具有自补偿天线和导电护罩的rfid器件的制作方法

专利名称：具有自补偿天线和导电护罩的rfid器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频识别(RFID)标签(tags)和标记(labels)领域。
2.背景技术对于构成天线并没有简单的定义，因为所有介电体和导电体都与电磁场(无线电波)相互作用。通常被称作天线的不过是以方便的阻抗来产生电压从而连接到电路和器件的形状和尺寸。几乎任何东西都可以在某种程度上作为天线。然而，关于何种设计可以用于RFID标签和标记，还是有一些实际限制。
首先，在做出设计选择时可逆性是主要考虑问题。这意味着，天线不仅将作为发射机将其终端的电压转换成辐射电磁波，也将作为接收机，在接收机中输入电磁波会在终端两端引发/感应出电压。通常较容易描述发射情况，但通常一个好的发射天线作为接收天线也工作良好(如同所有规则，在较低频时有例外，但对于UHF，在RFID标签和标记通常所工作的900MHz频带和更高频带，这一般是成立的)。
无论如何，虽然给出了以上论述，除了要求天线在你所希望的位置、做你所要做的工作、并且按你所希望的方式来构造，难以判断什么是“好”天线。
然而，在针对某个特定目的来判断天线是否“良好”时，有一些特征是有效的指南。如果对天线进行连接时，可测量该天线一在给定频率下的阻抗。阻抗通常被表示为这两部分的组合电阻R，以欧姆表示；以及电抗X，也以欧姆来表示，但在其前面有因子“j”，用来表示电抗是矢量。jX的值可以是电容性的，此时它是一个负数，或者可以是电感性的，此时它是一个正数。
在测量天线阻抗的时候确定发生了何种情况，就可以分析上述两部分在特定的情况下对于天线的适用性或性能的影响。
电阻R实际上是两个部分的合成天线的损耗电阻，其代表施加在天线上的信号被转换成热量的趋势；以及辐射电阻，其代表通过被辐射出去而从天线“丢失”的能量，此辐射电阻正是在天线中所需要的。损耗电阻与辐射电阻的比值被描述为天线的效率。低效率天线具有大损耗电阻和相对小的辐射电阻，在多数场合都不能良好地工作，因为任何进入该天线内的能量大部分将会简单地表现为热能而不是有用的电磁波。
电抗X的效应比电阻R的效应稍微更复杂一些。电抗X，即天线的感抗或容抗，不会消耗能量。实际上，通过在系统中加入一个谐振电路就可以使它减小。简单地，对于一个给定的+jX值(电感器)，就有一个与之谐振/抵消的-jX值(电容器)，从而仅留下电阻R。
另一个要考虑的问题是带宽，经常用术语“Q”(最初是“品质因数”)来描述。为了理解带宽的作用，不需要去理解数学；简单地说，如果一个天线具有代表大感抗或容抗的+jX或-jX值，则发生谐振时它仅会在一个非常窄的频带上变成纯电阻。例如，对于一个在902MHz到928MHz频带上工作的系统，如果使用高电抗性的天线，就只能在若干兆赫上产生所想要的电阻R。另外，高Q/窄带匹配方案是不稳定的，因为组件值或设计方面的非常小的变化都会引起性能上的大变化。因此高Q窄带方案在实际的RFID标签设计中是要避免的。
一个RFID标签大体上是由以下部分组成的1)一RFID芯片，包括由输入RF信号产生DC电源的整流器、执行识别功能的逻辑电路以及阻抗调制器，上述阻抗调制器改变输入阻抗从而产生将被发射的调制信号；和2)如上所述的天线。
这些元件各自具有相关的阻抗。如果芯片阻抗(该阻抗倾向于是电容性的)和天线阻抗(该阻抗被设计成怎样就是怎样的)彼此共轭，就可以简单地将芯片连到天线的两端，从而产生一个有效的标签。对于普通的RFID芯片而言，电容应该使得在UHF频率下能够获得合理低Q值的适当带宽匹配。
然而，有些时候由于环境或加工方面的局限，不能如此简单地满足标签的操作需要，于是就必须考虑获得良好匹配的其它途径。保持所需阻抗匹配的最常用的方法，就是在天线和芯片之间放置阻抗匹配网路。阻抗匹配网路通常是电感器和电容器组成的网络，其作用是将输入阻抗的实部和电抗部分都转变到所希望的水平。这些组件一般不包括电阻器，因为这些电阻器消耗能量，而这通常导致较低的性能。
在阻抗匹配中可能出现困难，因为天线的阻抗特性会受到到其周围因素的影响。而这又会影响到天线和RFID芯片之间的阻抗质量，且因此影响RFID标签的读出范围。
能够影响天线特性的周围因素包括基底材料——天线安装在此基底材料上，以及RFID标签附近的其它物体的特性。例如，基底材料的厚度和/或介电常数能够影响天线的各自。另举一例，在标签附近放置导电或不导电物体能够影响天线的操作特性，且因此而影响到标签的读出范围。
可以调谐天线，以使之针对基底和周围放置物体的任何给定设置具有所需要的特性。例如，如果每个标签可以被单独地调谐，从而可以调节臂长和/或加入由可调节电容器及电感器组成的匹配网络，标签就可以不受物体介电常数的影响而工作。然而，从商业角度看单独调谐天线是不切实际的。
如上所述，设计者常常针对“自由空间”优化标签性能，“自由空间”即通常给出标准相对介电常数1的数据。然而，在现实世界中，标记所附着的物体所具有的介电常数经常不为1，反之，其所具有的介电常数或周围物体形成的环境变化很大。例如，如果一个具有针对“自由空间”而被设计和优化的偶极天线的标记却被附着到一物体上，该物体所具有的介电常数不同于“自由空间”，则该标记的性能就会下降，通常表现为其工作范围减小以及如上所述的其它不足。
因此，尽管通过改变天线设计，使其从“自由空间”设计变到能够适应新的介电常数或能够补偿可能在标签周围出现的其它物体，就可以适应具有不同的固定介电常数基底的产品，这种设计上的变化却迫使标签制造商去生产范围更宽、针对要应用标签的每个目标产品可能类型不同的标记或标签，因此，对于标签制造商而言就增加了成本并产生了库存清单问题。
当标签用于不同类型的具有一定范围内的可变介电常数的材料时，标签或标记设计者所能获得的最佳设计性能就是针对介电常数和预计条件的范围的平均值来设计或调谐标签，并接受在某些特定情况下由显著失谐所引起的性能下降和可能故障。
可以理解的是需要针对上述情况来进行改进。

发明内容
根据本发明的一方面，一种RFID器件包括天线结构，该天线结构包括补偿元件，因基底被放置到电介质材料之上或附近，该补偿元件可以至少在一定程度上补偿所述天线结构操作特性的变化。
根据本发明的另一方面，一种RFID器件包括天线结构和在电介质材料相对侧(面)上的导电平面或层。
根据本发明的又一方面，一种RFID器件包括电介质层；在所述电介质层的第一表面顶上的天线结构；耦合到天线的RFID芯片；以及在所述电介质层的第二表面上的导电平面，其中所述电介质层位于所述导电平面和所述天线结构之间。所述天线结构包括一个或多个补偿元件，用于至少部分补偿所述电介质层在所述天线结构操作特性上的影响。
根据本发明的再一方面，一种设置RFID器件的方法包括如下步骤将所述RFID器件的天线结构和所述RFID器件的导电平面彼此相对地放置在电介质层的相对侧面上；并重新调谐所述天线结构以至少部分补偿所述电解质层在所述天线结构上的影响。
为实现上述及相关的目的，本发明包括在下文全面描述、且在权利要求中特别指出的特征。下面的说明和附图详细给出了本发明的某些阐释性实施例。这些实施例只是阐释了本发明原理的各种实施方式中的若干方式。通过以下本发明结合附图的详细描述，本发明的其它目的、优点和新颖特征会变得清晰。


