RU156166U1

RU156166U1 - DEVICE FOR IDENTIFICATION OF OBJECTS ON SURFACE ACOUSTIC WAVES

Info

Publication number: RU156166U1
Application number: RU2015115129/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Багдасарян; Сергей Александрович Багдасарян; Валерий Владимирович Бутенко; Геворк Яковлевич Карапетьян
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2015-11-10

Abstract

1. Устройство идентификации объектов на поверхностных акустических волнах, содержащее корпус, приемно-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположен встречно-штыревой преобразователь, соединенный с антенной, и отражатели, отличающееся тем, что отражатели выполнены из двух одинаковых полосок, сдвинутых относительно друг друга в направлении распространения поверхностных акустических волн на расстояние, которое зависит от номера отражателя, отсчитываемого от встречно-штыревого преобразователя, при этом изменяя расстояние между полосками от λ/4 до λ/2 изменяется коэффициент отражения поверхностных акустических волн в пределах от 0,006 до 0,032, где λ- период встречно-штыревого преобразователя.2. Устройство по. п. 1, отличающееся тем, что полоски выполнены в виде металлической пленки.3. по. п. 1, отличающееся тем, что полоски выполнены в виде канавок.1. A device for identifying objects on surface acoustic waves, comprising a housing, a receiving and transmitting antenna, a sound duct, on the working surface of which there is an interdigital transducer connected to the antenna, and reflectors, characterized in that the reflectors are made of two identical strips shifted relative to each other in the direction of propagation of surface acoustic waves to a distance that depends on the number of the reflector counted from the interdigital transducer, while By varying the distance between the strips from λ / 4 to λ / 2, the reflection coefficient of surface acoustic waves varies from 0.006 to 0.032, where λ is the period of the interdigital transducer. 2. Device by. p. 1, characterized in that the strips are made in the form of a metal film. by. p. 1, characterized in that the strips are made in the form of grooves.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована для систем радиочастотной идентификации и аутентификации, а также для систем управления доступом на различные объекты для бесконтактной идентификации пользователя в телекоммуникационных системах.The proposed utility model relates to the field of radio engineering and can be used for radio frequency identification and authentication systems, as well as for access control systems for various objects for contactless user identification in telecommunication systems.

Известно пассивное устройство идентификации объектов на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащее корпус, приемно-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены встречно-штыревой преобразователь (ВШП), соединенный с антенной, отражательные ВШП в одном акустическом канале («Устройство на поверхностных акустических волнах в системе контроля», Патент ФРГ №1279785 А).A passive device for identifying objects on surface acoustic waves (SAW) is known, comprising a housing, a receiving and transmitting antenna, a sound duct, on the working surface of which there is an interdigital transducer (IDT) connected to the antenna, reflective IDTs in one acoustic channel ("Device on surface acoustic waves in the control system ”, German Patent No. 1279785 A).

В данном устройстве опрашивающий сигнал принимается антенной, далее преобразуется в ПАВ с помощью ВШП, а затем отражается от отражательных ВШП, образуя кодовую последовательность, которая с помощью ВШП, соединенного с антенной, преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается на распознающее устройство. Так как с каждым отражением сигнал ослабляется, то импульсы в отраженной последовательности будут иметь разную амплитуду, что является недостатком данной конструкции.In this device, the interrogating signal is received by the antenna, then converted into a SAW using IDT, and then reflected from the reflective IDT, forming a code sequence, which using IDT connected to the antenna, is converted into an electromagnetic signal and radiated to a recognition device. Since the signal is attenuated with each reflection, the pulses in the reflected sequence will have different amplitudes, which is a drawback of this design.

Известно устройство, которое является наиболее близким - («Устройство идентификации на поверхностных акустических волнах», А.С. Багдасарян, Ю.В. Гуляев, В.В. Бутенко, патент РФ на изобретение №2328069 RU 24.03.2006 г.), в котором отражательные встречно-штыревые преобразователи (ВШП) имеют коэффициент отражения, возрастающий по мере удаления от ВШП, соединенного с антенной, за счет того, что выполнены из двух одинаковых ВШП, сдвинутых относительно друг друга на расстояние, которое зависит от номера отражателя, отсчитываемого от ВШП, соединенного с антенной, причем изменяя расстояние между частями отражательного ВШП в пределах λ₀/4 можно изменять коэффициент отражения от

