CN102884540A - 无芯无源射频识别标签 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无芯RFID标签（51），所述标签包括：在介电支承件（53）上形成的多个不相交的平行导电条（55），其中，导电桥（58）互连相邻的导电条，所述导电桥界定了所述导电条之间的不同长度的介电条（59）部分，各介电条部分确定所述标签的谐振频率，所述标签的谐振频率的集合限定识别码。

Description

无芯无源射频识别标签

技术领域

本发明涉及一种能够存储由适配的读取终端远程可读的数据的标签。更具体地，本发明针对利用电磁波的远程识别技术，如今在现有技术中称为RFID，射频识别（Radio Frequency Identification）。在文中更具体地考虑了在10MHz和10THz之间的范围内的频率下操作的装置。

背景技术

当前，RFID技术中的数据交换系统用于在短距离或中等距离下辨认和/或识别所有类型的具有适配标签的物体。

图1非常示意性地示出RFID技术中的远程识别系统，该系统包括读取终端1和识别标签（TAG）3。读取终端1尤其包括天线，该天线联接至无线电波收发器装置。标签3含有识别数据，并且当标签3放置得接近读取终端时能够接收由该读取终端发射的信号，并且能够根据其识别数据明确地干扰该信号。这种交互作用由读取终端1检测，读取终端1可以从该交互作用中推导出标签识别数据。

主要存在两种类型的RFID标签，即包括集成电子电路的标签，被称为芯片标签，和不包括集成电子电路的标签，在现有技术中通常称作无芯标签。

RFID芯片标签通常包括天线、电子电路、用于存储识别码的存储器、和应答器，该应答器用于接收由读取终端发射的信号，并且用于作为响应在确定的频带中发射包含存储在存储器中的识别码的调制信号。一些RFID芯片标签（称为有源标签），包括用于给芯片供电的电池。在其他被称为无源标签的RFID标签中，由读取终端发射的无线电波携带的能量的一部分用于给芯片供电。无源标签具有不需内部电源的优点。

由于在RFID芯片标签中存在电子电路，因此这类标签具有不可忽视的成本。无芯标签的形成已被提供以减少该成本。本文中考虑RFID无芯标签。

图2为示意性地示出无芯RFID标签21的示例的透视图。例如，由介电基板23形成标签21，该标签21具有厚度约为1mm、18×35mm的长方形晶片的形状。基板23的背面覆盖有金属接地面25。在基板23的上表面侧上形成分离的平行导电条，在本示例中有5个导电条27a至27e。导电条27a至27e的尺寸（长度和/或宽度）和表面积彼此不同。

标签21形成具有能够干扰由RFID读取终端（未示出）发射的无线电信号的谐振元件的结构。导电条27a至27e的每一条作为谐振LC-型电路，能够重新发射特定电磁波，该特定电磁波随后可以被读取终端检测。电感L尤其取决于导电条的长度。电容C对应于在导电条和接地面25之间形成的电容，且尤其取决于导电条表面积和基板的厚度、以及其介电特性。因此，导电条27a至27e的每一条通过其几何形状，确定了标签21的谐振频率。在该示例中，导电条27a至27e的每一条限定在5GHz到6GHz之间的范围的特定谐振频率。

在操作中，读取终端发射无线电信号，该无线电信号具有包括可能被读取的标签的所有谐振频率的频谱。如果标签21接近读取终端，该读取终端检测在由导电条27a至27e确定的谐振频率下的信号的峰值（和/或谷值），这转化成出现在无线电信号的功率谱中的五条不同的线。这5条导电条在频谱中的位置使读取终端能够唯一地识别标签21。

无芯RFID标签由于不需要供电电源，因此本质上是无源的。

尽管制造参照图2描述的标签比芯片标签便宜，但是该标签的成本仍然是不可忽视的。这尤其是由于这样的事实：用于形成标签的支承基板应包括接地面且具有特定厚度和明确的介电特性。

