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RFID自动识别系统的频段特点

来源: | 发布时间:2016-9-7 16:39:09 | 浏览次数:

RFID自动识别系统介绍

对一个RFID自动识别系统来说,它的频段概念是指RFID电子标签读写器通过射频天线发送、接收并识读的标签信号频率范围。从应用概念来说,射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率,直接决定系统应用的各方面特性。在RFID自动识别系统中,系统工作就像我们平时收听调频广播一样,射频标签和RFID电子标签读写器也要调制到相同的频率才能工作。

RFID自动识别系统的频段特点

RFID自动识别系统频段

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RFID电子标签读写器实现的难易程度和设备成本。RFID应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分,即位于ISM波段。典型的工作频率有:125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz~928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。

RFID高频工作原理.jpg

RFID自动识别系统种类

按照工作频率的不同,RFID电子标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同,LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理,而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段,低频(125KHz)、高频(13.54MHz)、超高频(850MHz~910MFz)和微波(2.45GHz)。每一种频率都有它的特点,被用在不同的领域,因此要正确使用就要先选择合适的频率。

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RFID低频段射频标签

低频段射频标签,简称为低频标签,其工作频率范围为30kHz~300kHz。典型工作频率有125KHz和133KHz。低频标签一般为无源标签,其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时,低频标签需位于阅读器射频天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。低频标签的典型应用有:动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。

RFID中频段射频标签

中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz~30MHz。典型工作频率为13.56MHz。该频段的射频标签,因其工作原理与低频标签完全相同,即采用电感耦合方式工作,所以宜将其归为低频标签类中。另一方面,根据无线电频率的一般划分,其工作频段又称为高频,所以也常将其称为高频标签。鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签,因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念,即不会造成理解上的混乱。为了便于叙述,我们将其称为中频射频标签。中频标签一般也采用无源设主,其工作能量同低频标签一样,也是通过电感(磁)耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时,标签必须位于阅读器射频天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米,目前这个频段比较优秀的读写器主要有YX9091T等。中频标签由于可方便地做成卡状,广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)、小区物业管理、大厦门禁系统等。

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RFID超高频段射频标签

超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签,其典型工作频率有433.92MHz、862(902)MHz~928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时,射频标签位于RFID电子标签阅读器射频天线辐射场的远区场内,标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器射频天线辐射场为无源标签提供射频能量,将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m,典型情况为4m~6m,最大可达10m以上。阅读器射频天线一般均为定向射频天线,只有在阅读器射频天线定向波束范围内的射频标签可被读/写,目前这个频段比较优秀的读写器有YXK5超高频读写器,是采用IMPINJ R2000芯片开发的。由于阅读距离的增加,应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况,从而提出了多标签同时读取的需求。目前,先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别,还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。

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以目前技术水平来说,无源微波射频标签比较成功的产品相对集中在902MHz~928MHz工作频段上。2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。半无源标签一般采用钮扣电池供电,具有较远的阅读距离。微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用,RFID电子标签读写器的发射功率容限,射频标签及RFID电子标签读写器的价格等方面。对于可无线写的射频标签而言,通常情况下写入距离要小于识读距离,其原因在于写入要求更大的能量。微波射频标签的数据存储容量一般限定在2Kbits以内,再大的存储容量似乎没有太大的意义,从技术及应用的角度来说,微波射频标签并不适合作为大量数据的载体,其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。典型的数据容量指标有:1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-IDCenter制定的产品电子代码EPC的容量为90Bits。微波射频标签的典型应用包括移动车辆识别、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)、医疗科研等行业。

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不同频率的标签有不同的特点,例如,低频标签比超高频标签便宜,节省能量,穿透废金属物体力强,工作频率不受无线电频率管制约束,最适合用于含水成分较高的物体,例如水果等;超高频作用范围广,传送数据速度快,但是比较耗能,穿透力较弱,作业区域不能有太多干扰,适用于监测港口、仓储等物流领域的物品;而高频标签属中短距识别,读写速度也居中,产品价格也相对便宜,比如应用在电子票证一卡通上。


目前,不同的国家对于相同波段,使用的频率也不尽相同。欧洲使用的超高频是868MHz,美国则是915MHz。日本目前不允许将超高频用到射频技术中。


目前在实际应用中,比较常用的是13.56MHz、860MHz~960MHz、2.45GHz等频段。近距离RFID自动识别系统主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF频段,技术最为成熟;远距离RFID自动识别系统主要使用433MHz、860MHz~960MHz等UHF频段,以及2.45GHz、5.8GHz等微波频段,目前还多在测试当中,没有大规模应用。


