Rf标签和制造rf标签的方法

专利名称：Rf标签和制造rf标签的方法
技术领域：
本发明涉及RF标签和制造RF标签的方法。
技术背景为了管理各种商品、物品及其它对象物，往往使用RF标签。这样的 系统具有很多RF标签和读取来自RF标签的信息或向其写入信息的阅读 器或记录装置(以下称为"RF标签阅读器")。在各个对象物上连带有 RF标签。阅读器也被称为询问器(interrogator)。RF标签也可以涉及RFID 标签、无线标签、IC标签等。也可以向RF标签写入例如识别信息(ID)、 制造批号、制造日期和时间、制造地点及其它数据。RF标签中一般具有能动型(主动型)和受动型(被动型)。主动型 的RF标签可自己准备电力，能够使RF标签阅读器侧的装置构成简单。 而后者自己不能准备电力，要通过从外部接收能量来进行ID信息的发送 等动作。被动型从使RF标签便宜的观点来看较理想，将来特别有前景。从使用的信号的频带的观点来看，有电磁结合方式和电磁波方式。 前者使用几千赫兹左右的频带或13兆赫左右的频带等。后者使用UHF 带(例如950MHz)或2.45吉赫那样更高的频带。从增加可通信的距离 或减小RF标签的尺寸等观点来看，优选使用高频率的信号。作为一例， 公知的是若为电磁结合方式，则至多仅能在一米左右进行通信。此外， 在950MHz时1个波长为30cm左右，而在13MHz时1个波长达23米。虽然伴同RF标签一起的对象物有各种考虑，但在RF标签的设计中 特别重视对象物是否具有导电性。如果对象物具有绝缘性，则在安装RF 标签的前后RJF标签的动作特性没有太大变化。但是，当将该RF标签安 装到金属壳体那样的导电体上时，在RF标签的通信时会产生由该导体所 致的镜像电流。因此，RF标签的动作特性在安装到导电体对象物上的前后大不相同。此外，在伴同RF标签的物体的尺寸较小的产品用途、和重视外观上 的美观价值这样的产品用途(例如，大型自行车的仪表、在橱窗内展示的花瓶等)中，可能要求将RF标签收纳在对象物之中。在该情况下，如 果收纳了 RF标签的对象物能使电磁波(UHF带)透射，则应该能够与 RF标签进行无线通信。但是，该情况下，还取决于所收纳的RP标签的 附近是否有金属面，RF标签的动作特性会大不相同。在本申请提出时的非专利文献1中记载了可安装在金属上的现有RF 标签。非专禾ll文献1: http:〃www.awid.com/product/mt tag/mt.htm在非专利文献l中记载的现有RF标签具有作为比半波长长的偶极天 线动作的天线构造。更具体地说，在电介质的表面设有表示天线图案的 导电性材料，在电介质的背面形成有金属层，且全长设计成1/2波长左右。 由于动作频率为902—928MHz，所以全长为17cm左右。但是，如果是 这样依然很大的尺寸，会存在安装RF标签的对象物的种类受到很大限制 的问题。发明内容本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供一种能够收纳在具 有金属面的小壳体中的RF标签以及制造这样的RF标签的方法。在本发明中使用的RF标签的特征在于，其具有第一线路，其与接 地导体连接，形成电气闭环，并构成偶极天线；供电电路，其连接在上 述第一线路上的分支点与接地导体之间；以及第二线路，其与上述分支 点连接，并与上述供电电路并联设置，而且构成感应器。根据本发明，在具有金属面的小壳体中也能够收纳RF标签。


