TWI414107B - 天線 - Google Patents

Description

天線

本發明係有關於一種天線，尤其是指一種可適用於射頻辨識系統讀取機或手持式讀取機之天線者。

按，科技進步的腳步日新月異，溝通方式從短距離到遠距離，從有線傳輸到無線傳輸，就如同在十幾年前，人與人之間的溝通聯絡還是停留在以市內電話、公共電話等為主，然而在十幾年後的今天，行動電話幾乎已成了我們生活中一個不可或缺的基本要素；射頻辨識系統(Radio Frequency Identification System簡稱RFID)是一種利用RF電波來做物件辨識的技術，射頻辨識系統的出現，使我們的生活方式又將漸漸改變，並會從各方面帶來更多的便利。在實際的應用方面其可以作為商品、貨物、人員、動物的追蹤，倉儲和物流的管理或IC卡的資料存取等，整個RFID系統主要由讀取機(Read)、標籤(Tag)以及主電腦(Host)應用系統所組成，在整個系統中天線是負責資料發射及讀取接收的重要媒介之一，若需要具備高傳輸率以及預防錯誤資料的傳輸則必須要有效能高並且可靠性高的天線來做為搭配使用。此外，利用RF電波完成資料傳輸讀取、物件辨識，不但能縮短作業的時間，也能降低成本，帶來更大的經濟效應，在2003年RFID被列為21世紀十大重要技術之一，而為了使RFID系統能發揮更大的效能與帶來更大的便利，全世界的研究單位對這項技術的研究是一直持續不斷的進行著。

目前RFID系統中所使用之讀取機多為固定式，而手持式讀取機設計可增加人員在商品及倉儲管理上的便利性及移動性，而現階段所被提出之讀取機天線則因體積過大而不利攜帶，例如：我國公開號第200812150號之「多頻操作之內藏式蜿蜒迴圈天線」、第200814433號之「雙頻環形天線」、第200820491號之「電磁相容之內藏式多頻蜿蜒迴圈天線」及證書號第I270235號「高增益迴圈天線」。

本發明之主要目的，係提供一種可適用於射頻辨識系統讀取機或手持式讀取機之天線，此天線具備了大操作頻寬、簡單的主體架構、低廉的製作成本、容易製作以及優異的輻射場型等優點。

本發明之天線是利用迴路天線為基礎架構來進行設計及製作，並且在天線輻射主體上使用彎折的方式設計其電流路徑，以求進一步縮小其天線輻射主體之尺寸，且在操作頻帶方面，經由實驗結果可以證實此天線在最佳化參數之下，其10dB阻抗頻寬為860~972MHz，使得此天線在應用上足以符合各地區之UHF頻段(864~956MHz)的操作頻帶，而阻抗匹配之表現也有接近20dB的反射損耗(Return loss)，在輻射場型方面，此天線也具有良好的輻射場型，同時，此天線不僅具有簡單的主體架構、低廉的製作成本以及容易製作之外，其整體尺寸更僅僅只有45×90×0.8mm³ ，因此該天線之大小尺寸在應用上除了適合使用在射頻辨識系統讀取機上更適合使用在手持式讀取機上。

為令本發明之技術手段、發明目的及達成功效有更完整及清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱揭示之圖式及元件符號。

請參第一圖~第三圖，其揭示本發明之天線結構。該天線(A)具有一基板(1)，該基板(1)包括有第一表面(11)及相對該第一表面(11)的第二表面(12)，於該第一表面(11)上設有一微帶線(2)，該微帶線(2)的終端連接一天線輻射主體(3)，該天線輻射主體(3)包括有來回彎折交叉設計之第一彎折段(31)與第二彎折段(32)，該第一彎折段(31)與第二彎折段(32)相對應，再於天線輻射主體(3)的末端連接一第一接地面(4)；另，在基板(1)的第二表面(12)上、且是相對微帶線(2)的位置處具有第二接地面(5)；又，於基板(1)的一端設置一信號饋入部(6)作為信號輸入端，且該信號饋入部(6)連接微帶線(2)與第二接地面(5)；據此，形成一以迴路天線作為主要架構、且使用全波長共振電流路徑之天線(A)。

