CN1890680A - 具有加强读出性的射频识别标签 - Google Patents
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Abstract
一种射频识别(RFID)系统,包含RFID器件(10)和导电材料(302,312),所述导电材料与所述RFID器件相配合,以加强所述RFID器件的性能。所述RFID器件与所述导电材料之间的距离可在被所述RFID器件最优先吸收能量的波长的大约四分之一以内。所述RFID器件以一个角度安装到所述导电材料上。选择性地,或附加地,所述RFID器件可与所述导电材料部分重叠。所述RFID器件可包含其中有孔的导电天线结构(12)。
Description
1.技术领域
[0001]本发明涉及射频识别(RFID)标签和标记领域,且特别涉及包括天线结构的标签和标记领域。
2.相关技术描述
[0002]现今的储备和制造方法依赖于追踪和识别有关物品例如库存物品、包裹、单个零件等等的能力,并且依赖于以无线方式传递这些有关物品的信息以便处理和使用的能力。一种已知的追踪和提供这些有关物品信息的方法是,在每个这样的物品上附着一个无线通信装置,例如有源或无源应答器,该无线通信装置整合到识别标签或标记内,以响应射频询问和命令。该标签可以储存或表示关于它所附着的物品的信息,例如唯一的识别号、诸如打开或未打开之类的物品状态、地点、及类似信息。该标签可以附着到单个物品或包含多个物品的包裹上。
[0003]图1中展示了现有技术的RFID器件1的一个例子。器件1包含连接到简单偶极天线结构3的芯片2。天线结构3由衬底6上的一对天线元件4和5组成。
[0004]图1所示简单偶极天线结构3的一个难题是,该天线结构的读出性可能高度依赖于其方向。例如,沿着器件1的边缘,特别是沿器件1的窄轴8,与天线元件4和5平行的方向上,器件1的读出性可能较差。
[0005]应该理解的是,如果能有克服上述难题的RFID器件是令人满意的。
发明内容
[0006]根据本发明的一方面,一种RFID器件,在其附近约四分之一波长范围内具有导电材料,这加强了RFID器件的性能。
[0007]根据本发明的另一方面,一种RFID系统包含:RFID器件;以及导电材料,该导电材料与RFID器件相配合,以加强RFID器件的性能。
[0008]根据所述器件的又一方面,一种加强RFID器件性能的方法包含以下步骤:提供RFID器件;且将RFID器件放置得与导电材料足够靠近,从而加强RFID器件的性能。
[0009]为了实现上述以及相关目的,本发明包含的特征将在下文中充分描述并在权利要求中特别指出。以下描述以及附图详细说明本发明的某些说明性实施例。这些实施例是示意性的,然而只说明了可应用本发明原理的多种方式中的一些方式。本发明的其他目的、优点以及新颖的特征,当以下本发明的详细描述与附图相结合时,将会变得显而易见。
附图说明
[0010]在无需符合比例的附图中:
[0011]图1是具有简单偶极天线结构的现有技术器件的斜视图;
[0012]图2是依照本发明的RFID器件的平面图;
[0013]图3是图2所示的RFID器件的斜视图;
[0014]图4是依照本发明的RFID器件的可选择实施例的平面图;
[0015]图5是依照本发明的RFID器件另一个实施例的平面图;
[0016]图6是RFID器件的又一个可选择实施例的平面图,该实施例采用单极天线;
[0017]图7是依照本发明的RFID器件的再一个可选择实施例的平面图;
[0018]图8是图7所示器件的端视图;
[0019]图9是图7所示器件的侧视图;
[0020]图10A是依照本发明的RFID器件的另一个可选择实施例的平面图;
[0021]图10B是图10A所示器件的侧视图,该图中器件的衬底沿折叠线折叠;
[0022]图11A是依照本发明的RFID器件的另一个可选择实施例的平面图;
[0023]图11B是图11A所示器件的侧视图,该图中器件的衬底沿折叠线折叠;
[0024]图12是依照本发明的RFID器件的又一个可选择实施例的平面图;
[0025]图13是依照本发明的RFID器件的再一个可选择实施例的平面图;
[0026]图14是依照本发明的RFID器件的另一个可选择实施例的平面图;
[0027]图15是描述依照本发明的RFID器件的又一个可选择实施例的斜视图;
[0028]图16是描述本发明的RFID器件的一种应用的斜视图,该图中RFID器件附着在衣物上;
[0029]图17是读取器显示单元的斜视图,该单元能对本发明中RFID器件进行读取;
[0030]图18是能对本发明的RFID器件进行读取的另一个读取器显示单元的斜视图;
[0031]图19是描述对可移动衣架上的衣物进行读取的斜视图;
[0032]图20是描述对展示架上的衣物进行读取的斜视图;
[0033]图21A是安装在物体上的RFID器件的斜视图,该RFID器件靠近导电材料;
[0034]图21B是在金属架上的多个物品的斜视图,其中物品的RFID器件靠近架子上的金属;
[0035]图22A是底部带有RFID器件的瓶子的斜视图;
[0036]图22B是带有RFID器件的多层瓶子的斜视图;
[0037]图22C是瓶盖上带有RFID器件的瓶子的一部分的斜视图;
[0038]图22D是其上带有RFID器件的圆柱体瓶子的斜视图;
[0039]图22E是其上带有RFID器件的长方体瓶子的斜视图;
[0040]图22F是在容器内的RFID器件的平面图,该器件与物品的导电材料发生部分重叠;
[0041]图22G是图22F所示容器的平面图,其中所述物品被除去;
[0042]图22H是在容器内的RFID器件的平面图,该容器与一对RFID器件中的一个发生重叠;
[0043]图22I是装在小桶上的RFID器件的平面图;
[0044]图22J是图22I所示小桶和器件的示意性侧视图;
