專利名稱：Rf標簽和制造rf標簽的方法
技術領域：
本發明涉及RF標簽和制造RF標簽的方法。
技術背景為了管理各種商品、物品及其它對象物，往往使用RF標簽。這樣的 系統具有很多RF標簽和讀取來自RF標簽的信息或向其寫入信息的閱讀 器或記錄裝置(以下稱為"RF標簽閱讀器")。在各個對象物上連帶有 RF標簽。閱讀器也被稱為詢問器(interrogator)。RF標簽也可以涉及RFID 標簽、無線標簽、IC標簽等。也可以向RF標簽寫入例如識別信息(ID)、 制造批號、制造日期和時間、制造地點及其它數據。RF標簽中一般具有能動型(主動型)和受動型(被動型)。主動型 的RF標簽可自己準備電力，能夠使RF標簽閱讀器側的裝置構成簡單。 而后者自己不能準備電力，要通過從外部接收能量來進行ID信息的發送 等動作。被動型從使RF標簽便宜的觀點來看較理想，將來特別有前景。從使用的信號的頻帶的觀點來看，有電磁結合方式和電磁波方式。 前者使用幾千赫茲左右的頻帶或13兆赫左右的頻帶等。后者使用UHF 帶(例如950MHz)或2.45吉赫那樣更高的頻帶。從增加可通信的距離 或減小RF標簽的尺寸等觀點來看，優選使用高頻率的信號。作為一例， 公知的是若為電磁結合方式，則至多僅能在一米左右進行通信。此外， 在950MHz時1個波長為30cm左右，而在13MHz時1個波長達23米。雖然伴同RF標簽一起的對象物有各種考慮，但在RF標簽的設計中 特別重視對象物是否具有導電性。如果對象物具有絕緣性，則在安裝RF 標簽的前后RJF標簽的動作特性沒有太大變化。但是，當將該RF標簽安 裝到金屬殼體那樣的導電體上時，在RF標簽的通信時會產生由該導體所 致的鏡像電流。因此，RF標簽的動作特性在安裝到導電體對象物上的前后大不相同。此外，在伴同RF標簽的物體的尺寸較小的產品用途、和重視外觀上 的美觀價值這樣的產品用途(例如，大型自行車的儀表、在櫥窗內展示的花瓶等)中，可能要求將RF標簽收納在對象物之中。在該情況下，如 果收納了 RF標簽的對象物能使電磁波(UHF帶)透射，則應該能夠與 RF標簽進行無線通信。但是，該情況下，還取決于所收納的RP標簽的 附近是否有金屬面，RF標簽的動作特性會大不相同。在本申請提出時的非專利文獻1中記載了可安裝在金屬上的現有RF 標簽。非專禾ll文獻1: http:〃www.awid.com/product/mt tag/mt.htm在非專利文獻l中記載的現有RF標簽具有作為比半波長長的偶極天 線動作的天線構造。更具體地說，在電介質的表面設有表示天線圖案的 導電性材料，在電介質的背面形成有金屬層，且全長設計成1/2波長左右。 由于動作頻率為902—928MHz，所以全長為17cm左右。但是，如果是 這樣依然很大的尺寸，會存在安裝RF標簽的對象物的種類受到很大限制 的問題。發明內容本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的是提供一種能夠收納在具 有金屬面的小殼體中的RF標簽以及制造這樣的RF標簽的方法。在本發明中使用的RF標簽的特征在于，其具有第一線路，其與接 地導體連接，形成電氣閉環，并構成偶極天線；供電電路，其連接在上 述第一線路上的分支點與接地導體之間；以及第二線路，其與上述分支 點連接，并與上述供電電路并聯設置，而且構成感應器。根據本發明，在具有金屬面的小殼體中也能夠收納RF標簽。
