射频识别技术2基本电磁原理
第6章-射频识别技术
3、安全要求
对于射频识别系统所提出的安全要 求即加密和身份认证，应该作出精确 的评估，以便排除各种危险的“攻 击”，项目分为两类：工业或封闭式 应用项目；与金钱或资产有关的公共 应用项目。
（二）射频识别技术应用
A.工作频率
B.发射频率
C.工作效率
D.有无电池
13.在射频识别系统中，射频识读器与射频
标签之间的通信方式通常有三种，下面属
于这三种之一的是（ D ）
A.低频 B.中频 C.高频 D.微波
14.在建立射频识别系统时，要注意解决几
个问题，下列不属于这一范围的是（ C ）
A.避免冲突
B.识读距离
C.管理要求
1、射频标签
（1）射频标签的构成 射频标签一般由调制器、控制器、编码
发生器、时钟、存储器及天线等组成。
（2）射频标签的分类 射频标签的分类有多种方式 ①根据射频标签工作方式可分为，主动 式、被动式和半被动式三种类型。 ②根据射频标签的读写方式可以分为：只 读标签和读写标签两类。 ③根据射频标签有无电源可分为无源标签 和有缘标签两类。
Auto－ID中心将RFID技术与英特网结 合，提出产品电子代码(EPC)，是将全球统 一标识编码体系植入EPC概念当中，从而 使EPC纳入全球统一标识系统，所以EPC系 统可以形象地被称为”物联网“。
一、EPC系统的构成及工作流程
（一） EPC系统构成 EPC系统由全球产品电子代码（EPC）编
2、射频识别技术的特点： 具有可非接触识别（识读距离可以从十
厘米至几十米），可识别高速运动物体， 抗恶劣环境，保密性强、可同时识别多个 识别对象等。因此广泛应用于物料跟踪、 车辆识别、生产过程控制。
射频识别(RFID)技术
射频识别技术Radio Frequency Identification Technology一、概述射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。
1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。
二、射频识别技术的发展1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。
1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。
1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。
1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。
出现了一些最早的射频识别应用。
1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。
1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。
2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。
至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。
单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。
三、RFID工作频率指南和典型应用不同频段的RFID产品会有不同的特性，下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。
RF射频技术
RF射频技术1．射频技术原理射频技术RF（Radio Frequency）的基本原理是电磁理论。
射频系统的优点是不局限于视线，识别距离比光学系统远，射频识别卡可具有读写能力，可携带大量数据，难以伪造，且有智能。
近年来，便携式数据终端(PDT)的应用多了起来，PDT可把那些采集到的有用数据存储起来或传送至一个管理信息系统。
便携式数据终端一般包括一个扫描器、一个体积小但功能很强并带有存储器的计算机、一个显示器和供人工输入的键盘。
在只读存储器中装有常驻内存的操作系统，用于控制数据的采集和传送。
PDT存储器中的数据可随时通过射频通信技术传送到主计算机。
操作时先扫描位置标签，货架号码、产品数量就都输入到PDT，再通过RF技术把这些数据传送到计算机管理系统，可以得到客户产品清单、发票、发运标签、该地所存产品代码和数量等。
