CN107683214A - 用于轮胎的射频应答器 - Google Patents

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Abstract

射频应答器(1、5)对应于辐射天线(10)和电子部件(20、30)的没有机电连接的组合件。所述辐射天线(10)是形成偶极天线的单股螺旋弹簧。所述电子部件(20、30)是由电子芯片(22、32)和主天线(24、34)构成，所述主天线(24、34)电磁耦合到所述辐射天线(10)，且所述电子部件(20、30)封装在刚性电绝缘块(29、39)中。

Description

用于轮胎的射频应答器
技术领域
本发明涉及一种电子无线电识别装置或射频应答器，其适应于紧固到例如轮胎的待识别物体，所述待识别物体特别是在使用时会经受高热机械应力。
背景技术
在RFID(射频识别(Radio Frequency Identification)的缩写)装置的领域中，射频应答器常规地用于物体的识别、监测和控制。这些装置准许更快且更可靠的自动控制。
此类射频应答器通常由至少一个电子芯片和紧固到待识别物体的天线组成，所述天线呈磁环或辐射天线的形式。
射频应答器的通信性能被表示为对于传输到射频读取器或由射频读取器传输的给定信号来说，射频应答器与射频读取器通信的最大距离。
就例如轮胎的高度可延展产品来说，需要在产品的从制造到退出市场的整个寿命中且尤其是在产品的使用期间识别产品。为了促进此任务，特别是在使用条件下，需要高通信性能，此性能是在借助于射频读取器在与产品相隔长距离(即，若干米)处询问射频应答器的可能性方面进行表示的。最后，期望的是，使此类装置的生产成本尽可能地有竞争力。
能够符合轮胎要求的射频应答器根据现有技术是已知的，特别是从文档WO 2009/134243 A1所知。此应答器包括：电子芯片；印刷电路，电子芯片电连接到印刷电路；以及两个金属螺旋弹簧，其机械连接且电连接到印刷电路，从而形成辐射偶极天线。与射频读取器的通信使用无线电波，特别是UHF(超高频(Ultra Hautes Fréquences)的缩写)频带。螺旋弹簧的例如线直径、线性质、螺旋线螺距和弹簧长度的特性因此被调整到所选的通信频率。
然而，此类射频应答器具有许多缺点。尽管射频应答器的部分是可延展的，但由于其天线的几何结构，关于使用时的高应力水平仍存在一些机械脆性区域。具体地说，螺旋弹簧与印刷电路之间的机械连接是刚性区域，其形成了射频应答器的耐久性的弱点。
此外，制造此类射频应答器的过程是繁重的。这是因为将螺旋弹簧附接到印刷电路是常常手动地执行的复杂操作，其中必须将三维螺旋弹簧的端部固定在印刷电路的扁平凹部中，同时还将螺旋弹簧电连接到电子电路板的迹线。使用电子工业的常规方法无法执行后一操作。
最后，必须将射频应答器固定到形成轮胎的弹性体材料。具体地说，应答器的刚性部分与弹性体产品之间的接合可能需要使用特殊助粘剂。
本发明涉及一种旨在改善用于轮胎工业以及其它领域的射频应答器的技术性能和经济效益的射频应答器。
发明内容
本发明涉及一种用于集成到待识别物体中的射频应答器，待识别物体是由例如弹性体混合物或组合物的高度可延展材料制成。此射频应答器包括电子芯片和与射频读取器通信的辐射天线，且特点在于射频应答器配备有电连接到电子芯片的主天线，特点在于主天线电磁耦合到辐射天线，且特点在于辐射天线是形成电偶极子的单股螺旋弹簧。待识别物体可以是例如轮胎。
这里，术语“弹性体”被视为意指包含TPE(热塑性弹性体(Thermo PlastiquesElastomères)的缩写)的弹性体集合，例如二烯聚合物，也就是说，包括二烯单元、硅酮、聚氨基甲酸酯和聚烯烃的那些聚合物。
这里，术语“电磁耦合”被视为意指通过电磁辐射的耦合，也就是说，在两个系统之间没有物理接触的情况下传送能量，一方面包含电感耦合且另一方面包含电容耦合。主天线因而优选地包含在包括以下各项的群组中：线圈、环、线片段，或这些导电元件的组合。
因此，辐射天线与电子芯片之间不存在任何机械连接会相对于所引用的文档的射频应答器，大体上改善在根据本发明的目标的射频应答器的耐久性方面的性能。
此外，由于辐射天线并不连接到任何印刷电路，故可以在使用或不使用特殊助粘剂的情况下，利用所属领域的技术人员所熟知的弹性体-金属粘附剂溶液将辐射天线嵌入和固定在由弹性体混合物形成的块中。这同时降低了在例如轮胎的橡胶块中使用此类射频应答器的成本。
