JPH0644039B2 - 振幅及び位相変更表面パッドを有する表面音波受動トランスポンダ - Google Patents

振幅及び位相変更表面パッドを有する表面音波受動トランスポンダ

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JPH0644039B2
JPH0644039B2 JP59225649A JP22564984A JPH0644039B2 JP H0644039 B2 JPH0644039 B2 JP H0644039B2 JP 59225649 A JP59225649 A JP 59225649A JP 22564984 A JP22564984 A JP 22564984A JP H0644039 B2 JPH0644039 B2 JP H0644039B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、質問信号を送信する質問装置と、質問信号に
応答してコード化情報を含む応答信号を発生する1つ以
上の“ラベル”即ち受動トランスポンダと、応答信号を
受信してその信号に含まれた情報をデコードする受信・
デコード装置とを具備した“受動質問ラベルシステム”
(PILS)に係る。
本発明に関与した形式の受動質問ラベルシステムが、Ho
rwity 氏の米国特許第 3,273,146号、Cole及びVaughan
氏の米国特許第 3,706,094号、Cole及びVaughan 氏の米
国特許第 3,755,803号、及びVaughan 及びCole氏の米国
特許第 4,058,217号に開示されている。これらの特許に
開示されたシステムは、電磁エネルギーのRFパルスを
送信できる高周波送信器を備えている。これらのパルス
は、受動トランスポンダのアンテナで受信され、そして
圧電“ランチ”トランスジューサに送られる。このトラ
ンスジューサは、アンテナから受けた電気エネルギーを
圧電物質において音波エネルギーに変換する。パルスを
受信すると、この圧電物質に音波が発生され、或る定め
られた音波路に沿って送られる。更に、この音波路に沿
って規定の間隔で配置された“タップ”トランスジュー
サが音波を再び電気エネルギーに変換し、上記のランチ
トランスジューサによって電気エネルギーに再変換す
る。音波経路に沿った規定の位置にタップトランスジュ
ーサが存在するかどうかによって、応答パルスが、質問
パルスに応じて特定の時間遅延で送信されるかどうか決
定する。これは、トランスポンダの応答に含まれる情報
コードを決定する。
音波パルスが、電気信号に再変換される時には、この信
号トランスポンダのアンテナに送られ、RF電磁エネル
ギーとして送信される。このエネルギーは、好ましくは
質問送信器と同じ位置にある受信器・デコーダで受信さ
れ、質問に対するこの応答に含まれている情報がデコー
ドされる。
この一般形式のシステムにおいては、受動トランスジュ
ーサに関連していてこれを識別する情報コードが、タッ
プトランスジューサが圧電物質の基体に付着される時
に、トランスポンダに組み入れられる。上述の様に、音
波経路に沿った規定の位置にタップトランスジューサが
存在するかどうかによって、質問パルスに応じて特定の
時間遅延で応答パルスが送信されるかどうか決定され
る。
コード化もしくは符号化の形式がこのような場合、Nを
タップトランスジューサの数とすると、可能なコード数
は2のN乗となる。多くのコードに対しては、相当数の
タップトランスジューサを備える必要があるが、しか
し、トランスジューサの数を増やすと、エネルギー変換
の効率が低減し、さらにスプリアス信号が応答信号に挿
入される。
本発明の目的は、質問信号の受信に応答してコード化情
報を含む応答信号を伝送する質問システムに使用される
受動的トランスポンダのコード化を容易とし、その製作
を容易ならしめる受動的トランスポンダの構造を提供す
ることである。
この目的を達成する本発明の受動的トランスポンダにお
いては、始まりから終わりまでの進行路の長さがそれぞ
れ異なる表面波の複数の進行路を形成する基体表面を有
する基体、各進行路の始まりから終わりまで進行路に沿
って表面音波を伝えるための、上記の基体上に配置され
た電気回路手段、及び上記の複数の進行路の各々の始ま
りから終わりまで所定の増分だけ表面音波伝播時間を増
大させるため複数の進行路の各々に沿って上記の基体表
面上の所定位置に所定幅の選択的に取り除ける複数の表
面音波遅延パッドを備え、各進行路の音波伝播時間の増
大を決定するパッドの数を進行路毎に選択して上記のコ
ード化情報を上記の応答信号に与えるよう構成されてい
る。
添付図を参照して以下に本発明の実施例を説明する。
質問信号の受信に応答してコード化情報を含む応答信号
を伝送する質問システムに使用する受動的トランスポン
ダのブロックダイヤグラムを第1図に示す。トランスポ
ンダは、アンテナ38で信号S1を受信し、指示された
遅延時間ToとΔTを持った直列の遅延装置に送る。各
々連続した遅延装置に信号を送った後、信号Io、I
1、I2...INの一部分は、取り出され、和装置4
2に送られる。中間信号Io、....INの和の合成
信号S2はアンテナ38に帰還されそれから質問システ
ムのアンテナへ伝送される。
