RFID技术：系统、原理、分类与应用

温馨提示：本文约3000字，阅读时间约15分钟。

摘要

物联网建设的关键技术之一是射频识别技术，该技术因其远距离读取能力和大容量存储而受到广泛关注。它不仅能助力企业提升商品管理和人工成本控制的效率，还能促进销售企业与制造企业之间的联系，更精确地获取反馈和控制需求信息，从而优化整个供应链。展望未来，RFID技术必将在众多领域得到广泛应用。

目录一、RFID1.1介绍

射频识别技术开元棋官方正版下载，即RFID，亦称作电子标签、无线射频识别、感应电子芯片或非接触卡，它是一种利用射频信号自动识别特定物体并采集相关信息的非接触式自动识别技术。此技术具备在多种恶劣环境条件下正常运作的能力，且无需人工介入。

除此之外，它具备同时辨别快速移动物体和多个标签的能力，使用起来简便快捷。短距离射频设备即便在油污、尘埃等恶劣条件下也能正常工作，因此在这些环境中，它们能够替代条形码，比如在工厂装配线上追踪物品。而长距离射频设备则主要服务于交通行业，其识别范围可达数十米，适用于如自动充电和车辆自动识别等功能。

1.2分类

根据电源的可用性，RFID分为无源和有源两种。

被动传感器不具备自带的电力供应。其能源来源于另一传感器，该传感器通过读取卡片的特定频率来唤醒它，随后数据会被传回至读卡器。这种被动标签具有轻薄的特点，并且能够维持较长的使用年限，然而其感应范围相对较小。

价格方面较为昂贵，且体积较被动式标签更大，这主要归因于其内置了电池。同时，其使用寿命较长，传感距离亦较远。

根据频率，射频识别可分为三种类型：低频、高频、超频：

低频RFID技术，其工作频率介于100至500千赫兹之间，其感应范围相对较小，且数据读取速度较为缓慢。在低频射频识别系统中，125千赫兹的频率应用较为普遍，且该频率的穿透能力较强。

高频RFID技术，其工作频率介于10至15MHz之间，具有较远的感应距离和较快的读取速度。其中，射频识别技术主要采用13.56MHz这一高频段。

超高频RFID技术，工作频率范围在850至950MHz以及2.45GHz之间，其显著特点是传感距离较远，读取速度极快；然而，它的穿透能力相对较弱。

二、系统架构

RFID系统依据其功能差异，可划分为边缘与软件两大类。边缘系统主要负责信息的感应，它是硬件构成的一部分。而软件系统则专注于信息的处理与运用。此外，通信设备在RFID系统中承担着信息传输的关键角色。

RFID系统的基本组成

2.1电子标签

电子标签，亦称作应答器或智能标签，主要由内置天线与芯片构成，是一种小巧的无线收发设备。

2.2读写器

读写器是一种专门用于捕捉与处理RFID标签数据的设备，它既可独立使用，也可集成于其他系统之中。作为RFID系统中的关键部件之一，其名称源于其具备写入RFID数据的功能。读写器的硬件结构通常包括收发器、微处理器、存储器、外部传感器或执行器、报警的输入输出接口、通信接口以及电源等组成部分。

2.3控制器

控制器是读卡器芯片有序运行的指挥中心。其主要功能：

2.4读卡器天线

天线作为一种设备，通过电磁波的形式来接收或发射前端射频信号。它充当电路与空间之间的连接元件，主要负责将导波能量与自由空间波能量相互转换。在RFID技术中，天线主要分为电子标签天线和阅读器天线，它们各自负责接收能量以及发射能量的任务。读卡器天线具有以下特点：

2.5通信设施

通信设备在保障RFID系统管理过程中的通信安全连接方面发挥着关键作用，它构成了RFID系统不可或缺的要素。这些设施涵盖了有线与无线网络，以及串行通信接口，使得读卡器和控制器能够与计算机相连接。无线网络涵盖了多种类型，包括个人局域网，如蓝牙技术；局域网，如802.11x、WiFi；广域网，如GPRS、3G技术；以及卫星通信网络，如同步轨道卫星L波段RFID系统。

