TW201737156A - 識別裝置及其天線 - Google Patents

Abstract

一種識別裝置，與讀取器感應耦合以進行數據通信，並包含一殼體、一預存一識別資料的資料儲存單元，及一設置於該殼體內並電連接該資料儲存單元的天線，該天線用於與該讀取器感應耦合以供其讀取該識別資料，並具有多數分別首尾相連的環圈部，而由該環圈部定義一密集區域及一相反於該密集區域的寬疏區域，該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距小於該寬疏區域任兩相鄰環圈部的間距。藉該等環圈部之寬疏與密集區域的設計產生均勻磁場和磁通量分布，使讀取器穩定的讀取識別資料。

Description

識別裝置及其天線

本發明是有關於一種裝置及其天線，特別是指一種與一讀取器感應耦合以進行數據通信的識別裝置及其天線。

射頻識別技術(Radio Frequency Identification, RFID)主要包含射頻識別讀取器(RFID Reader)與存放至少一筆識別資料的射頻識別標籤(RFID Tag)，當該射頻識別讀取器和該射頻識別標籤之間的距離為一可讀取距離時，該射頻識別標籤即能接收到該射頻識別讀取器所發出的電磁波並受激發而產生電磁場，此時，該射頻識別讀取器內的天線感應耦合而令該射頻識別讀取器讀取該識別資料，進而供後續例如倉儲管理、電子收費、門禁識別…等應用。

一般而言，該射頻識別標籤的設計往往傾向於小體積之設計以設置於載體(例如貨物)，或方便使用者攜帶，但如此一來，該射頻識別標籤內的天線之設計就會受限於體積而在受激發產生電磁場時出現不夠均勻，進而造成該射頻識別讀取器的每一讀取位置的讀取距離不均勻之問題。

參閱圖1，傳統的射頻識別標籤的線圈天線7是渦捲成環狀的蚊香狀態樣；由圖2至圖5所示可知，傳統的射頻識別標籤的線圈天線7因為其結構態樣以及體積限制，所產生的磁力線集中於左右二側以致線圈天線7中心的磁力線較稀疏，整體的磁場和磁通量分布較不均勻。

參閱圖6，將射頻識別讀取器6的讀取位置以棋盤的方式劃分成讀取位置61至讀取位置69等九個不同的位置，並逐步將射頻識別標籤的線圈天線7鄰近讀取器6的每一讀取位置61~69，並轉動線圈天線7和該射頻識別讀取器6之間的相對角度，以實際量測線圈天線7供射頻識別讀取器6讀取的讀取距離，其相關數據如下表一和表二所示。 表一 表二

參閱表一，當固定射頻識別標籤7鄰近射頻識別讀取器6的讀取位置，記錄轉動線圈天線7與射頻識別讀取器6之間的相對角度之讀取距離，之後，計算每一讀取位置不同角度的最遠讀取距離與最短讀取距離的差距，再平均該等差距後得到固定讀取位置差距平均值為14.32厘米；類似地如表二所示，當固定射頻識別標籤7與射頻識別讀取器6之間的相對角度，記錄線圈天線7鄰近射頻識別讀取器6的每一讀取位置之讀取距離，之後，計算每一相對角度不同讀取位置的最遠讀取距離與最短讀取距離之差距，再平均該等差距得到固定角度差距平均值為13.32厘米，很明顯地得知，現有的射頻識別標籤，固定讀取位置差距平均值、固定角度差距平均值均超過10厘米，其中，10厘米為設計檢測標準，也就是說，線圈天線7對應被射頻識別讀取器6讀取時，無論是固定讀取位置進行量測，或是固定角度量測，其最大讀取距離和最小讀取距離的差距不一，也無法符合設計所需。

