DE102006054078B4

DE102006054078B4 - Breitbandantenne

Info

Publication number: DE102006054078B4
Application number: DE102006054078A
Authority: DE
Inventors: Chih-Chen Chang; Yung-Chin Pusin Lo
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: US7589675B2; JP2007312350A; TWI325198B; JP4293468B2; KR100847958B1; KR20070111952A; US20070290928A1; TW200744254A; CN101075701B; CN101075701A; DE102006054078A1

Abstract

Breitbandantenne
– mit einer Kopplungsschleife (110; 310) mit einem ersten Zuführanschluss (111; 311) und einem zweiten Zuführanschluss (112; 312); mit einem ersten als Hauptkörper ausgebildeten Abstrahlungskörper (121, 321), der eine erste Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife (110; 310) bildet; und
– mit einem zweiten Abstrahlungskörper (122, 322), der zwei L-förmige Körper, die jeweils beabstandet von den zwei Enden des ersten Abstrahlungskörpers (121, 321) als Abzweigungen symmetrisch mit dem ersten Abstrahlungskörper (121, 321) verbunden sind, umfasst und der eine zweite Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife (110; 310) bildet;
– wobei die erste Resonanzschleife zum Vorsehen einer ersten Resonanzfrequenz der Breitbandantenne (100; 300, 700) und die zweite Resonanzschleife zum Vorsehen einer zweiten Resonanzfrequenz mit der Breitbandantenne (100; 300; 700) geeignet ist; und
– wobei die Kopplungsschleife (110; 310) Signale gemäss der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz zuführen kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich üblicherweise auf eine Breitbandantenne, und insbesondere auf eine Breitbandantenne, die die Antennenbandbreite durch einen Mehrfachkopplungs-Versorgungs- bzw. Zuführmechanismus erweitern kann.
Ein Hochfrequenz-Identifikationssystem (RFID) überträgt z. B. Identifikationsinformationen durch Funkwellen, so dass die Anwender die erforderliche Information auf drahtlose Art erhalten können. Das RFID-System ist aus mehreren RFID-Tags bzw. -Identifizierungszeichen und einem Lesegerät zusammengesetzt. Jedes RFID-Tag speichert die entsprechende Identifikationsinformation, wie z. B. Produktnamen, Warenursprung, oder beschafft Daten für das Produktmanagement.
Das RFID-Tag führt die Datenübertragung mit dem Lesegerät unter Verwendung einer Identifizierungs- bzw. Tag-Antenne und einem Tag-Chip durch, und falls der RFID-Tag die vom Lesegerät abgegebene Energie effizient empfangen kann, wird ein Leseabstand zwischen dem Lesegerät und dem Tag bestimmt. Folglich ist die Hauptsache beim Tag-Antennendesign, ob die Tag-Antenne und der Tag-Chip eine Impedanzübereinstimmung aufweisen, um die vom Lesegerät abgegebene Energie effizient zu empfangen. Jedoch dadurch, dass der Tag-Chip üblicherweise eine hohe kapazitive Reaktanz aufweist, um die konjugierte Übereinstimmung mit dem Tag-Chip aufzuweisen, wird die Tag-Antenne auch erstellt, um eine hohe induktive Reaktanz aufzuweisen. Als Folge wird ein Ergebnis von zu schmaler Bandbreite auf der Tag-Antenne auftreten. Daher ist eine Breitbandantenne bei der Anwendung des RFID-Systems sehr wichtig.
Außerdem weist der RFID-Tag-Chip die Impedanzabweichung infolge der Halbleiterverarbeitungsabweichung auf, und verändert auch seine Impedanz, da er an Gegenständen von unterschiedlichem Material angeordnet ist, und alle Impedanzabweichungen im Design einer Tag-Antenne ausgeglichen werden müssen.
Die US 2005/0024287 A1 beschreibt eine Antenne zum Einsatz in ”radio frequency identification tags” und weist zwei meanderförmige Leitungen auf, deren Enden entsprechen von optionalen Pads kontaktiert werden können. Die meanderförmigen Leitungen kompensieren die gewünschte elektrische Länge der Antenne, um eine Resonanzbedingung zu erhalten, bei der die gewünschte elektrische Länge ein Vielfaches oder ein Teil der Wellenlänge des Betriebssignals aufweist. Das heißt, durch den meanderförmigen Aufbau der Antenne benötigt die Antenne weniger Platz.
