專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有導(dǎo)電環(huán)狀屏蔽體的rfid設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)樯漕l識(shí)別(RFID)設(shè)備，以及構(gòu)造和制造RFID設(shè)備的方法。相關(guān)技術(shù)描述射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽和簽條(本文統(tǒng)稱(chēng)為"設(shè)備")被廣泛用于與帶有識(shí)別碼 或其它信息的物體相關(guān)聯(lián)。例如，RFID標(biāo)簽被用于與汽車(chē)安全鎖相連接，用于控制進(jìn)入建 筑物，以及用于跟蹤存貨和包裹。RFID設(shè)備一般具有天線(xiàn)及類(lèi)似物和/或數(shù)字電子器件的 組合，數(shù)字電子器件可以包括例如通訊電子器件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和控制邏輯電路。如上所述，RFID設(shè)備一般被分為簽條或標(biāo)簽。RFID簽條是粘附地或者以其他方式 使其表面直接連接到物體的RFID設(shè)備。相反，RFID標(biāo)簽通過(guò)其它方式固定到物體上，例如 通過(guò)使用塑料緊固件、繩子或其它緊固方式。一直期望有改進(jìn)的RFID設(shè)備和部件。發(fā)明概述射頻識(shí)別(RFID)設(shè)備具有與RFID芯片或插件耦合的環(huán)狀天線(xiàn)，用于以UHF范圍 內(nèi)的頻率使用近場(chǎng)磁場(chǎng)進(jìn)行通信。設(shè)備包括導(dǎo)電環(huán)，導(dǎo)電環(huán)與環(huán)狀天線(xiàn)分離但與之電耦合。 導(dǎo)電環(huán)輔助設(shè)備為天線(xiàn)與芯片之間的共振耦合提供阻抗匹配。環(huán)狀天線(xiàn)封閉的空間可能如 此之大以至于環(huán)狀天線(xiàn)單獨(dú)的電感過(guò)高而不能與RFID芯片共振耦合。導(dǎo)電環(huán)的存在也可 以使天線(xiàn)的有效電感(天線(xiàn)與環(huán)系統(tǒng)結(jié)合的電感)降低至天線(xiàn)與芯片之間可能產(chǎn)生共振耦 合的點(diǎn)。此外，導(dǎo)電環(huán)可以用作屏蔽體(shield)以阻止天線(xiàn)與RFID設(shè)備讀取器或檢測(cè)器 之間的遠(yuǎn)場(chǎng)相對(duì)遠(yuǎn)程的耦合。因此，導(dǎo)電環(huán)可以有效地提供RFID設(shè)備的范圍上限。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，RFID設(shè)備包括RFID芯片，其具有輸入電容，并具有預(yù)先 確定的發(fā)送和接收信號(hào)操作的UHF頻率或頻率范圍；RFID環(huán)狀天線(xiàn)，其與RFID芯片電耦 合，其中所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)具有大于Icm2的封閉區(qū)域，其中所述天線(xiàn)本身在所述頻率或 頻率范圍具有未改變電感，該未改變電感大于與輸入電容達(dá)成共振的期望的電感或電感范 圍至少20 % ；以及導(dǎo)電環(huán)，其可操作地與所述RFID耦合，而不與所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)接觸。 RFID環(huán)狀天線(xiàn)和所述導(dǎo)電環(huán)一起與芯片耦合，具有在所述期望的電感或電感范圍的5%以 內(nèi)的改變電感。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，構(gòu)造RFID設(shè)備的方法包括以下步驟選擇RFID芯片， 其具有輸入電容，并具有預(yù)先確定的發(fā)送和接收信號(hào)操作的UHF頻率或頻率范圍；選擇 RFID環(huán)狀天線(xiàn)，其與RFID芯片電耦合，其中所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)具有大于Icm2的封閉區(qū)域， 其中所述天線(xiàn)本身在所述頻率或頻率范圍具有未改變電感，該未改變電感大于與輸入電容 達(dá)成共振的期望的電感或電感范圍至少20% ；以及選擇導(dǎo)電環(huán)，其可操作地與所述RFID耦 合，以使RFID環(huán)狀天線(xiàn)的電感降低至所述期望的電感或電感范圍的5%以?xún)?nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成RFID設(shè)備的方法包括以下步驟在介電材料基底的 主要表面上形成RFID環(huán)狀天線(xiàn)和環(huán)狀屏蔽體；將RFID芯片電耦合至所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)； 以及折疊所述介電材料基底以便所述環(huán)狀屏蔽體疊蓋住所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)。