CN103081224B - 用于组合eas和rfid标贴或标签的宽带宽混合天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表现多重共振的射频识别（RFID）天线。在一个示例性实施例中，偶极天线和回路天线被设置在基板上，并具有表现多重共振的尺寸和取向。偶极天线可表现具有第一长度的第一偶极段和有第二长度的第二偶极段。回路天线可被设置在偶极天线的区域中。回路天线的周长与偶极段的长度的总和的比率可被选择以表现多重共振。

Description

用于组合EAS和RFID标贴或标签的宽带宽混合天线

技术领域

本发明一般涉及宽带天线，更特别地，涉及用于宽带射频识别（RFID）天线的方法和系统。

背景技术

在用于防止或吓阻未授权地从受控区域取出物品的领域中，电子物品监视（EAS）系统是公知的。在典型的EAS系统中，EAS标识器（标签或标贴）被设计为与位于诸如零售店的受控区域的出口上的电磁场交互作用。这些EAS标识器被固定于被保护的物品上。如果EAS标签被带入电磁场或“询问区域”中，那么检测到标签的存在并采取适当的行动，诸如产生警告。对于授权的物品的取出，EAS标签可被去激活，被去除或者绕过电磁场以防止EAS系统的检测。

射频识别（RFID）系统在本领域中也是公知的，并且可被用于大量的应用，诸如管理库存、电子存取控制、安全系统和收费公路上的汽车的自动识别。RFID系统一般包含RFID读取器和RFID器件。RFID读取器向RFID器件传送射频载波信号。RFID器件用通过由RFID器件存储的信息编码的数据信号响应载波信号。

对于在零售环境中组合EAS和RFID功能的市场需求迅速出现。现在具有用于入店行窃保护的EAS的许多零售店依赖于库存控制的条形码。RFID在条形码上提供更快和更详细的库存控制。零售店已为可重新使用的硬标签支付相当多的费用。由于库存控制的效率提高以及损失防止，向EAS硬标签添加RFID技术可很容易地补偿增加的成本。

在美国专利申请公开No.2008-0068177中描述了作为EAS标签和RFID标签动作的双重技术标签，在这里加入其全部内容作为参考。该公开公开了通过调整RFID天线的长度被调谐到希望的工作频率的单个共振RFID天线的使用。由于该天线的较窄的带响应，因此，必须根据使用标签的国家或地区的电信规章将天线调谐到特定的频率。例如，欧洲电信标准协会（ETSI）和美国联邦通信委员会（FCC）分别对于EAS/RFID系统规定不同的频率范围。调谐到单个RFID共振频率的标签设计是不能同时在欧洲和美国市场使用的。制造被调谐为用于多个市场的多个版本的标签增加制造成本。

因此，需要提供足够宽的带宽以允许在多个频率区域中使用的RFID天线。

发明内容

本发明有利地提供用于宽带天线的方法和系统。更特别地，本发明提供可在多个区域中即通过使用不同操作频率用于安全标签中的射频识别（RFID）宽带天线的方法和系统。根据一个方面，RFID天线具有偶极天线，该偶极天线包含具有第一长度的第一偶极段和具有第二长度的第二偶极段，第一和第二偶极段中的每一个沿相反的方向被设置。在偶极天线的区域中，设置具有周长的回路，回路与第一偶极段电耦合并与第二偶极段电耦合。第一和第二偶极段的长度和回路的周长被选择，以在预定的频带中实现双重共振。

根据另一方面，本发明提供一种组合电子物品监视（EAS）/RFID安全标签。标签包含EAS部件、偶极天线和磁回路。偶极回路含有具有第一长度的第一段和具有第二长度的第二段。回路天线具有周长，并位于第一段与第二段之间。偶极天线和回路天线的尺寸被选择以在频带中表现双重共振。

根据又一方面，本发明提供一种提供RFID天线的方法。方法包括选择偶极天线和回路天线的尺寸和取向，以在选择的频带中表现双重共振。方法还包括在基板上设置被构图为表现选择的尺寸和取向的偶极天线和回路天线的导体。

