WO2006011831A1 - Device for encoding on a surface acoustic waves for a passive transponder unit - Google Patents

Device for encoding on a surface acoustic waves for a passive transponder unit Download PDF

Info

Publication number
WO2006011831A1
WO2006011831A1 PCT/RU2005/000390 RU2005000390W WO2006011831A1 WO 2006011831 A1 WO2006011831 A1 WO 2006011831A1 RU 2005000390 W RU2005000390 W RU 2005000390W WO 2006011831 A1 WO2006011831 A1 WO 2006011831A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output
idt
input
idts
substrate
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000390
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Sergei Aleksandrovich Zabuzov
Sergei Mikhailovich Larionov
Vladimir Grigoryevich Mikheev
Sergei Anatolievich GOLOVIN
Andrei Evgenyevich Tyulin
Vasily Nikolaevich Tikmenov
Nikolai Yakovlevich Markov
Original Assignee
Sergei Aleksandrovich Zabuzov
Sergei Mikhailovich Larionov
Vladimir Grigoryevich Mikheev
Golovin Sergei Anatolyevich
Andrei Evgenyevich Tyulin
Vasily Nikolaevich Tikmenov
Nikolai Yakovlevich Markov
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 Sergei Aleksandrovich Zabuzov, Sergei Mikhailovich Larionov, Vladimir Grigoryevich Mikheev, Golovin Sergei Anatolyevich, Andrei Evgenyevich Tyulin, Vasily Nikolaevich Tikmenov, Nikolai Yakovlevich Markov filed Critical Sergei Aleksandrovich Zabuzov
Publication of WO2006011831A1 publication Critical patent/WO2006011831A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
    • G01S13/751Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
    • G01S13/751Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal
    • G01S13/753Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors wherein the responder or reflector radiates a coded signal using frequency selective elements, e.g. resonator

