CN102246187A - 具有低频功率辅助的物品级uhf rfid标签的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过以下方式增加安全标签读取范围的方法和系统：向所述标签提供可供选择的天线系统，以在不需要仅依赖来自射频识别(“RFID”)读取器的功率的情况下向RFID芯片供能。所述安全标签包括RFID芯片和连接至所述RFID芯片的第一天线电路，其中所述第一天线电路适于对来自RFID读取器的询问信号进行解码。所述安全标签也包括连接至所述RFID芯片的第二天线电路。所述第二天线电路适于感应来自从例如EAS发射器的至少可供选择的功率源接收的信号的功率，使得RFID芯片在RFID询问阶段期间能被供能并激活。

Description

具有低频功率辅助的物品级UHF RFID标签的系统和方法
技术领域
本发明整体涉及电子安全系统，并且具体地涉及通过向射频识别(“RFID”)标签提供另外的电子商品防盗(“EAS”)天线系统以向RFID标签中的RFID器件提供功率的方式，增加RFID标签读取范围的方法和系统。
背景技术
在本领域中物品询问系统是很普遍的。一种类型的物品询问系统是RFID系统。RFID系统被使用在包括例如零售环境中的许多不同应用中，以获得与RFID标识标签的物品相关的信息。例如，RFID标签可以被附着或整合在产品或产品包装内。使用RFID询问器(本文中也被称为“RFID读取器”)，在询问器的询问区内的RFID标签可以被激活并提供与RFID标签关联的物品相关信息(例如，产品描述符、序列号、位置等)。所述RFID询问器可以是固定的、便携式或手持式装置。
这些RFID标签接收射频(“RF”)信号，并对其响应以提供例如与RFID标签所附着的产品相关的信息。这通常使用例如电子产品代码(“EPC”)射频识别协议的标准空中接口协议实现。这样的信息可以包括与货架上的物品或库房的物品相关的库存信息。一般来讲，RFID标签内的调制器可以使用发射器向RFID读取器发射回信号或向RFID读取器反射回信号。所述被发射/反射的信号被称为回波信号。另外，可以使用RFID编码器向RFID标签传送信息(例如，编码信息)。因此，RFID系统通常被用于监控零售环境中产品库存，并使用RFID标签或发射器应答器用数据的存储和远程恢复进行产品识别。
典型的物品询问系统提供一个或多个物品级超高频(“UHF”)标签，所述标签从询问单元(即，RFID读取器)接收询问信号。所述询问单元也可以提供功率源信号以对标签供能并激活标签。然而，由于它们的天线尺寸小，因此标签可能一直不能从询问单元吸收足够的功率以被供能和被激活。如果从询问单元吸收的功率不足，则标签不能参与到RFID库存清查阶段。
电子商品防盗(“EAS”)系统是允许识别给定检测区域内的标记或标签的检测系统。EAS系统具有许多用途，但最常用作在防止商店商品盗窃或在办公大楼中取走财物的安全系统。EAS有多种不同形式并使用了多种不同的技术。例如，典型的声磁EAS系统包括电子检测单元、标签和或标记以及拆卸器或去激活器。所述检测单元可以例如被形成为底座单元、掩埋在地板下、安装在墙上或挂在天花板上。检测单元通常被放置在高人流区，例如商店或办公大楼的入口或出口。在操作时，EAS单元以例如58kHz的预定频率发射检测信息。被激活的EAS标签以大致对应的频率共振。EAS检测器可以检测到EAS检测区内的此共振信号，从而确定存在激活的EAS标签。虽然实现包括EAS(例如，声磁和RFID元件、基础RFID和EAS系统)的组合标签变得越来越普遍，但是所得的标签没有被整合到一个系统的各方面可以被用于向其它系统提供有益的效果的位置。例如，当前不存在通过提供无源RFID芯片功率源的补充装置使得RFID标签激活和读取范围得以扩展的系统。
因此，需要补充天线系统，所述天线系统将向标签和RFID芯片提供功率源，因此消除标签仅依赖RFID读取器向其提供功率源的需要。
发明内容
