TWI388275B - Absorbing device - Google Patents

Description

吸波裝置

本發明係有關於一種吸波裝置，詳言之，係關於一種具有電容器之吸波裝置。

一般習知RFID標籤天線皆為平面式，實施時係直接貼附於於物品上，因此易受到該物品材質的影響，特別是該物品之材質為導電材質時，會因導電材質所造成之入射波全反射且相位差為180度的影響，使得習知RFID標籤天線完全無法作動，故無法應用於金屬物品上。為了使RFID標籤天線可應用於金屬物品上，可結合一吸波產品，以降低金屬反射所造成之干擾問題。

其中，電磁波吸波產品之製作可分為材料設計、結構設計及二者並用等三大類。材料設計部分：透過特殊材料之調配所設計而成之吸波產品，如3M^TM 之吸波磚或燒結鐵心石磚；結構設計部分：此類吸波產品常與天線結合使用，以增加天線之指向性或減少天線的高度，如先前技術文獻[1]、先前技術文獻[2]；二者並用部分：最常見的係利用不同材料以特殊之疊層結構設計而成，如吸波角錐、複合多層薄膜型吸波材料疊層結構(中華民國新型專利第569943號)、電阻併電感性吸波材(中華民國發明專利第I241243號)。

另外，不論學界或產業界所提出抑制金屬效應之吸波材料或吸波結構，一般皆係使用高導磁係數之吸波材料，然而，高導磁係數之吸波材料價格相當昂貴，故製造成本隨之增加。此外，一些可使RFID標籤天線用於金屬物品上之吸波結構，其產品厚度、尺寸成本及耐用性皆不適於量產。並且，上述各種習知吸波產品不易根據實際使用需求調整其吸波特性及尺寸。

因此，有必要提供一創新且富有進步性之吸波裝置，以解決上述問題。

先前技術文獻：

1. C. Mias and J.H. Yap“A varactor-tunable high impedance surface with a resistive-lumped-element biasing grid,”IEEE Trans. Antennas Propag.,vol. 55,no. 7,pp. 1995-1962,Jul. 2007.

2. D. Sievenpiper,“High-impedance electromagnetic surfaces,”Ph.D. dissertation,Dept. Elect. Eng.,Univ. California at Los Angeles,Los Angeles,CA,Jan. 2003.

本發明提供一種吸波裝置，其具有至少一吸波單元，該吸波單元包括：一導電基板、二導電部、一電容器及一介電物質。該等導電部設置於該導電基板之上方相對位置，且電性連接該導電基板。該電容器電性連接該等導電部。該介電物質位於該導電基板與該等導電部之間。

本發明之吸波裝置具有電容器，可調整該吸波裝置之傳播特性阻抗匹配程度，以提升吸波能力，使RFID標籤結合該吸波裝置後可直接設置於金屬物上使用且具有更大之效讀取距離，以提升RFID標籤之效能，並且可縮小吸波裝置之尺寸，達到面積小、厚度小、重量輕等功效。再者，本發明之吸波裝置之結構及製程簡單，故可大量製造，以減少製造時間及成本。

圖1顯示本發明具有複數個吸波單元之第一實施例吸波裝置之示意圖；圖2顯示本發明第一實施例之吸波單元剖面圖。該吸波裝置1具有至少一吸波單元，其可應用於UHF、2.45GHz或5.8GHz之頻段。在本實施例中，該吸波裝置1包括複數個吸波單元10(如虛線所界定)。配合參考圖1及圖2，每一吸波單元10包括：一導電基板11、二導電部12、一電容器13、一電阻器14及一介電物質15。

該等導電部12設置於該導電基板11之上方相對位置，且電性連接該導電基板11。在本實施例中，該等導電部12係為導電平板，且實質上平行該導電基板11。其中，每一導電部12具有一側邊121，該側邊121具有一寬度，且該等導電部12之間具有一間隔距離。根據該側邊121之寬度及該等導電部12之間隔距離，即可決定該吸波單元1之一共振頻率。

