專利名稱：天線及安裝有該天線的射頻識別標簽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及天線及安裝有這種天線的標簽，更具體地說，涉及一種
包括環(huán)形天線的天線及安裝有這種天線的射頻識別(RFID)標簽，該環(huán) 形天線適合于用在利用RFID讀取器/寫入器來進行發(fā)送和接收的非接觸 型標簽中。
背景技術：
近年來，已廣泛推廣以下系統(tǒng)，即，在該系統(tǒng)中，將存儲有物品信 息的標簽附于物品(包括牲畜及其他活體)上，并通過非接觸式裝置來 讀取該信息以管理數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)的一個示例稱作RF (射頻)ID系統(tǒng)。 在這種系統(tǒng)中，使用UHF波段(860 MHz至960 MHz)中的功率約為1 W 的無線信號來從讀取器/寫入器發(fā)送信號。
在標簽側(cè)，基于該信號產(chǎn)生用于開始處理的功率，并根據(jù)該信號所 包含的指示信息從標簽向讀取器/寫入器返回響應信號。通過該方式，讀 取器/寫入器可以讀取標簽內(nèi)的信息。
附于物品上的標簽包括天線及連接到該天線的功能芯片。標簽與讀 取器/寫入器之間的通信距離取決于并入該標簽內(nèi)的天線的增益、芯片操
作電壓及周圍環(huán)境，僅約為3米。
安裝在標簽中的LSI芯片20的接口部分可以表示為等效于電阻Rc (例如，電阻值=1000^)與電容C (例如，電容值-0.7pF)的并聯(lián)，如 說明天線與LSI芯片的匹配的圖1所示。另一方面，安裝在標簽上的天 線(稱作標簽天線)可以表示為等效于電阻Ra (例如，電阻值-1000Q) 與電感L (例如，電感值-40nH)的并聯(lián)。
作為以上兩者的并聯(lián)的結(jié)果，電容值C和電感值L諧振，并且如式 (1)所指示的，虛部實際上為零，因而實現(xiàn)了匹配，使得標簽天線10
所接收到的功率可以充分地提供給LSI芯片20。
針對標簽天線10的最基本的設計是總長度等于的諧振偶極天 線；在UHF波段中，需要約150mm的長度。然而，考慮到將這種標簽 附于牲畜的耳朵上并對這種標簽進行管理的情況，存在例如將標簽形成 為最大直徑約為35 mm的要求。
然而，實際上不可能形成具有這種要求尺寸的X/2諧振偶極天線。 可設想使用構(gòu)造成諸如圖2中所示的連接到饋送端子3的環(huán)形天線 1的環(huán)形天線。環(huán)形天線具有諸如例如在以下文獻中所說明的特性 Antenna Engineering Handbook, published by Ohmsha, Ltd., March 5 1999, pp. 20-22。 g卩，該文獻說明，當共模電流在連接到饋送端子3的圓環(huán)1 中均勻流動時，隨著環(huán)半徑的增大，功率圖案的波瓣數(shù)增大。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，對于用在RFID系統(tǒng)中的標簽中的芯片20與標簽天線10 之間的匹配來說最重要的是LSI芯片20的接口部分的電容值C與天線 10的電感值L在所使用的頻率處諧振，如圖1中所指示的。
另一方面，當標簽天線IO僅配置有諸如圖2中所示的環(huán)形天線結(jié)構(gòu) 時，不存在諸如圖1中所示的電感L部分，因此不會獲得令人滿意的與 LSI芯片20的接口部分的匹配，不能從天線10向芯片20充分地提供功 率，因此存在以下問題使通信距離大大降低。
