rfid调研报告

rfid调研报告

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关于RFID的研究——从电子标签走向识别技术

第六组，张硕06311110

引言 1.由来

随着经济的高速发展和科技的进步，尤其是数字化、网络化进程的加快，一门集计算机技术、光学技术、网络技术、无线电技术、通信技术于一体的高新数据采集技术——无线射频识别技术（radio frequency identification，RFID）自20世纪80年代中期开始应用。沃尔玛、IBM、HP、微软、美国国防部、中国国家标准委员会，均开展了基于RFID技术的研究。RFID系统逐渐应用于物流、航空、邮政、交通、

票务、

金融、军事、医疗保险、跟踪、矿井、设备和资产管理等领域。

2.名词释义：

RFID – 射频识别；一种利用无线射频进行非接触双向通信的识别方式

Tag – 电子标签；

Reader – 读写器；

Antenna – 天线

RFID技术综述

1）电子标签：由耦合元件和芯片组成，且每个电子标签具有全球唯一的ID，无法修改也无法仿造。电子标签保存有约定格式的电子数据，附着在物体上标识目标对象。

2）天线：在电子标签和读写器间以射频信号的形式传递电子标签的数据信息。

3）读写器：读取并识别电子标签中所保存的电子数据，分为手持式和固定式。

2.RFID的工作原理

RFID读写器向一定范围发射射频信号，当RFID标签进入读写器的射频场后，标签天线就会获得感应电流，从而为RFID芯片提供能量，芯片就会通过内置天线以射频信号的形式向读写器发送存储在芯片内的信息，读写器对接收的信号进行解调和解码，然后通过RS232，RS422，RS485或无线方式送至计算机系统进行有关的数据处理，其工作原理如图2所示。

　 元，并在未来十年稳定增长，到20xx年，市场规模将提高4倍到261.9 亿美元。

3、价格下降驱动需求，rfid或将重复led放量之路 较高的价格是前几年rfid普及速度较预期低的主要障碍。20xx年时普通rfid标签价格大约在2元左右，现在的价格降到了0.7元以下。在价格较高的时候，rfid标签只能用在高附加值产品上，比如高端白酒、烟草等。而rfid标签价格下降将突破价格壁垒，有力刺激零售、食品安全溯源等潜在应用。 rfid作为电子产品，其销量、市场空间和价格密切相关——价格降低将充分释放市场需求，led的普及之路可以为我们带来有益的启示。 随着led材料和制造成本的快速下降，led的需求也随之爆发。根据ledinside数据，现在替换40w和60w白炽灯的led灯泡最低价格已降到4.2美元和5.7美元，价格已经达到普通居民可以接受的水平。预测20xx年led价格的下降将促使市场整体渗透率将达到25.7%，较20xx年上升8.1%。

一、概述

随着经济的高速发展和科技的进步，尤其是数字化、网络化进程的加快，一门集计算机技术、光学技术、网络技术、无线电技术、通信技术于一体的高新数据采集技术——无线射频识别技术（radio frequency identification，RFID）自20世纪80年代中期开始应用。沃尔玛、IBM、HP、微软、美国国防部、中国国家标准委员会，均开展了基于RFID技术的研究。RFID系统逐渐应用于物流、航空、邮政、交通、票务、金融、军事、医疗保险、跟踪、矿井、设备和资产管理等领域。

二、RFID工作原理

RFID读写器向一定范围发射射频信号，当RFID标签进入读写器的射频场后，标签天线就会获得感应电流，从而为RFID芯片提供能量，芯片就会通过内置天线以射频信号的形式向读写器发送存储在芯片内的信息，读写器对接收的信号进行解调和解码，然后通过RS232，RS422，RS485或无线方式送至计算机系统进行有关的数据处理。如图1

三、RFID技术特点

1）耐环境性。防水，防磁，耐高温，不受环境影响，无机械磨损，寿命长，不需要以目视可见为前提，可以在那些条码技术无法适应的恶劣环境下使用，如高粉尘污染、野外等。

2）可反复使用。RFID标签上的数据可反复修改，既可以用来传递一些关键数据，也使得RFID标签能够在企业内部进行循环重复使用，将一次性成本转化为长期摊销的成本。

3）数据读写方便。RFID标签无需像条码标签那样瞄准读取，只要被置于读取设备形成的电磁场内就可以准确读到，同时减少甚至排除因人工干预数据采集而带来的效率降低和纠错的成本。RFID每秒钟可进行上千次的读取，能同时处理许多标签，高效且准确，从而能使企业大幅度提高管理的精细度，让整个作业过程实时透明，创造巨大的经济效益。

