RFID 背景介紹

RFID 是 Radio Frequency Identification 的縮寫，即無線射頻識(shí)別，實(shí)際上是自動(dòng)識(shí)別技術(shù) （AEI ， Automatic Equipment Identification） 在無線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)的基本思想是，通過采用射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。 RFID 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

RFID 技術(shù)應(yīng)用有哪些呢？下面作一個(gè)簡單的介紹：
軍事物流系統(tǒng)

RFID 技術(shù)源于美國，早在二戰(zhàn)期間，就用于飛機(jī)的敵我識(shí)別，在zui近幾年的局部戰(zhàn)爭中， RFID 技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于美軍后勤的物流管理，無論是在物資定購中、運(yùn)輸途中、還是在某個(gè)倉庫存儲(chǔ)中，通過該系統(tǒng)，各級指揮人員都可以實(shí)時(shí)掌握物流所有信息。 RFID 接收發(fā)送裝置通常安裝在運(yùn)輸線檢查站以及倉庫、車站、碼頭、機(jī)場等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上。接收裝置收到 RFID 標(biāo)簽信息后，連同接收地的位置信息，傳送給后勤調(diào)度管理中心，同時(shí)存入中心信息數(shù)據(jù)庫。今年，美國國防部要求其主要供應(yīng)商在 2005 年前所有交付的貨物都必須有 RFID 標(biāo)簽。

RFID 作為一種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，它通過非接觸的射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)并采集數(shù)據(jù)，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)，無須人工干預(yù)，操作快捷方便，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。無論軍用物資處于采購、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、使用、維修的任何環(huán)節(jié)，各級指揮人員都可以實(shí)時(shí)掌握其信息和狀態(tài)。 RFID 可以極快的速度在讀寫器和電子標(biāo)簽之間采集和交換數(shù)據(jù)；具有智能讀寫及加密通信的能力，世界*性密碼，*的信息保密性，這對于軍事物流要求準(zhǔn)確、快速、安全、可控提供了切實(shí)可行的技術(shù)途徑。因此，大力推廣 RFID 技術(shù)在軍事物流系統(tǒng)的應(yīng)用是非常緊迫和必要的。

門禁保安

將來的門禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡。一卡可以多用。比如，可以作工作*、出入*、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護(hù)照等，目的都是識(shí)別人員身份、安全管理、收費(fèi)等等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護(hù)。只要人員佩戴了封裝成 ID 卡大小的射頻卡、進(jìn)出入口有一臺(tái)讀寫器，人員出入時(shí)自動(dòng)識(shí)別身份，非法闖入會(huì)有報(bào)警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識(shí)別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。

公司還可以用射頻卡保護(hù)和跟蹤財(cái)產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面，如計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、文件、復(fù)印機(jī)或其它實(shí)驗(yàn)室用品上。該射頻卡使得公司可以自動(dòng)跟蹤管理這些有價(jià)值的財(cái)產(chǎn)，可以跟蹤一個(gè)物品從某一建筑離開，或是用報(bào)警的方式限制物品離開某地。結(jié)合 GPS 系統(tǒng)利用射頻卡，還可以對貨柜車、貨艙等進(jìn)行有效跟蹤。

汽車防盜

這是 RFID 較新的應(yīng)用。目前已經(jīng)開發(fā)出了足夠小的、能夠封裝到汽車鑰匙當(dāng)中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車上裝有讀寫器，當(dāng)鑰匙插入到點(diǎn)火器中時(shí)，讀寫器能夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫器接收不到射頻卡發(fā)送來的特定信號，汽車的引擎將不會(huì)發(fā)動(dòng)。用這種電子驗(yàn)*的方法，汽車的中央計(jì)算機(jī)也就能容易防止短路點(diǎn)火。

另一種汽車防盜系統(tǒng)是，司機(jī)自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機(jī)座椅 45~55cm 以內(nèi)，讀寫器安裝在座椅的背部。當(dāng)讀寫器讀取到有效的 ID 號時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出三聲鳴叫，然后汽車引擎才能啟動(dòng)。該防盜系統(tǒng)還有另一強(qiáng)大功能：倘若司機(jī)離開汽車并且車門敞開引擎也沒有關(guān)閉，這時(shí)讀寫器就需要讀取另一有效 ID 號；假如司機(jī)將該射頻卡帶離汽車，這樣讀寫器不能讀到有效 ID 號，引擎就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警裝置。

