TWI448007B - 射頻識別讀取器天線 - Google Patents

Description

射頻識別讀取器天線

本發明係關於一種射頻讀取器天線，尤指一種以一微帶線經由複數個槽孔將能量耦合至輻射元件，以於所需之工作頻段內發射及接收訊號的射頻識別讀取器天線。

圓極化天線係廣泛使用於射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)系統中，而目前的射頻辨識(RFID)系統係多使用915MHz以及2.45GHz雙工作頻段，對於應用射頻辨識(RFID)技術的產品來說，由於並非僅使用單一工作頻段，因此其所使用的天線若能運作於雙工作頻段是較佳的。

習知之雙頻段天線，多係藉由修改僅提供單一工作頻段之圓極化天線而來，舉例來說，堆疊兩個不同的切角方型貼片天線(corner-truncated square patches)，並以單一饋入點進行饋入，即可達成雙工作頻段的功效；而除了以一同軸饋入之外，亦可以藉一微帶線、經由槽孔將能量耦合至堆疊之兩切角方型貼片天線以產生出兩個工作頻段，但此種方式僅能提供兩個相近的工作頻段，因而無法滿足射頻辨識(RFID)系統所需之0.915GHz以及2.45GHz的雙工作頻段。

發明人爰因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可滿足射頻辨識(RFID)系統所需頻段之「射頻讀取器天線」，幾經研究實驗終至完成此項嘉惠世人之發明。

鑒於上述習知的射頻天線尚有改進空間，本發明之目的係在提供一種以一微帶線將能量耦合至輻射元件以產生可滿足射頻辨識(RFID)系統所需工作頻段之射頻讀取器天線。

依據本發明之一特色，本發明係提出一種射頻識別讀取器天線，其係提供有一第一工作頻段以及一第二工作頻段，包括：一第一絕緣介質層；一第二絕緣介質層，其係隔著一第三絕緣介質層疊合至第一絕緣介質層下方，具有一上表面以及一下表面；一環狀輻射元件，係設置於第一絕緣介質層上；一矩形輻射元件，係設置於第一絕緣介質層上，位於環狀輻射元件之中，並與環狀輻射元件共平面；一微帶線狀元件，係設置於第二絕緣介質層之上表面上，包括一第一微帶部以及一第二微帶部，其中第一微帶部係平行對應至矩形輻射元件，第二微帶部係平行對應至環狀輻射元件；以及一接地元件，係設置於第二絕緣介質層之下表面上，其上具有複數個第一槽孔以及複數個第二槽孔，該等第一槽孔係隔著第二絕緣介質層對應至第一微帶部下方，並分別與第一微帶部正交，該等第二槽孔係隔著第二絕緣介質層對應至第二微帶部下方，並分別與第二微 帶部正交；其中，第一微帶部係將能量向上耦合至矩形輻射元件，並受該等第一槽孔影響，以使射頻識別讀取器天線提供第一工作頻段；第二微帶部係將能量向上耦合至環狀輻射元件，並受到該等第二槽孔影響，以使射頻識別讀取器天線提供第二工作頻段。

依據本發明之另一特色，本發明係提出一種射頻識別讀取器天線，其係提供有一工作頻段，包括：一第一絕緣介質層；一第二絕緣介質層，其係隔著一第三絕緣介質層疊合至第一絕緣介質層下方，具有一上表面以及一下表面；一環狀輻射元件，係設置於第一絕緣介質層上；一微帶線狀元件，設置於第二絕緣介質層之上表面上，係平行對應至環狀輻射元件；以及一接地元件，係設置於第二絕緣介質層之下表面上，其上具有複數個第一槽孔，該等第一槽孔係隔著第二絕緣介質層對應至微帶線狀元件下方，並分別與微帶線狀元件正交；其中，微帶線狀元件係將能量向上耦合至環狀輻射元件，並受到該等第一槽孔影響，以使單頻射頻識別讀取器天線提供工作頻率。

