ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2017, № 10 · РАДИОТЕХНИКА

Радиочастотные метки на поверхностных акустических волнах в диапазоне 2.4-2.483 ГГц для антиколлизионных систем идентификации

С.Г. Сучков1, С.А. Никитов1,2, С.С. Янкин1, А.А. Пиловец1, С.В. Комков1, В.А. Николаевцев1, Ю.А. Шатрова1

1 Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Россия
2 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
Полный текст (PDF) УДК 621.396:534 EDN ZTLVPX

Аннотация

Теоретически и экспериментально исследованы характеристики антиколлизионной системы радиочастотной идентификации (РЧИ) в диапазоне частот 2.4-2.483 ГГц (ISM диапазоне) с использованием радиочастотных идентификационных меток (РИМ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с дискретно-временным кодированием. Представлены результаты расчета и экспериментальных исследований характеристик РИМ и ее приемо-передающей антенны. Показана возможность реализации антиколлизионной системы РЧИ с РИМ на ПАВ, позволяющей одновременно идентифицировать до 100 близко расположенных объектов, при использовании дискретно-временного кодирования с моноимпульсным режимом опроса. Максимальная дальность идентификации объектов в данной системе составляет 20 м.

  • радиочастотная идентификация
  • поверхностные акустические волны
  • проблема коллизии
  • электронная литография
  • дискретно-временное кодирование
Abstract (in English)

This article is dedicated to the problem of anti-collision protection of system of radio frequency identification (RFID) of objects. Such system is based on RFID tags on surface acoustic waves (SAW) and operating in the microwave band. Method of discrete-time coding is realized in this system. The optimal design of the RFID tags for such system is found in this paper. Calculation of the topology of the metalized structure was carried out by the finite element method. The finite thickness of the electrodes, the SAW energy scattering into the volume and the difference in the material constants between the film structures and the bulk material were taken into account. The geometric parameters of the interdigital transducer fingers and the reflective structure pins and the sizes of the code position are given. The simulation results and experimental responses of the RFID tag and its transceiver antenna are presented. Frequency S11 and time-domain S(t) responses of anti-collision RFID tags are shown. The frequency response S11 of the antenna and its impedance are shown in the form of Smith chart. The responses of the anti-collision RFID system based on SAW tags with discrete-time coding in the ISM frequency band (2.4 - 2.483 GHz) were studied theoretically and experimentally. The time-domain simultaneous response S(t) of the seven anti-collision RFID tags is presented. The possibility of creation of an anti-collision RFID system based on SAW tags which allows us to identify simultaneously up to 100 closely located objects is shown. Such possibility occurs if one uses the discrete-time coding with a single-pulse interrogation mode. The maximal distance of identification of the objects in such system is 20 m.

Для цитирования

Сучков С.Г., Никитов С.А., Янкин С.С., Пиловец А.А., Комков С.В., Николаевцев В.А., Шатрова Ю.А. Радиочастотные метки на поверхностных акустических волнах в диапазоне 2.4-2.483 ГГц для антиколлизионных систем идентификации // Журнал радиоэлектроники. – 2017. – № 10.

