МНОГОКАНАЛЬНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
MULTICHANNEL REFLECTING DELAY LINE ON SURFACE ACOUSTIC WAVES

Изобретение относится к устройствам акустоэлектроники, предназначенным для формирования кодированного информационного сигнала в системах радиочастотной идентификации объектов.
Известны акустоэлектронные устройства, выполненные в виде линий задержки, функционирующих (работающих) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), позволяющие формировать сигнал в виде кодированной последовательности импульсов. К таким устройствам относятся многоотводные линии задержки [1], содержащие входной преобразователь и отводы, выполненные в виде встречно-штыревых преобразователей (ВШП). Количество отводов соответствует количеству импульсов в информационном сигнале.
Основным недостатком такого устройства является сложность в формировании различных кодов, что вызвано гальванической связью отводов между собой и входным преобразователем при прохождении входного сигнала на выход. В связи с этим исключение или включение дополнительного импульса приводит к перераспределению энергии в выходном преобразователе и, как следствие, изменению амплитуд других импульсов в информационном сигнале.
Наиболее перспективными устройствами получения кодирования информационного сигнала являются отражательные линии задержки [2].
Наиболее близким к заявленному техническому решению является опрашиваемый по радио пассивный датчик информации на ПАВ [3], содержащий структуру, включающую общий входной преобразователь, формирующий акустическую волну, в поле которой на параллельных дорожках на различных расстояниях от входного преобразователя размещены отражательные элементы. Отражательные элементы имеют выходные контакты, к которым подключена внешняя нагрузка в виде короткозамыкающих перемычек.
Недостатком рассматриваемого устройства является выполнение входного преобразователя в виде единой конструкции ВШП, который формирует общее акустическое поле, а также принимает отраженные сигналы от элементов, находящихся в этом поле. Поскольку отражательные элементы, как следует из представленного чертежа прототипа, расположены на параллельных дорожках относительно входного преобразователя, то последний будет принимать отраженные сигналы одновременно от нескольких отражателей, расположенных на одинаковых расстояниях от входного преобразователя. Это приводит к искажению информационного сигнала.
В связи с тем, что отражательные элементы расположены на разных расстояниях от входного преобразователя, то вследствие дифракции и потерь энергии акустической волны при ее распространении отраженные импульсы будут иметь различные амплитуды, что затрудняет обработку информационного сигнала, а так как акустические каналы размещены дискретно, то часть энергии, излученной входным преобразователем, между ними теряется бесполезно.
Последовательная расстановка отражательных элементов один за другим в одном акустическом канале приводит к сильным паразитным переотражениям акустической волны и появлению лишних импульсов в информационном сигнале, что снижает достоверность его считывания.
Недостатком прототипа является размещение в акустическом поле отражательных элементов на различных расстояниях от края подложки относительно входного преобразователя. При таком расположении отражателей подключение к их контактным площадкам будет осуществляться длинными проводниками, имеющими большую индуктивность, что приводит к неэффективной работе замыкателей. В данной конструкции структуры на ПАВ эффективно могут быть использованы только крайние отражательные элементы, что ограничивает количество вариантов кодирования и, тем самым, количество контролируемых объектов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности приема и обработки информационного сигнала, а также повышение технологичности сборочных операций.
Технический результат достигается тем, что в многоканальной отражательной линии задержки на поверхностных акустических волнах, выполненной на подложке из пьезоэлектрического материала, содержащей входной преобразователь, отражательные элементы с выходными контактами, к которым подключена внешняя нагрузка, отражательные элементы выполнены в виде встречно-штыревых преобразователей. Входной преобразователь состоит из n отдельных идентичных встречно-штыревых преобразователей, соединенных параллельно, каждый из которых образует самостоятельный акустический канал. В каждом акустическом канале с каждой стороны от встречно-штыревого преобразователя установлены отражающие элементы. Отражающие элементы в акустических каналах с каждой из сторон расположены по одной линии и на равных расстояниях от краев подложки. К выходным контактам отражательных элементов подключена регулируемая нагрузка в виде индуктивности, емкости или резистора. N отдельных идентичных встречно-штыревых преобразователей расположены вдоль линии, имеющей угол наклона α к линии расположения отражательных элементов. Величина угла α задает величину временного интервала между импульсами информационного сигнала.
На фигуре представлена топология многоканальной отражательной линии задержки (ОЛЗ) с равномерными временными интервалами между импульсами в информационном сигнале.
