表面声波变换器装置以及具有该装置的识别系统

本发明涉及一种表面波变换器装置，该装置也称为TAG，本发明还 涉及一种利用上述装置的识别系统。

DE4217049公开了一种能以无线模式被询问的无源表面传感器。关 于这一点，通过无线电设备从询问装置向传感器发射能量，借助于线 性调频的询问信号进行询问。传感器具有变换器和反射器。反射器按 时间交差顺序反射线性调频脉冲信号，由此传感器将时间交差的线性 调频脉冲信号返回给询问装置。反射原理意味着上述表面波传感器(下 文也称为SAW—表面声波—传感器)具有很高的插入损失，例如为50dB 级(order)。当作为输入变换器的SAW叉指式变换器接收到线性调频脉 冲信号时，该变换器产生在SAW装置的基底上沿反射器方向传播的表 面波。当接到SAW时，每个单独的反射器元件将相应被反射的SAW反 射给SAW变换器，该SAW变换器从SAW产生电磁信号。然而，由于每 个反射器元件不仅是将一个SAW反射给SAW变换器，而且在反射器相 互之间还反射信号，这不可避免地使反射作用相对较小，来自SAW变 换器的大部分能量在反射器装置中损失，以致仅能得到很低的输出功 率。原则上不能避免反射器“内部反射”的问题。

美国专利5734326公开了一种SAW装置，该装置包括一个同步变 换器和多个敲打(tap)变换器。当该SAW装置受到射频脉冲信号激发时， 它发射出特定的识别信号，于是询问单元中的接收机接收到所发射的 TAG信号，并对其进行处理。然而，该处理过程的必要条件是将询问单 元中的滤波器精确地调到与TAG一致，以便接收TAG信号。因此，TAG 处理过程的必要条件是询问单元已经知道要搜索哪一个TAG识别器， 由此为利用TAG信号而提供识别单元中的滤波器。因此，美国专利 5734326公开了一种TAG系统，对于应用它的选择非常受限制。如果询 问单元不知道TAG的标识，由于不能花费太多时间询问每个能想到的 变量，因此实际上不能将询问单元中的滤波器调到与TAG一致。

美国专利5734326中公开TAG的另一个缺点是敲打(tap)变换器不 能编程，这地使它们的制造显著更加复杂和昂贵。

如果打算将TAG用于长询问距离，就必需显著增加RF脉冲信号的 能量。然而，正如从雷达技术所知道的，为做到这一点，信号就必需 具有很好的输出电平，以致于它能破坏特许权限的正常条件，这会将 信号形式和发射机的功率谱限制到一特定电平，于是就产生了不希望 的干扰，尽管由于其重要的监控功能(空中交通监控)在特定频率范 围内这能被允许。

此外，“1996 IEEE International Frequency Control Symposium” 第208-215页的“Wireless Integrated System for SAW-Identification Mark and SAW-Sensor Components”、1993 “Ultrasonic Symposium”第125-130页的“Porgrammable Reflectors for SAW-ID-Tags”、“IEEE Ultrasonics Symposium”1998年10月 的“SAW Delay Lines for Wirelessly Requestable Conventional Sensors”、1993“Ultrasonics Symposium”第1267-1270页的“2.5 GHz-Range SAW Propagation and Reflections Characteristics and Application to Passive Electronic Tag and Matched Filter”、 还有“Ultrasonics Symposium 1998”的“On-Chip Correlation-A New Approach to Narrowband SAW Identification Tags”进一步公 开了SAW TAG装置，该装置同样具有很高的插入损失(TAG衰减)， 由此，为使询问装置与TAG之间的任何通讯完全成为可能，也只允许 在询问装置与TAG之间存在1.3m的短距离，另外，公知的SAW TAG装 置的特征在于大约有20比特的低位容量。

另外，在以下公开文本里也公开了各种具有编码无源发射机应答 器或SAW结构的识别系统：DE4405647A1、DE4200076A1、DE3438050A1、 US4059831、DE3438053C2、DE4336504C1、DE4310610A1、DE3438052C2、 DE4336897C1、DE3102334C2、US4096477、US5734326、US5374863、 US4604623、DE3438051A1以及DE3438051C2。然而，所有这些公开文 本公开的系统具有一定缺点；例如，不是询问距离太短(＜1.3m)，就 是插入损失相对较高，或基于成本观点所说明的方案完全不可行，或 由于低位容量而仅能允许很差的灵活性。

本发明的一个目的是提供一种具有低插入损失的表面波变换器装 置，它的询问距离比先前公知的TAG的询问距离要显著高出许多，它 的位容量也得到增加。该装置将能进行易于执行的自由编程。本发明 推荐了一种具有根据权利要求1特征的表面变换器装置。在从属权利 要求中描述了进一步的优点。

本发明是基于提供具有色散变换器装置组合装置的表面波换能器 装置的想法，其中色散变换器具有非色散变换器装置。色散变换器能 够利用线性调频脉冲信号产生表面波脉冲信号，表面波脉冲信号被包 括n个变换器的非色散变换器装置接收，然后通过该非色散变换器装 置将该脉冲信号转换成脉冲编码信号序列，该脉冲编码信号序列能识 别表面波变换器装置。然后由表面波变换器装置通过天线发射该脉冲 信号序列，由识别系统内的询问单元接收该脉冲信号序列，并根据识 别符推定脉冲信号序列。

根据本发明的SAW变换器特征在于询问距离要显著比迄今已知的 询问距离长，该变换器装置具有很高的有效位容量，并很容易编程。 长询问距离和相对低插入损失的原因在于：一旦从询问装置(询问器) 接到信号，根据本发明的SAW变换器装置就将色散SAW变换器装置内 的询问信号转换成被非色散变换器装置接收的时间压缩的表面波信 号。

非色散变换器装置也接到询问信号并产生由色散变换器接收的相 应SAW信号。所述色散变换器在接到信号后将表面波转换成对应的电 磁信号。从色散变换器装置到非色散变换器装置以及反过来运行的信 号的识别转换时间意味着两个识别信号在输出端相互叠加，于是要被 TAG发射的编码信号可具有较高的信号功率。由此，对询问信号响应的 TAG信号包括两个成分；然而，由于TAG同步发射两个成分，并且两个 信号成分具有识别信号形式，因此根据本发明的TAG可具有较高的输 出功率，TAG发射信号的输出电平要显著高于比较SAW装置的TAG信号 输出电平，输出电平通常是指可比较的询问器询问信号。

