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具有折疊偶極天線的rfid標(biāo)簽的制作方法

文檔序號(hào):6868041閱讀:295來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:具有折疊偶極天線的rfid標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電路陣列。
此外,本發(fā)明涉及電路陣列的制造方法。
背景技術(shù)
尤其在服務(wù)部門、后勤領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的重要性顯著增長(zhǎng)。因此,在這些領(lǐng)域或其他領(lǐng)域中,自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)得到越來(lái)越多的實(shí)施,而且在將來(lái)可能會(huì)取代條形碼系統(tǒng)。識(shí)別系統(tǒng)的其他應(yīng)用與人和動(dòng)物的識(shí)別相關(guān)。
特別地,例如異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)系統(tǒng)之類的無(wú)接觸識(shí)別系統(tǒng)適合以快速方式和無(wú)電纜連接方式的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,而電纜連接可能帶來(lái)干擾。特別是在高頻域中,這種系統(tǒng)利用電磁波的發(fā)射和吸收。具有低于大約800MHz的工作頻率的系統(tǒng)通常以線圈的電感耦合為基礎(chǔ),利用電容器是線圈達(dá)到諧振狀態(tài),因而也只適合于上限距離為一米的短距離通信。
由于物理邊界條件,具有800MHz或更高工作頻率的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)特別適合幾米距離上的數(shù)據(jù)傳輸。這些系統(tǒng)就是所謂的RFID系統(tǒng)(“射頻識(shí)別”)。RFID系統(tǒng)可區(qū)分為兩類,即有源RFID系統(tǒng)(具有其自身包括的電源器件,例如電池)和無(wú)源RFID系統(tǒng)(其中電源是基于天線吸收的電磁波而實(shí)現(xiàn)的,由包括在RFID中的整流器子電路對(duì)天線中接收到的交變電流進(jìn)行整流,產(chǎn)生直流電流)。此外,半有源(半無(wú)源)系統(tǒng)是可用的,它們是被動(dòng)激活的,并在需要時(shí)(例如為了傳輸數(shù)據(jù))使用電池。
異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)或者RFID標(biāo)簽包括半導(dǎo)體芯片(具有集成電路)和高頻天線,在半導(dǎo)體芯片中數(shù)據(jù)可以被編程及被重新寫入,高頻天線與使用的工作頻段匹配(例如,在美國(guó)為902MHz到928MHz頻段,在歐洲為863MHz到968MHz頻段,或ISM頻段(“工業(yè),科學(xué),醫(yī)療”),比如2.4GHz到2.83GHz)。除RFID標(biāo)簽以外,RFID系統(tǒng)還包括讀取設(shè)備和系統(tǒng)天線,該系統(tǒng)天線使RFID標(biāo)簽和讀取設(shè)備之間能夠進(jìn)行雙向無(wú)線數(shù)據(jù)通信。此外,輸入/輸出設(shè)備(例如計(jì)算機(jī))可以用于控制讀取設(shè)備。
半導(dǎo)體芯片(IC,集成電路)與高頻天線直接耦合(例如通過(guò)引線接合、倒裝芯片封裝),或作為SMD(“表面貼裝器件”)器件(例如TSSOP,“薄型小尺寸封裝”)安裝到高頻天線。半導(dǎo)體芯片和高頻天線設(shè)置在載體基板上,該載體基板可以由塑料材料制成。該系統(tǒng)也可以制造在印制電路板(PCB)上。
為了提高此類異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的效率,應(yīng)該使用高效的天線。此外,在天線與半導(dǎo)體芯片之間能量反射應(yīng)盡可能低。這可以通過(guò)匹配半導(dǎo)體芯片的電磁特性與天線的電磁特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果半導(dǎo)體芯片的阻抗值Zchip是天線阻抗值Zantenna的復(fù)共軛,則可以進(jìn)行最大量的能量傳輸Zchip=Z*antenna(1)Rchip+jXchip=Rantenna-jXantenna(2)在方程(2)中,Rchip表示半導(dǎo)體芯片的歐姆電阻,j是虛數(shù),Xchip表示半導(dǎo)體芯片的(電感性和電容性)電抗。Rantenna表示天線的歐姆電阻,Xantenna表示天線的(電感性和電容性)電抗。
正如方程(1)和(2)所示,為了適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ洌雽?dǎo)體芯片和天線的復(fù)數(shù)阻抗的實(shí)部絕對(duì)值應(yīng)當(dāng)是相等的,并且上述復(fù)數(shù)阻抗的虛部絕對(duì)值也應(yīng)當(dāng)是相等的,即半導(dǎo)體芯片的電抗應(yīng)當(dāng)是天線電抗的復(fù)共軛。
根據(jù)半導(dǎo)體芯片的制造過(guò)程,半導(dǎo)體芯片的阻抗通常是由電容性貢獻(xiàn)支配的,也就是說(shuō)虛部Xchip通常為負(fù)。因此,為了設(shè)計(jì)有效的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)天線,天線的電抗應(yīng)當(dāng)是由電感性貢獻(xiàn)支配的,也就是說(shuō)電抗Xantenna應(yīng)該為正,并且它的絕對(duì)值應(yīng)該與半導(dǎo)體芯片的復(fù)數(shù)阻抗的虛部相等。如果是這種情況,并且如果兩個(gè)實(shí)部Rchip和Ranenna相等的條件成立,那么就實(shí)現(xiàn)了有效的能量匹配,并且可獲得半導(dǎo)體芯片和天線之間的高能量傳輸。因此,為了設(shè)計(jì)有效的天線,天線阻抗的實(shí)部和虛部應(yīng)當(dāng)與半導(dǎo)體芯片的給定阻抗相匹配。
US 6,097,347和US 6,028,564分別公開了在射頻標(biāo)簽的傳統(tǒng)線性偶極天線中設(shè)置一個(gè)或者更多的短截線(stub),以調(diào)整天線輸入阻抗的虛部。此外在鄰近天線元件處以一定間距放置一個(gè)或更多連接條(loadingbar),其中通過(guò)調(diào)整連接條來(lái)改變天線輸入阻抗的實(shí)部。所以,US6,097,347和US 6,028,564分別公開了通過(guò)提供附加元件來(lái)匹配傳統(tǒng)偶極天線的電抗的過(guò)程(可能),因而射頻標(biāo)簽的制造成本增加。US 6,100,840和US 6,140,146也公開了類似構(gòu)思。
此外,US 5,528,222公開了一種射頻標(biāo)簽,該射頻標(biāo)簽具有連接到折疊偶極天線的半導(dǎo)體電路。