該電容器13及該電阻器14電性連接該等導電部12相對之側邊。視不同需求，該電阻器14可選擇與該電容器13並聯或串聯。在本實施例中，該電阻器14係與該電容器13並聯，並配合該等導電部12之寬度及間隔距離，以調整該吸波單元1之共振頻率。例如：未具有電容器及電阻器之吸波單元，其共振頻率原為5GHz；增加電容器及電阻器後之吸波單元，其共振頻率變更為1GHz。藉此效應，可大幅縮減該等導電部12及該吸波單元1之尺寸。另外，利用該電阻器14與該電容器13並聯或串聯，以調整該吸波裝置1之傳播特性阻抗匹配程度，增加入射波傳入該等導電部12與該導電基板11之間的比例，並由電阻轉換為熱能，以達到提升吸波能力之功效。要注意的是，本發明之該吸波裝置1可不包括電阻器，而僅具有電容器。

圖3顯示本發明吸波單元之等效電路圖。其中，C表示電容器，具有一等效電容值C_E ；L表示等效電路之等效電感，具有一等效電感值L_E 。該吸波單元1之共振頻率ω可以下列方程式表示：

由上式即可清楚得知，該電容器與該電阻器並聯或串聯，可用以調整該吸波單元1之共振頻率。

再配合參考圖1及圖2，該介電物質15位於該導電基板11與該等導電部12之間。依不同之應用，該介電物質15可為介電基板或空氣，其中該介電基板之材質可為可撓性介電材質(例如：PET或PI材質)。在本實施例中，該介電物質15係為介電基板，例如：PCB基板或陶瓷基板。其中，該介電物質15具有二導電通道151，該等導電通道151通過該介電物質15之相對二側面，且電性連接該導電基板11及該等導電部12。

在本實施例中，該導電通道151具有一貫孔152及一導電材153，該導電材153滿設於該貫孔152中，在其他應用中，該導電材153係可覆蓋該貫孔152中之表面及其周緣之部分表面(例如：一般PCB基板製程所製造之PCB基板)，如圖4所示。

圖5顯示本發明第二實施例之吸波單元俯視圖；圖6顯示本發明第二實施例之吸波單元剖面圖。配合參考圖5及圖6，該吸波單元20包括：一導電基板21、二導電部22、一電容器23、一電阻器24及一介電物質25。與上述圖2之第一實施例吸波單元10不同之處在於，該第二實施例之吸波單元20之該介電物質25係包括至少二介電層251、一導電層252及二導電通道253，該導電層252設置於該等介電層251之間，該導電層252不接觸該等導電通道253且與該等導電通道253電性絕緣，其餘結構與第一實施例吸波單元10相同，在此不再加以贅述。其中，該介電基板25之多層結構設計，透過中間之該導電層252作用，可增加吸波裝置之電感效應，進而達到縮小吸波裝置尺寸之功效。

圖7顯示一無線射頻辨識系統(Radio Frequency Identification System，RFID)標籤設置於本發明吸波裝置之示意圖。其中，該RFID標籤3係可為單極式或偶極式之RFID標籤，其共振頻率為1GHz。配合參考圖1、圖3及圖7，利用該電容器13與該電阻器14並聯或串聯，調整該吸波裝置1之傳播特性阻抗匹配程度，並將該吸波裝置1之共振頻率調整為1GHz(未具電容器或電阻器之共振頻率為5GHz)，以與該RFID標籤3之頻率相同，以增加該RFID標籤3之入射波傳入該等導電部12與該導電基板11之間的比例，並由電阻轉換為熱能，以達到提升吸波能力之功效。

在實際應用上，將本發明之吸波裝置貼附於一金屬物上，經實測結果，其有效讀取距離可達1.0至1.2公尺，該有效讀取距離符合金屬物或設備之應用需求，且本發明之吸波裝置尺寸極小，僅為28mm×118.8mm×0.8mm，其更適用於金屬物或設備之應用。另外，與市售吸波材料相比較，本發明之吸波裝置約可節省5倍以上之成本，故製造成本低廉。