為完成前述和相關(guān)的目標(biāo)，本發(fā)明包含在下文中充分描述和在權(quán)利要求中特別指 出的特征。以下描述和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方式。但是，這些實(shí)施方 式僅僅表示可以運(yùn)用本發(fā)明原理的各種方式中的幾種。當(dāng)與附圖結(jié)合考慮時(shí)，由以下本發(fā) 明詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)勢(shì)和新特征將變得明顯。附圖簡(jiǎn)述在附圖中，不一定按比例

圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的RFID設(shè)備的平面圖；圖2是圖1的RFID設(shè)備的側(cè)視圖；圖3是可用作本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的一部分的環(huán)狀天線(xiàn)的實(shí)例結(jié)構(gòu)的平面圖；圖4是圖3的環(huán)狀天線(xiàn)的模型；圖5是可用作本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的一部分的導(dǎo)電環(huán)的實(shí)例結(jié)構(gòu)的平面圖；圖6是圖5的導(dǎo)電環(huán)的模型；圖7是圖3的環(huán)狀天線(xiàn)和圖5的導(dǎo)電環(huán)的組合的模型；圖8是依據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方式的RFID設(shè)備的平面圖；圖9是圖8的RFID設(shè)備的側(cè)視圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方式的RFID設(shè)備在使RFID設(shè)備成為最終結(jié)構(gòu) 的折疊操作之前的平面圖；和圖11是折疊操作之后圖10的RFID設(shè)備的側(cè)視圖。發(fā)明詳述射頻識(shí)別(RFID)設(shè)備包括環(huán)狀天線(xiàn)的導(dǎo)電環(huán)狀屏蔽體。所述屏蔽體可以疊蓋住 導(dǎo)電環(huán)狀天線(xiàn)，在環(huán)狀屏蔽體中具有與耦合到RFID芯片的天線(xiàn)的一部分相對(duì)的缺口。環(huán)狀 天線(xiàn)可以封閉一個(gè)足夠大的區(qū)域，以至于對(duì)于以預(yù)先確定優(yōu)選的RFID芯片的操作頻率進(jìn) 行的通信來(lái)說(shuō)，環(huán)狀天線(xiàn)單獨(dú)具有的阻抗超過(guò)與RFID芯片最佳耦合所需的阻抗。優(yōu)選的操 作頻率可以是在超高頻率(UHF)的頻率范圍內(nèi)的頻率或頻率范圍。導(dǎo)電環(huán)狀屏蔽體提供分 配的電容至環(huán)狀天線(xiàn)，這使環(huán)狀天線(xiàn)和導(dǎo)電屏蔽體的組合系統(tǒng)的電感降至允許(在期望的 阻抗或阻抗范圍)與RFID芯片阻抗匹配的電感水平。導(dǎo)電環(huán)的使用允許RFID設(shè)備利用具 有比通?？赡苡糜谂cRFID芯片進(jìn)行阻抗匹配的較大面積的環(huán)狀天線(xiàn)作為近場(chǎng)磁場(chǎng)通信設(shè) 備起作用。環(huán)狀天線(xiàn)和導(dǎo)電屏蔽體環(huán)可以在介電材料層的相對(duì)的主要表面上。在另一實(shí)施 方式中，RFID設(shè)備可以在相反方向上具有一對(duì)偏離并且疊蓋RFID環(huán)狀天線(xiàn)的導(dǎo)電環(huán)狀屏 蔽體。導(dǎo)電環(huán)狀屏蔽體(一個(gè)或多個(gè))可以有利地限制包括RFID環(huán)狀天線(xiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)耦合。這 可以有利地提供RFID設(shè)備范圍的上限，阻止不期望的遠(yuǎn)程耦合和/或通信。圖1和圖2顯示了 RFID設(shè)備10，其包括電耦合至RFID芯片14的環(huán)狀天線(xiàn)12。 RFID芯片14是或包括配置為與RFID設(shè)備10的外部設(shè)備(如讀取器和檢測(cè)器)通信的集 成電路。環(huán)狀天線(xiàn)12耦合至芯片14以發(fā)送和/或接收作為該通信的部分的信號(hào)。芯片14 可以是插件或帶狀物(strap)的部分，一種包括用于制備芯片14和天線(xiàn)12之間的電連接 的導(dǎo)電導(dǎo)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“芯片”應(yīng)當(dāng)被理解為指芯片本身或包括RFID芯片的插件或帶狀物。芯片14和天線(xiàn)12間的電連接一般是直接的(歐姆)電連接，盡管應(yīng)該 理解，間接電連接方法如電容性耦合可被用于芯片14和天線(xiàn)12之間的電耦合。