CN101777137A - 利用单极天线的无线射频辨识系统标签 - Google Patents
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Abstract
本发明利用单极天线的无线射频辨识系统(Radio Frequency Identification System，RFID)标签，其将天线结构置于金属板上，无线射频辨识芯片的两端电性连接所述天线结构，且所述天线结构和所述无线射频辨识芯片形成回路结构。本发明的无线射频辨识系统标签可设置于待测物体的表面，也可设置于待测物体的内部容纳空间，因此应用较为广泛。另外，本发明的无线射频辨识系统标签制造简单，因此可降低生产成本。再者，本发明的无线射频辨识系统标签具有较大的可读取距离，且通过所述金属板与所述天线结构的不同夹角，可调整所述无线射频辨识系统标签的电磁波发射方向，因此具有信号读取容易和辨识能力较佳的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种辨识系统标签，特定来说，涉及一种利用单极天线的无线射频辨识系统(Radio Frequency Identification System，RFID)标签。
背景技术
图1显示美国专利第6,914,562号的无线射频辨识系统(RFID)标签的示意图。所述常规RFID标签1包括：墙板11、两个导电标签12、RFID装置13和无线频率反射结构14。所述导电标签12与所述RFID装置13设置于所述墙板11的一表面，且所述RFID装置13电性连接所述导电标签12，其中，所述RFID装置13与所述导电标签12之间具有两个馈入点15、16。所述无线频率反射结构14设置于所述墙板11的另一表面。在所述常规RFID标签1中，所述无线频率反射结构14是金属板。
所述常规RFID标签1通过所述导电标签12和所述馈入点15、16位置的调整，来改变其阻抗值。其中，所述常规RFID标签1用以设置于不同封装结构或容器上，但所述常规RFID标签1的可读取距离并未改善。
所述常规RFID标签1适用于金属待测物的标签且平设于待测物的表面。在一般实践上可知，为了避免所述常规RFID标签1太靠近金属而降低辐射效率，所述墙板11(介电材料)必须达到一定的厚度，借以减低所述金属待测物的干扰，否则Smith Chart图(复数坐标的阻抗数值图)中的实部阻抗太小，电磁波无法有效发射。此外，美国专利第6,914,562号的说明书中也有明确描述，在UHF频段860-950MHz下，所述墙板11的厚度必须厚达3至6厘米，因此具有较大的整体厚度和较高的生产成本(即所需材料较多)，且其可读取距离并未改善。
因此，有必要提供一种创新且富有进步性的利用单极天线的无线射频辨识系统标签，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种利用单极天线的无线射频辨识系统(Radio Frequency IdentificationSystem，RFID)标签，其包括：金属板、天线结构和无线射频辨识芯片。所述天线结构连接所述金属板。所述无线射频辨识芯片的两端电性连接所述天线结构，所述无线射频辨识芯片、所述天线结构和所述金属板形成回路结构。
本发明的无线射频辨识系统标签可设置于待测物体(金属或非金属)的表面，也可设置于待测物体的内部容纳空间，因此应用较为广泛。另外，本发明的无线射频辨识系统标签制造简单，因此可降低生产成本。再者，本发明的无线射频辨识系统标签具有较大的可读取距离，且通过所述金属板与所述天线结构的不同夹角，可调整所述无线射频辨识系统标签的电磁波发射方向，因此具有信号读取容易和辨识能力较佳的功效。
附图说明
图1显示美国专利第6,914,562号的无线射频辨识系统标签的示意图；
图2显示一偶极天线(dipole)的示意图；
图3显示一单极天线(monopole)的示意图；
图4显示本发明第一实施例利用单极天线的无线射频辨识系统标签的示意图；
图5显示本发明第一实施例另一方面的利用单极天线的无线射频辨识系统标签的示意图；
图6显示本发明第一实施例的无线射频辨识系统标签设置于一钢卷内侧的示意图；
图7显示本发明第一实施例的无线射频辨识系统标签设置于一H型钢的两钢板间的示意图；
图8显示本发明第二实施例利用单极天线的无线射频辨识系统标签的示意图；
图9显示本发明第二实施例另一方面的利用单极天线的无线射频辨识系统标签的示意图；以及
图10显示本发明第一实施例的无线射频辨识系统标签应用于非金属物体的实际阻抗值表示于复数坐标系中的示意图(Smith Chart图)。
具体实施方式
图2显示一偶极天线(dipole)的示意图。所述偶极天线2具有两个支臂(arm)21、22，其中所述支臂21、22分别连接至电源23，电流I流经所述支臂21、22而建立电场
以进行电磁波的辐射。
