Подробное объяснение двух компонентов RFID-технологии

Технология радиочастотной идентификации (RFID) — это бесконтактная автоматическая технология идентификации. Её основной принцип заключается в использовании радиочастотных сигналов и их пространственных характеристик связи и передачи для автоматического определения объектов, которые необходимо идентифицировать по неподвижным или движущимся.

RFID-система обычно состоит из двух частей: электронной метки и считывателя. Электронный метка и считыватель обеспечивают пространственную (бесконтактную) связь РЧ-сигналов через элементы связывания. Внутри канала связи реализуются передача энергии и обмен данными на основе временных соотношений. Существует два типа радиочастотного соединения между считывателем и электронным меткой.

1) Индуктивное соединение: связь достигается через высокочастотное переменное магнитное поле в пространстве, основанное на законе электромагнитной индукции.

(2) Электромагнитная связь обратного рассеяния: в модели радарного принципа излучаемые электромагнитные волны отражаются от цели при контакте и возвращают информацию о цели на основе пространственных законов распространения электромагнитных волн.

Индуктивное соединение обычно подходит для короткодействующих RFID-систем, работающих на средних и низких частотах. Типичные рабочие частоты: 125 кГц, 225 кГц и 13,56 МГц. Диапазон распознавания менее 1 м, типичное рабочее расстояние составляет 10 см~20 см. Метод электромагнитного обратного рассеяния обычно подходит для систем дальнего RFID, работающих на высокочастотных и микроволновых уровнях. Типичные рабочие частоты включают: 433 МГц, 868 МГц, 915 МГц, 2,45 ГГц и 5,8 ГГц. Диапазон распознавания превышает 1 м, а типичный диапазон — 3м~10 м.

Электронные метки, также известные как радиочастотные метки, транспондеры или носители данных, прикрепляют электронные метки к объекту, подлежащему идентификации, и являются истинными носителями данных RFID-системы. Как правило, электронные метки состоят из антенны для тегов и отдельного чипа для меток.

В зависимости от способа питания электронные метки можно разделить на активные и пассивные метки. Активные метки имеют встроенные батарейки, а пассивные — нет.

Считыватель, также известный как устройство считывания, может быть устройством для чтения/записи или только для чтения. Когда объект, который должен быть идентифицирован с помощью электронной метки, проходит через его диапазон считывания, он автоматически и бесконтактно извлекает согласованную идентификационную информацию из бирки, обеспечивая автоматическую идентификацию или автоматический сбор информации о идентификации предмета.

Технология акустических поверхностных волн

Поверхностные акустические волны (SAW) — это механические волны, распространяющиеся по поверхности пьезоэлектрических кристаллов, со скоростью звука всего одна сотая тысячная от скорости электромагнитной волны, что приводит к очень малому ослаблению распространения. Устройства SAW изготавливаются с использованием микроэлектронной технологии на пьезоэлектрических подложках для изготовления вилкообразных электроакустических преобразователей и рефлекторных сцепок. Используя пьезоэлектрический эффект материала подложки, электрические сигналы преобразуются в акустические сигналы через вход в межпальцевый преобразователь (IDT), который ограничивается поверхностью подложки и затем восстанавливается в электрические сигналы. Это позволяет осуществлять процесс преобразования электрическо-акустическо-электрического преобразования, завершая обработку электрического сигнала и создавая электронные устройства для различных применений. Устройства поверхностных акустических волн, изготовленные с использованием передовых технологий микроэлектронной обработки, обладают такими преимуществами, как компактный размер, лёгкость, высокая надёжность, хорошая стабильность, многофункциональность и гибкий дизайн. Они широко применяются в коммуникациях, телевидении, пультах дистанционного управления и системах сигнализации, при этом сотни миллионов мобильных телефонов и телевизоров используют несколько поверхностных акустических волновых фильтров. С быстрым развитием технологий обработки устройства SAW теперь охватывают рабочие частоты 10 МГц~2,5 ГГц, что делает их незаменимыми ключевыми компонентами современной информационной индустрии.