4）安全性。RFID芯片不易被伪造，在标签上可以对数据采取分级保密措施。读写器无直接对最终用户开放的物理接口，能更好地保证系统的安全。四、RFID技术应用

RFID技术涉及信息、制造、材料等诸多高技术领域，涵盖无线通信、芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成、信息安全等技术。而且物联网中的RFID技术已经在诸多领域有很成熟的应用了。一些国家和国际跨国公司都在加速推动RFID技术的研发和应用进程。在过去十多年间，共产生数千项关于RFID技术的专利，主要集中在美国、欧洲、日本等国家和地区。

中国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。

RFID技术的四大应用领域

（一）RFID标签应用。

按照能量供给方式的不同，RFID标签分为有源、无源和半有源三种；按照工作频率的不同，RFID标签分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波频段（MW）的标签。目前国际上RFID应用以LF和HF标签产品为主；UHF标签开始规模生产，由于其具有可远距离识别和低成本的优势，有望在未来五年内成为主流；MW标签在部分国家已经得到应用。中国已掌握HF芯片的设计技术，并且成功地实现了产业化，同时UHF芯片也已经完成开发。

（二）RFID天线应用。

目前RFID标签天线制造以蚀刻/冲压天线为主，其材料一般为铝或者铜，随着新型导电油墨的开发，印刷天线的优势越来越突出。RFID标签封装以低温倒装键合工艺为主，也出现了流体自装配、振动装配等新的标签封装工艺。中国低成本、高可 ……此处隐藏3075个字……半有源

RFID产品：顾名思义就是有源RFID产品和无源RFID产品的结合，它结合二者的优点，在低频125KHZ频率的触发下，让微波2.45G发挥优势，解决了有源RFID产品和无源RFID产品不能解决的问题，比如门禁出入管理、区域定位管理及安防报警等方面的应用，近距离激活定位、远距离传输数据。

半无源RFID供电系统的标签包含有电池，但是电池提供的电量有限，并不足以使标签能主动将信息传输给读写器。同时，根据电子标签是否处于工作状态，可以将电子标签作为半有源和无源电子标签处理。

6、RFID天线相关总结

6.1、RFID天线制作技术

RFID天线制作技术主要有蚀刻法、线圈绕制法和印刷天线三种。蚀刻法也称为减法制作技术。其制作流程如下(以铜质天线为例)：首先在一个塑料薄膜上层压一个平面铜箔片；然后在铜箔片上涂覆光敏胶，干燥后通过一个正片(具有所需形状的图案)对其进行光照；放入化学显影液中，此时感光胶的光照部分被洗掉，露出铜；最后放入蚀刻池，所有未被感光胶覆盖部分的铜被蚀刻掉，从而得到所需形状的铜线圈。

蚀刻印制天线因为其精度高，特性能够与读写机的询问信号相匹配，同时在天线的阻抗、应用到物品上的射频性能等都很好，但是它的缺点就是成本太高。

利用线圈绕制法制作RFID标签时，要在一个绕制工具上绕制标签线圈并进行固定，此时要求天线线圈的匝数较多(典型匝数50～1500匝)。这种方法用于频率范围在125-134 KHz的RFID标签，其缺点是成本高，生产速度慢。

印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板(薄膜)上印刷导电线路，形成天线和电路，又叫添加法制作技术。主要的印刷方法已从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作方法，较为成熟的制作工艺为网印与凹印技术。印刷法主要依靠导电油墨，质量稳定性不好，特别是在柔性标签中，天线容易损坏，导致标签失效，且成本相对也较高。

6.2、天线的物理特性

(1)磁场强度

运动的电或者说电流会产生磁场，磁场的大小用磁场强度来表示。RFID天的作用距离与天线线圈电流所产生的磁场强度紧密相关。

(2)天线的增益

天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。

(3)阻抗为了最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。一般而言，电子标签芯片的输入阻抗为Z＝R-jX形式.为了获得共轭形式的阻抗，电子标签天线的阻抗应为Z＝R+iX形式。

