CN1930735A - 用于rfid标签的天线结构 - Google Patents

Abstract

在具有第一天线臂(4)和具有第二天线臂(5)的天线结构(3)中，两个天线臂(4，5)的两个纵向方向(10，11)互相围成一个开度锐角(α)，其中开度锐角(α)具有在15°和90°之间的数值，以及优选地在25°和45°之间的数值。

Description

用于RFID标签的天线结构

发明领域

本发明涉及具有第一天线臂和第二天线臂的天线结构，其中两个天线臂中的每个天线臂由导电材料制成，以及具有第一末端和第二末端，并具有从第一末端延伸到第二末端的纵向方向，以及其中两个第一末端被安排成互相隔开第一距离和彼此相邻，以及在所有情形下预定和被设计成被导电地连接到信号接收器或信号源的终端，以及其中两个第二末端被安排成互相隔开第二距离和互相远离，所述第二距离大于第一距离。

本发明还涉及用于与通信站非接触通信的数据载体，该数据载体配备有用于非接触通信的天线结构。

发明背景

在第一段落中提到的这种天线结构例如是从专利文件US 6 028564获知的。在已知的天线结构中，--正如例如从专利文件US 6 028 564的图4可以看到的一其设计是使得两个天线臂被设计和被安排成是直线的并在它们的纵向方向对准。考虑已知的天线结构的设计，为了得到满意的天线特性，必须把天线臂配置成具有大的长度，因此，天线结构整个地具有大的总长度，它在各种已知应用中要大于20厘米。然而，这样的大的总长导致不希望的限制，因为使用这种已知天线结构的产品其总长度必须大于天线结构的总长。这正是从上述的专利文件获知的已知的天线结构的应用的情形，也就是在所谓的标记和标签中使用的情形，从而使这些标记和标签具有大的总长度。这意味着，只有当相关的物品、相关的货物和相关的产品具有足够长的容纳区域，标记和标签才可以以简单的方式和对于简单的通信运行所必须的方式被应用到物品、货物和其它产品上。然而，对于具有相对较小的尺度的物品、货物和其它产品也存在着越来越多的使用这样的标记和标签的愿望。在这样的情形下，从上述的专利文件获知的天线结构由于这种天线结构具有太大的总长而不能被使用。

为了减小如上所述的已知的天线结构的总长度，已经提出使得这样的天线结构的两个天线臂成为曲折的走向。虽然这意味着，可得到具有较小的总长度的天线结构，但不幸地，折弯的设计带来缺点：因为对于这样的曲折形式，在互相平行地布置的天线臂部分之间在工作期间形成所谓的平行电容，这些平行电容降低效率，由此有害地导致较小的通信范围。

对于上述的已知的天线结构，可参阅专利文件US 6 097 347 A。

发明目的和概要

本发明的目的是避免上述的困难和产生改进的天线结构。

为了达到上述目的，在按照本发明的天线结构中提供按照本发明的特征，以使得按照本发明的天线结构具有以下特征：

本发明涉及具有第一天线臂和第二天线臂的天线结构，其中两个天线臂的每个天线臂由导电材料制成，以及具有第一末端和第二末端，并具有从第一末端延伸到第二末端的纵向方向，以及其中两个第一末端被安排成互相隔开第一距离和彼此相邻，以及在所有情形下预定和被设计成被导电地连接到信号接收器或信号源的终端，以及其中两个第二末端被安排成互相隔开第二距离和彼此远离，所述第二距离大于第一距离，以及其中两个天线臂的两个纵向方向互相围成一个开度锐角，以及其中该开度锐角具有在15°和90°之间的数值。

通过提供按照本发明的特征，改进的天线结构是以简单的方式达到的，它与已知的设计相比较没有附加装置，采用术语“改进”，是因为由于按照本发明的设计，按照本发明的天线结构可被设计成在它的总长方面，比起至今已知的设计要小得多。无可否认地，按照本发明的天线结构，比起至今已知的设计，具有更大的总宽度，所述总宽度是垂直于总长度而延伸的，但较大的总宽度是无关紧要的，并且在大多数应用中是不重要的。

