CN112218770B - 轮胎的射频转发器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无源射频转发器，所述无源射频转发器包括辐射天线和电子部分，所述辐射天线由单股螺旋弹簧制成，所述单股螺旋弹簧具有轴线、正中平面、节距以及给定丝线直径的直径，所述电子部分位于辐射天线的内部。电子部分包括电子芯片，所述电子芯片电连接至主天线，所述主天线与辐射天线电磁耦合。主天线具有轴线和正中平面，所述轴线平行于辐射天线的轴线，所述正中平面与辐射天线的正中平面重叠。主天线封闭在圆柱体中，所述圆柱体的直径大于辐射天线的内径的三分之一。射频转发器的特征在于，对于辐射天线的不与电子部分对齐的第一区域，辐射天线的第一螺旋节距大于辐射天线的非第一区域部分的第二螺旋节距。

Description

轮胎的射频转发器
技术领域
本发明涉及电子无线电识别设备或射频转发器，其能够固定在待识别的物体(例如轮胎)上，所述待识别的物体特别在使用中经受较高的热机械应力。
背景技术
在RFID(RFID为射频识别的首字母缩写)设备领域中，无源射频转发器通常用于识别、追踪和管理物体。这些设备能够实现更可靠、更快速的自动化管理。
这些射频识别转发器通常由至少一个电子芯片和一个天线组成，所述天线由磁环或辐射天线形成，所述射频识别转发器固定在待识别的物体上。
对于传送至射频读取器或由射频读取器传送的给定信号，射频转发器的通信性能表现为射频转发器与射频读取器的最大通信距离。
在高度可伸展的产品(例如，轮胎)的情况下，需要在从产品制造到产品从市场中退出的整个生命周期中(特别在其使用过程中)对产品进行识别。因此，为了便于进行这项工作，特别在使用条件下，需要较高的通信性能，所述通信性能表现为在距产品较远的距离(几米)处通过射频读取器询问射频转发器的能力。最后，期望这种设备的制造成本尽可能地具有竞争力。
现有技术中已知能够满足轮胎需求的射频转发器，特别是文献WO2016/193457A1。该转发器由电子芯片组成，所述电子芯片连接至印刷电路板，所述印刷电路板电连接至第一主天线。该主天线电磁耦合至形成辐射偶极天线的单股螺旋弹簧。与外部射频传输读取器的通信使用无线电波，特别是UHF(UHF为超高频的首字母缩写)频带。因此，针对所选择的通信频率调节螺旋弹簧的特性。因此，印刷电路板和辐射天线之间的机械接点的消失改善了射频转发器的机械抵抗力。
然而，这种射频转发器存在缺点。尽管该射频转发器适于在外部射频读取器的通信频率下操作，但是在射频接收或射频传输中，射频通信(特别是辐射天线和主天线之间的电磁耦合)并不是最佳的。当然，还需要考虑射频转发器的各个元件必须满足的其它技术限制。一方面，需要考虑辐射天线在较高热机械应力的环境中(例如，轮胎外胎)的机械抵抗力。另一方面，需要考虑辐射天线执行该通信功能所必须具备的电磁特性。因此，需要优化天线的机械抵抗力、电磁品质和无线电通信效率之间的性能折中，从而优化该射频转发器的潜在性能。
本发明涉及射频转发器，其目的在于改善特别在轮胎工业中使用的射频转发器的性能折中。
发明内容
本发明涉及无源射频转发器，所述无源射频转发器旨在集成到由高度可伸展的材料(例如，弹性体组合物或共混物)制成的待识别的物体中。首先，该射频转发器包括辐射偶极天线。所述辐射偶极天线由单股螺旋弹簧组成，并且具有旋转轴线、卷绕直径、螺旋节距、正中平面和丝线直径，所述丝线直径限定辐射天线的内径和外径。该辐射天线的长度L0适于在频带中与射频传输读取器通信。该射频转发器还包括电子部分，所述电子部分位于辐射天线的内部。该电子部分包括电子芯片和主天线，所述主天线电连接至电子芯片，并电磁耦合至辐射天线。首先，主天线具有轴线和正中平面，所述轴线基本平行于辐射天线的旋转轴线，所述正中平面基本上与辐射天线的正中平面重叠。最后，主天线外接在圆柱体中，所述圆柱体的旋转轴线平行于主天线的轴线，并且其直径大于或等于辐射天线的内径的三分之一。该射频转发器的特征在于，在辐射天线的辐射天线不与电子部分对齐的第一区域中，辐射天线的第一节距大于辐射天线的第二节距，所述第一节距对应于该第一区域中的辐射天线的螺旋节距，所述第二节距对应于第二区域中的辐射天线的螺旋节距，在所述第二区域中辐射天线与电子部分对齐。
此处，术语“弹性体”理解为意指包括TPE(热塑性弹性体的首字母缩写)的所有弹性体，例如，二烯聚合物(即包括二烯单元的聚合物)、硅酮、聚氨酯和聚烯烃。
此处，术语“电磁耦合”理解为意指通过电磁辐射的耦合，即在两个系统之间在没有物理接触的情况下传递能量，其一方面包括电感耦合，另一方面包括电容耦合。主天线优选地包含在包括线圈、环形圈、丝线片段或这些导电元件的组合的组群中。
因此，相对于上述文献的射频转发器，在辐射天线和电子芯片之间不存在任何机械连接显著改善了根据本发明的一个主题的射频转发器的耐久性方面的性能。
此外，由于辐射天线未连接至任何电路板，因此可以使用本领域技术人员公知的弹性体/金属粘合剂溶液(使用或不使用特定粘合促进剂)将辐射天线嵌入由弹性体共混物制成的块中并与其集成。同时，其降低了在橡胶块(例如，轮胎)中实施这种射频转发器的成本。
最后，通过分离射频转发器的电子部分(其由电路板和主天线组成)和辐射天线，可以独立地生产各个组件，然后在后续步骤中将它们组装在一起。因此，可以使用各个工业(电子工业和电信工业)中的标准方法，其降低了这种射频转发器的制造成本。此处，术语“弹性体”理解为意指包括TPE(热塑性弹性体的首字母缩写)的所有弹性体，例如，二烯聚合物(即包括二烯单元的聚合物)、硅酮、聚氨酯和聚烯烃。
此处，术语“基本平行”理解为意指每个天线的轴向方向所产生的角度小于或等于30度。在这种情况下，两个天线之间的电磁耦合是最佳的，特别改善了射频转发器的通信性能。
此处，应首先定义主天线和辐射天线的正中平面。根据定义，正中平面为将物体分为两个相等部分的虚构平面。在本申请中，该正中平面垂直于每个天线的轴线。最后，此处，“基本重叠”意指正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，由于电流在辐射天线的中心处最大，因此由该电流诱发的磁场也在辐射天线的中心处最大，因此，其确保两个天线之间的电感耦合是最佳的，从而改善了射频转发器的通信性能。
通过相对于辐射天线的螺旋弹簧的特性限定主天线的相对尺寸，确保在主天线位于辐射天线的内部的情况下，两个天线之间的距离小于主天线的直径。因此，优化了两个天线之间的电感耦合，从而在传输和接收中优化了射频转发器的通信性能。
同样地，通过将辐射天线与电子部分对齐的第二区域中的辐射天线的螺旋节距限定为小于该区域之外的辐射天线的节距，有利于该区域中的辐射天线的电磁能力但是降低其辐射效率，而在辐射天线的第一区域中提升了辐射效率。因此，辐射天线的螺旋节距的压缩改善了该区域中的辐射天线的电感。对于给定的流经辐射天线的电流，其为增加由辐射天线产生的磁场必不可少的杠杆。此外，在无需改变辐射天线的卷绕直径的情况下即可改善辐射天线的电感。此外，对于具有给定长度的天线，与电子部分的主天线对齐的辐射天线的压缩确保两个天线之间的交换面积更大，从而改善两个天线之间的电磁耦合，进而改善射频转发器的通信性能。最后，辐射天线的节距的压缩使得第二区域中辐射天线的制造公差最小化并且得到更好控制，特别是关于辐射天线的内径的限定。由于电子部分是否可以设置在辐射天线内取决于该直径的控制，因此改善了辐射天线的报废率。