然而,根據(jù)US 5,528,222的射頻標(biāo)簽有缺點(diǎn),即對(duì)于流經(jīng)折疊偶極天線的直流電流,該折疊偶極天線形成短路。在將整流單元設(shè)置在該半導(dǎo)體芯片中以向半導(dǎo)體芯片的集成電路元件提供直流電壓來(lái)作為電源的情況下,US 5,528,222公開的射頻標(biāo)簽遭受的缺點(diǎn)是,半導(dǎo)體芯片的兩個(gè)連接對(duì)于流經(jīng)天線的任何直流電流是短路的,而這一事實(shí)對(duì)直流電流或電壓的產(chǎn)生造成不利影響。所以,具有折疊偶極天線的無(wú)源射頻標(biāo)簽不能為半導(dǎo)體芯片的集成電路元件可靠地提供直流電流功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于折疊偶極天線的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī),其中異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的供能以可靠的方式實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,提供一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的電路陣列和電路陣列制造方法。
本發(fā)明的電路陣列包括基板和設(shè)置在基板上和/或基板中的導(dǎo)電折疊偶極天線,該折疊偶極天線具有第一天線連接和第二天線連接。折疊偶極天線具有斷開部分,該斷開部分將折疊偶極天線分割為第一天線部分和第二天線部分,從而在第一天線部分和第二天線部分之間的斷開部分處形成電容。
此外,本發(fā)明提供了一種制造電路陣列的方法,其中該方法包括步驟在基板上和/或基板中形成導(dǎo)電折疊偶極天線,折疊偶極天線形成為具有第一天線連接和第二天線連接。折疊偶極天線形成為具有將天線分割為第一天線部分和第二天線部分的斷開部分,從而在第一天線部分和第二天線部分之間的斷開部分處形成電容。
根據(jù)本發(fā)明,特有的特征尤其具有以下的優(yōu)點(diǎn),即折疊偶極天線在機(jī)械上是斷開的,以對(duì)第一天線部分和第二天線部分進(jìn)行歐姆去耦合,也就是說(shuō)通過(guò)斷開天線結(jié)構(gòu),防止直流電流從第一天線部分流到第二天線部分。所以,在折疊偶極天線的斷開處形成電容。這樣的斷開具有避免第一天線連接和第二天線連接之間直流短路的效果。折疊偶極天線的第一天線連接和第二天線連接優(yōu)選地配置為集成電路的第一集成電路連接(可能設(shè)置在基板上和/或基板中)可與第一天線連接相連,第二集成電路連接可與第二天線連接相連。所以,通過(guò)在折疊偶極天線中形成的電容,防止了直流電流在可能設(shè)置集成電路的兩個(gè)連接之間流動(dòng)。通過(guò)采取該措施,因?yàn)楸苊饬耸拐麟娐返膬蓚€(gè)連接處于相同電勢(shì),所以可以使整流子電路(經(jīng)常包括在集成電路中,用于對(duì)交變電壓進(jìn)行整流以產(chǎn)生直流電壓,作為集成電路元件的電源)能夠以有效的方式工作。根據(jù)本發(fā)明,組成折疊偶極天線的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在機(jī)械上分成兩個(gè)分離的天線部分,從而第一天線部分和第二天線部分的鄰接部分形成電容。直流電流不能夠通過(guò)斷開部分。然而,斷開部分對(duì)于高頻電壓來(lái)說(shuō)幾乎是短路,所以允許斷開的偶極天線完成其天線功能。
本發(fā)明的電路陣列也可以表示為異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)設(shè)備,也可以有利地實(shí)現(xiàn)為無(wú)源(或半無(wú)源或半有源)射頻標(biāo)簽。
具有內(nèi)部集成電容的折疊偶極天線可以采用非常小的尺寸來(lái)制造。因此,電路陣列可以用低廉的成本制造,并且也適合作為有競(jìng)爭(zhēng)性的RFID標(biāo)簽。
對(duì)于很多在(無(wú)源)異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)中實(shí)現(xiàn)的集成電路,框架條件是對(duì)于該異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的天線,不允許有直流電流短路。這應(yīng)用在以整流器子電路作為DC電源的集成電路中。不允許有DC短路的原因是因?yàn)榧呻娐芳軜?gòu)常常包括位于芯片輸入部分內(nèi)的整流子電路,以提供集成電路部件(例如,存儲(chǔ)器子電路)的DC電壓電源。本發(fā)明的電路陣列的功能對(duì)任何由不足內(nèi)部電源引起的失真有很強(qiáng)的忍耐性。所以,本發(fā)明克服了折疊偶極天線的DC電壓短路的問(wèn)題。
在彼此以表面面積A相對(duì)并通過(guò)其中可以設(shè)置介電常數(shù)是ε0εr的電介質(zhì)的距離而分離的兩個(gè)天線部分之間的斷開部分,形成如方程(3)所示的電容CC=ε0εrA/d(3)參考從屬權(quán)利要求,下文中將進(jìn)一步的描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
接下來(lái),將描述本發(fā)明的電路陣列的優(yōu)選實(shí)施例。這些實(shí)施例也可以應(yīng)用于電路陣列的制造方法。
電路陣列可以包括在第一天線部分和第二天線部分之間的介電材料。通過(guò)采用這種措施,在第一天線部分和第二天線部分之間的斷開部分處形成的電容值增加,從而改善器件的電容性耦合。介電材料可以是高介電率(k)材料(例如氧化鋁,Al2O3),即,高介電常數(shù)的材料。介電材料也可以是鐵電材料或半導(dǎo)體材料,例如導(dǎo)電率小于金屬導(dǎo)電率的材料。
本發(fā)明的電路陣列可以包括配置在斷開部分內(nèi)的電容器器件,該電容器器件具有連接到第一天線部分的第一電容連接和連接到第二天線部分的第二電容連接。換句話說(shuō),例如SMD電容器(“表面貼裝器件”)之類的電容器組件可以設(shè)置為包括在斷開部分內(nèi)的分離元件。通過(guò)設(shè)置形成電容器的分離元件,可以較高精度將電容值調(diào)整到所需值。
電容可以形成在第一天線部分與第二天線部分交迭的部分中,第一天線部分與第二天線部分設(shè)置為相隔一定距離。通過(guò)以交迭方式設(shè)置第一天線部分和第二天線部分,可以增加形成電容C的電容器的面積A,從方程式(3)可見。
特別地,第一天線部分可以與第二天線部分交迭,從而斷開部分位于第一天線部分的交迭部分的上面和第二天線部分的交迭部分的下面。根據(jù)上述實(shí)施例,在交迭部分(面積A)處,將垂直堆疊層設(shè)置在基板上和/或基板中,其中第一天線部分的交迭部分和第二天線部分的交迭部分之間的中間層可以由具有非常高相對(duì)介電常數(shù)εr的材料制成。這樣產(chǎn)生了電容值C增加的結(jié)果,見方程(1)。電容值C的進(jìn)一步增加可以由形成中間層以使其具有足夠小的厚度d來(lái)實(shí)現(xiàn)。
作為上述實(shí)施例的可選方案,第一天線部分可以與第二天線部分在與基板主表面平行的平面中交迭?;逯鞅砻婵梢远x為在其上或其中設(shè)置有折疊偶極天線和集成電路的基板表面。特別地,斷開部分可以實(shí)質(zhì)上具有直線形狀或非直線形狀,例如曲線形狀或螺旋形狀。斷開部分的任何其他的幾何形狀都是有可能的。斷開部分的長(zhǎng)度越大,產(chǎn)生的電容越高,因此電容性耦合越好(參考方程(3))。
類似曲線的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)設(shè)置第一天線部分和第二天線部分為交指型結(jié)構(gòu)而獲得,例如每個(gè)都具有手指形的彼此互鎖的子結(jié)構(gòu)。螺旋形狀的斷開部分可以通過(guò)設(shè)置第一天線部分和第二天線部分的端部為螺旋形狀而實(shí)現(xiàn),其中構(gòu)造的兩個(gè)螺旋彼此嵌入。
