具有補償元件的射頻識別標籤的製作方法
2023-05-19 00:07:01 1
專利名稱：具有補償元件的射頻識別標籤的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於文檔和文件管理的射頻識別系統的使用，更具體地涉及用於射頻識別系統的射頻識別標籤。
背景技術：
射頻識別(RFID)技術實際上在每種行業中得到廣泛的使用，包括交通、製造、廢物管理、郵政跟蹤、航空包裹核對以及公路費管理。典型的RFID系統包括RFID標籤，具有天線以及計算裝置的RFID閱讀機。RFID閱讀機包括發射機，其提供能量或信息給標籤；以及接收機，其從標籤接收標識和其它信息。該計算裝置處理由RFID閱讀機獲得的信息。
通常，從標籤接收到的信息對於具體應用是特定的，但是經常提供對於其上固定有標籤的物品的識別。該物品可以為製造的產品、車輛、動物或個體、或幾乎任何其它有形物品。還將為該物品提供另外的數據。標籤可以在製造過程中使用，例如在製造期間指出汽車底盤的塗料顏色或指出其它有用信息。
發射機通過天線輸出RF信號來創建電磁場，使得標籤返回攜帶信息的RF信號。在一些配置中，發射機啟動通信，並使用放大器來利用調製後的輸出信號驅動天線，以與RFID標籤通信。在其它配置中，RFID標籤從RFID閱讀機接收連續波形信號，並通過立即利用其信息進行響應來啟動通信。
傳統標籤可以為包括內部電源的「有源」標籤或由場激勵的「無源」標籤。在任一種情況下，RFID標籤使用預定協議進行通信，允許RFID閱讀機接收來自一個或多個標籤的信息。計算裝置通過從RFID閱讀機接收信息並執行一些動作，比如更新資料庫或發出警報，起到信息管理系統的作用。此外，計算裝置作為用於經由發射機將數據編程到標籤中的裝置。
發明內容
射頻識別(RFID)標籤包括補償元件。當在其它RFID標籤組面前出現補償後的RFID標籤時，可以認識到補償元件30的作用。補償元件30增加補償的RFID標籤20被RFID系統檢測出來的可能性，即使在相當接近其它RFID標籤的情況下，無論該其它RFID標籤為類似地補償、不同地補償或未補償。
補償元件可包括充分接近RFID標籤天線布置的導電材料的閉合迴路。在使用中，補償元件電磁耦合到RFID標籤天線，這樣在RFID天線中感應的原電流在補償元件中感應出反環流寄生電流。此寄生電流導致在補償的RFID標籤和組中的其它RFID標籤之間的標籤到標籤耦合減少。
本發明的一個或多個實施例的細節將在如下的附圖和描述中闡明。本發明的其它特徵、目的和優點從描述、附圖和權利要求中將顯而易見。
圖1為描述射頻識別(RFID)系統的框圖，其中RFID標籤包含根據這裡描述的技術的補償元件。
圖2為根據這裡描述的技術的補償的RFID標籤的一個示例實施例的示意圖。
圖3-10為補償的RFID標籤的另外示例實施例的示意圖。
圖11A-11C為補償的RFID標籤的另外示例實施例的側透視圖。
圖12A-12C為補償的RFID標籤的另外示例實施例的側透視圖。
圖13為大體描述在補償的RFID標籤中的電流的方向的圖。
圖14為顯示存在詢問場時五個補償的RFID標籤的示例響應的圖。
圖15A為顯示直線形(rectilinear)補償的RFID標籤的共振頻率和補償元件的尺寸之間的關係的圖。
圖15B為顯示直線形補償的RFID標籤的共振頻率和補償元件的尺寸之間的關係，以及圓形補償的RFID標籤的共振頻率和補償元件的尺寸之間的關係的圖。
圖16為顯示補償的RFID標籤的共振頻率和補償元件的角位移之間的關係的圖。
圖17為顯示共振頻率和振幅與在補償的RFID標籤中的多個短路線圈(shorted coil)組合之間的關係的圖。
圖18為顯示導電基底上具有補償元件的RFID標籤的圖。
具體實施例方式
圖1為描述示例RFID系統10的框圖，其中RFID標籤包括根據這裡描述的技術的補償元件。在圖1所示的示例中，RFID系統10用於跟蹤書本、文檔、文件或其它物品。該RFID系統可以例如配置在圖書館、律師事務所、政府機構或其它產生和/或存儲文檔和文件的機構中，例如商務、刑事和醫務記錄。物品包括唯一地識別該物品的RFID標籤。此外，每個RFID標籤也可以包括描述該物品的信息以及指示該物品的移動是否被批准的信息。RFID標籤可以嵌在物品中，這樣標籤基本察覺不到，從而減少或阻止損害。
如圖1中所描述的，RFID系統10包括退出控制系統15，其檢測物品從保護區域的未批准移動。例如，該保護區域可以為圖書館而該物品可以為書本或其它通常經檢查帶出或帶入圖書館的物品。技術還可以應用於其它類型的物品而不偏離本發明的範圍。
退出控制系統15包括格架19A和19B，這兩個格架限定位於保護區域的出口附近的詢問區或通道。該格架19A和19B包括天線，用於當RFID標籤通過通道時詢問該RFID標籤，以確定附著有該標籤的物品的移動是否是批准的。出口控制系統15可以使用至少一個RFID閱讀機(未顯示)來驅動天線。為了檢測標籤，RF閱讀機通過天線輸出RF功率來在詢問通道中創建電磁場。通常當磁性元件用於與RFID標籤耦合時，術語「電磁場」和「磁場」在這裡互換地使用。
