專利名稱：多腔體天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用于無線電通信的天線設(shè)計(jì)，更具體地涉及用于射頻識(shí)別 (RFID)系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
無線電通信系統(tǒng)已存在一個(gè)世紀(jì)以上。在這段時(shí)間中，天線設(shè)計(jì)者已促成各種各樣的天線設(shè)計(jì)，目的是在各種操作條件下實(shí)現(xiàn)良好性能。大體上，天線設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)例如接收天線時(shí)的目標(biāo)是使得在天線上入射的電磁信號(hào)與由天線產(chǎn)生的結(jié)果電信號(hào)之間的功率傳輸最大化。功率傳輸越高，則接收到的信噪比越高，這通常帶來更好的接收器性能。同樣，在傳統(tǒng)上，無線電接收器已包括電子電路和單獨(dú)的接收天線，其通過適合的線纜連接彼此互連。在這種系統(tǒng)中，天線設(shè)計(jì)者必須考慮線纜連接和電子電路對(duì)天線的電磁行為的失真影響。近來，隨著基于集成電路技術(shù)的小型無線電系統(tǒng)的出現(xiàn)，制造所稱的射頻識(shí)別 (RFID)系統(tǒng)已成為可能，其中整個(gè)無線電接收器容納于比接收天線小得多的包裝中。在這種系統(tǒng)中，幾乎完全消除線纜連接和電子電路的失真影響允許新穎的天線設(shè)計(jì)。所稱的被動(dòng)RFID接收器可以比接收天線小得多，部分原因是其不需要電源。用于操作接收器的電力可從接收到的無線電信號(hào)自身中得到。由接收天線產(chǎn)生的信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)二極管修正以產(chǎn)生用于對(duì)接收器供電的直流(DC)電壓。理想的二極管在施加正向電壓時(shí)是完美導(dǎo)體，且在施加反向電壓時(shí)是完美絕緣體。真實(shí)二極管僅近似該行為。特別是，真實(shí)二極管在成為良導(dǎo)體之前要求有最小正向電壓。因此，在DC電壓可用于對(duì)RFID接收器供電之前，由接收天線產(chǎn)生的信號(hào)必須具有高于二極管的最小要求的電壓。
因此，與現(xiàn)有天線設(shè)計(jì)相比，被動(dòng)RFID接收器天線的設(shè)計(jì)目標(biāo)不是最大化接收到的信號(hào)功率，而是最大化接收到的信號(hào)電壓。本領(lǐng)域中公知的是，天線是互易裝置，即用作發(fā)送天線的天線也可以用作接收天線，反之亦然。此外，在用作接收天線的天線的行為和用作發(fā)送天線的同一天線的行為之間存在一一對(duì)應(yīng)。天線的該特性在本領(lǐng)域中稱為“互易性”。用作發(fā)送天線的天線接受在輸入端口施加的電信號(hào)并產(chǎn)生通過三維空間傳播的發(fā)送電磁信號(hào)。如何將這樣的發(fā)送電磁信號(hào)表示為向量空間中的向量，例如表示為球面諧波的疊加在本領(lǐng)域中是公知的。發(fā)送天線在給定頻率下的行為可以通過報(bào)告例如發(fā)送電磁信號(hào)的球面諧波分量來完全表征，該發(fā)送電磁信號(hào)是該發(fā)送天線響應(yīng)于在該頻率下向天線的輸入端口施加的測(cè)試電信號(hào)產(chǎn)生的。這樣的表征可以用于無疑義地得出同一天線在用作接收天線時(shí)的行為。在該情況下，輸入端口成為響應(yīng)于通過三維空間傳播的入射電磁信號(hào)產(chǎn)生輸出電信號(hào)的輸出端口。 入射電磁信號(hào)可以例如通過指明其球面諧波分量來表示。如本領(lǐng)域中公知，然后可以通過與同一頻率下的發(fā)送電磁信號(hào)的球面諧波分量的標(biāo)量積(scalar product)得出結(jié)果電信號(hào)?；ヒ仔缘慕Y(jié)果是，可以根據(jù)其特性將天線完全表征為發(fā)送天線或?yàn)榻邮仗炀€。當(dāng)用在一種模式中(發(fā)送或接收)時(shí)天線的完全表征唯一地且無疑義地定義當(dāng)用在另一模式中時(shí)的天線特性。例如，為了理解或測(cè)量天線的輻射模式，通?？梢暂^容易地饋送電信號(hào)到天線中， 再觀察由天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。該任務(wù)可以按實(shí)驗(yàn)方式或計(jì)算方式執(zhí)行。通過該方法獲得的天線輻射模式在該天線用作接收天線時(shí)也適用。在下文中，天線將可互換地稱為接收天線或發(fā)送天線，且為簡(jiǎn)明起見，描述在將天線應(yīng)用于發(fā)送或接收時(shí)的天線特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠理解如何將關(guān)于在一種模式(接收或發(fā)送)中使用的描述天線的內(nèi)容應(yīng)用于在另一模式中使用的同一天線。圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單極天線100。單極天線100包括單極110、接地平面 120和同軸線纜連接130。單極天線100是非常常見的一類天線并代表很多天線操作的方式。