DE102012105437A1 - RFID transponder with an inverted F-antenna - Google Patents
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Abstract
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung die benötigt wird, um den Platzbedarf eines RFID-Transponders, der eine invertierte F-Antenne aufweist, zu verringern. Dabei soll der Frequenzgang aufrechterhalten werden. Der dabei unvermeidliche Reichweiteverlust soll so gering wie möglich gehalten werden. Somit soll die sogenannte „elektrische Länge“ beibehalten und die mechanische Länge des RFID-Transponders bei möglichst geringem Pegelverlust reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen der Grundfläche und der Antennenfläche über die Länge des Basiskörpers des RFID-Transponders mäanderförmig variiert.The invention is a device that is needed to reduce the footprint of an RFID transponder having an inverted F antenna. The frequency response should be maintained. The unavoidable loss of coverage should be kept as low as possible. Thus, the so-called "electrical length" should be maintained and the mechanical length of the RFID transponder should be reduced with the lowest possible level loss. This is achieved in that the distance between the base surface and the antenna surface varies meandering over the length of the base body of the RFID transponder.
Description
Die Erfindung betrifft einen RFID-Transponder gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. The invention relates to an RFID transponder according to the preamble of the
Solche RFID(Radio Frequency Identification)-Transponder dienen der elektronischen Identifizierung von Gegenständen. Im RFID-Transponder können beispielsweise eine Identifikationsnummer sowie weitere Informationen für den entsprechenden Gegenstand gespeichert sein. Mittels eines dazugehörigen Lesegeräts (RFID-Reader) können die Informationen aus dem RFID-Transponder ausgelesen und gegebenenfalls auch in ihn hineingeschrieben werden. Such RFID (Radio Frequency Identification) transponders are used for the electronic identification of objects. In the RFID transponder, for example, an identification number as well as further information for the corresponding object can be stored. By means of an associated reader (RFID reader), the information can be read from the RFID transponder and, if necessary, also written into it.
Stand der Technik State of the art
Im Stand der Technik ist aus der Druckschrift
Aus den Druckschriften
Aufgabenstellung task
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Grundfläche eines RFID-Transponders der eingangs erwähnten Art gegenüber dem Stand der Technik zu verkleinern, und dabei den Frequenzgang sowie eine möglichst große Reichweite des RFID-Transponders aufrecht zu erhalten. The invention is therefore based on the object to reduce the footprint of an RFID transponder of the type mentioned above the prior art, while maintaining the frequency response and the largest possible range of the RFID transponder upright.
Mit anderen Worten soll ein RFID-Transponder mit einer invertierten F-Antenne angegeben werden, der eine möglichst kleine Grundfläche aufweist und gleichzeitig dazu geeignet ist, Signale, die eine möglichst großen Wellenlänge aufweisen, mit einem möglichst hohen Pegel zu empfangen. In other words, an RFID transponder with an inverted F antenna is to be specified, which has the smallest possible footprint and at the same time is suitable to receive signals having the largest possible wavelength, with the highest possible level.
Diese Aufgabe wird mit einem RFID-Transponder der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with an RFID transponder of the type mentioned by the features of the characterizing part of the
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent subclaims.
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung die benötigt wird, um den Platzbedarf eines RFID-Transponders, der eine invertierte F-Antenne aufweist, zu verringern. Dabei soll der Frequenzgang aufrechterhalten werden. Der dabei unvermeidliche Reichweiteverlust soll so gering wie möglich gehalten werden. Somit soll die sogenannte „elektrische Länge“ beibehalten und die mechanische Länge des RFID-Transponders bei möglichst geringem Pegelverlust reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen der Grundfläche und der Antennenfläche über die Länge des Basiskörpers des RFID-Transponders mäanderförmig variiert. The invention is a device that is needed to reduce the footprint of an RFID transponder having an inverted F antenna. The frequency response should be maintained. The unavoidable loss of coverage should be kept as low as possible. Thus, the so-called "electrical length" should be maintained and the mechanical length of the RFID transponder should be reduced with the lowest possible level loss. This is achieved in that the distance between the base surface and the antenna surface varies meandering over the length of the base body of the RFID transponder.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sich die Abmessungen des RFID-Transponders bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung seiner elektrischen Länge und damit seines Frequenzgangs, verringern. Somit benötigt ein erfindungsgemäßer RFID-Transponder beispielsweise bei der Montage auf einem Metallkörper eine geringere Fläche. An advantage of the present invention is that the dimensions of the RFID transponder while maintaining its electrical length and thus its frequency response, reduce. Thus, an inventive RFID transponder, for example, when mounting on a metal body requires a smaller area.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Basiskörper in einem Spritzgussverfahren mit nur geringem Aufwand gefertigt werden kann, und dass die Antennenfläche und/oder die Basisfläche und/oder deren elektrisch leitende Verbindung mittels der „moulded interconnect device“ (MID)-Technologie durch entsprechende Beschichtung dieses Basiskörpers ebenfalls mit vergleichbar geringem Aufwand und mit entsprechend geringen Kosten erzeugt werden kann. Another advantage is that the base body can be manufactured in an injection molding process with little effort, and that the antenna surface and / or the base surface and / or their electrically conductive connection by means of the "molded interconnect device" (MID) technology by appropriate Coating this base body can also be produced with relatively little effort and with correspondingly low cost.