在附图中(附图未必合乎比例)图1是根据本发明的一种射频识别(RFID)器件的斜视图；图2是一种安装到电介质材料上的电容器的平面图；图3是根据本发明的一种自适应元件即一种叉指式电容器的平面图；图4是沿着图3中线3-3方向所取的剖面图；图5是类似于图4的剖面图，其中所述电容器安装在比图4中的电容器的材料厚的材料上；图6是根据本发明的另一种自适应元件即曲折式电感器(meanderinductor)的平面图；图7所示是一种实施本发明且利用曲折式电感器的RFID标签结构；图8所示是实施本发明的类似于图7所示的一种RFID标签结构，其中所述标签安装在比图7中标签的材料厚的材料上；图9所示是一种实施本发明且具有折叠式偶极天线结构的RFID标签；图10所示是一种天线结构，该天线结构实施本发明以便随材料的介电常数变化而减小天线的有效长度，其中天线是安装到所述材料上的；图11是根据本发明的一种自适应天线结构的一个实施例的平面图；图12是根据本发明的一种自适应天线结构的另一个实施例的平面图；图13是一种RFID标签的示意图，该标签具有实施本发明的一种天线装置；图14是一种RFID标签的示意图，该标签具有实施本发明的一种可选择的天线装置；图15是一种RFID标签的示意图，该标签具有实施本发明的第二种可选择的天线装置；图16是一种RFID标签的横截面图，该标签具有实施本发明的一种天线装置，该天线装置被安装到包裹侧壁上；图17是根据本发明另一个实施例一种RFID器件的平面图，该器件可以包裹在纸板箱或其它物体边缘上；图18是斜视图，示出图17中的RFID器件安装在纸板箱上；图19是剖面图，示出图17中的RFID器件安装在一物体例如纸板箱的边缘上；图20是本发明的一种RFID器件的横截面图，该器件安装到纸板箱的重叠部分上；
图21是印制在纸板箱或其它容器部分上的标志的斜视图，该标志指示出反射导电结构应被置于何处；图22是说明图21中的RFID器件的放置的斜视图；图23是根据本发明的一种RFID器件的斜视图，该器件具有单极天线结构；图24是图23中的RFID器件一个实施例的平面图；图25是图23中的RFID器件另一实施例的斜视图；图26是示意图，示出了一种用于生产图23中RFID器件的系统；图27是根据本发明的一种RFID器件的横截面图，其具有可扩大的基底；图28是图27中的器件可扩大基底的分解视图；图29是图27中的器件可扩大基底在压缩状态下的斜视图；图30是图27中的器件可扩大基底的斜视图；示出了基底的扩大；且图31是根据本发明的一种RFID器件的平面图，其具有大致矩形的导电翼片。
具体实施例方式
一种射频识别(RFID)标签包括天线结构，该天线结构耦合到RFID芯片，如RFID带(strap)。所述天线结构被安装到电介质材料的一个表面(主要表面)上，并包括补偿元件从而至少在一定程度上补偿各种类型的电介质材料——所述天线结构可被安装在该电介质材料上。另外，导电结构，如接地面或其它导电材料层，可被放置在所述电介质层的第二主要表面上，即在不同于所述天线结构的电介质层的相对侧面上。
如上所述，如果能够利用可变的电容器和电感器，或者通过改变臂长来单独地调节每个标签，该标签就可以被优化从而工作在任何特定电介质材料基底上。这在实践中是不可行的，但天线结构可以包括补偿元件，该补偿元件的特性在一定程度上可以作为电介质基底材料和/或邻近物体的环境的函数而变化，从而为天线元件的变化特性提供某种补偿。
先参考图1，一种RFID器件10包括补偿天线结构12，该补偿天线结构位于电介质层或基底16的第一表面(主要表面)14之上或顶上。天线结构12包括一对天线元件(导电翼片)20和22，这些元件耦合到RFID芯片24。RFID芯片24可以是RFID带26的一部分，RFID带16例如包括连到RFID芯片24的导电引线。合适的RFID带的实例包括可从Alien Technologies得到的RFID带、及可从Philips Electronics得到的在I-CONNECT这一名称下所销售的带。
补偿天线结构12还包括天线补偿元件30和32，这些天线补偿元件耦合到天线元件20和22或者是天线元件20和22的一部分。补偿元件30和32在一定程度上补偿天线元件20和22操作特性的变化，这种变化是因天线元件20和22与电介质层16的电介质材料的相互作用而引起的。天线元件20和22操作特性的变化例如可表现为天线元件20和22变成电抗性的；天线元件20和22的辐射电阻产生变化，此种变化会导致天线效率下降，上述天线效率被表示成辐射电阻与损耗电阻和辐射电阻之和的比值；以及作为上述变化的结果，RFID芯片24和天线元件20和24之间的阻抗匹配将会下降，导致失配损失以及由此产生的天线结构最佳频率操作范围的损失。为缓和对天线元件20和22的这些影响，补偿元件30和32可以1)在芯片和天线之间引入阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络使得这两者匹配，从而最大化芯片24与天线元件20和22之间的能量传递；和/或2)改变天线元件20和22的有效长度，从而使之保持在谐振状态。这些方法可以单独使用，也可以结合使用从而形成这两种方法的混合方法。下面将讨论补偿元件30和32的各种实例。
RFID器件10也包括导电结构或接地面40，导电结构或接地面40位于电介质层16的第二主要表面42之上或顶上，该第二主要表面处于电介质层16的不同于第一主要表面14的相对侧面上。这样，电介质层16就处于导电结构40和天线结构12之间。导电结构或接地面40构成“护罩”，从而减小或消除RFID芯片24和天线结构12对接地面40另一侧面上物体的敏感度。例如，接地面40可处于一纸板箱或容器的内部表面上，而该纸板箱或容器内包括一个或多个物体。这些物体可以具有多种性质中的任一种性质，上述多种性质能够以不同的方式影响附近无护罩RFID器件的工作。例如，容器内的导电物体，如金属物体或以金属包装的物体，与不导电的物体相比，就能够不同程度地影响附近RFID器件的工作。再举一例，具有不同介电常数的物体能够对附近的RFID器件产生不同影响。在天线结构12与RFID芯片及可能不同程度地影响RFID器件工作的物体之间存在接地面40，能够帮助减小或防止这些物体与RFID器件10的各工作组件的相互作用。
可选择电介质层16的厚度或电介质特性，从而防止接地面40与天线结构12之间不希望有的相互作用。一般的说，已经发现在UHF频率下，即按规定在860兆赫到950兆赫范围的频带中，约3毫米到6毫米厚的电介质适用于实施本发明的标签。类似地，厚约0.5毫米到大约3毫米的电介质适用于在2450兆赫中心频率的频带中工作的标签。已经发现这个范围的厚度适合导电翼片20和22的有效工作，尽管通常认为在天线结构12与接地面40之间需要有间距，该间距是工作频率下的波长的四分之一。
