反向散射耦合RFID系統(tong)的原理(li)及特點，帶(dai)你更深(shen)入的了解(jie)
時間(jian)：2018-04-26 來源：未知
一.反向散射(she)耦合(he)RFID系統
1.反向散射
雷達技術為RFID的反向散(san)射(she)耦(ou)合(he)方式提供(gong)了理(li)論和應用基礎。當電(dian)磁波遇到(dao)空間目(mu)標時(shi)，其能量(liang)的一部分(fen)被(bei)目(mu)標吸收(shou)，另一部分(fen)以不同(tong)的強度散(san)射(she)到(dao)各個方向。在(zai)散(san)射(she)的能量(liang)中，一小(xiao)部分(fen)反射(she)回(hui)發射(she)天(tian)(tian)線(xian)(xian)，并(bing)被(bei)天(tian)(tian)線(xian)(xian)接收(shou)(因此(ci)發射(she)天(tian)(tian)線(xian)(xian)也是接收(shou)天(tian)(tian)線(xian)(xian))，對接收(shou)信號進行(xing)放大和處理(li)，即(ji)可(ke)獲得目(mu)標的有(you)關(guan)信息(xi)。
2.RFID反向散射耦合方式
一個目標反射電(dian)磁波的(de)(de)(de)頻(pin)率由(you)(you)反射橫截面來確定。反射橫截面的(de)(de)(de)大小與(yu)一系(xi)列的(de)(de)(de)參數有關，如目標的(de)(de)(de)大小、形狀和(he)(he)材料(liao)，電(dian)磁波的(de)(de)(de)波長和(he)(he)極(ji)化(hua)方向等(deng)。由(you)(you)于(yu)目標的(de)(de)(de)反射性能(neng)通常隨頻(pin)率的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)而增強，所(suo)以RFID反向散射耦合方式采用特高(gao)頻(pin)和(he)(he)超(chao)高(gao)頻(pin)，應答器和(he)(he)讀寫器的(de)(de)(de)距離大于(yu)1 m。
RFID反向散射耦合(he)方式的原理框圖如圖2-9所示，讀寫器、應答器和天(tian)線構成一(yi)個收(shou)發通信系統。
1)應答器的能量(liang)供給
無源(yuan)應(ying)答(da)(da)(da)器(qi)的能(neng)量由讀寫(xie)器(qi)提供，讀寫(xie)器(qi)天線發射的功(gong)率(lv)P1經自由空(kong)間(jian)衰減(jian)后(hou)(hou)到(dao)達(da)應(ying)答(da)(da)(da)器(qi)，設到(dao)達(da)功(gong)率(lv)為 。 中被吸收的功(gong)率(lv)經應(ying)答(da)(da)(da)器(qi)中的整流電路后(hou)(hou)形成應(ying)答(da)(da)(da)器(qi)的工作(zuo)電壓。
在(zai)UHF和(he)SHF頻率(lv)范(fan)圍，有(you)(you)關電(dian)(dian)磁兼容的(de)(de)國際標準對(dui)讀寫(xie)器(qi)所(suo)能(neng)發射的(de)(de)最大功率(lv)有(you)(you)嚴(yan)格(ge)的(de)(de)限制(zhi)，因此在(zai)有(you)(you)些應(ying)用中，應(ying)答(da)器(qi)采(cai)用完(wan)全無源(yuan)方式會有(you)(you)一定困(kun)難。為解決應(ying)答(da)器(qi)的(de)(de)供電(dian)(dian)問題，可(ke)在(zai)應(ying)答(da)器(qi)上安裝附(fu)加電(dian)(dian)池。為防(fang)止電(dian)(dian)池不必(bi)要(yao)的(de)(de)消耗，應(ying)答(da)器(qi)平時(shi)處(chu)于(yu)低功耗模式，當應(ying)答(da)器(qi)進入(ru)讀寫(xie)器(qi)的(de)(de)作(zuo)用范(fan)圍時(shi)，應(ying)答(da)器(qi)由獲得(de)的(de)(de)射頻功率(lv)激活，進入(ru)工作(zuo)狀(zhuang)態。
2)應答器(qi)(qi)至讀寫器(qi)(qi)的數據傳(chuan)輸
由讀(du)(du)(du)寫器傳到應答(da)器的功率 的一部分被天線反射(she)，反射(she)功率P2經自由空(kong)間后返回讀(du)(du)(du)寫器，被讀(du)(du)(du)寫器天線接(jie)收(shou)(shou)。接(jie)收(shou)(shou)信(xin)號經收(shou)(shou)發耦(ou)合器電路傳輸到讀(du)(du)(du)寫器的接(jie)收(shou)(shou)通(tong)道，被放(fang)大后經處理電路獲(huo)得有用信(xin)息。
