DE3438051A1

DE3438051A1 - Akustische reflektoren aufweisender, passiver transponder auf akustische oberflaechenwellen

Info

Publication number: DE3438051A1
Application number: DE19843438051
Authority: DE
Inventors: Skeie San Jose Calif. Halvor; Paul Anton Sunnyvale Calif. Nysen
Original assignee: Xcyte Inc
Current assignee: Xcyte Inc
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1986-04-24
Also published as: CA1228911A; GB2165424A; DE3438051C2; GB2165424B; JPS61104281A; ZA847910B; AU3400184A; GB8425497D0; JPH0321876B2; AU565454B2

Description

343805

AKUSTISCHE REFLEKTOREN AUFWEISENDER, PASSIVER TRANSPONDER FÜR AKUSTISCHE OBERFLÄCHENWELLEN

Die Erfindung bezieht sich auf ein "passives Interrogator-Kennmarken-System" (PILS: Passive Interrogator Label System). Dieses System umfaßt einen Interrogator zur Aussendung eines Abfragesignals, eine oder mehrere "Kennmarken" oder passive Transponder, die in Erwiderung auf das Abfragesignal ein kodierte Informationen enthaltendes Antwortsignal erzeugen, sowie ein Empfänger- und Dekodiersystem zum Empfang des Antwortsignals und zum Dekodieren der -in dem Antwortsignal enthaltenen Informationen.

Ein passives Interrogator-Kennmarken-System, auf das sich die Erfindung bezieht, ist z.B. in den US-PSn 3 273 146, 3 706 094, 3 755 803 und 4 058 217 beschrieben. In ihrer einfachsten Form weisen diese Systeme einen Hochfrequenz-Sender auf, der Hochfrequenzimpulse elektromagnetischer Energie aussenden kann. Diese Impulse werden von der Antenne eines passiven Transponders empfangen und einem piezoelektrischen "Energieübertragungs"-Wandler zugeführt, der in dem piezoelektrischen Material die von der Antenne empfangene elektrische Energie in eine Schallwellenenergie umwandelt. Nach Empfang eines Impulses wird in dem piezoelektrischen Material eine Schallwelle erzeugt und entlang eines definierten Schallweges übertragen. Entlang dieses Weges sind weiterhin "Abzweig"-Wandler in vorgeschriebenen, räumlich eingeteilten Abständen angeordnet, die die Schallwelle in eine elektrische Energie-für die Rückumsetzung in elektrische Energie durch den Energieumwandler—zurückverwandeln. Die Gegenwart oder das Fehlen von Abzweigwandlern an den vorgeschriebenen Stellen entlang des Schallwellenweges bestimmt, ob in Erwiderung auf einen Abfrageimpuls

ein Antwortimpuls mit einer bestimmten Zeitverzögerung gesendet wird. Dies bestimmt den Informationskode, der in der Transponderantwort enthalten ist.

Wird ein Schallwellenimpuls in ein elektrisches Signal zurückverwandelt, so wird es einer Antenne des Transponders zugeführt und als elektromagnetische Hochfrequenzenergie übertragen bzw. ausgesendet. Diese Energie wird von einem Empfänger sowie einem Dekodierer empfangen, und zwar vorzugsweise an der gleichen Stelle, an der sich der Abfragesender befindet, und die in dieser Antwort enthaltene Information wird dekodiert.

Bei den Systemen dieses allgemeinen Typs ist die in dem Antwortsignal enthaltene Energie wesentlich geringer als die Energie, die dem Transponderabfragesignal zugeführt wird.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, den gattungsgemäßen passiven Transponder derart weiterzubilden, daß die Einfügungsverluste minimal sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.

