CN1934746A - 具有补偿元件的射频识别标签 - Google Patents

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CN1934746A CNA2005800091796A CN200580009179A CN1934746A CN 1934746 A CN1934746 A CN 1934746A CN A2005800091796 A CNA2005800091796 A CN A2005800091796A CN 200580009179 A CN200580009179 A CN 200580009179A CN 1934746 A CN1934746 A CN 1934746A
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Abstract

射频识别(RFID)标签包括补偿元件。补偿元件增强补偿RFID标签的操作，甚至当其很接近其它RFID标签时，不论其它标签是补偿标签还是未补偿标签。补偿元件可以包括添加到RFID标签天线的导电材料的闭合环路。当多个RFID标签很接近时导电环路补偿RFID标签性能，并将标签的装配组的频率响应居中到RFID系统的操作频率附近。

Description

具有补偿元件的射频识别标签
技术领域
本发明涉及用于文档和文件管理的射频识别系统的使用，更具体地涉及用于射频识别系统的射频识别标签。
背景技术
射频识别(RFID)技术实际上在每种行业中得到广泛的使用，包括交通、制造、废物管理、邮政跟踪、航空包裹核对以及公路费管理。典型的RFID系统包括RFID标签，具有天线以及计算装置的RFID阅读机。RFID阅读机包括发射机，其提供能量或信息给标签；以及接收机，其从标签接收标识和其它信息。该计算装置处理由RFID阅读机获得的信息。
通常，从标签接收到的信息对于具体应用是特定的，但是经常提供对于其上固定有标签的物品的识别。该物品可以为制造的产品、车辆、动物或个体、或几乎任何其它有形物品。还将为该物品提供另外的数据。标签可以在制造过程中使用，例如在制造期间指出汽车底盘的涂料颜色或指出其它有用信息。
发射机通过天线输出RF信号来创建电磁场，使得标签返回携带信息的RF信号。在一些配置中，发射机启动通信，并使用放大器来利用调制后的输出信号驱动天线，以与RFID标签通信。在其它配置中，RFID标签从RFID阅读机接收连续波形信号，并通过立即利用其信息进行响应来启动通信。
传统标签可以为包括内部电源的“有源”标签或由场激励的“无源”标签。在任一种情况下，RFID标签使用预定协议进行通信，允许RFID阅读机接收来自一个或多个标签的信息。计算装置通过从RFID阅读机接收信息并执行一些动作，比如更新数据库或发出警报，起到信息管理系统的作用。此外，计算装置作为用于经由发射机将数据编程到标签中的装置。
发明内容
射频识别(RFID)标签包括补偿元件。当在其它RFID标签组面前出现补偿后的RFID标签时，可以认识到补偿元件30的作用。补偿元件30增加补偿的RFID标签20被RFID系统检测出来的可能性，即使在相当接近其它RFID标签的情况下，无论该其它RFID标签为类似地补偿、不同地补偿或未补偿。
补偿元件可包括充分接近RFID标签天线布置的导电材料的闭合回路。在使用中，补偿元件电磁耦合到RFID标签天线，这样在RFID天线中感应的原电流在补偿元件中感应出反环流寄生电流。此寄生电流导致在补偿的RFID标签和组中的其它RFID标签之间的标签到标签耦合减少。
本发明的一个或多个实施例的细节将在如下的附图和描述中阐明。本发明的其它特征、目的和优点从描述、附图和权利要求中将显而易见。
附图说明
图1为描述射频识别(RFID)系统的框图，其中RFID标签包含根据这里描述的技术的补偿元件。
图2为根据这里描述的技术的补偿的RFID标签的一个示例实施例的示意图。
图3-10为补偿的RFID标签的另外示例实施例的示意图。
图11A-11C为补偿的RFID标签的另外示例实施例的侧透视图。
图12A-12C为补偿的RFID标签的另外示例实施例的侧透视图。
图13为大体描述在补偿的RFID标签中的电流的方向的图。
图14为显示存在询问场时五个补偿的RFID标签的示例响应的图。
图15A为显示直线形(rectilinear)补偿的RFID标签的共振频率和补偿元件的尺寸之间的关系的图。
图15B为显示直线形补偿的RFID标签的共振频率和补偿元件的尺寸之间的关系，以及圆形补偿的RFID标签的共振频率和补偿元件的尺寸之间的关系的图。
图16为显示补偿的RFID标签的共振频率和补偿元件的角位移之间的关系的图。
图17为显示共振频率和振幅与在补偿的RFID标签中的多个短路线圈(shorted coil)组合之间的关系的图。
图18为显示导电基底上具有补偿元件的RFID标签的图。
具体实施方式
图1为描述示例RFID系统10的框图，其中RFID标签包括根据这里描述的技术的补偿元件。在图1所示的示例中，RFID系统10用于跟踪书本、文档、文件或其它物品。该RFID系统可以例如配置在图书馆、律师事务所、政府机构或其它产生和/或存储文档和文件的机构中，例如商务、刑事和医务记录。物品包括唯一地识别该物品的RFID标签。此外，每个RFID标签也可以包括描述该物品的信息以及指示该物品的移动是否被批准的信息。RFID标签可以嵌在物品中，这样标签基本察觉不到，从而减少或阻止损害。