до 0, где λ₀ - период отражательного ВШП, k² - квадрат коэффициента электромеханической связи, М - число периодов в части отражательного встречно-штыревого преобразователя.A device is known which is the closest - (“Device for identification on surface acoustic waves”, AS Baghdasaryan, Yu.V. Gulyaev, VV Butenko, RF patent for invention No. 22328069 RU 03.24.2006), in which reflective interdigital transducers (IDT) have a reflection coefficient that increases with distance from the IDT connected to the antenna due to the fact that they are made of two identical IDTs shifted relative to each other by a distance that depends on the number of the reflector counted from IDT connected to ante hydrochloric, and changing the distance between the pieces of reflective IDTs between λ _0/4, the reflectance can be changed by

to 0, where λ ₀ is the period of the reflective IDT, k ² is the square of the coefficient of electromechanical coupling, M is the number of periods in the part of the reflective interdigital transducer.

Недостатком данной конструкции является то, что, если одна из частей отражателя, представляющего собой ВШП окажется короткозамкнутой или электроды будут разорваны, коэффициенты отражения будут сильно отличаться от расчетных, что может привести к невозможности считывания кода устройства идентификации, т.е. к браку.The disadvantage of this design is that if one of the parts of the reflector, which is a IDT, is short-circuited or the electrodes are broken, the reflection coefficients will be very different from the calculated ones, which can lead to the inability to read the identification device code, i.e. to marriage.

Технический результат, который дает осуществление полезной модели, заключается в упрощении изготовления и увеличении процента выхода годных изделий.The technical result, which gives the implementation of the utility model, is to simplify the manufacture and increase the percentage of suitable products.

Достичь этого результата позволяет устройство идентификации на ПАВ содержащее корпус, приемно-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположен встречно-штыревой преобразователь (ВШП), соединенный с антенной, и отражатели, отличающееся тем, что они выполнены из двух одинаковых полосок, сдвинутых относительно друг друга в направлении распространения ПАВ на расстояние, которое зависит от номера отражателя, отсчитываемого от ВШП, причем изменяя расстояние между полосками от λ₀/4 до λ₀/2, изменяется коэффициент отражения от 0,006 до 0,032, где λ₀ - период ВШП.To achieve this result, an identification device for a SAW containing a housing, a receiving and transmitting antenna, a sound duct, on the working surface of which an on-pin transducer (IDT) is connected, connected to the antenna, and reflectors, characterized in that they are made of two identical strips shifted relative to each other in the SAW propagation direction by a distance which depends on the number of the reflector measured from the IDT, wherein changing the distance between the strips of λ _0/4 and λ _0/2, the coefficient is changed from reflections from 0.006 to 0.032, where λ ₀ is the IDT period.

На чертеже (фиг. 1) показано устройство на ПАВ в соответствии с полезной моделью. Устройство содержит звукопровод 1, на котором расположены приемопередающий ВШП 2 и отражатели, состоящие из двух одинаковых полосок 3 и 4 шириной λ₀/4, расстояние a _i между которыми зависит от номера отражателя, ВШП 2 подсоединен к антенне 5 и выполнен с внутренними отражателями, звукопровод 1 вместе с расположенными на нем ВШП 2 и отражателями расположен в герметичном корпусе 6.The drawing (Fig. 1) shows a device for a surfactant in accordance with a utility model. The apparatus comprises a turbo 1, on which the transceiver IDTs 2 and reflectors composed of two identical strands 3 and 4 the width of λ _0/4, the distance a _i between which depends from the reflector room, IDT 2 is connected to an antenna 5 and formed with internal reflectors, the sound pipe 1 together with the IDT 2 and reflectors located on it is located in a sealed enclosure 6.

