CN103107422A

CN103107422A - 包括三维环形天线的射频识别(rfid)标签

Info

Publication number: CN103107422A
Application number: CN201210397235XA
Authority: CN
Inventors: 斯瓦加塔·R·班纳吉; 罗伯特·A·萨伊纳蒂; 威廉·C·埃格伯特; 大卫·K·米塞梅
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-05-15
Also published as: TWI509890B; KR20100126369A; US7982616B2; SG184712A1; CN101960471A; US7847697B2; US20090207027A1; CA2715279A1; TW201533969A; WO2009102714A9; WO2009102708A1; TW201001806A; JP2011512755A; AU2009214908A1; CN104537411A; EP2283455A2; EP2283455B1; US20090207026A1; WO2009102714A3; TW201001807A

Abstract

本公开描述了射频识别(RFID)标签，该射频识别(RFID)标签包括三维(3D)环形天线。所述3D环形天线包括长度和宽度基本上超出厚度的第一导电部分。第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。所述3D环形天线包括长度和宽度基本上超出厚度的第二导电部分。第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本上平行的第二平面内。电连接到所述环形天线的RFID电路激发电流流经电流回路中的所述第一导电部分和所述第二导电部分，所述电流回路位于基本上不平行于所述第一平面和所述第二平面的第三平面内。在某些情况下，所述第三平面可以基本上垂直于所述第一平面和所述第二平面。

Description

包括三维环形天线的射频识别(RFID)标签

技术领域

本发明涉及用于制品管理的射频识别(RFID)系统，更具体地讲涉及RFID标签。

背景技术

射频识别(RFID)技术事实上已经广泛地应用于各个行业，包括交通、制造、废物管理、邮政跟踪、航空行李调度、和公路收费管理。典型的RFID系统包括多个RFID标签、至少一个具有用于与RFID标签通信的天线的RFID阅读器（也称为“询问器”）或检测系统、和控制RFID阅读器的计算装置。RFID阅读器包括可以向标签提供能量或信息的发射机，和从标签接收身份和其它信息的接收机。计算装置处理由RFID阅读器获得的信息。

通常，从RFID标签接收的信息是具体应用所特有的，但通常对其上固定有标签的制品进行识别。示例性的制品包括制造品、书籍、文件、动物或人，或几乎任何其他有形制品。也可以提供制品的额外的信息。标签可以用于制备处理期间，以（例如）表明制造过程中汽车底盘的油漆颜色或其它有用的信息。

RFID阅读器的发射机通过天线输出射频(RF)信号，以形成能够使标签返回携带信息的RF信号的电磁场。在一些构型中，发射机启动通信，然后利用放大器激励具有调制输出信号的天线，以与RFID标签通信。在其它构型中，RFID标签从RFID阅读器接收连续波信号，然后通过立即响应与其信息开始通信。

常规的标签可以是包括内部电源的“有源”标签，或通过由RFID阅读器产生的RF场带电（通常通过电感耦合）的“无源”标签。在任一种情况下，标签都使用预先定义的协议通信，从而允许RFID阅读器从一个或多个标签接收信息。计算装置通过接收来自RFID阅读器的信息并且执行某些操作（例如更新数据库）而起到信息管理系统的作用。另外，计算装置还可以起到通过发射机将数据编程到标签中的装置的作用。

发明内容

本发明整体描述了可以减小对RFID标签性能的不利影响的三维(3D)环形天线，该不利影响可归因于RFID标签与其上设置RFID标签的导电表面之间的耦合。根据本公开设计的RFID标签包括耦合到RFID电路的3D环形天线。如本文详细所述，3D环形天线包括第一导电部分，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度并且位于第一平面内。第一导电部分电耦合到第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度并且位于第二平面内。第一平面和第二平面基本上彼此平行。电流被激发流经电流回路中的第一导电部分和第二导电部分，该电流回路位于基本上不平行于第一平面和第二平面的第三平面内。流经第一导电部分和第二导电部分的激发电流可以（例如）是由RFID电路反向散射的重新调制的询问信号，如就无源RFID标签而言。在其它情况下，如就有源RFID标签而言，RFID电路可以生成激发电流流经导电部分的信号。

RFID标签被构造为使得当设置在制品表面上时，第一平面和第二平面基本上平行于制品表面。这样，通其激发电流的电流回路的平面基本上不平行于附接RFID标签的制品表面。例如，在一些实施例中，天线的电流回路所在的平面可以基本上垂直于制品表面。

在一些实施例中，3D环形天线的第一导电部分和第二导电部分可以由天线材料限定，天线材料包括限定连续环路的一个或多个部分，以用于RF电流。在其它实施例中，3D环形天线可以由天线材料与其上设置RFID标签的导电制品表面的组合限定。在后一个实施例中，导电制品表面和天线材料限定电流的闭环。因此，导电制品表面充当3D天线的一部分。导电表面和天线材料可以通过直接电气连接或通过电容耦合来形成闭环。

还可以将3D环形天线设计为使得天线的一部分用作调谐元件，以将天线的阻抗与连接天线的IC芯片的阻抗相匹配。例如，形成3D环形天线的导电迹线可以包括一个或多个用作电容调谐元件的狭缝。又如，3D环形天线可以具有用作电容调谐元件的重叠导电部分。还如，形成3D环形天线的导电迹线可以包括交指型导电区域，以增大电容以用于更好地调谐。

可以通过安装构件将RFID标签附接到制品的基本上非平面的表面。安装构件可以是柔性的，以适形于弯曲或不规则成形（基本上非平面）的表面，并且可以附接到RFID标签的下部，即RFID标签与制品表面之间。安装构件可以是有棱纹的，包括多个彼此间隔开的部分，或者说是具有促进柔韧性的结构。

在一个实施例中，射频识别(RFID)标签具有包括第一导电部分的环形天线，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。第一导电部分的至少一部分形成用于调谐环形天线阻抗的调谐元件。环形天线也包括第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本上平行的第二平面内。第二导电部分电耦合到第一导电部分。RFID标签也包括电连接到环形天线的RFID电路，以通过环形天线激发电流流经电流回路中的第一导电部分和第二导电部分，该电流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面内。

在另一个实施例中，射频识别(RFID)系统包括被构造为输出询问射频(RF)场的阅读器单元、和RFID标签。RFID标签包括具有第一导电部分的环形天线，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。第一导电部分的至少一部分形成用于调谐环形天线阻抗的调谐元件。环形天线也包括第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本上平行的第二平面内。第二导电部分电耦合到第一导电部分。RFID标签也包括电连接到环形天线的RFID电路，以激发流经电流回路中的第一导电部分和第二导电部分的电流，以响应询问RF信号来输出RF信号，该电流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面内。

在另一个实施例中，制品包括导电表面和连接到制品导电表面的射频识别(RFID)标签。RFID标签包括具有第一导电部分的环形天线，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。第一导电部分的至少一部分形成用于调谐环形天线阻抗的调谐元件。环形天线也包括第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本平行的第二平面内。第二导电部分电耦合到第一导电部分。RFID标签也包括电连接到环形天线的RFID电路，以通过环形天线激发电流流经电流回路中的第一导电部分和第二导电部分，该电流回路位于基本上不平行于制品的导电平面的第三平面内。

在另一个实施例中，组件包括RFID标签、安装构件，该安装构件被构造为将RFID标签安装在基本上非平面的表面上。安装构件包括具有上表面和与上表面相背的下表面的基本上平坦柔性基座构件，以及多个从下表面突出的安装结构。

在另一个实施例中，方法包括用固化性树脂至少部分地填充腔体，将成形工具压入腔体中使树脂成形，待材料固化后移除成形工具，从而限定多个从基座构件延伸的安装结构，从腔体中移除基座构件和多个安装结构，基座构件为基本上平坦的并且具有上表面和下表面，上表面被构造为附接到射频识别(RFID)标签，安装结构从下表面延伸，并且将一个或多个RFID标签连接到基座构件的上表面。

在另一个实施例中，射频识别(RFID)标签具有包括第一导电部分的环形天线，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。环形天线也包括第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本上平行的第二平面内。第二导电部分电耦合到第一导电部分。第二导电部分也被构造为连接到附接RFID标签的制品的导电表面。RFID标签也包括电连接到环形天线的RFID电路，以通过环形天线激发电流流经电流回路中的第一导电部分、第二导电部分和附接RFID标签的制品的导电表面，该电流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面内。

在另一个实施例中，射频识别(RFID)系统包括被构造为输出询问射频(RF)场的阅读器单元、和RFID标签。RFID标签包括具有第一导电部分的环形天线，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。环形天线也包括第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本上平行的第二平面内。第二导电部分电耦合到第一导电部分。第二导电部分也被构造为连接到附接RFID标签的制品的导电表面。RFID标签也包括电连接到环形天线的RFID电路，以激发电流流经电流回路中的第一导电部分、第二导电部分和附接RFID标签的制品的导电表面，以响应询问RF信号来输出RF信号，该电流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面内。

在另一个实施例中，制品包括导电表面和连接到制品导电表面的射频识别(RFID)标签。RFID标签包括具有第一导电部分的环形天线，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中第一导电部分的长度和宽度基本上位于第一平面内。环形天线也包括第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中第二导电部分的长度和宽度基本上位于与第一平面基本平行的第二平面内。第二导电部分电耦合到第一导电部分。第二导电部分也被构造为连接到附接RFID标签的制品的导电表面。RFID标签也包括电连接到环形天线的RFID电路，以通过环形天线激发电流流经电流回路中的第一导电部分、第二导电部分和附接RFID标签的制品的导电表面，该电流回路位于基本上不平行于制品的导电表面的第三平面内。

附图和下文的具体实施方式详细描述了本发明的一个或多个实施例。根据本发明的具体实施方式、附图以及权利要求书，本发明的其它特征、对象和优点将显而易见。

附图说明

图1为用于定位多个制品的示例性射频识别(RFID)系统的透视图。

图2A为根据本发明的RFID标签的一个实施例的示意透视图，其包括3D天线、垫片层、IC芯片。

图2B为图2的RFID标签的剖视图。

图3A为根据本发明的RFID标签的另一个实施例的示意透视图。

图3B为图3的RFID标签的剖视图。

图4A和图4B为展示RFID标签的天线阻抗响应与RFID标签的长度之间关系的图。

图5A和图5B为展示RFID标签的天线阻抗响应与RFID标签的宽度之间关系的图。

图6A和图6B为展示RFID标签的天线阻抗响应与RFID标签的高度之间关系的图。

图7A和图7B为展示RFID标签的天线阻抗响应与RFID标签的馈电点之间关系的图。

图8为用于测试RFID标签的阅读范围的测试系统的示意图。

图9为用于能够将RFID标签附接到基本上非平面的表面的RFID标签的示例性安装构件的透视图。

图10A和图10B图解了用于安装构件的示例性构型。

图11A为图解了用于安装构件的另一个实例构型的平面图。

图11B为图解了用于安装构件的额外的实例构型的平面图。

图12为图解了用于安装构件的另一个实例构型的平面图。

图13A和图13B图解了用于制备RFID标签的实例方法，该RFID标签具有能够将RFID标签附接到基本上非平面的表面的安装构件。

图14A-14E为图解了用于制备RFID标签的另一个实例方法的概念图，该RFID标签具有能够将RFID标签附接到基本上非平面的表面的安装构件。

图15A为根据本公开的实例RFID标签的示意透视图。

图15B为图15A的RFID标签的剖视图。

图16A和图16B为图解两种天线设计的实例总阻抗的史密斯圆图。

图17A和图17B为展示将图15A和图15B的RFID标签的狭缝长度（L狭缝）参数化的实例电阻曲线与电抗曲线的图。

图18A和图18B为展示将图15A和图15B的RFID标签的狭缝偏移（S偏移）参数化的实例电阻曲线与电抗曲线的图。

图19A和图19B为展示将图15A和图15B的RFID标签的狭缝偏移（S偏移）参数化的实例电阻曲线与电抗曲线的图。

图20A为根据本公开的另一个RFID标签的示意透视图。

图20B为图20A的RFID标签的剖视图。

具体实施方式

事实上，RFID系统已广泛用于每个行业中，以追踪制品并且防止从受保护的区域（例如图书馆或零售店）非法移除制品。然而，当用于这种RFID系统的常规RFID标签附接到具有导电表面的制品上时，可能会遭遇多种不利影响。例如，常规RFID标签与其附接的制品的导电表面之间的连接可能导致阅读范围缩小。换句话讲，可阅读的标签范围缩小。

