无源谐波RFID主要有两种谐波RFID类型：无源芯片谐波RFID，ID位编码在频域，以及基于芯片的谐波RFID，ID位编码在时域。无源芯片谐波RFID的优点在于电路简单，但当ID位数较多时，需要较大的带宽。而基于芯片的谐波RFID虽然电路复杂，但带宽利用率高。 图2 展示了无源谐波RFID技术的发展方向 [30] 。

传统RFID芯片需要外部电源来实现可视化等互动功能，这导致它们成本高、寿命短(通常只有2~3年)，并且耐候性不佳 [31] 。因此，研究者正在开发一种新型RFID芯片，它利用无线射频能量收集技术，实现无源工作模式，以延长使用寿命。这种新型无源RFID芯片需要高效地将接收到的射频信号转换为电能，以供电和操作芯片。设计时还需考虑芯片大小和应用环境的复杂性，确保能量转换效率。此外，为了确保芯片各部件协调工作，需要精密设计电路，并严格控制能量转化过程，以保持电压和电流的稳定 [32] 。研究还涉及多维RFID芯片的理论模型，通过研究整流电路、能量转换配置和低功耗设计等关键技术，创建一个可扩展的基础芯片模型，实现无源模式下的多维互动功能。无线传感器网络技术在此过程中扮演重要角色，它通过大量传感器收集数据，并在中央服务器处理，提高信息传输效率 [33] 。无线传感器节点通常由传感器、微控制器、射频收发器和电源组成，每个节点都配备有物理传感器来检测光、温度、声音、压力等物理参数(如 图3 所示)。选择一个低功耗的射频收发器对于节省能源和提高节点性能至关重要 [34] 。

近年来，国际上对RFID设备进行了多项改进，如基频、谐波频率和信号接收灵敏度，这些改进带来了显著的经济收益。Mondal等 [35] 研究者开发了一种超低功率的谐波RFID标签，它在极低的信号强度下工作，并能通过简单的询问器解调身份信息。该标签在18 dBm的发射功率下实现了1.8米的有效读取范围，并在30 dBm的传输功率下，通过路径损耗外推，读取范围可达到7.2米，同时保持了良好的信号质量。此外，新型谐波RFID标签通过调整基频和谐波频率至434 MHz和868 MHz，不仅减小了标签尺寸，还减少了组件数量，提高了在复杂环境中的性能和读取范围。在无源RFID传感器方面，无源标签由于无需内部电源，更小巧、便携。相比之下，有源RFID标签因内置电池而增加了系统复杂性和维护需求，缩短了使用寿命，并限制了其在恶劣环境下的应用能力 [36] 。

物联网的发展需要将RFID网络与传感网络相结合，实现标签芯片的数据交互功能。可以通过激活设备输出数据，或将传感器数据输入芯片，再通过射频通信与外界交换数据来实现 [37] 。RFID技术在图书管理 [38] 、服装管理 [39] 、土木工程 [40] 等多个行业已广泛应用。随着RFID技术的发展，出现了许多强大的无线通信技术，其中基于RFID的人机交互成为研究热点。RFID人机交互主要包括轨迹追踪和方向角度计算 [41] ，轨迹追踪技术用于追踪物体在二维平面上的移动，而角度计算则关注物体的旋转和三维姿态。Yang等 [42] 提出了一种实时3D姿态估计和跟踪系统，通过新型循环运动网络采集RFID数据来评估人体姿态。Bu等 [43] 则提出了射频拨号技术，利用商用RFID设备实现无电池的轻量级人机交互解决方案。这些技术将普通物体转变为智能交互设备，展示了基于RFID进行人机交互的新趋势。

在信息时代，人机交互技术迅速发展，尤其是基于多维RFID的灯光交互功能在多个领域得到了广泛应用。这种技术通过优化芯片电路、协议、LED驱动和信号控制设计，并集成低功耗LED元件，实现了可视化交互 [44] 。LED元件的亮度受到射频增益、阻抗匹配和元件性能的影响。为了提高亮度，研究者采用了短路匹配加载和曲折电流路径来增加芯片的辐射增益，同时选择了超低功耗、小电压驱动的LED元件，以最大化传输到LED的功率。此外，选用了波长较长、穿透力强的红光LED，因为它易于被人眼识别，便于定位 [45] 。为了最大化交互亮度，需要优化芯片的辐射增益和元件的阻抗匹配，以实现最大的输出功率。