Es ist einerseits vorteilhaft, die elektrisch leitende Verbindung der Antennenfläche und der Grundfläche in Form einer Verbindungsfläche auszubilden, weil eine solche Verbindungsfläche mittels der MID-Technologie einfach und daher kostengünstig realisiert werden kann. On the one hand, it is advantageous to form the electrically conductive connection of the antenna surface and the base surface in the form of a connection surface, because such a connection surface can be realized simply and therefore inexpensively by means of the MID technology.
Andererseits ist es vorteilhaft, die elektrisch leitende Verbindung der Antennenfläche und der Grundfläche in Form mehrerer in einer Reihe angeordneter Durchkontaktierungen zu realisieren, weil durch deren Anzahl und Anordnung die Impedanz der Antenne den jeweiligen Anforderungen entsprechend gezielt abstimmbar ist. On the other hand, it is advantageous to realize the electrically conductive connection of the antenna surface and the base surface in the form of a plurality of vias arranged in a row, because by their number and arrangement the impedance of the antenna can be selectively tuned to the respective requirements.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass der Basiskörper weiterhin eine spezielle Durchkontaktierung besitzt, weil diese den elektrischen Anschluss des auf der Antennenfläche angeordneten RFID-Chips sowohl einerseits an die Grundfläche als auch andererseits an die Antennenfläche ermöglicht. Dabei weist der RFID-Chip zumindest zwei Kontakte, nämlich einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, wobei der erste Kontakt über den Speisepunkt an die Antennenfläche angeschlossen ist und wobei der zweite Kontakt mittels der speziellen Durchkontaktierung über einen Anschlusspunkt an die Grundfläche angeschlossen ist. Moreover, it is advantageous that the base body further has a special plated-through hole, because it enables the electrical connection of the RFID chip arranged on the antenna surface both on the base surface and on the other hand on the antenna surface. In this case, the RFID chip has at least two contacts, namely a first contact and a second contact, wherein the first contact is connected via the feed point to the antenna surface and wherein the second contact is connected by means of the special via via a connection point to the base.
Dabei ist es weiterhin fertigungstechnisch vorteilhaft, den RFID-Chip an der Antennenfläche anzuordnen, weil dies eine einfache Handhabung bei dem Anschluss, insbesondere bei der Verlötung des ersten Kontakts des RFID-Chips an den Speisepunkt der Antennenfläche und des zweiten Kontakts des RFID-Chips an die spezielle Durchkontaktierung erleichtert. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, den RFID-Chip in einem Bereich der Antennenfläche anzuordnen, welcher einen möglichst geringen Abstand zur Grundfläche aufweist, weil der RFID-Chip dadurch mechanisch gut geschützt ist und die spezielle Durchkontaktierung verhältnismäßig kurz ausgeführt sein kann. In this case, it is furthermore advantageous in terms of manufacturing technology to arrange the RFID chip on the antenna surface, because this facilitates easy handling during the connection, in particular when soldering the first contact of the RFID chip to the feed point of the antenna surface and the second contact of the RFID chip facilitates the special via. It is also advantageous to arrange the RFID chip in a region of the antenna surface, which has the smallest possible distance from the base, because the RFID chip is thereby mechanically well protected and the special via can be made relatively short.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der RFID-Transponder ein Gehäuse, das eine Anordnung, umfassend den Basiskörper mit der Antennenfläche und der Grundfläche sowie den RFID-Chip in allen geometrischen Richtungen umschließt, denn dadurch ist diese Anordnung vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt. Insbesondere gilt dies, wenn das Gehäuse hermetisch abgeschlossen ist, weil dann auch keine Feuchtigkeit, beispielsweise in Form von Luftfeuchtigkeit, in das Gehäuse eindringen kann. In an advantageous embodiment, the RFID transponder has a housing which encloses an arrangement comprising the base body with the antenna surface and the base surface and the RFID chip in all geometric directions, because this arrangement is protected from harmful environmental influences. In particular, this applies if the housing is hermetically sealed, because then no moisture, for example in the form of humidity, can penetrate into the housing.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, weil dadurch gewährleistet ist, dass der RFID-Transponder elektrisch isoliert verbaut wird, d.h. gegebenenfalls keinen elektrischen Kontakt zu einem Metallkörper besitzt, auf dem er angebracht ist. Somit ist eine ausschließlich elektromagnetische Kopplung zwischen dem RFID-Transponder und dem Metallkörper gewährleistet. It is also advantageous if the housing consists of an electrically insulating material, because this ensures that the RFID transponder is installed electrically insulated, i. optionally has no electrical contact with a metal body on which it is mounted. Thus, an exclusively electromagnetic coupling between the RFID transponder and the metal body is guaranteed.