第2図及び第3図は、第1図のブロックダイヤグラムを
実施する本発明の受動トランスポンダの実施例を示して
いる。このトランスポンダは、受信信号S1を音波に変
換し、さらに、ダイポールアンテナから伝送するため
に、音波エネルギーを電気信号S2に再変換する。より
詳細にのべれば、トランスポンダの信号変換素子は、リ
チウム酸(LiNbO3)結晶の様な圧電物質の基体7
2を含んでいる。この基体の表面には、アルミのような
金属の層が配置されていて、第3図で詳細に示されてい
るようなパターンを形成している。例えば、このパター
ンは、ダイポールアンテナ70に接続された2つのバス
バー74及び76と、「ランチ(放射)」トランスジュ
ーサ78と、複数の「タップ」トランスジューサとで構
成される。従って、バー74及び76はランチトランス
ジューサによって発生されて各タップトランスジューサ
に順次に達するように実質的にまっすぐに伝送する音波
のための進行路82を形成する。タップトランスジュー
サは、音波を電気信号に再変換し、この電気信号はバス
バー74及び76によって収集され加算される。この電
気信号は、次いで、ダイポールアンテナ70を作動し、
電磁放射に変換されて信号S2として送信される。
タップトランスジャーサ80は、第2図に示すように表
面音波経路82に沿って等しい間隔で設けられており、
タップトランスジューサ間に或る選択された数の「遅延
パッド」84を設けることにより、トランスポンダに関
連した情報コードが与えられる。第3図に詳細に示され
ているこれらの遅延パッドはバスバー74、76及びト
ランスジューサ78、80と同じ材料で形成されてこれ
らと共に配置されるのが好ましい。各々の遅延パッド
は、或るタップトランスジューサ80から次のタップト
ランスジューサへ至る表面音波の伝搬を、作動周波数
(約918MHz)における遅延されない音波に対して
1/4サイクル即ち90゜だけ遅らせるに充分な巾を有
している。次々のタップトランスジューサ間に3つの遅
延パッドを設けることによりタップトランスジューサに
よって受けた表面音波の位相φを、次のような4種類の
位相を与えるように制御することができる。
1. 次々のタップトランスジューサ間にパッドを設け
ない場合:−90゜ 2. 次々のタップトランスジューサ間にパッドを1つ
設けた場合:0゜ 3. 次々のタップトランスジューサ間にパッドを2つ
設けた場合:+90゜ 4. 次々のタップトランスジューサ間にパッドを3つ
設けた場合:+180゜ 第1図を説明すれば、位相情報φo(一線になったタッ
プトランスジューサの内の第1のタップトランスジュー
サによって取り上げられる信号の位相)及びφ1、φ
2、....φN(次々のタップトランスジューサによ
って取り上げられる信号の位相)は、合成装置(加算
器)42へ送られ、この装置は、第2図の実施例ではバ
スバー74及び76で構成される。アンテナ70により
信号S2として送信されるこの位相情報はそのトランス
ポンダの情報コードを含んでいる。
第3図に示されたように、2つのタップトランスジュー
サ80間に設けられた3つの遅延パッド84の各々の幅
(L)は、或るタップトランスジューサから次のタップ
トランスジューサへ至る音波の伝搬を、このような遅延
パッドがない場合の位相に比して90゜の位相遅延を与
えるような幅である。この幅(L)は、基体及び遅延パ
ッド自体の材質と、遅延パッドの厚み及び表面音波の波
長とに基づくものである。上記したように、基体の材質
は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )であり、遅延パ
ッドの材料は、アルミニュームであるのが好ましい。
以下の式において、Voは、遅延パッドがない場合の
「自由表面」における音波の伝搬速度に等しく(ニオブ
酸リチウム基体の場合Vo=3488m/秒)、Vs
は、無限に薄い遅延パッドで短絡された表面における音
波の伝搬速度であり、φは、遅延パッドがない時に或る
タップトランスジューサから次のタップトランスジュー
サへの音波伝送における通常の位相遅延であり、そして
Δφは、1つの遅延パッドによって与えられる付加的な
位相遅延である。ここで、次のように定義する。
但し、Kは、金属化(アルミニューム)圧電(ニオブ酸
リチウム)表面に対する“結合定数”である。
及び であり、ここで、Kt/λは、パッドによる質量負荷の
近似項であり、更に、ここで、Kは、基体及びパッドの
材料に基づいた比例定数であり、tは、パッドの厚みで
あるから、次のようになる。
及び 遅延パッド膜の好ましい厚みは、約0.1マイクロメー
タである。全てのタップトランスジューサ間に最初に3
つの遅延パッドを配置し、その後、そのトランスポンダ
に対するコードを与えるように遅延パッドを選択的に除
去すれば、トランスポンダの製造が容易にされる。
パッドが90゜の遅延を与えるとすれば、3つの遅延パ
ッドの各組に対して4種類のコードが考えられる。従っ
て、7組の遅延パッドを有する第2図に示されたトラン
スポンダの場合、47 個のコードが考えられる。
第4図は、音波の振幅及び位相を制御することのできる
遅延パッド86を示している。このような振幅変更は、
受信器・デコーダ装置によって検出され、更に別のタッ
プトランスジューサ及び遅延パッドを必要とせずに更に