此外，本發明之吸波裝置可具有複數個吸波單元，除可直接與一般偶極式RFID結合應用外，對於金屬用之RFID標籤製作，更可以自動化之PCB製程完成一體設計及生產製作，其中，將在吸波裝置表面之電容器以導孔方式連接到一RFID標籤所設置之表面層，則電容器及RFID標籤之連接即可完全由PCB製程來實現，故可大量生產。

本發明之吸波裝置具有電容器(或同時具有電容器及電阻器)，可調整該吸波裝置之傳播特性阻抗匹配程度，以提升吸波能力，使RFID標籤結合該吸波裝置後可直接設置於金屬物上使用且具有更大之效讀取距離，故可提升RFID標籤之效能；並且可縮小吸波裝置之尺寸，達到面積小、厚度小、重量輕等功效。再者，本發明之吸波裝置之結構及製程簡單(例如：自動化之PCB製程)，故可大量製造，以減少製造時間及成本。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．本發明之第一實施例吸波裝置

3．．．RFID標籤

10．．．吸波單元

11．．．導電基板

12．．．導電部

13．．．電阻器

14．．．電容器

15．．．介電物質

20．．．本發明第二實施例之吸波單元

21．．．導電基板

22．．．導電部

23．．．電容器

24．．．電阻器

25．．．介電物質

121．．．側邊

151．．．導電通道

152．．．貫孔

153．．．導電材

251．．．介電層

252．．．導電層

253．．．導電通道

圖1顯示本發明具有複數個吸波單元之第一實施例吸波裝置之示意圖；

圖2顯示本發明第一實施例之吸波單元剖面圖；

圖3顯示本發明吸波單元之等效電路圖；

圖4顯示本發明另一結構態樣之介電物質示意圖；

圖5顯示本發明第二實施例之吸波單元俯視圖；

圖6顯示本發明第二實施例之吸波單元剖面圖；及

圖7顯示一RFID標籤設置於本發明吸波裝置之示意圖。

1．．．本發明之第一實施例吸波裝置

10．．．吸波單元

12．．．導電部

13．．．電阻器

14．．．電容器

15．．．介電物質

Claims (17)

1. 一種吸波裝置，具有至少一吸波單元，該吸波單元包括：一導電基板；二導電部，設置於該導電基板之上方相對位置，且電性連接該導電基板；一電容器，電性連接該等導電部；及一介電物質，位於該導電基板與該等導電部之間。
2. 如請求項1之吸波裝置，其中該等導電部係為導電平板，且實質上平行該導電基板。
3. 如請求項1之吸波裝置，其中該電容器係電性連接該等導電部相對之側邊。
4. 如請求項1之吸波裝置，其中該介電物質係為空氣。
5. 如請求項1之吸波裝置，其中該介電物質係為介電基板。
6. 如請求項5之吸波裝置，其中該介電物質係為PCB基板。
7. 如請求項5之吸波裝置，其中該介電物質係為陶瓷基板。
8. 如請求項5之吸波裝置，其中該介電物質係為可撓性介電材質。
9. 如請求項8之吸波裝置，其中該可撓性介電材質係為PET或PI材質。
10. 如請求項5之吸波裝置，其中該介電基板具有二導電通道，通過該介電基板之相對二側面，且電性連接該導電基板及該等導電部。
11. 如請求項10之吸波裝置，其中該導電通道具有一貫孔及一導電材，該導電材滿設於該貫孔中。
12. 如請求項10之吸波裝置，其中該導電通道具有一貫孔及一導電材，該導電材覆蓋該貫孔中之表面及其周緣之部分表面。
13. 如請求項5之吸波裝置，其中該介電基板包括至少二介電層及一導電層，該導電層設置於該等介電層之間，該導電層與該導電通道電性絕緣。
14. 如請求項1之吸波裝置，其中每一導電部之一側邊具有一寬度，該等導電部之間具有一間隔距離。
15. 如請求項14之吸波裝置，另包括一電阻器，電性連接該等導電部。
16. 如請求項15之吸波裝置，其中該電阻器係與該電容器並聯。
17. 如請求項15之吸波裝置，其中該電阻器係與該電容器串聯。