CN100538730C - 射频识别标签 - Google Patents

Abstract

射频识别标签。在一种射频识别标签中，设置有：接地部，其贴附于磁记录介质上，以在高频波段下与该磁记录介质内的金属表面电磁耦合；单极部，其设置在与接地部相同的平面上且位于接地部的内侧；以及馈电部，其设置在单极部的一端与接地部之间，且能够在其上安装芯片。接地部具有环形，沿环形弯曲的单极部具有用于实现与馈电部阻抗匹配的长度，可通过设置折叠部或曲折部来调节该长度。另选地，以将单极部的馈电部附近处布置成远离接地部且将末端部附近处靠近接地部的方式，使单极部与接地部偏心，在这种情况下，可在单极部的末端部处设置调节部。

Description

射频识别标签

技术领域

本发明涉及射频识别(RFID)标签，更具体地，涉及一种用于向RFID读/写器发送或从RFID读/写器接收的非接触型RFID标签。

背景技术

已知一种RFID系统，其中读/写器经由UHF波段(860-960MHz)的无线电线路发送约1W的信号，标签接收该信号并将响应信号返回给读/写器，由此使得读/写器可读取标签内的信息。规定通信频率为953MHz，由此通信距离约为3m，同时通信距离还取决于设置在标签上的天线的增益和芯片的工作电压和外围环境。该标签由约0.1mm厚的天线和连接至天线馈电点的LSI芯片(其尺寸约为1mm²且厚度为0.2mm)构成。

如图18所示，LSI芯片21可由内电阻Rc(例如1200Ω)和电容Cc(例如0.7pF)的并联电路来等效地表示。在图19的导纳图中，芯片21的导纳Yc(＝1/Rc+jwCc)表示在位置A21处。另一方面，天线22可由辐射电阻Ra(例如500Ω)和电感La(例如40nH)的并联电路来等效地表示。

通过将芯片21和天线22并联连接，电容Cc和电感La相互谐振并在期望谐振频率fo(上述的953MHz)处实现阻抗匹配，从而将天线22处的最大接收功率提供给芯片21，该期望谐振频率fo见下式。

$\mathrm{fo}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$    …式(1)

作为用于RFID标签的基本天线，可以提及图20A所示的长约145mm(λ/2)的偶极天线。这种情况下的阻抗描绘为图19中的轨迹(1)。在fo＝953MHz处，Ra取为72Ω，虚部取为0，它们表示在轨迹(1)上的位置A31处。

由于RFID标签的天线所需的辐射电阻Ra极高，约为500-2000Ω，所以需要将辐射电阻Ra从72Ω增大。

众所公知，对于如图20B所示的长约145mm的折叠偶极天线32，辐射电阻Ra根据线宽从偶极天线的72Ω增大到约为300-500Ω。图19示出折叠偶极天线32的阻抗描绘出的轨迹(2)，并且在fo＝953MHz处，Ra取为500Ω，且虚部取为0，其表示在轨迹(2)上的位置A32处。

另外，通过如图20C所示将电感部33并联连接到图20B中所示的折叠偶极天线32，图19的导纳图中的轨迹(2)逆时针旋转，使得在轨迹(3)上的位置A33处可表示具有与芯片21的导纳的虚部分量(Bc＝ωCc)的绝对值相同的虚部分量(Ba＝-1/ωLa)的阻抗。在这种情况下，电感部33的长度越短，电感La的值越小，这导致较大的虚部分量和较大的旋转量。

由于芯片21的虚部分量Bc与天线22的虚部分量Ba具有相同的幅值，所以它们相消，且在频率fo处发生谐振。消除虚部分量是设计RFID标签中最重要的内容。尽管芯片21的内电阻Rc与天线22的辐射电阻Ra之间的匹配是最为优选的，但是不必令它们彼此严格匹配。

另一方面，提出了一种防盗物品识别标识，其中将上述标签贴附于诸如光盘(CD)和数字化视频光盘(DVD)的磁介质上。该防盗物品识别标识包括：防盗标签部，用于监控物品的移动；和RFID标签部，可通过无线电通信对其进行信息的读取和写入，以执行对物品的个体识别(参见专利文献1)。