图3显示一单极天线(monopole)的示意图。为了缩小天线体积和架设方便，偶极天线的一个支臂可以金属板取代，以简化成单极天线3。所述单极天线3具有支臂31和金属板32，其中，所述支臂31垂直于所述金属板32。所述支臂31和所述金属板32分别连接至电源33，电流I流经所述支臂31而建立电场以进行电磁波的辐射。
其中，所述单极天线3的长度减少为偶极天线的一半长度，然而，由于所述单极天线3的所述金属板32可产生虚拟的镜像电流(image current)作用，因此使得所述单极天线3的辐射效率与偶极天线的辐射效率相当。
本发明应用单极天线的原理，并应用在无线射频辨识系统(Radio FrequencyIdentification System，RFID)标签上，且本发明的无线射频辨识系统标签可应用于金属和非金属的待测物上。
参考图4，其显示本发明第一实施例利用单极天线的无线射频辨识系统标签的示意图。所述无线射频辨识系统标签4包括：金属板41、天线结构42和无线射频辨识芯片43。其中，所述金属板41可为铜材料或铝材料。
所述天线结构42电性连接所述金属板41，所述天线结构42优选为平面式天线结构。在本实施例中，所述金属板41具有第一侧边411和第二侧边412，所述第二侧边412相对于所述第一侧边411，所述天线结构42设置于所述金属板41的所述第一侧边411。所述天线结构42电性连接所述金属板41，例如：所述天线结构42以焊料电性连接所述金属板41。在本实施例中，所述金属板41和所述天线结构42为相同材料，且为一体成型的结构。其中，一体成型的所述无线射频辨识系统标签4可以常规薄板冲压技术进行量产，因此可降低生产成本。
所述无线射频辨识芯片43的两端电性连接所述天线结构42，使得所述无线射频辨识芯片43、所述天线结构42和所述金属板41形成回路结构421，且在所述无线射频辨识芯片43的两端馈入一电源(图未示出)。在本实施例中，所述天线结构42所在的参考平面44(如虚线所示)与延伸平面45(如虚线所示)形成一夹角θ1。其中，所述延伸平面45为从所述第一侧边411沿第一方向延伸的平面，所述第一方向是所述第二侧边412朝所述第一侧边411的方向。要注意的是，在其他应用中，所述参考平面44可为一承载板，所述天线结构42和所述无线射频辨识芯片43可设置于所述承载板，而所述承载板设置于所述金属板41的一表面。
所述夹角θ1可为45度至135度，其中所述夹角θ1优选为90度。另外，所述无线射频辨识系统标签4具有一电磁波发射方向，所述电磁波发射方向根据所述夹角θ1而改变。其中，当所述第一实施例的无线射频辨识系统标签4应用用于非金属物体时，所述夹角θ1的改变(所述电磁波发射方向的改变)并不会造成阻抗太大的变化，其并不会对所述无线射频辨识系统标签4的特性产生太大影响。然而，当所述第一实施例的无线射频辨识系统标签4应用用于金属物体时，所述夹角θ1的改变则可以调整最大电磁波功率的发射方向，其中又以所述夹角θ1为90度时具有最佳的可辨识功效。
在本实施例中，所述天线结构42另外包括延伸金属片422，电性连接所述回路结构421，所述延伸金属片422具有阻抗匹配和天线增益的功效。要注意的是，所述延伸金属片422的形状可为如图4中的ㄈ字形，在其他应用中所述延伸金属片422的形状也可为倒L形，如图5所示。
配合参考图6和图7，本发明第一实施例的无线射频辨识系统标签4可设置于待测物体的表面，也可设置于待测物体的内部容纳空间(例如：设置于钢卷46的内侧，如图6所示；或设置于H型钢47的两钢板471、472之间，如图7所示)，再由信号读取装置48读取所述无线射频辨识系统标签4所发射的信号，因此应用较为广泛。借此，人员可在距离待测物体较远处进行数据读取，而不需将所述信号读取装置48伸入至待测物体的内部容纳空间中，因此可确保人员的安全。再者，本发明第一实施例的无线射频辨识系统标签4较容易以闸门式读取器实现自动化的出货管理。
参考图8，其显示本发明第二实施例利用单极天线的无线射频辨识系统标签的示意图。所述无线射频辨识系统标签5包括：金属板51、天线结构52和无线射频辨识芯片53。与上述图4的第一实施例的无线射频辨识系统标签4不同之处在于，所述第二实施例的无线射频辨识系统标签5设置于所述金属板51的一表面上(在本实施例中是在所述金属板51中间部分)。其中，所述金属板51具有第一部分511和第二部分512，所述第一部分511和所述第二部分512由所述天线结构52所在的参考平面54(如虚线所示)所界定，所述参考平面54与所述第二部分512形成一夹角θ2。其中，所述夹角θ2可为45度至135度，且所述夹角θ2优选为90度。
在本实施例中，所述天线结构52另外包括延伸金属片522，电性连接回路结构521，所述延伸金属片522具有阻抗匹配和天线增益的功效。要注意的是，所述延伸金属片522的形状可为如图8中的ㄈ字形，在其他应用中所述延伸金属片522也可为倒L形，如图9所示。
图10显示本发明第一实施例的无线射频辨识系统标签应用于非金属物体的实际阻抗值表示于复数坐标系中的示意图(Smith Chart图)。其中，曲线R1表示复数的实部为一定值的阻抗曲线；曲线I1表示复数的虚部为一定值的阻抗曲线；P0表示目标阻抗值的共轭点；P1表示在所述夹角θ1为0度时，所述第一实施例无线射频辨识系统标签的实际阻抗值；P2表示在所述夹角θ1为45度时，所述第一实施例无线射频辨识系统标签的实际阻抗值；P3表示在所述夹角θ1为90度时，所述第一实施例无线射频辨识系统标签的实际阻抗值；P4表示在所述夹角θ1为135度时，所述第一实施例无线射频辨识系统标签的实际阻抗值。
配合参考图4和图10，其显示所述夹角θ1的角度越小，实部与虚部的阻抗也就越小，其中在所述夹角θ1为0度至90度之间时，所述第一实施例无线射频辨识系统标签4的实际阻抗值较接近所述目标阻抗值的共轭点P0，其具有较大的可读取距离，也就是具有最佳的辨识功效。虽然，在所述夹角θ1大于135度时，所述第一实施例无线射频辨识系统标签4的实际阻抗值较偏离所述目标阻抗值的共轭点P0，但其偏差量也未造成阻抗太大的变化，其并不会对所述无线射频辨识系统标签4的特性产生太大影响，也就是所述无线射频辨识系统标签4同样具有极佳的辨识功效。
其中，常规RFID标签设置于非金属物表面时的增益(gain)值约为2.14dB，而设置于金属物表面时的增益值则小于2.14dB。而本发明的无线射频辨识系统标签在设置于金属物表面时，其增益值可达2.5dB，因此确实具有较佳的增益值。
经由实际测量结果得出，本发明的所述无线射频辨识系统标签的可读取距离达3.5至4.5米(远大于回圈天线的可读取距离)。另外，本发明的所述无线射频辨识系统标签的结构和工艺简单(例如：自动化的PCB工艺)，因此可减少制造时间和成本。
综上所述，本发明的无线射频辨识系统标签可设置于待测物体(金属或非金属)的表面，也可设置于待测物体的内部容纳空间，因此应用较为广泛。另外，本发明的无线射频辨识系统标签制造简单，因此可降低生产成本。再者，本发明的无线射频辨识系统标签具有较大的可读取距离，且通过所述金属板与所述天线结构的不同夹角，可调整所述无线射频辨识系统标签的电磁波发射方向，因此具有信号读取容易和辨识能力较佳的功效。
上述实施例仅为说明本发明的原理和其功效，并非限制本发明。因此所属领域的技术人员对上述实施例进行修改和变化仍不脱离本发明的精神。本发明的权利范围应如所附的权利要求书所列出。
Claims (15)
1.一种利用单极天线的无线射频辨识系统标签，其包括：
金属板；
天线结构，其电性连接所述金属板；以及
无线射频辨识芯片，其两端电性连接所述天线结构，所述无线射频辨识芯片、所述天线结构和所述金属板形成回路结构。
2.根据权利要求1所述的无线射频辨识系统标签，其中所述天线结构设置于所述金属板的一表面的中间部分。
3.根据权利要求2所述的无线射频辨识系统标签，其中所述天线结构为平面式天线结构。
4.根据权利要求1所述的无线射频辨识系统标签，其中所述天线结构设置于所述金属板的第一侧边。
5.根据权利要求4所述的无线射频辨识系统标签，其中所述天线结构为平面式天线结构。
6.根据权利要求4所述的无线射频辨识系统标签，其中所述金属板和所述天线结构为相同材料，且为一体成型的结构。
7.根据权利要求2所述的无线射频辨识系统标签，其中所述金属板具有第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分由所述天线结构所在的参考平面所界定，所述参考平面与所述第二部分形成夹角。
8.根据权利要求7所述的无线射频辨识系统标签，其中所述夹角为45度至135度。
9.根据权利要求7所述的无线射频辨识系统标签，其中所述无线射频辨识系统标签具有电磁波发射方向，所述电磁波发射方向根据所述夹角而改变。
10.根据权利要求4所述的无线射频辨识系统标签，其中所述金属板另外包括第二侧边，所述第二侧边相对于所述第一侧边，所述天线结构所在的参考平面与一延伸平面形成夹角，所述延伸平面为从所述第一侧边沿第一方向延伸的平面，所述第一方向是所述第二侧边朝所述第一侧边的方向。
11.根据权利要求10所述的无线射频辨识系统标签，其中所述夹角为45度至135度。
12.根据权利要求11所述的无线射频辨识系统标签，其中所述夹角为90度。
13.根据权利要求10所述的无线射频辨识系统标签，其中所述无线射频辨识系统标签具有电磁波发射方向，所述电磁波发射方向根据所述夹角而改变。
14.根据权利要求2所述的无线射频辨识系统标签，其中所述天线结构另外包括延伸金属片，其电性连接所述回路结构。
15.根据权利要求4所述的无线射频辨识系统标签，其中所述天线结构另外包括延伸金属片，其电性连接所述回路结构。
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