具有加強讀出性的射頻識別標籤的製作方法
2023-07-19 04:56:16 2
專利名稱：具有加強讀出性的射頻識別標籤的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻識別(RFID)標籤和標記領域，且特別涉及包括天線結構的標籤和標記領域。
2.相關技術描述現今的儲備和製造方法依賴於追蹤和識別有關物品例如庫存物品、包裹、單個零件等等的能力，並且依賴於以無線方式傳遞這些有關物品的信息以便處理和使用的能力。一種已知的追蹤和提供這些有關物品信息的方法是，在每個這樣的物品上附著一個無線通信裝置，例如有源或無源應答器，該無線通信裝置整合到識別標籤或標記內，以響應射頻詢問和命令。該標籤可以儲存或表示關於它所附著的物品的信息，例如唯一的識別號、諸如打開或未打開之類的物品狀態、地點、及類似信息。該標籤可以附著到單個物品或包含多個物品的包裹上。圖1中展示了現有技術的RFID器件1的一個例子。器件1包含連接到簡單偶極天線結構3的晶片2。天線結構3由襯底6上的一對天線元件4和5組成。圖1所示簡單偶極天線結構3的一個難題是，該天線結構的讀出性可能高度依賴於其方向。例如，沿著器件1的邊緣，特別是沿器件1的窄軸8，與天線元件4和5平行的方向上，器件1的讀出性可能較差。應該理解的是，如果能有克服上述難題的RFID器件是令人滿意的。
發明內容
根據本發明的一方面，一種RFID器件，在其附近約四分之一波長範圍內具有導電材料，這加強了RFID器件的性能。
根據本發明的另一方面，一種RFID系統包含RFID器件；以及導電材料，該導電材料與RFID器件相配合，以加強RFID器件的性能。
根據所述器件的又一方面，一種加強RFID器件性能的方法包含以下步驟提供RFID器件；且將RFID器件放置得與導電材料足夠靠近，從而加強RFID器件的性能。
為了實現上述以及相關目的，本發明包含的特徵將在下文中充分描述並在權利要求中特別指出。以下描述以及附圖詳細說明本發明的某些說明性實施例。這些實施例是示意性的，然而只說明了可應用本發明原理的多種方式中的一些方式。本發明的其他目的、優點以及新穎的特徵，當以下本發明的詳細描述與附圖相結合時，將會變得顯而易見。
在無需符合比例的附圖中 圖1是具有簡單偶極天線結構的現有技術器件的斜視圖； 圖2是依照本發明的RFID器件的平面圖； 圖3是圖2所示的RFID器件的斜視圖； 圖4是依照本發明的RFID器件的可選擇實施例的平面圖； 圖5是依照本發明的RFID器件另一個實施例的平面圖； 圖6是RFID器件的又一個可選擇實施例的平面圖，該實施例採用單極天線； 圖7是依照本發明的RFID器件的再一個可選擇實施例的平面圖； 圖8是圖7所示器件的端視圖； 圖9是圖7所示器件的側視圖； 圖10A是依照本發明的RFID器件的另一個可選擇實施例的平面圖； 圖10B是圖10A所示器件的側視圖，該圖中器件的襯底沿摺疊線摺疊； 圖11A是依照本發明的RFID器件的另一個可選擇實施例的平面圖； 圖11B是圖11A所示器件的側視圖，該圖中器件的襯底沿摺疊線摺疊； 圖12是依照本發明的RFID器件的又一個可選擇實施例的平面圖； 圖13是依照本發明的RFID器件的再一個可選擇實施例的平面圖； 圖14是依照本發明的RFID器件的另一個可選擇實施例的平面圖； 圖15是描述依照本發明的RFID器件的又一個可選擇實施例的斜視圖； 圖16是描述本發明的RFID器件的一種應用的斜視圖，該圖中RFID器件附著在衣物上； 圖17是讀取器顯示單元的斜視圖，該單元能對本發明中RFID器件進行讀取； 圖18是能對本發明的RFID器件進行讀取的另一個讀取器顯示單元的斜視圖； 圖19是描述對可移動衣架上的衣物進行讀取的斜視圖； 圖20是描述對展示架上的衣物進行讀取的斜視圖； 圖21A是安裝在物體上的RFID器件的斜視圖，該RFID器件靠近導電材料； 圖21B是在金屬架上的多個物品的斜視圖，其中物品的RFID器件靠近架子上的金屬； 圖22A是底部帶有RFID器件的瓶子的斜視圖； 圖22B是帶有RFID器件的多層瓶子的斜視圖； 圖22C是瓶蓋上帶有RFID器件的瓶子的一部分的斜視圖； 圖22D是其上帶有RFID器件的圓柱體瓶子的斜視圖； 圖22E是其上帶有RFID器件的長方體瓶子的斜視圖； 圖22F是在容器內的RFID器件的平面圖，該器件與物品的導電材料發生部分重疊； 圖22G是圖22F所示容器的平面圖，其中所述物品被除去； 圖22H是在容器內的RFID器件的平面圖，該容器與一對RFID器件中的一個發生重疊； 圖22I是裝在小桶上的RFID器件的平面圖； 圖22J是圖22I所示小桶和器件的示意性側視圖； 圖22K是圖22I和圖22J所示RFID器件的斜視圖； 圖22L是安裝在金屬架上的RFID器件的平面圖； 圖22M是圖22L所示器件和架子的側視圖； 圖22N是安裝在輪胎上的RFID器件的側視圖，該器件靠近金屬輪； 