CN101855645A

CN101855645A - 射频应答器和射频识别系统

Info

Publication number: CN101855645A
Application number: CN200880115809A
Authority: CN
Inventors: 阿希姆·希尔格斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-10-06
Also published as: EP2212832A1; US20100237999A1; WO2009063409A1; EP2212832B1

Abstract

一种射频应答器(1)，包括：基板(2)；置于所述基板(2)上的集成电路(3)；以及置于所述基板(2)上并耦合至集成电路(3)的天线(4)；其中，天线(4)包括：具有实质上U形结构的第一导电臂(4.1)，以及具有至少部分曲折形结构的第二导电臂(4.2)。

Description

射频应答器和射频识别系统

技术领域

本发明涉及射频应答器以及射频识别系统。

背景技术

射频识别(RFID)成为完善的技术，该技术用于识别或跟踪对象、材料，在未来应用中甚至用于识别或跟踪不同产业部门中的动物或人。由于RFID技术克服了特定的识别条码限制，因此认为RFID技术是条码技术的补充并可能最终代替条码技术。例如，读取器和标签RFID对象之间的视觉线不是必需的。所述技术特别适合于经由无线通信链路传输数据(“信息”)，从而需要任何烦扰的线缆。基于所述RFID技术的传输系统被称作射频识别(RFID)系统。

所述RFID系统被划分为低频和高频系统，低频系统具有800MHz以下的传输频率并通常基于电感耦合原理，该低频系统用于根据将适合的电容器连接至耦合线圈以共振进行操作。所述低频系统适合于从几厘米至大约1米之间的较低范围。所述高频系统以高于800MHz的频率进行操作，并适合于高达几米的数据传输。

RFID系统包括RFID读取器和射频应答器。所述射频应答器是用于识别所述产品、动物或人的电子设备。基本上，所述射频应答器可以分为主动和被动应答器，其中，所述有源应答器包括内部电源，所述被动应答器由RFID读取器所产生的RF场来供电。此外，已知半主动或半被动应答器，这些半主动或半被动应答器仅根据需要或在传输的情况下使用它们自己能源。

所述射频应答器包括基板以及置于所述基板上的集成电路，所述集成电路保存数据形式的信息。优选地，所述集成电路可以包括硬接线的微处理器，该处理器通常是可编程的并能够通过所述RFID读取器写入。此外，所述射频应答器包括耦合至所述集成电路的射频天线。所述天线必须适于集成电路并适于工作频带，该工作频带可以是UHF频带(欧洲：863MHz至868MHz，美国：902MHz至928MHz)或更高ISM频带，例如，2.4GHz。此外，所述RFID读取器包括至少一个系统天线，所述系统天线允许所述射频应答器和RFID读取本身之间的数据通信。

所述集成电路通过例如引线接合法、倒装法等现有技术直接附着至天线。天线本身由诸如铜、铝、银、金等高导电材料组成，并附着在所述基板(例如，塑料薄片、印刷电路板、陶瓷或铁氧体材料或者甚至上述材料的合成物)上。

为了最优化所述天线的辐射效率，必须降低天线与集成电路之间的RF反射。为了实现上述，必须满足复功率匹配条件，因此，能够在源(“天线”)与负载(“集成电路IC”)之间传送最大功率。该条件定义如下：

{\underset{&OverBar;}{Z}}_{ic} = {\underset{&OverBar;}{Z}}_{antenna}^{*}

R_ic+j·X_ic＝R_antenna-j·X_antenna

这意味着，为了完美匹配，负载(“集成电路，ic”)和源(“天线”)的实部和虚部的绝对值必须相等，并且虚部必须彼此共轭。通常，集成电路的阻抗倾向于具有电容行为，即集成电路的虚部(“X_ic”)是负的。这意味着，对于高效的应答器设计，需要具有电感倾向的天线，即，天线阻抗的虚部(“X_antenna”)应当为正，并且其绝对值应当等于集成电路的阻抗的虚部。在这种情况下，如果此外集成电路的阻抗和天线阻抗的实部(“R_ic，R_antenna”)相等，则实现“共轭功率匹配”，并且能够在天线与集成电路之间传送最大能量。从天线设计的观点来看，这还意味着，复天线阻抗的实部和虚部必须与集成电路的阻抗的相应实部和虚部匹配。此外，必须使天线的辐射效率最大化。

