專利名稱：包括三維環(huán)形天線的射頻識別(rfid)標簽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于制品管理的射頻識別(RFID)系統(tǒng)，更具體地講涉及RFID標簽。
背景技術：
射頻識別(RFID)技術事實上已經廣泛地應用于各個行業(yè)，包括交通、制造、廢物管理、郵政跟蹤、航空行李調度、和公路收費管理。典型的RFID系統(tǒng)包括多個RFID標簽、至少一個具有用于與RFID標簽通信的天線的RFID閱讀器(也稱為“詢問器”)或檢測系統(tǒng)、和控制RFID閱讀器的計算裝置。RFID閱讀器包括可以向標簽提供能量或信息的發(fā)射機，和從標簽接收身份和其它信息的接收機。計算裝置處理由RFID閱讀器獲得的信息。通常，從RFID標簽接收的信息是具體應用所特有的，但通常對其上固定有標簽的制品進行識別。示例性的制品包括制造品、書籍、文件、動物或人，或幾乎任何其他有形制品。也可以提供制品的額外的信息。標簽可以用于制備處理期間，以(例如)表明制造過程中汽車底盤的油漆顏色或其它有用的信息。RFID閱讀器的發(fā)射機通過天線輸出射頻(RF)信號，以形成能夠使標簽返回攜帶信息的RF信號的電磁場。在一些構型中，發(fā)射機啟動通信，然后利用放大器激勵具有調制輸出信號的天線，以與RFID標簽通信。在其它構型中，RFID標簽從RFID閱讀器接收連續(xù)波信號，然后通過立即響應與其信息開始通信。常規(guī)的標簽可以是包括內部電源的“有源”標簽，或通過由RFID閱讀器產生的RF場帶電(通常通過電感耦合)的“無源”標簽。在任一種情況下，標簽都使用預先定義的協(xié)議通信，從而允許RFID閱讀器從一個或多個標簽接收信息。計算裝置通過接收來自RFID閱讀器的信息并且執(zhí)行某些操作(例如更新數據庫)而起到信息管理系統(tǒng)的作用。另外，計算裝置還可以起到通過發(fā)射機將數據編程到標簽中的裝置的作用。

發(fā)明內容
本發(fā)明整體描述了可以減小對RFID標簽性能的不利影響的三維(3D)環(huán)形天線，該不利影響可歸因于RFID標簽與其上設置RFID標簽的導電表面之間的耦合。根據本公開設計的RFID標簽包括耦合到RFID電路的3D環(huán)形天線。如本文詳細所述，3D環(huán)形天線包括第一導電部分，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度并且位于第一平面內。第一導電部分電耦合到第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度并且位于第二平面內。第一平面和第二平面基本上彼此平行。電流被激發(fā)流經電流回路中的第一導電部分和第二導電部分，該電流回路位于基本上不平行于第一平面和第二平面的第三平面內。流經第一導電部分和第二導電部分的激發(fā)電流可以(例如)是由RFID電路反向散射的重新調制的詢問信號，如就無源RFID標簽而言。在其它情況下，如就有源RFID標簽而言，RFID電路可以生成激發(fā)電流流經導電部分的信號。RFID標簽被構造為使得當設置在制品表面上時，第一平面和第二平面基本上平行于制品表面。這樣，通其激發(fā)電流的電流回路的平面基本上不平行于附接RFID標簽的制品表面。例如，在一些實施例中，天線的電流回路所在的平面可以基本上垂直于制品表面。在一些實施例中，3D環(huán)形天線的第一導電部分和第二導電部分可以由天線材料限定，天線材料包括限定連續(xù)環(huán)路的一個或多個部分，以用于RF電流。在其它實施例中，3D環(huán)形天線可以由天線材料與其上設置RFID標簽的導電制品表面的組合限定。在后一個實施例中，導電制品表面和天線材料限定電流的閉環(huán)。因此，導電制品表面充當3D天線的一部分。導電表面和天線材料可以通過直接電氣連接或通過電容耦合來形成閉環(huán)。還可以將3D環(huán)形天線設計為使得天線的一部分用作調諧元件，以將天線的阻抗與連接天線的IC芯片的阻抗相匹配。例如，形成3D環(huán)形天線的導電跡線可以包括一個或多個用作電容調諧元件的狹縫。又如，3D環(huán)形天線可以具有用作電容調諧元件的重疊導電部分。還如，形成3D環(huán)形天線的導電跡線可以包括交指型導電區(qū)域，以增大電容以用于更好地調諧。可以通過安裝構件將RFID標簽附接到制品的基本上非平面的表面。安裝構件可以是柔性的，以適形于彎曲或不規(guī)則成形(基本上非平面)的表面，并且可以附接到RFID標簽的下部，即RFID標簽與制品表面之間。安裝構件可以是有棱紋的，包括多個彼此間隔開的部分，或者說是具有促進柔韌性的結構。在一個實施例中，射頻識別(RFID)標簽具有包括第一導電部分的環(huán)形天線，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。第一導電部分的至少一部分形成用于調諧環(huán)形天線阻抗的調諧元件。環(huán)形天線也包括第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本上平行的第二平面內。第二導電部分電耦合到第一導電部分。RFID標簽也包括電連接到環(huán)形天線的RFID電路，以通過環(huán)形天線激發(fā)電流流經電流回路中的第一導電部分和第二導電部分，該電流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面內。在另一個實施例中，射頻識別(RFID)系統(tǒng)包括被構造為輸出詢問射頻(RF)場的閱讀器單元、和RFID標簽。RFID標簽包括具有第一導電部分的環(huán)形天線，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。第一導電部分的至少一部分形成用于調諧環(huán)形天線阻抗的調諧元件。環(huán)形天線也包括第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本上平行的第二平面內。第二導電部分電耦合到第一導電部分。RFID標簽也包括電連接到環(huán)形天線的RFID電路，以激發(fā)流經電流回路中的第一導電部分和第二導電部分的電流，以響應詢問RF信號來輸出RF信號,該電流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面內。在另一個實施例中，制品包括導電表面和連接到制品導電表面的射頻識別(RFID)標簽。RFID標簽包括具有第一導電部分的環(huán)形天線，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。第一導電部分的至少一部分形成用于調諧環(huán)形天線阻抗的調諧元件。環(huán)形天線也包括第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本平行的第二平面內。第二導電部分電耦合到第一導電部分。RFID標簽也包括電連接到環(huán)形天線的RFID電路，以通過環(huán)形天線激發(fā)電流流經電流回路中的第一導電部分和第二導電部分，該電流回路位于基本上不平行于制品的導電平面的第三平面內。在另一個實施例中，組件包括RFID標簽、安裝構件，該安裝構件被構造為將RFID標簽安裝在基本上非平面的表面上。安裝構件包括具有上表面和與上表面相背的下表面的基本上平坦柔性基座構件，以及多個從下表面突出的安裝結構。在另一個實施例中，方法包括用固化性樹脂至少部分地填充腔體，將成形工具壓入腔體中使樹脂成形，待材料固化后移除成形工具，從而限定多個從基座構件延伸的安裝結構，從腔體中移除基座構件和多個安裝結構，基座構件為基本上平坦的并且具有上表面和下表面，上表面被構造為附接到射頻識別(RFID)標簽，安裝結構從下表面延伸，并且將一個或多個RFID標簽連接到基座構件的上表面。在另一個實施例中，射頻識別(RFID)標簽具有包括第一導電部分的環(huán)形天線，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。環(huán)形天線也包括第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本上平行的第二平面內。第二導電部分電耦合到第一導電部分。第二導電部分也被構造為連接到附接RFID標簽的制品的導電表面。RFID標簽也包括電連接到環(huán)形天線的RFID電路，以通過環(huán)形天線激發(fā)電流流經電流回路中的第一導電部分、第二導電部分和附接RFID標簽的制品的導電表面，該電流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面內。在另一個實施例中，射頻識別(RFID)系統(tǒng)包括被構造為輸出詢問射頻(RF)場的閱讀器單元、和RFID標簽。RFID標簽包括具有第一導電部分的環(huán)形天線，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。