有利的是，根据本发明的表面波变换器没有任何反射器，由此插 入损失要比具有反射器装置的插入损失显著小很多。具有反射器设置 的公知SAW TAG中的插入损失大约为50dB。根据本发明的表面波变换 器装置以及由此得到的根据本发明的TAG使插入损失减少到大约30到 35dB的范围，这能强有力地增加询问距离。所用的询问信号适宜是线 性调频脉冲信号，在根据本发明的SAW TAG中该信号被转换成时间压 缩的脉冲信号。在线性调频脉冲询问信号的情况下，TAG响应信号包含 被及时切换的时间压缩脉冲信号，响应信号的调制取决于非色散变换 器装置内n个变换器的程序。举例说明，如果n个变换器中的单个变 换器不与公共总线相接，那么该变换器也产生不响应信号。该响应被 看作是逻辑“零”。

下面将参照附图中的各说明性实施例解释本发明的优点和特别有 利的实施例。

图1表示依照本发明具有识别装置的识别系统的方框图；

图2表示测量不同条件下信噪比的各个例图；

图3

图4

图5表示TAG中作为TAG与询问器之间距离的函数的接收功率的 例图；

图6表示询问装置中作为TAG距离的函数的接收功率的例图；

图7表示线性调频脉冲信号以及由此生产的脉冲信号的例图；

图8

图9表示各种条件下并利用若干测量的信噪比的例图；

图10表示用于产生线性调频脉冲的互补色散延迟线的例图；

图11表示用于产生线性调频脉冲压缩的色散延迟线的例图；

图12表示利用与产生线性调频脉冲压缩的图11相逆的方法的色 散延迟线的例图；

图13表示具有色散变换器装置和具有非色散变换器的变换器装置 的表面波变换器装置的例图；

图14表示在利用色散变换器和若干非色散变换器进行编程/编码 前后的根据本发明的表面波变换器装置的例图；

图15表示在输入端具有分散变换器并在输出端具有编码非色散变 换器装置的TAG的基本操作例图；

图16表示具有通用输入和输出线的色散SAW变换器装置的基本操 作例图；

图17表示依照本发明的SAW TAG的基本例图；

图18表示依照本发明的双相编码SAW变换器装置的例图；

图19表示具有三个逻辑状态A、B、C响应信号的编程TAG的例图；

图20表示利用连接链路(焊接)编程的TAG例图；

图21表示根据本发明利用硅片编程的SAW变换器装置的例图；

图22表示具有询问单元和依照本发明的TAG(无源TAG)的识别 系统的例图；

图23与图22相同，但其具有可重新编程的无源TAG；

图24表示依照本发明具有若干询问单元和若干TAG的识别系统的 例图；

图25表示依照本发明识别系统的示范性应用的例图；

图26表示依照本发明识别系统的另一个示范性应用的例图；

图27表示依照本发明具有无源TAG的识别系统的例图；

图28表示依照本发明具有可重新编程无源TAG的识别系统的例 图；

图29表示根据本发明的TAG的示意性例图；

图30表示利用硅连接SAW的不同方法的例图；

图31表示为对TAG编程而利用硅芯片连接SAW结构的例图；

图32表示用于产生压缩和扩展脉冲信号的具有互补色散变换器装 置(DDL)的SAW结构的例图；

图33表示可编程的色散变换器装置(DDL)结构的例图；

图34表示SAW结构与程序模式之间接线的例图；

图35表示具有两个独立代码产品(在下线性调频脉冲信号的情况 下)的可编程色散变换器装置的例图；

图36表示与图35中装置相同的例图(在上线性调频脉冲信号的 情况下)；

图37表示具有可编程色散变换器装置和两个非色散变换器装置的 SAW结构的例图(下线性调频脉冲信号的情况)；

图38与图37相同(上线性调频脉冲信号的情况)；

图39表示在两个非色散变换器装置之间具有色散变换器装置(下 线性调频脉冲信号的情况)的例图；

图40与图39相同(上线性调频脉冲信号的情况)；

图41表示具有位于两个非色散变换器装置之间的色散变换器装置 的SAW结构的例图；

图42表示具有两个色散变换器装置的SAW结构的例图(下线性调 频脉冲信号的情况)，所述两个色散变换器装置围住非色散变换器装 置；

图43与图42相同(上线性调频脉冲信号的情况)；

图44表示具有两个色散变换器装置的SAW结构和对SAW结构进行 编程的信号波形的例图，其中两个色散变换器装置围住非色散变换器 装置；

图45表示可重新编程TAG的方框图；

图46表示当与外部数据源连接时可重新编程TAG的例图；

图47表示具有程序编制器的可重新编程TAG的方框图；

图48表示可重新编程TAG的例图和对编程进行基本说明的例图。

图1是表示询问单元1(询问器)的方框图，该询问单元包括发射 机单元2和接收机单元3。发射机单元2配置了天线4，接收机单元3 配置了天线5。另外，该图示出了一识别单元6(TAG)，它也称为无 源TAG。该TAG6在配置上具有接收天线7和发射天线8。

询问单元1的天线4和5以及天线7和8可以是整体结构，也就 是说发射与接收天线每个都以单独的天线单元制成。

询问单元1在发射机单元2中产生信号，并通过天线4将该信号 发射出去。由TAG的天线7接收通过天线4发射出的信号，然后TAG 响应接收信号而发射出TAG-特定(识别)信号，然后该信号由询问单 元1中的接收单元3接收。为使该询问/响应信息在询问单元1和TAG6 之间成为可能，对于有限发射功率存在最大可行距离。如果超过了该 距离，在询问单元与TAG之间的询问/响应通信中就会出现干扰。

