射频识别天线

摘要

在此公开了一种射频识别(RFID)天线，包括：偶极天线图；和匹配图，其包括一对第一图部并包括第二图部，所述一对第一图部的各个部分立地并且突出地布置在偶极天线图的一侧，第二图部连接所述一对第一图部的各个远侧端，其中所述一对第一图部的内长度对第二图部的内长度的比率大致上大于1∶8。

权利要求

1.一种RFID天线，包括：

偶极天线图；和

匹配图，其包括一对第一图部并包括第二图部，所述一对第一图部的各个部分立地并且突出地布置在所述偶极天线图的一侧，所述第二图部连接所述一对第一图部的各个远侧端，其中所述第一图部的内长度对所述第二图部的内长度的比率大致上大于1：8， 其中所述一对第一图部的所述内长度（YT）通过等式1计算出，而所述第二图部的所述内长度（XT）通过等式2计算出： 等式1

YT=YCTC–YD/2–WT/2

等式2

其中 k是2π/λ，ZAnt是所述RFID天线的阻抗，ZD是所述偶极天线图的阻抗，而Z0是特性阻抗，YCTC是所述偶极天线图的中心线和所述第二图部的中心线之间的长度，YD是所述偶极天线图的垂直长度，WT是所述第二图部的宽度，W'T=0.25WT，而Y'D=0.25YD。

2.根据权利要求1所述的RFID天线，其中所述第二图部的所述内长度是连接所述一对第一图部和所述第二图部的两个内点之间的直线的长度，所述一对第一图部的所述内长度是所述偶极天线图和所述第二图部之间的长度。

3.根据权利要求1所述的RFID天线，其中所述一对第一图部斜向地倾斜使得连接所述一对第一图部和所述偶极天线图的两个内点之间的长度长于所述第二图部的所述内长度。

4.根据权利要求1所述的RFID天线，其中所述第二图部为曲线状。

5.一种RFID天线，包括：

偶极天线图；和

匹配图，其包括一对第一图部和第二图部，所述一对第一图部的每个部分立地并且突出地布置在所述偶极天线图的一侧，所述第二图部连接所述一对第一图部的各个远侧端，其中所述一对第一图部的内长度对所述第二图部的内长度的比率大致上大于70：1， 其中所述一对第一图部的所述内长度（YT）通过等式1计算出，而所述第二图部的所述内长度（XT）通过等式2计算出： 等式1

YT=YCTC–YD/2–WT/2

等式2

其中 k是2π/λ，ZAnt是所述RFID天线的阻抗，ZD是所述偶极天线图的阻抗，而Z0是特性阻抗，YCTC是所述偶极天线图的中心线和所述第二图部的中心线之间的长度，YD是所述偶极天线图的垂直长度，WT是所述第二图部的宽度，W'T=0.25WT，而Y'D=0.25YD。

说明书

射频识别天线

技术领域

[0001] 本发明涉及一种使用一种称为射频识别(RFID)的无线电识别技术的RFID天线。

背景技术

[0002] 通常地，射频识别(下文中，称为“RFID”)技术指的是使用射频信号并读取存储在价格标签、签条或者信用卡中的非接触型数据来识别物品的技术方案，价格标签、签条或者信用卡嵌入在小的半导体芯片中。

[0003] 这种RFID技术使用射频信号收集、存储、处理并且追踪来自附着到物件上的标签的每个物件的信息，能够提供诸如物件定位(LD)、远程处理、管理以及物件之间的信息交互等各种服务。

[0004] 最近，提出了使用RFID技术来管理库存、入库/货物交付和物件销售的方法和系统。例如，通过将RFID天线安装在用于储存或者陈列物件的产品管理货架上、将标签附着到每个物件上、以及掌握每个物件的当前状态，从而能够有效地管理大量的物件。

[0005] 在储存的物件流动频繁并且有大量使用者的地方，可以将使用RFID的物件管理方法/系统方便地应用到图书馆、租赁店或者服装店这些其中的物件相对地陈列在稳定的基座上的地方。