請參照圖1，圖1係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之示意圖。射頻識別讀取器天線100係提供有一第一工作頻段以及一第二工作頻段，射頻識別讀取器天線100包括：一第一絕緣介質層1、一第二絕緣介質層2、一 矩形輻射元件11、一環狀輻射元件12、一微帶線狀元件211、一饋入部212、以及一接地元件221。

前述第二絕緣介質層2係隔著第三絕緣介質層3疊合至第一絕緣介質層1下方，且第二絕緣介質層2具有一上表面21以及一下表面22；前述矩形輻射元件11與環狀輻射元件12係設置於第一絕緣介質層1上，且矩形輻射元件11係位於環狀輻射元件12之中，並與環狀輻射元件12共平面；前述微帶線狀元件211係設置於第二絕緣介質層2的上表面21上，其包括一第一微帶部2111以及一第二微帶部2112，其中第一微帶部2111係平行對應至矩形輻射元件11，第二微帶部2112係平行對應至環狀輻射元件12。

前述饋入部212係設置於第二絕緣介質層2上並連接至微帶線狀元件211，用以外接例如一同軸電纜等之一饋入元件以進行饋入；前述接地元件221係設置於第二絕緣介質層2的下表面22上，其上具有複數個第一槽孔222、複數個第二槽孔223、以及一第三槽孔224，其中該等第一槽孔222較佳係相連並呈一十字型，第三槽孔224係分別與該等第二槽孔223相連且較佳係呈一鑽石型，該等第一槽孔222係隔著第二絕緣介質層2對應至第一微帶部2111下方並分別與第一微帶部2111正交，該等第二槽孔223係隔著第二絕緣介質層2對應至第二微帶部2112下方並分別與第二微帶部2112正交。

前述第一絕緣介質層1、第二絕緣介質層2、以及第三絕緣介質層3係由不導電材料所構成，第二絕緣介質層2可 為一印刷電路板基板，其較佳係為一FR4材質的矩形印刷電路板基板，第三絕緣介質層3係為空氣，而接地元件221、矩形輻射元件11以及環狀輻射元件12較佳係為薄層金屬。

其中，第一微帶部2111係將能量向上耦合至矩形輻射元件11，並受該等第一槽孔222影響，以使射頻識別讀取器天線提供具有一第一中心頻率f1的第一工作頻段，且第一中心頻率f1較佳係為2.45GHz；第二微帶部2112係將能量向上耦合至環狀輻射元件12，並受該等第二槽孔223影響，以使射頻識別讀取器天線100提供具有一第二中心頻率f2的第二工作頻段，且第二中心頻率f2較佳係為915MHz。

請參照圖2A至圖2C，圖2A係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之第一絕緣介質層1之示意圖，圖2B係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之第二絕緣介質層2之上表面21之示意圖，圖2C係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之第二絕緣介質層2之下表面22之示意圖。

如圖2A所示，射頻識別讀取器天線100的第一絕緣介質層1上係設置有矩形輻射元件11、以及環狀輻射元件12，其中矩形輻射元件11的一邊長s1係為頻率為第一中心頻率f1的電磁波的二分之一波長，環狀輻射元件12的一邊長s2係為頻率為第二中心頻率f2的電磁波的四分之一波長。因此，藉由調整矩形輻射元件11的邊長s1、以及環狀輻射元件12邊長s2，可對本發明之射頻識別讀取器天線100所提供 的第一工作頻段的第一中心頻率f1、以及第二工作頻段的第二中心頻率f2進行調整。

如圖2B及圖2C所示，射頻識別讀取器天線100的第二絕緣介質層2的上表面21上係設置有微帶線狀元件211以及饋入點212，下表面22上係設置有接地元件221，其上具有該等第一槽孔222、該等第二槽孔223、以及第三槽孔224。其中，該等第一槽孔222較佳係相連並呈一十字型，第三槽孔224係分別與該等第二槽孔223相連且較佳係呈一鑽石型，該等第一槽孔222係對應至第一微帶部2111並分別與第一微帶部2111正交，該等第二槽孔223係對應至第二微帶部2112並分別與第二微帶部2112正交。

