SAW射頻識別無(wú)源電子標簽技術(shù)及應用

　　射頻識別系統一般由兩個(gè)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(guò)耦合元件實(shí)現射頻信號的空間(無(wú)接觸)耦合，在耦合通道內，根據時(shí)序關(guān)系，實(shí)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(lèi)型有兩種：

　　(1)電感耦合，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)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(shí)攜帶回目標信息，依據的是電磁波的空間傳播規律。

　　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。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。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(chēng)為射頻標簽、應答器、數據載體，電子標簽附著(zhù)在待識別的物品上，是射頻識別系統真正的數據載體。一般情況下，電子標簽由標簽天線(xiàn)和標簽專(zhuān)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(wú)源標簽(Passive tag)兩種，有源標簽內裝有電池，無(wú)源標簽沒(méi)有內裝電池。

　　閱讀器又稱(chēng)為讀出裝置，閱讀器可以是讀/寫(xiě)或只讀裝置，用于當附著(zhù)有電子標簽的待識別物品通過(guò)其讀出范圍內時(shí)，自動(dòng)以無(wú)接觸的方式將電子標簽中的約定識別信息取出，從而實(shí)現自動(dòng)識別物品或自動(dòng)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(wàn)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，通過(guò)輸入叉指換能器(IDT)將電信號轉換成聲信號，并局限在基片表面傳播，輸出IDT將聲信號恢復成電信號，實(shí)現電-聲-電的變換過(guò)程，完成電信號處理過(guò)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、多功能以及設計靈活等優(yōu)點(diǎn)，在通信、電視、遙控和報警系統中已得到廣泛應用，數以?xún)|計的手機和電視機中都應用了多個(gè)聲表面波濾波器。隨著(zhù)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(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。

　　SAW無(wú)源電子標簽工作原理

　　SAW無(wú)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(xiàn)與電子標簽的天線(xiàn)相連接。閱讀器的天線(xiàn)周期地發(fā)送高頻詢(xún)問(wèn)脈沖，在電子標簽天線(xiàn)的接收范圍內，被接收到的高頻脈沖通過(guò)叉指換能器轉變成聲表面波，并在晶體表面傳播。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律設計，使其反射信號表示規定的編碼信息，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(guò)解調與處理，達到自動(dòng)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(guò)幾微秒的延遲時(shí)間后才回到閱讀器，在此延遲期間，來(lái)自閱讀器周?chē)母蓴_反射已衰減，不會(huì )對聲表面波電子標簽的有效信號產(chǎn)生干擾。

　　SAW無(wú)源電子標簽應用

　　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(lái)聲表面波標簽的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。聲表面波電子標簽是應用現代電子學(xué)、聲學(xué)、半導體平面工藝技術(shù)和雷達及信號處理技術(shù)的系統新成就，它是有別于IC芯片識別的另一種新型非接觸自動(dòng)識別技術(shù)。

　　由于SAW器件本身工作在射頻波段，無(wú)源且抗電磁干擾能力強，因此SAW技術(shù)實(shí)現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(diǎn)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(chǎn)品上；

　　3.標簽芯片與天線(xiàn)匹配簡(jiǎn)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(shí)的高速運動(dòng)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)應用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費、公共交通、門(mén)禁控制、防偽、農場(chǎng)的健康與安全監控識別、超市防盜和收費、航空行李分揀、郵包跟蹤、工廠(chǎng)裝配流水線(xiàn)控制和跟蹤、設備和資產(chǎn)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的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測系統、汽車(chē)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聲表面波系統已成功用于挪威奧斯陸汽車(chē)過(guò)橋自動(dòng)收費系統以及德國慕尼黑火車(chē)進(jìn)站定位系統。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(jiǎn)稱(chēng)五十五所)是國家重點(diǎn)軍工研究所，已有數十年的高頻微波器件部件的成熟經(jīng)驗。

　　近年來(lái)多次投入巨資，努力開(kāi)展高頻聲表面波器件的產(chǎn)業(yè)化：引進(jìn)國外先進(jìn)設備、完成微電子工藝技術(shù)移植、開(kāi)發(fā)國際通用批生產(chǎn)技術(shù)、規范企業(yè)化管理、推行ISO9001-2000質(zhì)量管理體系、規模生產(chǎn)現代無(wú)線(xiàn)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。

　　目前五十五所已發(fā)展成為國內領(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)品規范與國外同類(lèi)產(chǎn)品的相當，經(jīng)濟運行態(tài)勢良好，年增長(cháng)率大于30%。

　　434MHz和915MHz是民用非管制無(wú)線(xiàn)電頻段，一般民用遙控設備都使用這些頻段，ISO也建議開(kāi)放用于射頻識別。因此我們從2003年初開(kāi)始了本項目有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)和樣品樣機的試制，現已試制開(kāi)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(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(xiàn)；

　　4.異碼標簽芯片的批量生產(chǎn)；

　　5.防碰撞和可讀寫(xiě)標簽。