圖22P是帶有金屬輥的傳送帶的斜視圖，該裝置可有助於加強RFID器件的性能； 圖23是具有第一配置天線結構的RFID器件的平面圖； 圖24是具有第二配置天線結構的RFID器件的平面圖； 圖25是具有第三配置天線結構的RFID器件的平面圖； 圖26是具有第四配置天線結構的RFID器件的平面圖； 圖27是具有第五配置天線結構的RFID器件的平面圖； 圖28是具有第六配置天線結構的RFID器件的平面圖； 圖29是具有第七配置的天線結構RFID器件的平面圖； 圖30是具有第八配置的天線結構RFID器件的平面圖； 圖31是具有第九配置的天線結構RFID器件的平面圖； 圖32是具有第十配置的天線結構RFID器件的平面具體實施例方式一種射頻識別(RFID)系統，包含RFID器件，以及與RFID器件相配合以增加該器件性能的導電材料。所述RFID器件與導電材料的距離，可在該器件所最優先吸收的能量的波長的約四分之一內。RFID器件可以一定角度安裝在導電材料上。選擇性或附加性地，RFID器件可為導電材料所部分重疊。
所述RFID器件可包含其中有孔的導電天線結構。在孔的一端的兩側，部分所述天線結構耦合到無線通信裝置，如RFID晶片或籤帶。在孔的另一端，位於孔的兩側的部分所述天線結構例如通過該天線結構的其他導電部分，而電氣耦合到一起。天線結構的所有各部分均可以是導電材料連續單元層的一部分。其中有孔的天線結構能夠幫助加強RFID器件的讀出性，尤其是在沿RFID器件邊緣向外的方向上。該天線結構可直接電導耦合到無線通信裝置。作為選擇，天線結構可舉例來說通過容性耦合，間接(電抗)耦合到RFID器件。
首先參看圖2和圖3，RFID器件10包含耦合到無線通信裝置的天線結構12，該無線通信裝置例如為RFID晶片14，晶片14可以是RFID內插部件或籤帶(strap)16的一部分。內插部件或籤帶16包含導電引線端20和22，導電引線端20和22被耦合到天線結構12的臂或部分26、28。
內插部件或籤帶16的標準元件包含RFID晶片14和導電引線端。內插部件或籤帶16還可包含用於支撐RFID晶片14和導電引線端的襯底。在本說明書內大多數實施例(如圖2和圖3所示)中都沒有襯底，而是由天線支撐導電引線端和晶片14。在圖10A和11A(下文描述)所示實施例中，內插部件的襯底與天線的襯底相同。在其他可能的變化中，出於處理的考慮，RFID晶片和導電引線端可由獨立襯底支撐。而在晶片和導電引線端耦合到天線後，這個獨立襯底既可保留在晶片和導電引線端上，也可被去掉。
臂26、28位於孔或長槽30的任一側面，孔或長槽30是位於天線結構12的兩部分之間的開口。在孔或長槽的第一端32(此端為開口端)，臂26、28電氣耦合到RFID內插部件或籤帶16的導電引線端20、22。導電引線端20、22又耦合到RFID晶片14的觸點。在孔或長槽的第二端36(此端為相對於RFID內插部件或籤帶16較遠的閉合端)，導電臂26和28導電連接在一起，例如通過同樣是天線結構12一部分的導電連接部分38而被連接在一起。導電臂26、28以及導電連接部分38，均可以是形成天線結構12的導電材料連續單元層40的一部分。導電層40可附著或以其他方式耦合到襯底42。
孔或槽30在天線結構12的導電臂26和28之間，可具有基本相同的寬度。槽30的長度，可以是用於與RFID晶片14通信的輻射波長的大約四分之一。槽30使RFID器件10能夠沿窄軸46被讀取。實際上，RFID器件10可在天線結構12(或作為整體的RFID器件10)所在平面內的基本任何方向，或與之平行的方向上，表現出良好的讀出性。
此外，在近距離內，RFID器件10在其他方向，例如在標籤的上方或下方也表現出良好的讀出性。因此在圍繞器件10的所有方向上，RFID器件10均表現出良好的讀取性能。即使在器件10具有小尺寸時，RFID器件10的讀取性能也良好。例如，圖2和圖3所示結構的RFID器件，該器件的外部尺寸為25mm×25mm(1英寸×1英寸)，當採用合適的功率及頻率等級時，該器件在超過2米(6.5英尺)的距離被發現具有良好的讀取性能。依照FCC規範第15部分第247節，在4W功率(有效各向同性輻射功率)和902MHz至928MHz頻帶下操作，功率及頻率等級較為合適。通過採用適當的讀取器，天線結構12在各個方向上均表現出良好的讀取特性，並且基本上可以是與方向無關的，其中所述讀取器帶有圓形偏振天線或雙線天線(dual linearantennas)，所述雙線天線彼此以90°偏振角相交、並連接到交替切換的讀取系統的各個埠。
RFID晶片14與臂26、28之間可以是直接電導耦合，這通過內插部件16上的導電引線端20、22來形成；或者也可以是整體或部分電抗耦合，這例如是通過介質材料形成的容性或感性耦合。下文將結合RFID器件10的不同實施例，對電抗耦合連接的幾種配置進行論述。關於導電引線端20和22與電極導電臂26和28之間的直接(電導)電連接，可採用適當的導電粘合劑來形成。
