TW201008021A - Radio-frequency identification (RFID) antenna, tags and communication system - Google Patents

Description

201008021 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ' 本發明係有關於一種無線電識別（RFID)標籤裝置，特 別有關於一種無線電識別（RFID)標藏天線、標籤裝置及通 訊系統。 【先前技術】 無線電識別（RFID)系統，或稱射頻辨識系統，在供應 鏈管理、防偽、追蹤等商業應用領域上有許多創新的發展， • 並且有更多的企業開始使用這種技術改善生產或管理流 程。而RFID系統提供了強大的辨識功能，使供應練透明 化，若將RFID技術與商業流程及應用程式加以整合，便 更能有效地改變製造或零售業者與供貨、配送等夥伴的供 應鍊管理。晶片中還可紀錄一系列資訊，如產品別、位置、 曰期等，最大的好處是能提高物品管理效率，目前物品資 訊多記錄在條碼上，而再以掃描器掃瞎條碼取得資訊，而 RFID標籤只需在一定範圍内感應，並可一次讀取大量訊 肇 *。 另一方面，傳統RFID天線的設計以及應用上的缺點 主要在於製作上的成本太高。目前在整個RFID系統的成 本比例分布上以天線的導體成本占絕大多數的製作與材料 成本。因此，近年來天線的製作成本已有許多製程的改進， 例如利用導體銀膠在捲帶式(roll to roll)製程，或者以網版 印刷等，以降低製作成本。於製程中，銀膠的用量也就成 為天線製作成本的關鍵。 201008021 美國專利第US 7,277,017號揭露一種RFID標籤，天 線由偶極（dipole)天線以及中間的迴路(loop)導體所組成， • 其目的在於設計迴路(loop)導體，以提供電感值來消除由 RFID晶片與連接到晶片的導體所產生的寄生電容。 第1圖係顯示傳統RFID標籤的平面示意圖。請參閱 第1圖，於傳統RFID標籤10中，一天線圖紋12形成於 一基材11上。一 1C晶片13設置於天線圖紋12上。天線 圖紋12可做為一偶極(dipole)天線，其包括兩單極圖案121 ❹ 和122，自1C晶片13的位置向外延伸。天線圖紋12更包 括一校正迴路圖案123用以補償或修正天線特性。校正迴 路圖案123繞過1C晶片13的位置且連接兩單極圖案121 和 122。 第2圖係顯示另一傳統的RFID標籤的平面示意圖。 於第2圖中，RFID標籤10中，一天線圖紋12形成於一基 材11上。一 1C晶片13設置於天線圖紋12上。天線圖紋 12包括一迴路天線(loop antenna)。兩延伸段12a、12b自 ❹ 1C晶片13的位置向外延伸。延伸段12a、12b的兩端分別 連接1C晶片13和校正迴路圖案123GC晶片13另連接一 導電圖紋16。校正迴路圖案i23的兩侧分別包括雙圖案 123a和123b。其目的在於消除1C晶片13與天線圖紋12 之間的的寄生電容。 由於傳統的RFID標藏天線導體與1C晶片之間所產生 的電容值甚小，如採用迴路天線（loop antenna)產生電感， 無法有效地消除導體與1C晶片之間的電容性。再者，傳統 6 201008021 的RFID標藏天線設計無法調整阻抗匹配，使得欲控制天 線共振頻段變得困難。 【發明内容】 本發明之實施例提供一種無線電識別（RFID)標籤天 線，包括：一圖案化導線迴路，包括複數條縱向的導線段 及一對橫向的導線段連接各縱向的導線段端點，以構成一 匹配網路；一對延伸的導線臂，藉由兩節段電性連接該圖 案化導線迴路；一置晶座和一無線電識別（RFID)晶片設置 ❷ 於其上，於該對導線臂的中心。 本發明之貫施例另提供一種無線電識別（RFID)標籤裝 置’包括.