RFID芯片14跨過(guò)沿環(huán)狀天線(xiàn)12的一邊或一端的天線(xiàn)缺口 15被連接至RFID天線(xiàn) 12。在天線(xiàn)缺口 15每一邊，環(huán)狀天線(xiàn)12的末端被電耦合至RFID芯片14上的各自觸點(diǎn)。芯片14具有優(yōu)選的頻率或頻率范圍，通過(guò)該優(yōu)選的頻率或頻率范圍，完成與RFID 設(shè)備10的通信。用于操作RFID芯片14的優(yōu)選頻率或頻率范圍可包括超高頻率(UHF)帶 內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)頻率。優(yōu)選的頻率或頻率范圍可以是RFID芯片14具有特別有益特征的頻 率或頻率范圍?？蛇x地，優(yōu)選的頻率或頻率范圍可以包括對(duì)于RFID設(shè)備操作而言標(biāo)準(zhǔn)的一 個(gè)或多個(gè)不連續(xù)(discreet)頻率或頻率帶。典型的UHF優(yōu)選的通信頻率的實(shí)例是915MHz。RFID芯片14具有與之相關(guān)聯(lián)的輸入電容。典型地，RFID芯片14的輸入電容的 值是0. 3pF到2. OpF。此外，一些RFID芯片具有多個(gè)輸入，它們可以以串聯(lián)或者以并聯(lián)的 方式連接，擴(kuò)展可用的電容范圍。例如，在上面的情況中，兩個(gè)輸入芯片可被配置為具有 0. 15pF(最低值的串聯(lián))或具有4pF(最高值的并聯(lián))。RFID環(huán)狀天線(xiàn)12封閉閉合區(qū)域16。環(huán)狀天線(xiàn)12可以具有多種合適形狀的任一 種，例如是環(huán)形或矩形。RFID環(huán)狀天線(xiàn)12可以是單匝(single-turn)環(huán)，如圖1和2所示?？蛇x地，環(huán)狀 天線(xiàn)可以具有多個(gè)匝。眾所周知，在環(huán)狀天線(xiàn)中具有多個(gè)匝增加了由天線(xiàn)接收的信號(hào)的電壓。RFID環(huán)狀天線(xiàn)12在介電材料層M的第一主要表面22上。介電材料層M可以由 多種合適介電材料的任一種制成，用于支持環(huán)狀天線(xiàn)12。合適材料的例子包括紙和多種合 適的聚合物材料。環(huán)狀天線(xiàn)12可被形成或放置在介電材料層M以及多種合適的熟知方式的任一種 上。舉幾個(gè)實(shí)例，RFID環(huán)狀天線(xiàn)12可以從金屬層刻蝕得到，可以是圖案裝飾的金屬沉積， 如通過(guò)物理沉積或化學(xué)沉積，或可以是印制在第一主要表面22上的導(dǎo)電材料。環(huán)狀天線(xiàn)14 可以由多種合適導(dǎo)電材料的任一種制成。導(dǎo)電環(huán)沈位于介電材料層M的第二主要表面28上，在第一主要表面22相對(duì)側(cè) 上。如以下更詳細(xì)解釋的，導(dǎo)電環(huán)26是由導(dǎo)電材料制成的結(jié)構(gòu)，其用于改變RFID環(huán)狀天線(xiàn) 12的電感。導(dǎo)電環(huán)沈不與RFID環(huán)狀天線(xiàn)12直接接觸。導(dǎo)電環(huán)沈也不與RFID環(huán)狀天線(xiàn) 12進(jìn)行直接(歐姆)電聯(lián)系。而是，導(dǎo)電環(huán)沈與RFID環(huán)狀天線(xiàn)12電容耦合，以改變RFID 環(huán)狀天線(xiàn)12的電感。導(dǎo)電環(huán)沈疊蓋住RFID環(huán)狀天線(xiàn)12。在所示的實(shí)施方式中，RFID環(huán)狀天線(xiàn)12和 導(dǎo)電環(huán)都基本上為平面結(jié)構(gòu)，其中環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈在基本上平行的主要表面22和 觀上。導(dǎo)電環(huán)沈在以下意義上疊蓋RFID環(huán)狀天線(xiàn)12 與天線(xiàn)12的平面垂直的RFID環(huán)狀 天線(xiàn)12的突出部幾乎全部(大于90% )在導(dǎo)電環(huán)沈內(nèi)。環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈可以由 多種方法的任一種制成，如刻蝕、切割、從蒸汽或液體選擇性沉積金屬，或者沖壓。導(dǎo)電環(huán)沈具有導(dǎo)電環(huán)寬度30，其大于RFID環(huán)狀天線(xiàn)12的天線(xiàn)寬度34。寬度30 和34的比例可以在1. 5和15之間，盡管應(yīng)該理解，可以使用其它寬度。在任何情況下，寬 度30應(yīng)該如此大以便有效地使導(dǎo)電環(huán)沈作為連續(xù)的導(dǎo)電平面進(jìn)行操作。足夠的中心開(kāi)口 必須保持在導(dǎo)電環(huán)沈中以使導(dǎo)電環(huán)沈如期望地操作。導(dǎo)電環(huán)寬度30可以被選擇以對(duì)給定的RFID環(huán)狀天線(xiàn)12的電感達(dá)到期望的效果，如以下進(jìn)一步所描述的。