CN101847216A - 一种大数据容量的声表面波射频电子标签 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大数据容量的声表面波射频电子标签，包括：压电基片、叉指换能器和分布式反射栅阵，所述的叉指换能器与分布式反射栅阵位于所述的压电基片之上，其特征在于，所述的第一叉指换能器和第一分布式反射栅阵的传播路径之间设置有第二叉指换能器；所述的第一分布式反射栅阵的脉冲信号的无编码间隔的脉冲间隔之间设置有第二分布式反射栅阵，该第二分布式反射栅阵用于与第二叉指换能器组成针对另一频率的声表面波电子标签。本发明在单个频率叉指换能器和分布式反射栅阵结构的基础上，利用声波传播路径和脉冲信号的无编码间隔，添加第二组另一频率叉指换能器和反射栅阵，在不增加射频电子标签尺寸的基础上，大幅扩充电子标签的编码容量。
Description
技术领域
本发明属于声表面波技术领域，特别涉及一种大数据容量的声表面波射频电子标签。
背景技术
声表面波(SAW)电子标签的技术开发始于上世纪80年代末，鉴于其本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强等优点，声表面波标签的研究成为一个热点。
如图2所示，典型的SAW RFID标签系统包括阅读器(Reader)和射频标签两部分，阅读器经天线发射射频查询脉冲，并接收标签返回的信号，处理后得到阅读范围内的标签信息。SAW标签是一个单口器件，包括标签天线、叉指换能器(IDT)和一系列编码的反射栅。IDT直接与标签的天线连接，接收从阅读器发射来的查询信号，把接收到的信号转换为声表面波。沿基片表面传播的声表面波遇到反射栅阵后会发生反射与透射，在IDT端产生唯一编码的声波脉冲。该脉冲通过IDT转换为射频波发射出去。
含有编码信息的反射声波被阅读器接收需要一定的时延，用以区别于环境噪声的影响。一般而言，时延时间至少为1微秒。如果采用128°YX-LiNbO3为基片材料，叉指换能器与反射栅阵之间的间隔至少为3.8mm左右。文献一：″Programmablereflectors for SAW-ID-tags″，1993 ULTRASONICS SYMPOSIUM，pp.125-130，指出当反射栅条的宽度为0.25倍声波波长的时候，可实现对特定频率声波的反射。文献二：″A global SAW ID Tag with large data capacity″，2002ULTRASONICSSYMPOSIUM，pp.65-69，文中实现一种新的编码方式，其时域间隔远小于脉冲宽度，同时利用相位编码各个小的时间段。信号脉冲部分重叠如果允许，可以通过脉冲之间的间隔设置满足奈奎斯特采样定律，从而在不影响信号识别的基础上增加脉冲密度，实现更多的编码容量。文献二中提出了GOST(global SAW TAG)的编码方式，其中一个编码位的结构如图4所示。可见，两个脉冲组之间至少需要空出13个时间间隔以满足奈奎斯特采样定律。在一定程度上造成了空间资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有的单个叉指换能器和分布式反射栅阵的压电基片上由于闲置声波传播路径和脉冲信号的无编码间隔造成的声表面波反射电子标签造成的资源浪费，从而提供一种大数据容量的声表面波射频电子标签。
本发明提出的一种大数据容量的声表面波射频电子标签，它在常规的声表面波射频电子标签(SAW RF-ID tag)的基础上，进行的结构和设计优化。在不增加声表面波射频电子标签尺寸的基础上，同时采用时分与频分多址技术，大幅扩充声表面波射频电子标签的编码容量。
为实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提出的一种大数据容量的声表面波射频电子标签，该声表面波电子标签包括：压电基片、叉指换能器和分布式反射栅阵，所述的叉指换能器与分布式反射栅阵位于所述的压电基片之上，其特征在于，
所述的第一叉指换能器和第一分布式反射栅阵的传播路径之间设置有工作频率不同的第二叉指换能器；
所述的第一分布式反射栅阵的脉冲信号的无编码间隔的脉冲间隔之间设置有第二分布式反射栅阵，该第二分布式反射栅阵用于与第二叉指换能器组成针对另一频率的声表面波电子标签。其中，所述的第二分布式反射栅阵的单根反射栅宽度由第二叉指换能器的工作频率确定，其编码位数由第一分布式反射栅阵的无编码的脉冲间隔大小决定。
上述技术方案，所述的声表面波电子标签的两组反射栅阵均可采用脉冲位置编码(pulse position encoding method)，或者脉冲状态编码(on/offpulse encoding)，还可同时采用时间和相位编码，且第一分布式反射栅阵和第二分布式反射栅阵的电极采用金属制成；所述的第一分布式反射栅阵和第二分布式反射栅阵包含的反射条的宽度能够设置成不同的值，用于反射不同频率的声表面波；此外，所述的第一分布式反射栅阵和第二分布式反射栅阵能够设置反射条的数量、位置或SAM的传播和反射特性，用于控制编码特定的声波信号。
