用于微型化應用的多頻天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于微型化應用的多頻天線。在不同的實施例中提供一種電路裝置，該電路裝置可以具有第一天線，其被設立用于與來自第一頻帶的電磁場耦合；和第二天線，其被設立用于與來自第二頻帶的電磁場耦合，其中第二頻帶與第一頻帶不同，并且其中第一天線作為用于第二天線的電引線與該第二天線串聯。
【專利說明】用于微型化應用的多頻天線

【技術領域】
[0001]不同實施例涉及多頻天線，其例如能夠在微型化的應用中使用。

【背景技術】
[0002]迄今存在天線的多種方案和實現，這些天線既能夠接收HF (high frequency-高頻)射線也能夠接收UHF (ultra high frequency-超高頻)信號。然而它們的大小大多通過與在 RFID 標簽(RFID 應答器)處的 RFID (rad1-frequency identificat1n-借助電磁波的識別)標準匹配來確定。此外既能夠接收HF波也能夠接收UHF波的天線總是作為用于UHF波的偶極天線和用于HF波的線圈天線的組合被提供，并且經常也稱為“綜合天線(comprehensive antenna)”。
[0003]圖1表示典型的天線結構100，其既能夠與HF場也能夠與UHF場耦合。該天線結構具有用于接收HF信號的線圈天線102。此外天線結構100具有用于接收UHF信號的偶極天線106。借助輸入端子104，線圈天線102可以與RFID芯片108和偶極天線106電耦合。在圖1中示出的天線結構情況下，另外標出它的尺寸。長度114典型地可以為84_，寬度112典型地可以為54mm。這些尺寸表明，這樣的天線設計，如其迄今在RFID系統中典型地使用的那樣，不允許微型化。


【發(fā)明內容】

[0004]根據不同實施例的電路裝置是擴展的天線結構，其能夠接收和發(fā)送HF帶和UHF帶內的電磁波。根據不同實施例的電路裝置可以具有第一天線，其被設立用于耦合到來自第一頻帶的電磁場；和第二天線，其被設立用于耦合到來自第二頻帶的電磁場，其中第二頻帶與第一頻帶不同。在此，第一天線可以作為用于第二天線的引線與其串聯。這里說明的天線結構能夠被協調到多個頻率范圍。例如第一天線能夠被協調到來自UHF帶的一個頻率或者一個頻帶，例如被協調到868MHz，或者被協調到另一個頻率，其相應于來自UHF帶的按照RFID標準(RFID:rad1_frequency identificat1n-借助電磁波的識別)的運行頻率。第二天線能夠被協調到來自HF帶的一個頻率或者一個頻帶，例如協調到13.56MHz或者被協調到另一個頻率，其相應于來自HF帶的按照RFID標準(RFID:rad1-frequencyidentificat1n-借助電磁波的識別)的運行頻率。通過根據不同實施例的電路裝置的如下描述的非常緊湊的和微型化的形狀和通過其多頻帶功能，該電路裝置例如也可以作為集成的天線結構與芯片一起布置在芯片卡模塊的芯片外殼上。
[0005]根據該電路裝置的另外的實施例，第一天線可以具有線圈。
[0006]根據該電路裝置的另外的實施例，第二天線可以具有線圈。
[0007]第一天線和第二天線例如可以作為回路天線(Loop-Antennen (環(huán)形天線))構造。第一線圈和/或第二線圈的印制導線的布置例如可以描述方形的或者矩形的形狀并且在該電路裝置的使用環(huán)境內匹配于可用的位置。
[0008]根據所述電路裝置的另外的實施例，第一線圈可以完全接在第二線圈之前或之后。換句話說，構成第一線圈的線匝的印制導線的一端可以與構成第二線圈的線匝的印制導線的一端電親合。
[0009]根據所述電路裝置的另外的實施例，第二線圈可以接在第一線圈的兩個部分之間。換句話說，構成第二線圈的線匝的印制導線的兩端中的每一端可以與第一線圈的各一個部分電耦合。再另外的表述是，第二線圈可以構造在第一線圈內部，使得流經由第一線圈和第二線圈組成的串聯裝置的電流首先流經第一線圈的一個部分、然后流經整個第二線圈并且然后流經第一線圈的另一部分。
