CN103390191A - 无线射频标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线射频标签用以接收无线射频驱动信号，并反射无线射频识别信号至射频识别读取器，其包含接地壳体、电/磁场耦合壳体及射频识别模块。接地壳体与电/磁场耦合壳体为一导体材质，电/磁场耦合壳体可与接地壳体相间设置呈开路状，或一端与接地壳体短路连接。耦合壳体与接地壳体间形成一耦合空间。射频识别模块设置在耦合空间中，包含射频识别芯片及耦合单元。当无线射频标签接收驱动信号或识别信号电磁波时，将被激发产生表面电流，使耦合空间中产生共振电磁场，藉以提高驱动信号与识别信号的信号强度。

Description

无线射频标签

技术领域

本发明关于一种无线射频标签，尤指一种具有电/磁场耦合壳体的无线射频标签。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification；RFID）技术，通常又称为电子标签、无线射频识别，是一种通过无线电信号来识别特定目标并读写相关数据的通信技术，RFID技术的优点是不需要使用到机械或光学的接触就能够识别特定目标。

RFID的架构可以分为两个部份，其一为RFID读取器，另一个则为RFID标签。RFID读取器是用来发射电磁波信号至RFID标签，当RFID标签接收到电磁波信号之后，即反射一识别信号回RFID读取器以供其识别。

而RFID标签依据其内部是否制备了电源供应器而分成三大类，分别是被动式、半主动式以及主动式。其中被动式RFID标签内部没有电源供应器，其内部电路必须靠接收外来电磁波以进行驱动。当被动式RFID标签接收到足够强度的信号时，即可向RFID读取器反射识别信号。

而被动式RFID标签因为内部不需要电源供应器，因此具有价格低廉、体积小等等优点，也最广泛的被市场所使用，例如电子收费系统、仓储、物流管理以及视线以外的物品定位等等领域。

此外，RFID标签依据其工作频率主要分为四大类，分别是低频标签、高频标签、超高频标签以及微波标签。而工作频率越高，信号的传输率也就越高。因此，目前又以超高频(Ultrahigh Frequency；UHF)标签的应用最受人们的注意，此类标签主要应用在物流以及物品定位领域，其中，超高频系指860MHz至960MHz之工作频率。

但是，现有技术中的被动式RFID标签皆是以双偶极天线为基础作成平面式的RFID标签，其接收与发送信号的增益皆太小，而容易受到环境的干扰。

此外，超高频RFID标签因电磁反向散射（Backscatter）特点，对金属和液体等环境尤其敏感，当RFID超高频标签使用于金属表面、液体或泥土中时，会因为电磁波被严重干扰或吸收而导致射频识别芯片不足以被驱动，或者所回传的识别信号强度不足以传送至射频识别读取器。

现有的解决方式，通常是将RFID标签与金属产品接触面隔开适当距离，一般是在RFID标签的背面加设适当厚度的吸波层，以使金属产品对RFID标签的干扰降至最低，但是这样作法会导致RFID标签仅能正面读取，此种解决方案并无法符合市场的期待，亦不是根本解决问题的方法。

而另一种解决方式则是微带天线陶瓷标签，其利用陶瓷的高介电系数来缩装成小型RFID标签，但此种结构的RFID标签由于中心频率与频宽的比值很高，通常也只能应用于窄频范围，而使用时亦只能够对其结构内的辐射面做读取，且微带电路需与射频识别芯片匹配才能达到最大效果，匹配电路又容易受周边物资如金属等严重影响，同样无法符合市场的期待。

此外，许多仓储与物流管理的实际环境比理论上要严峻许多，例如杂乱堆叠的钢架或者是大小不一的瓦斯钢瓶，可以想见，用以读取RFID标签的电磁波信号会被堆叠的金属物品严重吸收、反弹与干扰，而使得读取效果变的极差，且上述的RFID标签黏贴于金属物品时，非常容易因为碰撞而损坏。

综合以上所述，由于现有技术的超高频被动式RFID标签是以双偶极天线为基础作成平面式的RFID标签，而容易被环境所干扰，难以应用于金属表面、液体或泥土中；而加装吸波层的RFID标签以及微带天线陶瓷标签虽可减少金属表面的干扰，但是读取范围却会受到很大限制，且应用于堆叠的金属物品中，其读取效果极差，亦容易因碰撞而损坏。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题与目的：

缘此，本发明的主要目的是提供一种具有电/磁场耦合壳体的无线射频标签，此无线射频标签可以通过电/磁场耦合壳体与接地壳体间所产生的共振电磁场，以增强电磁波信号的信号强度，并同时加强无线射频标签的坚固性。

本发明解决问题的技术手段：

本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段是提供一种无线射频标签，用以接收一无线射频驱动信号，并依据无线射频驱动信号将一无线射频识别信号反射至一射频识别读取器；无线射频标签包含一接地壳体、一电/磁场耦合壳体及一射频识别模块。接地壳体为一导体材质；电/磁场耦合壳体亦为一导体材质，可与接地壳体相间设置呈开路状，或是一端与接地壳体电性短路连接。

而本发明较佳实施例中的接地壳体以金属面为佳，而电/磁场耦合壳体包含一耦合部与延伸覆盖部使成共振。其中，当电/磁场耦合壳体与接地壳体相间设置呈开路状时，电/磁场耦合壳体的共振长度为二分之一波长。而一端与接地壳体电性短路连接时，电/磁场耦合壳体的共振长度为四分之一波长。

电/磁场耦合壳体与接地壳体之间形成一耦合空间。射频识别模块设置在耦合空间中，并且包含一射频识别芯片及一耦合单元，耦合单元与射频识别芯片电性连接，并用以接收无线射频驱动信号与发送无线射频识别信号。其中，当无线射频标签接收无线射频驱动信号或无线射频识别信号电磁波时，将激发表面电流，表面电流使耦合空间中产生一共振电磁场，并藉以提高射频识别模块所感应无线射频驱动信号与无线射频识别信号的信号强度。

较佳者，上述的无线射频标签中，耦合部可为一电场耦合部，位于表面电流使电/磁场耦合壳体与接地壳体间具有一最大电压差处。此外，射频识别模块对应设置于电场耦合部时，耦合单元包含一电感，且电感与射频识别芯片互相呈并联，藉以感应共振电磁场。

另外，较佳者，上述的无线射频标签中，耦合部可为一磁场耦合部，位于表面电流使电/磁场耦合壳体具有一最大电流处，且射频识别模块对应设置于磁场耦合部时，耦合单元包含一电容，且电容与射频识别芯片互相呈并联，藉以感应共振电磁场。此外，电容为一平板电容。

上述的无线射频标签于本发明的另一较佳实施例中，覆盖部可以利用至少一绝缘线电性连接于接地壳体。上述的无线射频标签于本发明的另一较佳实施例中，无线射频标签更可以包含一绝缘壳体，此绝缘壳体设置于电场耦合壳体与接地壳体之间，其中，绝缘壳体更可以是由塑胶材质所组成。

本发明对照现有技术的功效：

相较于现有加装吸波层的RFID标签以及微带天线陶瓷标签，本发明的无线射频标签通过设置电/磁场耦合壳体，以于接收到无线射频驱动信号或无线射频识别信号时，与接地壳体间产生共振电磁场，并提高无线射频驱动信号或无线射频识别信号的信号强度，因此本发明的无线射频标签的读取范围较大，且即使应用于堆叠的金属物品中，只要能够接收到些许的无线射频驱动信号或无线射频识别信号，或靠金属物品受激表面电流漏流至本射频标签，皆可进行读取；除此之外，由于电/磁场耦合壳体的厚度并不影响共振电磁场的产生效果，亦即不会影响无线射频标签的读取效果，因此无线射频标签可以通过增加电/磁场耦合壳体的厚度达到强固而可耐强烈撞击，以避免于使用时受到碰撞而损坏。

本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及图式作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的无线射频标签的第一结构示意图；

图1A为本发明的无线射频标签第一结构侧视图；

图2为本发明的无线射频标签的第二结构示意图；

图2A为本发明的无线射频标签第二结构侧视图；

图3为本发明的无线射频标签的第三结构示意图；

图3A为本发明的无线射频标签第三结构侧视图；

图4为本发明的无线射频标签第四结构示意图；

图4A为本发明的无线射频标签第四结构剖面图；

图5为射频识别模块的一较佳实施方式的结构；

图6为本发明的无线射频标签的第五结构示意图；

图7为本发明的无线射频标签的第六结构示意图；

图8为本发明的无线射频标签应用于瓦斯桶的表面

图9为本发明的无线射频标签应用于钢架的表面；以及

图10为本发明的无线射频标签背面接收示意图。

其中，附图标记说明如下：

无线射频标签100、100a、100b、100c、100d、100e

接地壳体11、11a、11b、11c、11d、11e

电/磁场耦合壳体12、12a、12b、12c、12d、12e

耦合部121、121a、121b、121c、121d、121e

覆盖部122、122a、122b、122c、122d、122e

绝缘线123d

射频识别模块13、13a、13b、13c、13d、13e

射频识别芯片131

耦合单元132

绝缘壳体14e

射频识别读取器200

瓦斯桶300

钢架400

金属物品500

无线射频驱动信号S1

无线射频识别信号S2

电感L

电容C

表面电流c1

表面电流c2

具体实施方式

本发明关于一种无线射频标签，尤指一种具有电/磁场耦合壳体的无线射频标签。以下兹列举数个较佳实施例以说明本发明，然本领域技术人员皆知此仅为举例，而并非用以限定发明本身。有关此较佳实施例的内容详述如下。

请一并参阅图1、图1A与图5，图1为本发明的无线射频标签的第一结构示意图，图1A为本发明的无线射频标签第一结构剖面图，图5为射频识别模块的一较佳实施方式的结构。无线射频标签100用以接收无线射频驱动信号S1，并依据无线射频驱动信号S1将无线射频识别信号S2传送至射频识别读取器200，无线射频标签100包含接地壳体11、电场耦合壳体12与射频识别模块13。

接地壳体11为导体材质所构成，在实用中可以设置于金属物品表面或者其他可供接地的物品上，且接地壳体11为金属面；电/磁场耦合壳体12亦为导体材质所构成，而由于共振有其尺寸限制，电/磁场耦合壳体12包含一耦合部121及一覆盖部122，耦合部121与接地壳体11之间形成一耦合空间（图未示），且耦合部121为电场耦合部，覆盖部122自耦合部121的一侧延伸出，其中，电/磁场耦合壳体12的共振长度为二分之一波长。

射频识别模块13设置在耦合空间中，并且对应设置于电场耦合部（即耦合部121），并包含射频识别芯片131与耦合单元132，且耦合单元132与射频识别芯片131电性连接，并用以接收无线射频驱动信号S1与发送无线射频识别信号S2，而耦合单元132包含一电感L及一电容C，且电感L、电容C与射频识别芯片131互相呈并联（即RLC并联电路）。

更进一步来说，电容C可以是双面平板电容，而电感L是直接布局回路，此一结构的射频识别模块13使用时，电容C或电感L可以将吸收到的电磁场能量传送至射频识别芯片131，。

其中，当无线射频标签100接收无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中的至少一者将被激发产生表面电流（图未示），表面电流使耦合空间中产生一共振电磁场，且表面电流驻波使电荷聚集在电/磁场耦合壳体12两端使电/磁场耦合壳体12与接地壳体11间产生一最大电压差，使得耦合单元132的电感感应共振电磁场后，可以提高射频识别模块13所感应的无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中至少一者的信号强度。

另一方面，射频识别模块13亦可放置于电/磁场耦合壳体12另外一端，简而言之，其放置位置并不限于本较佳实施例，仅放置并对应于电/磁场耦合壳体12的两端，即可有上述增强信号的效果。

请一并参阅图2、图2A及图5，图2为本发明的无线射频标签的第二结构示意图，图2A为本发明的无线射频标签第二结构侧视图。其与第一结构图为相同的结构，不同之处在于耦合部121a为磁场耦合部，且射频识别模块13a对应设置于磁场耦合部（即耦合部121a）。而射频识别模块13a包含射频识别芯片131与耦合单元132，且耦合单元132与射频识别芯片131电性连接，并用以接收无线射频驱动信号S1与发送无线射频识别信号S2。

其中，当无线射频标签100a接收无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中的至少一者而被激发产生表面电流（图未示）时，表面电流使耦合空间中产生一共振电磁场，且表面电流驻波在电/磁场耦合壳体12a中央具有一最大电流，使得耦合单元132的电容感应共振电磁场后，可以提高射频识别模块13a所感应的无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中至少一者的信号强度。

请一并参阅图3、图3A及图5，图3为本发明的无线射频标签的第三结构示意图，图3A为本发明的无线射频标签第三结构侧视图。如图所示，与图1及图2不同的是，电/磁场耦合壳体12b的共振长度为四分之一波长，电/磁场耦合壳体12b相对于接地壳体11b设置，且电/磁场耦合壳体12b的一端与接地壳体11b电性连接，据以形成短路，而射频识别模块13b对应设置于磁场耦合部（即耦合部121b）。而射频识别模块13b包含射频识别芯片131与耦合单元132，且耦合单元132与射频识别芯片131电性连接，并用以接收无线射频驱动信号S1与发送无线射频识别信号S2。

其中，当无线射频标签100b接收无线射频驱动信号S1或无线射频识别信号S2的电磁波将激发表面电流（图未示）时，表面电流使耦合空间中产生一共振电磁场，而表面电流会在电/磁场耦合壳体12b开路端回流至接地壳体11b，因回流电流延迟在短路端电流会同相位故形成最大电流区(图三A中表面电流c1及表面电流c2)，使得耦合单元132的电容感应共振电磁场后，可以提高射频识别模块13b所感应的无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中至少一者的信号强度。

请一并参阅图4、图4A及图5，图4为本发明的无线射频标签第四结构示意图，图4A为本发明的无线射频标签第四结构侧视图。如图所示，其结构与第三及图3A相同，不同之处在于耦合部121c为电场耦合部，且射频识别模块13c对应设置于磁场耦合部（即耦合部121c）。而射频识别模块13c包含射频识别芯片131与耦合单元132，且耦合单元132与射频识别芯片131电性连接，并用以接收无线射频驱动信号S1与发送无线射频识别信号S2。

其中，当无线射频标签100c接收无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中的至少一者而被激发产生表面电流（图未示）时，表面电流使耦合空间中产生一共振电磁场，且表面电流使电/磁场耦合壳体12c开口端与接地壳体11c间具有一最大电位差，据以形成最大电压区，使得耦合单元132的电感感应共振电磁场后，可以提高射频识别模块13c所感应的无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2中至少一者的信号强度。

请一并参阅图6与图7，图6为本发明的无线射频标签的第三结构示意图，图7为本发明的无线射频标签的第四结构示意图。值得一提的是，图5及图6的结构由图1变化而得，于图5中，电场耦合壳体12d可以通过至少一条绝缘线123d电性连接于接地壳体11d，重点在于耦合部121d需要突伸出覆盖部122d，其突伸出覆盖部122d的长度与面积越多，提高无线射频驱动信号S1与无线射频识别信号S2的信号强度的效果就越好。

更进一步，如图6所示，无线射频标签100e更可以包含绝缘壳体14e，绝缘壳体14e可以设置于电场耦合壳体12e与接地壳体11e之间，较佳者，绝缘壳体14e可以是由塑胶材质所组成，其可以避免物品于堆叠时，碰触到耦合部121e与接地壳体11e而造成两者电性导通无法产生增强电场，进而影响无线射频标签100e的读取效果。

而由于本发明的无线射频标签100的射频识别模块13系设置于电场耦合壳体12与接地壳体11之间，因此得以受到良好的保护，于使用时，无线射频标签100可以设置于任何场所，以下仅以两种实施方式作为举例，请参阅图8与图9，图8为本发明的无线射频标签应用于瓦斯桶的表面，图9为本发明的无线射频标签应用于钢架的表面。在许多产业中，材料会有其使用期限，例如瓦斯桶300或是钢架400，而要对上述物品快速的管理与检验时，若使用现有技术加装吸波层的RFID标签或微带天线陶瓷标签，虽然可以使用，但仅能对物品逐一检查，而当许多物品堆叠时，由于电磁波会被反射与吸收而减弱，加上其皆只能够正面读取，因此根本难以动作；反观本发明的无线射频标签100，在实际设置于瓦斯桶300或是钢架400使用时，并不限于正面读取，且当物品堆叠时，只要电磁波信号能够于反射后到达无线射频标签100，耦合部121即可与接地壳体11间产生共振电磁场而增强信号强度，以供射频识别模块13读取。

另外，请参阅图10，图10为本发明的无线射频标签背面接收示意图。无线射频标签100设置于金属物品500的背面及表面，或是将无线射频标签100内嵌于金属物品内，其中金属物品可以是鹰架、人手孔盖及汽车引擎盖或其他金属物品。在此以将无线射频标签100设置于金属物品500背面为例，当金属物品500接受到电磁波时，由于电磁波使得边端会产生大量表面漏电流，进而让表面漏电流经由接地壳体（图未示），流至电/磁场耦合壳体（图未示），进一步产生上述的效果，而达到读取的作用。

综合以上所述，相较于现有加装吸波层的RFID标签以及微带天线陶瓷标签，本发明的无线射频标签100通过设置电/磁场耦合壳体12，以于接收到无线射频驱动信号S1或无线射频识别信号S2时，与接地壳体11间产生共振电磁场，并提高无线射频驱动信号S1或无线射频识别信号S2的信号强度，因此本发明的无线射频标签100的读取范围较大，且即使应用于堆叠的金属物品中，只要能够接收到些许的无线射频驱动信号S1或无线射频识别信号S2，即可进行读取；除此之外，由于电/磁场耦合壳体12的厚度并不影响共振电磁场的产生效果，亦即不会影响无线射频标签100的读取效果，因此无线射频标签100可以通过增加电/磁场耦合壳体12的厚度达到强固而可耐强烈撞击，以避免于使用时受到碰撞而损坏，且本发明所提供的无线射频标签100不须进行电路匹配即可达到较大的读取效果。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利权利要求范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种无线射频标签，用以接收一无线射频驱动信号，并依据该无线射频驱动信号将一无线射频识别信号反射至一射频识别读取器，该无线射频标签包含：

一接地壳体，为一导体材质；

一电/磁场耦合壳体，为一导体材质，并与该接地壳体相间设置，包含：

至少一耦合部，与该接地壳体之间形成一耦合空间；以及

至少一覆盖部，自该耦合部的至少一侧延伸出；以及

一射频识别模块，设置在该耦合空间中，包含：

一射频识别芯片；以及

一耦合单元，与该射频识别芯片电性连接，并用以接收该无线射频驱动信号与发送该无线射频识别信号；

其中，当该无线射频标签接收该无线射频驱动信号与该无线射频识别信号中的至少一者而被激发产生一表面电流时，该表面电流使该耦合空间中产生一共振电磁场，并藉以提高该射频识别模块所感应的该无线射频驱动信号与该无线射频识别信号中至少一者的信号强度。

2.如权利要求1所述的无线射频标签，其中，该电/磁场耦合壳体的共振长度为二分之一波长。

3.如权利要求1所述的无线射频标签，其中，该耦合部为一电场耦合部，该表面电流使该电/磁场耦合壳体与该接地壳体间具有一最大电压差处，且该射频识别模块对应设置于该电场耦合部时，该耦合单元包含一电感，且该电感与该射频识别芯片互相呈并联，藉以感应该共振电磁场。

4.如权利要求1所述的无线射频标签，其中，该耦合部为一磁场耦合部，该表面电流使该电/磁场耦合壳体具有一最大电流处，且该射频识别模块对应设置于该磁场耦合部时，该耦合单元包含一电容，且该电容与该射频识别芯片互相呈并联，藉以感应该共振电磁场。

5.一种无线射频标签，用以接收一无线射频驱动信号，并依据该无线射频驱动信号将一无线射频识别信号传送至一射频识别读取器，该无线射频标签包含：

一接地壳体，为一导体材质；

一电/磁场耦合壳体，为一导体材质，并相对于该接地壳体设置，且该电/磁场耦合壳体的一端与该接地壳体电性连接，包含：

至少一耦合部，与该接地壳体之间形成一耦合空间；以及

至少一覆盖部，自该耦合部之至少一侧延伸出；以及一射频识别模块，包含：

一射频识别芯片；以及

一耦合单元，与该射频识别芯片电性连接，并用以接收该无线射频驱动信号与发送该无线射频识别信号；

其中，当该无线射频标签接收该无线射频驱动信号与该无线射频识别信号中的至少一者而被激发产生一表面电流时，该表面电流使该耦合空间中产生一共振电磁场，并藉以提高该射频识别模块所感应的该无线射频驱动信号与该无线射频识别信号中至少一者的信号强度。

6.如权利要求5所述的无线射频标签，其中，该电/磁场耦合壳体的共振长度为四分之一波长。

7.如权利要求5所述的无线射频标签，其中，该耦合部为一电场耦合部，该表面电流使该电/磁场耦合壳体与该接地壳体间具有一最大电压差处，且该射频识别模块对应设置于该电场耦合部时，该耦合单元包含一电感，且该电感与该射频识别芯片互相呈并联，藉以感应该共振电磁场。

8.如权利要求5所述的无线射频标签，其中，该耦合部为一磁场耦合部，该表面电流使该电/磁场耦合壳体具有一最大电流处，且该射频识别模块对应设置于该磁场耦合部时，该耦合单元包含一电容，且该电容与该射频识别芯片互相呈并联，藉以感应该共振电磁场。

9.如权利要求5所述的无线射频标签，其中，该覆盖部利用至少一绝缘线电性连接于该接地壳体。

10.如权利要求5所述的无线射频标签，还包含一绝缘壳体，该绝缘壳体设置于该电场耦合壳体与该接地壳体之间，且该绝缘壳体由一塑胶材质所组成。

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