第2章RFID_技术基础.ppt

1、RFID 技术基础 ,一、案例识读与分析,二、RFID技术之频谱基础知识,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,主要内容,四、实训与实践,无形的战略资源无线电频谱资源的战略意义,一、案例识读与分析,案例分析与讨论：,无线电频谱资源,（1）列举我们日常生活中的无线电主要应用？ （2）无线电频率作为无形的战略资源，对国民经济的发展起到怎么的作用？,看懂频谱图,1.无线电信号的特性 在高频电路中，我们要处理的无线电信号主要有三种:基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号，就是没有进行调制之前的原始信号，也称调制信号。 1）时间特性 2）频谱特性 3）传播特性 4）调制特性,二、 RF

2、ID技术之频谱基础知识,图2-3 无线电波的主要传播方式 （a）直射传播（b）地波传播（c）天波传播（d）散射传播,2.电磁波谱 波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常把各类电磁波按波长大小依次排成一列,称为电磁波谱。若按其波长从小到大依次排列,有:y射线、X射线、紫外线、可见光(紫、能、蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波(微波、超短波、短波、长波)等。由于它们的性质各不相同,因而也有许多不同的用途。,二、 RFID技术之频谱基础知识,图2-4各种通信介质使用的电磁波谱范围,3.电磁波的频谱的划分与分配 图2-5为1959年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分区示意图。

3、1区为欧洲和非洲；2区为北美洲和南美洲；3区为亚洲和澳洲，国际电信联盟的总部设在瑞士的日内瓦。,二、 RFID技术之频谱基础知识,图2-5 ITU世界频率分区,4. RFID工作频率的分类 射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其最重要的特点之一。射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。,二、 RFID技术之频谱基础知识,1）低频 (Low Frequency) 使用的频段在100500KHz之间，以125KHz、135KHz最为常见 优点： 不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，

4、还能够发射有效发射讯号 缺点： 读取距离短、无法同时辨识多个标签，主要用于门禁系统、动物芯片、汽车防盗器,4. RFID工作频率的分类,二、 RFID技术之频谱基础知识,2）高频 (High Frequency) 使用频段在1015MHz之间，以13.56MHz最为常见 优点： 感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时间辨识多个标签，主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。 缺点： 易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射有效发射讯号。,4. RFID工作频率的分类,二、 RFID技术之频谱基础知识,3）超高频 (Ultra High Frequency) 使用频段在433950

5、MHz之间，以433MHz、868950MHz最为常见 优点： 读取距离较远、传输速率较快、可同时读取辨识大量卷标、天线可用蚀刻或印刷方式制造。 缺点： 在金属和液体的物品上读取率不佳，主要用于铁路车厢监控、仓存管理。,4. RFID工作频率的分类,二、 RFID技术之频谱基础知识,4）微波 (Microwave) 使用频段在1GHz以上，其中以2.45GHz及5.8GHz最为常见 特性与超高频类似，对于环境的敏感性较高； 主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等 微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。相关的国际标准有：ISO

6、10374，ISO18000-4（2.45GHz）、ISO18000-5（5.8GHz）、ISO18000-6（860-930MHz）、ISO18000-7（433.92MHz），ANSI NCITS256-1999等。,卷标比较表-使用频率,23,二、 RFID技术之频谱基础知识,卷标比较表-使用频率（续）,24,二、 RFID技术之频谱基础知识,射频识别系统工作频段,二、 RFID技术之频谱基础知识,二、 RFID技术之频谱基础知识,射频识别系统工作频段如表2-1所示。并非表2-1中的所有频率在射频识别中都得到了广泛应用，主要采用的RFID频率为有以下四个：13.56007MHz，9151

7、3MHz，245050MHz，580075MHz。,二、 RFID技术之频谱基础知识,5.国际RFID技术特点及相关管理规则 从应用的趋势来看，现代物流业、商品零售业会广泛应用RFID技术，为什么UHF频段的RFID技术会成为全球热点?主要有以下几个需考虑的因素(见表2-2所示)。,二、 RFID技术之频谱基础知识,6.国际RFID技术特点及相关管理规则 基于RFID的技术特点和潜在的应用空间，国际相关无线电管理机构已经开始进行频率规划工作，并制定了相应的管理政策，具体情况如表2-3所示。,无线电波频谱,10 kHz,100 kHz,1 MHz,10 MHz,100 MHz,1000 MHz,

8、300 GHz,Low Freq. EAS,Mid. Freq. EAS,Cell Phone,RFID: Item Management,Data Modem,AM,Radio Toys,Garage Door,CB,FM,RFID: Access Control Animal ID,RFID: Toll Roads 4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd . 半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1

9、，取对数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 2.15 = 6 dBd .,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,2. RFID天线基础知识,垂直极化,（4） 天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化-是最常用的；水平极化-也是要被用到的。,水平极化,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,2. RFID天线基础知识,垂直极化,双极化天线 下图示出了另两种单极化的情况：+45 极化 与 -45 极化，它们仅仅在特殊场合下使用。 这样，共有四种单极化

10、了，见下图。 把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者， 把 +45 极化和 -45 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线-双极化天线。,水平极化,+45 极化,-45 极化,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,2. RFID天线基础知识,下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头。 双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波。,V/H（垂直/水平）型 双 极 化,+ 45 / -45 型 双 极 化,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,极化损失 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有

11、水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+ 45 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45 极化或 -45极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失-只能接收到来波的一半能量。 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接

12、收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,2. RFID天线基础知识,（6） 天线的工作频率范围（频带宽度） 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义- 一种是指：在驻波比SWR 1.5 条件下，天线的工作频带宽度； 一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。 在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。 一般说来，在工作频带宽度内的各个频

13、率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,2. RFID天线基础知识,（7） 反射损耗 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。,朝前 10W,返回 0.4W,这里的反射损耗为 10Lg(10/0.4) = 14dB,辐射 9.

14、6 W,例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75 ohms，一个为50 ohms ，阻抗不匹配，其结果是,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,板状天线,前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为 8 dB；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为 14 17 dB 。 一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为 16 19 dB . 不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达 2.4 m 左右。,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,3. 常见RFID天线,高增益栅状抛物面天线,从性能价格比出发，人们常常选

15、用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达 G = 20 dB . 它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。 抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。 抛物面天线一般都能给出 不低于 30 dB 的前后比 ，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,3.常见RFID天线,八木定向天线,八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对

16、点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。 八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 12 单元的八木定向天线，其增益可达 1015 dB 。,三、 RFID技术基础之天线的基本知识,3.常见RFID天线,1.7.4 室内吸顶天线,室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR 2 。当然，能达到VSWR 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为 G = 2 dB 。,三、 RFID技术基