CN110168568A - 小型差分电场激活的uhf rfid器件 - Google Patents

Abstract

一种小型差分电场激活的UHF RFID器件。这种器件可以很小并且易于制造，从而提高了将RFID技术结合到诸如票据、卡和代币之类的物品中的可行性。这种器件也可以很小而且便宜，足以允许将冗余的RFID芯片放置在物品上，从而提高启用RFID的物品的生存能力。这种器件还可以减少用于制造诸如智能票据或卡的物品的金属或塑料的量，从而改善可回收性。

Description

小型差分电场激活的UHF RFID器件

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月11日提交的美国临时专利申请号62/444,823的优先权和权益，其全部内容通过参考并入本文。

背景技术

“智能标记”，也称为“智能标签”，是打印编码的标记，其包含极其扁平配置的应答器作为标记内部的嵌体。这些应答器通常包括芯片、天线和接合线。

在许多过程中，诸如在物流和运输中，“智能标记”或“智能标签”已经取代了更传统的光学条形码以及2D条形码、QR码等，成为可以识别和跟踪物品的关键手段。这种光学编码的自动化在读取成功的适当距离上受到限制，并且通常需要手动操作以便使编码进入扫描仪的视觉范围(或者，替代性地，需要使用扫描编码对象的整个表面的扫描仪门)。然而，智能标记可以远距离读取，而不必位于扫描仪的视线内，从而便于自动化。

然而，智能标记确实具有某些缺点。例如，智能标记比光学条形码更容易受到物理损坏。智能标记的使用还有些比光学条形码更昂贵。虽然光学条形码标记可以使用传统的标记打印机甚至是标准的消费级喷墨打印机进行打印，但智能标记必须使用更专业的打印机进行打印，并且打印时的故障率会稍高(通常约为5％)。最后，智能标记比光学条形码标记更大并且更突出，限制了它们在某些应用中的实用性。例如，“RFID票据”通常具有跨越票据的大部分的大型嵌入式天线，这意味着用户可能具有损坏票据并由于其折叠而无法使用的风险。

发明内容

根据一个示例性实施例，可以公开一种小型差分电场激活的UHF RFID 器件。这种器件可以很小并且易于制造，从而提高了将RFID技术结合到诸如票据、卡和代币之类的物品中的可行性。这种器件也可以小而且便宜，足以允许将冗余的RFID芯片放置在物品上，从而提高启用RFID的物品的生存能力。这种器件还可以减少用于制造诸如智能票据或卡的物品的金属或塑料的量，从而改善可回收性。

附图说明

本发明的实施例的优点将从以下对其示例性实施例的详细描述中变得明显，该描述应当结合附图来考虑，附图中相同的数字表示相同的元件，其中：

图1是耦合器和带状物配对的一个示例性实施例。

图2是耦合器和带状物配对的一个示例性实施例。

图3是说明通过电容的耦合的一个示例性图。

图4是耦合器的侧视图的一个示例性实施例。

图5是耦合器的侧视图的一个示例性实施例。

图6是RFID器件的一个示例性实施例。

图7是已添加到票据中的RFID器件的一个示例性实施例。

图8是说明配备有RFID器件的票据的使用的一个示例性图。

图9是说明使用具有表面的RFID器件的一个示例性图，该表面提供与相对X、Y和θ(theta)取向无关的耦合。

图10是耦合到远场天线的RFID器件的一个示例性实施例。

具体实施方式

在以下针对本发明具体实施例的描述和相关附图中公开了本发明的各方面。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以设计出替换实施例。附加地，将不详细描述本发明的示例性实施例的公知元件，或者将省略这些元件，以免模糊本发明的相关细节。此外，为了便于理解本文中使用的几个术语的描述，下面将进行讨论。

如本文所使用的，词语“示例性”意为“用作一个示例、实例或说明”。本文描述的实施例不是限制性的，而仅是示例性的。应该理解的是，所描述的实施例不必被解释为比其他实施例更优选或更具优势。此外，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点或操作模式。

此外，可以根据要由例如计算设备的元件执行的动作序列来描述一些实施例。将认识到，本文描述的各种动作可以由特定电路(例如，专用集成电路(ASIC))、由一个或更多个处理器执行的程序指令或由两者的组合来执行。附加地，本文描述的动作的这些序列可以被认为完全体现在任何形式的计算机可读存储介质中，其中存储有对应的计算机指令集，计算机指令集在执行时将引起相关联的处理器执行本文所述的功能。因此，本发明的各个方面可以以多种不同的形式体现，所有这些形式都被设想是在所要求保护的主题的范围内。另外，对于本文描述的每个实施例，任何这种实施例的对应形式可以在本文中被描述为例如“被配置为”执行所描述的动作的“逻辑”。