附图说明

结合附图参照以下的详细的描述，可以更容易地理解本发明的更完整的理解及其伴随的优点和特征，其中，

图1是根据本发明的原理构建的第一示例性混合天线的示图；

图2是根据本发明的原理构建的天线的频率响应的示图，这些天线具有不同尺寸的与半波偶极耦合的矩形回路天线；

图3是根据本发明的原理构建的第一示例性混合天线的示图；

图4是显示双重共振的图3的天线的测量的频率响应的示图；

图5是根据本发明的原理构建的第三示例性混合天线的示图；

图6是显示双重共振的图5的天线的测量的频率响应的示图；

图7是根据本发明的原理构建的组合EAS和RFID安全标签的分解图；

图8是用于设计具有宽带频率响应的RFID天线的示例性过程的流程图。

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，注意，实施例主要属于与实现提供宽带性能的多重共振天线有关的装置部件和处理步骤的组合。因此，在附图中适当地通过常规的符号表现系统和方法成分，这些附图仅表示与理解本发明的实施例有关的那些特定的细节，以不使本领域技术人员很容易想到的对于这里的描述有益的细节混淆本公开。

如这里使用的那样，诸如“第一”和“第二”和“顶部”和“底部”等的关系术语可被单独使用以区分一个实体或元素和另一实体或元素，但未必要求或意味着这些实体或元素之间的任何物理或位置关系或次序。

公开表现多重共振以提供宽带响应的射频识别（RFID）天线。在一个实施例中，偶极天线和回路天线被设置在基板上并具有表现多重共振的尺寸和取向。虽然这里描述表现双重共振的天线，但这仅是一个例子。根据这里描述的本发明的原理构建的具有多重共振的天线被所附的权利要求书涵盖。偶极天线可表现具有第一长度的第一偶极段和具有第二长度的第二偶极段。回路天线可被设置在偶极天线的区域中。回路天线的周长与偶极段的长度的总和的比可被选择以表现多重共振。回路周长指的是围绕回路天线的平均长度。偶极总长指的是从一个偶极分支的端部到另一偶极分支的端部的平均路径长度。

现在参照附图，在这些附图中，类似的附图标记表示类似的要素，在图1中，表示具有长度“l”的简单半波偶极天线6的第一示例性实施例，该简单半波偶极天线6具有位于偶极天线6的分支之间的回路天线8，该回路天线8具有由((“w”+“h”))*2)定义的周长。RFID芯片可位于回路天线8的某点上，并与回路天线电导耦合。图2是位于简单半波偶极6之间针对8、10、12、14和16毫米（mm）的回路周长的不同尺寸的矩形回路天线8的频率响应的示图。可以看出，随着回路天线的周长尺寸增加，第二共振变得更明显，并且沿向着轻微减小的第一共振的方向移动，并且随着回路周长尺寸增加向左移动。双重共振的存在对于RFID天线提供宽带响应，使得单个天线结构在对于EAS/RFID系统规定的ETSI和FCC范围上均可响应。特别地，当回路周长与偶极长度的比大于一定的值时，天线表现多重共振。例如，对于约0.35的比率，当回路周长为约14mm时，共振之间的频率展开度为约160兆赫兹（MHz）。对于约0.37的比率，当回路周长为约16mm时，双重共振之间的频率展开度为约150兆赫兹（MHz）。

图3是统一表示为RFID天线“10”的第二示例性混合RFID天线。RFID天线10包括包含第一偶极段12和第二偶极段14的偶极天线。在一个实施例中，偶极段12和14是辐射希望的远场图案的螺旋导体。RFID天线10包含辐射希望的近场的回路天线16。回路天线16位于由偶极段12和14形成的偶极天线的大致中心区域上。位于回路天线16的端点上的是RFID集成电路器件18，当RFID器件18在接收模式中动作时接收由RFID天线10获取的信号，并且当RFID器件18在传送模式中动作时通过RFID天线10发送信号。

偶极段12和14的长度和回路天线16的周长被选择，使得RFID天线10表现多重共振，从而导致宽带频率响应。具体而言，回路天线16的周长与偶极段12和14的长度的总和的比率被选择，以实现希望的多重共振频率响应。在一个实施例中，该比率被选择为约0.25。例如，在一个实施例中，回路周长被选择为14毫米（mm），并且，偶极段的长度被选择为具有58mm的组合长度。在另一实施例中，回路周长为约40.6mm并且偶极总长为约171mm。在一些实施例中，多重共振行为在860兆赫兹（MHz）～960MHz的频率范围中导致宽带响应。

如图3所示，第二偶极段14在单个耦合位置20上与回路天线16电导耦合，而第一偶极段12经由馈送接片22a、22b和22c（以下，统称为“馈送接片22”）在多个耦合位置处与回路天线16电导耦合。在多个位置处电导耦合偶极段与回路天线在源自由多个馈送接片22提供的不同的路径长度的RFID10的频率响应的共振上具有更宽的效果。耦合位置的配置和数量也有效地控制双重共振天线的低共振和高共振的分离。在一些实施例中，第二偶极段14也可在多个地方与回路天线16耦合。馈送接片22的配置和数量可被选择，以提供希望的宽带多重共振频率响应。

