專利名稱：螺線管天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線設(shè)計(jì)，尤其涉及用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)。
技術(shù)背景實(shí)際上，射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域， 包括運(yùn)輸、制造、廢物管理、郵政跟蹤、航空行李核對(duì)和公路收費(fèi)管 理。典型的RFID系統(tǒng)包括RFID標(biāo)簽、具有天線的RFID讀取器和計(jì) 算裝置。RFID讀取器包括發(fā)射機(jī)，用于對(duì)標(biāo)簽提供能量或信息，以 及接收器，用于從標(biāo)簽接收身份和其它信息。計(jì)算裝置處理RFID讀 取器所獲得的信息。通常，從標(biāo)簽接收到的信息對(duì)具體的應(yīng)用是特定 的，但是一般提供對(duì)被粘貼標(biāo)簽的物品的識(shí)別，其中物品可以是人造 物品、交通工具、動(dòng)物或個(gè)人、或?qū)嶋H上任何有形的物品。還可以給 物品提供附加的數(shù)據(jù)。在制造過(guò)程中可以使用標(biāo)簽，例如，用來(lái)指示 制造過(guò)程中汽車底盤的涂料顏色或其它有用信息。發(fā)射機(jī)通過(guò)天線輸出RF信號(hào)用以產(chǎn)生電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)使標(biāo)簽 能通過(guò)根據(jù)預(yù)定的協(xié)議調(diào)制所接收的RF信號(hào)來(lái)做出反應(yīng)。傳統(tǒng)的標(biāo) 簽可以是包括內(nèi)部電源的"有源"標(biāo)簽，或由場(chǎng)供給能量的"無(wú)源" 標(biāo)簽。計(jì)算裝置通過(guò)接收來(lái)自RFID的信息、執(zhí)行某些行動(dòng)(諸如更新 數(shù)據(jù)庫(kù)或發(fā)出警告)來(lái)?yè)?dān)當(dāng)信息管理系統(tǒng)。另外，計(jì)算裝置擔(dān)當(dāng)用于 經(jīng)由發(fā)射機(jī)把數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽的機(jī)構(gòu)。手持式RFID讀取器提供一種被粘貼在物品上的詢問(wèn)標(biāo)簽的便攜 裝置。通常，很多個(gè)被貼標(biāo)簽的物品在鄰近區(qū)域內(nèi)被相互混合在一起， 因此，為了保證所接收的響應(yīng)僅來(lái)自于用戶想要詢問(wèn)的特定標(biāo)簽，要 求用戶相對(duì)于特定的RFID標(biāo)簽定位手持式讀取器。發(fā)明內(nèi)容總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及體積效率(volumetrically efficient) 高的螺線管天線，該天線被制造在諸如印刷電路板之類的襯底上或在 襯底內(nèi)?？梢栽谠S多要求近程無(wú)線通信或感應(yīng)鏈接的應(yīng)用中使用螺線 管天線，諸如RFID系統(tǒng)、標(biāo)記讀取器、非接觸連接器、近距離傳感 器以及近程數(shù)據(jù)鏈接。例如，螺線管天線可以被制造在RFID讀取器 的印刷電路板上或在其內(nèi)，因此使RFID讀取器能相對(duì)于RFID標(biāo)簽z 軸垂直定向，其中x-y軸是標(biāo)簽的長(zhǎng)和寬。這個(gè)垂直定向使用戶能用 RFID讀取器直接指向或?qū)?zhǔn)RFID標(biāo)簽，以用于讀取器與眾多標(biāo)簽環(huán) 境中的單個(gè)標(biāo)簽之間的有效信息傳遞。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種螺線管天線，該螺線管天線 包括在襯底的第一面上形成的第一組電路走線、在襯底的第二面上形 成的第二組電路走線、穿過(guò)襯底形成的用以把第一組電路走線電連接 到第二組電路走線的一組通孔，其中第一組電路走線、第二組電路走 線和這組通孔共同地定義了螺線管天線的導(dǎo)電通路，以及其中所述導(dǎo) 電通路定義了一個(gè)線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)該線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種螺線管天線，該螺線管天線 包括電路走線，該電路走線沿襯底的第一面、第一邊緣、第二面和第 二邊緣延伸以形成環(huán)繞襯底的線圈。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種裝置，該裝置包括襯底、在 襯底上形成的電路、以及在襯底上形成的并且電連接到電路的螺線管 天線，其中螺線管天線包括在襯底的第一面上形成的第一組電路走 線、在襯底的第二面上形成的第二組電路走線、以及穿過(guò)襯底形成的 用以把第一組電路走線電連接到第二組電路走線的一組通孔。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)在襯底上產(chǎn)生螺線管天線的方法。 該方法包括在襯底的第一面上形成第一組電路走線、在襯底的第二面 上形成第二組電路走線、以及穿過(guò)襯底形成用以把第一組電路走線電 連接到第二組電路走線的一組通孔，從而第一組電路走線、第二組電 路走線以及該組通孔共同地定義了螺線管天線的導(dǎo)電通路。