RU123180U1 - SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA - Google Patents

SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA Download PDF

Info

Publication number
RU123180U1
RU123180U1 RU2012123662/08U RU2012123662U RU123180U1 RU 123180 U1 RU123180 U1 RU 123180U1 RU 2012123662/08 U RU2012123662/08 U RU 2012123662/08U RU 2012123662 U RU2012123662 U RU 2012123662U RU 123180 U1 RU123180 U1 RU 123180U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
surface acoustic
sensor
wire antenna
acoustic waves
acoustic wave
Prior art date
Application number
RU2012123662/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Викторович Лучинин
Николай Иванович Горемыкин
Алексей Сергеевич Койгеров
Иван Николаевич Смелов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)"
Priority to RU2012123662/08U priority Critical patent/RU123180U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU123180U1 publication Critical patent/RU123180U1/en

Links

Abstract

1. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной, содержащий корпус, в котором расположены устройство на поверхностных акустических волнах, пространственная спиральная антенна и диэлектрик, отличающийся тем, что в него дополнительно введена монтажная плата с контактами, часть которых использована для присоединения устройства на поверхностных акустических волнах и пространственной спиральной антенны, а остальные предназначены для заземления и установки, по меньшей мере, одного согласующего элемента.2. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что устройство на поверхностных акустических волнах имеет два вывода.3. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что устройство на поверхностных акустических волнах имеет четыре вывода.4. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра.5. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде многогранника.6. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что согласующий элемент выполнен в виде емкости.7. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что согласующий элемент выполнен в виде индуктивности.1. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna, comprising a housing containing a surface acoustic wave device, a spatial helical antenna and a dielectric, characterized in that a circuit board with contacts is additionally introduced into it, some of which are used to connect the device to surface acoustic waves and a spatial spiral antenna, and the rest are intended for grounding and installation of at least one matching element. 2. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the surface acoustic wave device has two leads. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the surface acoustic wave device has four leads. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna according to claim 1, wherein the housing is made in the form of a cylinder. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the housing is made in the form of a polyhedron. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the matching element is made in the form of a container. A surface acoustic wave sensor with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the matching element is made in the form of an inductance.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для беспроводного съема информации (идентификационный код, температура и др.) о различных объектах (товарах, изделиях, конструкциях и т.п.).The utility model relates to radio engineering and is intended for wireless information retrieval (identification code, temperature, etc.) about various objects (goods, products, structures, etc.).

Известен датчик на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для радиочастотной идентификации (Патент RU №2176092 «Маркерное устройство для системы радиочастотной идентификации», МПК G01S 13/79, опубл. 20.11.2001), используемый как маркерное устройство, содержащий плату и размещенные на ней приемную и излучающую антенны в виде четвертьволновых вибраторов, а также устройство на ПАВ, выполненное в виде подложки из пьезоэлектрического материала, на которой размещены входной и выходной электродные преобразователи на ПАВ. В качестве пьезоэлектрического материала подложки может быть использован, например, ниобат лития (LiNbO3).A known sensor on surface acoustic waves (SAWs) for radio frequency identification (Patent RU No. 2176092 "Marker device for a radio frequency identification system, IPC G01S 13/79, publ. 20.11.2001), used as a marker device containing a card and placed on it receiving and emitting antennas in the form of quarter-wave vibrators, as well as a SAW device made in the form of a substrate of piezoelectric material, on which the input and output electrode converters on the SAW are placed. As the piezoelectric substrate material, for example, lithium niobate (LiNbO3) can be used.

Известен датчик на ПАВ для радиочастотной идентификации (Патент GB №2352931 «Piezoelectric tag», МПК G06K 19/067, опубл. 07.02.2001), используемый как маркерное устройство, выполненный на подложке из пьезоэлектрического материала, антенная система которого состоит из одного или более планарных металлических диполей. Вместо диполя может использоваться патч-антенна, или петлевая антенна.A known SAW sensor for radio frequency identification (GB Patent No. 2352931 "Piezoelectric tag", IPC G06K 19/067, published 07.02.2001), used as a marker device made on a substrate of a piezoelectric material, the antenna system of which consists of one or more planar metal dipoles. Instead of a dipole, a patch antenna or loop antenna can be used.