導(dǎo)電環(huán)沈具有第一導(dǎo)電環(huán)部分36和第二導(dǎo)電環(huán)部分38，第一導(dǎo)電環(huán)部分36位 于RFID芯片14和RFID環(huán)狀天線(xiàn)12的連接臂之下，第二導(dǎo)電環(huán)部分38在導(dǎo)電環(huán)沈相對(duì) 側(cè)上。第二導(dǎo)電環(huán)部分38具有導(dǎo)電環(huán)缺口 40——導(dǎo)電環(huán)沈的臂末端之間的空隙。存在與 導(dǎo)電環(huán)缺口 40相關(guān)聯(lián)的電容。導(dǎo)電環(huán)缺口 40具有缺口寬度44，其可以被選擇以獲得RFID 環(huán)狀天線(xiàn)14和導(dǎo)電環(huán)沈的組合系統(tǒng)的期望結(jié)果。應(yīng)當(dāng)理解，盡管導(dǎo)電環(huán)缺口可以是簡(jiǎn)單 的矩形，但是也可以使用其它形狀如波浪形或曲線(xiàn)形，或者叉型指狀，以改變跨環(huán)缺口的電 容。RFID環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈由于介電材料層M的存在而彼此分離。介電材料 層M具有厚度48。厚度48可以變化以獲得環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈的組合的期望特征。 典型地，環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈之間的間距是運(yùn)行波長(zhǎng)的非常小的分?jǐn)?shù)，如在Imm以下， 或者小于運(yùn)行波長(zhǎng)的大約l/300th。在配置導(dǎo)電環(huán)沈和天線(xiàn)12時(shí)，可以使用電磁模擬器以 檢測(cè)兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的相互作用。圖3-7圖解說(shuō)明模擬天線(xiàn)12與導(dǎo)電環(huán)沈之間的相互作用的實(shí)例。當(dāng)與RFID芯 片連接時(shí)，具有圖3所示的實(shí)例結(jié)構(gòu)的環(huán)狀天線(xiàn)12 (Imm寬，20mmX 20mm)被模擬為感應(yīng)體， 如圖4所示。圖5所示的導(dǎo)電環(huán)寬度)被模擬為感應(yīng)體和電容器，如圖6所示。環(huán) 狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈的組合系統(tǒng)被模擬為如圖7所示。環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈之間的 電容性連接基于這兩種結(jié)構(gòu)在介電常數(shù)為3的、50 μ m厚的介電分離器對(duì)側(cè)的重疊。當(dāng)單獨(dú)考慮天線(xiàn)時(shí)，環(huán)狀天線(xiàn)12的阻抗Z為59. 57nH。在900MHz頻率時(shí)，這與 0. 524pF的電容共振。當(dāng)如圖E中所模擬的與導(dǎo)電環(huán)沈耦合時(shí)，環(huán)狀天線(xiàn)12給耦合芯片提供7. 63nH的 阻抗Z。在900MHz頻率時(shí)，這與4. 09pF的電容共振。RFID設(shè)備10被配置為主要使用磁場(chǎng)與其它設(shè)備耦合，并且主要在近場(chǎng)進(jìn)行操作。 術(shù)語(yǔ)"近場(chǎng)"和距離設(shè)備較遠(yuǎn)的"遠(yuǎn)場(chǎng)"對(duì)比使用。兩個(gè)術(shù)語(yǔ)都描述天線(xiàn)(或者任何其它 的電磁輻射源)周?chē)膱?chǎng)。在三區(qū)域模型中，遠(yuǎn)場(chǎng)是Maxwel 1方程中的主項(xiàng)與Ι/r成比例的 地方，其中r是離天線(xiàn)(或其它輻射源)的距離。近場(chǎng)包含感應(yīng)場(chǎng)(reactive field)或菲 涅耳帶(Fresnel zone)，其中主項(xiàng)與Ι/r3成比例，以及近輻射場(chǎng)(near radiation field) 或過(guò)渡區(qū)，其中主項(xiàng)與1/r2成比例。近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之間的界限常取為(并且在本文可以考慮 為)離天線(xiàn)的距離等于λ/2 π，其中λ是由天線(xiàn)發(fā)出的輻射的波長(zhǎng)。關(guān)于近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之 間的邊界的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可見(jiàn)于 Capps，Charles，“ Near field or far field ？，“ EDN, August 16, 2001,在 www. edn. com/contents/images/150828. pdf 可得至丨J?！