射頻

最基本的 RFID 系統由三部分組成：

1.標籤(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及晶元組成，標籤含有內置天線，用於和射頻天線間進行通信；

2.閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標籤信息的設備；

3.天線：在標籤和讀取器間傳遞射頻信號。有些系統還通過閱讀器的 RS232 或 RS485介面與外部計算機(上位機主系統)連接，進行數據交換。

目前定義 RFID 產品的工作頻率有低頻、高頻和甚高頻的頻率範圍內的符合不同標準的不同的產品，而且不同頻段的 RFID 產品會有不同的特性。其中感應器有無源和有源兩種方式。

低頻(從 125KHz 到 134KHz)其實 RFID 技術首先在低頻得到廣泛的應用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進行工作, 也就是在讀寫器線圈和感應器線圈間存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的電壓被整流，可作供電電壓使用. 磁場區域能夠很好的被定義，但是場強下降的太快。

特性：

工作在低頻的感應器的一般工作頻率從 120KHz 到 134KHz, TI 的工作頻率為134.2KHz。該頻段的波長大約為 2500m；

1.除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。

2.工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的許可限制。

3.低頻產品有不同的封裝形式。好的封裝形式就是價格太貴，但是有 10 年以上的使用壽命。

4.雖然該頻率的磁場區域下降很快，但是能夠產生相對均勻的讀寫區域。

5.相對於其他頻段的 RFID 產品，該頻段數據傳輸速率比較慢。

6.感應器的價格相對與其他頻段來說要貴。

主要應用

畜牧業的管理系統；汽車防盜和無鑰匙開門系統的應用；馬拉松賽跑系統的應用；自動停車場收費和車輛管理系統；自動加油系統的應用；酒店門鎖系統的應用；門禁和安全管理系統。

高頻(工作頻率為 13.56MHz)在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕活著印刷的方式製作天線。感應器一般通過負載調製的方式 的方式進行工作。也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發生變化，實現用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調製。如果人們通過數據控制負載電壓的接通和斷開，那麼這些數據就能夠從感應器傳輸到讀寫器。

特性：

1.工作頻率為 13.56MHz，該頻率的波長大概為 22m；

2. 除了金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數的材料，但是往往會降低讀取距離。感應器需要離開金屬一段距離；

3.該頻段在全球都得到認可並沒有特殊的限制；

4. 感應器一般以電子標籤的形式；

5.雖然該頻率的磁場區域下降很快，但是能夠產生相對均勻的讀寫區域；

6.該系統具有防衝撞特性，可以同時讀取多個電子標籤；

7.可以把某些數據信息寫入標籤中；

8. 數據傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴。

主要應用：

圖書管理系統的應用；液化氣鋼瓶的管理應用；服裝生產線和物流系統的管理和應用；三表預收費系統；酒店門鎖的管理和應用；大型會議人員通道系統；固定資產的管理系統；醫藥物流系統的管理和應用；智能貨架的管理。

甚高頻(工作頻率為 860MHz 到 960MHz之間甚高頻系統通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠，無源可達 10m左右。主要是通過電容耦合的方式進行實現。

特性：

1.在該頻段，全球的定義不是很相同－歐洲和部分亞洲定義的頻率為 868MHz，北美定義的頻段為 902 MHz 到 905MHz 之間，在日本建議的頻段為 950 MHz 到 956 MHz 之間。該頻段的波長大概為 30cm 左右。

2.目前，該頻段功率輸出目前統一的定義(美國定義為 4W，歐洲定義為 500mW)。

3.甚高頻頻段的電波不能通過許多材料，特別是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物資。相對於高頻的電子標籤來說，該頻段的電子標籤不需要和金屬分開來。

4.電子標籤的天線一般是長條和標籤狀。天線有線性和圓極化兩種設計，滿足不同應用的需求。

5.該頻段有好的讀取距離，但是對讀取區域很難進行定義。

6.有很高的數據傳輸速率，在很短的時間可以讀取大量的電子標籤。

主要應用：

供應鏈上的管理和應用；生產線自動化的管理和應用；航空包裹的管理和應用；集裝箱的管理和應用；鐵路包裹的管理和應用；後勤管理系統的應用；大規模人員進出管理的應用。

有源 RFID 技術（ 2.45GHz、 5.8GHz）有源 RFID 具備低發射功率、通信距離長、傳輸數據量大，可靠性高和兼容性好等特點，與無源 RFID 相比，在技術上的優勢非常明顯。被廣泛地應用到公路收費、港口貨運管理、人員定位管理等應用中。但是使用此頻段具有很強的方向性，並且在接收區域內如有金屬物體的話，金屬物體對該頻段的射頻會產生折射和反射，從而影響射頻接收器的信號讀寫。