最后，在将射频应答器的电子部件(包括电子电路板和主天线)与辐射天线分离时，能够独立地生产每个组件且接着在之后的步骤中将它们组装在一起。因此，可以利用电子和电信工业中的每个工业的标准方法，由此降低了此类射频应答器的制造成本。
优选地，主天线是具有至少一个线匝的线圈，而不管线匝的形状是圆形、正方形还是长方形。
对于UHF频率范围，优选地是选择利用两个线圈的电感耦合，两个线圈一方面是由单股螺旋弹簧表示，另一方面是由具有线匝的线圈表示。
根据具体的实施方案，具有对称轴的主天线外接在圆中，圆的回转轴平行于主天线的轴，且圆的直径大于或等于辐射天线的螺旋弹簧的内径的三分之一，或优选地是二分之一或三分之二。
通过关于辐射天线的螺旋弹簧的特性而指定主天线的线匝的相对尺寸，能够确保在主天线位于辐射天线内部的情况下，两个天线之间的距离将小于主天线的直径。因此优化了两个天线之间的电感耦合，从而也优化了射频应答器在传输和接收方面的通信性能。
根据优选的实施方案，辐射天线的回转轴和主天线的对称轴大体上平行。
这里，术语“大体上平行”被视为意指由每个天线的轴向方向产生的角度小于或等于30度。在此情况下，两个天线之间的电磁耦合是最佳的，因此特别是改善了射频应答器的通信性能。
优选地，主天线的线圈的中平面大体上叠加在辐射天线的螺旋弹簧的中平面上。
此时应定义线圈和螺旋弹簧的中平面。根据定义，中平面是将物体分离成两个相等部分的虚平面。在本情况下，此中平面垂直于每个天线的对称轴，且位于每个天线的长度的中心。最后，这里，表述“大体上叠加”被视为意指中平面之间的相对距离小于辐射天线的长度的十分之一。
因此，由于电流强度在线圈的中心最大，故由此电流感应的磁场也在线圈的中心最大；因此确保两个天线之间的电感耦合是最佳的，由此改善了射频应答器的通信性能。
根据优选的实施方案，辐射天线具有面向主天线而定位的实际外围表面S，主天线具有面向辐射天线而定位的实际外围表面s，表面的比率S/s介于3与8之间，或优选地介于4与6之间。
这里，术语“实际外围表面”被视为意指围绕天线轴的回转表面，所述天线轴的回转表面穿过天线线匝的至少一个径向极值且沿着天线的整个长度垂直于线匝轴向地延伸。此外，这里，术语“线匝”被视为意指线匝的导电部分。
就具有邻接线匝的线圈来说，所得表面是圆柱体，所述圆柱体的半径等于被视为参考的天线极值，且所述圆柱体的长度等于天线的轴向距离。就辐射天线来说，所得表面是螺旋表面，所述螺旋表面的轴对应于辐射天线的轴，所述螺旋表面的螺距对应于辐射天线的螺距，且所述螺旋表面的半径对应于被视为辐射天线的基本线匝的参考的极值的径向距离。
最后，应理解的是，基于辐射天线相对于主天线的位置，只使用天线的实际内表面或外表面。
因此，根据本发明的射频应答器的两个天线之间的能量传输要求两个天线之间的交换表面最小，以便获得令人满意的无线电通信性能。
优选地，主天线连接到包括电子芯片的电子电路板的端子，主天线的阻抗适应于射频应答器的电子电路板的阻抗。
术语“电子电路板的阻抗”被视为意指主天线的端子处的阻抗，所述阻抗表示包括至少一个电子芯片和所述电子芯片连接到的印刷电路的电子电路板的阻抗。
通过使主天线的阻抗与电子电路板的阻抗匹配，优化了射频应答器的通信频率，从而改善了增益且提供了更有选择性的尺寸外型和更窄带宽的电子电路板。因此，对于传输到射频应答器的相同量的能量改善了射频应答器的通信性能。这尤其是通过射频应答器的读取距离的增加而表明。对于所引用的文档中的射频应答器，并不容易设计辐射天线，这一方面必须符合电子部件的阻抗匹配的条件，且另一方面必须满足用于传输无线电波的电共振条件。
通过调整主天线的几何特性中的至少一个几何特性来实现主天线的阻抗匹配，所述几何特性是例如线的直径、此线的材料和线的长度。
也可以通过在主天线与电子电路之间增加由附加电子组件组成的阻抗变换电路来实现主天线的阻抗匹配，所述阻抗变换电路是例如基于电感和电容的滤波器和传输线。
也可以通过将主天线的特性与阻抗变换电路的特性组合来实现主天线的阻抗匹配。
根据具体的实施方案，电子芯片以及主天线的至少一部分嵌入在例如高温环氧树脂的刚性电绝缘材料中。组合件形成射频应答器的电子部件。
因此，包括主天线的至少一部分以及连接到印刷电路的电子芯片的电子部件变硬，从而使其组件之间的机械连接在经受待识别物体中的热机械应力时更可靠。
