RU2326404C2 - Device of identification at surface acoustic waves - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: device consists of acoustic ducts for different acoustic channels, receiver-transmitter interdigital transducers (IDT) and reflecting IDT with the same period L_0i, which is different in different acoustic channels. Analogous electrodes of first additional IDT are connected with common bus bar through lower bus bars of receiver-transmitter IDT. Each of other electrodes of first additional IDT is connected with electrodes of second additional IDT with aperture, which is 10 times less. Other electrodes of second additional IDT are connected with antenna. Other end of antenna is connected with common bus bar, which connects analogous electrodes of receiver-transmitter IDT, which do not have galvanic connection with second additional IDT. Acoustic ducts together with IDT and common bus bar are installed in leak-tight casing.

EFFECT: increases reflection factor from reflecting IDT, which are located in different acoustic channels.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации и охраны различных объектов.The invention relates to the field of radio engineering and can be used to identify and protect various objects.

Известны пассивные устройства идентификации [1], в которых нет источника питания. В этих устройствах с помощью индуктивной связи через переменное магнитное поле производится дистанционное электропитание микросхемы, которая выдает определенный код через эту же индуктивность связи в разпознавающее устройство. Недостатком данной системы является малый радиус действия (до метра) и также достаточно сильный сигнал, обеспечивающий питание микросхемы, что может нанести вред идентифицируемому объекту (особенно, если это животное или человек).Known passive identification devices [1], in which there is no power source. In these devices, using inductive coupling through an alternating magnetic field, remote power supply of the microcircuit is performed, which gives a specific code through the same coupling inductance to the recognition device. The disadvantage of this system is the small radius of action (up to a meter) and also a sufficiently strong signal that provides power to the microcircuit, which can harm an identifiable object (especially if it is an animal or a person).

Устранить указанные недостатки позволяет пассивное устройство идентификации на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащее корпус, приемно-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь (ВШП), соединенный с антенной, отражательные ВШП в одном акустическом канале [2]. В данном устройстве опрашивающий сигнал принимается антенной, далее преобразуется в ПАВ с помощью ВШП, а затем отражается от отражательных ВШП, образуя кодовую последовательность, которая с помощью ВШП, соединенного с антенной, преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается на распознающее устройство. В данном случае нет необходимости в электропитании микросхемы, поэтому опрашивающий сигнал может быть ослаблен до значений, не наносящих вред идентифицируемому объекту. Расстояние идентификации также может быть увеличено надлежащим подбором рабочих частот и антенны. Недостатком данной конструкции является достаточно большое ослабление отраженного сигнала по сравнению с падающим на антенну (что снижает динамический диапазон и уменьшает расстояние, на котором может быть произведена идентификация объекта) из-за того, что коэффициент отражения от отражательных ВШП должен быть значительно меньше 1, чтобы отраженные сигналы от соседних отражательных ВШП не искажали бы кодовую последовательность.Eliminate these disadvantages allows a passive identification device on surface acoustic waves (SAW), comprising a housing, a receiving and transmitting antenna, a sound duct, on the working surface of which an interdigital transducer (IDT) is connected to the antenna, reflective IDTs in one acoustic channel [2 ]. In this device, the interrogating signal is received by the antenna, then converted into a SAW using IDT, and then reflected from the reflective IDT, forming a code sequence, which using IDT connected to the antenna, is converted into an electromagnetic signal and radiated to a recognition device. In this case, there is no need to power the microcircuit, therefore, the interrogating signal can be attenuated to values that do not harm the identified object. Identification distance can also be increased by proper selection of operating frequencies and antenna. The disadvantage of this design is a sufficiently large attenuation of the reflected signal compared to incident on the antenna (which reduces the dynamic range and reduces the distance at which the identification of the object can be made) due to the fact that the reflection coefficient from reflective IDTs should be significantly less than 1, so that the reflected signals from neighboring reflective IDTs would not distort the code sequence.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании устройства идентификации на ПАВ, лишенного указанных недостатков.The problem to which the invention is directed, is to create an identification device for a surfactant devoid of these disadvantages.

Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в увеличении коэффициента отражения от отражательных ВШП, расположенных в различных акустических каналах.The technical result that the implementation of the invention provides is to increase the reflection coefficient from reflective IDTs located in various acoustic channels.

Это достигается тем, что в него введены несколько акустических каналов, расположенных на разных звукопроводах, в каждом из которых расположены приемно-передающий ВШП и отражательный ВШП с одинаковым периодом L_0i, который разный в разных акустических каналах, расстояние между этими преобразователями также разное в разных акустических каналах, приемно-передающие ВШП выполнены однонаправленными с внутренними отражателями и параллельно соединены с первыми дополнительными ВШП в каждом акустическом канале, причем эти первые дополнительные ВШП имеют апертуру, равную апертуре приемно-передающих ВШП, число пар штыревых электродов и период этих первых дополнительных ВШП выбираются из соотношений:This is achieved by the fact that several acoustic channels are introduced into it, located on different sound ducts, in each of which there are transceiver IDTs and reflective IDTs with the same period L _0i , which is different in different acoustic channels, the distance between these transducers is also different in different acoustic channels, the receiving and transmitting IDTs are made unidirectional with internal reflectors and are connected in parallel with the first additional IDTs in each acoustic channel, and these first additional IDT aperture are equal to the aperture of the receiving-transmitting IDTs, the number of pairs of interdigital electrodes and the period of the first additional IDTs are selected from the relations:

где N_i - число пар электродов в ВШП, k² - квадрат коэффициента электромеханической связи для поверхностных акустических волн в звукопроводе, i - номер акустического канала, одноименные электроды этих первых дополнительных ВШП соединены с общей шиной (через нижние шины приемно-передающих ВШП), каждый из других электродов этих первых дополнительных ВШП соединен с электродами вторых дополнительных ВШП с периодом L_0i, с апертурой, в 10 раз меньшей, и числом электродов, определяющимся из соотношения:where N _i is the number of electrode pairs in the IDT, k ² is the square of the electromechanical coupling coefficient for surface acoustic waves in the sound duct, i is the number of the acoustic channel, the same electrodes of these first additional IDTs are connected to a common bus (through the lower buses of the IDT) each of the other electrodes of these first additional IDTs is connected to the electrodes of the second additional IDTs with a period L _0i , with an aperture 10 times smaller, and the number of electrodes, determined from the ratio:

N_ik²>10,N _i k ² > 10,

другие электроды этих вторых дополнительных ВШП соединены с антенной, другой конец которой соединен с общей шиной, которая соединяет одноименные электроды приемно-передающих ВШП, не имеющих гальванического соединения со вторыми дополнительными ВШП с апертурой, в 10 раз меньшей.other electrodes of these second additional IDTs are connected to an antenna, the other end of which is connected to a common bus that connects the same-name electrodes of receiving and transmitting IDTs, which are not galvanically connected to the second additional IDTs with an aperture, 10 times smaller.

На чертеже показана топологическая структура устройства на ПАВ в соответствии с изобретением.The drawing shows the topological structure of a device for surfactants in accordance with the invention.

Устройство содержит звукопроводы 1 для различных акустических каналов, приемно-передающие ВШП 2 и отражательные ВШП 3 с одинаковым периодом L_0i, который разный в разных акустических каналах. ВШП 2 выполнен с внутренними отражателями и параллельно соединенными с первыми дополнительными ВШП 4 в каждом акустическом канале. Одноименные электроды этих ВШП 4 соединены со вторыми дополнительными ВШП 6 с апертурой, в 10 раз меньшей, и одноименные электроды которых соединены с антенной 7, другой конец которой соединен с общей шиной 5, которая соединяет одноименные электроды приемно-передающих ВШП 2, не имеющих гальванического соединения с ВШП 6. Звукопроводы 1 вместе с ВШП 2, 3, 4, 6 и общей шиной 5 помещены в герметичный корпус 8.The device contains sound ducts 1 for various acoustic channels, transceiver IDT 2 and reflective IDT 3 with the same period L _0i , which is different in different acoustic channels. IDT 2 is made with internal reflectors and connected in parallel with the first additional IDT 4 in each acoustic channel. The same electrodes of these IDT 4 are connected to the second additional IDT 6 with an aperture 10 times smaller, and the same electrodes of which are connected to the antenna 7, the other end of which is connected to a common bus 5, which connects the same name electrodes of the receiving-transmitting IDT 2, which do not have galvanic connection with IDT 6. Sound ducts 1 together with IDT 2, 3, 4, 6 and common bus 5 are placed in a sealed enclosure 8.

