Радиометка

Техническое решение относится к устройствам радиочастотной идентификации, в частности для маркировки объектов контроля.

Радиометка, содержит антенну в виде металлического экрана, щель которого заполнена компаундом, обратной стороной сопряженного с печатной платой, выполненной из диэлектрического сверхчастотного (СВЧ) материала, на противоположную сторону которой, нанесен металлизированный слой со щелью, и пассивный датчик, размещенный без электрического контакта с металлическим экраном при этом точки запитки пассивного датчика выбираются путем смещения относительно осевого центра щели металлизированного слоя печатной платы.

Техническим результатом полезной модели является снижение влияния внешних воздействий на работоспособность радиометки.

1 нз.п. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Техническое решение относится к устройствам систем радиочастотной идентификации для маркировки объектов контроля и может применяться при маркировке транспортных средств, грузов, вспомогательного оборудования и пр.

Известен РЧИД - транспондер (европейский патент 2649677 (А1) на изобретение «РЧИД - транспондер»), содержащий металлический экран и корпус чипа метки, закрепленный на одной стороне щели антенны без электрического контакта, который возбуждается соединительной петлей, при этом учитывают положение метки относительно щели, также учитывают длину щели, помимо этого рассмотрены варианты геометрического выполнения щели.

Недостатком данного аналога является зависимость работы метки от механических повреждений (внешних воздействий), обусловленная зазором между корпусом и щелью.

Известно техническое решение (заявка США 2007017986 (А1) на изобретение «Радиочастотная идентификация с щелевой антенной»), содержащее устройство для маркировки объекта контроля с щелевой антенной, либо на металле, либо на печатной плате, меткой с фидерами на второй печатной плате поперек щелевой антенны, согласующей волновое сопротивление метки с антенной.

Недостатком данного аналога является хрупкость конструкции, и как следствие зависимость работы метки от внешних воздействий (механических, погодных и пр.).

Известно техническое решение (патент США 8740090 (А1), на изобретение «Износоустойчивая РЧИД-метка и считыватель»), содержащее единый корпус метки и антенны, щель которой заполнена диэлектриком, при этом щель может быть выполнена с двух сторон корпуса.

Недостатком данного аналога, является наличие электрического контакта метки и антенны, что увеличивает зависимость работы метки от внешних воздействий, например при критических температурах и высоких электромагнитных напряжениях.

Известен номерной знак транспортного средства (патент на изобретение США 8737915 (В2)), в конструкции, которого пассивный датчик размещен без электрического контакта в углу щели на поверхности номерного знака, которая используется в качестве плоского экрана антенны, при этом согласование антенны и пассивного датчика осуществляется путем индукционной связи.

Данное техническое решение обладает недостатком, по отношению к заявляемому техническому решению, а именно - зависимость работы от внешних воздействий, выход из рабочего состояния при механических повреждениях металлического экрана, которым является поверхность номерного знака.

Наиболее близкой, к заявляемому техническому решению, является пассивная метка (патент RU 2461103 (С2) на изобретение «Пассивная метка системы радиочастотной идентификаций для транспортных приложений») содержащая плату с меткой, размещенные в металлическом корпусе со щелью и устройство согласования.

Недостатком данного аналога, является наличие электрического контакта, между металлическим корпусом и меткой, осуществляемого посредством устройства согласования, и, как следствие, выход из рабочего состояния метки при воздействии высоких температур и электромагнитных напряжений.

Заявляемое техническое решение свободно от указанных недостатков. В основу настоящего технического решения положена задача создания новой вандалоустойчивой радиометки упрощенной конструкции с обеспечением работоспособности при высоких температурах и высоких электромагнитных напряжениях.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение влияния внешних воздействий на работоспособность радиометки.

Указанная задача решается следующим образом: радиометка, согласно заявляемому техническому решению, содержит антенну в виде металлического экрана, щель которого заполнена компаундом, обратной стороной сопряженного с печатной платой, выполненной из диэлектрического сверхчастотного (СВЧ) материала, на противоположную сторону которой, нанесен металлизированный слой со щелью, и пассивный датчик, размещенный без электрического контакта с металлическим экраном, при этом точки запитки пассивного датчика выбираются путем смещения относительно осевого центра щели металлизированного слоя печатной платы.

Также указанная задача решается тем, что радиометка содержит соединительные отверстия.

Также указанная задача решается тем, что щель металлического экрана геометрически зависима от щели металлизированного слоя печатной платы.

Помимо этого указанная задача решается тем, что радиометка содержит рефлектор, выполненный в виде герметичного корпуса.

Также указанная задача решается тем, что рефлектор размещен на печатной плате без контакта с металлизированным слоем.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение внешней поверхности радиометки.

На фиг. 2 изображена антенна радиометки в разрезе.

На фиг. 3 изображена радиометка в разрезе.

На фиг. 4 изображена радиометка в разрезе, с рефлектором.

Фиг. 5 поясняет выбор точек запитки пассивного датчика.