電路通道54從RFID晶片14的一側(觸點)開始，經過臂26、導電連接部分38、及臂28，到達RFID晶片14的另一側(觸點)。因此，與標準槽縫天線相比，導電材料沒有完全包圍槽30。標準槽縫天線具有由完全包圍槽的導電材料所形成的短路。
RFID器件10的天線結構12可具有環形天線的一些特性，也可具有槽縫天線的一些特性，但該天線結構克服了傳統環形天線和槽縫天線中可能出現的無效點。通過以至少兩種操作模式耦合到RFID晶片14，天線結構12可對大範圍的方向提供更好覆蓋。天線模式可包含兩種或更多種模式，所述模式包括基本切口天線(notch antenna)的模式、基本環型天線的模式、基本摺疊偶極天線的模式、和/或基本槽縫天線的模式。
RFID器件10可採用多種適當材料。襯底42可以是合適的塑料材料，例如PET或聚丙烯，其可形成柔性塑料材料膜或塑料片。天線結構12的導電層40，可通過多種適當方法中的任何方法被形成、沉積或附著在襯底42上。例如，導電層40可以是導電墨水，比如包含金屬微粒的墨水，這種墨水以適當的圖案被印刷在襯底42上。作為選擇，可將導電層40鍍在襯底42上，例如通過電鍍。作為另一種選擇，導電層40可粘性附著到襯底42上。可採用蝕刻處理來去除導電材料以形成槽30。
RFID器件10可包含適當的附加層，例如用於保護器件功能元件的保護層和/或用於將器件10粘附到物品的粘合層，這些功能元件也可提供諸如可印刷性(printability)或耐氣候性(weatherability)之類的所需表面特性。
應該理解的是，多種無線通信裝置，例如RFID內插部件或籤帶，可用作RFID內插部件或籤帶16。適當的RFID內插部件或籤帶的例子，包括能夠從Alien Technologies獲得的RFID籤帶，以及以I-CONNECT商品名銷售的內插部件(稱為模塊)，該部件能夠從PhilipsElectronics獲得。可從Alien Technologies獲得的晶片在倒裝晶片小片(flip-chip die)中可以是導電性地附著的，或對於籤帶形式的晶片來說，可以是導電性或電抗性地附著的。合適的RFID晶片包括可從Philips Electronics獲得的Philips HSL晶片、和可從EM Microelectronic-Marin SA獲得的EM Marin EM4222，以及可從美國馬裡蘭州Columbia的Matrics Inc.獲得的RFID晶片。
應該理解的是，RFID器件10可具有多種適當配置中的任一種，其中一些配置將在下文中論述。例如，導電區域與天線結構的槽的配置可能變化很大。舉個例子，槽30可基本呈長方形，如圖2和圖3所示。作為選擇，該槽可具有其他形狀，如弓形或弧形。
圖4表示RFID器件10的一種可選擇配置，其中槽30呈弓形，且具有彼此互成角度的多個等寬部分60、62、64、68。這些部分60-68允許在一個小且緊湊的器件裡，容納下相同的總槽長。RFID內插部件16被安裝在孔或槽30的兩側，以此利用槽30兩側以及沿著長槽末端的導電層材料，作為混合環形槽天線，這類似於上述圖2和圖3所示RFID器件10的實施例。除了槽30，導電層40基本覆蓋在其下的全部襯底42。
現在參看圖5，該圖展示RFID器件10的另一個實施例，其中臂26和28彼此間不直接電氣耦合。而是臂26和28通過臂26和28各自的耦合部分76和78電抗耦合到一起，耦合部分76和78跨過襯底42的相互作用區80容性耦合到一起，導電臂26和28安裝在襯底42上。雖然應該理解，通過調諧槽30附近的臂26、28從而適當調諧天線結構12時，可能要考慮到相互作用區80，但相互作用區80與槽30在一定程度上是獨立的。
圖5中所示的RFID器件10的實施例，可有利地與RFID晶片一起使用，RFID晶片要求晶片與導電臂26和28相耦合的觸點之間不存在短路。這種RFID晶片的例子是EM4222和HSL晶片。
圖6展示RFID器件10的又一個實施例，該器件具有天線結構12，此天線結構包含混合環形槽天線以及單極天線元件90。混合環形槽天線的結構，可與以上根據圖2和圖3所示實施例所描述的結構相似，帶有一對耦合到RFID晶片14的不同觸點的臂26和28，以及介於臂26和28之間的導電連接部分38，其中導電連接部分38與臂26、28構成槽30。臂26和28分別耦合到RFID晶片14的RF輸入端92以及共同連接端94(接地端)。
單極天線元件90是摺疊偶極元件96，此元件電氣耦合到RFID晶片14的另一個觸點(連接點)100。偶極元件96呈盤旋形，具有多個往復部分102。天線結構12就是這樣採用混合環形槽天線作為摺疊偶極元件96的接地面。因此天線結構12是雙極天線。