期望的是具有成本极低的标签，该标签可具体用作例如食品包装中的一次性识别装置。

此外，参照图2描述的类型的无芯标签的每单位表面积的数据存储容量相对低。在图2的示例中，在大约5GHz到6GHz的范围的频率下操作的标签（18×35mm），仅能存储5位码。应当注意，通过增加操作频率范围，可以减小标签尺寸。然而，期望的是具有，对于给定的操作频率范围，每单位表面积具有更大的存储容量的无芯RFID卡。

发明内容

因此，本发明的实施例的目的在于提供一种无芯RFID标签，该标签至少部分地克服传统的无芯RFID标签的一些缺点。

本发明的实施例的目的在于提供这样一种标签，该标签比传统的无芯RFID标签便宜且更易于制造。

本发明的实施例的目的在于提供这样一种标签，该标签可容易地形成在任何类型的支承件上，例如，通过导电轨的简单印刷或丝网印刷，形成在任何类型包装物（例如由纸板或纸制成的包装物）的单个表面上。

本发明的实施例的目的在于提供这样一种标签，该标签比传统的无芯RFID标签每单位表面积能够存储更多的数据。

因此，本发明的实施例提供一种无芯RFID标签，该标签包括形成在介电支承件上的多个分离的平行导电条，其中，导电桥相互连接相邻的导电条，该导电桥界定了在导电条之间的介电条的不同长度的部分，各介电条部分确定标签的谐振频率，该标签的谐振频率一起限定识别码。

根据本发明的实施例，没有被导电桥缩短的介电条，布置在由导电桥互相连接的各对相邻导电条之间。

根据本发明的实施例，所有相邻的导电条通过导电桥互相连接。

根据本发明的实施例，在两个相邻的介电条之间包含的导电条的宽度至少等于邻近的导电条的宽度的三倍。

根据本发明的实施例，导电条在俯视图中为U-形。

根据本发明的实施例，导电条在俯视图中具有部分圆的形状。

根据本发明的实施例，导电条为直线型，相邻的成对导电条具有相同的长度，且相邻的成对导电条具有不同的长度。

根据本发明的实施例，介电条部分全部具有相同的宽度。

本发明的另一实施例提供了一种用于编码通过电磁波收发器可读的数据的方法，该方法包括步骤：在介电支承件上形成多个分离的平行导电条；形成互相连接相邻的导电条的导电桥，使得该导电桥界定在导电条之间的介电条的不同长度的部分，各介电条部分确定标签的谐振频率；和将各谐振频率与一部分数据相关联。

附图说明

结合附图，在下面的具体实施例的非限定性描述中详细讨论了本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：

