射頻識別系統(tǒng)

射頻識別(RFID)技術(shù)是一種無接觸自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別。

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

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

(2)電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，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別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于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、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，868MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3m～l0m。

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

依據(jù)電子標簽供電方式的不同，可以分為有源標簽(Active tag)和無源標簽(Passive tag)兩種，有源標簽內(nèi)裝有電池，無源標簽沒有內(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)附著有電子標簽的待識別物品通過其讀出范圍內(nèi)時，自動以無接觸的方式將電子標簽中的約定識別信息取出，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標識信息的功能。

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)將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號，并局限在基片表面?zhèn)鞑?，輸出IDT將聲信號恢復(fù)成電信號，實現(xiàn)電-聲-電的變換過程，完成電信號處理過程，獲得各種用途的電子器件。采用了先進微電子加工技術(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)計靈活等優(yōu)點，在通信、電視、遙控和報警系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，數(shù)以億計的手機和電視機中都應(yīng)用了多個聲表面波濾波器。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無源電子標簽工作原理

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

SAW標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，使其反射信號表示規(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，達到自動識別的目的。

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，不會對聲表面波電子標簽的有效信號產(chǎn)生干擾。

SAW無源電子標簽應(yīng)用

利用聲表面波技術(shù)的電子標簽始于上世紀80年代末，近年來聲表面波標簽的研究成為一個熱點。聲表面波電子標簽是應(yīng)用現(xiàn)代電子學(xué)、聲學(xué)、半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)和雷達及信號處理技術(shù)的系統(tǒng)新成就，它是有別于IC芯片識別的另一種新型非接觸自動識別技術(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，因此SAW技術(shù)實現(xiàn)的電子標簽具有一定獨特的優(yōu)勢，是對集成電路技術(shù)的補充。其主要特點是：

1.讀取范圍大且可靠，可達數(shù)米；

2.可使用在金屬和液體產(chǎn)品上；

3.標簽芯片與天線匹配簡單，制作工藝成本低；

4.不僅能識別靜止物體，而且能識別速度達300千米/小時的高速運動物體；

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

電子標簽技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費、公共交通、門禁控制、防偽、農(nóng)場的健康與安全監(jiān)控識別、超市防盜和收費、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、體育競賽等。

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

德國的Baumer Ident GmbH公司生產(chǎn)的OIS-W聲表面波標簽、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收費系統(tǒng)以及德國慕尼黑火車進站定位系統(tǒng)。在美國，Identtronix、i-Ray、RF-SAW等公司也均生產(chǎn)商業(yè)化的SAW電子標簽。

相關(guān)鏈接

SAW研發(fā)情況

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

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：引進國外先進設(shè)備、完成微電子工藝技術(shù)移植、開發(fā)國際通用批生產(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步獎。

目前五十五所已發(fā)展成為國內(nèi)領(lǐng)先國際認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)范與國外同類產(chǎn)品的相當(dāng)，經(jīng)濟運行態(tài)勢良好，年增長率大于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別。因此我們從2003年初開始了本項目有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)和樣品樣機的試制，現(xiàn)已試制開發(fā)了數(shù)種應(yīng)用器件樣品和樣機，達到預(yù)期效果。

發(fā)展SAW電子標簽的關(guān)鍵

1.標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別物品的電子標簽天線；

4.異碼標簽芯片的批量生產(chǎn)；

5.防碰撞和可讀寫標簽。