与介电材料结合的一种电子标记系统，包括： 介电材料； 电子接近地安装到所述介电材料的无线通信系统，包括： 无线通信器件； 包括至少一个导电端的天线系统，包括下列一个或两个特征： （ａ）多个电组件，该多个电组件被选择以构成一阻抗匹配网络，连接到所述至少一个导电端和所述无线通信器件，其中所述电组件以电子方式与所述介电材料相互作用以维持所述天线系统和所述无线通信器件之间的基本阻抗匹配；和， （ｂ）一形成频率选择旁通陷波电路的结构元件，该结构元件形成于所述导电端中，并以电子方式与所述介电材料相互作用以维持所述天线系统和所述无线通信器件之间的基本阻抗匹配。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有不同介电常数值的基底的自补偿天线专利技术背景
本专利技术大体上涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)标签和标记的领域，而更具体地说，涉及包括自补偿天线结构的射频识别(RFID)标签和标记，该天线结构可以对其所附着的材料进行自补偿，以与这种材料保持实质性的阻抗匹配，从而获得标记的有效性能。
技术介绍
关于什么构成天线，即与电磁场(无线电波)相互作用的绝缘体和导电体，并无简单的定义。通常被称作天线的是些简单的形状和尺寸，它们以方便的阻抗来产生电压，用于连接到电路和器件上。几乎任何东西都可以在某种程度上起到天线的作用。然而，关于何种设计可被用于RFID标签和标记，还是有一些实践方面的限制。首先，在做出设计选择时，可逆性是一个主要的考虑。这就意味着，天线不仅可以作为发射机而将其终端的电压转换成辐射电磁波，也可以作为接收机，在接收机中输入的电磁波可以引起/感应出终端上的电压。通常描述发散情况更为容易，但一般而言，一个好的发射天线也可以作为接收天线而良好地工作(和所有规则一样，在较低频时是有例外的，但对于UHF而言，在RFID标签和标记通常工作的900MHz频带和以上的频带，这一点一般成立)。不过虽然给出了以上的论述，但除了要求天线在你所要希望的地点，做你所要做的，并且它是按照你所希望的样子来构造的，难于判断什么是“好的”天线。然而，有一些特征作为导向指标是有用的，用以针对某个特定的目的判断一个天线是否是“好的”。如果某人天线连接时，可测量此天线在一给定频率下的阻抗。阻抗通常被表示为这样两部分的合成值：-->以欧姆表示的电阻R；以及同样以欧姆来表示，但在其前面有因子“j”的电抗X，因子“j”用来表示电抗是一个矢量。JX的数值可以是容性的，此时它是一个负数，或者是感性的，此时它是一个正数。当确定了在测量天线阻抗的时候发生了何种情况，就可以分析在某个特定的情况下，上述两部分在天线的适用性或性能方面的作用。电阻R实际上是这样两个东西的合成：天线的损耗电阻，其代表施加在其上的信号被转换成热量的趋势；以及辐射电阻，其代表通过辐射而从天线“丢失”的能量，这正是在天线中所需的。损耗电阻和辐射电阻的比值被描述为天线效率。低效率天线具有大损耗电阻和相对小的辐射电阻，这种天线在多数场合都不能顺利工作，因为任何输入其中的能量将会简单地表现为热能而不是有用的电磁波。电抗X的效应比电阻R的效应稍微更复杂一些。电抗X，即天线的感抗或容抗，都不会消耗能量。实际上，通过在系统中加入谐振电路它就可以衰减。简单地，对于一个给定的+jX值(电容器)，就有一个与之谐振/抵消的-jX值(电容器)，从而仅留下电阻R。那么问题是什么呢？问题就是带宽，它经常用术语Q(原始术语为品质因数)来描述。为了理解这种效应，不需要去理解数学；简单地，如果天线具有代表大感抗或容抗的+jX或-jX值，则当发生谐振时在非常窄的频带上它会变成纯电阻。例如，对于一个在902MHz到928MHz的频带上运行的系统来说，如果使用高电抗性天线，只能在若干兆赫上产生想要的电阻R。