JP6396554B2 - 長距離無線周波数抗金属識別タグ - Google Patents
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Description
本発明は、経済効果に適合し、抗金属干渉及び長距離読取効果を達成する長距離無線周波数抗金属識別タグに関する。
無線周波数識別(Radio Frequency Identification,RFID)の技術は、工業オートメーション、商業オートメーション、交通運輸制御管理等の多くの分野に広く応用されている。益々多くの研究が超高周波（ＵＨＦ）ＲＦＩＤシステムに対して開始され、システムの遠距離、高効率、低コスト等の特性を実現する。ＲＦＩＤが非接触式、低コスト、高セキュリティ、且つ大量生産時にコストが低いという利点を有することにより、既に徐々に従来の２次元バーコードに取って代わる趨勢がある。現在の市場において、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）は、普遍的に身分識別、ドアロック、車両管理、倉庫物流、小売、セキュリティ管理及び森林管理等の多くの分野に普遍的に応用されている。
一般のマイクロストリップ(microstrip)アンテナ自身は、狭い周波数帯域の欠陥があり、アンテナ設計に多くの制限を受け、大部分は、単一の周波数、且つ狭い周波数の応答に設計される。そのうち、超高周波電子タグが良く採用するのは、プリントアンテナであり、マイクロストリップアンテナにより、プリントダイポールが多く、且つこの種の構造は、主に一般の貨物、商品、書籍等の非金属媒体を採用した表面に応用されるが、金属環境、例えば、金属ラベル、自動車、車両ナンバープレート、電力施設等の分野に使用され、金属表面の構造を採用し、信号が反射されて信号受信の異常を招き易く、更には、作動、読み取りできない問題を招く。現在、幾つかの先進国は、金属表面電子タグ技術は、比較的成熟しており、物流中の各分野に広く応用されているが、その他の大部分の国家は、超高周波電子タグは、十分に普及しているが、金属表面の電子タグは非常に少なくなっている。従来の第Ｉ４７９７３５号「長距離無線周波数識別金属製品製造方法及び構造」の台湾発明特許は、金属製品自身の金属板材によって金属一次アンテナ本体とし、金属一次アンテナ本体に共振キャビティを設けて一次アンテナを構成し、更に破片接線を有する小さい寸法のマイクロストリップ環形ループ金属二次アンテナにより、電子タグモジュール上に調製後、金属一次アンテナ内の共振キャビティと適合する共振を貼合密封し、最後に金属一次アンテナ表面の干渉防止処理の結果によって、製造する金属無線周波数識別製品に、その内部の電子タグ（ＵＨＦ ＲＦＩＤ ＴＡＧ）は、金属干渉を受けずに作動できるだけでなく、更に良好な状況に変化させることができ、１０ｍの遠距離の読取及び発送を有効に達成する。上記特許は、電子タグが金属干渉を受け易い問題を解決し、信号の長距離読取及び発送の効果を得ることができるが、その金属一次アンテナの調製及び電子タグ貼付及び密封の加工工程は、複雑であり、相対的に製造コストが高く製品の普及率に影響を及ぼしている。
本発明の目的は、超高周波電子タグであり、少なくとも、絶縁隔離板片、第１アンテナ及び第２アンテナを含み、該絶縁隔離板片は、非導電材料で成型された板片であり、底表面及び上表面を有し、該第１アンテナは、該絶縁隔離板片の上表面上に被さり合う導電箔膜アンテナ面であり、側辺線に近接するスロットを有し、該スロットから該側辺線まで溝を開設し、該スロットの孔形の大きさ及び該溝の溝幅により、電磁波信号の検出周波数帯域／帯域幅及び検出フィールドタイプを調整でき、該第２アンテナは、該第１アンテナのスロット中に設置され、該絶縁隔離板片の上表面上を覆うループ回路導電箔膜アンテナであり、そのループ回路の両極端は、無線周波数識別ＲＦＩＤチップに電気接続し、該絶縁隔離板片の底表面が金属物体表面に貼合され、電子タグ読取装置を採用し、第２アンテナ上の無線周波数識別ＲＦＩＤチップの識別コード読み取りを行う時、該第１アンテナのスロット及び金属物体表面の間は、該絶縁隔離板片の隔離形成する共振キャビティによって、共振キャビティ上に位置する第２アンテナに、第１アンテナが金属物体表面上に反射する電磁波信号により共振を発生させることができ、電磁波信号を無線周波数識別ＲＦＩＤチップに伝達するか、無線周波数識別ＲＦＩＤチップのフィードバック信号を発射させ、超高周波電子タグ構造全体が、電子タグ読取装置を使用したタグ上のＩＤ識別コードの読み取りに対して、簡単な構造で抗金属干渉及び長距離読取性能を達成する経済効果を増進する、長距離無線周波数抗金属識別タグを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、前記第１アンテナ及び該第２アンテナは、絶縁基材薄片上に共に成型され、該絶縁基材薄片により該絶縁隔離板片の上表面上に貼合され、第１、第２アンテナに安定して絶縁隔離板片の上表面上で被せ合わせを完成させ、且つ上記絶縁基材薄片は、ポリマープラスチック薄片の表面上に第１アンテナ及び該第２アンテナを金属箔膜エッチング成型し、第１、第２アンテナを一般のＰＣ回路板のラインプロセスにより簡単に製造を完成させることができる長距離無線周波数抗金属識別タグを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、前記絶縁隔離板片が可撓性絶縁材料で製作成型される板片であり、該絶縁隔離板片の可撓性により、超高周波電子タグに金属物体の屈曲弧形表面上において貼合使用させることができる長距離無線周波数抗金属識別タグを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、該第１アンテナのスロットは、凸形スロットであり、該第２アンテナの広スロット部及び狭スロット部を設置し、該狭スロット部から該側辺線の間は、該溝を開設し、第１アンテナの凸形スロット及び溝の溝幅が、金属物体表面電磁波信号を反射する時の検出フィールドタイプに合わせられること、及び電磁波信号が行う周波数帯域及び帯域幅に対する調整によって、超高周波電子タグを金属物体表面上に貼合して識別使用させることができ、使用の周波数帯域の範囲が高感度及び長距離の読み取り効果を達成することができる長距離無線周波数抗金属識別タグを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、該絶縁隔離板片の底表面上に一層の両面接着剤を設け、該両面接着剤上に剥離紙を設け、剥離紙を絶縁隔離板片の底表面上から剥離するだけで両面接着剤が各種物体表面に固定接着する作用により、超高周波電子タグを多種金属物体表面上で貼合使用させることができる長距離無線周波数抗金属識別タグを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、該絶縁隔離板片の底表面上に導電箔膜を設け、該第１アンテナのスロット及び該導電箔膜の間が該絶縁隔離板片の隔離によって直接共振キャビティを形成でき、該導電箔膜及び金属物体表面の接合又は接触によって、第１アンテナを導電箔膜上から電磁波信号を検出して共振を発生させることができ、超高周波電子タグが多種の異なる金属物体上に貼合し、何れも長距離読み取りの有効性を備えるように確保し、且つ上記導電箔膜の外表面上に一層の両面接着剤を設け、該両面接着剤上に剥離紙を設け、剥離紙を導電箔膜の外表面上から剥離するだけで、両面接着剤が物体上で接着固定性を有し、導電箔膜に金属物体表面に簡単に接合を完成させることができる長距離無線周波数抗金属識別タグを提供することにある。
本発明の長距離無線周波数抗金属識別タグは、超高周波電子タグであり、少なくとも、絶縁隔離板片、第１アンテナ及び第２アンテナを含み、該絶縁隔離板片は、非導電材料で成型された板片であり、底表面及び上表面を有し、該第１アンテナは、該絶縁隔離板片の上表面上に被さり合う導電箔膜アンテナ面であり、側辺線に近接するスロットを有し、該スロットから該側辺線まで溝を開設し、該スロットの孔形の大きさ及び該溝の溝幅により、電磁波信号の検出周波数帯域／帯域幅及び検出フィールドタイプを調整でき、