環(huán)形天線也包括第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本上平行的第二平面內。第二導電部分電耦合到第一導電部分。第二導電部分也被構造為連接到附接RFID標簽的制品的導電表面。RFID標簽也包括電連接到環(huán)形天線的RFID電路，以激發(fā)電流流經電流回路中的第一導電部分、第二導電部分和附接RFID標簽的制品的導電表面，以響應詢問RF信號來輸出RF信號，該電流回路位于基本上垂直于第一平面和第二平面的第三平面內。在另一個實施例中，制品包括導電表面和連接到制品導電表面的射頻識別(RFID)標簽。RFID標簽包括具有第一導電部分的環(huán)形天線，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。環(huán)形天線也包括第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本平行的第二平面內。第二導電部分電耦合到第一導電部分。第二導電部分也被構造為連接到附接RFID標簽的制品的導電表面。RFID標簽也包括電連接到環(huán)形天線的RFID電路，以通過環(huán)形天線激發(fā)電流流經電流回路中的第一導電部分、第二導電部分和附接RFID標簽的制品的導電表面，該電流回路位于基本上不平行于制品的導電表面的第三平面內。附圖和下文的具體實施方式
詳細描述了本發(fā)明的一個或多個實施例。根據本發(fā)明的具體實施方式
、附圖以及權利要求書，本發(fā)明的其它特征、對象和優(yōu)點將顯而易見。


圖1為用于定位多個制品的示例性射頻識別(RFID)系統(tǒng)的透視圖。圖2A為根據本發(fā)明的RFID標簽的一個實施例的示意透視圖，其包括3D天線、墊片層、IC芯片。圖2B為圖2的RFID標簽的剖視圖。圖3A為根據本發(fā)明的RFID標簽的另一個實施例的示意透視圖。圖3B為圖3的RFID標簽的剖視圖。圖4A和圖4B為展示RFID標簽的天線阻抗響應與RFID標簽的長度之間關系的圖。圖5A和圖5B為展示RFID標簽的天線阻抗響應與RFID標簽的寬度之間關系的圖。圖6A和圖6B為展示RFID標簽的天線阻抗響應與RFID標簽的高度之間關系的圖。圖7A和圖7B為展示RFID標簽的天線阻抗響應與RFID標簽的饋電點之間關系的圖。圖8為用于測試RFID標簽的閱讀范圍的測試系統(tǒng)的示意圖。圖9為用于能夠將RFID標簽附接到基本上非平面的表面的RFID標簽的示例性安裝構件的透視圖。圖1OA和圖1OB圖解了用于安裝構件的示例性構型。圖1lA為圖解了用于安裝構件的另一個實例構型的平面圖。圖1lB為圖解了用于安裝構件的額外的實例構型的平面圖。圖12為圖解了用于安裝構件的另一個實例構型的平面圖。圖13A和圖13B圖解了用于制備RFID標簽的實例方法，該RFID標簽具有能夠將RFID標簽附接到基本上非平面的表面的安裝構件。圖14A-14E為圖解了用于制備RFID標簽的另一個實例方法的概念圖，該RFID標簽具有能夠將RFID標簽附接到基本上非平面的表面的安裝構件。圖15A為根據本公開的實例RFID標簽的示意透視圖。圖15B為圖15A的RFID標簽的剖視圖。圖16A和圖16B為圖解兩種天線設計的實例總阻抗的史密斯圓圖。圖17A和圖17B為展示將圖15A和圖15B的RFID標簽的狹縫長度(L狹縫)參數化的實例電阻曲線與電抗曲線的圖。圖18A和圖18B為展示將圖15A和圖15B的RFID標簽的狹縫偏移(S偏移)參數化的實例電阻曲線與電抗曲線的圖。圖19A和圖19B為展示將圖15A和圖15B的RFID標簽的狹縫偏移(S偏移)參數化的實例電阻曲線與電抗曲線的圖。圖20A為根據本公開的另一個RFID標簽的示意透視圖。圖20B為圖20A的RFID標簽的剖視圖。
具體實施例方式事實上，RFID系統(tǒng)已廣泛用于每個行業(yè)中，以追蹤制品并且防止從受保護的區(qū)域(例如圖書館或零售店)非法移除制品。然而，當用于這種RFID系統(tǒng)的常規(guī)RFID標簽附接到具有導電表面的制品上時，可能會遭遇多種不利影響。例如，常規(guī)RFID標簽與其附接的制品的導電表面之間的連接可能導致閱讀范圍縮小。換句話講，可閱讀的標簽范圍縮小。
本公開描述了可以減小對RFID性能(例如讀取范圍縮小)的不利影響的三維(3D)環(huán)形天線，該不利影響可歸因于RFID標簽與其上設置RFID標簽的導電表面之間的耦合。即，與利用偶極子天線或其它大體二維(2D)或3D天線構型的常規(guī)RFID標簽不同，當RFID標簽附接到導電表面上時，根據本公開設計的3D環(huán)形天線的讀取范圍不會過度地受限。根據本公開設計的RFID標簽包括耦合到RFID電路的3D環(huán)形天線。如本文詳細所述，3D環(huán)形天線包括第一導電部分，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度并且位于第一平面內。第一導電部分電稱合到第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度并且位于第二平面內。第一平面和第二平面基本上彼此平行。在電流回路中的第一導電部分和第二導電部分激發(fā)電流，該電流回路位于基本上不平行于第一平面和第二平面的第三平面內。在第一導電部分和第二導電部分激發(fā)的電流可以(例如)是由RFID電路反向散射的重新調制的詢問信號，如就無源RFID標簽而言。在其它情況下，如就有源RFID標簽而言，RFID電路可以生成激發(fā)電流流經導電部分的信號。RFID標簽被構造為使得當設置在制品表面上時，第一平面和第二平面基本上平行于制品表面。這樣，通過RFID電路激發(fā)電流的電流回路的平面基本上不平行于附接RFID標簽的制品表面。例如，在一些實施例中，天線的電流回路所在的平面可以基本上垂直于制品表面。在一些實施例中，3D環(huán)形天線的第一導電部分和第二導電部分可以由天線材料限定，天線材料包括限定連續(xù)環(huán)路的一個或多個部分，以用于RF電流。在其它實施例中，3D環(huán)形天線可以由天線材料與其上設置RFID標簽的導電制品表面的組合限定。在后一個實施例中，導電制品表面和天線材料限定電流的閉環(huán)。因此，導電制品表面充當3D天線的一部分。導電表面和天線材料可以通過直接電氣連接或通過電容耦合來形成閉環(huán)?！?D構型”是指天線位于三維空間中，為了便于說明，可參考正交的x-y-z軸，天線具有X軸分量、y軸分量和Z軸分量。例如，3D環(huán)形天線的第一導電部分和第二導電部分可以位于χ-y平面內，而連接第一導電部分和第二導電部分的天線部分位于y-ζ平面內。更具體地講，第一導電部分和第二導電部分的長度可以沿著X軸延伸，第一導電部分和第二導電部分的寬度可以沿著y軸延伸。將第一部分和第二部分彼此連接的天線部分可以包括沿著z軸延伸的長度和沿著y軸延伸的寬度。這種天線構型會引起電流回路位于χ-ζ平面內，如下文所進一步詳述。3D環(huán)形天線可以在超高頻率(UHF)范圍內工作，如在大約300兆赫(MHz)至大約3千兆赫(GHz)的頻率范圍內。然而，也可以使用射頻光譜中的其它工作范圍。根據本公開構造的3D環(huán)形天線可以減小對RFID標簽性能的不利影響，例如讀取范圍減小，這種不利影響歸因于RFID標簽與其上設置RFID標簽的導電表面之間的連接。換句話講，根據本公開構造的3D環(huán)形天線即使在連接到導電表面上時也可以保持或可能增大其讀取范圍，同時詢問裝置仍保持相對較小的詢問發(fā)射功率。相反，包括3D環(huán)形天線的RFID天線即使在連接到導電表面上時，仍可以(例如)顯示具有大于大約10英尺(大約3米)的讀取范圍。一般來講，術語“讀取范圍”是指閱讀器與RFID標簽之間的通信工作距離。然而應當理解，本發(fā)明并不限于大于大約10英尺的讀取范圍。相反，如本公開所述，可以將3D環(huán)形天線設計為支持任何讀取范圍，例如小于大約I英尺(大約30厘米)、大約I英尺至大約10英尺(大約30厘米至大約3米)、或大于大約10英尺(大于大約3米)的讀取范圍?？梢哉{整3D環(huán)形天線的多種設計參數以實現性能與尺寸之間的理想的權衡。這些權衡可能受3D環(huán)形天線的具體設計用途的支配。另外，可以在不會導致天線失諧的情況下通過調整天線的饋電點來改進RFID標簽維度。天線的饋電點是集成電路(IC)芯片連接天線的位置。因此，可以通過將IC芯片從天線的中心偏移至任一側來改進RFID標簽。通過調整饋電點重新調諧3D環(huán)形天線，使RFID標簽在無性能劣化的條件下能夠具有相對緊湊的RFID標簽結構。在一些實施例中，RFID標簽可以具有相對較小的尺寸，如大約四分之一波長或更小，同時保持大約10英尺或更大(大約3米或更大)的讀取范圍，而無需提高讀取功率。還可以將3D環(huán)形天線設計為使得天線的一部分用作調諧元件，以將天線的阻抗與連接天線的IC芯片的阻抗相匹配。例如，形成3D環(huán)形天線的導電跡線可以包括一個或多個用作電容調諧元件的狹縫。