在按照本发明的天线结构中，在两个天线臂的纵向方向之间的开度锐角的角度可以具有各种数值，例如15°，20°，60°，70°，80°，和90°。角度值的选择取决于许多参数，它们必须根据想要的应用来规定或确认，然后--可能在进行大量测试系列后--可以选择最适当的开度角度。已经证明如果所述开度锐角处在25°和45°之间的角度范围内是很有利的。在研究开发按照本发明的天线结构时进行的实验中，已经发现，上述的角度范围在非常大量的应用中可保证满意的结果。

在上述的实验中，已经发现，如果所述开度锐角具有30°±10％的数值将是特别有利的。这个数值已证明具体地对于在所谓的“射频标识”(RFID)的领域中天线结构的应用是非常有利的。

在按照本发明的天线结构中，两个天线臂可被设计成以曲线的形式伸展。然而，它已证明如果天线臂被设计成以直线伸展是特别有利的。这在把设计做得尽可能简单方面是有利的。

然而，在按照本发明的天线结构中，也已证明如果天线臂被设计成以曲折形式伸展是有利的。虽然这导致效率降低和从而导致范围的减小--正如以上在已知的天线结构方面已提到的--，但它确实允许产生在表面积方面特别小的天线结构。

这里应当提到，按照本发明的天线结构的两个天线臂还可被设计成以波浪形式伸展。而且，还应当提到，按照本发明的天线结构的两个天线臂不必取相同的走向，而是可被设计成以不同的方式伸展。

在按照本发明的天线结构中，它还以证明如果在两个天线臂之间提供至少一个耦合隔片(web)是非常有利的，该耦合隔片由导电材料制成，以及至少延伸到在两个天线臂之间的区域，而且它是与两个天线臂电绝缘的。提供这样的耦合隔片带来好处：有可能以简单的方式影响和规定天线结构的天线阻抗。

在具有至少一个耦合隔片的天线结构中，耦合隔片被安排成平行于在两个天线臂的纵向方向之间的夹角的角平分线而伸展。然而，如果至少一个耦合隔片被安排成横截两个天线臂的纵向方向之间的锐开度角的角平分线伸展，则是有利的。如果至少一个耦合隔片被安排成垂直于该角平分线伸展，则是特别有利的。实际上，由此可在至少一个耦合隔片的两侧达到对于天线臂的相同的影响。

在按照本发明的天线结构中，还证明如果提供多个耦合隔片是非常有利的，这些耦合隔片随着离天线臂的第一末端的距离增加而具有增加的长度。这样，对于按照本发明的天线结构可达到对于天线臂和从而天线阻抗的特别大的影响。

如果至少一个耦合隔片被设计成以直线伸展，特别是如果两个天线臂被设计成以直线伸展，则是更有利的。

在耦合隔片被设计成以直线伸展的情形下，还证明如果该至少一个耦合隔片具有窄条形式则是有利的。这特别是在提供多个耦合隔片时是有利的。

然而，还证明该如果该至少一个耦合隔片具有宽板形式则是有利的。在这种情形下，比起上述的窄的带条，板的宽度是这个窄带条的宽度的倍数，例如窄带条的宽度的10倍或20倍。这样的宽板可以具有矩形的形式或梯形的形式。应当提到，具有相当大的宽度的矩形外形的耦合单元也可被设计成框的形式，于是在耦合单元内部提供空隙。这样的板形的耦合单元--它与窄的带条相比较是宽的--提供这样的优点，即利用这样的板形的耦合单元可以得到更大的电磁耦合。

在按照本发明的天线结构中，至少一个耦合隔片可以仅仅在位于两个天线臂之上的区域延伸。已经证明如果至少一个耦合隔片在位于两个天线臂之上的区域延伸并延伸到两个天线臂以外，则是非常有利的。在这种情形下，该至少一个耦合隔片例如被嵌入在用于两个天线臂的基片材料内，或该至少一个耦合隔片被提供在用于两个天线臂的基片的一侧表面上，该表面是与确实提供两个天线臂的该侧表面对面的面。藉助于该至少一个耦合单元延伸到两个天线臂以外的设计，可在两个天线臂之间达到特别好的电磁耦合。

