【文章內(nèi)容簡介】 歐姆的阻抗匹配，但是可能設(shè)計天線具有其他的特性阻抗。例如，一個縫隙天線可以設(shè)計具有幾百歐姆的阻抗。一個折疊偶極子的阻抗可以是一做個標準半波偶極子阻抗的20倍。印刷貼片天線的引出點能夠提供一個很寬范圍的阻抗(通常是40到100歐姆)。選擇天線的類型，以至于它的阻抗能夠和標簽芯片的輸入阻抗匹配是十分關(guān)鍵的。另一個問題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回損耗。對于全向天線，例如雙偶極子天線，這個影響是顯著的。改變雙偶極子天線和一聽番茄醬的間距做了一些實際測量，顯示了一些變化。其他的物體也有相似的影響。此外是物體的介電常數(shù)，而不是金屬，改變了諧振頻率。一塑料瓶子水降低了最小返回損耗頻率16%?？梢栽O(shè)計天線使它與接近物體的情況相匹配，但是天線的行為對于不同的物體和不同的物體距離而不同。對于全向天線是不可行的，所以設(shè)計方向性強的天線，它們不受這個問題的影響。 輻射問題在一個無反射的環(huán)境中測試了天線的模式，包括了各種需要貼標簽的物體，在使用全向天線的時候性能嚴重下降。圓柱金屬聽引起的性能下降是最嚴重的，在它與天線距離50mm的時候，反回的信號下降大于20 dB。天線與物體的中心距離分開到100—150mm的時候，反回信號下降約10 到12 dB。在與天線距離100mm的時候，測量了幾瓶水（塑料和玻璃），反回信號降低大于10 dB。 在蠟紙盒的液體，甚至蘋果上做試驗得到了類似的結(jié)果。局部結(jié)構(gòu)的影響在使用手持的儀器的時候，大量的其他臨近物體的使讀卡機天線和標簽天線的輻射模式嚴重失真。 GHz的工作頻率計算，假設(shè)一個代表性的幾何形狀，和自由空間相比，顯示返回信號降低了10dB，在雙天線同時使用的時候，比預(yù)料的模式下降的更多。在倉庫的使用環(huán)境下，一個物品盒子具有一個標簽會有問題，幾個標簽貼在一個盒子上以確保所有時候都有一個標簽是可以看見的。便攜系統(tǒng)的使用有幾個天線的問題。每個盒子兩個天線足夠適合門禁裝置探測，這樣局部結(jié)構(gòu)的影響變得不再重要，因為門禁裝置的讀卡機天線被固定在倉庫的出入，并且直接指向貼標簽的物體。距離：RFID天線的增益和是否使用有源的標簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。樂觀的考慮，在電磁場的輻射強度符合UK的相關(guān)標準時，全波整流，驅(qū)動電壓不大于3伏，優(yōu)化的RFID天線阻抗環(huán)境(阻抗200或300歐姆)，使用距離大約是1米[3]。如果使用WHO限制[4]則更適合于全球范圍的使用，但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡機到標簽的電磁場功率。作用距離隨著頻率升高而下降。如果使用有源芯片作用距離可以達到5到10米。當RFID的發(fā)射頻道達到高頻或是超高頻時，也就是通過衛(wèi)星傳送信號，這就實現(xiàn)了GPS的定位方案。這樣傳送的距離那是不可估量的。全向天線應(yīng)該避免在標簽中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配。在一個倉庫中使用天線好像是不可行的，除非使用有源標簽，但是在任何情況下，倉庫內(nèi)的天線輻射模式將嚴重失真。一個門禁系統(tǒng)的使用將是好的選擇，可以使用短作用距離的無源標簽。當然門禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴，但是手持儀器工作人員需要使用它到倉庫搜尋物品，人員費用同樣昂貴。在門禁系統(tǒng)中，每一個物品盒子，僅需要2個而不是4個或6個RFID標簽。利用電感耦合讀寫技術(shù)原理：如下圖:圖 41電感耦合原理最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成。標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；天線(Antenna)：，在實際應(yīng)用中，電子標簽附圖 42耦合構(gòu)造圖著在待識別物體的表面。讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進行下一步處理。射頻識別系統(tǒng)工作過程中，空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結(jié)為三種事件模型，本文以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統(tǒng)的典型工作方式與工作流程。