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽讀取器，該RFID標(biāo)簽讀取器包括外殼、外殼內(nèi)的電路板、在電路板上形成的 RFID讀取器電路、以及與電路耦合的螺線管天線，其中RFID讀取器 電路產(chǎn)生流經(jīng)螺線管天線的電流用以產(chǎn)生用于詢問(wèn)RFID標(biāo)簽的電磁 場(chǎng)，以及其中螺線管線圈構(gòu)造來(lái)使得當(dāng)電路板垂直于RFID標(biāo)簽時(shí)， 電磁場(chǎng)給RFID標(biāo)簽基本上提供了最大能量轉(zhuǎn)移。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種螺線管天線，該螺線管天線 包括在襯底上形成的第一組電路走線、在第一組電路走線上形成的絕 緣層、在絕緣層上形成的第二組電路走線、以及在絕緣層的邊緣形成 的用以把第一組電路走線電連接到第二組電路走線的一組邊緣連接， 其中，第一組電路走線、第二組電路走線以及該組邊緣連接共同地定 義了螺線管天線的導(dǎo)電通路，以及其中導(dǎo)電通路定義了線圈，從而當(dāng) 電流流經(jīng)該線圈時(shí)產(chǎn)生了電磁場(chǎng)。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)在襯底上產(chǎn)生螺線管天線的方法。 該方法包括在襯底上形成第一組電路走線、在第一組電路走線上形成 絕緣層、在絕緣層上形成第二組電路走線、以及在絕緣層的邊緣形成 用以把第一組電路走線電連接到第二組電路走線的一組邊緣連接，從 而第一組電路走線、第二組電路走線以及該組邊緣連接共同地定義了 螺線管天線的導(dǎo)電通路。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括RFID標(biāo)簽 以及RFID讀取器，RFID讀取器包括螺線管天線，螺線管天線與RFID 標(biāo)簽電磁耦合以用于在RFID讀取器和RFID標(biāo)簽之間的信息傳遞，其 中螺線管天線包括在電路板的第一面上形成的一組電路走線、在電路 板的第二面上形成的第二組電路走線、以及穿過(guò)電路板形成的用以把 第一組電路走線電連接到第二組電路走線的一組通孔，其中第一組電 路走線、第二組電路走線以及該組通孔共同地定義了螺線管天線的導(dǎo) 電通路，以及其中導(dǎo)電通路定義了線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)該線圈時(shí)， 產(chǎn)生了電磁場(chǎng)。以下，在附圖和說(shuō)明書中詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 例。從說(shuō)明書和附圖以及權(quán)利要求書中可以清楚看出本發(fā)明的其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是示出用于定位多個(gè)物品的示范性射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng) 的透視圖。圖2是示出在讀取器和RFID標(biāo)簽之間的垂直方向的透視圖。 圖3是具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺線管天線的示范性印刷電路 板的俯視圖。圖4是示范性印刷電路板的橫截面圖，該電路板包含在通過(guò)兩 個(gè)通孔連接的頂面和底面上的走線。圖5是具有螺線管天線的示范性印刷電路板的側(cè)視圖。圖6-8是具有根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的螺線管天線的示范性印 刷電路板的俯視圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例以多層技術(shù)來(lái)制造的示范性螺 線管天線的俯視圖。圖IO是圖9所示出的多層襯底的橫截面圖。圖ll是以印刷電路技術(shù)來(lái)制造的示范性多繞組螺線管天線的橫 截面圖。圖12是圖11所示出的多繞組螺線管天線的俯視圖。圖13是以多層技術(shù)來(lái)制造的示范性多繞組螺線管天線的橫截面圖。圖14是圖13所示出的多繞組螺線管天線的俯視圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及體積效率高的螺線管天線，該螺線管天線被制造在 諸如印刷電路板之類的襯底上或在其內(nèi)?？梢栽谝蠖坛虩o(wú)線通信或 感應(yīng)鏈接的很多應(yīng)用中使用螺線管天線，諸如RFID系統(tǒng)、標(biāo)記讀取 器、非接觸連接器、近距離傳感器以及短程數(shù)據(jù)鏈接。雖然將描述用 于手持式RFID讀取器的螺線管天線設(shè)計(jì)，但是應(yīng)該明白本發(fā)明不限 于此方面，而且在這里所描述的技術(shù)不取決于其中使用螺線管天線的 特定的應(yīng)用。圖1是描述用于定位多個(gè)物品4A-4N (通稱為"物品4")的示 范性射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)2的透視圖。要被定位的物品4的例子包 括移動(dòng)的箱子、大量收集的物品諸如棒球卡或照片、以及庫(kù)房中的物 品。