Радиометка для систем идентификации на основе поверхностных акустических волн



Радиометка для систем идентификации на основе поверхностных акустических волн
Радиометка для систем идентификации на основе поверхностных акустических волн

 


Владельцы патента RU 2579522:

Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио (ФГУП НИИР) (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при построении систем радиочастотной идентификации. Технический результат заключается в снижении вносимых потерь и уменьшении «паразитных» откликов за счет разделения во времени приема и передачи импульсов кодовой последовательности. Радиометка для систем идентификации на основе поверхностных акустических волн содержит звукопровод с расположенными на нем в одном акустическом канале входным встречно-штыревым преобразователем и кодирующим встречно-штыревым преобразователем, электрически связанную со встречно-штыревыми преобразователями антенну, электрическая связь входного встречно-штыревого преобразователя с антенной выполнена гальванической, а электрическая связь кодирующего встречно-штыревого преобразователя с антенной осуществлена посредством невзаимного устройства, выполненного, например, в виде Y-циркулятора, первый вывод которого подключен к соединительной шине, второй вывод - к антенне и одновременно к входному встречно-штыревому преобразователю, а третий вывод - к балластной нагрузке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиочастотной идентификации [1], в частности к технологиям построения радиометок на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Известен способ построения радиометок с отражательными структурами в виде расположенных на звукопроводе металлизированных полосок (канавок) либо отражательных встречно-штыревых преобразователей (ВШП) [1, 2]. В конструкции радиометки для преобразования поступающего из антенны опросного электрического сигнала в ПАВ используется входной встречно-штыревой преобразователь (ВШП), обеспечивающий вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта преобразование электрического сигнала в ПАВ. Отражательные структуры расположены на поверхности звукопровода таким образом, что после отражения и преобразования ПАВ во входном ВШП, в антенну радиометки поступает кодовая последовательность импульсов с соответствующими задержками по времени tl, t2, …tn. Число отражателей соответствует разрядности формируемой кодовой последовательности и выбирается из условия получения необходимого коэффициента отражения при приемлемом уровне вносимых потерь и ложных сигналов.

Известно устройство радиометки на ПАВ с отражательными структурами в виде ВШП, описанное на рисунке 10.7 в работе [2] и в работе [3]. Коэффициент отражения в такой структуре регулируется геометрией ВШП. Принцип работы устройства аналогичен принципу работы описанной выше радиометки. Принятый антенной сигнал, преобразуется в ПАВ во входном ВШП и распространяется в звукопроводе в направлении отражательной структуры во входном ВШП. ПАВ, отраженная от парциальных ВШП (ВШП-1, ВШП-2, …ВШП-n), достигает входного ВШП и преобразуется в нем вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта в электрический сигнал, который излучается антенной в виде кодовой последовательности разделенных по времени импульсов.

По основным параметрам вышеописанные радиометки аналогичны. В первом варианте кодирующими элементами являются отражающие металлизированные полоски (канавки), а во втором - отражающие встречно-штыревые преобразователи (ВШП1, ВШП2, …ВШПn).

К числу основных недостатков обоих вариантов построения радиометок с отражательными структурами следует отнести значительное ослабление акустического сигнала на двойном пути прохождения структуры отражательных элементов, а также большое число ложных переотраженных сигналов при прямом и обратном прохождении ПАВ.

Известны и другие радиометки, в конструкции которых были предусмотрены решения, направленные на снижение вышеуказанных негативных последствий путем распараллеливания акустических каналов в радиометке и на повышение отражательной способности кодирующих ВШП [4, 5, 6, 7]. Однако все принимаемые меры приводили к существенному увеличению поперечных размеров радиометки (пропорционально числу параллельных акустических каналов) и усложнению процедуры согласования импеданса антенны и входных ВШП.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство, описанное на с. 393-395 в работе [2], принятое за прототип. Структурная схема устройства-прототипа представлена на с. 394 (рис. 10.3) в работе [2].

Устройство-прототип содержит антенну, звукопровод с расположенными на нем в одном акустическом канале входным встречно-штыревым преобразователем (ВШП-1) и кодирующим встречно-штыревым преобразователем (ВШП-2) и соединенными с антенной.

