TW200939573A - Radio frequency identification system tag utilizing monopole antenna - Google Patents

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TW200939573A TW097108719A TW97108719A TW200939573A TW 200939573 A TW200939573 A TW 200939573A TW 097108719 A TW097108719 A TW 097108719A TW 97108719 A TW97108719 A TW 97108719A TW 200939573 A TW200939573 A TW 200939573A
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Description

200939573 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種辨識系統標籤，詳言之，係關於一 種利用單極化天線之無線射頻辨識系統（Radio Frequency Identification System，RFID)標籤。 【先前技術】 ' 圖1顯示美國專利第6,914,562號之無線射頻辨識系統 • (RFID)標籤之示意圖。該習知RFID標籤1包括：一牆板 ❹ 11、二導電標籤12、一 RFID裝置13及一無線頻率反射結構 14。該等導電標蕺12與該RFID裝置13設置於該牆板n之一 表面，且該RFID裝置13電性連接該等導電標籤12，其中， 該RFID裝置13與該等導電標籤12之間具有二饋入點15、 16。該無線頻率反射結構14設置於該牆板u之另一表面。 在該習知RFID標籤1中，該無線頻率反射結構14係為一金 屬板。
該習知RFID標籤1係藉由該等導電標籤12及該等饋入點 © 15、16位置之調整，以改變其阻抗值。其中，該習知RFID 標籤1係用以設置於不同封裝結構或容器上，但該習知 RFID標籤1之可讀取距離並未改善。 該習知RFID標籤1係適用於金屬待測物之標籤且平設於 待測物之表面。在一般實務上可知，為了避免該習知rfid 標藏1太靠近金屬而降低輻射效率，該牆板η(介電材質）必 須達到一定之厚度，藉以減低該金屬待測物之干擾，否則 Smith Chan圖（複數座標之阻抗數值圖）中之實部阻抗太 128689.doc 200939573 小，電磁波無法有效發射。此外，美國專利第6,914 562號 之s兒明書中亦有明述，在UHF頻段860-950 MHz下，該牆 板11之厚度必須厚達3至6公釐’故具有較大之整體厚度及 較南之生產成本（即所需材料較多），且其可讀取距離並未 改善。 因此，有必要提供一創新且富有進步性之利用單極化天 線之無線射頻辨識系統標籤，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明提供一種利用單極化天線之無線射頻辨識系統 (Radio Frequency Identification System，RFID)標籤，其包 括.一金屬板、一天線結構及一 RFID晶片。該天線結構連 接該金屬板。該RFID晶片之二端電性連接該天線結構，該 RFID晶片、該天線結構及該金屬板形成一迴路結構。 本發明另提供一種利用單極化天線之無線射頻辨識系統 標籤，其包括：一金屬板、一承載板、一天線結構及一 RFID晶片。該承載板連接該金屬板，其具有一側面。該天 線結構設置於該承載板之該側面。該RFID晶片之二端電性 連接該天線結構，該RFID晶片及該天線結構形成一迴路結 構。 本發明之無線射頻辨識系統標籤可設置於待測物體（金 屬或非金屬）之表面，亦可設置於待測物體之一内部容設 空間，故應用較為廣泛。另外，本發明之無線射頻辨識系 統標籤製造簡單，故可降低生產成本。再者，本發明之無 線射頻辨識系統標藏具有較大之可讀取距離，且藉由該金 128689.doc 200939573 屬板與該天線結構之不同夾角，可調整該無線射頻辨識系 統標籤之電磁波發射方向’故具有訊號讀取容易及辨識能 力較佳之功效。 【實施方式】 圖2顯示一偶極化天線（dipole)之示意圖。