圖1表示本發明的一個實施例的RF標簽的概要立體圖。 圖2是表示導電性線路和接地導體的位置關系的圖。圖3是用于說明RF標簽的動作的圖。圖4是用于說明RF標簽的動作的圖。圖5是用于說明偶極天線和環形天線的特性的圖。圖6A是表示本發明的一個實施例的RF標簽的制造工序的圖。圖6B是表示本發明的一個實施例的RF標簽的制造工序的圖。圖6C是表示本發明的一個實施例的RF標簽的制造工序的圖。圖6D是表示本發明的一個實施例的RF標簽的制造工序的圖。圖7A是表示本發明的一個實施例的RF標簽的其它制造工序的圖。圖7B是表示本發明的一個實施例的RF標簽的其它制造工序的圖。圖7C是表示本發明的一個實施例的RF標簽的其它制造工序的圖。圖8是表示通過模擬假定的RP標簽的圖。圖9是與天線和IC芯片相關的等效電路圖。圖IO是表示與線要素長度和對應的芯片容量相關的模擬結果的圖。圖11是表示與線要素長度和天線電阻相關的模擬結果的圖。圖12是表示與線要素長度和天線增益相關的模擬結果的圖。圖13是表示RF標簽的頻率特性的圖。圖14是表示與頻率和芯片容量相關的模擬結果的圖。圖15是表示與頻率和天線增益相關的模擬結果的圖。圖16是表示將RF標簽收納在具有金屬面的殼體中的狀況的圖。圖17A是表示具有線寬不均勻的線路的RF標簽的圖(其一)。圖17B是表示具有線寬不均勻的線路的RF標簽的圖(其二)。圖17C是表示具有線寬不均勻的線路的RF標簽的圖(其三)。圖17D是表示供電電路的安裝位置不同的RF標簽的圖。圖17E是表示具有線的間隔不均勻的線路的RF標簽的圖(其一)。圖17F是表示具有線的間隔不均勻的線路的RF標簽的圖(其二)。圖17G是表示感應器的線路和天線分別準備的RF標簽的圖(其一)。圖17H是表示感應器的線路和天線分別準備的RF標簽的圖(其二)。標號說明10:電介質墊片；12:接地導體；161:金屬面；162:絕緣性的材料面。
具體實施方式
根據本發明的一個方式，供電電路設置在構成偶極天線的第一線路 上，與該供電電路并聯地設有構成感應器的第二線路。第一線路與接地 導體連接，在動作時利用了鏡像電流。天線和供電電路的阻抗的匹配性 可通過調整感應系數來實現。這樣，能得到也可伴同于具有金屬面的物 體的非常小型的RF標簽。上述第二線路也可形成為包括將上述第一線路上的兩個分支點連接 起來的線路。通過將偶極天線的線路和感應器的線路的一部分共用，能夠將RF標簽整體的尺寸抑制得較小。第一線路和第二線路的分支點的位置能夠調整以使偶極天線和供電電路的阻抗匹配。上述第一和第二線路也可設在具有預定介電常數的墊片材料上。雖然第一和第二線路與接地導體之間理論上可以是空氣層，但從確保RF標 簽的強度的實用方面的觀點來看，優選在其間設置墊片材料。上述第一和第二線路也可具有沿著長方體的邊的形狀。由此，RF標 簽的尺寸與長方體的尺寸實質上相等。上述第一和第二線路形成為流到上述第一和第二線路中的電流的鏡像電流會流到上述接地導體中。由此，可縮小偶極天線的尺寸。也可用與接地導體連接的平行的第一線路要素的對和與該對正交的 平行的第二線路要素的對來形成上述第一和第二線路。通過將線路的圖 案簡化，不僅可提高成品率，還可有效抑制在線路中流動的信號的不必 要反射。上述第二線路要素的對所延伸的長度比上述第一線路要素的對所延伸的長度的2倍形成得短。由此，能夠保障用第一線路形成的天線不是 作為環形天線而是作為偶極天線進行動作。RF標簽的接地導體也可與該RF標簽所伴同的物體的金屬面連接。 通過向RF標簽供給更穩定的接地電位，能夠提高RF標簽的特性(天線 增益等)。上述第一和第二線路也可用微波傳輸帶線路形成。在本發明的一個方式的RF標簽的制造方法中，執行以下工序在具 有柔韌性的薄膜上形成導電層的工序，該導電層形成有相鄰的第一和第 二窗框，并且呈帶狀延伸；以及使上述薄膜彎曲，使形成有第一窗框的 區域和沒有形成窗框的導電層的區域對置，并將上述薄膜粘貼在絕緣性 的墊片材料上。由此，可簡易地制造出也可以伴同具有金屬面的物體的 小型的RF標簽。在本發明的一個方式的RF標簽的制造方法中，執行以下工序在絕 緣性的墊片材料板表面上形成構成偶極天線的第一線路和構成感應器的 第二線路的工序；以及將上述墊片材料板背面的接地導體與上述第一和 第二線路電連接起來的制造RF標簽的工序。