TW200540722A - Radio frequency identification tags with compensating elements - Google Patents

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TW200540722A TW094106484A TW94106484A TW200540722A TW 200540722 A TW200540722 A TW 200540722A TW 094106484 A TW094106484 A TW 094106484A TW 94106484 A TW94106484 A TW 94106484A TW 200540722 A TW200540722 A TW 200540722A
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rfid
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William Christian Egbert
Thomas Herdtle
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3M Innovative Properties Co
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Description

200540722 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於文件及檔案管理之射頻辨識系統之使 用，更具體而言係關於用於射頻辨識系統之射頻辨識標籤。 • 【先前技術】 射頻辨識（RFID)技術實際上已廣泛地用於每一工業領域 中’包括運輸、製造、廢物管理、郵政跟蹤、航空行李調 度、及高速公路收費管理。一典型rFID系統包括：RnD標 • 籤、一具有一天線之RFID閱讀器、及一計算裝置。該RFID 閱讀器包括··一可給該等標籤提供能量或資訊之發射機、 及一可自該等標籤接收辨識符及其它資訊之接收機。該計 算裝置處理由該RFID閱讀器所獲得之資訊。 一般而言，自該等標籤所接收之資訊係該特定應用所特 有，而且通常為一固定有該標籤之物品提供辨識，該物品 可係一已製作物品、一車輛、一動物或個人、或實際上任 一其它有形物品。亦可為該物品提供額外資料。該標籤可 籲 在一製作過程期間用來，例如，指示在製作期間一汽車底 盤之油漆顏色或其它有用資訊。 一 該發射機可經由該天線輸出RF信號，以產生一使該等俨 籤能夠發回一攜載有該資訊之1〇7信號的電磁場。於某此組 . 態中，該發射機啟動通訊，且利用一放大器藉助一經調變 之輸出信號驅動該天線來與該RFID標籤通訊。 • W再匕系且綠 - 中，該RFID標籤自該RFID閱讀器接收一連續波信號且藉k 以其資訊做出即刻響應來啟動通訊。一傳統標籤;係== 99803.doc • 6 - 200540722 括一内部電源之”有源”標籤，或一由該磁場激勵之”無源" 標籤。在任一情形下，該等RFID標籤皆使用一預定協定通 訊，以允許該RFID閱讀器接收來自一個或多個標籤之資 訊。該計算裝置藉由接收來自該RFID閱讀器之資訊且執行 某一諸如更新一資料庫或發出一報警聲音等動作而用作_ 資訊管理系統。此外，該計算裝置亦可用作一將資料經由 該發射機程式規劃入該等標籤之機構。 【發明内容】 ® 射頻辨識（RFID)標籤包括補償元件。當一經補償RFID標 籤係與一組其它RFID標籤一起存在時，該補償元件3〇之功 能將變得可辨別。即使在極接近於其它尺打!)標籤時，無論 該等其它RFID標籤係以相似方式補償、以不同方式補償或 未補償，該補償元件均會增加經補償RFID標籤2〇被一 rfid 系統债測之可能性。 該補償元件包括一基本上接近該RFID標籤天線所設置 φ 之導電材料之閉迴路。在使用時，該補償元件係以電磁方 式耦合至該RFID天線，以使於該RFID天線内所誘發之原電 流在該補償元件内誘發一逆向循環寄生電流。該寄生電流 可導致在該組内該經補償RFID標籤與該等其它RFID標藏 之間的標籤-至-標籤耦合減少。 本發明之一個或多個實施例之細節闡述於附圖及下文說 明中。依據該等說明及附圖，且依據申請專利範圍，本發 明之其它特徵、目的及優點將顯而易見。 【實施方式】 99803.doc 200540722 圖1係目解闡釋實例性射頻辨識（RFID)系統1〇之方塊 -+ rfid‘籤根據本文所揭示技術含納補償元件。於 Λ之貫例中，RFID系統10可用於跟縱書籍、文件、檔 案或其它物品。例如，該RFm系統可部署於圖書館、法律 事務所政府機構或產生及/或館存諸如業務、犯罪及醫療 «己錄等文件及檔案之其它設施中。該等物品包含唯一辨識 :亥等物品之RFID標籤。此外，每_rfid標藏亦可包含描述
該物品之資訊，及指示是否授權取走該物品之狀態資訊。 r™標籤可嵌人物品内以使標籤基本上不可被察覺，由此 來減少或防止篡改。 如圖1所示，RFID系統10包括一用於横測自一受保護區 域之非授權取走物品之出口控制系統15。例如，該受保護 區域可係-圖書館而物品可係進出圖書館一般需要檢查之 圖書或其它物品。該等技術在不脫離本發明精神之前提下 亦可應用於其它種類之物品。
出口控制系統15包括可界定位於該保護區出口附近之一 詢問區或通道之格栅19ΑΑ19Ββ格栅19八及i9B包括天線， 用於在RFID標籤通過該通道詢問該等標籤以確定是否已授 權取走附著有該標籤之物品。出口控制系㈣可利用至少 一個閱讀器（未顯示）來凝動該等天線。為了㈣―標 籤’酬讀器藉由天線輸出RF功率以在詢問通道内產生 一電磁場。一般而言，在本文中 標籤耦合時，術語”電磁場”及”磁場” 該RF閱讀器接收來自存在於詢問