該偶極化天線 2具有二支臂（arm)21、22 ’其中該等支臂21、22分別連接 至一電源23，一電流I流經該等支臂21、22而建立一電場 左’以進行電磁波的輻射。 〇 圖3顯示一單極化天線（monopole)之示意圖。為了縮小 天線體積及架設方便，偶極化天線之一支臂可以一金屬板 取代’以簡化成一單極化天線3。該單極化天線3具有一支 臂31及一金屬板32’其中，該支臂31係垂直該金屬板32。 該支臂31及該金屬板32分別連接至一電源33，一電流I流 經該支臂31而建立一電場云’以進行電磁波的輻射。 其中’該單極化天線3之長度減少為偶極化天線之一半 ❹ 長度，然而，由於該單極化天線3之該金屬板32可產生虛 擬之鏡像電流（image current)作用，故使得該單極化天線3 之輻射效率與偶極化天線之輻射效率相當。 本發明即應用單極化天線之原理，並應用在無線射頻辨 識系統（Radio Frequency Identification System，RFID)標籤 上’且本發明之無線射頻辨識系統標籤可應用於金屬及非 金屬之待測物上。 參考圖4，其顯示本發明第一實施例利用單極化天線之 無線射頻辨識系統標籤之示意圖。該無線射頻辨識系統標 128689.doc 200939573 籤4包括：一金屬板41、一天線結構42及一 rfid晶片43。 其中，該金屬板41係可為銅材質或鋁材質。 該天線結構42電性連接該金屬板41，該天線結構42較佳 為一平面式天線結構。在本實施例中，該金屬板41具有一 第一側邊411及一第二側邊412，該第二側邊412相對於該 第一側邊411，該天線結構42係設置於該金屬板41之該第 一侧邊411。該天線結構42係電性連接該金屬板41，例 如：該天線結構42係以一銲料電性連接該金屬板4丨。在本 〇 實施例中，該金屬板41及該天線結構42係為相同材質，且 為一體成型之結構。其中，一體成型之該無線射頻辨識系 統標籤4可以習知薄板沖壓技術進行量產，故可降低生產 成本。 該RFID晶片43之二端電性連接該天線結構42，使得該 RFID晶片43、該天線結構42及該金屬板41形成一迴路結構 421。且係於該RFID晶片43之二端饋入一電源（圖未示 出）。在本實施例中，該天線結構42所在之一參考平面 44(如虛線所示）與一延伸平面45(如虛線所示）形成一夾角 θ 1。其中’該延伸平面45係為自該第一侧邊411沿一第一 方向延伸之平面’該第一方向係該第二側邊412朝該第一 側邊411之方向。要注意的是，在其他應用中，該參考平 面44可為一承載板，該天線結構42及該RFID晶片43可設置 於該承載板，而該承載板設置於該金屬板41之_表面。 該夾角Θ!可為〇度至135度’其中該夾角心較佳為9〇度。 另外，該無線射頻辨識系統標籤4具有一電磁波發射方 128689.doc 200939573 向，該電磁波發射方向係根據該夾角…而改變。其中，當 該第一實施例之無線射頻辨識系統標籤4應用用於一非金 屬物體時，該夾角^的改變（該電磁波發射方向之改變）並 不會造成阻抗太大的變化，其並不會對該無線射頻辨識系 統標籤4之特性產生太大影響。然而，當該第一實施例之 無線射頻辨識系統標籤4應用用於一金屬物體時，該夾角 Θ!的改變則可以調整最大電磁波功率之發射方向，其中又 以該夾角01為90度時具有最佳之可辨識功效。 在本實施例中，該天線結構42另包括一延伸金屬片 422，電性連接該迴路結構421，該延伸金屬片422具有阻 抗匹配及天線增益之功效。要注意的是，該延伸金屬片 422之形狀係可為如圖4中之匸字形，在其他應用中該延伸 金屬片422之形狀亦可為一倒L形，如圖5所示。 參考圖6，其顯示一迴路結構之電流迴路示意圖。其 中，在此以該第一實施例之無線射頻辨識系統標籤4之相 對應元件之元件符说予以說明。該迴路結構421且有一電 流迴路I’而下方之金屬板41會產生相對應且與該金屬板 41之表面距離相等之鏡像電流I，。其中，若該電流〗是垂直 於該金屬板41之該表面，則鏡像電流！，也是垂直於該金屬 板41之該表面，而且方向相同；若電流〗是平行於該金屬 板41之該表面’則鏡像電流I’也是平行於該金屬板41之該 表面，但是方向相反。藉此，無線射頻辨識系統標籤即可 視為具有二個方向相同之迴路結構，故可加強其輻射之效 率。配合參考圖7及圖8，本發明第—實施例之無線射頻辨 128689.doc •10- 200939573 識系統標籤4可設置於待測物體之表面，亦可設置於待測 物體之一内部容設空間（例如：設置於一鋼捲46之内側， 如圖7所示；或設置於一 η型鋼47之二鋼板471、472之間， 如圖8所示）’再由一訊號讀取裝置48讀取該無線射頻辨識 系統標籤4所發射之訊號，因此應用較為廣泛。藉此，人 員可在距離待測物體較遠處進行資料讀取，而不需將該訊 號讀取裝置48伸入至待測物體之内部容設空間中，故可確 保人員之安全。再者，本發明第一實施例之無線射頻辨識
