Технические науки/6.Электротехника и радиоэлектроника

Т.ғ.к., профессор Джунисбеков М.Ш.

М.Х.Дулати Тараз Мемлекеттік Университеті, Тараз қ., Қазақстан

Ақпаратты оқу құрылғысы мен транспондердің өзара әсерлесуінің физикалық принциптері

Пассивтік RFID-транспондерлер (радиожиіліктік белгілер) өзінің антеннасының орамында индуцияланған кернеу көмегімен жұмыс үшін энергия алады. Бұл процесс ауа саңылауы бар трансформатор жұмысына ұқсас. Бұл жақта бірінші орам индуктивтік байланыс көмегімен екінші орамға таратады. RFID жүйесінде ақпаратты оқу құрылғысының антеннасы бірінші орам болып табылады. Ол индуктивтік байланыс көмегімен кернеуді екіншілік орам болып жұмыс істейтін транспондер антеннасына таратады (сурет 1).

Ақпаратты оқу құрылғысы мен белгі антенналары арасындағы индуктивтік байланыс тек жақын өрісте ғана мүмкін. Егер екі антенна бір-біріне параллель болса – бұл индуктивтік байланысы бар RFID типтік жүйесінде оқудың максималды қашықтығын алуға қажетті шарттардың бірі. Байланыс коэффициенті k RFID қосымшасының тиімді жұмыс істеуін анықтайтын маңызды фактор болып табылады. Ең жақсы нәтиже k=1 кезінде жеткізіледі. 

Сәйкесінше, көруге болады, k мәні төмендегілер көмегімен максимумға жеткізіледі:

1. Оқу құрылғысының қашықтығын оңтайландыру. Белгі ақпаратты оқу құрылғысына жақын болған сайын, олардың антенна арасындағы байланыс соғұрлым жақсы;

2. Екі антенна арасындағы бұрышты минимумға келтіру. Егер транспондер орын ауыстырса және бағытталған позицияға ие болмаса, мысалы, спорттық мақсат пен жануарларды идентификациялау үшін қосымшаларда бағытталған позицияға ие болмаса, онда бұл параметр аса талапты;

3. Антенналардың тиімді аудандарының өлшемдерін сәйкестендіру.

Байланыс коэффициенті максималды болуы мүмкін, егер екі антенналардың бірдей тиімді ауданы болса.

251658240

Сурет 1 Ақпаратты оқу құрылғысы мен транспондердің өзара әсерлесуінің физикалық принциптері

Байланыс коэффициенті қашықтық ұлғайған сайын азаяды. Айта кету керек, байланыс коэффициенті k тек геометриялық параметрлерге ғана байланысты, оған қандай да бір электрлік шамалар әсер етпейді. RFID деректерін және энергияны таратумагниттік байланысы бар резонанстық тізбектерді қолдануға базаланады. Индуктивтік байланысы бар RFID жүйесінде екі жеке резонанстық тізбектер бар болғандықтан, олар талап етілетін жиілікке дәл бапталмауы мүмкін. Себептері болуы мүмкін: 

1. Температуралық әсерлер;

2. Компоненттерді жіберу (L, R, С).

Жоғары жиілікте жұмыс істейтін RFID жүйелерінде RFID-белгісінен ақпаратты оқу құрылғысына деректерді тарату үшін әдетте кері шағылысу әдісі пайдаланылады. Резонанстық контур индуктивтілігін толық өзгерту бойынша бұл әсерлер антеннада транспондерге резонанстық жиілікпен манипуляциялауға мүмкіндік береді, нәтижесінде кері шағылысу әдісімен ақпаратты оқу құрылғысына жіберілетін сигнал модуляциясы орындалады. Транспондер ақпаратты оқу құрылғысына 13,56 МГц сигналды кері таралуын бастаған кезде, ақпаратты оқу құрылғысының антеннасы RFID-белгісінен сигналды қабылдап, оны өңдеуді бастайды.

Егер транспондер антеннасының резонанстық контур жиілігі ақпаратты оқу құрылғысынан 13,56 МГц ауытқыса, онда ақпаратты оқу құрылғысы мұны RFID-белгісінің әлсіз сигналы ретінде қабылдайды. Резонанстық жиілікпен манипуляциялай отырып, транспондер өз антеннасы арқылы сигналдар жібереді. Ақпаратты оқу құрылғысы бұл сигналдарды амплитудалы-модуляцияланған сигналдар ретінде қабылдайды. Бұл сигналдарды қабылдай, детектрлей және декодирлей отырып, ақпаратты оқу құрылғысы олардан RFID-белгісінде сақталанатын деректерді шығарады. Бұл ақпарат компьютерге немесе пайдаланушының қандай да бір басқа интерфейсіне шығарылады.

Беттік акустикалық толқындардағы белгілердің жұмысы пьезоэффектіге негізделген және пьезоэлектрлік кристалл бетінде беттік акустикалық толқындардың салыстырмалы үлкен емес жылдамдықпен (3000-ден 4000 м/с-ке дейін) таралуына негізделген [1].