在按照本发明的天线结构中，相对于用于两个天线臂的基片，可把两个天线臂提供在基片的同一侧表面上。然而，已经发现，如果相对于用于两个天线臂的基片，把两个天线臂提供在基片的对面的二个表面上，则是特别有利的。结果，在两个天线臂之间可达到更大的电磁耦合，即由于基片或基片材料给出的有效介电常数的影响。

在按照本发明的天线结构中，还已经证明，相对于用于两个天线臂的基片，如果两个天线臂一起被提供在基片的第一侧表面上，和该至少一个耦合隔片被提供在基片的相对的第二侧表面上，则是有利的。在这种情形下，基片材料的有效介电常数在达到在天线结构的两个天线臂之间尽可能大的电磁耦合方面，具有有利的效果。

在按照本发明的天线结构中，它已经证明如果天线结构预定和被设计成在用于与通信站的非接触通信的非接触数据载体中使用(该数据载体包含一个IC和天线结构)，则是特别有利的。这是特别有利的，因为按照本发明的天线结构在为非接触通信的数据载体设计中的使用已证明是特别有用和高效的，以及是有利的。

为了达到上述的目的，预定用于这个用途的、用于与通信站进行非接触通信的数据载体配备有按照本发明的天线结构。通过这样的数据载体，可以达到相应于上述有利之处的优点。

从下面描述的实施例的例子将呈现本发明的上述的方面和另外的方面，并且相对于这些实施例的例子说明本发明的这些方面。

附图简述

本发明将相对于附图显示的实施例的例子被描述，然而，本发明不限于此。

图1示意地显示具有按照本发明的实施例的一个例子的天线结构的、按照本发明的实施例的一个例子的数据载体。

实施例说明

图1显示数据载体，它在本例中是标签，通常称为标记。图1所述的标记1具有基片20，它在本例中由具有电绝缘特性的薄膜那样的塑料材料制成。然而，基片20也可以由纸或板或用于印刷电路板的基底材料制成。而且，标记1具有IC 2和天线结构3，该天线结构以导电方式被连接到IC 2。

IC 2被设计成所谓的转发器IC，它具有数据存储器和与所述数据存储器共同工作的数据处理装置，转发器IC被提供来接收和发送数据，这些数据识别特定的物品、货物和其它产品。天线结构3被提供来使能以非接触方式发送上述的数据到IC2和从IC2发送数据，该天线结构3被设计来与通信站的站天线非接触地合作。

天线结构3具有第一天线臂4和第二天线臂5。两个天线臂4和5被设计成以直线伸展，以及由导电材料制成。在本例中，两个天线臂由铜条制成，其中铜条是以印刷工艺施加在基片20上的。然而，由铜条形成的天线臂也可以使用其它已知技术，例如通过蚀刻而施加上。两个天线臂4和5的各天线臂具有第一末端6和7以及第二末端8和9。而且，每个天线臂4和5具有纵向方向10和11，这个方向是从第一末端6和7延伸到第二末端8和9，该纵向方向在每种情形下由图1的虚线表示。

如图1所示，两个第一末端6和7被安排成互相相隔第一距离d和彼此相邻。两个第一末端6和7在本例中预定和被设计成使两个第一末端6和7各被连接到IC终端12到13。相对于天线结构3，IC2在接收模式下形成信号接收器(sink)和在发送模式下形成信号源。两个天线臂4和5的两个第二末端8和9安排成互相相隔第二距离D和彼此远离，因为第二距离D明显地大于第一距离d。

在图1所示的天线结构3，以特别有利的方式提供，两个天线臂4和5的两个纵向方向10和11互相围成一个开度锐角α。在图1所示的标记1的天线结构3的设计中，开度锐角α具有约32°的数值。

