1、第2章 RFID技術基礎8/17/2022一、案例識讀與分析二、RFID技術之頻譜基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識主要內容8/17/2022 無形的戰略資源無線電頻譜資源的戰略意義案例分析與討論：無線電頻譜資源 （1）列舉我們日常生活中的無線電主要應用？（2）無線電頻率作為無形的戰略資源，對國民經濟的發展起到怎么的作用？一、案例識讀與分析8/17/20221.無線電信號的特性 在高頻電路中，我們要處理的無線電信號主要有三種:基帶（消息）信號、高頻載波信號和已調信號。所謂基帶信號，就是沒有進行調制之前的原始信號，也稱調制信號。1）時間特性2）頻譜特性 3）傳播特性4）調制特性 圖

2、2-3 無線電波的主要傳播方式（a）直射傳播（b）地波傳播（c）天波傳播（d）散射傳播二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20222.電磁波譜 不同波長電磁波的產生機理和應用領域常常有很大區別。因此人們常把各類電磁波按波長大小依次排成一列,稱為電磁波譜。若按其波長從小到大依次排列,有:y射線、X射線、紫外線、可見光(紫、能、藍、綠、黃、橙、紅)、紅外線、無線電波(微波、超短波、短波、長波)等。由于它們的性質各不相同,因而也有許多不同的用途。 圖2-4各種通信介質使用的電磁波譜范圍二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20223.電磁波的頻譜的劃分與分配 圖2-5為1959年日內瓦會議

3、制定的將世界劃分為三個頻率分區示意圖。1區為歐洲和非洲；2區為北美洲和南美洲；3區為亞洲和澳洲，國際電信聯盟的總部設在瑞士的日內瓦。 圖2-5 ITU世界頻率分區二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20224. RFID工作頻率的分類 2）高頻 (High Frequency)優點： 感應距離較長、讀取速度較快，而且可以同時間辨識多個標簽，主要應用于門禁系統、圖書館管理、產品管理、智能卡等。缺點： 易受干擾，當標簽靠近金屬或是液體的物品時，不能夠發射有效發射訊號。二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20224. RFID工作頻率的分類 3）超高頻 (Ultra High Frequ

4、ency)使用頻段在433950MHz之間，以433MHz、868950MHz最為常見優點： 讀取距離較遠、傳輸速率較快、可同時讀取辨識大量卷標、天線可用蝕刻或印刷方式制造。缺點： 在金屬和液體的物品上讀取率不佳，主要用于鐵路車廂監控、倉存管理。二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20224. RFID工作頻率的分類 4）微波 (Microwave)特性與超高頻類似，對于環境的敏感性較高；主要用于行李追蹤、物品管理、供應鏈管理等 微波射頻標簽的典型應用包括：移動車輛識別、電子身份證、倉儲物流應用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關的國際標準有：ISO10374，ISO18000-

5、4（2.45GHz）、ISO18000-5（5.8GHz）、ISO18000-6（860-930MHz）、ISO18000-7（433.92MHz），ANSI NCITS256-1999等。 二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/2022低頻(LF)高頻(HF)超高頻(UHF)微波(Microwave)頻率100500KHz1015MHz433950MHz1GHz以上常見頻段125KHz135KHz13.56MHz433MHz868950MHz2.45GHz5.8GHz系統型態被動式被動/主動式被動/主動式被動/主動式全球接受頻率是是部分部分通訊距離50cm以內1.5M以內310m310m

6、傳輸功率72dBA/m42dBA/m10mW4W4W成熟度成熟成熟新技術開發中讀取方式電磁感應電磁感應微波共振微波共振23二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/2022低頻(LF)高頻(HF)超高頻(UHF)微波(Microwave)價格低中高高環境影響X金屬潮濕潮濕數據傳輸率低高較高最高內存(Bytes)641K256512K645121664ISO對應標準ISO18000-2Two Type被動式ISO18000-3Two Mode被動式ISO18000-6Two Type被動/半主動式ISO18000-4Two Mode被動式/半主動式應用門禁系統動物識別存貨控制芯片防盜鎖智慧卡圖書