Da die Schallwellenreflektoren äußerst leistungsfähig gemacht werden können - sie ermöglichen fast eine 100%ige Reflektion der Schallwellenenergie - , wird im wesentlichen die gesamte Schallwellenenergie, die von einem Wandler erzeugt wird, zu diesem für die Rückumsetzung in elektrische Energie zurückreflektiert. Demzufolge ergibt sich theoretisch der Gesamtverlust bei der Energieumwandlung zu 6 db,

und zwar etwa 3 db infolge der Energieumsetzung in eine akustische Welle und etwa 3 db bei der Rückumsetzung der akustischen Welle in ein elektrisches Signal. Verschiedene Ausführungsformen von Wandlern und Reflektoren, die auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, werden später detailliert beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Aussenden eines Abfragesignals, zum Empfang eines Ant

wortsignals und zum Dekodieren der in dem Antwortsignal enthaltenen Information;

Fig. 2 ein mit dem System gemäß Fig. 1 zu verwendender passiver Transponder in Blockdiagrammdarstellung;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das die Taktausgangsgröße in dem System gemäß Fig. 1 verdeutlicht;

Fig. 4 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das das ausgesendete Signal in dem System gemäß Fig. 1 verdeutlicht;

Fig. 5 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das sowohl das ausgesendete wie auch das empfangene Signal in dem System gemäß Fig. 1 darstellt;

Fig. 6 ein spezielles Ausführungsbeispiel des Trans-5 ponders gemäß Fig. 2 in Draufsicht und ver

größertem Maßstab;

Fig. 7 ein Detail der Ausführungsform gemäß Fig. 6

in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 8 einen Wandler und zwei Reflektoren wie sie

bei der Erfindung verwendet werden, in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 9 ein Wandler-Reflektormuster gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 10 ein Wandler/Reflektor-Muster gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 11 ein Wandler/Reflektor-Muster gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 12 ein Wandler/Reflektor-Muster gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in

Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 13 ein Frequenzdiagramm, das die Frequenzbänder der entsprechenden Abfragesignalimpulse in dem Aufbau gemäß Fig. 12 verdeutlicht;

Fig. 14 einen Ausschnitt eines Wandler/Reflektor-Musters gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 1 bis 14 beschrieben. Identische Elemente in den verschiedenen Figuren sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig.1 bis 7 verdeutlichen ein Interrogator-Transponder-System, das einen Transponder für akustische Oberflächen-Wellen verwendet, der den Gegenstand der Erfindung darstellt. Das Sende/Empfangs- und Dekodiersystem, das in Fig. 1 dargestellt ist, weist einen Rampengenerator 20 auf, der eine Sägezahn-Wellenform einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 22 zuführt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 22 erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz f, die linear von einer Frequenz von 905 MHz zu einer Frequenz von 925 MHz wiederholt nach oben ansteigt. Dieses Signal wird mit Hilfe eines Hochfrequenzverstärkers 24 verstärkt und einem Sende/Empfangsschalter 26 zugeführt. Der Schalter 26 leitet das Signal entweder zu einem Sendeleistungsverstärker 28 oder zu einer Dekodier-Mischstufe

30. Der Schalter 26 wird mit Hilfe eines 100 KHz Rechteckwellensignals gesteuert, das von einem Taktgenerator 32 erzeugt wird. Das Ausgangssignal S, des Verstärkers 28 wird einem externen Zirkulator oder Sende/Empfangs-(TR)-Schalter 34 zugeführt und als elektromagnetische Strahlung über eine Antenne 36 ausgesendet.

Ein Blockdiagramm des Transponders, der dem System gemäß Fig. 1 zugeordnet ist, ist in Fig. 2 dargestellt. Der Transponder empfängtdas Signal S, an einer Antenne 38 und führt es einer Anzahl von Verzögerungselementen 40 5 zu, die die angezeigten Verzögerungszeiten T„ und ΔΤ aufweisen. Nach dem Passieren jedes folgenden Verzögerungselements wird ein Teil des Signals I_Q, I,, I₂' *** ¹N ^at>~ gezweigt und einem Summierelement 42 zugeführt. Das resultierende Signal S„, das die Summe der Zwischensignale I_,...

I^ darstellt, wirdzur Antenne 38 zurückgeführt und zur Antenne 36 in dem System gemäß Fig. 1 übertragen.

