TW200814424A - Electromagnetic enhancement and decoupling - Google Patents

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200814424 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於操控電磁輻射（EM)之裝置，且尤其是關於使 能量耦合入如RF(射頻）標籤之識別裝置之領域。本發明允 許該標籤從使標籤效能降質之表面解耦合（即，隔離），該 表面如爲金屬表面。本發明關於任一 EM標籤，尤其是該 等有賴傳播波互動者（相對於磁性標籤所展現之感應耦 合）。因此，我們的較佳實施例包含長距離系統標籤（例如， UHF距離及微波距離標籤）之應用。 【先前技術】 可傳輸由適當讀取器所檢測之調變電磁信號之電子裝 置廣爲用於品目之識別及追蹤，尤其是用於店家或庫房環 境中之物品。遍及本專利說明書稱爲EM標籤或簡稱爲標 籤之該等裝置通常包括耦合至一體成型天線之晶片，該天 線係調諧至特定操作頻率。目前EM標籤之操作頻率通常 爲包含超高頻（UHF)及微波距離之射頻（RF)，但本發明適用 以任一頻率操作之標籤。該標籤可爲被動式，其與適當頻 率之入射輻射互動並使調變信號重新傳回讀取器，或爲其 中標籤包含其本身電源之主動式。 該等標籤，尤其是被動式標籤一般碰到之缺點爲如將 其置放在金屬表面上（或在數釐米內），則其讀取距離降低 爲不可接受程度，且更典型的是，該標籤無法被讀取或質 問。這是由於傳播波RF標籤使用一體成型天線以接收入射 輻射:天線的尺寸及幾何排列規定其諧振的頻率，且因此 調整標籤之操作頻率（對於UHF(超高頻）距離標籤一般爲 200814424 • 5GHz 或 時，標籤 質，或更 完成如鐵 GPS之其 RF(射頻） 及擁有顯 樹液之某 、飲料罐 表面之間 可用之系 常需要至 言該厚度 被設計成 :口 ’ Avery 試圖使用 線係考量 調諧。這 設計，其 雜度。 866MHz或915MHz而對於微波距離標籤爲2.4-2 5.8GHz)。當將標籤置放靠近或直接接觸金屬表面 之傳導天線與該表面互動，且因此其諧振特性降 典型的是，無效。因此，以UHF RF標籤非常難以 籠子或罐子之金屬物品之追蹤且因此必須使用如 他更昂貴的定位系統。 UHF RFID標籤亦碰到類似問題，當鋪貼在與 電磁波互動之某些其他表面，如某種型式之玻璃 著水量之表面時，該等實例包含具有高度水分或 種型式木材。當標貼含有/納有水分，例如爲水瓶 或人體等之材質時亦將.碰到問題。 暫時避開該問題之一種方式爲在RF標籤與 置放泡棉間襯，防止天線與表面之互動。以目前 統，爲了實際將RF標籤從表面隔離足夠距離，通 少1 0-1 5 mm厚之泡棉間襯。顯然地對許多應用而 之間襯並不實際且易於意外碰擊及損傷。 其他方法包含唯一型態之天線的提供，其已 特定使 RF標籤與特定環境匹配之阻抗。例$ Dennison之國際專利申請案第WO2004/09 3 249號 帶有補償元件之天線之標籤來處理此問題。該天 表面效應而設計並對準特定環境或可能環境距離 避免大間襯之需求，卻真正需要相當複雜的天線 對每個標籤必須不同，因此，增添製造成本及複 US5,995,048說明使表面效應降至最小之天線設計，其 中1/4波長之微帶天線（patch antenna)自一甚大之地面隔 200814424 開。該設計使表面反射效應降至最小，但微帶天線較佳是 從地面隔開1 /4波長的距離，其爲大的間隔且一樣有上述 泡棉間襯之問題。其亦需要在所有情況下可能達不到之大 地面。而且，爲了有效地操作，爲諧振電路之微帶天線阻 抗必須與標籤諧振電路小心匹配。 【發明內容】 因此’本發明之目的在提供架置作爲電磁輻射解耦合 材質之EM標鐵’該材質至少減緩與習知技術系統有關 之某些問題，亦即，那些厚度、尺寸及彈性。 本發明之進一步目的在提供用於將入射能量耦合入電 子裝置或標籤之設備，而同時自上面架置有裝置或標籤之 基板之潛在反效應隔離該耦合效應。 因此，依據本發明提供含腔穴（cavity)結構之電磁輻射 解耦合器，該腔穴結構包括連接至第一導電側壁及第二導 電側壁之導電基部，第一導電側壁及第二導電側壁係隔開 的且實質上爲平行的。較佳地，電介質材料係配置在腔穴 結構內。 本發明之實施例可因此爲包括腔穴結構之非常簡單結 構，該腔穴結構係由各自連接至導電基部之兩個、分離的、 平行導電表面形成。腔穴本身係由兩個導電側壁及導電端 部位之重疊區域所界定。當電介質材料爲例如，如空氣之 氣體的流體時，即使可有用以保持側壁間隔之某些固體間 襯，但可僅以導電側壁及導電基部界定該腔穴之固體結 構。當電介質材料爲固體時，電介質材料之壁可界定腔穴 結構之非導電側壁。 200814424 依據本發明此觀點之實施例，可想爲提供通常〜端# 閉合之薄次波長諧振腔穴。在關切耦合入電介質材胃2 & 長下之入射輻射，且在諧振頻率下形成駐波。如第~ s 側壁與第二導電側壁之重疊的區域之界定，當腔穴胃 (使用特別電介質材料）入射輻射之波長之1/4時，產生駐 波情況。導電基部及兩壁部位圍繞電介質芯之三側~ @ ^ 生連續金屬邊界並迫使平行於基部之表面的電場在該基 部爲最小（或波節（node))，且因此（因其長度爲1/4波長） 腔穴結構之相對端到導電基部之電場爲最大（波腹 (antinode)) 〇 本結構造成芯中之電磁場強度諧振式地增強：由基部 內部反射之波與該等來自透過腔穴之開口端而耦合在內之 質問天線之間的建設性干涉係重疊的，造成比入射輻射大 50或100倍之場強度。有利的是，可產生200或甚至300 或更大之增強因子（enhancement factor)。在更多特定應用中 一般包含非常小裝置，20、30或40倍之較小增強因子仍可 能造成無此增強則無法構成之讀取系統。場組態（field pattern)使得電場在腔穴之開口端爲最強的（具波腹）。由於 腔穴厚度小，故場強度隨遠離腔穴外之開口端距離之遞增 而下降非常快。這造成近於零電場區之距離短，一般爲超 出並列於高度增強場區之開口端5mm。不管上面架置有標 籤及解耦合器之表面，置放在本區域之電子裝置或EM標 籤因此將暴露於高場梯度及高電位梯度。 置放在高電位梯度區中之EM標籤將受到差分電容性 耦合：如同電容性耦合之本質，自腔穴暴露於高電位之部 200814424 分標籤本身將被充電至高電位。暴露於低電位之部分標籤 將同樣地被充電至低電位。若晶片任一側之EM標籤部位 係在不同電位區中，則產生跨在該晶片上的電位差，其在 本發明之實施例中足以驅動其運作。電位差的大小將依據 解耦合器的尺寸與材質及EM標籤之位置與方位而定。 典型之EPC Gen 2 RFID晶片具有0.5V的臨界電壓，低 於此即無法讀取。若橫跨腔穴之開口端之全部電壓呈現橫 跨在該晶片上，且接著依據1mm厚之芯及電場之簡單結合 而橫跨在開口端時，則電場需要具有大致爲250V/m之大 小。若裝置之典型入射波振幅爲2.5V/m - 與在大致爲5m 距離下操作之標準RFID讀取器系統一致-則將需要大 致爲1 00倍的增強因子。在入射振幅變成不足以使晶片供 電的增強前，場增強較大之實施例將經得起較大之讀取距 離。 因此，本發明提供一種可用在任何表面上之裝置，並 將使置放在其上之EM標籤從任何表面效應解耦合。當依 據本發明之觀點使用時，可以如在空中之相同距離或在某 些情況下爲較大距離讀取RFID標籤。這避免天線重新設計 或高指數間襯材料之需要而保持非常小之整體厚度。 該裝置可被設計成在操作頻率爲v下使電磁輻射解耦 合。其中設計裝置或解耦合器用於EM標籤時，操作頻率 將爲使標籤被設計以操作之頻率及/或讀取器裝置之操作 的頻率。第一導電側壁較佳具有自導電基部測量大致爲 λ d/4之連續長度，其中λ d爲電介質材料中操作頻率爲v 之EM輻射之波長。