CN110945716A - 用于将发送/接收端子耦接到rfid装置的贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将RFID装置电耦接到测试仪的贴片天线，该RFID装置能够在工作波长下通信。该天线包括平面介电基板、布置在基板的第一面上的谐振传输线以及用于将谐振传输线链接到测试仪的耦接器。传输线包括具有第一端部和第二端部的半波主线、分别电连接到主线的第一端部和第二端部的第一阻抗调节电路和第二阻抗调节电路，以当具有工作波长的信号在传输线上传播时，将电压节点强加于这些端部。本发明还涉及设置有这种贴片天线的测试设备。

Description

用于将发送/接收端子耦接到RFID装置的贴片天线
技术领域
本发明涉及无线电识别应答器的测试，例如这种应答器的生产线端部测试。当待测试的多个应答器彼此靠近地布置在带上或借助于线元件彼此链接时，发现一种特殊应用。
背景技术
无线电识别载体(也称为RFID装置(射频识别))通常由耦接到天线的发送器-接收器芯片组成。该天线可以由布置在标签上的金属迹线形成，发送器-接收器芯片被组装到标签上，以使其连接焊盘与构成天线的迹线接触。另选地，天线可以由导电线元件形成，导电线元件通过嵌入布置在芯片的侧壁上的凹槽中而被组装和电连接到芯片的连接焊盘。例如，从文献US8471773已知这种配置，并且该连接技术被称为E-THREADTM。
为了降低制造成本，共同地制造RFID装置。在这种情况下，多个RFID装置例如彼此紧密靠近地布置在带上，可以从该带切割多个部分以形成标签。上述US8471773提供用于形成发送器-接收器芯片链，该芯片借助于大型线元件彼此连接。通过将芯片间隔开等于发送器-接收器芯片的工作波长的大约一半的距离，可以确保在切割之后，线元件的部分可以形成功能偶极天线。
不管用于形成RFID装置的技术如何，都需要在制造后对其进行测试，以确保它们能够按预期运行。
文献WO 2013 14441提出了RFID装置可以被设计成在远场中工作，并且在这种情况下，该装置与发送器-接收器端子之间的通信使用辐射电磁场。RFID装置也可以被设计成在近场中工作，在这种情况下，通过电抗、电容或电感耦接通信。
在远场RFID装置的情况下，WO20131441还指出，由于当彼此紧密靠近地布置多个装置时，难以将由测试设备发射的电磁场聚焦在单个装置上，所以线路端部功能测试是有问题的。在这种情况下，测试设备接收到的返回信号不仅对应于由待测试的RFID装置提供的响应，而且可能包含由相邻装置提供的响应。
在使用E-THREAD技术对RFID装置进行线路端部测试的情况下，该问题更加明显。实际上，除了聚焦由测试设备发射的电磁场的问题外，可能在有线元件中发生的导电可能导致邻近被测试装置的RFID装置的激活，即使该RFID装置不直接受电磁场影响(即，如果其位于测试设备的发射区域之外)。
WO2017021264通过将测试仪发射的辐射限制在仅放置被测试RFID装置的壳体中来解决该问题。在一个实现模式中，该文献还提出接触构成RFID装置的天线的线元件，以便形成短路并且将被测试装置与链中的其它装置(特别是与其直接相邻的装置)隔离。
因此，该实现方法需要与线元件物理接触，这并不总是与需要很高生产率的工业操作兼容。
因此，本发明至少旨在部分地解决这种问题。尤其是，本发明适于在无需测试设备的任何部分与发送器-接收器芯片的链或条物理接触的情况下，对以发送器-接收器芯片的链或条的形式布置的RFID装置进行测试。
发明内容
为了实现这些目的中的一个，本发明的目的是提供用于将发送器-接收器端子与RFID装置相关联的贴片天线，贴片天线连接到所述发送器-接收器端子，该RFID装置包括至少一个发送器-接收器芯片，该发送器-接收器芯片连接到天线并且被配置成在工作波长下工作，该贴片天线包括：
-平面介电基板；
-谐振传输线，其设置在基板的第一侧上；
