專利名稱：用于潮濕環(huán)境的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及天線，尤其涉及高頻感應(yīng)天線的形成。本發(fā)明尤其適用于為潮濕環(huán)境中的幾MHz的射頻傳輸而設(shè)計(jì)的天線，例如，為非接觸式芯片卡、射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽或電磁應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的天線。
背景技術(shù)：
圖1非常示意性地示出一種類型的射頻傳輸系統(tǒng)的示例，作為示例，本發(fā)明適用于該類型的射頻傳輸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括產(chǎn)生電磁場的讀取器或基站1，該電磁場能夠被位于該場中的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)答器2所檢測。例如，這些應(yīng)答器2為出于識(shí)別目的而置于物體上的電子標(biāo)簽2’，或者更一般地為任何電磁應(yīng)答器(如圖1中的方框2所標(biāo)記的)。
在讀取器I側(cè)，通常由串聯(lián)諧振電路來表征諧振感應(yīng)天線，該串聯(lián)諧振電路由電阻器r、電容器Cl和感應(yīng)元件LI或天線形成。該電路由高頻發(fā)生器(HF)12激勵(lì)，高頻發(fā)生器12由基站I的未示出的其它電路控制(連接14)。通常調(diào)制(在振幅上和/或在相位上)高頻載波，以發(fā)送數(shù)據(jù)給應(yīng)答器。在應(yīng)答器2側(cè)，通常并聯(lián)的諧振電路包括與電容器C2以及與負(fù)載R并聯(lián)的感應(yīng)元件或天線L2，負(fù)載R代表應(yīng)答器2的電子電路22。該諧振電路在經(jīng)受基站所產(chǎn)生的高頻磁場時(shí)，檢測該磁場流。在電子標(biāo)簽2’的情況下，感應(yīng)元件L2由連接到電子芯片22的導(dǎo)電繞組形成。該芯片通常包圍電容器C2。在基站側(cè)以串聯(lián)諧振電路的形式且在應(yīng)答器側(cè)以并聯(lián)諧振電路的形式的符號(hào)表征是常見的，即使實(shí)際上可能會(huì)發(fā)現(xiàn)串聯(lián)諧振電路在應(yīng)答器側(cè)而并聯(lián)諧振電路在基站側(cè)。在基站側(cè)，也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)諧振LC結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，電容被分成并聯(lián)部分和串聯(lián)部分。這能夠添加阻抗變化功能，例如，能夠使阻抗與發(fā)生器匹配。通常，應(yīng)答器不具有自備電源，且從基站I所產(chǎn)生的磁場獲得其操作所需的電力。應(yīng)答器通過改變應(yīng)用于其諧振電路的負(fù)載(R)以調(diào)制流入其感應(yīng)天線L2且源于基站的磁場所引起的電磁力的電流，而發(fā)送數(shù)據(jù)給基站。通常，讀取器的諧振電路和應(yīng)答器的諧振電路被調(diào)諧至同一諧振頻率ω (L1.Cl. co2=L2. C2. ω2=1)。當(dāng)應(yīng)答器置于例如空氣的環(huán)境中時(shí)，圍繞應(yīng)答器的介質(zhì)的介電常數(shù)實(shí)際上為真空的介電常數(shù)(ε『8. 854. 10_12法拉/米，或者相對介電常數(shù)~=1)。應(yīng)答器的諧振電路的特性(頻率調(diào)諧、品質(zhì)因數(shù))是穩(wěn)定的且為其標(biāo)稱值。然而，在土壤中(或在任何其它潮濕環(huán)境中)則并非如此，在這類環(huán)境中，水的變化量導(dǎo)致了圍繞應(yīng)答器的環(huán)境的介電常數(shù)的高可變性，可達(dá)到非常高的值。水具有非常高的約為80的相對介電常數(shù)εΓ。如果應(yīng)答器的諧振電路不被介電常數(shù)低且穩(wěn)定的材料的包膜充分保護(hù)，則應(yīng)答器的諧振電路的特性將被強(qiáng)烈地改變。如果可能使用的保護(hù)包膜的介電常數(shù)不低，倘若該介電常數(shù)是穩(wěn)定的，則可以在該包膜存在下調(diào)整諧振電路的特性。圖2非常示意性地示出潮濕環(huán)境中的傳輸系統(tǒng)的示例。該系統(tǒng)用于檢測埋在土壤S中的管道3。形成檢測器的基站鄰近土壤S的表面55放置。這種檢測器發(fā)射射頻磁場，與埋在土壤中的管道3相關(guān)聯(lián)的應(yīng)答器2能夠檢測該射頻磁場。