[0006] 近来，市场正在不断并且逐步地朝着使用超高频(UFH)带(300MHz-3GHz)的RFID应用领域扩展。

[0007] UFH带的RFID系统具有以下优势：其能够在大于5m的长识别距离处识别标签，并且与HF带的RFID系统相比，其还在小于50cm的近距离处具有非常高的识别速度和识别率。

[0008] 在这种UFH带的RFID系统中，远端场(farfield)主要形成为电场，使得能够在长距离处识别标签，但由于远端场是通过反向散射来运作，所以其对于周围的环境是比较敏感的。

[0009] 在UFH带的RFID系统中，近场(nearfield)主要形成为磁场并且通过耦合来运作，因而几乎不会受到诸如水或者金属物的具有高电容率的材料的影响。因此，RFID读取器有利地具有高的标签识别率而且识别速度也快。

发明内容

[0010] 本发明提供了一种不易受电容率影响的RFID天线。

[0011] 根据本发明的RFID天线包括：偶极天线图；和匹配图，其包括一对第一图部并包括第二图部，所述第一图部的每个部分立地并且突出地布置在偶极天线图的一侧，第二图部连接所述一对第一图部的各个远侧端，其中所述一对第一图部的内长度对第二图部的内长度的比率大致上大于1∶8。

[0012] 在一些示例性实施例中，第二图部的内长度是连接所述一对第一图部和第二图部的两个内点之间的直线的长度，而所述一对第一图部的内长度是偶极天线图和第二图部之间的长度。

[0013] 在一些示例性实施例中，所述一对第一图部的内长度(YT)通过等式1而计算出，而第二图部的内长度(XT)通过等式2而计算出。

[0014] 等式1

[0015] YT＝YCTC-YD/2-WT/2

[0016] 等式2

[0017]

[0018] 其中 K是2π/λ，ZAnt是RFID天线的阻抗，ZD是偶极天线图的阻抗，而Z0是特性阻抗，YCTC是偶极天线图的中心线和第二图部的中心线之间的长度，YD是偶极天线图的垂直长度，WT是第二图部的宽度，W′T＝0.25WT，而Y′D＝0.25YD。

[0019] 在一些示例性实施例中，所述一对第一图部是斜向地倾斜使得连接所述一对第一图部和偶极天线图的两个内点之间的长度长于第二图部的内长度。

[0020] 在一些示例性实施例中，第二图部为曲线状。

[0021] 根据本发明的另一种RFID天线包括：偶极天线图；和匹配图，其包括一对第一图部并包括第二图部，所述第一图部的每个部分立地并且突出地布置在偶极天线图的一侧，第二图部连接所述一对第一图部的各个远侧端，其中所述一对第一图部的内长度对第二图部的内长度的比率大致上大于70∶1。

[0022] 依照本发明，同样在电介质根据附着材料的更换而改变的情形中，标签可以正常地工作，受电介质变化影响较小。

附图说明

[0023] 图1是根据本发明的第一实施例的RFID天线的平面图；

[0024] 图2是将图1的RFID天线表示为等效电路的电路图；

[0025] 图3是基于等式示出XT、YT和WT的关系的曲线图；

[0026] 图4是根据本发明的第二实施例的RFID天线的平面图；以及

[0027] 图5a至图5c是示出了施加有根据本发明的第一实施例的RFID天线的RFID标签，以及相对于RFID标签的模拟结果的图。

具体实施方式

[0028] 如在此所使用的，术语“大致上”和“大约”为其相应的术语提供了工业上可接受的容限和/或物件之间的相对性。这种工业上可接受的容限范围从小于百分之一到百分之十并且对应于，但不限于分量值、角度等。这种物件之间的相对性的范围在小于百分之一到百分之十之间。

