TWI332730B - Antenna for radio frequency identification rfid tags - Google Patents

Description

1332730 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明-般係關於射頻辨識（RFID)，尤指—種配 RFID標籤之天線。 ； 【先前技術】 射頻辨識（RFID)係辨财業的—種重要技術，且具有 各種應用。RFIim標記廣泛餘將物顺辨識代碼關聯

起來。例如’則）標籤已用於建築物的進出控制、車輛的安 全鎖、以及追蹤存貨。儲存於RFID標籤上之資訊可辨識希 望進入設有安全設施之建築物的人肢具有唯—觸號碼之 存貨項目。RFID標籤可保留並傳輸足夠的資訊，以唯一地辨 識個人、包裝、存貨等。—般而言，在RFID系統中，為從 娜標籤摘取資訊，咖讀取器可使用射頻㈣反向1 射技術將-㈣信_駐RFID贼。絲發錢激發^ RFID標鐵’該RFID標藏私騎齡之冑訊反崎射至該 讀取器。然後，該讀取器從該麵^標籤接收資訊並對 行解碼。 ~ RFID減-般可包括用於資料處理之晶片以及用於資 料通信之天線。在RFID產業中，重要的係，舰〇摔鐵有 效地接收或使用從RFID讀取器接收的能量，以促進對讀取 為之後續回應或增加賴可以無線方式與讀㈣通信之可用 無線電範圍。可藉由RFID標籤之晶#與天線之間的阻抗匹 丄332730 配來提高效率。由於晶片-般表現出相對較高之容抗，因此， 可將天線設計成具有相馳高之感抗，巧現聽匹配。然 而’此類域抗可能會縮小RFID標叙頻寬。而且，攜帶 咖D標籤之基板的材料可能會引起標籤之所需感抗的變 化。而且’晶片之容抗可能會因為半導體製㈣變化。因此，. 最好能具有一種能夠與對應晶片形成複共輛之rfid標籤天 線。而且，最好是能增加RFID標籤之頻寬，同時實現標藏 天線與晶片之間之阻抗匹配的複共軛。 【發明内容】 依據本發明之一範例提供一種配置用於射頻辨識（rfid) 裝置之天線，該天線可包含位於一基板上之一第一導電元 件，該第-導電元件可延伸於—第—端與—第二端之間以 及位於該基板上之一第二導電元件，該第二導電元件可包含 延伸於一第三端與一第四端之間的一第一路徑、從該第三端 延伸至一第五端的一第二路徑以及從該第三端延伸至一第六 端的一第三路徑，其中該第一導電元件之該第一端可與該第 一導電7C件之該第二路徑之該第五端以及該第三路徑之該第 六端之一相分離，但與其接近。 依據本發明之一範例提供一種配置用於射頻辨識裝置之 天線，該天線可包含位於一基板上之一第一導電路徑，該第 電路徑可包含約四分之一波長之一長度並可延伸於一第 1332730 一端與一第二端之間，位於該基板上之一第二導電路徑，該 第一導電路徑可延伸於一第三端與一第四端之間，以及形成 於》玄基板上之一第三導電路徑，該第三導電路徑可包含約四 刀之波長之一長度並可延伸於該第三端與一第五端之間， 中名第導電元件之該第一端可與該第三導電路徑之該第 五端相分離，但與其接近。