图3的天线10具有可具有90度的相位差的回路电流和偶极电流。该相位关系导致三种明显不同的模式。当偶极电流处于最大且回路电流处于最小时，出现第一模式。当偶极电流和回路电流大致相同时，出现第二模式。当偶极电流处于最小且回路电流处于最大时，出现第三模式。前两种模式有助于天线的远场图案（pattern），而第三模式不辐射。第一模式产生较高的共振频率，而第二模式产生较低的共振频率。当回路尺寸与偶极长度相比非常小时，高共振频率和低共振频率合并成单一共振。因此，可通过调整回路尺寸的长度调整高共振频率和低共振频率之间的分离。例如，回路周长与偶极总长的适当的比率可以为0.22～0.35，以在860～960MHz之间实现双重共振。

图4是RFID嵌体即RFID天线和芯片位于组合EAS和RFID安全标签内的情况下的图3的天线10的测量的频率响应的示图。注意，在850和960MHz之间出现两个共振。特别地，图4表示约859MHz下的一个共振（标记#1）和约924MHz下的另一共振（标记#2）。通过在优选的范围内相对于偶极天线的长度改变回路天线的尺寸，实现双重共振。随着共振频率移动为更加相互接近，共振之间的谷的深度减小。对于图4的示图，回路周长与偶极总长的比率为约0.25。

图5表示具有宽带多重共振频率响应的混合RFID天线40的第三示例性实施例。如下面讨论的那样，可在组合EAS/RFID标签中使用第三实施例。注意，虽然这里参照图6和图7对于组合EAS/RFID标签讨论第三实施例，但是，可以设想，诸如这里参照图1～3描述的实施例的其它实施例类似地适用于组合EAS/RFID标签中。调整本实施例的几何构造，以使其适用于可见源标签（VST）。在本实施例中，远场天线是包含第一和第二螺旋天线24和26的偶极天线。在本实施例中，形成偶极的第一和第二螺旋天线24和26被不对称配置。作为近场天线的回路天线28与螺旋天线24和26电连接。回路天线28在单个连接点34上与第一螺旋天线24电连接。回路天线28通过馈送接片32a、32b和32c（统称为“馈送接片32”）在多个耦合位置处与第二螺旋天线26连接。多个馈送接片32的数量和定位被选择，以有利地影响共振响应的峰值。馈送接片32在回路的一侧的定位，即，使接片仅与第二螺旋天线26接合，用于加宽低频率共振。注意，中心回路被置于相对于偶极段中的一个呈锐角。中心回路天线28的不对称配置有利于使回路天线的位置更远离EAS部件，从而导致更高的性能。在一些实施例中，锐角基本上为45～60度。在一个实施例中，使用诸如低损失电介质材料的隔板或空气以分开EAS和RFID元件。

图6是图5的天线40的测量的频率响应，表示860～960MHz之间的频带中的两个共振。特别地，在约859MHz上出现一个共振（标记#1），并且在约942MHz上出现另一个共振（标记#2）。通过将偶极长度和回路周长选择为落入优选范围内的规定的比率，实现双重共振。对于图6的天线，回路周长为约40.6mm，并且，偶极总长为约170.59mm，从而具有约0.238的比率。在一些实施例中，该比率为0.22～0.35。在一些实施例中，偶极总长基本上为40mm～230mm，并且，回路周长基本上为14mm～50mm。

图7是示例性可见源标签（VST）物件级智能（ILI）组合EAS和RFID安全标签50的分解图。安全标签50具有顶部外壳52、EAS元件54、夹具56、在上面蚀刻RFID天线元件40的RFID嵌体58和底部外壳60。存在EAS和RFID元件的重叠，并且，通过一般为约3～55mm的间隙分开它们。EAS54元件可以是本领域中公知的声磁元件。RFID天线元件40如这里描述的那样被调谐，以在RFID天线元件40被在顶部外壳52和底部外壳60内与EAS元件封围时通过多重共振支持宽的频带。换句话说，RFID天线元件40的调谐考虑EAS元件54的影响。在一个实施例中，由RFID天线元件40表现的宽的频带为860～960MHz的范围。

