专利名称：可变操作频段的rfid标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种RFID标签，特别是一种可变操作频段的RFID标签。
背景技术：
RFID (Radio Frequency Identification)技术具有可重复读写、可存储较多信息、无需在直视下即可读取、可同时读取多个识别信息、读取速度快、且易于实现自动化作业等特色，使其被广泛应用于物流业，并且逐渐被应用到其他各种产业上，用来加速对产品的追踪与提升其管理效率，使得RFID技术的研究与应用在近年来都有突破性的发展。一个完整RFID系统是由三个部分组合而成=(I)RFID标签(tag)，主要由一颗可存储信息的芯片(chip)和天线(antenna)经特殊封装技术组装而成；(2)RFID读取器(reader)，其由天线与RFID读取器模组所构成；(3)应用程序(application)。RFID技术在应用上，由于RFID标签是直接贴附于商品上，在使用上常遇到很多不可预期的情况而造成系统无法读取到RFID标签中的识别信息，例如:商品重叠、金属材质包装的商品、内容物为液态的商品等；也正因如此，标签天线的设计技术是影响应用成败的关键，原因包括:天线的设计决定成本的高低、可操作频宽的大小、性能的优劣、可适用的对象等，因此在近几年所发表有关于RFID标签天线设计议题的期刊相当的多，所申请的专利案数量也很可观；相对的，市售的RFID标签产品也相当的多，例如:一般纸箱用RFID标签、玻璃用RFID标签以及金属专用RFID标签等。每一种RFID标签的开发与设计都有其技术难度在，其中又以金属用的RFID标签的开发最具挑战性。其主要原因在于金属可视为良好的导体，对于电磁波而言即为一完美的反射面，因此将一般用途的RFID标签贴附于金属板表面时，就会因破坏性干涉，造成靠近金属板的天线无法有效接收与发射电磁波，使得RFID标签的有效读取距离由数公尺缩减至I 2公分以内，甚至完全失效。然而，为将RFID技术应用于金属物品上，如:汽车组件、货柜、工业设备等，厂商也开发出给金属物品专用的RFID标签，然而此类标签的可操作频宽较窄，无法同时含盖全球UHF RFID系统的操作频段:860 960MHz，故需针对不同操作频段的应用需求，设计出可适用于该频段的RFID标签，因而增加制造成本与库存压力。故如何仅设计一款金属用RFID标签，却又可同时满足全球不同操作频段的需求，仍是众所努力的方向与目标。在金属用RFID标签天线的设计上，除了频宽问题需解决外，由于RFID芯片的特性阻抗不是纯电阻性，而是同时具有电阻性与电容性的复数阻抗特性，因此在设计上有别于传统的50欧姆天线的设计方式，为让RFID芯片与天线间的能量传输达到最佳化，如何提供较容易、有效的阻抗调整机制，以设计出可与芯片特性阻抗共轭匹配的RFID标签天线，同样也是RFID标签天线设计上所面临的另一个难题。以中国台湾专利公告第1267788号为例，该专利提出以四周金属包覆结构所设计而成的金属用RFID标签天线，以实现金属用RFID标签天线的设计。公告第1267788号的标签天线除了频宽窄的问题之外，其阻抗特性完全取决于四周包覆回路的总长度，而回路总长度完全取决于所需的虚部阻抗值大小，故该发明在天线阻抗调整上欠缺较多的可调自由度，且所设计出来的标签天线的幅射增益较小，即有效读取距离较短，因此在实用上仍有很大的改善空间。在中国台湾专利公开第200919327号中所公开的技术，则以双磨菇形结构所设计而成的金属用RFID标签天线，其结构的阻抗特性可由连接结构孔径大小、两连接结构间的距离以及上部两导电矩形片的尺寸来调整设计，在阻抗调整自由度上已有改善；但以此结构所设计而成的标签天线，其可操作频段相当的窄，无法含盖全球UHF RFID的操作频段，故在量产上仍会增加制造成本与库存压力，且此标签结构同样存在幅射增益小读取距离较短的问题。因此，有必要提供一创新且具进步性的可变操作频段的RFID标签，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种可变操作频段的RFID标签，包括:一介电层，具有相对的一第一侧面及一第二侧面；一第一导电部，设置于该第一侧面；二第二导电部，彼此间隔地设置于该第二侧面，该等第二导电部间形成有相对的二开口 ；多个连接结构，电气连接该等第二导电部及该第一导电部；一 RFID单元，连接该等第二导电部；及至少一电容负载结构，设置于该第二侧面，使得至少一开口位于该至少一电容负载结构之间，该至少一电容负载结构未电气连接该等第二导电部。