DE602004004482T2

DE602004004482T2 - Antenne für Funkfrequenz-Identifikation

Info

Publication number: DE602004004482T2
Application number: DE602004004482T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Chiyoda Usami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: JP4177241B2; EP1538560A3; EP1538560A2; US20050134460A1; JP2005167813A; EP1538560B1; DE602004004482D1; US7256739B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Antennen für die Hochfrequenzidentifikation zur drahtlosen Identifikation und insbesondere eine Miniaturisierung davon.
Es wurde bereits eine Technik vorgeschlagen, bei der die Impedanzanpassung einer Antenne für die Hochfrequenzidentifikation (RFID) mit einem Antennenmuster erfolgt, das parallel zu einer Hauptantenne liegt. Im allgemeinen wird die höchste Wirkung erhalten, wenn die Antenne eine Länge hat, die der Hälfte der Wellenlänge der verwendeten Frequenz (λ/2) entspricht. Es gibt auch den Fall, daß zur Miniaturisierung einer Vorrichtung eine geerdete λ/4-Antenne verwendet wird (siehe die US 6100804 B ).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der genannten bekannten Technik wird die Antenne aus einer Anzahl von mehreren getrennten Antennenmustern aufgebaut. Es ist jedoch schwierig, mit einem solchen Aufbau eine kompakte Antenne zu realisieren.
An Waren oder Produkten wird ein RFID-Etikett angebracht, um mit Hilfe einer RFID-Identifikationsnummer und dergleichen den Warenfluß zu steuern, die Qualität des Produkts zu kontrollieren und so weiter. Unter dem Radiogesetz von Japan liegen die Hauptfrequenzbänder für RFID bei 2,45 GHz, 13,56 MHz und 125 kHz. Auch bei 2,45 GHz beträgt die halbe Wellenlänge immer noch etwa 6 cm. Wenn die Wirksamkeit einer Antenne von Bedeutung ist, liegt die Größe der Antenne daher bei etwa 6 cm, das heißt die Antenne ist sehr groß.
Die Größe (Länge, Breite) des RFID-Etiketts wird damit von der Größe der Antenne bestimmt, was zu einer Situation führt, in der die Größe des RFID-Etiketts die Größe vieler Waren und Produkte übertrifft, an denen es angebracht werden soll, wenn die Ware oder das Produkt ein kleiner Gegenstand wie etwa eine Medizinflasche ist. Eine solche Situation, bei der die Größe des RFID-Etiketts die Größe der Ware oder des Produkts übertrifft, an der bzw. an dem es angebracht werden soll, ist nicht günstig, da sich das RFID-Etikett bei der Produktion, Verteilung, dem Transport und dergleichen der Ware oder des Produkts leicht ablöst.
Die US 2003/063002 A1 beschreibt eine Antenne mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 und 3.
Die EP 1055943 A2 beschreibt einen Mikrostrip-Patch, der als resonante Antenne konzipiert ist.
Es soll eine Antenne geschaffen werden, die vereinheitlicht werden kann und die kompakt ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Größe der Antenne zu verringern, um eine Verringerung der Größe der die Antenne enthaltenden RFID-Etiketten zu ermöglichen und RFID-Etiketten und dergleichen zu erzeugen, die nicht größer sind als die Objekte, an denen sie angebracht werden sollen.
Diese Aufgabe wird mit den Antennen gelöst, die in den Patentansprüchen 1 und 3 definiert sind. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Modifikationen der Erfindung.
Entsprechend der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine integrierte und kompakte Antenne herzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung läßt sich anhand der Beschreibung erkennen, die in Verbindung mit den Zeichnungen folgt. Es zeigen:
1A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1B eine Schnittansicht des RFID-Etiketts längs der Linie A-A' in der 1A.
2 eine Blockdarstellung des Aufbau des RFID-Etiketts bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 eine Blockdarstellung des Prinzips des Betriebs der Antenne für das RFID-Etikett bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 eine Darstellung von Kennlinien der Antenne für das RFID-Etikett bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 eine weitere Darstellung von Kennlinien der Antenne für das RFID-Etikett bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6B eine Schnittansicht des RFID-Etiketts längs der Linie A-A' in der 6A.
7A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7B eine Schnittansicht des RFID-Etiketts längs der Linie A-A' in der 7A.
8A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8B eine Schnittansicht des RFID-Etiketts längs der Linie A-A' in der 8A.
9 eine perspektivische Ansicht eines RFID-Etiketts mit einer Antenne nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10B eine Schnittansicht des RFID-Etiketts längs der Linie A-A' in der 10A.
11 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des RFID-Etiketts mit der Antenne nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13B eine Schnittansicht des RFID-Etiketts längs der Linie A-A' in der 13A.