依據本發明的其他範例提供—種配置用於射頻辨識裝置 之天線天線可包含位於—基板上之—第一導電元件，該 第導電元件可延伸於一第一端與一第二端之間；以及位於 β亥基板上之~第二導電元件，該第二導電元件可包含延伸於 -第=端與—第四端之間之—第—路徑，以及從該第三端延 伸帛五端之一第二路徑其中該第一導電元件之該第一 端可…纟第—導電讀之該第二路彳i之該第五端相隔一間 隙〜、接近’該間隙能夠決定該之一搞合量或一頻 寬之至少一者。 應該瞭解的是， 僅供作例示與解釋， 上文的概要說明以及下文的詳細說明都 其並未限制本文所主張之發明。 1332730 【實施方式】 現將詳細參照於本發明具體實施例，其實施例圖解於附 圖之中。盡其可能，所有圖式中將依相同元件符號以代表相 同或類似的部件。 圖1A為根據本發明之-範例之射頻辨識（RFID)標鐵 ⑺之示意圖。參考圖1A’RFID標籤1〇可包括晶片u盥 2 12^u可柄合_於基板13上，並電性連接 土板13上面或上方之天線I]。晶片1 曰日乃U可包括適當的電 I、且件’例如，電阻器 裔電感态 '電池、記憶裝置 以及處理器，以透過天線12 置 互動。一妒而#，日μ 从供與咖讀取器的適當 I可由B m ° BS U可表現4相對較高的容抗（Zc)， 一可由曰曰片製造商規定且可表達如下： zc = Rc-jXc 其中zc的實部Rc表 X # - a u 日日片11的電阻，而Zc的虛 部XC表不晶片11的容抗。 — 基板13可形成個人辨敢 適用於基板13之材料可 “、。裝相等之基礎。 变、Teflon與FR4等硬材料或限=玻璃、環氧化物、陶 胺等有機材料。天線12北爪、5成紙、塑膠與聚醯亞 電氣特性及厚㈣變化而變=振頻封隨基板13之材料、 7λη 天線12可包括電感材料，例如鋼、鋼合金、銘與電感 墨水。可透過細、沈積或㈣m程或其他製程在基板13、上 面或上方形成電感材料的天線圖案…般而言天線12可 表現出相對較高的感抗（zL)，其可表達如下：

Zl = Rl +』Xl 其中Zl的實部Rl表示天線 巧释射電阻 乙匕 的虛部Xl表示天線12的感抗。設計天線Η時，最好L形 成zc與zL之複共軛，同時改善天線12之頻寬。 ' 再次參考圖1A’天線12可包括兩個或更多子集，例如 第一天線元件m與第二天線元件叫。第一天線元件 叫可包括：一第一導電路徑（下稱「第_路徑％)，复 延伸於節點「c」與「Dj之間；一第二導電路徑(下稱「第 二路，CAG」），其從節點「c」延伸至節點「a」，然後延 伸至節點「G」；以及—第三導電路徑（下稱「第三路經 C「BH」），其從節點「c」延伸至節點「b」，然後延伸至節點 H」°第-路徑CD可具有長度W4，其配置成獲得所需 的感抗值，即Xl。在本㈣之—範例中，&的值隨著長度 的增加而增加。而且，第二路徑CAG之至少—部分（例 如’路技CA)與第三路徑CBH之至少一部分（例如，路經 CB)可形成具有長度Hl之路徑ACB，其配置成獲得所需 1332730 的輻射電雜，即Rl。在本剌之-範财，RL的值隨著 長度Η〗的增加而增加。 第二路徑CAG、第三職㈣、錢第二天線元件Μ 之每-者均為四分之—波長傳輸路徑，其長度為四分之一波 長，或四分之一波長之奇數倍。在一範例中，RFID標籤1〇可 接义各種頻率之一或多個頻率，例如三頻帶之至少一者。該 等三頻帶之-制可&域於或接近2彳5十億赫茲（GHz) 之微波頻帶、位於860百萬赫茲（mHz)至960百萬赫茲 (MHz)範圍内之超高頻率（UHF)頻帶以及處於或接近 13_65百萬赫茲(MHz)之高頻（HF)頻帶。在其他範例中， RFID標籤10可接受另一或其他頻帶組合，視其應用而定。 天線12可配置成獲得足夠的天線增益，以收發所需波段的 電波。以UHF頻帶中的915MHz頻率為例，第二路徑 CAG、第二路徑CBH與第二天線元件12_2之每一者均可 具有約32公分（=3xl08m/915M)之長度。 第二天線元件12-2可包括第一端「E」和第二端rF」， 其可分別用作RFID天線12的短路點與饋入點。第二天線 元件12-2之第一端「E」可電性連接至晶片u之一接針或 一接點（未顯示），而第一路徑CD之一端「D」可電性連接 至晶片11之另一接針或一接點（未顯示）。而且，第二天線 元件12-2之第二端「F」可與第二路徑CAG之一端「〇」 11

