CN101443796A - 装有rf防盗天线和uhf rfid应答器的标签 - Google Patents

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Abstract

本发明在同一个标签上将UHF天线和RFID集成电路与工作在RF模式的EAS天线相关联起来，从而不用在需保护和/或跟踪的产品上再添加第二个标签。本发明的一个方面是使用环形天线，而将集成电路连接到环形天线上。集成电路可以由于与将被连接的UHF天线的电容性感应而进行工作。本发明还提出了制造这样的标签的方法和使用这样的标签的方法。

Description

装有RF防盗天线和UHF RFID应答器的标签
技术领域
本发明的目的是将保证对物品或商品的可跟踪性的RFID系统安装在还具有在5到10MHz之间工作的标准RF防盗天线的标签上。
背景技术
库房和商店管理人员主要关心的与商品流有关的事务中有些首先是对物品的可跟踪性(即，对物品的标识、定位和对物品移动情况的监视)，其次是对物品的防盗，特别是在销售点。
第一个主要关心之处是防止物品在销售点被盗。现在，越来越多的防盗标签根据源头加标签的原则在商品制造或封装期间就加入物品中。在源头处(即，在制造或封装制品期间)加防盗元件就不需要在产品的流通期的其他阶段加防盗元件了。
现有几种类型的防盗系统出售。两种在世界范围内销售最好的系统是带有在5到8.2MHz之间工作的线圈或环形天线的射频(RF)防盗系统和带有在58KHz工作的元件的声磁系统。
EAS(电子制品监视)系统在穿过频率与天线谐振频率一致的交变磁场时发回通过天线谐振的信号，这个交变磁场由设置在商店出口处的终端提供。在现有技术中，EAS天线发回的信号并不包括任何标识符。
库房和商店管理人员的第二个主要关心之处是对库房或商店内的物品进行远程识别和定位。物品识别可以用射频识别(RFID)系统实现。这些系统包括读出器和应答器。读出器包括无线电波和磁场发射机，它接收来自处在它的读出范围内的应答器(收发机)的响应。应答器包括带或不带存储器的集成电路和天线。
RFID市场通常根据所用的频率范围分为：
-低频RFID(100-250KHz)
-高频(HF)RFID(12MHz-100MHz)
-超高频(UHF)RFID(400MHz-2.45GHz)
UHF RFID越来越多地用来保证对物品或消费商品的适当监视。为此，将包括UHF天线和集成电路的应答器加到需跟踪的商品或物品上。天线设计成使它的电感具有能与集成电路电容形成谐振电路的特定值。系统与发射功率和工作频率范围必须适合在不同国家内现行法律和条例的要求的接收器或读出器通信。
在现有技术中，应答器制成纸标签、卡片标签、粘胶标签、价格标签、外表数据标签或其他载体。然后，将这些标签添加到产品上。例如，可参见美国专利6,147,662(北美Moore公司)和专利申请WO2005/119617(英国Filtrona股份有限公司)。现在，虽然往往希望能从产品的制造到销售或者从配送中心到销售点一直保持对产品的监视，然而在物品制造后再给物品添加新的标签是费钱和费力的。
目前在源头处只可以加防盗元件，因为UHF元件是在销售链内稍后阶段添加的。此外，还没有任何将HF RF防盗元件与UHF RFID元件组合在单个不可分的载体或者说同一个标签上的产品。
最近的一些专利申请(US 2004/0089707，US 2004/0263319，WO2004/104958)提出了一些具有射频识别和防盗功能的装置，但具有颇为复杂的制造和/或使用方法；文件WO 2004/104958(检查点系统(Checkpoint System))涉及一种“硬标签”型的装置，特别是可用于保护服装物品。如果要将这样的装置用于价值较低的商品，它的生产成本确实是一个主要关心之处。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种能执行防盗(EAS)标签和UHFRFID型应答器的功能的标签，其特征在于它包括：
(a)作为基片的塑料片4；
(b)能以射频模式工作的EAS环形天线2；以及
(c)装有UHF偶极子天线3的应答器。
本发明的另一个目的是提供一种制造(称为“RFID/防盗标签”)的标签的方法，这种方法包括下列步骤：
(a)在第一基片上制造自感应线圈型的环形天线；
(b)将集成电路安置在所述环形天线上，以制成第一组合件；
(c)制造包括都在同一个第二基片上施加、蚀刻或制作的RF EAS天线和UHF天线的中间产品；以及
