专利名称：声表面波目标非接触自动识别系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种目标非接触自动识别系统，特别涉及一种在射频识别(RFID)领域中采用声表面波技术制作的目标非接触自动识别系统。
背景技术：
目前在目标非接触自动识别系统中普遍采用射频识别技术。射频识别技术中普遍采用以集成电路(IC)芯片为核心制作的电子标签，又称智能标签，广泛应用于物流管理、门禁控制、票务系统及车辆管理、自动收费系统，还有动物饲养管理等诸多领域。对于采用集成电路(IC)芯片制作的非接触电子标签系统来说无法用于目标体距离较远，或快速运动的目标体的场合，以美国德州仪器仪表公司为例，该公司开发的系列产品如23mm玻璃感应器，识别距离≤0.6米，在实际应用中以IC芯片为核心制作的电子标签也暴露了一些固有特性的局限性。在一些畜牧饲养场对奶牛或肉用牛或禽类管理上应用耳牌标签，这种耳牌标签，其形态大小安装固定方式基本相同，有一个统一标准尺寸，而IC芯片电子标签由于其结构上局限和识读距离短，只有1米左右，如ISO15693标准要求也只能＜1米，操作使用不方便，成本也比较贵，而且不能在高/低温、高电磁辐射等恶劣的环境中使用。另外在金属和液体产品上电子标签受到干扰，不能正常在金属和液体产品上读取数据。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种声表面波目标非接触自动识别系统。本发明主要采用声表面波(SAW)技术，其工作原理为识读器发射的射频信号经过芯片上的适配天线的接收，同时连接电声换能器上，换能器的声同步频率与识读器发射频率一致，这时在芯片换能器上产生谐振状态。同时声表面波(SAW)芯片是制作在压电晶体上，而且铌酸锂具有高机电耦合系数和高反射系数，SAW芯片没有整流损耗，这样讯号一进一出的损耗很小，SAW芯片的识读距离大，加上芯片与天线阻抗匹配容易解决。芯片天线的接收和发射效率大大提高，又为识读距离的提高增加一个技术途径。
本发明系统主要包括识读器、电子标签，电子标签由声表面波芯片、电声换能器、反射器、天线组成，其特征在于所述识读器设有询问脉冲发射电路、振荡器、时钟电路，天线收发转换开关电路完成询问脉冲的发射与电子标签反射讯号的接收，通过模数转换电路，由微控制器识别，所述电子标签是无源标签，声表面波(SAW)芯片采用170MHz～2.7GHz射频工作频段，依靠电声换能器驱动，电声换能器是双极性器件，反射器产生一个预定的码，天线采用对称偶极子、收发共用、全向性方式，声表面波芯片、电声换能器、天线采用工程塑料封装成一体。声表面波(SAW)芯片由单晶基片为压电性基片，采用具有高机电耦合系数铌酸锂LINBO3切型128°y旋转切割铌酸锂材料为芯片基材。天线采用近よ/4的对称偶极子天线，即园极化天线，两根天线分别接在叉指换能器两叉指极上，并使其完全平衡对称。
本发明的优点是电子标签不需配备电源的无源标签，系统能用于高速运动物体的场合，系统不受金属、液体的干扰，可在金属和液体产品上读取，可用于高电磁辐射场合或环境温度恶劣的场合，抗干扰性能强。本发明的SAW标签识读距离远，是现有IC芯片标签识读距离的5-10倍。
图1本发明的识读器电路框图；图2本发明的电子标签工作原理图；图3本发明的声表面波芯片结构图；图4本发明433.92MHz频率的SAW芯片一对收发天线结构图；图5本发明915MHz频率的SAW芯片一对收发天线结构图；图6本发明433.92MHz频率的SAW芯片的封装结构图；图7本发明915MHz频率的SAW芯片的封装结构图；具体实施方式
实施例一下面结合附图进一步说明
具体实施例方式参见图1，在声表面波(SAW)芯片2上反射系统的结构设计时就决定了编码体系，识读器1就是在接收到目标的反射讯号进行必要的处理与解调，从而确认被识别的对象，由于目标SAW芯片2的天线是全向的无法规定目标在接收和反射方位，因此对于反向散射的射频识别系统的作用距离与识读器发送功率的四次方根成比例。如果想使作用距离翻一番，那么必须使发送功率在其它条件不变的情况下增加十六倍，这显然在工程上行不通，也是不允许的。
见经典的雷达方程式SBACK＝P·G·≥/(4T)2·R4P识读器的发送功率G发送天线的增益R识读器天线与目标之间距离
≥雷达散射截面SBACK反射到识读器天线的功率密度本实施例的识读器选用了以下参数载波频率433.92MHz载波功率1～2W在识读器1内设有天线收发转换开关，从而完成询问脉冲的发射与标签反射讯号的接收在时间上是交叉进行的，其结果是收发共用一付天线。因此识读器天线的好坏，对于识别距离起着非常重要的作用，来回讯息都要经过它。
终端数据经操作系统处理后显示。
参见图2，SAW芯片2工作频率，射频太低，SAW芯片2尺寸大，基材用料多，芯片封装的难度加大，强度也较难得到保证，芯片适配的天线尺寸也大，因此在现有的耳牌尺寸70mm×45mm内设置与芯片适配的天线关键是所选工作频率，选择的射频频率太低会造成天线部分安装不下，也就体现不出SAW芯片2的优劣性。工作频率选高一些，SAW芯片2尺寸小，用料少，芯片封装容易，强度得以保证。但由于频率选高，造成所用材料的介质损耗将大大增加，影响识读距离。而且制作芯片的设备价格是呈几何级数提升的，芯片的成本随之提高。因此，在畜牧业标签牛耳牌尺寸容许的最大面积内，尽量选用高的工作频率，本实施例选用433.92MHz为畜牧业家畜类牛的耳标工作频率。