另言之，第一導電側壁自導電基部延 200814424 伸大致爲λ d/4距離。較佳是第一導電側壁之長度可在λ d/4 至比λ d/4長15%、或λ d/4至比λ "4長10%、或λ d/4至比 λ d/4長5%、及/或λ d/4至比λ d/4短15%、或λ d/4至比 λ d/4短10%、或λ d/4至比λ d/4短5%之範圍內。 了解到參考本專利說明書中導電或調諧層之長度可指 的是如電介質之折射率所修正之”有效長度”，且其適切 意義對於熟練之讀者將是清楚的。 留意到當裝置在其所設計之操作頻率下爲最有效時， 其將在一系列頻率之範圍下實際上有作用。其中該裝置在 響 相對導電基部之腔穴端將仍產生高場區時之操作的預期頻 率將爲一系列之頻率範圍。而且，熟悉此技術者當然將體 認可能產生對應於不同諧波之其它駐波型態。例如，假使 腔穴之長度等於入射輻射波長之3/4時，可能產生在腔穴 之開口端處爲最大之駐波。因此，腔穴之長度可爲預期1/4 操作之1 /4波長之任何奇數倍。然而，較佳的是，該諧振 頻率亦即相當於腔穴長度等於1/4波長。 第二導電側壁具有自導電基部測量之連續長度，該長 ® 度至少與第一導電側壁等長。 因此’第二導電側壁尺寸可等於或大於第一導電側 壁。當使用固體電介質材料時，可將該電介質材料配置成 鄰接導電基部之連續層，其延伸實質上與第一導電側壁等 長，亦即第一導電側壁端亦爲電介質材料端。或者，電介 質材料可延伸超出第一導電側壁端。 本發明實施例之長度可因而如λ /4 — p小且其寬;g胃 再更小。因此，此一裝置之面積或底部可非常小，其應用 -10- 200814424 在較小之產品或要架置裝置之產品的空間有限時則有利。 此外，小裝置需要較少材料，其就大量製造觀點而言，代 表顯著地降低成本。 導電側壁及電介質材料之厚度可爲小的。該厚度可甚 小於操作波長。例如，某些實施例之總厚度可小>於λ /10， 或；I /300或λ /1000。該厚度可爲1mm或小於1mm、等於 2 m m或小於2 m m、或等於5 0 0 // m或小於5 0 0 μ m、或等於 100/x m或小於100 μ m。因此，本發明之實施例與泡棉間襯 φ 或已知之調諧天線配置比較，可較薄及較輕。此外，適切 材質及厚度之選擇可允許此一裝置爲彈性的，使其可鋪貼 至不平或彎曲表面上。 因此，本發明提供非常小的外形之裝置且避免大間襯 層之需求。 EM標籤可設計成於任一頻率上操作，例如，範圍從 100MHz上達600GHz。目前可用者爲商用RF標籤，其具有 晶片及天線並在866MHz、915MHz或954MHz下操作。亦知 ^ 道的微波範圍標籤，其在2.4-2.5 GHz或5.8 GHz下操作。在 866MHz下操作之標籤具有大致爲0.35米（35cm)之自由空間 波長。依據本發明之長度可因此大致爲8cm，其具空氣芯。 對於在2.5GHz下操作具有約12cm自由空間波長之標籤， 具空氣芯裝置之長度稍小於3cm。 如以上所述，第二導電側壁與第一導電側壁可爲同一 尺寸。如有固體電介質材料存在，則其可以同一尺寸層存 在且因此提供非常小底面積之解耦合器。使用中之EM標 籤位在腔穴結構之開口端近處，亦即，該端係在導電基部 -11- 200814424 之相對端。其可位在導電基部（其可意爲其至少部分內嵌在 固體電介質材料中）對面之腔穴結構端內或橫跨該端或可 位在橫跨或接近第一導電側壁邊緣。注意到遍及本專利說 明書有關導電腔穴時將使用開口端一詞，意爲導電基部對 面端之腔穴結構端。其係由第一導電層端所界定。開□端 一詞不意味缺少材料或空穴，實在是電介質材料可自腔穴 內充分延伸越過開口端，而且在開口端無導電基部。 方便的是，除第一導電側壁與第二導電側壁間之導電 Φ 基部外，無電連結。嫻熟技術者可輕易領會到可使導電穿 孔倂在該側壁之間。然而，產生實質上爲閉合側之進一步 導電部將產生進一步之駐波而建置於腔穴結構內並會影響 當前在解耦合器中理想之強化效應。 第一導電層之長度可橫跨其寬度爲固定，亦即，從導 電基部至第一導體層端之縱向距離在所有橫向點爲相同， 或可變化。改變導電基部與第一導電側壁之相對邊緣間之 距離可允許解耦合器橫跨一段波長範圍而同時工作。 0 第一與第二導電側壁及導電基部可包括連續材料層或 可形成自同一或不同材質之各自層。導電材料可爲任何材 質，其在感興趣之電磁波長處爲金屬的電性導電的響應。 適切材質的實例爲金屬、金屬合金、金屬複合物或碳。相 對於電磁輻射之利用頻率，導電材質之厚度必須使其至少 部分爲非透射（此爲熟悉此技術者所知之阻抗不匹配及外 皮深度計算所算定）。第一與第二導電側壁及導電基部之厚 度對標準金屬而言將因此通常大於〇· 10微米，且較佳是， 厚度範圍從0·25至5微米，更較佳是，範圍從1至2微米。 -12- 200814424 理想的話，厚度可增加至5微米以上，尤其是，如這是要 確定所選定之導電材質對目標波長提供至少部分障壁的 話。然而，厚度之任何明顯增加可影響彈性並增加生產成 本。當使用解耦合器使得第二導電側壁係在EM標籤與期 望從此處使EM標籤解耦合之表面之間，則第二導電側壁 無最大厚度要求。然而，方便的是可自第一導電側壁之同 一範圍選取第二導電側壁厚度。此保持彈性會是理想的。 一或更多不同的電介質材料可配置在兩導電側壁之 ^ 間，形成電介質芯。電介質材料可爲任何適於或通用之電 介質材料，但較佳的是電介質芯將不會耗損，亦即，複數 介電常數及磁導係數之虛部成份（imaginary components)最 佳爲零。電介質可爲如空氣或惰氣之氣體，其可部分被抽 真空或增壓。明顯地，如使用空氣以外之氣體，及/或該氣 體不在大氣壓下，則解耦合器必須包括遏制裝置以保持正 確電介質材料/芯內壓力。方便的是，當電介質材料非爲固 體材質時，第一及第二導電側壁間之分離可藉使用導電側 壁間之非電導材料予以部分強化，該非電導材料例如可爲 $ 波狀卡板（cardboard)，蜂巢結構物或擁有高空穴物之泡 棉。電介質芯材料可由封裝材料之一體成型部位及容器部 位所形成。 當電介質材料爲封裝或容器之一體成型部位時，如形 成卡板紙箱部位之波狀卡板時，在製程期間將解耦合器結 合於其結構物中是理想的，以降低成本，避免額外製造步 驟。重要的是電連結在腔穴附近要強建並連續，且因此如 金屬印刷之處理技術可能不適。於是在製程中，本提案爲 -13- 200814424 沉積在電介質層（例如，卡板）邊緣並延伸超出邊緣之金屬 層。然後，在製造期間，金屬層係繞電介質邊緣摺疊以形 成所需具有閉合端之金屬/電介質/金屬結構。 電介質芯材料亦可（但非獨特）選自聚合物，例如爲， PET、聚苯乙烯、BOPP、聚碳酸酯及任何類似低損耗之RF 積層。可形成部分或實質上爲全部電介質材料之通用容器 材料可爲纖維素材料，如爲紙、卡片，波狀卡板，或木材。 此外，可使用某種陶瓷、亞鐵或玻璃。 赢 在一種實施例中，爲了控制待解耦合輻射之波長，於 響 電介質芯中所選用之材料具有一折射率，其可在掌控之下 變化。例如，可使用高分子分散液晶（PDLC)材料作爲芯。 如解耦合器結構係配置使得可施加一電壓跨於該芯材料， 則可改變其折射率且解耦合波長會以裁製方式移位。對於 一 EM標籤波長之範圍可使用一種解耦合器是特別有利 的，或控制該解耦合器使得可開啓與關閉解耦合動作。 此外，若將被附貼之解耦合器在不同位置（例如，不同 國家）需要不同EM標籤時，則具有可調諧折射率之電介質 芯層材料會允許以不同波長操作之EM標籤使用同一解耦 合器。 本發明之實施例可包括超過一個的腔穴結構。可配置 兩個或更多腔穴，每個可配製成以不同頻率作最大之解耦 合。這可允許使用在不同頻率下操作之多重標籤。 解耦合器可包括兩個腔穴結構，其共享共同導電端 部，亦即，解耦合器係以背對背型式配置。