图2在图2a中表示图1中已说明的识别系统。图2b表示根据TAG 与询问单元之间距离r绘制的信噪比因子SN(r)。在此通过示例方法 将以下条件用到整个系统：

AA＝10W/W(10dB)，

    总体附加损失；

AF＝10W/W(30dB)，

    滤波器的插入损失/DDL；

BN＝100MHZ，

    等效系统噪声带宽；

BS＝80MHZ，

    信号的频率带宽；

F＝1(3dB)，

    系统噪声系数；

fc＝2.443GHz，

    载频；

G1＝16W/W(12dBi)，

    询问器的天线增益；

GT＝1W/W(0bBi)，

    Tag的天线增益

K＝1.38 10-23J/K，

    Boltzmann常数；

P1＝10mW，

    询问器功率；

R0＝50Ω，

    标称阻抗；

SN1＝10W/W(10dB)，

    询问器的接收机所需的S/N比；

T0＝297K(+25℃)，

    环境温度；

TSE＝1.25μs，

    扩展信号持续时间。

图2b表示用于无源TAG的询问器中的接收机的信噪比。在该例子 中，符号ψ表示色散延迟线的扩展因子，按〔W/W〕计量。扩展因子ψ ＝1W/W时，早在0.87m处得到10dB的SNI限度。而扩展因子ψ＝100W/W 时，仅在2.7m处得到询问单元中接收机的信噪比(SN比)。例如，根 据本发明的TAG识别系统的ψ值为100W/W。

图2c表示：如果不仅采用单式询问，而且如果在指定时间单元内 增加询问数NR，以及如果TAG的响应信号与NR个询问相关时，询问距 离r(＝TAG与询问单元之间的距离)是如何增加的。在该情况下，通 过变量NR表示询问数量。就象图2b中的顶部曲线那样，当NR＝1时， 仍然可行的询问距离还是2.7m。保持相同的扩展因子ψ(在＝100W/W 的例子中)，例如，如果将询问数增加到NR＝100，则最大询问距离增 加到8.7m。

图5依次表示图1的一部分(图5a)。图5b和5c表示TAG接到 的功率PTS(r)，该功率是发射机距离r的函数。图5b和5c清楚地示 出了例如在载频为2442MHz时功率PTS相对于该距离内的特定点显著高 于载频为5800MHz处的功率。

图6在图6b和6c中示出了询问单元中接到的信号功率PIS(r)的 功率曲线图。在此也可以清楚看到，根据载频为2442MHz的特定接收 位置的功率要比频率为5800MHz处的功率高很多。

图7在图7a中示出了色散变换器装置9(色散延迟线DDL)的方 框图。在该装置中，利用电源阻抗为ZS的发生器(Gen)产生通过色散 变换器装置输入终端的输入信号UIN(t)。此处输入信号UIN(t)为线 性调频脉冲信号--图7b和图7d--更为确切的是振幅USE为1V、持 续时间TSE为1微秒的上线性调频脉冲信号。该情况下的载频为100MHz， 线性调频脉冲信号的带宽约为100MHz。

所示线性调频脉冲信号采用持续时间为TSE的线性频率调制脉冲形 式，其中频率从低频变到高频，它们以不变的线性方式上升(上线性 调频脉冲)或下降(下线性调频脉冲)。高频低频之间的差值表示线 性调频脉冲的带宽BS。脉冲的总持续时间TSE乘以脉冲的带宽BS称为扩 展或展宽因子ψ，其中：

                   ψ＝BS×TSE

由于线性频率调制的脉冲，其中带宽BS内的频率在时间TSE上不断 变化，给出调制指数μ作为带宽与时间的系数，即

                   μ＝2*π*BS/TSE〔1/S2〕；

因此，也可以将μ看作是频率加速度。

如果t〔s〕为时间，其中打算用t＝t0＝0表示基于时间的线性 调频脉冲中心，TSE〔S〕为线性调制脉冲的持续时间，ω0〔rad/s〕为 时刻为t0时的参考频率，Δω〔rad/s〕为角频率的偏移；μ〔rad/s2〕 为频率加速度，USE〔V〕为频率调制脉冲的振幅，则可将两个线性调频 脉冲的上线性调频脉冲(+)和下线性调频脉冲(-)定义如下：

            Uin(t)＝USE·COS(ω0·t±μ·t2/2)，|t|≤TSE/2

            Uin(t)＝0，|t|＞TSE/2

如果该类信号传到适当设计的色散延迟线(DDL)，该色散延迟线 具有抛物线形的相位响应和线性群延迟时间响应，则所产生的输出信 号UOUT(t)为下面形式的压缩信号： $U_{\mathrm{out}}\left(t\right)=U_{\mathrm{SE}}·\sqrt{\frac{2}{\pi ·\mu }}·\frac{\mathrm{Sin}(\pi ·B_s·t)}{t}·\cos \left({\omega }_{0}t\right)$

或可选择的是： $U_{\mathrm{out}}\left(t\right)=U_O·\sqrt{B_S·T}·\frac{\mathrm{Sin}(\pi ·B_S·t)}{{\pi ·B}_S·t}·\cos \left({\omega }_{0}t\right)$

同时在图7b中示意性地表示了信号UIN(t)，图7c示出(也是示 意性的)输出信号UOUT(t)的信号波形。在该情况下，TSC表示UOUT(t) 主峰的两个零位之间的时间长度。将TSE定义如下：

              TSE＝2/BS

图7d表示图7b中所示线性调频脉冲信号的某差动说明。线性调 频脉冲信号的持续时间为1微秒，其信号振幅为1V。

图7e表示DDL9(图7a)的输出脉冲信号，并表示DDL在时间上 扩展的同一输出脉冲信号(水平放大)。

图9a和9b表示信噪比因子SN(r)对TAG与询问单元之间距离r 的响应曲线，该曲线是不同扩展因子ψ和不同询问周期NR的函数。

图10表示表面波基底的示例，它具有加权叉指式变换器(IDT) 形式的色散延迟线(DDL)，所述叉指式变换器设置在表面波基底上， 用于产生表面波线性调频脉冲信号。

按如下方式产生激发色散变换器的信号：将来自发生器10的 sinx/x型信号和在载频发生器11中产生的载频信号馈送到四象限乘 法器12的输入端。在乘法器12的输出端形成先前在上面描述的脉冲 信号13。

