CN102122369B - 射频识别标签 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种RFID标签，其中所述RFID标签包括：印刷在第一电介质衬底的上表面上的辐射方向图；十字(+)型槽，其以辐射方向图的中心为基础朝着上部、下部、左侧和右侧形成以将左侧辐射方向图和右侧辐射方向图划分开；多个第一连接图，其形成在十字(+)型槽的上部的内侧，以将左侧辐射方向图和右侧辐射方向图相连接；标签芯片，其放置在十字(+)型槽的下部的内侧；馈电回路图，其电性地连接标签芯片和左侧辐射方向图、以及右侧辐射方向图；以及多个第二连接图，其在馈电回路图的端部处连接左侧辐射方向图和右侧辐射方向图。

Description

射频识别标签
技术领域
本发明涉及一种适于环境辨别个体物件的RFID(射频识别)标签，其能够附着到包括金属物件的各种电介质物件上。
背景技术
由于高效的信息传输能力，UHF(超高频)带的RFID***是所谓的优于HF(高频)带的RFID***的突出的信息辨别技术。
UHF带的RFID***由存储与物件相关的信息的RFID标签和用于辨别RFID标签的读取器组成。标签和读取器各使用一个天线，并经由电波介质收发指定的信息。特别地，被动类型的标签由天线和标签芯片组成，无电池，并且能够以便宜的价格使用。
UHF带的被动类型标签主要确定整个RFID***的物件辨别特征，并且标签的性能尤其取决于标签天线和标签芯片、标签的辐射方向图以及标签芯片特性的复共轭匹配。
基于这种能力所开发的标签可包括：具有860～960MHz的工作频率的标签，以便在世界范围的标准内可用；对于各种介电常数的物件拥有良好的辨别特性的标签；以及特殊类型标签，其可设计成用于金属物件中。
然而，一般开发的标签是为了在使用环境中的广泛可用性，因此需要进一步开发通过调整标签的辐射特性而具有改善的辨别区域的标签。
发明内容
因此，由本发明所要解决的挑战是使用T匹配结构实现与标签芯片的复共轭匹配，并且提供一种通过调整标签天线的线宽而同时具有宽区域辐射束宽度和高多样性的RFID标签。
另外，由于宽辐射束宽度和高多样性，本发明提供了一种使用读取器能够在标签辨别环境中获得宽辨别区域和长距离的辨别特性的RFID标签。
在本公开的一个总方案中，RFID标签包括：第一电介质衬底；印刷在第一电介质衬底的上表面上的辐射方向图；十字(+)型槽，其以辐射方向图的中心为基础朝着上部、下部、左侧和右侧形成以将左侧辐射方向图和右侧辐射方向图划分开；多个第一连接图，其形成在十字(+)型槽的上部的内侧，以将左侧辐射方向图和右侧辐射方向图相连接；标签芯片，其放置在十字(+)型槽的下部的内侧；馈电回路图，其电性地连接标签芯片和左侧辐射方向图、以及右侧辐射方向图；以及多个第二连接图，其在馈电回路图的端部处连接左侧辐射方向图和右侧辐射方向图。
在一些示例性实施例中，在第一电介质衬底的下部堆叠有带隙材料。
在一些示例性实施例中，带隙材料包括第二电介质衬底和附加金属层，附加金属层以预定间隔形成在第二电介质衬底的上表面左/右两侧。
在一些示例性实施例中，馈电回路图包括：第一馈电回路图，其水平地形成在标签芯片的左/右两侧；第二馈电回路图，其在第一馈电回路图的端部处向上弯曲；以及第三馈电回路图，其在第二馈电回路图的上侧端部处水平地弯曲，并且电性地连接到置于十字(+)型槽的左/右侧的两端部的辐射方向图上。
在一些示例性实施例中，多个第二连接图将第三馈电回路图连接到辐射方向图上。
在本公开的另一个总方案中，RFID标签包括：第一电介质衬底；印刷在第一电介质衬底的上表面上的辐射方向图；T型槽，其以辐射方向图的中心为基础朝着下部、辐射方向图中的左侧和右侧形成；标签芯片，其放置在T型槽的下部的内侧；馈电回路图，其电性地连接标签芯片和辐射方向图；以及多个第二连接图，其在馈电回路图的端部处连接辐射方向图。
在一些示例性实施例中，在第一电介质衬底的下部堆叠有带隙材料。
在一些示例性实施例中，带隙材料包括第二电介质衬底和附加金属层，附加金属层以预定间隔形成在第二电介质衬底的上表面左/右两侧。
在一些示例性实施例中，馈电回路图包括：第一馈电回路图，其水平地形成在标签芯片的左/右两侧；第二馈电回路图，其在第一馈电回路图的端部处向上弯曲；以及第三馈电回路图，其在第二馈电回路图的上侧端部处水平地弯曲，并且电性地连接到置于T型槽的左/右侧的两端部处的辐射方向图上。