2．射频技术在物流管理中的适用性RF 适用于物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合，由于RF标签具有可读写能力，对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适用。
我国RF的应用也已经开始，一些高速公路的收费站口使用RF可以不停车收费，我国铁路系统使用RF纪录货车车厢编号的试点已运行了一段时间，一些物流公司也正在准备将RF用于物流管理中。
3．射频技术在军事物流中的应用美国和北大西洋公约组织（NA TO）在波斯尼亚的"联合作战行动中"，不但建成了战争史上投入战场最复杂的通信网，还完善了识别跟踪军用物资的的新型后勤系统，这是吸取了"沙漠风暴"军事行动中大量物资无法跟踪造成重复运输的教训，无论物资是在定购之中、运输途中、还是在某个仓库存储着，通过该系统，各级指挥人员都可以实时掌握所有的信息。
该系统途中运输部分的功能就是靠贴在集装箱和装备上的射频识别标签实现的。
RF接收转发装置通常安装在运输线的一些检查点上（如门柱上、桥墩旁等），以及仓库、车站、码头、机场等关键地点。
简述射频识别系统的工作原理
简述射频识别系统的工作原理射频识别系统（Radio Frequency Identification，简称RFID）是一种通过射频信号进行识别和跟踪的技术。
它由射频读写器和RFID 标签组成，通过无线通信实现对物体的自动识别。
射频识别系统的工作原理是基于电磁感应和射频通信的原理。
RFID系统由射频读写器和RFID标签组成。
射频读写器是RFID系统的中心控制器，负责向RFID标签发送射频信号，并接收和解析RFID标签返回的信息。
RFID标签是RFID系统的被识别对象，内部包含射频芯片和天线，用于接收和发送射频信号。
当射频读写器发送射频信号时，RFID标签中的天线接收到信号并将其能量转换为电能，用于激活射频芯片。
射频芯片在接收到能量后开始工作，它会对射频信号进行解调和解码，然后将储存在芯片中的信息通过天线返回给射频读写器。
射频读写器接收到RFID标签返回的信息后，会进行解析和处理。
根据RFID标签的唯一识别码和存储的信息，射频读写器可以确定该标签的身份和相关信息。
射频读写器还可以通过与其他系统的连接，将RFID标签的信息传输给后台系统进行处理和管理。
射频识别系统的工作原理是基于射频通信的。
它通过射频信号的发送和接收，实现了对RFID标签的自动识别和跟踪。
射频信号的发送和接收过程中，射频读写器和RFID标签之间需要保持一定的距离和方向关系，以确保射频信号的正常传输和识别。
射频识别系统具有许多优点。
首先，它可以实现非接触式的自动识别和跟踪，无需人工干预。
其次，射频识别系统具有高效率和高精度的特点，可以快速准确地识别大量的RFID标签。
此外，射频识别系统还具有广泛的应用领域，如物流管理、仓库管理、智能交通等。
射频识别系统的工作原理是基于射频通信和电磁感应的原理。
通过射频读写器和RFID标签之间的无线通信，实现了对物体的自动识别和跟踪。
射频识别系统在实际应用中具有广泛的应用价值和发展前景。
射频识别技术的工作原理
射频识别技术的工作原理射频识别技术（RFID）是一种能够通过无线电频率识别物体的技术。
它可以在不接触物体的情况下读取、写入和追踪物体的信息。
射频识别技术的工作原理是基于以下几个步骤：1. 标签携带信息射频识别系统由两部分组成：读写器和标签。
标签是封装了射频芯片和天线的小型装置，可以携带物体的相关信息，如产品的序列号、生产日期等。
标签有不同类型，如主动标签和被动标签。
主动标签具有内置电池，可以主动发送信号，而被动标签则依靠读写器的电磁场供电。
2. 读写器发出信号读写器通过发射电磁波的方式与标签进行通信。
读写器产生的电磁场会激活被动标签上的芯片，并为主动标签供电。
读写器可以将射频信号发送到标签，并接收标签返回的信号。
3. 标签响应信号当标签被读写器激活后，射频芯片会回应读写器的信号。
这个回应过程称为“反射”，标签会通过改变电磁场中的反射波的振幅、幅度或相位来发送信息给读写器。
这个信息会被读写器接收并解码。
4. 读写器解码信号读写器会解码标签发送的信号，并将其转换为可读取的数据格式。
解码后的数据可以用于不同的用途，如物流追踪、库存管理、货物追踪等。
读写器还可以通过网络将数据传输到其他系统，如数据库、服务器等。
射频识别技术的工作原理可以进一步分为以下几个关键过程：1. 靠近感应范围当一个标签靠近读写器的感应范围时，读写器会发出电磁波。
2. 激活标签标签在电磁场中受到电能，并激活芯片。
3. 回应信号激活的芯片将回应信号发送回读写器，信号包含标签上存储的数据。