Известен датчик на ПАВ, (V.K.Varadan, P.T.Teo, K.A.Jose and V.V.Varadan, «Design and Development of a Smart Wireless System for Passive Temperature Sensors», Journal of Smart Materials and Structures, 2000, Vol.9, pp.379-388), используемый как датчик температуры, выполненный на подложке из ниобата лития (LiNbO3) с планарной антенной «меандр».Known sensor for surfactants, (VKVaradan, PTTeo, KAJose and VVVaradan, "Design and Development of a Smart Wireless System for Passive Temperature Sensors", Journal of Smart Materials and Structures, 2000, Vol.9, pp.379- 388), used as a temperature sensor, made on a substrate of lithium niobate (LiNbO3) with a planar antenna "meander".

Известен датчик на ПАВ для радиочастотной идентификации (Gudrun Bruckner, Rene Fachberger. SAW ID tag for industrial application with large data capacity and anticollision capability. 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings (ULTSYM), pp.300-303), используемый как маркерное устройство, обладающий большой информационной емкостью и антиколлизионными свойствами. В качестве антенны датчика используется планарная щелевая антенна, способная работать на металле. В качестве пьезоэлектрического материала подложки устройства на ПАВ может быть использован, например, ниобат лития (LiNbO3).A known SAW sensor for radio frequency identification (Gudrun Bruckner, Rene Fachberger. SAW ID tag for industrial application with large data capacity and anticollision capability. 2008 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings (ULTSYM), pp. 300-303), used as a marker device, having a large information capacity and anti-collision properties. As the sensor’s antenna, a planar slot antenna is used that can operate on metal. As the piezoelectric material of the substrate of the surfactant device, for example, lithium niobate (LiNbO3) can be used.

Недостатком указанных типов датчиков на ПАВ является невозможность минимизации габаритов датчика на ПАВ по всем трем координатным плоскостям (длина, ширина, высота (толщина)), так как их габариты могут быть минимизированы только по одной пространственной координате, в то время как размеры по остальным двум координатам сопоставимы с половиной длины волны для используемого диапазона частот.The disadvantage of these types of sensors for surfactants is the impossibility of minimizing the dimensions of the sensor for surfactants in all three coordinate planes (length, width, height (thickness)), since their dimensions can be minimized only in one spatial coordinate, while the dimensions in the other two coordinates are comparable to half the wavelength for the frequency range used.

Наиболее близким к заявляемому является датчик на ПАВ, представленный в патенте ЕР №1752916 «SAW transponder having a wire antenna», МПК G01S 13/75; G06K 19/067; G06K 19/077, опубл. 14.02.2007. Указанный датчик с проволочной антенной, выполненной в виде пространственной спирали состоит из устройства на ПАВ, соединенного непосредственно с пространственной спиральной антенной. Устройство на ПАВ и антенна размещены в корпусе, заполненным диэлектриком.Closest to the claimed one is a sensor for a surfactant, presented in patent EP No. 1752916 "SAW transponder having a wire antenna", IPC G01S 13/75; G06K 19/067; G06K 19/077, publ. 02/14/2007. The specified sensor with a wire antenna made in the form of a spatial spiral consists of a SAW device connected directly to the spatial spiral antenna. The SAW device and antenna are housed in a housing filled with a dielectric.

Такая конструкция датчика не позволяет получать достаточно точное согласование сопротивлений антенны и устройства на ПАВ в связи с отсутствием согласующих элементов. Неудобство настройки такого датчика заключается в том, что она осуществляется только путем подбора геометрических параметров антенны и выбора диэлектрика, что не позволяет добиваться максимально возможной дальности действия датчика.This design of the sensor does not allow to obtain a sufficiently accurate coordination of the resistances of the antenna and the device on the SAW due to the lack of matching elements. The inconvenience of tuning such a sensor lies in the fact that it is carried out only by selecting the geometric parameters of the antenna and choosing a dielectric, which does not allow to achieve the maximum possible range of the sensor.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание датчика на ПАВ с проволочной антенной, позволяющего достигать технический результат, заключающийся в увеличении дальности действия датчика с обеспечением удобства настройки.The task to which the claimed utility model is directed is to create a sensor on a SAW with a wire antenna, which allows to achieve a technical result, which consists in increasing the range of the sensor with the convenience of tuning.

