CN101271537A - 用于射频辨识卷标的天线 - Google Patents

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CN101271537A CNA2007101260913A CN200710126091A CN101271537A CN 101271537 A CN101271537 A CN 101271537A CN A2007101260913 A CNA2007101260913 A CN A2007101260913A CN 200710126091 A CN200710126091 A CN 200710126091A CN 101271537 A CN101271537 A CN 101271537A
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Abstract

本发明提供一种设置用于射频辨识(RFID)装置的天线，该天线包括：位于基板上的第一导电元件，该第一导电元件延伸于第一端与第二端之间；以及位于该基板上的第二导电元件，该第二导电元件包括延伸于第三端与第四端之间的第一路径、从该第三端延伸至第五端的第二路径以及从该第三端延伸至第六端的第三路径，其中该第一导电元件的该第一端与该第二导电元件的该第二路径的该第五端以及该第三路径的该第六端的相分离，但与其接近。

Description

用于射频辨识卷标的天线
技术领域
本发明涉及射频辨识(RFID)，尤其涉及一种设置用于RFID卷标的天线。
背景技术
射频辨识(RFID)是辨识产业的一种重要技术，且具有各种应用。RFID卷标或标记广泛用于将物体与辨识代码关联起来。例如，RFID标签已用于建筑物的进出控制、车辆的安全锁、以及追踪存货。储存于RFID卷标上的信息可辨识希望进入设有安全设施的建筑物的人员或具有唯一辨识号码的存货项目。RFID卷标可保留并传输足够的信息，以唯一地辨识个人、包装、存货等。一般而言，在RFID系统中，为从RFID卷标撷取信息，RFID读取器可使用射频(RF)反向散射技术将激发信号传送至RFID卷标。该激发信号激发该RFID卷标，该RFID卷标进而将所储存的信息反向散射至该读取器。然后，该读取器从该RFID卷标接收信息并对其进行译码。
RFID卷标一般可包括用于数据处理的芯片以及用于数据通信的天线。在RFID产业中，重要的是，RFID标签有效地接收或使用从RFID读取器接收的能量，以促进对读取器的后续响应或增加标签可以无线方式与读取器通信的可用无线电范围。可通过RFID卷标的芯片与天线的间的阻抗匹配来提高效率。由于芯片一般表现出相对较高的容抗，因此，可将天线设计成具有相对较高的感抗，以实现共轭匹配。然而，此类高感抗可能会缩小RFID标签的频宽。而且，携带RFID标签的基板的材料可能会引起标签的所需感抗的变化。而且，芯片的容抗可能会因为半导体工艺而变化。因此，最好能具有一种能够与对应芯片形成复共轭的RFID卷标天线。而且，最好是能增加RFID标签的频宽，同时实现卷标天线与芯片的间的阻抗匹配的复共轭。
发明内容
依据本发明的一实施例提供的一种设置用于射频辨识(RFID)装置的天线，该天线可包含位于基板上的第一导电元件，该第一导电元件可延伸于第一端与第二端之间，以及位于该基板上的第二导电元件，该第二导电元件可包含延伸于第三端与第四端之间的第一路径、从该第三端延伸至第五端的第二路径以及从该第三端延伸至第六端的第三路径，其中该第一导电元件的该第一端可与该第二导电元件的该第二路径的该第五端以及该第三路径的该第六端的一相分离，但与其接近。
依据本发明的一实施例提供的一种设置用于射频辨识装置的天线，该天线可包含位于基板上的第一导电路径，该第一导电路径可包含约四分之一波长的长度并可延伸于第一端与第二端之间，位于该基板上的第二导电路径，该第二导电路径可延伸于第三端与第四端之间，以及形成于该基板上的第三导电路径，该第三导电路径可包含约四分之一波长的长度并可延伸于该第三端与一第五端之间，其中该第一导电元件的该第一端可与该第三导电路径的该第五端相分离，但与其接近。
依据本发明的其它实施例提供的一种设置用于射频辨识装置的天线，该天线可包含位于基板上的第一导电元件，该第一导电元件可延伸于第一端与第二端之间；以及位于该基板上的第二导电元件，该第二导电元件可包含延伸于第三端与第四端之间的第一路径，以及从该第三端延伸至第五端的第二路径，其中该第一导电元件的该第一端可与该第二导电元件的该第二路径之该第五端相隔一间隙，但与其接近，该间隙能够决定该天线的耦合量或频宽的至少一个。
应该了解的是，上文的概要说明以及下文的详细说明都仅供作例示与解释，其并未限制本文所主张的发明。
附图说明