其中，上述基板(1)為一玻璃纖維基板【FR4】，其相對介電常數為εr=4.4，損耗正切為0.0245，厚度為0.8mm，長×寬之尺寸為90×45mm² (Lsub×Wsub)。

其中，上述微帶線(2)之長度(Lf)為57mm、寬度(Wf)為1.5mm。又，該信號饋入部(6)為一50Ω的SMA接頭。

其中，該第一接地面(4)之尺寸為8.5×6mm² [長(Ls)×寬(Ws)]；該第二接地面(5)之尺寸為50×45mm² [長(Lg)×寬(Wsub)]。

其中，天線輻射主體(3)之第一彎折段(31)與第二彎折段(32)具有橫向段落(311)、(321)及直向段落(312)、(322)，令該橫向段落(311)、(321)之寬度參數為L₁ ，直向段落(312)、(322)之寬度參數為W₁ ，而第一接地面(4)之寬度為Ws，該參數W₁ 、L₁ 及Ws是分別作為調整天線(A)之阻抗匹配的用途。

第四圖為天線之實測反射損耗，當天線在W₁ =4.5mm、L₁ =3.5mm以及Ws=4mm時，天線可以得到約為860～972MHz之操作頻帶，第五圖為操作頻率900MHz之x-z平面和y-z平面模擬輻射場形圖。

由於本發明之天線具有良好的阻抗匹配，同時也具有約860～972MHz之頻寬，在實際應用方面可以符合各地區之UHF頻段，且具有良好之輻射場型，而其尺寸更是適合使用在手持式讀取機裝置上，加上體積輕巧以及架構簡單，讓製作上的成本得以大幅降低，改善過去RFID高成本之隱憂。

以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(A)．．．天線

(1)．．．基板

(11)．．．第一表面

(12)．．．第二表面

(2)．．．微帶線

(3)．．．天線輻射主體

(31)．．．第一彎折段

(311)．．．橫向段落

(312)．．．直向段落

(32)．．．第二彎折段

(321)．．．橫向段落

(322)．．．直向段落

(4)．．．第一接地面

(5)．．．第二接地面

(6)．．．信號饋入部

第一圖：本發明天線立體結構圖

第二圖：本發明天線俯視圖

第三圖：本發明天線仰視圖

第四圖：本發明天線之實測反射損耗圖

第五圖：本發明天線在頻率為900MHz之(a)x-z平面和(b)y-z平面模擬輻射場形圖

(A)．．．天線

(1)．．．基板

(11)．．．第一表面

(12)．．．第二表面

(2)．．．微帶線

(3)．．．天線輻射主體

(31)．．．第一彎折段

(311)．．．橫向段落

(312)．．．直向段落

(32)．．．第二彎折段

(321)．．．橫向段落

(322)．．．直向段落

(4)．．．第一接地面

(5)．．．第二接地面

(6)．．．信號饋入部

Claims (7)

1. 一種天線，其具有一基板，該基板包括有第一表面及相對該第一表面的第二表面，於該第一表面上設有一微帶線，該微帶線的終端連接一天線輻射主體，該天線輻射主體包括有來回彎折交叉之相對應的第一彎折段與第二彎折段，再於天線輻射主體的末端連接一第一接地面；在基板的第二表面上、且是相對微帶線的位置處具有第二接地面，並於基板上設連接微帶線與第二接地面的信號饋入部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該基板為一玻璃纖維基板。
3. 如申請專利範圍第2項所述之天線，其中，該基板相對介電常數為εr=4.4，損耗正切為0.0245，厚度為0.8mm，長×寬之尺寸為90×45mm² (Lsub×Wsub)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該微帶線之長度(Lf)為57mm、寬度(Wf)為1.5mm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該信號饋入部為一50Ω的SMA接頭。
6. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該第一接地面之尺寸為8.5×6mm² 〔長(Ls)×寬(Ws)〕。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該第二接地面之尺寸為50×45mm² 〔長(Lg)×寬(Wsub)〕。