相關文獻探討

目前在文獻上，有關 RFID Tag 天線設計，大多數均以偶極天線與彎折偶極 天線設計居多，並且由於天線小型化的需求，蜿蜒 (meander line) 的設計被廣泛 的使用，除了縮小化的挑戰外，阻抗匹配問題更需另外思考，一般微波電路輸入 /出阻抗均設計成 50 歐姆，因此，在天線設計上只需把輸入阻抗設計為 50 歐姆，

就能與後端電路相結合。然而，在 RFID Tag 天線設計上，由於各家 Tag chip 尚 未有統一規格，不同 Tag chip 的輸入阻抗均有差異，目前常見的阻抗為 3-150 歐 姆，電抗則為 50-200 歐姆(為電容性)，因此在設計上，必須先決定欲使用的 Tag chip 方能進行天線的設計。並且，由於一般 Tag chip 輸入阻抗多為電容性的緣故，

為了能與天線做匹配，在天線設計上輸入阻抗需加入電感性阻抗的考量，而不再 是單純的 50 歐姆，否則將會造成天線與 Tag chip 不匹配的問題產生，此外，基 於應用與成本上的考量，RFID 標籤天線大多採單一平面式設計，天線之火線與 地線位於同一平面，並藉由印刷技術將天線印製於基板上。

常見之平面式 RFID 天線架構如文獻[4]-[5]，其為使用電感性耦合饋入及蜿 蜒偶極天線架構作為輻射體，電感性耦合饋入可使天線輸入阻抗具有電感性虛 部，並藉由調整饋入圓環之大小及饋入圓環與輻射體之距離調整天線輸入阻抗，

其架構如圖 1.2 所示，相似之架構尚有改變偶極天線之形狀與使用兩個偶極天線 來增加天線之實部輸入阻抗[6]，如圖 1.3，與使用電感性耦合饋入之單極天線架 構[7]，其中文獻[6]之設計乃為利用降低輻射電阻之方式提高天線實部輸入阻 抗，然而降低輻射電阻將使得天線之輻射增益變差，亦即其為犧牲天線輻射特性 來調整天線之輸入阻抗。

7

圖1.2 電感性耦合饋入

圖1.3 增加天線實部輸入阻抗之電感性耦合饋入

其他偶極天極架構之 RFID 天線如文獻[8]，為蜿蜒偶極天線並利用額外的蜿 蜒段來增加電感性與加上一負載段來調整天線之輸入阻抗，如圖 1.4。除了蜿蜒 的設計，彎折之偶極天線亦為常見之架構，如文獻[9]-[10]，為使用兩支彎折之 偶極天線並於饋入端加上 T 型匹配網路來調整天線之輸入阻抗，如圖 1.5。而文 獻[11]則使用兩支路徑相近之彎折偶極天線於 UHF 頻段產生兩個相近的共振頻 率點以增加頻寬，並藉由調整路徑差與兩支偶極天線相連接位置來改變天線之輸 入阻抗，如圖 1.6，而此一設計頻寬雖然較單一共振頻率點寬，但其實質頻寬亦 只有約 40MHz，並無顯著的寬頻特性。此外，亦有使用摺疊偶極天線(folded dipole antenna)架構之 RFID 天線，如文獻[12]，利用調整摺疊偶極天線之尺寸與結構可 調整天線之輸入阻抗，如圖 1.7。

8

圖1.4 蜿蜒偶極天線架構

圖1.5 彎折偶極天線架構與 T 型匹配網路

圖1.6 相近路徑彎折偶極天線架構

圖1.7 摺疊偶極天線架構

9

除了偶極天線外，亦有文獻使用環形天線(loop antenna)之架構[13]-[15]，如 圖 1.8，然而由於環形天線所需之共振路徑為一個波長，對操作於 915MHz 之 RFID 天線來說，一個波長之共振長度勢必會使天線佔據相當大的面積，為其主要的缺 點，其中文獻[14]之設計天線輸入阻抗為 50 歐姆，適用在 50 歐姆系統，並無針 對微晶片阻抗做阻抗匹配設計。

圖1.8 環形天線架構

其他尚有使用槽縫天線(slot antenna)架構之設計[16]-[17]，文獻[16]為一 T 型 槽縫天線，如圖 1.9(a)，天線輸入阻抗設計為 50 歐姆且操作於較高頻段；文獻[17]

則為 H 型槽縫天線，如圖 1.9(b)，其利用調整 H 型槽縫之尺寸來調整天線輸入 阻抗，該文獻並探討 RFID 天線應用於人體之特性。

(a) (b)

(a) (b)

圖1.9 槽縫天線架構

10

上述各文獻之架構，除了少數幾篇天線輸入阻抗設計於 50 歐姆外，大部份 之設計皆會針對其所欲搭載之微晶片阻抗而特別設計天線輸入阻抗值，然而因為 各家微晶片之輸入阻抗值不盡相同，各個設計之天線輸入阻抗值亦不相同，而調 整天線輸入阻抗之方法亦因天線之架構與欲匹配之微晶片阻抗值不同而異，且天 線輸入阻抗之可調範圍亦有相當程度之限制，通常該調整天線阻抗之設計只匹配 於與其所使用微晶片相近之阻抗值，若更換一顆與原本微晶片阻抗值相差較大之 微晶片時，該設計即不易與之匹配，因此就各種不同調整天線輸入阻抗之設計皆 有其適用範圍與限制，目前尚無任何設計可以適用於各種不同的微晶片阻抗值。

另一方面，調整天線輸入阻抗之設計通常實部阻抗與虛部阻抗之變動為相依的，

亦即當調整虛部阻抗時實部阻抗亦會同時改變，而非實虛部阻抗可獨立地各別調 整，此特性亦會增加天線與微晶片間阻抗匹配之困難度。

11