RF閱讀機從出現在詢問通道中的任何標籤接收信息，並且出口控制系統15確定該物品的移動是否是批准的。如果該物品的移動未批准，那麼出口控制系統15啟動一些合適的安全行為，例如發出可聽到的警報、鎖定出口門或其它行為。
此外，RFID系統10包括登記/取出區11，通過該區授權人處理物品的取出和返還。具體地說，登記/取出區11包括RFID閱讀機18，其用於詢問固定到物品上的RFID標籤，並按照需要改變它們的狀態，例如登記或取出物品。登記/取出區11可以用於例如在將文件取出文件夾或將書本借出圖書館。
此外，物品可以放置在一定數量的存儲區12中，例如放置在開放書架12A、櫥櫃12B、垂直文件隔離器12C中或其它位置，如圖1中所示。每個存儲區12包含標籤詢問能力，其使得可以跟蹤機構各處的物品。例如在辦公室或醫務設置(setting)中的文件夾，可以經由存儲區12在機構各處進行跟蹤。例如在圖書館設置中，可以在登記後跟蹤在書架12A上的書本。
為了提供RFID詢問能力，每個存儲在存儲區12中的物品具有相關聯的RFID標籤。該標籤可以嵌入在物品中或應用於物品或物品的包裝，這樣標籤至少是基本不可察覺的，其可以幫助阻止檢測和損害。RFID標籤可以在最終用戶位置處應用，或可以在物品的製造期間插入或應用至物品例如文件夾、文檔、書本或類似。
用於在電磁頻譜的高頻(HF)範圍例如大於3兆赫茲(MHz)中操作的RFID系統的各個標籤，典型地使用感應環路天線，其具有幾毫米(mm)到幾十毫米(mm)的直徑尺寸。附著到感應環路天線的矽管芯提供電子功能，其可以包括信號接收和發送、數據處理、唯一識別信息和數據存儲和尋址。位於RFID系統10中例如在出口控制系統15、登記/取出站11和存儲位置12處的RFID閱讀機或詢問機，使用天線來通過電磁(無線)傳輸和接收的信號與RFID標籤通信。RFID閱讀機隨後通過無線鏈路或有線電纜連接來與物品管理系統14通信。
RFID標籤可以使用電化學電池供電(也稱為「有源標籤」)，或RFID標籤完全利用從閱讀機發射的RF場來獲得其動力(也稱為「無源標籤」)。在後一種情況中，RFID標籤可以保持無動力以及不確定的休眠，而不需要電池或外部電源的維持。雖然以下的討論將主要集中在無源(也就是無電池)RFID標籤上，將知道本發明不局限於無源標籤，並且這裡描述的原理和結果也可應用到具有感應環路天線的有源HF RFID標籤中。
RFID系統10可以在政府條例(regulation)對於電磁輻射限定的電磁頻譜頻段中進行操作。例如，RFID系統10可以以世界通用標準在中心為13.56MHz並允許頻率在+/-7kHz中變化的工業科研醫療(ISM)頻段中進行操作。然而，其它頻率也可以用於RFID應用，並且本發明並不局限於此，例如，一些在大的存儲區例如倉庫中的RFID系統可以使用在大約900MHz處操作的RFID系統。應該知道本領域技術人員可以合理地將RFID系統10的操作擴展到其它頻率，例如感應環路RFID天線在HF頻段中不同於13.56MHz的頻率處操作，或者在其它頻段例如125kHz到138kHz的低頻(LF)段操作。
位於RFID系統10中的閱讀機和詢問機的天線通常利用近場磁感應耦合到RFID標籤。例如，由閱讀機產生的時變RF場通過磁感應耦合到RFID標籤上的環路天線，並在RFID標籤天線的感應環路(多個)中感應出電動勢(「電壓」)。該感應出的電動勢驅動通過RFID標籤天線的電流。由RFID標籤天線接收到的電能利用RFID管芯轉換為操作管芯內部電路所需要的電壓。閱讀機利用對於載波頻率的適當調製與RFID管芯進行通信。管芯通過調製其提交給RFID標籤天線的負載與閱讀機通信，致使RFID標籤周圍的RF場的調製後向散射。閱讀機的接收機檢測來自RFID標籤的後向散射信號。閱讀機可以可靠地與標籤通信的距離，「閱讀距離」，是閱讀機設計、輻射功率、RFID管芯設計、RFID標籤天線和閱讀機標籤天線方向的函數。
為了得到最大的閱讀範圍，可以調諧RFID標籤，以在RFID系統的操作頻率附近電子共振。調諧到系統操作頻率支持從RF場到RFID標籤的最大能量傳輸。
RFID詢問機或閱讀機將位置信息通信給物品管理系統14，該物品管理系統14提供用於位置信息的聚集的中心數據存儲。物品管理系統14可以連接網絡或另外耦合到一臺或多臺計算機，這樣在不同位置的個體可以存取與那些物品相關的數據。
位置信息的收集和聚集對於許多目的是有效的。例如，用戶可以請求特定物品或物品組例如文件或一組書本的位置。物品管理系統14可以從數據存儲中尋址位置信息，並向用戶報告在存儲區之一中物品所位於的最後位置。可選地，物品管理系統14可以再詢問或另外再取得物品的當前位置，以核實物品在資料庫中指示的位置。
如上所述，系統10的每個存儲區12可以配置有一個或多個閱讀機天線來詢問物品以協助確定哪件物品位於每個存儲區中。一個可以使用的示例閱讀機天線在2003年3月3日提交的待審批中且共同轉讓的美國專利申請序號10/378,458中進行描述，該專利申請的全部內容通過參考包括在這裡。一個或多個天線可以布置在開放書架12A中來創建用於與存儲在其中的物品相關聯的RFID標籤通信的電磁場。類似地，天線可以位於櫥櫃12B、垂直文件隔離器12C、桌面閱讀機12D或其它位置中。天線可以以多種方式進行布置，例如在每個書架的頂部或底部、在書架的背部或垂直地支持，散布在文件之間。天線可以改裝至現有的書架或裝入書架並且作為組件購買。系統可以配置為以任何方式詢問或調查RFID標籤。例如，天線可以連續地調查RFID標籤，按照用戶規定的順序調查標籤或根據需要調查標籤。