14A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14B eine Schnittansicht A-A' des RFID-Etiketts der 14A.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, bei der ein RFID-Etikett gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an einem Aufnahmebehälter angebracht ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wenn die Größe einer Antenne kleiner ist als die halbe Wellenlänge der verwendeten Frequenz, ist es aufgrund ihrer Eigenschaften unmöglich, eine Resonanzbedingung zu erhalten, so daß keine wirkungsvolle Übertragung und kein wirkungsvoller Empfang unter bester Ausnutzung der maximalen elektrischen Leistung erfolgen kann. Es ist auch erforderlich, die elektrische Leistung an der Verbindungsstelle zwischen der Hochfrequenz-Ausgangsschaltung und der Antenne wirkungsvoll weiterzuleiten und zu verhindern, daß Funkwellenreflexionsprobleme auftreten. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher der Nachteil, der sich aus der Situation ergibt, daß aufgrund einer verringerten Größe der Antenne auf weniger als die halbe Wellenlänge keine Resonanz erhalten wird, durch eine Anpassung der Impedanz der Schaltung (die in der Regel eine integrierte Halbleiterschaltung ist) des RFID-Etiketts an die der Antenne kompensiert.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die 1A eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 1B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 1A.
Auf einem Basisfilm 106 ist mittels eines leitenden Musters eine Antenne 101 ausgebildet. In der Antenne 101 ist eine Öffnung 102 (im folgenden auch als Schlitz bezeichnet) ausgebildet. Ein RFID-Chip 103 ist mit einem ersten Bump 104 und einem zweiten Bump 105 versehen, wobei der RFID-Chip 103 und die Antenne 101 über die Bumps 104 und 105 miteinander verbunden sind, die als Verbindungspunkte dienen. Die Impedanz zwischen den Bumps 104 und 105 (die Eingangimpedanz des RFID-Chips 103) wird bei 2,45 GHz zum Beispiel auf 60 Ω eingestellt. Es kann auch ein Aufbau verwendet werden, bei dem die Länge der Antenne durch die Verwendung eines Basismaterials mit einer großen Dielektrizitätskonstante für den Basisfilm 106 verringert wird.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch, daß die Antenne 101 mit dem Schlitz 102 versehen ist, eine Impedanzanpassung zwischen der Antenne 101 und dem RFID-Chip 103 erreicht.
Wenn auf die Antenne 101 eine Mikrowelle mit 2,45 GHz eingestrahlt wird, fließt in der Antenne 101 ein Hochfrequenzstrom. Wenn die Anpassung der Eingangsimpedanz (60 Ω) des RFID-Chips 103 an die Impedanz der Antenne stimmt, kann der durch die Antenne 101 fließende Hochfrequenzstrom am wirkungsvollsten zum RFID-Chip 103 geführt werden. Wenn die Anpassung der Eingangsimpedanz des RFID-Chips 103 an die Impedanz der Antenne nicht stimmt, wird der Hochfrequenzstrom an den Verbindungspunkten (den Bumps 104 und 105) reflektiert, so daß nicht genügend Energie zum RFID-Chip 103 gelangt, um diesen zu betreiben. Im Ergebnis wird die Starke des dem RFID-Chip 103 zugeführten Signals abgeschwächt.
Die 2 ist eine Blockdarstellung des Aufbaus des RFID-Etiketts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der RFID-Chip 103 umfaßt eine Gleichrichterschaltung 302, eine Taktextraktionsschaltung 303, einen Lastschalter 304 und eine Zähler/Speicherschaltung 305.
Die Antenne 101 ist mit der Gleichrichterschaltung 302 verbunden. Der durch die Antenne 101 fließende Hochfrequenzstrom wird in der Gleichrichterschaltung 302 gleichgerichtet und dann in die Taktextraktionsschaltung 303 eingegeben. In der Taktextraktionsschaltung 303 werden aus dem hochfrequenten Trägersignal die Breite und der Abstand der Taktsignale mit hoher Genauigkeit extrahiert. Die extrahierten niederfrequenten Taktimpulse werden in die Zähler/Speicherschaltung 305 eingegeben, die dann Prozesse wie eine Zertifikation des RFID-Etketts ausführt.
Das Ausgangssignal der Zähler/Speicherschaltung 305 wird in den Lastschalter 304 eingegeben. Der Lastschalter 304 ist eine Schaltvorrichtung aus MOSFETs, die mittels Änderung der Impedanz bezüglich der Antenne 101 (der Impedanz zwischen den Bumps 104 und 105) eine Lastmodulation ausführt. Das modulierte Signal wird als Datensignal von der Antenne 101 zu einem Lesegerät für RFID-Etiketten gesendet.
Die Eingangsimpedanz der Gleichrichterschaltung 302 wird durch den Wert der internen Last bestimmt, mit anderen Worten durch das Schaltschema der Gleichrichterschaltung 302, die Form der Gleichrichter, die parasitäre Effekte der Gleichrichterschaltung und dergleichen. In der Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung 302 ist die parasitäre Kapazität ein wichtiger Impedanzfaktor. Wenn die Anpassung zwischen der Antenne 101 und der Gleichrichterschaltung 302 nicht gut ist, wird die Energie von der Antenne 101 nicht ausreichend gut zur der Gleichrichterschaltung 302 geführt. Um eine Anpassung bei hoher Frequenz zu erhalten, muß die Antennenleitung als verteilter Konstantkreis behandelt werden. Es ist auch erforderlich, daß die Antenne 101 nicht nur als Resonanzkreis dient, sondern auch als Anpaßschaltung für den Hochfrequenzstrom zum RFID-Chip. Angepaßt heißt dann, daß der Hochfrequenzstrom von der Antenne 101 in den RFID-Chip 103 eingegeben wird, ohne am Übergangsabschnitt zum anderen System (den Verbindungspunkten zwischen der Antenne 101 und dem RFID-Chip 103) reflektiert zu werden.
Es ist daher erforderlich, die Antenne mit einer Anpaßschaltung zu versehen. Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Schlitz 102 im Anschlußab schnitt (zwischen den Bumps 104 und 105) des RFID-Chips 103 ausgebildet. Mit anderen Worten ist erforderlich, daß der RFID-Chip 103 am Endabschnitt des Schlitzes 102 angeordnet wird. Dieser Schlitz 102 befindet sich hinsichtlich Gleichstrom auf der gleichen Spannung. Der Strom fließt jedoch als Wechselstrom, so daß die Form des Schlitzes 102 von Bedeutung ist. Der Schlitz 102 bildet bezüglich der Eingangsanschlüsse (den Bumps 104 und 105) des RFID-Chips 103 einen Konstantkreis mit verteiltem Strom.
Die 3 ist eine Blockdarstellung des Wirkprinzips der Antenne für das RFID-Etikett bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sie zeigt das Ersatzschaltbild des Schlitzes 102, wenn die Antenne 101 mit dem RFID-Chip 103 verbunden ist.
Der Schlitz 102 bildet einen verteilten Konstantkreis. Die Schlitzlänge bestimmt die Induktivität L, und die Kapazität C ist umgekehrt proportional zur Schlitzbreite. Die charakteristische Impedanz des verteilten Konstantkreises wird durch die Quadratwurzel ausgedrückt, die sich beim Teilen der Induktivität L durch die Kapazität C ergibt. Folglich ist die Schlitzlänge in etwa proportional zur Induktivität L, und wenn der Schlitz länger gemacht wird, nimmt die Induktivität L zu. Die Schlitzbreite steht zur Kapazität C in einer umgekehrt proportionalen Beziehung; wenn der Schlitz breiter wird, nimmt die Kapazität C ab.
Wenn die Anpassung dadurch erfolgt, daß die Anschlüsse des verteilten Konstantkreises so festgelegt werden, daß sich die gleiche Impedanz ergibt, kann die Energie ohne Reflektion übertragen werden. Wenn die Breite des Schlitzes vergrößert wird, nimmt die Kapazität C ab. Damit die charakteristische Impedanz auf dem gleichen Wert bleibt, ist es dann erforderlich, die Induktivität L durch elektrisches Verkürzen der Schlitzlänge zu verringern.
Auf diese Weise kann durch das Einstellen der Schlitzlänge und der Schlitzbreite immer eine Impedanzanpassung erfolgen, auch wenn sich die Eingangsimpedanz des RFID-Chips ändert. Mit geringer Schlitzlänge läßt sich leicht eine kompakte Antenne realisieren. Bei einer großen Schlitzbreite braucht die Produktionsgenauigkeit nicht besonders groß zu sein (zum Beispiel kann Aluminium gestanzt werden), wodurch die Antenne zu einem kleinen Preis hergestellt werden kann.
Die 4 ist eine Kennliniendarstellung der Antenne für das RFID-Etikett bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sie zeigt die Ergebnisse von Experimenten, bei denen der Kommunikationsabstand zwischen der Antenne des Lesegeräts und dem RFID-Etikett mit der Antenne der 1 bei verschiedenen Schlitzlängen und Schlitzbreiten gemessen wird.
In der 4 sind die Ergebnisse gezeigt, die mit Schlitzlängen von 3 mm, 4 mm und 5 mm erhalten werden. Es ist ersichtlich, daß mit kürzerer Schlitzlänge die Schlitzbreite zunimmt, mit der der maximale Kommunikationsabstand erhalten wird, und daß sich der Bereich an Schlitzbreiten erweitert, bei denen stabil der maximale Kommunikationsabstand (250 mm) erhalten wird. Mit Bezug zur 3 ist ersichtlich, daß, wenn die Schlitzbreite vergrößert wird, um die Kapazität C zu verringern, es erforderlich ist, die Induktivi tät L zu verkleinern, damit die charakteristische Impedanz auf dem gleichen Wert bleibt. Mit anderen Worten ist es erforderlich, die Schlitzlänge elektromagnetisch zu verkürzen, die zu den Meßdaten der 4 paßt. In der 4 beträgt der maximale Kommunikationsabstand 250 mm, was nicht an der Antennenform liegt, sondern an Faktoren wie dem Ausgangssignal des Lesegeräts und dergleichen.
