RFID技術中各頻段電子標籤的特點及其應用領域
一臺RFID讀寫器可否識別幾種不同頻率的電子標籤?
一般來說一臺讀寫器可讀寫頻率有:
125KHZ低頻,其協議有ISO11784/11785
13.56MHZ高頻,其協議有ISO14443A、ISO14443B、ISO15693等
915MHZ超高頻,其協議有18000-6B/6C
因為每種頻率所涉及到的讀卡器天線都不一樣,所以說一般來說一臺讀寫器只能識別一種頻段的標籤,但是可以識別同頻段的多種協議標準標籤。
(如果要同時讀多頻段的讀寫器,需要定做的 也可以做到的)
比如YX7036支援13.56MHz的14443協議和15693協議標籤的讀寫
超高頻YXU9809USB-L支援902-928MHz ISO18000-6B / ISO18000-6C 協議標籤的讀寫器
我們公司的F805,D807的工作頻率是860-960MHz (也可根據使用者需要或使用地區規定定製其他工作頻點);
H802手持讀寫器(PDA)的工作頻率是624MHz(32bit CPU)
F526讀寫器的射頻引數中其工作頻率是2.40-2.48GHz;
天線有線性和圓極化兩種設計,D807髮卡機就是內建圓極化天線,F805是外有4個天線口的線性天線。
工作在不同頻段或頻點上的電子標籤具有不同的特性,本文詳細介紹RFID不同工作頻率的特性以及主要的應用領域。
對一個RFID系統來說,它的頻段概念是指讀寫器通過天線傳送、接收並識讀的標籤訊號頻率範圍。從應用概念來說,射頻標籤的工作頻率也就是射頻識別系統的工作頻率,直接決定系統應用的各方面特性。在RFID系統中,系統工作就像我們平時收聽調頻廣播一樣,射頻標籤和讀寫器也要調製到相同的頻率才能工作。射頻標籤的工作頻率不僅決定著射頻識別系統工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識別距離,還決定著射頻標籤及讀寫器實現的難易程度和裝置成本。RFID應用佔據的頻段或頻點在國際上有公認的劃分,即位於ISM波段。典型的工作頻率有:125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz~928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。
按照工作頻率的不同,RFID標籤可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同,LF和HF頻段RFID電子標籤一般採用電磁耦合原理,而UHF及微波頻段的RFID一般採用電磁發射原理。目前國際上廣泛採用的頻率分佈於4種波段,低頻(125KHz)、高頻(13.54MHz)、超高頻(850MHz~910MFz)和微波(2.45GHz)。每一種頻率都有它的特點,被用在不同的領域,因此要正確使用就要先選擇合適的頻率。
1.低頻段電子標籤
低頻段電子標籤,簡稱為低頻標籤,低頻電子標籤安全保密性差。其工作頻率範圍為30kHz ~ 300kHz。典型工作頻率有:125KHz,133KHz(也有接近的其他頻率,如TI使用134.2KHz)。低頻標籤一般為無源標籤,其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標籤與閱讀器之間傳送資料時,低頻標籤需位於閱讀器天線輻射的近場區內。低頻標籤的閱讀距離一般情況下小於1米。
低頻標籤的典型應用有:動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜(帶有內建應答器的汽車鑰匙)等。與低頻標籤相關的國際標準有:ISO11784/11785(用於動物識別)、ISO18000-2(125-135 kHz)。低頻標籤有多種外觀形式,應用於動物識別的低頻標籤外觀有:項圈式、耳牌式、注射式、藥丸式等。典型應用的動物有牛、信鴿等。
低頻標籤的主要優勢體現在:標籤晶片一般採用普通的CMOS工藝,具有省電、廉價的特點;工作頻率不受無線電頻率管制約束;可以穿透水、有機組織、木材等;非常適合近距離的、低速度的、資料量要求較少的識別應用(例如:動物識別)等。
低頻標籤的劣勢主要體現在:標籤存貯資料量較少;只能適合低速、近距離識別應用;與高頻標籤相比:標籤天線匝數更多,成本更高一些;
2.中高頻段電子標籤