在此一配置中， 解耦合器更包括第二腔穴結構，其包括連接至第三導電側 -14- 200814424 壁及第四導電側壁之導電基部，第三導電側壁及第四導電 側壁隔開且實質上爲平行並具有配置在第二腔穴結構內之 第二電介質材料，其中第一腔穴結構之導電基部亦爲第二 腔穴結構之導電基部。 該二個腔穴結構之側壁通常以相對向延伸。第一導電 側壁可與第三導電側壁接續，及/或第二導電側壁可與第四 導電側壁接續，亦即，可有兩層連續材質層，其形成兩個 腔穴之側壁。如自導電基部至其邊緣所測量，第一導電側 血 壁之長度可與第三導電側壁長度相同或不同。另言之，兩 個腔穴之長度可相同，或第一腔穴結構之長度可異於第二 腔穴結構之長度。依本方式，可配置兩個腔穴，以最佳方 式解耦合不同頻率-第一腔穴之長度可等於第一波長λ i之 1/4波長而第二腔穴之長度可等於第二波長λ2之1/4。在使 用時，調諧在頻率對應於λ !下操作之ΕΜ標籤可位在第一 腔穴結構之開口端附近，而調諧在頻率對應於λ 2下操作之 標籤可位在第二腔穴結構處。配置在第一腔穴結構內之電 介質材料可與第二電介質材料相同或不同。 ^ 在另選配置中，可將兩個腔穴結構配置在其開口端近 鄰。可能有兩個不同腔穴結構，他們之間可具或不具分離 器（separator)。如有分離器存在，則其可爲位於離每個腔穴 一 每 第則 之， 穴話 腔的 個器 每離 在分 要電 只導 。在 器存 離有 分如 電， 導隙 之間 離有 距上 段質 小實 端間 口之 開壁 之側 導 過 透 可 壁 第中 成例 形實 可本 壁在 側 。 二層 I第質 側之材 二穴續 第腔連 之個一 穴 一 有 腔 ，， 個地即 而 器 離 分 正亦二 真，第 。 壁括 接側包 相之更 電構器 *結合 '穴耦 腔解 -15- 200814424 腔穴結構，其包括連接至第三導電側壁及第四導電側壁之 導電基部，第三導電側壁及第四導電側壁係被隔開且大體 上爲平行，其中第二及第四導電側壁包括連續之導電材質 層’第一及第三導電側壁之邊緣界定其間之孔穴且電介質 材料亦配置在第二腔穴結構內。 第一及第三導電側壁間之孔穴可爲兩壁之邊緣間之完 全間隙。然而，在第一及第三導電側壁之間可有小接觸區 或連結。真正地第一及第三導電側壁可包括具有孔穴之連 • 續的導電材質層，該孔穴大體上橫跨延伸至兩腔穴結構以 界定腔穴之邊緣。 在本配置中較佳的是，兩腔穴之組合長度爲λ d/2且第 一及第三導電側壁間之孔穴係位於距離任一導電基部λ d/4 處。 兩個或更多解耦合器可堆疊在彼此之上端，或邊靠 邊。第一腔穴結構之第二側壁可形成第二腔穴結構之第二 側壁，該第二腔穴結構係配置緊靠第一腔穴結構之邊。同 | 樣地，兩腔穴結構可具不同長度。 本發明之以上觀點提供兩個導體層以形成解耦合器之 側壁或導電基部。然而，在將材料直接鋪貼-或形成金 屬或其他導電表面（例如，汽車、容器、圓形容器或捲籠） 之一體成型部位-則金屬表面可形成第二導電側壁及/ 或導電基部。如尺寸正確之第一導電側壁位於離金屬表面 短距離處，其電介質係位於其與導電基部之間，整個結構 將作爲之前所說明者並將置放在上面之任一 EM標籤從金 屬表面之效應解耦合。 -16- 200814424 因此，本發明之另一觀點提供電磁輻射解耦合器，用 於將電子裝置從導電表面解耦合，該導電表面包括連接至 導電端部位之第一導電側壁，以及用於使第一導電側壁從 導電表面隔開致使導電端部位與導電表面接觸之裝置。使 第一導電側壁從導電表面隔開之裝置至少爲一電介質材料 層，其使用時係位於第一導電側壁與導電表面之間。或者， 如電介質材料爲空氣，則用於使第一導電側壁從導電表面 隔開之裝置可包括一個或更多間襯（spacers)。 φ 較佳的是第一導電側壁之長度大致爲預期操作之輻射 之1/4波長。該長度可在λ d/4至比λ d/4長15%、或λ d/4 至比λ d / 4長1 0 %、或λ d / 4至比λ d / 4長5 %、及/或λ d / 4至 比λ d/4短15%、或λ d/4至比λ d/4短10%、或；I d/4至比 入d/4短5%之範圍內。 先前所說明之發明之所有優點及實施例亦適用於本發 明之觀點。 本發明允許EM標籤（尤其是RF標籤）位於任何表面上 I 而無不利效應。因此，本發明亦關於大體上與EM標籤無 關之表面，該EM標籤包括如上所述，安裝在解耦合器上 之EM標籤。 如以上所示，當討論產生之電場增強之本質時，將EM 標籤安裝在第一導電側壁之邊緣附近。其至少部分可設置 於第一導電側壁上且可設置以致使標籤天線相對於導電基 部位在第一導電側壁之邊緣，亦即，導電腔穴之開口端處。 • EM標籤應自第一及第二導電側壁電隔離，亦即，應無直接 電接觸。RF標籤一般是印刷在電介質基板上並可置放本基 -17- 200814424 板使其與第一導電側壁之表面直接接觸。然而較佳是，可 有被界定爲間襯，置放在EM標籤與解耦合器材料間之進 一步電介質材料。當間襯存在時，該間襯之長與寬尺寸必 須至少與EM標籤之金屬面積（例如，天線）相同。供應大半 EM標籤時已將他們安裝在其本身基板上，依製造商而改變 厚度，且在實施例中，標籤基板可作爲間襯。EM標籤必須 不能與任一第一或第二導電側壁直接電接觸。 較佳是，EM標籤之金屬部位與解親合器間之（總）間隙 φ (亦即，間襯厚度+ RF標籤基板厚度）爲100至1000微米之 範圍內、或175至8 00微米、或3 00至80 0微米、或300 至600微米之範圍內。如使用展現耗損或通常爲高或低折 射率之間襯或標籤基板時（亦即，若使用除了如PET之標準 聚合物基板外之物時），該等値可相異。同樣地，移至較高 或較低操作頻率可影響間襯厚度。 熟悉此技術者將領會到可將EM標籤視爲諧振電路且 亦可將腔穴結構視爲不同諧振電路。腔穴係作爲在腔穴/不 0 存在區之開口端附近與場增強器無關之表面-能量耦合 入解耦合器並形成駐波。假設標籤或裝置位於高場增強 區，則能量將從腔穴耦合至標籤。在本情況下，兩電路係 類似透過電容性耦合而非直接電連結或歐姆連結。對照習 知技術方法，這降低阻抗匹配之需要且不需重新設計不同 標籤之解耦合器。 作爲在解耦合器之表面上找到標籤之替代方案，EM標 籤可橫跨在導電腔穴之開口端或位於其內，亦即，位於第 一及弟一導電側壁之間。EM標繁可因此至少部分內嵌或位 -18- 200814424 於電介質材料內。然而再來重要的是確保標籤未與第一或 第二導電側壁電接觸。 正常處置時，EM標籤之金屬天線可易於變形或刮破。 有利的是’EM標鐵及解親合器可部分爲防護罩（protective housing)所覆蓋或包覆。該防護罩可爲位於EM標籤及解耦 合器之表面上之非導電材料。非導電材料可爲-例如-透過 旋塗技術所施加之進一步電介質材料，例如爲PET、PETG UP VC、ABS之沉積材料或例如爲環氧樹脂等之任一適當封 • 膠（potting compound)。已發現到範圍從250至2000微米且 甚至上達5000微米之該等防護罩塗料未顯著影響rf標籤 之讀取距離。清楚的是，將依環境及標籤所需彈性選取防 護罩之厚度。 RF標籤通常由電連至一體成型之天線的晶片組成，該 天線長度通常相當於其操作波長（之例如，1/3)。本發明者 已驚訝地發現連同依據本發明之解耦合器可使用具有甚小 及未調諧天線（亦即，無法正常上預期以UHF波長有效操作） $ 之標籤。通常具有該等”萎縮（stunted)”天線（如熟悉技術 者所領會，有時稱爲低-Q天線）之標籤在開放空間中僅擁有 數釐米或甚至毫米讀取距離。然而，已驚訝地發現，使用 具有安裝在本發明解耦合器上之低-Q天線之該等標籤可作 用並展現在沒有解耦合器之自由空間中操作之最佳化商用 EM標籬之可用讀取距離趨近（或甚至超過）。製造低-Q天線 較便宜並比習知之調諧天線佔用較少表面積（亦即，此一標 籤之天線長度比經常可能者爲短）。因此，EM標籤可爲低 -Q標籤，亦即，EM標籤具有小，未調諧天線。依此方式， -19- 200814424 可考慮本發明之解耦合器以提出精確調諧多餘的標籤天 線：不需標籤天線之許多設計的周邊調諧元件：中心環 (central loop)及晶片全都需要。