1RFID概述RFID原理與實踐開發(fā)章節(jié)內(nèi)容RFID系統(tǒng)組成RFID工作原理RFID系統(tǒng)分類及特點基于EPC的RFID系統(tǒng)NFC技術(shù)1.1RFID系統(tǒng)組成定義：射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一種自動識別技術(shù)，即通過無線電信號來識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，且無須在識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。1.1RFID系統(tǒng)組成特點：RFID無須人工干預(yù)，既支持只讀工作模式也支持讀寫工作模式，且無須接觸或瞄準。RFID可以在各種環(huán)境下工作：短距離射頻產(chǎn)品具有不怕灰塵、油漬的特點；長距離射頻產(chǎn)品則多用于交通領(lǐng)域（如電子不停車收費系統(tǒng)），可識別高速運動的物體。RFID可同時識別多個電子標簽。1.1RFID系統(tǒng)組成RFID與其他識別技術(shù)對比（1）一維條碼識別技術(shù)。一維條碼由平行排列的寬窄不同的線條和間隔來表示二進制編碼。根據(jù)黑色線條和白色間隔對激光的不同反射來識別。（2）二維碼識別技術(shù)。二維碼能夠在橫向和縱向兩個方向上同時表達信息，因此能在很小的面積內(nèi)表達大量的信息。（3）磁卡識別技術(shù)。磁卡記錄信息的方法是變化極性。識別器識讀磁性變化，并將它們轉(zhuǎn)換回字母或數(shù)字的形式（4）IC卡識別技術(shù)。IC卡（IntegratedCircuitCard，集成電路卡）通過卡里的集成電路存儲信息。接觸式IC卡通過IC卡讀寫設(shè)備的觸點與IC卡的觸點接觸進行數(shù)據(jù)的讀寫。非接觸式IC卡通過非接觸式的讀寫技術(shù)進行讀寫。1.1RFID系統(tǒng)組成典型的RFID系統(tǒng)由電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）和計算機應(yīng)用系統(tǒng)組成。1.1.1RFID系統(tǒng)組成讀寫器又稱閱讀器、讀卡器，可設(shè)計為手持式讀寫器或桌面式讀寫器。1.1.1RFID系統(tǒng)組成讀寫器通常由天線、射頻接口、控制單元和應(yīng)用接口4部分組成。1.1.1RFID系統(tǒng)組成讀寫器可以通過標準網(wǎng)口、RS-232串口或USB接口同主機相連，通過天線與電子標簽通信。有時為了方便，讀寫器與智能終端設(shè)備會集成在一起形成可移動的手持式讀寫器。如果工作距離較長，則讀寫器天線也可單獨存在。讀寫器可以連接一個或多個天線，但每次使用時只能激活一個天線。1.1.2電子標簽電子標簽又叫應(yīng)答器、射頻卡，是RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。每個電子標簽存有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標識目標對象。1.1.2電子標簽電子標簽一般由天線電路、解調(diào)器、解碼器、編碼器、負載調(diào)制電路、控制器、存儲器和電源電路等部分組成。1.1.3計算機應(yīng)用系統(tǒng)計算機應(yīng)用系統(tǒng)是應(yīng)用層軟件，主要是對收集的數(shù)據(jù)做進一步處理，以便人們使用。計算機應(yīng)用系統(tǒng)通過邏輯運算識別電子標簽的“身份”，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制讀寫器完成不同的讀寫操作。1.2RFID工作原理由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號；電子標簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量被激活，將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；讀寫器的接收天線收到從電子標簽發(fā)送來的調(diào)制信號后，將其發(fā)送到讀寫器信號處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后，有效信息被送至后臺計算機應(yīng)用系統(tǒng)進行相關(guān)處理；計算機應(yīng)用系統(tǒng)做出相應(yīng)的處理和控制。1.2RFID工作原理從電子標簽和讀寫器之間的通信及能量感應(yīng)方式來看，RFID系統(tǒng)一般可以分成兩類，即電感耦合系統(tǒng)和電磁反向散射耦合系統(tǒng)。1.2.1電感耦合系統(tǒng)電感耦合系統(tǒng)基于變壓器模型，通過空間高頻交變電磁場實現(xiàn)信息耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。電感耦合方式一般適合于近距離RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率為125kHz和13.56MHz，工作距離小于1m，典型工作距離為10～20cm。1.2.2電磁反向散射耦合電磁反向散射耦合系統(tǒng)基于雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波遇到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。電磁反向散射耦合方式一般適用于在特高頻、超高頻工作的遠距離RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率有433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz。其工作距離大于1m，典型的工作距離為4～6m。1.3.1以電子標簽供電方式分類按照電子標簽獲取電能方式的不同，可以把電子標簽分為有源電子標簽、無源電子標簽和半有源電子標簽。對應(yīng)的RFID系統(tǒng)分別稱為有源RFID系統(tǒng)、無源RFID系統(tǒng)和半有源RFID系統(tǒng)。1.3.1以電子標簽供電方式分類有源RFID系統(tǒng)自帶電池進行供電，電能充足，工作可靠性高，信號傳送遠。電子標簽的使用壽命受到限制，而且隨著電子標簽內(nèi)電池電力的消耗，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x會越來越小，從而影響系統(tǒng)的正常工作。1.3.1以電子標簽供電方式分類無源RFID系統(tǒng)無源電子標簽不帶電池，依靠外部的電磁感應(yīng)供電。無源電子標簽具有永久的使用期。數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和信號強度受到限制。1.3.1以電子標簽供電方式分類半有源RFID系統(tǒng)半有源RFID系統(tǒng)介于有源RFID系統(tǒng)和無源RFID系統(tǒng)之間。它帶有電池，但是電池的能量只夠激活系統(tǒng)。系統(tǒng)激活之后，電池不再為電子標簽供電，電子標簽進入無源工作模式。1.3.2以電子標簽工作頻率分類按照電子標簽工作頻率的不同，可以把電子標簽分為低頻電子標簽、高頻電子標簽和微波電子標簽。對應(yīng)的RFID系統(tǒng)分別稱為低頻RFID系統(tǒng)、高頻RFID系統(tǒng)和微波RFID系統(tǒng)。1.3.2以電子標簽工作頻率分類低頻RFID系統(tǒng)低頻（LowFrequency，LF）RFID系統(tǒng)工作頻率范圍為30kHz～300kHz。低頻電子標簽一般為無源電子標簽。標簽的工作距離一般小于1m。低頻電子標簽的典型應(yīng)用有動物識別、工具識別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙）等。1.3.2以電子標簽工作頻率分類低頻RFID系統(tǒng)特點（1）電子標簽芯價格便宜。（2）工作頻率不受無線電頻率管制約束。（3）信號可以穿透水、有機組織、木材等。（4）電子標簽存儲信息較少，只適合低速、近距離識別應(yīng)用（如動物識別等）。（5）與高頻電子標簽相比，低頻電子標簽天線匝數(shù)更多，成本更高一些。無法同時進行多電子標簽的讀取。1.3.2以電子標簽工作頻率分類高頻RFID系統(tǒng)（1）典型工作頻率為13.56MHz。（2）基于電感耦合原理。1.3.2以電子標簽工作頻率分類高頻RFID系統(tǒng)（3）對環(huán)境干擾較為敏感，在有金屬或較潮濕的環(huán)境下讀取率較低。（4）高頻電子標簽常應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、高頻防偽、患者管理、公交卡、電子錢包、圖書管理、產(chǎn)品管理、文件管理、電子機票、行李標簽等。（5）13.56MHz頻率在全球都免許可使用，沒有特殊的限制，應(yīng)用和市場廣泛且接受度高。1.3.2以電子標簽工作頻率分類微波RFID系統(tǒng)特高頻與超高頻頻段的RFID系統(tǒng)可統(tǒng)稱為微波RFID系統(tǒng)。微波穿透力弱，水、木材和有機組織均會對其傳播有影響。微波RFID系統(tǒng)工作距離遠，且有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此應(yīng)用廣泛。1.3.2以電子標簽工作頻率分類微波RFID系統(tǒng)特點（1）其典型工作頻率有433MHz、902MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。（2）微波電子標簽包括有源電子標簽、無源電子標簽、半有源電子標簽。（3）工作距離一般大于1m，典型情況為4～6m，最大可達10m以上。（4）讀寫器天線一般為定向天線，只有在定向波束范圍內(nèi)的電子標簽可被讀寫。（5）可實現(xiàn)多標簽讀取。（6）可實現(xiàn)高速運動物體的識別。（7）可用于鐵路車輛自動識別、集裝箱識別、公路車輛識別，還可用于自動收費系統(tǒng)。1.3.2以電子標簽工作頻率分類微波RFID系統(tǒng)特點目前，無源電子標簽的應(yīng)用相對集中在902MHz～928MHz工作頻段。2.45GHz和5.8GHzRFID系統(tǒng)多采用半有源電子標簽。半有源電子標簽一般采用紐扣電池供電，具有較大的識別距離。電子不停車收費（ElectronicTollCollection，ETC）系統(tǒng)，工作頻率可采用915MHz、2.45GHz和5.8GHz。1.3.2以電子標簽工作頻率分類ETC系統(tǒng)1.4.1EPC系統(tǒng)組成EPC系統(tǒng)組成1.4.1EPC系統(tǒng)組成EPC標簽是EPC的物理載體，附著于可追蹤的物品之上，可以全球流通并被識別和讀寫。EPC讀寫器與信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連，讀取EPC標簽中的EPC并將其輸入信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1.4.1EPC系統(tǒng)組成信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由本地網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)組成，是實現(xiàn)信息管理和流通的功能模塊。EPC中間件是具有一系列特定屬性的“程序模塊”或“服務(wù)”，并被用戶集成以滿足其特定需求。EPC中間件被稱為Savant，用來加工和處理來自讀寫器的所有信息和事件流，是連接讀寫器和企業(yè)應(yīng)用程序的紐帶，主要任務(wù)是在將數(shù)據(jù)送往企業(yè)應(yīng)用程序之前進行電子標簽數(shù)據(jù)校對、讀寫器協(xié)調(diào)等操作。1.4.1EPC系統(tǒng)組成信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由本地網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)組成，是實現(xiàn)信息管理和流通的功能模塊。ONS是一個自動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，類似于域名解析服務(wù)。ONS給EPC中間件指明存儲物品相關(guān)信息的服務(wù)器，是聯(lián)系EPC中間件和EPCIS的網(wǎng)絡(luò)樞紐。EPCIS