Снижение влияния внешних воздействий на работоспособность радиометки достигается следующим.

Как изложено выше, радиометка содержит антенну и пассивный датчик. Антенна радиометки выполнена в виде металлического экрана 1, щель 2 которого заполнена компаундом, обратной стороной сопряженного с печатной платой 3, из диэлектрического сверхчастотного (СВЧ) материала, на противоположную сторону которой, нанесен металлизированный слой 4 со щелью 5.

Металлический экран 1 позволяет размещение радиометки в поверхности объекта контроля путем вваривания, таким образом снижается вероятность повреждения радиометки.

Герметизация щели 2 металлического экрана 1, заполняющим ее компаундом, предотвращает влияние внешних погодных факторов на работу радиометки и не препятствует приему и распространению сигнала пассивного датчика 6.

Печатная плата 3, сопряженная с внутренней стороной металлического экрана 1, выполнена из диэлектрического сверхчастотного (СВЧ) материала. Данный материал обладает достаточной гибкостью и позволяет надежно защитить работоспособность пассивного датчика 6 при механических воздействиях на металлический экран 1 или в случаях его деформации.

Металлизированный слой 4 печатной платы 3 имеет щель 5, причем щель 2 металлического экрана 1 геометрически зависима от щели 5 металлизированного слоя 4 печатной платы 3, что обеспечивает работу радиометки в заданной рабочей полосе частот. При этом геометрическая зависимость щели 2 (L₂) и щели 6 (L₆) выражается как:

При этом L₆ формируют следующим образом, пусть L - длина щели и определяется как /2; - длина волны в свободном пространстве; - значение диэлектрических свойств (проницаемость) сверхчастотного (СВЧ) материала, из которого выполнена печатная плата 3, длина волны в которой равна тогда:

Как указано выше, помимо антенны радиометка содержит пассивный датчик 6, размещенный без электрического контакта с металлическим экраном 1, что предотвращает повреждение его электронных компонентов, при воздействии на радиометку критических температур, например, при вваривании в поверхность объекта контроля, вследствие чего происходит нагрев металлического экрана 1.

Помимо этого, отсутствие электрического контакта между металлическим экраном 1 и пассивным датчиком 6, решает вопрос обеспечения работоспособности радиометки и при высоких напряжениях, например, в случае нахождения маркированного объекта контроля в зоне воздействия электромагнитных полей.

При этом точки запитки пассивного датчика 6 выбираются путем смещения относительно осевого центра к краю щели 5 металлизированного слоя 4 печатной платы 3. Это достигается путем комплексного сопряжения импедансов антенны и пассивного датчика, или другими словами, путем согласования волнового сопротивления антенны радиометки с волновым сопротивлением пассивного датчика 6. Вопрос обеспечения работоспособности радиометки без дополнительных согласующих устройств решается следующим образом (Фиг. 5), в качестве примера пусть значение сопротивления напряжения в осевом центре щели 5 равно R_щ=970 Ом, а значение входного сопротивления пассивного датчика 6 равно R_д=50 Ом. Согласуем R_щ и R_д и определим положение точек запитки для размещения пассивного датчика 6 на щели 5 в соответствии с уравнением

,

где l - расстояние точек запитки от края щели 5 к ее осевому центру, - угол смещения относительно центра щели 5.

Следует заметить, что градусная мера определяется расстоянием между металлическим экраном 1 и металлизированным слоем 4, а именно толщиной печатной платы 3.

В случае, необходимости размещения радиометки над поверхностью объекта контроля, путем винтового крепежа, металлический экран 1 имеет соединительные отверстия 7.

С целью увеличения коэффициента усиления (КУ) антенны, путем изменения диаграммы направленности, что соответственно увеличивает дальность приема и передачи сигнала радиометкой, и для защиты пассивного датчика 6 от внешних факторов, например механических воздействий или погодных условий, радиометка содержит рефлектор 8, выполненный в виде герметичного корпуса.

Помимо выше изложенного рефлектор 8 размещен на печатной плате 3 без контактах металлизированным слоем 4, что дает увеличение КУ антенны более 3 дБ.

Рассмотрим пример использования радиометки в качестве устройства маркировки специального транспортного средства (ТС) в системе радиочастотной идентификации для контроля соблюдения пути следования. ТС маркируется радиометкой путем вваривания в поверхность, например в металлический бампер ТС, в процессе вваривания происходит нагрев поверхности металлического экрана радиометки до критической для электронных компонентов пассивного датчика. Однако, диэлектрический сверхчастотный (СВЧ) материал, из которого выполнена печатная плата, предотвращает нагрев и выход из рабочего состояния пассивного датчика, таким же образом предотвращается влияние магнитных полей, помимо этого печатная плата обладает достаточной гибкостью, чтобы в случае деформации металлического экрана, например при механическом ударе, предотвратить повреждения пассивного датчика. Маркированное радиометкой ТС двигается по маршруту, и в зоне контроля, в которой считывающее устройство системы радиочастотной идентификации ТС создает высокочастотный импульс опроса, радиометка принимает сигнал. Электромагнитная волна, падающая на металлический экран радиометки, порождает поверхностные токи. Щель металлического экрана, пересекающая распространение этих токов, соответственно возбуждается, таким образом, созданный считывающим устройством высокочастотный импульс опроса принимается антенной радиометки и принимается пассивным датчиком. Затем часть отраженного излучения преобразуется в последовательность высокочастотных импульсов и передается в окружающее пространство щелевой антенной радиометки. После чего, переданная радиометкой последовательность сигналов принимается считывающим устройством. В этом процессе необходимо обеспечить наибольшую эффективность преобразования антенной падающей электромагнитной волны в напряжение питания датчика, а также наибольшую эффективность передачи отраженной волны в сторону считывающего устройства. Для этого положение пассивного датчика выбирается таким образом, чтобы импедансы щелевой антенны и пассивного датчика были комплексно сопряжены.

