專利名稱：射頻辨識標簽天線的制作方法
技術領域：
本發明為一種標簽天線，尤其涉及一種射頻辨識(radio frequencyidentification,以下簡稱RFID)標簽天線，其可有效地縮小標簽天線的尺寸，進而使此標簽天線易于整合于印刷電路中并內藏于電子商品。
背景技術：
無線射頻識別是一種通信技術，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。隨著無線射頻識別技術的普及，許多手持式電子裝置均內建有無線射頻識別天線，以記錄有關于該裝置的信息。無線射頻識別天線依工作頻率可分為低頻天線、高頻(high frequency, HF)天線、超高頻(ultra high frequency, UHF)天線以及微波(microwave)天線。低頻天線的工作頻率是125KHz至134KHz，高頻天線的工作頻率是13.56MHz，超高頻天線的工作頻率是介于868MHz至955MHz之間，而微波天線的工作頻率是2.45GHz至5.8GHz。一般而言，內建于手持電子裝置中的無線射頻識別天線為超高頻天線，而超高頻無線射頻識別天線是通過輻射(radiation)的方式進行傳輸。圖1a顯示傳統的射頻辨識標簽10及其阻抗匹配的方法。如圖1所示，射頻辨識標簽10具有一天線本體101及一耦合回形圈102，且天線本體101與耦合回形圈102皆設置于一基板103的一表面上，且耦合回形圈102具有兩個饋入點102a與102b。該耦合回形圈102因阻抗匹配的緣故，其本身是一個小型電感，幾乎不具有輻射功能(該小型耦合回形圈102通常小于天線本體101的30% ),使天線的輸入阻抗帶有足夠的感抗(inductivereactance),以消除芯片所帶有的容抗(capacitive reactance),從而達成共軛匹配,如果達成匹配其輸入端口(input port)反射損失(return loss)將如圖1b所示,其阻抗特性如圖2所示(其中天線的輸入阻抗的實部以Ra表示，虛部以Xa表示，芯片的輸入阻抗的實部以R。表示，虛部以X。表示。)。由上述可知，傳統的射頻標簽天線會使天線主體容易受到外在因素的干擾，亦不能有效縮減大小來裝置在小型電子產品中。
發明內容
在一實施例中,本發明提供一種RFID標簽天線,包括:一基板，具有一第一表面與一第二表面；一饋入結構，設置于該第一表面；以及一回旋形(rotation)結構，設置于該第二表面；其中該饋入結構對應于該回旋形結構，以形成一諧振電路結構。在一實施例中，本發明提供一種制作RFID標簽天線的方法，包括:提供一基板，且該基板具有一第一表面與一第二表面；以及分別設置一饋入結構與一回旋形結構于該第一表面與該第二表面；其中該饋入結構對應于該回旋形結構，以形成一諧振電路結構。
圖1a為傳統先前技藝射頻辨識標簽的示意圖；圖1b為傳統射頻辨識標簽天線的工作頻寬示意圖；圖2為傳統射頻辨識標簽天線與芯片的阻抗匹配示意圖；圖3為根據本發明的一實施例的一 RFID標簽天線；圖4a 圖4b為圖3的細部結構圖；圖5的流程圖為根據本發明的一實施例的一制造RFID標簽天線的方法；圖6a 圖6b顯示應用本發明的調整間隙的特性曲線圖；圖7a 圖7b顯示應用本發明的調整長度的特性曲線圖；圖8a 圖8b顯示應用本發明的調整寬度的特性曲線圖；圖9為應用本發明的能量反射系數圖。主要元件符號說明10射頻辨識標簽101天線本體102耦合回形圈102a，102b 饋入點103基板3RFID標簽天線300基板300a第一表面300b第二表面301饋入結構30 la、30 1b 輸入端口302回旋形結構303諧振電路結構304芯片305接地面gap間隙W, wl寬度L長度S501 S5O2 步驟
