射频识别原理初探

射频识别（Radio Frequency Identification）是一种非接触的自动识别技术。射频识别基本系统包括两个部分：(1)电子标签(Tag)；（2）读写器(Reader)。读写器读取存储在电子标签中的数据，并通过计算机及计算机网络实现对信息的采集、处理及远程传送等管理功能。RFID系统的工作原理分为近场和远场两种不同情况。

 

近场一般是指电子标签和读写器之间的距离远小于通讯载波的一个波长，其电子标签和读写器之间的通讯如图(1)所示。此时，电子标签和读写器之间的天线能量交换方式类似于变压器结构，称之为负载调制。低频系统（工作频率小于30MHz）通常采用负载调制，特点是成本低、保存数据量较少、阅读距离较短。

远场一般是指电子标签和读写器之间的距离远大于通讯载波的一个波长，偶极子空间辐射场如图（2）所示。此时，RFID系统通讯是通过电磁波的耦合和反射来实现的，称之为反射调制技术。即：电磁波从读写器天线向周围空间发射，达到目标的微波能量的一部分被tag吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去，其中的一小部分最终返回到发送天线。当tag天线阻抗匹配时，tag接收到的大部分能量被吸收；而当tag的天线阻抗不匹配时，大部分的接收能量被反射回去。这样反射回Reader天线信号的强弱变化可以表征出tag的信号0/1。高频系统（工作频率大于400MHz）通常采用反射调制，其特点是阅读距离远，可用于多目标识别和运动目标识别，天线有较强的方向性，同时为了快速准确的将所有电子标签都识别出来，必须要有防碰撞算法。

    RFID电子标签和读写器之间通过通信编码和信号调制来实现信号的传输。通信编码确定0和1的表示方法，它会影响能量传输效率、频谱利用率及抗干扰能力。在高频段RFID系统中，一般采用曼彻斯特（Manchester）、米勒（Miller）、PWM、PPM等编码。信号调制则是以一定的方式将编码后的信息调制到发射端的载波上，然后在接收端进行信号解调。低频段RFID常用的调制方式为ASK，离开收发天线的距离越远,接收信号幅度零点分布也越密集，在这些零点位置及其附近区域，有用信号幅度极其微弱，这将导致系统信噪比的严重恶化，甚至无法正常工作。因此在高频远距离RFID系统中通常使用的是FSK或PSK。

图(3)为一个可实现的RFID标签示例,主要包括：1）标签天线:为电子标签的接收和发送数据天线，并收集电子标签内部电路工作能量。2）射频接口模块:接收信号时对输入信号进行检波为后级基带提供中频信号。发射信号是将后级基带数字信号通过反射调制技术调制到高频段送至天线。3）微控制器（MCU）:对整块电子标签进行控制，负责调制、解调制、通讯协议和防碰撞算法的实现及存储器的读入和写出。4）存储器。5）电源产生电路:产生供系统工作的稳定电源。