專利名稱：具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的射頻辨識標(biāo)簽天線及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻辨識(RFID)標(biāo)簽天線，尤其是有關(guān)于一種具有雙端開路耦 合結(jié)構(gòu)的寬頻射頻辨識標(biāo)簽天線。
背景技術(shù)：
無線射頻識別是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù) 據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。隨著無線射頻識別技術(shù)的普及， 許多手持式電子裝置均內(nèi)建有無線射頻識別天線。無線射頻識別天線依工作頻率可分為低頻天線、高頻(high frequency,HF)天線、 超高頻(ultra high frequency, UHF)天線以及微波(microwave)天線。低頻天線的工作 頻率是125KHz至134KHz，高頻天線的工作頻率是13. 56MHz，超高頻天線的工作頻率是介于 840MHz至960MHz之間，而微波天線的工作頻率是2. 45GHz至5. 8GHz。一般而言，內(nèi)建于手 持式電子裝置中的無線射頻識別天線為超高頻天線而超高頻無線射頻識別天線是通過輻 射(radiation)的方式進(jìn)行傳輸。美國公告號75459 案揭示一種射頻辨識標(biāo)簽10及其阻抗匹配方法，如圖1，其 具有一天線本體101及一耦合回圈102其置于一基板103上并具有兩饋入點(diǎn)10h/102b。 所述耦合回圈102因阻抗匹配的緣故，其本身是一個(gè)小型電感，幾乎不具有輻射功能，也就 是說，為顧及天線與芯片之間的阻抗匹配，需使用幾乎無輻射功能的小型耦合回圈102(所 述小型耦合回圈102通常小于天線本體101的30% )使天線的輸入阻抗帶有足夠的感抗 (inductive reactance),以消除芯片所帶有的容抗(capacitive reactance),從而達(dá)成共 軛匹配，如果達(dá)成匹配其輸入口(input port)反射損失(return loss)將如圖Ia所示，其 阻抗特性如圖2所示(其中天線的輸入阻抗的實(shí)部以Ra表示，虛部以Xa表示；芯片的輸入 阻抗的實(shí)部以R。表示，虛部以X。表示)。因此，本案的發(fā)明人是研究出一種新的射頻辨識標(biāo)簽天線，尤其是有關(guān)于一種具 有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的射頻辨識標(biāo)簽天線，是可達(dá)成與先前技術(shù)相同(或較佳)頻寬表現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的射頻辨識標(biāo)簽天線及其設(shè) 計(jì)方法，其是一種新的UHF頻段的射頻辨識標(biāo)簽天線，是可增加頻寬并提升輻射效能。本發(fā)明是關(guān)于一種雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的射頻辨識標(biāo)簽天線，其至少包含一天線本體(anntena body)，其長度約為1/2波長，是可決定一諧振(resonance) 頻率；以及一耦合器，是可使天線本體所接收的射頻信號耦合至芯片中；其中，所述耦合器 為雙端開路的線型結(jié)構(gòu)，其長度約略為1/2波長，亦可被視為一個(gè)具有輻射效能的偶極天 線。本發(fā)明是關(guān)于一種應(yīng)用于一射頻辨識標(biāo)簽的設(shè)計(jì)方法，包含以下三步驟1.所述天線的中心工作頻率可通過調(diào)整天線本體的長度而決定。
2.所述天線的實(shí)部阻抗可通過調(diào)整天線本體與耦合器之間的距離，使其與芯片的 實(shí)部阻抗達(dá)成匹配。3.所述天線的虛部阻抗可通過調(diào)整耦合器的長度，使其與芯片的虛部阻抗達(dá)成共 軛匹配。為使貴審查委員對于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)目的和功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)同，現(xiàn)配合 圖示范例詳細(xì)說明如后。


圖1為先前技術(shù)射頻辨識標(biāo)簽的示意圖；圖Ia為先前技術(shù)射頻辨識標(biāo)簽天線的工作頻寬示意圖；圖2為先前技術(shù)射頻辨識標(biāo)簽天線與芯片的阻抗匹配示意圖；圖3為用于本發(fā)明射頻辨識標(biāo)簽一較佳實(shí)施例示意圖；圖3a為用于本發(fā)明射頻辨識標(biāo)簽另一較佳實(shí)施例示意圖；圖4為本發(fā)明的虛部阻抗圖；圖5為本發(fā)明的實(shí)部阻抗圖；圖6為本發(fā)明的反射損失(return loss)的信號圖；圖6a為用于本發(fā)明射頻辨識標(biāo)簽另一較佳實(shí)施例示意圖；圖6b為用于本發(fā)明射頻辨識標(biāo)簽另一較佳實(shí)施例示意圖；以及圖7為本發(fā)明以貼片天線(patch antenna)的型式實(shí)施的范例。附圖標(biāo)記說明10-射頻辨識標(biāo)簽；101-天線本體；102-耦合回圈；103-基板； 301-天線本體；302-雙端開路耦合器；303-基板；304-射頻辨識芯片；602-耦合器； 603-天線本體；604-耦合器；605/606-雙天線本體；701-芯片；702-耦合器；703-天線本 體；704-接地基板。
