最近，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)概念開(kāi)始熱起來(lái)了。在國(guó)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(gè)公司最典型的產(chǎn)品就是一款藍(lán)牙傳感器標(biāo)簽，不用電池，采用周?chē)谒{(lán)牙協(xié)議的無(wú)線電波供電。在國(guó)內(nèi)，也有深圳市每開(kāi)信息技術(shù)有限公司等創(chuàng)新企業(yè)在嘗試在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行突破。這個(gè)新興的領(lǐng)域正在聚攏更多的目光。

1 什么是無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)

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

但事實(shí)上，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備工作并不是不用電，而是它能夠從周?chē)h(huán)節(jié)中捕捉能源，以維持設(shè)備的正常工作。

在我們周?chē)?，有很多能量可以使用，比如說(shuō)光、4G、5G信號(hào)等等，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)就是打這些微能量的主意。無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)也可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。

第一種就是通過(guò)采集周?chē)h(huán)節(jié)中的無(wú)線電波能量來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如說(shuō)4G信號(hào)，5G信號(hào)，wifi信號(hào)，藍(lán)牙信號(hào)等等，每一種無(wú)線電信號(hào)，都是一種能量傳輸。

這也是無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)最受關(guān)注的方式，因?yàn)橐粋€(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要正常運(yùn)作，除了獲取工作能量之外，還需要將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，而信號(hào)的傳輸也是依靠無(wú)線電信號(hào)，因此，采用無(wú)線電方式既可以獲取能量，也可以傳輸信號(hào)，讓系統(tǒng)非常的簡(jiǎn)潔，同時(shí)成本、尺寸等都可以做到很低。

第二種常見(jiàn)的就是采集太陽(yáng)能供電，太陽(yáng)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(chǎng)景適用，但是對(duì)于大規(guī)模，低成本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景而言，很明顯是不適用的。

第三種，就是按壓式發(fā)電，通過(guò)機(jī)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(chǎng)景，比如說(shuō)開(kāi)關(guān)，遙控器等。但這種需要直接動(dòng)手的方式，很明顯，在大多數(shù)的場(chǎng)景中也不適合。

所以，在本文中，我們重點(diǎn)討論無(wú)線電信號(hào)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方式。

2 為什么需要無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，它有啥意義

為什么無(wú)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(gè)圖。

在之前各類(lèi)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)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(dá)到百億級(jí)別,現(xiàn)在加上無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)之后，IoT的設(shè)備連接數(shù)量可以達(dá)到千億級(jí)別，相信，在未來(lái)的各類(lèi)PPT中，我們會(huì)經(jīng)?？吹竭@個(gè)圖。

當(dāng)然，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的意義也不只是將IoT設(shè)備的潛在市場(chǎng)擴(kuò)大了一個(gè)數(shù)量級(jí)這么簡(jiǎn)單，因?yàn)闊o(wú)源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的特性越來(lái)越受市場(chǎng)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(wú)源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽就可以做到很低的成本，比如說(shuō)目前的通用型UHF RFID標(biāo)簽的價(jià)格可以做到2-3毛錢(qián)（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(duì)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(xué)物品，在環(huán)保政策日趨嚴(yán)格之下，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)是一種趨勢(shì)。

第二，就是標(biāo)簽可以做到很輕巧，沒(méi)有了電池的束縛，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)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(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)可行性

關(guān)于無(wú)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(guò)交流。

從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)也不是啥新鮮概念，RFID就是一種很成熟的無(wú)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(jí)別。

無(wú)線電波的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的方案主要分為吸收無(wú)線電供電環(huán)節(jié)與發(fā)射信號(hào)被接收機(jī)接收這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

先說(shuō)從無(wú)線電信號(hào)獲取能量環(huán)節(jié)，這個(gè)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(lèi)的區(qū)別主要分為兩類(lèi)。

一類(lèi)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(chǎng)區(qū)域(似穩(wěn)場(chǎng))中完成，因此工作的距離就會(huì)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(lèi)為微波輻射系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域(輻射場(chǎng))中完成，因此天線的種類(lèi)主要是偶極子天線和微帶天線，遠(yuǎn)場(chǎng)輻射天線通常是諧振式的。

（a）標(biāo)簽偶極子天線 （b）閱讀器平板微帶天線

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

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

再說(shuō)信號(hào)發(fā)射方面，當(dāng)電子元器件獲取了正常的工作電流，其發(fā)射信號(hào)的距離與方式就與有源物聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有區(qū)別了。

所以，在無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案中，最大的技術(shù)難點(diǎn)就是如何去獲取工作電流，因?yàn)殡姶拍芰康拿芏入S著距離的變遠(yuǎn)衰減很多，因此，獲取能量的距離就是無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案的工作距離。