Сущность полезной модели заключается в том, что в датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной, содержащий корпус, в котором расположены устройство на поверхностных акустических волнах, пространственная спиральная антенна и диэлектрик, дополнительно введена монтажная плата с контактами, часть которых использована для присоединения устройства на поверхностных акустических волнах и пространственной спиральной антенны, а остальные предназначены для заземления и установки по меньшей мере одного согласующего элемента. При этом устройство на поверхностных акустических волнах может иметь два или четыре вывода, корпус датчика может быть выполнен в виде цилиндра или многогранника, а согласующий элемент может быть выполнен в виде емкости или индуктивности.The essence of the utility model is that in the sensor on surface acoustic waves with a wire antenna, containing a housing in which the device on surface acoustic waves, a spatial spiral antenna and a dielectric are located, an additional circuit board with contacts, some of which is used to connect the device to surface acoustic waves and a spatial spiral antenna, and the rest are intended for grounding and installation of at least one matching element enta. Moreover, a device based on surface acoustic waves can have two or four outputs, the sensor housing can be made in the form of a cylinder or a polyhedron, and the matching element can be made in the form of a capacitance or inductance.

На монтажной плате, введенной в конструкцию датчика, предусмотрены контакты под согласующие элементы (емкость или индуктивность с точно расчитанным номиналом), введение которых позволяет существенно повысить точность согласования импедансов антенны и устройства на ПАВ, что, в свою очередь, приводит к увеличению дальности действия датчика. Кроме того, введение монтажной платы увеличивает общую механическую прочность датчика на ПАВ, а также повышает удобство операции электрического соединения составных частей датчика.On the circuit board introduced into the sensor design, contacts are provided for matching elements (capacitance or inductance with a precisely calculated value), the introduction of which can significantly increase the accuracy of matching the impedances of the antenna and the device on the SAW, which in turn leads to an increase in the range of the sensor . In addition, the introduction of a circuit board increases the overall mechanical strength of the sensor on the surfactant, and also increases the convenience of the operation of electrical connection of the sensor components.

Полезная модель поясняется следующими графическими материалами:The utility model is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1 Конструкция датчика на ПАВ с проволочной антенной.Figure 1 Sensor design on a SAW with a wire antenna.

Фиг.2 Монтажная плата.Figure 2 Mounting plate.

Датчик на ПАВ с проволочной антенной содержит (фиг.1, фиг.2):The sensor on the surfactant with a wire antenna contains (figure 1, figure 2):

1 - устройство на ПАВ;1 - device for a surfactant;

2 - монтажная плата;2 - mounting plate;

3 - пространственная спиральная антенна;3 - spatial spiral antenna;

4 - корпус;4 - case;

5 - диэлектрик;5 - dielectric;

6 - контакты для устройства на ПАВ;6 - contacts for the device on the SAW;

7 - контакт для антенны;7 - contact for the antenna;

8 - контакты для согласующего элемента;8 - contacts for matching element;

9 - контакт для заземления.9 - contact for grounding.

Устройство на ПАВ (1) своими выводами непосредственно соединено с соответствующими контактами (6) монтажной платы (2). Антенна (3) непосредственно соединена с контактом (7) монтажной платы (2). На монтажной плате (2) также расположены контакт для заземления (9) и контакты (8) для согласующего элемента. Монтажная плата (2) с размещенными на ней устройством на ПАВ (1) и антенной (3) помещена в корпус (4) с диэлектриком (5).The SAW device (1) is directly connected to the corresponding contacts (6) of the circuit board (2) by its terminals. The antenna (3) is directly connected to the contact (7) of the circuit board (2). On the circuit board (2) there is also a contact for grounding (9) and contacts (8) for the matching element. The mounting plate (2) with the SAW device (1) placed on it and the antenna (3) is placed in the housing (4) with a dielectric (5).