如果该脉冲信号13传到色散变换器9，就产生两个表面波14和 15，它们在基底上沿相反方向传播。这两个表面波具有线性调频脉冲 特征，它们之间是互补的。该图表示在色散变换器左侧的具有上线性 调频脉冲特征的第一表面波14和在右侧的具有下线性调频脉冲特征的 第二表面波15。

当表面波14和15到达非色散转换器16a和16b时，再次在这些 变换器的终端产生电信号，所述具有上线性调频脉冲特征的电信号UUP (t)通过变换器16a，具有下线性调频脉冲特征的电信号UDOWN(t)通 过变换器16b。这两个信号的波形示于图10b和图10c中。

图11a表示一种SAW变换器装置，其中，一开始将线性调频脉冲 信号UIN(T)18提供给非色散变换器16。然后该变换器产生对应的“线 性调频的”声波，该声波在色散变换器9中被接收，于是在输出端再 次产生公知的时间压缩脉冲信号UOUT(T)，该时间压缩信号已经描述 过了，它示于图11c中。输入信号和输出信号的信号函数示于图11b 和11c中。

如果将线性调频脉冲型的输入信号UIN(t)提供给色散变换器9， 并使输出信号Uout(t)贯穿非色散变换器16与其分接，就能得到相同 结果。该内容示于图12中。

图13a表示与图12装置相类似的装置；然而，在此两个非色散变12 换器16在色散变换器9的对侧基底上呈前后排列，也就是说在空间上 呈交错排列。当色散变换器被线性调频脉冲信号UIN(t)-图13b-激 发时，在输出端形成两个压缩的脉冲信号Uout1(t)、Uout2(t)，这两 个压缩的脉冲信号具有相同的信号形状-图13c，但由于声波在基底上 的传播时间，在时间上它们会相对彼此发生分隔为ΔT21的偏移。

为简化响应信号的询问，时间偏移ΔT21应当至少等于TSC；然而该 时间偏移量最好比Uout1(t)和Uout2(t)主要最大值的零位间隔大大约 3到10倍。两个脉冲输出信号之间的时间偏移是必要的，这样询问单 元一接到信号就能可靠地对它们进行检测和检验。

图14在根据图14a的说明中表示具有色散变换器9和非色散变换 器20的SAW变换器，非色散变换器20由8个非色散变换器16构成。 其在SAW基底上的实施过程中，色散与非色散变换器是类似的。它们 都分别显示出正极21和22以及负极23和24。电极利用其导体25(指) 的自由端彼此指向对方，导体25的自由端相互扣住但不接触。在图14 中非色散变换器16的正极通过公共总线26(从现在起认定为正总线) 进行连接。在图14a中非色散变换器16的负极23通过负总线27相互 连接。正如从图14a中所看到的，色散变换器9与非色散变换器20相 互间是电隔离的，它们的耦合只由表面声波耦合构成。在图14a中， 所有非色散变换器以相同方式连接到相应的正与负总线上。这意味着， 当它们被色散变换器9产生的SAW脉冲信号激发时，它们与脉冲序列 作用，与前一个脉冲相比每个脉冲在时间上发生偏移，但每个脉冲具 有相同的形状。这相当于8个逻辑1“11111111”的编码或编程。

图14b表示根据图14a的装置，但现在它具有已编码/编程的非色 散变换器装置。在一个具体例子中，编码/编程在于电极与第二、第五、 第六变换器的总线之间的连接线已被去掉或断开。当这些变换器被色 散变换器9产生的SAW脉冲信号激发时，这样它们就不能将电信号输 出到总线上，于是出现与代码“10110011”相对应的脉冲序列。去掉 或断开已有电极—总线的连接是进行编程的第一位的首选类型。可通 过任何技术、有利的是通过激光切断或刻蚀实现正与负极之间连线的 去除或断开。

图15表示图14b中所示表面波变换器的另一实施例，其中将色散 变换器9的正极22从正总线26上电切断。对色散变换器的负极24和 非色散变换器的负总线27也进行相同处理。正如从图15中所看到的， 接着将色散变换器的一对电极以及非色散变换器装置的总线连接到天 线(分别为30和33)上。天线33由两部分31和33组成；第一部分 31与色散变换器9的正极相接，而第二部分32与其负极连接。

正如所描述的，当所示表面波变换器装置被输入线性调频脉冲信 号14激发时，变换器装置在输出端对具有逻辑符“10110011”的脉冲 序列作出反应。已经结合图14对该示范性识别码作了描述。可以看到， 在变换器装置16的第二、第五和第六变换器不与正与负总线连接的位 置不会产生脉冲，这为在询问器中容易读取、检测与推定作好准备。 还可以看到，输出信号是具有两个逻辑状态的信号，即相当于逻辑“1” 的“脉冲”状态和相当于逻辑“0”状态的“非脉冲”状态。在图15 中，以示例方式从顶部示出了识别“TAG卡”，在该卡上设置了SAW 变换器，从上面可以看到两个天线装置--接收天线30和发射天线 33--以十字方式设置在卡上。

图16在图16a中示出了表面波变换器，其中色散变换器9的正极 与非色散变换器16的正极相连，色散变换器9的负极与非色散变换器 16的负极相连。

然后脉冲发生器输出的线性调频脉冲信号同时到达色散变换器9 以及非色散变换器16。从图16a中也可看到，此后色散变换器9压缩 线性调频脉冲信号并产生非色散变换器方向上的第一脉冲表面波，从 图16b中也可看到，同时非色散变换器产生相反方向的第二表面波， 该表面波朝色散变换器方向传播。该第二表面波显示出与接收波对应 的线性调频脉冲型特征。

第一脉冲SAW一到达非色散变换器也被转换成脉冲电信号，同时 第二线性调频脉冲型的SAW一到达色散变换器就被压缩，并被转换成 类似脉冲的电信号，该信号同时出现在电极的总线上，并与来自非色 散变换器的脉冲电信号精确同相。这样图16象征性地提供了演示，根 据该演示可将16a和16b的装置复合，由此得到16e。

因为装置的激发信号与响应信号都伴有时间延迟，因此两个信号 不会相互影响，该装置不仅可以利用公共总线，而且也可以利用普通 天线，所述天线同时为TAG的接收与发射天线。