又如，3D環(huán)形天線可以具有用作電容調諧元件的重疊導電部分。還如，形成3D環(huán)形天線的導電跡線可以包括交指型導電區(qū)域，以增大電容以用于更好地調諧。盡管獨立地描述了不同的調諧元件設計，但3D環(huán)形天線可以利用不止一種類型的調諧元件，如重疊導電部分和狹縫。也描述了用于將RFID標簽(例如本公開所述的RFID標簽)連接到基本上非平面的表面的安裝構件。然而，安裝構件并不限于與本公開所述的包括3D環(huán)形天線的RFID標簽一起使用。相反，安裝構件可以用于將任何合適的RFID標簽附接到基本上非平面的表面。安裝構件可以包括將安裝構件連接到彎曲或不規(guī)則成形(基本上非平面)表面的促進柔韌性的特征，例如沿著或橫越RFID標簽延伸的多個有棱紋的結構、彼此間隔開的多個柱子、槽形結構或其它促進柔韌性的結構。圖1為用于定位多個制品12A-12N (統(tǒng)稱為“制品12”)的示例性射頻識別(RFID)系統(tǒng)10的透視圖。RFID系統(tǒng)10包括附接到制品12A-12N的RFID標簽14A - 14N以及適于詢問RFID標簽14A - 14N (統(tǒng)稱為“RFID標簽14”)中的每一個并且從這些標簽獲得數據的便攜式RFID閱讀器16。制品12既可以(例如)是導電元件、又可以是非導電元件。RFID標簽14A-14N各具有沿著X軸測得的長度、沿著y軸測得的寬度、以及沿著z軸測得的高度。參考圖1所示的正交的x-y-z軸，以有助于說明本公開的RFID標簽，x-y-z軸并不旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在χ-y平面內的RFID標簽14A-14N中的每一個的表面與各自的制品12A-12N相鄰，并且限定“接觸表面區(qū)域”。在一個實施例中，例如，用壓敏粘合劑、膠帶或泡沫、或任何其它合適的連接方式將RFID標簽14中的每一個的x-y平面附接到各自的制品12A-12N。在一些實施例中，安裝構件可以附接到RFID標簽14中的每一個。在這種實施例中，RFID標簽14通過安裝構件附接到各自的制品12。將RFID標簽14設置到各自的制品12A-12N上，使RFID閱讀器16將制品12A-12N的說明通過射頻(RF)信號18和19與各自的RFID標簽14A-14N能夠關聯(lián)起來。例如，將RFID標簽14A設置在制品12A上，使用戶能夠利用手持式RFID閱讀器16，以將與制品12A有關的說明或其它信息通過RF信號18和19與RFID標簽14A關聯(lián)起來。在替代實施例中，可以將閱讀器16結合到自動或半自動過程中，因而用戶無需利用閱讀器16。閱讀器16通過生成RF信號18可以詢問RFID標簽14A，該RF信號由設置在RFID標簽14A內的天線接收。信號能量通常將功率和指令均承載到RFID標簽14A。RFID標簽14A接收由閱讀器16輻射的RF能量，并且，如果RF信號18的場強超出讀取閾值，RFID標簽14A就被激發(fā)并反向散射來自接收器的被調制為包括標簽所附接對象有關信息的RF信號18。該反向散射的信號在圖1中表示為RF信號19。即，天線使RFID標簽14A能夠收集足以向連接到天線的RFID電路(如IC芯片)供電的能量。通常，RFID電路響應一個或多個指令來重新調制來自閱讀器16的RF信號，然后通過天線反向散射調制的信號，以輸出有待閱讀器16檢測的RF響應。響應可以由RFID標簽標識符組成，該RFID標簽標識符可以匹配儲存在RFID手持式閱讀器16的數據庫或RFID管理系統(tǒng)(未示出)內的標識符?；蛘?，響應可以由從RFID標簽14至閱讀器16的數據傳輸組成。閱讀器16可以與用于閱讀器16與RFID管理系統(tǒng)之間數據通信的RFID管理系統(tǒng)的數據通信端口接口。用戶(或自動或半自動機器)可以利用RFID閱讀器16通過將RFID閱讀器16指向各自的RFID標簽14來定位一個或多個制品12?；蛘?，一個或多個制品12可以從RFID閱讀器16前面通過。當包括本領域熟知類型的天線的RFID標簽附接到導電表面上時，RFID標簽的讀取范圍可能會基本上縮小。本領域熟知類型的天線可以是2D偶極子天線、另一個2D天線、或本領域已知的其它3D天線。當這種天線被詢問RF信號(如RF信號18)激發(fā)時，詢問信號在其上設置RFID標簽的導電表面內感應電流。導電表面上的電流產生電磁場。該電磁場至少部分地抵消由天線產生的場。導電表面也可以引起天線的阻抗從初始設計值偏移。天線阻抗的偏移和整個由天線輻射的場的減小可以降低，使得它不會超出RFID標簽的讀取閾值。換句話講，RFID標簽的讀取范圍可能會縮小，使得RFID標簽變得無用，即閱讀器16不能從有效距離進行讀取。例如，RFID標簽可以附接到制品的導電表面，由于物理限制，制品被設置或設計為使得閱讀器16的位置與RFID標簽的距離不能更靠近大約10英尺(大約3米)。在這種情況下，如果場強減小，使得讀取范圍小于10英尺(大約3米)，那么閱讀器16可能無法讀取RFID標簽。然而，根據本公開，RFID標簽14中的一個或多個包括3D環(huán)形天線，該3D環(huán)形天線緩解上述在存在導電表面的情況下相對于讀取范圍縮小的問題中的至少一些。如參照圖2和圖3更詳細的討論，3D環(huán)形天線包括第一導電部分，第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度并且位于第一平面內。第一導電部分電耦合到第二導電部分，第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度并且位于第二平面內。第一平面和第二平面基本上彼此平行。電流被激發(fā)流經電流回路中的第一導電部分和第二導電部分，該電流回路位于基本上不平行于第一平面和第二平面的第三平面內。在某些情況下，第三平面可以基本上垂直于第一平面和第二平面。3D環(huán)形天線被構造為使得當設置在制品表面上時，由電流回路限定的第三平面基本上不平行于附接RFID標簽的制品表面。在一些實施例中，天線的電流回路所在的第三平面可以基本上垂直于制品表面。換句話講，可以設想3D環(huán)形天線的導電部分中的每一個的厚度限定基本上垂直于制品表面的平面。然而應當理解，只要由3D環(huán)形天線的電流回路限定的第三平面基本上不平行于制品表面，3D環(huán)形天線就可以相對于制品表面以任何方式取向。在一些實施例中，天線由被形成以限定3D環(huán)的二維(2D)導電材料件所限定。導電材料的長度和寬度基本上超出材料的厚度，因此可以視為是2D的。當形成限定3D環(huán)時，導電材料可以視為具有第一導電部分和第二導電部分，其中第一導電部分的長度和寬度位于第一平面內，第二導電部分的長度和寬度位于基本上平行于第一平面的第二平面內。在其它實施例中，3D環(huán)形天線由被形成以限定環(huán)的一部分的2D導電材料件所限定，并且附接RFID標簽的導電表面限定環(huán)的其余。2D導電材料件連接到導電表面，以形成3D環(huán)。連接可以是電耦合，如直接物理電氣連接或電磁耦合。這樣，導電制品表面的至少一部分形成3D環(huán)形天線。在任何情況下，3D環(huán)形天線都形成閉合電路，當3D天線被RF信號激發(fā)時，電流通過該閉合電路連續(xù)流動。這樣，與電流在基本上平行于連接天線的制品表面的平面內流動的本領域熟知的偶極或其它2D天線不同，3D環(huán)形天線被取向為使得3D環(huán)形天線不會受到可歸因于導電制品表面的不利影響。例如，當3D環(huán)形天線連接到導電制品表面或設置為幾乎接觸導電制品表面時，其讀取范圍基本上不會縮小。相反，當被詢問RF信號激發(fā)時，3D環(huán)形天線可以在導電表面內感應可提高3D環(huán)形天線讀取范圍的鏡像電流，即產生可建設性地添加到由3D環(huán)形天線產生的場的電磁場。即，當3D環(huán)形電流直接接觸或幾乎接觸導電制品表面時，制品表面可以充當成像靠近它的電磁元件的地平面。由于RFID標簽20相對于導電制品表面的取向，如圖2A、圖2B、圖3A和圖3B所示，鏡像的電流不抵消由3D環(huán)形天線輻射的場，但相反地增大由3D環(huán)形天線輻射的場。因此，導電制品表面成像流經3D環(huán)形天線的電流，從而導致尺寸大約為3D環(huán)形天線的兩倍的“虛擬天線”?！疤摂M天線”包括3D環(huán)形天線和成像的電流回路。無論3D天線是否由一件導電材料限定還是由一件導電材料和其上設置RFID標簽的導電表面限定，3D環(huán)形天線都不在導電表面內感應抵消由電流回路(即3D環(huán)形天線)產生的場的電磁場。事實上，導電表面內感應的鏡像電流形成場，該場增強由3D環(huán)形天線形成的電流回路所產生的場。因此，RFID標簽14的讀取范圍可以大于本領域已知的其它2D或3D天線可能具有的讀取范圍，同時不會顯著提高詢問器的傳輸功率。例如，RFID標簽14的讀取范圍可以大于大約10英尺(大于大約3米)，同時詢問器的發(fā)射功率保持相對恒定。然而應當理解，其它讀取范圍也是可以的。