接地面40可以大于RFID器件10的操作部分(天线结构12和RFID芯片24)，以便为RFID器件10的操作部分提供合适的护罩。例如，接地面40可以在每个方向上为天线结构12提供至少约6毫米的重叠。然而，可能在某些方向上使重叠较小，例如，在离RFID芯片24最远的天线元件20和22的远端处所具有的重叠可小于在天线元件20和22宽度方向上的重叠。
RFID器件10可用于多种合适场合中的任一场合。例如，RFID器件10可以是一单独的标记(label)，例如通过粘合到纸板箱，而固定到该纸板箱或其它容器或物体。所述标记可以被放置到纸板箱的一个侧面上或物体之内。可选择地，RFID器件的一部分可被粘合附着到纸板箱的一个侧面(一个主要表面)(例如接地面附着到纸板箱的内部)，而RFID器件的另一部分(例如RFID器件的操作部分)可以粘合到纸板箱的另一侧面(其它主要表面)。实际上，如下面将进一步解释的那样，RFID器件可以是包围纸板箱或其它物体边缘的单个标记，其中RFID器件的一部分位于标记的一部分上，而RFID器件的另一部分位于标记的另一部分上，而以部分纸板箱或其它物体用作电介质层。
作为另一选择，RFID器件10的组件可以直接形成于物体或部分物体的侧面上，例如在纸板箱或其它物体的一部分的侧面上。例如，天线结构12可以印制或以其它方式形成在纸板箱或其它物体部分的一个侧面上，而接地面40可以形成在纸板箱或其它物体的相对侧的对应部分上。
以下接着是对各种类型的可用作补偿天线结构12的一部分的补偿元件30和32的综合描述。应该理解的是，除了明确图示的类型之外，尚可用其它补偿元件作为补偿元件30和32。
一种常见类型的补偿元件30、32就是图2所示的电容器50。电容器50包括一对导电板52和54，这些导电板安装或印制在电介质基底56上。这些板之间的电容是间距、大小、且重要地是基底介电常数的函数。一般随着相对介电常数(Er)增大，这两个板之间的电容C也增大。
在图3中示出了实施本发明的一种特定类型的电容器。电容器58是通过在电容器“指”60、62之间形成的电磁场的交叉耦合而形成的。电容器58在本说明书中被称作叉指式电容器。电容器58的电容量以及其它特性是指60与指62之间的距离、指的数目、指60和62的尺寸、及电介质材料64的介电常数的函数，其中电容器58附着到所述电介质材料上。
图4和图5对应于两种不同的电介质材料64示出了电容器58周围的电场。图4示出了在相对薄的基底66上，例如100微米的聚酯层上的电容器58。图5示出了在相对厚的基底68上，例如介电常数介于2和7之间、30毫米厚的电介质块或板上的电容器58以及薄基底66。
在图4所示的情形下，叉指式电容器58基本上是处于空气中，其中在交替的指60和指62之间的介电常数就是薄基底66的介电常数。电容器的各指之间的电容是各指周围的介电常数的函数，如同电场的扩展，因此它具有初始值C1。
在图5所示情况下，电场也流到上述电介质块内，因此电容器的各指之间存在交叉耦合。电容C2受到上述块的存在的影响，特别是受到材料的介电常数的影响。因此，这种装置包括一具有电容(C)的组件，该电容(C)是所述块的相对介电常数的函数——该装置被安装在该块上，即C＝f(Er)，其中Er是块的相对介电常数。随着块的介电常数增加，电容也增加。该组件的电容也是所述块的厚度的函数，因为较薄的块内有较小的电场，因此，对于一给定的Er，也使电容增加得更少量。
图6所示为一种可能的电感器结构，螺旋式或曲折式电感器69具有若干匝或其它部分(曲折部分)70，它们靠近邻近发匝或其它部分70。这种结构因为匝间电容而具有自谐振。因此，净电感值也可以成为基底Er的函数。
在空气中，这种曲折式电感器组件具有一定的电感值L。当它被放到介电常数更高的具有相当大厚度的材料上时，各曲折部分之间的电容交叉耦合增大，从而导致总电感减小。
图7简单示出了这种曲折式电感器组件是如何使用的。具有元件80的偶极天线78通过曲折式电感器84而被连到RFID芯片82。天线78、电感器84和芯片82可以通过以下方式附着到薄电介质材料86(更确切地说是一种低介电常数基底例如100微米厚的聚酯薄膜)的印制在该电介质材料上、胶合到该电介质材料上、或以任何常用的方式安装到该电介质材料上。
图8示出利用曲折式电感器84的另一种结构，该结构被加入到偶极天线78和芯片82之间。偶极天线78、芯片82、和曲折式电感器84都处于介电常数更高的基底88上。
如果基本偶极天线78的尺寸适于放置在空气中或低介电常数Er的基底上，则当偶极天线78被放置到较高介电常数Er的基底88上时，天线元件在选定工作频率下就太长了。这主要表现在天线变成电感性的，也就是说+jX增大。如果天线78和芯片82间没有补偿，阻抗匹配且因此还有标签性能就会下降。然而，曲折式电感器84在较高介电常数Er基底88上电感会减小。因此基底88上的曲折式电感器84给给电路提供了较小的+jX，所以借助于适当选择特性参数，便可保持良好的匹配。
上述单个电容和电感元件表现出这样的原则组件的值取决于该组件放置在其上面的基底的特性。可以制造若干其它组件，这些组件可形成于薄膜上，紧邻会对基底材料的介电常数及其厚度的变化有所反应的天线，包括多个电容器、电感器、和传输线单元(它们可以作为变换器)，这些组件彼此并联或串联地工作，从而提供依赖基底的可变电抗。这些依赖基底的可变电抗组件可被用来重新调谐和重新匹配天线/芯片组合，以针对某些天线类型在一定的基底特性范围内维持性能。
由上所述可知，结构的表面特征可以对它们被安装在其上的基底反应，或者与它们被安装在其上的基底相互作用，从而根据局部环境，特别是根据基底的介电特征来改变操作特性。然而，单单利用这些组件并不总是最好的方案。另一种补偿元件30和32的方法是利用这样的结构；其可基于补偿元件的邻近环境，特别是基于补偿元件30和32所安装在其上的电介质材料的介电特性，来改变天线的有效长度。现在描述一些简单的改变天线元件有效长度的结构和方法。
为此目的，所考虑的最简单的一种天线就是折叠偶极天线100，此天线在图9中显示为RFID器件102的一部分。折叠偶极天线100的回路104的总长度被设置成在最小介电常数下对RFID芯片105提供良好的匹配，作为一实例，其中上述最小介电常数是在与介电常数为Er＝2的30毫米电介质块一起工作的条件下，标签的预定最小介电常数。
自适应元件106优选包括由电感器和叉指式电容器组成的印制串联调谐电路，其中所述电感器是窄线构成的简单曲折式电感器，所述电容器如先前讨论和展示的。电感器和电容器的值使得在具有介电常数Er＝2的材料上谐振频率在915MHz以上，这是因为电容器值低。现在如果整个标签被放到介电常数Er＝4的30毫米基底上，折叠偶极天线的正确回路长度就太短了。然而，自适应元件106内部的电容器的值可能增加，从而使回路在915MHz处谐振。自适应电容元件现在的作用类似于短路，为RF电流提供一条长度减小的路径，该路径长度理想准确地是这样的路径长度其使得天线正确地匹配芯片，该芯片处于介电常数Er＝4的材料上。应认识到，实例中的值和数目用于说明操作的一般原则，而不一定代表真正的天线和RFID标签设计。
这是一个利用实施本发明的基底的性质来调节天线有效长度的实例。可选择地，可设想出分布式方案，其中电感和电容是沿天线长度分布的。应认识到，这些电容和电感元件可以串联和/或并联结合使用，并可能与具有适当特性的天线结合，使阻抗匹配可随基底Er的变化而得到调节，从而能够保持天线性能。
