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　　聲表面波(SAW)是一種能量集中在固體淺表面?zhèn)鞑サ膹椥圆āＳ捎诼暠砻娌ㄔ诮橘|(zhì)表面進行換能和傳播，所以信息的注入、提取、處理都可以方便地實現(xiàn)。目前聲表面波器件主要應用在濾波器、延遲線、振蕩器、觸摸屏等方面，其中移動通信中的濾波器應用最廣泛。基于聲表面波技術(shù)的傳感器也被較廣泛的研究。隨著信息技術(shù)特別是射頻識別技術(shù)的發(fā)展，SAW標簽成為聲表面波領(lǐng)域的另一個研究熱點。SAW標簽的獨特性使其成為射頻識別領(lǐng)域的新生力軍。

　　SAW標簽系統(tǒng)

　　如圖1所示，SAW標簽系統(tǒng)包括閱讀器和射頻標簽兩部分。SAW標簽通常是一個單口器件，其包括標簽天線、叉指換能器、反射柵以及壓電基體。標簽天線與叉指換能器電氣連接，叉指換能器一方面把標簽天線接收的射頻信號轉(zhuǎn)換為聲波信號，并延基體表面?zhèn)鞑コ鋈?一方面把接收到的延基體表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ㄐ盘栟D(zhuǎn)換為射頻信號傳輸?shù)綐撕炋炀€。反射柵是一組蝕刻在基體表面的金屬指條，其能夠反射沿軌跡傳播的聲表面波信號。在聲表面波軌跡上放置多個反射柵并安排不同的位置，則實現(xiàn)了SAW標簽的編碼。現(xiàn)在可實現(xiàn)的編碼方法有脈沖鍵控編碼、脈沖位置編碼、相位編碼以及脈沖位置和相位組合編碼等編碼方法。

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　　圖1 SAW-RFID標簽系統(tǒng)工作原理

　　SAW-RFID獨特的工作原理，使其與通用的基于IC技術(shù)的RF無源標簽相比具有不同的特點：首先，在相同情況下，可讀取的距離較大;更能在存在液體或金屬物品等較惡劣環(huán)境下讀取;此外，SAW標簽是純無源標簽，多個目標標簽的辨識只能在閱讀器端解決。

　　SAW標簽閱讀器系統(tǒng)設計

　　在閱讀器的發(fā)射機發(fā)射查詢信號并在其接收機接收SAW標簽信號的過程中，不可避免地要受到各種噪聲的干擾而使信號發(fā)生一定程度的畸變，使得在閱讀器接收機端對回波信號的檢測發(fā)生困難。噪聲是限制檢測系統(tǒng)性能的決定性因素。SAW標簽信號檢測就是從噪聲中提取回波信號的過程。

　　另外電波傳播條件的變化、SAW標簽的移動以及回波信號通過閱讀器接收機等一系列因素，均會導致標簽回波信號相位和幅度的變化。且由于信號持續(xù)時間總是比載波周期寬得多，因而回波信號時延上不大的變化也歸結(jié)為相位的變化。因此，回波信號的振幅和相位可都被看作隨機變量來處理。在確知信號的檢測中，振幅-相位檢測系統(tǒng)是最佳的檢測系統(tǒng)，這說明信號存在與否的信息既包含在振幅中，也包含在相位中。由信號檢測理論，標簽回波信號加噪聲的相位的概率密度為

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　　號加噪聲的相位主要集中在信號的相位值附近。要想獲得好的檢測效果，就要充分利用回波信號的相位信息。而最佳處理相位，需采用雙通道系統(tǒng)。圖2給出了利用限幅器的回波信號檢測系統(tǒng)。