Alternativ zur Verwendung eines Gehäuses kann die besagte Anordnung auch von einem Lack oder einer lackartigen Versiegelung insbesondere hermetisch und/oder elektrisch isolierend umschlossen werden. Dazu kann der Lack oder die lackartige Versiegelung aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. As an alternative to the use of a housing, the said arrangement can also be surrounded by a lacquer or a lacquer-like seal, in particular hermetically and / or electrically insulating. For this purpose, the paint or varnish-like seal may consist of an electrically insulating material.
Die Verwendung eines Lacks hat gegenüber einem Gehäuse den Vorteil geringer Herstellungskosten und geringer Abmessungen. Die Vorteile eines Gehäuses bestehen demgegenüber in dessen mechanischer Robustheit. The use of a paint over a housing has the advantage of low manufacturing costs and small dimensions. The advantages of a housing contrast, in its mechanical robustness.
Zur Herstellung hoher Stückzahlen ist es besonders vorteilhaft, wenn das MID-fähige Material zum sogenannten „two shot molding“-Verfahren geeignet ist, weil dann insbesondere die Durchkontaktierungen auf diese Weise einfach und daher preisgünstig realisierbar sind. Dabei kann nämlich in einem ersten Spritzgussvorgang mit einem ersten Teil einer Spritzgussform mit einem ersten dazugehörigen ersten Stift der Grundkörper mit einer Durchgangsöffnung erzeugt und in einem zweiten Spritzgussvorgang mit einem zweiten Teil der Spritzgussform mit einem aktivierbaren Material, am Rand der Durchgangsöffnung eine entsprechende Schicht aufgebracht werden. Dazu weist der zweite Teil der Spritzgussform einen zweiten Stift auf, der einen geringeren Durchmesser besitzt als der erste Stift und der die Durchgangsöffnung während des zweiten Spritzvorgangs durchgreift. Das aktivierbare Material ist dafür vorgesehen, zunächst aktiviert und dann beim Durchspülen mit einem entsprechenden elektrisch leitfähigen Material elektrisch leitend beschichtet zu werden. For the production of large quantities, it is particularly advantageous if the MID-capable material is suitable for the so-called "two-shot molding" method, because then in particular the plated-through holes can be realized in this way simply and therefore inexpensively. Namely, in a first injection molding process with a first part of an injection mold having a first associated first pin, the base body can be produced with a passage opening and in a second injection molding process with a second part of the injection mold with an activatable material, a corresponding layer can be applied at the edge of the passage opening , For this purpose, the second part of the injection mold on a second pin, which has a smaller diameter than the first pin and which passes through the through hole during the second injection process. The activatable material is intended to be activated first and then coated electrically conductive during purging with a corresponding electrically conductive material.
Dabei können der erste und der zweite Teil der Spritzgussform einander entgegengesetzt gerichtet angeordnet sein. Das Spritzgusswerkzeug kann die Spritzgussform zwischen den beiden Spritzgussvorgängen dann jeweils um 180° drehen, was eine rationelle Herstellung gestat tet. In this case, the first and the second part of the injection mold can be arranged oppositely directed each other. The injection molding tool can then rotate the injection mold between the two injection molding processes in each case by 180 °, which gestat a rational production gestat.