Aus der ”Broadband RFID tag antenna with quasi-isotropic radiation Pattern”, CHO, C et al, electronic letters, vol. 41, 29. September 2005, Seite 1091 bis 1092 ist vorbekannt, zwei Doppel-T förmige Antennen an ihren Rändern abzuknicken und sie spiegelverkehrt zueinander zu verschalten. An den Enden der abgeknickten Bereiche entstehen nicht nur starke elektrische Felder, die sich zwischen diesen beiden abgeknickten Bereichen aufbauen, zwischen den abgeknickten Bereichen baut sich auch ein starker magnetischer Fluss auf. Dieser magnetische Fluss zusammen mit dem elektrischen Strom durch den T-Strich der Antenne kompensiert Ausbreitungsauslöschungen der Antenne und führt zu einer quasigleichmäßen Ausbreitungscharakteristik der Antenne im Raum. Dadurch, dass beide Doppel-T-förmigen Antennen in etwa gleich groß sind, lassen in etwa gleiche Resonanzmaxima erreichen. Damit ist aus dieser Druckschrift eine Breitbandantenne gemäß dem geltenden Anspruch 1 mit einer Kopplungsschleife mit einem ersten Zuführanschluss und einem zweiten Zuführanschluss bekannt, ferner mit einem ersten Abstrahlungskörper der eine erste Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife bildet und mit einem zweiten Abstrahlungskörper, der eine zweite Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife bildet, wobei die erste Resonanzschleife zum vorsehen einer ersten Resonanzfrequenz der Breitbandantenne und die zweite Resonanzschleife zum vorsehen einer zweiten Resonanzfrequenz mit der Breitbandantenne geeignet ist; und wobei die Kopplungsschleife Signale gemäß der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz zuführen kann.
Weiterhin beschreibt die DE 195 16 227 eine Datenträgeranordnung mit einem Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist mit einer ersten, zumindest eine Windung aufweisenden Leiterschleife und mit einer zweiten, zumindest eine Windung aufweisenden Leiterschleife verbunden, deren Querschnittsfläche etwa die Abmessungen der Datenträgerartordnung aufweist verbunden. Die Querschnittsfläche der ersten Leiterschleife weist etwa die Abmessungen des Halbleiterchips auf und die beiden Leiterschleifen sind induktiv miteinander verkoppelt. Gemäß, Spalte. Die erste Leiterschleife dient zur Aufnahme eines Stromes aus einer Terminalspule und zur Induktion des aufgenommenen Stromes in die zweite Leiterschleife. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Herstellung der zweiten Spule.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Breitbandantenne zu schaffen, die einen Mehrfachkopplungs-Zuführvorgang unter Verwendung mehrerer Abstrahlungs- bzw. Strahlungskörper ausführen kann, um die Antennenbandbreite zu erweitern und einen Leseabstand zwischen dem Lesegerät und dem Tag zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die Erfindung sieht eine Breitbandantenne mit einer Kopplungsschleife, einem ersten Abstrahlungskörper und einem zweiten Abstrahlungskörper vor. Die Kopplungsscheibe weist einen ersten Versorgungs- bzw. Zuführanschluss und einen zweiten Zuführanschluss auf. Der erste Abstrahlungskörper bildet eine erste Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife zum Vorsehen einer ersten Resonanzfrequenz auf der Breitbandantenne. Der zweite Abstrahlungskörper bildet eine zweite Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife zum Vorsehen einer zweiten Resonanzfrequenz auf der Breitbandantenne. Die Kopplungsschleife kann Signale gemäß der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz zuleiten bzw. zuführen.
Die Erfindung sieht eine Breitbandantenne mit einer Kopplungsschleife und mehr als zwei Abstrahlungskörper vor. Die Kopplungsschleife weist einen ersten Zuführanschluss und einen zweiten Zuführanschluss auf. Die Abstrahlungskörper bilden jeweils eine Anzahl von Resonanzschleifen mit der Kopplungsschleife zum Vorsehen einer Anzahl von Resonanzfrequenzen der Breitbandantenne. Die Kopplungsschleife kann Signale gemäß der Resonanzfrequenzen zuführen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung. Darin zeigt:
1 ein schematisches Diagramm einer Breitbandantenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2 ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm der Breitbandantenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
3 ein schematisches Diagramm einer zweiten Breitbandantenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
4 ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm der Breitbandantenne in 3.
5 ein Dimensions- bzw. Maßeinheits-Diagramm der Rückflussdämpfung bzw. Fehlerdämpfung der Breitbandantenne.
