[发明专利]天线结构、转发器和制造天线结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线结构。

此外，本发明涉及一种转发器(transponder)。

最后，本发明涉及一种制造天线结构的方法。

背景技术

自动识别系统的重要性正在增加，尤其是在服务部门、物流领域、商业领域和工业生产领域中这种现象更明显。因而，自动识别系统在这些领域和其它领域中正得到越来越多地实施，并且在未来将很可能替代条形码系统。识别系统更进一步的应用涉及个人和动物的识别。

在具体的非接触识别系统中，例如像转发器系统，这些系统适合快速地执行数据的无线传输，而不需要可能令人烦恼的电缆连接。这些系统利用电磁波的辐射和吸收，特别是利用在高频区域中电磁波的辐射和吸收。具有低于大约800MHz操作频率的系统通常是基于线圈的电感耦合，借助电容器使系统达到谐振状态，因而这些系统只适合在可达一米的小距离范围内进行通信。

由于物理边界条件，具有800MHz和更高操作频率的转发器系统特别适合在几米的距离范围内进行数据传输。这些系统就是所谓的长距离RFID系统(“射频识别”)。区分两种类型的RFID系统，即有源RFID系统(具有它们自己的电源器件，例如包含电池)和无源RFID系统(其中，根据由天线吸收的电磁波获得电源，其中通过在RFID系统中包含的整流子电路，整流在天线中合成的交流，用于产生直流)。此外，可以使用半有源(半无源)系统，该系统以无源地方式被激活，并在需要时使用电池(例如，用于发射数据)。

转发器或RFID标签包括半导体芯片(具有集成电路)，在半导体芯片中可以编程和重写数据，还包括高频天线，该高频天线与所使用的操作频带(例如，在美国902MHz至928MHz的频带，在欧洲863MHz至868MHz的频带，或其它ISM-频带(“工业、科学及医疗专用频带”)，例如2.4GHz至2.83GHz)相匹配。除RFID标签之外，RFID系统还包括读出设备和系统天线，该系统天线能够在RFID标签与读出设备之间实现双向的无线数据通信。另外，可以使用输入/输出设备(例如，计算机)控制读出设备。

半导体芯片(IC，集成电路)直接被耦合(例如，通过引线接合、倒装片封装)到高频天线，或者作为SMD(“表面安装器件”)器件(例如，TSSOP实例，“薄缩小外型封装”)被安装到高频天线。半导体芯片和高频天线被设置在载体基底上，载体基底可以由塑料材料制成。该系统也可以被制造在印刷电路板(PCB)上。

为了提高这种转发器的效率，应使用有效的天线。此外，在天线与半导体芯片之间的能量反射应当尽可能地小。这可以通过使半导体芯片的电磁特性与天线的电磁特性相匹配来实现。如果半导体芯片的阻抗值Z_chip是天线阻抗值的复共轭Z_ant，就可以发送最大量的功率：

Z_chip＝Z_ant    (1)

R_chip+jX_chip＝R_ant-jX_ant    (2)

在方程式(2)中，R_chip表示半导体芯片的欧姆电阻，j是虚数，X_chip是半导体芯片的(感性或容性)电抗。R_ant表示天线的欧姆电阻，X_ant是天线的(感性或容性)电抗。

从方程式(1)和(2)中可以看出，对于合适的阻抗匹配，半导体芯片和天线的复数阻抗的实部的绝对值应当相等，复数阻抗的虚部的绝对值应当恒等，其中半导体芯片的电抗应当是天线电抗的复共轭。

根据半导体芯片的制造工艺，半导体芯片的阻抗通常受容性作用的控制，即，虚部X_chip通常是负的。因此，对于有效的转发器天线设计，天线的电抗应当受感性作用的控制，即，电抗X_ant应当为正，它的绝对值应当等于半导体芯片的阻抗的虚部。如果是这种情况，并且如果满足了两个实部R_chip和R_ant相等的条件，那么能实现有效的功率匹配，并可以获得在半导体芯片与天线之间的高能传输。这样，对于有效的天线设计，天线阻抗的实部和虚部应当与半导体芯片的给定阻抗相匹配。

发明内容