提供了一個模塊化、可擴展的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，使得EPC的相關(guān)數(shù)據(jù)可以在企業(yè)內(nèi)部或者企業(yè)之間共享1.4.2EPC編碼EPC提供給實體對象全球唯一標識，即一個EPC只標識一個實體對象。足夠的編碼容量。組織保證。使用周期。對一般的實體對象，EPC使用周期和實體對象的生命周期一致。對特殊的產(chǎn)品，EPC的使用周期是永久的。EPC保留備用空間，具有可擴展性，具有足夠的1.4.2EPC編碼EPC編碼是由一個標頭加上EPC管理者代碼、對象分類代碼、序列號組成的一組數(shù)字。其中標頭標識了EPC的類型，表示隨后的碼段具有不同的長度；EPC管理者代碼是與此EPC相關(guān)的生產(chǎn)廠商的信息；對象分類代碼記錄物品精確類型；序列號是物品的唯一標識，它會精確地指向一件物品。1.4.2EPC編碼表1.3EPC編碼版本版本類型標頭字段管理者代碼對象分類代碼序列號EPC-64TypeⅠ2211724TypeⅡ2151334TypeⅢ2261323EPC-96TypeⅠ8282436EPC-256TypeⅠ83256160TypeⅡ86456128TypeⅢ812856641.4.2EPC編碼64位的EPC版本號只有2位，即01、10、11。為了和64位的EPC相區(qū)別，所有長度大于64位的EPC，版本號的最高2位須為00。所有96位的EPC，版本號開始的位序列是001。所有長度大于96位的EPC，版本號的前3位是000。所有256位的EPC，版本號開始的位序列是00001。。1.4.3EPC標簽和讀寫器1.4.3EPC標簽和讀寫器EPC的Class和Gen是兩個不同的概念。Class描述的是電子標簽的基本功能，如電子標簽里面存儲器的情況或有無電池。Gen是指電子標簽規(guī)范的主要版本號。通常所說的第二代EPC，實際上是第二代EPCClass1，這表明它采用電子標簽規(guī)范的第二個主要版本，擁有可一次寫入的用戶存儲器。EPC標簽分類的目的是提供一種模塊化結(jié)構(gòu)，涵蓋一系列電子標簽功能。1.4.3EPC標簽和讀寫器EPC讀寫器是EPC標簽和計算機網(wǎng)絡(luò)之間的紐帶，它將EPC標簽中的EPC通過射頻讀入后轉(zhuǎn)換成為可在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。1.4.4EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EPC系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過中間件、ONS以及EPCIS實現(xiàn)全球的實物互聯(lián)。中間件是連接讀寫器和企業(yè)應(yīng)用程序的紐帶。中間件完成的任務(wù)是數(shù)據(jù)校對、讀寫器協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和任務(wù)管理等。1.4.4EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)ONS查詢的詳細步驟如下。（1）讀寫器從產(chǎn)品的電子標簽中讀取EPC（二進制字符串）。（2）將二進制字符串轉(zhuǎn)化成為EPCURI（UniformResourceIdentifier，統(tǒng)一資源標識符）格式。（3）解析器從URI格式提取出域名。（4）執(zhí)行ONS查詢，獲得這個地址的名稱權(quán)威指針（NamingAuthorityPointer，NAPTR）記錄，并返回與查詢貨品相關(guān)的URI。1.4.4EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EPCIS位于整個EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的最高層，它不僅處理原始EPC觀測資料的上層數(shù)據(jù)，還處理過濾和整理后的觀測資料的上層數(shù)據(jù)。1.4.5EPC系統(tǒng)原理1.4.4EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)近場通信（NearFieldCommunication，NFC）是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，使電子設(shè)備可以在彼此靠近的情況下進行數(shù)據(jù)交換。NFC技術(shù)由RFID技術(shù)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，在單一芯片上結(jié)合了感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點對點的功能。1.5NFC技術(shù)近場通信（NearFieldCommunication，NFC）是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，使電子設(shè)備可以在彼此靠近的情況下進行數(shù)據(jù)交換。NFC技術(shù)由RFID技術(shù)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，在單一芯片上結(jié)合了感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點對點的功能。1.5NFC技術(shù)NFC和RFID對比：（1）NFC的工作頻率為13.56MHz，而RFID的工作頻率有低頻、高頻及微波三種。（2）NFC的工作距離一般小于10cm，而RFID工作距離從幾厘米到幾十米不等。（3）NFC同時支持讀寫模式和卡模式；而在RFID中，讀寫器和電子標簽是獨立的兩個實體，不能切換。（4）NFC支持P2P（PeertoPeer，點對點）模式，RFID不支持P2P模式。（5）NFC多數(shù)應(yīng)用在門禁系統(tǒng)、公交卡、手機支付等領(lǐng)域，而RFID更多應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤和資產(chǎn)管理方面。1.5NFC技術(shù)——讀卡器模式讀卡器模式是一種主動模式，數(shù)據(jù)在NFC芯片中。支持NFC的電子設(shè)備向帶有NFC芯片的標簽、貼紙、名片等介質(zhì)讀寫信息。當設(shè)備向NFC讀寫數(shù)據(jù)時，它會發(fā)送磁場，而這個磁場會自動向NFC芯片供電，因此不需要外部供電。1.5NFC技術(shù)——仿真卡模式仿真卡模式是一種被動模式，數(shù)據(jù)在支持NFC的手機或其他電子設(shè)備中。支持NFC的手機或其他電子設(shè)備被模擬成一張卡，如借記卡、公交卡、門禁卡等。仿真卡模式在使用時還需要一個NFC讀卡器。1.5NFC技術(shù)——P2P模式這是一種雙向模式，通常用于不同NFC設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，相當于兩個設(shè)備都處于主動模式，其有效距離一般不超過4cm。P2P模式的典型應(yīng)用是兩部支持NFC的手機或平板電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)的點對點傳輸。NFC的P2P模式類似于紅外和藍牙技術(shù)。它的傳輸建立速度要比紅外和藍牙技術(shù)快很多，數(shù)據(jù)傳輸速率卻不如藍牙。2RFID技術(shù)基礎(chǔ)RFID原理與實踐開發(fā)章節(jié)內(nèi)容數(shù)字通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)調(diào)制技術(shù)通信數(shù)據(jù)的完整性數(shù)據(jù)的安全性2.1數(shù)字通信基礎(chǔ)信號模擬信號是指用連續(xù)變化的物理量表示的信息數(shù)字信號是離散的，其值隨時間的變化不是連續(xù)的2.1.1信號RFID系統(tǒng)中一般采用數(shù)字信號，主要原因如下。信號的完整性。數(shù)字信號抗干擾能力強，容易校驗和實現(xiàn)多標簽的防沖突操作，從而保持數(shù)據(jù)的完整性。信號的安全性。數(shù)字信號更容易實現(xiàn)加密和認證，保障信號的安全傳送。便于存儲、處理和交換。二進制碼容易進行存儲、處理和交換。設(shè)備便于集成化和微型化。數(shù)字信號便于集成電路的實現(xiàn)，使設(shè)備具有體積小、低成本和低功耗的特性。便于構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)?？梢詫崿F(xiàn)傳輸和交換的綜合，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化，更容易與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合組成物聯(lián)網(wǎng)。2.1.1信號信號的分析可以從時域和頻域兩個方面進行。RFID系統(tǒng)中，通常對信號頻域的研究比對時域的研究重要的多。頻譜是信號在頻域中的重要參數(shù)。2.1.2信道信道是信號傳輸?shù)耐ǖ馈Ｐ诺赖捏w征主要體現(xiàn)在信道帶寬、傳輸速率、信道容量等幾個方面。信道帶寬：信道能通過的信號頻率范圍稱為信道的頻帶寬度，簡稱帶寬BW=f2-f1