在上述第一線路上的分支點和接地導體之間設置有供電電路，上述第二線路與上述第一線路上的分 支點連接，并與上述供電電路并聯設置。由此，可在利用現有的微波傳 輸帶線路的制造工序的同時制造出能伴同于具有金屬面的物體的小型的RF標簽o實施例1圖1表示本發明的一個實施例的RF標簽的概要立體圖。RF標簽具有墊片10;在墊片10的正面和上表面設置的導電性的線要素；在線要 素上設置的供電電路(設置在BC間的虛線內)；以及在墊片10的下表面(背面)設置的接地導體(圖2)。圖2表示導電性的線路和接地導體的位置關系。墊片10具有例如2.6那樣的預定介電常數，且具有長度為L (例如 31mm)、寬度為W (例如13mm)和厚度為T (例如6mm)的預定尺寸 的長方體形狀。雖然數值不過是一個示例，也可釆用各種數值，但一般 來說，根據本發明，長度L比所使用的波長(UHF帶)的一半短即可。在墊片IO的正面和上表面形成有導電性的線要素。如圖示那樣，沿 著長方體的邊設置導電性的線要素。線要素用于表示線路的全部或一部 分。通過A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H各點的線路形成第一封閉曲線(閉 環)，并構成偶極天線。進行電波的收發和信息的存儲以及處理的集成電路(也稱為供電電路)設置在線要素BC之間。在第一封閉環上設有兩個分支點C、 F，點CF之間也通過導電性的 線要素結合。包含該線要素CD的線路CFGHA處于與供電電路電學并聯 的關系，而且構成感應器。說明動作原理。如圖2所示，墊片10上的線路與墊片背面的接地導 體電連接。因此，在RF標簽的動作時，鏡像電流向接地導體側流動，圖 2所示的線路可認為與圖3所示的線路等效。再有，當將包含線要素CF 的感應器和構成偶極天線的部分分離時，則圖3所示的線路可認為與圖4 所示的線路等效。如圖4所示，該RF標簽具有通過點ABCDEGHKJA 的一個折返偶極天線和用包含CF'的線路形成的(與供電電路并聯設置) 的感應器。如后述的模擬結果所示，感應器的阻抗通過使線要素BD上 的點C的位置(在圖3中，還有線要素GE上的點F的位置)變化來進 行調整。通過適當地調整該阻抗，能夠使偶極天線和供電電路的阻抗適 當地匹配。圖1、 2所示的線要素中直接有助于電磁波的輻射的是線要素AB和 線要素GH的部分。因此，墊片材料10的厚度T越厚，天線的增益等性 能越好。雖然如上述那樣線要素的長度W、 L、 T可取各種值，但需要至少滿 足W<2 (L+T)的關系。這是為了保障天線作為偶極天線發揮功能。 若假設W二2 (L+T)，則天線己經不是偶極天線，而是作為環形天線發 揮功能。在本實施例中假定的諸多條件下，感應器的阻抗調整后的天線 的阻抗應收納在圖5所示的史密斯圖表的第一象限(I )中。圖中白圈 兒表示阻抗調整前的偶極天線(W<2 (L+T))的阻抗。當通過使線要 素的分支點C的位置變化來使阻抗變化時，阻抗如圖中箭頭所示那樣變化。與此相對，環形天線的阻抗屬于第二象限(n)，并與圖中X標記那樣的點對應。即使相對于該天線使分支點C的位置變化來改變阻抗，阻 抗也只會像圖中箭頭所示那樣變化。因此，在環形天線中，難以使阻抗 收納在第一象限內。圖6A至6D分別表示本發明的一個實施例的RF標簽的制造工序。在圖6A至6C中示出了俯視圖和側視圖，在圖6D中僅示出了側視圖。 在圖6A所示的工序中，準備具有預定物理性質的墊片10。墊片10具有 例如介質常數2.6和介質損耗(tanS ) 0.008。在圖6B所示的工序中， 利用蒸鍍那樣的公知的金屬成膜技術在墊片10的上表面和下表面整個面 上成膜導電層。導電層具有例如5Xl(^S/m的導電率。