此外,本發(fā)明的電路陣列可以具有設(shè)置在斷開部分之上或者之下的由導(dǎo)電材料制成的浮置結(jié)構(gòu)。在浮置的金屬化結(jié)構(gòu)設(shè)置在電容性耦合區(qū)域附近,即在斷開部分的附近的情況下,電容性耦合可以被更改,特別是被加強(qiáng)。在本文中,“浮置”表示浮置結(jié)構(gòu)不會(huì)被拉到限定的電勢(shì)上,而是與其環(huán)境電隔離,從而其電勢(shì)自由浮動(dòng)。
斷開部分可以設(shè)置在折疊偶極天線中使得第一天線部分與第二天線部分相對(duì)稱排列的位置處。這種對(duì)稱的配置特別簡(jiǎn)化了阻抗匹配,即,匹配集成電路的阻抗與折疊偶極天線的阻抗,以優(yōu)化集成電路和折疊偶極天線之間的能量傳輸。
電路陣列優(yōu)選地包括設(shè)置在基板上和/或基板中的集成電路,該集成電路具有連接到第一天線部分的第一集成電路連接和連接到第二天線部分的第二集成電路連接。
電路陣列的集成電路可以包括已適配和連接的整流器子電路,以便整流器子電路對(duì)折疊偶極天線中提供的交變電壓進(jìn)行整流,以產(chǎn)生直流電壓。當(dāng)使用本發(fā)明的電路陣列作為異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)時(shí),電磁波可以由折疊偶極天線接收。這樣吸收的電磁波在類似線圈的天線中產(chǎn)生交變電流。這種折疊偶極天線中的交變電流可以用作驅(qū)動(dòng)集成電路(例如,存儲(chǔ)器,處理裝置等)中的集成電路元件的電能源。然而,這種集成電路元件通常需要DC電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。所以,整流器子電路可以將天線吸收的交變電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。
電路陣列的第一天線部分實(shí)質(zhì)上可以設(shè)置為U形,第二天線部分實(shí)質(zhì)上也可以設(shè)置為U形。兩個(gè)U形天線部分可以裝配成兩個(gè)U形結(jié)構(gòu)的開口部分彼此相鄰,從而形成類似環(huán)形的折疊偶極天線。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例,本發(fā)明的電路陣列可以具有包括第一分支部分、第二分支部分和連支部分的第一天線部分,其中第一分支部分通過(guò)連支部分與第二分支部分相連,第一分支部分還與第一集成電路連接相連。此外第二天線部分可以包括第一分支部分、第二分支部分和連支部分,其中第一分支部分通過(guò)連支部分與第二分支部分相連,第一分支部分還與第二集成電路連接相連。第一天線部分的第二分支部分可以通過(guò)斷開部分與第二天線部分的第二分支部分分離。
優(yōu)選地,第一天線部分和第二天線部分的第一分支部分和第二分支部分沿與第二方向垂直的第一方向?qū)R,第一分支部分垂直于第二分支部分排列,第一天線部分和第二天線部分的連支部分沿第二方向?qū)R。
優(yōu)選地,折疊偶極天線的材料和/或尺寸配置為使折疊偶極天線的阻抗值實(shí)質(zhì)上與集成電路的阻抗復(fù)共軛相等。通過(guò)這樣的阻抗匹配,優(yōu)化了集成電路和折疊偶極天線之間的能量傳輸。根據(jù)本發(fā)明,簡(jiǎn)單地通過(guò)調(diào)整折疊偶極天線的尺寸來(lái)進(jìn)行阻抗匹配,而無(wú)需分離元件,例如連接條或者短截線。這就為集成電路設(shè)計(jì)者提供了充分的自由度,從而為阻抗匹配優(yōu)化提供參數(shù)調(diào)整,而不需要附加的元件。然而,在特別的設(shè)備中如果需要,也可以在本發(fā)明的電路陣列中可選地實(shí)現(xiàn)分離的阻抗匹配元件,例如連接條和/或短截線。
優(yōu)選地,本發(fā)明的電路陣列可以配置為射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID標(biāo)簽)。這種RFID標(biāo)簽的可能范例應(yīng)用領(lǐng)域是電子產(chǎn)品安全系統(tǒng)(反盜設(shè)備)、自動(dòng)化技術(shù)(例如收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的車輛的自動(dòng)識(shí)別)的應(yīng)用、訪問(wèn)控制系統(tǒng)(例如針對(duì)公司的雇員)、無(wú)現(xiàn)金支付、滑雪票、加油站卡、動(dòng)物標(biāo)記和圖書館中的應(yīng)用。
本發(fā)明的電路陣列可以包括在斷開部分處的至少一個(gè)電子組件(電子元件,電子器件),其被適配為至少一個(gè)電子元件對(duì)折疊偶極天線的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié),從而使折疊偶極天線的阻抗值實(shí)質(zhì)上與集成電路的阻抗復(fù)共軛相等。所以,可以在斷開部分中設(shè)置和連接一個(gè)或多個(gè)的可變的和外部可控的電子組件,例如變?nèi)荻O管、pin二極管(正-本征-負(fù)二極管)、MEM器件(微電子機(jī)械器件),PMEM(壓電式MEM)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)這樣的電子組件,阻抗匹配可以進(jìn)一步改善。所以,智能異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)芯片(具有控制輸出)可以通過(guò)自身調(diào)整達(dá)到最優(yōu)天線阻抗。這種設(shè)備可以調(diào)節(jié)最優(yōu)天線阻抗和適配天線阻抗,以適應(yīng)(更改的)環(huán)境條件(例如,改變的溫度)。所以,可以實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽性能的提高。
在下文中,描述制造電路陣列的方法的優(yōu)選實(shí)施例。這些實(shí)施例也可以應(yīng)用于本發(fā)明的電路陣列。
優(yōu)選地,集成電路與折疊偶極天線相連,集成電路具有與第一天線連接相連的第一集成電路連接,集成電路還具有與第二天線連接相連的第二集成電路連接。
折疊偶極天線的材料和/或尺寸配置為使折疊偶極天線的阻抗值實(shí)質(zhì)上與集成電路的阻抗復(fù)共軛相等。該阻抗匹配產(chǎn)生集成電路和折疊偶極天線之間的優(yōu)化的電磁能量耦合。
折疊偶極天線的阻抗值可以實(shí)質(zhì)上等于集成電路阻抗的復(fù)共軛,這可以通過(guò)調(diào)整折疊偶極天線的寬度、和/或調(diào)整折疊偶極天線的至少部分的長(zhǎng)度、和/或調(diào)整折疊偶極天線不同部分之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些幾何參數(shù)對(duì)于半導(dǎo)體芯片和折疊偶極天線之間的阻抗匹配具有顯著的影響。
此外,基板的材料和/或尺寸也可以或可選地配置為使折疊偶極天線的阻抗值實(shí)質(zhì)上與集成電路的阻抗復(fù)共軛相等。因此,也可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)幕宓牟牧虾统叽?,進(jìn)行阻抗匹配。
