专利名称：具有双端开路耦合结构的射频辨识标签天线及其设计方法
技术领域：
本发明涉及一种射频辨识(RFID)标签天线，尤其是有关于一种具有双端开路耦 合结构的宽频射频辨识标签天线。
背景技术：
无线射频识别是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数 据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。随着无线射频识别技术的普及， 许多手持式电子装置均内建有无线射频识别天线。无线射频识别天线依工作频率可分为低频天线、高频(high frequency,HF)天线、 超高频(ultra high frequency, UHF)天线以及微波(microwave)天线。低频天线的工作 频率是125KHz至134KHz，高频天线的工作频率是13. 56MHz，超高频天线的工作频率是介于 840MHz至960MHz之间，而微波天线的工作频率是2. 45GHz至5. 8GHz。一般而言，内建于手 持式电子装置中的无线射频识别天线为超高频天线而超高频无线射频识别天线是通过辐 射(radiation)的方式进行传输。美国公告号75459 案揭示一种射频辨识标签10及其阻抗匹配方法，如图1，其 具有一天线本体101及一耦合回圈102其置于一基板103上并具有两馈入点10h/102b。 所述耦合回圈102因阻抗匹配的缘故，其本身是一个小型电感，几乎不具有辐射功能，也就 是说，为顾及天线与芯片之间的阻抗匹配，需使用几乎无辐射功能的小型耦合回圈102(所 述小型耦合回圈102通常小于天线本体101的30% )使天线的输入阻抗带有足够的感抗 (inductive reactance),以消除芯片所带有的容抗(capacitive reactance),从而达成共 轭匹配，如果达成匹配其输入口(input port)反射损失(return loss)将如图Ia所示，其 阻抗特性如图2所示(其中天线的输入阻抗的实部以Ra表示，虚部以Xa表示；芯片的输入 阻抗的实部以R。表示，虚部以X。表示)。因此，本案的发明人是研究出一种新的射频辨识标签天线，尤其是有关于一种具 有双端开路耦合结构的射频辨识标签天线，是可达成与先前技术相同(或较佳)频宽表现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双端开路耦合结构的射频辨识标签天线及其设 计方法，其是一种新的UHF频段的射频辨识标签天线，是可增加频宽并提升辐射效能。本发明是关于一种双端开路耦合结构的射频辨识标签天线，其至少包含一天线本体(anntena body)，其长度约为1/2波长，是可决定一谐振(resonance) 频率；以及一耦合器，是可使天线本体所接收的射频信号耦合至芯片中；其中，所述耦合器 为双端开路的线型结构，其长度约略为1/2波长，亦可被视为一个具有辐射效能的偶极天 线。本发明是关于一种应用于一射频辨识标签的设计方法，包含以下三步骤1.所述天线的中心工作频率可通过调整天线本体的长度而决定。
2.所述天线的实部阻抗可通过调整天线本体与耦合器之间的距离，使其与芯片的 实部阻抗达成匹配。3.所述天线的虚部阻抗可通过调整耦合器的长度，使其与芯片的虚部阻抗达成共 轭匹配。为使贵审查委员对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，现配合 图示范例详细说明如后。
图1为先前技术射频辨识标签的示意图；图Ia为先前技术射频辨识标签天线的工作频宽示意图；图2为先前技术射频辨识标签天线与芯片的阻抗匹配示意图；图3为用于本发明射频辨识标签一较佳实施例示意图；图3a为用于本发明射频辨识标签另一较佳实施例示意图；图4为本发明的虚部阻抗图；图5为本发明的实部阻抗图；图6为本发明的反射损失(return loss)的信号图；图6a为用于本发明射频辨识标签另一较佳实施例示意图；图6b为用于本发明射频辨识标签另一较佳实施例示意图；以及图7为本发明以贴片天线(patch antenna)的型式实施的范例。附图标记说明10-射频辨识标签；101-天线本体；102-耦合回圈；103-基板； 301-天线本体；302-双端开路耦合器；303-基板；304-射频辨识芯片；602-耦合器； 603-天线本体；604-耦合器；605/606-双天线本体；701-芯片；702-耦合器；703-天线本 体；704-接地基板。
具体实施例方式有关本发明为达成上述目的，所采用的技术、手段及其他的功效，现举一较佳可行 实施例并配合图式详细说明如后，相信本发明上述的目的、特征及其他的优点，当可由的得 一深入而具体的了解，但本发明并非惟一的实施例，容此说明之。图3为本发明的一较佳实施例，其亦具有一天线本体301及一双端开路耦合器 302其可被置于一基板303上。天线本体301及双端开路耦合器302可以是一个偶极 (dipole)天线，但不限于偶极天线，此双端开路耦合器302的RFID标签天线，其输入口 302a/302b (input port)乃是置于耦合器302上，通常在耦合器302开路两端的中央，但也 不限于中央。图3较佳实施例所述射频辨识标签，其进一步包含一射频辨识芯片304，所述射频 辨识芯片304经由所述耦合器302上的输入口的一极30 以及输入口的另一极302b接收
