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PCB資訊

PCB資訊 - 射頻RFID技術

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PCB資訊 - 射頻RFID技術

射頻RFID技術
2019-09-09
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Author:ipcb      分享文章

射頻識別(RFID)= Radio Frequency Identification


射頻RFID的原理為閱讀器與標籤之間進行非接觸式的資料通信,達到識別目標的目的。 RFID的應用非常廣泛,典型應用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理。 比如用射頻識別(RFID科技可以隨時查看商品庫存情况,實时追跡商品流通,通過RFID標籤上傳商品數據資訊,錄入數據執行資訊系統進行存儲、分析、處理,輕鬆達到電子監控、資料獲取、控制物流、商品定位的目的。


射頻RFID工作原理

RFID科技的基本工作原理並不複雜,標籤進入閱讀器後,接收閱讀器發出的射頻訊號,憑藉感應電流所獲得的能量發送出存儲在晶片中的產品資訊(Passive Tag,無源標籤或被動標籤),或者由標籤主動發送某一頻率的訊號(Active Tag,有源標籤或主動標籤),閱讀器讀取資訊並解碼後, 送至中央資訊系統進行有關資料處理。


一套完整的RFID系統,是由閱讀器與電子標籤也就是所謂的應答器及應用軟體系統三個部分所組成,其工作原理是閱讀器(Reader)發射一特定頻率的無線電波能量,用以驅動電路將內部的數據送出,此時Reader便依序接收解讀數據,送給應用程序做相應的處理。

以RFID卡片閱讀器及電子標籤之間的通訊及能量感應管道來看大致上可以分成:感應耦合及後向散射耦合兩種。 一般低頻的RFID大都採用第一種管道,而較高頻大多採用第二種管道。

閱讀器根據使用的結構和科技不同可以是讀或讀/寫裝置,是RFID系統資訊控制和處理中心。 閱讀器通常由耦合模塊、收發模組、控制模塊和介面單元組成。 閱讀器和標籤之間一般採用半雙工通信方式進行資訊交換,同時閱讀器通過耦合給無源標籤提供能量和時序。 在實際應用中,可進一步通過Ethernet或WLAN等實現對物體識別資訊的採集、處理及遠程傳送等管理功能。


射頻RFID分類

射頻識別科技依據其標籤的供電管道可分為三類,即無源RFID,有源RFID,與半有源RFID。

1、無源RFID。

在三類RFID產品中,無源RFID出現時間最早,最成熟,其應用也最為廣泛。 在無源RFID中,電子標籤通過接受射頻識別閱讀器傳輸來的微波訊號,以及通過電磁感應線圈獲取能量來對自身短暫供電,從而完成此次資訊交換。 因為省去了供電系統,所以無源RFID產品的體積可以達到釐米量級甚至更小,而且自身結構簡單,成本低,故障率低,使用壽命較長。 但作為代價,無源RFID的有效識別距離通常較短,一般用於近距離的接觸式識別。 無源RFID主要工作在較低頻段125KHz、13.56MKHz等,其典型應用包括:公交卡、二代身份證、食堂餐卡等。


2、有源RFID。

有源RFID興起的時間不長,但已在各個領域,尤其是在高速公路電子不停車收費系統中發揮著不可或缺的作用。 有源RFID通過外接電源供電,主動向射頻識別閱讀器發送訊號。 其體積相對較大。 但也囙此擁有了較長的傳輸距離與較高的傳送速率。 一個典型的有源RFID標籤能在百米之外與射頻識別閱讀器建立聯系,讀取率可達1700read/sec。 有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等較高頻段,且具有可以同時識別多個標籤的功能。 有源RFID的遠距性、高效性,使得它在一些需要高性能、大範圍的射頻識別應用場合裏必不可少。


3、半有源RFID。

無源RFID自身不供電,但有效識別距離太短。 有源RFID識別距離足够長,但需外接電源,體積較大。 而半有源RFID就是為這一衝突而妥協的產物。 半有源RFID又叫做低頻啟動觸發科技。 在通常情况下,半有源RFID產品處於休眠狀態,僅對標籤中保持數據的部分進行供電,囙此耗電量較小,可維持較長時間。 當標籤進入射頻識別閱讀器識別範圍後,閱讀器先現以125KHz低頻訊號在小範圍內精確啟動標籤使之進入工作狀態,再通過2.4GHz微波與其進行資訊傳遞。 也即是說,先利用低頻訊號精確定位,再利用高頻訊號快速傳輸數據。 其通常應用場景為:在一個高頻訊號所能所覆蓋的大範圍中,在不同位置安置多個低頻閱讀器用於啟動半有源RFID產品。 這樣既完成了定位,又實現了資訊的採集與傳遞。


射頻RFID的頻率劃分

現時定義的RFID產品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻(甚高頻)、微波等頻率範圍。 不同頻段的RFID產品有不同的特性。 具體的劃分方法如下圖:

125KHz~134KHz屬於低頻

13.56MHz為高頻

860MHz~915MHz為超高頻(甚高頻)

2.4GHz~5.0GHz為微波

射頻RFID的頻率

射頻RFID的頻率

RFID低頻

RFID低頻主要應用於畜牧業管理系統、汽車防盜和無鑰匙開門系統的應用、馬拉松賽跑系統的應用、自動停車場收費和車輛管理系統、自動加油系統的應用、飯店門鎖系統的應用、門禁和安全管理系統,其特性如下示:

工作在低頻的感應器的一般工作頻率從120KHz到134KHz,TI的工作頻率為134.2KHz。 該頻段的波長大約為2500m除了金屬材料影響外,一般低頻能够穿過任意資料的物品而不降低它的讀取距離工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的許可限制低頻產品有不同的封裝形式。 好的封裝形式就是價格太貴,但是有10年以上的使用壽命雖然該頻率的磁場區域下降很快,但是能够產生相對均勻的讀寫區域相對於其他頻段的RFID產品,該頻段資料傳輸速率比較慢感應器的價格相對於其他頻段來說要貴


RFID高頻

RFID高頻主要應用於圖書管理系統的應用、瓦斯鋼瓶的管理應用、服裝生產線和物流系統的管理和應用、三表預收費系統、飯店門鎖的管理和應用、大型會議人員通道系統、固定資產的管理系統、醫藥物流系統的管理和應用、智慧貨架的管理。 其特性如下示:

工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長大概為22m除了金屬材料外,該頻率的波長可以穿過大多數的資料,但是往往會降低讀取距離。 感應器需要離開金屬一段距離該頻段在全球都得到認可並沒有特殊的限制

感應器一般以電子標籤的形式

雖然該頻率的磁場區域下降很快,但是能够產生相對均勻的讀寫區域該系統具有防衝撞特性,可以同時讀取多個電子標籤可以把某些數據資訊寫入標籤中

資料傳輸速率比低頻要快,價格不是很貴


RFID超高頻

RFID超高頻主要應用於供應鏈上的管理和應用、生產線自動化的管理和應用、航空包裹的管理和應用、集裝箱的管理和應用、鐵路包裹的管理和應用、後勤管理系統的應用。 其特性如下示:

在該頻段,全球的定義不是很相同,歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz,北美定義的頻段為902到905MHz之間,在日本建議的頻段為950到956之間。 該頻段的波長大概為30cm左右。

現時,該頻段功率輸出現時統一的定義(美國定義為4W,歐洲定義為500mW)。 可能歐洲限制會上升到2W EIRP。

高頻頻段的電波不能通過許多資料,特別是水,灰塵,霧等懸浮顆粒物資。 相對於高頻的電子標籤來說,該頻段的電子標籤不需要和金屬分開來。

電子標籤的天線一般是長條和標籤狀。 天線有線性和圓極化兩種設計,滿足不同應用的需求。

該頻段有好的讀取距離,但是對讀取區域很難進行定義。

有很高的資料傳輸速率,在很短的時間可以讀取大量的電子標籤3.4 RFID微波

RFID微波2.4GHz頻段主要應用於船舶管理系統、煤礦人員定位系統、動態車輛識別系統、微型膠囊內窺鏡系統。

RFID微波2.4GHz頻段是一個全球性的頻段,開發產品具有全球通用性; 它整體的頻寬勝於其他ISM頻段,這就提高了整體資料傳輸速率,允許系統共存; 2.4GHz無線電和天線的體積相當小,產品體積也更小


RFID的發展歷程

1948年哈裡。 斯托克曼發表的“利用反射功率的通訊”奠定了射頻識別RFID的理論基礎。 在20世紀中,無線電科技的理論與應用研究是科學技術發展最重要的成就之一。


RFID科技的發展可按10年期劃分如下:

1941~1950年:雷達的改進和應用催生了RFID科技

1948年奠定了RFID科技的理論基礎

1951~1960年:早期RFID科技的探索階段,主要處於實驗室實驗研究

1961~1970年:RFID科技的理論得到了發展,開始了一些應用嘗試

1971~1980年:RFID科技與產品研發處於一個大發展時期,各種RFID科技測試得到加速。 出現了一些最早的RFID應用

1981~1990年:RFID科技及產品進入商業應用階段,各種規模應用開始出現

1991~2000年:RFID科技標準化問題日趨得到重視,RFID產品得到廣泛採用,RFID產品逐漸成為人們生活中的一部分

2001~至今:標準化問題日趨為人們所重視,RFID產品種類更加豐富,有源電子標籤、無源電子標籤及半無源電子標籤均得到發展,電子標籤成本不斷降低,規模應用行業擴大。


射頻RFID科技的理論得到豐富和完善。 單晶片電子標籤、多電子標籤識讀、無線可讀可寫、無源電子標籤的遠距離識別、適應高速移動物體的RFID正在成為現實。

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