本發(fā)明如何實(shí)現(xiàn)阻抗匹配有多種方法,它們可以是不同的根據(jù)一種方法,可以手動(dòng)選擇材料和幾何參數(shù)。接著,可以制造和實(shí)驗(yàn)性測(cè)試異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的原型。如果實(shí)驗(yàn)成功,則可以接受阻抗匹配參數(shù)。否則,用另一組參數(shù)重復(fù)以上循環(huán)根據(jù)另一種方法,實(shí)現(xiàn)物理模型以獲得基于幾何的和基于材料的阻抗匹配優(yōu)化。為此,需要將幾何參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)阻抗的影響建模。將該模型轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)程序,然后使用標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算最優(yōu)的參數(shù)集(例如,使用最小平方擬合)。因而本發(fā)明的阻抗匹配可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序(即,以軟件)、或通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)專用電子優(yōu)化電路(即以硬件)、或通過(guò)混合形式(即,通過(guò)軟件組件和硬件組件)實(shí)現(xiàn)。
綜上所述,本發(fā)明提供了一種新穎的特別適合RFID應(yīng)用(“射頻識(shí)別”)的天線配置,特別在高于800MHz的頻率范圍中,該天線配置還特別適合應(yīng)用于無(wú)源RFID標(biāo)簽。根據(jù)本發(fā)明的天線設(shè)計(jì),異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的尺寸可以比傳統(tǒng)的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)顯著減小。而且,實(shí)現(xiàn)了精密的電容性耦合機(jī)制,以防止DC使異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的集成電路短路。
以上定義的方面和本發(fā)明的其他方面從下文描述的實(shí)施例示例中明顯可見,并參照這些實(shí)施例示例得以說(shuō)明。


以下將參照實(shí)施例示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明,但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例示例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的RFID標(biāo)簽的平面圖。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的RFID標(biāo)簽的折疊偶極天線的散射參數(shù)的頻率依賴的圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的RFID標(biāo)簽的平面圖。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的RFID標(biāo)簽的折疊偶極天線的散射參數(shù)的頻率依賴的圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的RFID標(biāo)簽的平面圖。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的RFID標(biāo)簽的折疊偶極天線的散射參數(shù)的頻率依賴的圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的電路陣列的電容部分的橫截面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的電路陣列的電容部分的平面圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的電路陣列的電容部分的平面圖。
圖10是示出了折疊偶極天線輸入阻抗的實(shí)部、虛部和頻率分別作為斷開部分處的第一天線部分和第二天線部分之間距離的函數(shù)的圖。
圖11是示出了折疊偶極天線阻抗的實(shí)部、虛部和頻率分別作為斷開部分處第一個(gè)天線部分面對(duì)第二天線部分所沿的長(zhǎng)度的函數(shù)的圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中的圖示是示意性的。在不同的附圖中,相似的或同樣的元件具有相同附圖標(biāo)記。
接下來(lái),參考附圖1,具體描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的RFID標(biāo)簽100。
RFID標(biāo)簽100包括塑料基板101和導(dǎo)電折疊偶極天線103,折疊偶極天線103設(shè)置在塑料基板101上。折疊偶極天線103具有第一天線連接104和第二天線連接105。此外,RFID標(biāo)簽100還包括硅片102(也就是由硅晶片制成的電子芯片,該芯片內(nèi)部具有集成電路),其中硅片102設(shè)置在塑料基板101上。硅片102具有與第一天線連接104相連的第一芯片連接106和與第二天線連接105相連的第二芯片連接107。折疊偶極天線103具有天線斷開部分108,該天線斷開部分108將折疊偶極天線103分成第一天線部分109和第二天線部分110,從而電容形成為在第一天線部分109和第二天線部分110之間天線斷開部分108。換句話說(shuō),形成折疊偶極天線103的導(dǎo)電層在機(jī)械上被中斷,所述中斷構(gòu)成了天線斷開部分108。
在鄰近第一天線部分109和第二天線部分110的導(dǎo)電材料的中斷處形成有電容,其中在第一天線部分109和第二天線部分110之間,歐姆性的天線斷開部分108填充有介電材料111。該介電材料111的介電常數(shù)εr>1,如方程(3)所示,它增大了電容值C,此外它還安全地維持第一天線部分109和第二天線部分110之間的間隙108。
斷開部分108設(shè)置在折疊偶極天線103的一定位置處,從而第一天線部分109與第二天線部分110對(duì)稱地設(shè)置。因此,第一天線部分109形成和設(shè)置為相對(duì)于第二天線部分110而鏡像反轉(zhuǎn)。
硅片102包括整流器子電路(圖1中未顯示),該整流器子電路已適配并連接,從而該整流器子電路對(duì)在吸收電磁波的情況下折疊偶極天線103流動(dòng)的交變電流進(jìn)行整流,提供直流電壓,以向集成電路組件(例如,硅片102的EEPROM(在圖1中未顯示))提供DC電能。另外,硅片102可以有內(nèi)部ESD保護(hù)裝置(“靜電放電”)。此外,電壓倍增器可以集成在IC 102中。
第一天線部分109和第二天線部分110實(shí)質(zhì)上都設(shè)置為U形。此外,第一天線部分109包括第一分支部分112、第二分支部分113和一個(gè)連支部分114,其中第一分支部分112通過(guò)連支部分114與第二分支部分113連接。第一分支部分112還與第一芯片連接106相連。第二天線部分110包括第一分支部分115、第二分支部分116和連支部分117,其中第一分支部分115通過(guò)連支部分116與第二部分117連接。第一分支部分115還與第二芯片連接107相連。第一天線部分109的第二分支部分113與第二天線部分110的第二分支部分116通過(guò)斷開部分108彼此分離。