本发明有利地提供了用于通过提供另外的天线系统以向标签内的射频识别(“RFID”)装置提供功率的方式来增加RFID标签读取范围的方法和系统，其中所述标签内的功率是从电子商品防盗(“EAS”)系统接收的。在本发明的一个方面，提供了安全标签。所述标签包括射频识别(“RFID”)装置；连接至RFID装置的第一天线电路，所述第一天线电路适于对来自RFID读取器的询问信号进行解码；以及连接至RFID装置的第二天线电路。所述第二天线电路适于感应从至少可供选择的功率源接收到的信号的功率。
在另一方面，提供了组合RFID/EAS系统。所述系统包括产生RFID询问信号的RFID读取器和产生EAS询问信号的EAS发射器。所述系统还包括被布置用于接收EAS和RFID询问信号并发送响应信号的安全标签。所述安全标签包括RFID装置；连接至RFID装置的第一天线电路，其中所述第一天线电路适于对来自RFID读取器的询问信号进行解码；以及连接到RFID装置的第二天线电路。所述第二天线电路适于感应从至少RAS发射器接收的信号的能量。
在本发明的又一方面，提供了对安全标签供能的方法。所述安全标签接收来自RFID装置的询问信号。所述方法包括接收来自RFID装置的RFID信号，接收来自可供选择的装置的发射信号并且从所述已接收的发射信号感应能量，其中感应的能量使得所述安全标签被激活并参与到使用RFID装置的RFID库存清查阶段。
本发明的其它方面将在下面的描述中部分被提及，并且部分地将从以下描述中变得明显，或者可以通过实施本发明来获知。通过使用所附权利要求具体指出的元件和组合来实现并获得本发明的各方面。应该理解，之前的总体描述和下面的具体描述都只是示例性的和说明性的，而不是如权利要求所要求保护的本发明的限制。
附图说明
当结合考虑附图时，通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1是根据本发明的原理构造的示例性防盗系统的框图；
图2是根据本发明的原理构造的RFID标签的双天线设计的框图；
图3是根据本发明的原理构造的EAS底座系统的框图；以及
图4是根据本发明的原理构造的RFID货架读取系统的框图。
具体实施方式
在详细描述根据本发明的示例性实施例之前，应当注意，实施例主要结合涉及实现如下系统和方法的设备部件和处理步骤的组合，所述系统和方法通过使用另外的天线电路对射频识别(“RFID”)标签供能，使得RFID标签不仅仅依赖RFID读取器提供激活功率。因此，在附图中已经通过常规符号恰当表示了系统和方法的要件，仅示出对理解本发明实施例有关的那些具体细节，以便不会以对于阅读本文说明书的本领域的普通技术人员来说将容易明了的细节来模糊本发明。
本文使用的相关术语，比如“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等，可以仅用于将一个实体或元件与另一实体或元件区分开，而不是必定要求或暗示这些实体或元件之间的任何物理或逻辑关系或者次序。
本发明的一个实施例有利地提供了一种方法和系统，其用于提供响应于来自电子商品防盗(“EAS”)的信号的另外的天线系统，以向RFID芯片提供功率，导致RFID标签的读取范围得以扩展。现在参照附图(其中相似参考标号指代相似元件)，图1示出的是根据本发明的原理构造并且总体地被标注为“10”的防盗系统。系统10表示防盗系统，所述防盗系统可以包括电子商品防盗(EAS)安全系统的防盗特征和射频识别(RFID)的识别系统的物品识别特征。应该注意，本发明不限于用于特定类型的EAS系统，并且可以被用于各种类型的EAS系统，例如58KHz AM EAS系统或扫描RF EAS系统。
系统10能够当顾客还在商店内时警告雇佣的职员可能有偷窃行为。组合EAS技术与RFID技术可能给制造商提供巨大的利益，因为它们可以使用RFID追踪供应链中的库存并且使用EAS保证零售楼层中物品的安全。
