TWM473010U - 提高電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備及適用於該無線通訊設備之散射器 - Google Patents

Description

提高電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備及適用於該無線通訊設備之散射器

本創作係有關於一種提高電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備，尤指一種透過一散射器散射電磁波至電子標籤進而提升電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備及其散射器。

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)係為透過無線電波進行資訊傳遞的技術，在使用上多以射頻識別標籤(RFID tag)搭配標籤讀取器進行應用。射頻識別標籤主要由具備處理資料功能的晶片及一組收發天線所構成，其具有體積小、製造成本低、使用壽命長等優點，使得射頻識別標籤可被廣泛地應用在各種層面，其最為普遍的應用係為物品管理。具體而言，射頻辨識標籤係貼附於各種物件如商品、貨櫃、圖書等，經由標籤讀取器讀取射頻辨識標籤的資訊後，即可得知物件的編號或價格等相關內容以進行管理。

在進行通訊時，射頻識別標籤回傳的訊息中包含有一接收訊號強度指示(received signal strength indicator,RSSI)，此RSSI值為一參考數值，一般而言當RSSI值越高，代表射頻識別標籤接收到的訊號越強，通訊的品質亦較為穩定。於A.D’Alessandro，A.Buffi和P.Nepa(2013)所發表的“A Localization Technique for Smart Bookshelves”論文中係進行了一項無線通訊實驗，係將24本附有射頻識別標籤的書本，將書本分為L(左側)、C(中央)、R(右側)三組排列於兩側的天線(Antenna)之間，其無線通訊系統之配置請參照圖1所示。設置完成後，再輪流啟動左側、右側、及兩側天線進行無線通訊，並記錄各個射頻識別標籤的RSSI值。當兩側天線同時啟動時，總輸出的功率較高，直觀而言中間區域C的電磁場強度受兩側天線同 時作用而疊加增強，位於中間區域C的射頻識別標籤所接收到的訊號強度應較左、右側天線各別啟動時更強，但就該篇論文所取得的測量結果，係如圖2所示，兩側天線同時進行通訊時中間區域C的射頻識別標籤其RSSI值(節點為三角形)反較兩側天線分別啟動時(節點為方形及圓形)更低，此一現象可能的肇因有電磁波的頻率、書冊的材質、標籤設置的位置等各種因素，使電磁波在傳播過程中產生損耗，若射頻識別標籤所貼附的物件不同，電磁波的路徑損耗便會隨之改變，而難以歸納為一個有效的模型。因此，本創作提供一種簡易的方式，不論射頻識別標籤貼附於何種物件上，均能提高射頻識別標籤的RSSI值以提升無線通訊的品質。

本創作之目的在於提供一種提高電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備及適用於該無線通訊設備之散射器，以改善先前技術中由於電磁波能量於傳播路徑中損耗使電子標籤無法接收到足夠的接收訊號強度，進而導致通訊不穩定、通訊品質不佳的問題。

為解決上述問題，本創作係提供一種提高電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備，包含有一天線模組，至少一散射器，以及至少一具有電子標籤之物件。該天線模組係於一傳播空間內產生電磁波。所述散射器係擺放於該傳播空間中之一第一傳播區域內，且該散射器散射傳播於該第一傳播區域之電磁波至一第二傳播區域。所述之物件係擺放於該第二傳播區域內，且其電子標籤係吸收傳播於該第二傳播區域之電磁波功率、以及由該散射器自該第一傳播區域散射至第二傳播區域的電磁波功率，所述之電子標籤藉由所吸收之該電磁波功率致能以產生一回應訊號予該天線模組。

