射频基础

1.射频：
射频（Radio Frequency，RF）是一种高频交流变化电磁波，通常所指的频率范围为100 kHz～30 GHz。
我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频，射频技术在无线通信领域中被广泛使用。
无线传输：
将电信号（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空中；远距离将射频信号接收后进行解调，还原成电信息源。
在电子通信领域，信号采用的传输方式和信号的传输特性是由工作频率决定的。
对于电磁频谱，按照频率从低到高（波长从长到短）的次序，可以划分为不同的频段。不同频段电磁波的传播方式和特点各不相同，它们的用途也不相同，因此射频通信采用了不同的工作频率，以满足多种应用的需要。
2.频谱划分
频谱的分配，是指将频率根据不同的业务加以分配，以避免频率使用方面的混乱。
现在进行频率分配的世界组织有国际电信联盟（ITU）、国际无线电咨询委员会（CCIR）和国际频率登记局（IFRB）等，我国 进行频率
分配的组织是工业和信息化部无线电管理局。
由于应用领域的众多，对频谱的划分有多种方式，而今较为通用的频谱分段法是IEEE建立的。
3.ISM频段
ISM（Industrial Scientific Medical）频段主要是开放给工业、科学和医用3个主要机构使用的频段。
由于它们的功率有时很大，为了防止它们对其他通信的干扰，划出一定的频率给它们使用。

ISM频段属于无许可（Free License）频段，使用者无须许可证，没有所谓使用授权的限制。
ISM频段允许任何人随意地传输数据，但是对所有的功率进行限制，使得发射与接收之间只能是很短的距离，因而不同使用者之间不会相互干扰。
ISM频段的主要频率范围：
1）频率6.78MHz
范围：6.765~6.795MHz，属于短波频率。
被射频识别（RFID）系统使用。
这个频率范围的使用者是不同类别的无线电服务。
如无线电广播服务、无线电气象服务和无线电航空服务等。
2）13.56MHz
范围：13.553～13.567 MHz，处于短波段
在这个频率范围内，除了电感耦合RFID系统外，还有其他的ISM应用。如遥控系统、远距离控制模型系统、演示无线电系统和传呼机等。
这个频率范围的使用者是不同类别的无线电服务机构，例如新闻机构和电信机构等。
3)频率27.125 MHz
范围:26.957～27.283 MHz，
除了电感耦合RFID系统外，这个频率范围的ISM应用还有医疗用电热治疗仪、工业用高频焊接装置和传呼机等。
4)频率40.680 MHz
范围为40.660～40.700 MHz，处于甚高频（VHF）频带的低端.
该频段目前没有射频识别系统工作，属于对射频识别系统不太适用的频带。
在这个频率范围内，电感耦合射频识别的作用距离较小，而这个频率7.5 m的波长也不适合构建较小的和价格便宜的反向散射电子标签。
5）频率433.920 MHz
范围为430.050～434.790 MHz
该频段大致位于业余无线电频带的中间。
该频段可用于反向散射RFID系统、小型电话机、遥测发射器、无线耳机、近距离小功率无线对讲机、汽车无线中央闭锁装置等。
目前已经被各种ISM应用占用。这个频率范围属于UHF频段，电磁波遇到建筑物或其他障碍物时，将出现明显的衰减和反射。
在这个频带中，由于应用众多，ISM的相互干扰比较大。
6）频率869.0 MHz
范围为868～870 MHz，处于UHF频段。
自1997年以来，该频段在欧洲允许短距离设备使用，因而也可以作为RFID频率使用。一些远东国家也考虑允许短距离设备使用这个频率范围。
7）频率915.0 MHz
范围888～889 MHz和902～928 MHz
被反向散射RFID系统使用。与此邻近的频率范围被按CT1和CT2标准生产的无绳电话占用。
8）频率2.45 GHz
范围：2.400～2.483 5 GHz
属于微波波段，也处于UHF频段，与业余无线电爱好者和无线电定位服务使用的频率范围部分重叠。
该频段电磁波是准光线传播，建筑物和障碍物都是很好的反射面，电磁波在传输过程中衰减很大。
这个频率范围适合反向散射RFID系统，除此之外，该频段的典型应用还有蓝牙和802.11协议无线网络等。

