RFID標(biāo)簽(Tag)是附著于被識(shí)別物體上的核心部件,其工作原理本質(zhì)是:??接收讀寫器發(fā)來的射頻能量和指令,利用該能量激活自身電路,將存儲(chǔ)的身份/數(shù)據(jù)信息調(diào)制成射頻信號(hào)并反射回讀寫器,完成非接觸式通信。?
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其工作原理可以分解為三個(gè)核心步驟(以最常見的??無源RFID標(biāo)簽??為例):
- ??能量獲取(通過電磁耦合):??
- ??讀寫器發(fā)射射頻波:?? RFID讀寫器通過其天線持續(xù)向空間發(fā)射特定頻率(如低頻LF 125kHz、高頻HF 13.56MHz、超高頻UHF 860-960MHz等)的射頻電磁波。
- ??標(biāo)簽天線捕獲能量:?? 當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器天線產(chǎn)生的有效電磁場范圍時(shí),標(biāo)簽的天線會(huì)切割讀寫器產(chǎn)生的磁感線(LF/HF)或接收電磁波(UHF/Microwave),在標(biāo)簽天線的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(電壓)。
- ??整流與供電:?? 標(biāo)簽內(nèi)部的整流電路將天線感應(yīng)的交變電壓轉(zhuǎn)換為直流電(DC),為標(biāo)簽芯片(IC)提供微弱的、維持其工作的瞬時(shí)電源。標(biāo)簽本身??無需電池??,能量完全由讀寫器的射頻波提供。
- ??指令接收與數(shù)據(jù)處理:??
- ??調(diào)制解調(diào)器(Modem)接收指令:?? 讀寫器發(fā)射的射頻波不僅攜帶能量,還??調(diào)制了數(shù)字指令信號(hào)??(ASK、FSK、PSK等調(diào)制方式)。標(biāo)簽內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)器(Modem)電路解調(diào)該信號(hào),將其還原成二進(jìn)制數(shù)字指令。
- ??微芯片(IC)處理指令:?? 標(biāo)簽內(nèi)部的微型芯片(Integrated Circuit, IC)是標(biāo)簽的大腦。它被“喚醒”后,開始執(zhí)行其固件程序:
- 根據(jù)接收到的指令(如“請(qǐng)發(fā)送你的ID”)進(jìn)行判斷。
- 訪問內(nèi)置的非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM或NVM)中存儲(chǔ)的唯一標(biāo)識(shí)碼(UID)及/或其他相關(guān)數(shù)據(jù)(如用戶數(shù)據(jù)區(qū)信息)。
- ??數(shù)據(jù)回傳(通過后向散射):??
- ??調(diào)制反射:?? 無源標(biāo)簽利用讀寫器提供的同頻載波信號(hào)來將數(shù)據(jù)發(fā)送回去。這是RFID技術(shù)最巧妙的部分:
- 標(biāo)簽的調(diào)制電路(通常是開關(guān)電路)??動(dòng)態(tài)地、有控制地改變其天線的負(fù)載阻抗??(即改變天線從電磁場中吸收能量的效率)。
- 當(dāng)標(biāo)簽改變負(fù)載阻抗時(shí),它相當(dāng)于改變了其天線的“反射率”(即對(duì)入射電磁波的反射系數(shù))。高反射率對(duì)應(yīng)“1”,低反射率對(duì)應(yīng)“0”(或其他約定方案)。
- ??后向散射(Backscatter)傳輸:?? 標(biāo)簽通過上述方式,將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)(如UID)??調(diào)制在由讀寫器發(fā)射的原始載波上??,就像一面不斷改變反射率的“鏡子”。這種反射波攜帶著標(biāo)簽的信息,以與讀寫器相同頻率的電磁波形式發(fā)射回讀寫器。
- ??讀寫器接收與解調(diào):?? 讀寫器的天線同時(shí)具備發(fā)送和接收功能(或使用雙天線)。它接收到標(biāo)簽反射回來的微弱的、攜帶信息的后向散射波,由內(nèi)部的接收機(jī)和調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行解調(diào),最終從信號(hào)中提取出標(biāo)簽發(fā)送的ID和數(shù)據(jù),完成一次識(shí)別過程。
??核心原理總結(jié):??
- ??能量來源:?? 無源標(biāo)簽的能量源于讀寫器發(fā)射的射頻電磁波(電磁耦合/輻射)。
- ??通信機(jī)制:?? 采用??半雙工通信??(讀寫器發(fā)指令時(shí)標(biāo)簽接收,標(biāo)簽回應(yīng)時(shí)讀寫器接收)。無源標(biāo)簽通過??后向散射(Backscatter)?? 技術(shù),利用讀寫器的載波信號(hào)來反射/傳輸自身數(shù)據(jù)。
- ??過程:?? ??能量獲取 -> 指令接收與芯片處理 -> 數(shù)據(jù)回傳(調(diào)制反射)??。
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其他類型標(biāo)簽補(bǔ)充:??
- ??有源標(biāo)簽(Active Tag):?? 自身攜帶電池供電。通信能力強(qiáng)(讀寫距離遠(yuǎn)),可主動(dòng)發(fā)射信號(hào)(通常使用與無源不同的頻率),或者先接收喚醒信號(hào)再主動(dòng)發(fā)射應(yīng)答信號(hào)。原理中,能量獲取步驟基本不存在(電池供電),數(shù)據(jù)回傳步驟是主動(dòng)發(fā)射而非后向散射。
- ??半有源標(biāo)簽(Semi-Active/Battery-Assisted Passive, BAP Tag):?? 內(nèi)部電池僅用于維持芯片待機(jī)狀態(tài)或在極寒環(huán)境工作,通信能量仍然來自讀寫器。其數(shù)據(jù)回傳機(jī)制通常也采用后向散射,與無源標(biāo)簽類似。
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關(guān)鍵信息:??
RFID標(biāo)簽的核心工作原理在于其巧妙地利用讀寫器的射頻信號(hào)進(jìn)行??能量收集??和??信息反射??,最終以非接觸、無需可見的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向無線傳輸。無源標(biāo)簽的后向散射技術(shù)是支撐其廣泛成本效益應(yīng)用的關(guān)鍵。