經常，一組具有RFID標籤的物品，例如書架上的文件夾很接近地布置在RFID系統10的閱讀機或詢問機中。傳統的RFID標籤，包括調諧用於在RFID系統操作頻率f0處得到最優功能的標籤，顯示出明顯的幹擾，也就是當標籤彼此接近時的標籤到標籤耦合。此幹擾導致不能「閱讀」或識別組中的各個RFID標籤的一些或全部。結果，不能獲得精確或最新信息，例如標籤有傳統RFID標籤的各個物品的位置。
相反的，RFID系統10使用包括補償元件30的「補償RFID標籤」。補償RFID標籤在例如需要閱讀一組彼此接近的RFID標籤時是有用的。例如，當包含標籤的物品存儲在書架上或在抽屜中，或被攜帶通過出口控制系統時，附著到文件夾或書本的RFID標籤可能很接近其它RFID標籤。補償RFID標籤設計為使得每個補償RFID標籤當其很接近其它RFID標籤時也可以獨立地讀取，不管其它RFID標籤是否相似地補償、不同地補償或未補償。
補償元件和補償RFID標籤的多個示例實施例現在將參考圖2-12給出。補償元件和補償RFID標籤的多個示例實施例的操作的詳細描述將在下面參考圖13-17給出。
圖2為描述具有補償元件30的RFID標籤20的示例實施例的示意圖。具有補償元件的RFID標籤20將在這裡稱為「補償RFID標籤20」或「補償RFID標籤」。傳統的當前技術中公知的未補償RFID標籤被稱為「未補償RFID標籤」。為了描述方便，補償元件30在圖2中顯示為完全放置在天線24的最裡面環路24A之內。然而應該知道，顯示在圖2的實施例中的補償元件30的具體位置為其中補償元件可以關於天線24布置的很多實施例之一，並且在這個方面本發明不受局限。補償RFID標籤20和補償元件30的替換實施例將在下面更詳細地顯示和描述。
基底22為天線24、補償元件30和補償RFID標籤20的其它元件提供支持。天線24為具有多環路的多匝感應環路天線，包括最裡面環路24A和最外面環路24B。雖然天線24在所有附圖中顯示為多匝感應環路天線，應該知道天線24可以具有單個環路，或也可以具有比附圖中明確顯示的更多或更少的環路。天線24可以利用多種導電圖案化技術中的任一種形成在基底22上，或可以獨立地形成並轉移到基底。一個或多個調諧電容器(未顯示)可以連接到天線24來形成調諧電路。天線24的多個環路經由一個或多個孔連接器28閉合。RFID管芯26可使用多種互相連接技術之一連接到天線24，該互相連接技術例如為導電粘合劑、焊接或金屬到金屬接觸。
在圖2中所示的實施例中，補償元件30為導電材料的閉合迴路。在一個實施例中，補償元件30充分放置在平行接近於對其提供補償的天線24的平面上。在另一個實施例中，補償元件30充分放置在對其提供補償的天線24的相同平面中(也就是充分同平面)。補償RFID標籤20和補償元件30的這些和其它實施例在下面進一步詳細描述。
顯示在圖2中的補償元件30的實施例基本為直線形且形狀與天線24相似。然而，將知道補償元件30可以採用很多其它形狀並且其不需要與天線24相似地成形。術語「閉合環路」因此可定義為其上閉合的任何形狀，例如其上閉合的方形、矩形、圓形、橢圓形、三角形、任何其它多邊形或曲邊形的形狀，這樣電流可以在環路中流過。補償元件30和補償RFID標籤20的這些和其它實施例對於本領域技術人員在閱讀和理解本說明書之後能夠容易地了解。
補償元件30的功能當補償RFID標籤20在至少一個其它RFID標籤面前時是起作用的。使用中，補償元件30電磁耦合到RFID標籤天線24，這樣在RFID天線24中感應出的原電流在補償元件30中感應出反環流寄生電流。該寄生電流導致在組中的補償RFID標籤和其它RFID標籤之間的標籤到標籤的耦合減少。補償元件30從而增加補償RFID標籤20被RFID系統10檢測出來的可能性，即使當其很接近其它RFID標籤時，且不論其它RFID標籤是相似地補償、不同地補償或未補償。補償元件30的操作將參考圖13-17在下面進行更詳細的描述。
補償元件30可以以多種方式中的任何一種形成。一種方法為使用與製造基本天線結構相同的操作，在製造期間形成補償元件30作為RFID標籤天線24的部分。電路形成操作的示例包括但是不局限於管芯切割或圖案化金屬薄片、電鍍導電材料、印刷導電墨水、通過隨後的加熱或乾燥還原到導電狀態的印刷前導材料(例如有機金屬化合物)以及類似。基底22可以為聚合物膜、紙、硬塑料膜、電路板或其它類似非導電性材料。
另外一種方法為在與天線製造分開的製造過程中，在RFID天線24的第一或第二表面上，使用與用於創建圖案化的導電天線24相同的方法或者不同的方法來形成補償元件30。
另一種方法為通過前述多種導電圖案化技術中的任一種來作為獨立電路形成補償元件30。補償元件30可以相當接近但是不附著到RFID標籤20布置。或者，補償元件30可以使用例如粘合膜、可固化的粘合膏、雙面壓敏粘膠帶或類似附著到RFID標籤天線24來形成單個單元，以創建與RFID標籤天線24接近的補償元件30的適合構造。
圖3顯示了具有補償元件30的補償RFID標籤20的又一個實施例。又一次為了描述的方便，補償元件30在此實施例中完全位於天線24的最裡面環路24A之內。在圖3中，補償元件30經由導電跨接器(短路)32電氣連接到天線24，該導電跨接器32在補償元件30的周界上的一點將最裡面的環路24A連接到補償元件30。也就是說，補償元件30可以與RFID標籤天線24電氣接觸並依然執行這裡描述的補償功能。
在圖2中，補償元件30沒有電氣連接到天線24。應該知道補償元件30可以電氣連接到RFID標籤天線24，或補償元件30可以接近但是與RFID標籤天線24電氣隔離地布置。任一種方案，不管補償元件30是電氣連接到RFID標籤天線24還是與之電氣隔離，導致補償元件30可以具有這裡描述的補償效果。
圖4顯示了補償RFID標籤20的又一個示例實施例。其中，補償元件30散布在天線24的環路之間。補償元件30實際上可以位於天線24的任何環路之間並依然具有這裡描述的補償效果。
圖5顯示了補償RFID標籤20的又一個實施例。在此實施例中，補償元件30位於天線24的最外面環路24B的外部。在圖2-5中顯示的實施例表明補償元件30可以完全位於天線24的環路之內、散布在天線24的環路之間或完全位於天線24的環路之外，而不偏離本發明的範圍。
圖6顯示了包括補償元件30的補償RFID標籤20，該補償元件30具有充分與天線24的軸對齊的軸。也就是，補償元件30的線充分與天線24的對應線平行。
圖7顯示了具有補償元件30的補償RFID標籤20的另一個實施例，該補償元件30具有相對於天線24的軸成大約45度的「偏移角」的軸。在一些RFID標籤應用中，可以使用如圖6中所示的實施例。例如，當在製造時候將補償元件30安裝到RFID標籤中時，可以確保補償元件30和RFID標籤天線24的充分對齊。在這種情況下，補償元件30可以簡單地包括在RFID標籤20自身的生產布線圖中，並可以得到補償元件30和RFID標籤天線24的軸的充分對齊。
在其它應用中，如圖7中所示的實施例可以是合適的。例如，當添加補償元件30到傳統未補償RFID標籤中時，由於人為錯誤或通過設計，補償元件30可能相對於天線24的軸成偏移角34布置。因此應當理解，補償元件30相對於天線24的軸的角度布置不是本發明的目的的限制因素，並且補償元件30相對於天線24的軸成任何角度布置都落在本發明的範圍內。
圖8顯示了補償RFID標籤20的另一個示例實施例。在此示例實施例中，補償元件30是圓形的，而不是參考圖2-7如上描述的直線形。實際上，補償元件30實際上可以為任何其它形狀，包括三角形、橢圓形、方形、矩形、或者其它多邊形或者曲邊形的閉合形狀的任一種，並可依然執行補償功能。應該知道，因此補償元件30的形狀不是本發明目的的限制因素，並且補償元件30實際上可以採用任何形狀而不偏離本發明的範圍。如圖8中所示的圓形補償元件20的布置將不表示角度關係，因為圓形環路繞著環路中心是圓周對稱的。當補償電路元件20的幾何中心與RFID標籤天線24的幾何中心是重合的時候，補償電路元件20的效果被最大化。
圖9A和圖9B分別顯示了補充補償物品21的示例實施例的俯視圖和側視圖。補充補償物品21包括補償元件30，其位於基底23的頂側，並且在基底23的相對側布置有粘合表面25。補充補償物品21可以用於以圖10中所示的方法對傳統未補償RFID標籤添加補償。粘合表面25可以為粘性膜、可固化的粘合膏、雙面壓敏粘膠帶或者類似。
圖10顯示了傳統未補償RFID標籤33的透視圖，其在基底37上布置有RFID天線35。為了改進此未補償RFID標籤33的性能，補充補償物品21可以附著到未補償RFID標籤33。在補充補償物品21的基底23的下側上的粘性表面25與未補償RFID標籤33接觸。在非旋轉獨立形狀(例如方形、矩形、橢圓形等)的情況下，補償元件30可以與RFID天線35的軸對齊或相對於RFID天線35的軸成偏移角布置。可選擇的，粘性表面25可以布置在補償元件30和基底23之間，或布置在補償元件30的頂部。然後將適當地粘合補充補償物品21。補充補償物品21的使用允許傳統未補償RFID標籤的用戶容易地對它們的傳統未補償RFID標籤添加補償元件，而不需要購買一套全新標籤。
圖11A、11B和11C是補償RFID標籤20的示例實施例的側視圖，圖11A、11B和11C的每一個顯示了具有基底22和RFID天線24的補償RFID標籤20。在圖11A-11C中的每幅圖中的補償元件30充分位於天線24的平面內。補償元件30可以完全位於最裡面環路24A內(圖11A)、散布在環路之間(圖11B)和全部位於最外面環路24B之外(圖11C)。
圖12A、12B和12C是補償RFID標籤20的另外示例實施例的側視圖。圖12A、12B和12C的每個顯示了具有基底22和RFID天線24的補償RFID標籤20。在圖12A-12C的每個中的補償元件30位於與天線24的平面充分平行和接近的平面中。從這些視圖中，補償元件30可以但是不需要利用基底層23進行物理隔離。此外，補償元件30可以全部位於最裡面環路24A內(圖12A)、散布在環路之間(圖12B)或全部位於最外面環路24B之外(圖12C)。
