射頻識別標籤的製作方法
2023-05-15 17:09:41
專利名稱：射頻識別標籤的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻識別(RFID)標籤，更具體地，涉及一種用於向RFID讀/寫器發送或從RFID讀/寫器接收的非接觸型RFID標籤。
背景技術：
已知一種RFID系統，其中讀/寫器經由UHF波段(860-960MHz)的無線電線路發送約1W的信號，標籤接收該信號並將響應信號返回給讀/寫器，由此使得讀/寫器可讀取標籤內的信息。規定通信頻率為953MHz，由此通信距離約為3m，同時通信距離還取決於設置在標籤上的天線的增益和晶片的工作電壓和外圍環境。該標籤由約0.1mm厚的天線和連接至天線饋電點的LSI晶片(其尺寸約為1mm2且厚度為0.2mm)構成。
如圖18所示，LSI晶片21可由內電阻Rc(例如1200Ω)和電容Cc(例如0.7pF)的並聯電路來等效地表示。在圖19的導納圖中，晶片21的導納Yc(＝1/Rc+jwCc)表示在位置A21處。另一方面，天線22可由輻射電阻Ra(例如500Ω)和電感La(例如40nH)的並聯電路來等效地表示。
通過將晶片21和天線22並聯連接，電容Cc和電感La相互諧振並在期望諧振頻率fo(上述的953MHz)處實現阻抗匹配，從而將天線22處的最大接收功率提供給晶片21，該期望諧振頻率fo見下式。
fo=12LC]]>…式(1)作為用於RFID標籤的基本天線，可以提及圖20A所示的長約145mm(λ/2)的偶極天線。這種情況下的阻抗描繪為圖19中的軌跡(1)。在fo＝953MHz處，Ra取為72Ω，虛部取為0，它們表示在軌跡(1)上的位置A31處。
由於RFID標籤的天線所需的輻射電阻Ra極高，約為500-2000Ω，所以需要將輻射電阻Ra從72Ω增大。
眾所公知，對於如圖20B所示的長約145mm的摺疊偶極天線32，輻射電阻Ra根據線寬從偶極天線的72Ω增大到約為300-500Ω。圖19示出摺疊偶極天線32的阻抗描繪出的軌跡(2)，並且在fo＝953MHz處，Ra取為500Ω，且虛部取為0，其表示在軌跡(2)上的位置A32處。
另外，通過如圖20C所示將電感部33並聯連接到圖20B中所示的摺疊偶極天線32，圖19的導納圖中的軌跡(2)逆時針旋轉，使得在軌跡(3)上的位置A33處可表示具有與晶片21的導納的虛部分量(Bc＝ωCc)的絕對值相同的虛部分量(Ba＝-1/ωLa)的阻抗。在這種情況下，電感部33的長度越短，電感La的值越小，這導致較大的虛部分量和較大的旋轉量。
由於晶片21的虛部分量Bc與天線22的虛部分量Ba具有相同的幅值，所以它們相消，且在頻率fo處發生諧振。消除虛部分量是設計RFID標籤中最重要的內容。儘管晶片21的內電阻Rc與天線22的輻射電阻Ra之間的匹配是最為優選的，但是不必令它們彼此嚴格匹配。
另一方面，提出了一種防盜物品識別標識，其中將上述標籤貼附於諸如光碟(CD)和數位化視頻光碟(DVD)的磁介質上。該防盜物品識別標識包括防盜標籤部，用於監控物品的移動；和RFID標籤部，可通過無線電通信對其進行信息的讀取和寫入，以執行對物品的個體識別(參見專利文獻1)。
專利文獻1特開2003-141650號公報然而，如圖21A和21B所示，在包括標識表面11、記錄表面12以及介於表面11與12之間的電介質(聚碳酸酯)13的CD(光碟)或DVD 10中，記錄表面12的金屬佔據了很大的部分。因此，如果將圖20C中所示的現有技術的摺疊偶極天線用於這種貼附於諸如CD或DVD的磁記錄介質的大的標籤，則不利的是金屬表面反射無線電波，從而導致通信距離的極度劣化。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種即使將標籤設置在諸如CD和DVD的磁記錄介質中其通信距離也不會降低的RFID標籤。
為了實現上述目的，根據本發明的一種RFID標籤包括接地部，其貼附於磁記錄介質上，以在高頻波段下與磁記錄介質內部的金屬表面電磁耦合；單極部，其設置在與接地部相同的平面上並且位於接地部的內側；以及饋電部，設置在單極部的一端與接地部之間，且能夠在其上安裝晶片。
