TWI628852B - Radio frequency identification tag and label paper product using the same - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種無線射頻識別標籤及使用其之標籤紙產品。該無線射頻識別標籤包括一訊號源結構、一輻射結構、一隔離結構及一基材。該訊號源結構包括一迴圈天線及一無線射頻識別晶片，該無線射頻識別晶片電性連接該迴圈天線。該輻射結構圍繞該訊號源結構。該隔離結構間隔設置於該輻射結構之一側。該基材用以承載該訊號源結構、該輻射結構及該隔離結構。

Description

無線射頻識別標籤及使用其之標籤紙產品

本發明係關於一種標籤，特別係關於一種無線射頻識別標籤及使用其之標籤紙產品。

無線射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)標籤是由一無線射頻識別晶片與一標籤天線組合而成，透過天線來接收無線射頻識別讀取器的無線電通訊訊號，並傳送或更新無線射頻識別晶片內部所記錄的資料或識別碼。無線射頻識別標籤具有讀取速度快、讀取距離長、無需目視下讀取及可同時讀取多個且不受髒污影響等優點，因此在物流管理、門禁管制、流程追縱管控…等等，皆可看到無線射頻識別技術的應用。

無線射頻識別技術在應用上，以標籤天線的設計技術為影響應用成敗的關鍵，原因包括天線的設計決定成本的高低、可操作頻寬的大小、性能的優劣及可適用的對象等。因此，近幾年所發表有關於無線射頻識標籤天線設計議題的期刋相當的多，所申請的專利案數量也很可觀。在無線射頻識別標籤天線的設計上，由於無線射頻識別晶片的特性阻抗不是純電阻性，而是同時具有電阻性與電容性的複數阻抗特性，故在設計上有別於傳統的50歐姆天線的設計方式。為讓無線射頻識別晶片與天線間的能量傳輸達到最佳化，如何有效設計出可與晶片特性阻抗達成共軛匹配之天線，成為無線射頻識別標籤天線設計上所面臨的第一個難題。

超高頻無線射頻識別(UHF-RFID)系統沒有全球統一的操作頻段規範，故世界各國所規定合法操作頻段都不一樣，如美國為902~928MHz、台灣為922~928MHz、日本為950~956MHz及歐洲為866~869MHz。因此，如何設計一寬頻標籤天線(860~960MHz)，以同時相容於世界各國的超高頻無線射頻識別系統，為標籤天線設計上的第二難題。

標籤天線設計上的第三難題則是金屬物的影響，由於金屬會反射電磁波，故對臨近的無線射頻識別標籤天線特性會造成破壞性干涉，進而影響其讀取效能。例如將標籤直接平貼於金屬上，會發生完全無法讀取標籤的情況。

因此，有必要提供一創新且具進步性之無線射頻識別標籤及標籤紙產品，以解決上述問題。

本發明提供一種無線射頻識別標籤，包括一訊號源結構、一輻射結構、一隔離結構及一基材。該訊號源結構包括一迴圈天線及一無線射頻識別晶片，該無線射頻識別晶片電性連接該迴圈天線。該輻射結構圍繞該訊號源結構。該隔離結構間隔設置於該輻射結構之一側。該基材用以承載該訊號源結構、該輻射結構及該隔離結構。

本發明另提供一種標籤紙產品，包括一第一紙體及一無線射頻識別標籤。該無線射頻識別標籤設置於該第一紙體上，該無線射頻識別標籤包括一訊號源結構、一輻射結構、一隔離結構及一基材。該訊號源結構包括一迴圈天線及一無線射頻識別晶片，該無線射頻識別晶片電性連接該迴圈天線。該輻射結構圍繞該訊號源結構。該隔離結構間隔設置於該輻射結構之一側。該基材用以承載該訊號源結構、該輻射結構及該隔離結構。

本發明之無線射頻識別標籤以間接耦合原理設計而成，且導入 該隔離結構可降低金屬物對其特性之影響程度，讓天線阻抗特性的調整有更大的自由度，易於實現寬頻天線之設計。同時可提高標籤之容許傾斜角度達±60度，並可大幅提高讀取距離達12公尺以上。

為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明所述目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

1‧‧‧標籤紙產品

10‧‧‧無線射頻識別標籤

11‧‧‧訊號源結構

12‧‧‧輻射結構

13‧‧‧隔離結構

14‧‧‧基材

20‧‧‧第一紙體

21‧‧‧第一側邊

22‧‧‧第二側邊

23‧‧‧第三側邊

24‧‧‧第四側邊

30‧‧‧第二紙體

30C‧‧‧割斷線

111‧‧‧迴圈天線

112‧‧‧無線射頻識別晶片

121‧‧‧彎曲部

122‧‧‧U型部

122P‧‧‧水平線段

122V‧‧‧垂直線段

251‧‧‧第一打孔摺線

252‧‧‧第二打孔摺線

253‧‧‧第三打孔摺線

254‧‧‧第四打孔摺線

261‧‧‧第一割斷線

262‧‧‧第二割斷線

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

G‧‧‧間距

M‧‧‧金屬物

X,Y,Z‧‧‧三維軸向

圖1顯示本發明無線射頻識別標籤之結構示意圖；圖2顯示本發明無線射頻識別標籤之天線阻抗特性分析圖；圖3A顯示本發明無線射頻識別標籤之天線操作頻段之分析圖；圖3B顯示本發明無線射頻識別標籤之天線輻射場型圖；圖4顯示本發明無線射頻識別標籤直立貼附於金屬物之示意圖；圖5A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線阻抗特性影響之分析圖；圖5B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線阻抗特性影響之分析圖；圖6A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線操作頻段影響之分析圖；圖6B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線操作頻段影響之分析圖；圖7A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線輻射場型(X-Y平面)影響之分析圖；圖7B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線輻射場型(X-Y平面)影響之分析圖；圖8A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線輻射場型(X-Z平面)影響之分析圖； 圖8B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線輻射場型(X-Z平面)影響之分析圖；圖9顯示本發明標籤紙產品之結構示意圖；圖10顯示本發明標籤紙產品之無線射頻識別標籤直立後之立體圖；圖11顯示本發明標籤紙產品之第二紙體之示意圖；及圖12顯示本發明標籤紙產品之第二紙體貼附於第一紙體之示意圖。

參閱圖1，其係顯示本發明無線射頻識別標籤之結構示意圖。本發明之無線射頻識別標籤10包括一訊號源結構11、一輻射結構12、一隔離結構13及一基材14。

該訊號源結構11包括一迴圈天線111及一無線射頻識別晶片112。該無線射頻識別晶片112電性連接該迴圈天線111。

該輻射結構12圍繞該訊號源結構11。該輻射結構12包括一彎曲部121及一U型部122。該彎曲部212之一端連接該U型部122。該U型部122具有一水平線段122P及二垂直線段122V，該水平線段122P之兩端分別連接各該垂直線段122V。在本實施例中，該訊號源結構11係位於該U型部122內，即該訊號源結構11位於該二垂直線段122V之間。

該隔離結構13間隔設置於該輻射結構12之一側。該隔離結構13不連接該輻射結構12，且該隔離結構13與該U型部122間具有一間距G。較佳地，該隔離結構13係呈直線狀。

該基材14用以承載該訊號源結構11、該輻射結構12及該隔離結構13。在本實施例中，該訊號源結構11、該輻射結構12及該隔離結構13係以印刷電路板製程形成於該基材14上。

本發明之無線射頻識別標籤10採用電感耦合機制，讓天線阻抗 在調整上有較大的自由度。

圖2顯示本發明無線射頻識別標籤之天線阻抗特性分析圖。配合參閱圖1及圖2，在實部阻抗與虛部阻抗的調整上，幾乎可實現分離設計的便利性，實部阻抗係由該輻射結構12所調控，而虛部阻抗則由該訊號源結構11所決定，此對於標籤天線的設計有相當大的助益。此外，由於此阻抗之可調整特性，讓使用者更易於設計出操作頻寬較廣的標籤天線。

參閱圖3A，其係顯示本發明無線射頻識別標籤之天線操作頻段之分析圖。從圖3A中可明顯得知，本發明之無線射頻識別標籤之天線操作頻段可涵蓋全球無線射頻識別系統的操作頻段，大幅改善習知標籤天線在操作頻段上的限制。

參閱圖3B，其係顯示本發明無線射頻識別標籤之天線輻射場型圖。由圖3B可清楚發現本發明無線射頻識別標籤之天線增益獲得了改善，同時在X-Y平面上可達到全向性輻射的特性，讓未來無線射頻識別系統的運作上更易於讀取。

參閱圖4，其係顯示本發明無線射頻識別標籤直立貼附於金屬物之示意圖。本發明之無線射頻識別標籤10以間接耦合原理設計而成，且不具接地面結構。此外，為降低金屬物M對天線特性之影響，於靠近金屬物M處加入該隔離結構13，並設置該二垂直線段122V，可降低金屬物M對天線特性之影響，進而提高標籤可容許之傾斜角度，並可大幅提高讀取距離達12公尺以上。在本實施例中，該金屬物M係可為鋼品。

圖5A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線阻抗特性影響之分析圖。圖5B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線阻抗特性影響之分析圖。傾斜角度定義從+Z軸往-X軸方向傾斜為正向，相反方向為負向。從圖5A及圖5B中可清楚得知，標 籤傾斜角度對天線阻抗特性的影響並不大。

圖6A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線操作頻段影響之分析圖。圖6B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線操作頻段影響之分析圖。從圖6A及圖6B中可清楚得知，當標籤傾斜±60°時，其可操作頻寬仍可達到近100MHz。且在標籤傾斜±70°時，仍可符合美國無線射頻識別系統之操作頻段，本發明之無線射頻識別標籤已徹底解決習知標籤天線操作頻段易受標籤傾斜角度影響之問題。

圖7A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線輻射場型(X-Y平面)影響之分析圖。圖7B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線輻射場型(X-Y平面)影響之分析圖。圖8A顯示本發明無線射頻識別標籤之正向傾斜角度對天線輻射場型(X-Z平面)影響之分析圖。圖8B顯示本發明無線射頻識別標籤之負向傾斜角度對天線輻射場型(X-Z平面)影響之分析圖。從圖7A、圖7B、圖8A及圖8B中可清楚得知，本發明無線射頻識別標籤之天線主要的輻射場型正好與貼附面平行，即在該平面具有全向輻射之特性，使得任何角度上都可有效讀取，且在實際應用上正向傾斜或負向傾斜的影響會是接近對稱的。此外，亦可發現不論標籤偏向那一側，其輻射特性所受影響之程度皆不大，如在標籤傾斜約±50°時，天線增益衰減程度僅在2dB以內，相較於習知之標籤設計，其影響已達7dB之衰減量。而當標籤傾斜達到70°時，也僅衰減4dB以內，但相較於習知之標籤設計，其衰減量影響已達15dB之多。很明顯地，本發明之無線射頻識別標籤在天線增益的部份，已克服習知標籤易受傾斜角度影響讀取效能的難題。

圖9顯示本發明標籤紙產品之結構示意圖。配合參閱圖1及圖9，本發明之標籤紙產品1包括一第一紙體20及一無線射頻識別標籤10。

該第一紙體20具有一第一側邊21、一第二側邊22、一第三側邊 22、一第四側邊24、一第一打孔摺線251及一第一割斷線261。該第二側邊22相對於該第一側邊21。該第四側邊24相對於該第三側邊23。該第一打孔摺線251平行於該第三側邊23。該第一割斷線261垂直於該第三側邊23。

此外，該第一紙體20亦可具有一第二打孔摺線252、一第三打孔摺線253、一第二割斷線262及一第四打孔摺線254。該第二打孔摺線252平行於該第三側邊23，且該第二打孔摺線252位於該第一打孔摺線251之延伸方向上。該第三打孔摺線253垂直於該第三側邊23，且該第三打孔摺線253位於該第一割斷線261之延伸方向上。該第二割斷線262平行於該第二打孔摺線252，且該第二割斷線262與該第二打孔摺線252間具有一第一距離D1。該第四打孔摺線254平行於該第一打孔摺線251，且該第四打孔摺線254與該第一打孔摺線251間具有一第二距離D2。在本實施例中，該第二距離D2與該第一距離D1相等。

該無線射頻識別標籤10設置於該第一紙體20上，且該無線射頻識別標籤10位於該第一打孔摺線251與該第三側邊23之間。該無線射頻識別標籤10包括一訊號源結構11、一輻射結構12、一隔離結構13及一基材14。

該訊號源結構11包括一迴圈天線111及一無線射頻識別晶片112。該無線射頻識別晶片112電性連接該迴圈天線111。

該輻射結構12圍繞該訊號源結構11。該輻射結構12包括一彎曲部121及一U型部122。該彎曲部212之一端連接該U型部122。該U型部122具有一水平線段122P及二垂直線段122V，該水平線段122P之兩端分別連接各該垂直線段122V。在本實施例中，該訊號源結構11係位於該U型部122內，即該訊號源結構11位於該二垂直線段122V之間。

該隔離結構13間隔設置於該輻射結構12之一側。該隔離結構13 不連接該輻射結構12，且該隔離結構13與該U型部122間具有一間距G。較佳地，該隔離結構13係呈直線狀。

該基材14用以承載該訊號源結構11、該輻射結構12及該隔離結構13。在本實施例中，該訊號源結構11、該輻射結構12及該隔離結構13係以印刷電路板製程形成於該基材14上。

圖10顯示本發明標籤紙產品之無線射頻識別標籤直立後之立體圖。配合參閱圖9及圖10，藉由該第一紙體20之該第一打孔摺線251、該第二打孔摺線252、該第三打孔摺線253、該第一割斷線261及該第二割斷線262，可將該無線射頻識別標籤10摺疊直立，以使該標籤紙產品1可使用於金屬物上。在本實施例中，該第一打孔摺線251、該第二打孔摺線252及該第三打孔摺線253可降低該無線射頻識別標籤10摺疊直立後之張力影響。

圖11顯示本發明標籤紙產品之第二紙體之示意圖。圖12顯示本發明標籤紙產品之第二紙體貼附於第一紙體之示意圖。配合參閱圖11及圖12，該標籤紙產品1可另包括一第二紙體30。該第二紙體30貼附於該第一紙體20，並使該無線射頻識別標籤10內嵌於該第二紙體30與該第一紙體20之間。該第二紙體30除了可增加該標籤紙產品1之結構強度外，亦可保護該無線射頻識別標籤10。

此外，該第二紙體30可具有複數條割斷線30C，方便使用者易於撕開標籤，同時也不會黏在手上，並可確保標籤紙產品被壓平後，不會黏在貼附物上。較佳地，該第二紙體30係為離型紙。

本發明之標籤紙產品1設置於金屬物上時，不僅能有效降低金屬物對其天線特性之影響，亦可容許標籤傾斜角度達±60度。此外，本發明之標籤紙產品1已在鋼捲線完成批量實測，其最遠讀取距離可達12公尺以上，效能遠優於習知標籤產品。

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。

Claims (21)

1. 一種無線射頻識別標籤，包括：一訊號源結構，包括一迴圈天線及一無線射頻識別晶片，該無線射頻識別晶片電性連接該迴圈天線；一輻射結構，圍繞該訊號源結構，該輻射結構包括一彎曲部及一U型部，該彎曲部之一端連接該U型部；一隔離結構，間隔設置於該輻射結構之一側；及一基材，用以承載該訊號源結構、該輻射結構及該隔離結構。
2. 如請求項1之無線射頻識別標籤，其中該訊號源結構位於該U型部內。
3. 如請求項1之無線射頻識別標籤，其中該隔離結構與該U型部間具有一間距。
4. 如請求項1之無線射頻識別標籤，其中該U型部具有一水平線段及二垂直線段，該水平線段之兩端分別連接各該垂直線段。
5. 如請求項4之無線射頻識別標籤，其中該訊號源結構位於該二垂直線段之間。
6. 如請求項1之無線射頻識別標籤，其中該隔離結構不連接該輻射結構。
7. 如請求項1之無線射頻識別標籤，其中該隔離結構係呈直線狀。
8. 一種標籤紙產品，包括：一第一紙體；及一無線射頻識別標籤，設置於該第一紙體上，該無線射頻識 別標籤包括：一訊號源結構，包括一迴圈天線及一無線射頻識別晶片，該無線射頻識別晶片電性連接該迴圈天線；一輻射結構，圍繞該訊號源結構，該輻射結構包括一彎曲部及一U型部，該彎曲部之一端連接該U型部；一隔離結構，間隔設置於該輻射結構之一側；及一基材，用以承載該訊號源結構、該輻射結構及該隔離結構。
9. 如請求項8之標籤紙產品，其中該第一紙體具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊、一第四側邊、一第一打孔摺線及一第一割斷線，該第二側邊相對於該第一側邊，該第四側邊相對於該第三側邊，該第一打孔摺線平行於該第三側邊，該第一割斷線垂直於該第三側邊，該無線射頻識別標籤位於該第一打孔摺線與該第三側邊之間。
10. 如請求項9之標籤紙產品，其中該第一紙體另具有一第二打孔摺線、一第三打孔摺線及一第二割斷線，該第二打孔摺線平行於該第三側邊，且該第二打孔摺線位於該第一打孔摺線之延伸方向上，該第三打孔摺線垂直於該第三側邊，且該第三打孔摺線位於該第一割斷線之延伸方向上，該第二割斷線平行於該第二打孔摺線，且該第二割斷線與該第二打孔摺線間具有一第一距離。
11. 如請求項10之標籤紙產品，其中該第一紙體另具有一第四打孔摺線，該第四打孔摺線平行於該第一打孔摺線，且該第四打孔摺線與該第一打孔摺線間具有一第二距離。
12. 如請求項11之標籤紙產品，其中該第二距離與該第一距離相等。
13. 如請求項8之標籤紙產品，另包括一第二紙體，該第二紙體貼附於該第一紙體，且該無線射頻識別標籤內嵌於該第二紙體與該第一紙體之間。
14. 如請求項13之標籤紙產品，其中該第二紙體係為離型紙。
15. 如請求項13之標籤紙產品，其中該第二紙體具有複數條割斷線。
16. 如請求項8之標籤紙產品，其中該訊號源結構位於該U型部內。
17. 如請求項8之標籤紙產品，其中該隔離結構與該U型部間具有一間距。
18. 如請求項8之標籤紙產品，其中該U型部具有一水平線段及二垂直線段，該水平線段之兩端分別連接各該垂直線段。
19. 如請求項18之標籤紙產品，其中該訊號源結構位於該二垂直線段之間。
20. 如請求項8之標籤紙產品，其中該隔離結構不連接該輻射結構。
21. 如請求項8之標籤紙產品，其中該隔離結構係呈直線狀。