反射器设置反射器的结构决定了接收的电信号，随之而产生的回答讯号的类型和程式，即产生一个预定的码。例如通过为预定的信息比特数给设定好反射器结构，可把信息定义为二进制形式，反射器结构即1位相应于设有反射器，0位相应于缺省反射器，也就是说回到发射换能器的反射产生于有反射器的上，而缺省的反射器其反射无反射回应。参见图3，输入一个射频单脉冲，结果应答回来的一串脉冲就成了100111011。这样的反射器设计就产生了一个预定的码，称之为幅度调制的编码，识读器把接收到这一串脉冲(即100111011)解出来，即完成一次识别。在畜牧业家畜类的运用中，本发明选用了幅度位置编码。对反射器设计也就是固定一定数量的反射器，个数在反射器起位与止位之间，移位其余的反射器位置(即不等间隔)，从而达到不同的应答讯号(不同的回码)。当然取决于我们解码的时间精度。目前达到0.1μs。解码精度越高，编码的容量就越大，识别的目标数量就越多。
参见图4，SAW芯片2适配天线选择，当频率选定后在很大程度上限制了天线的选用与设计，首先SAW芯片上的收发天线，必须是全向性的方向图，不可以定向接收或发射，这样将直接影响标签使用范围。
SAW芯片2内的换能器是双极性器件，因此不能选用鞭状天线，因它的单极性换能器只能连接一个极，造成接收到的讯号不平衡。从而使声表面波SAW芯片2不能正常工作。据此，SAW芯片2只能选用对称偶极子天线，即园极化天线，两根天线分别接在叉指换能器两叉指极上，并使其完全平衡对称。
天线3的效能(接收与发射)都和该频率的波长关系密切，由于耳牌尺寸限制，绝对安排不下与波长长度相等的两根天线(433.92MHz波长よ700mm)，因此只能在有限面积内，采用近よ/4的改良对称偶极子天线，在允许面积多次拐弯打折，来设法满足天线长度的要求。天线3的功能是双向传输的，发射讯号的接收，响应识别的讯号的发射。即收、发共用一付天线，它的收发工作又是同频下进行。因此天线的增益(实际上是负增益)很重要。如果单向增加1db，那么简单计算，一来一去创造了2db的工作效能，反之就要增大损耗。
参见图6，SAW芯片2的包封材料的选择，在SAW芯片2其本身就有它的封装，而这种封装只考虑如何保护芯片正常工作方面考虑与外面收发天线连接的考虑，称其为芯片封装(又称一次封装)。再要把芯片和天线连接好后用具有生物性能食品级防霉变的工程塑料，本实施例选用LG公司与拜耳公司的工程塑料封装(或称二次封装)制成标签。
识读距离为≤3米实施例二与实施例一相同，不同的是SAW芯片2的工作频率选用915MHz，天线在允许面积多次拐弯打折参见图5，将该915MHz的SAW芯片2应用于畜牧业家禽类的蛋鸡与肉鸡的管理中，由于鸡本身的个体小，承重和安装受到限制，特别在刚出生时，体态不允许承担重而大的标签，标签尺寸为53mm×16mm，加上识读距离不需要太远，因此家禽类的典型应用鸡类对应它的SAW芯片识读器也工作在这个频率上。识读距离为≤1米。
权利要求
1.一种声表面波目标非接触自动识别系统，主要采用声表面波技术，包括识读器，电子标签，电子标签由声表面波芯片、电声换能器、反射器、天线组成，其特征在于所述识读器设有询问脉冲发射电路、振荡器、时钟电路，天线收发转换开关电路完成询问脉冲的发射与电子标签反射讯号的接收，通过模数转换电路，由微控制器识别，所述电子标签是无源标签，声表面波芯片采用170MHz～2.7GHz射频工作频段，依靠电声换能器驱动，电声换能器是双极性器件，反射器产生一个预定的码，天线采用对称偶极子、收发共用、全向性方式，声表面波芯片、电声换能器、天线用工程塑料封装成一体构成电子标签。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波目标非接触自动识别系统，其特征在于所述声表面波芯片由单晶基片为压电性基片，采用具有高机电耦合系数铌酸锂LINBO3，切型128°y旋转切割铌酸锂材料为芯片基材。
3.根据权利要求1所述的一种声表面波目标非接触自动识别系统，其特征在于所述电声换能器为叉指换能器，该换能器是三端对器件，即一电端，两声端。
4.根据权利要求1所述的一种声表面波目标非接触自动识别系统，其特征在于所述天线采用近よ/4的对称偶极子天线，即园极化天线，两根天线分别接在叉指换能器两叉指极上，并使其完全平衡对称。
全文摘要
一种声表面波目标非接触自动识别系统，采用声表面波技术，包括识读器、电子标签，所述识读器设有询问脉冲发射电路、振荡器、时钟电路，天线收发转换开关电路完成询问脉冲的发射与电子标签反射讯号的接收，通过模数转换电路，由微控制器识别，所述电子标签是无源标签，声表面波芯片采用170MHz～2.7GHz射频工作频段，依靠双极性器件的电声换能器驱动，天线采用对称偶极子、收发共用、全向性方式，标签用工程塑料封装成一体。优点是是电子标签不需配备电源的无源标签，系统能用于高速运动物体的场合，识读距离远，可用于高电磁辐射场合或环境温度恶劣的场合，抗干扰性能强。
文档编号G06K7/00GK1885301SQ20051002713
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月24日 优先权日2005年6月24日
发明者刘建国 申请人:上海古盛电子科技有限公司