這允許降低標籤尺寸且因 此解耦合器之尺寸將被降低至比典型標籤c小1 0cm。 結合該環或低-Q天線之發明實施例中’解耦合器一詞 仍爲貼切，因標籤系統係設置爲大體上未受影響或從基板 之效應隔離，然而，或許較少有所啓發想到，就本身而言， 標籤係從基板解耦合的。更確切地說，藉由局部場增強將 φ 入射能量擷取入腔穴且隨之觸動標籤是可協助了解領會 的，其自上面有安裝裝置之基板之潛在反效應予以解耦合 或大體上未受其影響。 連同任一表面上之標籤可使用按尺寸以特定EM標籤 之頻率操作之本發明實施例，不需調諧任何標籤。產生之 結構小而薄且因此可被應用在非常大量的表面上而不需突 起間襯等。這亦可使用在小產品上。此外，材料成本及製 造成本非常低。當應用至金屬表面時，該表面可甚至形成 0 部分結構，因此，降低進一步之材料成本及外形。 如將說明的，與未使用解耦合器比較，就EM標籤/RF 標籤操作而言，在使用時解耦合器可位於任何表面上並可 提供優點。由於在材料表面內或大體上在其上之電磁互 動，故在表面上使用解耦合器是很明確地，否則會對EM 標籤本身天線之操作有不利的影響。 因解耦合器有效地作爲抵抗電磁輻射進一步傳播之壁 障，故解耦合器將允許正確設置之RF標籤在對入射之RF 輻射爲非反射或反射之表面上或近處操作。本發明之優點 -20- 200814424 在對入射輻射有反射性或對其有作用之表面上是顯而易見 的，其中該入射輻射對電子裝置之接收不利。一般該等RF 反射表面可爲導電材料，該等材料含有高液體含量或該等 表面係針對此液體形成部分圍阻裝置。已發現到某種型式 之玻璃與RF標籤互動，致解耦合器對於玻璃、矽土或陶瓷 亦發現爲有用。 一般RF反射導電材料可爲碳、金屬、金屬合金、氧化 銦錫（I.TO)或金屬複合物。具高液體含量之材料可爲纖維素 φ 材料，例如，某種木材、卡片、紙或可擁有高濕氣含量之 任何其他自然產生之材料。 亦可有用地將解耦合器應用至處在高濕度、濕氣之環 境或區域之表面，或甚至部分或完全浸在流體表面下之表 面，該流體例如爲水之液體。因此使用時，解耦合器與EM 標籤可位於具有適當封裝之飲料或食品容器外部或內部 上。而且解耦合器在水下環境的應用包含透過RFID技術之 水面下管線的識別。 $ 可將解耦合器應用在形成如食品、飮料之流體的一體 成型之圍阻裝置或化學容器的表面上。已知如爲水之液體 有礙RF輻射且因此在其近處不利地影響RF標籤的效能。 如所提及者，本發明在有安裝他們取決於RF標籤所安 裝之表面的效應予以解耦合或隔離RF標籤有特定意義。因 此，.本發明另一觀點爲如所說明作爲安裝RF標籤之裝置的 使用，尤其是在有礙入射RF輻射之表面上。本發明亦關於 所說明之具有低QRF標籤之裝置的使用，以啓用有用之讀 取距離。 -21- 200814424 因此，依據本發明之進一步觀點，設有一種設備之使 用，該設備包括諧振電介質腔穴，其係界定在第一及第二 大體上爲平行之導電側壁之間，且藉由該第一及第二側壁 之間電連接的導電基部於一邊緣上閉合，以在該腔穴的開 口邊緣處增強入射電場。 在某種實施例下，入射電場藉由大於或等於50倍、大 於或等於100倍、或大於或等於200倍的因子增強。如裝 置處所取得之一般入射波振幅爲2或3V/m，其在大致5m | 之典型距離處與目前商用讀取器系統一致，則此增強可有. 利地用以驅動如RF裝置之識別晶片之裝置於操作中。例 如，以超出100、200或300V/m或更輕易可達成之增強値。 然而將瞭解到，可針對特定應用制定入射波振幅之精確 値、增強因子、增強場強度及跨於裝置之驅動電壓。依此 方式，設備之使用允許利用商用讀取器技術，讀取此處所 說明如具有小型未調諧天線或環之低q標籤之裝置，且不 然的話，實質上爲無法讀取。 本發明之進一步觀點提供一種設備，其包括諧振電介 ^ 質腔穴，其界定在第一及第二大體上爲平行之導電側壁之 間，該諧振腔穴係藉由該第一及第二側壁間電連接之導電 基部於一邊緣上閉合；以及電子裝置，其設置鄰接該腔穴 之開口邊緣。該電子裝置較佳是對電場反應快速，亦即， 對如RFID標籤及此處討論之低Q標籤之足夠大小之入射 電場具理想響應。 諧振腔穴一般配合用以增強該腔穴之開口邊緣處之入 射電場，且電子裝置至少部分位在該開口邊緣處之增強電 -22- 200814424 場區中。例如，當裝置爲包括晶片及耦合環之低Q標籤時， 至少部分裝置，例如，若非爲晶片本身之環部位較佳是位 於增強的區域內。 雖然可能預見裝置係位於鄰接導電基部之邊緣處之實 施例，開口邊緣較佳是大體上與導電基部相對。 電子裝置與該第一或第二側壁較佳是無電接觸，或以 不同看法，爲無歐姆接觸。 本發明延伸至方法、設備及/或參考附圖實質上在此處 0 所說明之用法。 本發明之一個觀點中之任何特徵可以任何適當組合應 用至本發明之其他觀點。尤其是，方法觀點可被應用至設 備觀點，且反之亦然。 【實施方式】 第1圖表示依據本發明之裝置或解耦合器之側視圖。 解耦合器具有形成第一導電側壁2之金屬層，該第一導電 側壁與形成第二導電側壁4之另一金屬層隔開且平行。該 等兩個側壁圍住電介質材料6，其可爲空氣或可爲一或更 ® 多層如PET之材料。該兩個導電側壁界定次波長腔穴，其 一端爲導電端或基部8所閉合。第一及第二導電側壁2、4 中之一或兩者可與導電基部8接續。與導電基部8相對之 腔穴端爲開口端，亦即，其無導電壁。導電基部8爲第一 及第二導電側壁2、4間僅有之導電鏈結。第2圖以透視圖 表示解耦合器。爲明確起見，未表示固體電介質層。 裝置係設計成以特定頻率使輻射解耦合。考量單純模 式之解耦合器的功能性是便利的，其中使RF波耦合進入腔 -23-

200814424 穴並沿其內部傳播，直到其抵觸例如爲金屬 或開口端。部分波在末端（不管該端爲打開玉 沿腔穴內部回走。 當腔穴之長度正好時，來回跑動之波建 造成非常高電場區的產生-該電場以諧振方式 接近/高場區中之頻率操作之RF標籤被迫進 電場在緊鄰金屬壁或基部（閉合端）將爲 端爲最大。因此，如第1圖中所示，所形成 1/4波型態。因此，其中L= Ad/4，Ad等方令 之入射輻射之波長（其等於自由空間波長除 之折射率λ 〇/n)，在腔穴之電介質材料內將遺 波型態。不管解耦合器係安裝在何種材料上 近處內於關注頻率下造成非常高之場。因此 放在或接近開口端處以耦合本區之增強場。 第3圖表示位在解耦合器上之標籤之幾 RF標籤1 0可位在跨於側壁端之第一導電側 位在間襯上（未示出），自導電材料之表面稍 中之電場是高的且會良好耦合至標籤天線。 可位在腔穴內，其接近開口端。該圖中僅示養 且將領會到腔穴內標籤之精確方位將依標籤 幾何排列而定。給定許多實施例之低厚度， 有可能位在腔穴內，大體上與上層及下層平 第4圖表示商業可取得之標準UHF標節 8 66MHz Alien Technologies 之 UHF” 曲折 籤），包括具有一體成型天線22之晶片20。 壁之閉合端， 获閉合）反射並 立駐波。駐波 :增強。以位於 入操作。 最小且在開口 之駐波型態爲 電介質材料內 以電介質材料 【生1/4波之駐 ，這在開口端 ，可將標籤置 個可能位置。 壁2上。標籤 微分離。本區 或者，標籤12 Γ表示標籤1 2， ;及腔穴之精確 平面標籤將最 行。 ξ平面圖（例如， (Squiggle)” 標 標籤之寬度w -24- 200814424 爲8mm且標籤之長度1爲95mm。可清楚地看到標籤大小主 要係由於天線所致（商業可取得之UHF RFID標籤之典型情 況）。晶片本身甚小，大小爲l-2mm。雖然可在特定環境下 使用用以調諧標籤之不同天線’但天線係供自由空間操作 調諧用。不同環境下之操作會需要不同調諧天線。本發明 允許供自由空間調諧用該標籤以安裝在解耦合器上，且然 後滿意地使用在效能會正常質降之大量環境中。 