信道傳輸速率：數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速度，單位為比特/秒，記作bit/s。2.1.2信道波特率波特率指的是信號被調(diào)制以后在單位時間內(nèi)狀態(tài)的變化次數(shù)。攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元稱為碼元，每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。單位波特（Baud）。比特率比特率是數(shù)據(jù)的傳輸速率，單位為比特/秒（bps）。比特率=波特率×log2M。2.1.2信道RFID的信道容量選擇較高的載波頻率。減小干擾，提高信噪比。2.1.3RFID系統(tǒng)通信模型

讀寫器與電子標簽之間的數(shù)據(jù)交換是通過電信號實現(xiàn)的，即雙方將要傳送的數(shù)據(jù)信息附著在電信號的某一參量上，收發(fā)的雙方通過解析從對方接收到的電信號獲取數(shù)據(jù)信息。若某通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率為2400bps，采用4相位調(diào)制，則該鏈路的波特率為600波特1200波特4800波特9600波特ABCD提交單選題1分2.2.1編碼技術(shù)分類信源編碼與解碼：提高通信有效性，減少或消除信源冗余度。連續(xù)信號離散化數(shù)據(jù)壓縮數(shù)字信號編碼。將數(shù)字數(shù)據(jù)編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號。信道編碼與解碼

通過增加冗余、校驗等，來提高抗干擾能力以及檢錯和糾錯能力。保密編碼與解碼隱藏敏感信息，常通過各種加密算法實現(xiàn)。2.2.2

RFID常用編碼方式——NRZ編碼不歸零（Non-ReturntoZero，NRZ）碼是一種最基本的數(shù)字基帶編碼方式，使用高電平表示二進制數(shù)據(jù)的1，用低電平表示二進制數(shù)據(jù)的0。2.2.2

RFID常用編碼方式——曼徹斯特編碼曼徹斯特（Manchester）編碼使用電壓的跳變來表示二進制數(shù)據(jù)，通常使用上升沿表示數(shù)據(jù)0，使用下降沿表示數(shù)據(jù)1，其特點是在數(shù)據(jù)位的中間部分始終有跳變。2.2.2

RFID常用編碼方式——曼徹斯特編碼由于曼徹斯特編碼在數(shù)據(jù)位的中間部分總存在跳變沿，接收方可以根據(jù)這一跳變獲得同步時鐘。圖2.4接收方收到的曼徹斯特編碼波形圖2.5根據(jù)圖2.4得到的時鐘信號和曼徹斯特波形對應(yīng)數(shù)據(jù)2.2.2

RFID常用編碼方式——曼徹斯特編碼由于曼徹斯特編碼在數(shù)據(jù)位的中間部分總存在跳變沿，接收方可以根據(jù)這一跳變獲得同步時鐘。圖2.4接收方收到的曼徹斯特編碼波形圖2.5根據(jù)圖2.4得到的時鐘信號和曼徹斯特波形對應(yīng)數(shù)據(jù)2.2.2

RFID常用編碼方式——曼徹斯特編碼（a）NRZ編碼和解碼

（b）曼徹斯特編碼和解碼圖2.6電子標簽數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時的NRZ和曼徹斯特編碼2.2.2

RFID常用編碼方式——差動雙相編碼差動雙相編碼又稱為兩相碼、FM0編碼，其編碼規(guī)則是在兩位相鄰數(shù)據(jù)的交界部分總有跳變，并根據(jù)數(shù)據(jù)位的中間部分是否有跳變來區(qū)分數(shù)據(jù)0和1，中間有跳變表示數(shù)據(jù)0，中間沒有跳變表示數(shù)據(jù)1。2.2.2

RFID常用編碼方式——米勒編碼對于數(shù)據(jù)1，用碼元間隔中心點出現(xiàn)躍變?nèi)纭?0”或“01”碼來表示；對于數(shù)據(jù)0，則用“00”或“11”進行交替。具體地，根據(jù)前一個碼元的編碼情況選擇，使其碼元連接處不跳變。當發(fā)送連續(xù)的0時，在兩個0碼的邊界處進行跳變，即“00”和“11”交替。2.2.2

RFID常用編碼方式——修正米勒編碼將米勒碼中的跳變改為使用窄脈沖表示。修正的米勒碼中傳送數(shù)據(jù)的信號大部分時間都是高電平。數(shù)據(jù)中間有窄脈沖表示1，數(shù)據(jù)中間沒有窄脈沖表示0當發(fā)送連續(xù)的0時，從第2個0開始在數(shù)據(jù)的起始處增加一個窄脈沖。2.2.2

RFID常用編碼方式——二進制脈沖寬度編碼使用不同的脈沖寬度表示數(shù)據(jù)0和1。數(shù)據(jù)0的位寬小，數(shù)據(jù)1的位寬大。為了區(qū)分識別數(shù)據(jù)，在每一位數(shù)據(jù)的起始處都有一個窄脈沖。2.2.2

RFID常用編碼方式編碼方式的選擇要考慮電子標簽?zāi)芰康膩碓淳幋a方式的選擇要考慮電子標簽檢錯的能力編碼方式的選擇要考慮電子標簽時鐘的提取在電子標簽芯片中，一般不會有時鐘電路，電子標簽芯片一般需要在讀寫器發(fā)來的碼流中提取時鐘，讀寫器發(fā)出的編碼方式應(yīng)該能夠使電子標簽容易提取時鐘信息。以下編碼方式中，能使讀寫器天線磁場持續(xù)最長時間打開的是曼徹斯特編碼米勒編碼FM0編碼修正的米勒編碼ABCD提交單選題1分2.3.1調(diào)制技術(shù)調(diào)制用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在載波上形成已調(diào)信號傳輸；解調(diào)是調(diào)制的反過程調(diào)制的分類按調(diào)制信號形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。按被調(diào)信號種類可分為脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制和光波調(diào)制等按傳輸特性可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。線性調(diào)制不改變信號原始頻譜結(jié)構(gòu)，而非線性調(diào)制則改變了信號原始頻譜結(jié)構(gòu)。2.3.2RFID調(diào)制類型幅移鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）在二進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化，分別對應(yīng)二進制信息的1和0。

2.3.2RFID調(diào)制類型頻移鍵控（FSK）是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的二進制頻移鍵控載波的頻率有兩種，載波頻率在兩個頻率點變化，分別對應(yīng)二進制信息的1和0。2.3.2RFID調(diào)制類型相移鍵控（PSK）是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息的二進制相移鍵控載波的初始相位有兩種值，通常取0和180°。2.3.2RFID調(diào)制類型副載波調(diào)制RFID中最常使用的調(diào)制方式是AMASKFMPSKABCD提交單選題1分2.4通信數(shù)據(jù)的完整性（1）在讀寫器與電子標簽無線通信之間的信道噪聲。