Das Transponderantwortsxgnal S- wird von der Antenne 36

empfangen und gelangt über den Zirkulator oder TR-Schalter 34 zu einem Empfangsverstärker 44. Die Ausgangsgröße dieses Verstärkers 44 wird in der Dekodier-Mischstufe 30 mit dem Signal' S-, das von dem Schalter 26 intermittierend dargeboten wird, überlagert.

Das Ausgangssignal S₁- der Mischstufe 30 enthält die Summen-und die Differenzfrequenzen der Signale S₃ und S.. Dieses Ausgangssignal· S₁. wird einem Bandpaßfilter 46 zugeführt, das einen Durchlaßbereich von 1 bis 3 KHz aufweist. Das Ausgangssignal dieses Filters wird über ein Anti-Umfalte-Filter 48 einer Abtast- und Halteschaltung 50 zugeführt.

Die Abtast- und Halteschaltung 50 führt jeden Abtastwert einem Analog-Digital-Wandler 52 zu. Der Analog-Digital-Wandler 52 bietet den Digitalwert dieser Abtastung wiederum einem Prozessor 54 dar, der die in dem Signal enthaltenen Frequenzen mit Hilfe einer Fourier-Transformation analysiert. Die Abtast- und Halteschaltung 50 sowie der Analog-Digital-Wandler 52 werden mit Hilfe eines Abtastsignals stroboskopisch abgetastet, das der Kompensation der Nichtlinearität in der monoton zunehmenden Frequenz f des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators, und zwar in bezug auf die Zeit, dient.

Zur Ausführung dieser Kompensation wird das von dem 25' spannungsgesteuerten Oszillator 22 erzeugte Signal mit der Frequenz f über einen Trennverstärker 56 zu einem Verzögerungselement 58 mit einer konstanten Signalverzögerung T geleitet. Sowohl das verzögerte wie auch das unverzögerte Signal werden einer Mischstufe 60 zugeführt, die ein Signal S₇ erzeugt, welches sowohl die Summen-als auch Differenzfrequenzen enthält. Das Signal S₇ wird einem

Tiefpaßfilter 62 zugeführt, das lediglich den Teil dieses Signals durchläßt, der die Differenzfrequenzen enthält. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 62 wird an einen Nulldurchgangs-Detektor 64 angelegt, der einen Impuls bei jedem ins Positive (oder Negative) gehenden Nulldurchgang erzeugt. Diese Impulse werden verwendet, um die Abtast- und Halteschaltung 50 und den Analog-Digital-Wandler 52 stroboskopisch abzutasten.

Die Fig. 3 bis 5 verdeutlichen die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 1. Fig. 3 zeigt das 100 KHz Ausgangssignal des Taktgenerators 32; Fig. 4 zeigt den Frequenzhub des von dem spannungsgesteuerten Oszillator 22 erzeugten Signals. Fig. 5 zeigt in durchgezogenen Linien 66 die Frequenz des ausgesendeten Signals S, und in gestrichelten Linien 68 die Frequenz des Signals S„, so wie es von dem Transponder empfangen wird. Wie ersichtlich, wird das Signal 68 während der Intervalle empfangen, die zwischen den Aussendungsintervallen des Signals 66 liegen. Diese Intervalle werden so gewählt, daß sie etwa der "Rundreise"-Laufzeit entsprechen, die sich aus der Zeitspanne zwischen der Übertragung eines Signals zum Transponder und dem Empfang des Transponderantwortsignals ergibt. Wie anhand der mehreren gestrichelten Linien dargestellt, enthält das Transponderantwortsignal eine Anzahl von Frequenzen zu irgendeinem 5 gegebenen Zeitpunkt, und zwar als Folge der kombinierten (z.B. summierten) Zwischensignale, die unterschiedliche Verzögerungszeiten (T_Q, T_Q + ΔΤ, T_Q + 2ΔΤ, ... T_Q + ΝΔΤ) aufweisen.