這種系統(tǒng)通常用于在土木工程中檢測管道的存在。這類應(yīng)用中的問題在于，土壤形成能夠從干土變化為飽含水的土壤的潮濕環(huán)境。于是，介電常數(shù)L (能達(dá)到幾十)將不再與空氣中(L=I)的數(shù)量級(jí)相同。作為結(jié)果，應(yīng)答器天線的感應(yīng)電路(L2)的不同部分之間所形成的雜散電容將強(qiáng)烈地增大，這會(huì)為諧振器增加介電損失。于是，應(yīng)答器的諧振電路將不再調(diào)諧，且負(fù)面地改變其品質(zhì)因數(shù)，這將對傳輸(遠(yuǎn)程供電和通訊)產(chǎn)生不利影響。當(dāng)前的解決方案包括為應(yīng)答器的諧振電路涂覆絕緣材料(介電常數(shù)、約為1，或者高至幾個(gè)單位(小于5))，該絕緣材料要厚得足以使潮濕環(huán)境被充分遠(yuǎn)隔且不再干擾應(yīng)答器的諧振器的特性。也可以在保護(hù)材料存在下調(diào)整諧振器的特性。盡管所需的厚度(實(shí)際上為幾毫米)看似很小，但其大幅增加了管道成本。對于其它應(yīng)用，用作標(biāo)簽的應(yīng)答器的纖薄也可以是一限制因素，其使得增大厚度是不可取的。特別地，為了定位管道的路徑，應(yīng)當(dāng)以從不到一米至幾米的小間隔來呈現(xiàn)標(biāo)簽。進(jìn)一步地，不希望管道具有大的附隨物(例如，集成應(yīng)答器的封裝體)。在內(nèi)側(cè)，即使管道用來運(yùn)輸液體，管厚度通常也要足以使諧振器特性不被干擾。圖3為用于制作可在潮濕環(huán)境中使用的電子標(biāo)簽的已知技術(shù)的示例的部分以橫剖面圖形式的透視圖，該潮濕環(huán)境的含水量從干的變?yōu)轱柡摹０娮有酒?2和平面天線L2的標(biāo)簽2位于管道3的外表面上。該標(biāo)簽由絕緣板支撐，絕緣板是柔性的，從而可卷繞在管道上。于是，利用柔性的絕緣層35 (例如矩形的)覆蓋組件。即使利用介電常數(shù)非常低(等于或略大于相對值I)的材料，所添加的厚度依然大于幾毫米。可以設(shè)想，在制造時(shí)將標(biāo)簽嵌入管道厚度中。然而，這使管道制造更復(fù)雜，因此更昂貴。將物體插入在所述厚度中可能會(huì)給維持/保持管道的機(jī)械抗性施加強(qiáng)大的制造約束。因此，需要適用于潮濕環(huán)境的感應(yīng)天線。文獻(xiàn)W02008/083719描述了一種小型天線，這種天線由在一點(diǎn)處中斷的第一圓形軌道形成，且在兩個(gè)沿直徑相反的位置上中斷的第二軌道圍繞著該第一圓形軌道。第一軌道和第二軌道并非每個(gè)都形成繞組，從幾何圖形的意義上說，相當(dāng)于至少兩個(gè)導(dǎo)電軌道匝的繞組。文獻(xiàn)US2003/080918描述了一種無線通信設(shè)備且提供了與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的壓力傳感器和溫度傳感器。文獻(xiàn)W02007/084510描述了各種形式的RFID天線，包括由間斷的非互連部分形成的圓環(huán)天線。Garcia等人于2005年8月在美國物理協(xié)會(huì)的應(yīng)用物理學(xué)期刊中(第98卷，n° 3，033103-1 頁至 9 頁)發(fā)表的文章 “On the resonances and polarizabilities of splitring resonators”描述了不同形式的由多對軌道形成的諧振電路。文獻(xiàn)JP2004-336198描述了一種電連續(xù)的多匝環(huán)形天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式的目的是提供一種克服傳統(tǒng)天線的全部或部分缺點(diǎn)的感應(yīng)天線。本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的是提供一種尤其能很好地適于用在潮濕環(huán)境中的天線。本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的是提供一種在潮濕環(huán)境中不需要額外的絕緣體的低厚度(厚度小于I毫米)的感應(yīng)天線。