具體實施例方式為本領域技術人員能對本發明的特征、目的及功能有更進一步的認知與了解，下文特將本發明的裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得本領域技術人員可以了解本發明的特點，詳細說明陳述如下:圖3為根據本發明的一實施例的一 RFID標簽天線3,包括:一基板300,其具有一第一表面300a與一第二表面300b ；一饋入結構301,設置于該第一表面300a ;以及一回旋形結構302，設置于該第二表面300b ;其中該饋入結構301對應于該回旋形結構302，以形成一諧振電路結構303。另外，饋入結構301及回旋形結構302所組成的RFID簽天線3，可整合于一基板上，且該基板包括至少二層印刷電路。此外，饋入結構301及回旋形結構302可以視為一組諧振電路結構303，故諧振電路結構可等效為具有電源、電阻R1、R2，電感L1、L2與電容C1的等效電路。在實際設計與需求上，可通過調整諧振結構，進而使諧振頻率鎖定在所需要的UHF頻段(例如，922 928MHz)。圖4a 圖4b為圖3的細部結構圖。如圖4a所示，可清楚看到上層(第一表面300a)的饋入結構301，且饋入結構301具有至少一輸入端口，而于本實施例中，饋入結構301具有一第一輸入端口 301a與一第二輸入端口 301b,且第一與第二輸入端口 301a, 301b設置于饋入結構301之上。一般而言，第一與第二輸入端口 301a與301b通常設置在饋入結構302的中央，但不受限于此。在本實施例，饋入結構301為一矩形的回路饋入結構，且此回路饋入結構具有一開口 H。雖然于本實施例，饋入結構301的形狀設為矩型回路結構，但是實際上，饋入結構301的形狀可根據實際的設計與需求而有所變化。另外，RFID標簽天線3還包括一芯片304，其設置于該饋入結構301的輸入端口 301a與301b之上。此外，通過調整饋入結構301的寬度W，進而調整RFID標簽天線的一輸入阻抗并與芯片304形成一阻抗匹配。如圖4b所示，可清楚看到下層(第二表面300b)的回旋形結構302，且回旋形結構302的一端耦接至一接地面305，且回旋形結構302與該接地面間305具有至少一間隙gap。在本實施例.回旋形結構302間的間隙gap的大小可為相同，且回旋形結構302本體的寬度wl，亦為相同。但是熟悉此技藝人士皆了解，本發明的回旋結構302之間隙gap與寬度wl的大小，可根據實際的設計與需求而有所變化。回旋形結構302必需與接地面305保持間隙(gap)，并可以通過調整該間隙gap的大小，進而調整諧振電路結構303的諧振頻率的大小以及通過調整該回旋形結構的長度L，進而調整諧振電路結構303的諧振頻率的位置，且于本實施例，長度L為回旋形結構的兩端的長度，且此長度可被調整以達到與饋入結構上的芯片虛部阻抗匹配的參數，但是本領域技術人員可自行變化而不背離本發明的范圍。另外，饋入結構301與回旋形結構302的材料可為金屬，例如銅箔。此RFID標簽天線3為達到諧振效果，可由饋入端301部分的矩形回路所形成的耦合器，再通過與回旋形結構(諧振器)302之間互感效應來進行能量的傳遞，藉此才形成一組耦合式的諧振電路。現在利用圖4a與圖4b作進一步說明，饋入結構301部分以一矩形形狀為耦合器形狀，為使得在整體的輸入端部分就能夠在虛部阻抗具備電感效應來匹配芯片虛部組抗所呈現的電容效應，而在于回旋形結構(諧振器)302部分可以通過調控與接地面之間的間隙gap大小來調整諧振器中的電容效應值，進而來調整諧振頻率，除此之外，回旋形結構(諧振器)302的長度L也可調整其諧振器等效電感值，藉此來調整諧振頻率位置。圖5的流程圖為根據本發明的一實施例的一制造RFID標簽天線的方法，其步驟可搭配圖4a與圖4b說明。此方法的步驟包括:(步驟s501)提供一基板300，且該基板300具有一第一表面300a與一第二表面300b ;以及(步驟s502)分別設置一饋入結構301與一回旋形結構302于該第一表面300a與該第二表面300b,且其中該饋入結構對應于該回旋形結構，以形成一諧振電路結構。