Расчет длины проволоки (L), из которой изготавливается пространственная спиральная антенна может быть осуществлен по формуле:The calculation of the wire length (L) from which the spatial spiral antenna is made can be carried out according to the formula:

, где where

N0 - начальное число витков антенны,N 0 - the initial number of turns of the antenna,

tk - шаг намотки витков антенны,t k is the step of winding the turns of the antenna,

D - диаметр витка антенны,D is the diameter of the antenna coil,

a - коэффициент заполнения корпуса диэлектриком, a is the dielectric fill factor of the housing,

ε - диэлектрическая проницаемость.ε is the dielectric constant.

Датчик на ПАВ с пространственной спиральной антенной для беспроводного съема информации с объектов работает следующим образом.A sensor on a SAW with a spatial spiral antenna for wireless information retrieval from objects works as follows.

В целях обеспечения беспроводного съема информации с объектов, заинтересованная сторона, например производитель товара или торговая организация, снабжает каждый объект (товар, изделие, конструкцию и т.п.) датчиком при его производстве, или при его передаче в торгующую организацию, или при его реализации, или при его хранении. При попадании датчика в зону считывания антенна (3) обеспечивает прием сигнала от устройства считывания и обратную передачу индивидуальной информации, содержащейся в устройстве на ПАВ (1).In order to ensure wireless information retrieval from objects, an interested party, such as a manufacturer of goods or a trade organization, supplies each object (goods, product, construction, etc.) with a sensor during its production, or when it is transferred to a trading organization, or when it is implementation, or during storage. When the sensor enters the reading zone, the antenna (3) provides a signal from the reader and the reverse transmission of individual information contained in the device to the SAW (1).

Пример.Example.

В качестве примера приведен датчик на ПАВ, работающий на частоте 915 МГц с пластиковым корпусом в виде цилиндра 10×15 мм.As an example, a surfactant sensor operating at a frequency of 915 MHz with a plastic casing in the form of a cylinder 10 × 15 mm.

Для пространственной спиральной антенны такого датчика определили и выбрали следующие параметры:For a spatial spiral antenna of such a sensor, the following parameters were determined and selected:

tk=1 мм,t k = 1 mm

D=7 мм,D = 7 mm

N0=11,N 0 = 11,

ε=3.4,ε = 3.4,

a=0,5, что соответствует размещению половины высоты антенны в диэлектрике. a = 0.5, which corresponds to the placement of half the height of the antenna in the dielectric.

Провели расчет по вышеприведенной формуле значения L длины проволоки из меди, которое составило 60 мм. Изготовили спиральную антенну, высота которой составляет 10.5 мм, скручивая спираль из проволоки с tk=1 мм и D=7 мм.A calculation was made using the above formula for the L value of the length of the copper wire, which was 60 mm. They made a spiral antenna, whose height is 10.5 mm, twisting the spiral from a wire with t k = 1 mm and D = 7 mm.

После присоединения устройства на ПАВ, имеющего комплексное сопротивление Z=(50-j40) Ом и антенны провели настройку датчика установкой согласующего элемента (индуктивности 7 нГн) на монтажную плату, обеспечили заземление через соответствующий контакт. После размещения платы с установленными на ней элементами датчика в корпусе провели заполнение корпуса диэлектриком с условием размещения половины высоты антенны в диэлектрике.After attaching the device to a SAW having a complex resistance of Z = (50-j40) Ohm and the antennas, the sensor was tuned by installing a matching element (inductance 7 nH) on the circuit board, and grounding was provided through an appropriate contact. After placing the board with the sensor elements installed on it in the case, the case was filled with a dielectric with the condition of placing half the antenna height in the dielectric.

