對(duì)一個(gè)RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它的頻段概念是指RFID電子標(biāo)簽讀寫器通過(guò)射頻天線發(fā)送、接收并識(shí)讀的標(biāo)簽信號(hào)頻率范圍。從應(yīng)用概念來(lái)說(shuō),射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率,直接決定系統(tǒng)應(yīng)用的各方面特性。在RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中,系統(tǒng)工作就像我們平時(shí)收聽調(diào)頻廣播一樣,射頻標(biāo)簽和RFID電子標(biāo)簽讀寫器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。
射頻標(biāo)簽的工作頻率不僅決定著射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識(shí)別距離,還決定著射頻標(biāo)簽及RFID電子標(biāo)簽讀寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備成本。RFID應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點(diǎn)在國(guó)際上有公認(rèn)的劃分,即位于ISM波段。典型的工作頻率有:125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz~928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。
按照工作頻率的不同,RFID電子標(biāo)簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同,LF和HF頻段RFID電子標(biāo)簽一般采用電磁耦合原理,而UHF及微波頻段的RFID一般采用電磁發(fā)射原理。目前國(guó)際上廣泛采用的頻率分布于4種波段,低頻(125KHz)、高頻(13.54MHz)、超高頻(850MHz~910MFz)和微波(2.45GHz)。每一種頻率都有它的特點(diǎn),被用在不同的領(lǐng)域,因此要正確使用就要先選擇合適的頻率。
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低頻段射頻標(biāo)簽,簡(jiǎn)稱為低頻標(biāo)簽,其工作頻率范圍為30kHz~300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻標(biāo)簽一般為無(wú)源標(biāo)簽,其工作能量通過(guò)電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。低頻標(biāo)簽與閱讀器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí),低頻標(biāo)簽需位于閱讀器射頻天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。低頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有:動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜(帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙)等。
中高頻段射頻標(biāo)簽的工作頻率一般為3MHz~30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。該頻段的射頻標(biāo)簽,因其工作原理與低頻標(biāo)簽完全相同,即采用電感耦合方式工作,所以宜將其歸為低頻標(biāo)簽類中。另一方面,根據(jù)無(wú)線電頻率的一般劃分,其工作頻段又稱為高頻,所以也常將其稱為高頻標(biāo)簽。鑒于該頻段的射頻標(biāo)簽可能是實(shí)際應(yīng)用中最大量的一種射頻標(biāo)簽,因而我們只要將高、低理解成為一個(gè)相對(duì)的概念,即不會(huì)造成理解上的混亂。為了便于敘述,我們將其稱為中頻射頻標(biāo)簽。中頻標(biāo)簽一般也采用無(wú)源設(shè)主,其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣,也是通過(guò)電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。標(biāo)簽與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí),標(biāo)簽必須位于閱讀器射頻天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。中頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下也小于1米,目前這個(gè)頻段比較優(yōu)秀的讀寫器主要有YX9091T等。中頻標(biāo)簽由于可方便地做成卡狀,廣泛應(yīng)用于電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、小區(qū)物業(yè)管理、大廈門禁系統(tǒng)等。
超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽簡(jiǎn)稱為微波射頻標(biāo)簽,其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz~928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射頻標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽與無(wú)源標(biāo)簽兩類。工作時(shí),射頻標(biāo)簽位于RFID電子標(biāo)簽閱讀器射頻天線輻射場(chǎng)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)內(nèi),標(biāo)簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器射頻天線輻射場(chǎng)為無(wú)源標(biāo)簽提供射頻能量,將有源標(biāo)簽喚醒。