射频原理及应用

系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。

高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量;对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡;接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异。阅读器的控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令;控制与射频卡的通信过程(主-从原则);信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。

无线射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。长距离无线射频识别系统的价格还很贵，因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%～80%。

在整个射频通信中，主要包含以下几种频率：传输频率、接收频率、中频和基带频率。基带频率是用来调制数据的信号频率。而真正的传输频率则比基带频率高很多，一般的频谱范围是500MHz到38GHz，数据信号也是在此高频下进行传输的。一般来说，射频系统具有非常强大的传输调制信号的功能，即使在有干扰信号和阻断信号[z2]的情况下，该系统也可以做到以最高的质量发送并且以最好的灵敏度接收调制信号。阻断信号主要有两种：带内阻断信号和带外阻断信号。带外阻断信号是指分布在信号频谱之外的无关信号，例如由其它无线传输技术产生的数据信号。带内阻断信号则分布在我们感兴趣的信号频谱之内，例如由相同的无线传输技术在其它终端产生的数据信号。对于无线通信而言，要成功地实现射频接收功能，必须要过滤掉这两种阻断信号。中频多被用来作为传输/接受频率和基带频率的过渡，而这种传输方式正是超外差结构的基础。一般而言，带外阻断信号可以被天线自带的滤波器过滤掉。

而中频的存在使我们有机会在信号被混合到基带频率并做数字处理之前将带内阻断信号滤除。另一方面，在发送端，中频常被用来滤除所有从基带转换到中频这个过程中可能产生的伪数据和噪声。采用超外差结构的另外一种实现方法是利用中频采样来减少信号链上的器件个数。这种方法选择在中频对信号进行采样，而不是在采样前先将信号混合到基带。在第一种超外差结构中，从中频到基带的转换过程需要以下器件：本机锁相环、智能解调器(混频器)和双向ADC(模拟-数字转换器)。如果选择在中频进行采样，那这三个器件可以用一个高性能的ADC来代替。这不仅可以降低信号链的复杂程度，还可以提高信号解调的质量。但是，如果在下行基带转换器里应用高质量智能解调器，也能得到非常好的通信效果。如果能使本机锁相环和射频器件的漏电足够小，基带的直流失调便可最小化。除此之外，解调器的相位分离功能可以做到非常准确的90度的相位分离，这将确保信号解调时，误差向量的值不会变坏或者只是变坏一点。最后，如果我们在使用智能解调器的同时，使用一个具有低相位噪声的锁相环，将会确保基带输出信号的低噪声，并且因此获得一个好的位错误率(BER)。