鑒於上述，傳統的射頻識別標籤需要改善，使其在體積小型化的限制條件下，其線圈天線有更佳的磁場和磁通量分布，以及穩定的被射頻識別讀取器讀取的讀取距離。

因此，本發明之一第一目的，即在提供一種能產生均勻磁場和磁通量分布，以及具有一致地被射頻識別讀取器讀取的讀取距離的識別裝置。

於是，本發明識別裝置適用於與一讀取器感應耦合以進行數據通信，該識別裝置包含一殼體、一資料儲存單元，及一天線。

該資料儲存單元設置於該殼體內並預存一識別資料。

該天線設置於該殼體內並電連接該資料儲存單元，用於與該讀取器感應耦合以供該讀取器讀取該識別資料，並具有多數分別首尾相連的環圈部，而由該環圈部定義一密集區域及一相反於該密集區域的寬疏區域，其中，該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距小於該寬疏區域任兩相鄰環圈部的間距。

較佳地，該天線的該等環圈部環圍該資料儲存單元。

較佳地，該資料儲存單元包括一產生電力的電池、一電連接該電池印刷電路板，及一電連接該印刷電路板和該天線，並儲存該識別資料的儲存元件。

較佳地，該天線的該等環圈部彼此串接以共同構成一圓環形渦卷環繞結構。

較佳地，該天線選自主要成分是銅的合金構成。

較佳地，該天線的該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距為0公厘~0.3公厘，而該寬疏區域的任兩相鄰環圈部的間距為0.8公厘~12公厘。

因此，本發明之一第二目的，即在提供一種能產生均勻磁場和磁通量分布，以及具有一致地被射頻識別讀取器讀取的讀取距離的圓環形天線。

於是，本發明圓環形天線安裝於一第一電子裝置內而與一第二電子裝置感應耦合以進行數據通信，該圓環形天線具有多數呈圓環形的環圈部，該等環圈部共同界定一密集區域及一寬疏區域，其中，該密集區域內包含多數相間隔的該等環圈部，及該寬疏區域內包含多數相間隔的該等環圈部，且該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距小於該寬疏區域內的任兩相鄰環圈部的間距。

較佳地，該天線選自主要成分是銅的合金構成。

較佳地，該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距為0公厘~0.3公厘，而該寬疏區域的任兩相鄰環圈部的間距為0.8公厘~12公厘。

本發明之功效在於：藉由該天線(該圓環形天線)的該等環圈部所定義的密集區域與寬疏區域，使該天線在體積小型化的限制條件下，其天線產生均勻的磁力線而有均勻的磁場和磁通量分布，同時對應讀取器有穩定的讀取距離。

參閱圖7與圖8，本發明識別裝置5之一實施例，適用於與一讀取器4(圖15)感應耦合以進行數據通信，並包含一整體呈方形而包括上下兩半部的殼體1、一資料儲存單元2，及一天線3。在本例中，以識別裝置5(即第一電子裝置)是射頻識別技術中的射頻識別標籤，而讀取器4(即第二電子裝置)是射頻識別讀取器作為說明。

資料儲存單元2設置於殼體1內，並包括一產生電力的電池21、一電連接電池21的印刷電路板22，及一安裝於印刷電路板22上，並電連接印刷電路板22和天線3的儲存元件23，本例中儲存元件23是一用於預存一識別資料的集成電路(Integrated Circuit, IC)，該識別資料相關於例如一使用者的識別編號或是該使用者的電子錢包。

天線3設置於殼體1內，並電連接資料儲存單元2的儲存元件23。且該天線3是一具有多數分別首尾相連並將資料儲存單元2環圍於其中的環圈部321的線圈，在本例中，繪示六個環圈部321作說明，且該六個環圈部彼此串接以共同構成一圓環形渦卷環繞結構，另外，該圓環形渦卷環繞結構還可對應設計需求改變成為橢圓環形或多邊環形等。進一步地，環圈部321共同定義一密集區域322，及一相反於密集區域322的寬疏區域323，且密集區域322內的任兩相鄰環圈部321的間距小於寬疏區域323任兩相鄰環圈部321的間距，進而藉由密集區域322和寬疏區域323使電磁和電通量均勻分布。且於本實施例中，資料儲存單元2的大部分係由較接近密集區域322的環圈部321所包圍。

