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
当代科技迅猛发展，智能管控已融入社会日常，门禁凭证、新型身份证件、公共交通卡、商超商品标牌等，此类介质正重塑人们的生活模式。其核心原理在于均采用了无线射频感应技术，可以说无线射频感应技术已是民众日常中最基础的身份验证手段。该技术所产生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触碰就能自动识别的技术，它借助无线电波的传播特点及其在空间中的耦合效应，可以识别静止或移动的物体。这种技术也被称为感应式电子标签、近场通信卡、感应卡、无接触卡、数字标识以及虚拟条形码等。
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,用以启动应答器电路,进而获取其内部的身份识别码。应答器存在多种形态，例如卡片式、微型按钮式以及附着型等，电子标签无需供电、无需接触、耐受脏污，其芯片密码是全球唯一且无法仿造，具备高安全性和长使用寿命等优势。因此，RFID标签能够粘贴或安装于各类物品表面，由部署在不同地点的读写设备读取标签内存储的信息，从而完成物品的自动识别功能。
RFID用途十分广泛，当前常见的应用包括动物植入芯片、车辆防盗装置、出入控制系统、停车场管理系统、工业生产自动化、物料追踪系统、校园通用卡等。
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测方法。雷达借助电磁波在空间中的传输来识别物体。当时，英国军队为了区分盟军与德军的空中战机，在盟军机身上加装了无线通信设备。作战时塔台里的询问装置向空中飞行器发出一个查询指令，待飞行器上的应答设备收到该指令后，会向询问装置反馈一个应答，询问装置通过这个应答来判断对方是否为友方飞行体，这项技术目前仍在民用及私人航空管制领域发挥作用，雷达技术的进步和推广促成了RFID技术的出现。
1945年，莱昂·特列明研发了首个运用反射原理的窃听装置。1948年，哈维·斯托克曼撰写的论文阐述了通过反射能量进行信息传递的构想，为无线识别学说的建立提供了理论依据。哈里·斯托克曼同样指出，能量反射通信方面尚存诸多难题有待攻克，在拓展RFID的实际应用范围之前，必须投入大量时间进行深入探索和持续创新。
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，使敌我识别系统的探测距离得以增加，D.B.Harris创建了信号模式化学说，并提出了无源标签构想，直到七十年代，该技术才真正从实验室走向实际应用。RFID技术及其产品迅速进步，各类检测手段快速提升，形成了早期的规模化实践。
二十世纪八十年代往后，芯片和微处理器的进步推动了RFID技术的快速成长，众多大规模应用逐渐增多，独立运作的系统模式初步建立。
1991年，美国奥克拉荷马州建成了全球首个开放式道路无人值守缴费系统，近年来，伴随无人缴费、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年为其发展构建了理论框架。
1951至1960年期间，属于RFID技术发展的初始探索时期，当时该技术基本上还局限在实验室内部进行实验性的研究工作。
1961至1970年期间，该技术的基础理论逐步完善，同时启动了初步的实际应用探索。
1971至1980年期间，RFID技术与产品研发进入高速发展阶段开yunapp体育官网入口下载手机版，多种RFID技术测试得到快速推进，并诞生了首批RFID应用案例。
1981至1990年期间，RFID技术及其相关产品开始应用于商业领域，不同规模的各类应用逐渐显现出来。
1991至2000年间，RFID技术标准化议题愈发受到关注，RFID产品得以普及应用，逐步融入民众的日常起居之中。
2001年之后，标准化议题逐渐受到关注，RFID产品类型更加多样，有源电子标签、无源电子标签以及半无源电子标签均取得进步，电子标签的价格持续下滑，应用领域不断拓宽，RFID技术的理论体系日益充实且成熟，单芯片电子标签、多个电子标签同时识别、无线双向读写、无源电子标签的长距离探测、高速移动物体的RFID识别等功能正逐步实现。
我国RFID市场成长过程中，政府相关领域是占比最高的应用类型。近年来，第二代身份凭证促使我国RFID市场实现了快速扩张。政府还在城市交通系统、铁路网络、公共网吧以及危险品监控等场合推广了RFID技术，关键在于该技术具备便捷的数据采集能力和可靠的安全保障。官方的促进不仅扩展了国内RFID产业，还促进了相关领域的进步，有利于促进辅助部分的成长、健全产品生产链条，为RFID的后续进步创造了基础。
密切关注发达国家RFID技术动向，国内自主创新能力持续提升。众多公司聚焦标签读写器与电子标签产品，在读写器及电子标签产品系列化和多样化方面收获颇丰，标签制造领域，已初步构建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核心的产业体系。RFID技术当前仅在部分行业展现出较为完善的实践，面向其他行业领域，仍需深入探索，发掘其更广泛的运用潜力。
3.射频识别技术特点
无线射频识别技术核心优势在于借助电磁感应途径实现身份信息的传递，不受物理距离约束，能够迅速完成物品监测与资料传递。鉴于该技术依赖无线电波频段，务必遵循相关无线频谱使用准则。相较同代或更早的感应式识别手段，无线射频识别技术具备以下几项特质。