В качестве кодирующих элементов выступает ВШП-2, и при формировании кодовой последовательности используются последовательно восстановленные сигналы в кодирующих элементах ВШП-2.

В прототипе высокочастотный опросный импульс принимается антенной радиометки. При этом часть энергии поступает на ВШП-1, где преобразуется в ПАВ, которая последовательно достигает кодирующего ВШП-2, на котором происходит прямое преобразование ПАВ в электрический сигнал, соответствующий кодовой последовательности.

Прототипу присущи следующие недостатки:

- сложность согласования ВШП с антенной, поскольку входной импеданс на рабочей частоте зависит от кодовой последовательности;

- многократная регенерация ПАВ в ВШП-2, поскольку он находится на общей шине с ВШП-1 и, как следствие, появление «паразитных» откликов на импульсной характеристике;

- трудности получения качественных кодовых последовательностей с разрядностью более десяти.

- увеличенный уровень вносимых потерь из-за того, что ПАВ проходят удвоенное расстояние для попадания на приемо-передающий ВШП. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании устройства радиочастотной идентификации на ПАВ, лишенного указанных недостатков.

Технический результат заключается в снижении вносимых потерь и снижении«паразитных» откликов за счет разделения во времени приема и передачи импульсов кодовой последовательности.

Для решения поставленной задачи в радиометке для систем идентификации на основе поверхностных акустических волн, содержащей расположенные в одном акустическом канале входной встречно-штыревой преобразователь (ВШП1) и кодирующий встречно-штыревой преобразователь (ВШП2), состоящий из последовательности парциальных ВШП, а также антенну, электрически связанную с ВШП1 и ВШП2, электрическая связь ВШП1 с антенной выполнена гальванической, а электрическая связь ВШП2 с антенной осуществлена посредством невзаимного устройства, выполненного в виде циркулятора Y-типа, первый вывод которого подключен к соединительной шине, второй вывод - к антенне и одновременно к ВШП1, а третий вывод - к балластной нагрузке.

Изобретение поясняется чертежом фиг. 1, где представлена структура радиометки для систем идентификации на основе ПАВ.

На фиг. 1 изображено:

1 - звукопровод;

2 - антенна;

3 - входной встречно-штыревой преобразователь (ВШП1);

4 - кодирующий встречно-штыревой преобразователь (ВШП2);

5 - невзаимное устройство, например циркулятор Y-типа, в котором I, II, III - входы циркулятора Y-типа;

6 - балластная нагрузка.

Циркулятор Y-типа представляет собой устройство передачи информации в одном направлении в определенной полосе частот.

В циркуляторе Y-типа 5 круговой стрелкой указано направление движения электронного потока против часовой стрелки, при этом условно принято направление постоянного магнитного потока - к наблюдателю).

Заявляемая радиометка содержит звукопровод 1 с пьезоэлектрической подложкой на ниобате лития, антенну 2, входной ВШП1 3 и кодирующий ВШП2 4, а также циркулятор Y-типа 5 и балластную нагрузку 6.

К антенне 2 подключен входной ВШП1 3. Кодирующий ВШП2 4 состоит из параллельно соединенных парциальных ВШП, находящихся в одном акустическом канале, для генерации кодовой последовательности. Радиометка не требует внешних источников питания, а ее принцип работы основан на последовательной задержке сигнала, преобразованного в поверхностную акустическую волну (ПАВ) и последующего преобразования в электрический сигнал и излучения его антенной.

При этом кодирующий ВШП2 4 подключается не напрямую (как в прототипе), а через невзаимное устройство, в качестве которого, например, использован циркулятор Y-типа 5, первый вывод которого присоединен к соединительной шине, второй вывод - к антенне 2 и одновременно к входному ВШП1 3, а третий вывод - к балластной нагрузке 6. В результате, кодирующий ВШП2 4 оказывается развязанным от входного ВШП1 3.

Принцип действия радиометки следующий.