系統標籤4較容易以閘門式讀取器實現自動化之出貨管 理。 參考圖9，其顯示本發明第二實施例利用單極化天線之 無線射頻辨識系統標籤之示意圖。該無線射頻辨識系統標 籤5包括.一金屬板51、一天線結構52及一 RFID晶片。 與上述圖4之第一實施例之無線射頻辨識系統標籤4不同之 處在於，該第二實施例之無線射頻辨識系統標籤5係設置 於該金屬板51之一表面上（在本實施例中為之該金屬板“ 中間部分）。其中，該金屬板51具有一第一部分511及一第 一部分512,該第一部分511及該第二部分512係由該天線 結構52所在之一參考平面54(如虛線所示）所界定，該參考 平面54與該第二部分512形成一夾角Θ2。其中，該夾角02可 為〇度至135度，且該夾角θ2較佳為9〇度。 在本實施例中，該天線結構52另包括一延伸金屬片 522，電性連接迴路結構521，該延伸金屬片522具有阻抗 匹配及天線增益之功效。要注意的是，該延伸金屬片522 128689.doc -11 - 200939573 之形狀係可為如圖9中之c字形，在其他應用中該延伸金 屬片522亦可為一倒L形，如圖1〇所示。 ❷ 參考圖11，其顯示本發明第三實施例利用單極化天線之 無線射頻辨識系統標籤之示意圖。該無線射頻辨識系統標 籤6包括：—金屬板61、一承載板62、一天線結構63及一 RFID晶片64。與上述圖4之第二實施例之無線射頻辨識系 統標籤4不同之處在於，該第三實施例之無線射頻辨識系 統標藏ό之該天線結構63係設置於該承載板62之一侧面 621 ’並且’該承載板62連接該金屬板6丨（在本實施例中該 承載板62係設置於該金屬板61之一侧邊），但該天線結構 63不電性連接該金屬板μ。 相同地，該第三實施例之天線結構6亦可另包括至少一 延伸金屬片，電性連接該RFID晶片64及該天線結構63所形 成之一迴路結構65。在本實施例中，該天線結構63包括二 伸金屬片631，該等伸金屬片631對稱地電性連接於該迴路 結構65之二侧。要注意的是，在其他應用中該承載板62 亦可設置於該金屬板61之中間部分，且可具有至少一延伸 金屬片631，如圖12所示。 圖13顯*本發明第-實施例之無線射頻辨識系統標鐵應 用於非金屬物體之實際阻抗值表示於複數座標系中之示 意圖（Snnth Chart圖）。其中，曲線R1表示複數之實部為一 疋值之阻抗曲線；曲線II表示複數之虛部為一定值之阻抗 曲線；P0表示目標阻抗值之共軛點；P1表示於該夹角化為 〇度時’該第-實施例無線射頻辨識系統標籤之實際阻抗 128689.doc •12- 200939573 值；P2表示於該夾角01為45度時，該第一實施例無線射頻 辨識系統標籤之實際阻抗值；P3表示於該夾角01為90度 時’該第一實施例無線射頻辨識系統標籤之實際阻抗值； P4表示於該夾角^為！35度時，該第一實施例無線射頻辨 識系統標籤之實際阻抗值。 配合參考圖4及圖13，其顯示該夾角㊀丨之角度越小，實 部與虛部的阻抗也就越小，其中以該夾角01為〇度至9〇度 之間時，該第一實施例無線射頻辨識系統標籤4之實際阻 抗值較接近該目標阻抗值之共軛點ρ〇，其具有較大之可讀 取距離，亦即具有最佳之辨識功效。雖然，在該夹角θ丨大 於135度時，該第一實施例無線射頻辨識系統標籤4之實際 阻抗值較偏離該目標阻抗值之共軛點抑，但其偏差量亦無 造成阻抗太大的變化，其並不會對該無線射頻辨識系統標 籤4之特性產生太大影響，亦即該無線射頻辨識系統標藏4 同樣具有極佳之辨識功效。 經由實際量測結果得出，本發明之該無線射頻辨識系統 標籤之可讀取距離為18G至扇公分（約為迴圈天線可讀取 離之八倍）另外，本發明之該無線射頻辨識系統標藏 之結構及製程簡單（例如··自動化之pCB製程），故可減少 製造時間及成本。 