在電信號(hào)應(yīng)用于同軸線纜連接130時(shí)，電場(chǎng)出現(xiàn)在單極110和接地平面120之間。如果電信號(hào)具有所稱的天線“諧振”頻率或在該頻率附近，則該電信號(hào)的大部分功率轉(zhuǎn)化為由天線輻射的電磁信號(hào)。如果該電信號(hào)具有實(shí)質(zhì)上不同于天線諧振頻率的頻率，則相對(duì)小的一部分信號(hào)功率被輻射；大部分功率反射回同軸線纜連接中。原則上，可以制造出以多個(gè)頻率有效地進(jìn)行輻射而不顯示出諧振帶的天線。實(shí)際上，這種天線難以制造，且常使用諧振結(jié)構(gòu)(在下文中亦稱為“諧振器”)來制造有效地進(jìn)行輻射的天線。圖2示出諧振結(jié)構(gòu)200，該結(jié)構(gòu)是常用于制造現(xiàn)有技術(shù)中的天線的一種諧振結(jié)構(gòu)的示例。諧振結(jié)構(gòu)200包括以U字形彎曲的一段接線MO，并具有包括連接點(diǎn)230-1和230-2 的輸入-輸出端口 220。如圖2所示，兩個(gè)連接點(diǎn)連接到接線的兩端。諧振結(jié)構(gòu)200的諧振頻率取決于其長(zhǎng)度。該結(jié)構(gòu)可以建模為在一端(即與輸入-輸出端口 220相對(duì)的一端)短接(short)的平行雙線傳輸線(twin-lead transmission line)210。該結(jié)構(gòu)以對(duì)其傳輸線長(zhǎng)度約為波長(zhǎng)的四分之一的頻率諧振。在諧振頻率附近且在其上使諧振結(jié)構(gòu)顯示出可接受的良好性能的頻率范圍稱為“諧振帶”。諧振結(jié)構(gòu)200以類似于單極天線100方式顯示出諧振。在諧振頻率附近，由接線 240上的電壓和電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)變得更強(qiáng)，且應(yīng)用于輸入-輸出端口 220的電信號(hào)功率的較大部分被作為電磁信號(hào)輻射。因此，顯示出該行為的諧振結(jié)構(gòu)被稱為“電磁諧振”。圖3示出折疊偶極天線300，該天線是現(xiàn)有技術(shù)中一種常見類型天線的示例。折疊偶極天線300可以建模為由串聯(lián)的兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)200的實(shí)例組成。在用作發(fā)送天線時(shí)，通過平衡傳輸線320施加電信號(hào)。雖然折疊偶極天線300可以建模為由串聯(lián)的兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)200的實(shí)例組成，其在用作接收天線時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)并不是諧振結(jié)構(gòu)200的每個(gè)實(shí)例在單獨(dú)使用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)之和，因?yàn)樵谥C振結(jié)構(gòu)200的兩個(gè)實(shí)例之間存在互耦。圖4示出具有負(fù)荷元件的天線400，該天線是現(xiàn)有技術(shù)中用于RFID系統(tǒng)的一種天線的一個(gè)示例，稱為RFID標(biāo)簽。具有負(fù)荷元件的天線400包括如圖所示互相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板410-1和410-2、電連接420、連接點(diǎn)440-1和440-2，及負(fù)荷元件430。導(dǎo)電板410-1和410-2以及電連接420 —起形成諧振結(jié)構(gòu)450。負(fù)荷元件430通過連接點(diǎn)440-1和440-2接收由諧振結(jié)構(gòu)450產(chǎn)生的信號(hào)。在用于實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽時(shí)，負(fù)荷元件430相對(duì)于導(dǎo)電板410-1和410-2的尺寸較小。為了實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽，負(fù)荷元件430用作接收器和發(fā)射器兩者。特別是，在被動(dòng)RFID 標(biāo)簽中，通過稱為“調(diào)制反相散射”的技術(shù)執(zhí)行發(fā)送，其中負(fù)荷元件430控制其向接收信號(hào)提供的阻抗。調(diào)制反相散射基于下述事實(shí)在任何無線電接收器中，在接收天線上入射的一部分電磁信號(hào)被反射。反射的信號(hào)的振幅和相位取決于連接到天線端口的阻抗，從而負(fù)荷元件430通過控制其自身的阻抗來調(diào)制反射的信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案包括實(shí)現(xiàn)為諧振腔體(resonant cavities)的一對(duì)諧振結(jié)構(gòu)。 腔體由互連的導(dǎo)電材料板例如金屬箔形成。兩個(gè)腔體組合以實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)，該天線結(jié)構(gòu)在用作接收天線時(shí)具有高于現(xiàn)有技術(shù)天線的源阻抗(source impedance)。