CN101390251B - 发射机、接收机、供发射机使用或供接收机使用的天线装置、以及rfid应答器 - Google Patents

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Abstract

一种天线装置，包括：电天线(4)，将所述电天线配置为接收来自发送器的接收信号；以及至少一个导电环(3，25)，具有将要连接至接收机电路(2，24)的两个端子，其中将接收机电路(2，24)配置为处理由至少一个导电环(3，25)产生的电信号。将至少一个导电环(3，25)与电天线(4)以一定距离隔开并且与电天线(4)磁耦合，使得至少一个导电环(4，25)响应于由电天线(4)接收的接收信号产生电信号。可选地，可以将天线装置用作供发射机使用的发送天线。

Description

发射机、接收机、供发射机使用或供接收机使用的天线装置、以及RFID应答器
技术领域
本发明涉及发射机、接收机、供发射机使用或供接收机使用的天线装置、以及RFID应答器(transponder)。
背景技术
将发射机或接收机的示例称作用作例如RFID标签或标志的射频识别(RFID)应答器。应答器包括：基板，接收机/发射机电路，以及至少一个用作天线的导电环。应答器接收来自基站的询问并响应所述询问。利用具有例如在850MHz至960MHz左右的特定频率的传输信号传送所述询问。应答器的导电环是接收或发射传输信号的天线。导电环的电感和接收机/发射机电路的输入或驱动电容组成LC谐振电路，通常通过适当导电环的选择将所述LC谐振电路调谐到传输信号的频率。
一般将集成电路和导电环布置在诸如纸或适合的塑料板之类的基板上。在使用中用于基板的不同材料以及应答器周围的不同材料可以具有不同的介电值，所述不同的介电值不利地影响应答器的天线的调谐。
US 6,028,564公开了一种接收机，具体是RFID标签，包括用作电压和功率源的天线，设计用于采用任意负载或前端进行操作。该天线具有：包括至少一个元件和至少一个天线端子的天线部分，以及以间隔距离与该元件相邻放置的至少一个负载棒(loading bar)。通过调整负载棒的长度、宽度、或间隔距离以及通过负载棒数目，改变天线输入阻抗的实部。
发明内容
本发明的目的是提供一种天线装置，所述天线装置的性能更少依靠天线装置周围材料的特性。
本发明的其它目的是提供一种接收机、一种发射机以及一种RFID应答器，它们的性能更少依靠接收机、发射机或应答器周围材料的特性。
通过一种供接收机使用的天线装置实现了本发明的目的，所述天线装置包括：电天线，将所述电天线配置为接收来自发送器的接收信号；以及至少一个导电环，具有要连接至接收机电路的两个端子，其中将接收机电路配置为处理由至少一个导电环产生的电信号。将至少一个导电环与电天线以一定距离隔开并且与电天线磁耦合，使得至少一个导电环响应于由电天线接收的接收信号产生电信号。
本发明的天线装置包括电天线，其中该电天线是用于接收来自外部发送器的接收信号的主要结构。电天线是：在其近场内具有大于120πΩ的阻抗的天线。这与磁天线相反，磁天线是：在其近场内具有小于120πΩ的阻抗。可以将磁天线看作是调谐的导电环。
电天线的示例是单极、双极以及多极天线，或任何双极天线的变体，如折叠天线、蝴蝶结天线或缝隙天线。
要与外部发送器的发送天线耦合的电天线是发明的天线装置的主要结构，其中外部发送器将信号发送至配备有发明的天线装置的接收机。将电天线与至少一个导电环分开并且与所述至少一个导电环磁耦合。由于磁耦合，所以由电天线捕获的接收信号在至少一个导电环中感应出电信号。配备有发明的天线装置的接收机的接收电路与至少一个导电环的端子连接，并且接受由电天线感应出的电信号。
还根据利用一种供发射机电路使用的天线装置实现了本发明的目的，其中，天线装置包括：电天线，将所述电天线配置为将传输信号发送至接收机；以及至少一个导电环，具有将要连接至发射机电路的驱动电路的两个端子。驱动电路将电信号注入与电天线以一定距离隔开并且与电天线磁耦合的至少一个导电环，使得电天线响应于注入至少一个导电环的电信号产生传输信号。