7、館管理商品管理鐵路車廂監控倉存管理道路收費系統24二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/2022射頻識別系統工作頻段 二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/2022射頻識別系統工作頻段如表2-1所示。并非表2-1中的所有頻率在射頻識別中都得到了廣泛應用，主要采用的RFID頻率為有以下四個：13.56007MHz，91513MHz，245050MHz，580075MHz。二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20225.國際RFID技術特點及相關管理規則 從應用的趨勢來看，現代物流業、商品零售業會廣泛應用RFID技術，為什么UHF頻段的RFID技術會成為全球熱點?主要有以下幾個需考慮

8、的因素(見表2-2所示)。 二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20226.國際RFID技術特點及相關管理規則 基于RFID的技術特點和潛在的應用空間，國際相關無線電管理機構已經開始進行頻率規劃工作，并制定了相應的管理政策，具體情況如表2-3所示。二、 RFID技術之頻譜基礎知識8/17/20227.我國860960MHz頻段頻率規劃和指配情況 我國的無線電管理機構正積極開展RFID的頻率規劃和指配工作，并啟動了相關技術研究工作。我國所從事的頻率規劃工作的指導原則應是：(1)必須確保現有業務的正常運行，在專用頻段、公眾移動通信、集群通信頻段不能安排此項業務；(2) 在電磁兼容分析和實驗的

9、基礎上制訂出RFID工作頻帶、發射功率、帶外發射、雜散發射等指標，必要時要制訂配套的相關臺站管理規定；(3)制訂設備的無線技術指標時，要考慮滿足RFID業務在中國的大規模有效使用的頻帶、信道帶寬、帶外雜散、發射功率的相關要求。表2-4是我國在860960MHz頻段的頻率規劃和指配情況。 二、 RFID技術之頻譜基礎知識CDMA下行頻段GSM上行頻段無中心對講機點對點立體聲廣播傳輸航空導航業務GSM下行頻段870880MHz890915MHz915917MHz917925MHz925930MHz930960MHz表2-4 我國在860960MHz頻段的頻率規劃和指配情況。 8/17/20221.

10、 RFID天線概述 電子標簽和讀寫器通過各自的天線構建起二者之間非接觸信息傳輸通道，如圖2-7所示。無論是射頻標簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或藕合線圈：一方面，無源的射頻標簽芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產生的電磁場中獲得足夠的能量；一方面，天線決定了射頻標簽與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式，天線在射頻標簽與讀寫器實現數據通訊過程中起到了關鍵的作用！圖2-7 RFID讀寫器、標簽天線三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/20221. RFID天線概述（1）天線的作用與地位 無線電發射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁

11、波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。可見，天線是發射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有無線電通信。 按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等； 按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；按設計工藝分類，可分為線圈型、微帶貼片型、偶極子型。（2）天線的分類三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022線圈天線： 當RFID線圈天線進入讀寫器產生的交變磁場中時，它與讀寫器天線之間的相互作用類似于變壓器初級線圈和次級

12、線圈之間的相互作用。三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022微帶天線：微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線。貼片型陣子型線型三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022微帶天線有如下優點：剖面低、體積小、重量輕具有平面結構，易與導彈、衛星等載體表面共形適合于用印刷電路技術大批量生產能與有源器件和電路集成為單一的模塊便于獲得圓極化、容易實現雙頻段、雙極化等多功能工作三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022微帶天線缺點有：頻帶窄有導體和介質損耗，會激勵起表面波，導致輻射效率降低功率容量小，一般適用于中、小功率場合性能受基片材料影