某些RF標籤擁有方向性天線（亦即，優先與特定方位 0 之線性偏振互動之天線），且因此可僅在當標籤相對於讀取 器而正確定位時，正確地操作，以確保入射在標籤及/或由 標籤發射之輻射符合讀取器所發射或接收之輻射偏振。當 標籤係安裝在解耦合器之表面上時，其因而應通常配置在 與腔穴之軸的軸線上。 正確定位之要求未必爲某種應用之問題，例如，標籤 及解耦合器係位在已知位置與物品上之定位之標準封裝 上。定位問題亦可藉使用傳輸器/接收器系統來克服，其利 0 用圓狀或橢圓狀偏振，或多個且不同校準天線。例如，第 5圖表示本發明之雨個1/4波解耦合器，一個在另一個之上 並旋轉90°。具第一偏振之適當波長的輻射會在其中一個解 耦合器產生駐波。正交偏振的輻射會在另一個解耦合器產 生駐波。在每個解耦合器攜有設置適當之RF標籤時，不管 是入射輻射之偏振，接著標籤會被觸動。明顯地，兩個解 耦合器可在相同平面而非一個在另一個之上，且可以不同 定位使用兩個或更多分開的解耦合器。第6圖表示解耦合 器在相同平面，但側壁不在相同平面之另選配置。例如， -25- 200814424 此等配置可發現應用在物體之角落處。 兩個解耦合器可爲背對背設置。第7圖表示兩個解耦 合器成背對背配置之側視圖。兩個解耦合器共用共同導電 端部8。左手邊解稱合器2之上側壁可爲與右手邊解親合 器之上側壁1 4之接續層，或者他們可爲分開。類似地，左 手邊解耦合器之下側壁4亦可爲形成右手邊解耦合器下側 壁1 6之接續層。 左邊腔穴之長度爲L而右邊腔穴長度爲L2。當該等腔 ^ 穴可爲相同長度時，可有利地確保其長度不同，每個腔穴 係配置成以不同波長耦合輻射。因此，在對應於4Li波長 之頻率下操作之標籤10或12可位在左手邊解耦合器上， 而在對應於4L2波長之頻率下操作之不同標籤1 8可位在右 手邊解耦合器上。這會允許兩個不同的標籤被安裝在裝置 上且兩個皆可運作。這在行走使用不同頻率之世界之標貼 品目中是有用的。即使只有使用一個標籤，本解耦合器之 設計允許使用者選擇標籤頻率。第8圖表示以透視圖觀點 0 設計類似背對背解耦合器。 允許解耦合不同波長之另一解耦合器的設計顯示於第 ，9圖中。此處兩個解耦合器實際上堆疊在彼此之上並共享 共同之第二導電側壁。導電層3〇、電介質32及第二導電層 33形成長度爲λ b/4之第一腔穴。腔穴一端藉由導電基部 37閉合。注意到電介質材料32及第二導電層33兩者延伸 超出第一導電層30。腔穴之長度係由重疊之面積的長度決 定，亦即，第一導電層30之長度。第二導電腔穴係由第三 導電層35 '電介質34及.第二導電層33形成，其一端藉 -26 - 200814424 由導電基部37閉合。同理，電介質材料34及第二導電層 33延伸超出第三導電層35且由第三導體層的長度所界定 之腔穴的長度爲λ W4。因此，清楚的是，每個腔穴將在不 同波長下作最有效之操作，且因此，適當之標籤3 6可位在 以適當頻率使用時對應於高場區之區域中。 具相同長度之解耦合器腔穴的該配置可是有利的。在 第1 0圖中所示配置中，有安置天線使其跨於兩個腔穴之開 口端之標籤可受益於兩個腔穴之增強效應。基本上，跨於 $ AB及CD呈現兩個震盪之同相偶極。第三個係產生跨在金 屬區BC，但這與其它兩個不同相。因BC距離甚短於AB 或CD，故相信跨BC之場可主宰比透過單一腔穴可取得者 產生較高場強度。或者，可能產生一種幾何排列，其中 AB&CD場主宰比單一腔穴之情況更有效率地透過天線驅動 電流。雖然已表示兩個腔穴，但觀念可延伸爲三個或以類 似方式連接之更多腔穴。 第11圖表示兩個腔穴具有其近鄰開口端之另選實施 例。第一腔穴由導電層40及42所形成。該等導電層圍住 電介質材料50。腔穴一端藉由導電基部46閉合。導電層 42亦延伸形成第二腔穴之側壁，其更包括導電層44。導電 層44及42亦圍住電介質材料5〇並有閉合一端之導電基部 48。導電層40及44間之小間隙或孔穴52係位在兩導電基 部46及48間之中途。孔穴爲兩個腔穴提供有效開口端（雖 然一個可認爲它係閉合在兩端並在裡面具有丨/4波長狹縫 之半波長腔穴）。使用時，在高電場之區域中位在孔穴52 上方或孔穴近處之電介質材料內之標籤可被設置且可 -27- 200814424 從任何表面效應解親合。 第12圖表示類似實施例但在兩個腔穴之間具有間襯 54 ° 第13圖表示多重腔穴解耦合器之不同實施例，其中腔 穴係邊靠邊並可被或不被導電之間襯56分開。這可實際上 由在上層中具有孔穴之單一 1/4波解耦合器所形成。 如所提及之解耦合器腔穴之長度，且因此將最佳解耦 合之波長係由兩個導電側壁之重疊區域之長度所決定。通 常，解耦合器將以心中特定頻率設計且因此解耦合器腔穴 之長度跨其寬度將爲固定。這藉由確保接觸導電基部之第 一導電側壁之邊緣以大體上平行於其它邊緣爲可便於達成 的。然而，故意改變橫跨寬度之腔穴之長度是有助益的。 第14圖表示依據本發明另一觀點之解耦合器其第一導電 側壁之平面圖。 通常標示爲60之解耦合器具有第一導電側壁62。在一 端66，此連接至導電基部以形成閉合端。解耦合器之另一 端未平行於閉合端66，並代替第一導體層之長度改變橫跨 該層。此解耦合器將因此在遍及不同頻率範圍中形成駐波 且因此可再次與不同標籤範圍使用。解耦合器層之邊緣未 必爲線性並可使用彎曲邊緣。 已觀察到原先設計爲866MHz之解耦合器亦可使在自 由空間中以915MHz操作之標籤解耦合。藉由實例，Alien Technologies之915MHz ”曲折”標籤非常類似Alien之 866MHz標籤-唯一差別在調諧爲915MHz之天線的主驅 幹。兩種標籤之天線包含阻抗圈且相關阻抗圈大致上相 -28- 200814424 同。已顯示爲解耦合器使天線之主驅幹變成多餘。因此， 當天線係在解耦合器上時，其只與阻抗圈有關。 解耦合器仍最佳地在866MHz下截斷電力並在915MHz 下實際上未截斷電力，因其效能曲線在該頻率接近OdB。 因此，雖然標籤設計在915MHz下操作，但在866MHz下驅 動進入操作。這是可能的，因晶片將如同其在915MHz下 一樣，而在866MHz下操作。因此，解耦合器對頻率範圍 截斷電力，但當解耦合器、讀取器以及-較不重要-標 籤皆以相同頻率操作時將達成最大效能。 本發明者因此已體認到可使用僅具小天線之RF標 籤。因解耦合器使輻射耦合入其電介質芯並在腔穴之開口 端產生高電場，位在本區之標籤將在高場區中操作且將不 需大調諧天線。因此，本發明之解耦合器可與所謂的低Q 標籤使用。第1 5圖表示低Q標籤之實例，其具有連接至晶 片20之小圈70。例如，該圈長度可大致爲20mm。回頭參 考第4圖可見到調諧標籤具有晶片及有效感應圈，但亦具 0 顯著附加量之調諧天線結構。因此可想到低Q標籤爲較小 變體之調諧標籤。低Q標籤在自由空間中將無作用，除非 質審（interrogating)波長等於天線周長（例如，對於5cm圈係 以6GHz操作），且因此將不在標準UHF頻率（例如，866MHz) 下操作，除非讀取器係位在晶片之1或2mm內，因天線70 在耦合至入射UHF輻射時沒有效率。依據本發明可將只稍 大於晶片本身之低Q標籤設置在任何解耦合器上。注意到 小圈部可以向外延伸或部分圍繞間襯之短”臂（arm) ”替 代’因若與正確設計之解耦合器組合，即使兩個金屬短” -29- 200814424 殘根（Stub)”足以將電力耦合入晶片。降低天線尺寸允許更 精巧之RFID系統而不需將既有天線圍繞在解耦合器之本 體上。更進一步之優點爲減低RFID製程之材料。 已發現到解耦合器之幾何排列、製造材料及相對於解 耦合器之標籤位置與定位影響系統之效能，其依序決定標 籤可讀取距離。現在參考第16至29圖說明用以產生最佳 解耦合器設計之一系列實驗。最大讀取距離爲最大共同參 數，藉設計變更之有效性測量。 趨近第一近似値，解耦合器芯（λ 與折射率n分之 自由空間（λ Free.中之波長有關，爲