Многоканальная ОЛЗ конструктивно выполнена следующим образом: на подложке 1 из пьезоэлектрического материала выполнены отражательные элементы 2 и входной преобразователь 3, состоящий из встречно-штыревых преобразователей (ВШП) 4, соединенных параллельно. К контактным площадкам 5 отражательных элементов 2 подключена нагрузка 6 в виде емкости, индуктивности или сопротивления. Отражательные элементы 2 установлены на одной линии по обеим сторонам входного преобразователя 3 на равных расстояниях s от краев подложки. ВШП 4 расположены на осевой линии, имеющей наклон α к линии расположения отражательных элементов 2. Величина угла наклона α рассчитывается исходя из обеспечения требуемого временного интервала Δt, который определяется горизонтальным расстоянием Δl между импульсами в информационном сигнале и расстоянием h между акустическими каналами. Величина акустического канала задается апертурой ВШП во входном преобразователе с учетом коэффициента анизотропии и дифракции акустической волны в зависимости от ориентации пьезоэлектрика. Угол наклона входного преобразователя рассчитывается по формуле:
<mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mi>h</mi></mfrac></mrow>
,
где Δl - горизонтальное расстояние между входными ВШП в соседних акустических каналах, h - расстояние между акустическими каналами.
Расстояние расположения отражательных элементов от входного преобразователя определяется как
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>t</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
0
где L - расстояние от входного ВШП до выходного преобразователя, t - время задержки отраженного импульса, V - скорость распространения ПАВ.
Предлагаемая многоканальная линия задержки работает следующим образом: на входной преобразователь 3 подается короткий радиоимпульс, под действием которого ВШП 4 формируют акустическую волну, распространяющуюся по акустическим каналам. Достигнув отражателей 2, акустическая волна отражается и достигает входных ВШП 4, которые преобразуют ПАВ в радиоимпульс и формируют информационный сигнал. Подключение регулируемой нагрузки 6 к контактам 5 отражателей 2 позволяет изменить коэффициент отражения ПАВ и, тем самым, регулировать амплитуду импульсов в информационном сигнале.
Отражательные линии задержки широко используются в дистанционных системах идентификации объектов для формирования кодированного информационного сигнала. Для считывания информации с объекта на достаточно большом расстоянии необходимо, чтобы импульсы в информационном сигнале имели максимально возможную амплитуду и минимальный разброс по ее величине. Для выравнивания амплитуд импульсов информационного сигнала к выводам отражательных элементов линии задержки подключается нагрузка в виде индуктивности, емкости или резистора. Влияние нагрузки, подключенной к ВШП, представлено в [3]. В работе показано, что подключение индуктивности позволяет достичь максимальной амплитуды импульса, а емкости или резисторы приводят к снижению ее величины. Таким образом, подключая ту или иную нагрузку к отражательным элементам и изменяя их номиналы, можно достичь равенства амплитуд импульсов в информационном сигнале. Это дает возможность повысить надежность считывания и достоверность обработки сигнала.
В предлагаемой линии задержки входной преобразователь сформирован отдельными ВШП, образующими самостоятельные акустические каналы.
Число акустических каналов n определяется необходимым количеством импульсов в информационном сигнале. Например, для формирования десятиразрядного сигнала с учетом двунаправленности входного преобразователя необходимо 5 акустических каналов.
Такая конструкция входного преобразователя позволяет исключить потери энергии акустической волны, которые неизбежны при выполнении входного преобразователя в виде единого (общего ВШП).
Расположение ВШП входного преобразователя на осевой линии, имеющей наклон к линии размещения отражательных элементов, позволяет упростить разработку топологии проектируемой линии задержки. Так как ВШП расположено на осевой линии при рассчитанном угле наклона и заданном времени задержки первого импульса, временные интервалы остальных импульсов в информационном сигнале формируются автоматически.
В предлагаемой многоканальной линии задержки отражательные элементы расположены относительно друг друга на одной линии и их контактные площадки имеют одинаковые расстояния до края подложки. Такое расположение отражательных элементов значительно повышает технологичность монтажных операций по разварке перемычек с контактных площадок на выводы корпуса, в который установлена линия задержки. Так как все перемычки имеют одинаковую длину, их разварка выполняется в одном режиме и не требует дополнительных операций по наладке оборудования.
Внедрение предлагаемой многоканальной отражательной линии задержки позволяет формировать информационный сигнал с равномерной амплитудой импульсов. При этом проектирование топологии линии и ее изготовление имеет лучшую технологичность, чем существующие. Таким образом, поставленная техническая задача выполнена.
Литература
1. В.И.Речитский. Радиокомпоненты на поверхностных акустических волнах. М.: Радио и связь 1984, стр. 49.
2. В.Л.Дшхунян. Электронная идентификация. Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты. - М.: Издательство ACT, 2004, стр. 244.
3. Дмитриев Н.И., Тарасов В.В. Опрашиваемый по радио пассивный датчик информации на поверхностных акустических волнах. Описание изобретения RU 2196344 С2, опубл. 10.01.2003, Бюл. №1.
4. Труфанова Г.В. Энергонезависимые дистанционные датчики на ПАВ с внешними чувствительными элементами. Диссертация кандидата технических наук: 05.11.13, Нижний Новгород, 2005, РГБ ОД, 6106-5/767. Ссылка на автореферат: http://www.dissercat.com/content/energonezavisimve-distantsionnve-datchiki-na-poverkhnostnykh-akusticheskikh-volnakh-s-vneshn.