图1表示本发明的一个实施例的RF标签的概要立体图。 图2是表示导电性线路和接地导体的位置关系的图。图3是用于说明RF标签的动作的图。图4是用于说明RF标签的动作的图。图5是用于说明偶极天线和环形天线的特性的图。图6A是表示本发明的一个实施例的RF标签的制造工序的图。图6B是表示本发明的一个实施例的RF标签的制造工序的图。图6C是表示本发明的一个实施例的RF标签的制造工序的图。图6D是表示本发明的一个实施例的RF标签的制造工序的图。图7A是表示本发明的一个实施例的RF标签的其它制造工序的图。图7B是表示本发明的一个实施例的RF标签的其它制造工序的图。图7C是表示本发明的一个实施例的RF标签的其它制造工序的图。图8是表示通过模拟假定的RP标签的图。图9是与天线和IC芯片相关的等效电路图。图IO是表示与线要素长度和对应的芯片容量相关的模拟结果的图。图11是表示与线要素长度和天线电阻相关的模拟结果的图。图12是表示与线要素长度和天线增益相关的模拟结果的图。图13是表示RF标签的频率特性的图。图14是表示与频率和芯片容量相关的模拟结果的图。图15是表示与频率和天线增益相关的模拟结果的图。图16是表示将RF标签收纳在具有金属面的壳体中的状况的图。图17A是表示具有线宽不均匀的线路的RF标签的图(其一)。图17B是表示具有线宽不均匀的线路的RF标签的图(其二)。图17C是表示具有线宽不均匀的线路的RF标签的图(其三)。图17D是表示供电电路的安装位置不同的RF标签的图。图17E是表示具有线的间隔不均匀的线路的RF标签的图(其一)。图17F是表示具有线的间隔不均匀的线路的RF标签的图(其二)。图17G是表示感应器的线路和天线分别准备的RF标签的图(其一)。图17H是表示感应器的线路和天线分别准备的RF标签的图(其二)。标号说明10:电介质垫片；12:接地导体；161:金属面；162:绝缘性的材料面。
具体实施方式
根据本发明的一个方式，供电电路设置在构成偶极天线的第一线路 上，与该供电电路并联地设有构成感应器的第二线路。第一线路与接地 导体连接，在动作时利用了镜像电流。天线和供电电路的阻抗的匹配性 可通过调整感应系数来实现。这样，能得到也可伴同于具有金属面的物 体的非常小型的RF标签。上述第二线路也可形成为包括将上述第一线路上的两个分支点连接 起来的线路。通过将偶极天线的线路和感应器的线路的一部分共用，能够将RF标签整体的尺寸抑制得较小。第一线路和第二线路的分支点的位置能够调整以使偶极天线和供电电路的阻抗匹配。上述第一和第二线路也可设在具有预定介电常数的垫片材料上。虽然第一和第二线路与接地导体之间理论上可以是空气层，但从确保RF标 签的强度的实用方面的观点来看，优选在其间设置垫片材料。上述第一和第二线路也可具有沿着长方体的边的形状。由此，RF标 签的尺寸与长方体的尺寸实质上相等。上述第一和第二线路形成为流到上述第一和第二线路中的电流的镜像电流会流到上述接地导体中。由此，可缩小偶极天线的尺寸。也可用与接地导体连接的平行的第一线路要素的对和与该对正交的 平行的第二线路要素的对来形成上述第一和第二线路。通过将线路的图 案简化，不仅可提高成品率，还可有效抑制在线路中流动的信号的不必 要反射。上述第二线路要素的对所延伸的长度比上述第一线路要素的对所延伸的长度的2倍形成得短。由此，能够保障用第一线路形成的天线不是 作为环形天线而是作为偶极天线进行动作。RF标签的接地导体也可与该RF标签所伴同的物体的金属面连接。 通过向RF标签供给更稳定的接地电位，能够提高RF标签的特性(天线 增益等)。上述第一和第二线路也可用微波传输带线路形成。在本发明的一个方式的RF标签的制造方法中，执行以下工序在具 有柔韧性的薄膜上形成导电层的工序，该导电层形成有相邻的第一和第 二窗框，并且呈带状延伸；以及使上述薄膜弯曲，使形成有第一窗框的 区域和没有形成窗框的导电层的区域对置，并将上述薄膜粘贴在绝缘性 的垫片材料上。由此，可简易地制造出也可以伴同具有金属面的物体的 小型的RF标签。在本发明的一个方式的RF标签的制造方法中，执行以下工序在绝 缘性的垫片材料板表面上形成构成偶极天线的第一线路和构成感应器的 第二线路的工序；以及将上述垫片材料板背面的接地导体与上述第一和 第二线路电连接起来的制造RF标签的工序。