本公开描述了可以减小对RFID性能（例如读取范围缩小）的不利影响的三维(3D)环形天线，该不利影响可归因于RFID标签与其上设置RFID标签的导电表面之间的耦合。即，与利用偶极子天线或其它大体二维(2D)或3D天线构型的常规RFID标签不同，当RFID标签附接到导电表面上时，根据本公开设计的3D环形天线的读取范围不会过度地受限。

根据本公开设计的RFID标签包括耦合到RFID电路的3D环形天线。如本文详细所述，3D环形天线包括第一导电部分，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度并且位于第一平面内。第一导电部分电耦合到第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度并且位于第二平面内。第一平面和第二平面基本上彼此平行。在电流回路中的第一导电部分和第二导电部分激发电流，该电流回路位于基本上不平行于第一平面和第二平面的第三平面内。在第一导电部分和第二导电部分激发的电流可以（例如）是由RFID电路反向散射的重新调制的询问信号，如就无源RFID标签而言。在其它情况下，如就有源RFID标签而言，RFID电路可以生成激发电流流经导电部分的信号。

RFID标签被构造为使得当设置在制品表面上时，第一平面和第二平面基本上平行于制品表面。这样，通过RFID电路激发电流的电流回路的平面基本上不平行于附接RFID标签的制品表面。例如，在一些实施例中，天线的电流回路所在的平面可以基本上垂直于制品表面。

“3D构型”是指天线位于三维空间中，为了便于说明，可参考正交的x-y-z轴，天线具有x轴分量、y轴分量和z轴分量。例如，3D环形天线的第一导电部分和第二导电部分可以位于x-y平面内，而连接第一导电部分和第二导电部分的天线部分位于y-z平面内。更具体地讲，第一导电部分和第二导电部分的长度可以沿着x轴延伸，第一导电部分和第二导电部分的宽度可以沿着y轴延伸。将第一部分和第二部分彼此连接的天线部分可以包括沿着z轴延伸的长度和沿着y轴延伸的宽度。这种天线构型会引起电流回路位于x-z平面内，如下文所进一步详述。3D环形天线可以在超高频率(UHF)范围内工作，如在大约300兆赫(MHz)至大约3千兆赫(GHz)的频率范围内。然而，也可以使用射频光谱中的其它工作范围。

根据本公开构造的3D环形天线可以减小对RFID标签性能的不利影响，例如读取范围减小，这种不利影响归因于RFID标签与其上设置RFID标签的导电表面之间的连接。换句话讲，根据本公开构造的3D环形天线即使在连接到导电表面上时也可以保持或可能增大其读取范围，同时询问装置仍保持相对较小的询问发射功率。相反，包括3D环形天线的RFID天线即使在连接到导电表面上时，仍可以（例如）显示具有大于大约10英尺（大约3米）的读取范围。一般来讲，术语“读取范围”是指阅读器与RFID标签之间的通信工作距离。

然而应当理解，本发明并不限于大于大约10英尺的读取范围。相反，如本公开所述，可以将3D环形天线设计为支持任何读取范围，例如小于大约1英尺（大约30厘米）、大约1英尺至大约10英尺（大约30厘米至大约3米）、或大于大约10英尺（大于大约3米）的读取范围。可以调整3D环形天线的多种设计参数以实现性能与尺寸之间的理想的权衡。这些权衡可能受3D环形天线的具体设计用途的支配。

另外，可以在不会导致天线失谐的情况下通过调整天线的馈电点来改进RFID标签维度。天线的馈电点是集成电路(IC)芯片连接天线的位置。因此，可以通过将IC芯片从天线的中心偏移至任一侧来改进RFID标签。通过调整馈电点重新调谐3D环形天线，使RFID标签在无性能劣化的条件下能够具有相对紧凑的RFID标签结构。在一些实施例中，RFID标签可以具有相对较小的尺寸，如大约四分之一波长或更小，同时保持大约10英尺或更大（大约3米或更大）的读取范围，而无需提高读取功率。

还可以将3D环形天线设计为使得天线的一部分用作调谐元件，以将天线的阻抗与连接天线的IC芯片的阻抗相匹配。例如，形成3D环形天线的导电迹线可以包括一个或多个用作电容调谐元件的狭缝。又如，3D环形天线可以具有用作电容调谐元件的重叠导电部分。还如，形成3D环形天线的导电迹线可以包括交指型导电区域，以增大电容以用于更好地调谐。尽管独立地描述了不同的调谐元件设计，但3D环形天线可以利用不止一种类型的调谐元件，如重叠导电部分和狭缝。

也描述了用于将RFID标签（例如本公开所述的RFID标签）连接到基本上非平面的表面的安装构件。然而，安装构件并不限于与本公开所述的包括3D环形天线的RFID标签一起使用。相反，安装构件可以用于将任何合适的RFID标签附接到基本上非平面的表面。安装构件可以包括将安装构件连接到弯曲或不规则成形（基本上非平面）表面的促进柔韧性的特征，例如沿着或横越RFID标签延伸的多个有棱纹的结构、彼此间隔开的多个柱子、槽形结构或其它促进柔韧性的结构。

图1为用于定位多个制品12A-12N（统称为“制品12”）的示例性射频识别(RFID)系统10的透视图。RFID系统10包括附接到制品12A-12N的RFID标签14A–14N以及适于询问RFID标签14A–14N（统称为“RFID标签14”）中的每一个并且从这些标签获得数据的便携式RFID阅读器16。制品12既可以（例如）是导电元件、又可以是非导电元件。RFID标签14A-14N各具有沿着x轴测得的长度、沿着y轴测得的宽度、以及沿着z轴测得的高度。参考图1所示的正交的x-y-z轴，以有助于说明本公开的RFID标签，x-y-z轴并不旨在以任何方式限制本发明的范围。在x-y平面内的RFID标签14A-14N中的每一个的表面与各自的制品12A-12N相邻，并且限定“接触表面区域”。在一个实施例中，例如，用压敏粘合剂、胶带或泡沫、或任何其它合适的连接方式将RFID标签14中的每一个的x-y平面附接到各自的制品12A-12N。在一些实施例中，安装构件可以附接到RFID标签14中的每一个。在这种实施例中，RFID标签14通过安装构件附接到各自的制品12。

将RFID标签14设置到各自的制品12A-12N上，使RFID阅读器16将制品12A-12N的说明通过射频(RF)信号18和19与各自的RFID标签14A-14N能够关联起来。例如，将RFID标签14A设置在制品12A上，使用户能够利用手持式RFID阅读器16，以将与制品12A有关的说明或其它信息通过RF信号18和19与RFID标签14A关联起来。在替代实施例中，可以将阅读器16结合到自动或半自动过程中，因而用户无需利用阅读器16。阅读器16通过生成RF信号18可以询问RFID标签14A，该RF信号由设置在RFID标签14A内的天线接收。信号能量通常将功率和指令均承载到RFID标签14A。RFID标签14A接收由阅读器16辐射的RF能量，并且，如果RF信号18的场强超出读取阈值，RFID标签14A就被激发并反向散射来自接收器的被调制为包括标签所附接对象有关信息的RF信号18。该反向散射的信号在图1中表示为RF信号19。即，天线使RFID标签14A能够收集足以向连接到天线的RFID电路（如IC芯片）供电的能量。

通常，RFID电路响应一个或多个指令来重新调制来自阅读器16的RF信号，然后通过天线反向散射调制的信号，以输出有待阅读器16检测的RF响应。响应可以由RFID标签标识符组成，该RFID标签标识符可以匹配储存在RFID手持式阅读器16的数据库或RFID管理系统（未示出）内的标识符。或者，响应可以由从RFID标签14至阅读器16的数据传输组成。阅读器16可以与用于阅读器16与RFID管理系统之间数据通信的RFID管理系统的数据通信端口接口。用户（或自动或半自动机器）可以利用RFID阅读器16通过将RFID阅读器16指向各自的RFID标签14来定位一个或多个制品12。或者，一个或多个制品12可以从RFID阅读器16前面通过。

当包括本领域熟知类型的天线的RFID标签附接到导电表面上时，RFID标签的读取范围可能会基本上缩小。本领域熟知类型的天线可以是2D偶极子天线、另一个2D天线、或本领域已知的其它3D天线。当这种天线被询问RF信号（如RF信号18）激发时，询问信号在其上设置RFID标签的导电表面内感应电流。导电表面上的电流产生电磁场。该电磁场至少部分地抵消由天线产生的场。导电表面也可以引起天线的阻抗从初始设计值偏移。天线阻抗的偏移和整个由天线辐射的场的减小可以降低，使得它不会超出RFID标签的读取阈值。换句话讲，RFID标签的读取范围可能会缩小，使得RFID标签变得无用，即阅读器16不能从有效距离进行读取。例如，RFID标签可以附接到制品的导电表面，由于物理限制，制品被设置或设计为使得阅读器16的位置与RFID标签的距离不能更靠近大约10英尺（大约3米）。在这种情况下，如果场强减小，使得读取范围小于10英尺（大约3米），那么阅读器16可能无法读取RFID标签。

然而，根据本公开，RFID标签14中的一个或多个包括3D环形天线，该3D环形天线缓解上述在存在导电表面的情况下相对于读取范围缩小的问题中的至少一些。如参照图2和图3更详细的讨论，3D环形天线包括第一导电部分，第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度并且位于第一平面内。第一导电部分电耦合到第二导电部分，第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度并且位于第二平面内。第一平面和第二平面基本上彼此平行。电流被激发流经电流回路中的第一导电部分和第二导电部分，该电流回路位于基本上不平行于第一平面和第二平面的第三平面内。在某些情况下，第三平面可以基本上垂直于第一平面和第二平面。

3D环形天线被构造为使得当设置在制品表面上时，由电流回路限定的第三平面基本上不平行于附接RFID标签的制品表面。在一些实施例中，天线的电流回路所在的第三平面可以基本上垂直于制品表面。换句话讲，可以设想3D环形天线的导电部分中的每一个的厚度限定基本上垂直于制品表面的平面。然而应当理解，只要由3D环形天线的电流回路限定的第三平面基本上不平行于制品表面，3D环形天线就可以相对于制品表面以任何方式取向。

在一些实施例中，天线由被形成以限定3D环的二维(2D)导电材料件所限定。导电材料的长度和宽度基本上超出材料的厚度，因此可以视为是2D的。当形成限定3D环时，导电材料可以视为具有第一导电部分和第二导电部分，其中第一导电部分的长度和宽度位于第一平面内，第二导电部分的长度和宽度位于基本上平行于第一平面的第二平面内。

在其它实施例中，3D环形天线由被形成以限定环的一部分的2D导电材料件所限定，并且附接RFID标签的导电表面限定环的其余。2D导电材料件连接到导电表面，以形成3D环。连接可以是电耦合，如直接物理电气连接或电磁耦合。这样，导电制品表面的至少一部分形成3D环形天线。在任何情况下，3D环形天线都形成闭合电路，当3D天线被RF信号激发时，电流通过该闭合电路连续流动。

这样，与电流在基本上平行于连接天线的制品表面的平面内流动的本领域熟知的偶极或其它2D天线不同，3D环形天线被取向为使得3D环形天线不会受到可归因于导电制品表面的不利影响。例如，当3D环形天线连接到导电制品表面或设置为几乎接触导电制品表面时，其读取范围基本上不会缩小。相反，当被询问RF信号激发时，3D环形天线可以在导电表面内感应可提高3D环形天线读取范围的镜像电流，即产生可建设性地添加到由3D环形天线产生的场的电磁场。即，当3D环形电流直接接触或几乎接触导电制品表面时，制品表面可以充当成像靠近它的电磁元件的地平面。由于RFID标签20相对于导电制品表面的取向，如图2A、图2B、图3A和图3B所示，镜像的电流不抵消由3D环形天线辐射的场，但相反地增大由3D环形天线辐射的场。因此，导电制品表面成像流经3D环形天线的电流，从而导致尺寸大约为3D环形天线的两倍的“虚拟天线”。“虚拟天线”包括3D环形天线和成像的电流回路。