三、RFID天线类型

RFID技术主要分为线圈型、微带贴片型和偶极子型三大类。在短距离应用中，通常选用1米以下的天线，这类天线以线圈式为主，其制作工艺相对简便，成本较低。此类天线主要在低频和中频段进行工作。而对于1米以上的应用，一般会选用微带贴片式或偶极子式天线，它们能在高频和微波频段内运行。值得注意的是，这些不同类型的天线其工作原理各不相同。

① 线圈天线

RFID线圈天线一旦进入由读写器所激发的交变磁场中，便会产生与变压器类似的相互作用，此时，RFID天线与读写器天线间的互动可类比于变压器的一、二次线圈。图示中展示了射频识别线圈天线所构成的谐振回路。

涵盖RFID天线线圈所具有的电感L、伴随的寄生电容Cp以及并连电容C2，它们的谐振频率可以表示为：

电容C是Cp与C2并联后的等效电容值。RFID应用系统利用这一频率的载波进行数据的双向传输。ID1型非接触式IC卡呈现出小型塑料卡片形态，其尺寸为85.72mm×54.03mm×0.76mm。天线线圈在谐振频率上通常为13.56MHz。目前，已成功研发出一种短距离RFID应用系统，其线圈天线面积最小可达0.4mm×0.4mm。

某些应用场景中，RFID天线线圈需具备较小的尺寸，并且确保一定的操作范围，比如在动物识别领域应用的RFID系统。当线圈面积变得较小时，RFID与读取设备之间的互感特性将明显不适宜实际使用。为了提升互感效果并弥补线圈截面积的缩小，RFID天线线圈通常选用高磁导率的铁氧体材料。

②微带天线

微带天线是通过在薄介质衬底上使用微带线或同轴探头进行馈电的一种天线设计。它一面配备了一层薄薄的金属层作为接地板，另一面则通过光刻蚀刻技术形成了特定形状的金属贴片。根据其结构特点，微带天线主要分为两大类：一是微带贴片天线，二是微带缝隙天线。

四、RFID工作原理

射频识别技术的基本原理是：读写器将编码后的射频信号加载至高频载波，并通过天线发射出去；电子标签在进入读写器的工作区域后，接收这些信号；随后，卡内芯片的相关电路会对信号进行倍压整流、调制和两次解码操作；解码完成后开元ky888棋牌官方版，电路会判断命令请求、口令以及权限等信息；最终，根据接收到的指令对标签进行处理。

4.1基础

从电子标签与阅读器通信及能量感应的视角分析，该系统通常被划分为两大类：感应耦合系统与电磁后向散射耦合系统。依据电磁感应的基本原理，通过空间中的高频交变磁场来达成感应耦合；而电磁背散射耦合，即雷达原理模型，指的是电磁波在击中目标后产生反射，并携带目标的相关信息，这一过程遵循了电磁波在空间传播的特定规律。

4.2感应耦合RFID系统

RFID的感应耦合遵循ISO/IEC 14443标准。这种感应耦合式电子标签是由电子数据存储介质构成的，而这些存储介质一般是由单个微型芯片和覆盖较大面积的电感线圈组成的天线。

绝大多数感应耦合型标签均采用被动式运作，这些标签内部微芯片所需的所有能量均由读卡器通过感应电磁能传输而来。读卡器的天线线圈会发出高频的强大电磁场，该电磁场横穿线圈截面并弥漫于周围空间，进而引发邻近电子标签的电磁感应现象。

感应耦合射频识别系统工作原理图

4.3反向散射耦合RFID系统

① 背散射调制

雷达技术为RFID的后向散射耦合奠定了坚实的理论与实践基础。电磁波在遭遇空间中的物体时，会有部分能量被该物体吸收，而剩余的能量则会以不同的强度向四周散射。在这些散射的能量中开yun体育app入口登录，有一部分会反射回天线，并被天线捕捉到，这部分能量（即回波）使得天线同时也具备了接收功能。通过对接收到的信号进行放大处理，我们可以获取关于目标的相关信息。在雷达技术中，这种反射波可以用来测量目标的距离和方位。

在RFID技术中，通过电磁波的反射作用，电子标签上的信息得以传递至读取设备。此类操作方式广泛应用于915MHz、2.45GHz以及更高频率的RFID系统。

②射频识别后向散射耦合模式

目标的反射电磁波频率受其横截面积影响。这一面积与目标的尺寸、形状、材料、电磁波的波长以及偏振方向等因素密切相关。通常情况下，目标的反射能力会随着频率的提升而增强。在射频识别系统中，后向散射耦合方式选用UHF频段，且应答器与读卡器之间的距离需超过1米。读卡器、电子标签和天线共同构成了一个完整的收发器通信系统。