應答器天線的(de)反(fan)射性能受連(lian)接到(dao)天線的(de)負載變化的(de)影響(xiang)，因此，可(ke)采(cai)用相同(tong)的(de)負載調(diao)制(zhi)(zhi)方法實現反(fan)射的(de)調(diao)制(zhi)(zhi)。其(qi)表現為反(fan)射功率P2是(shi)振幅調(diao)制(zhi)(zhi)信號，它包(bao)含了存儲在應答器中的(de)識別(bie)數據信息。
3)讀寫(xie)器至(zhi)應答器的數據傳輸
讀寫器至應(ying)答器的(de)命令(ling)及數據傳輸，應(ying)根據RFID的(de)有關標準進行編碼和調制，或(huo)者按(an)所選用應(ying)答器的(de)要求進行設計。
3.聲表面(mian)波應答(da)器(qi)
1)聲表面波器(qi)件
聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)器(qi)件以壓電效應和與(yu)表面彈(dan)性(xing)相關的低速傳播(bo)的聲波為(wei)依據。SAW器(qi)件體積小、重量輕、工(gong)作頻率高(gao)(gao)、相對帶寬較(jiao)寬，并且可以采用與(yu)集(ji)成電路工(gong)藝(yi)(yi)相同的平面加工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)，制造(zao)簡單，重獲得性(xing)和設(she)計靈活性(xing)高(gao)(gao)。
聲表面波器(qi)件具有廣泛的應(ying)用，如通信(xin)設備中(zhong)的濾波器(qi)。在RFID應(ying)用中(zhong)，聲表面波應(ying)答器(qi)的工作頻率目前(qian)主(zhu)要為(wei)2.45 GHz。
2)聲(sheng)表面波(bo)應答(da)器
聲表面波應(ying)答器(qi)的(de)基(ji)本結構(gou)如圖2-10所示，長(chang)長(chang)的(de)一(yi)條壓(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)晶體基(ji)片的(de)端部有指狀(zhuang)(zhuang)電(dian)(dian)(dian)(dian)極結構(gou)。基(ji)片通常采用石英(ying)鈮酸(suan)鋰或(huo)鉭酸(suan)鋰等壓(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)材料制作(zuo)，指狀(zhuang)(zhuang)電(dian)(dian)(dian)(dian)極電(dian)(dian)(dian)(dian)聲轉換器(qi)(換能器(qi))。在(zai)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)基(ji)片的(de)導電(dian)(dian)(dian)(dian)板上(shang)附有偶極子天(tian)線，其工作(zuo)頻率和讀寫(xie)器(qi)的(de)發送頻率一(yi)致。在(zai)應(ying)答器(qi)的(de)剩余長(chang)度安裝了反(fan)射(she)器(qi)，反(fan)射(she)器(qi)的(de)反(fan)射(she)帶通常由(you)鋁制成。
讀寫器(qi)送(song)出的(de)(de)(de)射頻脈沖序列電(dian)(dian)信(xin)號，從應答器(qi)的(de)(de)(de)偶極(ji)(ji)子天線饋(kui)送(song)至(zhi)換(huan)能器(qi)。換(huan)能器(qi)將(jiang)電(dian)(dian)信(xin)號轉換(huan)為聲(sheng)波(bo)。轉換(huan)的(de)(de)(de)工作原理(li)是(shi)利(li)用(yong)壓(ya)電(dian)(dian)襯底在(zai)電(dian)(dian)場作用(yong)時的(de)(de)(de)膨脹和收縮效應。電(dian)(dian)場是(shi)由指狀電(dian)(dian)極(ji)(ji)上的(de)(de)(de)電(dian)(dian)位差形(xing)成的(de)(de)(de)。一個時變輸入(ru)電(dian)(dian)信(xin)號(即(ji)射頻信(xin)號)引起壓(ya)電(dian)(dian)襯底振動，并(bing)沿其(qi)表(biao)(biao)(biao)面產生聲(sheng)波(bo)。嚴格地說(shuo)，傳輸的(de)(de)(de)聲(sheng)波(bo)有表(biao)(biao)(biao)面波(bo)和體波(bo)，但主要是(shi)表(biao)(biao)(biao)面波(bo)，這(zhe)種表(biao)(biao)(biao)面波(bo)縱向通(tong)過基片。一部(bu)分(fen)表(biao)(biao)(biao)面波(bo)被(bei)每個分(fen)布在(zai)基片上的(de)(de)(de)反向帶反射，而剩余部(bu)分(fen)到(dao)達(da)基片的(de)(de)(de)終端后被(bei)吸收。