多维RFID芯片广泛应用于人机交互，无需事先训练即可追踪移动轨迹和三维姿态，为设备提供丰富的交互信息。此外，可见光交互技术能够实时监控设备状态，快速响应故障，从而促进装备制造业的资产管理。

无源RFID传感器的读取效果容易受到附近液体和金属材料的强烈反射信号影响，这可能导致信号相位差异，进而干扰正常通信。当金属物体靠近RFID阅读器或标签时，这种影响尤为明显，给数据采集带来挑战 [46] 。因此，设计RFID芯片时需要考虑其抗金属特性，以确保性能不受金属环境影响。多维RFID抗金属芯片能够在高温等恶劣条件下稳定工作，特别适合于装备制造行业的资产管理。

为了提升无源RFID标签的抗金属性能，研究者们探索了多种方法。首先，在标签中加入电磁带隙(EBG)材料，可以使其在金属表面正常工作，但这可能会增加成本和天线设计的复杂性，不利于大规模生产应用 [47] 。其次，调整基板厚度以减少金属对信号的干扰，但由于RFID标签体积小，这个方法在实际应用中存在挑战 [48] 。此外，还有在RFID天线下添加导电接地层，形成类似贴片的结构，帮助减少金属干扰 [49] 。还有一种使用微带天线的方法，不仅结构简单，而且抗金属性能强 [50] ，成为抗金属标签天线设计的主流方向 [51] 。

近年来，随着技术行业对芯片性能要求的提升，开发高质量芯片变得非常迫切。电子封装是芯片和集成电路的关键部分，其稳定性对电子设备的可靠性和效率至关重要。为了满足芯片的高可靠性和耐候性需求，研究者正在寻找一种高性能工程材料作为封装基材，并开发一种特殊的封装工艺。这种工艺能够确保封装过程中排除芯片内部空气，实现全密封，同时具备耐高温和良好的机械强度，以保证芯片在户外多种气候条件下能稳定使用10年以上。

目前市场上现有封装基材质量参差不齐，在韧性、强度、密度等各方面差别非常大，而要满足装备系统长寿命、防水、日照辐射等各种苛刻要求，必须进行大量试验和筛选，以保证芯片具有良好的特性，耐候阻燃，可长期户外使用。针对上述要求，张杰等 [52] 创新地设计了梯度封装模型。梯度封装模型外部为高硅铝材料构成的封装腔体和盖板，内部为导热性能优良的氮化铝(AIN)基板和金锡焊料(80Au20Sn)。该模型在气密封装条件下具有较好的热可靠性和气密性。田青等 [53] 以环氧树脂为基材，以SiO₂-Cu纳米粒子为填充型高分子复合材料，制备了新型芯片封装材料。此材料具有较低的热碰撞系数、较高的抗拉伸性能、良好的电绝缘性以及优良的抗热冲击力以及热稳定性。张梁娟等 [54] 采用金刚石/铜复合材料作为封装材料，结果表明，该复合材料具有较好的可镀覆性和可焊性，能够在实际生产中广泛应用。

在封装工艺上，传统方法主要有超声波焊接、灌胶、包胶等方案，但这几种方案都存在明显的缺点，长期在户外环境下使用容易开裂、变形、老化、脱落或进入水汽等现象 [55] ，导致芯片性能下降甚至失效，因此研究一种特殊的封装工艺也是保证芯片性能及长寿命的必备因素。随着近几十年芯片封装技术的不断发展 [56] ，目前国内外主流的封装技术有3D封装技术 [57] 、MCM技术 [58] 以及倒装技术 [59] 。倒装封装作为新出现的一次技术更替，与传统的芯片焊接技术不同，其焊接技术采用面阵列排布焊点，焊接密度以及焊接性能都有较大的提升，具有良好的散热能力、更好的热导率以及优良的机械性能，现已被业界广泛应用 [60] 。

倒装芯片封装技术省去了传统的引线键合和芯片外包塑封料，在一颗芯片上可以大幅度提高芯片接脚的密度，传输中的阻抗与连接处的分布电容比传统封装降低10倍。该技术使得芯片性能得到优化、散热能力进一步提高、生产周期缩短13倍，在国内外芯片封装行业已得到广泛应用。