本發明最重要的一點是使得作為CD、DVD等中的金屬部分的磁記錄介質充當RFID標籤中的天線的接地層。即，相反地利用通常為RFID標籤的強敵的金屬表面，並且該金屬表面在高頻波段下電磁耦合(短路)，從而使得該金屬表面充當RFID標籤的接地層。
上述接地部可以具有環形。
另外，上述單極部可沿著該環形彎曲。
另外，上述單極部可具有用於實現與饋電部阻抗匹配的長度。通過設置摺疊部或曲折部可以調節該長度。
此外，上述接地部在其上側可具有大於金屬表面的內徑的外徑以實質上覆蓋金屬表面，並且可將上述接地部與金屬表面相分離地貼附於磁記錄介質上。即，接地部至少部分覆蓋金屬表面，以便於進行電磁耦合。
另外，上述接地部可貼附於磁記錄介質的標識表面，可在與金屬表面相同的平面上並在該金屬表面的內側與該金屬表面相連接，或者可與金屬表面一體地形成。
另外，上述接地部和單極部可包括由銅、銀以及鋁中的任一種構成的導體，並可固定在由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、薄膜以及紙中的任一種構成的片上。
另外，上述磁記錄介質例如可包括CD或DVD，並且上述金屬表面可包括記錄表面。
另外，上述單極部可具有與接地部同心並且在末端部具有切口部分的環形。
另外，上述單極部可具有在末端部有切口的環形，並且可以以將該環形的饋電部附近處布置成遠離接地部並且將末端部附近處靠近接地部的方式，使該環形與接地部偏心。
由此，可增大RFID標籤遠場中的增益。
另外，可在單極部的末端部處設置調節部，該調節部用於調節長度以實現與饋電部的阻抗匹配。由於如上所述單極部與接地部偏心，所以不必如上所述從末端部摺疊調節部，由此使得可以容易地設置調節部。
由於CD、DVD等的磁記錄介質的金屬表面可用作RFID標籤的天線接地件，所以可獲得以貼附於磁記錄介質上的方式進行工作的小型RFID標籤，並且在不存在由於金屬表面導致的對無線電波的反射的情況下可避免通信距離的減小。於是，可實現具有RFID系統可讀取功能的CD、DVD等的磁記錄介質。
在結合附圖考慮以下詳細說明時，本發明的上述和其他目的及優點將變得顯見，在全部附圖中，類似的標號指示類似的部件，並在附圖中圖1A和1B示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[1]的A-A剖面圖和頂視圖；圖2A和2B示出了根據本發明的RFID標籤對CD的安裝示例[1]的A-A剖面圖和頂視圖；圖3是示出根據本發明的RFID標籤的實施例[1]的尺寸示例的頂視圖；圖4A和4B是圖3所示的摺疊部中θ的變化的導納圖；圖5A和5B是示出電磁場仿真器通過利用圖3的尺寸示例進行計算的結果的曲線圖；圖6A和6B是示出與圖3的RFID標籤相關的RFID標籤的指向性圖案和天線增益的圖；圖7A和7B示出了根據本發明的RFID標籤對CD的安裝示例[2]的A-A剖面圖和頂視圖；圖8A和8B示出了根據本發明的RFID標籤對CD的安裝示例[3]的A-A剖面圖和頂視圖；圖9A和9B示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[2]的A-A剖面圖和頂視圖；圖10A-10C示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[2]的尺寸示例及其電磁場仿真器的計算結果；圖11A和11B示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[3]的A-A剖面圖和頂視圖；圖12A和12B是示出根據本發明的RFID標籤的實施例[3]的工作原理的圖；圖13A-13C是示出根據本發明的RFID標籤的實施例[3]的尺寸示例及其電磁場仿真器的計算結果的圖；圖14A和14B示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[4]的A-A剖面圖和頂視圖；圖15A-15C示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[4]的尺寸示例及其電磁場仿真器的計算結果；圖16是示出根據本發明的RFID標籤的實施例[4]的天線增益的圖；圖17A和17B示出了根據本發明的RFID標籤的實施例[5]的A-A剖面圖和頂視圖；圖18是示出根據本發明的RFID標籤的一般等效電路的圖；圖19是在採用各種天線時RFID標籤的導納圖(700MHz-1200MHzfo＝953MHz)；圖20A-20C是示出RFID標籤的天線示例的圖；以及圖21A和21B示出了CD、DVD等現有技術磁記錄介質的A-A剖面圖和頂視圖。