對(duì)于給定的接收信號(hào)強(qiáng)度，較高的源阻抗在天線輸出端口處產(chǎn)生較高的電壓，使得基于本發(fā)明的RFID標(biāo)簽具有較長(zhǎng)的操作距離。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括由導(dǎo)電材料諸如金屬箔制成的條帶，其中條帶的兩端折疊在條帶的中部之上。在條帶的每個(gè)折疊的端部和條帶的中部之間，有一層支撐材料，其支撐條帶并保持條帶的折疊的端部與條帶的中部相距固定距離。在條帶的一個(gè)端部和條帶的中部之間的空間體積由支撐材料占據(jù)，并形成一個(gè)電磁諧振腔體。該支撐材料還用作電介質(zhì)。負(fù)荷元件連接在條帶的兩個(gè)折疊的端部之間以形成RFID標(biāo)簽。該折疊的條帶是標(biāo)簽的天線；其與現(xiàn)有技術(shù)中RFID標(biāo)簽的天線相比具有更高的阻抗，結(jié)果是在負(fù)荷元件兩端產(chǎn)生較高電壓。對(duì)于在較大金屬物體附近使用RFID標(biāo)簽的情況，本發(fā)明的實(shí)施方案包括附加的導(dǎo)電材料板，稱為“反射器”。對(duì)于實(shí)現(xiàn)為折疊條帶的實(shí)施方案，反射器板在與折疊的端部相反的一側(cè)平行于條帶的中部放置。一層支撐材料位于反射器和條帶的中部之間并用于保持
8其間的固定距離。反射器的出現(xiàn)可以減少標(biāo)簽附近的較大金屬物體造成的對(duì)標(biāo)簽性能的干擾。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的單極天線。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中的諧振結(jié)構(gòu)。圖3示出現(xiàn)有技術(shù)中的折疊偶極天線。圖4示出現(xiàn)有技術(shù)中用于RFID標(biāo)簽的一種天線的一個(gè)示例。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第一示意實(shí)施方案的具有負(fù)荷元件的雙腔體天線。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第二示意實(shí)施方案的具有不等腔體的雙腔體天線。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第三示意實(shí)施方案的具有反射器的雙腔體天線。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第四示意實(shí)施方案的具有電介質(zhì)的雙腔體天線。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第五示意實(shí)施方案的具有多個(gè)電介質(zhì)和反射器的雙腔體天線。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的第六示意實(shí)施方案的具有延遲元件的雙腔體天線。
具體實(shí)施例方式圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第一示意實(shí)施方案的具有負(fù)荷元件的雙腔體天線500。具有負(fù)荷元件的雙腔體天線500包括如圖所示互相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電條帶510、負(fù)荷元件520，及連接點(diǎn)530-1和530-2。特別是，導(dǎo)電條帶510的兩端540-1和540-2折疊在導(dǎo)電條帶510 的中部550之上，且它們位于導(dǎo)電條帶510的中部550的同一側(cè)。兩個(gè)折疊的端部540-1 和540-2彼此不接觸。連接點(diǎn)530-1和530-2在導(dǎo)電條帶510的兩個(gè)折疊的端部540-1和 540-2 上。兩個(gè)折疊的端部540-1和540-2中的每個(gè)和導(dǎo)電條帶510的中部550 —起形成諧振腔體。這兩個(gè)腔體通過導(dǎo)電條帶510的共享的中部550電連接到一起。與現(xiàn)有技術(shù)中的折疊偶極天線300相比，具有負(fù)荷元件的雙腔體天線500具有更高的阻抗。在傳統(tǒng)的無線電系統(tǒng)中，較高的阻抗并不是優(yōu)點(diǎn)一事實(shí)上，在很多傳統(tǒng)無線電系統(tǒng)中，這是一個(gè)缺點(diǎn)一但較高的阻抗在被動(dòng)RFID標(biāo)簽中是有利的。使用導(dǎo)電條帶形成兩個(gè)腔體而不是使用通過接線形成的兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)是折疊偶極天線300和具有負(fù)荷元件的雙腔體天線500之間的顯著區(qū)別；該區(qū)別使得后一天線有利的較高阻抗。在本公開中闡述的本發(fā)明的其它示意實(shí)施方案也具有較高阻抗的優(yōu)點(diǎn)。雖然由兩個(gè)折疊的端部540-1和540-2形成的兩個(gè)腔體如圖5所示彼此相同，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用其中兩個(gè)腔體不同的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。