射頻識別技術涉及的學科很多，不過，因為是依靠磁場和輻射場進行傳輸，所以該技術主要是基于物理學原理而出現(xiàn)的。談到射頻識別用到的核心技術，就不能不提到天線場、能量耦合和數(shù)據(jù)傳輸。

　　天線場

　　眾所周知，應用射頻識別技術的物件是通過射頻標簽（電子標簽）和讀寫器相連的，而它們之間的連接介質就是天線。也就是說，天線構建了兩者的空間信息傳輸通道。只不過，這個天線是一個“場”，并不是傳統(tǒng)意義上肉眼可見的天線。射頻信號通過標簽加載到天線上之后，就會在緊鄰天線的周圍形成一個輻射場和一個非輻射場。隨著信號離開天線的距離增大，輻射逐漸減小，在這個區(qū)域，電抗的力量占據(jù)優(yōu)勢，我們把這個小范圍叫做電抗近場區(qū)。經(jīng)過大約一個波長的距離，就到了輻射場區(qū)，輻射場區(qū)按照離開天線距離的遠近又分為輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)。所以，根據(jù)射頻信號距離天線遠近的不同，信號所經(jīng)過的場所呈現(xiàn)出來的屬性也不一樣，按距離劃分，天線場主要有三個。

　　（1）電抗近場區(qū)。它緊鄰天線口徑，距離天線口徑表面處（λ為天線波長）。從物理學的角度來說，電抗近場區(qū)是一個儲存能量的區(qū)域，里面磁場和電場的轉換類似于變壓器的內部轉換原理，另外，該區(qū)域周圍的金屬物體也能以電容和電感耦合的方式影響該區(qū)域。該區(qū)域中的磁場和電場由于只是完成了轉換，并沒有做功，所以又叫無功近場區(qū)。下面是無功近場區(qū)口徑表面的直觀圖。

　　（2）輻射近場區(qū)。信號通過電抗近場區(qū)之后就到了輻射場區(qū)，該區(qū)域的電磁場幾乎脫離了天線的影響，并成為電磁波進入了另一空間，相對于輻射遠場區(qū)而言，輻射近場區(qū)離天線較近，輻射的強度大。

　　（3）輻射遠場區(qū)。又稱為“夫郎荷費區(qū)”，在該區(qū)域內，輻射場的角分布已經(jīng)與信號離天線的距離沒有關系了。根據(jù)官方的定義，輻射近場區(qū)和遠場區(qū)的分界距離R的計算公式為：R=2D^2/λ，其中，D為天線直徑。

　　對于天線而言，當天線的最大尺寸小于波長的時候，天線周圍只存在無功近場區(qū)和輻射遠場區(qū)沒有輻射近場區(qū)。對于信息傳輸而言，輻射遠場區(qū)的意義要遠大于輻射近場區(qū)。

　　能量耦合

　　討論這個物理學原理之前，我們先要知道“耦合”的含義。對此，官方定義為：“兩個或兩個以上的電路元件或電網(wǎng)絡的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側向另一側傳輸能量的現(xiàn)象。概括地說，耦合就是指兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的一個量度。”

　　顯而易見，在射頻識別系統(tǒng)中，射頻標簽和讀寫器之間就是一個耦合，它們相互依賴，而且要通過一定的距離傳輸能量。按照射頻識別系統(tǒng)傳輸距離的遠近，射頻標簽的天線和讀寫器天線之間的耦合可以分為密耦合系統(tǒng)、遙耦合系統(tǒng)、遠距離耦合系統(tǒng)三類。

　　（1）密耦合系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作用距離最小，正常的作用距離只有0～1cm，這種系統(tǒng)在實際應用過程中，一般需要將帶有射頻標簽的物體放入或插入讀寫器中，亦或是將射頻標簽放置到讀寫器天線表面的覆蓋范圍內。密耦合系統(tǒng)是利用射頻標簽和讀寫器之間的電抗近場區(qū)之中的電磁轉化構成的無接觸空間數(shù)據(jù)傳輸通道進行數(shù)據(jù)交換的，其工作頻率一般在30MHz以下。

　　密耦合系統(tǒng)的特點是在傳輸過程中不必發(fā)射任何電磁波，承載數(shù)據(jù)的容器和讀寫器之間的耦合就能夠產生一定的能量，而且電磁泄漏和丟失很少，甚至可以供消耗電流的微處理器進行工作。所以，密耦合系統(tǒng)的安全型較高，但適用于超近距離的作業(yè)，如電子門鎖系統(tǒng)和非接觸IC卡系統(tǒng)。