另外，高Q/窄频带匹配方案是不稳定的，因为组件值或设计的非常小的变化都会引起性能方面的大改变。因此高Q窄频带方案在实际的RFID标记设计中是要避免的。一个RFID标签大体上由两个电子有效部分组成。1)包括产生DC的整流器的RFID芯片：来自输入RF信号的电源，执行识别功能的逻辑电路和阻抗调制器，该调制器改变输入阻抗从而产生要被发射的调制信号；和)如上所述的天线。这种装置可以用图示的方式，分别表示成两个功能块54、56，每个功能块具有两个终端，如图4所示，每功能块具有相应的阻抗。如果芯片阻抗(倾向于是电容性的)和天线阻抗(它无论如何是-->设计出的阻抗)彼此共轭，那么就可以简单地将芯片连到天线的两端，从而产生一个可用的标签。对于普通的RFID芯片而言，电容值应该使得在UHF频率下能够获得合理的低Q足够的带宽匹配。然而，某些时候由于环境或加工方面的局限，不能这样简单地满足标签的操作需要，且因此而必须考虑获得良好匹配的其它途径。保持所需阻抗匹配的最常用的方法，就是在天线和芯片之间放置阻抗匹配网络。阻抗匹配网络通常是电感器和电容器组成的网络，可以将输入阻抗的实部和电抗部分都转变到所需的水平。正常地这些组件不包括电阻器，因为电阻器消耗能量，从而通常导致较低的性能。如图5所示，通过描述在一个“真实世界”情形下，对一个非自适应标签会发生何情况，来表明上述问题。图5所示为一个100pm聚酯薄板60上的半波偶极子58的一种简单结构。每个臂62长为四分之一波长。这在空气中的915MHz下将是82mm。这两个导体的长度及其宽度被设置成，当标签被置于自由空间中(在大约3m的范围内没有绝缘体或导电体)、而且环境的相对介电常数是1(空气)时，此天线的阻抗是芯片64的理想共轭匹配。同时假定，导体具有低电阻率并由相对厚的铜制成，天线辐射电阻决定其阻抗的电阻部分。因此，天线就具有良好的效率。所以当以一定距离用RF源照射标签以读出此标签时，不出意料地可以工作地相当好，而且如果在适当的功率和频率下使用普通RFID芯片，范围大约是3m。现在如果改变环境，如图6所示，上述图5中的“理想”标签现在被附着到一个30mm厚的塑料块66上，该塑料块介电常数为2.5而不是像在空气中那样的介电常数1。现在如果想读出这个标签，读出范围就不再是3m，而是0.5m。读出范围上的这种变化起因于，原来的天线设计是基于这样的假设：天线在空气中的介电常数为1并安装在非常小的塑料薄层上，该塑料薄层只会小量地改变天线所“看到”的有效介电常数。因此，如果希望天线臂长为四分之一波长，下面的公式可以适用：c(光速，大约为3×108m/s)＝f(工作频率Hz)·λ(以m计的波长)然而此天线现在附着到较高介电常数的材料块上，就不再工作在介电常数为1的介电中。此材料块的有效介电常数可以在1到2.5的数-->值之间变化。为说明起见，让天线“看到”的介电常数为2。在这种介电中光速c不再是3×108m/s。实际上它以相对介电常数的平方根值来减小，现在是2.12×108。因为c下降，所以在给定的频率下波长λ也减小，但天线轴仍然是相同的长度。四分之一波长现在大约是58mm，但天线具有长度为82mm的元件。因此，由天线呈现给芯片的阻抗不再是共轭匹配的，且输入功率由于反射而损失，这就解释了标签在读出范围方面的减小。如果标签被设计成附着到30mm的塑料块，而且塑料块总是具有同样的介电常数和尺寸，就可以使此标签被制造成具有58mm长的导电臂，而上述范围会重新上升到接近3米。但如果情形并非如此，会发生什么情况？如果标签要被用到厚度一直为30mm的材料块上，且此材料块的介电常数以不可预知的方式从2到7变化，而这是不能预先控制的，会发生什么情况？某些时候58mm的臂长设计就可以很好地工作。多数时间它将不能顺利工作，展示因为由于有效介电常数的变化、及因此导致的波长的变化，芯片和天线严重失配。