Definitions

  • the proposed technical solution relates to radar technology, in particular, to transponders for radio-frequency identification systems of moving and stationary objects.
  • Radio frequency identification and registration systems became widespread in the early 90s.
  • the object is identified by a unique digital code emitted by a transponder tag attached to the object.
  • the transponder is polled automatically using a transceiver (reader).
  • a transceiver reader
  • both active, powered by a built-in battery, and passive transponders are used.
  • the energy necessary for the formation of the response signal the passive transponder receives from the energy of the request signal of the reader.
  • the reader can interrogate a transponder due to ultrasonic, light or other energy.
  • the existing RFID systems of various manufacturers differ in the radius of action, the carrier frequency of the signals used, the type of modulation, the radio protocol and the amount of information returned by the transponder tag.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) distances large enough to 15 meters and moving at speeds of up to 200 km / h.
  • SAW surface acoustic wave
  • the marker device for the RFID system contains a board and a receiving and emitting antenna placed on it, as well as a device for surface acoustic waves made in the form of a substrate of piezoelectric material, on which the input and output interdigital transducers (VPS) are located.
  • the output IDT is a pair of electrodes connected to the summing buses in accordance with a pre-selected code.
  • the maximum number of code combinations for this device is 2 N , where N is the number of pairs of output electrodes. With the actually acceptable dimensions of the device for surfactants for markers, the number of N characters varies from 16 to 32.
  • a further increase in the number N leads to unacceptably large sizes of the substrate of the device.
  • the maximum number of output electrodes is limited by the attenuation of the surfactant propagating through the sound duct.
  • the closest analogue to the claimed technical solution is a device for surfactants with parallel acoustic wave propagation paths described in US patent J64620191, IPC GOlS 013/80, published on 10/28/86.
  • the known surface acoustic wave (SAW) coding device for a passive transponder used in object identification systems comprises a piezoelectric substrate and N pairs of interdigital
  • each pair of IDTs consists of one input IDT and one output IDT and is tuned to a specific operating frequency.
  • the input IDTs to which the request signal arrives are located across the width of the substrate in one plane, one below the other. While the output IDTs can be arranged stepwise across the width of the substrate, or in different parts of the substrate. Electrically input and output IDTs can be interconnected both in series and in parallel.
  • phase coding of the response signal is performed by the so-called phase pads, i.e. metallization sites of sections of the sound duct in front of the electrodes of the output transducers, on which the SAW propagation speed is lower than on the free surface of the sound duct due to shorting the tangential component of the electric field.
  • the disadvantages of the above device is the complexity of the topological execution of the output Converter and the inability to obtain a large number of code combinations on the limited working area of the substrate of the device for surfactants.
  • the accuracy of performing phase pads for frequencies of about 1 GHz should be at least 0.01 ⁇ m, which is very difficult for the modern development of the technical level of precision lithography.
  • the number of code variations in a line of such a device, not exceeding four characters in a horizontal line is 2, that is, 16. It is difficult to imagine the implementation of such a device at a frequency of 2.45 GHz, since there are currently no technical manufacturing tools for its implementation.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the maximum possible number of code combinations for this device does not exceed 120.
  • the objective of the present invention is to provide such a SAW encoding device for a transponder in which a significant increase in the number of possible code combinations is achieved without increasing the overall crystal size of the piezoelectric substrate.
  • a coding device for surface acoustic waves (SAW) for a passive transponder used in object identification systems containing a piezoelectric substrate and N pairs of interdigital transducers (IDT) located on the surface of the piezoelectric substrate in parallel rows along its width and each pair of IDTs consists of one input IDT and one output
  • N input IDTs to which the request signal arrives are located across the width of the substrate in one plane one below the other and are connected electrically in parallel with each other
  • N output IDTs, from which the response signal is taken are located stepwise along the width of the substrate at the base positions relative to the corresponding input IDTs, moreover, the output IDTs are located in adjacent rows either to the left of the output IDT in the previous row, or to the right of it, and are also electrically connected in parallel with each other,
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) it is proposed that at least two IDT pairs have different operating frequencies selected from M different values, the alternation of IDT pairs having different operating frequencies would be individual for each SAW device and correspond to a pre-selected code combination.
  • Each of the N output IDTs can be set along the length of the substrate with a shift relative to the base position in one of the fixed positions, individual for each SAW device and the corresponding pre-selected code combination.
  • the maximum number of code combinations for this device will be - (MxL) N , where M is the number of operating frequencies of the device, L is the number of fixed positions of the output IDT, including the base, N is the number of IDT pairs.
  • An additional feature of the encoding device is that one of the IDT pairs in which the output IDT is located at a fixed distance from the input ID at a minimum distance is made in the form of a reference one, which sets the initial delay of operation of the output IDTs.
  • the distance between the input and output reference converters determines the initial, reference delay of the device (Tnach).
  • SAW device for a passive transponder M is chosen to be two and L is three, which corresponds to the most optimal ratio between the number of code combinations of the device and the cost of its manufacture.
  • L is three
  • FIG. 1 shows the general case of the implementation of a coding device for SAWs, where 1 piezoelectric substrate, 2 input reference IDT, 3 output reference IDT, 4 input IDT, 5 output IDF frequency (spatial period) of reference IDT,
  • N is the number of input and output IDTs. Its maximum value is determined by the ratio of the maximum possible width of the substrate to the minimum possible aperture of the IDT constituting the row.
  • M is the number of frequencies (spatial periods) of the device.
  • the maximum value is determined by the quotient of the division of the allowed working band and the IDT band.
  • the maximum number L is determined by the maximum length of the sound duct and the number of partial output IDTs (the maximum possible number of lines).
  • N can reach 10-12
  • M can be 5-7
  • L can be 3-4.
  • Figure 2 shows an example implementation of the inventive device with four operating frequencies, to graphically simplify IDTs are shown in the form of rectangles.
  • Fig.3 shows the amplitude-frequency characteristic (module gain) for an example implementation of the device shown in figure 2.
  • Figure 4 shows the spatial frequency-coded pulse train of the transponder responses for an example implementation of the device shown in figure 2 (impulse response of the device).
  • Each line consisting of an input and output partial IDT, has its own frequency channel ⁇ fi, ⁇ f ⁇ , ⁇ f ⁇ , and ⁇ £ t.
  • each frequency channel has its own central frequency: f ⁇ , fg, fz and £ ". Since the input and output partial IDTs in each of its group are electrically connected in parallel, the general view of the frequency response of the device has a comb structure, shown in Fig. 4
  • the order of change of these frequencies in the vertical line of the input IDT is the frequency encoding of the device.
  • the frequency code will look like this: f2-fz-fi- £ t (if you assign a binary code to each frequency, then this frequency sequence can be expressed in a digital binary code).
  • each output IDT in its row can occupy one of the fixed positions, relative to the basic ones. These are: 0, + ⁇ t, - ⁇ t, +2 ⁇ t, -2 ⁇ t.
  • the output IDTs can occupy in their line either the basic - zero position, indicated in figures 1 and 2 by the number 0, or one of the additional positions,
  • SUBSTITUTE SHEET close to the base and shifted from it by any discrete value - plus / minus (s ⁇ t), where s is an integer (Fig. 2).
  • the encoding is the spatial arrangement of the output IDTs in rows in accordance with a pre-selected code combination.
  • the minimum spatial shift of the output IDT, corresponding to the minimum discrete value ⁇ t, can be half the wavelength of the surfactant corresponding to the frequency of this series of devices.
  • the phase shift of the output signal will be 180 degrees relative to the input signal, i.e. phase manipulation of the output signal will be carried out.
  • the response When interrogating a transponder with such an encoding device with a short radio pulse coming from the reader, a pulse with a wide spectrum that covers the entire operating band - ⁇ F of the device, the response will be the spatial frequency-coded sequence shown in Fig. 4.
  • the first from the origin, i.e. reference radio pulse, and the first in time of arrival is a pulse with a frequency f 2 .
  • the next in the sequence will be a radio pulse with a frequency fz.
  • a signal with a frequency ft will follow, with fi ⁇ fg ⁇ fz.
  • the frequency alternation will be different, for example, fz, U, fg and fi, and the temporal position of the sequence pulses may also change.
  • the second pulse can be shifted relative to its reference position along the direction of surfactant propagation by +2 ⁇ t, and the third pulse by - ⁇ t.
  • a unique code is implemented that is unique to it, and the number of searches of such codes is determined from the expression - (M ⁇ L) N.
  • a device similar to that described can be manufactured on high-precision photo-typing equipment with an accuracy of positioning elements of 0.02-0.03 ⁇ m,
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) with minimum element sizes of 0.35 - 0.40 microns, which corresponds to operating frequencies of a surfactant of about 2.5 GHz.
  • the technical and economic effect of the proposed technical solution consists in the fact that, while maintaining the technical requirements for the accuracy of technological equipment and the fixed geometric dimensions of the sound duct of a SAW device, it is possible to increase by more than two orders of the information capacity of a transponder for a SAW while maintaining its geometric dimensions. So, for example, over 4.5 billion code options can be achieved on sound ducts measuring 10xl0x0.5mm.