請參照圖3，圖3係本發明另一較佳實施例之射頻識別讀取器天線200之示意圖。射頻識別讀取器天線200係提供有一工作頻段，其包括：一第一絕緣介質層4、一第二絕緣介質層5、一環狀輻射元件41、一微帶線狀元件511、一饋入部512、以及一接地元件521；其中，第二絕緣介質層5係隔著第三絕緣介質層6疊合至第一絕緣介質層4下方，其具有一上表面51以及一下表面52；環狀輻射元件41係設置於第一絕緣介質層4上；微帶線狀元件511係設置於第二絕緣介質層5的上表面51上，係平行對應至環狀輻射元件41；饋入部512係設置於第二絕緣介質層5上並連接至微帶線狀元件511，用以外接例如一同軸電纜等之一饋入元件以進行饋入；接地元件521係設置於第二絕緣介質層5的下表面52上，其上具有複數個第一槽孔522、以及一第二槽孔523， 其中第三槽孔523係分別與該等第二槽孔522相連且較佳係呈一鑽石型，該等第一槽孔522係隔著第二絕緣介質層5對應至微帶線狀元件511下方並分別與微帶線狀元件511正交。第一絕緣介質層1、第二絕緣介質層2、以及第三絕緣介質層3係由不導電材料所構成，第二絕緣介質層2可為一印刷電路板基板，其較佳係為一FR4材質的矩形印刷電路板基板，第三絕緣介質層3係為空氣，而接地元件221、以及環狀輻射元件41較佳係為薄層金屬。

其中，微帶線狀元件511係經該等第一槽孔522將能量耦合至環狀輻射元件41，以使射頻識別讀取器天線提供具有一中心頻率f的工作頻段，且中心頻率f較佳係為915MHz。

請參照圖4A至圖4C，圖4A係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線200之第一絕緣介質層4之示意圖，圖4B係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線200之第二絕緣介質層5之上表面51之示意圖，圖4C係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線200之第二絕緣介質層5之下表面52之示意圖。

如圖4A所示，射頻識別讀取器天線200的第一絕緣介質層1上係設置有環狀輻射元件41，其中環狀輻射元件41的一邊長t係為頻率為中心頻率f的電磁波的四分之一波長。因此，藉由調整環狀輻射元件41的邊長t，可對本發明之射頻識別讀取器天線200所提供的工作頻段的中心頻率f進行調整。

如圖4B及圖4C所示，射頻識別讀取器天線200的第二絕緣介質層5的上表面51上係設置有微帶線狀元件511以及饋入點512，下表面52上係設置有接地元件521，其上具有該等第一槽孔522、以及第二槽孔523。其中，第二槽孔523係分別與該等第一槽孔522相連且較佳係呈一鑽石型，該等第一槽孔222係對應至微帶線狀元件511並分別與微帶線狀元件511正交。

請參照圖5A及圖5B，圖5A係本發明之射頻識別讀取器天線於915MHz頻段之反射耗損及軸比之頻率響應圖，圖5B係本發明之射頻識別讀取器天線於2.45GHz頻段之反射耗損及軸比之頻率響應圖，其皆係為模擬而得。由圖5A及圖5B可知，本發明之射頻識別讀取器天線在915MHz頻段以及2.45GHz頻段係可提供小於3dB的軸比以及大於10dB的反射耗損，即，本發明之射頻識別讀取器天線係可於915MHz、以及2.45GHz兩工作頻段下運作。