該第２アンテナは、該第１アンテナのスロット中に設置され、該絶縁隔離板片の上表面上を覆うループ回路導電箔膜アンテナであり、そのループ回路の両極端は、無線周波数識別ＲＦＩＤチップに電気接続する。
該第２アンテナは、該第１アンテナのスロット中に設置され、該絶縁隔離板片の上表面上を覆うループ回路導電箔膜アンテナであり、そのループ回路の両極端は、無線周波数識別ＲＦＩＤチップに電気接続する。
本発明の長距離無線周波数抗金属識別タグを提供は、該絶縁隔離板片の底表面が金属物体表面に貼合され、電子タグ読取装置を採用し、第２アンテナ上の無線周波数識別ＲＦＩＤチップの識別コード読み取りを行う時、該第１アンテナのスロット及び金属物体表面の間は、該絶縁隔離板片の隔離形成する共振キャビティによって、共振キャビティ上に位置する第２アンテナに、第１アンテナが金属物体表面上に反射する電磁波信号により共振を発生させることができ、電磁波信号を無線周波数識別ＲＦＩＤチップに伝達するか、無線周波数識別ＲＦＩＤチップのフィードバック信号を発射させ、超高周波電子タグ構造全体が、電子タグ読取装置を使用したタグ上のＩＤ識別コードの読み取りに対して、簡単な構造で抗金属干渉及び長距離読取性能を達成する経済効果を増進する。
本発明は、上記目的を達成するため、図面に合わせて、以下に詳細に説明する。
長距離無線周波数抗金属識別タグは、図１、図２、図３、図４、図５のように、超高周波電子タグ（ＵＨＦ ＴＡＧ）であり、少なくとも、絶縁隔離板片１０、第１アンテナ２０及び第２アンテナ３０を含み、該絶縁隔離板片１０は、非金属の非導電材料で成型された板片であり、底表面１１及び上表面１２を有し、該第１アンテナ２０は、該絶縁隔離板片１０の上表面１２上に被さり合う金属又は非金属の導電箔膜アンテナ面であり、側辺線２１に近接するスロット２２を有し、該スロット２２から該側辺線２１までの間は、溝２３を開設し、該スロット２２の孔形の大きさ及び該溝の溝幅により、電磁波信号の検出周波数帯域／帯域幅及び検出フィールドタイプを調整でき、該第２アンテナ３０は、該第１アンテナ２０のスロット２２中に設置され（該第１アンテナ２０と接触していない）、該絶縁隔離板片１０の上表面１２上を覆うループ回路の金属又は非金属の導電箔膜アンテナであり、そのループ回路の両極端は、無線周波数識別ＲＦＩＤチップ４０に電気接続し、図３、図７、図８のように、該絶縁隔離板片１０の底表面１１が金属物体５０表面に貼合され、電子タグ読取装置６０を採用し、第２アンテナ３０上の無線周波数識別ＲＦＩＤチップ４０の識別コード読み取りを行う時、該第１アンテナ２０のスロット及び金属物体５０表面の間は、該絶縁隔離板片１０の隔離形成する共振キャビティ７０によって、共振キャビティ７０上に位置する第２アンテナ３０に、第１アンテナ２０が金属物体５０表面上に反射する電磁波信号により共振を発生させることができ、電磁波信号を無線周波数識別ＲＦＩＤチップ４０に伝達するか、無線周波数識別ＲＦＩＤチップ４０のフィードバック信号を発射させ、超高周波電子タグ構造全体が、電子タグ読取装置６０を使用したタグ上のＩＤ識別コードの読み取りに対して、簡単な構造で抗金属干渉及び長距離読取性能を達成する経済効果を増進する。
上記実施例に基づき、図１、図４、図５のように、前記第１アンテナ２０及び該第２アンテナ３０は、絶縁基材薄片１３上に共に成型され、該絶縁基材薄片１３により該絶縁隔離板片１０の上表面１２上に貼合され、第１、第２アンテナ２０、３０に安定して（破損し難く）絶縁隔離板片１０の上表面１２上で被せ合わせを完成させ、図１、図４、図５のように、且つ上記絶縁基材薄片１３は、ポリイミド（ＰＩ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であるポリマープラスチック薄片の表面上に第１アンテナ２０及び該第２アンテナ３０を銅又は金属箔膜エッチング成型し、第１、第２アンテナ２０、３０を一般のＰＣ回路板のラインプロセスにより簡単に製造を完成させることができる。
