大容量編碼SAW-RFID中衍射和體波散射的抑制

針對大容量編碼的聲表面波射頻標(biāo)簽在遠(yuǎn)場區(qū)將產(chǎn)生無法補(bǔ)償?shù)难苌鋼p耗問題，利用格林函數(shù)結(jié)合邊界元精確模型，研究了YZ-LiNbO3壓電基片上的瑞利波在稀疏電極短反射柵上的反射和體波散射。研究發(fā)現(xiàn)，采用短路指作為反射柵一方面自然地抑制了衍射，另一方面，同樣可獲得與128°YX-LiNbO3基片上反射散射比性能接近的反射柵。為滿足特定需求（例如：高溫應(yīng)用），需要采用層狀材料作為SAW RFID基底，或者反射柵可能不再只是金屬電極，而是可能的溝槽等復(fù)雜邊界條件，課題組還在國際上較早地開展了采用純有限元軟件（不再使用邊界元）進(jìn)行短反射柵反射率、透射率的研究，尤其是利用波數(shù)域分析反射和散射。 課題組在國際上首次提出并設(shè)計(jì)制作了Reed-Solomon數(shù)據(jù)糾錯功能同時又保持大編碼容量的SAW標(biāo)簽樣品，該編碼方法確保了標(biāo)簽讀取的可靠性，為其成功地應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。采用128°YX-LiNbO3研制出可在360℃溫度范圍下工作并兼具溫度測量的大編碼容量SAW RFID系統(tǒng)在國際上首次成功應(yīng)用于機(jī)場助航燈管理系統(tǒng)中，還將SAW RFID成功地推廣到智慧城市地下管網(wǎng)探測，探測深度達(dá)到70厘米，成功滿足了所有基于半導(dǎo)體技術(shù)的RFID均無法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用需求。

大容量編碼的聲表面波射頻標(biāo)簽在遠(yuǎn)場區(qū)將產(chǎn)生無法補(bǔ)償?shù)难苌鋼p耗。衍射效應(yīng)還造成反射回波包絡(luò)與載波相位的畸變，導(dǎo)致解碼誤差增加，編碼效率降低。利用格林函數(shù)結(jié)合邊界元精確模型，以YZ-鈮酸鋰基片上稀疏電極的體波散射機(jī)理研究為基礎(chǔ)，通過改變短反射柵中電極結(jié)構(gòu)和間距進(jìn)行慢切變波和體縱波的分別干涉、抵消，達(dá)到體波散射抑制快于反射率下降的目的，從而構(gòu)造出反射-散射比至少大于1.4的短反射柵，使YZ-鈮酸鋰成為實(shí)用的聲表面波射頻標(biāo)簽基片材料。本研究方案能有效地抑制器件中的衍射效應(yīng)，從而為設(shè)計(jì)出編碼容量滿足相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的聲表面波射頻標(biāo)簽奠定基礎(chǔ)。

衍射，又稱繞射，是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現(xiàn)象 。

在經(jīng)典物理學(xué)中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發(fā)生不同程度的彎散傳播。假設(shè)將一個障礙物置放在光源和觀察屏之間，則會有光亮區(qū)域與陰暗區(qū)域出現(xiàn)于觀察屏，而且這些區(qū)域的邊界并不銳利，是一種明暗相間的復(fù)雜圖樣。這現(xiàn)象稱為衍射，當(dāng)波在其傳播路徑上遇到障礙物時，都有可能發(fā)生這種現(xiàn)象。除此之外，當(dāng)光波穿過折射率不均勻的介質(zhì)時，或當(dāng)聲波穿過聲阻抗不均勻的介質(zhì)時，也會發(fā)生類似的效應(yīng)。在一定條件下，不僅水波、光波能夠產(chǎn)生肉眼可見的衍射現(xiàn)象，其他類型的電磁波（例如X射線和無線電波等）也能夠發(fā)生衍射。由于原子尺度的實(shí)際物體具有類似波的性質(zhì)，它們也會表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，可以通過量子力學(xué)進(jìn)行研究其性質(zhì)。

在適當(dāng)情況下，任何波都具有衍射的固有性質(zhì)。然而，不同情況中波發(fā)生衍射的程度有所不同。如果障礙物具有多個密集分布的孔隙，就會造成較為復(fù)雜的衍射強(qiáng)度分布圖樣。這是因?yàn)椴ǖ牟煌糠忠圆煌穆窂絺鞑サ接^察者的位置，發(fā)生波疊加而形成的現(xiàn)象。

衍射的形式論還可以用來描述有限波（量度為有限尺寸的波）在自由空間的傳播情況。例如，激光束的發(fā)散性質(zhì)、雷達(dá)天線的波束形狀以及超聲波傳感器的視野范圍都可以利用衍射方程來加以分析。

光的衍射在現(xiàn)代科技中，能夠?qū)δ承┨匚⒔Y(jié)構(gòu)起到放大的作用，積極運(yùn)用光譜分析和結(jié)構(gòu)測定，都能在相關(guān)光源成像系統(tǒng)下進(jìn)一步完善衍射研究，主要突出在以下幾個方向 ：

1. 廣泛開發(fā)光譜分析，如衍射光柵光譜儀等。

2. 制造工藝上，應(yīng)全面推廣全息光柵和閃耀光柵，提高利用光能量的效率。

3. 大力推行衍射成像，如衍射成像分辨儀器等。

4. 空間濾波技術(shù)和光學(xué)信息處理技術(shù)的開發(fā)，包括全息影像技術(shù)的改革優(yōu)化。

5. 優(yōu)化衍射結(jié)構(gòu)分析，如X射線結(jié)構(gòu)分析等。

人們從認(rèn)識光學(xué)的衍射現(xiàn)象，到掌握并利用衍射現(xiàn)象已經(jīng)過去了200多年，光的衍射無時不在人們的周圍存在。當(dāng)我們在夜晚抬頭仰望月亮或者觀看路燈時，長期觀看下能夠發(fā)現(xiàn)有放射形的光芒在散發(fā)，這就是光的衍射。試著調(diào)整我們的瞳孔，將眼睛瞇小點(diǎn)，光的散射似乎會更明顯。今天的人們一定能夠在足夠掌握衍射原理的基礎(chǔ)上大力拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。2100433B