請參照圖6A至圖6C，圖6A係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之軸比頻率響應圖，圖6B係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之反射損耗頻率響應圖，圖6C係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線100之增益頻率響應圖，其皆係為模擬而得。在本實施例中，設定第二絕緣介質層2係為一FR4材質的矩形印刷電路板基板其厚度為0.8mm，第三絕緣介質層3厚度為10mm；矩形輻射元件11的邊長s1為48mm，環狀輻射元件12的邊長s2為75mm、另一邊長為87mm、環寬5mm；該等第一槽孔222 之長度為14mm，該等第二槽孔223之長度為16.6mm，該第三槽孔於兩第二槽孔之間的長57.9mm，各槽孔寬皆為1mm；第一微帶部2111於兩第一槽孔之間長度為13mm，第二微帶部2112於兩第二槽孔之間長度為89.5mm，微帶線狀單元211寬1.5mm。

由圖6A至圖6C可知，本發明之射頻識別讀取器天線100在915MHz頻段，其反射耗損大於10dB的阻抗頻寬為40MHz，軸比大於3dB的軸比頻寬為28MHz；在2.45GHz頻段，其阻抗頻寬為205MHz，軸比頻寬為155MHz。由上述可知，本發明之射頻識別讀取器天線100可有效滿足射頻辨識(RFID)系統所需之0.915GHz以及2.45GHz的雙工作頻段。

綜上所述，本發明之射頻識別讀取器天線係於藉由一微帶線經由複數個槽孔將能量耦合至輻射元件，以於所需的工作頻段內發射及接收訊號，而由於其所提供的工作頻段之中心頻率係依輻射元件的邊長而改變，因此，本發明之射頻識別讀取器天線所提供的兩工作頻段可依所需進行調整及微調，與習知之天線僅能提供兩相近工作頻段相比，更能滿足例如射頻辨識(RFID)系統等之雙頻系統所需之雙工作頻段。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧第一絕緣介質層

100‧‧‧射頻識別讀取器天線

11‧‧‧矩形輻射元件

12‧‧‧環狀輻射元件

2‧‧‧第二絕緣介質層

200‧‧‧射頻識別讀取器天線

21‧‧‧上表面

211‧‧‧微帶線狀元件

2111‧‧‧第一微帶部

2112‧‧‧第二微帶部

212‧‧‧饋入部

22‧‧‧下表面

221‧‧‧接地元件

222‧‧‧第一槽孔

223‧‧‧第二槽孔

224‧‧‧第三槽孔

3‧‧‧第三絕緣介質層

4‧‧‧第一絕緣介質層

41‧‧‧環狀輻射元件

5‧‧‧第二絕緣介質層

51‧‧‧上表面

511‧‧‧微帶線狀元件

512‧‧‧饋入部

52‧‧‧下表面

521‧‧‧接地元件

522‧‧‧第一槽孔

523‧‧‧第二槽孔

6‧‧‧第三絕緣介質層

s1,s2,t‧‧‧邊長

圖1係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之示意圖。

圖2A係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之第一絕緣介質層之示意圖。

圖2B係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之第二絕緣介質層之上表面之示意圖。

圖2C係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之第二絕緣介質層之下表面之示意圖。

圖3係本發明另一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之示意圖。

圖4A係本發明另一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之第一絕緣介質層之示意圖。

圖4B係本發明另一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之第二絕緣介質層之上表面之示意圖。

圖4C係本發明另一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之第二絕緣介質層之下表面之示意圖。

圖5A係本發明之射頻識別讀取器天線於915MHz頻段之反射耗損及軸比之頻率響應圖。

圖5B係本發明之射頻識別讀取器天線於2.45GHz頻段之反射耗損及軸比之頻率響應圖。

圖6A係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之軸比頻率響應圖。

圖6B係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之反射損耗頻率響應圖。

圖6C係本發明一較佳實施例之射頻識別讀取器天線之增益頻率響應圖。

1‧‧‧第一絕緣介質層

100‧‧‧射頻讀取器天線

11‧‧‧矩形輻射元件

12‧‧‧環狀輻射元件

2‧‧‧第二絕緣介質層

21‧‧‧上表面

211‧‧‧微帶線狀元件

2111‧‧‧第一微帶部

2112‧‧‧第二微帶部

212‧‧‧饋入部

22‧‧‧下表面

221‧‧‧接地元件

222‧‧‧第一槽孔

223‧‧‧第二槽孔

224‧‧‧第三槽孔

3‧‧‧第三絕緣介質層

Claims (16)