為了硅片102的阻抗與折疊偶極天線103的阻抗之間的適當(dāng)匹配,也就是為了滿足方程(1)和(2),要調(diào)整折疊偶極天線103的材料和折疊偶極天線103的幾何參數(shù)。為此,相應(yīng)調(diào)整構(gòu)成折疊偶極天線103的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的偶極長(zhǎng)度ldiople、調(diào)諧距離ltune和線路寬度dline。然而,優(yōu)選地對(duì)與dline的適當(dāng)選擇有關(guān)的阻抗匹配進(jìn)行擴(kuò)展,從而可以分離地調(diào)整構(gòu)成折疊偶極天線103的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)每一部分(如圖1所示水平部分和垂直部分,直線部分和錐形部分)的線路寬度。
因?yàn)樘炀€斷開部分108處形成有電容,所以避免了硅片102內(nèi)整流器電路的DC短路,從而可以向硅片102的部件可靠地提供電能。
折疊偶極天線103用導(dǎo)電材料制成,例如銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、包括至少兩種上述材料的合金、或者超導(dǎo)原料。折疊偶極天線103形成在塑料基板101上。此外,載體基板也可以由其他任何合成材料、陶瓷或者其中嵌入陶瓷顆粒的合成材料。優(yōu)選地,基板103的材料具有值比1大得多的相對(duì)介電常數(shù)εr、和/或值比1大得多的導(dǎo)磁率μr。例如,F(xiàn)R4可以用作相對(duì)介電常數(shù)εr≈4.4的基板101的材料?!癋R4層壓材料”是用來(lái)形成印刷電路板的基本材料。
折疊偶極天線103可以形成在基板101上、或者可選地使用多層技術(shù)嵌入基板101中。用于形成折疊偶極天線103的材料可以由傳統(tǒng)方法提供,包括將材料沉積到基板101上,或在基板101上粘附導(dǎo)電箔??梢杂脗鹘y(tǒng)方法使上述涂覆到基板101上的導(dǎo)電材料層形成圖形,如蝕刻、銑刻、絲網(wǎng)處理或絲網(wǎng)印刷,或者通過(guò)壓花或使用膠劑(glue)的方法。由此,材料可以涂覆到基板101上,之后形成圖形。
硅片102是使用CMOS技術(shù)制造的。然而芯片102(硅片102)還可以用其他技術(shù)制造(也就是鍺技術(shù)、砷化鎵技術(shù))。硅片102的典型尺寸是1mm×1mm×0.15mm。
折疊偶極天線103的ldiople的最大尺寸(長(zhǎng)度)取決于RFID標(biāo)簽100的工作頻率f,并且可以通過(guò)如下計(jì)算得到良好近似ldiople=c/(2εr1/2f)(4)在方程(4)中,c是在真空中的光速,εr是基板的相對(duì)介電常數(shù)。方程(4)可以從折疊偶極天線的長(zhǎng)度ldiople應(yīng)等于波長(zhǎng)的一半的諧振條件中導(dǎo)出。
因?yàn)轳詈蠙C(jī)制對(duì)有效長(zhǎng)度有影響,所以可以通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)和/或模擬研究對(duì)選擇的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,并使其適應(yīng)特殊應(yīng)用的框架條件。而且,為了滿足復(fù)共軛匹配條件,優(yōu)選地調(diào)整金屬天線結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度。在尺寸為67mm×15mm×1mm的FR4基板上,可以制造具有尺寸為長(zhǎng)65mm、寬12mm的折疊偶極天線103的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)。
除了所要求的工作頻率之外,天線103的阻抗對(duì)于RFID標(biāo)簽100的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)也非常重要,因?yàn)閷?duì)阻抗實(shí)部和虛部的適當(dāng)調(diào)整允許將異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)100的效率最大化。在本發(fā)明的折疊偶極天線103的情況下,可以通過(guò)將天線設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹祦?lái)優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)對(duì)所需阻抗的調(diào)整,而不必引入分離的阻抗匹配元件。在這種情況下,調(diào)整兩個(gè)折疊偶極子結(jié)構(gòu)109、110之間耦合強(qiáng)度是非常重要的。這種耦合依賴于彼此平行對(duì)齊的金屬化結(jié)構(gòu)之間的距離,也就是依賴于調(diào)諧長(zhǎng)度ltune。耦合還依賴于基板101的材料和尺寸。
為了改變折疊偶極天線103的阻抗以便使其適應(yīng)所需的源阻抗,可以調(diào)整多個(gè)天線參數(shù)例如,這些參數(shù)之一是金屬化結(jié)構(gòu)的寬度dline。而且,可以擴(kuò)展與金屬化結(jié)構(gòu)寬度相關(guān)的阻抗匹配,從而分離地調(diào)整金屬化結(jié)構(gòu)的每一部分(折疊偶極天線103的水平部分和垂直部分,線性部分和錐形部分)的線路寬度。另一個(gè)重要的參數(shù)是調(diào)諧長(zhǎng)度ltune,也就是第一分支部分112、115和第二分支部分113、116之間的最小距離,如圖1所示??紤]到其對(duì)折疊偶極天線103的阻抗的影響,將可調(diào)整參數(shù)dline和ltune關(guān)聯(lián),也就是如果更改這些參數(shù)之一,那么該更改將影響折疊偶極天線103阻抗的實(shí)部和虛部。然而,通過(guò)改變金屬化結(jié)構(gòu)寬度dline,實(shí)部受到的影響大于其虛部受到的影響。與之相反,通過(guò)減小調(diào)諧長(zhǎng)度ltune,虛部受到的影響大于其實(shí)部受到的影響。
圖2示出了圖200,其中以單位MHz沿橫坐標(biāo)201繪制工作頻率f,以單位dB沿縱坐標(biāo)202繪制散射參數(shù)s11。換句話說(shuō),圖2示出了針對(duì)RFID HF區(qū)域、根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)天線的示例散射參數(shù)s11。
要注意的是除了源阻抗Xsource的虛部之外,折疊偶極天線103阻抗的虛部也定義了諧振頻率。如果折疊偶極天線103的電抗Xantenna和源電抗Xsource滿足下述條件,則滿足諧振條件。
Xantenna=Xsource*(5)如方程(5)所示,折疊偶極天線103的電抗Xantenna應(yīng)該與源電抗Xsource成復(fù)共軛。因此,偶極的總長(zhǎng)度ldiople(l雙極)也影響天線阻抗的虛部。
在下文中,參考圖3,描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的RFID標(biāo)簽300。