优选地，辐射天线的第二螺旋节距是恒定或连续变化的，但是也可以设想分段变化或简单变化类型的解决方案。在这些次级解决方案中，优选但非必要的是，从第一段至相邻段的变化幅度较小。
这能够从机械的角度确保在辐射天线的第二区域中不存在影响辐射天线物理完整性的任何奇点。
根据另一个有利的实施方案，围绕主天线外接的圆柱体和辐射天线之间的最小距离小于辐射天线的内径的一半的15％。
因此，至少逐点地确保了在辐射天线和主天线之间具有一定的接近度，从而显著改善了电磁耦合过程中的两个天线之间的能量交换。对螺旋弹簧的制造的更好的控制允许天线更为靠近，而不会改变射频转发器的报废率。
根据一个特定的实施方案，围绕主天线外接的圆柱体的轴线平行于辐射天线的旋转轴线。
根据一个非常特定的实施方案，围绕主天线外接的圆柱体的直径大于或等于与电子部分对齐的辐射天线的内径的75％，优选大于或等于80％。
这种类型的设计确保主天线的多个点与辐射天线的距离相等。因此，对于给定的流经任一天线的电流，通过在两个天线之间提供更大的交换面积，进一步改善了两个天线之间的电磁耦合的效率。当然，如果两个天线具有相同的环形几何形状(特别是圆)，则两个天线之间的交换点将相应地成倍增加。由于与电子部分对齐且具有压缩节距的辐射天线的制造公差得到控制，因此可以重复且可靠地实现射频转发器的低报废率，同时围绕辐射天线的旋转轴线全面确保两个天线之间的接近度。该接近度为影响射频转发器的通信性能的关键因素。当然，如果两个天线是同轴的，则进一步改善了性能。
优选地，主天线连接至包括电子芯片的电路板的端子，主天线的电阻抗与射频转发器的电路板的电阻抗相匹配。
术语“电路板的电阻抗”理解为意指连接至主天线的电路板的端子之间的电阻抗，其表示包括至少一个电子芯片和连接至电子芯片的印刷电路板的电路板的电阻抗。
通过使主天线的阻抗与电路板的阻抗相匹配，通过提高增益和实现具有更具选择性的形状因数和更窄的通频带的电路板，在通信频率下优化了射频转发器。因此，对于给定量的传输至射频转发器的能量，改善了射频转发器的通信性能。这特别导致射频转发器的读取距离的增加。通过调节主天线的至少一个几何特征(例如，丝线的直径，该丝线的材料和丝线的长度)来获得主天线的阻抗匹配。
因此，可以通过在主天线和电子电路之间加入由附加电子元件制成的阻抗匹配电路(例如，基于电感器的滤波器、电容器和传输线)来获得主天线的阻抗匹配。
还可以通过结合主天线的特征和阻抗匹配电路的特征来获得主天线的阻抗匹配。
根据一个优选的实施方案，主天线为具有多匝的线圈，匝数为介于5和30之间，优选介于5和25之间的实数。
根据另一个优选的实施方案，通过在电路板上设置的至少一个附加电子电路来实现电路板的阻抗匹配，所述附加电子电路优选为曲折形状的电流电路。
由于电路板(特别是电子芯片)的性质，选择匝数(取决于匝直径、节距、丝线的直径和匝的几何形状)以使主天线的电阻抗接近于电路板的电阻抗。在某些情况下(通过连续卷绕导电丝线获得线圈)，可以限定非整数匝数，从而完全匹配主天线的阻抗。如果通过天线的设计，线圈的匝数为整数，或如果期望使天线与多种类型的电子芯片相匹配，有用的是提供附加电子电路以使天线的阻抗和电路板的阻抗完全匹配。在这种情况下，简单的电流电路有时足以消除由整数匝数的线圈造成的阻抗差。为了使该附加电路所占用的体积最小化，电路板的印刷电路板上的曲折形状的结构是实现折中的最佳方式，所述折中使占用的空间最小化，并且能够通过调节电流电路的曲线长度实现精确匹配。
根据一个特别的实施方案，电子芯片和主天线的至少一部分嵌入到刚性电绝缘材料(例如，高温环氧树脂)中。该组件形成射频转发器的电子部分。
因此，包括主天线的至少一部分和连接至印刷电路板的电子芯片的电子部分被加强，使得相对于待识别的物体所经受的热机械应力，电子部分的组件之间的机械连接更加可靠。
这还使得能够独立于辐射天线或待识别的物体制造射频转发器的电子部分。特别地，例如，使用具有多匝的微型线圈作为主天线使得能够设想包括主天线和电子芯片的电子组件的小型化。
根据另一个实施方案，主天线的未嵌入刚性块中的部分涂覆有电绝缘材料。
因此，如果电子部分的主天线未完全包含在刚性电绝缘块中，有用的是通过由电绝缘材料制成的涂层(例如，用于电缆的绝缘护套的涂层)使其绝缘。
有利地，位于辐射天线的第一区域中的辐射天线的至少一个环形圈的螺旋节距和卷绕直径之间比值大于0.8。
特别地，在与电子部分对齐并因此与主天线对齐的辐射天线的区域之外，辐射天线的环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值大于0.8具有拉伸螺旋弹簧的有利效果。因此，形成辐射天线的标称跨度所需要的丝线的长度减少。因此，辐射天线的电阻降低。因此，对于给定的电场，流经辐射天线的电流在辐射天线的固有频率下更大，这能够改善射频转发器的通信性能。此外，拉伸螺旋弹簧能够通过增加辐射电阻和损耗电阻之间的比值来改善辐射天线的效率。对于给定的流经辐射天线的电流，该拉伸还能够使辐射天线所辐射的电场最大化。最后，对于具有给定节距的辐射天线，拉伸辐射天线能够减小螺旋弹簧所占用的体积。因此，在尺寸受限的环境(例如，轮胎外胎的厚度)中，可以增加围绕第一区域中的辐射天线的绝缘橡胶的厚度。该电绝缘使损耗最小化，因此改善了射频转发器在传输和接收中的通信性能。当然，理想的是拉长辐射天线的第一区域的螺旋弹簧的每个环形圈，这相应地改善了射频转发器的通信性能。
优选地，辐射天线的第一区域中的弹簧的每个环形圈的螺旋节距和卷绕直径之间比值小于3，优选小于2。
尽管改善辐射天线的无线电性能是有利的，但是也不应忽视其必须执行的其它功能。特别地，螺旋弹簧为适于承受射频转发器在识别物体的应用中必须经受的三维应力的柔性结构。因此，建议限制辐射天线在该第一区域中的拉伸量，以确保辐射天线总体上保持足够的柔性，从而确保射频天线的物理完整性。
根据一个特别的实施方案，辐射天线的第一区域中的螺旋弹簧的最后两个环形圈(即相对于电子部分沿轴向位于最外部的两个环形圈)的至少一匝邻接。
这避免了射频转发器的辐射天线在制造射频转发器的过程中交错。因此，简化了射频转发器的处理，从而优化了射频转发器的成本价格。将这种效应限制在相对于电子部分沿轴向位于最外部的环形圈中几乎不影响该辐射天线的无线电性能。
根据一个优选的实施方案，在辐射天线的辐射天线与电子部分对齐的第二区域中，辐射天线的每个环形圈的螺旋节距和卷绕直径之间的比值小于或等于0.8。
特别地，在辐射天线的该第二区域中，更特别地在与主天线对齐的区域中，辐射天线所预期的效果为与电子部分的主天线发生电磁耦合，特别是电感耦合。因此，用于改善该耦合的第一杠杆是增加该第二区域中的辐射天线的电感，这相当于使螺旋弹簧收缩。此外，对于面对辐射天线放置的给定长度的主天线，使该第二区域中的辐射天线收缩通过增加辐射天线提供的交换面积还促进了主天线和辐射天线之间的能量传递。该能量传递的改善导致从射频转发器获得的更好的通信性能。
优选地，辐射天线的第一内径小于辐射天线的第二内径，所述第一内径对应于第一区域中的辐射天线的内径，所述第二内径对应于与第一区域不同的第二区域中的辐射天线的内径，并且电子部分外接在圆柱体中，所述圆柱体的旋转轴线平行于辐射天线的旋转轴线，并且其直径大于或等于辐射天线的第一内径。