如图1中所描述的，RFID系统10包括退出控制系统15，其检测物品从保护区域的未批准移动。例如，该保护区域可以为图书馆而该物品可以为书本或其它通常经检查带出或带入图书馆的物品。技术还可以应用于其它类型的物品而不偏离本发明的范围。
退出控制系统15包括格架19A和19B，这两个格架限定位于保护区域的出口附近的询问区或通道。该格架19A和19B包括天线，用于当RFID标签通过通道时询问该RFID标签，以确定附着有该标签的物品的移动是否是批准的。出口控制系统15可以使用至少一个RFID阅读机(未显示)来驱动天线。为了检测标签，RF阅读机通过天线输出RF功率来在询问通道中创建电磁场。通常当磁性元件用于与RFID标签耦合时，术语“电磁场”和“磁场”在这里互换地使用。
RF阅读机从出现在询问通道中的任何标签接收信息，并且出口控制系统15确定该物品的移动是否是批准的。如果该物品的移动未批准，那么出口控制系统15启动一些合适的安全行为，例如发出可听到的警报、锁定出口门或其它行为。
此外，RFID系统10包括登记/取出区11，通过该区授权人处理物品的取出和返还。具体地说，登记/取出区11包括RFID阅读机18，其用于询问固定到物品上的RFID标签，并按照需要改变它们的状态，例如登记或取出物品。登记/取出区11可以用于例如在将文件取出文件夹或将书本借出图书馆。
此外，物品可以放置在一定数量的存储区12中，例如放置在开放书架12A、橱柜12B、垂直文件隔离器12C中或其它位置，如图1中所示。每个存储区12包含标签询问能力，其使得可以跟踪机构各处的物品。例如在办公室或医务设置(setting)中的文件夹，可以经由存储区12在机构各处进行跟踪。例如在图书馆设置中，可以在登记后跟踪在书架12A上的书本。
为了提供RFID询问能力，每个存储在存储区12中的物品具有相关联的RFID标签。该标签可以嵌入在物品中或应用于物品或物品的包装，这样标签至少是基本不可察觉的，其可以帮助阻止检测和损害。RFID标签可以在最终用户位置处应用，或可以在物品的制造期间插入或应用至物品例如文件夹、文档、书本或类似。
用于在电磁频谱的高频(HF)范围例如大于3兆赫兹(MHz)中操作的RFID系统的各个标签，典型地使用感应环路天线，其具有几毫米(mm)到几十毫米(mm)的直径尺寸。附着到感应环路天线的硅管芯提供电子功能，其可以包括信号接收和发送、数据处理、唯一识别信息和数据存储和寻址。位于RFID系统10中例如在出口控制系统15、登记/取出站11和存储位置12处的RFID阅读机或询问机，使用天线来通过电磁(无线)传输和接收的信号与RFID标签通信。RFID阅读机随后通过无线链路或有线电缆连接来与物品管理系统14通信。
RFID标签可以使用电化学电池供电(也称为“有源标签”)，或RFID标签完全利用从阅读机发射的RF场来获得其动力(也称为“无源标签”)。在后一种情况中，RFID标签可以保持无动力以及不确定的休眠，而不需要电池或外部电源的维持。虽然以下的讨论将主要集中在无源(也就是无电池)RFID标签上，将知道本发明不局限于无源标签，并且这里描述的原理和结果也可应用到具有感应环路天线的有源HF RFID标签中。
RFID系统10可以在政府条例(regulation)对于电磁辐射限定的电磁频谱频段中进行操作。例如，RFID系统10可以以世界通用标准在中心为13.56MHz并允许频率在+/-7kHz中变化的工业科研医疗(ISM)频段中进行操作。然而，其它频率也可以用于RFID应用，并且本发明并不局限于此，例如，一些在大的存储区例如仓库中的RFID系统可以使用在大约900MHz处操作的RFID系统。应该知道本领域技术人员可以合理地将RFID系统10的操作扩展到其它频率，例如感应环路RFID天线在HF频段中不同于13.56MHz的频率处操作，或者在其它频段例如125kHz到138kHz的低频(LF)段操作。
位于RFID系统10中的阅读机和询问机的天线通常利用近场磁感应耦合到RFID标签。例如，由阅读机产生的时变RF场通过磁感应耦合到RFID标签上的环路天线，并在RFID标签天线的感应环路(多个)中感应出电动势(“电压”)。该感应出的电动势驱动通过RFID标签天线的电流。由RFID标签天线接收到的电能利用RFID管芯转换为操作管芯内部电路所需要的电压。阅读机利用对于载波频率的适当调制与RFID管芯进行通信。管芯通过调制其提交给RFID标签天线的负载与阅读机通信，致使RFID标签周围的RF场的调制后向散射。阅读机的接收机检测来自RFID标签的后向散射信号。阅读机可以可靠地与标签通信的距离，“阅读距离”，是阅读机设计、辐射功率、RFID管芯设计、RFID标签天线和阅读机标签天线方向的函数。
为了得到最大的阅读范围，可以调谐RFID标签，以在RFID系统的操作频率附近电子共振。调谐到系统操作频率支持从RF场到RFID标签的最大能量传输。
RFID询问机或阅读机将位置信息通信给物品管理系统14，该物品管理系统14提供用于位置信息的聚集的中心数据存储。物品管理系统14可以连接网络或另外耦合到一台或多台计算机，这样在不同位置的个体可以存取与那些物品相关的数据。
