专利名称：射频识别装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频识别(RFID)，尤其涉及一种包括双重天线结构的 RFID读取器。
背景技术：
射频识别(RFID)为身分识别产业中的重要技术且具有多种应用。RFID巻 标或标号广泛用以将一物体与一识别码相关联。例如，RFID标签已用于库存 管理、建筑物的进出控制及车辆中的安全锁。储存在RFID巻标上的信息可识 别一具有唯一识别数字的库存项目或一寻求进入一具有安全防卫的建筑物的 人士。 RFID巻标可保持及发射足够信息以独特方式识别个人、包装、库存及 等同物。 一般而言，在RFID系统中，为了从RFID巻标撷取信息，一RFID 读取器可使用射频(RF)数据发射技术在短距离发送一激励信号至RFID巻标。
该激励信号可激励该巻标，该巻标进而可将己储存信息发射返回读取器。RFID 读取器接着可接收来自RFID巻标的信息并将该信息译码。
图1为一现有RFID读取器IO的示意图。参考图1， RFID读取器10—般 可包括一接收器ll、 一发射器12、 一循环器13及一天线14。天线14可耦合 至循环器13，因此由天线14接收的进入信号由循环器13导至接收器11，而 将从发射器12发射的发出信号由耦合器13导至天线14。循环器13可提供将 近20至30分贝的隔离效应，以防止输出信号进入接收器11。然而，具有相 对较高信号隔离效应的循环器13可能具有将近2.5x2.5平方公分的大小。此外， 天线14甚至可具有10x10平方公分的大小。循环器13及天线14的此等尺寸 可能妨碍RFID读取器10的精密化及微型化。随着对可携式或手持RFID读取 器的需求日益增加，可能需要其组件及装置以最小特征尺寸制造，以符合行动 性的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有双重天线结构的RFID读 取器，克服现有技术中使用循环器RFID读取器尺寸大的缺点，满足可携式或 手持RFID读取器的需求。
本发明的实施例可提供一射频识别(RFID)装置，其包含一在一基板的第一 表面上的发射器； 一在该基板的第一表面上的接收器； 一在该基板的一第二表 面上的接地区域； 一在该基板的第一表面上的第一天线，该第一天线电连接至 该接地区域且能发射发出信号；及一在该基板的第一表面上的第二天线，该第 二天线电连接至该接地区域，且能接收进入信号。
本发明的实施例可提供一射频识别(RFID)装置，其包含一在一基板的第一 表面上的第一天线； 一在该基板的第一表面上的发射器，该发射器能通过该第 一天线发射信号； 一在该基板的第一表面上的第二天线，该第二天线与该第一 天线分隔，且呈现一与该第一天线的耦合阻抗； 一在该基板的第一表面上的接 收器，该接收器能自该第二天线接收信号；及一电路，其能提供一阻抗以实质 上抵消该耦合阻抗。
本发明的实施例可提供一射频识别(RFID)装置，其包含一在一基板的第一
表面上的第一天线，该第一天线能发射发出信号； 一在该基板的第一表面上的 第二天线，该第二天线能接收进入信号，该第二天线与该第一天线分隔，且呈 现一与该第一天线的耦合阻抗；及一电路，其能提供一阻抗以实质上抵消该耦 合阻抗。
本发明的功效在于免除使用循环器造成的尺寸增大的缺点。 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1为一现有射频识别(RFID)读取器的示意图2A及图2B为分别显示根据本发明的实施例的RFID读取器的一顶部 表面及一底部表面的示意性平面图2C为在图2A及图2B中所示的RFID读取器的示意性截面图； 图3A为用于一双重天线结构的等效电路模型示意图；图3B为用于根据本发明的实施例的RFID读取器的等效电路模型示意图; 图4A所示为用于图3A中所示电路模型的散射参数(S参数)的实施例性图
图4B所示为用于图3B中所示电路模型的S参数的实施例性图表； 图5A为一能提供一负电阻的现有电路的示意性电路图； 图5B所示为图5A中所示电路的电流-电压(I-V)特征的示意性图表； 图6A为一能与根据本发明的一实施例阻抗匹配的电路的电路图；及 图6B为一能与根据本发明的另一实施例阻抗匹配的电路的电路图。 其中，附图标记