本发明提出一种可变操作频段的RFID标签，其可让使用者可依所需的操作频段需求，通过连接结构数量与间距、第二导电部间的开口大小或/及电容负载结构的调整，以获得所需的复数阻抗值，如此即可让RFID标签于特定频段中操作使用，不需再重新设计另一标签天线，故可降低标签制造成本与产品库存压力。并且，本发明的RFID标签适用于金属物品上，且可满足全球UHF RFID频段的应用需求。再者，在标签天线阻抗调整上，本发明RFID标签的结构设计提供更多的调整自由度，而由于阻抗的调整弹性大，让设计者在特定虚部阻抗值需求的限制下，仍可设计出较大尺寸的标签天线，故可易于实现具有较大幅射增益的标签天线，进而提高RFID标签的读取距离。
图la、图2a、图3a、图4a显示本发明芯片直接馈入方式的可变操作频段的RFID标签的不意图；图lb、图2b、图3b、图4b显示本发明天线间接耦合馈入方式的可变操作频段的RFID标签的示意图；图5显示图1a的RFID标签各部分标示尺寸的示意图；图6(a)显示本发明的可变操作频段的RFID标签的电路模型；图6 (b)显示图6 (a)的电路模型的等效电路模型；图7显示本发明分别采用2、3与4对连接结构所得到的RFID标签的共振频率特性图8显示本发明的连接结构间距与天线共振频率之间的关系图；图9显示本发明的RFID标签的开口大小与天线共振频率之间的关系图；图10显示本发明的RFID标签中有无加入电容负载结构时，两者受金属干扰影响的比较图；图11显示本发明的RFID标签具有不同长度的电容负载结构与天线共振频率之间的关系图；及图12显示本发明的RFID标签在三种操作频段与反射功率的关系图。主要元件符号说明I本发明的可变操作频段的RFID标签11介电层12第一导电部13第二导电部14RFID 单元15连接结构`16电容负载结构17 开口111 第一侧面112 第二侧面131切角部132延伸部133第一可变操作频段指标141RFID 芯片142 垂片151第二可变操作频段指标161第三可变操作频段指标
具体实施例方式图la、2a、3a、4a显示本发明芯片直接馈入方式的可变操作频段的RFID标签的示意图；图lb、2b、3b、4b显示本发明天线间接耦合馈入方式的可变操作频段的RFID标签的示意图；图5显示图1a的RFID标签各部分标示尺寸的示意图。参考图1a及图5,该可变操作频段的RFID标签I包括:一介电层11、一第一导电部12、二第二导电部13、一 RFID单元14、多个连接结构15及至少一电容负载结构16。该介电层11具有相对的一第一侧面111及一第二侧面112。该介电材质11可为PET或PI材质。该第一导电部12设置于该第一侧面111。该等第二导电部13彼此间隔地设置于该第二侧面112，该等第二导电部13间形成有相对的二开口 17。在本实施例中，每一第二导电部13具有二切角部131，该等第二导电部13的相应切角部131形成相对的该等开口 17(该等第二导电部13大致呈一蝶形(bowtie shape)导电部)。该可变操作频段的RFID标签I的天线阻抗可由该等开口 17的开口大小加以调整设计，以获得所需的复数阻抗值。
在本发明的一实施例中，每一第二导电部13可还包括至少一延伸部132，该等延伸部132相对地延伸而形成一指叉形电容结构，该指叉形电容结构位于相对的电容负载结构16与开口 17之间(如图2a、2b所示)。较佳地，每一延伸部132可还包括一第一可变操作频段指标133，该第一可变操作频段指标133包括至少一变动操作频段指标(如图2a、2b虚线圈选处所示，每一虚线圈选处可标示相应延伸部132切断后RFID标签I的操作频率，例如:918、922、950、960MHz等)。该可变操作频段的RFID标签I的天线阻抗可通过该等延伸部132不同的切断位置来加以调整设计，以获得所需的复数阻抗值。该等连接结构15电气连接该等第二导电部13及该第一导电部12。