(d)通过将在步骤(b)制成的第一组合件定位和粘贴到在步骤(c)制成的所述中间产品的与UHF天线相对的正面或背面，制作第二组合件；
并且其中步骤(a)和(b)依次执行，而步骤(c)可以在步骤(a)和(b)之前、同时或之后执行。
本发明的另一个目的是提供使用这样的RFID/防盗标签的方法。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施例的标签1，其中EAS天线2和UHF偶极子天线3蚀刻在基片4的同一个(称为正面的)面6上。
图2示出了带有集成电路11的作为环(自感应线圈)5的微型天线。
图3示出了根据本发明另一个实施例的标签1，在图1的标签上，基片4的背面7添加有环5和集成电路11。
图4示出了沿图3的装置的A-A线切剖的剖视图，其中：集成电路11的触点10与环5的线股电连接，环5和集成电路11处在基片4的背面7，而UHF偶极子天线处在基片4的正面6。
图5示出了带有集成电路11的带状微型天线12。
图6示出了根据本发明又一个实施例的标签1，其中：带状天线12添加到图1的标签上，集成电路11添加在基片4的正面6。
图7沿逻辑链示出了涉及使用根据本发明的标签的方法的流程图。
具体实施方式
本发明在同一个标签上将UHF天线和RFID应答器与以RF模式工作的EAS天线相关联起来，从而不用在需保护或跟踪的产品上再添加第二个标签。
本发明所解决的第一个问题涉及将两个天线装在同一个标签上，第一个RF EAS防盗天线优选的是工作在从2到10MHz更优选的是在5到8MHz之间的共振频率，而第二个UHF天线优选的是工作在从0.8到2.5GHz的共振频率，其功能是标识和跟踪物品。
RF EAS天线最常见的是用铝制作，根据在塑料载体的两面采用减铝(典型地通过蚀刻)技术，载体例如是聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的。这些天线通常做成线圈或闭环的形状。一旦在基片的两个面上形成了RF EAS天线，必须提供保证两个面上的淀积物之间的电连续的桥路，通常是用机械压接或用镀通孔(“通孔”)。可以不用EAS的RF天线，以与工作在UHF频率范围内的集成电路谐振。
另一方面，本发明的发明者观察到，该技术领域内的专业人员通常所用的RF EAS天线制造方法可以基于与用于EAS天线的相同的技术在EAS天线附近制作工作在UHF模式的第二天线。这个UHF天线通常是偶极子天线。它例如可以是普通的偶极子天线，也可以是带有阻抗调整环的偶极子天线。
为了不妨碍两个天线的正常工作，即使它们在相隔很远的频率范围内工作，这两个天线之间也必须保持大于最小间距。为了简化制造方法，UHF天线可以与RF EAS天线同时制作。
在一个具体实施例中，EAS天线和/或UHF天线使用例如为模切那样的金属减除的机械方法制作。
本发明所解决的另一个问题涉及将UHF集成电路与和RF EAS天线同时制作的UHF天线组装在一起。确实，为了得到RF EAS天线的最佳性能和限制它的成本，通常将所述天线淀积在用聚丙烯或PET制成的基片上。在这种载体上，用倒装片法技术将集成电路互连到UHF铝天线上是困难的，因为首先聚丙烯经不起适当焊接集成电路所需的温度，其次整个系统是高度挠性的，集成电路在用常规方式固定时就不很容易。这些问题可能就是为什么还没有人考虑将RFEAS天线和UHF天线淀积在同一个基片上的原因。
为了解决这个问题，使集成电路与UHF天线之间能够连接，本发明的一个方面在于使用由铝或铜或者基于导性墨水(例如通过丝网印刷淀积的)制成的或者由任何其他适当的导性材料制成的环形天线，集成电路将连接到该环形天线上，这个集成电路可以通过与UHF天线电容性感应进行工作。环形天线的尺寸取决于集成电路的电容值。根据本发明另一个实施例，还能将集成电路连接到几毫米的微型天线例如带状偶极子微型天线上。所述带状天线可以压接到UHF天线上，也可以用导电胶电粘接到UHF天线上。
根据本发明，将电容性集成电路接到起磁谐振器作用的自感应线圈型的天线例如环形天线上。自感应线圈天线的大小必须使得它可以根据公式 F = 1 / ( π 2 LC ) 进行LC谐振，其中C为集成电路的电容。这个自感应线圈天线有益地体现为一个环或微型股线。它通过与UHF天线感应进行工作，它的股线做成长度使它可以在所希望的频率上工作。