圖3所示的RFID標(biāo)簽300與圖1所示的RFID標(biāo)簽100的不同之處在于,RFID標(biāo)簽300中,天線斷開部分108中未填充介電材料111。根據(jù)圖3,通過(guò)在天線斷開部分108中設(shè)置SMD電容器元件301(“表面貼裝器件”),將第一天線部分109橋接到第二天線部分110。因此,RFID標(biāo)簽300包括設(shè)置在天線斷開部分108中的電容器其件301,其中電容器組件301具有與第一天線部分109連接的第一電容器連接和與第二天線部分110連接的第二電容器連接。
因此,圖3示出了本發(fā)明的實(shí)施例,其中通過(guò)SMD電容器元件301,消除了異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)芯片102的輸入部分中整流器電路的短路。這通過(guò)斷開在天線斷開部分108處的折疊偶極天線103的金屬化結(jié)構(gòu)和隨后通過(guò)電容器元件301橋接所述的天線斷開部分108來(lái)實(shí)現(xiàn)。電容器301可以選擇為具有足夠高電容值C,并具有可忽略的損耗。由于此類器件可以以低成本方式進(jìn)行安裝,因此可以選用標(biāo)準(zhǔn)的SMD電容器301??蛇x地,也可以使用其他任何電容器(例如具有軸向(接線)連接的電容器)。
電容器301本身僅對(duì)于以足夠高的頻率交替變化的交變電流才形成短路(但是并不形成歐姆短路),因此允許通過(guò)高頻HF載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。與之相反,電容器301阻止異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)IC 102的兩個(gè)連接106和107之間的DC電流。
如圖3所示,電容器303的位置優(yōu)選的是相對(duì)于折疊偶極天線103而對(duì)稱。然而,電容器301也可以位于金屬化結(jié)構(gòu)103內(nèi)的任意位置。根據(jù)選擇的位置,可以有利地調(diào)整折疊偶極天線103的設(shè)計(jì),以獲得合適的阻抗匹配。
類似于圖2,圖4給出了圖400,在該圖中以單位MHz沿橫坐標(biāo)401繪制工作頻率f,以單位dB沿縱坐標(biāo)402繪制散射參數(shù)s11。
所以,圖4示出了折疊偶極天線103的示例散射參數(shù)s11,在折疊偶極天線103中,金屬化結(jié)構(gòu)已經(jīng)以圖3所示的方式斷開,并通過(guò)SMD電容器元件301橋接。
下面,參考圖5,描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的RFID標(biāo)簽500。
在RFID標(biāo)簽500的情況下,由第一分支部分112、第二分支部分501和連支部分114形成第一天線部分,并且由第一分支部分115、第二分支部分502和連支部分117形成第二天線部分。
圖5所示的RFID標(biāo)簽500與圖1所示的RFID標(biāo)簽100不同,其不同的地方在于在第一天線部分的第二分支部分501和第二天線部分的第二分支部分502之間沒(méi)有設(shè)置介電材料111,其中第一天線部分和第二天線部分是彼此相鄰的。此外,在圖1中,第二分支113,116有鄰接的線或者區(qū)域,它們是垂直導(dǎo)向于第二分支部分113,116的對(duì)其方向的。與此相反,在圖5中,第二分支部分501,502鄰接的線或者區(qū)域是平行于第二分支部分501,502的對(duì)齊方向的。從圖5中可知,與圖1相比,在圖5的配置中電容性耦合長(zhǎng)度lcoupling顯著增加。
在圖5所示的實(shí)施例中,圖3的電容器301被集成在天線設(shè)計(jì)中的電容性耦合結(jié)構(gòu)501,502所替代。折疊偶極天線103的金屬化結(jié)構(gòu)在天線斷開部分503處被斷開,形成了兩個(gè)伸長(zhǎng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)501、502,該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)501、502實(shí)質(zhì)上是彼此平行導(dǎo)向的,而且以配置為彼此相隔耦合距離dcouple。兩個(gè)金屬化結(jié)構(gòu)501,502的距離dcouple和電容性耦合長(zhǎng)度lcoupling實(shí)質(zhì)上決定了電容性耦合的強(qiáng)度。根據(jù)圖5的實(shí)施例,可以無(wú)明顯損耗地傳輸高頻交變電壓,而阻隔直流電壓。
電容性耦合距離可以使用不同的幾何形實(shí)現(xiàn),例如,線性電容形耦合距離、類似曲線的電容性耦合距離或類似螺旋的電容性耦合距離。電容性耦合距離可以特別地由相鄰的第二分支部分端部的相對(duì)對(duì)齊限定,天線設(shè)計(jì)還可以調(diào)整以適應(yīng)耦合距離的設(shè)計(jì)。在載體材料的不同層(使用普通的多層技術(shù))中,可以提供具有兩個(gè)(例如在基板101的上主表面和下主表面處)或更多的金屬化結(jié)構(gòu)的耦合距離。
此外,通過(guò)設(shè)置特別是在耦合距離之下的浮置金屬化結(jié)構(gòu),可以更改耦合,優(yōu)選地增強(qiáng)耦合。
類似于圖2和圖4,圖6給出了圖600,在該圖中以單位MHz沿橫坐標(biāo)601繪制工作頻率f,以單位dB沿縱坐標(biāo)602繪制散射參數(shù)s11。所以,圖6示出了圖5中包括的金屬化結(jié)構(gòu)501,502的折疊偶極天線103的示例散射參數(shù)s11。
圖5的實(shí)施例具有優(yōu)點(diǎn),在于沒(méi)有必須要安裝到RFID標(biāo)簽500上的分離組件(如SMD電容器301)。與此相反的,電容性耦合集成在天線設(shè)計(jì)內(nèi),因此,制造成本降低,錯(cuò)誤率也下降。
下文中,參考圖7,描述根據(jù)發(fā)明實(shí)施例的電路陣列的斷開部分700。
圖7示出了本發(fā)明電路陣列的一部分的橫截面圖,其中折疊偶極天線的第一天線部分702設(shè)置作為沉積在載體基板701上的金屬化層。第一天線部分702被具有相對(duì)高的介電常數(shù)εr的介電層704覆蓋,從而為第一天線部分702形成保護(hù)層,同時(shí)為之后形成的電容器提供電容器電介質(zhì)。在介電層704的一部分上并與第一天線部分702的一部分交迭,通過(guò)沉積導(dǎo)電材料層,形成第二天線部分703,從而完成在層序列702到704的交迭部分中形成的電容器。根據(jù)圖7,第一天線部分702、介電層704和第二天線部分703沿垂直方向交迭。
下面,參考圖8,描述根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電路陣列的斷開部分800。
在圖8中,在第一天線部分801和第二天線部分802鄰接的區(qū)域中示出了斷開部分800的平面圖,第一天線部分801和第二天線部分802構(gòu)成本發(fā)明電路陣列的折疊偶極天線103。在該鄰接部分中,第一天線部分801有多個(gè)第一指形結(jié)構(gòu)801a,第二天線部分802有多個(gè)第二指形結(jié)構(gòu)802a。第一指形結(jié)構(gòu)801a和第二指形結(jié)構(gòu)802a配置成交指型結(jié)構(gòu),以便獲得類似曲線的電容型耦合部分803。根據(jù)類似曲線的電容型耦合部分的可選結(jié)構(gòu),第一天線部分801和第二天線部分802的指型結(jié)構(gòu)可以設(shè)置為沿圖8中垂直方向?qū)R,以形成交指型結(jié)構(gòu)。根據(jù)這種可選的曲線配置,第一和第二天線部分實(shí)質(zhì)上附圖8中水平方向?qū)R。所以,類似曲線的耦合結(jié)構(gòu)可以沿電容性耦合距離lcoupling的總長(zhǎng)度延伸。
