RFID-системы на поверхностных акустических волнах
Поверхностные акустические волны - ПАВ (Surface acoustic wave - SAW) - занимают диапазон длин волн 105-10-1 см, причем их частоты соответствуют области ультразвука. Для возбуждения и регистрации ПАВ применяют пьезоэлектрики, значение которых в связи с этим существенно возросло. Поверхностные акустические волны обладают рядом интересных свойств. Прежде всего это их доступность и возможность управлять ими во всех точках поверхности, где они существуют. Поверхностные акустические волны распространяются со скоростью на пять порядков ниже, чем скорость электромагнитных волн, что позволяет использовать методы, применяемые в диапазоне СВЧ. Большой практический интерес к средствам бесконтактной электронной идентификации на ПАВ обусловлен их замечательными качествами: · достаточно высокой дальностью чтения данных с транспондера; · высокой скоростью чтения данных с транспондера; · уникальными идентификационными номерами с емкостью до 64-96 бит; · прочными, малого размера, недорогими транспондерами; · устойчивостью к помехам от других считывателей и сигналов; · широким диапазоном рабочих температур для транспондеров и др.; · практически неограниченным сроком службы транспондеров. В электронной аппаратуре, использующей поверхностные акустические волны, для возбуждения и детектирования этих волн служат встречно-штыревые преобразователи (ВШП). Самая простая конструкция ВШП приведена на рисунке 5. Рисунок 5 – Наиболее распространенные типы преобразователей ВШП: а) регулярный преобразователь; б) аподизованный преобразователь; в) дисперсионный преобразователь; г) преобразователь с расщепленными электродами. На пьезоэлектрическую подложку нанесены два металлических элемента, имеющих вид вставленных друг в друга гребенок (из штырей-электродов). Встречно-штыревые электродные структуры позволяют создать эффективные электроакустические преобразователи. При подаче напряжения на встречно-штыревые электродные структуры возникает электростатическое поле. Электрический импульс, приложенный к шине встречно-штыревого преобразователя ВШП, преобразуется благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту в механическую деформацию поверхности подложки между пальцами разной полярности. Эта деформация пропорциональна электрическому полю и распространяется как поверхностная акустическая волна в обоих направлениях, перпендикулярных электродам, на скорости v. Возбуждение ПАВ происходит только в области между электродами, которые подключены к разным контактным клеммам. Длина взаимно перекрывающихся частей электродов w определяет ширину пучка возбуждаемой ПАВ. Изменение ширины электродов оказывает относительно незначительное влияние на свойства преобразователя. Поверхностная волна, входящая обратно в преобразователь ВШП, генерирует на его шине в результате прямого пьезоэлектрического эффекта электрический сигнал. Расстояние между двумя пальцами одинаковой полярности называется электрическим периодом q встречно-штыревого преобразователя. Большим достоинством ВШП является возможность изменения в широких пределах характеристических свойств возбуждаемых ПАВ путем изменения его геометрических размеров. В устройствах на ПАВ это проявляется в виде изменения формы импульсного отклика и частотной характеристики. Особенно сильно влияют на свойства возбуждаемых ПАВ изменения следующих параметров: · длины электродов; · расстояния между ними; · полярности электродов; · отношения ширины электродов к периоду ВШП. Транспондер ПАВ RFID - это однопортовое устройство, состоящее из встречно-штыревого преобразователя ВШП и нескольких отражающих полосок - рефлекторов. Встречно-штыревые (электроакустические) преобразователи и рефлекторы могут быть созданы с помощью структур плоских электродов на пьезоэлектрических подложках. Обычной подложкой, используемой для этого приложения, является ниобат лития или танталат лития. Структуры электродов создаются с помощью фотолитографической процедуры, аналогичной процедуре, используемой в микроэлектронике при производстве интегральных схем. Базовая схема транспондера на ПАВ показана на рисунке 6. Встречно-штыревой преобразователь ВШП располагается в конце пьезоэлектрической подложки. К его шинам непосредственно подключается дипольная антенна транспондера, которая принимает сигнал опроса от считывателя и излучает ответный сигнал, генерируемый транспондером ПАВ.
Рисунок 6 – Базовая схема транспондера на ПАВ Высокочастотный импульс опроса, периодически генерируемый считывателем, излучается антенной считывателя. Если транспондер поверхностной волны расположен в зоне опроса считывателя, часть излучаемой энергии принимается антенной транспондера и проходит к выводам встречно-штыревого преобразователя в виде высокочастотного импульса напряжения. Встречно-штыревой преобразователь преобразует часть этой принятой энергии в поверхностную акустическую волну, которая распространяется в кристалле под прямым углом к электродам ВШП. Для того чтобы преобразовать как можно больше принятой транспондером электромагнитной энергии в акустическую энергию, необходимо выполнение следующего условия: частота передачи f0 считывателя должна соответствовать частоте колебаний поверхностной волны встречно-штыревого преобразователя. Теперь начинают воздействовать на пьезоэлектрический кристалл рефлекторы в определенной последовательности вдоль пути распространения поверхностной волны. Небольшая часть поверхностной волны отражается от каждого рефлектора и движется обратно по кристаллу в направлении встречно-штыревого преобразователя, в то время как оставшаяся часть поверхностной волны продолжает двигаться к концу подложки и поглощается там. Соответственно из одного импульса опроса генерируется несколько ответных импульсов. Отраженные части поверхностных волн возвращаются обратно на встречно-штыревой преобразователь, где они преобразуются в высокочастотную последовательность импульсов, причем каждый рефлектор создает свой импульс в ответном сигнале ПАВ транспондера. Эта последовательность импульсов излучается дипольной антенной и может быть принята считывателем. Число принимаемых импульсов соответствует числу рефлекторов на подложке. Более того, время задержки между отдельными импульсами пропорционально пространственному расстоянию между рефлекторами на подложке, и поэтому пространственное расположение рефлекторов может представлять двоичную последовательность цифр, которая в простейшем случае равна идентификационному коду транспондера. Расположение рефлекторов и соответственно считываемый код определяются при изготовлении устройства. Поэтому транспондеры ПАВ принадлежат к категории транспондеров «только чтение». Как уже отмечалось, в начале взаимодействия с транспондером считыватель посылает мощный радиоимпульс опроса. На считыватель сначала возвращаются эхо-сигналы, возникающие в результате отражений радиоимпульса опроса от металлических поверхностей окружающих предметов. Благодаря сравнительно низкой скорости распространения поверхностных волн по подложке первый ответный импульс транспондера принимается считывателем с задержкой, равной примерно 1,5 мс. Этой временной задержки вполне достаточно, чтобы произошло затухание мешающих отражений от окружения считывателя, и ничто уже больше не будет мешать ответным импульсам транспондера. Мешающие отражения в радиусе 100 м вокруг считывателя затухают через примерно 0,66 мкс. Дальность действия системы ПАВ зависит главным образом от мощности передачи импульса сканирования и может быть оценена, используя основное уравнение радиолокации. При допускаемой мощности передачи в диапазоне ISM частот 2,45 ГГц можно ожидать дальность действия обычного транспондера ПАВ 1-2 м. Дальность действия транспондерной системы на ПАВ можно вычислить, используя основное уравнение радиолокации: (1) tI – время интеграции; PT – мощность передачи; GR – усиление антенны передатчика; GT – усиление антенны транспондера; 𝜆 – длина волны; k – постоянная Больцмана; F – шум приемника считывателя; S/N – требуемое соотношение сигнал/шум для безошибочного детектирования данных; IL – вносимые потери; T0 – шумовая температура принимающей антенны.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1613)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |