TWI478438B - 具有平面式圓極化天線之無線識別標籤 - Google Patents

Description

具有平面式圓極化天線之無線識別標籤

本揭露是有關於一種具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，特別是有關於一種可適用於多種不同耦合訊號源的無線識別標籤。

由於射頻辨識(Radio Frequency Identification；RFID)技術具有可重覆讀寫、可儲存較多資訊、無需在直視下即可讀取、可同時讀取多個識別訊號、讀取速度快、且易於實現自動化作業等特色，RFID技術被廣泛地應用於物流業以及其他各種產業上，其中尤以應用UHF頻段(860~960MHz)的RFID技術最為受到歡迎。

在UHF頻段的RFID技術中，RFID標籤通常被設計為線性極化的結構，以達到全向性輻射的特性。然而，線性極化的天線結構在讀取上然有天線極化方向對應限制的問題，因此在實用上仍存在極大的不便性。

為了解決天線極化方向的問題，業界提出了各種的方法來改良RFID天線。

例如，在中華民國專利號第I236318案中，利用兩微帶線相互垂直來獲得兩輻射體在空間上呈90度之關係，並以約1/4波長之傳輸線達到相位上差90度之效果，以實現圓極化天線之設計。然而，此天線本身需有一個接地面結構，使得其輻射場形僅能呈現單向輻射的特性，且此天線結構若設計操作於UHF頻段時，其成品尺寸將不易縮小。

鑒於以上分析，在此提供一種新的無線識別標籤，其不但具有圓極化輻射場型，且可適用於多種不同的耦合訊號源。

本發明之一方面是在提供一種具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其可適用於各種不同的耦合訊號源並提供圓極化輻射場形。

根據本發明之一實施例，此平面式圓極化天線之無線識別標籤包含導電基板以及無線識別裝置。導電基板包含第一槽孔部、第二槽孔部以及第三槽孔部。第一槽孔部係沿著與導電基板平行之第一方向延伸，其中第一槽孔部係貫穿導電基板且具有第一寬度。一第二槽孔部，沿著與導電基板平行之第二方向延伸，其中第二槽孔部係貫穿導電基板且具有第二寬度，第二方向與第一方向間具有45度至135度之夾角。第三槽孔部係設置於第一槽孔部和第二槽孔部之間，以連通第一槽孔部和第二槽孔部。第三槽孔部係貫穿導電基板且具有第三寬度。無線識別裝置係設置於第一槽孔部或第二槽孔部中。無線識別裝置係用以發射或接收一電波訊號。

由以上說明可知，本發明實施例所提供之無線識別標籤具有兩個較大尺寸之槽孔，其可各自設計成適用於不同耦合訊號源結構或無線識別標籤成品，因此在設計上可僅設計單一款槽孔輻射體，即可適用於多種耦合訊號源。再者，本發明實施例所提供之無線識別標籤可提供圓極化輻射場型，以改善訊號接收的問題。

請參照第1圖，其係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤100的結構示意圖。無線識別標籤100包含導電基板110和無線識別裝置120。導電基板110包含第一槽孔部111、第二槽孔部112以及第三槽孔部113。第一槽孔部111中和第二槽孔部112部係用以容置無線識別裝置120。使用者可根據無線識別裝置120的特性來選擇放置在第一槽孔部111中或第二槽孔部112中。導電基板110係以金屬材質所製成，例如銅、鐵等具有高導電性之金屬。

無線識別裝置120包含天線122和無線射頻辨識晶片124。在本實施例中，天線122為偶極天線，更具體而言，為間接耦合饋入天線，而無線射頻辨識晶片124則為RFID晶片(例如，具有16-130 j歐姆(ohm)之阻抗值)，用以發射或接收射頻電波訊號。

第一槽孔部111係貫穿導電基板110且沿著與導電基板平行之第一方向D1延伸。第二槽孔部112亦貫穿導電基板110且沿著與導電基板平行之第二方向D2延伸。由第1圖可看出，第一槽孔部111之延伸方向D1與第二槽孔部112之延伸方向D2之間具有一夾角。在本實施例中，延伸方向D1係垂直於延伸方向D2，即夾角為90度，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，延伸方向D1與延伸方向D2之夾角可介於45度至135度之間。另外，在本實施例中，夾角在90±10度的範圍內，皆視為延伸方向D1與延伸方向D2垂直。第三槽孔部113係貫穿導電基板且設置於第一槽孔部111和第二槽孔部112之間，以連通第一槽孔部111和第二槽孔部112。