一部分反向波(bo)返回換(huan)能器(qi)，在那里(li)被轉換(huan)成(cheng)射(she)頻脈沖序列(lie)電信號(即(ji)將聲波(bo)變換(huan)為電信號)，并(bing)被偶極子天線傳送至讀(du)寫(xie)器(qi)。讀(du)寫(xie)器(qi)接收到的(de)脈沖數(shu)量與(yu)(yu)基片(pian)上的(de)反射(she)帶數(shu)量相符，單個(ge)(ge)脈沖之間(jian)的(de)時間(jian)間(jian)隔(ge)與(yu)(yu)基片(pian)上反射(she)帶的(de)空間(jian)間(jian)隔(ge)成(cheng)比例，從而通過反射(she)的(de)空間(jian)布局可以表示(shi)一個(ge)(ge)二進制的(de)數(shu)字序列(lie)。
由(you)于基片上的表面(mian)波(bo)傳(chuan)播速度緩慢，在讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi)的射頻脈(mo)沖序(xu)列電信(xin)(xin)號發(fa)送后，經過約1.5 ms的滯后時間，從應(ying)答器(qi)(qi)返回的第(di)一個應(ying)答脈(mo)沖才到(dao)達。這是表面(mian)波(bo)應(ying)答器(qi)(qi)時序(xu)方式的重(zhong)要優點。因(yin)為(wei)在讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi)周圍(wei)所處(chu)環境(jing)中的金屬表面(mian)上的反向信(xin)(xin)號以(yi)光速返回到(dao)讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi)天(tian)線(例(li)如，與讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi)相距100 m處(chu)的金屬表面(mian)反射信(xin)(xin)號，在讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi)天(tian)線發(fa)射之后0.6 ms就(jiu)能返回讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi))，所以(yi)當應(ying)答器(qi)(qi)信(xin)(xin)號返回時，讀寫(xie)(xie)(xie)器(qi)(qi)周圍(wei)的所有金屬表面(mian)反射都(dou)已消失，不會(hui)干擾返回的應(ying)答信(xin)(xin)號。
聲表(biao)面波應(ying)答器的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)存儲能力和數(shu)(shu)據(ju)傳輸取(qu)決(jue)于基片(pian)的(de)(de)尺寸和反射(she)帶之間所能實(shi)現(xian)的(de)(de)最短間隔，實(shi)際上(shang)，16～32 bit的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)傳輸率(lv)大約(yue)為500kb/s。
聲(sheng)表面波RFID系統的作用距離(li)主要取決(jue)于讀寫器所能(neng)允許的發射功(gong)率，在(zai)2.45 GHz下，作用距離(li)可(ke)達到1～2 m。
采用偶極子天線的(de)好處(chu)是它的(de)輻(fu)射(she)能力(li)強，制造工(gong)藝簡單(dan)，成本(ben)(ben)低，而且能夠實現全向(xiang)性(xing)的(de)方向(xiang)圖。微(wei)帶貼片天線的(de)方向(xiang)圖是定向(xiang)的(de)，適用于通信方向(xiang)變化不(bu)大的(de)RFID系統，但(dan)工(gong)藝較為復雜，成本(ben)(ben)也相(xiang)對較高(gao)。