10RFID读取器
11接收器
12发射器
13循环器
14天线
20RFID读取器
21接收器
22发射器
23基板
23-1第一表面
23-2第~^表面
24接地区域
25导电迹线
26导电通道
31第一天线
32第二天线
50电路
60电路
61电路
Cl电容器
C2电容器L 电感器
R 非线性电阻器
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述 附图中将依相同组件符号以代表相同或类似的部件。
图2A及图2B为分别表示根据本发明的实施例的RFID读取器20的一顶 部表面及一底部表面的示意性平面图。参考图2A， RFID读取器20可包括一 接收器21、 一发射器22、 一能接收进入信号的第一天线31及一能发射发出信 号的第二天线32。接收器21、发射器22、第一天线31及第二天线32可形成 在一如印刷电路板的基板23的一第一表面23-1上。RFID的读取器20的双重 天线结构去除一如图1中所示的循环器13的循环器，因而可有利于縮小RFID 读取器20尺寸。 一实施例中的第一天线31及第二天线32可各自包括一芯片 天线及一平面天线之一，其可进一步有利于縮小RF读取器20的尺寸。芯片 天线可包括一陶瓷芯片天线，如一低温共烧陶瓷(LTCC)芯片天线，其可自例 如Rainsun公司(台湾)获得。该平面天线可包括一印刷天线、 一微带天线及一 片状反F天线(patched inverse-F antenna; PIFA)。
本领域技术人员将理解第一天线31及第二天线32间的距离可影响天线的 辐射模式。 一般而言，距离愈大，天线的隔离愈佳，且天线的相互耦合效应愈 少。然另一方面，当两天线间的距离增加时，RFID读取器的尺寸可能增加。 可能需要在一给定尺寸限制下达到最佳隔离。假设RFID读取器20具有实际 上将近3x3平方公分的大小，在根据本发明的一实施例中，在915百万赫兹 (MHz)的频率处操作的第一天线31及第二天线32可各自由将近2.125公分(cm)
的距离彼此分隔。
参考图2B， 一由例如金属的导电材料制成的接地区域24可在基板23的 第二表面23-2上形成。接地区域24可减轻第一天线31及第二天线32的耦合 效应。耦合效应可负面地影响天线31及32的若干特征，例如可包括辐射模式 及天线阻抗。
图2C为在图2A及2B中所示的RFID读取器20的示意性截面图。参考 图2C，第一表面23-1上的第一天线31及第二天线32可各自由第一表面23-1上的一导电迹线25，且通过基板23的一导电通道26电连接至第二表面23-2 上的接地区域24。
图3A所示为一用于双重天线结构的等效电路模型示意图。在一给定频率 处， 一类似图2A中所示的双重天线结构可视为二端口被动网络。参考图3A， 在该电路模型中，Ya可表示一第一天线及一第二天线的导纳，且Yc可表示由 于(例如)第一及第二天线间的相互耦合的耦合导纳。Ya及Yc的值可随着第一 及第二天线间的距离变化而变化。再者，用于该电路模型的Y参数(Yn、 Y12、
Y^及Y22)可定义如下。
Y,产i,/"其中V2-0(即第二天线馈入点为短路)
Y,2^/力其中vbO(即第一天线馈入点为短路)
Y2产i2/v,其中v2=0
Y22=i2/v2其中vl=0
应注意的是，对于此电路模型Y,尸Y2,。
导纳Ya、 Yc及Y参数间的关系可给定如下。
Y =Ya+Yc
Y12=Y21=-Yc
Y22:Ya+Yc:Y"
图3B为根据本发明的实施例的RFID读取器的等效电路模型示意图。参 考图3B，该电路模型可类似图3A中所示的电路模型，除了，例如， 一负导 纳-Yc为并联连接该耦合导纳Yc，以消除该耦合导纳Yc。为了决定Yc的值， 在一实施例中，Y参数可以S参数中表示以便于计算。
Y!产Z。"[(l國Su)(l+S22)+SuS2。/[(l+Sn)(l+S22)-S。S2！]