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明為達(dá)成上述目的，所采用的技術(shù)、手段及其他的功效，現(xiàn)舉一較佳可行 實(shí)施例并配合圖式詳細(xì)說明如后，相信本發(fā)明上述的目的、特征及其他的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)可由的得 一深入而具體的了解，但本發(fā)明并非惟一的實(shí)施例，容此說明之。圖3為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，其亦具有一天線本體301及一雙端開路耦合器 302其可被置于一基板303上。天線本體301及雙端開路耦合器302可以是一個(gè)偶極 (dipole)天線，但不限于偶極天線，此雙端開路耦合器302的RFID標(biāo)簽天線，其輸入口 302a/302b (input port)乃是置于耦合器302上，通常在耦合器302開路兩端的中央，但也 不限于中央。圖3較佳實(shí)施例所述射頻辨識標(biāo)簽，其進(jìn)一步包含一射頻辨識芯片304，所述射頻 辨識芯片304經(jīng)由所述耦合器302上的輸入口的一極30 以及輸入口的另一極302b接收
或輸入一射頻信號。此時(shí)耦合器302可設(shè)計(jì)為圍繞天線本體301，可以圍繞天線本體的外緣，也可以圍 繞天線本體的內(nèi)緣，如圖3a所示。所述天線可以工作在UHF頻段及微波頻段?，F(xiàn)由圖3進(jìn)一步說明，為使天線的輸入阻抗達(dá)成電感性時(shí)，耦合器302的總長度通常約略大于1/2波長。反之，為使天線的輸入阻抗達(dá)成電容性時(shí)，耦合器302的總長度通常 約略小于1/2波長。相對于先前技術(shù)的阻抗匹配調(diào)整方法，本發(fā)明所采用的方法，在達(dá)成阻 抗匹配的同時(shí)，亦通過耦合器302本身的輻射效能，進(jìn)而提高天線整體的輻射效能。所述天 線輸入阻抗的電抗值(reactance)隨著耦合器長度的變化而有所改變，其關(guān)系如圖4所示?，F(xiàn)由圖5再進(jìn)一步說明，為使天線所需阻抗的實(shí)部可達(dá)到所需電阻值 (resistance)，耦合器302與天線本體301之間的距離d越近，電阻值也就越??；距離d越 遠(yuǎn)，電阻值也就越大以達(dá)到所需阻抗的實(shí)部，其關(guān)系如圖5所示。而本案相異于現(xiàn)有技術(shù)，乃是采用雙端開路耦合器302取代耦合回圈102，而雙端 開路耦合器302本身就是一個(gè)偶極天線，其輻射效果強(qiáng)于所述的小型耦合回圈102，因此本 發(fā)明所要求保護(hù)的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的射頻辨識標(biāo)簽天線，其輻射效果及頻寬表現(xiàn)將 不亞于甚而優(yōu)于前述技術(shù)。圖6本發(fā)明的反射損失(return loss)的信號圖，本發(fā)明可在阻抗匹配的情況下， 達(dá)到以中心工作頻率為準(zhǔn)的30%的頻寬。圖4 圖6的工作頻率在此以超高頻為例說明，但亦可由調(diào)整第一天線本體的長 度以應(yīng)用于微波電路使本體工作頻率是2. 45GHz至5. SGHz0其耦合器尺寸亦可隨的變化在 此不再贅述。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，如圖6a所示，其中天線本體603與耦合器602之間的 平行距離可以保持固定，然而耦合器602的兩端與天線本體603的兩端，其距離d是可以改 變的，改變此距離的效果與前述圖3所示的實(shí)施例改變天線本體301與耦合器302之間的 平行距離效果相同。本發(fā)明亦可采用雙天線本體的方式實(shí)施的，如圖6b所示，其中雙天線本體 605/606與耦合器604之間的平行距離可以保持固定，然而耦合器604的四個(gè)端點(diǎn)與雙天 線本體605/606的四個(gè)端點(diǎn)，其距離d是可以改變的。改變此距離的效果與前述圖3及圖 6所示的實(shí)施例的效果相同，其中雙天線本體605/606的長度可以不必完全相等，此舉可以 造成雙重耦合，進(jìn)而增加工作頻寬。上述具有雙端開路耦合器302的RFID標(biāo)簽天線，也可 以采用具有背面接地基板(ground plane)的微帶天線(micro-strip antenna)的型式實(shí) 施的；同理，上述具有雙端開路耦合器302的RFID標(biāo)簽天線，也可以采用具有背面接地基 板704(ground plane)的貼片天線703 (patch antenna)的型式實(shí)施的，如以貼片天線703 的型式實(shí)施的，則天線本體703可以是一個(gè)貼片天線，而其耦合器702可以是一個(gè)包含芯片 701的雙端開路的微帶天線，如圖7所示。