【专利文献1】特开2003-141650号公报

然而，如图21A和21B所示，在包括标识表面11、记录表面12以及介于表面11与12之间的电介质(聚碳酸酯)13的CD(光盘)或DVD10中，记录表面12的金属占据了很大的部分。因此，如果将图20C中所示的现有技术的折叠偶极天线用于这种贴附于诸如CD或DVD的磁记录介质的大的标签，则不利的是：金属表面反射无线电波，从而导致通信距离的极度劣化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种即使将标签设置在诸如CD和DVD的磁记录介质中其通信距离也不会降低的RFID标签。

为了实现上述目的，根据本发明的一种RFID标签包括：接地部，其贴附于磁记录介质上，以在高频波段下与磁记录介质内部的金属表面电磁耦合；单极部，其设置在与接地部相同的平面上并且位于接地部的内侧；以及馈电部，设置在单极部的一端与接地部之间，且能够在其上安装芯片。

本发明最重要的一点是使得作为CD、DVD等中的金属部分的磁记录介质充当RFID标签中的天线的接地层。即，相反地利用通常为RFID标签的强敌的金属表面，并且该金属表面在高频波段下电磁耦合(短路)，从而使得该金属表面充当RFID标签的接地层。

上述接地部可以具有环形。

另外，上述单极部可沿着该环形弯曲。

另外，上述单极部可具有用于实现与馈电部阻抗匹配的长度。通过设置折叠部或曲折部可以调节该长度。

此外，上述接地部在其上侧可具有大于金属表面的内径的外径以实质上覆盖金属表面，并且可将上述接地部与金属表面相分离地贴附于磁记录介质上。即，接地部至少部分覆盖金属表面，以便于进行电磁耦合。

另外，上述接地部可贴附于磁记录介质的标识表面，可在与金属表面相同的平面上并在该金属表面的内侧与该金属表面相连接，或者可与金属表面一体地形成。

另外，上述接地部和单极部可包括由铜、银以及铝中的任一种构成的导体，并可固定在由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、薄膜以及纸中的任一种构成的片上。

另外，上述磁记录介质例如可包括CD或DVD，并且上述金属表面可包括记录表面。

另外，上述单极部可具有与接地部同心并且在末端部具有切口部分的环形。

另外，上述单极部可具有在末端部有切口的环形，并且可以以将该环形的馈电部附近处布置成远离接地部并且将末端部附近处靠近接地部的方式，使该环形与接地部偏心。

由此，可增大RFID标签远场中的增益。

另外，可在单极部的末端部处设置调节部，该调节部用于调节长度以实现与馈电部的阻抗匹配。由于如上所述单极部与接地部偏心，所以不必如上所述从末端部折叠调节部，由此使得可以容易地设置调节部。

由于CD、DVD等的磁记录介质的金属表面可用作RFID标签的天线接地件，所以可获得以贴附于磁记录介质上的方式进行工作的小型RFID标签，并且在不存在由于金属表面导致的对无线电波的反射的情况下可避免通信距离的减小。于是，可实现具有RFID系统可读取功能的CD、DVD等的磁记录介质。