在物品4A上放置RFID標(biāo)簽使用戶能利用手持式讀取器8來(lái)經(jīng)由 RF信號(hào)10把物品4A的描述與RFID標(biāo)簽6A聯(lián)系起來(lái)。物品描述和 RFID標(biāo)簽識(shí)別值被存儲(chǔ)在RFID手持式讀取器8的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。手持式 讀取器8可以與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的數(shù)據(jù)通信接口連接用于把讀取器 數(shù)據(jù)備份到PC上。然后，利用RFID讀取器8通過(guò)把RFID讀取器8 指向RFID標(biāo)簽來(lái)確定與特定的標(biāo)簽相關(guān)的一個(gè)物品或多個(gè)物品以定 位一個(gè)或多個(gè)物品。通過(guò)把RFID讀取器8直接指向RFID標(biāo)簽，讀取 器被定向?yàn)榕c標(biāo)簽垂直。讀取器到標(biāo)簽的定向影響在RFID讀取器和RFID標(biāo)簽之間的信 息傳遞的效率和功效。 一個(gè)用于對(duì)RFID標(biāo)簽讀出數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)的 方法涉及把讀取器的天線電磁耦合到標(biāo)簽的天線。一旦讀取器被電磁 耦合到標(biāo)簽天線，根據(jù)己建立的通信協(xié)議，通過(guò)調(diào)制耦合的電磁場(chǎng)就 可以傳遞信息。如下詳細(xì)描述，手持式RFID讀取器8包含被制造在讀取器襯底 上或在讀取器襯底內(nèi)的螺線管天線。當(dāng)讀取器天線被確定為與標(biāo)簽天 線垂直的方向時(shí)，螺線管天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)使在讀取器天線和標(biāo)簽天 線之間能進(jìn)行有效信息傳遞。螺線管天線所激活的有效信息傳遞可以 給用戶提供更直觀的和更有效的瞄準(zhǔn)過(guò)程。另外的優(yōu)點(diǎn)包括以己確立 的PCB和多層電路技術(shù)來(lái)制造螺線桿天線的能力，這可以減少制造成 本。另外，在襯底上或在襯底內(nèi)制造螺線管天線還可以減小螺線管天 線的導(dǎo)體幾何形狀和間隔的可變性，從而可以減小額外的調(diào)諧元件的 需要。而且，由于螺線管天線的高度幾乎相當(dāng)于襯底的厚度，所以螺 線管天線是體積效率高的。在圖1的示范性實(shí)施例中，RFID讀取器8被封閉在一個(gè)外殼內(nèi)， 這個(gè)外殼小到能適合用戶的手。外殼可以是長(zhǎng)方形的以及通常以當(dāng)用 戶的手腕處于不確定的位置時(shí)螺線管天線正確地指向RFID標(biāo)簽的方 式來(lái)環(huán)繞印刷電路板，因此把螺線管天線定位為手腕的延伸來(lái)有效地和直觀地瞄準(zhǔn)粘貼在相對(duì)于讀取器的垂直方向上的物品上的RFID標(biāo) 簽。因此，用戶不需要為了詢問(wèn)有效的標(biāo)簽而扭轉(zhuǎn)他的手腕到一個(gè)尷 尬位置。圖2是描述手持式RFID讀取器8的螺線管天線20相對(duì)于與物 品相關(guān)的標(biāo)簽22成垂直方向的透視圖。傳統(tǒng)的RFID標(biāo)簽天線典型地 包括被電鍍?cè)谝r底上的螺旋形導(dǎo)體，或在平面環(huán)上纏繞的線巻。而且 傳統(tǒng)的RFID讀取器天線通常定義了相對(duì)于標(biāo)簽天線的相似方向，為 了有效的能量傳遞，要求讀取器相對(duì)于標(biāo)簽軸向定向。如此所述，具 有在讀取器的印刷電路板的x-y平面中定向的電路走線的螺線管天 線產(chǎn)生電磁場(chǎng)24，用于與垂直的RFID標(biāo)簽天線進(jìn)行有效的信息傳遞。 當(dāng)讀取RFID標(biāo)簽時(shí)，這允許用戶實(shí)現(xiàn)更直觀以及更有效的對(duì)準(zhǔn)步驟。圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的螺線管天線的示范性印刷電 路板的俯視圖。作為選擇，螺線管天線30可以被制造在其它類型的 襯底上或在其它襯底內(nèi)。備選的襯底的例子包括但是不局限于半導(dǎo) 體、陶瓷、塑料薄膜和塑料薄板(例如聚酯)、玻璃以及紙。螺線管 天線30實(shí)質(zhì)上是被制造在PCB 32上或PCB 32內(nèi)的薄的長(zhǎng)方形的螺 線管，該螺線管天線包括頂部導(dǎo)體34和底部導(dǎo)體36。頂部導(dǎo)體34 是在PCB 32的頂面內(nèi)的走線以及底部導(dǎo)體36是在PCB 32的底面內(nèi) 的走線。如圖3所示，頂部導(dǎo)體34基本上彼此間平行，底部導(dǎo)體36 基本上彼此間平行，并且頂部導(dǎo)體與底部導(dǎo)體不平行。短語(yǔ)"基本上 平行"在這里被定義為在與平行相差大約IO度的范圍內(nèi)。位于每個(gè) 頂部導(dǎo)體和底部導(dǎo)體的終點(diǎn)的通孔38 (為了簡(jiǎn)單和明確，在圖3中只標(biāo)注了一小部分)連接頂部導(dǎo)體34和底部導(dǎo)體36用以完成薄的長(zhǎng) 方形的螺線管天線30的線圈電路。通常被用在PCB制造中的術(shù)語(yǔ)通 孔典型地是電鍍孔，從PCB的最頂表面導(dǎo)通到最底表面。然而，更普 遍地，通孔38可以是任何在頂部連接器和底部連接器之間的導(dǎo)電通 路。圖3的示范性實(shí)施例包含六個(gè)頂部導(dǎo)體走線和六個(gè)底部導(dǎo)體走 線。