通过该等连接结构15电气连接该等第二导电部13及该第一导电部12，形成一具有多回圈并联的结构。其中，该等连接结构15可为成对或不成对设置。较佳地，该等连接结构15可还包括至少一第二可变操作频段指标151，该第二可变操作频段指标151包括至少一变动操作频段指标(如图3a、3b虚线圈选处所示，每一虚线圈选处可标示相应连接结构15与第二导电部13的电气连接部分切断后，RFID标签I的操作频率，例如:920、925、930、935MHz等)。可理解的是，相应连接结构15与第二导电部13的电气连接方式也可如图4a、4b所示的结构，但不以此为限。该可变操作频段的RFID标签I的天线阻抗可通过成对或不成对配置的该等连接结构15加以调整设计，以获得所需的复数阻抗值。该RFID单元14连接该等第二导电部13。在如图la、2a、3a或4a所示的芯片直接馈入方式的可变操作频段的RFID标签I的实施例中，该RFID单元14包括一 RFID芯片141，该RFID芯片141电气连接该等第二导电部13。在如图lb、2b、3b或4b所示的天线间接耦合馈入方式的可变操作频段的RFID标签I的实施例中，该RFID单元14包括一 RFID芯片141及二垂片(tab) 142，该等垂片142连接该RFID芯片141的相对二端，该等垂片142分别设置于该等第二导电部13上方相对位置且未电气连接该等第二导电部13。再参考图1a及图5，该至少一电容负载结构16设置于该第二侧面112，使得至少一开口 17位于该至少一电容负载结构16之间，该至少一电容负载结构16未电气连接该等第二导电部13。较佳地，每一电容负载结构16还包括一第三可变操作频段指标161，该第三可变操作频段指标161包括至少一变动操作频段指标(如图la、lb虚线圈选处所示，每一虚线圈选处可标示相应电容负载结构16切断后RFID标签I的操作频率，例如:电容负载结构16未切断时的操作频率为880MHz，切断其中一电容负载结构16后的操作频率为905MHz，切断二电容负载结构16后的操作频率为945MHz)。该至少一电容负载结构16的长度与切断点(变动操作频段指标)的设计，让使用者可依所需的操作频段需求，切断适当的切断点，即可让标签天线于该特定频段(高、中、低频段)中操作使用，不需再重新设计另一标签天线，故可降低标签制造成本与产品库存压力。本发明的可变操作频段的RFID标签I可以图6(a)所示的电路模型来表示，并可加以简化等效成图6(b)所示的电路模型。其中，Ra SRFID标签I的天线实部阻抗，在等效电路中可表示成Rth;而每一对连接结构15可视为一并联回路，可用一电感来表示，故若有N对连接结构15，便可表示成Lviar"LviaN，在等效电路中，可用一个可变电感Lth来表示；对于RFID标签I而言，该等开口 17大小与其所贡献的电容值成反比，可用一个电容Cg来表示，此外，该至少一电容负载结构16对RFID标签I而言，亦会增加其电容性，同样也可用一个电容Cbm来表示，故在等效电路中，Cg与Cbm可简化成一个可变电容Cth来表示。从图6 (b)的等效电路模型中可以得知，RFID标签I的共振频率可表示成LlhCth)，以下将
以此关系式来说明与解释有关RFID标签I的参数对天线特性的影响。连接结构数量的影响RFID标签I中的连接结构15对于RFID芯片141所在的馈入点而言，与第一导电部12及第二导电部13电气连接后，即构成一电气回路，可用一电感来表不。因此，对于米用多组成对的连接结构15来说，就相当于多个电感并联，故会降低RFID标签I的整体电感性，这将使RFID标签I的共振频率往高频方向移动，如图7所示即可清楚呈现出此一特性。图7为分别采用2、3与4对连接结构15所得到的RFID标签I的共振频率特性图(即阻抗特性曲线fCTia(2)、fcvia(3)、fCTia(4))。因此可通过此一特性，采用适量的成对连接结构15来设计出在较大尺寸下的RFID标签I的天线，而仍可满足所需的虚部阻抗值，而较大尺寸的天线将可提供较大的天线增益，亦即所设计出来的RFID标签1，其有效读取距离将可获得大幅的提升；此外，此一机制也增加此天线结构在阻抗调整上的一个自由度。