雖然連接點(diǎn)540-1和540-2如圖5所示分別位于條帶的折疊的端部540-1和540-2 的中心附近，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用其中連接點(diǎn)處在不同位置的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。作為示例而非限制，連接點(diǎn)540-1和540-2可以位于條帶的折疊的端部540-1和M0-2的角落附近。雖然連接點(diǎn)540-1和540-2如圖5所示為直接電連接，諸如現(xiàn)有技術(shù)中所稱的“電阻性”連接，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用其中連接點(diǎn)以不同方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。作為示例而非限制，連接點(diǎn)540-1和540-2可以包括電容器或電感器或更復(fù)雜的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。雖然導(dǎo)電條帶510中出現(xiàn)折疊的部分如圖所示為半圓形的形狀，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用折疊具有不同形狀的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。作為示例而非限制，圖8在下文中示出能夠通過以不同方式折疊導(dǎo)電條帶來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第二示意實(shí)施方案的具有不等腔體的雙腔體天線600，其中兩個(gè)腔體不相同。與第一示意實(shí)施方案相同，該天線包括導(dǎo)電條帶610，其端部620和630 折疊在條帶的中部640之上。然而，折疊的端部630比折疊的端部620長(zhǎng)，且折疊的端部 630與條帶的中部640的距離650小于條帶的較短折疊的端部620與條帶的中部640之間的距離660。為了清楚顯示的目的，圖6未示出連接點(diǎn)或負(fù)荷元件。第二示意實(shí)施方案中的這種元件與第一示意實(shí)施方案中的對(duì)應(yīng)元件相同，且即使其未在圖6中示出也應(yīng)理解為有這樣的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員在查看圖5并閱讀本公開之后能夠理解如何放置連接點(diǎn)以及如何以類似于圖5中對(duì)于具有負(fù)荷元件的雙腔體天線500所示的方式將負(fù)荷元件連接到具有不等腔體的雙腔體天線600。之后，為了清楚顯示的目的，示出本發(fā)明的替代實(shí)施方案的其它附圖也將非直接地示出連接點(diǎn)或負(fù)荷元件。應(yīng)理解，連接點(diǎn)和負(fù)荷元件也出現(xiàn)在所有這樣的實(shí)施方案中，且本領(lǐng)域技術(shù)人員在查看圖5和閱讀本公開之后能夠理解如何放置連接點(diǎn)及如何在這種實(shí)施方案中以類似于圖5中對(duì)于具有負(fù)荷元件的雙腔體天線500示出的方式連接負(fù)荷元件。雖然在圖6中由于折疊的端部620和630的長(zhǎng)度不同，且由于距離650和660不同，兩個(gè)腔體彼此不同，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用其中兩個(gè)腔體以其它方式彼此不同的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。作為示例而非限制，兩個(gè)腔體的不同可以在于i.具有不同長(zhǎng)度；ii.具有不同寬度；iii.到條帶的中部具有不同距離的兩個(gè)折疊的端部；iv.由不同導(dǎo)電材料制成；v.具有不同形狀；vi.包括不同電介質(zhì)材料；vii.包括不同量的電介質(zhì)材料；viii.包括多種電介質(zhì)材料的不同組合；ix.具有不同角落；χ.具有不同地加工的邊緣；或xi. i、ii、iii、iv、ν、vi、vii、viii、ix 或 χ 的組合。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第三示意實(shí)施方案的具有反射器的雙腔體天線700。具有反射器的雙腔體天線700包括導(dǎo)電條帶710和導(dǎo)電反射器板720。導(dǎo)電條帶710根據(jù)上述第一示意實(shí)施方案或根據(jù)第二示意實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)雙腔體天線。