Пьезоэлектрлік эффект (пьезоэффект) анизотропты диэлектриктерде байқалады. Негізінде төмен симметрияға ие немесе симметрия орталығы орнына полярлық бағыттар деп аталатын осьтерге ие болатын кейбір заттардың монокристалдарында болады. Пьезоэффектіге тәртіпті құрылымы бар поликристаллдық диэлектриктер де ие бола алады, мысалы, керамикалық материалдар және полимерлер. Пьезоэффектіге ие диэлектриктер пьезоэлектриктер деп аталады. Белгілі-бір бағыттарда пьезоэлектрлік кристаллдарға әсер ететін сыртқы механикалық күштер механикалық кернек мен деформацияны ғана емес, сонымен қатар электрлік поляризацияны да тудырады. Кристалл беттерінде әр түрлі белгілі электрлік зарядтар пайда болады. Механикалық күштердің бағытын кері бағытқа өзгерткен кезде поляризация бағыты мен заряд белгілері де кері таңбалы болады. Берілген құбылысты тікелей пьезоэффект деп атайды. Пьезоэффект қайтарымды. Сәйкес бағытты электр өрісінің анизотропты диэлектригіне әсер еткен кезде кристаллда механикалық кернеу мен деформация пайда болады. Электр өрісінің бағытын кері бағытқа өзгерткен кезде кернеу бағыты мен деформация да кері бағытқа өзгертіледі. Бұл құбылыс кері пьезоэффект деп аталады. Пьезоэлектриктерде кері пьезоэффект нәтижесінде бастапқы айнымалы электр өрісі төселімнің деформациясын тудырады. Төселім деформациясы, өз кезегінде, тікелей пьезоэлектрлік эффектіде қосымша электр өрісін тудырады. Қосымша электр өрісі бастапқы өріске қарағанда кешігеді. Осы екі өрістердің суперпозициялары нәтижесінде беттік акустикалық толқынның қозуына себеп болатын эллипсты поляризацияланған құрамдасы бар өріс пайда болады.

Беттік акустикалық толқындар (БАТ) – қатты дененің бос бетінде немесе қатты дене шекарасында көлдеңен таралатын және шекарадан алыстатылғанда өшетін тығыз толқындар. Беттік акустикалық толқындар толқын ұзындықтарының 10–5-тен 10–1 см дейінгі диапазонын алады, ал олардың жиіліктері ультрадыбыс аймағына сәйкес келеді. Беттік акустикалық толқындардың жақсы қасиеті болып олардың электромагниттік толқындармен салыстырғанда таралу жылдамдығы табылады, бұл оларға сигналды өңдеудің математикалық әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. БАТ пьезоэлектриктерде қоздырылады және тіркеледі. Пьезоэлектриктер болып табиғи мен жасанды минералдар түрінде кездестірілетін монокристаллдар табылады, мысалы, ниобат лития LiNbO₃ және танталат лития LiTaO₃.

Беттік акустикалық толқындарды қоздыру және детектрлеу үшін әр түрлі техникалық қосымшаларда кездейсоқ-штырьдік түрлендіргіштер табылады. Олар пьезоэлектрлік төселімге жасалынатын, бір-біріне қарама қарсы қойылған щетка сияқты металл штырь-электродтар болып табылады.

Кездейсоқ-штырьдік түрлендіргіштің жұмыс істеу принципі келесі түрде түсіндіріледі: КШТ қойылған электрлік Δ-импульс кері пьезоэлектрлік эффект арқасында әр түрлі полярлықты электродтар арасында төселімнің беттік механикалық деформациясына түрленеді. Бұл деформация электр өрісіне пропорционал және электродтарға перпендикуляр екі бағытта да беттік акустикалық толқын ретінде таралады. БАТ қоздырылуы әр түрлі клеммаларға қосылған электродтар арасындағы аймақта ғана орындалады. Электродтың өзара жабылатын бөліктерінің ұзындығы қоздырылатын БАТ шоғының енін анықтайды.

КШТ артықшылығы болып қоздырылатын БАТ параметрлерін кең аралықта өзгерту табылады. Бұл КШТ геометриялық өлшемдерін өзгерту арқылы оңай қолжеткізіледі және импульстік жауап пен жиілікті сипаттама формасының өзгеруі түрінде көрінеді.

Жазық бетте механикалық немесе электрлік біртексіздікті кездестіре отырып, БАТ бөлігі шағылысады. КШТ қайта кіретін беттік толқын тікелей пьезоэффект нәтижесінде оның шинасында электрлік сигналға генерацияланады. Дәл осы қасиет беттік акустикалық толқындарда радиожиіліктік идентификация жүйелерінде пайдаланылады.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ:

1. Багдасарян А.С., Карапетьян Г.Я. Импедансные ПАВ фильтры для сотовых систем связи. Системы и средства связи, телевидения и радиовещания, М. Вып.1, 2008.

Багдасарян А.С., Карапетьян Г.Я., Катаев В.Ф., Катаева О.В. - Акустические датчики для дистанционного контроля давления// Журнал Технология и конструирование электронной аппаратуры, 2008. №2(74), 31-33 с.