通过确保外接电子部分的圆柱体的旋转轴线平行于辐射天线的旋转轴线且直径大于或等于辐射天线的第一内径，从而使辐射天线的第一区域相对于电子部分的轴向运动形成止动件。由于电子部分相对于辐射天线处在中间位置，因此该第一区域位于辐射天线与电子部分对齐的区域的两侧确保提供了沿轴向位于电子部分外侧的两个机械止动件，从而限制射频转发器的电子部分的任何轴向运动。此外，由于外接电子部分的圆柱体的直径位于第二区域的辐射天线的内部，因此该直径必须小于辐射天线的第二内径。因此，电子部分的径向运动受到辐射天线的第二内径的限制。总之，限制了电子部分的运动，这能够确保射频转发器的通信性能，同时确保射频转发器的电子部分和辐射天线的物理完整性。最后，这种设计选择也不会影响容纳该射频转发器的物体的耐久性。因此，无需任何其它预防措施即可简化射频转发器的处理。
根据一个特定的实施方案，与射频传输读取器的通信发生在UHF频带中，更具体地在介于860MHz和960MHz之间的范围内。
特别地，在该频带中，辐射天线的长度与通信频率成反比。此外，在这些频带之外，无线电通信受到高度干扰或甚至不能通过弹性体材料。因此，这是射频转发器的尺寸和其无线电通信(特别是在远场)之间的最佳折中，使得能够获得轮胎工业满意的通信距离。
根据另一个特别的实施方案，辐射天线的长度L0介于30毫米和50毫米之间。
特别地，在860MHz和960MHz之间的频率范围内，取决于围绕射频转发器的弹性体共混物的相对介电常数，射频转发器传输或接收的无线电波的波长介于30毫米和50毫米之间的区间内。为了优化辐射天线在这些波长处的操作，非常建议根据辐射天线的谐振频率调节辐射天线的长度。
有利地，第一区域中的辐射天线的卷绕直径介于0.6毫米和2.0毫米之间，优选介于0.6毫米和1.6毫米之间。
这能够限制辐射天线所占用的体积，从而能够增加围绕射频转发器的电绝缘弹性体共混物的厚度。当然，第一区域中的辐射天线的该卷绕直径可以为恒定、变化、连续变化或分段变化的。从辐射天线的机械完整性的角度来看，直径优选为恒定或连续变化的。
有利地，第二区域中的辐射天线的卷绕直径介于1.4毫米和2.0毫米之间，优选介于1.4毫米和1.8毫米之间。
辐射天线的第二区域的该直径尺寸能够容纳电子部分(特别是线圈)，所述电子部分的圆柱体外接一定直径。这能够限制外接电子部分的圆柱体的轴向尺寸，从而使主天线的阻抗与电子部分的电路板的阻抗相匹配。此外，在受限的环境(例如，轮胎外胎)中，使射频转发器的尺寸最小化能够增加围绕射频转发器的弹性体共混物的厚度。这些共混物可以为电绝缘的，从而改善射频转发器的无线电性能。
根据一个优选的实施方案，辐射天线的第一区域中的辐射天线的至少一个环形圈的螺旋节距介于1毫米和4毫米之间。
这能够确保辐射天线的第一区域中的螺旋弹簧的螺旋节距与卷绕直径的比值小于3，从而保证螺旋弹簧的最小伸长。此外，在辐射天线的整个第一区域中，该螺旋节距还可以为恒定或变化的。当然，为了避免辐射天线中的奇点形成辐射天线中的机械弱点，螺旋节距优选为连续变化的或改变较小的变化。
优选地，辐射天线的第二区域中的辐射天线的节距小于1.5毫米。
这能够确保该第二区域中的辐射天线的螺旋节距与卷绕直径之间的比值小于或等于0.8，从而增强辐射天线的电磁特性而不是其无线电特性。
根据一个有利的实施方案，辐射天线的丝线的直径介于0.05毫米和0.25毫米之间，理想地介于0.12毫米和0.22毫米之间。
在该丝线范围内，损耗电阻确实较低，从而改善了辐射天线的无线电性能。此外，限制丝线的直径能够通过增加电绝缘弹性体共混物的厚度来增加辐射天线和电导体之间的距离。然而，丝线需要保持一定的强度，以便能够承受在高应力环境(例如，轮胎外胎)中经受的热机械应力，而无需优化这些丝线的材料(通常为低碳钢)的断裂应力。这使得能够确保辐射天线具有令人满意的技术/经济折中。
本发明的另一个主题为识别标签，所述识别标签由嵌入在弹性体共混物的柔性电绝缘块中的射频转发器组成。
此处，术语电绝缘理解为意指弹性体共混物的电导率小于所述共混物的导电电荷转移阈值。
因此，形成了便于在待识别的物体中安装射频转发器的识别标签，所述识别标签包括由基于弹性体共混物的材料制成的部分。如果需要，可以使用常规橡胶粘合层，以确保将识别标签固定在待识别的物体(例如，轮胎)上。
此外，弹性体共混物的刚度和导电特性确保射频转发器在待识别的物体的组件内的高质量机械插入和电绝缘。因此，射频转发器的操作不受待识别的物体的干扰。
本发明的另一个主题为制造射频转发器的方法，所述方法包括以下步骤：
·将电子芯片电连接至印刷电路板，以形成电路板；
·使用导电丝线生产限定主天线的线圈；
·将主天线电连接至电路板；
·将主天线的至少一部分和电路板嵌入到刚性电绝缘块(例如，热固化树脂)中，以形成射频转发器的电子部分；
·根据一个特定的实施方案，从相对于辐射天线的正中平面位于最外部的环形圈开始，生产由螺旋弹簧组成的辐射天线的主要部分，所述辐射天线具有长度L0和旋转轴线U，该部分包括辐射天线的第一区域的前半部分并至少包括辐射天线的第二区域的第一部分；
·根据一个特定的实施方案，通过将电子部分放置成紧靠着辐射天线的第一区域相对于辐射天线的正中平面位于最内部的环形圈，使射频转发器的电子部分相对于辐射天线的主要部分沿轴向并沿径向定位，使得电子部分的主天线外接在圆柱体中，所述圆柱体具有轴线和与轴线垂直的正中平面，主天线的轴线和辐射天线的旋转轴线U基本平行，主天线的正中平面相对于辐射天线的长度L0的中间居中；
·有利地从辐射天线的第二区域的第二部分开始，完成辐射天线的次要部分，该次要部分至少包括辐射天线的第一区域的后半部分。
因此，通过分别生产射频转发器的电子部分和辐射天线简化了射频转发器的制造。此外，组装两个组件的步骤不需要两个组件之间的机械连接或电连接，这显著降低了射频转发器的制造成本。
在三个阶段中进行生产辐射天线的步骤。在辐射天线的两个生产阶段之间，使先前生产的电子部分相对于所生产的辐射天线的主要部分定位。然后，在电子部分的存在下生产天线的次要部分。该方法易于自动化。
本发明还涉及制造射频转发器的另一种方法，所述方法包括以下步骤：
·将电子芯片电连接至印刷电路板，以形成电路板；
·使用导电丝线生产形成主天线的线圈；
·将主天线电连接至电路板；
·将主天线的至少一部分和电路板嵌入到刚性电绝缘块(例如，热固化树脂)中，以形成射频转发器的电子部分；
·在辐射天线的第一区域的两个部分之间生产由螺旋弹簧组成的包括第二区域的辐射天线，所述辐射天线具有长度L0和旋转轴线U，所述第二区域由螺旋节距P2和卷绕直径D2限定，所述第一区域由螺旋节距P1和卷绕直径D1限定；
·使用检测卷绕直径变化和/或螺旋节距变化的装置(例如，光学装置或机械距离传感器或磁距离传感器)识别辐射天线的第一区域的一个部分和第二区域之间的过渡区域，所述过渡区域包括螺旋弹簧的至少一匝；
·识别位于过渡区域的匝中的弯曲点，该点优选位于最靠近辐射天线的第二区域的匝的一半处；
·使螺旋弹簧围绕轴线以第一角度弯曲，所述轴线垂直于旋转轴线U并且在位于弯曲点上游和下游的螺旋弹簧部分之间穿过弯曲点，所述第一角度优选介于70°和110°之间，以便在螺旋弹簧的上游部分中形成开口，所述上游部分包括辐射天线的第二区域，其内切直径大于或等于外接电子部分的圆柱体的直径；
·将电子部分通过开口插入到螺旋弹簧的上游部分中，使得外接电子部分的圆柱体相对于螺旋弹簧的上游部分位于最外部的轴向端部与法线为上游部分旋转轴线且穿过弯曲点的平面的距离小于螺旋节距P2；
·使螺旋弹簧围绕轴线以与第一角度相反的第二角度再次在弯曲点处弯曲，所述轴线垂直于螺旋弹簧上游部分的旋转轴线且穿过弯曲点，所述第二角度的大小至少等于或大于第一角度的大小，使得螺旋弹簧的上游部分和下游部分的旋转轴线共线。