在图1所示的标记1的天线结构3的设计中，在两个天线臂4和5之间提供四个耦合隔片14，15，16和17。四个耦合隔片14到17由导电材料以与天线臂4和5相同的方式制成。在本例中，四个耦合隔片14到17同样由铜条组成，它与两个天线臂4和5同时藉助于印刷工艺被施加到基片20上。四个耦合隔片14到17被安排成横截在两个天线臂4和5的纵向方向之间10和11的夹角α的角平分线18而伸展，以及与两个天线臂4和5电绝缘。这种电绝缘以简单的方式达到，即四个耦合隔片14到17以它们的两个末端中的每个末端在每种情形下离两个天线臂4和5一个距离，这样，在两个天线臂4和5与四个耦合隔片14到17之间的电绝缘通过电绝缘的基片20而得以保证。在本例中，横截该角平分线18而伸展的四个耦合隔片14到17被安排成垂直于该角平分线18而伸展。然而，四个耦合隔片14到17和可以被安排成相对于角平分线18以一个不同于90°的角度而伸展。当离两个天线臂4和5的第一末端6和7的距离增加时，四个耦合隔片14到17长度增加，正如从图1看到的。

图1所示的标记1和在标记1中提供的天线结构3只代表许多可能的变例实施例的一个变例实施例。下面将给出关于其它变例实施例和关于用于实施其它变例实施例的知识和设计可能性的另外的细节。

本发明涉及特别适用于在高于800MHz的HF范围中的“射频标识”(RFID)领域中使用的新颖的天线结构。天线结构的新颖设计的一个具体优点是天线结构的最大尺寸的减小以及天线结构的天线阻抗与预定的源阻抗的简单的匹配。

新颖的天线结构可用于各种无线数据通信领域，例如与标准ISO18092有关的电信和所谓的蓝牙通信和所谓的NFC通信的领域。一个特别适用的应用领域由一些自动识别系统提供，这些自动识别系统越来越多被使用于服务区域和征购与分布后勤系统和商业区域和生产工厂。

特别地，非接触识别系统，例如所谓的转发器系统，被使用来快速交换数据而无需任何电缆连接，这种连接有时是一种妨碍。在工作在低于约800MHz的系统中，非接触通信是基于发射线圈的电感耦合，这些线圈连同至少一个电容一起形成谐振电路，这意味着这些只适用于约几厘米的小距离。由于物理边界条件，工作在高于约800MHz的转发器系统特别适用于在几米范围内的数据交换。在这方面，有源转发器(它们包含分开的电源，例如电池)和无源转发器(它们的电源来自一个将非接触地接收的HF信号整流的整流器电路)以及半无源转发器(其中，在以非接触方式实行唤醒操作后，例如启动电池作电源用)是已知的。转发器包含半导体芯片(IC)，它存储所有的数据，而且常常是可编程的和可重写的；还包括相关的天线结构(高频天线)，它被调谐到适当的频段，例如在美国，UHF频段：902到928MHz，或在欧洲，频段：863到868MHz，或已知的ISM频段：例如频段：2.4GHz到2.83GHz。

为了保证这样的转发器尽可能高的效率，必须提供有效的天线结构，以及还必须保证在天线结构与IC之间的反射尽可能低。后者是通过保证在两个部件之间的性能匹配而达到的。如果芯片阻抗与天线阻抗成复数共轭，则达到最大性能。

${\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{chip}}={\underset{\‾}{Z}}_{\mathrm{antenna}}^{*}$

     R_chip+j·X_chip＝R_antena-j·X_antenna

这意味着，复数阻抗的实部和虚部数值应当尽可能相等，另外电抗是互相共轭的。

由于工艺上的原因，IC的阻抗通常是电容性的，所以虚部(X_chip)是负的。这意味着，对于良好的传输，天线结构必须呈现电感性能。所以电抗(X_antenna)值必须是正的，以及在数值方面必须等于芯片阻抗的虚部的数值。如果电抗满足这个条件，而且如果两个实部(R_chip和R_antenna)是相等的，则达到性能匹配，以及达到在IC与天线结构之间的功率最大传输。所以对于有效的天线设计，天线结构的阻抗的实部和虚部必须与给定的芯片阻抗相匹配。

使天线阻抗匹配的方法是从上述的两个专利文件获知的。这个方法是基于使用传统的偶极子天线与用于修正虚部的所谓的“调谐短棒(tuning stubs)”和用于匹配天线结构的实部的“负载条(loading bars)”的组合。