在圖6C所示的工 序中，使用光刻術那樣的公知的圖案形成技術，來對墊片10的上表面上 的導電層進行圖案形成。通過該圖案形成，形成了圖l、 2所示那樣的線 路的大部分(除了線要素AB和線要素GH以外的所有線要素)。線路也 可形成為微波傳輸帶線路。在圖6D所示的工序中，形成從B點附近的 線路貫穿墊片IO并到達背面的導電層的通孔。同樣地，還形成從G點附 近的線路貫穿墊片IO并到達背面的導電層的通孔。在這些通孔中填充導 電性材料，將墊片上表面上的線路和背面的接地導體電連接起來。再有，為了簡化說明，省略了設置供電電路的工序。供電電路可在 圖6C的工序以后的適當階段設置在線要素BC之間。此外，為了簡化說 明，同時成膜墊片上表面的線路用的導電層和背面的接地導體用的導電 層，但也可將它們分別制作，也可用不同材料制作。實施例2圖7A至7C分別表示本發明一個實施例的RF標簽的制造工序。在 圖7A所示的工序中，呈帶狀延伸的導電層70成膜在具有柔韌性的薄膜 75上。在本實施例中，薄膜使用例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜， 但也可使用能支撐導電層70的適當的任何撓性薄膜。再有，雖然如圖6 中所示，但需要注意的是，為便于說明而對膜厚進行夸大描繪。成膜也 可用公知的適當的任何方法來進行。除了也可使用蒸鍍那樣的方法之外， 也可使用利用打印機的印刷技術等。在圖7B所示的工序中，形成貫穿導電層和PET薄膜的兩個窗71、 72。這些窗周圍的窗框將在后面形成導電性的線路。在本實施例中，當 在PET薄膜上成膜導電層之后形成兩個窗，但也可以在圖7A所示的工 序的階段，在PET薄膜75上形成形成有窗的導電層。在圖7C所示的工序中，將導電層和PET薄膜粘貼在墊片10的上表面、正面和背面上。在該情況下，導電層和PET薄膜75在圖7B中用虛 線表示的兩個部位彎曲90度。這樣，也可不以墊片10為基礎來形成導 電層。根據本實施例，不僅能簡易地制造出RF標簽，還可使改變制造工 序的自由度大幅增加。例如，準備導電性的天線的商家和準備墊片的商 家可以相同也可以不同。此外，由于還能夠并行進行天線的加工和墊片 的加工，所以這從吞吐量的觀點來看也很理想。 實施例3圖8是表示通過模擬假定的RF標簽的圖。圖中的表示尺寸的數字的 單位是毫米(寬度13mm、長度31mm和厚度6mm)。在墊片的上表面和 正面形成了圖1所示的導電性的線路圖案，墊片的背面與理想的接地導 體連接。在模擬中，相對于線要素BC和GF的各種長度算出了芯片容量 CCP (pF)、天線電阻R叩(Q)和天線增益(dBi)。需要特別注意的是， 天線的長度與典型的UHF帶的波長(30cm左右)相比非常短。與天線和供電電路相關的等效電路如圖9那樣表示。在天線和供電 電路(IC芯片)的阻抗匹配的情況下，除了兩者的電阻分量相等之外， 在天線側的感應系數Up和供電電路側的容量Ccp之間有預定的關系成 立。即，Rap=Rcp;以及"L叩二 (wCcp)—'。"是角頻率。使圖8中的線要素BC和GF間的距離S變化，調整天 線的感應系數Up，通過滿足上述關系，能夠使天線和供電電路的阻抗匹配。圖lO表示線要素長度S和與之對應的芯片容量Ccp的關系。可知， 隨著線要素長度S從4.2mm增加到8mm，芯片容量Ccp從0.86pF大致直 線地減小到0.54pF。可知，例如如果950MHz那樣的典型UHF帶的動作 頻率下的芯片容量Ccp為0.6pF左右，則線要素長度S只要大約為7mm 即可。可知，感應器長度S2應為大約18 (18.61) mm。 圖11表示線要素長度S和天線電阻Rap的關系。可知，隨著線要 素長度S從4.2mm增加到8mm，天線電阻R鄰從11.9kQ大致直線地緩慢增加到12.9kQ。可知，如果線要素長度S大約為7mm，則天線電阻 為12.7kQ左右。