附图说明

在结合附图考虑以下详细说明时，本发明的上述和其他目的及优点将变得显见，在全部附图中，类似的标号指示类似的部件，并在附图中：

图1A和1B示出了根据本发明的RFID标签的实施例[1]的A-A剖面图和顶视图；

图2A和2B示出了根据本发明的RFID标签对CD的安装示例[1]的A-A剖面图和顶视图；

图3是示出根据本发明的RFID标签的实施例[1]的尺寸示例的顶视图；

图4A和4B是图3所示的折叠部中θ的变化的导纳图；

图5A和5B是示出电磁场仿真器通过利用图3的尺寸示例进行计算的结果的曲线图；

图6A和6B是示出与图3的RFID标签相关的RFID标签的指向性图案和天线增益的图；

图7A和7B示出了根据本发明的RFID标签对CD的安装示例[2]的A-A剖面图和顶视图；

图8A和8B示出了根据本发明的RFID标签对CD的安装示例[3]的A-A剖面图和顶视图；

图9A和9B示出了根据本发明的RFID标签的实施例[2]的A-A剖面图和顶视图；

图10A-10C示出了根据本发明的RFID标签的实施例[2]的尺寸示例及其电磁场仿真器的计算结果；

图11A和11B示出了根据本发明的RFID标签的实施例[3]的A-A剖面图和顶视图；

图12A和12B是示出根据本发明的RFID标签的实施例[3]的工作原理的图；

图13A-13C是示出根据本发明的RFID标签的实施例[3]的尺寸示例及其电磁场仿真器的计算结果的图；

图14A和14B示出了根据本发明的RFID标签的实施例[4]的A-A剖面图和顶视图；

图15A-15C示出了根据本发明的RFID标签的实施例[4]的尺寸示例及其电磁场仿真器的计算结果；

图16是示出根据本发明的RFID标签的实施例[4]的天线增益的图；

图17A和17B示出了根据本发明的RFID标签的实施例[5]的A-A剖面图和顶视图；

图18是示出根据本发明的RFID标签的一般等效电路的图；

图19是在采用各种天线时RFID标签的导纳图(700MHz-1200MHz：fo＝953MHz)；

图20A-20C是示出RFID标签的天线示例的图；以及

图21A和21B示出了CD、DVD等现有技术磁记录介质的A-A剖面图和顶视图。

具体实施方式

RFID标签的实施例[1]：图1A和1B

图1A和1B示出了根据本发明的RFID标签的实施例。该RFID标签在环形(炸面包圈状)平面接地部1的内侧且在与接地部1相同的平面上设置有单极部2，并在单极部2的一端与接地部1之间设置有馈电部3，在馈电部3上可安装LSI芯片。即，本发明的RFID标签保护了馈电部3，本发明的RFID标签还可以包括将由此实质上用作天线的LSI芯片安装到馈电部3上之前的状态。

单极部2的另一端具有折叠部4。接地部1和单极部2固定在片5上，并它们之间留有间隙。另外，接地部1和单极部2是包括铜、银以及铝中的任一种的导体，片5包括PET、薄膜以及纸中的任一种。

安装在CD上的RFID标签示例[1]：图2A和2B

图2A和2B示出了其中将图1A和1B中所示的根据本发明的RFID标签的实施例[1]安装在诸如CD的磁记录介质上的状态。即，将图1A和1B中所示的RFID标签贴附于图21A和21B中所示的CD 10的标识表面11的上侧。由于金属记录表面12位于标识表面11下侧且用作CD播放器的读取表面，所以在标识表面11下面不形成任何东西。需要注意的是，在金属表面12的内径中填充有聚碳酸酯。

图3示出了如图2A和2B所示将图1A和1B中所示的RFID标签安装在CD 10上时的具体形式(尺寸示例)。CD或DVD的金属表面12的内径约为Φ38mm。因此，为了与之一致，将接地部1的内径Di略小些地制造成Φ36mm，而将外径Do制造成Φ60mm以完全覆盖金属层12。

接地部1与CD金属表面12之间的距离约为0.1-0.6mm，在图2A中极薄。另外，接地部1覆盖CD金属表面12的部分足够大(在本实施例中为宽度12mm的环)。因此，接地部1与CD金属表面12在上述谐振频率fo＝953MHz的高频波段下电磁耦合，但在直流情况下不耦合。即，将CD 10的金属部12相反地用作RFID标签的天线接地件。

另外，单极天线部2通常需要作为偶极一半的λ/4长度(fo＝953MHz以及空间中约为76mm)。然而，如果单极部2长于所需长度，则其沿图19中的轨迹(1)顺时针旋转。结果，其表现为似乎并联连接了电感。另外，如图3所示形成宽度为1mm(r1-r2)的单极部2。

此外，通过折叠单极部4的角度θ来进行对芯片馈电部3的调节。图4A示出了θ＝90°情况下的导纳图，而图4B示出了θ＝120°情况下的导纳图。在图4A和4B中的fo＝953MHz处获得辐射电阻Ra和电感La。

图5A和5B分别示出了通过将天线图案θ从90°变化到180°所计算并描绘的辐射电阻Ra和电感La的图，其中对于fo＝953MHz点，可在市面上买到的电磁场仿真器在其中输入频率(700-1200MHz)、图案尺寸、基板厚度作为参数。

根据图5A和5B，可获得对于角度θ天线的辐射电阻Ra和电感La。假设芯片3的Cc为0.7pF，其在fo＝953MHz处与电感La＝40nH谐振。因此，从图5B中可见θ应为150°。尽管θ＝150°处的Ra为5800Ω(参照图5A，其为芯片3的电阻Rc＝1200Ω的数倍大小)，但是即使存在一些阻抗不匹配仍能向芯片3提供足够的功率。

