RFID 기술의 두 구성 요소에 대한 상세한 설명

무선 주파수 식별(RFID) 기술은 비접촉식 자동 식별 기술입니다. 기본 원리는 무선 주파수 신호와 그 공간적 결합 및 전송 특성을 이용해 정지하거나 움직이는 물체가 식별할 대상을 자동으로 식별하는 것입니다.

RFID 시스템은 일반적으로 전자 태그와 리더기 두 부분으로 구성됩니다. 전자 태그와 리더는 결합 요소를 통해 RF 신호의 공간적(비접촉) 결합을 달성합니다. 결합 채널 내에서 시간 관계에 기반한 에너지 전송과 데이터 교환이 이루어집니다. 리더기와 전자 태그 사이에는 두 가지 유형의 RF 신호 결합이 있습니다.

1) 유도 결합: 결합은 전자기 유도 법칙에 기반한 공간 내 고주파 교류 자기장을 통해 이루어집니다.

(2) 전자기 후방 산란 결합: 레이더 원리 모델에서는 방출된 전자기파가 접촉 시 목표물에 반사되어 전자기파의 공간 전파 법칙에 따라 목표 정보를 되돌려 전달합니다.

유도 결합은 일반적으로 중저주파에서 작동하는 단거리 RFID 시스템에 적합합니다. 일반적인 작동 주파수는 125kHz, 225kHz, 13.56MHz입니다. 인식 범위는 1m 미만이며, 일반적인 작업 거리는 10cm~20cm입니다. 전자기 후방산란 결합 방식은 일반적으로 고주파 및 마이크로파 수준에서 작동하는 장거리 RFID 시스템에 적합합니다. 일반적인 작동 주파수는 433MHz, 868MHz, 915MHz, 2.45GHz, 5.8GHz입니다. 인식 범위는 1m 이상이며, 일반적인 범위는 3m~10m 정도입니다.

전자 태그는 무선 주파수 태그, 트랜스폰더 또는 데이터 캐리어라고도 하며, 식별할 대상에 전자 태그를 부착하며 RFID 시스템의 진정한 데이터 매개체입니다. 일반적으로 전자 태그는 태그 안테나와 전용 태그 칩으로 구성됩니다.

전원 공급 방식에 따라 전자 태그는 능동 태그와 수동 태그로 나눌 수 있습니다. 능동 태그는 내장 배터리가 있는 반면, 수동 태그는 없습니다.

리더는 읽기/쓰기 장치라고도 하며, 읽기/쓰기 또는 읽기 전용 장치일 수 있습니다. 전자 태그로 식별할 항목이 읽기 범위를 통과하면, 태그에서 합의된 식별 정보를 자동으로 비접촉적으로 추출하여 자동 식별 또는 자동 수집을 달성합니다.

음향 표면파 장치 기술

표면 음향파(SAW)는 압전 결정 표면을 전파하는 기계파로, 음속은 전자기파 속도의 십만 분의 일에 불과해 전파 감쇠가 매우 적습니다. SAW 장치는 압전 기판 위의 마이크로전자 기술을 사용하여 포크 모양의 전기음향 변환기와 반사기 커플러를 제조합니다. 기판 재료의 압전 효과를 이용해 전기 신호를 입력하여 인터핑거 변환기(IDT)에 입력하여 음향 신호로 변환하며, IDT는 기판 표면에 갇힌 후 전기 신호로 복원됩니다. 이로 인해 전기-음향-전기 변환 과정이 가능해져 전기 신호 처리를 완성하고 다양한 응용용 전자 장치를 생산할 수 있습니다. 첨단 마이크로전자 처리 기술을 사용해 제작된 표면 음향파 장치는 소형 크기, 가벼움, 높은 신뢰성, 우수한 일관성, 다기능, 유연한 설계 등의 장점을 갖추고 있습니다. 이들은 통신, 텔레비전, 원격 제어, 경보 시스템에 널리 사용되었으며, 수억 대의 휴대전화와 텔레비전에 다중 표면 음향파 필터가 적용되고 있습니다. 처리 기술의 급속한 발전으로 SAW 장치는 이제 10MHz~2.5GHz의 동작 주파수를 커버하여 현대 정보 산업에서 필수적인 핵심 부품이 되었습니다.