當為了便于操作而將標簽天線10封裝在電介質(zhì)盒及類似物中時，必 需在設計天線的形狀時考慮用作盒的電介質(zhì)件的介電常數(shù)和厚度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在具有有限尺寸的同時與具有電容 元件的RFID LSI芯片諧振的標簽天線，及其上安裝有該天線的RFID標 簽。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的天線的第一方面的特征在于，其具有饋 送端子；連接到所述饋送端子的環(huán)形天線；以及作為所述環(huán)形天線的回 路的旁路的旁路導電路徑。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的天線的第二方面在于所述第一方面具有如 下特征，即，所述旁路導電路徑被布置成與所述環(huán)形天線的中心相距距 離S，并且所述距離S的大小被設定成使得作為所述旁路導電路徑的電感 器具有規(guī)定電感值。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的天線的第三方面在于所述第二方面具有如
下特征，即，所述規(guī)定電感值是導致與連接到所述饋送端子的LSI芯片 的接口部分的電容值諧振的值。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第一方面的特征在于，該 RFID標簽具有并聯(lián)到天線的LSI芯片，并且所述天線具有連接到所述 LSI芯片的饋送端子；連接到所述饋送端子的環(huán)形天線；以及作為所述環(huán) 形天線的回路的旁路的旁路導電路徑。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第二方面在于所述第一方面 的RFID標簽具有如下特征，即，所述旁路導電路徑被布置成與所述環(huán)形 天線的中心相距距離S,并且所述距離S的大小被設定成使得作為所述旁 路導電路徑的電感器具有規(guī)定電感值。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第三方面在于所述第二方面 的RHD標簽具有如下特征，即，所述規(guī)定電感值是導致與連接到所述饋 送端子的所述LSI芯片的接口部分的電容值諧振的值。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第四方面在于所述第一方面 的RFID標簽具有如下特征，即，該RFID標簽還具有導電板，該導電 板布置在所述天線的至少一個面上，并保持所述天線。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第五方面在于所述第四方面 的RJFID標簽具有如下特征，即，在所述導電板的中心設置穿孔。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RPID標簽的第六方面在于所述第五方面 的RFID標簽具有如下特征，即，所述旁路導電路徑具有沿所述穿孔的周 緣、避開所述穿孔的弧。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第七方面在于所述第四方面 的RFID標簽具有如下特征，即，在所述導電板中具有環(huán)形凹陷，該環(huán)形 凹陷與所述環(huán)形天線相對應，并且其寬度和深度使得能夠至少容納所述
LSI芯片。
實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的RFID標簽的第八方面在于所述第四方面 的RFID標簽具有如下特征，S卩，所述天線由主要成分是Cu、 Ag和Al 中的任一種的導體在片上形成。
通過本發(fā)明，可以在直徑約為35 mm的極其有限面積內(nèi)提供與具有 電容元件的RFID LSI芯片諧振的標簽天線及其上安裝有這種天線的標 簽。


圖1說明了天線與LSI芯片的匹配；
圖2說明了傳統(tǒng)環(huán)形天線；
圖3說明了本發(fā)明的天線的結(jié)構(gòu)的原理；
圖4是示出電感值L與從環(huán)形天線1的中心到旁路導電路徑2的距 離S之間的關系的曲線圖5示出了根據(jù)圖3中所示的本發(fā)明的原理的第一實施方式；
圖6是將用于將RFID標簽安裝在物品上的結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)的實施方
式；