其它實例讀取范圍包括小于大約I英尺(大約30厘米)的讀取范圍，以及大約I英尺至大約10英尺(大約30厘米至大約3米)的讀取范圍。圖2A為包括3D環(huán)形天線22、墊片材料24和IC芯片26的實例RFID標簽20的示意透視圖。RFID標簽20設置在制品表面28上。盡管圖2A中未示出，但RFID標簽20可以包括有助于保護IC芯片26和天線22免于被污染物(例如環(huán)境碎屑)污染的外層。外層也可以是剛性的，以有助于保護IC芯片26和3D環(huán)形天線22免受物理損壞。外層可以由任何合適的材料形成，例如剛性材料(如玻璃或陶瓷)或柔性材料(如聚酰亞胺)。在其它實施例中，外層也可以在側42和側46的上方延伸，并且因此完全包封RFID標簽20。IC芯片26通過形成天線22的導電材料2D條的相對兩端48A和48B電耦合到3D環(huán)形天線22。例如，IC芯片26可以直接或者通過使用通孔或交叉線路連接到天線22，SP連接到末端48A和48B，并且可以嵌入RFID標簽20內或作為表面安裝器件(SMD)安裝。IC芯片26可以包括固件和/或電路，以將唯一識別和其它理想的信息、從詢問硬件接收的解釋指令和過程指令、詢問器(如圖1的閱讀器16)對信息請求的響應儲存在RFID標簽20內，以及解決因多個標簽同時響應詢問而導致的沖突?？扇芜x地是，IC芯片26可以響應更新內部存儲器中儲存的信息的指令(讀/寫)，而不是僅僅讀取信息(只讀)。適用于RFID標簽20的IC芯片26的集成電路除了別的以外，包括得自TexasInstruments (Dallas, Texas)的產品(即 Gen 2 IC 系列產品)、得自 NXP Semiconductors (Eindhoven, Netherlands)的產品(即 1-CODE 系列產品)、以及得自 ST Microelectronics (Geneva, Switzerlandand)的產品。盡管RFID標簽20被描述為包括IC芯片，但除了使用IC芯片26以外(或不使用IC芯片26)，還可以使用其它RFID電路。例如，RFID標簽20可以包括表面聲波(SAW)、有機電路、或其它RFID識別元件、或它們的組合。在圖2A所示的實例中，3D環(huán)形天線22包括第一導電部分40，該第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第一導電部分40位于第一平面45A內。在圖2A圖解的實例中，第一平面45A位于x-y平面內。環(huán)形天線22也包括第二導電部分44，該第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度。第二導電部分44位于基本上平行于第一平面45A的第二平面45B內。更具體地講，第二平面45B也基本上位于x-y平面內。第一導電部分40通過導電部分42和46電稱合到第二導電部分44。因此,導電部分40、42、44和46被電率禹合以形成閉環(huán)。在一些實施例中，導電部分40、42、44和46由圍繞墊片材料24纏繞的單個2D導電材料條形成，以限定環(huán)路。在其它實施例中，導電部分40、42、44和46可以由不止一個2D條形成。圖2A的實例圖解了為基本上矩形環(huán)的3D環(huán)形天線22。導電部分40、42、44和46限定基本上由墊片材料24填充的矩形空間。導電部分40和44基本上彼此平行，并且一般來講限定基本上矩形環(huán)的側。導電部分40和44具有沿著X軸方向測量的長度和沿著y軸方向測量的寬度。在圖2A圖解的實例中，導電部分44和導電部分40具有相同的長度和寬度。然而，在其它實施例中，導電部分40可以比導電部分44長，導電部分44可以比導電部分40長，導電部分44可以比導電部分40寬，或者導電部分40可以比導電部分44寬。連接導電部分40和44的導電部分42和46限定基本上垂直于導電部分40和44、以及因此垂直于平面45A和45B的矩形環(huán)的側。側42和46基本上彼此平行，并且各具有一般來講等于RFID標簽20的高度的長度，可沿著z軸測量此長度。導電部分42和46也具有沿著y軸方向測量的寬度。在一些實施例中，導電部分42和46的長度和寬度基本上大于各自導電部分的厚度。盡管描述為基本上矩形環(huán)形天線，但可以改進RFID標簽20的3D環(huán)形天線22，使得3D環(huán)形天線22限定數量更多或更少的側，因此呈現不同的形狀。例如，導電部分40和44可以基本上彼此不平行，或導電部分42和46可以基本上彼此不平行，或同時滿足兩種情況。然而，無論有幾個側，當3D環(huán)形天線22被RF信號(如圖1的RF信號18)激發(fā)時，都可以基本上限定電流連續(xù)流經的閉環(huán)，以形成閉合電路。具體地講，IC芯片26激發(fā)電流流經位于第三平面45C內的電流回路中的導電部分40、42、44和46。通過導電部分40、42、44和46的電流回路在圖2B中用導電部分40、42、44和46中的實線箭頭表示。如圖所示，電流回路所在的第三平面45C基本上不平行于第一平面45A和第二平面45B。在一些實施例中，第三平面45C可以基本上垂直于第一平面45A和第二平面45B。在圖2A圖解的實例中，RFID標簽20被構造為使得當設置在制品30的表面28上時，第一平面45A和第二平面45B基本上平行于制品30的表面28。這樣，限定第三平面45C的電流回路基本上垂直于制品表面28。然而，平面45A、45B和45C可以在其它位置中取向，使得第三平面45C (即限定第三平面45C的電流回路)基本上不平行于附接RFID標簽的制品表面28，但仍與制品表面28形成一定角度。即，3D環(huán)形天線22可以任何構型取向，使得平面45C基本上不平行于制品表面28。然而，一般來講可能理想的是將3D環(huán)形天線22取向，使得平面45C基本上垂直于制品表面28，因為此構型可以實現最大的讀取范圍?？赡懿⒉焕硐氲氖菍?D環(huán)形天線22取向為使得平面45C基本上平行于制品表面28，因為這種構型在制品表面28內不引起可建設性地添加到由3D環(huán)形天線22產生的場中的鏡像電流。制品表面28可以是平面的或非平面的制品表面。在圖2A所示的實例中，制品表面28為平表面。在某些情況下，制品表面28為導電材料，例如(但不限于)金屬材料，包括銅、鋁、磁性金屬和金屬合金，例如鎳鐵導磁合金、石墨復合材料、和導電的其它材料?？梢杂谜澈蟿?未示出)將RFID標簽20附接到制品表面28。粘合劑可以由任何合適的粘合劑形成，這可能取決于RFID標簽20的具體應用。例如，在一些實施例中，粘合劑可以為壓敏粘合劑或膠帶。在替代實施例中，可以用安裝構件或其它合適的附接模式將RFID標簽20附接到制品表面28。圖9-12圖解了可以用于將RFID標簽20附接到基本上非平表面上的實例安裝構件。在任何情況下，可以將RFID標簽20附接到制品表面28，使得3D環(huán)形天線22與制品表面28發(fā)生電磁相互作用。在圖2A中，可以用導電粘合劑將RFID標簽20附接到制品表面28。因此，當3D環(huán)形天線22被RF信號激發(fā)時，制品表面28內的電流可以增強由天線22輻射的場。具體地講，通過3D環(huán)形天線22激發(fā)的電流感應其上設置RFID標簽的制品表面28上的一個或多個電流。例如，流經導電部分44的電流可以感應制品表面28上的電流。制品表面28上感應的電流在圖2B中用制品表面28內的虛線箭頭表示。制品表面28上的感應電流會輻射電磁場。與感應電流可抵消天線場的至少一部分的常規(guī)天線構型不同，3D環(huán)形天線22取向為使得制品表面28上的感應電流不抵消3D環(huán)形由天線22輻射的場的一部分。更具體地講，制品表面28上的感應電流不抵消由3D環(huán)形天線22輻射的場，因為限定第三平面的電流回路基本上不平行于制品表面28的平面。事實上，在某些情況下，由于3D環(huán)形天線22的取向，制品表面28內的感應電流所產生的場實際上可以增強由3D環(huán)形天線22輻射的場。例如，制品表面28可以充當成像3D環(huán)形天線22的地平面。如下文相對于圖2B的更詳細的描述，由3D環(huán)形天線22和導電表面28形成的電流回路限定尺寸大約為3D環(huán)形天線22的實際尺寸的兩倍的“虛擬天線”。即，由天線22廣生的場的量級基本上提聞了。如此前所述，本領域所熟知的某些2D和3D天線幾何形狀當附接到導電表面上時可能顯示具有過度限制的讀取范圍。然而，與本領域已知的許多其它2D和3D天線幾何形狀相比，3D環(huán)形天線22在制品表面28內感應的電流使RFID標簽20能夠具有增大的讀取范圍。證明RFID標簽的讀取范圍與RFID標簽20類似的實驗結果示于下表I中?？梢詫?D環(huán)形天線22的長度Lant、覽度Want和聞度Hant進燈選擇，以增強由3D環(huán)形天線22產生的場的效應。換句話講，長度Lant、寬度Want和高度Hant影響RFID標簽20的讀取范圍。因此，3D環(huán)形天線22的具體讀取范圍可以在長度Lant、寬度Want和高度Hant的某些范圍內得以優(yōu)化。