第9章微波RFID技術(shù)

1、合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院RFID原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用第第2版版單承贛 教授2第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.1 概述概述9.1.1 與與HF、低頻、低頻RFID技術(shù)的比較技術(shù)的比較 RFID技術(shù)中微波頻段通常所用頻率是433 MHz，860960 MHz，2.45 GHz，5.8 GHz 工作距離：具有較遠(yuǎn)的讀寫(xiě)距離，通常為大于1 m 耦合方式：多采用反向散射方式而不是電感耦合方式 天線：尺寸較小 防碰撞：必須有較快、有效的處理碰撞的能力 應(yīng)答器功能：還可集成有傳感器，例如溫度傳感器、應(yīng)力傳感器等 3第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.1.2 標(biāo)準(zhǔn)概況標(biāo)準(zhǔn)概況 ISO/IEC

2、空中接口標(biāo)準(zhǔn) 空中接口標(biāo)準(zhǔn)采用ISO/IEC 18000標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 18000-7是433 MHz標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 18000-6是860930 MHz標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 18000-4是2.45 GHz標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) EPCglobal UIC（Ubiquitous ID Center） 4第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.2 天線技術(shù)基礎(chǔ)天線技術(shù)基礎(chǔ) 天線的作用是將發(fā)送器送來(lái)的高頻電流變換為無(wú)線電波并傳送到空間，或?qū)⒖臻g傳來(lái)的無(wú)線電波轉(zhuǎn)變?yōu)槟芙邮盏母哳l電流 是一種能量轉(zhuǎn)換器件 一般都是可逆的，即同一副天線既可用作接收天線，也可用作發(fā)射天線5第第9章章 微波微波RFID技

3、術(shù)技術(shù)9.2.1 基本元的輻射基本元的輻射 天線可分割為無(wú)限多個(gè)基本元，元上載有交變的電流和磁流。 基本元上的電（磁）流的振幅、相位和方向均假設(shè)是相同的。 基本元可分為三類(lèi)：電流元、磁流元和面元。 電流元上載有交變電流，稱(chēng)為電基本振子。 磁流元上載有交變磁流，稱(chēng)為磁基本振子。 6第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)1. 電基本振子j2j22j11cos e2j11j1sin e4j001j1sin e4jKrrKrrKrIlrKrKIlrKrK rKIlrKrEEEHHH7第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)電基本振子的場(chǎng)可分三種區(qū)域 近區(qū)場(chǎng) ：Kr1 jjjsin e2jsin e20KrK

4、rrrIlrIlrEHEHHE8第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.2.2 天線的電參數(shù)1.發(fā)射天線的電參數(shù) 效率 輸入阻抗 輻射方向 主瓣寬度與副瓣 outoutAinoutdPPPPPZAin=RAin+jXAin j, ,eKrmrr I f EE9第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)發(fā)射天線的電參數(shù) 方向系數(shù) 極化：在最大輻射方向上電場(chǎng)矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，分為線極化、圓極化和橢圓極化 增益系數(shù) 工作頻帶寬度 2. 接收天線的電參數(shù)有效面積 噪聲溫度 干擾和干擾抑制0maxSSD 01SSG HLcBW100%fff10第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.3 RFID系統(tǒng)常用天線

5、系統(tǒng)常用天線 9.3.1 對(duì)稱(chēng)振子天線對(duì)稱(chēng)振子天線 1. 輻射場(chǎng)與方向圖對(duì)稱(chēng)振子天線 m60cos(cos )cos()sinIllrE對(duì)稱(chēng)振子直徑2a 時(shí) 對(duì)稱(chēng)振子的方向性函數(shù)cos(cos )cos()( , )sinllf 11第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)不同的對(duì)稱(chēng)振子天線的電長(zhǎng)度l/情況下E面內(nèi)的方向圖2. 天線輻射功率3.天線的輸入阻抗4.半波對(duì)稱(chēng)振子的主要性能參數(shù)12第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.3.2 微帶天線微帶天線 13第第9章章 微波微波RFID技技9.3.3 天線陣天線陣 14第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.3.4 非頻變天線非頻變天線等角螺旋曲

