CN1945641B - 改进的分布电容谐振标签 - Google Patents

Abstract

在分布电容谐振标签中，匝中的电流不是恒定的。本发明通过调整轨道宽度适应这个轨道中流经的电流，而改进这些标签的灵敏度，从而损耗变小。

Description

改进的分布电容谐振标签

技术领域

本发明涉及一种用于电子防盗系统的谐振标签的改进设计。更具体地，本发明涉及一种谐振检测标签，特别是盗窃检测标签，其具有至少基本上位于平面中的电介质；在电介质的第一侧上的第一螺旋导电轨道，该第一轨道包括至少基本平行于所述平面的多个匝；和在电介质的第二侧上的第二螺旋导电轨道，该第二轨道包括至少基本平行于所述平面的多个匝，并且该第二侧与第一侧相对；其中第一轨道和第二轨道以相反的方向螺旋，各自形成感应并这样彼此对准，使得第一轨道的至少一部分与第二轨道的至少一部分重合，从而由于相互对准的轨道而形成分布电容。

背景技术

电子防盗系统早已为人所知并广泛用于在受保护的物品离开商店时发出信号。1966年授予A.J.Minasy的美国专利US 3,500,373已经说明了这种具有谐振标签的电子物品监视(EAS)系统。在授予Picard的法国专利中能够找到更早的说明。对于改进的检测系统，申请人已经被授予专利EP0608961B1。防盗检测系统中使用的谐振标签有多种设计。现今趋向于更小且更便宜的设计，普遍使用所谓的粘贴标签。这些标签由许多层薄片构成，其中实现薄片和谐振电容器。标签上的粘合层使它们易于装配并向它们提供名字。这些粘贴标签非常廉价地大量制造并且用作一次性标签，即，当顾客付费后就切断标签的操作，标签被停用但是保持附着在受保护的产品上。

早在1975年就由Lichtblau在US 3,913,219“Planar circuitfabrication process”中公开了一种制造粘贴标签的方法。Checkpoint在US 6,091,607中描述了一种令停用更可靠的粘贴标签。

在上述标签中，集总了谐振电容。一种不同的谐振标签的设计利用在上部和下部导体之间存在的分布电容。Vandebult(Polyonics)在US 4,583,099中描述了这种标签。在US 4,818,312中，Monarch MarkingSystems说明了一种分布电容谐振标签的不同设计。在Tait(3M)的US 4,598,276中，以在匝之间分布的方式提供电容。在授予Checkpoint的EP 1 107 205中说明了广泛使用的标签的例子。在欧洲专利EP 0 665705中，Miyake说明了一种分布电容标签和这种标签的制造过程。

在具有集总电容的谐振标签中，线圈匝中各处流过相同的电流，并且显然要令匝的横截面大小都相等。在分布电容标签的现有技术中，导体的横截面也是恒定的。这种分布电容解决方案的优点是，没有特殊的标签表面用于电容器。因为两个导电层用于线圈，所以有一个小缺点——柔软性较小——但是较大的优点在于由于在任一侧上的匝中的电流分布，欧姆损耗较小。对于在防盗系统中的使用，重要的是标签要小，使得它们能够简单装配而不引人注意，因而对环境影响较小，并且特别地制造更廉价。小标签的主要缺点是检测距离有限。这限制了其中能够检测标签的通道的宽度，并且检测的机会减小。于是，需要小检测标签具有增进的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是通过更有效地使用标签表面对导体可用的部分而作出对于分布电容谐振标签的改进设计。

谐振标签的灵敏度由许多特征确定。首先，询问场(interrogationfield)在匝中感应的电压；其次，在匝中流动的电流，关于这一点，电流以因数Q谐振上升是重要的；第三，这个电流在标签中生成的偶极矩。

根据本发明的标签优化了这些部分冲突的影响的结果。根据本发明的标签的特征在于，第一轨道的至少第一部分的横截面表面大小大于第一轨道的至少第二部分的横截面表面大小，其中，在使用中，流经第一轨道的第一部分的电流大于流经第一轨道的第二部分的电流。

附图说明

现在参考附图进一步说明本发明：

图1显示了分布电容谐振标签的现有技术。

图2显示了分布电容谐振标签的简化等效电路。

图3将分布电容谐振标签中的电流分布可视化。

图4显示了根据图6的谐振标签的上部螺旋。

图5显示了根据图6的谐振标签的下部螺旋。

图6显示了根据本发明的分布电容谐振标签的一个可能的实施例。

具体实施方式

图1显示了根据现有技术中的参考文献US 4,598,276的分布电容谐振标签1。标签1具有基本上位于平坦平面中的电介质2。标签具有位于电介质的第一侧6上的第一螺旋导电轨道4，在这个例子中是上部螺旋导电轨道。另外，标签还具有在电介质的第二侧10上的第二螺旋导电轨道8，在这个例子中是下部螺旋导电轨道，该第二侧10与第一侧6相对。第一轨道和第二轨道以相反的方向缠绕并因而以相反的方向螺旋。每一轨道形成感应。另外，轨道4、8相对于彼此对准，使得第一轨道的至少一部分与第二轨道的至少一部分重合，从而由于相互对准的轨道4、8而形成分布电容。在这个标签中，上部和下部匝的最内末端利用导体12电连接。轨道的上述重合的部分形成螺旋的片段，其位于彼此正上方并且磁耦合。这些片段同时形成电容器的极板。