综上所述，本發明之無線射觸識系統標射設置於 測物體（金屬或非金屬）之表面亦 力J »又置於待測物體之— 内部容設空間，故應用較為廣泛。另外， Γ 本發明之無線射 頻辨識系統標籤製造簡單，故可降低生產成本再者 128689.doc 13 200939573 發明之無線射頻辨識系統標藏具有較大之可讀取距離，且 藉由該金屬板與該天線結構之不同夾角，可調整該無線射 頻辨識系統標籤之電磁波發射方向，故具有訊號讀取容易 及辨識能力較佳之功效。 上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制 本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及 變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之 申請專利範圍所列。 〇 【圖式簡單說明】 圖1顯不美國專利第6,914,562號之無線射頻辨識系統標 籤之示意圖； 圖2顯示一偶極化天線（dipole)之示意圖； 圖3顯示一單極化天線（monopole)之示意圖； 圖4顯示本發明第一實施例利用單極化天線之無線射頻 辨識系統標籤之示意圖； 圖5顯示本發明第一實施例另一態樣之利用單極化天線 之無線射頻辨識系統標籤之示意圖； 圖6顯示一迴路結構之電流迴路示意圖； 圖7顯不本發明第一實施例之無線射頻辨識系統標籤設 置於一鋼捲内侧之示意圖； 圖8顯不本發明第一實施例之無線射頻辨識系統標籤設 置於型鋼之二鋼板間之示意圖； 圖9顯不本發明第二實施例利用單極化天線之無線射頻 辨識系統標籤之示意圖； 128689.doc •14- 200939573 > u顯v本發明第二實施例另—態樣之利用單極化天 …、線射頻辨識系統標籤之示意圖 圖η顯示本發明第三實施例利用單極化天線之無線射 辨識系統標籤之示意圖 圖』不本發明第三實施例另—態樣之利用軍極化天線 之無線射頻辨識系統標籤之示意圖；及 圖13顯不本發明第—實施例之無線射頻辨識系統標藏應
用於-非金屬物體之實際阻抗值表示於複數座標系中之示 意圖（Smith Chart圖）。 【主要元件符號說明】 1 習知之RFID標籤 2 偶極化天線 3 單極化天線 4 本發明第一實施例之利用單極化天線之無線 射頻辨識系統標籤 5 本發明第二實施例之利用單極化天線之無線 射頻辨識系統標籤 6 本發明第三實施例之利用單極化天線之無線 射頻辨識系統標籤 11 牆板 12 導電標籤 13 RFID裳置 14 無線頻率反射結構 15、16 饋入點
128689.doc -15· 200939573
21 ' 22 支臂 23 電源 31 支臂 32 金屬板 33 電源 41 金屬板 42 天線結構 43 RFID晶片 44 參考平面 45 延伸平面 46 鋼捲 47 Η型鋼 48 訊號讀取裝置 51 金屬板 52 天線結構 53 RFID晶片 54 參考平面 61 金屬板 62 承載板 63 天線結構 64 RFID晶片 65 迴路結構 411 第一側邊 412 第二側邊 128689.doc -16 200939573 421 迴路結構 422 延伸金屬片 471 、 472 鋼板 511 第一部分 512 第二部分 521 迴路結構 522 延伸金屬片 " 621 第一側面 622 第二侧面 631 延伸金屬片 ❿ 128689.doc -17

Claims (1)

  1. 200939573 十、申請專利範圍： 1. 一種利用單極化天線之無線射頻辨識系統（Radio Frequency Identification System，RFID)標藏，包括： 一金屬板； 一天線結構，電性連接該金屬板；及 一 RFID晶片，其二端電性連接該天線結構，該RFID ' 晶片、該天線結構及該金屬板形成一迴路結構。 -2·如請求項1之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板係 ^ 為銅材質。 3.如請求項1之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板係 為紹材質。 4·如請求項1之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線結構 係設置於該金屬板之一表面之中間部分。 5. 6.