-耦接器，其被配置成将谐振传输线连接到端子。
根据本发明，传输线包括：
-半波主线，其具有第一端部和第二端部；
-第一阻抗调节电路，其电连接到主线的第一端部，以当具有工作波长的信号传播通过传输线时，将电压节点强加于第一端部；
-第二阻抗调节电路，其电连接到主线的第二端部，以当具有工作波长的信号传播通过传输线时，将电压节点强加于第二端部。
以这种方式配置的天线允许将被测试RFID装置与相邻RFID装置的链电隔离以进行测试。
根据本发明的其它有利和非限制性特征，单独地或以任何技术上可行的组合来考虑以下项：
·第一阻抗调节电路和第二阻抗调节电路均包括四分之一波长传输线；
·谐振传输线以微带线的形式实现；
·主线从电介基板的一个边缘延伸到另一边缘；
·第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路横向于主线布置；
·耦接器包括谐振腔。
本发明还涉及用于测试RFID装置的设备，该设备包括：发送器-接收器端子、如前所示的贴片天线、以及在发送器-接收器端子与贴片天线的耦接器之间的连接线缆。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从以下参照附图对本发明的详细描述中得出，其中：
-图1a至图1d表示使用E-THREAD技术制造的RFID装置的不同视图；
-图2示出了根据本发明的另选实施方式的测试装置。
-图3表示在根据本发明的贴片天线的传输线中产生的驻波。
-图4示出了根据本发明的贴片天线的实施方式。
-图5示出了根据本发明的贴片天线的另一实施方式。
具体实施方式
为了确保以下描述的简单性，在本说明书的多种公开的实施方式中，相同的附图标记将用于相同或执行相同功能的元件。
为了本申请的目的，“RFID装置”是指包括与天线相关联的至少一个发送器-接收器芯片的任何装置。
作为序言，并且为了提供完整的描述，在图1a至图1d中示出了通过E-THREAD技术实现的RFID装置和这种装置的链的不同视图。然而，本发明决不限于该类型的技术，并且可以找到用于测试任何构造的射频装置的应用。
例如，在文献US83617、US8723312、US2015318409、US8782880、US8814054或US2015230336中描述了E-THREADTM连接技术。
因此，图1a示出了与E-THREADTM连接技术兼容的电子组件或芯片1的立体图。在该图1a中，芯片1被组装到两个导电线元件4a、4b(并且在下面的描述中有时更简单地称为“线元件”)。图1b示出了在没有线元件4a、4b的情况下的芯片1的剖视图。
在所示的示例中，芯片1具有两个纵向凹槽2a、2b，这些凹槽中的各个由构成芯片1的元件的三个壁3a、3b、3c限定。各个凹槽2a、2b被设计成容纳线元件4a、4b的一区段。各个线元件4a、4b具有平行于线元件所在的纵向凹槽2a、2b的轴线的主轴线。
各个线元件4a、4b可以机械地嵌入纵向凹槽2a、2b中的一个中和/或通过粘附、通过焊接或通过任何其它手段保持在该凹槽中。在所有情况下，线元件4a、4b和芯片以固定方式组装在一起。
如图1a和图1b所示，芯片1可以包括基板5，并且在基板5上或中可以形成功能电路6，该功能电路6包括发送器-接收器芯片，诸如远场RFID芯片。各个纵向凹槽2a、2b的壁3a、3b、3c中的至少一个可以设置有焊盘8或多个这种焊盘。当线元件4a、4b被容纳在它们的凹槽2a、2b中时，它们与被定位在该凹槽中的焊盘8接触。这些焊盘8能够有助于将线元件嵌入凹槽中。这些焊盘8中的一些可以电连接到功能电路6的端子，并且因此例如经由形成在基板5上或中的导体迹线来形成连接焊盘。
当需要在线元件4a、4b与连接焊盘8之间形成电接触时，如果导电线元件4a、4b设置有绝缘护套，则可能需要预先从导电线元件4a、4b剥离绝缘护套。另选地或附加地，连接焊盘8可以具有锋利刀片形状，当线被插入时，该连接焊盘8刺穿护套以建立电接触。
