CN101351816A

CN101351816A - 射频识别天线和射频识别标签

Info

Publication number: CN101351816A
Application number: CNA2007800010891A
Authority: CN
Inventors: 权洪逸
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG CNS Co Ltd
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: CN101351816B; KR20070103581A; KR100793524B1

Abstract

本发明提供一种无线射频识别(RFID)天线和包括该RFID天线的RFID标签。RFID天线包括电导体和各向同性地发射电磁场的导体。包括RFID天线的RFID标签可以安装在金属板上。

Description

射频识别天线和射频识别标签

技术领域

本发明实施例涉及无线射频识别(RFID)天线和RFID标签。

背景技术

RFID***总体上在彼此之间利用无线电波以预定带宽交换各种数据。

RFID***包括标签(或应答器)和读取器(或解读器)。标签包括唯一识别信息。标签附着于例如物体或动物。读取器从标签读识别信息/将识别信息写入标签。

读取器可以通过接触或非接触方式来辨认、跟踪和管理附着于例如产品、动物或人的标签。此外，读取器可以将信息记录到标签。

图1示出了根据相关技术的RFID标签10。

参考图1，RFID标签10包括半导体芯片20和天线30。半导体芯片20通过天线30发送或接收无线电波频率。

RFID标签10对从RFID读取器(未示出)发送的预定的无线射频(RF)频带的信号进行反射。这里，RFID标签10对RF信号进行调制以添加识别信息并将其发送到RFID读取器。

RFID标签10的天线30通过印刷以偶极天线的形式形成于绝缘膜40上。因此，在偶极天线30的没有形成辐射图案的某一方向存在零值(null)，这样RFID标签10不能在该零信号方向与RFID读取器正常通信。

发明内容

一个实施例提供了具有各向同性辐射图案的天线和包括该天线的无线射频识别(RFID)标签。

一个实施例提供了利用电感耦合的天线和包括该天线的RFID标签。

一个实施例提供了可以被安装在金属板上的天线和包括该天线的RFID标签。

一个实施例提供了一种无线射频识别天线，包括：被提供有电功率的闭环形电导体；与电导体无电接触的、位于该电导体外侧的开环形导体。

一个实施例提供了一种无线射频识别标签，包括：天线，该天线包括被提供有电功率的闭环形电导体和与该电导体无电接触的、位于该电导体外侧的开环形导体；以及与电导体的馈入点(feeding point)电连接的半导体芯片。

一个实施例提供了一种无线射频识别标签，包括：电介质体；位于该电介质体上、包括缝隙的平面天线；在电介质体中、具有与天线电连接的端的半导体芯片。

根据示例性实施例的RFID天线和RFID标签，该RFID标签不具有RFID标签不能与读取器通信的零信号方向，因此该RFID标签可以被可靠地附加到产品上。

而且，因为RFID标签的RFID天线通过印刷形成为简单的平面形状，因此易于制造RFID标签。

另外，由于使用RFID标签在安装位置方面具有较少的限制，所以可以方便且可靠地使用具有RFID标签的RFID***。

此外，由于RFID天线形成有缝隙，因此可以减小RFID天线的尺寸或长度。

而且，RFID标签甚至可以被安装在金属板上，这样可以增加RFID标签的适用性。

附图说明

图1示出了根据相关技术的无线射频识别(RFID)标签；

图2示出了根据第一实施例的RFID标签；

图3示出了根据第一实施例的RFID天线的辐射图案；

图4示出了根据第一实施例的RFID天线的三维形式的辐射图案；

图5是示出了根据第一实施例的RFID天线的响应特征曲线图；

图6示出了根据第一实施例的RFID标签的应用实例；

图7示出了根据第一实施例的半导体芯片的安装；

图8示出了包括读取器和图6所示RFID标签的RFID***；

图9到13示出了根据第一实施例的RFID天线的修改实例；

图14是示出了根据第二实施例的RFID标签的横截面图；

图15是示出了根据第二实施例的RFID标签的应用实例的透视图。

具体实施方式

下面将结合示例性实施例对无线射频识别(RFID)天线和RFID标签进行描述。

[第一实施例]