解決方法：差錯檢測算法（數(shù)據(jù)完整性）（2）多卡操作過程中電子標簽之間數(shù)據(jù)的碰撞。

解決方法：防碰撞算法2.4.1差錯檢測——奇偶校驗若采用奇校驗，則整個傳輸?shù)拇a元（包括信息碼元和監(jiān)督碼元）中數(shù)據(jù)位1的個數(shù)應(yīng)為奇數(shù)若采用偶校驗，則整個傳輸?shù)拇a元中數(shù)據(jù)位1的個數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。奇偶校驗中，監(jiān)督碼元始終是1位。2.4.1差錯檢測——奇偶校驗例2-1：若信息碼元為1100101，試求：（1）奇監(jiān)督碼元和偶監(jiān)督碼元。（2）編碼效率。（3）若有1位錯碼，能否檢測？（4）若有2位錯碼，能否檢測？解：（1）

奇監(jiān)督碼元為1，此時總碼元為11001011；偶監(jiān)督碼元為0，此時總碼元為11001010。（2）奇偶校驗中，監(jiān)督碼元始終是1位。所以編碼效率均為87.5%。（3）奇偶校驗碼只能檢測奇數(shù)個錯碼。因此可檢測1位錯碼。（4）不能檢測2位錯碼。2.4.1差錯檢測——CRC校驗循環(huán)冗余校驗法的工作原理是：（1）發(fā)送方：將要發(fā)送的整個數(shù)據(jù)塊當成一個連續(xù)的二進制數(shù)據(jù)M(x)，在發(fā)送時，將多項式除以一個生成多項式G(x)（模2除法，G(x)的階次應(yīng)低于的階次M(x)），得到的余數(shù)就是需在信息碼元后面增加的監(jiān)督碼元。需要注意的是，監(jiān)督碼元的位數(shù)由G(x)的階次決定。（2）接收方：將接收到的全部數(shù)據(jù)（包括信息碼元和監(jiān)督碼元）除以與發(fā)送方相同的生成多項式，若能除盡（余數(shù)為0），傳輸正確；若除不盡，則說明傳輸有差錯，要求發(fā)送方重新發(fā)送一次。2.4.1差錯檢測——CRC校驗CRC算法步驟：①設(shè)為r階，在M(x)數(shù)據(jù)塊的末尾附加r個0，使數(shù)據(jù)塊變?yōu)閙+r位，則相應(yīng)的多項式為xrM(x)。②按模2除法計算xrM(x)/G(x)，得到余數(shù)R(x)。③將r位余數(shù)添加于M(x)后面，得到發(fā)送數(shù)據(jù)T(x)。2.4.2防碰撞算法2.4.2防碰撞算法——SDMASDMA是基于空間分隔信道，利用占用不同空間的傳輸介質(zhì)來進行分割以構(gòu)成不同信道的技術(shù)。2.4.2防碰撞算法——FDMAFDMA是利用不同的載波頻率來形成不同的子信道，每個子信道可以單獨傳送一路信號的多路復(fù)用技術(shù)。2.4.2防碰撞算法——CDMACDMA它既能共享信道的空間，也能共享信道的頻率和時間，從頻域或時域看，多個CDMA信號是互相重疊的。CDMA的原理是不同用戶傳輸信息所用的信號用各自不同的編碼序列來區(qū)分。CDMA的通信頻帶和技術(shù)復(fù)雜性使其在RFID系統(tǒng)中難以應(yīng)用。2.4.2防碰撞算法——TDMATDMA是將整個傳輸時間分為許多時間間隔（TimeSlot，TS，又稱時隙）傳送多路信號時每個時隙被一路信號占用，信道上的每一時刻只有一路信號存在RFID系統(tǒng)主要采用TDMA2.4.2TDMA——純ALOHA算法電子標簽一旦進入讀寫器的閱讀區(qū)域就自動向讀寫器發(fā)送其自身識別信息若讀寫器檢測到發(fā)生了沖突，讀寫器就發(fā)送命令讓標簽停止發(fā)送，隨機等待一段時間后再重新發(fā)送以減少沖突。2.4.2TDMA——純ALOHA算法2.4.2TDMA——二進制樹型搜索算法基本思想：將處于沖突的標簽分成左右兩個子集0和1，先查詢子集0，若沒有沖突，則正確識別標簽；若仍有沖突，則再分裂，把子集0分成00和01兩集，以此類推，直到識別出子集0中的所有標簽。前提：每個電子標簽都有唯一的序列號。編碼方式能檢測到多個電子標簽序列號的沖突位（如曼徹斯特編碼）2.4.2TDMA——二進制樹型搜索算法工作流程：①讀寫器廣播發(fā)送最大序列號查詢前綴Q（每位全為1），讓其作用范圍內(nèi)的標簽響應(yīng)，同一時刻傳輸所有電子標簽的序列號至讀寫器。②讀寫器對比標簽響應(yīng)的序列號的相同位數(shù)上的數(shù)，如果出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象（即有的序列號該位為0，而有的序列號該位為1），則判斷有碰撞。③確定有碰撞后，把有不一致位的數(shù)最高位置0，后續(xù)位全部置為1再輸出查詢前綴Q，依次排除序列號大于Q的標簽。④識別出序列號最小的標簽后，選中該標簽，對其進行數(shù)據(jù)操作，然后使其進入“無聲”狀態(tài)，則對讀寫器發(fā)送的查詢命令不進行響應(yīng)。⑤重復(fù)步驟①~④，選出序列號倒數(shù)第二的標簽。2.4.2TDMA——二進制樹型搜索算法例：設(shè)有4個電子標簽A、B、C、D，其序列號分別為10110010、10100011、10110011、11100011，分析其二進制搜索算法實現(xiàn)流程。序號查詢前綴Q標簽A標簽B標簽C標簽D讀寫器的響應(yīng)111111111101100101010001110110011111000111X1X001X210111111101100101010001110110011

101X001X310101111

10100011操作后靜默

1010001141111111110110010

10110011111000111X1X001X51011111110110010

10110011

1011001X61011001010110010操作后靜默

10110010711111111

10110011111000111X1X0011810111111

10110011操作后靜默

10110011911111111

11100011操作后結(jié)束111000112.5數(shù)據(jù)的完整性理想的RFID系統(tǒng)的安全需求：1.機密性：不應(yīng)向任何未被授權(quán)的第三方泄露任何敏感信息。2.真實性：通信的雙方應(yīng)該確信對方是真正合法的對話方3.完整性：防止并識別信息在傳輸過程中被攻擊者篡改或替換。4.可用性：RFID系統(tǒng)采用的安全措施應(yīng)該方案可靠、運行節(jié)能、算法易于實現(xiàn)，安全措施成本低，便于在RFID系統(tǒng)中大規(guī)模推廣應(yīng)用。2.5.2RFID系統(tǒng)認證技術(shù)三次認證過程2.5.3密鑰管理在電子標簽中，密鑰可能會不止一個分級密鑰存儲區(qū)分頁密鑰3RFID無線通信技術(shù)RFID原理與實踐開發(fā)章節(jié)內(nèi)容電磁波技術(shù)天線技術(shù)RFID天線技術(shù)RFID天線的制造工藝3.1電磁波技術(shù)按照麥克斯韋的電磁場理論，時變的電場會引起磁場，時變的磁場也會引起電場。電磁場的場源隨時間變化時，其電場與磁場互相激勵導(dǎo)致電磁場的運動而形成電磁波。頻率越高，波長越長3.1電磁波技術(shù)電磁波具有波粒二象性，可在真空中傳播電磁波的電場方向、磁場方向和傳播方向三者互相垂直。太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態(tài)。3.1電磁波技術(shù)