Claims (7)

1. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной, содержащий корпус, в котором расположены устройство на поверхностных акустических волнах, пространственная спиральная антенна и диэлектрик, отличающийся тем, что в него дополнительно введена монтажная плата с контактами, часть которых использована для присоединения устройства на поверхностных акустических волнах и пространственной спиральной антенны, а остальные предназначены для заземления и установки, по меньшей мере, одного согласующего элемента.1. A sensor on surface acoustic waves with a wire antenna, comprising a housing in which a device on surface acoustic waves, a spatial spiral antenna and a dielectric are arranged, characterized in that a mounting plate with contacts is additionally inserted into it, part of which is used to connect the device to surface acoustic waves and a spatial spiral antenna, and the rest are intended for grounding and installation of at least one matching element. 2. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что устройство на поверхностных акустических волнах имеет два вывода.2. The sensor on surface acoustic waves with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the device on surface acoustic waves has two outputs. 3. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что устройство на поверхностных акустических волнах имеет четыре вывода.3. The sensor on surface acoustic waves with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the device on surface acoustic waves has four outputs. 4. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра.4. The sensor on surface acoustic waves with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the housing is made in the form of a cylinder. 5. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде многогранника.5. The sensor on surface acoustic waves with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the housing is made in the form of a polyhedron. 6. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что согласующий элемент выполнен в виде емкости.6. The sensor on surface acoustic waves with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the matching element is made in the form of a capacitance. 7. Датчик на поверхностных акустических волнах с проволочной антенной по п.1, отличающийся тем, что согласующий элемент выполнен в виде индуктивности.
Figure 00000001
7. The sensor on surface acoustic waves with a wire antenna according to claim 1, characterized in that the matching element is made in the form of inductance.
Figure 00000001
RU2012123662/08U 2012-06-07 2012-06-07 SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA RU123180U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123662/08U RU123180U1 (en) 2012-06-07 2012-06-07 SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123662/08U RU123180U1 (en) 2012-06-07 2012-06-07 SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU123180U1 true RU123180U1 (en) 2012-12-20

Family

ID=49257042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123662/08U RU123180U1 (en) 2012-06-07 2012-06-07 SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU123180U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665496C1 (en) * 2017-11-20 2018-08-30 Александр Васильевич Сорокин Passive anti-collision temperature sensor on the surface acoustic waves with the frequency-time coding distinction
RU2748391C1 (en) * 2020-10-26 2021-05-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» Device for reading information from wireless sensor on surface acoustic waves

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665496C1 (en) * 2017-11-20 2018-08-30 Александр Васильевич Сорокин Passive anti-collision temperature sensor on the surface acoustic waves with the frequency-time coding distinction
RU2748391C1 (en) * 2020-10-26 2021-05-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» Device for reading information from wireless sensor on surface acoustic waves

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ukkonen et al. Read range performance comparison of compact reader antennas for a handheld UHF RFID reader
Preradovic et al. Chipless RFID tag with integrated sensor
CN101728647A (en) Small-sized radio-frequency identification label and micro-strip patch antenna therein
US20100328038A1 (en) Wireless tag reading apparatus and method for arranging reader antenna of wireless tag reading apparatus
Eunni A novel planar microstrip antenna design for UHF RFID
Svanda et al. A comparison of two ways to reducing the mutual coupling of chipless RFID tag scatterers
CN101976367B (en) Surface acoustic wave electronic tag device and manufacturing method thereof
RU123180U1 (en) SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH WIRE ANTENNA
Uddin et al. Design and application of radio frequency identification systems
JP5910883B2 (en) Composite antenna for wireless tag
Faudzi et al. A compact dipole UHF-RFID tag antenna
Catarinucci et al. Platform-robust passive UHF RFID tags: A case-study in robotics
US8899489B2 (en) Resonant circuit structure and RF tag having same
RU49319U1 (en) RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION DEVICE FOR OBJECTS
Chang et al. Small-sized spiral dipole antenna for RFID transponder of UHF band
RU62723U1 (en) LABEL FOR RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION OF OBJECTS
Franchina et al. Compact in-metal UHF RFID tag for manufactured metallic components
EP2824762A1 (en) Compact RFID reader antenna
KR100815736B1 (en) RFID tag antenna for metallic environment and RFID tag using the same
Jalal Passive RFID Tags
Mhunkaew et al. Dual-band UHF and HF-RFID tag antenna for tracking and energy harvesting applications
Bhaskar et al. A Spiral Ended Meandered RFID Tag at 915 MHz
Quang et al. RFID systems and their development
Kamalvand Design and studies of single sided dual-antenna structures for Rfid tags
Rakotomalala et al. Passive Enhancement of Read Range of Miniaturized UHF RFID Tags

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200608