下文中,參考附圖9,描述根據(jù)發(fā)明的另一實(shí)施例的電路陣列的折疊偶極天線的斷開部分900。
如圖9的平面圖所示,斷開部分900具有第一天線部分901和第二天線部分902。第一天線部分901和第二天線部分902形成斷開的折疊偶極天線103。在第一天線部分901的端部,示出了第一螺旋結(jié)構(gòu)901a。此外,在第二天線部分902的端部,示出了第二螺旋結(jié)構(gòu)902a。第一螺旋結(jié)構(gòu)901a和第二螺旋結(jié)構(gòu)902a是電容性耦合的,從而設(shè)置用于電容性耦合第一天線部分901和第二天線部分902的類似螺旋的電容性耦合部分903。
綜上所述,本發(fā)明公開了一種新穎的天線配置,特別適合在高于800MHz的高頻范圍中RFID(“射頻識(shí)別”)設(shè)備。折疊偶極天線結(jié)構(gòu)允許減小傳統(tǒng)異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的尺寸,但是保持或改善電性能。通過(guò)電容性耦合機(jī)制,可以避免半導(dǎo)體整流器的DC短路。能夠?qū)崿F(xiàn)天線設(shè)計(jì)的通用。
在下文中,將會(huì)更加詳細(xì)地描述形成折疊偶極天線的金屬化結(jié)構(gòu)的耦合特性的改變是如何影響天線輸入阻抗的特性的。在這方面,參考圖5,區(qū)分開電容性耦合距離lcoupling的更改和耦合距離dcouple的更改。更一般地,電容性耦合距離lcoupling是在斷開部分處折疊偶極天線部分彼此面對(duì)所沿的長(zhǎng)度,從而影響方程(3)中的參數(shù)A。此外,耦合距離dcouple是斷開部分處相鄰折疊偶極天線間的距離,即,斷開部分的長(zhǎng)度,從而影響方程(3)中的參數(shù)d。
參考圖10,對(duì)圖1000進(jìn)行說(shuō)明,示出了折疊偶極天線的諧振頻率的頻移Δf,阻抗的實(shí)部Re{Zant}和阻抗的虛部Im{Zant}如何依賴于斷開部分處第一天線部分和第二天部分之間的距離dcouple。
圖10示出了圖1000,在該圖中以單位μm沿橫坐標(biāo)1001繪制距離dcouple,折疊偶極天線阻抗的實(shí)部Re{Zant}和阻抗的虛部Im{Zant}的相對(duì)變化以百分比(%)沿第一縱坐標(biāo)1002繪制,頻率偏移Δf以百分比(%)沿第二縱坐標(biāo)1003繪制。第一曲線1004以百分比(%)顯示了當(dāng)距離dcouple變化時(shí)阻抗實(shí)部的變化ΔRe{Zant}。第二曲線1005以百分比(%)顯示了當(dāng)距離dcouple變化時(shí)阻抗虛部的變化ΔIm{Zant}。第三曲線1006以百分比(%)顯示了當(dāng)距離dcouple變化時(shí)折疊偶極天線諧振頻率的變化Δf。
換句話說(shuō),圖10示出了相對(duì)于“參考設(shè)計(jì)”,天線輸入阻抗的相對(duì)變化和天線諧振頻率的相對(duì)頻移。選擇該“參考設(shè)計(jì)”(形成折疊偶極天線的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度的比率),以使在距離dcouple=200μm處得到諧振頻率fc=918MHz。已與天線阻抗匹配的芯片的復(fù)數(shù)阻抗為-28dB(見圖6)。
從圖10中可以看出,天線輸入阻抗的實(shí)部Re{Zant}隨著距離dcouple的增加而顯著增加。與之相反,天線輸入阻抗的虛部Im{Zant}隨著距離dcouple的增加而減小,其中曲線1005斜率的絕對(duì)值具有小于曲線1004斜率的絕對(duì)值的趨勢(shì)。因而(見第三曲線1006),當(dāng)距離dcouple改變時(shí),折疊偶極天線諧振頻率的變化相對(duì)比較小(類似于第二曲線1005)。
根據(jù)本發(fā)明,可以通過(guò)改變作為設(shè)計(jì)參數(shù)的構(gòu)成折疊偶極天線金屬化結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度,調(diào)整天線阻抗的實(shí)部和虛部。
參考圖11對(duì)圖1100進(jìn)行說(shuō)明,示出了折疊偶極天線的諧振頻率的頻移Δf、阻抗的實(shí)部Re{Zant}和阻抗的虛部Im{Zant}如何依賴于電容性耦合距離lcoupling的值。
圖11示出了圖1100,在該圖中電容耦合距離lcoupling以單位mm沿橫坐標(biāo)1101繪制,折疊偶極天線阻抗的實(shí)部Re{Zant}和虛部Im{Zant}的相對(duì)變化以百分比(%)沿第一縱坐標(biāo)1102繪制,頻率偏移Δf以百分比(%)沿第二縱軸1103繪制。第一曲線1104以百分比(%)顯示了當(dāng)電容性耦合距離lcoupling變化時(shí)阻抗實(shí)部的變化ΔRe{Zant}。第二曲線1105以百分比(%)顯示了當(dāng)電容耦合距離lcoupling變化時(shí)阻抗虛部的變化ΔIm{Zant}。第三曲線1106以百分比(%)顯示了當(dāng)電容耦合距離lcoupling變化時(shí)折疊偶極天線諧振頻率的變化Δf。
因此,調(diào)整電容性耦合的方法引入了對(duì)電容性耦合距離lcoupling的更改。圖11示出了相對(duì)于圖10中描述的“參考設(shè)計(jì)”,天線輸入阻抗的相對(duì)變化和天線諧振頻率的相對(duì)頻移。
如從圖11中可見,電容性耦合距離lcoupling的變化對(duì)于所述的值和第一條曲線1104的曲線形狀都有很大的影響。換句話說(shuō),阻抗的實(shí)部Re{Zant}對(duì)于電容性耦合距離lcoupling的變化非常敏感。隨著電容性耦合距離lcoupling的減小,阻抗的實(shí)部Re{Zant}有增加的趨勢(shì)。阻抗的虛分Im{Zant}和天線的諧振頻率(這個(gè)值和Im{Zant}相關(guān))則顯示出對(duì)電容性耦合距離lcoupling的較弱的依賴性(例如,因子8)。
結(jié)果是電容性耦合的減小導(dǎo)致阻抗實(shí)部的顯著增加,而阻抗的虛部則只稍微減小。在這樣的情況下,電容性耦合距離lcoupling的更改比距離dcouple的更改有更大的影響(例如,因子3)。
電容性耦合結(jié)構(gòu),即鄰近斷開部分的偶極部分的幾何形可以采用不同的方式來(lái)設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)可以是非線性的(例如類似曲線的,彎曲的)或線性的。該結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在不同的層中,例如在基板的頂層和底層上,也可以包括通過(guò)基板中填充有導(dǎo)電材料的通孔。
權(quán)利要求
1.一種電路陣列,包括基板(101),以及導(dǎo)電折疊偶極天線(103),設(shè)置在基板(101)上和/或基板(101)中,所述折疊偶極天線(103)具有第一天線連接(104)和第二天線連接(105);其中所述折疊偶極天線(103)具有斷開部分(108),所述斷開部分(108)將所述折疊偶極天線(103)分割為第一天線部分(109)和第二天線部分(110),從而在第一天線部分(109)和第二天線部分(110)之間的所述斷開部分(108)處形成電容(111;301)。
2.如權(quán)利要求1所述的電路陣列,包括在第一天線部分(109)和第二天線部分(110)之間的介電材料(111)。