[0010]根據所述電路裝置的另外的實施例，第一線圈的兩個部分可以作為用于第一線圈的對稱的電引線來構造。該對稱可以涉及構成第一線圈的印制導線的長度，其因此可以等長，但是除此之外也涉及其空間布置，使得例如第一線圈的一個部分通過對稱操作、例如旋轉或者點鏡像，能夠轉變?yōu)榈谝痪€圈的另一部分。
[0011]根據所述電路裝置的另外的實施例，第一天線的電感可以小于第二天線的電感。
[0012]根據另外的實施例，所述電路裝置另外可以具有第一電容，其與第二天線并聯。
[0013]根據所述電路裝置的另外的實施例，第一電容可以借助第一天線的寄生電容實現。第一天線的寄生電容可以在第一天線的印制導線的各兩個并排伸展的分段之間構成并且在需要時可以通過不同的參數如印制導線厚度、印制導線彼此的間距和天線的幾何形狀被調整到需要的或者希望的值。
[0014]根據另外的實施例，所述電路裝置另外可以具有集成電路，其與由第一天線和第二天線組成的串聯裝置電耦合。所述集成電路可以是芯片，該芯片(與整個電路裝置一起)布置在芯片卡模塊的芯片外殼內。該芯片例如可以作為應答器來設立并且借助第一天線和第二天線無線地由讀取單元讀出。在需要時，當芯片卡是雙接口(Dual-1nterface)芯片卡時，芯片卡的芯片卡模塊另外可以具有接觸區(qū)。
[0015]根據另外的實施例，所述電路裝置可以具有第二電容，其可以與集成電路并聯。
[0016]根據所述電路裝置的另外的實施例，第二電容可以借助集成電路的電容實現。
[0017]根據所述電路裝置的另外的實施例，第一天線可以被設立用于接收來自UHF帶的電磁波。
[0018]根據所述電路裝置的另外的實施例，第二天線可以被設立用于接收來自HF帶的電磁波。
[0019]在另外的實施例中提供芯片卡，其可以具有根據不同實施例的電路裝置。借助具有兩個天線的電路裝置，可以給相應的芯片卡賦予多頻帶功能，也就是說它可以借助電磁波通過兩個不同的頻率或者頻帶被讀出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]不同的實施例在圖中示出并在下面更詳細地予以闡述。
[0021]圖1示出常見的天線，其既能夠在UHF頻帶上也能夠在HF頻帶上接收；
[0022]圖2示出根據不同實施例的電路裝置；
[0023]圖3A和3B示出根據不同實施例的另外的電路裝置；
[0024]圖4A到4F示出根據不同實施例的電路裝置的空間立體的構型；和
[0025]圖5示出圖表，其示出根據不同實施例的電路裝置的反射參數。
[0026]在下面詳盡的描述中參照附圖，它們構成該描述的一部分并且其中為闡明而示出特定的實施方式，本發(fā)明能夠以這些實施方式來執(zhí)行。在這一方面關于所描述的(多個)圖的取向而使用方向術語諸如“上”、“下”、“前”、“后”、“前面的”、“后面的”等。因為實施方式的部件能夠以多個不同的取向來定位，所以所述方向術語用于闡明而絲毫不是限制性的。可以理解，可以使用其他的實施方式并且進行結構上的或者邏輯上的改變，而不偏離本發(fā)明的保護范圍?？梢岳斫?，這里描述的不同的示例性實施方式的特征可以互相組合，只要無另外特別說明。因此下面詳盡的描述不能在限制的意義上來理解，并且本發(fā)明的保護范圍通過所附權利要求書限定。
[0027]在該描述的范圍內使用術語“連接”、“連上”以及“耦合”用于不僅描述直接的連接而且描述間接的連接、直接的或者間接的連上以及直接的或者間接的耦合。在圖中相同的或者相似的元件配備有相同的附圖標記，只要這是適宜的。

【具體實施方式】