當該磁分量用於與RFID 可互換使用。 通道内任何標籤之
99803.doc 200540722 訊，且出口控制器15確定是否已授權取走該物品。若未授 權取走該物品，出口控制系統15會啟動某些適當的保安動 作，例如鳴響一聲音報警、鎖定一出口門、或其它動作。 此外，RFID系統1〇包括供一經授權人員處理物品取走或 歸還之檢入/檢出區域丨丨。具體而言，檢入/檢出區域丨丨包括 一 RFID閱讀器18,用於詢問固^至物品上之rf_籤並視 需要改變其狀態’例如檢入或檢出物品。例如，檢入/檢出
區域11亦可用來檢查離開—稽案室之檔案夾或檢查離開圖 書館之書籍。 此外，如圖1所示’物品可定位於多個儲存區域12内，例 如定位於-開放式書架以、—櫥櫃12B、—檔案分隔板12C 或其它位置上。每一儲存區域12皆包括能夠在一整個設施 ㈣蹤物品之標籤詢問能力。例如，可藉由儲存區域12在 整個該設施内跟蹤於一事務所或醫療設施内之檔案夾。於 -圖書館設施中，例如，可在檢入並置放於書架12A上後跟 蹤一書籍。 為提供RFID詢問能力，儲存在儲存區域12内之每一物口 皆具有-相關的刪標籤。該標籤可嵌入在物品内或施:: 至物品或施加至物品之包裝上，以使該標籤至少基本上不 可被察覺’此可幫助防到貞測及篡改。該RFm標籤可在最 終使用者位置處施加、或可在其製作期間插入或施加至一 物品，例如-檔案夾、文件、書籍、或類似物品。 於該電磁波譜之高頻⑽）範圍（例如，大於3兆赫（m 内運作之統利個別標藏通常使㈣應迴路形天 99803.doc 200540722 線，且具有介於幾個毫米（mm)至幾十個毫米（mm)範圍之直 徑大小。一附裝至该感應迴路形天線之石夕晶粒提供包括作 號接收及發送、資料處理、唯一辨識資訊、及資料儲存及 擷取等電子功能。位於RFID系統1〇内，例如在出口控制系 統15、檢入/檢出站11及儲存位置12處之RFID閱讀器或詢問 器使用天線藉由電磁（無線）發射及接收之信號與RFID標籤 通訊。該等RFID閱讀器或藉由一無線鏈路或藉由一有線電 缆連接依次與一物品管理系統14通訊。 5亥RFID標臧係由一電化學電池提供電力（一所謂，，有源標 籤），或该RFID標籤可完全自閱讀器發出之RF場汲取其電 力（一所謂"無源標籤"）。於後一情形下，該籤可無 限期地保持非供電及休眠狀態，無需電池維修或外部電力 供應。儘管下文之討論將主要集中於無源（即，無電池）標籤 上，但應瞭解，本發明並非限制於無源標籤，且本文闡釋 之原理及結果亦可應用於具有感應迴路形天線之有源 RFID標籤。 RFID系統10可在政府條例針對電磁輻射所界定之電磁 波譜頻帶内運作。例如，RFID系統10可按照一共用世界標 準在中心為13·56 MHz且具有一+Λ7之允許頻率變化之工業 -科學-醫療（ISM)頻帶中運作。然而，其它頻率亦可用於 RFID應用，且本發明並未因此受到限制。例如，在諸如一 倉庫等大儲存區域内之某些RFID系統可使用一以約9〇〇 MHz運作之RFID系統。應瞭解，热悉此項技術者可將rfid 系統ίο之運作延伸至其它頻率，例如，以頻帶内除13 56 99803.doc -10- 200540722 MHz之外的其他頻率運作之感應迴路形RFID天線，且延伸 至其它頻帶，例如，於125 KHz至138 KHz處之低頻率（LF)。 位於RFID系統10内之閱讀器及詢問器之天線通常藉由 近場磁感應耦合至RFID標籤。例如，一閱讀器所產生之時 變RF場藉由磁感應耦合至該RFID標籤上之一迴路形天
線，從而在該導電迴路或該RFID標籤天線之迴路内誘發一 電動力（"電壓π)。所誘發之電動力驅動電流穿過RFID標籤 天線。該RFID晶粒可將標籤天線所接收之電力轉換成運作 該晶粒之内部電路所需之電壓。該閱讀器藉由該載波頻率 之合適調變來與RFID晶粒通訊。該晶粒藉由調變其提供至 RFID標籤天線之載荷來與該閱讀器通訊，以導致迴路繞該 RFIDk戴之RF場之經調變反向散射（back-scatter)。該閱讀 器之接收器偵測來自該RFID標籤之反向散射信號。在該閱 讀器能夠可靠地與該標籤通訊之距離處，"閱讀範圍，，係閱 碩器設計、輻射功率、rFID晶粒設計、RFID標籤天線、及 閱讀器-標鐵天線定向之函數。 為了達成最大閱讀範圍，可將該等RFID標籤調諧成在接 近該RFID系統運作頻率處電共振。調諧至系統運作頻率會 支援自RF場至RFID標籤之最大能量輸送。 /該等RFID詢問器或閱讀器將位置資訊傳送至物品管理 系統14，該系統可為位置資訊之聚集提供一中央資料儲存 器。物品管理系統14可被連接至網路或以其它方式耦合^ -個或多個電腦，以使不同位置處之個人可存取關於： 物品之資料。 寸 99803.doc 200540722 位置資訊之收集及聚集可用於數個目的。例如，一使用 者可請求-特；t物品或-組物品（例如_標案或一組書籍） 之位置。物品管理系統14可自該資料儲存器擷取位置資 訊’且向一使用者報告該等物品位於該等儲存區域之一内 之最新位置。視情況’物品管理系統14可再探詢或以其他 方式重獲得該物品之當前位置’以驗證該物品位於資料庫 内所指示之位置。 如上所述’系、統10之各儲存區域12之每—個可配置一個 或多個用於詢問物品之閱讀器天線’以幫助確定哪些物品 位於該等儲存區域之每一區域處。_可使用之閱讀器天線 之貫例闡釋於则年3月3日提出中請之序號為1〇/378 458 之未決且共同受讓之美國專利中請案中，㈣全文以引用 的方式倂入本文中。