一种可选择的结构是这样的结构其中的补偿元件30和32，例如自适应元件106，可调节天线的有效长度。当天线被放置到具有不同Er的介质上或介质中，预定频率的波长会变化。在上述介质中，为获得低或零电抗及有用的辐射电阻，天线的理想长度将会较短。
因此，随基底介电常数改变而减小其有效长度的天线会提供补偿。一种可实现这种方案的结构概念示于图10中。这是一个非限制性的实例，因为单独地或彼此结合地使用本说明书所描述的各种结构和方法，能够得到多种其它适当的配置。
图10是平面图，示出了矩形横截面导体116的弯曲区段，矩形横截面导体116预定要被放置在具有可变Er值的基底上。这样来构成一偶极天线的两个臂的一部分。可以利用一个以上区段。导体116能够有两个电流流动路径；外曲线118和内曲线120。在这两个曲线之间，传输路径的长度实际是不同的。切口112起到电容器的作用。随着基底在其介电常数Er方面的数值增大，这两个辐射区段间的电容同样增大，但有效传输路径的长度会减小。
应理解的是，可能有很多提供自适应结构的可选方案，上述自适应结构被设置成在一定程度上补偿基底中不同的介电常数值，所述自适应或补偿天线结构附着到上述基底上。例如，也可设计以简单波形结构(wave format structure)间的交叉耦合来提供补偿。交叉耦合结构已在上文做了描述。
图11所示的天线结构140包括一些自适应元件，这些元件是某些上述类型的补偿元件的实例。天线结构140包括一对天线元件142和144，所述天线元件在各自的连接点146和148耦合到RFID芯片或带。天线元件142和144具有各自的主要天线线路152和154。在主要天线线路152和154的端部是电容短线156和158。电容短线156和158包括各自的导电末端162和164，这些导电末端朝向对应的主要天线线路152和154弯回。间隙166和168随着与结合点的距离加大而进一步变宽，其中上述间隙是导电末端162和164与主要天线线路152和154之间的间隙，上述结合点是导电末端和主要天线线路的结合点。电容短线156和158具有可变特性，这取决于天线结构140所附着的基底的介电常数。更具体地说，导电末端162、164与相应的主要天线线路152、154之间的电容是基底材料介电常数的函数，天线结构140被安装在上述基底材料上。
天线结构140还包括处于主要天线线路152和154任一侧上的环形线路172和174。如图所示，环形线路172和174要比主要天线线路152和154窄。环形线路172和174各自耦合到两个主要天线线路152和154。在环形线路172与主要天线线路152和154之间有间隙182。对应的间隙184位于环形线路174与主要天线线路152和154之间。间隙182和184具有可变厚度在环形线路172和174与主要天线线路152和154结合处窄，而在朝向环形线路172和174的中部处变宽。如果在电介质基底层的相对侧上没有接地面，环形线路172和174就作为电感器工作。如果在电介质层的另一侧上有接地面，例如上述的接地面40(图1)，环形线路172和174就作为微带(micorstrip)线路工作，从而改进天线结构140与耦合到天线结构140的RFID芯片或带之间的阻抗匹配。
图12所示为一种可选择的天线结构200，此天线结构具有一对大致三角形的天线元件(导电翼片)202和204。天线元件202和204具有连接点206和208，用以将RFID芯片或带耦合到天线结构200。
天线元件202和204具有各自的补偿或自适应部分或元件212和214。自适应部分212和214在大致三角形的导电翼片中形成间隙216和218。在间隙216的一侧是导电连杆(conductive link)220，该导电连杆包括相对宽的中间部分222，以及一对沿间隙261的侧边的相对窄的部分224和226，相对窄的部分224和226在间隙216的两侧将中间部分222连接到天线元件202的部分228和230。中间部分222的宽度可大约与间隙216附近的天线元件部分228和230的宽度相同。窄的部分224和226可以比中间部分222及基本上所有的天线元件部分228和230更窄。天线元件204可具有导电连杆234，导电连杆234位于间隙218附近，基本上与导电连杆220相同。
已经发现天线结构200在被安装到纸板箱壁上时具有良好的性能，该纸板箱内装有各种不同的包含导电材料和不导电材料的产品。天线结构200，且特别是自适应部分212和214，可以为天线结构200所遇到的各种环境提供补偿，上述环境例如包括基底特性的变化和附近物体特性的变化。天线结构200可与电介质基底的相对侧面上的导电结构或接地面一起使用或不与之一起使用，所述电介质基底例如为纸板箱壁，所述天线结构被安装到该电介质基底上。例如，天线结构200可被安装到3至4毫米厚的纸板箱上。
如上所述，在此描述的各种自适应或补偿天线结构可以与重叠的接地面一起使用以提供护罩，从而至少减少邻近物体对包含天线结构的RFID器件的操作的影响。然而应理解的是，其中一些或所有的天线结构也可在没有对应接地面的情况下使用。
现在所描述的是各种涉及导电结构例如接地面的配置。同样描述的是天线元件(导电翼片)的一些配置，这些天线元件被发现与接地面结合时是有效的，虽然可以理解的是，天线结构的其它配置也可以与接地面一起使用。应该理解，上述自适应元件可以适当地与下述接地面、方法和装置结合。
作为综述，一种射频识别器件(RFID)及其天线系统可被附着到包裹或容器，以将关于此包裹或容器的信息传送到外部读出装置。该包裹可以是装有特定已知物品的一单个包裹，或者是一单个外层包裹，该外层包裹内装有一组另外的内部单个包裹。术语“包裹”和“容器”在本说明书中是可互换使用的，用于描述容纳物品(例如货物或其它单个包裹)的材料和等同的结构。不应在使用“包裹”或“容器”的情况下，将本发明局限于任何特定的意义或方法。
如上所述，一种RFID器件可包括导电翼片和导电结构，所述导电翼片和所述导电结构之间是电介质层。所述导电结构被叠加在所述导电翼片上且起到护罩作用，使得该器件至少能够在一定程度上对其所安装在上面的表面不敏感、或对附近物体的存在不敏感，附近物体例如为包含所述器件的纸盒或其它容器内的货物。所述电介质层可以是所述容器的一部分，例如该容器被重叠的部分。作为选择，电介质层可以是单独的一层，其厚度可以变化，从而使其中一个导电翼片能够以电容方式耦合到所述导电结构。作为另一选择，所述电介质层可以是可扩大基底，该基底可在加工操作例如印制之后被扩大。
图13所示为一种RFID标签410，该标签包括无线通信器件416。器件416可以是有源的，即自身响应所接收的命令而产生射频能量，或者可以是无源的，即只是将接收到的射频能量反射回到外部起源，例如现在本领域中已知的RFID标签读出器。
