RFID系統中的頻段特點及主要應用領域

對一個RFID系統來說，它的頻段概念是指讀寫器通過天線發送、接收并識讀的標簽信號頻率范圍。從應用概念來說，射頻標簽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，射頻標簽和讀寫器也要調制到相同的頻率才能工作。

射頻標簽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，還決定著射頻標簽及讀寫器實現的難易程度和設備成本。RFID應用占據的頻段或頻點在國際上有公認的劃分，即位于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標簽可以分為低頻(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電子標簽一般采用電磁耦合原理，而UHF及微波頻段的RFID一般采用電磁發射原理。目前國際上廣泛采用的頻率分布于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。

低頻段射頻標簽，簡稱為低頻標簽，其工作頻率范圍為30kHz～300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻標簽一般為無源標簽，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。低頻標簽與閱讀器之間傳送數據時，低頻標簽需位于閱讀器天線輻射的近場區內。低頻標簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標簽的典型應用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜（帶有內置應答器的汽車鑰匙）等。

中高頻段射頻標簽的工作頻率一般為3MHz～30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。該頻段的射頻標簽，因其工作原理與低頻標簽完全相同，即采用電感耦合方式工作，所以宜將其歸為低頻標簽類中。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簽。鑒于該頻段的射頻標簽可能是實際應用中最大量的一種射頻標簽，因而我們只要將高、低理解成為一個相對的概念，即不會造成理解上的混亂。為了便于敘述，我們將其稱為中頻射頻標簽。中頻標簽一般也采用無源設主，其工作能量同低頻標簽一樣，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。標簽與閱讀器進行數據交換時，標簽必須位于閱讀器天線輻射的近場區內。中頻標簽的閱讀距離一般情況下也小于1米。中頻標簽由于可方便地做成卡狀，廣泛應用于電子車票、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。

超高頻與微波頻段的射頻標簽簡稱為微波射頻標簽，其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射頻標簽可分為有源標簽與無源標簽兩類。工作時，射頻標簽位于閱讀器天線輻射場的遠區場內，標簽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簽提供射頻能量，將有源標簽喚醒。相應的射頻識別系統閱讀距離一般大于1m，典型情況為4m～6m，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范圍內的射頻標簽可被讀/寫。由于閱讀距離的增加，應用中有可能在閱讀區域中同時出現多個射頻標簽的情況，從而提出了多標簽同時讀取的需求。目前，先進的射頻識別系統均將多標簽識讀問題作為系統的一個重要特征。超高頻標簽主要用于鐵路車輛自動識別、集裝箱識別，還可用于公路車輛識別與自動收費系統中。

以目前技術水平來說，無源微波射頻標簽比較成功的產品相對集中在902MHz～928MHz工作頻段上。2.45GHz和5.8GHz射頻識別系統多以半無源微波射頻標簽產品面世。半無源標簽一般采用鈕扣電池供電，具有較遠的閱讀距離。微波射頻標簽的典型特點主要集中在是否無源、無線讀寫距離、是否支持多標簽讀寫、是否適合高速識別應用，讀寫器的發射功率容限，射頻標簽及讀寫器的價格等方面。對于可無線寫的射頻標簽而言，通常情況下寫入距離要小于識讀距離，其原因在于寫入要求更大的能量。微波射頻標簽的數據存儲容量一般限定在2Kbits以內，再大的存儲容量似乎沒有太大的意義，從技術及應用的角度來說，微波射頻標簽并不適合作為大量數據的載體，其主要功能在于標識物品并完成無接觸的識別過程。典型的數據容量指標有：1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-ID Center制定的產品電子代碼EPC的容量為90Bits。微波射頻標簽的典型應用包括移動車輛識別、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）、醫療科研等行業。

不同頻率的標簽有不同的特點，例如，低頻標簽比超高頻標簽便宜，節省能量，穿透廢金屬物體力強，工作頻率不受無線電頻率管制約束，最適合用于含水成分較高的物體，例如水果等；超高頻作用范圍廣，傳送數據速度快，但是比較耗能，穿透力較弱，作業區域不能有太多干擾，適用于監測港口、倉儲等物流領域的物品；而高頻標簽屬中短距識別，讀寫速度也居中，產品價格也相對便宜，比如應用在電子票證一卡通上。

目前，不同的國家對于相同波段，使用的頻率也不盡相同。歐洲使用的超高頻是868MHz，美國則是915MHz。日本目前不允許將超高頻用到射頻技術中。

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，目前還多在測試當中，沒有大規模應用。

我國在LF和HF頻段RFID標簽芯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芯片，并成功地應用于交通一卡通和第二代身份證等項目中。

小資料

海峽兩岸RFID相關專利分析

在RFID系統研究與實踐過程中，必然會遇到知識產權問題。一方面，相應的專利與知識產權體現出當前的研究水平，為實踐提供參考與借鑒；另一方面，通過對相關專利與知識產權的分析，可以為進一步的研究提供新的方向與思路。這里僅以海峽兩岸RFID相關專利為例加以說明。

海峽兩岸RFID相關專利數量較多，涉及到RFID系統鏈上的各個環節，我們取1996年截止到2004年6月這段期間兩岸的專利情況來分析RFID的發展，并指出從專利層面所體現出的有待著重發展和解決的問題。

臺灣RFID相關專利檢索

臺灣方面在1996年到2004年6月這段期間共有相關專利28項，涉及到標簽、讀寫器、天線、系統布置的方法信息處理、網絡應用及系統應用等方面（如圖1所示）。

其中，讀寫器類占6項，標簽類——包括其生產、制造、封裝、應用設計以及發明占12項，天線類1項，系統方法類占2項，RFID系統應用類5項，防碰撞2項。

大陸RFID相關專利

大陸方面在1996年到2004年6月這段期間有相關專利106項，涉及到標簽、讀寫器、天線、信息處理、網絡應用和信息處理及系統應用等方面（如圖2所示）

其中，讀寫器類占18項，標簽類（包括其生產、制造、封裝、應用設計以及發明）占53項，天線類6項，RFID系統應用及方法類占18項，防碰撞2項，大陸在網絡應用及信息處理方面有9項專利。

現狀分析及探究

通過分析知道，大陸和臺灣RFID的相關專利主要集中在標簽的設計、制造封裝等方面，其次就是讀寫器類包括其電路設計及一些應用RFID的閉環系統，或一些簡單應用；而對RFID應用鏈上的軟件部分，比如結合網絡的信息處理，大規模范圍的開環應用及一些關鍵問題如防碰撞問題，與條形碼的兼容性問題等方面則鮮有專利。即使RFID的應用專利也大體上都是RFID的簡單應用例子，沒有在一個大的系統上形成體系。或者說在RFID的整個后臺處理、數據庫管理、編碼規則、調度問題等方面鮮有相關的知識產權及專利申請，另外在RFID應用的測試策略方面知識產權相對也較少。而這對于實現RFID更廣泛應用是非常關鍵的。今后我們的研究方向可以結合大的系統應用提出整套方案及框架，同時研究有效的基于網絡的后臺信息處理系統的構建。另外RFID技術實際應用中的一些關鍵問題也是我們應該共同研究攻關的方向，比如防碰撞問題、電磁兼容問題等等。

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