这也使射频应答器的电子部件能够独立于辐射天线或待识别物体进行工业生产。值得注意地，包括主天线和电子芯片的电子组件的小型化可以例如通过利用具有线匝的微型线圈作为主天线而是可行的。
根据另一个实施方案，主天线的未嵌入在刚性块中的部分被覆盖有电绝缘材料。
因此，如果主天线未完全地容纳在实现与电子部件的电绝缘的刚性块中，那么有用的是可借助于例如电缆的绝缘护套的电绝缘材料的覆盖来使主天线绝缘。
根据优选的实施方案，射频应答器的电子部件位于辐射天线内部。
因此优化了电磁耦合，这是一方面由于由辐射天线生成的磁场在螺旋弹簧内最大且均匀，只是在螺旋弹簧的端部处除外。因此优化了射频应答器在传输和接收方面的通信性能。
根据具体的实施方案，射频应答器的电子部件的几何结构内接在圆柱体中，所述圆柱体的直径小于或等于辐射天线的内径，且所述圆柱体的回转轴与主天线的轴平行或共轴。
如果将以此方式而形成的电子部件放置在辐射天线内部，那么可使用所述电子部件来实现主天线相对于辐射天线的优化预定位，以改善射频应答器在接收/传输方面的通信性能。这是因为机械地确保了两个天线平行且它们之间的距离产生高质量电感耦合。
根据另一个优选实施方案，射频应答器的电子部件位于辐射天线外部。
因此优化了电磁耦合，这是由于由主天线生成的磁场在线圈内最大且均匀，只是在线圈的端部处除外。改善了射频应答器在向射频读取器传输方面的通信性能。此外，因而更易于将额外电子组件定位在包括电子芯片的印刷电路上，电子芯片位于辐射天线外部。
根据具体的实施方案，射频应答器的电子部件具有适应于容纳辐射天线的圆柱形空腔。另外，内接在主天线中的圆的直径小于辐射天线的外径的三倍，或优选地是两倍。
因此，将辐射天线放置在主天线内部会确保辐射天线与主天线之间的电磁耦合由于两个天线之间在距离和平行度方面的相对定位而是最佳的。
根据具体的实施方案，电子芯片电连接到印刷电路以形成电子电路板，印刷电路包括一个或多个额外无源或有源电子组件。
这些电子组件可以是例如微处理器、存储器、电池、压力传感器、温度传感器和/或加速度计。这通过使射频应答器所获得的数据倍增而使射频应答器的功能性能够丰富。
本发明还提议一种识别贴片，所述识别贴片由嵌入在弹性体混合物的柔性电绝缘块中的射频应答器组成。
这里，术语“电绝缘”被视为意指弹性体混合物的电导率低于所述混合物的导电电荷的渗流阈值。
因此形成了促进将射频应答器放置在待识别物体中的识别贴片，待识别物体包括由基于弹性体的材料制成的部分。在必要时可以使用普通橡胶粘合剂层，以将识别贴片固定到待识别的例如轮胎的物体。
弹性体混合物的刚性和电导率特性也确保了射频应答器在待识别物体的组件中的机械插入和电绝缘具有高质量。因此，射频应答器的操作并不受到待识别物体的干扰。
本发明另外提出了一种用于制造射频应答器的方法，其包括以下步骤：
·生产大小适应于射频应答器的无线电信号的通信频率的螺旋弹簧，以形成射频应答器的辐射天线，
·将电子芯片电连接到印刷电路，以形成电子电路板，
·使用导电线来制成主天线，
·将主天线电连接到电子电路板，
·将主天线和电子电路板的至少一部分嵌入在例如热固性树脂的刚性电绝缘块中，以形成射频应答器的电子部件，
·通过简单插入过程来定位电子部件和辐射天线，使得主天线具有对称轴和中平面且辐射天线具有回转轴和中平面，两个天线的轴大体上平行且两个天线的中平面大体上叠加。
因此，通过单独地生产射频应答器的电子部件和辐射天线而简化了射频应答器的制造。另外，组装两个组件的步骤无需两个组件之间的机械或电连接，由此显著地降低了射频应答器的制造成本。
根据具体的实施方案，根据本发明的制造方法包括生产线圈类型的主天线的步骤，主天线具有至少一个线匝且包括对称轴，主天线外接在圆中，圆的回转轴平行于对称轴，且圆的直径大于或等于辐射天线的内径的三分之一。
这些互补特性与允许在UHF频率范围内的电感耦合的主天线变型相关。
根据优选的实施方案，根据本发明的制造方法包括用电绝缘材料来覆盖主天线的未嵌入在刚性电绝缘块中的部分的步骤。
此特性可用于获得辐射天线与主天线之间的高质量电磁耦合，同时避免两个天线的导电部分之间的任何物理接触。
优选地，根据本发明的制造方法包括使主天线的阻抗适应于电子电路板的阻抗的步骤。
这可改善主天线的效率。
根据优选的实施方案，制造方法包括向配备有电子芯片的印刷电路添加一个或多个额外无源或有源电子组件以形成电子电路板的步骤。
因此，通过从设计电子电路板时引入纯粹与电子工业相关的此步骤而改善了射频应答器的功能性。