　　（2）遙耦合系統(tǒng)。遙耦合系統(tǒng)的作用距離能夠達到1m，為了支撐這段距離，所有遙耦合系統(tǒng)在讀寫器與標簽之間都是電感耦合，因此該系統(tǒng)也稱成為“電感無線電裝置”。遙耦合系統(tǒng)的傳輸頻率較低，一般在6MHz～30MHz之間，而頻率在一定程度上又代表了數(shù)據(jù)的傳輸帶寬，所以遙耦合系統(tǒng)的傳輸能力要低于密耦合系統(tǒng)，它通過電感無線電裝置進行傳輸?shù)哪芰σ彩呛苄〉摹?br />
　　為了作業(yè)的需要，遙耦合系統(tǒng)又被分為近耦合系統(tǒng)和疏耦合系統(tǒng)。近耦合系統(tǒng)的作用距離為15CM，和密耦合系統(tǒng)一樣，利用的也是無功近場區(qū)之間的閉合磁絡，只不過作用距離更長一些。疏耦合區(qū)域則是犧牲能量換取距離，原理不再贅述。

　　（3）遠距離系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作業(yè)距離最小值就是遙耦合系統(tǒng)的最大值1m，而其作業(yè)距離的最大值則為10m，高質量的系統(tǒng)甚至能達到更遠的作業(yè)距離。遠距離系統(tǒng)完全不受無功近場區(qū)的影響，而是利用天線輻射遠場區(qū)完成射頻標簽和讀寫器的電磁耦合，并構成無接觸空間信息傳輸通道進行工作。

　　為了使遠距離的信息傳輸保持穩(wěn)定性，就需要為射頻標簽灌注足夠的能量，這時侯，光靠傳輸過程中所經(jīng)過的天線場的能量遠遠不夠，所以，遠距離系統(tǒng)具有一個輔助性供電電池，這個輔助電池不直接給數(shù)據(jù)提供能量，而是為讀寫和存儲數(shù)據(jù)提供必要的服務。由于輔助電池的作用，射頻標簽和讀寫器之間完全可以采用穩(wěn)定性很強的高頻能量。所以，云距離系統(tǒng)的工作頻率最低也保持在433MHz以上，有的甚至達到2.4GHz或5.8GHz。

　　遠距離系統(tǒng)應用范圍最廣，突破了讀寫器的距離限制，不僅能支持多標簽讀寫，還能對告訴移動的物體進行準確識別。據(jù)悉，目前遠距離系統(tǒng)的水平已經(jīng)可以對以80km/h的速度運動的物體進行準確識別，被稱為理想的射頻識別系統(tǒng)。可惜的是，遠距離系統(tǒng)的射頻標簽和讀寫器的成本較高，離真正的普及還有一段距離。下圖為耦合系統(tǒng)的作用圖：

　　數(shù)據(jù)傳輸

　　從上文可以知道，射頻標簽和讀寫器之間的通信通過電磁波來實現(xiàn)，按距離分為遠場和近場，而數(shù)據(jù)交換方式也和通信方式略有不同，分為負載調制和反向散射調制。

　　（1）負載調制。射頻標簽和讀寫器之間的交換方式如果類似于變壓器的結構，或者只通過無功近場區(qū)，就稱其為負載調制。這種調制方式的頻率很低，一般從125KHz～13.56MHz之間（1MHz=1024KHz），通過準靜態(tài)電磁場來實現(xiàn)連接。

　　（2）反向散射調制。在輻射遠場區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸中，射頻標簽和讀寫器的距離起碼在一米以上，而波長最大不過幾十厘米，特別是頻率在2.4GHz的遠距離識別系統(tǒng)中，射頻標簽和讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸方式就是反向散射調制。該技術從射頻標簽返回數(shù)據(jù)的方式是控制天線的阻抗，利用了變容二極管、高度開關和邏輯門。

　　射頻標簽要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號具有兩種電平（電路中兩點或幾點在相同阻抗下電量的相對比值），通過一個簡單的邏輯門（混頻器）和中頻信號完成調制，依靠調制把數(shù)據(jù)植入載體后，共同連接到一個阻抗開關，由阻抗開關改變天線場的反射指數(shù)。

　　這種數(shù)據(jù)傳輸方式和傳統(tǒng)的方式有很大的區(qū)別，反向散射調制在數(shù)據(jù)的傳輸鏈中只存在一個發(fā)射器，但卻能夠完成雙向互動的通信。這是因為，天線開關可以按照射頻標簽要發(fā)送的數(shù)據(jù)類型進行打開或關閉。例如，射頻標簽要發(fā)送的數(shù)據(jù)為“0”時，天線的開關被打開，這時候，標簽的天線處于失去匹配狀態(tài)，輻射到標簽的電磁大部分都被反射回了讀寫器。反過來，射頻標簽將要發(fā)送的數(shù)字為“1”時，天線開關關閉，標簽的天線處于匹配狀態(tài)，射頻標簽這時候可以吸收大部分的電磁能。所以，反射到讀寫器的電磁能量相對減少，所返回的數(shù)據(jù)就被調制到了電磁波幅度上，從而便于區(qū)分。