現在考慮一組物品，例如位於書架上並標籤有傳統未補償RFID標籤的文件夾。當傳統未補償RFID標籤很接近其它RFID標籤時，例如它們可以在一組置於書架上的文件夾或類似物品中，來自第一未補償RFID標籤的電磁場與其它附近RFID標籤相互影響並耦合到其它附近RFID標籤。互相影響的未補償RFID標籤的總和的有效共振頻率向下偏移並可能移動到RFID系統的操作的帶寬之外。當未補償RFID標籤組的共振頻率從系統操作頻率偏移時，則在閱讀機和未補償RFID標籤組之間的通信可能降低品質或完全失去。
補償RFID標籤20的補償元件30修改補償RFID標籤天線24的有效電感L。補償RFID標籤20的共振頻率fTAG較少受到附近其它RFID標籤的物理存在的影響。對於組中的每個補償RFID標籤20都是如此，與組中的其它RFID標籤是類似地補償、不同地補償還是未補償無關。
可以調諧補償RFID標籤20，使得其共振頻率fTAG集中在RFID系統10的操作頻率f0附近，這樣其可以與其它RFID標籤分開地讀取。當補償RFID標籤20為一組其它RFID標籤之一時，無論其它RFID標籤補償與否，補償RFID標籤響應fTAG在系統操作頻率附近保持調諧。當補償RFID標籤20為一組補償RFID標籤之一時，補償RFID標籤對於每個補償標籤的響應保持調諧在系統操作頻率附近，並且組響應fGROUP也保持調諧在系統操作頻率附近。這樣，當標籤為補償RFID標籤時，RFID系統10將檢測到在組中存在的特定RFID標籤的可能性被提高，不論組中的其它標籤是相似地補償、不同地補償還是未補償。類似的，當組中的所有標籤是補償RFID標籤時，RFID系統10將檢測到組中所有標籤的存在的可能性增加。
圖13為顯示在補償RFID標籤中流通的電流的方向的圖。在操作中，來自由RFID系統10的RFID閱讀機產生的永久磁詢問場的磁通量在逆時針方向上感應出原電流，該原電流在圖13的示例中在天線24流動中由線42指出，此原電流42依靠電磁耦合在補償元件30中感應出通常由線44表示的反向環流寄生電流。感應寄生電流44的結果包括RFID標籤天線24的降低的有效電感、增加的共振頻率fTAG、對於由RF閱讀機施加的磁場的減少的響應或靈敏度以及標籤到標籤耦合的減少。總的結果為RFID系統10更可能在一組RFID標籤中檢測到每個補償RFID標籤20。
圖14顯示了對於補償RFID標籤20的響應。曲線40表示RFID系統10的響應。單個標籤補償RFID標籤響應(曲線52)被調諧到中心位於14.5MHz附近，稍微高於系統操作頻率f0＝13.56MHz。然而應該知道補償RFID標籤20可以調諧到接近13.56Hz，例如13.56±1MHz。當第二補償RFID標籤與第一補償RFID標籤同軸對齊且間隔小於0.5英寸時，這對標籤的共振頻率降低到13.8Hz如曲線54所示。當集合五個補償RFID標籤如曲線56所示時，該組的中心共振頻率14.0MHz相對於該對共振(曲線54)幾乎沒有改變，並且響應振幅在單個補償RFID標籤響應(52)的0.5dB之內。當堆疊(stack)十個補償RFID標籤時，響應曲線58顯示組共振頻率的峰值在14.3MHz，相對於兩個和五個補償RFID標籤的情況幾乎沒有改變。因此，在組中的每個補償RFID標籤可利用單個RFID閱讀機獨立地讀取。圖14表示補償元件30導致這樣的補償RFID標籤，其中一個、兩個或更多標籤可以利用在系統操作頻率處操作的RFID閱讀機進行讀取。
對感應耦合的RFID標籤天線24添加補償元件30改變了由天線24產生並投射於補償元件30上的RF能量場的磁場分量與補償RFID標籤20之間的相互作用。電感L描述在RFID標籤天線24中感應的電流和通過天線24的磁通量之間的耦合。磁通量是磁場B、天線A的面積以及在天線中的轉數N的函數。磁場B為由閱讀機、RFID標籤中的感應電流和在相鄰RFID標籤中的電流創建的場的矢量和。補償元件30通過減少RFID天線24的視在電感，促進在補償RFID標籤中流動的淨電流，並對相鄰RFID標籤的存在進行補償，不論該相鄰RFID標籤是補償或未補償的。
圖15A顯示了補償RFID標籤20的頻率和振幅響應相對於補償元件30的尺寸的圖。結果從修改為包括多種尺寸的直線形補償元件30的標準未補償RFID標籤得到。被測試的RFID標籤的最裡面環路的直徑大約為25mm，而最外面環路的直徑大約為45mm。如圖15A中所示，對於直徑小於22.5mm的補償元件30，補償元件30對於被測試的RFID標籤的響應不起作用。然而，一旦補償元件30的直徑變得接近被測試的標籤的最裡面環路的直徑時，可以看到可測量的效果。也就是，頻率響應向上偏移，並在補償元件30的直徑接近40mm時最大。圖15B顯示了補償RFID標籤20的頻率和振幅響應相對於圓形補償元件30的尺寸的圖。還顯示了相似尺寸直線形補償元件30的結果。如同使用直線形補償元件，一旦補償元件的直徑變得接近被測試的標籤的最裡面環路的直徑時，可以看到可測量的效果。此外，頻率響應向上偏移，並當圓形補償元件以及方形補償元件的直徑大約40mm時最大。從圖15A和圖15B中我們可以推斷，補償元件30實際上可以採用任何形狀而依然執行這裡描述的補償功能。
