專利名稱：射頻標(biāo)識(shí)超高頻標(biāo)簽天線及嵌入在可棄導(dǎo)電蓋中的匹配網(wǎng)絡(luò)的制作方法
射頻標(biāo)識(shí)超高頻標(biāo)簽天線及嵌入在可棄導(dǎo)電蓋中的匹配網(wǎng)
絡(luò)
背景技術(shù)：
射頻標(biāo)識(shí)(RFID)標(biāo)簽和讀取器系統(tǒng)工作在較寬范圍的無(wú)線電頻率上，包括低頻(LF)應(yīng)用、高頻應(yīng)用(HF)及超高頻應(yīng)用(UHF)。LF應(yīng)用典型地在從大約125到大約 148. 5kHz的范圍內(nèi)，HF應(yīng)用典型地工作在13. 56MHz，而UHF應(yīng)用典型地在大約300MHz到大約3GHz的范圍內(nèi)。RFID標(biāo)簽的“讀取范圍”典型地定義為RFID讀取器可以與RFID標(biāo)簽通信的距離。無(wú)源LF和HF應(yīng)用典型地僅提供非常短的讀取范圍，并且典型地需要RFID 讀取器距離標(biāo)簽不超過(guò)大約2厘米到大約30厘米遠(yuǎn)以實(shí)現(xiàn)成功的通信。無(wú)源UHF應(yīng)用典型地允許較長(zhǎng)地讀取范圍，使RFID標(biāo)簽可以位于距離大約2米到大約12米或者更遠(yuǎn)的地方以與RFID讀取器成功通信。典型地，各種環(huán)境因素都可能解諧(detune)RFID標(biāo)簽并修改工作頻率以潛在地影響RFID標(biāo)簽接收的功率。這影響了 RFID標(biāo)簽的讀取范圍。例如， 存在于諸如金屬和液體之類的導(dǎo)電介質(zhì)中的RFID標(biāo)簽可經(jīng)受由吸收或寄生電容導(dǎo)致的解諧。解諧也可能起源于組裝工藝中引起(spread in)的電容。例如，如果RFID標(biāo)簽到天線的直接附著過(guò)程有錯(cuò)位或接觸不良，會(huì)引入寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHF RFID天線系統(tǒng)，包括可棄金屬蓋，包括金屬層和絕緣層；以及突起物，形成為與所述可棄金屬蓋相集成，以使所述突起物與所述可棄金屬蓋共享所述金屬層的一部分和所述絕緣層的一部分，所述突起物使得所述金屬層的所述一部分的部分被移除以形成電連接到所述可棄金屬蓋的匹配環(huán)。附圖
描述圖Ia示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖Ib示出了圖Ia的頂視圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗值虛部的圖。圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗值實(shí)部的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，具有可棄金屬蓋的容器(例如，具有金屬箔蓋的塑料、泡沫、金屬或紙板杯)，可以通過(guò)將UHF RFID天線集成到包裝中來(lái)具有RFID標(biāo)簽，具體是可棄金屬蓋120 中(參見圖Ia和lb)。這些容器類型的典型消費(fèi)示例為酸奶杯或脫水湯杯。如果杯110是金屬的，在杯110和可棄金屬蓋120之間可能存在諧振，該諧振影響了作為UHF天線工作的可棄金屬蓋120的諧振頻率。由金屬制造的杯110將額外電容從可棄金屬蓋120引入到地， 并且在杯110和UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310 (例如，參見圖3b和3c)之間引入電感耦合。此外， 如果杯110是金屬的，那么杯110的容積將典型地影響設(shè)計(jì)。應(yīng)注意典型地UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310的適當(dāng)設(shè)計(jì)，并且因?yàn)橛米鱑HF天線的可棄金屬蓋120的諧振典型地比根據(jù)本發(fā)明的工作頻率高大約50到大約100MHz，可以減輕由金屬制造的杯110的影響。集成到可棄金屬蓋120的UHF RFID天線從RFID讀取器接收功率并且該功率用于激活UHF RFID集成電路(IC) 330 (參見圖3b)。RFID讀取器典型的功率輸出為4瓦特的量級(jí)并且UHF RFID IC 330(參見圖3b)典型地需要-ISdBm的功率電平用于在讀模式中激活，并且典型地需要-15dBm的功率電平用于在寫模式中激活。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例典型地具有少于大約20 的Q(質(zhì)量因子)值以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例工作于輻射近場(chǎng)區(qū)域及輻射區(qū)域。圖Ia和Ib示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例。圖Ia示出了附著有(affixed)可棄金屬蓋120和金屬突起物(tab) 130的杯子110的橫截面。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可棄金屬蓋 120的直徑典型是IOcm或更少。應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明，可棄金屬蓋120不需要是圓形的，可以是方形、矩形、八邊形或其它適合的幾何形狀。金屬突起物130典型地在結(jié)構(gòu)上集成到可棄金屬蓋120中。圖Ib示出了典型地隱藏在可棄金屬蓋120之下(見圖la)的杯110的頂視圖。可棄金屬蓋120的材料典型地包括鋁。根據(jù)本發(fā)明，可棄金屬蓋120及突起物130 具有集成在它們中的RFID標(biāo)簽天線。圖2示出了用于可棄金屬蓋120和突起物130的多層結(jié)構(gòu)200的橫截面?？蓷壗饘偕w120的導(dǎo)電層210和突起物130典型地由鋁制造，典型地厚于大約5 μ m,并且使用粘接層220附著在絕緣襯底230上。