按照本发明，天线结构是这样产生的，其中有可能调节天线阻抗而不需要为此用途的另外的已知的“调谐短棒”和“负载条”。

按照本发明的天线结构包含导电金属化(例如，Cu，Au，Ag，Al或适合的合金或超导材料)，该金属化被施加在具有介电常数ε_r≥1和/或导磁率常数μ_r≥1的基片材料(塑料、陶瓷、嵌入了陶瓷粒子的塑料)，或藉助于已知的多层技术嵌入这个基片材料。金属化可以通过诸如蚀刻、研磨、丝网印刷或冲压或粘接的传统方法来制造，并施加到基片上。

本发明是基于利用简单的片段的导体轨或线的电感性能。这种电感性能是尤其需要的，因为转发器的IC的阻抗通常是电容性的，因此它与导体轨的阻抗实现复数共轭(conjugated)。为了修正该片段的导体轨的电感，可以改变特定的边界条件(例如，长度、截面、基片特性)。然而，另外一种可能性在于改变第一片段导体轨邻近处与第二片段导体轨的耦合。这样的耦合的功能在下面更详细地描述。从这里开始，为了简略起见，不再用至今为止使用的术语“天线结构”，而使用“术语”天线。

图3-1显示按照本发明使用的天线原理和相应的物理设计。从两个导体轨(天线臂)被安排成并行伸展开始，每个具有长度l和被施加到基片材料上(上部图)，通过把两个导体轨移动分开，以使得它们围成一个开度角，特别是成锐角(中间图)，最终得到的无线的输入阻抗可被修改，并在宽广范围内匹配于给定的源阻抗，这样，天线阻抗与源阻抗成为理想的复数共轭，从而保证在天线与源之间功率的最大传送。IC作为源或接收器而提供，该IC与导体轨在两个第一末端之间接触。如果原先互相平行地伸展的两个导体轨在每种情形下沿相反方向旋转α＝90°，达到180°的开度角，则造成了传统的偶极子(图3-1的下部的图)。

由于天线是谐振部件，天线臂的长度l可被近似地计算为如下：

$l\≈\frac{c}{4\·\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}\·f}$

其中c＝真空中的光速，

ε_r＝基片的介电常数(FR4≈4.4)，

f＝频率。

由于在金属结构之间的耦合机理影响天线的有效长度，相应的设计应当通过适当的实验和或仿真被最佳化和被调整。具体地，在按照本发明的天线设计中，两个天线臂的长度必须增加，以便把谐振频率移到想要的频率范围(UHF或ISM范围)。

图3-1：-安排成互相平行的导体轨(上部图)和

       -安排成锐角的导体轨(中间图)和

       -安排成直线的导体轨(下部图))

平行的导体轨和排成一直线的导体轨(180°偶极子)都不适合于所需的应用中使用。在第一个解决方案中，很难传送任何功率，因为功率在两个导体轨之间的强电容耦合所短路。在第二个解决方案中，虽然这是非常有效的发射机，但它不进一步修正就不能用于所需的应用，因为复数天线输入阻抗与所需要的共轭复数芯片阻抗是非常不同的。

为了显示这一点，图3-2显示对于图3-1所示的三种天线的散射参数s₁₁散射参数s₁₁不是基于50Ω的电阻--正如在HF技术中传统的那样--而是基于Z_ant＝(R+jX)的复数阻抗。这是由Z_chip＝(R-jX)的转发器芯片的复数芯片阻抗造成的，因此意味着天线的阻抗与半导体芯片的阻抗应当互相匹配，以使得达到性能匹配(Z_ant＝Z_chip ^*)。

图3-2：对于三个不同的开度角α的散射参数s₁₁

正如从图3-2可以看到的，当导体轨是平行时，产生在需要的频率范围(在本例中902到928MHz)内的谐振。然而，天线的小于1％的极低的效率不允许在RFID应用中使用。实线所示的曲线显示在其中两个导体轨互相围成开度角α≈32°的情形下的匹配。幸运地，这个设计比起导体轨的平行情形呈现更大的谐振带宽，以及也呈现48.5％的明显增加的总效率(η_rad)。如果不考虑反射，则天线的辐射效率(η_rad)按照以下公式增加到72.2％的数值：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{rad}}=\frac{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{tot}}}{1-{\left|{\underset{\‾}{s}}_{11}\right|}^2}$

