射频识别(RFID)技术的基本原理、特性、发展和应用
何谓射频识别
科技飞速进步，智能管理融入社会日常，门禁卡、身份证件、交通卡、商品条码等卡片，正转变人们的生活习惯。其核心在于均应用了无线感应识别技术，可以说无线感应识别已是日常最便捷的身份验证方式。该技术带来的经济价值，正逐步显现出来。RFID 是结合了无线电、芯片制造及计算机等学科的新技术。
1.射频识别的定义
射频识别是一种无需接触的自动识别方法，它借助射频信号及其空间耦合的传输特点，能够对静止或移动的物品进行自动识别。这种技术通常被称为感应式电子芯片，或称为近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签以及电子条码等。
一个基础的RFID系统包含读卡器,应答器或电子标签,其运作方式是读卡器发出特定频率的无线能量,目的是给应答器供电,从而读取应答器内的识别码。应答器存在多种形态，例如卡片式、微型化装置以及附着型标识物等，电子标识物无需供电维持工作，能够非接触式交互，并且对环境中的尘埃或油污不敏感，其内置的芯片密钥是全球独有且无法仿造，展现出极高的安全级别和长久的使用周期。因此，射频识别标识物能够粘贴或固定于各类物品表面，由部署在不同地点的感应设备读取其中记录的信息，从而完成对物品的自动化识别过程。
RFID用途十分广泛，常见场景包括用于牲畜的识别标签，汽车防盗装置，出入控制系统，停车场所管理，制造流程自动化，物资追踪开yunapp体育官网入口下载手机版，以及校园内的集成卡等。
2.射频识别技术的发展
RFID 技术源自第二次世界大战时的飞行目标探查方法。雷达借助电磁波在空间中的传递来识别物体。当时，英军为了区分友军与敌军飞机，在己方战机上安装了无线电通信设备。作战时塔台里的探测装置向空中飞行器发出一个查询指令，一旦飞行器上的接收发送设备捕捉到该指令，便会向探测装置反馈一个信号，探测装置通过解析反馈的信号来判断目标是否为本方战机，这项技术目前仍在民用及私人飞行管制系统中发挥着作用，雷达技术的进步与推广促成了RFID技术的诞生。
1945年，莱昂·特列明创造首个应用反射探测原理的窃听工具。1948年，哈维·斯托克曼撰写的文献阐述了通过反射能量进行信息传递的构想，为无线识别学说的构建提供了理论依据。哈里·斯托克曼还指出，能量反射通信方面存在诸多未解难题，在拓展RFID的实际用途之前，必须投入大量时间进行深入探究和试验。
五十年代属于RFID技术探索时期，涉及研究与应用，远距离信号转发器问世，使得敌我识别系统能力得到提升。D.B.Harris提出了信号模式化理论，同时提出了被动标签构想。七十年代开元ky888棋牌官方版，RFID技术终于离开实验室，开始实际应用。RFID技术和相关产品迅速进步，多种检测方法快速提升，形成了早期的集中化使用。
自20世纪80年代起，芯片、处理器等科技持续进步，推动了RFID的快速成长，众多大规模应用逐渐展开，独立体系的应用开始构建。
1991年，美国奥克拉荷马州建成了全球首个开放式道路自动缴费系统，近些年，伴随自动缴费、出入控制、身份识别卡等技术的普及，射频识别技术已融入大众日常生活。
RFID技术的发展可按10年期划分如下。
1941至1950年间，雷达技术的革新与推广促进了RFID技术的诞生，1948年为其发展奠定了基础理论。
1951至1960年期间，属于RFID技术发展的初始探索时期，当时的研究工作主要在实验室内部开展，以实验性研究为主。
1961至1970年期间，RFID技术的基础理论逐步完善，同时启动了部分实际应用探索。
1971至1980年，RFID技术与产品研发经历快速成长阶段，多项RFID技术测试获得推进，并诞生了首批RFID应用案例。