    8. 如”月求項1之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線結構 係設置於該金屬板之一第一側邊。 如請求項4或5之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線結 構係為一平面式天線結構。 如”月求項5之無線射頻辨識系統標箴，其中該金屬板及 該天線結構係為相同材質，且為一體成型之結構。 9. 月束項4或5之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線結 構:以-銲料電性連接該金屬板。 如口月求項4之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板具 有一第一部分及—隹_ 弟二部分，該第一部分及該第二部分 '、~天線結構所在之_參考平面所界^，胃參考平面 128689.doc 200939573 與該第二部分形成一夾角。 月求項9之無線射頻辨識系統標籤，其中該夾角係 度至135度。 ’’ u·如明求項1〇之無線射頻辨識系統標籤，其中該夾角係為 90度。 12·如=求項9之無線射頻辨識系統標籤，其中該無線射頻 辨識系統標籤具有-電磁波發射方向，該電磁波發射方 向係根據該夾角而改變。 ❹ 如明求項5之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板另 包括一第二側邊，該第二侧邊相對於該第一侧邊，該天 線、’°構所在之一參考平面與一延伸平面形成一夾角，該 乙伸平面係為自該第一側邊沿一第一方向延伸之平面， 該第一方向係該第二側邊朝該第一側邊之方向。 如叫求項13之無線射頻辨識系統標籤，其中該夾角係為 0度至135度。 I5·如請求項14之無線射頻辨識系統標籤，其中該夾角係為 ^ 90 度。 16. 如請求項13之無線射頻辨識系統標籤，其中該無線射頻 辨識系統標籤具有一電磁波發射方向，該電磁波發射方 向係根據該夾角而改變。 17. 如請求項4或5之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線結 構另包括一延伸金屬片，電性連接該迴路結構。 18·如請求項4或5之無線射頻辨識系統標籤，另包括一承載 板該天線結構及該RFID晶片設置於該承載板，該承載 128689.doc 200939573 板固設於該金屬板。 19. -種利用單極化天線之無線射頻辨識系統標鐵，包括 一金屬板； 一承載板，連接該金屬板，其具有一側面； ，該 RFID 金屬板係 -天線結構，設置於該承載板之該側面；及 RFID晶片，其二端電性連接該天線結構 晶片及該天線結構形成一迴路結構。 • 20.如請求項19之無線射頻辨識系統標籤，其中該 ❹ 為銅材質。 21.如請求項19之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板係 為鋁材質。 如請求項19之無線射頻辨識系統標籤，其中該承載板係 S 又置於該金屬板之—表面之中間部分。 23. 如請求項19之無線射頻辨識系統標籤，其中該承載板係 設置於該金屬板之—第一侧邊。 24. 如請求項22或23之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線 結構係為一平面式天線結構。 25. 如請求項22之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板具 有一第一部分及一第二部分，該第一部分及該第二部分 係由該承載板所界定，該承載板與該第二部分形成—夾 26_如請求項25之無線射頻辨識系統標籤，其中該夹角係為 〇度至135度。 27.如請求項26之無線射頻辨識系統標籤，其中該夾角係為 128689.doc 200939573 90度。 28. 如請求項25之無線射頻辨識系統標籤，其中該無線射頻 辨識系統標籤具有一電磁波發射方向，該電磁波發射方 向係根據該夾角而改變。 29. 如請求項23之無線射頻辨識系統標籤，其中該金屬板另 包括一第二侧邊，該第二侧邊相對於該第一側邊，該承 載板與一延伸平面形成一夾角，該延伸平面係為自該第 一側邊沿一第一方向延伸之平面，該第一方向係該第二 〇 側邊朝該第一侧邊之方向。 30. 如請求項29之無線射頻辨識系統標蕺，其中該夾角係為 〇度至135度。 31. 如請求項30之無線射頻辨識系統標籤，其中該夾角係為 90度。 32. 如請求項29之無線射頻辨識系統標籤，其中該無線射頻 辨識系統標籤具有一電磁波發射方向，該電磁波發射方 向係根據該夾角而改變。 33. 如請求項22或23之無線射頻辨識系統標籤，其中該天線 結構另包括至少一延伸金屬片，電性連接該迴路結構。 128689.doc
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