Радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах (стр. 10 из 24)
В таблице 2.5 приведены ослабления мощности сигнала при использовании антенн считывающего модуля с линейной поляризацией. В большом потоке приема/выдачи товара в складской логистике, метки, в общем случае, могут быть ориентированы по отношению к антеннам считывателя случайным образом. В этом случае неизбежны ситуации, обусловленные такими положениями метки, при которых объекты (товары) не будут идентифицированы. Ошибки, возникающие в случае не идентификации объектов, могут привести к серьезным экономическим убыткам и проблемам безопасности.
Таблица 2.5 – Ослабление сигнала при различных ориентациях метки
| Ориентация метки, º | Ослабление сигнал, дБ |
| 0 | 0,0 |
| 15 | 0,3 |
| 30 | 1,25 |
| 45 | 3,01 |
| 60 | 6,02 |
| 75 | 11,74 |
| 90 | ∞ |
Проблемы идентификации меток, связанные с несовпадением плоскостей поляризации антенн метки и считывателя, решаются применением антенн считывающего модуля с круговой поляризацией.
Перейдем непосредственно к расчету антенны.
Входной импеданс метки в последовательной эквивалентной схеме(рисунок 2.15) будет иметь общий вид Rm=Zm+jXm, Исходя из предварительных расчетов, произведенных в п. 2.2.2 входной импеданс имеет большую емкостную составляющую и сравнительно небольшую активную составляющую. Как известно, для максимальной передачи мощности от генератора в нагрузку их импедансы должны быть комплексно-сопряженными. Поэтому импеданс антенны, приведенный к зажимам метки, должен иметь достаточно большую индуктивную составляющую и небольшую активную составляющую, равную активной составляющей импеданса метки.
Рисунок 2.15 – Последовательная эквивалентная схема включения входного приемо-передающего ВШП и антенны.
Расчет согласующих элементов будет произведен из условия компенсации статической емкости входного преобразователя:
1/(2πfL)= 2πfCВШП
L=1/((2πf)2* CВШП)=27(нГн).
Найдем геометрическую длину вибратора на центральной частоте 909 МГц [20]. Данной частоте соответствует длина волны:
В полуволновом вибраторе можно пренебречь потерями, поэтому основную роль при конструировании данного типа антенн играет активная составляющая импеданса антенны. Оно зависит от соотношения λ/d, где d – диаметр провода. Зависимость входного сопротивления полуволнового вибратора от отношения λ/d приведена на рисунке 2.16.
Рисунок 2.16 - Зависимость входного сопротивления полуволнового вибратора от отношения λ/d
Как уже отмечалось ранее активные составляющие импеданса антенны и метки должны быть равны, а именно:
RA=RM=59.5 (Ом).
Тогда по графику:
λ/d=550,
где d=601,82 мкм – диаметр проволоки антенны.
По графику (рисунок 2.17) определим коэффициент укорочения антенны:
К=0,938.
Требуемая длина вибратора будет равна, м.:
L= λ/2*K=0.155235.
Рисунок 2.17 – Коэффициент укорочения полуволнового вибратора в зависимости от отношения λ/d
Однако применение антенны таких размеров нецелесообразно ввиду большой площади, занимаемой антенной. Поэтому преобразуем вибратор, изогнув его в виде меандра. Для этого возьмем типовую конструкцию, исследованную в [21]. Длина плеча такой антенны будет приближенно равна: l=0,0133L (2Lэ=0,7L). Из зависимости (рисунок 2.18) следует, что активное сопротивление при резонансе хорошо согласуется с входным активным сопротивлением приемо-передающего ВШП.
Рисунок 2.18 – Зависимость импеданса меандра от электрической и физической длины.
Меандр имеет угол половинной мощности излучения (в плоскости, перпендикулярной рисунку 2.19) около ±41° (у обычного полуволнового диполя - ±39°).
Рисунок 2.19 – Общий вид полуволнового вибратора в виде меандра.
Коэффициент усилении антенны по отношению к изотропному излучателю 2 дБ.
Порядок расчета печатных и проволочных антенн аналогичен. Ширине печатной дорожки печатной антенны соответствует диаметр провода проволочной антенны.
2.4.1 Печатная согласующая индуктивность
Произведем расчет печатной катушки квадратной формы (рисунок 2.20) [22]. Параметры катушки рассчитывают по номограмме, изображенной на рисунке 2.21.