射頻標簽（射頻標簽）與閱讀器（讀寫器）之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸?shù)耐ǖ?。細分射頻標簽與閱讀器之間的電磁耦合，包含兩種情況：，閱讀器一方的天線相當于變壓器的初級線圈，射頻標簽一方的天線相當于變壓器的次級，因而也稱電感耦合方式為變壓器方式。電感耦合方式的耦合中介是空間磁場，耦合磁場在閱讀器線圈初級與射頻標簽線圈次級之間溝成閉合回路。電感耦合方式是低頻近距離無接觸射頻識別系統(tǒng)的一般耦合原理。在電磁耦合方式中，閱讀器的天線將閱讀器產(chǎn)生的讀寫射頻能量以電磁波的方式發(fā)送到定向的空間范圍內(nèi)，形成閱讀器的有效閱讀區(qū)域，位于閱讀器有效閱讀區(qū)域中的射頻標簽從閱讀器天線發(fā)出的電磁場中提取工作電源，并通過射頻標簽的內(nèi)部電路及標簽天線將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到閱讀器。電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標簽線圈之間的射頻通道，沒有向空間輻射電磁能量。射頻識別系統(tǒng)工作過程中，空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結(jié)為三種事件模型：（1）數(shù)據(jù)交換是目的；（2）時序是數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)方式；（3）能量是時序得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。下面以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統(tǒng)的典型工作方式與工作流程。能量：閱讀器向射頻標簽供給射頻能量。對于無源射頻標簽來說，其工作所需的能量即由該射頻能量中取得（一般由整流方法將射頻能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫创嬖跇撕炛须娙萜骼铮?；對于（半）有源射頻標簽來說，該射頻能量的到來起到了喚醒標簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用。完全有源射頻標簽一般不利用閱讀器發(fā)出的射頻能量，因而閱讀器可以較小的能量發(fā)射取得較遠的通信距離。移動通信中的基站與移動臺之間的通信方式可歸入該類模式。時序:對于雙向系統(tǒng)（閱讀器向射頻標簽發(fā)送命令與數(shù)據(jù)、射頻標簽向閱讀器返回所存貯的數(shù)據(jù)）來說，閱讀器一般處于主動狀態(tài)，即閱讀器發(fā)出詢問后，射頻標簽予以應(yīng)答，稱這種方式為閱讀器先講方式。另外一種情況是射頻標簽先講方式，即射頻標簽滿足工作條件后，首先自報家門，閱讀器根據(jù)射頻標簽的自報家門，進行記錄或進一步發(fā)出一些詢問信息與射頻標簽構(gòu)成一個完整對話達成閱讀器對射頻標簽進行識別的目的。3. 射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中根據(jù)閱讀器讀寫區(qū)域中允許出現(xiàn)單個射頻標簽或多個射頻標簽的不同，將射頻識別系統(tǒng)稱為單標簽識別系統(tǒng)，或簡稱為射頻識別系統(tǒng)，與多標簽識別系統(tǒng)。在閱讀器的閱讀范圍內(nèi)有多個標簽時，對于具有多標簽識讀功能的射頻識別系統(tǒng)來說，一般情況下，閱讀器處于主動狀態(tài)，即閱讀器先講方式。閱讀器通過發(fā)出一系列的隔離指令，使得讀出范圍內(nèi)的多個射頻標簽逐一或逐批地被隔離（令其睡眠）出去，最后保留一個處于活動狀態(tài)的標簽與閱讀器建立無沖撞的通信。通信結(jié)束后將當前活動標簽置為第三態(tài)（可稱其為休眠狀態(tài)，只有通過重新上電，或特殊命令，才能解除休眠），進一步由閱讀器對被隔離（睡眠）的標簽發(fā)出喚醒命令喚醒一批（或全部）被隔離的標簽，使其進入活動狀態(tài)，再進一步隔離，選出一個標簽通信。如此重復(fù)，閱讀器可讀出閱讀區(qū)域內(nèi)的多個射頻標簽信息，也可以實現(xiàn)對多個標簽分別寫入指定的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)多標簽的讀取，現(xiàn)實應(yīng)用中也有采用標簽先講方式的應(yīng)用。多標簽讀寫問題是射頻識別技術(shù)及應(yīng)用中面臨的一個較為復(fù)雜的問題，目前已有多種實用方法解決這一問題。