[发明专利]声表面波射频标签回波时延的精确确定方法

说明书

技术领域：

本专利涉及编码式声表面波(SAW)射频标签技术，具体地说，涉及利用载波相位信息并结合群时延测量精确确定回波时延的方法，包括测量在未知温度下进行时作必要的温度补偿。

技术背景：

上世纪90年代，在科研机构和企业界掀起了一股研发和使用射频标签(RFID)的热潮。声表面波(SAW)射频标签属于射频识别技术的分类之一，是有别于IC芯片识别的无源、无芯片的新型非接触自动识别技术。它是应用现代电子学、声学、半导体平面工艺技术和雷达及信号处理技术的系统新成就。SAW技术实现的射频标签的主要特点是：

a.SAW器件本身工作在射频频段且工作时不需要电源；

b.读取范围大且可靠，可达数米或更多；

c.可在金属和液体产品上读取；

d.可用于识别速度达300千米/小时的高速运动物体；

e.可在强辐照，或高、低温，如-100或+300℃等恶劣环境条件下使用；

在RFID的典型应用，例如：物流管理、畜牧业管理、路桥收费系统中，要求每件物品、动物或汽车上必须贴装具有唯一编码的标签，因此要求标签的编码容量必须足够大。根据EPC标准，往往需要达到64位甚至96位编码，以实现全球任意项目有单一标签号码的要求。由于声表面波RFID大多采用反射型延迟线结构，即利用叉指换能器与各反射栅之间的不同距离形成反射信号串，从而确定其编码。各反射栅可以排列于一行，也可排在多个通道。往往需要在有限尺寸的压电基片上尽量增加反射栅数量，以分别表示不同编码状态。但由于受到无线电管理相关法规对射频信号带宽的限制，SAW标签中叉指换能器和反射栅之间的距离以及反射栅之间的间距均不能太小，否则将使得反射信号拥挤在一起，形成码间串扰，无法进行解码。

通常，两个反射回波之间的时延用来决定SAW标签的温度变化和编码码值。为要提高编码容量必须大大增大对该时延的确定精度。利用载波相位信息可以使位置分辨率从几个波长提高到声表面波波长的几十分之一的数量级。但待测的时延值往往远大于时间周期，测定到的相位值只是时延中的小数部分，而时延值中载波信号周期的个数，即时延的整数部分则有待确定，也就是说，这是因为相位延迟存在有360°模糊性的缘故。此外，时延数值随实际环境温度而变，尤其是对于SAW标签制作在高温度系数压电材料上的情况。这些因素都造成精确确定时延的困难。

经对现有技术文献的检索发现，文献[Maximum Accuracy Evaluation Scheme forWireless SAW Delay Line Sensors，IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferroelectrics，andFrequency Control，vol.55，no.7，2008，pp.1640-1652.]提到了几种解决反射型延迟线声表面波无线传感器360°模糊性的方法。该方法主要利用二或三个已知位置的反射栅作为参考，使得人为构造出的时延相位差变化在整个传感器的工作范围内不超过360°。但在确定SAW标签回波时延时，本身就需要通过精确确定反射回波时延从而判定反射栅所在的位置，因此在每条反射栅与参考反射栅距离无法确定的情况下，无法直接获得时延的载波周期的整数个数。

美国RFSAW公司申请的美国专利US6966493，提出了采用脉冲位置结合相位调制的确定标签回波位置的方法，提出在相邻脉冲之间的利用四种正交的相位提高时延分辨率，但该方法：(1)未考虑温度影响。当一个反射信号的载波相位设计时具有(+I，-Q)的第四象限，经过设计、标签制作以及实际解调等过程，解调得到的相位无论如何都不能超出第四象限范围，否则就会导致标签解码错误。而标签工作温度的改变，往往使反射信号的所有实测相位都偏离设计值。随着温度范围的增加，导致实测相位超出第四象限是在所难免的，因此必须进行温度补偿。(2)未提出时延确定的具体实施方法。在搜索时延的整数部分时只能在有限的范围内进行。这个范围恰如其分时，才能真正大幅度提高回波时延分辨率。(3)设计时对回波时延的限制是本方法中的关键环节，该限制所用的数值大小对整个系统的性能起着决定性的作用。该参量过大则同一系统所具有的异码容量将大大降低，减小了本方法的优越性；该参量过小会引起确定的时延整数值的不唯一性，致使系统损失工作的可靠性。

发明内容：

为了解决上面讨论的现有技术的不足，本发明提供了一种在未知测量温度下利用相位信息，对声表面波射频标签精确确定反射脉冲时延的方法。从而使在一定温度范围内在有限基片面积上进行大容量的编码和解码成为可能。