具體實施例方式
RFID標籤的實施例[1]圖1A和1B圖1A和1B示出了根據本發明的RFID標籤的實施例。該RFID標籤在環形(炸麵包圈狀)平面接地部1的內側且在與接地部1相同的平面上設置有單極部2，並在單極部2的一端與接地部1之間設置有饋電部3，在饋電部3上可安裝LSI晶片。即，本發明的RFID標籤保護了饋電部3，本發明的RFID標籤還可以包括將由此實質上用作天線的LSI晶片安裝到饋電部3上之前的狀態。
單極部2的另一端具有摺疊部4。接地部1和單極部2固定在片5上，並它們之間留有間隙。另外，接地部1和單極部2是包括銅、銀以及鋁中的任一種的導體，片5包括PET、薄膜以及紙中的任一種。
安裝在CD上的RFID標籤示例[1]圖2A和2B圖2A和2B示出了其中將圖1A和1B中所示的根據本發明的RFID標籤的實施例[1]安裝在諸如CD的磁記錄介質上的狀態。即，將圖1A和1B中所示的RFID標籤貼附於圖21A和21B中所示的CD 10的標識表面11的上側。由於金屬記錄表面12位於標識表面11下側且用作CD播放器的讀取表面，所以在標識表面11下面不形成任何東西。需要注意的是，在金屬表面12的內徑中填充有聚碳酸酯。
圖3示出了如圖2A和2B所示將圖1A和1B中所示的RFID標籤安裝在CD 10上時的具體形式(尺寸示例)。CD或DVD的金屬表面12的內徑約為Φ38mm。因此，為了與之一致，將接地部1的內徑Di略小些地製造成Φ36mm，而將外徑Do製造成Φ60mm以完全覆蓋金屬層12。
接地部1與CD金屬表面12之間的距離約為0.1-0.6mm，在圖2A中極薄。另外，接地部1覆蓋CD金屬表面12的部分足夠大(在本實施例中為寬度12mm的環)。因此，接地部1與CD金屬表面12在上述諧振頻率fo＝953MHz的高頻波段下電磁耦合，但在直流情況下不耦合。即，將CD 10的金屬部12相反地用作RFID標籤的天線接地件。
另外，單極天線部2通常需要作為偶極一半的λ/4長度(fo＝953MHz以及空間中約為76mm)。然而，如果單極部2長於所需長度，則其沿圖19中的軌跡(1)順時針旋轉。結果，其表現為似乎並聯連接了電感。另外，如圖3所示形成寬度為1mm(r1-r2)的單極部2。
此外，通過摺疊單極部4的角度θ來進行對晶片饋電部3的調節。圖4A示出了θ＝90°情況下的導納圖，而圖4B示出了θ＝120°情況下的導納圖。在圖4A和4B中的fo＝953MHz處獲得輻射電阻Ra和電感La。
圖5A和5B分別示出了通過將天線圖案θ從90°變化到180°所計算並描繪的輻射電阻Ra和電感La的圖，其中對於fo＝953MHz點，可在市面上買到的電磁場仿真器在其中輸入頻率(700-1200MHz)、圖案尺寸、基板厚度作為參數。
根據圖5A和5B，可獲得對於角度θ天線的輻射電阻Ra和電感La。假設晶片3的Cc為0.7pF，其在fo＝953MHz處與電感La＝40nH諧振。因此，從圖5B中可見θ應為150°。儘管θ＝150°處的Ra為5800Ω(參照圖5A，其為晶片3的電阻Rc＝1200Ω的數倍大小)，但是即使存在一些阻抗不匹配仍能向晶片3提供足夠的功率。
另外，利用圖6A中所示的坐標系統，計算了圖6B中示出的指向性圖案的天線增益。對於CD 10沿正面(YZ)方向增益為-5至-6dBi，通信距離取為普通摺疊偶極天線(假設增益為2dBi)的40％。作為實際上通過利用導電帶的試製和評估的結果，已經確認實現了以細長摺疊偶極天線的39％的通信距離進行的操作。
將RFID標籤應用於2.45GHz的RFID系統時，波長取為953(MHz)/2450(GHz)。因此，不言而喻，可以縮短單極部2的長度，並且摺疊單極部4是不必要的。