Устройство работает следующим образом. При подаче опрашивающего сигнала с несущей частотой f_0i на антенну 7 он проходит через ВШП 6 и ВШП 4 и общую шину 5 на ВШП 2 и возбуждает ПАВ в звукопроводе, которые отражаются от отражательных ВШП и принимаются ВШП 2, а далее сигнал поступает в антенну 7 через ВШП 6, ВШП 4 и общую шину 5 и излучается на распознающее устройство. В каждом канале находится только один отражательный ВШП, переотражения от соседних ВШП отсутствуют, поэтому коэффициент отражения от него делается близким к 1, что значительно увеличивает отраженный сигнал по сравнению с прототипом. Так как в ВШП 6 N_ik²>10, то на центральной частоте этого ВШП, а следовательно, и ВШП 2 проводимость ВШП 6 будет велика в i-том канале, а в других каналах мала, поскольку апертура ВШП 6 много меньше, чем у ВШП 2, и его емкостное сопротивление будет велико, а активная составляющая проводимости близка к нулю, так как центральная частота ВШП 6 в других каналах достаточно далека от центральной частоты ВШП 6 в i-том канале. Поэтому сигнал от антенны 7 и обратно будет проходить с малыми потерями только в i-том канале. ВШП 4, включенные параллельно ВШП 2 в каждом акустическом канале в силу выбранного периода и числа электродов, имеют значительное общее сопротивление (малую общую проводимость) в i-том канале, так как его емкость компенсируется индуктивной составляющей проводимости ВШП, активная составляющая проводимости близка к нулю, и он почти не шунтирует параллельно подсоединенный к нему ВШП 2 и будет эффективно излучать ПАВ. В других каналах ВШП 4 будет шунтировать ВШП 2 собственной емкостью, поскольку компенсации емкостной проводимости здесь происходить не будет, так как центральная частота ВШП 4 в других каналах достаточно далека от центральной частоты ВШП 4 в i-том канале. Поэтому сигнал, прошедший в другие каналы через ВШП 6, будет дополнительно ослабляться в этих каналах за счет шунтирования ВШП 2. Сигнал, принятый антенной 7, попадет только в заданный канал и выйдет через антенну 7 на распознающее устройство с определенной задержкой. При изменении f_0i сигнал эффективно отражается в другом акустическом канале, испытывая другую задержку. Таким образом при различных f_0i сигналы отражаются от ВШП 3 с разными задержками, формируя код частота - задержка.The device operates as follows. When applying the interrogating signal with a carrier frequency f _0i antenna 7 passes through the IDT 6 and the IDT 4 and the common bus 5 on the IDT 2 excites surfactant in acoustic line which are reflected by the reflective IDTs and received IDT 2, and further the signal fed to the antenna 7 through IDT 6, IDT 4 and a common bus 5 and is radiated to a recognition device. In each channel there is only one reflective IDT, there are no reflections from neighboring IDTs, so the reflection coefficient from it is made close to 1, which significantly increases the reflected signal compared to the prototype. Since in IDT 6 N _i k ² > 10, then at the center frequency of this IDT, and therefore IDT 2, the conductivity of IDT 6 will be large in the ith channel, and in other channels is small, since the aperture of IDT 6 is much smaller than IDT 2, and its capacitive resistance will be large, and the active component of conductivity is close to zero, since the center frequency of IDT 6 in other channels is quite far from the center frequency of IDT 6 in the i-th channel. Therefore, the signal from the antenna 7 and back will pass with low losses only in the i-th channel. IDT 4, connected in parallel IDT 2 in each acoustic channel due to the selected period and the number of electrodes, have significant total resistance (low total conductivity) in the i-th channel, since its capacitance is compensated by the inductive component of IDT conductivity, the active component of conductivity is close to zero , and it almost does not bypass the IDT 2 connected to it in parallel and will efficiently radiate a surfactant. In other channels, IDT 4 will bypass IDT 2 with its own capacitance, since capacitive conductivity compensation will not occur here, since the center frequency of IDT 4 in other channels is far enough from the center frequency of IDT 4 in the i-th channel. Therefore, the signal that has passed to other channels through IDT 6 will be further attenuated in these channels due to bypassing IDT 2. The signal received by antenna 7 will only enter the specified channel and will exit through the antenna 7 to the recognition device with a certain delay. When f _0i changes, the signal is effectively reflected in another acoustic channel, experiencing a different delay. Thus, for different f _{0i, the} signals are reflected from IDT 3 with different delays, forming a frequency-delay code.

