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基于声表面波的某无线远距识别系统的实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了一种基于声表面波器件的无线远距识别系统的实现。对声表面波技术及声表面波传感器作了简要的介绍,针对某无线远距识别系统作了详细的分析,并给出了测试结果。

    关键词:声表面波 扩展器 压缩器 线性调频

1 SAW技术简介

声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)是英国物理学家瑞利在19世纪80年代研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。1965年,美国的怀特和沃尔特默在应用物理杂志上发表题为“一种新型声表面波声——电转化器”的论文,取得了声表面波技术的关键性突破,能在压电材料表面激励声表面波的金属叉指换能器IDT(Inter-digital Transducer)的发明,大大加速了声表面波技术的发展,相继出现了许多各具特色的声表面波器件,使这门年轻的学科逐步发展成为一门新兴的、声学和电子学相结合的边缘学科。(范文先生网www.fwsir.com收集整理)

SAW最早的应用是在广播、电视领域作频率稳定的滤波器之用。现在声表面波技术的应用已涉及到许多学科领域,如地震学、天文学、雷达通信及广播电视中的信号处理、航空航天、石油勘探和无损检测等。

2 声表面波传感器标签的识别原理

声表面波传感器的基本组成如图1所示。其天线接收到高频(915MHz中心频率)激励后经过叉指换能器IDT(interdigital transducer)将电磁波转化成声表面波,然后经过一系列反射器(可编程,包含了识别码)反射回来,再经叉指换能器转化成电磁波经天线发射出去,完成反射过程。

3 收发器的系统实现

3.1 大时宽带宽乘积信号

匹配滤波器理论指导下提出的线性调频脉冲压缩技术,是在宽脉冲内附加线性调频已扩展信号的频带,从而提供了一种时宽和带宽乘积大于1的信号,称为大时宽带宽乘积信号。

线性调频脉冲具有近似矩形的幅频特性和近似平方律的相频特性。同时具有可选择的“时宽带宽积”,普通脉冲信号是单一载频信号,它的时宽带宽积是固定的,大约等于1。而线性调频脉冲信号的时宽和带宽都可以做得很宽,使得时宽带宽积可以做得很大。

大时宽带宽乘积信号由于应用宽脉冲,系统的多普勒分辨力可同时得到提高,有利于克服峰值功率限制,充分利用发射设备的平均功率,提高信号的能量,有利于增强系统的抗干扰能力。对有源噪声干扰来说,由于信号的带宽很大,迫使干扰及发射宽带噪声,从而降低了干扰的谱密度。对于回答式干扰,也由于采用了复杂的脉内调制,在信号的延迟、放大、转发过程中会产生更大的畸变,从而得到一定的抑制。至于消极干扰则由于提高了系统的分辨能力,抗干扰性能也有一定的改善。

图2 接收器

    3.2 系统方框图

根据系统指标要求,笔者设计的某识别系统的接收器和发送器实现框图分别如图2、图3所示。

3.3 系统各部分介绍

(1)本 振

750MHz及165MHz本振通过锁相环产生,稳定度在10-7量级,作为激励传感器的发射信号和检测回波信号时延的基准在系统中起着重要作用。

(2)脉冲的扩展

165MHz的本振脉冲,经过开关截取0.1μs宽度的脉冲,经放大、带通滤波后,得到一个钟形脉冲,送到SAW扩展器。SAW扩展器的激励脉冲可以是一个宽度小于8ns的窄脉冲,也可以是一个带有载波的钟形脉冲,为了得到较大的功率,在此选用了钟形脉冲。

扩展器的原理图如图4所示。主要由压电晶片(这里采用了LiTaO3晶体)和光刻在其表面上的叉指换能器组成。触发脉冲输入换能器后,由逆压电效应激励出声表面波。传播到输出换能器后,由压电效应转换成与叉指条周期一一对应的电磁波。由于声表面波到达换能器时间上的差异,得到了一组频率按线性变化的展宽电脉冲。
基于声表面波的某无线远距识别系统的实现

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