圖7-14展示RFID器件10的不同實施例，所示器件在RFID晶片14與臂26和28其中至少一臂之間具有容性耦合。首先參看圖7-9所示RFID器件10的實施例，RFID內插部件16的導電引線端20和22通過各自的粘合墊或層110和112粘性耦合到天線結構12的臂26和28。粘合墊110和112是由不導電的粘合劑製成的，用於防止導電引線端20、22與臂26、28之間的直接(電導)電氣耦合。更確切地說，導電引線端20和22通過不導電的粘合墊110和112容性耦合到臂26和28。通過避免導電引線端20、22與臂26、28之間的直接電導電氣耦合，就避免了RFID晶片14的相應觸點短接在一起。如上所述，為使晶片正常工作，一些晶片可能要求觸點不被短接在一起。
應該理解的是，為了提供導電引線端20和22與臂26和28之間的所需容性耦合，可為粘合墊110、112選擇適當的厚度。粘合墊的厚度可根據以下這樣的因素選擇運行功率和頻率、耦合面積、所使用的粘合劑的介電常數。在一個例子中，可使用面積為5mm2而厚度為10μm的粘合墊。不過應該理解，可使用的合適的面積和厚度範圍廣泛。
圖10A和10B展示RFID器件10的另一個實施例，說明了一種形成器件的方法，此方法利用粘合墊110、112將導電引線端20、22附著到臂26、28。如圖10A所示，在襯底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之間有摺疊線126。在第一部分120上放置RFID內插部件16，其中導電引線端20、22面向上放置。可採用適當的粘合劑將RFID內插部件16附著到襯底124的第一部分120。作為選擇，將RFID晶片14面向上放置在第一部分120上之後，通過沉積或形成(比如通過印製或電鍍)導電引線端20和22，可在原位置生成內插部件16。
天線結構12被沉積或者附著到襯底124的第二部分122。然後粘合墊110、112可被沉積到天線結構12的臂26和28上，例如通過適當的印製程序。
接下來生成圖10A所示結構，沿著摺疊線126將襯底124摺疊，而使器件的兩部分合在一起。這使得導電引線端20、22與粘合墊110、112相接觸，從而將導電引線端20、22與臂26、28粘性結合在一起，如圖10B所示。
可限定襯底124第一部分120的尺寸，使其摺疊到第二部分122的上方時，基本覆蓋第二部分122。第二部分122可例如通過加熱密封，被擠壓並密封到第二部分上，以封裝並保護器件10的功能元件。
如圖10A和10B所示，應該理解，製作RFID器件的方法，可通過一系列連續的輥壓(roll)操作例如輥對輥(roll-to-roll)處理來完成。RFID晶片14和/或內插部件16的放置；在襯底124上天線結構12的形成(或天線結構12對襯底124的粘貼)；和/或粘合墊110、112的放置，都可作為輥壓操作來完成。可在一片材料上完成這種操作，適當地切割這片材料從而產生單個RFID晶片。
應該進一步理解的是，上述方法可與具有其他配置的RFID器件一起使用，如這裡所述。例如，可用適當的導電粘合劑來代替粘合墊110、112上的不導電粘合劑，由此產生這樣的RFID器件10其中導電引線端20、22被直接(電導)電氣耦合到天線結構12的臂26、28。作為另一個例子，天線結構12可能還具有在此描述的一些其他配置。
圖11A和圖11B表明了器件10的另一個摺疊型實施例，其中襯底134的第一部分130和第二部分132是沿摺疊線136分開的。第一部分130具有位於其上的RFID晶片14元件和導電引線端20、22；第二部分132具有導電層40，而其各個部件26、28和38位於該導電層上。
如圖11B所示，第一部分130可沿摺疊線136被向後摺疊，從而使其與襯底134的第二部分132背對背接觸。部件130和132可通過粘合層138結合。在最終結構中，導電引線端20和22被容性耦合到臂26和28，此結構具有部件130與132之間的組合厚度。
現在轉到圖12，RFID器件10的另一實施例具有叉指式容性耦合140，用於將RFID晶片14(或RFID內插部件)耦合到天線結構12的臂26。晶片14電導耦合到襯墊42的導電墊142。導電墊142包含多個指狀元件144，這些指狀元件沿襯底42由該導電墊向外凸出。指狀元件144與臂26上相應的指狀元件146相互交叉，在兩組指狀元件144與146之間留出窄的盤旋形間隔150。跨過間隔150可產生容性耦合，從而使導電墊142與臂26間接(容性)電氣耦合，且臂26沒有短路危險。導電墊142和指狀元件144可以是導電層154的一部分，該導電層還包含臂26、28和導電連接部分38。
圖13表示RFID器件10的一個附加實施例，其中晶片14與臂26之間具有電抗耦合。在圖13所示實施例中，RFID晶片14(或RFID內插部件)耦合到導電元件160，該元件處於一條穿過臂26的彎曲路徑上，在導電元件160和臂26之間有間隔162。這樣就使導電元件160和臂26之間得以實現容性耦合。
圖14表示RFID器件10的又一個容性耦合實施例。圖14所示器件具有天線結構12，其位於襯底42上與RFID內插部件16相對的側面上。RFID內插部件16的導電引線端20、22跨過彼此間的襯底42的部分，容性耦合到天線結構12的臂26和28。
