JPS61104280A - 振幅及び位相変更表面パツドを有する表面音波受動トランスポンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、質問信号を送信する質問装置と、質問信号に
応答してコード化情報を含む応答信号を発生する１つ以
上の″ラベル即ち受動トランスポンダと、応答信号を受
信してこの信号に含まれた情報をデコードする受信・デ
コード装置とを具備した″受動質問ラベルシステム”（
ＰＩＬＳ）に係る。

本発明に関与した形式の受動質問ラベルシステムが、Ｈ
ｏｒｗｉｔｙ二凹氏の米国特許第３゜２７３．１４６号
、Ｃｏ１ｅ及びＶ　ａ　ｕ　ｇ　ｈ　ａ　ｎ氏の米国特
許第３，７０６，０９４号、ＣＯｌ　ｅ及びＶ　ａ　ｕ
　ｇ　ｈ　ａ　ｎ氏の米国特許第３，７５５゜８０３号
、及びＶ　ａ　ｕ　ｇ　ｈ　ａ　ｎ及びＣｏｌｅ氏の米
国特許第４，０５８，２１７号に開示されている。これ
らの特許に開示されたシステムは、電磁エネルギーのＲ
Ｆパルスを送信できる高周波送信を 器を備えている。これらのパルスは、受動トランスポン
ダのアンテナで受信され、そして圧電“ランチ”トラン
スジューサーに送られる。このトランスジューサーは、
アンテナから受けた電気エネルギーを圧電物質において
音波エネルギーに変換する。パルスを受信すると、この
圧電物質に音波が発生され、成る定められた音波路に沿
って送られる。更に、この音波路に沿って規定の間隔で
配置された゛′タップ″１−ランスジューサーが音波を
再び電気エネルギーに変換し、上記のランチトランスジ
ューサーによって電気エネルギーに再変換する。音波経
路に沿った規定の位置にタップトランスジューサが存在
するかどうかによって、応答パルスが、質問パルスに応
じて特定の時間遅延で送信さられるかどうか決定する。

これはは、トランスポンダの応答に含まれる情報コード
を決定する。

音波パルスが、電気信号に再変換される時には、この信
号がトランスポンダのアンテナに送られ、ＲＦ　＝　ｍ
エネルギーとして送信される。このエネルギーは、好ま
しくは質問送信器と同じ位置にある受信器・デコーダで
受信され、質問に対するこの応答に含まれている情報が
デコードされる。

この−膜形式のシステムにおいては、受動トランスジュ
ーサに関連していてこれを識別する情報コードが、タッ
プトランスジューサが圧電物質の基体に付着される時に
、トランスポンダに組み入れられる。上述の様に、音波
経路に沿った規定の位置にタップトランスジューサが存
在するかどうかによって、応答パルスが、質問パルスに
応じて特定の時間遅延で送信されるかどうか決定される
。符合化の形式がこのような場合、Ｎをタップトランス
ジューサの数とすると、可能なコード数は、２のＮ乗と
なる。多くのコードに対しては、相当数のタップトラン
スジューサーを備える必要があるが、しかし、トランス
ジューサーの数を増やすと、エネルギー変換の効率が低
減し、さらにスプリアス信号が応答信号に挿入される。

発明の目的 本発明の目的は、質問信号の受信に応答してエンコード
化情報を含む応答信号を送信するように、質問システム
に使用される受動トランスポンダを提供することである
。

不発明の別の目的は、音波の進行路を画成する基体面を
有する基体と、質問信号を進行路に沿って伝播する音波
に変換する基体表面に配置されているランチトランスジ
ューサの素子と、音波を個々の出力信号に変換する進行
路に沿っである間隔で基体面に配置されている大半のタ
ップトランスジューサーの素子と、このトランスジュー
サの素子の出力信号を混合して応答信号にするためのタ
ップトランスジューサの素子に接続されている回路を具
備した上記形式の受動トランスポンダを提供することで
ある。