再次参照图1，读取器12可以是例如用于向远程通信装置(即，标签16)发射询问信号14的读取器单元的形式。读取器12可以是RFID读取器或组合EAS/RFID读取器，其可以包括射频模块(发射器和接收器)、控制单元、标签的连接元件和功率源。另外，许多读取器都装配有接口硬件，使得能够向其它系统(例如，PC、自动控制系统等)发送从标签接收的数据。
读取器12包括天线18，所述天线18发射无线电信号以激活标签16并从中读数据或向其中写入数据。天线18提供标签16和读取器12之间的中转，其控制系统的数据获取与通信。如果多个标签连续穿过询问区，则由天线18产生的电磁场持续存在。如果持续询问不是应用的需求，那么感测装置可以激活电磁场，因而节能。
标签16是电子发射器/应答器(通常被放置在物体上或内置在物体内)，代表RFID询问系统的实际的携带数据的装置。标签16响应已发送或传送的请求信号14，将其作为来自RFID询问器(即，读取器12)的经编码的数据。标签16使用射频波在开放的空中接口上发射无线信号，以彼此通信。标签16包括有源或无源RFID组件。标签16可以可选择地包括EAS元件，例如，声磁(“AM”)组件。
读取器12在询问范围内发射无线电波，所述范围根据输出的功率和使用的频率而变化。当标签16进入并穿过电磁区域时，它感测读取器的激活信号。读取器12接着对标签的集成电路(IC)内经编码的数据进行解码，并将数据传递到主计算机以进行处理。
通常，天线18与读取器12内的发射器和解码器被封装在一起。根据所需的应用，读取器12可以是手持装置或固定定位/固定安装的配置。天线18能够向标签16发送EAS和/或RFID询问信号14，并且还能够接收来自标签16的响应通信信号20。标签16通常包括RFID天线22，所述天线22吸收来自读取器RFID发送信号的功率。然而，为了向标签16提供另外的功率以使其在不仅只依赖读取器12提供其工作功率的情况下能运行，本发明有利地提供了另外的天线系统，使得标签16的RFID读取范围得以扩展。系统10还包括向标签16发送询问信号的EAS发射器15。如下面更详细讨论的，例如经常嵌入EAS地板底座中的类型的EAS发射器15可以通过询问信号提供功率，以当来自读取器12的功率原本不足以激活标签16时激活标签16。
图2示出根据本发明的原理构造的标签16。标签16包括RFID芯片24、UHF天线电路22和另外的低频天线线路26。当UHF天线电路22运行以对来自读取器12的RFID询问信号14解码时，低频天线电路26用于接收来自其它功率源的能量，例如，来自EAS底座和嵌入在例如货架读取器系统中的EAS发射天线的能量。低频天线电路26电感耦合至标签16的发射器并运行在近场读取区域中。
在一个实施例中，天线电路26在低频(例如，58KHz)下共振。例如，电路26可以包括被实现为空气芯或铁氧体芯线圈和电容器的共振RLC电路，如图2所示。58KHz EAS系统能够检测标签的共振RLC电路并将其识别为正常的防盗EAS目标。EAS系统与UHF RFID读取器12协同工作，以在读取器12和标签16之间通信的RFID库存清查阶段期间在58kHz下或接近58kHz下向标签16提供能量。在不仅依赖RFID读取器12提供所需功率的情况下，以此方式向标签16提供另外的功率，使得标签16被供能并参与到UHF库存清查阶段。因此，EAS检测系统不仅可以提供对财产的检测，而且可以在没有增强RFID读取性能的情况下能够另外地从这些从这些财产中收集RFID数据。此相同的增强检测可以应用于在其它频率下工作的EAS系统。
图3示出了使用低频率天线电路26实现RFID标签16的实例。图3表示带有RFID读取器12、多个标签16和一对EAS底座的58KHz下脉动的EAS底座系统的布局。标签16被设计为无源装置，其使用EAS底座系统不仅从RFID读取器12，而且还从常规58kHz EAS底座系统发射的场中接收功率。因为仅某类标签16可以检测并且被读取器12供能，所以本发明通过使得在每个标签内的低频天线电路26以给定的频率共振提供双功率模式。这提供了优于传统无源UHF RFID标签的优点，所述传统无源UHF RFID标签仅使用来自读取器12的入射能量对RFID芯片24中的无源RFID电路供能。