[0045]图22K是图22I和图22J所示RFID器件的斜视图;
[0046]图22L是安装在金属架上的RFID器件的平面图;
[0047]图22M是图22L所示器件和架子的侧视图;
[0048]图22N是安装在轮胎上的RFID器件的侧视图,该器件靠近金属轮;
[0049]图22P是带有金属辊的传送带的斜视图,该装置可有助于加强RFID器件的性能;
[0050]图23是具有第一配置天线结构的RFID器件的平面图;
[0051]图24是具有第二配置天线结构的RFID器件的平面图;
[0052]图25是具有第三配置天线结构的RFID器件的平面图;
[0053]图26是具有第四配置天线结构的RFID器件的平面图;
[0054]图27是具有第五配置天线结构的RFID器件的平面图;
[0055]图28是具有第六配置天线结构的RFID器件的平面图;
[0056]图29是具有第七配置的天线结构RFID器件的平面图;
[0057]图30是具有第八配置的天线结构RFID器件的平面图;
[0058]图31是具有第九配置的天线结构RFID器件的平面图;
[0059]图32是具有第十配置的天线结构RFID器件的平面图;
具体实施方式
[0060]一种射频识别(RFID)系统,包含RFID器件,以及与RFID器件相配合以增加该器件性能的导电材料。所述RFID器件与导电材料的距离,可在该器件所最优先吸收的能量的波长的约四分之一内。RFID器件可以一定角度安装在导电材料上。选择性或附加性地,RFID器件可为导电材料所部分重叠。
[0061]所述RFID器件可包含其中有孔的导电天线结构。在孔的一端的两侧,部分所述天线结构耦合到无线通信装置,如RFID芯片或签带。在孔的另一端,位于孔的两侧的部分所述天线结构例如通过该天线结构的其他导电部分,而电气耦合到一起。天线结构的所有各部分均可以是导电材料连续单元层的一部分。其中有孔的天线结构能够帮助加强RFID器件的读出性,尤其是在沿RFID器件边缘向外的方向上。该天线结构可直接电导耦合到无线通信装置。作为选择,天线结构可举例来说通过容性耦合,间接(电抗)耦合到RFID器件。
[0062]首先参看图2和图3,RFID器件10包含耦合到无线通信装置的天线结构12,该无线通信装置例如为RFID芯片14,芯片14可以是RFID内插部件或签带(strap)16的一部分。内插部件或签带16包含导电引线端20和22,导电引线端20和22被耦合到天线结构12的臂或部分26、28。
[0063]内插部件或签带16的标准元件包含RFID芯片14和导电引线端。内插部件或签带16还可包含用于支撑RFID芯片14和导电引线端的衬底。在本说明书内大多数实施例(如图2和图3所示)中都没有衬底,而是由天线支撑导电引线端和芯片14。在图10A和11A(下文描述)所示实施例中,内插部件的衬底与天线的衬底相同。在其他可能的变化中,出于处理的考虑,RFID芯片和导电引线端可由独立衬底支撑。而在芯片和导电引线端耦合到天线后,这个独立衬底既可保留在芯片和导电引线端上,也可被去掉。
[0064]臂26、28位于孔或长槽30的任一侧面,孔或长槽30是位于天线结构12的两部分之间的开口。在孔或长槽的第一端32(此端为开口端),臂26、28电气耦合到RFID内插部件或签带16的导电引线端20、22。导电引线端20、22又耦合到RFID芯片14的触点。在孔或长槽的第二端36(此端为相对于RFID内插部件或签带16较远的闭合端),导电臂26和28导电连接在一起,例如通过同样是天线结构12一部分的导电连接部分38而被连接在一起。导电臂26、28以及导电连接部分38,均可以是形成天线结构12的导电材料连续单元层40的一部分。导电层40可附着或以其他方式耦合到衬底42。
[0065]孔或槽30在天线结构12的导电臂26和28之间,可具有基本相同的宽度。槽30的长度,可以是用于与RFID芯片14通信的辐射波长的大约四分之一。槽30使RFID器件10能够沿窄轴46被读取。实际上,RFID器件10可在天线结构12(或作为整体的RFID器件10)所在平面内的基本任何方向,或与之平行的方向上,表现出良好的读出性。
[0066]此外,在近距离内,RFID器件10在其他方向,例如在标签的上方或下方也表现出良好的读出性。因此在围绕器件10的所有方向上,RFID器件10均表现出良好的读取性能。即使在器件10具有小尺寸时,RFID器件10的读取性能也良好。例如,图2和图3所示结构的RFID器件,该器件的外部尺寸为25mm×25mm(1英寸×1英寸),当采用合适的功率及频率等级时,该器件在超过2米(6.5英尺)的距离被发现具有良好的读取性能。依照FCC规范第15部分第247节,在4W功率(有效各向同性辐射功率)和902MHz至928MHz频带下操作,功率及频率等级较为合适。通过采用适当的读取器,天线结构12在各个方向上均表现出良好的读取特性,并且基本上可以是与方向无关的,其中所述读取器带有圆形偏振天线或双线天线(dual linearantennas),所述双线天线彼此以90°偏振角相交、并连接到交替切换的读取系统的各个端口。
[0067]RFID芯片14与臂26、28之间可以是直接电导耦合,这通过内插部件16上的导电引线端20、22来形成;或者也可以是整体或部分电抗耦合,这例如是通过介质材料形成的容性或感性耦合。下文将结合RFID器件10的不同实施例,对电抗耦合连接的几种配置进行论述。关于导电引线端20和22与电极导电臂26和28之间的直接(电导)电连接,可采用适当的导电粘合剂来形成。
[0068]电路通道54从RFID芯片14的一侧(触点)开始,经过臂26、导电连接部分38、及臂28,到达RFID芯片14的另一侧(触点)。因此,与标准槽缝天线相比,导电材料没有完全包围槽30。标准槽缝天线具有由完全包围槽的导电材料所形成的短路。