位置信息的收集和聚集对于许多目的是有效的。例如，用户可以请求特定物品或物品组例如文件或一组书本的位置。物品管理系统14可以从数据存储中寻址位置信息，并向用户报告在存储区之一中物品所位于的最后位置。可选地，物品管理系统14可以再询问或另外再取得物品的当前位置，以核实物品在数据库中指示的位置。
如上所述，系统10的每个存储区12可以配置有一个或多个阅读机天线来询问物品以协助确定哪件物品位于每个存储区中。一个可以使用的示例阅读机天线在2003年3月3日提交的待审批中且共同转让的美国专利申请序号10/378,458中进行描述，该专利申请的全部内容通过参考包括在这里。一个或多个天线可以布置在开放书架12A中来创建用于与存储在其中的物品相关联的RFID标签通信的电磁场。类似地，天线可以位于橱柜12B、垂直文件隔离器12C、桌面阅读机12D或其它位置中。天线可以以多种方式进行布置，例如在每个书架的顶部或底部、在书架的背部或垂直地支持，散布在文件之间。天线可以改装至现有的书架或装入书架并且作为组件购买。系统可以配置为以任何方式询问或调查RFID标签。例如，天线可以连续地调查RFID标签，按照用户规定的顺序调查标签或根据需要调查标签。
经常，一组具有RFID标签的物品，例如书架上的文件夹很接近地布置在RFID系统10的阅读机或询问机中。传统的RFID标签，包括调谐用于在RFID系统操作频率f0处得到最优功能的标签，显示出明显的干扰，也就是当标签彼此接近时的标签到标签耦合。此干扰导致不能“阅读”或识别组中的各个RFID标签的一些或全部。结果，不能获得精确或最新信息，例如标签有传统RFID标签的各个物品的位置。
相反的，RFID系统10使用包括补偿元件30的“补偿RFID标签”。补偿RFID标签在例如需要阅读一组彼此接近的RFID标签时是有用的。例如，当包含标签的物品存储在书架上或在抽屉中，或被携带通过出口控制系统时，附着到文件夹或书本的RFID标签可能很接近其它RFID标签。补偿RFID标签设计为使得每个补偿RFID标签当其很接近其它RFID标签时也可以独立地读取，不管其它RFID标签是否相似地补偿、不同地补偿或未补偿。
补偿元件和补偿RFID标签的多个示例实施例现在将参考图2-12给出。补偿元件和补偿RFID标签的多个示例实施例的操作的详细描述将在下面参考图13-17给出。
图2为描述具有补偿元件30的RFID标签20的示例实施例的示意图。具有补偿元件的RFID标签20将在这里称为“补偿RFID标签20”或“补偿RFID标签”。传统的当前技术中公知的未补偿RFID标签被称为“未补偿RFID标签”。为了描述方便，补偿元件30在图2中显示为完全放置在天线24的最里面环路24A之内。然而应该知道，显示在图2的实施例中的补偿元件30的具体位置为其中补偿元件可以关于天线24布置的很多实施例之一，并且在这个方面本发明不受局限。补偿RFID标签20和补偿元件30的替换实施例将在下面更详细地显示和描述。
基底22为天线24、补偿元件30和补偿RFID标签20的其它元件提供支持。天线24为具有多环路的多匝感应环路天线，包括最里面环路24A和最外面环路24B。虽然天线24在所有附图中显示为多匝感应环路天线，应该知道天线24可以具有单个环路，或也可以具有比附图中明确显示的更多或更少的环路。天线24可以利用多种导电图案化技术中的任一种形成在基底22上，或可以独立地形成并转移到基底。一个或多个调谐电容器(未显示)可以连接到天线24来形成调谐电路。天线24的多个环路经由一个或多个孔连接器28闭合。RFID管芯26可使用多种互相连接技术之一连接到天线24，该互相连接技术例如为导电粘合剂、焊接或金属到金属接触。
在图2中所示的实施例中，补偿元件30为导电材料的闭合回路。在一个实施例中，补偿元件30充分放置在平行接近于对其提供补偿的天线24的平面上。在另一个实施例中，补偿元件30充分放置在对其提供补偿的天线24的相同平面中(也就是充分同平面)。补偿RFID标签20和补偿元件30的这些和其它实施例在下面进一步详细描述。
显示在图2中的补偿元件30的实施例基本为直线形且形状与天线24相似。然而，将知道补偿元件30可以采用很多其它形状并且其不需要与天线24相似地成形。术语“闭合环路”因此可定义为其上闭合的任何形状，例如其上闭合的方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、任何其它多边形或曲边形的形状，这样电流可以在环路中流过。补偿元件30和补偿RFID标签20的这些和其它实施例对于本领域技术人员在阅读和理解本说明书之后能够容易地了解。
补偿元件30的功能当补偿RFID标签20在至少一个其它RFID标签面前时是起作用的。使用中，补偿元件30电磁耦合到RFID标签天线24，这样在RFID天线24中感应出的原电流在补偿元件30中感应出反环流寄生电流。该寄生电流导致在组中的补偿RFID标签和其它RFID标签之间的标签到标签的耦合减少。补偿元件30从而增加补偿RFID标签20被RFID系统10检测出来的可能性，即使当其很接近其它RFID标签时，且不论其它RFID标签是相似地补偿、不同地补偿或未补偿。补偿元件30的操作将参考图13-17在下面进行更详细的描述。