(4)品质因数

在其尺寸不变的情况下，Q值越大意味着天线线圈中的电流强度越大，输出功率越强，读写距离就越远。品质因数Q的计算公式为：

Q＝2πf0L/R式中，f0是工作频率，L是天线的等效电感，R是天线的等效并联电阻。

6.3、全息金属层对RFID标签天线的影响

对于RFID标签天线来说，金属的影响主要有两个：一是由于金属对信号的反射干扰了标签的反向散射信号；二是由于金属与天线之间的耦合使得天线的阻抗发生变化。

7、RFID技术发展趋势

目前，对RFID关键技术的研究重点集中在对频率的选择、低功耗的设计、天线的设计、定位和跟踪、封装技术以及防碰撞算法等方面。 8、RFID与全息结合

（1）全息面积较小，不遮盖RFID天线

专利CN206388220U和CN108280505A采用射频辨识标签的面积大于全息防伪标签的面积，射频辨识标签的芯片被覆盖在全息防伪标签底下，射频辨识标签的天线呈多圈配置，凸露在全息防伪标签的外围，天线的内端设有接脚，该接脚与芯片电气相连；借此，可大幅提高天线的收发效果，以避免信号受到全息防伪标签的遮蔽而减弱。

（2）全息图案做特殊处理防止屏蔽

专利CN101882235B在全息金属层上制作缝隙，再与无源电子标签金属面粘合，使缝隙的长度方向与无源电子标签的放置位置垂直，无源电子标签的非金属面与硅油纸粘合，即得到缝隙耦合的激光全息电子标签。本发明实现了无源电子标签与激光全息防伪的结合，克服了激光全息图的金属层对无源电子标签读取的影响，而且通过无源电子标签和缝隙之间的耦合，加大了电子标签的辐射强度，实现了电子标签的远距离读取。

专利CN201927069U使用激光全息膜的金属反射层为对称的两部分，该两部分之间留有隙缝或通过非磁性绝缘材料条相互隔开，使得两部分相互绝缘，其中，该隙缝或非磁性绝缘材料条位于所述RFID标签的中心轴线上。本实用新型通过将全息膜金属层分成对称的两部分来消除全息膜金属层对电磁波的屏蔽，通过改进天线设计来消除全息膜对天线阻抗的影响，对全息膜的尺寸没有限制，并能够增强天线的辐射，提高RFID标签的读取距离。

专利CN206441209U将全息图层表面分为两个信号传导模块，一个作为所信号传导模块，一个作为储存模块。

（3）全息图案的铝层做RFID天线

专利CN102263316B公开了一种制备天线全息图层的方法，全息图案直接作为RFID天线，巧妙的将全息和RFID相结合，有效的解决了全息对RFID信号的屏蔽。专利根据RFID天线的设计要求，制作模压全息镍板，模压后镀铝制得全息图，再将多余的铝层洗掉。

专利CN201408440提供了一种激光全息图像的金属反射层作为RFID标签天线部分的方法。金属反射层采用真空镀膜机在全息图上进行局部蒸镀，制作RFID天线图案，得到RFID标签天线。

（4）RFID天线特殊设计不受全息干扰

专利CN102013032A公开了一种激光全息RFID标签，能够适用于超高频和微波频段。专利使用的是激光全息膜贴在RFID标签上，其中RFID标签使用共面倒F天线，可以有效消除全息膜金属层对信号的屏蔽，使得全息图案形状和尺寸大小不受限制。

（5）采用非金属全息膜防止信号屏蔽

专利CN201440278U采用全息反射层为非金属介质的方法制作全息RFID标签。介质可以由多种不同折射率的材料组成，使全息图像具有不同角度观看下生动的效果，而且不会引起RFID标签失谐或者电磁波反射。

（6）采用特殊金属做反射层防止屏蔽

专利CN205553639U使用金属铟和铟锡合金替代铝作为反射层，当其电镀层的厚度在20?40纳米的范围内，其电阻很大而不导电，对射频电磁场的干扰很小，并且金属镜面效果和全息彩虹效果依然存在，可以作为RFID智能卡的激光全息印刷膜使用。

（7）利用全息图对RFID的屏蔽

专利CN200969107公开了一种防止信息被窃取的带RFID芯片的证件，在证件的封底内或证件的内页上设置有屏蔽电子标签的金属层或带有金属镀层的激光全息膜。当证件合上时，金属层屏蔽了天线的发射，RFID信息不能被读取，以防止信息被窃取。只有当证件打开后，RFID天线的发射不被金属层屏蔽，RFID信息才能被读取。