[0069]RFID器件10的天线结构12可具有环形天线的一些特性,也可具有槽缝天线的一些特性,但该天线结构克服了传统环形天线和槽缝天线中可能出现的无效点。通过以至少两种操作模式耦合到RFID芯片14,天线结构12可对大范围的方向提供更好覆盖。天线模式可包含两种或更多种模式,所述模式包括基本切口天线(notch antenna)的模式、基本环型天线的模式、基本折叠偶极天线的模式、和/或基本槽缝天线的模式。
[0070]RFID器件10可采用多种适当材料。衬底42可以是合适的塑料材料,例如PET或聚丙烯,其可形成柔性塑料材料膜或塑料片。天线结构12的导电层40,可通过多种适当方法中的任何方法被形成、沉积或附着在衬底42上。例如,导电层40可以是导电墨水,比如包含金属微粒的墨水,这种墨水以适当的图案被印刷在衬底42上。作为选择,可将导电层40镀在衬底42上,例如通过电镀。作为另一种选择,导电层40可粘性附着到衬底42上。可采用蚀刻处理来去除导电材料以形成槽30。
[0071]RFID器件10可包含适当的附加层,例如用于保护器件功能元件的保护层和/或用于将器件10粘附到物品的粘合层,这些功能元件也可提供诸如可印刷性(printability)或耐气候性(weatherability)之类的所需表面特性。
[0072]应该理解的是,多种无线通信装置,例如RFID内插部件或签带,可用作RFID内插部件或签带16。适当的RFID内插部件或签带的例子,包括能够从Alien Technologies获得的RFID签带,以及以I-CONNECT商品名销售的内插部件(称为模块),该部件能够从PhilipsElectronics获得。可从Alien Technologies获得的芯片在倒装芯片小片(flip-chip die)中可以是导电性地附着的,或对于签带形式的芯片来说,可以是导电性或电抗性地附着的。合适的RFID芯片包括可从Philips Electronics获得的Philips HSL芯片、和可从EM Microelectronic-Marin SA获得的EM Marin EM4222,以及可从美国马里兰州Columbia的Matrics Inc.获得的RFID芯片。
[0073]应该理解的是,RFID器件10可具有多种适当配置中的任一种,其中一些配置将在下文中论述。例如,导电区域与天线结构的槽的配置可能变化很大。举个例子,槽30可基本呈长方形,如图2和图3所示。作为选择,该槽可具有其他形状,如弓形或弧形。
[0074]图4表示RFID器件10的一种可选择配置,其中槽30呈弓形,且具有彼此互成角度的多个等宽部分60、62、64、68。这些部分60-68允许在一个小且紧凑的器件里,容纳下相同的总槽长。RFID内插部件16被安装在孔或槽30的两侧,以此利用槽30两侧以及沿着长槽末端的导电层材料,作为混合环形槽天线,这类似于上述图2和图3所示RFID器件10的实施例。除了槽30,导电层40基本覆盖在其下的全部衬底42。
[0075]现在参看图5,该图展示RFID器件10的另一个实施例,其中臂26和28彼此间不直接电气耦合。而是臂26和28通过臂26和28各自的耦合部分76和78电抗耦合到一起,耦合部分76和78跨过衬底42的相互作用区80容性耦合到一起,导电臂26和28安装在衬底42上。虽然应该理解,通过调谐槽30附近的臂26、28从而适当调谐天线结构12时,可能要考虑到相互作用区80,但相互作用区80与槽30在一定程度上是独立的。
[0076]图5中所示的RFID器件10的实施例,可有利地与RFID芯片一起使用,RFID芯片要求芯片与导电臂26和28相耦合的触点之间不存在短路。这种RFID芯片的例子是EM4222和HSL芯片。
[0077]图6展示RFID器件10的又一个实施例,该器件具有天线结构12,此天线结构包含混合环形槽天线以及单极天线元件90。混合环形槽天线的结构,可与以上根据图2和图3所示实施例所描述的结构相似,带有一对耦合到RFID芯片14的不同触点的臂26和28,以及介于臂26和28之间的导电连接部分38,其中导电连接部分38与臂26、28构成槽30。臂26和28分别耦合到RFID芯片14的RF输入端92以及共同连接端94(接地端)。
[0078]单极天线元件90是折叠偶极元件96,此元件电气耦合到RFID芯片14的另一个触点(连接点)100。偶极元件96呈盘旋形,具有多个往复部分102。天线结构12就是这样采用混合环形槽天线作为折叠偶极元件96的接地面。因此天线结构12是双极天线。
[0079]图7-14展示RFID器件10的不同实施例,所示器件在RFID芯片14与臂26和28其中至少一臂之间具有容性耦合。首先参看图7-9所示RFID器件10的实施例,RFID内插部件16的导电引线端20和22通过各自的粘合垫或层110和112粘性耦合到天线结构12的臂26和28。粘合垫110和112是由不导电的粘合剂制成的,用于防止导电引线端20、22与臂26、28之间的直接(电导)电气耦合。更确切地说,导电引线端20和22通过不导电的粘合垫110和112容性耦合到臂26和28。通过避免导电引线端20、22与臂26、28之间的直接电导电气耦合,就避免了RFID芯片14的相应触点短接在一起。如上所述,为使芯片正常工作,一些芯片可能要求触点不被短接在一起。
[0080]应该理解的是,为了提供导电引线端20和22与臂26和28之间的所需容性耦合,可为粘合垫110、112选择适当的厚度。粘合垫的厚度可根据以下这样的因素选择:运行功率和频率、耦合面积、所使用的粘合剂的介电常数。在一个例子中,可使用面积为5mm2而厚度为10μm的粘合垫。不过应该理解,可使用的合适的面积和厚度范围广泛。
