CN101203984B - Rfid标签天线以及rfid标签 - Google Patents

Abstract

使可用于粘贴金属面的RFID标签小型化。第一图案1由分别具有只折曲一次的折曲部分的一对导体构成。将这一对导体的各自的端部设为馈电点4。在该馈电点4间形成C结合部5。并且，隔着电介体3而与第一元件1相对置地配置第二图案2。

Description

RFID标签天线以及RFID标签

技术领域

本发明涉及天线技术，特别涉及适用于在RFID系统中实施的、减低周围物体对天线性能的影响的技术。 

背景技术

已知一种系统被称作RFID(Radio Frequency Identification：无线射频识别)系统，该系统通过使用UHF频带(860～960MHz)的无线电信号，从读写器发送1W左右的信号，在标签(货签)端接收到该信号时，将响应信号返回到读写器，从而使读写器读取标签内的信息。其通信距离虽然根据标签天线的增益、标签内的IC(集成电路)芯片的工作电压以及周围环境而有所不同，但是通信距离大约是3米。 

RFID标签一般由厚度为10～30微米左右的天线和连接到天线馈电点的IC芯片构成。该IC芯片一般可以由电阻器Rc(例如1200Ω)和电容器Cc(例如，0.58pF)的并联连接来等效地表示，天线可以由电阻器Ra(例如1000Ω)和电感器La(例如40nH)的并联连接来等效地表示。当两者并联连接时，等效电路如图10所示。这里，电容器Cc和电感器La共振，并如下式所示， 

公式1 

$f0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\mathrm{LC}\right)}}$

两者能够在共振频率f0处匹配，因此在天线接收该共振频率的信号时，该接收功率充足地供给到IC芯片端。 

 作为用作标签天线的基本天线，使用例如图11所示的总长度为150mm左右、宽度为15mm左右的折叠偶极天线(folded dipole antenna)100。该天线100的增益约为2dBi。其总长度为f＝953MHz的波长(约300mm)的一半，通过保持λ/2的电流分布而以该频率共振。在该共振频率中，由于折叠偶极天线100的导纳(admittance)的虚数分量(电感和电容分量)为0，因此如图11所示，通过将电感部La并联连接到折叠偶极天线100上，从而与IC芯片共振。 

作为其他关于本发明的技术，例如在专利文献1中公开了这样的技术：在非接触IC标签内具备向天线反射电磁波的反射单元，从而使通信距离延伸，并且无论里面是什么物质，都能够保持可读取数据的状态恒定。 

在带有RFID标签的物品是金属制品时，如果将天线粘贴在金属面上，则不需要的高频电流会流过该金属面，导致产生共振频率偏移或天线增益下降的现象，进而导致有时无法与读写器通信。 

上述专利文献1公开的技术对减低这种天线特性的变动是有效的。但是，该文献公开的非接触IC标签所使用的天线是折叠偶极天线。并且，为了对天线所放射出的电磁波进行反射，需要在反射单元和天线之间保持相当的间隔(根据上述文献，至少1/12波长以上)来进行配置。因此，如果将该技术应用到使用UHF频带的信号的RFID系统中，则RFID标签的形状会变得细长而庞大。 

专利文献1：JP特开2002-298106号公报 

发明内容

发明要解决的问题 

本发明是鉴于上述问题而提出的发明，其要解决的问题是，使可用于粘贴金属面的RFID标签小型化。 

用于解决问题的方法 

本发明的方式之一的RFID标签天线，其特征在于，具有：第一元件，其由一对导体构成，该一对导体分别具有只折曲一次的折曲部分，而且该一对导体各自的单侧端部为馈电点；电容结合部，其形成在上述馈电点之间；第二元件，其为隔着电介体而与上述第一元件相对置的导体，该第二元件比上述第一元件的线路宽度大，并且形成为顺着上述第一元件的形状，由该特征而可解决上述问题。 

这样构成的天线，因第一元件的折曲而使总长度比折叠偶极天线短，另外，第二元件会减轻向金属面粘贴而导致的天线特性的变动，并且，因设有电容结合部而能够在所希望的频率下使用。

此外，在上述的本发明的RFID标签天线中，上述折曲部分的折曲角度可以为直角。 

根据该结构，与折曲角度为钝角的情况相比，能够缩小天线整体的形状。 

另外，在上述的本发明的RFID标签天线中，上述第二元件的形状可以顺着上述第一元件形状而形成。 

根据该结构，可以减少因第二元件的影响而导致的天线增益下降。 

另外，在上述的本发明的RFID标签天线中，上述电容结合部是形成在上述第一元件的馈电点上的平行导体。 

根据该结构，能够廉价的形成电容结合部。 

此外，此时还可以具有第二电介体，该第二电介体隔着上述平行导体而与上述电介体相对置。 

另外，此时还可以具有第二电介体，该第二电介体配置在上述电介体上与上述平行导体接触的部分，并且该第二电介体的介电常数比该电介体高。 

根据该结构，能够缩短平行导体，结果提高天线的增益。 

另外，在上述的本发明的RFID标签天线中，上述第一元件以及上述第二元件是在基片上形成的导体图案，通过该基片挟持片状的上述电介体而形成。 

由此，能够制造上述本发明的RFID标签。 

此外，此时上述基片可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、纸以及薄膜中的任意一种。 

另外，此时可以使上述第一元件以及上述第二元件通过真空封装工艺与上述电介体接合在一起。 

或者，此时可以使上述第一元件以及上述第二元件通过粘合剂与上述电介体接合在一起。 

另外，在上述的本发明的RFID标签天线中，上述电介体可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂或环氧树脂。 