系統的基本工作流程是：閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置發送天線發送出去；系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼然後送到後台主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。

在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、 SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數據傳輸方法(負載調製、反向散射、高次諧波)以及頻率範圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設計構造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻介面和控制單元兩個基本模塊。高頻介面包含發送器和接收器，其功能包括：產生高頻發射功率以啟動射頻卡並提供能量；對發射信號進行調製，用於將數據傳送給射頻卡；接收並解調來自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統的高頻介面設計具有一些差異。

閱讀器的控制單元的功能包括：與應用系統軟體進行通信，並執行應用系統軟體發來的命令；控制與射頻卡的通信過程(主-從原則)；信號的編解碼。對一些特殊的系統還有執行反碰撞演演算法，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數據進行加密和解密，以及進行射頻卡和閱讀器間的身份驗證等附加功能。

無線射頻識別系統的讀寫距離是一個很關鍵的參數。目前，長距離無線射頻識別系統的價格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的 RF 輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的 Q 值、天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發送信息的能量等。大多數系統的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的 40%～80%。

各種射頻常用計算單位，是深入地理解射頻概念的必備基礎知識之一；絕對功率的dB表示射頻信號的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關係如下：

例如信號功率為x W，利用dBm表示時其大小為：

例如：1W等於30dBm，等於0dBW。

1mW等於0dBm。

相對功率的dB表示射頻信號的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區別在於：

dB是任意兩個功率的比值的對數表示形式；而dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數表示形式。

例如：30dBm - 0dBm = 30 dB

天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對於無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對於半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。

電阻：阻擋電流通過的物體或物質，從而把電能轉化為熱能或其它形式的能量，單位：歐姆，Ω

電壓：電位或電位差，單位：伏特，V

電流：單位時間內通過電路上某一確定點的電荷數，單位：安培，A

電感：線圈環繞著的東西，通常是導線，由於電磁感應的原因，線圈可產生電動勢能，單位：亨利，H

電容：一個充電的絕緣導電物體潛在具有的最大電荷率，單位：法拉，F

在整個射頻通信中，主要包含以下幾種頻率：傳輸頻率、接收頻率、中頻和基帶頻率。基帶頻率是用來調製數據的信號頻率。而真正的傳輸頻率則比基帶頻率高很多，一般的頻譜範圍是500MHz到38GHz，數據信號也是在此高頻下進行傳輸的。一般來說，射頻系統具有非常強大的傳輸調製信號的功能，即使在有干擾信號和阻斷信號[z2] 的情況下，該系統也可以做到以最高的質量發送並且以最好的靈敏度接收調製信號。阻斷信號主要有兩種：帶內阻斷信號和帶外阻斷信號。帶外阻斷信號是指分佈在信號頻譜之外的無關信號，例如由其它無線傳輸技術產生的數據信號。帶內阻斷信號則分佈在我們感興趣的信號頻譜之內，例如由相同的無線傳輸技術在其它終端產生的數據信號。對於無線通信而言，要成功地實現射頻接收功能，必須要過濾掉這兩種阻斷信號。中頻多被用來作為傳輸/接受頻率和基帶頻率的過渡，而這種傳輸方式正是超外差結構的基礎。一般而言，帶外阻斷信號可以被天線自帶的濾波器過濾掉。而中頻的存在使我們有機會在信號被混合到基帶頻率並做數字處理之前將帶內阻斷信號濾除。另一方面，在發送端，中頻常被用來濾除所有從基帶轉換到中頻這個過程中可能產生的偽數據和雜訊。