本發(fā)明的實(shí)施方式的目的是提供一種不需要改變應(yīng)答器支承件的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)這些和其它目的中的全部或部分，本發(fā)明提供一種感應(yīng)天線，該感應(yīng)天線包括絕緣襯底；第一平面導(dǎo)電繞組，所述第一平面導(dǎo)電繞組位于襯底的第一表面上，且以規(guī)律間隔中斷，以形成一系列的第一導(dǎo)電軌道對；第二平面導(dǎo)電繞組，所述第二平面導(dǎo)電繞組位于襯底的第二表面上且正對第一繞組,第二繞組中的中斷正對第一繞組中的中斷，以形成一系列的第二導(dǎo)電軌道對；且其中每個(gè)第一軌道對和正對的第二軌道對限定諧振子組件；同一子組件的兩個(gè)第一軌道不相互連接，且分別電連接至另一子組件的唯一的另一第一軌道或者電連接至天線的端子；相鄰對的第二軌道不相互電連接；以及每個(gè)第一軌道的一端電連接至關(guān)注的子組件的第二軌道的一端；或者不被連接，關(guān)注的子組件的第二軌道則相互電連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，襯底是柔性的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，天線具有小于I毫米的厚度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，天線包括至少兩個(gè)子組件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，天線還包括半子組件，該半子組件由第一軌道及其相對的第二軌道形成，且連接至至少一個(gè)子組件。本發(fā)明還提供一種諧振器，該諧振器包括具有相互連接的端子的天線。本發(fā)明還提供一種適用于潮濕環(huán)境的電子標(biāo)簽，該電子標(biāo)簽包括連接到天線的電子電路。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，包括至少一個(gè)感應(yīng)元件和一個(gè)電容元件的匹配電路插入在天線和電子電路之間。本發(fā)明還提供一種管道，該管道包括至少一個(gè)電子標(biāo)簽。本發(fā)明還提供一種封裝體，該封裝體包括至少一個(gè)電子標(biāo)簽。本發(fā)明還提供一種電磁應(yīng)答器，該電磁應(yīng)答器包括電子標(biāo)簽和連接到電子電路的傳感器。本發(fā)明還提供標(biāo)簽在地下的用途。本發(fā)明還提供一種管道，該管道包括至少一個(gè)諧振器。
本發(fā)明還提供一種封裝體，該封裝體包括至少一個(gè)諧振器。本發(fā)明還提供一種電磁應(yīng)答器，該電磁應(yīng)答器包括至少一個(gè)諧振器和連接到電子電路的傳感器。本發(fā)明還提供諧振器在地下的用途。


將結(jié)合附圖，在以下具體實(shí)施方式
的非限制性的描述中詳細(xì)地討論本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢，附圖中圖1如前所述，以方框的形式示意性地示出本發(fā)明所適用的射頻傳輸系統(tǒng)的示例；圖2如前所述，為本發(fā)明尤其適用的設(shè)施的簡化表示；圖3如前所述，為已知技術(shù)的部分以橫剖面圖形式的簡化透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)答器的實(shí)施方式的方框圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的天線的透視圖；圖6為沿著圖5的平面VI的橫剖面圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的天線的第一類型的子組件的簡化的橫剖面圖；圖7A示出圖7的子組件的等效電氣圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的天線的第二類型的子組件的簡化的橫剖面圖；圖8A示出圖8的子組件的等效電氣圖；圖9示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的天線的另一應(yīng)用示例。
具體實(shí)施例方式在不同的附圖中，相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示，這些附圖未按比例繪制。為清楚起見，將僅示出和描述對本發(fā)明的理解有用的那些元件。特別地，未詳細(xì)說明將描述的應(yīng)答器天線所用于的基站，本發(fā)明與當(dāng)前各種基站和檢測器兼容，無需對基站和檢測器進(jìn)行改動(dòng)。此外，也未詳細(xì)說明應(yīng)答器所形成的負(fù)載的調(diào)制信號(hào)，本發(fā)明與當(dāng)前用于這種類型的應(yīng)答器的信號(hào)兼容。本發(fā)明還與當(dāng)前可用于這種類型的應(yīng)答器的電子標(biāo)簽兼容。為了調(diào)諧對潮濕環(huán)境不靈敏的標(biāo)簽(該標(biāo)簽插在潮濕環(huán)境中)，提供增大其諧振電路的電容值。因此，呈現(xiàn)在不同電路部分之間的且取決于環(huán)境介電常數(shù)的雜散電容僅帶給諧振電路的調(diào)諧微不足道的貢獻(xiàn)，即使具有高介電常數(shù)。