Die Fig. 6 und 7 verdeutlichen ein Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders, der entsprechend dem Blockdiagramm gemäß Fig. 2 ausgeführt ist. Dieser Transponder wandelt das empfangene Signal S, in eine akustische Welle

bzw. Schallwelle um. Anschließend wandelt er die Schallenergie wieder in ein elektrisches Signal S₂ um, das über eine Dipolantenne 70 ausgesendet wird. Im einzelnen weist das Signalumwandlungselement des Transponders ein Substrat 72 aus einem piezoelektrischen Material, wie z.B. einem Lithiumniobat (LiNbO₃)-Kristall, auf. Auf der Oberfläche dieses Substrats 72 ist eine Metallschicht, z.B. aus Aluminium, niedergeschlagen, die ein Muster, wie z.B.das in Fig. 7 im Detail gezeigte, ausbildet. Z.B. kann dieses Muster aus zwei Sammelschienen 74 und 76 bestehen, die mit der Dipolantenne 70, einem Energieübertragungswandler 78 und einer Vielzahl von Abzweigwandlern 80 verbunden sind. Die Sammelschienen 74 und 7 6 bilden einen Ausbreitungsweg für eine akustische Oberflächenwelle, die von dem Energie-Übertragungswandler 78 erzeugt wird und sich im wesentlichen linear fortpflanzt und jeden Abzweigwandler der Reihe nach erreicht. Die Abzweigwandler wandeln die akustische Oberflächenwelle in elektrische Energie zurück. Diese elektrische Energie wird mit Hilfe der Sammelschienen 74 und 76 gesammelt und demzufolge summiert. Diese elektrische Energie aktiviert dann die Dipolantenne 7 0 und wird in eine elektromagnetische Strahlung zur Aussendung als Signal S„ umgewandelt.

Die Abzweigwandler 80 sind in gleichen, räumlich eingeteilten Abständen längs des Ausbreitungsweges 82 der akustischen Oberflächenwelle angeordnet, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Ein dem Transponder zugehöriger Informationskode wird dadurch eingeprägt, indem eine bestimmte Anzahl von "Verzögerungsglxedern" 84 zwischen den Abzweigwandlern 80 vorgesehen wird. Diese Verzögerungsglieder, die in Fig. 7 im Detail dargestellt sind, bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Sammelschienen 74, 76 und die Wandler 78, 80 und werden mit diesen niedergeschlagen bzw. abgeschieden. Jedes Verzögerungsglied 84

weist eine Breite auf, die ausreicht, um die Portpflanzung der akustischen Oberflächenwelle von einem Abzweigwandler 80 zum nächsten um ein Viertel Zyklus oder 90° bezüglich einer unverzögerten Welle bei der Betriebsfrequenz (ca.

zu
915 MHz) verzögern. Sieht man zwischen aufeinanderfolgenden Abzweigwandlern Stellen für drei Verzögerungsglieder vor, so kann die Phase Φ der akustischen Oberflächenwelle, die von einem Abzweigwandler empfangen wird, gesteuert werden, in dem vier Phasenmöglichkeiten vorgesehen werden:

1. kein Verzögerungsglied ist zwischen aufeinanderfolgenden Abzweigwandlern vorgesehen = -90°;

2. ein Verzögerungsglied ist zwischen aufeinanderfolgenden Abzweigwandlern vorgesehen = 0°;

3. zwei Verzögerungsglieder sind zwischen aufeinanderfolgenden Abzweigwandlern vorgesehen = +90°;

4. drei Verzögerungsglieder sind zwischen aufeinanderfolgenden Abzweigwandlern vorgesehen = +180°.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird die Phaseninformation Φ_ (die Phase des Signals, das von dem ersten in der Reihe befindlichen Abzweigwandler aufgenommen wird) und Φ,, Φ~, Φ (die Phasen der Signale, die von den nachfolgenden Abzweigwandlern aufgenommen werden) der Kombiniereinrichtung (Summierer) zugeführt, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 die Sammelschienen 74 und 76 aufweist. Diese Phasen-5 Information, die als Signal S„ von der Antenne 7 0 ausgesendet wird, enthält den Informationskode des Transponders.