其它的實(shí)施例可以是各種走線寬度的任何數(shù)量的走線。因此，本 發(fā)明不局限于圖3所描述的示范性螺線管天線的結(jié)構(gòu)。圖4是包含在頂面和底面上被兩個(gè)通孔連接的走線的示范性印刷電路板的橫截面圖。PCB 32包括經(jīng)由通孔38被連接到底部導(dǎo)體36 的頂部導(dǎo)體34。圖4描述了螺線管天線30的高度與PCB 32的厚度 相當(dāng)，這個(gè)高度大大地小于被焊接在PCB 32的頂面的線繞螺線管。圖5是被制造在印刷電路板上或在印刷電路板內(nèi)的示范性螺線 管天線的側(cè)面圖。PCB 32包括經(jīng)由通孔38被連接到多個(gè)底部導(dǎo)體36 的多個(gè)頂部導(dǎo)體32 (為了簡(jiǎn)單起見，在圖5中，標(biāo)注了頂部導(dǎo)體34、 底部導(dǎo)體36以及通孔38的每一個(gè)之一)。施加在導(dǎo)體34和導(dǎo)體36 上的電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)40。電磁場(chǎng)40產(chǎn)生足夠的能量用以有效地詢問(wèn) 垂直于具有螺線管天線30的RFID讀取器的RFID標(biāo)簽。對(duì)于給定的 電流，電磁場(chǎng)40的大小與在螺線管30的y-z平面中的導(dǎo)體和通孔所 限制的面積成正比，如圖4中的頂部導(dǎo)體34、底部導(dǎo)體36以及兩個(gè) 通孔38生成的邊界所示。此外，對(duì)于給定的電流，電磁場(chǎng)40的大小 還與匝的數(shù)量的平方成正比，其中螺線管天線30中的一匝包括通過(guò) 通孔進(jìn)行電連接的一個(gè)頂部走線和一個(gè)底部走線。圖6是具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的螺線管天線的示范性印 刷電路板的俯視圖。螺線管天線50實(shí)質(zhì)上是在包括頂部導(dǎo)體54和底 部導(dǎo)體56的PCB 52內(nèi)的薄的長(zhǎng)方形的螺線管天線。頂部導(dǎo)體54是 在PCB 52的頂面內(nèi)的走線以及底部導(dǎo)體56是在PCB 52底面內(nèi)的走 線。頂部導(dǎo)體54和底部導(dǎo)體56環(huán)繞PCB的邊緣，因此使頂部導(dǎo)體 54能電連接到底部導(dǎo)體56用來(lái)形成一個(gè)長(zhǎng)的連續(xù)的走線，從而產(chǎn)生 了薄的長(zhǎng)方形的螺線管天線50的線圈電路。連續(xù)的走線定義了 PCB 周圍的多個(gè)繞轉(zhuǎn)，每個(gè)繞轉(zhuǎn)與其它繞轉(zhuǎn)基本上平行。如圖6所示，頂 部導(dǎo)體54基本上彼此平行，底部導(dǎo)體56基本上彼此平行，頂部導(dǎo)體 54不平行于底部導(dǎo)體56。圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的螺線管天線的示范性印 刷電路板的俯視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，頂部導(dǎo)體64基本上平行于底 部導(dǎo)體66并且與底部導(dǎo)體66偏移，以及頂部導(dǎo)體和底部導(dǎo)體都基本 上平行于PCB 62的兩個(gè)側(cè)邊。頂部導(dǎo)體64是在PCB 62的頂面內(nèi)的 走線以及底部導(dǎo)體66是在PCB 62的底面內(nèi)的走線。位于每個(gè)頂部導(dǎo) 體和底部導(dǎo)體的末端的通孔68 (為了簡(jiǎn)單和明確，圖7中只標(biāo)注了一部分)連接頂部導(dǎo)體64和底部導(dǎo)體66用以完成薄的長(zhǎng)方形的螺線 管天線60的線圈電路。圖8是具有根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的螺線管天線的示范性印 刷電路板的俯視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，頂部導(dǎo)體74 (在PCB72的頂 面內(nèi)的走線)被直接地堆疊在底部導(dǎo)體76 (在PCB 72的底部表面內(nèi) 的走線)上，因此頂部導(dǎo)體和底部導(dǎo)體都基本上平行于PCB 72的兩 個(gè)側(cè)邊。位于每個(gè)頂部導(dǎo)體和底部導(dǎo)體的末端的通孔78 (為了簡(jiǎn)單 和明確，圖8中只標(biāo)注了一部分)連接頂部導(dǎo)體74和底部導(dǎo)體76 用以完成薄的長(zhǎng)方形的螺線管天線70的線圈電路。如上所述，前面的實(shí)施例包括在襯底的底面上沉積的導(dǎo)體，如 典型地在層壓處理諸如印刷電路技術(shù)中一樣。相反， 一些處理利用堆 疊層工序，諸如多層技術(shù)，這種技術(shù)不允許導(dǎo)體被沉積在襯底底面上。 在這些多層處理中，導(dǎo)體和絕緣體被沉積在基體襯底上部的層中。常 見的多層處理包括在塑料襯底上的集成電路、混合電路以及絲網(wǎng)印刷 導(dǎo)體。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例被制造在多層襯底上或在多層 襯底內(nèi)的示范性螺線管的俯視圖。首先，在基底82上沉積螺線管天 線80的底層導(dǎo)體86。其次，在底層導(dǎo)體86上沉積絕緣層83，緊隨 其后的是在絕緣層83上沉積頂層導(dǎo)體84以完成螺線管天線結(jié)構(gòu)80。 