4.4 RFID技术特点

① 优势：

② 缺点：

③ 前景：

近十载间，RFID技术迅猛进步，已在工业自动化、商业自动化、交通管理等多个领域得到普遍应用。技术不断演进，RFID技术种类日益增多，应用范围亦日渐扩大。展望未来数年，射频识别技术有望持续保持快速发展的态势。

总体而言，目前RFID技术的发展方向主要体现在标准化程度提高、成本降低、错误率减少、安全性增强以及能耗减少等方面。

五、RFID技术应用领域

访问控制：人员访问控制管理。

动物监测：动物管理，宠物识别，野生动物生态跟踪。

物流管理：航空行李识别、库存和物流运输管理。

自动控制：汽车、家电、电子行业的分类及流水线管理。

医疗应用：医院病案系统、仪器设备的管理。

物料控制：工厂物料的自动库存和控制系统。

质量跟踪：产品质量跟踪和反馈。

资源回收：堆垛板、可回收容器的管理。

安全应用：超市、图书馆或书店的安全管理。

废物处理：垃圾收集和处理，废物控制系统。

联名****：多功能智能卡。

危险品：对军械、火器、雷管和爆炸物的管制。

六、常见问题

1.什么是RFID技术？它是如何工作的？

RFID技术是一种数据搜集手段，它通过低功率的无线电波实现对象的自动识别。在这一过程中，数据信息通过一套由RFID标签、天线、RFID读取器以及收发器构成的系统进行传递与接收。

2.RFID在哪里使用？

零售商店中，RFID技术被应用于商品的高级标识。这项技术不仅有助于库存管理，而且通过电子物品监控系统（EAS）的使用，还能有效防止顾客和员工进行盗窃行为（即商店盗窃），并优化客户自助结账的流程。

3.RFID技术安全吗？

RFID技术被广泛认为与EMV技术具有同等的安全性，实际上，通过RFID卡传输的数据被盗情况极为罕见。这主要归因于这些卡片在信息传递方式和共享信息内容上的设计特点。

4.什么是RFID系统？

射频识别技术，简称RFID，它由标签和阅读器两个核心部件构成。阅读器是一种装备有至少一个天线装置的设备，这些天线负责发射无线电波并捕捉射频识别标签所发出的信号。值得注意的是，阅读器并不依赖电池进行供电。

5.RFID的缺点是什么？

•金属和液体等材料会影响信号。

•有时不如条形码扫描仪准确可靠。

•成本——RFID阅读器比条形码阅读器贵10倍。

•实施可能困难且耗时。

6.射频识别芯片可以移除吗？

另一方面，植入的RFID芯片，就如同数字纹身或胸前的贴片标志着机械化进程的第二阶段，这主要是因为无论存在何种潜在风险，它们都无法像你那件会发光的T恤一样，在一天结束时那么简单便被移除。

7.NFC和RFID哪个更好？

RFID技术在物流领域的资产追踪与定位方面应用广泛。NFC技术，即近场通信技术，同样建立在RFID协议的基础上。与RFID相比，NFC设备的功能更为丰富，不仅能够作为读卡器使用，还能模拟标签的功能。

8.RFID会干扰WiFi吗？

RFID技术与WIFI或个人局域网（WPAN）如蓝牙等，在共享或邻近频段时，交叉干扰的风险较高；特别是在设备使用相同标准运行的WIFI网络时，可能会遭遇技术难题。

9.如何检测RFID？

•在专门的在线或本地电子零售商处获取RFID芯片阅读器。

启动RFID芯片读取设备，对您怀疑有RFID芯片存在的区域周边进行扫描。

随着RFID芯片读取器发出的蜂鸣声逐渐增强，信号的强度也在同步提升。

10.什么是RFID及其类型？

射频识别标签按照数据传输的频率区间，可分为低频段（LF）、高频段（HF）以及超高频段（UHF）三类。通常情况下，射频识别系统的频率水平较低时，其读取距离会相对较短，且数据传输的速度也会较为缓慢。