Abstract

The invention relates to radar engineering and can be used for recording an individual code combination in the passive transponders of systems for radiofrequency identification of mobile and stationary objects. The aim of said invention is to increase the number of admissible code combinations without increasing the overall size of the crystal of a piezoelectric substrate, thereby increasing a transponder information capacity. The inventive device for encoding on surface acoustic waves comprises a piezoelectric substrate and N pairs of opposite-finger transducers which are placed on the substrate. Each pair consists of an input and an output opposite-finger transducer and is tuned on a determined operating frequency. N input opposite-finger transducers to which the request signal is transmitted are arranged along the substrate width on the same plane one under another and electrically in parallel connected to each other. N output opposite-finger transducers from which a response signal is transmitted are step-wisely disposed along the substrate width in corresponding positions with respect to the input opposite-finger transducers. Said output opposite-finger transducers are arranged in the adjacent rows either to the left of the output opposite-finger transducer disposed in the previous row or to the right thereof and are electrically in parallel connected to each other

Description

ОПИСАНИЕ DESCRIPTION
Устройство кодирования на поверхностных акустических волнах для пассивного транспондера.Surface acoustic wave coding device for passive transponder.
Предлагаемое техническое решение относится к радиолокационной технике, в частности, к транспондерам для систем радиочастотной идентификации подвижных и неподвижных объектов.The proposed technical solution relates to radar technology, in particular, to transponders for radio-frequency identification systems of moving and stationary objects.
Системы радиочастотной идентификации и регистрации объектов (RFID-системы ) получили широкое распространение в начале 90-х годов. В данных системах идентификация объекта производится по уникальному цифровому коду, излучаемому закрепленной на объекте меткой-транспондером. Опрос транспондера производится автоматически с помощью приемопередающего устройства (ридера). В настоящее время, в зависимости от требований к системе, применяются как активные, с питанием от встроенной батареи, так и пассивные транспондеры. Энергию, необходимую для формирования ответного сигнала, пассивный транспондер получает от энергии запросного сигнала ридера. Ридер может опрашивать транспондер за счет ультразвуковой, световой или др. энергии.Radio frequency identification and registration systems (RFID systems) became widespread in the early 90s. In these systems, the object is identified by a unique digital code emitted by a transponder tag attached to the object. The transponder is polled automatically using a transceiver (reader). Currently, depending on the requirements of the system, both active, powered by a built-in battery, and passive transponders are used. The energy necessary for the formation of the response signal, the passive transponder receives from the energy of the request signal of the reader. The reader can interrogate a transponder due to ultrasonic, light or other energy.
Существующие в настоящее время системы RFID различных производителей, как правило, различаются радиусом действия, несущей частотой используемых сигналов, типом модуляции, протоколом радиообмена и объемом возвращаемой меткой- транспондером информации.The existing RFID systems of various manufacturers, as a rule, differ in the radius of action, the carrier frequency of the signals used, the type of modulation, the radio protocol and the amount of information returned by the transponder tag.
В настоящий момент наибольшим спросом пользуются высокочастотные транспондерные устройства, которые позволяют идентифицировать объекты наAt the moment, high-frequency transponder devices that allow the identification of objects on
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) достаточно больших до 15 метров расстояниях и движущихся со скоростями до 200 км/час.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) distances large enough to 15 meters and moving at speeds of up to 200 km / h.
Существенное снижение стоимости высокочастотного оборудования возможно за счет использования в системах RFID устройств на поверхностных акустических волн (ПАВ).A significant reduction in the cost of high-frequency equipment is possible due to the use of surface acoustic wave (SAW) devices in RFID systems.
Известно маркерное устройство по патенту РФ JVa 2176092, МПК7 GOlS 13/79, опубликовано 20.11.2001г. Маркерное устройство для системы радиочастотной идентификации содержит плату и размещенные на ней приемную и излучающую антенны, а также устройство на поверхностных акустических волнах, выполненное в виде подложки из пьезоэлектрического материала, на которой размещены входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВПШ). Причем выходной ВШП представляет собой пары электродов, подключенные к суммирующим шинам в соответствии с заранее выбранным кодом. Максимальное количество кодовых комбинаций для данного устройства составляет 2N, где N- количество пар выходных электродов. При реально допустимых размерах устройства на ПАВ для маркеров число знаков N варьируется в пределах от 16 до 32. Дальнейшее увеличение числа N приводит к недопустимо большим размерам подложки устройства. Кроме того, максимальное количество выходных электродов ограничено затуханием ПАВ, распространяющейся по звукопроводу. Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является устройство на ПАВ с параллельными трактами распространения акустической волны, описанное в патенте США J64620191, МПК GOlS 013/80, опубликовано 28.10.86 г.Known marker device according to the patent of the Russian Federation JVa 2176092, IPC 7 GOlS 13/79, published November 20, 2001. The marker device for the RFID system contains a board and a receiving and emitting antenna placed on it, as well as a device for surface acoustic waves made in the form of a substrate of piezoelectric material, on which the input and output interdigital transducers (VPS) are located. Moreover, the output IDT is a pair of electrodes connected to the summing buses in accordance with a pre-selected code. The maximum number of code combinations for this device is 2 N , where N is the number of pairs of output electrodes. With the actually acceptable dimensions of the device for surfactants for markers, the number of N characters varies from 16 to 32. A further increase in the number N leads to unacceptably large sizes of the substrate of the device. In addition, the maximum number of output electrodes is limited by the attenuation of the surfactant propagating through the sound duct. The closest analogue to the claimed technical solution is a device for surfactants with parallel acoustic wave propagation paths described in US patent J64620191, IPC GOlS 013/80, published on 10/28/86.
