Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах

Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах
Предлагаемая полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована для бесконтактной идентификации пользователя в телекоммуникационных системах.
Известна радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащая корпус, приемно-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь (ВШП), соединенный с антенной, отражательные ВШП в одном акустическом канале (Патент ФРГ №1279785 А).
В данной метке опрашивающий сигнал принимается антенной, далее преобразуется в ПАВ с помощью ВШП, а затем отражается от отражательных ВШП, образуя кодовую последовательность, которая с помощью этого же ВШП, соединенного с антенной, преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается на распознающее устройство. Кроме того, в метке между ВШП и первым отражателем приходится выдерживать определенное расстояние, чтобы отраженные от него сигналы приходили бы на считыватель позже, чем посланные опросные сигналы, отраженные от различных металлических поверхностей. Причем, чем это расстояние больше, тем легче отделить в считывателе сигналы, отраженные от устройства идентификации и сигналы, отраженные от металлических поверхностей. Это приводит к увеличению длины радиочастотной идентификационной метки на ПАВ, что является недостатком данной конструкции. Кроме того, узкие длинные подложки являются более хрупкими и могут ломаться при монтаже в корпус.
Устранить указанные недостатки позволяет радиочастотная идентификационная метка на ПАВ, содержащая пьезоэлектрический звукопровод, на полированной поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь, соединенный с антенной, отражательный массив, размещающийся в разных акустических каналах, и содержащий информацию о коде метки, и система отражателей, переизлучающая поверхностные акустические волны из одного в другой акустический канал (S. Harma, V.Р. Plessky, С.S. Hartmann, W. Steichen "SAW RFID Tag with Reduced Size" // 2006 IEEE Ultrasonics Symposium, p. 2389-2392). Система отражателей представляет собой два полосковых отражателя ПАВ, содержащие по 21 полоске. Один из таких отражателей расположен в одном акустическом канале с ВШП и находится под некоторым углом к направлению распространения ПАВ, что позволяет перевести их в другой акустический канал в противоположном направлении. В другом акустическом канале расположен аналогичный отражатель, на который падают отраженные от отражателя ПАВ. Он расположен под тем же углом к направлению распространения ПАВ, что и отражатель в первом акустическом канале. Такая метка имеет меньшую длину, но большую ширину, что делает подложку, на которой расположена метка, более прочной. Потери при переизлучении ПАВ из одного акустического канала в другой при этом равны 15 дБ, что увеличивает вносимые потери в радиочастотной идентификационной метке, в целом, что является существенным недостатком данной конструкции и уменьшает дальность считывания метки.
Наиболее близкими являются радиочастотные идентификационные метки на ПАВ (А. Багдасарян и др. «Малогабаритные радиочастотные идентификационные метки на ПАВ. Расширение функциональных возможностей». Электроника. Наука. Технология. Бизнес. №3(134), 2014, стр. 70-76).
Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах, содержащая ВШП, нанесенный на подложку из пьезоэлектрика, например, на подложку из кварца или ниобата лития, звукопровод, на поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь, соединенный с антенной, и ответвитель переводит ПАВ из одного акустического канала в другой, в котором находятся отражатели, для реализации кодовой последовательности, при этом система отражателей выполнена в виде встречно-штыревого направленного ответвителя.
Недостатком является малая дальность считывания метки за счет больших потерь при переизлучении ПАВ из одного акустического канала в другой, а также при распространении ПАВ в обоих каналах.
Технический результат заключается в увеличении дальности считывания метки за счет уменьшения вносимых потерь в радиочастотной идентификационной метке при переизлучении ПАВ из одного акустического канала в другой.
Для достижения технического результата предлагается радиочастотная идентификационная метка, содержащая пьезоэлектрический звукопровод, на полированной поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь, размещающийся в первом акустическом канале, и отражательный массив, размещающийся во втором акустическом канале, и содержащий информацию о коде метки, причем связь между первым и вторым акустическими каналами осуществляется встречно-штыревым направленным ответвителем, который переизлучает ПАВ из одного акустического канала в другой, при этом происходит изменение направления распространения ПАВ на противоположное. Качество полировки поверхности для радиочастотных идентификационных меток имеет очень важное значение, так как они (радиочастотные идентификационные метки) имеют протяженную структуру и потери на распространение могут сильно исказить информацию о коде метки.