自感应线圈天线可以用铝、铜、导性墨水或任何其他适当的导性材料制成，优选的是制作在用诸如PET之类的塑料或任何其他具有充分耐热性的塑料材料制成的基片上。天线电感根据集成电路11的电容值确定。通常，自感应线圈天线比UHF天线小，也就是说比UHF天线短；微型天线可以适合这个用途。集成电路11通过倒装片法或任何其他类型的连接接到自感应线圈天线5的股线上。集成电路11可以粘到淀积有环或微型股线的基片上。对于这个微型股线天线(通常称为带状天线)来说，每股线的股线长度在2到3mm的数量级也许是适当的，但是确切长度并不是关键性的。
然后，将在自感应线圈天线5的基片优选的是用塑料制成的基片上的自感应线圈天线5与集成电路11一起优选的是用粘合剂粘贴到基片4的正面6或背面7上与UHF天线相邻。例如，可以将包括自感应线圈天线5和集成电路11的基片直接粘成与UHF天线接触，或者粘到覆盖UHF天线和RF EAS天线的保护载体上。
在一个有益的实施例中，对自感应线圈天线的定位是通过将它粘贴到预先淀积在HF和UHF天线的塑料或纸载体的背面的粘接剂上来实现的。
自感应线圈天线5定位成与UHF天线的两个股线相对，作为辐射元件进行工作。
在集成电路11与它的自感应线圈天线5一起配置成与提供大电容的UHF天线3的两个股线相对时，UHF天线3就变成为与处在电路另一面的辐射元件完全静电绝缘。
该绝缘使得可以接触辐射元件而不会与集成电路有任何物理接触，从而绝不会由于静电的作用而使所述天线的性能有所降低。
自感应线圈天线通过与UHF偶极子天线电容性耦合进行工作。这样就可以通过耦合对集成电路馈电，从而允许远程读出存储在集成电路11的存储器内的标识符。
在偶极子微型(带状)天线的情况下，如果带状天线配置在标签1的背面7，就通过电容性作用引起谐振，而如果微带天线配置在正面6，就通过电传导引起谐振。
在本发明的一个有益的实施例中，RF模块在UHF模式可以工作在850到950MHz的一个频率上和2.3到2.5GHz的一个频率上，基站在运行时工作在从100mW到16W的功率，进行不接触的物品识别，符合现行国家条例；而防盗功能可以2到10MHz之间的射频模式实施。
自感应线圈天线将允许RFID装置用近场模式对含有液体(诸如水)或金属的物品进行操作。
本发明的另一个目的是提供制造上述应答器的制造方法。这种方法包括下列步骤：
(a)在第一基片上制造自感应线圈天线或淀积偶极子天线；
(b)将集成电路安置在所述自感应线圈天线或偶极子天线上，从而制成第一组合件；
(c)制造包括都在第二基片的同一面上淀积的RF EAS天线和UHF天线的中间产品；以及
(d)通过将在步骤(b)制成的第一组合件定位和粘贴到在步骤(c)制成的所述中间产品的正面或背面上与UHF天线相对，制造第二组合件；
其中步骤(a)和(b)依次执行，而步骤(c)可以在步骤(a)和(b)之前、同时或之后执行。
在定位和粘贴在步骤(b)制成的第一组合件期间，粘贴可以通过用标准粘接剂粘合来实现。自感应线圈天线或偶极子天线必须对着在步骤(c)制作的UHF天线粘贴在第二基片4的正面6或背面7上，使得第一组合件的这些部件可以通过与UHF天线电容性耦合进行工作。
步骤(a)和(b)顺序执行。步骤(c)在时间次序上与步骤(a)和(b)无关，可以按任何次序例如在步骤(a)和(b)之前、同时或之后执行。
在步骤(c)，RF EAS天线可以制造在基片的两个面上，而在这种情况下，必须提供两个金属面(通常，这金属是铝)之间的桥接，典型的是通过压接或利用通孔来提供的。
集成电路可以通过倒装片法连接到自感应线圈天线上。
RF EAS-HF和UHF天线可以例如通过对复合铝-塑料或铝-纸的材料制成的卷形物上的铝进行蚀刻来制作，其中塑料可以是例如聚丙烯或PET。
然后，根据层叠方法用粘接剂或任何其他适当装置或方法将自感应线圈天线5或偶极子天线12和集成电路11安置在基片4的背面7或正面6。有益的是，基片4用诸如PET之类的塑料制成。
本发明还涉及使用上述应答器来提供防盗保护和/或因此受保护的物品的可跟踪性，优选的是同时提供这两种功能。
这种使用(称为“RFID/防盗标签”的)标签的方法包括下列步骤：
(a)在制成需保护和/或跟踪的产品后就将RFID/防盗标签结合到所述产品上；
(b)将数据D装入标签的集成电路，并激活RF EAS天线；
(c)在所述产品出厂到在销售点检验产品合格时对EAS天线去活之间读数据D至少一次；以及
(d)在所述销售点检验产品合格时就将EAS防盗天线去活；步骤(a)和(b)可以以任何次序执行，而步骤(c)和(d)以所标次序和在步骤(a)和(b)后执行。
EAS防盗以常规方式施行。