或输入一射频信号。此时耦合器302可设计为围绕天线本体301，可以围绕天线本体的外缘，也可以围 绕天线本体的内缘，如图3a所示。所述天线可以工作在UHF频段及微波频段。现由图3进一步说明，为使天线的输入阻抗达成电感性时，耦合器302的总长度通常约略大于1/2波长。反之，为使天线的输入阻抗达成电容性时，耦合器302的总长度通常 约略小于1/2波长。相对于先前技术的阻抗匹配调整方法，本发明所采用的方法，在达成阻 抗匹配的同时，亦通过耦合器302本身的辐射效能，进而提高天线整体的辐射效能。所述天 线输入阻抗的电抗值(reactance)随着耦合器长度的变化而有所改变，其关系如图4所示。现由图5再进一步说明，为使天线所需阻抗的实部可达到所需电阻值 (resistance)，耦合器302与天线本体301之间的距离d越近，电阻值也就越小；距离d越 远，电阻值也就越大以达到所需阻抗的实部，其关系如图5所示。而本案相异于现有技术，乃是采用双端开路耦合器302取代耦合回圈102，而双端 开路耦合器302本身就是一个偶极天线，其辐射效果强于所述的小型耦合回圈102，因此本 发明所要求保护的具有双端开路耦合结构的射频辨识标签天线，其辐射效果及频宽表现将 不亚于甚而优于前述技术。图6本发明的反射损失(return loss)的信号图，本发明可在阻抗匹配的情况下， 达到以中心工作频率为准的30%的频宽。图4 图6的工作频率在此以超高频为例说明，但亦可由调整第一天线本体的长 度以应用于微波电路使本体工作频率是2. 45GHz至5. SGHz0其耦合器尺寸亦可随的变化在 此不再赘述。本发明的另一种实施方式，如图6a所示，其中天线本体603与耦合器602之间的 平行距离可以保持固定，然而耦合器602的两端与天线本体603的两端，其距离d是可以改 变的，改变此距离的效果与前述图3所示的实施例改变天线本体301与耦合器302之间的 平行距离效果相同。本发明亦可采用双天线本体的方式实施的，如图6b所示，其中双天线本体 605/606与耦合器604之间的平行距离可以保持固定，然而耦合器604的四个端点与双天 线本体605/606的四个端点，其距离d是可以改变的。改变此距离的效果与前述图3及图 6所示的实施例的效果相同，其中双天线本体605/606的长度可以不必完全相等，此举可以 造成双重耦合，进而增加工作频宽。上述具有双端开路耦合器302的RFID标签天线，也可 以采用具有背面接地基板(ground plane)的微带天线(micro-strip antenna)的型式实 施的；同理，上述具有双端开路耦合器302的RFID标签天线，也可以采用具有背面接地基 板704(ground plane)的贴片天线703 (patch antenna)的型式实施的，如以贴片天线703 的型式实施的，则天线本体703可以是一个贴片天线，而其耦合器702可以是一个包含芯片 701的双端开路的微带天线，如图7所示。图3、图3a、以及图6a/b中所示的“L”是指耦合器两端其长度可以被调整以达到 与耦合器上的芯片虚部阻抗匹配的参数，熟悉本项技术者可自行变化而不背离本发明的范围。本发明亦提供一种应用于一射频辨识标签的设计方法，包含以下三步骤1.提供一天线本体及一双端开路的耦合器以构成一天线；其中所述天线的中心 工作频率是由所述天线本体的长度所决定。2.所述天线的实部阻抗是通过调整天线本体与耦合器之间的距离，使其与一芯片 的实部阻抗达成匹配。3.所述天线的虚部阻抗是通过调整耦合器双端开路的长度，使其与所述芯片的虚部阻抗达成匹配。 以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等 效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，其至少包含一天线本体；以及“■華禹合器。
2.如权利要求1所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，所述天 线本体为一偶极天线。
3.如权利要求1所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，所述耦 合器是一个双端开路的耦合结构。
4.如权利要求1或3所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，进 一步包括一输入口置于所述耦合器上。
5.如权利要求1或3所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，所 述耦合器本身做为一个具有辐射效果的偶极天线。
6.如权利要求4所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，进一步 包括一芯片，其中所述芯片是置放于耦合器的输入口上。
7.如权利要第1或3所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，所 述耦合器的开路两端所内含的长度可大于1/2波长，等于1/2波长或小于1/2波长。
8.如权利要求1、2、3或6所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在 于，调整所述耦合器的开路两端所内含的长度，使输入口的输入阻抗达到所需的电抗值。
9.如权利要求1、2、3或6所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在 于，调整所述耦合器与所述天线本体之间的距离，使输入口的输入阻抗达到所需的电阻值。
10.如权利要求1、2、3或6所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在 于，所述RFID标签天线是采用微带天线或贴片天线的型式实施的。
11.如权利要求10所述的具有双端开路耦合结构的RFID标签天线，其特征在于，所述 RFID标签天线是一个贴片天线，而所述耦合器是一个双端开路的微带天线。
12.—种组成RFID标签天线的方法，其特征在于，其至少包含以下步骤(a)提供一天线本体及一双端开路的耦合器以构成一天线；其中所述天线的中心工作 频率由所述天线本体的长度所决定；(b)所述天线的实部阻抗通过调整天线本体与耦合器之间的距离，使其与一芯片的实 部阻抗达成匹配；以及(c)所述天线的虚部阻抗通过调整耦合器双端开路的长度，使其与所述芯片的虚部阻 抗达成匹配。
全文摘要
本发明是一种具有双端开路式耦合结构的射频辨识标签天线及其设计方法，尤指一种射频辨识标签天线，其结构乃是使用一个半波长双极天线与一个双端开路耦合器互相发生耦合，从而增加天线的工作频宽。射频辨识芯片设置于耦合器上，而所述耦合器为双端开路结构形态，兼具辐射效能，是可同时达成天线与芯片之间的阻抗匹配并且增进天线的辐射效能。
文档编号H01Q1/22GK102074785SQ20091022262
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者卢穗丰, 张志振 申请人:艾迪讯科技股份有限公司