Пример выполнения. Устройство идентификации выполнено в герметичном корпусе 8, в котором расположено 6 звукопроводов 1 (каналов) из ниобата лития YX/128° среза. На каждом звукопроводе расположены приемно-передающие однонаправленные ВШП 2, содержащие 17 активных секций и имеющие апертуру 50 длин ПАВ на центральной частоте канала. В каждом канале своя центральная частота. При центральной частоте первого канала, равного 1200 МГц, центральные частоты остальных каналов сдвинуты относительно друг друга на 40 МГц в сторону повышения частоты. Отражательные ВШП З аналогичны приемно-передающим и расположены в разных акустических каналах с минимальной сдвижкой на 0,25 мкс, что обеспечивает расстояние в 0,5 мкс между отраженными импульсами. Коэффициент от отражения от ВШП 3 равен 0,96. При максимальном расстоянии между ВШП, равном 10 мм, можно обеспечить 10 градаций по задержке через 0,25 мкс. Тогда при 6 каналах максимальное число комбинаций задержка/частота будет равно 10⁶. ВШП 6 с малой апертурой имеет апертуру, равную 5 длин ПАВ на центральной частоте, и содержит 200 пар встречно-штыревых электродов. ВШП 4 имеют апертуру, равную 50 длин ПАВ, и период, отличный от периода остальных ВШП, в соответствии с формулой изобретения. Развязка между соседними каналами равна 20 дБ, т.е. при подаче опрашивающего импульса с центральной частотой, например, 2 канала, на третьем канале этот сигнал будет на 20 дБ меньше, что вполне достаточно для идентификации. При заданном диапазоне частот четвертьволновая антенна имеет размеры всего не более 7 см.Execution example. The identification device is made in a sealed enclosure 8, in which there are 6 sound conductors 1 (channels) of lithium niobate YX / 128 ° cut. On each sound duct there are unidirectional IDT 2 transmitting and transmitting, containing 17 active sections and having an aperture of 50 surfactant lengths at the center frequency of the channel. Each channel has its own center frequency. With the center frequency of the first channel equal to 1200 MHz, the center frequencies of the remaining channels are shifted relative to each other by 40 MHz in the direction of increasing frequency. Reflective IDTs Z are similar to transmitting and receiving and are located in different acoustic channels with a minimum shift of 0.25 μs, which provides a distance of 0.5 μs between the reflected pulses. The coefficient of reflection from IDT 3 is 0.96. With a maximum distance between IDT of 10 mm, it is possible to provide 10 gradations in delay after 0.25 μs. Then with 6 channels, the maximum number of delay / frequency combinations will be 10 ⁶ . IDT 6 with a small aperture has an aperture equal to 5 SAW lengths at the center frequency, and contains 200 pairs of interdigital electrodes. IDT 4 have an aperture equal to 50 SAW lengths, and a period different from the period of the remaining IDT, in accordance with the claims. The isolation between adjacent channels is 20 dB, i.e. when applying the interrogating pulse with a central frequency, for example, 2 channels, on the third channel this signal will be 20 dB less, which is quite enough for identification. For a given frequency range, the quarter-wave antenna has dimensions of no more than 7 cm.

