射頻物理與射頻識別：簡要概述

RFID系統，和所有涉及能量的系統一樣，受物理定律支配。物理學是研究物質及其在空間和時間中的運動，以及相關概念如能量和力的學科。更深入地說，RFID系統還受制于基本的電磁原理。這些原理涉及能量傳遞和電磁譜，定義在法拉第電磁感應定律和倫茨定律中。此外，政府和軍事部門在全球各地對電磁頻譜（傳輸頻率和功率）的使用進行監管，這導致了RFID系統的標準和法規。

RFID系統的每個方面都按照上述法律和標準設計，以成功利用電磁場和調制能量交換信息。工藝的每個環節——讀卡器到電纜、電纜到天線，以及天線到標簽（以及返回）——確保了各段之間的有效能量傳遞。

典型UHF RFID系統能量流動過程的每一步都簡單定義如下。

能量流：讀卡器到電纜

能量以交流電（交流電）的形式從電源插座流出，這意味著電子在移動過程中會周期性反轉方向，使能量相對于直流電（直流電）傳輸距離更遠。RFID讀卡器隨讀卡器附帶的典型電源是交流轉直流電源，將交流電從插座切換為直流電（更適合讀卡電子設備）。

接著，直流電通過振蕩器和鎖相環（PLL）模塊，該模塊將電源的直流電轉換為可變頻率的交流電。可變頻率由RFID讀卡器內部的跳頻算法確定，該算法基于制造階段設定的頻率范圍。

例如，在美國，由于法規規定單個讀卡器在特定頻率上傳輸時間不得超過400毫秒或0.4秒，以防止特定頻率被擁擠，每個讀卡器都必須采用跳頻算法。使用設定為美國聯邦通信委員會（FCC）頻率范圍的射頻讀卡器時，讀卡器會每0.4秒“跳”一次，頻率為預定頻率，如902.5 MHz（0.4秒）、903.5 MHz（0.4秒）、927 MHz（0.4秒）等。如果讀卡器在同一頻率上停留超過0.4秒，鄰近無線電之間可能會產生干擾。

在變量頻率值設定后，所得信號會被射頻放大器放大，并根據讀取器試圖發送到RFID標簽的信息進行調制。射頻放大器確定RFID讀取器將發送信號的功率（即發射功率），并將射頻信號放大至所需的功率水平。根據美國聯邦通信委員會（FCC）規定，讀卡器發送的功率信號不得超過1瓦（30 dBm）。然而，由于天線的功率包含了電纜損耗導致的衰減，一些RFID讀卡器能夠傳輸超過30 dBm的功率水平（例如31.5 dBm）。電纜的衰減會抵消額外的發射功率，使讀卡器不會違反FCC標準15.247。使用> 30 dBm的讀卡發射功率時，操作員需確保所用電纜提供所需的衰減，使天線輸入功率不超過1瓦。（有關其他國家UHF RFID法規的更多細節，請參見GS1文件。）

放大后的信號隨后通過射頻帶通濾波器，去除允許傳輸帶寬之外的額外頻率。信號通過帶通濾波器后，再輸出到天線端口，隨后通過定向耦合器傳輸到同軸電纜。

能量流：電纜到天線

信號隨后通過同軸電纜傳導到RFID天線。值得注意的是，由于信號沿電纜傳播時衰減，功率會因此損失。損失的電力大小取決于電纜的長度及其絕緣等級。低損耗電纜通常較粗且長度較短。

當同軸電纜正確連接到天線端口時，電纜連接器的中心針腳連接到天線的輻射元件。信號（或交流電流）從中心引腳流向輻射元件，然后通過介質到達接地元件（見下圖）。輻射元件結合地平面，根據天線的增益參數聚焦能量，以建立電磁場。

當電磁場形成時，輻射元件釋放電磁波，這些波從天線傳播出去。輻射能量的形狀和形式稱為天線的輻射模式。

天線的波束寬度可以根據天線的輻射圖樣計算出來。波束寬度是輻射圖樣主瓣半功率點之間的夾角。輻射模式、波束寬度和增益都受接地板尺寸以及輻射板尺寸的影響。

能量流：天線到標簽（及返回）

傳播的波會根據天線的具體增益和波束寬度參數，在空間中垂直和水平方向傳播到一定距離。

現場的RFID標簽通過自身的天線接收能量或射頻波。接收到的能量通過RFID標簽的天線傳輸，其中一部分用于激活芯片（即集成電路，IC），并根據RFID讀取器接收到的指令準備傳輸數據。

當芯片開啟時，它會根據標簽中存儲的信息（與讀者請求相關）調制能量，并將剩余能量“反射”回來。這些信息可以是EPC內存、用戶內存，或標簽上編程的任何內容。這種能量反射回天線的過程稱為背散射輻射。

反向散射輻射穿過空氣，進入RFID天線的磁場，再通過同軸電纜返回RFID讀卡器的天線端口。定向耦合器接收接收信號，并通過帶通濾波器、混頻器和基帶放大器傳遞至解碼電路，恢復標簽信息。

結論

如果您對RFID系統的物理性有任何疑問，請聯系我們獲取更多信息。

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