圖15A和圖15B還指示補償元件30的效應為鄰近耦合效應。也就是，補償元件30鄰近耦合到RFID標籤天線24。補償元件30攜帶由RFID標籤天線24中的電流驅動的耦合寄生電流。補償元件30因此與RFID閱讀機天線產生的詢問磁場相反地電磁耦合到RFID標籤天線24。為了產生此鄰近耦合效應，補償元件30可以被布置以電磁耦合到RFID標籤天線，也就是在天線24中的原電流在補償元件30中感應出寄生電流。該補償元件30可以布置在天線24的至少一個環路的10導線寬度內，以布置用於電磁耦合到RFID標籤天線24來產生鄰近耦合效應。術語「導線寬度」指的是天線24的鄰近耦合環路(多個)的線寬度。當補償元件30更接近於天線24的至少一個環路布置時，例如當補償元件30布置在天線24的至少一個環路的1-2導線寬度之內時，得到更強的鄰近耦合。然而，應該知道，在補償元件30和天線24為了電磁耦合進行布置時，它們相距的準確距離不是本發明的目的限制因素。
圖16顯示了基本直線形補償元件30相對於基本直線形天線24的軸的角位移。補償元件被選擇具有大約與RFID標籤天線的多個環路的平均邊緣長度相等的邊緣長度。如所示的，鄰近耦合效應在0度的角位移或偏移角(見圖6和圖7)處是最大的。隨著角位移的增加，鄰近耦合效應非線性地降低，直到達到大約10度的角位移。對於大於10度的角位移，鄰近耦合效應緩慢地降低直到角位移達到45度。
圖16顯示在fTAG上的鄰近耦合效應在0度的角位移處最大，並然後隨著角位移增加到大約10度下降。對於大於10度的角位移，在角位移上的另外改變對RFID標籤響應起到較少的作用。這意味著對於其中補償元件30附著到傳統未補償RFID標籤的應用，如果補償元件30以夾角附著到未補償RFID標籤而不是與天線24的環路「成直角」，則可以得到更穩定的可預測的結果。應該知道雖然圖16關於基本方形補償元件和RFID天線24進行測量，對於其它非旋轉獨立形狀也能夠得到相似的結果。對於旋轉獨立形狀(例如圓形)，角位移將不起作用。
補償RFID標籤20和補償元件30的其它實施例現在參考圖17進行描述。圖17顯示了具有不同補償元件30構造的補償RFID標籤的頻率響應fTAG101和振幅103。圖17的補償RFID標籤為天線24的「短路」線圈或環路的多種組合。也就是，在天線24中的環路或線圈的不同組合電氣連接或短路到天線24的其它環路。以這種方式，其響應顯示在圖17中的補償元件30類似於參考圖3的以上描述的補償元件，因為它們電氣連接到RFID標籤天線，但是它們不是從RFID標籤天線的內端追溯到其外端的直接電氣通路(電路)的部分。也就是說，雖然其響應在圖17中顯示的補償元件30電氣連接到RFID標籤天線，它們不形成RFID標籤天線自身的部分。天線的線圈從1(最裡面的環路或線圈)到9(最外面的環路或線圈)編號。短路線圈的構造和相關聯的響應如下在圖17上指出。
參考數字短路線圈100 無102 線圈1到2
104線圈2到3106線圈4到5108線圈8到9110線圈1和2到3112線圈2和3到4114線圈3到4，線圈7到8116線圈7和8到9118線圈1到2，線圈3到4，線圈5到6，線圈7到8120線圈1、2、3和4到5從圖17中可以做出多個概括。例如，從最裡面環路到最外面環路，短路任一天線環路到另外天線環路，產生補償元件效應。此外，短路多個線圈到相鄰線圈或非相鄰線圈也產生補償元件效應。圖17指示存在很多可以執行補償功能的短路線圈的可能組合。因此應該知道，短路線圈的這些和其它組合作為補償元件是落在本發明的範圍內的。
因此描述了兩種不同類型的補償元件30。一種類型參考圖2-6進行描述，其中補償元件30形成為從RFID天線24物理分開。此物理分開的補償元件30可以電氣連接到RFID天線24或與之電氣隔離(也就是不連接)。另一種類型類似以上參考圖17描述的類型，其中天線24自身的物理線圈或環路短路到天線24的其它線圈或環路，以形成補償元件30。形成連續環路補償元件30的每個線圈或環路連接到天線24的線圈或環路的電氣接觸單點。補償元件30類型的選擇，也就是形成為物理分開元件還是形成為RFID標籤天線自身的部分，可取決於RFID標籤用於的特定應用、補償RFID標籤的期望共振頻率、用於生產RFID標籤的製造技術以及補償元件30是在製造期間安裝入RFID標籤還是以以上參考圖10討論的方式添加到先前存在的未補償RFID標籤。
圖18顯示了補償RFID標籤20的另一種應用。圖18為顯示在導電基底160上的補償RFID標籤20的圖。該補償RFID標籤20包括基底22、天線24、可選的RFID管芯(未顯示)、補償元件基底23和補償元件30。介質隔板164提供在補償RFID標籤20和將要標籤的導電錶面160之間的物理和電磁隔離。此外為了便於描述，補償元件30顯示為全部位於天線24的最裡面環路24A之內。應該知道補償元件30可以採用多種可能形式的任一種，包括以上參考圖2-12顯示並說明的任意一種。