Известное устройство кодирования на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для пассивного транспондера, используемого в системах идентификации объектов, содержит пьезоэлектрическую подложку и N пар встречно-штыревыхThe known surface acoustic wave (SAW) coding device for a passive transponder used in object identification systems comprises a piezoelectric substrate and N pairs of interdigital
ЗАМЁНЯЮЩЙИ ЛТСY^Щ^ВЙЛb'iб) ' преобразователей (ВШП), расположенных на поверхности пьезоэлектрической подложки параллельными рядами по ее ширине, причем каждая пара ВШП состоит из одного входного ВШП и одного выходного ВШП и настроена на определенную рабочую частоту. Входные ВШП, на которые поступает сигнал запроса, расположены по ширине подложки в одной плоскости один под другим. Тогда как выходные ВШП могут быть расположены по ширине подложки ступенчато, или в различных участках подложки. Электрически входные и выходные ВШП могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно.REPLACING LTSY ^ Щ ^ ВЫЛb ' iб) ' transducers (IDT) located on the surface of the piezoelectric substrate in parallel rows along its width, and each pair of IDTs consists of one input IDT and one output IDT and is tuned to a specific operating frequency. The input IDTs to which the request signal arrives are located across the width of the substrate in one plane, one below the other. While the output IDTs can be arranged stepwise across the width of the substrate, or in different parts of the substrate. Electrically input and output IDTs can be interconnected both in series and in parallel.
Предлагаемое в прототипе расположение выходных преобразователей обусловлено необходимостью снижения влияния помех одного акустического канала распространения ПАВ на другой. Фазовое кодирование ответного сигнала производится за счет так называемых фазовых площадок, т.е. площадок металлизации участков звукопровода перед электродами выходных преобразователей, на которых скорость распространения ПАВ меньше, чем на свободной поверхности звукопровода за счет закорачивания тангенциальной составляющей электрического поля.The location of the output converters proposed in the prototype is due to the need to reduce the influence of interference from one acoustic surfactant propagation channel to another. Phase coding of the response signal is performed by the so-called phase pads, i.e. metallization sites of sections of the sound duct in front of the electrodes of the output transducers, on which the SAW propagation speed is lower than on the free surface of the sound duct due to shorting the tangential component of the electric field.
Недостатками описанного выше устройства является сложность топологического выполнения выходного преобразователя и невозможность получения большого количества кодовых комбинаций на ограниченной рабочей площади подложки устройства на ПАВ. Для устройства на ПАВ точность выполнения фазовых площадок для частот около 1 ГГц должна составлять не менее 0,01мкм, что для современного развития технического уровня прецизионной литографии составляет большие трудности. Кроме того, число вариаций кода в строке такого устройства, не превышающего четырех знаков в горизонтальной строке, составляет 2 , то есть 16-ти. Трудно представить выполнение такого устройства на частоту 2,45 ГГц, так как для его реализации в настоящее время технические средства изготовления отсутствуют.The disadvantages of the above device is the complexity of the topological execution of the output Converter and the inability to obtain a large number of code combinations on the limited working area of the substrate of the device for surfactants. For a SAW device, the accuracy of performing phase pads for frequencies of about 1 GHz should be at least 0.01 μm, which is very difficult for the modern development of the technical level of precision lithography. In addition, the number of code variations in a line of such a device, not exceeding four characters in a horizontal line, is 2, that is, 16. It is difficult to imagine the implementation of such a device at a frequency of 2.45 GHz, since there are currently no technical manufacturing tools for its implementation.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Таким образом, при наличии числа параллельных акустических каналов (5-7), что соответствует реальным размерам максимальной ширине изготовляемых подложек из синтетических пьезоматериалов, максимально возможное число кодовых комбинаций для данного устройства не превышает 120. Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства кодирования на ПАВ для транспондера, в котором достигалось бы значительное увеличение числа возможных кодовых комбинаций без увеличения общих размеров кристалла пьезоэлектрической подложки.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Thus, in the presence of the number of parallel acoustic channels (5-7), which corresponds to the actual dimensions of the maximum width of the manufactured substrates from synthetic piezoelectric materials, the maximum possible number of code combinations for this device does not exceed 120. The objective of the present invention is to provide such a SAW encoding device for a transponder in which a significant increase in the number of possible code combinations is achieved without increasing the overall crystal size of the piezoelectric substrate.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве кодирования на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для пассивного транспондера, используемого в системах идентификации объектов, содержащем пьезоэлектрическую подложку и N пар встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных на поверхности пьезоэлектрической подложки параллельными рядами по ее ширине, причем каждая пара ВШП состоит из одного входного ВШП и одного выходногоThe problem is solved in that in a coding device for surface acoustic waves (SAW) for a passive transponder used in object identification systems containing a piezoelectric substrate and N pairs of interdigital transducers (IDT) located on the surface of the piezoelectric substrate in parallel rows along its width and each pair of IDTs consists of one input IDT and one output
ВШП и настроена на определенную рабочую частоту,IDT and tuned to a specific operating frequency,
