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无线射频识别双频技术及应用无线射频识别系统的工作频率是系统最基本的技术参数之一。其在很大程度上决定了系统的工作性质,决定了系统能否满足用户的需求,决定了成本的高低。在同样的发射功率下,低频系统对可导媒介的穿透能力较强,但是距离短,数据传输速率低,信噪比低,系统的环境敏感性强。高频系统的频率特定则正好相反,传输距离大,但是对可导媒介的穿透能力较差。如何利用这两个不同频段的频率特性,提高RFID的系统功能,这就是本文所要介绍的双频技术。RFID的频率特性射频系统的工作频率是射频识别技术系统最基本的技术参数之一。工作频率的选择在很大程度上决定了射频标签的应用范围,技术可行性以及系统成本的高低。射频识别系统归根到底是一种无线电传播系统,必须占据一定的无线通讯信道。在无线通讯信道中,射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来。因此,射频系统的工作性能必定要受到电磁波空间传输特性的影响。读写器发送无线信号时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率,基本上划分为:低频(30kHz~300kHz)、高频(3MHz~30MHz)和超高频(300MHz~3GHz)。另外,从电磁频谱划分上来讲,自300MHz起,到进入光波前,即1000GHz止,统称为微波:包括超高频(UHF),特高频(SHF)和极高频(EHF)。低频系统一般工作在100~500kHz,常见的工作频率有125kHz、134.2kHz;高频系统工作在10~15MHz左右,常见的高频工作频率为13.56Mhz;超高频工作频率为850~960MHz,常见的工作频率为869.5MHz、915.3MHz;有些射频识别系统工作在5.8GHz的微波段。低频系统用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪;高频系统用于门禁控制盒需传送大量数据的应用;超高频系统应用于需要较长读写距离和高的读写速度的场合,如火车监控,高速公路收费等系统。发射天线或自然源辐射的无线电波,通过介质或受到介质分界面的影响,而达到接收天线的过程,称为无线电波传播。无线电波在介质或介质分界面的影响下,有被折射、反射、散射、绕射和吸收等现象。接收点的无线电信号,也有衰减和干扰出现。为了确定无线射频识别系统的频率、功率、增益、灵敏度、信号噪声比和工作方式等,都需要对无线电波传输特性有所了解。电磁波有很多物理特性,例如红外线在绝对零度以上的物质都会辐射的特性,响尾蛇导弹就是利用目标辐射出的红外线迎击它的猎物。当然,它还有能量辐射性和物理穿透性等等,其中值得关注的一条就是电磁波频率越高,波长越短。由于无线射频识别系统的工作频率对系统的工作性能具有很强的支配作用,也就是说,从识别距离、穿透能力等特性来看,不同视频频率的表现存在较大的差异。特别是在低频和高频两个频段的特性上,具有很大的不同。简单来讲,低频具有较强的穿透能力,能够穿透水、金属、动物包括人的躯体等导体材料,但是在同样的功率下,传播的距离非常近,另外,由于频率低,可以利用的频带窄,数据传输速率较低,并且信噪比低,容易受到干扰。相对低频段而言,得到相同传输效果,高频系统发射功率较小,设备较简单,成本较低。和低频相比,高频系统数据传播速率较高,无低频的信噪比限制,但是,其“绕射”能力或者“穿透”较差,很容易被水等导体媒介所吸收,因此,对于可导障碍物的敏感性很强。如何利用他们各自的长处来设计识别距离较远又具有较强穿透能力的产品,这就用到了所谓的双频技术。双频产品,具有低频的穿透能力,又有高频的识别距离和通信速度。能够广泛的运用在动物识别,导体材料干扰的环境及潮湿的环境等。低频超高频工作频率30-300kHz300MHz-3GHz波长波长较长波长较短穿透具有较强的穿透能力,能够穿透水、金属、容易被水等导体媒介吸收动物包括人的躯体等导体材料绕射绕射能力强,覆盖范围较大绕射能力相对较差,覆盖范围相对较小距离同样的功率下,传播的距离非常近传播距离远速率可以利用的频带窄,数据传输速率较低频率高,数据传播速率高信噪比信噪比低,容易受到干扰。无低频的信噪比限制方向性无部分潮湿环境无影响影响较大有源和无源双频系统根据无线射频系统的标签能源特性和目前市场上所能见到的产品,双频系统可划分为有源系统和无源系统两种工作形式。有源系统在目前的有源双频系统中,最典型的产品当属于Savi公司的EchoPoint(反射点)双频产品。EchoPoint采用了多频率设计和三元素系统结构来同时实现可靠的长距离通信与短距离定位功能。和传统的标签、读写器二元素系统相比较,EchoPoint增加了第三元素——路标(signpost)。由路标在123KHz激活标签,发现标签,标签和读写器之前在长距离的UHF频带(433.92MHz)进行通讯,发送其位置信息以及特殊标识。