当参照附图而阅览时，即可更佳了解本发明的摘要以及上文详细说明。为达本发明的说明目的，各附图里图描述有现属较佳的各具体实施例。然应了解本发明并不限于所描述的精确排置方式及设备装置。
在各附图中：
图1A为根据本发明的实施例的射频辨识(RFID)标签的示意图；
图1B为根据本发明的实施例设置用于图1A所示的RFID卷标的天线的示意图；
图1C为根据本发明的另一实施例设置用于图1A所示的RFID卷标的天线的示意图；
图1D为根据本发明的另一实施例设置用于RFID卷标的天线的示意图；
图2为说明设置用于RFID卷标的天线在不同开路距离下的阻抗的示范性曲线图；以及
图3为说明设置用于RFID卷标的天线在不同开路距离下的回波损耗的示范性曲线图。
主要元件标记说明
10                 射频辨识(RFID)标签
11                 芯片
12、30、121、122   天线
12-1、21           第一天线元件
12-2、22           第二天线元件
13                 基板
21-1               第一路径
21-2               第二路径
21-3      第三路径
31        第一元件
31-1      第一导电路径
31-2      第二导电路径
31-3      第三导电路径
32        第二元件
具体实施方式
现将详细参照于本发明具体实施例，其实施例图解于附图的中。尽其可能，所有附图中将依相同元件符号以代表相同或类似的部件。
图1A为根据本发明的实施例的射频辨识(RFID)标签10的示意图。参照图1A，RFID标签10可包括芯片11与天线12。芯片11可耦合或固定于基板13上，并电连接至基板13上面或上方的天线12。芯片11可包括适当的电气元件，例如，电阻器、电容器、电感器、电池、记忆装置以及处理器，以通过天线12来提供与RFID读取器的适当互动。一般而言，芯片11可表现出相对较高的容抗(ZC)，其可由芯片制造商规定且可表达如下：
ZC＝RC-jXC
其中ZC的实部RC表示芯片11的电阻，而ZC的虚部XC表示芯片11的容抗。
基板13可形成个人辨识证、标记、包装箱等的基础。适用于基板13的材料可包括但不限于玻璃、环氧化物、陶瓷、Teflon与FR4等硬材料或纸、合成纸、塑料与聚酰亚胺等有机材料。天线12的共振频率可随基板13的材料、电气特性及厚度的变化而变化。
天线12可包括电感材料，例如铜、铜合金、铝与电感墨水。可通过蚀刻、沈积或印刷工艺或其它工艺在基板13上面或上方形成电感材料的天线图案。一般而言，天线12可表现出相对较高的感抗(ZL)，其可表达如下：
ZL＝RL+jXL
其中ZL的实部RL表示天线12的辐射电阻，而ZL的虚部XL表示天线12的感抗。设计天线12时，最好形成ZC与ZL的复共轭，同时改善天线12的频宽。
再次参照图1A，天线12可包括两个或更多子集，例如第一天线元件12-1与第二天线元件12-2。第一天线元件12-1可包括：第一导电路径(下称「第一路径CD」)，其延伸于节点「C」与「D」的间；第二导电路径(下称「第二路径CAG」)，其从节点「C」延伸至节点「A」，然后延伸至节点「G」；以及第三导电路径(下称「第三路径CBH」)，其从节点「C」延伸至节点「B」，然后延伸至节点「H」。第一路径CD可具有长度W4，其设置成获得所需的感抗值，即XL。在本发明的实施例中，XL的值随着长度W4的增加而增加。而且，第二路径CAG的至少一部分(例如，路径CA)与第三路径CBH的至少一部分(例如，路径CB)可形成具有长度H1的路径ACB，其设置成获得所需的辐射电阻值，即RL。在本发明的实施例中，RL的值随着长度H1的增加而增加。
第二路径CAG、第三路径CBH、以及第二天线元件12-2的每一者均为四分之一波长传输路径，其长度为四分之一波长，或四分之一波长的奇数倍。在实施例中，RFID卷标10可接受各种频率的一或多个频率，例如三频带的至少一者。这些三频带的一实施例可包括处于或接近2.45十亿赫兹(GHz)的微波频带、位于860百万赫兹(MHz)至960百万赫兹(MHz)范围内的超高频率(UHF)频带以及处于或接近13.65百万赫兹(MHz)的高频(HF)频带。在其它实施例中，RFID卷标10可接受另一或其它频带组合，视其应用而定。天线12可设置成获得足够的天线增益，以收发所需波段的电波。以UHF频带中的915MHz频率为例，第二路径CAG、第三路径CBH与第二天线元件12-2的每一者均可具有约32公分(＝3×108m/915M)的长度。
