RFID的射频频谱与电磁信号传输

电磁波是由同相振荡且相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递能量和动量。

将各种无线信号调制到不同频率的载波信号中传输、

变化电场可以通过电压或电流的时间函数来描述其变化方式
V(t) = v0cos(wt)

能量大小用功率表示，按照正弦规律变化的电场，可以用微积分计算一个周期的电流能量，再除以时间
P = I.V = V²/R
Pav = V0²/2R

信号处理问题中，相对变化更值得关注。用分贝(dB)代替瓦特（W）
dB = 10lgP2/P1
dBm = 30 + 10lgP
分贝是相对的，描述具体功率时需要加入参考功率，常用的是1毫瓦特(mW)，此处分贝大小为dBm

等幅波（Continuous Wave,CW）:
一个简单的，频率、相位、振幅不发生变化的周期正弦信号

它无法携带信息，需要在这样的周期信号上进行调制：m(t)含有基带信息，余弦为载波。

当m(t)也是正余弦信号时
V(t) = cos(wmt).cos(wct)(wm<<wc)
=1/2{soc[(wc+wm)t]+cos[wc-wm]t}
将正弦调制信号分为两个信号，称为边带，一个频率高于载波，一个频率低于载波。

阅读器信号的调制与复用
对RFID阅读器信号的调制一般执行的是数位调变（Digitally Modulated）。
通断键控（on-off keying,OOK）,对“1”保持高功率，“0”保持低功率。
对于某个实际的二进制串将会转化为一段功率或高或低的电磁波

OOK对于RFID被动标签，数据位是0时，能量低，无法激活标签，导致工作不正常。
处理方法：
在调制之前对二进制数串进行编码。
脉冲间隔编码（PIE）：
“1”：输出是长时间的高功率跟随短暂的低功率
“0”：输出短暂高功率跟随短暂低功率

方向散射机制与标签编码
任何物体在接收到某个电磁波之后会同样传输这样一串电磁波
接收器调制后辐射的电磁波能返回到传输器的天线中，并产生能被识别的信号，叫做反向散射信号。

接收器在某一时刻接受到的反射信号向量是空间中各种信号的矢量叠加。
叠加导致了不确定性，如果想利用反向散射机制，就必须设置某种编码使得接收器能根据这些变化识别信号，而不关心信号的相位或振幅

标签编码方式都是基于特定的时间间隔内对标签变化进行计数，或基于标签状态变化频率。

属于频移键控（FSK）的变种
“1”可能是1ms内标签状态的100次转变
“0”可能是1ms内标签状态的50次转变

阅读器->发送二进制数据->编码->调制->天线传输->数据传输/反向散射机制->接收天线->解调->解码->标签

标签->发送二进制数据->编码->调制->天线传输->数据传输/反向散射机制->接收天线->解调->解码->阅读器

大多RFID设备工作在ISM频段
最大传输能量不能超过1W
阅读器的功率往往被限定在某个安全范围

路径损耗：在传输过程中，传输器实际发送的能量和接收器实际接受到的能量之间的差异。
假设天线传输是各向同性，即天线向各个方向均匀辐射能量。
发射能量均匀分布在球面上，标签获得天线有效覆盖区域的能量

标签实际接受到的能量，和区域内穿过标签的天线能量密度成正比。
这个区域被称为标签天线的有效孔径Ae:实际通过标签天线的电磁波面积

对有效孔径是Ae的天线而言，接受能量密度为ρ的平面波，接受能量为Pt = ρAe

在各向同性天线的实例中，距离r处的能量密度是传输能量PTX和球面的比值，在标签处接收到的能量PRX为：
PRX = PTXAe/4πr²

在标签读取阶段，标签需要10~30uW的能量来激活电路。
而且能量利用率只有30%，所以标签要获取30~100uW的能量。由于阅读器提供的最大能量是1W（dBm = 30 + 10lgP）30dBm,芯片这里设置的阈值为100uW = 30+10lg1x10-4，也就是-10dBm，所以路径损耗的最大值是40dBm

绘制了一条起点在（1m,-1.5dBm），斜率为-20dB/10m的直线来表示前向链路的衰减模式。

由于阅读器识别所需能量对不同标签表现不同，假设较为合理的阈值-75dBm。

天线增益：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点出所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。

极化：指事物在一定条件下发生两极分化，使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。

对于输出为1W的RFID阅读器，在全向天线的作用下，只能传输2~3m的距离，在标签分布在阅读器四周的应用中比较有利。
现实场景中，阅读器会被安排在某个区域的边缘，而标签则被大量放置在该区域中心附近，并且标签构成的区域只在阅读器能够辐射到的某个角度区域内。

将能量集中于一处进行辐射的天线，叫做定向天线。
对于RFID应用场景，定向天线充分地利用这些传输能量，使得能量利用率最大化，而减少不必要区域的扫描能量浪费。

某个方向d上的辐射强度和平均到各个方向上的辐射强度的比例称为该方向上天线的定向增益。该方向上的辐射效率也就是该天线的功率增益，也叫作房贷系数G

对于定向天线而言，如需更高的功率增益，信号辐射的范围也就相对越窄

并非所有的天线都能够拥有很好的方向性，其中一种方向性不特别显著的天线就是偶极天线。
偶极天线并不向轴线辐射信号，而是均匀地向和轴线垂直的各个方向辐射。

相对偶极天线的增益，比相对全向天线的增益要小2.2dB

通过天线的增益和传输能量，可以计算出利用全向天线，来达到定向天线所指向方向的最大增益效果时所需要的输入能量，这个能量称为有效全向辐射功率（EIRP）
EIRP = PTX(dBm)+GTX(dBi)
EIRP常被明确或含蓄地用来规定无线操作上的能量限制。

PRX = PTXGTXGRX(/)

波的震动方向和传播方向垂直的波称为横波

场的方向决定其极化方向

极化方向始终固定的极化方式也被称为线性极化

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