其中饋入結構301具有至少一輸入端口(例如301a與301b)，且饋入結構301為一矩形回路饋入結構，且該矩形回路饋入結構具有一開口 H。制造RFID標簽天線的方法還包括設置一芯片304于該饋入結構301的該輸入端口之上，且調整該饋入結構301的寬度W，進而調整一輸入阻抗并與該芯片形成一阻抗匹配。制造RFID標簽天線的方法還包括將該回旋形結構302的一端耦接至一接地面305，且該回旋形結構302與該接地面305間具有至少一間隙gap，且調整該間隙gap的大小，進而調整該諧振電路結構303的諧振頻率的大小，且更可調整該回旋形結構303的長度L，進而調整該諧振電路結構的諧振頻率的位置。且于本實施例，長度L為回旋形結構的兩端的長度，且此長度可被調整以達到與饋入結構上的芯片虛部阻抗匹配的參數，但是本領域技術人員可自行變化而不背離本發明的范圍。此外，本發明的RFID標簽天線3的中心工作頻率由該天線本體的長度所決定，且天線的實部阻抗通過調整天線本體與耦合器之間的距離，使其與一芯片的實部阻抗達成匹配，并且該天線的虛部阻抗通過調整耦合器雙端開路的長度，使其與該芯片的虛部阻抗達成匹配。通過圖6、圖7與圖8來進一步驗證上述所調整效果，由圖6a與圖6b可以得知通過調整間隙gap而改變了諧振本身的等效電容值，進而調整了諧振頻率，gap值越小時，所形成的電容效應值越大，使得頻率向低頻偏移。圖7a與圖7b來說明了調整L值，來改變諧振電路的等效電感值，進而來達到調整諧振頻率。由圖可知，當L值越大時，所形成的電感效應越大，使得頻率向低頻偏移，而在圖8a與圖Sb中便能觀察到調整其饋入結構(耦合器)寬度(W)來對輸入阻抗進行調整，當W越大，得到越大的輸入阻抗值。而本申請相異于現有技術，本申請不通過半波長的物理長度來形成諧振條件，使得本申請的天線結構便不受物理條件所限制，有效并大幅縮減所需要的標簽天線大小。圖9為應用本發明的能量反射系數圖(power reflection coefficient, PRC),本發明可在阻抗匹配的情況下，達到所需頻帶的操作效果。圖4 五的工作頻率在此以超高頻為例說明，但也可調整第一天線本體的長度以應用于微波電路，使本體工作頻率是
2.45GHz至5.8GHz.其耦合器尺寸也可隨之變化，在此不再贅述。本發明為一種具有大幅縮小天線結構的射頻辨識(Radio frequencyidentification, RFID)標簽天線,其結構可分為二個部分:饋入端的回路稱合器與福射端的等效諧振電路。而此架構下使得天線大小不受其物理長度所限制，因此，通過這樣的結構組合來達到縮小天線的目的，再利用此諧振電路結構來達到輻射目的，使得射頻標簽可以進行信息的傳輸。此本發明可通過提供一種天線結構來有效縮減UHF頻段的標簽天線的大小，使之容易整合入印刷電路板中，以記錄小型電子產品的相關信息。而關于本發明的標簽天線的制作方法也可通過印刷電路板空白區域來設計標簽天線，最佳的設置位置是在印刷電路板的邊緣角落，但仍需視實際的設計與需求為準。接著，該天線的實部阻抗可通過調整天線的饋入回形圈的大小及形狀來決定，使其與芯片的實部阻抗達成阻配。再來，該天線的虛阻阻抗可通過調整回旋體結構的形狀、總體長度與接地面的間隙大小，進而使其與芯片的虛部阻抗達成共軛匹配。此外，傳統的天線設計是以發射頻率來取決天線長度，然而本發明采用第零階諧振(Zeroth-Order Resonator)概念,其取得頻率諧振的方式不是由物理長度限制，而是由等效并聯的諧振電路元件值決定。然而以上所述僅為本發明的范例實施例，當不能以之限定本發明所實施的范圍。即大凡依本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬于本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種射頻辨識標簽天線，包括: 一基板，具有一第一表面與一第二表面； 一饋入結構,設置于該第一表面；以及 一回旋形結構，設置于該第二表面； 其中該饋入結構對應于該回旋形結構，以形成一諧振電路結構。
