Радиометка на основе линии задержки на поверхностных акустических волнах
Владельцы патента RU 2701100:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Изобретение относится к акустоэлектронным устройствам формирования кодированного информационного сигнала. Технический результат - увеличение дальности работы радиометки, стабильность работы при воздействии дестабилизирующих факторов, а также компактность радиометки. Входной преобразователь радиометки выполнен в виде единичного встречно-штыревого преобразователя (ВШП), установленного между двумя плечами U-образного многополоскового ответвителя с равным делением энергии, таким образом, чтобы выполнялось условие, обеспечивающее сдвиг фаз ПАВ равный π/2. Отражательные структуры расположены на подложке со смещением относительно расположения входного преобразователя вдоль осевой линии, имеющей угол наклона α относительно расположения входного преобразователя, задающий фиксированные временные задержки импульсов информационного сигнала. Между входным преобразователем и отражательными структурами установлен многополосковый ответвитель-компрессор таким образом, чтобы осуществлялся полный перенос акустической энергии ПАВ, излученной входным преобразователем из акустического канала, апертура которого определена апертурой ВШП входного преобразователя, в акустический канал, апертура которого определена количеством отражательных структур. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к акустоэлектронным устройствам формирования кодированного информационного сигнала, функционирующим на поверхностных акустических волнах (ПАВ), широко использующихся в системах радиочастотной идентификации в качестве пассивных радиометок, содержащих необходимые данные о контролируемых объектах.
В работе [, Arthur W.G., Maev R.G. Inline SAW RFID Tag Using
Time Position and Phase Encoding // 2007 IEEE Ultrason. Symp.2007. P. 1239 -1242] представлены результаты проектирования радиометок на ПАВ, объединяющих время-позиционное кодирование и кодирование начальной фазы отдельных импульсов информационного сигнала.
В работе [Han. Т., Wang W., Lin J., Wu H., Wang H., Shui Y. Phases of Carrier Wave in a SAW Identification Tags // 2007 IEEE Ultrason. Symp.2007. P. 1669 - 1672.] представлены результаты проектирования радиометок на ПАВ с фазовым способом кодирования информационного сигнала. Существенным недостатком показанных устройств является ограничение в возможности их эксплуатации при воздействии повышенных температур или эксплуатации в условиях резких изменений внешней температуры.
В настоящее время одним из способов кодирования, обеспечивающим необходимую дальность идентификации объекта в условиях воздействия дестабилизирующих факторов и необходимую достоверность получаемых данных, является амплитудное кодирование. Наиболее распространенной конструкцией радиометки с амплитудным кодированием, является ЛЗ [Балышева О.Л., Григорьевский В.И., Гуляев Ю.В., Дмитриев В.Ф., Мансфельд Г.Д. Акустоэлектронные устройства обработки и генерации сигналов. Принципы работы, расчета и проектирования // Под ред. академика РАН Гуляева Ю.В. - М.: Радиотехника, 2012. - 576 с], недостатками которой являются потери, обусловленные двунаправленностью входного преобразователя и возникающие ложные сигналы, обусловленные импульсами двойного прохождения, значительно ухудшающие отношение сигнал/шум.
Для снижения влияния ложных сигналов, обусловленных импульсами двойного прохождения, в патенте [Многоканальная отражательная линия задержки на поверхностных акустических волнах: RU 2522886 С2 / С.П. Дорохов, И.А. Князев, А.С. Салов - №2012145915/08; Заявл. 26.10.2012. Опубл. 20.07.2014 Бюл. №20] и в патенте [Многоканальная отражательная линия задержки RU 2610415 С1 / С.П. Дорохов, А.С. Салов - №2015146785; Заявл. 29.10.2015. Опубл. 10.02.2017 Бюл. №4.], выбранном за прототип, была предложена радиометка, выполненная в виде многоканальной отражательной ЛЗ.
Многоканальная отражательная ЛЗ - прототип, выполненная на пьезоэлектрической подложке, на поверхности которой размещен входной преобразователь, состоящий из «n» встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных на общей оси и соединенных между собой последовательно-параллельно. Каждый ВШП входного преобразователя генерирует поверхностную акустическую волну, в поле которой в параллельных акустических каналах на различных расстояниях от входного преобразователя размещены отражательные структуры (ОС). При необходимости формирования кодированной последовательности с большим количеством импульсов увеличивается число акустических каналов и, как следствие, число параллельно подключенных ВШП. В связи с тем, что каждый ВШП обладает активной составляющей сопротивления излучения, величина которого на центральной частоте определяется по формуле [Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах / Д. Морган. - М: Радио и связь, 1990. - 416 с]
где Ga(ωc) - активная составляющая проводимости излучения, ωс -центральная частота, С1 - статическая емкость единичного ВШП, импеданс входного преобразователя может быть неприемлемым для хорошего согласования с приемо-передающей антенной, что приведет к дополнительному затуханию импульсов информационного сигнала.