另外，在上述的本发明的RFID标签天线中，上述导体可以是铜、银以及铝中的任意一种。 

此外，对于在权利要求1～12中任意一项所述的RFID标签天线的馈电点上安装有集成电路(IC)芯片的RFID标签，也属于本发明。 

发明的效果 

根据本发明，通过如上构成，作为本发明的效果，能够提供可用于粘贴金属面的小型的RFID标签。 

附图说明

图1是表示第一图案即一对导体分别具有二次折曲部的天线的结构的图。 

图2是表示第一图案即一对导体分别具有一次折曲部的天线的结构的图。 

图3是表示实施本发明的RFID标签天线的结构的第一示例的图。 

图4是表示实施本发明的RFID标签天线的结构的第二示例的图。 

图5是表示将IC芯片连接至图3～图4所示的天线的馈电点时的等效电路的图。 

图6是表示实施本发明的RFID标签天线的结构的第三示例的图。 

图7是表示实施本发明的RFID标签天线的结构的第四示例的图。 

图8是说明实施本发明的RFID标签天线的制造方法的第一示例的图。 

图9是说明实施本发明的RFID标签天线的制造方法的第二示例的图。 

图10是表示将IC芯片连接至RFID天线的馈电点时的等效电路的图。 

图11是表示并联连接电感部的折叠偶极天线的示例的图。 

附图标记的说明 

1  第一图案 

2  第二图案 

3  电介体 

4  馈电点 

5  C结合部 

6  第二电介体 

7  基片 

8  真空层 

100折叠偶极天线 

具体实施方式

下面，基于附图来对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，提供一种天线(RFID标签天线)，该天线可用于卡片状的RFID标签，其长边的长度比上述的折叠偶极天线短，并且向物品粘贴的面的面积小于或等于信用卡(长约86mm×宽54mm)的面积。 

此外，在以下的说明中，考虑这种RFID标签用的天线，其使用频率为953MHz的信号，并与IC芯片相连接，该IC芯片由Cc＝0.58pF和Rc＝1200Ω的并联电路表示等价电路。此时，将天线的电感分量La置为48nH左右，从而上述的公式1成立。 

此外，以下的说明表示根据用市面上出售的电磁场模拟装置进行的模拟而计算出的结果。 

首先，讨论图1所示的天线。 

在图1中，第一图案1由U字形状的一对导体构成，这一对导体沿着宽46mm×长76mm的外围形状而具有两次折曲部。此外，IC芯片配置在馈电点4，该馈电点4是这一对导体各自一方的端部。 

另外，第二图案2隔着厚度为3.5mm的电介体3而与第一图案1相对置，其形状为沿着第一图案1而配置。此外，电介体的介电常数εr设为3.0。 

计算出该天线的电感分量La＝48.0nH(为了使总长度长于1/2波长，而具有的电感分量)，从而通过上述的公式1，可求出该天线与IC芯片的共振频率f＝953MHz。但是，天线的增益的计算结果为-11.9dBi，产生了较大损失。认为这是由于，每一端的导体都有两次折曲部，并且沿着内侧方向折曲，导致电磁波难以放射。 

因此，如图2所示，减少第一图案1的折曲次数，将一对导体分别做成为L字形状，从而每个导体有一次直角折曲。这样一来，天线的增益的计算结果变成1.71dBi。然而，计算出该天线的电感分量La＝7.5nH，如果作为RFID标签用的天线则电感分量偏小，无法以希望的频率共振。 

因此，如图3所示，在第一图案1的馈电点4之间连接C(电容)结合部5。该C结合部5是将形成第一图案1的一对导体从图2中的馈电点4平行延伸而成的。此外，在图3中，虽然将馈电点4的位置移动到平行导体的端部，但由于只要将C结合部5相对于馈电点4并排插入即可，因此如图4所示，也可以将馈电点4保持在图2的位置而不移动。 

图5表示在图3～图4所示的天线的馈电点4连接了IC芯片时的等效电路。该图5的等效电路是这样的形式：在没有C结合部5的状态下的天线(即图2所示的天线)的电感分量La2上，并联连接了C结合部5的电容分量Ca2。 

该图5中的电感分量La2的值的计算结果如上所述为7.5nH，因此，为了使图3～图4所示的天线具有相当于La＝47.9nH的电感分量，只要以公式2成立的方式设定C结合部5的电容分量Ca2即可。 