2 自动识别技术概述

2.1,自动识别技术的基本概念
定义
应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。
优势
在一个信息系统中，数据的采集（识别）完成了系统的原始数据的采集工作，解决了人工数据输入的速度慢、误码率高、劳动强度大、工作简单重复性高等问题，为计算机信息处理提供了快速、准确地进行数据采集输入的有效手段。
组成
完整的自动识别计算机管理系统包括
自动识别系统（Auto Identification System， AIDS），
完成系统的采集和存储工作
应用程序接口（Application Interface，API）或者中间件（Middleware）
提供自动识别系统和应用系统软件之间的通信接口，讲自动识别系统采集的数据换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行数据传递
应用系统软件（Application Software）
对自动识别系统所采集的数据进行应用处理。
2.2,自动识别技术的种类与特征比较

自动识别系统根据识别对象的特征可以分为两大类：数据采集技术和特征提取技术。
这两大类自动识别技术的基本功能都是完成物品的自动识别和数据的自动采集。
数据采集技术的基本特征：
需要被识别物体具有特定的识别特征载体（如标签等，仅光学字符识别例外）。
数据采集技术：
利用光学原理的存储器：条码（一维、二维）、矩阵码、光标读写器、光学字符识别；
磁存储器：磁条、非接触磁卡、磁光存储、微波；
电存储器：触摸式存储、RFID射频识别、存储卡（智能卡、非接触式智能卡）、视觉识别、能量扰动识别。
特征提取技术的基本特征：
根据被识别物体的行为特征（包括静态的、动态的和属性的特征）来完成数据的自动采集。
特征提取技术:
动态特征：声音（语音）、键盘敲击、其他感觉特征；
属性特征：化学感觉特征、物理感觉特征、生物抗体病毒特征、联合感觉系统。
2.3,常见的自动识别技术及特征比较

1,条形码
由宽度不同、反射率不同的条和空，按照一定的编码规则（码制）编制成的，用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符，即条形码是一组粗细不同，按照一定的规则安排间距的平行线条图形。
2)卡识别技术
（1）磁条（卡）技术
磁条记录信息的方法是变化小块磁物质的极性，识读器材能够在磁条内分辨到磁性变换。解码器识读到磁性变换，并将它们转换回字母和数字的形式以便计算机来处理。
磁条技术的优点：
数据可读写，即具有现场改写数据的能力；
数据存储量能满足大多数需求，便于使用
成本低廉
还具有一定的数据安全性；
它能粘附于许多不同规格和形式的基材上。
磁条技术的应用：
信用卡、银行ATM卡、机票、公共汽车票、自动售货卡、会员卡、现金卡（如电话磁卡）等。
最著名的磁条应用是为自动提款机和售货点终端机使用的食用卡和信贷卡。
用于对建筑、旅馆房间和其他设施的进出控制。
其他应用包括时间与出勤系统、库存追踪、人员识别、娱乐场所管理、生产控制、交通收费系统和自动售货机。
磁条技术是接触识读，与条码不同的是：
数据可做部分读写操作；
给定面积编码容量比条码大；
对物品逐一标识成本比条码高。

其接触性读写的主要缺点就是灵活性较差。
(2)IC卡识别技术
IC卡识别技术是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。
IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁，在ISO国际标准中称之为接口设备IFD（Interface Device）。IFD内CPU通过一个接口电路与IC卡相连并进行通信。
通常说的IC卡多数是指接触式IC卡，非接触式IC卡则称射频卡。
IC卡是1970年由法国人Roland Moreno发明的，他第一次将可编程设置的IC芯片放于卡片上，使卡片具有更多功能。
IC卡优点和缺点
IC卡的存储容量大，便于应用，方便保管。
IC卡防磁、防一定强度的静电，抗干扰能力强，可靠性比磁卡高，使用寿命长，一般可重复读写10万次以上。
IC卡的价格稍高，接触式IC卡的触点暴露在外面，有可能因人为的原因或静电损坏。
IC卡的应用也比较广泛，我们接触得比较多的有电话IC卡、购电（气）卡、手机SIM卡，以及即将大面积推广的智能水表、智能气表等。

