第四章-RFID系统的工作原理课件.ppt

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1、射频识别技术RFID Technology第四章 RFID系统的工作原理 2n n4.1 RFID系统组成系统组成 典型的典型的典型的典型的RFIDRFID系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。n n4.1.1 硬件组件硬件组件n n1.阅读器阅读器 阅读器（阅读器（阅读器（阅读器（ReaderReader）又称读写器。阅读器主要负责与电）又称读写器。阅读器主要负责与电）又称读写器。阅读器主要负责与电）又称读写器。阅读

2、器主要负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。阅读器的频率决定了阅读器的频率决定了阅读器的频率决定了阅读器的频率决定了RFIDRFID系统工作的频段，其功率决定系统工作的频段，其功率决定系统工作的频段，其功率决定系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构和技术的了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构和技术的了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构和技术的了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构和

3、技术的不同可以是读或读不同可以是读或读不同可以是读或读不同可以是读或读/写装置，它是写装置，它是写装置，它是写装置，它是RFIDRFID系统信息控制和处系统信息控制和处系统信息控制和处系统信息控制和处理中心。理中心。理中心。理中心。阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。组成。组成。组成。图4-2 RFID阅读器n n（1 1）射频接口）射频接口）射频接口）射频接口 射频接口模块主要任务和功能：射频接口模块主要任务和功能：射频接口模块主要任务和功

4、能：射频接口模块主要任务和功能：产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。接收并调制来自电子标签的射频信号。接收并调制来自电子标签的射频信号。接收并调制来自电子标签的射频信号。接收并调制来自电子标签的射频信号。注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来往注意，在射频接口中有两个分隔开

5、的信号通道，分别来往注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来往注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。n n（2 2）逻辑控制单元）逻辑控制单元）逻辑控制单元）逻辑控制单元 逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能：逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能：逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能：逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能：与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统

6、软件发送与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令。来的指令。来的指令。来的指令。控制阅读器与电子标签的通信过程。控制阅读器与电子标签的通信过程。控制阅读器与电子标签的通信过程。控制阅读器与电子标签的通信过程。信号的编码与解码。信号的编码与解码。信号的编码与解码。信号的编码与解码。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。执行防碰撞算法。执行防碰撞算法。执行防碰撞算法。执行防碰撞算法。对阅读器和标签的

7、身份进行验证。对阅读器和标签的身份进行验证。对阅读器和标签的身份进行验证。对阅读器和标签的身份进行验证。n n天线天线天线天线 天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在RFIDRFID系系系系统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场，统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁

8、场，统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场，统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。n n2 电子标签电子标签 电子标签电子标签电子标签电子标签 (Electronic Tag)(Electronic Tag)也称为智能标签也称为智能标

9、签也称为智能标签也称为智能标签 (Smart(Smart Tag)Tag)，是由，是由，是由，是由ICIC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标芯片和无线通信天线组成的超微型的小标芯片和无线通信天线组成的超微型的小标芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签是是是是RFIDRFID系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发

10、系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后作，一部

11、分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。反射回阅读器。反射回阅读器。反射回阅读器。电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：（1 1）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。（2 2）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源

12、，并经大电容存）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。（3 3）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读器。器。器。器。（4

13、4）解调器：去除载波，取出调制信号。）解调器：去除载波，取出调制信号。）解调器：去除载波，取出调制信号。）解调器：去除载波，取出调制信号。（5 5）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。（6 6）存储单元：包括）存储单元：包括）存储单元：包括）存储单元：包括ERPROMERPROM和和和和ROMROM，作为系统运行及存放识别数据。，作为系统运行及存放识别数据。，作为系统运行

14、及存放识别数据。，作为系统运行及存放识别数据。n n4.1.2 4.1.2 软件组件软件组件软件组件软件组件n n1 1 中间件中间件中间件中间件 中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和的技术之间共享资源。

15、中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。网络通信。网络通信。网络通信。中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：（1 1）阅读器协调控制）阅读器协调控制）阅读器协调控制）阅读器协调控制 终端用户可以通过终端用户可以通过终端用户可以通过终端用户可以通过RFIDRFID中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅读器。一些读器。一

16、些读器。一些读器。一些RFIDRFID中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。（2 2）数据过滤与处理）数据过滤与处理）数据过滤与处理）数据过滤与处理 当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，当标签信息传输发生错误

17、或有冗余数据产生时，当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，RFIDRFID中间件可以通过中间件可以通过中间件可以通过中间件可以通过一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。RFIDRFID中间件可以避免不同的中间件可以避免不同的中间件可以避免不同的中间件可以避免不同的阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读准确性。阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读准确性。阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读准确性。阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读

