整个超高频RFID系统的成本主要取决于标签的成本,因此,许多企业和学者努力开发无芯片RFID标签,这意味着市场正在寻找更低成本的标签解决方案。迄今为止,市面上仅有的无芯片RFID标签是表面声波(SAW)标签。
今天,一个不断增长的趋势是用超高频RFID标签来代替条形码。超高频RFID系统仍然没能取代条形码的唯一原因是标签的价格。与条形码相比,目前存在的超高频RFID标签的成本仍然高出很多,其主要成本来自于镶嵌在标签中作为信息承载和处理器件的芯片以及封装的成本,这两部分占Inlay成本超过80%。正是由于RFID与条码的成本相差悬殊,因此RFID标签的使用率连条码的0.1%都不到。因此,无芯RFID技术的探索提上日程,即使这个技术仍然处于萌芽状态,但在工业界中已经有了很大的发展。
近些年来,市场上已经报道了一些无芯片RFID标签的开发工作。然而,大多数标签仍然是作为试验样品来进行报道的,并且从商业角度上讲,只有少量的结果被认为是可行的。在设计无芯片RFID标签时,研究者们所面临的挑战是,如何在没有芯片的情况下进行数据编码和存储。根据这个问题,可以将无芯RFID标签划分为如图4-51所示的三种基本类型。
根据公开文献,有可能将无芯片RFID标签划分为三个主要类型:
基于时域反射计(TDR)的无芯片标签;
基于频谱特征的无芯片标签;
基于幅度/相位反向散射调制的无芯片标签。
图4-51无芯RFID标签分类
01、基于时域反射计的无芯片标签
基于TDR的无芯片标签的询问过程:阅读器发出一个脉冲形式的信号,然后接收由标签发出的脉冲回波。因而,会生成一串脉冲,这个脉冲可以被用来对数据进行编码。与含有芯片的标签相比,这种标签的优点是低成本,更大的带宽范围,以及能够用于定位应用的能力。这种标签的缺点在于:标签编码的位数少;能够产生且探测超宽带(UWB)脉冲所要求的高速阅读器实现较难。市场上已经报道了采用TDR技术来进行数据编码的一些RFID标签,可以将其分为不可印刷式和可印刷式TDR标签两种。
(1)不可印刷式TDR无芯标签
其中,不可印刷式TDR无芯片RFID标签的一个典型例子是由RFSAW公司开发的SAW标签。SAW标签是由阅读器所发出的中心频率为2.45GHz的线性啁啾高斯脉冲(chirpedGaussianpulse)来激励的,如图4-52所示为一款声表面波(SAW)标签的电路架构。
图4-52声表面波(SAW)标签的电路架构
询问脉冲通过使用一个叉指转换器(IDT)来转换为表面声波。声波穿过压电晶体,并且由多个反射体进行反射,这便生成了一串具有相位偏移的脉冲。这个脉冲串又通过使用IDT而被转换变回EM波,并且在阅读器这一端进行探测,此时,标签的ID便可以通过解码而得到。实际上这仅有的一款量产的无芯SAWRFID产品由于成本和结构的影响,只用于无线测温的应用中(8.5.2节介绍了该产品于其它无线测温的技术对比),通过温度对声表面波器件的频率影响从而实现对ID号码和当前温度的采集。然而,这个产品的市场受到了无源测温RFID芯片(见4.6.2节)的冲击,市场份额也在逐渐萎缩。
(2)可印刷式TDR无芯标签
可印刷式TDR无芯片标签可以用薄膜晶体管电路(TFTC)或具有不连续性的基于微带线的标签来实现。TFTC标签是在低成本的塑料薄膜上高速印刷的。TFTC标签由于其较小的尺寸和较低的功耗而具有比有源和无源含芯片标签更优越的性能。它们比其它无芯片标签需要更高的功率,但也具有更多的功能。然而,人们现在还没有开发出用于TFTC标签的低成本制造工艺。有机TFTC可以提供一个具有成本效益的解决方案。正在进行有机TFTC开发的一个研究所是日本国家先进工业科学和技术研究院(AIST)。如图4-53所示,为在柔软的塑料薄膜上印刷的有机TFTC标签。
图4-53柔软的塑料薄膜上印刷的有机TFTC标签
在柔软的塑料薄膜上印刷的有机薄膜晶体管电路存在另一个问题:较低的电子迁移率,这便将工作频率限制在几兆赫兹这个水平上。基于延迟线的无芯片标签是通过在一段延迟线后使用一个微带线的不连续性来工作的。一个基于延迟线的无芯片标签如图4-54所示,其中含有贴片天线和延迟线。
图4-54基于延迟线的无芯片标签
标签是由一个短脉冲(一般为1ns)EM信号来激励的。询问脉冲由标签来接收,并且在沿着微带线的不同点处产生反射,生成了询问脉冲的多个回波,如图4-55所示。
图4-55基于延迟线的无芯片标签的询问和编码
回波之间的时延是由不连续点之间延迟线的长度来决定的。这种类型的标签是采用微带线技术来再现SAW标签,微带线技术使其成为可印刷式标签。虽然人们已经报道了这种无芯片技术最初的试验,但只能成功地进行4比特数据的编码,突显出这种技术的局限性。
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