ДАТЧИК НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С ПРОВОЛОЧНОЙ АНТЕННОЙ

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для беспроводного съема информации (идентификационный код, температура и др.) о различных объектах (товарах, изделиях, конструкциях и т.п.).
Известен датчик на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для радиочастотной идентификации (Патент RU №2176092 «Маркерное устройство для системы радиочастотной идентификации», МПК G01S 13/79, опубл. 20.11.2001), используемый как маркерное устройство, содержащий плату и размещенные на ней приемную и излучающую антенны в виде четвертьволновых вибраторов, а также устройство на ПАВ, выполненное в виде подложки из пьезоэлектрического материала, на которой размещены входной и выходной электродные преобразователи на ПАВ. В качестве пьезоэлектрического материала подложки может быть использован, например, ниобат лития (LiNbO3).
Известен датчик на ПАВ для радиочастотной идентификации (Патент GB №2352931 «Piezoelectric tag», МПК G06K 19/067, опубл. 07.02.2001), используемый как маркерное устройство, выполненный на подложке из пьезоэлектрического материала, антенная система которого состоит из одного или более планарных металлических диполей. Вместо диполя может использоваться патч-антенна, или петлевая антенна.
Известен датчик на ПАВ, (V.K.Varadan, P.T.Teo, K.A.Jose and V.V.Varadan, «Design and Development of a Smart Wireless System for Passive Temperature Sensors», Journal of Smart Materials and Structures, 2000, Vol.9, pp.379-388), используемый как датчик температуры, выполненный на подложке из ниобата лития (LiNbO3) с планарной антенной «меандр».
Известен датчик на ПАВ для радиочастотной идентификации (Gudrun Bruckner, Rene Fachberger. SAW ID tag for industrial application with large data capacity and anticollision capability. 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings (ULTSYM), pp.300-303), используемый как маркерное устройство, обладающий большой информационной емкостью и антиколлизионными свойствами. В качестве антенны датчика используется планарная щелевая антенна, способная работать на металле. В качестве пьезоэлектрического материала подложки устройства на ПАВ может быть использован, например, ниобат лития (LiNbO3).
Недостатком указанных типов датчиков на ПАВ является невозможность минимизации габаритов датчика на ПАВ по всем трем координатным плоскостям (длина, ширина, высота (толщина)), так как их габариты могут быть минимизированы только по одной пространственной координате, в то время как размеры по остальным двум координатам сопоставимы с половиной длины волны для используемого диапазона частот.
Наиболее близким к заявляемому является датчик на ПАВ, представленный в патенте ЕР №1752916 «SAW transponder having a wire antenna», МПК G01S 13/75; G06K 19/067; G06K 19/077, опубл. 14.02.2007. Указанный датчик с проволочной антенной, выполненной в виде пространственной спирали состоит из устройства на ПАВ, соединенного непосредственно с пространственной спиральной антенной. Устройство на ПАВ и антенна размещены в корпусе, заполненным диэлектриком.
Такая конструкция датчика не позволяет получать достаточно точное согласование сопротивлений антенны и устройства на ПАВ в связи с отсутствием согласующих элементов. Неудобство настройки такого датчика заключается в том, что она осуществляется только путем подбора геометрических параметров антенны и выбора диэлектрика, что не позволяет добиваться максимально возможной дальности действия датчика.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание датчика на ПАВ с проволочной антенной, позволяющего достигать технический результат, заключающийся в увеличении дальности действия датчика с обеспечением удобства настройки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной, содержащий корпус, в котором расположены устройство на поверхностных акустических волнах, пространственная спиральная антенна и диэлектрик, дополнительно введена монтажная плата с контактами, часть которых использована для присоединения устройства на поверхностных акустических волнах и пространственной спиральной антенны, а остальные предназначены для заземления и установки по меньшей мере одного согласующего элемента. При этом устройство на поверхностных акустических волнах может иметь два или четыре вывода, корпус датчика может быть выполнен в виде цилиндра или многогранника, а согласующий элемент может быть выполнен в виде емкости или индуктивности.
На монтажной плате, введенной в конструкцию датчика, предусмотрены контакты под согласующие элементы (емкость или индуктивность с точно расчитанным номиналом), введение которых позволяет существенно повысить точность согласования импедансов антенны и устройства на ПАВ, что, в свою очередь, приводит к увеличению дальности действия датчика. Кроме того, введение монтажной платы увеличивает общую механическую прочность датчика на ПАВ, а также повышает удобство операции электрического соединения составных частей датчика.
Полезная модель поясняется следующими графическими материалами:
Фиг.1 Конструкция датчика на ПАВ с проволочной антенной.
Фиг.2 Монтажная плата.
Датчик на ПАВ с проволочной антенной содержит (фиг.1, фиг.2):
1 - устройство на ПАВ;
2 - монтажная плата;
3 - пространственная спиральная антенна;
4 - корпус;
5 - диэлектрик;
6 - контакты для устройства на ПАВ;
7 - контакт для антенны;
8 - контакты для согласующего элемента;
9 - контакт для заземления.
Устройство на ПАВ (1) своими выводами непосредственно соединено с соответствующими контактами (6) монтажной платы (2). Антенна (3) непосредственно соединена с контактом (7) монтажной платы (2). На монтажной плате (2) также расположены контакт для заземления (9) и контакты (8) для согласующего элемента. Монтажная плата (2) с размещенными на ней устройством на ПАВ (1) и антенной (3) помещена в корпус (4) с диэлектриком (5).
Расчет длины проволоки (L), из которой изготавливается пространственная спиральная антенна может быть осуществлен по формуле:
, где
0
N - начальное число витков антенны,
k
t - шаг намотки витков антенны,
D - диаметр витка антенны,
a
- коэффициент заполнения корпуса диэлектриком,
ε - диэлектрическая проницаемость.
Датчик на ПАВ с пространственной спиральной антенной для беспроводного съема информации с объектов работает следующим образом.
В целях обеспечения беспроводного съема информации с объектов, заинтересованная сторона, например производитель товара или торговая организация, снабжает каждый объект (товар, изделие, конструкцию и т.п.) датчиком при его производстве, или при его передаче в торгующую организацию, или при его реализации, или при его хранении. При попадании датчика в зону считывания антенна (3) обеспечивает прием сигнала от устройства считывания и обратную передачу индивидуальной информации, содержащейся в устройстве на ПАВ (1).
Пример.
В качестве примера приведен датчик на ПАВ, работающий на частоте 915 МГц с пластиковым корпусом в виде цилиндра 10×15 мм.
Для пространственной спиральной антенны такого датчика определили и выбрали следующие параметры:
k
t=1 мм,
D=7 мм,
0
N=11,
ε=3.4,
a
=0,5, что соответствует размещению половины высоты антенны в диэлектрике.
k
Провели расчет по вышеприведенной формуле значения L длины проволоки из меди, которое составило 60 мм. Изготовили спиральную антенну, высота которой составляет 10.5 мм, скручивая спираль из проволоки с t=1 мм и D=7 мм.
После присоединения устройства на ПАВ, имеющего комплексное сопротивление Z=(50-j40) Ом и антенны провели настройку датчика установкой согласующего элемента (индуктивности 7 нГн) на монтажную плату, обеспечили заземление через соответствующий контакт. После размещения платы с установленными на ней элементами датчика в корпусе провели заполнение корпуса диэлектриком с условием размещения половины высоты антенны в диэлектрике.