整个系统可以由等效电路表示。图2中显示了这种标签的一个简化电路模型，其中L1和L11代表位于彼此上方的磁耦合线圈片段。L2和L12与此类似，等等。在片段L1和L11之间出现的分布电容由集总的C1表示，对于其它片段也是同样。这个编号对应于图4和5中的附图标记。在电路模型中，分段的数目是有限的。分布效果的更好的近似需要更多的分段，但是对于分析分布电容谐振标签的操作，这个模型具有很好的实用性。所有线圈都与未显示的代表询问天线的线圈弱耦合。另外，所有线圈都与另一代表接收天线的线圈弱耦合。分析显示，匝中的电流不是恒定的。由于分布电容，电流流过下部和上部导体之间。电流在靠近匝的开放末端处最低；导体中的电流朝着下部和上部导体之间的互联越来越大。在图3中显示了这一点。同样，最大电流出现在下部和上部导体的接触部位。本发明利用这个效果。为了将总欧姆损耗最小化，导体的横截面不是恒定的，而是调整横截面适应流经这个导体的电流。在实际设计中，导体的高度由金属薄膜的厚度确定，因而对于所有匝都是相同的，并且调整导体的宽度适应主要的电流。

给定在内侧上的下部和上部螺旋之间的互联，大多数电流在最内匝中流动。于是最大的电流在最内回路中流动，该回路具有最小的表面。通过在外侧上提供下部和上部导体的连接，可以获得更大的偶极矩。于是，最大的电流在最外回路中。这个回路的较大表面得到更大的偶极矩。于是，本发明的优选实施例在外侧上具有互联。

在分布电容标签中，优化了沿外轮廓的单匝。对于尺寸为例如4cm×4cm或5cm×5cm的标签也是这样的。对于具有电介质薄片的可管理厚度和获得足够的电容器表面以及对于足够高的Q因子足够低的欧姆电阻而构造的较小的标签(3cm×3cm)，不可能利用单匝获得8MHz的谐振频率。对此，单匝的自感过低。因此，需要若干匝：实际中是3～7匝。

对于一个标签，总表面仅有一部分可用于导体；这是因为匝的表面确定了这个匝与外部询问场的耦合程度。宽轨道使得包含的表面更小。同样，由标签生成的磁偶极矩与电流在其中流动的导体所构成的表面成正比。于是，在第一近似中，匝的表面在灵敏度中以平方形式出现。在实际设计中，这意味着匝不能太宽，因为它们必须同时包含较大的表面。除了传导中的损耗，分布电容标签还有不可忽略的电介质损耗。从而限制了由于极端轨道宽度而减小传导损耗的效果。

图6显示了根据本发明的标签的优选实施例的最重要的部件。在这些螺旋之间提供合适的电介质层。用于连接两个螺旋的接触部位的优选位置在标签的外侧以A指示。于是，停用场(deactivation field)中标签的最大电压出现在螺旋的开放末端，这在图6中以B指示。相应地，在这里选择为了停用而在电介质中提供衰减还是连接RFID芯片。在根据本发明的标签中，每匝逐步地调整轨道宽度适应主要电流。这防止了持续进行轨道宽度调整的几何问题。

本发明不限于每匝逐步改变优选实施例中的轨道宽度。在所述的螺旋线圈之间连接RFID芯片也是本发明的一部分。

在图6中，对应于图1的部件具有相同的附图标记。应当注意，电介质2示意性地显示为透明。在这个例子中，电介质2至少基本上在其中延伸的平面是平坦的平面。图6的谐振标签1除了电介质2还具有第一螺旋导电轨道4，其位于电介质的第一侧6上。第一轨道包含至少基本上平行于平面的多个匝。第二螺旋导电轨道8位于电介质的第二侧上，该第二侧与第一侧6相对。第二轨道包含至少基本平行于平面的多个匝。第一轨道和第二轨道以相反的方向缠绕。于是，第一轨道和第二轨道以相反的方向螺旋。每一轨道形成感应。另外，正如图1所示，轨道4、8彼此对准，使得第一轨道的至少一部分与第二轨道的至少一部分重合，从而由于互相对准的轨道而形成分布电容。在这个例子中，第一轨道具有最外匝14和最内匝16以及中间匝18和20。