N входных ВШП, на которые поступает сигнал запроса, расположены по ширине подложки в одной плоскости один под другим и соединены электрически параллельно между собой, N выходных ВШП, с которых снимается ответный сигнал, расположены ступенчато по ширине подложки в базовых позициях относительно соответствующих входных ВШП, причем выходные ВШП размещены в соседних рядах либо слева от выходного ВШП в предыдущем ряду, либо справа от него, и также соединены электрически параллельно между собой,The N input IDTs to which the request signal arrives are located across the width of the substrate in one plane one below the other and are connected electrically in parallel with each other, N output IDTs, from which the response signal is taken, are located stepwise along the width of the substrate at the base positions relative to the corresponding input IDTs, moreover, the output IDTs are located in adjacent rows either to the left of the output IDT in the previous row, or to the right of it, and are also electrically connected in parallel with each other,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) предлагается, чтобы по меньшей мере две пары ВШП имели разные рабочие частоты, выбираемые из M различных значений, чередование пар ВШП, имеющих разные рабочие частоты, было бы индивидуально для каждого устройства на ПАВ и соответствовало заранее выбранной кодовой комбинации. Каждый из N выходных ВШП может быть установлен по длине подложки со сдвигом относительно базовой позиции в одной из фиксированных позиций, индивидуальной для каждого устройства на ПАВ и соответствующей заранее выбранной кодовой комбинации. Таким образом, максимальное количество кодовых комбинаций для данного устройства составит - (MxL)N, где М-число рабочих частот устройства, L-число фиксированных позиций выходных ВШП, включая базовую, N-количество пар ВШП.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) it is proposed that at least two IDT pairs have different operating frequencies selected from M different values, the alternation of IDT pairs having different operating frequencies would be individual for each SAW device and correspond to a pre-selected code combination. Each of the N output IDTs can be set along the length of the substrate with a shift relative to the base position in one of the fixed positions, individual for each SAW device and the corresponding pre-selected code combination. Thus, the maximum number of code combinations for this device will be - (MxL) N , where M is the number of operating frequencies of the device, L is the number of fixed positions of the output IDT, including the base, N is the number of IDT pairs.
За счет использования в предлагаемом устройстве различных рабочих частот, на которые настроены разные пары преобразователей и введения дополнительного пространственного позиционирования выходных ВШП удается значительно увеличить число возможных кодовых комбинаций, которое может содержать устройство. При этом размеры подложки не увеличиваются, т.к. расстояния между дополнительными позициями, на которые предлагается сдвигать выходные ВШП, и базовыми позициями выходных ВШП незначительны. Дополнительным отличием устройства кодирования является то, что одна из пар ВШП, в которой выходной ВШП расположен от входного на минимальном расстоянии в фиксированной базовой позиции выполнена в виде опорной, задающей начальную задержку срабатывания выходных ВШП.Due to the use in the proposed device of various operating frequencies that are configured with different pairs of converters and the introduction of additional spatial positioning of the output IDTs, it is possible to significantly increase the number of possible code combinations that the device can contain. In this case, the dimensions of the substrate do not increase, because the distances between the additional positions on which it is proposed to shift the output IDTs and the basic positions of the output IDTs are insignificant. An additional feature of the encoding device is that one of the IDT pairs in which the output IDT is located at a fixed distance from the input ID at a minimum distance is made in the form of a reference one, which sets the initial delay of operation of the output IDTs.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Введение дополнительной строки с опорными преобразователями позволяет достичь более точного отсчета временных интервалов в выходном сигнале, что эквивалентно точному определению пространственного положения выходных ВШП.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The introduction of an additional line with reference transducers makes it possible to achieve a more accurate reference of time intervals in the output signal, which is equivalent to the exact determination of the spatial position of the output IDTs.
Расстояние между входным и выходным опорными преобразователями определяет начальную, отсчетную задержку устройства (Тнач).The distance between the input and output reference converters determines the initial, reference delay of the device (Tnach).
Еще одним дополнительным отличием является то, что в устройстве на ПАВ для пассивного транспондера M выбирают равным двум, а L - трем, что соответствует наиболее оптимальному соотношению между числом кодовых комбинаций устройства и стоимостью его изготовления. Сущность заявляемого устройства кодирования на ПАВ для транспондера иллюстрируется чертежами.Another additional difference is that in a SAW device for a passive transponder, M is chosen to be two and L is three, which corresponds to the most optimal ratio between the number of code combinations of the device and the cost of its manufacture. The essence of the inventive coding device for SAW for the transponder is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображен общий случай выполнения устройства кодирования на ПАВ, где 1 пьезоэлектрическая подложка, 2-вxoднoй опорный ВШП, 3-выxoднoй опорный ВШП, 4-вxoдныe ВШП, 5-выxoдныe ВШП Fо-частота (пространственный период) опорных ВШП,In FIG. 1 shows the general case of the implementation of a coding device for SAWs, where 1 piezoelectric substrate, 2 input reference IDT, 3 output reference IDT, 4 input IDT, 5 output IDF frequency (spatial period) of reference IDT,
N-число входных и выходных ВШП. Его максимальная величина определяется отношением максимально возможной шириной подложки к минимально возможной величине апертуры ВШП, составляющих строку.N is the number of input and output IDTs. Its maximum value is determined by the ratio of the maximum possible width of the substrate to the minimum possible aperture of the IDT constituting the row.
М-число частот (пространственных периодов) устройства. Максимальное значение определяется частным от деления разрешенной рабочей полосы и полосы ВШП.M is the number of frequencies (spatial periods) of the device. The maximum value is determined by the quotient of the division of the allowed working band and the IDT band.