在一些實施例中，例如在尺寸不是主要設計參數的實施例中，選擇的長度Lant可以在標簽20的工作頻率的大約四分之一波長至大約二分之一波長的范圍內。以915MHz為例，選擇的長度Lant可以在大約0.5英寸至大約6英寸(大約I厘米至大約15厘米)的范圍內。選擇的寬度Want通?？梢耘c長度成比例，和/或用其它已知的指導原則進行選擇。再以915MHz為例，選擇的寬度Want可以在大約0.25英寸至大約1.5英寸(大約6毫米至大約40毫米)的范圍內。在一些實施例中，形成3D環(huán)形天線的導電部分的長度和寬度基本上大于其厚度。在圖2A圖解的實例中，導電部分40和44的長度等于天線長度Lant,寬度等于天線寬度WANT。導電部分40和44以及42和46的實例厚度可以在大約0.00025英寸至大約0.04英寸(大約0.006mm至Imm)的范圍內、更優(yōu)選地在大約0.001英寸至0.01英寸(大約0.025mm至0.25mm)的范圍內。3D環(huán)形天線22的高度Hant取決于多個因素，包括設置在導電部分40與44之間的墊片材料24的高度。選擇的高度Hant可以使得RFID標簽20不會從附接RFID標簽20的制品表面28顯著地突出。如果RFID標簽20從制品表面28顯著地突出，RFID標簽20和/或天線22可能易受損壞。也可以選擇高度Hant,使得3D環(huán)形天線22不會顯著干擾緊鄰RFID標簽20的元件。例如，高度Hant可以在大約0.02英寸至大約0.4英寸(大約0.5毫米至大約10毫米)的范圍內。應當理解，其它高度也是可以的。對于大于915MHz的工作頻率，長度Lant和高度Hant可以相應地減小，對于小于915MHz的工作頻率，長度Lant和高度Hant可以相應地增大。因此，應當理解，這些值僅是示例性的，并且不應視為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。此外，盡管通常認為理想情況是RFID標簽的尺寸盡可能小，但本公開所述的RFID標簽(例如RFID標簽20)可以被構造為適合應用的任何尺寸。墊片材料24可以由固體材料或由整體顆粒物組成的材料形成。合適的墊片材料24包括重量較輕的非導電材料，例如(但不限于)聚碳酸酯。另一種合適的墊片材料可以是低損耗磁性材料。RFID標簽20也可以不使用墊片材料24來構造。S卩，3D環(huán)形天線22的中心或孔可以填充空氣，而不是固體材料。這樣，空氣可以充當墊片材料24。因為與固體或整體顆粒材料相比，空氣的重量較輕，所以在(例如)航空應用和其它運輸應用中，空氣可能是理想和特別有利的。3D環(huán)形天線22的具體性質取決于RFID標簽20所需的工作頻率。天線22接收由詢問器(如圖1的閱讀器16)輻射的射頻(RF)能量。例如，詢問器發(fā)出的RF信號可以是超高頻率(UHF) RF信號，通常是指約300兆赫(MHz)至約3千兆赫(GHz)范圍內的頻率。該RF能量將功率和指令兩者承載到RFID標簽20。在一個實施例中，3D環(huán)形天線22從詢問器收集RF能量，并將能量轉換以向IC芯片26供電，該IC芯片提供有待詢問器檢測的響應。因此，3D環(huán)形天線22的性質或特性(即設計參數)應與其結合的系統(tǒng)相匹配。更具體地講，為了實現增強的功率傳遞，3D環(huán)形天線22的阻抗可以共軛方式與IC芯片26的阻抗相匹配。一般來講，RFID IC硅芯片具有低電阻和較大的負電抗。因此，為了實現共軛匹配，可以將3D環(huán)形天線22設計為具有相等的電阻和大小相等方向相反的較大負電抗。然而，當3D環(huán)形天線22放得極近時，即與導電材料(例如金屬或液體)發(fā)生電磁接觸(或相互作用)時，3D環(huán)形天線22的阻抗會失諧，從而導致功率傳遞損失。特別是相對于3D環(huán)形天線22，當3D環(huán)形天線22附接到導電表面(例如制品表面28)上時，其阻抗會被改變?？梢哉{整3D環(huán)形天線22的維度，即長度Lant、寬度Want和高度Hant,以使3D環(huán)形天線22的阻抗與IC芯片26的阻抗相匹配。此外，還可以調節(jié)饋電點Fant,即3D環(huán)形天線22上連接IC芯片26的位置，以改變3D環(huán)形天線22的阻抗，以更好地匹配IC芯片26的阻抗。如圖2所示，測得的饋電點Fant在RFID標簽20的中心34 (在圖2中用豎虛線表示)與IC芯片26的位置之間。在一些實施例中，可以調節(jié)饋電點Fant，使得IC芯片26直接連接到制品表面28。在這種情況下，IC26直接接地。如果以該方法調節(jié)圖2A中的饋電點Fant，示出的IC芯片26將位于側42或側46上。3D環(huán)形天線22與IC芯片26的阻抗匹配可以稱為3D環(huán)形天線22的“調諧”。圖2B為結合制品表面28的RFID標簽20的剖視圖。相同的參考標號代表相同的部件。如上所述，RF信號18激發(fā)流經3D環(huán)形天線22的電流，因此形成通過導電部分40、
42、44和46的電流回路。通過3D環(huán)形天線22的電流回路用箭頭表不。如果制品表面28適當的大，制品表面28就可以充當地平面。采用鏡像原理，可建立3D環(huán)形天線22的代表性電氣模型。使用該電氣模型可見，由于制品表面28的原因，電流回路的面積大約為3D環(huán)形天線22的物理面積的兩倍大。具體地講，制品表面28可增大電流回路的面積，而電流回路可增強整體輻射。又如，3D環(huán)形天線的至少一部分由附接RFID標簽的導電制品表面的一部分限定。該實例如圖3A和圖3B進一步所示。圖3A為包括3D環(huán)形天線52的RFID標簽50的另一個實例構型的示意透視圖。在圖3A中，RFID標簽50包括3D環(huán)形天線52、墊片材料54、IC芯片26和制品表面58。RFID標簽50通常以與圖2中的RFID標簽20類似的方式工作。然而，RFID標簽50的構型與RFID標簽20的構型不同。具體地講，圖3A中的2D導電材料條60不完全圍繞墊片材料54。相反，2D條60包括在2D條60的相對兩端上的結構51A和51B，該結構連接到制品表面58上。這樣，制品表面58形成3D環(huán)形天線52的至少一部分。在一個實例+中，結構51A和51B可以直接連接到制品表面58，即電連接到制品表面58。又如，結構51A和51B可以間接連接到制品表面58，如通過電磁耦合連接到制品表面58。S卩，在前一個實例中，結構5IA和5IB可以通過(如)導電粘合劑“直接”接觸制品表面58，在后一個實例中，通過電磁耦合接觸表面58，如通過間隙層。間隙層可以(例如)具有在結構51A、51B與制品表面58之間的電“間隙”的非導電粘合劑。然而，在兩種情況下，當RFID標簽50被RF信號激發(fā)時，3D環(huán)形天線52的至少一部分由制品表面58形成。更具體地講，電流連續(xù)流經2D導電材料條60和制品表面58的一部分，以形成閉合電路。如圖3A所示，2D條60可以包括電耦合到IC芯片26的兩個單獨的2D條。然而，為清楚起見，在本公開中，這兩個單獨的2D條可以統(tǒng)稱為“2D條60”。在其它實施例中，2D導電材料條60可以包括單個連續(xù)的導電材料件。圖3A圖解了限定三個導電部分62、64和66以及結構5IA和5IB的2D條60。在本公開中，結構5IA和5IB可以稱為“翼5IA和51B”或“接觸點”。導電部分62、64和66被設置為圍繞墊片材料24纏繞，同時使墊片材料24的底部部分暴露于制品表面58。這樣，導電部分62、64、66和制品表面58限定基本上由墊片材料24填充的空間，導電部分66和64各限定基本上垂直于制品表面58的平面的至少一部分的平面。在一些實施例中，制品表面58也可以包括曲線部分，在這種情況下，導電部分64和66可以基本上不垂直于整個制品表面58。如前文相對于圖2所述，墊片材料24可以是空氣或固體電介質材料，例如(但不限于)聚碳酸酯。3D環(huán)形天線52的第一導電部分60的長度和寬度基本上超出其厚度。第一導電部分60位于第一平面55A內。在圖2圖解的實例中，第一平面55A位于x-y平面內。3D環(huán)形天線52的翼51A和51B的長度和寬度也基本上超出翼51A或51B的厚度。翼51A和51B位于基本上平行于第一平面55A的第二平面55B內。更具體地講，第二平面55B也基本上位于x-y平面內。第一導電部分62通過導電部分66和64分別電稱合到翼51A和51B。RF信號18激發(fā)流經電流回路57A中的導電部分62、64和66以及制品表面58的電流，其中電流回路位于第三平面55C內。如圖所示，電流回路57A所在的第三平面55C基本上不平行于第一平面55A和第二平面55B。在一些實施例中，第三平面55C可以基本上垂直于第一平面55A和第二平面55B。在圖3A所示的示例性實施例中，第三平面55C位于垂直于x-y平面的χ-z平面內。在圖3圖解的實例中，RFID標簽50被構造為使得當設置在制品表面58上時，第一平面55A和第二平面55B基本上平行于制品表面58。這樣，限定第三平面55C的電流回路57A基本上垂直于制品表面58。