实现数据的存取操作，借助RFID识别设备，无需物理接触便能将射频标识内的信息记录到数据存储系统中，同时支持一次性管理多个标识，还能把处理后的状态信息传输至电子标签上
电子标签的体积可以缩小，种类也可以增多，RFID在读取时不受物品大小和形态的影响，无需为了提高读取精度而要求纸张的尺寸固定或印刷质量高，而且，RFID电子标签能够持续向小型化发展，方便安装在各式各样的物品上，这样就可以更加灵活地管理物品的制造过程和流通环节，特别是在制造车间里应用更加广泛。
(3)RFID有个显著优势，就是能隔着东西读和写，读写的距离能从十厘米到几十米，还能认出快速移动的东西，不怕环境差，并且对水、油、药品这类东西特别能防脏，就算在黑漆漆或者又脏又乱的地方也能读出信息。
能够循环利用。因为射频识别信息是数字化资料，可以反复进行读取和写入操作，所以能够将标签回收之后再次使用，以此提升资源的使用效率，并且减少电子垃圾的产生。
RFID具有很强的穿透能力，即使被纸张、木材和塑料等非金属且不透明的材料覆盖，也能够进行通信。然而，它无法穿透铁质等金属物体进行通信。
数据的存储能力很强。存储能力会伴随记忆规格的进步而增强，未来物品需要承载的数据量会持续增长，对标签容量扩展的要求也会随之提升，因此射频识别技术不会遇到阻碍。
系统安全方面，把产品信息从主控设备复制到射频标识上能够增强系统防护能力，显著提升整体安全水平，这种做法可以确保系统更加稳固。射频标识里的信息保存，能够借助校验或者循环冗余校验的技术手段来获得有效保障。
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，该系统最基础的结构包含三个主要部分，
标签，又称射频卡，包含耦合元件和芯片，配备内置天线，该天线用于与射频天线进行信息交互。
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，同外部计算机，也就是上位机主系统，建立连接，用以完成数据传输。
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，当射频标签进入其覆盖范围后，会形成感应电流开元ky888棋牌官方版，标签因此获取能量而启动;标签会将其独有的识别码及其他数据借助内置天线传送出去;接收天线捕获到标签发出的载波信号，经由天线调节装置转交给阅读器，阅读器对收到的信号进行解密和解析，再传输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，依据不同的预设条件采取相应的操作和调控，发出指令控制执行单元执行动作。
各种非接触式传输方式在电感-电磁耦合方式、FDX/HDX/SEQ通信流程、射频卡向阅读器数据传输手段如负载调制或反向散射或高次谐波以及工作频率等方面存在显著差异，但所有阅读器在功能机制和由此决定的结构设计上高度一致，均可归纳为高频接口与控制单元这两个核心组成部分。高频接口由发射端和接收端构成，作用在于，能够生成高频发射能量来激活射频卡并为其供电，能够调制发射信号以便将数据发送给射频卡，能够接收并解调射频卡发出的高频信号，各种射频识别系统的高频接口构造存在不同之处。
阅读器的控制单元职责涵盖多个方面，它需要与系统软件交互，接收并实施软件发出的指令；它要管理射频卡的通讯流程，遵循主从规则进行操作；它还负责信号编码与解码工作。针对特定系统，该单元还需执行反碰撞程序，对卡与读器之间的数据传输进行加密和破解，同时完成身份确认等额外任务。
射频识别装置的探测范围是一个核心指标。现阶段，远距离射频识别装置的成本依然高昂，所以探索增强其探测范围的技术手段十分必要。射频卡读写的远近距离，会受到天线工作频率的作用，同时阅读器的RF输出功率也会产生影响，阅读器的接收灵敏度同样重要，射频卡的功耗也是一个因素，天线及谐振电路的O值也起作用，天线方向有影响，阅读器和射频卡的耦合度也有关，另外射频卡本身获得的能量以及发送信息的能量也必须考虑，大多数系统的读取距离和写入距离并不相同，写入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，在检测设备与感应芯片间完成无接触式信息交互，用以实现物品确认和信息传递。这种技术同传统条形标记、磁性介质以及集成电路卡相比较，感应芯片具备无需触碰、读取迅速、不易损耗、抗干扰能力强、使用周期长且操作简便等优势，并且拥有避免干扰的性能，可以同步应对多枚卡片。在海外，无线感应技术已大量应用于生产自动化、商业运作、交通系统监管等多个行业。
各类 RFID 设备根据频率差异呈现不同表现，接下来具体阐述无源式感应器在各个运作频段的具体情况
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产品依据工作频率区分为低频、高频及超高频，这些不同频段的产品遵循各自的标准，且具备各自的特性。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工作频率产品上的特性及其主要应用领域。
一、低频(从125KHz到134KHz)
RFID 技术最初主要在低频段实现了普遍的部署和普及。这一频段的工作原理基于电感连接，具体表现为读写器线圈与感应器线圈之间存在变压器式的连接效应。读写器的交变磁场会在感应器天线中产生感应电压，该电压经过整流处理后可作为供电电源。尽管磁场的作用范围可以被精确界定，但其强度随距离的增加而迅速衰减。
特性:
低频感应器通常工作在120KHz到134KHz的频率范围，其中德州仪器产品的作业频率为