在上述第一线路上的分支点和接地导体之间设置有供电电路，上述第二线路与上述第一线路上的分 支点连接，并与上述供电电路并联设置。由此，可在利用现有的微波传 输带线路的制造工序的同时制造出能伴同于具有金属面的物体的小型的RF标签o实施例1图1表示本发明的一个实施例的RF标签的概要立体图。RF标签具有垫片10;在垫片10的正面和上表面设置的导电性的线要素；在线要 素上设置的供电电路(设置在BC间的虚线内)；以及在垫片10的下表面(背面)设置的接地导体(图2)。图2表示导电性的线路和接地导体的位置关系。垫片10具有例如2.6那样的预定介电常数，且具有长度为L (例如 31mm)、宽度为W (例如13mm)和厚度为T (例如6mm)的预定尺寸 的长方体形状。虽然数值不过是一个示例，也可釆用各种数值，但一般 来说，根据本发明，长度L比所使用的波长(UHF带)的一半短即可。在垫片IO的正面和上表面形成有导电性的线要素。如图示那样，沿 着长方体的边设置导电性的线要素。线要素用于表示线路的全部或一部 分。通过A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H各点的线路形成第一封闭曲线(闭 环)，并构成偶极天线。进行电波的收发和信息的存储以及处理的集成电路(也称为供电电路)设置在线要素BC之间。在第一封闭环上设有两个分支点C、 F，点CF之间也通过导电性的 线要素结合。包含该线要素CD的线路CFGHA处于与供电电路电学并联 的关系，而且构成感应器。说明动作原理。如图2所示，垫片10上的线路与垫片背面的接地导 体电连接。因此，在RF标签的动作时，镜像电流向接地导体侧流动，图 2所示的线路可认为与图3所示的线路等效。再有，当将包含线要素CF 的感应器和构成偶极天线的部分分离时，则图3所示的线路可认为与图4 所示的线路等效。如图4所示，该RF标签具有通过点ABCDEGHKJA 的一个折返偶极天线和用包含CF'的线路形成的(与供电电路并联设置) 的感应器。如后述的模拟结果所示，感应器的阻抗通过使线要素BD上 的点C的位置(在图3中，还有线要素GE上的点F的位置)变化来进 行调整。通过适当地调整该阻抗，能够使偶极天线和供电电路的阻抗适 当地匹配。图1、 2所示的线要素中直接有助于电磁波的辐射的是线要素AB和 线要素GH的部分。因此，垫片材料10的厚度T越厚，天线的增益等性 能越好。虽然如上述那样线要素的长度W、 L、 T可取各种值，但需要至少满 足W<2 (L+T)的关系。这是为了保障天线作为偶极天线发挥功能。 若假设W二2 (L+T)，则天线己经不是偶极天线，而是作为环形天线发 挥功能。在本实施例中假定的诸多条件下，感应器的阻抗调整后的天线 的阻抗应收纳在图5所示的史密斯图表的第一象限(I )中。图中白圈 儿表示阻抗调整前的偶极天线(W<2 (L+T))的阻抗。当通过使线要 素的分支点C的位置变化来使阻抗变化时，阻抗如图中箭头所示那样变化。与此相对，环形天线的阻抗属于第二象限(n)，并与图中X标记那样的点对应。即使相对于该天线使分支点C的位置变化来改变阻抗，阻 抗也只会像图中箭头所示那样变化。因此，在环形天线中，难以使阻抗 收纳在第一象限内。图6A至6D分别表示本发明的一个实施例的RF标签的制造工序。在图6A至6C中示出了俯视图和侧视图，在图6D中仅示出了侧视图。 在图6A所示的工序中，准备具有预定物理性质的垫片10。垫片10具有 例如介质常数2.6和介质损耗(tanS ) 0.008。在图6B所示的工序中， 利用蒸镀那样的公知的金属成膜技术在垫片10的上表面和下表面整个面 上成膜导电层。导电层具有例如5Xl(^S/m的导电率。在图6C所示的工 序中，使用光刻术那样的公知的图案形成技术，来对垫片10的上表面上 的导电层进行图案形成。