一個戋多個天飧 〜 ^夕個天線可定位於開放式書架 12A内，以產生-電磁場用於與儲存於書架内之物品相關之 咖標籤進行通訊。同樣地，天線可位於書櫃uB、立式 檔案分隔板12C、桌面閱讀器12D及/或其它位置内。可以各 種方式定位天線，例如定位在每一書架之頂部或底部、書 架之背部、或垂直支擇、插人檔案中間。可將天線改裝I 現有書架或内建於-書架内，且可以一單元購買。該系統 可經組態以任何方式詢問、或探詢灯出標籤。例如，天線 可連續查詢R刚標鐵、以—使用者規定之次序查詢標藏、， 或根據要求查詢標籤。 通常，一組帶有RFID標籤之物品（例如一書架上之楷案爽） 於R™系統1G之—閱讀器或詢問器内之位置非常接近。傳 99803.doc -12- 200540722 統RFID標籤（包括經調諧在RFID系統運作頻率心下達成最 佳功能之標籤）往往會在彼此非常接近時顯示出明顯的干 擾亦即，私籤·至·標籤耦合。此干擾導致不能"閱讀"或辨 識該組内某些或全部單獨的RFID標籤。結果，無法獲得有 關貼有傳統RFID標籤之每一單獨物品之位置的精確或最新 資訊。 相反地，RFID系統10利用内含有補償元件3〇之"經補償
RFID標籤’’。例如，在期望閱讀一組彼此非常接近之RFID 標籤之情形下，經補償RFID標籤甚為有用。例如，當包含 該等標籤之物品儲存於一書架上或一抽屜内、或被攜帶經 過一出口控制系統時，附著至檔案夾或書籍之RFID標籤可 月b會與其它RFID標籤非常接近。該等經補標籤經設 什可使每一經補償尺耵^^票藏即使與其它RFID標籤非常接 近時，不管該等其它RFID標籤是否經過類似方式之補償、 不同方式之補償、或未補償，皆可被單獨閱讀。 現在，根據圖2-12給出補償元件及經補償111711：)標籤之各 種實例性實施例。下文將根據圖13_17給㈣於補償元件及 經補償RFm標籤之各種實例性實施例之運作之更詳細說 明。 圖2係一圖解闡釋一具有一補償元件30之RFID標籤之實 例〖生實施例之不意圖。一具有一補償元件之RFID標籤Μ在 ==中將被統稱作一"經補償RFm標籤2〇"或"經補償RFm “籤。而#此項技術中習知之傳統的未補償腿〇標籤稱作 未補仏RFID標籤”。為易於圖解說明，圖2中將補償元件％ 99803.doc -13· 200540722 顯示為完全位於天線24之最内層迴路24A中。然而，應瞭 解，圖2之實施例中所示補償元件30之具體位置係該補償元 件可相對於天線24定位之諸多實施例之一，且本發明於此 方面未有限制。下文中將更詳細地顯示及闡釋經補償RFID 標籤20及補償元件30之各種替代實施例。 一基板22為天線24、補償元件30及經補償RFID標籤20之 其它組件提供支撐。天線24係一具有多個迴路之多匝感應 迴路形天線’包括最内層迴路24 A及最外層迴路24B。儘管 天線24在所有附圖内皆顯示為一多匝感應迴路形天線，但 應瞭解，天線24可具有一單一迴路、或亦可具有較該等附 圖中所明確顯示更多或更少之迴路，且天線24上之迴路數 3:未有限制性。天線24可藉由數種導電圖案技術中之任一 技術形成於基板22上，或可單獨形成並轉移至該基板上。 可將一個或多個調諧電容器（未顯示）連接至天線24，以形成 一電共振電路。可藉由一個或多個通孔連接28將天線以之 夕個迴路封閉。可使用數種互連技術中之任一技術將 曰曰粒26連接至天線24，例如導電性黏合劑、錫銲或金屬-對 金屬接觸。 於圖2所示實施例中，補償元件30係一導電材料之閉迴 路。於-實施例中’該補償元件3〇基本上位於一平面内， «亥平面平订且接近於其為之提供補償之天線Μ之平面。於 另一實施例中’補償元件30基本上與其為之提供補償之天 線24處於同一平面内(即’其基本上與天線24共平面)。經補 似刚標籤20及補償元件30之此等及其它實施例將在下文 99803.doc -14- 200540722 中予以進一步詳細闡釋。 圖2中所不補償元件30之實施例基本上呈直線形且與天 ， 直〜Ά似形狀。然而’應瞭解，補償元件30可採取諸多 ， 了匕形狀，且未必需要在形狀上相似於天線24。因此，可 將術語”閉迴路”界定為自身閉合的任何形狀，例如方形、 矩形：圓形、橢圓形、三角形、任何其它自身閉合的多邊 平直邊幵> ’以使一電流可在該迴路内流動。在閱讀 φ 1理解本發明說明書後，對熟悉此項技術者而言，將不難 理解補償元件3G及經補似刚標籤2()之該些及其它實施 例0 當該經補償RFID標籤20與至少一個其它好⑴標藏共存 時，補償元件30之功能係恰當。在使用時，補償元件㈣ 、電磁方式輕合至RFID標籤天線24,以使RFm天線24内所 誘發之原電流在補償元件3()内誘發_逆向循環寄生電流。 ^寄生電流導致在該組中經補償灯出標籤與其它r⑽標 臧之間的標籤·至韻搞合減小。由此，即使極接近於其它 、‘籤時’無論該等其它RFID標籤係以相似方式補償、 乂不同方式補償或不補償，該補償元件3()均會增加一 系統_測經補償娜標籤2〇之可能性。下文將根據圖 13-17更砰細地闡釋補償元件3〇之運作。 ^可以數種方式中之任—方式形成補償元件％。—種方法 U用用於製作基本天線結構之相同作業，纟製作期間 :以件30形成為RFI]^鐵天線以—部分。電路形成 乍業之貫例包括但不限於：晶粒切割或圖案化金屬落片、 99803.doc 200540722 電鍍導電性金屬、印刷導電性油墨、印刷藉由後續加熱或 乾燥而還原成一導電狀態之先驅物材料（例如，金屬_有機複 合物）及類似作業。基板22可係一聚合物膜、紙張、剛性塑 膠膜、電子電路板、或其它類似非導電材料。 另一方法係··使用與用於產生該圖案化導電天線24之相 同製程或使用一不同之製程，在一與天線製作分開之製作 作業中將補償元件30形成於RFID天線24之第一或第二表面 上。 