另外，利用图6A中所示的坐标系统，计算了图6B中示出的指向性图案的天线增益。对于CD 10沿正面(YZ)方向增益为-5至-6dBi，通信距离取为普通折叠偶极天线(假设增益为2dBi)的40％。作为实际上通过利用导电带的试制和评估的结果，已经确认实现了以细长折叠偶极天线的39％的通信距离进行的操作。

将RFID标签应用于2.45GHz的RFID系统时，波长取为953(MHz)/2450(GHz)。因此，不言而喻，可以缩短单极部2的长度，并且折叠单极部4是不必要的。

安装在CD上的RFID标签示例[2]：图7A和7B

可从开始就将上述RFID标签安装在CD 10上。即，如图7A和7B所示，可以将接地部1和金属表面12设置在同一平面上，且在该平面内相互连接。在这种情况下，将聚碳酸酯填充在接地部1与单极部2之间。

安装在CD上的RFID标签示例[3]：图8A和8B

另选地，如图8A和8B所示，RFID标签的接地部1可用作CD 10的金属表面12本身。

需要注意的是，上述安装示例[1]至[3]可类似地应用于以下实施例[2]至[5]。

RFID标签的实施例[2]：图9A和9B

如图9A和9B所示，实施例[2]与图1A和1B中示出的实施例[1]的不同之处在于：其中去除了设置在单极部2中的折叠单极部4。

即，上述实施例[1]的前提是芯片3的电容Cc＝0.3pF和电感La＝40nH在频率fo＝953MHz处谐振。因此，需要图3中的θ＝150°的折叠单极部4。在该实施例[2]中，通过将芯片3的电容Cc设置为1.4pF，可以去除折叠单极部4。

下面将参照图10A至10C中所示的尺寸示例和电磁场仿真器的计算结果来对此进行描述。

如图10A所示，单极部中的外半径r1＝15和内半径r2＝14以及接地部1中的内径Di＝Φ36和外径Do＝Φ60都与上述实施例[1]中的相同。如图10B和10C所示，当始自单极部2的其中在单极部2的末端部6中设置有馈电部3的位置的角度θ在约10°到60°的范围内变化时，辐射电阻Ra从4500Ω变化到1800Ω(参见图10B)，并且电感L从26nH变化到13nH(参见图10C)。因此，参照上述式(1)，对于Cc＝1.4pF的芯片，在fo＝953MHz处与电感L＝20nH谐振。因此，参照图10B可见应选择θ＝32°。

因此，根据芯片3所需的电容，不必设置折叠部。

RFID标签的实施例[3]：图11A和11B

尽管在图9A和9B所示的实施例[2]中按照同心方式设置接地部1和单极部2，但是在该实施例[3]中使单极部2的中心偏离接地部1的中心，即，以将单极部2的馈电部3附近处布置成远离接地部1并且将末端部6附近处靠近接地部1的方式，使单极部2与接地部1偏心。

下面将参照图12A和12B来描述如此修改的情况的工作原理。

首先，当按照同心方式设置接地部1和单极部2时，如图12B的虚线所示，电流Ia集中在位于单极部2的基点上的馈电部3的附近，其中末端部6处的电流为0。此时，如图12A所示，在接地部1中流动有方向与流过单极部2的电流Ia相反的电流Ib。由方向相反的电流Ia和Ib产生的磁场相消，导致减小了流动电流Ia。

因此，如图12A所示，以将单极部2的位于馈电部3附近的部分与接地部1远离开、并将位于末端部6附近的部分靠近接地部1的方式，使单极部2与接地部1偏心。由于按照这种方式可维持磁场相消的效果，所以在单极部偏心的情况下的电流Ia2(由图12B中的实线所示)大于同心情况下的电流Ia1。

由此，单极部2的末端部6处的电流为0，结果经过单极部2的电流变大(Ia2>Ia1)，使得远场中的增益变大。

图13A至13C示出了实施例[3]的尺寸示例和电磁场仿真器的计算结果。在该示例中，如图13A所示，单极部2的环的中心相对于接地部1的环的中心向右偏了2.5mm，使得单极部2的位于单极部2的末端部6附近的部分与接地部1之间的间隔“d”接近0.5mm。

