最近，無源物聯(lián)網(wǎng)概念開始熱起來了。在國際上，一家名為Wiliot的初創(chuàng)公司宣布獲得了由軟銀愿景基金領(lǐng)投的2億美元C輪融資，這個公司最典型的產(chǎn)品就是一款藍牙傳感器標簽，不用電池，采用周圍基于藍牙協(xié)議的無線電波供電。在國內(nèi)，也有深圳市每開信息技術(shù)有限公司等創(chuàng)新企業(yè)在嘗試在這個領(lǐng)域進行突破。這個新興的領(lǐng)域正在聚攏更多的目光。

1 什么是無源物聯(lián)網(wǎng)

無源物聯(lián)網(wǎng)顧名思義，就是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備沒有采用電源（電池或者電線），也能正常工作，這聽起來不可思議，甚至是違背物理學能量守恒的原理。

但事實上，無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備工作并不是不用電，而是它能夠從周圍環(huán)節(jié)中捕捉能源，以維持設(shè)備的正常工作。

在我們周圍，有很多能量可以使用，比如說光、4G、5G信號等等，無源物聯(lián)網(wǎng)就是打這些微能量的主意。無源物聯(lián)網(wǎng)也可以通過多種方式實現(xiàn)。

第一種就是通過采集周圍環(huán)節(jié)中的無線電波能量來實現(xiàn)。比如說4G信號，5G信號，wifi信號，藍牙信號等等，每一種無線電信號，都是一種能量傳輸。

這也是無源物聯(lián)網(wǎng)最受關(guān)注的方式，因為一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要正常運作，除了獲取工作能量之外，還需要將數(shù)據(jù)信息進行傳輸，而信號的傳輸也是依靠無線電信號，因此，采用無線電方式既可以獲取能量，也可以傳輸信號，讓系統(tǒng)非常的簡潔，同時成本、尺寸等都可以做到很低。

第二種常見的就是采集太陽能供電，太陽能供電可以獲取很多電能，但是系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，在某些場景適用，但是對于大規(guī)模，低成本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景而言，很明顯是不適用的。

第三種，就是按壓式發(fā)電，通過機械力改變材料的形變而產(chǎn)生電流，這種方式也有一些比較適用的場景，比如說開關(guān)，遙控器等。但這種需要直接動手的方式，很明顯，在大多數(shù)的場景中也不適合。

所以，在本文中，我們重點討論無線電信號的無源物聯(lián)網(wǎng)方式。

2 為什么需要無源物聯(lián)網(wǎng)，它有啥意義

為什么無源物聯(lián)網(wǎng)的概念能夠如此吸引人？我們可以看下面這個圖。

在之前各類關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)市場前景介紹的PPT中，都只有上面的3層，即高速物聯(lián)網(wǎng)（比如5G，LTE Cat.4等），中速物聯(lián)網(wǎng)（LTE Cat.1、eMTC等）、與低速物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT、LoRa等），這些都是有源的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

其中低速物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量可以達到百億級別,現(xiàn)在加上無源物聯(lián)網(wǎng)之后，IoT的設(shè)備連接數(shù)量可以達到千億級別，相信，在未來的各類PPT中，我們會經(jīng)?？吹竭@個圖。

當然，無源物聯(lián)網(wǎng)的意義也不只是將IoT設(shè)備的潛在市場擴大了一個數(shù)量級這么簡單，因為無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的特性越來越受市場的追捧。

第一，就是不需要電池，不用電池一方面是意味著成本的降低，在有源物聯(lián)網(wǎng)中，電池本身的成本以及電池的替換成本也都比較高，無源物聯(lián)網(wǎng)標簽就可以做到很低的成本，比如說目前的通用型UHF RFID標簽的價格可以做到2-3毛錢（RMB）的水平，這在有源物聯(lián)網(wǎng)中是不敢想象的。

另外一方面就是對節(jié)能環(huán)保的友好，電池的生產(chǎn)使用了大量的金屬與化學物品，在環(huán)保政策日趨嚴格之下，無源物聯(lián)網(wǎng)是一種趨勢。