3.1.2電磁波頻率表3.1IEEE劃分的電磁波頻譜頻段名稱頻率波段名稱波長ELF（極低頻）3Hz~30Hz極長波100000~10000kmSLF（超低頻）30Hz~300Hz超長波10000~1000kmULF（特低頻）300Hz~3000Hz特長波1000~100kmVLF（甚低頻）3kHz~30kHz甚長波100~10kmLF（低頻）30kHz~300kHz長波10~1kmMF（中頻）300kHz~3000kHz中波1000~100mHF（高頻）3MHz~30MHz短波100~10mVHF（甚高頻）30MHz~300MHz超短波10~1mUHF（特高頻）300MHz~3000MHz分米波100~10cmSHF（超高頻）3GHz~30GHz厘米波10~1cmEHF（極高頻）30GHz~300GHz毫米波10~1mm3.1電磁波頻率ISM（IndustrialScientificMedical，工業(yè)、科學和醫(yī)學）頻段主要是開放給工業(yè)、科學和醫(yī)療三個主要行業(yè)使用的頻段。ISM頻段屬于無需授權(quán)許可就能使用的頻段，對使用的功率有所限制有些ISM頻段在全世界通用，而有些ISM頻段僅在世界上的某些地區(qū)使用。為劃分無線電頻率，國際電信聯(lián)盟將世界劃分為3個區(qū)，中國位于第3區(qū)。3.1.2電磁波頻率頻段范圍中心頻率可行性6.765MHz~6.795MHz6.78MHz取決于當?shù)?3.553MHz~13.567MHz13.56MHz全世界通用26.957MHz~27.283MHz27.12MHz全世界通用40.66MHz~40.7MHz40.68MHz全世界通用433.05MHz~434.79MHz433.92MHz僅用于第1區(qū)，取決于當?shù)?02MHz~928MHz915MHz僅限于第2區(qū)（有例外）2.4GHz~2.5GHz2.45GHz全世界通用5.725GHz~5.875GHz5.8GHz全世界通用24GHz~24.25GHz24.125GHz全世界通用表3.2常用ISM頻段3.1.3電磁波的特性——自由空間傳輸損耗自由空間是理想介質(zhì)，電磁能量不存在吸收損耗。自由空間的傳輸損耗是指電磁波在傳播過程中，隨著傳播距離的增大，能量的自然擴散引起的損耗。自由空間的傳輸損耗（單位：dB）可表示為

式中，d為電波傳播距離，f為電磁波頻率。電磁波的工作頻率越高，電子標簽和讀寫器之間的距離越大，自由空間的傳輸損耗越大。3.1.3電磁波的特性——傳播機制RFID電磁波的傳播存在直射、反射、繞射和散射等多種情況。直射：電磁波在自由空間傳播，沒有任何障礙物。反射：電磁波照射到比載波波長大的平面物體反射出來的電磁波再被無線通信接收機的天線接收。繞射：當接收機和發(fā)射機之間的無線傳播路徑被較為尖利的邊緣阻擋時，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。電磁波波長與障礙物尺寸比值越大，繞射能力越強。散射：當障礙物的尺寸小于電磁波波長，且單位體積內(nèi)障礙物的個數(shù)非常多時，電磁波會在障礙物表面發(fā)生散射。散射常發(fā)生在粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體的表面。3.1.3電磁波的特性——金屬影響金屬導(dǎo)體會在很大程度上阻止電磁波的傳播，這是因為金屬導(dǎo)體會在電磁波的作用下產(chǎn)生電渦流。電渦流效應(yīng)是指塊狀金屬導(dǎo)體置于變化磁場中或在磁場中作切割磁力線時，塊狀金屬導(dǎo)體內(nèi)將會產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流。電渦流只集中于金屬導(dǎo)體的表面，而不是均勻分布于導(dǎo)體內(nèi)部，這種現(xiàn)象稱為電渦流的集膚現(xiàn)象。磁場頻率越高，貫穿深度就越小。3.2天線技術(shù)在無線電設(shè)備中，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。由發(fā)射機產(chǎn)生的高頻振蕩能量，經(jīng)過傳輸線（也稱為饋線）傳送到發(fā)射天線，然后由發(fā)射天線變?yōu)殡姶挪芰?，向預(yù)定方向輻射。電磁波通過傳播媒質(zhì)到達接收天線后，接收天線將接收到的電磁波能量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)行電磁波，然后通過饋線送到接收機，完成無線電波傳輸?shù)倪^程。3.2天線技術(shù)按照不同的標準，天線有多種分類方法。（1）按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。（2）按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達天線等。（3）按方向性可分為全向天線和定向天線等。（4）按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。（5）按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線狀天線、面狀天線、縫隙天線和微帶天線等。3.2.1天線基本參數(shù)——方向圖一般用天線的方向圖來表示天線的方向性。天線的方向性指天線向各個方向輻射或接收電磁波相對強度的特性。天線的方向性圖是指該輻射區(qū)域中輻射場的角度分布，圖示為花瓣狀的天線方向性圖。3.2.1天線基本參數(shù)——主瓣寬度主瓣寬度又稱半功率波瓣寬度或3dB波瓣寬度，是指主瓣最大值兩邊場強等于最大值的0.707倍（即最大功率密度下降一半）的兩個輻射方向之間的夾角。大部分的能量都集中于主瓣中。3.2.1天線基本參數(shù)——增益天線通常是無源器件，它并不放大電磁信號。天線增益指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。天線增益用來定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度，衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。天線增益與天線方向圖有密切關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。3.2.1天線基本參數(shù)——阻抗天線輸入端的電壓與電流的比值稱為天線的輸入阻抗。天線的輸入阻抗與天線的幾何形狀、尺寸、饋電點位置、工作波長和周圍環(huán)境等因素有關(guān)。研究天線阻抗的主要目的是實現(xiàn)天線和饋線間的阻抗匹配。當天線與饋線匹配時，由發(fā)射機向天線或由天線向接收機傳輸?shù)墓β首畲螅@時在饋線上不會出現(xiàn)反射波。3.2.1天線基本參數(shù)——駐波比駐波比（StandingWaveRatio，SWR）用來反映饋線與天線之間的匹配情況。如果不匹配，就會在天線產(chǎn)生反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin，形成波谷。駐波比是駐波波腹處的電壓幅值Vmax與波谷處的電壓幅值Vmin之比。SWR等于1，表示發(fā)射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發(fā)射出去；SWR大于1，則表示有一部分電波被反射回來，最終變成熱量消耗掉。SWR為無窮大，表示電波被全反射回來，能量完全沒有輻射出去。3.2.1天線基本參數(shù)——極化天線的極化特性是指天線輻射的電磁波在最大輻射方向上電場強度矢量的空間指向。一般以電場矢量的空間指向作為天線輻射電磁波的極化方向。根據(jù)電場強度的矢端軌跡特征，天線的極化分為線極化、圓極化和橢圓極化。3.2.1天線基本參數(shù)——極化

3.2.1天線基本參數(shù)——極化只有接收天線的極化方向與所接收電磁波的極化方向一致才能感應(yīng)出最大的信號。線極化方式對天線的方向要求較高，一般只用于電子標簽和讀寫器的相對位置固定的場合。圓極化方式各個位置感應(yīng)得到的信號都是相同的，在RFID系統(tǒng)中常采用圓極化。需要注意的是，圓極化天線不能接收與其正交的電磁波，即左旋圓極化天線不能接收右旋圓極化電磁波，右旋圓極化天線不能接收左旋圓極化電磁波。3.2.1天線基本參數(shù)——場區(qū)根據(jù)觀測點距離天線的距離將天線場區(qū)劃分為三個區(qū)域——無功近場區(qū)、輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)。3.2.2天線的選用影響RFID天線性能的參數(shù)主要有天線類型、尺寸結(jié)構(gòu)、材料特性、成本價格、工作頻率、頻帶寬度、極化方向、方向性、增益、波瓣寬度、阻抗問題和環(huán)境影響等。3.2.2天線的選用RFID天線的設(shè)計要求（1）天線的大小。直徑（2）天線的安裝方式。集成、分離式（3）天線的頻率與頻帶寬度。單頻、多頻（4）天線的方向性。定向、全向（5）天線的極化。線極化、圓極化（6）天線的阻抗。（7）天線的可靠性和穩(wěn)健性。（8）天線應(yīng)用的靈活性。（9）天線的成本。（10）天線的工作環(huán)境。3.3RFID天線技術(shù)——低頻和高頻段在低頻和高頻段，讀寫器與電子標簽基本上都采用線圈天線3.3RFID天線技術(shù)——微波段由于工作頻率較高，天線一般不采用線圈式。微波RFID天線采用電磁輻射的方式工作，通信距離較遠。微波RFID天線的形式多樣，且電子標簽通常體積較小。3.3RFID天線技術(shù)——微波段偶極子天線是在無線電通信中使用最早、結(jié)構(gòu)最簡單、應(yīng)用最廣泛的一類天線，它由一對對稱放置的等長、等粗細導(dǎo)體構(gòu)成，導(dǎo)體相互靠近的兩端分別與饋電線相連。