无论3D天线是否由一件导电材料限定还是由一件导电材料和其上设置RFID标签的导电表面限定，3D环形天线都不在导电表面内感应抵消由电流回路（即3D环形天线）产生的场的电磁场。事实上，导电表面内感应的镜像电流形成场，该场增强由3D环形天线形成的电流回路所产生的场。因此，RFID标签14的读取范围可以大于本领域已知的其它2D或3D天线可能具有的读取范围，同时不会显著提高询问器的传输功率。例如，RFID标签14的读取范围可以大于大约10英尺（大于大约3米），同时询问器的发射功率保持相对恒定。然而应当理解，其它读取范围也是可以的。其它实例读取范围包括小于大约1英尺（大约30厘米）的读取范围，以及大约1英尺至大约10英尺（大约30厘米至大约3米）的读取范围。

图2A为包括3D环形天线22、垫片材料24和IC芯片26的实例RFID标签20的示意透视图。RFID标签20设置在制品表面28上。尽管图2A中未示出，但RFID标签20可以包括有助于保护IC芯片26和天线22免于被污染物（例如环境碎屑）污染的外层。外层也可以是刚性的，以有助于保护IC芯片26和3D环形天线22免受物理损坏。外层可以由任何合适的材料形成，例如刚性材料（如玻璃或陶瓷）或柔性材料（如聚酰亚胺）。在其它实施例中，外层也可以在侧42和侧46的上方延伸，并且因此完全包封RFID标签20。

IC芯片26通过形成天线22的导电材料2D条的相对两端48A和48B电耦合到3D环形天线22。例如，IC芯片26可以直接或者通过使用通孔或交叉线路连接到天线22，即连接到末端48A和48B，并且可以嵌入RFID标签20内或作为表面安装器件(SMD)安装。

IC芯片26可以包括固件和/或电路，以将唯一识别和其它理想的信息、从询问硬件接收的解释指令和过程指令、询问器（如图1的阅读器16）对信息请求的响应储存在RFID标签20内，以及解决因多个标签同时响应询问而导致的冲突。可任选地是，IC芯片26可以响应更新内部存储器中储存的信息的指令（读/写），而不是仅仅读取信息（只读）。适用于RFID标签20的IC芯片26的集成电路除了别的以外，包括得自TexasInstruments(Dallas,Texas)的产品（即Gen 2 IC系列产品）、得自NXPSemiconductors(Eindhoven,Netherlands)的产品（即I-CODE系列产品）、以及得自ST Microelectronics(Geneva,Switzerlandand)的产品。尽管RFID标签20被描述为包括IC芯片，但除了使用IC芯片26以外（或不使用IC芯片26），还可以使用其它RFID电路。例如，RFID标签20可以包括表面声波(SAW)、有机电路、或其它RFID识别元件、或它们的组合。

在图2A所示的实例中，3D环形天线22包括第一导电部分40，该第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第一导电部分40位于第一平面45A内。在图2A图解的实例中，第一平面45A位于x-y平面内。环形天线22也包括第二导电部分44，该第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度。第二导电部分44位于基本上平行于第一平面45A的第二平面45B内。更具体地讲，第二平面45B也基本上位于x-y平面内。第一导电部分40通过导电部分42和46电耦合到第二导电部分44。因此，导电部分40、42、44和46被电耦合以形成闭环。在一些实施例中，导电部分40、42、44和46由围绕垫片材料24缠绕的单个2D导电材料条形成，以限定环路。在其它实施例中，导电部分40、42、44和46可以由不止一个2D条形成。

图2A的实例图解了为基本上矩形环的3D环形天线22。导电部分40、42、44和46限定基本上由垫片材料24填充的矩形空间。导电部分40和44基本上彼此平行，并且一般来讲限定基本上矩形环的侧。导电部分40和44具有沿着x轴方向测量的长度和沿着y轴方向测量的宽度。在图2A图解的实例中，导电部分44和导电部分40具有相同的长度和宽度。然而，在其它实施例中，导电部分40可以比导电部分44长，导电部分44可以比导电部分40长，导电部分44可以比导电部分40宽，或者导电部分40可以比导电部分44宽。

连接导电部分40和44的导电部分42和46限定基本上垂直于导电部分40和44、以及因此垂直于平面45A和45B的矩形环的侧。侧42和46基本上彼此平行，并且各具有一般来讲等于RFID标签20的高度的长度，可沿着z轴测量此长度。导电部分42和46也具有沿着y轴方向测量的宽度。在一些实施例中，导电部分42和46的长度和宽度基本上大于各自导电部分的厚度。

尽管描述为基本上矩形环形天线，但可以改进RFID标签20的3D环形天线22，使得3D环形天线22限定数量更多或更少的侧，因此呈现不同的形状。例如，导电部分40和44可以基本上彼此不平行，或导电部分42和46可以基本上彼此不平行，或同时满足两种情况。

然而，无论有几个侧，当3D环形天线22被RF信号（如图1的RF信号18）激发时，都可以基本上限定电流连续流经的闭环，以形成闭合电路。具体地讲，IC芯片26激发电流流经位于第三平面45C内的电流回路中的导电部分40、42、44和46。通过导电部分40、42、44和46的电流回路在图2B中用导电部分40、42、44和46中的实线箭头表示。如图所示，电流回路所在的第三平面45C基本上不平行于第一平面45A和第二平面45B。在一些实施例中，第三平面45C可以基本上垂直于第一平面45A和第二平面45B。

在图2A图解的实例中，RFID标签20被构造为使得当设置在制品30的表面28上时，第一平面45A和第二平面45B基本上平行于制品30的表面28。这样，限定第三平面45C的电流回路基本上垂直于制品表面28。然而，平面45A、45B和45C可以在其它位置中取向，使得第三平面45C（即限定第三平面45C的电流回路）基本上不平行于附接RFID标签的制品表面28，但仍与制品表面28形成一定角度。即，3D环形天线22可以任何构型取向，使得平面45C基本上不平行于制品表面28。然而，一般来讲可能理想的是将3D环形天线22取向，使得平面45C基本上垂直于制品表面28，因为此构型可以实现最大的读取范围。可能并不理想的是将3D环形天线22取向为使得平面45C基本上平行于制品表面28，因为这种构型在制品表面28内不引起可建设性地添加到由3D环形天线22产生的场中的镜像电流。

制品表面28可以是平面的或非平面的制品表面。在图2A所示的实例中，制品表面28为平表面。在某些情况下，制品表面28为导电材料，例如（但不限于）金属材料，包括铜、铝、磁性金属和金属合金，例如镍铁导磁合金、石墨复合材料、和导电的其它材料。可以用粘合剂（未示出）将RFID标签20附接到制品表面28。粘合剂可以由任何合适的粘合剂形成，这可能取决于RFID标签20的具体应用。例如，在一些实施例中，粘合剂可以为压敏粘合剂或胶带。在替代实施例中，可以用安装构件或其它合适的附接模式将RFID标签20附接到制品表面28。图9-12图解了可以用于将RFID标签20附接到基本上非平表面上的实例安装构件。

在任何情况下，可以将RFID标签20附接到制品表面28，使得3D环形天线22与制品表面28发生电磁相互作用。在图2A中，可以用导电粘合剂将RFID标签20附接到制品表面28。因此，当3D环形天线22被RF信号激发时，制品表面28内的电流可以增强由天线22辐射的场。具体地讲，通过3D环形天线22激发的电流感应其上设置RFID标签的制品表面28上的一个或多个电流。例如，流经导电部分44的电流可以感应制品表面28上的电流。制品表面28上感应的电流在图2B中用制品表面28内的虚线箭头表示。

制品表面28上的感应电流会辐射电磁场。与感应电流可抵消天线场的至少一部分的常规天线构型不同，3D环形天线22取向为使得制品表面28上的感应电流不抵消3D环形由天线22辐射的场的一部分。更具体地讲，制品表面28上的感应电流不抵消由3D环形天线22辐射的场，因为限定第三平面的电流回路基本上不平行于制品表面28的平面。事实上，在某些情况下，由于3D环形天线22的取向，制品表面28内的感应电流所产生的场实际上可以增强由3D环形天线22辐射的场。例如，制品表面28可以充当成像3D环形天线22的地平面。如下文相对于图2B的更详细的描述，由3D环形天线22和导电表面28形成的电流回路限定尺寸大约为3D环形天线22的实际尺寸的两倍的“虚拟天线”。即，由天线22产生的场的量级基本上提高了。

如此前所述，本领域所熟知的某些2D和3D天线几何形状当附接到导电表面上时可能显示具有过度限制的读取范围。然而，与本领域已知的许多其它2D和3D天线几何形状相比，3D环形天线22在制品表面28内感应的电流使RFID标签20能够具有增大的读取范围。证明RFID标签的读取范围与RFID标签20类似的实验结果示于下表1中。

可以对3D环形天线22的长度L_ANT、宽度W_ANT和高度H_ANT进行选择，以增强由3D环形天线22产生的场的效应。换句话讲，长度L_ANT、宽度W_ANT和高度H_ANT影响RFID标签20的读取范围。因此，3D环形天线22的具体读取范围可以在长度L_ANT、宽度W_ANT和高度H_ANT的某些范围内得以优化。在一些实施例中，例如在尺寸不是主要设计参数的实施例中，选择的长度L_ANT可以在标签20的工作频率的大约四分之一波长至大约二分之一波长的范围内。以915MHz为例，选择的长度L_ANT可以在大约0.5英寸至大约6英寸（大约1厘米至大约15厘米）的范围内。选择的宽度W_ANT通常可以与长度成比例，和/或用其它已知的指导原则进行选择。再以915MHz为例，选择的宽度W_ANT可以在大约0.25英寸至大约1.5英寸（大约6毫米至大约40毫米）的范围内。在一些实施例中，形成3D环形天线的导电部分的长度和宽度基本上大于其厚度。在图2A图解的实例中，导电部分40和44的长度等于天线长度L_ANT，宽度等于天线宽度W_ANT。导电部分40和44以及42和46的实例厚度可以在大约0.00025英寸至大约0.04英寸（大约0.006mm至1mm）的范围内、更优选地在大约0.001英寸至0.01英寸（大约0.025mm至0.25mm）的范围内。

3D环形天线22的高度H_ANT取决于多个因素，包括设置在导电部分40与44之间的垫片材料24的高度。选择的高度H_ANT可以使得RFID标签20不会从附接RFID标签20的制品表面28显著地突出。如果RFID标签20从制品表面28显著地突出，RFID标签20和/或天线22可能易受损坏。也可以选择高度H_ANT，使得3D环形天线22不会显著干扰紧邻RFID标签20的元件。例如，高度H_ANT可以在大约0.02英寸至大约0.4英寸（大约0.5毫米至大约10毫米）的范围内。应当理解，其它高度也是可以的。

对于大于915MHz的工作频率，长度L_ANT和高度H_ANT可以相应地减小，对于小于915MHz的工作频率，长度L_ANT和高度H_ANT可以相应地增大。因此，应当理解，这些值仅是示例性的，并且不应视为以任何方式限制本发明的范围。此外，尽管通常认为理想情况是RFID标签的尺寸尽可能小，但本公开所述的RFID标签（例如RFID标签20）可以被构造为适合应用的任何尺寸。

垫片材料24可以由固体材料或由整体颗粒物组成的材料形成。合适的垫片材料24包括重量较轻的非导电材料，例如（但不限于）聚碳酸酯。另一种合适的垫片材料可以是低损耗磁性材料。RFID标签20也可以不使用垫片材料24来构造。即，3D环形天线22的中心或孔可以填充空气，而不是固体材料。这样，空气可以充当垫片材料24。因为与固体或整体颗粒材料相比，空气的重量较轻，所以在（例如）航空应用和其它运输应用中，空气可能是理想和特别有利的。