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各种物质，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，优质的包装类型虽然造价高昂，却能够维持十年以上的使用期限。
这个频段的磁场地带衰减极快，不过却能形成比较均等的操作区间。
6相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。
七号传感器的成本比其他类型传感器的费用要高一些。它主要用在几个方面，比如，用来管理畜牧业，也用于汽车防盗和无需钥匙进入车辆的系统，还用在马拉松比赛计时，或者自动停车场收费和车辆监控，另外也用于自动加油设备。
八号宾馆的锁具装置运用遵循的规范体系有，门禁及安全防护措施对应的国际规范是，a)ISO11784 RFID在畜牧业中的运用涉及编码体系，b)ISO11785 RFID在畜牧业中的运用涉及技术原理，C)ISO14223-1RFID在畜牧业中的运用涉及空中接口，d)ISO14223-2RFID在畜牧业中的运用涉及协议说明，e)ISO18000-2明确低频的物理层级、防冲突及通信规则，f)DIN 30745主要是欧洲针对垃圾处理领域制定的标准
二、高频(工作频率为13.56MHz)
这个频率的感应器无需线圈绕制，可借助腐蚀或印刷技术制作天线，感应器通常以负载调制模式运作，即通过感应器上负载电阻的接通与断开，促使读写器天线电压发生改变，从而实现远距离感应器对天线电压的幅度调节。只要人类借助信息来管理电压的开启与关闭，那么这些信息就能由探测器传送到读取设备。
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除金属之外的大多数物质，不过穿透时往往会使探测距离缩短。
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。
该频率的磁场区域减少速度极快，不过，它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，服装制造环节及物流环节的监控，计费系统，酒店门禁的调控，大型活动入场管理，资产盘点平台，医药配送的监管，货架智能监控
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。
ISO/IEC15693类型非紧耦合集成电路卡，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频段下系统的实体构造，涉及信号冲突的应对方法以及数据交互的规则。
d) 13.56MHz ISM 频段中，Class1 规定了符合 EPC 标准的接口规范。
三、超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)
这个高频系统借助电场来传递能量，电场的能量衰减速度并不迅速，不过确定读取范围比较困难，这个频段能够实现较远的探测距离，无源设备大约能覆盖十米左右，其工作原理主要是依靠电容感应来完成。
这个频段的全球标准并不一致,欧洲及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,日本推荐的频带是950到956MHz。此频段的波长大约为30厘米。
该频段功率输出有不同解释，美国定为4W，欧洲定为500mW，欧洲的界限或许会增至2W EIRP。
该频段的电波难以穿透多种介质，诸如水、尘埃、雾气等含有悬浮物的材料。与高频电子标签不同，这种频段的标签无需与金属物体保持距离。
电子标签的感应部件多呈细长条或片状形态，其结构设计分为线性与圆极化两种类型，以便适应各种不同的使用场合。
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，能够在极短时间内读取众多电子标签。
主要用于供应链的运作与实施，也用于生产线自动化的运作与实施，还用于航空包裹的运作与实施，同时用于集装箱的运作与实施，也用于铁路包裹的运作与实施，并且用于后勤管理系统的运作与实施。
ISO/IEC18000-6界定了超高频的底层技术规范和传输方法，空中传输通道分为TypeA和TypeB两个类型，能够实现信息的读取以及写入功能。
EPCglobal界定了电子商品码的构造形式，明确了超高频的空中传输方式，以及规定了数据交互的规则。诸如：类别一类别一超高频第二代。
c)UbiquitousID日本的团体，界定了UID编码的规格，也规划了通信管理的准则。
未来，高频产品将广泛普及。诸如沃尔玛、特易购、美国国防部以及麦德龙等机构开元ky888棋牌官网版，皆会在其供应链体系中采用RFID技术。
有源RFID技术(2.45GHz、5.8G)
有源RFID拥有较低的辐射能量,能够实现较远的通信距离,支持传送较多的信息量,具备较高的稳定性和良好的适配能力。这种技术相比无源RFID,在性能方面展现出非常突出的优势。它已被大量用于高速公路缴费、港口货物处理等众多领域。
射频识别是一种创新型的自动化识别手段，在我国的未来发展前景广阔。
射频识别技术，即RFID，本质上属于自动识别技术，也就是AEIAutomatic EquipmentIdentification，是后者在无线电技术领域的具体实践与进步。这项技术的核心构思在于，借助若干尖端方法，达成对各种物件或装置（包括人员、物品）在不同情形（如行进、停驻或极端条件下）的自动辨识与调控
