專利名稱：非位敏射頻識別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別(RFID)標(biāo)簽與標(biāo)記領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記組合了天線與模擬和/或數(shù)字電子設(shè)備，電子設(shè)備例如可包括通信電子設(shè)備，數(shù)據(jù)存儲器和控制邏輯。射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記被廣泛用于將物品與識別碼聯(lián)系起來。例如，射頻識別標(biāo)簽與汽車的安全鎖結(jié)合使用，用于建筑物的出入控制以及用于追蹤庫存品與包裹。一些射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記的例子出現(xiàn)在美國專利第6,107,920號，第6,206,292號和第6,262,692號中，所有這些專利通過引用并入本申請中。
射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記包括含有電源的有源標(biāo)簽，和不含電源的無源標(biāo)簽和標(biāo)記。對于無源標(biāo)簽，為從芯片取回信息，“基站”或者“讀取器”會向射頻識別標(biāo)簽或者標(biāo)記發(fā)射激勵(lì)信號。激勵(lì)信號為標(biāo)簽或者標(biāo)記提供能量，并且射頻識別電路將所存儲的信息傳回讀取器。“讀取器”對來自于射頻識別標(biāo)簽的信息進(jìn)行接收和解碼。通常，射頻識別標(biāo)簽可以保存和傳輸足夠的信息用以唯一地識別個(gè)人、包裹、庫存品及類似物?？梢詫⑸漕l識別標(biāo)簽與標(biāo)記特性化為信息只被寫入一次(但是信息可以被重復(fù)讀出)和在使用時(shí)被寫入信息的射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記。例如，射頻識別標(biāo)簽可以存儲環(huán)境數(shù)據(jù)(可被相關(guān)聯(lián)的傳感器檢測到)、物流記錄和狀態(tài)數(shù)據(jù)等。
射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記通過使用天線與讀取器或其它裝置進(jìn)行通信，天線可用于發(fā)送和/或接收信息，和/或發(fā)送和/或接收能量。因?yàn)樗胁粚?dǎo)電和導(dǎo)電的物體都和電磁場(無線電波)相互作用，因此對天線由哪些部分組成沒有一個(gè)簡單的定義。通常稱為天線的僅僅是在合適的阻抗產(chǎn)生電壓的形狀和尺寸，用于連接到電路和裝置。從某種程度來說，幾乎任何東西都能作為天線。但是對于能夠和射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記一起使用的設(shè)計(jì)方案有一些實(shí)際的限制。
首先，互易性(reciprocity)是進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇時(shí)一個(gè)主要的考慮因素。這意味著天線不僅是作為發(fā)送器，將其(多個(gè))終端上的電壓轉(zhuǎn)換為輻射電磁波發(fā)射出去；同時(shí)天線也作為接收器，進(jìn)入的電磁波能夠在接收器產(chǎn)生/感生貫穿終端的電壓。大多數(shù)情況下描述發(fā)送情形更容易，但是一般來說，好的發(fā)送天線也是好的接收天線(和所有的規(guī)律一樣，在較低頻率時(shí)會有例外。但是對超高頻，在射頻識別標(biāo)簽與標(biāo)記通常工作的900MHz以及900MHz以上頻段，通常是這樣)。
然而，即使上述情況屬實(shí)，除了要求天線完成你所希望的，處于你所希望的位置，以及按你希望的構(gòu)造之外，判定什么是一個(gè)好天線仍然是困難的。
但是，針對特定的目的，有一些特性可以用來作為判定天線是否好的指南。當(dāng)與天線建立連接后，可以測量天線在某個(gè)指定頻率的阻抗。阻抗通常被表示成電阻R和電抗X兩部分的復(fù)合，兩者均以歐姆為單位。但電抗前面有一個(gè)因子j，表明電抗是一個(gè)向量。jX的值為負(fù)數(shù)時(shí)，它表示容抗；jX的值為正數(shù)時(shí)，它表示感抗。
在特定情況下，當(dāng)確定測量天線阻抗時(shí)所發(fā)生的情況后，可以考慮電阻和電抗兩部分對天線的適用性或性能的影響。
電阻R實(shí)際上是天線的損耗電阻和輻射電阻的復(fù)合，其中損耗電阻表示作用于天線的任何信號被轉(zhuǎn)化為熱量的可能性(tendency)；輻射電阻表示通過輻射離開天線的“丟失”的能量，這正是天線所需的。損耗電阻和輻射電阻的比率被描述為天線效率。低效天線的損耗電阻大，輻射電阻相對較小，其在大多數(shù)情況下工作不良，因?yàn)閭魅胩炀€的絕大部分能量都只作為熱量出現(xiàn)，而不是有用的電磁波。
電抗X的作用比電阻R的作用稍微復(fù)雜一些。天線的電抗X(感抗或容抗)不消耗能量。實(shí)際上，通過在系統(tǒng)中引入諧振電路可以減小電抗。簡單地，假定電抗值為+jX(感應(yīng)器)，存在一個(gè)諧振/抵消它的值-jX(電容器)，就只剩下電阻R。
設(shè)計(jì)天線的另一個(gè)考慮因素是頻寬，經(jīng)常用術(shù)語Q(也叫“品質(zhì)因素”)表示。要理解頻寬的作用，并不需要理解數(shù)學(xué)。簡單地，如果天線有表示大感抗或容抗的值+jX或-jX，當(dāng)其被諧振消除時(shí)，在一個(gè)很窄的頻率波段內(nèi)，天線將變成純電阻了。比如，對于一個(gè)工作在頻段為902MHz到928MHz的系統(tǒng)，如果利用高電抗性的天線，則它只能在幾個(gè)MHz的頻段上產(chǎn)生理想的電阻R。另外，高頻寬/窄帶匹配解決方案不穩(wěn)定，因?yàn)樵祷蛟O(shè)計(jì)發(fā)生很小的變化都會對性能產(chǎn)生大的變化。因此在實(shí)際射頻識別標(biāo)簽設(shè)計(jì)中，高Q(頻寬)窄帶解決方案是應(yīng)當(dāng)避免的。
射頻識別標(biāo)簽通常由以下部分組成1)射頻識別芯片，包括從進(jìn)入的射頻信號生成直流電源的整流器，完成識別功能的邏輯電路，以及改變輸入阻抗導(dǎo)致已調(diào)制信號被反射的阻抗調(diào)制器；和2)上述的天線。
每個(gè)這些元件都有關(guān)聯(lián)的阻抗。如果芯片阻抗(通常為容抗)和天線阻抗(根據(jù)設(shè)計(jì)不同而不同)互為共軛，則僅僅通過天線即可連接芯片，并產(chǎn)生一個(gè)有用的標(biāo)簽。對于普通的射頻識別芯片，電容量使得在超高頻或其它合適的頻率能夠達(dá)到一個(gè)合理的低Q足夠的帶寬匹配。