传统应答器设计通常具有类偶极子辐射特性，该辐射特性由单一极化平面中的全向方向图表征。因此，必须将该类偶极子天线定向为使得RFID读取器能够利用该全向方向图。反之，可以与RFID读取器天线的所选位置和定向无关地使用所提出的应答器设计。

国际专利申请no.WO2005/119587 A1公开了一种射频识别标签，该射频识别标签附着至对象并包括天线和用于向分离的读取器提供对象信息的集成电路。天线还包括分别在第一端终止的一对曲折线(meanderline)传输线，用于导电连接至集成电路。此外，在第一端连接在所述曲折线传输线对之间的短路棒操作用于将天线阻抗与集成电路阻抗进行匹配，以便绕过至集成电路的导电连接。

此外，国际专利申请No.WO-2007/047277 A2公开了一种RFID标签系统，该系统包括：读取器，具有传输天线并可操作用于向RFID标签传输信号；以及RFID标签，包括圆极化天线。所述标签天线包括呈现全向特性的两个交叉的偶极子。为所述偶极子馈送由信号源提供的具有90°相对相角的信号，所述信号源耦合至功率分配器以及针对功率分配器的一个输出的延迟线。

发明内容

本发明的目的是提供一种射频应答器，该射频应答器具有提供准全向特性的在技术上简单的天线结构。

为了实现以上定义的目的，根据本发明，提供了一种射频应答器，包括：基板、置于所述基板上的集成电路、以及置于所述基板上并耦合至集成电路的天线，所述天线包括：具有实质上U形结构的第一导电臂以及具有至少部分曲折形结构的第二导电臂。有利地，所述射频应答器支持卓越的接收行为，即，与所述RFID应答器的天线的定向和位置无关。该唯一特征基于所提出的天线设计的“准”全向辐射特性。

有利地，所述天线包括非对称天线结构并是线性极化的。

此外，有利地，所述方法使得可以通过减少组件数目、降低功率和成本来实现更高的集成能力。

集成电路能够经由无线通信链路向分离的RFID读取器提供信息，并连接至所述第一和第二导电臂的第一端。

有利地，所述第一和第二导电臂包括沿着相同方向定向的第二端，第一导电臂包括总的第一电长度，第二导电臂包括总的第二电长度，这两个电长度不同。

此外，有利地，第一导电臂包括第一、第二以及第三导电支线，其中，平行定向第一和第三导电支线，与基板的中心线垂直地定向第二导电支线。

此外，第二导电臂包括第一、第二、第三、第四以及第五导电支线，其中，平行定向第一、第三以及第五导电支线，与基板的中心线垂直地定向第二和第四导电支线。

参照下文中描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，并对其进行说明。

附图说明

参照附图中所示的实施例，以下将通过非限制示例更详细描述本发明。

图1示出了具有特定天线设计的RFID应答器的框图；

图2a-2c示出了图1的天线设计的方向图的三个极图。

具体实施方式

图1通过示例示出了射频识别(RFID)应答器1的框图，该射频识别(RFID)应答器1包括基板2以及置于所述基板2上的集成电路3，其中，所述集成电路3能够经由无线通信链路(图1中未示出)向分离的RFID读取器提供信息。

此外，天线4置于所述基板2上。所述天线4包括第一导电臂4.1和第二导电臂4.2，其中，所述第一导电臂4.1包括连接至集成电路3的第一端4.1’，所述第二导电臂4.2包括也连接至集成电路3的第一端4.2’。

并不是像普通偶极子那样使用两个直的导电臂，根据本发明，使用非对称天线结构，所述非对称天线结构包括至少弯曲两次的第一和第二导电臂4.1、4.2。为了匹配集成电路阻抗的虚部，第一臂4.1具有实质上U形结构，第二臂4.2具有至少部分曲折形结构。此外，所述第一和第二臂4.1、4.2包括沿着相同方向定向的第二端4.1”、4.2”。