图2示出了根据第一实施例的RFID标签100。

参考图2，RFID标签100包括半导体芯片110和天线140。天线140包括电导体120和多个导体130。

半导体芯片110是集成电路(IC)芯片，且包括无线射频(RF)发射/接收电路、控制逻辑和存储器。半导体芯片110通过天线140发射或接收无线频率。

导电接触部件如带形成在电导体120的馈入点(例如电功率提供点)127和128上。半导体芯片110安装在导电接触部件上。

电导体120是天线140的主体，其具有椭圆形或多边形(例如矩形和五边形)的形状。电导体120形成了除馈入点127和128以外的闭环。电导体120和导体130可以由相同材料形成。电导体120与半导体芯片110电连接，导体130与半导体芯片110不电连接。

电流流经电导体120。电导体120包括：连接到半导体芯片110的第一线121和122、连接到第一线121和122两端的第二线123和124、连接到第二线123和124两端的第三线125。第一线121和122与第三线125对应地布置，而第二线123和124彼此对应。第一线121和122以及第二线123和124在长度上占电导体120的大约60％到80％。

导体130被电划分为具有开环形式的至少两个部分。导体130不与电导体120电连接。导体130形成在电导体120的外侧。

导体130包括第一导体131和第二导体132。第一导体131对应于电导体120的第一线和第二线121、122、123和124。第二导体132对应于第一导体131和第三线125。电导体120的第一线到第三线121到125与导体130在空间上相隔距离(d)。对于每条线来说该距离(d)可以是恒定的或变化的。

第一导体131的两端135与第二导体132相隔预定间隙(G)。间隙(G)是电气断开区域。间隙(G)可以等于电导体120的第三线125和第二导体132之间的距离

第二导体132可以形成为直线形状，或第二导体132的两端136可以弯曲。第二导体132比在X轴方向延伸的第三线125长，且第二导体132的两端136可以位于从与Y轴平行的第一导体131的两端绘制的延长线的内部或外部。

导体130和电导体120可以形成为相同的形状或相似的线形。例如，导体130和电导体120可以形成为对称或不对称图案的多边形或椭圆形线。而且，根据天线140的希望的特性可以改变导体130和电导体120的线宽。

由半导体芯片110提供的馈入电流(i)可以顺时针或逆时针地流过电导体120。具有无线电频率的信号能量以电场或磁场的形式逐渐从电导体120的线121、122、123、124和125向导体130放射。结果，通过电导体120的信号能量在导体130处产生了耦合现象。

换句话说，电能以互感耦合类型在电导体120和导体130之间转移，产生了电感耦合。由于导体130和电导体120之间的电感耦合，半导体芯片110的电容可以被减小，半导体芯片110的共振频率可以被展宽。

在该实施例的RFID标签100中，由半导体芯片110向电导体120提供的电流激发导体130，导致电感耦合。电感耦合在离半导体芯片110最远的第三线125周围最强。

天线140的馈入部分的输入电阻分量与导体电阻的倒数成比例。通过电导体120和导体130之间的电感耦合系数可以调节输入电阻分量。因此，由于天线的小型化引起的输入电阻的下降可以被解决。此外，根据天线140的馈入部分的尺寸和位置可以容易地调节电导体120的电感。

互感耦合系数可以如下表示：

M = \frac{μ_{0}}{2 π} l_{b} \ln (1 + \frac{l_{a}}{d})

其中，μ₀表示自由空间磁导率，l_b表示电导体120在Y轴方向的长度，l_a表示电导体120在X轴方向的长度，d表示电导体120和导体130之间的距离。

馈入环路的阻抗可以表示为：

Z_loop＝j2πfL_loop

其中L_loop表示馈入环路的自感。

在RFID标签100的天线140中，输入阻抗分量仅为互感耦合系数(M)的函数，电抗分量仅为馈入环路的电感L_loop的函数。因此，可以根据互感耦合系数来调节电导体120和导体130之间的距离。

图3和图4示出了根据第一实施例RFID标签的天线的辐射图案。

参照图3，RFID标签的天线具有各向同性的辐射图案。该辐射图案是由电导体和导体之间耦合的电感产生的。辐射图案的水平分量由天线的平行于Z轴和X轴的线产生，辐射图案的垂直分量由天线的平行于Y轴的线产生。θ表示XY平面的角度，

