射频识别 (RFID) 已经存在了 50 多年，在过去的十年中，它终于便宜到可以大规模生产并放置在日常物品中。这为想要了解射频和天线设计的电子设计人员提供了一些新机会。虽然 RFID 实现了与****上的条码或磁条相同的功能，但它有一些独特的用例，值得学习和设计。在此博客中，我们将介绍 RFID 的工作原理以及如何创建自己的 RFID 标签天线电路。
RFID 的工作原理RFID 系统由三部分组成：扫描天线、包含产品所有信息的 RFID 标签，以及解码和解释标签上数据的阅读器。这三个部分适合一个过程，其中：
数据首先以只读或读写格式存储在 RFID 标签中。标签要么是电池供电的，要么是被动的。
当标签进入扫描天线的范围内时，电磁 (EM) 能量会触发标签开始以无线电波的形式发送数据。
这些无线电波被天线接收并发送到阅读器，阅读器将这些无线电波解码为数字信息。
标签与阅读器通信以共享数据。（图片来源）
RFID标签分为主动和被动两种类型之一：
标签通常包含天线和微芯片。（图片来源）
有源 RFID 标签有源 RFID 标签使用内部电池电源为其电路供电并发送无线电信号。由于它们的电池电量，有源标签可以在 805 到 950 MHz 的更高频率上进行广播。这使它们可以从最远 100 英尺的地方进行扫描。
无源 RFID 标签没有电池电源，依靠天线的电磁耦合供电。这使它们的阅读距离更短，最多可达 20 英尺。但是，由于它们的电路中的组件较少，因此它们的生产和一次性使用也更便宜。这是您可以在消费级产品中找到的那种标签。
所有 RFID 标签都按其世代和类别分类。当前的 Gen-2 RFID标签于 2004 年 12 月采用，与 Gen-1 相比具有多项优势，包括：
与所有 RFID 系统的互操作性，第一个全球标准
比 Gen-1 更快的读取速度
先进的防冲突协议提供精确的性能
提高安全性和隐私性
多个阅读器的物理部署更容易
RFID 标签类别范围从 0 类到 5 类，并定义了可用的功能。课程详情包括：
RFID 无线技术为物流、库存控制和零售行业带来了巨大的好处，但这并不意味着它是一项完美的技术。然而，与条形码和其他手动扫描系统相比，RFID 具有一些明显的优势，包括：
同时扫描多个项目。与一次只能处理一件物品的光学扫描仪相比，RFID 系统可以一次扫描所有传入的物品。
降低成本。制造有源和无源 RFID 标签的成本已大幅下降，这使得它们可用于一次性消费产品。
读写能力。条码只能写入一次数据，但 RFID 标签可以根据 2 类及以上标签的需要进行多次更新。
没有视线问题。与光学扫描仪不同，扫描物品时没有视线要求。这使得 RFID 成为高效工业环境的理想选择。
RFID 的缺点分为两类，与 RFID 实施和安全/隐私使用相关的技术问题。
RFID可以被打乱。在电磁频谱上使用正确频率的人可能会干扰 RFID 系统。您还可以连续读取电池供电的 RFID 标签，直到其断电。
读卡器碰撞问题。需要仔细设置系统以避免多个信号重叠的任何冲突问题。这已通过 Gen-2 改进的防冲突协议得到改进。
可以远距离阅读。大多数 RFID 系统设计为在小距离内工作。但是，使用高增益天线，您可以在无人知晓的情况下从 100 多英尺外读取标签。
未经许可即可阅读。当我们开始将 RFID 嵌入到服装和消费品等日常用品中时，我们也受到商店扫描我们携带的每件物品以防盗窃的摆布。这是隐私问题，还是只是便利的成本？
由于其较低的制造成本，RFID 的用途正在遍及各种行业和环境。我们今天看到的一些最常见的应用包括：
零售和库存控制RFID 标签贴在零售店的服装和其他消费品上。这使员工无需处理条形码即可扫描物品并跟踪库存水平。