图17以示例方式示出了具有图16c所示装置的TAG卡的结构，其 中色散变换器的电极与非色散变换器的公共总线71相接。所示变换器 装置利用脉冲序列40对作为输入信号的电磁线性调频脉冲信号14作 出反应，该脉冲序列逻辑符号为二进制序列“10110011”。不言而喻 的是，能容易地增加非色散变换器16的数量n，例如可超过30个，这 能将编程可能性增加到很大的数量，实际可达超过230。

图18表示本发明的另一个可选择实施例。图18a表示根本发明变 换器装置的公知结构，它具有色散变换器9和n＝8个的非色散变换器 16。但是，在此使第二到第八非色散变换器的正极与负极在同一时刻 与负总线和正总线相接。只有第一非色散变换器37，它紧接着色散变 换器设置，使其正极与正总线相接和负极与负总线相接。该第一变换 器元件37用作其它非色散变换器的参考元件，这将在后面描述。图18b 表示图18a的结构，但现在它具有编码/编程的非色散变换器装置。举 例说明，在该情况下可以看到，靠着参考元件37设置的第二变换器38 的负极仅与正总线相接，而其正极仅与负总线相接。通过编码切断所 有其它原来存在的与总线的有效连接。对于第五和第六变换器也是一 样。非色散变换器的第三、第四、第五和第六变换器是常规状态，其 正极与正总线相连，而负极与负总线连接。现在如果具有图18b所示 结构的变换器的TAG被线性调频脉冲信号(例如下线性调频脉冲信号) 激发，然后TAG系统利用由8个脉冲组成的脉冲序列作为答复。第一 脉冲--见图18c--为参考脉冲，它由参考元件37产生。所有其它 脉冲由仍象参考元件那样与正与负总线连接的非色散变换器元件产 生，这些脉冲与参考脉冲同相。然而，由于第二、第五和第六非色散 变换器元件与正和负总线的反向连接，因此它们产生的脉冲信号与参 考脉冲异相。图18d表示了该内容，其中将与参考脉冲同相的脉冲理 解为1位，而与参考脉冲异相的脉冲理解为0位。

图18e表示被再次放大的参考元件37、异相变换器38、同相变换 器39的正与负电极对正与负总线的结构设置。由于空间原因，在图18b 中未示出具有部分31和32的附随天线30。

在另一个有利的实施例中，图19示出了“准”互连结构，这已经 结合图17和18作了描述。图19a再一次示出了处于“未编码/未编程” 状态的SAW变换器装置，由此非色散变换器的正极与负极仍与正总线 和负总线相连。图19b表示一编码，其中，一个非色散变换器装置不 是同相地与总线连接，就是异相地与总线连接，或完全不与总线连接。 在图19c中再一次以放大示图示出了该结构。从左到右再次可看到参 考元件37、异相变换器38、和同相变换器39、以及不连接的变换器 40。图19d以图注方式示出了脉冲信号的译码，所述脉冲信号由各变 换器产生。变换器37再次产生参考脉冲信号，变换器38产生脉冲信 号，该信号与参考脉冲信号异相，变换器39产生与参考脉冲信号同相 的脉冲信号，变换器40由于不与总线连接，因此不产生脉冲信号。当 变换器装置被线性调频脉冲信号激发时，色散变换器再次使用可得的 脉冲信号，对于该信号非色散变换器装置16用脉冲序列41进行响应。 因为输出信号能至少表示出三个逻辑状态，因此编码容量和编程容量 相应变高，由于当系统具有两个可能状态和包括参考变换器的8个变 换器(正如示例中那样)时，最大编码容量总计可达28-1＝128，而现 在提供了38-1＝2187种不同的可能性，这进一步增加了效率，并且与 图18中所示的方案相比，其容量增加了17倍，从而使容量增加了1700 ％。

图20是一种变换器装置，基于信号处理的观点，该装置类似于图 19中示出的表面波变换器装置。然而，在编程/编码之前的初始阶段， 第二到第八(即n-1)非色散变换器既不与正总线连接也不与负总线连 接。单个非色散变换器的每个电极以两个连接点73a、73b为特征，在 其临近处分配或设置正总线接线71a的连接点73a和负总线接线71a 的连接点73b。现在通过每种情况下所需的连接电极与总线的适当接线 72实施与图19中所示方案相同的编程。这些连接优选也可以通过焊接 形成，这对于连接硅芯片的芯片制造是公知的。图20b和20c表示各 电极与总线连接的焊接连接72。显而易见的是，通过焊接可非常容易 地执行任何所想要的编程，在该情况下特别有利的是变换器装置的基 本结构--见图28--保持不变。这就为节约成本的制造作好了准备。

图21表示用于将非色散变换器16的电极与总线连接的图20结构 的可选择方案。在该情况下，将如图20a所示的表面波变换器结构(SAW 结构)施加到下“板”上。这可以是大规模生产的产品，能成本非常 节约地将其制造出来。对于编程，可将上板43(例如硅片24)放置在 下板42的上面。该上板在其下侧以预先准备的“代码成形”连接为特 征，由此仅通过将上板43放置在下板42上就能构成从非色散发射机 到正和负总线的理想对应连接。也可以成本非常节约地实施“连接 板”--例如板43--的准备。通过各种连接技术、例如通过粘接和 叩焊晶片等技术实现两块板的连接。由于利用了两块板，SAW结构就能 够自动地受到保护，而不再需要通过保护膜分别进行保护。如果通过 末端用户(end customer)执行板的连接，则用户确定就能识别并触 发SAW结构和TAG。

图22通过简化的例图示出了一种识别系统，它由询问器单元1和 TAG 44组成，在TAG44上形成了所述图中示出的SAW结构。在说明性 示例中，对于例如通过如图21所示的放置在板上的方式、或如图20 所示的焊接方式、或通过如图19所示的去掉连接引线的方式，TAG仅 可一次编程。可以确定的是，TAG与询问单元1之间的最大距离可达 2.7m，在该距离上由询问器单元的有效场强HMAX可保证可靠的询问通 讯。当询问器单元发射了作为询问信号的线性调频脉冲信号时，可实 现2.7m的询问距离。当发射线性调频脉冲信号并使询问的数量升高到 例如100(Nr＝100)时，于是在同一情况下询问距离r可提高到8.7m。 通过利用作为询问信号的线性调频脉冲信号并利用2000个询问(Nr＝ 2000)，询问距离r能达到18m那么多。利用TAG可容易得到超过109 种的不同编程代码，由此识别系统具有很高的可变性/有效容量。