再一方法係：藉由先前所述各種導電性圖案形成技術之 任一技術將補償元件3 0形成為一單獨電路。可將該補償元 件30置放在極接近於但未附裝至RFID標籤2〇之位置處。 或，可使用（例如）黏合膜、可固化黏合膏、雙側壓敏膠帶、 或類似物將補償元件3 〇附裝至RFID標籤天線24來形成一單 一單元，以產生一接近於RFID標籤天線24之補償元件3〇之 合適組態。 圖3顯不一具有一補償元件30之經補償RFID標籤20之另 一實施例。同樣，為易於圖解說明，於此實施例中，將補 償元件30顯示為完全位於天線24之最内層迴路24八内。在圖 3中’補4員元件30係藉由一連接最内層迴路24A至補償元件 30之導電跳線（短路）32在補償元件3〇周邊上一個點處電連 接至天線24。換言之，補償元件30係與RFID標籤天線24電 接觸且仍執行本文所述之補償功能。 在圖2中’補償元件30未電連接至天線24。應瞭解，補償 元件30可電連接至RFID標籤天線以，或可定位在接近但與 99803.doc -16 - 200540722 RFID標籤天線24電隔離之位置。無論補償元件3〇係電連接 至還係與RFID標籤天線24電隔離之任一布置皆使一補償元 件30能夠具有本文所述之補償效應。 圖4顯示一經補償RFID標籤20之另一實例性實施例。其 中，補償元件30係被散置在天線24之迴路之間。事實上， 補償元件30可位於天線24之任何迴路之間且仍具有本文所 述之補償效應。 圖5顯示一經補償RFID標籤20之另一實施例。於此實施 例中，補償元件30係位於天線24之最外層迴路24B之外。圖 2_5中所示實施例證明：補償元件3〇可完全位於天線以迴路 之内或之外、或散置於天線24迴路中，此皆不脫離本發明 之範圍。 圖6顯不一包括一補償元件3〇之經補償rFID標籤2〇，該 補償το件3 0具有一基本上與天線24之轴線對準之轴線。亦 即，該補償元件30之線路係基本上平行於天線24之對應線 路。 圖7顯不一具有一補償元件30之經補償RFID標籤20之實 例性實施例，該補償元件3〇具有一相對於天線24軸線呈一 約45度”偏移角度”34之軸線。在某些RFID標籤之應用中， 可使用諸如圖6中所示彼實施例之一實施例。例如，當在製 作時將補償元件30構建於一 RFID標籤内時，可確保補償元 件3 0與RFID標籤天線24基本上對準。於彼情形下，可簡單 地將補償元件納入用於製作RFID標籤2〇自身之原圖，且可 達成補償兀件30與rfid標籤天線24之基本對準。 他應用中’一諸如圖7中所示彼實施例之實施例可係 99803.doc -17- 200540722 適宜。例如，當將補償元件3〇添加至傳統的未補償]^出標 籤時，補償元件30可因人類錯誤或藉由設計置放在相對於 • 天線24抽線之一偏移角度％處。因此，應瞭解，補償元件 , 30相對於天線24軸線之置放角度對於本發明之目的非係一 限制因素，且補償元件3〇相對於天線24之軸線之任一角度 置放皆在本發明之範圍内。 圖8顯示一經補償RFID標籤2〇之另一實例性實施例。於 φ 此實施例中，補彳貞元件30係圓形，而非上述根據圖2-7所闡 釋之直線形。實際上，補償元件3〇實質上可採取任一其它 形狀，包括三角形、橢圓形、方形、矩形、或無數種其它 多邊或平直邊閉合形狀中之任何形狀且仍可執行補償功 能。因此，應瞭解，補償元件3〇之形狀對於本發明之目的 並非一限制因素，且在不脫離本發明範圍之條件下，補償 元件30實質上可採取任一形狀。諸如圖8中所示之一圓形補 償元件20之置放將不證明角度相依關係，此乃因該圓形迴 φ 路係以圓周對稱方式迴路繞該迴路之中心。在補償電路元 件20之幾何中心與RFID標籤天線24之幾何中心重疊時，補 償電路元件20之效應將達最大化。 圖9 A顯不與圖9B分別顯示一辅助補償物品2丨之實例性 貝施例之俯視圖及側視圖。輔助補償物品2丨包括：一置放 在基板23之一頂側上之補償元件30、及一設置在基板23之 對置側上之黏合表面25。輔助補償物品21可用來以圖丨〇中 所不方式將補償附加至傳統的未補償RFID標籤。黏合表面 25可係一黏合膜、可固化黏合膏、雙側壓敏膠帶或類似物。 99803.doc -18· 200540722 圖10顯示一傳統的未補償RFID標籤33之透視圖，該rfid 標藏具有一沉積於一基板37上之RFID天線35。為改良此未 補核RFID標籤33之性能，可將一輔助補償物品21黏附至未 補償RFID標籤33上。使辅助補償物品21之基板23之底侧上 之黏合表面25接觸未補償RFID標籤33。於一非旋轉獨立形 狀（例如，方形、矩形、橢圓形等）之情形下，補償元件3〇 可基本上以一相對於RFID天線35之軸線之偏移角度對準或 置放。另一選擇為，可將黏合表面25置放在補償元件3〇與 基板2 3之間、或補彳員元件3 0之頂部上。之後，以適當方式 附裝辅助補償物品2 1。使用輔助補償物品2丨允許傳統的未 補该RFIDk籤之使用者能夠容易地將補償元件附加至其傳 統的未補償RFID標籤，而無需購買一整套新標籤。 圖11A、11B及11C係經補償RFID標籤2〇之實例性實施例 之側視圖。圖11A、11B及11C各顯示一具有一基板22及一 RFID天線24之經補償RFID標籤20。圖UA_11C之每一圖内 之補償元件30係基本上位於天線24之平面内。補償元件3〇 可完全位於最内層迴路24A内（圖11A)、散置於迴路之間（圖 11B)、或完全位於最外層迴路24B之外（圖lie)。 圖12A、12B及12C皆係經補償RFID標籤之額外實例性實 施例之側視圖。圖12A、12B及12C之每一圖皆顯示一具有 一基板22及一 RFID天線24之經補償RFID標籤2〇。