[0081]图10A和10B展示RFID器件10的另一个实施例,说明了一种形成器件的方法,此方法利用粘合垫110、112将导电引线端20、22附着到臂26、28。如图10A所示,在衬底124的不同部分120、122上形成器件10的不同部件。在部分120和122之间有折叠线126。在第一部分120上放置RFID内插部件16,其中导电引线端20、22面向上放置。可采用适当的粘合剂将RFID内插部件16附着到衬底124的第一部分120。作为选择,将RFID芯片14面向上放置在第一部分120上之后,通过沉积或形成(比如通过印制或电镀)导电引线端20和22,可在原位置生成内插部件16。
[0082]天线结构12被沉积或者附着到衬底124的第二部分122。然后粘合垫110、112可被沉积到天线结构12的臂26和28上,例如通过适当的印制程序。
[0083]接下来生成图10A所示结构,沿着折叠线126将衬底124折叠,而使器件的两部分合在一起。这使得导电引线端20、22与粘合垫110、112相接触,从而将导电引线端20、22与臂26、28粘性结合在一起,如图10B所示。
[0084]可限定衬底124第一部分120的尺寸,使其折叠到第二部分122的上方时,基本覆盖第二部分122。第二部分122可例如通过加热密封,被挤压并密封到第二部分上,以封装并保护器件10的功能元件。
[0085]如图10A和10B所示,应该理解,制作RFID器件的方法,可通过一系列连续的辊压(roll)操作例如辊对辊(roll-to-roll)处理来完成。RFID芯片14和/或内插部件16的放置;在衬底124上天线结构12的形成(或天线结构12对衬底124的粘贴);和/或粘合垫110、112的放置,都可作为辊压操作来完成。可在一片材料上完成这种操作,适当地切割这片材料从而产生单个RFID芯片。
[0086]应该进一步理解的是,上述方法可与具有其他配置的RFID器件一起使用,如这里所述。例如,可用适当的导电粘合剂来代替粘合垫110、112上的不导电粘合剂,由此产生这样的RFID器件10:其中导电引线端20、22被直接(电导)电气耦合到天线结构12的臂26、28。作为另一个例子,天线结构12可能还具有在此描述的一些其他配置。
[0087]图11A和图11B表明了器件10的另一个折叠型实施例,其中衬底134的第一部分130和第二部分132是沿折叠线136分开的。第一部分130具有位于其上的RFID芯片14元件和导电引线端20、22;第二部分132具有导电层40,而其各个部件26、28和38位于该导电层上。
[0088]如图11B所示,第一部分130可沿折叠线136被向后折叠,从而使其与衬底134的第二部分132背对背接触。部件130和132可通过粘合层138结合。在最终结构中,导电引线端20和22被容性耦合到臂26和28,此结构具有部件130与132之间的组合厚度。
[0089]现在转到图12,RFID器件10的另一实施例具有叉指式容性耦合140,用于将RFID芯片14(或RFID内插部件)耦合到天线结构12的臂26。芯片14电导耦合到衬垫42的导电垫142。导电垫142包含多个指状元件144,这些指状元件沿衬底42由该导电垫向外凸出。指状元件144与臂26上相应的指状元件146相互交叉,在两组指状元件144与146之间留出窄的盘旋形间隔150。跨过间隔150可产生容性耦合,从而使导电垫142与臂26间接(容性)电气耦合,且臂26没有短路危险。导电垫142和指状元件144可以是导电层154的一部分,该导电层还包含臂26、28和导电连接部分38。
[0090]图13表示RFID器件10的一个附加实施例,其中芯片14与臂26之间具有电抗耦合。在图13所示实施例中,RFID芯片14(或RFID内插部件)耦合到导电元件160,该元件处于一条穿过臂26的弯曲路径上,在导电元件160和臂26之间有间隔162。这样就使导电元件160和臂26之间得以实现容性耦合。
[0091]图14表示RFID器件10的又一个容性耦合实施例。图14所示器件具有天线结构12,其位于衬底42上与RFID内插部件16相对的侧面上。RFID内插部件16的导电引线端20、22跨过彼此间的衬底42的部分,容性耦合到天线结构12的臂26和28。
[0092]以上描述了RFID器件10的多个容性耦合实施例。应该理解,可用其他形式的间接电抗耦合,例如借助于磁场的感性耦合来进行替代。
[0093]图15表示带有瓦楞板层180的RFID器件10的实施例。一对导电带182和184例如铜带在板层180的制造过程中被放置到瓦楞186和188上。导电带182和184被用作混合环形/孔形天线的两臂。短接导电连接部分190沿导电带182和184被放置在一端,而RFID内插部件16沿导电带182和184被放置在另一端。短接连接部分190和内插部件16的放置点被选择成,使各个元件所界定的孔12具有适当的长度。
[0094]在放置图15所示器件10的各元件之后,可通过在瓦楞的顶上放置表面层来完成纸板层的构造。纸板可用于合适的目的,比如用于纸盒或者其他容器。因此,RFID器件10可用作纸板层里面可在大方向范围内读取的内部器件。在纸板层内放置器件,有助于在装卸纸板时使器件免遭物理损坏。此外,在纸板层内放置器件有助于隐藏器件,保护器件遭受故意使其失效的损坏。然而应该理解,可在纸板上提供外部标记以标明RFID器件10的位置,从而举例来说帮助放置读取器以进行短距离读取。
[0095]图16说明RFID器件10的一种用途,其中器件10施加到衣物200比如衬衫上。器件10可以是卡片安装式标签,被置于衣物200的纽扣之间,或用塑料紧固件附着到物品200上。衣物200上的器件10可通过手持读取器204,从相对于衣物200的各个方向中任一方向进行读取。