本発明の更に別の目的は、多くのコードを最少のトラン
スジューサーで発生できるような上記形式の受動トラン
スポンダーを提供することである。

発明の構成 上記の目的、並びに以下の説明から明らかとなる他の目
的は１本発明によれば、音波の進行経路に沿って支持体
の表面に、トランスジューサー間の音波伝播時間を制御
する音波遅延パッドを配置することによって達成される
。

都合の良いことに、ある遅延パッドは、これらのパッド
の下を通過する音波の減衰をも制御するように構成され
る。この減衰を生じさせる為に、パッドの少なくとも一
端は、音波の伝播路に対して垂直の面で、のこぎり状に
なっている。進行路の方向におけるのこぎり状の幅は、
Ｎが奇数の整数で、λが音波の中心の波長とした場合、
事実上ｎλ／２の倍に等しい。このように、のこぎり状
のパッドにより、のこぎり状になった一端の下を通過す
る部分の音波を各々の点で、位相を１８０度ずれる。

本発明に従って、この遅延パッドを受動質問ラベルシス
テムに使用する。本システムにおいて、この質問装置は
、規定された周波数範囲内で大半の周波数を次々と仮定
している第一の周波数を持った第一の質問信号を伝送す
る。例えば、第一の　　　　　　１周波数は、世界の多
くの場所で短距雛伝送が自由にできる周波数帯、９０５
から９２５ＭＨｚの範囲でよい。

この質問装置と交信しているリモート受動トランスポン
ダは、入力信号として第一の信号を受信し、出力信号と
して第二の信号を出す。信号の変換方法は、交信され、
特定の受動トランスポンダを識別する第二の信号の既知
の情報コードを送る様な方法で、第一の信号を変換する
。

システムの質問装置には、受動トランスポンダーから第
二の信号を受信する受信機と、第一の信号及び第二の信
号の両方、即ち、そこから引出された信号を受信して、
これらの二つの信号を混合し更に別の信号を発生する様
に構成されたミクサとが組み合わされる。例えば、更に
別の信号は、第−及び第二の信号の和と差をそれぞれ含
んでいる。

最後に、システムは、受動トランスポンダと交信する情
報コードを決めるために、この信号に含まれる周波数を
検出するミキサーによって作られる信号に答える信号処
理装置（プロセッサ）を僅えている。

本発明を完全に理解するために、今度は１発明の好まし
い実施例の次の詳細な記述、及び添付図面を参照された
い。

本発明は、図１から図８までの図面を参考にして記述す
る６それぞれの図面の同一の構成部品は、同じ参照番号
で示しである。

第１図から第７図は１本発明を構成している表面音波ト
ランスポンダを備えた信号トランスポンダを示す。第１
図の伝送装置、受信装置とデコーダのシステムは、電圧
制御発信器（ｖＣＯ）２２にのこぎり波を供給する傾斜
信号発生器２０から成っている。ｖＣＯは、周波数９０
５ＭＨｚから周波数９２５Ｍ１（ｚへ直線的に繰り返し
て立ち上がる周波数ｆの出力信号を発生する。この信号
は、ＲＦ増幅器２４で増幅され、伝送・受信スイッチ２
６に送られる。スイッチ２６は、増幅された信号を伝送
増幅器２８又はデコード・ミキサー３０の一方に切り換
える。スイッチ２６は、クロック３２で作られたｌ　Ｏ
ＯＫＨｚの矩形波で制御される。

増幅器２６の出力信号Ｓ１は　外部サーキュレータ又は
伝送・受信（ＴＲ）スイッチ３４に供給され、アンテナ
３６で′改磁ふく射エネルギーとして伝送される。

第１図のシステムに組み合わされたトランスポンダのブ
ロックダイヤグラムが、第２図に示しである。トランス
ポンダは、アンテナ３８で信号Ｓ１を受信し、指示され
た遅延時間ＴＯと△Ｔを持った直列の遅延装置に送る。

各々連続した遅延装置に信号を送った後、信号工０、工
１、Ｉ２．、。

、ＩＮの一部分は、取り出され、和装置１１１に送られ
る。中間信号Ｉｏ１．１．。ＩＮの和の合成信号Ｓ２は
、第１図のシステムのアンテナ３６へ伝送するために、
アンテナ３８に帰還される。