2.如權利要求1所述的射頻辨識標簽天線，其中該饋入結構具有至少一輸入端口。
3.如權利要求1所述的射頻辨識標簽天線，其中該饋入結構為一矩形饋入結構，且該矩形饋入結構具有一開口。
4.如權利要求2所述的射頻辨識標簽天線，還包括一芯片，其設置于該饋入結構的該輸入端口之上。
5.如權利要求4所述的射頻辨識標簽天線，其中通過調整該饋入結構的寬度，進而調整一輸入阻抗并與該芯片形成一阻抗匹配。
6.如權利要求1所述的射頻辨識標簽天線，其中該回旋形結構的一端耦接至一接地面，且該回旋形結構與該接地面間具有至少一間隙。
7.如權利要求6所述的射頻辨識標簽天線，其中通過調整該間隙的大小，進而調整該諧振電路結構的諧振頻率的大小。
8.如權利要求1所述的射頻辨識標簽天線，其中通過調整該回旋形結構的長度，進而調整該諧振電路結構的諧振頻率的位置。
9.如權利要求8所述的射頻`辨識標簽天線，其中該長度為該回旋形結構的兩端的長度。
10.如權利要求1所述的射頻辨識標簽天線，其中該基板包括至少二層電路印刷板。
11.一種制作射頻辨識標簽天線的方法，包括: 提供一基板，且該基板具有一第一表面與一第二表面；以及 分別設置一饋入結構與一回旋形結構于該第一表面與該第二表面； 其中該饋入結構對應于該回旋形結構，以形成一諧振電路結構。
12.如權利要求11所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，其中該饋入結構具有至少一輸入端口。
13.如權利要求11所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，其中該饋入結構為一矩形饋入結構，且該矩形饋入結構具有一開口。
14.如權利要求12所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，還包括: 設置一芯片于該饋入結構的該輸入端口之上。
15.如權利要求14所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，還包括: 調整該饋入結構的寬度，進而調整一輸入阻抗并與該芯片形成一阻抗匹配。
16.如權利要求11所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，還包括: 將該回旋形結構的一端耦接至一接地面，且該回旋形結構與該接地面間具有至少一間隙。
17.如權利要求16所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，還包括: 調整該間隙的大小，進而調整該諧振電路結構的諧振頻率的大小。
18.如權利要求17所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，還包括:調整該回旋形結構的長度，進而調整該諧振電路結構的諧振頻率的位置。
19.如權利要求18所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，其中該長度為該回旋形結構的兩端的長度。
20.如權利要求11所述的制作射頻辨識標簽天線的方法，其中該基板包括至少二層電路印刷板。
全文摘要
本發明涉及一種射頻辨識(radio frequency identification，RFID)標簽天線，包括一基板，具有一第一表面與一第二表面；一饋入結構，設置于該第一表面；以及一回旋形結構，設置于該第二表面；其中該饋入結構對應于該回旋形(rotation)結構，以形成一諧振電路結構。
文檔編號H01Q1/38GK103107416SQ20121000471
公開日2013年5月15日 申請日期2012年1月9日 優先權日2011年11月15日
發明者范振智, 林佳迪, 唐震寰, 闕圣哲 申請人:財團法人工業技術研究院