4. 解码信号读写器接收到标签发送的信号后，将其解码为可读取的数据格式。
射频识别技术具有以下几个特点和优势：1. 高效便捷射频识别技术可以在不接触物体的情况下读取和写入数据，大大提高了工作效率。
同时，它可以实现大规模物体的同时识别，无需一个个手动输入信息。
2. 自动化和追踪性射频识别技术可以实现对物体的自动追踪和管理。
通过将标签附加在物体上，可以实时跟踪物体的位置和状态，提高了物流和供应链的可管理性。
射频识别技术
射频识别系统
射频识别系统的组成
是射频识别系统中存 储可识别数据的电子 装置
射频标签
将射频标签中的信息 读出，或将射频标签 所需要存储的信息写 入射频标签的装置
射频 识读器
计算机 网络系统
对数据进行管 理和通信传输 的设备
7
射频识别技术的原理
射频标签
射频标签的组成
调制器 编码发生器 时钟 存储器 天线
2) 当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活后即将 自身信息经过天线发射出去。 3) 系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调 节器传给识读器。射频识读器对接到的信号进行解调解码，送后 台计算机控制器。 4) 计算机控制器根据逻辑运算合法性，针对不同的设定做出相应 的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。 5) 执行机构按计算机的指令动作。 6) 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平 台，根据不同的项目可以设计不同的软件来实现不同的功能。
无线射频识别技术在我国的应用
RFID应用案例
全球最大的零售商沃尔玛的一项“要求其 前100家供应商在2005年1月之前向其配送 中心发送货盘和包装箱时使用 RFID技术， 2006年1月前在单件商品中使用这项技术” 的决议，把RFID再次推到了聚光灯下。 美国智能化监狱 。 电子芯片身份证。
RFID技术在智能交通领域的应用
10
射频识别技术与其他自动识别技术的比较
磁卡 信息载体 信息量 读写性 读取方式 人工识读性 保密性 智能化 受污染/潮湿影 响 光遮盖
纸或物质表面 小 只读 光电扫描 受制约 无 无 很严重 全部失效 很小 低（约4秒） 近 较短 接触 短 单向 低（约4秒） 接触 长 磁条 较小 读/写 磁电转换 不可能 一般 条码 项目 无 可能
RFID技术介绍
RFID 技术简介射频识别技术（RFID ，Radio Frequency Identification ）是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。
随着超大规模集成电路技术的发展，射频识别系统的体积大大缩小，进入了实用化的阶段。
它是利用电磁感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。
目前的RFID 系统有很多工作频段，包括了低频、高频和超高频段。
工作原理也不尽相同，有的是利用近场的电磁感应（所以有人把电子卷标称作感应卡），有的是利用电磁波发射。
和同期或早期的接触式识别技术不同，RFID 系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别，因此它可实现非接触目标识别、多目标识别和运动目标识别。
RFID 系统已经在很多领域得到了广泛应用。
RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
RFID 是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。
系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。
RFID 的基本组成部分标签 (Tag) ：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器 (Reader) ：读取 ( 有时还可以写入 ) 标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线 (Antenna) ：在标签和读取器间传递射频信号。