发明的天线装置还可以用作发射机。那么电天线是用于将传输信号发送至外部接收机的主要结构。如以上描述的，电天线是：在其近场内具有大于120πΩ的阻抗的天线。
发明的天线装置意在与发射机的发射电路一起使用，具体地，意在通过至少一个导电环的端子将发明的天线装置连接到发射机电路的驱动电路。在操作期间，驱动电路将电信号注入至少一个导电环。由于磁耦合，所以电信号在电天线中产生发送信号，然后电天线将发送信号发射至外部接收机。
电天线是用于接收接收信号或用于发送传输信号的主要部件。因此，对至少一个导电环的设计限制没有对采用导电环作为主要天线部件的天线装置的设计限制苛刻。因此，可以将至少一个导电环设计为相对小的导电环，优选地，在截面中具有小于2mm或甚至小于1mm的导电轨迹。特别地，如果将发明的天线装置与接收机或发射机电路一起布置在诸如纸或塑料板之类的基板上，则能够通过印刷或蚀刻技术以相对简单的方式制造至少一个导电环。
能够通过对电天线和至少一个导电环之间的距离的调整，来调整电天线与至少一个导电环之间的磁耦合程度。优选地，该距离小于20mm并且更优选地小于10mm或甚至5mm。具体地，电天线可以是诸如蝴蝶结天线之类的宽带天线。改变天线装置与至少一个导电环之间的距离使得能够适当地调整发明的天线装置的带宽。
电天线的至少第一部分与至少一个导电环的至少第二部分可以彼此平行。具体地，两部分可以用于将电天线与至少一个导电环磁耦合。优选地，两个平行部分之间的距离小于20mm，更优选地小于10mm或甚至5mm。
至少一个导电环和电天线可以具有任意合适的形状。在发明的天线装置的限定形式中，本质上对称地定形至少一个导电环和电天线。至少一个导电环和电天线各具有本质上相同电势的位置。可以将这两个位置电互连。
发明的天线装置可以配备的接收机可以包括：输入电容，与至少一个导电环的电感一起组成LC谐振电路。为了提高配备有发明的天线装置的接收机的性能，可以定形至少一个导电环，使得将该LC谐振电路调谐到接收信号的载频。具体地，因为能够将至少一个导电环制作的相对小，所以所产生的的LC谐振电路对于配备有发明的天线装置的接收机周围的材料的介电特性比标准配置更加稳健。这提高了这样的接收机的应用可能性。
可以采用本发明的天线装置的发射机的驱动电路可以包括：与至少一个导电环的电感一起组成LC谐振电路的输出电容。为了提高配备有发明的天线装置的发射机的性能，可以定形至少一个导电环，使得将该LC谐振电路调谐到传输信号的载频。因为可以将至少一个导电环制作的相对小，所以所产生的的LC谐振电路对于配备有发明的天线装置的发射机周围的材料的介电特性比标准配置更加稳健。这提高了配备有发明的天线装置的发射机的应用可能性。
还利用一种接收机实现了根据本发明的目的，所述接收机包括：可以是集成电路的电子电路以及本发明的天线装置。可以将电子电路、至少一个导电环以及电天线布置在基板上。该电子电路可以具有：输入电容，所述输入电容与至少一个导电环的电感一起组成谐振电路。具体地，可以选择至少一个导电环的尺寸和形状，使得将该谐振电路调谐至发明的接收机的接收信号的频率。
在本发明的接收机的优选实施例中，将至少一个导电环集成在集成电路中。因此，能够以相对划算的方式制造发明的接收机，具体地，在操作期间本发明的接收机对于本发明的接收机周围材料的介电性质特别稳健。此外，因为没有电流地耦合至少一个导电环和电天线，所以本发明的接收机对于电子放电尤其稳健。
还利用一种发射机实现了根据本发明的目的，所述发射机包括：可以是集成电路的电子电路，以及本发明的天线装置。可以将电子电路、至少一个导电环以及电天线布置在基板上。该电子电路可以具有：与至少一个导电环的电感一起组成谐振电路的输入电容。具体地，可以选择至少一个导电环的尺寸和形状，使得将谐振电路调谐至本发明的接收机的发送信号的频率。