電子物品監(jiān)視系統(tǒng)

電子物品監(jiān)視系統(tǒng) （Electronic Article Surveillance, EAS） 的目的是防止商品被盜。整個(gè)系統(tǒng)包括貼在物體上的一個(gè)內(nèi)存容量僅為 1 比特 （ 即開或關(guān) ） 的射頻卡，和商店出口處的讀寫器。射頻卡在安裝時(shí)被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時(shí)會(huì)被探測到，同時(shí)會(huì)報(bào)警。如果貨物被購買，由銷售人員用工具拆除射頻卡 （ 典型的是在服裝店里 ） ，或者用磁場來使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡本身的電特性。 EAS 系統(tǒng)已被廣泛使用。據(jù)估計(jì)每年消耗 60 億套。

• RFID 市場

RFID 產(chǎn)業(yè)鏈作為一個(gè)新型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，將成為信息產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)。這是因?yàn)?RFID 技術(shù)涉及到信息、制造、材料等諸多高新技術(shù)領(lǐng)域。目前， RFID 技術(shù)已經(jīng)在各地被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。

RFID 在國外發(fā)展得很快。 RFID 產(chǎn)品種類很多，像德州儀器、 Motorola 、 Philips 、 Microchip 等世界廠家都生產(chǎn) RFID 產(chǎn)品其產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。 RFID 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。如澳大利亞將它的 RFID 產(chǎn)品用于澳機(jī)場旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用；瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車上安裝 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實(shí)時(shí)掌握火車運(yùn)行情況，不僅利于管理，還大大減小了發(fā)生事故的可能性；德國 BMW 公司將射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程控制中等。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示， RFID 產(chǎn)品在*的銷量以每年 25.3% 的比例增長。由此可見， RFID 技術(shù)具有廣闊的市場前景。

我國政府在 1993 年制定的金卡工程實(shí)施計(jì)劃，是一個(gè)旨在加速推動(dòng)我國國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的重大*工程，由此各種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛?，F(xiàn)在， RFID 技術(shù)作為一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也將在中國很快地普及。
國家發(fā)改委高新技術(shù)司副司長綦成元表示，可以預(yù)見， RFID 技術(shù)在未來幾年內(nèi)將達(dá)到數(shù)百億美元的市場規(guī)模，不僅如此， RFID 的應(yīng)用還將給留守、物流等產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化。遺憾的是， RFID 技術(shù)在中國卻一直未能廣泛普及，其主要原因在于缺乏一套可供業(yè)界共用的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是中國的 RFID 標(biāo)準(zhǔn)尚未正式確立。盡管如此，中國 RFID 市場還是在悄然增長， IDC 數(shù)據(jù)顯示， 2005 年整個(gè) RFID 在中國的市場容量為 4.7 億元，到 2009 年就會(huì)膨脹到 58.7 億元，其年復(fù)合增長率大約是 65.6% 。

等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

去年啟動(dòng)的國家第身份*項(xiàng)目，采用的就是 RFID 技術(shù)，正是運(yùn)用這一技術(shù)，使得身份*成為一張智能卡，除了保留視讀功能外，還可以進(jìn)行非接觸的機(jī)器自動(dòng)讀取及通過讀卡器對卡內(nèi)存儲(chǔ)的居民身份信息進(jìn)行更改。截至 2005 年底，全國已發(fā)放 1.2 億張，至 2008 年將完成 9 億張 IC 卡身份*的換發(fā)工作。

中國是世界的制造業(yè)中心，也是zui大的消費(fèi)國之一，手機(jī)用戶、網(wǎng)民、制造業(yè)、物流等規(guī)模在世界上都*，因而毫無疑問將成為 RFID 技術(shù)應(yīng)用的大國。巨大的市場潛力和商機(jī)吸引了 RFID 五大標(biāo)準(zhǔn)組織。正是由于各自的自身利益，這些“標(biāo)準(zhǔn)”制定者們勢必會(huì)在作為 “世界工廠”的中國引發(fā)一場事關(guān) “ 標(biāo)準(zhǔn) ” 的混戰(zhàn)。