班徑詈?proximity coupling)“或〃鄰近場(chǎng)耦合(proximity field coupling)“發(fā)生在超出近場(chǎng)耦合、超出感應(yīng)性近場(chǎng)和輻射性近場(chǎng)的范圍，以包括更遠(yuǎn)的區(qū) 域，其中足夠的能量可以經(jīng)由分配的讀取結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)移至操作標(biāo)簽。如上所述，近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng) 之間的界限通常取為離開(kāi)天線(xiàn)的距離等于λ/2π，其中λ是天線(xiàn)發(fā)出的輻射的波長(zhǎng)。但 是，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，取決于所分配的天線(xiàn)設(shè)計(jì)和經(jīng)過(guò)耦合器的功率輸入，可得到足夠的能量以 在遠(yuǎn)大于該能量的范圍運(yùn)行設(shè)計(jì)為由經(jīng)磁場(chǎng)或電場(chǎng)耦合進(jìn)行耦合的RFID設(shè)備。通常理解 的是，經(jīng)由主要單場(chǎng)組件通電、保留近場(chǎng)耦合的有利特征的區(qū)域可能離讀取系統(tǒng)超出大約3 個(gè)波長(zhǎng)的距離，盡管耦合隨著距離快速下降。因此鄰近耦合可以被定義為遠(yuǎn)離讀取系統(tǒng)延伸超出發(fā)射能量大約3個(gè)波長(zhǎng)的范圍。通過(guò)使用磁場(chǎng)進(jìn)行耦合，性能很大程度上并不因如水等電介質(zhì)的存在而受影響。 通過(guò)設(shè)計(jì)合適的讀取器天線(xiàn)，磁耦合可有利地被準(zhǔn)確地控制。另一優(yōu)勢(shì)是，近場(chǎng)磁耦合具有 與到第三功率(power)的距離成反比的強(qiáng)度。這導(dǎo)致天線(xiàn)和設(shè)備的讀取范圍中完全的中 斷。使用UHF頻率還可以使RFID設(shè)備比適合在更低頻率下運(yùn)行的設(shè)備成本更低。但是，使用磁場(chǎng)用于近場(chǎng)耦合的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)天線(xiàn)尺寸增加時(shí)，天線(xiàn)的電感增加 到可能與連接的RFID芯片產(chǎn)生共振耦合的值以上。RFID芯片14在0. 4pF到1. 6pF的范 圍內(nèi)具有輸入電容。為了在典型的UHF頻率例如915Hz下運(yùn)行，相應(yīng)的達(dá)到共振匹配的電 感將下降到18. 9nH到75. 6nH的范圍內(nèi)。被環(huán)狀天線(xiàn)12包圍的區(qū)域16足夠大以使環(huán)狀天 線(xiàn)12單獨(dú)的電感增加到期望的電感值范圍以上。Imm線(xiàn)寬、20mmX20mm的環(huán)具有59. 57nH 的電感，其令人滿(mǎn)意地在900MHz下以0. 5MfF共振。30mmX30mm的環(huán)具有103. 7nH的電 感，其將在900MHz下以300fF共振，這在期望的范圍以上。所以對(duì)于Imm的線(xiàn)寬來(lái)說(shuō)，大于 約9cm2的封閉區(qū)域16將迫使天線(xiàn)12在所期望的電感值范圍以上。但是應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)際的 限制也取決于所選擇的線(xiàn)寬。因此在UHF頻率或優(yōu)選用于運(yùn)行RFID芯片14的頻率下，將 RFID環(huán)狀天線(xiàn)12單獨(dú)耦合至RFID芯片14并不允許在天線(xiàn)12和芯片14之間有共振或阻 抗匹配的耦合。單獨(dú)使用RFID環(huán)狀天線(xiàn)12所遇到的另一問(wèn)題是，帶有大閉合區(qū)域16的相對(duì)大的 天線(xiàn)結(jié)構(gòu)成為優(yōu)選頻率或用于發(fā)射和接收信號(hào)的頻率的波長(zhǎng)的重要部分。這可導(dǎo)致RFID 環(huán)狀天線(xiàn)12開(kāi)始作為遠(yuǎn)場(chǎng)天線(xiàn)運(yùn)行。這種遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)比近場(chǎng)信號(hào)衰減的更慢，是到RFID設(shè) 備10的距離的平方的函數(shù)。但是，近場(chǎng)信號(hào)與距離的立方成反比，遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)與距離的平方 成反比。因此，具有近場(chǎng)磁場(chǎng)通信的期望可能被不期望的遠(yuǎn)場(chǎng)功能所破壞。將理解的是，可以期望限制RFID設(shè)備10的讀取范圍以將與RFID設(shè)備的相互作用 限制到一些期望的區(qū)域或空間。例如，可以期望只檢測(cè)通過(guò)沒(méi)有安裝RFID設(shè)備讀取器或檢 測(cè)器的入口的RFID設(shè)備。