第二天线元件12-2可包括第一端「E」和第二端「F」，其可分别用作RFID天线12的短路点与馈入点。第二天线元件12-2的第一端「E」可电连接至芯片11的接针或接点(图中未示出)，而第一路径CD的一端「D」可电连接至芯片11的另一接针或接点(图中未示出)。而且，第二天线元件12-2的第二端「F」可与第二路径CAG的一端「G」相分离，但与其接近。端部F与G的间的距离为d1，其可影响电场的耦合，进而影响天线12的频宽。在本发明的实施例中，电性耦合的量随着距离d1的增加而降低。可通过改变电性耦合的量来获得所需的频宽。第一天线元件12-1的特征在于「开路」耦合至第二天线元件12-2。明确地说，第二天线元件12-2是「开路」耦合至第二路径CAG的端部「G」。在另一实施例中，第二天线元件12-2可开路耦合至第三路径CBH的端部「H」。
所属领域的技术人员应了解，天线12可设计成具有各种天线图案，同时获得所需的电气特性，例如，RFID标签10的所需阻抗。图1B为根据本发明的实施例设置用于图1A所示的RFID卷标10的天线121的示意图。参照图1B，在实施例中，天线121可形成于纸基板的上面或上方，且可接受约915百万赫兹(MHz)的辐射频率。并且，长度H1与W4(其可分别决定天线121的辐射电阻与感抗)可分别为约44毫米(mm)与25mm。开路间隙d1(其可决定电性耦合的量，进而决定天线121的频宽)可为约0.5mm。天线121的其它参数亦可根据其应用来设定。例如，参数集可包括约2mm的长度W1、约58.5mm的长度W2、约10mm的长度W3、约40mm的长度W5以及约1mm的长度H2。而且，间隙d2(其可取决于芯片11的接针间隙)可为约0.25mm。
图1C为根据本发明的另一实施例设置用于图1A所示的RFID卷标10的天线122的示意图。参照图1C，天线122可包括第一天线元件21与第二天线元件22。第一天线元件21可进一步包括第一路径21-1、第二路径21-2与第三路径21-3。第二路径21-2、第三路径21-3与第二天线元件22的每一者的长度均可为四分之一波长。第二路径21-2可包括曲折或蜿蜒结构，例如图1C所示者，其长度可为四分之一波长。而且，第二天线元件22亦可采用曲折或蜿蜒结构，例如图1C所示者，其长度可为四分之一波长。
图1B所示的天线121以及图1C所示的天线122的上述参数可根据模拟来决定，例如借助模拟软件。在实施例中，可使用AnsoftCorporation(美国匹兹堡)的HFSSTM。HFSSTM可支持高性能电子设计的三维(3D)电磁场模拟。例如，HFSS可支持高频及高速元件的电磁模拟，并广泛应用于设计天线与RF及/或微波元件以及芯片上嵌入式被动元件、印刷电路板(PCB)互连与高频集成电路(IC)封装。
图1D为根据本发明的另一实施例设置用于RFID卷标的天线30的示意图。参照图1D，天线30可包括第一元件31与第二元件32。第一元件31可进一步包括第一导电路径31-1、第二导电路径31-2以及第三导电路径31-3。第一、第二与第三导电路径31-1、31-2与31-3以及第二元件31的每一者均可包括曲折或蜿蜒结构。而且，第二导电路径31-2、第三导电路径31-3与第二元件32的每一者的长度均可为四分之一波长。借助模拟软件，可决定与天线30相关的参数。
图2为说明设置用于RFID卷标的天线在不同开路距离下的阻抗的示范性曲线图。可通过诸如HFSS的类的模拟软件产品来提供曲线图。该天线可包括类似于图1B所示的天线121的天线图案及相关参数。参照图2，芯片的容抗随着频率的增加而降低，而芯片的电阻可保持恒定，而不受频率的影响。天线的电阻与感抗可随着不同间隙(例如，0.5mm、1.0mm与1.5mm)下的频率变化而变化。因此，可决定每一不同间隙下芯片与天线的间的共轭阻抗匹配。
图3为说明设置用于RFID卷标的天线在不同开路距离下的回波损耗的示范性曲线图。可通过诸如HFSS的类的模拟软件产品来提供曲线图。该天线可包括类似于图1B所示的天线121的天线图案及相关参数。参照图3，当考虑大于10dB的回波损耗时，天线在中心频率910百万赫兹(MHz)的前部与后部具有大于约70百万赫兹(MHz)的相对较宽的频宽。
在说明本发明的代表性实施例时，本说明书可将本发明的方法及/或工艺工艺表示为特定的步骤次序。不过，由于该方法或工艺的范围并不限于本文所提出的特定的步骤次序，故该方法或工艺不应受限于所述的特定步骤次序。身为所属领域的技术人员当会了解其它步骤次序也是可行的。所以，不应将本说明书所提出的特定步骤次序视为对权利要求的限制。此外，亦不应将有关本发明的方法及/或工艺的权利要求仅限制在以书面所载的步骤次序的实施，所属领域的技术人员易于了解，这些次序亦可加以改变，并且仍涵盖于本发明的精神与范畴之内。
所属领域的技术人员应即了解可对上述各项具体实施例进行变化，而不致悖离其广义的发明性概念。因此，应了解本发明并不限于本发明揭示的特定具体实施例，而为涵盖归属权利要所定义的本发明精神及范围内的修饰。