通过该图案形成，形成了图l、 2所示那样的线 路的大部分(除了线要素AB和线要素GH以外的所有线要素)。线路也 可形成为微波传输带线路。在图6D所示的工序中，形成从B点附近的 线路贯穿垫片IO并到达背面的导电层的通孔。同样地，还形成从G点附 近的线路贯穿垫片IO并到达背面的导电层的通孔。在这些通孔中填充导 电性材料，将垫片上表面上的线路和背面的接地导体电连接起来。再有，为了简化说明，省略了设置供电电路的工序。供电电路可在 图6C的工序以后的适当阶段设置在线要素BC之间。此外，为了简化说 明，同时成膜垫片上表面的线路用的导电层和背面的接地导体用的导电 层，但也可将它们分别制作，也可用不同材料制作。实施例2图7A至7C分别表示本发明一个实施例的RF标签的制造工序。在 图7A所示的工序中，呈带状延伸的导电层70成膜在具有柔韧性的薄膜 75上。在本实施例中，薄膜使用例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜， 但也可使用能支撑导电层70的适当的任何挠性薄膜。再有，虽然如图6 中所示，但需要注意的是，为便于说明而对膜厚进行夸大描绘。成膜也 可用公知的适当的任何方法来进行。除了也可使用蒸镀那样的方法之外， 也可使用利用打印机的印刷技术等。在图7B所示的工序中，形成贯穿导电层和PET薄膜的两个窗71、 72。这些窗周围的窗框将在后面形成导电性的线路。在本实施例中，当 在PET薄膜上成膜导电层之后形成两个窗，但也可以在图7A所示的工 序的阶段，在PET薄膜75上形成形成有窗的导电层。在图7C所示的工序中，将导电层和PET薄膜粘贴在垫片10的上表面、正面和背面上。在该情况下，导电层和PET薄膜75在图7B中用虚 线表示的两个部位弯曲90度。这样，也可不以垫片10为基础来形成导 电层。根据本实施例，不仅能简易地制造出RF标签，还可使改变制造工 序的自由度大幅增加。例如，准备导电性的天线的商家和准备垫片的商 家可以相同也可以不同。此外，由于还能够并行进行天线的加工和垫片 的加工，所以这从吞吐量的观点来看也很理想。 实施例3图8是表示通过模拟假定的RF标签的图。图中的表示尺寸的数字的 单位是毫米(宽度13mm、长度31mm和厚度6mm)。在垫片的上表面和 正面形成了图1所示的导电性的线路图案，垫片的背面与理想的接地导 体连接。在模拟中，相对于线要素BC和GF的各种长度算出了芯片容量 CCP (pF)、天线电阻R叩(Q)和天线增益(dBi)。需要特别注意的是， 天线的长度与典型的UHF带的波长(30cm左右)相比非常短。与天线和供电电路相关的等效电路如图9那样表示。在天线和供电 电路(IC芯片)的阻抗匹配的情况下，除了两者的电阻分量相等之外， 在天线侧的感应系数Up和供电电路侧的容量Ccp之间有预定的关系成 立。即，Rap=Rcp;以及"L叩二 (wCcp)—'。"是角频率。使图8中的线要素BC和GF间的距离S变化，调整天 线的感应系数Up，通过满足上述关系，能够使天线和供电电路的阻抗匹配。图lO表示线要素长度S和与之对应的芯片容量Ccp的关系。可知， 随着线要素长度S从4.2mm增加到8mm，芯片容量Ccp从0.86pF大致直 线地减小到0.54pF。可知，例如如果950MHz那样的典型UHF带的动作 频率下的芯片容量Ccp为0.6pF左右，则线要素长度S只要大约为7mm 即可。可知，感应器长度S2应为大约18 (18.61) mm。 图11表示线要素长度S和天线电阻Rap的关系。可知，随着线要 素长度S从4.2mm增加到8mm，天线电阻R邻从11.9kQ大致直线地缓慢增加到12.9kQ。可知，如果线要素长度S大约为7mm，则天线电阻 为12.7kQ左右。图12表示线要素长度S和天线增益的关系。