На фиг. 1 показана конструкция радиочастотной идентификационной метки на ПАВ в соответствии с полезной моделью, где:
- звукопровод - 1;
- встречно-штыревой преобразователь (ВШП) - 2;
- приемо-передающая антенна - 3;
- встречно-штыревой направленный ответвитель (ВШНО) - 4;
- отражательный массив ПАВ, формирующий кодовую последовательность радиочастотной идентификационной метки - 5;
- первый акустический канал - 6;
- второй акустический канал - 7.
Радиочастотная идентификационная метка на ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, на полированной поверхности которого расположены в первом акустическом канале 6 ВШП 2 и часть встречно-штыревого направленного ответвителя 4, во втором акустическом канале 7 расположены другая часть встречно-штыревого направленного ответвителя 4 и отражательный массив ПАВ, формирующий кодовую последовательность радиочастотной идентификационной метки 5, содержащий информацию о коде метки. ВШП 2 соединен с приемо-передающей антенной 3. Встречно-штыревой направленный ответвитель (ВШНО) 4 представляет собой систему отражателей, обеспечивающий переизлучение ПАВ из первого акустического канала во второй.
Радиочастотная идентификационная метка работает следующим образом.
Опрашивающий электромагнитный импульс, поступающий на приемо-передающую антенну 3 радиочастотной идентификационной метки, преобразуется с помощью ВШП 2 в ПАВ, которая, распространяясь в первом акустическом канале 6, падает на встречно-штыревой направленный ответвитель (ВШНО) 4, который переводит ПАВ из первого акустического канала во второй 7 в противоположном первоначальному направлении Встречно-штыревой направленный ответвитель 4 сконструирован для максимальной передачи ПАВ из первого акустического канала 6 во второй акустический канал 7, таким образом, что его коэффициент отражения сравним с коэффициентом отражения от отражателей кодовой последовательности.
В первом акустическом канале 6 имеется небольшое отражение ПАВ от встречно-штыревого направленного ответвителя 4 и в направлении ВШП 2, причем коэффициент отражения от ВШНО 4 сравним с коэффициентом отражения от отражателей кодовой последовательности. Отраженный от встречно-штыревого направленного ответвителя 4 импульс принимается, например, в качестве опорного. Переведенные ПАВ из первого акустического канала 6 во второй акустический канал 7 падают на отражательный массив 5 и, отражаясь в направлении ВШНО 4, образуют кодовую последовательность. Эта последовательность в виде ПАВ импульсов падает на ВШНО 4, которые переводятся обратно из второго акустического канала 7 в первый акустический канал 6 и попадают на ВШП, который преобразует последовательность импульсов ПАВ в последовательность электромагнитных импульсов, которые через антенну 3 излучаются обратно на считывающее устройство. Таким образом, переизлучение ПАВ из первого акустического канала 6 во второй акустический канал 7 с использованием ВШНО 4 с коэффициентом отражения, сравнимым с коэффициентом отражения от отражателей кодовой последовательности, происходит практически со 100% передачей энергии, что, в свою очередь, минимизирует вносимые потери радиочастотной метки в целом, и позволяет в конечном итоге увеличить дальность считывания метки.
Пример выполнения
Радиочастотная идентификационная метка изготовлена на подложке YX/128°- срезе ниобата лития размером 12,5×2,4 мм, на полированной поверхности которой расположен ВШП с периодом, работающим на центральной частоте 870 МГц и полосой пропускания 26 МГц. ВШНО содержит 11 ВШП в каждом акустическом канале, которые соединены 11 перемычками с 11 ВШП в другом акустическом канале. Расстояние между ВШП и ВШНО равно 10,5 мм. В ответвителе потери равны 1,5-2 дБ. Вносимые потери в метке равны 38 дБ. Подложка расположена в герметичном SMD корпусе, к выводам которого подсоединена антенна. Выводы соединены внутри корпуса золотой проволокой диаметром 50 мкм с шинами ВШП.