在本发明的优选实施例中，将至少一个导电环集成到集成电路中。因此能够以相对划算的方式制造发明的发射机，并且在操作期间发明的发射机对于发明的发射机周围的材料的介电性质尤其稳健。此外，因为没有将至少一个导电环与电天线直接电接触，所以本发明的发射机对于电子放电尤其稳健。
还利用一种RFID应答器实现了本发明的目的，该RFID应答器包括：电子电路和本发明的天线装置。配置该天线装置，使得电天线响应于由电子电路注入至少一个导电环的第一电信号产生传输信号，和/或使得至少一个导电环响应于由电天线接收的接收信号产生第二电信号。
优选地，该电子电路是：具体包括至少一个导电环作为集成部分的集成电路。因为不需要将电天线直接耦合至集成电路，所以能够以相对划算的方式制造发明的接收机、发射机或应答器。
本发明的RFID应答器可以包括：诸如塑料板或纸之类的基板，将电子电路和至少一个导电环布置在所述基板上。能够制造电子电路和至少一个导电环分开的基板，并且能够将应答器的该部分附着到电天线已经附着了或将要附着的分离的项目上。可选地，可以将电天线布置在基板上。
如以上描述的，本发明的天线装置、接收机、发射机以及RFID应答器的电天线是：在其近场内具有大于120πΩ的阻抗的天线。这与磁天线相反，磁天线是在其近场内具有小于120πΩ的阻抗的天线。可以将磁天线看作是调谐的导电环。优选地，电天线具有大于λ/30的尺寸，其中λ是传输或接收信号的载频的波长。例如，如果电天线是双极或单极的，则该长度大于λ/30。如果电天线是蝴蝶结天线，则优选地，沿蝴蝶结天线的纵轴的展开大于λ/30。
优选地，本发明的接收机、发射机或应答器的载频是超高频的，具体地高于800MHz。
附图说明
参考图中所示的实施例，将在下文中通过非限制性示例更详细地描述本发明。
图1示出了本发明接收机或发射机的第一示例实施例；
图2示出了本发明接收机或发射机的第二示例实施例。
具体实施方式
图1示出了配备有发明的天线装置的接收机/发射机的第一示例实施例。在该示例实施例中，接收机/发射机是包括集成电路2、一个导电环3以及电天线的RFID应答器1，在该特定示例中所述电天线是蝴蝶结天线4。将集成电路2、导电环3以及蝴蝶结天线4各布置在公共基板5上，所述基板5是通常用于RFID应答器的传统塑料板。通过在基板5上印刷，制造导电环3和蝴蝶结天线4。在该实施例中，将导电环3制造为具有0.5mm直径的导电轨迹。
这里，对称地定形蝴蝶结天线4，蝴蝶结天线4包括三个部分，也就是直导电轨迹6和通过直的导电轨迹6互连的两个区域7、8。两个区域7、8可以各具有4乘以2英寸的表面面积。还可以本质上对称地定形导电环3，导电环3包括几个直的部分9至15。导电环3的部分12与蝴蝶结天线4的导电轨迹8平行，并且将导电环3的部分12与蝴蝶结天线4的导电轨迹8间隔6mm。
将应答器1设计为：接收来自基站的询问并且响应所述询问。将集成电路2设计为：采用应答器领域公知的方式处理询问并且产生响应。基站是本领域技术人员所熟知的，因此未在图1中示出。在该示例实施例中，基站利用具有912MHz载频的传输信号发送询问。在该示例实施例中调谐至传输信号的载频的蝴蝶结天线4捕获由基站发送的传输信号作为接收信号。因为蝴蝶结天线4相对接近导电环3，所以将蝴蝶结天线4与导电环3磁耦合，使得蝴蝶结天线4的接收信号产生具有导电环3中接收信号的频率的显著的电信号。
导电环3具有电感L并且包括与集成电路2相连接的两个端子16，17。如RFID应答器领域公知的，集成电路2具有公知的前端，所述前端用于预处理由蝴蝶结天线4感应出的导电环3的电信号，使得集成电路2能够进一步处理该电信号。集成电路2的前端具有输入阻抗Z和尤其输入电容C。集成电路的输入电容C和导电环的电感L组成具有谐振频率 f r = 1 2 π LC 的并联谐振电路。
导电环3的电感L取决于导电环3的尺寸。在本示例实施例中，选择导电环3的尺寸，使得将该谐振电路的谐振频率fr调谐至接收信号的载频。