Высокочастотные опросные импульсы от считывателя принимаются антенной 2 радиометки и поступают на электроды входного ВШП1 3. При этом часть энергии, поступающей на циркулятор Y-типа 5, поглощается на пути II-III в балластной нагрузке 6. Далее, возбужденная во входном ВШП1 3 поверхностная акустическая волна последовательно достигает парциальных ВШП кодирующего ВШП2 4 через интервалы времени t1, t2…tn. Эти интервалы получаются всегда больше длины импульсного отклика однонаправленного ВШП1, и импульсы в получившейся последовательности не перекрываются. Там она, в свою очередь, вновь преобразуется в электрическую составляющую, которая, пройдя путь I-II в циркуляторе Y-типа 5, излучается антенной 2 радиометки. Движения электронного потока по пути I-III невозможно в силу свойства циркулятора Y-типа - однонаправленности.

По сравнению с прототипом, из-за отсутствия поглощения обратной волны в материале подложки и электродах кодирующего ВШП2 4, ослабление ПАВ в радиометке составляет примерно 50%, что даже для 8-битной метки составляет 20÷25 дБ. Активные потери в циркуляторе Y-типа 5 на рабочей частоте несопоставимо малы (~0,3÷0,5 дБ.) по сравнению с получаемым выигрышем. Из вышеизложенного следует, что радиометка практически свободна от недостатков прототипа, в т.ч. в части зависимости согласования антенны от кода метки, поскольку она развязана от кодирующих элементов ВШП2 4 через циркулятор Y-типа 5 с ослаблением ~25 дБ, а паразитные отклики на импульсной характеристике в среднем на 10-12 дБ ниже основных откликов.

Ниже приведен пример выполнения заявляемого устройства.

Радиометка на ПАВ выполнена в герметичном корпусе со звукопроводом из ниобата лития YX/128° среза 1. На звукопроводе расположены входной ВШП1 3, имеющий апертуру 80 длин ПАВ на центральной частоте и кодирующий ВШП2 4 с числом секций равным N=8. При этом входной ВШП1 3 может быть выполнен однонаправленным, а расстояние между секциями кодирующего ВШП2 4 выбрано равным или большим длины однонаправленного ВШП вдоль направления распространения ПАВ.

Центральная частота ВШП1 3 выбрана, исходя из требований Международного Регламента [1], равной 860 МГц, полоса пропускания кодирующего ВШП2 4 выбирается, исходя из требований Международного Регламента [1], равной 5 МГц. Антенна 2 подсоединяется к ВШП2 4 и ВШП1 3 через циркулятор Y-типа 5, к которому подсоединена балластная нагрузка R=50 Ом.

Как показали измерения, уровень паразитных откликов, связанный с переотражениями от ВШП, на 25-30 Дб ниже основных сигналов, что существенно ниже, чем в прототипе, за счет того, что антенна 5 подсоединена к ВШП1 3 через циркулятор. При этом, вносимые потери в радиометке равны 28-30 дБ, что ниже, чем в прототипе (32-35 дБ).

Источники информации

[1] - Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению. Пер. с англ. - М. КУДИЦ - ПРЕСС. - 2007. - 312 с., илл.;

[2] - Балышева О.Л. и др. Акустоэлектронные устройства обработки генерации сигналов. Принцип работы, расчета и проектирования. / О.Л. Балышева, В.И. Григоровский, Ю.В. Гуляев, В.Ф. Дмитриев, Г.Д. Мансфельд. Монография / под ред. Акад. РАН Ю.В. Гуляева - М.: Радиотехника, 2012. - 576.: илл.;

[3] - Dudzik, Abedi А и др. Wireless sensor system based on SAW coded passive devices for multiple access // 2008. JEEE Int. Ultra. Symp. Proc. P 1116-1119;

[4] Патент RU 2270517 C1 от 20.02.2006;

[5] Патент RU 2326403 C2 от 10.06.2008;

[6] Патент RU 2326404 C2 от 10.06.2008;

[7] Патент RU 2326405 С1 от 10.06.2008.