根据一个示例性实施例，并且总体上参考附图，可以公开小型差分电场激活的UHFRFID器件(“RFID器件”)的各种示例性实施方式。在一些实施例中，这种RFID器件也可以被称为“内插器”或者包括“RFID带状物”。在目前设想的一个实施例中，一种形式的差分电场器件利用偶极天线，其总长度为操作频率下的半波长，在FCC波段约为152.5mm。在本发明的一个示例中，提供了一种器件，其中总长度小于操作波段下的波长的1/30，大约10.2mm。然而，重要的是要注意，本申请不限于任何特定尺寸。

根据一个示例性实施例，RFID器件可以被设计为小型且易于大批量制造。低成本和小尺寸各自可以提高将器件结合到更小、更薄和/或更低成本的物品 (例如票据、卡(诸如支付卡或身份证)和代币)中的可行性，从而在以前不可能或不现实的情形下，允许这种物品被配备有RFID技术。在一些示例性实施例中，物品甚至可以配备有多个冗余RFID器件以提高可靠性，允许在 RFID器件中的一个或更多个断开或被显现成不可用的情况下仍然由RFID阅读器读取物品。

根据一个示例性实施例，RFID器件的小尺寸可用于减少用于制造RFID 器件的金属和塑料的量。这可能对制造有利，但也可用于使配备RFID的物品更可回收。

根据一个示例性实施例，RFID器件可具有5mm乘10mm的近似测量值。根据另一个示例性实施例，根据需要，RFID器件可以大于这些尺寸以便提高可读性，可以在一些应用中(例如，可能在具有更高精度的阅读器的现实中) 比这些尺寸更小或者可以具有任何其他测量。根据一个示例性实施例，RFID 器件的标签可以是在操作频率下使用的波长的一小部分。

为了读取RFID器件，根据一些示例性实施例，RFID器件可以与耦合器连接。在一个示例性实施例中，耦合器可以是或可以包括例如两个板，在两个板之间可以存在设计用于操作RFID器件的差分电场。

现在转到示例性图1，图1显示了RFID带状物102和耦合器104之间的配对100的一个示例性实施例。在图1的示例性实施例中，耦合器104可包括具有在一个或更多个点处产生差分电场的一组或更多组金属结构，诸如耦合器板108，其可以连接到RFID阅读器106。在一个示例性实施例中，耦合器板108可以彼此靠近设置(例如，它们可以彼此平行或基本平行地伸展)，并且可以通过设置在它们之间的间隙分开。虽然本发明涉及耦合器板108的使用，但是不限于此并且预期利用本领域中已知的任何金属结构(诸如桥) 来产生差分电场。

根据一个实施例，可以在耦合器104的耦合器板108之间提供差分电场。这种差分电场可以根据需要由例如RFID阅读器106或者由另一个组件提供。当RFID带状物102与耦合器104的耦合板108紧密连接时，这种差分电场可以用于操作RFID带状物102。

根据一个示例性实施例，可以建立X方向和Y方向，使得例如X方向水平伸展并且Y方向垂直伸展，如图1所示。在图1中示出的示例性实施例中，X方向可以平行于耦合器板108之间的间隙的长度，并且Y方向可以垂直于此方向。

根据一个示例性实施例，用户可以通过将RFID带状物102(其可以位于配置为承载RFID带状物102的一些其他物品上)放置在耦合器板108上方，使得RFID带状物102桥接耦合器板108来操作耦合器104，。在一个示例性实施例中，用户可以将位于载体物品上的RFID带状物102放置在耦合器104 上，使得RFID带状物102在Y方向上的变化最小。然后，用户可以沿X方向移动物品，以便在耦合器板108上方沿X方向移动RFID带状物102。在一个示例性实施例中，一旦RFID带状物102被放置成使其处于耦合器板108上的适当的Y位置中，就可以读取它。

根据一个示例性实施例，在RFID带状物102到耦合器104的定位中可能存在大量的公差。在一个实施例中，在X、Y和Z方向中的每个中可能存在大量的公差；在其他示例性实施例中，在任何方向或任何方向组合中可能存在较小的公差。这可以确保，例如，RFID带状物102可以位于具有至少一些 Y偏移的点并且仍然可以被读取。定位公差与带状物焊盘和焊盘的尺寸以及 (一个或更多个)带状物耦合到的结构有关。在一个示例中，带状物焊盘可以小于它们耦合到的板；例如，带状物焊盘可以是2mm×2mm。在一个实施例中，耦合器焊盘的尺寸可以是3mm×3mm。在这种情况下，带状物相对于 (一个或更多个)耦合器焊盘的+/-0.5mm移动将不会改变带状物和耦合器焊盘之间的重叠区域，从而保持恒定的耦合。

