RFID操作中的一个关键过程是通过天线进行耦合，实现数据的传输。根据电子标签和读写器之间的通信及能量感应方式，RFID系统一般分类为两类，即电感耦合（Inductive Coupling）和电磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系统。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，发射出的电磁波碰到目标之后反射，同时带回目标信息，依据的是电磁波空间传播规律。

电感耦合方式一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统，典型的工作频率有125kHz，225kHz和13．56MHz。利用电感耦合方式的识别系统作用距离一般小于1m，典型的作用距离为10～20cm。

电磁反向散射耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统，典型的工作频率有433MHz，915MHz，2．45GHz和5．8GHz。识别作用距离大于1m，典型的工作距离为4～6m。

电感耦合系统和电磁耦合系统如图2-2所示。

图2-2　电感耦合与电磁耦合

2．1．2．1　电感耦合RFID系统

RFID的电感耦合工作方式对应于ISO/IEC14443协议。电感耦合电子标签以电子数据作为载体，通常由单个微芯片以及用作天线的大面积线圈等组成。系统作用原理如图2-3所示，电感耦合方式的电子标签几乎都是无源工作的，标签中微芯片所需的全部能量由读写器发送的感应电磁能提供。高频强电磁场由读写器的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和线圈的周围空间，使附近的电子标签产生电磁感应。

图2-3　电感耦合型RFID系统

1）能量供应

在图2-3所示的读写器中，Vs为射频信号源，L1和C1构成谐振回路（谐振于Vs的频率），Rs是射频源的内阻，R1是电感线圈L1的损耗电阻。Vs在L1上产生高频电流i，谐振时高频电流i最大，高频电流产生的磁场穿过线圈，并有部分磁力线穿过距离读写器电感线圈L1一定距离的应答器线圈L2。因为所用频率范围（f＜135kHz时，λ＞2 222m，f＝13．56MHz时，λ＝22．1m）内的波长比读写器天线和电子标签天线之间的距离大许多倍（对于电感耦合工作方式的RFID系统，其读写器天线和电子标签天线之间的距离不超过10cm），所以可以将电子标签到天线之间的电磁场作为简单的交变磁场考虑。

穿过电感线圈L2的磁力线通过感应，在L2上产生电压，将其通过VD（二极管）和C0整流滤波后，即可产生电子标签器工作所需的直流电压。电容器C2的选择应使L2和C2构成对工作频率谐振的回路，以使电压V2达到最大值。

两个电感线圈可以看作变压器（变压器耦合），不过它们之间的耦合很弱。读写器和电子标签之间的功率传输效率与工作频率f、电子标签线圈的匝数n、电子标签线圈包围的面积A、两线圈的相对角度以及它们之间的距离是成比例。随着频率的增加，所需的电子标签线圈的电感减小（表现为线圈匝数n的减小，135kHz：100～10 000匝；13．56MHz：3～10匝）。因为电子标签中的感应电压是与频率成比例的，所以在较高频率的情况下，线圈匝数较少对功率传输效率几乎没有影响。

因为电感耦合系统的效率不高，所以只适合于低电流电路。只有功耗极低的只读电子标签（小于135kHz）可用于1m以上的距离。具有写入功能和复杂安全算法的电子标签的功率消耗较大，因而其一般的作用距离为15cm。

2）数据传输

电子标签与读写器的数据传输采用负载调制方法。电感耦合即变压器耦合，作为初级线圈的读写器和作为次级线圈的电子标签之间的耦合。只要线圈之间的距离不超过0．16λ，并且电子标签处于发送天线的近场范围内，则变压器耦合有效。

如果把谐振的电子标签放入读写器天线的交变磁场，那么电子标签就可以从磁场获得能量。从供应读写器天线的电流在读写器内阻上的压降可以测得此附加功率。电子标签天线上负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现了用电阻标签对天线电压进行振幅调制（AM）。而通过数据控制负载电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到读写器。同时，为了在读写器中回收数据，需要对读写器天线上测得的电压进行整流，即对经过振幅调制的信号进行解调。

另外，由于读写器天线和电子标签天线之间的耦合很弱，因此，读写器天线上表示有用信号的电压波动比读写器的输出电压小。在实践中，对于13．56MHz的系统，天线电压（谐振时电压）只能得到大约10mV的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便，所以可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子标签的附加负载电阻以很高的时钟频率fH接通或断开，那么读写器发送频率将产生两条谱线，此时信号就容易检测了，这种调制方式也成为副载波调制。而数据传输是在数据流中通过幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）或相移键控（PSK）调制来完成的。