補償RFID標籤20可以用於具有金屬和其它導電錶面的物品的標籤或標註。當RFID標籤附著到金屬或其它導電錶面並被磁感應耦合RFID系統檢測到時，補償RFID標籤20相對於標準未補償RFID標籤顯示出改進的性能。
閱讀範圍，也就是RFID閱讀機可以檢測到並與RFID標籤通信的距離，可以用作對於RFID標籤效力的量化測量。在導電錶面160存在時，在介質隔板164上的補償RFID標籤20顯示出比安裝在類似導電錶面上的類似介質隔板上的相當的傳統未補償RFID標籤更大的閱讀範圍。
當標註導電錶面時，需要考慮響應在RFID標籤中的電流分布形成在導電錶面中的電氣「像電流」的作用。當RFID標籤和導電平面很接近時，像電流有效地抵消在RFID標籤中的電流分布。標籤加上像電流的效果可以減少標籤對於RFID閱讀機的顯然響應，閱讀機可能認為其為「沒有標籤」存在。
介質隔板164從導電錶面中的感應像電流中分離RFID標籤中的電流。介質隔板164的有效電氣厚度(物理厚度t和介電常數ε的乘積)可通過增加實際物理厚度t或增加介電常數ε來增加。對於其中RFID標籤用作標註的應用，厚介質隔板可使得RFID太厚以致不能作為用來標計物品的實際解決方案。為了在導電錶面上的補償RFID標籤，介質隔板可以由具有適度低的ε例如在一個實施例中ε＜10或在另一個實施例中ε＜3的介質材料製成。這些材料的示例包括例如泡沫聚合物膜、或中空充有空氣的玻璃或在低ε基體例如聚乙烯或聚四氟乙烯(PTFE)中的聚合物泡。該介質隔板164的厚度應當充足以獲得對於導電錶面160上的補償RFID標籤20的期望閱讀範圍。例如，厚度t＜10mm或厚度t＜5mm的介質隔板。大體上，補償RFID標籤20允許使用較薄介質隔板164，這樣RFID標籤較少地突出。
補償RFID標籤20導致導電錶面上的補償RFID標籤的閱讀功能的功效增加。首先，補償RFID標籤在存在用於電氣薄介質隔板的導電錶面時提供較長閱讀範圍。導電錶面上的補償RFID標籤還在物理上較薄構造中提供等同的閱讀範圍。此外，導電錶面上的補償RFID標籤在相對於傳統未補償RFID標籤較小的標籤中提供等同的性能。
描述了本發明的多個實施例。這些和其它實施例落在以下權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種包括導電材料閉合環路的補償元件，該閉合環路具有用於電磁耦合到感應環路天線的尺寸。
2.根據權利要求1的補償元件，其中在補償元件中響應到感應環路天線的電磁耦合感應出寄生電流。
3.根據權利要求1的補償元件，其中導電材料包括管芯切割金屬薄片、圖案化的金屬薄片、電鍍導電金屬、印刷的導電墨水以及還原到導電狀態的印刷前體材料之一。
4.根據權利要求1的補償元件，其具有充分的直線形形狀。
5.根據權利要求1的補償元件，其具有充分的圓形形狀。
6.根據權利要求1的補償元件，其進一步包括其上布置有閉合環路的基底。
7.根據權利要求6的補償元件，其進一步包括布置在基底的一側上的粘性層。
8.根據權利要求7的補償元件，其中補償元件和粘性層布置在基底的相同側上。
9.根據權利要求7的補償元件，其中補償元件和粘性層布置在基底的相對側上。
10.一種射頻識別(RFID)標籤，其包括感應環路天線；以及補償元件，其布置用於電磁耦合到感應環路天線。
11.根據權利要求10的RFID標籤，其中利用在感應環路天線中的原電流在補償元件中感應出寄生電流。
12.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件布置用於電磁耦合到感應環路天線，這樣在很接近其它RFID標籤時RFID系統詢問天線能夠檢測到補償RFID標籤。
13.根據權利要求10的RFID標籤，其還包括其中存儲有識別信息的RFID管芯。
14.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件包括導電材料的閉合環路。
15.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路具有充分的直線形形狀。
16.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路具有充分的圓形形狀。
17.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路與感應環路天線電氣隔離。
18.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路電氣連接到感應環路天線。
19.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路布置在感應環路天線的最裡面環路內部。
20.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路布置在感應環路天線的環路之間。
21.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路布置在感應環路天線的最外面環路之外。
