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一.反向散射耦合RFID系統

1.反向散射

雷達技術為RFID的反向散射耦合方式提供了理論和應用基礎。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，一小部分反射回發射天線，并被天線接收(因此發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有關，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、應答器和天線構成一個收發通信系統。

1)應答器的能量供給

無源應答器的能量由讀寫器提供，讀寫器天線發射的功率P1經自由空間衰減后到達應答器，設到達功率為 。 中被吸收的功率經應答器中的整流電路后形成應答器的工作電壓。

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

2)應答器至讀寫器的數據傳輸

由讀寫器傳到應答器的功率 的一部分被天線反射，反射功率P2經自由空間后返回讀寫器，被讀寫器天線接收。接收信號經收發耦合器電路傳輸到讀寫器的接收通道，被放大后經處理電路獲得有用信息。

應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制方法實現反射的調制。其表現為反射功率P2是振幅調制信號，它包含了存儲在應答器中的識別數據信息。

3)讀寫器至應答器的數據傳輸

讀寫器至應答器的命令及數據傳輸，應根據RFID的有關標準進行編碼和調制，或者按所選用應答器的要求進行設計。

3.聲表面波應答器

1)聲表面波器件

聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)器件以壓電效應和與表面彈性相關的低速傳播的聲波為依據。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，重獲得性和設計靈活性高。

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

2)聲表面波應答器

聲表面波應答器的基本結構如圖2-10所示，長長的一條壓電晶體基片的端部有指狀電極結構。基片通常采用石英鈮酸鋰或鉭酸鋰等壓電材料制作，指狀電極電聲轉換器(換能器)。在壓電基片的導電板上附有偶極子天線，其工作頻率和讀寫器的發送頻率一致。在應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，從應答器的偶極子天線饋送至換能器。換能器將電信號轉換為聲波。轉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。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，并沿其表面產生聲波。嚴格地說，傳輸的聲波有表面波和體波，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量與基片上的反射帶數量相符，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送后，經過約1.5 ms的滯后時間，從應答器返回的第一個應答脈沖才到達。這是表面波應答器時序方式的重要優點。因為在讀寫器周圍所處環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，在讀寫器天線發射之后0.6 ms就能返回讀寫器)，所以當應答器信號返回時，讀寫器周圍的所有金屬表面反射都已消失，不會干擾返回的應答信號。

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

聲表面波RFID系統的作用距離主要取決于讀寫器所能允許的發射功率，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，而且能夠實現全向性的方向圖。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，但工藝較為復雜，成本也相對較高。