DE3438051C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen passiven Transponder der im Ober­ begriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der US 40 59 831 bekannten Art.

Ein derartiger Transponder findet bei einem passiven Interro­ gator-Kennmarken-System Anwendung. Dieses System umfaßt einen Interrogator zum Aussenden eines Abfragesignals, wenigstens einen passiven Transponder, der in Erwiderung auf das Abfrage­ signal ein kodierte Informationen enthaltendes Antwortsignal erzeugt sowie ein Empfangs- und Dekodiersystem zum Empfang des Antwortsignals und zum Dekodieren der in dem Antwortsignal enthaltenen Informationen.

Ein solches Interrogator-Kennmarken-System ist z. B. in den US 32 73 146, 37 06 094, 37 55 803 und 40 58 217 beschrieben. In ihrer einfachsten Form weisen diese Systeme einen Hochfre­ quenzsender auf, der Hochfrequenzimpulse elektromagnetischer Energie aussenden kann. Diese Impulse werden von der Antenne eines passiven Transponders empfangen und einem piezoelektri­ schen Energieübertragungswandler zugeführt, der in dem piezo­ elektrischen Material die von der Antenne empfangene elektri­ sche Energie in eine Schallwellenenergie umwandelt. Nach Emp­ fang eines Impulses wird in dem piezoelektrischen Material eine Schallwelle erzeugt und entlang eines definierten Schall­ weges übertragen. Entlang dieses Weges sind weiterhin Abzweig­ wandler in vorgeschriebenen, räumlich eingeteilten Abständen angeordnet, die die Schallwelle in eine elektrische Energie zurückverwandeln. Die Gegenwart oder das Fehlen von Abzweig­ wandlern an den vorgeschriebenen Stellen entlang des Schall­ wellenweges bestimmt, ob in Erwiderung auf einen Abfrageimpuls ein Antwortsignal mit einer bestimmten Zeitzverzögerung gesen­ det wird. Dies bestimmt den Informationscode, der in der Transponderantwort enthalten ist.

Wird ein Schallwellenimpuls in ein elektrisches Signal zurück­ verwandelt, so wird es einer Antenne des Transponders zuge­ führt und als elektromagnetische Hochfrequenzenergie ausge­ sandt. Diese Energie wird von einem Empfänger sowie einem De­ kodierer 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.

Aus der eingangs erwähnten US 40 59 831 ist ein passiver Transponder bekannt, bei dem eine Vielzahl von Schallwellenre­ flektoren auf der Oberfläche entlang des Ausbreitungswegs der Schallwellen angeordnet sind, die die Energie der akustischen Oberflächenwellen zur Wandlereinrichtung zurückreflektieren, so daß eine bessere Energieausnutzung erzielt wird. Diese Schallwellenreflektoren sind dabei so aufgebaut, daß sie im wesentlichen die gesamte auf sie eintreffende Energie reflek­ tieren, so daß die Anzahl an Ausbreitungswegen unterschiedli­ cher Länge und somit die Anzahl an Kodes beschränkt ist.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, den passiven Transponder der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß trotz kom­ paktem Aufbau eine Vielzahl an Oberflächenwellenausbreitungs­ wegen mit unterschiedlicher Länge vorgesehen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.

Hierbei ist aus Cross, Peter S., Elliott, Scott S., "Surface- Acoustic-Wave Resonators", Hewlett-Packard Journal, December 1981, S. 9-16 ein Oberflächenwellen-Resonator bekannt, bei dem sogenannte Gitterreflektoren Anwendung finden, die aus ei­ ner Reihe von Nuten bestehen, die in die Oberfläche eines pie­ zoelektrischen Kristallsubstrats eingeätzt sind. Der Abstand dieser Nuten beträgt λ/2. Jede Nut reflektiert einen be­ stimmten Teil der Oberflächenwellen- bzw. Schallwellenenergie, so daß nach einer bestimmten Anzahl von Nuten die gesamte einfallende Energie wie im Falle eines Planspiegels reflektiert wird.