Рисунок 2.20 – Печатная индуктивность
Рисунок 2.21 – номограмма для расчета катушек квадратной формы
На шкале значений А и А/α выбираем произвольные точки и проводим прямую линию их соединяющую. Через точку пересечения этой прямой с неоцифрованной вспомогательной шкалой и точку, соответствующую заранее вычисленной величине индуктивности (27 нГн), также проведем линию до пересечения со шкалой W. Полученные значения: А=2.28 см; количество витков W=2,7; α=0.27 см. Ширину печатного проводника вычисляем по формуле:
S≥(А- α)/4W=0.186(см).
В качестве примера приведем вариант построения карты идентификации на основе метки на ПАВ с использованием рассчитанных ранее элементов (рисунок 2.22).
1 – согласующая печатная индуктивность;
2 – контакт;
3 – РЧИД-метка на ПАВ;
4 – Печатная плата;
5 – Антенна;
6 – Крепежное отверстие.
Рисунок 2.22 – Идентификационная карта с использованием РЧИД-метки на ПАВ
2.4.3 Оценка вносимых устройством потерь в принимаемый/передаваемый сигнал
Потери, вносимые приемо-передающим ВШП, согласованным с антенной оцениваются выражением:
│АВШП (ω)│≈5,8(дБ).
С учетом усиления антенны в 2дБ (п. 2.3.3):
А(ω)≈5,8-2=3,8(дБ).
Таким образом, мощность принимаемого сигнала уменьшается в 2,4 раза при преобразовании электромагнитного импульса в пучок ПАВ.
Затухания, вносимые в пучок ПАВ при распространении на свободной от электродов поверхности подложки на частоте 909МГц составляют не более 0.3 дБ/мкс. При заданном промежутке между импульсами в 74 нс и с учетом максимально возможного расстояния между приемо-передающим ВШП и первым отражателем в 10 мм (примерно 3 мкс), потери на распространение будут равны:
АСВ. ПОВ=2*0,3(0,074*19+3)=2.64(дБ).
Умножение на 2 означает, что ПАВ проходит как в прямом, так и в обратном направлении по поверхности подложки.
В свою очередь потеря мощности на отражение при прохождении через отражательный массив может быть определена с удовлетворительной точностью как:
АОТР=10log(Pвшп /P20)=10log(42/0.11)=26(дБ).
Таким образом, результирующие потери будут равны:
АРЕЗ=2 А(ω)+АСВ. ПОВ+ АОТР=7,6+2,64+26≈36(дБ).
Таким образом, приходящий от метки сигнал будет ослаблен на данную величину.
2.4.4 Проверка работоспособности меток
Работоспособность корпусированных меток можно легко проверить бесконтактным способом, причем возможен опрос нескольких устройств одновременно. На рисунке 2.23 показан тестовый стенд для измерения корпусированных меток. Прибор содержит измеритель АЧХ, показания которого выводятся на ЭВМ. В месте соединения кабелей подключена антенна – полуволновый вибратор.
Рисунок 2.23 – Тестовый стенд для измерения корпусированных меток
Подавая сигнал с линейно меняющейся во времени частотой с входа на выход можно наблюдать на экране ЭВМ АЧХ, снимаемой с антенны прибора. Электромагнитные волны, излучаемые этой антенной, поступают на ВШП метки и затем, проходя через систему отражателей, приходят обратно уже в виде временных откликов. Происходит интерференция сигнала от метки с сигналом, подающимся с выхода на вход измерителя АЧХ. Это приводит к тому, что суммарная АЧХ имеет изрезанную форму.
Получаемы импульсные отклики должны совпадать по времени со значениями, указанными на рисунке 2.10.
3. Организационно-экономическая часть
3.1 Оценка эффективности инновационного процесса
Для оценки эффективности инновационного процесса необходимо:
1) определить себестоимость одного из его этапов;
2) определить себестоимость всего инновационного проекта.
3.1.1 Определение себестоимости инновационного процесса
В себестоимость инновационного процесса включаются суммарные затраты по всем этапам выполнения, независимо от источника их финансирования. Определение затрат производится путем составления калькуляции плановой себестоимости, которая составляется по следующим статьям: материалы, оборудование, основная и дополнительная заработные платы, отчисления на социальное страхование, расходы на служебные командировки, затраты по работам, выполняемым сторонними организациями, прочие прямые расходы, накладные расходы.
В качестве базового этапа принимается этап НИР или ОКР. Рассчитав полную себестоимость этого этапа, рассчитывается себестоимость инновационного процесса в соответствии с заданным соотношением (таблица 3.1)