使用頻譜分析儀測量二代身份證（RFID）讀卡器

1. 關(guān)于RFID

RFID是射頻識別（Radio Frequency Identification）的英文縮寫，它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可識別高速運動物體并能同時識別多個標簽。

最基本的RFID系統(tǒng)由閱讀器(Reader)、電子標簽(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Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時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實現(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別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13．56MHz。識別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20cra。

(2) 電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，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、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2．45GHz，5．8GHz。識別作用距離大于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。閱讀器和標簽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(yīng)答器提供能量和時序。在實際應(yīng)用中，可進一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。

2. 連接范例

范例使用山東神思電子的通用二代居民驗證機具，需要測量該讀卡器的工作頻點和發(fā)射功率。由于該讀卡器工作時不間斷向空間發(fā)射RF，因此只要使用頻譜儀和普通RF天線即可直接測量讀卡器的信號。為了避免空間雜訊的影響，可使用環(huán)形近場天線。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)成一套簡單易行的RFID讀卡器測試系統(tǒng)。

圖1

圖2

3. 信號的捕獲和測量

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

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

圖3

圖4

當將二代卡片（Tag）放置在讀卡器感應(yīng)區(qū)，Tag感應(yīng)到讀卡器RF發(fā)射信號的電磁場，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量向讀卡器返回存儲在芯片中的信息，返回信號是一個載波13.56MHz的雙邊帶調(diào)制信號。讀卡器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(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Tag的返回信號進行量測。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（30KHz），Trace A峰值保持。捕獲到的Tag返回信號如圖3綠色曲線所示，兩個邊帶的頻率分別為12.7MHz和14.4MHz。

4. 結(jié)語

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

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/快運包裹處理、商用POS機、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制/電子門票、道路自動收費等，因此該套測試解決方案的應(yīng)用前景也是非常可觀的。