トランスポンダ応答信号Ｓ２は、アンテナ３６で受信さ
れ、サーキュレータ又はＴＲスイッチ３４を通って、受
信増幅器４４へ送られる。この増幅器４４の出力信号Ｓ
４は、ミクサーでスイッチ２６により断続的に送られた
信号Ｓ３と混合される。

ミクサー３０の出力信号Ｓ５は、信号Ｓ３とＳ４の和と
差の周波数を含んでいる。この出力信号は、通過帯域幅
が１から３ＫＨｚのバンドパスフィルタに送られる。フ
ィルタの出力信号は、アンチ一二すアジングフィルタ４
８を通って、サンプル−ホールド回路へ送られる。

サンプル−ホールド装置は、サンプルをＡ／Ｄコンバー
タ５２に信号供給する。次に、このＡ／Ｄコンバータは
、信号に含まれている周波数をフーリエ変換の方法で分
析するプロセッサー５４に、サンプルのデジタル値を送
る。サンプル−ホールド装置５０とＡ／Ｄコンバータ５
２は、ＶＣＯの出力信号の周波数が単調に増加した時、
時間に関して、非直線性に対して補償するサンプル信号
によってストローブされる。

補償を行うために、ＶＣＯ２２で発生した周波数ｆの信
号は、一定の信号遅延時間Ｔｓで緩衝増幅器５６を通っ
て、遅延装置５８へ送られる。

遅延された及び遅延されていない双方の信号は、和周波
数と差周波数を含んでいる信号Ｓ７を発生するミクサー
６０へ供給される。この信号Ｓ７は、差周波数を含んで
いるこの信号の部分のみを通過させるロウパスフィルタ
ー６２へ供給される。ロウパスフィルターの出力信号は
、おのおの正（負の）のゼロ交点でパルスを発生するゼ
ロ交点検出器６４へ供給される。これらのパルスは、サ
ンプル−アンド−ホールド装置５０とＡ／Ｄコンバータ
５２をストローブするのに使われる。

第３図から第５図は、第１図の回路の動作を図示してい
る。第３図は、クロック３２の１００Ｋ）ｌｚの出力周
波数を示し、第４図は、ｖＣＯで発生される信号の掃引
周波数を示している。第５図は、複数の一本線６６で伝
送された信号Ｓ１の周波数を、破線でトランスポンダか
ら受信した信号Ｓ２の周波数を示している。信号６８は
、信号６６の伝送と伝送の間で受信される。これらの間
隔は、トランスポンダへの信号の伝送とトランスボンタ
一応答信号の受信の往復遅延時間と同じかほぼ同じに選
定される。多くの破線で示しである様に、トランスポン
ダの応答信号は、異なった遅延時間（Ｔｏ、Ｔｏ＋ΔＴ
、Ｔｏ＋２ΔＴ１０１１．。

、ＴＯ＋ＮΔＴ）を持った中間信号が組み合わさった（
加わる）結果、ある瞬時における多くの周波数を含んで
いる。

第６図及び第７図は、第２図のブロックダイアグラムを
実施する受動トランスポンダの実施例を示している。こ
のトランスポンダは、受信信号Ｓ１を音波に変換し、さ
らに、ダイポールアンテナから伝送するために、音波エ
ネルギーを電気信号Ｓ２に再変換する。より詳細にのべ
れば、トランスポンダの信号変換素子は、リチウム酸（
ＬｉＮ　ｂ　Ｏ３）精品の様な圧電物質の基体７２を含
んでいる。この基体の表面には、アルミのような全屈の
砦が配置されていて、第７図で詳細に示されているよう
なパターンを形成している。例えば。