Ein System des oben beschriebenen Typs arbeitet zufriedenstellend, falls die Zahl der Abzweigwandler acht nicht überschreitet. Nimmt jedoch die Anzahl der Abzweigwandler weiter zu, so wird der Rauschabstand bezüglich des Trans-

ponderantwortsignals beträchtlich herabgesetzt. Dies liegt darin begründet, daß die Abzweigwandler zusätzlich als Energieübertragungswandler wie auch als Teilreflektoren der akustichen Oberflächenwelle wirken, so daß eine Zunahme der Anzahl der Abzweigwandler in einer entsprechenden Zunahme an Störsignalen in den Transponderantwortsignalen resultiert. Diese Begrenzung der Anzahl der Abzweigwandler stellt eine Begrenzung für die Länge des Informationskodes dar, der den Transponderantwortsignalen eingeprägt ist.

Die Erfindung sieht eine Einrichtung zur Reduzierung von Störsignalen wie auch von Einfügungsverlusten in einem passiven Transponder vor, so daß der Informationskode auf irgendeine gewünschte Länge vergrößert werden kann. Derartige Vorteile werden dadurch erreicht, daß man einen oder mehrere Reflektoren für akustische Oberflächenwellen auf dem piezoelektrischen Substrat im Ausbreitungsweg der akustischen Oberflächenwelle vorsieht, um die Schallwellen zu einem Wandler zur Rückumwandlung in ein elektrisches Signal zurückzureflektieren.

Fig. 8 verdeutlicht das allgemeine Konzept der Erfindung, wobei ein Wandler 86 in Verbindung mit Reflektoren 88 und 90 in einem einheitlichen Aufbau verwendet wird, der die Anordnung gemäß Fig. 6 ersetzt, die einen Energieübertragungswandler 78 sowie Abzweigwandler 80 aufweist. Im einzelnen wandelt der Wandler 86 elektrische Energie, die an den Anschlußklemmen 92 und 94 aufgenommen wird, in eine Oberflachenschallwellenenergie um, die sich in entgegengesetzten Richtungen nach außen fortpflanzt, wie dies anhand der Pfeile 96 und 98 dargestellt ist. Der Energieübertragungswandler ist auf bekannte Weise mit einer interdigitalen Elektrodeneinrichtung aufgebaut, die aus einzel-

nen Elektrodenfingern ausgebildet ist, die zwischen den beiden Sainmelschienen 100 und 102 angeordnet und mit diesen verbunden sind. In dem dargestellten Muster ist die Hälfte der Finger mit der Sammelschiene 100 und die andere Hälfte mit der Sammelschiene 102 verbunden. Jede Elektrode ist mit der einen oder der anderen Sammelschiene verbunden und erstreckt sich zu einem freien Ende in Richtung der anderen Sammelschiene.

Die Größe des Energieübertragungswandlers kann - falls gewünscht - ausgedehnt werden, indem lediglich Elektrodenfinger im gleichen dargestellten Muster hinzugefügt werden. Die Größe des Wandlers ist somit durch die Anzahl von Fingern bestimmt, die parallel angeordnet sind.

Entsprechend einer gut bekannten Praxis entspricht der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Fingern 3λ/4, wobei λ die Mittenwellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist. Dieser Abstand 3λ/4 wird zwischen den Mitten der einzelnen Elektroden gemessen. Wie weiterhin ersichtlich, beträgt die Länge des aktiven Bereiches, der sich zwischen den Enden der Elektroden, die mit der Sammelschiene 100 verbunden sind, und den Enden der Elektroden, die mit der Sammelschiene 102 verbunden sind, Κλ, wobei K eine Proportionalitätskonstante ist.

Akustische Oberflächenwellen, die sich bezüglich des Wandlers 86 nach außen gemäß den Richtungen 96 und 98 bewegen, treffen auf die Reflektoren 88 und 90 und werden von diesen reflektiert. Diese Reflektoren weisen individuelle Elektrodenfinger auf, die sich zwischen den auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Sammelschienen 104 und 106 erstrecken. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, weisen diese Elektroden von Mitte zu Mitte einen Abstand λ/2 auf.

