Eine ausführliche Erklärung der beiden Komponenten der RFID-Technologie

Die Radiofrequenz-Identifikationstechnologie (RFID) ist eine kontaktlose automatische Identifikationstechnologie. Ihr Grundprinzip besteht darin, Hochfrequenzsignale sowie deren räumliche Kopplungs- und Übertragungseigenschaften zu nutzen, um Objekte automatisch zu identifizieren, die von stationären oder beweglichen Objekten identifiziert werden sollen.

Ein RFID-System besteht im Allgemeinen aus zwei Teilen: dem elektronischen Tag und dem Leser. Das elektronische Tag und der Leser erreichen eine räumliche (kontaktlose) Kopplung von RF-Signalen durch Kopplungselemente. Innerhalb des Kopplungskanals werden Energieübertragung und Datenaustausch basierend auf Zeitverhältnissen realisiert. Es gibt zwei Arten der HF-Signalkopplung zwischen dem Leser und dem elektronischen Tag.

1) Induktive Kopplung: Die Kopplung wird durch ein hochfrequentes, wechselndes Magnetfeld im Weltraum erreicht, basierend auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion.

(2) Elektromagnetische Rückstreukopplung: Im Radarprinzip-Modell reflektieren die emittierten elektromagnetischen Wellen beim Kontakt vom Ziel und übertragen die Zielinformation, basierend auf den räumlichen Ausbreitungsgesetzen elektromagnetischer Wellen.

Induktive Kopplung eignet sich im Allgemeinen für Kurzstrecken-RFID-Systeme, die bei mittleren und niedrigen Frequenzen arbeiten. Typische Betriebsfrequenzen sind: 125 kHz, 225 kHz und 13,56 MHz. Die Erkennungsreichweite beträgt weniger als 1 m, mit einer typischen Arbeitsdistanz von 10 cm~20 cm. Die elektromagnetische Rückstreukupplungsmethode eignet sich im Allgemeinen für Fern-RFID-Systeme, die auf hohen Frequenz- und Mikrowellenniveaus arbeiten. Typische Betriebsfrequenzen sind: 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 2,45 GHz und 5,8 GHz. Die Erkennungsreichweite beträgt größer als 1 m, mit einer typischen Reichweite von 3 m ~10 m.

Elektronische Tags, auch bekannt als Radiofrequenz-Tags, Transponder oder Datenträger, befestigen elektronische Tags an dem zu identifizierenden Objekt und sind die eigentlichen Datenträger des RFID-Systems. Im Allgemeinen bestehen elektronische Tags aus einer Tag-Antenne und einem eigenen Tag-Chip.

Je nach Stromversorgungsmethode können elektronische Tags in aktive und passive Tags unterteilt werden. Aktive Tags haben eingebaute Batterien, passive Tags jedoch nicht.

Ein Leser, auch als Auslesegerät bekannt, kann ein Lese-/Schreib- oder Nur-Lese-Gerät sein. Wenn ein mit einem elektronisches Etikett identifiziertes Objekt seinen Auslesebereich durchläuft, extrahiert er automatisch und kontaktlos die vereinbarten Identifikationsinformationen aus dem Etikett und erreicht so eine automatische Identifikation oder automatische Sammlung der Artikelidentifikationsinformationen.

Technologie für akustische Oberflächenwellengeräte

Oberflächenakustische Wellen (SAW) sind mechanische Wellen, die sich auf der Oberfläche piezoelektrischer Kristalle ausbreiten, mit einer Schallgeschwindigkeit von nur einem Hunderttausendstel der elektromagnetischen Wellengeschwindigkeit, was zu einer sehr geringen Ausbreitungsdämpfung führt. SAW-Bauelemente werden mit mikroelektronischer Technologie auf piezoelektrischen Substraten hergestellt, um gabelförmige elektroakustische Wandler und Reflektorkoppler herzustellen. Durch die Nutzung des piezoelektrischen Effekts des Substratmaterials werden elektrische Signale durch Eingang in einen Inter-Finger-Wandler (IDT) umgewandelt, der auf die Substratoberfläche beschränkt und dann in elektrische Signale zurückgegeben wird. Dies ermöglicht den elektrisch-akustisch-elektrischen Umwandlungsprozess, der die elektrische Signalverarbeitung abschließt und elektronische Geräte für verschiedene Anwendungen produziert. Oberflächenakustische Wellengeräte, die mit fortschrittlicher mikroelektronischer Verarbeitungstechnologie hergestellt werden, zeichnen sich durch Vorteile wie kompakte Größe, geringes Gewicht, hohe Zuverlässigkeit, gute Konsistenz, Multifunktionalität und flexibles Design aus. Sie werden weit verbreitet in Kommunikations-, Fernseh-, Fernsteuerungs- und Alarmsystemen eingesetzt, wobei Hunderte Millionen von Mobiltelefonen und Fernsehern mehrere Oberflächenakustikwellenfilter verwenden. Mit der rasanten Entwicklung der Verarbeitungstechnologie decken SAW-Geräte nun Betriebsfrequenzen von 10 MHz~2,5 GHz ab und sind somit unverzichtbare Schlüsselkomponenten in der modernen Informationsbranche.