解決方案的評價依據(jù)，一般考慮以下三個因素：（1）多標簽讀取時待讀標簽的數(shù)目；（2）單位時間內(nèi)識別標簽數(shù)目的概率分布；（3）標簽數(shù)目與單位時間內(nèi)識讀標簽數(shù)目概率分布的聯(lián)合評估。理論分析表明，現(xiàn)有的方法都有一定的適用范圍，需根據(jù)具體應(yīng)用情況，結(jié)合上述三點因素對多標簽讀取方案給出合理評價，選出適合具體應(yīng)用的方案。多標簽讀取方案涉及到射頻標簽與閱讀器之間的協(xié)議配合，一旦選定，不易更改。對于無多標簽識讀功能的射頻識別系統(tǒng)來說，當閱讀器的讀寫區(qū)域內(nèi)同時出現(xiàn)多個標簽時，由于多標簽同時響應(yīng)閱讀器發(fā)出的詢問指令，會造成閱讀器接收信息相互沖突而無從讀取標簽信息，典型情況是一個標簽信息也讀不出來。數(shù)據(jù)傳輸：射頻識別系統(tǒng)所完成的功能可歸結(jié)為數(shù)據(jù)獲取的一個便利手段，因而國外也有將其歸為自動收集數(shù)據(jù)ADC技術(shù)范疇。射頻識別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換包含兩個方面的含義：（1）從閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換；（2）從射頻標簽到閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。根據(jù)具體實現(xiàn)系統(tǒng)的不同，以及理解層面的不同，上述兩個方面的含義會有不同的理解和解釋，下面分別給予簡單討論頻標。 從閱讀器向射簽方向的數(shù)據(jù)交換從射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的純技術(shù)層面來說，如果將注意力放在射頻標簽中存貯信息的注入方式來說，閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換可分為兩種情況，即有線寫入方式和無線寫入方式。具體采用何種方式，需結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)需求、代價，技術(shù)實現(xiàn)的難易程度等因素來定。在有線寫入方式下，閱讀器的作用是向射頻標簽（中的存貯單元）寫入數(shù)據(jù)信息。閱讀器更多地被稱為編程器。根據(jù)射頻標簽存貯單元及編程寫入控制電路的設(shè)計情況，寫入可以是一次性寫入不能修改，也可以是允許有線多次改寫的情形。另外一種寫入情形是，在絕大多數(shù)通用射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中，每個射頻標簽要求具有唯一的標識。這種唯一的標識被稱為射頻標簽的ID號，通常在標簽出廠時已被固化在射頻標簽內(nèi)，用戶無法修改。ID號的固化過程可以在射頻標簽芯片生產(chǎn)過程中完成，也可以在射頻標簽應(yīng)用指定后的初始化過程中完成。無論在何時完成，都是以有線（解觸）方式實現(xiàn)ID號的寫入。對于聲表面波SAW射頻標簽以及其它無芯片射頻標簽來說，一般均在標簽制造過程中將標簽ID號固化到標簽記憶體中。無線寫入方式是射頻識別系統(tǒng)中閱讀器向射頻標簽方向數(shù)據(jù)交換的另外一種情況。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)方面的一些原因，一般情況下應(yīng)盡可能地不要采用無線寫入方式，尤其是在射頻識別系統(tǒng)工作過程中。這種建議的主要原因有以下幾點：（1）具有無線寫入功能的射頻識別系統(tǒng)屬于相對復(fù)雜的系統(tǒng)，能夠采用簡單系統(tǒng)解決應(yīng)用問題即采用簡單系統(tǒng)是一般的工程設(shè)計原理。其背后隱含著簡單系統(tǒng)較復(fù)雜系統(tǒng)成本更低、可靠性更高、培訓(xùn)、維護成本更低。（2）采用集成電路芯片的射頻標簽寫入信息要求的能量比讀出信息要求的能量要大得多，可以10倍的量級進行估算。這就造成射頻標簽無線寫入過程花費的時間要比從中讀取等量數(shù)據(jù)信息花費的時間要長許多。（3）無線寫入后一般均應(yīng)對寫入結(jié)果進行檢驗，檢驗的過程是一個讀取過程，因而造成寫入過程所需時間進一步增加。（4）寫入過程花費時間的增加非常不利于射頻識別在鑒別高速移動物體方面的應(yīng)用。這很容易理解，閱讀器與射頻標簽之間經(jīng)空間傳輸通道交換數(shù)據(jù)過程中，數(shù)據(jù)是一位一位排隊串行進行的，其排隊行進的速度由射頻識別系統(tǒng)設(shè)計時決定。