圖7是針對圖5的實施方式的、將用于將RFID標簽安裝在物品上 的結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)的實施方式；
圖8示出了與天線標簽一體地構(gòu)造LSI芯片的實施方式；
圖9示出了另一實施方式的結(jié)構(gòu)；
圖IO示出了其中電介質(zhì)件僅形成在標簽天線的一側(cè)的實施方式；
圖11示出了在對本發(fā)明的天線的電磁場模擬中獲得的天線方向特
性；以及
圖12示出了圖11中的三個軸向x、 y、 z的定義。
具體實施例方式
下面將參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。提供這些方面以便于理 解本發(fā)明，但本發(fā)明的技術范圍并不限于這些方面。
發(fā)明原理
在對這些實施方式進行說明之前，利用圖3來說明根據(jù)本發(fā)明的天 線結(jié)構(gòu)的原理。在圖3中，形成有連接到饋送端子3的環(huán)形天線1。另外，
在環(huán)形天線l內(nèi)形成有旁路導線作為匹配電感器L。在圖3中，S是從環(huán) 形天線1的中心到旁路導線2的距離；電感值L的由于旁路導線2而導
致的參數(shù)隨該距離s的改變而變化。
圖4是示出電感值L與從環(huán)形天線1的中心到旁路導線2的距離S 之間的關系的曲線圖。圖4中所示的數(shù)值是從電磁場模擬器獲得的計算 值；可以看到，電感值L根據(jù)距環(huán)形天線1的中心的距離S而改變。因 此，通過適當選擇距離S，可以對標簽天線10設定與LSI芯片20的接口 部分的電容值C相匹配的電感值L。
例如，當要匹配的LSI芯片20的電容器的電容值C為C=0.7pF時， 則由上式(1)，在卜950MHz附近，在L-40nH處發(fā)生諧振。因此，由 圖4，要獲得I^40nH，當在圖3的實施例中將天線置于無變化的空氣中 時，介電常數(shù)sr為空氣的介電常數(shù)(=0)，因此從特性曲線A可以看到， 當S-4.2 mm時，發(fā)生標簽天線10與LSI芯片20的匹配。
這些發(fā)明人已在大量原型實驗中證實，對于最外徑為33mm、并且 利用厚度為20 [im且線寬為2 mm的Cu作為導電材料的標簽天線10，該 天線的并聯(lián)電阻Ra的電阻值約為IOOOQ。因此，即使當LSI芯片20的 實部電阻Rc例如約為1000 Q至2000 Q時，也可以適當?shù)仄ヅ洹?br> 在圖3中，可以通過在其中形成有環(huán)形天線1和旁路導線2的平面 天線的上方和下方或在該平面天線的一個面上形成電介質(zhì)板來保持標簽 天線IO。期望根據(jù)電介質(zhì)板的介電常數(shù)和厚度來選擇參數(shù)(S)。
實施方式
圖5示出了圖3中所示的本發(fā)明的原理的第一實施方式。圖5A是平 面圖，圖5B是中心剖面圖。
在包括環(huán)形天線1和旁路導線2的標簽天線10的平面的上方和下方 布置有電介質(zhì)板4和5，以封裝標簽天線10并保持天線的形狀。為此， 例如利用合成樹脂膠或類似物將電介質(zhì)板4和5固定到標簽天線10并封
該實施方式對應于圖3的示意圖；從連接到饋送端子3的環(huán)形天線 l的中部連接旁路導線2，以形成電感元件L。
作為該實施方式中的尺寸，環(huán)形天線1的最外徑為33 mm，并將厚 度為20 pm且線寬為2 mm的Cu用作導電材料。電介質(zhì)板4和5的厚度 為t=l mm。
如果電介質(zhì)板4和5由塑料、橡膠或類似物形成，則公知的是，介 電常數(shù)取值約為er=3至5。因此當假設sr=3和sr=5利用電磁場模擬器來 確定特性時，獲得圖4中所示的特性曲線B和C。
與針對介電常數(shù)spO的空氣的情況的特性曲線A類似的是，電感值 L隨距離S而改變；將從環(huán)形天線1的環(huán)形中心O到旁路導線2的距離 取為S。根據(jù)由電磁場模擬器獲得并如以上圖4中所示的計算值，當圖5 中所示的結(jié)構(gòu)中電介質(zhì)板4和5的介電常數(shù)為sr=3時，獲得特性曲線B， 而當SF5時，獲得特性曲線C。因此可以看到，為了在L^40nH處獲得 諧振，如果s產(chǎn)3，貝iJS-6mm，而如果s產(chǎn)5，貝ij S-7.5腿。