如果开度角α进一步增加到180°，则产生对于偶极子的按照图3-2的点划线所示的曲线所进行的匹配。在这种情形下对芯片阻抗所需的同样不良的匹配，如不作进一步修正，将不允许在需要的应用中使用，否则导致传输特性很大的损害。由于不良匹配，高的辐射效率从η_rad＝98.6％减小到在使用期间实际上可得到的η_tot＝21.8％的效率。

除了改进的阻抗匹配(和增加的阻抗带宽)以外，按照本发明设计的天线另外还具有优点，即天线的长度被减小到传统的偶极子结构的一半长度，而仅仅必须考虑天线稍微增加其宽度。

如上所述，除了需要的工作频率以外，天线的阻抗也是重要的，因为转发器的效率可以通过适当地调节实部和虚部而得以最大化。在按照本发明的天线中，所需的阻抗通过修正天线设计本身而得到。这里，在两个导体轨(天线臂)之间的耦合的强度具有关键的重要性。耦合取决于在两个导体轨(金属化)之间的开度角α以及在有限的程度上，也取决于所使用的基片。

作为开度角α的函数的复数天线阻抗(被划分成实部和虚部)的变化示于图3-3。

图3-3：作为开放角度α的函数的复数天线阻抗的实部和虚部

作为开度角α的函数的复数天线阻抗的实部和虚部的高度依赖性可以明显地看到。与虚部不同(该虚部是随开度角α增加而减小的)，实部则随角度α增加而增加。如果仅仅把与必须的复数阻抗相匹配作为最佳的开度角α的准则，则在小的开度角α的情形下将会满足这个准则。在这种情形下，反射实际上由实部造成。已经发现，天线的效率也是开度角α的函数，而可能的最大效率不一定随最好的匹配出现。所以，图3-4显示在作为开度角α的函数的最小反射与最大效率(辐射效率与总效率)之间的比较结果。可以再次明显地看到在匹配与反射之间的联系(这是已知的)。最好的匹配在α≈10°(s₁₁＝-9.3dB)处达到。然而，在这个开放角度α，天线的效率(η_tot)仅仅为约23.5％(η_rad≈28.6％)。如果开度角α增加到180°(偶极子)，则可以明显地看到辐射效率增加到大于98％。然而，由于反射，在使用期间可得到的效率(η_tot)在大的开放角度α的情形下急剧下降。η_tot的最大值可以在约20°-30°的开放角度α下找到。在这种情形下，可选择约21°的开放角度α，因为在这里得到相对较好的阻抗匹配(s₁₁约为-6.7dB)，因此在天线与半导体芯片之间引起很少的反射。在这种情形下，效率η_tot约为49％。

图3-4：散射参数s₁₁与天线效率作为开度角α的函数

正如从以上阐述的内容看到的，天线阻抗可以通过适当的开度角α而在很宽的范围内被修正。而且，在后面的说明中，将描述附加的设计修改方案，它类似地可用来有利于使天线阻抗与给定的芯片阻抗相匹配。

天线的两个纵向导体轨(天线臂)的宽度适用于这个用途。图3-5在这个方面显示复数天线阻抗的实部和虚部作为天线臂的各种宽度的函数，所述宽度是作为例子而选择的。坐标上的数据显示第一天线臂(斜杠左面给出的数)和第二天线臂(斜杠右面给出的数)的相应的宽度。可以清楚地看到作为天线宽度函数的实部的增加。作为对比，天线阻抗的虚部有同时的减小。这意味着，通过适当地选择天线臂的宽度，天线的复数阻抗同样可受到影响，并可与需要的芯片阻抗相匹配。

图3-5：复数天线阻抗的实部和虚部作为天线臂的函数

图3-6还显示在散射参数s₁₁与系数(η_tot，η_rad)之间的联系再次作为天线臂的宽度的函数。由于尤其是天线阻抗的实部的变化，与所需的芯片阻抗的匹配稍微减小。然而，同时，天线的总效率也增加。最佳天线性能(在阻抗匹配与效率之间的折衷)在每种情形下可以在0.5mm到1.0mm的天线臂的宽度处看到。