通過(guò)在邊緣處重疊導(dǎo)體，邊緣連接85和87 (為了簡(jiǎn)單和明確，圖9 中只標(biāo)注了一部分)完成了頂層導(dǎo)體84和底層導(dǎo)體86之間的電連接。 作為選擇，可以利用通孔(圖9中未示出)來(lái)連接頂層導(dǎo)體和底層導(dǎo) 體。圖10是圖9所示的多層襯底的橫截面圖。首先，在基底82上 沉積螺線管天線80的底層導(dǎo)體86。其次，在底層導(dǎo)體86上沉積絕 緣層83，緊隨其后的是在絕緣層83上沉積頂層導(dǎo)體84以完成螺線 管天線結(jié)構(gòu)80。在某些應(yīng)用中，希望利用多繞組螺線管天線。傳統(tǒng)的多繞組線 繞線圈是通過(guò)纏繞附加層導(dǎo)線來(lái)形成的。相反，通過(guò)把導(dǎo)體層和絕緣 層分隔開以及同心地向外構(gòu)建多繞組來(lái)形成多繞組螺線管天線。采用印刷電路或多層技術(shù)可以產(chǎn)生多繞組螺線管天線。圖ll是采用印刷電路技術(shù)制造的示范性多繞組螺線管天線的橫 截面圖。多繞組螺線管天線90包含內(nèi)部繞組，內(nèi)部繞組包括導(dǎo)體襯底92，導(dǎo)體襯底92具有經(jīng)由盲孔98與內(nèi)部底層導(dǎo)體96連接的內(nèi)部 頂層導(dǎo)體94。盲孔指沒(méi)有延伸穿過(guò)PCB頂層的通孔。多繞組螺線管 天線90還包含外部繞組，外部繞組包括經(jīng)由通孔99與外部底層導(dǎo)體 97連接的外部頂層導(dǎo)體95。內(nèi)部繞組和外部繞組被兩個(gè)絕緣層93 和兩個(gè)導(dǎo)體襯底層92隔離?？梢灾貜?fù)這個(gè)步驟用來(lái)形成理想層數(shù)的 繞組。圖12是圖11所示的多繞組螺線管的俯視圖。采用印刷電路技 術(shù)制造螺線管天線90。為了簡(jiǎn)單和明確，圖12中只標(biāo)注了一部分導(dǎo) 體層、盲孔以及通孔。圖12示出在導(dǎo)體襯底92上形成的內(nèi)部繞組(包 括內(nèi)部頂層導(dǎo)體94、內(nèi)部底層導(dǎo)體96和盲孔98)和外部繞組(包括 外部頂層導(dǎo)體95、外部底層導(dǎo)體97以及通孔99)。內(nèi)部繞組被電連 接到外部繞組來(lái)完成電路。例如，圖12示出在連接91處的內(nèi)部繞組 與外部繞組的串聯(lián)連接。作為選擇，繞組可以被并聯(lián)連接(圖12中 未示出)。圖13是釆用多層技術(shù)制造的示范性多繞組螺線管天線的橫截面 圖。如前所述，多層技術(shù)不允許導(dǎo)體被沉積在襯底的背面上。因此， 在多層處理中，導(dǎo)體和絕緣體被沉積在基底之上的層中。圖13的橫 截面圖示出在基底102上沉積層用來(lái)形成多繞組螺線管天線100的順 序。首先，在基底102上沉積外部底層導(dǎo)體103，然后沉積絕緣層104， 以及內(nèi)部底層導(dǎo)體105。其次，在內(nèi)部底層導(dǎo)體105上沉積絕緣層106， 然后沉積內(nèi)部頂層導(dǎo)體107，然后是絕緣層108，最后在絕緣層108 上沉積外部頂層導(dǎo)體109用來(lái)完成多層堆疊。圖14是圖13中所示的多繞組螺線管天線的俯視圖。采用多層 技術(shù)制造螺線管天線100。為了簡(jiǎn)單和明確，圖14中只標(biāo)注了一部 分導(dǎo)體層和邊緣。圖14示出多繞組螺線管天線的內(nèi)部繞組(包括內(nèi) 部頂層導(dǎo)體107、內(nèi)部底層導(dǎo)體l05)和外部繞組(包括外部頂層導(dǎo) 體109、外部底層導(dǎo)體103)。通過(guò)在邊緣處重疊內(nèi)部層導(dǎo)體，邊緣連接110和111完成了內(nèi)部頂層導(dǎo)體107和內(nèi)部底層導(dǎo)體105之間的 電連接。同樣地，通過(guò)在邊緣處重疊外部層導(dǎo)體，邊緣連接112和 113完成在外部頂層導(dǎo)體109和外部底層導(dǎo)體103之間的電連接?？?選地，可以使用通孔(圖14中未示出)來(lái)連接頂部導(dǎo)體和底部導(dǎo)體。 內(nèi)部繞組被電連接到外部繞組來(lái)完成了電路。例如圖14示出在連接 101處內(nèi)部繞組與外部繞組的連接?？蛇x地，繞組可以被并聯(lián)連接(圖 14中未示出)。已經(jīng)描述了本發(fā)明的不同實(shí)施例。例如，已經(jīng)描述了一個(gè)體積 效率高的螺線管天線。該螺線管天線可以被制造在RFID讀取器的印 刷電路板上或在其內(nèi)，因此使RFID讀取器能相對(duì)于RFID標(biāo)簽垂直定 向。這個(gè)垂直定向使用戶能把RFID讀取器直接指向或瞄準(zhǔn)RFID標(biāo)簽 以獲得讀取器和眾多標(biāo)簽環(huán)境中的唯一標(biāo)簽之間的有效信息傳遞。然而，可以對(duì)在此所述的實(shí)施例進(jìn)行各種修改。例如，在其它 實(shí)施例中，可以使用同樣的螺線管概念來(lái)說(shuō)明RFID讀取器相對(duì)于 RFID標(biāo)簽的垂直定向而不要求螺線管天線被制造在印刷電路板上或 在其內(nèi)。螺線管天線可以被制造在襯底上或在襯底內(nèi)，諸如半導(dǎo)體、 陶瓷、塑料薄膜和塑料薄板(例如聚酯)、玻璃以及紙。如另一個(gè)例 子，螺線管天線可以包括各種寬度的任意數(shù)量的導(dǎo)體。螺線管天線設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在其它RFID元件中，諸如RFID標(biāo)簽， 或RFID系統(tǒng)中使用的其它類型的讀取器或裝置。