Claims (20)

1. 一种设置用于射频辨识装置的天线，其特征在于该天线包含：
位于基板上的第一导电元件，该第一导电元件延伸于第一端与第二端的间；以及
位于该基板上的第二导电元件，该第二导电元件包含延伸于第三端与第四端之间的第一路径、从该第三端延伸至第五端的第二路径以及从该第三端延伸至第六端的第三路径，
其中该第一导电元件的该第一端与该第二导电元件的该第二路径的该第五端以及该第三路径的该第六端的相分离，但与其接近。
2. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第一导电元件以及该第二导电元件的该第二路径与该第三路径的每一者的长度均为约四分之一波长。
3. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于从该第三端延伸的该第二路径的部分与从该第三端延伸的该第三路径的部分形成长度，其能够决定该天线的电阻。
4. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第二导电元件的该第一路径包含长度，其能够决定该天线的感抗。
5. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第一导电元件的该第一端与该第二导电元件的该第二路径的该第五端相隔间隙，该间隙能够决定该天线的频宽。
6. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第一导电元件的该第一端与该第二导电元件的该第三路径的该第六端相隔间隙，该间隙能够决定该天线的耦合量或频宽的至少一者。
7. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第一导电元件包含曲折结构。
8. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第二导电元件的该第一路径、该第二路径或该第三路径的至少一者包含曲折结构。
9. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于该第一导电元件的该第二端电连接至芯片的第一接针，并且该第二导电元件的该第一路径的该第四端电连接至该芯片的第二接针。
10. 一种设置用于射频辨识装置的天线，其特征在于该天线包含：
位于基板上的第一导电路径，该第一导电路径包含约四分之一波长的长度并延伸于第一端与第二端之间；
位于该基板上的第二导电路径，该第二导电路径延伸于第三端与第四端的间；以及
形成于该基板上的第三导电路径，该第三导电路径包含约四分之一波长的长度并延伸于该第三端与第五端之间，
其中该第一导电元件的该第一端与该第三导电路径的该第五端相分离，但与其接近。
11. 根据权利要求10所述的天线，其特征在于还包含位于该基板上的第四导电路径，该第四导电路径包含约四分之一波长的长度并延伸于该第三端与第六端之间。
12. 根据权利要求11所述的天线，其特征在于从该第三端延伸的该第三路径的部分与从该第三端延伸的该第四路径的部分形成长度，其能够决定该天线的电阻。
13. 根据权利要求10所述的天线，其特征在于该第二导电路径包含长度，其能够决定该天线的感抗。
14. 根据权利要求10所述的天线，其特征在于该第一导电路径的该第一端与该第三导电路径的该第五端相隔间隙，该间隙能够决定该天线的耦合量或频宽的至少一者。
15. 根据权利要求10所述的天线，其特征在于该第一导电路径、该第二导电路径或该第三导电路径的至少一者包含曲折结构。
16. 一种设置用于射频辨识(RFID)装置的天线，其特征在于该天线包含：
位于基板上的第一导电元件，该第一导电元件延伸于第一端与第二端之间；以及
位于该基板上的第二导电元件，该第二导电元件包含延伸于第三端与第四端之间的第一路径，以及从该第三端延伸至第五端的第二路径，
其中该第一导电元件的该第一端与该第二导电元件的该第二路径的该第五端相隔间隙，但与其接近，该间隙能够决定该天线的耦合量或频宽的至少一者。
17. 根据权利要求16所述的天线，其特征在于该第一导电元件以及该第二导电元件的该第二路径的每一者均包含约四分之一波长的长度。
18. 根据权利要求16所述的天线，其特征在于该第二导电元件更包含从该第三端延伸至第六端的第三路径。
19. 根据权利要求17所述天线，其特征在于从该第三端延伸的该第二路径的部分与从该第三端延伸的该第三路径的部分形成长度，其能够决定该天线的电阻。
20. 根据权利要求16所述天线，其特征在于该第二导电元件的该第一路径包含长度，其能够决定该天线的感抗。
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