Die Reflektoren 88 und 90 dienen zum fast 100%igen Reflektieren der Oberflachenwellenenergie zurück zum Wandler 86; d.h. in die Richtungen 108 bzw. 110. Nachdem somit ein Impuls, bestehend aus einer Oberflachenwellenenergie,. mit Hilfe des Wandlers 86 erzeugt wurde, wird dieser von den Reflektoren 88 und 90 zurückreflektiert und mit Hilfe des Wandlers 86 in ein elektrisches Signal zurückverwandelt .

Der Aufbau gemäß Fig. 8 kann ebenso ein oder mehrere Verzögerungsglieder 112 aufweisen, die die Phase der akustischen Oberflächenwelle steuern, die von dem Wandler 86 wieder empfangen wird. Für eine 90° Phasennacheilung (im Vergleich zu der Phase der empfangenen Oberflächenwelle, bei der kein Verzögerungsglied vorliegt) sollte das Verzögerungsglied eine Breite aufweisen, die der halben Breite der Verzögerungsglieder in dem Transponderaufbau gemäß Fig. 6 und 7 ist, da die akustische Oberflächenwelle die Verzögerungsglieder zweimal (d.h. in beiden Richtungen) kreuzt.

Fig. 9 verdeutlicht ein vollständiges Transpondersystem, das das Konzept gemäß Fig. 8 verwendet. In Fig. 9 ist eine Vielzahl von Wandlern 114 mit gemeinsamen Sammelschienen 116 und 118 verbunden, die wiederum mit der Dipolantenne (nicht dargestellt) des Transponders in Verbindung stehen. An gegenüberliegenden Seiten dieses Auf-""' baus sind Reflektoren 120 und 122 angeordnet, die die akustischen Oberflächenwellen zu den. Wandlern zurückreflektieren, die diese ankoppeln. Da die Wandler 114 parallel verbunden sind, wird ein HF-Abfrageimpuls von allen Wandlern gleichzeitig empfangen. Demzufolge erzeugen diese Wandler gleichzeitig akustische Oberflächenwellen, die in beiden Richtungen nach außen ausgesendet

werden. Infolge des dargestellten speziellen Aufbaus- werden die reflektierten akustischen Oberflächenwellen in versetzten Abständen empfangen, so daß ein einziger Abfrageimpuls eine Anzahl von Antwortimpulsen nach entsprechenden Verzögerungszeiten erzeugt. Fig. 9 verdeutlicht die zeitliche Reihenfolge der reflektierten Signale mit 1, 2, 3, ... 18, 19, 20.

Die Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders, der Wandler und Reflektoren gemäß einem anderen Ausführugnsbeispiel der Erfindung aufweist. In diesem Fall sind vier Wandler 124 elektrisch in Reihe zwischen Sammelschienen 126 verbunden. Diese Wandler werden mit Hilfe von Zwischenelektroden 128 untereinander verbunden, wobei der elektrische Kreis über jeden Wandler mit Hilfe einer kapazitiven Kopplung bewirkt wird. Werden die Wandler mit Hilfe eines hochfrequenten elektrischen Signals mit Leistung versorgt, so erzeugen diese gleichzeitig in vier parallelen Wegen 130 akustische Oberflächenwellen.

In Fig. 10 sind rechts von den Wandlern 124 vier Sätze 132, 134, 136 und 138 von Reflektoren 140 im Ausbreitungsweg der akustischen Oberflächenwellen angeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel sind drei Reflektoren 140 in jedem Satz vorgesehen. Jedoch kann die Anzahl der Reflektoren variiert werden. Wird lediglich ein einziger Reflektor in jedem der Sätze 132, 134, 136 und 138 vorgesehen, so sollte dieser Reflektor derart ausgestaltet sein, daß er fast 100% der akustischen Oberflächenwellen bei der Wellenlänge dieser Wellen reflektiert. Sind jedoch mehr als ein Reflektor vorgesehen, so sollten diese Reflektoren so ausgestaltet sein, daß sie nur einen Teil der akustischen Wellenenergie reflektieren.