3D环形天线22的具体性质取决于RFID标签20所需的工作频率。天线22接收由询问器（如图1的阅读器16）辐射的射频(RF)能量。例如，询问器发出的RF信号可以是超高频率(UHF)RF信号，通常是指约300兆赫(MHz)至约3千兆赫(GHz)范围内的频率。该RF能量将功率和指令两者承载到RFID标签20。在一个实施例中，3D环形天线22从询问器收集RF能量，并将能量转换以向IC芯片26供电，该IC芯片提供有待询问器检测的响应。因此，3D环形天线22的性质或特性（即设计参数）应与其结合的系统相匹配。

更具体地讲，为了实现增强的功率传递，3D环形天线22的阻抗可以共轭方式与IC芯片26的阻抗相匹配。一般来讲，RFID IC硅芯片具有低电阻和较大的负电抗。因此，为了实现共轭匹配，可以将3D环形天线22设计为具有相等的电阻和大小相等方向相反的较大负电抗。然而，当3D环形天线22放得极近时，即与导电材料（例如金属或液体）发生电磁接触（或相互作用）时，3D环形天线22的阻抗会失谐，从而导致功率传递损失。特别是相对于3D环形天线22，当3D环形天线22附接到导电表面（例如制品表面28）上时，其阻抗会被改变。

可以调整3D环形天线22的维度，即长度L_ANT、宽度W_ANT和高度H_ANT，以使3D环形天线22的阻抗与IC芯片26的阻抗相匹配。此外，还可以调节馈电点F_ANT，即3D环形天线22上连接IC芯片26的位置，以改变3D环形天线22的阻抗，以更好地匹配IC芯片26的阻抗。如图2所示，测得的馈电点F_ANT在RFID标签20的中心34（在图2中用竖虚线表示）与IC芯片26的位置之间。在一些实施例中，可以调节馈电点F_ANT，使得IC芯片26直接连接到制品表面28。在这种情况下，IC26直接接地。如果以该方法调节图2A中的馈电点F_ANT，示出的IC芯片26将位于侧42或侧46上。3D环形天线22与IC芯片26的阻抗匹配可以称为3D环形天线22的“调谐”。

图2B为结合制品表面28的RFID标签20的剖视图。相同的参考标号代表相同的部件。如上所述，RF信号18激发流经3D环形天线22的电流，因此形成通过导电部分40、42、44和46的电流回路。通过3D环形天线22的电流回路用箭头表示。如果制品表面28适当的大，制品表面28就可以充当地平面。采用镜像原理，可建立3D环形天线22的代表性电气模型。使用该电气模型可见，由于制品表面28的原因，电流回路的面积大约为3D环形天线22的物理面积的两倍大。具体地讲，制品表面28可增大电流回路的面积，而电流回路可增强整体辐射。

又如，3D环形天线的至少一部分由附接RFID标签的导电制品表面的一部分限定。该实例如图3A和图3B进一步所示。

图3A为包括3D环形天线52的RFID标签50的另一个实例构型的示意透视图。在图3A中，RFID标签50包括3D环形天线52、垫片材料54、IC芯片26和制品表面58。RFID标签50通常以与图2中的RFID标签20类似的方式工作。然而，RFID标签50的构型与RFID标签20的构型不同。具体地讲，图3A中的2D导电材料条60不完全围绕垫片材料54。相反，2D条60包括在2D条60的相对两端上的结构51A和51B，该结构连接到制品表面58上。这样，制品表面58形成3D环形天线52的至少一部分。

在一个实例+中，结构51A和51B可以直接连接到制品表面58，即电连接到制品表面58。又如，结构51A和51B可以间接连接到制品表面58，如通过电磁耦合连接到制品表面58。即，在前一个实例中，结构51A和51B可以通过（如）导电粘合剂“直接”接触制品表面58，在后一个实例中，通过电磁耦合接触表面58，如通过间隙层。间隙层可以（例如）具有在结构51A、51B与制品表面58之间的电“间隙”的非导电粘合剂。然而，在两种情况下，当RFID标签50被RF信号激发时，3D环形天线52的至少一部分由制品表面58形成。更具体地讲，电流连续流经2D导电材料条60和制品表面58的一部分，以形成闭合电路。

如图3A所示，2D条60可以包括电耦合到IC芯片26的两个单独的2D条。然而，为清楚起见，在本公开中，这两个单独的2D条可以统称为“2D条60”。在其它实施例中，2D导电材料条60可以包括单个连续的导电材料件。图3A图解了限定三个导电部分62、64和66以及结构51A和51B的2D条60。在本公开中，结构51A和51B可以称为“翼51A和51B”或“接触点”。导电部分62、64和66被设置为围绕垫片材料24缠绕，同时使垫片材料24的底部部分暴露于制品表面58。这样，导电部分62、64、66和制品表面58限定基本上由垫片材料24填充的空间，导电部分66和64各限定基本上垂直于制品表面58的平面的至少一部分的平面。在一些实施例中，制品表面58也可以包括曲线部分，在这种情况下，导电部分64和66可以基本上不垂直于整个制品表面58。如前文相对于图2所述，垫片材料24可以是空气或固体电介质材料，例如（但不限于）聚碳酸酯。

3D环形天线52的第一导电部分60的长度和宽度基本上超出其厚度。第一导电部分60位于第一平面55A内。在图2图解的实例中，第一平面55A位于x-y平面内。3D环形天线52的翼51A和51B的长度和宽度也基本上超出翼51A或51B的厚度。翼51A和51B位于基本上平行于第一平面55A的第二平面55B内。更具体地讲，第二平面55B也基本上位于x-y平面内。第一导电部分62通过导电部分66和64分别电耦合到翼51A和51B。

RF信号18激发流经电流回路57A中的导电部分62、64和66以及制品表面58的电流，其中电流回路位于第三平面55C内。如图所示，电流回路57A所在的第三平面55C基本上不平行于第一平面55A和第二平面55B。在一些实施例中，第三平面55C可以基本上垂直于第一平面55A和第二平面55B。在图3A所示的示例性实施例中，第三平面55C位于垂直于x-y平面的x-z平面内。

在图3图解的实例中，RFID标签50被构造为使得当设置在制品表面58上时，第一平面55A和第二平面55B基本上平行于制品表面58。这样，限定第三平面55C的电流回路57A基本上垂直于制品表面58。然而，导电部分可以在其它位置中取向，使得电流回路57A限定基本上不平行于附接RFID标签的制品表面58的第三平面，但仍与制品表面58形成一定角度。即，3D环形天线52可以任何构型取向，使得平面55C基本上不平行于制品表面58。然而，一般来讲可能理想的是将3D环形天线52取向为使得平面55C基本上垂直于制品表面58，因为此构型可以实现最大的读取范围。

如图3A所示，导电部分62具有长度L_P1，并且基本上平行于制品表面58。形成翼51A和51B的导电部分分别具有长度L_P2a和L_P2b。长度L_P2a和L_P2b可以（例如）为大约0.5英寸和1英寸。在该实例中，长度L_P2a和L_P2b为基本上相等的长度。然而，在其它实施例中，长度L_P2a和L_P2b可以是不同的长度。导电部分64和66基本上彼此平行，并且具有基本上等于高度H_ANT的长度。在其它实施例中，导电部分64和66基本上彼此不平行。导电部分62、64和66以及翼51A和51B具有沿着y轴方向测得的均一宽度W_ANT。然而，在其它实施例中，导电部分62、64和66或翼51A和51B中的任何者的宽度可以有差别。翼51A和51B沿着x轴方向延伸超过垫片材料24的任一侧，并且将2D条60直接连接或电磁耦合到制品表面58。这样，翼51A和51B充当将2D条60连接到制品表面58的接触点。当2D条60和制品表面58彼此电磁耦合时，每一个翼51A和51B可起到平行板电容器的一个侧的作用，而另一侧由制品表面58的基础部分形成。可以将翼51A和51B的尺寸设计为使得电容器接近短路或使得它形成另一个阻抗调谐元件。如上文相对于图3所述，导电部分62、64和66和/或翼51A和51B可以具有不同的宽度和长度。

可以根据所需的电容值选择翼51A和51B的尺寸，特别是接触制品表面58的表面积。例如，可以用以下公式1和2计算实现具体电容值所需的翼51A、51B的尺寸。可以将工作频率连同足以实现短路的阻抗值输入公式1。然后可用公式1求解电容值C。然后将电容值C的计算值输入具有介电常数和距离（即翼51A或51B中的一个与表面58之间的距离）的公式2。然后可用公式2求解可用于设计翼51A和51B的尺寸的面积。例如，在使用工作频率为915的情况下，大约30皮法(pF)或更大的电容来接近短路可能是理想的。

公式1

(Z = 1 / jωC), Z = \frac{1}{jωC}

公式2

(C = ϵA / D), C = \frac{ϵA}{D}

在上述公式中，Z为电抗，ω为频率（弧度/秒），C为电容，A为电容板的面积，D为电容板之间的距离，ε为间隙的介电常数。

一般来讲，RFID标签50的工作方式与RFID标签20类似。即，当被RF信号激发后，电流连续流经3D环形天线52，如2D条60和翼51A与51B之间的制品表面58的一部分。然而，制品表面58不仅可充当3D环形天线的一部分，还可在制品表面58内感应电流。例如，制品表面58再次可以充当成像2D条60中的电流的地平面。如相对于图3B更详细所述，相对于制品表面58的电流回路导致镜像的电流，从而增强由3D环形天线52辐射的场。这样，3D环形天线52工作时，其尺寸就好像大约是3D环形天线52的两倍。换句话讲，所得场的大小增大，从而增大3D环形天线52的读取范围。

可以再次选择具体长度L_ANT、宽度W_ANT和H_ANT，以调谐3D环形天线52。此外，还可以选择导电部分62(L_P1)、64和66以及翼51A和51B（L_P2a和L_P2b）的长度和宽度，以调谐3D环形天线52。RFID标签50中的垫片材料54可以与RFID标签20所用垫片材料24相同。另外，可以调节馈电点F_ANT以实现相同的读取范围，但RFID标签50的长度L_ANT和/或厚度H_ANT较小。这在下文中更详细地描述。

可以通过与RFID标签20类似的方式将RFID标签50附接到制品表面58。即，可以将粘合剂（例如压敏粘合剂）、胶带或泡沫附接到RFID标签50的下部，以便将其固定到表面58上。在一些实施例中，可以将粘合剂涂敷到垫片材料54以及翼51A和51B上。然而，在其它实施例中，可以将粘合剂只涂敷到垫片材料54上。如此前所述，粘合剂可以是导电的，从而在2D条60与制品表面58之间提供直接电气连接。粘合剂也可以是非导电的，从而在2D条60与制品表面58之间形成电容耦合。或者，可以用安装构件或其它机械装置将RFID标签50附接到表面58。实例安装构件如下文所述。

根据本公开的RFID标签也可以用于希望增大读取范围以及在制品上施加RFID标签的有限空间的应用，无论制品是否导电。对于许多应用而言，希望减小RFID标签20的长度和宽度，以便适应某些尺寸的制品或以其它方式限制RFID标签所占用的制品表面积大小。然而，这样改进RFID标签的维度可能因共振频率偏移至较高频率而使UHF应用的RFID标签失谐。RFID标签的失谐如图4A、图4B、图5A和图5B所示。如下文参照图4A、图4B、图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B所述，实验结果表明可以通过调节馈电点F_ANT使RFID标签14失谐，该馈电点是沿着x轴方向（沿着RFID标签的长度）在IC芯片的中心与天线的中心34（通常为RFID标签的中心）之间测得的。因此，可以通过调节馈电点F_ANT缩短3D环形天线和/或使其更薄，同时保持相对较长的读取范围，如大于大约10英尺（大约3米）。图7A和图7B图解了具有多种馈电点的RFID标签的性能。

在一些实施例中，RFID标签的尺寸可以设计为大约等于或小于工作频率的四分之一波长。例如，在使用915MHz的工作频率的情况下，RFID标签的长度可以等于或小于大约1cm，即使当附接到导电表面上时，也可以保持良好的读取范围。