Erfindungsgemäß ermöglicht es die Einstellung der Größe (Länge und Breite) des Schlitzes zur Impedanzanpassung, eine kompakte Antenne zu konstruieren. Mit anderen Worten ist es nicht wie im herkömmlichen Fall erforderlich, ein vom Antennenmuster getrenntes Muster zu verwenden, so daß die Antenne als integrierte, rechteckige, kompakte Antenne konstruiert werden kann. Durch Vergrößern der Schlitzbreite kann die Schlitzlänge verkleinert werden, um die Antenne zu miniaturisieren. Das heißt, daß es möglich ist, die Antenne insgesamt zu verkürzen, ein wichtiges Kriterium zur Herstellung einer erfindungsgemäßen kompakten Antenne. Aus der 4 ist ersichtlich, daß der Kommunikationsabstand bei einer Schlitzbreite von 0,4 mm oder mehr stabil bleibt.
Die 5 ist eine weitere Darstellung von Kennlinien der Antenne für das RFID-Etikett gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sie zeigt die Meßdaten der 4 als Beziehung zwischen der Schlitzbreite und der Schlitzlänge.
Die 5 zeigt einen Bereich, in dem ein Kommunikationsabstand von 200 mm erhalten wird, und einen Bereich, in dem der maximale Kommunikationsabstand (250 mm) erhalten wird.
Aus der 5 ist ersichtlich, daß es möglich ist, die Schlitzbreite durch Verkürzen der Schlitzlänge zu erhöhen. Auch ist zu ersehen, daß, wenn die Schlitzlänge abnimmt, der zulässige Bereich für die Schlitzbreite zunimmt. Dies ist nachvollziehbar, da ein verteilter Konstantkreis genau genommen eine Mischung aus einem verteilten Konstantkreis und einem konzentrierten Konstantkreis ist und die Schlitzbreite größer werden muß, wenn die Schlitzlänge kleiner wird.
Wenn die Schlitzlänge 5 mm beträgt, ist es erforderlich, die Antenne unter der Bedingung zu konstruieren, daß die Schlitzbreite 0,4 mm beträgt, während die Größe der Antenne dadurch festgelegt ist, daß ihre Länge gleich oder größer der Schlitzlänge (5 mm) ist. Wenn die Schlitzlänge 3 mm beträgt, ist es möglich, mit einer Schlitzbreite zwischen 1,0 mm und 1,4 mm den maximalen Kommunikationsabstand zu erhalten. Im Ergebnis ist es möglich, eine kompakte Antenne mit einer geringeren Produktionsgenauigkeit unter Verwendung ökonomischer Spezifikationen mit geringen Kosten herzustellen.
Wie in den 6A bis 8B gezeigt, ist die Gesamtfläche der Antenne die Summe aus der Fläche des Leiters, der die Antenne bildet, und der Fläche des Schlitzes. Durch Festlegen einer Schlitzgröße mit einer Schlitzlänge von 2,4 mm bis 3,0 mm, einer Schlitzbreite von 1,0 mm bis 1,4 mm und einer Schlitzfläche von 3,0 bis 4,2 mm kann eine kompakte Antenne mit einer maximalen Abmessung (Länge oder Breite) von 3,0 mm oder weniger hergestellt werden, mit der der maximale Kommunikationsabstand oder ein in der Nähe des Maximums liegender Kommunikationsabstand erhalten wird.
Wie in den 5 bis 12 gezeigt, ist die maximale Abmessung (Länge oder Breite) der Antenne nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Schlitzlänge und die Schlitzbreite definiert und wird von der Abmessung bestimmt, die von der Schlitzlänge und der Schlitzbreite die größere ist.
Wenn mit anderen Worten die Schlitzlänge größer ist als die Schlitzbreite (Schlitzlänge> Schlitzbreite), ist die Antennenlänge größer als die Antennenbreite (Antennenlänge > Antennenbreite), und die maximale Größe der Antenne wird von der Antennenlänge bestimmt. In diesem Fall ist zum Beispiel die maximale Größe der Antenne die Summe aus der Breite des Leiters, der die Antenne bildet, und der Schlitzlänge. Wenn dagegen die Schlitzlänge kleiner ist als die Schlitzbreite (Schlitzlänge < Schlitzbreite), ist die Antennenlänge kleiner als die Antennenbreite (Antennenlänge <Antennenbreite), und die maximale Größe der Antenne wird von der Antennenbreite bestimmt.
Die maximale Größe der Antenne ist entsprechend dann minimal, wenn die Antennenlänge gleich der Antennenbreite ist (Antennenlänge = Antennenbreite). In diesem Fall ist zum Beispiel die maximale Größe der Antenne die Summe aus der Breite des Leiters, der die Antenne bildet, und der Schlitzbreite. Mit anderen Worten ist die maximale Größe der Antenne dann minimal, wenn die Schlitzlänge gleich der Schlitzbreite ist. In der 13 ist eine auf diese Weise konstruierte Antenne gezeigt. In der 5 zeigt eine gerade Linie die Punkte an, an der die Schlitzlänge gleich der Schlitzbreite ist.