在这个实施例中，有至少两个导电翼片412和414连到无线通信器件，用于接收和辐射所接收的射频能量。翼片412和414一起形成天线结构417。两个翼片412和414在形状上基本相同，并在各自的馈电点420和422连到无线通信器件416，上述馈电点相对于各翼片412和414而言位置是不同的。如果两个翼片具有相同的尺寸和形状，翼片412和414可以在导电面积方面大致相同。可选择地，翼片412和414的尺寸可以不同而其形状仍然大致相同，从而导致不同的导电面积。翼片412和414可以是共线或非共线的，从而构成不同的预定天线结构。例如在图13中，翼片412和414是偏离且邻近的，从而在区域418中形成了隙缝天线系统，该隙缝天线系统提供多个辐射频率下的响应以工作在多个辐射频率下。
还考虑本发明包括将多个导电翼片的阵列连接到器件416。这些翼片可按特定标签用途的需要，被设计成彼此一致地工作，从而形成偶极子或八木天线系统，或者单独形成单级天线。通过利用这类多导电翼片的阵列，就可以提供多个谐振频率，从而与单个专用的导电翼片对相比，该标签可以响应更宽范围的标签读出器和环境条件。
导电翼片的其它可考虑的形状示于图14和图15中，且不仅包括图13所示的规则形状如圆锥形、三角形，还包括图15中以附图标记432和434来表示的截头三角形。
矩形导电翼片也被包括在本发明中，如图14中附图标记422和424所示。实际上举例来说，图14表明翼片可以包括一组连续的矩形部分426、427、428和440、441、442。
在本发明的一个实施例中，图14中所示的矩形部分所具有的尺寸大致如下矩形部分426约3毫米宽，约3毫米长；相连矩形部分427约10毫米宽，约107.6毫米长；而矩形部分428约3毫米宽，约15.4毫米长。在这些尺寸下，进一步优选的是，在导电翼片和接地面之间介电基底有约为6.2毫米的厚度用于泡沫。类似地，这个优选实施例的接地面是宽约16毫米，长约261毫米。
导电翼片也可以具有不规则形状，或者甚至是同时包括规则和不规则部分的混合形状。其它实施本发明的可选择天线系统包括这样的系统其所具有的翼片带有三角形部分，该三角形部分连着不规则曲线或诸如正弦曲线形这样的规则曲线。
在图13中，可选择翼片馈电点420和422，使得翼片412和414的这两个馈电点420和422两端的阻抗分别与无线通信器件416两端的阻抗是共轭匹配的，以使它们之间的能量传递能够达到最大。
通常，一种在翼片上选择馈电点以达到这种共轭匹配的方法可以是，在每个翼片上的不同位置处选择馈电点，在上述不同位置处各翼片沿着一条轴线所取的宽度分布曲线是彼此不同的，其中该轴线横截各翼片的纵向中心轴。也就是说，可以这样选择馈电点420和422使得在馈电点420和422处，在两个翼片412和414之间，翼片412和414的宽度是不同的，其中宽度是沿着翼片的中心线、离开标签中心(标签在此处连接到通信器件)、相对于长度测得的。通过以计算或逐步逼近法来选择这些馈电点，就能够达到共轭阻抗匹配。
具体地说，参考各附图，翼片的纵向中心轴可以看成是这样一条线其与翼片的相对边界或边缘保持等距离，而从翼片的一端延伸到另一端。在翼片形状规则的情况下，这个纵向中心轴就是一个类似于翼片纵轴的直线。在其它情况下，对于形状不规则的翼片，所述纵向中心轴就是曲线，从而保持与边界等距。还可看出，此纵向中心轴对于每个翼片而言都是唯一的。翼片的宽度是沿着一条横截所述纵向中心轴的轴线的方向来确定的，且可视为取决于翼片的形状。例如，对于形状规则的翼片，宽度不会沿着纵向中心轴变化，但对于三角形或楔形的翼片，宽度会沿纵向中心轴而连续地变化。因此，如果考虑本发明包括的翼片具有规则形状部分，就也会具有宽度不同的部分。
另一种在导电翼片上选择馈电点的方法是，在每个翼片上选择位置不同的馈电点，其中沿着各翼片的纵向中心轴、在每个单位长度上的导电面积，随着沿各所述翼片纵向中心轴方向与其馈电点的距离而变化。实质上，这种方法在每个翼片上将这样的位置选为馈电点在此位置处，中心线上每单位长度的形状积分面积是不同的，而不一定是翼片的宽度不同。
图16示出了如何将射频反射结构或接地面450可操作地耦合到翼片452和454，用于反射从翼片452和454辐射的射频能量。接地面元件的尺寸与导电翼片基本相同或更大，因此接地面元件能够有效地反射射频能量。如果接地面元件基本小于导电翼片，射频能量就会越过接地面元件的边缘，而与包裹的物品相互作用，导致标记的工作效率下降。在一个实施例中，接地面450可以延伸超过翼片452和454的边缘大约6毫米。
在所示实施例中，无线通信器件456在馈电点458和460连到翼片452和454。这种结构450可以是由单个整体板制成的简单接地面、或者是复杂反射结构，该复杂反射结构包括若干隔离板，这些隔离板一起作用从而反射射频能量。如果天线结构位于包裹壁462的一个侧面上，则射频反射结构450即可被置于相同壁462的相对侧面上，从而将该壁自身用作介电材料，如以下进一步描述的那样。
如上所述，在导电翼片52和54、与射频反射结构50的中间，优选设置一种介电材料。这种介电材料的一个实例就是上述的包裹壁62。位于翼片与射频反射结构中间的电介质的厚度或介电特性在沿着翼片的纵轴或横轴方向上可以是不同的。一般来说，已经发现，在UHF频率下，即规定为处于860兆赫到950兆赫范围内的频带中，约3毫米到6毫米的电介质厚度适于实施本发明的标签。类似地，厚约0.5毫米到约3毫米的电介质适于在中心频率为2450兆赫的频带中工作的标签。已经发现这个范围的厚度适于导电翼片的有效工作，尽管通常要求在辐射元件和接地面之间有间距，该间距是工作频率下的波长的四分之一。
借助于本发明，在制造和应用标记两方面已经发现的优点是在标记结构中可以使用更薄、更低的电介质材料；而且可以使用更短的翼片，导致在构造每个标签时使用更少的墨水和标记材料从而节省制造成本，并可以在制造的过程中增加织物介质(web medium)上的标记密度从而减少织物介质的浪费。另外，与那些从所附着的包裹表面向外突出的较厚的标记相比，这些较薄且较小的标记更容易贴到包裹上，并且不易损坏。
本发明的另一个实施例针对上述天线结构本身，而不涉及无线通信器件。
图17所示的RFID器件500适于放置到物体的边缘上，如纸板箱的边缘上。RFID器件500是一个分为两个区段502和504的标记，区段间有边界506。区段502和504可以包括单个基底508，该基底可以具有一种合适的粘合衬里，例如合适的压敏粘合剂。
第一区段502具有导电接地面510，该接地面510被印制或以其它方式形成在基底508上。接地面510可以由导电墨水(conductive ink)形成。
第二区段504包括印制或形成在基底508上的天线结构520，以及耦合到天线结构520的RFID芯片或带522。天线结构520可以包括天线元件524和526以及自适应或补偿元件530和532，其中天线元件524和526可以类似于以上讨论的天线元件(导电翼片)。自适应或补偿元件530和532可以包括一种或多种上述自适应或补偿元件。