该第二实施方案能够将生产形成辐射天线的螺旋弹簧的步骤与组装电子部分和辐射天线的步骤分离，这能够优化螺旋弹簧的工业制造产率。因此，可以在专用站中进行组装。
取决于制成螺旋弹簧的金属的性质及其弹塑性性质，建议将第二弯曲角度选择成使得在螺旋弹簧的第二次弯曲之后，使位于弯曲点上游和下游的两个部分共线，从而确保重新形成具有旋转轴线U的螺旋弹簧。上游部分和下游部分的两个旋转轴线在可接受的公差极限内对齐，使得辐射天线的射频操作不受干扰，其对应于螺旋弹簧的上游部分和下游部分的旋转轴线之间的角度小于20°。
螺旋弹簧弯曲点附近塑性的潜在局部增加不会不利地影响螺旋弹簧的机械行为，螺旋弹簧本来就具有较大的运动范围。该区域原则上不得超出螺旋弹簧材料的塑性范围。
过渡区域中的弯曲点接近辐射天线的第二区域能够确保电子部分相对于螺旋弹簧的第二区域的居中性和同轴度，这有利于实现主天线和辐射天线之间正确的电磁操作。
此外，无论何种制造方法，在卷绕弹簧的制造站中，对于钢丝而言，使用直径介于0.05毫米和0.25毫米之间，优选介于0.11毫米和0.22毫米之间的给定丝线可以容易地改变螺旋弹簧每个环形圈的螺旋节距和卷绕直径，无论丝线是否被涂覆。
根据一个特定的实施方案，根据本发明的任何一个方法还包括涂覆未嵌入到电绝缘材料的刚性电绝缘块中的主天线部分的步骤。
该特征是有用的，因为其能够获得辐射天线和主天线之间高质量的电磁耦合，同时防止两个天线的导电部分之间的任何物理接触。
优选地，根据本发明的任何一个制造方法包括将附加电子电路加入电路板中的步骤，所述附加电子电路包括电感元件和/或电容元件，理想地，加入曲折形状的电流电路，以使主天线的电阻抗与电路板的电阻抗相匹配。
这能够改善主天线的效率。在生产主天线的方式使得天线的电阻抗更好但与电路板的电阻抗不完全匹配的情况下，可以将电路板(可以简单地为电流电路板)加入电路板中，以使两个组件的电阻抗完全匹配。
本发明的另一个主题为制造识别标签的方法，其中，使用注塑、压塑或挤出工艺将射频转发器结合到至少一种柔性电绝缘弹性体共混物的块中。
因此，无论弹性体的状态(胎坯或固化)如何，容易使用常规弹性体/弹性体粘合技术(必要时)将识别标签结合到包括弹性体产品的待识别的物体(例如，轮胎)中。这种结合可以在物体的制造阶段中(在这种情况下，例如将标签结合到未完成的轮胎胎坯中，特别是在固化或硫化弹性体之前)进行，或可以在制造待识别的物体的方法的后续步骤中(在这种情况下，例如将标签直接放置在轮胎的内表面或外表面上)进行。
附图说明
通过阅读涉及充气轮胎的应用情况的以下描述，将更好的理解本发明。该应用仅作为示例并参考附图给出，在附图中，相同的附图标记表示相同的部分，其中：
·图1显示了现有技术的射频转发器的透视图，其构造为电子部分位于辐射天线的内部；
·图2显示了根据本发明的射频转发器的透视图；
·图3为根据本发明的射频转发器的另一个示例，在辐射天线的中心区域中，所述射频转发器的螺旋节距与卷绕直径的比值小于0.8。
·图4为根据本发明的射频转发器的最终示例，所述射频转发器具有一定数量的特征性；
·图5为识别标签的分解图；
·图6显示了传输至三个射频转发器的电功率随着观测频带变化的曲线图；
·图7为制造包括根据本发明的射频转发器的识别标签的方法的概图；以及
·图8和图9为根据本发明的射频转发器的辐射天线的第二区域的截面图，其电子部分的设计不同。
具体实施方式
在下文中，术语“轮胎”和“充气轮胎”等同地用于表示任何类型的充气轮胎或非充气轮胎。
图1显示了现有技术的射频转发器1，其构造为电子部分20位于辐射天线10的内部。辐射天线10由钢丝12组成，所述钢丝12已发生塑性形变，从而形成具有旋转轴线11的螺旋弹簧。螺旋弹簧主要由经涂覆的丝线的卷绕直径和螺旋节距限定。此处，螺旋弹簧的这两个几何参数是恒定的。因此，在给定的丝线直径的情况下，可精确地限定螺旋弹簧的内径13和外径15。此处，弹簧的长度L0对应于弹性体共混物块中的射频转发器1的传输信号的一半波长。因此，可以限定螺旋弹簧的正中平面19，该平面垂直于旋转轴线11并将辐射天线10分成两个相等部分。电子部分20的几何形状外接在圆柱体中，所述圆柱体的直径小于或等于螺旋弹簧的内径13。因此，便于将电子部分20插入到辐射天线10中。主天线的正中平面21基本上与辐射天线10的正中平面19重叠。最后，主天线的轴线基本平行于辐射天线10的旋转轴线11。可以将辐射天线分为两个不同的区域。在辐射天线10的第一区域101中，螺旋弹簧不与电子部分20对齐。该辐射天线10的第一区域101包括基本相等的两个部分101a和101b，这些部分沿轴向位于辐射天线10的第二部分102的两侧。
图2显示了根据本发明的第一射频转发器1，相对于图1的现有技术的射频转发器，该转发器的区别特征在于，相对于现有技术的射频转发器的辐射天线的恒定螺旋节距，辐射天线10的第二区域102的螺旋节距减小20％。此外，为了不改变螺旋弹簧的一般形式，改变辐射天线10的第二区域102的卷绕直径以使螺旋弹簧的螺旋节距减小，使得相对于图1的射频转发器，螺旋节距与卷绕直径的比值保持恒定。这通过将图1的螺旋弹簧的卷绕直径减小约20％来实现。因此，这些改变不会影响辐射天线10的无线电性质。然而，辐射天线10的第二区域102的卷绕直径的减小导致辐射天线10和电子部分20之间距离减小，并因此导致辐射天线10和主天线之间的距离减小。这种天线之间的距离减小可能是因为辐射天线10的螺旋节距的压缩。特别地，这允许与卷绕直径相关的制造公差减小，从而使天线彼此靠近，而不会影响辐射天线的制造成本。总之，本发明的该第一实施方案着重于两个天线之间的电磁能量传递的优化，从而改善两个天线之间的交换面积的效率。这种改善一方面通过增加可用于向/从主天线传递能量的辐射天线10的匝数来实现，另一方面通过减小主天线和辐射天线之间的距离来实现。
图3为根据本发明的射频转发器1的另一个实施方案，相对于图1的现有技术的射频转发器，所述射频转发器1的区别特征在于，辐射天线的第二区域102的螺旋节距减小20％，考虑到相对于图1的射频转发器第二区域102的卷绕直径未发生改变，因此螺旋节距与卷绕直径的比值也减小20％，因此小于0.8。这种改变螺旋节距与卷绕直径的比值的结果是，辐射天线10在谐振频率下的电感提高了20％，从而改善了辐射天线产生的磁场。此为两个天线之间的电磁耦合改善的原因。最后，对于给定基本长度的主天线，通过增加辐射天线10的可用匝数还增加了辐射天线10的能量传递面积。
图4示出了在860MHz和960MHz之间的频率范围内操作的根据本发明的射频转发器1，该转发器旨在通过由弹性体材料制成的识别标签结合到轮胎外胎中。为了增强射频转发器1在轮胎外胎内的无线电通信性能和物理完整性，优选将辐射天线10的旋转轴线平行于方向U(即，垂直于子午线轮胎的外胎的胎体帘布层的帘线的方向，特别地如果帘线由金属制成)放置。
此处，射频转发器1包括辐射天线10和位于辐射天线10内部的电子部分。电子部分包括连接至印刷电路板的电子芯片。主天线由导电丝线组成，所述导电丝线包括连接至印刷电路板的十七个矩形匝。印刷电路板的与主天线对立的表面包括曲折形状的电流电路，所述电流电路形成长度为10毫米，宽度为1毫米的线。最后，外接主天线的圆柱体的直径为0.8毫米。主天线的完整匝数和印刷电路板对立面上的电流电路使得主天线的阻抗与电路板的阻抗相匹配。
由此形成的电路板嵌入到环氧树脂的块30中，以确保电子组件的机械可靠性和电路板的电绝缘。外接刚性块30的圆柱体的直径为1.15毫米，长度为6毫米。
