《電子技術應用》
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淺析RFID的前世今生

2020-04-05
來源:RFID世界網
關鍵詞: 通信 AI 物聯網 RFID技術

    當今,隨著通信AI、識別等技術的不斷發展,人們進一步認識和了解了物聯網,并且對物聯網充滿了期待。RFID技術作為物聯網環節的一部分,它可以對物體信息進行無線檢測、采集和處理等等,在物聯網領域具有較大的地位。

    

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    RFID系統使用電子標簽來標記物品,標簽中包含芯片和天線,再通過RFID讀寫器來實現數據的收發與處理。目前,RFID已經在物流、零售、制造、交通、醫療、圖書等各行各業中得到廣泛應用,并仍在不斷開拓新的疆域。

    RFID的應用發展史

    RFID這一技術最早可以追溯到20世紀40年代,它源自對雷達技術的改進和應用,當時還只是局限在軍事領域。在二戰時期,英國空軍率先在飛機上使用了這一技術,主要用于分辨敵方飛機與自方飛機。一直發展到今天,RFID仍被廣泛應用在商業航空領域。

    1948年,哈里·斯托克曼在IEEE的前身——無線電工程師協會(IRE)的論文集上發表了“利用反射功率的通訊”一文,正是這篇論文奠定了RFID技術的理論基礎。

    20世紀60年代,科研人員開始針對RFID開發新應用,商品電子監視器便是在這一時期發明出來的,它是RFID技術實現的第一個商業應用系統。

    到了20世紀90年代,RFID逐漸獲得一些企業內部的采用。也是在這一時期,RFID技術在美國的公路自動收費系統中得到廣泛應用。1991年,美國俄克拉荷馬州出現了世界上第一個開放式公路自動收費系統,使得交通擁堵問題得到明顯緩解。1999年,美國麻省理工學院(MIT)首次提出“物聯網”這一概念,其構想的關鍵思路便是給所有物品提供一個電子編碼,進而實現對所有物體的唯一標識。

    2003年,全球知名超市零售巨頭沃爾瑪宣布于2005年開始使用基于RFID技術的EPC系統,隨后聯合利華、寶潔、卡夫、可口可樂、吉列、強生等跨國巨頭紛紛選擇跟進,RFID電子標簽開始大量出現在貨箱上。作為全球最大的連鎖超市,沃爾瑪的這一決定極大地推動了RFID技術的市場普及。

    進入21世紀后,RFID終于進入了快速增長期。隨著應用面的不斷拓展,RFID的標準化問題受到了空前重視,各種新型產品形態不斷涌現。同時,由于電子標簽的成本不斷降低,RFID開始進入各行各業,并從企業內部走向大眾的日常生活場景。

    (1)低頻(LF)

    其中,低頻RFID所使用的頻率一般為125KHz-134KHz,波長約為2500m。這一頻段采用電感耦合的方式來工作,即讀寫器線圈和感應器線圈間存在的變壓器耦合作用。相較于其他頻段類型,低頻RFID具有穿透性好、傳輸距離近、容量小、單目標讀取等特性。受低頻特性與成本等因素的影響,常見的應用場景有畜牧業管理、動物標識、汽車防盜、自動停車場收費、門禁等等。

    (2)高頻(HF)

    高頻RFID的工作頻率一般為 13.56MHz ,該頻率的波長大約為 22m,也是通過電感耦合的方式進行能量供應和數據傳輸。高頻RFID可以同時實現多目標讀取,該頻段在全球實現了標準統一。在高頻RFID中最常見的應用便是大眾熟知的智能卡,包括第二代身份證也是使用這一頻段。此外,高頻RFID在圖書管理、瓦斯鋼瓶管理、物流等場景中應用非常普遍。

    (3)超高頻(UHF)

    超高頻RFID常用的頻率有433MHz、868-950MHz。通過電磁耦合的方式進行能量和信息的傳輸。這一頻段RFID的讀取距離較遠,需要通過天線布置配合來定制讀寫區域。目前,UHF RFID的標準化與產業鏈發展迅猛,已經成為RFID體量最大的市場,在鞋服、物流、零售交通、醫療等領域有著廣泛的應用。

    (4)微波

    微波RFID系統頻段在1GHz以上,常用的有2.45GHz與5.8GHz頻段,一般采用電磁反向散射方式進行工作,電子標簽通常采用有源供電方式,工作原理與藍牙、WIFI類似,需要一個基站發射與接收信號,然后識別標簽的信息,RFID標簽就是一個帶身份識別的節點。微波RFID對環境的敏感性很高,一般應用于行李追蹤、移動車輛識別、集裝箱管理、供應鏈管理等領域。

