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一.反向散射耦合RFID系統(tǒng)

1.反向散射

雷達技術(shù)為RFID的反向散射耦合方式提供了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。當電磁波遇到空間目標時，其能量的一部分被目標吸收，另一部分以不同的強度散射到各個方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被天線接收(因此發(fā)射天線也是接收天線)，對接收信號進行放大和處理，即可獲得目標的有關(guān)信息。

2.RFID反向散射耦合方式

一個目標反射電磁波的頻率由反射橫截面來確定。反射橫截面的大小與一系列的參數(shù)有關(guān)，如目標的大小、形狀和材料，電磁波的波長和極化方向等。由于目標的反射性能通常隨頻率的升高而增強，所以RFID反向散射耦合方式采用特高頻和超高頻，應(yīng)答器和讀寫器的距離大于1 m。

RFID反向散射耦合方式的原理框圖如圖2-9所示，讀寫器、應(yīng)答器和天線構(gòu)成一個收發(fā)通信系統(tǒng)。

1)應(yīng)答器的能量供給

無源應(yīng)答器的能量由讀寫器提供，讀寫器天線發(fā)射的功率P1經(jīng)自由空間衰減后到達應(yīng)答器，設(shè)到達功率為 。 中被吸收的功率經(jīng)應(yīng)答器中的整流電路后形成應(yīng)答器的工作電壓。

在UHF和SHF頻率范圍，有關(guān)電磁兼容的標準對讀寫器所能發(fā)射的最大功率有嚴格的限制，因此在有些應(yīng)用中，應(yīng)答器采用完全無源方式會有一定困難。為解決應(yīng)答器的供電問題，可在應(yīng)答器上安裝附加電池。為防止電池不必要的消耗，應(yīng)答器平時處于低功耗模式，當應(yīng)答器進入讀寫器的作用范圍時，應(yīng)答器由獲得的射頻功率激活，進入工作狀態(tài)。

2)應(yīng)答器至讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸

由讀寫器傳到應(yīng)答器的功率 的一部分被天線反射，反射功率P2經(jīng)自由空間后返回讀寫器，被讀寫器天線接收。接收信號經(jīng)收發(fā)耦合器電路傳輸?shù)阶x寫器的接收通道，被放大后經(jīng)處理電路獲得有用信息。

應(yīng)答器天線的反射性能受連接到天線的負載變化的影響，因此，可采用相同的負載調(diào)制方法實現(xiàn)反射的調(diào)制。其表現(xiàn)為反射功率P2是振幅調(diào)制信號，它包含了存儲在應(yīng)答器中的識別數(shù)據(jù)信息。

3)讀寫器至應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸

讀寫器至應(yīng)答器的命令及數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)根據(jù)RFID的有關(guān)標準進行編碼和調(diào)制，或者按所選用應(yīng)答器的要求進行設(shè)計。

3.聲表面波應(yīng)答器

1)聲表面波器件

聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)器件以壓電效應(yīng)和與表面彈性相關(guān)的低速傳播的聲波為依據(jù)。SAW器件體積小、重量輕、工作頻率高、相對帶寬較寬，并且可以采用與集成電路工藝相同的平面加工工藝，制造簡單，重獲得性和設(shè)計靈活性高。

聲表面波器件具有廣泛的應(yīng)用，如通信設(shè)備中的濾波器。在RFID應(yīng)用中，聲表面波應(yīng)答器的工作頻率目前主要為2.45 GHz。

2)聲表面波應(yīng)答器

聲表面波應(yīng)答器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-10所示，長長的一條壓電晶體基片的端部有指狀電極結(jié)構(gòu)�；�片通常采用石英鈮酸鋰或鉭酸鋰等壓電材料制作，指狀電極電聲轉(zhuǎn)換器(換能器)。在壓電基片的導(dǎo)電板上附有偶極子天線，其工作頻率和讀寫器的發(fā)送頻率一致。在應(yīng)答器的剩余長度安裝了反射器，反射器的反射帶通常由鋁制成。

讀寫器送出的射頻脈沖序列電信號，從應(yīng)答器的偶極子天線饋送至換能器。換能器將電信號轉(zhuǎn)換為聲波。轉(zhuǎn)換的工作原理是利用壓電襯底在電場作用時的膨脹和收縮效應(yīng)。電場是由指狀電極上的電位差形成的。一個時變輸入電信號(即射頻信號)引起壓電襯底振動，并沿其表面產(chǎn)生聲波。嚴格地說，傳輸?shù)穆暡ㄓ斜砻娌ê腕w波，但主要是表面波，這種表面波縱向通過基片。一部分表面波被每個分布在基片上的反向帶反射，而剩余部分到達基片的終端后被吸收。

一部分反向波返回換能器，在那里被轉(zhuǎn)換成射頻脈沖序列電信號(即將聲波變換為電信號)，并被偶極子天線傳送至讀寫器。讀寫器接收到的脈沖數(shù)量與基片上的反射帶數(shù)量相符，單個脈沖之間的時間間隔與基片上反射帶的空間間隔成比例，從而通過反射的空間布局可以表示一個二進制的數(shù)字序列。

由于基片上的表面波傳播速度緩慢，在讀寫器的射頻脈沖序列電信號發(fā)送后，經(jīng)過約1.5 ms的滯后時間，從應(yīng)答器返回的第一個應(yīng)答脈沖才到達。這是表面波應(yīng)答器時序方式的重要優(yōu)點。因為在讀寫器周圍所處環(huán)境中的金屬表面上的反向信號以光速返回到讀寫器天線(例如，與讀寫器相距100 m處的金屬表面反射信號，在讀寫器天線發(fā)射之后0.6 ms就能返回讀寫器)，所以當應(yīng)答器信號返回時，讀寫器周圍的所有金屬表面反射都已消失，不會干擾返回的應(yīng)答信號。

聲表面波應(yīng)答器的數(shù)據(jù)存儲能力和數(shù)據(jù)傳輸取決于基片的尺寸和反射帶之間所能實現(xiàn)的最短間隔，實際上，16～32 bit的數(shù)據(jù)傳輸率大約為500kb/s。

聲表面波RFID系統(tǒng)的作用距離主要取決于讀寫器所能允許的發(fā)射功率，在2.45 GHz下，作用距離可達到1～2 m。

采用偶極子天線的好處是它的輻射能力強，制造工藝簡單，成本低，而且能夠?qū)崿F(xiàn)全向性的方向圖。微帶貼片天線的方向圖是定向的，適用于通信方向變化不大的RFID系統(tǒng)，但工藝較為復(fù)雜，成本也相對較高。