而且，螺線管天線 設(shè)計(jì)對(duì)很多其它要求短程無(wú)線通信或感應(yīng)鏈接的應(yīng)用是有用的。這種鏈接的例子包括但是不局限于標(biāo)記讀取器、非接觸連接器、近距離傳 感器以及短程數(shù)據(jù)鏈接。這些以及其它實(shí)施例處在權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種螺線管天線，包括在襯底的第一面上形成的第一組電路走線；在襯底的第二面上形成的第二組電路走線；以及穿過(guò)襯底形成的一組通孔，用來(lái)電連接第一組電路走線和第二組電路走線，其中第一組電路走線、第二組電路走線以及這組通孔共同地定義了螺線管天線的導(dǎo)電通路，并且其中導(dǎo)電通路定義了線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)該線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的螺線管天線，其中所述襯底包括電路板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的螺線管天線，其中所述第一組電路走線基 本上彼此平行，且所述第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中第 一組電路走線不平行于第二組電路走線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的螺線管天線，其中所述第一組電路走線基 本上彼此平行，且所述第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中第 一組電路走線偏離并且基本上平行于第二組電路走線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的螺線管天線，其中所述第一組電路走線基 本上彼此平行，且所述第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中第 一組電路走線被直接堆疊在第二組電路走線上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的螺線管天線，其中所述一組通孔包括第一組通孔，且所述導(dǎo)電通路包括第一導(dǎo)電通路，所述螺線管天線進(jìn)一步 包括第三組電路走線、第四組電路走線、以及用于電連接第三組電路 走線與第四組電路走線的第二組通孔，其中，第三組電路走線、第四組電路走線以及第二組通孔定義了第二導(dǎo)電通路，其中第一導(dǎo)電通路 被連接到第二導(dǎo)電通路用以定義作為多繞組螺線管天線的螺線管天線。
7. —種螺線管天線，包括沿襯底的第一面、第一邊緣、第二面、 以及第二邊緣延伸用以形成環(huán)繞襯底的線圈的電路走線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的螺線管天線，其中所述電路走線共同地定 義了螺線管天線的導(dǎo)電通路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的螺線管天線，其中所述電路走線定義了環(huán)繞襯底的多個(gè)繞轉(zhuǎn)，其中在襯底的第一面和第二面上的每個(gè)繞轉(zhuǎn)基本 上平行于其它繞轉(zhuǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的螺線管天線，其中所述導(dǎo)電通路定義了 線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)所述線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。
11. 一種裝置，其包括 襯底；在襯底上形成的電路；以及在襯底上形成的并且被電連接到電路的螺線管天線，其中所述 螺線管天線包括在襯底的第一面上形成的第一組電路走線、在襯底的 第二面上形成的第二組電路走線、以及穿過(guò)襯底形成的用以電連接第 一組電路走線和第二組電路走線的一組通孔。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其中所述襯底包括電路板。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其中所述第一組電路走線、第二組電路走線以及所述一組通孔共同地定義了所述螺線管天線的導(dǎo)電 通路。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述第一組電路走線基本上彼此平行，且所述第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中所述第 一組電路走線不平行于第二組電路走線。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述第一組電路走線基本上 彼此平行，且所述第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中所述第 一組電路走線偏離并且基本上平行于所述第二組電路走線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述第一組電路走線基本上彼此平行，且所述第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中所述第 一組電路走線被直接堆疊在所述第二組電路走線上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述電路引入流經(jīng)導(dǎo)電通路 的電流，其中所述導(dǎo)電通路定義了線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)所述線圈時(shí) 產(chǎn)生電磁場(chǎng)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述電路包括射頻識(shí)別 (RFID)標(biāo)簽讀取電路，并且其中所述裝置包括RFID讀取器。
