書接上回:了解到低頻RF1D是采用電感耦合的方式進(jìn)行通信,其典型工作頻率是125KHz技術(shù)和134.2KH技術(shù)后。在本期小課堂阿庫將為你講講低頻RFD的應(yīng)用場景與案例!

低頻主要采用電感耦合的方式進(jìn)行通信，其工作頻率范圍為30kHz～300kHz。

同軸轉(zhuǎn)接頭用于傳輸射頻信號，其傳輸頻率范圍很寬，可達(dá) 50GHZ 或者更高，主要用于雷達(dá)、通信、數(shù)據(jù)傳輸以及航空航天設(shè)備。

RFID常用工作頻率包括低頻125kHz、134.2kHz.高頻13.56MHz，超高頻860～930MHz，微波2.45GHz，5.8GHz等。因?yàn)榈皖l125kHz、134.2kHz，高頻13.56MHz系統(tǒng)以線圈作為天線，采用電感禍合的方式，其工作距離較近，一般不超過1.2m，帶寬在歐洲及其他地區(qū)限制為幾千赫茲。但超高頻(860～93Uh1Hz)和微波(2.45GHz，5.8GHz)可以提供更遠(yuǎn)的工作距離，更高的數(shù)據(jù)速率，更小的天線尺寸，因此成為RFID的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽);解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

超高頻無源 RFID 標(biāo)簽(UHF Passive RFIDTag)是指工作頻率 在 300M~3GHz 之間的超高頻頻段內(nèi)，無外接電源供電的 RFID 標(biāo)簽。

工作在不同頻段或頻點(diǎn)上的電子標(biāo)簽具有不同的特性，本文詳細(xì)介紹RFID不同工作頻率的特性以及主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

射頻功率放大器的非線性失真會(huì)使其產(chǎn)生新的頻率分量，如對于二階失真會(huì)產(chǎn)生二次諧波和雙音拍頻，對于三階失真會(huì)產(chǎn)生三次諧波和多音拍頻。這些新的頻率分量如落在通帶內(nèi)，將會(huì)對發(fā)射的信號造成直接干擾，如果落在通帶外將會(huì)干擾其他頻道的信號。

現(xiàn)代通信技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、電子測量以及一些光電應(yīng)用領(lǐng)域都要求高精度、高穩(wěn)定度、高分辨率的射頻正弦波信號。有別于傳統(tǒng)的模擬射頻振蕩器方式，直接數(shù)字頻率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高、頻率精度高、易于控制。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)越來越多的應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場中。RFID的英文全稱為“Radio Frequency IDentificaTIon”，中文翻譯為“無線射頻識(shí)別”。它是在20世紀(jì)50年代誕生的一種無線識(shí)別技術(shù)，可以在不接觸的情況下，利用無線電(radio)來進(jìn)行身份識(shí)別。根據(jù)無線電頻率的不同，RFID系統(tǒng)可以分成低頻、高頻、超高頻及微波四種。

發(fā)射時(shí)，把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，用TX-VCO把發(fā)射中頻信號頻率上變?yōu)?90M-915M(GSM)的頻率信號。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。

RFID的英文全稱為“Radio Frequency IDentification”，中文翻譯為“無線射頻識(shí)別”。它是在20世紀(jì)50年代誕生的一種無線識(shí)別技術(shù)，可以在不接觸的情況下，利用無線電(radio)來進(jìn)行身份識(shí)別。根據(jù)無線電頻率的不同，RFID系統(tǒng)可以分成低頻、高頻、超高頻及微波四種。

TWT具有高頻率和高功率特性，但可靠性、重量和所需的支持子系統(tǒng)使其不受歡迎。LDMOS可提供高功率，但工作頻率低于5 GHz。GaAs MESFET的工作頻率非常高，但低擊穿電壓將其功率范圍限制在10 W左右。

眾所周知電子標(biāo)簽按照頻率分類主要分為高頻電子標(biāo)簽、低頻電子標(biāo)簽，超高頻電子標(biāo)簽，今天我們主要來了解超高頻RFID電子標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用。

射頻系統(tǒng)的工作頻率是射頻識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)最基本的技術(shù)參數(shù)之一。工作頻率的選擇在很大程度上決定了電子標(biāo)簽的應(yīng)用范圍、技術(shù)可行性以及系統(tǒng)成本的高低。

RFID技術(shù)和基于RFID發(fā)展起來的NFC技術(shù)都是屬于近場通訊的范疇，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域都有極大的應(yīng)用。兩者都基于電磁感應(yīng)原理，利用無線射頻信號對目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和通訊，讀寫距離是評估其系統(tǒng)的重要指標(biāo)，而標(biāo)簽的諧振頻率是影響這個(gè)指標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)。