η 材料之折射率愈高，則波長行經它愈慢。波長之頻率 保持固定，造成其波長減小。取PETG(折射率C. 1.8)爲例， 1/4波長解耦合器之必要長度爲48mm。這可藉由自顯著比 這較長之1 /4波長解耦合器開始以經驗證明並減短達成爲 解耦合器長度之紀錄讀取距離。第16圖中表示使用Alien AL870 866MHz讀取器系統及來自Alien World標籤之圏作 爲腔穴長度之功能之讀取距離。 長度之減短減小陷在芯內並增加解耦合器之操作頻率 之輻射波長。當解耦合器之長度致使其操作頻率符合讀取 器系統之操作頻率時，則使耦合入解耦合器之電量達最大 並使系統之讀取距離達最大。 當長度減短仍使解耦合器之操作頻率大於讀取器系統 -30- 200814424 之操作頻率且親合入解耦合器之電量再次減低時，造成讀 取距離下降。 顯然最佳腔穴長度介於48.5 mm與49mm之間，其接近 理論値48mm。小差異係考慮爲標籤之解耦合器諧振擾動 (perturbation):由於標籤之金屬組件與使系統之諧振頻率 整體位移之解耦合器互動，具有附加電抗（reactance)。 標籤（及圈）與解耦合器之上表面間之PET間襯之厚度 從50微米變化到3000微米。使用的是866MHz讀取器系統 φ 及915MHz Alien Squiggle中心圈。第17圖中表示作爲間襯 厚度功能之讀取距離。最適宜間襯厚度可見在500微米與 1000微米之間。 趨勢如預期：因間襯厚度減低，故解耦合器之上金屬 層與和重疊它之圈部位間的電容性耦合即增加。在間襯厚 度趨向於零之極限中，該圈邊會與上金屬層接觸。本情況 中，該圈作爲其所連接晶片之一邊與上金屬層間之短路。 這消除橫跨晶片之電壓，因此無電流流動且系統即停止操 • 作。 因間襯厚度增加超過1 000微米，電場強度開始快速下 降：橫跨天線端之電位較小且結果讀取距離較小。 如上述，解耦合器之作用係藉產生很強之電場區，其 迫使置放在該等區域中之任一區之標籤進入操作。解耦合 器上有數個位置，其中電場高而其它位置爲低値。藉由從 高電場處至低電場處變更解耦合器上之標籤位置可展示所 利用的是電場而非磁場。 考慮如第18a圖中所示之1/4波解耦合器。在芯或腔 -31- 200814424 穴之開口端處（朝右看）之電場最強而在鄰接接合上下導體 之基部的閉合端處趨近爲零。增強電場區延伸超出腔穴之 邊緣，但當離解耦合器表面距離增加時，其強度以指數方 式下降。第1 8b圖中表示磁場供參考，且可看到最接近金 屬基部並在腔穴之開口端處趨近於零。 電場大小從OV/m至50V/m。入射波具電場振幅lV/m， 因此，電場已增強大致爲50之倍數。磁場[自由空間値 1/3 7 7八/111]大小從（^/]11至0.25人/111，因此，磁場已增強超過 ^ 7 0之倍數。 第19圖中表示電介質腔穴上標籤之各種置放位置，其 中入射電場方向以箭頭1910表示，其大體上與基部1900 垂直。如1902處所示，將標籤沿著與基部1900相對之邊1 到處置放並可向爲50mm寬之PETG芯解耦合器在4m之距 離處讀取。注意到如1 904處所示，標籤亦可繞芯之開口邊 緣摺疊。例如，如1 906處所示，標籤亦可沿著邊2放置。 電場強度加速沿著邊2遠離金屬基部移動。如第20圖中所 示，如所預期般，這造成讀取距離之增加。 ® 本情況中，解耦合器芯爲4mm厚，其腔穴長度爲 67mm。沿著邊 2從腔穴之邊緣算來之最大讀取距離約 20mm 〇 從基部沿著腔穴朝向開口端移動，該電場且因此電壓 即增加而磁場及電流即減低-因此阻抗增加。雖然申請 者不受限於本提案，但由於輕微阻抗效應，仍建議，在遠 離邊緣之短距離處讀取距離爲最大。 考慮到沿著開口端（第19圖之邊1)之電場強度，沿著 -32- 200814424 開口端之整個長度這仍維持高的，因此，可讀取沿著該端 到處置放標籤。然而，如第21圖中所示，已發現到，當沿 著本邊緣移動標籁時，可達到最大讀取距離的某些小變化。 最大讀取距離係接近邊緣之中心達成的且最小讀取距 離發生在邊緣處。標籤本身爲不對稱且相信此爲結果中微 不對稱的來源。 如第22b圖中所示，若電場係平行於直接從一天線端 至另一端所劃直線，則兩端間之電壓將爲最大，而讀取距 離將相當高。如第22a圖中所示，若場垂直於該直線時， 則兩端電位將相同：將無電流流經其間且無法讀取標籤（這 假設爲局部均勻之電場）。在垂直與平行間之角度處，解耦 合器應有作用但在一減小的範圍。實施實驗以決定讀取距 離與角度間之關係。第23圖中繪出針對旋轉角度所達成之 讀取距離。 可看到的是當場平行於天線端間之直線時（9〇°)，讀取 距離爲5m，當垂直於場時（0°)，讀取距離爲零。 參考第24至27圖將說明晶片及圈從上導電平面之邊 ® 緣偏移之裝置的效能變化。 如第24圖中所示，相對於上導電層之邊緣，耦合元件 或圈之位置從-1mm變化至+1 1mm。當讀取器系統之電力輸 出從最大（2 Watts)循序降低到達在它以下無法讀取標籤之 臨界値時，讀取器天線與標籤間之距離保持固定：臨界値 愈低，標籤表現愈佳。 圖示出臨界電力對耦合元件位置，造成圖中在標籤表 現最佳處具有最低値。爲了對圖更有直覺，已相反地從 -33- 200814424 2Watts(讀取器系統之最大輸出電力）減去臨界電力値。這造 成圖中在標籤表現最佳處具有最大値之”過剩電力 (surplus power)”。 當相對上導體之邊緣移動耦合元件時，理論模式允許 計算橫跨晶片之電壓。產生一系列之模式，其中將耦合元 件從- 8mm移至+ 14mm並計算在每個配置中橫跨晶片之峰 値電壓。在本情況中，入射在標籤上之電力保持固定，因 此，電壓較大表示標籤表現較佳。電壓値成比例化，使得 0 模式化之峰値電壓値大小與峰値過剩電力値相同，其中藉 由實驗測量該値使兩資料集間之比較較容易。這些結果係 圖示在第25圖中。 晶片直接在上導電層之邊緣上方之0mm偏移移開時， 跨於晶片之電壓即增加，並在超出其快速降低之+10mm處 達到最大。藉由檢視圍繞解耦合器之電場強度可解釋本行 爲。 第26圖中表示在垂直於解耦合器之平面上的電場大 小圖。該圖清楚表示增強電場區僅延伸超出解耦合器腔穴 ^ 之開口端短距離 c.l5mm，從上導體之邊緣自-5mm至 + 1 0 m m 〇 爲清楚起見，已經以虛線表示導電層。注意到第26圖 中之刻度從20V/m(黑色）至llOV/m(白色）且入射電場強度 (波振幅）爲IV/m。這展現在腔穴之開口邊緣處電場增強110 倍數。 本實施例中所用之圈長度爲22mm且因此大致延伸 10.5mm至晶片之每邊（晶片爲c.1mm平方）。超出+10.5mm -34- 200814424 時，該圈不再重疊場最高處之上金屬層的邊緣，因此該圈 離開上導電平面之邊緣之進一步位移使該圈暴露在循序較 弱場中，因此，跨於晶片之電壓及過剩電力雙雙降低。 直接位於上導體之邊緣上方（〇mm偏移）的晶片，電壓 具有局部最小値且無法讀取標籤。讀取失敗可能由於電壓 太低無法啓動晶片。 理論模式預測當進一步在上導電層上方移動耦合元件 時電壓應再上昇-具負偏移◊電壓在- 2mm與- 4mm之間 0 快速下降，可從第3圖中看到，其係由於增強電場對於調 諧平面之邊緣之不對稱分佈所致。實驗計量未延伸超出 -1 m m故無法驗證本預測。 本行爲展現解耦合器係作爲用以產生高度局部化電壓 之裝置，該電壓接著於解耦合器與圈間透過電容性耦合轉 移至晶片：當鄰接晶片之圏部位在增強場區內時，跨於晶 片之電壓及過剩電力保持爲高的。在該區域外部之電位梯 度（電場強度）是低的，因此，跨於晶片之電壓爲低。本操 作機制係依據參考第22圖討論之特性，其中該圈在解耦合 ^ 器之平面中旋轉90°。在對等電位區中，這將該圈部置放在 晶片之任一邊，造成跨晶片之電壓爲零。實驗已確定在本 方位中無法讀取標籤。 現在考慮電介質諧振腔穴之厚度，實施解耦合器芯之 厚度（以t表示）係在0 · 1 2 5 m m與3 m m之間變化之實驗。藉 由循序降低腔穴長度並紀錄讀取距離來決定每個芯厚度之 最佳腔穴長度。在所有情況中，芯材料爲聚酯且金屬層由 鋁箔所形成。該結果係圖示在第27圖中。 -35 - 200814424 如所有解耦合器之預期，當腔穴之長度致使其諧振頻 率符合讀取器系統頻率時，讀取距離即碰到峰値。厚芯之 峰値讀取距離比薄芯大多了。第28圖中更清楚表示最大讀 取距離隨芯厚度之變化。然而，將瞭解到厚芯與組件之整 體厚度間存有交換。對於任何特定應用，提供足夠之讀取 距離同時保持低外型裝置之芯厚度將是適當的。 因解耦合器之低層爲金屬且上面置放有解耦合器之物 體常爲金屬，本發明之實施例使用要標貼物體之金屬作爲 0 低導電層。在本情況中，解耦合器變成雙層裝置：上導電 層及電介質芯。 1/4波長解耦合器需要連續導電路徑圍繞電介質芯之 三邊’因此，當利用上面有安裝解耦合器之物體做爲低層 時要小心避免實質不連續（discontinuities)。實施一系列之 測試以評估如第29圖中所示之各種配置，及隨之發生之讀 取距離。 在所有情況中，芯材料爲聚酯並使用915MHz系統實 0 施測試。解耦合器爲50mm寬且最佳發現長度44mm之腔 穴’具有最大讀取距離爲6.0m。在決定讀取距離期間，解 親合器係固定至長度比解耦合器大之金屬板。 .製造該等解耦合器所用之箔片事實上係塗覆薄絕緣聚 合物層’致使當一起平行配置兩層時，其間幾乎無或無直 流電流流動。如圖中直線所示，每個配置導入不同可能之 不連續源。. 發ϊ見到不連續產生較低讀取距離，對於具有真正連續 導電層之解耦合器，其每個不連續降低距離爲最大値之 -36 - 200814424 c.40%。因此，具有兩種不連續之設計比具有一種不連續之 設計趨向具有較低讀取距離，其依序比不具不連續之解耦 合器表現較不佳。對此規則之僅有例外爲配置2，其中箔 片與金屬背板間之不良電接觸爲降低讀取距離之可能原 因。 第30圖表示配置爲象限或1/4圓之1/4波解耦合器之 實施例。本配置之優點爲降低方位之相依性。 當解耦合器之諧振維度平行於入射電場向量時，特定 解耦合器及標籤配置表現最佳。因爲旋轉解耦合器，當諧 振維度垂直於電場時，讀取距離則下降達到-。 在第3 0圖之實例中，解耦合器係由鋁箔及作爲電介質 腔穴之4-5mm厚波狀卡板所製成。解耦合器形成具有連續 箔片之90°扇形，該箔片鋪在上面、圍繞彎曲邊緣並誇於下 面。兩個筆直邊緣不具延伸越過邊緣之導體。如第30圖中 所示，標籤係配置在筆直邊緣之頂點。 爲了決定最佳値，循序地降低1/4圓之半徑。自158mm 半徑開始，從弓形邊緣循序地縮減標籤且發現在半徑 121mm處發生5.5m之最大讀取距離。 進一步之實施例類似於第30圖之實施例，但在兩條筆 直邊相交之角落被截掉以產生27mm長之第三筆直邊對另 外兩邊成45°。最大讀取距離發現爲8mm，其發生在120mm 之半徑上。 然後調查1 /4圓解耦合器之方位角相依性。在平行於 讀取器天線並包含入射電場向量之平面上將解耦合器旋轉 達到360°。結果係扼要說明在第3 1圖中，以塊狀箭頭表示 -37- 200814424 電場，而解耦合器上之實線代表標籤之長軸。 對於〇°與90°之間及180°與270°之間的所有角度，讀取 距離保持固定在6m。如在該等角度範圍內所預期，電場向 量係永遠平行於從最接近標籤之角落以放射狀所繪之直 線，致使其越過金屬區且因此繼續對正確諧振維度取樣。 這啓動在解耦合器芯內隨諧振模式之有效率耦合。當電場 向量在90°〜180°及270°〜360°範圍內永不平行於諧振維度 時，該等範圍即遞回零讀取距離。因此，1/4圓解耦合器展 ^ 現0°與90°之間及180°與270°之間的方位相依性。 第32圖表示一解耦合器，其再次具有連接上與下導電 平面之弓形基部，但本次之形狀爲半圓。在導電層上部切 割一狹縫（如第32b圖中所示之狹縫1)，垂直地從筆直邊之 中心大致上延伸長度爲解耦合器半徑之半。 隨著在中心纏繞解耦合器之筆直邊緣之標籤（如第32a 圖中所示，但隱藏狹縫），在距離爲0.5m下，除關於方位 之1 0°波帶外，可於所有方位（在平行於讀取器天線之平面 旋轉360°)讀取標籤，其中解耦合器之筆直邊緣在該方位下 ^ 係平行於入射波之電場。因解耦合器與讀取器天線間之距 離增加，透過它可讀取標籤之角度範圍即減小-方位相 依性即增加。 隨著置放在解耦合器之上表面之標籤，垂直於且其端 越過狹縫（依據第29b圖之標籤方位），當解耦合器之筆直邊 緣平行於電場時可在數米下讀取，但若解耦合器旋轉大於 45°時則讀取距離掉爲零。 在第一狹縫之末端且垂直於第一狹縫處切割一第二較 -38- 200814424 短狹縫（長度大致爲l〇mm)，因此在導電層之上部位形成τ 型孔穴（如第32b圖中所示之狹縫2)。隨著纒繞解耦合器之 標籤（依據第32a圖標籤配置，係在較長狹縫上方），其可旋 轉360°且保持可讀取僅觀察到些許”死角（dead spots)”之 標籤。 將了解到純粹藉由實例已如上說明本發明，且在本發 明範圍內可做詳細修正。 揭露於說明中之每個特徵，且（適當的話）可獨立或以 ^ 任一適當組合提供申請專利範圍及圖示。 【圖式簡單說明】 純粹藉實例參考附圖，現在將說明本發明之較佳特 徵，其中： 第1圖表示依據本發明裝置之側視圖， 第2圖表示依據本發明裝置之透視圖， 第3圖表示用以將RF標籤安裝在解耦合器上之可能位 置， 第4圖說明商業上可取得之RF標籤， ^ 第5圖表示具有多個腔穴之本發明實施例’ 第6圖表示本發明之另選實施例， 第7圖表示兩個背對背之腔穴結構， 第8圖表示背對背腔穴結構之透視圖’ 第9圖表示寬帶解耦合器之實施例， 第10圖表示具有邊靠邊腔穴之本發明之另一實施例， 第11圖表示具有共置開口端之兩個腔穴結構’ 第12圖表示另一端對端之腔穴結構， -39- 200814424 第13圖表示另選之邊靠邊腔穴結構， 第14圖表示具有可變腔穴長度之本發明實施例， 第15圖表示低Q RF標籤， 第1 6至28圖說明本發明各種實施例之效能， 第29圖說明本發明實施例之導電基部及壁部之可能 配置，以及 第30至32圖表示具有曲線基部之本發明實施例。 【主要元件符號說明】

2 第一導電側壁 4 第二導電側壁 6 電介質材料 8 基部 10 RF標籤 12 標籤 20 晶片 22 天線 14 側壁 4 側壁 16 側壁 18 標籤 30 導電層 33 導電層 32 電介質 37 導電基部 35 導電層 -40- 200814424

34 電介質 36 標籤 BC 金屬區 40 導電層 42 導電層 50 電介質材料 46 導電基部 44 導電層 48 導電基部 52 孔穴 54 間襯 56 間襯 60 解耦合器 62 第一導電側壁 66 閉合端 70 小圈 70 天線 1900 基部 1 狹縫 2 狹縫 -41-

Claims (1)