Für kleinere Stückzahlen und möglichst flexibel zu gestaltende Formen des Basiskörpers ist es vorteilhaft, wenn das MID-fähige Material zum sogenannten „Laser Direct Structuring“ (LDS)-Verfahren geeignet ist. Dabei werden Bereiche dieses Materials durch einen Laser aktiviert um später gezielt mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen zu werden. Durch das LDS-Verfahren kann das Design des Basiskörpers und der darauf aufgebrachten leitfähigen Schichten mit nur geringem Aufwand, z.B. zu Testzwecken oder für kurzfristige Designanpassungen, geändert werden, indem für den Aktivierungsprozess lediglich die Bahn des Lasers geändert, z.B. die Bewegung eines Roboterarms umprogrammiert wird. Damit auch die Durchgangsöffnung durch den Laser aktiviert werden kann, muss sie an ihren beiden Enden trichterförmig, d.h. sanduhrförmig, ausgeführt sein, was bei der Herstellung einen zusätzlichen Aufwand erfordert. Diese Herstellungsform ist daher besonders gut geeignet für RFID-Transponder, deren Höhe, d.h. deren Abstand zwischen Antennenfläche und Grundfläche, verhältnismäßig gering ist, weil dies die Größe der Durchgangsöffnung in der Antennenfläche reduziert. Dieses Herstellungsverfahren ist daher gut geeignet zur Umsetzung derjenigen Bauform, welche die Verwendung der besagten elektrisch leitfähigen Verbindungsfläche vorsieht, weil dadurch nur eine einzige Durchkontaktierung, nämlich die spezielle Durchkontaktierung, notwendig ist. For smaller quantities and forms of the base body which are designed to be as flexible as possible, it is advantageous if the MID-capable material is suitable for the so-called "laser direct structuring" (LDS) method is. In this case, areas of this material are activated by a laser to be later targeted to be provided with an electrically conductive layer. Through the LDS method, the design of the base body and the conductive layers deposited thereon can be changed with little effort, eg, for test purposes or for short-term design adjustments by merely changing the path of the laser for the activation process, eg reprogramming the movement of a robotic arm , So that the passage opening can be activated by the laser, it must be funnel-shaped, ie hourglass-shaped executed at both ends, which requires an additional effort in the production. This production form is therefore particularly well suited for RFID transponders whose height, ie their distance between antenna surface and base, is relatively low, because this reduces the size of the passage opening in the antenna surface. This manufacturing method is therefore well suited to the implementation of that design, which provides for the use of said electrically conductive connection surface, because this only a single via, namely the special feedthrough is necessary.
Somit ist es auch aus diesem Grund besonders vorteilhaft, wenn die Durchgangsöffnung und damit auch die spezielle Durchkontaktierung möglichst kurz ausgeführt sind. Die spezielle Durchkontaktierung sollte also vorteilhafterweise an einer Stelle der mäanderförmigen Antennenfläche beginnen, welche einen möglichst geringen Abstand zur Grundfläche aufweist. Thus, it is particularly advantageous for this reason, if the passage opening and thus also the special feedthrough are made as short as possible. The special plated-through hole should thus advantageously begin at a location of the meander-shaped antenna surface, which has the smallest possible distance to the base surface.
Um die Anschlussstrecke vom RFID-Chip zum Speisepunkt gering zu halten, kann es auch vorteilhaft sein, den Speispunkt in einem Bereich der Antennenfläche anzuordnen, der einen möglichst geringen Abstand zur Grundfläche aufweist. In order to keep the connection distance from the RFID chip to the feed point low, it may also be advantageous to arrange the feed point in a region of the antenna surface which has as small a distance as possible from the base surface.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der RFID-Transponder an einem Metallkörper angeordnet ist, weil dadurch die Antenneneigenschaften verbessert werden. Insbesondere gilt dies, wenn der Metallkörper deutlich größer ist als der RFID-Transponder, so dass er beispielsweise zumindest in einer Richtung parallel zur Grundfläche mindestens die doppelte Abmessung, z.B. mindestens die doppelte Länge, besitzt. It is particularly advantageous if the RFID transponder is arranged on a metal body, because this improves the antenna properties. In particular, this applies if the metal body is significantly larger than the RFID transponder, so that it, for example at least in one direction parallel to the base surface at least twice the dimension, e.g. at least twice the length, owns.
