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RFID 背景介紹
RFID 是 Radio Frequency Identification 的縮寫，即無線射頻識別，實際上是自動識別技術(shù) （AEI ， Automatic Equipment Identification） 在無線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展。該項技術(shù)的基本思想是，通過采用射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識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)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(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，就用于飛機的敵我識別，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、運輸途中、還是在某個倉庫存儲中，通過該系統(tǒng)，各級指揮人員都可以實時掌握物流所有信息。 RFID 接收發(fā)送裝置通常安裝在運輸線檢查站以及倉庫、車站、碼頭、機場等關(guān)鍵節(jié)點上。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 作為一種自動識別系統(tǒng)，它通過非接觸的射頻信號自動識別目標(biāo)并采集數(shù)據(jù)，可識別高速運動目標(biāo)并可同時識別多個目標(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、運輸、倉儲、使用、維修的任何環(huán)節(jié)，各級指揮人員都可以實時掌握其信息和狀態(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照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費等等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護。只要人員佩戴了封裝成 ID 卡大小的射頻卡、進出入口有一臺讀寫器，人員出入時自動識別身份，非法闖入會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識別方式，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和跟蹤財產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面，如計算機、傳真機、文件、復(fù)印機或其它實驗室用品上。該射頻卡使得公司可以自動跟蹤管理這些有價值的財產(chǎn)，可以跟蹤一個物品從某一建筑離開，或是用報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)鑰匙插入到點火器中時，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，汽車的引擎將不會發(fā)動。用這種電子驗*的方法，汽車的中央計算機也就能容易防止短路點火。
另一種汽車防盜系統(tǒng)是，司機自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機座椅 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，系統(tǒng)發(fā)出三聲鳴叫，然后汽車引擎才能啟動。該防盜系統(tǒng)還有另一強大功能：倘若司機離開汽車并且車門敞開引擎也沒有關(guān)閉，這時讀寫器就需要讀取另一有效 ID 號；假如司機將該射頻卡帶離汽車，這樣讀寫器不能讀到有效 ID 號，引擎就會自動關(guān)閉，同時觸發(fā)報警裝置。
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。整個系統(tǒng)包括貼在物體上的一個內(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。射頻卡在安裝時被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時會被探測到，同時會報警。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)估計每年消耗 60 億套。
• RFID 市場
RFID 產(chǎn)業(yè)鏈作為一個新型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，將成為信息產(chǎn)業(yè)新的增長點。這是因為 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，自成系列。 RFID 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運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 自動識別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實時掌握火車運行情況，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施計劃，是一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進程的重大*工程，由此各種自動識別技術(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識別技術(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 RFID 在中國的市場容量為 4.7 億元，到 2009 年就會膨脹到 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行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運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)行機構(gòu)動作。
去年啟動的國家第身份*項目，采用的就是 RFID 技術(shù)，正是運用這一技術(shù)，使得身份*成為一張智能卡，除了保留視讀功能外，還可以進行非接觸的機器自動讀取及通過讀卡器對卡內(nèi)存儲的居民身份信息進行更改。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大的消費國之一，手機用戶、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)也納入制訂計劃。同比于上的相同技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進展，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*十五個部委 （ 含發(fā)改委、商務(wù)部、信產(chǎn)部、*部等部委 ） 歷時近一年半時間共同編制的《中國射頻識別 （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—— 這個醞釀巨大商機的標(biāo)準(zhǔn)的掌握。
中國正在各個領(lǐng)域抓緊對自有標(biāo)準(zhǔn)的掌握， RFID 只是其中一個部分。但一個標(biāo)準(zhǔn)動用 15 個部委聯(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，首先是自動識別、數(shù)據(jù)讀寫能力；然后是能滿足數(shù)據(jù)存儲和數(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 用來儲存識別碼或其它數(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、可識別運動目標(biāo)等優(yōu)點。
按照能量供給方式的不同， RFID 標(biāo)簽可以分為被動標(biāo)簽，半主動標(biāo)簽和主動標(biāo)簽，其中半主動標(biāo)簽和主動標(biāo)簽中芯片的能量由電子標(biāo)簽所附的電池提供，主動標(biāo)簽可以主動發(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)識信息進行解碼，將對象標(biāo)識信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。
在多數(shù) RFID 系統(tǒng)中，讀寫器在一個區(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 ） 。卡片內(nèi)有一個 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)過這個區(qū)域時，在電磁波的激勵下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存。當(dāng)所積累的電荷達到 2V 時，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，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過 RS232 、 RS422 、 RS485 或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(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)計在 LF 、 HF 和 UHF 頻段有根本上的不同。實質(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)射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(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行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運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)行機構(gòu)動作。
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 測試夾具進行阻抗的測試，通過諧振頻率點可以得出該標(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，可以利用環(huán)路天線可以進行非接觸測量。
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別距離。對于輸出功率的測試可以使用功率計 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行解調(diào)分析。
c. 天線匹配測試
采用 E5071B ENA 或 4396B 進行天線匹配，方向性等參數(shù)測試。
d. 時域信號分析測試
采用 MSO6000 系列示波器進行時域信號波形分析 , 主要測試參數(shù)包括時鐘抖動，頻率，電平及數(shù)據(jù)流分析。