此外，在图1a和图1b的描述中，芯片1还包括盖7，例如具有T形截面，如图1b所示，T的基部与基板5的主面组装在一起。通过组装T形盖7和基板5来形成纵向槽2a、2b。盖7还可以配备有功能电路、电连接到基板5的功能电路6或盖7的功能电路(如果存在这样的电路)的焊盘和导电迹线。
除了图1a和图1b所示的芯片1的实施方式之外，其它实施方式也是可能的。例如，芯片1可以由具有功能电路的平坦支承件组成，例如通过在该支承件的两个相反侧面上或者在该支承件的一个和/或另一个主面上蚀刻来形成纵向凹槽。
根据另一实施方式，芯片1可以由各自具有功能电路的相同或类似尺寸的两个平坦支承件组成。平坦支承件各自被组装到较小间隔件的两个相反侧，以限定芯片1的两个纵向凹槽2a、2b。
无论选择哪种实施方式，与E-THREAD技术兼容的芯片1具有功能电路6、各自能够容纳并保持导电线元件4a、4b的一区段的两个纵向连接凹槽2a、2b。在要形成RFID装置的情况下，导电线元件4a、4b与RFID功能电路6电接触，并且构成使得该功能电路能够接收和发送诸如识别信息的信息的天线。这种RFID装置已经在图1d中示出。
可以例如使用诸如文献US8782880中描述的插入设备来自动化导电线元件4a、4b在芯片1的纵向凹槽2a、2b中的插入。
大型线元件可以以线圈形式供应在设备中；并且与刚才提出的芯片类似的芯片1存储在设备的储箱(tank)中。大型线元件从彼此平行的待供应线圈中被解开到该件设备的夹紧区域。还配置成依次将芯片1从储箱带到该夹紧区域，并在纵向槽2a、2b中的任一个中接合各大型线元件的一区段。因此，形成由通过大型线元件连接的多个芯片1组成的链9，如图1c所示。该设备可以设置有多个储箱，以存储不同性质的芯片，并根据可以选择的另选方案形成复合芯片链。芯片链9可以缠绕在支承件上以形成存储或运输卷轴。RFID装置(即，该链的部分)可以通过根据期望切割方式切割线元件4a、4b从卷轴上被移除，如上面提到的文献US8471773中所述。
以该方式制造的RFID装置可能具有其它特性。因此，可以使两个线元件4a、4b接触以便形成环路，该环路使得可以将偶极天线4a、4b的阻抗调整到芯片1的阻抗。
生产线可以利用插入设备以外的其它设备来完成。该设备可以靠近保持彼此平行的两个线元件放置。根据该设备实现的处理的性质，它们可以放置在插入设备的上游或下游，与装置的链9相对。已经在图2中示意性地表示该生产线的在插入设备下游与构成链9的RFID装置对应的部分的功能测试阶段。
更具体地，图2示出测试设备，该测试设备包括经由连接线缆12(例如，同轴线缆)电连接到贴片天线11的发送器-接收器端子10。天线11被定位成靠近RFID装置的链9，使得链9的被测试装置(被测试装置1')放置在天线的发送区域中。因此，贴片天线11允许发送器-接收器端子10与RFID装置(1')相关联。
RFID装置链9应该被布置在与贴片天线11所限定的平面平行的平面中，使得RFID装置可以被定位在天线11上方的测试位置并且以一距离(例如在几毫米和几厘米之间)靠近天线11。有利地，无论在测试期间还是当将链9的RFID装置定位在天线上方时，天线都不接触RFID装置1'或链9。
众所周知，测试设备实现测试序列以验证被测试RFID装置1'是否运行。还可以配置该装置，即，将信息或指令存储在包括在发送器-接收器芯片1中的存储器中。
例如，测试设备可以被配置成生成具有与RFID装置1'的工作频率相对应的频率的电信号。应当记住，该工作频率是标准化的。对于远场传输，该工作频率可以对应于大约900MHz的频率，该频率对应于大约33cm的工作波长。
该信号经由连接线缆12被发送到天线11，该天线11将电磁波发射到发送区域中，该信号具有与由测试装置生成的频率相同的工作频率。位于该区域中的被测试RFID装置1'拾取信号。RFID装置能够发射(动态地或通过所接收的信号的逆向传播)返回信号，该返回信号具有通过记录和存储在RFID芯片中的信息(例如，该芯片的标识符)在幅度和/或相位上调制的工作频率。
