1.2 电子标签
电子标签是RFID系统的重要组成部分,可以说没有电子标签就不会有RFID系统,甚至很多书籍和网站直接将RFID技术解释为电子标签。电子标签在RFID系统中是结构最简单的组成部分,但是却往往是使用量最大的部分。
电子标签是RFID系统中的神经末梢,能够有效地感知和记录物体发生的变化。如图1-5所示,如果将RFID系统比作一只无形的章鱼,那么天线就犹如是章鱼的腕,电子标签就是这些腕所需要抓取的猎物,通过在每一个物体上附着的电子标签,就可以感知物体发生的变化。电子标签将感知的信息传送到章鱼的神经中枢——读写器,这样就可以搭建物-物相联的物联网络。
图1-5 RFID系统腕图
电子标签是典型的SOC系统(System On Chip),即电子标签是一种简单地围绕集成电路芯片构造的系统。通常,电子标签的构成包括标签芯片、天线、基材、外壳、不干胶等,这些构造和组成几乎都是围绕着芯片以及与芯片连接在一起的天线进行设计和制造的。
根据电子标签芯片与天线连接方式的不同,又可以演化出不同的生产工艺,如倒封装、焊接、绑定等,根据备胶方式的不同,电子标签可以分为干Inlay和湿Inlay。不同的连接形式会表现出不同的物理特性,如在高低温环境下的使用可靠性、标签的耐弯折程度等。
根据频段和应用方式的不同,各种电子标签可能会有不同的设计和封装方法,其外观也会变化多样,但是其本质上都是围绕芯片的简单电子应用系统。图1-6列举了一些典型的电子标签。
图1-6 各种电子标签实物图
电子标签通过其天线在读写器天线的近场和远场范围内获取电磁信号,并转换成所需要的电信号,获取能量并向读写器返回应答信号。耦合和辐射的形式都可以成为电子标签获取能量的方式,只是根据频段和应用方法的不同,获取能量的形式也会有所不同。
电子标签芯片是大规模集成电路,本书的重点是探讨如何在标签芯片的端口设计并连接好匹配的电子标签天线。由于电子标签芯片的端口阻抗往往不是标准的50Ω,这就使得我们有的时候很难使用通常的通信天线技术对电子标签芯片进行匹配,对电子标签的匹配方法与通常的通信天线也许会有不同。好的匹配将会有效提高电子标签的接收灵敏度并且能提高电子标签返回给读写器的功率,不好的匹配往往使得RFID系统变得迟钝且难以使用,体现不出电子标签远距离识读、多标签读取等技术优势。
由于每一款电子标签芯片的阻抗都是不一样的,因此很难保证一款天线设计可以适应所有的电子标签芯片,这也使得电子标签天线的设计具有了一定的不可重复性。因此,这使电子标签天线设计成为一个单独种类的天线设计方法成为可能。