我国在LF和HF频段RFID电子标签芯片设计方面的技术比较成熟,HF频段方面的设计技术接近国际先进水平,已经自主开发出符合ISO14443TypeA、TypeB和ISO15693标准的RFID芯片,并成功地应用于交通一卡通和第二代身份证等项目中。


小资料


海峡两岸RFID相关专利分析


在RFID自动识别系统研究与实践过程中,必然会遇到知识产权问题。一方面,相应的专利与知识产权体现出当前的研究水平,为实践提供参考与借鉴;另一方面,通过对相关专利与知识产权的分析,可以为进一步的研究提供新的方向与思路。这里仅以海峡两岸RFID相关专利为例加以说明。

海峡两岸RFID相关专利数量较多,涉及到RFID自动识别系统链上的各个环节,我们取1996年截止到2004年6月这段期间两岸的专利情况来分析RFID的发展,并指出从专利层面所体现出的有待着重发展和解决的问题。

RFID智能工业产线

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台湾RFID相关专利检索


台湾方面在1996年到2004年6月这段期间共有相关专利28项,涉及到标签、RFID电子标签读写器、射频天线、系统布置的方法信息处理、网络应用及系统应用等方面。


其中,RFID电子标签读写器类占6项,标签类——包括其生产、制造、封装、应用设计以及发明占12项,射频天线类1项,系统方法类占2项,RFID自动识别系统应用类5项,防碰撞2项。


大陆RFID相关专利


大陆方面在1996年到2004年6月这段期间有相关专利106项,涉及到标签、RFID电子标签读写器、射频天线、信息处理、网络应用和信息处理及系统应用等方面。


其中,RFID电子标签读写器类占18项,标签类(包括其生产、制造、封装、应用设计以及发明)占53项,射频天线类6项,RFID自动识别系统应用及方法类占18项,防碰撞2项,大陆在网络应用及信息处理方面有9项专利。


RFID现状分析及探究


通过分析知道,大陆和台湾RFID的相关专利主要集中在标签的设计、制造封装等方面,其次就是RFID电子标签读写器类包括其电路设计及一些应用RFID的闭环系统,或一些简单应用;而对RFID应用链上的软件部分,比如结合网络的信息处理,大规模范围的开环应用及一些关键问题如防碰撞问题,与条形码的兼容性问题等方面则鲜有专利。即使RFID的应用专利也大体上都是RFID的简单应用例子,没有在一个大的系统上形成体系。或者说在RFID的整个后台处理、数据库管理、编码规则、调度问题等方面鲜有相关的知识产权及专利申请,另外在RFID应用的测试策略方面知识产权相对也较少。而这对于实现RFID更广泛应用是非常关键的。今后我们的研究方向可以结合大的系统应用提出整套方案及框架,同时研究有效的基于网络的后台信息处理系统的构建。另外RFID技术实际应用中的一些关键问题也是我们应该共同研究攻关的方向,比如防碰撞问题、电磁兼容问题等等。

相关RFID产品介绍

RFID超高频电子标签网口读写器YXK5IP是基于IMPINJ R2000芯片深度开发的一款高性能的UHF超高频电子标签读写器,完全自主知识产权设计,结合专有的高效信号处理算法,在保持高识读率的同时,实现对电子标签的快速读写处理,广泛应用于仓储进出、图书管理、称重管理、物流分拣、智能交通、门禁系统、防伪系统及生产过程控制等多种无线射频识别(RFID)系统。

RFID超高频远距离四通道读写器UR6258

RFID超高频电子标签网口读写器YXK5IP

RFID高频全数字信号电子标签读写器HR7748,是一款高性能的ISO/IEC15693协议电子标签读写器,全数字信号处理设计,结合专有电子标签解码核心与处理算法,在保持高识读率的同时,实现对电子标签的快速读写处理,可广泛用于共享图书、漂流柜、智能图书柜、智能档案柜、试管试剂管理、药品寄售柜、智能文件柜、商品定位、机要文件管理、新零售无人售货柜,流利架、珠宝管理、智盘自助收银、自助洗衣服务、生产过程控制等RFID系统应用领域。

RFID高频13.56MHz智能档案柜电子标签读写器HR7748

RFID高频13.56MHz智能档案柜电子标签读写器HR7748


RFID联系方式

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