1981至1990年期间，RFID技术及其相关产品逐步转向商业化实践，不同规模的各类应用由此逐渐浮现出来。
1991至2000年间，对于RFID技术标准化的关注程度持续提升，RFID产品被大量应用，逐渐融入人们的日常活动之中。
2001年之后，标准化议题逐渐受到关注，RFID产品品类愈发多样，有源标签、无源标签及半无源标签均取得进步，电子标签费用持续下滑，应用领域不断拓宽，RFID技术体系得以扩充和健全，单芯片标签、多标签识别、无线读写功能、无源标签远距离辨识、高速移动物体适应性RFID逐步变为现实。
我国RFID行业的发展进程中，政府相关用途所占比例最为突出。近年国家第二代身份标识的推广是推动RFID市场规模快速提升的关键因素之一。此外政府部门在城市公共交通、铁路系统、公共上网区域以及危险品监控等领域也积极推广RFID技术，主要看重其信息采集的便捷性和数据传输的可靠性。政府的大力扶持，使我国RFID 行业得到显著扩张，并促进了关联产业的进步，有助于补充相关环节、健全产业体系，为RFID 的后续成长奠定基础。
密切关注发达国家RFID技术发展趋势，国内自主研发同样方兴未艾。众多公司集中力量发展标签读写设备与电子标签商品，在读写设备与电子标签商品系列化和多样化建设上收获颇丰，标签制造领域，初步构建起以标签芯片生产商为引领，以标签天线设计、芯片与天线封装加工为骨干的行业体系。RFID技术当前仅在部分行业显现出较为完善的实践，面对众多其他行业，仍需深入探索，发掘其更宽广的用途。
3.射频识别技术特点
无线射频识别技术的核心优势在于借助电磁感应途径实现身份信息的传递，其传输过程不受物理空间约束，能够迅速完成目标物的追踪以及数据的交互过程。鉴于无线射频识别系统依赖无线电频谱资源，必须严格遵循无线电频谱管理的各项规章制度。具体而言，相较于同阶段或更早的接触式识别方案，无线射频识别技术还具备其他一些特性。
数据能够被读取和记录。借助RFID读取设备，无需触碰就能把射频卡里的信息传输到数据存储系统中，而且一次能够应对好几个标签，同时也能把处理过的状态信息存入电子标识物。
电子标签的体积可以缩小，种类也可以变得丰富。RFID读取不受物体大小和形态的影响，不必为了保证识别准确而要求标签和载体的尺寸固定或印刷质量高。而且，RFID标签能够做得更小，方便安装到各种物品当中。这样就能更灵活地管理产品制造过程和物料追踪，特别是在制造环节中。
耐环境性能，RFID显著优势在于无需接触就能进行数据读取，读取距离介于十厘米和几十米之间，能够识别快速移动的物体，适应各种恶劣条件，并且对水、油以及药品等物质表现出极强的抗污能力，即便在黑暗或脏污的环境中也能准确读取信息。
可反复应用。因为射频识别信息是数字化资料，能够多次进行读取和写入，所以能够回收标签再次利用，从而提升使用效率，减少电子废弃物。
具有很强的穿透能力,RFID即便被纸张、木材和塑料等非金属且不透明的材料覆盖,依然能够进行通信,然而它无法穿透铁质等金属物体来进行信息交互。
数据能够存储大量信息。存储容量会因记忆规格的进步而持续增长，未来物品需要承载的数据量会不断增多，对标签扩展存储空间的要求也会随之提升，因此射频识别技术不会遇到阻碍。
系统安全性能至关重要，将产品信息从主控设备迁移至射频标识上，能够有效增强系统防护能力，显著提升整体安全水平。射频标识内的信息记录，可以借助校验或循环冗余校验技术加以确保。
4.系统组成和工作原理
本文简要阐述了RFID系统的构成及其运作机制。一个基础的RFID系统，其构成包含三个主要部分：
标签，又称射频卡，包含耦合元件和芯片，设有内置天线，能同射频天线完成通信。
2.阅读器:读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