然而，由于環(huán)境和生產(chǎn)限制，滿足射頻標(biāo)簽的操作要求有時(shí)也不是簡單的事，因此必須考慮其它的方法來實(shí)現(xiàn)好的匹配。維持期望阻抗匹配最常用的方法就是在天線與芯片之間放置一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)通常是感應(yīng)器和電容器的網(wǎng)絡(luò)，感應(yīng)器和電容器用于將輸入阻抗的實(shí)部和電抗部分轉(zhuǎn)換到期望的水平。這些組件通常不包括電阻器，因?yàn)殡娮杵鲿哪芰浚@通常使得性能低下。
在阻抗匹配中可能會遇到困難，因?yàn)橹車h(huán)境可能會影響天線的阻抗特性。這依次將影響到天線與射頻識別芯片之間的阻抗匹配質(zhì)量，進(jìn)而影響到射頻識別標(biāo)簽的讀取范圍。
可能會影響天線特性的周圍環(huán)境包括其上安裝天線的基板材料，和射頻識別標(biāo)簽附近的其他物體的特性。比如基板材料的厚度和介電常數(shù)可能會影響天線的工作。又如在標(biāo)簽的附近放置導(dǎo)電或不導(dǎo)電物體可能會影響天線的工作特性，因此影響標(biāo)簽的讀取范圍。
對于基板和放置在周圍的物體的任何給定配置，天線都可以被調(diào)諧，以具有期望的特性。比如，如果每個(gè)標(biāo)簽都可通過調(diào)整臂長，和/或增加由可調(diào)節(jié)的電容器和感應(yīng)器組成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行個(gè)別調(diào)諧，那么無論基板材料塊的介電常數(shù)如何，標(biāo)簽都可工作。不過從商業(yè)角度出發(fā)，要求對天線進(jìn)行個(gè)別調(diào)諧是不現(xiàn)實(shí)的。
如上所述，設(shè)計(jì)者經(jīng)常會為“自由空間”對標(biāo)簽性能進(jìn)行優(yōu)化，通常假設(shè)“自由空間”數(shù)據(jù)的標(biāo)定相對介電常數(shù)為1。然而，在現(xiàn)實(shí)中，標(biāo)記附著的物體的介電常數(shù)經(jīng)常不為1，相反，其介電常數(shù)或附近物體的周遭環(huán)境變化很大。比如，采用偶極天線設(shè)計(jì)，并為自由空間進(jìn)行了優(yōu)化的標(biāo)記相反附著于一個(gè)介電常數(shù)與自由空間的介電常數(shù)不同的物體，它的性能將降低，通常其自身表現(xiàn)為工作范圍縮小，以及前面提及的另外的低效率。
因此，盡管具有不同的固定介電常數(shù)基板的產(chǎn)品可通過將天線設(shè)計(jì)從“自由空間”設(shè)計(jì)改變?yōu)榘ㄐ陆殡姵?shù)或補(bǔ)償可能在標(biāo)簽附近的其他物體來適應(yīng)，但這種設(shè)計(jì)改變迫使標(biāo)簽制造者生產(chǎn)范圍更廣的標(biāo)記或標(biāo)簽，可能為使用標(biāo)簽的每一種目標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)不同的型號，從而增加費(fèi)用，并給標(biāo)簽制造者帶來了庫存積壓的問題。
當(dāng)標(biāo)簽應(yīng)用于具有可變介電常數(shù)范圍的不同類型材料時(shí)，標(biāo)簽設(shè)計(jì)者所能達(dá)到的最佳設(shè)計(jì)效果是設(shè)計(jì)或調(diào)諧標(biāo)簽，使其為介電常數(shù)范圍的平均值和預(yù)期的狀態(tài)，并接受在特殊情況下通過顯著失諧引起的性能降低，以及可能的失效。
可理解的是，關(guān)于上述情況，改進(jìn)是人們所希望的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，天線結(jié)構(gòu)包括電補(bǔ)償元件和磁補(bǔ)償元件。
為了達(dá)到上述和相關(guān)的目標(biāo)，發(fā)明包括了在下文中詳細(xì)描述和在權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的描述和附圖詳細(xì)地闡述了本發(fā)明的某些闡述性的實(shí)施例。這些實(shí)施例只是表示可以運(yùn)用本發(fā)明原理的多種方式中的幾個(gè)。結(jié)合下列詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其它目標(biāo)、優(yōu)勢和新特征將一目了然。


附圖并不一定按照比例，在附圖中； 圖1是根據(jù)本發(fā)明的帶天線結(jié)構(gòu)的射頻識別裝置的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖3是說明包含圖2天線結(jié)構(gòu)的射頻識別裝置相對于一行物體的一個(gè)可能布局的平面圖。
圖4是說明包含圖2天線結(jié)構(gòu)的射頻識別裝置相對于一行物體的另一種可能布局的平面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖6是用于圖5天線結(jié)構(gòu)的電補(bǔ)償元件的平面圖。
圖7是用于圖5天線結(jié)構(gòu)的另一電補(bǔ)償元件的平面圖。
圖8是用于圖5天線結(jié)構(gòu)的磁補(bǔ)償元件的平面圖。
圖9是用于圖5天線結(jié)構(gòu)的磁補(bǔ)償元件替代實(shí)施例的平面圖。
圖10是用于圖5天線結(jié)構(gòu)的組合電補(bǔ)償元件和磁補(bǔ)償元件的平面圖。
圖11是安裝于絕緣材料上的電容器的平面圖。
圖12是用于本發(fā)明的一種適應(yīng)元件-交叉指型(inter-digital)電容器的平面圖。
圖13是沿圖12所示適應(yīng)元件截取的側(cè)面圖。
圖14是類似圖13的側(cè)面圖，和圖13電容器相比，其中的電容器安裝在更厚的材料上。
圖15是可用于本發(fā)明的另一類適應(yīng)元件彎折感應(yīng)器(meander inductor)的平面圖。
圖16是采用彎折感應(yīng)器的射頻識別標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖17是類似于圖16實(shí)現(xiàn)的射頻識別標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的平面圖，其中將標(biāo)簽安裝在比圖16標(biāo)簽的材料更厚的材料上。
圖18是帶折疊偶極天線結(jié)構(gòu)的射頻識別標(biāo)簽。
圖19是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)，其隨著其上安裝天線的材料的介質(zhì)常數(shù)變化而減小其有效長度。
圖20是可用于本發(fā)明的適應(yīng)天線結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖21是包含可用于本發(fā)明的補(bǔ)償元件的適應(yīng)天線結(jié)構(gòu)另一種實(shí)施例的平面圖。