這里，必需考慮RFID標簽的用于安裝在物品上的結(jié)構(gòu)。圖6示出 了適應該需求的實施方式。在RFID標簽的中心部分形成有穿孔6。該穿 孔6可以用于將標簽安裝在物品上。
然而，當在中心形成穿孔7時，穿孔6重疊在旁路導線2上。因此 在圖6的實施方式中，將旁路導線2形成為具有沿穿孔6的周緣的弧2a， 以避開穿孔6。作為其中固定有該弧2a并將距旁路導線2的直線導線部 分的距離S取為電磁場模擬中的參數(shù)的模擬的結(jié)果，獲得了與圖4中所 示的針對er=3和sr=5的特性曲線A和B的一致。
在圖6中，當穿孔6的半徑為rl-6.5mm、導體寬度為2 mm且距離 S比(穿孔6的半徑+導體寬度)大(即，當S>8.5mm)時，則與實施方 式1類似的是，當例如芯片電容值為O0.7pF時，根據(jù)式1，當L=40nH 時，在f-950MHz附近發(fā)生諧振。
由圖4可知，當sf3且S-6.1 mm時，或當sr=5且S=7.5時，L= 40nH;因此，通過根據(jù)相對介電常數(shù)來為圖6中所示的天線結(jié)構(gòu)選擇適
當?shù)腟值，芯片20與天線10可以匹配。
圖7示出了其中設置有穿孔6的另一實施方式；與圖5中所示的實 施方式不同，穿孔6的半徑的尺寸小于從環(huán)形天線1的中心到旁路導線2 的距離S，使得其中不需要設置圖6中所示的弧2a的結(jié)構(gòu)成為可能。
這里，期望按與標簽天線10—體地形成LSI芯片20。圖8示出了 滿足這種要求的實施方式的結(jié)構(gòu)。
在圖8中，LSI芯片20連接到對應于圖6的包括環(huán)形天線1和旁路 導線2的標簽天線10的饋送端子。圖8A是其中將標簽天線10和LSI 芯片20安裝在電介質(zhì)板5上的圖。
另一方面，圖8B示出了以具有與環(huán)形天線1相對應的環(huán)形凹陷30 為特征的電介質(zhì)板4。凹陷30具有能夠至少容納芯片厚度約為0.5 mm的 LSI芯片20的寬度和深度。因此，通過依次疊置電介質(zhì)板5、連接到LSI 芯片20的標簽天線10、以及電介質(zhì)板4，可以形成如圖8C所示的整體 結(jié)構(gòu)。
作為特征，在進行疊置時，要保證一定的空間，以使得無論LSI芯 片20的位置如何，都可以將LSI芯片20容納在電介質(zhì)板4的凹陷30中， 從而使上電介質(zhì)件4和下電介質(zhì)件5可以緊密地堆疊。通過該方式，在 將標簽天線10封裝在上電介質(zhì)件4與下電介質(zhì)件5之間時所需的處理的 數(shù)量減少，從而可以提供廉價的天線單元。
圖9示出了又一實施方式的結(jié)構(gòu)。在以上各實施方式中，作為包括 環(huán)形天線1和旁路導體2的標簽天線10的制造方法，可以將諸如由Cu、 Ag、 Al或類似物的材料制成的(例如厚度為20jxm的)薄導體形成在由 紙、PET (聚乙烯片)或類似物制成的(例如厚度為0.1mm的)極薄的 片40上?；蛘?，可以用線形導體來替代薄導體。
此外，在以上各實施方式中，示出了其中包括環(huán)形天線1和旁路導 體2的標簽天線10被封裝在電介質(zhì)件4與5之間的結(jié)構(gòu)；但是從保持標 簽天線10的觀點來看， 一種可行的結(jié)構(gòu)是僅在標簽天線10的一側(cè)形成 電介質(zhì)件4 (5)的結(jié)構(gòu)，如圖IO所示。
圖11示出了在對本發(fā)明的天線的電磁場模擬中獲得的天線方向特
性。如圖12所示，定義三個軸向x、 y、 z，并且在x-y平面中距x軸的
角度為^，而距z軸的角度為e。
由圖11A可知，在一90。時，即，在y軸方向上，當距z軸的角度e 為90。和-90。時，表現(xiàn)出最大方向特性。由圖11B可知，在—0°時，即， 在x軸方向上，當距z軸的角度e為卯'和-9(T時，表現(xiàn)出最大方向特性。 總之，在圖11A和圖11B中，示出了相同的方向特性，而總體上當9=90° 時(圖11A)表現(xiàn)出比0=0°時(圖11B)更強的方向性，從而獲得了專 門針對環(huán)形天線的結(jié)果。