圖12表示線要素長度S和天線增益的關系。可知，隨著線要素長度 S從4.2mm增加到8mm，天線增益從—2.45dBi大致直線地增加到一 1.99dBi。可知，如果線要素長度S大約為7mm，則天線增益為一2.1dBi 左右。決定匹配的阻抗的要素(Rap， Lap和增益)中的感應系數Lap (容量CCP)最優先確定。這是因為其在阻抗的匹配性中最重要。雖然天線的增 益也重要，但即使增益高，如果變為與供電電路不匹配的狀態，也難以 獲得高增益的益處。圖13表示圖8所示的RF標簽的頻率特性。從800MHz到l.lGHz， 將每隔25MHz算出的阻抗描繪在史密斯圖表上。在950MHz時芯片容量 為0.682pF的情況下的阻抗用圖中箭頭表示。該情況下的線要素長度S 為6.2mm左右。如圖所示，即使使頻率大幅度地變化，阻抗的變化也沒 有那么大，所以該RF標簽也能夠應用于寬帶域的產品用途。圖14針對RF標簽的三種接地方法的每個來表示頻率與芯片容量的 關系。在模擬中，假定RF標簽的背面，(1)、與無限大的理想的接地導 體連接的情況；(2)、與10cmX10cm的金屬板連接的情況；以及(3)、 沒有與其它金屬連接的情況。如圖所示，無論是哪種接地方法，隨著頻 率從800MHz增加到l.lGHz，芯片容量從大約1.3pF大致直線地減小到 約0.7pF。因此，可知，使用何種的接地方法，對天線和供電電路的阻抗 的匹配性并不會產生大的影響。這意味著無論RF標簽所伴同的物體是 否具有導電性，自身都能夠使RF標簽的天線和供電電路的阻抗匹配。因 此，本實施例的RF標簽可伴同的產品擴展到極多的種類。圖15對RF標簽的三種接地方法(上述(1)、 (2)、 (3))的每個表 示頻率與天線增益的關系。雖然三者皆是隨著頻率增加增益也增加，但 其增加方式因接地方法而不同。在頻率從800MHz增加到l.lGHz的情況 下，在(1)的接地方法中，增益從大約一5.5dBi增加到OdBi，在(2) 的接地方法中，增益從一9.5dBi增加到一1.5dBi，在(3)的接地方法中，增益從一10.2dBi增加到一6.2dBi。從該模擬結果可知，從提高天線增益 的觀點來看，提供更穩定的接地電位的接地方法較為有利。再有，根據圖14中的模擬結果，接地方法不會對天線和供電電路的 匹配性帶來大的影響，所以優選將RF標簽盡可能連接到穩定的接地電位 上。從這樣的觀點來看，在RF標簽所伴同的物體具有金屬殼體、且RF 標簽收納在其中的情況下，優選如圖16所示那樣將RF標簽連接到金屬 殼體上。在圖示的示例中，示出了在具有金屬面161和絕緣性的材料面 162的殼體中收納RF標簽，且RF標簽背面的接地導體與金屬面161連 接的狀況。絕緣性的材料面162例如也可以由塑料構成。實施例4圖17A至H表示與RP標簽的天線、感應器、供電電路以及接地導 體等相關的各種變形例。構成天線和感應器的導電性的線路的寬度可如 說明過的實施例那樣形成為全部均等，也可如圖17A、 17B、 17C所示那 樣使它們以不均勻的線寬形成。從考慮斷線等不良情況的觀點來看，優 選使線寬較大。從節約導電性材料的觀點來看，優選使線寬較窄。供電電路(IC)可設置在RF標簽的上表面側，也可如圖17D所示 那樣設置在正面側。但是，由于墊片的厚度T較薄，長度L較長，所以 從實現IC的裝載工序的方便的觀點來看，優選將IC裝載在上表面上。導電性的線路可沿著長方體墊片的邊，也可如圖17E、 F所示那樣使 線路形成在上表面和正面上。此外，平行的線路的間隔可根據地點而不 同。但是，從盡可能減小對流過線路的信號施加的影響(反射等)的觀 點來看，優選減少線路的彎曲次數。構成感應器的線路可共用偶極天線的線路來設置，也可如圖17G、H 所示那樣與之分別設置。但是，需要使導體存在于線路下以使與感應器 的線路相關的鏡像電流適當地形成。雖然上面說明了本發明的優選實施例，但本發明并不限于此，在本 發明的主旨范圍內可進行各種變形和變更。