第一导电臂4.1具有总的第一电长度L1，第二导电臂4.2具有总的第二电长度L2，其中，总的第一和第二电长度L1、L2不同。

第一导电臂4.1包括第一、第二以及第三导电支线4.11、4.12、4.13，其中，与基板2的中心线CL平行地定向第一和第三导电支线4.11、4.13，与基板2的中心线CL垂直地定向第二导电支线4.12。

第二导电臂4.2包括第一、第二、第三、第四以及第五导电支线4.21、4.22、4.23、4.24、4.25，其中，平行定向第一、第三以及第五导电支线4.21、4.23、4.25，与基板2的中心线CL垂直地定向第二和第四导电支线4.22、4.24。

在图2a-2c中，示出三个极图，这些极图示出了天线4在三个主平面(“xy-平面、xz-平面和yz-平面”)中的辐射特性。通过示例，选择了865MHz的工作频率。在极图中，考虑两个线性极化Φ(phi，“实线”)和Θ(theta，“虚线”)。极图示表明所提出的天线设计在所有三个主平面(“xy-平面、xz-平面和yz-平面”)中都呈现出相当良好的全向辐射特性。因此，关于RFID系统/读取器天线，RFID应答器1表现出并不依赖天线4的排列。从而，第一和第二导电臂4.1、4.2之间电容耦与它们的自感相结合使得可以实现给出的集成电路阻抗的相当良好的匹配。不再像基于普通偶极子的天线那样需要耦合结构。

最后，应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，在不背离由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出许多备选实施例。在权利要求中，置于圆括号中的任何附图标记不应视为限制权利要求。词语“包括”等不排除存在除了在任何权利要求或说明书全文中所列元件或步骤以外的其他元件或步骤。元件的单数形式不排除这种元件的复数引用，反之亦然。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干可以由同一项软件或硬件体现。在彼此不同的从属权利要求中引述特定措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims

1.一种射频应答器(1)，包括：

基板(2)；

置于所述基板(2)上的集成电路(3)；以及

置于所述基板(2)上并耦合至集成电路(3)的天线(4)；天线(4)包括：

具有实质上U形结构的第一导电臂(4.1)，以及具有至少部分曲折形结构的第二导电臂(4.2)。

2.根据权利要求1所述的射频应答器(1)，其中，所述天线(4)包括非对称天线结构。

3.根据权利要求1或2所述的射频应答器(1)，其中，所述天线(4)是线性极化的。

4.根据权利要求1至3之一所述的射频应答器(1)，其中，所述天线(4)呈现“准”全向特性。

5.根据权利要求1至4之一所述的射频应答器(1)，其中，所述集成电路(3)经由无线通信链路向分离的RFI读取器提供信息。

6.根据权利要求1至5之一所述的射频应答器(1)，其中，所述第一和第二导电臂(4.1、4.2)包括连接至集成电路(3)的第一端(4.1’、4.2’)。

7.根据权利要求1至6之一所述的射频应答器(1)，其中，所述第一和第二导电臂(4.1、4.2)包括沿着相同方向定向的第二端(4.1”、4.2”)。

8.根据权利要求1至7之一所述的射频应答器(1)，其中，第一导电臂(4.1)包括总的第一电长度(L1)，第二导电臂(4.2)包括总的第二电长度(L2)，其中，总的第一和第二电长度(L1、L2)是不同的长度。

9.根据权利要求1至8之一所述的射频应答器(1)，其中，第一导电臂(4.1)包括第一、第二以及第三导电支线(4.11、4.12、4.13)，其中，平行定向第一和第三导电支线(4.11、4.13)，与基板(2)的中心线(CL)垂直地定向第二导电支线(4.12)。

10.根据权利要求1至9之一所述的射频应答器(1)，其中，第二导电臂(4.2)包括第一、第二、第三、第四以及第五导电支线(4.21、4.22、4.23、4.24、4.25)，平行定向第一、第三以及第五导电支线(4.21、4.23、4.25)，与基板(2)的中心线(CL)垂直地定向第二和第四导电支线(4.22、4.24)。

11.根据权利要求1至10之一所述的射频应答器(1)，其中，所述射频应答器(1)的所述工作频率粗略地在800MHz以上。

12.一种射频识别(RFID)系统，包括：射频识别读取器设备，具有传输天线，并且操作用于向射频应答器(1)传输射频信号；以及根据权利要求1至10之一所述的射频应答器(1)。