1. 一種射頻識別讀取器天線，其係提供有一第一工作頻段以及一第二工作頻段，包括：一第一絕緣介質層；一第二絕緣介質層，其係隔著一第三絕緣介質層疊合至該第一絕緣介質層下方，具有一上表面以及一下表面；一環狀輻射元件，係設置於該第一絕緣介質層上；一矩形輻射元件，係設置於該第一絕緣介質層上，位於該環狀輻射元件之中，並與該環狀輻射元件共平面；一微帶線狀元件，係設置於該第二絕緣介質層之該上表面上，包括一第一微帶部以及一第二微帶部，其中該第一微帶部係平行對應至該矩形輻射元件，該第二微帶部係平行對應至該環狀輻射元件；以及一接地元件，係設置於該第二絕緣介質層之該下表面上，其上具有複數個第一槽孔以及複數個第二槽孔，該等第一槽孔係隔著該第二絕緣介質層對應至該第一微帶部下方並分別與該第一微帶部正交，該等第二槽孔係隔著該第二絕緣介質層對應至該第二微帶部下方並分別與該第二微帶部正交；其中，該第一微帶部係將能量向上耦合至該矩形輻射元件，並受到該等第一槽孔影響，以使該射頻識別讀取器天線提供該第一工作頻段；該第二微帶部係將能量向上耦合至該環狀輻射元件，並受到該等第二槽孔影響，以使該射頻識別讀取器天線提供該第二工作頻段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該等第一槽孔係相連並呈一十字型。
3. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該第三絕緣介質層係為空氣。
4. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該接地單元上更具有一第三槽孔，其係與該等第二槽孔相連。
5. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該第一工作頻段具有一第一中心頻率，其係為2.45GHz。
6. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該第二工作頻段具有一第二中心頻率，其係為915MHz。
7. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，更包括一饋入部，其係設置於該第二絕緣介質層上並連接至該微帶線狀元件，用以外接一饋入元件以進行饋入。
8. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該第二絕緣介質層係為一印刷電路板基板。
9. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該接地元件、該矩形輻射元件以及該環狀輻射元件均為薄層金屬。
10. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該矩形輻射元件之一邊長係為頻率為該第一中心頻率之電磁波之二分之一波長。
11. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別讀取器天線，其中該環狀輻射元件之一邊長係為頻率為該第二中心頻率之電磁波之四分之一波長。
12. 一種射頻識別讀取器天線，其係提供有一工作頻段，包括：一第一絕緣介質層；一第二絕緣介質層，其係隔著一第三絕緣介質層疊合至該第一絕緣介質層下方，具有一上表面以及一下表面；一環狀輻射元件，係設置於該第一絕緣介質層上；一微帶線狀元件，設置於該第二絕緣介質層之該上表面上，係平行對應至該環狀輻射元件；以及一接地元件，係設置於該第二絕緣介質層之該下表面上，其上具有複數個第一槽孔，該等第一槽孔係隔著該第二絕緣介質層對應至該微帶線狀元件下方，並分別與該微帶線狀元件正交；其中，該微帶線狀元件係將能量向上耦合至該環狀輻射元件，並受到該等第一槽孔影響，以使該單頻射頻識別讀取器天線提供該工作頻率。
13. 如申請專利範圍第12項所述之射頻識別讀取器天線，其中該第三絕緣介質層係為空氣。
14. 如申請專利範圍第12項所述之射頻識別讀取器天線，其中該接地單元上更具有一第二槽孔，其係與該等第一槽孔相連。
15. 如申請專利範圍第12項所述之射頻識別讀取器天線，更包括一饋入部，其係設置於該第二絕緣介質層上並連接至該微帶線狀元件，用以外接一饋入元件以進行饋入。
16. 如申請專利範圍第12項所述之射頻識別讀取器天線，其中該第二絕緣介質層係為一印刷電路板基板。