13、響大 微帶天線目前已應用于100MHz100GHz的寬廣頻域上的大量無線電設備中，特別是飛行器上和地面便攜式設備中。三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022應用領域用途飛機天線高度表、通信與導航導彈和遙測引信、傳感器、毫米波雷達衛星通信星載多波束天線、移動式地面站、直播衛星電視接收機移動通信隨身和手持電話、艙內和車頂天線、基站天線雷達多普勒測速雷達、防撞雷達、防盜報警器、單脈沖雷達和相控陣雷達戰場通信和監視車載共形天線電子對抗多波束陣列、自適應系統遙感綜合口徑雷達氣象和射電天文氣象雷達、亞毫米波接收機生物醫學微波治癌儀三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022（1

14、） 電磁波的輻射 導線上有交變電流流動時，就可以發生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如 圖1.1 a 所示，若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，如 圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。 必須指出，當導線的長度 L 遠小于波長 時，輻射很微弱；導線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。圖1.1 a圖1.1 b2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022（2） 對稱振子 對稱振子是一種經典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單

15、獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見圖1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子, 見圖1.2 b。1/4波長對稱振子1/4波長1/2波長圖1.2 a圖1.2 b2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022（3） 天線方向性的討論 發射天線的基本功

16、能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈” 形的立體方向圖（圖1.3.1 a）。 立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難， 圖1.3.1 b 與圖1.3.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。圖1.3.1 c 水平面方向圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖圖1.3.1 a 立體方向圖2. RFID天線基礎知識 三、 RFID

17、技術基礎之天線的基本知識8/17/2022天線方向性增強 若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產生“扁平的面包圈” ，把信號進一步集中到在水平面方向上。 下圖是4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。垂直面方向圖立體方向圖2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022也可以利用反射板把輻射能控制到單側方向 平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用-反射面把功率反射到單側方向，提高了增益。 全向陣 （垂直陣列 不帶平面反射板） 扇形區覆蓋 （垂直陣列 帶平面反射板）平面反射板三、 RF

18、ID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構成包括兩個基本要素：拋物反射面 和 放置在拋物面焦點上的輻射源。 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022（4） 增益 增益是指：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生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。可以這樣來理解增益的物理含義-為在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發射天線，需要100W的輸入功率，而用

19、增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。 2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022dBm dBm是一個表征功率絕對值的量，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）。 例 如果發射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。dBi和dBddBi和dBd是表征增益的量（功率增益），兩者都是一個相對值，但參考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向性天線，dBd的參考基準為偶極子，所以兩者

20、略有不同。一般認為，表示同一個增益，用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2.15。dBdB是一個表征相對值的量，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022垂直極化（5） 天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；水平極化-也是要被用到的。水平極化EE2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022垂直極化雙極化天線 下

21、圖示出了另兩種單極化的情況：+45 極化 與 -45 極化，它們僅僅在特殊場合下使用。 這樣，共有四種單極化了，見下圖。 把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者， 把 +45 極化和 -45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線-雙極化天線。水平極化+45 極化-45 極化EEEE2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022 下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。 雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。V/H（垂直/水平）型 雙 極 化+ 45 / -45 型 雙

22、 極 化三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022極化損失 垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。 當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發生極化損失。例如：當用+ 45 極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收 +45 極化或 -45極化波時，等等情況下，都要產生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發生極化損失-只

23、能接收到來波的一半能量。 當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022（6） 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無論是發射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義- 一種是指：在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度； 一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內的頻帶寬度。 在移動通信系統

24、中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR 不超過 1.5 時，天線的工作頻率范圍。 一般說來，在工作頻帶寬度內的各個頻率點上, 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。2. RFID天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022板狀天線（用于基站天線） 前面已指出，四個半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為 8 dB；一側加有一個反射板的四元式直線陣，即常規板狀天線，其增益約為 14 17 dB 。 一側加有一個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為 16 19 dB . 不言而喻，加長型板狀天線的長度，

25、為常規板狀天線的一倍，達 2.4 m 左右。3. RFID天線分類 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識8/17/2022高增益柵狀拋物面天線 從性能價格比出發，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達 G = 20 dB . 它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的主天線。 拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。 拋物面天線一般都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術指標。3. RFID天線分類 三、 RFID技術基礎之天線的