このパターンは、ダイバールアンテナ７０に接続された
２つのバスパー７４及び７６と、「ランチ（放射）」ト
ランスジューサ７８と、複数の「タップ」トランスジュ
ーサ８０とで構成される。従って、バー７４及び７６は
、ランチトランスジューサによって発生されて各タップ
トランスジューサに順次に達するように実質的にまっす
ぐに伝送する音波のための進行路８２を画成する。タッ
プトランスジューサは、音波を電気信号に再変換し、こ
の電気信号はバスパー７４及び７６に、よって収集され
加算される。この電気信号は、次いで、ダイポールアン
テナ７ｏを作動し、電磁放射に変換されて信号Ｓ２とし
て送信される。

タップトランスジューサ８０は、第６図に示すように表
面音波経路８２に沿って等しい間隔で設けられており、
タップトランスジューサ間に成る選択された数の「遅延
パッド」８４を設けることにより、トランスポンダに関
連した情報コードが与えられる。第７図に詳細に示され
ているこれらの遅延パッドは、バスパー７４．７６及び
トランスジューサ７８．８ｏと同じ材料で形成されてこ
れらと共に配置されるのが好ましい。各々の遅延パッド
は、成るタップトランスジューサ８０から次のタップト
ランスジューサへ至る表面音波の伝搬を、作動周波数（
約９１５　Ｍ　Ｈｚ　）における遅延されない音波に対
して１／４サイクル即ち９０″′だけ遅らせるに充分な
巾を有している。次々のタップトランスジューサ間に３
つの遅延パッドのための位置を設けることにより、タッ
プトランスジューサによって受けた表面音波の位相φを
、？ 次のような４種類の位相を与えるように制御することが
できる。

１、次々のタップトランスジューサ間にパッドを設けな
い場合ニー９０’ ２、次々のタップトランスジューサ間にパッドを１つ設
けた場合ニ０８ ３、次々のタップトランスジューサ間にパッドを２つ設
けた場合：＋９０＠ ４、次々のタップトランスジューサ間にパッドを３つ設
けた場合：＋１８０’ 第２図を説明すれば、位相情報φ０（−線になったタッ
プトランスジューサの内の第１のタップトランスジュー
サによって取り上げられる信号の位相）及びφ１、φ２
、・・・・φＮ（次々のタップトランスジューサによっ
て取り上げられる信号の位相）は、合成装置（加算器）
へ送られ、この装置は、第６図の実施例ではバスパー７
４及び７６で構成される。アンテナ７ｏにより信号ｓ２
として送信されるこの位相情報は、そのトランスポンダ
の情報コードを含んでいる。

第７図に示されたように、２つのタップトランスジュー
サ８０間に設けられた３つの遅延パッド８４各々の巾（
Ｌ）は、成るタップトランスジューサから次のタップト
ランスジューサへ至る音波の伝搬を、このような遅延パ
ッドがない場合の位相に比して９０°の位相遅延を与え
るような巾である。この巾（Ｌ）は、基体及び遅延パッ
ド自体の材質と、遅延パッドの厚み及び表面音波の波長
とに基づくものである。上記したように、基体の材質は
、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ○、）であり、遅延パッ
ドの材料は、アルミニュームであるのが好ましい。

以下の式において、Ｖｏは、遅延パッドがない場合の「
自由表面」における音波の伝搬速度に等しく　（ニオブ
酸リチウム基体の場合Ｖｏ＝　３４８８ｍ／秒）、Ｖｓ
は、無限に簿い遅延パッドで短絡された表面における音
波の伝搬速度であり、φは、遅延パッドがない時に成る
タップトランスジューサから次のタップトランスジュー
サへの音波伝送における通常の位相遅延であり、そして
Δφは、１つの遅延パッドによって与えられる付加的な
位相遅延である。ここで、次のように定義する。

Ｖｏ−Ｖｓ　　　　　Ｉ Ｖｏ　　　　　　２ 但し５には、金属化（アルミニューム）圧電（ニオブ酸
リチウム）表面に対する″結合定数″である。

φ　　　　■０　　　　λ 及び λ であり、ここで、Ｋｔ／λは、パッドによる質量負荷の
近似項であり、更に、ここで、Ｋは、基体及びパッドの
材料に基づいた比例定数であり、ｔは、パッドの厚みで
あるから、次のようになる。