6 ein schematisches Diagramm der Anwendung der Breitbandantenne gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung sieht eine Breitbandantenne vor, die mehrere Resonanzfrequenzen durch Ausführen eines Mehrfachkopplungs-Zuführvorganges über eine Anzahl von Abstrahlungskörpern vor. Dadurch kann die Breitbandantenne die größere Bandbreite aufweisen und somit das Lesegerät seinen Leseabstand verbessern. Obwohl eine Breitband-Tag-Antenne als ein Beispiel für die Breitbandantenne in der folgenden Ausführungsform hergenommen wird, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt.
Gemäß 1 wird ein schematisches Diagramm einer Breitbandantenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Breitbandantenne 100 umfasst eine Kopplungsschleife 110 und Abstrahlungskörper 121 und 122. Die Kopplungsschleife 110 weist einen ersten Zuführanschluss 111 und einen zweiten Zuführanschluss 112 auf, und ein Chip (in der Figur nicht dargestellt) wird üblicherweise zwischen dem ersten Zuführanschluss 111 und dem zweiten Zuführanschluss 112 elektrisch verkoppelt. Wie in 1 dargestellt, ist der Abstrahlungskörper 121 ein Hauptkörper und der Abstrahlungskörper 122 umfasst zwei L-förmige Körper, die jeweils mit den zwei Enden des Abstrahlungskörpers 121 als Abzweigungen symmetrisch angeordnet sind. Jedoch sind die Form und das Verbindungsverhältnis der Abstrahlungskörper 121 und 122 in der Erfindung nicht darauf begrenzt.
Die Abstrahlungskörper 121 und 122 bilden jeweils zwei Resonanzschleifen mit der Kopplungsschleife 110 zum Vorsehen der zwei Resonanzfrequenzen der Breitbandantenne 100. Weil die Länge des Abstrahlungskörpers 121 kleiner als die des Abstrahlungskörpers 122 ist, weist die durch den Abstrahlungskörper 121 gebildete Resonanzschleife eine höhere Resonanzfrequenz auf als die durch den Abstrahlungskörper 122 gebildete. Dadurch, dass die Abstrahlungskörper 121 und 122 beide mit der Kopplungsschleife 110 verbunden sind und der Längenunterschied der Abstrahlungskörper 121 und 122 nicht groß ist, sind die durch die Abstrahlungskörper 121 und 122 erzeugten Resonanzfrequenzen nahe beieinander. Mit anderen Worten, im Vergleich zur Resonanzfrequenz (wie z. B. einer zentralen Frequenz von 915 MHz oder 2,45 GHz), die durch einen einzelnen Abstrahlungskörper erzeugt wird, liegen die durch die Abstrahlungskörper 121 und 122 erzeugten Resonanzfrequenzen nahe an der zentralen Frequenz, wodurch die Antennenbandbreite der Breitbandantenne 100 verbessert wird. Die Erfindung wird z. B. auf eine Tag-Antenne angewendet. Wenn die RFID-Tag-Antenne ihre Impedanz verändert, da sie an Gegenständen von unterschiedlichem Material angeordnet ist, kann infolge der Eigenschaft der größeren Antennenbandbreite die Kopplungsschleife 110 die RF-Signale weiter zuführen, die vom Lesegerät zum Lesen eines Tag-Chips gesendet werden.
Gemäß 2 wird ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm der Breitbandantenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der erste Zuführanschluss 111 und der zweite Zuführanschluss 112 der Breitbandantenne 100 sind an einer ersten Seite eines Transformators, und die Abstrahlungskörper 121 und 122 an einer zweiten Seite des Transformators angeordnet. Die Kopplungsschleife 110 weist einen Induktivität L110 auf. Der äquivalente Schaltkreis des Abstrahlungskörpers 121 wird durch einen Widerstand R121, einen Kondensator C121 und eine Induktivität L121, und der äquivalente Schaltkreis des Abstrahlungskörpers 122 durch einen Widerstand R122, einen Kondensator C122 und eine Induktivität L122 definiert. Ein Kopplungsumfang bzw. -ausmaß der Kopplungsschleife 110 und des Abstrahlungskörpers 121 wird durch M121, und ein Kopplungsausmaß der Kopplungsschleife 110 und des Abstrahlungskörpers 122 durch M122 definiert. Die Impedanzübereinstimmung der Breitbandantenne 100 und des Chips kann durch Einstellen bzw. Abgleichen der Kopplungsausmaße M121 und M122 erreicht werden.