相分離，但與其接近。端部F 影響電場_合，進而影變與G之間的距離為dl，其可 範例中，電_合的量隨著^^ 12的頻寬。在本發明的-變電性輕合的量轉得所需1的增加叫低。可藉由改 特徵在於「開路」輕合至第二貝見。弟一天線元件叫的 二天線元件12·2係、「⑽A線％件12·2。明確地說，第 %」。在另-範例中;」，合至第二路徑CAG之端部 路徑CBH之端部「H」、線凡件12·2可開路麵合至第 熟習此項技藝者應瞭解 線圖案，同時獲得所需的 ^ 12可料成具有各種天 所需阻抗。圖m為根據本^ ，獅標鐵10的 示之RF!D標籤1〇之天線月之—範例配置用於圖U所 一範例中，天、線12 、士 121的示意圖。參考圖1B，在 料咐_(M叫的 (其可分別決定天線m的輻射電 =，長度…4 公釐（mm)蛊γ 與感抗）可分別為約44 )與25mm。開路間隙 量，進而決定天線m的頻寬)可丄(：電性耦合的 的其他參數亦可㈣隸— 職。天線121 mm μ*據 &。例如，參數集可包括約2 之長度I、約58.5娜之長度％、約1〇麵之長 又3、約40_之長度％以及約！ _之長度％。 12 1332730 可為約 而且’間隙d2 (其可取決於晶片n之接針間隙) 0.25 mm 〇 圖ic為根據本發明之另一範例配置用於圖认所示 之歷標籤10之天、線122的示意圖。參考圖lc’天不線 122可包括第-天線元件21與第二天線轉仏 線 元件21可進—步包括第—路徑21心第二路徑叫愈第

二路控21-3。第二路徑21_2、第三路徑 ^ ^ _ . 3與第二天線元 ，22之母-者的長度均可為四分之—波長。第二路徑w 可包括曲折或蜿蜒結構，例如圖1C所 八令一 Mr g Μ ’其長度可為四 且’第二天線元件22亦可採用曲折_ 、，·。構，例如圖1C所示者，其長度可為四分之—波長。 圖1Β所示之天線121以及圖lc所示之天線⑵ 之上述參數可根據模擬來決定，例如借助模擬軟體。在一範 例中，可使用Ansoft Corporation (美國匹茲堡）之hfssTM。 HFSS彳支援尚性能電子設計之三維（3D)電磁場模擬。例 如，HFSS可支援高頻及高速組件之電磁模擬，並廣泛應用於 設計天線與RF及/或微波組件以及晶片上嵌入式被動組 件、印刷電路板（PCB)互連與高頻積體電路（IC)封裝。 圖1D為根據本發明之另一範例配置用於RFID標籤 之天線30的示意圖。參考圖1D，天線3〇可包括第一元件 31與第二元件32。第一元件31可進一步包括第一導電路 13 1332730 徑31-1、第二導電路徑3K2以及第三導電路徑。第 一、第二與第三導電路徑31_卜31_2與31_3以及第二元件 31之每一者均可包括曲折或蜿蜒結構。而且，第二導電路徑 31-2、第^導電路徑31_3與第二元件32之每一者的長度^ 可為四分之一波長。借助模擬軟體，可決定與天線30相關 的參數。 圖2為說明配置用於RFID標籤之天線在不同開路距 離下之阻抗之示範㈣_。可藉由諸如HFSS之類的模擬 軟體產品來提供曲線圖。該天線可包括類似於圖1B所示之 天線⑵的域圖案及糊參數。參賴2, w的容抗隨 著頻率的增加叫低’而晶片的電阻可保持恆定，而不受頻 率的影響。天線的電阻與感抗可隨著不同間隙（例如，〇5