根據(jù)本發(fā)明，絕緣襯底230 典型地由塑料(例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET))制造，也可由其它適合的絕緣體制造， 并且典型地厚于在UHF頻率工作的趨膚深度(skin depth) 0當(dāng)使用例如PET的塑料時(shí)，在用于創(chuàng)建可棄金屬蓋120和突起物130的層壓工藝期間由可由絕緣襯底230的部分融解形成粘接層220。根據(jù)本發(fā)明，層壓工藝典型地使用膠水、壓力及用于控制膠水粘性及干燥或者熱固鍵合劑的熱量將金屬片或金屬箔(例如鋁)與一種或多種其它材料(例如紙或塑料 (例如PET))相結(jié)合。用于層壓鋁箔的四種典型方法是濕粘合、干壓或熱塑粘合、擠出粘合及熱融粘合。使用粘接層240將絕緣襯底230附著到杯110的邊緣。絕緣襯底230的典型厚度是從大約20 μ m的量級(jí)到大約100 μ m的量級(jí)之間。粘接層240典型地是適于附著到杯110 的邊緣的膠水。由于可棄金屬蓋130具有絕緣襯底230涂覆有導(dǎo)電層210的機(jī)械設(shè)計(jì)，可通過(guò)將由臂128和129形成的匹配環(huán)到切割或蝕刻突起物130的導(dǎo)電層210中，直接將UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310 (見圖3b)集成到可棄金屬蓋120中，匹配環(huán)形成了 UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310的一部分。用于UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310的設(shè)計(jì)的典型三維電磁仿真軟件程序是可從 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY OF AMERICA Inc.429 Old Connection Path,Suite 505,Framingham,MA 01701 獲得的 CST MICROWAVE STUD IO0 UHF RFID 集成電路(IC) 330 (參見圖3a)可直接附著到匹配網(wǎng)路310或附著在匹配網(wǎng)絡(luò)310上的UHF RFID STRAP載體 520(參見圖5)。圖3a示出了突起物130上的UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310的臂128和臂129 (參見圖
53b和3c)。根據(jù)本發(fā)明，使用適合的蝕刻劑和掩膜或者使用用于金屬層210的金屬的其它工藝并且暴露突起物130上的絕緣襯底230的區(qū)域，精確地去除突起物130上的金屬層210 的一部分以創(chuàng)建臂128和臂129。典型地，調(diào)整臂128和臂129包圍的區(qū)域的大小，以提供希望的UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310。應(yīng)注意，蝕刻圖3a中的凹口 127或者以其它方式被引入到金屬層210，以提供針對(duì)UHF RFID IC 330的附著位置。如圖3b所示，UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)310用作匹配UHF RFID IC 330的可棄金屬蓋 120的阻抗。當(dāng)可棄金屬蓋120的輸入阻抗是UHF RFID IC330 (共軛阻抗匹配)的阻抗的復(fù)共軛時(shí)，從RFID讀取器傳送最大功率到可棄金屬蓋120。例如，用于UHF RFID IC 330的典型復(fù)共軛阻抗是(10_150j) Ω。UHF RFID IC 330可以直接附著到UHF匹配網(wǎng)絡(luò)310 (參見圖4)或者是附著在匹配網(wǎng)絡(luò)310上的UHF RFID STRAP載體520 (參見圖5)。圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例與等效電路模型的關(guān)系。等效電路模型360對(duì)應(yīng)于可棄金屬蓋120，用作具有電感361、電容364及電阻366的UHF RFID天線。根據(jù)本發(fā)明，在典型是大約915MHz的工作頻率處，典型的電感362值在范圍大約30nH到大約50nH 之間，典型的電容值在范圍大約0. 2pF到2pF之間，典型的電阻值366在范圍大約5 Ω到大約100 Ω之間。等效電路模型370示出了由T匹配臂128和129與可棄金屬蓋120構(gòu)建的“Τ匹配”配置。該“Τ匹配”配置用作阻抗變壓器以匹配可棄金屬蓋120到UHF RFID IC 330 的阻抗。典型地通過(guò)控制由臂128和129包圍的絕緣襯底230的面積(例如，使臂128和 129較寬或較窄、以及較長(zhǎng)或較短)來(lái)調(diào)整等效電路模型370中的阻抗變壓器。例如，如果臂128和129的寬度減少，則輸入阻抗增加。由電感器372和374提供的阻抗提高(step up)比率取決于金屬蓋120及臂128和129之間的分流因子。關(guān)于“T匹配”配置的細(xì)節(jié)可見于"The art of UHF RFID antenna design impedance matching and size reduction techniques，，，Gaetano Marrocco, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 50, No. 1, pp. 66-79，2008，在此一并作為參考。等效電路模型380分別對(duì)應(yīng)于突起物130上金屬臂128和129的電感382和384， 該突起物130將UHF RFID IC 330連接到可棄金屬蓋120。電感382和384的典型值是大約IOnH的量級(jí)。最后，等效電路模型390對(duì)應(yīng)于UHF RFID IC 330的電阻392和電容394。 