２πＬ　　　２　　　　　　　λ 及び ２π［１／２　Ｋ”　＋　（Ｋｔ／λ）］遅延パッド膜
の好ましい厚みは、約０．１マイクロメータである。全
てのタップトランスジューサ間に最初に３つの遅延パッ
ドを配置し、その後、そのトランスポンダに対するコー
ドを与えるように遅延パッドを選択的に除去すれば、ト
ランスポンダの製造が容易にされる。

パッドが９０＠の遅延を与えるとすれば、３つの遅延パ
ッドの各組に対して４種類のコードが考えられる。従っ
て、７組の遅延パッドを有する第６図に示されたトラン
スポンダの場会、４７個のコードが考えられる。

第８図は、音波の振幅及び位相を制御するこ　　　　。

とのできる遅延パッド８６を示している。このような振
幅変更は、受信器・デコーダ装置によって検出され、更
に別のタップトランスジューサ及び遅延パッドを必要と
せずに更に別のコードをトランスポンダに与えることが
できる。

この場合１表面音波の振幅変更は、規定の減、　衰とい
う形態をとる。この減衰は、遅延パッドの縁において波
を打ち消すことによって行なわれる６第８図に示すよう
に、遅延パッド８６の鋸歯状縁は、第１の縁部８８と第
２の縁部９０とを有し、これらは、表面音波の進行路９
２に垂直であるが該進行路の方向に距離りだけ互いにず
らされている。第１の縁部８８は全長がａであり、一方
、第２の縁部は全長がｂである。鋸歯状縁は、第８図で
は２つの区分しかもたないように示されているが、各縁
部ごとに縁を多数の区分に分割してもよいことが理解さ
れよう。第１縁部の全区分が遅延パッド巾Ｌ１を有し、
一方、第２縁部の区分が遅延パッド巾Ｌ２を有するよう
にすることしか必要とされない。

従って、距離ａは、第１縁部の全区分の和であり、一方
、距離すは、第２縁部の全区分の和である。

第１及び第２の縁部においてパッドによって与えられる
遅延の差が各々ｎ１８０’　　（但し、ｎは奇数）であ
るように距離りを選択した時に、鋸歯状縁に最大の波打
ち消し作用が与えられる。特に、Ｄは、φ１−φ２＝ｎ
πラジアンであるように選択するのが好ましい。ここで
、φ１は、距離Ｌ１にわたり遅延パッドによって与えら
れる付加的な遅延であり、そしてφ２は、距離Ｌ２にわ
たり遅延パッドによって与えられる付加的な遅延である
。

巾りの遅延パッドに対する上記の式から、次のような式
が与えられる。

但し、 ２　　　　λ ２πＸ Ｄ＝Ｌ１−Ｌ２＝（Δ　φ　１−　Δ　φ　２）［λ／
２πＸコＤ＝ｎ　π［λ／２πＸコ Ｋ”ｓ　＋２Ｋｔ／λ 鋸歯状縁によって与えられる減衰の量は、上記式で定め
られた最適な遅延以上又は以下の遅延を与えるように距
離りを変えるか、或いは、第１及び第２の縁部の相対的
な全長ａ及びｂを変えることによって制御できる。ここ
で、Ｗを減衰重み付は係数とすれば、最適な遅延状態の
もとで、１＋１＝　（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ） となる。

この式から明らかなように、ａがｂに等しい時（Ｗ＝Ｏ
）、最大減衰が生じる。ａ又はｂのいずれかが０に等し
い時（Ｗ＝１）−減衰は最小となる。

第８図に示したように、タップトランスジューサ９４の
前後に振幅変更遅延パッド８８を鏡像的に形成するのが
好ましい。このような構成は、これら遅延パッドによっ
て生じる音波波頭のばらつきを補償する。

以上に、振幅及び位相変更遅延パッドを有していて、本
発明の全ての目的及びこれに対して考えられる効果を達
成するような新規な表面音波受動トランスポンダを図示
して説明した。然し乍ら。