于是，困難在于針對給定諧振頻率(在本發(fā)明所針對的更具體的應(yīng)用中，在IOMHz和IOOMHz之間)，減小補(bǔ)償電容增加所需的電感值。為了減小電感，可以設(shè)計(jì)減少形成天線的平面繞組的匝數(shù)(電感隨著匝數(shù)的平方變化)。然而，減少匝數(shù)還減小圍繞天線所恢復(fù)的電壓(恢復(fù)電壓隨著匝數(shù)變化)。目前，恢復(fù)電壓必須足以得到標(biāo)簽芯片的操作所需的電力?？梢栽O(shè)計(jì)增大電感的規(guī)格(恢復(fù)電壓隨著比例因子的平方變化)，同時(shí)減少匝數(shù)(電感隨著比例因子變化)。然而，所需的天線尺寸經(jīng)常與應(yīng)用不兼容。此外，厚度限制阻礙了分立元件的使用，分立元件可能是需要的，尤其對于并入高值的電容元件而言。因此，將諧振感應(yīng)天線的電路分成子組件或多對以特定方式互連的部分，以形成都具有同一諧振頻率的諧振子組件，對于參與有關(guān)子組件的電容元件來說，每個(gè)子組件都具有足夠低的電感值，以具有足以使取決于潮濕環(huán)境介電常數(shù)的雜散電容可忽略的值，即使具有聞介電常數(shù)。因此，在簡化的實(shí)施方式中，所形成的諧振天線的端子直接互連。因此獲得具有不被潮濕環(huán)境負(fù)面改變的頻率調(diào)諧特性和品質(zhì)因數(shù)特性的簡單諧振器，這種諧振器能夠響應(yīng)簡單的標(biāo)記應(yīng)用。在能夠與電子芯片一起工作的實(shí)施方式中，需要在感應(yīng)諧振天線與電子芯片之間插入匹配電路。圖4為這樣的實(shí)施方式的方框圖。由諧振子組件形成的諧振器4 (ANT)通過匹配電路5連接至電子芯片22，下文中將描述諧振子組件的示例。例如，這樣的匹配電路由與諧振器繞組串聯(lián)的電感(例如，平面感應(yīng)繞組)形成。電容元件C2參與匹配，但可集成在芯片22中，如圖所示。元件C2與芯片22的電子電路并聯(lián)。優(yōu)選地，相比于諧振感應(yīng)天線4，電感L2’尺寸較小。感應(yīng)元件L2’被選擇成使得將電路L2’ C2調(diào)諧至射頻場的頻率，以獲得過壓效應(yīng)。優(yōu)選地，將選擇感應(yīng)元件L2’以具有小尺寸，該感應(yīng)元件L2’不需要恢復(fù)射頻磁場所引起的電壓，從而潮濕環(huán)境所引入的對電路L2’C2的諧振特性的干擾將僅略微地影響標(biāo)簽操作。在以下描述中，術(shù)語“天線”將指代諧振感應(yīng)天線4。圖5為針對潮濕環(huán)境中的應(yīng)答器2’的天線4的實(shí)施方式的簡化透視圖。圖6為沿著圖5的平面VI的橫剖面圖。天線4由絕緣襯底46的兩個(gè)表面上的兩個(gè)相同的平面導(dǎo)電繞組42、44形成。兩個(gè)繞組豎向地彼此疊置。例如，襯底為當(dāng)前用于平面天線的類型的柔性絕緣板。優(yōu)選地，以規(guī)律間隔中斷繞組，以在襯底的每個(gè)表面上形成一組堆疊的相同的導(dǎo)電軌道，這些導(dǎo)電軌道形成微帶線部分，根據(jù)形成諧振子組件的繞組的布局，每兩個(gè)地連續(xù)地聚集這樣的微帶線部分。術(shù)語“繞組”用于指代相當(dāng)于至少兩個(gè)導(dǎo)電軌道匝的繞組的幾何圖形。當(dāng)談及平面繞組或平面天線時(shí)，這并不排除柔性的襯底，使得最后天線呈放置有所述天線的設(shè)備(例如，管道)的形狀。在同一諧振子組件中，兩個(gè)線部分的導(dǎo)電軌道按照根據(jù)兩個(gè)實(shí)施方式的繞組的布局而連接到連續(xù)性的幾何點(diǎn)，下文中將討論這兩個(gè)實(shí)施方式。根據(jù)在連接至天線4的端子41的第一子組件的一端與連接至天線4的端子43的最后子組件的一端之間的繞組的布局，將諧振子組件互連。利用在同一表面上的電連接或利用從一個(gè)表面到另一個(gè)表面的穿過式電連接(通孔)進(jìn)行這些連接。根據(jù)圖5的實(shí)施方式，天線由三個(gè)具有兩個(gè)微帶線部分的諧振子組件(分別用附圖標(biāo)記的前兩位52、54和56進(jìn)行標(biāo)識(shí))形成，這兩個(gè)微帶線部分形成四個(gè)導(dǎo)電軌道的組件，每個(gè)子組件包括在襯底的第一表面上的兩個(gè)第一軌道522、524、542、544、562、564以及對面的在第二表面上的兩個(gè)第二軌道526、528、546、548、566、568。每個(gè)子組件的第一微帶線部分分別由軌道對522、526、軌道對542、546、軌道對562和566形成，且第二部分由軌道對524、528、軌道對544、548、軌道對564、568形成。同一諧振子組件的且同一表面的兩個(gè)軌道在相應(yīng)的繞組42或繞組44中，在幾何形狀上是一個(gè)接一個(gè)的。
