射頻:高頻交流變化電磁波的簡稱-中文百科頻道

系統組成

最基本的RFID系統由三部分組成：

1.标簽：由耦合元件及芯片組成，标簽含有内置天線，用于和射頻天線間進行通信；

2.閱讀器：讀取标簽信息的設備；

3.天線：在标簽和讀取器間傳遞射頻信号。有些系統還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機連接，進行數據交換。

分類和應用

定義RFID産品的工作頻率有低頻、高頻和甚高頻的頻率範圍内的符合不同标準的不同的産品，而且不同頻段的RFID産品會有不同的特性。其中感應器有無源和有源兩種方式。

低頻

其實RFID技術首先在低頻得到廣泛的應用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進行工作，也就是在讀寫器線圈和感應器線圈間存在着變壓器耦合作用，通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的電壓被整流，可作供電電壓使用。磁場區域能夠很好的被定義，但是場強下降的太快。

特性：

1.除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。

2.工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的許可限制。

3.低頻産品有不同的封裝形式。好的封裝形式就是價格太貴，但是有10年以上的使用壽命。

4.雖然該頻率的磁場區域下降很快，但是能夠産生相對均勻的讀寫區域。

5.相對于其他頻段的RFID産品，該頻段數據傳輸速率比較慢。

6.感應器的價格相對與其他頻段來說要貴。

主要應用：

畜牧業的管理系統；汽車防盜和無鑰匙開門系統的應用；馬拉松賽跑系統的應用；自動停車場收費和車輛管理系統；自動加油系統的應用；酒店門鎖系統的應用；門禁和安全管理系統。

高頻

高頻在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕或者印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載調制的方式的方式進行工作。也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發生變化，實現用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。如果人們通過數據控制負載電壓的接通和斷開，那麼這些數據就能夠從感應器傳輸到讀寫器。

特性：

1.工作頻率為13.56MHz，該頻率的波長大概為22m；

2.除了金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數的材料，但是往往會降低讀取距離。感應器需要離開金屬一段距離；

3.該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的限制；

4.感應器一般以電子标簽的形式；

5.雖然該頻率的磁場區域下降很快，但是能夠産生相對均勻的讀寫區域；

6.該系統具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子标簽；

7.可以把某些數據信息寫入标簽中；

8.數據傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴。

主要應用：

圖書管理系統的應用；液化氣鋼瓶的管理應用；服裝生産線和物流系統的管理和應用；三表預收費系統；酒店門鎖的管理和應用；大型會議人員通道系統；固定資産的管理系統；醫藥物流系統的管理和應用；智能貨架的管理。

甚高頻

甚高頻，工作頻率為860MHz到960MHz之間，甚高頻系統通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠，無源可達10m左右。主要是通過電容耦合的方式進行實現。

特性：

1.在該頻段，全球的定義不是很相同－歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz，北美定義的頻段為902MHz到905MHz之間，在日本建議的頻段為950MHz到956MHz之間。該頻段的波長大概為30cm左右。

2.目前，該頻段功率輸出目前統一的定義。

3.甚高頻頻段的電波不能通過許多材料，特别是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物資。相對于高頻的電子标簽來說，該頻段的電子标簽不需要和金屬分開來。

4.電子标簽的天線一般是長條和标簽狀。天線有線性和圓極化兩種設計，滿足不同應用的需求。

5.該頻段有好的讀取距離，但是對讀取區域很難進行定義。

6.有很高的數據傳輸速率，在很短的時間可以讀取大量的電子标簽。

主要應用：

供應鍊上的管理和應用；生産線自動化的管理和應用；航空包裹的管理和應用；集裝箱的管理和應用；鐵路包裹的管理和應用；後勤管理系統的應用；大規模人員進出管理的應用。

有源RFID技術

有源RFID技術（2.45GHz、5.8GHz）有源RFID具備低發射功率、通信距離長、傳輸數據量大可靠性高和兼容性好等特點與無源RFID相比在技術上的優勢非常明顯。被廣泛地應用到公路收費、港口貨運管理、人員定位管理等應用中。但是使用此頻段具有很強的方向性，并且在接收區域内如有金屬物體的話，金屬物體對該頻段的射頻會産生折射和反射，從而影響射頻接收器的信号讀寫。