mm、1.0_與15_) τ的頻率變化而變化。因此，可決 定每一不則«下晶>{與天狀_絲陳隨。’、 圖3為說明配置用於RFID標籤之天線在不同開路距 離下回波知耗之不|巴性曲線圖。可藉由諸如HFss之 模擬軟體產品來提供曲線圖。該天線可包括類似於圖汨所 不之天線121的天_案及糊參數。參相^當 於1⑽之回波損耗時，天線在中心頻率91〇百萬赫兹、' 轉幻㈣部與後部具有大於約 較寬的頻寬。 _胃

/ JU 在說月本發明之代表性範例時，本說明書可將本發明之 =以或製程表示為—特定之步驟次序。不過，由於該方法 程的fen並不繫於本文所提出之特定的步驟次序，故該 法或n料應㈣於所述之特定步驟:欠序。身為熟習本技 :者田：了解其它步驟次序也是可行的。所以，不應將本說 窃所提出的特疋步驟次序視為對申請專祕圍的限制。此 亦不應將有關本發明之方法及/或製程的申請專利範圍僅 ^制在=面所载之步驟次序之實施，熟習此項技藝者易於 與範轉之内。 乂改邊，並且仍涵蓋於本發明之精神 料熟習此項技藝者應即瞭解可對上述各項具體實施例進行 =化，而不輯離其廣義之發雜概念。因此，應瞭解本發 =限於，揭之特定具體實施例，而料涵蓋歸屬如後栽 。月專利範圍所定義之本發明精神及範圍内的修飾。 【圖式簡單說明】 / 本發‘ 在各圖式中： 籤之H·為根據本發明之一範例之射頻辨識（RFiD)標 15 1332730 圖1B為根據本發明之一範例配置用於圖1A所示之 RF1D標籤之天線的示意圖； 圖1C為根據本發明之另一範例配置用於圖1Α所示 之RFID標籤之天線的示意圖； 圖1D為根據本發明之另一範例配置用於RFiD標籤 之天線的示意圖；

圖2為說明配置用於rfid標籤之天線在不同開路距 離下之阻抗之示範性曲線圖；以及 圖3為說明配置用於RFID標籤之天線在不同開路距 離下之回波損耗之示範性曲線圖。 【主要元件符號說明】 1〇 射頻辨識（RFID)標籤 11 晶片 12、30、m ' 122 天線 12-1 ' 21 第一天線元件 12-2'22 第二天線元件 13 基板 21-1 第一路徑 21-2 第二路徑 21-3 第三路徑 31 第一元件 31-1 第一導電路徑 31-2 第二導電路徑 31-3 第三導電路徑 16 1332730 32 第二元件

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Claims (1)

1332730 f 第 96117671 號 十、申請專利範圍： 修正曰期 复 修正本 月曰修正本 咖）裝置之天線，該天線包含： 位於-基板上之-第-導電元件，該第—導電元件延伸於—第〜 端與一第二端之間；以及 位於該基板上之-第二導電树，該第二導航件包含延伸於〜 二端與一細则的、觸三端延伸至一第五端的 一弟一路徑以及從該第三端延伸至_第六端的一第三路徑， 其中該第—_繼鱗，物崎頭之該第—端 包括至少—騎處，使觀第—導電元件之該第—端與該第二導電元 狀該紅_之抑五端或雜二料耕炫第三雜之該第六 端之一者相分離，但與其接近， 八 ^該第-導就狀鄕-端係與該第二魏元件之 ::該弟五端相隔-間隙’其中該天線之-頻寬為該間隙之長度的: 函式， 其中該第-導電元件之該$二端係電性連接至—晶片之 針一 ^為—導電元件之該第—路徑之該第四端係電性連接至該晶片 之一弟二針。 日日 2.如申請專利範圍第j項所述之天線，其中該第 及該第二導電元件之該第二路徑與該第三路 以 四分之-波長。 母者的長度均為约 丄幻2730 / 修正日期：99. 7. 20 修正本 第 961Π671 號 3. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中從該第三端延伸之 該第一路技之一部分與從該第三端延伸之該第三路徑之一部分形成一 長度，其能夠決定該天線之一電阻。 4. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該第二導電元件之 該第―轉包含—長度，其能触趙天線之-感抗。