具體實(shí)施例方式射頻識別裝置包括一個(gè)天線結(jié)構(gòu)，它在相對于附近材料(如紙箱或其它容器中的金屬物體)的不同位置的范圍內(nèi)提供良好的性能。天線結(jié)構(gòu)有補(bǔ)償元件，補(bǔ)償元件與附近的材料相互作用從而在不同位置范圍內(nèi)提供良好的性能。補(bǔ)償元件包括主要通過電場與附近材料相互作用的電補(bǔ)償元件，以及主要通過磁場與附近材料相互作用的磁補(bǔ)償元件。可以選擇電補(bǔ)償元件和磁補(bǔ)償元件，并將這些補(bǔ)償元件定位在天線結(jié)構(gòu)中，使得天線結(jié)構(gòu)的性能在不同位置的范圍內(nèi)基本不變(或至少能夠接受)。附近的材料可能包括不導(dǎo)電和/或?qū)щ姴牧?，?dāng)射頻識別裝置在一定范圍的不同方位內(nèi)移動時(shí)，這些材料在射頻識別裝置附近的環(huán)境中呈現(xiàn)幾何變化。幾何變化可包括周期變化，比如紙箱中一個(gè)接一個(gè)排成直線的金屬罐?；蛘撸瑤缀巫兓煞侵芷诨蚧倦S機(jī)變化，比如紙箱或容器中隨意放置的絕緣包裝材料內(nèi)的金屬物體。
不同位置的范圍可以是一維的位置范圍，比如這個(gè)位置范圍允許將射頻識別裝置安放成其沿著紙箱或容器的某一側(cè)的任何地方都具有給定的方位，在紙箱或容器的這一側(cè)后面并行放著罐。把射頻識別裝置的中點(diǎn)放置于其中一個(gè)罐上或一對相鄰罐之間的空隙上，裝置的性能實(shí)質(zhì)上是一樣的。在相對于物體、或紙箱或容器的一個(gè)給定方向上，位置的一維范圍可以將射頻識別裝置天線結(jié)構(gòu)的中心設(shè)為沿著一條直線(或一系列平行線)的任何地方。
或者，不同位置的范圍可以是二維的位置范圍，比如其允許將射頻識別裝置安放在沿著紙箱或容器某一側(cè)的基本任何地方，在紙箱或容器的這一側(cè)后面并行放著罐。當(dāng)預(yù)期環(huán)境中導(dǎo)電和絕緣物體的布局是非周期或隨機(jī)的時(shí)，位置范圍可能仍然是二維的位置范圍。二維的位置范圍可包括按任何方向或在任何方向范圍內(nèi)，將射頻識別裝置放在紙箱或容器上的基本任何地方。二維的位置范圍可包括一個(gè)或更多個(gè)空間維中的平移，和/或到任意方位的轉(zhuǎn)動。位置范圍的又一可能包括在三維空間中性能不變。
根據(jù)射頻識別裝置應(yīng)用環(huán)境的不同，天線結(jié)構(gòu)內(nèi)補(bǔ)償元件的數(shù)量和布局可能發(fā)生變化。應(yīng)該意識到，相較于只能處理一維位置范圍的裝置，對于能夠在二維位置范圍內(nèi)獲得可接受性能的射頻識別裝置，補(bǔ)償元件的排列要復(fù)雜一些。
在繼續(xù)對射頻識別裝置本身進(jìn)行描述前，給出本文中使用的術(shù)語和短語的相關(guān)定義?！皯?yīng)答器芯片”(transponder chip)或“芯片”是指通過天線提供適當(dāng)?shù)南嗷プ饔?，用于與外部裝置如讀取器，進(jìn)行通信的裝置。芯片可以包括多種適當(dāng)?shù)碾娮咏M件，比如電阻器、電容器、感應(yīng)器、電池、存儲裝置和處理器。應(yīng)該意識到，很多種用于射頻識別裝置的應(yīng)答器芯片都是廣為熟知的。術(shù)語“應(yīng)答器芯片”意欲囊括廣泛范圍的這種裝置，這些裝置的復(fù)雜度和功能性差別很大。
下面描述的天線包括多個(gè)補(bǔ)償或補(bǔ)償?shù)脑＿@些元件是在某種程度上補(bǔ)償天線的天線元件工作特性變化的元件，工作特性變化是由于天線元件與周圍材料(如其上安放包括天線結(jié)構(gòu)的標(biāo)記的紙箱內(nèi)的東西)的相互作用或交互引起的。天線元件本身可能顯示出其工作特性的變化，比如天線元件變成電抗性的；天線的輻射電阻發(fā)生改變，這可能引起天線效率的降低，其中天線的效率用輻射電阻與損耗電阻和輻射電阻總和的比率來表示。上述天線效率的降低可能導(dǎo)致射頻識別芯片與天線元件之間的阻抗匹配變差，進(jìn)而導(dǎo)致失配損耗，和因此造成天線結(jié)構(gòu)失去最佳的工作頻率范圍。為了減輕對天線元件的這些影響，補(bǔ)償元件可以1)在芯片和天線之間引入一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配兩者阻抗，最大化芯片和天線元件之間的能量傳輸；和/或2)改變天線元件的有效長度使之停留在共振狀態(tài)。這些方法可以單獨(dú)使用，或組合使用來形成兩者的混合。本文討論了補(bǔ)償元件的不同例子，但要意識到，也可以使用其它類型的補(bǔ)償元件。
補(bǔ)償元件可以包括電補(bǔ)償元件和磁補(bǔ)償元件，電補(bǔ)償元件主要通過電場與附近材料相互作用，磁補(bǔ)償元件主要通過磁場與附近材料相互作用。電補(bǔ)償元件與附近材料主要電容性地相互作用。補(bǔ)償元件與附近材料之間的交互是近場或近程耦合，和遠(yuǎn)場或遠(yuǎn)程耦合相反。整個(gè)天線主要用來與外部裝置，如合適的讀取器，進(jìn)行遠(yuǎn)程遠(yuǎn)場射頻耦合。這里提及的遠(yuǎn)場是指離射頻能量發(fā)射裝置(如發(fā)射超高頻射頻能量的裝置)大于15mm量級的距離。射頻識別裝置在遠(yuǎn)場的耦合也被稱作“遠(yuǎn)程耦合”。近場是近程耦合可能發(fā)生的地方，其被定義為離射頻能量發(fā)射裝置在15mm量級內(nèi)的距離。近場與遠(yuǎn)場間更準(zhǔn)確的分界線可以是λ/2π，其中λ是射頻耦合的射頻能量的波長。按照這個(gè)定義，對于能量為915MHz的射頻，近場與遠(yuǎn)場間的分界線距離射頻裝置大約52mm。
本文定義的天線結(jié)構(gòu)的性能在一定位置范圍內(nèi)“基本不變”。應(yīng)該意識到，“基本不變的”性能關(guān)于天線結(jié)構(gòu)放置在其中的環(huán)境和關(guān)于量化天線性能的測試協(xié)議被定義。下面描述了量化天線性能的一個(gè)這樣的環(huán)境和協(xié)議。
圖1示意說明了射頻識別裝置10，射頻識別裝置10具有在基板14上的天線結(jié)構(gòu)(或天線)12，和可操作地耦合至天線結(jié)構(gòu)12的插入件(interposer)18。插入件18含有可操作地耦合至天線結(jié)構(gòu)12的芯片20，以使射頻識別裝置10與諸如合適的讀取器或檢測器的外部裝置能夠通信?？赏ㄟ^很多種適當(dāng)機(jī)制中的任意一種實(shí)現(xiàn)芯片20與天線結(jié)構(gòu)12間的可操作耦合。芯片20可以直接與天線12進(jìn)行電氣連接，如利用插入件上的電導(dǎo)線。替代地或者另外，芯片20也可以使用電容耦合和/或磁性耦合間接與天線結(jié)構(gòu)12進(jìn)行電氣連接。