3.3RFID天線技術(shù)——微波段為了縮短天線尺寸，微波RFID天線中的偶極子天線常釆用彎曲結(jié)構(gòu)，這樣可使天線更加緊湊。

（a）二線折疊偶極子天線

（b）三線折疊偶極子天線3.3RFID天線技術(shù)——微波段微帶天線是在一個薄介質(zhì)基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面是一定形狀的金屬貼片，并且利用微帶線或同軸探針對貼片饋電構(gòu)成的天線。微帶天線按形狀分類，可以分為矩形、圓形和環(huán)形微帶天線等。微帶天線按工作原理分類，可以分為諧振型（駐波型）和非諧振型（行波型）微帶天線。微帶天線按其結(jié)構(gòu)特征，可以分為微帶貼片天線和微帶縫隙天線，其中微帶貼片天線又可以分為微帶駐波貼片天線和微帶行波貼片天線。

3.3RFID天線技術(shù)——微波段微帶駐波貼片天線由介質(zhì)基片、在基片一面上任意平面幾何形狀的導(dǎo)電貼片和基片另一面上的地板組成。各種形狀的微帶駐波貼片天線如圖3.9所示。3.3RFID天線技術(shù)——微波段微帶行波貼片天線由基片、在基片一面上的鏈形周期結(jié)構(gòu)或普通的長TEM波傳輸線和基片另一面上的地板組成。TEM波傳輸線的末端接匹配負載，當天線上維持行波時，可設(shè)計天線結(jié)構(gòu)使主波束位于從邊射到端射的任意方向。

3.3RFID天線技術(shù)——微波段微帶縫隙天線由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，微帶縫隙天線是在地板上刻出窗口即縫隙，而在介質(zhì)基片的另一面印刷出微帶線對縫隙饋電，縫隙可以是矩形（寬的或窄的）、圓形或環(huán)形。

（a）窄縫

（b）寬縫

（c）圓環(huán)縫

（d）圓貼片縫3.3RFID天線技術(shù)——微波段與普通天線相比，微帶天線的主要優(yōu)點有以下幾點。（1）剖而薄、體積小、重量輕，易變形。（2）適合用印刷電路板技術(shù)大量生產(chǎn)，成本低。（3）易于與有源器件集成，構(gòu)成有源集成天線。（4）易于實現(xiàn)圓極化、多頻段、雙極化等特性。

3.3RFID天線技術(shù)——微波段與普通天線相比，微帶天線的主要缺點有以下幾點。（1）頻帶窄，相對帶寬一般在1%~5%。（2）輻射區(qū)只限于半個平面。（3）存在導(dǎo)體和介質(zhì)損耗，并且會激勵起表面波，導(dǎo)致輻射效率低。（4）功率容量較小

3.3RFID天線技術(shù)——微波段陣列天線是由不少于兩個天線單元規(guī)則或隨機排列，并通過適當激勵獲得預(yù)定輻射特性的天線。

3.3RFID天線技術(shù)——微波段非頻變天線指能在一個很寬的頻率范圍內(nèi)保持天線的阻抗特性和方向性基本不變或稍有變化的天線。非頻變天線實現(xiàn)條件①角度條件。天線的幾何形狀僅僅由角度確定，而與其他尺寸無關(guān)。天線結(jié)構(gòu)需從中心點開始一直擴展到無限遠。②終端效應(yīng)弱。若天線上電流衰減得很快，則決定天線輻射特性的主要部分是載有較大電流的部分，而其延伸部分的作用很小。在這種情況下，有限長天線就具有無限長天線的電性能，這種現(xiàn)象就是終端效應(yīng)弱的表現(xiàn)，反之則為終端效應(yīng)強。

3.3RFID天線技術(shù)——微波段實際非頻變天線可以分成兩類。①天線的形狀僅由角度來確定，可在連續(xù)變化的頻率上得到非頻變特性，如無限長雙錐天線、平面等角螺旋天線以及阿基米德螺旋天線等。

（a）平面等角螺旋天線

（b）阿基米德螺旋天線3.3RFID天線技術(shù)——微波段②天線的尺寸按某一特定的比例因子τ變化，天線在f和τf兩頻率上的性能是相同的，只要f與τf的頻率間隔不大，在中間頻率上天線的性能變化也不會太大。典型例子是對數(shù)周期天線，

（a）正面

（b）背面圖3.15對數(shù)周期天線3.4RFID天線的制造工藝常用的有線圈繞制法、蝕刻法和印刷法。低頻RFID天線基本采用繞線方式制作而成；高頻RFID天線采用上述三種方法均可實現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁和銅；微波RFID天線則以印刷天線為主。

3.4RFID天線的制造工藝利用線圈繞制法制作RFID天線時，先在一個繞制工具上繞制線圈，然后使用烤漆對線圈進行固定。將芯片焊接到天線上之后，還要對天線和芯片進行固定。成本高，生產(chǎn)速度慢，容易出現(xiàn)虛焊、假焊和偏焊等缺陷。

（a）矩形繞制線圈天線

（b）圓形繞制線圈天線3.4RFID天線的制造工藝蝕刻法是在一個塑料薄膜層上壓一個平面銅/鋁箔片，然后在箔片上涂覆光敏膠，干燥后通過一個正片（具有所需形狀的圖案）對其進行光照，之后放入化學顯影液中，此時光敏膠的光照部分被洗掉，露出銅/鋁，最后放入蝕刻池，所有未被光敏膠覆蓋部分的銅/鋁被蝕刻掉，從而得到所需形狀的天線。

（a）銅材料的線圈天線

（b）鋁材料的線圈天線3.4RFID天線的制造工藝蝕刻法的特點：①蝕刻法制作的天線精度高，電子標簽使用蝕刻法制作的天線能夠與讀寫器更好地匹配，同時天線的阻抗、方向性等性能都很好。②釆用蝕刻法的線路可以做得很細，能在有限的空間里制作出更小的精密天線。③蝕刻法的主要缺點是成本太高，制作程序煩瑣，產(chǎn)能低下。④用蝕刻法制作的RFID天線比用印刷法制作的RFID天線的使用時間長，耐用年限為10年以上。

3.4RFID天線的制造工藝印刷天線是直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板（薄膜）上印刷導(dǎo)電線路，形成天線和電路。

3.4RFID天線的制造工藝特點：①印刷天線成本低。②印刷天線的導(dǎo)電性好。③印刷工藝操作容易。④印刷過程無污染。⑤印刷天線使用時間短。

3.4RFID天線的制造工藝三種制作天線方法的對比

工藝/方法優(yōu)勢不足線圈繞制工藝工藝簡單成本高，生產(chǎn)速度慢，污染環(huán)境蝕刻工藝精度高，匹配度好成本太高，工藝復(fù)雜，污染環(huán)境噴墨印刷法環(huán)保，可精確控制電性能參數(shù)，線圈形狀任意改變，成本低精度稍差4RFID射頻前端RFID原理與實踐開發(fā)章節(jié)內(nèi)容電感耦合式讀寫器的射頻前端電感耦合式電子標簽的射頻前端電感耦合微波RFID射頻前端射頻前端實現(xiàn)射頻能量和信息傳輸?shù)碾娐贩Q為射頻前端電路，簡稱為射頻前端。RFID射頻前端包括發(fā)射通路和接收通路，是讀寫器和電子標簽的核心組成部分。RFID讀寫器的射頻前端驅(qū)動天線用于產(chǎn)生磁場，并且通過該磁場與電子標簽交換數(shù)據(jù)信息?；陔姼旭詈戏绞降淖x寫器還通過磁場向電子標簽傳遞能量。RFID電子標簽的射頻前端通過天線接收讀寫器發(fā)射的信息和能量，并將自身內(nèi)部信息反饋給讀寫器。4.1電感耦合式讀寫器的射頻前端為產(chǎn)生足夠大的磁場強度，給電子標簽提供足夠大的電源，期望讀寫器線圈上的電流最大。因此，讀寫器天線的電路多選用串聯(lián)諧振電路。4.1.1串聯(lián)諧振電路原理