RFID 技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，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（Passive Tag ，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解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。
RFID 系统的工作原理我们用下图来说明 RFID 系统的工作过程，这个例子是无源系统，即射频卡内不含电池，射频卡工作的能量是由读写器天线所建立的电磁场提供。
简述射频识别系统的工作原理
简述射频识别系统的工作原理射频识别系统（RFID）是一种利用无线电技术进行身份识别和数据交换的技术。
它通过将信息嵌入到射频标签中，并通过读取设备来获取这些信息。
射频识别系统的工作原理可以分为标签的存储和识别设备的读取两个部分。
射频识别系统中的标签承载着需要被识别的信息。
标签通常由一个芯片和一个天线组成。
芯片上存储着一段唯一的编码，这个编码可以用来识别不同的标签。
此外，芯片还可以存储其他一些数据，如产品的型号、生产日期等。
天线则负责接收和发送无线电信号。
当一个射频识别系统被启动时，读取设备会发送一个无线电信号，这个信号会被天线接收到，并传递给标签上的芯片。
芯片接收到信号后，会将存储在芯片上的编码和其他数据通过天线发送回读取设备。
读取设备接收到这些数据后，就可以识别出标签的唯一编码和其他相关信息。
射频识别系统的工作原理主要依靠射频技术。
射频是一种电磁波，它的频率范围在3kHz到300GHz之间。
射频识别系统使用的射频频率通常在13.56MHz或者860-960MHz。
读取设备和标签上的天线可以接收和发送这些射频信号。
当读取设备发送信号时，天线会向周围的空间发送出无线电波。
标签上的天线会接收到这些波，并将波能转化为电能供给芯片使用。
芯片通过天线接收到的能量来工作，并将存储在芯片上的数据通过天线发送回读取设备。
射频识别系统的工作原理还涉及到标签和读取设备之间的通信协议。
通信协议规定了标签和读取设备之间的数据交换方式和数据格式。
常用的通信协议有ISO/IEC 14443和ISO/IEC 18000-6C等。
这些通信协议确保了标签和读取设备之间的数据交换的准确性和可靠性。
射频识别系统的应用非常广泛。
它可以用于物流管理、库存管理、智能交通等领域。
在物流管理中，射频识别系统可以用于货物的跟踪和追踪。
在智能交通中，射频识别系统可以用于车辆的自动收费和车辆的识别。
射频识别系统是一种利用无线电技术进行身份识别和数据交换的技术。
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X
线圈
i1
a O
r
Y
v1=V1msin(ωt)
P
BZ Z
BZ
2
0i1N1a2
a2 r2 3
2
0HZ
i1 为电流，N1为线圈匝数，a为线圈半径，r为离线圈中心
的距离， 0 为真空磁导率。
13
2.1.3 电感线圈的交变磁场
• 电感线圈的交变磁场
– 磁感应强度B和距离r的关系
i
a
H
2πa
H 式中，i为电流(A)，a为半径（m)
i
磁感应强度B和磁场强度H的关系式为 B0rH
式中， 0 是真空磁导率，04x1107H/m； r 是相对磁
导率，用来说明材料的磁导率是 0 的多少倍。
12
2.1.3 电度 在电感耦合的RFID系统中，阅读器天线电路
9
2.1.2 串联谐振回路
• 谐振曲线
Im/Iom 1
Q1>Q2 Q1 Q2
ω0
ω
串联谐振回路的谐振曲线
由图可见，回路Q值越高，谐振曲线越尖锐， 回路的选择性越好
10
2.1.2 串联谐振回路
• 通频带
Im/Iom 1 0.707
谐振回路的通频带通常用半 功率点的两个边界频率之间 的间隔表示，半功率的电流 比Im/I0m为0.707
R1
C
I&
RL
7
2.1.2 串联谐振回路
3、谐振特性
回路的品质因数
L
R1
RS
QR 0L01CRR 1
L1
CR
V&s
C
I&
RL
通常，回路的Q值可达数十到近百，谐振时电感线圈和电
容器两端电压可比信号源电压大数十到百倍，在选择电路器件 时，必须考虑器件的耐压问题，
8
2.1.2 串联谐振回路
4、谐振曲线
阻抗 Z R2X2 R2L1C2
L
R1
C
I&
RL
相角 arctanXarctanL1C
R
R
5
2.1.2 串联谐振回路
L
R1
串联回路的谐振条件
RS
X L 1 0 C
V&s
C
I&
RL
0
1 LC
f0
2π
1 LC
0L
1
0C
L
C
6