Wenn der Schlitz so ausgebildet wird, daß in dem Bereich der 5, in dem der maximale Kommunikationsabstand erhalten wird, die Schlitzgröße auf der geraden Linie für die Punkte liegt, an der die Schlitzlänge gleich der Schlitzbreite ist, oder wenn mit anderen Worten der Schlitz so ausgebildet wird, daß die Schlitzlänge gleich der Schlitzbreite ist und jeweils 2,0 bis 2,4 mm beträgt, wird die maximale Größe der Antenne bei maximalem Kommunikationsabstand minimal.
Wie aus der 5 zu ersehen ist, kann durch Ausbilden in der Form der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein RFID-Chip hergestellt werden, bei dem die Antenne miniaturisiert ist und gleichzeitig ein in der Praxis akzeptabler Kommunikationsabstand sichergestellt ist. Die Verringerung des Kommunikationsabstands durch die Miniturisierung liegt im akzeptablen Bereich. Die Miniaturisierung der Antenne ermöglicht es auch, das mit der Antenne versehene RFID-Etikett zu miniaturisieren, wodurch der Bereich der Gegenstände erweitert wird, an den das RFID-Etikett angebracht werden kann. Zum Beispiel kann das RFID-Etikett auf dem Deckel einer kleinen Medizinflasche und dergleichen angebracht werden.
Die 6A ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 6B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 6A.
Die Antenne der zweiten Ausführungsform ist eine verkürzte Antenne, bei der sich der Rand der Antenne durch Verkleinern der äußeren Breite der Antenne 501 (durch Festlegen der Breite des die Antenne bildenden Leiters auf 1 mm oder weniger zum Beispiel) in der Nähe des Schlitzes befindet. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Bei der zweiten Ausführungsform ist durch ein leitendes Muster auf einem Basisfilm 106 eine Antenne 501 ausgebildet. In der Antenne 501 ist ein Schlitz 102 ausgebildet. Die Antenne 501 ist mit dem ersten Bump 104 und dem zweiten Bump 105 eines RFID-Chips 103 verbunden.
Die 7A ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 7B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 7A.
Bei der Modifikation der zweiten Ausführungsform ist wie bei der ersten Ausführungsform der 6 durch ein leitendes Muster auf einem Basisfilm 106 eine Antenne 601 ausgebildet. In der Antenne 601 ist ein Schlitz 602 ausgebildet. Die Antenne 601 ist mit dem ersten Bump 104 und dem zweiten Bump 105 eines RFID-Chips 103 verbunden.
Wie beschrieben wird bei der zweiten Ausführungsform durch Verkleinern der Schlitzbreite des elektrischen Leiters für den äußeren Bereich der Antenne die Schlitzlänge verkürzt, damit die Antenne miniaturisiert werden kann. Bei der Modifikation der 7 ist die Schlitzbreite 602 teilweise vergrößert, wodurch die Schlitzlänge zur Miniaturisierung der Antenne weiter verkürzt werden kann.
Die 8A ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 8B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 8A.
Die Antenne der dritten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite der Antenne 601 eine Abdeckschicht 702 mit einer großen Dielektrizitätskonstante vorgesehen ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Bei der dritten Ausführungsform wird die Antenne 601 von einem leitenden Muster auf einem Basisfilm 701 mit einer großen Dielektrizitätskonstante gebildet. In der Antenne 601 ist ein Schlitz 602 ausgebildet. Die Antenne 601 ist mit dem ersten Bump 104 und dem zweiten Bump 105 eines RFID-Chips 103 verbunden.
Wie beschrieben ist bei der dritten Ausführungsform die Abdeckschicht 702 mit einer großen Dielektrizitätskonstante vorgesehen, die die Oberseite der Antenne 601 bedeckt, so daß die Antenne 601 zwischen dem Basisfilm 701 mit einer großen Dielektrizitätskonstante und der Abdeckschicht 702 mit einer großen Dielektrizitätskonstante liegt. Mit diesem Aufbau wird ein Wellenlängen-Verkürzungseffekt erreicht, der es ermöglicht, die Antenne zu miniaturisieren, ohne den Kommunikationsabstand zu verringern.
Die 9 ist eine perspektivische Ansicht eines RFID-Etiketts mit einer Antenne gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das RFID-Etikett der vierten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß ein RFID-Chip 804 verwendet wird, der auf zwei Oberflächen Elektroden aufweist. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Die aus einem elektrischen Leiter bestehende Antenne 801 (zum Beispiel aus einem leitenden Muster auf einem Basisfilm) ist mit einem Schlitz 802 und mit einem umgefalteten Abschnitt 803 versehen, der sich vom Antennenleiter weg erstreckt und der in eine Position gefaltet ist, in der er die Antenne 801 überlappt. Der RFID-Chip 804 mit Elektroden auf zwei Oberflächen ist unter dem gefalteten Abschnitt 803 angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Ende der Antenne 801 mit der einen Elektroden auf einer Seite des RFID-Chips 804 verbunden und ein Ende des gefalteten Abschnitts 803 mit der anderen Elektrode auf der anderen Seite des RFID-Chips 804.