權利要求
1.一種RF標簽，其特征在于，上述RF標簽具有第一線路，其與接地導體連接，形成電氣閉環，并構成偶極天線；供電電路，其連接在上述第一線路上的分支點與接地導體之間；以及第二線路，其與上述分支點連接，并與上述供電電路并聯設置，而且構成感應器。
2. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述第二線路包括將上述分支點和上述第一線路上的其它分支點連接起來的線路。
3. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述第一和第二線路設置在具有預定介質常數的墊片材料上。
4. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述第一和第二線路具有沿著長方體的邊的形狀。
5. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述第一和第二線路形成為流到上述第一和第二線路中的電流的鏡像電流會流到上述接地導體中。
6. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 用與接地導體連接的平行的第一線路要素的對和與該對正交的平行的第二線路要素的對，來形成上述第一和第二線路。
7. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述第二線路要素的對所延伸的長度比上述第一線路要素的對所延伸的長度的2倍要短。
8. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 調整上述分支點的位置以使上述偶極天線和上述供電電路的阻抗匹配。
9. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述接地導體與該RF標簽所伴同的物體的金屬面連接。
10. 根據權利要求1所述的RF標簽，其特征在于， 上述第一和第二線路用微波傳輸帶線路形成。
11. 一種制造RF標簽的方法，其特征在于，在具有柔韌性的薄膜上形成導電層，該導電層形成有相鄰的第一和 第二窗框，且呈帶狀延伸；使上述薄膜彎曲以使形成有第一窗框的區域和沒有形成窗框的導電 層的區域對置，并將上述薄膜粘貼在絕緣性的墊片材料上。
12. 根據權利要求11所述的制造標簽RJF的方法，其特征在于， 調整上述分支點的位置，以使上述偶極天線和上述供電電路的阻抗匹配。
13. —種制造RF標簽的方法，其是在絕緣性的墊片材料板表面上形 成構成偶極天線的第一線路和構成感應器的第二線路、將上述墊片材料 板背面的接地導體與上述第一和第二線路電連接起來的制造RF標簽的 方法，其特征在于，在上述第一線路上的分支點與接地導體之間設置有供電電路， 上述第二線路與上述第一線路上的分支點連接，并與上述供電電路 并聯設置。
全文摘要
本發明提供一種RF標簽和制造RF標簽的方法，該RF標簽也可收納在具有金屬面的小殼體中。RF標簽具有第一線路(ABCDEFGH)，其與接地導體連接，形成電氣閉環，并構成偶極天線；供電電路，其連接在第一線路上的分支點(C)與接地導體之間；以及第二線路(CFGHA)，其與分支點(C)連接，并與供電電路并聯設置，而且構成感應器。調整第一線路和第二線路的分支點的位置以使偶極天線和供電電路的阻抗匹配。
文檔編號H01Q9/16GK101253653SQ200580051450
公開日2008年8月27日 申請日期2005年9月2日 優先權日2005年9月2日
發明者山雅城尚志, 甲斐學, 馬庭透 申請人:富士通株式會社