因此，天線4的第一端子41連接至軌道522的第一端5222 (例如，任意地形成半環(huán))，軌道522的第二端5224正對著而并未連接至第一子組件52的軌道524的第二端5244。軌道524擴(kuò)展繞組42，利用其第一端5242連接(連接件582)至第二子組件54的軌道542的第一端5422。沿著第一繞組42的整個(gè)長度重復(fù)該結(jié)構(gòu)。因此，第三子組件56的軌道562的第一端5622電連接(連接件584)至子組件54的軌道544的一端5442。軌道562的第二端5624正對著(而并未連接至)子組件56的軌道564的第二端5644。軌道564的第一端5642通過與天線的第二端子43連接而終止繞組。在第二表面?zhèn)?，利用子組件52、子組件54和子組件56的第二軌道526、528、546、548、566和568重復(fù)相同的樣式。然而，將軌道526、546、566、528、548、568的各自的第一端5262、5462、5662、5282、5482、5682 留為懸空的。在圖5的實(shí)施方式中，第一繞組42的軌道522、542、562的各自的第二端5224、5424,5624連接(例如，通過通孔，分別為通孔523、通孔543和通孔563)至形成在第二繞組44中的相應(yīng)子組件的軌道528、548、568的各自的第二端5284、5484、5684。第一繞組42的軌道524、544、564的各自的第二端5244、5444、5644連接至形成在第二繞組44中的相應(yīng)子組件的軌道526、546、566的各自的第二端5264、5464、5664。作為變型，連接件582和連接件584位于繞組44上(分別連接端5462、端5282和端 5662、端 5482)，并將軌道 542、524、562、544 的第二端 5422、5622、5242、5442 留為懸空的。在該變型中，天線的端子則對應(yīng)于軌道526的端5262和軌道568的端5682。在將電子電路(芯片22)以及可能地插入的匹配電路5布置在兩個(gè)表面上之后，用絕緣漆482和絕緣漆484覆蓋這兩個(gè)表面(圖6)。然后可將組件布置在(例如粘合在)管道3的外表面上。最后，將絕緣膜49布置在組件上。可以認(rèn)為，每個(gè)諧振軌道子組件52、54、56表示兩個(gè)線部分之間的Moebius型連接件(例如，參看 P. H. Duncan 于 1974 年 5 月在期刊《IEEE Transaction on ElectromagneticCompatibility》中發(fā)表的文章“Analysis of the Moebius Loop Magnetic FieldSensor”，該文章描述了一種具有兩個(gè)同軸線部分的Moebius型連接件)。則不同的諧振子組件在幾何上以內(nèi)旋形狀首尾相連地布置，優(yōu)選地，在單一導(dǎo)電級(jí)中進(jìn)行兩個(gè)相鄰子組件之間的電連接。在兩個(gè)電連接之間不具有通過同一子組件的電氣連續(xù)性，這些電連接將該子組件連接到相鄰子組件或連接到天線4的端子41、43。圖7為采用未卷繞的表現(xiàn)形式的圖5的子組件之一(例如，諧振子組件54)的橫剖面圖。圖7A示出圖7的子組件54的等效電氣圖。 形成在第一導(dǎo)電級(jí)或第一繞組中的第一軌道542或第一軌道544通過其第二端和相應(yīng)的連接件543或連接件545連接至第二軌道548或第二軌道546，第二軌道548或第二軌道546豎向地位于另一級(jí)或另一繞組中的另一第一軌道之上(交叉連接)。軌道542的第一端和軌道544的第一端限定接入子組件的端子，所述端子分別連接至相鄰的子組件52和子組件56的接線端。將軌道546第一端和軌道548的第一端留為懸空的。從電氣視角且如圖7A所示，這種子組件的等效電氣圖相當(dāng)于在電學(xué)上串聯(lián)地布置值為L54的電感和值為C54的電容器。電感L54表不等效于子組件54的導(dǎo)電軌道的聯(lián)合的單個(gè)導(dǎo)電軌道的電感加上該等效軌道和同樣地與其它子組件相關(guān)聯(lián)的等效軌道之間的互感。電容器C54表示在第一級(jí)的軌道542、軌道544與第二級(jí)的軌道546、548之間由子組件54的軌道所形成的電容(考慮絕緣襯底46的電容率)。不同的諧振電路在電學(xué)上串聯(lián)以形成天線。在本實(shí)施方式中(忽略導(dǎo)電軌道中的電阻損耗和介電損耗)，諧振子組件54的阻抗為 Z=jL54co+l/jC54co。圖8為根據(jù)第二實(shí)施方式的子組件的橫剖面圖。根據(jù)該第二實(shí)施方式，將第一繞組的軌道542和軌道544的各自的第二端留為懸空的(未連接的)，并將同一子組件的第二繞組的軌道546和軌道548的各自的第二端互連(連接件57)。相對于第一實(shí)施方式,其余部分·未改動(dòng)。從電氣視角且如圖8A所示，假設(shè)在兩個(gè)實(shí)施方式中，軌道長度相同，則圖8和圖8A的實(shí)施方式相當(dāng)于值為L54的感應(yīng)元件與值為C54/4的電容元件的串聯(lián)，其中，L54和C54代表關(guān)于圖7A所定義的子組件54的電感和電容。