3438

_ Λ-1 _

Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem z.B. drei Reflektoren in jedem Satz vorgesehen sind, sollte der erste und zweite Reflektor einen gewissen Anteil der Schallwellenenergie unter sich zu dem dritten und letzten Reflektor in der Reihe passieren lassen. Wird ein Schallwellenimpuls durch einen Wandler 124 erzeugt _t so wird auf diese Weise ein gewisser Anteil dieser Energie von dem ersten Wandler, ein gewisser Anteil vom zweiten und ein gewisser Anteil vom dritten Reflektor in der Reihe reflektiert.

Fig. 11 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Wandler zwischen gemeinsamen Sammelschienen 140 und 142 angeordnet sind. Diese Wandler 144 (in Fig. 11 mit "T" gekennzeichnet) erzeugen akustische Oberflächenwellen in entgegengesetzten Richtungen, wie dies durch die Pfeile 146 angedeutet wird. Diese Schallwellen werden durch die Reflektoren 148 (in Fig. 11 gekennzeichnet mit einem "R") reflektiert und kehren zu den Wandlern in der durch die Pfeile 150 angedeuteten Richtung zurück. Wie in Fig. 11 verdeutlicht, sind die Abstände zwischen den Wandlern und Reflektoren 148 gestaffelt, so daß ein einziger Abfrageimpuls in einer Folge von Antwortimpulsen resultiert.

Fig. 12 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Anzahl von Wandlern 152, die elektrisch in Reihe geschalten sind, und eine Anzahl von Reflektoren 154,"die elektrisch in Reihe geschalten sind, auf. Sowohl die Wandler als auch die Reflektoren sind "abgestimmt", so daß sie bei unterschiedlichen Wellenlängen der akustischen Oberflächenwellen arbeiten, so daß abhängig von der speziellen Frequenz, die an die Anschlußelektroden 156 und 160 angelegt wird, ein bestimmter Wandler eine akustische Oberflächenwelle erzeugen wird. Diese akustische

Oberflächenwelle wird dann sich nach rechts (im Sinne der Fig. 12) ausbreiten und durch den entsprechenden Reflektor 154 zurückreflektiert werden, der ebenso auf die gleiche Wellenlänge wie sein korrespondierender Wandler abgestimmt ist.

Fig. 13 verdeutlicht die unterschiedlichen Frequenzbänder der Abfragesignale, die für das in Fig. 12 verdeutlichte Ausführungsbeispiel eines Transponders erforderlich sind. Wie dargestellt, gibt es fünf Frequenzbänder 162, und zwar eines für jeden der fünf Wandler 152 und der entsprechenden Reflektoren 154.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 wird der Informationskode des Transponders dadurch aufgeprägt, indem man eine gewünschte Anzahl von Verzögerungsgliedern 164 zwischen die Wandler 152 und die Reflektoren 154 anordnet. Diese Verzögerungsglieder modifizieren die Phase der akustischen Oberflächenwellen, die sich zu den Reflektoren 154 ausbreiten und dann zu den Wandlern 152 zurückkehren.

Fig. 14 verdeutlicht noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transponders, der separate Energieübertragungsund Empfangswandler aufweist. Wie ersichtlich, werden von einem Energieübertragungswandler 166 akustische Oberflächenwellen erzeugt, die sich in der durch den Pfeil 168 gekennzeichneten Richtung ausbreiten. Diese akustischen Oberflächenwellen bewegen sich unter dem Empfangswandler 170 vorbei und gelangen zu einem oder mehreren Reflektoren 172 in der durch den Pfeil 174 angedeuteten Richtung. Diese Schallwellenenergie wird von den Reflektoren 172 reflektiert und auf den Empfangswandler 170 zurückgeführt, und zwar in der durch den Pfeil 176 gekennzeichneten Richtung.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 können die Energieübertragungs- und Empfangswandler mit getrennten Dipolantennen in Verbindung stehen. Dies kann in gewissen Anwendungsfällen von Vorteil sein, da die unterschiedlichen Antennen den Empfang und die Abstrahlung der Energie in unterschiedliche Richtungen vornehmen können.