工作原理

系統的基本工作流程是：閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信号，當射頻卡進入發射天線工作區域時産生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡将自身編碼等信息通過卡内置發送天線發送出去；系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信号，經天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信号進行解調和解碼然後送到後台主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信号控制執行機構動作。

在耦合方式（電感-電磁）、通信流程（FDX、HDX、SEQ）、從射頻卡到閱讀器的數據傳輸方法（負載調制、反向散射、高次諧波）以及頻率範圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區别，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設計構造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。高頻接口包含發送器和接收器，其功能包括：産生高頻發射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發射信号進行調制，用于将數據傳送給射頻卡；接收并解調來自射頻卡的高頻信号。不同射頻識别系統的高頻接口設計具有一些差異。

閱讀器的控制單元的功能包括：與應用系統軟件進行通信，并執行應用系統軟件發來的命令；控制與射頻卡的通信過程（主-從原則）；信号的編解碼。對一些特殊的系統還有執行反碰撞算法，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數據進行加密和解密，以及進行射頻卡和閱讀器間的身份驗證等附加功能。

無線射頻識别系統的讀寫距離是一個很關鍵的參數。長距離無線射頻識别系統的價格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的Q值、天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發送信息的能量等。大多數系統的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%～80%。

計算單位

絕對功率

各種射頻常用計算單位，是深入地理解射頻概念的必備基礎知識之一；絕對功率的dB表示射頻信号的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關系如下：

例如信号功率為xW，利用dBm表示時其大小為：

例如：1W等于30dBm，等于0dBW。1mW等于0dBm。

相對功率

相對功率的dB表示射頻信号的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區别在于：dB是任意兩個功率的比值的對數表示形式；而dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數表示形式。例如：30dBm-0dBm=30dB。

天線增益

天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對于無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。

其他單位

電阻：阻擋電流通過的物體或物質，從而把電能轉化為熱能或其它形式的能量，單位：歐姆，Ω

電壓：電位或電位差，單位：伏特，V

電流：單位時間内通過電路上某一确定點的電荷數，單位：安培，A

電感：線圈環繞着的東西，通常是導線，由于電磁感應的原因，線圈可産生電動勢能，單位：亨利，H

電容：一個充電的絕緣導電物體潛在具有的最大電荷率，單位：法拉，F

應用領域

射頻通信

在整個射頻通信中，主要包含以下幾種頻率：傳輸頻率、接收頻率、中頻和基帶頻率。基帶頻率是用來調制數據的信号頻率。而真正的傳輸頻率則比基帶頻率高很多，一般的頻譜範圍是500MHz到38GHz，數據信号也是在此高頻下進行傳輸的。

一般來說，射頻系統具有非常強大的傳輸調制信号的功能，即使在有幹擾信号和阻斷信号的情況下，該系統也可以做到以最高的質量發送并且以最好的靈敏度接收調制信号。阻斷信号主要有兩種：帶内阻斷信号和帶外阻斷信号。

帶外阻斷信号是指分布在信号頻譜之外的無關信号，例如由其它無線傳輸技術産生的數據信号。帶内阻斷信号則分布在人們感興趣的信号頻譜之内，例如由相同的無線傳輸技術在其它終端産生的數據信号。

對于無線通信而言，要成功地實現射頻接收功能，必須要過濾掉這兩種阻斷信号。中頻多被用來作為傳輸/接受頻率和基帶頻率的過渡，而這種傳輸方式正是超外差結構的基礎。

一般而言，帶外阻斷信号可以被天線自帶的濾波器過濾掉。而中頻的存在使人們有機會在信号被混合到基帶頻率并做數字處理之前将帶内阻斷信号濾除。另一方面，在發送端，中頻常被用來濾除所有從基帶轉換到中頻這個過程中可能産生的僞數據和噪聲。

采用超外差結構的另外一種實現方法是利用中頻采樣來減少信号鍊上的器件個數。這種方法選擇在中頻對信号進行采樣，而不是在采樣前先将信号混合到基帶。在第一種超外差結構中，從中頻到基帶的轉換過程需要以下器件：本機鎖相環、智能解調器（混頻器）和雙向ADC（模拟-數字轉換器）。如果選擇在中頻進行采樣，那這三個器件可以用一個高性能的ADC來代替。這不僅可以降低信号鍊的複雜程度，還可以提高信号解調的質量。