L-число фиксированных позиций, которое может занимать каждый выходной ВШП в строке. Максимальное число L определяется максимальной длиной звукопровода и числом частичных выходных ВШП (максимально возможным числом строк).L-number of fixed positions that each output IDT in a row can occupy. The maximum number L is determined by the maximum length of the sound duct and the number of partial output IDTs (the maximum possible number of lines).
В реальных технически реализуемых устройствах N может достигать величины 10- 12, M может быть 5-7, а L может быть 3-4.In real technically feasible devices, N can reach 10-12, M can be 5-7, and L can be 3-4.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) На фиг.2 приведен пример реализации заявляемого устройства с четырьмя рабочими частотами, для графического упрощения ВШП показаны в виде прямоугольников .SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Figure 2 shows an example implementation of the inventive device with four operating frequencies, to graphically simplify IDTs are shown in the form of rectangles.
На фиг.З показана амплитудно-частотная характеристика (модуль коэффициента передачи) для примера реализации устройства, приведенного на фиг.2.On Fig.3 shows the amplitude-frequency characteristic (module gain) for an example implementation of the device shown in figure 2.
На фиг.4 приведена пространственная частотно-кодированная последовательность импульсов откликов транспондера для примера реализации устройства, приведенного на фиг.2 (импульсная характеристика устройства).Figure 4 shows the spatial frequency-coded pulse train of the transponder responses for an example implementation of the device shown in figure 2 (impulse response of the device).
Описание работы устройства на примере реализации, приведенной на фиг.2.A description of the operation of the device in the implementation example shown in figure 2.
Каждая строка, состоящая из входного и выходного частичного ВШП, имеет свой частотный канал Δfi, Δfг, Δfз, и Δ£t. При этом каждый частотный канал обладает своей центральной частотой: fϊ, fг, fз и £». Так как входные и выходные частичные ВШП в каждой из своей группы электрически соединены параллельно, то общий вид частотной характеристики устройства имеет гребенчатую структуру, показанную на фиг.4Each line, consisting of an input and output partial IDT, has its own frequency channel Δfi, Δfг, Δfз, and Δ £ t. In addition, each frequency channel has its own central frequency: fϊ, fg, fz and £ ". Since the input and output partial IDTs in each of its group are electrically connected in parallel, the general view of the frequency response of the device has a comb structure, shown in Fig. 4
Порядок изменения этих частот в вертикальной строке входных ВШП и представляет собой частотную кодировку устройства. Для рассматриваемого устройства частотный код будет выглядеть следующим образом: f2-fз-fi-£t (если каждой частоте присвоить двоичный код, то эту частотную последовательность можно выразить в цифровом двоичном коде).The order of change of these frequencies in the vertical line of the input IDT is the frequency encoding of the device. For the device in question, the frequency code will look like this: f2-fz-fi- £ t (if you assign a binary code to each frequency, then this frequency sequence can be expressed in a digital binary code).
В то же время каждый выходной ВШП в своей строке может занимать одно из фиксированных позиций, относительно базовых. Это : 0, + Δt, - Δt , +2 Δt, -2 Δt.At the same time, each output IDT in its row can occupy one of the fixed positions, relative to the basic ones. These are: 0, + Δt, - Δt, +2 Δt, -2 Δt.
Выходные ВШП могут занимать в своей строке либо базовую - нулевую позицию, обозначенную на фигурах 1 и 2 цифрой 0, либо одну из дополнительных позиций,The output IDTs can occupy in their line either the basic - zero position, indicated in figures 1 and 2 by the number 0, or one of the additional positions,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) близких к базовой и сдвинутых от нее на какое -либо дискретное значение - плюс/минус ( s Δt), где s - целое число (Фиг. 2). Кодировка заключается в пространственном расположении выходных ВШП в строках в соответствии с заранее выбранной кодовой комбинацией. Минимальный пространственный сдвиг выходного ВШП, соответствующий минимальному дискретному значению Δt, может составлять половину длины волны ПАВ, соответствующей частоте данного ряда устройств. В этом случае фазовый сдвиг выходного сигнала будет составлять 180 градусов относительно входного сигнала, т.е. будет осуществляться фазовая манипуляция выходного сигнала.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) close to the base and shifted from it by any discrete value - plus / minus (s Δt), where s is an integer (Fig. 2). The encoding is the spatial arrangement of the output IDTs in rows in accordance with a pre-selected code combination. The minimum spatial shift of the output IDT, corresponding to the minimum discrete value Δt, can be half the wavelength of the surfactant corresponding to the frequency of this series of devices. In this case, the phase shift of the output signal will be 180 degrees relative to the input signal, i.e. phase manipulation of the output signal will be carried out.
При опросе транспондера с таким устройством кодирования коротким радиоимпульсом, поступающим от ридера, импульсом с широким спектром, перекрывающим всю рабочую полосу - ΔF устройства, откликом будет пространственная частотно-кодированная последовательность, показанная на фиг.4. В этой последовательности первым от начала координат, т.е. опорным радиоимпульсом, и первым по времени поступления является импульс с частотой f2. Следующим в последовательности будет радиоимпульс с частотой fз. Затем будет следовать сигнал с частотой ft, причем fi<fг< fз. Для другого экземпляра устройства на ПАВ чередование частот будет иным, например fз, U, fг и fi, при этом может измениться и временное положение импульсов последовательности. Второй импульс может быть сдвинут относительно его опорного положения вдоль направления распространения ПАВ на +2 Δt, а третий импульс на -Δt. Таким образом, для каждого конкретного экземпляра устройства на ПАВ реализуется свой, только ему присущий индивидуальный код, причем число переборов таких кодов определяется из выражения - (MχL)N. Устройство, подобное описанному, может быть изготовлено на высокопрецизионном фотонаборном оборудовании с точностью позиционирования элементов 0,02-0,03 мкм,When interrogating a transponder with such an encoding device with a short radio pulse coming from the reader, a pulse with a wide spectrum that covers the entire operating band - ΔF of the device, the response will be the spatial frequency-coded sequence shown in Fig. 4. In this sequence, the first from the