雖然圖7示出導(dǎo)電條帶710具有與圖5所示的導(dǎo)電條帶510相同的形狀，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用根據(jù)本發(fā)明的具有反射器的雙腔體天線的替代實(shí)施方案，其中導(dǎo)電條帶710具有與圖6所示的導(dǎo)電條帶610相同的形狀。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后還能夠理解如何制造和使用根據(jù)本發(fā)明的具有反射器的雙腔體天線的替代實(shí)施方案，其中導(dǎo)電條帶710由本公開中闡述的雙腔體天線的一個(gè)替代實(shí)施方案替代。作為示例而非限制，具有反射器的雙腔體天線的一個(gè)這種實(shí)施方案在下文中在圖9中示出。雖然導(dǎo)電反射器板720如圖所示為稍稍延伸至導(dǎo)電條帶710的輪廓之外的薄板， 如可以用金屬箔實(shí)現(xiàn)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用本發(fā)明的替代實(shí)施方案，其中導(dǎo)電反射器板720以不同方式實(shí)現(xiàn)。作為示例而非限制，導(dǎo)電反射器板可以i.比導(dǎo)電條帶710大得多；ii.是由導(dǎo)電材料制成的固體塊；iii.作為還用于提供機(jī)械支撐的金屬結(jié)構(gòu)的部分；iv.作為RFID系統(tǒng)的殼體的部分；或v. i、ii、iii 或 iv 的組合。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第四示意實(shí)施方案的具有電介質(zhì)的雙腔體天線800。具有電介質(zhì)的雙腔體天線800包括如圖所示互相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板810-1、810-2和810-3，電連接 820-1和820-2，及電介質(zhì)材料830。電連接820-1和820-2執(zhí)行與本發(fā)明的第一示意實(shí)施方案中的導(dǎo)電條帶510的曲線部分相同的功能。導(dǎo)電板810-1執(zhí)行與本發(fā)明的第一示意實(shí)施方案中的條帶550的中部相同的功能。導(dǎo)電板810-2和810-3執(zhí)行與本發(fā)明的第一示意實(shí)施方案中的條帶的折疊的端部540-1和540-2相同的功能。特別是，導(dǎo)電板810-2和810-3分別和導(dǎo)電板810-1 一起形成兩個(gè)諧振腔體。雖然導(dǎo)電板810-1、810-2和810-3及電連接820-1和820-2的組合可以通過折疊類似于導(dǎo)電條帶510的由導(dǎo)電材料制成的條帶來實(shí)現(xiàn)以圍繞電介質(zhì)材料830形成突轉(zhuǎn)彎曲，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用以不同方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。作為示例而非限制，電連接820-1和820-2可以實(shí)現(xiàn)為i.單個(gè)接線或多個(gè)接線；ii.以不同形狀彎曲的板材料的部分；iii.在沿著互連的板的邊緣上的單個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的單個(gè)或多個(gè)連接；iv.釬焊接頭、螺釘、銷或其它導(dǎo)電緊固件；v.鍍通孔；vi.i、ii、iii、iv 或 ν 的組合。此外，該電連接可以在導(dǎo)電板的一個(gè)或多個(gè)邊緣的較大或較小部分上延伸。雖然導(dǎo)電板和導(dǎo)電條帶如本公開的附圖所示為由導(dǎo)電材料諸如金屬箔制成的固體板，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用本發(fā)明的替代實(shí)施方案，其中以不同方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電板和導(dǎo)電條帶。作為示例而非限制，導(dǎo)電板或?qū)щ姉l帶可以i.是接線的網(wǎng)格，或絲網(wǎng)；
ii.由任何導(dǎo)電材料制成，諸如金屬(例如，銅、鋁)或例如導(dǎo)電墨水或?qū)щ娡苛?；iii.具有隨機(jī)或以常規(guī)模式貫穿的孔；iv.是具有一個(gè)或多個(gè)互連層的印刷電路板；V.包括切口或鋸齒狀邊緣；vi.具有存在隆起或團(tuán)塊的不平整或粗糙的表面；vii.包括電子元件，諸如電阻器、電容器或集成電路；viii.包括機(jī)械緊固件，諸如螺釘、螺母，或鉚釘；ix.包括釬焊接頭、焊接或其它電氣或機(jī)械接頭；χ.是實(shí)質(zhì)上平行于板或條帶內(nèi)的電流的主導(dǎo)方向的平行接線的陣列；xi.是 i、ii、iii、iv、ν、vi、vii、viii、ix 或 χ 的組合。雖然電介質(zhì)材料830如圖8所示占據(jù)板810-1和板810-2與810-3之間的大部分體積，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用本發(fā)明的替代實(shí)施方案，其中沒有體積或僅一部分體積由電介質(zhì)材料占據(jù)，或電介質(zhì)材料延伸到導(dǎo)電板之間的體積之外。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后還能夠理解如何制造和使用在本公開中闡述的示意實(shí)施方案的變體，其中一個(gè)或兩個(gè)腔體內(nèi)的部分或全部空間體積包括一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)材料。多種不同電介質(zhì)材料在現(xiàn)有技術(shù)中已知可用于制造諧振結(jié)構(gòu)。