Claims

3 4 3 8 C ν. FUN ER EBBINGHAUS F I N ^C K PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95 X-CYTE, INC. DEAB-32280 17. Oktober 1984 AKUSTISCHE REFLEKTOREN AUFWEISENDER, PASSIVER TRANSPONDER FÜR AKUSTISCHE OBERFLÄCHENWELLEN Patentansprüche :

1. Passiver Transponder zum Übertragen eines kodierte Informationen enthaltendes Antwortsignals in Erwiderung auf den Empfang eines von einem zugehörigen Abfragesystem stammenden Abfragesignals mit - einemSubstrat (72), dessen Oberfläche für Schallwellen einen Ausbreitungsweg (82, 96, 98, 130, 146) ausbildet,

- einer auf der Oberfläche angeordneten Wandlereinrichtung (86; 114; 124; 144; 152; 166, 170) für die Umwandlung von elektrischer Energie in Schallwellenenergie und umgekehrt, wobei sich die Schallwellenenergie längs des Ausbreitungsweges fortpflanzt, und

- einer mit der Wandlereinrichtung verbundenen Schaltungseinrichtung (74, 76; 100, 102; 116, 118) für die Zufuhr des Abfragesignals zur Wandlereinrichtung und für den Empfang des Antwortsignals von der Wandler-

einrichtung,

dadurch gekennzeichnet, - daß auf der Substratoberfläche eine Vielzahl von Schallwellenreflektoren (88, 90; 120, 122; 140; 148; 154; 172) in räumlich verteilten Abständen längs des Ausbreitungsweges der Schallwelle vorgesehen ist, die die Oberflächenschallwellen zur Wandlereinrichtung zurückreflektieren.

2. Transponder nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

z e i c hn e t , daß mindestens ein Oberflächenschallwellen-Verzögerungsglied (112, 164) auf der Substratoberfläche entlang des Ausbreitungsweges der Oberflächenschallwelle angeordnet ist, das die Laufzeit der Oberflächenschallwelle von der Umwandlung bis zum Empfang durch die Wandlereinrichtung steuert.

3. Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Verzögerungsgliedern (112, 164) vorgesehen ist, wobei die Verzögerungsglieder zwischen der Wandlereinrichtung und den Reflektoren angeordnet sind und die Laufzeit zwischen der Wandlereinrichtung und den Reflektoren steuern.

4. Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wandlereinrichtung ein gemeinsames Wandlerelement (86) aufweist, das das Abfragesignal in eine Oberflachenschallwellenenergie umwandelt und die reflektierte Oberflachenschallwellenenergie in ein Antwortsignal zurückverwandelt.

5. Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wandlereinrichtung ein erstes Wandlerelement (166), das das Abfragesignal in

3438C51

eine Oberflächenschallwelle umwandelt, und ein separates, zweites Wandlerelement (17 0) aufweist, das die reflektierte Oberflächenschallwellenenergie in ein Antwortsignal zurückverwandelt.

6. Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reflektoren (140) auf einer Vielzahl von parallelen Wegen (130) längs des Ausbreitungsweges der Oberflächenschallwellen angeordnet sind.

7. Transponder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Reflektoren (140) derart angeordnet sind, daß die sich von der Wandlereinrichtung (124) fortpflanzende Schallwelle alle, in einem Weg (130) angeordneten Reflektoren erreicht, ehe sie ι die in einem anderen, parallelen Weg (13 0) angeordneten Reflektoren erreicht.

8. Transponder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Reflektoren (148) auf dem Substrat derart angeordnet sind, daß die sich von der Wandlereinrichtung (144) fortpflanzende Schallwelle jeden Reflektor (148) zu einem anderen Zeitpunkt erreicht.