射频是什么?关于射频的详细介绍

创闻科学2020-11-17 12:29:53

射频(Radio Frequency,RF)广义指的是向空间中辐射的电磁波(300kHz~300GHz)的系统,又名射频系统。从本质上讲,射频是一种随时间变化的时变电磁波。在电磁场理论中,通电的导体周围会形成磁场;交变电流通过导体周围会形成交变的电磁场,这也是电磁波的定义。在频率低于100kHz时,由于波长较长,地表相当于一个高损耗介质,电磁能量快速衰减不能形成有效的传输;频率高于100kHz时,电磁波波长较短,可以在空气中向远处传播,并经电离层反射,形成远距离传输能力。因此,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。如今,射频技术在无线通信领域中被广泛使用,如RFID、基站通信、卫星通信等。

射频系统简介

自2004年起,全球范围内掀起了一场射频技术的热潮,包括沃尔玛、宝洁、波音公司在内的商业巨头无不积极推动RFID在制造、物流、零售、交通等行业的应用。RFID技术及其应用正处于迅速上升的时期,被业界公认为是本世纪最具潜力的技术之一,它的发展和应用推广将是自动识别行业的一场技术革命。而RFID在交通物流行业的应用更是为通信技术提供了一个崭新的舞台,将成为未来电信业有潜力的利润增长点之一。一般RFID 系统的基本组成有以下几个部分1.标签(Tag,即射频卡):由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信; 2.阅读器:读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备;3.天线:在标签和读取器间传递射频信号。有些系统还可以通过阅读器的 RS232 或 RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接,进行数据交换。

工作原理

射频识别系统中电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置,扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

(1)电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律,如图所示:

(2) 电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。典型的工作频率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为10~20cm。

电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。识别作用距离大于1m,典型作用距离为3到10m。

相关技术术语

微 波 : 波长为0.1—100厘米或频率在1—100GHZ的电磁波。

电子标签 : 以电子数据形式存储标识物体代码的标签,也叫射频卡。

被动式电子标签: 内部无电源、靠接收微波能量工作的电子标签。

主动式电子标签: 靠内部电池供电工作的电子标签。

微波天线 : 用于发射和接受微波信号。

读出装置 : 用于读取电子标签内电子数据。

阅 读 器 : 用于读取电子标签内电子数据。

编 程 器 : 用于将电子数据写入电子标签或查阅电子标签内存储数据。

波束范围 : 指天线发射微波的照射功率范围。

标签容量 : 电子标签编程时所能写入的字节数或逻辑位数。

振幅(Amplitude) :无线电波最高点和零值之间的距离。

绝对功率:各种射频常用计算单位,是深入地理解射频概念的必备基础知识之一;绝对功率的一般用dB表示,射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示,它与mW、W的换算关系如下:

相对功率:dB是任意两个功率比值的对数表示形式;而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率比值的对数表示形式。

天线增益:天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比,dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比,半波振子的增益为2.15dBi,因此0dBd=2.15dBi。

电阻:阻挡电流通过的物体或物质,从而把电能转化为热能或其它形式的能量,单位:欧姆,Ω。

电压:电位或电位差,单位:伏特,V。

电流:单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数,单位:安培,A。

电感:线圈环绕着的东西,通常是导线,由于电磁感应的原因,线圈可产生电动势能,单位:亨利,H。

电容:一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率,单位:法拉,F。

天 线:(antenna)是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流。

射频卡标准分类

生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准,国际上还没有统一的标准。ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693,这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。

按照不同得方式,射频卡有以下几种分类:

1. 按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源,其作用距离较远,但寿命有限、体积较大、成本高,且不适合在恶劣环境下工作;无源卡内无电池,它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电,其作用距离相对有源卡短,但寿命长且对工作环境要求不高。

2. 按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种,中频射频卡频率主要为13.56MHz,高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统;高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合,其天线波束方向较窄且价格较高,在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

3. 按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器;被动式射频卡使用调制散射方式发射数据,它必须利用读写器的载波来调制自己的信号,该类技术适合用在门禁或交通应用中,因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下,用调制散射方式,读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次,因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中,距离更远(可达30米)。

4. 按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米,甚至更远)。

5. 按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。