表示所测得的关于Y轴的角度。

图4以三维形式示出了根据第一实施例的RFID标签的天线的辐射图案。参照图4，该天线具有关于X、Y和Z方向的各向同性的辐射图案。因此，当RFID标签与RFID读取器通信时，几乎不形成零信号区域，这样，RFID标签可以在所有方向上与RFID读取器通信。

图5示出了根据第一实施例的RFID标签的天线的雷达截面(RCS)的曲线图。RCS是在将RFID读取器关于RFID标签的角度θ改变0°、30°、60°和90°时，以及将RFID读取器关于RFID标签的角度

改变0°、30°、60°和90°时，所测得的来自天线的反射量。如图5所示，从RFID标签的天线到RFID读取器的反射在所有方向上几乎是不变的。

图6示出了根据第一实施例的安装在基础部件150上的RFID标签100。

参照图6，RFID标签100被安装在基础部件150的前表面或后表面。通过丝网印刷法使用导电胶在基础部件150上形成图案，以便形成天线140。这样，天线140的电导体120和导体130可以在同一平面上形成。

基础部件150由柔性的非导电性材料形成。例如，柔性的非导电性材料包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)、纸、乙酸酯(acetate)、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、具有碳酸钙的聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，或塑料。基础部件150可以由所列材料的一种或多种或其结合来形成。根据RFID标签100的用途，安装在基础部件150上的天线可以具有各种形状，如多边形和椭圆形。

而且，包括RFID标签100的基础部件150可以覆盖有绝缘保护层(未示出)。该保护层可以由等于或类似于基础部件150的材料的材料形成。例如，该保护层可以使用加热和加压热塑性材料形成。由于RFID标签100介于基础部件150和保护层之间，因此RFID标签100可以被保护，而不受环境因素如碰撞和潮湿的影响。此外，在该实施例中，天线140可以通过在基础部件150上形成电导体(或导体)、在保护层上形成导体(或电导体)，以及将基础部件150和保护层结合在一起来形成。

图7示出了根据第一实施例的半导体芯片110的安装。

如图7中(a)所示，半导体芯片110可以通过倒装法被安装在与电导体120连接的导电垫111上。可替选地，如图7中(b)所示，半导体芯片110可以通过线113与电导体120连接。也就是说，通过倒装法、线连接法或根据应用的其它方法可以将半导体芯片110和电导体120电连接。

图8示出了根据第一实施例的RFID***。

参照图8，RFID***包括RFID标签(或应答器)100和读取器(或解读器)160。RFID标签100和读取器160利用短距离无线通信频带来彼此通信。短距离无线通信频带是例如860MHz到950MHz的UHF频带。RFID***可以根据应用而使用各种无线通信频带。也就是说，该实施例不限于UHF频带。

RFID标签100被安装在基础部件150上，并通过接触或非接触的方法与读取器160通信。RFID标签100通过反向散射通信法对存储在存储器中的数据(如标识信息)进行传送。

RFID标签100可以是包括电池的有源RFID标签或不包括内部电源(如电池)的无源RFID标签。在后一种情况下，RFID标签100可以利用来自读取器160的电波能量来工作。

图9到图13示出了根据第一实施例的RFID天线的改变的实例。图9到图13所示的RFID天线是示例性的天线。也就是说，本发明的RFID天线可以根据应用而具有各种结构。

参照图9，RFID标签200包括半导体芯片210和五边形天线240。天线240包括以双五边形图案形成的电导体220和导体230。

电导体220可以具有60°到120°范围内的内角θ0和θ1。导体230的内角θ2由电导体220的内角来确定。电导体220或导体230的内角中的一个可以在例如60°到320°的范围内，以便最小化相邻线之间的电波干扰。

参照图10，RFID标签300包括半导体芯片310和圆角矩形的天线340。天线340包括电导体320和导体330。电导体320或导体330的角是圆的。导体330包括第一导体331和第二导体332。导体330可以形成为具有至少一个平滑曲线部分的预定形状，如椭圆形、菱形和梯形。