等效阻抗Z的幅值諧振條件諧振頻率諧振頻率

4.1.1串聯(lián)諧振電路原理諧振特性（1）諧振時，回路電抗X=0，阻抗Z最小，為純電阻。（2）諧振時，回路電流最大。（3）電感與電容兩端電壓的模值相等。且等于外加電壓的Q倍。4.1.1串聯(lián)諧振電路原理

諧振時，電感和電容兩端的電壓可大信號源電壓的數(shù)十到數(shù)百倍，因此選擇器件時要考慮耐壓問題。這種高壓對人不存在傷害，一旦接入人體，諧振條件即被破壞。諧振特性（3）電感與電容兩端電壓的模值相等。且等于外加電壓的Q倍。4.1.1串聯(lián)諧振電路原理能量關(guān)系

4.1.1串聯(lián)諧振電路原理諧振曲線回路電流與諧振電流比取其模值其中4.1.1串聯(lián)諧振電路原理諧振曲線Q值越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好。4.1.1串聯(lián)諧振電路原理通頻帶4.1.1串聯(lián)諧振電路原理對Q值的理解(1)線圈品質(zhì)因素(2)有載品質(zhì)因素4.1.1串聯(lián)諧振電路原理Q值變化對讀寫器性能的影響Q值越大，讀寫器對特定頻率的電子標簽讀寫距離較遠，但是如果電子標簽的諧振頻率與讀寫器的諧振頻率有偏差時，讀寫器性能將急劇下降；Q值較小，則讀寫器的讀寫距離可能較短，但適應(yīng)性強實際讀寫器天線Q值需要在適應(yīng)性和選擇性之間平衡考慮。4.1.2電感線圈的交變磁場（1）磁場強度H（2）磁感應(yīng)強度（3）磁通量Φ4.1.2電感線圈的交變磁場i1為線圈電流，N1為線圈匝數(shù)，a為線圈半徑，r為離線圈中心的距離，μ0為真空磁導(dǎo)率。環(huán)形短圓柱形線圈的磁感應(yīng)強度

4.1.2電感線圈的交變磁場磁感應(yīng)強度與距離的關(guān)系

從線圈中心到一定距離磁場強度幾乎是不變的，而后急劇下降，其衰減大約為60dB/10倍距離。4.1.2電感線圈的交變磁場最佳線圈半徑

令dBz/da=0雖然增加線圈半徑a會在較遠距離r處獲得最大場強，但由于距離r的增大，會使場強值相對變小，以致影響電子標簽?zāi)芰抗┙o4.1.2電感線圈的交變磁場矩形線圈的磁感應(yīng)強度

4.2電感耦合式電子標簽的射頻前端電子標簽的射頻前端多采用并聯(lián)諧振回路。諧振時電感和電容支路中電流最大，因而并聯(lián)諧振回路的兩端可以獲得最大電壓，有助于無源電子標簽的能量獲取。

4.2并聯(lián)諧振電路4.2電感耦合式電子標簽的射頻前端并聯(lián)諧振條件角頻率諧振頻率4.2并聯(lián)諧振特性

4.2諧振曲線和通頻帶諧振曲線4.2加入負載后的并聯(lián)諧振電路

4.3電感耦合當電子標簽進入讀寫器產(chǎn)生的交變磁場時，電子標簽的電感線圈上就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。4.3.1電子標簽線圈感應(yīng)電壓時4.3.2電子標簽諧振回路端電壓

4.3.2電子標簽諧振回路端電壓由于有4.3.3電子標簽直流電源電壓獲取

電子標簽通過與讀寫器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓，該交變電壓通過整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標簽的芯片提供所需的直流電壓。4.3.3電子標簽直流電源電壓獲取電子標簽天線電路獲得的交流電壓經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換為單向脈動性直流電壓（一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓）。電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種。4.3.3電子標簽直流電源電壓獲取整流電路（a）單向半波整流電路及波形（b）單向全波整流電路及波形（c）單向橋式整流電路及波形4.3.3電子標簽直流電源電壓獲取濾波電容4.3.4負載調(diào)制在電感耦合的RFID系統(tǒng)中，電子標簽向讀寫器傳送數(shù)據(jù)信息時采用負載調(diào)制技術(shù)。負載調(diào)制有電阻負載調(diào)制和電容負載調(diào)制兩種方法。耦合模型4.3.4電阻負載調(diào)制開關(guān)S用于控制負載調(diào)制電阻的接入與否，開關(guān)S的通斷由二進制數(shù)據(jù)編碼信號控制。當二進制數(shù)據(jù)編碼信號為1時，開關(guān)S閉合；為0時，開關(guān)S斷開。4.3.4電阻負載調(diào)制（a）初級回路等效電路

（b）次級回路等效電路4.3.4電阻負載調(diào)制設(shè)初級回路處于諧振狀態(tài)，則其反射電抗Xf2=0，從而有次級回路由于Rmod的接入，負載加重，Q值降低，導(dǎo)致諧振回路兩端電壓下降。4.3.4電阻負載調(diào)制

4.3.4電阻負載調(diào)制4.3.4電阻負載調(diào)制定性分析：（1）次級回路由于Rmod的接入，負載加重，Q值降低，導(dǎo)致諧振回路兩端電壓下降。（2）電子標簽諧振回路兩端電壓會通過電子標簽線圈產(chǎn)生磁場H2，與讀寫器線圈產(chǎn)生的磁場方向相反，從而會在一定程度上削弱讀寫器線圈兩端電壓。VCD越小，H2越弱，VAB越大。4.3.4電容負載調(diào)制電容負載調(diào)制是用附加的電容器Cmod代替調(diào)制電阻Rmod。4.3.4電容負載調(diào)制電容負載調(diào)制與電阻負載調(diào)制的不同之處在于：Rmod的接入不改變電子標簽回路的諧振頻率；而Cmod接入后，由于回路等效電容變大，電子標簽回路失諧，從而導(dǎo)致諧振回路兩端電壓下降。由于Zf1上升，所以電感線圈L1兩端的電壓上升，但此時不僅有幅度的變化，也有相位的變化。該相位調(diào)制只要能保持在很小的范圍內(nèi)，就不會對數(shù)據(jù)的正確傳輸產(chǎn)生影響。4.3.4電容負載調(diào)制次級回路失諧的影響①次級回路諧振頻率高于初級回路諧振頻率。此時Cmod的加入會使初級和次級回路的諧振頻率更接近。②次級回路諧振頻率低于初級回路諧振頻率。此時Cmod的加入會使初級和次級回路的諧振頻率偏差加大。因此在采用電容負載調(diào)制時，電子標簽的天線電路諧振頻率不應(yīng)低于讀寫器天線電路的諧振頻率。4.4微波RFID射頻前端4.4微波RFID射頻前端發(fā)射信號時，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將要發(fā)射的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換成模擬基帶信號。模擬基帶信號再通過混頻器與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號進行上混頻，產(chǎn)生頻率較高的射頻信號，之后再通過放大器放大，再進行一個帶通濾波，去除干擾信號，最后通過環(huán)形器（或雙工器）由天線發(fā)射出去。接收信號時，天線接收到的射頻信號經(jīng)過環(huán)形器（或雙工器）進入接收通道，通過射頻帶通濾波器濾波，并通過放大器放大，然后通過混頻器與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號進行下混頻，產(chǎn)生頻率較低的信號（如需要，可進行二次下混頻操作），再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送給數(shù)字電路進行進一步處理。4.4微波RFID射頻前端背向散射式RFID系統(tǒng)由于標簽本身不產(chǎn)生電磁波，因此RFID系統(tǒng)的發(fā)射頻率和接收頻率完全相同。同時，背向散射式RFID系統(tǒng)的工作模式是全雙工模式，當讀寫器的接收電路準備接收標簽反射的微弱信號時，發(fā)射電路也會同時提供一個大功率的載波信號給標簽。因此，在RFID讀寫器天線上始終存在一個強載波信號和一個弱標簽信號，兩者頻率完全相同。為了將讀寫器發(fā)射的強載波信號和來自標簽的弱發(fā)射信號分開，一般采用雙工器或者環(huán)形器來實現(xiàn)。4.4微波RFID射頻前端——振蕩器振蕩器是射頻系統(tǒng)中最基本的部件之一，它可以將直流功率轉(zhuǎn)換為射頻功率，在特定的頻率建立起穩(wěn)定的正弦振蕩，從而成為本地振蕩信號源。為滿足微波射頻系統(tǒng)對射頻載波信號高頻率要求，可使用工作于負阻狀態(tài)下的二極管和晶體管，并利用腔體、傳輸線或介質(zhì)諧振器來構(gòu)成振蕩器。用此方法構(gòu)成的振蕩器可產(chǎn)生高達100GHz的基頻振蕩。4.4微波RFID射頻前端——混頻器混頻器是一個三端口器件。其中，2個端口輸入，一個端口輸出?；祛l器可以將2個不同頻率的輸入信號變?yōu)橐幌盗胁煌l率的輸出信號，輸出頻率分別為2個輸入頻率的“和頻”、“差頻”及諧波。（a）上變頻

