射頻識別系統(tǒng)

射頻識別(RFID)技術是一種無接觸自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現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射頻信號的空間(無接觸)耦合，在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞、數據的交換。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耦合，依據的是電磁感應定律。

(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、應答器、數據載體，電子標簽附著在待識別的物品上，是射頻識別系統(tǒng)真正的數據載體。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，有源標簽內裝有電池，無源標簽沒有內裝電池。

閱讀器又稱為讀出裝置，閱讀器可以是讀/寫或只讀裝置，用于當附著有電子標簽的待識別物品通過其讀出范圍內時，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

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，通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號轉換成聲信號，并局限在基片表面?zhèn)鞑?，輸出IDT將聲信號恢復成電信號，實現電-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)中已得到廣泛應用，數以億計的手機和電視機中都應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，是現代信息化產業(yè)不可或缺的關鍵元器件。

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，被接收到的高頻脈沖通過叉指換能器轉變成聲表面波，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生干擾。

SAW無源電子標簽應用

利用聲表面波技術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用現代電子學、聲學、半導體平面工藝技術和雷達及信號處理技術的系統(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。

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技術實現的電子標簽具有一定獨特的優(yōu)勢，是對集成電路技術的補充。其主要特點是：

1.讀取范圍大且可靠，可達數米；

2.可使用在金屬和液體產品上；

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。

電子標簽技術應用領域非常廣泛，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、設備和資產管理、體育競賽等。

SAW標簽也適用于壓力、應力、扭曲、加速度和溫度等參數變化的測量，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等公司也均生產商業(yè)化的SAW電子標簽。

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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，已有數十年的高頻微波器件部件的成熟經驗。

近年來多次投入巨資，努力開展高頻聲表面波器件的產業(yè)化：引進國外先進設備、完成微電子工藝技術移植、開發(fā)國際通用批生產技術、規(guī)范企業(yè)化管理、推行ISO9001-2000質量管理體系、規(guī)模生產現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)展成為國內領先國際認可的高頻聲表面波器件研發(fā)與生產基地，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的產品規(guī)范與國外同類產品的相當，經濟運行態(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產品技術開發(fā)和樣品樣機的試制，現已試制開發(fā)了數種應用器件樣品和樣機，達到預期效果。

發(fā)展SAW電子標簽的關鍵

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；

5.防碰撞和可讀寫標簽。