本文提出了一種單面緊湊、可完全印制的無芯片RFID雙極化標(biāo)簽的設(shè)計(jì)。該標(biāo)簽利用具有相同諧振頻率且極化方向正交的“I”形貼片型半波偶極子諧振器，在雙極化平面波激勵(lì)下，同樣的固定頻帶內(nèi)被使用兩次，從而使編碼容量加倍，具有18位編碼容量。該標(biāo)簽具有容量大、尺寸小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)，適用于數(shù)據(jù)量大、對方向敏感，閱讀方向固定的應(yīng)用。

RF采樣轉(zhuǎn)換器可捕獲高頻信號和大帶寬信號;但是，并非每種應(yīng)用都能利用需要極高速采樣的信號。就帶寬或輸出頻率不過高的情況而言，利用RF采樣轉(zhuǎn)換器的高采樣速率能力仍存在一大優(yōu)勢。

射頻電路指處理信號的電磁波長與電路或器件尺寸處于同一數(shù)量級的電路。此時(shí)由于器件尺寸和導(dǎo)線尺寸的關(guān)系，電路需要用分布參數(shù)的相關(guān)理論來處理，這類電路都可以認(rèn)為是射頻電路，對其頻率沒有嚴(yán)格要求，如長距離傳輸?shù)慕涣鬏旊娋€(50或60Hz)有時(shí)也要用RF的相關(guān)理論來處理。

FID技術(shù)有很多種，頻率從125KHz到5.8GHz，標(biāo)簽分有源和無源，還有雙頻芯片及有源無源組合系統(tǒng)等，每一種技術(shù)都有不同的特點(diǎn)，所以要根據(jù)應(yīng)用的需求選擇不同的技術(shù)，同時(shí)由于它是一種無線通訊技術(shù)，容易受到空中的各種無線信號的干擾和空間環(huán)境的影響，所以它的應(yīng)用效果是和現(xiàn)場空間環(huán)境有關(guān)的，很難有一個(gè)統(tǒng)一不變的效果指標(biāo)，因此，針對不同應(yīng)用環(huán)境的應(yīng)用技術(shù)研究是必不可少的，這就決定了RFID技術(shù)不是一下子就能夠迅速普及的，它需要有一個(gè)不斷探索和積累的過程。

RFID主要由閱讀器和應(yīng)答器兩大部分組成。閱讀器(如圖1)是數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)，內(nèi)含一個(gè)與應(yīng)答器相配合的耦合元件。應(yīng)答器(如圖2)是數(shù)據(jù)載體，內(nèi)含一個(gè)微型芯片和一個(gè)天線線圈組成的耦合元件。

由于超高頻RFID的接收和發(fā)射頻率相同，讀卡器結(jié)構(gòu)基本為零中頻結(jié)構(gòu)。零中頻結(jié)構(gòu)的接收機(jī)射頻前端沒有選擇濾波器，對鄰近頻率的信號抗干擾能力很弱。我國在《800/900 MHz頻段射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定(試行)》中規(guī)定的跳頻間隔為250 kHz，這對零中頻結(jié)構(gòu)的RFID讀卡器在多詢問機(jī)環(huán)境下工作是一個(gè)很大的技術(shù)難點(diǎn)。所以，在現(xiàn)階段的多詢問機(jī)環(huán)境下工作的UHF RFID讀卡器，基本是工作于時(shí)分復(fù)用方式。在讀卡器中加入單刀多擲開關(guān)(Single Pole 4Throw，SP4T)，本機(jī)輪詢4個(gè)天線，可以取代另外的3個(gè)讀卡器，降低整個(gè)系統(tǒng)成本。

無線射頻識(shí)技術(shù)是利用射頻信號來識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別技術(shù).RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(包括芯片和標(biāo)簽天線)、閱讀器(含閱讀器天線)和后臺(tái)主機(jī)組成。當(dāng)前，射頻識(shí)別工作頻率包括頻率為低頻(125KHz、134KHz)、高頻頻段(13.56MHz)、UHF超高頻段(860～960MHz)和 2.45GHz以上的微波頻段等。

一套完整的RFID系統(tǒng)，是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成，其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder，用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

在RF裝置中，工作頻率增加到微波區(qū)域的時(shí)候，天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴(yán)峻。天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片。這需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)天線和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配。本文考慮的頻帶是435MHz, 2.45 GHz 和5.8 GHz，在零售商品中使用。