本发明能够当RFID标签16穿过EAS底座28时，可靠地读取RFID标签16，而不读取位于出口底座附近的物品级标签。有利地，本发明给EAS底座28提供了额外的标签激活源，以保证仅给EAS底座28之间的标签16供能并且被读取器12清查，并且解决读取底座之间区域之外标签的问题。在现有技术系统中，所述底座妨碍可靠地检测并报告离开零售商店的物品。
在可供选择的实施例中，可供选择的功率源不是EAS发射器。例如，标签16可以由以预定频率发射信号的装置供能。因为低频天线电路26以预定频率共振，所以它可以接收以共振频率发送信号的其它源的能量。因此，本发明不限于仅将EAS发射器作为可供选择的功率源，而是包括以合适频率提供发射信号的任何功率源。
图4示出了本发明的可供选择的示例性利用。在本实施例中，RFID读取器12被用于货架库存清查系统。货架A至D均容纳将被RFID读取器12查询的物品。每件物品包括附接或以其它方式附于其上的标签16。每个货架包括EAS发射天线30。本发明能够使用从低频(例如，58KHz)回路天线(即，EAS发射电线30)的多路复用系统发射的可供选择的功率源，所述回路天线被布置在商店货架上，以对双功率源RFID标签16供能，使得仅对被低频功率源30“照射”的标签16供能并且因此可以在RFID库存清查阶段可见。由EAS发射器电路34供能的复用器(“MUX”)32控制每个EAS发射天线30。因此，具体的货架或货架位置可以通过MUX32选择性被提供能量，并且与传统的货架读取器系统相比被更准确地清查，并且花费更低。
为了通过可供选择的源EAS发射天线30对每个标签16供能，每个标签16包括回路天线电路26，所述回路天线电路26与EAS天线30的发射器场耦合并产生足够对标签16中的RFID芯片24供能的能量。现在提供如何通过EAS发射天线30对每个RFID芯片24供能的实例。假设EAS天线发射场的频率是58kHz，接近于发射天线底座中心的场强(H)为0.1奥斯特，并且RFID芯片24需要5微瓦特(5x10-6瓦特)来运行，则将设计为100转的线圈绕成正方形线圈(例如1.5英寸x1.5英寸)将会导致在EAS底座30中心产生约0.5伏的电压。这种类型线圈的内部阻抗通常为20欧姆。RFID芯片24的天线电路26的负载被设计成与此线圈的阻抗匹配，即负载将为20欧姆。因此传输到负载的功率将接近7mW，这对于给RFID芯片24供能绰绰有余。
在示例性实施例中，通过使用整流二极管和电容电路或其它能量存储装置向RFID芯片24供能。因为功率输送系统供应脉冲(在上述实例中，在1.6ms的持续时间内以90Hz发出58kHz脉冲)，所以标签16将需要从发射场接收能量并且在其能量存储电路或装置中存储足够的能量，以在来自EAS发射天线30的下一脉冲猝发之前保持对RFID芯片24供能。一旦被供能，RFID标签24将被“唤醒”，并且能够在RFID库存清查阶段与RFID读取器12通信。
本发明可以以硬件、软件或硬件与软件的组合来实现。适于执行本文所述方法的任何类型的计算系统或其它设备都适于执行本文所描述的功能。
硬件与软件的典型组合可能是具有一个或多个处理元件和存储在存储介质上的计算机程序的专用或通用计算机系统，当加载并执行所述程序时，该程序控制计算机系统以使其执行本文所述的方法。本发明还可以嵌入计算机程序产品中，该计算机程序产品包括能够实现本文所述方法的所有特征，并且当将其加载到计算系统中时能够执行这些方法。存储介质是指任何易失性或非易失性存储器件。
在本发明上下文中的计算机程序或应用程序指的是任何语言、代码或符号的一组指令的表达，意在用来直接地或者按照下述方式之一或两者来使具有信息处理能力的系统执行特定功能：a)转换为另一语言、代码或符号；b)以不同的物质形式再现。
另外，除非以上做了相反陈述，应当注意所有附图没有按照比例绘制。明显地，在不脱离本发明精神或本质属性的情况下可以以其它特定形式来实现本发明，并且相应地，必须参照所附权利要求而非前述说明书来指示本发明的范围。