参照图11，RFID标签400包括半导体芯片410和具有预定纵横比的天线440。天线440包括电导体420和导体430。电导体420或导体430的纵横比可以是4∶5或5∶4。

参照图12，RFID标签500包括半导体芯片510和具有不同内角的天线540。天线540包括电导体520和导体530。电导体520包括第一线521和522，彼此之间形成的夹角为θ3；第二线523，其与第一线521之间形成夹角θ4。角θ3等于或大于180°，角θ4小于120°。例如，角θ3可以在180°到300°的范围内，角θ4可以在60°到120°的范围内。导体530形成于电导体520的外侧，并具有与电导体520近似的内角。

参照图13，RFID标签600包括半导体芯片610和天线640。天线640包括电导体620和形成于电导体620外侧的导体630。导体630的第二导体632的两端636弯向导体630的第一导体631的两端635。第二导体632的两端636可以向上延伸通过与电导体620的第三线625平行的线L1。

根据第一实施例和第一实施例的改变的实例，RFID标签的天线包括形成为双重结构的电导体和导体。因此，通过电导体和导体之间的电感耦合(或互感耦合输入法)，RFID标签可以具有各向同性的图案。

[第二实施例]

图14到图15示出了第二实施例。图14是示出了根据第二实施例的RFID标签的截面图。图15是示出了根据第二实施例的RFID标签的应用实例的透视图。

参照图14和15，RFID标签700包括半导体芯片710和天线730，以及电介质体740。

半导体芯片710置于电介质体740内，并与第一带和第二带722和724连接。第一带722与天线730的背部连接，第二带724与地连接。

因为半导体芯片710置于电介质体740的内部，因此半导体芯片710可以被容易地安装。电介质体740可以由线绕可变电阻4(FR-4)形成。

天线730以平面倒置F型天线(PIFA)的形式形成在电介质体740上。例如，天线730可以包括上板732和从上板732弯曲的侧板731。侧板731的高度在1mm到2mm的范围内，上板732的面积大约为50＊30mm。天线730可以根据应用而具有各种尺寸。

天线730可以包括与半导体芯片710电连接的上板732中的至少一个缝隙735。缝隙735与半导体芯片710间隔预定的距离D2。

天线730的缝隙735以矩形缝隙(或直缝隙)的形式形成于上板732中，且不延伸到上板732的外部。可以调节缝隙735的宽度，使得半导体710的容抗可以是天线730的感抗的复共轭：(-jx，+jx)。

缝隙735可以形成在与电流方向垂直的方向或跨越最短路径，从而防止电流沿最短路径流过。由于天线730包括缝隙735，所以天线的有效长度(电长度)可以在不增加天线730尺寸的情况下被增加。也就是说，可以减小天线730的尺寸。另外，为了减小尺寸，其中形成有缝隙735的上板732可以被形成为锯齿状。

导电板760可以附着于RFID标签700的下表面，如图15所示。导电板760可以由金属材料形成，其尺寸可以大于上板732的尺寸。

换句话说，RFID标签700被安装在导电板760上。在这种情况下，与半导体芯片710连接的第一带722与导电板760电连接，侧板731的底端与导电板760电连接。

虽然RFID标签700的天线730与导电板760电连接，但是天线730可以正常工作。

当RFID标签700与RFID读取器通信时，半导体芯片710向天线730提供电流。在天线730中，电流(i)在上板732的缝隙735的周围流过并离开缝隙735。

此外，由于缝隙735改变了天线730中电流的路径，因此天线730的电长度(有效长度)可以被增加缝隙735的长度。也就是说，天线730的长度可以被减小缝隙735的长度。因此，RFID标签700的尺寸可以被减小。

第二实施例的RFID标签700利用预定的短距离无线通信频带与读取器通信。这里，短距离无线通信频带是例如从860MHz到950MHz范围的UHF频带。此外，RFID标签700通过无线通信向读取器提供识别信息。RFID标签700可以是包括电池的有源RFID标签700或不包括电池的无源RFID标签700。在后一种情况下，RFID标签700可以利用从读取器接收到的电波能量来工作。

虽然通过结合优选实施例对本发明进行了具体显示和描述，但是可以理解，本领域的技术人员可以进行各种形式和细节的改变，而不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。优选实施例应该被认为仅是描述性的而不具有限制的目的。