圖 12A-12C之每一圖中之補償元件3〇皆位於一基本上平行且 接近於天線24平面之平面内。於此等視圖中，補償元件％ 可由但未必需要由一基板層23進行實體分離。同樣，補償 99803.doc -19- 200540722 元件30可完全位於最内層迴路24A内（圖12A)、散置於迴路 之間（圖12B)、或完全位於最外層迴路24B之外（圖12C)。 現在，假定一組物品（例如，檔案夾）位於一書架上且標 記有傳統的未補償RFID標籤。當一傳統的未補償RFID標籤 係非常接近其它RFID標籤時，由於其可能位於一組置放於 書架上的檔案夾或相似物品中，來自該第一未補償RFID標 籤之電磁場會與附近的其它RFID標籤交互作用或耦合至該 等RFID標籤。交互作用之未補償RFID標籤聚集之有效共振 頻率係向下移動且可移出RFID系統之運作帶寬。當該組未 補償RFID標籤之共振頻率移離系統運作頻率時，閱讀器與 該組未補償RFID標籤之間的通訊可降格或完全喪失。 一經補償RFID標籤20之補償元件30可修改該經補償 RFID標籤天線24之有效感應L。該經補償RFID標籤20之共 振頻率frAG係較少受到附近其它RFID標籤之實體存在之影 響。此對於該組内每一經補償RFID標籤20皆係如此，無論 該組内其它RFID標籤是否以相似方式補償、以不同方式補 償或未補償。 可調諧該經補償RFID標籤20使其共振頻率fTAG之中心靠 近RFID系統10之運作頻率fG，以便可在與其它RFID標籤隔 離之情形下閱讀該經補償RFID標籤20。當該經補償RFID標 籤20係一組其它RFID標籤之一時，無論補償與否，該經補 償RFID標籤之響應fTAG保持調諧於系統運作頻率附近。當 經補償RFID標籤20係一組經補償RFID標籤之一時，每一經 補償標籤之經補償RFID標籤響應保持調諧於系統運作頻率 99803.doc -20- 200540722 附近’且該組響應fGROUP亦保持調諧於系統運作頻率附近。 於此方式中，無論該組中其它標籤係以類似方式補償、以 不同方式補償或不補償，當彼標籤係一經補償RFID標籤 時，將增加RFID系統1〇偵測該組中一特定經補償RFID標籤 2〇之存在之可能性。同樣地，當該組中所有標籤皆係經補 償RFID標籤時，將增加111?11)系統1〇偵測該群組中所有標籤 之存在之可能性。 圖13係一大體上圖解闡釋一經補償rFID標籤内電流循 環方向之圖式。運作時，來自RFID系統1〇2RFID閱讀器所 產生之外部詢問磁場之磁通量誘發一原電流（其通常由線 42指示）以一逆時針方向在天線24中流動（於圖13之實例 中）。此原電流42可藉助電磁耦合在補償元件3〇中誘發一逆 向循環寄生電流（其通常由線44指示）。該誘發寄生電流之結 果包括：一降低之對RnD天線24之有效感應、一增加之共 振頻率fTAG、一減小之對尺]?閱讀器所施加之磁場之響應或 靈敏度、及一標籤_至_標籤耦合之減少。該整體結果係： RFID系統1 〇更可能偵測一組RFID標籤中之每一個經補償 RFID標籤 20。 /圖14顯示對經補償RFID標籤20之響應。曲線40指示rfid 系統1〇之響應。該單-標籤經補償RFID標籤響應（曲線52) 係凋咱成以14·5 MHz為中心，略高於系統運作頻率f〇=13 56 MHz。然而，應瞭解，可將一經補償rfid標鐵卿諧成更 ，近於 13.56 MHz，例如，13·56±1 MHz。# 將一第二經補 ^RFID軚籤在距第一經補償rfid標籤〇·5英吋範圍内以共 99803.doc -21 - 200540722 軸方式對準時，如曲線54所示，該標籤對之共振頻率向下 移動至13.8 MHz。如虛線56所示，當將五個經補償RFID標 籤彙集在一起時，該標籤組之中心共振頻率（14.0 MHz)較 之該標籤對之共振幾乎未改變（曲線54)，且該響應振幅係於 該單一經補償RFID標籤響應之0.5dB範圍内（曲線52)。當十 個經補償RFID標籤堆疊時，響應曲線58顯示：該組共振頻 率之峰值為14.3 MHz，其較之兩個及五個經補償RFID標籤 之情形幾乎未改變。因此，藉助一單一 RFID閱讀器可個別 地閱讀該組中每一經補償RFID標籤。圖14圖解闡釋補償元 件30可產生多個經補償標籤，其中藉助一以系統運作頻率 運作之RFID閱讀器，可閱讀該等補償RFID標籤中之一個、 兩個或多個標籤。 將補償元件30添加至一以感應方式耦合的RFID標籤天 線24可修改該經補償RFID標籤20與入射在補償元件30上之 天線24所產生RF能量場之磁場分量之交互作用。感應L表 徵該RFID標籤天線24内所誘發之電流與經由天線24之磁通 量之間的搞合。該磁通量係磁場B、天線之面積A及該天線 中匝數N之一函數。該磁場B係該閱讀器、該RFID標籤中所 誘發電流、及此鄰RFID標籤内電流所產生之場之向量和。 補償元件30對經補償RFID標籤内流動之淨電流產生影響且 藉由減小RFID天線24之視在電感L對毗鄰RFID標籤（無論 補償與否）之存在進行"補償’’。 圖15A顯示一經補償RFID標籤20對補償元件30大小之頻 率及振幅響應之圖表。該等結果取自於經修改包括具有不 99803.doc -22- 200540722 同大小之直線形補償元件3 0的一標準未補償RFID標籤。該 受測試之RFID標籤之最内層迴路之直徑大約為25 mm，而 最外層迴路之直徑大約為45 mm。如圖15 A中所示，對於直 徑小於22.5 mm之補償元件30而言，該補償元件3〇對於受測 試RFID標籤之響應無影響。然而，一旦補償元件3〇之直徑 變得接近於該受測試標籤最内層迴路之直徑，即可看到一 可量測之影響。即，頻率響應向上移動，且在補償元件3〇 之直徑接近40 mm時達到一最大值。 •圖1 5B顯示經補償RFID標籤20對一圓形補償元件3〇大小 之頻率及振幅響應之圖表。圖中亦顯示相似大小之直線形 補償元件3 0之結果。如同直線形補償元件之情形，一旦該 補償元件之直徑變得接近於該受測試標籤之最内層迴路之 直徑，即可看到一可量測之影響。同樣地，該頻率響應向 上移動，且在該圓形補償元件且同樣地方形補償元件之直 徑大約為40 mm時達到一最大值。自圖15A及15B，吾人可 φ 臆測：補償元件30可採取實際上任何形狀且仍可執行本文 中所述之補償功能。 圖15A及15B亦顯示補償元件3〇之效應係一接近耦合效 應亦即，補彳員元件係接近耗合至RFID標蕺天線24 ^補 償元件30承載由該尺打0標籤天線24内電流所驅動之一經耦 合寄生電流。由此，補償元件3〇係以電磁方式耦合至RFID 標籤天線24,而非該RFID閱讀器天線所產生之詢問磁場。 . 為了產生此接近耦合型效應，補償元件30可定位成以電磁 方式耦合至該RFID標籤天線，亦即，以使該天線24内之一 99803.doc -23- 200540722 原電流在補償元件3〇内誘發一寄生電流。可將補償元件刊 f放於天線24之至少—個迴路之_導線寬度範圍内，以 定位成以電磁方式耗合至RFID標籤天⑽，來產生接近麵 口效應，術冑線寬度"係指天線24之接近_合迴路之線 寬度。當補償元件3G之定位係相對更接近於天線24之至少 一個迴路時，諸如當補償元件30係置放於天線24之至少一 個迴路之1-2個導線寬度範圍内時，可達成更強之接近耦 合。然而，應瞭解，只要補償元件3〇及天線24經定位用於 電磁耦合，其間隔之精確距離對本發明目的而言並非係一 限制因素。 圖16顯示一大體上直線形補償元件3〇相對於一大體上直 線形天線24之軸線之角度偏移之效應。該補償元件經選擇 具有一大約等於該RFID標籤天線之多個迴路之平均邊緣長 度之邊緣長度。如圖所示，該接近耦合效應在一零度之角 度偏移、或偏移角度時係最大（參見圖6及7)。當該角度偏移 增加時，該接近耦合效應非線性減小，直到達成一約1〇度 之角度偏移。對超出10度之角度偏移而言，該接近耦合效 應對於45度以内之角度偏移緩慢地減小。 圖16表明：對fTAG之接近耦合效應在一 〇度之角度偏移時 係最大，且隨後在該角度偏移增大至最高約丨〇度時下降。 對於大於1 0度之角度偏移，角度偏移之任何額外改變僅對 RFID標籤響應具有極小效應。此意味著：對於補償元件3〇 係附著至傳統的未補償RFID標籤之彼等應用而言，若補償 元件30係以一角度而非與天線24之迴路成，，方形”附著至該 99803.doc -24- 200540722 未補仏RFID標冑，則可達成一穩定且可預測之結果。應瞭 解’儘官圖16係相對於大體上呈方形之補償元件及RFID天 線而里測’但對於其它非旋轉式獨立形狀亦會獲得相似結 果。對於旋轉式獨立形狀（例如，一圓形），該角度偏移不具 效應。
現在’參照圖17闡釋經補償RFID標籤20及補償元件30之 額外貫施例。圖17顯示不同補償元件3〇組態情形下經補償 RFID標籤之頻率響應“〇1〇1及振幅1〇3。圖17之經補償 RFID標籤係天線24之”短接”線圈或迴路之變化組合。亦 即’該天線24内迴路或線圈之不同組合電連接至或短接至 天線24之其它迴路。以此方式，其響應顯示於圖17中之該 等補償元件30係類似於上文根據圖3所顯示及闡釋之彼等 補償元件，此乃因其電連接至該rFID標籤天線，但並未構 成自該RFID標籤天線之内端追蹤至外端之直接路徑（電路） 之一部分。該天線之該等線圈自丨（該最内層迴路或線圈）編 號至9(該最外層迴路或標籤）。該等短接線圈與其相關響應 之組態在圖17上顯示如下： 金考編號 短接線圈 100 無 102 線圈1至2 104 線圈2至3 106 線圈4至5 108 線圈8至9 110 線圈1及2至3 99803.doc 200540722 112 114 116 118 120 線圈2及3至4 線圈3至4，線圈7至8 線圈7及8至9
線圈1至2，線圈3至4，線圈5至6，線圈7至8 線圈1、2、3及4至5 可依據圖17做出數個歸納。例如，將該等天線迴路之任 一個自該最内層短接至該最外層之另一天線迴路會產生一 補償元件效應。同樣，將多個線圈或短接至相鄰線圈或短 接至非相鄰線圈亦會產生一補償元件效應。圖17顯示：存 在可執行該補償功能之多種短接線圈之可能組合。因此， 應瞭解，作為補償元件之此等及其它短接線圈之組合皆在 本發明之範圍内。 由此，本文已闡釋兩種不同類型之補償元件3〇。一種類 型係參照圖2-6所闡釋之類型，其中補償元件3〇係構成為一 實體上與RFID天線24分離之形式。此實體上分離之補償元 件30可電連接至或電隔離於（即，不連接至）rfid天線以。 另一類型係類似於上文參照圖17所述之類型，其中該天線 24自身之實體線圈或迴路短接至該天線“之其它線圈或迴 路，以形成一補償元件30。形成一連續迴路補償元件％之 每一線圈或迴路皆連接在一與該天線24之一線圈或迴路電 接觸之單一點處。補償元件3〇類型之選擇，亦即，是形成 為-實體上分離之元件還是形成為該肌〇標籤天線自身之 -部分可取決於使用該等灯爾籤之具體應用、該等瘦補 償RFID標藏之期望共振頻率、用於產生該等化㈣標籤之製 99803.doc -26 - 200540722 作技術及該補償標籤30是在製作時裝設於RFID標籤内或以 上文參照圖1 0所討論之方法附加在先前存在的未補償RFID 標籤上。 圖18顯示經補償RFID標籤20之另一應用。圖18係一顯示 一導電基板160上之經補償RFID標籤20之簡略圖。該經補償 RFID標籤20包括··一基板22、天線24、一任選RFID晶粒（未 顯示）、一補償元件基板23及補償元件30。