19. 一種在襯底上產(chǎn)生螺線管天線的方法，其包括步驟 在襯底的第一面上形成第一組電路走線； 在襯底的第二面上形成第二組電路走線；以及 穿過(guò)襯底形成用以電連接第一組電路走線和第二組電路走線的一組通孔，從而第一組電路走線、第二組電路走線以及該組通孔共同 地定義了螺線管天線的導(dǎo)電通路。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述導(dǎo)電通路基本上定義 了線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)該線圈時(shí)產(chǎn)生了電磁場(chǎng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中將第一組電路走線形成為基 本上彼此平行，且將第二組電路走線形成為基本上彼此平行，并且其中將第一組電路走線形成為不平行于第二組電路走線。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，將第一組電路走線形成為 基本上彼此平行，且將第二組電路走線形成為基本上彼此平行，并且 其中將第一組電路形成為偏移并且基本上平行于第二組電路走線。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，將第一組電路走線形成為 基本上彼此平行，且將第二組電路走線形成為基本上彼此平行，并且 其中將第一組電路走線形成為被直接堆疊在第二組電路走線上。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括在第一組電路走線上 形成第一絕緣層、在第二組電路走線上形成第二絕緣層、在第一絕緣 層上形成第二襯底上的第三組電路走線、在第二絕緣層上形成第三襯 底上的第四組電路走線、穿過(guò)電路板形成用以電連接第三組電路走線 和第四組電路走線的另一組通孔、以及將第二組電路走線的單個(gè)走線 與第三組電路走線的單個(gè)走線電連接。
25. —種射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽讀取器，其包括 外殼；在外殼內(nèi)的電路板；在電路板上形成的RFID讀取器電路；以及與RFID讀取器電路耦合的螺線管天線，其中RFID讀取器電路 產(chǎn)生流經(jīng)螺線管天線的電流用以產(chǎn)生用于RFID標(biāo)簽的詢問(wèn)的電磁 場(chǎng)，并且其中螺線管天線被構(gòu)造來(lái)使得當(dāng)電路板與RFID標(biāo)簽垂直時(shí)， 電磁場(chǎng)給RFID標(biāo)簽基本上提供了最大的能量轉(zhuǎn)移。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的RFID標(biāo)簽讀取器，其中所述外殼定義 了人機(jī)工程學(xué)的方向，用于沿電路板所定義的平面進(jìn)行方向性的標(biāo)簽 讀取，其中，產(chǎn)生電磁場(chǎng)用以詢問(wèn)RFID標(biāo)簽，該標(biāo)簽的天線垂直于電路板所定義的平面。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的RFID標(biāo)簽讀取器，進(jìn)一步包括在所述 外殼上形成的致動(dòng)器用以啟動(dòng)RFID標(biāo)簽讀取，其中，致動(dòng)器使RFID 讀取器電路產(chǎn)生流經(jīng)螺線管天線的電流，其中螺線天線被構(gòu)造來(lái)使用 戶能沿電路板所定義的平面瞄準(zhǔn)和直射RFID標(biāo)簽讀取器以用于有效 的RFID標(biāo)簽讀取。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25的RFID標(biāo)簽讀取器，其中螺線管天線包 括在電路板的第一面上形成的第一組電路走線、在電路板的第二面上 形成的第二組電路走線、以及穿過(guò)電路板形成的用以電連接第一組電 路走線和第二組電路走線的一組通孔。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25的RFID標(biāo)簽讀取器，其中螺線管天線包 括沿襯底的第一面、第一邊緣、第二面、以及第二邊緣延伸以形成線 圈的電路走線。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28的RFID標(biāo)簽讀取器，其中所述第一組電 路走線、所述第二組電路走線以及所述一組通孔共同地定義了螺線管 天線的導(dǎo)電通路。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29的RFID標(biāo)簽讀取器，其中所述電路走線 定義了螺線管天線的導(dǎo)電通路。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28的RFID標(biāo)簽讀取器，其中第一組電路走 線基本上彼此平行，且第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中第 一組電路走線不平行于第二組電路走線。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28的RFID標(biāo)簽讀取器，其中第一組電路走 線基本上彼此平行，且第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中第 一組電路走線偏移并且基本上平行于第二組電路走線。