本发明还提出了一种用于制造识别贴片的方法，其中通过注入、压缩或挤出的过程而将射频应答器结合在至少一个弹性体混合物的柔性电绝缘块中。
因此，不管弹性体的状态如何，其可以是原始的或固化的，都可在必要时容易使用常规的弹性体-弹性体粘附方法而将识别贴片结合到例如轮胎的待识别物体中，待识别物体包括弹性体产品。此结合可在例如以原始轮胎坯件制造物体期间且尤其是在弹性体的固化或硫化之前进行，或在将待识别物体例如直接制造到轮胎的内面或外面上的方法之后的步骤中进行。
附图说明
将根据对应用于气动轮胎的情况下的以下描述的阅读而更容易理解本发明。本申请仅参考附图，借助于示例而给出，在附图中：
·图1示出了根据本发明的辐射天线的细节图；
·图2示出了根据本发明的射频应答器的电子部件的透视图，射频应答器呈电子部件待定位在辐射天线内部的配置；
·图3示出了根据本发明的射频应答器的透视图，射频应答器呈电子部件位于辐射天线内部的配置；
·图4示出了根据本发明的射频应答器的透视图，射频应答器呈电子部件位于辐射天线外部的配置；
·图5是识别贴片的分解图；
·图6示出了两个射频应答器处根据观测频带而传输的电功率的曲线图，以及
·图7是用于制造包括根据本发明的射频应答器的识别贴片的方法的概要图。
具体实施方式
在以下文本中，术语“轮胎”和“气动轮胎”是以等效方式使用的并且涉及任何类型的轮胎，而无论是气动的还是非气动的(在英语中被称为“tyre(轮胎)”、“pneumatic tyre(气动轮胎)”或“non-pneumatic tyre(非气动轮胎)”)。
图1示出了由钢线12组成的辐射天线10，钢线12已塑性地变形以形成具有回转轴11的螺旋弹簧。螺旋弹簧首先由被覆线的卷绕直径和螺旋线螺距限定。因此，考虑到线直径而精确地确定螺旋弹簧的内径13和外径15。这里，弹簧17的长度对应于弹性体混合物的块中的射频应答器1的传输信号的半波长。因此，螺旋弹簧中的中平面19可被限定为垂直于回转轴11，从而将辐射天线划分成两个相等部分。基于螺旋线螺距、钢线12的直径、辐射天线10的长度17且在适当时基于螺旋弹簧的内径13或外径15来估算辐射天线10的实际外围表面S。
图2示出了射频应答器1的电子部件20，射频应答器1旨在用于电子部件20位于辐射天线10内部的配置。电子部件20包括电子芯片22和经由印刷电路26而电连接到电子芯片22的主天线24。这里，主天线由具有对称轴23的SMC(表面安装组件(Composant Monté enSurface)的缩写)微型线圈组成。确定主天线的中平面21，此中平面是由平行于SMC线圈的对称轴23的法线限定的并且将所述线圈划分成两个相等部分。借助于在铜垫27处终止的铜迹线而形成印刷电路上的组件之间的电连接。使用组件与垫27之间的金线28，通过被称为“线键合”的方法而形成组件到印刷电路的电连接。由印刷电路26、电子芯片22和主天线24形成的组合件嵌入在电绝缘高温环氧树脂的刚性块29中，从而形成射频应答器1的电子部件20。
图3示出了呈电子部件20位于辐射天线10内部的配置的射频应答器1。电子部件20的几何形状外接在圆柱体中，圆柱体的直径小于或等于螺旋弹簧的内径13。这有利于将电子部件20插入到辐射天线10中。主天线的中平面21大体上叠加在辐射天线10的中平面19上。
图4示出了呈电子部件30位于辐射天线10外部的配置的射频应答器5。电子部件30的几何形状包含圆柱形空腔35，圆柱形空腔35的直径大于或等于辐射天线10的外径15。这有利于将辐射天线10插入到电子部件的圆柱形空腔35中。主天线的中平面大体上在辐射天线10的中平面中。
图5示出了包括射频应答器1的识别贴片2，射频应答器1嵌入在由板3a和3b表示的电绝缘弹性体材料的柔性块3中。此处，射频应答器1呈电子部件20位于辐射天线10内部的配置。
图6是由位于米其林(Michelin)XINCITY 275/70R22.5胎体内部的射频应答器传输到射频读取器的电功率的曲线图。所使用的测量协议对应于名为“识别电磁场阈值和频率峰值(Identification Electromagnetic Field Threshold and Frequency Peaks)”的ISO/IEC 18046-3标准。测量是针对宽频率扫描而进行的，并非如惯例那样基于时间点而进行。水平轴表示通信信号的频率。竖直轴是由射频读取器接收的电功率，相对于由现存现有技术射频应答器传输的最大电功率以分贝而表达。虚线100中的曲线表示根据所引用的文档的射频应答器的响应。实线200中的曲线表示根据本发明的应答器针对由射频读取器传输的相同信号的响应。应注意的是，在射频读取器的中心通信频率下存在有利于根据本发明的射频应答器的两分贝的增益。在通信频率周围的更宽频带中，增益仍保持在约一分贝。