在一些示例性实施例中，多个第二连接图将第三馈电回路图连接到辐射方向图上。
另外，本发明提供了一种在如下方面具有高适应性的RFID标签：通过宽的天线线路来使得感应至天线的电流不同而改变在物件附着的实际状态中的有效波长。
由本发明实现的技术挑战不限于上述问题，具有本发明的技术领域中的常识的那些人员通过阅读下面的说明也将清楚地理解未阐明的其他技术挑战。
附图说明
在下文中，结合附图，通过不限制本发明的实施例将更加详细地描述本发明，其中一些图中的相同的物体指定了相同的附图标记。
图1为示出本发明的标签的一个优选实施例的结构的平面图；
图2a和图2b为示出在将本发明的标签附着到金属物体上时使用的带隙材料的优选实施例的平面图和截面图；
图3为示出使用带隙材料时的图，带隙材料附着到本发明的标签的下部；
图4为示出附着在本发明的标签的下部的带隙材料作为开口天线工作的图；
图5为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和本发明的标签附着到带隙材料时的匹配特性的图；
图6为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和本发明的标签附着到带隙材料时的正面辨别距离的特性的图；
图7a和图7b为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和在本发明的标签附着到带隙材料时的912MHz的感应电流的分布的图；
图8a和图8b为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和在本发明的标签附着到带隙材料时的912MHz的辐射方向图的图；
图9为示出在各种具有5mm的厚度的电介质中的本发明的标签的标签灵敏度的图；
图10a和图10b为示出用于辐射方向图的宽度的仿真结果的图；
图11为示出本发明的标签的另一个优选实施例的结构的平面图；
图12为示出本发明的标签的又一个优选实施例的结构的平面图；以及
图13为示出本发明的标签的又一个优选实施例的结构的平面图。
具体实施方式
下面详细的描述是作为示例，并且只是示出了本发明的一个实施例。而且，提供的本发明的原则和思想的是为了最有用和最容易的描述的目的。
因而，未特意地提供对本发明的基本理解的在某种程度上过多的详细结构，并且对于本领域中的技术人员，通过附图示例出了从本发明的实质内容中实施的几种形式。
图1为示出本发明的标签的一个优选实施例的结构的平面图。在此，标记100是第一电介质衬底。例如，考虑到标签的附着环境，第一电介质衬底100使用由柔性材料组成的PET(聚乙烯对苯二酸酯)。
标记110是形成在第一电介质衬底100的上表面的辐射方向图。辐射方向图110可通过例如如下的过程形成：将诸如铜或铝的金属物质印刷在第一电介质衬底100的上表面上。
十字(+)型槽120形成在辐射方向图110上以便划分左侧辐射方向图112和右侧辐射方向图114。
并且，在十字(+)型槽120中的左/右槽122、124两者的幅度完全相同地形成，并且下槽128的宽度比上部槽126的宽度更宽地形成。
多个第一连接图130形成在上槽126的内部以在左侧辐射方向图112和右侧辐射方向图114之间连接通过。
标签芯片140附着到下槽128的中部，从而通过在左/右两侧槽122、124的两端部处电性地连接标签芯片140和辐射方向图110的方式来印刷馈电回路图150。
馈电回路图150由以下部分构成：第一馈电回路图152，其水平地形成在标签芯片140的左/右两侧处；第二馈电回路图154，其在第一馈电回路图152的端部处向上弯曲；第三馈电回路图156，其在第二馈电回路图154的上侧端部处水平地弯曲以电性地连接左/右侧槽122、124的两端的辐射方向图110。
而且，在第三馈电回路图156和位于第三馈电回路图156的上部处的左侧辐射方向图112以及右侧辐射方向图114之间形成有多个第二连接图160。
具有如此结构的本发明的标签用于附着到诸如纸张和木材的非金属材料上，其中左侧辐射方向图112和右侧辐射方向图114接收由读取器传输的电磁波(图中未示出)，并且将接收到的电磁波通过馈电回路图150提供给标签芯片140。
