4.2射頻技術及應用
一、射頻技術
1射頻技術的概念
無線電射頻技術（RFID，radio-frequency-identification），又稱射頻識別技術，是利用無線電波對記錄媒體進行讀寫，射頻識別的距離可達幾十厘米至幾米，且根據讀寫的方式，可以輸入數千字節的信息，同時，還具有極高的保密性。射頻識別技術適用的領域是：物料跟蹤、運載工具和貨架識別等要求非接觸數據采集和交換的場合，特別適用於要求頻繁改變數據內容的場合。
2射頻技術的起源
RFID的基本技術原理起源於第二次世界大戰時期，最初盟軍利用無線電數據技術來識別敵我雙方的飛機和軍艦。戰後，由於較高的成本，該技術一直主要應用於軍事領域，並未很快在民用領域得到推廣應用。直到20世紀八九十年代，隨著芯片和電子技術的提高和普及，歐洲開始率先將RFID技術應用到公路收費等民用領域。到21世紀初，RFID迎來了一個嶄新的發展時期，其在民用領域的價值開始得到世界各國的廣泛關注，特別是在西方發達國家，RFID技術大量應用於門票防偽、生產自動化、門禁、公路收費、停車場管理、身份識別、貨物跟蹤等民用領域中，其新的應用範圍還在不斷擴展，層出不窮。
21世紀初，RFID已經開始在中國進行試探性的應用，並很快得到政府的大力支持，2006年6月，中國發布了《中國RFID技術政策白皮書》，標誌著RFID的發展已經提高到國家產業發展戰略層麵。到2008年年底，中國參與RFID的相關企業達數百家，已經初步形成了從標簽及設備製造到軟件開發集成等一個較為完整的RFID產業鏈，據專家估計，2008年中國RFID相關產值達到80億元左右，並將在未來5~10年保持快速發展。
二、RFID係統的構成及工作原理
1RFID係統的構成
從係統的工作原理來看，RFID係統一般都由信號發射機、信號接收機、發射接收天線等組成。
在RFID係統中，信號發射機為了不同的應用目的，會以不同的形式存在，典型的形式是標簽（tag），標簽相當於條碼技術中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸的信息，另外，與條碼不同的是，標簽必須能夠自動或在外部能量的作用下，把存儲的信息主動發射出去。標簽一般是帶有線圈、天線、存儲器與控製係統的集成電路。
在RFID係統中，信號接收機一般叫做閱讀器。根據支持的標簽類型的不同與完成的功能不同，閱讀器的複雜程度是明顯不同的。閱讀器基本的功能就是提供與標簽進行數據傳輸的途徑。一旦到達閱讀器的信息被正確地接收和譯解後，閱讀器通過特定的算法決定是否需要發射機對發送的信號重發一次，或者直到發射器停止發信號，即“命令響應協議”。使用這種協議，即便在很短的時間、很小的空間閱讀多個標簽，也可以有效地防止“欺騙問題”的產生。
隻有可讀寫標簽係統才需要編程器。編程器是向標簽寫入數據的裝置。編程器寫入數據一般來說是離線完成的，也就是預先在標簽中寫入數據，等到開始應用時直接把標簽黏附在被標識項目上。也有一些RFID應用係統，寫數據是在線完成的，尤其是在生產環境中作為交互式便攜數據文件來處理時。
天線是標簽與閱讀器之間傳輸數據的發射、接收裝置。除了係統功率、天線的形狀和相對位置影響數據的發射和接收，需要專業人員對係統的天線進行設計、安裝。
2RFID係統的工作原理
RFID技術的基本工作原理並不複雜。標簽進入磁場後，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者主動發送某一頻率的信號（Active-Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息並解碼後，送至中央信息係統進行有關數據處理。
一套完整的RFID係統,是由閱讀器（Reader）與電子標簽（TAG）也就是所謂的應答器（Transponder）及應用軟件係統三個部分所組成,其工作原理是Reader發射一特定頻率的無線電波能量給Transponder,用以驅動Transponder電路將內部的數據送出，此時Reader便依序接收解讀數據,送給應用程序做相應的處理。
以RFID卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看，RFID大致上可以分成感應耦合（Inductive-Coupling）及後向散射耦合（Backscatter-Coupling）兩種,一般低頻的RFID大都采用第一種式,而較高頻大多采用第二種方式。
閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID係統信息控製和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發模塊、控製模塊和接口單元組成。閱讀器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Ethernet或WLAN等實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。應答器是RFID係統的信息載體，目前應答器大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。
三、射頻技術的應用
射頻識別技術適用的領域：物料跟蹤、運載工具和貨架識別等要求非接觸數據采集和交換的場合。由於射頻識別標簽具有可讀寫能力，對於需要頻繁改變數據內容的場合尤為適用。
將RFID係統用於智能倉庫貨物管理，能夠有效地解決倉庫裏與貨物流動有關的信息管理，它不但增加了一天內處理貨物的件數，還能監管這些貨物的一切信息，射頻識別標簽貼在貨物所通過的倉庫大門邊上，讀寫器和天線都放在叉車上，每個貨物都貼有條碼，所有條碼信息都被存儲在倉庫的中心計算機裏，與貨物有關的信息都能在計算機裏查到。當貨物被裝走運往別地時，由另一讀寫器識別並告知計算中心它被放在哪個拖車上。這樣管理中心可以實時地了解到已經生產了多少產品和發送了多少產品，並可自動識別貨物。
同時，由於RFID具有很強的定位管理功能，能協助倉庫管理人員快速了解產品的儲存位置，幫助倉庫管理人員管理貨物，進行盤點等。
同樣，在超市等這樣的產品快速流動環節中，RFID也將發揮它強大的快速讀取功能。世界許多公司和企業也多在為RFID的產品化和推廣進行努力，RFID將成為條碼的替代品，同時也會給物流及供應鏈的管理和運作帶來深刻的變化。
當前RFID應用和發展麵臨的幾個關鍵問題是標準、成本、技術和安全。
1標準
目前，行業標準以及相關產品標準還不統一，電子標簽迄今為止全球也還沒有正式形成一個統一的（包括各個頻段）國際標準。標準（特別是關於數據格式定義的標準）的不統一是製約RFID發展的重要因素，而數據格式的標準問題又涉及各個國家自身的利用和安全。標準的不統一也使當前各個廠家推出的RFID產品互不兼容，這勢必阻礙了未來RFID產品的互通和發展，因此，如何使這些標準相互兼容，讓一個RFID產品能順利地在民辦範圍中流通是當前重要而緊迫的問題。目前，很多國家都正在抓緊時間製定各自的標準，我國電子標簽技術還正處在研發階段。
2成本
目前，美國一個電子標簽最低的價格是20美分左右，這樣的價格是無法應用於某些價值較低的單件商品的，隻有電子標簽的單價下降到10美分以下，才可能大規模應用於整箱整包的商品。隨著技術的不斷提升和在各大行業的日益推廣，RFID的各個組成部分，包括電子標簽、閱讀器和天線等，製造成本都有望大幅度降低。
3技術
雖然在RFID電子標簽的單項技術上已經趨於成熟，但總體上產品技術還不夠成熟，還存在較高的差錯率（RFID被誤讀的比率有時高達20%），在集成應用中也還需要攻克大量的技術難題。
4安全
當前廣泛使用的無源RFID係統還沒有非常可靠的安全機製，無法對數據進行很好的保密，RFID數據還容易受到攻擊，主要是因為RFID芯片本身，以及芯片在讀或者寫數據的過程中都很容易被黑客所利用。此外，還有識別率的問題，由於液體和金屬製品等對無線電信號的幹擾很大，RFID標簽的準確識別率目前還隻有80%左右，離大規模實際應用所要求的成熟程度也還有一定差距。
從總體上而言，RFID技術已經逐步發展成為一個獨立的跨學科的專業領域，它將大量來自完全不同專業領域的技術綜合到一起，如高頻技術、電磁兼容性、半導體技術、數據保護和密碼學、電信、製造技術和許多專業領域。RFID技術所能應用和發揮效應的主要方麵包括節省人工成本，提高作業精確性，加快處理速度，有效跟蹤物流動態等，目前RFID技術已被廣泛應用於工業自動化、商業自動化、交通運輸控製管理等眾多領域。2004年11月初，美國《VAR Business》雜誌完成的一項技術狀況調查報告，評出了2005年“七大熱門科技走向”，其中把射頻識別技術（RFID）作為2005年科技業的突破性技術。美國沃爾瑪及美國國防部等正在推進全麵導入RFID的計劃，許多高科技公司也正在開發RFID專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文和SUN等。ABI估計，到2008年，RFID電子標簽、閱讀器和相關軟件與服務的銷售額可望增至30億美元，RFID技術市場在未來5年內將有數萬億美元的市場空間。