UHF RFID的由来

人们在长期使用条码之后发现条码有很多弊端,比如识别率比较低,容易被污染。这个时候就想是不是有一种技术可以通过电磁波来实现通讯呢?因为电磁波通讯不需要介质阻挡,不会出现无法识别的问题,加上电磁波的穿透能力可以实现多个物品一起识别。

有了这个想法的科学家们兴奋了,就开始深入研究,发现条码的尺寸基本固定一般宽高分别小于3英寸(7.5cm)、5英寸(12.5cm),总面积小于12平方英寸(75cm*cm)。大家现在通过观察UHF的标签可以发现,大部分面积都是天线只有中间的一个小黑点是芯片,也就是说这个RFID标签的大小主要是由天线尺寸决定的。

既然已经知道了天线尺寸那么就要选择工作频率了。人们通过一组测试数据最终确定了RFID的频率。测试是这样的:一个发射天线,一个接收天线(接收天线就是今后的RFID天线),其中发射天线的输出功率一定,接收天线的尺寸一定,看在不同的频率下接收天线能获得多少能量,当然如果设定了开启阈值(今后的标签灵敏度)就相当于频率与距离的关系,如图1所示为不同频率下的工作距离图。

不同频率下的工作距离图

图1 不同频率下的工作距离图

从图中可以看到,在频率800-1G的情况下工作距离是最远的。其实早期的手机频率也是在这个频率范围,就是因为早期的手机尺寸(早期的手机尺寸都很大,天线很长)也是这么大,最终做手机协议的科学家就定下了这个频率。随后的故事大家应该都知道了,就是做RFID的科学家由于是晚于手机的制定,只好跟着做手机的科学家坐下来开了个会,从人家剩下的频段中找了一段给自己用。

故事讲完了,你就要发问了,为什么天线这么神奇,就只有这个800M-1GHz的频率才工作距离远呢?我有两种回答:一种是“这就是天意,是上帝创造出来的”;另外一种就是通过经典天线原理或者麦克斯韦方程推算出来。比如通过标准偶极子天线长度与半波长尺寸相比拟,800MHZ-1GHz的半波长为15cm-18cm,有宽度的偶极子长度比半波长尺寸略小,可以认为乘以一个系数0.8(宽度越大系数越小),这样就发现与12.5cm非常接近了。我个人建议大家多使用第一种方式来回答。

最后插一句915MHz为无源超高频最好工作频段,美国那帮做RFID的科学家就很聪明选择了902MHz到928MHz带宽中心频率915MHz。也难怪UHF RFID创始在美国,最好的频点在美国,最宽的带宽也在美国。咱们中国的RFID科学家们也要加油,今后也创新出更牛的RFID协议和标准抢占先机。

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