然后，标签芯片140正常地工作，并且输出内部存储的预定信息。由标签芯片140输出的预定信息通过馈电回路图150感应入左侧辐射方向图112和右侧辐射方向图114，而后辐射到空气中。
馈电回路图150(确定本发明的标签的匹配特性的主要部件)与标签芯片140复共轭匹配。
图2a和图2b为示出在将本发明的标签附着到金属物体时使用的带隙材料的优选实施例的平面图和截面图。在此，标记200是第二电介质衬底。第二电介质衬底200确保了在将本发明的标签附着到金属材料上时在标签和金属材料之间具有给定的空隙距离。
标记210和212是附加金属层。附加金属层210、212形成为在它们上表面左/右两侧中间有给定的间隔D，并且当标签附着到带隙材料的上部时，附加金属层210、212谐振。
当本发明的标签附着到金属材料上时，具有如此结构的根据本发明的带隙材料附着到标签的下部，如图3所示那样来使用。
带隙材料的附加金属层210、212用于通过调节馈电回路图150的尺寸来调节在附着于标签的金属材料的表面上的谐振频率。并且由馈电回路图150感应的电流使得附加金属层210、212作为开口天线工作。
图4示出带隙材料借助于由馈电回路图150感应的电流而作为开口天线来工作。
图5为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和本发明的标签附着到带隙材料时的匹配特性的图，并且图6为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和本发明的标签附着到带隙材料时的正面辨别距离的特性的图。
参考图5和图6，根据本发明的标签芯片140的阻抗具有在912MHz处的10-j165Ω的阻抗，并且从电磁学的数值分析可得出天线的特性。
在正面辨别距离的特性方面，读取器施加指定输出的36dBm EIRP(有效等向辐射功率)的电磁波，并且施加-18dBm作为用于标签芯片140工作所需的最小功率。
如图5和图6所示，未附着到带隙材料的标签和附着到带隙材料的标签在912MHz(用在国内的标签中的频率)处具有良好的复共轭匹配特性，并且在标签正面的辨别距离在912MHz处也具有9m的合成值。
如从得出的结果所知的，可以理解的是，可根据在国内所使用的频率来最优化未附着到带隙材料的标签和附着到带隙材料的标签。
图7a和图7b为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和在本发明的标签附着到带隙材料时的912MHz的感应电流的分布的图。
参考图7a和图7b，根据本发明，可示出感应电流强烈地流动经过馈电回路图150，从而逐渐地感应电流至偶极子辐射器。
从如此的电流特性中，能够得出的是，本发明的标签具有对于各种辨别物体的环境的良好的适应性。就是说，对于各种辨别物体，本发明的标签有效地使用宽的、粗的线路来建立各种电流流路，从而有效地处理由辨别物体改变的有效波长。
图8a和图8b为示出在本发明的标签未附着到带隙材料时和在本发明的标签附着到带隙材料时的912MHz的辐射方向图的图。
在通用的偶极天线的情况下，它具有等向属性，从而产生环状的辐射方向图，但如图8a和8b所示，本发明的标签通过有效地最优化线路的厚度而具有的环形形状的辐射方向图在期望的方向上具有大得多的厚度。
因此，本发明的标签示出了以下特性：在-y轴方向上具有比y轴方向更强烈的辐射。这种最优化的辐射方向图通过在物体辨别情境中得到更宽的辨别区域而具有稳定的辨别特性。
图9为示出在具有5mm的厚度的各种电介质中的本发明的标签的标签灵敏度的图，其指出了在具有各种介电常数的电介质中的本发明的标签的性能变化程度。就是说，它意味着当标签的最小工作功率更小时，在很低的功率下标签也能工作。
参考图9，在实际的辨别环境中，具有较低的最小工作功率特性的本发明的标签可超过以前的标签而在较远的长距离处进行很好的辨别。本发明的这种标签对于具有1～11的介电常数的物体已经进行了最优化，并且设计成在介电常数为6时实现最大的性能。
这种特性是通过最优化馈电回路图150和辐射方向图的形状的得出结果，并且能够确定经由相对多样的电介质以小于-10dBm的属性工作。
图10a和图10b为示出用于辐射方向图的宽度的模拟结果的图。辐射方向图110的宽度D影响本发明的标签的辐射束宽度、多样性。参考图10a和图10b，由于辐射方向图110的宽度D的尺寸依次减小到7.5mm、4.5mm和2.5mm，因此能够确定的是，标签的辐射束宽度逐渐减小而且标签的多样性也减少。
