專利名稱：供電子識(shí)別系統(tǒng)使用的混合天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線，特別是供構(gòu)成包括查詢器或閱讀器和多個(gè)發(fā)射應(yīng)答器的電子射頻識(shí)別系統(tǒng)部件的發(fā)射應(yīng)答器使用的天線。
上面提到的這種已知的電子識(shí)別系統(tǒng)包括一個(gè)查詢器，該查詢器包括將查詢信號(hào)發(fā)射到發(fā)射應(yīng)答器的發(fā)射機(jī)和從發(fā)射應(yīng)答器接收響應(yīng)信號(hào)的接收機(jī)。查詢器中的微處理器由從該發(fā)射應(yīng)答器接收的響應(yīng)信號(hào)中的數(shù)據(jù)識(shí)別特定發(fā)射應(yīng)答器(transponder)。每個(gè)發(fā)射應(yīng)答器包括一個(gè)天線和一個(gè)用于從查詢信號(hào)接收和收集電能的檢測器電路，以給出足夠高的電壓為發(fā)射應(yīng)答器的調(diào)制器和邏輯電路供電。
已知的發(fā)射應(yīng)答器中使用的天線分成兩個(gè)主要種類，即常規(guī)的線性半波長諧振偶極天線和環(huán)形天線。半波偶極天線的主要缺陷在于對(duì)許多應(yīng)用來說它太長了。環(huán)形天線的主要缺陷在于其輻射和響應(yīng)圖太依賴于附近的其它物體。在隨機(jī)排列多個(gè)發(fā)射應(yīng)答器的情況下，該依賴性可能導(dǎo)致某些發(fā)射應(yīng)答器不從查詢器接收查詢信號(hào)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種天線，申請(qǐng)人相信利用該天線可至少減輕上述缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種偶極天線，其中第一極包括一個(gè)導(dǎo)電環(huán)，第二極包括一個(gè)從環(huán)向外延伸的導(dǎo)電附件。
該環(huán)可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤罨蚪Y(jié)構(gòu)，例如圓形、橢圓形、方形、矩形等，并且環(huán)的周長最好基本等于工作頻率的二分之一波長。
該環(huán)最好為矩形形狀。
附件所具有的長度最好是上述波長的至少0.15倍并可包括其長度至少是上述波長0.15倍的直線帶。
在其它實(shí)施例中，直線帶可以更短并終接于固體導(dǎo)電扁平體或貼片(pad)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)的外形與貼片的外形相同。
天線可以圍繞通過環(huán)、附件和貼片延伸的中軸對(duì)稱。天線也可以圍繞垂直于中軸延伸的軸對(duì)稱。
可以在環(huán)的中斷處為天線設(shè)置饋電點(diǎn)。
該天線可在饋電點(diǎn)具有天線阻抗，該阻抗取決于在環(huán)上為饋電點(diǎn)選擇的位置。
該環(huán)可以包括阻抗匹配裝置。
本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括一個(gè)射頻電子識(shí)別系統(tǒng)的發(fā)射應(yīng)答器，該發(fā)射應(yīng)答器包括如上所定義的天線。包括該發(fā)射應(yīng)答器的電子識(shí)別系統(tǒng)也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參考附圖僅作為例子進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中

圖1是已知的電子射頻識(shí)別系統(tǒng)的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的混合天線第一優(yōu)選實(shí)施例的平面圖；圖3是第二實(shí)施例的平面圖；圖4是圖3中天線的三維圖。
圖5是圖4中天線的輻射圖的示意圖；圖6是與包括750歐姆的負(fù)載并聯(lián)再與1.6pf并聯(lián)的天線阻抗的電阻元件相對(duì)于頻率的曲線；和圖7是與包括具有1.6pf的750歐姆的負(fù)載并聯(lián)的天線阻抗的電阻元件相對(duì)于頻率的曲線。
圖1示出已知的電子射頻(RF)識(shí)別系統(tǒng)10。
該系統(tǒng)包括一個(gè)查詢器或閱讀器12和多個(gè)無源RF發(fā)射應(yīng)答器14.1至14.n。使用中，發(fā)射應(yīng)答器安裝在待識(shí)別的物品上。查詢器12包括一個(gè)天線16，并且每個(gè)發(fā)射應(yīng)答器，例如發(fā)射應(yīng)答器14.1包括一個(gè)襯底18，該襯底上安裝有包括該發(fā)射應(yīng)答器的集成電路的芯片20。芯片20與同樣安裝在襯底上的天線22連接。
通過使查詢器發(fā)射RF激勵(lì)信號(hào)24來識(shí)別物品。每個(gè)發(fā)射應(yīng)答器通過其天線22接收激勵(lì)信號(hào)，利用信號(hào)中的能量為芯片20上的邏輯集成電路供電，然后通過向查詢器發(fā)射或反向散射包括該發(fā)射應(yīng)答器的識(shí)別碼特征的響應(yīng)信號(hào)來響應(yīng)該激勵(lì)信號(hào)。查詢器接收該響應(yīng)信號(hào)并讀取識(shí)別碼。查詢器利用該代碼識(shí)別發(fā)射應(yīng)答器和其上安裝了該發(fā)射應(yīng)答器的物品。雖然上面描述了利用反向散射技術(shù)的無源發(fā)射應(yīng)答器，本發(fā)明也可使用其它無源發(fā)射應(yīng)答器，以及有源發(fā)射應(yīng)答器。
在本說明書的介紹中描述了常規(guī)線性半波長偶極天線22的缺陷。
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的天線26是一個(gè)偶極天線，該天線的第一極包括環(huán)28，天線的第二極包括從環(huán)向外延伸的附件30。該環(huán)的形狀為矩形并在其中的中斷處設(shè)置有饋電點(diǎn)32。環(huán)的周長為工作頻率，例如900MHz的二分之一波長(λ/2)的數(shù)量級(jí)。附件的長度l至少是上述波長的0.15倍。