如果每个标签可以单独被调谐，也就是说，调整臂长和/或加入包括可调节的电容器和电感器的匹配网络，则不管材料块的介电常数如何标签也可以工作，但是从商业角度来说那本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.与介电材料结合的一种电子标记系统，包括：介电材料；电子接近地安装到所述介电材料的无线通信系统，包括：无线通信器件；包括至少一个导电端的天线系统，包括下列一个或两个特征：(a)多个电组件，该多个电组件被选择以构成一阻抗匹配网络，连接到所述至少一个导电端和所述无线通信器件，其中所述电组件以电子方式与所述介电材料相互作用以维持所述天线系统和所述无线通信器件之间的基本阻抗匹配；和，(b)一形成频率选择旁通陷波电路的结构元件，该结构元件形成于所述导电端中，并以电子方式与所述介电材料相互作用以维持所述天线系统和所述无线通信器件之间的基本阻抗匹配。2.如权利要求1所述的天线系统，其中所述多个电组件包括电容器，通过与所述介电材料的相互作用该电容器的电值是变化的，所述至少一个导电端电子接近地放到所述介电材料上。3.如权利要求2所述的天线系统，其中所述电容器是叉指式电容器。4.如权利要求1所述的天线系统，其中所述多个电组件包括电感器。5.如权利要求4所述的天线系统，其中所述电感器是曲折式电感器。6.如权利要求1所述的天线系统，其中所述阻抗匹配网络具有至少一个由电容和电感性电组件组成的电路，该电路串连在所述至少一个导电端和所述无线通信器件的中间。7.如权利要求1所述的天线系统，其中所述阻抗匹配网络具有至-->少一个由电容性电组件组成的电路，该电路串连在所述至少一个导电端和所述无线通信器件的中间。8.如权利要求1所述的天线系统，其中所述阻抗匹配网络具有至少一个由电感性电组件组成的电路，该电路串连在所述至少一个导电端和所述无线通信器件的中间。9.如权利要求1所述的天线系统，其中所述结构元件是电容器。10.如权利要求9所述的天线系统，其中所述电容器是叉指式电容器。11.如权利要求1所述的天线系统，其中所述结构元件是形成在所述导电端中的间隙，该间隙以电子方式与所述介电材料相互作用而形成一电容性元件，提供在所述导电端中形成的选择性旁通陷波电路。12.如权利要求1所述的天线系统，其中所述结构元件是电感器。13.如权利要求12所述的天线系统，其中所述电感器是曲折式电感器。14.如权利要求1所述的无线通信系统，其中所述介电材料包括介电基底，所述天线系统直接安装到所述介电基底。15.如权利要求1所述的无线通信系统，其中所述介电材料包括介电基底，所述天线系统安装到垫层上，该垫层在所述介电材料和所述天线系统的中间，所述垫层附着到所述介电基底。16.一种与无线通信器件一起使用天线系统，是自补偿的，电子接近地放置到介电材料以维持所述天线系统和所述无线通信器件之间的基本阻抗匹配，包括：至少一个导电端，其形成天线用于接收和辐射射频能量，所述至少一个导电端适于电子接近地放置到所述介电材料；和所选的多个电组件，该多个电组件构成阻抗匹配网络连到所述至-->少一个导电端和所述无线通信器件，所述电组件进一步以电子方式与所述介电材料相互作用，从而改变所述电组件的单个阻抗值以维持所述至少一个导电端和所述无线通信器件之间的基本阻抗匹配，其中所述至少一个导电端电子接近地放到所述介电材料上。17.如权利要求16所述的天线系统，其中所述多个电组件包括电容器，通过与所述介电材料的相互作用该电容器的电值是变化的，所述至少一个导电端电子接近地放到所述介电材料上。18.如权利要求17所述的天线系统，其中所述电容器是叉指式电容器。19.如权利要求16所述的天线系统，其中所述多个电组件包括电感器。20.如权利要求19所述的天线系统，其中所述电感器是曲折式电感器。2...
【专利技术属性】
技术研发人员：I·J·福斯特，
申请(专利权)人：艾利丹尼森公司，
类型：发明
国别省市：
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