图8是用于提供具有宽带多重共振频率响应的RFID天线的示例性方法的流程图。天线设计工程师可选择偶极天线和回路天线的尺寸和取向，以实现希望的多重共振频率响应（步骤S102）。特别地，偶极长度与回路周长的比率可被选择，使得天线表现860～960MHz的多重共振。根据选择的对于偶极天线和回路天线规定的尺寸和取向，导体被设置在诸如电介质基板的基板上（步骤S104）。RFID集成电路也可被设置在基板上，并与回路天线电耦合（步骤S106）。

应当理解，除非以上提出相反的意思，否则，附图并不完全按比例。值得注意的是，在不背离本发明的精神或基本属性的情况下，可以以其它特定的形式体现本发明，因此，本发明的范围应参照随附的权利要求书而不是以上的说明书。

Claims (16)

1.一种射频识别RFID天线，包括：

包含具有第一长度的第一偶极段和具有第二长度的第二偶极段的偶极天线；

多个馈送接片；和

具有周长的回路天线，所述回路天线通过至少一个馈送接片与所述第一偶极段电耦合并通过多个馈送接片与所述第二偶极段电耦合，所述第一和第二偶极段的长度、所述回路天线的位置以及所述多个馈送接片的数量与位置被选择以在预定的频带中实现多重共振，

其中，所述第一偶极段在第一位置处与所述回路天线电连接，并且，所述第二偶极段在与所述第一位置分离的位置处与所述回路天线电连接。

2.根据权利要求1的RFID天线，其中，所述电耦合通过形成所述偶极天线的导体与所述回路天线的直接连接来实现。

3.根据权利要求1的RFID天线，其中，所述回路天线是矩形的，并且相对于所述偶极天线的所述第一偶极段呈锐角取向。

4.根据权利要求1的RFID天线，其中，所述预定的频带为850MHz～960MHz。

5.根据权利要求1的RFID天线，其中，所述回路天线的周长与所述第一和第二偶极段的所述长度的总和的比率为0.22～0.35。

6.根据权利要求1的RFID天线，其中，所述回路天线的周长为15mm～50mm。

7.根据权利要求6的RFID天线，其中，所述第一和第二偶极段的所述长度的总和为40mm～230mm。

8.根据权利要求1的RFID天线，还包括基板，其中，所述偶极天线和所述回路天线被设置在所述基板上。

9.一种组合电子物品监视(EAS)/射频识别(RFID)安全标签，包括：

EAS部件；

RFID部件，该RFID部件包含：

含有具有第一长度的第一段和具有第二长度的第二段的偶极天线；

多个馈送接片；和

通过所述多个馈送接片与所述偶极天线电通信的回路天线，所述回路天线具有周长，所述偶极天线的所述第一长度和所述第二长度与所述回路天线的位置以及所述多个馈送接片的数量与位置被选择为在预定的频带中表现多重共振，

其中，所述第一段在第一位置处与所述回路天线电连接，并且，所述第二段在与所述第一位置分离的位置处与所述回路天线电连接。

10.根据权利要求9的安全标签，还包括与所述回路天线耦合的RFID集成电路。

11.根据权利要求9的安全标签，其中，所述位置的数量和定位导致由所述安全标签表现的共振的加宽。

12.一种提供RFID天线的方法，包括：

通过在预定范围内选择偶极天线的总长与回路天线的周长的比率，确定所述偶极天线和所述回路天线的尺寸和取向，以在选择的频带中表现多重共振，

确定一定数量的馈送接片的位置，所述偶极天线具有第一长度的第一分支和与所述第一长度不同的第二长度的第二分支，所述偶极天线的第一分支在至少一个馈送接片位置处与所述回路天线连接，并且，所述偶极天线的第二分支在多个馈送接片位置处与所述回路天线连接，所述位置和所述多个馈送接片的数量被选择以控制由所述RFID天线表现的共振的幅宽；

在基板上布置被构图为表现选择的尺寸和取向的偶极天线和回路天线的导体，所述导体被构图为在选择的位置处通过电导耦合连接所述偶极天线和所述回路天线。

13.根据权利要求12的方法，其中，所述回路天线被选择为相对于所述偶极天线取向使得所述RFID天线表现预定的近场辐射图案和预定的远场辐射图案。

14.根据权利要求12的方法，其中，所述回路天线是矩形，并且相对于所述偶极天线的分支呈锐角取向。

15.根据权利要求14的方法，其中，所述锐角为45～60度。

16.根据权利要求12的方法，其中，所述第一分支比所述第二分支长。