SAW射頻識別無源電子的標(biāo)簽技術(shù)及應(yīng)用

2013-11-06 16:00 來源:電子信息網(wǎng) 作者:鈴鐺


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(shí)現(xiàn)對靜止的或移動中的待識別物品的自動機(jī)器識別。

射頻識別系統(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)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種:

(1)電感耦合,通過空間高頻交變磁場實(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(yuǎn)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(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(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)簽的待識別物品通過其讀出范圍內(nèi)時(shí),自動以無接觸的方式將電子標(biāo)簽中的約定識別信息取出,從而實(shí)現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標(biāo)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(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(shí)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(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?。反射器組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(jì),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(dá)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(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,不會對聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號產(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(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,是對集成電路技術(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(dá)300千米/小時(shí)的高速運(yùn)動物體;

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)場的健康與安全監(jiān)控識別、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(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收費(fèi)系統(tǒng)以及德國慕尼黑火車進(jìn)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(biāo)簽。

SAW研發(fā)情況

中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所(下簡稱五十五所)是國家重點(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)國外先進(jìn)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(jìn)步獎(jiǎng)。

目前五十五所已發(fā)展成為國內(nèi)領(lǐng)先國際認(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)范與國外同類產(chǎn)品的相當(dāng),經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(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。


射頻識別 SAW 無源電子

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