路标可以固定在某个地点,可以移动也可以手持,当标识物的标签通过路标标识区域时,路标可以识别标签的位置。EchoPoint能够有效跟踪货物,能够获取长距离的准确定位效果。简单分析EchoPoint双频系统的工作原理。发射天线:用于发射低频无线电信号以激活双频标签,也就是所谓的路标。接收天线:接收双频标签发出的高频无线电信号。读写器:不断产生低频编码电磁波信号经发射天线发射出去,用来激活进入该区域的双频标签,同时把接收天线接收来的双频标签的高频载波信号经过放大后,经解调、解码后提取有效的数字信号通过高频和标签之间进行通信。双频标签:由嵌入式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池组成,其工作在两个频点上,全双工通信。双频标签平时处于睡眠状态,当进入系统工作区后,被发射天线(路标)发出的低频无线电信号激活,发射出唯一的加密识别码无线电信号。卡内高能电池为识别卡正常工作和发射高频电磁波提供能量。工作原理:读写器将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送;双频标签进入低频的发射天线工作区域后被激活,同时将加密的载有目标识别码的高频加密载波信号经标签内高频发射模块发射出去;接收天线接收到射频卡发来的载波信号,经阅读区接收处理后,提取出目标识别码送至计算机,完成预设的系统功能和自动识别,实现目标的自动化管理。无源系统和有源双频系统相比,无源双频系统具有体积小,系统紧凑,成本低廉等特点。目前iPicoIdentification公司是世界上唯一的无源RFID双频技术及产品提供商,其专利产品无源双频系统采用低频和高频两个频率进行工作,将两个频率特性集成到单一的双频标签(DFTags)和双频读写器(DFReaders)构成双频无源系统。采用双频技术的射频识别系统同时具有低频和高频系统各自的优点,即具有较强的穿透能力,又具有较远的识别距离,并具有高速识别能力。无源双频标签体积可以制造得很小(信用卡标签和半卡标签),广泛适用于人员管理、运动计时、动物识别、矿井、有干扰的环境(如金属物品的识别)等场合。在水中同样可以识别双频标签。双频标签包括天线线圈和由单芯片集成的电路构成。属于无源标签,从读写器的能量场中获取能量,并回送自身ID等数据。其特性有:从读写器到标签的能量传递,采用低频电感耦合方式,低频电磁波经整流,滤波后提供给芯片工作能量。用于从标签到读写器传送ID和数据,采用高频电感耦合方式,经高频电感耦合方式,经高频接收机接收、滤波、放大后送到解码电路进行解码,根据约定的协议,解码器对双频标签返回的数据进行解码处理后将结果发送到主机。系统抗冲突方式采用和超高频系统相同的防冲突协议(ip-X协议),每秒可识别200个标签,具有良好的多卡识别能力和较高的识别速度。双频产品的作用距离取决于读写器输出功率和设置,并与标签的封装形式有关,识别距离20cm~2.5m。双频RFID系统的应用由于双频RFID系统同时具有低频系统的穿透特性和高频系统的距离特性,同时兼顾了低频和高频的系统特性,扬长避短,因此,双频系统的应用范围也大大扩展了。特别是无源双频系统的问世,使得双频系统的应用无论是在技术上还是在范围上有上了一个层次。双频产品主要应用在可导媒介物要求长距离,多卡识别及高速识别的场合。下面给予简单介绍。供应链管理包括木质托盘、集装箱、水果箱、纸卷跟踪等方面。由于木质托盘的吸水性,集装箱箱体的金属特性,水果本身就具有很好的可导性,纸卷的钢芯等都属于可导媒介,这样超高频系统在这些领域的应用就受到了很大程度的制约,而双频系统特别是无源双频系统在这些领域的应用却不会受到这种环境的制约。人员自由流跟踪与个性化身份认证人体本身是导体,将超高频用于身份识别会带来很大不便支持,特别是多标签同时识别。而目前普遍采用的低频门禁系统识别距离很短,要求被识别者近距离划卡,给使用带来很多限制。无论是低频还是高频门禁系统,都要求被识别者采取相应的动作来确保系统能够准确识别。而双频系统则无需被识别者采取任何动作即可以实现多标签无遗漏准确识别。动物跟踪与识别包括羊群、牛群、猪、马以及野生动物的跟踪与识别。和人员的跟踪和管理一样,双频系统在动物识别领域具有非常广泛的应用前景。由于动物的不自觉性,更加限制了低频和超高频系统的应用,可以说,双频系统是最适用于该领域的无线识别系统。采矿作业与地下路网管理在这些领域,由于工作媒介包括大地这个最大的导体,就对其他系统的应用造成了制约。而双频系统则可以穿图4双频系统实物透突然完成自动识别的功能。运动计划体育竞技的最高原则就是公平、公正,对于运动计时来讲,多年来一直是一个研究的课题,无线射频识别技术对体育计时来讲,是最值得信赖的技术之一。特别是无源双频技术更是运动计时的福音。在2008年新西兰的马拉松运动会上采用双频系统设计时,取得了良好的应用效果。
本文标题:无线射频识别双频技术及应用
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