Die durch die oben erwähnte Ausführungsform der Erfindung offenbarte Breitbandantenne ist nicht darauf beschränkt, nur zwei Abstrahlungskörper aufzuweisen, und kann mehr als zwei Abstrahlungskörper zum Empfangen der RF-Signale mit größerer Bandbreite aufweisen. Gemäß 3 wird ein schematisches Diagramm einer zweiten Breitbandantenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Breitbandantenne 300 umfasst eine Kopplungsschleife 310 und mehrere Abstrahlungskörper 321~32n. Der Abstrahlungskörper 321 ist z. B. ein Hauptkörper, die anderen Abstrahlungskörper 322~32n sind in Reihe miteinander verbunden und bilden zwei bürstenförmige Körper, die symmetrisch mit den beiden Enden des Abstrahlungskörpers 321 als Abzweigungen verbunden sind. Jede der Abstrahlungskörper 322~32n umfasst zwei L-förmige Körper, wie in 3 dargestellt. Die Kopplungsschleife 310 weist einen ersten Zuführanschluss 311 und einen zweiten Zuführanschluss 312 auf. Ein Chip (in der Figur nicht dargestellt) ist üblicherweise zwischen dem ersten Zuführanschluss 311 und dem zweiten Zuführanschluss 312 elektrisch verbunden. Die Breitbandantenne 300 weist ein ähnliches Betriebsprinzip wie die Breitbandantenne 100 auf, und der Unterschied der beiden Antennen 300 und 100 liegt darin, dass die Breitbandantenne 300 mehr Resonanzfrequenzen nahe der zentralen Frequenz und somit sogar die größere Antennenbandbreite aufweist.
Gemäß 4 wird ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm der Breitbandantenne 300 aus 3 dargestellt. Der erste Zuführanschluss 311 und der zweite Zuführanschluss 312 der Breitbandantenne 300 sind an einer ersten Seite eines Transformators und die Abstrahlungskörper 321~32n an einer zweiten Seite des Transformators angeordnet. Die Kopplungsscheibe 310 weist eine Induktivität L310 auf. Der äquivalente Schaltkreis des Abstrahlungskörpers 32x (x = 1~n) wird durch einen Widerstand R32x, einen Kondensator C32x und eine Induktivität L32x und das Kopplungsausmaß der Kopplugsschleife 310 und des Abstrahlungskörpers 32x (x = 1~x) durch M32x definiert. Die konjugierte Impedanzübereinstimmung der Breitbandantenne 300 und des Chips kann durch Einstellen der Kopplungsausmaße M32x (x = 1~n) erreicht werden.
Gemäß 5 wird ein Maßeinheitsdiagramm der Rückflussdämpfung der Breitbandantenne 100 dargestellt. Aus 5 kann ersehen werden, dass die –10dB-Bandbreite der Breitbandantenne 100 mit der zentralen Frequenz 915 MHz bei ungefähr 780~1000 MHz liegt. Dadurch kann die Breitbandantenne 100 mit den Abstrahlungskörpern 121 und 122 eine größere Bandbreite nahe der zentralen Frequenz als die Breitbandantenne mit einem einzelnen Abstrahlungskörper aufweisen. Außerdem können die durch die Breitbandantenne 100 erzeugten Resonanzfrequenzen die Anforderung von jedem Land in einem RF-Band erfüllen. Zum Beispiel kann die Breitbandantenne 100 ein RF-Band nahe 510, das in Europa verwendet wird, ein RF-Band nahe 520, das in Taiwan und USA verwendet wird, und ein RF-Band nahe 530, das in Japan verwendet wird, mit der geringsten Rückflussdämpfung vorsehen.
Außerdem kann die Kopplungsschleife in der durch die oben erwähnte Ausführungsform der Erfindung offenbarten Breitbandantenne von den Abstrahlungskörpern getrennt oder mit ihnen verbunden werden. Die Abstrahlungskörper können frei wählbare Typen sein, d. h. jeder Antennentyp kann seine Bandbreite gemäß der Ausführungsform der Erfindung verbessern. Zusätzlich können die Abstrahlungskörper voneinander getrennt werden und sind nicht darauf begrenzt, miteinander verbunden zu sein.