Da jedoch gemäß der Erfindung zumindest einer der Reflektoren, der der Wandlereinrichtung am nächsten liegt, nur einen Teil der empfangenen Schallwellenenergie reflektiert, kann ein Teil der Schallwellenenergie den nächsten auf dem gemeinsamen Ausbreitungsweg angeordneten Reflektor erreichen usw. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Oberflächenwellen unter­ schiedlicher Länge auf einem einzigen Ausbreitungsweg erzeugt werden, so daß der passive Transponder kompakt aufgebaut wer­ den kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines passiven Trans­ ponders in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab; und

Fig. 3 einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels in Draufsicht und stark vergrößertem Maßstab.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind mehrere Reflektoren 88, 90 für akustische Oberflächenwellen auf einem piezoelektrischen Substrat im Ausbreitungsweg von einem Wandler 86 erzeugter Schallwellen vorgesehen, um die Schallwelle zum Wandler zur Rückumwandlung in ein elektrisches Signal zurückzureflektie­ ren. Im einzelnen wandelt der Wandler 86 elektrische Energie, die an den Anschlußklemmen 92 und 94 aufgenommen wird, in eine Oberflächenschallwellenenergie um, die sich in entgegengesetz­ ten Richtungen nach außen fortpflanzt, wie dies anhand der Pfeile 96 und 98 dargestellt ist. Der Energieübertragungswand­ ler ist auf bekannte Weise mit einer interdigitalen Elektro­ deneinrichtung aufgebaut, die aus einzelnen Elektrodenfingern ausgebildet ist, die zwischen den beiden Sammelschienen 100 und 102 angeordnet und mit diesen verbunden sind. In dem dar­ gestellten Aufbau ist die Hälfte der Finger mit der Sammel­ schiene 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.

Der Energieübertragungswandler kann, falls ge­ wünscht, vergrößert 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 bekannter Praxis entspricht der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Fingern ³/₄ · λ, wobei λ die Mittenwellenlänge der akustischen Ober­ flächenwelle ist. Dieser Abstand ³/₄ · λ wird zwischen den Mit­ ten der einzelnen Elektroden gemessen. Wie weiterhin ersicht­ lich, beträgt die Länge des aktiven Bereichs, der sich zwi­ schen den Enden der Elektroden, die mit der Sammelschiene 100 verbunden sind, und den Enden der Elektroden, die mit der Sam­ melschiene 102 verbunden sind K · λ, wobei K eine Proportio­ nalitätskonstante darstellt.

Akustische Oberflächenwellen, die sich bezüglich des Wandlers 86 nach außen in 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 angeordne­ ten Sammelschienen 104 und 106 erstrecken. Wie aus Fig. 1 er­ sichtlich, weisen diese Elektroden von Mitte zu Mitte einen Abstand λ/2 auf.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem vier Wandler 124 elektrisch in Reihe zwischen Sammelschienen 126 verbunden sind. Diese Wandler werden mit Hilfe von Zwischen­ elektroden 128 untereinander verbunden, wobei der elektrische Kreis über jeden Wandler mit Hilfe einer kapazitiven Kopplung bewirkt wird. Werden die Wandler mit Hilfe eines hochfrequen­ ten elektrischen Signals mit Leistung versorgt, so erzeugen diese gleichzeitig in vier parallelen Wegen 130 akustische Oberflächenwellen.

Rechts von den Wandlern 124 sind vier Sätze 132, 134, 136 und 138 von Reflektoren 140 im Ausbreitungsweg 130 der akustischen Oberfächenwellen angeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel sind drei Reflektoren 140 in jedem Satz vorgesehen. Jedoch kann die Anzahl der Reflektoren variiert werden. Diese Reflek­ toren sind so ausgestaltet, daß sie nur einen Teil der akusti­ schen Wellenenergie reflektieren.

Bei dem in Fig. 2 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 Re­ flektor in der Reihe passieren lassen. Wird ein Schallwel­ lenimpuls durch einen Wandler 24 erzeugt, so wird auf diese Weise in gewisser Anteil dieser Energie von dem ersten Wand­ ler, ein gewisser Anteil vom zweiten und ein gewisser Anteil vom dritten Reflektor in der Reihe reflektiert.

