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习题11-1什么是RFID？RFID系统主要由哪几部分组成？RFID是RadioFrequencyIdentification的首字母缩写，意为射频识别。RFID技术通过射频信号对电子标签自动识别，是物联网技术中的核心和关键技术。典型的RFID系统主要由读写器、电子标签、应用系统软件组成。1-2简述RFID的工作原理。标签进入发射天线的工作区域后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签），读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。1-3简述RFID系统的电感耦合方式和反方向散射耦合方式的原理。在电感耦合方式中，读写器将射频能量束缚在读写器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通读写器线圈与射频标签线圈之间的射频通道，没有向空间辐射电磁能量。而反方向散射耦合方式中，读写器将射频能量以电磁波的形式发送出去，标签线圈与读写器线圈通过射频信号双向通信。习题22-1说明电磁波产生的基本原理。根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场。这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播。2-2什么是天线?对天线性能的要求有哪些？用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。对天线性能的要求：（1）天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。（2）天线应能使电磁波尽可能集中于确定的方向上，或对确定方向的来波最大限度地接受，即天线应具有方向性。（3）天线应能发射或接收具有规定极化特性的电磁波。（4）天线应具有足够宽的工作频带。2-3简述磁场耦合式天线的基本工作原理和主要参数。磁场耦合式天线的基本工作原理是，当交变电流在线圈中流动时，会在线圈周围产生较强的磁场，磁场穿过线圈的横截面和线圈周围空间，可以把读写器与电子标签耦合起来，读写器通过磁场耦合方式与标签实现通信。磁场耦合式天线的主要参数有：线圈的电感L；线圈的面积；线圈天线的Q值等。2-4RFID天线的工作频段有几个？典型的工作频率有哪些？目前RFID天线的工作频率主要分布在4个频段，低频(125KHz)、高频(13.56MHz）、特高频（850MHz～910MFz）和微波（2.45GHz）。典型的工作频率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。2-5RFID天线设计要点主要有哪些？试分别说明。RFID天线结构和环境因素对天线性能有很大影响。天线的结构决定了天线方向图、阻抗特性、驻波比、天线增益、极化方向和工作频段等特性。天线特性也受所附着物体的形状及物理特性的影响。例如，磁场不能穿透金属等导磁材料，金属物附近磁力线形状会发生改变，而且，由于磁场能在金属表面引起涡流，由楞次定律可知,涡流会产生抵抗激励的磁通量,导致金属表面磁通量大大衰减。读写器天线发出的能量被金属吸收，会导致读写距离大大减小。另外，液体对电磁信号有吸收作用，弹性基层会造成标签及天线变形，宽频带信号源（如发动机、水泵、发电机）会产生电磁干扰等，这些都是设计天线时必须细致考虑的要点。2-6简述RFID天线的设计流程。RFID天线的性能指标与天线的微带单元尺寸、基板尺寸、馈电点位置等密切相关，而这些参数又直接由RFID系统的工作频率、基片介电系数、基片厚度、馈电方式决定，因此在选定基片介电系数和基板厚度、馈电方式之后，可使用相关公式，计算出贴片尺寸、馈电点的位置，再使用工具软件计算出馈线的尺寸。得到以上设计参数之后，再在电磁仿真软件HFSS中进行仿真。