Источники информмацииSources of Information

SU 1054887 А1 (ИРЭАНСССР), 15.11.1983.SU 1054887 A1 (IREANSSSR), 11/15/1983.

RU 2105993 С1 (СИМЕНС АГ.), 27.02.1998.RU 2105993 C1 (SIEMENS AG.), 02.27.1998.

WO 97/26555A (TAGIX AG), 24.07.1997.WO 97 / 26555A (TAGIX AG), 07.24.1997.

GB 2165424 A (X CYTE INC), 09.04.1986.GB 2165424 A (X CYTE INC), 04/09/1986.

ER 2630236 A (MASSIERA LOUIS), 20.10.1989.ER 2630236 A (MASSIERA LOUIS), 10.20.1989.

Claims (1)

Устройство идентификации на поверхностных акустических волнах, содержащее корпус, приемно-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь (ВШП), соединенный с антенной, отражательные ВШП в одном акустическом канале, отличающееся тем, что в него введены несколько акустических каналов, расположенные на разных звукопроводах, в каждом из которых расположены приемно-передающий ВШП и отражательный ВШП с одинаковым периодом L_0i, который разный в разных акустических каналах, расстояние между этими преобразователями также разное в разных акустических каналах, приемно-передающие ВШП выполнены однонаправленными с внутренними отражателями и параллельно соединены с первыми дополнительными ВШП в каждом акустическом канале, причем первые дополнительные ВШП имеют апертуру, равную апертуре приемно-передающих ВШП, число пар штыревых электродов и период этих первых дополнительных ВШП выбираются из соотношений:An identification device for surface acoustic waves, comprising a housing, a receiving and transmitting antenna, a sound duct, on the working surface of which an interdigital transducer (IDT) is connected to the antenna, reflective IDTs in one acoustic channel, characterized in that several acoustic channels are introduced into it channels located at different acoustic lines, each of which are the receiving-transmitting IDT and the reflective IDTs with the same period L _0i, which is different in different acoustic channels races The distance between these transducers is also different in different acoustic channels, the receiving and transmitting IDTs are made unidirectional with internal reflectors and are connected in parallel with the first additional IDTs in each acoustic channel, the first additional IDTs having an aperture equal to the aperture of the receiving and transmitting IDTs, the number of pairs of pin electrodes and the period of these first additional IDTs is selected from the relations:

,

, где Ni - число пар электродов в ВШП, k² - квадрат коэффициента электромеханической связи для поверхностных акустических волн в звукопроводе, i - номер акустического канала, одноименные электроды первых дополнительных ВШП соединены с общей шиной через нижние шины приемно-передающих ВШП, каждый из других электродов первых дополнительных ВШП соединены с электродами вторых дополнительных ВШП с периодом L_0i, с апертурой в 10 раз меньшей и числом электродов, определяющимся из соотношения:where Ni is the number of electrode pairs in the IDT, k ² is the square of the electromechanical coupling coefficient for surface acoustic waves in the sound duct, i is the number of the acoustic channel, the same electrodes of the first additional IDTs are connected to the common bus through the lower buses of the IDT, each of the other electrodes the first additional IDTs are connected to the electrodes of the second additional IDTs with a period L _0i , with an aperture 10 times smaller and the number of electrodes, determined from the ratio: N_ik²>10N _i k ² > 10 другие электроды вторых дополнительных ВШП соединены с антенной, другой конец которой соединен с общей шиной, которая соединяет одноименные электроды приемно-передающих ВШП, не имеющих гальванического соединения со вторыми дополнительными ВШП с апертурой в 10 раз меньшей.other electrodes of the second additional IDT are connected to an antenna, the other end of which is connected to a common bus that connects the same-name electrodes of receiving and transmitting IDTs that are not galvanically connected to the second additional IDTs with an aperture 10 times smaller.