图23表示图22中所示的装置，其识别系统由询问器单元1和TAG 44组成。然而，在此所述的TAG 44是可重新编程的(RP)。也可参看 图19a，如果非色散变换器16的正极与负极分别同时与正总线和负总 线连接，就能实现该重新编程。在该情况下，为了实现重新编程，就 不再使用例如焊接线的固定接线连接路径，而是插入开关器件，这些 开关元件优选为场效应晶体管，开关元件与开关驱动器连接。开关驱 动器控制开关晶体管的“开”或“关”设置。现在能以非常简单的电 路控制晶体管。由TAG上的电池76提供运行电路所需的能量，在该情 况下电池优选为薄片电池。也可以获得程序代码容量的显著提高，其 中例如在利用询问信号进行的成功询问之间切换代码，由此，依据特 定时间单位—例如两个线性调频脉冲信号的时间单位--对k(＝2) 个不同代码进行编程。以该方式借助于编程77的自动编码可显著增加 有效代码中可能代码的总数，例如可达到29k的范围，其中k≥1。如果 k＝3，则存在达227种的程序代码选择，这代表了很大的编程容量，并 能在与所想要的识别标签一样多的范围内供识别系统使用。理论上， 变量的总数仅取决于IC的存储容量和发射所花的时间。

图24表示具有若干天线5的询问单元1的装置，其中每个天线利 用主波瓣50，只有位于天线限定立体角范围内的识别TAG能如此。可 将主波瓣设定到理想方向，这意味着有关各TAG地理位置的询问具有 高度灵敏性。如果TAG同时被两个天线询问，也可以以这样方式精确 地建立TAG的正确地理位置。

图25表示依照本发明的TAG应用的典型示例。在该情况下，假定 询问单元设置在房屋汽车库上。该情况下TAG安装在汽车内，或较好 是安装在小轿车的主要部分上，例如安装在挡风玻璃上，这样它就不 会容易被移动。当小轿车到达房屋时，在同一地点它也到达询问单元 的范围，在该范围内询问单元发出询问信号后接到TAG的编码信号并 将其识别。如果通过分析发现TAG编码与询问器分析单元期望的编码 对应，则通过向自动车库门触发器发出命令信号打开车库。不言而喻 的是，当接到来源于小轿车的TAG编码信号且其车主也有权利进入车 库时，这仅对于打开车库是方便的。所述方案对于饭店车库也很方便， 饭店客人在登记住进饭店后会接到一TAG，他们能将他们的车驶入车 库，而无需取得为做到这些的传统钥匙。该情况下，当房门通过相应 询问系统运行且由询问装置控制其开启机构时，TAG同时还可以是房间 钥匙。当客人付账离开后，可将该识别符设定为“无效”，于是它既 不能打开饭店房门也不能打开饭店车库。该系统以简单的数据网络连 接为必要条件，设置数据网络连接没有任何问题。

图26表示另一个示例应用。在该情况下示出了一高速汽车道的常 规情况，其中几辆机车驶过道路符号桥架下方。在该道路符号桥架的 桥架左侧和右侧安装了两个询问单元。当小轿车到达并来到最大距离 内时，询问单元就处理由TAG发回的编码信号-TAG再次在小汽车内、 位于小轿车上或小轿车主要部分(例如在挡风玻璃上)上-，并将其 发回中央处理单元。以这种方式不仅可以监控交通流量，而且还易于 识别单个汽车。例如，如果所识别的汽车被盗，相应的警察监控单元 将快速知道汽车在哪里以及它正向哪个方向行驶。通过该方式就可以 进行快速逮捕。

不言而喻的是，依照本发明的表面波变换器装置以及由此得到的 根据本发明的TAG能适用到所有可能的产品中，它可以是卡、粘着膜 等等。当TAG成为产品的主要部分时，它适于用作产品的防盗保护， 当它以任何其它方式粘附到产品上或牢固安装到产品上时也可以实现 该目的。

图27再次以功能和结构示图表示依照本发明的TAG，在所示例子 中它还是可编程的TAG。TAG与询问单元之间的静态合理距离基本上取 决于该情况下询问数量，但首先取决于询问信号，有利的是该信号是 线性调频脉冲信号，但也可以是射频脉冲。就对询问信号的响应而言， 当它是线性调频脉冲信号时，TAG将脉冲序列发送回来，它的振幅和/ 或脉冲取决于非色散变换器的编程。

图28表示依照本发明的识别系统的结构，该系统具有依照本发明 的可重新编程的TAG。在该情况下可以看到，SAW滤波器装置9、16与 MOS IC 78相连，通过该结构能开关位于非色散变换器的正极与总线之 间连接线上的晶体管。在任何时刻都能通过编程输入更改编程。例如 设置薄片电池76(预装电容器、太阳能电池等等)作为能源，由此可 重新编程TAG 44具有最长可行寿命的期望。显而易见的是，由于具有 电池，可以提前设定这种TAG的寿命，例如就卡系统而言，该设定是 便利的，由此依照本发明的具有TAG的卡仅在给定的时间段内有效。 为此，有利的是，TAG还具有有效的定时器开关。

图29表示依照本发明的TAG产品，其中TAG由三层79、80和81 构成；第一和第三层79、81表示保护层，而中间层80由间隔薄片构 成，在该间隔薄片中设置了表面波变换器结构(SAW)连同天线和薄片 电池。

图30表示用于连接SAW(表面声波)芯片和硅连接芯片的各种可 行方案，其中，在硅连接芯片上设置了各接线，从而保证SAW的编程/ 编码。可按照通过焊接(图30a)或通过象叩焊晶片技术这样的公知技 术(见图30b)所述的方式再次进行连接，其中在叩焊技术中，以与叩 焊晶片技术类似的方式将将硅连接芯片反装到SAW芯片上。也可以将 SAW坚固设置在硅连接芯片结构上(图30c)，或在生产过程中同时将 SAW结构和各接线设置在硅片上。