本発明の好ましい実施例を開示した上記の説明及び添付
図面に鑑み、多数の変更、修正、種々の他の使い方及び
用途が当業者に明らかとなろう。本発明の精神及び範囲
から逸脱しないこのような変更、修正、種々の他の使い
方及び用途は、特許請求の範囲によって規定されるもの
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、質問信号を伝送し、応答信号を受信し、その
応答信号にエンコード化された情報をデコードするシス
テムのブロックダイヤグラム、第２図は、第１図のシス
テムに使用される受動トランスポンダのブロックダイヤ
グラム、第３図は、第１図のシステムのクロック出力を
示しているタイミング図、 第４図は、第１図のシステムの伝送信号を示している周
波数一時間図。 第５図は、第１図のシステムの伝送及び受信の両信号を
示している周波数一時間図、第６図は、第２図のトラン
スポンダの特定実施例の拡大平面図、 第７図は、第６図に示されている実施例の非常に拡大さ
れた平面図、そして 第８図は、音波減衰を制御するの鋸歯状の縁を持った音
波遅延パッドの非常に拡大平面図である。 ２０・・・傾斜信号発生器 ２２・・・電圧制御式発振器（ＶＣＯ）２４・・・ＲＦ
増巾器 ２６・・・送信／受信スイッチ ２８・・・電力増巾器 ３０・・・デコードミクサ ３２・・・クロック ３４・・・送信／受信スイッチ ３６．３８・・・アンテナ ４ｏ・・・遅延素子　　４４・・・増巾器５２・・・ア
ナログ−デジタルコンバータ５４・・・プロセッサ ＦＩＧ、　　１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、　５ 手続補正書（方式） １、事件の表示　　昭和５９年特許願第２２５６４９号
２、発明の名称　　　振幅及び位相変更表面パッドを有
する表面音波受動トランスポンダ ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　エックス−サイト　インコーボレーテラド４
、代理人

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）質問信号の受信に応答してコード化情報を含む応
   答信号を送信するように質問システムに使用される受動
   的トランスポンダにおいて、音波の進行路を画成する基
   体表面を有する基体と、 上記表面上に配置され、上記質問信号を、上記進行路に
   沿って伝搬する音波に変換するランチトランスジューサ
   と、 上記音波を各々の出力信号に変換するように上記表面上
   で上記進行路に沿って間隔をおいて配置された多数のタ
   ップトランスジューサと、上記出力信号を合成して上記
   応答信号を形成するように上記タップトランスジューサ
   に接続された回路手段とを具備していて、 トランスジューサからトランスジューサへ至る音波伝搬
   時間を制御するように上記基体の表面上で上記進行路に
   沿って配置された少なくとも１つの音波遅延パッドを更
   に具備したことを特徴とするトランスポンダ。
2. （２）上記パッドが複数個設けられ、これらのパッドは
   、各々のタップトランスジューサ間の遅延時間を制御す
   るように上記タップトランスジューサ間に配置される特
   許請求の範囲第（１）項に記載のトランスポンダ。
3. （３）上記音波の進行方向における上記パッドの巾（Ｌ
   ）及びその厚み（ｔ）は、パッドによって与えられる位
   相遅延をΔφとし、音波の中心波長をλとし、定数をＫ
   ｓ及びＫとすれば、 Ｌ＝（Δφλ）／｛２π［１／２Ｋ＾２ｓ＋（Ｋｔ／λ
   ）］｝という式に基づいて選択される特許請求の範囲第
   （１）項に記載のトランスポンダ。
4. （４）上記パッドの少なくとも１つの端は、その縁にお
   いて上記進行路に垂直に鋸歯状にされ、上記音波の減衰
   を制御する特許請求の範囲第（１）項に記載のトランス
   ポンダ。
5. （５）上記鋸歯状の縁は、第１及び第２の縁部を形成し
   、これらは、上記進行路に垂直であるが、進行路の方向
   に距離Ｄだけ互いにずらされており、上記第１及び第２
   の縁部でパッドによって与えられる遅延の差が各々ｎ１
   ８０°（ｎは奇数）になるようにされる特許請求の範囲
   第（４）項に記載のトランスポンダ。