图7是用于制造根据本发明的识别贴片2的方法的概要图。生产识别贴片2要求最初制造根据本发明的射频应答器1、5。识别制造射频应答器1、5时的各个按时间顺序的步骤，随后是针对识别贴片2的各个按时间顺序的步骤。根据与组合件相关的步骤清楚地定界与电信或电子贸易相关的步骤，与组合件相关的步骤可由轮胎制造商执行例如以应用于气动轮胎。
参考示出了制造识别贴片2的概要图的图7，可以辨别三个连续且独立的阶段。
在对应于电信贸易的第一阶段中，形成辐射天线10，此天线用于用射频读取器来传输和接收无线电波。
根据具体的实施方案，第一步骤在于使用例如弹簧卷绕车床的合适工业手段而使外径为200微米的钢线12塑性地变形，以形成螺旋线螺距为1.5mm的螺旋弹簧。这会生产具有约1.6毫米的外径15的连续弹簧，外径15相对于最终辐射天线的期望长度17较小，期望长度17介于40与60毫米之间，例如50毫米。在此塑性变形步骤之后，可以通过在高于200℃下加热至少30分钟而应用热处理，以松弛以此方式而形成的螺旋弹簧中的应力。
第二步骤是通过激光切割将螺旋弹簧切割到期望长度，期望长度对应于无线电通信信号的频率的半波长，其中允许这些波在弹性体介质中的传播速度，也就是说，约50毫米。所得机械组件表示根据本发明的辐射天线10。
在第二阶段中，生产射频应答器1的电子部件20，此部件用于电子芯片22对辐射天线10的询问和响应。使用主天线24通过电磁耦合来实行辐射天线10与电子部件20之间的信息传输。
封装在刚性块29中的此电子装置一方面是由电子芯片22构成，另一方面是由主天线24构成。
图3中将此电子装置的第一实施方案示为呈电子部件20待位于辐射天线10内部的配置。在优选的实施方案中，使用引线框架方法以针对主天线24且针对表示印刷电路26的等同形式的电子芯片22提供机电支撑。此方法特别适合于此配置，原因是此配置易于小型化。
第一步骤是构成电子电路板。出于此目的，最初使用例如以Tedella品牌出售的H20E的导电粘附剂将电子芯片22固定到栅格或引线框架。通过线键合方法，也就是说，通过使用例如在电子芯片22与由栅格表示的印刷电路26之间的直径为20微米的金线28来形成电链路，而实行芯片的布线。接着可以在主天线24固定到栅格时，使用例如阻抗计的合适电气装置来测量电子电路板的阻抗。
第二步骤是生产主天线24。在附图中未示出的一个实施方案中，由具有通过线键合过程直接构造在栅格(引线框架)上的圆形线匝的线圈形成此天线。未示出的主天线的另一变型在于使用通过用于电子工业的金属焊接方法连接到电子电路板的两个铜线片段来产生天线，这些片段在相反方向上定向以形成偶极子。为了构造在栅格上具有线匝的线圈，使用直径为20微米的金线；也将有可能使用铝线或铜钯线以在栅格的背面上形成线圈的半线匝。半线匝的直径是400微米，且使用在半导体工业中是常规的超声方法以将金线电连接到栅格。接着在栅格的正面上形成另一半线匝，以形成直径为400微米的具有15个线匝的圆柱形线圈。
确定主天线24的线匝数，使得主天线24的阻抗与至少包括由栅格表示的印刷电路26和电子芯片22的电子电路板的阻抗匹配。在本情况下，只有电子芯片22的阻抗是具有例如(10-j*150)欧的值的复数。因此，直径为400微米的15线匝线圈对应于构造在铜连接栅格上的电子电路板的阻抗的良好匹配。
生产电子部件20时的最后步骤是使用高温环氧树脂将印刷电路26、连接到印刷电路26的组件以及主天线24封装在刚性块29中。出于此目的而使用本领域的技术人员所熟知的顶部包封(globtop)过程。刚性块29形成保护射频应答器1的电子电路板的囊。
在待放置在辐射天线10内部的电子装置的另一个实施方案中，第一步骤是使用覆盖有电绝缘热塑性护套的180微米铜线来生产主天线24。将此线卷绕在刚性电绝缘管状芯上，从而形成约十二个线匝的线圈，线圈的外径为1毫米且线圈的螺旋线螺距为0.2毫米，线圈以两个裸露端部而终止。接着可以基于铜线直径、天线的外径、螺旋线螺距和总的线匝数来估算主天线24的实际外围表面s。在此情况下，因为主天线24位于辐射天线10内部，所以螺旋表面的半径是500微米。