在本實(shí)施方式中(忽略導(dǎo)電軌道中的電阻損耗和介電損耗)，一對部分的阻抗為Z=jL54co+l/j(C54/4) ω。本實(shí)施方式減小了等效電容，但避免了每個(gè)子組件中的互連通孔?？梢院喜⒁陨蟽蓚€(gè)實(shí)施方式。針對給定的調(diào)諧頻率，具體提供的天線結(jié)構(gòu)能夠形成小值的感應(yīng)子組件，因此與高值的電容相關(guān)聯(lián)(因此對雜散電容的變化不敏感，雜散電容對潮濕環(huán)境敏感)。因此，利用電介質(zhì)厚度，能夠形成不可忽略的電容(大于150pF)。于是長度將適合于天線的工作頻率，使得每個(gè)子組件都遵守調(diào)諧，即LCco2=I (對于根據(jù)圖7A的實(shí)施方式的子組件54，為L54C54co2 ;對于根據(jù)圖8A的實(shí)施方式的子組件54，為 L54C54/4co2)。可以使用近似法則來定天線的尺寸。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，認(rèn)為單位電感LO等于一繞組的電感，該繞組等效于繞組42和繞組44的并聯(lián)組合除以匝數(shù)(該匝數(shù)為繞組42和繞組44所共用)平方。還認(rèn)為總體電容CO等于第一級(jí)的軌道與第二級(jí)的軌道之間所包括的總電容，考慮了絕緣襯底46的電容率。如果每匝繞組有規(guī)律地分布η個(gè)諧振子組件，則將遵守的近似規(guī)則，在第一實(shí)施方式中(圖7)為L0C0(co/n)2=l，在第二實(shí)施方式中(圖8)為LO (C0/4)(ω/η)2=1。在諧振子組件占用超過一匝的情況下，考慮匝數(shù)，例如，對于超過兩匝，將選擇η=1/2。可從每個(gè)子組件的阻抗Z的串聯(lián)來推導(dǎo)天線4的等效阻抗。當(dāng)天線4位于磁場中時(shí)，考慮到與其等效阻抗串聯(lián)地插入電壓源，則可根據(jù)連接至該天線的負(fù)載來計(jì)算天線4所恢復(fù)的電壓。該電壓源的值對應(yīng)于射頻磁場在等效于繞組42和繞組44的并聯(lián)的繞組中所引起的電動(dòng)勢。因此，可以看出，可根據(jù)一個(gè)或另一個(gè)實(shí)施方式的子組件的分布而改變導(dǎo)電元件的長度和電容值?，F(xiàn)在，電容元件的值不再是可忽略的，且天線對其環(huán)境所引起的干擾不敏感。這種形成天線的方式還能夠拆分電子電路，并避免感應(yīng)元件具有過長的長度，如果長度過長，則電流將不能以均勻的方式(振幅和相位)進(jìn)行循環(huán)。事實(shí)上，各對的互連相當(dāng)于串聯(lián)幾個(gè)諧振頻率相同的諧振電路。電路電感的值越小，雜散電容效應(yīng)所引起的電流漂移將越小。不同的子組件不需要具有相同的長度，只需每個(gè)子組件都遵守諧振關(guān)系，可能地插入有電容器。可以在不同子組件之間插入電容器。然而，為了避免不利地影響厚度，將優(yōu)選的是改變襯底46的厚度。在圖5所示的實(shí)施方式中，優(yōu)選地，所使用的厚度具有以下數(shù)量級(jí)襯底46 :小于 200 μ m ;用于形成繞組42和繞組44的導(dǎo)電層小于50 μ m,例如為35 μ m ;漆482和漆484 :大約為幾十μπι;膜49:最多幾百μπι,優(yōu)選地小于ΙΟΟμπι ;
這些厚度可以變化，但可以看出，所形成的應(yīng)答器是特別薄的(在優(yōu)選實(shí)施方式中，其厚度小于1_)，同時(shí)對因潮濕環(huán)境的存在所引起的雜散電容的變化不敏感。作為具體實(shí)施方式
，如圖5所示的且適于以13. 56MHz頻率工作的天線形成在100 μ m厚的襯底上，該襯底具有42. 5pF/cm2的電容，該天線以五個(gè)矩形回路的形式形成在該襯底的每個(gè)表面上，且具有以下特性(忽略子組件之間的長度變化)回路尺寸約210mm*50mm ;布置在襯底上的銅軌道的寬度(1. 82mm)；電感L0=300nH ；電容C0=1850pF，即在第一實(shí)施方式中為C54=185pF，在第二實(shí)施方式中為C54=370pF (C54/4=93pF)。基于以上所提供的功能指示且通過使用當(dāng)前制造薄的柔性支承件上的集成電路的制造技術(shù)，天線的實(shí)際形成，從而應(yīng)答器的實(shí)際形成，在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。特別地，在圖5和圖7的實(shí)施方式中，各級(jí)間的互連的形成可需要偏移每個(gè)繞組中的軌道的各端。圖9示出適于潮濕環(huán)境的天線的應(yīng)用的另一示例。根據(jù)本示例，包括這種天線4的電子標(biāo)簽2’布置在新鮮產(chǎn)品包裝上(包裝內(nèi)可以包含具有各種水含量的不同新鮮產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以覆蓋有或未覆蓋有霜，因此可按照有序方式或成批地堆放所封裝的產(chǎn)品或者不堆放)。所描述的結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，在接收磁流(磁場的輻射，考慮電流沿天線的循環(huán))方面，這些結(jié)構(gòu)與繞組是兼容的，繞組具有大的匝數(shù)，優(yōu)選地在5匝和15匝之間。圖10為根據(jù)另一實(shí)施方式的天線的簡化表示。如在之前的實(shí)施方式中，天線包括至少兩個(gè)子組件50，每個(gè)子組件50由兩個(gè)利用連接件57或利用連接件543和連接件545而彼此相連的軌道對500形成。利用由額外的一對軌道所形成的半子組件500完成該結(jié)構(gòu)。可將該半子組件插入在兩個(gè)子組件之間，而不置于天線的一端。額外的半子組件的存在可以用于調(diào)整天線長度，用于將天線的末端轉(zhuǎn)移到襯底的同一表面上等。作為具體實(shí)施方式
，形成具有以下尺寸的遵守所述結(jié)構(gòu)的感應(yīng)天線。示例I 襯底商標(biāo)名為卡普頓(Kapton)的材料，該材料具有50 μπι的厚度(ε r=3. 3)。繞組5個(gè)矩形回路的矩形螺旋件，5個(gè)矩形回路的尺寸分別為47. 5mm*212mm、50.5mm*215mm>53. 5mm*218mm>56. 5mm*221mm 和 59. 5mm*224mm0導(dǎo)電軌道的寬度1. 07mm。軌道中斷每個(gè)回路兩對軌道(中斷位于每個(gè)回路的每條小邊的中間，子組件的中部位于大邊的中間)。子組件的類型連接件543和連接件545的類型的交叉連接，即，每個(gè)第一軌道的一端電連接至所關(guān)注的子組件的第二軌道的一端。10個(gè)子組件作為一個(gè)整體。示例2 襯底商標(biāo)名為卡普頓(Kapton)的材料，該材料具有50 μπι的厚度(ε r=3. 3)。繞組6個(gè)矩形回路的矩形螺旋件，6個(gè)矩形回路的尺寸分別為47mm*211. 75mm、49. 5mm*214. 25mm>52mm*216. 75mm>54. 5mm*219. 25mm>57mm*221. 75mm和 59. 5mm*224. 25mm。導(dǎo)電軌道的寬度0. 89mm。軌道中斷每個(gè)回路一對軌道(中 斷位于每個(gè)回路的每條小邊的中間，子組件的中部位于另一條小邊的中間)。子組件的類型在連接件57的類型的表面上的直接連接，即，每個(gè)第一軌道的一端未連接，將每個(gè)子組件的第二軌道互連。6個(gè)子組件作為一個(gè)整體。示例3 襯底商標(biāo)名為FR4的材料，該材料具有100 μ m的厚度(ε =4. 8)。繞組6個(gè)矩形回路的矩形螺旋件，6個(gè)矩形回路的尺寸分別為20mm*100mm、18mm氺98mm、16mm氺96mm、14mm氺94mm、12mm氺92mm 牙口 IOmm氺90mm。導(dǎo)電軌道的寬度0. 66mm。軌道中斷每批兩個(gè)回路一對軌道(中斷和子組件的中部位于每個(gè)回路的同一條小邊的中間)。子組件的類型從一個(gè)表面到另一個(gè)表面的交叉連接?？梢栽O(shè)想這種天線和這種應(yīng)答器的其它應(yīng)用。例如，可將一個(gè)或多個(gè)物理變量(例如，壓力、溫度、濕度等)的傳感器連接到應(yīng)答器的電子電路，利用天線將表示這些變量的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)處的讀取器。在文獻(xiàn)W02008/083719中所描述的回路天線最多可對應(yīng)于所述感應(yīng)天線的子組件中的一個(gè)子組件。已描述了各種實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行各種變更和修改。特別地，待給定的導(dǎo)電軌道的尺寸取決于應(yīng)用，且基于上文給出的功能指示、諧振頻率和預(yù)期的天線尺寸，導(dǎo)電軌道尺寸的計(jì)算在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)天線，包括 絕緣襯底(46)； 第一平面導(dǎo)電繞組(42)，所述第一平面導(dǎo)電繞組位于所述襯底的第一表面上，且以規(guī)律間隔中斷，以形成一系列的第一導(dǎo)電軌道對(522、524 ;542、544 ;562、564)； 第二平面導(dǎo)電繞組(44)，所述第二平面導(dǎo)電繞組位于所述襯底的第二表面上且正對第一繞組,第二繞組中的中斷正對所述第一繞組中的中斷，以形成一系列的第二導(dǎo)電軌道對(526,528 ;546、548 ;566、568);且其中 每個(gè)第一軌道對和正對的第二軌道對限定諧振子組件(52、54、56)； 同一子組件的兩個(gè)第一軌道不相互連接，且分別電連接至另一子組件的唯一的另一第一軌道或者電連接至所述天線的端子(41、43)； 相鄰對的第二軌道不相互電連接；以及 每個(gè)第一軌道的一端(5224、5244、5424、5444、5624、5644) 電連接(523、543、563、525、545、565)至關(guān)注的子組件的第二軌道的一端(5284、5264、5484、5464、5684、5664);或者 不被連接，所述關(guān)注的子組件的第二軌道則相互電連接(57 )。