补偿元件30可以以多种方式中的任何一种形成。一种方法为使用与制造基本天线结构相同的操作，在制造期间形成补偿元件30作为RFID标签天线24的部分。电路形成操作的示例包括但是不局限于管芯切割或图案化金属薄片、电镀导电材料、印刷导电墨水、通过随后的加热或干燥还原到导电状态的印刷前导材料(例如有机金属化合物)以及类似。基底22可以为聚合物膜、纸、硬塑料膜、电路板或其它类似非导电性材料。
另外一种方法为在与天线制造分开的制造过程中，在RFID天线24的第一或第二表面上，使用与用于创建图案化的导电天线24相同的方法或者不同的方法来形成补偿元件30。
另一种方法为通过前述多种导电图案化技术中的任一种来作为独立电路形成补偿元件30。补偿元件30可以相当接近但是不附着到RFID标签20布置。或者，补偿元件30可以使用例如粘合膜、可固化的粘合膏、双面压敏粘胶带或类似附着到RFID标签天线24来形成单个单元，以创建与RFID标签天线24接近的补偿元件30的适合构造。
图3显示了具有补偿元件30的补偿RFID标签20的又一个实施例。又一次为了描述的方便，补偿元件30在此实施例中完全位于天线24的最里面环路24A之内。在图3中，补偿元件30经由导电跨接器(短路)32电气连接到天线24，该导电跨接器32在补偿元件30的周界上的一点将最里面的环路24A连接到补偿元件30。也就是说，补偿元件30可以与RFID标签天线24电气接触并依然执行这里描述的补偿功能。
在图2中，补偿元件30没有电气连接到天线24。应该知道补偿元件30可以电气连接到RFID标签天线24，或补偿元件30可以接近但是与RFID标签天线24电气隔离地布置。任一种方案，不管补偿元件30是电气连接到RFID标签天线24还是与之电气隔离，导致补偿元件30可以具有这里描述的补偿效果。
图4显示了补偿RFID标签20的又一个示例实施例。其中，补偿元件30散布在天线24的环路之间。补偿元件30实际上可以位于天线24的任何环路之间并依然具有这里描述的补偿效果。
图5显示了补偿RFID标签20的又一个实施例。在此实施例中，补偿元件30位于天线24的最外面环路24B的外部。在图2-5中显示的实施例表明补偿元件30可以完全位于天线24的环路之内、散布在天线24的环路之间或完全位于天线24的环路之外，而不偏离本发明的范围。
图6显示了包括补偿元件30的补偿RFID标签20，该补偿元件30具有充分与天线24的轴对齐的轴。也就是，补偿元件30的线充分与天线24的对应线平行。
图7显示了具有补偿元件30的补偿RFID标签20的另一个实施例，该补偿元件30具有相对于天线24的轴成大约45度的“偏移角”的轴。在一些RFID标签应用中，可以使用如图6中所示的实施例。例如，当在制造时候将补偿元件30安装到RFID标签中时，可以确保补偿元件30和RFID标签天线24的充分对齐。在这种情况下，补偿元件30可以简单地包括在RFID标签20自身的生产布线图中，并可以得到补偿元件30和RFID标签天线24的轴的充分对齐。
在其它应用中，如图7中所示的实施例可以是合适的。例如，当添加补偿元件30到传统未补偿RFID标签中时，由于人为错误或通过设计，补偿元件30可能相对于天线24的轴成偏移角34布置。因此应当理解，补偿元件30相对于天线24的轴的角度布置不是本发明的目的的限制因素，并且补偿元件30相对于天线24的轴成任何角度布置都落在本发明的范围内。
图8显示了补偿RFID标签20的另一个示例实施例。在此示例实施例中，补偿元件30是圆形的，而不是参考图2-7如上描述的直线形。实际上，补偿元件30实际上可以为任何其它形状，包括三角形、椭圆形、方形、矩形、或者其它多边形或者曲边形的闭合形状的任一种，并可依然执行补偿功能。应该知道，因此补偿元件30的形状不是本发明目的的限制因素，并且补偿元件30实际上可以采用任何形状而不偏离本发明的范围。如图8中所示的圆形补偿元件20的布置将不表示角度关系，因为圆形环路绕着环路中心是圆周对称的。当补偿电路元件20的几何中心与RFID标签天线24的几何中心是重合的时候，补偿电路元件20的效果被最大化。
图9A和图9B分别显示了补充补偿物品21的示例实施例的俯视图和侧视图。补充补偿物品21包括补偿元件30，其位于基底23的顶侧，并且在基底23的相对侧布置有粘合表面25。补充补偿物品21可以用于以图10中所示的方法对传统未补偿RFID标签添加补偿。粘合表面25可以为粘性膜、可固化的粘合膏、双面压敏粘胶带或者类似。
图10显示了传统未补偿RFID标签33的透视图，其在基底37上布置有RFID天线35。为了改进此未补偿RFID标签33的性能，补充补偿物品21可以附着到未补偿RFID标签33。在补充补偿物品21的基底23的下侧上的粘性表面25与未补偿RFID标签33接触。在非旋转独立形状(例如方形、矩形、椭圆形等)的情况下，补偿元件30可以与RFID天线35的轴对齐或相对于RFID天线35的轴成偏移角布置。可选择的，粘性表面25可以布置在补偿元件30和基底23之间，或布置在补偿元件30的顶部。然后将适当地粘合补充补偿物品21。补充补偿物品21的使用允许传统未补偿RFID标签的用户容易地对它们的传统未补偿RFID标签添加补偿元件，而不需要购买一套全新标签。