图3-6：散射参数s₁₁与天线效率作为天线臂的宽度的函数

除了对于上述的天线阻抗的附加的修改方案以外，还可以使用另外的设计修改方案，以便达到想要的阻抗匹配。这是通过改变在两个导体轨(天线臂)之间的电容耦合而达到的。这种耦合可以通过在两个天线臂之间提供耦合隔片而得到加强，这些耦合隔片通过“浮动的”导体轨结构而形成，该“浮动的”导体轨结构由金属制成并且不与天线臂电接触，正如从图3-7可以看到的。这些耦合隔片可被放置在基片上与天线臂相同的一面(基片的上表面)或在相反的一面(基片的下表面)，或者否则在基片的上表面与下表面之间的层中，也就是说，嵌入在基片中。后者这种情形在多层基片的情形下是特别有利的。应当指出，两个天线臂可在基片的不同面提供，即基片的上表面与基片的下表面。

图3-7：具有单个电容耦合隔片的天线

图3-8显示作为电容耦合单元位置的函数的复数天线阻抗的实部和虚部。在本例中，仅仅提供一个耦合单元，它由1mm宽的矩形金属带条形成，并且被安排在两个天线臂之间。为了测试和测量起见，这样的耦合单元的位置从处在两个天线臂的第一末端(1x末端)，该两个第一末端互相靠近，经由中间位置(1x中间)改变到处在两个天线臂的第二末端(1x开始)，该两个第二末端是互相远离的。在本例中，使用了变化长度的耦合单元，以使得每个耦合单元离两个天线臂的距离是0.01到1.0mm。相应的复数天线阻抗被显示于图3-8，以便与不使用相应的耦合单元的特性(no)进行比较。正如可以看到的，虚部只受很弱的影响，但实部有较大的影响。

图3-8：作为电容耦合单元的位置的函数的复数天线阻抗的实部和虚部

图3-9再次显示散射参数s₁₁和相应的效率(η_tot和η_rad)。在本例中，当在中部使用耦合单元时可以看到最大的总效率。

图3-9：作为电容耦合单元的位置的函数的、天线的散射参数s₁₁和效率

根据以上说明的知识，下面讨论提供多个耦合单元的结果。图310作为例子显示在两个天线臂之间多个耦合单元的安排。在本例中，耦合单元作为例子每个被安排成互相相隔1.0mm的距离。在耦合单元之间的有利的距离是在0.01mm与1.0mm之间。

图3-10：作为例子在中部位置的多个耦合单元

图3-11：复数天线阻抗的实部和虚部作为所提供的中心电容耦合单元的数目的函数

以上的图3-11再次显示复数天线阻抗的实部和虚部作为在两个天线臂之间提供的中心耦合单元的数目的函数。在本例中，也可以看到虚部的变化和实部的较大的变化。

图3-12再次显示散射参数s₁₁和两个效率(η_tot和η_rad)。这里，可以看到，当耦合单元数目增加时反射的改进。然而，同时，天线的辐射效率(η_rad)减小，它进而又导致总效率(η_tot)的减小。当使用10个耦合单元时，可以看到在s₁₁约等于-6.6dB的几乎恒定的阻抗匹配的情形下这个效率的最大值η_tot＝54％(与图3-4所示的初始的情形相比较)。

图3-12：天线的散射参数s₁₁和效率作为所提供的中心电容耦合单元的数目的函数

最后，应当再次指出，本发明提供一种新颖的天线结构，它特别适用于在大于800MHz的HF范围中的RFID应用中使用。按照本发明的天线结构的一个具体的优点在于，它的总长度减小到至今已知的天线结构的长度的约一半(50％)，和按照本发明的天线结构的阻抗与预定的接收器/源阻抗的简单的匹配。通过提供在两个天线臂之间的不同的大小的开度角，有可能造成在两个天线臂之间的不同程度的电容耦合，结果，有可能以简单的方式按照本发明的天线结构得到天线阻抗的变化的实部。对于天线结构的电感性能，可以通过适当地选择两个天线臂的长度以简单的方式达到所需范围。天线结构的所需频率带宽可以通过适当地选择两个天线臂的宽度而达到。两个天线臂的宽度可以选择为随天线臂的长度而不同，其中所述两个天线臂在它们的第一末端的区域中具有较小的宽度，以及在它们的第二末端的区域中具有较大的宽度，以及其中宽度优选地，但不一定，线性地增加。