然而，導電部分可以在其它位置中取向，使得電流回路57A限定基本上不平行于附接RFID標簽的制品表面58的第三平面，但仍與制品表面58形成一定角度。即，3D環(huán)形天線52可以任何構型取向，使得平面55C基本上不平行于制品表面58。然而，一般來講可能理想的是將3D環(huán)形天線52取向為使得平面55C基本上垂直于制品表面58，因為此構型可以實現最大的讀取范圍。如圖3A所不,導電部分62具有長度Lpi,并且基本上平行于制品表面58。形成翼51A和51B的導電部分分別具有長度Lp2a和LP2b。長度Lp2a和Lp2b可以(例如)為大約0.5英寸和I英寸。在該實例中，長度Lp2a和Lp2bS基本上相等的長度。然而，在其它實施例中，長度Lp2a和Lp2b可以是不同的長度。導電部分64和66基本上彼此平行，并且具有基本上等于高度Hant的長度。在其它實施例中，導電部分64和66基本上彼此不平行。導電部分62、64和66以及翼51A和51B具有沿著y軸方向測得的均一寬度WANT。然而，在其它實施例中，導電部分62、64和66或翼51A和51B中的任何者的寬度可以有差別。翼51A和51B沿著X軸方向延伸超過墊片材料24的任一側，并且將2D條60直接連接或電磁耦合到制品表面58。這樣，翼51A和51B充當將2D條60連接到制品表面58的接觸點。當2D條60和制品表面58彼此電磁耦合時，每一個翼51A和51B可起到平行板電容器的一個側的作用，而另一側由制品表面58的基礎部分形成?？梢詫⒁?1A和51B的尺寸設計為使得電容器接近短路或使得它形成另一個阻抗調諧元件。如上文相對于圖3所述，導電部分62、64和66和/或翼51A和51B可以具有不同的寬度和長度?？梢愿鶕璧碾娙葜颠x擇翼51A和51B的尺寸，特別是接觸制品表面58的表面積。例如，可以用以下公式I和2計算實現具體電容值所需的翼51A、51B的尺寸?？梢詫⒐ぷ黝l率連同足以實現短路的阻抗值輸入公式I。然后可用公式I求解電容值C。然后將電容值C的計算值輸入具有介電常數和距離(即翼5IA或5IB中的一個與表面58之間的距離)的公式2。然后可用公式2求解可用于設計翼51A和51B的尺寸的面積。例如,在使用工作頻率為915的情況下，大約30皮法(pF)或更大的電容來接近短路可能是理想的。公式1(2=1/jwC) Z=1/jωC
公式2 (C= ε A/D) C=εA/D在上述公式中,Z為電抗，ω為頻率(弧度/秒),C為電容,A為電容板的面積,D為電容板之間的距離，ε為間隙的介電常數。一般來講，RFID標簽50的工作方式與RFID標簽20類似。S卩，當被RF信號激發(fā)后，電流連續(xù)流經3D環(huán)形天線52，如2D條60和翼51Α與51Β之間的制品表面58的一部分。然而，制品表面58不僅可充當3D環(huán)形天線的一部分，還可在制品表面58內感應電流。例如，制品表面58再次可以充當成像2D條60中的電流的地平面。如相對于圖3Β更詳細所述，相對于制品表面58的電流回路導致鏡像的電流，從而增強由3D環(huán)形天線52輻射的場。這樣，3D環(huán)形天線52工作時，其尺寸就好像大約是3D環(huán)形天線52的兩倍。換句話講，所得場的大小增大，從而增大3D環(huán)形天線52的讀取范圍?？梢栽俅芜x擇具體長度Lant、寬度Want和Hant,以調諧3D環(huán)形天線52。此外，還可以選擇導電部分62 (Lpi)、64和66以及翼51Α和51Β (Lp2a和Lp2b)的長度和寬度，以調諧3D環(huán)形天線52。RFID標簽50中的墊片材料54可以與RFID標簽20所用墊片材料24相同。另外，可以調節(jié)饋電點Fant以實現相同的讀取范圍，但RFID標簽50的長度Lant和/或厚度Hant較小。這在下文中更詳細地描述?？梢酝ㄟ^與RFID標簽20類似的方式將RFID標簽50附接到制品表面58。S卩，可以將粘合劑(例如壓敏粘合劑)、膠帶或泡沫附接到RFID標簽50的下部，以便將其固定到表面58上。在一些實施例中，可以將粘合劑涂敷到墊片材料54以及翼51Α和51Β上。然而，在其它實施例中，可以將粘合劑只涂敷到墊片材料54上。如此前所述，粘合劑可以是導電的，從而在2D條60與制品表面58之間提供直接電氣連接。粘合劑也可以是非導電的，從而在2D條60與制品表面58之間形成電容耦合?；蛘?，可以用安裝構件或其它機械裝置將RFID標簽50附接到表面58。實例安裝構件如下文所述。根據本公開的RFID標簽也可以用于希望增大讀取范圍以及在制品上施加RFID標簽的有限空間的應用，無論制品是否導電。對于許多應用而言，希望減小RFID標簽20的長度和寬度，以便適應某些尺寸的制品或以其它方式限制RFID標簽所占用的制品表面積大小。然而，這樣改進RFID標簽的維度可能因共振頻率偏移至較高頻率而使UHF應用的RFID標簽失諧。RFID標簽的失諧如圖4Α、圖4Β、圖5Α和圖5Β所示。如下文參照圖4Α、圖4Β、圖5Α、圖5Β、圖6Α、圖6Β、圖7Α和圖7Β所述，實驗結果表明可以通過調節(jié)饋電點Fant使RFID標簽14失諧，該饋電點是沿著X軸方向(沿著RFID標簽的長度)在IC芯片的中心與天線的中心34 (通常為RFID標簽的中心)之間測得的。因此,可以通過調節(jié)饋電點Fant縮短3D環(huán)形天線和/或使其更薄，同時保持相對較長的讀取范圍，如大于大約10英尺(大約3米)。圖7Α和圖7Β圖解了具有多種饋電點的RFID標簽的性能。在一些實施例中，RFID標簽的尺寸可以設計為大約等于或小于工作頻率的四分之一波長。例如，在使用915MHz的工作頻率的情況下，RFID標簽的長度可以等于或小于大約lcm，即使當附接到導電表面上時，也可以保持良好的讀取范圍。圖3B為結合制品表面58的RFID標簽50的剖視圖。相同的參考標號代表相同的部件。如上所述，導電部分62、64、66和導電制品表面58形成閉環(huán)。RF信號18激發(fā)流經導電部分62、64、66的電流,如實線箭頭所示。如果制品表面58適當的大，制品表面58就可以充當地平面。采用鏡像原理，可建立3D環(huán)形天線22的代表性電氣模型。使用該電氣模型可見，由于制品表面58的原因，電流回路的面積大約為3D環(huán)形天線22的物理面積的兩倍大。具體地講，制品表面58可增大電流回路的面積，而電流回路可增強整體輻射。
圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A和圖7B為展示根據本發(fā)明的RFID標簽(如RFID標簽20或RFID標簽50)的可調諧實質的圖。這些圖提供天線阻抗(從IC看至IJ)的實(電阻)部分和虛(電抗)部分隨頻率的變化。更具體地講，圖4A-7B將RFID標簽的環(huán)形天線的長度、寬度、高度和饋電點參數化，并且提供了用于設計RFID標簽的參數，該RFID標簽顯示具有在性能與尺寸(即波形因子)之間的所需平衡。如上所述，環(huán)形天線的長度、寬度和高度可以包括多種導電部分(包括導電翼51A和51B)，可通過調節(jié)導電部分的長度和寬度來調諧RFID標簽的環(huán)形天線。圖4A-7B所示的圖是使用安裝有得自ComputerSimulation Technology(Wellesley Hills, Massachusetts)的 CST Microwave Studio 軟件的計算機建模系統(tǒng)生成的。具體地講，圖4A圖解了長度Lant分別為約50mm、約75mm和約IOOmm的RFID標簽的實例電阻曲線70A、72A和74A。圖4B中的曲線70B、72B和74B分別為長度Lant等于約50mm、約75mm和約IOOmm的RFID標簽的電抗曲線。在該實例中，可以通過改變Lant將RFID標簽調諧至具體阻抗，并且設計為以915MHz的頻率工作。對于圖4A和圖4B中的每一條曲線，其它參數(如寬度Want、高度Hant和饋電點Fant)都保持恒定。具體地講，寬度Want為約
12.5mm,高度Hant為約5mm,饋電點Fant為約Omm(即IC芯片與3D環(huán)形天線的中心34 —致)。圖4A和圖4B所示的曲線表明，RFID標簽縮短時，共振頻率變大。圖5A和圖5B為展示將根據本發(fā)明的RFID標簽的寬度Want參數化的實例電阻曲線和電抗曲線圖。曲線80A和80B、82A和82B、84A和84B以及86A和86B分別為寬度Want等于約12.5mm、約25mm、約37.5mm和約50mm的RFID標簽的電阻曲線和電抗曲線。長度LMT、高度Hant和饋電點Fant分別為約100mm、5mm和0mm。因此，圖5A和圖5B所示的曲線表明，減小RFID標簽的寬度可增大共振的斜率，即Q。變化的斜率可有助于使3D環(huán)形天線的阻抗與不同的IC芯片阻抗值相匹配。圖6A和圖6B為展示將根據本發(fā)明的RFID標簽的高度Hant參數化的實例電阻曲線和電抗曲線圖。曲線90A和90B、92A和92B以及94A和94B分別為高度Hant等于約2mm、約4mm和約6mm的RFID標簽的電阻曲線和電抗曲線。圖6A和圖6B所示的計算機建模結
