微波標籤

微波標籤工作於2.45GHz的頻段，支持ISO/IEC 18000-4標準中微波段的技術要求和無線非接觸信息系統套用的標準空中接口。典型的套用中，標籤的工作距離大於1米。系統包含兩種模式：一種是閱讀器先發指令的無源標籤系統，另一種是標籤先發指令的有源標籤系統。

基本介紹

• 中文名：微波標籤
• 外文名：Microwave Tags

介紹

微波頻段從1～10GHz，但RFID套用僅使用其中的兩個頻段：2.45GHz和5.8GHz。微波標籤可以是被動式類型、半被動式的，還可以是主動式的類型。被動式和半被動式標籤採用反向散射的方式與讀寫器進行通信，而主動式標籤使用它本身的發射器進行通信。被動式微波標籤通常比被動式超高頻標籤要小，它們具有相同的讀取範圍，大約為5m。半被動式微波標籤的讀取範圍為30m左右，但是主動式微波標籤的讀取範圍可達100m。被動式微波標籤由於需求量不大，比被動式超高頻標籤價格要高，只有很少的製造商生產這種標籤。2.45GHz和5.8GHz射頻識別系統多以半無源微波電子標籤產品面世。半無源標籤一般採用鈕扣電池供電，具有較遠的讀取距離。相關的國際標準有：ISO/IEC 1 8000．4(2．45GHz)、ISO/IEC 18000—5(5．8GHz)。

微波標籤的天線是方向性的，有助於確定被動式和半被動式標籤的讀取區。由於微波波長更短，微波天線更容易設計成和金屬物體一起發揮作用的形式。微波頻段上的頻寬更寬，同時跳頻信道也更多。但是，在微波頻段存在較多的干擾，原因在於很多家用設備，如無繩電話和微波爐，也使用這個頻率。政府尚未就RFID微波頻段的套用進行分配。半被動式RFID微波標籤套用於車輛大範圍的訪問控制、艦艇識別和高速公路收費機，主動式微波標籤套用於實時定位系統。

微波標籤

套用

微波識別系統及其分類

在安全識別系統中，隨著與微波有關的常用硬體和文章的急速增加，其在微波入侵報警系統、運動探測器、速度感測器、距離監控器，特別是在綜合安全或工業控制系統標籤讀}機中，都顯示出巨火的消費潛力。又由於能夠使用相對廉價的數字裝置和系統，解釋並糾正了系統的缺陷(如高誤報警率)等問題，降低了微波裝置操作的複雜性。因此，在監控和測量任務中，這些特點都成為了廣泛使用微波技術的重要因素。

在對人員和物品的識別方面套用一些無觸點技術，對於簡易的微波系統而言，可促進其廣泛發展。在多數情況下，使用條形碼標籤和光學讀卡機就能完成識別任務。例如，在超市交款台前被廣泛套用的產品條碼標籤和掃瞄器等。但是，在一些特定情況下，光學或磁性識別系統的工作性能並不可靠。一般來說，由於標籤和讀卡機其相對排列和近似性，或其工作在有煙霧或污染的環境下，都會影響標籤的可讀性。一個典型例子就是廣泛套用予識別鐵路貨運乍的一種光學彩色條碼讀卡機系統。該系統除了要求將所有讀膏機和彩色條碼精確定位外，還要求條碼上無污物和油脂，否則也會影響該系統的正常使用。所以許多私人公司利鐵路代辦處不得不尋找別的方法米解決此問題。這其中就包括使剛微波系統的方法。微波裝置系統的優勢就在於其具有比光學系統更寬的光束寬度，能夠穿透大量的煙霧和污物，而且不需要精確的排列等。

微波識別系統一般都是由一台處在中心位置的訊問器和多個異頻雷達收發機或標籤組成。較複雜的系統則還需要高壓源、高靈敏度的接收機和傳輸與訊問頻率不同的高壓回響信號等。本文所涉及的僅是較簡易的識別系統，所使用的是廉價的能夠貼上於物品上便於定位和識別的低功率標籤。根據是否需要電源供給可將其分為有源或是無源。無源標籤通常需要外部電源，這些外部電源或通過RF糾偏獲得，或是來自於訊問器的微波電壓，也可以利用照明用太陽能電池的輸出電壓而獲得。正因為這些標籤沒有明顯與電源相連或不需電池替代，所以，可以把它們看成真正意義上的無源標籤，或者也可以把它們看作是驅動型標籤，因此又可把標籤類型分為無源式、驅動式利電池式的。

1、無源式標籤系統

貼在商店商品或圖書館二博籍上的防瓷標籤，就是非編碼無源標籤的典型套用。這些標籤由廉價的二極體倍頻器構成的，它們能夠發射出頻率非常低的二次諧波信號。倍頻能夠提示讀卡機在識別標籤時發出警報聲，並且當把標籤在高電平電壓下進行瞬時衝擊後，標籤就會失效。而另外一些編碼系統則是由掃頻訊問器和無源標籤構成。這些標籤包括各種類型的共鳴器，如LC電路、空穴或品振。當訊問器發射共鳴頻率時，它們就能夠干擾、切斷或增強返回信號。通過在每個標籤上使川較寬的掃頻頻寬和火量的共鳴器，利用計算掃頻波形的返回時間就可將編碼數據傳送回訊問器內。剛以下過程來放人或替代掃頻設備，即假設已知標籤相對於訊問器的位置為移動的，使用物理意義上的掃瞄器，發射一束聚焦的微波光束掃描標籤，這些標籤或是由能夠反射的可變條紋利吸收性物質組成的，或是由一排共鳴器元素組成的，又或是由一系列指示性天線元素組成的。這些不同元素間的相對位置和間隔與條形碼標籤相似，將對返同到訊問器的反射信號進行調製。為確保有效，在使用這種無源標籤系統時，必須將訊問器輸出的大部分電壓集中在目標標籤上，以保證載有編碼的返回擾動信號振幅在山現反射時立即被探測劍，並隨頻率和位置的變化而變化。