如果通过实施连接、例如通过对硅连接晶片实施叩焊晶片技术(见 图30b)进行SAW结构的编程/编码，则首先通过编程使TAG自体激活， 由于没有接线，因此目前TAG还完全没有作为表面波变换器的功能。 由此该系统实际上具有“钥匙”功能，它同时进行编程并激活“锁”。 当一旦被线性调频脉冲信号激发，以该方式编程/激活/编码的TAG就 发出所希望的脉冲序列，该脉冲序列作为TAG的识别钥匙锁设置被精 确地识别或确认。然后该序列独自到达识别系统的运算器，以便确定 是否出现重复的标识符。例如，对于以任何方式相关的物和人，重复 标识符是很有用的。

图31表示SAW电路83与硅芯片82之间的连接，其中SAW结构设 置在下板42上，而硅芯片设置在上板43上。具有SAW结构的下板42 以电源连接区域51和52以及编程接线53为特征。上板仅部分地盖住 下板，这样一部分电源接线51和52仍未被覆盖，上板同样以编程接 线54和电源接线55为特征。上板进一步以硅芯片82为特征，将结合 图45进一步解释它的结构。

随着上板设置在下板上，其对应的编程接线53和54以及电源接 线51、52和55以以下方式会合在一起：板的一部分电源接线51和52 保持不被覆盖的状态。然后借助于施加给电源接线的适当电源和借助 于天线接线57进行的相应编程，可非常容易地对硅芯片82进行编程， 对SAW结构和由此的TAG 44也同样如此。在该情况下，可在任何时刻 进行重新编程。

图32表示位于SAW结构中间的非色散变换器装置的线路图。当色 散变换器9接到线性调频脉冲发生器产生的线性调频脉冲时，它产生 两个表面声波，即压缩的表面波脉冲信号13和扩展的线性调频脉冲 58。在图32中可以看到，压缩脉冲1向左移动，而扩展线性调频脉冲 信号向右移动(在图中)。然后各信号遇到非色散变换器装置，于是 在输出端产生作为电信号的信号UCOM(t)和UEXP(t)。压缩以及扩展 信号的相应信号轮廓示于图32b和32c中。该装置具有以下优点：首 先从询问单元发送上线性调频脉冲，然后发送下线性调频脉冲。通过 该方式由此增加了编程容量，或能实现在各个询问系统中实现切换。

图33表示本发明的另一个可选择实施例。在该情况下，非色散变 换器按照结合图20已经描述的那样实施。然而，色散变换器9在几个 部分内实施：在所述例子中它由三部分84a、84b、84c组成，其中第 一部分适合于高频信号，第二部分适合于中频信号，而第三部分能够 处理低频信号并产生适当的表面波信号。图33a表示色散变换器9的 三个部分没有与对应的正和负总线连接。相应色散变换器部分的对应 正极和负极以连接区域为特征，它们都设置在靠近负总线和正总线的 位置。

图33b表示首先的两个色散变换器部分9的焊接，这样它们都连 接到相应的正或负总线上。在所述的例子中作为低频色散变换器部分 的第三部分不与总线连接。因此色散变换器装置9也是可编程的，这 就提高了系统的整体编程或编码能力。由此必需用线性调频脉冲信号 激发图33b中表示的TAG，该信号的频率带宽被调节到高频和中频色散 变换器部分的带宽。对于色散变换器装置的其它编程，就必需使用另 一种询问信号，这样就总能用TAG信号回答询问信号。

图34表示已在图33中描述过的TAG的编程，它具有可编程的色 散变换器装置，其中通过将上板叠置到下板上实现编程，已经结合图 33a对此作了描述。上板以对应于编程的理想连接表面为特征，它被安 装到色散和非色散变换器正极和负极的对应连接终端上。

图35表示本发明的另一个可选择实施例。在该情况下，非色散变 换器装置16a和16b设置在可编程色散变换器装置9的左边和右边。 用不同代码对这些变换器装置16a、16b中每个进行编程。正如结合图 32已描述的，色散变换器装置一接到线性调频脉冲信号就产生时间压 缩的脉冲信号和扩展的线性调频脉冲信号。在所述例子中，时间压缩 的脉冲信号向左传播，而扩展的线性调频脉冲信号向右传播。在所述 例子中，当TAG被下线性调频脉冲信号激发时，仅从位于色散变换器 装置左侧的非色散变换器产生脉冲序列。一旦TAG被上线性调频脉冲 信号激发，就通过位于色散变换器装置9右侧的变换器装置16确定脉 冲序列的编码。通过该方式由上线性调频脉冲信号确定一特定代码， 由下线性调频脉冲信号确定另一个代码。

上线性调频脉冲信号和下线性调频脉冲信号的结构示于图36中， 该图与图35互补。

图37和38表示与图35和36类似的结构，该结构具有可编程的 色散变换器装置9，在色散变换器装置9的两侧设置了非色散变换器装 置16。在根据图37和38所述的例子中，不用对TAG编程，它处于预 编程的状态。按照结合图14所作的描述，通过切断或去掉电极与相应 总线71a、71b之间的特定连线可完成编程。

图39和40表示“整体”色散变换器装置9的设置，在它两侧它 再次被非色散变换器装置16所包围，其中能区别地对两个非色散变换 器装置进行编程。图39表示用于作为询问信号的下线性调频脉冲的设 置，图40表示作为询问信号的上线性调频脉冲的情况。重新通过去掉 连线进行编程。

图41表示在被下线性调频脉冲信号以及被上线性调频脉冲信号激 发时的脉冲信号序列。将该情况下下线性调频脉冲信号的代码设定为 字母“RBACBBCA”的序列，而将上线性调频脉冲信号的代码设定为字 母“RCBACBAB”的序列。至此能直接由图41确定必要的编程。作为询 问信号的下线性调频脉冲信号和上线性调频脉冲信号的对应脉冲信号 序列分别示于图41b和41c中。于是可以看到，压缩脉冲的信号序列 叠加到扩展线性调频脉冲信号上，但是扩展线性调频脉冲信号的振幅 远低于时间压缩脉冲的最大振幅，由此在时间压缩脉冲信号与扩展线 性调频脉冲信号之间获得相当好的区分。