天線結(jié)構(gòu)12包括一對天線元件21和22。每個(gè)天線元件包括各自的多于一個(gè)補(bǔ)償元件(在本文中也被稱作“補(bǔ)償?shù)脑被颉斑m應(yīng)元件”)。天線元件21包括補(bǔ)償元件24和26，天線元件22包括補(bǔ)償元件30和32。如前所述，補(bǔ)償元件在某種程度上補(bǔ)償天線的天線元件工作特性的變化，工作特性的變化是由于天線元件與周圍材料(諸如其上安放包括天線結(jié)構(gòu)的標(biāo)記的紙箱內(nèi)的東西)的相互作用。補(bǔ)償元件對24/26和30/32可以各包括主要通過電場與附近材料相互作用的電補(bǔ)償元件，和主要通過磁場與附近材料相互作用的磁補(bǔ)償元件?？梢耘渲酶餮a(bǔ)償元件對24/26和30/32，使元件對中的一個(gè)補(bǔ)償元件在一個(gè)方向影響相應(yīng)天線元件的性能，而元件對中另一個(gè)補(bǔ)償元件在相反方向影響天線元件的性能。有效效應(yīng)可能是每個(gè)補(bǔ)償元件對24/26和30/32提供了有效效應(yīng)，使相應(yīng)的天線元件21和22在與背景物體相關(guān)的一定位置范圍內(nèi)移動時(shí)至少相對穩(wěn)定工作。例如，每對補(bǔ)償元件24/26和30/32中的一個(gè)可以是對周圍材料的介電性質(zhì)敏感的電補(bǔ)償元件，而另一個(gè)補(bǔ)償元件是對周圍材料的導(dǎo)電性質(zhì)敏感的磁補(bǔ)償元件?？蓪⒀a(bǔ)償元件24/26和30/32放置在天線元件21和22內(nèi)，其所處的位置使電補(bǔ)償元件遇到使其以某種方式(比如改變增益頻率或工作頻率)影響天線性能的周遭環(huán)境時(shí)，則另一個(gè)補(bǔ)償元件遇到使其給系統(tǒng)性能帶來相反效應(yīng)的周遭環(huán)境。通過沿天線元件有選擇地分配補(bǔ)償元件24/26和30/32，至少在給定環(huán)境的一定位置范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)天線結(jié)構(gòu)12的性能基本不變。
圖1中所示補(bǔ)償元件24/26和30/32為天線元件21和22內(nèi)部的分離元件。但是應(yīng)該意識到的是補(bǔ)償元件24/26和30/32可在天線元件21和22中每一個(gè)的內(nèi)部分享共同的空間，或者重疊。還應(yīng)該意識到，天線元件21和22可以各包括任意適當(dāng)數(shù)目的、并可在天線元件21和22內(nèi)的多種合適位置安放的補(bǔ)償元件。另外，單個(gè)補(bǔ)償元件可以與天線元件21和22都耦合，并與這兩個(gè)元件都相互作用，以影響這兩個(gè)天線元件21和22的性能。
基板14的合適材料例子包括，但不限于，高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、多芳基化合物、聚砜、降冰片烯共聚物、聚苯砜(poly phenylsulfone)、聚醚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、酚醛樹脂、聚脂、聚酰亞胺、聚醚酯、聚醚酰胺、醋酸纖維素、脂肪族聚氨酯、聚丙烯腈、聚三氟乙烯、聚偏1，1二氟乙烯(polyvinylidene fluorides)、高密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)狀或無環(huán)聚烯烴或者紙張。
天線12可以包括在基板14上以任意的多種適當(dāng)方式放置的很多種導(dǎo)電材料。天線12可以由印刷或沉積在基板14上的導(dǎo)電墨水構(gòu)成?；蛘撸炀€12可是粘附地或以其他方式附著到基板14上的受侵蝕的導(dǎo)電材料。制造天線12的其它可能替代方案包括沉積法(如蒸汽沉積法)和鍍覆法(如電鍍)。
合適的插入件的例子包括可從Alien Technologies公司獲得的射頻識別插入件，以及可從Philips Electronics公司獲得的，以名稱I-CONNECT進(jìn)行銷售的插入件。插入件18的使用可以促進(jìn)芯片20與天線結(jié)構(gòu)12的可操作耦合。應(yīng)該意識到，替代地芯片20可以不使用插入件18，直接耦合至天線結(jié)構(gòu)12。
圖2顯示了天線結(jié)構(gòu)12的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)情況。天線結(jié)構(gòu)12包括在天線元件21和22之間的一個(gè)間隙40，用于插入件或芯片與天線元件21和22的耦合。天線元件21和22包括各自的饋線42和44，饋線42和44提供天線元件21和22各自的傳導(dǎo)區(qū)域46和48與間隙40之間的導(dǎo)電連接。天線結(jié)構(gòu)12還包括將饋線42和44電耦合在一起的傳感線(conductive inductor line)49和50。
饋線42和44包括彎折或彎曲52和54，使得饋線42和44的某些部分靠近饋線42和44的另外部分通過，且各部分能夠彼此進(jìn)行電相互作用。根據(jù)饋線42和44周圍的絕緣材料數(shù)量和類型，這個(gè)電相互作用導(dǎo)致改變饋線42和44的電性質(zhì)。
導(dǎo)電區(qū)域46和48呈錐形，在其與饋線42和44連接的近端相對窄，在其遠(yuǎn)端56和58相對寬。導(dǎo)電區(qū)域46和48寬度的變化可以隨從近端到遠(yuǎn)端56和58的持續(xù)斜坡(constant slope)而增加。為了能與附近的絕緣材料通過電場相互作用，導(dǎo)電區(qū)域46和48的遠(yuǎn)端56和58可能被整形。如圖2所示，遠(yuǎn)端56和58是彎曲的。然而遠(yuǎn)端可以替代地有很多種其他不直的形狀，如鋸齒狀。
傳感線49和50使電流在天線元件21和22之間流過。傳感線49和50中的電流產(chǎn)生一個(gè)可以與附近導(dǎo)電物體和材料相互作用的本地磁場。
天線結(jié)構(gòu)12包括至少三種類型的補(bǔ)償元件1)包含彎折或彎曲52和54的饋線42和44，它們是電補(bǔ)償元件；2)錐形導(dǎo)電區(qū)域46和48的彎曲端56和58，它們也是電補(bǔ)償元件；和3)傳感線49和50，它們起磁補(bǔ)償元件的作用。天線結(jié)構(gòu)12可能總長(從遠(yuǎn)端56到遠(yuǎn)端58)為140mm，總寬度大約為25mm，傳感線49和50的寬度大約為5mm。但應(yīng)該意識到這些尺寸只對應(yīng)于一個(gè)特定的實(shí)施例，且天線結(jié)構(gòu)12可以有其它適宜的尺寸。
天線結(jié)構(gòu)12的各種補(bǔ)償元件協(xié)作，以在放置含有天線結(jié)構(gòu)12的射頻識別裝置時(shí)實(shí)現(xiàn)一定程度的非位敏性。圖3和圖4圖示說明了處在相對于一排物體64的一對不同位置中的射頻識別裝置10。物體64可以是直徑為65mm的飲料罐，其按行被排成直線，比如處在其上放有射頻識別標(biāo)記的紙盒中。圖3示出的射頻識別裝置被放置成其中心70在一對相鄰的物體64之間，中心70沿一個(gè)三角形的夾層空間72放置。天線末端56和58沿類似的夾層空間73和74定位。圖4示出的天線結(jié)構(gòu)12被定位成中心70和末端56、58都最靠近物體64。
