CN102750566B - 具有平面式圆极化天线的无线识别卷标 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有平面式圆极化天线的无线识别卷标。此卷标包含导电基板以及无线识别装置。导电基板包含第一槽孔部、第二槽孔部以及第三槽孔部。第一槽孔部、第二槽孔部以及第三槽孔部皆贯穿导电基板。第一槽孔部分别沿着第一方向和第二方向延伸。第一方向与第二方向间的夹角介于45度至135度间。第三槽孔部设置于第一槽孔部和第二槽孔部之间，以连通第一槽孔部和第二槽孔部。无线识别装置设置于第一槽孔部或第二槽孔部中。无线识别装置发射或接收电波信号。

Description

具有平面式圆极化天线的无线识别卷标
技术领域
本发明是有关于一种具有平面式圆极化天线的无线识别卷标(Wireless Identification Tag)，特别是有关于一种可适用于多种不同耦合信号源的无线识别卷标。
背景技术
由于射频辨识(Radio Frequency Identification；RFID)技术具有可重复读写、可储存较多信息、无需在直视下即可读取、可同时读取多个识别信号、读取速度快、且易于实现自动化作业等特色，RFID技术被广泛地应用于物流业以及其它各种产业上，其中尤以应用UHF频段(860～960MHz)的RFID技术最为受到欢迎。
在UHF频段的RFID技术中，RFID卷标通常被设计为线性极化的结构，以达到全向性辐射的特性。然而，线性极化的天线结构在读取上有天线极化方向对应限制的问题，因此在实用上仍存在极大的不便性。
为了解决天线极化方向的问题，业界提出了各种的方法来改良RFID天线。
例如，在中国台湾专利号第I236318案中，利用两微带线相互垂直来获得两辐射体在空间上呈90度的关系，并以约1/4波长的传输线达到相位上差90度的效果，以实现圆极化天线的设计。然而，此天线本身需有一个接地面结构，使得其辐射场形仅能呈现单向辐射的特性，且此天线结构若设计操作于UHF频段时，其成品尺寸将不易缩小。
鉴于以上分析，在此提供一种新的无线识别卷标，其不但具有圆极化辐射场型，且可适用于多种不同的耦合信号源。
发明内容
本发明的一方面是在提供一种具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其可适用于各种不同的耦合信号源并提供圆极化辐射场形。
根据本发明的一实施例，此平面式圆极化天线的无线识别卷标包含导电基板以及无线识别装置。导电基板包含第一槽孔部、第二槽孔部以及第三槽孔部。第一槽孔部是沿着与导电基板平行的第一方向延伸，其中第一槽孔部是贯穿导电基板且具有第一宽度。一第二槽孔部，沿着与导电基板平行的第二方向延伸，其中第二槽孔部是贯穿导电基板且具有第二宽度，第二方向与第一方向间具有45度至135度的夹角。第三槽孔部是设置于第一槽孔部和第二槽孔部之间，以连通第一槽孔部和第二槽孔部。第三槽孔部是贯穿导电基板且具有第三宽度。无线识别装置是设置于第一槽孔部或第二槽孔部中。无线识别装置是用以发射或接收一电波信号。
由以上说明可知，本发明实施例所提供的无线识别卷标具有两个较大尺寸的槽孔，其可各自设计成适用于不同耦合信号源结构或无线识别卷标成品，因此在设计上可仅设计单一款槽孔辐射体，即可适用于多种耦合信号源。再者，本发明实施例所提供的无线识别卷标可提供圆极化辐射场型，以改善信号接收的问题。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，上文特举数个较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
图1是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标的结构示意图；
图2是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标的辐射极化轴比(Axial Ratio)的分析图；
图3是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标的天线等效电路；
图4a是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标的结构示意图；
图4b是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标的辐射场型；
图5a和图5b是绘示根据本发明实施例的导电基板的结构示意图；