图42表示本发明实施例的另一个可选择实施例。在该情况下，在 TAG上设置了两个色散变换器装置，它们将非色散变换器装置封闭起 来。一旦被下线性调频脉冲信号激发，第一色散变换器装置9a产生扩 展线性调频脉冲信号，而第二色散变换器装置9b就产生时间压缩脉冲 信号。在图43中示出了与该情况互补的情况，由此由于上线性调频脉 冲信号作为询问信号，第一变换器装置9a产生时间压缩脉冲信号，而 第二色散变换器装置9b产生扩展线性调频脉冲信号。

图44表示图42和43中所示SAW结构在被上线性调频脉冲信号激 发时和在被下线性调频脉冲信号激发时的信号结构。于是可以看到， 上和下线性调频脉冲信号的对应脉冲编码序列40彼此间是相反的，由 此借助于上线性调频脉冲和下线性调频脉冲信号产生的时间偏差，询 问单元可以(相反)综合性地检查相反的脉冲信号序列，这会增强询 问的安全性，所以当以所述方式构造了TAG时，仅能允许可允许的结 果。于是，例如，如果TAG缺少第二色散变换器装置，那么询问单元 将不会接到基于下线性调频脉冲信号的第二色散变换器的脉冲信号， 就可能将分析视为“无效”。

图45表示我们可重新编程的无源TAG的结构。在此TAG以已述SAW 结构60、天线装置61、以及硅芯片62为特点。硅芯片以开关矩阵63、 微型控制器64、可重新编程存储器65、可编程界面66、以及低频滤波 器67为特征。硅芯片还可以通过接线访问能源68，能源例如电池、太 阳能电池、储能电容器等等。低通滤波器67与天线61的天线部分相 连。SAW结构60还与开关矩阵63相连，开关矩阵部分也与微型控制器 64相接，微型控制器与存储器65和界面66相接。

根据图45的TAG的另一个实施例示于图46中。在此微型控制器 以与数据源69相接的另一个界面为特征，在所述示例中该界面由传感 器构成，通过该界面可将数据或程序数据(例如温度、环境数据、生 物计量数据(例如手印))输入到微型控制器中，据此对SAW结构进 行编程。

图47表示编程原理。此处可以看到，已在图46中描述的TAG与 程序编制器90相连，程序编制器利用编程天线91和92。程序编制器 90能部分地与外部装置进行数据连接，外部装置例如计算机、网络等 等。为进行编程，通过程序装置90的天线将编程数据发送到TAG44 上，TAG44能将几个程序或几种不同的代码存代码存储器65中，并通 过微型控制器对SAW结构进行相应编程。该情况下可通过数据源69选 择各种代码。

在根据图48的系统说明中进一步解释了可重新编程TAG的编程。 此处可以看到，TAG插入到程序编制器90中，其中将单个识别代码或 若干识别代码存入TAG的代码存储器中。以低频带发射编程数据，从 而能将它们从低通滤波器中分出。在程序编制器中对编程数据进行数 据处理。在图48中可以看到，将程序编制器90的天线91、92设置成 与TAG的天线正好交叉，由此就能得到进行编程所需的高发射功率。

如果在测量装置中安装了TAG(例如在环境测量装置中)，有利的 是通过数据输入将测量数据发送到TAG中，于是，基于相应的询问， TAG发出脉冲代码序列，这些序列代表相应的测量信号。也可以利用简 单装置通过无线设备从测量装置中重现测量信号，而无需使测量装置 利用其自身的有源发射装置。通过对数据输入的适当控制，也可以根 据TAG的适当询问将所有测量信号序列传送到询问单元。

对于借助于TAG重现上述测量信号，适当的是使每个测量信号包 括一特定的识别代码，该识别代码能识别相应的TAG以及由此识别相 应的测量装置。被另外编码了的数据表示要被重现的想要的测量信号。 代替所述的测量装置，TAG可与任何其它可以想到的数据源连接，这些 数据源能将数据传送给TAG，通过询问器使数据重现。该数据源也可以 是医疗技术应用或数据处理装置。

对于本发明，显然的是也可以使TAG以一次编程非色散变换器和 可重新编程非色散变换器为特征，这样仅有部分脉冲信号序列是可自 由编程的。

也可以用非色散变换器装置代替色散变换器。在该情况下适当的 是将传统脉冲信号用作询问信号，这样TAG能用想要的脉冲信号序列 答复询问信号。

也可以使询问器发送出识别脉冲序列，对于该脉冲序列，仅有一 个被编程以便与识别脉冲信号相对应的TAG能利用所希望的响应信号 对它作出反应。由此可以选择性地从大量其它TAG中确定特定ident TAG的存在。

也可以使询问器首先发出线性调频脉冲信号，紧接发出识别脉冲 序列，由此对正被寻找的TAG产生非常可靠的询问。

从前面的描述中还能看到，大量色散变换器装置可与另外的大量 非色散变换器装置结合，由此非色散变换器装置甚至能以非色散单个 变换器的变量数为特征。

所述的说明仅表示主要结构，其中解释了根据本发明的装置的操 作方法。可以设想以开关技术为基础的许多变化，它们包含相同功能。 于是应当特别提到叉指式—变换器(IDT)的级联。为保持变换器装置 的低容量可安装这些装置。

特别是，SAW滤波器的金属电极的布置可采用许多形式(例如拆指 技术)，其中所述的实施例仅描述了主要操作模式。另外，变换器的 几何布置不限于SAW的直线传播。为了较好的利用芯片表面，可借助 于高性能反射器偏转SAW。由于通过周期结构容易实现最大反射，因此 所产生的反射损失很小。

另外，可能的是，在通过反射器改变SAW方向的过程中，为实现 信号压缩，其中反射器结构以芯片特性为特征。通过该方式也可以由 线性IDT形成色散IDT，其中色散反射器位于电路下游，从而它能压缩 来自非色散IDT的编码装置的SAW并将其反射。