要特別說明的是，在本例中，天線3是以主要成分選自銅的合金環繞纏捲成型而成一圓環形天線後，設置在印刷電路板22上並電連接於儲存元件23的相反二端，但天線3並不限制於線圈，亦可採例如金屬片成型，或是直接設計製作於印刷電路板22中。

當上述本發明識別裝置5之該實施例實際鄰近讀取器4時，天線3接收到讀取器4產生的電磁波並受激發產生均勻的磁場，而與讀取器4感應耦合以供讀取器4讀取該識別資料。

在本實施例中，以下係以天線3的線徑為0.1公厘~0.2公厘，且其密集區域322內的任兩相鄰環圈部321的間距約為0公厘~0.3公厘，而寬疏區域323內的任兩相鄰環圈部321的間距約為0.8公厘~12公厘之間為例加以模擬。

參閱圖9至圖12的天線磁場和磁通量的模擬圖，可觀察出天線3的環圈部321定義的密集區域322和寬疏區域323使天線3受激發產生的磁力線均勻分散而不會僅集中於天線3之二側，印證識別裝置5可藉由密集區域322和寬疏區域323之設計達到使天線3整體的磁場和磁通量分布均勻。

參閱圖13和14，將上述本發明識別裝置5之該實施例鄰近讀取器4的某一讀取位置，並轉動識別裝置5與讀取器4之間的相對角度，量測得到當識別裝置5與讀取器4之間的相對角度為0度、90度、180度，及270度時，識別裝置5供讀取器4讀取的讀取距離分別為59.82厘米、59.89厘米、60.06厘米及59.77厘米，由此可計算出在此讀取位置上不同角度的最遠讀取距離與最短讀取距離之差距僅0.29厘米，印證本實施例的天線3因為磁場、磁通量均勻分布，以致識別裝置5與讀取器4間的相對角度於0度至360度之間時，識別裝置5供讀取器4讀取的讀取距離均具有一致性。

參閱圖15，將讀取器4的讀取位置以棋盤的方式劃分成讀取位置41至讀取位置49等九個不同的位置，並逐步將識別裝置5鄰近讀取器4的每一讀取位置41~49，並轉動識別裝置5和讀取器4之間的相對角度，以實際量測識別裝置5供讀取器4讀取的讀取距離，其量測數據如下表三和表四所示。 表三 表四

參閱表三，當固定識別裝置5鄰近讀取器4的讀取位置，並轉動識別裝置5與讀取器4之間的相對角度之讀取距離後，可以量測得到每一讀取位置不同角度的最遠讀取距離與最短讀取距離之差距，進而再平均該等差距而得到固定讀取位置差距平均值為9.57厘米；相似地，參閱表四，當固定識別裝置5與讀取器4之間的相對角度時，可以量測得到每一相對角度不同讀取位置的最遠讀取距離與最短讀取距離之差距，進而再平均得到固定角度差距平均值為7.75厘米，由此證明，識別裝置5的固定讀取位置差距平均值和固定角度差距平均值均小於設計檢測標準設定的10厘米，也就是說，識別裝置5對應讀取器4讀取時，無論是固定讀取位置進行量測，或是固定角度量測，均有一致的最大讀取距離和最小讀取距離的差距，而符合設計與應用需求。

綜上所述，本發明識別裝置的天線藉由環圈部所定義的密集區域和寬疏區域，使天線產生均勻之磁力線，而有均勻的磁場分布和磁通量分布，使本發明識別裝置不受限於放置於鄰近該讀取器的任一讀取位置或是與該讀取器擺放的角度，皆能達到差距不大的讀取距離，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧殼體
323‧‧‧寬疏區域
2‧‧‧資料儲存單元
4‧‧‧讀取器
21‧‧‧電池
41~49‧‧‧讀取位置
22‧‧‧印刷電路板
5‧‧‧識別裝置
23‧‧‧儲存元件
6‧‧‧射頻識別讀取器
3‧‧‧天線
61~69‧‧‧讀取位置
321‧‧‧環圈部
7‧‧‧線圈天線
322‧‧‧密集區域