现在转到示例性图2，图2显示了RFID带状物202和耦合器204之间的配对200的一个替代示例性实施例，其可包括连接到RFID阅读器206的一组或更多组耦合器板208。在一个示例性实施例中，耦合器板208可以彼此靠近地设置(它们可以例如彼此平行或基本平行地伸展)并且可以通过设置在它们之间的间隙分开。

根据一个示例性实施例，提供在耦合板208之间的间隙不是平行于X方向设置，而是可以被设置处于一定角度，在使得间隙随X方向变化。在一个实施例中，这可以确保当RFID带状物202沿X方向被引入并且在Y方向上错位时，RFID带状物202将通过一定区域，该区域具有耦合到带状物202的两侧中的每个的差分场。

例如，具有一对耦合器板208的耦合器204也可以提供有两个点B和C，如图2所示。根据一个示例性实施例，可以引入RFID带状物202，其具有沿 Y轴的特定定位。在B处，RFID带状物202沿Y轴的定位可能具有太大的偏移而不能被成功读取，并且因此RFID带状物202可能不会在点B处被读取。然而，在点C处，RFID带状物202沿Y轴的定位可以与耦合板208之间的间隙的定位重合，因此RFID带状物202可以是可读的。

现在转到示例性图3，图3显示说明使用RFID带状物302和RFID耦合器304通过电容300耦合的过程的一个示例性图。

为了提供适当的背景，通常，RFID电容耦合可以用于短距离，其中需要紧密的RFID耦合(即约1cm)。这种系统可以利用电容效应来提供RFID标签和RFID阅读器之间的耦合。该系统可用于例如ISO 10536下的智能卡。

基本上，在电容耦合中，RFID标签可以利用电极(特别是电容器的板) 而不是天线或线圈，以在RFID标签和RFID阅读器之间提供所需的耦合。在电容耦合中，RFID标签可以放置在RFID阅读器附近。RFID标签和RFID阅读器之间的电容可以提供电容器，通过该电容器可以传输信号；在一些示例性实施例中，这可能还需要接地回路。一旦建立了该电容器，阅读器就可以通过它传输AC信号，并且阅读器生成的AC信号可以在RFID标签内被拾取和整流并用于为标签内的器件供电。然后可以通过调制负载将数据返回到RFID阅读器。

这样，根据图3所示的示例性实施例，RFID带状物302(非常小的差分电场器件)可以与耦合器304的耦合板308接近，耦合器304可以进一步具有RFID阅读器306。根据一个示例性实施例，RFID带状物302然后可以由 RFID阅读器306读取。

现在转向示例性图4，图4示出了耦合器404的侧视图的示例性实施例。根据一个示例性实施例，耦合器404可以具有多个耦合器板408，它们可以沿相同轴线指向所有方向；例如，根据一个示例性实施例，耦合器404可具有面向上、面朝下或面向侧面的两个耦合器板408。

根据一个示例性实施例，用户可以插入承载板410，在该承载板410上可以设置RFID带状物402。RFID带状物402可以定位在耦合器板408上方，使得它与耦合器板408隔开距离“d”。在一个实施例中，当d增加时，耦合器-带状物配对的电容和耦合可以减小，这意味着，在一些示例性实施例中， RFID带状物402可能必须直接放置在耦合器板408的顶部，以便被读取。

现在转向示例性图5，图5示出了耦合器504的侧视图的一个示例性实施例。根据一个替代示例性实施例，代替具有仅在一个表面上设置有耦合器板 408的耦合器404，耦合器504可以替代地具有耦合孔508。在这种实施例中，在其载体510上的RFID带状物502可以放置在C形结构508的臂内。这可以确保RFID带状物502由两个不同的电容器(一个在顶部，一个在下面)，而不是由一个电容器连接到耦合器504。RFID带状物502可以与耦合孔508 的顶部或第一部分分开距离“d1”，并且可以与耦合孔508的底部或第二部分分开距离“d2”。随着“d1”增加，“d2”可减小，反之亦然。这可以确保与“d1”和“d2”相关联的耦合的总电容基本上是恒定的。

现在转到示例性图6，图6示出了RFID带状物602的一个示例性实施例。根据一个示例性实施例，RFID带状物602可包括芯片612和多个附接焊盘 614。根据一个示例性实施例。芯片612可以居中地位于附接焊盘614之间，每个连接焊盘可以具有相同的尺寸；根据另一个示例性实施例，芯片612可位于其他位置。