图6是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标的结构示意图。
【主要组件符号说明】
具体实施方式
请参照图1，其是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标100的结构示意图。无线识别卷标100包含导电基板110和无线识别装置120。导电基板110包含第一槽孔部111、第二槽孔部112以及第三槽孔部113。第一槽孔部111中和第二槽孔部112部是用以容置无线识别装置120。使用者可根据无线识别装置120的特性来选择放置在第一槽孔部111中或第二槽孔部112中。导电基板110是以金属材质所制成，例如铜、铁等具有高导电性的金属。
无线识别装置120包含天线122和无线射频辨识芯片124。在本实施例中，天线122为偶极天线，更具体而言，为间接耦合馈入天线，而无线射频辨识芯片124则为RFID芯片(例如，具有16-130j欧姆(ohm)的阻抗值)，用以发射或接收射频电波信号。
第一槽孔部111是贯穿导电基板110且沿着与导电基板平行的第一方向D1延伸。第二槽孔部112亦贯穿导电基板110且沿着与导电基板平行的第二方向D2延伸。由图1可看出，第一槽孔部111的延伸方向D1与第二槽孔部112的延伸方向D2之间具有一夹角。在本实施例中，延伸方向D1是垂直于延伸方向D2，即夹角为90度，但本发明的实施例并不受限于此。在本发明的其它实施例中，延伸方向D1与延伸方向D2的夹角可介于45度至135度之间。另外，在本实施例中，夹角在90±10度的范围内，皆视为延伸方向D1与延伸方向D2垂直。第三槽孔部113是贯穿导电基板且设置于第一槽孔部111和 第二槽孔部112之间，以连通第一槽孔部111和第二槽孔部112。
第一槽孔部111具有第一宽度W1，第二槽孔部112具有第二宽度W2，第三槽孔部113具有第三宽度W3。在本实施例中W3是小于W1和W2，且第三槽孔部的长度为无线射频辨识芯片124所发射的电波信号的波长的四分之一，但本发明的实施例并不受限于此。在本发明的其它实施例中，第三槽孔部113的宽度和长度可根据实际的需要来调整。
本实施例是通过上述的槽孔形状、位置的设计与安排来呈现出近似圆极化的辐射特性，如图2所示。由图2所示的辐射极化轴比(Axial Ratio)的分析图可知，本实施例的无线识别卷标100具有良好的圆极化特性与圆极化可操作频宽。此外，本实施例的无线识别卷标100前后双向皆可辐射，相较于传统具有接地面结构天线仅能单向辐射的特性，所设计的卷标在使用上更加便利。
另外，本实施例的阻抗调整自由度相当高。请参照图3，其是绘示本实施例的无线识别卷标100的天线等效电路，其中耦极天线等效电路是如图3左侧所示耦合源(Coupling Source)部分，而辐射体的特性可等效成图2右侧的辐射体部分，两者间的耦合效果则可用变压器原理来等效，即图3中的互感量Lx。辐射体部分是由等效电阻R2、等效电容C2、等效电感L2所组成。耦合源部份是由等效电容C10、等效电感L10、等效电阻R1、等效电容C1、等效电感L1所组成。
对于耦合源的共振频率而言，共振频率fs可表示为 因此可透过调整偶极天线的循环大小(即L1的值)与延伸微带线的长短(即C1的值)来控制耦合源的共振频率fs的值。对于辐射体的共振频率而言。辐射体的共振频率fr可由辐射体的尺寸与槽孔样式来决定。透过调控两共振频率fs与fr的相对位置，即可设计出具宽带特性的卷标天线，同时提高卷标天线阻抗设计上的自由度，使其易与RFID芯片阻抗(在本实施例中为16-130j欧姆)共轭匹配。
另外，导电基板110的第一槽孔部111和第二槽孔部112具有不同的尺寸，其是根据使用者所欲应用的无线识别装置120来决定。在本实施例中，第二槽孔部112是设计来容纳客制化的无线识别装置120，而第一槽孔部111则设计来容纳市售的RFID卷标成品。
请参照图4a，其是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标400的结构示意图。无线识别卷标400是类似于无线识别卷标100，不同之处在于无线识别卷标400中的无线识别装置420是采用市售的RFID卷标成品。为了使RFID卷标成品固定于第一槽孔部111中，本实施例利用一固定件，例如黏胶片来将RFID卷标成品的天线结构和RFID芯片固定于第一槽孔部111中，如此本实施例的无线识别卷标400可提供圆极化的辐射场型(如图4b所示)。
