TWI269234B - RFID tag antenna and RFID tag - Google Patents

Description

1269234 九、發明說明： 本發明係有關於一種天線技術，特別是有關於一種技 術，其適用於RFID(無線射頻辨識）系統的實施，且可減少 5 周圍環境對天線性能的影響者。 L先前技術3 習知有一種RFID(Radio Frequency Identification;無線 射頻辨識）系統之身份識別系統，其係使用UHF頻帶(860〜 960MHz)之無線訊號，由讀寫器發送iw程度之訊號，在標 10 籤(tag)側接收到該訊號時，便朝讀寫器側回送一響應訊 號，以讀寫器讀取標籤内之資訊者。該通訊距離係按標籤 侧之天線的增益、標籤内之1C(積體電路）晶片之動作電壓及 周圍環境有所不同，不過大概3m左右。 RFID標籤一般是藉厚度10〜30微米程度之天線及與天 15 線供電點相連接之1C晶片所構成者。該1C晶片一般可藉電 阻Rc(例如1200Ω)與電容Cc(例如0.58pF)之並聯方式等效顯 示，天線則可藉電阻Ra(諸如1000Ω)與電感La(諸如48nH) 之並聯方式等效顯示。將這兩者並聯時，其等效電路則如 第10圖所示者。在此，電容Cc及電感La共振時，可以下列 20 式子： [數式1】/0 = ^^ 所示之共振頻率f〇使兩者匹配，該共振頻率之訊號係以天 線接收時，該接收功率可足以供應1C晶片側者。 1269234 標籤天線所用之基本天線係如第u圖所示，使用一諸 如全長15Omm程度、寬度丨5mm程度之折疊雙極天線(F〇ided Dipole Antenna) 100。該天線之增益係約2·。該全長係 f= 953MHz之波長（約300mm)的一半，具有λ/2之電流分 5布，以该頻率共振。該共振頻率中折疊雙極天線100之導納 的虛數成分（電感成分或電容成分）變成〇，因此如第丨丨圖所 示，將電感部La與折疊雙極天線1〇〇並聯，便可使之與1(：晶 片共振。 此外’有關本發明之技術係如專利文獻丨所示，其中揭 1〇示一種技術，用以使電磁波朝天線反射之反射機構設於非 接觸式1C標籤時，便可將通訊距離拉長，不管背面所有之 物質為何物，亦可保持資料讀寫狀態為一定者。 附有RFID標籤之物品為金屬製成時，一將天線黏貼在 金屬面，則在該金屬面上有不要之高頻電流流動，使得共 15 振頻率有出入或降低天線增益之現象發生，可能造成無法 與讀寫器間進行通訊。 前述專利文獻1所揭示之技術係可有效地減少如此天 線特性的變動。惟，該文獻所揭示之非接觸式1(^標籤所使 用之天線為折疊雙極天線。並且，為使由天線所放射之電 20 磁波反射，勢必在反射機構與天線之間設置相當的距離(依 上述文獻可知，至少1/12波長以上）。為此，使用UHF頻帶 訊號之RFID標籤系統採用該技術時，趨使rfid標籤的形狀 細長且大型化。 [專利文獻1]曰本專利公報，，特開2002-298106號，， 1269234 t發明内容3 本發明係有鑑於上述問題而所構建成者，欲解決之課 題在於··將一即使黏貼於金屬面時亦可使用之RFID標籤小 型化者。 