Устройство работает следующим образом. При подаче опрашивающего сигнала на антенну 5 он проходит на ВШП 2 и возбуждает, вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта, поверхностные акустические волны (ПАВ) в звукопроводе 1, которые отражаются от отражателей, состоящих из двух одинаковых полосок 3 и 4 шириной λ₀/4, и принимаются ВШП 2 и преобразуются в нем, вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта, в электромагнитный сигнал, далее сигнал поступает в антенну 5 и излучается на распознающее устройство. Так как каждый отражатель отводит часть энергии ПАВ при их распространении от ВШП 2 в обратном направлении, то амплитуда ПАВ, падающей на последующий отражатель будет меньше амплитуды ПАВ, падающей на предыдущий отражатель. Поэтому амплитуда отраженных ПАВ с увеличением номера отражателя падает, что приводит в сформированном устройством идентификации коде к тому, что импульсы кода убывают, что приводит к ошибкам при его расшифровке. Чтобы этого не происходило, отражатели выполнены в виде двух одинаковых частей - полосок 3 и 4 (см. фиг. 1). Если расстояние между двумя одинаковыми полосками 3 и 4 каждого отражателя кратно периоду ВШП, то отраженные ПАВ будут складываться в фазе, что приведет к увеличению коэффициента отражения. Если это расстояние будет равно

, то отраженные ПАВ будут складываться в противофазе и амплитуда отраженной ПАВ будет близка к 0. Таким образом, изменяя расстояние между двумя одинаковыми полосками 3 и 4 каждого отражателя - a _i в пределах

изменяется коэффициент отражения от величины 0,006 до 0,032 и формируются амплитуды отраженных ПАВ близкие друг к другу независимо от порядкового номера отражателя. В этом случае максимальным будет коэффициент отражения последнего отражателя, а далее коэффициент отражения будет убывать, обеспечивая тем самым близкие по амплитуде импульсы кодовой последовательности.The device operates as follows. When applying an interrogating signal to antenna 5 it passes on the IDT 2 and turned on, due to the reverse piezoelectric effect, surface acoustic wave (SAW) in the acoustic line 1, which are reflected by reflectors consisting of two

identical strands

3 and 4 the width of λ _0/4, and IDT 2 are received and converted in it, due to the direct piezoelectric effect, into an electromagnetic signal, then the signal enters the antenna 5 and is transmitted to the recognition device. Since each reflector diverts part of the surfactant energy when they propagate from IDT 2 in the opposite direction, the amplitude of the surfactant incident on the subsequent reflector will be less than the amplitude of the surfactant incident on the previous reflector. Therefore, the amplitude of the reflected surfactants decreases with an increase in the number of the reflector, which leads in the code generated by the identification device to the fact that the pulses of the code decrease, which leads to errors in its decoding. To avoid this, the reflectors are made in the form of two identical parts - strips 3 and 4 (see Fig. 1). If the distance between two

identical strips

3 and 4 of each reflector is a multiple of the IDT period, then the reflected surfactants will add up in phase, which will lead to an increase in the reflection coefficient. If this distance is equal

, The surfactant will be reflected to emerge in opposite phase and amplitude of the reflected SAW will be close to 0. Thus, by changing the distance between two

identical strips

3 and 4 of each reflector - a _i in the range

the reflection coefficient changes from 0.006 to 0.032 and the amplitudes of the reflected surfactants are formed close to each other regardless of the serial number of the reflector. In this case, the reflection coefficient of the last reflector will be maximum, and then the reflection coefficient will decrease, thereby providing pulses of a code sequence close in amplitude.

Действительно, отраженные от каждой полоски 3 и 4, которые являются половинками отражателя, ПАВ приходят на ВШП со сдвигом фаз, определяемых расстоянием a _i между половинками i-ого отражателя. Тогда суммарную амплитуду А_отр отраженных ПАВ легко представить в виде:Indeed, the surfactants reflected from each strip 3 and 4, which are the halves of the reflector, come to the IDT with a phase shift determined by the distance a _i between the halves of the i-th reflector. Then the total amplitude A _{Otr of the} reflected surfactants can easily be represented as:

где A₀ - амплитуда падающей на отражатель ПАВ, k_i - коэффициент отражения от i-того отражателя, f - частота,

- длина ПАВ, a _i - расстояние между половинками в i-том отражателе.where A ₀ is the amplitude of the surfactant incident on the reflector, k _i is the reflection coefficient from the i-th reflector, f is the frequency,

- the length of the surfactant, a _i is the distance between the halves in the i-th reflector.