電阻392的典型值是大約2k Ω的量級(jí)，并且電容394的典型值是大約IpF的量級(jí)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖4以橫截面圖350示出了直接附著到臂128和129的UHF RFID IC 330 (參見圖3b)，以提供UHF RFID IC 330到匹配網(wǎng)絡(luò)310的連接。匹配網(wǎng)絡(luò)310 通過(guò)粘接層220附著到絕緣層230。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，圖5以橫截面圖350示出了使用UHF RFID STRAP載體520將 UHF RFID IC 330連接到的匹配網(wǎng)絡(luò)310 (參見圖3b)。UHF RFID STRAP載體520附著在形成匹配環(huán)結(jié)構(gòu)的臂128和129上。應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明，形狀不需要是環(huán)形，例如可以是半矩形。臂128和129通過(guò)粘接層220附著到絕緣層230。UHF RFID IC 330典型地直接附著到 UHF RFID STRAP 載體 520。根據(jù)本發(fā)明，圖6a示出了作為凹口(notch) 127處頻率的函數(shù)的復(fù)阻抗的虛部值， 用于突起物130上凹口 127的中心到具有大約50mm量級(jí)直徑的可棄金屬蓋的周界的六個(gè)不同距離(例如參見圖3a)。因?yàn)樗衅渌稻枪潭ǖ?，所以隨著凹口 127的位置向內(nèi)移動(dòng)總共大約9. 5mm，臂128和129包圍更小的面積，并且虛阻抗隨著電感減少而降低。凹口連續(xù)向內(nèi)移動(dòng)大約1. 9mm。曲線610示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的虛阻抗，用于凹口距離可棄金屬蓋120的周界為大約15. 5mm的參考位置。曲線620示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的虛阻抗，其中與曲線610相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約 1.9mm。曲線630示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)虛阻抗，其中與曲線620相比，凹口 127 距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1. 9mm。曲線640示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的虛阻抗，其中與曲線630相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1.9mm。曲線650示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的虛阻抗，其中與曲線640相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1.9mm。曲線660示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的虛阻抗，其中與曲線650相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1. 9mm,曲線660的凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界大約是6mm。根據(jù)本發(fā)明，圖6b示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的復(fù)阻抗的實(shí)部，用于突起物130上凹口 127的中心到具有近似50mm量級(jí)直徑的可棄金屬蓋的周界的六個(gè)不同距離 (例如參見圖3a)。因?yàn)樗衅渌稻枪潭ǖ模噪S著凹口 127的位置向內(nèi)移動(dòng)總共大約9. 5mm，臂128和129包圍更小的面積，并且實(shí)阻抗隨著電感減少而降低。凹口連續(xù)向內(nèi)移動(dòng)大約1. 9mm。曲線615示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的實(shí)阻抗，用于凹口距離可棄金屬蓋120的周界大約15. 5mm的參考位置。曲線625示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的實(shí)阻抗，其中與曲線615相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1. 9mm。曲線 635示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的實(shí)阻抗，其中與曲線625相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1. 9mm。曲線645示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的實(shí)阻抗， 其中與曲線635相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1. 9mm。曲線655示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的實(shí)阻抗，與曲線645相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1.9mm。曲線665示出了作為凹口 127處頻率的函數(shù)的的實(shí)阻抗，與曲線655 相比，凹口 127距離可棄金屬蓋120的周界近了大約1.9mm，并且曲線665的凹口 127距離可棄金屬蓋120的距離大約是6mm。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明可使用其它阻抗匹配技術(shù)，例如嵌套成形槽技術(shù)，該技術(shù)典型地要求針對(duì)將UHF RFID IC附著到可棄金屬蓋的不同位置。盡管已經(jīng)結(jié)合特定實(shí)施例描述了本發(fā)明描述，顯然對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)根據(jù)先前描述多種備選、修改及變體是顯而易見的。因此，本發(fā)明意欲覆蓋附件中權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)所有的其它這種備選、修改及變體。