在這種情況下，遠(yuǎn)程可讀性可以是可靠的，因?yàn)檫h(yuǎn)程可讀性將導(dǎo) 致在入口外的RFID設(shè)備的檢測(cè)。這些問(wèn)題都可通過(guò)合適的導(dǎo)電環(huán)沈的寬度、導(dǎo)電環(huán)缺口寬度44、導(dǎo)電環(huán)沈的結(jié)構(gòu) 的其它方面和RFID環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈間的距離(在示例性實(shí)施方式中，介電材料厚 度48)來(lái)解決，所有這些可以被選擇以適當(dāng)配置導(dǎo)電環(huán)沈。導(dǎo)電環(huán)沈可被可操作地耦合 至RFID環(huán)狀天線(xiàn)12以使RFID環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈的結(jié)合阻抗低于環(huán)狀天線(xiàn)12單獨(dú) 的阻抗。對(duì)于可見(jiàn)的二者之間的小間距，預(yù)期環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈之間的主要耦合是 電容性的。但是，如果電流被引入導(dǎo)電環(huán)沈中，那么它會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)并且發(fā)生一些磁場(chǎng)耦合。 環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈之間的可操作耦合的實(shí)際機(jī)理取決于二種結(jié)構(gòu)的尺寸和間距，并 且可以具有磁場(chǎng)和電場(chǎng)方面(相互的電感和電容)。導(dǎo)電環(huán)沈可以相對(duì)于天線(xiàn)環(huán)12具有 限定的共振，這造成對(duì)RFID設(shè)備10和合適的讀取器之間主要磁場(chǎng)耦合的控制效果。天線(xiàn) 環(huán)12和導(dǎo)電環(huán)沈一起提供期望的減小電感(低于RFID環(huán)狀天線(xiàn)12單獨(dú)的電感)至RFID 芯片14的觸點(diǎn)。導(dǎo)電環(huán)沈的存在允許獲得期望的共振耦合或阻抗匹配耦合?？梢灾辽俨糠值赝ㄟ^(guò)模擬一種或多種建議的結(jié)構(gòu)的預(yù)期行為來(lái)確定導(dǎo)電環(huán)沈的 結(jié)構(gòu)。模擬本身可以使用電磁模擬器如Ansoft HFSS進(jìn)行。該方法包括改變尺寸和參數(shù)以 獲得期望的阻抗以及預(yù)知的遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)傳播特征。最優(yōu)化時(shí)，某些參數(shù)將比其它的更容易改變和/或更實(shí)用地改變。例如，基底介電常數(shù)K值將相對(duì)地固定。同樣，環(huán)狀天線(xiàn)12和 導(dǎo)電環(huán)沈之間的間距(介電材料14的厚度)也可以相對(duì)固定，因?yàn)橛捎诮?jīng)濟(jì)的原因可以 期望使用標(biāo)準(zhǔn)的基底材料。但是，環(huán)狀天線(xiàn)12和導(dǎo)電環(huán)沈的線(xiàn)寬和總長(zhǎng)度可以較不受限 制。長(zhǎng)度可以主要受設(shè)備要求的總尺寸的限制。寬度可以部分地受制造設(shè)備使用的方法限 制。特別地，如果通過(guò)模切形成線(xiàn)，那么我們具有Imm寬度的下限和有限的半徑，所以半徑 應(yīng)該大于約0. 75mm。圖8和9顯示可選的實(shí)施方式，RFID設(shè)備110具有耦合至RFID芯片114的RFID 環(huán)狀天線(xiàn)112。環(huán)狀天線(xiàn)112可以具有類(lèi)似于上述RFID設(shè)備10(圖1)的環(huán)狀天線(xiàn)12的特 征，包括具有天線(xiàn)缺口 115和封閉區(qū)域116。RFID環(huán)狀天線(xiàn)112和RFID芯片114被夾在一對(duì)介電材料層122和IM之間。介 電材料層122和IM可以具有類(lèi)似于介電材料層M(圖1和幻的特征。各自的導(dǎo)電環(huán)126 和1 位于介電材料層122和124的各自主要表面132和134上。主要表面132和134與 環(huán)狀天線(xiàn)112隔開(kāi)。因此介電材料層122和124在各自的導(dǎo)電環(huán)1 和1 之間以及RFID 環(huán)狀天線(xiàn)112和RFID芯片114之間。導(dǎo)電環(huán)1 和1 可以具有類(lèi)似于導(dǎo)電環(huán)沈(圖1 和2)的特征。導(dǎo)電環(huán)1 和1 可以進(jìn)行類(lèi)似于上述導(dǎo)電環(huán)沈的那些功能。導(dǎo)電環(huán)1 和128 可以減少RFID環(huán)狀天線(xiàn)112的電感，這允許RFID環(huán)狀天線(xiàn)112和RFID芯片114之間共振 耦合。此外，導(dǎo)電環(huán)1 和1 可以為RFID環(huán)狀天線(xiàn)112提供電屏蔽。