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RFID系统组成及基本原理
1.RFID系统的组成最基本的RFID系统由三部分组成:(1) 电子标签(Tag,或称射频标签、应答器):由芯片及内置天线组成。芯片内保存有一定格式的电子数据,作为待识别物品的标识性信息,是射频识别系统真正的数据载体。内置天线用于和射频天线间进行通信。 (2)阅读器:读取或读/写电子标签信息的设备,主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号,并接收标签的应答,对标签的对象标识信息进行解码,将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。(3)天线:标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。图1 RFID系统基本模型图RFID 的工作原理是:电子标签进入天线磁场后,如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签),或者主动发送某一频率的信号(有源标签),阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种:(1) 电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律。(2) 电磁反向散射耦合[1]。雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。图2 电感耦合图3 电磁反向散射耦合2. RFID系统的分类RFID系统中标签与读写器之间的作用距离是射频识别系统应用中的一个重要指标。通常,这种作用距离也就是指标签与阅读器之间能可靠交换数据的距离。根据作用距离,标签天线和读写器之间的耦合可以分为三类:密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统。(1) 密耦合系统密耦合系统的典型作用距离范围是0~1cm。实际应用中,必须把标签插入阅读器中或者放置到阅读器的天线表面。密耦合系统的标签与阅读器之间是电感耦合。其工作频率一般在30MHz以下。密耦合系统适合于安全要求较高,但不要求作用距离的应用系统,如电子门锁等。(2) 遥耦合系统遥耦合系统的典型作用距离可以达到1m。遥耦合系统又可以细分为近耦合系统和疏耦合系统,前者的典型作用距离为15cm,后者为1m。所有遥耦合系统在阅读器和标签之间都是电感耦合。遥耦合系统的典型工作频率为13.56MHz,也有其他频率,如6.75MHz,27.125MHz或者135kHz 以下。(3) 远距离系统远距离系统的典型作用距离是1~10m,个别系统也有更远的作用距离。所有远距离系统的阅读器和标签之间都是电磁反向散射耦合。远距离系统都是在微波范围内用电磁波工作的,发送频率通常为2.45GHz,也有系统使用的频率5.8GHz 和24.125GHz。3. 能量传送RFID 卡卡内无电源,供芯片运行所需要的全部能量必须要由阅读器传送。阅读器和RFID 卡之间能量的传递基于耦合变压器原理。阅读器终端天线产生强大的高频磁场以便传送能量,最常用的频率有125kHz和13.56MHz。如果一个RFID卡被放到阅读器天线附近,阅读器天线的磁场的一部分就会穿过卡的线圈,在卡的线圈里感生电压Ui。这个电压被整流后就用来对芯片供电。由于阅读器天线与卡片线圈的耦合非常弱,因此需要使天线线圈里的电流量增大,以便达到必要的磁场强度,这通过给线圈LT并联一个电容CT来实现。电容的值要经过选择,以使其和天线的并联谐振频率与所传递的信号频率相匹配。图4 用电感耦合方式给RFID卡供电4. 数据传送(1)信号调制从阅读器到RFID 卡的数据传送,可以使用所有已知的数字调制技术。常用的技术有振幅键控(Amplitude Shift Keying,ASK) 、频移键控(Frequency ShiftKeying,FSK)和相移键控(Phase Shift Keying,PSK) ,是对电磁波的三个参数――功率、频率和相位分别进行调制的方法。由于容易解调,ASK和PSK更为常用。从 RFID 卡到阅读器,使用的是幅度调制方式ASK,用数据信号来对卡里的负载进行数字调节(负载调谐)。如果把一个调谐为终端谐振频率的RFID 卡放到阅读器附近的磁场中,它就从磁场中汲取能量。这将引起阅读器感应线圈里的电流I0 增加,可以通过跨内部电阻Ri所增加的压降把它检测出来。RFID 卡可以通过改变其线圈的负载(在电路中把负载电阻R2 接入和断开)来改变终端的电压U0(振幅调制)。如果电阻R2的开关是由数据信号控制,那么数据在阅读器里就可以被检测和计算出来。图5 RFID卡传送数据的电路原理由于阅读器和卡的线圈间的耦合度较低,所以在阅读器里由负载调制所感应的电压变化也是非常小的。在实践中,可用的信号幅度只有几毫伏,被阅读器传输的强大信号(大约80dB)所覆盖,只能用精密的电路才能检测出来。因此,一般采用一个频率为fH的辅助载波频率,在阅读器上要接收的数据信号就出现在频率为fT±fH的两个边带
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