同样，第二轨道8具有最外匝14和最内匝16以及中间匝18和20。在这个例子中，第一轨道的最外匝14与第二轨道的最外匝14相对，从而形成电容。对于第一和第二轨道的最内匝16、第一和第二轨道的中间匝18以及第一和第二轨道的中间匝20也是同样。

在这个例子中，第一轨道4与第二轨道8在位置A导电相连，位置A位于第一和第二轨道的最外匝14。另外，沿第一轨道从最外匝到最内匝的方向22看，第一轨道的横截面表面大小减小。由于在这个例子中，在垂直于电介质平面的方向看，第一轨道的厚度恒定，所以在沿第一轨道从最外匝到最内匝的方向22上看，第一轨道的宽度大小减小。特别地，因此位于第一轨道的第二匝(18、20、16)外部的第一匝(14、18、20)的宽度比第一轨道的第二匝的宽度大。对于图6中指示的宽度b1、b2、b3和b4，相应地，b1大于b2，b2大于b3，且b3大于b4。

相应地，第一轨道的至少第一部分的横截面表面大小大于第一轨道的至少第二部分的横截面表面大小；然而在使用中，流经第一轨道的第一部分的电流大于流经第一轨道的第二部分的电流。第一轨道的第一部分可以例如在这个例子中由最外匝14形成，而第一轨道的第二部分由位于匝14内部的匝18形成。而且，在这种情况中，第二部分被指定为匝20或匝16。在沿第一轨道从最外匝到最内匝的方向22上看，第一轨道的第二部分(例如，匝18)位于第一轨道的第一部分(这里例如是最外匝14)上方。正如前面提到的，轨道中最大的电流出现在位置A。在第一轨道的方向22上，电流将逐渐减小，因为它部分地从第一轨道跨越到第二轨道。因为在那些电流相对较大的第一轨道的部分中，轨道的宽度也相对较大，所以欧姆损耗减少，即，相对于所有轨道都必须具有与最内匝16相同宽度的情况相比有所减小。如果另一方面，所有轨道具有与最外匝14相同的宽度，那么欧姆损耗确实同样将减少，但是由最外匝包围的表面将扩大，从而标签具有不期望的较大尺寸。

上面对于第一轨道的讨论同样适用于第二轨道，并且因此不再详细解释。应当注意，通常对于第二轨道，第二轨道的至少第一部分的横截面表面大小大于第二轨道的至少第二部分的横截面表面大小，然而在使用中，流经第二轨道的第一部分的电流大于流经第二轨道的第二部分的电流。正如在第一轨道的情况中那样，这个条件也以不同的方式满足。第二轨道的第一部分可以例如也是最外匝14，而第二轨道的第二部分例如是位于匝14之内的匝18或20或者第二轨道的最内匝16。而且，第二轨道的第一部分可以例如是匝18或20，并且第二轨道的第二部分例如是最内匝16。对于第一轨道提到的所有其它特性适用于第二轨道。

优选地，在第一轨道4的最内匝16的自由端40和第二轨道8的最内匝16的自由端40之间设置RFID芯片42。还可以为位于第一和第二轨道的最内匝的自由端40之间的电介质提供衰减，用于停用标签。这个停用可以通过将标签引入具有相对较大功率的电磁询问场而完成。

根据另一实施例(未显示)，第一和第二轨道在最内匝的位置B彼此导电连接。在这种情况中，第一和第二轨道中最大的电流出现在位置B。在这种情况中，例如最内匝16将是最宽的匝，匝20可以例如比匝16略窄，匝18可以例如比匝20窄，并且匝14可以例如比匝18窄。于是，对于第一轨道的匝和第二轨道的匝也是这样的。在沿第一轨道从最内匝到最外匝的方向上看，第一轨道的横截面表面大小减小。这对于第二轨道的横截面表面大小也是类似的。位于第一轨道的第二匝之内的第一轨道的第一匝的宽度大于第一轨道的第二匝的宽度。在沿第一轨道从最内匝到最外匝的方向上看，第一轨道的第二部分位于第一轨道的第一部分之上。在沿第二轨道从最内匝向最外匝的方向上看，第二轨道的横截面表面大小减小。第一轨道的所有其它上面提到的特征也适用于第二轨道。这里，在第一和第二轨道的最外匝的自由端之间可以提供例如RFID芯片。还可以在这些自由端之间衰减电介质，用于停用标签。这些变型都落在本发明的框架之中。

Claims (29)