[0029] 图1是根据本发明的第一实施例的RFID天线的平面图。

[0030] 参照图1，RFID天线100包括偶极天线图110和匹配图。匹配图包括一对第一图部120并包括第二图部130。RFID标签包括RFID天线100和标签芯片140。

[0031] 偶极天线图110接收从RFID读取器发送出的射频信号。偶极天线110是由具有导电性的材料构成的辐射体。作为导电材料，可以使用导电墨或者诸如Cu、Cu合金或者铝的纯金属。偶极天线110可以包括在其两端部处的一对对称的图。将参照后面描述的图5a描述与此有关的特别说明。

[0032] 匹配图构造成在偶极天线110和标签芯片140之间进行阻抗匹配。当阻抗匹配时，经由偶极天线110接收到的信号全部经由匹配图传送到标签芯片140。此外，从标签芯片140输出的信号全部经由匹配图传送到偶极天线110。

[0033] 可以通过使用以下方式将标签芯片140接合到第二图130上：通过使用诸如各向异性导电膜、各向异性导电胶和各向同性导电膜的介质；或者通过使用各向同性导电胶；或者是通过超声附加(ultrasonic accretion)方法；或者通过引线接合法。标签芯片140的位置不限于所述位置，而是可进行各种改变。

[0034] 偶极天线图110、匹配图和标签芯片140可以形成在衬底上。

[0035] 在图1中，XD是偶极天线图110的纵向长度，而YD是偶极天线图110的垂直长度。XT是第二图部130的内长度，YT是第一图部120的内长度。第二图部130的内长度(XT)是连接第一图部120和第二图部130的两个内点之间的直线的长度。第一图部120的内长度是偶极天线图110和第二图部130之间的长度。

[0036] WT是第二图部130的宽度，而YCTC是从偶极天线图110的中心线到第二图部130的中心线的长度。在下文描述的图2和等式中使用参数(XD，YD，XT，YT，WT，YCTC)。

[0037] 图2是将图1的RFID天线表示为等效电路的电路图。

[0038] 参照图2，ZChip是标签芯片140的阻抗，ZT是具有XT长度的短接线的阻抗，而ZD是偶极天线图110的阻抗。耦合系数(α)通过下面的[等式2]获得。

[0039] 下文中，根据等效电路和参数(XD，YD，XT，YT，WT，YCTC)，将导出与根据本实施例的RFID天线有关的等式。

[0040] 下面的等式1是用于计算传送到标签芯片140的功率(PChip)的等式。

[0041] [等式1]

[0042]

[0043] 其中PChip是传送到标签芯片140的功率，而PAnt是传送到RFID天线100的功率。ηtag是标签芯片140的反射系数，ZAnt是RFID天线100的阻抗，而ZChip指的是标签芯片140的阻抗。通过等式1，能够计算出传送到标签芯片140的功率。

[0044] 下面的[等式2]是用于计算最大功率传输条件的等式。

[0045] [等式2]

[0046]

[0047] 其中ZAnt是RFID天线100的阻抗，ZChip是标签芯片140的阻抗，ZT是具有XT长度的短接线的阻抗，而ZD指的是偶极天线图110的阻抗。而且，YCTC指的是从偶极天线图110的中心线到第二图部130的中心线的长度，W′T＝0.25WT，而Y′D＝0.25YD。α是等效电路中的耦合系数，并且α通过匹配图的物理尺寸和偶极天线图110的物理尺寸来计算。

[0048] 通过[等式2]，可以计算出最大功率传输条件。

[0049] 下面的[等式3]是用于计算ZT的等式。

[0050] [等式3]

[0051]

[0052] 其中

[0053] 这里，K是2π/λ，XT是第二图部130的内长度，YT是第一图部120的内长度，而Z0指的是特性阻抗。通过等式3，可以计算出ZT。

[0054] 下面的[等式4]是用于计算XT的等式。[等式4]是关于XT的公式表示，其中将[等式2]代入[等式3]。

[0055] [等式4]

[0056]