5·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該天線之一耦合量 為該間隙之長度的一函式。 6·如申請專利範圍第1項所述之天線，其申該第一導電元件包 含一曲折結構。 7. 如申請專利範圍第！項所述之天線，其中該第二導電元件之 該第一路輕、該第二職或該第三雜之至少一者包含-曲折結構。 8. —種配置用於射頻辨識呀叼裝置之天線，該天線包含： 位於-基板導電雜H導電路彳跑含約四分之 一波長之一長度並延伸於一第一端與一第二端之間； 位於該基板上之_第二導電職，該第二導電雜_0_ t 端與一第四端之間； 形成於該鱗上之-第三導電雜，該苐三導電路徑包含約四分 之一波長之一長度並延伸於該第三端與一第五端之間， 其中該第-導電路徑從該第二端延伸至躺轉五端之該第一端 包括至少_撕處，使觸[導電職之雜1軸鄕三導電 路控之該第五端相分離，但與其接近；以及 19 1332730 4 0 第96117671號 修正日期：99. 7.20 修正本 位於該基板上之一第四導電路徑’該第四導電路經包含約四分之 一波長之一長度並延伸於該第三端與一第六端之間， 其中該第一導電路徑之該第一端係與該第三導電路徑之該第五端 相隔一間隙，而該天線之一頻寬亦為該間隙之長度的一函式； 其中該苐一端係電性連接至一晶片之一第一接針，且該第四端係 電性連接至該晶片至一第二#針。 9. 如申請專利範圍第8項所述之天線，其中從該第三端延伸之 鲁該第三路徑之一部分與從該第三端延伸之該第四路經之一部分形成— 長度’其能夠決定該天線之一電阻。 10. 如申請專利範圍第8項所述之天線，其中該第二導電路徑包 含一長度’其能夠決定該天線之一感抗。 11. 如申請專利範圍第8項所述之天線，其中該天線之一耦合量 或一頻兔為該間隙長度的一函式。 φ 12.如申請專利細第8項所述之天線，其中該第-導電路徑、 該第二導電路徑或該第三導電雜之至少-者包含-曲折結構。 一種配置用於射頻辨識裝置之天線，該天線包含·· 位於-紐上之-第-導電元件，該第—導電祕延伸於一第一 端與一第二端之間；以及 一位於該基板上之-第二導電元件’該第二導電元件包含延伸於一 第三端與—第四端之間之一第-路徑，以及從該第三端延伸至一第五 端之一第二路徑，以及從該第三端延伸至一第六端之一第三路徑， 20 弟 96117671 號 丨梦土日期：99. 7.20 包括導電元件從該第二端延伸朝向至該第五端之該第-端 件之該ί: ^處’使4該第—導電元件之卿—端與該第二導電元 。-騎之該紅端4目姆，但與其接近， 今第五^第導電私之該第—端與第二導電元件之該第二驗之 ，相隔-間隙，該天線之-頻寬為該間隙之長度的一函式， -中該第二端係電性連接至_晶片之—第 電性連接至該晶片至一第二接針。 ―、 以及專利細13項所述之天線，其中該第-導電元件 X ~¥電70狀該帛二路彳i之每—者触含細分之—波長之 一長度。 又 ^ 丨％心八琢，关甲攸該弟三端延伸 之該第二雜之—部分触鄉三端延狀鮮三職之—部分形成 一長度’其能夠決定該天線之一電阻。

如申請專利範圍第 16·如申請專利細第^項所述之天線，其中該第二導電元件 之該第-路徑包含—長度，其能夠歧該天線之一感抗。 17.如申請專利細帛η項所述之天線，其中該无線之—轉合量 亦為該間隙之長度的一函式。 〇里 21