在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案都會(huì)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(duì)較高的話，可以通過(guò)加電容儲(chǔ)存一定的電量，再通過(guò)電容放電的形式進(jìn)行工作。

很明顯，周?chē)⑷醐h(huán)節(jié)的藍(lán)牙或者wifi信號(hào)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量供給的，一般需要單獨(dú)加一個(gè)能量源，RFID系統(tǒng)中是讀寫(xiě)器提供能量源，藍(lán)牙或者wifi方案也需要單獨(dú)的基站或者類(lèi)似的裝置。

所以，典型的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作流程為：

4 無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)可行性

除了技術(shù)可行性，無(wú)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(wú)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(dāng)屬超高頻RFID，其標(biāo)簽全球出貨量每年已經(jīng)達(dá)到接近200億的級(jí)別，而中國(guó)市場(chǎng)也是RFID最重要的地區(qū)。

在無(wú)源RFID方案中，讀寫(xiě)器不僅提供能量，還負(fù)責(zé)接收標(biāo)簽發(fā)射的信號(hào)，因此，無(wú)源RFID需要額外增加讀寫(xiě)器成本。

不過(guò)NFC是其中的一個(gè)變數(shù)，因?yàn)槟壳癗FC已經(jīng)成為了智能手機(jī)的標(biāo)配，因此，在NFC方案中，很多應(yīng)用場(chǎng)景只需要考慮標(biāo)簽成本，而不用考慮讀寫(xiě)器成本。

所以，NFC在很多偏消費(fèi)類(lèi)場(chǎng)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(lèi)或者門(mén)禁類(lèi)場(chǎng)景，NFC都有了廣泛的應(yīng)用，不過(guò)NFC最致命的弱點(diǎn)就是工作距離短。

而用藍(lán)牙、WiFi等小無(wú)線技術(shù)做無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案，最大的優(yōu)勢(shì)就是智能手機(jī)都有植入，并且工作距離相比于NFC而言，也比較遠(yuǎn)。

不過(guò)藍(lán)牙與WiFi的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案需要單獨(dú)一個(gè)能量信號(hào)源，并且藍(lán)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(gè)方案整體的成本不會(huì)太低。

當(dāng)然，相較于有源方案來(lái)說(shuō)，它的標(biāo)簽成本極低，并且尺寸小，能夠在一些標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)集中的場(chǎng)景有比較好的替代。但是在節(jié)點(diǎn)零散的場(chǎng)景中，有源的方式更為合適。

5 為什么說(shuō)RFID是最好的無(wú)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(jì)的量也早已達(dá)到千億級(jí)，甚至以后做到每年千億級(jí)的量也不是沒(méi)可能。

RFID技術(shù)之所以如此受歡迎，主要因?yàn)樗且环N非常好的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

第一，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案最大的難點(diǎn)是如何從電磁波中獲取電能，人們通過(guò)一組測(cè)試數(shù)據(jù)：固定發(fā)射天線輸出功率及接收天線（RFID標(biāo)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(lái)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(yuǎn)的頻段，而藍(lán)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(lán)牙無(wú)源標(biāo)簽工作距離目前最遠(yuǎn)就3m，而UHF RFID的距離可以有10來(lái)米。

第二，就是產(chǎn)業(yè)成熟度，目前市場(chǎng)上的UHF RFID標(biāo)簽的尺寸很小，也很輕薄，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，UHF RFID的標(biāo)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(wú)論是蝕刻天線的生產(chǎn)，還是綁定機(jī)，再到復(fù)合機(jī)，這些工藝流程都已經(jīng)非常完善。

標(biāo)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(lái)越廣，產(chǎn)業(yè)也在快速成長(zhǎng)，已經(jīng)成為IoT圈子的一股中堅(jiān)力量。今年，IOTE 2021第十六屆國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)展·深圳站將會(huì)于10月23-25日在深圳福田會(huì)展中心舉辦。

在本屆展會(huì)上，邀請(qǐng)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(yuǎn)望谷、優(yōu)博訊 、菜鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)、信達(dá)、思創(chuàng)醫(yī)惠、英頻杰、意法半導(dǎo)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(xiāo)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(dá)聚力、東信源芯、中控瑞迪優(yōu)、國(guó)芯、安智博、保點(diǎn)、得實(shí)、德佟、新歌山、新晶路、祥承通訊、國(guó)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(dá)、藍(lán)暢、思必拓、金瑞銘、建和、芯頻跳動(dòng)、哈深智材、博緯、澳普、德聚、華士精成、思遠(yuǎn)創(chuàng)、制聯(lián)、斯科、北斗星通、紐豹、立芯 、榮睿、艾達(dá)、凱路威、騰彩、芯誠(chéng)、華昇智能、摩爾佳、聯(lián)點(diǎn)、萬(wàn)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(chǎng)么？》，作者：趙小飛，物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)