RFID是一种易于操控、简单实用且特别适用于自动化控制的应用技术，其基本原理是利用射频信号耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

1.与RFID相关的电磁场理论

了解电磁传播规律有助于更好地理解和应用射频识别系统。

1.1 天线场的概念

射频标签和读写器通过各自的天线构建起两者之间的非接触信息传输通道，这种空间信息传输通道的性能完全由天线周围的场区特性决定，是电磁传播的基本规律。

射频信号加载到天线之后，在紧邻天线的空间中，除了辐射场之外，还有一个非辐射场。该场与距离的高次幂成反比，随着离开天线的距离增大迅速减小。在这个区域，由于电抗场占优势，因而将此区域称为电抗近场区，它的外界约为一个波长。超过电抗近场区就到了辐射场区，按照与天线距离的远近，又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。

通常，可以根据观测点与天线的距离将天线周围的场划分为三个区域。    

 1）无功近场区。又称为电抗近场区，是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。在该区域中，电抗性储能场占支配地位，该区域的界限通常取为距天线口径表面λ/2π处。从物理概念上讲，无功近场区是一个储能场，其中的电场与磁场的转换类似于变压器中的电场、磁场之间的转换。

2）辐射近场区。超过电抗近场区就到了辐射场区，辐射场区的电磁场已经脱离了天线的束缚，并作为电磁波进入空间。按照与天线距离的远近，又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。在辐射近场区中，辐射场占优势，并且辐射场的角度分布与距离天线口径的距离有关。对于通常的天线，此区域也称为菲涅尔区。

3）辐射远场区。辐射远场区即通常所说的远场区，又称为夫朗荷费区。在该区域中，辐射场的角分布与距离无关。严格地讲，只有离天线无穷远处才能到达天线的远场区。

1.2 天线的方向性图

天线的方向性图是指该辐射区域中辐射场的角度分布，因而远场区是天线辐射场区中最重要的一个。公认的辐射近场区与远场区的分界距离R为

式中，D为天线直径，λ为天线波长，D>>λ

对于天线而言，当天线的最大尺寸L小于波长时，天线周围只存在无功近场区与辐射远场区，没有辐射近场区。无功近场区的外界约为λ/2π，超过了这个距离，辐射场就占主要优势。通常将满足的天线称为小天线。

2.能量耦合和数据传输

2.1 耦合类型

根据射频识别系统作用距离的远近情况，标签天线与读写器天线之间的耦合可以分为三类：密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统。

1）密耦合系统

密耦合系统，又称紧密耦合系统，是具有很小作用距离的射频识别系统，其典型作用距离范围为0～1cm。密耦合系统是利用射频标签与读写器天线的无功近场区之间的电感耦合（闭合磁路）构成的无接触空间信息传输射频通道进行工作的。密耦合系统的工作频率一般局限于30MHz以下的频率。

2）遥耦合系统   

遥耦合系统的典型作用距离可以达1m，所有遥耦合系统在读写器与标签之间都是电感（磁）耦合，遥耦合系统的发送频率通常使用135KHz以下的频率，或使用6.75MHz、13.56MHz以及27.125MHz频率。遥耦合系统又可细分为近耦合系统（典型的作用距离为15cm）与疏耦合系统（典型的作用距离为1m）。

3）远距离系统

远距离系统的典型作用距离为1～10m，个别系统具有更远的作用距离。所有的远距离系统均是利用标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁场耦合（电磁波的发射与反射，也称之为反向散射耦合）所构成的无接触空间信息传输通道进行工作的。远距离系统的典型工作频率为915MHz（这在欧洲是不允许的）、2.45GHz和5.8GHz，此外，还有一些其他频率，如433MHZ等。

2.2 数据传输原理

射频识别系统一般包括读写器、标签和天线等部分，读写器和标签之间的通信通过电磁波实现，按照通信距离可分为远场和近场。读写器和标签之间数据交换方式也相应地称为负载调制和反向散射调制。

1）负载调制。近距离低频射频识别系统是通过准静态场的耦合实现的。在这种情况下，读写器和标签之间的天线能量交换方式类似于变压器结构，称为负载调制。这种调制方式在125kHz和13.56MHz射频识别系统中得到了广泛的应用。

2）反向散射调制。在典型的远场，如915MHz和2.4GHz射频识别系统中，读写器和标签之间的距离为几米，而载波波长仅有几到几十厘米。读写器和射频标签之间的能量传递方式为反向散射调制。反向散射调制技术是指无源RFID射频标签将数据发送回读写器所采用的通信方式。射频标签返回数据的方式是控制天线的阻抗，控制射频标签天线阻抗的方法有许多种，都是基于一种称为“阻抗开关”的方法。实际采用的几种阻抗开关有变容二极管、逻辑门、高速开关等。

2.3 反向散射调制的能量传递

电磁波从天线向周围空间发射，会遇到不同的目标。到达目标的电磁能量一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终返回发射天线。在雷达技术中，用这种反射测量目标的距离和方位。

1）读写器到射频标签的能量传输

    在距离读写器R的射频标签处的功率密度为

在射频标签和发射天线最佳对准和正确极化时，射频标签可吸收的最大功率与入射波的功率密度S成正比，可表示为 

2）射频标签到读写器的能量传输

射频标签返回的能量与其雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）成正比，它是目标反射电磁波能力的测度指标。散射截面取决于一系列的参数，如目标的大小、形状、材料、表面结构、波长和极化方向等。射频标签返回的能量为

因而返回读写器的功率密度为

接收天线的有效面积为

接收功率为