Fig. 3 verdeutlicht noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines passiven Transponders, der separate Energieübertragungs- und 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 bewe­ gen sich unter dem Empfangswandler 170 vorbei und gelangen zu einem oder mehreren Reflektoren 172 in der durch den Pfeil 174 angedeuteten Richtung. Diese Schallwelllenenergie wird von den Reflektoren 172 reflektiert und auf den Empfangswandler 170 zurückgeführt, und zwar in der durch den Pfeil 176 gekenn­ zeichneten Richtung.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 können somit die Ener­ gieübertragungs- und Empfangswandler mit getrennten Dipolan­ tennen in Verbidung stehen. Dies kann in gewissen Anwendungs­ fällen von Vorteil sein, da die unterschiedlichen Antennen den Empfang und die Abstrahlung der Energie in unterschiedliche Richtungen vornehmen können.

Claims (6)

1. Passiver Transponder zum Übertragen eines eine codierte Information enthaltenden Antwortsignals in Erwiderung auf den Empfang eines von einem zugehörigen Abfragesy­ stem stammenden Abfragesignals mit

• - einem Substrat, dessen Oberfläche für Schallwel­ len eine Vielzahl von Ausbreitungswegen (130) ausbil­ det,
• - einer auf der Oberfläche angeordneten Wandlereinrich­ tung (124) für die Umwandlung von elektrischer Energie in Schallwellenenergie und umgekehrt, wobei sich die Schallwellenenergie längs der Ausbreitungswege fort­ pflanzt,
• - einer Vielzahl von Schallwellenflektoren (140), die auf der Oberfläche entlang der Ausbreitungswege der Schallwellen angeordnet sind und die Energie der akustischen Oberflächenwellen zur Wandlereinrichtung zurückreflektieren und
• - einer mit der Wandlereinrichtung verbundenen Schal­ tungseinrichtung (126, 128) für die Zufuhr des Abfrage­ signals zur Wandlereinrichtung und für den Empfang des Antwortsignals von der Wandlereinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Reflektoren (140), der der Wandlereinrichtung am nächsten liegt, nur einen Teil der empfangenen Oberflächenwellenenergie reflektiert, so daß ein Teil der Oberflächenwellenenergie unter dem einen Reflektor hindurch zum nächsten längs des gemein­ samen Ausbreitungswegs angeordneten Reflektor gelangt.

2. Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausbreitungswege für die Oberflächen­ schallwellen von der Wandlereinrichtung (124) aus in entgegengesetzte Richtungen erstrecken und die Reflek­ toren (140) auf dem Substrat zu beiden Seiten der Wand­ lereinrichtung (124) angeordnet sind, so daß die Ober­ flächenschallwellenenergie in zwei Richtungen zur Wand­ lereinrichtung (124) zurückreflektiert wird.

3. Transponder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Wandlereinrichtungen (124) zum Umwandeln des Abfragesignals in Oberflächenschallwellenenergie vorgesehen ist, wobei die Schaltungseinrichtung Einrichtungen (128) zum elek­ trischen Verbinden der Wandlereinrichtungen in Reihe aufweist, und daß jeder Wandlereinrichtung Reflektoren (140; 132 bis 138) zugeordnet sind.

4. Transponder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtungen (124) im wesentlichen end­ weise angeordnet sind und eine Vielzahl von parallelen Ausbreitungswegen (130) für akustische Oberflächenwel­ len ausbilden.

5. Transponder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (140; 132 bis 138) in den paral­ lelen Wegen (130) derart angeordnet sind, daß die sich von einer Wandlereinrichtung (124) fortpflanzende Schallwelle alle in einem Weg (130) angeordneten Re­ flektoren erreicht, ehe die Schallwelle der nächsten Wandlereinrichtung die in dem nächsten, parallelen Weg (130) angeordneten Reflektoren erreicht.