在按照本发明的包括两个天线臂和至少一个耦合隔片的天线结构中，该至少一个耦合隔片可以由三角形耦合板形成，其中耦合板的三角形的形状作为在两个天线臂之间的开度锐角和由此规定的两个天线臂彼此相对位置的函数而选择。

Claims (17)

1.一种具有第一天线臂(4)和第二天线臂(5)的天线结构(3)，其中两个天线臂(4，5)中的每个天线臂由导电材料制成，以及具有第一末端(6，7)和第二末端(8，9)，并具有从第一末端(6，7)延伸到第二末端(8，9)的纵向方向(10，11)，以及其中两个第一末端(6，7)被安排成彼此相隔第一距离(d)并彼此相邻，以及在每种情形下预定和被设计成导电地连接到信号接收器(2)或信号源(2)的终端(12，13)，以及其中两个第二末端(8，9)被安排成彼此相隔第二距离(D)和相互远离，所述第二距离大于第一距离，以及其中两个天线臂(4，5)的两个纵向方向(10，11)互相围成一个开度锐角(α)，以及其中该开度锐角(α)具有在15°和90°之间的数值。

2.如权利要求1中要求的天线结构(3)，其中开度锐角(α)具有在25°和45°之间的数值。

3.如权利要求2中要求的天线结构(3)，其中开度锐角(α)具有具有30°±10％的数值。

4.如权利要求1中要求的天线结构(3)，其中两个天线臂(4，5)被设计成以直线伸展。

5.如权利要求1中要求的天线结构(3)，其中两个天线臂(4，5)被设计成以曲折方式伸展。

6.如权利要求1中要求的天线结构(3)，其中提供至少一个耦合隔片(14，15，16，17)，以便两个天线臂(4，5)实现电磁耦合，所述耦合隔片(14，15，16，17)由导电材料制成，以及至少延伸到在两个天线臂(4，5)之间的区域，而且它是与两个天线臂(4，5)电绝缘的。

7.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)被安排成横截于两个天线臂(4，5)的纵向方向(10，11)之间的开度锐角(α)的角平分线(18)伸展。

8.如权利要求7中要求的天线结构(3)，其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)被安排成垂直于在两个天线臂(4，5)的纵向方向(10，11)之间的开度锐角(α)的角平分线(18)伸展。

9.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中提供多个耦合隔片(14，15，16，17)，这些耦合隔片(14，15，16，17)随着离两个天线臂(4，5)的第一末端(6，7)的距离增加而具有增加的长度。

10.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)被设计成按直线伸展。

11.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)具有窄带条的形式。

12.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)具有宽板的形式。

13.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)在两个天线臂(4，5)之间的区域上延伸并延伸到两个天线臂(4，5)以外。

14.如权利要求1中要求的天线结构(3)，其中两个天线臂(4，5)相对于用于两个天线臂(4，5)的基片(20)被提供在基片(20)的相对两个侧表面上。

15.如权利要求6中要求的天线结构(3)，其中两个天线臂(4，5)，相对于两个天线臂(4，5)的基片(20)一起被提供在基片(20)的第一侧表面上，以及其中至少一个耦合隔片(14，15，16，17)被提供在基片(20)的相对的第二侧表面上。

16.如权利要求1中要求的天线结构(3)，其中天线结构(3)预定和被设计成在用于与通信站进行非接触通信的非接触数据载体(1)中使用，该数据载体包含IC(2)和天线结构(3)。

17.一种用于与通信站进行非接触通信的数据载体(1)，其特征在于，该数据载体(1)配备有如权利要求1到10的任一项中要求的天线结构(3)。

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