第9章微波RFID技术

1、合肥工业大学 计算机与信息学院RFID原理与应用原理与应用第第2版版单承赣 教授2第第9章章 微波微波RFID技术技术9.1 概述概述9.1.1 与与HF、低频、低频RFID技术的比较技术的比较 RFID技术中微波频段通常所用频率是433 MHz，860960 MHz，2.45 GHz，5.8 GHz 工作距离：具有较远的读写距离，通常为大于1 m 耦合方式：多采用反向散射方式而不是电感耦合方式 天线：尺寸较小 防碰撞：必须有较快、有效的处理碰撞的能力 应答器功能：还可集成有传感器，例如温度传感器、应力传感器等 3第第9章章 微波微波RFID技术技术9.1.2 标准概况标准概况 ISO/IEC

2、空中接口标准 空中接口标准采用ISO/IEC 18000标准 ISO/IEC 18000-7是433 MHz标准 ISO/IEC 18000-6是860930 MHz标准 ISO/IEC 18000-4是2.45 GHz标准行业标准 EPCglobal UIC（Ubiquitous ID Center） 4第第9章章 微波微波RFID技术技术9.2 天线技术基础天线技术基础 天线的作用是将发送器送来的高频电流变换为无线电波并传送到空间，或将空间传来的无线电波转变为能接收的高频电流 是一种能量转换器件 一般都是可逆的，即同一副天线既可用作接收天线，也可用作发射天线5第第9章章 微波微波RFID技

3、术技术9.2.1 基本元的辐射基本元的辐射 天线可分割为无限多个基本元，元上载有交变的电流和磁流。 基本元上的电（磁）流的振幅、相位和方向均假设是相同的。 基本元可分为三类：电流元、磁流元和面元。 电流元上载有交变电流，称为电基本振子。 磁流元上载有交变磁流，称为磁基本振子。 6第第9章章 微波微波RFID技术技术1. 电基本振子j2j22j11cos e2j11j1sin e4j001j1sin e4jKrrKrrKrIlrKrKIlrKrK rKIlrKrEEEHHH7第第9章章 微波微波RFID技术技术电基本振子的场可分三种区域 近区场 ：Kr1 jjjsin e2jsin e20KrK

4、rrrIlrIlrEHEHHE8第第9章章 微波微波RFID技术技术9.2.2 天线的电参数1.发射天线的电参数 效率 输入阻抗 辐射方向 主瓣宽度与副瓣 outoutAinoutdPPPPPZAin=RAin+jXAin j, ,eKrmrr I f EE9第第9章章 微波微波RFID技术技术发射天线的电参数 方向系数 极化：在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹，分为线极化、圆极化和椭圆极化 增益系数 工作频带宽度 接收天线的电参数有效面积 噪声温度 干扰和干扰抑制0maxSSD 01SSG HLcBW100%fff10第第9章章 微波微波RFID技术技术9.3 RFID系统常用天线系统常

5、用天线 9.3.1 对称振子天线对称振子天线 1. 辐射场与方向图对称振子天线 m60cos(cos )cos()sinIllrE对称振子直径2a 时 对称振子的方向性函数cos(cos )cos()( , )sinllf 11第第9章章 微波微波RFID技术技术不同的对称振子天线的电长度l/情况下E面内的方向图2. 天线辐射功率3.天线的输入阻抗4.半波对称振子的主要性能参数12第第9章章 微波微波RFID技术技术9.3.2 微带天线微带天线 13第第9章章 微波微波RFID技技9.3.3 天线阵天线阵 14第第9章章 微波微波RFID技术技术9.3.4 非频变天线非频变天线等角螺旋曲线15

6、第第9章章 微波微波RFID技术技术非频变天线平面等角螺旋天线 16第第9章章 微波微波RFID技术技术非频变天线阿基米德螺旋天线 17第第9章章 微波微波RFID技术技术非频变天线锥形等角螺旋天线 18第第9章章 微波微波RFID技术技术非频变天线梯齿型对数周期天线 19第第9章章 微波微波RFID技术技术非频变天线 导线型对数周期天线对数周期振子阵20第第9章章 微波微波RFID技术技术9.3.5 口径天线口径天线口径天线 21第第9章章 微波微波RFID技术技术口径天线矩形喇叭天线22第第9章章 微波微波RFID技术技术口径天线抛物面反射器23第第9章章 微波微波RFID技术技术9.4

7、微波应答器微波应答器微波应答器的基本电路组成 24第第9章章 微波微波RFID技术技术9.4.1 微波应答器工作原理微波应答器工作原理 1.基本电路组成 2.能量获取从射频能量获得；应答器带有附加电池，但仅提供芯片运转能量，通信能量仍通过射频获得；所带电池提供芯片运转和通信所需的能量。 25第第9章章 微波微波RFID技术技术 接收天线及其等效电路3.信息传送方式 基于反向散射原理的反射调制26第第9章章 微波微波RFID技术技术反射调制工作原理反射调制原理2maxe4DA应答器的散射横截面27第第9章章 微波微波RFID技术技术9.4.2 无源应答器芯片无源应答器芯片XRAG2ST（意法半导

8、体（意法半导体 ） 符合EPCglobal Class 1规范 载波频率范围为860960 MHz 接收信号是异步脉宽调制（PWM）的90%SSB-ASK、DSB-ASK或PR-ASK调制信号（数据传输速率最高达128 kbps），应答为FM0和Miller位编码反射调制信号（数据传输速率最高达640 kbps） 432位存储器有两种配置可供选择（三组内存结构、四组内存结构） 具有读取、编程和擦除功能 安全机制包括密码防篡改保护和Kill命令 典型编程时间为0.1s 可循环擦写1万次以上，数据可保存40年以上 在有10个以上的阅读器环境中，XRAG2能够在密集阅读模式下工作，即阅读器发射和应答

9、器回应使用不同的边带，从而最大限度地降低信号干扰28第第9章章 微波微波RFID技术技术XRAG2芯片三组内存结构图29第第9章章 微波微波RFID技术技术XRAG2芯片四组内存结构图30第第9章章 微波微波RFID技术技术 XRAG2存储器 应答器识别结构 64位TID存储器内容是由STM公司根据ISO 18000标准和ISO 15963技术报告所写入的。XRAG2能传送ISO TID和EPC TID。 ISO TID结构图 EPC TID结构图31第第9章章 微波微波RFID技术技术XRAG2芯片的基本结构框图 32第第9章章 微波微波RFID技术技术阅读器到应答器的规则 阅读器能够通过DSB-ASK，SSB-ASK和PR-ASK调制射频载波信号，从而与应答器进行通信。 33第第9章章 微波微波RFID技术技术应答器到阅读器的规则 应答器到阅读器的数据编码 应答器到阅读器的FM0调制，是在执行启动盘存周期的Query命令期间，通过阅读器设置副载波参数（M）为1来选择的。FM0符号34第第9章章 微波微波RFID技术技术应答器到阅读器的规则 应答器阅读器FM0的传输中止 EPCglobal Class 1中，应