2-7蚀刻法制作RFID标签天线应注意哪些问题?一般来说，要注意以下几个方面的问题：1)注意减少侧蚀和产生突沿；2)提高线路板之间蚀刻速率的一致性；3)保证线路板表面蚀刻速率的均匀性；4)注意薄铜箔完好；5)注意绿色环保，减少环境污染。2-8冷烫印制作RFID标签天线的主要特点有哪些？RFID冷烫印的主要特点如下：1)印刷速度快；2)方法简单；3)导电率好；4)精细程度高，产品美观。2-9用导电油墨印刷法制作RFID天线有哪些优点？用导电油墨印刷法制作RFID天线，替代传统的压箔法或蚀刻法，是近年来新推出的较好的方法。这种方法具有两个明显的优点，首先，传统的压箔法或蚀刻法制作的金属天线，工艺复杂，成品制作时间长，而应用导电油墨印刷天线则省去了覆箔、印刷抗蚀油墨、蚀刻、去除抗蚀油墨层等众多工序，采用丝网印刷、凹版印刷等直接将导电油墨按照天线设计的图案印刷在基材表面，快速高效，与传统的蚀刻法相比，它不仅可大大缩短生产流程，降低成本，还可减少生产过程对环境的污染，是印刷天线和电路中多快好省的首选方法。其次传统的压箔法或蚀刻法制作的金属天线要消耗浪费金属材料，成本较高，而导电油墨的原材料成本要低于传统的金属天线，这对于降低智能标签的制作成本有很大的意义。习题33-1RFID电子标签主要包括哪些部分?功能有哪些？电子标签一般由耦合元件（天线）及芯片组成。RFID标签最基本的功能有三个。第一，能以某种方式贴附到一个物品上；第二，具有—定的存储容量，可以存储被识别物品的相关信息；第三，能通过某种频率以一定方式实现信息通信，即能由读写器识读其中的内容。3-2RFID电子标签可以分为哪几类？根据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签以及特殊用途的异形标签等。根据标签的供电形式不同可分为有源标签和无源标签。根据标签的数据调制方式不同可分为主动式、被动式和半主动式。根据工作频率的不同可分为低频电子标签、中高频电子标签、特高频电子标签与微波电子标签。3-3RFID电子标签芯片主要由那几个部分组成？它们的功能如何？芯片是电子标签的核心部分，由微处理器、存储器、整流电路（AC/DC）、编解码电路等几个部分组成，它的作用包括标签信息的获取和存取、标签接收信号的处理和标签发射信号的处理。3-4RFID电子标签芯片的主要封装形式有哪几种？信用卡与半信用卡标签、线形标签、盘形标签、自粘标签、片上线圈、钥匙扣形标签、手表形标签等等。习题44-1读写器的硬件包括哪些部分?它们的功能如何？读写器的基本构成包括：控制器、射频模块、发射接收天线、显示模块、输出模块、键盘输入模块、数据存储器、程序存储器、接口电路、供电电源等。控制器：控制器是读写器的控制中心；射频模块：射频模块包括发射部分和接收部分；天线：天线的作用是定向地发送UHF射频能量和调制的载波信号，接收反射的调制载波信号；显示模块：用以显示读写器工作或信息采集的信息；输出模块：其作用是在标签上印刷可视信息；键盘输入模块：其作用是输人控制信号和参数；数据存储器：用来存储接收到的标签信息，需要足够的容量；程序存储器：用来存停控制程序；接口电路：是与上位机通信的接口。4-2U2270B芯片内部由哪些部分构成？画出由U2270B构成的低频读写器框图。U2270B内部由振荡器、天线驱动器、电源供给电路、频率调节电路、低通滤波电路、高通滤波电路、输出控制电路等部分组成。4-3简述TRF7970A芯片的特点。TRF7970A是德州仪器（TI）推出的一款业界功耗最低的适用于近场通信（NFC）的非接触式短距离通信收发器。此TRF7970A收发器适用于基础设备，其电池寿命是竞争产品的两倍，可提供功率范围为1μA~120mA的8个不同的功率模式。该收发器带有可配置的辅助软件，以帮助开发人员更快入手，收发器与软件通过一系列超低功耗MSP微控制器兼容。该收发器支持点对点通信，例如用于医疗设备、移动支付以及卡仿真。它也还具有读写能力，两个晶体振荡频率（13.56MHz或27.12M赫兹）和一个容量为128字节的“先进先出（FIFO）”缓冲器，使之能够处理大量数据的传输。