因此，由這些方向特性可以看出，本發(fā)明的天線具有令人滿意的方 向特性。因此，當使用安裝有本發(fā)明的天線的RFID標簽作為用于物品的 RFID標簽時，也可以應用于動物及其他同樣移動的物品，因而應用范圍 廣。通過本發(fā)明，可以提供在直徑約為35mm的極其有限的面積內(nèi)的并 與具有電容元件的RFID LSI芯片諧振的標簽天線及其上安裝有該天線的 RFID標簽。
此外，通過本發(fā)明，可以根據(jù)電介質(zhì)板的介電常數(shù)和厚度容易地確 定形成電感為L的電感器的旁路導電路徑的定位以及最佳尺寸，其中， 所述電感L與LSI芯片的接口部分的電容C諧振并被預先計算出。
此外，在制造處理中，無論LSI芯片的位置如何，都可以容易地堆 疊上電介質(zhì)件和下電介質(zhì)件。
相關申請的交叉引用
本申請是于2005年1月24日提交的國際申請PCT/JP2005/000826
的繼續(xù)。
權利要求
1、一種天線，該天線包括饋送端子；連接到所述饋送端子的環(huán)形天線；以及作為所述環(huán)形天線的回路的旁路的旁路導電路徑。
2、 根據(jù)權利要求l所述的天線，其中，所述旁路導電路徑位于與所 述環(huán)形天線的中心相距距離S處，并且所述距離S的大小被設定成使得 由于所述旁路導電路徑而導致的電感具有規(guī)定電感值。
3、 根據(jù)權利要求2所述的天線，其中，所述規(guī)定電感值是在該值下 與連接到所述饋送端子的LSI芯片的接口部分的電容值發(fā)生諧振的值。
4、 一種射頻識別標簽，該射頻識別標簽包括 天線；以及并聯(lián)到所述天線的LSI芯片，其中，所述天線包括 連接到所述LSI芯片的饋送端子； 連接到所述饋送端子的環(huán)形天線；以及 作為所述環(huán)形天線的回路的旁路的旁路導電路徑。
5、 根據(jù)權利要求4所述的射頻識別標簽，其中，所述旁路導電路徑 位于與所述環(huán)形天線的中心相距距離S處，并且所述距離S的大小被設 定成使得由于所述旁路導電路徑而導致的電感具有規(guī)定電感值。
6、 根據(jù)權利要求5所述的射頻識別標簽，其中，所述規(guī)定電感值是 在該值下與連接到所述饋送端子的所述LSI芯片的接口部分的電容值發(fā) 生諧振的值。
7、 根據(jù)權利要求4所述的射頻識別標簽，該射頻識別標簽還包括電介質(zhì)板，該電介質(zhì)板位于所述天線的至少一個面上，并保持所述天線。
8、 根據(jù)權利要求7所述的射頻識別標簽，其中，在所述電介質(zhì)板的 中心設置有穿孔。
9、 根據(jù)權利要求8所述的射頻識別標簽，其中，所述旁路導電路徑 具有沿所述穿孔的周緣、避開所述穿孔的弧。
10、 根據(jù)權利要求7所述的射頻識別標簽，其中，所述電介質(zhì)板具 有環(huán)形凹陷，該環(huán)形凹陷與所述環(huán)形天線相對應，并且具有能夠至少容納所述LSI芯片的寬度和深度。
11、 根據(jù)權利要求7所述的射頻識別標簽，其中，所述天線通過主 要成分為Cu、 Ag和Al中的任一種的導體在片上形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及天線及安裝有該天線的射頻識別標簽。公開了一種有限面積內(nèi)的與具有電容元件的射頻識別LSI芯片諧振的標簽天線及其上安裝有這種標簽天線的射頻識別標簽，所述射頻識別標簽具有天線以及并聯(lián)到該天線的LSI芯片，所述天線具有連接到所述LSI芯片的饋送端子、連接到所述饋送端子的環(huán)形天線、以及作為所述環(huán)形天線的回路的旁路的旁路導電路徑。
文檔編號H01Q1/38GK101107750SQ200580047049
公開日2008年1月16日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權日2005年1月24日
發(fā)明者山雅城尚志, 甲斐學, 馬庭透 申請人:富士通株式會社