將射頻標簽看作數(shù)據(jù)信息的載體，數(shù)據(jù)信息總是以一定長度的數(shù)據(jù)位組成，因而讀取或?qū)懭脒@些數(shù)據(jù)信息位要花費一定的時間。移動物體運動的速度越高，通過閱讀區(qū)域所花費的時間就越少。當有無線寫入要求時，必將限制物體的運動速度以保證有足夠的時間用于寫入信息。（5）無線寫入過程面臨著射頻標簽信息的安全隱患。由于寫入通道處于空間暴露狀態(tài)，這給蓄謀攻擊者提供了改寫標簽內(nèi)容的機會。另一方面，如果將注意力放在閱讀器向射頻標簽是否發(fā)送命令方面，也可分為兩種情況，即射頻標簽只接受能量激勵和既接受能量激勵也接受閱讀器代碼命令。射頻標簽只接受能量激勵的系統(tǒng)屬于較簡單的射頻識別系統(tǒng)。這種射頻識別系統(tǒng)一般不具備多標簽識別能力。射頻標簽在其工作頻帶內(nèi)的射頻能量激勵下，被喚醒或上電，同時將標簽存貯的信息反射出來。目前在用的鐵路車號識別系統(tǒng)即采用這種方式工作。同時接受能量激勵和閱讀器代碼命令的系統(tǒng)屬于復(fù)雜射頻識別系統(tǒng)。射頻標簽接受閱讀器的指令無外乎是為了做兩件事，即無線寫入和多標簽讀取。射頻標簽的工作使命即是實現(xiàn)由標簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。其工作方式包括：（1）射頻標簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量時，即被喚醒并向閱讀器反射標簽存貯的數(shù)據(jù)信息；（2）射頻標簽受到閱讀器發(fā)送的射頻能量被激勵后，根據(jù)接收到的閱讀器的指令情況轉(zhuǎn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或“睡眠/休眠”狀態(tài)。從工作原理上來說，第一種工作方式屬單向通信，第二種工作方式為半雙工雙向通。 耦合類型根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻標簽天線與讀寫器天線之間的耦合可分為三類。射頻識別系統(tǒng)中射頻標簽與讀寫器之間的作用距離是射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中的一個重要問題，通常情況下這種作用距離定義為射頻標簽與讀寫器之間能夠可靠交換數(shù)據(jù)的距離。射頻識別系統(tǒng)的作用距離是一項綜合指標，與射頻標簽及讀寫器的配合情況密切相關(guān)。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻標簽天線與讀寫器天線之間的耦合可分為以下三類：（1）密耦合系統(tǒng)；（2）遙耦合系統(tǒng)；（3）遠距離系統(tǒng)密耦合系統(tǒng)的典型作用距離范圍從0~1cm。實際應(yīng)用中，通常需要將射頻標簽插入閱讀器中或?qū)⑵浞胖玫阶x寫器的天線的表面。密耦合系統(tǒng)利用的是射頻標簽與讀寫器天線無功近場區(qū)之間的電感耦合（閉合磁路）構(gòu)成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。密耦合系統(tǒng)的工作頻率一般局限在30MHz以下的任意頻率。由于密耦合方式的電磁泄露很小、耦合獲得的能量較大，因而可適合要求安全性較高，作用距離無要求的應(yīng)用系統(tǒng)，如電子門鎖等。 遙耦合系統(tǒng)遙耦合系統(tǒng)的典型作用距離可以達到1m。遙耦合系統(tǒng)又可細分為近耦合系統(tǒng)（典型作用距離為15cm）與疏耦合系統(tǒng)（典型作用距離為1m）兩類。遙耦合系統(tǒng)利用的是射頻標簽與讀寫器天線無功近場區(qū)之間的電感耦合（閉合磁路）構(gòu)成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。，也有一些其他頻率，、。遙耦合系統(tǒng)目前仍然是低成本射頻識別系統(tǒng)的主流。 遠距離系統(tǒng)遠距離系統(tǒng)的典型作用距離從1m到10m，個別的系統(tǒng)具有更遠的作用距離。所有的遠距離系統(tǒng)均是利用射頻標簽與讀寫器天線輻射遠場區(qū)之間的電磁耦合（電磁波發(fā)射與反射）構(gòu)成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。遠距離系統(tǒng)的典型工作頻率為：915MHz、此外，還有一些其他頻率，如433MHz等。遠距離系統(tǒng)的射頻標簽根據(jù)其中是否包含電池分為有無源射頻標簽（不含電池）和半無源射頻標簽（內(nèi)含電池）。一般情況下，包含有電池的射頻標簽的作用距離較無電池的射頻標簽的作用距離要遠一些。半無源射頻標簽中的電池并不是為射頻標