此处，辐射天线10的长度L0为45毫米，并对应于915MHz频率的无线电波在相对介电常数约等于5的介质中的一半波长。使用直径为0.225毫米的钢丝12生产辐射天线10，所述钢丝12的表面涂覆有黄铜层。
辐射天线10可以分为两个主要区域。第一区域101对应于不与电子部分对齐的辐射天线的部分。其包括两个子区域101a和101b，所述子区域101a和101b位于刚性电绝缘块30的两侧。
每个子区域101a，101b的长度L1为19毫米，并且包括12个恒定卷绕直径D1为1.275毫米的圆形匝。其分别限定了1.05毫米的内径和1.5毫米的外径。圆形匝的螺旋节距P1为1.55毫米。因此，匝的螺旋节距P1与卷绕直径D1的比值为1.21。每个子区域101a和101b的轴向外端部终结于2个邻接的匝。因此，较高的比值确保在该区域101中使辐射天线10的无线电性质的效率最大化。此外，位于辐射天线10最外部的匝之间的接触防止螺旋弹簧在处理射频转发器的过程中彼此交错。由于辐射天线10的第一区域101的大部分匝的比值大于0.8，因此显著改善了射频转发器1的无线电性能。
在辐射天线10的第二区域102中，所述第二区域102对应于与电子部分对齐的辐射天线10的部分，辐射天线10的长度为7毫米。螺旋弹簧的恒定螺旋节距P2为1毫米，恒定卷绕直径D2为1.575毫米。因此，辐射天线的第二区域的螺旋弹簧的内径为1.35毫米。这能够实现约0.63的节距与卷绕直径的恒定比值。相对于第一区域101，该比值使得辐射天线10的第二区域102的电感最大化，这能够改善与电子部分电磁耦合的效率。
在该特定情况下，在第一区域101中，辐射天线10的内径(等于1.05毫米)小于由外接电子部分的圆柱体表示的块30的直径(等于1.15毫米)。因此，辐射天线10的第一区域101的子区域101a和101b形成限制块30在辐射天线10内部轴向运动的机械止动件。在第一实施方案中，通过将刚性绝缘块30滑入辐射天线10中来安装电子部分20。
例如，如果辐射天线10的第一区域101的子区域101a或101b中的一个已预先相对于辐射天线10的旋转轴线以45度的角度弯曲，则这种类型的安装是可能的。与辐射天线10的第一区域101和第二区域102之间的过渡区域对齐形成该弯曲。因此，由该弯曲产生的开口足以使块30插入到辐射天线10的第二区域102中。在该插入之后，释放辐射天线的第一区域101a就足以获得图4的射频转发器。
图7所示的概图示出了将嵌入电绝缘块30的电子部分安装到辐射天线10中的第二种方法。
此外，外接主天线的圆柱体的直径远大于辐射天线的第二区域102的螺旋弹簧的内径的三分之一。尽管外接主天线的圆柱体不与辐射天线10的旋转轴线同轴，但是所述圆柱体基本上与其平行。此外，辐射天线10的第二区域102和主天线之间的最小距离小于0.3毫米，即远小于辐射天线10的内径的四分之一。通过辐射天线10的第二区域102的经压缩的节距P2实现天线的这种接近度，并且对于弹簧的尺寸(特别是卷绕直径D2)，其能够获得较低的公差。此外，这种接近度确保了两个天线之间的更高质量的电磁耦合。当然，通过在主天线和辐射天线中使用相同形状的匝(例如，圆形匝)可以改善该电磁耦合。还可以通过使两个天线的轴线同轴来优化该耦合，这相当于将电路板放置在主天线的内部使得电子部分的轴向尺寸最小化。因此，两个天线之间的电磁能量的传输面积的质量将是最佳的。
图5显示了包括根据本发明的射频转发器1的识别标签2，所述射频转发器1嵌入到由电绝缘弹性体材料制成的柔性块3中，该块由块状部3a和3b表示。射频转发器1通常放置在标签2的中间，以使辐射天线10的第一区域和识别标签2的外表面之间的最小距离最大化。
在通过减小钢丝的卷绕直径来增加辐射天线10的第一区域的环形圈的螺旋节距和卷绕直径之间的比值的情况下，射频转发器1在弹性体材料的块3中占用的体积减小。
在第一应用中，这能够减小识别标签2的每个块状部3a和3b的厚度，同时使识别标签2的外表面和辐射天线10的第一区域101之间保持相同的距离。该识别标签2的厚度减小有助于将其引入到待识别的物体中，同时保留相同的电绝缘电位。在第二应用中，这能够增加辐射天线10的第一区域101和识别标签2的外表面之间的距离。该第二应用能够改善无线电性能，并因此改善放置在识别标签2中的射频转发器1的通信性能。具体地，标签2的电绝缘与辐射天线10的第一区域101和标签2的外表面之间的距离成比例。通过识别标签2更好的电绝缘，改善了射频转发器1的无线电操作，或如果该距离达到其功效渐近线，则使射频转发器1的无线电操作保持不变。
图6为通过位于商标为XINCITY且尺寸为275/70R22.5的米其林轮胎内部的各种射频转发器传输到外部射频读取器的电功率的曲线图。射频转发器的通信频率集中在915MHz。所使用的测量协议对应于标题为“Identification Electromagnetic FieldThreshold and Frequency Peaks”的标准ISO/IEC 18046-3的测量协议。在宽范围的扫描频率内进行测量，而不是像传统情况那样在单一频率下进行测量。x轴表示通信信号的频率。y轴表示相对于当前现有技术的射频转发器传输的最大电功率，以分贝表示的射频读取器接收的电功率。实曲线1000显示了前述现有技术文献中详细表述的射频转发器的响应。虚曲线2000表示根据本发明的转发器对射频读取器传输的相同信号的响应。实际上，该第二转发器对应于图2的转发器，其第二区域中的螺旋弹簧的螺旋节距与卷绕直径的比值等于图1的射频转发器的比值。对于具有给定的电磁特性的辐射天线，第二转发器的响应凸显了两个天线之间的能量传递的效率。最后，点曲线3000显示了根据本发明的转发器对射频读取器发送的相同信号的响应。该第三转发器的特性在于，辐射天线的第二区域中的螺旋弹簧的螺旋节距与卷绕直径的比值减小以小于0.8，如图3所示。相对于现有技术中提及的射频转发器，在射频读取器的通信频率下，注意到有利于根据本发明的射频转发器的约两分贝的改进。在通信频率附近的宽频带中，观察到约一分贝的最小改进。在两个射频转发器的设计之间，谐振频率的偏移比任何一种设计的整个频带的改进都要显著。
图7为制造根据本发明的识别标签2的方法的概图。为了获得识别标签2，必须首先制造根据本发明的射频转发器1。标明了制造射频转发器1的各个连续步骤，然后是制造识别标签2的各个连续步骤。与电信技术或电子技术相关的步骤明显不同于可由轮胎制造商进行的与组装相关的步骤(例如，安装在轮胎外胎中)。
参考图7，其显示了制造识别标签2的概图，可以看到，制造方法包括三个独立且连续的阶段。
在第一阶段中，生产射频转发器1的电子部分20，所述电子部分20将询问电子芯片22并将响应发送至辐射天线10。使用主天线通过电磁耦合实现辐射天线10和电子部分20之间的信息传输。
封装在刚性块30中的该电子设备一方面由电子芯片组成，另一方面由主天线组成。
电子部分20旨在位于辐射天线10的内部。在一个优选的实施方案中，使用引线框架法形成主天线和电子芯片的机电载体，所述引线框架形成印刷电路板的等同物。该方法特别适合这种构造，因为其非常适合小型化。
第一步骤包括形成电路板。为此，首先使用导电粘合剂(例如，来自Tedella的粘合剂H20E)将电子芯片紧固在引线框架上。然后，通过引线接合连接芯片，即例如使用直径为20微米的金丝在电子芯片和引线框架所代表的印刷电路板之间产生电桥。然后可以使用合适的电气设备(例如，阻抗计)在主天线紧固至引线框架的点处测量电路板的电阻抗。