图3B为结合制品表面58的RFID标签50的剖视图。相同的参考标号代表相同的部件。如上所述，导电部分62、64、66和导电制品表面58形成闭环。RF信号18激发流经导电部分62、64、66的电流，如实线箭头所示。如果制品表面58适当的大，制品表面58就可以充当地平面。采用镜像原理，可建立3D环形天线22的代表性电气模型。使用该电气模型可见，由于制品表面58的原因，电流回路的面积大约为3D环形天线22的物理面积的两倍大。具体地讲，制品表面58可增大电流回路的面积，而电流回路可增强整体辐射。

图4A、图4B、图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B为展示根据本发明的RFID标签（如RFID标签20或RFID标签50）的可调谐实质的图。这些图提供天线阻抗（从IC看到）的实（电阻）部分和虚（电抗）部分随频率的变化。更具体地讲，图4A-7B将RFID标签的环形天线的长度、宽度、高度和馈电点参数化，并且提供了用于设计RFID标签的参数，该RFID标签显示具有在性能与尺寸（即波形因子）之间的所需平衡。如上所述，环形天线的长度、宽度和高度可以包括多种导电部分（包括导电翼51A和51B），可通过调节导电部分的长度和宽度来调谐RFID标签的环形天线。图4A-7B所示的图是使用安装有得自Computer SimulationTechnology(Wellesley Hills,Massachusetts)的CST MicrowaveStudio软件的计算机建模系统生成的。

具体地讲，图4A图解了长度L_ANT分别为约50mm、约75mm和约100mm的RFID标签的实例电阻曲线70A、72A和74A。图4B中的曲线70B、72B和74B分别为长度L_ANT等于约50mm、约75mm和约100mm的RFID标签的电抗曲线。在该实例中，可以通过改变L_ANT将RFID标签调谐至具体阻抗，并且设计为以915MHz的频率工作。对于图4A和图4B中的每一条曲线，其它参数（如宽度W_ANT、高度H_ANT和馈电点F_ANT）都保持恒定。具体地讲，宽度W_ANT为约12.5mm，高度H_ANT为约5mm，馈电点F_ANT为约0mm（即IC芯片与3D环形天线的中心34一致）。图4A和图4B所示的曲线表明，RFID标签缩短时，共振频率变大。

图5A和图5B为展示将根据本发明的RFID标签的宽度W_ANT参数化的实例电阻曲线和电抗曲线图。曲线80A和80B、82A和82B、84A和84B以及86A和86B分别为宽度W_ANT等于约12.5mm、约25mm、约37.5mm和约50mm的RFID标签的电阻曲线和电抗曲线。长度L_ANT、高度H_ANT和馈电点F_ANT分别为约100mm、5mm和0mm。因此，图5A和图5B所示的曲线表明，减小RFID标签的宽度可增大共振的斜率，即Q。变化的斜率可有助于使3D环形天线的阻抗与不同的IC芯片阻抗值相匹配。

图6A和图6B为展示将根据本发明的RFID标签的高度H_ANT参数化的实例电阻曲线和电抗曲线图。曲线90A和90B、92A和92B以及94A和94B分别为高度H_ANT等于约2mm、约4mm和约6mm的RFID标签的电阻曲线和电抗曲线。图6A和图6B所示的计算机建模结果表明，减小标签厚度可提高共振频率。

图7A和图7B为展示将根据本发明的RFID标签的馈电点F_ANT参数化的实例电阻曲线和电抗曲线图。在图7A中，曲线100A、102A、104A、106A和108A分别为馈电点F_ANT等于约5mm、约15mm、约25mm、约35mm和约45mm的RFID标签的电阻曲线。在图7B中，曲线100B、102B、104B、106B和108B分别为馈电点F_ANT等于约5mm、约15mm、约25mm、约35mm和约45mm的RFID标签的电抗曲线。RFID标签的长度L_ANT、宽度W_ANT和高度H_ANT分别为约100mm、约12.5mm和约5mm。图7A和图7B所示的图表明，增大RFID标签的馈电点F_ANT可降低RFID标签的第一共振频率。

如此前所述，可能理想的是，在某些应用中减小RFID标签的长度L_ANT和高度H_ANT，以便适应附接到相对较小的制品或具有有限空间的制品。在这些应用中，附接RFID标签的空间可能是有限的。然而，如图4A-4B和图6A-6B所示，减小RFID标签的长度L_ANT和高度H_ANT可提高共振频率，从而可能会使RFID失谐。然而，如图7A、图7B所示，调节馈电点F_ANT可降低共振频率。因此，可以通过调节馈电点F_ANT缓解因RFID标签缩短和/或变薄而带来的不利影响。

图8为用于测试RFID标签112的读取范围的测试系统110的示意图。测试环境110通常包括阅读器114（安装在地面116以上高度H的托架上）、RFID标签112、测试表面118和支承体120。以下讨论的实验在小型无回声室中进行。为抑制电磁干扰，室的内部用铜片材屏蔽。在铜片材的顶部，整个室内都固定有蓝色吸收锥，以抑制室内的电磁波反射。阅读器114设置在室的一端处，RFID标签112设置在室的另一端处。阅读器114与RFID标签112之间的距离为大约5英尺。

下文所述的实验中使用了不同的RFID标签。RFID标签被设计成证实具有图5A-8B所示的3D环形天线的RFID标签的长度L_ANT、宽度W_ANT、高度H_ANT和馈电点F_ANT的参数化结果。例如，相对于实验1，使用了五个不同的RFID标签。在这种情况下，RFID标签中的每一个都被构造为与图2中的RFID标签20的构型类似的构型。实验2-4是用得自实验1的RFID标签中的某一个进行的。实验5是用具有与图3A中的RFID标签50类似的构型的两个RFID标签进行的。在该实验中的每一个中，所有标签都用5mm厚的发泡芯和约12.5mm宽的铜条制成，其中铜条的背面具有导电粘合剂，以用于将标签附接到测试表面138。所用的硅IC芯片为Phillips ISO 18000-6B封装元件。

用测试系统110测试导电测试表面138和非导电测试表面上的RFID标签112的读取范围。铜片材用作导电表面。测试导电测试表面上的RFID标签112时，用得自3M Innovative Properties公司(St.Paul,Minnesota)的Double Stick Scotch^TM Tape（Scotch^TM双面胶带）将RFID标签112附接到测试表面138。为测试非导电表面上的RFID芯片112的性能，在发泡芯上测试RFID芯片112，其性质与自由空间没有显著不同。因此，发泡芯近似自由空间。

为确定RFID标签112的读取范围，将阅读器114的功率电平设置为某个值，然后以1dB的增量衰减，直到标签112不再可读。具体地讲，将阅读器114的功率电平设置为31dBm，并且假定电缆损耗为1dB。因此，阅读器114的所得输出功率为30dBm。以下公式3和4提供了从衰减的功率(dB)向理论预期范围（英尺）的转换。

这样，实验1-5确定阅读器114是否能够在读取范围距离D处读取标签112，以便识别具体RFID标签112的最大读取范围距离D。阅读器114提供视觉标记，以指示RFID标签112是否被成功激发以及是否响应读取指令。

实验1

在实验1中，确定了五个不同的RFID标签（即RFID标签A、RFID标签B、RFID标签C、RFID标签D和RFID标签E）的读取范围。标签A被设计为当设置在金属表面上时与硅IC芯片的阻抗相匹配。标签B和C被设计成与标签A类似，不同的是具有不同的馈电点F_ANT。标签D和E被设计成与标签A类似，但与标签A相比，具有不同的增大的馈电点F_ANT，并且长度L_ANT被减小。实验1的结果列于下表1中。

表1

如表1所示，标签A的读取范围为约11.2英尺。标签B的读取范围为约5.6英尺，标签C的读取范围小于约5英尺。预期到标签B和C的读取范围较小，如上所述，调节馈电点F_ANT可通过降低标签的共振而使标签失谐。相比之下，标签D和E显示具有较大的读取范围，即分别为20英尺（6.1米）和10英尺（3米）。该结果归因于标签增大的馈电点F_ANT和缩短的长度L_ANT。事实上，虽然标签E的长度短约15mm，但标签E的读取范围是标签B的读取范围的两倍。因此，以这种方式调节馈电点F_ANT和长度L_ANT导致恢复的标签调谐和读取范围。另外，重要的是要注意，虽然标签D具有比标签A略小的阻抗值，但标签D显示具有的读取范围基本上大于标签A的读取范围。

实验2

在实验2中，用发泡芯上而不是导电表面上的标签A-E重复实验1的步骤，发泡芯的性质与自由空间没有显著不同。表2指示，与导电表面相比，发泡芯上的RFID标签A的阻抗显著变化。因此，标签A的读取范围缩小。该实验还示出，实验1中标签D（即附接到金属板上的标签D）的阻抗与实验2中标签E的阻抗大约相同。该实验中的每一个中的标签D和E的读取范围也类似。因此，可以推断RFID标签在金属表面上和自由空间中具有标称相同的性能。

表2

实验3

在实验3中，复制标签D（其在实验1中显示具有最佳性能），并且用原始标签D和两个复制的标签（即标签D1和标签D3）重复实验1的步骤。在这种情况下，用双面胶带将标签D固定到6"×8"的金属板上，并将其设置在距离阅读器114为5'、高度为2'处。读取天线的中心也定位在距离地面118高度为2'处。标签D的复制品性能示于以下表3中。

标签	阻抗（欧姆）	读取范围(英尺)–[m]
			D（原始）	27+j324	14[4.3]
D1（复制）	23+j298	15[4.6]
			D3（复制）	36+j350	17[5.2]

表3

表3中给定的结果表明，复制的标签的阻抗和读取范围与原始标签基本上类似。换句话讲，实验3中通过进一步测试复制标签所得的结果确认了实验1的结果。

实验4

为了评估标签D的坚固性，在不同尺寸的金属板上测量标签D的读取范围。金属板尺寸是矩形和正方形的，尺寸范围为约16英寸×16英寸至约1英寸×4英寸（约41cm×41cm至约2.5cm×10cm）。如表4所示，最大读取范围为约35英尺，实现的较小的读取范围为17英尺（约5.2米）。从表4可观察到，附接到较大金属板上的标签D通常实现较大的读取范围，而附接到较小金属板上的标签D通常实现较小的读取范围。

表4

实验5

本实验中所用RFID标签使用与图3A中的RFID标签50类似的构型设计。即，RFID标签（在表5中标记为D2）包括“翼”，以与标签下面的金属板电接触。在该设计中，翼可直接接触金属板或通过电容耦合接触金属板。在表5中，具有与金属板直接接触的翼的RFID标签标记为“D2（翼）”。用相同类型的两个不同IC芯片（分别标记为“芯片1”和“芯片2”）测试该RFID标签。由于IC芯片之间的阻抗变化，可以解释D2-芯片1与D2-芯片2之间的性能变化。

表5也包括实验装置的结果，其中用于电容耦合的介电垫片设置在金属板与RFID标签的翼之间。将得自3M Innovative Properties公司(St.Paul,Minnesota)的Post-It Notes（报事贴）用作介电垫片。包括与金属板隔开的翼的RFID标签的读取范围基本上小于直接接触金属板的RFID标签的读取范围。然而，据信通过设计用于电容耦合的RFID标签，可改善RFID标签的性能，该RFID标签包括与具有介电垫片的金属板隔开的翼。更具体地讲，可以通过调节长度L_ANT和馈电点F_ANT来改善性能，以使天线的阻抗更好地与IC芯片的阻抗相匹配。

表5

图9为用于将RFID标签210附接到基本上非平面的表面的示例性安装构件200的透视图。通常，安装构件200附接到RFID标签210的下部，并且安装构件是柔性的。安装构件200的柔韧性可以使安装构件200能够适形于基本上非平面的表面，例如弯曲或不规则成形的表面，并且支承基本上非平面形式的RFID标签210。

为了使RFID标签210在导电表面附近起作用，应当设计该结构，从而RFID标签与导电表面之间具有足够的距离（或由标签与表面之间的非导电材料制成）。在任一种情况下，安装构件都会使RFID标签与表面隔开一定距离。该距离可以称为安装构件的高度或厚度，并且可以大于大约5mm。