在采用圖2所示天線結(jié)構(gòu)12的射頻識別裝置的測試中，把射頻識別裝置10從圖3所示位置移動到圖4所示位置，結(jié)果使工作頻率下降了大約1％，從897MHz降到888MHz。射頻識別裝置的可讀距離在圖3所示位置是2.7m，在圖4所示位置是2m。
相比起來，將具有以前的天線結(jié)構(gòu)的射頻識別裝置從圖3所示位置移動到圖4所示位置，結(jié)果使工作頻率從887MHz降到低于755MHz。以前的天線結(jié)構(gòu)在圖3所示位置的可讀距離是2m，但在圖4所示位置根本不可讀。(這個(gè)以前的天線結(jié)構(gòu)示于圖21中，在下面將結(jié)合該圖進(jìn)一步討論它。) 由這些結(jié)果可知，采用圖2所示天線結(jié)構(gòu)12的射頻識別裝置10在不同位置基本不變，其中射頻識別裝置10的長度與物體64的軸線基本垂直。
測試射頻識別裝置時(shí)，將該裝置置于一個(gè)產(chǎn)品或模擬產(chǎn)品環(huán)境上，距離讀取器系統(tǒng)天線一已知的距離。響應(yīng)的裝置決定了衰減電平。使用這個(gè)衰減電平可預(yù)測射頻識別裝置可被讀取或被檢測到的范圍。比如，假設(shè)在1米范圍內(nèi)，射頻識別裝置被讀取時(shí)的額外衰減(addedattenuation)為6dB，可以預(yù)測在2米范圍內(nèi)它被讀取的額外衰減為0dB，因?yàn)樽杂煽臻g衰減傳播引用的衰減遵循平方律(square law)，且讀取器與射頻識別裝置間的距離每增加一倍，衰減就增加6dB。保持射頻識別裝置和讀取器之間的距離不變，且確定衰減、影響，可避免這樣的多路傳播。
如果射頻識別裝置的天線結(jié)構(gòu)的性能(增益)在一定位置范圍內(nèi)變化不超過給定數(shù)量，比如3dB或6dB，則認(rèn)為該天線結(jié)構(gòu)在該位置范圍內(nèi)對位置不敏感。增益的測試可以在某個(gè)給定的頻率或感興趣的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行(比如，902MHz-928MHz，或860MHz-880MHz)。如上段所述，這種測量提供了射頻識別裝置的性能和工作范圍的指示。因此包含天線結(jié)構(gòu)的裝置對位置不敏感可以替代地表示為在給定環(huán)境下、給定頻率范圍內(nèi)讀取范圍不變。讀取范圍的變化低于某個(gè)給定的值，比如50％，可以認(rèn)為是指示了天線結(jié)構(gòu)中的非位敏性(positioninsensitive)，或位置不變性。
作為另一種測量非位敏性的可能方法，如果射頻識別裝置的天線結(jié)構(gòu)的頻率變化不超過給定的數(shù)量(比如，20MHz或10MHz)或比例(比如，10％、5％或2％)，就可以認(rèn)為該天線結(jié)構(gòu)在一位置范圍內(nèi)對位置不敏感。也可以采用非位敏性或位置不變性的其它測量方法，比如，測量被射頻識別裝置吸收的能量的測試。
上文描述了關(guān)于一排罐被一層紙板和射頻識別裝置10隔開的單個(gè)環(huán)境中的測試。這樣的測試模擬了放置在紙箱上的射頻識別標(biāo)記的性能。然而，應(yīng)該意識到，對于射頻識別裝置還有很多其它可能的使用環(huán)境，這些環(huán)境包括具有物體周期性布局的不同陣列的環(huán)境、具有給定物體的非周期性布局的環(huán)境、以及包括特性不同的不同類物體的布局的環(huán)境。
圖5示出天線結(jié)構(gòu)12的另一個(gè)實(shí)施例，它被配置成在多維位置范圍內(nèi)提供良好的性能。天線結(jié)構(gòu)12包括天線元件21和22，芯片20耦合到天線元件21和22。天線元件21和22每個(gè)都有多個(gè)錐形電補(bǔ)償元件80，開路磁補(bǔ)償元件82以及組合的電磁補(bǔ)償元件84。
圖6和圖7展示了錐形電補(bǔ)償元件80的兩個(gè)示例。其中圖6示出單個(gè)錐形電補(bǔ)償元件，圖7示出一對互相靠近的錐形電補(bǔ)償元件80，從而形成一個(gè)組合的電補(bǔ)償元件86。補(bǔ)償元件主要通過電場與附近的絕緣材料相互作用。
圖8示出開路磁補(bǔ)償元件82的放大圖。開路磁補(bǔ)償元件82的導(dǎo)電材料包圍了一個(gè)圓形區(qū)域90。流過開路磁補(bǔ)償元件82的導(dǎo)電材料的電流建立了一個(gè)主要通過磁場與附近的導(dǎo)電材料相互作用的磁場。
圖9展示了另一種開路磁補(bǔ)償元件82′，其可以用來代替圖8所示的開路磁補(bǔ)償元件82。開路磁補(bǔ)償元件82′大致圍住了一個(gè)矩形區(qū)域90′。與磁補(bǔ)償元件82一樣，流過圍繞區(qū)域90′的開路磁補(bǔ)償元件82′的導(dǎo)電材料的電流建立了一個(gè)可與附近的導(dǎo)電物體或材料相互作用的磁場。
圖10示出組合的電磁補(bǔ)償元件84之一的放大圖。元件84包括回路92，回路92大致圍住區(qū)域94，這樣通過元件84的導(dǎo)電材料的電流便建立一個(gè)與附近導(dǎo)電物體或材料相互作用的磁場。在回路92的兩端，元件84的導(dǎo)電材料具有錐形部分96。錐形部分96相互靠近，其間在它們最靠近處有一空隙98?？障?8任一邊上的導(dǎo)電材料與依賴于附近絕緣物體的電場相互作用發(fā)生相互作用。因此組合補(bǔ)償元件84也通過電場相互作用與周圍的材料相互作用。
圖5所示的天線結(jié)構(gòu)12在不同方位有多個(gè)補(bǔ)償元件。這增加了天線結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，但可以增加在相對于附近物體定位天線結(jié)構(gòu)12時(shí)的靈活性，同時(shí)仍實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)12的可接受性能。為了說明，圖2的天線結(jié)構(gòu)12可能只實(shí)現(xiàn)一維位置范圍，其要求例如按相對于附近物體的某個(gè)特定方位定位(例如圖3和圖4所示，大致與物體64的軸線垂直)，同時(shí)能夠沿著天線結(jié)構(gòu)的長度直線的任何位置移動。相反，圖5所示的天線結(jié)構(gòu)12能夠在多維位置范圍內(nèi)具有可接受的性能，例如能夠被放在裝有飲料罐的紙箱側(cè)面上的基本任何位置，不用考慮是放在罐中間或者罐上，也不用考慮相對于罐軸線的方位。