借助于柔性支撑件而形成电子电路板。在第一变型中，借助于ACP(各向异性导电膏(Anisotropic Conductive Paste)的缩写)导电粘附剂来固定电子芯片22，而不需要在芯片22与电子电路板之间进行任何电布线。在第二变型中，借助于非导电粘附剂来固定电子芯片22，从而组装电子组件。通过线键合方法，也就是说，通过使用例如定位在电子芯片22与表示印刷电路26的柔性支撑件之间的直径为20微米的金线28来形成电链路，而实行芯片22到电子电路板的布线。
接着使用例如以Tedella品牌出售的H20E的导电粘附剂将主天线24的两个裸露端部连接到印刷电路26。
最后，通过本领域的技术人员所熟知的顶部包封方法，而用高温环氧树脂类型的电绝缘刚性材料来覆盖电子电路板以及主天线24的裸露终端。
在电子部件30的第二实施方案中，在此部件待位于辐射天线10外部时，程序如下。最初生产电子电路板的部分。
在第一步骤中，使用在微电子工业中是常规的超声方法将电子芯片32且在必要时将额外组件连接到柔性支撑件，从而形成印刷电路36(在英语中被称为“flex PCB(挠曲PCB)”)，以便构成电子电路板。借助于合适电子装置来测量电子电路板的阻抗，合适电子装置是例如柔性印刷电路的上面上的铜连接的端子处的阻抗计，主天线将连接在所述端子处。铜连接中的每一个具有穿过柔性支撑件的厚度直到支撑件的下面的中心空腔。
在第二步骤中，围绕电绝缘树脂的套管37形成主天线34，套管37的定界电子部件的圆柱形空腔35的内径大于或等于辐射天线10的螺旋弹簧的外径15，也就是说，约1.3毫米。此套管的厚度为约0.5毫米。套管的每个端部具有0.5毫米的增加厚度，从而形成宽度小于或等于0.5毫米的边缘38。
将直径为200微米的铜线卷绕在套管37的位于两个边缘38之间的外面上，以形成给定数目个线匝，以便生产呈圆柱形线圈形式的具有与电子电路板的阻抗匹配的阻抗的主天线34，主天线34待电连接到电子电路板。
使用以Tedella品牌出售的H20E类型的导电粘附剂将第一步骤中形成的电子电路板的柔性印刷电路36固定到绝缘树脂的套管37的边缘38。在此之前，已将主天线34的铜线的每个端部插入在套管37的边缘38与柔性印刷电路36之间，边缘38和柔性印刷电路36是待组装的两个部分。
最后，通过用例如铜的导电金属的钎焊而经由在铜连接的位置处穿过柔性印刷电路36的空腔来实现电连接。因此生产了由电子电路板和主天线34形成的电子装置。
在最后步骤中，用厚度为至少1毫米的刚性电绝缘块39来覆盖电子装置，以便保护电子电路板和主天线34免于各种种类的化学侵蚀，同时针对电连接提供机械保护。使用注入方法，在于将电子装置放置在塑模中。然而，为了保持初始树脂套管的圆柱形空腔35，放置不透气的柔性弹性体膜以便穿过圆柱形腔35，此膜被加压以密封圆柱形空腔35来抵御保护性树脂的传播。在压力下以低于不可渗透的膜的压力的压力注入呈液体状态的例如以商标名RESOLTECH出售的RESOLCOAT 1060ES7树脂的高温环氧树脂。此方法实现树脂遍及整个电子装置的均匀分布，只是圆柱形空腔35除外。在已打开塑模且已停止对柔性膜的加压时，取出电子装置，所述装置仍具有圆柱形空腔35，但现在在外部覆盖有电绝缘树脂的刚性块39。组合件表示射频应答器5的电子部件30。
生产射频应答器1或5的第三阶段在于将第一步骤中生产的辐射天线10组装到第二步骤中制成的电子部件20或30上。
在主天线24待位于辐射天线10内部的第一配置中，程序如下。
首先，使用合适的长尖嘴钳以夹紧电子部件20，电子部件20内接在圆柱体中，圆柱体的直径小于或等于第一步骤中形成的辐射天线10的内径13，也就是说，约一毫米。
将电子部件20插入到辐射天线10中，同时将主天线的对称轴23定位在辐射天线10的回转轴11的方向上。另外，将电子部件20完全地推进至辐射天线10中，直到主天线的中平面21与辐射天线的中平面19重合。接着从长尖嘴钳释放电子部件20且从辐射天线10内部小心地抽出所述钳。
因此以促进两个天线之间的高质量电感耦合的方式实行辐射天线10与主天线24之间的轴的自动定心平行定位和中平面的相对定位。
以此方式而形成的组合件表示根据本发明的射频应答器1。
在电子部件30待位于辐射天线10外部的第二配置中，程序如下。
使用例如虎钳来固定第二阶段中形成的电子部件30的外部。用长尖嘴钳来夹紧第一阶段中形成的辐射天线10的一个端部。