2.1.2 串联谐振回路
3、谐振特性
串联谐振回路具有如下特
（1）谐振时，回路电抗X=0
Ant.A
L1 C
MCRF355
Ant.B
L2 VSS
L1> L2
（a）短接电感
Ant.A
C1
MCRF355
L
Ant.B
C2
VSS C1>C2
（b）短接电容
Ant.A
L1
MCRF360
C=100pF Ant.B
L2
L1>L2
VSS
（c）短接电感
（具有内部谐振电容）
15
2.2 应答器天线电路
• e5550芯片的天线电路
X
线圈
i1
a O
r
Y
v1=V1msin(ωt)
r<<a时
BZ
0
i1 N1 2a
r>>a时
P
BZ Z
BZ
0
i1N1a2 2r3
0HZ
14
2.2 应答器天线电路
2.2.1 应答器天线电路的连接
– Microchip 公司的13.56 MHz应答器（无源 射频卡）MCRF355和MCRF360芯片的天 线电路
回路中电流幅值与外加频率之间的关系曲线，成
为谐振曲线。任意频率下的回路电流与谐振时的回路 电流之比为：
I& I& 0R j( R L 1 C )1j R 0L1 ( 0 0)1jQ ( 1 0 0)
取其模值
Im
1
1
1
I0m 1Q2 0 02
1Q2 0 2
12
式中，0 表示偏离谐振的
程度，称为失谐量
3
2.1.2 串联谐振回路
1. 电路组成 L
R1是电感线圈L损耗的等 效电阻
RS是信号源 V & s
RS
的内阻，RL是负载电阻， 回路总电阻值R=R1+RS
V&s
+RL。
R1
C
I&
RL
4
2.1.2 串联谐振回路
2.谐振及谐振条件
回路电流 I&
RS
I&V& s V& s
V& s
V&s
Z RjX RjL1C
L
，阻抗Z=R为最小值，且为纯
阻 （2）谐振时，回路电流最大 RS
，即，且与同相
V&s
（3）电感与电容两端电压的
模值相等，且等于外加电
压的Q倍(Q为回路的品质因
素）
V L 0I j 0LV R Sj 0Lj R 0L V SjQ V S
V C 0 I j1 0 C jV R S 1 0 C j 0 1 CV S R jQ V S
• 实现射频能量和信息传递的电路称为射频前端 电路，简称为射频前端。
2
2.1 阅读器天线电路
2.1.1 阅读器天线电路 的选择
L
L
C C
（a）串联谐振回路
（b）并联谐振回路
次级线圈 初级 线圈
C2
C1
（c）具有初级和次级线圈的耦合电路
在阅读器中，串联谐振回路具 有电路简单、成本低，激励可 采用低内阻的恒压源，谐振时 可获得最大的回路电流等特点， 被广泛采用。
0
通频带
ω ω1 ω0 ω2
B W 21 220 2 0 .70f0 2 π 2 π 2 π 2 π QQ
由此可见，Q值越高，通频带越窄（选择性越强），在RFID技术中，
为保证通信带宽，在电路设计时应综合考虑Q值的大小。
11
2.1.3 电感线圈的交变磁场
1、磁场强度H和磁感应强度B
安培定理指出，电流流过一个导体时，在此导体的周 围会产生一个磁场 。
– 工作频率为125 kHz，电感线圈和电容器为 外接。
天线 1
L
C
Test
1.47 mm
天线 2
Vdd VSS
2.37 mm
16
2.2 应答器天线电路
• 并联谐振回路
– 串联谐振回路适用于恒压源，即信号源内阻很小的 情况。
– 如果信号源的内阻大，应采用并联谐振回路。 – 在研究并联谐振回路时，采用恒流源（信号源内阻
2020/6/21
• 射频识别技术在工作频率13.56 MHz和小于 135 kHz时，基于电感耦合方式（能量及信息 传递以电感耦合方式实现），在更高频段基于 雷达探测目标的反向散射耦合方式（雷达发射 电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达 接收机）。
• 电感耦合方式的基础是电感电容（LC）谐振回 路及电感线圈产生的交变磁场，它是射频卡工 作的基本原理。基于雷达探测目标的反向散射 耦合方式的基础是电磁波传播和反射的形成， 它用于微波电子标签。
很大）分析比较方便。
I&S
C
ICP ILP
L
R1
（a）损耗电阻和电感串联
I&S
L
C
RP
（b）损耗电阻和回路并联 17
2.2 应答器天线电路
• 串并联阻抗等效互换
X1
Rx
A
R1 B
（a）串联电路
A
X2
R2
B
（b）并联电路
Z (R 1 R x) jX 1 R R 2 2 ( jX jX 2 ) 2 R R 2 2 2 X X 2 2 2 2 jR R 2 2 2 2 X X 2 2 2