连接结构间距Vd的影响由于连接结构15连接第一导电部12及第二导电部13形成一电气回路，因此，连接结构15间的间距Vd也可用以调控RFID标签I的天线结构的电感性，如图8所示即为连接结构15间距与天线共振频率之间的关系图(Vd分别为70、65、60mm，相应阻抗特性曲线为fc.；;(65), f,.,,.(60))o从图8中可知:当Vd愈大时，其电感值愈大，使得天线共振频率f。往低频方向移动；反之，Vd愈小时，fc则往高频方向移动。故在RFID标签I中，连接结构15间的间距Vd可做为天线阻抗调整的参数之一。开口大小G1的影响除上述连接结构15数量与间距Vd两个自由度让使用者可通过结构参数的设计，来达到对天线结构电感性的调控外，另可调控天线结构的电容性的机制，包括:开口 17的大小(以参数61与62表示)以及电容负载结构16的设计，都可用以调整天线的电容性。如图9所示为蝶形领结状结构(即该等第二导电部13所形成的结构)的V形开口 17的二分之一大小G1与天线共振频率之间的关系图(G1分别为0、5、10 mm，相应阻抗特性曲线为fk(0)、t\,(i (5),f,,(,-(10))o从图9中可知:当开口 17尺寸G1愈大，则蝶形领结状结构间的电容值Cg就愈小，使得天线的共振频率就愈高；反之，当G1愈小，则f。就愈往低频移动。故在RFID标签I中，开口 17的结构参数G1与G2也可做为调控天线结构阻抗特性的机制。电容负载结构的影响当RFID标签I直接应用到金属物表面时，其仍会受到金属物表面的影响，而造成频漂的情况发生，因此在本发明的RFID标签I中，加入至少一电容负载结构16，以降低金属物对RFID标签I天线的影响程度，减缓实际应用时发生频漂现象的情况。如图10所示为RFID标签I有无加入电容负载结构16时，两者受金属干扰影响的比较图。从图10中可知:具有电容负载条状结构16的RFID标签I，可有效抑制约20MHz的频漂现象(频漂由45MHz降低为25MHz)，这对于窄频特性的金属用RFID标签而言，已可达到稳定RFID标签操作频段的目的。从图7至10中，可看出关于阻抗的调整机制，只要数量或尺寸些微的变动就会产生大幅度的变化，因此较不易实现微调的目的；而所加入的电容负载结构16，除了可抑制金属物的影响之外，还可用以微调RFID标签I的天线结构的电容性，亦即可用以微调天线的共振频率f。，进而达到对天线阻抗值微调的目的。如图11所示即为不同的电容负载结构16的长度(B1)与天线共振频率之间的关系图。图11中的三组阻抗特性曲线f'r./;,,(40)、f;.. ,(50)、fr. ,,(60))是&分别以40、50与60mm所得的结果，而每组的共振频率差约为15 20MHz，故通过对B1长度的设计可轻易的实现阻抗微调的目的。另外，从图11中也可知:当B1愈长时，可增加天线结构的电容性，所以天线的共振频率f。便往低频方向移动；反之，当B1愈短时，则f。就会往高频方向移动。
兹以下列实例予以详细说明本发明，唯并不意谓本发明仅局限于此等实例所揭示之内容。可变操作频段的RFID标签的实例说明前述说明了加入电容负载结构16的功效及其特性，在此另进一步利用该电容负载结构16的特性来实现一可变操作频段的金属用RFID标签I的设计。如前所述，通过控制电容负载结构16的长度B1即可达到对天线阻抗微调的目的，此乃因B1长短的变化对天线阻抗的影响较轻缓，但若将电容负载结构16从中间切断使其变成两段(参考图la、lb)，那么将使得天线的电容性产生一大幅度的减少，如此一来，将使得天线的共振频率往高频方向跳移，从RFID标签I的操作频段的角度来看，就是其操作频段已变动到较高频段的操作区间，故利用此一特性来实现可变操作频段的金属用RFID标签I的设计。可变操作频段的金属用RFID标签I的实施方式例如为:在两个电容负载结构16的中间各设置一个中断点，如果RFID标签I要应用于较低频段时，则保留两中断点的连接(如图12中最左的曲线G所示)；如果要应用于中频段时，则切断其中一个中断点，使其不连接(如图12中间的曲线f；2所示)；如果要应用于较高频段时，则将两个中断点都切断，使其不连接(如图12中最右的曲线f；3所示)。本发明提出一种可变操作频段的RFID标签1，其可让使用者可依所需的操作频段需求，通过连接结构15数量与间距Vd、第二导电部13间的开口 17大小或/及电容负载结构16的调整，以获得所需的复数阻抗值，如此即可让RFID标签I于特定频段中操作使用，不需再重新设计另一标签天线，故可降低标签制造成本与产品库存压力。