18、准确性。（3 3）数据路由与集成）数据路由与集成）数据路由与集成）数据路由与集成 RFIDRFID中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。RFIDRFID中间件中间件中间件中间件可以与企业现有的企业资源计划（可以与企业现有的企业资源计划（可以与企业现有的企业资源计划（可以与企业现有的企业资源计划（ERPERP）、客户关系管理（）、客户关系管理（）、客户关系管理（）、客户关系管理（CRMCRM）、）、）、）、仓储管理系统（仓储管理系统（仓储管理系统（仓储管理系统

19、（WMSWMS）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。（4 4）进程管理）进程管理）进程管理）进程管理 RFIDRFID中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在中间件根据客户定

20、制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的标准时，标准时，标准时，标准时，RFIDRFID中间件会触发事件，通知相应的应用软件。中间件会触发事件，通知相应的应用软件。中间件会触发事件，通知相应的应用软件。中间件会触发事件，通知相应的应用软件。n n4.2 4.2 各种各种各种各种RFIDRFID系统原理系

21、统原理系统原理系统原理 基本工作原理：由阅读器通过发射天线发送基本工作原理：由阅读器通过发射天线发送基本工作原理：由阅读器通过发射天线发送基本工作原理：由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置被激

22、活，使得电子标签将自身编码信息通过内置被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统

23、进行相关的处理；主机系统根送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统根送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统根送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成相应的读写操作。阅读器完成相应的读写操作。阅读器完成相应的读写操作。阅读器完成相应的读写操作。n n从

24、电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分为两类：电感耦合来看，系统一般可以分为两类：电感耦合来看，系统一般可以分为两类：电感耦合来看，系统一般可以分为两类：电感耦合（Inductive CouplingInductive Coupling）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合（Backscatter CouplingBackscatter Coupling）系统。）系统。）系统。）系统。n n

25、电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频工作的近距离工作的近距离工作的近距离工作的近距离RFIDRFID系统，典型工作频率：系统，典型工作频率：系统，典型工作频率：系统，典型工作频率：125kHz125kHz，225kHz225kHz，和，和，和，和13.56MHz13.56MHz。识别作用距离。识别作

26、用距离。识别作用距离。识别作用距离一般小于一般小于一般小于一般小于1m1m，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为020cm020cm。n n电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据磁波碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据磁波碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据磁波碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于的是电磁波的空

27、间传播规律。该方式一般适用于的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于高频、微波工作的远距离高频、微波工作的远距离高频、微波工作的远距离高频、微波工作的远距离RFIDRFID系统，典型的工作系统，典型的工作系统，典型的工作系统，典型的工作频率：频率：频率：频率：433MHz433MHz，915MHz915MHz，2.45GHz2.45GHz和和和和5.8GHz5.8GHz。识别作用距离大于识别作用距离大于识别作用距离大于识别作用距离大于1m1m，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为46m46m。n n4.2.1 电感耦合电感耦合RFID系统系统 电感耦合工作方式对应于

28、电感耦合工作方式对应于电感耦合工作方式对应于电感耦合工作方式对应于ISO/IEC14443ISO/IEC14443协议。电感耦合电子协议。电感耦合电子协议。电感耦合电子协议。电感耦合电子标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线（大面标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线（大面标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线（大面标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线（大面积线圈）等组成。在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读积线圈）等组成。在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读积线圈）等组成。在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读积线圈）等组成。在标签

29、中的微芯片工作所需的全部能量由阅读器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和周围空间，以使附近的电子标签产生产生，并穿越线圈横截面和周围空间，以使附近的电子标签产生产生，并穿越线圈横截面和周围空间，以使附近的电子标签产生产生，并穿越线圈横截面和周围空间，以使附近的电子标签产生电磁感应。电磁感应。电磁感应。电磁感应。n n1.能量供应能量供应 阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部分磁力线穿过电子

30、标阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部分磁力线穿过电子标阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部分磁力线穿过电子标阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部分磁力线穿过电子标签天线线圈，通过感应，在电子标签的天线线圈上产生电压签天线线圈，通过感应，在电子标签的天线线圈上产生电压签天线线圈，通过感应，在电子标签的天线线圈上产生电压签天线线圈，通过感应，在电子标签的天线线圈上产生电压UU，将其整流后作为微芯片的工作电源。将其整流后作为微芯片的工作电源。将其整流后作为微芯片的工作电源。将其整流后作为微芯片的工作电源。电容器电容器电容器电容器CrCr与阅读器的天线线圈并联，电容器与天线线圈的电感与阅读器的天线线圈并联