[0028]圖2表示電路裝置200的實施例。根據不同實施例的電路裝置200具有第一天線202，其被設立用于與來自第一頻帶的電磁場耦合。此外根據不同實施例的電路裝置200具有第二天線204，其被設立用于與來自第二頻帶的電磁場耦合，其中第二頻帶與第一頻帶不同。第一天線202作為用于第二天線204的電引線與其串聯。
[0029]圖2中所示的電路裝置基本上基于兩個不同的天線的組合，也就是說例如兩個不同的線圈或者回路天線的組合。在此情況下，第一天線例如用作高頻天線并且附加地為低頻天線用作電引線。兩個天線串聯并且這樣構成根據不同實施例的電路裝置。低頻信號通過所屬的電磁場和第二天線210之間的感應耦合被接收。第一天線204不被協調到低頻信號，也就是說，其諧振電路具有另外的(也即相對于低頻信號的頻率遠遠地偏移的)諧振頻率。第一天線204的電感例如可以處于約5nH到約50nH的范圍內，例如處于大約30nH處，并且由此更確切地說是小的(gering ausfallen)。由此第一天線204在所屬的電路內在由第二天線210接收低頻信號的情況下幾乎不發(fā)生作用。在由第一天線204接收高頻信號的情況下第二天線210又幾乎沒有作用(除了作為用于第一天線204的電引線外)。第二天線210可以具有與第一天線204相比高的電容，其可以處于約1pF到約10pF的范圍內，例如在約19pF處。由于第二天線的高電容高頻信號通過它幾乎被短路，使得第二天線210在接收高頻信號時對所屬的電路沒有干擾性的影響。換句話說，第一天線204處的高頻信號通過相應激勵所屬的諧振電路被探測。
[0030]如已經提及的，第一天線204的接收和發(fā)送范圍可以與第二天線210不同。例如第一天線204能夠被協調到來自UHF帶的主頻率或者頻率范圍，而第二天線210能夠被協調到來自HF帶的主頻率或者頻率范圍。屬于天線的諧振電路的理論上的或者通過測量確定的諧振頻率與主頻率有這種關聯。天線到所屬的接收和發(fā)送頻率的協調可以借助電容進行。作為電容可以使用各線圈或者其他電子構件的寄生電容。如果不從而得出足夠大的電容，則可以使用單獨的電容。該方面根據還有下面的圖更詳細地來闡述。
[0031]根據不同實施例的電路裝置200可以通過緊湊的結構方式來表征并且由此該電路裝置例如可以作為片上(On-Chip)天線被使用，也就是說作為以下天線被使用，即所述天線與芯片卡的芯片耦合并且與該芯片一起布置在芯片外殼內，該芯片外殼又能夠被層壓在芯片卡內。以這種方式能夠用不同的頻率運行所屬的芯片，例如RFID芯片，所述頻率可以通過這兩個天線預先給定。
[0032]根據不同實施例的電路裝置300的另一構型在圖3A中示出。該電路裝置具有第一線圈304和第二線圈306，它們分別體現第一天線或者第二天線。此外根據不同實施例的電路裝置300具有集成電路302，其與由第一線圈304和第二線圈306組成的串聯電路電耦合。另外根據不同實施例的電路裝置300具有電容308，其與第二線圈306并聯。矩形310是用于設備的占位器，其中第一線圈304和第二線圈306能夠與所述設備磁耦合。從而，矩形310可以代表讀取設備，其發(fā)送信號(也就是說發(fā)送電磁場)，這些信號可以借助第一線圈304或者第二線圈306探測。在此，第一箭頭312表示第一線圈304和詢問式設備、也就是說例如讀取單元之間的感應耦合。第二箭頭314表示第二線圈306和詢問式設備之間的感應耦合。由于兩個線圈響應于的不同頻率和由于根據不同實施例的示例性電路裝置300的架構，可以認為，借助第一線圈304和借助第二線圈306的同時的感應耦合在電路裝置302的運行中不發(fā)生。
[0033]但是矩形310也可以代表芯片卡中的增益天線(Booster-Antenne)(放大器天線)。增益天線可以視為布置在芯片卡模塊上的芯片外殼的微型化天線和讀取單元之間的中間天線(Mittler-Antenne)?？梢允褂迷鲆嫣炀€來放大根據不同實施例的電路裝置300的通信作用距離，其可以布置在芯片卡中的芯片卡模塊的芯片外殼內。增益天線的線匝可以接近芯片外殼并且從而接近第一線圈304和第二線圈306地伸展，以便獲得電路裝置300的線圈之一和增益天線之間足夠強的耦合。