所述的声表面波电子标签中，两个叉指换能器的工作频率不同，彼此之间不存在干扰。
上述技术方案，所述的声表面波电子标签的压电基片采用128°YX切向的铌酸锂(128°YX-LiNbO3)、131.5°YX切向的铌酸锂(131.5°YX-LiNbO3)、YZ切向的铌酸锂材料、X-112°切向的钽酸锂(X-112°LiTaO3)、四硼酸锂(LBO)、硅酸镓镧(LGS)等制成。所述的反射栅条的电极材料采用金属制成。作为优选，所述的反射栅条的电极材料采用金、铜或铝制成。
本发明的优点在于，在常规的声表面波射频电子标签(SAW RF-ID tag)的基础上，进行的结构和设计优化。利用第一组反射栅阵的脉冲信号的无编码间隔，进行对应第二组叉指换能器所产生声波信号的编码工作。因此，本发明可以实现不增加声表面波射频电子标签尺寸的基础上，同时采用时分与频分多址技术，大幅扩充声表面波射频电子标签的编码容量。
附图说明
图1为42°LiTaO3的基片材料器件参数计算结果示意图；
图2为常规的声表面波射频电子标签工作原理图；
图3为本发明一种大数据容量的声表面波射频电子标签的结构示意图；
图4为现有的GOST一个编码组结构示意图。
附图标识
1-a第一叉指换能器 1-b第二叉指换能器 2-a第一分布式反射栅阵
2-b第二分布式反射栅阵 3、压电基片 4、发送天线
5、接收天线 6、读写器
具体实施方式
下面结合附图针对本发明做进一步详细描述。
根据文献一中提出可通过调整反射栅条宽度实现对特定频率声波的反射，我们针对42°LiTaO3的基片材料，制作铝金属电极的情况下，计算单周期反射率的数值大小，具体如图1所示。
由图1可以发现，在不同工作频率处，其反射率差别很大，此图中相对膜厚为0.16，金属化比为0.5。因此可以通过改变反射栅条的宽度，实现对特定频率声波的反射。
如图3，本发明一种大数据容量的声表面波射频电子标签，主要包括：压电基片、两个发射叉指换能器和两组分布式反射栅阵。压电基片3采用128°YX-LiNbO3，叉指电极采用金属铝，第一个叉指换能器(1-a)的中心频率为2.45GHz，第二个叉指换能器(1-b)的中心频率为2.00GHz，叉指换能器1-a、1-b、金属反射栅阵2-a、2-b均依附在压电基片3上。其中反射栅阵2-a中包含10组脉冲编码，一共有9个脉冲间隔可用于与叉指换能器1-b相对应的反射栅阵2-b的设置。叉指换能器1-a、1-b接收到询问信号并转化为声表面波信号，该声波信号在基片表面传播。经过反射栅阵2-a、2-b，按照特定的栅阵特性，实现声波信号的反射、延迟等，可以得到由栅阵结构控制(栅条数量、位置、SAW的传播和反射特性等)编码的特定的声波信号，再次通过叉指换能器1-a、1-b进行信号转换，阅读器在接收信号后，先进行频域滤波，分辨两组频率不同的编码信号，再对各个编码进行特定的分析。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种大数据容量的声表面波射频电子标签，该电子标签包括：压电基片、叉指换能器和分布式反射栅阵，所述的叉指换能器与分布式反射栅阵位于所述的压电基片之上，其特征在于，
所述的第一叉指换能器和第一分布式反射栅阵的传播路径之间设置有第二叉指换能器；
所述的第一分布式反射栅阵的脉冲信号的无编码的脉冲间隔之间设置有第二分布式反射栅阵，该第二分布式反射栅阵与第二叉指换能器组成针对另一不同频率的声表面波电子标签；
其中，所述的第二分布式反射栅阵的单根反射栅宽度由第二叉指换能器的工作频率确定，其编码位数由第一分布式反射栅阵的脉冲信号的无编码的脉冲间隔大小决定。
2.根据权利要求1所述的大数据容量的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的第一分布式反射栅阵和第二分布式反射栅阵采用脉冲位置编码、脉冲状态编码或/和采用时间和相位编码。
3.根据权利要求1所述的大数据容量的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的压电基片采用128°YX切向的铌酸锂(128°YX-LiNbO3)、131.5°YX切向的铌酸锂(131.5°YX-LiNbO3)、YZ切向的铌酸锂材料、X-112°切向的钽酸锂(X-112°LiTaO3)、四硼酸锂(LBO)或硅酸镓镧(LGS)。
4.根据权利要求1所述的大数据容量的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的第一分布式反射栅阵和第二分布式反射栅阵的电极采用金属制成。
5.根据权利要求1所述的大数据容量的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的第一分布式反射栅阵和第二分布式反射栅阵包含的反射条的宽度能够设置成不同的值，用于反射不同频率的声表面波。
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