第一槽孔部111具有第一寬度W1，第二槽孔部112具有第二寬度W2，第三槽孔部113具有第三寬度W3。在本實施例中W3係小於W1和W2，且第三槽孔部之長度為無線射頻辨識晶片124所發射之電波訊號之波長的四分之一，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，第三槽孔部113之寬度和長度可根據實際的需要來調整。

本實施例係藉由上述之槽孔形狀、位置的設計與安排來呈現出近似圓極化之輻射特性，如第2圖所示。由第2圖所示之輻射極化軸比(Axial Ratio)的分析圖可知，本實施例之無線識別標籤100具有良好的圓極化特性與圓極化可操作頻寬。此外，本實施例之無線識別標籤100前後雙向皆可輻射，相較於傳統具有接地面結構天線僅能單向輻射的特性，所設計的標籤在使用上更加便利。

另外，本實施例之阻抗調整自由度相當高。請參照第3圖，其係繪示本實施例之無線識別標籤100的天線等效電路，其中耦極天線等效電路係如第3圖左側所示耦合源(Coupling Source)部分，而輻射體之特性可等效成第2圖右側之輻射體部分，兩者間的耦合效果則可用變壓器原理來等效，即第3圖中的互感量L_x 。輻射體部分係由等效電阻R₂ 、等效電容C₂ 、等效電感L₂ 所組成。耦合源部份係由等效電容C₁₀ 、等效電感L₁₀ 、等效電阻R₁ 、等效電容C₁ 、等效電感L₁ 所組成。

對於耦合源之共振頻率而言，共振頻率f_s 可表示為，因此可透過調整偶極天線的迴圈大小(即L₁ 的值)與延伸微帶線的長短(即C₁ 的值)來控制耦合源的共振頻率f_s 的值。對於輻射體之共振頻率而言。輻射體之共振頻率f_r 可由輻射體的尺寸與槽孔樣式來決定。透過調控兩共振頻率f_s 與f_r 的相對位置，即可設計出具寬頻特性之標籤天線，同時提高標籤天線阻抗設計上的自由度，使其易與RFID晶片阻抗(在本實施例中為16-130j歐姆)共軛匹配。

另外，導電基板110之第一槽孔部111和第二槽孔部112具有不同之尺寸，其係根據使用者所欲應用的無線識別裝置120來決定。在本實施例中，第二槽孔部112係設計來容納客製化的無線識別裝置120，而第一槽孔部111則設計來容納市售的RFID標籤成品。

請參照第4圖，其係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤400的結構示意圖。無線識別標籤400係類似於無線識別標籤100，不同之處在於無線識別標籤400中的無線識別裝置420係採用市售的RFID標籤成品。為了使RFID標籤成品固定於第一槽孔部111中，本實施例利用一固定件，例如黏膠片來將RFID標籤成品之天線結構和RFID晶片固定於第一槽孔部111中，如此本實施例之無線識別標籤400可提供圓極化的輻射場型(如附件一所示)。

請同時參照第5a圖和第5b圖，第5a圖和第5b圖係繪示根據本發明實施例之導電基板510a和510b的結構示意圖。導電基板510a和510b係類似於導電基板110，但不同之處在於導電基板510a和510b之第三槽孔部513a和513b的形狀與導電基板110之第三槽孔部113的形狀不同。如第5a圖和第5b圖所示，導電基板510a之第三槽孔部513a具有多個折角，而導電基板510b之第三槽孔部513b具有弧狀結構。即便槽孔部513a、513b的形狀與槽孔部113不同，只要其長度符合1/4波長的要求，仍可使得應用導電基板510a和510b之無線識別標籤具有似圓極化之輻射特性。