origin, i.e. reference radio pulse, and the first in time of arrival is a pulse with a frequency f 2 . The next in the sequence will be a radio pulse with a frequency fz. Then a signal with a frequency ft will follow, with fi <fg <fz. For another instance of a device for a SAW, the frequency alternation will be different, for example, fz, U, fg and fi, and the temporal position of the sequence pulses may also change. The second pulse can be shifted relative to its reference position along the direction of surfactant propagation by +2 Δt, and the third pulse by -Δt. Thus, for each specific instance of a device on a SAW, a unique code is implemented that is unique to it, and the number of searches of such codes is determined from the expression - (M χ L) N. A device similar to that described can be manufactured on high-precision photo-typing equipment with an accuracy of positioning elements of 0.02-0.03 μm,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) с минимальными размерами элементов 0,35 - 0,40 мкм, что соответствует рабочим частотам ПАВ около 2,5 ГГц.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) with minimum element sizes of 0.35 - 0.40 microns, which corresponds to operating frequencies of a surfactant of about 2.5 GHz.
Технико-экономический эффект от предлагаемого технического решения заключается в том, что при сохранении технических требований к точности технологического оборудования и фиксированных геометрических размерах звукопровода устройства на ПАВ возможно увеличение более чем на два порядка информационной емкости транспондера на ПАВ при сохранении его геометрических размеров. Так например, на звукопроводах размерами 10xl0x0,5мм может быть достигнут свыше 4,5 млрд. вариантов кодов.The technical and economic effect of the proposed technical solution consists in the fact that, while maintaining the technical requirements for the accuracy of technological equipment and the fixed geometric dimensions of the sound duct of a SAW device, it is possible to increase by more than two orders of the information capacity of a transponder for a SAW while maintaining its geometric dimensions. So, for example, over 4.5 billion code options can be achieved on sound ducts measuring 10xl0x0.5mm.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Устройство кодирования на поверхностных акустических волнах для пассивного транспондера, используемого в системах идентификации объектов, содержащее пьезоэлектрическую подложку и1. A coding device for surface acoustic waves for a passive transponder used in object identification systems containing a piezoelectric substrate and
N пар встречно-штыревых преобразователей (ВШИ), расположенных на поверхности пьезоэлектрической подложки параллельными рядами по ее ширине, причем каждая пара ВШП состоит из одного входного ВШП и одного выходного ВШП и настроена на определенную рабочую частоту, N входных ВШП, на которые поступает сигнал запроса, расположены по ширине подложки в одной плоскости один под другим и соединены электрически параллельно между собой,N pairs of interdigital transducers (LIS) located on the surface of the piezoelectric substrate in parallel rows along its width, each pair of IDTs consisting of one input IDT and one output IDT and tuned to a specific operating frequency, N input IDTs to which a request signal is received are located across the width of the substrate in one plane one below the other and are electrically connected in parallel with each other,
N выходных ВШП, с которых снимается ответный сигнал, расположены ступенчато по ширине подложки в базовых позициях относительно входных ВШП, причем выходные ВШП размещены в соседних рядах либо слева от выходного ВШП в предыдущем ряду, либо справа от него, и также соединены электрически параллельно между собой, отличающееся тем, что по меньшей мере две пары ВШП имеют разные рабочие частоты, выбираемые из M различных значений, чередование пар ВШП, имеющих разные рабочие частоты, индивидуально для каждого устройства на ПАВ и соответствует заранее выбранной кодовой комбинации, каждый из N выходных ВШП может быть установлен со сдвигом относительно базовой позиции в одной из фиксированных позиций, индивидуальной для каждого устройства на ПАВ и соответствующей заранее выбранному коду,N output IDTs from which the response signal is taken are arranged in steps along the width of the substrate in basic positions relative to the input IDTs, the output IDTs being located in adjacent rows either to the left of the output IDT in the previous row or to the right of it, and are also electrically connected in parallel , characterized in that at least two IDT pairs have different operating frequencies, selected from M different values, the alternation of IDT pairs having different operating frequencies, individually for each device on the SAW and corresponds to her selected code combination, each of N output IDTs may be set with a shift relative to the reference position in one of the fixed positions for each individual SAW devices and the corresponding pre-selected code,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) таким образом, максимальное количество кодовых комбинаций для данного устройства составляет - (MχL)N, где М-число рабочих частот устройства, L-число фиксированных позиций выходных ВПШ, включая базовую, N-количество пар ВШП.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) thus, the maximum number of code combinations for this device is - (M χ L) N , where M is the number of operating frequencies of the device, L is the number of fixed positions of the output IPS, including the base, N is the number of IDT pairs.
2. Устройство по п.l, отличающееся тем, что одна из пар ВШП, в которой выходной2. The device according to p. 1, characterized in that one of the pairs of IDT, in which the output
ВШП расположен от входного на минимально возможном расстоянии в базовой позиции выбрана в качестве опорной, задающей начальную задержку срабатывания выходных ВШП.IDT is located from the input at the minimum possible distance in the base position is selected as the reference, which sets the initial delay of the output IDT.
3. Устройство по п.п.1-2, отличающееся тем, что M равно двум, а L равно трем.3. The device according to claims 1 to 2, characterized in that M is two and L is three.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2005/000390 2004-07-20 2005-07-19 Device for encoding on a surface acoustic waves for a passive transponder unit WO2006011831A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004122615/09A RU2270517C1 (en) 2004-07-20 2004-07-20 Device for encoding at surface acoustic waves for passive transponder
RU2004122615 2004-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006011831A1 true WO2006011831A1 (en) 2006-02-02