1. 200814424 十、申請專利範圍： 1·一種電磁輻射解耦合器，包括腔穴結構，其包括連接至 第一導電側壁及第二導電側壁之導電基部’該第一導電 側壁及第二導電側壁隔開且大體上爲平行。 2.如申請專利範圍第1項之解耦合器，其中電介質材料係 配置在腔穴結構內。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之解耦合器，其中該第一導 電側壁具有自導電基部所測量大致爲λ "4之連續長度， 0 其中；I d爲電介質材料中操作頻率爲v之EM輻射波長。 4 ·如申請專利範圍任一*則項之解親合器’其中該桌^ —導電 側壁具有自導電基部所測量之連續長度，該長度至少與 第一導電側壁等長。 5 ·如申請專利範圍任一前項之解耦合器，其中電介質材料 係配置在腔穴結構內，成爲鄰接導電基部之連續層，其 延伸大體上與第一導電側壁等長。 6_如申請專利範圍第1至5項中任一項之解耦合器，其中 電介質材料係配置在腔穴結構內且延伸超出第一導電倒j 壁端。 7 ·如申請專利範圍任一前項之解耦合器，其中該解耦合_ 之總厚度小於λ /10，或λ /300或；I /1000。 8 ·如申請專利範圍任一前項之解耦合器，其中該解耦合_ 之總厚度爲小於或等於· 1 mm、小於或等於2mm、或小;^ 或等於5 0 0 /z m、或小於或等於1 0 0 μ m。 9·如申請專利範圍任一前項之解耦合器，其中該第一導電 層之長度係固定跨過其寬度。 -42- 200814424 ίο.如申請專利範圍第1至8項中任一項之 該第一導電層之長度變動跨過其寬度。 11 ·如申請專利範圍任一前項之解耦合器， 二導電側壁及導電基部包括連續材料層 1 2·如申請專利範圍任一前項之解耦合器， 不同的電介質材料，配置在兩導電側壁 質芯。 1 3 .如申請專利範圍任一前項之解親合器， φ 超過一個的腔穴結構。。 14·如申請專利範圍第13項之解耦合器， 更多腔穴結構，以不同頻率各作最大之 15·如申請專利範圍任一前項之解耦合器， 結構，其包括連接至第三導電側壁及第 電基部，該第三導電側壁及第四導電側 爲平行的，並具有配置在第二腔穴結構 材料，其中第一腔穴結構之導電基部亦 φ 之導電基部。 16.如申請專利範圍第15項之解耦合器， 側壁與該第三導電側壁接續，及/或該第 第四導電側壁接續。 17·如申請專利範圍第15或16項之解耦合 基部至其邊緣所測量之該第一導電側壁 三導電側壁之長度。 18·如申請專利範圍第15至17項中任一項 中配置在第一腔穴結構內之該電介質材 解耦合器，其中 其中該第一與第 〇 其具有一或更多 之間，形成電介 該解耦合器包括 其中配置兩個或 解耦合。 更包括第二腔穴 四導電側壁之導 壁隔開且大體上 內之第二電介質 爲第二腔穴結構 其中該第一導電 二導電側壁與該 器，其中自導電 之長度異於該第 之解耦合器，其 料異於該第二電 -43- 200814424 介質材料。 19·如申請專利範圍第1至13項中任一項之解耦合器，更 包括第二腔穴結構，其包括連接至第三導電側壁及第四 導電側壁之導電基部，該第三導電側壁及第四導電側壁 隔開且大體上爲平行，其中該第二及第四導電側壁包括 連續之導電材料層，該第一及第三導電側壁之邊界定其 間之孔穴且該電介質材料亦配置在第二腔穴結構內。 20. 如申請專利範圍第18項之解耦合器，其中該第一及第 三導電側壁包括具有孔穴之連續的導電材料層，其大體 上橫跨延伸至兩腔穴結構以界定腔穴之邊緣。 21. 如申請專利範圍第18或19項之解耦合器，其中兩腔穴 之組合長度爲λ d/2且第一及第三導電側壁間之孔穴係 設置於距離任一導電基部λ d/4處。 22. 如申請專利範圍任一前項之解耦合器，其中第一腔穴結 構之第二側壁形成第二腔穴結構之第二側壁，該第二腔 穴結構係配置至第一腔穴結構之邊。 - 23. —種用於將電子裝置從導電表面解耦合之電磁輻射解 耦合器’其包括連接至導電端部位之第一導電側壁及用 於將第一導電側壁從導電表面隔開致使該導電端部位接 觸導電表面之裝置。 24. 如申請專利範圍第23項之解耦合器，其中用於將第一 導電側壁從導電表面隔開之該裝置至少爲一電介質材料 層，該電介質材料使用時係設置於第一導電側壁與導電 表面之間。 25. 如申請專利範圍第23項之解耦合器，其中用於將第一 -44- 200814424 導電側壁從導電表面隔開之該裝置包括一個或更多間 襯。 26.如申請專利範圍第23至25項中任一項之解耦合器，其 中該第一導電側壁之長度大致爲預期操作之輻射波長之 1/4。 27·如申請專利範圍任一前項之解耦合器，其中該導電基部 係爲彎曲。 28·如申請專利範圍第27項之解耦合器，其中該第一導電 _ 側壁形成圓形段且其中該基部係連接至該圓形段之周 邊。 29. 如申請專利範圍第28項之解耦合器，其中該第一導電 側壁形成90度之象限區。 30. 如申請專利範圍第29項之解耦合器，其中該象限區之 頂點被截掉。 3 1·如申請專利範圍第28項之解耦合器，其中該第一導電 側壁爲半圓形。 32·如申請專利範圍第31項之解耦合器，其中在該第一導 電側壁設有狹縫。 33. 如申請專利範圍第32項之解耦合器，其中該狹縫從該 半圓直徑之中心以轄射狀向外延伸。 34. 如申請專利範圍第33項之解耦合器，其中該狹縫從該 半圚直徑垂直延伸。 35. —種大體上與表面無關之EM標籤，包含如申請專利範 圍任一前項之請求項所述之安裝在解耦合器上之EM標 籤。 -45- 200814424 36.如申請專利範圍第35項之標籤，其中該em標籤係安裝 在第一導電側壁之邊緣附近。 37·如申請專利範圍第35項之標籤，其中該標籤至少部分 位在第一導電側壁上，使得該標籤天線相對於導電基部 係位在第一導電側壁之邊緣。 38·如申請專利範圍第37項之標繁，其包括em標籤與解耦 合器材料間之間襯。 39.如申專利範圍第38項之標籤，其中EM標籤之金屬部 Φ 位與解耦合器間之總間隙範圍爲100至1000微米、或 175至800微米、或30 0至800微米、或300至600微米。 ·如申請專利範圍第3 5項之標籤，其中該EM標籤橫跨在 腔穴結構之開口端或位於腔穴結構之開口端內。 4 1 ·如申請專利範圍第40項之標籤，其中該EM標籤係至少 部分內嵌或位於電介質材料內。 42·如申請專利範圍第35至41項中任一項之標籤，其中該 EM標籤及解耦合器部分爲防護罩所覆蓋或包覆。 φ 43·如申請專利範圍第42項之標籤，其中該防護罩爲放置 於EM標鐵及解稱合器之表面上之非導電材料。 4 4 ·如申請專利範圍弟35至43項中任一'項之標簾，其中該 EM標籤爲具有小型、未調諧天線之低q標籤。 4 5.如申請專利範圍第1至26項中任一項之解耦合器之使 用，其用以安裝RF標籤。 4 6.如申請專利範圍第1至26項中任一項之解耦合器之使 用，其具有低Q RF標籤，以啓動有用之讀取範圍。 4 7.—種設備之使用，該設備包括諧振電介質腔穴，其係界 -46- 200814424 定在第一及第二大體上爲平行導電側壁之間，且藉由導 電基部於該第一及第二側壁間之電連接而在一邊緣閉 合’以在該腔穴之開口邊緣處增強入射電場。 48·如申請專利範圍第47項之使用，其中該增強電場供電 給該腔穴之該開口邊緣處之電子裝置。 49. 如申請專利範圍第48項之使用，其中該電子裝置爲 RFID裝置。 50. 如申請專利範圍第47或48項之使用，其中該電子裝置 由差分電容式耦合供電。 5 1 ·如申請專利範圍第4 7至5 0項中任一項之使用，其中該 入射電場藉由大於或等於50之倍數、大於或等於1〇〇 之倍數、或大於或等於200之倍數而增強。 52. 如申請專利範圍第47至51項中任一項之使甩，其中增 強該入射電場以產生大於或等於200V/m之峰値。 53. —種設備，包括： 諧振電介質腔穴，其界定在第一及第二大體上爲平行之 導電側壁之間，該諧振腔穴係藉由導電基部於該第一及 第二側壁間之電連接而在一邊緣閉合，以及 電子裝置，其鄰接該腔穴之開口邊緣，該電子裝置對電 場快速反應。 54. 如申請專利範圍第53項之設備，其中該諧振腔穴配合 增強該腔穴之開口邊緣處之入射電場’且其中該電子裝 置至少部分位在該開口邊緣處之增強電場區中。 55. 如申請專利範圍第54項之設備，其中至少部分該電子 裝置位於距離該腔穴之開口邊緣處5 mm、10mm或2 0mm 200814424 內。 56. 如申請專利範圍第53至55項中任一項之設備，其中該 開口邊緣大體上與該導電基部相對。 57. 如申請專利範圍第53至56項中任一項之設備，其中該 電子裝置爲RFID裝置。 58. 如申請專利範圍第53至57項中任一項之設備，其中該 電子裝置與該第一或第二側壁無電性接觸。

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