接着将辐射天线10的另一端部插入到电子部件30的圆柱形空腔35中，且借助于长尖嘴钳引导辐射天线10穿过圆柱形空腔35，直到辐射天线10的中平面19与主天线34的中平面重合。
接着通过打开长尖嘴钳的端部而释放辐射天线10。以此方式而形成的组合件表示根据本发明的射频应答器5。
在完成射频应答器1或5之后，最后步骤是生产识别贴片2以促进将射频应答器1或5应用于待识别物体，待识别物体部分地由弹性体混合物组成。不管射频应答器1或5的配置如何，此步骤的程序都如下。
将前一步骤中形成的射频应答器1或5放置在柔性块3的中心。如例如图5所示的，将射频应答器1夹在两个原始弹性体材料的板3a和3b之间，板3a和3b的大小随应答器射频1的大小而变且板3a和3b具有介于例如2与5毫米之间的厚度。板的纵向方向对应于辐射天线10的轴。组合件最初位于冲压工具的金属冲模的内面上，冲压工具的大小适应于弹性体块的体积。
使用与冲模互补的金属冲头而借助于例如单轴轮胎压机的冲压工具向组合件施加压缩力，以便形成对应于根据本发明的射频应答器1或5的识别贴片2的具有对称轴的紧凑几何结构，所述紧凑几何结构的长度为例如60毫米，所述紧凑几何结构内接在直径为约20毫米的圆柱体中。
可使用例如挤出或注入方法的其它方法以将射频应答器1、5结合到一个或多个弹性体混合物的块中。
在具体的实施方案中，在封装射频应答器1、5的电子部件20、30的刚性高温环氧树脂块29、39与识别贴片2的弹性体混合物之间使用本领域的技术人员所熟知的助粘剂。这可以改善射频应答器在使用时的耐久性。
最后，可以根据至少两个实施方案来实行根据本发明的射频应答器1、5针对例如气动轮胎的待识别物体的工业安装。在第一优选实施方案中，在气动轮胎的构建期间，必须简单地将射频应答器1、5或原始弹性体混合物的识别贴片2结合在轮胎坯件中。将应答器或识别贴片2以几何方式放置在气动轮胎的原始坯件的各个弹性体组件之间。理想地，将应答器或识别贴片2放置在经受可接受的变形程度的地理区域中，以确保辐射天线10不会塑性地变形。坯件经受轮胎制造各种阶段，包含在高压釜中加热，以硫化各个弹性体混合物且将应答器或识别贴片固定到如此生产的轮胎。射频应答器1、5因而准备好供使用。
另一个优选的实施方案在于通过在制造识别贴片2之后的步骤中进行固化或硫化而固定识别贴片2的弹性体结构。通过本领域的技术人员所知的常规弹性体-弹性体固定方法将由于此操作而生产的装置固定到气动轮胎的容纳区域，常规弹性体-弹性体固定方法是例如通过将粘合剂橡胶层冷固化为气动轮胎的内部橡胶进行粘附。轮胎的射频应答器1、5因而准备好供使用。

Claims (22)

1.一种射频应答器(1、5)，其旨在集成在弹性体混合物的块中，其包括：
-电子芯片(22、32)，
-与射频读取器通信的辐射天线(10)，
其特征在于所述射频应答器(1、5)进一步包括电连接到所述电子芯片(22、32)的主天线(24、34)，特征在于所述主天线(24、34)电磁耦合到所述辐射天线(10)，且特征在于所述辐射天线(10)是由单股螺旋弹簧形成的偶极天线。
2.根据权利要求1所述的射频应答器(1、5)，其中，所述主天线(24、34)是具有至少一个线匝的线圈。
3.根据权利要求2所述的射频应答器(1、5)，其中，具有对称轴(23)的所述主天线(24、34)外接在圆柱体中，所述圆柱体的回转轴平行于所述主天线(24、34)的所述对称轴(23)，且所述圆柱体的直径大于或等于所述辐射天线(10)的所述螺旋弹簧的内径(13)的三分之一。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述主天线(24、34)具有对称轴(23)，所述主天线(24、34)的所述对称轴(23)和所述辐射天线(10)的回转轴(11)大体上平行。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述主天线(24、34)的线圈的中平面(21)大体上叠加在所述辐射天线(10)的螺旋弹簧的中平面(19)上。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述辐射天线(10)具有面向主天线(24、34)而定位的实际外围表面S，所述主天线(24、34)具有面向辐射天线(10)而定位的实际外围表面s，所述表面的比率S/s介于3与8之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述主天线(24、34)连接到包括所述电子芯片(22、32)的电子电路板的端子，所述主天线(24、34)的阻抗适应于所述射频应答器(1、5)的电子电路板的阻抗。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述电子芯片(22、32)以及所述主天线(24、34)的至少一部分嵌入在刚性电绝缘块(29、39)中，以形成所述射频应答器(1、5)的电子部件(20、30)。