蝴蝶结天线4和导电环3相对于轴28对称。因此，轴18与导电环3的部分12的交叉点19以及蝴蝶结天线4的导电轨迹6与轴18的交叉点20本质上具有相同的电势，并且可以例如通过导电轨迹21将交叉点19和交叉点20选择地互连。
如以上描述的，应答器1从基站接收询问，也就是蝴蝶结天线4捕获包括关于询问的信息的接收信号。接收信号在导电环3中感应出电信号，使得集成电路2能够处理也包括关于询问的信息的该电信号。响应于询问，集成电路2产生另一电信号并且将其注入导电环3。注入导电环3的另一电信号在蝴蝶结天线4中感应出传输信号，其中蝴蝶结天线4发射包括与应答器1的响应有关的信息的传输信号。
图2示出了RFID应答器22的第二示例实施例。如果没有明确提到，则用相同的参考数字代表完全相同的图1中描述的应答器1的部件以及图2中描述的应答器22的部件。
图2的应答器22还具有基板5，其中在基板5上布置蝴蝶结天线4。与图1所示的应答器1的集成电路2相对比，图2中的应答器22包括集成电路23，集成电路23不仅处理自基站发送的询问并且利用处理单元24产生适当的响应，而且包括集成到集成电路23中并且与处理单元24相连接的导电环25。导电环25具有与其尺寸相关的电感L。定形并且依尺寸制作导电环25，使得其电感L和处理单元24的电容C组成谐振电路，其中将所述谐振电路调谐至基站的传输信号的频率。
以足够近的距离将蝴蝶结天线4与集成电路23隔开，使得将蝴蝶结天线4与导电环25很好地磁耦合。因此，如果蝴蝶结天线4捕获由基站发送的信号作为接收信号，则在导电环25中感应出电信号。接收信号和响应于该接收信号在导电环25中感应出的电信号包括与基站发送的询问有关的信息。处理单元24接受导电环25的电信号并且处理所述电信号。处理单元24响应于所接收的询问产生另一信号。将所述另一信号注入导电环24，这引起产生蝴蝶结天线4中的传输信号。蝴蝶结天线4将传输信号发射至基站。
在图中，将蝴蝶结天线4布置在与应答器1，22的剩余部分相同的基板5上。具体地，还能够仅将集成电路2和导电环3一起布置在基板5上，并且能够将包括集成电路2和导电环3的基板5布置在与蝴蝶结天线4相邻的位置处，而无需将蝴蝶结天线4附着到基板5上。当然，蝴蝶结天线4仅仅是电天线的示例。
最后，应该注意的是，以上提到的实施例示出而不是限制本发明，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例。在权利要求中，不应将任何放置在括号中的参考标记解释为对权利要求的限制。作为整体，在任意权利要求或说明书中，词“包括”等不排除除了所列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件的单个参考不排除这样的元件的复数参考，等等。在列举了几个装置的设备权利要求中，可以利用软件或硬件中的同一项例证这些装置中的几个。只是在互不相同的从属权利要求中描述了某些措施，这并不代表不能更有利地使用这些措施的组合。

Claims (14)

1.一种供接收机(1，22)使用的天线装置，包括：
电天线(4)，所述电天线在其近场内具有大于120πΩ的阻抗，被配置为接收来自发送器的接收信号，以及
至少一个导电环(3，25)，具有要连接至接收机电路(2，24)的两个端子(16，17)，所述接收机电路(2，24)被配置为处理由所述至少一个导电环(3，25)产生的电信号；所述至少一个导电环(3，25)与所述电天线(4)以一定距离隔开并且与所述电天线(4)磁耦合，使得所述至少一个导电环(3，25)形成在其近场内具有小于120πΩ的阻抗的磁天线，并响应于由所述电天线(4)接收的所述接收信号产生所述电信号。
2.根据权利要求1的天线装置，其中，所述至少一个导电环(3，25)具有电感，所述电感与所述接收机电路(2，24)的输入电容一起构成LC谐振电路，所述至少一个导电环(3，25)被设计以使得将所述LC谐振电路调谐到所述接收信号的载频。
3.根据权利要求1的天线装置，其中，所述电天线(4)的至少第一部分(6)与所述至少一个导电环(3)的至少第二部分(12)彼此平行。