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述襯底(56)是柔性的。
3.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的天線，具有小于I毫米的厚度。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的天線,包括至少兩個(gè)子組件。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的天線，還包括半子組件，所述半子組件由第一軌道及其相對的第二軌道形成，且連接至至少一個(gè)子組件。
6.一種諧振器，包括前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有相互連接的端子(41、43)的天線(4)。
7.一種適用于潮濕環(huán)境的電子標(biāo)簽，包括連接到天線(4)的電子電路，其中，所述天線為如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的天線。
8.如權(quán)利要求7所述的電子標(biāo)簽，其中，包括至少一個(gè)感應(yīng)元件(L2’)和一個(gè)電容元件(C2 )的匹配電路(5 )插入在所述天線和所述電子電路之間。
9.一種管道(3)，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求7或8所述的電子標(biāo)簽(2’)。
10.一種封裝體(9)，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求7或8所述的電子標(biāo)簽(2’)。
11.一種電磁應(yīng)答器，包括如權(quán)利要求7或8所述的標(biāo)簽和連接到電子電路的傳感器。
12.如權(quán)利要求7或8所述的標(biāo)簽在地下的用途。
13.一種管道(3)，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求6所述的諧振器(4)。
14.一種封裝體(9)，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求6所述的諧振器(4)。
15.一種電磁應(yīng)答器，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求5所述的諧振器(4)和連接到電子電路的傳感器。
16.如權(quán)利要求6所述的諧振器在地下的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)天線，包括第一平面導(dǎo)電繞組(42)，位于襯底的第一表面上，所述第一繞組以規(guī)律間隔中斷以形成一系列第一導(dǎo)體對(522、524；542、544；562、564)；和第二平面導(dǎo)電繞組(44)，位于襯底的第二表面上，所述第二繞組正對第一繞組且沿著與第一繞組的中斷方向垂直的方向中斷，以形成一系列第二導(dǎo)體對(526、528；546、548；66、568)。每個(gè)第一導(dǎo)體對及其對面的第二導(dǎo)體對限定諧振子組件，其中，單個(gè)子組件的兩個(gè)第一導(dǎo)體分別電連接至另一子組件的另一第一導(dǎo)體或電連接至天線的端子(41、43)，相鄰對的第二導(dǎo)體不相互電連接，以及每個(gè)第一導(dǎo)體的一端(5224、244、5424、5444、5624、5644)電連接(523、543、563、525、545、565)至關(guān)注的子組件的第二導(dǎo)體的一端(5284、5264、5484、5464、5684、5664)，或不被連接，此時(shí)關(guān)注的子組件的第二導(dǎo)體相互電連接。
文檔編號(hào)H01Q7/00GK103069439SQ201180038901
公開日2013年4月24日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月15日
發(fā)明者蒂埃里·托馬斯 申請人:原子能與替代能源委員會(huì)