-基板’-圖案化導線迴路設置於該基板上， 該導線迴路包減數條縱㈣導線段及—㈣向的導線段 連接各縱向的導線段端點，以m4、 ‘ Λ稱成一匹配網路；一對延伸 的導線臂於該基板上，藉由$π 称一置晶座設置一4=性連接該圖案化導線 上，於該對導線臂的中心識別(RFID)晶片位於該基板 ❹ 本發明之實施例又提供一链也Μ ^ . 種無線電識別（RFID)標籤通 訊糸統，包括·-觸標籤裝置 線迴路設置於該基板上，該㈣、π ^ Ώ茱化等 線段及-對橫向的導錢連路包括複數條縱向的導 ,^ ^ 建接各縱向的導線段端點，以構 段電性連接該圖案化導線趣：線f:該基板土，藉由兩節 識別(RFID)晶片位於該基板置晶座5又置一無線電 讀取天線感應該讎標c對導線臂的中心；- 佧戰裝置，·以及一微處理器處理並 7 201008021 傳送該讀取天線的感測訊號。 為使本㈣較_㈣’下轉舉實施例，並配合 所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】

以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例， =本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或 同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形 :或是厚度可擴大’並以簡化或是方便標示。再者，圖式 各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖 未繪不或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識 之所=的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用 特定方式，其並非用以限定本發明。 本發明的主要特徵及樣態在於，提供一種無線電識別 出)^籤天線、標籤裝置及通訊系統。由於標籤 緯1本絕大部分仍在天線的設計上，因此業界亟需降低天 ^氣作成本。此外，在天線設計的導體材料包括鉈、銅蝕 :製程、網印銀膠製程，並結合捲帶式(r〇ii t〇 r〇11)製程。 $發明實施例的RF ί D襟籤天線增益可達丨· 4 2 d Β丨以上。再 該RFiD標籤天線具有一特殊的阻抗匹配網路可在阻 化匹配的位置作一調整，便於控制天線共振頻段。 緯第3圖係顯示根據本發明之一實施例的RFID標籤天 、’、、的平面示意圖。請參閱第3圖，無線電識別(RFID)標藏 201008021 裝置300’包括一基板3〇1和一天線圖紋312形成基板3〇1 上。該基板3 01的材質為一硬質基板、一軟性基板、一紙 張、一布料或上述材料之複合材料。例如基板材料可由玻 纖材料(FR4)或是pet、PI等高分子材料構成的軟硬基板。 根據本發明另一實施例，該基板301可為高介電常數材料 或高導磁係數材料。該天線圖紋312不限定於形成於基板 3〇1的表面上’其亦可選擇性地嵌入於該基板3〇1中。 天線圖紋312包括一圖案化導線迴路318設置於該基 Φ 板3 〇 1上，該導線迴路318包括複數條縱向的導線段 315a-315f及一對橫向的導線段313a、313b連接各縱向的 ‘線#又點，以構成一匹配網路扣的咖邱netw〇rk)。應注 意的是，各縱向的導線段315a_315f的寬度和間距可視實 際天線特性需求而定。一對延伸的導線臂325a和325b設 置於該基板上，可做為一偶極(dip〇le)天線，並藉由兩節段 3#16a和316b電性連接該圖案化導線迴路318。該對延伸的 ^線臂325a和Μ%可為一對具斜角的偶極天線，其寬度 刀別由中心向外逐漸變乡田。根據本發明實施例，天線圖紋 312更包括-對第二段導體326a和326b分別與各斜角的 偶極天線325a和32;>b的-細端連接，且該第二段導體與 該斜角的偶極天線可實質上垂直，或以任意角度延伸，並 γρτΓ中°亥對第一奴導體的長度與寬度與該無線電識別