2、驅動式標籤系統

在微波識別系統中，為了減少使用無源標籤所造成的編碼、靈敏度和定位的限制，在不使州電池作為電源的情況下，已經開始廣泛使用一種具有較好機動性的編碼技術。這種技術的傳送結構最顯著的特點就在於微波信號本身，其在短距離內的套用是非常有效的。

基本的驅動式微波標籤有如下幾種變化形式，如右圖所示。先將在標籤天線上接收到的訊問電壓轉換為所需的直流電壓，然後在標籤中的編碼生成，調製和傳送同路中運行。對於反射類型系統而言，接收電壓的一個重要作用就是在編碼後能夠再次輻射，以使標籤在接收輸入能量和反射間進行轉換，政是往兩種天線元素的基礎上再構建標籤。根據天線型號、安全電壓允許範圍、持續暴光時間、編碼複雜程度和在特殊用途中所需的運行範圍間隔等不同，驅動式標籤系統有多種形式。在這些因素中，前兩項決定了標籤所收集的微波功率的大小。持續暴光時間決定了編碼脈衝所需充足能量的多少。編碼的複雜程度和電路要求會影響到標籤使用的電壓。運行範圍，即最大和最小範圍，就是要考慮暴露在近距離區域內的人員和標籤電平的安全性。

驅動式微波標籤系統的四種基本變化形式

為了確定微波變直流的轉換性能，可運用簡單的標籤兼容探測器的設計方案。在10.5GHz下，用幾個二極體和安在HP5082-2217 Schottky光柵二極體上的一條微波傳輸帶，通過運行幾種不同阻值的負載電阻上的電壓來獲得，但效率會隨驅動和負載的變化而大幅變化。儘管對於2GHz的大信號探測器而言，在最佳組合方式下的效率可達到40%，但比生產廠家所給山的標準數據還是低了一點。經由間隔為1l英寸的增益為15dB的喇叭天線，將從電源到同一探測器的微波電壓進行反覆測試，在幾種不同驅動和負載條件下比較所測的輸出電壓，可發現存在15dB的整體損耗，這比使用那些64×86毫米孔徑喇叭的傳輸損耗還多5dB。由右邊兩幅圖片所顯示的結果可以看出，即使在小負載低電壓的情況下，探測器也能產生非常低的電壓。由於最優效率的負載阻抗比標籤負載的期望值低得多，所以考慮使用壓升變壓器將所產生的供應電壓提高到標籤所要求的水平。如果溫度不是太低的話，使用cMOS裝置就完全能在1V的供應電壓下運行，但是許多電路和允許公差卻要求在1.5至3.0V的範圍內。用連在聲頻壓升變壓器和整流橋上的同一微波傳輸帶探測器的輸出結果來評價所使用的變壓器，所產生的高輸出電壓利真接在喇叭式天線驅動情況下的比較結果如圖4所示。最大效率出現大約300KQ處，這一點與在CMOS小標籤負載條件下的使用情況是一致的。

與微波電源直接連線的探測器輸出值

具有微波電源耦合天線的探測輸出值

3、電池運行的標籤系統

簡單的低速CMOS電路，例如常用的小型數字定時電路，能夠在微型電池下工作很長時間。象這種單聲、相位調製或反射信號的類型，通常只消耗很小的電流，消耗能源很少，在正常情況下，微型電池可用一年左右。因此，如果是複雜編碼、高頻率調製或直接傳輸類型，就需要消耗較多的能量。當然，如果電池大小不受限制的話，就可用大型電池來提供所需要的能源。但這在實際中不太可能。所以要解決電池大小與消耗能源多少之間的矛盾，可通過運用如只有接收信號才能激活電路的這類技術米實現。將CA3078AT微波操作放大器作為電平感測器，用一個CMOS開關驅動器和一個300 u A的負載搭建電路，就能實現幾微秒的時間內將10uA的空轉電流轉換成工作電流。在二極體加倍裝置的編碼生成和調製過程中僅耗用1mw的能量，有數量超過一億的編碼信號進行回響。

圖4

總之，微波識別系統是由位於中心位置的微波訊問收發器和許多廉價的小標籤(無源的、驅動的或是 電池供給的)組成的。通過將訊問器信號進行變化和反射或是傳輸不同頻率的信號來獲得可區分的 回響信號。運用各種編碼生成和調製技術或是變頻技術將識別數據返同到訊問器中。根據這些特點， 當定位或是排列受到限制，或是在別的系統不能正常工作的惡劣環境中，微波識別系統是非常具有潛力的。

利用微波射頻標籤的自動裝載和過磅系統

利用微波射頻標籤的自動裝載和過磅系統。通過括提貨車輛、磅房和裝載機，磅房入口和出口分別安裝射頻讀寫設備，裝載機安裝射頻讀寫自動識別設備，提貨車輛安裝微波射頻標籤，磅房入口和出口的射頻讀寫設備與射頻讀寫自動識別設備分別通過無線網路將數據實時傳回數據處理中心。這樣的系統可以將原來一磅多人改變為一磅一人的模式，實現了解放人工，崗位分流的難題。