RFID基础——概念与分类

RFID基础——概念与分类

RFID 的全称是射频识别技术(Radio Frequency Identification)。是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。这项技术在日常生活中应用广泛,例如我国的第二代身份证、门禁卡、图书标签。

RFID与NFC的区别

随着智能手机的发展,NFC技术的熟知度越来越高。它是一项由 RFID 技术发展演变而来的技术,因此在很多方面与 RFID 相似。但也有一些明显的区别:

RFID 必须由阅读器和标签组成,是主从关系且角色固定。而NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片, 分为三种工作模式:点对点通信模式、读写器模式和NFC卡模拟模式。

RFID 只能实现信息的读取以及判定,而 NFC 技术则强调的是信息交互,通俗的说 NFC 是 RFID 的演进版本,双方可以近距离交换信息。

NFC 模块可以当作 RFID 读写器,用于读取 RFID 无源标签或者 IC 卡的数据,还可以进行 NFC 设备之间的数据通信。

NFC 模块也可以当作 RFID 无源标签,例如手机NFC模拟门禁卡或者工卡。

此外,还有以下技术细节上的区别:

RFID

NFC

工作频率

低频LF(125KHz、134kHz)高频HF(13.56MHz)超高频UHF(860 - 960MHz)微波MW(2.45GHz、5.8GHz)

工作频率为 13.56MHz

工作距离

不同的频率,其工作距离在几厘米到几十米不等

0~20cm

工作模式

读卡器和非接触卡是独立的两个实体,不能切换

同时支持点对点通信模式、读写模式和卡模式

协议标准

低频(ISO11784、ISO11785)高频(ISO14443A&B和ISO15693)超高频(ISO18000-6 B和ISO18000-6C(EPC C1G2))微波(ISO18000-4)

ISO14443A&B和ISO15693

注:表格中工作频率为常用的工作频率,并非完整的工作频段。

RFID的分类

RFID系统根据工作频率的不同可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(Microwave)。低频(LF)RFID 系统典型工作频率为 134kHz 或 125kHz,高频(HF)RFID 系统典型工作频率为 13.56MHz,超高频 RFID 系统典型工作频率为 920MHz 和 2.45GHz,RFID 系统实际工作频率应符合国家及地方无线电法规的具体规定。微波(MicroWave)RFID 系统典型工作频率为2.45GHz、5.8GHz。

根据 RFID 标签是否携带电池供电,可分为无源 RFID 和有源 RFID。无源 RFID 标签不携带电池,标签工作所需能量来自读写器辐射。有源 RFID 标签携带电池,为标签工作提供能量。无源 RFID 标签依赖读写器辐射的能量进行工作,在脱离读写器辐射能量的情况下无法主动发送信号工作,因此,也称为被动式(Passive)RFID。有源 RFID 标签携带电池可以主动发送信号工作,因此,也称为主动式(Active)RFID。低频和高频 RFID 属于无源 RFID,超高频和微波既有无源 RFID ,也有有源RFID。

低频(LF, 30 kHz ~ 300 kHz)

低频的工作频段是30 kHz ~ 300 kHz,通常工作在125 kHz和134.2 kHz这两个主要频段。低频 RFID 属于无源 RFID 技术,系统识别距离通常在几厘米到几十厘米之间,少数应用场景可以到几米。由于较低的工作频率,低频 RFID 信号具有较好的穿透特性,不易被遮挡,有较好的抗电磁干扰能力,对金属或液体等介质环境有良好的抗干扰效果。低频信号链路衰退快,RFID 通信距离较近,数据传输速率相对较慢,因此适用于近距离、小数量的识别管理应用。被广泛用于牲畜、宠物等动物标识和追踪。

应用场景:

动物识别: 低频RFID标签常用于宠物、牲畜和野生动物的识别和跟踪。

安全和访问控制: 用于安全系统和门禁控制,如门禁卡和钥匙卡。

工业自动化: 用于生产线和工厂自动化中的近距离识别和跟踪。

高频(HF,3 MHz ~ 30 MHz)

高频的工作频段是3 MHz ~ 30 MHz,最常见的工作频率是13.56 MHz。高频 RFID 属于无源 RFID 技术,由于电磁通信信号易衰减,高频 RFID 通信距离一般在几厘米到几十厘米,数据传输速率一般在几十 kbps 到几百 kbps。高频 RFID 系统通常应用于单标签识别应用,ISO/IEC 18000-3 标准定义了基于随机的防碰撞协议,使得高频 RFID 系统可以实现多标签识别应用,每秒可完成几百张标签的识别。高频 RFID 具备良好的抗干扰能力、通信可靠、数据传输速率高等特点。作为识别卡时被广泛应用于智能卡、公交卡、门禁卡等场景,实现基于卡的身份识别与服务、管理应用;作为标签时被广泛用于工业产线托盘识别、图书档案管理、药品追踪、设备管理、零售以及工具管理等场景。受限于信号传播距离,多数的高频 RFID 应用为近距离识别场景。

应用场景:

图书馆系统: 用于图书管理、借还和盘点操作,提升图书馆的管理效率。

支付卡和非接触式支付: 如信用卡和公交卡,用于快速安全的支付和认证。

门禁控制: 用于人员的身份验证和访问控制。

智能标签: 在零售和物流中用于跟踪和管理物品。

超高频(UHF, 300 MHz ~ 3 GHz)

无源 RFID

超高频的工作频段是300 MHz ~ 3 GHz,常用的频率包括865-868 MHz(欧洲)、902-928 MHz(美洲)、920-925 MHz(亚洲)。符合 ISO/IEC 18000-6 标准和 GB/T 29768-2013 标准的超高频无源 RFID 系统工作在 900MHz 频段。RFID 在国际范围内工作频段为 860MHz~960MHz 频段,具体根据各国频率法规执行。我国国家无线电管理委员会〔2007〕205 号文 件 ( 试 行 ) 规 定 RFID 工 作 在 840MHz~845MHz 和920MHz~925MHz 频段,2023 年 1 月对该文件进行修订征集 意 见 , 建 议 超 高 频 无 源 RFID 工 作 频 段 为920MHz~925MHz。超高频无源 RFID 系统信道带宽 250kHz,其 5MHz 频谱带宽可划分为多个信道,支持多读写器同时工作。

超高频无源 RFID 具有成本低、识别距离远、多标签识别速度快等优点,被广泛应于仓储物流、资产管理、服装零售、图书档案和生产制造等各个行业应用场景。

有源 RFID

超高频有源 RFID 是一种远距离的无线射频识别技术,因标签具有电池供电,可实现几十到几百米的通信距离,且具有良好的抗干扰能力,可以实现更可靠、安全的标签识别及传感器数据采集。超高频有源 RFID 系统典型的工作频率有 433MHz、2.45GHz,其中大部分系统工作于 2.45GHz 频段。

超高频有源 RFID 系统即具有较远的通信距离,增加读写器覆盖范围,又支持高效的防碰撞协议,可以实现多标签的快速识别,能更好解决远距离、高可靠、多标签识别管理应用需求,特别是标签携带传感器可实现标签的环境监测与实时定位。基于上述技术特点,超高频有源 RFID 被广泛应用于人员追踪、贵重资产监管、仓储物流、车辆识别、环境监测和实时定位等应用场景。

应用场景:

供应链管理: 广泛用于商品跟踪、库存管理和物流操作,提高效率和可视性。

物流和资产跟踪: 用于货物的运输和存储监控,优化物流流程。

智能制造: 在生产线上用于零部件和产品的跟踪管理。

航空行李管理: 提高航空行李的处理和跟踪效率。

微波频段(Microwave,2.4 GHz - 5.8 GHz)

微波RFID的工作频段是2.4 GHz - 5.8 GHz,常见的微波频段RFID系统工作在2.45 GHz和5.8 GHz。一般为带纽扣电池供电的半有源标签,通常读写距离可达几十米。工作时,射频标签位于读写器天线辐射场的远场区,通过电磁耦合方式进行数据交换。读写器天线一般为定向天线,只有在读写器天线定向波束范围内的射频标签可被读写。 能提供极高的数据传输速率,适合高频次的数据交换。由于频率高,容易受环境因素的干扰,如金属反射和多路径效应。

应用场景:

车辆识别系统: 在高速公路收费系统和停车管理中用于识别车辆。

实时定位系统(RTLS): 用于在大范围内实时跟踪物品和人员的位置。

高性能数据传输: 在需要高数据传输速率的应用中,如工业和医疗数据采集。

低频

高频

超高频

微波

频段

30 kHz ~ 300 kHz

3 MHz ~ 30 MHz

300 MHz ~ 3 GHz

2.4 GHz - 5.8 GHz

常见频率

125 kHz134.2 kHz

13.56 MHz

920MHz~925MHz(无源)433MHz(有源)2.45GHz(有源)

2.45 GHz5.8 GHz

系统形态

被动式

被动式

被动式/主动式

被动式/主动式

通信距离

几厘米到几十厘米

几厘米到一米左右

无源:10m~20m有源:几十到几百米

最大100米

通信速率

很快

功耗

较低

相对较高

相对较高

标签成本

较低

适中

无源:适中有源:较高

较高

防碰撞机制

天线方向性

部分有

抗干扰性

较好

一般

环境影响

受金属和液体等物质的影响

受金属和液体等物质的影响

水、灰尘、浓雾等悬浮颗粒物质

潮湿环境

应用场景

动物识别、安全和访问控制、工业自动化

图书管理、支付、智能标签

供应链管理、物流&仓储管理、智能制造、航空行李管理

车辆识别系统、实时定位系统、高性能数据传输

注:实际的通信距离与具体的读写模块以及标签性能有关。

不同频段的RFID技术有着不同的优势和应用场景。选择合适的频段和标准,取决于具体的应用需求,如通信距离、数据速率、环境条件和成本限制。

参考

RFID技术的ISO/IEC RFID国际标准分析 - 知乎

RFID电子标签行业知识四:RFID分类 - 哔哩哔哩

RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)_低频标签-CSDN博客

射频识别(RFID)技术与标准化蓝皮书(2023)

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