Если это расстояние a _i кратно четверти длины ПАВ на центральной частоте (f=f₀,), то сдвиг фаз между ПАВ, пришедшими от различных половинок отражателей составит 180°, т.е. отраженные ПАВ будут находится в противофазе и амплитуда ПАВ, пришедшей на ВШП от такого составного отражателя, состоящего из двух одинаковых полосок 3 и 4, будет как следует из выражения (1) близка к нулю. Если расстояние между полосками 3 или 4 отражателя будет кратно половине длины ПАВ, отраженные от полосок 3 и 4 отражателя ПАВ будут находится в фазе амплитуда отраженной ПАВ будет максимальна.If this distance a _{i is a} multiple of a quarter of the length of the surfactant at the center frequency (f = f ₀ ,), then the phase shift between the surfactants coming from different halves of the reflectors will be 180 °, i.e. the reflected surfactants will be in antiphase and the amplitude of the surfactant arriving at the IDT from such a composite reflector, consisting of two identical strips 3 and 4, will be close to zero as follows from expression (1). If the distance between the strips 3 or 4 of the reflector will be a multiple of half the length of the surfactant, the reflected from strips 3 and 4 of the reflector surfactant will be in phase, the amplitude of the reflected surfactant will be maximum.

Учитывая, что амплитуда ПАВ на i+1 отражателе ослабляется на величину (1-k_i), а также выражение (1) расстояние a _i между полосками в отражателях и коэффициенты отражений от i-того отражателя определяется из рекуррентных выражений:Given that the SAW amplitude at the i + 1 reflector is attenuated by the value (1-k _i ), as well as expression (1), the distance a _i between the strips in the reflectors and the reflection coefficients from the i-th reflector is determined from the recurrence expressions:

где N - число отражателей, а₀=Мλ₀,

- коэффициент отражения от отражателя из двух полосок, λ₀ - длина ПАВ, а М=1 число длин ПАВ в обеих полосках отражателя, k² - квадрат коэффициента электромеханической связи.where N is the number of reflectors, and ₀ = Mλ ₀ ,

is the reflection coefficient from the reflector from two strips, λ ₀ is the length of the surfactant, and M = 1 is the number of surfactant lengths in both strips of the reflector, k ² is the square of the coefficient of electromechanical coupling.

В этом случае коэффициент отражения отражателей, содержащих полоски 3 и 4, возрастает по мере распространения ПАВ в системе отражателей, компенсируя убывание амплитуды ПАВ при распространении их в системе отражателей. В формуле (3) выражение в скобках характеризует убывание амплитуды ПАВ из-за отражений, а выражение в скобках под знаком косинуса характеризует изменение коэффициента отражения из-за расфазировки отражений ПАВ от обеих полосок 3 и 4 отражателя. Если расстояние a _i будет кратно четверти длины ПАВ, то коэффициент отражения от такого отражателя будет близок к нулю, а если это расстояние будет кратно полудлине или длине ПАВ, то коэффициент отражения будет максимальным и определятся выражением

, при условии

, N - число периодов в одном отражателе. Как видно коэффициенты отражения значительно уменьшается, что говорит о том, что ПАВ под системой отражателей значительно ослабляется. Расстояние между полосками в отражателях меняется, что обеспечивает необходимый сдвиг фаз для достижения нужных коэффициентов отражения.In this case, the reflection coefficient of

reflectors containing strips

3 and 4 increases as the surfactant propagates in the reflector system, compensating for the decrease in the surfactant amplitude when they propagate in the reflector system. In formula (3), the expression in brackets characterizes the decrease in the surfactant amplitude due to reflections, and the expression in brackets under the cosine characterizes the change in the reflection coefficient due to the out-of-phase surfactant reflections from both

strips

3 and 4 of the reflector. If the distance a _i is a multiple of a quarter of the length of the surfactant, then the reflection coefficient from such a reflector will be close to zero, and if this distance is a multiple of half the length or length of the surfactant, the reflection coefficient will be maximum and are determined by the expression

, provided

, N is the number of periods in one reflector. As you can see, the reflection coefficients are significantly reduced, which indicates that the surfactant under the system of reflectors is significantly attenuated. The distance between the strips in the reflectors varies, which provides the necessary phase shift to achieve the desired reflection coefficients.