图11A、11B和11C是补偿RFID标签20的示例实施例的侧视图，图11A、11B和11C的每一个显示了具有基底22和RFID天线24的补偿RFID标签20。在图11A-11C中的每幅图中的补偿元件30充分位于天线24的平面内。补偿元件30可以完全位于最里面环路24A内(图11A)、散布在环路之间(图11B)和全部位于最外面环路24B之外(图11C)。
图12A、12B和12C是补偿RFID标签20的另外示例实施例的侧视图。图12A、12B和12C的每个显示了具有基底22和RFID天线24的补偿RFID标签20。在图12A-12C的每个中的补偿元件30位于与天线24的平面充分平行和接近的平面中。从这些视图中，补偿元件30可以但是不需要利用基底层23进行物理隔离。此外，补偿元件30可以全部位于最里面环路24A内(图12A)、散布在环路之间(图12B)或全部位于最外面环路24B之外(图12C)。
现在考虑一组物品，例如位于书架上并标签有传统未补偿RFID标签的文件夹。当传统未补偿RFID标签很接近其它RFID标签时，例如它们可以在一组置于书架上的文件夹或类似物品中，来自第一未补偿RFID标签的电磁场与其它附近RFID标签相互影响并耦合到其它附近RFID标签。互相影响的未补偿RFID标签的总和的有效共振频率向下偏移并可能移动到RFID系统的操作的带宽之外。当未补偿RFID标签组的共振频率从系统操作频率偏移时，则在阅读机和未补偿RFID标签组之间的通信可能降低品质或完全失去。
补偿RFID标签20的补偿元件30修改补偿RFID标签天线24的有效电感L。补偿RFID标签20的共振频率fTAG较少受到附近其它RFID标签的物理存在的影响。对于组中的每个补偿RFID标签20都是如此，与组中的其它RFID标签是类似地补偿、不同地补偿还是未补偿无关。
可以调谐补偿RFID标签20，使得其共振频率fTAG集中在RFID系统10的操作频率f0附近，这样其可以与其它RFID标签分开地读取。当补偿RFID标签20为一组其它RFID标签之一时，无论其它RFID标签补偿与否，补偿RFID标签响应fTAG在系统操作频率附近保持调谐。当补偿RFID标签20为一组补偿RFID标签之一时，补偿RFID标签对于每个补偿标签的响应保持调谐在系统操作频率附近，并且组响应fGROUP也保持调谐在系统操作频率附近。这样，当标签为补偿RFID标签时，RFID系统10将检测到在组中存在的特定RFID标签的可能性被提高，不论组中的其它标签是相似地补偿、不同地补偿还是未补偿。类似的，当组中的所有标签是补偿RFID标签时，RFID系统10将检测到组中所有标签的存在的可能性增加。
图13为显示在补偿RFID标签中流通的电流的方向的图。在操作中，来自由RFID系统10的RFID阅读机产生的永久磁询问场的磁通量在逆时针方向上感应出原电流，该原电流在图13的示例中在天线24流动中由线42指出，此原电流42依靠电磁耦合在补偿元件30中感应出通常由线44表示的反向环流寄生电流。感应寄生电流44的结果包括RFID标签天线24的降低的有效电感、增加的共振频率fTAG、对于由RF阅读机施加的磁场的减少的响应或灵敏度以及标签到标签耦合的减少。总的结果为RFID系统10更可能在一组RFID标签中检测到每个补偿RFID标签20。
图14显示了对于补偿RFID标签20的响应。曲线40表示RFID系统10的响应。单个标签补偿RFID标签响应(曲线52)被调谐到中心位于14.5MHz附近，稍微高于系统操作频率f0＝13.56MHz。然而应该知道补偿RFID标签20可以调谐到接近13.56Hz，例如13.56±1MHz。当第二补偿RFID标签与第一补偿RFID标签同轴对齐且间隔小于0.5英寸时，这对标签的共振频率降低到13.8Hz如曲线54所示。当集合五个补偿RFID标签如曲线56所示时，该组的中心共振频率14.0MHz相对于该对共振(曲线54)几乎没有改变，并且响应振幅在单个补偿RFID标签响应(52)的0.5dB之内。当堆叠(stack)十个补偿RFID标签时，响应曲线58显示组共振频率的峰值在14.3MHz，相对于两个和五个补偿RFID标签的情况几乎没有改变。因此，在组中的每个补偿RFID标签可利用单个RFID阅读机独立地读取。图14表示补偿元件30导致这样的补偿RFID标签，其中一个、两个或更多标签可以利用在系统操作频率处操作的RFID阅读机进行读取。
对感应耦合的RFID标签天线24添加补偿元件30改变了由天线24产生并投射于补偿元件30上的RF能量场的磁场分量与补偿RFID标签20之间的相互作用。电感L描述在RFID标签天线24中感应的电流和通过天线24的磁通量之间的耦合。磁通量是磁场B、天线A的面积以及在天线中的转数N的函数。磁场B为由阅读机、RFID标签中的感应电流和在相邻RFID标签中的电流创建的场的矢量和。补偿元件30通过减少RFID天线24的视在电感，促进在补偿RFID标签中流动的净电流，并对相邻RFID标签的存在进行补偿，不论该相邻RFID标签是补偿或未补偿的。