Auch bei dem Aufbau der vierten Ausführungsform gelten die in der 4 gezeigten Beziehungen zwischen der Schlitzlänge und der Schlitzbreite. Um eine Antenne mit kleiner Antennenlänge herzustellen, ist es wichtig, die Schlitzlänge zu verringern und die Schlitzbreite zu erhöhen.
Wie beschrieben weist die vierte Ausführungsform eine Sandwichstruktur auf, bei der die Antenne 801 gefaltet und mit Elektroden auf beiden Seiten des RFID-Chips 804 verbunden ist, so daß es möglich ist, eine kompaktere Antenne herzustellen.
Die 10A ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 10B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 10A.
Die Antenne für das RFID-Etikett der fünften Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitz in einer schrägen Richtung vorgesehen ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten bis vierten Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Die Antenne 910, 911 auf dem Basisfilm 906 weist einen Schlitz 802 auf. Der Schlitz 802 bildet dadurch eine Trenn-Nut 908, daß er sich in schräger Richtung erstreckt und die Antenne in zwei Endabschnitte 910 und 911 teilt. Der Endabschnitt 910 der Antenne ist mit einer der Elektroden auf den beiden Seiten eines RFID-Chips 804 verbunden. Der Endabschnitt 911 der Antenne ist mit der für einen Deckfilm 904 vorgesehenen Abdeckmetallisierung 903 verbunden.
Die leitende Abdeckmetallisierung 903 ist auf der Unterseite des Deckfilms 904 vorgesehen. Zwischen dem Basisfilm 906 und dem Deckfilm 904 (zwischen der Antenne 910, 911 und der Abdeckmetallisierung 903) ist eine Schicht eines anisotropen leitenden Klebstoffs 905 vorgesehen. Der anisotrope leitende Klebstoff 905 leitet im Normalzustand nicht, sondern nur dann, wenn in einer bestimmten Richtung ein Druck aufgebracht wird. Durch Aufbringen eines Drucks an dem Kontaktpunkt 909 auf der Seite der Antenne 911 auf dem Basisfilm 906 (Aufbringen eines Drucks zum Beispiel von der Seite des Deckfilms 904, wie es in der 10 gezeigt ist), wird zwischen der Antenne 911 auf dem Basisfilm 906 und der Abdeckmetallisierung 903 des Deckfilms 904 eine elektrische Verbindung hergestellt.
Eine der Elektroden des RFID-Chips 804 ist mit dem Endabschnitt 910 der Antenne verbunden. Die andere Elektrode des RFID-Chips 804 ist mit der Abdeckmetallisierung 903 des Deckfilms 904 verbunden.
Auch bei dem Aufbau der vierten Ausführungsform gelten die in der 4 gezeigten Beziehungen zwischen der Schlitzlänge und der Schlitzbreite. Um eine Antenne mit kleiner Antennenlänge herzustellen, ist es wichtig, die Schlitzlänge zu verringern und die Schlitzbreite zu erhöhen.
Anhand der 11 wird nun ein Verfahren zum Herstellen des RFID-Etiketts der 10A und 10B erläutert.
Zuerst wird an vorgegebenen Positionen auf dem Basisfilm 906, auf dem fortlaufend eine Anzahl von Antennen ausgebildet sind, eine Anzahl von RFID-Chips 804 angebracht und dann der anisotrope leitende Klebstoff 905 aufgebracht. Danach wird der Deckfilm 904, auf dem sich fortlaufend eine Anzahl von Abdeckmetallisierungen 903 befindet, auf den Basisfilm 906 gelegt und auf die Kontaktpunkte 909 von der Seite des Deckfilms 904 gedrückt. Schließlich wird der Basisfilm 906 und der Deckfilm 904 längs der Linien C geschnitten. Auf diese Weise werden die RFID-Etiketten der 10A und 10B hergestellt.
Bei der fünften Ausführungsform ermöglicht es der wie beschrieben in schräger Richtung verlaufende Schlitz, die Toleranz gegenüber Verschiebungen in der Anordnungsposition des RFID-Chips 804 und der Position des Kontaktpunktes 909 zu erhöhen. Im Ergebnis kann das RFID-Etikett zu einem kleinen Preis hergestellt werden.
Die 12 ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Antenne für das RFID-Etikett der sechsten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eckbereiche der Antenne gemäß der in der 7 gezeigten Modifikation der zweiten Ausführungsform entfernt wurden. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten bis fünften Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Bei der vorliegenden sechsten Ausführungsform wird wie bei der in der 7 gezeigten Modifikation der zweiten Ausführungsform durch ein leitendes Muster auf einem Basisfilm 106 eine Antenne 601 ausgebildet. In der Antenne 601 ist ein Schlitz 602 ausgebildet. Bei der sechsten Ausführungsform fließt, da die Eckbereiche 1001 der Antenne 601 entfernt wurden, der Hochfrequenzstrom hauptsächlich in der Umgebung des Mittelabschnitts der Antenne 601 und nicht in den Eckbereichen der Antenne 601. Auch wenn die Eckbereiche der Antenne 601 entfernt werden, wird davon die Leistungsfähigkeit der An tenne nicht beeinflußt. Die Antenne 601 ist mit dem ersten Bump 104 und dem zweiten Bump 105 eines RFID-Chips 103 verbunden.
