CN108510040B - 无线射频识别标签及使用其的标签纸产品 - Google Patents

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Abstract

无线射频识别标签及使用其的标签纸产品。本发明是关于一种无线射频识别标签及使用其的标签纸产品。该无线射频识别标签包括一信号源结构、一辐射结构、一隔离结构及一基材。该信号源结构包括一环形天线及一无线射频识别芯片，该无线射频识别芯片电性连接该环形天线。该辐射结构围绕该信号源结构。该隔离结构间隔设置于该辐射结构的一侧。该基材用以承载该信号源结构、该辐射结构及该隔离结构。

Description

无线射频识别标签及使用其的标签纸产品
技术领域
本发明是关于一种标签，特别是关于一种无线射频识别标签及使用其的标签纸产品。
背景技术
无线射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)标签是由一无线射频识别芯片与一标签天线组合而成，通过天线来接收无线射频识别读取器的无线电通信信号，并传送或更新无线射频识别芯片内部所记录的数据或识别码。无线射频识别标签具有读取速度快、读取距离长、无需目视下读取及可同时读取多个且不受脏污影响等优点，因此在物流管理、门禁管制、流程追踪管控……等等，都可看到无线射频识别技术的应用。
无线射频识别技术在应用上，以标签天线的设计技术为影响应用成败的关键，原因包括天线的设计决定成本的高低、可操作带宽的大小、性能的优劣及可适用的对象等。因此，近几年所发表有关于无线射频识标签天线设计议题的期刊相当的多，所申请的专利案数量也很可观。在无线射频识别标签天线的设计上，由于无线射频识别芯片的特性阻抗不是纯电阻性，而是同时具有电阻性与电容性的复数阻抗特性，所以在设计上有别于传统的50欧姆天线的设计方式。为让无线射频识别芯片与天线间的能量传输达到最优化，如何有效设计出可与芯片特性阻抗达成共轭匹配的天线，成为无线射频识别标签天线设计上所面临的第一个难题。
超高频无线射频识别(UHF-RFID)系统没有全球统一的操作频段规范，所以世界各国或地区所规定合法操作频段都不一样，如美国为902~928 MHz、中国台湾为922~928 MHz、日本为950~956 MHz及欧洲为866~869 MHz。因此，如何设计一宽带标签天线(860~960MHz)，以同时兼容于世界各国的超高频无线射频识别系统，为标签天线设计上的第二难题。
标签天线设计上的第三难题则是金属物的影响，由于金属会反射电磁波，所以对邻近的无线射频识别标签天线特性会造成破坏性干涉，进而影响其读取效能。例如将标签直接平贴于金属上，会发生完全无法读取标签的情况。
因此，有必要提供一创新且具进步性的无线射频识别标签及标签纸产品，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种无线射频识别标签，包括一信号源结构、一辐射结构、一隔离结构及一基材。该信号源结构包括一环形天线及一无线射频识别芯片，该无线射频识别芯片电性连接该环形天线。该辐射结构围绕该信号源结构。该隔离结构间隔设置于该辐射结构的一侧。该基材用以承载该信号源结构、该辐射结构及该隔离结构。
本发明另外提供一种标签纸产品，包括一第一纸体及一无线射频识别标签。该无线射频识别标签设置于该第一纸体上，该无线射频识别标签包括一信号源结构、一辐射结构、一隔离结构及一基材。该信号源结构包括一环形天线及一无线射频识别芯片，该无线射频识别芯片电性连接该环形天线。该辐射结构围绕该信号源结构。该隔离结构间隔设置于该辐射结构的一侧。该基材用以承载该信号源结构、该辐射结构及该隔离结构。
本发明的无线射频识别标签以间接耦合原理设计而成，且导入该隔离结构可降低金属物对其特性的影响程度，让天线阻抗特性的调整有更大的自由度，易于实现宽带天线的设计。同时可提高标签的容许倾斜角度达±60度，并可大幅提高读取距离达12公尺以上。
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明无线射频识别标签的结构示意图；
图2显示本发明无线射频识别标签的天线阻抗特性分析图；
图3A显示本发明无线射频识别标签的天线操作频段的分析图；
图3B显示本发明无线射频识别标签的天线辐射场型图；
图4显示本发明无线射频识别标签直立贴附于金属物的示意图；
图5A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线阻抗特性影响的分析图；
图5B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线阻抗特性影响的分析图；
图6A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线操作频段影响的分析图；
图6B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线操作频段影响的分析图；
图7A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线辐射场型(X-Y平面)影响的分析图；
图7B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线辐射场型(X-Y平面)影响的分析图；
图8A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线辐射场型(X-Z平面)影响的分析图；
图8B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线辐射场型(X-Z平面)影响的分析图；
图9显示本发明标签纸产品的结构示意图；
图10显示本发明标签纸产品的无线射频识别标签直立后的立体图；
图11显示本发明标签纸产品的第二纸体的示意图；及
图12显示本发明标签纸产品的第二纸体贴附于第一纸体的示意图。
具体实施方式
参阅图1，其是显示本发明无线射频识别标签的结构示意图。本发明的无线射频识别标签10包括一信号源结构11、一辐射结构12、一隔离结构13及一基材14。
该信号源结构11包括一环形天线111及一无线射频识别芯片112。该无线射频识别芯片112电性连接该环形天线111。
该辐射结构12围绕该信号源结构11。该辐射结构12包括一弯曲部121及一U型部122。该弯曲部212的一端连接该U型部122。该U型部122具有一水平线段122P及二垂直线段122V，该水平线段122P的两端分别连接各该垂直线段122V。在本实施例中，该信号源结构11是位于该U型部122内，即该信号源结构11位于该二垂直线段122V之间。
该隔离结构13间隔设置于该辐射结构12的一侧。该隔离结构13不连接该辐射结构12，且该隔离结构13与该U型部122间具有一间距G。优选地，该隔离结构13是呈直线状。
该基材14用以承载该信号源结构11、该辐射结构12及该隔离结构13。在本实施例中，该信号源结构11、该辐射结构12及该隔离结构13是以印刷电路板制程形成于该基材14上。
本发明的无线射频识别标签10采用电感耦合机制，让天线阻抗在调整上有较大的自由度。
图2显示本发明无线射频识别标签的天线阻抗特性分析图。配合参阅图1及图2，在实部阻抗与虚部阻抗的调整上，几乎可实现分离设计的便利性，实部阻抗是由该辐射结构12所调控，而虚部阻抗则由该信号源结构11所决定，这对于标签天线的设计有相当大的帮助。此外，由于此阻抗的可调整特性，让使用者更易于设计出操作带宽较宽的标签天线。
参阅图3A，其是显示本发明无线射频识别标签的天线操作频段的分析图。从图3A中可明显得知，本发明的无线射频识别标签的天线操作频段可涵盖全球无线射频识别系统的操作频段，大幅改善已知标签天线在操作频段上的限制。
参阅图3B，其是显示本发明无线射频识别标签的天线辐射场型图。由图3B可清楚发现本发明无线射频识别标签的天线增益获得了改善，同时在X-Y平面上可达到全向性辐射的特性，让未来无线射频识别系统的运作上更易于读取。
参阅图4，其是显示本发明无线射频识别标签直立贴附于金属物的示意图。本发明的无线射频识别标签10以间接耦合原理设计而成，且不具接地面结构。此外，为降低金属物M对天线特性的影响，在靠近金属物M处加入该隔离结构13，并设置该二垂直线段122V，可降低金属物M对天线特性的影响，进而提高标签可容许的倾斜角度，并可大幅提高读取距离达12公尺以上。在本实施例中，该金属物M可为钢制品。
图5A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线阻抗特性影响的分析图。图5B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线阻抗特性影响的分析图。倾斜角度定义从+Z轴往-X轴方向倾斜为正向，相反方向为负向。从图5A及图5B中可清楚得知，标签倾斜角度对天线阻抗特性的影响并不大。
图6A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线操作频段影响的分析图。图6B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线操作频段影响的分析图。从图6A及图6B中可清楚得知，当标签倾斜±60°时，其可操作带宽仍可达到近100 MHz。且在标签倾斜±70°时，仍可符合美国无线射频识别系统的操作频段，本发明的无线射频识别标签已彻底解决已知标签天线操作频段易受标签倾斜角度影响的问题。
图7A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线辐射场型(X-Y平面)影响的分析图。图7B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线辐射场型(X-Y平面)影响的分析图。图8A显示本发明无线射频识别标签的正向倾斜角度对天线辐射场型(X-Z平面)影响的分析图。图8B显示本发明无线射频识别标签的负向倾斜角度对天线辐射场型(X-Z平面)影响的分析图。从图7A、图7B、图8A及图8B中可清楚得知，本发明无线射频识别标签的天线的主要的辐射场型正好与贴附面平行，即在该平面具有全向辐射的特性，使得任何角度上都可有效读取，且在实际应用上正向倾斜或负向倾斜的影响会是接近对称的。此外，也可发现不论标签偏向哪一侧，其辐射特性所受影响的程度皆不大，如在标签倾斜约±50°时，天线增益衰减程度仅在2dB以内，相比于已知的标签设计，其影响已达7dB的衰减量。而当标签倾斜达到70°时，也仅衰减4dB以内，但相比于已知的标签设计，其衰减量影响已达15dB的多。很明显地，本发明的无线射频识别标签在天线增益的部份，已克服已知标签易受倾斜角度影响读取效能的难题。
图9显示本发明标签纸产品的结构示意图。配合参阅图1及图9，本发明的标签纸产品1包括一第一纸体20及一无线射频识别标签10。
该第一纸体20具有一第一侧边21、一第二侧边22、一第三侧边22、一第四侧边24、一第一打孔折线251及一第一割断线261。该第二侧边22相对于该第一侧边21。该第四侧边24相对于该第三侧边23。该第一打孔折线251平行于该第三侧边23。该第一割断线261垂直于该第三侧边23。
此外，该第一纸体20也可具有一第二打孔折线252、一第三打孔折线253、一第二割断线262及一第四打孔折线254。该第二打孔折线252平行于该第三侧边23，且该第二打孔折线252位于该第一打孔折线251的延伸方向上。该第三打孔折线253垂直于该第三侧边23，且该第三打孔折线253位于该第一割断线261的延伸方向上。该第二割断线262平行于该第二打孔折线252，且该第二割断线262与该第二打孔折线252间具有一第一距离D1。该第四打孔折线254平行于该第一打孔折线251，且该第四打孔折线254与该第一打孔折线251间具有一第二距离D2。在本实施例中，该第二距离D2与该第一距离D1相等。
该无线射频识别标签10设置于该第一纸体20上，且该无线射频识别标签10位于该第一打孔折线251与该第三侧边23之间。该无线射频识别标签10包括一信号源结构11、一辐射结构12、一隔离结构13及一基材14。
该信号源结构11包括一环形天线111及一无线射频识别芯片112。该无线射频识别芯片112电性连接该环形天线111。
该辐射结构12围绕该信号源结构11。该辐射结构12包括一弯曲部121及一U型部122。该弯曲部212的一端连接该U型部122。该U型部122具有一水平线段122P及二垂直线段122V，该水平线段122P的两端分别连接各该垂直线段122V。在本实施例中，该信号源结构11是位于该U型部122内，即该信号源结构11位于该二垂直线段122V之间。
该隔离结构13间隔设置于该辐射结构12的一侧。该隔离结构13不连接该辐射结构12，且该隔离结构13与该U型部122间具有一间距G。优选地，该隔离结构13是呈直线状。
该基材14用以承载该信号源结构11、该辐射结构12及该隔离结构13。在本实施例中，该信号源结构11、该辐射结构12及该隔离结构13是以印刷电路板制程形成于该基材14上。
图10显示本发明标签纸产品的无线射频识别标签直立后的立体图。配合参阅图9及图10，经由该第一纸体20的该第一打孔折线251、该第二打孔折线252、该第三打孔折线253、该第一割断线261及该第二割断线262，可将该无线射频识别标签10折叠直立，以使该标签纸产品1可使用于金属物上。在本实施例中，该第一打孔折线251、该第二打孔折线252及该第三打孔折线253可降低该无线射频识别标签10折叠直立后的张力影响。
图11显示本发明标签纸产品的第二纸体的示意图。图12显示本发明标签纸产品的第二纸体贴附于第一纸体的示意图。配合参阅图11及图12，该标签纸产品1可另包括一第二纸体30。该第二纸体30贴附于该第一纸体20，并使该无线射频识别标签10内嵌于该第二纸体30与该第一纸体20之间。该第二纸体30除了可增加该标签纸产品1的结构强度外，也可保护该无线射频识别标签10。
此外，该第二纸体30可具有多条割断线30C，方便用户易于撕开标签，同时也不会粘在手上，并可确保标签纸产品被压平后，不会粘在贴附物上。优选地，该第二纸体30为离型纸。
本发明的标签纸产品1设置于金属物上时，不仅能有效降低金属物对其天线特性的影响，也可容许标签倾斜角度达±60度。此外，本发明的标签纸产品1已在钢卷线完成批量实测，其最远读取距离可达12公尺以上，效能远优于已知标签产品。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化而仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如后述的申请专利范围所列。
符号说明
1 标签纸产品
10 无线射频识别标签
11 信号源结构
111 环形天线
112 无线射频识别芯片
12 辐射结构
121 弯曲部
122 U型部
122P 水平线段
122V 垂直线段
13 隔离结构
14 基材
20 第一纸体
21 第一侧边
22 第二侧边
23 第三侧边
24 第四侧边
251 第一打孔折线
252 第二打孔折线
253 第三打孔折线
254 第四打孔折线
261 第一割断线
262 第二割断线
30 第二纸体
30C 割断线
D1 第一距离
D2 第二距离
G 间距
M 金属物
X, Y, Z 三维轴向。

Claims (15)

1.一种无线射频识别标签，包括：
一信号源结构，包括一环形天线及一无线射频识别芯片，该无线射频识别芯片电性连接该环形天线；
一辐射结构，围绕该信号源结构；
一隔离结构，间隔设置于该辐射结构的一侧；及
一基材，用以承载该信号源结构、该辐射结构及该隔离结构，
其中该隔离结构是呈直线状，
其中该辐射结构包括一弯曲部及一U型部，该U型部具有一水平线段及二垂直线段，该水平线段的两端分别连接各该垂直线段，该隔离结构与该水平线段间具有一间距，从而降低金属物对天线特性的影响，
其中实部阻抗是由该辐射结构所调控，而虚部阻抗则由该信号源结构所决定，并且
其中该弯曲部的一端连接该U型部的所述水平线段。
2.如权利要求1的无线射频识别标签，
其中该信号源结构位于该U型部内。
3.如权利要求1的无线射频识别标签，
其中该信号源结构位于该二垂直线段之间。
4.如权利要求1的无线射频识别标签，
其中该隔离结构不连接该辐射结构。
5.一种标签纸产品，包括：
一第一纸体；及
一无线射频识别标签，设置于该第一纸体上，该无线射频识别标签包括：
一信号源结构，包括一环形天线及一无线射频识别芯片，该无线射频识别芯片电性连接该环形天线；
一辐射结构，围绕该信号源结构；
一隔离结构，间隔设置于该辐射结构的一侧；及
一基材，用以承载该信号源结构、该辐射结构及该隔离结构，
其中该隔离结构是呈直线状，
其中该辐射结构包括一弯曲部及一U型部，该U型部具有一水平线段及二垂直线段，该水平线段的两端分别连接各该垂直线段，该隔离结构与该水平线段间具有一间距，从而降低金属物对天线特性的影响，
其中实部阻抗是由该辐射结构所调控，而虚部阻抗则由该信号源结构所决定，并且
其中该弯曲部的一端连接该U型部的所述水平线段。
6.如权利要求5的标签纸产品，
其中该第一纸体具有一第一侧边、一第二侧边、一第三侧边、一第四侧边、一第一打孔折线及一第一割断线，该第二侧边相对于该第一侧边，该第四侧边相对于该第三侧边，该第一打孔折线平行于该第三侧边，该第一割断线垂直于该第三侧边，该无线射频识别标签位于该第一打孔折线与该第三侧边之间。
7.如权利要求6的标签纸产品，
其中该第一纸体另具有一第二打孔折线、一第三打孔折线及一第二割断线，该第二打孔折线平行于该第三侧边，且该第二打孔折线位于该第一打孔折线之延伸方向上，该第三打孔折线垂直于该第三侧边，且该第三打孔折线位于该第一割断线之延伸方向上，该第二割断线平行于该第二打孔折线，且该第二割断线与该第二打孔折线间具有一第一距离。
8.如权利要求7的标签纸产品，
其中该第一纸体另具有一第四打孔折线，该第四打孔折线平行于该第一打孔折线，且该第四打孔折线与该第一打孔折线间具有一第二距离。
9.如权利要求8的标签纸产品，
其中该第二距离与该第一距离相等。
10.如权利要求5的标签纸产品，
另包括一第二纸体，该第二纸体贴附于该第一纸体，且该无线射频识别标签内嵌于该第二纸体与该第一纸体之间。
11.如权利要求10的标签纸产品，
其中该第二纸体是为离型纸。
12.如权利要求10的标签纸产品，
其中该第二纸体具有多条割断线。
13.如权利要求5的标签纸产品，
其中该信号源结构位于该U型部内。
14.如权利要求5的标签纸产品，
其中该信号源结构位于该二垂直线段之间。
15.如权利要求5的标签纸产品，
其中该隔离结构不连接该辐射结构。
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