Принцип работы пассивных электронных меток SAW

Пассивные электронные метки SAW используют модуляцию отражения для передачи информации о метке считывающему.

Метка SAW состоит из преобразователя с перекрестным пальцем и нескольких отражателей, при этом две линии шины преобразователя соединяются с антенной электронного метки. Антенна считывателя периодически посылает высокочастотные запросные импульсы. В пределах приёмной зоны электронной метки принятые высокочастотные импульсы преобразуются в акустические поверхностные волны с помощью интеркантированного преобразователя и распространяются по поверхности кристалла. Отражающая группа частично отражает падающие поверхностные волны и возвращает их на перекрестный передатчик, который затем преобразует отражённую струну звукового импульса в струну высокочастотного электрического импульса. Если отражающая группа спроектирована по определённому шаблону так, чтобы отражённый сигнал отражал заданную информацию кодирования, то считыватель получает отражающую струну электрического импульса высокочастотной с конкретным кодом этого элемента. С помощью демодуляции и обработки достигается автоматическая идентификация.

Из-за медленной скорости распространения поверхностных акустических волн эффективный отражённый импульсный поток возвращается к считывателю только с задержкой в несколько микросекунд. Во время этой задержки отражения помех от окружающего считывателя ослабляют и не мешают эффективному сигналу электронной метки поверхностной волны.

Приложения пассивной электронной метки SAW

Электронные метки с использованием технологии поверхностных акустических волн появились в конце 1980-х годов, и в последние годы исследования акустических поверхностных волн стали горячей темой. Поверхностные акустические волновые электронные метки представляют собой новое системное достижение, применяющее современную электронику, акустику, полупроводниковую планарную технологию, радара и технологии обработки сигналов. Это новый тип бесконтактной автоматической идентификационной технологии, отличающаяся от распознавания микросхем ИС.

Поскольку устройства SAW работают в радиочастотном диапазоне, они пассивны и высокоустойчивы к электромагнитным помехам. Таким образом, электронные метки, реализованные с использованием технологии SAW, обладают определёнными уникальными преимуществами и служат дополнением к технологии интегральных схем. Его основные особенности:

1. Большой и надёжный диапазон чтения — до нескольких метров;

2. Может использоваться на металлических и жидких изделиях;

3. Простое сопоставление между чипами меток и антеннами, низкие производственные затраты;

4. Он не только может распознавать неподвижные объекты, но и быстро движущиеся объекты на скоростях до 300 км/ч;

5. Может использоваться в суровых условиях, таких как перепады температур (-100°C~300°C) и сильные электромагнитные помехи.

Технология электронных бирок имеет широкий спектр применений, включая управление логистикой, сбор платы за проезд на дорогах и мостах, общественный транспорт, контроль доступа, борьбу с подделками, мониторинг техники труда и технику безопасности и идентификацию ферм, предотвращение и сбор краж в супермаркетах, сортировку багажа авиакомпаний, отслеживание посылок, контроль и отслеживание на заводской конвейере, управление оборудованием и активами, спортивные соревнования и многое другое.

Метки SAW также подходят для измерения изменений параметров, таких как давление, напряжение, кручение, ускорение и температура, например, позиционирование горячего вала в системах определения температуры инфракрасных валов, рельсовых весов, системах обнаружения перегрузки и давления в автомобильных шинах.

Метка акустических поверхностных волн OIS-W, произведённая Baumer Ident GmbH в Германии, и система акустических поверхностных волн SOFIS компании Siemens, успешно использовались в системе автоматического сбора платы за проезд через переезд в Осло, Норвегия, и в системе позиционирования прибытия вокзалов в Мюнхене, Германия. В Соединённых Штатах такие компании, как Identtronix, i-Ray и RF-SAW, также производят коммерческие электронные метки SAW.