進一步地，該散射器散射該回應訊號至該天線模組，且該回應訊號由該天線模組所接收。

進一步地，該天線模組係包含有二分別設置於該傳播空間對向兩側之天線，且所述之散射器概略擺設於該兩天線之中央位置。

進一步地，所述之散射器係為一金屬片，該金屬片之長度小於等於該天線模組所產生之電磁波的四分之一波長。

進一步地，所述之散射器包含有一絕緣部，以及一依附於該絕緣部上之金屬箔，且該金屬箔之長度小於等於該天線模組所產生之電磁波的四分之一波長。

本創作之另一目的，在於提供一種散射器，係適用於一無線通訊設備中提高電子標籤的接收訊號強度，該無線通訊設備包含有於一傳播空間內產生電磁波之一天線模組，以及複數個分別具有一電子標籤之物件，所述之散射器包含有一散射器主體，以及一結合於該散射器主體之金屬部。該散射器主體係擺放於至少兩物件之間，以區隔該兩物件並形成一個隔離空間。該金屬部係將該天線模組傳播而來之電磁波散射至所述之電子標籤，所述電子標籤吸收自該天線模組及該散射器傳播而來的電磁波功率後致能以產生一回應訊號予該天線模組。

進一步地，該金屬部散射該回應訊號至該天線模組，且該回應訊號由該天線模組所接收。

進一步地，所述之散射器更進一步包含有一連接於該散射器主體之絕緣掛勾，且所述物件之一側設置有一絕緣掛架，該絕緣掛勾係配設於該絕緣掛架。

進一步地，該散射器主體係由絕緣材質所構成，該金屬部係為一設置於該散射器主體上之金屬箔。

進一步地，該金屬箔之長度小於等於該天線模組所產生之電磁波的四分之一波長。

是以，本創作較先前技術更具備以下之有益效果：

1.本創作之散射器設置於傳播空間中，透過電磁感應將天線模組所發送而來的電磁波向四周散射，等同於在散射器之位置產生另一天線的效果，藉由散射件將未朝電子標籤方向傳播的電磁波散射至各個電子標籤，即可提升該等電子標籤的接收訊號強度；另一方面，散射器可提供另一路徑供電子標籤產生的回應訊號回傳至天線模組，以避免回應訊號由於原有路徑損耗過大而無法順利回傳至天線模組的問題。

2.本創作之散射器包含有一散射器主體，以及一金屬部，該散射器主體可透過絕緣掛勾懸吊於該絕緣掛架上區隔兩兩該電子標籤， 並抑制該二電子標籤彼此之間的耦合；此外，該金屬部之長度係小於等於該天線模組所發送電磁波的四分之一波長，以避免電磁波散射出時產生波形失真的問題。

100‧‧‧無線通訊設備

10‧‧‧天線模組

11‧‧‧天線

20‧‧‧物件

21‧‧‧電子標籤

22‧‧‧隔離空間

30‧‧‧散射器

40‧‧‧散射器

41‧‧‧散射器主體

42‧‧‧金屬部

43‧‧‧絕緣掛勾

50‧‧‧絕緣掛架

60‧‧‧傳播空間

61‧‧‧第一傳播區域

62‧‧‧第二傳播區域

圖1係為習知技術無線通訊系統之外觀示意圖。

圖2係為習知技術中各電子標籤接收到的訊號強度示意圖。

圖3係為本創作第一實施態樣之外觀示意圖。

圖4係為本創作第一實施態樣之使用狀態示意圖。

圖5係為本創作散射器之外觀示意圖。

圖6係為本創作第二實施態樣之外觀示意圖。

茲就本案之結構特徵暨操作方式列舉較佳實施態樣，並配合圖示說明，謹述於后，俾提供審查參閱。再者，本創作中之圖式，為說明方便，其比例未必按實際比例繪製，而有誇大之情況，該等圖式及其比例非用以限制本創作之範圍。

關於本創作之技術請參閱「圖3」及「圖4」所示，「圖3」係為本創作第一實施態樣之外觀示意圖，「圖4」則為本創作第一實施態樣之使用狀態示意圖，如圖所示：本創作之所述之無線通訊設備100係用以提高電子標籤的接收訊號強度，以維持較佳的通訊品質。所述之無線通訊設備100包含有一天線模組10，至少一散射器30，以及至少一具有電子標籤21之物件20。

