SAW射频识别无源电子标签技术及应用

    射频识别系统

　　射频识别(RFID)技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。

　　射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：

　　(1)电感耦合，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。

　　(2)电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。

　　电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10cm～20cm。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，868MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3m～l0m。
　　电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体，电子标签附着在待识别的物品上，是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。

　　依据电子标签供电方式的不同，可以分为有源标签(Active tag)和无源标签(Passive tag)两种，有源标签内装有电池，无源标签没有内装电池。

　　阅读器又称为读出装置，阅读器可以是读/写或只读装置，用于当附着有电子标签的待识别物品通过其读出范围内时，自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。

　　声表面波器件技术

　　声表面波(SAW)是传播于压电晶体表面的机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。SAW器件是在压电基片上采用微电子工艺技术制作叉指形电声换能器和反射器耦合器等，利用基片材料的压电效应，通过输入叉指换能器(IDT)将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播，输出IDT将声信号恢复成电信号，实现电-声-电的变换过程，完成电信号处理过程，获得各种用途的电子器件。采用了先进微电子加工技术制造的声表面波器件，具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点，在通信、电视、遥控和报警系统中已得到广泛应用，数以亿计的手机和电视机中都应用了多个声表面波滤波器。随着加工工艺的飞速发展，SAW器件的工作频率已覆盖10MHz～2.5GHz，是现代信息化产业不可或缺的关键元器件。

　　SAW无源电子标签工作原理

　　SAW无源电子标签采用反射调制方式完成电子标签信息向阅读器的传送。

　　SAW标签是由叉指换能器和若干反射器组成，换能器的两条总线与电子标签的天线相连接。阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲，在电子标签天线的接收范围内，被接收到的高频脉冲通过叉指换能器转变成声表面波，并在晶体表面传播。反射器组对入射表面波部分反射，并返回到叉指换能器，叉指换能器又将反射声脉冲串转变成高频电脉冲串。如果将反射器组按某种特定的规律设计，使其反射信号表示规定的编码信息，那么阅读器接收到的反射高频电脉冲串就带有该物品的特定编码。通过解调与处理，达到自动识别的目的。

　　由于声表面波传播速度低，有效的反射脉冲串在经过几微秒的延迟时间后才回到阅读器，在此延迟期间，来自阅读器周围的干扰反射已衰减，不会对声表面波电子标签的有效信号产生干扰。

　　SAW无源电子标签应用

　　利用声表面波技术的电子标签始于上世纪80年代末，近年来声表面波标签的研究成为一个热点。声表面波电子标签是应用现代电子学、声学、半导体平面工艺技术和雷达及信号处理技术的系统新成就，它是有别于IC芯片识别的另一种新型非接触自动识别技术。

　　由于SAW器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，因此SAW技术实现的电子标签具有一定独特的优势，是对集成电路技术的补充。其主要特点是：

　　1.读取范围大且可靠，可达数米；

　　2.可使用在金属和液体产品上；

　　3.标签芯片与天线匹配简单，制作工艺成本低；

　　4.不仅能识别静止物体，而且能识别速度达300千米/小时的高速运动物体；

　　5.可在高温差(-100℃～300℃)、强电磁干扰等恶劣环境下使用。

　　电子标签技术应用领域非常广泛，包括物流管理、路桥收费、公共交通、门禁控制、防伪、农场的健康与安全监控识别、超市防盗和收费、航空行李分拣、邮包跟踪、工厂装配流水线控制和跟踪、设备和资产管理、体育竞赛等。

　　SAW标签也适用于压力、应力、扭曲、加速度和温度等参数变化的测量，如铁路红外轴温探测系统的热轴定位、轨道衡、超偏载检测系统、汽车轮胎压力等。

　　德国的Baumer Ident GmbH公司生产的OIS-W声表面波标签、Siemens公司的SOFIS声表面波系统已成功用于挪威奥斯陆汽车过桥自动收费系统以及德国慕尼黑火车进站定位系统。在美国，Identtronix、i-Ray、RF-SAW等公司也均生产商业化的SAW电子标签。

　　发展SAW电子标签的关键

　　1.标签编码容量与作用距离的优化；

　　2.编码和阅读器的配合；

　　3.小型低成本且适合待识别物品的电子标签天线；

　　4.异码标签芯片的批量生产；

　　5.防碰撞和可读写标签。