以上描述了RFID器件10的多個容性耦合實施例。應該理解，可用其他形式的間接電抗耦合，例如藉助於磁場的感性耦合來進行替代。
圖15表示帶有瓦楞板層180的RFID器件10的實施例。一對導電帶182和184例如銅帶在板層180的製造過程中被放置到瓦楞186和188上。導電帶182和184被用作混合環形/孔形天線的兩臂。短接導電連接部分190沿導電帶182和184被放置在一端，而RFID內插部件16沿導電帶182和184被放置在另一端。短接連接部分190和內插部件16的放置點被選擇成，使各個元件所界定的孔12具有適當的長度。
在放置圖15所示器件10的各元件之後，可通過在瓦楞的頂上放置表面層來完成紙板層的構造。紙板可用於合適的目的，比如用於紙盒或者其他容器。因此，RFID器件10可用作紙板層裡面可在大方向範圍內讀取的內部器件。在紙板層內放置器件，有助於在裝卸紙板時使器件免遭物理損壞。此外，在紙板層內放置器件有助於隱藏器件，保護器件遭受故意使其失效的損壞。然而應該理解，可在紙板上提供外部標記以標明RFID器件10的位置，從而舉例來說幫助放置讀取器以進行短距離讀取。
圖16說明RFID器件10的一種用途，其中器件10施加到衣物200比如襯衫上。器件10可以是卡片安裝式標籤，被置於衣物200的紐扣之間，或用塑料緊固件附著到物品200上。衣物200上的器件10可通過手持讀取器204，從相對於衣物200的各個方向中任一方向進行讀取。
圖17展示顯示單元210，該顯示單元能對一組衣物200上的RFID器件10進行讀取。顯示單元210具有多個適當的天線212和214，這些天線位於顯示單元210的後壁216上。天線212和214被耦合到讀取器220。RFID器件10沿其邊緣在各個方向上被讀取的能力，尤其是沿器件10的窄軸方向被讀取的能力，有利於顯示單元210對器件進行讀取。
應該理解的是，器件10的多個可允許的邊緣讀取角度，使得即使當物品200是以多個方向放置在顯示單元210中的時候，如圖18所示，都能夠進行讀取。RFID器件10在讀取方向多樣化方面的靈活性，舉例來說，能夠讓零售商以多個方向靈活地展示物品200，同時仍然能夠讓它們被顯示單元210檢測到。此外，顯示單元210的檢測，可在很大程度上保持不受顯示單元內物品200的放置方式或(例如由僱員或顧客所造成的)放置錯誤的影響。
圖19表明的是對衣物230上的RFID器件10進行讀取，衣物放在可移動衣架240上。RFID器件10可被集成到衣物230上的標記232內。當衣架240移動通過讀取臺時，即可從側向244或246讀取物品230上的器件10。RFID器件10良好的邊緣讀取特性有助於從方向244和246檢測器件10。
圖20顯示裝在展示架250上的衣物230。衣物230上的RFID器件10，可通過展示架250的後壁256上的天線254，沿讀取方向252被讀取。圖19和20表明RFID器件10的準各向同性讀取特性的有效性——允許衣物230在多種架上被檢測到，並從多種方向讀取。
應該理解的是，RFID器件10的讀取特性可用於檢測和/或追蹤除衣物以外的多種物品。對衣物200和230的檢測，僅是可應用RFID器件10的多種物品中的一個例子。
現轉而參看圖21A，RFID器件10附著到具有導電材料302的物體300上，位於物體300的表面處或表面之下，從而形成性能加強的RFID系統304。RFID器件10附著到物體300上，與導電材料302形成一定角度，從而使器件10的槽30相對於導電材料302形成角度α。
在RFID器件10相對於導電材料302構成一定角度條件下，RFID器件10與導電材料302之間的平行重疊區的大小是有限的。平行重疊區的大小被定義為在以垂直於導電材料302的方向作投影時，器件10中的天線結構12與槽30被投影到導電材料302上的那部分區域。對於平面RFID器件10與平面導電材料302形成角度α的簡單情形，平行重疊區等於α角的餘弦值。
通過使導電材料302與RFID器件10的至少部分區域靠近，而使RFID器件10的性能得以加強。在此處所用術語「靠近」涉及導電材料與RFID器件的接近，指的是導電材料小於RFID器件10的天線的大約四分之一波長，其中該波長是被用來檢測RFID器件10和/或與RFID器件10通信的波長或能量。此波長可更為特定地被認為是由RFID器件10所最優先吸收的能量的波長(RFID器件10被調諧到這個波長)。RFID器件10可與導電材料302幾乎接觸，從而使得RFID器件10與導電材料302間基本沒有間隔。
隨著使RFID器件10與導電材料302靠得越來越近，即可使RFID器件10的性能得到越來越大的加強。這與在離天線四分之一波長的位置上設置導電「反射體」的現有技術相反，該導電反射體被用來增加這種天線的增益。當天線與反射體的距離小於四分之一波長時，採用這種反射體的器件性能不會得到加強。儘管這種反射體採用導電材料來加大增益，但是該反射體具有與這裡所述系統完全不同的工作模式。