作為示例而非限制，電介質(zhì)材料830可以是醋酸酯、具有各種密度的ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene,即丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯)、聚亞苯基砜、聚醚砜、聚砜、PETG(Polyethylene Terephthalate Glycol,即聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯或聚乙火布ο圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第五示意實(shí)施方案的具有多個(gè)電介質(zhì)和反射器的雙腔體天線900。具有多個(gè)電介質(zhì)和反射器的雙腔體天線900包括如圖所示互相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板 810-1,810-2和810-3，電連接820-1和820-2，導(dǎo)電反射器板720，及電介質(zhì)材料930-1、 930-2 和 930-3。導(dǎo)電板810-1、810-2和810_3，電連接820_1和820-2分別與圖8中的導(dǎo)電板 810-1,810-2和810-3，電連接820-1和820-2相同。導(dǎo)電反射器板720與圖7中的導(dǎo)電板 720相同，且其提供與圖7所示的示意實(shí)施方案相同的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的第五示意實(shí)施方案中，兩個(gè)腔體內(nèi)的空間體積由兩層不同的電介質(zhì)材料930-1和930-2占據(jù)。導(dǎo)電反射器720和導(dǎo)電板810-1之間的空間體積由電介質(zhì)材料 930-3占據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用本發(fā)明的替代實(shí)施方案，其中本段所述的空間體積由在一個(gè)或多個(gè)層中或以其它幾何排列設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)材料占據(jù)。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的第六示意實(shí)施方案的具有延遲元件的雙腔體天線 1000。具有延遲元件的雙腔體天線1000包括如圖所示互相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電板810-1、810-2 和810-3，電連接820-1和820-2，電介質(zhì)材料830，負(fù)荷元件520，及延遲元件1010-1和 1010-2。導(dǎo)電板810-1、810-2和810_3，電連接820-1和820-2及電介質(zhì)材料830分別與圖 8中的導(dǎo)電板810-1,810-2和810-3，電連接820—1和820-2及電介質(zhì)材料830相同。負(fù)荷元件520與圖5中的負(fù)荷元件520相同。該示意實(shí)施方案和上述示意實(shí)施方案之間的顯著區(qū)別是負(fù)荷元件520連接到導(dǎo)電板810-2和810-3的方式。如何使用所稱的“蛇形”(serpentine)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也稱為“蜿蜒”結(jié)構(gòu)來制造延遲元件在本領(lǐng)域中是公知的。這種結(jié)構(gòu)在圖10中示出用于實(shí)現(xiàn)延遲元件 1010-1和1010-2，且可以視為具有類似于電感器或類似于延遲線的電氣行為。通過一個(gè)或兩個(gè)這種延遲元件連接負(fù)荷元件520，可以減小一個(gè)或兩個(gè)諧振腔體的長(zhǎng)度而不增加諧振頻率。這是有利的，因?yàn)槿魶]有這種延遲元件，則在其它腔體參數(shù)保持不變時(shí)減小諧振腔體的尺寸，大體上會(huì)伴隨有腔體諧振頻率的增加。雖然本公開闡述了本發(fā)明的實(shí)施方案可適用于實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠理解如何制造和使用適用于其它類型無線電通信系統(tǒng)的本發(fā)明的替代實(shí)施方案。作為示例而非限制，可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的天線有利地用于具有高輸入或輸出阻抗特征的無線電接收器或發(fā)射器。應(yīng)理解，本公開只教導(dǎo)了一個(gè)或多個(gè)示意實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)示例，且本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開之后能夠容易地想到本發(fā)明的多種變體，且本發(fā)明的范圍由本申請(qǐng)的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括在第一平面中的第一平坦導(dǎo)電材料板；在第二平面中的第二平坦導(dǎo)電材料板，所述第二平面平行于所述第一平面； 在第三平面中的第三平坦導(dǎo)電材料板，所述第三平面平行于所述第一平面并位于所述第一平面和所述第二平面之間；在所述第二板的邊緣的一部分和所述第一板之間的第一電連接；在所述第三板的邊緣的一部分和所述第一板之間的第二電連接；及連接端口，其包括在所述第二板上的第一連接點(diǎn)和在所述第三板上的第二連接點(diǎn)；其中所述第二板不與所述第三板重疊；其中所述第一平面和所述第二平面之間的距離小于(i)所述第一板的面積的平方根；( )所述第二板的面積的平方根；和(iii)所述第三板的面積的平方根；和其中所述第一平面和所述第三平面之間的距離小于(i)所述第一板的面積的平方根；( )所述第二板的面積的平方根；和(iii)所述第三板的面積的平方根。