常规的安装构件被设计为将RFID标签附接到相对平坦的表面上。形状为条状或横梁状的安装构件可以适用于将RFID标签附接到平坦表面。然而，该安装构件可能不适用于将RFID标签附接到曲面。例如，弯曲常规的安装构件可能引起结构内的内力，该内力会影响安装构件的完整性和形状，尤其是在具有较大厚度的安装构件内。在具有外壳/外部结构或凸缘的结构中，该问题被进一步夸大。这种结构会将来自弯曲移动的应力转移到结构的侧壁中。这引起侧壁和凸缘起皱和弯曲。

第二个问题是厚的结构具有较大的质量。这在运输系统中可能尤其重要，因为安装构件质量增大可能导致附接RFID标签和结构的载体的效率降低。可以通过用泡沫填充安装构件的垫片材料来减小安装构件的质量，但同时可能增大弯曲过程中的应力。该应力集中可能引起安装构件和/或RFID标签的开裂和失效。

然而，图9中的柔性安装结构200可以用于将RFID标签210附接到不平坦的表面。如图9所示，安装构件200附接到包括天线212和IC芯片214的RFID标签210。通常，RFID标签210可以是任何类型的RFID标签。例如，天线212可以是本公开所述的3D环形天线。又如，天线212可以是RFID领域所熟知的2D或3D天线。可以用粘合剂（例如压敏粘合剂或固化性树脂）将RFID标签210固定到安装构件200的表面202。

在图9中，安装构件200包括表面202（其也可以称为基座构件）和附接到表面202的垫片材料203。垫片材料203被分隔成多个被成形和/或彼此间隔开的部分204（即安装结构），以促进柔韧性，同时也减轻安装构件200的重量。在图解实例中，表面202的材料可以与垫片材料203不同。在这种情况下，表面202可以由不会限制由部分204提供的柔韧性的柔性材料制成，并且部分204中的每一个可以单独连接到表面202。在其它实例中，垫片材料203可以形成部分204和表面202两者。即，可以将垫片材料203成形，以限定附接RFID标签210的基本上平坦的顶部表面202以及由附接到制品表面的部分204的露出表面限定的底部表面。因此，在这种情况下，可以（如）通过压印、模铸或以其它方式将垫片材料203成形为具有部分204的形式，在垫片材料203中形成部分204。

通常可以设计安装构件200的尺寸，从而得到用于RFID标签210的足够的支承。例如，表面202可以限定一定的表面积，从而RFID标签210可完全设置在安装构件200上。在一个实施例中，安装构件200可以延伸超过标签210的外周边。然而，图9所示安装构件200的设计仅为示例性的，不应视为任何方式的限制。相反，安装构件200可以具有任何形状和尺寸，并且可以包括促进柔韧性和/或减轻重量的多种特征中的任何者，例如沿着或横越RFID标签210延伸的有棱纹的结构、槽形结构以及其它促进柔韧性以便将RFID标签210附接到不平坦表面的特征或结构。

图10A和图10B图解了用于安装构件220的示例性构型。具体地讲，图10A图解了用于将RFID标签（例如RFID标签210）附接到基本上非平面的表面的安装构件220的俯视平面图。图10A图解的实例提供了附接到制品表面的安装构件220的表面的详细视图。可以将RFID标签固定到与图10A所示表面相对的安装构件220的侧。即，图10A所示的视图可以是用于附接到制品表面的安装构件220的底部表面，可以将RFID标签附接到安装构件220的顶部表面。

如图10A所示，安装构件220包括表面224和多个从表面224基本上垂直突出的结构226。结构226从表面224基本上朝外突出，即基本上垂直于表面224突出，并且彼此间隔开。具体地讲，结构226可以具有限定安装构件220的厚度的高度。结构226的高度可以基本上大于表面224的厚度。一般来讲，表面224基本上可以比结构226薄，同时仍保持结构完整性，即保持足以防止表面224失效的强度。这样，表面224不会限制由结构226提供的柔韧性。

如图10A所示，结构226中的每一个可以在其基部与顶部之间渐缩。即，结构220与表面224的连接点处的表面积可以大于结构与制品的连接点处的表面积。由于结构226的形状和间距，因此可以基本上以任何方向操纵安装构件220，以适形于弯曲或不规则成形的表面。例如，可以操纵安装构件220，以围绕其长轴或围绕其短轴弯曲。在任一种情况下，对安装构件220进行此操纵引起结构220之间的间距减小。因此，可以通过结构220的形状限定安装构件220可弯曲的程度。因此，设计结构220时应考虑结构226的形状及其间距以及附接结构220的制品的表面形状。

图10B为更详细地图解结构226的透视图。结构226可以表示（例如）安装构件220（图10A）的结构226中的每一个的构型。具体地讲，图10B图解与安装构件220分离的结构226。结构226限定六个侧，即227A、227B、227C、227D、227E和227F。侧227A通常附接到安装构件220的表面224，但为了进行示意性的说明，其在图10B中是露出的。侧227B基本上平行于侧227A，并且被设计为（如）通过粘合剂附接到制品表面。侧227A与227B之间的距离限定高度H₁，该高度可以限定安装构件200的厚度，因为上述表面224具有较小的厚度。如此前所述，可以对安装构件220的厚度进行选择，以将通过安装构件220附接到导电表面的RFID标签与导电表面分离。在一个实施例中，高度H₁可以大于大约5mm。

在所示实例中，侧227A所限定的面积大于侧227B所限定的面积。因此，侧227C、227D、227E和227F彼此成一定角度，从而结构226从侧227A至227B渐缩。由于结构226中的每一个都共享这种形状，因此可操纵安装构件220以使其适形于弯曲或不规则成形的表面。

例如，可以操纵安装构件220以使其适形于凸形或凹形表面。当操纵安装构件220使其适形于凸形表面时，相邻结构226之间的间距缩小。更具体地讲，安装构件220可通过自身的弯曲使得结构226的底部表面更靠近在一起。另一方面，如果安装构件220附接到凹形表面，安装构件220就弯曲，使得相邻结构226的底部表面之间的间距增大。

又如，可以将安装构件220附接到不规则成形的表面。不规则成形的表面可以包括不止一个曲面。例如，表面可以具有S形。在这种情况下，安装构件220的一部分适形于曲面中的一个，安装构件220的另一部分适形于其它曲面。重要的是，无论制品表面的形状如何，结构226都允许操纵安装构件220使其适形于制品表面。应该指出的是，附接到安装构件226的RFID标签也应当被设计为柔性的，从而标签在附接到制品上时可工作。

图11A为图解安装构件230的平面图，该安装构件包括表面，该表面具有促进柔韧性以用于将RFID标签（例如RFID标签210）附接到基本上非平面的表面的有棱纹的结构234。通常，安装构件230可以与安装构件220和210类似，不同的是为安装构件230提供柔韧性的结构的构型。

在图11A中，结构234包括多个彼此平行并限定有棱纹的表面的肋或脊，其中结构234中的每一个具有基本上垂直于RFID的长度延伸的纵向轴线235。结构234从表面232基本上垂直突出，并且彼此间隔开。与结构226类似，结构234可以是渐缩的，使得接触表面232的每一个结构234的表面积大于接触制品表面的每一个结构234的表面积。结构234的渐缩形状和结构234之间的间距促进安装构件230的柔韧性。安装构件230被构造为沿着结构234的长度弯曲，并且可以弯曲至结构234的渐缩边缘彼此邻接。因此，安装构件230可以优选在至少一个方向是柔性的，即沿着安装结构234的长度方向。

图11B图解了与安装构件230类似的安装构件240的平面图。然而，安装构件240与安装构件230有所不同，因为安装构件240包括限定有棱纹的表面的有棱纹的结构244，其中每个有棱纹的结构244的纵向轴线245沿着RFID标签的长度（即基本上平行于长度）延伸，而不是基本上垂直于RFID标签的长度延伸。换句话讲，有棱纹的结构244具有渐缩边缘，而且彼此间隔开并彼此平行。因此，安装构件240可能在整个安装构件240的宽度方向上柔韧性特别好。

虽然图11A和图11B图解的安装构件包括基本上垂直于或基本上平行于附接安装构件的RFID标签的长度方向延伸的安装结构，但在其它实施例中，安装结构可以具有相对于RFID标签的另一个布置方式。例如，在一个实施例中，安装结构可以基本上与RFID标签的长度成对角地（如成大约45度角）延伸。

图12为平面图，图解了具有可以用于将RFID标签附接到基本上非平面的表面的槽形结构254的柔性安装构件250。如图12所示，槽形结构254可以由一系列彼此叉合的指状物形成。这些指状物可以再次从表面252基本上垂直突出，并且具有促进安装构件250的柔韧性的渐缩边缘。

安装构件250与安装构件220、230和240的不同之处在于，安装构件250的内部是封闭的。可以用槽形结构254或外壳或外层封闭内部。封闭内部可以提供一个或多个优点。例如，将额外的粘合剂注入由槽形结构254限定的槽中可以更长久地保持与制品表面适形的形状。应该指出的是，可以在将安装构件附接到制品表面上时通过在安装构件的边缘周围设置环氧树脂小珠并且允许环氧树脂固化，对安装构件200、220、230和240进行封边，即封闭这些安装构件的内部。环氧树脂固化时可有效地密封制品表面与各自安装构件之间的边缘，以保护安装构件与制品表面之间的内部空间免受可能影响粘结性并引起安装构件脱离制品表面的环境损害。

图13A和图13B图解了用于制备RFID标签的实例方法，该RFID标签具有能够将RFID标签附接到基本上非平面的表面的安装构件。具体地讲，图13A为图解了用于制备这种RFID标签的系统260的侧视图的概念性示意图。在图13A中，系统260包括具有促进柔韧性的结构266的安装构件264和RFID标签卷262。安装构件264可以是安装构件220、230、240和250中的一者或任何其它可想到的包括促进柔韧性的结构的安装构件。如此前所述，安装构件264可以通过多种方法形成，例如造模或压印。RFID标签卷262通常可以包括多个相同类型的RFID标签，但一些情况下，可以包括多个不同类型的RFID标签。RFID标签可以是有源或无源RFID标签，并且可以包括本公开所述的3D环形天线或其它常规的2D或3D天线。

如图13A所示，RFID标签卷262可以在安装构件264的顶部表面上滚动，使得RFID标签262的下侧被设置在安装构件264的顶部表面上。例如，可以将RFID标签卷262施加到安装构件264上，使得结构266中的每一个的纵向轴线沿着RFID标签的宽度W_ANT延伸（如图2所示）。或者，可以将RFID标签262施加到安装构件264上，使得结构266中的每一个的纵向轴线沿着RFID标签262的长度延伸。在另一个实例中，结构266可以与结构226类似。在这种情况下，结构266可以在RFID标签262基本上的下侧上基本上均匀地间隔。

在任何情况下，都可以在将RFID标签262在安装构件264上滚动之前，将粘合剂涂敷到安装构件264的顶部表面，从而标签262滚到安装构件264上时，粘合剂可以将RFID标签262固定到安装构件264上。粘合剂可以是压敏粘合剂或固化性树脂。粘合剂凝固时，可以从结构上将RFID标签262切割成各个RFID标签和安装构件组件。可以采用冲切、激光切割或其它已知的切割方法或工艺从结构上切割各个RFID标签。

图13B图解了系统260的俯视平面图。更具体地讲，图13B图解了设置在安装构件264顶部上的RFID标签262A-E。图13B中的虚线表示从材料上切割RFID标签的路径。

图14A-14E为图解了用于制备RFID标签的另一个实例方法的概念图，该RFID标签具有能够将RFID标签附接到基本上非平面的表面的安装构件。具体地讲，图14A-14E中的每一个图解了制备方法中的顺序步骤。

图14A图解了用于浇铸RFID标签的安装构件的腔体270的概念性示意图。图14B图解了设置在腔体270的内部的RFID标签274。除RFID标签274之外，还可以在具有RFID标签274的腔体270的内部设置用于保护RFID标签274的任何顶部或覆盖膜。将RFID标签274和任何其它保护膜设置在腔体270中时，可以用固化性树脂276填充腔体270，如图14C所示。例如，可以采用注模工艺用热塑性树脂填充腔体270。

