CN1881236A - 声表面波射频辨识标签及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，主要包括：单晶基片、至少一个叉指换能器和数条反射栅以及与叉指换能器相连接的天线，所述单晶基片为压电性基片，采用具有高机电耦合系数、能流角接近0和各向异性因子接近－1的硅酸镓镧晶体切向的硅酸镓镧晶体作为基片材料，使用的频率范围为：400MHz－2.45GHz。其优点是相同长度的基片上，可以布置更多条数的反射栅，从而提高了编码容量，并且使用的温度场合更高。
Description
所属技术领域：
本专利涉及一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，特别是一种可以提高编码容量，而且尤其适用于200℃以上高温条件下的声表面波射频辨识标签。
背景技术：
现代技术有多种可用的电子标签实现方法且目前己有很多实用的器件。其中以远距离无线查询方式工作的射频标签是一种较好的标签器件。当被查询到时，它可以反射或者发送一个携带标识编码的射频信号到查询机。从标签的实现原理来看，射频标签有两种基本的类型：一种是包含集成电路芯片的，一种是不用集成电路芯片的。带芯片的标签一般需要一个有效的天线将接收到的射频信号转换成直流电源为芯片供电，因此在芯片设计过程中不可避免射频的发射/接收、电源管理等环节的设计：而不使用集成电路芯片的射频标签就是采用了声表面波(SAW)技术的标签，这种标签的显著特点包括：
(a)标签本身工作在射频频段且工作时不需要电源，因此价格低；
(b)可在金属和液体产品上读取；
(c)读取时间快，可用于识别速度达300千米/小时的高速运动物体；
(d)可在高电磁辐射、高低温的恶劣环境条件下使用。
因此声表面波电子标签具有独到的优点和应用场合。电子标签典型应用，如：物流管理、畜牧业管理、路桥收费系统中，要求每件物品、动物或汽车上必须贴装具有唯一编码的标签。目前，大多数声表面波电子标签(SAWID-Tag)采用延迟线结构，即利用叉指换能器与各反射栅之间的不同距离形成反射信号串，从而确定其编码。为了保障标签足够的编码容量，往往需要在有限尺寸的压电基片上尽量增加反射栅数量，以分别表示不同编码状态。但由于受到无线电相关法律中射频信号带宽的限制，例如用于工业、科研和医疗的ISM频段为：433.05--434.97MHz频段，允许使用的带宽只有1.74MHz，在2.4-2.5GHz时，带宽则可以允许也只有83.5MHz。SAW标签中叉指换能器和反射栅之间的距离以及反射栅之间的间距均不能太小，否则将使得反射信号拥挤在一起，形成码间串扰，无法进行解码。
此外，SAW标签都制作在压电晶体上，铌酸鲤由于具有高机电耦合系数和高反射系数，成为众所周知SAW标签常用的基片材料。但是，制作在铌酸鲤压电材料上的SAW标签不能应用在450℃以上高温场合。采用集成电路芯片技术制作的标签更是在200℃以上高温条件下即失效。
发明内容：
本发明的目的就是为解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种可以提高编码容量，而且尤其适用于500℃以上高温条件下使用的声表面波射频辨识标签及其制造方法。
本发明主要包括：单晶基片、至少一个叉指换能器和数条反射栅以及与叉指换能器相连接的天线，其特征在于：所述单晶基片为压电性基片，采用硅酸镓镧晶体作为基片材料，使用的频率范围为：400MHz-2.45GHz。
基片材料采用具有高机电耦合系数、能流角接近0和各向异性因子接近-1的硅酸镓镧晶体切向，即当声表面波标签工作温度高于500°时，采用欧拉角在[0°，15-45°，25-30°]范围切向的硅酸镓镧单晶，或者，当声表面波标签工作在常温时，采用欧拉角在[0°，138-142°，22-30°]范围切向的硅酸镓镧单晶。叉指换能器与反射栅采用金、铂等耐高温的金属。
这样制作的SAW标签与采用用铌酸锂制作的SAW标签相比，其优点是：具有更高的编码容量，并且使用的温度场合更高。这是因为：