Кроме того, как было показано в работе [С.П. Дорохов, В.А. Козлов, А.С. Салов. Оптимизация конструкции многоканальной ОЛЗ на ПАВ // Проектирование и технология электронных средств. - 2017. - №2 - с. 22-26], при увеличении информационной емкости радиометки, часть ложных импульсов (импульсов двойного прохождения), образованных первой половиной ОС, попадет в информационный сигнал, уменьшая, таким образом, отношение сигнал/шум, приводящее к усложнению процесса формирования кодированной последовательности, его дальнейшей дешифровке и, как следствие, уменьшению дальности идентификации. Так же существенным недостатком указанной конструкции является электрическое взаимодействие между акустическими каналами, проявляющееся при подключении к ОС нагрузок.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение дальности работы радиометки за счет увеличения отношения сигнал/шум, стабильность работы при воздействии дестабилизирующих факторов, а также компактность радиометки.
Технический результат достигается тем, что в радиометке на основе линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ), включающей помещенную в корпус линию задержки, содержащую расположенные на пьезоэлектрической подложке входной преобразователь и отражательные структуры, и приемо-передающую антенну, соединенную электрически с входным преобразователем, входной преобразователь выполнен в виде единичного встречно-штыревого преобразователя (ВШП), установленного между двумя плечами U-образного многополоскового ответвителя е равным делением энергии, таким образом, чтобы выполнялось условие, обеспечивающее сдвиг фаз ПАВ равный π/2. Отражательные структуры расположены на подложке со смещением относительно расположения входного преобразователя вдоль осевой линии, имеющей угол наклона α относительно расположения входного преобразователя, задающий фиксированные временные задержки импульсов информационного сигнала. Между входным преобразователем и отражательными структурами (ОС) установлен многополосковый ответвитель - компрессор таким образом, чтобы осуществлялся полный перенос акустической энергии ПАВ, излученной входным преобразователем из акустического канала, апертура которого определена апертурой ВШП входного преобразователя, в акустический канал, апертура которого определена количеством отражательных структур.
Кроме того отражательные структуры расположены с интервалом таким образом, что расстояние между образованными ими акустическими каналами исключает возможность попадания энергии ПАВ, сформированных ОС, из одного канала в другой.
Кроме того отражательные структуры могут быть выполнены в виде ВШП.
Кроме того отражательные структуры могут быть выполнены в виде однонаправленных ВШП.
Кроме того количество отражательных структур определено требованием к емкости информационного сигнала.
Кроме того радиометка может включать помещенные в корпус m+1 линий задержки, где m=0, 1, …, n, при условии, что временные задержки импульсов информационного сигнала не совпадают между собой.
Кроме того входные преобразователи m+1 линий задержки имеют общий вход, соединенный электрически с приемо-передающей антенной.
На фигуре представлена структурная схема радиометки на основе ЛЗ, на которой обозначены: 1 - приемо-передающая антенна, 2 - пьезоэлектрическая подложка, 3 - единичный ВШП входного преобразователя; 4 - U-образный многополосковый ответвитель (МПО) с равным делением энергии; 5 - многополосковый ответвитель - компрессор); 6 - отражательные структуры; W1 - апертура акустического канала, формируемого ВШП 1, W2 - апертура акустического канала, определяемая количеством расположенных в нем ОС; α - угол осевой линии, задающий фиксированные временные задержки импульсов информационного сигнала. Единичный ВШП 3 установлен между двумя плечами МПО 4 так, чтобы разность расстояний от единичного ВШП до плечей МПО (θ1 - θ2) обеспечивала сдвиг фаз, равный π/2. Корпус радиометки на фигуре не показан.