但是，如果在下行基帶轉換器裡應用高質量智能解調器，也能得到非常好的通信效果。如果能使本機鎖相環和射頻器件的漏電足夠小，基帶的直流失調便可最小化。除此之外，解調器的相位分離功能可以做到非常準确的90度的相位分離，這将确保信号解調時，誤差向量的值不會變壞或者隻是變壞一點。最後，如果人們在使用智能解調器的同時，使用一個具有低相位噪聲的鎖相環，将會确保基帶輸出信号的低噪聲，并且因此獲得一個好的位錯誤率(BER)。

因為ADC要在越來越高的頻率下工作，所以中頻采樣結構的功耗變得比第一種超外差結構越來越高，并因此而越來越昂貴，這是中頻采樣結構的最主要的缺點。由于這個原因，基于中頻采樣的射頻結構往往更适合那些在相對低頻或者中頻的應用，畢竟這些頻段對成本的影響不大。不過随着科技的發展，尤其是CMOS工藝的引進，使得集成高性能的器件和電路的價格越來越低，在不遠的将來，中頻采樣結構将不再是一種昂貴的選擇。

在射頻通信中應用的第三種結構由于直接轉換結構直接将基帶信号和射頻信号在同一進程中混合在一起，這使得該結構的信号鍊路最為簡單，它所需要的元器件最少。與其它兩種結構不同的是，它将不需要中頻處理和聲表面波（SAW）濾波器。

直接轉換結構的主要優點是：價格便宜、小型化、低功耗，并且沒有中頻轉換相關器件。這些優點使得這種結構非常适合在低功耗、便攜式終端的應用。盡管如此，一些高性能器件的使用為直接轉換結構應用在高端市場打開了方便之門。事實上，正是這些高性能器件的使用，使得直接轉換結構受到越來越多的關注。

由于在直接轉換結構中沒有中頻處理單元，帶内阻斷信号的功率将直接傳遞到混頻器和模數轉換器（如果信号鍊路上含有模數轉換器）。低噪聲的混頻器将确保弱信号不會被噪聲和阻斷信号所淹沒。另外，由于混頻器具有高的輸出擺幅和低的失真，阻斷信号既不會過驅動整個系統也不會調制到人們需要的載波信号上。

對于基帶超外差接收器，如果在本機鎖相環和射頻輸入之間存在洩漏通路，就一定會産生直流失調。對于和全球移動通信系統類似的支持跳頻的一些射頻應用來說，頻率的跳變将導緻本機鎖相環路漏電的改變，并最終導緻整個系統的直流失調的跳變。如果要糾正它，必須在系統中引入一個直流失調的補償環路。盡管如此，在那些不需要跳頻的應用中，本機鎖相環的漏電是不變的，因此動态直流失調的補償意義不大。

在傳輸端，由于不能有效降低帶内噪聲和失真，采用直接轉換結構的射頻發射機必須是由那些動态範圍大的元器件構成。

在基站的相關應用中，由于面積和頻道密度要被重點考慮，直接轉換結構尤其被看好。因為從基站的角度看，帶内阻斷信号是不存在的（也就是說基站自己将處理帶内阻斷信号），所以，即使直接轉換結構缺乏濾除帶内阻斷信号的功能也是可以接受的。

當然，選擇何種射頻電路結構應該由市場應用來決定。這些指導設計的因素包括：從設計到産品進入市場的時間、成本、外形、功能指标、靈活性、能否支持多種不同的應用模式等等。如何針對一個确定的應用去選擇合适的射頻結構不在本文的介紹範圍之内。但是可以明确的是，如今一些射頻器件制造商已經可以提供各種針對性的服務以幫助人們設計合适的射頻系統，在整個結構設計的過程中，他們甚至可以提供幾位富有經驗的工程師為人們答疑解惑。