Arbeitsprinzip der passiven elektronischen SAW-Tags

SAW-passive elektronische Tags verwenden Reflexionsmodulation, um Tag-Informationen an den Leser zu übertragen.

Ein SAW-Tag besteht aus einem Querfinger-Wandler und mehreren Reflektoren, wobei zwei Busleitungen des Wandlers mit der Antenne des elektronischen Tags verbunden sind. Die Antenne des Lesers sendet periodisch hochfrequente Abfrageimpulse. Innerhalb des Empfangsbereichs der elektronischen Tag-Antenne werden die empfangenen hochfrequenten Impulse vom interkantierten Wandler in akustische Oberflächenwellen umgewandelt und breiten sich auf der Kristalloberfläche aus. Die Reflektorgruppe reflektiert teilweise die einfallenden Oberflächenwellen und gibt sie an den Kreuzfinger-Wandler zurück, der dann die reflektierte Schallpuls-Saite in eine hochfrequente elektrische Puls-Schnur umwandelt. Wenn die Reflektorgruppe nach einem bestimmten Muster entworfen ist, sodass das reflektierte Signal die angegebene Codierungsinformation darstellt, erhält der Leser eine reflektierende hochfrequente elektrische Pulskette mit dem spezifischen Code dieses Objekts. Durch Demodulation und Verarbeitung wird eine automatische Identifikation erreicht.

Aufgrund der langsamen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Oberflächenakustikwellen kehrt der effektiv reflektierte Pulszug erst nach mehreren Mikrosekunden zum Leser zurück. Während dieser Verzögerung werden Interferenzreflexionen von der Umgebung des Lesers abgeschwächt und stören das effektive Signal des elektronischen Tags der akustischen Oberflächenwelle nicht.

SAW passive elektronische Tag-Anwendungen

Elektronische Tags mit Oberflächen-Akustikwellentechnologie begannen Ende der 1980er Jahre, und in den letzten Jahren ist die Forschung zu akustischen Oberflächenwellen-Tags zu einem heißen Thema geworden. Oberflächen-Akustikwellen-Elektronik-Tags stellen eine neue Systemleistung dar, die moderne Elektronik, Akustik, Halbleiter-Planarprozesstechnologie, Radar- und Signalverarbeitungstechnologien einsetzen. Sie sind eine neue Art der kontaktlosen automatischen Identifikationstechnologie, die sich von der IC-Chip-Erkennung unterscheidet.

Da SAW-Geräte im HF-Band arbeiten, sind sie passiv und hochresistent gegen elektromagnetische Störungen. Daher haben elektronische Tags mit SAW-Technologie bestimmte einzigartige Vorteile und ergänzen die integrierte Schaltungstechnologie. Seine Hauptmerkmale sind:

1. Große und zuverlässige Messreichweite bis zu mehreren Metern;

2. Kann auf Metall- und Flüssigprodukten verwendet werden;

3. Einfache Abstimmung zwischen Tag-Chips und Antennen, niedrige Herstellungskosten;

4. Er kann nicht nur stationäre Objekte erkennen, sondern auch schnelle, sich bewegende Objekte mit Geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h;

5. Kann in rauen Umgebungen wie Temperaturunterschieden (-100°C~300°C) und starken elektromagnetischen Störungen eingesetzt werden.

Die elektronische Tag-Technologie bietet eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten, darunter Logistikmanagement, Straßen- und Brückengebührenerhebung, öffentlichen Nahverkehr, Zugangskontrolle, Fälschungssicherung, Gesundheits- und Sicherheitsüberwachung und -identifikation von Farmen, Verhinderung und Abholung von Supermarktdiebstahl, Gepäcksortierung von Fluggepäcken, Paketverfolgung, Werksmontagelinie und -tracking, Ausrüstungs- und Vermögensverwaltung, Sportwettkämpfe und mehr.

SAW-Tags eignen sich auch zur Messung von Parameteränderungen wie Druck, Spannung, Torsion, Beschleunigung und Temperatur, wie etwa der Positionierung der Heißwelle in Eisenbahn-Infrarotwellen-Temperatursensorsystemen, Schienenskalen, Überlasterkennungssystemen und Reifendruck von Autos.

Das OIS-W-Akustik-Oberflächenwellen-Tag, hergestellt von Baumer Ident GmbH in Deutschland, und das SOFIS-Akustik-Oberflächenwellensystem von Siemens wurden erfolgreich im automatischen Mautsystem am Bahnübergang in Oslo, Norwegen, sowie im Bahnhofsankunftssystem in München, Deutschland, eingesetzt. In den Vereinigten Staaten produzieren Unternehmen wie Identtronix, i-Ray und RF-SAW auch kommerzielle SAW-elektronische Etiketten.