Предлагаемая радиометка на основе ЛЗ работает следующим образом: приемо-передающая антенна 1 принимает короткий инициирующий радиоимпульс, который передается на входной преобразователь. Входной преобразователь, выполненный в виде единичного ВШП 3, установленного между плечами U-образного МПО, преобразует радиоимпульс в ПАВ, распространяющуюся от него в противоположные стороны. При достижении ПАВ плечей U-образного МПО 4 с разными фазовыми задержками, зависящими от положения ВШП 3 внутри ответвителя, выполняется условие, позволяющее реализовать однонаправленное излучение ПАВ (суммирование двух волн, первоначально излучаемых ВШП 3 в противоположных направлениях) в акустическом канале апертуры W1 определяемой апертурой ВШП 3. Полная энергия ПАВ, излученная в одну сторону и имеющая апертуру W1, достигает многополоскового ответвителя - компрессора 5, обеспечивающего полный перенос акустической энергии, излученной входным преобразователем, из акустического канала апертуры W1 в акустический канал апертуры W2 определяемой требованиями обеспечения информационной емкости радиометки (количеством ОС 6). Достигнув ОС 6, акустическая энергия ПАВ в акустическом канале апертуры W2 делится на N каналов, число которых соответствует количеству ОС 6. ОС на подложке расположены с интервалом таким образом, что расстояние между образованными ими акустическими каналами исключает возможность попадания энергий ПАВ, сформированных ОС, из одного канала в другой. ПАВ, сформированные, в свою очередь, отражательными структурами 6, возвращаются с определенными временными задержками на компрессор 5, где их энергия переносится в акустический канал апертуры W1 и далее приходят на входной преобразователь, где преобразуются в радиоимпульс, содержащий кодированный информационный сигнал.
Для обеспечения возможности осуществления внешней регулировки амплитуд импульсов информационного сигнала, формируемых ОС, выполнение ОС возможно в виде ВШП. Для повышения эффективности отражения ПАВ, ВШП могут быть исполнены в однонаправленном варианте.
Предлагаемая конструкция позволяет полностью исключить электрическое взаимодействие между акустическими каналами, что существенно уменьшает степень взаимных искажений импульсов информационного сигнала при подключении к ОС нагрузок. Максимальное подавление импульсов двойного прохождения осуществляется за счет установки между входным преобразователем и отражательными структурами МПО: энергия ПАВ в акустическом канале апертуры W2 делится на N каналов и, в случае отражения от входного преобразователя, акустическая энергия ПАВ еще раз делится на N каналов. Так же к достоинствам предлагаемой конструкции относятся небольшие размеры пьезоэлектрической подложки, позволяющие обеспечивать компактность конечного изделия (радиометки). Кроме этого, предлагаемая конструкция позволяет упростить процесс монтажа, коммутации и согласования.
Увеличение информационной емкости радиометки осуществляется за счет добавления в общую конструкцию единого корпуса дополнительных ЛЗ при условии, что временные задержки импульсов информационного сигнала не совпадают между собой.
Предлагаемая радиометка на основе ЛЗ может быть использована в транспондере для осуществления идентификации охраняемого объекта при воздействии дестабилизирующих факторов. Использование предлагаемой радиометки на основе ЛЗ позволит повысить дальность идентификации объекта, а также упростить обработку кодированного информационного сигнала.
1. Радиометка на основе линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) включает помещенную в корпус линию задержки, содержащую расположенные на пьезоэлектрической подложке входной преобразователь и отражательные структуры, и приемо-передающую антенну, соединенную электрически с входным преобразователем, отличающаяся тем, что входной преобразователь выполнен в виде единичного встречно-штыревого преобразователя (ВШП), установленного между двумя плечами U-образного многополоскового ответвителя с равным делением энергии, таким образом, чтобы выполнялось условие, обеспечивающее сдвиг фаз ПАВ равный π/2, отражательные структуры расположены на подложке со смещением относительно расположения входного преобразователя вдоль осевой линии, имеющей угол наклона α относительно расположения входного преобразователя, задающий фиксированные временные задержки импульсов информационного сигнала, а между входным преобразователем и отражательными структурами (ОС) установлен многополосковый ответвитель-компрессор таким образом, чтобы осуществлялся полный перенос акустической энергии ПАВ, излученной входным преобразователем из акустического канала, апертура которого определена апертурой ВШП входного преобразователя, в акустический канал, апертура которого определена количеством отражательных структур.
2. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что отражательные структуры расположены с интервалом таким образом, что расстояние между образованными ими акустическими каналами исключает возможность попадания энергии ПАВ, сформированных ОС, из одного канала в другой.
3. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что отражательные структуры могут быть выполнены в виде ВШП.
4. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что отражательные структуры могут быть выполнены в виде однонаправленных ВШП.
5. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что количество отражательных структур определено требованием к емкости информационного сигнала.
6. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что может включать помещенные в корпус m+1 линий задержки, где m=0, 1, …, n, при условии, что временные задержки импульсов информационного сигнала не совпадают между собой.
7. Радиометка по п. 6, отличающаяся тем, что входные преобразователи m+1 линий задержки имеют общий вход, соединенный электрически с приемо-передающей антенной.