Y,2-Zo"[画2S,2]/[(l+Su)(l+S22)-S2S2]
Y2产Z。"[-2S2,]/[(l+Sn)(l+S22)-S,2S2,]
Y^Zo"[(l+Sn)(l-S22)+S^]/[(l+Su)(l+S22)-S^]
其中Zo为一具有将近50奥姆的值的特征阻抗，Sn为输入端口电压反射
系数，Si2为反向电压增益，S2,为正向电压增益，且S22为输出端口电压反射
系数。S参数的优点可展现在微波频率处的装置性能及转换成例如混合(H)或 导纳(Y)参数的其它参数的能力的完整描述中。
图4A为一显示用于图3A中所示电路模型的散射参数(S参数)的实施例性图表。参考图4A， S参数可借助于来自例如Ansoft公司(美国匹兹堡市)的 HFSS 的频谱分析器来决定。该HFSS可针对高性能电子设计支持S参数撷 取及三维(3D)电磁场模拟。例如，HFSS可支持高频及高速组件的电磁仿真， 且已广泛用于天线及RF及/或微波组件及芯片上嵌入式被动、印刷电路板(PCB) 互连件与高频集成电路(IC)封装的设计。 一旦获得S参数，可进一步得出Y参 数及Yc的值。假设一具有将近3x3平方公分大小及天线间的距离为将近2.125 公分的RFID读取器，Yc的值为将近66奥姆。
图4B为显示用于图3B中所示电路模型的S参数的实施例性图表。参考 图3B，在连接将近-66奥姆的负导纳后，可达到大于将近40分贝的电隔离， 其与一般RFID读取器所需的将近20或30分贝的隔离相比，己显示明显的改 进。负导纳可由下文讨论的非线性电路提供。
图5A为一能提供一负电阻的现有电路50的示意性电路图。参考图5A， 例如一 Chua的电路的电路50可包括两电容器C,及C2、 一电感器L及一非线 性电阻器R。由改变电路参数，可获得一非线性及混乱现象。图5B为一显示 图5A中所示电路50的电流-电压(I-V)特征的示意性图表。参考图5B，电路 50可提供一负电阻区。负电阻或负差分电阻可指一在某些电压范围中电流为 电压的一递减函数的电路组件的性质。此电压的范围为已知为一负电阻区，其 可为非线性区。Chua的电路可参考Leon Chua的"Chua电路的起源(Genesis of Chua， s Circuit)" ， AEU46, 250(1992年)。
图6A为能与根据本发明的一实施例阻抗匹配的电路60的电路图。参考 图6A，电路60可包括一例如uA741的运算放大器及相关电阻器及电容器。 图6B为一能与根据本发明的另一实施例阻抗匹配的电路61的电路图。参考 图6B，电路61可包括一类似图6A中所示电路的非线性电路，其为基于图5A 中所示的Chua的电路结构。
在说明本发明的代表性具体实施例时，本说明书可将本发明的方法及/或 制程表示为一特定的步骤次序；不过，由于该方法或制程的范围并不限于本文 所提出的特定的步骤次序，该方法或制程不应受限于所述的特定步骤次序。身 为本领域技术人员当会了解其它步骤次序也为可行的。所以，不应将本说明书 所提出的特定步骤次序视为对于申请专利范围的限制。此外，亦不应将有关本 发明的方法及/或制程的专利范围仅限制在上述的步骤次序的实施，本领域技术人员易于了解，该等次序亦可加以改变，且仍涵盖于本发明的精神与范畴之 内。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种射频识别装置，其特征在于，包含一发射器，其位于一基板的一第一表面上；一接收器，其位于该基板的第一表面上；一接地区域，其位于该基板的一第二表面上；一第一天线，其位于该基板的该第一表面上，该第一天线电连接至该接地区域且能发射发出信号；及一第二天线，其在该基板的该第一表面上，该第二天线电连接至该接地区域且能接收进入信号。
2. 根据权利要求1所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该第 二天线各自包括一芯片天线及一平面天线中之一。
3. 根据权利要求1所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该第 二天线各自包括一低温共烧陶瓷芯片天线。