根据一些示例性实施例，RFID带状物602可以印刷在基板上，例如纸、 PE或PET基板，其可以围绕附接焊盘614。在另一个示例性实施例中，根据需要，附接焊盘614可以是独立的组件。

根据一个示例性实施例，RFID带状物602在完全组装时可在X方向上延伸大约10mm并且在Y方向上延伸大约5mm，如图6所示。根据另一个示例性实施例，RFID带状物602可以是不同的尺寸。根据一个示例性实施例，附接焊盘614可以是在操作频率下使用的无线电波的波长尺寸的一小部分。

现在转到示例性图7，图7显示了配置成承载RFID带状物702的物品710 的一个示例性实施例。例如，根据一个示例性实施例，物品710可以是支付卡或者是事件的票据。在一个示例性实施例中，RFID带状物702可以居中地设置在物品710的一端上；在另一个示例性实施例中，RFID带状物702可以设置在物品710上的其他位置上，或者设置在物品710上的多个位置上。

现在转到示例性图8，图8显示了展示配置为承载RFID带状物802的物品810的使用的一个示例性图。为了扫描物品810，用户可以将物品810插入具有槽或孔818的票据或自动售货系统816，在其中可以设置耦合器804。然后，物品810可以耦合到耦合器804，并且可以由RFID阅读器806读取。

现在转向图9，图9显示了说明具有表面908的RFID器件902的使用的一个示例性图，特别是耦合板908，其可以提供耦合，而不管相对的X、Y和θ取向如何。根据一个示例性实施例，表面908可以为X、Y和θ的所有值提供差分场，确保无论X、Y和θ的值是什么，RFID器件902都可以耦合。

现在转向示例性图10，图10显示耦合到远场天线1020的RFID器件1002 的一个示例性实施例。根据一个示例性实施例，可能期望将RFID读取器定位在远离耦合器1004的位置。根据这种示例性实施例，远场天线1020可以替代地连接到耦合器1004。当以RFID器件1002为特征的物品1010被插入适当的位置并且耦合到耦合器1004时，远程位置处的RFID读取器可以通过远场天线1020与RFID器件1002通信。这可以允许在机器或票据读取站内的阅读器结构的放置上具有更大的灵活性。

前面的描述和附图说明了本发明的原理、优选实施例和操作模式。然而，本发明不应被解释为限于上面讨论的特定实施例。本领域技术人员将了解上面讨论的实施例的其他变型(例如，根据需要，与本发明的某些配置相关联的特征可以替代地与本发明的任何其他配置相关联)。

因此，上面描述的实施例应被视为说明性的而非限制性的。相应地，应当了解的是，本领域技术人员可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下对那些实施例进行变化。

Claims (14)

1.一种RFID配对系统，其包括：

至少一个带状物和至少一个耦合器；

至少一对耦合器板；以及

在所述至少一对耦合器板和所述至少一个耦合器之间存在差分电场。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述差分电场由RFID阅读器提供。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述至少一个带状物发生与所述至少一对耦合器板和所述至少一个耦合器的连接时，所述差分电场操作所述至少一个带状物。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个间隙将所述至少一对耦合器板分开。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，建立X方向和Y方向，使得X方向平行于所述至少一对耦合器板之间的所述至少一个间隙的长度，并且Y方向垂直于此方向。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个间隙处于一定角度，使得所述间隙随X方向变化。

7.一种操作差分电场激活的RFID器件的方法，其包括以下步骤：

提供至少一个RFID器件；

提供带状物、耦合器、至少一组耦合器板；

将所述带状物放置在所述至少一组耦合器板上方，使得所述RFID带状物桥接所述至少一组耦合器板；以及

读取所述RFID器件。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括提供具有所述至少一个器件的物品，并且在将所述带状物放置在所述至少一组耦合器板上方之后，在所述至少一组耦合器板上方沿X方向移动所述RFID带状物。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一对耦合器板提供有至少一个点，并且所述RFID带状物具有沿轴线的特定定位。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述带状物沿所述轴线在所述至少一个点处电位。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法还包括提供阅读器，使得所述至少一个RFID器件电容性地耦合到所述RFID阅读器。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一组耦合器板可沿相同轴线指向所有方向。

13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述带状物设置在载体板上。

14.一种RFID配对系统，其包括：

至少一个带状物和至少一个耦合器；

至少一个金属结构；以及

在所述至少一个金属结构和所述至少一个耦合器之间存在差分电场。