4-4画出基于TRF7970A芯片的读写器系统框图，并对各部分进行简要说明。最小MCU需求取决于应用要求和编码风格。如果只需支持一个ISO协议或者一个协议的有限命令集，则对于MCU闪存和RAM的要求将会大大减少。递归目录和防冲突命令比单槽运行要求更多的RAM。例如，ISO15693（含主机接口）目前的基准固件大约为8kB，使用512BRAM；对于所有支持的协议（具有同样的主机接口），此基准固件接近12kB并且最少使用1kB的RAM。为了实现直接模式0运行需要一个GPIO运行频率能达到13.56MHz的MCU。4-5简述特高频读写器的组成和工作原理。整个读写器的硬件包括基带处理电路、射频发射电路和射频接收电路3个部分。基带处理电路是整个硬件电路的控制中心，负责接收上位机的命令，解析编码后向射频发射电路发送指令，同时，把从射频接收电路接收到的标签返回信息解码后传送给上位机。射频接收和发射电路完成射频信号和基带信号之间的转换。射频接收电路还完成信号的解调和放大。4-6简述读写器的发展趋势。RFID读写器设计与制造向模块化、小型化、便携式、嵌入式方向发展。读写器技术的发展主要体现在以下几个方面。(1)标准化、集成化。读写器射频模块与基带处理模块的标准化、模块化会使得读写器设计更加简单，功能更完善。(2)推出智能化的多天线接口，智能天线相位控制技术，定位跟踪技术。(3)多种通信数据接口，适应不同的应用系统需求，接口之间可以转换。(4)读写器小型化、便携化、嵌入化。(5)多种自动识别技术集成，如条码与RFID集成。(6)更强的防冲撞能力，使得多标签读写更有效、更便捷。(7)采用更多新技术，如智能信道分配技术、扩频技术、码分多址技术等在读写器设计中开始采用上述技术。习题55-1RFID系统面临的攻击手段主要有哪些？1、主动攻击对获得的标签实体，通过物理手段在实验室环境中去除芯片封装，使用微探针获取敏感信号，进而进行目标标签重构的复杂攻击；通过软件，利用微处理器的通用通信接口，通过扫描标签和响应读写器的探询，寻求安全协议、加密算法以及它们实现的弱点，进行删除标签内容或篡改可重写标签内容的攻击；通过干扰广播、阻塞信道或其他手段，产生异常的应用环境，使合法处理器产生故障，进行拒绝服务的攻击等。2、被动攻击通过采用窃听技术，分析微处理器正常工作过程中产生的各种电磁特征，来获得RFID标签和读写器之间或其它RFID通信设备之间的通信数据（由于接收到读写器传来的密码不正确时标签的能耗会上升，功率消耗模式可被加以分析以确定何时标签接收了正确和不正确的密码位）。通过读写器等窃听设备，跟踪商品流通动态等。5-2RFID存在的安全威胁主要有哪几种方式？1、截获RFID标签基础的安全问题就是如何防止对RFID标签信息进行截获和破解，因为RFID标签中的信息是整个应用的核心和媒介，在获取了标签信息之后攻击者就可以对RFID系统进行各种非授权使用。2、破解RFID标签RFID标签是一种集成电路芯片，这意味着用于攻击智能卡产品的方法在RFID标签上也同样可行。破解RFID标签的过程并不复杂。使用40位密钥的产品，通常在一个小时之内就能够完成被破解出来；对于更坚固的加密机制，则可以通过专用的硬件设备进行暴力破解。3、复制RFID标签即使能将加密机制设定得足够强壮，强壮到攻击者无法破解．RFID标签仍然面临着被复制的危险。特别是那些没有保护机制的RFID标签，利用读写器和附有RFID标签的智能卡设备就能够轻而易举的完成标签复制工作。尽管目前篡改RFID标签中的信息还非常困难，至少要受到较多的限制，但是，在大多数情况下，成功的复制标签信息已经足以对RFID系统完成欺骗。5-3简述解决RFID系统安全与隐私问题的方法？1、物理方法Kill标签法：电子标签接收到Kill命令后停止工作，它所有的功能都将被永久关闭并无法被再次激活，从此不能接收或传送数据。法拉第网罩：法拉第网罩是一个由传导材料构成的容器，这个容器可以屏蔽掉无线电信号。对射频信号进行有源干扰：主动发出无线电干扰的设备可以使附近RFID系统的读写器无法正常