Литература

  1. Turcu C. Development and Implementation of RFID Technology. Vienna: I-Tech, 2009.
  2. Morgan D. Surface Acoustic Wave Filters. L.: Academic Press, 2007.
  3. Cazeca M.J., Mead J., Chen J., Nagarajan R. Passive wireless displacement sensor based on RFID technology.//Sensors and Actuators A: Physical. 2013. V. 190. Р. 197.
  4. Volk T., Gorbey S., Grünwald W., Bhattacharyya M., Reindl L., Lemmer B., Jansen D. Semi-passive powered biotelemetry for small animals.//Sensors and Actuators A: Physical. 2015. V. 221. Р. 95.
  5. Salmerón J.F., Rivadeneyra A., Agudo-Acemel M., Capitán-Vallvey L.F., Banqueri J., Carvajal M.A., Palma A.J. Printed single-chip UHF passive radio frequency identification tags with sensing capability.//Sensors and Actuators A: Physical. 2014. V. 220. Р. 281.
  6. Finkenzeller K. RFID Handbook. New York: John Wiley and Sons, 2003.
  7. Plessky V., Reindl L. Review on SAW RFID tags.//IEEE Trans. 2010. V. UFFC-57 №. 3. Р. 654.
  8. Scholl G., Schmidt F., Ostertag T., Reindl L., Scherr H., Wolff U. Wireless passive SAW sensor systems for industrial and domestic applications.//Proc. 1998 IEEE Frequency Control Symp., Los Angeles, USA 27-29 May 1998. N.Y.: IEEE, 1998. P. 595.
  9. Harma S., Arthur W., Hartmann C., Maev R.G., Plessky V.P. Inline SAW RFID tag using time position and phase encoding.//IEEE Trans., 2008.V. UFFC-55, №. 8. Р. 1840.
  10. Дмитриев В.Ф., Койгеров А.С. Исследование радиоидентификаторов на поверхностных акустических волнах с заданными корреляционными свойствами.//РЭ, 2011. Т. 56. № 10, С. 1268.
  11. Plessky V., Lamothe M., Davis Z., Suchkov S. SAW tags for the 6-GHz range.//IEEE Trans. 2014. V. UFFC-61. № 12. P. 2149.
  12. Suchkov S.G., Yankin S.S., Nikolaevtsev V.A., Suchkov D.S., Shatrova I.A., Ermishin V.V., Nikitov S.A. Radiofrequency identification system based on surface acoustic waves for novel frequency range 6 GHz.//Proc. 2014 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering, Saratov, Russian Federation, 25-26 Sept. 2014. Saratov: SSTU. P. 307.
  13. Сучков С.Г., Николаевцев В.А., Сучков Д.С., Ермишин В.В., Россошанский А.В. Анализ методом конечных элементов интегральной антенны радиочастотной идентификационной метки в диапазоне частот 5,5-6,5 ГГц.//Известия Саратовского университета. Новая Серия. Серия Физика. 2014. Т. 14. № 2. C. 12.
  14. Malocha D., Gallagher M., Fisher B., Humphries J, Gallagher D, Kozlovski N. A Passive Wireless Multi-Sensor SAW Technology Device and System Perspectives.//Sensors. 2013. V. 13, P. 5897.
  15. Stelzer A., Pichler M., Scheiblhofer S., Schuster S. Identification of SAW ID-tags using an FSCW interrogation unit and model-based evaluation.//IEEE Trans., 2004. V. UFFC-51, №. 11. Р. 1412.
  16. Reindl L., Scholl G., Ostertag T., Scherr Y., Wolff U., Schmidt F. Theory and application of passive SAW radio transponders as sensors.//IEEE Trans. 1998. V. UFFC-45. № 5. P. 1281.
  17. Hartmann C., Hartmann P., Brown P., Bellamy J., Claiborne L., Bonner W. Anti-collision methods for global SAW RFID tag systems.//Proc. 2004 IEEE Int. Ultrasonics Symp. Montreal 23-27 Aug. 2004. N.Y.: IEEE, 2004. P. 805.
  18. Stierlin R., Küng R. Process for carrying out a non-contact remote enquiry. Патент США на изобретение №6407695, опубл. 18.06.02.
  19. Багдасарян С.А., Багдасарян А.С., Карапетьян Г.Я., Нефедова Н.А. Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах. Патент РФ на изобретение № 2344437.//Бюлл. изобр. 2009. № 2.
  20. C. Shannon. A Mathematical Theory of Communication.//The Bell System Technical Journal, 1948. V. 27. Р. 379.
  21. Lehtonen S., Plessky V., Hartmann C., Salomaa M. SPUDT filters for the 2.45 GHz ISM band.//IEEE Trans., 2004. V. UFFC-51, №. 12. Р. 1697.
  22. Сучков С.Г., Николаевцев В.А., Сучков Д.С., Янкин С.С., Ермишин В.В. Пассивная радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах Патент РФ на полезную модель № 135451.//Бюлл. изобр. 2013. № 34.
  23. P. Brown, P. Hartmann, A. Schellhase, A. Powers, T. Brown, C.S. Hartmann, D. Gaines. Asset Tracking on the International Space Station Using Global SAW Tag RFID Technology.//Proc. 2007 IEEE Ultrasonics Symp., New York, 28-31 Oct. 2007. P. 72.
  24. Гуляев Ю.B., Сучков С.Г., Янкин С.С., Никитов С.А., Сучков Д.С., Плесский В.П. Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах в диапазоне частот 6 ГГц.//РЭ. 2015. Т. 60. № 4. C. 429.
  25. Borrero G.A., Bravo J.P., Mora S.F., Velásquez S., Segura-Quijano F.E. Design and fabrication of SAW pressure, temperature and impedance sensors using novel multiphysics simulation models.//Sensors and Actuators A: Physical. 2013. V. 202, Р. 204.
  26. Graczykowski B. The reflection of Rayleigh surface waves from single steps and grooves.//Journal of Applied Physics. 2012. V. 112, № 10, P. 103520.
  27. Darinskii A.N., Weihnacht M., Schmidt H. Surface acoustic wave scattering from steps, grooves, and strips on piezoelectric substrates.//IEEE Trans., 2004. V. UFFC-57, №. 9. Р. 2042.
  28. Сучков С.Г., Баринов Д.А. Анизотропия упругих свойств тонких металлических пленок и её влияние на характеристики устройств на ПАВ.//РЭ. 2002. Т. 47. № 4. С. 510.
  29. Сучков С.Г., Янкин С.С., Никитов С.А., Шатрова Ю.А. Рассеяние поверхностных акустических волн на системе топографических неоднородностей, сравнимых с длиной волны.//РЭ. 2014. Т. 59. № 4. C. 405.
  30. Rosenfield M., Thomson M., Coane P., Kwietniak K., Keller J., Klaus D., Volant R., Blair C., Tremaine K., Newman T., Hohn J. Electron-beam lithography for advanced device prototyping: Process tool metrology.//Journal of vacuum science & technology. B. 1993. V. 11, №. 6, Р. 2615.
  31. Müller A., Konstantinidis G., Buiculescu V, Dinescu A., Stavrinidis A., Stefanescu A., Stavrinidis G., Giangu I., Cismaru A., ModoveanuA. GaN/Si based single SAW resonator temperature sensor operating in the GHz frequency range.//Sensors and Actuators A: Physical. 2014. V. 209, Р. 115.
  32. Chen S.-Y., Hsu P. Hybrid Loop Antenna for 2.4-GHz RFID Tags.//Proc. 2005 IEEE International symposium on antennas and propagation, Seoul, Korea, 3-5 Aug. 2005. N.Y.: IEEE, 2005. P. 1045.
  33. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03 (с изменениями на 2 марта 2009 года).