第二步骤包括生产主天线。在第一实施方案中，该天线由具有通过引线结合技术直接在引线框架上构造的圆形匝的线圈形成。在另一个变体中，通过使用两根铜丝片段产生天线来形成主天线，所述铜丝片段通过在电子工业中使用的金属焊接技术连接至电路板，然后在不同的方向中定向以形成偶极天线。为了构造具有多匝的线圈，使用直径为20微米的金丝(尽管也可以使用涂覆铝或涂覆钯的铜丝)以在引线框架的背面生产线圈的半匝。这些半匝中的每一个的直径为400微米，并且使用通常在半导体工业中使用的超声波技术来电连接金丝和引线框架。然后，在引线框架的正面生产另一个半匝，以获得具有直径为400微米的15匝的圆柱形线圈。
限定主天线的匝数，使得主天线的电阻抗与电路板的电阻抗相匹配，所述电路板至少包括引线框架所代表的印刷电路板和电子芯片。在本申请中，电子芯片本身的电阻抗为复数，其例如为(10-j*150)欧姆的值。因此，具有直径为400微米的15匝的线圈对应于与由铜引线框架构造的电路板的电阻抗的良好匹配。
生产电子部分20的最后一个步骤包括使用高温环氧树脂将印刷电路板及其连接的组件和主天线封装在刚性块30中。为此，使用本领域技术人员公知的圆顶封装技术。刚性块30形成保护射频转发器1的电路板的胶囊。
在电子设备的另一个实施方案中，所述电子设备旨在放置在辐射天线10的内部，首先开始使用涂覆有电绝缘热塑性护套的180微米的铜丝来生产主天线。该铜丝围绕刚性电绝缘管状内芯卷绕，以生产具有约10匝的线圈，所述线圈的外径为1毫米，螺旋节距为0.2毫米，并终止于两个未涂覆的端部。然后可以使用铜丝的直径、天线的外径、螺旋节距以及总匝数来评估主天线的实际外围面积s。在这种情况下，由于主天线位于辐射天线10的内部，因此螺旋表面的半径为500微米。
使用柔性载体生产电路板。在第一变体中，使用ACP(ACP为各向异性导电胶的首字母缩写)类型的导电粘合剂紧固电子芯片，而不需要芯片和电路板之间的电气布线。在第二变体中，使用安装电子组件的非导电粘合剂紧固电子芯片。通过引线接合实现芯片与电路板的连接，即使用例如直径为20微米的金丝在电子芯片和印刷电路板所代表的柔性载体之间产生电桥。
然后，使用导电粘合剂(例如，Tedella品牌的粘合剂H20E)将主天线的两个未涂覆的端部连接至印刷电路板。
最后，使用本领域技术人员公知的圆顶封装技术用刚性电绝缘材料(例如，高温环氧树脂)覆盖电路板和主天线的未涂覆的端部。
在对应于电信技术的第二阶段中，形成辐射天线，所述辐射天线确保向/从射频读取器传输/接收电磁波。
根据第一特定实施方案，辐射天线的生产与辐射天线和第一阶段中生产的电子部分的组装相结合，以便于将该电子部分插入到辐射天线中。
因此，首先使用弹簧卷绕机生产辐射天线的主要部分，所述弹簧卷绕机释放外径为150微米的钢丝，所述钢丝通过施加的运动而发生塑性形变。当然，所述机器可以是自动化的，以便在制造过程中改变施加的形变，从而改变螺旋弹簧的每个环形圈的卷绕直径和螺旋节距。该辐射天线的主要部分必须包括辐射天线的第一区域的第一子区域和辐射天线的几乎所有第二区域，所述第二区域具有较大的卷绕直径。此外，任选地，该第二区域的环形圈的螺旋节距与螺旋弹簧的第一区域的环形圈的螺旋节距不同。
在该第一步骤之后，停止螺旋弹簧的制造，以便将在第一阶段中生产的电子部分安装到所生产的辐射天线的主要部分的内部。在弹簧卷绕机自身中进行该操作。
首先，需要通过释放螺旋弹簧的一个端部以使所形成的螺旋弹簧中的应力松弛。其作用为降低螺旋弹簧中的预应力，从而导致所生产的弹簧的卷绕直径增大。然后，使用喷枪在经松弛的螺旋弹簧的该主要部分中安装电子部分，所述喷枪代替使钢丝形变的指状物。通过主轴的旋转实现工具的更换，所述主轴的角端一方面为喷枪，另一方面为使钢丝形变的指状物。
安装例如包括使电子部分的一个轴向端部抵靠辐射天线的主要部分的一个环形圈，同时确保辐射天线的主要部分的旋转轴线和电子部分的旋转轴线之间的平行度或甚至同轴度。此外，电子部分在辐射天线的主要部分内的轴向设置必须使电子部分的主天线的正中平面相对于最终的辐射天线基本居中。
使用提供机械推进的喷枪进行安装。然而，可以设想任何其它类型的推进：磁推进、气动推进、液压推进或其组合。然后，使形变指状物返回原位置，并使用辐射天线的第二区域(已生产的区域)使电子部分保持原位。
最后，第三步骤包括在电子部分的存在下，从第一步骤结束时停止的位置重新开始螺旋弹簧的形成。在从夹紧定位装置中释放电子部分并将其从生产螺旋弹簧的区域中移除之后，生产辐射天线的主要部分的第二子区域。当螺旋弹簧的长度达到期望长度L0时，切断钢丝。
根据射频转发器的第二实施方案(该实施方案未在图7中示出)，首先生产包括放置电子部分的第二区域的单股螺旋弹簧的形式的辐射天线。该第二区域具有卷绕直径D2和螺旋节距P2。螺旋弹簧还包括辐射天线的第一区域的两个片段，其位于第二区域的每个端部处。该第一区域由具有卷绕直径D1和螺旋节距P1的螺旋限定。在标准卷绕机上以优化持续时间的制造周期常规地制造这种类型的螺旋弹簧。
接下来是组装在第一阶段中生产的电子部分和在前一步骤中形成的辐射天线的步骤。
首先，需要在前一步骤中生产的螺旋弹簧上定位过渡区域，所述过渡区域通常包括辐射天线的第二区域和第一区域的一个片段之间的一匝。
从丝线卷绕直径的变化可以察觉出第一区域至第二区域的过渡，这种变化可能伴随着螺旋节距的变化。为了定位该过渡区域，建议使用例如能够聚焦于螺旋弹簧的几匝的摄像机。理想地，呈现出螺旋弹簧的一个端部，并使螺旋弹簧在摄像机的视场之前沿其旋转轴线U移动。图像处理软件包或人眼可以观察到，弹簧的卷绕直径为外接具有旋转轴线U的螺旋弹簧的圆柱体的直径。因此观察到，与卷绕直径恒定的两个区域之间的过渡区域对应的圆柱体直径的变化。
然后，定位过渡区域的最后一匝，其与卷绕直径为D2的螺旋弹簧的第二区域接触。为此，以连续的往返运动使螺旋弹簧再次在摄像机的视场前沿着旋转轴线U移动。
相对于在安装螺旋弹簧的机器中限定的弹簧的直线弯曲线，建议将过渡区域的最后一匝的径向外端部设置在直线弯曲线上。为此，还建议在沿着弹簧的旋转轴线U的方向中移动螺旋弹簧。可能需要横向地移动弹簧，以确保弯曲区域与外接过渡区域的螺旋弹簧的圆柱体相切。最后，需要使弹簧围绕其旋转轴线U旋转至最后一匝的一个端部在直线弯曲线上的位置。然后在旋转和移动方面锁定螺旋弹簧的位置。
开始机器循环，这导致螺旋弹簧的第一区域的片段相对于螺旋弹簧的剩余部分围绕直线弯曲线弯曲，所述直线弯曲线垂直于旋转轴线U。这种弯曲(在本申请中，通常以90°角度弯曲，其中外接电子部分的圆柱体的直径接近于辐射天线的第二区域的内径)使得在螺旋弹簧的第二区域的端部中产生开口。该开口的内切直径大于或等于外接电子部分的圆柱体的直径，从而使电子部分易于插入。
通过孔口将电子部分插入到辐射天线的第二部分中。沿外接电子部分的圆柱体的主轴线的电子部分的轴向端部距特定平面的距离必须小于螺旋弹簧的第二区域的螺旋节距。该平面(其法线为螺旋弹簧在机器中锁定的部分的旋转轴线)穿过弯曲点；因此，在电子部分插入至辐射天线的第二区域之后，所述电子部分不会阻碍辐射天线的第一区域的片段的弯曲。理想地，电子部分完全在正交平面的下方。