При этом, поскольку отражатели в структурах акустоэлектронных меток выполняются с малым коэффициентом отражения, повторные переотражения от соседних отражателей следует отнести к вторичным эффектам. Иными словами, паразитные ПАВ будут по амплитуде ~ на порядок меньше чем ПАВ, отраженные от основных пар полосок, и распространяющиеся в направлении ВШП, где формируется ответная уникальная кодовая последовательность. Расстояние между отдельными отражателями в структуре устройства выбираются равными длине ВШП. В этом случае отраженные от отражателей импульсы не будут перекрываться.Moreover, since the reflectors in the structures of acoustoelectronic tags are performed with a low reflection coefficient, repeated reflections from neighboring reflectors should be attributed to secondary effects. In other words, the parasitic surfactants will be in amplitude ~ an order of magnitude smaller than the surfactants reflected from the main pairs of strips and propagating in the direction of the IDT, where a unique response code sequence is formed. The distance between the individual reflectors in the device structure is chosen equal to the IDT length. In this case, the pulses reflected from the reflectors will not overlap.

Следует указать на два возможных технологических исполнения полосок 3 и 4 отражателя, обеспечивающих технический результат полезной модели:Two possible technological designs of the strips 3 and 4 of the reflector should be pointed out, providing the technical result of the utility model:

1. Полоски выполняются в виде напыляемой металлической пленки с последующей фото или электронной литографией.1. The strips are made in the form of a sprayed metal film followed by a photo or electronic lithography.

2. Полоски представляют собой канавки, выполненные методом плазмохимического травления с использованием маскирующей фото или электронной литографией.2. The strips are grooves made by the method of plasma chemical etching using masking photo or electronic lithography.

К достоинствам отражающих проводящих металлических полосок следует отнести простоту расчета и изготовления, возможность кодирования через кодирующий фотошаблон, более равномерный импульсный отклик, невозможность замыкания электродов и как следствие увеличение процента выхода годных изделий.The advantages of reflective conductive metal strips include the simplicity of calculation and manufacturing, the possibility of encoding through a coding photo mask, a more uniform impulse response, the impossibility of shorting the electrodes and, as a result, an increase in the percentage of suitable products.

К особенностям изготовления отражающих полосок в виде канавок необходимо отнести более сложное по сравнению с металлическими полосками изготовление устройства (помимо напыления и фотолитографии требуется плазмохимическое травление подложки для изготовления канавок). Пример выполнения. Устройство идентификации выполнено в герметичном корпусе 6, в котором расположен звукопровод 1 из ниобата лития YX/128° среза. На звукопроводе 1 расположены приемопередающий однонаправленный ВШП 2, содержащий 17 активных секций и имеющий апертуру 80 длин ПАВ на центральной частоте опрашивающего сигнала, и 16 (N=16) отражателей, состоящих из двух полосок шириной λ₀/4 и толщиной напыления 900 ангстрем. В этом случае максимальный коэффициент отражения равен 0,032, а минимальный - 0,006. Центральная частота опрашивающего импульса равна 2450 МГц.The manufacturing features of reflective strips in the form of grooves include the more complicated manufacturing of the device compared to metal strips (in addition to sputtering and photolithography, plasma-chemical etching of the substrate for the manufacture of grooves is required). Execution example. The identification device is made in a sealed enclosure 6, in which the sound duct 1 is made of lithium niobate YX / 128 ° cut. 1 are arranged on the acoustic line transceiver unidirectional IDT 2 containing the active sections 17 and 80 having an aperture SAW wavelength at the central frequency of the interrogating signal, and 16 (N = 16) reflectors consisting of two strips of a width of λ _0/4 and sputtering 900 Angstroms thick. In this case, the maximum reflection coefficient is 0.032, and the minimum is 0.006. The center frequency of the interrogating pulse is 2450 MHz.

Claims

1. A device for identifying objects on surface acoustic waves, comprising a housing, a receiving and transmitting antenna, a sound duct, on the working surface of which an on-pin transducer is connected to the antenna, and reflectors, characterized in that the reflectors are made of two identical strips shifted relative to each other in the direction of propagation of surface acoustic waves to a distance that depends on the number of the reflector counted from the interdigital transducer, while enyaya distance between the strips of λ _0/4 and λ _0/2 varies the reflection coefficient of surface acoustic waves in the range of from 0.006 to 0.032, where λ ₀ - period interdigital transducer.

2. The device according to. p. 1, characterized in that the strips are made in the form of a metal film.

3. by. p. 1, characterized in that the strips are made in the form of grooves.