RFID装置发射的返回信号被天线11拾取并传输到端子10。接收到的信号被解调到基带，并且由被测试装置1'发送的信息(例如，其标识符)被重新获得。这确保了被测试RFID装置1'的适当运行。
为了能够以足够速率执行测试，测试设备可以包括多个测点(station)，各个测点包括贴片天线11，被测试装置1'可以顺序地放置在贴片天线11附近。各个测点可以执行基本测试操作，诸如写入或读取与其相邻的被测试装置的存储器。
如本申请介绍中所提出的，在该测试阶段中，重要的是能够顺序地请求单个RFID装置以确保测试的可靠性。当多个RFID装置通过它们的天线彼此电连接时，如使用E-THREAD技术形成的链中的情况，这尤其难以实现。
本发明提出将天线11配置成激励单个装置并将该单个装置电耦接到端子10，换言之，将被测试RFID装置和与其相邻的RFID装置的链9电隔离以进行测试。
为此目的，天线11被配置成贴片天线。该天线包括平面介电基板13。例如但不以任何方式限制本发明，该基板可以是环氧树脂基板，其厚度为大约一毫米或更小并且具有矩形或正方形的形状。有利地，并且仅作为示例，该基板可以具有大于20的介电常数和小于10^-4的Δ损耗正切。
无论基板13的形状和性质如何，基板13的尺寸中的一个应至少等于被测试RFID装置的工作波长的一半。
基板13在第一侧13a上具有谐振传输线14。谐振传输线14经由耦接器15连接到端子10。旨在将经由连接线缆12从端子10接收的电信号注入到谐振传输线14中。
传输线14被设计成使得在其上传播的信号在工作频率下基本上是稳定的。如图3所示，该信号具有分离工作波长的一半的两个电压节点A、B，并且在两个节点之间有电压腹C。
通过将待测试RFID装置1'放在两个电压节点A、B之间的传输线14上方，零电压被施加在布置在这些电压节点处的线元件中，从而将待测试的RFID芯片与在链中与其相邻的其它芯片电隔离。
图4是贴片天线11的示意性顶视图。传输线14包括直主线14a，该直主线具有半波长，即，在其第一端部与其第二端部之间具有对应于工作波长的一半的长度。
主线14可以形成为微带线。在这种情况下，介电基板的第一侧13a设置有具有期望半波长的金属迹线，而相反侧13b设置有形成平面图的金属膜。众所周知，可以选择微带线的宽度(并取决于基板的厚度及其介电特性)，以给予该线所确定的特性阻抗。
主线14a还可以通过其它技术形成，例如借助于共面线或开槽线。
在没有其它任何元件的情况下，主线14a的端部形成开路，并且将具有工作频率的信号注入到该线中将导致在端部形成具有两个电压腹的驻波，这对应于所寻求的相反结果。为了解决这个问题，符合本发明的传输线分别包括电连接到主线14a的各个端部的第一阻抗调节电路14b和第二阻抗调节电路14c，该第一阻抗调节电路14b和第二阻抗调节电路14c导致当信号在传输线中传播时，将电压节点强加于主线的各个端部。有利地，这些第一电路14b和第二电路14c的阻抗与主传输线14a的阻抗匹配，从而可以在传输线中产生驻波。
如图4所示，第一电路14b和第二电路14c可以均对应于电连接到主线14a的各个端部的四分之一波长传输线。形成第一电路14b和第二电路14c的传输线的另一端部是开路。
当将处于工作频率的电信号注入到以该方式配置的传输线中时，四分之一波长线14b、14c的开路端部将电压腹(voltage belly)强加于这些端部。它们还将电压节点强加于主线14a的端部。第一电路和第二电路的四分之一波长传输线14b、14c可以由与构成主传输线14a的微带线类似的微带线形成。但是也可以是其它技术，特别是与用于形成主线的技术匹配的技术。
为了使天线11更紧凑并且限制主线14a的两端部之间的电耦接，主线可以从介电基板的一个边缘延伸到另一边缘，并且传输线不布置在主线14a的延伸部中，而是横向于主线。因此，四分之一波长传输线可以沿介电基板的边缘以直角布置，如图4所示。
