聲表面波射頻標簽簡介(輪胎)

1、聲表面波射頻標簽簡介1. 工作原理圖1 SAW RFID基本原理聲表面波（SAW）器件用于電視機和無線通訊的濾波以及廣為人知，但聲表面波器件用于RFID和無線傳感器是最近15年發(fā)展起來的。如圖1所示，基于SAW技術(shù)的RFID系統(tǒng)由讀寫器和SAW標簽組成。SAW標簽由天線和制作在壓電材料上的叉指換能器及反射柵組成。SAW RFID系統(tǒng)的工作原理與雷達系統(tǒng)相似：當標簽上的叉指換能器接收到讀寫器發(fā)送的無線脈沖查詢信號后，根據(jù)壓電材料的逆壓電效應，在壓電襯底材料上轉(zhuǎn)換為SAW，該表面波便在壓電晶向方向傳播。經(jīng)過一段延遲時間后到達反射柵，一部分能量被反射回叉指換能器，另一部份能量透射繼續(xù)向前傳播。根據(jù)正

2、壓電效應，被反射回叉指換能器的SAW脈沖再次被轉(zhuǎn)換成電信號而由標簽天線發(fā)送回讀寫器。利用反射回波脈沖的時延、幅值、相位或頻率可實現(xiàn)標簽編碼。國際著名的專業(yè)調(diào)查機構(gòu)IDTechEx還將SAW技術(shù)實現(xiàn)的RFID列為最重要的第二代無芯片式標簽技術(shù)之一。2. 聲表面波射頻標簽與IC射頻標簽的比較由于SAW RFID與IC-RFID在原理上的本質(zhì)區(qū)別，它們具有各自不同的特點。下面分別對比二者的優(yōu)缺點。SAW-RFID具有以下優(yōu)點：（1）SAW標簽是純無源的，只是被動地反射查詢信號。只要SAW-RFID回波信號能量超過接收機等效熱噪聲功率即可；IC標簽則需要射頻信號供能，只有供能信號的能量超過半導體整流電

3、壓閾值后才能開始工作。因此，SAW-RFID比IC 標簽讀取范圍大，信號穿透能力強，更適用于貼在金屬或內(nèi)含液體的物體表面上。IC標簽必須在背面加貼鐵氧體等導磁物體，增加了成本。（2）由于聲表面波標簽利用的是壓電材料，不牽涉半導體材料中電子的遷移過程，因此可高、低溫（-200-500）等惡劣環(huán)境下使用，可以承受強射線輻射（在10 MRad強度下射線輻射下信號無明顯變化）。（3）讀取速度快，能用于識別高速運動物體；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)，能識別速度達300千米/小時的高速運動物體。（4）SAW標簽可與聲表面波

4、傳感技術(shù)結(jié)合，在完成識別任務(wù)的同時，還可對溫度、壓力、加速度、濕度和氣體濃度等參數(shù)進行測量；還可通過多閱讀器實現(xiàn)物體定位。適用于食品、醫(yī)藥、血液等“冷鏈”物流同時需要記錄保管條件的應用以及“智能輪胎”應用。這種“零功耗”的無線傳感器受到NASA的格外關(guān)注。聲表面波射頻標簽還可以作為一種無源定位器件，定位精度比IC-RFID高一個數(shù)量級。相比之下，SAW標簽也有眾多不足限制了其廣泛應用，主要包括：（1）SAW-RFID只能讀取，其編碼在光刻時已經(jīng)確定，用戶不能再修改。為了利用盡量少的掩膜制作盡可能多的異碼標簽從而降低成本，通常采用可編程的步進重復曝光技術(shù)。（2）編碼容量不足。由于沒有存儲器，而需

5、要在盡可能短的基片上用盡可能少的反射柵表示盡可能多的編碼。最近幾年，我們在高效編碼方式的聲表面波器件設(shè)計方面開展了一系列工作，也提出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的編碼方式。 （3）標簽防碰撞問題。由于SAW器件是純無源器件，IC-RFID采用的主動控制的防碰撞協(xié)議不完全適用于SAW-RFID。在每次讀取的標簽數(shù)量不多的情況下，SAW-RFID可以實現(xiàn)防碰撞。3. SAW-RFID目前已有的應用目前，美國RF-SAW、德國西門子以及奧地利CTR公司均生產(chǎn)商業(yè)化的聲表面波標簽，也均有若干成功的應用案例。韓國的三星公司于2007年也宣布開始開發(fā)聲表面波射頻標簽。(1) 2007年NASA經(jīng)過反復測試最終放棄了

6、IC-RFID，而是選用了聲表面波RFID進行國際空間站中宇航員每日物品清點。圖2 用于國際空間站物品清點的聲表面波RFID（2）汽車生產(chǎn)線（三菱汽車澳大利亞分公司） 用于跟蹤車輛的生產(chǎn)過程。能夠承受涂裝車間的惡劣環(huán)境和高溫，準確實時確定生產(chǎn)過程的每一臺車輛，從而順利實現(xiàn)自動糾錯無重復生產(chǎn)。用于汽車AC Compressor （3） 挪威奧斯陸和美國加州路橋收費系統(tǒng)（4）越南港口集裝箱管理（5）用于手術(shù)器材管理（6）用于鐵水包管理（7）為驗證我們自行研制的SAW-RFID系統(tǒng)，重慶的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)（8）正在醞釀的應用-博物館物品清點，尤其是金屬文物。（9）正在醞釀的應用- 鐵（銅）水包調(diào)度管

7、理可以充分發(fā)揮SAW 標簽可以經(jīng)受高溫、金屬表面，可在高速環(huán)境下閱讀的特點。（10）正在醞釀的應用-超低溫物品存儲管理（11）正在醞釀的應用-汽車輪胎防偽識別與傳感實現(xiàn)汽車輪胎壓力、溫度、與地面摩擦力等信息獲取，同時實現(xiàn)輪轂與外胎的識別（用于汽車修理），實現(xiàn)SAW標簽的傳感和識別一體化。 我們認為將來的射頻標簽的應用市場必將被細分。SAW-RFID在一些特殊環(huán)境、不需要外部流通（內(nèi)部管理）等應用場合必將獲得廣泛應用。4. 自行研制的SAW-RFID系統(tǒng)技術(shù)指標根據(jù)2007年信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布的800/900MHz頻段射頻識別（RFID）技術(shù)應用規(guī)定（試行），為了試驗及演示聲表面波RFID系統(tǒng)，我們自行研制的SAW-RFID識別系統(tǒng)的主要性能指標如下：（該性能指標僅僅作為一個演示的例子，對各項指標可以達到的范圍，用括弧內(nèi)的數(shù)據(jù)表示）（1） 系統(tǒng)工作中心頻率和帶寬：920MHz-925MHz；（2.4GHz左右，帶寬40MHz）（2） 編碼容量：可達100萬；（1022或更多）（3） 作用距離：在閱讀器天線增益在8-10dB、標簽天線增益不低于-3dB情況下，標簽插損不超過30dB的情況下，系統(tǒng)閱讀距離達到8米；（15米）（4） 標簽工作溫度范圍：-15-+45；（低