　　根據(jù)以上分析，設計的SAW標簽閱讀器系統(tǒng)如圖3所示。主要分為射頻發(fā)射通道、射頻接收通道、數(shù)據(jù)采集/處理模塊以及天線等幾部分。在射頻發(fā)射通道，首先由頻率合成器產(chǎn)生固定的載頻信號，而后經(jīng)射頻開關(guān)調(diào)制，變?yōu)樯漕l脈沖信號，最后經(jīng)過帶通濾波和功率放大后經(jīng)天線發(fā)射出去。發(fā)射通道中射頻開關(guān)的隔離度是一個關(guān)鍵因素，如果隔離度不夠高，會影響發(fā)射的射頻脈沖質(zhì)量，從而影響接收信號;在接收回波時，還會引起串擾。本系統(tǒng)中通過采用多個射頻開關(guān)組合方式，使信號隔離度達到70dB。

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　　圖2 回波信號的相位檢測系統(tǒng)框圖

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　　圖3 閱讀器硬件原理框圖

　　標簽的回波信號通常非常微弱，為了提高信噪比，通常采用相位估計方法來檢測回波信號。在射頻接收通道，回波信號經(jīng)過低噪聲放大器、帶通濾波器、對數(shù)放大器、I/Q解調(diào)等部分，得到正交的I和Q兩項輸出信號。為了正確辨識標簽編碼，對輸出的I/Q兩路信號同時進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中工作頻率為433MHz，射頻脈沖寬度為100ns~200ns，為了正確識別標簽編碼，需要不低于20MHz的采樣頻率來進行A/D轉(zhuǎn)換。

　　MATLAB采集系統(tǒng)實現(xiàn)及試驗

　　由上文分析可知，要想正確識別SAW標簽的編碼，在進行A/D變換時，需要采樣頻率20MHz以上，而如果要進行多標簽的防沖突識別，需要的采樣頻率會更高。目前，國內(nèi)超高速A/D采集系統(tǒng)應用相對較少、價格昂貴，而高速A/D采集電路設計復雜、開發(fā)調(diào)試硬件周期長。現(xiàn)在使用的數(shù)字示波器通常都有幾百兆到GHz的采樣頻率，且絕大部分都支持不同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。MATLAB作為一款科學計算軟件，在研究算法和數(shù)據(jù)處理中經(jīng)常使用。而MATLAB的儀器控制工具箱則提供了示波器和MATLAB軟件之間的連接通道。從而解決了實驗室研究階段對高速數(shù)據(jù)采集的要求。為了既節(jié)省時間及經(jīng)費，又能夠滿足系統(tǒng)實現(xiàn)信號采集和數(shù)據(jù)處理的要求，結(jié)合MATLAB軟件的儀器控制工具箱和數(shù)字示波器的高速采樣能力，快速搭建了一套穩(wěn)定而準確的高速數(shù)據(jù)采集和數(shù)字處理系統(tǒng)。

　　MATLAB儀器控制工具箱介紹

　　MATLAB儀器控制工具箱主要是提供MATLAB軟件與各種智能儀器的通訊功能。在MATLAB2009及以后的版本中都支持該工具箱。儀器控制工具箱使我們可以通過MATLAB與各種儀器通訊，比如示波器、函數(shù)發(fā)生器、分析儀器等。通過工具箱，可以在MATLAB下產(chǎn)生數(shù)據(jù)并發(fā)送到儀器，或從儀器讀取數(shù)據(jù)到MATLAB用于分析和可視化。工具箱提供的一致接口具有硬件協(xié)議無關(guān)性，無需了解各種通訊接口協(xié)議的具體內(nèi)容。工具箱支持IVI、VXI和MATLAB儀器驅(qū)動等，同時提供了GPIB、VISA、TCP/IP和UDP等通信協(xié)議。儀器控制工具箱提供多種與儀器通訊的方法，包括儀器驅(qū)動程序、通信協(xié)議、圖形用戶接口(GUI)。儀器控制工具箱提供的TMTool圖形用戶接口不僅能夠連接儀器、接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，而且可以自動生產(chǎn)M代碼文件以加入編寫的MATLAB程序中。