不是将第一阻抗匹配电路14b和第二阻抗匹配电路14c形成为传输线，而是还可以选择经由电抗组件(电容、电感和/或电阻)来形成它们。
不管所选实现模式如何，贴片天线11均被配置成使得当将处于工作频率的电信号注入到传输线14中时，在传输线14中产生的信号是稳定的，并且该信号具有分离波长的一半距离的两个电压节点。
通过将被测试RFID装置1'放置在贴片天线11附近，位于这两个电压节点中间，通过在构成天线的线元件中进行感应耦接而引起短路，从而将被测试装置1'和与其相邻的其它装置隔离。
耦接装置15可以采用不同形式。根据第一实施方式，耦接装置由类似于WO201344451中所述的谐振腔形成。
布置在壳体中的两个电极在其上侧设置有开口，允许在该开口的高度处产生电磁场。将介电基板13放置在壳体上以覆盖开口。通过在形成主传输线14a的导体迹线中提供开口14d并且在形成布置在基板13的相反侧13b上的平面图的导体膜上提供第二开口14e，能够获得从壳体开口出现的场到传输线14的信号注入。当基板适当地定位在壳体上时，这些开口在壳体开口处形成。在图5中示出了这种配置。
该实施方式不是限制性的，并且可以考虑其它已知技术将信号从测试仪注入到贴片天线中。因此，可以考虑使用在基板上形成的共面线将电信号从同轴线缆的连接器传送到传输线；或者形成通过介电基板的通孔，以将同轴线缆的连接器直接连接到主传输线和平面图(如果存在)。
当然，本发明不限于所描述的实施方式，并且在不超出由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以作出另选实施方式。

Claims (7)

1.一种贴片天线(11)，所述贴片天线(11)用于将所述贴片天线连接到的发送器-接收器端子(10)与RFID装置(1')相关联，所述RFID装置包括连接到天线并且被配置成在工作波长下工作的至少一个发送器-接收器芯片，所述贴片天线(11)包括：
-平面介电基板(13)；
-谐振传输线(14)，所述谐振传输线(14)设置在所述基板(13)的第一侧上；
-耦接器(15)，所述耦接器(15)被配置成将所述谐振传输线连接到所述端子(10)；
所述贴片天线的特征在于，所述传输线包括：
-半波主线(14a)，所述半波主线(14a)具有第一端部和第二端部；
-第一阻抗调节电路(14b)，所述第一阻抗调节电路(14b)电连接到所述主线(14a)的所述第一端部，以当具有所述工作波长的信号传播通过所述传输线(14)时，将电压节点强加于所述第一端部；
-第二阻抗调节电路(14c)，所述第二阻抗调节电路(14c)电连接到所述主线(14a)的所述第二端部，以当具有所述工作波长的信号传播通过所述传输线(14)时，将电压节点强加于所述第二端部。
2.根据前述权利要求所述的贴片天线(11)，其中，所述第一阻抗调节电路(14b)和所述第二阻抗调节电路(14c)均包括四分之一波长传输线。
3.根据前述权利要求所述的贴片天线(11)，其中，所述谐振传输线(14)被构造成微带线。
4.根据前述权利要求中的一项所述的贴片天线(11)，其中，所述主线(14a)从所述介电基板(13)的一个边缘延伸到另一边缘。
5.根据前述权利要求所述的贴片天线(11)，其中，所述第一阻抗匹配电路(14b)和所述第二阻抗匹配电路(14c)横向于所述主线(14a)布置。
6.根据前述权利要求中的一项所述的贴片天线(11)，其中，所述耦接器(15)包括谐振腔。
7.一种RFID装置的测试设备，所述测试设备包括：发送器-接收器端子(10)、根据前述权利要求中的一项所述的贴片天线(11)、以及在所述发送器-接收器端子(10)与所述贴片天线(11)的所述耦接器(15)之间的连接线缆(12)。
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