Auch bei dem Aufbau der vierten Ausführungsform gelten die in der 4 gezeigten Beziehungen zwischen der Schlitzlänge und der Schlitzbreite. Um eine Antenne mit kleiner Antennenlänge herzustellen, ist es wichtig, die Schlitzlänge zu verringern und die Schlitzbreite zu erhöhen.
Wie beschrieben macht es bei der sechsten Ausführungsform das Entfernen der Eckbereiche der Antenne ohne Beeinflussung der Leistungsfähigkeit der Antenne möglich, die Antenne zu miniaturisieren, um ein RFID-Etikett zu realisieren, das in engen und kleinen Räumen angebracht werden kann.
Die 13A ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 13B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 13A.
Die Antenne für das RFID-Etikett der siebten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß sie quadratisch ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten bis sechsten Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Bei der siebten Ausführungsform wird eine Antenne 1201 mit quadratischer Form durch ein leitendes Muster auf einem Basisfilm 1202 mit quadratischer Form ausgebildet. In der Antenne 1201 ist ein Schlitz mit einer quadratischen Form ausgebildet. Mit anderen Worten wird eine Form verwendet, bei der die Länge des Schlitzes und die Breite des Schlitzes gleich oder annähernd gleich groß sind. Die Antenne 1201 ist mit dem ersten Bump 104 und dem zweiten Bump 105 eines RFID-Chips 103 verbunden.
Die 14A ist eine Aufsicht auf ein RFID-Etikett mit einer Antenne gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 14B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der 14A.
Die Antenne für das RFID-Etikett der achten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß sie kreisförmig ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedes Konstruktionselement, das auf die gleiche Weise funktioniert wie bei der ersten bis siebten Ausführungsform, das gleiche Bezugszeichen aufweist und nicht mehr genauer beschrieben wird.
Bei der achten Ausführungsform wird eine Antenne 1301 mit Kreisform durch ein leitendes Muster auf einem Basisfilm 1302 mit Kreisform ausgebildet. In der Antenne 1301 ist ein Schlitz in Kreisform ausgebildet. Mit anderen Worten wird eine Form verwendet, bei der die Länge des Schlitzes und die Breite des Schlitzes gleich oder annähernd gleich groß sind. Die Antenne 1301 ist mit dem ersten Bump 104 und dem zweiten Bump 105 eines RFID-Chips 103 verbunden.
Auch bei dem Aufbau der siebten und der achten Ausführungsform gelten die in der 4 gezeigten Beziehungen zwischen der Schlitzlänge und der Schlitzbreite. Bei der siebten Ausführungsform ist die Schlitzlänge etwa gleich der Schlitzbreite. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß die Verkürzung der Schlitzlänge etwa gleich der Vergröße rung der Schlitzbreite, und die siebte Ausführungsform beruht auf diesem Grundsatz der Erfindung. Es ist anzumerken, daß die Schaltung mit dem kreisförmigen Schlitz wie in der achten Ausführungsform das gleiche Ersatzschaltbild hat wie die Schaltung mit dem quadratischen Schlitz.
Wie beschrieben ermöglicht es das Gleichsetzen der Schlitzlänge und der Schlitzbreite in der siebten und achten Ausführungsform, die Antenne ohne Beeinflussung ihrer Leistungsfähigkeit zu miniaturisieren, um ein RFID-Etikett zu realisieren, das in engen und kleinen Räumen angebracht werden kann.
Die 15 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, bei der ein RFID-Etikett gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an einem Aufnahmebehälter (z.B. einer Flasche) angebracht wird.
Ein RFID-Chip mit der erfindungsgemäßen kompakten Antenne ist am Deckelabschnitt 1103 des Behälters angebracht. Auf verschiedenen Gebieten werden Behälter (Flaschen) aus Glas, Kunststoff und anderen Materialien verwendet, um verschiedene Medikamente oder Proben aufzubewahren. Es ist möglich, daß bei der Herstellung oder Aufbewahrung fremde Materialien in die Behälter gegeben werden, um eine chemische Reaktion mit dem Inhalt zu bewirken und dergleichen. Es ist daher erforderlich, den Inhalt bei der Herstellung oder Aufbewahrung periodisch zu überprüfen. Um automatisch das Ergebnis der Überprüfung in einem Computer registrieren zu können, sollte der Behälter automatisch identifiziert werden können. Herkömmlich werden für die automatische Identifikation Strichcodes, IC-Chips zur drahtlosen Identifikation und dergleichen am Behälter angebracht. Wenn der Behälter jedoch klein ist, ist auf der Oberseite oder der Unterseite des Behälters kein Platz zum Befestigen eines Etiketts für die Identifikation, und das Etikett wird am Umfang des Behälters angebracht, was zu dem Problem führt, daß das Etikett die Beobachtung des Inhalts stört. Der RFID-Chip mit der erfindungsgemäßen kompakten Antenne kann am Deckel der Flasche angebracht werden, so daß es unabhängig von der Position des Hauptkörpers 1104 der Flasche möglich ist, den Chip leicht auszulesen.