(a)硅酸镓镧单晶的熔点为1470℃，且在熔点以下直到室温不存在任何相变，完全可以承受高于500℃以上的高温；
(b)在本发明提出的硅酸镓镧切割区域[0°，15-45°，25-30°]，器件上SAW的波速在2450-2500米/秒之间，只有铌酸锂单晶上SAW波速的65％左右，这样相同长度的基片上，可以布置更多条数的反射栅，从而提高了编码容量；
(c)在本发明提出的硅酸镓镧切割区域，SAW具有约为0度的能流偏向角和接近理想值-1的各向异性因子，这有益于减小声表面被标签的衍射和体波散射。
附图说明：
图1是本发明实施例的声表面波射频辨识标签的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
在由硅酸镓镧晶体制作的压电基片2上设置叉指换能器3和若干反射栅4，天线5安装在叉指换能器3上。关于欧拉角和声表面波(瑞利波)的传播方向主要用于上述声表面波器件的基片材料的特性。
参见图1所示，SAW射频辨识标签有一个具有压电性的基片2。该基片采用具有高机电耦合系数、能流角接近0和各向异性因子接近-1的硅酸镓镧晶体切向。在常温下，选择欧拉角在[0°，138-142°，22-30°]范围内的切向；当温度高于500℃以上时，选择欧拉角在[0°，15-45°，25-30°]范围的切向。
叉指换能器3一般采用铝或铜等作为电极材料。当反射栅4在叉指换能器3两边排列时，换能器3采用双边辐射能量的普通换能器；当反射栅4在叉指换能器3一边排列时，换能器3采用单边辐射能量的单向单相换能器(SPUDT)。本发明具体实现的是400MHz-2.45GHz的频率范围。
反射栅4是采用铝或铜等材料的3-5根电极组成。反射栅4可以设置在一行或多行中。这些电极可以形成开路的反射栅、电气短路的反射栅、悬浮指条的反射栅、叉指换能器等任意形状和其它结构；根据编码的方式，反射栅4之间可按照幅度编码、脉冲位置编码、多脉冲位置编码、相位编码以及它们的组合等多种组合之一方式设置位置。
叉指换能器3和反射栅4可以采用各种方法加权，以获得希望的反射信号幅度及形状。他们的指条宽度、厚度、指条数都可以改变。
当温度高于500℃以上时，叉指换能器3和反射栅4的电极材料可选择金、铂等耐高温的金属，并用与压电基片附着性较好的金属钛作过渡。
Claims (5)
1、一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，主要包括：单晶基片、至少一个叉指换能器和数条反射栅以及与叉指换能器相连接的天线，其特征在于：所述单晶基片为压电性基片，采用硅酸镓镧晶体作为基片材料，使用的频率范围为：400MHz-2.45GHz。
2、根据权利要求1所述的一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，其特征在于：所述基片采用具有高机电耦合系数、能流角接近0和各向异性因子接近-1的硅酸镓镧晶体切向，即当声表面波标签工作温度高于500°时，采用欧拉角在[0°，15-45°，25-30°]范围切向的硅酸镓镧单晶，或者，当声表面波标签工作在常温时，采用欧拉角在[0°，138-142°，22-30°]范围切向的硅酸镓镧单晶。
3、根据权利要求1所述的一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，其特征在于：所述声表面波标签工作温度高于500°时，叉指换能器与反射栅的电极材料采用耐高温的金属，如：金、铂。
4、根据权利要求1所述的一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，其特征在于：所述声表面波标签工作温度为常温时，叉指换能器与反射栅的电极材料采用铝或铜金属材料。
5、根据权利要求1、3所述的一种声表面波射频辨识标签及其制造方法，其特征在于：所述叉指换能器与反射栅的电极材料采用耐高温的金属材料，并用与压电基片附着性较好的金属钛作过渡。
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