9.根据权利要求8所述的射频应答器(1、5)，其中，所述主天线(24、34)的未嵌入在刚性块(29、39)中的至少一个部分覆盖有电绝缘材料。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述射频应答器(1)的电子部件(20)位于辐射天线(10)内部。
11.根据权利要求10所述的射频应答器(1、5)，其中，所述射频应答器(1)的电子部件(20)的几何结构内接在圆柱体中，所述圆柱体的直径小于或等于辐射天线(10)的内径(13)，且所述圆柱体的回转轴与主天线(24)的对称轴(23)平行或共轴。
12.根据权利要求1至9中的任一项所述的射频应答器(5)，其中，所述射频应答器(5)的电子部件(30)位于辐射天线(10)外部。
13.根据权利要求12所述的射频应答器(5)，其中，所述射频应答器(5)的电子部件(30)具有适应于容纳辐射天线(10)的圆柱形空腔(35)。
14.根据权利要求13所述的射频应答器(5)，其中，内接在主天线(34)中的圆的直径小于辐射天线(10)的外径(15)的三倍。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述电子芯片(22、32)电连接到印刷电路(26、36)以形成电子电路板，所述印刷电路(26、36)包括一个或多个额外无源或有源电子组件。
16.一种识别贴片(2)，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的射频应答器(1、5)，其中，所述射频应答器(1、5)嵌入在至少一个电绝缘柔性弹性体混合物(3)中。
17.一种用于制造射频应答器(1、5)的方法，其中：
-生产大小适应于所述射频应答器(1)的无线电信号的通信频率的螺旋弹簧，以形成所述射频应答器(1)的辐射天线(10)，
-将电子芯片(22、32)电连接到印刷电路(26、36)，以形成电子电路板，
-使用导电线来制成主天线(24、34)，
-将所述主天线(24、34)电连接到所述电子电路板，
-将主天线(24、34)和电子电路板的至少一部分嵌入在例如热固性树脂的刚性电绝缘块(29、39)中，以形成所述射频应答器(1、5)的电子部件(20、30)，
-通过简单插入过程来定位电子部件(20、30)和辐射天线(10)，使得主天线(24、34)具有对称轴(23)和中平面(21)且辐射天线(10)具有回转轴(11)和中平面(19)，所述两个天线的轴大体上平行且所述两个天线的中平面大体上叠加。
18.根据权利要求17所述的用于制造射频应答器(1、5)的方法，包括生产线圈类型的主天线(24、34)的步骤，所述主天线(24、34)具有至少一个线匝并且包括对称轴(23)，所述主天线(24、34)外接在圆中，所述圆的回转轴平行于对称轴(23)，并且所述圆的直径大于或等于辐射天线(10)的内径的三分之一。
19.根据权利要求17和18所述的用于制造射频应答器(1、5)的方法，其包括用电绝缘材料来覆盖主天线(24、34)的未嵌入在刚性电绝缘块(29、39)中的部分的步骤。
20.根据权利要求17和19所述的用于制造射频应答器(1、5)的方法，其包括使所述主天线(24、34)的阻抗与所述电子电路板的阻抗匹配的步骤。
21.根据权利要求17至20所述的用于制造射频应答器(1、5)的方法，其包括向配备有所述电子芯片(22、32)的印刷电路(26、36)添加一个或多个额外无源或有源电子组件以形成电子电路板的步骤。
22.一种用于制造识别贴片(2)的方法，其中，通过注入、挤出或压缩的过程而将根据权利要求1至16中的任一项所述的射频应答器(1、5)结合在至少一个弹性体混合物的柔性电绝缘块(3)中。
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