像沃尔玛这样的零售巨头正在将 RFID 整合到他们的零售供应链中。（图片来源）
地铁通****和收费站。RFID 标签通常被添加到收费站和地铁通行证。这允许通勤者刷卡并自动扣除车费。
许多收费站现在都在实施 RFID 技术。（图片来源）
防盗像定制吉他这样的高价奢侈品现在都嵌入了 RFID 标签。然后与当地执法部门、经销商和维修店共享此库存，以帮助防止盗窃。
这把 Gibson 吉他的桁架杆下方的小点是一个 RFID 芯片。（图片来源）
这些只是 RFID 众多用途中的一小部分。未来，这项技术将被证明是亚马逊 Go等概念零售购物体验的主要颠覆者。RFID 的其他一些用例包括：
人和动物追踪
NFC非接触式支付
旅行证件
医疗数据管理
跟踪集装箱和铁路车辆
在设计 RFID 系统时，工程师通常会将现有的标签微芯片（如STMicroelectronics ST25）与定制天线结合使用。在本节中，我们将介绍一些有关如何处理此天线设计过程的实用技巧，以及应用说明中的更多详细信息。
了解您的申请频率在设计定制天线之前，您需要了解应用的频率。几乎所有的 RFID 系统都在两个较低频段运行，即 13.56 MHz 或 125 KHz，这两种频段几乎都适用于每个国家。在 13.56 MHz 频段内，您的应用可分为：
远程（LR）。这些产品的调谐频率在 13.6 MHz 和 13.7 MHz 之间。
标准短程（SR）。这些产品的调谐频率在 13.6 MHz 和 13.9 MHz 之间。
用作交通****的 SR 产品在 14.5 MHz 和 15 MHz 之间转换。
要确定应用的频率，您还需要考虑设备的材料和环境。例如，使用粘合剂将纸质标签粘合在一起的 RFID 标签会将天线频率降低约 300 KHz。这种降低使得有必要将天线调谐到 13.9 MHz，而不是指定的 13.6 MHz。
参考等效电路模型许多天线设计应用笔记将包含一个等效电路模型，您可以在自己设计时遵循该模型。下面的示意图显示了芯片和天线如何在典型电路中组合在一起：
（图片来源）
芯片
芯片电路以R芯片为参考，表示与电容Ctun并联的电流消耗
Ctun定义了芯片的内部调谐电容和内部寄生参数。
天线
蚂蚁。_ 确定杂散电容
蚂蚁。_ 确定电阻损失
蚂蚁。_确定自感
在 13.56 MHz 时，您的天线设计将是圆形、螺旋形或方形。您使用什么形状将取决于您的设计要求。以下是可用于快速确定特定天线类型的电感的三个公式：
圆形天线电感r 是以毫米为单位的平均线圈半径R 0是以毫米为单位的导线直径N是匝数0 = 4π x 10 -7 H/mL 以亨利为单位螺旋天线电感
d 是以毫米为单位的平均线圈直径c 是绕组的厚度，以微米为单位N是匝数0 = 4π x 10 -7 H/mL 以亨利为单位方形天线电感
d 是平均线圈直径
d = (d out + d in ) / 2 以毫米为单位，其中 d out = 外径，d in = 内径
p = (d out – d in ) / (d out + d in ) 以毫米为单位
K1 和 K2 取决于您的天线布局，值请参见下表
我们上面介绍的细节只是设计定制 RFID 标签天线的表面。请务必阅读 STMicroelectronics 的完整应用说明，了解如何为 ST25 RFID 标签设计 13.56 MHz 天线。
无线魔法RFID 利用无线电波来读取和捕获存储在标签上的信息，这些标签可以附加到各种物体上。从高价吉他到宠物和集装箱，RFID 的用途几乎是无限的。这项技术有望在未来替代标准条码和磁条，但未来会是什么样子？