別のコードをトランスポンダに与えることができる。
この場合、表面音波の振幅変更は、規定の減衰という形
態をとる。この減衰は、遅延のパッドの縁において波を
打ち消すことによって行なわれる。
第4図に示すように、遅延パッド86の鋸歯状縁は、第
1の縁部88と第2の縁部90とを有し、これらは、表
面音波の進行路92に垂直であるが進行路の方向に距離
Dだけ互いにずらされている。第1の縁部88は全長が
aであり、一方、第2の縁部は全長がbである。鋸歯状
縁は、第4図では2つの区分しかもたないように示され
ているが、各縁部ごとに縁を多数の区分に分割してもよ
い。第1縁部の全区分が遅延パッド幅L1を有し、一
方、第2縁部の区分が遅延パッド幅L2を有するように
することしか必要とされない。
従って、距離aは、第1縁部の全区分の和であり、一
方、距離bは、第2縁部の全区分の和である。
第1及び第2の縁部においてパッドによって与えられる
遅延の差が各々n180゜(但し、nは奇数)であるよ
うに距離Dを選択した時に、鋸歯状縁に最大の波打ち消
し作用が与えられる。特に、Dは、φ1−φ2=nπラ
ジアンであるように選択するのが好ましい。ここで、φ
1は、距離L1にわたり遅延パッドによって与えられる
付加的な遅延であり、そしてφ2は、距離L2にわたり
遅延パッドによって与えられる付加的な遅延である。
巾Lの遅延パッドに対する上記の式から、次のような式
が与えられる。
但し、 鋸歯状縁によって与えられる減衰の量は、上記式で定め
られた最適な遅延以上又は以下の遅延を与えるように距
離Dを変えるか、或いは、第1及び第2の縁部の相対的
な全長a及びbを変えることによって制御できる。ここ
で、Wを減衰重み付け係数とすれば、最適な遅延状態の
もとで、 W=(a−b)/(a+b) となる。
この式から明らかなように、aがbに等しい時(W=
0)、最大減衰が生じる。a又はbのいずれかが0に等
しい時(W=1)、減衰は最小となる。
第4図に示したように、タップトランスジューサ94の
前後に振幅変更遅延パッド88を鏡像的に形成するのが
好ましい。このような構成は、これらの遅延パッドによ
って生じる音波波頭のばらつきを補償する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、質問システムに使用される受動トランスポン
ダのブロックダイヤグラム、 第2図は、第1図のトランスポンダの実施例の拡大平面
図、 第3図は、第2図の実施例の非常に拡大された平面図、
そして 第4図は、音波減衰を制御する鋸歯状の縁を持った音波
遅延パッドの非常に拡大した平面図である。 38……アンテナ 40……遅延素子 42……合成装置 70……ダイポールアンテナ 74、76……バスバー 78……ランチトランスジューサ 80……タップトランスジューサ 84……遅延パッド 86……鋸歯状縁の遅延パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−53746(JP,A) 特開 昭50−2841(JP,A) 特開 昭58−24259(JP,A) 米国特許3273146(US,A) 米国特許3706094(US,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】質問信号の受信に応答してコード化情報を
    含む応答信号を伝送する質問システムに使用する受動的
    トランスポンダにおいて、 始まりから終わりまでの進行路の長さがそれぞれ異なる
    表面波の複数の進行路を形成する基体表面を有する基
    体、 各進行路の始まりから終わりまで進行路に沿って表面音
    波を伝えるための、上記の基体上に配置された電気回路
    手段、及び 上記の複数の進行路の各々の始まりから終わりまで所定
    の増分だけ表面音波伝播時間を増大させるため複数の進
    行路の各々に沿って上記の基体表面上の所定位置に所定
    幅の選択的に取り除ける複数の表面音波遅延パッド を備え、各進行路の音波伝播時間の増大を決定するパッ
    ドの数を進行路毎に選択して上記のコード化情報を上記
    の応答信号に与えることを特徴とする受動的トランスポ
    ンダ。
JP59225649A 1984-10-09 1984-10-26 振幅及び位相変更表面パッドを有する表面音波受動トランスポンダ Expired - Lifetime JPH0644039B2 (ja)

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DE19843438050 DE3438050A1 (de) 1984-10-09 1984-10-17 Amplituden- und phasenmodifizierende verzoegerungsglieder aufweisender, passiver transponder fuer akustische oberflaechenwellen

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JPS61104280A JPS61104280A (ja) 1986-05-22
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