[0096]图17展示显示单元210,该显示单元能对一组衣物200上的RFID器件10进行读取。显示单元210具有多个适当的天线212和214,这些天线位于显示单元210的后壁216上。天线212和214被耦合到读取器220。RFID器件10沿其边缘在各个方向上被读取的能力,尤其是沿器件10的窄轴方向被读取的能力,有利于显示单元210对器件进行读取。
[0097]应该理解的是,器件10的多个可允许的边缘读取角度,使得即使当物品200是以多个方向放置在显示单元210中的时候,如图18所示,都能够进行读取。RFID器件10在读取方向多样化方面的灵活性,举例来说,能够让零售商以多个方向灵活地展示物品200,同时仍然能够让它们被显示单元210检测到。此外,显示单元210的检测,可在很大程度上保持不受显示单元内物品200的放置方式或(例如由雇员或顾客所造成的)放置错误的影响。
[0098]图19表明的是对衣物230上的RFID器件10进行读取,衣物放在可移动衣架240上。RFID器件10可被集成到衣物230上的标记232内。当衣架240移动通过读取台时,即可从侧向244或246读取物品230上的器件10。RFID器件10良好的边缘读取特性有助于从方向244和246检测器件10。
[0099]图20显示装在展示架250上的衣物230。衣物230上的RFID器件10,可通过展示架250的后壁256上的天线254,沿读取方向252被读取。图19和20表明RFID器件10的准各向同性读取特性的有效性——允许衣物230在多种架上被检测到,并从多种方向读取。
[0100]应该理解的是,RFID器件10的读取特性可用于检测和/或追踪除衣物以外的多种物品。对衣物200和230的检测,仅是可应用RFID器件10的多种物品中的一个例子。
[0101]现转而参看图21A,RFID器件10附着到具有导电材料302的物体300上,位于物体300的表面处或表面之下,从而形成性能加强的RFID系统304。RFID器件10附着到物体300上,与导电材料302形成一定角度,从而使器件10的槽30相对于导电材料302形成角度α。
[0102]在RFID器件10相对于导电材料302构成一定角度条件下,RFID器件10与导电材料302之间的平行重叠区的大小是有限的。平行重叠区的大小被定义为:在以垂直于导电材料302的方向作投影时,器件10中的天线结构12与槽30被投影到导电材料302上的那部分区域。对于平面RFID器件10与平面导电材料302形成角度α的简单情形,平行重叠区等于α角的余弦值。
[0103]通过使导电材料302与RFID器件10的至少部分区域靠近,而使RFID器件10的性能得以加强。在此处所用术语“靠近”涉及导电材料与RFID器件的接近,指的是导电材料小于RFID器件10的天线的大约四分之一波长,其中该波长是被用来检测RFID器件10和/或与RFID器件10通信的波长或能量。此波长可更为特定地被认为是由RFID器件10所最优先吸收的能量的波长(RFID器件10被调谐到这个波长)。RFID器件10可与导电材料302几乎接触,从而使得RFID器件10与导电材料302间基本没有间隔。
[0104]随着使RFID器件10与导电材料302靠得越来越近,即可使RFID器件10的性能得到越来越大的加强。这与在离天线四分之一波长的位置上设置导电“反射体”的现有技术相反,该导电反射体被用来增加这种天线的增益。当天线与反射体的距离小于四分之一波长时,采用这种反射体的器件性能不会得到加强。尽管这种反射体采用导电材料来加大增益,但是该反射体具有与这里所述系统完全不同的工作模式。
[0105]通过限制RFID器件10的平行重叠区的大小,可进一步加强RFID器件10的性能。平行重叠区的大小可约为0.5或者更小,而且可约为0.2或者更小,或甚至可约为0.1或更小。通过将RFID器件10放置得基本垂直于物品300和导电材料302,可将平行重叠区减小到基本为零。
[0106]RFID器件10可被安装在三角形或其他形状的突出部件310上(它可被认为是RFID器件10的一部分),该突出部件又被安装到物品300上。突出部件310可由塑料或其他合适的材料制成,该部件能够帮助使RFID器件10与导电材料302之间的平行重叠区保持在所需的大小。
[0107]导电材料302可以是金属或其它合适的导电材料。导电材料302可以是一层材料,或可具有其他结构,例如块状材料。物品300可以是多种不同物体中的任意一种,包括用于销售或使用的产品,以及用于运送产品或其他物品的容器,例如纸盒。许多可能物品的其中若干物品包括饮料容器,如桶和罐,以及带有金属外壳或部件的装置。
[0108]使用导电材料302来加强RFID器件10的性能,就能够容许使用更小的RFID器件,和/或能够容许在更大的距离上检测和/或读取RFID器件10。从许多观点来讲都需要采用较小的RFID器件10:RFID器件越小则所需要的原材料越少,这可以减少成本;并且RFID器件越小则附着到物品上所需要的空间就越小,也就不太突出,并且较少可能被损坏。此外,当RFID器件不再与其他这类器件紧邻时,较小的RFID器件10在被最终用户购买之后,也会较少有可能被检测到。单个(不与其他器件紧邻)RFID器件减小了被检测到的可能性,从而能减少与RFID器件有关的隐私方面的担心。
[0109]RFID器件10可具有这样的尺寸:该尺寸要求其紧邻导电材料,以便取得所要求的性能参数。RFID器件10的总尺寸可约为8cm(3英寸)×8cm(3英寸)或更小。RFID器件10甚至可以更小,所具有的尺寸例如约为4cm×4cm或更小,或约为2.5cm(1英寸)×2.5cm(1英寸)或更小。以术语波长来表示,则RFID器件10的天线结构12的最大尺寸可约为八分之一波长或更小。然而,应该理解的是,也可采用其它尺寸的RFID器件10。例如RFID器件10可以大到自身就足够独立工作,但仍可能需要通过与导电材料紧邻来加强其性能。