相應(yīng)的射頻識(shí)別系統(tǒng)閱讀距離一般大于1m,典型情況為4m~6m,最大可達(dá)10m以上。閱讀器射頻天線一般均為定向射頻天線,只有在閱讀器射頻天線定向波束范圍內(nèi)的射頻標(biāo)簽可被讀/寫,目前這個(gè)頻段比較優(yōu)秀的讀寫器有YXK5超高頻讀寫器,是采用IMPINJ R2000/E710芯片開發(fā)的。由于閱讀距離的增加,應(yīng)用中有可能在閱讀區(qū)域中同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)射頻標(biāo)簽的情況,從而提出了多標(biāo)簽同時(shí)讀取的需求。目前,先進(jìn)的射頻識(shí)別系統(tǒng)均將多標(biāo)簽識(shí)讀問題作為系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。超高頻標(biāo)簽主要用于鐵路車輛自動(dòng)識(shí)別、集裝箱識(shí)別,還可用于公路車輛識(shí)別與自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中。
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以目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō),無(wú)源微波射頻標(biāo)簽比較成功的產(chǎn)品相對(duì)集中在902MHz~928MHz工作頻段上。2.45GHz和5.8GHz射頻識(shí)別系統(tǒng)多以半無(wú)源微波射頻標(biāo)簽產(chǎn)品面世。半無(wú)源標(biāo)簽一般采用鈕扣電池供電,具有較遠(yuǎn)的閱讀距離。微波射頻標(biāo)簽的典型特點(diǎn)主要集中在是否無(wú)源、無(wú)線讀寫距離、是否支持多標(biāo)簽讀寫、是否適合高速識(shí)別應(yīng)用,RFID電子標(biāo)簽讀寫器的發(fā)射功率容限,射頻標(biāo)簽及RFID電子標(biāo)簽讀寫器的價(jià)格等方面。對(duì)于可無(wú)線寫的射頻標(biāo)簽而言,通常情況下寫入距離要小于識(shí)讀距離,其原因在于寫入要求更大的能量。微波射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量一般限定在2Kbits以內(nèi),再大的存儲(chǔ)容量似乎沒有太大的意義,從技術(shù)及應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō),微波射頻標(biāo)簽并不適合作為大量數(shù)據(jù)的載體,其主要功能在于標(biāo)識(shí)物品并完成無(wú)接觸的識(shí)別過(guò)程。典型的數(shù)據(jù)容量指標(biāo)有:1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-IDCenter制定的產(chǎn)品電子代碼EPC的容量為90Bits。微波射頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括移動(dòng)車輛識(shí)別、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、醫(yī)療科研等行業(yè)。
不同頻率的標(biāo)簽有不同的特點(diǎn),例如,低頻標(biāo)簽比超高頻標(biāo)簽便宜,節(jié)省能量,穿透廢金屬物體力強(qiáng),工作頻率不受無(wú)線電頻率管制約束,最適合用于含水成分較高的物體,例如水果等;超高頻作用范圍廣,傳送數(shù)據(jù)速度快,但是比較耗能,穿透力較弱,作業(yè)區(qū)域不能有太多干擾,適用于監(jiān)測(cè)港口、倉(cāng)儲(chǔ)等物流領(lǐng)域的物品;而高頻標(biāo)簽屬中短距識(shí)別,讀寫速度也居中,產(chǎn)品價(jià)格也相對(duì)便宜,比如應(yīng)用在電子票證一卡通上。
目前,不同的國(guó)家對(duì)于相同波段,使用的頻率也不盡相同。歐洲使用的超高頻是868MHz,美國(guó)則是915MHz。日本目前不允許將超高頻用到射頻技術(shù)中。
目前在實(shí)際應(yīng)用中,比較常用的是13.56MHz、860MHz~960MHz、2.45GHz等頻段。近距離RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF頻段,技術(shù)最為成熟;遠(yuǎn)距離RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要使用433MHz、860MHz~960MHz等UHF頻段,以及2.45GHz、5.8GHz等微波頻段,目前還多在測(cè)試當(dāng)中,沒有大規(guī)模應(yīng)用。
我國(guó)在LF和HF頻段RFID電子標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)方面的技術(shù)比較成熟,HF頻段方面的設(shè)計(jì)技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平,已經(jīng)自主開發(fā)出符合ISO14443TypeA、TypeB和ISO15693標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片,并成功地應(yīng)用于交通一卡通和第二代身份證等項(xiàng)目中。
小資料
在RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研究與實(shí)踐過(guò)程中,必然會(huì)遇到知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。一方面,相應(yīng)的專利與知識(shí)產(chǎn)權(quán)體現(xiàn)出當(dāng)前的研究水平,為實(shí)踐提供參考與借鑒;另一方面,通過(guò)對(duì)相關(guān)專利與知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析,可以為進(jìn)一步的研究提供新的方向與思路。這里僅以海峽兩岸RFID相關(guān)專利為例加以說(shuō)明。