在该尺寸示例中，如图13B和13C所示，如上所述例如Cc＝1.4pF的芯片与L＝20nH谐振。因此，优选地角度θ＝78°。另外，由于Cc＝0.7pF的芯片与L＝40nH谐振，所以能够以θ＝22°实现谐振。

RFID标签的实施例[4]：图14A和14B

本实施例[4]与图12A和12B中所示的实施例[3]的不同之处在于，在单极部2的末端部6中设置有长度为“k”的调节部7。应当注意的是，尽管在本示例中以沿水平方向从末端部6朝向单极部2的中心的方式设置调节部7，但是可沿不限于水平方向的各种方向设置调节部7。

图15A到15C示出了实施例[4]的尺寸示例和电磁场仿真器的计算结果。为了分别对于长度为“k”(宽度w＝1mm)的调节部7，如图15B和15C所示将天线的辐射电阻Ra和电感分量La与0.7pF的芯片3相匹配，可见“k”应当为7.2mm以获得La＝40nH。

图16示出了这种情况下的天线增益。沿θ＝0(YZ，ZX)的+z方向的天线增益为-1到-2dBi，并且获得了图20B中所示的普通细长折叠偶极天线(假设增益为2dBi)的67％(-1-2＝-3dBi)的通信距离。作为通过实际上利用导电带的试制和评估结果，已经确认实现了以细长折叠偶极天线的56％的通信距离进行的操作。在上述实施例[1]中，天线增益为-5到-6dBi，该增益增大了约4dB。另外，在将实际导电带的试制结果进行相互比较时，该实施例的通信距离约为实施例[1]的通信距离的1.4倍长。

RFID标签的实施例[5]

即使单极部2的部分或全部包括曲折部8(如图17A和17B所示)以利用单极的总长度，可以获得与折叠单极部相同的特征和效果也是不言而喻的。

应当注意的是，在该说明书中，上述图2A、7A、8A和21A分别示出了沿图2B、7B、8B和21B的线A-A的放大剖面图，使得两者的尺寸不总是相互一致。

应当注意的是，本发明并不限于上述实施例，显然，本领域技术人员基于权利要求书的叙述可进行各种修改。

Claims (14)

1、一种射频识别标签，其包括：

环形的接地部，其贴附于磁记录介质上，以在UHF波段下与该磁记录介质内部的金属表面电磁耦合；

沿所述环形弯曲的单极部，其设置在与所述接地部相同的平面上并且位于所述接地部的内侧；以及

馈电部，其连接在所述单极部的一端与所述接地部之间，且能够在其上安装LSI芯片。

2、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述单极部具有用于实现与所述馈电部阻抗匹配的长度。

3、根据权利要求2所述的射频识别标签，其中所述单极部具有用于调节所述长度的折叠部。

4、根据权利要求2所述的射频识别标签，其中所述单极部具有用于调节所述长度的曲折部。

5、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述接地部的上侧的外径大于所述金属表面的内径，并且所述接地部与所述金属表面相分离地贴附于磁记录介质上。

6、根据权利要求5所述的射频识别标签，其中所述接地部贴附于所述磁记录介质的贴附所述射频识别标签的标识表面上。

7、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述接地部在与所述金属表面相同的平面上并在所述金属表面的内侧连接至所述金属表面。

8、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述接地部与所述金属表面一体地形成。

9、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述接地部和所述单极部包括由铜、银以及铝中的任一种构成的导体，并被固定在由聚对苯二甲酸乙二醇酯、薄膜以及纸中的任一种构成的片上。

10、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述磁记录介质包括光盘或数字化视频光盘。

11、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述金属表面包括记录表面。

12、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述单极部具有与所述接地部同心并且在末端部具有切口部分的环形。

13、根据权利要求1所述的射频识别标签，其中所述单极部具有带切口部的环形，并且以使得所述切口部的连接到所述馈电部的一端远离所述接地部，而所述切口部的另一端靠近所述接地部的方式，使所述环形相对于所述接地部偏心。

14、根据权利要求13所述的射频识别标签，其中在所述单极部的所述切口部的所述另一端处设置有调节部，该调节部用于调节长度以实现与馈电部的阻抗匹配。

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