上記実施例に基づき、図１、図２、図４、図５のように、前記絶縁隔離板片１０が可撓性ポリマープラスチック絶縁材料又はゴム（例えば、シリコーン）で製作成型される板片であり、該絶縁隔離板片１０の可撓性により、超高周波電子タグに金属物体の屈曲弧形表面上（図示せず）において貼合使用させることができる。
上記実施例に基づき、図１、図２、図３のように、該第１アンテナ２０のスロット２２は、凸形スロットであり、該第２アンテナ３０の広スロット部２２０及び狭スロット部２２１を設置し、該狭スロット部２２１から該側辺線２１の間は、該溝２３を開設し、図３、図７、図８のように、第１アンテナ２０の凸形スロット２２及び溝２３の溝幅が、金属物体５０表面電磁波信号を反射する時の検出フィールドタイプに合わせられること、及び電磁波信号が行う周波数帯域及び帯域幅に対する調整によって、超高周波電子タグを金属物体５０表面上に貼合して識別使用させることができ、使用の周波数帯域の範囲が高感度及び長距離の読み取り効果を達成することができる。即ち、複数の国家又は地域が何れも電子タグ（ＲＦＩＤ ＴＡＧ）の使用周波数帯域を規範し、例えば、台湾地区の使用周波数帯域は、９２０〜９３０ＭＨｚの間であり、上記超高周波電子タグの実施例の構造が金属物体表面上に貼合され、読み取り試験を行い、添付一の試験報告のように、フィンランドVoyntic Tagformance Lite Measurement System(UHF RFID)試験装置によって、８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯域で行う試験において、上記超高周波電子タグの実施例の構造がアルミ板表面上に貼合し、その有効な読み取りが１３ｍに達することができることを実証し、本発明の超高周波電子タグが商業用途において、長い読み取り距離の優れた効果を備えることが明らかである。
上記実施例に基づき、図１、図２、図４、図５のように、該絶縁隔離板片１０の底表面１１上に一層の両面接着剤（図示せず）を設け、該両面接着剤上に剥離紙１４を設け、図６、図７のように、剥離紙１４を絶縁隔離板片１０の底表面１１上から剥離するだけで両面接着剤が各種物体表面に固定接着する作用により、超高周波電子タグを多種金属物体表面上で貼合使用させることができる。
上記実施例に基づき、図９、図１０、図１１のように、該絶縁隔離板片１０の底表面１１上に導電箔膜１５（銅箔膜又はアルミ箔膜であることができる）を設け、該第１アンテナ２０のスロット２２及び該導電箔膜１５の間が該絶縁隔離板片１０の隔離によって直接共振キャビティ７０Ａを形成でき、図１２のように、該導電箔膜１５及び金属物体５０表面の接合又は接触によって、第１アンテナ２０を導電箔膜１５上から電磁波信号を検出して共振を発生させることができ、超高周波電子タグが多種の異なる金属物体５０上に貼合し、何れも長距離読み取りの有効性を備えるように確保し、図９、図１０、図１１のように、且つ上記導電箔膜１５の外表面上に一層の両面接着剤（図示せず）を設け、該両面接着剤上に剥離紙１４Ａを設け、剥離紙１４Ａを導電箔膜１５の外表面上から剥離するだけで（図６に相当）、両面接着剤が物体上で接着固定性を有し、図１２のように、導電箔膜１５に金属物体５０表面に簡単に接合を完成させることができる。
続いて、本発明の検出方法を参考とする。
該サンプルは、ＵＨＦ ＲＦＩＤ ＴＡＧを測定したものであり、金属製品識別用ＴＡＧを用いる。被測定物の外観寸法は、以下である。
測定装置:フィンランドVoyantic Tagformance lite Measurement System (UHF RFID測定装置)
装置標準設定値: ISO 18000-6C 、Query 、F: 25 us DSB-ASK 、R: 40 kbps FM0、2W EIRP
掃引間隔 : 800MHz 〜 1000MHz
試験方法: Tagをアルミ板に貼付した試験
装置標準設定値: ISO 18000-6C 、Query 、F: 25 us DSB-ASK 、R: 40 kbps FM0、2W EIRP
掃引間隔 : 800MHz 〜 1000MHz
試験方法: Tagをアルミ板に貼付した試験