安裝在CD上的RFID標籤示例[2]圖7A和7B可從開始就將上述RFID標籤安裝在CD 10上。即，如圖7A和7B所示，可以將接地部1和金屬表面12設置在同一平面上，且在該平面內相互連接。在這種情況下，將聚碳酸酯填充在接地部1與單極部2之間。
安裝在CD上的RFID標籤示例[3]圖8A和8B另選地，如圖8A和8B所示，RFID標籤的接地部1可用作CD 10的金屬表面12本身。
需要注意的是，上述安裝示例[1]至[3]可類似地應用於以下實施例[2]至[5]。
RFID標籤的實施例[2]圖9A和9B如圖9A和9B所示，實施例[2]與圖1A和1B中示出的實施例[1]的不同之處在於其中去除了設置在單極部2中的摺疊單極部4。
即，上述實施例[1]的前提是晶片3的電容Cc＝0.3pF和電感La＝40nH在頻率fo＝953MHz處諧振。因此，需要圖3中的θ＝150°的摺疊單極部4。在該實施例[2]中，通過將晶片3的電容Cc設置為1.4pF，可以去除摺疊單極部4。
下面將參照圖10A至10C中所示的尺寸示例和電磁場仿真器的計算結果來對此進行描述。
如圖10A所示，單極部中的外半徑r1＝15和內半徑r2＝14以及接地部1中的內徑Di＝Φ36和外徑Do＝Φ60都與上述實施例[1]中的相同。如圖10B和10C所示，當始自單極部2的其中在單極部2的末端部6中設置有饋電部3的位置的角度θ在約10°到60°的範圍內變化時，輻射電阻Ra從4500Ω變化到1800Ω(參見圖10B)，並且電感L從26nH變化到13nH(參見圖10C)。因此，參照上述式(1)，對於Cc＝1.4pF的晶片，在fo＝953MHz處與電感L＝20nH諧振。因此，參照圖10B可見應選擇θ＝32°。
因此，根據晶片3所需的電容，不必設置摺疊部。
RFID標籤的實施例[3]圖11A和11B儘管在圖9A和9B所示的實施例[2]中按照同心方式設置接地部1和單極部2，但是在該實施例[3]中使單極部2的中心偏離接地部1的中心，即，以將單極部2的饋電部3附近處布置成遠離接地部1並且將末端部6附近處靠近接地部1的方式，使單極部2與接地部1偏心。
下面將參照圖12A和12B來描述如此修改的情況的工作原理。
首先，當按照同心方式設置接地部1和單極部2時，如圖12B的虛線所示，電流Ia集中在位於單極部2的基點上的饋電部3的附近，其中末端部6處的電流為0。此時，如圖12A所示，在接地部1中流動有方向與流過單極部2的電流Ia相反的電流Ib。由方向相反的電流Ia和Ib產生的磁場相消，導致減小了流動電流Ia。
因此，如圖12A所示，以將單極部2的位於饋電部3附近的部分與接地部1遠離開、並將位於末端部6附近的部分靠近接地部1的方式，使單極部2與接地部1偏心。由於按照這種方式可維持磁場相消的效果，所以在單極部偏心的情況下的電流Ia2(由圖12B中的實線所示)大於同心情況下的電流Ia1。
由此，單極部2的末端部6處的電流為0，結果經過單極部2的電流變大(Ia2＞Ia1)，使得遠場中的增益變大。
圖13A至13C示出了實施例[3]的尺寸示例和電磁場仿真器的計算結果。在該示例中，如圖13A所示，單極部2的環的中心相對於接地部1的環的中心向右偏了2.5mm，使得單極部2的位於單極部2的末端部6附近的部分與接地部1之間的間隔「d」接近0.5mm。
在該尺寸示例中，如圖13B和13C所示，如上所述例如Cc＝1.4pF的晶片與L＝20nH諧振。因此，優選地角度θ＝78°。另外，由於Cc＝0.7pF的晶片與L＝40nH諧振，所以能夠以θ＝22°實現諧振。
RFID標籤的實施例[4]圖14A和14B本實施例[4]與圖12A和12B中所示的實施例[3]的不同之處在於，在單極部2的末端部6中設置有長度為「k」的調節部7。應當注意的是，儘管在本示例中以沿水平方向從末端部6朝向單極部2的中心的方式設置調節部7，但是可沿不限於水平方向的各種方向設置調節部7。
圖15A到15C示出了實施例[4]的尺寸示例和電磁場仿真器的計算結果。為了分別對於長度為「k」(寬度w＝1mm)的調節部7，如圖15B和15C所示將天線的輻射電阻Ra和電感分量La與0.7pF的晶片3相匹配，可見「k」應當為7.2mm以獲得La＝40nH。