5 本發明之一態樣之RFID標籤天線，其特徵在於包含 有：第一元件，係由一對各具有1處彎折部分之導體所構 成，且令該一對導體的各一邊的端部為供電點者；電容耦 合部，係形成於前述供電點者；及，第二元件，係一隔著 介電體而與前述第一元件相對設置之導體者；藉其特徵， 10 解決前述之課題。 忒π構之天線係藉第一元件之折疊，使全長較折疊雙 極天線還短，又，黏貼在金屬面之天線特性之變動係藉第 二元件減輕，進而’藉電_合部之設置，可做預期頻率 之利用。 15 —此外’在上縣發日狀RFID__t，亦可構造成 將可述折4部分之彎折角度成直角者。 線亥結構，與令折疊角度為鈍角之形態相比，可將天 線整體的形狀縮小。 亦可二=述=之·標鐵天料，前述第二元件 碰弟一儿件之形狀形成者。 現象^結構，使因第二元件之影響導致天線增益降低之 又，在前述本發明之RFID標籤天線中 #了為形成在前述第—元件供電點之平行導體者。 20 1269234 依該結構，可使電容耦合部廉價形成者。 此外，此時，亦可構建成更具有一第二介電體，其係 隔著前述平行導體而與前述介電體面對設置者。 又，此時，亦可構建成更具有一第二介電體，其係設 5 置於與前述平行導體相接觸之前述介電體之部位，且介質 常數較該介電體還高者。 藉其等結構，縮短平行導體之長度，使得天線增益提 升。 又，前述本發明之RFID標籤天線中亦可構建成，前述 10 第一及第二元件為形成在薄片上之導體圖案，並於該薄片 上炎設有薄層狀前述介電體者。 按此，可製造前述本發明之RFro標籤天線者。 又，此時，前述薄片亦可為聚乙烯對苯二甲酸酯 (PET)、紙及薄膜中之一者。 15 又，此時，前述第一及前述第二元件與前述介電體間 之接合係藉真空疊層處理進行者。 或，此時，前述第一及前述第二元件與前述介電體間 之接合亦可藉黏著劑而進行者。 又，前述本發明之RFID標籤天線中，前述介電體亦可 20 為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂及環氧樹脂中之一者。 又，前述本發明之RHD標籤天線中，前述導體亦可為 銅、銀及I呂中之一者。 此外，本發明亦提供一種RHD標籤，其係於前述本發 明之RFID標籤天線之供電點上裝設有積體電路(1C)晶片而 1269234 成者。 [發明之效果] 依本發明，如上構造時，本發明係可展現一亦可提供 一種即使黏貼在金屬面上亦可使用之小型RFID標箴之效 5 果。 [圖式簡單說明] 第1圖係第一圖案之一對導體各有2個彎折部之天線的 結構示意圖。 第2圖係第一圖案之一對導體各只有1個彎折部之天線 10 的結構不意圖。 第3圖係實施本發明之RFID標籤天線結構之第一形態 示意圖。 第4圖係實施本發明之RF ID標籤天線結構之第二形態 示意圖。 15 第5圖係顯示第3圖或第4圖所示之天線供電點連接有 1C晶片時之等效電路圖。 第6圖係實施本發明之RFID標籤天線結構之第三形態 示意圖。 第7圖係實施本發明之RF ID標籤天線結構之第四形態 20 示意圖。 第8圖係實施本發明之RF ID標籤天線之製造方法之第 一形態示意圖。 第9圖係實施本發明之RJFID標籤天線之製造方法之第 二形態示意圖。

9 1269234 第10圖係顯示RF〗D天線供電點連磋有IC晶片時之等效 電路圖。 第11圖係顯示並聯有電感部之折疊雙極天線之形態 圖。 5 【實旌^方式】 以下’根據圖式，說明本發明之實施形態。本實施形 態係提供一種天線(RFID標籤天線），其長邊之長度係比前 述之折疊雙極天線還短，亦可使黏貼於物品之黏貼面的面 積小於信用卡（長約86mmx寬約54mm)，可使用在卡片狀 10 RFID標籤者。 又，在以下說明中，考慮一種RFID標籤用之天線，其 係藉Cc=0.58pF與RC=1200Q之並聯電路且以等效電路顯示 之1C晶片相連接，且使用頻率953mHz之訊號者。此時，令 天線之電感成分La為48nH程度，可成立前述[數式1]者。 15 又，下列說明中顯示根據使用市面上的電磁場模擬裝 置進行之模擬所算出之結果。 首先，檢討第1圖所示之天線。 在第1圖中，第一圖案1係由具有沿長約46mmx寬約 76mm之卡片外圍形狀而折返2次之彎折部且呈11字形狀之 20 一對導體所構造成者。此外，1C晶片係配置於位於上述_ 對導體之各一邊之端部之供電點4。 又，第一圖案2係隔著厚度3.5mm之介電體3而與第一 圖案1面對設置，其形狀係沿著第一圖案丨形成者。又，令 介電體3之介質常數er&3.〇。 ^W234 計算該天線之電感成 波長還長，因此具有電感、=，MLa=48.〇nH(全長係較！/2 振頻率係由前述之[數式^成T)’因此該天線與1C晶片之共 得算出結果變成.二’Wf=953MHz。惟，天線之利 彎折部在每—邊的導體都有損，極大。這可想而知是因為 使得電磁波難以幅射者。2次，且朝沿内侧之方向彎折， 在此，減少第一圖案i 一對導夂& 、的寫折次數，如第2圖所示，令 ，體之母一形狀形成為 二 此’天線之利得算出社果直4折L人之L子形者。由 ίο 15 20 雷咸点八,士 果則為。不過計算該天線之 豆La 8.5nH，對於作為RFID標籤用之天線時， 其電感成分較小，不“_之解進行共振者。 在此，如第3圖所示，在第-圖案！之供電點4間連接 C(電谷)搞合部5。就轉合部5係由第2圖中之供電點4平行 延伸形成有第-圖案i之—對導體者。此外，在第3圖中， 將供電點4之位置移動到該平行導體之端部，c搞合部5只要 相對於供電點4並聯插入即可，如第4圖所示，亦可按照原 末弟2圖之位置，不須移動供電點4。 第3圖或第4圖所示之天線之供電點4連接有1(：晶片時 之等效電路係示於第5圖。該第5圖之等效電路係形成為： 沒有C耦合部5之狀態下之天線（即，如第2圖所示之天線)之 電感成分La2並聯加入有C耦合部5之電容成分Ca2之形態。 该第5圖之電感成分La2值之算出結果係如前述，為 7·5ηΗ，因此為使第3圖或第4圖具有相當於1^=47.91111之電 感成分時，只要使 11 1269234 [數式 2] + 0?2) = . Cc 之式子成立之狀態下設定C耦合部 又電容成分Ca2即可。 此外，此時之天線幅射阻抗知則成為Ra=麵〜削 ::者。又’天線之增益算出結果係成為⑽卜可獲 仔κ用上相當足夠之增益者。 丨小苓冋一尺T，即， 次之-折部分之-對導體所構成，設有：該一對導 10 15

2〇 口供電點4之第、尺寸為縱 橫76mm、厚3.5mm且介之介娜、 將c^/T有介電體3而相對於第—圖案1配置之第二圖案2， 將C麵,部5形成在供電點4後並聯俾構成天線，俾使天線具 有狀晶片共振所需之電感成分，且，天線具有與沒有c 耦合部5之形態同等之增益者。 —丨、“少力乂钓對應第一圖案 1形成之形狀。第二圖案2侧明少標_貼在金屬面時 其中天線特㈣㈣者，在此，在此，以導體塗佈於介電 雜3之面做為襯底以代替第二圖案2之狀態時，天 #出結果則成為，i，使增益大幅降低。在此:； 形成對應第n之形狀，例如形成與第—圖幸！同 可—邊確保實用的天線增益，-邊減少黏貼 在金屬面時之天線特性變動者。 又’第一圖案1及第：圖案2係諸如針對藉於介電體2上 等T形成之金屬面(如銅、銀、-等金屬) 進打触刻4加卫成預定形狀，便可製造者。 12 1269234 又，介電體3係以便宣且易於加工，又具有柔軟性之物 質為佳’具體而言以ABS㈣腈_丁二烯_笨乙频脂或環 氧樹脂等樹脂為佳。

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20 又’ C搞合部5之構造係除了如第3圖或第*圖所示，只 配置平行導體之低賴造外，料如第㈣所示，在於幻 圖中夾鄉成有⑶合部5之平行導體而與介電心相對之 位置上’設置諸如介質常數之第二介電體時。依兮 構造，便可-邊以C耦合部5確保必要之靜電電容，一邊縮 短十行導體之全長者。因此，使天線形狀接近於第2圖所= 者，就這樣即可提昇天線之增益者。 此外，除了第6圖所示之配置第二介電體6外，如第㉘ 所示，將介質常數較介電體3還高之第二介電體硫置於與 第3圖中形成有C搞合部5之平行導體相接觸之介電體3之部 位(埋設於介電體3)時，亦可得到同樣的效果。 又’如上說明之天、線，例如第8圖戶斤示，亦可先在以PET (聚乙烯對苯二甲酸酯）、紙、或薄膜為材料之薄片上，各形 成作為導體之第-圖案！及第二導體2，藉其等2枚薄片7及 介電體3之薄片之3枚構造而形成為天線者。此時，例如亦 可使用黏著劑將其等薄片7及介電體3相黏製造天線，又， 如第9圖所示，亦可藉將其等薄片7及介電體3以真空層壓板 8密封俾成一體化之處理製造天線者。 又，本啦明並不限定於上述之實施形態，只要在不超 出本發明之旨趣之範疇内遂可做各種改良及變更。 【圖式簡單說^明j 13 1269234 第1圖係第一圖案之一對導體各有2個彎折部之天線的 結構示意圖。 第2圖係第一圖案之一對導體各只有1個彎折部之天線 的結構示意圖。 5 第3圖係實施本發明之RFID標籤天線結構之第一形態 示意圖。 第4圖係實施本發明之RFID標籤天線結構之第二形態 示意圖。 第5圖係顯示第3圖或第4圖所示之天線供電點連接有 10 1C晶片時之等效電路圖。 第6圖係實施本發明之RF ID標籤天線結構之第三形態 示意圖。 第7圖係實施本發明之RFID標籤天線結構之第四形態 示意圖。 15 第8圖係實施本發明之RFID標籤天線之製造方法之第 一形態示意圖。 第9圖係實施本發明之RFID標籤天線之製造方法之第 二形態示意圖。 第10圖係顯示RFID天線供電點連接有1C晶片時之等效 20 電路圖。 第11圖係顯示並聯有電感部之折疊雙極天線之形態 圖。 【主要元件符號說明】 1…第一圖案 2…第二圖案 14 1269234 3.. .介電體 4.. .供電點 5.. .電容(C)_合部 6.. .第二介電體 7.. .薄片 8.. .真空疊層 100.. .折疊雙極天線

Claims (1)

1269234 十、申請專利範圍： 1· 一種RFID標籤天線，係包含有： 第一元件，係由一對各具有1處彎折部分之導體所構 成’且令该-對導體的各_邊的端部為供電點者，· 電谷I馬合部，係形成於前述供電點者；及 第一元件’係一隔著介電體而與前述第一元件相對設 置之導體者。 2.如申請專利顧w項之RFID標籤天線，其中該彎折部 分之彎折角度為直角者。 3·如申請專利範圍第丨項之RFID標籤天線，其中該第二元 件係沿著前述第一元件形狀而形成者。 4·^申請專利範圍第丨項之RFID標籤天線，其中該電容輕 〇。卩係一形成在前述第一元件之供電點之平行導體者。 5.如申請專利範圍第4項之RFID標籤天線，其係更具有— 第二介電體，該第二介電體係隔著前述平行導體而與前 述介電體相對設置者。 6·如申請專利範圍第4項之RFID標籤天線，其係更具有第 二介電體，該第二介電體係配置於前述介電體中與前述 平仃導體相接觸之部位，且具有較前述介電體還高之介 質常數者。 ° 7·如申請專利範圍第1項之RFID標籤天線，其中該第一及 第一元件係指形成在薄片上之導體圖案，並於該薄片上 夾设有薄層狀前述介電體者。 8·如申請專利範圍第7項之RnD標籤天線，其中該薄片係 1269234 指：聚乙烯對苯二甲酸酯（PET)、紙及薄膜中之一者。 9.如申請專利範圍第7項之RF1D標籤天線，其中該第一及 第二元件與前述介電體間之接合係藉真空疊層處理進行 者。 5 10.如申請專利範圍第7項之RHD標籤天線，其中該第一及 第二元件與前述介電體間之接合係藉黏著劑而進行者。 11.如申請專利範圍第1項之RFro標籤天線，其中該介電體 係指：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂及環氧樹脂中之 •-者。 10 12.如申請專利範圍第1項之RFID標籤天線，其中該導體係 指：銅、銀及鋁中之一者。 13. —種RFID標籤，其係於申請專利範圍第1至12項中任一 項之RFID標籤天線之供電點上裝設有積體電路(1C)晶片 而構造成者。 15 17