图18和19示出了RFID器件500安装到物体542的板面540的情形，所述物体例如为纸板箱。RFID器件500在板面540的边缘544上折叠，其中第一区段502处于板面540的内侧上，而第二区段504处于板面540的外侧上。这两个区段502和504之间的边界506大致是沿着板面540的边缘544放置的。因为RFID器件500是在单个基底508上，折叠器件500从而在板面540的相对侧上放置区段502和504，就在接地面510与天线结构520之间提供了某种方式的对准。应该理解的是，接地面510可以增加重叠量，从而补偿在将RFID器件500粘合到板面540的过程中、接地面510与天线结构520之间可能有的不对准。
自适应元件530和532可以为在物体中所遇到的变化提供补偿，RFID器件500被施加到上述物体上。这些变化举例来说可能是由于容器材料厚度和/或介电特性的变化所引起的。
应理解的是，对于RFID器件500的结构而言很多变型都是可能的。例如，可以利用下述和上述其它类型的天线元件，替换三角形天线元件524和526。
现转向图20，所示RFID器件670安装在纸板箱676的部分672和674上。器件670被置于纸板箱676的重叠部分680上，在此处部分672和674彼此重叠。部分672和674可以在此重叠部分粘合在一起。可选择地，纸板箱676的部分672和674也可通过其它方式例如合适的钉书钉或其它紧固件而被结合在一起。在重叠部分680的一个侧面或主要面678上是导电翼片682和684，以及无线通信器件680例如RFID芯片或带。射频反射结构或接地面690位于重叠部分680的相对侧面或主要面692上。
纸板箱676的重叠部分680因而就起到导电翼片682、684与无线通信器件686之间的电介质的作用。相对于纸板箱部分672和674独自(未重叠)的厚度，RFID器件670的性能通过重叠部分680的额外厚度得到了提高。更具体地说，利用双倍厚的重叠纸板箱部分作为RFID器件的电介质，便能够在具有更薄材料的硬纸板纸板箱上使用这些器件。例如，一些纸板箱使用了非常薄的纸板，如2毫米厚的纸板。2毫米纸板的单层厚度可能不适用于或不太适用于表面不敏感的RFID器件，如本说明书所描述的器件。
图20所示的RFID器件670可以这样制成在重叠部分680的相对侧面(主要面)678和692上印制导电墨水，从而形成导电翼片682和684、及反射结构690。应该理解，可使用各种合适的印制方法，包括喷墨打印、胶版印刷(offset printing)、和凹版印刷(Gravure printing)，来形成翼片682和684以及反射结构90。
印制导电翼片682和684之后，无线通信器件686就可被适当地连接到导电翼片682和684。上述连接可通过合适的辊压工艺来实现，例如，将来自器件织物的通信器件686放置到翼片682和684上。
应该理解的是，可在纸板箱部分672和674被重叠从而形成重叠部分80以前来进行印制，或者可选择在形成重叠部分680之后整个或部分地进行印制。导电墨水可以是各种合适墨水中的任一种，合适的墨水包括含有金属颗粒如银粒的墨水。
应该理解的是，可以在形成纸板箱部分672和674期间形成导电翼片682和684和/或反射结构690，其中举例来说导电翼片682和684和/或反射结构690位于纸板箱部分672和674之内。至少部分地在纸板箱部分672和674之内形成RFID器件670的各部分，有助于以物理方式保护RFID器件670的组件不受损坏。另外，埋置RFID器件670的一些组件有助于防止RFID器件670的脱落或失效，因为RFID器件670将会因此而更难移动。
在一个实施例中，导电翼片682和684可以被印制在纸板箱部分672的内部。如图21所示，可在纸板箱部分672和674其中之一上印制或以其它方式放置标志696，以指示此后应在何处放置反射结构690。
导电翼片682和684可以具有本说明书所描述的任何合适的形状或形式。可选择地，导电翼片682和684可具有其它形式，如彼此不对称的形状。导电翼片682和684可具有这样的结构其为可调谐的，或以其它方式补偿不同的基底材料和/或厚度、和/或RFID器件670所遇到的环境的差异，例如RFID器件670所安装于其上的纸板箱或其它容器内的物品类型的差异。
图20和图21中所示的RFID器件670使器件能够安装在更宽范围的包装材料上，借助反射结构690提供“护罩”，从而减小或防止RFID器件670的工作上的变化，这些变化是因RFID器件所安装的纸板箱或其它容器内储存的商品或其它材料的类型的差异而导致的。如图23所示，RFID器件670可以被置于纸板箱或其它容器698上，其方向使得反射结构690插入导电翼片682、684与容器698内部之间。
图23所示为另一实施例的RFID器件的工作组件，RFID器件700具有基本是单极的天线结构702。FRID器件700包括无线通信器件706(例如带)，该通信器件连接到一对导电翼片708和710，上述导电翼片被安装在基底712上，其中反射结构或接地面714处于基底712的与导电翼片708和710相对的侧面上。
导电翼片708的至少一部分通过被安装在基底712的较薄部分716上，而以电容方式耦合到反射结构714，较薄部分716的厚度小于处于导电翼片710下方的那部分基底712的厚度。应认识到，借助适度地注意匹配的问题，将翼片708电耦合到导电反射结构714就能够使RFID器件700作为单极天线器件来工作。较薄部分716的相对厚度便于导电翼片708与导电反射结构714之间的电容性电耦合。
导电翼片710作为单极天线元件工作。导电翼片710可以具有变化的宽度，例如以上参考其它实施例所描述的翼片。
上述的匹配可包括使天线结构102和无线通信器件106的相对阻抗彼此是复数共轭的。通常，天线结构102的阻抗将是RFID器件100的各阻抗的串联组合，包括导电翼片108的阻抗及其与反射结构114的电容耦合。
较薄部分716可以通过非弹性地压缩基底712的材料而变得更薄。例如，基底712可由合适的泡沫材料如合适的热塑泡沫材料制成，该热塑泡沫材料可以是包括聚丙烯和/或聚苯乙烯的泡沫材料。基底712的一部分可以这样被压缩施加足够的压力使组织破裂，从而使组织内的气体被压出泡沫，因此达到永久性地压缩泡沫。
在基底712上形成翼片708和710后，就可以进行上述压缩。作用在翼片708和部分基底712上的压力可以是向下和向侧面，朝向RFID器件700的中心，例如安装无线通信器件706的位置。通过向下和向内挤压到导电翼片708和基底712上，来减小导电翼片708的材料拉伸。这样会使导电翼片708的材料上的应力减小，并且可以有助于保持导电翼片708的材料完整性。
作为一种选择，应认识到，可在产生基底712的较薄部分716的压缩或其它薄化工艺后，形成导电翼片708和710。导电翼片708和710可以通过用于沉积导电材料的合适工艺，例如通过印制导电墨水来形成。
再参考图23，基底712可以在其较厚部分722和较薄部分716之间有一斜坡区域720。若导电翼片708是在压缩较薄部分716之前被放置的，通过增加导电翼片708在应力作用下的面积，斜坡区域720能够帮助减小导电翼片708上的应力。如果在印制或以其它方式沉积导电翼片708之前压缩较薄部分716，斜坡区域720能够帮助确保导电翼片708的第一部分732与导电翼片708第二部分736之间的传导，其中第一部分732处于基底712的较厚部分722上，第二部分736处于基底712的较薄部分716上。