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二平面和所述第三平面是相同的平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二板的輪廓形狀不延伸超出所述第一板的輪廓形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第三板的輪廓形狀不延伸超出所述第一板的輪廓形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一板具有矩形的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，負(fù)荷元件電連接在所述第一連接點(diǎn)和所述第二連接點(diǎn)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述負(fù)荷元件包括用于對(duì)電射頻信號(hào)進(jìn)行整流的整流器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述負(fù)荷元件包括具有可控制的射頻阻抗的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述第一板和所述第二板之間的空間體積包括電介質(zhì)材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一板和所述第二板之間的空間體積包括兩個(gè)電介質(zhì)材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括在第四平面中的第四平坦導(dǎo)電材料板，所述第四平面平行于所述第一平面； 其中所述第一平面位于所述第三平面和所述第四平面之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一板和所述第四板之間的空間體積包括電介質(zhì)材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一板的輪廓形狀不延伸超出所述第四板的輪廓形狀。
14.一種天線，包括 由導(dǎo)電材料制成的條帶；其中所述條帶的第一端和相對(duì)的所述條帶的第二端折疊在所述條帶的中部之上； 其中所述條帶的折疊的第一端和第二端位于所述條帶的中部的同一側(cè)； 其中所述條帶的折疊的第一端和第二端平行于所述條帶的中部； 其中所述條帶的折疊的第一端與所述條帶的中部相距第一距離，且所述條帶的折疊的第二端與所述條帶的中部相距第二距離；其中所述第一距離和所述第二距離都小于 (i)所述條帶的長(zhǎng)度；和 ( )所述條帶的寬度；和其中所述條帶的折疊的第一端和第二端彼此不接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，所述第一距離等于所述第二距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，所述條帶的折疊的第一端具有與所述條帶的折疊的第二端相同的長(zhǎng)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，所述條帶的折疊的第一端具有與所述條帶的折疊的第二端的長(zhǎng)度不同的長(zhǎng)度。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，還包括連接端口，其包括在所述條帶的折疊的第一端上的第一連接點(diǎn)和在所述條帶的折疊的第二端上的第二連接點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，所述條帶的第一端和所述條帶的中部之間的空間體積包括電介質(zhì)材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，所述條帶的第一端和所述條帶的中部之間的空間體積包括兩個(gè)電介質(zhì)材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其特征在于，還包括平行于所述條帶的中部的平坦導(dǎo)電材料板；其中所述條帶的中部位于所述平坦導(dǎo)電材料板和所述條帶的兩個(gè)折疊的端部之間。
22.一種裝置，包括 具有連接端口的天線； 負(fù)荷元件；其中所述天線包括由導(dǎo)電材料制成的條帶；其中所述條帶的第一端和相對(duì)的所述條帶的第二端折疊在所述條帶的中部之上； 其中所述條帶的折疊的第一端和第二端位于所述條帶的中部的同一側(cè)； 其中所述條帶的折疊的第一端和第二端平行于所述條帶的中部； 其中所述條帶的折疊的第一端與所述條帶的中部相距第一距離，且所述條帶的折疊的第二端與所述條帶的中部相距第二距離；其中所述第一距離和所述第二距離都小于 (i)所述條帶的長(zhǎng)度；和(ii)所述條帶的寬度；和其中所述條帶的折疊的第一端和第二端彼此不接觸；其中所述連接端口包括在所述條帶的第一端上的第一連接點(diǎn)和在所述條帶的第二端上的第二連接點(diǎn)；和其中所述負(fù)荷元件電連接在所述第一連接點(diǎn)和所述第二連接點(diǎn)之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的天線，其特征在于，所述第一距離等于所述第二距離。