通過限制RFID器件10的平行重疊區的大小，可進一步加強RFID器件10的性能。平行重疊區的大小可約為0.5或者更小，而且可約為0.2或者更小，或甚至可約為0.1或更小。通過將RFID器件10放置得基本垂直於物品300和導電材料302，可將平行重疊區減小到基本為零。
RFID器件10可被安裝在三角形或其他形狀的突出部件310上(它可被認為是RFID器件10的一部分)，該突出部件又被安裝到物品300上。突出部件310可由塑料或其他合適的材料製成，該部件能夠幫助使RFID器件10與導電材料302之間的平行重疊區保持在所需的大小。
導電材料302可以是金屬或其它合適的導電材料。導電材料302可以是一層材料，或可具有其他結構，例如塊狀材料。物品300可以是多種不同物體中的任意一種，包括用於銷售或使用的產品，以及用於運送產品或其他物品的容器，例如紙盒。許多可能物品的其中若干物品包括飲料容器，如桶和罐，以及帶有金屬外殼或部件的裝置。
使用導電材料302來加強RFID器件10的性能，就能夠容許使用更小的RFID器件，和/或能夠容許在更大的距離上檢測和/或讀取RFID器件10。從許多觀點來講都需要採用較小的RFID器件10RFID器件越小則所需要的原材料越少，這可以減少成本；並且RFID器件越小則附著到物品上所需要的空間就越小，也就不太突出，並且較少可能被損壞。此外，當RFID器件不再與其他這類器件緊鄰時，較小的RFID器件10在被最終用戶購買之後，也會較少有可能被檢測到。單個(不與其他器件緊鄰)RFID器件減小了被檢測到的可能性，從而能減少與RFID器件有關的隱私方面的擔心。
RFID器件10可具有這樣的尺寸該尺寸要求其緊鄰導電材料，以便取得所要求的性能參數。RFID器件10的總尺寸可約為8cm(3英寸)×8cm(3英寸)或更小。RFID器件10甚至可以更小，所具有的尺寸例如約為4cm×4cm或更小，或約為2.5cm(1英寸)×2.5cm(1英寸)或更小。以術語波長來表示，則RFID器件10的天線結構12的最大尺寸可約為八分之一波長或更小。然而，應該理解的是，也可採用其它尺寸的RFID器件10。例如RFID器件10可以大到自身就足夠獨立工作，但仍可能需要通過與導電材料緊鄰來加強其性能。
作為另一種選擇，應該理解的是，RFID器件10可緊鄰導電材料放置，且該導電材料不是RFID器件所附著到的物體的一部分。例如，如圖21B所示，帶有RFID器件10的物品300緊鄰金屬架312放置，形成性能加強的RFID系統314。RFID器件10可與架312基本垂直，從而加強RFID器件10的性能。
此外，可通過將RFID器件10與其它RFID器件緊鄰放置來加強其性能。例如，一些相似的物品，每個都帶有RFID器件，可被彼此緊鄰地放置，從而加強至少一些RFID器件的性能，使其高於或超出通過與導電材料緊鄰所能得到的性能加強。一般來講，在帶有混合天線(將槽縫或切口天線的特性與環形天線的特性相結合)的RFID器件的情況下，如果標籤是緊鄰並且共面的，可發現性能加強最為明顯。
可利用這種對標籤物品進行分組時性能的提高，為對包裝物作RFID標識提供便利。圖22A-22E表明在RFID標識的包裝瓶330的多個不同結構中的這種影響，其中RFID器件10彼此緊鄰。在圖22A中，瓶330在其底部表面332處貼有RFID器件10，其中在同一平面上對瓶330進行包裝使得各RFID器件10的位置大致同面。圖22B展示多層被標識瓶330，所述多層瓶由包裝板336間隔開，從而導致一系列共面(在不同包裝高度上的水平面)的RFID器件組。在圖22C中，RFID器件10是被施加到塑料瓶蓋340上，而不是瓶底上的。為使RFID器件10與液體間有更大距離，將RFID器件10放置在瓶蓋340上對於內含液體的瓶子而言可能是適合的。在圖22D和圖22E中，瓶330是在其側壁350處被標識的。對具有圓柱形狀352的瓶330而言(圖22D)，因為瓶與瓶間方向的變化，這可能導致各組標籤在共面性方面的一致性降低。對具有平表面354和自然方向例如矩形截面358(圖22E)的瓶300，更容易保證RFID器件10的共面性。
圖22A-22E表示放置在瓶子330上的RFID器件10。然而應理解的是，瓶子300僅僅是RFID器件10所附著或安裝在其上的大量物品的例子而已。
圖22F和22G表明另一種通過將導電材料與RFID器件10緊鄰放置，來加強RFID器件10的性能的方法。圖22F表示位於容器368內的RFID器件10，該器件與包含導電材料372的物品370(CD或DVD)部分重疊，從而形成RFID系統364。導電材料372可與RFID器件10靠近或緊鄰。
圖22G表示物品370被取走後的容器368。存在與RFID器件10的導電材料部分重疊、且靠近或緊鄰RFID器件10的導電材料372，加強了該器件的性能。存在導電材料372可使得RFID距離10的讀取距離(獲取特定信號強度的距離)增大3倍或5倍或更多。