[0110]作为另一种选择,应该理解的是,RFID器件10可紧邻导电材料放置,且该导电材料不是RFID器件所附着到的物体的一部分。例如,如图21B所示,带有RFID器件10的物品300紧邻金属架312放置,形成性能加强的RFID系统314。RFID器件10可与架312基本垂直,从而加强RFID器件10的性能。
[0111]此外,可通过将RFID器件10与其它RFID器件紧邻放置来加强其性能。例如,一些相似的物品,每个都带有RFID器件,可被彼此紧邻地放置,从而加强至少一些RFID器件的性能,使其高于或超出通过与导电材料紧邻所能得到的性能加强。一般来讲,在带有混合天线(将槽缝或切口天线的特性与环形天线的特性相结合)的RFID器件的情况下,如果标签是紧邻并且共面的,可发现性能加强最为明显。
[0112]可利用这种对标签物品进行分组时性能的提高,为对包装物作RFID标识提供便利。图22A-22E表明在RFID标识的包装瓶330的多个不同结构中的这种影响,其中RFID器件10彼此紧邻。在图22A中,瓶330在其底部表面332处贴有RFID器件10,其中在同一平面上对瓶330进行包装使得各RFID器件10的位置大致同面。图22B展示多层被标识瓶330,所述多层瓶由包装板336间隔开,从而导致一系列共面(在不同包装高度上的水平面)的RFID器件组。在图22C中,RFID器件10是被施加到塑料瓶盖340上,而不是瓶底上的。为使RFID器件10与液体间有更大距离,将RFID器件10放置在瓶盖340上对于内含液体的瓶子而言可能是适合的。在图22D和图22E中,瓶330是在其侧壁350处被标识的。对具有圆柱形状352的瓶330而言(图22D),因为瓶与瓶间方向的变化,这可能导致各组标签在共面性方面的一致性降低。对具有平表面354和自然方向例如矩形截面358(图22E)的瓶300,更容易保证RFID器件10的共面性。
[0113]图22A-22E表示放置在瓶子330上的RFID器件10。然而应理解的是,瓶子300仅仅是RFID器件10所附着或安装在其上的大量物品的例子而已。
[0114]图22F和22G表明另一种通过将导电材料与RFID器件10紧邻放置,来加强RFID器件10的性能的方法。图22F表示位于容器368内的RFID器件10,该器件与包含导电材料372的物品370(CD或DVD)部分重叠,从而形成RFID系统364。导电材料372可与RFID器件10靠近或紧邻。
[0115]图22G表示物品370被取走后的容器368。存在与RFID器件10的导电材料部分重叠、且靠近或紧邻RFID器件10的导电材料372,加强了该器件的性能。存在导电材料372可使得RFID距离10的读取距离(获取特定信号强度的距离)增大3倍或5倍或更多。
[0116]应该理解的是,可通过多种方式中的任一方式,利用由RFID器件10与导电材料部分重叠所产生的性能加强。最明显的是,性能加强可用于在更大距离与RFID器件10通信。另外一种用途是作为防盗检测装置,此装置可被用来指示物品370是何时被从容器368中取走的。这样一种功能也可通过一对RFID器件来完成,其中只有一个器件与导电材料372部分重叠(或者说该器件可以具有不同的重叠量)。当这两个RFID器件都接收到强度相似的信号时,就表明物品370已经从容器368中被取出。显然,因RFID器件与导电材料部分重叠而产生的加强性能还有许多其他用途。
[0117]图22H表示另一种配置,其中物品370(如果有的话)覆盖一对RFID器件10和10′中的一个器件,RFID器件10和10′共用一个公共天线结构12。当物品370放置就位时,RFID器件10′是不能读取的,这是因为存在覆盖槽30′的导电材料372。相比之下,槽30总是不被覆盖的,所以器件10总是能够被读取或以其他方式与其进行通信。当移走物品370时,器件10和10′均可被读取。
[0118]图22I和22J表示又一种配置,其中RFID器件10处在位于桶378的表面上的包装376内部。包装376更详细地展示于图22K中,该包装将RFID器件10置于三角结构380之内,从而使该器件基本垂直于桶378的上述表面。在这种配置中能够使用的小巧器件尺寸,可以帮助避免干扰桶378的清洗与填充操作。
[0119]图22L和22M表示RFID器件10的位置基本垂直于金属架382,该金属架可在零售店中举例来说用于展示物品以供出售。器件10通过利用夹具384而被安装到架382上。作为选择,可利用粘合剂将RFID器件10安装到金属架382上。装在架上的RFID器件10可用于标识库存并显示其在商店或仓库中的位置。
[0120]图22N表示安装在轮胎390上的RFID器件10,其中通过使RFID器件10与金属轮392靠近来加强其性能。RFID器件10可在轮胎390的制造过程中被模制到轮胎390内部。可将钢丝或其他结构加入轮胎390,以保护RFID器件10免于不必要的挠曲。RFID器件10可被用来追踪轮胎的位置,例如用于库存控制。
[0121]图22P展示位于传送带394上的物品300,有RFID器件10附着在该物品上。传送带394的金属辊396给RFID器件10附近提供了充足的导电材料,以显著加强RFID器件10的读出性。在物品300处于传送带394上,而读出性是唯一重要因素的情况下,例如在将物品300送到所需位置以进行运输的过程中,如图22N所示这样的配置可能是特别有用的。
[0122]图23-32展示RFID器件10的天线结构12的几种可供选择的结构。图23表示呈长方形的天线结构12a,其中直槽30a具有靠近RFID内插部件16a的较宽部分400,以及离内插部件16a较远的较窄部分402。
[0123]图24和25展示天线结构12b和12c,天线结构12b和12c呈方形,具有各自的对角沟槽30b和30c。槽30b为直槽,该槽从天线结构12b的一角出发,穿过该结构的中心,且差不多到达对角。槽12c是一个带角度的槽,在天线结构12c的中点处有一个弯折410。