採用超外差結構的另外一種實現方法是利用中頻採樣來減少信號鏈上的器件個數。這種方法選擇在中頻對信號進行採樣，而不是在採樣前先將信號混合到基帶。在第一種超外差結構中，從中頻到基帶的轉換過程需要以下器件：本機鎖相環、智能解調器（混頻器）和雙向ADC（模擬-數字轉換器）。如果選擇在中頻進行採樣，那這三個器件可以用一個高性能的ADC來代替。這不僅可以降低信號鏈的複雜程度，還可以提高信號解調的質量。

但是，如果在下行基帶轉換器里應用高質量智能解調器，也能得到非常好的通信效果。如果能使本機鎖相環和射頻器件的漏電足夠小，基帶的直流失調便可最小化。除此之外，解調器的相位分離功能可以做到非常準確的90度的相位分離，這將確保信號解調時，誤差向量的值不會變壞或者只是變壞一點。最後，如果我們在使用智能解調器的同時，使用一個具有低相位雜訊的鎖相環，將會確保基帶輸出信號的低雜訊，並且因此獲得一個好的位錯誤率(BER)。

因為ADC要在越來越高的頻率下工作，所以中頻採樣結構的功耗變得比第一種超外差結構越來越高，並因此而越來越昂貴，這是中頻採樣結構的最主要的缺點。由於這個原因，基於中頻採樣的射頻結構往往更適合那些在相對低頻或者中頻的應用，畢竟這些頻段對成本的影響不大。不過隨著科技的發展，尤其是CMOS工藝的引進，使得集成高性能的器件和電路的價格越來越低，在不遠的將來，中頻採樣結構將不再是一種昂貴的選擇。

在射頻通信中應用的第三種結構由於直接轉換結構直接將基帶信號和射頻信號在同一進程中混合在一起，這使得該結構的信號鏈路最為簡單，它所需要的元器件最少。與其它兩種結構不同的是，它將不需要中頻處理和聲表面波（SAW）濾波器。

直接轉換結構的主要優點是：價格便宜、小型化、低功耗，並且沒有中頻轉換相關器件。這些優點使得這種結構非常適合在低功耗、攜帶型終端的應用。儘管如此，一些高性能器件的使用為直接轉換結構應用在高端市場打開了方便之門。事實上，正是這些高性能器件的使用，使得直接轉換結構受到越來越多的關注。

由於在直接轉換結構中沒有中頻處理單元，帶內阻斷信號的功率將直接傳遞到混頻器和模數轉換器（如果信號鏈路上含有模數轉換器）。低雜訊的混頻器將確保弱信號不會被雜訊和阻斷信號所淹沒。另外，由於混頻器具有高的輸出擺幅和低的失真，阻斷信號既不會過驅動整個系統也不會調製到我們需要的載波信號上。

對於基帶超外差接收器，如果在本機鎖相環和射頻輸入之間存在泄漏通路，就一定會產生直流失調。對於和全球移動通信系統類似的支持跳頻的一些射頻應用來說，頻率的跳變將導致本機鎖相環路漏電的改變，並最終導致整個系統的直流失調的跳變。如果要糾正它，必須在系統中引入一個直流失調的補償環路。儘管如此，在那些不需要跳頻的應用中，本機鎖相環的漏電是不變的，因此動態直流失調的補償意義不大。

在傳輸端，由於不能有效降低帶內雜訊和失真，採用直接轉換結構的射頻發射機必須是由那些動態範圍大的元器件構成。

在基站的相關應用中，由於面積和頻道密度要被重點考慮，直接轉換結構尤其被看好。因為從基站的角度看，帶內阻斷信號是不存在的（也就是說基站自己將處理帶內阻斷信號），所以，即使直接轉換結構缺乏濾除帶內阻斷信號的功能也是可以接受的。

當然，選擇何種射頻電路結構應該由市場應用來決定。這些指導設計的因素包括：從設計到產品進入市場的時間、成本、外形、功能指標、靈活性、能否支持多種不同的應用模式等等。如何針對一個確定的應用去選擇合適的射頻結構不在本文的介紹範圍之內。但是可以明確的是，如今一些射頻器件製造商已經可以提供各種針對性的服務以幫助我們設計合適的射頻系統，在整個結構設計的過程中，他們甚至可以提供幾位富有經驗的工程師為我們答疑解惑。

射頻除皺是一種非侵入式的治療方式，是目前一個最為安全，最有效果的美容去皺方法之一。

射頻除皺的原理是：射頻波穿透表皮基底黑色素細胞的屏障，使真皮層膠原纖維加熱至55℃-65℃，膠原纖維收縮，使鬆弛的皮膚皺紋被拉緊，從而達到美容去皺的目的。

射頻除皺特點

特點1：高效，實驗證明，射頻除皺能有效刺激膠原蛋白重組，緊緻肌膚、減少皺紋，治療后滿意度較高。

特點2：安全，射頻除皺系統能保護表皮層，達到即安全又高效的滿意效果，比其它非侵入式的治療安全性更高。此外，治療后沒有恢復期，患者可以立即恢復日常作息，免去了其它治療后所必須的注意事項。

特點3：持久，治療后，因新生的膠原蛋白一直延續不斷產生，皮膚天天都會有改善。且會在4—6個月左右達到更加顯著，令人滿意的效果。

射頻識別技術依其採用的頻率不同可分為低頻系統和高頻系統兩大類；根據電子標籤內是否裝有電池為其供電，又可將其分為有源系統和無源系統兩大類；從電子標籤內保存的信息注入的方式可將其分為集成電路固化式、現場有線改寫式和現場無線改寫式三大類；根據讀取電子標籤數據的技術實現手段，可將其分為廣播發射式、倍頻式和反射調製式三大類。

1．低頻系統一般指其工作頻率小於30MHz，典型的工作頻率有：125KHz、225KHz、13.56MHz等，這些頻點應用的射頻識別系統一般都有相應的國際標準予以支持。其基本特點是電子標籤的成本較低、標籤內保存的數據量較少、閱讀距離較短（無源情況，典型閱讀距離為10cm）電子標籤外形多樣（卡狀、環狀、鈕扣狀、筆狀）、閱讀天線方向性不強等。

2．高頻系統一般指其工作頻率大於400MHz，典型的工作頻段有：915MHz、2450MHz、5800MHz等。高頻系統在這些頻段上也有眾多的國際標準予以支持。高頻系統的基本特點是電子標籤及閱讀器成本均較高、標籤內保存的數據量較大、閱讀距離較遠（可達幾米至十幾米），適應物體高速運動性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及電子標籤天線均有較強的方向性。

3．有源電子標籤內裝有電池，一般具有較遠的閱讀距離，不足之處是電池的壽命有限（3~10年）；無源電子標籤內無電池，它接收到閱讀器（讀出裝置）發出的微波信號后，將部分微波能量轉化為直流電供自己工作，一般可做到免維護。相比有源系統，無源系統在閱讀距離及適應物體運動速度方面略有限制。

生產RFID產品的很多公司都採用自己的標準，國際上還沒有統一的標準。ISO18OOO。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個標準都由物理特性、射頻功率和信號介面、初始化和反碰撞以及傳輸協議四部分組成。

按照不同得方式，射頻卡有以下幾種分類：

1． 按供電方式分為有源卡和無源卡。有源是指卡內有電池提供電源，其作用距離較遠，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環境下工作；無源卡內無電池，它利用波束供電技術將接收到的射頻能量轉化為直流電源為卡內電路供電，其作用距離相對有源卡短，但壽命長且對工作環境要求不高。

2． 按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統主要用於短距離、低成本的應用中，如多數的門禁控制、校園卡、動物監管、貨物跟蹤等。中頻系統用於門禁控制和需傳送大量數據的應用系統；高頻系統應用於需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監控、高速公路收費等系統中應用。

3． 按調製方式的不同可分為主動式和被動式。主動式射頻卡用自身的射頻能量主動地發送數據給讀寫器；被動式射頻卡使用調製散射方式發射數據，它必須利用讀寫器的載波來調製自己的信號，該類技術適合用在門禁或交通應用中，因為讀寫器可以確保只激活一定範圍之內的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調製散射方式，讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動方式的射頻卡發射的信號僅穿過障礙物一次，因此主動方式工作的射頻卡主要用於有障礙物的應用中，距離更遠(可達30米)。

4． 按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小於1厘米)、近耦合卡(作用距離小於15厘米)、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠距離卡(作用距離從1米到10米，甚至更遠)。

