TW201519106A - 具電磁能隙結構之無線射頻標籤 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種具電磁能隙結構之無線射頻標籤，主要是於第一基板表面形成具週期平面結構之電磁能隙面及一完全電導體面以構成人工磁導體，並於該電磁能隙面貼附一天線，進而達成反向散射電磁波作用，並有效遮蔽金屬物件對於無線射頻標籤之干擾，且該無線射頻標籤結合有一金屬層並具有可撓性，而能因應不同材質及形狀之貨品需求，增加產業利用性。

Description

具電磁能隙結構之無線射頻標籤

本發明係關於一種無線射頻標籤，尤指利用週期性電磁能隙結構以有效遮蔽金屬材，並提高讀取距離及讀取率，而能廣泛應用於金屬物件者。

按，射頻識別（Radio Frequency Identification ,FRID）為一種透過無線訊號自動識別目標並讀寫該目標相關數據之通信技術，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。射頻識別標籤（RFID Tag）則是目前射頻識別技術的關鍵，可存儲一定容量的信息，並具信息處理功能，讀寫設備可通過無線電訊號以一定的數據傳輸率與標籤交換信息。由於射頻識別標籤具有唯一之電子編碼，且體積小、壽命長、價格低廉並具資料可攜性，故目前已普遍應用於動物晶片、大樓門禁、商品防盜及防偽。

射頻識別標籤依電磁波之頻域可分為低頻（LF）、中頻（MF）、高頻（HF）、特高頻（VHF）、超高頻（UHF）及微波（SHF），其中，超高頻（Ultra-High Frequency ,UHF）傳輸距離可達5公尺以上，且速度快並可克服以往高頻（HF）讀取器過大及讀取距離之限制，故相較下更符合市場需求而被廣泛應用。

然而，超高頻射頻識別標籤所貼近之產品材質、堆疊方式及周遭環境…等都可能降低讀取距離，尤其當天線接觸金屬物件時，由於入射波入射至金屬表面，其反射波相位因金屬表面改變180°而嚴重影響天線增益與幅射頻率，使方向性、前波與返波比及幅射場形受影響，為解決上述情況，業界亦積極硏發可抗金屬干擾之標籤技術。

目前適用於金屬物件之射頻識別標籤多是藉由反置F型天線(inverted-F antenna)、加厚天線與金屬物件之間距或加特殊材料以遮蔽金屬物件，如中華民國公告第I310160號專利，即揭露一種射頻識別標籤，其係於一薄膜上形成一平面狀倒F型天線，並於該倒F型天線之幅射元件、跨接插件及供電部由金屬突出狀態下黏貼，使該射頻識別標籤能貼近於金屬物件以進行無線通訊，然而，上述結構雖能解決金屬干擾的問題，但其生產步驟繁雜而不利於大量生產。

而加厚天線與金屬物件之間距容易使射頻識別標籤體積及厚度增加，故無法因應目前產品朝輕、薄、短、小發展之趨勢。另，採用吸波材料將電磁波雜訊降低或以反射電磁波雜訊阻擋系統外部以維持系統正常運作亦為解決金屬干擾之另一對策，如中華民國公開第200949710號專利，即揭露一種UHF射頻標籤，主要是以高分子材料發泡層及複合材料磁性層構成一吸波材料，並將其設於標籤與金屬層、非金屬層之間，使該射頻標籤貼近金屬物件時能獲較佳之讀取距離，但為縮小射頻標籤尺寸，減輕重量，因此，該吸波材料係利用具導電性之高分子複合材料，使成本大幅升高。

緣是，發明人有鑑於習用射頻識別標籤普遍使用昂貴之吸波材料或採用複雜之天線結構，而造成製作困難及成本提高…等缺失，遂萌發改良之決心並極力思及解決之道，經多年於相關領域之製造、設計經驗及知識的輔佐下進行多方探討，終於數次的試驗與改進後，乃研擬出適用於金屬物件之無線射頻辨識標籤。

本發明之目的乃是藉由將天線貼附於含週期平面結構之電磁能隙基板藉以抑制表面波（surface wave），有效遮蔽金屬物件干擾，並結合一金屬層使該無線射頻標籤能直接適用於金屬物件，並維持應有之傳輸功率，使辨識距離提升。

