射頻(RF)是Radio 頻率的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz~30GHz 之間。射頻簡稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于1000 次的交流電稱為低頻電流,大于10000 次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。
根據電力學的理論,在電流通過導體的情況下,因而在導體的周圍形成了一定的磁場,若有關導體通過了交變電流, 導體的周圍也會形成了交變電磁場,電磁波頻率低于100kHz時,電磁波會被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁頻率超過100kHz,電磁波可以在空氣中傳播,并經大氣層外緣的電離層反射,形成遠距離傳輸能力。
射頻的使用大約可以追溯到18世紀末和19世紀初。從1864年詹姆斯·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)在倫敦皇家自然知識促進學會首次發表的一篇文章中,提出了電場和磁場能量可通過空間發射和接收開始,到 2006年的6月11日在舊金山莫斯科恩中心召開了迄今為止世界上最大規模的微波工程師集會,2006年度國際微波會議(International MicrowaveSymposium)。射頻技術已經經過了近兩個世紀的發展。
歷史
射頻技術的歷史可以追溯到19世紀末,1864年,詹姆斯·麥克斯韋(1831~1879)在倫敦皇家自然知識促進學會首次發表的一篇文章中,就已經提出了電場和磁場能量可通過空間發射和接收的介紹,早期的射頻技術主要集中在無線電通信方面,最著名的是無線電傳輸的發明者伽利爾摩·馬可尼(Guglielmo Marconi),于1896年完成了第一次長距離無線電傳輸實驗。
20世紀80年代開始,第一代移動通信射頻技術投入使用,主要以頻分多址(FDMA:FrequencyDivision Multiple Access)技術為基礎。
到了20世紀90年代,開始興起的RFID射頻識別技術,是一種自動識別技術、RFID技術是利用射頻方式進行非接觸雙向通信,以達到識別目的并交換數據。它與同期或早期的接觸式識別技術不同,RFID系統的非接觸式IC卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別,該技術在防偽,防盜、自動化產線等各個領域開始被廣泛應用。
到了21世紀初,射頻開始應用于面部年輕化領域,2000年11月,美國FDA 批準單極射頻在美容整形醫學中的利用電磁能量用于生物治療。
基本原理
射頻技術的工作原理基于電磁波的傳播和接收。射頻信號可以通過天線向周圍空間輻射電磁波,或者由天線感應接收到周圍空間內的電磁波,完成無線電通信和傳輸。
射頻信號通過調制后,由發射天線向周圍空間發送電磁波,用于數據傳輸和通信,經過電磁波的遠距離傳播,射頻信號達到相應的接收器,通過感應電磁波,射頻信號被接收器接收,在特定的接收處理電路模塊中解調,還原出原始的信息數據,接收到射頻信號后,需要對信號進行放大、濾波、混頻和解調等處理,最后完成數據的采集和處理。
RFID射頻識別技術
組成
最基本的RFID系統由三部分組成:
1)標簽(Tag,即非接觸式IC卡):由耦合元件及芯片組成,標簽含有內置天線,用于和射頻天線間進行通信。
2)閱讀器:讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設備。
3)天線:在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
RFID基本工作原理
閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號,當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流,射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置發送天線發送出去;系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號,經天線調節器傳送到閱讀器,閱讀器對接收的信號進行解調和解碼,然后送到后臺主系統進行相關處理;主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性,針對不同的設定做出相應的處理和控制,發出指令。
RFID射頻卡的標準
目前,常用的RFID國際標準主要有用于對動物識別的IS011784和IS011785,用于非接觸IC卡的ISO10536(Close coupled cards)、ISO15693(Vicinity cards)、ISO14443(Proximitycards),和用于集裝箱識別的IS010374等。
RFID射頻卡的分類
1)按供電方式分為有源卡和無源卡。有源是指卡內有電池提供電源,其作用距離較遠,但壽命有限、體積較大、成本高,且不適合在惡劣環境下工作;無源卡內無電池,它利用波束供電技術將接收到的射頻能量轉化為DC電源為卡內電路供電,其作用距離相對有源卡短,但壽命長且對工作環境要求不高。
2)按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125 kHz和134.2 kHz兩種,中頻射頻卡頻率主要為13.56 MHz,高頻射頻卡主要為433 MHz、915 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz等。低頻系統主要用于短距離、低成本的應用,如多數的門禁控制、校園卡、動物監管、貨物跟蹤等;中頻系統用于門禁控制和需傳送大量數據的應用系統;高頻系統應用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合,其天線波束方向較窄且價格較高,在火車監控、高速公路收費等系統中應用。
3)按調制方式的不同可分為主動式和被動式。主動式非接觸式IC卡用自身的射頻能量主動地發送數據給讀寫器;被動式射頻卡使用調制散射方式發射數據,它必須利用讀寫器的載波來調制自己的信號,該類技術適合用在門禁或交通應用中,因為讀寫器可以確保只激活一定范圍之內的射頻卡。在有障礙物的情況下,用調制散射方式,讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動方式的射頻卡發射的信號僅穿過障礙物一次,因此主動方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應用中,距離更遠(可達30m)。
4)根據電子標簽的不同可分為可讀寫卡(RW)、一次寫入多次讀出卡(WORM)和只讀卡(RO)。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴,如電話卡、信用卡等;WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡,寫入后數據不能改變,比RW卡要便宜;RO卡存有一個唯一的號碼,不能逐改,保證了安全性。
分類
按照頻率范圍
根據下表IEEE無線電頻譜,射頻在整個工作頻段(300KHz~30GHz)內可以分成低頻極高頻眾多頻段,各個頻段的使用場景也各有不同。
按照信號特征
其他應用
通信
現階段,我國移動通信常用的頻段主要有:GSM系統占用的900/1800/1900(MHz)頻段;近兩年的GSM1X雙模占用的900/1800(MHz)頻段;CDMA 系統占用的 CDMA1X,800(MHz)頻段;3G占用的900/1800/1900/2100(MHz)頻段等。
無線通信電路按功能可分為三部分:
(1)射頻電路(Radio 頻率):此部分屬于射頻前端,主要負責接收/發送射頻信號,為純粹的模擬電路設計。
(2)中頻電路(IF):包括鎖相回路(PLL)頻率合成器(Synthesizer)等組件,主要負責二次升/降頻與調制/解調功能。
(3)基頻電路(Baseband):主要負責A/D、D/A信號處理等數字功能。
高集成度、低功耗、易用性好的RF 芯片有助于節省更多的系統資源,如電流、PCB 面積等。
過去在 RF芯片制造工藝領域比較流行的是BiCMOS ( Complementary Metal OxideSemiconductor)工藝,它對芯片設計技術的要求較低,被業界廣泛采用,即使是國外比較知名的電路廠商其TD產品也是采用了 BiCMOS 工藝但是,近年來,無線通信行業不斷發展,終端產品競爭日趨激烈,成本降低是企業追求利潤的利器,CMOS 工藝的優勢開始凸現:該工藝具有功耗低、光刻尺寸按比例縮小能力強芯片上可同時制作模擬和數字電路、集成度高、設計和工藝技術成熟等特點??梢哉f在無線終端產品中,只有用CMOS技術制造 RF電路,才能實現單片集成RF前端的低成本和小型化收發器,從而便于終端產品向更加輕薄的方向發展。
醫療
利用RFID射頻識別技術進行藥物追蹤,醫療垃圾跟蹤,傳染病接觸史追蹤,醫療監護等作用還可以利用射頻消融技術進行心臟、肝臟、肺部等手術。
發展前景
射頻技術是未來科技的重要方向之一,未來發展前景非常廣闊。
參考資料 >