擁有自主產(chǎn)權(quán)的 RFID 標(biāo)準(zhǔn)和核心技術(shù)，中國的制造業(yè)等將打上自己的標(biāo)簽，中國也不用擔(dān)心未來要付巨額的費(fèi)用。盡管中國 RFID 起步較晚、盡管幾經(jīng)磨難，但卻呈現(xiàn)出快馬加鞭的趨勢。目前，國家 RFID 測試中心已被列入規(guī)劃，中國 RFID 標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究工作基本完成，國家標(biāo)準(zhǔn)也納入制訂計(jì)劃。同比于上的相同技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，中國的 RFID 屬于姍姍來遲者。

可能很多人并不知道，正在大規(guī)模推廣的身份*制作采用的僅是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而作為國家標(biāo)準(zhǔn)的中國 RFID 標(biāo)準(zhǔn)還在醞釀之中。 2006 年 6 月 9 日，中國*十五個(gè)部委 （ 含發(fā)改委、商務(wù)部、信產(chǎn)部、*部等部委 ） 歷時(shí)近一年半時(shí)間共同編制的《中國射頻識(shí)別 （RFID） 技術(shù)政策白皮書》正式發(fā)布。這也標(biāo)志著，在自主創(chuàng)新的大潮中，中國并不愿意放棄對 RFID—— 這個(gè)醞釀巨大商機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)的掌握。

中國正在各個(gè)領(lǐng)域抓緊對自有標(biāo)準(zhǔn)的掌握， RFID 只是其中一個(gè)部分。但一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)用 15 個(gè)部委聯(lián)合推出，不敢說是但也是的

• RFID 工作原理

完整的 RFID 系統(tǒng)需要具備有兩種關(guān)鍵能力，首先是自動(dòng)識(shí)別、數(shù)據(jù)讀寫能力；然后是能滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理能力。對于 RFID 設(shè)備測試來說，我們關(guān)注的主要是組成 RFID 系統(tǒng)的三個(gè)基本部件：

1）電子標(biāo)簽 （ 射頻卡 ） ：一般由芯片以及耦合元器件組成，芯片上有 EEPROM 用來儲(chǔ)存識(shí)別碼或其它數(shù)據(jù)，標(biāo)簽內(nèi)含有內(nèi)置天線，主要功能是完成與讀寫器的通信。與條碼、磁卡、 IC 卡等同期或早期的識(shí)別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

按照能量供給方式的不同， RFID 標(biāo)簽可以分為被動(dòng)標(biāo)簽，半主動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽，其中半主動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽中芯片的能量由電子標(biāo)簽所附的電池提供，主動(dòng)標(biāo)簽可以主動(dòng)發(fā)出射頻信號。按照工作頻率的不同， RFID 標(biāo)簽可以分為低頻 （LF） 、高頻 （HF） 、超高頻 （UHF） 和微波等不同種類。不同頻段的 RFID 工作原理不同， LF 和 HF 頻段的 RFID 電子標(biāo)簽一般采用電磁耦合原理，而 UHF 及微波頻段的 RFID 一般采用電磁發(fā)射原理。

2） 讀 / 寫器：讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備

RFID 讀寫器的任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，對標(biāo)簽的對象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對象標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。

在多數(shù) RFID 系統(tǒng)中，讀寫器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波 （ 區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸 ） ?？ㄆ瑑?nèi)有一個(gè) LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個(gè)區(qū)域時(shí)，在電磁波的激勵(lì)下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V 時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過 RS232 、 RS422 、 RS485 或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。簡單的 RFID 產(chǎn)品就是一種非接觸的 IC 卡，而復(fù)雜的 RFID 產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與 GPS 系統(tǒng)連接來跟蹤物體。

3）Antenna 天線

天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機(jī)的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。天線按工作頻段可分為長波、短波、超短波以及微波天線等；按方向性可分為全向天線、定向天線等；按外形可分為線狀天線、面狀天線等。在 RFID 系統(tǒng)中，天線分為標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩種情況，當(dāng)前的 RFID 系統(tǒng)主要集中在 LF 、 HF （13.56MHz） 、 UHF 和微波頻段。天線的原理和設(shè)計(jì)在 LF 、 HF 和 UHF 頻段有根本上的不同。實(shí)質(zhì)上，由于在 LF 和 HF 頻段系統(tǒng)近場區(qū)并沒有電磁波的傳播，因此天線的問題主要集中在 UHF 和微波頻段。

讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

RFID 關(guān)鍵技術(shù)： RFID 技術(shù)在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了許多實(shí)際應(yīng)用，共性的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但現(xiàn)階段主要的關(guān)鍵技術(shù)有：
有源電子標(biāo)簽低耗、低壓、抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)。
無源電子標(biāo)簽的低值、可靠、柔性規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。
遠(yuǎn)距離微波反射讀寫技術(shù)。

• RFID 測試方案

對 RFID 系統(tǒng)的性能評估，zui主要的就是讀寫距離這個(gè)參數(shù)。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、讀寫器的 RF 輸出功率、讀寫器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的 Q 值、天線方向、讀寫器和射頻卡的耦合度等等。

1. 針對標(biāo)簽的測試

對于標(biāo)簽zui主要的指標(biāo)包括：頻率響應(yīng)以及品質(zhì)因素 Q
a. 對于這種帶引線電磁耦合式的標(biāo)簽可以使用 4294A 阻抗分析儀配合 16047E 測試夾具進(jìn)行阻抗的測試，通過諧振頻率點(diǎn)可以得出該標(biāo)簽的工作頻率。
b. 如果標(biāo)簽沒有引線，那么可以使用 4294A+42941A 的探針來進(jìn)行接觸式的阻抗測試，同樣可以得到其諧振頻率。
c. 對于高頻 （HF） 、超高頻 （UHF） 或微波的 RFID 標(biāo)簽（射頻卡）測試，可以采用 E4991A 射頻阻抗分析儀或 ENA （ E5071B ）網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測量。
d. 通常，對于已經(jīng)封裝好的標(biāo)簽測試，由于沒有接觸點(diǎn)，可以利用環(huán)路天線可以進(jìn)行非接觸測量。

上圖是采用環(huán)路天線對電子標(biāo)簽（射頻卡）進(jìn)行的非接觸測量，左圖顯示射頻卡諧振頻率為 13.56MHz 。右圖測試條件是在諧振工作頻率下，標(biāo)簽（射頻卡）阻抗隨交流信號電平改變的曲線，不同顏色代表環(huán)路天線與被測標(biāo)簽（射頻卡）之間的不同距離。由此顯示，隨著距離的增加， RFID 標(biāo)簽達(dá)到工作狀態(tài)的電壓（信號源的能量）也隨之增加。在 0cm 情況下，閾值電壓為 0.2V 。事實(shí)上，低頻（ LH ）和高頻（ HF ）情況下，電子標(biāo)簽（射頻卡）耦合功率主要依賴電桿耦合效率，耦合功率 μ 1/d 6 （ d 是標(biāo)簽和源天線距離）。在超高頻（ UHF ）情況下，主要依賴遠(yuǎn)場傳輸效應(yīng)，耦合功率耦合功率 μ 1/d 2 。

2. 針對讀寫器的測試

讀寫器射頻模塊的主要功能為：
a. 產(chǎn)生信號并且發(fā)射，激活標(biāo)簽并為其提供能量；
b. 對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳輸給標(biāo)簽；
c. 接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的射頻信號。

對于讀寫器的測量，主要包括：
a. 輸出功率測試
讀寫器的輸出功率直接影響到識(shí)別距離。對于輸出功率的測試可以使用功率計(jì) E4416A+E9300A 來完成。
b. 頻譜以及解調(diào)分析測試
一般 RFID 系統(tǒng)都采用 ASK 或者 FSK 調(diào)制，因此可以使用 E443xC 系列 ESG 產(chǎn)生調(diào)制激勵(lì)信號，采用 ESA 系列頻譜分析儀或 MSO6000 系列示波器以及 89601A 矢量信號分析軟件來進(jìn)行解調(diào)分析。
c. 天線匹配測試
采用 E5071B ENA 或 4396B 進(jìn)行天線匹配，方向性等參數(shù)測試。
d. 時(shí)域信號分析測試
采用 MSO6000 系列示波器進(jìn)行時(shí)域信號波形分析 , 主要測試參數(shù)包括時(shí)鐘抖動(dòng)，頻率，電平及數(shù)據(jù)流分析。