Пассивная антиколлизионная радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с частотно-временным кодовым различием

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации подвижных и неподвижных объектов, например, в железнодорожном и автомобильном транспорте.

Известны радиочастотные устройства идентификации объектов на поверхностных акустических волнах (А.с. СССР №№1.773.191, 1.832.318; патенты РФ №№2.095.825, 2.126.165, 2.158.936, 2.176.092, 2.276.406, 2.276.796, 2.333.512, 2.334.440; патенты США №№4.068.232, 4.392.102, 4.620.191, 4.724.427, 4.857.893, 6.061.614; патент Великобритании №2.289.602; патенты WO №№93/13.495, 96/33.423, 98/41.829; патент ЕР №0.585.132; Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990, с. 12, рис. 1, 2, «Идентификационная метка, работающая с поверхностными акустическими волнами» (патент РФ №2.158.936, G01S 13/02, 1995), электронный паспорт изделия РФ №2468386, RU 125535 U1; B61L 25/00 Устройство радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта, антиколлизионная система радиочастотной идентификации (№2333512), устройство радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах (№2344440).

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является устройство идентификационной ПАВ-метки, имеющее встречно-штыревой преобразователь, делающий возможным кодовое различение, и способы ее использования и изготовления (ЕА 007777 В1, H01L 41/08 (2006.01)). В известном устройстве предложена идентификационная метка на поверхностных акустических волнах (ПАВ), имеющая кодированный преобразователь, а также способы использования и изготовления такой метки. Известная метка содержит: пьезоэлектрическую подложку, имеющую некоторое количество отражателей, распределенных по группе слотов, размещенных на этой подложке в соответствии с импульсными и фазовыми характеристиками, для кодирования числа в соответствии с импульсными и фазовыми характеристиками; а также ПАВ-преобразователь, размещенный на этой подложке для генерирования кодированного импульса опроса.

Недостатком известной ПАВ метки является ограниченная возможность кодового различия нескольких меток только во временной области. Явление наложение откликов от нескольких пассивных радиочастотных идентификационных меток во временной области носит название коллизии.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение пассивной антиколлизионной радиочастотной идентификационной метки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с функцией, является разделение откликов от M пассивных меток на ПАВ во временной и в частотной области. Проблема коллизии является наиболее острой в промышленности, в железнодорожном и автомобильном транспорте, где радиочастотные идентификационные метки применяются для учета, идентификации, контроля позиционирования, для оптимизации логистики и трафика.

Технический результат заключается в разделении сигналов от нескольких меток в частотной области, в случае, если в области считывания приемо-передающей антенны считывающего устройства ответные импульсы сигналов от нескольких меток совпали во временной области. Таким образом, решается проблема коллизии нескольких меток. Результат достигается благодаря определенной топологии пассивных меток, которая должна содержать однонаправленный встречно-штыревой преобразователь (ВШП) с антенной и отражательные структуры, последовательно расположенные в слотах, по одной в каждом и согласованные со своей определенной частотой. Так, ответный отклик пассивной метки должен представлять собой задержанные на определенные интервалы времени τ_i импульсы, каждый из которых имеет свою частоту f_0i из всех значений частот приходящего на метку сигнала.

Технический результат достигается тем, что первый слот является опорным, а в каждом из N слотов отражающие структуры имеют максимальный коэффициент отражения, согласованный с частотой f_i i-ого импульса опросного сигнала, расстояние между отражающими структурами пропорционально R+X*(n_i-k_i)+X*(n_i+1-k_i+1), где R - расстояние между слотами, n_i - количество возможных позиций в i-ом слоте, X - длина одной позиции в слоте, k_i - порядковый номер позиции i-ого слота, в которой расположена i-ая отражающая структура.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 - пассивная метка антиколлизионная на ПАВ;

На фиг. 2 - ответный сигнал - отклик метки;

И введены следующие обозначения:

1. Антенна.

2. Встречно-штыревой преобразователь.

3. Отражающие структуры.

4. Слоты.

Предлагаемое изобретение функционирует следующим образом. Считывающее устройство (на чертежах не показано) излучает сигнал вида:

Где: и - начальное и конечное время опросного импульса соответственно,

А - амплитуда импульса,

f_i - частота i-ого импульса,

ϕ_i - фаза i-ого импульса,

N - количество опросных импульсов за период длительности опросного сигнала.

Пассивная антиколлизионная радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с частотно-временным кодовым различием, представленная на фигуре 1, состоит из однонаправленного встречно-штыревого преобразователя (2) с антенной (1) и отражающих структур (3), коэффициент отражения которых определен соответствующими частотами импульсов опросного сигнала и последовательно расположенных по поверхности подложки из пьезоэлектрического материала в слотах. Слоты (4), расположенные на определенном расстоянии R, должны быть разделены на n частей. Количество слотов на всей метке N. Первый слот с отражательной структурой должен быть опорным. Все отражательные структуры, согласованные с определенной частотой, могут располагаться в любой из n частей каждого слота.

Приходящий опросный сигнал преобразуется с помощью ВШП в сигнал в виде поверхностных акустических волн. Акустические импульсы распространяются по поверхности пьезоэлектрической подложки. В случае, если частота i-ого импульса совпадает с частотой, с которой согласована отражающая структура - этот импульс отражается обратно в ВШП. Остальные импульсы продолжают свое распространение до тех пор, пока не достигнут соответствующих отражающих структур. Отраженные импульсы приходят обратно в ВШП, и таким образом формируется ответный отклик идентификационной метки в виде последовательных импульсов:

Где: и - начальное и конечное время каждого импульса в отклике метки,

А - амплитуда отраженного i-ого амплитуда импульса,

f_i - частота i-ого импульса,

ϕ_i - фаза i-ого отраженного импульса,

N - количество ответных импульсов от одной ПАВ метки.

Отраженные импульсы представлены на фигуре 2.

Частота, с которой согласована опорная отражающая структура (опорная частота), выбирается из спектра частот сигнала приходящего от считывающего устройства, т.е. от f₁ до f_N. Значение частот для последующих отражающих структур выбирается циклическим сдвигом частоты относительно заранее выбранной опорной частоты. Таким образом, с ВШП в устройство считывателя излучается сигнал в виде последовательности задержанных во времени импульсов, причем каждый со своей частотой.

Импульсы задержаны относительно друг друга во времени, пропорциональном расстоянию, определяемому топологией метки: R+X*(n_i-k_i)+X*(n_i+1-k_i+1), где R - расстояние между слотами, n_i - количество возможных позиций в i-ом слоте, X - длина одной позиции в слоте, k_i - порядковый номер позиции i-ого слота, в которой расположена i-ая отражающая структура.

Таким образом, топология описанной пассивной метки на ПАВ позволяет получить временной и частотный информационный признак для дальнейшего частотно-временного кодирования каждой метки и ее идентификации в случае коллизии нескольких меток.

Источники информации

1. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.

2. Alien Technology Corporation, http://www.alientechnology.com/rfid/ J. Sanford, "Antenna Polarization Considerations in Wireless; Communications Systems", Cushcraft Corporation, http://www.cushcraft.com; Symbol Technologies Inc., "Two RF inputs makes a better RFID tag", http://www.symbol.com/products/rfid.