圖16示出了這種情況下的天線增益。沿θ＝0(YZ，ZX)的+z方向的天線增益為-1到-2dBi，並且獲得了圖20B中所示的普通細長摺疊偶極天線(假設增益為2dBi)的67％(-1-2＝-3dBi)的通信距離。作為通過實際上利用導電帶的試製和評估結果，已經確認實現了以細長摺疊偶極天線的56％的通信距離進行的操作。在上述實施例[1]中，天線增益為-5到-6dBi，該增益增大了約4dB。另外，在將實際導電帶的試製結果進行相互比較時，該實施例的通信距離約為實施例[1]的通信距離的1.4倍長。
RFID標籤的實施例[5]即使單極部2的部分或全部包括曲折部8(如圖17A和17B所示)以利用單極的總長度，可以獲得與摺疊單極部相同的特徵和效果也是不言而喻的。
應當注意的是，在該說明書中，上述圖2A、7A、8A和21A分別示出了沿圖2B、7B、8B和21B的線A-A的放大剖面圖，使得兩者的尺寸不總是相互一致。
應當注意的是，本發明並不限於上述實施例，顯然，本領域技術人員基於權利要求書的敘述可進行各種修改。
權利要求
1.一種射頻識別標籤，其包括接地部，其貼附於磁記錄介質上，以在高頻波段下與該磁記錄介質內部的金屬表面電磁耦合；單極部，其設置在與所述接地部相同的平面上並且位於所述接地部的內側；以及饋電部，其設置在所述單極部的一端與所述接地部之間，且能夠在其上安裝晶片。
2.根據權利要求1所述的射頻識別標籤，其中所述接地部具有環形。
3.根據權利要求2所述的射頻識別標籤，其中所述單極部沿著所述環形彎曲。
4.根據權利要求3所述的射頻識別標籤，其中所述單極部具有用於實現與所述饋電部阻抗匹配的長度。
5.根據權利要求4所述的射頻識別標籤，其中所述單極部具有用於調節所述長度的摺疊部。
6.根據權利要求4所述的射頻識別標籤，其中所述單極部具有用於調節所述長度的曲折部。
7.根據權利要求2所述的射頻識別標籤，其中所述接地部在其上側具有大於所述金屬表面的內徑的外徑以實質上覆蓋所述金屬表面，並且所述接地部與所述金屬表面相分離地貼附於磁記錄介質上。
8.根據權利要求7所述的射頻識別標籤，其中所述接地部貼附於所述磁記錄介質的標識表面上。
9.根據權利要求2所述的射頻識別標籤，其中所述接地部在與所述金屬表面相同的平面上並在所述金屬表面的內側連接至所述金屬表面。
10.根據權利要求2所述的射頻識別標籤，其中所述接地部與所述金屬表面一體地形成。
11.根據權利要求1所述的射頻識別標籤，其中所述接地部和所述單極部包括由銅、銀以及鋁中的任一種構成的導體，並被固定在由聚對苯二甲酸乙二醇酯、薄膜以及紙中的任一種構成的片上。
12.根據權利要求1所述的射頻識別標籤，其中所述磁記錄介質包括光碟或數位化視頻光碟。
13.根據權利要求1所述的射頻識別標籤，其中所述金屬表面包括記錄表面。
14.根據權利要求3所述的射頻識別標籤，其中所述單極部具有與所述接地部同心並且在末端部具有切口部分的環形。
15.根據權利要求3所述的射頻識別標籤，其中所述單極部具有在末端部有切口的環形，並且以將所述環形的所述饋電部附近處布置成遠離所述接地部並且使所述末端部附近處靠近所述接地部的方式，使所述環形與所述接地部偏心。
16.根據權利要求15所述的射頻識別標籤，其中在所述單極部的末端部處設置有調節部，該調節部用於調節長度以實現與饋電部的阻抗匹配。
全文摘要
射頻識別標籤。在一種射頻識別標籤中，設置有接地部，其貼附於磁記錄介質上，以在高頻波段下與該磁記錄介質內的金屬表面電磁耦合；單極部，其設置在與接地部相同的平面上且位於接地部的內側；以及饋電部，其設置在單極部的一端與接地部之間，且能夠在其上安裝晶片。接地部具有環形，沿環形彎曲的單極部具有用於實現與饋電部阻抗匹配的長度，可通過設置摺疊部或曲折部來調節該長度。另選地，以將單極部的饋電部附近處布置成遠離接地部且將末端部附近處靠近接地部的方式，使單極部與接地部偏心，在這種情況下，可在單極部的末端部處設置調節部。
文檔編號G11B20/00GK1967571SQ20061007656
公開日2007年5月23日 申請日期2006年4月30日 優先權日2005年11月16日
發明者甲斐學, 馬庭透, 山雅城尚志 申請人:富士通株式會社