下面是多種補(bǔ)償元件的描述，這些補(bǔ)償元件可能包括在一定位置范圍內(nèi)性能適當(dāng)不變的天線結(jié)構(gòu)中。雖然下面詳述了幾種主要類型的補(bǔ)償元件，但應(yīng)該意識到，詳述的幾種主要類型并沒有窮盡天線結(jié)構(gòu)12可能包含的電補(bǔ)償元件和磁補(bǔ)償元件的多種類型的品種。下文描述的至少一些補(bǔ)償元件也在PCT申請PCT/US04/11147號(該申請通過引用在此整體并入本申請)中公開。同樣地，下文詳述的個(gè)體補(bǔ)償元件(不是上文描述的其組合)在前面已經(jīng)公開過。
圖11圖示說明是補(bǔ)償元件130的一個(gè)一般類型，電容器150。電容器150包括一對導(dǎo)電板152和154，其被安裝或印刷在絕緣基板156上。這些導(dǎo)電板之間的電容是基板的間隔、大小以及介電常數(shù)(這很重要)的函數(shù)。一般而言，當(dāng)相對介電常數(shù)(用Er表示)增大時(shí)，導(dǎo)電板之間的電容C也增大。
圖12所示是體現(xiàn)本發(fā)明的一種特定類型的電容器。這里所示的電容器158由電磁場的交叉耦合組成，電磁場形成于絕緣體164上的電容器“指”160和162之間。電容器158在此處被稱作交叉指型電容器(inter-digital capacitor)。電容器158的電容量和其它特性通常由指160和162之間的空間、指的數(shù)量、指160和162的尺寸，以及其上附著電容器158的絕緣材料164的介電常數(shù)決定。應(yīng)該意識到，電容器158的特性還由其他的附近絕緣材料決定，絕緣材料使電容器158可以通過電場與附近的絕緣材料相互作用。
圖13和14說明了采用兩種不同絕緣基板164的電容器158周圍的電場。圖13顯示電容器158在相對薄的基板166上，如100um的聚脂層上。圖14顯示電容器158和薄基板166在相對厚的基板168上，如介電常數(shù)在2和7之間的30mm的厚絕緣塊或平板。
對于圖13顯示的情形，交叉指型電容器158主要都在空氣中，交替指針160和162之間的介電常數(shù)就是薄基板166的介電常數(shù)。當(dāng)電場傳播時(shí)，電容器指之間的電容是這些指周圍的介電常數(shù)的函數(shù)，所以它有一個(gè)初始值C1。
在圖14的情況中，電場也在絕緣塊中流動，因此在電容器的指間有交叉耦合。絕緣塊的存在，尤其是絕緣塊的介電常數(shù)，影響了電容C2的值。因此這樣的配置包括一個(gè)組件，該組件的電容(C)是其上安裝它的絕緣塊的相對介電常數(shù)的函數(shù)，也就是C＝f(Er)，其中Er是絕緣塊的相對介電常數(shù)。電容隨著絕緣塊介電常數(shù)的增大而增大。組件的電容也是絕緣體厚度的函數(shù)。因?yàn)楹穸容^小的絕緣體，其中它所具有的電磁場也小，因此對于一個(gè)給定的Er，厚度較小的絕緣體提高的電容量較少。
圖15圖示說明了一種可能的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)——螺旋或彎折感應(yīng)器169，其有許多彎曲或離鄰近彎曲很近的其它部分(彎折)170，或其它部分170。這種結(jié)構(gòu)有自諧振，是由于彎曲之間的電容引起的。因此凈感應(yīng)值也可以是基板Er的函數(shù)。
在空氣中，這個(gè)彎折感應(yīng)組件會有一定量的感應(yīng)值L。當(dāng)把彎折感應(yīng)組件放在具有較高介電常數(shù)的很厚的材料上時(shí)，彎折之間的電容交叉耦合增大，造成總感應(yīng)值的減小。
圖16簡要說明了彎折感應(yīng)器組件的使用。含有元件180的偶極天線178通過彎折感應(yīng)器184與射頻識別芯片182相連。天線178、感應(yīng)器184和芯片182通過以任何慣用方式印刷、粘貼或安裝到其上而附著于薄絕緣材料186(更準(zhǔn)確地說，是低介電常數(shù)基板，如厚度為100um的聚脂薄膜)。
圖17顯示了使用彎折感應(yīng)器184的另一種配置，感應(yīng)器184被放在偶極天線178和芯片182之間。偶極天線178、芯片182和彎曲感應(yīng)器184都處在較高介電常數(shù)基板188上。
如果設(shè)定基本偶極天線178的尺寸，用于放置在空氣中或低介電常數(shù)Er基板上，則當(dāng)偶極天線178被放置在較高介電常數(shù)Er基板188上，天線元件在被選擇的工作頻率就太長。這主要通過天線變得電感的，也就是說，+jX增大來表現(xiàn)。如果在天線178和芯片182之間沒有補(bǔ)償，則阻抗匹配會失配，因而標(biāo)簽性能會降低。但是，在較高介電常數(shù)Er基板188上的彎曲感應(yīng)器184的電感值減少了。因此基板188上的彎曲感應(yīng)器184向電路提供小一點(diǎn)的+jX，所以通過對特性的正確選擇，就維持好的阻抗匹配。
上文對單個(gè)電容和感應(yīng)元件的討論說明了組件值依賴于放置它們的基板的特性的原理?？梢灾圃旌芏嗥渌慕M件，包括多個(gè)電容器，感應(yīng)器和傳輸線元件(可起到變壓器的作用)，彼此以并聯(lián)或串聯(lián)的方式組合，以提供依賴基板的可變阻抗。這些組件可以形成在靠近天線的薄膜上，其中天線受基板材料的介電常數(shù)及其厚度的變化的影響。這些依賴基板的阻抗變化的組件可用來重新調(diào)諧和重新匹配天線/芯片組合，從而在一定范圍的基板特性維持一些天線類型的性能。
上文確定了結(jié)構(gòu)的表面特征可以與其上安裝它們的基板相互作用或?qū)λ鞒龇磻?yīng)，依賴局部環(huán)境，尤其是基板的介電常數(shù)改變工作特性。但是只用這些組件并不總是最好的解決方法。補(bǔ)償元件130的另一種用法是用于根據(jù)補(bǔ)償元件周圍的環(huán)境，尤其是補(bǔ)償元件130安裝于其上的絕緣材料的介電特性，改變天線有效長度的結(jié)構(gòu)。一些改變天線元件有效長度的簡單結(jié)構(gòu)和方法描述如下。
為了達(dá)到這個(gè)目的，考慮的最簡單的天線之一是圖18所示射頻識別裝置202的一部分——折疊偶極天線200。設(shè)置折疊偶極天線200的回路204的總長度，以在標(biāo)簽被設(shè)計(jì)成可使用其來工作的最小介電常數(shù)下向射頻識別芯片205良好匹配，標(biāo)簽的一個(gè)例子是厚度為30mm，介電常數(shù)Er＝2的塊。
適應(yīng)元件206可以包括一個(gè)印刷的串聯(lián)調(diào)諧電路，該電路包括一個(gè)窄線的簡單彎折的感應(yīng)器和一個(gè)前文討論和闡述的交叉指型電容器。感應(yīng)器和電容器的值使得當(dāng)感應(yīng)器和電容器在介電常數(shù)Er＝2的材料上時(shí)，諧振頻率高于915MHz，因?yàn)殡娙葜档汀Ｈ绻麑⒄麄€(gè)標(biāo)簽都放置在介電常數(shù)Er＝4、30mm的基板上，則折疊偶極天線回路的適當(dāng)長度現(xiàn)在就短一些。但是，適應(yīng)元件206內(nèi)部的電容器的值可能增加，使回路在915MHz諧振。這時(shí)適應(yīng)電容元件的作用就象一個(gè)短路，為射頻電流提供了一條長度減少的通路，這正好是使天線與放置在介電常數(shù)Er＝4的材料上的芯片正確匹配的通路長度。應(yīng)該意識到，示例中的值和數(shù)目是為了說明操作的一般原則，并不一定代表實(shí)際天線和射頻識別標(biāo)簽的設(shè)計(jì)。