請參照第6圖，其係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤600的結構示意圖。無線識別標籤600係類似於無線識別標籤100，不同之處在於無線識別標籤600中的無線識別裝置620係採用不同阻抗的RFID晶片。在本實施例中，無線識別裝置620之RFID晶片的阻抗值為27-180j歐姆。由第3圖所繪示之等效電路圖與其相關之敘述可知，即便無線識別裝置620之RFID晶片的阻抗值變更了，本實施例之無線識別標籤600仍可透過適當的槽孔設計來提供圓極化的輻射場型。

由上述說明可知，本發明實施例之無線識別標籤不但可提供圓極化之輻射場型，且其槽孔部可針對不同廠家或不同阻抗之RFID標籤晶片來設計與調整，使得所設計的槽孔輻射體可同時適用於多款RFID標籤晶片或RFID標籤成品。其次，本發明實施例之無線識別標籤可利用小尺寸之偶極天線來作為耦合訊號源，提高對天線阻抗調控之自由度，可易於設計出可與各種不同之市售RFID成品阻抗匹配之天線。再者，本發明實施例之無線識別標籤具有多樣化之生產模式，其輻射體與耦合訊號源可一體成形製作，也可採兩元件分開製作再組合應用之方式。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．無線識別標籤

110．．．導電基板

111．．．第一槽孔部

112．．．第二槽孔部

113．．．第三槽孔部

120．．．無線識別裝置

122．．．天線

124．．．無線射頻辨識晶片

400．．．無線識別標籤

420．．．無線識別裝置

510a．．．導電基板

510b．．．導電基板

513a．．．第三槽孔部

513b．．．第三槽孔部

600．．．無線識別標籤

620．．．無線識別裝置

C₁ 、C₂ 、C₁₀ 、．．．等效電容

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

L₁ 、L₂ 、L₁₀ ．．．等效電感

L_x ．．．互感量

R1、R2．．．等效電阻

W1．．．第一寬度

W2．．．第二寬度

W3．．．第三寬度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤的結構示意圖。

第2圖係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤之輻射極化軸比(Axial Ratio)的分析圖。

第3圖係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤的天線等效電路，。

第4圖係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤的結構示意圖。

第5a圖和第5b圖係繪示根據本發明實施例之導電基板的結構示意圖。

第6圖係繪示根據本發明實施例之無線識別標籤的結構示意圖。

100．．．無線識別標籤

110．．．導電基板

111．．．第一槽孔部

112．．．第二槽孔部

113．．．第三槽孔部

120．．．無線識別裝置

122．．．天線

124．．．無線射頻辨識晶片

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

W1．．．第一寬度

W2．．．第二寬度

W3．．．第三寬度

Claims (10)

1. 一種具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，包含：一導電基板，包含：一槽孔結構，由一第一槽孔部、一第二槽孔部以及一第三槽孔部所組成，其中：該第一槽孔部，沿著與該導電基板平行之一第一方向延伸，其中該第一槽孔部係貫穿該導電基板且具有一第一寬度；以及該第二槽孔部，沿著與該導電基板平行之一第二方向延伸，其中該第二槽孔部係貫穿該導電基板且具有一第二寬度，該第二方向與該第一方向間具有一夾角，該夾角之值係介於45度至135度間；以及該第三槽孔部，設置於該第一槽孔部和該第二槽孔部之間，以連通該第一槽孔部和該第二槽孔部，其中該第三槽孔部係貫穿該導電基板且具有一第三寬度；以及一無線識別裝置，用以接收或發出該電波訊號，其中無線識別裝置係設置於該第一槽孔部或該第二槽孔部中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該第三槽孔部之長度為該電波訊號之波長的四分之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該夾角之值係介於80度至100度間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該夾角之值為90度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該無線射頻辨識裝置包含：一無線射頻辨識晶片；以及一天線，電性連接至該無線射頻辨識晶片。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該天線為偶極天線。
7. 如申請專利範圍第5項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該天線為間接耦合饋入天線。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該導電基板為金屬基板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具有平面式圓極化天線之無線識別標籤，其中該導電基板為銅或鐵材質。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具有平面式圓極化 天線之無線識別標籤，更包含一固定件，用以將該無線識別裝置固定於該第一槽孔部或該第二槽孔部中，其中該固定件為一黏膠片。