公式2 

La2(Cc+Ca2)＝La·Cc 

此外，此时的天线放射电阻Ra为Ra＝1000～1500Ω左右。另外，天线的增益的计算结果为1.35dBi，从而在应用上可得到充分的增益。 

如上所述，在图3中，设置第一图案1、电介体3、第二图案2，并在馈电点4上形成C结合部5而进行并联连接，从而构成天线，由此，能够使天线具有与IC芯片共振所需的电感分量，并且能够使天线具有与无C结合部5时相等的增益，其中，该第一图案1例如由与图1所示的导体同一尺寸的一对导体构成，即由分别只具有一次折曲部的一对导体构成，这一对导体各自的一端为馈电点4；该电介体3的宽为46mm、长为76mm、厚度为3.5mm、介电常数εr＝3.0；该第二图案2隔着电介体3而与第一图案1相对置。 

此外，在图3和图4中，使第二图案2的形状具有顺着第一图案1形成的形状。第二图案2虽然用于将标签粘贴在金属面上时等减少天线特定的变动，但如果取代第二图案2，用导体来全面的涂敷电介体3的面，则在此状态下天线的增益的计算结果大幅度的下降至-5.9dBi。因此，使第二图案2的形状具有顺着第一图案1形成的形状，例如使其与第一图案为相同的形状，从而能够确保应用中的天线的增益，并且能够在将标签粘贴在金属面上时等减少天线特定的变动。 

此外，第一图案1以及第二图案2例如可以这样制造：通过蒸镀等在电介体2的上下形成金属面(例如铜、银、铝等)，通过对该金属面进行蚀刻等，从而加工为所希望的形状。 

另外，作为电介体3，优选使用廉价的容易加工并且带有韧性的材料，具体的说，优选ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂或环氧树脂等。 

另外，作为C结合部5，可以不像图3或图4那样只配置平行导体从而以廉价构成，而取而代之如图6所示那样，在隔着图3中形成了C结合部5的平行导体而与电介体3相对置的位置，配置例如介电常数εr＝5的第二电介体6。根据该结构，能够由C结合部5确保所需的静电电容，并且缩短平行导体的总长度。这样一来，天线形状近似于图2所示的形状，这样就能够提高天线的增益。 

此外，可以不像图6所示那样配置第二电介体6，取而代之如图7所示那样，将介电常数比电介体3高的第二电介体6配置在电介体3上与平行导体接触的部分(嵌入到电介体3中)，这样也可以得到同样的效果，其中该平行导体是在图3中形成了C结合部5的平行导体。 

此外，上述说明的天线都可以这样形成：例如如图8所示，在以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、纸、或者薄膜为材料的基片上，分别形成导体即第一图案1以及第二图案2，由这两张基片7和电介体3的基片总共三张基片来形成天线。此时，例如可以使用粘合剂将这些基片7以及电介体3粘合，从而制造天线。另外，如图9所示，也可以用真空层8来封装这些基片7以及电介体3，从而进行一体化的加工，由此制造天线。 

此外，本发明并不仅限于上述的实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内，可以有各种改良或变更。 

Claims (12)

1.一种RFID标签天线，其特征在于，具有：

第一元件，其由一对导体构成，该一对导体分别具有只折曲一次的折曲部分，而且该一对导体各自的单侧端部为馈电点；

电容结合部，其形成在上述馈电点之间；

第二元件，其为隔着电介体而与上述第一元件相对置的导体，该第二元件比上述第一元件的线路宽度大，并且形成为顺着上述第一元件的形状。

2.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，上述折曲部分的折曲角度为直角。

3.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，上述电容结合部是形成在上述第一元件的馈电点上的平行导体。

4.如权利要求3所述的RFID标签天线，其特征在于，还具有第二电介体，该第二电介体隔着上述平行导体而与上述电介体相对置。

5.如权利要求3所述的RFID标签天线，其特征在于，还具有第二电介体，该第二电介体配置在上述电介体上与上述平行导体接触的部分，并且该第二电介体的介电常数比该电介体高。

6.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，上述第一元件以及上述第二元件是在基片上形成的导体图案，通过该基片挟持片状的上述电介体而形成。

7.如权利要求6所述的RFID标签天线，其特征在于，上述基片是聚对苯二甲酸乙二醇酯即PET、纸以及薄膜中的任意一种材料。

8.如权利要求6所述的RFID标签天线，其特征在于，上述第一元件以及上述第二元件通过真空封装工艺与上述电介体接合在一起。

9.如权利要求6所述的RFID标签天线，其特征在于，上述第一元件以及上述第二元件通过粘合剂与上述电介体接合在一起。

10.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，上述电介体是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂即ABS树脂或环氧树脂。

11.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，上述导体是铜、银以及铝中的任意一种材料。

12.一种RFID标签，其特征在于，在如权利要求1～11中任意一项所述的RFID标签天线的馈电点上安装有集成电路芯片即IC芯片。

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