權(quán)利要求
1.一種超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHF RFID天線系統(tǒng)，包括 可棄金屬蓋，包括金屬層和絕緣層；以及突起物，形成為與所述可棄金屬蓋相集成，以使所述突起物與所述可棄金屬蓋共享所述金屬層的一部分和所述絕緣層的一部分，所述突起物使得所述金屬層的所述一部分的部分被移除以形成電連接到所述可棄金屬蓋的匹配環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，還包括附著到所述可棄金屬蓋的容器。
3.如權(quán)利要求1所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述絕緣層包括PET。
4.如權(quán)利要求1所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述金屬蓋包括鋁。
5.如權(quán)利要求1所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述匹配環(huán)包括第一臂和第二臂，并且所述第一臂和所述第二臂電連接并直接附著到UHF RFID IC上。
6.如權(quán)利要求1所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述匹配環(huán)由第一臂和第二臂組成，并且所述第一臂和所述第二臂電連接并直接附著到UHF RFID STRAP載體上。
7.如權(quán)利要求6所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述UHF RFID STRAP載體電連接到UHF RFID IC0
8.如權(quán)利要求2所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述容器包括從包含泡沫、塑料、金屬和紙板的組中選擇的材料。
9.如權(quán)利要求1所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述可棄金屬蓋具有總體上圓形形狀。
10.一種用于制造超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHF RFID天線系統(tǒng)的方法，包括 提供包括金屬層和絕緣層的可棄金屬蓋；以及提供形成為與所述可棄金屬蓋相集成的突起物，以使所述突起物與所述可棄金屬蓋共享所述金屬層的一部分和所述絕緣層的一部分，所述突起物使得所述金屬層的所述一部分的部分被移除以形成電連接到所述可棄金屬蓋的匹配環(huán)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括提供容器并將所述容器附著到所述可棄金屬蓋上。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述絕緣層包括PET。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述金屬蓋包括鋁。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述匹配環(huán)包括第一臂和第二臂，并且所述第一臂和所述第二臂電連接并直接附著到UHF RFID IC上。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述匹配環(huán)包括第一臂和第二臂，并且所述第一臂和所述第二臂電連接并直接附著到UHF RFID STRAP載體上。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述容器包括從包含泡沫、塑料、金屬和紙板的組中選擇的材料。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述可棄金屬蓋具有總體上圓形形狀。
18.一種超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHF RFID天線系統(tǒng)，包括 可棄金屬蓋，包括金屬層和絕緣層；以及突起物，形成為與所述可棄金屬蓋相集成，以使所述突起物與所述可棄金屬蓋共享所述金屬層的一部分和所述絕緣層的一部分，所述突起物使得所述金屬層的所述部分的部分被移除以形成第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂電連接到所述可棄金屬蓋。
19.如權(quán)利要求18所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述第一臂和所述第二臂電連接并直接附著到UHF RFID IC上。
20.如權(quán)利要求18所述的超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHFRFID天線系統(tǒng)，其中，所述可棄金屬蓋包括鋁。
全文摘要
一種超高頻射頻標(biāo)識(shí)UHF RFID天線系統(tǒng)。將UHF RFID天線集成到泡沫、塑料、金屬或紙板容器的可棄金屬蓋中。
文檔編號(hào)H01Q1/22GK102347528SQ201110203648
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者弗拉科·科拉里奇, 杰拉爾德·維德涅格, 格柳利爾諾·曼茨 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司