图15A显示了补偿RFID标签20的频率和振幅响应相对于补偿元件30的尺寸的图。结果从修改为包括多种尺寸的直线形补偿元件30的标准未补偿RFID标签得到。被测试的RFID标签的最里面环路的直径大约为25mm，而最外面环路的直径大约为45mm。如图15A中所示，对于直径小于22.5mm的补偿元件30，补偿元件30对于被测试的RFID标签的响应不起作用。然而，一旦补偿元件30的直径变得接近被测试的标签的最里面环路的直径时，可以看到可测量的效果。也就是，频率响应向上偏移，并在补偿元件30的直径接近40mm时最大。图15B显示了补偿RFID标签20的频率和振幅响应相对于圆形补偿元件30的尺寸的图。还显示了相似尺寸直线形补偿元件30的结果。如同使用直线形补偿元件，一旦补偿元件的直径变得接近被测试的标签的最里面环路的直径时，可以看到可测量的效果。此外，频率响应向上偏移，并当圆形补偿元件以及方形补偿元件的直径大约40mm时最大。从图15A和图15B中我们可以推断，补偿元件30实际上可以采用任何形状而依然执行这里描述的补偿功能。
图15A和图15B还指示补偿元件30的效应为邻近耦合效应。也就是，补偿元件30邻近耦合到RFID标签天线24。补偿元件30携带由RFID标签天线24中的电流驱动的耦合寄生电流。补偿元件30因此与RFID阅读机天线产生的询问磁场相反地电磁耦合到RFID标签天线24。为了产生此邻近耦合效应，补偿元件30可以被布置以电磁耦合到RFID标签天线，也就是在天线24中的原电流在补偿元件30中感应出寄生电流。该补偿元件30可以布置在天线24的至少一个环路的10导线宽度内，以布置用于电磁耦合到RFID标签天线24来产生邻近耦合效应。术语“导线宽度”指的是天线24的邻近耦合环路(多个)的线宽度。当补偿元件30更接近于天线24的至少一个环路布置时，例如当补偿元件30布置在天线24的至少一个环路的1-2导线宽度之内时，得到更强的邻近耦合。然而，应该知道，在补偿元件30和天线24为了电磁耦合进行布置时，它们相距的准确距离不是本发明的目的限制因素。
图16显示了基本直线形补偿元件30相对于基本直线形天线24的轴的角位移。补偿元件被选择具有大约与RFID标签天线的多个环路的平均边缘长度相等的边缘长度。如所示的，邻近耦合效应在0度的角位移或偏移角(见图6和图7)处是最大的。随着角位移的增加，邻近耦合效应非线性地降低，直到达到大约10度的角位移。对于大于10度的角位移，邻近耦合效应缓慢地降低直到角位移达到45度。
图16显示在fTAG上的邻近耦合效应在0度的角位移处最大，并然后随着角位移增加到大约10度下降。对于大于10度的角位移，在角位移上的另外改变对RFID标签响应起到较少的作用。这意味着对于其中补偿元件30附着到传统未补偿RFID标签的应用，如果补偿元件30以夹角附着到未补偿RFID标签而不是与天线24的环路“成直角”，则可以得到更稳定的可预测的结果。应该知道虽然图16关于基本方形补偿元件和RFID天线24进行测量，对于其它非旋转独立形状也能够得到相似的结果。对于旋转独立形状(例如圆形)，角位移将不起作用。
补偿RFID标签20和补偿元件30的其它实施例现在参考图17进行描述。图17显示了具有不同补偿元件30构造的补偿RFID标签的频率响应fTAG 101和振幅103。图17的补偿RFID标签为天线24的“短路”线圈或环路的多种组合。也就是，在天线24中的环路或线圈的不同组合电气连接或短路到天线24的其它环路。以这种方式，其响应显示在图17中的补偿元件30类似于参考图3的以上描述的补偿元件，因为它们电气连接到RFID标签天线，但是它们不是从RFID标签天线的内端追溯到其外端的直接电气通路(电路)的部分。也就是说，虽然其响应在图17中显示的补偿元件30电气连接到RFID标签天线，它们不形成RFID标签天线自身的部分。天线的线圈从1(最里面的环路或线圈)到9(最外面的环路或线圈)编号。短路线圈的构造和相关联的响应如下在图17上指出。
参考数字    短路线圈
100         无
102         线圈1到2
104        线圈2到3
106        线圈4到5
108        线圈8到9
110        线圈1和2到3
112        线圈2和3到4
114        线圈3到4，线圈7到8
116        线圈7和8到9
118        线圈1到2，线圈3到4，线圈5到6，线圈7到8
120        线圈1、2、3和4到5
从图17中可以做出多个概括。例如，从最里面环路到最外面环路，短路任一天线环路到另外天线环路，产生补偿元件效应。此外，短路多个线圈到相邻线圈或非相邻线圈也产生补偿元件效应。图17指示存在很多可以执行补偿功能的短路线圈的可能组合。因此应该知道，短路线圈的这些和其它组合作为补偿元件是落在本发明的范围内的。
因此描述了两种不同类型的补偿元件30。一种类型参考图2-6进行描述，其中补偿元件30形成为从RFID天线24物理分开。此物理分开的补偿元件30可以电气连接到RFID天线24或与之电气隔离(也就是不连接)。另一种类型类似以上参考图17描述的类型，其中天线24自身的物理线圈或环路短路到天线24的其它线圈或环路，以形成补偿元件30。形成连续环路补偿元件30的每个线圈或环路连接到天线24的线圈或环路的电气接触单点。补偿元件30类型的选择，也就是形成为物理分开元件还是形成为RFID标签天线自身的部分，可取决于RFID标签用于的特定应用、补偿RFID标签的期望共振频率、用于生产RFID标签的制造技术以及补偿元件30是在制造期间安装入RFID标签还是以以上参考图10讨论的方式添加到先前存在的未补偿RFID标签。