[0034]但是增益天線相對于芯片外殼的位置也可以如此，使得芯片外殼可以布置在增益天線的角部(Ecke)內，使得增益天線的線匝接近并且沿芯片外殼的兩條棱邊伸展。以下配置也是可能的，其中增益天線的線匝構成耦合線圈，所述耦合線圈圍繞芯片外殼伸展，也就是說包圍該芯片外殼。在制造中于是例如芯片外殼可以被粘接在其上布置有所屬的增益天線的載體上，所述芯片外殼可以具有包括集成電路在內的根據不同實施例的電路裝置300，所述集成電路可以作為RFID應答器起作用。由此能夠以簡單和成本低的方式謀求非常靈活的和模塊化的制造策略。
[0035]第二線圈306作為常規(guī)的接收線圈起作用。第二線圈306的接收頻率的調整可以借助第一電容308進行，其執(zhí)行微調電容的功能。必要時在此可以考慮第二線圈304的寄生電容的貢獻。第二線圈306不直接、而是通過第一線圈304連接在集成電路上。第一線圈304可以具有較小的電感，在任何情況下比第二線圈306的電感小的電感。第一電容308用于調整由第一電容308和第二線圈306組成的諧振電路的諧振頻率。因為在交變電流情況下電容隨所述交變電流的頻率上升變得導電能力增加，所以可以利用該特性。因此在接收高頻信號時，第一電容308幾乎短接所述高頻信號。由此在由第一線圈304接收高頻信號時可以說第二線圈幾乎沒有作用。根據不同實施例的電路裝置300就其感應耦合而言能夠被優(yōu)化/調整到兩個主頻率或者兩個頻率范圍上一一被優(yōu)化/調整到相應于第一線圈304的接收范圍的頻率范圍上和被優(yōu)化/調整到相應于第二線圈306的接收范圍的頻率范圍上。
[0036]在圖3B中示出圖3A的具有電子器件的明確示出的寄生貢獻的根據不同實施例的電路裝置300。相同的構件帶有相同的附圖標記并且不再重新描述。從而根據不同實施例的電路裝置350具有第一電阻352，其布置在集成電路302和第一線圈304之間。第一電阻352表示集成電路302的歐姆損耗以及至第一線圈304和至第二線圈306的所屬的連接線路的歐姆損耗。將第一線圈304的線匝內的歐姆損耗進行模型化的第二電阻356布置在第一線圈304和第二線圈306之間。將第二線圈306的線匝內的歐姆損耗進行模型化的第三電阻358布置在第二線圈306和集成電路302之間。第二電容354與集成電路302并聯。第二電容354模型化該電路裝置的寄生并聯電容。第三電容360與由第二線圈306和第三電阻358組成的串聯裝置并聯。第三電容360模型化能夠在第二線圈306的線匝之間構成的寄生電容。
[0037]在接收高頻信號情況下通過第二線圈306的電路徑借助第一電容308幾乎被短接。第一電容308還用于調整諧振電路的諧振頻率用以接收低頻信號。在作為第一電容308選擇適當的電容器、尤其是選擇其電容值時，可以考慮寄生電容(也就是說第三電容360)的貢獻(Beitrag)。必要時也可以完全取消第一電容308，只要由寄生電容提供足夠高的貢獻。該貢獻可以通過第二線圈306的線匝的幾何形狀和通過其材料選擇來調整。第一線圈306的與第二線圈308的電感相比相對小的電感可以借助集成電路302的電容實現。因此能夠構成諧振電路，其諧振頻率確定第一線圈304的接收范圍。
[0038]在圖4A到4F中示出根據不同實施例的電路裝置的不同的空間立體構型。這些示例性構型僅表示根據不同實施例的電路裝置的非常多的可能的按構件的實現的少數幾種，并且尤其是在不同構件的幾何形狀和空間布置方面不應該評價為限制性的。
