使用頻譜分析儀測(cè)量二代身份證（RFID）讀卡器

1. 關(guān)于RFID

RFID是射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification）的英文縮寫，它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并能同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。

最基本的RFID系統(tǒng)由閱讀器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)亦即應(yīng)答器(Transponder) 和天線(Antenna)三部分組成。其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder, 用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。發(fā)生在Reader和Transponder之間的射頻信號(hào)的耦合類型有兩種。

(1)電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13．56MHz。識(shí)別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20cra。

(2) 電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2．45GHz，5．8GHz。識(shí)別作用距離大于1m，典型作用距離為3—l0m。

閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和標(biāo)簽之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。

2. 連接范例

范例使用山東神思電子的通用二代居民驗(yàn)證機(jī)具，需要測(cè)量該讀卡器的工作頻點(diǎn)和發(fā)射功率。由于該讀卡器工作時(shí)不間斷向空間發(fā)射RF，因此只要使用頻譜儀和普通RF天線即可直接測(cè)量讀卡器的信號(hào)。為了避免空間雜訊的影響，可使用環(huán)形近場(chǎng)天線。將環(huán)形天線連接到頻譜儀RF輸入端（如圖1），再將環(huán)形天線接收斷靠近讀卡器感應(yīng)區(qū)（如圖2），這樣就構(gòu)成一套簡(jiǎn)單易行的RFID讀卡器測(cè)試系統(tǒng)。

圖1

圖2

3. 信號(hào)的捕獲和測(cè)量

設(shè)置GSP-830中心測(cè)量頻率為13.56MHz，Span 5MHz，參考電平20dBm，RBW自動(dòng)（30KHz），游標(biāo)1打開，Trace B實(shí)時(shí)更新，限制線關(guān)閉。

當(dāng)讀卡器上不放置二代卡片（讀卡器不讀卡）時(shí)，讀卡器持續(xù)向空間發(fā)射13.56MHz，功率15dBm的RF信號(hào)，如圖3紅色曲線所示。該RF信號(hào)也可用示波器觀察到，如圖4所示。

圖3

圖4

當(dāng)將二代卡片（Tag）放置在讀卡器感應(yīng)區(qū)，Tag感應(yīng)到讀卡器RF發(fā)射信號(hào)的電磁場(chǎng)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量向讀卡器返回存儲(chǔ)在芯片中的信息，返回信號(hào)是一個(gè)載波13.56MHz的雙邊帶調(diào)制信號(hào)。讀卡器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，讀取速度為每秒一次。

GSP-830頻譜儀同樣可以對(duì)Tag的返回信號(hào)進(jìn)行量測(cè)。天線耦合方法如圖1和圖2所示。并設(shè)置頻譜儀中心頻率為13.56MHz，Span 5MHz，參考電平20dBm，RBW自動(dòng)（30KHz），Trace A峰值保持。捕獲到的Tag返回信號(hào)如圖3綠色曲線所示，兩個(gè)邊帶的頻率分別為12.7MHz和14.4MHz。

4. 結(jié)語

以上使用固緯頻譜儀檢測(cè)RFID讀卡器的應(yīng)用實(shí)例也是一種通用檢測(cè)方案，可廣泛應(yīng)用在RFID讀卡器和主動(dòng)式電子標(biāo)簽研發(fā)過程中的調(diào)試、產(chǎn)線的檢驗(yàn)等多個(gè)方面。

由于RFID本身有著十分寬廣的使用領(lǐng)域，如物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運(yùn)包裹處理、商用POS機(jī)、文檔追蹤/圖書館管理、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、門禁控制/電子門票、道路自動(dòng)收費(fèi)等，因此該套測(cè)試解決方案的應(yīng)用前景也是非常可觀的。