5． 按晶元分為只讀卡、讀寫卡和CPU卡。

1．功率/電平（dBm）：放大器的輸出能力，一般單位為w、mw、dBm

2．增益（dB）：即放大倍數，單位可表示為分貝（dB）。

註：dBm是取1mw作基準值，以分貝表示的絕對功率電平。換算公式：

電平（dBm）=10lgmw

5W → 10lg5000=37dBm

10W → 10lg10000=40dBm

20W → 10lg20000=43dBm

從上不難看出，功率每增加一倍，電平值增加3dB

即：dB=10lgA（A為功率放大倍數）

3．插損：當某一器件或部件接入傳輸電路后所增加的衰減，單位用dB表示。

4．選擇性：衡量工作頻帶內的增益及帶外輻射的抑制能力。-3dB帶寬即增益下降3dB時的帶寬，-40dB、-60dB同理。

5．駐波比（回波損耗）：行駐波狀態時，波腹電壓與波節電壓之比（VSWR）

附：駐波比——回波損耗對照表：

SWR 1.2 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50

回波損耗（dB） 21 19 17.6 16.6 15.6 14.0

註：根據回波損耗（RL）的計算駐波比（SWR）關係式為SWR=[10^(RL/20)+1]/[[10^(RL/20)-1]]。

6．三階交調：若存在兩個正弦信號ω1和ω2 由於非線性作用將產生許多互調分量，其中的2ω1-ω2和2ω2-ω1兩個頻率分量稱為三階交調分量，其功率P3和信號ω1或ω2的功率之比稱三階交調係數M3。

即M3 =10lg P3/P1 （dBc）

7．雜訊係數：一般定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值，實際使用中化為分貝來計算。單位用dB。

8．耦合度：耦合埠與輸入埠的功率比，單位用dB。

9．隔離度：本振或信號泄露到其他埠的功率與原有功率之比，單位dB。

10．天線增益（dB）：指天線將發射功率往某一指定方向集中輻射的能力。一般把天線的最大輻射方向上的場強E與理想各向同性天線均勻輻射場場強E0相比，以功率密度增加的倍數定義為增益。Ga=E2/ E02

11．天線方向圖：是天線輻射出的電磁波在自由空間存在的範圍。方向圖寬度一般是指主瓣寬度即從最大值下降一半時兩點所張的夾角。

E面方向圖指與電場平行的平面內輻射方向圖；

H面方向圖指與磁場平行的平面內輻射方向圖。

一般是方向圖越寬，增益越低；方向圖越窄，增益越高。

12．天線前後比：指最大正向增益與最大反向增益之比，用分貝表示。

13．單工：亦稱單頻單工制，即收發使用同一頻率，由於接收和發送使用同一個頻率，所以收發不能同時進行，稱為單工。

14．雙工：亦稱異頻雙工制，即收發使用兩個不同頻率，任何一方在發話的同時都能收到對方的講話。單工、雙工都屬於移動通信的工作方式。

15．放大器：（amplifier）用以實現信號放大的電路。

16．濾波器：(filter)通過有用頻率信號抑制無用頻率信號的部件或設備

17．衰減器：(attenuator) 在相當寬的頻段範圍內一種相移為零、其衰減和特性阻抗均為與頻率無關的常數的、由電阻元件組成的四端網路，其主要用途是調整電路中信號大小、改善阻抗匹配。

功分器：進行功率分配的器件。有二、三、四….功分器；接頭類型分N頭（50Ω）、SMA頭（50Ω）、和F頭（75Ω）三種。

18．耦合器：從主幹通道中提取出部分信號的器件。按耦合度大小分為5.10.15.20…. dB不同規格；從基站提取信號可用大功率耦合器（300W），其耦合度可從30~65dB中選用；耦合器的接頭多採用N頭。

19．負 載：終端在某一電路（如放大器）或電器輸出埠，接收電功率的元/器件、部件或裝置統稱為負載。對負載最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。

20．環形器：使信號單方向傳輸的器件。

21．轉接頭：把不同類型的傳輸線連接在一起的裝置。

22．饋 線：是傳輸高頻電流的傳輸線。

23．天 線：(antenna)是將高頻電流或波導形式的能量變換成電磁波並向規定方向發射出去或把來自一定方向的電磁波還原為高頻電流。