(FID)晶片的阻抗及#p率塑^ I M 人々卞妥應相關。一置晶座320設置一 無線電識別（RFID)晶μ # ^ )日日片位於該基板上，於該對導線臂325a 和325b的中心。 9 201008021 為符合無線電識別（RFID)晶片内部的阻抗匹配，本發 明貫施例衍生出天線阻抗匹配網路（impedance matching network)並籍由兩節段電性連接具斜角的偶極夭線，以達 到天線最佳化的阻抗匹配，產生良好的共振的效應。 應注意的是，無線電識別（RFID)標籤的天線圖紋312 可採用在任意不同的導體材質，例如銅、銅膠、銀膠，鋁 等不同的導體材料，可達到頻率響應(902〜928 MHz)與頻寬 (50 MHz)，亦可達到頻率響應（860〜960 MHz)。 瞻第4圖係顯示根據本發明另一實施例的rFID標籤天 線的平面示意圖。請參閱第4圖，無線電識別(RFID)標藏 裝置400,包括一基板401和一天線圖紋412形成基板401 上。該基板401的材質為一硬質基板、一軟性基板、一紙 張、一布料或上述材料之複合材料。例如基板材料可由玻 纖材料(FR4)或是PET、PI等高分子材料構成的軟硬基板。 根據本發明另一實施例，該基板401可為高介電常數材料 或高導磁係數材料。該圖案化導線迴路412不限定於形成 ❹於基板401的表面上’其亦可選擇性地嵌入於該基板.401 中。 天線圖紋412包括一圖案化導線迴路418設置於該基 板401上，該導線迴路418包括複數條縱向的導線段 415a-415h及一對橫向的導線段413a、413b連接各縱向的 導線段端點，以構成一匹配網路(matching network)。應注 意的是，各縱向的導線段415a-415h的寬度和間距可視實 際天線特性需求而定。一對延伸的導線臂設置於該基板 201008021 上，可做為一偶極（dipole)天線，並藉由兩節段416a和416b 電性連接該圖案化導線迴路418。該對延伸的導線臂為一 對平行的偶極天線425a、435a及425b、435b，各平行的 偶極天線之間相距一特定距離。其中該平行的偶極天線 425a、435a及425b、435b之間分別具有一節點430a和430b 連接，且該節點相距該對導線臂的中心的距離a與該無線 電識別（RFID)晶片的阻抗及頻率響應相關。根據本發明實 施例，天線圖紋412更包括一對第二段導體426a和426b • 分別與偶極天線425a和425b的一端連接，且該第二段導 體與該偶極天線可實質上垂直，或以任意角度延伸，並且 其中該對第二段導體的長度與寬度與該無線電識別（RFID) 晶片的阻抗及頻率響應相關。一置晶座420設置一無線電 識別（RFID)晶片位於該基板上，於該對導線臂425a和425b 的中心。 第5圖係顯示根據本發明實施例的RFID標籤天線的 等效電路示意圖。於第5圖中，導線迴路的各縱向的導線 • 段可為多條垂直金屬導體（可調整電感長度以及垂直導體 的數量），其電感分別表示為LI、L2、L3、L4，與電感與 電感之間的互感L5，並且與天線的L6電感形成一共同的 阻抗，與RFID晶片450之阻抗形成共軛匹配，增加天線 的共振響應，以及天線的傳輸效率。 第6圖係顯示根據本發明實施例的RFID標籤通訊系 統的示意圖。於第6圖中，一種無線電識別（RFID)標籤通 訊系統500，包括一 RFID標籤裝置5]0，一讀取天線感應 201008021 該RFID標籤裝置520,以及一微處理器530處理並傳送該