3.如權(quán)利要求1所述的電路陣列,包括設(shè)置在所述斷開部分(108)中電容器器件(301),所述電容器器件(301)具有與第一天線部分(109)連接的第一電容連接和與第二天線部分(110)連接的第二電容連接。
4.如權(quán)利要求1所述的電路陣列,其中在第一天線部分(702;801;901)與第二天線部分(703;802;902)交迭的部分處形成所述電容,所述第一天線部分與第二天線部分設(shè)置為彼此相隔一定距離。
5.如權(quán)利要求4所述的電路陣列,其中第一天線部分(702)與第二天線部分(703)交迭,從而所述斷開部分位于第一天線部分(702)的交迭部分上面以及第二天線部分(703)的交迭部分下面。
6.如權(quán)利要求4所述的電路陣列,其中第一天線部分(801;901)與第二天線部分(802;902)在平行于基板主表面的平面內(nèi)交迭。
7.如權(quán)利要求6所述的電路陣列,其中所述斷開部分實(shí)質(zhì)上具有直線(503)、曲線(803)或者螺旋(903)形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的電路陣列,具有浮置結(jié)構(gòu),所述浮置結(jié)構(gòu)由設(shè)置在所述斷開部分(108)上面或者下面的導(dǎo)電材料制成。
9.如權(quán)利要求8所述的電路陣列,其中所述斷開部分(108)設(shè)置在所述折疊偶極天線(103)中使得第一天線部分與第二天線部分彼此對(duì)稱設(shè)置的位置處。
10.如權(quán)利要求9所述的電路陣列,其中第一天線部分(109)設(shè)置為U形,以及第二天線部分(110)設(shè)置為U形。
11.如權(quán)利要求1至10的任意一項(xiàng)所述的電路陣列,包括設(shè)置在基板(101)上或者基板(101)中的集成電路(102),所述集成電路(102)具有與第一天線連接(104)相連的第一集成電路連接(106)和與第二天線連接(105)相連的第二集成電路連接(107)。
12.如權(quán)利要求11所述的電路陣列,其中所述集成電路(102)包括已適配和連接的整流器子電路,以便整流器子電路對(duì)所述折疊偶極天線(103)中提供的交變電壓進(jìn)行整流,以產(chǎn)生直流電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的電路陣列,其中第一天線部分(109)包括第一分支部分(112)、第二分支部分(113)和一個(gè)連支部分(114),其中第一分支部分(112)通過(guò)連支部分(114)與第二分支部分(113)連接,第一分支部分(112)還與第一集成電路連接(106)相連,第二天線部分(110)包括第一分支部分(115)、第二分支部分(116)和一個(gè)連支部分(117),其中第一分支部分(115)通過(guò)連支部分(117)與第二分支部分(116)相連,第一分支部分(115)還與第二集成電路連接(107)相連,由所述斷開部分(108)將第一天線部分(109)的第二分支部分(113)與第二天線部分(110)的第二分支部分(116)相分離。
14.如權(quán)利要求13所述的電路陣列,其中第一天線部分和第二天線部分(109、110)的第一分支部分和第二分支部分(112、113、115、116)沿與第二方向垂直的第一方向?qū)R,第一分支部分垂直于第二分支部分排列,第一天線部分和第二天線部分(109、110)的連支部分(114、117)沿第二方向?qū)R。
15.如權(quán)利要求14所述的電路陣列,其中所述折疊偶極天線(103)的材料和/或尺寸配置為所述折疊偶極天線(103)的阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
16.如權(quán)利要求15所述的電路陣列,配置為射頻識(shí)別標(biāo)簽(100;300;500)。
17.如權(quán)利要求16所述的電路陣列,包括在所述斷開部分(108)處的至少一個(gè)電子組件,所述至少一個(gè)電子組件適配為調(diào)節(jié)所述折疊偶極天線(103)的阻抗,使所述折疊偶極天線(103)的阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
18.一種制造電路陣列的方法,其中所述方法包括步驟在基板(101)上和/或基板(101)中形成導(dǎo)電折疊偶極天線(103),所述折疊偶極天線(103)形成為具有有第一天線連接(104)和第二天線連接(105);以及所述折疊偶極天線(103)形成為具有斷開部分(108),所述斷開部分(108)將所述折疊偶極天線(103)分割為第一天線部分(109)和第二天線部分(110),從而在第一天線部分(109)和第二天線部分(110)之間的所述斷開部分(108)處形成電容。
19.如權(quán)利要求18所述的方法,其中將集成電路(102)與所述折疊偶極天線(103)相連,所述集成電路(102)具有與第一天線連接(104)相連的第一集成電路連接(106)和與第二天線連接(105)相連的第二集成電路連接(107)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其中配置所述折疊偶極天線(103)的材料和尺寸,以使所述折疊偶極天線(103)的阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
21.如權(quán)利要求20所述的方法,其中通過(guò)調(diào)整所述折疊偶極天線(103)的寬度,使所述折疊偶極天線(103)的阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
22.如權(quán)利要求20或21所述的方法,其中通過(guò)調(diào)整所述折疊偶極天線(103)的至少一部分的長(zhǎng)度,使所述折疊偶極天線(103)的阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
23.如權(quán)利要求22所述的方法,其中通過(guò)調(diào)整所述折疊偶極天線(103)的不同部分之間的距離,使所述折疊偶極天線(103)阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
24.如權(quán)利要求23所述的方法,其中配置基板(101)的材料和/或尺寸,以使所述折疊偶極天線(103)的阻抗值實(shí)質(zhì)上等于集成電路(102)的阻抗復(fù)共軛。
全文摘要
電路陣列,包括基板(101),還包括設(shè)置在基板(101)上和/或基板(101)中的導(dǎo)電的折疊偶極天線(103),該折疊偶極天線(103)具有第一天線連接(104)和第二天線連接(105),并且折疊偶極天線具有斷開部分(108),該斷開部分將折疊偶極天線(103)分成第一天線部分(109)和第二天線部分(110),因此在斷開部分(108)處的第一天線部分(109)和第二天線部分(110)之間形成了電容(111),集成電路(102)可以或就是設(shè)置在基板(101)上,該集成電路(102)具有連接到第一天線連接的第一集成電路連接(106)和連接到第二天線連接(105)的第二集成電路連接(107)。
文檔編號(hào)H01Q1/22GK101048786SQ200580036481
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月26日
發(fā)明者阿希姆·希爾格斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司
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