應該理解的是，可通過多種方式中的任一方式，利用由RFID器件10與導電材料部分重疊所產生的性能加強。最明顯的是，性能加強可用於在更大距離與RFID器件10通信。另外一種用途是作為防盜檢測裝置，此裝置可被用來指示物品370是何時被從容器368中取走的。這樣一種功能也可通過一對RFID器件來完成，其中只有一個器件與導電材料372部分重疊(或者說該器件可以具有不同的重疊量)。當這兩個RFID器件都接收到強度相似的信號時，就表明物品370已經從容器368中被取出。顯然，因RFID器件與導電材料部分重疊而產生的加強性能還有許多其他用途。
圖22H表示另一種配置，其中物品370(如果有的話)覆蓋一對RFID器件10和10′中的一個器件，RFID器件10和10′共用一個公共天線結構12。當物品370放置就位時，RFID器件10′是不能讀取的，這是因為存在覆蓋槽30′的導電材料372。相比之下，槽30總是不被覆蓋的，所以器件10總是能夠被讀取或以其他方式與其進行通信。當移走物品370時，器件10和10′均可被讀取。
圖22I和22J表示又一種配置，其中RFID器件10處在位於桶378的表面上的包裝376內部。包裝376更詳細地展示於圖22K中，該包裝將RFID器件10置於三角結構380之內，從而使該器件基本垂直於桶378的上述表面。在這種配置中能夠使用的小巧器件尺寸，可以幫助避免幹擾桶378的清洗與填充操作。
圖22L和22M表示RFID器件10的位置基本垂直於金屬架382，該金屬架可在零售店中舉例來說用於展示物品以供出售。器件10通過利用夾具384而被安裝到架382上。作為選擇，可利用粘合劑將RFID器件10安裝到金屬架382上。裝在架上的RFID器件10可用於標識庫存並顯示其在商店或倉庫中的位置。
圖22N表示安裝在輪胎390上的RFID器件10，其中通過使RFID器件10與金屬輪392靠近來加強其性能。RFID器件10可在輪胎390的製造過程中被模製到輪胎390內部。可將鋼絲或其他結構加入輪胎390，以保護RFID器件10免於不必要的撓曲。RFID器件10可被用來追蹤輪胎的位置，例如用於庫存控制。
圖22P展示位於傳送帶394上的物品300，有RFID器件10附著在該物品上。傳送帶394的金屬輥396給RFID器件10附近提供了充足的導電材料，以顯著加強RFID器件10的讀出性。在物品300處於傳送帶394上，而讀出性是唯一重要因素的情況下，例如在將物品300送到所需位置以進行運輸的過程中，如圖22N所示這樣的配置可能是特別有用的。
圖23-32展示RFID器件10的天線結構12的幾種可供選擇的結構。圖23表示呈長方形的天線結構12a，其中直槽30a具有靠近RFID內插部件16a的較寬部分400，以及離內插部件16a較遠的較窄部分402。
圖24和25展示天線結構12b和12c，天線結構12b和12c呈方形，具有各自的對角溝槽30b和30c。槽30b為直槽，該槽從天線結構12b的一角出發，穿過該結構的中心，且差不多到達對角。槽12c是一個帶角度的槽，在天線結構12c的中點處有一個彎折410。
圖26-29展示各種帶有非直線槽30d-30g的天線結構12d-12g。槽30d具有一對彎曲部分420和422。槽30e-30g在其內部具有各種構成角度的彎曲部分426。天線結構12d-12f大致呈圓型，而天線結構12g呈方形。
圖30展示天線結構12h，該天線結構呈方形，且具有C形槽30h。槽30h具有分支430，分支430被耦合到C形溝槽30h的末端腿432。RFID內插部件16被耦合到分支432。
圖31展示天線結構12i，該天線結構具有補償元件440，此補償元件幫助對附近物品的電特性(如電傳導和介電常數)予以補償，從而提供較少依賴於附近物品特性的性能。於2004年1月20日提交的美國臨時專利申請第60/536,483號中描述和說明了多種其他種類的補償元件，在此通過參考引用其全文。
圖32展示天線結構12j，該天線結構包含一對被窄間隙454分隔開的部分450和452。部分450和452可跨過間隙454而被容性耦合。直槽30j將部分450中的部分456和458完全分開，並將部分452部分地加以平分。
雖然結合某個實施例或某些實施例示出並描述了本發明，顯而易見的是，本領域不同技術人員在閱讀和理解了本說明書和附圖後，就可以進行等同的替換和改動。特別關於上述元件(部件、組件、器件、組裝件等等)所執行的功能，用來描述這些元件的術語(包括「裝置」)除非另有說明，應該對應於執行上述元件特定功能(即功能等同)的任何元件，即便其在結構上並不等同於在此所述本發明一個或多個示例性實施例所公開的實現該功能的結構。另外，雖然以上參考若干所述實施例中的一個或多個實施例描述了本發明的某個特定特徵，如果需要有利地用於任何給定的或特定的應用，這樣的特徵可以與其他實施例的一個或多個特徵相結合。