Die durch die Erfindung offenbarte Breitbandantenne kann auf das RFID-System angewendet werden, um eine konjugierte Impedanzübereinstimmung der Breitband-Tag-Antenne und des Tag-Chips aufzuweisen und den Leseabstand des Lasergeräts zu verbessern. Außerdem kann die Erfindung auch auf einen anderen Antennentyp angewandt werden, um seine Antennenbandbreite zum Empfangen der RFID-Signale zu verbessern. Die Breitbandantenne kann auch auf eine kryptografische Karte und auf eine Identifizierungskarte angewandt werden. Gemäß 7 wird ein schematisches Diagramm der Anwendung der Breitbandantenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Breitbandantenne 700 ist an einem Werkstoffboard 702 bzw. Werkstoffplatine angeordnet, wie z. B. einer kryptografischen Karte oder einer Identifizierungskarte. Das Lesegerät kann die
Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die besonderen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre. Sie werden durch die folgenden Ansprüche definiert.
Zusammenfassend kann Folgendes festgehalten werden:
Breitbandantenne umfasst eine Kopplungsschleife und eine Anzahl von Abstrahlungskörpern. Die Kopplungsschleife ist mit einem Chip elektrisch verbunden und der Chip zeichnet mehrere Datenbestandteile bzw. Datensätze auf. Die Abstrahlungskörper bilden jeweils eine Anzahl von Resonanzschleifen mit der Kopplungsschleife zum Vorsehen einer Anzahl von Resonanzfrequenzen der, Breitbandantenne. Die Kopplungsschleife kann Signale zum Lesen der Daten im Chip gemäß der Resonanzfrequenzen zuführen.

100, 300, 600, 700: Breitbandantenne
110, 310, 610: Kopplungsschleife
111, 311, 611: erster Zuführanschluss
112, 312, 612: zweiter Zuführanschluss
121, 122, 321~32n, 621, 622: Abstrahlungskörper
L110, L122, L310, L32x: Induktivität
R121, R122, R32x: Widerstand
C121, C122, C32x: Kondensator
M121, M122, M32x: Kopplungsumfang bzw. -ausmaß
702: Werkstoffplatine bzw. Werkstoffboard

Claims

Breitbandantenne – mit einer Kopplungsschleife (110; 310) mit einem ersten Zuführanschluss (111; 311) und einem zweiten Zuführanschluss (112; 312); mit einem ersten als Hauptkörper ausgebildeten Abstrahlungskörper (121, 321), der eine erste Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife (110; 310) bildet; und – mit einem zweiten Abstrahlungskörper (122, 322), der zwei L-förmige Körper, die jeweils beabstandet von den zwei Enden des ersten Abstrahlungskörpers (121, 321) als Abzweigungen symmetrisch mit dem ersten Abstrahlungskörper (121, 321) verbunden sind, umfasst und der eine zweite Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife (110; 310) bildet; – wobei die erste Resonanzschleife zum Vorsehen einer ersten Resonanzfrequenz der Breitbandantenne (100; 300, 700) und die zweite Resonanzschleife zum Vorsehen einer zweiten Resonanzfrequenz mit der Breitbandantenne (100; 300; 700) geeignet ist; und – wobei die Kopplungsschleife (110; 310) Signale gemäss der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz zuführen kann.
Breitbandantenne nach Anspruch 1 – mit wenigstens einem dritten Abstrahlungskörper (32n), der zwei L-förmige Körper, die jeweils beabstandet von den zwei Enden des zweiten Abstrahlungskörpers (122, 322) als Abzweigungen symmetrisch mit dem zweiten Abstrahlungskörper (122, 322) verbunden sind, umfasst und der eine dritte Resonanzschleife mit der Kopplungsschleife (110; 310) bildet, – wobei die dritte Resonanzschleife zum Vorsehen einer dritten Resonanzfrequenz der Breitbandantenne (100; 300, 700) geeignet ist.
Breitbandantenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kopplungsschleife (110; 310) von den Abstrahlungskörpern (121; 122; 321~32n) getrennt ist.
Breitbandantenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kopplungsschleife (110; 310) mit den Abstrahlungskörpern (121; 122; 321~32n) verbunden ist.
Breitbandantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abstrahlungskörper (121; 122; 321~32n) Antennen von einem beliebigen Typ sind.
Breitbandantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Breitbandantenne (100; 300; 700) eine Tag-Antenne ist.
Breitbandantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Zuführanschluss (111; 311) und der zweite Zuführanschluss (112; 312) der Kopplungsschleife (110; 310) elektrisch mit einem Chip verbunden sind und der Chip die Daten aufzeichnet.