图14D图解了压入树脂276中的成形工具278。可以将成形工具278压入树脂276中，直至树脂276凝固。成形工具278可以被成形为将促进柔韧性的结构压印到树脂276中。例如，成形工具278可以被成形为将结构226、234、244或254压印到树脂276中。或者，成形工具278可以在树脂276固化后从树脂276上切割结构226、234、244或254。

在图14E中，树脂276已经凝固，并且成形工具278已被移除。这样，腔体270中的剩余物形成了具有可用于将RFID标签附接到基本上非平面的表面的安装构件的RFID标签。如果RFID标签需要耐化学性或其它防止环境损害的性能，这种制备方法可以是特别理想的。另外，该方法还可以使完成的RFID标签和安装构件组件在边缘处具有有棱纹的部分，而在使用图13A和图13B所述的方法时，这是不可能实现的。

图15A为实例RFID标签300的示意透视图。RFID标签300与图2A的RFID标签20基本上一致，但RFID标签300的3D环形天线301包括用作调谐元件的狭缝302。如图15A所示，3D环形天线301的馈电点F_ANT（即IC芯片26与天线301的连接点）从3D环形天线301的中心34偏移。如上所述，可以通过调节馈电点F_ANT的位置来调谐3D环形天线301。换句话讲，可以调节馈电点F_ANT的位置，以使3D环形天线301的阻抗与IC芯片26的阻抗更好地匹配。

另外，3D环形天线301的狭缝302可以充当用于进一步调谐3D环形天线22的电容调谐元件。狭缝302从IC芯片26偏移的距离为S_偏移。此外，在图15A图解的实例中，S_偏移在IC芯片26的负x方向上。狭缝302的长度为表示狭缝在x方向上的长度L_狭缝。这样，狭缝302可以视为导电部分40中的间隙，其中间隙宽度等于L_狭缝。

可以通过调节狭缝302的长度L_狭缝以及狭缝302从IC芯片26偏移的距离S_偏移来调谐3D环形天线22。如下文所详述，调节狭缝302的长度L_狭缝以及狭缝302从IC芯片26偏移的距离S_偏移可以特别有效地调谐3D环形天线22的阻抗的虚部分，即称为电抗的部分。另外，可以使用这种调节精细调谐3D环形天线22的阻抗的实部分，即称为电阻的部分。在一个实施例中，狭缝的长度L_狭缝可以在大约0.5-5mm之间，狭缝从IC芯片26偏移的距离可以在大约2-15mm之间。

在图15A图解的实例中，狭缝302位于导电部分40的较短侧上。换句话讲，狭缝302从IC芯片26偏离的方向与IC芯片26从3D环形天线301的中心34偏移的方向相同，如图15所示实例中的负x方向。将狭缝302重新定位到导电部分40的较长侧上可能在3D环形天线22的响应中引起显著改变。如果IC芯片26从天线301的中心34的偏移（即F_ANT）在负x方向上，那么天线的较长部分将位于偏移的IC芯片26的正x方向上。在这种情况下，3D环形天线301的共振会分成双共振。另外，偏移距离增大时，共振频率还会移至UHF频带内的较高频率。这种共振频率的增大就某些RFID应用而言可能是不可取的。

图15B为结合制品表面28的RFID标签300的剖视图。相同的参考标号代表相同的部件。如上所述，RF信号18激发流经3D环形天线301的电流，因此形成通过导电部分40、42、44和46的电流回路。通过3D环形天线301的电流回路用箭头表示。与通过图2B中没有间隙的3D环形天线22的电流回路不同，通过3D环形天线301的电流回路在由狭缝302形成的迹线中的整个间隙上横穿。具体地讲，狭缝302每一侧的导电迹线40的厚度可以各充当电容板。当交流电(AC)激励信号流经3D环形天线301时，通过3D环形天线301激发的电流引起充当电容板的狭缝301的侧面充电和放电。因此，狭缝302用作交流电波动时充电和放电的电容器，从而使得好像交流电畅通无阻地流过一样，同时仍提供上述调谐功能。

尽管图15A和图15B图解了与图2A和图2B所示类似的天线内使用狭缝302，但也可以将一个或多个狭缝302添加到其它天线结构（例如图3A和图3B所示的3D环形天线50），从而得到类似的调谐功能。此外，RFID标签300可以包括用于调谐没有从3D环形天线301的中心34偏移的馈电点F_ANT的天线301的狭缝302。在这种情况下，IC芯片26位于3D环形天线301的中心34，即F_ANT=0。此外，3D环形天线301可以包括不止一个狭缝302。

图16A和图16B为图解两种天线设计的实例总阻抗的史密斯圆图。具体地讲，图16A图解了图2A和图2B的3D环形天线22的总阻抗的史密斯圆图，其中维度为L_ANT=70mm，H_ANT=5mm，F_ANT=13mm，W_ANT=6.25mm。图16B图解了如图15A和图15B所述的包括狭缝302的3D环形天线301的总阻抗的史密斯圆图，其中维度为L_ANT=75mm，H_ANT=5mm，F_ANT=32mm，W_ANT=12.5mm，S_偏移=5mm，L_狭缝=0.5mm。在图16A和图16B中，点310表示实例IC芯片的最佳阻抗匹配所需的区域。正方形312A和312B分别表示在实例工作频率915MHz下天线22与301的阻抗。如图16A所示，在某些情况下，3D环形天线22可能不会实现与实例IC芯片相匹配的所需电抗。然而，如图16B所示，在形成天线301的导电迹线中添加狭缝302导致3D环形天线301与实例IC芯片的阻抗匹配显著改善。如图16B所示，史密斯圆图中所示阻抗/频率曲线是从史密斯圆图的更靠近所需的阻抗310的边缘拉出的。

图17A和图17B为展示将RFID标签300的狭缝302的长度（L_狭缝）参数化的实例电阻曲线与电抗曲线的图。曲线320A-325A为RFID标签的电阻曲线，曲线320B-325B为电抗曲线，其中L_狭缝分别等于约0.2mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.8mm和约1mm。用真空垫片进行计算机建模，并且将RFID标签300设置在无限大的地平面上。用L_ANT=75mm、H_ANT=5mm、W_ANT=12.5mm、F_ANT=30mm和S_偏移=5mm的标签维度进行计算机建模。当L_狭缝递增时，3D环形天线301的这些维度保持恒定。在0至3GHz的频率范围内进行模拟。

计算机建模的结果示于图17A和图17B中，其中在实例工作频率915MHz处设置标记。计算机建模的结果表明，增大L_狭缝导致阻抗的实部分（即电阻）微小变化。然而，增大L_狭缝导致阻抗的虚部分（即电抗）显著变化。此外，电抗的变化在不会显著影响3D环形天线301的共振频率的情况下获得。下表6提供了在实例工作频率915MHz下计算机建模所得的电阻值和电抗值。

L_狭缝(mm)	电阻（欧姆）	电抗（欧姆）
			0.2	18.60	198.90
0.4	15.83	80.52
			0.5	14.83	48.94
0.6	14.83	27.00
			0.8	14.27	-0.80
1.0	13.31	-19.05

表6

图18A和图18B为展示将RFID标签300的狭缝偏移距离S_偏移参数化的实例电阻曲线和电抗曲线图。换句话讲，该图示出了将狭缝位置相对于馈电位置的变化结果参数化的实例电阻曲线和电抗曲线。曲线320A-323A为RFID标签的电阻曲线，320B-323B为电抗曲线，其中S_偏移分别等于约5mm、约10mm和约15mm。用真空垫片进行计算机建模，并且将RFID标签300设置在无限大的地平面上。用L_ANT=75mm、H_ANT=5mm、W_ANT=12.5mm、F_ANT=15mm和L_狭缝=0.5mm的标签维度进行计算机建模。在该模拟中，狭缝位于馈电点位置F_ANT的较短侧上。当S_偏移递增时，3D环形天线301的这些维度保持恒定。用0至3GHz的频率进行模拟。

计算机建模的结果示于图18A和图18B中，其中在实例工作频率915MHz处设置标记。计算机建模的结果表明，增大S_偏移导致阻抗的实部分（即电阻）微小变化。然而，增大S_偏移导致阻抗的虚部分（即电抗）显著变化。此外，对3D环形天线301的共振频率没有显著影响。下表7提供了在实例工作频率915MHz下计算机建模所得的电阻值和电抗值。

S_偏移(mm)	电阻（欧姆）	电抗（欧姆）
			5	2.521	-158.80
10	1.696	-72.30
			15	1.899	-21.91

表7

图19A和图19B为展示将RFID标签300的狭缝偏移距离S_偏移参数化的实例电阻曲线和电抗曲线图。在该模拟中，狭缝设置在馈电点位置的较长侧上。换句话讲，如果IC芯片26与天线22的中心34的偏移（即F_ANT）在负x方向上，那么狭缝从IC芯片26的偏移S_偏移将在正x方向上。曲线330A-335A为RFID标签的电阻曲线，330B-335B为电抗曲线，其中S_偏移分别等于约5mm、约10mm、约15mm、约20mm、约25mm和约30mm。用真空垫片进行计算机建模，并且将RFID标签300设置在无限大的地平面上。用L_ANT=75mm、H_ANT=5mm、W_ANT=12.5mm、F_ANT=15mm和L_狭缝=0.5mm的标签维度进行计算机建模。在该模拟中，狭缝设置在馈电点位置的较短侧上。当S_偏移递增时，3D环形天线301的这些维度保持恒定。用0至3GHz的频率进行模拟。

计算机建模的结果示于图19A和图19B中，其中在实例工作频率915MHz处设置标记。计算机建模的结果表明，将S_偏移设置在3D环形天线301的较长侧上导致3D环形天线301的共振分成双共振。另外，当S_偏移增大时，3D环形天线301的共振频率移至UHF频带中的较高频率。相对于阻抗的电阻分量和电抗分量，增大S_偏移导致电阻的有限变化和电抗的显著变化。下表8提供了在实例工作频率915MHz下计算机建模所得的电阻值和电抗值。

S_偏移(mm)	电阻（欧姆）	电抗（欧姆）
			5	0.8061	-206.1
10	1.477	-139.2
			15	0.7269	-101.0
20	0.4825	-74.38
			25	0.5246	-54.05
30	0.5365	-37.69

表8

实验6

在实验6中，确定了七个不同的RFID标签的读取范围，即RFID标签A、RFID标签B、RFID标签C、RFID标签D、RFID标签E、RFID标签F和RFID标签G的读取范围。RFID标签中的每一个都被设计为长度L_ANT=75mm，宽度W_ANT=12.5mm，高度H_ANT=1.5mm，馈电点F_ANT=16mm，接地宽度=25mm。RFID标签A-F被设计为狭缝偏移S_偏移=5mm，但具有变化的狭缝长度L_狭缝。RFID标签G被设计成与标签D类似，不同的是具有不同的狭缝偏移S_偏移。实验6的结果示于下表9中。

	L_狭缝(mm)	S_偏移(mm)	读取范围（英尺）
				RFID标签A	0	0	<5
RFID标签B	0.4	5	10
				RFID标签C	1	5	10
RFID标签D	2	5	10
				RFID标签E	4	5	9
RFID标签F	6	5	9
				RFID标签G	2	3	5

表9

如表9中的结果所示，间隙缩短（间隙=0）时，在测试室的末端处不能读取标签。当狭缝长度L_狭缝增大并且狭缝偏移S_偏移保持相同时，对读取范围结果没有显著影响。当狭缝长度L_狭缝保持相同并且狭缝偏移S_偏移减小时，即比较RFID标签D和RFID标签G的结果，偏移S_偏移的减小显著缩小了读取范围。根据这些实验结果，与L_狭缝相比，S_偏移看起来可以更好地调谐RFID标签。

图20A和图20B图解了另一个实例RFID标签350。图20A为结合制品表面28的RFID标签350的示意透视图。图20B为结合制品表面28的RFID标签350的剖视图。RFID标签350与图2A的RFID标签20基本上一致，但RFID标签350的3D环形天线352包括用作调谐元件的重叠导电部分。具体地讲，3D环形天线352的导电部分354与3D环形天线352的导电部分40的至少一部分重叠。.例如，导电部分354和40可以是部分重叠的导电迹线。