31、，电容器与天线线圈的电感与阅读器的天线线圈并联，电容器与天线线圈的电感与阅读器的天线线圈并联，电容器与天线线圈的电感一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联震荡回路，该回一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联震荡回路，该回一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联震荡回路，该回一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联震荡回路，该回路的谐振使得阅读器的天线线圈产生较大的电流。路的谐振使得阅读器的天线线圈产生较大的电流。路的谐振使得阅读器的天线线圈产生较大的电流。路的谐振使得阅读器的天线线圈产生较大的电流。电子标签的天线线圈和电容器电子标签的天线线圈和电容器电子标签的天线线圈和电容

32、器电子标签的天线线圈和电容器C1C1构成震荡回路，调谐到阅读器构成震荡回路，调谐到阅读器构成震荡回路，调谐到阅读器构成震荡回路，调谐到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压UU达到最达到最达到最达到最大值。这两个线圈的结构可以被解释为变压器（变压器的耦合）。大值。这两个线圈的结构可以被解释为变压器（变压器的耦合）。大值。这两个线圈的结构可以被解释为变压器（变压器的耦合）。大值。这两个线圈的结构可以被解释为变压器（变压器的耦合）。

33、n n2 数据传输数据传输 对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不超过对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不超过对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不超过对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不超过 ，并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的数据传输为负并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的数据传输为负并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的数据传输为负并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的数据传输为负载调制（电感耦合、变压器耦合）。载调制（电感耦合、变压器耦合）。载调制（电感耦合、变压器耦合）。载调制（电感耦合、变压器耦合）。如果把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变

34、磁场，那么电如果把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变磁场，那么电如果把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变磁场，那么电如果把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变磁场，那么电子标签就可以从磁场获得能量。采用从供应阅读器天线的电流在子标签就可以从磁场获得能量。采用从供应阅读器天线的电流在子标签就可以从磁场获得能量。采用从供应阅读器天线的电流在子标签就可以从磁场获得能量。采用从供应阅读器天线的电流在阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功

35、耗。电子标签天线上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变化，实上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变化，实上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变化，实上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变化，实现了用电子标签对天线电压进行振幅调制。而通过数据控制负载现了用电子标签对天线电压进行振幅调制。而通过数据控制负载现了用电子标签对天线电压进行振幅调制。而通过数据控制负载现了用电子标签对天线电压进行振幅调制。而通过数据控制负载电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。电压的接通和断开，这些数据就

36、可以从标签传输到阅读器了。电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱，因此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱，因此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱，因此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱，因此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压小。此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压小。此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压小。此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压小。在实践中，对在实践中，对在实践中，对在实践中，对13.56MHz13.56MHz

37、的系统，天线电压（谐振时）只能得到的系统，天线电压（谐振时）只能得到的系统，天线电压（谐振时）只能得到的系统，天线电压（谐振时）只能得到约约约约10mV10mV的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便，所以的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便，所以的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便，所以的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便，所以可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子标签可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子标签可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子标签可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子标签的附加负载电阻以很高的时

38、钟频率接通或断开，那么在阅读器发的附加负载电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读器发的附加负载电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读器发的附加负载电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读器发送频率将产生两条谱线，此时该信号就容易检测了，这种调制也送频率将产生两条谱线，此时该信号就容易检测了，这种调制也送频率将产生两条谱线，此时该信号就容易检测了，这种调制也送频率将产生两条谱线，此时该信号就容易检测了，这种调制也称为副载波调制。称为副载波调制。称为副载波调制。称为副载波调制。n n4.2.2 电磁反向散射电磁反向散射RFID系统系统n n1 反向散射调制反向散射调制 电磁波从天线向周围

39、空间发射，到达目标的电磁波能量的一电磁波从天线向周围空间发射，到达目标的电磁波能量的一电磁波从天线向周围空间发射，到达目标的电磁波能量的一电磁波从天线向周围空间发射，到达目标的电磁波能量的一部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分以不同的强度散射部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分以不同的强度散射部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分以不同的强度散射部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回发射天线，称其到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回发射天线，称其到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回发射天线，称其到各个方向上去。反

40、射能量的一部分最终会返回发射天线，称其为回波。在雷达技术中，用这种反射波测量目标的距离和方位。为回波。在雷达技术中，用这种反射波测量目标的距离和方位。为回波。在雷达技术中，用这种反射波测量目标的距离和方位。为回波。在雷达技术中，用这种反射波测量目标的距离和方位。在在在在RFIDRFID系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器的数据传输，主要应用于的数据传输，主要应用于的数据传输，主要应用于的数据传输，主要应用于915MHz915MHz、2.45GHz2.45G

41、Hz甚至更高频率的系甚至更高频率的系甚至更高频率的系甚至更高频率的系统中。该统中。该统中。该统中。该RFIDRFID系统工作分为以下两个过程：系统工作分为以下两个过程：系统工作分为以下两个过程：系统工作分为以下两个过程：（1 1）标签接收读写器发射的信号，其中包括已调制载波和未）标签接收读写器发射的信号，其中包括已调制载波和未）标签接收读写器发射的信号，其中包括已调制载波和未）标签接收读写器发射的信号，其中包括已调制载波和未调制载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转调制载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转调制载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转调制

