五、射頻標簽讀寫設備基本原理
射頻標簽讀寫設備是射頻識別系統(tǒng)的兩個重要組成部分（標簽與讀寫器）之一。射頻標簽讀寫設備根據(jù)具體實現(xiàn)功能的特點也有一些其他較為流行的別稱，如：閱讀器（Reader），查詢器（Interrogator），通信器（Communicator），掃描器（Scanner），讀寫器（Reader and Writer），編程器（Programmer），讀出裝置（Reading Device），便攜式讀出器（Portable Readout Device），AEI設備（ Automatic Equipment Identification Device）等。
通常情況下，射頻標簽讀寫設備應根據(jù)射頻標簽的讀寫要求以及應用需求情況來設計。隨著射頻識別技術的發(fā)展，射頻標簽讀寫設備也形成了一些典型的系統(tǒng)實現(xiàn)模式，本章的重點也在于介紹這種讀寫器的實現(xiàn)原理。
讀寫器即對應于射頻標簽讀寫設備，讀寫設備與射頻標簽之間必然通過空間信道實現(xiàn)讀寫器向射頻標簽發(fā)送命令，射頻標簽接收讀寫器的命令后做出必要的響應，由此實現(xiàn)射頻識別。此外，在射頻識別應用系統(tǒng)中，一般情況下，通過讀寫器實現(xiàn)的對射頻標簽數(shù)據(jù)的無接觸收集或由讀寫器向射頻標簽中寫入的標簽信息均要回送的應用系統(tǒng)中或來自應用系統(tǒng)，這就形成了射頻標簽讀寫設備與應用系統(tǒng)程序之間的接口API（Application Program Interface）。一般情況下，要求讀寫器能夠接收來自應用系統(tǒng)的命令，并且根據(jù)應用系統(tǒng)的命令或約定的協(xié)議作出相應的響應（回送收集到的標簽數(shù)據(jù)等）。
六、智能標簽中的射頻天線
射頻天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配。方向性天線具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。門禁系統(tǒng)可以使用短作用距離的無源標簽。在RF裝置中，工作頻率增加到微波區(qū)域的時候，天線與標簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴峻。天線的目標是傳輸最大的能量進出標簽芯片。這需要仔細的設計天線和自由空間以及其相連的標簽芯片的匹配。考慮的頻帶是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。
1、天線必須：
（1）足夠的小以至于能夠貼到需要的物品上；
（2）有全向或半球覆蓋的方向性；
（3）提供最大可能的信號給標簽的芯片；
（4）無論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機的詢問信號相匹配；
（5）具有魯棒性；
（6）非常便宜。
（7）在選擇天線的時候的主要考慮是：
a、天線的類型
；
b、天線的阻抗：
c、在應用到物品上的RF的性能；
d、在有其他的物品圍繞貼標簽物品時的RF性能。
2、可能的選擇
這里有兩種使用方式：1）貼標簽的物品被放在倉庫中，有一個便攜裝置，可能是手持式，詢問所有的物品，并且需要它們給予信息反饋信息；2）在倉庫的門口安裝讀卡設配，詢問并記錄進出物品。還有一個主要的選擇是有源標簽還是無源標簽。
3、可選的天線
在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz頻率是用的RFID系統(tǒng)中，可選的天線有幾種，見下表，它們重點考慮了天線的尺寸。這樣的小天線的增益是有限的，增益的大小取決于輻射模式的類型，全向的天線具有峰值增益0到2dBi；方向性的天線的增益可以達到6dBi。增益大小影響天線的作用距離。下表中的前三個種類的天線是線極化的，但是微帶面天線可以使圓極化的，對數(shù)螺旋天線僅僅是圓極化的。由于RFID標簽的方向性是不可控的，所以讀卡機必須是圓極化的。一個圓極化的標簽天線可以產(chǎn)生3dB 以強的信號。
4、阻抗問題
為了最大功率傳輸，天線后的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。設計天線與50 或70歐姆的阻抗匹配，但是可能設計天線具有其他的特性阻抗。例如，一個縫隙天線可以設計具有幾百歐姆的阻抗。一個折疊偶極子的阻抗可以是一做個標準半波偶極子阻抗的20倍。印刷貼片天線的引出點能夠提供一個很寬范圍的阻抗(通常是40 到100歐姆)。選擇天線的類型，以至于它的阻抗能夠和標簽芯片的輸入阻抗匹配是十分關鍵的。另一個問題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回損耗。對于全向天線，例如雙偶極子天線，這個影響是顯著的。改變雙偶極子天線和一聽番茄醬的間距做了一些實際測量，顯示了一些變化，其他的物體也有相似的影響。此外是物體的介電常數(shù)，而不是金屬，改變了諧振頻率。一塑料瓶子水降低了最小返回損耗頻率16%。當物體與天線的距離小于62.5mm的時候，返回損耗將導致一個3.0 dB的插入損耗，而天線的自由空間插入損耗才0.2dB?？梢栽O計天線使它與接近物體的情況相匹配，但是天線的行為對于不同的物體和不同的物體距離而不同。對于全向天線是不可行的，所以設計方向性強的天線，它們不受這個問題的影響。
5、輻射模式
在一個無反射的環(huán)境中測試了天線的模式，包括了各種需要貼標簽的物體，在使用全向天線的時候性能嚴重下降。圓柱金屬聽引起的性能下降是最嚴重的，在它與天線距離50mm的時候，反回的信號下降大于20dB。天線與物體的中心距離分開到100—150mm的時候，反回信號下降約10 到12dB。在與天線距離100mm的時候，測量了幾瓶水（塑料和玻璃），反回信號降低大于10dB。 在蠟紙盒的液體，甚至蘋果上做試驗得到了類似的結果。
6、距離
RFID天線的增益和是否使用有源的標簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。樂觀的考慮，在電磁場的輻射強度符合UK的相關標準時，2.45GHz 的無源情況下，全波整流，驅(qū)動電壓不大于3伏，優(yōu)化的RFID天線阻抗環(huán)境(阻抗 200 或300歐姆)，使用距離大約是1米[3]。如果使用WHO限制[4]則更適合于全球范圍的使用，但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡機到標簽的電磁場功率。作用距離隨著頻率升高而下降。如果使用有源芯片作用距離可以達到5到10米。
七、條形碼與電子標簽比較
名稱 信息載體 信息量 讀/寫性 讀取方式 保密性 智能化 抗干擾能力 壽命 成本條 碼 紙、塑料薄 膜、金屬表面 小 只讀 CCD或激光束掃描 差 無 差 較短 最低 RFID標簽 EEPROM 大 讀/寫 無線通信 最好 有 很好 最長 較高
八、電子標簽示圖
來源：深圳市新興印刷技術開發(fā)有限公司 劉志華
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