這可以減少涉及天 線(xiàn)112的遠(yuǎn)場(chǎng)耦合，并且因此可以為RFID設(shè)備110的可讀范圍提供有效的上限。應(yīng)當(dāng)理解，使用在相反的方向與環(huán)狀天線(xiàn)112分開(kāi)的兩個(gè)導(dǎo)電環(huán)126和1 可以 提供更有效的屏蔽，避免涉及RFID設(shè)備110的遠(yuǎn)場(chǎng)電場(chǎng)相互作用。導(dǎo)電環(huán)1 和1 可以 基本上彼此相同，或者可選地可以在材料和/或結(jié)構(gòu)上不同。圖10和11闡述另一實(shí)施方式，使用在介電基底220上折疊的RFID設(shè)備210。最 初在介電基底220的同一主要表面222上形成RFID環(huán)狀天線(xiàn)212和導(dǎo)電環(huán)226。這示于圖 10，RFID芯片或插件214耦合至RFID環(huán)狀天線(xiàn)212。然后沿折疊線(xiàn)230折疊介電基底220 以產(chǎn)生圖11中所示的結(jié)構(gòu)。折疊線(xiàn)230位于RFID環(huán)狀天線(xiàn)212和導(dǎo)電環(huán)2 之間。結(jié)果 是，在最終結(jié)構(gòu)中，RFID環(huán)狀天線(xiàn)212和導(dǎo)電環(huán)2 位于折疊的介電基底220的相對(duì)面上。 通過(guò)使用合適的粘合劑或其它合適的機(jī)構(gòu)，介電基底220可以保持在圖6所示的折疊的結(jié) 構(gòu)中。RFID設(shè)備210的各組件的結(jié)構(gòu)和功能可以與本文描述的其它RFID設(shè)備的相應(yīng)部 分的結(jié)構(gòu)和功能相似。應(yīng)當(dāng)理解，由于最初在介電基底220的同一主要表面222上形成RFID 環(huán)狀天線(xiàn)212和導(dǎo)電環(huán)226的能力，制造RFID設(shè)備210可以更簡(jiǎn)單和更經(jīng)濟(jì)。盡管已經(jīng)參照一些優(yōu)選實(shí)施方式顯示和描述了本發(fā)明，但是明顯的是，在閱讀和 理解了本說(shuō)明書(shū)和附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到等價(jià)的變化和改進(jìn)。特別是關(guān)于上述 元件(組件、裝配、設(shè)備、組成等)完成的各種功能，除非另外指明，即使在結(jié)構(gòu)上不等同于 完成本發(fā)明所述的示例性實(shí)施方式中的功能而公開(kāi)的結(jié)構(gòu)，用于描述這些元件的術(shù)語(yǔ)(包 括“手段”的提及)意圖與任何完成所述元件的指定功能的元件相對(duì)應(yīng)(即，功能等同物)。 此外，雖然僅參照幾個(gè)所闡述的實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)在以上描述了本發(fā)明的具體特 征，但這些特征可以與其它實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征組合，因?yàn)榭梢云谕糜诓⒂欣谌魏谓o定的或特定的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.RFID設(shè)備，其包括RFID芯片，其具有輸入電容，并具有預(yù)先確定的發(fā)送和接收信號(hào)操作的UHF頻率或頻 率范圍；RFID環(huán)狀天線(xiàn)，其與所述RFID芯片電耦合，其中所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)具有大于Icm2的 封閉區(qū)域，其中所述天線(xiàn)本身在所述頻率或頻率范圍具有未改變電感，所述未改變電感大 于與所述輸入電容達(dá)成共振的期望的電感或電感范圍至少20% ；以及導(dǎo)電環(huán)，其可操作地與所述RFID耦合，而不與所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)接觸；其中，所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)和所述導(dǎo)電環(huán)一起與芯片耦合，具有在所述期望的電感或電 感范圍的5 %以?xún)?nèi)的改變電感。
2.權(quán)利要求1所述的RFID設(shè)備，進(jìn)一步包括在所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)和所述導(dǎo)電環(huán)之間 的介電材料。
3.權(quán)利要求2所述的RFID設(shè)備，其中所述介電材料是介電層；并且其中所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)和所述導(dǎo)電環(huán)在所述介電層的相對(duì)的主要表面上。
4.權(quán)利要求3所述的RFID設(shè)備，其中所述介電層的厚度為Imm或更小。
5.權(quán)利要求3所述的RFID設(shè)備，其中所述介電層是折疊層，在折疊所述折疊層之前，所 述RFID環(huán)狀天線(xiàn)和所述導(dǎo)電環(huán)在所述折疊層的同一側(cè)。