34. 根據(jù)權(quán)利要求28的RFID標(biāo)簽讀取器，其中第一組電路走 線基本上彼此平行，且第二組電路走線基本上彼此平行，并且其中第 一組電路走線被直接堆疊在第二組電路走線上。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29的RFID標(biāo)簽讀取器，其中所述電路走線 定義了環(huán)繞襯底的多個(gè)繞轉(zhuǎn)，其中在襯底的第一面和第二面上的每個(gè) 繞轉(zhuǎn)基本上平行于其它的繞轉(zhuǎn)。
36. —種螺線管天線，其包括在襯底上形成的第一組電路走線； 在第一組電路走線上形成的絕緣層；在絕緣層上形成的第二組電路走線；以及在絕緣層的邊緣處形成的一組邊緣連接，用以電連接第一組電 路走線和第二組電路走線，其中，第一組電路走線、第二組電路走線 以及該組邊緣連接共同地定義了螺線管天線的導(dǎo)電通路，并且其中導(dǎo) 電通路定義了線圈，從而當(dāng)電流流經(jīng)該線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36的螺線管天線，其進(jìn)一步包括第二絕緣層、 第三組電路走線、第三絕緣層、第四組電路走線、在第一絕緣層和第 三絕緣層邊緣處形成的第二組邊緣連接、以及在第二組電路走線的至 少一個(gè)走線與第四組電路走線的至少一個(gè)走線之間的電連接，它們共 同地形成多繞組螺線管天線。
38. —種在襯底上產(chǎn)生螺線管天線的方法，其包括步驟 在襯底上形成第一組電路走線； 在第一組電路走線上形成絕緣層； 在絕緣層上形成第二組電路走線；以及在絕緣層的邊緣處形成一組邊緣連接，用以電連接第一組電路 走線和第二組電路走線，從而第一組電路走線、第二組電路走線以及該組邊緣連接共同地定義螺線管天線的導(dǎo)電通路。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中導(dǎo)電通路基本上定義了線圈， 從而當(dāng)電流流經(jīng)該線圈時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包括在第二組電路走線上 形成第二絕緣層、在第二絕緣層上形成第三組電路走線、在第三組電 路走線上形成第三絕緣層、在第三絕緣層上形成第四組電路走線、在 第一絕緣層和第三絕緣層邊緣處形成第二組邊緣連接、以及在第二組 電路走線的至少一個(gè)走線與第四組電路走線的至少一個(gè)走線之間形 成電連接。
41. 一種系統(tǒng)，其包括 射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽；以及RFID讀取器，包括螺線管天線，該螺線管天線與RFID標(biāo)簽電磁 耦合以用于進(jìn)行RFID讀取器和RFID標(biāo)簽之間的信息傳遞，其中，螺 線管天線包括在電路板的第一面上形成的第一組電路走線、在電路板 的第二面上形成的第二組電路走線、以及穿過(guò)電路板形成的用以電連 接第一組電路走線和第二組電路走線的一組通孔，其中，第一組電路 走線、第二組電路走線以及該組通孔共同地定義了螺線管天線的導(dǎo)電 通路，并且其中導(dǎo)電通路定義了線圈，使得當(dāng)電流流經(jīng)線圈時(shí)產(chǎn)生電 磁場(chǎng)，從而允許RFID讀取器電磁耦合到RFID標(biāo)簽以用于信息傳遞。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中當(dāng)RFID讀取器基本上垂直 于RFID標(biāo)簽時(shí)，RFID讀取器的螺線管天線與RFID標(biāo)簽電磁耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及體積效率高的螺線管天線，該天線被制造在諸如印刷電路板之類的襯底上或在其內(nèi)。該天線可以被用在很多要求近程無(wú)線通信或感應(yīng)鏈接的應(yīng)用中，諸如RFID系統(tǒng)、標(biāo)記讀取器、非接觸連接器、近距離傳感器以及近程數(shù)據(jù)鏈接。例如，該天線可以被制造在RFID讀取器的印刷電路板上或在其內(nèi)，從而使RFID讀取器能相對(duì)于RFID標(biāo)簽的z軸垂直定向，其中x-y軸是標(biāo)簽的長(zhǎng)和寬。該垂直定向使用戶能用RFID讀取器直接指向或瞄準(zhǔn)RFID標(biāo)簽，以用于讀取器與眾多標(biāo)簽環(huán)境中的單個(gè)標(biāo)簽之間的有效信息傳遞。
文檔編號(hào)G06K7/08GK101228533SQ200680026410
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者克里斯托弗·R·揚(yáng)格斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司