醫學應用

射頻除皺是一種非侵入式的治療方式，是目前一個最為安全，最有效果的美容去皺方法之一。

射頻除皺的原理是：射頻波穿透表皮基底黑色素細胞的屏障，使真皮層膠原纖維加熱至55℃-65℃，膠原纖維收縮，使松弛的皮膚皺紋被拉緊，從而達到美容去皺的目的。

射頻除皺特點：

特點1：高效，實驗證明，射頻除皺能有效刺激膠原蛋白重組，緊緻肌膚、減少皺紋，治療後滿意度較高。

特點2：安全，射頻除皺系統能保護表皮層，達到即安全又高效的滿意效果，比其它非侵入式的治療安全性更高。此外，治療後沒有恢複期，患者可以立即恢複日常作息，免去了其它治療後所必須的注意事項。

特點3：持久，治療後，因新生的膠原蛋白一直延續不斷産生，皮膚天天都會有改善。且會在4—6個月左右達到更加顯著，令人滿意的效果。

識别系統

射頻識别技術依其采用的頻率不同可分為低頻系統和高頻系統兩大類；根據電子标簽内是否裝有電池為其供電，又可将其分為有源系統和無源系統兩大類；從電子标簽内保存的信息注入的方式可将其分為集成電路固化式、現場有線改寫式和現場無線改寫式三大類；根據讀取電子标簽數據的技術實現手段，可将其分為廣播發射式、倍頻式和反射調制式三大類。

1．低頻系統一般指其工作頻率小于30MHz，典型的工作頻率有：125KHz、225KHz、13.56MHz等，這些頻點應用的射頻識别系統一般都有相應的國際标準予以支持。

其基本特點是電子标簽的成本較低、标簽内保存的數據量較少、閱讀距離較短（無源情況，典型閱讀距離為10cm）電子标簽外形多樣（卡狀、環狀、鈕扣狀、筆狀）、閱讀天線方向性不強等。

2．高頻系統一般指其工作頻率大于400MHz，典型的工作頻段有：915MHz、2450MHz、5800MHz等。高頻系統在這些頻段上也有衆多的國際标準予以支持。高頻系統的基本特點是電子标簽及閱讀器成本均較高、标簽内保存的數據量較大、閱讀距離較遠（可達幾米至十幾米），适應物體高速運動性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及電子标簽天線均有較強的方向性。

3．有源電子标簽内裝有電池，一般具有較遠的閱讀距離，不足之處是電池的壽命有限（3~10年）；無源電子标簽内無電池，它接收到閱讀器（讀出裝置）發出的微波信号後，将部分微波能量轉化為直流電供自己工作，一般可做到免維護。相比有源系統，無源系統在閱讀距離及适應物體運動速度方面略有限制。

射頻卡分類

生産RFID産品的很多公司都采用自己的标準，國際上還沒有統一的标準。ISO18000。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個标準都由物理特性、射頻功率和信号接口、初始化和反碰撞以及傳輸協議四部分組成。

按照不同得方式，射頻卡有以下幾種分類：

1．按供電方式分為有源卡和無源卡。有源是指卡内有電池提供電源，其作用距離較遠，但壽命有限、體積較大、成本高，且不适合在惡劣環境下工作；無源卡内無電池，它利用波束供電技術将接收到的射頻能量轉化為直流電源為卡内電路供電，其作用距離相對有源卡短，但壽命長且對工作環境要求不高。

2．按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統主要用于短距離、低成本的應用中，如多數的門禁控制、校園卡、動物監管、貨物跟蹤等。中頻系統用于門禁控制和需傳送大量數據的應用系統；高頻系統應用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監控、高速公路收費等系統中應用。

3．按調制方式的不同可分為主動式和被動式。主動式射頻卡用自身的射頻能量主動地發送數據給讀寫器；被動式射頻卡使用調制散射方式發射數據，它必須利用讀寫器的載波來調制自己的信号，該類技術适合用在門禁或交通應用中，因為讀寫器可以确保隻激活一定範圍之内的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調制散射方式，讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動方式的射頻卡發射的信号僅穿過障礙物一次，因此主動方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應用中，距離更遠（可達30米）。

4．按作用距離可分為密耦合卡（作用距離小于1厘米）、近耦合卡（作用距離小于15厘米）、疏耦合卡（作用距離約1米）和遠距離卡（作用距離從1米到10米，甚至更遠）。

5．按芯片分為隻讀卡、讀寫卡和CPU卡。