I 讀取天線的感測訊號。上述無線電識別（RFID)標籤通訊系 統500在UHF頻段上的有許多的應用，例如供應鏈管理、 門禁管制卡、倉儲管理系統等。再者，在Gen2規範裡有 雙模感應的功能，因此開啟了被動式RFID遠、近距離的 雙模感應模式。本發明各實施例在於保持天線效能、降低 天線的成本並且提面天線的適應性。針對這些需求，設計 一特殊適應性匹配網路，可針對各UHF中心頻率為可任意 ⑩ 調整的RFID，做一適應性的調整，即匹配該RFID的複數 阻抗，因而達到共輛匹配，以及最大能量傳輸。 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在 不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許的更動與潤 飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界 定者為準。 201008021 【圖式簡單說明j f 1圖係顯示傳統RFID標籤的平面示意圖； ^ 2圖係® ^傳躺RFID標綱平面示意询； 3圖係顯不根據本發明之一實施例的RFID標麄； 線的平面示意圖，· 鐵•天 第4圖係巔示根據本發明另一實施例的rfid標 線的平面示意圖； 織天 第5圖係顯示根據本發明實施例的RFID標籤天線的 癱等效電路示意圖；以及 第6圖係顯示根據本發明實施例的RFID標籤通訊系 統的示意圖。 【主要元件符號說明】 習知部分（第1、2圖） 10〜傳統RFID標藏； 11〜基材； 12〜天線圖纹； 12a、12b〜兩延伸段； 13〜1C晶片； 16〜導電圖紋； 121和122〜兩單極圖案； 123〜校正迴路圖案； 123a和123b〜雙圖案。 201008021 本案部分（第3〜6圖） 300〜無線電識別（RFID)標籤裝置； 301〜基板； 312〜天線圖紋； 313a、313b〜橫向的導線段； 315a-315f〜縱向的導線段； 316a和316b〜兩節段； 318〜圖案化導線迴路； ❹ 320〜置晶座； 325a和325b〜延伸的導線臂； 326a和326b〜第二段導體； 400〜無線電識別（RFID)標籤裝置； 401〜基板； 412〜天線圖紋； 413a、413b〜橫向的導線段； 415a-4.15h〜縱向的導線段； ❿ 416a和416b〜兩節段； 418〜圖案化導線迴路， 420〜置晶座， 425a和425b〜延伸的導線臂； 435a和435b〜平行的導線臂； 426a和426b〜第二段導體； 430a和430b〜節點； a〜郎點相距導線臂的中心的距離， 201008021 L1_L6〜電感； 450〜RFID晶片； 500二無'冢電識射(RFID)標籤通訊系統; 510〜RFro標藏裝置； 520〜讀取天線； 530〜微處理器，。

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Claims (1)

1. 201008021 十、申請專利範圍： 1. 一種無線電識別（RFID)標藏天線，包括： 一ΙΓ賢死導1P1路，包括條縱询的導線段及一對 橫向的導線段連接各縱向的導線段端點，以構成·一匹配網 路； 一對延伸的導線臂，藉由兩節段電性連接該圖案化導 線迴路； 一置晶座和一無線電識別（RFID)晶片設置於其上，於 ❹ 該對導線臂的中心。 2. 如申請專利範圍第1項所述之無線電識別（RFID)標 籤天線，其中該對延伸的導線臂為一對斜角的偶極天線， 其寬度分別由中心向外逐漸變細。 3. 如申請專利範圍第2項所述之無線電識別（RFID)標 籤天線，更包括一對第二段導體分別與各斜角的偶極天線 的一細端連接，且該第二段導體與該斜角的偶極天線實質 上垂直，或以任意角度延伸，以及其中該對第二段導體的 ® 長度與寬度與該無線電識別（RFID)晶片的阻抗及頻率響應 相關。 4. 如申請專利範圍第1項所述之無線電識別（RFID)標 籤天線，其中該對延伸的導線臂為一對平行的偶極天線， 各平行的偶極天線之間相距一特定距離。 5. 如申請專利範圍第4項所述之無線電識別（RFID)標 籤天線，其中該平行的偶極天線之間具有一節點連接，且 該卽點相距該對導線臂的中心的距_離與該無線電識別 16 201008021 (RFID)晶片的阻抗及頻率響應相關。 6. 