[0124]图26-29展示各种带有非直线槽30d-30g的天线结构12d-12g。槽30d具有一对弯曲部分420和422。槽30e-30g在其内部具有各种构成角度的弯曲部分426。天线结构12d-12f大致呈圆型,而天线结构12g呈方形。
[0125]图30展示天线结构12h,该天线结构呈方形,且具有C形槽30h。槽30h具有分支430,分支430被耦合到C形沟槽30h的末端腿432。RFID内插部件16被耦合到分支432。
[0126]图31展示天线结构12i,该天线结构具有补偿元件440,此补偿元件帮助对附近物品的电特性(如电传导和介电常数)予以补偿,从而提供较少依赖于附近物品特性的性能。于2004年1月20日提交的美国临时专利申请第60/536,483号中描述和说明了多种其他种类的补偿元件,在此通过参考引用其全文。
[0127]图32展示天线结构12j,该天线结构包含一对被窄间隙454分隔开的部分450和452。部分450和452可跨过间隙454而被容性耦合。直槽30j将部分450中的部分456和458完全分开,并将部分452部分地加以平分。
[0128]虽然结合某个实施例或某些实施例示出并描述了本发明,显而易见的是,本领域不同技术人员在阅读和理解了本说明书和附图后,就可以进行等同的替换和改动。特别关于上述元件(部件、组件、器件、组装件等等)所执行的功能,用来描述这些元件的术语(包括“装置”)除非另有说明,应该对应于执行上述元件特定功能(即功能等同)的任何元件,即便其在结构上并不等同于在此所述本发明一个或多个示例性实施例所公开的实现该功能的结构。另外,虽然以上参考若干所述实施例中的一个或多个实施例描述了本发明的某个特定特征,如果需要有利地用于任何给定的或特定的应用,这样的特征可以与其他实施例的一个或多个特征相结合。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种RFID系统(304),包含:
RFID器件(10);及
物品(300),其与所述RFID器件间隔开,且其包含导电材料(302),所述导电材料与所述RFID器件相配合,以加强所述RFID器件的性能。
2.如权利要求1所述的系统,
其中所述RFID器件具有被最优先吸收能量的波长;且
其中所述RFID器件的至少一部分与所述导电材料相距在大约四分之一所述波长范围之内。
3.如权利要求2所述的系统,
其中所述RFID器件的天线结构的最大尺寸约为八分之一所述波长或更小。
4.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与所述导电材料成一非零角度。
5.如权利要求4所述的系统,其中所述RFID器件基本垂直于所述导电材料。
6.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与所述导电材料之间的平行重叠区约为0.5或更小。
7.如权利要求1所述的系统,其中所述导电材料部分重叠所述RFID器件。
8.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与所述导电材料之间基本没有间隔。
9.如权利要求1所述的系统,其中所述物品是附着于所述RFID器件的。
10.如权利要求9所述的系统,其中所述RFID器件包含突出部件(310),该突出部件使天线结构保持成相对于所述导电材料构成非零角度。
11.如权利要求10所述的系统,其中所述突出部件呈三角形。
12.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与至少一个附加RFID器件紧邻,所述附加RFID器件也包含在所述系统之内。
13.如权利要求12所述的系统,其中所述RFID器件的紧邻加强所述RFID器件的性能。
14.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件包含:
天线结构(12),其在孔(30)的两侧都具有天线结构导电材料;及
无线通信装置(14),其具有一对触点,所述触点电气耦合到所述天线结构的导电材料的相应部分(26,28);且其中导电材料的所述部分在所述孔的一端(36)电气耦合到一起,远离所述无线通信装置。
15.如权利要求14所述的系统,其中所述导电材料的所述部分包含导电材料臂(26,28)。
16.如权利要求14所述的系统,其中所述孔基本呈长方形。
17.如权利要求14所述的系统,其中所述孔具有一对基本彼此平行的边界。
18.如权利要求14所述的系统,其中所述孔的一端(36)在所述部分之间短接,而所述孔的另一端(32)在所述部分之间不短接。
19.如权利要求14所述的系统,
其中所述无线通信装置是RFID芯片,该芯片是RFID内插部件(16)的一部分;且
其中所述RFID内插部件包含一对导电引线端(20,22),所述导电引线端电气耦合到所述导电材料的所述部分。
20.如权利要求14所述的系统,其中所述无线通信装置与所述天线结构形成具有至少两个操作模式的天线。
21.一种加强RFID器件(10)性能的方法,所述方法包含:
提供所述RFID器件;且
将所述RFID器件放置得与导电材料(302)足够靠近,以加强所述RFID器件的性能,其中该导电材料是物品(300)的至少一部分,该物品与所述RFID器件间隔开。
22.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件的至少一部分放置到与所述导电材料相距约八分之一波长内,所述波长是被所述RFID器件最优先吸收能量的波长。
23.如权利要求22所述的方法,其中所述提供包含提供具有天线结构(12)的RFID器件,所述天线结构的尺寸不大于约八分之一所述波长。