螺旋弹簧在弯曲点处围绕轴线以与第一角度相反的第二角度再次弯曲，所述轴线垂直于螺旋弹簧在机器中锁定的部分的旋转轴线。对于由直径为0.225mm的低碳钢制成的丝线，此处该角度的大小为约105度。该大小至少等于或大于第一角度的大小。螺旋弹簧的锁定部分的旋转轴线与螺旋弹簧的自由部分的旋转轴线共线。在这种情况下，第一区域的片段的第一次弯曲造成弯曲点处的钢的塑性局部增加。为了确保最终的弹簧具有直线形状的旋转轴线，建议在第二次弯曲的过程中增加弯曲点附近的区域的塑性，因为这会导致第二弯曲角度的增加。
由此形成的装配有完全在其内部的电子部分的辐射天线代表了根据本发明的射频转发器。任选地，将电子部分插入到螺旋弹簧的第二区域中，以使电子部分的第二轴向端部抵靠在螺旋弹簧的第一区域和第二区域之间的第二过渡区域的一匝上。这种抵靠不仅确保电子部分沿轴向设置在螺旋弹簧内，而且确保电子部分的主天线与螺旋弹簧的同轴度。
在生产射频转发器1之后，最后阶段是获得识别标签2，以便于在部分由弹性体共混物组成的待识别的物体中使用射频转发器1。该阶段如下进行。
将前一阶段中形成的射频转发器1放置在柔性块3的中间。如图5的示例所示，射频转发器1夹在两个块状部3a和3b之间，所述块状部3a和3b由胎坯弹性体材料制成，所述块状部3a和3b的尺寸取决于射频转发器1的尺寸且厚度例如介于2毫米和5毫米之间。块状部的纵向方向对应于辐射天线10的轴线。将组件预先放置在具有冲压工具的金属模具的内表面上，冲压工具的尺寸适合于弹性体块的体积。
使用与模具互补的金属冲头，通过冲压工具(例如，气动单轴压缩机)向组件施加压缩力，从而形成对应于根据本发明的射频转发器1的识别标签2的紧实几何形状，所述紧实几何形状具有对称轴线，长度例如为60毫米，外接的圆柱体的直径为约20毫米。
可以使用其它方法(例如挤出法或注塑成型法)将射频转发器1结合到一种或多种弹性体共混物的块中。
在一个特别的实施方案中，使用本领域技术人员公知的粘合促进剂来促进封装射频转发器1的电子部分20的由高温环氧树脂制成的刚性块30和识别标签2的弹性体共混物之间的粘合。这可以改善射频转发器在使用时的耐久性。
最后，根据至少两个实施方案，根据本发明的射频转发器1可以在待识别的物体(例如，充气轮胎)中工业化地实施。在第一优选的实施方案中，在生产充气轮胎的过程中足以将胎坯弹性体共混物中的射频转发器1或识别标签2结合到未完成的轮胎中。转发器或识别标签2放置在未完成的胎坯充气轮胎的各个弹性体组件之间。理想地，其放置在轮胎经受可接受等级的形变的空间区域中，使得辐射天线10不发生塑性形变。未完成的轮胎经历轮胎的各个制造阶段，包括硫化各种弹性体共混物并使转发器或识别标签成为由此生产的充气轮胎的组成部分的烘胎。然后射频转发器1即可使用。
另一个优选的实施方案包括在制造识别标签2之后的步骤中通过交联或硫化设置识别标签2的弹性体结构。使用本领域技术人员公知的常规弹性体/弹性体粘合技术将该操作之后获得的器件紧固至充气轮胎的容纳区域中，例如通过将粘合橡胶层冷交联至充气轮胎的内部橡胶来实现粘合。然后轮胎的射频转发器1即可使用。
图8为辐射天线的第二区域的横向截面图，其中嵌入到外接在圆柱体51中的刚性块30中的电子部分放置在辐射天线的内部以形成根据本发明的无源射频转发器1。辐射天线包括使用以变化的卷绕直径卷绕的直径为0.20毫米的钢丝12生产的螺旋弹簧，所述卷绕直径限定辐射天线的内径13和外径15。
在该第一设计中，电子部分包括印刷电路板26，所述印刷电路板26电连接并机械连接至电子芯片。印刷电路板26在射频转发器1的方向W上的上表面设置有主天线24。此处，该主天线24为由16个矩形匝组成的线圈的形式，所述矩形匝的一侧包括在印刷电路板26的上表面生产的电流轨道。这些匝是一个整体，主天线24的自由端部电连接至电路板的电子芯片。主天线24内接在圆柱体50中，所述圆柱体50的旋转轴线23平行于辐射天线的旋转轴线11。该圆柱体50的直径大于辐射天线的内径13的三分之一，从而确保两个天线之间的电磁耦合。
印刷电路板26在射频转发器1的方向W上的下表面包括附加电路板52，所述附加电路板52为曲折形状的电流轨道的形式，其端部使用桥(未示出)连接至电路板，从而确保印刷电路板26的上表面和下表面之间的电连接。由长度为10毫米且宽度为1毫米的铜制成的电流电路使得电路板的电阻抗与主天线24的电阻抗相匹配，从而优化电子部分内的能量交换。
最后，电子部分封装在高温环氧树脂的刚性电绝缘块30中，所述刚性电绝缘块30保护组件以及电路板和主天线24的机械连接和电连接。该块30具有平行六面体(此处为矩形)形状，以减少所使用的材料的量，从而优化电子部分的技术经济比。该块30内接在圆柱体51中，此处，所述圆柱体51的旋转轴线23与辐射天线的旋转轴线11同轴。为了使该圆柱体的直径最小化并便于将包括电子部分的块30插入到辐射天线中，将平行六面体的边缘磨圆。这能够通过增加两个结构之间可能的接触面积来确保块30、电子部分以及辐射天线的完整性。
可以通过振动精整法简单地实现包封块30的磨圆。在制造电子部分的工艺之后，可以使用例如模塑的方法进行环氧树脂对电子部分的电绝缘。这些方法产生具有平行六面体轮廓和尖锐边缘的嵌入块30。当然，包封块30的外表面上不仅可以包含电绝缘材料(例如，环氧树脂)，还可以包含电路板的材料(其本质上是电绝缘体)。然后，振动精整法包括混合这些可能的双材料平行六面体物体与刚性类型的圆形物体(即相对于包封块30不发生形变的物体)，例如滚珠和/或圆柱体，从而磨圆平行六面体的边缘。此处，这些物体被称为磨圆剂。为此，使用具有极高机械抗性并通常由陶瓷制成的磨圆剂。所述方法包括在润滑液体(例如，肥皂水)的存在下混合包含电子部分的平行六面体包封块30和更硬的磨圆剂。因此，润滑液体限制能够在旨在磨圆的包封块中产生裂纹的开裂和扩展的各种物体之间的选择。振动精整法包括混合润滑液体组合物、包封块30以及耐磨圆剂，所述包封块30为具有尖锐边缘的平行六面体形状并包括环氧树脂或印刷电路板，所述耐磨圆剂为圆形并具有比包封块更高的硬度，以促进磨圆剂对包封块的摩擦。摩擦对包封块的平面且连续的区域没有不利影响。相反地，其将逐渐地磨损包封块的不连续区域，即平行六面体的拐角。例如通过在密封转鼓中旋转组合物足够长的时间来实现混合，以在包封块30的拐角处产生约0.2毫米至0.5毫米的曲率半径。所获得的曲率半径必然取决于待磨圆的材料：其可能随外表面由不同刚度的材料组成的包封块而不同。例如，在约1至5转每秒的旋转速度下旋转1至2小时能够获得期望的磨圆平行六面体。
为了便于分离组合物的各个组分，还优选各种组分的尺寸不同。例如，期望的是，磨圆剂的特征尺寸大于包封块30的特征尺寸。因此，选择使用这样的筛网，所述筛网的筛孔尺寸一方面使得一类组分(例如，包封块30和润滑液体)通过，另一方面保留第二类组分(例如，磨圆剂)，从而能够快速分离组合物的各个组分。
最后，此处，主天线24和辐射天线的内径13之间的距离小于辐射天线的内径13的15％。在天线的轴线平行的情况下，至少在一个几何点处或甚至在两个几何点处获得该最小距离。该接近度优化了主天线24和辐射天线之间的能量传递的效率。
图9为辐射天线的第二区域的横向截面图，其中嵌入到外接在圆柱体51中的刚性块30中的电子部分放置在辐射天线的内部以形成根据本发明的无源射频转发器1。然而，此处电子部分为另一种设计。辐射天线包括使用以变化的卷绕直径卷绕的直径为0.18毫米的钢丝12生产的螺旋弹簧，所述卷绕直径限定辐射天线的内径13和外径15。