這是本發(fā)明收錄的采用基板屬性改變天線的有效長度的例子。另外，可以設(shè)想分布版本，在此電感和電容沿著天線長度分布。應(yīng)該意識到的是，這些電容和感應(yīng)元件可以以串聯(lián)和/或并聯(lián)組合使用，且可能和一個(gè)有適當(dāng)特性的天線組合，當(dāng)基板介電常數(shù)Er變化時(shí)可以調(diào)節(jié)阻抗匹配，以允許保持天線的性能。
一種替代結(jié)構(gòu)是補(bǔ)償元件130如適應(yīng)元件206，調(diào)整天線有效長度的結(jié)構(gòu)。把天線放置在不同介電常數(shù)Er的介質(zhì)上或此介質(zhì)中時(shí)，在已定義頻率上的波長會改變。為了達(dá)到低電抗或零電抗，以及有用的輻射阻抗，天線在此介質(zhì)中的理想長度會短一些。
因此基板介電常數(shù)變化時(shí)就減少其有效長度的天線提供補(bǔ)償。下面的圖19顯示了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的概念。這是個(gè)非限制性的例子，因?yàn)閱为?dú)或組合使用此處描述的多種結(jié)構(gòu)和方法的很多其他適宜的配置是可行的。
圖19是示出矩形截面導(dǎo)體216的彎曲部分的平面圖，矩形截面導(dǎo)體216被設(shè)計(jì)成放置在介電常數(shù)Er為任意值的基板上。這個(gè)彎曲部分將形成偶極天線兩個(gè)臂的一部分。可能會使用多于一個(gè)部分。導(dǎo)體216可能有兩條通路讓電流流過外曲線218和內(nèi)曲線220。兩條曲線的傳輸路徑長度實(shí)際是不同的。裂口222起電容器的作用?；褰殡姵?shù)Er的值增加時(shí)，兩個(gè)輻射部分之間的電容同樣增加，但是有效傳輸路徑的長度會縮短。
應(yīng)該意識到，有很多可行的替代方法提供適應(yīng)結(jié)構(gòu)，這些適應(yīng)結(jié)構(gòu)被配置，以在一定程度上為適應(yīng)或補(bǔ)償天線結(jié)構(gòu)所依附基板的不同介電常數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償。比如，也可設(shè)計(jì)簡單波格式結(jié)構(gòu)之間的交叉耦合來提供補(bǔ)償。交叉耦合結(jié)構(gòu)已在上文描述過。
圖20顯示天線結(jié)構(gòu)240，它包括一些適應(yīng)元件，這些元件是上文討論的一些類型的補(bǔ)償元件的實(shí)例。天線結(jié)構(gòu)240包括一對天線元件242和244，這對元件在各自附著點(diǎn)246和248耦合至射頻識別芯片或帶。天線元件242和244有各自的主天線線路252和254。在主天線線路252和254的端處是電容性短線(stub)256和258。電容性短線256和258包括各自的導(dǎo)電引線262和264，導(dǎo)電引線262和264朝相應(yīng)的主天線線路252和254向后彎曲。導(dǎo)電引線262和264距離導(dǎo)電引線與主天線線路連接點(diǎn)越遠(yuǎn)，它們與主天線線路252和254之間的空隙266和268越寬。電容性短線256和258具有可變的特性，其根據(jù)天線結(jié)構(gòu)240依附的基板的介電常數(shù)變化。更具體的是，導(dǎo)電引線262和264分別與主天線線路252和254之間的電容是其上安裝天線結(jié)構(gòu)240的基板材料的介電常數(shù)的函數(shù)。
天線結(jié)構(gòu)240還包括主天線線路252和254任一側(cè)的回路線路272和274。如圖所示，回路線路272和274比主天線線路252和254窄。回路線路272和274中每個(gè)都耦合至兩個(gè)主天線線路252和254。在回路線路272與主天線線路252和254之間有一個(gè)空隙282。相應(yīng)地，在回路線路274與主天線線路252和254之間有一個(gè)空隙284?？障?82和284的厚度是可變化的，在回路線路272和274與主天線線路252和254接合的地方窄，朝著回路線路272和274的中部變寬。回路線路272和274的作用如同感應(yīng)器。
圖21顯示了一種替代天線結(jié)構(gòu)300，其具有一對大體為三角形的天線元件(導(dǎo)電片)302和304。天線元件302和304有附著點(diǎn)306和308，用來耦合射頻識別芯片或帶到天線結(jié)構(gòu)300上。
天線元件302和304有各自的補(bǔ)償或適應(yīng)部分，或元件312和314。適應(yīng)部分212和214在大體三角形的導(dǎo)電片中提供空隙316和318?？障?16的一邊是導(dǎo)電連接320，導(dǎo)電連接320包括相對寬的中間部分322和沿空隙316兩邊一對相對窄的部分324、326，并且耦合中間部分322到天線元件302在空隙316任一邊上的部分328和330。中間部分322的寬度大概與空隙316附近的天線元件部分328和330的寬度一樣。窄部分324和326可能比中間部分322和基本所有天線元件部分328和330更窄。天線元件304可能在空隙318附近有導(dǎo)電連接334，其基本與導(dǎo)電連接320一致。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，天線結(jié)構(gòu)300被安裝在裝有各種包括導(dǎo)電的和非導(dǎo)電材料的不同產(chǎn)品的紙板箱的壁上時(shí)性能良好。天線結(jié)構(gòu)300，尤其是適應(yīng)部分312和314，可以為天線結(jié)構(gòu)300遇到的各種環(huán)境(比如，基板特性的變化和附近物體特性的變化)提供補(bǔ)償。作為放置天線結(jié)構(gòu)300的一個(gè)例子，天線結(jié)構(gòu)300可被安裝在厚度為3-4mm的紙箱容器上。
應(yīng)該意識到，有很多適當(dāng)?shù)姆椒梢杂脕頉Q定天線結(jié)構(gòu)12的布局(layout)，包括補(bǔ)償元件的選擇和定位和天線結(jié)構(gòu)12的總體尺寸。其中一個(gè)這樣的適當(dāng)方法是使用遺傳算法(genetic algorithm)重復(fù)地生成天線結(jié)構(gòu)布局。生成的布局需要測試，檢驗(yàn)性能是否滿足適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。比如，用計(jì)算機(jī)模擬來模擬布局在不同的位置和/或環(huán)境中的性能。可組合性能最佳的生成的布局來產(chǎn)生新一代可行的天線結(jié)構(gòu)布局。生成布局、測試布局和組合布局的這個(gè)重復(fù)過程可能會不斷地繼續(xù)，直到達(dá)到某個(gè)適當(dāng)?shù)男阅芑驖M足了其它的標(biāo)準(zhǔn)。