6、線15第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)非頻變天線平面等角螺旋天線 16第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)非頻變天線阿基米德螺旋天線 17第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)非頻變天線錐形等角螺旋天線 18第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)非頻變天線梯齒型對(duì)數(shù)周期天線 19第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)非頻變天線 導(dǎo)線型對(duì)數(shù)周期天線對(duì)數(shù)周期振子陣20第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.3.5 口徑天線口徑天線口徑天線 21第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)口徑天線矩形喇叭天線22第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)口徑天線拋物面反射器23第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9

7、.4 微波應(yīng)答器微波應(yīng)答器微波應(yīng)答器的基本電路組成 24第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.4.1 微波應(yīng)答器工作原理微波應(yīng)答器工作原理 1.基本電路組成 2.能量獲取從射頻能量獲得；應(yīng)答器帶有附加電池，但僅提供芯片運(yùn)轉(zhuǎn)能量，通信能量仍通過(guò)射頻獲得；所帶電池提供芯片運(yùn)轉(zhuǎn)和通信所需的能量。 25第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù) 接收天線及其等效電路3.信息傳送方式 基于反向散射原理的反射調(diào)制26第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)反射調(diào)制工作原理反射調(diào)制原理2maxe4DA應(yīng)答器的散射橫截面27第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)9.4.2 無(wú)源應(yīng)答器芯片無(wú)源應(yīng)答器芯片XRAG2ST（意

8、法半導(dǎo)體（意法半導(dǎo)體 ） 符合EPCglobal Class 1規(guī)范 載波頻率范圍為860960 MHz 接收信號(hào)是異步脈寬調(diào)制（PWM）的90%SSB-ASK、DSB-ASK或PR-ASK調(diào)制信號(hào)（數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)128 kbps），應(yīng)答為FM0和Miller位編碼反射調(diào)制信號(hào)（數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)640 kbps） 432位存儲(chǔ)器有兩種配置可供選擇（三組內(nèi)存結(jié)構(gòu)、四組內(nèi)存結(jié)構(gòu)） 具有讀取、編程和擦除功能 安全機(jī)制包括密碼防篡改保護(hù)和Kill命令 典型編程時(shí)間為0.1s 可循環(huán)擦寫(xiě)1萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)可保存40年以上 在有10個(gè)以上的閱讀器環(huán)境中，XRAG2能夠在密集閱讀模式下工作，即閱讀器發(fā)射

9、和應(yīng)答器回應(yīng)使用不同的邊帶，從而最大限度地降低信號(hào)干擾28第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)XRAG2芯片三組內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖29第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)XRAG2芯片四組內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖30第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù) XRAG2存儲(chǔ)器 應(yīng)答器識(shí)別結(jié)構(gòu) 64位TID存儲(chǔ)器內(nèi)容是由STM公司根據(jù)ISO 18000標(biāo)準(zhǔn)和ISO 15963技術(shù)報(bào)告所寫(xiě)入的。XRAG2能傳送ISO TID和EPC TID。 ISO TID結(jié)構(gòu)圖 EPC TID結(jié)構(gòu)圖31第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)XRAG2芯片的基本結(jié)構(gòu)框圖 32第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)閱讀器到應(yīng)答器的規(guī)則 閱讀器能夠通過(guò)DSB-ASK，SSB-ASK和PR-ASK調(diào)制射頻載波信號(hào)，從而與應(yīng)答器進(jìn)行通信。 33第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)應(yīng)答器到閱讀器的規(guī)則 應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)編碼 應(yīng)答器到閱讀器的FM0調(diào)制，是在執(zhí)行啟動(dòng)盤(pán)存周期的Query命令期間，通過(guò)閱讀器設(shè)置副載波參數(shù)（M）為1來(lái)選擇的。FM0符號(hào)34第第9章章 微波微波RFID技術(shù)技術(shù)應(yīng)答器到閱讀器的規(guī)則 應(yīng)答器閱讀器FM0的傳輸中止 EPCglobal Class 1中，應(yīng)