RF(射頻)專指具有一定波長可用于無線電通信的電磁波。電磁波可由其頻率表述為：KHz(千赫)，MHz(兆赫)及GHz(千兆赫)。其頻率范圍為VLF(極低頻)也即10-30KHz至EHF(極高頻)也即30-300GHz。

針對目前RFID系統(tǒng)工作頻率多樣，各類標(biāo)準(zhǔn)眾多且差距較大，不適合多種標(biāo)簽同時(shí)應(yīng)用的情況，提出了基于軟件無線電及LabVIEW 設(shè)計(jì)RFID閱讀器的思想。通過加載不同的軟件代碼，仿真閱讀器可以實(shí)現(xiàn)對不同頻段，符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫。通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進(jìn)行比對，仿真閱讀器實(shí)現(xiàn)了對RFID標(biāo)簽攜帶信息的讀取，節(jié)約了需要配置各種不同類型閱讀器的成本。

針對頻譜特征法在設(shè)計(jì)無芯片標(biāo)簽中面臨的編碼容量與標(biāo)簽尺寸的矛盾問題，提出了一種新型無芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的標(biāo)簽由介質(zhì)集成波導(dǎo)和位于表面貼片上的互補(bǔ)分裂環(huán)構(gòu)成。標(biāo)簽諧振頻率可通過調(diào)節(jié)互補(bǔ)分裂環(huán)內(nèi)外環(huán)的開口角度實(shí)現(xiàn)，其中外環(huán)負(fù)責(zé)大范圍的頻率粗調(diào)，內(nèi)環(huán)用于小范圍的頻率細(xì)調(diào)。標(biāo)簽工作于4 GHz～6 GHz頻率范圍，尺寸為25 mm×15 mm，編碼密度高達(dá)4.86 bit/cm2。通過仿真驗(yàn)證了與理論分析的一致性，相比傳統(tǒng)的無芯片標(biāo)簽，該結(jié)構(gòu)可以在不增大標(biāo)簽尺寸的前提下提高編碼容量，同時(shí)介質(zhì)集成波導(dǎo)為標(biāo)簽提供了高選擇性，使標(biāo)簽保持了較高的頻譜分辨率。

Q值一般統(tǒng)稱品質(zhì)因數(shù)，它是衡量一個(gè)元件或諧振回路性能的一個(gè)無量綱單位。簡單地說是理想元件與元件中存在的損耗的比值。這個(gè)元件可以是電感、電容、介質(zhì)諧振器、聲表面波諧振器、晶體諧振器或LC諧振器。Q值的大小取決于實(shí)際應(yīng)用，并不是越大越好。例如，如果設(shè)計(jì)一個(gè)寬帶濾波器，過高的Q值如果不采取其他措施，將使帶內(nèi)平坦度變壞。在電源退耦電路中采用LC退耦應(yīng)用時(shí)高Q值的電感和電容極容易產(chǎn)生自諧振狀態(tài)，這樣反倒不利于消除電源中的干擾噪聲。反過來，對于振蕩器我們希望有較高的Q值，Q值越高對振蕩器的頻率穩(wěn)定度和相位噪聲越有利。

Melexis公司的MLX90132是13.56MHz全集成的多協(xié)議NFC/RFID收發(fā)器，可處理亞載波頻率106kHz~848kHz，高達(dá)848kbps，雙路驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)把外接元件數(shù)減少，能向合適的天線負(fù)載提供高達(dá)70mW的RF功率。器件和ISO/IEC 18092 (NFC)，ISO/IEC 14443 A1與B2， ISO/IEC 15693以及ISO/IEC 18000-3 模式1兼容，主要用在汽車接入和起動(dòng)， 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)防盜，汽車診斷和汽車租賃。

近日，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)首次成功地采用尺寸只有幾個(gè)納米的等離激元微型天線，在芯片上生成頻率達(dá)10THz超短電脈沖，然后通過芯片運(yùn)行這些電脈沖，并以一種可控的方式讀取它們。

針對傳統(tǒng)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)難以滿足故障定位精確、多參數(shù)集中監(jiān)測的現(xiàn)狀， 提出一種新型輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)， 并重點(diǎn)研究了用于狀態(tài)監(jiān)測的智能電子裝置( IED) 。設(shè)計(jì)了一種基于射頻識(shí)別( ＲFID) 技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測 IED， 主要由微處理器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器和一種有源 ＲFID 芯片構(gòu)成。仿真與測試結(jié)果表明: IED 天線回波損耗約為 － 13． 1 dB， 載波頻率為 865． 8 MHz 時(shí)，IED 最大讀寫距離為 18 m， IED 驅(qū)動(dòng)電流和工作電流分別為 520， 210 μA， 性能優(yōu)于 SL9000A。