2．1．2．2　反向散射耦合RFID系统

1）反向散射(www.daowen.com)

雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，并被天线接收（因此发射天线也是接收天线），对接收信号进行放大和处理，即可获得目标的有关信息。

2）反向散射耦合方式

一个目标反射电磁波的频率由反射横截面确定。反射横截面的大小与一系列参数有关，如目标的大小、形状和材料、电磁波的波长和极化方向等。由于目标的反射性能通常随频率的升高而增强，所以RFID反向散射耦合方式采用特高频和超高频，电子标签和读写器的距离大于1m。

图2-4　反向散射耦合型RFID系统

RFID反向散射耦合方式的原理框图如图2-4所示，系统工作分为两个过程。

（1）电子标签接收读写器发射的信号，其中包括已调制载波和未调制载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转换成直流电压，这个电压为电子标签内的芯片供给能量；当载波携带数据或命令时，标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。

（2）电子标签向读写器返回信号。读写器只向标签发送未调制载波，载波能量的一部分被标签转化为直流电压，供给标签工作；另一部分能量被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射，同时将信息传送给读写器。

3）声表面波电子标签

声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件以压电效应和与表面弹性相关的低速传播声波为依据。SAW器件体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较宽，并且可以采用与集成电路工艺相同的平面加工工艺，制造简单，重获得性和设计灵活性高。

声表面波器件具有广泛的应用，如通信设备中的滤波器。在RFID应用中，声表面波电子标签的工作频率目前主要为2．45GHz。

图2-5　声表面波电子标签

对于采用反向散射耦合原理的声表面波射频识别电子标签系统而言，其电子标签内有天线和带有编码的声表面波压电芯片，读写器为一小型雷达。声表面波的基本结构如图2-5所示，长条形压电晶体基片的一个端部布置有指状电极结构（叉指换能器）。基片通常采用石英铌酸锂或钽酸锂等压电材料制作。在压电基片的导电板上附有偶极子天线，其工作频率和读写器的发送频率一致。在电子标签的剩余长度安装反射器，反射器的反射带通常由铝制成。

读写器送出的射频脉冲序列电信号从电子标签的偶极子天线馈送至换能器。换能器将电信号转换为声波，转换的工作原理是利用压电基片在电场作用时的膨胀和收缩效应。电场是由指状电极上的电位差形成的。一个时变输入电信号（即射频信号）引起压电基片振动，并沿其表面产生声波。严格地说，传输的声波有表面波和体波，但主要是表面波，这种表面波纵向通过基片。一部分表面波被分布在基片上的每个反射带反射，而剩余部分到达基片的终端后被吸收。

一部分反向波返回换能器，在那里被转换成射频脉冲序列电信号（即将声波变换为电信号），并被偶极子天线传送至读写器。读写器接收到的脉冲数量与基片上的反射带数量相符，单个脉冲之间的时间间隔与基片上反射带的空间间隔成比例，从而通过反射的空间布局可以表示一个二进制的数字序列。

由于基片上的表面波传播速度缓慢，在读写器的射频脉冲序列电信号发送后，经过约1．5ms的滞后时间，从电子标签返回的第一个响应脉冲才到达。这是表面波电子标签时序方式的重要优点。因为读写器周围环境中的金属表面反射信号以光速返回到读写器天线（例如，与读写器相距100m处的金属表面反射信号，在读写器天线发射之后0．6ms就能返回读写器），所以当电子标签信号返回时，读写器周围的所有金属表面反射都已消失，不会干扰返回的响应信号。

声表面波电子标签的数据存储和数据传输能力取决于基片的尺寸及反射带之间所能实现的最短间隔，实际上，16～32bit的数据传输率大约为500Kbps。

声表面波RFID系统的作用距离主要取决于读写器所能允许的发射功率，在2．45GHz下，作用距离可达到1～2m。

采用偶极子天线的好处是它的辐射能力强，制造工艺简单，成本低，而且能够实现全向性的方向图。微带贴片天线的方向图是定向的，适用于通信方向变化不大的RFID系统，但工艺较为复杂，成本也相对较高。