可知，随着线要素长度 S从4.2mm增加到8mm，天线增益从—2.45dBi大致直线地增加到一 1.99dBi。可知，如果线要素长度S大约为7mm，则天线增益为一2.1dBi 左右。决定匹配的阻抗的要素(Rap， Lap和增益)中的感应系数Lap (容量CCP)最优先确定。这是因为其在阻抗的匹配性中最重要。虽然天线的增 益也重要，但即使增益高，如果变为与供电电路不匹配的状态，也难以 获得高增益的益处。图13表示图8所示的RF标签的频率特性。从800MHz到l.lGHz， 将每隔25MHz算出的阻抗描绘在史密斯图表上。在950MHz时芯片容量 为0.682pF的情况下的阻抗用图中箭头表示。该情况下的线要素长度S 为6.2mm左右。如图所示，即使使频率大幅度地变化，阻抗的变化也没 有那么大，所以该RF标签也能够应用于宽带域的产品用途。图14针对RF标签的三种接地方法的每个来表示频率与芯片容量的 关系。在模拟中，假定RF标签的背面，(1)、与无限大的理想的接地导 体连接的情况；(2)、与10cmX10cm的金属板连接的情况；以及(3)、 没有与其它金属连接的情况。如图所示，无论是哪种接地方法，随着频 率从800MHz增加到l.lGHz，芯片容量从大约1.3pF大致直线地减小到 约0.7pF。因此，可知，使用何种的接地方法，对天线和供电电路的阻抗 的匹配性并不会产生大的影响。这意味着无论RF标签所伴同的物体是 否具有导电性，自身都能够使RF标签的天线和供电电路的阻抗匹配。因 此，本实施例的RF标签可伴同的产品扩展到极多的种类。图15对RF标签的三种接地方法(上述(1)、 (2)、 (3))的每个表 示频率与天线增益的关系。虽然三者皆是随着频率增加增益也增加，但 其增加方式因接地方法而不同。在频率从800MHz增加到l.lGHz的情况 下，在(1)的接地方法中，增益从大约一5.5dBi增加到OdBi，在(2) 的接地方法中，增益从一9.5dBi增加到一1.5dBi，在(3)的接地方法中，增益从一10.2dBi增加到一6.2dBi。从该模拟结果可知，从提高天线增益 的观点来看，提供更稳定的接地电位的接地方法较为有利。再有，根据图14中的模拟结果，接地方法不会对天线和供电电路的 匹配性带来大的影响，所以优选将RF标签尽可能连接到稳定的接地电位 上。从这样的观点来看，在RF标签所伴同的物体具有金属壳体、且RF 标签收纳在其中的情况下，优选如图16所示那样将RF标签连接到金属 壳体上。在图示的示例中，示出了在具有金属面161和绝缘性的材料面 162的壳体中收纳RF标签，且RF标签背面的接地导体与金属面161连 接的状况。绝缘性的材料面162例如也可以由塑料构成。实施例4图17A至H表示与RP标签的天线、感应器、供电电路以及接地导 体等相关的各种变形例。构成天线和感应器的导电性的线路的宽度可如 说明过的实施例那样形成为全部均等，也可如图17A、 17B、 17C所示那 样使它们以不均匀的线宽形成。从考虑断线等不良情况的观点来看，优 选使线宽较大。从节约导电性材料的观点来看，优选使线宽较窄。供电电路(IC)可设置在RF标签的上表面侧，也可如图17D所示 那样设置在正面侧。但是，由于垫片的厚度T较薄，长度L较长，所以 从实现IC的装载工序的方便的观点来看，优选将IC装载在上表面上。导电性的线路可沿着长方体垫片的边，也可如图17E、 F所示那样使 线路形成在上表面和正面上。此外，平行的线路的间隔可根据地点而不 同。但是，从尽可能减小对流过线路的信号施加的影响(反射等)的观 点来看，优选减少线路的弯曲次数。构成感应器的线路可共用偶极天线的线路来设置，也可如图17G、H 所示那样与之分别设置。但是，需要使导体存在于线路下以使与感应器 的线路相关的镜像电流适当地形成。虽然上面说明了本发明的优选实施例，但本发明并不限于此，在本 发明的主旨范围内可进行各种变形和变更。