Family

ID=35786487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000390 WO2006011831A1 (en) 2004-07-20 2005-07-19 Device for encoding on a surface acoustic waves for a passive transponder unit

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2270517C1 (en)
WO (1) WO2006011831A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486665C1 (en) * 2012-05-05 2013-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Radio-frequency identification device operating on surface acoustic waves

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669203C1 (en) * 2017-08-14 2018-10-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Energy-independent transponder

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4620191A (en) * 1983-06-30 1986-10-28 Halvor Skeie Surface acoustic wave passive transponder having parallel acoustic wave paths
US4625208A (en) * 1983-06-30 1986-11-25 X-Cyte Inc. Surface acoustic wave passive transponder having acoustic wave reflectors
RU2105993C1 (en) * 1992-01-03 1998-02-27 Сименс АГ Passive transducer based on surface acoustic waves interrogated over radio
RU2126980C1 (en) * 1997-07-02 1999-02-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Process of object detection and identification
RU2133482C1 (en) * 1997-07-01 1999-07-20 Научно-исследовательский институт измерительных систем Transponder
US6633226B1 (en) * 1997-08-18 2003-10-14 X-Cyte, Inc. Frequency hopping spread spectrum passive acoustic wave identification device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4620191A (en) * 1983-06-30 1986-10-28 Halvor Skeie Surface acoustic wave passive transponder having parallel acoustic wave paths
US4625208A (en) * 1983-06-30 1986-11-25 X-Cyte Inc. Surface acoustic wave passive transponder having acoustic wave reflectors
RU2105993C1 (en) * 1992-01-03 1998-02-27 Сименс АГ Passive transducer based on surface acoustic waves interrogated over radio
RU2133482C1 (en) * 1997-07-01 1999-07-20 Научно-исследовательский институт измерительных систем Transponder
RU2126980C1 (en) * 1997-07-02 1999-02-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Process of object detection and identification
US6633226B1 (en) * 1997-08-18 2003-10-14 X-Cyte, Inc. Frequency hopping spread spectrum passive acoustic wave identification device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486665C1 (en) * 2012-05-05 2013-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Radio-frequency identification device operating on surface acoustic waves

Also Published As

Publication number Publication date
RU2270517C1 (en) 2006-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4625208A (en) Surface acoustic wave passive transponder having acoustic wave reflectors
US7961105B2 (en) Weighted SAW reflector gratings for orthogonal frequency coded SAW tags and sensors
US6114971A (en) Frequency hopping spread spectrum passive acoustic wave identification device
Seifert et al. Mechanical sensors based on surface acoustic waves
KR940704031A (en) Passive SURFACE WAVE SENSOR WHICH CAN BE WIRELESSLY INTERROGATED
RU2158936C2 (en) Identification mark operating with surface acoustic waves
US7791249B2 (en) Frequency coded sensors incorporating tapers
RU94038221A (en) RADIO-PASSIVE SURFACE SENSOR ON SURFACE ACOUSTIC WAVES
US4620191A (en) Surface acoustic wave passive transponder having parallel acoustic wave paths
US20020019702A1 (en) Environmental location system
US6827281B2 (en) Encoded SAW RFID tags and sensors for multi-user detection using IDT finger phase modulation
US8168424B2 (en) Differentiation and identification of analogous chemical and biological substances with biosensors
US20020140598A1 (en) Process for carrying out a non-contact remote interrogation
CA1228911A (en) Surface acoustic wave passive transponder having acoustic reflectors
CN107329142B (en) SAW RFID tag distance measurement method based on multi-frequency phase difference
US4604623A (en) Surface acoustic wave passive transponder having non-reflective transducers and pads
GB2165423A (en) System for interrogating a passive transponder carrying phase-encoded information
CA1228912A (en) Surface acoustic wave passive transponder having amplitude and phase-modifying surface pads
RU2344437C2 (en) System of radio-frequency identification on surface acoustic waves
WO2006011831A1 (en) Device for encoding on a surface acoustic waves for a passive transponder unit
CN107192473B (en) Surface acoustic wave temperature detection system and detection method based on phased array antenna
US9435768B2 (en) Method of interrogating a sensor of surface acoustic wave type
CN211783950U (en) Surface acoustic wave temperature sensor with time division and frequency division combined coding
RU2665496C1 (en) Passive anti-collision temperature sensor on the surface acoustic waves with the frequency-time coding distinction
Pavlina et al. SAW RFID spread spectrum OFC and TDM technology

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase