專利名稱：由平形原料制成的具有三維天線陣的安全標(biāo)簽及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全標(biāo)簽，尤其是涉及一種用于無線射頻識別(RFID)標(biāo)簽的超高頻(UHF)偶極天線系統(tǒng)，該偶極天線系統(tǒng)可優(yōu)化對在其內(nèi)安置RFID標(biāo)簽的給定的可用體積的檢測。
背景技術(shù)：
通過連續(xù)進料步驟制造的低成本標(biāo)簽通常是由標(biāo)簽原料(tag stock)制成，因而是二維的。二維標(biāo)簽的性能通常是與標(biāo)簽的詢問器和閱讀器的天線相關(guān)的強大的標(biāo)簽天線的定向功能。
對于詢問器/閱讀器，一種用于減低標(biāo)簽對其定向的敏感度的方法包括增加標(biāo)簽天線的有效面積，因而從入射電磁場獲取更多的能量。偶極天線所使用的另一種方法，是在標(biāo)簽原料的平面內(nèi)將兩個或多個天線以彼此成角度來取向。但是，上述的兩種方法都導(dǎo)致較大的標(biāo)簽，從而增加了制造費用并降低了可銷售性。
為了適于在RFID標(biāo)簽內(nèi)使用兩個偶極天線，馬里蘭州羅克維爾的一個公司Matrics Inc.已經(jīng)研發(fā)了一種RFID系統(tǒng)IC(例如，Matrics標(biāo)簽X1020)，其可與地面終端一起提供多個RF輸入。
但是，尤其當(dāng)UHF頻率(例如，850MHz-950MHz)和微波頻率(例如，2.3Ghz-2.6Ghz)被用于與RFID標(biāo)簽通訊時，仍存在對優(yōu)化在其內(nèi)安置RFID標(biāo)簽的給定體積的檢測的UHF(或微波)偶極天線系統(tǒng)的需求。
在此所引用的所有文獻均全文引入此處作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于安全標(biāo)簽(例如，RFID安全標(biāo)簽)的天線配置，該天線配置能夠優(yōu)化由詢問器或閱讀器發(fā)出的信號的接收。該天線配置包括設(shè)置為不平行也不共線配置的第一偶極和第二偶極以形成一個包括所述的第一和第二偶極的平面(例如，幅狀材料(web material))；以及設(shè)置在該平面外的第三偶極。
一種制造用于安全標(biāo)簽(例如，RFID安全標(biāo)簽)的三維天線的方法，所述的安全標(biāo)簽可優(yōu)化由詢問器或閱讀器發(fā)出的信號的接收。該方法包括如下步驟(a)提供幅狀材料(例如，基質(zhì)、板材、紙張、塑料等)；(b)在幅狀材料上形成第一偶極和第二偶極，并且其中所述的第一偶極和第二偶極設(shè)置成彼此不平行也不共線；(c)在該幅狀材料上形成第三偶極；(d)切割該幅狀材料以將部分第三偶極從該幅狀材料上分離出來；以及(e)將該自由的部分移出到該幅狀材料之外。


本發(fā)明將結(jié)合下述附圖進行描述，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，其中圖1是具有三維天線的安全標(biāo)簽的功能性示意圖；圖1A是參考直角坐標(biāo)軸；圖2A示出了在制造標(biāo)簽的過程中的含有RFID集成電路的部分基質(zhì)以及作為部分基質(zhì)的三維天線的天線截線(stub)；圖2B示出了如何將兩個天線截線從基質(zhì)上抬起，以使該偶極天線作為第三軸(z)；圖2C是參考直角坐標(biāo)軸；圖3是具有布置在二維中的多個元件的標(biāo)簽原料的平面示意圖；圖4是具有折疊以處于三維中的天線元件的標(biāo)簽鑲嵌物的等軸示意圖(isometric view diagram)；圖4A是第二個實施方案的參考直角坐標(biāo)軸；以及圖5是安裝在硬標(biāo)簽架的后殼內(nèi)的折疊標(biāo)簽的等軸示意圖。
具體實施例方式
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的廣義發(fā)明構(gòu)思的前提下，可以改變上述具體實施方式
。因此，可以理解，本發(fā)明不限于所公開的特定的具體實施方式
，而是意圖覆蓋后附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種變化。
如圖1中的20所示，RFID安全標(biāo)簽包括三維天線。該RFID安全標(biāo)簽20包括連接至RFID集成電路(IC)22的三個偶極天線。在x軸(關(guān)于軸取向，參見圖1A)上的偶極天線包括天線截線X1和X2。在y軸上的偶極天線包括天線截線Y1和Y2。最后，在z軸上的第三偶極天線包括天線截線Z1和Z2。該RFID安全標(biāo)簽20能被包裹在外殼內(nèi)，例如球形的外殼、立方體盒狀的外殼等。例如，該RFID安全標(biāo)簽20最好放置在運輸托臺內(nèi)，或結(jié)合于包裝或包裹材料。偶極在所有三維空間中的存在優(yōu)化了通過RFID標(biāo)簽20檢測標(biāo)簽20存在的給定體積的由詢問器或閱讀器(未示出)發(fā)出的信號，尤其是UHF頻率范圍(例如，850MHz-950MHz)和微波范圍(例如，2.3Ghz-2.6Ghz)的信號。因此，該三維天線形成了對二維天線的改進，并比直線的或波狀的單一偶極天線的效果好。
生產(chǎn)z軸偶極的一種非常經(jīng)濟的方法是采用安全標(biāo)簽平形原料方法來制造所有的偶極。尤其是，如圖2A-2B所示，三個偶極均在幅狀材料的平片上制造(圖2A)并電連接至RFID IC22。在隨后的階段中，與一個偶極相連的幅狀材料被切割(參見圖2A中的線C)，以允許每個偶極截線的自由端(FE)被折疊處于x-y平面之外(圖2B)并垂直于另外兩個偶極(關(guān)于軸取向，見圖2C)。
本發(fā)明的RFID標(biāo)簽20的偶極天線能采用使用蝕刻、印刷(例如，銅或銀墨、苯胺印刷)、模切、激光切割等的傳統(tǒng)工藝制造。該網(wǎng)狀材料24可包括任何平形原料或基質(zhì)，包括紙或塑料等。在優(yōu)選實施方案中，該幅狀材料24的厚度范圍為25至90微米；天線截線X1-Z2或元件122/124(見圖3-5和相應(yīng)的文本)，例如，金屬跡線(metal trace)，能夠為7-60微米或更多。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道幅狀材料24和天線截線X1-Z2/元件122/124的厚度決不限于這些范圍，這些范圍決不限制本發(fā)明的范圍。實際上，本發(fā)明最寬的范圍包括天線截線/元件嵌入網(wǎng)狀材料24內(nèi)，包括其中該天線截線/元件與網(wǎng)狀材料24的表面平齊。該RFID IC22能夠通過采用引線接合法、倒裝晶片工藝、接觸粘合等方法與天線截線電連接。將截線/元件連接至RFID IC22能夠通過采用整流器和甚至多路器來實現(xiàn)，以便將由各種偶極接收的信號提供給RFID IC22。因此，本發(fā)明的最寬范圍包括將所有偶極的截線在基質(zhì)上或基質(zhì)內(nèi)形成，并隨后電連接至RFID IC22的任何方法。此外，本發(fā)明的最寬范圍也包括下述文件中公開的安全標(biāo)簽的制造方法于2004年2月23日提交的，名稱為“安全標(biāo)簽、裝置及其制造方法”的專利申請序列號為No.60/547,235的美國專利申請,或于2002年9月5日提交的，名稱為“安全標(biāo)簽及其制造方法”的專利申請序列號位No.10/235,733的美國專利申請，這兩篇文件所公開的所有內(nèi)容均引入此處作為參考，并且與本專利申請相同，這兩篇專利申請屬于相同的受讓人，即美國保點公司(Checkpoint Systems，Inc.)。該天線截線(X1-Z2)可包括可調(diào)調(diào)諧截線和用于感應(yīng)淬火(impedancematching)的吸持棒(holding bar)，該吸持棒能被修改，以在z軸截線Z1和Z2被移出x-y平面外之前，適當(dāng)調(diào)節(jié)(例如，當(dāng)偶極位于基質(zhì)上或基質(zhì)內(nèi)時在線調(diào)節(jié)這些偶極)三個偶極。
可以理解，盡管優(yōu)選的具體實施方案包括垂直于第一和第二偶極的第三偶極(截線Z1/Z2)，但本發(fā)明的最寬范圍包括其截線位于由第一和第二偶極形成的x-y平面外但不必與該平面垂直的第三偶極。因此，圖2B所示的角度θ1和θ2可以是相對于x-y平面內(nèi)的水平參考線的0-90°。此外，角度θ1和θ2不相等也在本發(fā)明的最寬范圍內(nèi)。
參照圖3，其示出了另一個具體實施方案120，其中具有多個偶極元件的二維天線陣在標(biāo)簽原料24上形成，以與電子商品防盜系統(tǒng)(EAS)和RFID型標(biāo)簽一起使用。尤其是，具體實施方案120示出了兩個折疊的偶極元件，環(huán)繞切割的標(biāo)簽原料24的周圍的外部元件122和在外部元件122的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部元件124(RFID IC22未示出)。該內(nèi)部元件124包括偶極截線124A和124B。優(yōu)選地，該內(nèi)部元件124和外部元件122通過任何能導(dǎo)致形成天線截線的導(dǎo)電跡線(electrically conductive trace)的標(biāo)簽制造工藝(在上文中描述了標(biāo)簽20的所有制造工藝，所有這些工藝均適用于具體實施例120)在絕緣標(biāo)簽原料基質(zhì)24上形成。這樣的工藝包括，但不限于，沖切、導(dǎo)電油墨印刷、導(dǎo)電箔的蝕刻和加成電鍍?；|(zhì)優(yōu)選為聚合材料，但可以是諸如紙的其它基本絕緣的材料。
參照圖4，其示出了圖3的具體實施例120被折疊成三維的天線陣。該三維的天線陣通過下述步驟由二維天線陣形成采用沖切或相似方法環(huán)繞內(nèi)部元件124的外周切割基質(zhì)24(其處于x-y平面內(nèi)，見圖4A)，將內(nèi)部元件122折疊至向上的位置，該位置的平面與外部元件122的x-y平面呈一角度。圖5示出了與外部元件122成基本垂直角度的圖4中的天線的內(nèi)部元件124，該外部元件122安裝在硬標(biāo)簽(例如，可再用的安全標(biāo)簽)架的后殼126內(nèi)，該硬標(biāo)簽架包括部分鎖殼10。與優(yōu)選的具體實施方案20不同，第二具體實施方案120通過使偶極截線124A和124B處于平臺24的同側(cè)來形成。
應(yīng)該注意，盡管第二具體實施方案120的內(nèi)部元件124垂直于外部元件122，但本發(fā)明的最寬范圍包括其截線124A/124B位于由外部元件122形成的x-y平面之外但不必垂直于該平面的內(nèi)部元件124。因此，圖4所示的角度θA和θB可以是相對于x-y平面的水平參考線的0°至90°之間。此外，角度θA和θB不相等也在本發(fā)明的最寬范圍內(nèi)。
如圖1-5所示的三維天線陣不限于所述具體實施方案的特定實施方式。例如，內(nèi)部元件124和外部元件122不必是折疊的偶極，也可以是諸如線圈的其它的天線結(jié)構(gòu)，并且該天線陣可以是多種天線元件結(jié)構(gòu)比如線圈和偶極的組合。此外，二維天線的元件不必在彼此之內(nèi)形成，也可以是彼此相鄰。而且，元件的數(shù)目可以超過2個，并且這些元件可以彼此以任意角度定向，仍然在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，通過將天線陣延伸至第三維，就形成天線陣所消耗的標(biāo)簽原料的多少來說，天線陣的性能得到了改進。通過保持與二維天線陣相同的面積，天線陣的性能增強了而不需增加標(biāo)簽的成本?；蛘?，用減小的天線面積可以獲得與二維天線陣相同的性能而成為較便宜的標(biāo)簽。
雖然本發(fā)明結(jié)合具體實施例進行了詳細(xì)地描述，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，不背離本發(fā)明精神和范圍的各種改變和變型是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于安全標(biāo)簽的天線配置，所述的天線配置優(yōu)化由詢問器或閱讀器發(fā)出的信號的接收，所述的天線配置包括第一偶極和第二偶極，其設(shè)置為不平行也不共線，以形成包括所述的第一偶極和第二偶極的平面；以及位于所述平面外的第三偶極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線配置，其特征在于，所述的第一、第二和第三偶極調(diào)節(jié)至RF頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約850MHz-950MHz頻帶內(nèi)的UHF頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約2.3Ghz-2.6Ghz頻帶內(nèi)的微波頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線配置，其特征在于，所述的第三偶極包括第一天線截線和第二天線截線，所述的平面包括第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述的第一和第二側(cè)面彼此相對，所述的第一天線截線位于在所述的第一側(cè)面上的所述平面之外，并且所述的第二天線截線位于在所述的第二側(cè)面上的所述平面之外。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線配置，其特征在于，所述的第一天線截線和第二天線截線分別垂直于所述的第一和第二側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線配置，其特征在于，所述的第一、第二和第三偶極調(diào)節(jié)至RF頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約850MHz-950MHz頻帶內(nèi)的UHF頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約2.3Ghz-2.6Ghz頻帶內(nèi)的微波頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線配置，其特征在于，所述的第一、第二和第三偶極作為幅狀材料的一部分形成，所述的平面包括所述的幅狀材料，所述的第一和第二偶極為所述幅狀材料的一部分，所述的第三偶極突出于所述的幅狀材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線配置，其特征在于，所述的第三偶極包括第一天線截線和第二天線截線，所述的幅狀材料包括第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述的第一和第二側(cè)面彼此相對，所述的第一天線截線位于在所述的第一側(cè)面上的所述幅狀材料之外，并且所述的第二天線截線位于在所述的第二側(cè)面上的所述幅狀材料之外。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線配置，其特征在于，所述的第一天線截線和第二天線截線分別垂直于所述的第一和第二側(cè)面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線配置，其特征在于，所述的第一、第二和第三偶極調(diào)節(jié)至RF頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約850MHz-950MHz頻帶內(nèi)的UHF頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約2.3Ghz-2.6Ghz頻帶內(nèi)的微波頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線配置，其特征在于，所述的第一、第二和第三偶極調(diào)節(jié)至RF頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約850MHz-950MHz頻帶內(nèi)的UHF頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線配置，其特征在于，所述的RF頻率為在大約2.3Ghz-2.6Ghz頻帶內(nèi)的微波頻率。
19.一種制造用于安全標(biāo)簽的三維天線的方法，所述的三維天線優(yōu)化由詢問器或閱讀器發(fā)出的信號的接收，所述的方法包括以下步驟(a)提供幅狀材料；(b)在所述的幅狀材料上形成第一偶極和第二偶極，所述的第一偶極和第二偶極設(shè)置為彼此不平行也不共線；(c)在所述的幅狀材料上形成第三偶極；(d)切割所述的幅狀材料，以使部分第三偶極從所述的幅狀材料上分離出來；以及(e)將所述的自由部分移位到所述的幅狀材料之外。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在所述的幅狀材料上形成所述的第三偶極的步驟包括產(chǎn)生第一天線截線和第二天線截線，切割所述的幅狀材料的步驟包括切割所述的幅狀材料，以分離出所述第一天線截線的第一部分和所述第二天線截線的第二部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的幅狀材料具有第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述的第一和第二側(cè)面彼此相對，并且將所述的自由部分移位到所述的網(wǎng)狀材料之外的步驟包括將所述的第一和第二部分移位到遠離所述的第一側(cè)面或遠離所述的第二側(cè)面。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的幅狀材料具有第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述的第一和第二側(cè)面彼此相對，并且將所述的自由部分移位到所述的幅狀材料之外的步驟包括將所述的第一部分移位到遠離所述的第一側(cè)面，并且將所述的第二部分移位到遠離所述的第二側(cè)面。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將所述的第一和第二部分移位到遠離所述的第一側(cè)面或遠離所述的第二側(cè)面的步驟包括將所述的第一和第二部分移位到與所述的第一側(cè)面或第二側(cè)面垂直。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，將所述的第一部分移位到遠離所述的第一側(cè)面和將所述的第二部分移位到遠離所述的第二側(cè)面的步驟包括將所述的第一和第二部分移位到分別垂直于所述的第一和第二側(cè)面。
全文摘要
一種三維偶極天線系統(tǒng)或一種RFID標(biāo)簽，其能夠優(yōu)化對在其內(nèi)安置RFID標(biāo)簽的給定的可用體積的檢測。
文檔編號H01Q9/28GK1839516SQ200480024200
公開日2006年9月27日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者加里·T·馬佐科, 安東尼·F·皮科利, 托馬斯·J·克萊爾, 埃里克·?？怂固?申請人:關(guān)卡系統(tǒng)股份有限公司