Claims (19)

1.一种安全标签，包括：
射频识别(“RFID”)装置；
连接至所述RFID装置的第一天线电路，所述第一天线电路适于对来自RFID读取器的询问信号进行解码；以及
连接至所述RFID装置的第二天线电路，所述第二天线电路适于感应来自从至少可供选择的功率源接收的发射信号的能量。
2.如权利要求1所述的安全标签，其中所述第一天线电路在比所述第二天线电路更高的频率下工作。
3.如权利要求1所述的安全标签，其中所述可供选择的功率源是电子商品防盗(“EAS”)发射器。
4.如权利要求1所述的安全标签，其中所述第二天线电路电感耦合至所述可供选择的功率源。
5.如权利要求3所述的安全标签，其中所述第二天线电路包括能由所述EAS发射器检测的共振电路，以将所述共振电路识别为EAS标签装置。
6.如权利要求1所述的安全标签，其中由所述第二天线电路感应的所述能量使得所述安全标签被激活并参与到使用所述RFID读取器的RFID库存清查阶段。
7.如权利要求1所述的安全标签，还包括能量存储元件，其中由所述能量存储元件存储所述感应的能量。
8.如权利要求1所述的安全标签，其中所述存储的能量大于所述安全标签消耗的能量，使得所述安全标签在所述可供选择的功率源的发射脉冲猝发之间保持被供能。
9.一种组合射频识别(“RFID”)/电子商品防盗(“EAS”)系统，所述系统包括：
RFID读取器，所述RFID读取器产生RFID询问信号；
EAS发射器，所述EAS发射器产生EAS询问信号；以及
安全标签，所述安全标签被布置用于接收所述EAS询问信号和所述RFID询问信号并发射响应信号，所述安全标签包括：
射频识别(“RFID”)装置；
连接至所述RFID装置的第一天线电路，所述第一天线电路适于对来自RFID读取器的询问信号进行解码；以及
连接至所述RFID装置的第二天线电路，所述第二天线电路适于感应来自从至少所述EAS发射器接收的信号的能量。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述第一天线电路在比所述第二天线电路更高的频率下运行。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述安全标签的第二天线电路电感耦合至所述EAS发射器。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述安全标签的所述第二天线电路包括共振的电路，所述共振电路能被所述EAS发射器检测以将所述共振电路识别为EAS目标装置。
13.如权利要求9所述的系统，其中被所述安全标签的所述第二天线电路感应的能量使得所述安全标签被激活并参与到使用所述RFID读取器的RFID库存清查阶段。
15.如权利要求9所述的系统，还包括能量存储元件，其中由所述能量存储元件存储所述感应的能量。
16.如权利要求9所述的系统，其中所述存储的能量大于所述安全标签消耗的能量，使得所述安全标签在所述EAS发射器的发射脉冲猝发之间保持被供能。
17.如权利要求9所述的系统，其中所述EAS发射器是所述RFID读取器的一部分。
18.一种为安全标签供能的方法，所述安全标签接收来自射频识别(“RFID”)装置的询问信号，所述方法包括：
从所述RFID装置接收RFID信号；
从可供选择的装置接收发射信号；以及
感应来自所述接收的发射信号的能量，所述感应的能量使得所述安全标签被激活并参与到使用所述RFID装置的RFID库存清查阶段。
19.如权利要求18所述的方法，还包括存储所述感应的能量，其中所述存储的能量大于所述安全标签消耗的能量，使得所述安全标签在所述发射信号的脉冲猝发之间保持被供能。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述可供选择的装置为电子商品防盗(“EAS”)发射器。
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