圖3、圖3a、以及圖6a/b中所示的“L”是指耦合器兩端其長度可以被調(diào)整以達(dá)到 與耦合器上的芯片虛部阻抗匹配的參數(shù)，熟悉本項(xiàng)技術(shù)者可自行變化而不背離本發(fā)明的范圍。本發(fā)明亦提供一種應(yīng)用于一射頻辨識標(biāo)簽的設(shè)計(jì)方法，包含以下三步驟1.提供一天線本體及一雙端開路的耦合器以構(gòu)成一天線；其中所述天線的中心 工作頻率是由所述天線本體的長度所決定。2.所述天線的實(shí)部阻抗是通過調(diào)整天線本體與耦合器之間的距離，使其與一芯片 的實(shí)部阻抗達(dá)成匹配。3.所述天線的虛部阻抗是通過調(diào)整耦合器雙端開路的長度，使其與所述芯片的虛部阻抗達(dá)成匹配。 以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改，變化，或等 效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，其至少包含一天線本體；以及“■華禹合器。
2.如權(quán)利要求1所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所述天 線本體為一偶極天線。
3.如權(quán)利要求1所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所述耦 合器是一個(gè)雙端開路的耦合結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或3所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，進(jìn) 一步包括一輸入口置于所述耦合器上。
5.如權(quán)利要求1或3所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所 述耦合器本身做為一個(gè)具有輻射效果的偶極天線。
6.如權(quán)利要求4所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，進(jìn)一步 包括一芯片，其中所述芯片是置放于耦合器的輸入口上。
7.如權(quán)利要第1或3所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所 述耦合器的開路兩端所內(nèi)含的長度可大于1/2波長，等于1/2波長或小于1/2波長。
8.如權(quán)利要求1、2、3或6所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在 于，調(diào)整所述耦合器的開路兩端所內(nèi)含的長度，使輸入口的輸入阻抗達(dá)到所需的電抗值。
9.如權(quán)利要求1、2、3或6所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在 于，調(diào)整所述耦合器與所述天線本體之間的距離，使輸入口的輸入阻抗達(dá)到所需的電阻值。
10.如權(quán)利要求1、2、3或6所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在 于，所述RFID標(biāo)簽天線是采用微帶天線或貼片天線的型式實(shí)施的。
11.如權(quán)利要求10所述的具有雙端開路耦合結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所述 RFID標(biāo)簽天線是一個(gè)貼片天線，而所述耦合器是一個(gè)雙端開路的微帶天線。
12.—種組成RFID標(biāo)簽天線的方法，其特征在于，其至少包含以下步驟(a)提供一天線本體及一雙端開路的耦合器以構(gòu)成一天線；其中所述天線的中心工作 頻率由所述天線本體的長度所決定；(b)所述天線的實(shí)部阻抗通過調(diào)整天線本體與耦合器之間的距離，使其與一芯片的實(shí) 部阻抗達(dá)成匹配；以及(c)所述天線的虛部阻抗通過調(diào)整耦合器雙端開路的長度，使其與所述芯片的虛部阻 抗達(dá)成匹配。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有雙端開路式耦合結(jié)構(gòu)的射頻辨識標(biāo)簽天線及其設(shè)計(jì)方法，尤指一種射頻辨識標(biāo)簽天線，其結(jié)構(gòu)乃是使用一個(gè)半波長雙極天線與一個(gè)雙端開路耦合器互相發(fā)生耦合，從而增加天線的工作頻寬。射頻辨識芯片設(shè)置于耦合器上，而所述耦合器為雙端開路結(jié)構(gòu)形態(tài)，兼具輻射效能，是可同時(shí)達(dá)成天線與芯片之間的阻抗匹配并且增進(jìn)天線的輻射效能。
文檔編號H01Q1/22GK102074785SQ20091022262
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者盧穗豐, 張志振 申請人:艾迪訊科技股份有限公司