微波技術(shù)與天線 劉學(xué)觀 第104節(jié)

10.4

射頻識別系統(tǒng)

射頻識別系統(tǒng)

（Radiofrequencyidentification---RFID）閱讀器應(yīng)答器后臺計算機系統(tǒng)組成它是利用無線電波將電子數(shù)據(jù)載體（即應(yīng)答器）中的數(shù)據(jù)非接觸地與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)識別的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答器PC閱讀器數(shù)據(jù)時序能量耦合元件耦合元件（線圈或天線）

射頻識別器的組成框圖1.RFID的分類RFID系統(tǒng)按數(shù)據(jù)量來分，可分為1比特系統(tǒng)和電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)

1比特系統(tǒng)－－只能識別“有響應(yīng)”和“無響應(yīng)”兩種狀態(tài)，該系統(tǒng)雖然不能區(qū)分各個應(yīng)答器，但由于系統(tǒng)簡單、可靠，被廣泛應(yīng)用于商場的防盜系統(tǒng)中；電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)－－是一類編碼系統(tǒng)，每個應(yīng)答器都有一個識別碼，同時還可以存儲16-64kbit的數(shù)據(jù)，而且一般需要將識別碼和數(shù)據(jù)調(diào)制到一個載波上。

RFID系統(tǒng)按工作頻段分為低頻（50-150kHz,13.56MHz），超高頻（260-470MHz）和微波（902-928MHz,2.45GHz,5.8GHz）波段。微波波段的應(yīng)答器一般是遠距離系統(tǒng)，其作用距離從1米到十米甚至更遠。從天線接收到的微波輻射能量和參考負載在開關(guān)的控制下交替輸入到接收機，開關(guān)周期

s一般在10-3和10-1之間。低頻段的應(yīng)答器一般是無源的，應(yīng)答器所需要的能量是由閱讀器通過耦合元件傳遞給應(yīng)答器，因此一般情況下，該類應(yīng)答器和閱讀器之間的有效距離是很近的，也稱之為密耦合；2．微波波段典型RFID的工作原理１）微波1比特應(yīng)答器1kHz偶極子天線應(yīng)答器調(diào)制檢波1kHz微波1比特應(yīng)答器原理圖微波1比特應(yīng)答器的工作原理:閱讀器持續(xù)發(fā)射用1kHz信號振幅調(diào)制（ASK）載波頻率為fA（如2.45GHz）的已調(diào)信號，應(yīng)答器的偶極子天線接收到的信號，該信號由二極管的非線性特性產(chǎn)生高次諧波（其中二次諧波能量最大），利用電容二極管的能量儲存特性，使高次諧波通過天線二次輻射，閱讀器的接收通道檢測以頻率2fA為載波的ASK信號并還原成1kHz信號，當接收端檢測到1kHz信號時表明應(yīng)答器在閱讀器的覆蓋范圍。加1kHz的調(diào)制主要是提高抗干擾能力，這是因為若閱讀器周圍碰巧有的干擾信號，由于干擾信號沒有被正常調(diào)制，所以閱讀器不會響應(yīng)。2）電磁反向散射式應(yīng)答器TXRX判決器接收器定向耦合器CPU

閱讀器應(yīng)答器反向散射應(yīng)答器的作用原理閱讀器經(jīng)定向耦合器再通過天線將功率為P1的電磁波發(fā)送到自由空間，經(jīng)空間傳播到達應(yīng)答器時接收天線的功率為P'1

，該功率一部分通過接收天線送入負載轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，另一部分則反向散射至自由空間，設(shè)反向散射的功率為P2

，再次通過自由空間衰減，到達閱讀器天線處的功率為P'2

，經(jīng)定向耦合器進入接收機，接收機可以獲得反向散射功率與發(fā)射功率的比值:當一定發(fā)射功率、一定收發(fā)距離的前提下，比值的大小取決于反向散射功率，而此功率取決于接收天線與負載的匹配程度，當接收天線與負載幾乎匹配時，幾乎沒有功率被反向散射回去，而當天線開路或短路時，幾乎全部功率反射回去，特別當工作波長處于天線的諧振區(qū)時，反射十分明顯。

電磁反向散射式應(yīng)答器正是利用電磁波的諧振反射特性，通過改變天線負載的狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的傳輸。當負載匹配時比值幾乎為零，此時可以代表數(shù)字“0”，當CPU控制的開關(guān)使負載變?yōu)榱悖炊搪罚r，比值將達到一定的數(shù)值，此時可以代表數(shù)字“1”。非接觸識別特別是射頻識別已逐步發(fā)展成為一個跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，它不但包含了微波技術(shù)、集成電路技術(shù)等基本領(lǐng)域，還包括了電磁兼容、數(shù)據(jù)保護與密碼學(xué)、制造工藝學(xué)、通信網(wǎng)技術(shù)等多個學(xué)科。隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用前景將十分廣闊。微波的其它應(yīng)用1.微波爐微波爐2.能量傳遞

太陽能衛(wèi)星電站已經(jīng)提出在宇宙空間用一個大的太陽能電池軌道陣發(fā)電，然后用微波波束傳送到地面的一個接收站，從而可以提供一個用不盡的電源。微波在物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、和氣象學(xué)等各個科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中開辟了許多嶄新的分支。如量子電子學(xué)、微波波譜學(xué)、射電天文學(xué)、微波化學(xué)、微波生物學(xué)、微波醫(yī)學(xué)及微波氣象學(xué)