1.谐振检测标签，其具有：

至少基本上位于平面中的电介质；

在电介质的第一侧上的第一螺旋导电轨道，该第一轨道包括至少基本平行于所述平面的多个匝；和

在电介质的第二侧上的第二螺旋导电轨道，该第二轨道包括至少基本平行于所述平面的多个匝，并且该第二侧与第一侧相对；

其中第一轨道和第二轨道以相反的方向螺旋，各自形成感应并彼此对准，使得第一轨道的至少一部分与第二轨道的至少一部分重合，从而由于相互对准的轨道而形成分布电容，

其特征在于，至少两个匝的横截面的表面之比被调整以适合这些匝中的不同电流强度。

2.如权利要求1的标签，其中在具有最大横截面的匝中流动最大电流。

3.如权利要求1的标签，其中在最外匝中流动最大电流。

4.如前述任一权利要求的标签，其中两个螺旋之间的接触部位在最外匝中。

5.如权利要求1的标签，其中RFID芯片与两个螺旋线圈相连。

6.如权利要求1的标签，其特征在于：

第一轨道的至少第一部分的横截面表面大小大于第一轨道的至少第二部分的横截面表面，其中，在使用中，流经第一轨道的第一部分的电流大于流经第一轨道的第二部分的电流。

7.如权利要求6的标签，其中所述谐振检测标签是盗窃检测标签。

8.如权利要求6的标签，其中第一轨道的第一部分在平行于所述平面的方向上的宽度大于第一轨道的第二部分在平行于所述平面的方向上的宽度。

9.如权利要求6的标签，其中第二轨道的至少第一部分的横截面表面大小大于第二轨道的至少第二部分的横截面表面大小，其中，在使用中，流经第二轨道的第一部分的电流大于流经第二轨道的第二部分的电流。

10.如权利要求9的标签，其中第二轨道的第一部分在平行于所述平面的方向上的宽度大于第二轨道的第二部分在平行于所述平面的方向上的宽度。

11.如权利要求6的标签，其中第一轨道与第二轨道在位于第一和第二轨道的最外匝的位置相连。

12.如权利要求11的标签，其中在沿第一轨道从最外匝到最内匝的方向上看，第一轨道的横截面的表面大小至少基本上减少。

13.如权利要求11的标签，其中位于第一轨道第二匝之外的第一轨道第一匝的宽度大于第一轨道第二匝的宽度。

14.如权利要求11的标签，其中在沿第一轨道从最外匝向最内匝的方向上看，第一轨道的第二部分位于第一轨道的第一部分之上。

15.如权利要求9或权利要求11的标签，其中在沿第二轨道从最外匝向最内匝的方向上看，第二轨道的横截面的表面大小至少基本上减少。

16.如权利要求9或权利要求11的标签，其中位于第二轨道第二匝之外的第二轨道第一匝的宽度大于第二轨道第二匝的宽度。

17.如权利要求9或权利要求11的标签，其中在沿第二轨道从最外匝向最内匝的方向上看，第二轨道的第二部分位于第二轨道的第一部分之上。

18.如权利要求11的标签，其中在第一和第二轨道的最内匝的自由端之间设置RFID芯片。

19.如权利要求11的标签，其中第一和第二轨道的最内匝的自由端彼此相对地位于电介质的相对侧上，而这些末端之间的电介质具有衰减用于停用标签。

20.如权利要求6的标签，其中第一轨道与第二轨道在位于第一和第二轨道的最内匝的位置相连。

21.如权利要求20的标签，其中在沿第一轨道从最内匝向最外匝的方向上看，第一轨道的横截面的表面大小至少基本上减少。

22.如权利要求20的标签，其中位于第一轨道第二匝之内的第一轨道第一匝的宽度大于第一轨道第二匝的宽度。

23.如权利要求20的标签，其中在沿第一轨道从最内匝向最外匝的方向上看，第一轨道的第二部分位于第一轨道的第一部分之上。

24.如权利要求9或权利要求20的标签，其中在沿第二轨道从最内匝向最外匝的方向上看，第二轨道的横截面的表面大小至少基本上减少。

25.如权利要求9或权利要求20的标签，其中位于第二轨道第二匝之内的第二轨道第一匝的宽度大于第二轨道第二匝的宽度。

26.如权利要求8或权利要求20的标签，其中在沿第二轨道从最内匝向最外匝的方向上看，第二轨道的第二部分位于第二轨道的第一部分之上。

27.如权利要求20的标签，其中在第一和第二轨道的最外匝的自由端之间设置RFID芯片。

28.如权利要求20的标签，其中第一和第二轨道的最外匝的自由端彼此相对地位于电介质的相对侧上，而这些末端之间的电介质具有衰减用于停用标签。

29.如权利要求6的标签，其中第一轨道的第一部分包含第一轨道的一匝并且第二轨道的第一部分包含第二轨道的一匝；和/或第一轨道的第二部分包含第一轨道的一匝并且第二轨道的第二部分包含第二轨道的一匝。

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