3.天线:在标签和读取器间传递射频信号。
部分系统借助阅读器的RS232或RS485端口，同外部电脑（上位机主系统）建立关联，用以实现信息交互。
5.系统的基本工作流程
阅读器借助发射天线发出特定频率的无线电波，当射频标签进入其作用范围时会感应出电流，标签因此获取能量而启动;标签会将自身的识别码等数据借助内置天线传送出去;接收天线捕捉到标签发出的载波信号，经天线调节装置转交给阅读器，阅读器对收到的信号进行解调和译码，再传送给后台主系统执行相关操作:主系统通过逻辑运算判定该标签的有效性，依照不同的预设条件采取相应的操作和调控，发出指令控制执行装置运行。
不同的非接触传输方式在电感-电磁耦合方式、FDX通信流程、HDX通信流程、SEQ通信流程、从射频卡到阅读器的数据传输方法、负载调制数据传输方法、反向散射数据传输方法、高次谐波数据传输方法以及频率范围等方面，存在本质的不同，但所有阅读器在功能原理方面，以及由此决定的设计构造方面，都非常接近，所有阅读器都可以简化为高频接口和控制单元这两个基本模块。高频接口由两部分组成，分别是发射装置和接收装置，作用如下，能够生成强大高频能量以激活射频卡，并为其供电；可以调制发射信号，借此实现数据向射频卡的传输；能够接收并解析射频卡发出的高频信号，不同射频识别系统的高频接口构造存在若干不同之处。
阅读器的主控部分职责涵盖多个方面，它需要与系统软件交互，依据系统软件发出的指令开展相应操作，同时负责管理射频卡之间的联络流程，遵循主从互动的规则，还承担着信号转换的编码与解码任务，对于某些特定系统，它还需运用抗干扰技术，对射频卡和阅读器之间交换的信息进行加密处理和破解操作，并且执行身份确认等辅助功能。
射频识别装置的有效作用范围是一个核心指标。现阶段，远距离射频识别装置的成本居高不下，所以探索扩大其作用范围的技术手段十分必要。射频卡读写的远近距离，跟天线的工作频率有关，也跟阅读器的射频输出能量有关，还跟阅读器的接收精确度有关，并且跟射频卡的用电量有关，另外，天线和调谐回路的阻抗，天线的指向，阅读器和射频卡之间的相互影响，以及射频卡得到的能量和它发送信息的能量，都会造成影响。很多系统的读取距离和写入距离不一样，写入的距离大概只有读取距离的百分之四十到百分之八十。
无线射频识别技术借助电磁波在读写设备和标签间完成无接触式双向信息交互，旨在实现目标定位和信息交互。这种标签式设备具备多项优势，包括无需接触、读取迅速、不易损耗、抗环境干扰能力强、使用周期长且操作便捷，同时它还拥有防干扰机制，可以同步处理多枚标签。在海外，无线感应技术已深入众多行业，包括生产流程的智能化、商业运营的自动化、以及交通系统的监管等方面。
各类 RFID 设备依据频率差异展现出不同功能，接下来着重说明无源式感应器在各个操作频段的具体表现
产品的特性以及主要的应用。
6RFID工作频率指南和典型应用
当前RFID产品的作业频率涵盖低频段、高频段以及超高频段，这些频段对应着符合不同规范的产品，并且各个频段的产品具备各自的独特性能。感应器存在无源与有源两种类型，接下来将具体阐述无源感应器在不同作业频率产品上的具体表现和主要用途。
一、低频(从125KHz到134KHz)
RFID 技术最初主要在低频段获得普遍应用和推广。这一频段的工作原理基于电感耦合，具体来说，读写器线圈与感应器线圈之间存在变压器式耦合效应。读写器的交变磁场会在感应器天线中产生感应电压，该电压经过整流后可作为供电电源。磁场区域具有明确的界定范围，不过其强度衰减速度非常快。
特性:
低频感应器通常在120KHz到134KHz的频率范围内运作，其中德州仪器的设备运行于
134.2KHz。该频段的波长大约为2500m.