[0039]如圖4A中所示，電路裝置400的在那里示出的示例性實施方式具有第一線圈404，其布置在外部并且被設立用于接收UHF信號。第一線圈404的電感可以處于毫微亨范圍內。與第一線圈404串聯地電耦合第二線圈402，其被設立用于接收HF信號并且其電感可以處于微亨范圍內。在這種情況下第二線圈402布置在第一線圈404的內部中，也就是說第一線圈404的線匝包圍第二線圈402。第二線圈402具有比第一線圈404明顯多的線匝，因為與第一線圈404相比，該第二線圈一方面占據較小的面積并且另一方面具有較大的電感。此外根據不同實施例的電路裝置400具有電容406，其與第二線圈402并聯耦合。在第一線圈404的一端處提供第一端子408，第一線圈404的另一端與第二線圈402電親合，其中在第二線圈402的另一端處又提供第二端子410。借助第一端子408和第二端子410，電路裝置400例如能夠與集成電路、例如RFID芯片耦合，如例如在圖3A和圖3B中所示那樣。然而顯然，其間也可以電耦合另外的構件，例如電容、線圈或者電阻。
[0040]在電路裝置400的另外的實施例中第一線圈404可以布置在第二線圈402的內部區(qū)域中。換句話說這兩個線圈的空間布置可以互相交換，如它們在圖4A中所示那樣。需要的電感于是可以借助各線圈的幾何構型調整。
[0041]在圖4B中示出電路裝置400的另一種實施方式。其中所示的電路裝置400基本上相似于在圖4A中所示的電路裝置400，使得相同的構件配備有相同的附圖標記(這此外也適用于圖4C到4F中的根據不同示例的電路裝置的其他的實施例)。主要區(qū)別在于，在圖4B中電容406作為按構件的構型示出。在這種情況下電容406具有兩個矩形的板，所述板具有導電材料。這兩個電容器板彼此借助介電層電絕緣。電容406的兩個電容器板能夠布置在載體的表面上，在該載體上可以布置根據不同實施例的整個電路裝置410。然而電容406的兩個電容器板也可以布置在該載體的不同的側上，其中載體層于是可以用作電介質。借助通過載體層的相應導電的饋通(DurchfUhrung)能夠相互電親合在載體的兩側上的電路構件。
[0042]一般，電容406能夠以四種不同的方式實現。其位置和幾何形狀也可以是任意的并且基本上能夠匹配于相應的應用。根據希望的電容和使用的材料，圖4B中所示的矩形的電容器板例如也可以被構成為L形或者U形的。因此，電容406的兩個電容器板在圖4C中所示的根據不同實施例的另外的電路裝置420的情況下被構成為方形的并且布置在第二線圈402的內部區(qū)域中。圖4C中所示的電路裝置420此外相應于前面在圖4A和圖4B中所示的電路裝置。
[0043]在電路裝置的另外的實施例中，電容406可以與根據不同實施例的整個電路裝置410 —起集成在芯片外殼中。電容406可以以MIMCAP(metal 1-1nsulator-metalIcapacitance:金屬-絕緣體-金屬-電容)、MOMCAP (metal-oxide-metal capacitance:金屬 _ 氧化物 _ 金屬 _ 電容)或者例如 MOSCAP (metal-oxide-semiconductor capacitance:金屬-氧化物-半導體-電容)的形式存在。在此情況下，上述三種材料相應于為提供電容所使用的材料的序列。
[0044]在圖4D中所示的電路裝置430的實施方式情況下，兩個天線的位置與前面的實施例相比被交換，也就是說第二線圈402的線匝圍住第一線圈404的線匝。電容406 —如既往地與第二線圈402并聯。
[0045]在圖4E中示出電路裝置440的另一種實施方式。在該實施方式中，第一線圈404作為用于第二線圈402的對稱的電引線起作用。在該實施例中第一端子408端接第一線圈404的一端，并且第二端子410端接第一線圈404的另一端。第二線圈402按構件對稱地在第一線圈404內部被提供。
[0046]在圖4F中所示的電路裝置450的實施例的情況下，第一線圈404布置在其中布置有第二線圈402的區(qū)域之外。換句話說，這里沒有線圈圍住另一個，而是這些線圈并排布置。當為按構件實現電路裝置在載體上存在足夠的位置時，該實施方式例如可以被使用。而其他在圖4A到4E中所示的電路裝置的實施例更確切地說表示根據不同實施例的緊湊的電路裝置，在這些電路裝置中一個線圈圍繞另一個布置。