在该第二种设计中，电子部分包括印刷电路板26，所述印刷电路板26(在射频转发器1的方向W中)的上表面电连接并机械连接至电子芯片22。该印刷电路板26电连接至主天线24的自由端部。此处，该主天线24为由圆形匝组成的线圈的形式。主天线24内接在圆柱体50中，所述圆柱体50的旋转轴线23平行(此处甚至同轴)于辐射天线的旋转轴线11。该圆柱体50的直径大于辐射天线的内径13的三分之一，从而确保两个天线之间的电磁耦合。实际上，在这种情况下，该圆柱体50的直径对应于辐射天线的内径13的90％。两个天线的接近度通过优化保证两个天线之间的能量传递的面积确保了优异的电磁耦合。如果圆柱体50的轴线和辐射天线的旋转轴线11同轴，则该耦合是最佳的。
印刷电路板26位于主天线24的内部，以限制电子部分的总长度。此处，匝数为非整数，不完整的匝作为附加电子电路，用于使主天线24的电阻抗与电路板的电阻抗相匹配。
在本示例中，电子部分封装在高温环氧树脂的刚性电绝缘块30中，所述刚性电绝缘块30为圆柱体51的形式，所述圆柱体51的直径略大于外接电子部分的圆50的直径。该刚性电绝缘块30保护电子组件和组件之间的电气连接。该保护块30的圆柱体形状通过防止两种结构之间的点接触来确保电子部分和辐射天线保持机械完整性，这些点接触是热机械应力集中的来源。此处，这两种结构的接近度有利于接触。

Claims (19)

1.无源射频转发器(1)，所述无源射频转发器(1)旨在集成到由弹性体共混物制成的块中，所述无源射频转发器(1)包括：
-辐射偶极天线(10)，所述辐射偶极天线(10)由单股螺旋弹簧组成，所述单股螺旋弹簧具有旋转轴线(11)、正中平面(19)、卷绕直径(D1，D2)、螺旋节距(P1，P2)以及丝线直径，所述丝线直径限定辐射偶极天线(10)的内径(13)和外径(15)，所述辐射偶极天线(10)的长度(L0)适于在频带内与射频传输读取器通信，
-电子部分(20)，所述电子部分(20)位于辐射偶极天线(10)的内部，并且包括：
i.电子芯片(22)，
ii.主天线(24)，所述主天线(24)电连接至电子芯片(22)，并电磁耦合至辐射偶极天线(10)，
iii.所述主天线(24)的轴线(23)基本平行于辐射偶极天线(10)的旋转轴线(11)，
iv.所述主天线(24)的正中平面(21)基本上与辐射偶极天线(10)的正中平面(19)重叠，
v.所述主天线(24)外接在圆柱体(50)中，所述圆柱体(50)的旋转轴线平行于主天线的轴线(11)，并且其直径大于或等于与辐射偶极天线(10)垂直的辐射偶极天线(10)的内径的三分之一，
其特征在于，在辐射偶极天线(10)的辐射偶极天线(10)不与电子部分(20)对齐的第一区域(101，101a，101b)中，辐射偶极天线(10)的第一螺旋节距(P1)大于辐射偶极天线(10)的第二螺旋节距(P2)，所述第一螺旋节距(P1)对应于该第一区域(101，101a，101b)中的辐射偶极天线(10)的螺旋节距，所述第二螺旋节距(P2)对应于在辐射偶极天线(10)与电子部分(20)对齐的区域中的辐射偶极天线(10)的螺旋节距。
2.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，辐射偶极天线(10)的第二螺旋节距(P2)是恒定的。
3.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，辐射偶极天线(10)的第二螺旋节距(P2)是变化的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无源射频转发器(1)，其中，围绕主天线外接的圆柱体(50)和辐射偶极天线(10)之间的最小距离小于辐射偶极天线(10)的内径的一半的15％。
5.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，围绕主天线(24)外接的圆柱体(50)的轴线平行于辐射偶极天线(10)的旋转轴线(11)。
6.根据权利要求5所述的无源射频转发器(1)，其中，围绕主天线(24)外接的圆柱体(50)的直径大于辐射偶极天线(10)的内径的75％。
7.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，主天线(24)连接至包括电子芯片(22)的电路板的端子，所述主天线(24)的电阻抗与电路板的电阻抗相匹配。
8.根据权利要求7所述的无源射频转发器(1)，其中，主天线(24)为由匝组成的线圈，匝数为介于5和30之间的实数。
9.根据权利要求7所述的无源射频转发器(1)，其中，使用位于电路板上的至少一个附加电子电路来匹配主天线(24)的阻抗。
10.根据权利要求9所述的无源射频转发器(1)，其中，所述附加电子电路为曲折形状的电流电路(52)。
11.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，对于位于辐射偶极天线(10)的第一区域(101，101a，101b)中的辐射偶极天线(10)的至少一个环形圈，螺旋节距(P1)和卷绕直径(D1)之间比值大于0.8。
12.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，在辐射偶极天线(10)的辐射偶极天线(10)与电子部分(20)对齐的第二区域(102)中，对于辐射偶极天线(10)的每个环形圈，螺旋节距(P2)和卷绕直径(D2)之间的比值小于或等于0.8。
13.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，辐射偶极天线(10)的第一内径小于辐射偶极天线(10)的第二内径，所述第一内径对应于第一区域(101，101a，101b)中的辐射偶极天线(10)的内径，所述第二内径对应于与第一区域(101，101a，101b)不同的第二区域(102)中的辐射偶极天线(10)的内径，并且电子部分(20)外接在圆柱体(51)中，所述圆柱体(51)的旋转轴线平行于辐射偶极天线(10)的旋转轴线(11)，并且其直径大于或等于辐射偶极天线(10)的第一内径。
14.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，与射频传输读取器的通信发生在UHF频带中。
15.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，第一区域(101，101a，101b)中的辐射偶极天线(10)的卷绕直径(D1)介于0.6毫米和2.0毫米之间。
16.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，第二区域(102)中的辐射偶极天线(10)的卷绕直径(D2)介于1.4毫米和2.0毫米之间。
17.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，辐射偶极天线(10)的第一区域(101，101a，101b)中的辐射偶极天线(10)的至少一个环形圈的螺旋节距(P1)介于1毫米和4毫米之间。
18.根据权利要求1所述的无源射频转发器(1)，其中，辐射偶极天线(10)的第二区域(102)中的辐射偶极天线(10)的螺旋节距(P2)小于1.5毫米。
19.识别标签(2)，所述识别标签(2)包括根据前述权利要求中任一项所述的无源射频转发器(1)，其中，所述无源射频转发器(1)嵌入在至少一个柔性电绝缘弹性体共混物(3)中。
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