请同时参照图5a和图5b，图5a和图5b是绘示根据本发明实施例的导电基板510a和510b的结构示意图。导电基板510a和510b是类似于导电基板110，但不同之处在于导电基板510a和510b的第三槽孔部513a和513b的形状与导电基板110的第三槽孔部113的形状不同。如图5a和图5b所示，导电基板510a的第三槽孔部513a具有多个折角，而导电基板510b的第三槽孔部513b具有弧状结构。即便槽孔部513a、513b的形状与槽孔部113不同，只要其长度符合1/4波长的要求，仍可使得应用导电基板510a和510b的无线识别卷标具有似圆极化的辐射特性。
请参照图6，其是绘示根据本发明实施例的无线识别卷标600的结构示意图。无线识别卷标600是类似于无线识别卷标100，不同之处在于无线识别卷标600中的无线识别装置620是采用不同阻抗的RFID芯片。在本实施例中，无线识别装置620的RFID芯片的阻抗值为27-180j欧姆。由图3所绘示的等效电路图与其相关的叙述可知，即便无线识别装置620的RFID芯片的阻抗值变更了，本实施例的无线识别卷标600仍可透过适当的槽孔设计来提供圆极化的辐射场型。
由上述说明可知，本发明实施例的无线识别卷标不但可提供圆极化的辐射场型，且其槽孔部可针对不同厂家或不同阻抗的RFID卷标芯片来设计与调整，使得所设计的槽孔辐射体可同时适用于多款RFID卷标芯片或RFID卷标成品。其次，本发明实施例的无线识别卷标可利用小尺寸的偶极天线来作为耦合信号源，提高对天线阻抗调控的自由度，可易于设计出可与各种不同的市售RFID成品阻抗匹配的天线。再者，本发明实施例的无线识别卷标具有多样化的生产模式，其辐射体与耦合信号源可一体成形制作，也可采两组件分开制作再组合应用的方式。
虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在本发 明所属技术领域中任何具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，包含：
一导电基板，包含：
一槽孔结构，由一第一槽孔部、一第二槽孔部以及一第三槽孔部所组成，其中：
该第一槽孔部沿着与该导电基板平行的一第一方向延伸，其中该第一槽孔部贯穿该导电基板且具有一第一宽度；以及
该第二槽孔部沿着与该导电基板平行的一第二方向延伸，其中该第二槽孔部贯穿该导电基板且具有一第二宽度，该第二方向与该第一方向间具有一夹角，该夹角的值是介于45度至135度间；以及
该第三槽孔部设置于该第一槽孔部和该第二槽孔部之间，以连通该第一槽孔部和该第二槽孔部，其中该第三槽孔部贯穿该导电基板且具有一第三宽度；以及
一无线识别装置，用以接收或发出一电波信号，其中无线识别装置设置于该第一槽孔部或该第二槽孔部中；
其中该第一槽孔部和该第二槽孔部为末端封闭的槽孔，该第一槽孔部和该第二槽孔部的末端被该导电基板所封闭。
2.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该第三槽孔部的长度为该电波信号的波长的四分之一。
3.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该夹角的值是介于80度至100度间。
4.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该夹角的值为90度。
5.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该无线识别装置包含：
一无线射频辨识芯片；以及
一天线，电性连接至该无线射频辨识芯片。
6.根据权利要求5所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该天线为偶极天线。
7.根据权利要求5所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该天线为间接耦合馈入天线。
8.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该导电基板为金属基板。
9.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，该导电基板为铜或铁材质。
10.根据权利要求1所述的具有平面式圆极化天线的无线识别卷标，其特征在于，还包含一固定件，用以将该无线识别装置固定于该第一槽孔部或该第二槽孔部中，其中该固定件为一黏胶片。
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