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述條帶的折疊的第一端具有與所述條帶的折疊的第二端相同的長(zhǎng)度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的天線，其特征在于，所述條帶的折疊的第一端具有與所述條帶的折疊的第二端的長(zhǎng)度不同的長(zhǎng)度。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述負(fù)荷元件包括用于對(duì)電射頻信號(hào)進(jìn)行整流的整流器。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述負(fù)荷元件包括具有可控制的射頻阻抗的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述條帶的第一端和所述條帶的中部之間的空間體積包括電介質(zhì)材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述條帶的第一端和所述條帶的中部之間的空間體積包括兩個(gè)電介質(zhì)材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述連接端口還包括與所述第一連接點(diǎn)串聯(lián)的至少一個(gè)延遲元件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述延遲元件具有蛇形結(jié)構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述延遲元件為電感器。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，還包括平行于所述條帶的中部的平坦導(dǎo)電材料板；其中所述條帶的中部位于所述平坦導(dǎo)電材料板和所述條帶的兩個(gè)折疊的端部之間。
34.一種裝置，包括 由導(dǎo)電箔制成的條帶； 負(fù)荷元件；其中所述條帶的第一端和相對(duì)的所述條帶的第二端折疊在條帶的中部之上； 其中所述條帶的折疊的第一端和第二端位于所述條帶的中部的同一側(cè)； 其中所述條帶的折疊的第一端和第二端平行于所述條帶的中部； 其中所述條帶的折疊的第一端與所述條帶的中部相距第一距離，且所述條帶的折疊的第二端與所述條帶的中部相距第二距離；其中所述第一距離至少為3毫米且最多為10毫米，且所述第二距離至少為3毫米且最多為10毫米；其中所述條帶的長(zhǎng)度至少為200毫米且最多為300毫米； 其中所述條帶的寬度至少為6毫米；其中所述負(fù)荷元件通過兩個(gè)電阻性電連接電連接在所述條帶的兩個(gè)折疊的端部之間。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的天線，其特征在于，所述第一距離等于所述第二距離。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電箔包括銅或鋁，或?qū)щ娔?br> 37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)電阻性電連接中的至少一個(gè)包括延遲元件。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述延遲元件具有蛇形結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述負(fù)荷元件包括諧振結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，還包括平行于所述條帶的中部的平坦導(dǎo)電表面；其中所述平坦導(dǎo)電表面的材料和所述條帶的兩個(gè)折疊的端部位于所述條帶的中部的相反側(cè)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于，所述平坦導(dǎo)電表面是為所述裝置提供機(jī)械支撐的結(jié)構(gòu)的部分。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于，所述平坦導(dǎo)電表面是殼體結(jié)構(gòu)的部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)的天線，其包括一對(duì)諧振腔體。該天線是通過將由導(dǎo)電材料諸如金屬箔制成的條帶的端部折疊在條帶的中部之上來實(shí)現(xiàn)的。該天線與用在RFID系統(tǒng)中的現(xiàn)有技術(shù)天線相比產(chǎn)生較高電壓，且其能夠使RFID系統(tǒng)具有改進(jìn)的范圍。在替代實(shí)施方案中，該天線包括反射器，該反射器允許RFID系統(tǒng)更好地容許附近的金屬物體的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L35/00GK102318095SQ201080007691
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者威廉·N·卡爾 申請(qǐng)人:威廉·N·卡爾