6.權(quán)利要求1所述的RFID設(shè)備，其中所述導(dǎo)電環(huán)疊蓋所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)的至少90%。
7.權(quán)利要求6所述的RFID設(shè)備，其中所述導(dǎo)電環(huán)的寬度至少1.5倍于所述RFID環(huán)狀 天線(xiàn)的寬度。
8.權(quán)利要求7所述的RFID設(shè)備，其中所述導(dǎo)電環(huán)的寬度在所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)的寬度 的1. 5和15倍之間。
9.權(quán)利要求7所述的RFID設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)的至少90%重疊的 其它導(dǎo)電環(huán)。
10.權(quán)利要求9所述的RFID設(shè)備，其中所述導(dǎo)電環(huán)基本上彼此平行，在所述RFID環(huán)狀 天線(xiàn)的相對(duì)側(cè)上偏移。
11.權(quán)利要求1所述的RFID設(shè)備，其中所述導(dǎo)電環(huán)中具有導(dǎo)電環(huán)缺口。
12.權(quán)利要求11所述的RFID設(shè)備，其中所述導(dǎo)電環(huán)缺口在與所述導(dǎo)電環(huán)的一部分相對(duì) 的導(dǎo)電環(huán)的一側(cè)上，所述導(dǎo)電環(huán)的該部分離所述芯片耦合至所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)處最近。
13.構(gòu)造RFID設(shè)備的方法，所述方法包括選擇RFID芯片，其具有輸入電容，并具有預(yù)先確定的發(fā)送和接收信號(hào)操作的UHF頻率 或頻率范圍；選擇RFID環(huán)狀天線(xiàn)，其與所述RFID芯片電耦合，其中所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)具有大于Icm2 的封閉區(qū)域，其中所述天線(xiàn)本身在所述頻率或頻率范圍具有未改變電感，所述未改變電感 大于與所述輸入電容達(dá)成共振的期望的電感或電感范圍至少20% ；以及選擇導(dǎo)電環(huán)，其可操作地與所述RFID耦合，以使所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)的電感降低至所述 期望的電感或電感范圍的5%以?xún)?nèi)。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述選擇導(dǎo)電環(huán)包括模擬。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述模擬包括用電磁模擬器進(jìn)行模擬。
16.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述選擇導(dǎo)電環(huán)包括限制遠(yuǎn)場(chǎng)范圍。
17.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述選擇包括選擇導(dǎo)電環(huán)的寬度以實(shí)現(xiàn)減小所述 RFID環(huán)狀天線(xiàn)的電感。
18.形成RFID設(shè)備的方法，所述方法包括在介電材料基底的主要表面上形成RFID環(huán)狀天線(xiàn)和環(huán)狀屏蔽體；將RFID芯片電耦合至所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)；以及折疊所述介電材料基底以便所述環(huán)狀屏蔽體疊蓋所述RFID環(huán)狀天線(xiàn)。
全文摘要
射頻識(shí)別(RFID)設(shè)備(10)包括環(huán)狀天線(xiàn)(12)的導(dǎo)電環(huán)狀屏蔽體(26)。屏蔽體可以疊蓋導(dǎo)電環(huán)狀天線(xiàn)。優(yōu)選的操作頻率可以是在超高頻率(UHF)的頻率范圍內(nèi)的頻率或頻率范圍。導(dǎo)電環(huán)狀屏蔽體提供分配的電容至環(huán)狀天線(xiàn)，這使環(huán)狀天線(xiàn)和導(dǎo)電屏蔽體的組合系統(tǒng)的電感降至允許(在期望的阻抗或阻抗范圍)與RFID芯片阻抗匹配的電感水平。導(dǎo)電環(huán)的使用允許RFID設(shè)備利用具有比通常可能用于與RFID芯片進(jìn)行阻抗匹配更大的面積的環(huán)狀天線(xiàn)作為近場(chǎng)磁場(chǎng)通信設(shè)備而起作用。環(huán)狀天線(xiàn)和導(dǎo)電屏蔽體環(huán)可以在介電材料層(24)的相對(duì)的主要表面上。
文檔編號(hào)G06K19/07GK102119395SQ200980131413
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者I·J·福斯特 申請(qǐng)人:艾利丹尼森公司