前面描述的图1非常示意性地示出RFID技术中的远程识别系统；

前面描述的图2为示意性地示出无芯RFID标签的透视图；

图3为示意性地示出无芯RFID标签的实施例的俯视图；

图4为示意性地示出无芯RFID标签的另一实施例的俯视图；

图5为示意性地示出无芯RFID标签的另一实施例的俯视图；

图6示意性地示出在图5的标签存在的情况下由读取终端看到的电磁信号的功率谱；

图7为示意性地示出图5的标签的三个替选实施例的俯视图；

图8示意性地示出在图7的每一个标签存在的情况下由读取终端看到的电磁信号的功率谱的叠加；

图9示意性地示出无芯RFID标签的另一实施例；

图10示意性地示出无芯RFID标签的另一实施例。

具体实施方式

为了清楚起见，在不同的图中采用相同的附图标记来标示相同的元件，并且，各种图未按比例绘制。

图3为示意性地示出无芯RFID标签31的实施例的俯视图。在介电支承件33上形成标签31，且标签31在其两个表面中的一个表面上支承导电图案。在该表面上形成四个分离的平行直线型导电条35a至导电条35d。导电条35a至导电条35d是相同的，沿着垂直于导电条的方向对齐、并且以相同距离相互分隔。因此，导电条35a至导电条35d界定了三个相同的直线型介电条37a至介电条37c。导电桥相互连接相邻的导电条，以界定在导电条之间的介电条的不同长度的部分。在该示例中，两个导电桥38a和导电桥38b分别相互连接相邻的左侧导电条35a和导电条35b、以及相邻的右侧导电条35c和导电条35d。因此，左侧介电条37a和右侧的介电条37c中的每一个，被分成两个介电条部分。因此，标签包括四个不同长度的介电条部分39a至介电条部分39d。因此，中间的介电条37b没有被导电桥缩短。

标签31形成具有能够干扰由RFID读取终端（未示出）发射的电磁信号的谐振元件的结构。介电条部分39a至39d的每一个主要围绕有U-形导电通路。因此，介电条部分39a至39d的每一个限定能够重新发射特定电磁波的LC-型谐振电路，该电磁波随后可被读取终端检测。电感L尤其取决于U-型导电通路的长度，且从而取决于介电条部分的长度。U-型导电通路的两个平行分支被介电条部分分隔，而形成电容C。因此，介电条部分39a至39d的每一个通过其长度确定标签31的谐振频率。标签的谐振频率一起限定识别码。因此，标签识别符尤其由导电桥38a和导电桥38b的长度和/或位置确定。

根据RFID标签形成方法的示例，可以大规模形成包括由平行导电条构成的基本图案的标签，且可以向最终用户提供由自己形成导电桥的可能性，例如，通过采用导电油墨印刷。这种方法的优点在于：使最终用户能够自定义其标签的识别符。

没有被导电桥缩短的中心介电条37b，具有避免标签的谐振区之间的杂散耦合现象的功能。因此，介电条部分的长度的变更导致与该介电条部分相关的谐振频率的变更，但对与其他介电条部分相关的谐振频率没有影响。

图4为示意性地示出无芯RFID标签41的另一实施例的俯视图。标签41形成在介电支承件43上。在支承件43的一个表面上形成三个独立的平行直线型导电条45a至导电条45c。导电条45a至导电条45c以相同的距离彼此分隔。因此，导电条45a至导电条45c界定了两个相同的直线型介电条47a和47b。导电桥相互连接相邻的导电条，以界定导电条之间的介电条的不同长度的部分。在该示例中，两个导电桥48a和导电桥48b分别相互连接相邻的导电条45a和导电条45b、以及相邻的导电条45b和导电条45c。因此，介电条47a和介电条47b的每一个被分成两个不同长度的介电条部分。因此，该标签包括四个不同长度的介电条部分49a至49d。与图3的标签31不同，标签41不包括没有被导电桥缩短的中心介电条。中心导电条45b设置成具有足够的长度，以避免标签的谐振缝隙之间的杂散耦合现象。作为示例，中心导电条45b具有至少等于侧向导电条45a和45c的宽度三倍的宽度。

参照图3和图4描述的类型的RFID标签的优点在于：该标签比参照图2描述的类型的标签更易于制造。实际上，与图2的标签21不同，图3的标签31和图4的标签41不包括接地面。标签31和标签41可通过导电油墨在任何介电支承件的单个表面上的沉积或印刷而形成。尤其是，标签可直接形成在期望被标记的物体上，例如，在食品包装物上。

图5为示意性地示出无芯RFID标签51的优选替选实施例的俯视图。在介电支承件53上形成标签51。支承件53的一个表面支承独立的平行导电条，这些导电条为插入的U-形。在该示例中，标签包括三个导电条55a至导电条55c，导电条55a和导电条55c分别为图案的外导电条和内导电条。导电条以相同的距离彼此分隔。由内导电条55c形成的U形的两个平行分支所分隔的距离，等同于导电条55a至导电条55c彼此分隔的距离。因此，导电条55a至导电条55c界定两个U-型介电条57a和57b、以及位于由导电条55c形成的U形的平行分支之间的直线型介电条57c。导电桥58a和导电桥58b分别形成在外介电条57a和内介电条57c上，从而界定了三个不同长度的介电条部分59a至59c。为避免标签的谐振区的杂散耦合现象，中心介电条57b没有被导电桥缩短。