SAW 수동 전자 태그의 작동 원리

SAW 수동 전자 태그는 반사 변조를 사용하여 태그 정보를 리더에 전송합니다.

SAW 태그는 교차 손가락 변환기와 여러 개의 반사체로 구성되며, 변환기의 두 버스 라인이 전자 태그의 안테나에 연결되어 있습니다. 리더기의 안테나는 주기적으로 고주파 쿼리 펄스를 전송합니다. 전자 태그 안테나의 수신 범위 내에서 수신된 고주파 펄스는 인터센트 트랜스듀서에 의해 음향 표면파로 변환되어 결정 표면에 전파됩니다. 반사체 그룹은 입사 표면파를 부분적으로 반사하여 크로스 핑거 변환기로 되돌려 보내고, 트랜스듀서는 반사된 소리 펄스 스트링을 고주파 전기 펄스 스트링으로 변환합니다. 반사기 그룹이 특정 패턴에 따라 설계되어 반사 신호가 지정된 인코딩 정보를 나타내면, 리더는 해당 항목의 특정 코드가 포함된 반사 고주파 전기 펄스 문자열을 받게 됩니다. 복조 및 처리를 통해 자동 식별이 가능합니다.

표면 음파의 느린 전파 속도로 인해, 유효 반사 펄스 열은 몇 마이크로초 지연 후에야 리더기에 돌아옵니다. 이 지연 동안 리더기 주변의 간섭 반사는 감쇠되어 음향 표면파 전자 태그의 유효 신호에 간섭하지 않습니다.

SAW 수동 전자 태그 응용

표면 음향파 기술을 이용한 전자 태그는 1980년대 후반에 시작되었으며, 최근 몇 년간 음향 표면파 태그 연구가 뜨거운 이슈가 되고 있습니다. 표면 음향파 전자 태그는 현대 전자공학, 음향, 반도체 평면 공정 기술, 레이더, 신호 처리 기술을 적용한 새로운 시스템 성과를 나타냅니다. 이들은 IC 칩 인식과는 구별되는 새로운 유형의 비접촉 자동 식별 기술입니다.

SAW 장치는 RF 대역에서 동작하기 때문에 수동적이고 전자기 간섭에 매우 강합니다. 따라서 SAW 기술로 구현된 전자 태그는 특정 독특한 장점을 가지고 있으며 집적 회로 기술을 보완하는 역할을 합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다:

1. 최대 수 미터에 달하는 넓고 신뢰할 수 있는 읽기 범위;

2. 금속 및 액체 제품에 사용할 수 있습니다;

3. 태그 칩과 안테나 간의 간단한 매칭, 낮은 제조 비용;

4. 정지한 물체를 인식할 뿐만 아니라 최대 300 km/h의 고속 이동 물체도 인식할 수 있습니다;

5. 온도 차이(-100°C~300°C)와 강한 전자기 간섭과 같은 혹독한 환경에서 사용할 수 있습니다.

전자 태그 기술은 물류 관리, 도로 및 교량 통행료 징수, 대중교통, 출입 통제, 위조 방지, 농장 보건 및 안전 모니터링 및 식별, 슈퍼마켓 도난 방지 및 수거, 항공사 수하물 분류, 소포 추적, 공장 조립 라인 통제 및 추적, 장비 및 자산 관리, 스포츠 대회 등 다양한 분야에 활용됩니다.

SAW 태그는 또한 압력, 응력, 비틀림, 가속도, 온도와 같은 매개변수 변화를 측정하는 데 적합하며, 예를 들어 철도 적외선 축 온도 감지 시스템, 레일 저울, 과부하 감지 시스템, 자동차 타이어 압력 등이 있습니다.

독일 Baumer Ident GmbH에서 제작한 OIS-W 음향 표면파 태그와 Siemens의 SOFIS 음향 표면파 시스템은 노르웨이 오슬로의 자동 횡단 통행료 징수 시스템과 독일 뮌헨의 기차역 도착 위치 지정 시스템에 성공적으로 사용되었습니다. 미국에서는 Identtronix, i-Ray, RF-SAW와 같은 회사들이 상업용 SAW 전자 태그를 생산하기도 합니다.