4.根据权利要求1的天线装置，其中，对称地定形所述至少一个导电环(3)和所述电天线(4)，使得所述至少一个导电环(3)和所述电天线(4)各具有本质上相同电势的位置(19，20)；所述位置(19，20)互连。
5.一种接收机，包括根据权利要求1所述的天线装置，并包括：
集成电路(23)，所述至少一个导电环(25)集成到所述集成电路中(23)；所述集成电路(23)被配置为处理由所述至少一个导电环(25)产生的电信号；以及
其中所述电天线(4)被配置为接收来自发送器的接收信号，所述电天线(4)与所述集成电路(23)以一定距离隔开并且与所述至少一个导电环(25)磁耦合，使得所述至少一个导电环(25)响应于由所述电天线(4)接收的所述接收信号产生所述电信号。
6.一种供发射机(1，22)使用的天线装置，包括：
电天线(4)，所述电天线在其近场内具有大于120πΩ的阻抗，被配置为将传输信号发送至接收机；以及
至少一个导电环(3，25)，具有要连接至发射机(1，2，24)的驱动电路的两个端子，其中所述导电环形成在其近场内具有小于120πΩ的阻抗的磁天线；所述驱动电路将电信号注入所述至少一个导电环(3，25)，所述至少一个导电环与所述电天线(4)以一定距离隔开并且与所述电天线(4)磁耦合，使得所述电天线(4)响应于注入所述至少一个导电环(3，25)的所述电信号产生所述传输信号。
7.根据权利要求6的天线装置，其中，所述至少一个导电环(3，25)具有电感，所述电感与所述驱动电路的输出电容一起构成LC谐振电路，所述至少一个导电环被设计使得将所述LC谐振电路调谐到所述传输信号的载频。
8.根据权利要求6的天线装置，其中，所述电天线(4)的至少第一部分(6)与所述至少一个导电环(3)的至少第二部分(12)彼此平行。
9.根据权利要求8的天线装置，其中，本质上对称地定形所述至少一个导电环(3)和所述电天线(4)，使得所述至少一个导电环(3)和所述电天线(4)各具有本质上相同电势的位置(19，20)；将所述位置(19，20)互连。
10.一种发射机，包括根据权利要求6所述的天线装置，并包括：
集成电路(23)，所述至少一个导电环(25)集成到所述集成电路中；所述集成电路(25)被配置为注入由所述至少一个导电环(25)产生的电信号；以及
其中所述电天线(4)被配置为将传输信号发送至接收机；所述电天线(4)与所述集成电路(23)以一定距离隔开并且与所述至少一个导电环(25)磁耦合，使得所述电天线响应于注入所述至少一个导电环(25)的所述电信号产生所述传输信号。
11.一种RFID应答器，包括：
电子电路(2，23)；以及
天线装置，包括：电天线(4)，所述电天线在其近场内具有大于120πΩ的阻抗，被配置为接收来自外部发送器的接收信号和/或将传输信号发送至外部接收机；以及至少一个导电环(3，25)，所述至少一个导电环具有与所述电子电路(2)相连接的两个端子(16，17)，其中所述导电环形成在其近场内具有小于120πΩ的阻抗的磁天线；所述至少一个导电环(3，25)与所述电天线(4)以一定距离隔开并且与所述电天线(4)磁耦合，使得所述电天线(4)响应于由所述电子电路(2，23)注入所述至少一个导电环(3，25)的第一电信号来产生所述传输信号，和/或使得所述至少一个导电环(3，25)响应于由所述电天线(4)接收的所述接收信号来产生第二电信号。
12.根据权利要求11的RFID应答器，包括：基板(5)，用于将所述电子电路(2，23)和所述至少一个导电环(5)布置在所述基板(5)上。
13.根据权利要求12的RFID应答器，其中，所述电天线(4)被布置在所述基板(5)上。
14.根据权利要求11的RFID应答器，其中，所述电子电路(23)是：包括所述至少一个导电环(25)作为集成部分的集成电路。
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