Следует заметить, что Заявителем производилась оценка показателей безотказности радиометки расчетным путем. В ходе оценки доказано, что радиометка сохраняет целостность конструкции, правильность функционирования и электрические параметры в процессе и после воздействия внешних факторов, приведенных в таблице 1.

Гамма - процентная наработка до отказа.радиометки в типовом режиме эксплуатации при нормальных условиях в пределах срока службы 10 лет - не менее 10000 ч., что доказывает снижение влияния внешних воздействий на работоспособность радиометки.

С учетом выше изложенного можно сделать вывод о том, что указанный технический результат полностью обеспечивается совокупностью существенных признаков полезной модели.

Список использованной литературы:

1. ЕР2649677 (А1) патент на изобретение «РЧИД - транспондер» опубл. 16.10.2013, автор: Hehlgans Joerg (DE), Патентообладатель: Halting Electric GMBH & CO KG (DE), MTOC: G06K 19/077; H01Q 1/22; H01Q 1/42; H01Q 13/10; H01Q 7/00; H04B 5/00, Заявка: ЕР 20110807856 от 17.11.2011, Приоритетные номера: DE 20102013072U от 07.12.2010; WO 2011DE75275 от 17.11.2011, Также опубликован как: DE 202010013072 (U1), US 2013240633 (A1), US 8789763 (В2), WO 2012092922 (А1) и CN 103229352.

2. US 2007017986 (А1) патент на изобретение «Радиочастотная идентификация с щелевой антенной» опубл. 25.01.2007, авторы: Carrender Curtis L (US), Martin Robert (US), Патентообладатель: Alien Technology Corporation, МПК: G06K 7/00, Приоритетные номера: US 20050700851P от 19.07.2005 и US 20060489149 от 18.07.2006, Также опубликован как: US 7619531 (В2) и US 7619531 (Х6).

3. US 8740090 (А1) патент на изобретение «Износоустойчивая РЧИД-метка и считыватель», опубл. 17.06.2010, Автор и Патентообладатель Casden Martin S (US), МПК: G08B 13/14, Заявка: US 20080228428 от 11.08.2008, Приоритетный номер: US 20050179069 от 12.07.2005, Также опубликовано как: US 8740090 (В2).

4. US 8737915 (В2) патент на изобретение «Номерной знак транспортного средства», опубл. 27.10.2011, Автор: Beeken Bjorn (DE), Патнтообладатель: J Н TONNJES EAST GMBH & CO KG (DE), МПК: B60R 13/10; G06K 7/01, Заявка: US 200913125509 от 04.11.2009, Приоритетные номера: DE 20081055772 от 04.11.2008, DE 20091033559 от 16.07.2009 и WO 2009EP07902 от 04.11.2009, Также опубликован как: US 8737915 (В2), DE 102009033559 (A1), US 2014217182 (A1), RU 2011122207 (А), МХ 2011004652 (А).

5. RU 2461103 (С2) патент на изобретение «Пассивная метка системы радиочастотной идентификации для транспортных приложений» Опубл. 10.09.2012 Бюл. 25, МПК 6: H01Q 1/18, Заявка: 2010116248/07 от 26.04.2010, Автор и Патентообладатель: Легкий Николай Михайлович (RU).

1. Радиометка, характеризующаяся тем, что содержит антенну в виде металлического экрана, щель которого заполнена компаундом, обратной стороной сопряженного с печатной платой, выполненной из диэлектрического сверхчастотного (СВЧ) материала, на противоположную сторону которой нанесен металлизированный слой со щелью, и пассивный датчик, размещенный без электрического контакта с металлическим экраном, при этом точки запитки пассивного датчика выбираются путем смещения относительно осевого центра щели металлизированного слоя печатной платы.

2. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит соединительные отверстия.

3. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что щель металлического экрана геометрически зависима от щели металлизированного слоя печатной платы.

4. Радиометка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит рефлектор, выполненный в виде герметичного корпуса.

5. Радиометка по п. 4, отличающаяся тем, что рефлектор размещен на печатной плате без контакта с металлизированным слоем.

РИСУНКИ