Vorteilhafterweise besitzt das Gehäuse zumindest an einer Seite eine plane Innenfläche und eine plane Außenfläche. Dann kann die Grundfläche des Basiskörpers an der planen Innenfläche des Gehäuses angeordnet sein. Der Metallkörper kann an zumindest an einer Seite zumindest einen planen Bereich aufweisen und der RFID-Transponder kann mit der planen Außenseite seines Gehäuses an dem planen Bereich des Metallkörpers angeordnet sein. Advantageously, the housing has at least on one side a flat inner surface and a flat outer surface. Then, the base surface of the base body may be disposed on the flat inner surface of the housing. The metal body may have at least one planar area on at least one side, and the RFID transponder may be arranged with the flat outer side of its housing on the planar area of the metal body.
Mit der Wandstärke des Gehäuses oder der notwendigen Stärke der elektrisch isolierenden Lackschicht kann somit der Abstand der Grundfläche des Basiskörpers zur Oberfläche des Metallkörpers festgelegt werden und sollte entsprechend der jeweiligen technischen Vorgaben möglichst gering sein. Beispielsweise kann dieser Abstand weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1,5 mm und insbesondere weniger als 1 mm betragen, um eine geeignete elektromagnetische Kopplung zwischen dem RFID-Transponder und dem Metallkörper zu ermöglichen. With the wall thickness of the housing or the necessary strength of the electrically insulating lacquer layer thus the distance of the base of the base body to the surface of the metal body can be determined and should be as low as possible according to the respective technical specifications. For example, this distance may be less than 2 mm, preferably less than 1.5 mm and in particular less than 1 mm in order to enable a suitable electromagnetic coupling between the RFID transponder and the metal body.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn es sich bei dem Metallkörper um ein Metallblech handelt, weil dadurch die Antennenwirkung bei geringem Materialaufwand und entsprechend geringem Gewicht realisiert werden kann. Die Abmessungen des Metallblechs sollten dabei deutlich größer sein als die Abmessungen des RFID-Transponders. Beispielsweise sollte das Metallblech zumindest in einer Richtung mindestens doppelt so groß sein wie die Grundfläche des RFID-Transponders. It is particularly advantageous if the metal body is a metal sheet, because this allows the antenna effect to be realized with a low material expenditure and correspondingly low weight. The dimensions of the metal sheet should be significantly larger than the dimensions of the RFID transponder. For example, the metal sheet should be at least twice as large as the base area of the RFID transponder in at least one direction.
Ausführungsbeispiel embodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail below. Show it:
Die
Der RFID-Transponder
Die
Durch die weitere dielektrische Schicht
Die
Die
Die
Die
Weiterhin sind die Länge L, die Breite B und die Höhe H des Basiskörpers
Die
Die
Einige dazugehörige realistische Wertbereiche sollen im Folgenden angegeben werden:
Ein realistisch dimensionierter RFID-Transponder könnte somit folgende Werte aufweisen:
In Laborversuchen empirisch gewonnene Messergebnisse haben gezeigt, dass sich mit solchen Werten bei einer möglichst geringen Grundfläche eine gute Aufrechterhaltung der Reichweite erzielen lässt. Measurements empirically obtained in laboratory tests have shown that such values can be used to maintain good coverage with the lowest possible base area.
Die
Weiterhin sind die Länge L, die Breite B und die Höhe H des Basiskörpers
Die
Die
Die
Die
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- RFID-TransponderRFID transponder
- 1111
- Antennenfläche antenna area
- 1212
- Grundfläche Floor space
- 1313
- Basiskörper base body
- 1414
- Gehäuse casing
- 1515
- Reihe von Durchkontaktierungen Row of vias
- 1616
- spezielle Durchkontaktierung special through-hole
- 161161
- Speisepunkt feedpoint
- 162162
- Anschlusspunkt connection point
- 1717
- RFID-Chip RFID chip
- 1818
- dielektrische Schicht dielectric layer
- 1919
- Verbindungsfläche interface
- 2 2
- Metallkörpermetal body
- dd
- Abstand zwischen der Grundfläche und dem Metallkörper Distance between the base and the metal body
- LL
- Länge der Grundfläche / des RFID-Transponders Length of base area / RFID transponder
- BB
- Breite der Grundfläche / des RFID-Transponders Width of the base area / RFID transponder
- HH
- Höhe des RFID-Transponders Height of the RFID transponder
- HMAX H MAX
- maximale Höhe des RFID-Transponders maximum height of the RFID transponder
- HMIN H MIN
- minimale Höhe des RFID-Transponders minimum height of the RFID transponder
- HMIT H MIT
- mittlere Höhe des RFID-Transponders average height of the RFID transponder
- ∆HMAX ΔH MAX
- Differenz zwischen HMAX und HMIN zwischen HMIT oder und HMIT Difference between H MAX and H MIN between H MIT or and H MIT
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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