标签51形成具有能够干扰由RFID读取终端（未示出）发射的电磁信号的谐振元件的结构。如在参照图3和图4描述的RFID标签的情况下，介电条部分59a至介电条部分59c的每一个通过其长度确定标签的谐振频率。标签谐振频率一起限定识别码。

图6示意性地示出在图5的标签51存在的情况下由读取终端看到的电磁信号的频谱。该频谱包括分别在大约2.6GHz、2.2GHz和4.4GHz的频率下的三条线59a至59c，所述频率分别对应于与具有相同附图标记的介电条部分相关的谐振频率。介电条部分的长度越短，相关的谐振频率越高。读取终端可检测信号频谱中的线的存在，并且确定标签识别码。应该注意，该频谱峰值还可被用于编码与标签关联的识别符。

与图5基本相同的图7示意性地示出用于三个不同识别码的标签51。这三个识别码对应于导电桥58a的三个不同的长度58a1、58a2和58a3，从而影响介电条部分59a的长度，如图中的虚线显示。对于这三个识别码，介电条部分59b和59c具有相同的长度。

图8示意性地示出在图7的每一个标签存在的情况下由读取终端看到的电磁信号的功率谱的叠加。当介电条部分59a的长度改变时，相应的介电条59a在介电条中的位置也改变。因此，功率谱叠加包括三个不同的条59a1、59a2和59a3，其对应于介电条部分59a的三个不同长度。根据本发明的优点，一个介电条部分的长度变化对与其他介电条部分相关的谐振频率没有影响。实际上，频谱叠加包括对应于与介电条部分59b相关的谐振频率的单条线59b、以及对应于与介电条部分59c相关的谐振频率的单条线59c。如上所述，频谱峰值还可用于编码与标签相关的识别符。

还可以设置成将一位或多位识别码与每一个介电条部分关联。作为示例，在标签51（图5和图7）的情况下，可以设置成将三位识别码与介电条部分59a至介电条部分59c的每一个关联。然后介电条部分59a至介电条部分59c的每一个可采取对应于八种不同谐振频率的八个不同长度中的一个。当然，可以确定的是，与不同介电条部分相关的谐振频率范围之间没有重叠。

图9示意性地示出无芯RFID标签91的另一替选实施例。除了平行的导电条具有同心圆部分的形状外，标签91与图5的标签51相似。该标签具有与标签51基本相同的操作原理。

参照图5和图9描述的类型的U-形的或圆形部分的无芯RFID标签的优点在于：该标签与参照图2描述的类型的标签相比，每单位表面积能够存储更多的数据。作为示例，对于2GHz至5GHz的操作频率范围，图5的标签51能够在17.5mm×15mm的长方形表面上存储九位识别码（每介电条部分三位）。可通过使用较高的识别频率大大减小标签表面积。

图10为示意性地示出无芯RFID标签101的另一替选实施例的俯视图。标签101形成在介电支承件103上。介电支承件103的表面具有在其上形成的平行的直线型导电条105a至105f。导电条105a至导电条105f具有相同的宽度，且以相同的距离彼此分隔。成对的相邻的导电条具有相同的长度。在示出的示例中，相邻的导电条105a和导电条105b具有第一长度，紧接的相邻的导电条105c和导电条105d具有大于第一长度的第二长度，以及接下来的相邻的导电条105e和导电条105f具有大于第二长度的第三长度。因此，导电条105a至导电条105d界定了三个不同长度的直线型介电条107a至107c，其分别位于导电条105a和导电条105b之间、导电条105c和导电条105d之间以及导电条105e和导电条105f之间。在介电条107a至介电条107c中的每一个的一端，形成导电桥108a至导电桥108c，该导电桥相互连接相同长度的导电条。实际上，图10的构造与图3的构造相似，图10的差异在于：平行的导电条具有不同的长度且导电桥形成在介电条的端部。每一介电条限定了确定标签101的谐振频率的谐振电路。标签的谐振频率一起限定识别码。

可设置成将介电条107a至介电条107c的每一个与一位识别码或如参照图7描述的示例所示的多位识别码关联。

已经描述了本发明的具体实施例。本领域的技术人员可以容易地做出各种变更、修改和改进。

尤其是，上文已经参照图3、图4、图5、图9和图10描述了包括三个或四个平行导电条的无芯RFID标签图案。本发明不限于这些具体的示例。尤其可提供包括更多数量的导电条的图案。

此外，已经提及将三位识别码与每个介电条部分关联的可能性。本发明不限于该具体情况。尤其，可设置成将更多数量的位与每个介电条部分关联。然而，这将减少与同一介电条部分的两个不同的长度对应的两条谐振线之间在电磁信号频谱中的间隔。因此，应该提供足够灵敏的读取终端。

此外，参照图5、图9和图10描述的RFID标签51、RFID标签91和RFID标签101，包括没有被导电桥缩短的介电条，以避免标签的谐振区之间的杂散耦合现象。本发明不限于该具体情况。如图4标签41的情况，可设置成使用所有介电条以用于存储识别码。然后应确信，在两个介电条之间提供充足的距离以避免杂散耦合的现象。

此外，在参照图3、图4、图5、图9和图10描述的无芯RFID标签中，由平行的导电条所界定的所有介电条具有相同的宽度。本发明不限于该具体情况。尤其是，在同一标签上，可以具有不同长度的介电条。相似的，平行的导电条可以具有不同的宽度。

此外，尽管在上文中提供的无芯RFID标签的优点之一在于可以去除任何导电接地面，但是对于某些应用，尤其在金属环境中，还可使用与接地面结合的参照图3、图4、图5、图9和图10描述的类型的图案。

Claims (9)

1.一种无芯RFID标签（31；41；51；91），所述无芯RFID标签包括多个分离的平行导电条（35；45；55），所述导电条在介电支承件（33；43；53）上形成，其中，导电桥（38；48；58）互相连接相邻的导电条，所述导电桥界定在所述导电条之间的所述介电条（39；49；59）的不同长度的部分，各介电条部分确定所述标签的谐振频率，所述标签的谐振频率一起限定识别码。

2.如权利要求1所述的标签（31；51；91），其中，没有被所述导电桥缩短的介电条（37b；57b）布置在由导电桥互连的各对相邻的导电条之间。

3.如权利要求1所述的标签（41），其中，所有相邻的导电条由导电桥相互连接。

4.如权利要求3所述的标签（41），其中，在两个相邻的介电条（47a、47b）之间所包含的导电条（45b）的宽度至少等于邻近的导电条（45a、45c）的宽度的三倍。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的标签（51），其中，所述导电条在俯视图中为U-形。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的标签（91），其中，所述导电条在俯视图中具有部分圆的形状。

7.如权利要求1至4中的任一项所述的标签（101），其中，所述导电条为直线型，相邻的成对导电条（105a、105b）具有相同的长度，且相邻的成对导电条（105b，105c）具有不同的长度。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的标签（31；41；51；91），其中，所述介电条部分均具有相同的宽度。

9.一种用于编码由电磁波收发器可读的数据的方法，所述方法包括如下步骤：

在介电支承件上形成多个独立的平行导电条；

形成导电桥，所述导电桥相互连接相邻的导电条，使得所述导电桥界定了在所述导电条之间的所述介电条的不同长度的部分，各介电条部分确定谐振频率；和

将各谐振频率与所述数据的一部分关联。

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