試験設置方式は、以下の図に示すとおりである。
anechoic chamber 電波暗室
measurement unit 計測ユニット
antenna アンテナ
Tag タグ
Wake Up ウェイクアップ
anechoic chamber 電波暗室
measurement unit 計測ユニット
antenna アンテナ
Tag タグ
Wake Up ウェイクアップ
上図の設置が完成した後、そのうち、被測定物及び標準アンテナの距離は、寸法及び推定読み取り距離は、１０Ｍを超えると推測され、従って、試験距離の標準設定は、３０ｃｍであり、周波数応答曲線を得ることができ、試験結果は、以下のとおりである。
結論：
1.該装置は、ＵＨＦ ＲＦＩＤのチップタグのみを測定できているので、測定結果からＵＨＦ ＲＦＩＤのチップを、採用することを得ることができる。
2.上記論的読み取り範囲前方（Theoretical read range forward）試験からに、該タグ測定有効読み取り距離最大値が約１３ｍであると分かる(ISO 18000-6C，UHF RFID 周波数規範860MHz〜960MHz)。
1.該装置は、ＵＨＦ ＲＦＩＤのチップタグのみを測定できているので、測定結果からＵＨＦ ＲＦＩＤのチップを、採用することを得ることができる。
2.上記論的読み取り範囲前方（Theoretical read range forward）試験からに、該タグ測定有効読み取り距離最大値が約１３ｍであると分かる(ISO 18000-6C，UHF RFID 周波数規範860MHz〜960MHz)。
注釈：
等価等方輻射電力（英語：equivalent isotropically radiated power，EIRP）、又は実効等方的放射電力（英語：effective isotropically radiated power，EIRP）と称するものは、無線電機通信分野の１つのよく見られる概念であり、それが指すのは、衛星又は地上局の某指定方向上の輻射電力である。理想の状態において、アンプ送信電力にアンテナの増幅を乗算したものに等しく、対数方式で計算する時、EIRP=PT +Ga -Lcと表すことができ、単位は、ｄＢｗであり、そのうち、ＰＴは、アンプ送信電力を表し、Ｇａは、アンテナの増幅を表し、Ｌｃは、フィーダの損失を表す。例えば、2W EIRP=500mW+8dbi-2 db lossである。
Transmitted Power: 送信電力
Theoretical read range forward: 理論上の読み取り前方距離
Theoretical read range reverse:異なる送信電力において、タグが起動された後逆向きに散乱し、リーダアンテナがタグを読み取る最遠距離として定義する。
Backscattered power ( dBm ) vs Transmitted power: 測定ユニットが送信電力の大きさを調整し、タグを起動した後、逆向きに測定ユニットに散乱し返す電力の大きさとして定義する。
Power on tag reverse: 異なる送信電力において、タグが起動された後の逆向きの散乱電力値として定義する。
等価等方輻射電力（英語：equivalent isotropically radiated power，EIRP）、又は実効等方的放射電力（英語：effective isotropically radiated power，EIRP）と称するものは、無線電機通信分野の１つのよく見られる概念であり、それが指すのは、衛星又は地上局の某指定方向上の輻射電力である。理想の状態において、アンプ送信電力にアンテナの増幅を乗算したものに等しく、対数方式で計算する時、EIRP=PT +Ga -Lcと表すことができ、単位は、ｄＢｗであり、そのうち、ＰＴは、アンプ送信電力を表し、Ｇａは、アンテナの増幅を表し、Ｌｃは、フィーダの損失を表す。例えば、2W EIRP=500mW+8dbi-2 db lossである。
Transmitted Power: 送信電力