圖3中設(shè)計(jì)的天線34的第二實(shí)施例包括具有矩形外形的環(huán)。在環(huán)中的中斷處設(shè)置有饋電點(diǎn)38。發(fā)射應(yīng)答器的芯片20在饋電點(diǎn)38連接到天線。該環(huán)還包括并聯(lián)阻抗匹配裝置40，以使天線的阻抗ZA與芯片上電路的輸入阻抗匹配。在其它實(shí)施例中，匹配裝置可與芯片20的輸入阻抗串聯(lián)。這種情況下，可在匹配網(wǎng)絡(luò)40與環(huán)36的頂部引線相遇的地方設(shè)置芯片20和饋電點(diǎn)38。
天線的附件42包括從環(huán)36向外延伸并終接于固體扁平體或貼片46的帶44。由于由帶44和貼片的側(cè)邊48和50一起為附件提供了至少0.15λ的有效長度le，貼片的作用是縮短天線的整個(gè)長度。與150mm的半波長偶極相比，天線34的整個(gè)長度是81mm。雖然圖3中未說明這種對(duì)稱性，天線可以圍繞通過環(huán)、帶和貼片延伸的中心垂直軸M(圖3中所示)對(duì)稱。也可圍繞與中軸垂直的軸N對(duì)稱。
圖4中沿X、Y和Z軸示出天線34的三維表示。圖5中示出天線的輻射圖，與常規(guī)的半波長偶極的相似。
參考圖4，申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)天線阻抗ZA(圖3所示)取決于饋電點(diǎn)38在環(huán)上的位置。對(duì)于圖4中的位置38.1至38.9，獲得下面的阻抗
直到位置38.6，在約870MHz處獲得諧振。對(duì)于位置38.7至38.9，在850-950MHz的頻率范圍中獲得具有電感分量的大阻抗。
因此，通過為饋電點(diǎn)38選擇合適的位置，可選擇和獲得相對(duì)容易與芯片20的高輸入阻抗匹配的大天線阻抗(例如548歐姆)。因此，該天線可與具有大于例如400歐姆的輸入阻抗的芯片匹配。
在圖6和7中示出在800MHz至1GHz的頻率范圍中天線阻抗ZA的電阻和電抗分量分別相對(duì)于頻率的曲線?？梢钥闯觯撟兓鄬?duì)較小，與常規(guī)半波長偶極相比肯定更小。因此，可以理解，根據(jù)本發(fā)明的混合天線的工作帶寬預(yù)期要比常規(guī)半波長偶極的工作帶寬更好。
應(yīng)該理解，在不脫離本該公開的范圍和精神的情況下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的天線，發(fā)射應(yīng)答器，和電子識(shí)別系統(tǒng)在細(xì)節(jié)上有許多改變。
權(quán)利要求
1.一種偶極天線，其中第一極包括一個(gè)導(dǎo)電環(huán)，第二極包括一個(gè)從環(huán)向外延伸的導(dǎo)電附件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中環(huán)的周長基本等于工作頻率的二分之一波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其中環(huán)為矩形形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)所述的天線，其中附件具有所述波長至少0.15倍的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其中附件包括長度是所述波長至少0.15倍的帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其中附件包括終接于導(dǎo)電貼片的帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其中環(huán)的外形與貼片的外形相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其中天線圍繞通過環(huán)、帶和貼片延伸的中軸對(duì)稱。
9.根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的天線，在環(huán)的中斷處包括一個(gè)饋電點(diǎn)。
10.一種包括與權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的偶極天線連接的芯片的射頻電子識(shí)別系統(tǒng)的發(fā)射應(yīng)答器。
11.一種包括一個(gè)查詢器和至少一個(gè)權(quán)利要求10所述的發(fā)射應(yīng)答器的射頻電子識(shí)別系統(tǒng)。
12.一種電子識(shí)別系統(tǒng)的發(fā)射應(yīng)答器，該發(fā)射應(yīng)答器包括一個(gè)具有輸入阻抗的芯片；和具有以一個(gè)環(huán)作為一極和從該環(huán)向外延伸的附件作為另一極的偶極天線，芯片在環(huán)中設(shè)置的饋電點(diǎn)處與天線連接，該天線在饋電點(diǎn)處具有天線阻抗并且該阻抗取決于饋電點(diǎn)在環(huán)中的位置，輸入阻抗和天線阻抗至少部分地由饋電點(diǎn)在環(huán)上的位置匹配。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射應(yīng)答器，其中天線包括與芯片的輸入阻抗并聯(lián)的阻抗匹配裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射應(yīng)答器，其中天線包括與芯片的輸入阻抗串聯(lián)的阻抗匹配裝置。
全文摘要
偶極天線34包括作為第一極的環(huán)36和以包括終接于貼片46的帶44的附件42作為第二極。環(huán)的周長是工作頻率二分之一波長的數(shù)量級(jí),附件的有效長度是該波長的至少0.15倍。偶極天線34比常規(guī)半波長偶極天線短,具有更好的頻率響應(yīng),并且天線阻抗Z
文檔編號(hào)G06K19/077GK1264932SQ00104540
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期2000年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月1日
發(fā)明者戴維·E.·普羅克特, 克里斯托弗·戈登·杰維斯·特納, 安德里斯·彼得勒斯·克朗杰·福里 申請(qǐng)人:超傳感器(私有)有限公司