本發明之另一目的是利用簡單的結構及製程，使所製作之無線射頻標籤具可撓性，並能降低製作成本，提高產業利用性。

為達前揭目的，本發明提供一種具電磁能隙結構之無線射頻標籤，其結構包括︰一第一基板，該第一基板由軟性電介質材料構成，並形成一電磁能隙面（Electromagnetic Bandgap ,EBG）及一完全電導體面（Perfect Electric Conductor ,PEC），該電磁能隙面是於第一基板上形成數個平面週期性排列結構，以藉能隙（Bandgap）現象操控電磁波；一金屬層，該金屬層結合該第一基板之完全電導體面；至少一天線，該天線貼附於該第一基板之電磁能隙面；一第二基板，該第二基板由軟性電介質材料構成，並置於第一基板及天線之間；以及一無線識別收發晶片，該無線識別收發晶片連接於天線並可供無線訊號寫入及讀取資訊。

於本發明之較佳實施例中，該軟性電介質材料為聚酯（Polyethylene Terephthalate, PET）銅箔。

於本發明之較佳實施例中，該第一基板厚度為1.6mm。

於本發明之較佳實施例中，該天線為超高頻段（UHF）天線。

藉此，將一具週期平面結構之電磁能隙吸波材料置於第一基板，並使第一基板具有完全電導體底面，再將天線貼附於電磁能隙面並於兩者之間設一第二基板，使天線饋入電磁波至具週期平面結構之電磁能隙，並使各別平面結構與金屬層結合而形成人工磁導體（Artificial Magnetic Conductor ,AMC），而於UHF頻段提供寬頻帶止頻帶特色，以達到反向散射電磁波效用，且能利用電磁波反射進行無線射頻標籤與讀取器之資料傳輸，同時藉電磁能隙所形成之人工磁導體遮蔽金屬物件對於無線射頻標籤的影響。

為使  貴審查委員瞭解本發明欲達成目的所運用之技術、手段及功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式，詳細說明如后︰

首先，請參閱第1圖並配合第2圖所示，該無線射頻標籤１包含一第一基板１１，該第一基板１１為軟性電介質材料構成，於本創作之較佳實施例中，該軟性電介質材料為聚酯（Polyethylene Terephthalate, PET）銅箔，且厚度為1.6mm，並形成一包含數個具平面週期性排列結構之電磁能隙面１２（Electromagnetic Bandgap ,EBG）及一完全電導體面１３（Perfect Electric Conductor ,PEC）；一金屬層１４，該金屬層１４結合於該第一基板１１之完全電導體面１３；至少一天線１５，於本創作之實施例中，該天線１５為UHF頻段（868MHz~950MHz）天線，並蝕刻或印刷於第一基板１１之電磁能隙面１２；一第二基板１６，該第二基板１６為軟性電介質材料構成，於本創作之較佳實施例中，該軟性電介質材料為聚酯銅箔（Polyethylene Terephthalate, PET），並置於天線１５與電磁能隙面１２之間；一無線識別收發晶片１７，該無線識別收發晶片１７連接於天線１５之饋入端，而能透過天線１５接收電磁波，並以無線訊號寫入及讀取資訊。

由於無線射頻標籤１貼附於金屬物件時，其入射波入射至金屬物件表面，而反射波相位因金屬表面改變使無線射頻標籤１之天線１５增益及幅射頻率受影響，且以完全電導體面１３為反射材料，反射波相對於入射波存在180°的相位變化，故本發明係利用電磁能隙具帶止能隙之特性，使反射波相位變化量呈現-180°~180°連續變化，並將915MHz之反射波相位變化量設於90°±45°之間，以降低反射損耗。

其次，請仍然參閱第2圖並配合第3圖所示，本發明採用一具週期平面結構之電磁能隙吸波材料，並將之置於第一基板１１，且該第一基板１１底面形成一完全電導體面１３，接著，於電磁能隙面１２上置一第二基板１６，並貼附天線１５及無線識別收發晶片１７，使天線１５饋入電磁波至具週期平面結構之電磁能隙面１２，並使各別平面結構與金屬層１４結合而形成人工磁導體（Artificial Magnetic Conductor ,AMC），而於UHF頻段提供寬頻帶止頻帶特色，以達到產生反向散射之作用，且能利用電磁波反射進行無線射頻標籤１與讀取器（圖中未顯示）之資料傳輸，同時藉電磁能隙面１２所形成之人工磁導體遮蔽金屬物件對於無線射頻標籤１的影響。

接著，請繼續參閱第4圖所示，係本發明之傳輸功率系數曲線圖，該無線射頻標籤１將天線１５貼附於具有週期平面結構電磁能隙面１３（配合參閱第3圖），經量測後發現，該天線１５最佳傳輸功率系數頻率接近915MHz，且該無線射頻標籤１置於金屬物件表面時，無線識別收發晶片１７與該讀取器（圖中未顯示）之有效讀取距離為5.0m，其結果顯示無線射頻標籤１確實能大幅提升讀取距離，並實現抗金屬物件干擾之目的，使所開發之無線射頻標籤１能廣泛使用於任何金屬（如︰自行車）或非金屬物件（配合參閱第5圖），以便於長距離追蹤及檢核貨品，並進一步收集資訊，掌控貨品動態，因此，本發明之無線射頻標籤１顯然具有如下之優點︰ 1.     本發明於第一基板１１設有一具週期平面結構電磁能隙面１２，並使第一基板１１底面形成完全電導體面１３，再結合一金屬層１４以構成人工磁導體，進而達到反向散射電磁波的作用，並能有效遮蔽金屬物件對於無線射頻標籤１的影響，且該無線射頻標籤１結合有一金屬層１４，故能將該金屬層１４貼附於任意材質之貨品表面，使無線射頻標籤１完全不必顧慮金屬物件之干擾。 2.     本發明採用一軟性電介質材料構成第一基板１１，並於第一基板１１上形成電磁能隙面１２藉以遮蔽金屬干擾，而不必加厚天線１５與金屬物件之間距或加特殊材料以遮蔽金屬物件，使該無線射頻標籤１具可撓性，而能應用於各種材質及形狀之物件，增加產業利用性。 3.     本發明之無線射頻標籤１其週期平面之電磁能隙結構能採用蝕刻或印刷技術製作，並可同時完成天線１５之製作，而具有製程簡單及降低製作成本…等優勢。

綜上所陳，本發明將天線貼附於具週期平面結構電磁能隙面，而能有效遮蔽金屬材，提高讀取距離及讀取率，實以較傳統無線射頻標籤更為進步、實用，理應符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之實施範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

本發明︰
１‧‧‧無線射頻標籤
１１‧‧‧第一基板
１２‧‧‧電磁能隙面
１３‧‧‧完全電導體面
１４‧‧‧金屬層
１５‧‧‧天線
１６‧‧‧第二基板
１７‧‧‧無線識別收發晶片

第1圖係本發明之立體分解圖。 第2圖係本發明之剖視圖。 第3圖係本發明之立體圖。 第4圖係本發明之傳輸功率系數曲線圖。 第5圖係本發明使用狀態之示意圖。

1‧‧‧無線射頻標籤

11‧‧‧第一基板

12‧‧‧電磁能隙面

13‧‧‧完全電導體面

14‧‧‧金屬層

15‧‧‧天線

16‧‧‧第二基板

17‧‧‧無線識別收發晶片

Claims (4)

1. 一種具電磁能隙結構之無線射頻標籤，包含︰ 一第一基板，該第一基板為軟性電介質材料構成，並包含一電磁能隙面（Electromagnetic Bandgap ,EBG）及一完全電導體面（Perfect Electric       Conductor ,PEC）； 一金屬層，結合於該第一基板之完全電導體面； 至少一天線，該天線貼附於該第一基板之電磁能隙面； 一第二基板，該第二基板為軟性電介質材料構成，並置於該第一基板與天線之間；以及 一無線識別收發晶片，該無線識別收發晶片供無線訊號寫入及讀取資訊並連接於該天線。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之具電磁能隙結構之無線射頻標籤，其中，該軟性電介質材料為聚酯（Polyethylene Terephthalate, PET）銅箔。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之具電磁能隙結構之無線射頻標籤，其中，該第一基板厚度為1.6mm。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之具電磁能隙結構之無線射頻標籤，其中，該天線為超高頻帶天線（UHF）。