該天線模組10係產生電磁信號，其可為一射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)標籤讀取器，或近場通訊(Near Field Communication,NFC)標籤讀取器等，端視電子標籤21的種類而定。該天線模組10主要包含有可解析電磁訊號的射頻模組，以及至少一用以發送/接收電磁訊號與該等電子標籤21進行資料傳輸之天線11，該天線模組10係連接於一預存有該等電子標籤21資訊的資料庫，並將透過電磁訊號接收到的資訊與資料庫中的預存資訊進行比對，以識別該等電子標籤21所貼附 的物件20的相關資訊。所述之天線11可設置於該傳播空間60之一側、二側或二側以上，該天線模組10之天線11其所設置的位置及天線數目在此並不予以限制。

該天線模組10所產生的電磁波係傳播於一傳播空間60內，該傳播空間係擺放有所述之物件20，且該傳播空間60包含有一第一傳播區域61，以及一第二傳播區域62。本創作之技術用語「第一傳播區域61」係指電磁波在傳播時無法受電子標籤21吸收利用的空間路徑集合而成的區域，而「第二傳播區域62」則指電磁波傳播時可受所述電子標籤21吸收利用的空間路徑集合而成的區域。由於電磁波在空間中傳播時係朝各個方向發散開來、並朝單一方向直線前進，故而僅有傳播路徑經過電子標籤21的電磁波能量方能為電子標籤21所利用。

所述之物件20擺放於該第二傳播區域62內，實際上，該物件20僅有設置該電子標籤21的部分位於該第二傳播區域62內，該物件20整體並不需完全位於該第二傳播區域62之中。該物件20可為貼附有電子標籤21之書本、商品等，但不以此為限。該電子標籤21內部具有控制晶片及線圈，當天線模組10運作時，傳播於該第二傳播區域62的電磁波其部分功率將被電子標籤21吸收，並在電子標籤21的線圈上產生感應電流以致能該控制晶片，控制晶片再透過線圈發送一回應訊號予該天線模組10，以與天線模組10建立無線通訊。

基於上述電子標籤21與天線模組10的互動關係，為進一步提高無線通訊的性能，本創作係將該散射器30擺放於該第一傳播區域61中，當天線模組10的電磁波傳播至該散射器30時，該散射器30上會產生感應電流，並改變電磁波的傳播方向朝四周散射，此一散射現象等同於在散射器30的位置上產生另一支天線11的效果，而由該散射器30散射出的電磁波一部分將傳播至該等電子標籤21的位置，換言之，該散射器30的主要功能為將原先傳播於第一傳播區域61而無法被電子標籤21吸收利用的電磁波，透過散射的方式發散至該第二傳播區域62。是以，該等電子標籤21可同時接收自該天線模組10傳播而來的電磁波功率，以及自該散射器30散射而來的電磁波功率，達到提高電子標籤21接收訊號強度的目的。

此外，該回應訊號係經由所述之電子標籤21吸收天線模組10的電磁波能量後產生，其訊號強度較弱，若是傳播路徑上的損耗過高則可能使回應訊號消耗殆盡而無法被天線模組10所偵測。在本創作中，該散射器30可提供另一傳播路徑，即該電子標籤21產生回應訊號後，回應訊號除了經由原有的路徑回傳至天線模組10外，亦可在傳播至該散射器30後，再次受散射器30散射而由另一路徑回傳至天線模組10，以避免原有的傳播路徑因損耗過大，致使電子標籤21的回應訊號無法順利回傳至天線模組10的問題。

鑒於如「圖1」所示先前技術的實驗結果，當左右兩側天線11同時啟動時，電磁波的能量於中央區域C可能會受傳輸路徑損耗，而有接收訊號強度減低的情形發生。於本創作另一較佳實施態樣中，該天線模組10於該傳播空間60之對向兩側分別設有一天線11，所述之散射器30係概略設置於兩天線11之中央處，藉由該散射器30將傳播於第一傳播空間60的電磁波散射至該電子標籤21處，提升散射器30周圍的電子標籤21所接收到的電磁能量，以解決位於該傳播空間60位於中央區域的電子標籤21其接收訊號強度下降的問題。

