RFID技術の2つの構成要素の詳細な説明

無線周波数識別(RFID)技術は、非接触型の自動識別技術です。その基本原理は、無線周波数信号とその空間的結合や伝送特性を利用して、静止または動いている物体で識別対象物を自動的に識別することです。

RFIDシステムは一般的に電子タグとリーダーの2つの部分で構成されています。 電子タグとリーダーは、結合要素を通じてRF信号の空間的(非接触)結合を実現します。結合チャネル内で、エネルギーの伝達とデータ交換はタイミング関係に基づいて実現されます。 リーダーと電子タグの間には2種類のRF信号結合があります。

1) 誘導結合:結合は電磁誘導の法則に基づく空間中の高周波交流磁場によって達成されます。

(2) 電磁後方散乱結合:レーダー原理モデルでは、放射された電磁波が接触時に目標に反射し、電磁波の空間伝播法則に基づき目標情報を運び戻します。

誘導結合は、中低周波で動作する短距離RFIDシステムに一般的に適しています。 典型的な動作周波数は125kHz、225kHz、13.56MHzです。 認識範囲は1m未満で、典型的な作業距離は10cm~20cmです。 電磁後方散乱結合法は、高周波およびマイクロ波レベルで動作する長距離RFIDシステムに一般的に適しています。 典型的な動作周波数は、433MHz、868MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHzです。 認識範囲は1m以上で、典型的な範囲は3m~10mです。

電子タグは、無線周波数タグ、トランスポンダー、またはデータキャリアとも呼ばれ、識別対象の物品に電子タグを取り付け、RFIDシステムの真のデータキャリアです。 一般的に、電子タグはタグアンテナと専用のタグチップで構成されています。

電源方式によって、電子タグはアクティブタグとパッシブタグに分けられます。アクティブタグは内蔵バッテリーを備えていますが、パッシブタグは内蔵されていません。

リーダーは読み取り/書き込みデバイスとも呼ばれ、読み取り専用デバイスまたは読み取り専用デバイスのいずれかです。電子タグで識別されるアイテムが読み取り範囲を通過すると、タグから合意された識別情報を自動かつ非接触的に抽出し、自動識別またはアイテム識別情報の自動収集を実現します。

音響表面波装置技術

表面音響波(SAW)は、圧電結晶の表面に伝播する機械波であり、音速は電磁波速度の10万分の1に過ぎず、伝播減衰は非常に少ないです。 SAWデバイスは、圧電基板上でマイクロ電子技術を用いてフォーク状の電気音響トランスデューサーやリフレクターカプラーを製造します。基板材料の圧電効果を利用することで、電気信号は基板表面に閉じ込められた指間トランスデューサー(IDT)への入力によって音響信号に変換され、その後電気信号に復元されます。これにより電気・音響・電気変換プロセスが可能となり、電気信号処理が完了し、さまざまな用途向けの電子デバイスが生成されます。 高度なマイクロエレクトロニクス処理技術を用いて製造された表面音響波デバイスは、コンパクトなサイズ、軽量化、高い信頼性、優れた一貫性、多機能性、柔軟な設計といった利点を持っています。これらは通信、テレビ、リモコン、警報システムに広く使用されており、数億台の携帯電話やテレビが複数の表面音響波フィルターを採用しています。 処理技術の急速な発展により、SAWデバイスは現在10MHz~2.5GHzの動作周波数をカバーし、現代情報産業において不可欠な重要な要素となっています。

SAWパッシブ電子タグの動作原理

SAWパッシブ電子タグは反射変調を利用してタグ情報をリーダーに送信します。

SAWタグは、クロスフィンガートランスデューサーと複数のリフレクターで構成され、トランスデューサーの2本のバスラインが電子タグのアンテナに接続されています。 リーダーのアンテナは定期的に高周波クエリパルスを送信します。電子タグアンテナの受信範囲内で、受信された高周波パルスはインターカンテッドトランスデューサによって音響表面波に変換され、結晶表面上で伝播します。 反射器群は入射した表面波を部分的に反射し、クロスフィンガートランスデューサに戻します。トランスデューサーは反射された音パルス弦を高周波電気パルス弦に変換します。 反射グループが特定のパターンに従って設計され、反射信号が指定された符号化情報を表す場合、リーダーはそのアイテムの特定のコードを含む反射高周波電気パルス文字列を受け取ります。 復調と処理を通じて、自動識別が実現されます。

表面音波の伝播速度が遅いため、有効反射パルストレインは数マイクロ秒の遅延後に初めてリーダーに戻ってきます。この遅延中、リーダー周囲からの干渉反射は減衰され、音響表面波電子タグの有効信号に干渉しません。

SAW受動電子タグアプリケーション

表面音響波技術を用いた電子タグは1980年代後半に始まり、近年では音響面波タグの研究が注目されています。 表面音響波電子タグは、現代の電子工学、音響、半導体平面プロセス技術、レーダー、信号処理技術を応用した新たなシステムの成果を表しています。これらはICチップ認識とは異なる新しいタイプの非接触自動識別技術です。

SAWデバイスはRF帯域で動作するため、受動的で電磁干渉に非常に耐性があります。したがって、SAW技術で実装された電子タグには独自の利点があり、集積回路技術の補完として機能します。 主な特徴は以下の通りです:

1. 最大数メートルの広く信頼性の高い読書範囲;

2. 金属および液体製品に使用可能;

3. タグチップとアンテナ間の単純なマッチング、低コストの製造;

4. 静止物体を認識できるだけでなく、最高300 km/hの高速移動物体も認識できます。

5. 温度差(-100°C~300°C)や強い電磁干渉などの過酷な環境でも使用可能です。

電子タグ技術は、物流管理、道路・橋梁通行料徴収、公共交通機関、アクセス制御、偽造防止、農場の健康安全監視・識別、スーパーマーケット盗難防止・回収、航空会社の手荷物仕分け、荷物追跡、工場の組立ライン管理・追跡、設備・資産管理、スポーツ競技など、幅広い応用があります。

SAWタグは、圧力、応力、ねじり、加速度、温度などのパラメータの変化を測定するのにも適しており、例えば鉄道赤外線シャフト温度検出システム、レールスケール、過負荷検知システム、自動車用タイヤの空気圧などが含まれます。

ドイツのBaumer Ident GmbHが製造したOIS-W音響表面波タグとシーメンスのSOFIS音響表面波システムは、ノルウェー・オスロの自動交差料金徴収システムやミュンヘンの駅到着位置システムで成功裏に使用されています。 アメリカ合衆国では、Identtronix、i-Ray、RF-SAWなどの企業も商用SAW電子タグを製造しています。