中高頻段電子標籤的工作頻率一般為3MHz ~ 30MHz。典型工作頻率為:13.56MHz。該頻段的電子標籤,從射頻識別應用角度來說,因其工作原理與低頻標籤完全相同,即採用電感耦合方式工作,所以宜將其歸為低頻標籤類中。另一方面,根據無線電頻率的一般劃分,其工作頻段又稱為高頻,所以也常將其稱為高頻標籤。高頻電子標籤一般也採用無源方式,其工作能量同低頻標籤一樣,也是通過電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。標籤與閱讀器進行資料交換時,標籤必須位於閱讀器天線輻射的近場區內。中頻標籤的閱讀距離一般情況下也小於1米(最大讀取距離為1.5米)。
高頻標準的基本特點與低頻標準相似,由於其工作頻率的提高,可以選用較高的資料傳輸速率。電子標籤天線設計相對簡單,標籤一般製成標準卡片形狀。典型應用包括:電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、小區物業管理、大廈門禁系統等。相關的國際標準有:ISO14443、ISO15693、ISO18000-3(13.56MHz)等。
3.超高頻與微波標籤
超高頻與微波頻段的電子標籤,簡稱為微波電子標籤,超高頻標籤的閱讀距離大。其典型工作頻率為:433.92MHz,862(902)~928MHz,2.45GHz,5.8GHz。微波電子標籤可分為有源標籤與無源標籤兩類。工作時,電子標籤位於閱讀器天線輻射場的遠區場內,標籤與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源標籤提供射頻能量,將有源標籤喚醒。相應的射頻識別系統閱讀距離一般大於1m,典型情況為4~7m,最大可達10m以上。閱讀器天線一般均為定向天線,只有在閱讀器天線定向波束範圍內的電子標籤可被讀/寫。由於閱讀距離的增加,應用中有可能在閱讀區域中同時出現多個電子標籤的情況,從而提出了多標籤同時讀取的需求,進而這種需求發展成為一種潮流。目前,先進的射頻識別系統均將多標籤識讀問題作為系統的一個重要特徵。
超高頻標籤主要用於鐵路車輛自動識別、集裝箱識別,還可用於公路車輛識別與自動收費系統中。以目前技術水平來說,無源微波電子標籤比較成功產品相對集中在902~928MHz工作頻段上。2.45GHz和5.8GHz射頻識別系統多以有源微波電子標籤產品面世。有源標籤一般採用鈕釦電池供電,具有較遠的閱讀距離。
微波電子標籤的典型特點主要集中在是否無源、無線讀寫距離、是否支援多標籤讀寫、是否適合高速識別應用,讀寫器的發射功率容限,電子標籤及讀寫器的價格等方面。對於可無線寫的電子標籤而言,通常情況下,寫入距離要小於識讀距離,其原因在於寫入要求更大的能量。微波電子標籤的資料存貯容量一般限定在2Kbits以內,再大的存貯容量似乎沒有太大的意義,從技術及應用的角度來說,微波電子標籤並不適合作為大量資料的載體,其主要功能在於標識物品並完成無接觸的識別過程。典型的資料容量指標有:1Kbits,128Bits,64Bits等。由Auto-ID Center制定的產品電子程式碼EPC的容量為:90Bits。
微波電子標籤的典型應用包括:移動車輛識別、電子身份證、倉儲物流應用等。相關的國際標準有:ISO10374,ISO18000-4(2.45GHz)、-5(5.8GHz)、-6(860-930 MHz)、-7(433.92 MHz),ANSI NCITS256-1999等。
目前,不同的國家使用的同頻率,也不相同。現在,歐洲使用的超高頻是868MHz,美國的則是915MHz.日本目前不允許將超高頻用到射頻技術中。政府也通過調整解讀器的電源來限制它對其他器械的影響。有些組織例如全球商務促進委員會正鼓勵政府取消限制。標籤和解讀器生產廠商也正在開發能使用不同頻率系統避免這些問題。
目前在實際應用中,比較常用的是13.56MHz、860MHz~960MHz、2.45GHz等頻段。近距離RFID系統主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF頻段,技術最為成熟;遠距離RFID系統主要使用433MHz、860MHz~960MHz等UHF頻段以及2.45GHz、5.8GHz等微波頻段。
我國在LF和HF頻段RFID標籤晶片設計方面的技術比較成熟,HF頻段方面的設計技術接近國際先進水平,已經自主開發出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693標準的RFID晶片,併成功地應用於交通一卡通和第二代身份證等專案中。