承上所述，本創作更提供一種可適用於上述無線通訊設備100中的散射器40，係用於提高電子標籤21的接收訊號強度。請一併參照「圖5」及「圖6」，「圖5」係為本創作散射器之外觀示意圖，「圖6」則為本創作第二實施態樣之外觀示意圖，如圖所示：於本創作第二實施態樣中，該無線通訊設備100包含有於該傳播空間60內產生電磁波之該天線模組10，以及複數個分別具有一電子標籤21之物件20。

所述之散射器40包含有一散射器主體41，以及一金屬部42。該散射器主體41係擺放於至少兩物件20之間，以區隔該兩物件20並形成一個隔離空間22，當兩兩電子標籤21之間的距離過於接近時，會產生相互耦合的現象，此一耦合現象將使功率在電子標籤21之間遞移，導致電子標籤21無法順利產生回應訊號，該散射器主體41在兩該電子標籤21之間形成一隔離空間22時，可抑制兩電子標籤21之間的耦合。該散射器主體41可為聚丙烯、聚氯乙烯、以及聚乙烯之材質，或多孔隙材質等介電系 數較低之絕緣材質，使該散射器主體41整體的介電系數趨近於空氣，因此於該隔離空間22中，該散射器主體41也可視為等同空氣的介質，有效地抑制電子標籤21之間的耦合現象，然散射器主體41之材質僅為舉例說明，而非用以限制本創作之申請專利範圍。

該金屬部42結合於該散射器主體41，係將該天線模組10傳播而來之電磁波散射至所述之電子標籤21，使電子標籤21同時接收自該天線模組10及該散射器40傳播而來的電磁波，並產生一回應訊號予該天線模組10，藉此達到提高電子標籤21的接收信號強度的功效。

在實際使用上，該散射器40除用以提高電子標籤的接收訊號強度外，亦可搭配物件20使用。如「圖5」所示，所述之散射器40更進一步包含有一連接於該散射器主體41之絕緣掛勾43，該絕緣掛勾43係配設於一絕緣掛架50，該絕緣掛架50係固定於所述物件20之一側，藉以懸吊該散射器40。若所述之物件20為書本，則該散射器40可做為書擋使用。

茲就一具體實施例對本創作之功效予以說明。請參照「圖6」所示之配置，並依其配置測量該散射器40裝設與否兩種情況下的RSSI值，其結果如下表1所示：

上述實施態樣係將9個電子標籤21分別貼附於9本書上，並由左至右依標籤編號排列，該天線模組10的操作頻率設定為833Mhz， 該散射器40設置於第5及6號電子標籤21之間，且該散射器40之金屬部約為9公分(為電磁波1/4波長)之金屬箔。於表1的量測結果可看出，裝設散射器40後整體RSSI的平均值上升量約為3，亦即接收訊號強度提高了0.3w左右，且原先RSSI值最低的第7及8號電子標籤21，在加裝散射器40之後其接收訊號強度有顯著的提升，在上述實驗中，裝設散射器40後中央區域書本的電子標籤21，被天線模組10成功辨識的數目可提升至三本以上。

此外，該金屬部42可為一金屬片，或為一結合於該散射器主體41藉以固定之金屬箔。該金屬部42之長度較佳係小於等於該天線模組10所產生之電磁波的四分之一波長，該金屬部42設計為四分之一波長的長度可使電磁波於該金屬部42上行進時產生諧振，使其散射出來的電磁波波形趨近於天線模組10所發送之電磁波，減少散射時產生失真的問題。該金屬部42之長度係為電磁波在該金屬部42上行進的距離，其長度亦可為該天線模組10所發送電磁波之二分之一波長或其倍數，該金屬部42可為矩形、環狀、樹枝狀等形狀造型，在此不予以限制。