Die erfindungsgemäße Antenne kann an einem RFID-Chip angebracht werden. Da die Antenne miniaturisiert werden kann, ist sie für RFID-Etiketten geeignet, die zur Verwaltung der Waren in Geschäften, zur Identifikation von Medikamenten oder Proben, an Fahrkarten und Eintrittskarten angebracht werden und kompakt sein sollen.
In den beiliegenden Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung genau und bildhaft dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Details beschränkt, sondern deckt alle offensichtlichen Modifikationen und äquivalenten Anordnungen ab, die unter den Umfang der folgenden Patentansprüche fallen.

Claims

Aperiodische Antenne für den Betrieb bei im wesentlichen 2,45 GHz, die an einen IC-Chip (103) zur drahtlosen Identifikation angeschlossen ist, wobei die Antenne (101, 501, 601, 801, 910) einen Leiter mit einer Öffnung (102) und zwei durch die Öffnung (102) getrennten Anschlußpunkten (104, 105) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Öffnung (102) im Bereich von 2,4 mm bis 3,0 mm liegt, die Breite der Öffnung (102) im Bereich von 1,0 mm bis 1,4 mm liegt, und daß die Fläche der Öffnung (102) im Bereich von 3,0 mm² bis 4,2 mm² liegt.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Länge der Öffnung (102) im wesentlichen 3 mm beträgt.
Aperiodische Antenne für den Betrieb bei im wesentlichen 2,45 GHz, die an einen IC-Chip (103) zur drahtlosen Identifikation angeschlossen ist, wobei die Antenne (1201, 1301) einen Leiter mit einer Öffnung (102) und zwei durch die Öffnung (102) getrennten Anschlußpunkten (104, 105) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und die Breite der Öffnung (102) im wesentlichen gleich sind und jeweils im Bereich von 2,0 mm bis 2,4 mm liegen.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Frequenz einer auf die Antenne (101) eingestrahlten Funkwelle im wesentlichen 2,45 GHz beträgt, und wobei die Eingangsimpedanz des IC-Chips (103) im wesentlichen 60 Ω beträgt.
Antenne nach Anspruch 1, die zwischen einem Basisfilm (906) und einem Deckfilm (904) ausgebildet ist, wobei der Deckfilm (904) mit einem elektrischen Leiter auf wenigstens einem Teil des Basisfilms (906) aufgebracht ist, die auf dem Basisfilm (906) ausgebildete Antenne (910) und der elektrische Leiter des Deckfilms (904) an einem Kontaktpunkt (909) verbunden sind, und wobei der IC-Chip (804) zwischen dem Basisfilm (906) und dem Deckfilm (904) angeordnet und mit beiden verbunden ist.
Antenne nach Anspruch 5, wobei die auf dem Basisfilm (906) ausgebildete Antenne (910) und der elektrische Leiter des Deckfilms (904) an dem Kontaktpunkt durch einen anisotropen leitenden Klebstoff (905) verbunden sind, der zwischen dem Basisfilm (906) und dem Deckfilm (904) angeordnet ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antenne (801) einen gefalteten Erweiterungsabschnitt (803) aufweist, der gefaltete Abschnitt (803) in eine Position gefaltet ist, die die Antenne (801) überlappt, der IC-Chip (804) Verbindungsanschlüsse auf beiden Oberflächen aufweist, und wobei die Antenne (801) und der gefaltete Abschnitt (803) an den IC-Chip (804) angeschlossen sind.
Antenne nach Anspruch 1, die auf einem Basisfilm (701) mit großer Dielektrizitätskonstante ausgebildet ist und die durch eine Deckschicht (702) mit großer Dielektrizitätskonstante abgedeckt ist.
Antenne nach Anspruch 1, die eine rechteckige Form aufweist, wobei die Eckbereiche (1001) der Antenne (601) in einer schräg verlaufenden Richtung entfernt sind.
Hochfrequenz-Identifikationseinrichtung mit der Antenne (101) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Behälter zum Aufnehmen eines Pulvers oder einer Flüssigkeit mit der Hochfrequenz-Identifikationseinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Hochfrequenz-Identifikationseinrichtung auf einem Hauptkörperabschnitt (1104) oder einem Deckelabschnitt (1103) des Behälters angebracht ist.
Antenne nach Anspruch 1, ferner mit einem Basisfilm (106), wobei der Leiter auf dem Basisfilm (106) ausgebildet ist und der Basisfilm (106) vorzugsweise aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante besteht.