应认识到，可利用各种合适的方法来产生基底712的较薄部分716。除了以上已提到的压缩外，尚可加热基底的一部分(与压缩结合或者单独加热)，从而产生较薄部分716。例如，可以这样来加热和压缩热塑泡沫材料使该材料穿过一对辊子，至少其中一个辊子是加热的。该热塑薄膜可以在一定面积上被压缩，且变成固体热塑板，这样就减小了它的厚度并增加了它的介电常数。可选择地，可以通过各种合适的方法将材料从基底712的一部分除去，从而产生较薄部分716。
如上所述，第二导电翼片部分736邻近导电反射结构714，两者之间只有基底712的较薄部分716，这有助于电容耦合第二部分736和反射结构714。在一特定实例中，3.2毫米厚的泡沫电介质在20毫米×10毫米的面积上被压缩到0.4毫米厚。这样就将塑料泡沫材料的介电常数从1.2提高到2.2。因此，由于基底材料在较薄部分716泡沫厚度减小且介电常数增大，总电容就从0.66皮法增大到9.7皮法，该电容在915兆赫下的电抗值是17.8欧姆。
现参考图24，RFID器件700可包括压缩边缘或脊边740，此压缩边缘或脊边基本完全围绕器件700。压缩脊边740的一部分作为较薄部分716，用于将导电翼片708的第二部分736电容耦合到反射结构714。其余的压缩脊边740可起机械结构的作用，为RFID器件700提供坚固的边缘以防RFID器件700弯曲。
图25所示为RFID器件700的另一实施例。图25中的RFID器件包括谐振器(导电翼片)750，该谐振器(导电翼片)在一端有接地电容752。无线通信器件706在合适的阻抗点耦合到谐振器750。无线通信器件706也耦合到接地电容754。可选择无线通信器件706与谐振器750之间的连接点，从而适当地匹配无线通信器件706和谐振器750的有效部分的阻抗。
图23～25中所示的RFID器件700适于用作标记，例如放置在纸板箱上，纸板箱可以包含多种合适材料中的任一种。RFID器件700可包括其它合适的层，例如用于将RFID器件700安装到纸板箱、另一种容器、或另一个物体上的粘合层。
可以利用合适的辊压操作来生产RFID器件700。图26示出用于制造RFID器件如RFID器件700的系统760的示意图。从基底材料764的辊762开始，合适的打印机766在基底材料764的相对侧面印制出导电翼片708和710(图23)以及反射结构714(图23)。应该理解的是，打印机766实际上可以包括多个打印机，其例如以不同于印制反射结构的独立操作来印制导电翼片。
放置站768可被用来放置无线通信器件706例如带(图23)。无线通信器件706可以从独立的材料织物770被传递到基底材料764。此外应认识到，可用其它方法将无线通信器件706耦合到基底材料764。例如，可利用合适的拾取和放置操作来放置无线通信器件706。
最后，使基底材料764在一对辊子774和776之间通过。辊子774和776可以被适当地加热，并具有形状合适的表面，例如包括合适的突起和/或凹陷，用于压缩一部分基底材料764，并将RFID器件700彼此分开。另外，可将一保护性面板778层压到板材764上，从而为RIFD器件700提供保护顶表面。应该理解的是，压缩、层压、和切割操作可以按需要以独立的步骤来进行。
应认识到，可用其它合适的工艺来加工RFID器件700。例如，可用合适的涂敷技术如粘辊或喷涂，以粘合剂来涂敷各器件的一个侧面，从而便于将RFID器件粘合到纸板箱或其它容器。
与具有偶极天线结构的类似器件相比，具有单极天线结构702的RFID器件700的优点是尺寸更小。与具有相同尺寸天线元件(导电翼片)的偶极天线器件相比，翼片的长度，借助于例如在器件700中使用单极天线，减少了将近一半。应认识到，通过使RFID器件的尺寸更小，能够让这些器件用于更多应用场合中。
图27所示的RFID器件780具有可扩大基底782，该可扩大基底能够在制造和处理操作中保持具有缩减厚度。此缩减厚度可以从大约0.05毫米到0.5毫米，能够有利地使RFID器件780通过标准打印机，标准打印机例如用于在标记784上打印条形码或其它信息，上述标记784是RFID器件780的一部分。在利用基底782的缩减厚度执行操作之后，可以再扩大基底782，从而增大其厚度，如图27中所示。
RFID器件780具有本说明书描述的其它RFID器件的很多组件，包括处于基底782一个侧面上的无线通信器件786和一对导电翼片788和790，以及处于基底782另一个侧面上的反射结构(导电接地面)792。
现额外地参考图28～30，现将给出可扩大基底782的结构细节。可扩大基底782包括顶层802、中间层804、和底层806。中间层804带有刻痕，因而，当相对于底层806向顶层802施加剪切力时，该中间层可以被分成区段808、810、和812。而区段808、810、和812又在折线如区段808的折线818和820上被加工出刻痕。当在顶层802与底层806之间施加剪切力时，沿着折线818的刻痕便使区段808的部分822、824、和826能够相对于彼此而折叠。
区段808、810、和812各自有三部分。顶层802具有粘合垫832，该粘合垫被选择性地应用以将底层802粘合到区段808、810、和812的一个侧面上的各部分(如图27～30中所示的最右边部分)。底层806具有粘合垫836，该粘合垫被选择性地应用以将底层806粘合到区段808、810、和812的一个侧面的各部分上(如图27～30中所示的最左边部分)。区段808、810、和812各自的中间部分不粘合到顶层802或底层806，而是可以相对于任一侧上的各区段部分自由弯曲。
借助如图27中所示放在一起的可扩大基底782，顶层802和底层806选择性地粘合到中间层804的各区段部分，就可以在基底的压缩状态下在基底782上进行其它操作。例如，导电翼片788和790可形成于顶层802上，而反射结构792可形成或放置在底层806上。无线通信器件786可与导电翼片788和790接触放置。可以执行打印操作从而在RFID器件780的标记784上打印。如以上指出的，被压缩基底782的厚度使RFID器件能够通过标准打印机，从而打印标记或执行其它操作。另外，被压缩基底782能够更容易地用于执行其它加工操作。
利用被压缩基底782执行加工操作之后，基底782可被扩大，如图30中所示。当相对于底层806向顶层802施加剪切力840时，顶层802就相对于底层806发生位移。区段808、810、812的端部也会相对于彼此移动，其中一些所述端部粘合到顶层802，而另外的端部粘合到底层806。随着区段808、810、812的端部彼此相对发生位移，区段808、810、812的中部也会相对于端部、沿各区段部分之间的折线而折叠。区段808、810、812的中间部分因此而展开并将顶层802和底层806分离，从而使基底782扩大并增加了可扩大基底782的厚度。结果产生一种波纹结构(corrugated structure)。被扩大基底782与实心材料相比具有低介电损耗。借助导电翼片788和790之间因基底782扩大而增大的间隔，被扩大基底782适于用作电介质，用于与表面无关(surface-independent)的RFID标签结构。