綜上所述，本創作係可藉由在無線通訊設備中設置散射器，使天線模組所發出的電磁波於第二傳播區域提供電子標籤能量，更透過散射器將第一傳播區域的電磁波散射至所述之電子標籤，進一步提高電子標籤的接收訊號強度。此外，該散射器可提供另一條傳播路徑使電子標籤之回應訊號可順利回傳至天線模組，避免回應訊號因過大的路徑損耗消耗殆盡的問題。且該散射器主體可設置於兩兩物件之間，並形成隔離空間以抑制電子標籤之間的耦合，進一步地避免電子標籤因彼此耦合而干擾回應訊號的問題。

本創作已藉上述較佳具體例進行更詳細說明，惟本創作並不限定於上述所舉例之實施態樣，舉凡在本創作所揭示之技術思想範圍內，對該等結構作各種變化及修飾，該等變化及修飾仍屬本創作之範圍。

100‧‧‧無線通訊設備

10‧‧‧天線模組

11‧‧‧天線

20‧‧‧物件

21‧‧‧電子標籤

30‧‧‧散射器

60‧‧‧傳播空間

61‧‧‧第一傳播區域

62‧‧‧第二傳播區域

Claims (11)

1. 一種提高電子標籤接收訊號強度之無線通訊設備，包含有：一天線模組，係於一傳播空間內產生電磁波；至少一散射器，係擺放於該傳播空間中之一第一傳播區域內，且該散射器散射傳播於該第一傳播區域之電磁波至一第二傳播區域；以及至少一具有電子標籤之物件，係擺放於該第二傳播區域內，所述之電子標籤係吸收傳播於該第二傳播區域之電磁波功率、以及由該散射器自該第一傳播區域散射至第二傳播區域的電磁波功率，所述之電子標籤藉由所吸收之該電磁波功率致能以產生一回應訊號予該天線模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊設備，其中該散射器散射該回應訊號至該天線模組，且該回應訊號由該天線模組所接收。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊設備，其中該天線模組係包含有二分別設置於該傳播空間對向兩側之天線，且所述之散射器概略擺設於該兩天線之中央位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊設備，其中所述之散射器係為一金屬片，該金屬片之長度小於等於該天線模組所產生之電磁波的四分之一波長。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊設備，其中所述之散射器包含有一絕緣部，以及一依附於該絕緣部上之金屬箔，且該金屬箔之長度小於等於該天線模組所產生之電磁波的四分之一波長。
6. 一種散射器，係適用於一無線通訊設備中提高電子標籤的接收訊號強度，該無線通訊設備包含有於一傳播空間 內產生電磁波之一天線模組，以及複數個分別具有一電子標籤之物件，所述之散射器包含有：一散射器主體，係擺放於至少兩物件之間，以區隔該兩物件並形成一個隔離空間；以及一結合於該散射器主體之金屬部，係將該天線模組傳播而來之電磁波散射至所述之電子標籤，所述電子標籤吸收自該天線模組及該散射器傳播而來的電磁波功率後致能以產生一回應訊號予該天線模組。
7. 如申請專利範圍第6項所述之散射器，其中該金屬部散射該回應訊號至該天線模組，且該回應訊號由該天線模組所接收。
8. 如申請專利範圍第6項所述之散射器，其中該天線模組係包含有二分別設置於該傳播空間對向兩側之天線，且所述之散射器概略擺設於該兩天線之中央位置。
9. 如申請專利範圍第6項所述之散射器，更進一步包含有一連接於該散射器主體之絕緣掛勾，且所述物件之一側設置有一絕緣掛架，該絕緣掛勾係配設於該絕緣掛架。
10. 如申請專利範圍第6項所述之散射器，其中該散射器主體係由絕緣材質所構成，該金屬部係為一設置於該散射器主體上之金屬箔。
11. 如申請專利範圍第10項所述之散射器，其中該金屬箔之長度小於等於該天線模組所產生之電磁波的四分之一波長。