一介電間隔層164 提供該經補償RFID標籤20與擬加標籤之導電表面160之間 的實體及電磁分離。同樣，為易於圖解說明，圖中顯示補 償元件30完全置放在天線24之最内層迴路24A内。應瞭解， 補償元件30可採取數種可能形式之任一形式，包括上文參 照圖2-12所示及所述彼等形式之任一形式。 經補償RFID標籤20可用於給具有金屬及其它導電表面 之物品加標籤或標記。當該等RFID標籤附著至金屬及其它 導電表面且由一磁-感應-耦合型RFID系統偵測時，經補償 RFID標籤20比照標準的未補償RFID標籤顯示出經改良之 性能。 閱讀範圍（亦即，一 RFID閱讀器能夠偵測並與一 RFID標 籤通訊之距離）可用作RFID標籤功效之一可量化量度。在存 在一導電表面160之情形下，一介電間隔層164上之經補償 RFID標籤20較一安裝在一相似導電表面上之一相似介電間 隔層上之等效傳統型未補償RFID標籤顯示具有更大之閱讀 範圍。 在給導電表面加貼標籤時，應慮及因應一 RFID標籤内之 99803.doc -27- 200540722 電流分配而在該導電平面内形成一電”影像電流"分配之效 應。當—RFID標籤與該導電平面彼此極接近時，該影像電 流有效地拒絕該娜標籤内之電流分配。該標籤加影像電 流之效應可減小對RFID閱讀器之視在標籤響應，從而該閱 讀器可認為"無標籤"存在。 介電間隔層164可將-rFid標籤内之電流與該導電表面 内之誘發影像電流分開。可藉由增加實際的實體厚度t、或 可藉由增加介電常數ε來增加介電間隔層164之有效電厚度 (實體厚度t與介電常數ε的乘積對於該rfid標藏用作一標 記之應用，-厚介電間隔層會使得該RFm標籤太厚而非係 用於標記物品之-可行方案。對於―導電表面上之經補償 RFID標籤’ -介電間隔層可由一具有一適當低^之介電材料 製作而成，例如於一實施例中，ε<1〇,或於另一實施例中， ε<3。此等材料之實例包括：例如，泡沫型聚合物薄膜、或 諸如聚乙歸或聚四a乙烯（PTFE)等於一低ε基質内充滿空 氣之空心玻璃或聚合物泡。介電間隔層164之厚度應足以達 成導電表面⑽上經補似邮標鐵2〇之所期望閱讀範圍。例 如，一介電間隔層具有一厚度t<1〇 mm、或具有一厚度t<5 mm。總之，經補償RFID標籤2〇允許使用一較薄介電間隔層 以使3 RFID標記係不太突出。 經補償RFID標籤20可對導電表面上經補償RFID標籤之 閱讀功能產生改良功效。首先，該經補償RFm標籤可在存 在導電表面之情形下為薄電性介電間隔層提供更長之閱 讀範圍。一導電表面上之111?11)標籤亦可在一實體上更薄之 99803.doc -28- 200540722 結構内提供相等之閱讀範圍。此外，與一傳統未補償RFID 標籤相比’一導電表面上之經補償rFID標籤可以一更小之 標戴提供等效性能。 本文闡釋了本發明之各種實施例。此等及其它實施例皆 在下文申晴專利範圍之範嘴内。 【圖式簡單說明】 圖1係一根據本文所揭示技術圖解說明一於其内RFID標 籤含納補償元件之射頻辨識（RFID)系統之方塊圖； 圖2係一根據本文所揭示技術一經補償rFID標籤之實例 性實施例之示意圖； 圖3-10係經補償RFID標籤之額外實例性實施例之示意 圖； 圖11A-11C係經補償RFID標籤之額外實例性實施例之側 視透視圖； 圖12A-12C係經補償RFID標籤之額外實例性實施例之側 視透視圖； 圖13係一大體上圖解說明一經補償rFID標籤内電流方 向之圖式； 圖14係一顯示在存在一詢問攔位之情形下五個經補償 RFID標籤之實例響應之圖表； 圖15 A係一顯示一直線形經補償RFID標籤之共振頻率對 補償元件大小之關係圖表； 圖15B係一顯示一直線形經補償RFID標籤之共振頻率對 補償元件大小，及一圓形經補償RFID標籤之共振頻率對補 99803.doc -29- 200540722 償元件大小之關係圖表； 圖16係一顯示一經補償RFID標籤之共振頻率對補償一 件之角度偏移之關係圖表； 几 圖17係一顯示共振頻率及幅值對一經補償RFID標籤内 各種短接線圈組合之關係圖表； 圖1 8係一顯示在一導電基板上具有一補償元件之RFID 標籤之圖式。 【主要元件符號說明】
10 RFID系統 11 檢入/檢出區域 12 儲存區域（儲存位置） 12A 開放式書架 12B 櫥櫃 12C 立式檔案分隔板 12D 桌面閱讀器 14 物品管理系統 15 出口控制系統 18 RFID閱讀器 19A 格栅 19B 格柵 20 經補償RFID標籤（RFID標籤、圓形補償元 件、補償電路元件） 21 輔助補償物品 22 基板 99803.doc -30- 200540722
23 基板（基板層） 24 天線（RFID標籤天線、 24A 最内層迴路 24B 最外層迴路 25 黏合表面 26 R FID晶粒 28 通孔連接 30 補償元件 32 導電跳線 33 傳統未補償RFID標籤 34 偏移角度 35 RFID天線 37 基板 40 曲線 42 線（原電流） 44 線（寄生電流） 52 曲線 54 曲線 56 曲線 58 響應曲線 102 線圈1至2 104 線圈2至3 106 線圈4至5 108 線圈8至9 案化導電天線） 99803.doc -31 - 200540722 110 112 114 116 118 120 160 164 線圈1及2至3 線圈2及3至4 線圈3至4、線圈7至8 線圈7及8至9 線圈1至2、線圈3至4、線圈5至6、線圈7至8 線圈1、2、3及4至5 導電表面 介電間隔層
99803.doc -32-

Claims (1)

  1. 200540722 十、申請專利範圍： 1. 2. 3.