    (1)有源電子標簽

    其中,有源電子標簽通過外接電源供電,能主動向讀寫器發送信號,傳輸距離更遠、速率更高,通常在微波頻段使用,超高頻頻段亦有少量應用。目前,有源電子標簽的應用并不多,主要場景有用RFID進行定位、以及早交通、高速公路上對車輛進行識別等等。

    (2)無源電子標簽

    無源電子標簽通過讀寫器讀取天線發出的無線電磁波,再在標簽內部產生信號傳輸,有著體積小、讀取距離近、穩定性高等特點,通常在低頻RFID和高頻RFID系統中使用,超高頻RFID系統中也有部分應用。無源電子標簽日常中最常見的應用是各類智能卡,包括第二代身份證。

    (3)半有源電子標簽

    半有源電子標簽通常處于休眠狀態,當標簽進入讀寫器識別范圍便會被激活而進入工作狀態。半有源RFID系統工作時,需要在不同位置安置多個讀寫器用于激活半有源RFID標簽,適合在既有定位需求,又有信息采集與傳輸需求的頻率信號大范圍覆蓋的場合中使用。

    (1)電子標簽企業重生產

    RFID電子標簽的市場需求量極大,并一直保持著快速增長的態勢。近年來,尤其UHF標簽的標準化程度越來越高。因此,為了滿足龐大的市場需求,電子標簽廠商們更注重的是生產環節。

    (2)讀寫設備定制化

    相較于電子標簽產品,讀寫設備的數量要少許多。根據應用場景的不同,讀寫設備的定制化現象十分普遍。因此,讀寫設備的產業鏈表現出明顯的方案化特征。

    (3)標簽+讀寫設備+應用軟件的集成方案玩家越來越多

    在RFID產業鏈中,提供標簽+讀寫設備+應用軟件的集成方案玩家越來越多,這主要是由市場環境造成的。主要體現在兩個方面,第一個方面是做單品的玩家越來越多,在激烈的市場競爭下,行業的利潤變薄,企業需要豐富自身產品線,以此保障經營利潤。第二個方面在于物聯網客戶需求的轉變,它們需要技術供應商提供更完整的方案。

    根據相關市場統計數據,國內RFID市場規模在2015年首次突破500億元大關,經過短短四年便又實現翻番,2019年的市場規模已經約為1100億元。如今,RFID已經在國內金融支付、物流、零售、制造業、服裝業、醫療、身份識別、防偽、資產管理、交通、食品、動物識別、圖書館、汽車、航空、軍事等領域得到廣泛應用。

    (1)超高頻RFID與微波RFID有望迎來新的發展機遇

    隨著新零售和傳統服裝零售的大規模應用,超高頻RFID的需求隨之上升。為應對日益增長的市場需求,政府相關部門出臺了物聯網“十三五”規劃,指出未來將重點發展超高頻和微波RFID,超高頻RFID與微波RFID有望迎來新的發展機遇。

    超高頻RFID雖然得到了政府的大力支持,但我國在超高頻領域仍面臨著不小挑戰。雖然國內從事RFID的企業并不在少數,但真正觸及RFID超高頻核心技術開發的企業卻寥寥無幾,這也是國內RFID產業鏈里相對薄弱的環節。

    (2)“RFID+”蘊藏巨大市場潛力

    未來,RFID技術將與其他物聯網技術相結合,包括傳感器、紅外、生物識別、超聲波等。通過與這些技術結合不僅能取長補短,更能幫助RFID開辟出新的應用市場。

    (3)電子標簽體積更小、價格更低

    隨著標簽和芯片技術的更新升級,電子標簽會向體積更小、更精細的方向發展,其價格也會進一步降低,這將促使RFID的應用市場變得更大。

    (4)個性化定制需求致行業市場細分化

    RFID個性需求日益凸顯,行業定制化愈加普遍。RFID企業正在積極尋求開拓新的應用市場,面對不同的RFID用戶群,由于需求、行業、經營規模等屬性不同,導致RFID方案差異性較大。因此,行業化、細分化將是未來RFID產業的一大發展趨勢。

    面對不斷臨近的物聯網時代,RFID的市場前景無疑是明朗的。就國內RFID產業而言,重點應該放在補齊短板上來,針對關鍵技術進行攻關突破,這樣才能從根本上提升自身競爭力,進而把握住發展契機。未來,隨著RFID應用成本的降低與技術的發展成熟,RFID將會像日用品一樣出現在我們身邊,我們的每一件衣服、每一個包裹、每一個商品都會有一個RFID標簽。

    

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