此结果意味着本发明的标签保持7.5mm的辐射方向图宽度并且获得足够的辐射束宽度和多样性，从而有效地具有宽的辨别范围。
图11为示出本发明的标签的另一个优选实施例的结构的平面图。标记320是T型槽。T型槽320以辐射方向图310的中心为基础朝着下部328、左侧322、右侧324形成。
参考图11，在本发明的标签的结构中，不同于在上槽处形成多个第一连接图，通过使用一个连接图332来整体地连接左侧辐射方向图和右侧辐射方向图，可在第三馈电回路图356、和左侧辐射方向图以及右侧辐射方向图中可配置地形成有多个第二连接图360。
图12为示出本发明的标签的另一个优选实施例的结构的图。参考图12，在本发明的标签的结构中，不同于形成多个第二连接图，在上槽426上可形成有多个第一连接图430。
图13为示出本发明的标签的另一个优选实施例的结构的图。标记520是T型槽。T型槽520由下部528、左侧522、右侧524构成。参考图13，在本发明的标签的结构中，未配置形成有多个第一连接图和多个第二连接图。
尽管在上文中通过实施例已经详细描述了本发明，但将理解的是，对于本领域中的技术人员来说，在不脱离本发明的范围的条件下能够对上述实施例进行各种改进。
因此，本发明的范围应当不局限于上述实施例，而是应当包含后附的权利要求和它的等同替换。

Claims (10)

1.一种RFID标签，其包括：
第一电介质衬底；
辐射方向图，其印刷在所述第一电介质衬底的上表面上；
十字型槽，其以所述辐射方向图的中心为基础朝着上部、下部、左侧和右侧形成以将左侧辐射方向图和右侧辐射方向图划分开；
多个第一连接图，其形成在所述十字型槽的上部的内侧，以将所述左侧辐射方向图和所述右侧辐射方向图相连接；
标签芯片，其放置在所述十字型槽的下部的内侧；
馈电回路图，其电性地连接所述标签芯片和所述左侧辐射方向图、以及所述右侧辐射方向图；以及
多个第二连接图，其在所述馈电回路图的端部处连接所述左侧辐射方向图和所述右侧辐射方向图。
2.根据权利要求1所述的RFID标签，其中在所述第一电介质衬底的下部堆叠有带隙材料。
3.根据权利要求2所述的RFID标签，其中所述带隙材料包括：
第二电介质衬底；以及
附加金属层，其以预定间隔形成在所述第二电介质衬底的上表面左侧和右侧。
4.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述馈电回路图包括：
第一馈电回路图，其水平地形成在所述标签芯片的左侧和右侧；
第二馈电回路图，其在所述第一馈电回路图的端部处向上弯曲；以及
第三馈电回路图，其在所述第二馈电回路图的上侧端部处水平地弯曲，并且所述第三馈电回路图电性地连接到置于所述十字型槽的左侧和右侧的两端部的辐射方向图上。
5.根据权利要求4所述的RFID标签，其中所述多个第二连接图将所述第三馈电回路图连接到所述辐射方向图上。
6.一种RFID标签，其包括：
第一电介质衬底；
辐射方向图，其印刷在所述第一电介质衬底的上表面上；
T型槽，其以所述辐射方向图的中心为基础朝着下部、左侧和右侧形成；
标签芯片，其放置在所述T型槽的下部的内侧；
馈电回路图，其电性地连接所述标签芯片和所述辐射方向图；以及
多个第二连接图，其在所述馈电回路图的端部处连接所述辐射方向图。
7.根据权利要求6所述的RFID标签，其中在所述第一电介质衬底的下部堆叠有带隙材料。
8.根据权利要求7所述的RFID标签，其中所述带隙材料包括：
第二电介质衬底；以及
附加金属层，其以预定间隔形成在所述第二电介质衬底的上表面左侧和右侧。
9.根据权利要求6所述的RFID标签，其中所述馈电回路图（150）包括：
第一馈电回路图，其水平地形成在所述标签芯片的左侧和右侧；
第二馈电回路图，其在所述第一馈电回路图的端部处向上弯曲；以及
第三馈电回路图，其在所述第二馈电回路图的上侧端部处水平地弯曲，并且所述第三馈电回路图电性地连接到置于所述T型槽的左侧和右侧的两端部处的辐射方向图上。
10.根据权利要求9所述的RFID标签，其中所述多个第二连接图将所述第三馈电回路图连接到所述辐射方向图。
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