    -種包括—導電材料閉迴路之補償元件，該導電材料閉趣 路具有一適合電磁耦合至一感應迴路天線之大小。 如請求項1之補償元件’其中—寄生電㈣因應該電磁輕 合至該感應迴路天線而誘發於該補償元件内。 如請^!之補償元件’其中該導電材料包括—晶粒切割 至屬冶片、一圖案化金屬箔片、一電鍍導電金屬、一印刷 導電油墨及一還原成一導電狀態之印刷先驅物材料其中 如》月求項1之補償π件，其具有—基本上直線之形狀。 如口月长項1之補乜元件’其具有一基本上圓形之形狀。 6.如”月求項！之補償儿件，進一步包括一其上設置有該閉迴 路之基板。 7·如”月求項6之補償元件，進一步包括設置於該基板之一側 上之一黏合層。 8·如請求項7之補償元件，其中該補償元件與該黏合層係設 置於5亥基板之同一側上。 9.如請求項7之補償元件’其中該補償元件與該黏合層係設 置於該基板之相反侧面上。 1〇· 一種射頻辨識（RFID)標籤，其包括： 一感應迴路天線；及 經疋位以電磁耦合至該感應迴路天線之補償元件。 11·如請求項1〇之RFID標籤，其中該感應迴路天線内之一原 電流於該補償元件内誘、發一寄生電流。 99803.doc 200540722 12. 如請求項10之尺1?11)標籤’其中定位該補償元件以電磁耗 合至該感應迴路天線，以便當該經補償RFID標籤極接近 於其它RFID標籤時，一RFID系統詢問天線能夠偵測到該 經補償RFID標籤。 13. 如請求項1〇之RFID標籤，進一步包括一其内具有儲存辨識 資訊之RFID晶粒。 14·如請求項1〇2rFID標籤，其中該補償元件包括一導電材 料之閉迴路。 15.如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路具有一基本上直線 之形狀。 16·如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路具有一基本上圓 形之形狀。 17·如請求項14之RFID標籤、其中該閉迴路係與該感應迴路 天線電隔離。 18·如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路係電連接至該减 應迴路天線。 19·如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路係設置於該感應 迴路天線之一最内層迴路内。 2〇·如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路係設置在該感應 迴路天線之迴路之間。 2 1 ·如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路係設置在該感應 迴路天線之一最外層迴路之外。 22.如請求項14之RFID標籤，其中該補償元件相對於該感應 迴路天線之一軸線具有一介於〇與45度之間的角度偏移。 99803.doc 200540722 23·如請求項14之RFID標籤，其中該導電材料包括一晶粒切 割金屬箔片、一圖案化金屬箔片、一電鍍導電金屬、一印 刷導電油墨及一還原成一導電狀態之印刷先驅物材料其 中之一。 24·如清求項14之RFID標籤，其中該閉迴路係設置於該感靡 迴路天線之至少一個迴路之1 〇個線寬内。 25·如請求項14之RFID標籤，其中該閉迴路係設置於該减廣 迴路天線之至少一個迴路之2個線寬内。 26.如請求項1〇之RFID標籤，其中該補償元件具有一實質上 與該感應迴路天線之一軸線對準之軸線。 27·如請求項1〇之RFID標籤，其中該補償元件實質上位於一 平行且接近於該感應迴路天線之一平面之平面内。 28·如請求項1〇之rFID標籤，該補償元件實質上與該感應迴 路天線共面。 29·如請求項10之RFID標籤，其中該RFID標籤以一約13 56± 1.0 MHz之頻率共振。 30.如請求項1〇2RFID標籤，其中該補償元件係實體上與該 感應迴路天線分離。 3】·如請求項1〇之RFID標籤，其中該補償元件包括該感應迴 路天線之至少一個迴路，其電連接至該感應迴路天線之至 少一個其它迴路。 32.如請求項3kRFID標籤，纟中該閉迴路包括該感應迴路 天線之至少兩個迴路，且其中該感應迴路天線之該等兩個 迴路之每一個皆電連接至該感應迴路天線之一個不同之 99803.doc 200540722 其它迴路》 33·如凊求項322RFID標籤，其中電連接至該感應迴路天線 之至少一個其它迴路之該感應迴路天線之該等至少兩個 迴路係晚鄰迴路。 34·如清求項32iRFID標籤，其中電連接至該感應迴路天線 之至少一個其它迴路之該感應迴路天線之該等至少兩個 迴路係非®比鄰迴路。 35.如請求項31iRFID標籤，其中該感應迴路天線之該至少 一個迴路係電短接至該感應迴路天線之該至少一個其它 迴路。 36· —種射頻辨識（RFID)系統，其包括： 一健存區域，其儲存每一個皆具有複數個rFID標籤之 相關RFID標籤之複數個物品，且其中該等RFID標籤之 至少一個係一經補償RFID標籤； 一詢問天線，其接近該儲存區域以產生一足以自該等 複數個RFID標籤誘發一響應之詢問電磁場；及 一 RFID閱讀器，其耦合至該詢問天線供用於控制該天 線之功率’且自藉由該詢問天線實施通訊之該等RFID標 籤接收資訊， 其中該經補償RFID標籤包括：一感應迴路天線及一定 位用於電磁麵合至該感應迴路天線之補償元件，以便即使 當該經補償RFID標籤與該等其它rFID標籤共存時，該詢 問天線亦能夠與該經補償RFID標籤通訊。 3 7·如凊求項36之系統，其中該感應迴路天線中之一原電流於 99803.doc 200540722 該補償元件内誘發一寄生電流。 38·如請求項36之系統，進一步包括一物品管理系統，以接收 來自該RFID閱讀器之資訊且儲存該資訊於一資料庫内。 39·如凊求項36之系統，進一步包括一遠端電腦，其耦合至該 物品管理系統以將該資訊提供至一遠端使用者。 4〇·如請求項36之系統，其中該儲存區域至少包括一書架單 元、一櫥櫃、一立式檔案分隔板、一智慧卡及一桌面閱讀 器其中之一。 41·如请求項36之系統，其中該資訊包括該物品於該儲存區域 内之位置資訊。 42. 如請求項36之系統，其中該等具有相關RFm標籤之物品 至少包括播案及文件其中之一。 43. 如請求項36之經補償RFID標籤，其中該補償元件係設置 於該感應迴路天線之至少一個迴路之1〇個線寬内。 44. 如請求項36之經補償尺打!)標籤，其中該等其它rfid標籤 之至少幾個係未補償RFID標籤。 45. 如請求項36之經補償RFID標籤，其中該等其它rfid標籤 之至少幾個係經補償RFID標籤。 46. —種供置放於一導電表面上之射頻辨識（反汛⑺標籤，其包 括： 一基板； 一定位在該基板上之感應迴路天線； 經疋位以電磁耦合至該感應迴路天線之補償元件；及 一定位在該基板與該導電表面之間的介電間隔層。 99803.doc 200540722 47. 如請求項46之RFID標籤，其中該介電間隔層具有一小於 10之介電常數。 48. 如請求項47之RFID標籤，其中該介電間隔層具有一小於3 之介電常數。 49. 如請求項46之RFID標籤，其中該介電間隔層具有一小於 1 0 mm之厚度。 5 0.如請求項49之RFID標籤，其中該介電間隔層具有一小於5 mm之厚度。 99803.doc
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