22.根據權利要求14的RFID標籤，其中補償元件具有相對於感應環路天線的軸0到45度的角位移。
23.根據權利要求14的RFID標籤，其中導電材料包括管芯切割金屬薄片、圖案化的金屬薄片、電鍍導電金屬、印刷導電墨水和還原到導電狀態的印刷前材料之一。
24.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路布置在感應環路天線的至少一個環路的10線寬度內。
25.根據權利要求14的RFID標籤，其中閉合環路布置在感應環路天線的至少一個環路的2線寬度之內。
26.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件具有軸，該軸與感應環路天線的軸充分對齊。
27.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件充分位於與感應環路天線的平面平行和接近的平面內。
28.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件充分地與感應環路天線共面。
29.根據權利要求10的RFID標籤，其中RFID標籤在大約13.56±1.0MHz的頻率處共振。
30.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件與感應環路天線物理分開。
31.根據權利要求10的RFID標籤，其中補償元件包括感應環路天線的至少一個環路，其電氣連接到感應環路天線的至少一個其它環路。
32.根據權利要求31的RFID標籤，其中閉合環路包括感應環路天線的至少兩個環路，並且其中感應環路天線的兩個環路的每一個電氣連接到感應環路天線的另一個不同的環路。
33.根據權利要求32的RFID標籤，其中電氣連接到感應環路天線的至少一個其它環路的感應環路天線的至少兩個環路為相鄰環路。
34.根據權利要求32的RFID標籤，其中電氣連接到感應環路天線的至少一個其它環路的感應環路天線的至少兩個環路為不相鄰環路。
35.根據權利要求31的RFID標籤，其中感應環路天線的至少一個環路電氣短路到感應環路天線的至少一個其它環路。
36.一種射頻識別(RFID)系統，其包括存儲區，其用於存儲多個物品，每個物品都具有相關聯的多個RFID標籤之一，並且其中RFID標籤的至少一個為補償RFID標籤；詢問天線，其接近存儲區以產生充分的詢問電磁場來感應出來自多個RFID標籤的響應；以及RFID閱讀機，其耦合到詢問天線，用於控制到天線的功率，並接收來自RFID標籤並利用詢問天線傳送的信息，其中補償RFID標籤包括感應環路天線和補償元件，該補償元件布置用於電磁耦合到感應環路天線，使得即使當補償RFID標籤出現在其它RFID標籤中時詢問天線也能夠與補償RFID標籤通信。
37.根據權利要求36的系統，其中通過在感應環路天線中的原電流在補償元件中感應出寄生電流。
38.根據權利要求36的系統，還包括物品管理系統來接收來自RFID閱讀機的信息並將信息存儲在資料庫中。
39.根據權利要求36的系統，還包括耦合到物品管理系統的遠程計算機，其用於將信息呈現給遠程用戶。
40.根據權利要求36的系統，其中存儲區包括書架單元、櫥櫃、垂直文件隔離器、智能小車和桌面閱讀機中的至少一個。
41.根據權利要求36的系統，其中信息包括在存儲區內的物品的位置信息。
42.根據權利要求36的系統，其中具有相關聯的RFID標籤的物品包括文件和文檔的至少一種。
43.根據權利要求36的補償RFID標籤，其中補償元件布置在感應環路天線的至少一個環路的10線寬度內。
44.根據權利要求36的補償RFID標籤，其中至少一些其它RFID標籤是未補償RFID標籤。
45.根據權利要求36的補償RFID標籤，其中至少一些其它RFID標籤是補償RFID標籤。
46.一種射頻識別(RFID)標籤，用於布置在導電平面上，其包括基底；布置在基底上的感應環路天線；補償元件，其布置用於電磁耦合到感應環路天線；以及介質隔板，其布置在基底和導電錶面之間。
47.根據權利要求46的RFID標籤，其中介質隔板具有小於10的介電常數。
48.根據權利要求47的RFID標籤，其中介質隔板具有小於3的介電常數。
49.根據權利要求46的RFID標籤，其中介質隔板具有小於10mm的厚度。
50.根據權利要求49的RFID標籤，其中介質隔板具有小於5mm的厚度。
全文摘要
射頻識別(RFID)標籤包括補償元件。補償元件增強補償RFID標籤的操作，甚至當其很接近其它RFID標籤時，不論其它標籤是補償標籤還是未補償標籤。補償元件可以包括添加到RFID標籤天線的導電材料的閉合環路。當多個RFID標籤很接近時導電環路補償RFID標籤性能，並將標籤的裝配組的頻率響應居中到RFID系統的操作頻率附近。
文檔編號G06K7/00GK1934746SQ200580009179
公開日2007年3月21日 申請日期2005年2月17日 優先權日2004年3月23日
發明者威廉姆·C·埃格伯特, 託馬斯·赫特勒 申請人:3M創新有限公司