因此，本发明的范围不由对本发明的详细描述来限定，而由所附权利要求来限定，在该范围之内的所有差异将被认为是包含在本发明内。

在根据本发明的示例性实施例的RFID天线和RFID标签中，RFID标签不具有RFID标签不能与读取器通信的零信号方向，因此RFID标签可以被可靠地应用于产品。

此外，由于RFID标签的RFID天线通过印刷形成为简单的平面形状，因此RFID标签可以被容易地制造。

另外，由于可使用RFID标签而在安装位置方面具有较少的限制，因此具有RFID标签的RFID***可以被方便地和可靠地使用。

而且，由于RFID天线形成有缝隙，因此RFID天线的尺寸或长度可以被减小。

此外，RFID标签甚至可以被安装在金属板上，从而提高RFID标签的适用性。

Claims

1.一种无线射频识别天线，包括：

被提供有电功率的闭环形电导体；以及与该电导体无电接触的、位于该电导体外侧的开环形导体。

2.如权利要求1所述的无线射频识别天线，其中所述电导体和导体为多边形或椭圆形。

3.如权利要求1所述的无线射频识别天线，其中所述电导体和导体形成于同一平面上。

4.如权利要求1所述的无线射频识别天线，其中所述电导体和导体通过由向电导体提供的电流所引起的电感耦合而具有各向同性的辐射图案。

5.如权利要求1所述的无线射频识别天线，其中所述导体包括多个导体，这些导体在远离电导体的馈入点的侧角处彼此之间电气断开。

6.如权利要求1所述的无线射频识别天线，其中所述导体包括：

第一导体，沿所述电导体的、从电导体的馈入点延伸的线形成；以及

与第一导体电气断开的第二导体，沿所述电导体的、离开电导体的馈入点的线形成。

7.如权利要求1所述的无线射频识别天线，其中所述电导体或所述导体具有至少一个范围在60°到320°的内角。

8.一种无线射频识别标签，包括：

天线，该天线包括被提供有电功率的闭环形电导体以及与该电导体无电接触的、位于该电导体外侧的开环形导体；以及半导体芯片，与所述电导体的馈入点电连接。

9.如权利要求8所述的无线射频识别标签，包括基础部件，在该基础部件上，所述电导体和所述导体在同一侧被印刷成预定图案。

10.如权利要求8所述的无线射频识别标签，其中所述电导体和所述导体被形成为对称或非对称的多边形，或对称或非对称的椭圆形。

11.如权利要求8所述的无线射频识别标签，其中所述导体包括：

第一导体，沿从所述馈入点延伸的电导体的线的外侧形成有间隔；以及

与第一导体电气断开的第二导体，沿离开所述馈入点的电导体的线外侧形成有间隔。

12.如权利要求11所述的无线射频识别标签，其中第二导体为直线形或至少一端弯向第一导体的形状。

13.如权利要求11所述的无线射频识别标签，其中第一和第二导体在离开所述馈入点的电导体的线的侧角处彼此电气断开。

14.如权利要求8所述的无线射频识别标签，其中所述天线通过由向电导体提供的电流引起的电导体和导体之间的电感耦合而具有各向同性的辐射图案。

15.如权利要求9所述的无线射频识别标签，其中所述基础部件由从包括以下各项的组中选出的材料形成：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)、乙酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、碳酸钙、塑料、非导电性材料、以及它们的组合。

16.如权利要求8所述的无线射频识别标签，其中所述射频识别标签是工作在UHF频带的有源或无源射频识别标签。

17.一种无线射频识别标签，包括：

电介质体；

在所述电介质体上并包括缝隙的平面天线；以及

在所述电介质体中的半导体芯片，其一端与所述天线电连接。

18.如权利要求17所述的无线射频识别标签，其中所述天线为矩形板形状或平面倒置F型天线(PIFA)形状。

19.如权利要求17所述的无线射频识别标签，其中所述缝隙在接近于所述天线的馈入点和半导体芯片的位置中至少之一处形成为封闭形状。

20.如权利要求17所述的无线射频识别标签，包括支撑所述电介质体且与半导体芯片的另一端以及所述天线的一端连接的导电板。