[0057] 下面的[等式5]是具有不同于等式4的参数的关于XT的公式表示。

[0058] [等式5]

[0059]

[0060] 耦合系数α包括参数YCTC，而YCTC＝YD/2+YT+WT/2。由此，可以获得关于YT的等式。

[0061] 图3是基于等式示出XT、YT和WT的关系的曲线图。

[0062] 参照图3，示出的曲线图是连接了根据XT、YT和WT的变化产生的各个最佳复共轭匹配的点的曲线图。在这里，除了XT、YT和WT以外的参数的值是预定值。图3的纵轴是XT的长度，垂直轴是YT的长度，而WT表示第二图部130的宽度。在图3中，字母l指的是波长λ。例如，纵轴上的0.06指的是0.06*λ。当λ是30cm，所得到的XT为0.06*30cm＝1.8cm。可以相同的方法适用其余的参数。

[0063] 当RFID天线100是A型300时，经匹配图流动的电流方向主要是纵向。因而，当RFID天线100附着到特定的物体上时，从而通过附着到特定的物体上而在电介质的感应下受到电介质影响，则匹配图的纵向的电长度发生改变。当RFID天线100是A型时，如图形340所表示的，能够知道XT值相对于改变的YT而在长度上改变，但是YT相对于改变的XT改变极小。即，对于复共轭匹配，因为A型的RFID天线具有变程短的YT，并且具有变程宽的XT，所以其相对于纵向的电长度变化具有很迟钝的特性。特别地，当第一图部120的内长度(YT)对第二图部130的内长度(XT)的比率大于1∶8时，表现出了更加迟钝的特性。因而，即使在电介质改变时根据本实施例的标签也可以稳定地运作。当RFID天线100是B型310时，经匹配图流动的电流方向变成了垂直方向和纵向。因此，当RFID天线100附着到特定的物体上时，从而为电介质所影响，则匹配图的垂直方向和纵向的电长度发生改变。因而，B型310的天线相对于垂直方向和纵向这两者的电长度变化具有灵敏的特性350。

[0064] 如果RFID天线100是C型320，则经匹配图流动的电流方向主要变成垂直方向。因而，如果RFID天线100附着到特定的物体上，从而为电介质所影响，则匹配图的垂直方向的电长度发生改变。在图形360中所表示的，能够知道YT值相对于改变的XT大幅度地改变，但是XT相对于改变的YT儿乎不改变。即，对于复共轭匹配，因为C型的天线具有变程短的XT和变程宽的YT，所以其对于垂直方向的电长度变化具有很迟钝的特性。特别地，如果第一图部120的内长度(YT)对第二图部130的内长度(XT)的比率大于70∶1，则表现出了更加迟钝的特性。因而，即使在电介质改变时根据本实施例的标签也可以稳定地运作。

[0065] 因而，即使在电介质改变时A型或者C型天线也可以稳定地运作。

[0066] 图4是根据本发明的第二实施例的RFID天线的平面图。

[0067] 特别地，图4是用于描述第二图部220的内长度(XT)和第一图部210的内长度(YT)的图，其中RFID天线的图不同于第一实施例。

[0068] 如图4的(a)中所示，当一对第一图部210倾斜而第二图部220具有弯曲部时，XT指的是沿着第二图部220的内线形成的长度，而YT指的是沿着第一图部210的内线形成的长度。基于所确定的XT和YT，可实施图1至图3的过程。关于这个，能够获得与图3相似的结果。

[0069] 如图4的(b)中所示，该对第一图部210倾斜而第二图部220具有弯曲部，XT指的是该对第一图部210之间的长度，而YT指的是偶极天线图200和第二图部220之间的长度。基于所确定的XT和YT，可以实施图1至图3的过程。关于这个，能够获得与图3相似的结果。