[0047]在圖5中示出圖表500，其中為不同的場景示出輸入反射因子(Eingangsreflex1nsfaktor) SI I。一般來看，輸入反射因子Sll以分貝描述在天線的輸入端子處反射的功率分量。輸入反射因子Sll (朝向負值)越小，越多的功率可以在一頻率下被親合輸入到天線中和由該天線福射出。
[0048]在圖表500中在X軸502上繪出單位為兆赫茲的頻率，在y軸504上繪出以分貝為單位的反射的或者由根據不同實施例的電路裝置接受的功率分量的尺度。第一曲線506示出與頻率有關的反射參數S11，其在根據不同示例的電路裝置的基礎上通過模擬被計算出。第二曲線508示出與頻率有關的反射參數S11，其在根據不同示例的電路裝置的等效電路圖的基礎上通過模擬被計算出。最后第三曲線510示出與頻率有關的反射參數S11，其通過測量(例如借助網絡分析器)根據不同示例的電路裝置來確定。
[0049]所有三條曲線都示出兩個諧振結構，在該示例性情況下在約13.56MHz處和在約868MHz處。也就是說，在約13.56MHz處和在約868MHz處饋入到天線中的功率的占優(yōu)勢的大部分被消耗，也就是說由天線輻射出去。在這些頻帶情況下，根據不同實施例的電路裝置也能夠最優(yōu)地接收相應的信號。從這些曲線也能夠確定帶寬，所述帶寬例如可以通過_6dB值給出。因此在13.56處的諧振是非常窄帶的諧振，而給定定義的868MHz處的諧振導致約200MHz的帶寬。雖然由天線接收的功率的分量在模擬情況下(第一曲線506)與真實情況(第三曲線510)偏離，但是在圖5中所示的圖表使明確的是，根據不同實施例的電路裝置能夠在兩個主頻率處或者頻帶處被運行，這些主頻率或者頻帶另外可以根據該電路裝置的使用環(huán)境所提出的需求被調整。
【權利要求】
1.電路裝置，具有: 籲第一天線，其被設立用于與來自第一頻帶的電磁場耦合； 籲第二天線，其被設立用于與來自第二頻帶的電磁場耦合，其中第二頻帶與第一頻帶不同； 籲其中第一天線作為用于第二天線的電引線與該第二天線串聯。
2.根據權利要求1所述的電路裝置，其中， 第一天線具有線圈。
3.根據權利要求1或2所述的電路裝置，其中， 第二天線具有線圈。
4.根據權利要求2和3所述的電路裝置，其中， 第一線圈完全接在第二線圈之前或之后。
5.根據權利要求2和3所述的電路裝置，其中， 第二線圈接在第一線圈的兩個部分之間。
6.根據權利要求5所述的電路裝置，其中， 第一線圈的兩個部分作為用于第一線圈的對稱的電引線構造。
7.根據權利要求1到6之一所述的電路裝置，其中， 第一天線的電感小于第二天線的電感。
8.根據權利要求1到7之一所述的電路裝置，另外具有: 第一電容，其與第二天線并聯。
9.根據權利要求8所述的電路裝置，其中， 第一電容借助第一天線的寄生電容實現。
10.根據權利要求1到9之一所述的電路裝置，另外具有: 集成電路，其與由第一天線和第二天線組成的串聯裝置耦合。
11.根據權利要求10所述的電路裝置，另外具有: 第二電容，其與集成電路并聯。
12.根據權利要求11所述的電路裝置，其中， 第二電容借助集成電路的電容實現。
13.根據權利要求1到12之一所述的電路裝置，其中， 第一天線被設立用于接收來自UHF帶的電磁波。
14.根據權利要求1到10之一所述的電路裝置，其中， 第二天線被設立用于接收來自HF帶的電磁波。
15.芯片卡，具有根據權利要求1到14之一所述的電路裝置。
【文檔編號】H01Q23/00GK104518283SQ201410605182
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2013年10月4日
【發(fā)明者】G·霍爾韋格, W·帕赫勒 申請人:英飛凌科技股份有限公司