第二，就是標簽可以做到很輕巧，沒有了電池的束縛，無源物聯(lián)網(wǎng)的標簽可以做到貼片式的產(chǎn)品形態(tài)，有更高的應(yīng)用靈活性。

3 無源物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)可行性

關(guān)于無源物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)可行性，筆者與行業(yè)的資深人士也有過交流。

從技術(shù)角度來說，無源物聯(lián)網(wǎng)也不是啥新鮮概念，RFID就是一種很成熟的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并且每年的出貨量都有數(shù)百億的級別。

無線電波的無源物聯(lián)網(wǎng)的方案主要分為吸收無線電供電環(huán)節(jié)與發(fā)射信號被接收機接收這兩個環(huán)節(jié)。

先說從無線電信號獲取能量環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)最關(guān)鍵的器件就是天線，天線獲取電磁能力按照技術(shù)種類的區(qū)別主要分為兩類。

一類是感應(yīng)耦合，天線的形狀為線圈，電磁能量的傳送是在感應(yīng)場區(qū)域(似穩(wěn)場)中完成，因此工作的距離就會很近，比如NFC（高頻RFID的一種）的工作距離就小于10cm，低頻RFID（125kHz-132kHz）與高頻RFID（13.56MHz）的天線就采用的這種方式。

線圈型RFID天線圖

第二類為微波輻射系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在遠場區(qū)域(輻射場)中完成，因此天線的種類主要是偶極子天線和微帶天線，遠場輻射天線通常是諧振式的。

（a）標簽偶極子天線 （b）閱讀器平板微帶天線

常見超高頻RFID天線代表，來源：《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》

UHF RFID、藍牙、wif等通信技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)方案的天線是采用這種方式才能有更遠的工作距離，（主要是取電的距離）。

再說信號發(fā)射方面，當電子元器件獲取了正常的工作電流，其發(fā)射信號的距離與方式就與有源物聯(lián)網(wǎng)沒有區(qū)別了。

所以，在無源物聯(lián)網(wǎng)方案中，最大的技術(shù)難點就是如何去獲取工作電流，因為電磁能量的密度隨著距離的變遠衰減很多，因此，獲取能量的距離就是無源物聯(lián)網(wǎng)方案的工作距離。

在實際應(yīng)用中，無源物聯(lián)網(wǎng)方案都會盡量采用工作電流很低的元器件，如果工作頻次不是很高，但元器件的工作電流又相對較高的話，可以通過加電容儲存一定的電量，再通過電容放電的形式進行工作。

很明顯，周圍微弱環(huán)節(jié)的藍牙或者wifi信號是無法實現(xiàn)能量供給的，一般需要單獨加一個能量源，RFID系統(tǒng)中是讀寫器提供能量源，藍牙或者wifi方案也需要單獨的基站或者類似的裝置。

所以，典型的無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作流程為：

4 無源物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)可行性

除了技術(shù)可行性，無源物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)可行性又如何呢？

目前RFID是一種非常成熟的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不論是低頻、高頻還是超高頻都有了大規(guī)模的應(yīng)用，其中數(shù)量最大的當屬超高頻RFID，其標簽全球出貨量每年已經(jīng)達到接近200億的級別，而中國市場也是RFID最重要的地區(qū)。

在無源RFID方案中，讀寫器不僅提供能量，還負責接收標簽發(fā)射的信號，因此，無源RFID需要額外增加讀寫器成本。

不過NFC是其中的一個變數(shù)，因為目前NFC已經(jīng)成為了智能手機的標配，因此，在NFC方案中，很多應(yīng)用場景只需要考慮標簽成本，而不用考慮讀寫器成本。

所以，NFC在很多偏消費類場景中比較適用，比如高端白酒、珠寶等貴重物品的防偽溯源，以及一些鎖類或者門禁類場景，NFC都有了廣泛的應(yīng)用，不過NFC最致命的弱點就是工作距離短。

而用藍牙、WiFi等小無線技術(shù)做無源物聯(lián)網(wǎng)方案，最大的優(yōu)勢就是智能手機都有植入，并且工作距離相比于NFC而言，也比較遠。