42、载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转换为直流电压，该电压供给电子标签内部芯片能量；当载波携带换为直流电压，该电压供给电子标签内部芯片能量；当载波携带换为直流电压，该电压供给电子标签内部芯片能量；当载波携带换为直流电压，该电压供给电子标签内部芯片能量；当载波携带数据或者命令时，标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并数据或者命令时，标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并数据或者命令时，标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并数据或者命令时，标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。对接

43、收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。（2 2）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供给标签工作；载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供给标签工作；载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供给标签工作；载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供给标签工作；另一部分能量被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载另一部分能量被标签通

44、过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载另一部分能量被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载另一部分能量被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载波来向读写器传递信息。波来向读写器传递信息。波来向读写器传递信息。波来向读写器传递信息。电子标签的等效电路图如下所示，电子标签的等效电路图如下所示，电子标签的等效电路图如下所示，电子标签的等效电路图如下所示，V Vs s为天线接收信号，为天线接收信号，为天线接收信号，为天线接收信号，Z Za a表表表表示天线的阻抗，示天线的阻抗，示天线的阻抗，示天线的阻抗，Z Z1 1表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反射表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反射

45、表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反射表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反射载波的目的，载波的目的，载波的目的，载波的目的，Z Z1 1有两种状态，分别为有两种状态，分别为有两种状态，分别为有两种状态，分别为Z Z1111和和和和Z Z1212。当标签需要发送的信息为二进制数当标签需要发送的信息为二进制数当标签需要发送的信息为二进制数当标签需要发送的信息为二进制数“1”1”时，芯片的阻抗状时，芯片的阻抗状时，芯片的阻抗状时，芯片的阻抗状态为态为态为态为Z Z1111；当标签需要发送的信息为二进制数；当标签需要发送的信息为二进制数；当标签需要发送的信息为二进制数；当标签需要发送的信息为二进制

46、数“0”0”时，芯片的阻时，芯片的阻时，芯片的阻时，芯片的阻抗状态为抗状态为抗状态为抗状态为Z Z1212。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：S S0 0(t)=s(t)S(t)=s(t)S1 1 S S1 1(t)=s(t)S(t)=s(t)S2 2 式中，式中，式中，式中，s(ts(t)为标签接收到的信号。为标签接收到的信号。为标签接收到的信号。为标签接收到的信号。当电子标签的阻抗采取不同的变化方式时，可以形成不同的当电子标签的阻抗采取不同的变化方式时

47、，可以形成不同的当电子标签的阻抗采取不同的变化方式时，可以形成不同的当电子标签的阻抗采取不同的变化方式时，可以形成不同的后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有不同的特性。以下为四种情况：不同的特性。以下为四种情况：不同的特性。以下为四种情况：不同的特性。以下为四种情况：（1 1）OOKOOK调制方式调制方式调制方式调制方式(On-Off Keying,OOK)(On-Off Keying,OOK)。在该方式下，

48、阻抗状。在该方式下，阻抗状。在该方式下，阻抗状。在该方式下，阻抗状态为态为态为态为1 1时，完全反射；阻抗状态为时，完全反射；阻抗状态为时，完全反射；阻抗状态为时，完全反射；阻抗状态为2 2时完全匹配，而且这两种阻抗时完全匹配，而且这两种阻抗时完全匹配，而且这两种阻抗时完全匹配，而且这两种阻抗状态下标签的反射系数的相位相同。状态下标签的反射系数的相位相同。状态下标签的反射系数的相位相同。状态下标签的反射系数的相位相同。|S|S1 1|=1|=1|S|S2 2|=0|=0 arg(S arg(S1 1)=arg(S)=arg(S2 2)(2)BPSK(2)BPSK调制方式调制方式调制方式调制方式

49、(Binary Phase Shift Keying,BPSK)(Binary Phase Shift Keying,BPSK)。在该方式。在该方式。在该方式。在该方式下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下标签的反射系数的相位相反。下标签的反射系数的相位相反。下标签的反射系数的相位相反。下标签的反射系数的相位相反。0|S0|S1 1|=|S|=|S2 2|1|1 arg(S arg(S1 1)=-arg(S)

50、=-arg(S2 2)(3)(3)任意调制因子的任意调制因子的任意调制因子的任意调制因子的ASKASK（Amplitude Shift Keying,ASKAmplitude Shift Keying,ASK）调制。在）调制。在）调制。在）调制。在该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下标签的反射系数的相位相同。抗状态的下标签的反射系数的相位相同。抗状态的下标签的反射系数的相位相同。抗状态的下标签的反射