果表明，減小標簽厚度可提高共振頻率。圖7A和圖7B為展示將根據本發(fā)明的RFID標簽的饋電點Fant參數化的實例電阻曲線和電抗曲線圖。在圖7A中，曲線100A、102A、104A、106A和108A分別為饋電點Fant等于約5mm、約15mm、約25mm、約35mm和約45mm的RFID標簽的電阻曲線。在圖7B中，曲線100B、102B、104B、106B和108B分別為饋電點Fant等于約5_、約15_、約25_、約35mm和約45mm的RFID標簽的電抗曲線。RFID標簽的長度Lant、寬度Want和高度Hant分別為約100mm、約12.5mm和約5mm。圖7A和圖7B所示的圖表明，增大RFID標簽的饋電點Fant可降低RFID標簽的第一共振頻率。如此前所述，可能理想的是，在某些應用中減小RFID標簽的長度Lant和高度Hant,以便適應附接到相對較小的制品或具有有限空間的制品。在這些應用中，附接RFID標簽的空間可能是有限的。然而，如圖4A-4B和圖6A-6B所示，減小RFID標簽的長度Lant和高度Hant可提高共振頻率，從而可能會使RFID失諧。然而，如圖7A、圖7B所示，調節(jié)饋電點Fant可降低共振頻率。因此，可以通過調節(jié)饋電點Fant緩解因RFID標簽縮短和/或變薄而帶來的不利影響。
圖8為用于測試RFID標簽112的讀取范圍的測試系統(tǒng)110的示意圖。測試環(huán)境110通常包括閱讀器114 (安裝在地面116以上高度H的托架上)、RFID標簽112、測試表面118和支承體120。以下討論的實驗在小型無回聲室中進行。為抑制電磁干擾，室的內部用銅片材屏蔽。在銅片材的頂部，整個室內都固定有藍色吸收錐，以抑制室內的電磁波反射。閱讀器114設置在室的一端處，RFID標簽112設置在室的另一端處。閱讀器114與RFID標簽112之間的距離為大約5英尺。下文所述的實驗中使用了不同的RFID標簽。RFID標簽被設計成證實具有圖5A-8B所示的3D環(huán)形天線的RFID標簽的長度Lm、寬度Want、高度Hant和饋電點Fant的參數化結果。例如，相對于實驗1，使用了五個不同的RFID標簽。在這種情況下，RFID標簽中的每一個都被構造為與圖2中的RFID標簽20的構型類似的構型。實驗2-4是用得自實驗I的RFID標簽中的某一個進行的。實驗5是用具有與圖3A中的RFID標簽50類似的構型的兩個RFID標簽進行的。在該實驗中的每一個中，所有標簽都用5mm厚的發(fā)泡芯和約12.5_寬的銅條制成，其中銅條的背面具有導電粘合劑，以用于將標簽附接到測試表面138。所用的硅IC芯片為 Phillips ISO 18000-6B 封裝元件。用測試系統(tǒng)110測試導電測試表面138和非導電測試表面上的RFID標簽112的讀取范圍。銅片材用作導電表面。測試導電測試表面上的RFID標簽112時，用得自3M Innovative Properties 公司(St.Paul, Minnesota)的 Double Stick Scotch Tape(Scotch 雙面膠帶)將RFID標簽112附接到測試表面138。為測試非導電表面上的RFID芯片112的性能，在發(fā)泡芯上測試RFID芯片112，其性質與自由空間沒有顯著不同。因此，發(fā)泡芯近似自由空間。為確定RFID標簽112的讀取范圍，將閱讀器114的功率電平設置為某個值，然后以IdB的增量衰減，直到標簽112不再可讀。具體地講，將閱讀器114的功率電平設置為31dBm，并且假定電纜損耗為ldB。因此，閱讀器114的所得輸出功率為30dBm。以下公式3和4提供了從衰減的功率(dB)向理論預期范圍(英尺)的轉換。
權利要求
1.一種射頻識別(RFID)標簽，包括: 環(huán)形天線，所述環(huán)形天線包括: 第一導電部分，所述第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中所述第一導電部分的所述長度和所述寬度基本上位于第一平面內，所述第一導電部分的至少一部分形成用于調諧所述環(huán)形天線的阻抗的調諧元件；和 第二導電部分，所述第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中所述第二導電部分的所述長度和所述寬度基本上位于基本上平行于所述第一平面的第二平面內，所述第二導電部分被電稱合到所述第一導電部分上；和 電連接到所述環(huán)形天線上的RFID電路，其中通過所述環(huán)形天線激發(fā)電流流經電流回路中的所述第一導電部分和所述第二導電部分，所述電流回路位于基本上垂直于所述第一平面和所述第二平面的第三平面內。
2.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述RFID標簽被構造為使得當被附接到制品表面上時，所述第三平面基本上垂直于所述制品的表面。
3.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述第二導電部分連接到制品的導電表面上，形成位于所述第三平面內的所述電流回路。
4.根據權利要求3所述的RFID標簽，其中所述第二導電部分包括一對接觸點，所述接觸點連接到所述導電表面，以形成所述電流回路。
5.根據權利要求3所述的RFID標簽，其中所述第二導電部分電耦合到所述制品的所述導電表面，以形成所述電流回路。
6.根據權利要求3所述的RFID標簽，其中所述第二導電部分電磁耦合到所述制品的所述導電表面，以形成所述電流回路`。
7.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述RFID標簽被構造為使得流經所述環(huán)形天線的電流在附接所述RFID標簽的制品的導電表面內感應電流，以增強由所述環(huán)形天線產生的磁場。
8.根據權利要求7所述的RFID標簽，其中在所述制品的所述導電表面內感應的所述電流使由所述環(huán)形天線的所述電流回路封閉的區(qū)域基本上加倍。
9.根據權利要求1所述的RFID標簽，所述環(huán)形天線限定長度，其中所述RFID電路處于所述長度的中心。
10.根據權利要求1所述的RFID標簽，所述環(huán)形天線限定長度，其中所述RFID電路偏離于所述環(huán)形天線的所述長度的中心。
11.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中其中所述第一導電部分包括在所述第一導電部分中形成間隙的至少一個狹縫，其用作調諧元件，以用于將所述天線的所述阻抗調諧為與連接所述天線的所述RFID電路的阻抗基本上匹配。
12.根據權利要求11所述的RFID標簽，其中所述RFID電路在偏離于所述環(huán)形天線中心的位置處被連接到所述環(huán)形天線的第一導電部分，并且在所述環(huán)形天線的第一導電部分中形成間隙的所述狹縫以所述RFID電路偏離所述環(huán)形天線中心的相同方向偏離所述RFID電路。
13.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述第一導電部分包括第一導電跡線，所述第一導電跡線基本上與第二導電跡線的至少一部分重疊，以形成所述調諧元件，以用于將所述天線的所述阻抗調諧為與連接所述天線的所述RFID電路的阻抗基本上匹配。
14.根據權利要求12所述的RFID標簽，還包括分離所述重疊導電跡線的非導電材料。
15.根據權利要求12所述的RFID標簽，其中所述RFID電路在偏離于所述環(huán)形天線中心的位置處被連接到所述環(huán)形天線的第一導電部分，并且所述重疊導電跡線以所述RFID電路偏離所述環(huán)形天線中心的相同方向偏離所述RFID電路。
16.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述環(huán)形天線被調諧為在所述射頻頻譜的超高頻率(UHF)范圍內工作。
17.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述第一導電部分的所述長度和所述第二導電部分的所述長度為至少大約50毫米(mm)，所述第一導電部分的所述寬度和所述第二導電部分的所述寬度在大約12_50mm之間，并且所述第一導電部分和所述第二導電部分的所述厚度為小于大約1mm。
18.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述環(huán)形天線限定內部空間，所述RFID標簽還包括設置在所述內部空間內的墊片材料。
19.根據權利要求1所述的RFID標簽，其中所述RFID電路包括集成電路(IC)、表面聲波(SAW)和有機電路中的一者。