在某些情况下，3D环形天线352可以包括将导电部分354与导电部分40分离的基底。在其它情况下，导电部分354和40可以用空气分离。与3D环形天线301的狭缝302类似，3D环形天线352的重叠导电部分可以位于导电部分40的较短侧上，如向图20A和图20B中的中心34和IC芯片26的左侧。重叠导电部分354、40可以提供额外的天线参数，包括重叠高度H_重叠（其等于导电部分354与导电部分40之间的距离），重叠长度L_重叠，重叠宽度W_重叠以及重叠偏移F_重叠（即从IC芯片26的馈电点到重叠部分的距离），可以调节这些参数以调谐3D环形天线352。要增加电容，可增大重叠部分的总面积（W_重叠×L_重叠）或可减小H_重叠。电容的变化将引起共振频率偏移，并且可用于将天线调谐至所需的阻抗。

图20B为结合制品表面28的RFID标签350的剖视图。相同的参考标号代表相同的部件。RF信号18激发流经3D环形天线352的电流，因此形成通过导电部分40、42、44、46和354的电流回路。通过3D环形天线352的电流用箭头表示。与通过图2B的3D环形天线22的电流回路不同，通过3D环形天线352的电流回路在导电部分354与导电部分40之间的整个间隙上横穿。具体地讲，交流电(AC)激励的信号流经3D环形天线352时，导电部分40、354的重叠部分各充当充电和放电的电容板。因此，电流在重叠导电部分354、40之间流动，使得看起来好像交流电畅通无阻地流过3D环形天线352，同时仍提供上述电容调谐功能。

尽管图20A和图20B图解了在与图2A和图2B所示天线类似的天线内使用重叠电容调谐元件，但也可以将重叠导电部分354和40添加到其它天线结构（例如图3A和图3B所示的3D环形天线50），从而得到类似的调谐功能。此外，RFID标签350可以包括重叠导电部分，以用于调谐没有从天线352的中心34偏离的馈电点F_ANT的3D环形天线352。在这种情况下，IC芯片26位于3D环形天线352的中心XX，即F_ANT=0。

本发明描述了多个实施例。这些实施例和其它实施例都在以下权利要求书的范围内。

Claims

1.一种射频识别(RFID)标签，包括：

环形天线，所述环形天线包括：

第一导电部分，所述第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中所述第一导电部分的所述长度和所述宽度基本上位于第一平面内，所述第一导电部分的至少一部分形成用于调谐所述环形天线的阻抗的调谐元件；和

第二导电部分，所述第二导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中所述第二导电部分的所述长度和所述宽度基本上位于基本上平行于所述第一平面的第二平面内，所述第二导电部分被电耦合到所述第一导电部分上；和

电连接到所述环形天线上的RFID电路，其中通过所述环形天线激发电流流经电流回路中的所述第一导电部分和所述第二导电部分，所述电流回路位于基本上垂直于所述第一平面和所述第二平面的第三平面内。

2.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述RFID标签被构造为使得当被附接到制品表面上时，所述第三平面基本上垂直于所述制品的表面。

3.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述第二导电部分连接到制品的导电表面上，形成位于所述第三平面内的所述电流回路。

4.根据权利要求3所述的RFID标签，其中所述第二导电部分包括一对接触点，所述接触点连接到所述导电表面，以形成所述电流回路。

5.根据权利要求3所述的RFID标签，其中所述第二导电部分电耦合到所述制品的所述导电表面，以形成所述电流回路。

6.根据权利要求3所述的RFID标签，其中所述第二导电部分电磁耦合到所述制品的所述导电表面，以形成所述电流回路。

7.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述RFID标签被构造为使得流经所述环形天线的电流在附接所述RFID标签的制品的导电表面内感应电流，以增强由所述环形天线产生的磁场。

8.根据权利要求7所述的RFID标签，其中在所述制品的所述导电表面内感应的所述电流使由所述环形天线的所述电流回路封闭的区域基本上加倍。

9.根据权利要求1所述的RFID标签，所述环形天线限定长度，其中所述RFID电路处于所述长度的中心。

10.根据权利要求1所述的RFID标签，所述环形天线限定长度，其中所述RFID电路偏离于所述环形天线的所述长度的中心。

11.根据权利要求1所述的RFID标签，其中其中所述第一导电部分包括在所述第一导电部分中形成间隙的至少一个狭缝，其用作调谐元件，以用于将所述天线的所述阻抗调谐为与连接所述天线的所述RFID电路的阻抗基本上匹配。

12.根据权利要求11所述的RFID标签，其中所述RFID电路在偏离于所述环形天线中心的位置处被连接到所述环形天线的第一导电部分，并且在所述环形天线的第一导电部分中形成间隙的所述狭缝以所述RFID电路偏离所述环形天线中心的相同方向偏离所述RFID电路。

13.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述第一导电部分包括第一导电迹线，所述第一导电迹线基本上与第二导电迹线的至少一部分重叠，以形成所述调谐元件，以用于将所述天线的所述阻抗调谐为与连接所述天线的所述RFID电路的阻抗基本上匹配。

14.根据权利要求12所述的RFID标签，还包括分离所述重叠导电迹线的非导电材料。

15.根据权利要求12所述的RFID标签，其中所述RFID电路在偏离于所述环形天线中心的位置处被连接到所述环形天线的第一导电部分，并且所述重叠导电迹线以所述RFID电路偏离所述环形天线中心的相同方向偏离所述RFID电路。

16.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述环形天线被调谐为在所述射频频谱的超高频率(UHF)范围内工作。

17.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述第一导电部分的所述长度和所述第二导电部分的所述长度为至少大约50毫米(mm)，所述第一导电部分的所述宽度和所述第二导电部分的所述宽度在大约12-50mm之间，并且所述第一导电部分和所述第二导电部分的所述厚度为小于大约1mm。

18.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述环形天线限定内部空间，所述RFID标签还包括设置在所述内部空间内的垫片材料。

19.根据权利要求1所述的RFID标签，其中所述RFID电路包括集成电路(IC)、表面声波(SAW)和有机电路中的一者。

20.一种射频识别(RFID)系统，包括：

阅读器单元，所述阅读器单元被构造为输出询问射频(RF)场；和

RFID标签，所述RFID标签包括：

环形天线，所述环形天线包括：

第一导电部分，所述第一导电部分的长度和宽度基本上超出其厚度，其中所述第一导电部分的所述长度和所述宽度基本上位于第一平面内，所述第一导电部分的至少一部分形成用于调谐所述天线的阻抗的调谐元件；和

电连接到所述环形天线上的RFID电路，其中激发电流流经电流回路中的所述第一导电部分和所述第二导电部分，以响应所述询问RF信号而输出RF信号，所述电流回路位于基本上垂直于所述第一平面和所述第二平面的第三平面内。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述RFID标签被构造为使得当被附接到制品的表面时，所述第三平面基本上垂直于所述制品的所述表面。

22.根据权利要求20所述的系统，其中所述第二导电部分连接到制品的导电表面上，形成位于所述第三平面内的所述电流回路。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述第二导电部分包括一对连接到所述导电表面上的接触点。

24.根据权利要求22所述的系统，其中所述第二导电部分通过电气连接和电磁耦合之一连接到所述制品的所述导电表面，以形成所述电流回路。

25.根据权利要求20所述的系统，其中所述RFID标签被构造为使得流经所述环形天线的电流在连接所述RFID标签的制品的导电表面内感应电流，以增强由所述环形天线产生的磁场。

26.根据权利要求25所述的系统，其中在所述制品的所述导电表面内感应的所述电流使所述环形天线的所述磁场基本上加倍。

27.根据权利要求20所述的系统，所述环形天线限定长度，其中所述IC芯片处于所述长度中心。

28.根据权利要求20所述的系统，所述环形天线限定长度，其中所述IC芯片偏离于所述环形天线的所述长度的中心。

29.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一导电部分包括在所述第一导电部分中形成间隙的至少一个狭缝，所述狭缝用作所述调谐元件，以用于将所述天线的所述阻抗调谐为与连接所述天线的所述RFID电路的阻抗基本上匹配。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述RFID电路在偏离于所述环形天线的中心的位置处被连接到所述环形天线的第一导电部分，并且在所述环形天线的第一导电部分中形成间隙的所述狭缝以所述RFID电路偏离所述环形天线中心的相同方向偏离所述RFID电路。

31.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一导电部分包括第一导电迹线，所述第一导电迹线基本上与第二导电迹线的至少一部分重叠，以形成所述调谐元件，以用于将所述天线的所述阻抗调谐为与连接所述天线的所述RFID电路的阻抗基本上匹配。

32.根据权利要求31所述的系统，还包括分离所述重叠导电迹线的非导电材料。

33.根据权利要求31所述的系统，其中所述RFID电路在偏离于所述环形天线的中心的位置处被连接到所述环形天线的第一导电部分，并且所述重叠导电迹线以所述RFID电路偏离所述环形天线中心的相同方向偏离所述RFID电路。

34.根据权利要求20所述的系统，其中所述环形天线在所述射频频谱的超高频率(UHF)范围内工作。

35.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一导电部分的所述长度和所述第二导电部分的所述长度为至少大约50毫米(mm)，所述第一导电部分的所述宽度和所述第二导电部分的所述宽度在大约12-50mm之间，并且所述第一导电部分和所述第二导电部分的所述厚度为小于大约1mm。

36.一种制品，包括：

导电表面；和

射频识别(RFID)标签，所述RFID标签连接到所述制品的所述导电表面，所述RFID标签包括：

环形天线，所述环形天线包括：

电连接到所述环形天线上的RFID电路，其中通过所述环形天线激发电流流经电流回路中的所述第一导电部分和所述第二导电部分，所述电流回路位于基本上不平行于所述制品的所述导电表面的第三平面内。

37.根据权利要求36所述的制品，其中所述RFID标签被构造为使得所述第三平面基本上垂直于所述制品的所述导电表面。

38.根据权利要求36所述的系统，其中所述第二导电部分连接到所述制品的所述导电表面上，以形成位于所述第三平面内的所述电流回路。

39.根据权利要求38所述的制品，其中所述第二导电部分包括一对连接到所述制品的所述导电表面上的接触点。

40.根据权利要求38所述的系统，其中所述第二导电部分通过电气连接和电磁耦合之一连接到所述制品的所述导电表面，以形成所述电流回路。

41.根据权利要求36所述的制品，其中所述RFID标签被构造为使得流经所述环形天线的电流在所述制品的导电表面内感应电流，以增强由所述环形天线产生的磁场。

42.根据权利要求41所述的制品，其中在所述制品的所述导电表面内感应的所述电流使所述环形天线的所述磁场基本上加倍。

43.根据权利要求36所述的制品，其中所述第一导电部分包括在所述第一导电部分中形成间隙的至少一个狭缝，所述狭缝用作调谐元件，以用于将所述天线的所述阻抗调谐为与连接所述天线的所述RFID电路的阻抗基本上匹配。

44.根据权利要求43所述的制品，其中所述RFID电路在偏离于所述环形天线的中心的位置处被连接到所述环形天线的第一导电部分，并且在所述环形天线的第一导电部分中形成间隙的所述狭缝以所述RFID电路偏离所述环形天线中心的相同方向偏离所述RFID电路。

45.根据权利要求36所述的制品，其中所述第一导电部分包括第一导电迹线，所述第一导电迹线基本上与第二导电迹线的至少一部分重叠，以形成所述调谐元件，以用于将所述天线的所述阻抗调谐为与连接所述天线的所述RFID电路的阻抗基本上匹配。

46.根据权利要求45所述的制品，还包括分离所述重叠导电迹线的非导电材料。

47.根据权利要求45所述的制品，其中所述RFID电路在偏离于所述环形天线的中心的位置处被连接到所述环形天线的第一导电部分，并且所述重叠导电迹线以所述RFID电路偏离所述环形天线中心的相同方向偏离所述RFID电路。