海峽兩岸RFID相關(guān)專利數(shù)量較多,涉及到RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié),我們?nèi)?996年截止到2004年6月這段期間兩岸的專利情況來(lái)分析RFID的發(fā)展,并指出從專利層面所體現(xiàn)出的有待著重發(fā)展和解決的問題。
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臺(tái)灣方面在1996年到2004年6月這段期間共有相關(guān)專利28項(xiàng),涉及到標(biāo)簽、RFID電子標(biāo)簽讀寫器、射頻天線、系統(tǒng)布置的方法信息處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及系統(tǒng)應(yīng)用等方面。
其中,RFID電子標(biāo)簽讀寫器類占6項(xiàng),標(biāo)簽類——包括其生產(chǎn)、制造、封裝、應(yīng)用設(shè)計(jì)以及發(fā)明占12項(xiàng),射頻天線類1項(xiàng),系統(tǒng)方法類占2項(xiàng),RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用類5項(xiàng),防碰撞2項(xiàng)。
大陸方面在1996年到2004年6月這段期間有相關(guān)專利106項(xiàng),涉及到標(biāo)簽、RFID電子標(biāo)簽讀寫器、射頻天線、信息處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和信息處理及系統(tǒng)應(yīng)用等方面。
其中,RFID電子標(biāo)簽讀寫器類占18項(xiàng),標(biāo)簽類(包括其生產(chǎn)、制造、封裝、應(yīng)用設(shè)計(jì)以及發(fā)明)占53項(xiàng),射頻天線類6項(xiàng),RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用及方法類占18項(xiàng),防碰撞2項(xiàng),大陸在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及信息處理方面有9項(xiàng)專利。
通過(guò)分析知道,大陸和臺(tái)灣RFID的相關(guān)專利主要集中在標(biāo)簽的設(shè)計(jì)、制造封裝等方面,其次就是RFID電子標(biāo)簽讀寫器類包括其電路設(shè)計(jì)及一些應(yīng)用RFID的閉環(huán)系統(tǒng),或一些簡(jiǎn)單應(yīng)用;而對(duì)RFID應(yīng)用鏈上的軟件部分,比如結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的信息處理,大規(guī)模范圍的開環(huán)應(yīng)用及一些關(guān)鍵問題如防碰撞問題,與條形碼的兼容性問題等方面則鮮有專利。即使RFID的應(yīng)用專利也大體上都是RFID的簡(jiǎn)單應(yīng)用例子,沒有在一個(gè)大的系統(tǒng)上形成體系;蛘哒f(shuō)在RFID的整個(gè)后臺(tái)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、編碼規(guī)則、調(diào)度問題等方面鮮有相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)及專利申請(qǐng),另外在RFID應(yīng)用的測(cè)試策略方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)相對(duì)也較少。而這對(duì)于實(shí)現(xiàn)RFID更廣泛應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。今后我們的研究方向可以結(jié)合大的系統(tǒng)應(yīng)用提出整套方案及框架,同時(shí)研究有效的基于網(wǎng)絡(luò)的后臺(tái)信息處理系統(tǒng)的構(gòu)建。另外RFID技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題也是我們應(yīng)該共同研究攻關(guān)的方向,比如防碰撞問題、電磁兼容問題等等。
RFID超高頻電子標(biāo)簽網(wǎng)口讀寫器YXK5IP是基于IMPINJ R2000/E710芯片深度開發(fā)的一款高性能的UHF超高頻電子標(biāo)簽讀寫器,完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì),結(jié)合專有的高效信號(hào)處理算法,在保持高識(shí)讀率的同時(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的快速讀寫處理,廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)進(jìn)出、圖書管理、稱重管理、物流分揀、智能交通、門禁系統(tǒng)、防偽系統(tǒng)及生產(chǎn)過(guò)程控制等多種無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)。
RFID超高頻電子標(biāo)簽網(wǎng)口讀寫器YXK5IP
RFID高頻全數(shù)字信號(hào)電子標(biāo)簽讀寫器HR7748,是一款高性能的ISO/IEC15693協(xié)議電子標(biāo)簽讀寫器,全數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì),結(jié)合專有電子標(biāo)簽解碼核心與處理算法,在保持高識(shí)讀率的同時(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的快速讀寫處理,可廣泛用于共享圖書、漂流柜、智能圖書柜、智能檔案柜、試管試劑管理、藥品寄售柜、智能文件柜、商品定位、機(jī)要文件管理、新零售無(wú)人售貨柜,流利架、珠寶管理、智盤自助收銀、自助洗衣服務(wù)、生產(chǎn)過(guò)程控制等RFID系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。
RFID高頻13.56MHz智能檔案柜電子標(biāo)簽讀寫器HR7748
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