图18显示了补偿RFID标签20的另一种应用。图18为显示在导电基底160上的补偿RFID标签20的图。该补偿RFID标签20包括基底22、天线24、可选的RFID管芯(未显示)、补偿元件基底23和补偿元件30。介质隔板164提供在补偿RFID标签20和将要标签的导电表面160之间的物理和电磁隔离。此外为了便于描述，补偿元件30显示为全部位于天线24的最里面环路24A之内。应该知道补偿元件30可以采用多种可能形式的任一种，包括以上参考图2-12显示并说明的任意一种。
补偿RFID标签20可以用于具有金属和其它导电表面的物品的标签或标注。当RFID标签附着到金属或其它导电表面并被磁感应耦合RFID系统检测到时，补偿RFID标签20相对于标准未补偿RFID标签显示出改进的性能。
阅读范围，也就是RFID阅读机可以检测到并与RFID标签通信的距离，可以用作对于RFID标签效力的量化测量。在导电表面160存在时，在介质隔板164上的补偿RFID标签20显示出比安装在类似导电表面上的类似介质隔板上的相当的传统未补偿RFID标签更大的阅读范围。
当标注导电表面时，需要考虑响应在RFID标签中的电流分布形成在导电表面中的电气“像电流”的作用。当RFID标签和导电平面很接近时，像电流有效地抵消在RFID标签中的电流分布。标签加上像电流的效果可以减少标签对于RFID阅读机的显然响应，阅读机可能认为其为“没有标签”存在。
介质隔板164从导电表面中的感应像电流中分离RFID标签中的电流。介质隔板164的有效电气厚度(物理厚度t和介电常数ε的乘积)可通过增加实际物理厚度t或增加介电常数ε来增加。对于其中RFID标签用作标注的应用，厚介质隔板可使得RFID太厚以致不能作为用来标计物品的实际解决方案。为了在导电表面上的补偿RFID标签，介质隔板可以由具有适度低的ε例如在一个实施例中ε＜10或在另一个实施例中ε＜3的介质材料制成。这些材料的示例包括例如泡沫聚合物膜、或中空充有空气的玻璃或在低ε基体例如聚乙烯或聚四氟乙烯(PTFE)中的聚合物泡。该介质隔板164的厚度应当充足以获得对于导电表面160上的补偿RFID标签20的期望阅读范围。例如，厚度t＜10mm或厚度t＜5mm的介质隔板。大体上，补偿RFID标签20允许使用较薄介质隔板164，这样RFID标签较少地突出。
补偿RFID标签20导致导电表面上的补偿RFID标签的阅读功能的功效增加。首先，补偿RFID标签在存在用于电气薄介质隔板的导电表面时提供较长阅读范围。导电表面上的补偿RFID标签还在物理上较薄构造中提供等同的阅读范围。此外，导电表面上的补偿RFID标签在相对于传统未补偿RFID标签较小的标签中提供等同的性能。
描述了本发明的多个实施例。这些和其它实施例落在以下权利要求的范围内。

Claims (50)

1.一种包括导电材料闭合环路的补偿元件，该闭合环路具有用于电磁耦合到感应环路天线的尺寸。
2.根据权利要求1的补偿元件，其中在补偿元件中响应到感应环路天线的电磁耦合感应出寄生电流。
3.根据权利要求1的补偿元件，其中导电材料包括管芯切割金属薄片、图案化的金属薄片、电镀导电金属、印刷的导电墨水以及还原到导电状态的印刷前体材料之一。
4.根据权利要求1的补偿元件，其具有充分的直线形形状。
5.根据权利要求1的补偿元件，其具有充分的圆形形状。
6.根据权利要求1的补偿元件，其进一步包括其上布置有闭合环路的基底。
7.根据权利要求6的补偿元件，其进一步包括布置在基底的一侧上的粘性层。
8.根据权利要求7的补偿元件，其中补偿元件和粘性层布置在基底的相同侧上。
9.根据权利要求7的补偿元件，其中补偿元件和粘性层布置在基底的相对侧上。
10.一种射频识别(RFID)标签，其包括：
感应环路天线；以及
补偿元件，其布置用于电磁耦合到感应环路天线。
11.根据权利要求10的RFID标签，其中利用在感应环路天线中的原电流在补偿元件中感应出寄生电流。
12.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件布置用于电磁耦合到感应环路天线，这样在很接近其它RFID标签时RFID系统询问天线能够检测到补偿RFID标签。
13.根据权利要求10的RFID标签，其还包括其中存储有识别信息的RFID管芯。
14.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件包括导电材料的闭合环路。
15.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路具有充分的直线形形状。
16.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路具有充分的圆形形状。
17.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路与感应环路天线电气隔离。