權利要求
1.一種RFID系統，包含RFID器件；及導電材料，所述導電材料與所述RFID器件相配合，以加強所述RFID器件的性能。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述RFID器件具有被最優先吸收能量的波長；且其中所述RFID器件的至少一部分與所述導電材料相距在大約四分之一所述波長範圍之內。
3.如權利要求2所述的系統，其中所述RFID器件的天線結構的最大尺寸約為八分之一所述波長或更小。
4.如權利要求1所述的系統，其中所述RFID器件與所述導電材料成一定角度。
5.如權利要求4所述的系統，其中所述RFID器件基本垂直於所述導電材料。
6.如權利要求1所述的系統，其中所述RFID器件與所述導電材料之間的平行重疊區約為0.5或更小。
7.如權利要求1所述的系統，其中所述導電材料部分重疊所述RFID器件。
8.如權利要求1所述的系統，其中所述RFID器件與所述導電材料之間基本沒有間隔。
9.如權利要求1所述的系統，其中所述導電材料是所述RFID器件所附著的物體的一部分。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述RFID器件包含突出部件，該突出部件使天線結構保持成相對於所述導電材料構成非零角度。
11.如權利要求10所述的系統，其中所述突出部件呈三角形。
12.如權利要求1所述的系統，其中所述RFID器件與至少一個附加RFID器件緊鄰。
13.如權利要求12所述的系統，其中所述RFID器件的緊鄰加強所述RFID器件的性能。
14.如權利要求1所述的系統，其中所述RFID器件包含天線結構，其在孔的兩側都具有導電材料；及無線通信裝置，其具有一對觸點，所述觸點電氣耦合到所述導電材料的相應部分；且其中導電材料的所述部分在所述孔的一端電氣耦合到一起，遠離所述無線通信裝置。
15.如權利要求14所述的系統，其中所述導電材料的所述部分包含導電材料臂。
16.如權利要求14所述的系統，其中所述孔基本呈長方形。
17.如權利要求14所述的系統，其中所述孔具有一對基本彼此平行的邊界。
18.如權利要求14所述的系統，其中所述孔的一端在所述部分之間短接，而所述孔的另一端在所述部分之間不短接。
19.如權利要求14所述的系統，其中所述無線通信裝置是RFID晶片，該晶片是RFID內插部件的一部分；且其中所述RFID內插部件包含一對導電引線端，所述導電引線端電氣耦合到所述導電材料的所述部分。
20.如權利要求14所述的系統，其中所述無線通信裝置與所述天線結構形成具有至少兩個操作模式的天線。
21.一種加強RFID器件性能的方法，所述方法包含提供所述RFID器件；且將所述RFID器件放置得與導電材料足夠靠近，以加強所述RFID器件的性能。
22.如權利要求21所述的方法，其中所述放置包含將所述RFID器件的至少一部分放置到與所述導電材料相距約八分之一波長內，所述波長是被所述RFID器件最優先吸收能量的波長。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述提供包含提供具有天線結構的RFID器件，所述天線結構的尺寸不大於約八分之一所述波長。
24.如權利要求21所述的方法，其中所述放置包含將所述RFID器件放置得相對於所述導電材料成非零角。
25.如權利要求21所述的方法，其中所述放置包含將所述RFID器件放置成基本垂直於所述導電材料。
26.如權利要求21所述的方法，其中所述放置包含將所述RFID器件附著到包含所述導電材料的物體上。
27.如權利要求21所述的方法，其中所述加強性能包含增大所述RFID器件的讀取範圍。
28.如權利要求21所述的方法，其中所述提供包含提供RFID器件，所提供的RFID器件包含天線結構，該天線結構在孔的兩側都具有導電材料；及無線通信裝置，該無線通信裝置具有一對觸點，所述觸點電氣耦合到所述導電材料的相應部分；並且其中所述導電材料的所述部分在所述孔的一端電氣耦合到一起，遠離所述無線通信裝置。
全文摘要
一種射頻識別(RFID)系統，包含RFID器件(10)和導電材料(302，312)，所述導電材料與所述RFID器件相配合，以加強所述RFID器件的性能。所述RFID器件與所述導電材料之間的距離可在被所述RFID器件最優先吸收能量的波長的大約四分之一以內。所述RFID器件以一個角度安裝到所述導電材料上。選擇性地，或附加地，所述RFID器件可與所述導電材料部分重疊。所述RFID器件可包含其中有孔的導電天線結構(12)。
文檔編號H01Q7/00GK1890680SQ200480035642
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月4日 優先權日2003年11月4日
發明者I·J·福斯特, D·J·普利斯頓 申請人:艾利丹尼森公司