[0070] 同样地，XT和YT可以根据天线的形状进行不同地改变。

[0071] 图5a至图5c是示出了施加有根据本发明的第一实施例的RFID天线的RFID标签，以及相对于RFID标签的模拟结果的图。

[0072] 图5a的(a)和(b)是包括具有图3的A型天线的RFID标签的平面图。第一标签500a和第二标签500b各包括印刷在衬底上的A型天线和标签芯片。下文中，对基于两个标签的模拟结果进行了解释。第一标签500a和第二标签500b包括一对在RFID天线100的两个端部对称的图510a、510b。该一对图510a、510b的形状作为一个示例，也可进行各种变化。即，如在图5a中所图示的，当存在由XT和YT创建的空间时，其他部分的形状是由何种形态构成的并不重要。

[0073] 图5b是示出了相对于第一标签500a和第二标签500b的基于下面的[等式6和7]而计算出的最小标签驱动功率的曲线图。

[0074] 下面的[等式6和7]是用于计算最小标签驱动功率Ptagmin的等式。

[0075] [等式6]

[0076]

[0077] 这里，Pchipmin是标签芯片的最小驱动功率，ηtag是标签的反射系数，Efftag是标签的天线辐射效率，而Dtag指的是标签的差异度(diversity)。通过此等式可以计算出最小标签驱动功率Ptagmin的值。

[0078] [等式7]

[0079]

[0080] 这里，Pmin是读取器的最小发送功率，ηreader是读取器的反射系数，Effreader是读取器的天线辐射效率，Dreader是读取器的差异度，而Rfixed指的是读取器的天线和标签之间的距离。通过此等式可以计算出最小标签驱动功率Ptagmin的值。

[0081] 图5b的曲线图的纵轴是附着物体的电容率，而垂直轴是最小标签驱动功率。

[0082] 参照图5b的曲线图，即使当附着物体的电容率变化时，也能够知道第一标签(XCODE T标签，500a)的最小标签驱动功率的变化是难以察觉的。这表现了当第一标签500a附着到任意物体上时都能正常地运作。在第二标签(XCODE钳状标签，500b)中，能够知道当物体的电容率小于7时最小标签驱动功率的变化几乎是无限小的。这表现了当第二标签500b附着到具有小于7的电容率的任意物体上时都能正常地运作。

[0083] 图5c是将使用第一标签500a和第二标签500b计算出的参数以及通过实际试验获得的参数进行排列的表格。

[0084] 图5c的(a)是将使用第一标签500a和第二标签500b计算出的参数进行排列的表格。这里，以下面的[等式8]对材料带宽进行定义。

[0085] [等式8]

[0086] 材料带宽(MB)＝最大εr-最小εr

[0087] 参照图5c的(a)，两个标签500a、500b具有比其他普通标签的材料带宽(通常地，2.1)更高的材料带宽(第一标签是9.7，而第二标签是5.7)。这表示两个标签500a、500b相对于电介质的变化具有迟钝的特性。换句话说，即使在改变电介质的情形中，也能够知道两个标签500a、500b受其影响较小而可以正常运作，。

[0088] 图5c的(b)是将在标签实际地附着到物体上时所测量出的最小标签驱动功率进行排列的表格。

[0089] 参照图5c的(b)，可以获得类似于在图5c的(a)中计算出的参数的结果。即，能够知道与其他普通的标签(大约2.21)相比，两个标签500a、500b的每个的差值(dB)是最小的(第一标签是1.93，而第二标签是0.57)。这表示，即使在将两个标签500a、500b粘附到具有不同电容率的附着物体上时，两个标签500a、500b的最小标签驱动功率的变化也是非常小的。因而，即使在改变电介质时，也能够知道两个标签500a、500b可以不受其少量影响而正常地运作。

[0090] 虽然在以上部分中通过典型的实施例已详细地描述了本发明，但是应当注意的是，所描述的实施例本身是为了说明，而不是限制的目的。而且，应当理解的是，对于本领域中的技术人员来说，能够在所描述的实施例中做出各种改进而不偏离本发明的范围。