非金属材质的作用之外，通常低频信号可以穿透任何物质，并且不会缩短其检测范围。
3.工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。
低频产品存在多种包装类型，优质包装虽然成本高昂，却能够持续使用十年以上。
该频率的磁场区域虽然衰退速度迅猛，不过依旧能形成较为均等的读写范围。
6相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。
七号感应器的成本高于其他类型频段设备，用途广泛，包括，用于牲畜养殖场的监控设备，应用于汽车防盗及无钥匙解锁装置，可用于马拉松比赛的计时系统，适用于停车场自动收费和车辆监控装置，也适用于自动加油设备。
酒店门锁系统应用门禁安全管理，遵循国际标准，包括ISO11784 RFID畜牧业应用中的编码结构，ISO11785 RFID畜牧业应用中的技术理论，ISO14223-1 RFID畜牧业应用中的空气接口，ISO14223-2 RFID畜牧业应用中的协议定义，ISO18000-2定义的低频物理层、防冲撞和通讯协议，以及DIN 30745欧洲对垃圾管理应用的标准定义
二、高频(工作频率为13.56MHz)
这个频率的感应器无需线圈绕制，可以通过腐蚀或印刷来制作天线，感应器通常采用负载调制方式工作，即通过感应器上的负载电阻的接通和断开，使读写器天线上的电压发生变化，从而实现远距离感应器对天线电压的振幅调制。若人类借助信息来管理电源电压的开启与关闭，那么该信息便可以从探测器发送至阅读设备。
工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。
该频率的波长能够穿透多种非金属物质，不过穿透过程常常会导致探测范围缩小。
3.该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。
4.感应器一般以电子标签的形式。
这个频率的磁场区域虽然变化速度很快，不过还是能形成比较均等的读写范围。
6.该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。
7.可以把某些数据信息写入标签中。
8.数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。
核心用途包括，图书管理平台的使用，钢瓶仓储的维护，服装制造与物流环节的监控，费用收取的预付方案，酒店房门系统的控制，大型活动人流的引导，资产登记的维护，药品运输的监管，货架状态的监测
符合的国际标准:
ISO/IEC14443类型的近耦合集成电路卡，其最远识别范围为十厘米。
b)ISO/IEC15693标准非接触式集成电路卡，其最远识别范围为十公分
C)ISO/IEC 18000-3这项规范界定了13.56MHz系统的底层物理特征，规定了其抗干扰处理机制，同时明确了数据交互的规则。
d) 13.56MHz ISM 频段中，Class1 规定了符合 EPC 标准的接口要求。
三、超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)
这个高频系统利用电场来传递能量，电场的能量衰减速度并不快，不过确定读取范围比较困难，这个频段的探测距离相当长，无源设备大约能覆盖十米左右，主要依靠电容感应来完成传输过程。
这个频段的全球标准并不一致,欧洲和亚洲部分地区的频率设定为868MHz,北美的频段范围在902到905MHz之间,日本推荐使用的频段为950到956MHz。这个频段的波长大约是30厘米。
该频段功率输出目前有不同说法,美国定为4W,欧洲定为500mW,欧洲的限额或许会增至2W EIRP。
超高频的无线电波难以穿透多种介质，例如水、尘埃、雾气及其他悬浮物质。与高频电子标识不同，这类频段的标识无需与金属物体保持距离。
电子标签的感应部件通常呈细长条或片状形态，其设计分为线性与圆极化两种类型，能够适应多种使用场景的要求。
5.该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。
传输速度非常快，能够迅速读取众多电子标签。
主要用途包括开元ky888棋牌官网版，供应链环节的运作和实施，制造流程的自动化控制和运用，飞行包裹的流转和处置，大型箱体的维护和使用，轨道货运的监管和操作，支援保障体系的部署和执行。
ISO/IEC18000-6界定了超高频的底层技术规范和交互准则,空中传输协议分为TypeA与TypeB两个类型,能够实现信息的读取和写入功能。
EPCglobal界定了电子商品码的构造形式，规定了超高频的空中传输方式，明确了数据交互的规则。比如：类别为Class 1，采用UHF Gen2技术标准。
c)UbiquitousID日本的那个机构，界定了UID的编码规则，也规定了通信方面的管理准则。
未来，高频产品将获得广泛应用。比如，沃尔玛、特易购、美国国防部以及麦德龙等机构会在其供应链管理中采用RFID技术。
有源RFID技术(2.45GHz、5.8G)
有源RFID具有发射功率小、通信距离远、传输数据多,可靠性好和兼容性强等优势。和无源RFID对比,在技术上表现突出。它被大量使用在高速公路收费、港口货物处理等领域。
射频识别是一种创新型的自动化识别手段，在中国具备广阔的进步空间。
射频识别技术本质上属于自动识别技术的一种，是后者在无线电技术领域的具体实践与进步。这项方法的核心观念在于，借助若干尖端技术手段，达成对各种物件或装置（包括人员、物品）在不同情形（如行进、停泊或极端条件下）的自动辨认与调控。