至于UHF部分，读出器的天线发射将为集成电路提供能量的UHF波。磁环路通过与优选设置在防盗天线周边的UHF偶极子天线的电容性效应进行工作。通过UHF天线，集成电路向读出器的接收天线发送数据。这些数据可以标识加有标签的物品。
使用上述装置的方法例如如图7所示：
(a)在制造需保护和/或跟踪的产品后就将RFID/防盗标签结合到所述产品上；
(b)利用数据D初始化标签的集成电路，并激活RF EAS天线；
(c)在所述产品出厂到在销售点检验产品合格时对EAS天线去活之间读数据D至少一次；以及
(d)在所述销售点检验产品合格时就将EAS防盗天线去活；步骤(a)和(b)可以以任何次序执行，而步骤(c)和(d)以所标次序和在步骤(a)和(b)后执行。数据D为与需保护和/或跟踪的产品有关的数据。
在库房内，本发明所提出标签的主要功能是借助于RF-HF EAS天线的防盗功能和借助于RFID应答器的库存管理功能。
这种使用方法具有许多优点。使用这种RFID/防盗标签由于将可跟踪性功能同时同地地与防盗系统相结合则有利于对物品和消费商品进行源头加标签。这种集成在一起有利于广泛应用RFID解决方案，并将RFID系统集成的成本限制在物品级。
实例
通过在用聚丙烯(PP)制成的呈现为卷起薄片的第一基片上进行铝蚀刻来制成EAS天线，所述EAS天线设计成能在8.2MHz左右的频率上谐振。同时，制成设计成能在915MHz、950MHz或869MHz频率(与三个不同的实施例相应，频率根据不同国家的现行条例选择)上谐振的UHF偶极子天线。EAS天线制造在薄片的两个面上，通过机械压接实现电连接。
然后，在用PET或纸制成的第二基片上通过淀积导性墨水淀积环形微型天线，再将集成电路接到这个天线上。然后，用双面粘接剂将这个带有环形天线和集成电路的第二基片粘到用PP制成的第一基片的背面。

Claims (9)

1.一种能够执行防盗(EAS)标签和UHF RFID应答器的功能的标签，其特征在于包括：
(a)作为基片的塑料片(4)；
(b)能够以射频模式工作的EAS环形天线(2)；以及
(c)包括UHF偶极子天线(3)的应答器。
2.根据权利要求1所述的标签，其中所述EAS天线和UHF偶极子天线淀积在所述基片(4)的同一面(6)上。
3.根据权利要求1或2所述的标签，其中还包括：
(i)自感应线圈天线(5)或带状偶极子天线(12)；以及
(ii)集成电路(11)，
两者都淀积在所述基片(4)的正面(6)或背面(7)上。
4.根据权利要求3所述的标签，其中所述自感应线圈天线(5)或所述偶极子天线(12)制作在优选为塑料薄片的载体上，而所述载体粘在所述基片(4)的正面(6)或背面(7)上。
5.一种制造根据权利要求3或4所述的标签的方法，包括下列步骤：
(a)在第一基片上制造自感应线圈天线或淀积偶极子天线；
(b)将集成电路安置在所述环形天线上或所述偶极子天线上，以制成第一组合件；
(c)制造包括都在第二基片的同一面上淀积、蚀刻或制作的RFEAS天线和UHF天线的中间产品；以及
(d)通过将在步骤(b)制成的第一组合件定位和粘贴到在步骤(c)制造的所述中间产品的正面或背面与UHF天线相对，制造第二组合件；
其中步骤(a)和(b)依次执行，而步骤(c)可以在步骤(a)和(b)之前、同时或之后执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在步骤(d)，将第一组合件粘贴到所述中间产品的正面或背面是通过粘合完成的。
7.根据权利要求或6所述的方法，其中在步骤(c)，EAS天线和/或UHF天线是用减去式金属技术制造的。
8.一种使用根据权利要求3或4所述的(称为“RFID/防盗标签”)的标签或通过实现根据权利要求5或6所述方法而得到的标签的方法，所述使用方法包括下列步骤：
(a)在制造需保护和/或跟踪的产品后就将RFID/防盗标签结合到所述产品上；
(b)用数据D初始化标签集成电路，并激活RF EAS天线；
(c)在所述产品出厂到在销售点检验产品合格时对EAS天线去活之间读取数据D至少一次；以及
(d)在所述销售点检验产品合格时就将EAS防盗天线去活；步骤(a)和(b)可以以任何次序执行，而步骤(c)和(d)以所指明的次序并在步骤(a)和(b)后执行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述数据D是与需保护和/或跟踪的产品有关的数据。
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