权利要求
1.一种RF标签，其特征在于，上述RF标签具有第一线路，其与接地导体连接，形成电气闭环，并构成偶极天线；供电电路，其连接在上述第一线路上的分支点与接地导体之间；以及第二线路，其与上述分支点连接，并与上述供电电路并联设置，而且构成感应器。
2. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述第二线路包括将上述分支点和上述第一线路上的其它分支点连接起来的线路。
3. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述第一和第二线路设置在具有预定介质常数的垫片材料上。
4. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述第一和第二线路具有沿着长方体的边的形状。
5. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述第一和第二线路形成为流到上述第一和第二线路中的电流的镜像电流会流到上述接地导体中。
6. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 用与接地导体连接的平行的第一线路要素的对和与该对正交的平行的第二线路要素的对，来形成上述第一和第二线路。
7. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述第二线路要素的对所延伸的长度比上述第一线路要素的对所延伸的长度的2倍要短。
8. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 调整上述分支点的位置以使上述偶极天线和上述供电电路的阻抗匹配。
9. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述接地导体与该RF标签所伴同的物体的金属面连接。
10. 根据权利要求1所述的RF标签，其特征在于， 上述第一和第二线路用微波传输带线路形成。
11. 一种制造RF标签的方法，其特征在于，在具有柔韧性的薄膜上形成导电层，该导电层形成有相邻的第一和 第二窗框，且呈带状延伸；使上述薄膜弯曲以使形成有第一窗框的区域和没有形成窗框的导电 层的区域对置，并将上述薄膜粘贴在绝缘性的垫片材料上。
12. 根据权利要求11所述的制造标签RJF的方法，其特征在于， 调整上述分支点的位置，以使上述偶极天线和上述供电电路的阻抗匹配。
13. —种制造RF标签的方法，其是在绝缘性的垫片材料板表面上形 成构成偶极天线的第一线路和构成感应器的第二线路、将上述垫片材料 板背面的接地导体与上述第一和第二线路电连接起来的制造RF标签的 方法，其特征在于，在上述第一线路上的分支点与接地导体之间设置有供电电路， 上述第二线路与上述第一线路上的分支点连接，并与上述供电电路 并联设置。
全文摘要
本发明提供一种RF标签和制造RF标签的方法，该RF标签也可收纳在具有金属面的小壳体中。RF标签具有第一线路(ABCDEFGH)，其与接地导体连接，形成电气闭环，并构成偶极天线；供电电路，其连接在第一线路上的分支点(C)与接地导体之间；以及第二线路(CFGHA)，其与分支点(C)连接，并与供电电路并联设置，而且构成感应器。调整第一线路和第二线路的分支点的位置以使偶极天线和供电电路的阻抗匹配。
文档编号H01Q9/16GK101253653SQ200580051450
公开日2008年8月27日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者山雅城尚志, 甲斐学, 马庭透 申请人:富士通株式会社