TWI419054B - 射頻識別標籤及天線 - Google Patents

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TWI419054B
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Manabu Kai
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Description

射頻識別標籤及天線 領域
本文所討論之實施例的某一層面相關於一射頻識別標籤技術。
 背景
一無線標籤包括一天線及電氣耦接於該天線的一電路晶片。該天線包括一電感部分及一雙極部分。該電感部分執行與該電路晶片的阻抗匹配。該阻抗匹配透過使該天線的輻射電阻值接近於該電路晶片的電容值，且使該天線的電感與該電路晶片的電容共振，而獲得執行。
日本早期公開公開號第2006-268090號案揭露了一使用標籤的天線的技術。
 發明內容
該實施例之一層面的目的是提供包括一天線的一射頻識別標籤，該天線相對應於具有一小電容的一電路晶片。
根據一實施例的一層面，一射頻識別標籤包括：一撓性基板；一電子元件；一加強構件，其在該加強構件之周邊處具有至少一個凹面部分；及一天線，其包括一雙極部分及一電感部分，該電感部分具有與該電子元件之阻抗相匹配的一阻抗，且以一環形的形狀形成；該電感部分由該加強構件部分地覆蓋，當該環形形狀位於該加強構件周邊的凹面部分下時，該電感部分的環形形狀變窄，且在該加強構件之外變寬。
圖式簡單描述
第1圖是說明一無線標籤的架構的一示意圖；第2圖是該無線標籤的一前視圖；第3圖是一天線及一電路晶片的一等效電路圖；第4圖是根據該實施例具有一與該無線標籤不同之結構的一無線標籤的一前視圖；第5圖是將根據該實施例之該無線標籤與根據該實施例具有一與該無線標籤不同之結構的該無線標籤的通訊距離進行比較的一圖形；第6圖是說明該天線之電感、該非覆蓋部分之寬度與該樹脂之介電常數之間的關係的一圖形；第7圖是第2圖中一加強構件附近的一區域的一放大圖；第8A、8B、8C圖說明該天線之經修改的範例；及第9A、9B圖說明該天線之經修改的範例。
 實施例之描述
其後，根據本發明之一實施例將參照圖式予以描述。
第1圖是說明一無線標籤之組態的一透視圖。該無線標籤1包括一撓性基板10、一天線20、一電路晶片30、一加強構件40及樹脂50。
該撓性基板10由一PET(聚對苯二甲酸乙二酯)薄膜製成，且具有撓性。整個撓性基板10的尺寸是大約60mm長且15mm寬。該天線20提供於該撓性基板10上。該天線20沿著該撓性基板10的縱向方向配置於該撓性基板10上。例如，該天線20可由黏於該撓性基板10上的網版印刷傳導體形成。整個天線20的尺寸是大約53mm長且7mm寬。該電路晶片30電氣地連接於該天線20，且執行無線通訊。該加強構件40覆蓋提供於該撓性基板10上的該電路晶片30。該加強構件40由強化纖維樹脂製成。該電路晶片30由該加強構件40所覆蓋，以防止該電路晶片損害。該樹脂50覆蓋該撓性基板10的整個二側，及該天線20與該電路晶片30。該加強構件50可由合成樹脂製成。因為該無線標籤1由該樹脂50覆蓋，所以該無線標籤1的耐用性得到改良。
第2圖是該無線標籤1的一前視圖。該電路晶片30被省略，且該加強構件40由虛線來表示。該天線20包括一電感部分21及一雙極部分26。該電感部分21以一環形的形狀形成。該電感部分21在從前面看時以一凹面形狀形成。用以將電流供應給該電路晶片30的一電源部分25形成於該電感部分21的中心。該電源部分25電氣地連接於該電路晶片30。該雙極部分26以一螺旋形狀形成。加強構件40的細節下面將予以詳細地描述。
該電感部分21包括由該加強構件40所覆蓋的一覆蓋部分22，及未由該加強構件40所覆蓋的一非覆蓋部分23。該覆蓋部分22的最小寬度W1不同於該非覆蓋部分23的最大寬度W2。特別的是，該非覆蓋部分23的寬度W2大於該覆蓋部分22的寬度W1。該寬度W1例如是大約1.5mm，且該寬度W2是例如大約3.0mm。該加強構件10的周邊區域4D是用以在將該加強構件40接合於該撓性基板10上時，調節該加強構件40之位移的區域，且該電感部分21在區域4D中的寬度設定為與該覆蓋部分22之寬度相同的寬度W1。以此方式，透過由該非覆蓋部分23的寬度改變為覆蓋部分22的寬度，整個電感部分21的足夠長度得以獲得。獲得足夠長的整個電感部分21的原因是用以實現與具有一相當小電容之電路晶片30的阻抗匹配。
該阻抗匹配將予以簡單地描述。
第3圖是該天線20及該電路晶片30的一等效電路圖。如第3圖所繪示，該天線20可等效地由一輻射電阻Rap及一電感Lap的一並聯電路來表示。該電路晶片30可等效地由一內部電阻Rcp及一電容Ccp的一並聯電路來表示。該電容Ccp與該電感Lap由於該天線20和該電路晶片30並聯而發生共振。以此方式，該阻抗匹配在一所期望共振頻率()下予以實現，且將在該天線20處所接收的電力完全地提供給該電路晶片30。日本使用953MHz左右的頻率，歐洲使用868MHz左右的頻率，美國使用915MHz左右的頻率。
為了實現與具有一相當小電容Ccp之電路晶片30的阻抗匹配，該電感Lap需要是一較大值。為了增加電感Lap，該天線20之電感部分21的長度需要增長。如第2圖所繪示，為了獲得一足夠長的電感部分21，該非覆蓋部分23的寬度W2設定為大於該覆蓋部分22的寬度W1。
其次，將描述具有一與該無線標籤1不同之結構的一無線標籤1x。第4圖是具有一與該無線標籤1不同之結構的該無線標籤1x的一前視圖。該電路晶片在該圖式中被省略，且該加強構件40由虛線來表示。該無線標籤1x之一天線20x的形狀不同於該無線標籤1之天線20的形狀。在該天線20x中，該覆蓋部分22及該非覆蓋部分23具有相同的寬度。特別的是，該覆蓋部分22及該非覆蓋部分23的寬度與該天線標籤1之天線20之覆蓋部分22的寬度W1相同。因而，當將具有一相當小電容Ccp的一電路晶片用於一無線標籤1x中時，如第4圖所繪示，該電感部分21x需要增長以實現阻抗匹配。
當該電感部分21x很長時，需要於一小於該無線標籤1之雙極部分26的區域中獲得一足夠長的雙極部分26x。為了於一小區域中獲得一足夠長的電感部分21，如第4圖所繪示，該雙極部分26x具有一多摺疊的形狀。因為該雙極部分26x具有這樣一形狀，所以存在該天線20x之天線增益降低且該通訊距離縮短的風險。當使該無線標籤1x與用於歐洲的頻率(868MHz)相容時，雙極部分26的長度需要是953/868倍長，使得整個無線標籤1x需要提高尺寸。
然而，以與第2圖所繪示之該無線標籤1相同的方式，該電感部分21之覆蓋部分22及非覆蓋部分23的長度不同，使得在獲得一足夠長的電感部分21時，有可能獲得一足夠區域的雙極部分26。以此方式，該雙極26可具有包括相對少的摺疊部分的形狀。因而，抑制了該天線增益的降低，且該通訊距離增長。以此方式，該天線20可用於具有一相當小電容的一電路晶片。即使在使該無線標籤1與歐洲所使用之頻率(868MHz)相容時，也可能獲得一足夠長的雙極部分26，且維持小尺寸的無線標籤1。
第5圖是將該無線標籤1與該無線標籤1x的通訊距離進行比較的一圖形。水平軸是頻率，垂直軸是通訊距離比率。該水平軸的通訊距離比率是，當假設該無線標籤1x(其頻率設定為958MHz)之通訊距離是該無線標籤1的通訊距離時，該無線標籤1及1x的通訊距離比率。該圖形中所繪示的結果是對於均未由該樹脂50所覆蓋之無線標籤1及1x二者的計算。如第5圖所繪示，在頻率900MHz與1000MHz之間，無線標籤1的通訊距離大於該無線標籤1x的通訊距離。
其次，將描述該樹脂50。該樹脂50具有一預定的介電常數。第6圖是說明該天線20之電感Lap、該非覆蓋部分23之寬度W2與該樹脂之介電常數之間的關係的一圖形。例如，與該預定電感Lap的值相比，隨著該樹脂50之介電常數增大，該非覆蓋部分23的寬度W2需要縮小。換句話說，隨著該樹脂50之介電常數增大，該電感部分21的長度可能縮短。例如，為了使用具有1.0pF之一電容Ccp的一電路晶片，根據一共振條件，該電感Lap應該是28nH，且當該樹脂50之介電常數εr是3時，寬度W2應該是3mm。以此方式，非覆蓋部分23的寬度W2根據該樹脂50的介電常數來設定。作為該樹脂50的一材料，例如可使用一聚脂樹脂，諸如熱塑性樹脂中之一聚對苯二甲酸乙二酯(介電常數3：2)及在熱硬化性樹脂中的一環氧樹脂(介電常數4.0至4.6)及一聚胺酯樹脂(介電常數：4.2至7.6)。
該樹脂50之介電常數與該天線20之長度之間的關係將予以簡單地描述。使用於諸如UHF頻帶之一頻帶中的一天線的尺寸需要具有一將該波長除以偶數而得出的長度，例如透過將該波長除以2而獲得的長度。在該樹脂50的內側，一無線電波的波長與該介電常數的平方根成反比例。因而，當使用具有一高介電常數之一材料作為該樹脂50的材料時，該天線的尺寸可予以縮小。因此，該樹脂50之介電常數越高，該天線20之長度可能就越短。換句話說，該樹脂50的介電常數越高，該電感部分21的長度可能就越短。如上所述，該樹脂50的介電常數越高，該非覆蓋部分23的寬度W2可能就越短。
其次，該加強構件40將予以描述。第7圖是在第2圖中該加強構件40附近之區域的一放大圖。該加強構件40具有沒有橫跨該電感部分21的一第一邊緣部分41，及橫跨該電感部分21的一第二邊緣部分42。該第一邊緣部分41及該第二邊緣部分42使該加強構件的邊緣部分成形為一凹面形式。考慮該撓性基板10沿著該第一邊緣部分41上的延伸線L彎曲的情況。在這種情況下，該撓性基板10在該第一邊緣部分41附近的彎曲半徑相對較小。另一方面，該撓性基板10在該第二邊緣部分42附近的彎曲半徑相對較大。因為該電感部分21橫跨該第二邊緣部分42，所以可抑制該電感部分21的彎曲半徑變小。以此方式，防止該天線20的斷開。
其次，將參照第8A、8B、8C圖及第9A、9B圖來描述該天線之經修改的範例。
如第8A圖所繪示，一電感部分21a具有圓形彎曲的一彎曲部分24s。因為一大電流流入該電感部分21a，所以可藉由圓形彎曲的該彎曲部分24a來抑制該傳導體的損失。當該電感部分21a的彎曲部分如上所述予以圓形地彎曲時，該電感部分21a的圓周長度變長。因而，該電感部分21a的整個區域需要擴大，且當該電感區域21a擴大時，該雙極部分26的區域縮小。
如第8B圖中所繪示，一電感部分21b具有向下突出的一凸起部分24b。藉由這一形狀，一足夠長的電感部分21b可被獲得。然而，因為增加了該電感部分21b的彎曲部分，所以增加了該電感部分21b中的損失。
如第8C圖中所繪示，一雙極部分26c包括具有一窄寬度的一窄寬度部分26c1及具有一寬寬度的一寬寬度部分26c2，該寬寬度部分26c2連接於該窄寬度部分26c1。該寬寬度部分26c2的長度大於該窄寬度部分26c1的長度。該寬寬度部分26c2形成於該雙極部分26c的頂端側上。以此方式，一足夠區域的雙極部分26c可予以獲得，且因為該雙極部分26c具有較少的彎曲部分，所以該天線增益增加。
如第9A圖中所繪示，該天線20d的一雙極部分26d具有一曲折形式。藉由這樣一形狀，一足夠長的雙極部分26d可予以獲得。
如第9B圖中所繪示，在一天線20e中之一電感部分21e的一非覆蓋部分23e呈曲折的形式。該非覆蓋部分23e相對應於該曲折部分。該非覆蓋部分23e的最大寬度W2大於該覆蓋部分22的最小寬度W1。而且，藉由此，一足夠長的電感部分21e可予以獲得。
雖然上面描述了本發明的一較佳實施例，但是本發明不限於該特定的實施例，且各種變化及修改可能在申請專利範圍所描述之本發明的範圍中。
雖然該無線標籤1由該樹脂覆蓋，但是該無線標籤1可以不由該樹脂50所覆蓋。包括該撓性基板10、該天線20、該電路晶片30及該加強構件40的整個本體可予以層壓。
在此所列舉的所有範例及條件語言是企圖出於教學的目的以幫助讀者理解本發明及發明者所提出的概念，以促進此技術領域的發展，且要被理解的是並不限於該等特別列舉的範例及條件，而專利說明書中的該等範例的組成也不與本發明的優勢及劣勢的顯示有關。雖然本發明的實施例已經被詳細地描述，但是應該理解的是，在不背離本發明的精神及範圍的情況下，各種變化、替代及修改在此可以被做出。
1/1x．．．無線標籤
10．．．撓性基板
20/20x/20d/20e．．．天線
21/21x/21a/21b/21e．．．電感部分
22．．．覆蓋部分
23/23e．．．非覆蓋部分
24a．．．彎曲部分
24b．．．凸起部分
25．．．電源部分
30．．．電路晶片
26/26x/26c．．．雙極部分
26c1．．．窄寬度部分
26c2．．．寬寬度部分
40．．．加強構件
41．．．第一邊緣部分
42．．．第二邊緣部分
50．．．樹脂
4D．．．周邊區域
Ccp．．．電容
Lap．．．電感
Rap．．．輻射電阻
Rcp．．．內部電阻
W1/W2．．．寬度
第1圖是說明一無線標籤的架構的一示意圖；
第2圖是該無線標籤的一前視圖；
第3圖是一天線及一電路晶片的一等效電路圖；
第4圖是根據該實施例具有一與該無線標籤不同之結構的一無線標籤的一前視圖；
第5圖是將根據該實施例之該無線標籤與根據該實施例具有一與該無線標籤不同之結構的該無線標籤的通訊距離進行比較的一圖形；
第6圖是說明該天線之電感、該非覆蓋部分之寬度與該樹脂之介電常數之間的關係的一圖形；
第7圖是第2圖中一加強構件附近的一區域的一放大圖；
第8A、8B、8C圖說明該天線之經修改的範例；及
第9A、9B圖說明該天線之經修改的範例。
10．．．撓性基板
20．．．天線
30．．．電路晶片
40．．．加強構件
50．．．樹脂

Claims (15)

  1. 一種射頻識別標籤，其包含：一撓性基板；一電子元件；一加強構件，在該加強構件之一周邊處具有至少一個凹面部分；及一天線，其包括一雙極部分及一電感部分，該電感部分具有與該電子元件之阻抗相匹配的一阻抗，且以一環形的形狀形成；該電感部分部分地由該加強構件所覆蓋，該電感部分的該環形形狀在該環形形狀位於該加強構件之該周邊的該凹面部分下時變窄，且在該加強構件外變寬，該電感部分之一非覆蓋部分的一寬度係大於一覆蓋部分的一寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，更包含：一樹脂層，其覆蓋該天線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之射頻識別標籤，其中在該加強構件外的該環形形狀的該寬度及該樹脂層之一介電常數獲得調整，以提供該阻抗。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該加強構件外的該環形形狀的最大寬度大於由該加強構件所覆蓋的該環形形狀的最小寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該電感部分以一凹面的形式形成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該電感部分具有向下突出的一凸起部分。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該電感部分具有圓形地彎曲的一彎曲部分。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該電感部分具有曲折的一曲折部分。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該雙極部分具有一螺旋形式或一曲折形式。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之射頻識別標籤，其中該雙極部分包括具有一窄寬度的一窄寬度部分，及具有一寬寬度的一寬寬度部分，該寬寬度部分連接於該窄寬度部分。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之射頻識別標籤，其中該寬寬度部分的長度大於該窄寬度部分的長度。
  12. 一種天線，其用於一射頻識別標籤中，該射頻識別標籤包括一撓性板、一電子元件及加強構件，該加強構件在該加強構件的一周邊處具有至少一個凹面部分，該天線包含：一雙極部分；及一電感部分，其具有與該電子元件之阻抗相匹配的一阻抗，且以一環形形狀形成；該電感部分部分地由該加強構件所覆蓋，該電感部分的該環形形狀在該環形形狀位於該加強構件之該周邊的該凹面部分下時變窄，且在該加強構 件外變寬，該電感部分之一非覆蓋部分的一寬度係大於一覆蓋部分的一寬度。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該加強構件外的該環形形狀的最大寬度大於由該加強構件所覆蓋之該環形形狀的最小寬度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該電感部分以一凹面的形式形成。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該電感部分具有向下突出的一凸起部分。
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