Theoretical read range forward: 理論上の読み取り前方距離
Theoretical read range reverse:異なる送信電力において、タグが起動された後逆向きに散乱し、リーダアンテナがタグを読み取る最遠距離として定義する。
Backscattered power ( dBm ) vs Transmitted power: 測定ユニットが送信電力の大きさを調整し、タグを起動した後、逆向きに測定ユニットに散乱し返す電力の大きさとして定義する。
Power on tag reverse: 異なる送信電力において、タグが起動された後の逆向きの散乱電力値として定義する。
なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。
１０ 絶縁隔離板片
１１ 底表面
１２ 上表面
１３ 絶縁基材薄片
１４、１４Ａ 剥離紙
１５ 導電箔膜
２０ 第１アンテナ
２１ 側辺線
２２ スロット
２２０ 広スロット部
２２１ 狭スロット部
２３ 溝
３０ 第２アンテナ
４０ 無線周波数識別ＲＦＩＤチップ
５０ 金属物体
６０ 電子タグ読取装置
７０，７０Ａ 共振キャビティ
１１ 底表面
１２ 上表面
１３ 絶縁基材薄片
１４、１４Ａ 剥離紙
１５ 導電箔膜
２０ 第１アンテナ
２１ 側辺線
２２ スロット
２２０ 広スロット部
２２１ 狭スロット部
２３ 溝
３０ 第２アンテナ
４０ 無線周波数識別ＲＦＩＤチップ
５０ 金属物体
６０ 電子タグ読取装置
７０，７０Ａ 共振キャビティ
Claims (8)
- 超高周波電子タグであり、少なくとも、絶縁隔離板片、第１アンテナ及び第２アンテナを含み、
該絶縁隔離板片は、非導電材料で成型された板片であり、底表面及び上表面を有し、
該第１アンテナは、該絶縁隔離板片の上表面上に被さり合う導電箔膜アンテナ面であり、側辺線に近接するスロットを有し、該スロットから該側辺線まで溝を開設し、該スロットの孔形の大きさ及び該溝の溝幅により、電磁波信号の検出周波数帯域／帯域幅及び検出フィールドタイプを調整でき、
該第２アンテナは、該第１アンテナのスロット中に設置され、該絶縁隔離板片の上表面上を覆うループ回路導電箔膜アンテナであり、そのループ回路の両極端は、無線周波数識別ＲＦＩＤチップに電気接続する、長距離無線周波数抗金属識別タグ。 - 前記第１アンテナ及び該第２アンテナは、絶縁基材薄片上に共に成型され、該絶縁基材薄片により該絶縁隔離板片の上表面上に貼合される請求項1に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
- 前記絶縁基材薄片は、ポリマープラスチック薄片の表面上に第１アンテナ及び該第２アンテナを金属箔膜エッチング成型する請求項２に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
- 前記絶縁隔離板片は、可撓性絶縁材料で製作成型される板片である請求項1に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
- 前記第１アンテナのスロットは、凸形スロットであり、該第２アンテナを設置する広スロット部及び狭スロット部を有し、該狭スロット部から該側辺線までの間に該溝を開設する請求項1に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
- 前記絶縁隔離板片の底表面に一層の両面接着剤を設け、該両面接着剤上に剥離紙を設ける請求項１に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
- 前記絶縁隔離板片の底表面上に導電箔膜を設ける請求項１に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
- 前記導電箔膜の外表面上に一層の表面接着剤を設け、該両面接着剤上に剥離紙を設ける請求項７に記載の長距離無線周波数抗金属識別タグ。
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