（b）下變頻4.4微波RFID射頻前端——放大器在RFID系統(tǒng)中，發(fā)射通道上存在功率放大器，在接收通道上有低噪聲放大器，它們有以下基本功能。（1）通過隔離振蕩器和天線，減小接近效應(yīng)。（2）補償信號經(jīng)過寄生相應(yīng)濾波器后的損失。（3）為可能的ASK調(diào)制方式提供手段。（4）增大功率輸出，增強信號或者擴大信號覆蓋范圍。4.4微波RFID射頻前端——濾波器濾波器是對特定頻率的頻段或該頻段以外的頻率進行有效濾除的電路。通常分為四種類型：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。4.4微波RFID射頻前端——環(huán)形器環(huán)形器是一種將進入其任一端口的入射波，按確定的方向順序傳入下一個端口的多端口（常見3個端口）器件。如圖所示，從端口1輸入的信號只能從端口2輸出，從端口2輸入的信號只能從端口3輸出。5低頻RFID技術(shù)RFID原理與實踐開發(fā)章節(jié)內(nèi)容低頻電子標簽低頻讀寫器5低頻RFID技術(shù)讀寫器和電子標簽的載波頻率位于30kHz~300kHz的RFID系統(tǒng)典型工作頻率有125kHz和134kHz。在低頻RFID系統(tǒng)中，讀寫器和電子標簽通過電感耦合方式進行能量傳遞。低頻電子標簽幾乎都是無源電子標簽，所有的能量由讀寫器發(fā)送的電磁能提供。電子標簽通過負載調(diào)制方式向讀寫器發(fā)送信息。5.1低頻電子標簽多用于低速、近距離和安全性要求不高的場合常見產(chǎn)品:EM系列、HITAG系列:ATA（Temic）系列電子標簽等。5.1.1EM4100工作頻率為125kHz存儲容量為64bits只讀無線射頻芯片讀寫距離2-15cm數(shù)據(jù)輸出速率2kbps、4kbps或8kbps可選身份識別、考勤系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、財物標識等5.1.1EM41005.1.1EM41005.1.1EM41005.1.1EM41005.1.2EM4205/4305僅天線和共振電容有差異，存儲結(jié)構(gòu)和通信命令完全一致載波100-150kHz（典型125kHz），支持曼徹斯特編碼和兩相碼內(nèi)部存儲容量為512bits，分16個WORD，每WORD包含32bits32bits的唯一識別碼（UID）一組32bits的密碼對內(nèi)部存儲進行讀寫保護可以設(shè)定工作在RTF或TTF模式通信速率可以選擇每bit寬度為8、16、32、40或64個載波動物識別、賽鴿競翔、廢品管理、門禁系統(tǒng)及工業(yè)應(yīng)用等5.1.2EM4205/4305表5.1EM4205/4305內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)字地址描述類型0雜項數(shù)據(jù)讀寫1UID只讀2密碼只寫3用戶自由字讀寫4配置字讀寫5~13用戶數(shù)據(jù)讀寫14保護字讀/保護15保護字讀/保護

5.1.2EM4205/4305

表5.2EM4205/4305的配置字及各位的作用配置字名稱描述bit0～bit5芯片發(fā)送數(shù)據(jù)的速率110000:RF/8

11000:RF/16111100:RF/32

110010:RF/40

111110:RF/64

bit6～bit9芯片發(fā)送數(shù)據(jù)的編碼1000:曼徹斯特編碼

0100:差動雙相編碼其他值保留未用。

bit10～bit11未使用出廠設(shè)置為0。bit12～bit13高電平延時在曼徹斯特編碼或差動雙相編碼模式下，當由低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r，可以設(shè)定一個比預(yù)定的時刻提前跳變?yōu)楦唠娖降臅r間。00和11不提前

01提前1/8位周期10提前1/4位周期

速率RF/40時另有規(guī)定bit14～bit17默認讀的結(jié)束地址默認讀模式下的結(jié)束WORD地址號，有效范圍為5～13。bit17為MSB，bit14為LSB。bit18讀認證如果設(shè)置為1，則使用讀命令讀取除WORD

0和WORD

1之外的其他WORD時，必須先進行密碼認證。bit19未用必須設(shè)置為0。bit20寫認證如果設(shè)置為1，則使用寫命令改變?nèi)我釫EPROM的內(nèi)容或使用保護命令改變保護字時，都必須先進行密碼認證。5.1.2EM4205/4305

表5.2EM4205/4305的配置字及各位的作用配置字名稱描述bit21～bit22未用必須設(shè)置為0。bit23休眠（Disable）命令如果設(shè)置為1，則芯片接受休眠命令。bit24RTF如果設(shè)置為1，芯片工作于RTF模式，在默認讀模式下不發(fā)送數(shù)據(jù)，只有來自讀寫器的命令才能獲取標簽的數(shù)據(jù)。bit25未用必須設(shè)置為0。bit26賽鴿模式如果設(shè)置為1，則在默認讀模式下，芯片忽略配置字中設(shè)定的默認讀結(jié)束地址而是固定地循環(huán)發(fā)送WORD

5的32位，以及WORD

6和WORD

7的16位最低有效位（LSB）。bit27～bi31保留必須設(shè)置為0。5.1.2EM4205/4305配置字的RTF位（bit24）設(shè)置為1，則芯片工作在RTF模式。在RTF的默認讀模式下，芯片不會主動發(fā)送數(shù)據(jù)，只有收到來自讀寫器的命令才會發(fā)送數(shù)據(jù)。配置字的RTF位（bit24）設(shè)置為0，則芯片工作在TTF模式。在TTF的默認讀模式下，芯片自動連續(xù)循環(huán)發(fā)送從WORD5到某一結(jié)束WORD的數(shù)據(jù)，結(jié)束WORD的地址由配置字的bit14～bit17設(shè)定。5.1.2EM4205/4305無論芯片工作在RTF模式還是TTF模式，當芯片處于默認讀模式時，讀寫器向電子標簽發(fā)送一個位寬為32個載波時間的100%ASK調(diào)制信號（即讀寫器關(guān)閉天線磁場32個載波時間），電子標簽芯片將立即停止當前的默認讀模式，并等待讀寫器發(fā)送的下一個數(shù)據(jù)“0”；如果收到數(shù)據(jù)“0”，則芯片切換到命令處理模式，否則返回默認讀模式。5.1.2EM4205/4305

表5.3EM4205/4305的通信命令命令含義描述Login密碼認證在執(zhí)行任何有密碼保護的操作之前需要先執(zhí)行此命令。Write

Word寫數(shù)據(jù)向指定的WORD地址寫入一個32位的數(shù)據(jù)。Read

Word讀數(shù)據(jù)從指定的WORD地址讀出一個32位的數(shù)據(jù)。Protect保護向芯片的保護字寫入保護位，被保護的WORD將無法使用寫命令修改。Disable休眠只有配置字的bit23被置位芯片才接收此命令，收到命令后芯片將停止所有操作。只有重新上電復(fù)位，芯片才能退出休眠狀態(tài)。5.1.3HITAG系列電子標簽5.1.3ATA5577ATA5577的中心工作頻率為125kHz，是無源、可讀寫、具有防碰撞功能的RFID電子標簽芯片。芯片可工作于基本模式或擴展模式，兼容T5557、ATA5567、E5551、T5551