3）射频识别技术（RFID）

射频识别RFID（Radio Frequency Identification）是一种非接触的自动识别技术，它是利用无线射频技术对物体对象进行非接触式和即时自动识别的无线通信信息系统。
射频系统的优点
识别距离比光学系统远
射频识别卡具有读写能力
可携带大量数据
难以伪造
智能性较高
RFID技术的特点
射频识别技术具有体积小、信息量大、寿命长、可读写、保密性好、抗恶劣环境、不受方向和位置影响、识读速度快、识读距离远、可识别高速运动物体、可重复使用等特点，支持快速读写、非可视识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。
RFID技术与网络定位和通信技术相结合，可实现全球范围内物资的实时管理跟踪与信息共享。 　　
RFID是一种突破性的技术：
可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；
其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；
可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。
通信原理：
在射频识别系统中，射频标签与读写器间，通过两者间的天线架起空间电磁波传输的通道，通过电感耦合或电磁耦合的方式，实现能量和数据信息的传输。

RFID 的工作原理
RFID技术的基本工作原理:
标签进入磁场后，会接收到读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息( Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一 频率的信号 ( Active Tag，有源标签或主动标签) ;读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理
在射频识别系统中，射频标签与读写器之间，通过两者的天线架起空间电磁波传输的通道，通过电感耦合或电磁耦合的方式，实现能量和数据信息的传输。这两种方式采用的频率不同，工作原理也不同。低频和高频RFID的工作波长较长，基本上都采用电感耦合识别方式，电子标签处于读写器天线的近区，电子标签与读写器之间通过感应而不是通过辐射获得信号和能量;
微波波段RFID的工作波长较短，电子标签基本都处于读写器天线的远区，电子标签与读写器之间通过辐射获得信
号和能量。
RFID 电感耦合方式使用的频率
电感耦合方式的RFID系统，电子标签- 般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从读写器天线的近场中获得
在这种方式中，读写器和电子标签的天线是线圈，读写器的线圈在它周围产生磁场，当电子标签通过时，电子标签
线圈上会产生感应电压，整流后可为电子标签上的微型芯片供电，使电子标签开始工作。

工作频率越低，工作波长越长。
现在电感耦合方式的RFID系统，一般采用低频和高频频率,
RFID电磁反向散射方式使用的频率
电磁反向散射的RFID系统，采用雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标的信息。该方式- -般适合于微波频段，典型的工作频率有433 MHz、800/900 MHz、2.45 GHz和5.8 GHz属于远距离RFID系统。
RFID系统由标签（Tag )、.读写器（Reader )、， 天线（Antenna )三部分组成:
RFID标签分为被动标签( Passive tags)和主动标签( Active tags )两种。
主动标签
●自身带有电池供电，与被动标签相比成本更高，也称为有源标签，- -般具
有较远的阅读距离。
●不足之处是电池不能长久使用，能量耗尽后需更换电池。
被动标签
●在接收到读写器(读出装置)发出的微波信号后，将部分微波能量转化为
直流电供自己工作，
●一般可做到免维护，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也
更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。
按照存储的信息是否被改写，标签也被分为只读式标签( Read OnI
y)和可读写标签( Read and Write )。
只读式标签
●标签内的信息在集成电路生产时即将信息写入，以后不能修改,
只能被专门设备读取。
可读写标签
●将保存的信息写入其内部的存储区，需要改写时也可以采用专门
的编程或写入设备擦写
●一般将信息写入电子标签所花费的时间远大于读取电子标签信息
所花费的时间，写入所花费的时间为秒级，阅读花费的时间为毫
秒级。
低频系统
低频系统一般指其工作频率小于30 MHz， 典型的工作频率有125kHz、225 kHz、13.56 MHz等。
这些频点应用的射频识别系统一-般都有相应的国际标准予以支持。
基本特点:
1，电子标签的成本较低
2，标签内保存的数据量较少
3，阅读距离较短
4，电子标签外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)
5，阅读器天线方向性不强
高频系统
一般指其工作频率大于400MHz，典型的工作频段有915MHz、2.45GHz 、5.8 GHz等。
高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。
基本特点:
1，电子标签及读写器成本均较高
2，标签内保存的数据量较大
3，阅读距离较远(可达几米至十几米)，适应物体高速运动性能好
4，外形一般为卡状
5，阅读器天线、电子标签天线均有较强的方向性
RFID系统的工作过程:
1，接通读写器电源后，高频振荡器产生方波信号，经功率放大器放大后
输送到天线线圈，在读写器的天线线圈周围会产生高频强电磁场。
2，当应答器线圈靠近读写器线圈时，一部分磁力线穿过应答器的天线线
圈，通过电磁感应，在应答器的天线线圈上产生- - 个高频交流电压，
3，该电压经过应答器的整流电路整流后再由稳压电路进行稳压输出直流
电压作为应答器单片机的工作电源，实现能量传送。