20.一種射頻識別(RFID)系統(tǒng)，包括: 閱讀器單元，所述閱讀器單元被構造為輸出詢問射頻(RF)場；和 RFID標簽，所述RFID標簽包括: 環(huán)形天線，所述環(huán)形天線包括: 第一導電部分，所述第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中所述第一導電部分的所述長度和所述寬度基本上位于第一平面內，所述第一導電部分的至少一部分形成用于調諧所述天線的阻抗的調諧元件；和 第二導電部分，所述第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中所述第二導電部分的所述長度和所述寬度基本上位于基本上平行于所述第一平面的第二平面內，所述第二導電部分被電稱合到所述第一導電部分上；和 電連接到所述環(huán)形天線上的RFID電路，其中激發(fā)電流流經電流回路中的所述第一導電部分和所述第二導電部分，以響應所述詢問RF信號而輸出RF信號，所述電流回路位于基本上垂直于所述第一平面和所述第二平面的第三平面內。
21.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述RFID標簽被構造為使得當被附接到制品的表面時，所述第三平面基本上垂直于所述制品的所述表面。
22.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述第二導電部分連接到制品的導電表面上，形成位于所述第三平面內的所述電流回路。
23.根據權利要求22所述的系統(tǒng)， 其中所述第二導電部分包括一對連接到所述導電表面上的接觸點。
24.根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述第二導電部分通過電氣連接和電磁耦合之一連接到所述制品的所述導電表面，以形成所述電流回路。
25.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述RFID標簽被構造為使得流經所述環(huán)形天線的電流在連接所述RFID標簽的制品的導電表面內感應電流，以增強由所述環(huán)形天線產生的磁場。
26.根據權利要求25所述的系統(tǒng)，其中在所述制品的所述導電表面內感應的所述電流使所述環(huán)形天線的所述磁場基本上加倍。
27.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，所述環(huán)形天線限定長度，其中所述IC芯片處于所述長度中心。
28.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，所述環(huán)形天線限定長度，其中所述IC芯片偏離于所述環(huán)形天線的所述長度的中心。
29.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述第一導電部分包括在所述第一導電部分中形成間隙的至少一個狹縫，所述狹縫用作所述調諧元件，以用于將所述天線的所述阻抗調諧為與連接所述天線的所述RFID電路的阻抗基本上匹配。
30.根據權利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述RFID電路在偏離于所述環(huán)形天線的中心的位置處被連接到所述環(huán)形天線的第一導電部分，并且在所述環(huán)形天線的第一導電部分中形成間隙的所述狹縫以所述RFID電路偏離所述環(huán)形天線中心的相同方向偏離所述RFID電路。
31.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述第一導電部分包括第一導電跡線，所述第一導電跡線基本上與第二導電跡線的至少一部分重疊，以形成所述調諧元件，以用于將所述天線的所述阻抗調諧為與連接所述天線的所述RFID電路的阻抗基本上匹配。
32.根據權利要求31所述的系統(tǒng)，還包括分離所述重疊導電跡線的非導電材料。
33.根據權利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述RFID電路在偏離于所述環(huán)形天線的中心的位置處被連接到所述環(huán)形天線的第一導電部分，并且所述重疊導電跡線以所述RFID電路偏離所述環(huán)形天線中心的相同方向偏離所述RFID電路。
34.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述環(huán)形天線在所述射頻頻譜的超高頻率(UHF)范圍內工作。
35.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述第一導電部分的所述長度和所述第二導電部分的所述長度為至少大約50毫米(mm)，所述第一導電部分的所述寬度和所述第二導電部分的所述寬度在大約12_50mm之間，并且所述第一導電部分和所述第二導電部分的所述厚度為小于大約1mm。
36.一種制品，包括: 導電表面；和 射頻識別(RFID)標簽，所述RFID標簽連接到所述制品的所述導電表面，所述RFID標簽包括: 環(huán)形天線，所述環(huán)形天線包括: 第一導電部分，所述第一導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中所述第一導電部分的所述長度和所述寬度基本上位于第一平面內，所述第一導電部分的至少一部分形成用于調諧所述環(huán)形天線的阻抗的調諧元件；和 第二導電部分，所述第二導電部分的長度和寬度基本上超出其厚度，其中所述第二導電部分的所述長度和所述寬度基本上位于基本上平行于所述第一平面的第二平面內，所述第二導電部分被電稱合到所述第一導電部分上；和 電連接到所述環(huán)形天線上的RFID電路，其中通過所述環(huán)形天線激發(fā)電流流經電流回路中的所述第一導電部分和所述第二導電部分，所述電流回路位于基本上不平行于所述制品的所述導電表面的第三平面內。
37.根據權利要求36所述的制品，其中所述RFID標簽被構造為使得所述第三平面基本上垂直于所述制品的所述導電表面。
38.根據權利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述第二導電部分連接到所述制品的所述導電表面上，以形成位于所述第三平面內的所述電流回路。
39.根據權利要求38所述的制品，其中所述第二導電部分包括一對連接到所述制品的所述導電表面上的接觸點。
40.根據權利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述第二導電部分通過電氣連接和電磁耦合之一連接到所述制品的所述導電表面，以形成所述電流回路。
41.根據權利要求36所述的制品，其中所述RFID標簽被構造為使得流經所述環(huán)形天線的電流在所述制品的導電表面內感應電流，以增強由所述環(huán)形天線產生的磁場。
42.根據權利要求41所述的制品，其中在所述制品的所述導電表面內感應的所述電流使所述環(huán)形天線的所述磁場基本上加倍。
43.根據權利要求36所述的制品，其中所述第一導電部分包括在所述第一導電部分中形成間隙的至少一個狹縫，所述狹縫用作調諧元件，以用于將所述天線的所述阻抗調諧為與連接所述天線的所述RFID電路的阻抗基本上匹配。
44.根據權利要求43所述的制品，其中所述RFID電路在偏離于所述環(huán)形天線的中心的位置處被連接到所述環(huán)形天線的第一導電部分，并且在所述環(huán)形天線的第一導電部分中形成間隙的所述狹縫以所述RFID電路偏離所述環(huán)形天線中心的相同方向偏離所述RFID電路。
45.根據權利要求36所述的制品，其中所述第一導電部分包括第一導電跡線，所述第一導電跡線基本上與第二導電跡線的至少一部分重疊，以形成所述調諧元件，以用于將所述天線的所述阻抗調諧為與連接所述天線的所述RFID電路的阻抗基本上匹配。
46.根據權利要求45所述的制品，還包括分離所述重疊導電跡線的非導電材料。
47.根據權利要求45所述的制品，其中所述RFID電路在偏離于所述環(huán)形天線的中心的位置處被連接到所述環(huán)形天線的第一導電部分，并且所述重疊導電跡線以所述RFID電路偏離所述環(huán)形天線中心的相同方向偏離所述RFID電路。
全文摘要
本公開描述了射頻識別(RFID)標簽，該射頻識別(RFID)標簽包括三維(3D)環(huán)形天線。所述3D環(huán)形天線包括長度和寬度基本上超出厚度的第一導電部分。第一導電部分的長度和寬度基本上位于第一平面內。所述3D環(huán)形天線包括長度和寬度基本上超出厚度的第二導電部分。第二導電部分的長度和寬度基本上位于與第一平面基本上平行的第二平面內。電連接到所述環(huán)形天線的RFID電路激發(fā)電流流經電流回路中的所述第一導電部分和所述第二導電部分，所述電流回路位于基本上不平行于所述第一平面和所述第二平面的第三平面內。在某些情況下，所述第三平面可以基本上垂直于所述第一平面和所述第二平面。
文檔編號G06K19/077GK103107422SQ20121039723
公開日2013年5月15日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權日2008年2月14日
發(fā)明者斯瓦加塔·R·班納吉, 羅伯特·A·薩伊納蒂, 威廉·C·埃格伯特, 大衛(wèi)·K·米塞梅 申請人:3M創(chuàng)新有限公司