18.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路电气连接到感应环路天线。
19.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路布置在感应环路天线的最里面环路内部。
20.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路布置在感应环路天线的环路之间。
21.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路布置在感应环路天线的最外面环路之外。
22.根据权利要求14的RFID标签，其中补偿元件具有相对于感应环路天线的轴0到45度的角位移。
23.根据权利要求14的RFID标签，其中导电材料包括管芯切割金属薄片、图案化的金属薄片、电镀导电金属、印刷导电墨水和还原到导电状态的印刷前材料之一。
24.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路布置在感应环路天线的至少一个环路的10线宽度内。
25.根据权利要求14的RFID标签，其中闭合环路布置在感应环路天线的至少一个环路的2线宽度之内。
26.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件具有轴，该轴与感应环路天线的轴充分对齐。
27.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件充分位于与感应环路天线的平面平行和接近的平面内。
28.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件充分地与感应环路天线共面。
29.根据权利要求10的RFID标签，其中RFID标签在大约13.56±1.0MHz的频率处共振。
30.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件与感应环路天线物理分开。
31.根据权利要求10的RFID标签，其中补偿元件包括感应环路天线的至少一个环路，其电气连接到感应环路天线的至少一个其它环路。
32.根据权利要求31的RFID标签，其中闭合环路包括感应环路天线的至少两个环路，并且其中感应环路天线的两个环路的每一个电气连接到感应环路天线的另一个不同的环路。
33.根据权利要求32的RFID标签，其中电气连接到感应环路天线的至少一个其它环路的感应环路天线的至少两个环路为相邻环路。
34.根据权利要求32的RFID标签，其中电气连接到感应环路天线的至少一个其它环路的感应环路天线的至少两个环路为不相邻环路。
35.根据权利要求31的RFID标签，其中感应环路天线的至少一个环路电气短路到感应环路天线的至少一个其它环路。
36.一种射频识别(RFID)系统，其包括：
存储区，其用于存储多个物品，每个物品都具有相关联的多个RFID标签之一，并且其中RFID标签的至少一个为补偿RFID标签；
询问天线，其接近存储区以产生充分的询问电磁场来感应出来自多个RFID标签的响应；以及
RFID阅读机，其耦合到询问天线，用于控制到天线的功率，并接收来自RFID标签并利用询问天线传送的信息，
其中补偿RFID标签包括感应环路天线和补偿元件，该补偿元件布置用于电磁耦合到感应环路天线，使得即使当补偿RFID标签出现在其它RFID标签中时询问天线也能够与补偿RFID标签通信。
37.根据权利要求36的系统，其中通过在感应环路天线中的原电流在补偿元件中感应出寄生电流。
38.根据权利要求36的系统，还包括物品管理系统来接收来自RFID阅读机的信息并将信息存储在数据库中。
39.根据权利要求36的系统，还包括耦合到物品管理系统的远程计算机，其用于将信息呈现给远程用户。
40.根据权利要求36的系统，其中存储区包括书架单元、橱柜、垂直文件隔离器、智能小车和桌面阅读机中的至少一个。
41.根据权利要求36的系统，其中信息包括在存储区内的物品的位置信息。
42.根据权利要求36的系统，其中具有相关联的RFID标签的物品包括文件和文档的至少一种。
43.根据权利要求36的补偿RFID标签，其中补偿元件布置在感应环路天线的至少一个环路的10线宽度内。
44.根据权利要求36的补偿RFID标签，其中至少一些其它RFID标签是未补偿RFID标签。
45.根据权利要求36的补偿RFID标签，其中至少一些其它RFID标签是补偿RFID标签。
46.一种射频识别(RFID)标签，用于布置在导电平面上，其包括：
基底；
布置在基底上的感应环路天线；
补偿元件，其布置用于电磁耦合到感应环路天线；以及
介质隔板，其布置在基底和导电表面之间。
47.根据权利要求46的RFID标签，其中介质隔板具有小于10的介电常数。
48.根据权利要求47的RFID标签，其中介质隔板具有小于3的介电常数。
49.根据权利要求46的RFID标签，其中介质隔板具有小于10mm的厚度。
50.根据权利要求49的RFID标签，其中介质隔板具有小于5mm的厚度。
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