雖然參照某一或某些優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了展示和描述，但是很明顯，通過閱讀和理解這個(gè)說明書和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出其它等效的變更和改造。特別是關(guān)于上述元件(組件，組裝部件，裝置，合成體等)所執(zhí)行的不同功能，除非另外指出，用于描述這些元件的術(shù)語(包括提到的“手段”)是打算與執(zhí)行所描述元件的指定功能(即，功能上等效)的任何元件對應(yīng)的，盡管結(jié)構(gòu)上不等同于執(zhí)行本文中闡述的本發(fā)明典型實(shí)施例或多個(gè)典型實(shí)施例中功能的公開的結(jié)構(gòu)。此外，雖然僅參照幾個(gè)闡釋性實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例已在上面對本發(fā)明的特定特征進(jìn)行了描述，但是此特征可結(jié)合其它實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)其它特征，如可以期望的那樣，并且對于任意給定或特定的應(yīng)用也是有利的。
權(quán)利要求
1.一種射頻識別裝置(10)，其包括應(yīng)答器芯片(20)；導(dǎo)電天線結(jié)構(gòu)(12)，其可操作地耦合至所述應(yīng)答器芯片，其中所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或更多個(gè)主要通過電場與附近物體相互作用的電補(bǔ)償元件(24/26/30/32/42/44/46/48/80)；一個(gè)或更多個(gè)主要通過磁場與附近物體相互作用的磁補(bǔ)償元件(24/26/30/32/49/50/82/82′)；其中所述補(bǔ)償元件在相對于所述附近物體的位置范圍內(nèi)提供所述天線結(jié)構(gòu)的基本非位敏性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻識別裝置，其中所述天線結(jié)構(gòu)包括一對耦合至所述應(yīng)答器芯片的天線元件(21/22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻識別裝置，其中所述天線元件中的每一個(gè)都包括各自的電補(bǔ)償元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的射頻識別裝置，其中所述磁補(bǔ)償元件將所述天線元件電連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻識別裝置，其中所述磁補(bǔ)償元件包括導(dǎo)電傳感線(49/50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻識別裝置，其中所述磁補(bǔ)償元件包括開路磁補(bǔ)償元件(82/82′)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的射頻識別裝置，其中所述開路磁補(bǔ)償元件圍住一個(gè)基本圓形的區(qū)域(90)。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的射頻識別裝置，其中所述開路磁補(bǔ)償元件圍住一個(gè)基本矩形的區(qū)域(90′)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求8任一所述的射頻識別裝置，其中所述電補(bǔ)償元件包括導(dǎo)電材料的彎折(52/54)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求9任一所述的射頻識別裝置，其中所述天線元件包括導(dǎo)電材料的錐形區(qū)域(46/48)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的射頻識別裝置，其中所述錐形區(qū)域有處于所述天線元件的遠(yuǎn)部分的彎曲端(56/58)，其起到電補(bǔ)償元件的作用。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求5任一所述的射頻識別裝置，其中所述天線元件一起組成了回路(92)，所述回路基本圍住在所述天線元件之間的區(qū)域，且其中所述天線元件的遠(yuǎn)端是錐形的，它們加寬成在所述回路遠(yuǎn)離所述芯片的端相互靠近。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求12任一所述的射頻識別裝置，其與所述射頻識別裝置依附的物體組合在一起。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合，其中所述物體是裝有金屬物體(64)的紙箱或容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組合，其中所述金屬物體以周期排列形式位于所述紙箱或容器中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合，其中所述位置范圍包括所述射頻識別裝置沿著所述紙箱或容器一側(cè)的一維位置范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合，其中所述位置范圍包括所述射頻識別裝置沿著所述紙箱或容器一側(cè)的二維位置范圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合，其中所述位置范圍包括所述射頻識別裝置沿著所述紙箱或容器一側(cè)的方位范圍。
全文摘要
射頻識別裝置(10)包括一個(gè)天線結(jié)構(gòu)(12)，它使射頻識別裝置在相對于附近材料(如在紙箱或其它容器中的金屬物體)的不同位置范圍內(nèi)都有良好的性能。天線結(jié)構(gòu)有補(bǔ)償元件(24/26/30/32)，其與附近的材料相互作用，以在所述不同位置范圍內(nèi)提供良好性能。補(bǔ)償元件包括主要通過電場與附近材料相互作用的電補(bǔ)償元件，和主要通過磁場與附近材料相互作用的磁補(bǔ)償元件。通過選擇電補(bǔ)償元件和磁補(bǔ)償元件，以及將這些補(bǔ)償元件定位在天線結(jié)構(gòu)中，使天線的性能在所述不同位置的范圍內(nèi)基本不變(或至少是可接受的)。
文檔編號H01Q5/00GK101032050SQ200580033303
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月13日
發(fā)明者A·N·法爾, I·J·福斯特 申請人:艾利丹尼森公司