4. 根据权利要求1所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该第 二天线各自包括一微带天线、 一片状反F天线及一印刷天线中之一。
5. 根据权利要求1所述的射频识别装置，其特征在于，进一步包含一能提 供一负电阻区的电路。
6. 根据权利要求5所述的射频识别装置，其特征在于，该电路包括一运算 放大器。
7. —种射频识别装置，其特征在于，包含 一第一天线，其位于一基板的一第一表面上；一发射器，其位于该基板的第一表面上，该发射器能通过该第一天线发射 信号；一第二天线，其位于该基板的第一表面上，该第二天线与该第一天线分隔， 且呈现一与该第一天线的耦合阻抗；一接收器，其位于该基板的第一表面上，该接收器能自该第二天线接收信 号；及一电路，其可提供一阻抗以实质上抵消该耦合阻抗。
8. 根据权利要求7所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该第二天线各自包括一芯片天线及一平面天线中之一。
9. 根据权利要求7所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该第 二天线各自包括一低温共烧陶瓷芯片天线。
10. 根据权利要求7所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该 第二天线各自包括一微带天线、 一片状反F天线及一印刷天线中之一。
11. 根据权利要求7所述的射频识别装置，其特征在于，该电路包括一运 算放大器。
12. 根据权利要求7所述的射频识别装置，其特征在于，进一步包含一在 该基板的一第二表面上的接地区域。
13. 根据权利要求12所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及 该第二天线各自电连接至该接地区域。
14. 根据权利要求12所述的射频识别装置，其特征在于，该接地区域包括一导电金属。
15. —射频识别装置，其特征在于，包含一第一天线，其位于一基板的一第一表面上，该第一天线能发射发出信号； 一第二天线，其位于该基板的第一表面上，该第二天线能接收进入信号， 该第二天线与该第一天线分隔，且呈现一与该第一天线的耦合阻抗；及 一电路，其能提供一阻抗以实质上抵消该耦合阻抗。
16. 根据权利要求15所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该 第二天线各自包括一芯片天线及一平面天线中之一。
17. 根据权利要求15所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该 第二天线各自包括一低温共烧陶瓷芯片天线。
18. 根据权利要求15所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该 第二天线各自包括一微带天线、 一片状反F天线及一印刷天线中之一。
19. 根据权利要求15所述的射频识别装置，其特征在于，该电路包括一运 算放大器，其能提供一负电阻区。
20. 根据权利要求15所述的射频识别装置，其特征在于，进一步包含一位 于该基板的一第二表面上的接地区域。
21. 根据权利要求20所述的射频识别装置，其特征在于，该第一天线及该 第二天线各自电连接至该接地区域。
全文摘要
本发明揭示一种射频识别(RFID)装置，其包含一在一基板的一第一表面上的发射器；一在该基板的第一表面上的接收器；一在该基板的一第二表面上的接地区域；一在该基板的第一表面上的第一天线，该第一天线电连接至该接地区域且能发射发出信号；及一在该基板的第一表面上的第二天线，该第二天线电连接至该接地区域，且能接收进入信号。
文档编号G06K19/07GK101299230SQ20081000106
公开日2008年11月5日 申请日期2008年1月18日 优先权日2007年4月30日
发明者罗永志, 钟世忠, 陈亚萍, 陈信锠 申请人:财团法人工业技术研究院