如申請專利範圍第1項所述之無線電識別（RFID)標 —m丁其甲該—圖案'化專線迴:路的枒贅包丧一電镀銅、一 電鍍鋁、一銀膠或一銅膠。 7. 如申請專利範圍第1項所述之無線電識別（RFID)標 籤天線，其中該圖案化導線迴路的材質包括一蝕刻銅或一 姓刻銘。 8. —種無線電識別(RFID)標藏裝置，包括： 參 一基板； 一圖案化導線迴路設置於該基板上，該導線迴路包括 複數條縱向的導線段及一對橫向的導線段連接各縱向的導 線段端點，以構成一匹配網路； 一對延伸的導線臂於該基板上，藉由兩節段電性連接 該圖案化導線迴路； 一置晶座設置一無線電識別（RFID)晶片位於該基板 上，於該對導線臂的中心。 • 9.如申請專利範圍第8項所述之無線電識別（RFID)標 籤裝置，其中該基板的材質為一硬質基板、一軟性基板、 一紙張、一布料或上述材料之複合材料。 10.如申請專利範圍第8項所述之無線電識別（RFID)標 戴叙置，其中該基板為尚介電常數材料或南導磁係數材料。 Π.如申請專利範圍第8項所述之無線電識別（RFID)標 籤裝置，其中該圖案化導線迴路係嵌入於該基板中。 12.如申請專利範圍第1〗項所述之無線電識別（RFID) 201008021 標籤裝置，其中該對延伸的導線臂為一對斜角的偶極天 線，其寬度分別由中心向外逐漸變細。 標籤裝置，更包括一對第二段導體分別與各斜角的偶極天 線的一細端連揍，且談第二段導體與該斜角.的偶雇天線實 質上垂直，或以任意角度延伸，以及其中該對第二段導體 的長度與寬度與該無線電識別（RFID)晶片的阻抗及頻率響 應相關。 • 14.如申請專利範圍第8項所述之無線電識別（RFID)標 籤裝置，其中該對延伸的導線臂為一對平行的偶極天線， 各平行的偶極天線之間相距一特定距離。 15. 如申請專利範圍第14項所述之無線電識別（RFID) 標籤裝置，其中該平行的偶極天線之間具有一節點連接， 且該節點相距該對導線臂的中心的距離與該無線電識別 (RFID)晶片的阻抗及頻率響應相關。 16. 如申請專利範圍第8項所述之無線電識別（RFID)標 ❿籤裝置，其中該圖案化導線迴路的材質包括一電鍍銅、一 電鐘is、一銀膠或一銅膠。 17. 如申請專利範圍第8項所述之無線電識別（RFID)標 籤裝置，其中該圖案化導線迴路的材質包括一蝕刻銅或一 I虫刻I呂。 18· —種無線電識別（RFID)標籤通訊系統，包括： 一 RFro標籤裝置； 一基板； 18 201008021 一圖案化導線迴路設置於該基板上，該導線迴路包括 複數條縱向的導線段及一對橫向的導線段連接各縱向的導 籙段端I，以―構成二Ι1!Γ網:路T 一對延伸的導線臂於該基板上，藉由兩節段電性連接 該圖案化導線迴路；及 置晶座設置·一無線電識別（RFID)晶片位於該基板 上，於該對導線臂的中心； 一讀取天線感應該RFID標籤裝置；以及 ❿ 一微處理器處理並傳送該讀取天線的感測訊號。 19. 如申請專利範圍第18項所述之無線電識別（RFID) 標籤通訊系統，其中該對延伸的導線臂為一對斜角的偶極 天線，其寬度分別由中心向外逐漸變細。 20. 如申請專利範圍第19項所述之無線電識別(RFID) 通訊系統，更包括一對第二段導體分別與各斜角的偶極天 線的一細端連接，且該第二段導體與該斜角的偶極天線實 質上垂直，或以任意角度延伸，以及其中該對第二段導體 • 的長度與寬度與該無線電識別（RFID)晶片的阻抗及頻率響 應相關。 21. 如申請專利範圍第18項所述之無線電識別（RFID) 標籤通訊系統，其中該對延伸的導線臂為一對平行的偶極 天線，各平行的偶極天線之間相距一特定距離。 22. 如申請專利範圍第21項所述之無線電識別（RFID) 標籤通訊系統，其中該平行的偶極天線之間具有一節點連 接，且該節點相距該對導線臂的中心的距離與該無娘電識 19 201008021 別（RFID)晶片的阻抗及頻率響應相關。

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