不過藍牙與WiFi的無源物聯(lián)網(wǎng)方案需要單獨一個能量信號源，并且藍牙、WiFi傳輸能量的效率比較低，它獲取工作電流的距離較短，意味著這個方案整體的成本不會太低。

當然，相較于有源方案來說，它的標簽成本極低，并且尺寸小，能夠在一些標簽節(jié)點集中的場景有比較好的替代。但是在節(jié)點零散的場景中，有源的方式更為合適。

5 為什么說RFID是最好的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

目前RFID每年有數(shù)百億的出貨量，累計的量也早已達到千億級，甚至以后做到每年千億級的量也不是沒可能。

RFID技術(shù)之所以如此受歡迎，主要因為它是一種非常好的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

第一，從技術(shù)層面來說，無源物聯(lián)網(wǎng)方案最大的難點是如何從電磁波中獲取電能，人們通過一組測試數(shù)據(jù)：固定發(fā)射天線輸出功率及接收天線（RFID標簽天線）尺寸，記錄不同頻率下讀距，得到如下圖所示為不同頻率下的工作距離圖。

不同頻率下的工作距離圖，來源：《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》

可以發(fā)現(xiàn)，UHF RFID工作的840M-960MHz是能量傳輸效率最高，工作距離最遠的頻段，而藍牙、WiFi等技術(shù)工作的2.4G頻段，能量傳輸?shù)木嚯x要短了很多。Wiliot的藍牙無源標簽工作距離目前最遠就3m，而UHF RFID的距離可以有10來米。

第二，就是產(chǎn)業(yè)成熟度，目前市場上的UHF RFID標簽的尺寸很小，也很輕薄，這是因為經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，UHF RFID的標簽生產(chǎn)環(huán)節(jié)已經(jīng)有一套非常完善的產(chǎn)業(yè)鏈。無論是蝕刻天線的生產(chǎn)，還是綁定機，再到復(fù)合機，這些工藝流程都已經(jīng)非常完善。

標簽的成本與尺寸也幾乎做到了極致，后面的玩家在生產(chǎn)工藝方面也只能去模仿，難以去超越。

RFID技術(shù)的應(yīng)用落地也越來越廣，產(chǎn)業(yè)也在快速成長，已經(jīng)成為IoT圈子的一股中堅力量。今年，IOTE 2021第十六屆國際物聯(lián)網(wǎng)展·深圳站將會于10月23-25日在深圳福田會展中心舉辦。

在本屆展會上，邀請到了深耕RFID行業(yè)的不少知名企業(yè)蒞臨參展，包括復(fù)旦微電子、遠望谷、優(yōu)博訊 、菜鳥網(wǎng)絡(luò)、信達、思創(chuàng)醫(yī)惠、英頻杰、意法半導體、佐藤、斑馬、艾利 、永奕、奧奕、傳麒、哈德勝、成為、漢德霍爾、東大集成、宇寧、銓順宏、安的、銷邦、鴻陸、鷗思物聯(lián)、羅丹貝爾、匯成芯通、源明杰、馳立、博思得、悅和、盈達聚力、東信源芯、中控瑞迪優(yōu)、國芯、安智博、保點、得實、德佟、新歌山、新晶路、祥承通訊、國聚、驕冠、品冠、先施、商米、鑫業(yè)、銳馳、融智興、芯聯(lián)創(chuàng)展、常達、藍暢、思必拓、金瑞銘、建和、芯頻跳動、哈深智材、博緯、澳普、德聚、華士精成、思遠創(chuàng)、制聯(lián)、斯科、北斗星通、紐豹、立芯 、榮睿、艾達、凱路威、騰彩、芯誠、華昇智能、摩爾佳、聯(lián)點、萬全、東芝等全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的鼎力支持！

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本文參考資料：

《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》，作者：甘泉

《這家獲得軟銀/高通/三星青睞的初創(chuàng)企業(yè)，能顛覆傳統(tǒng)RFID市場么？》，作者：趙小飛，物聯(lián)網(wǎng)智庫