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一正視圖，說明傳統射頻識別標籤的線圈天線； 圖2是一模擬圖，說明傳統射頻識別標籤的線圈天線於XZ平面的磁場分布； 圖3是一模擬圖，說明傳統射頻識別標籤的線圈天線於XZ平面的磁通量分布； 圖4是一模擬圖，說明傳統射頻識別標籤的線圈天線於YZ平面的磁場分布； 圖5是一模擬圖，說明傳統射頻識別標籤的線圈天線於YZ平面的磁通量分布； 圖6是一示意圖，說明一射頻識別讀取器的讀取位置； 圖7是一爆炸圖，說明本發明識別裝置的一實施例； 圖8是一正視圖，說明本發明識別裝置的該實施例之一天線與一資料儲存單元； 圖9是一模擬圖，說明本發明識別裝置的該實施例之該天線於XZ平面的磁場分布； 圖10是一模擬圖，說明本發明識別裝置的該實施例之該天線於XZ平面的磁通量分布； 圖11是一模擬圖，說明本發明識別裝置的該實施例之該天線於YZ平面的磁場分布； 圖12是一模擬圖，說明本發明識別裝置的該實施例之該天線於YZ平面的磁通量分布； 圖13是一示意圖，說明本發明識別裝置的天線與一讀取器相對角度； 圖14是一量測圖，說明本發明識別裝置與該讀取器的相對角度與讀取距離之關係圖；及 圖15是一示意圖，說明一讀取器的讀取位置。

1‧‧‧殼體

2‧‧‧資料儲存單元

21‧‧‧電池

22‧‧‧印刷電路板

23‧‧‧儲存元件

3‧‧‧天線

321‧‧‧環圈部

322‧‧‧密集區域

323‧‧‧寬疏區域

5‧‧‧識別裝置

Claims (10)

1. 一種識別裝置，適用於與一讀取器感應耦合以進行數據通信，並包含： 一殼體; 一資料儲存單元，設置於該殼體內並預存一識別資料；及 一天線，設置於該殼體內並電連接該資料儲存單元，用於與該讀取器感應耦合以供該讀取器讀取該識別資料，且具有多數分別首尾相連的環圈部，而由該等環圈部定義一密集區域及一相反於該密集區域的寬疏區域，其中，該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距小於該寬疏區域任兩相鄰環圈部的間距。
2. 如請求項1所述的識別裝置，其中，該天線的該等環圈部環圍該資料儲存單元。
3. 如請求項1所述的識別裝置，其中，該資料儲存單元包括一產生電力的電池、一電連接該電池的印刷電路板，及一電連接該印刷電路板和該天線並儲存該識別資料的儲存元件。
4. 如請求項1所述的識別裝置，其中，該天線的該等環圈部彼此串接以共同構成一圓環形渦卷環繞結構。
5. 如請求項1所述的識別裝置，其中，該天線選自主要成分是銅的合金構成。
6. 如請求項1所述的識別裝置，其中，該天線的該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距為0公厘~0.3公厘，而該寬疏區域的任兩相鄰環圈部的間距為0.8公厘~12公厘。
7. 如請求項1所述的識別裝置，其中，該資料儲存單元的大部分係由較接近該密集區域的該等環圈部所包圍。
8. 一種圓環形天線，供安裝於一第一電子裝置內而與一第二電子裝置進行通信，該圓環形天線具有多數呈圓環形的環圈部，該等環圈部共同界定一密集區域及一寬疏區域，其中： 該密集區域內包含多數相間隔的該等環圈部；及 該寬疏區域內包含多數相間隔的該等環圈部；且該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距小於該寬疏區域內的任兩相鄰環圈部的間距。
9. 如請求項8所述的圓環形天線，其中，該天線選自主要成分是銅的合金構成。
10. 如請求項8所述的圓環形天線，其中，該密集區域內的任兩相鄰環圈部的間距為0公厘~0.3公厘，而該寬疏區域的任兩相鄰環圈部的間距為0.8公厘~12公厘。