24.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件放置成相对于所述导电材料成非零角。
25.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件放置得基本垂直于所述导电材料。
26.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件附着到包含所述导电材料的物体上。
27.如权利要求21所述的方法,其中所述加强性能包含增大所述RFID器件的读取范围。
28.如权利要求21所述的方法,其中所述提供包含提供RFID器件,所提供的RFID器件包含:
天线结构(12),该天线结构在孔(30)的两侧都具有天线结构导电材料;及
无线通信装置,该无线通信装置具有一对触点,所述触点电气耦合到所述导电材料的相应部分(26,28);并且
其中所述导电材料的所述部分在孔的一端(36)电气耦合到一起,远离所述无线通信装置。
29.如权利要求21所述的方法,其中所述RFID器件所具有的总尺寸约为2.5cm×2.5cm或更小。
30.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件所具有的总尺寸约为2.5cm×2.5cm或更小。
Claims (28)
1.一种RFID系统,包含:
RFID器件;及
导电材料,所述导电材料与所述RFID器件相配合,以加强所述RFID器件的性能。
2.如权利要求1所述的系统,
其中所述RFID器件具有被最优先吸收能量的波长;且
其中所述RFID器件的至少一部分与所述导电材料相距在大约四分之一所述波长范围之内。
3.如权利要求2所述的系统,
其中所述RFID器件的天线结构的最大尺寸约为八分之一所述波长或更小。
4.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与所述导电材料成一定角度。
5.如权利要求4所述的系统,其中所述RFID器件基本垂直于所述导电材料。
6.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与所述导电材料之间的平行重叠区约为0.5或更小。
7.如权利要求1所述的系统,其中所述导电材料部分重叠所述RFID器件。
8.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与所述导电材料之间基本没有间隔。
9.如权利要求1所述的系统,其中所述导电材料是所述RFID器件所附着的物体的一部分。
10.如权利要求9所述的系统,其中所述RFID器件包含突出部件,该突出部件使天线结构保持成相对于所述导电材料构成非零角度。
11.如权利要求10所述的系统,其中所述突出部件呈三角形。
12.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件与至少一个附加RFID器件紧邻。
13.如权利要求12所述的系统,其中所述RFID器件的紧邻加强所述RFID器件的性能。
14.如权利要求1所述的系统,其中所述RFID器件包含:
天线结构,其在孔的两侧都具有导电材料;及
无线通信装置,其具有一对触点,所述触点电气耦合到所述导电材料的相应部分;且其中导电材料的所述部分在所述孔的一端电气耦合到一起,远离所述无线通信装置。
15.如权利要求14所述的系统,其中所述导电材料的所述部分包含导电材料臂。
16.如权利要求14所述的系统,其中所述孔基本呈长方形。
17.如权利要求14所述的系统,其中所述孔具有一对基本彼此平行的边界。
18.如权利要求14所述的系统,其中所述孔的一端在所述部分之间短接,而所述孔的另一端在所述部分之间不短接。
19.如权利要求14所述的系统,
其中所述无线通信装置是RFID芯片,该芯片是RFID内插部件的一部分;且
其中所述RFID内插部件包含一对导电引线端,所述导电引线端电气耦合到所述导电材料的所述部分。
20.如权利要求14所述的系统,其中所述无线通信装置与所述天线结构形成具有至少两个操作模式的天线。
21.一种加强RFID器件性能的方法,所述方法包含:
提供所述RFID器件;且
将所述RFID器件放置得与导电材料足够靠近,以加强所述RFID器件的性能。
22.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件的至少一部分放置到与所述导电材料相距约八分之一波长内,所述波长是被所述RFID器件最优先吸收能量的波长。
23.如权利要求22所述的方法,其中所述提供包含提供具有天线结构的RFID器件,所述天线结构的尺寸不大于约八分之一所述波长。
24.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件放置得相对于所述导电材料成非零角。
25.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件放置成基本垂直于所述导电材料。
26.如权利要求21所述的方法,其中所述放置包含将所述RFID器件附着到包含所述导电材料的物体上。
27.如权利要求21所述的方法,其中所述加强性能包含增大所述RFID器件的读取范围。
28.如权利要求21所述的方法,其中所述提供包含提供RFID器件,所提供的RFID器件包含:
天线结构,该天线结构在孔的两侧都具有导电材料;及
无线通信装置,该无线通信装置具有一对触点,所述触点电气耦合到所述导电材料的相应部分;并且
其中所述导电材料的所述部分在所述孔的一端电气耦合到一起,远离所述无线通信装置。
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