1. Радиометка для систем идентификации на основе поверхностных акустических волн, содержащая расположенные в одном акустическом канале однонаправленные входной встречно-штыревой преобразователь и кодирующий встречно-штыревой преобразователь, а также антенну, электрически связанную со встречно-штыревыми преобразователями, отличающаяся тем, что входной встречно-штыревой преобразователь является однонаправленным за счет его электрической связи с антенной - гальванической, причем антенна развязана от кодирующего встречно-штыревого преобразователя невзаимным устройством, выполненным в виде Y-циркулятора, выполненного с возможностью передачи информации в одном направлении в определенной полосе частот, а кодирующий встречно-штыревой преобразователь выполнен с возможностью получения импульсов последовательности через интервалы времени t1, t2…tn, большие длины импульсного отклика однонаправленного входного встречно-штыревого преобразователя.

2. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что первый вывод Y-циркулятора подключен к кодирующему встречно-штыревому преобразователю, второй вывод - к антенне и одновременно к входному встречно-штыревому преобразователю, а третий вывод - к балластной нагрузке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к этикетке, материалу для нанесения верхнего слоя, формируемого на печатном носителе, информационному носителю, браслетному фиксатору и способам снижения содержания углекислого газа с использованием вышеперечисленного.

Изобретение относится к средствам, предназначенным для маркировки товаров и конструкций, и направлено на повышение защищенности маркировочного элемента от подделки.

Изобретение относится к разделительным пленкам, используемым в качестве отделяемых защитных или покровных пленок для клейких лент, самоклеящихся этикеток, наклеек, самоклеящегося кровельного картона или самоклеящегося покрывного битумокартона.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и пищевых продуктов и может быть использовано для экспресс-диагностики ключевых показателей с параллельной RFID-идентификацией животных, пищевых продуктов, биологических образцов и диагностических тестов с формированием контрольно-отчетной документации.

Почтовая марка относится к знаку почтовой оплаты. Достигаемый результат - марка имеет отличительный элемент, определяемый на ощупь.

Изобретение относится к средствам, предназначенным для маркировки товаров и конструкций, направлено на повышение защищенности маркировочного элемента от подделки.

Изобретение относится к системе маркировки соединений сборных элементов (11, 12, 13, 14, 15), предназначенных для формирования коммуникационного канала (10), в частности, такого как трубопровод.

Изобретение относится к способу обработки заготовок из массивных плит, в частности из древесных массивных плит, с применением RFID-метки, в частности RFID-метки, расположенной в выемке заготовки из массивной плиты.

Изобретение относится к ориентированной в машинном направлении полимерной пленке для этикеток, применению такой пленки для этикетирования предметов, этикеточному холсту и этикетке из такой пленки.

Этикетка для бутылки, в частности, для бутылки вина или шипучего вина, содержит, по меньшей мере, твердое тело из керамического материала, воспроизводящее письменные символы в высоком и/или низком рельефе.

Изобретение относится к мониторингу и идентификации продуктов. Технический результат - точность и эффективность отслеживания инвентаря.

Предлагаемый способ относится к области радиолокации, в частности к области радиолокационных систем активного запроса-ответа (САЗО), и может быть использован для управления движением судов как надводных, так и воздушных в сложных метеоусловиях вплоть до полного отсутствия видимости.

Изобретение относится к устройствам обнаружения пассивных маркеров-ответчиков, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения, в частности параметрическими рассеивателями.

Предлагаемые способ и система относятся к системам радиочастотной идентификации подвижных и неподвижных объектов (RFID-системы). Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей известных технических решений путем автоматического определения местоположения разыскиваемых транспондеров.

Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения, и могут быть использованы в поисковой системе обнаружения жертв кораблекрушений.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах мониторинга напряженно-деформированного состояния объектов. .

Изобретение относится к системе для определения пространственного положения и/или ориентации медицинского инструмента, содержащей излучающий электромагнитное излучение передающий блок, по меньшей мере, один расположенный на медицинском инструменте локализационный элемент, который принимает излучаемое передающим блоком электромагнитное излучение и создает локализационный сигнал, и блок оценки, который определяет положение и/или ориентацию медицинского инструмента посредством оценки локализационного сигнала.

Изобретение относится к способам и системам обнаружения распределения продукта из устройства хранения. .

Изобретение относится к способам обнаружения пассивных маркеров-ответчиков, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения. .
Наверх