并且，本发明的RFID标签I适用于金属物品上，且可满足全球UHF RFID频段的应用需求。再者，在RFID标签的天线阻抗调整上，本发明RFID标签I的结构设计提供更多的调整自由度，而由于阻抗的调整弹性大，让设计者在特定虚部阻抗值需求的限制下，仍可设计出较大尺寸的标签天线，故可易于实现具有较大幅射增益的标签天线，进而提高RFID标签I的读取距离。上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如后述的申请专利范围所列。
权利要求
1.一种可变操作频段的RFID标签，包括: 一介电层，具有相对的一第一侧面及一第二侧面； 一第一导电部，设置于该第一侧面； 二第二导电部，彼此间隔地设置于该第二侧面，所述第二导电部间形成有相对的二开Π ； 多个连接结构，电气连接所述第二导电部及该第一导电部； 一 RFID单元，连接所述第二导电部；及 至少一电容负载结构，设置于该第二侧面，使得至少一开口位于该至少一电容负载结构之间，该至少一电容负载结构未电气连接所述第二导电部。
2.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中该RFID单元包括一RFID芯片，该RFID芯片电气连接所述第二导电部。
3.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中该RFID单元包括一RFID芯片及二垂片，所述垂片连接该RFID芯片的相对二端，所述垂片分别设置于所述第二导电部上方相对位置且未电气连接所述第二导电部。
4.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中所述连接结构为成对或不成对设置。
5.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中每一第二导电部还包括至少一延伸部，所述延伸部相对地延伸而形成一指叉形电容结构，该指叉形电容结构位于相对的电容负载结构与开口之间。
6.如权利要求5的可变操作频段的RFID标签，其中每一第二导电部包括二延伸部，所述延伸部相对地延伸而形成二指叉形电容结构，所述指叉形电容结构位于相对的电容负载结构与开口之间。
7.如权利要求5的可变操作频段的RFID标签，其中每一延伸部还包括一第一可变操作频段指标，该第一可变操作频段指标包括至少一变动操作频段指标。
8.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中所述连接结构还包括至少一第二可变操作频段指标，该第二可变操作频段指标包括至少一变动操作频段指标。
9.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中每一电容负载结构还包括一第三可变操作频段指标，该第三可变操作频段指标包括至少一变动操作频段指标。
10.如权利要求1的可变操作频段的RFID标签，其中每一第二导电部具有二切角部，所述第二导电部的相应切角部形成相对的所述开口。
全文摘要
本发明关于一种可变操作频段的RFID标签，包括一介电层，具有相对的一第一侧面及一第二侧面；一第一导电部，设置于该第一侧面；二第二导电部，彼此间隔地设置于该第二侧面，该等第二导电部间形成有相对的二开口；多个连接结构，电气连接该等第二导电部及该第一导电部；一RFID单元，连接该等第二导电部；及至少一电容负载结构，设置于该第二侧面，使得至少一开口位于该至少一电容负载结构之间，该至少一电容负载结构未电气连接该等第二导电部。藉此，可让RFID标签于特定频段中操作使用，故可降低标签制造成本与产品库存压力，且RFID标签适用于金属物品上及满足全球UHF RFID频段的应用需求，另可提高RFID标签的读取距离。
文档编号G06K19/077GK103177284SQ20121041074
公开日2013年6月26日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年12月26日
发明者陈松琳, 林长春, 郭士纲 申请人:中国钢铁股份有限公司