射頻識(shí)別系統(tǒng)

射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是一種無接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)及其空間耦合、傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止的或移動(dòng)中的待識(shí)別物品的自動(dòng)機(jī)器識(shí)別。

射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由兩個(gè)部分組成，即電子標(biāo)簽和閱讀器。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無接觸)耦合，在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號(hào)的耦合類型有兩種：

(1)電感耦合，通過空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。

(2)電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。

電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識(shí)別作用距離小于1m，典型作用距離為10cm～20cm。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，868MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識(shí)別作用距離大于1m，典型作用距離為3m～l0m。

電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體，電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別的物品上，是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下，電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽專用芯片組成。

依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，可以分為有源標(biāo)簽(Active tag)和無源標(biāo)簽(Passive tag)兩種，有源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無源標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池。

閱讀器又稱為讀出裝置，閱讀器可以是讀/寫或只讀裝置，用于當(dāng)附著有電子標(biāo)簽的待識(shí)別物品通過其讀出范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)以無接觸的方式將電子標(biāo)簽中的約定識(shí)別信息取出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或自動(dòng)收集物品標(biāo)識(shí)信息的功能。

聲表面波器件技術(shù)

聲表面波(SAW)是傳播于壓電晶體表面的機(jī)械波，其聲速僅為電磁波速的十萬分之一，傳播衰耗很小。SAW器件是在壓電基片上采用微電子工藝技術(shù)制作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應(yīng)，通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)，并局限在基片表面?zhèn)鞑ィ敵鯥DT將聲信號(hào)恢復(fù)成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電-聲-電的變換過程，完成電信號(hào)處理過程，獲得各種用途的電子器件。采用了先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在通信、電視、遙控和報(bào)警系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，數(shù)以億計(jì)的手機(jī)和電視機(jī)中都應(yīng)用了多個(gè)聲表面波濾波器。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW器件的工作頻率已覆蓋10MHz～2.5GHz，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。

SAW無源電子標(biāo)簽工作原理

SAW無源電子標(biāo)簽采用反射調(diào)制方式完成電子標(biāo)簽信息向閱讀器的傳送。

SAW標(biāo)簽是由叉指換能器和若干反射器組成，換能器的兩條總線與電子標(biāo)簽的天線相連接。閱讀器的天線周期地發(fā)送高頻詢問脈沖，在電子標(biāo)簽天線的接收范圍內(nèi)，被接收到的高頻脈沖通過叉指換能器轉(zhuǎn)變成聲表面波，并在晶體表面?zhèn)鞑ァ７瓷淦鹘M對(duì)入射表面波部分反射，并返回到叉指換能器，叉指換能器又將反射聲脈沖串轉(zhuǎn)變成高頻電脈沖串。如果將反射器組按某種特定的規(guī)律設(shè)計(jì)，使其反射信號(hào)表示規(guī)定的編碼信息，那么閱讀器接收到的反射高頻電脈沖串就帶有該物品的特定編碼。通過解調(diào)與處理，達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。

由于聲表面波傳播速度低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過幾微秒的延遲時(shí)間后才回到閱讀器，在此延遲期間，來自閱讀器周圍的干擾反射已衰減，不會(huì)對(duì)聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號(hào)產(chǎn)生干擾。

SAW無源電子標(biāo)簽應(yīng)用

利用聲表面波技術(shù)的電子標(biāo)簽始于上世紀(jì)80年代末，近年來聲表面波標(biāo)簽的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。聲表面波電子標(biāo)簽是應(yīng)用現(xiàn)代電子學(xué)、聲學(xué)、半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)和雷達(dá)及信號(hào)處理技術(shù)的系統(tǒng)新成就，它是有別于IC芯片識(shí)別的另一種新型非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

由于SAW器件本身工作在射頻波段，無源且抗電磁干擾能力強(qiáng)，因此SAW技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子標(biāo)簽具有一定獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路技術(shù)的補(bǔ)充。其主要特點(diǎn)是：

1.讀取范圍大且可靠，可達(dá)數(shù)米；

2.可使用在金屬和液體產(chǎn)品上；

3.標(biāo)簽芯片與天線匹配簡(jiǎn)單，制作工藝成本低；

4.不僅能識(shí)別靜止物體，而且能識(shí)別速度達(dá)300千米/小時(shí)的高速運(yùn)動(dòng)物體；

5.可在高溫差(-100℃～300℃)、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。

電子標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費(fèi)、公共交通、門禁控制、防偽、農(nóng)場(chǎng)的健康與安全監(jiān)控識(shí)別、超市防盜和收費(fèi)、航空行李分揀、郵包跟蹤、工廠裝配流水線控制和跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理、體育競(jìng)賽等。

SAW標(biāo)簽也適用于壓力、應(yīng)力、扭曲、加速度和溫度等參數(shù)變化的測(cè)量，如鐵路紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測(cè)系統(tǒng)、汽車輪胎壓力等。

德國(guó)的Baumer Ident GmbH公司生產(chǎn)的OIS-W聲表面波標(biāo)簽、Siemens公司的SOFIS聲表面波系統(tǒng)已成功用于挪威奧斯陸汽車過橋自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)以及德國(guó)慕尼黑火車進(jìn)站定位系統(tǒng)。在美國(guó)，Identtronix、i-Ray、RF-SAW等公司也均生產(chǎn)商業(yè)化的SAW電子標(biāo)簽。

相關(guān)鏈接

SAW研發(fā)情況

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所(下簡(jiǎn)稱五十五所)是國(guó)家重點(diǎn)軍工研究所，已有數(shù)十年的高頻微波器件部件的成熟經(jīng)驗(yàn)。

近年來多次投入巨資，努力開展高頻聲表面波器件的產(chǎn)業(yè)化：引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備、完成微電子工藝技術(shù)移植、開發(fā)國(guó)際通用批生產(chǎn)技術(shù)、規(guī)范企業(yè)化管理、推行ISO9001-2000質(zhì)量管理體系、規(guī)模生產(chǎn)現(xiàn)代無線通信用聲表面波器件，取得了成功，兩次獲得江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

目前五十五所已發(fā)展成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先國(guó)際認(rèn)可的高頻聲表面波器件研發(fā)與生產(chǎn)基地，具備制作0.5μ m(2GHz)高頻聲表面波器件的能力。ND系列高頻聲表面波器件批量生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)范與國(guó)外同類產(chǎn)品的相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行態(tài)勢(shì)良好，年增長(zhǎng)率大于30%。

434MHz和915MHz是民用非管制無線電頻段，一般民用遙控設(shè)備都使用這些頻段，ISO也建議開放用于射頻識(shí)別。因此我們從2003年初開始了本項(xiàng)目有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)和樣品樣機(jī)的試制，現(xiàn)已試制開發(fā)了數(shù)種應(yīng)用器件樣品和樣機(jī)，達(dá)到預(yù)期效果。

發(fā)展SAW電子標(biāo)簽的關(guān)鍵

1.標(biāo)簽編碼容量與作用距離的優(yōu)化；

2.編碼和閱讀器的配合；

3.小型低成本且適合待識(shí)別物品的電子標(biāo)簽天線；

4.異碼標(biāo)簽芯片的批量生產(chǎn)；

5.防碰撞和可讀寫標(biāo)簽。