可用各种合适的方式施加顶层802和底层806之间的剪切力840。例如，可以通过结构合适的辊子来施加剪切力840，其中辊子具有不同的转速或不同的夹紧表面(gripping surface)。可选择地，层802和806其中之一可包括合适的热缩层，当基底782被加热时，该热缩层就会在层802和806之间产生相对剪切力。
可扩大的基底782可以通过任一种合适的方式被设置成扩展结构，合适的方式例如有锁定层802的端部，以及将基底782的适当部分粘合在一起；用合适的材料如聚氨酯泡沫来填补基底782内的孔隙；及对各区段中间部分的端部进行切割并使之向内弯曲。
层802、804、806可以是说任一种合适的材料制成的层。各层可以由合适的塑料材料制成。可选择地，一些层或所有的层可以用纸基材料如合适的硬纸板制成。层802、804、806中的一些层可由一种材料制成，而层802、804、806中的另一些层由另一种材料制成。
RFID器件780适于用作标记，例如放置到包含任一种合适材料的纸板箱上。RFID器件780可包括其它合适的层，如粘合层，用于将RFID器件780安装到纸板箱上、另一种容器、或另一物体上。
应该理解的是，可通过合适的辊压工艺，例如上述参考图26中的系统所描述的工艺来使用RFID器件780。如上所述，在一些形成操作期间，可扩大的基底可处于压缩状态，例如只是在打印操作完成之后才被扩大。
图31所示的RFID器件860具有一对大致矩形的导电翼片862和864，这些翼片沿着它们的长度具有基本恒定的宽度。更具体地说，导电翼片862和864各自能够在横截翼片的纵向中心轴的方向上具有基本恒定的宽度。导电翼片862和864构成天线结构870，该天线结构耦合到无线通信器件868如RFID芯片或带。已经发现大致矩形的导电翼片862在与导电结构结合使用时是有效的，其中导电结构例如为上述的反射结构或接地面。
应理解的是，具有基本恒定宽度的RFID器件260只是更宽类别的器件中的一种，该更宽类别的器件可以有效地与反射导电结构一起使用。这些导电翼片可以具有其它形状，而不是图31中所示的大致矩形。
当本领域普通技术人员理解了以上描述，就可进行某些改动或改进。应该理解的是，本发明并不局限于任何特定类型的无线通信器件、翼片、包裹、或隙缝的设置。为了本专利申请的目的，耦合、被耦合、或耦合操作被定义为直接连接或电抗耦合。电抗耦合被定义为电容耦合或电感耦合。本领域普通技术人员会认识到，这些元件可通过不同的方式来实现本发明。本发明应涵盖要求保护的方案和任何等同方案。本说明书所用的特定实施例是用来帮助理解本发明的，而不应以某种方式用来限制本发明的范围，从而使其窄于要求保护的方案及其等同方案。
虽然结合一个或多个特定实施例展示并描述了本发明，显而易见的是，本领域其他技术人员在理解了本发明的说明书和附图后，就可以进行等同的替换和改动。特别是关于上述元件(组件、装置、器件、组装件等等)所执行的功能，用来描述这些元件的术语(包括“装置”)，除非另加说明，应对应于执行上述元件的特定功能的任何元件(即功能等同的任何元件)，即便其结构上并不等同于此处所述的结构——该结构实现此处所述的一个或多个本发明的示例性实施例的该功能。另外，虽然以上是参考一个或多个所述实施例来描述本发明的某个特定特征，若对任何给定或特定的应用而言是需要的且有利的，则此特征可与其它实施例的一个或多个特征相结合。
权利要求
1.一种RFID器件，包括一电介质层；一天线结构，其处于所述电介质层的第一表面的顶上；及一RFID芯片，其耦合到所述天线；其中所述天线结构包括一个或多个补偿元件，所述补偿元件至少部分补偿邻近所述天线结构的操作环境的影响。
2.如权利要求1所述的器件，其中所述补偿元件包括电容器。
3.如权利要求2所述的器件，其中所述电容器包括叉指式电容器。
4.如权利要求1所述的器件，其中所述补偿元件包括曲折式电感器。
5.如权利要求4所述的器件，其中所述天线结构包括导电翼片天线元件；且其中所述曲折式电感器位于所述RFID芯片与其中一个所述天线元件之间。
6.如权利要求4所述的器件，其中所述曲折式电感器包括多匝导电材料；且其中所述多匝中至少一些是彼此电容耦合的。
7.如权利要求1所述的器件，其中所述补偿元件与所述电介质层的电介质材料相互作用，基于所述电介质材料特性为所述补偿元件提供不同操作特性。
8.如权利要求1所述的器件，其中所述天线结构包括一对导电翼片，其耦合到所述RFID芯片；且其中所述补偿元件至少在一定程度上补偿所述导电翼片的电特性因所述导电翼片与所述电介质层间的相互作用而引起的变化。
9.如权利要求1所述的器件，其中所述电介质层包括硬纸板。
10.如权利要求1所述的器件，其中所述电介质层包括塑料。
11.如权利要求1所述的器件，其中所述电介质层包括塑料泡沫。
12.如权利要求1所述的器件，其中所述电介质层的厚度至少约为3毫米。
13.如权利要求1所述的器件，进一步包括一导电平面，其位于所述电介质层的第二表面的顶上，其中所述电介质层位于所述导电平面与所述天线结构之间。
14.如权利要求1所述的器件，其中所述电介质层是容器的一部分。
15.如权利要求14所述的器件，进一步包括一导电平面，其位于所述电介质层的第二表面的顶上，其中所述电介质层位于所述导电平面与所述天线结构之间。
16.如权利要求15所述的器件，其中所述导电平面位于所述天线结构与所述容器的内容积之间。
17.如权利要求15所述的器件，其中所述部分是所述容器的重叠部分，所述天线结构位于所述部分的一表面上，而所述导电平面位于所述部分的一相对表面上。
18.如权利要求1所述的器件，其中所述天线结构包括一对耦合到所述RFID芯片的导电翼片。
19.如权利要求18所述的器件，其中所述补偿元件是所述导电翼片的部分。
20.如权利要求18所述的器件，其中所述补偿元件与所述导电翼片分离，并可操作地耦合到所述导电翼片。
21.如权利要求18所述的器件，其中所述电介质层具有不均匀厚度，所述电介质层具有较薄部分和较厚部分；且其中一个所述导电翼片的一部分位于所述较薄部分上。
22.如权利要求21所述的器件，进一步包括一导电平面，其位于所述电介质层第二表面的顶上，其中所述电介质层位于所述导电平面与所述天线结构之间；其中所述导电翼片的所述部分电容耦合到所述导电平面。
23.如权利要求1所述的器件，其中所述导电翼片各自在馈电点处耦合到所述RFID芯片，所述馈电点在所述两个翼片的每个翼片上的位置是不同的。
24.如权利要求23所述的器件，其中横截每个翼片的纵向中心轴所取的所述导电翼片的宽度，随着沿每个所述翼片的纵向中心轴与其馈电点的距离，是不同的。
25.如权利要求23所述的器件，其中横截每个翼片的纵向中心轴所取的所述导电翼片的宽度基本是恒定的。
26.如权利要求1所述的器件，进一步包括一导电平面，其位于所述电介质层第二表面的顶上，其中所述电介质层位于所述导电平面与所述天线结构之间；其中所述导电平面伸出至所述天线结构上方至少约6毫米。
27.如权利要求1所述的器件，其中所述电介质层包括可扩大的材料。
28.如权利要求1所述的器件，其中所述天线结构包括印制的导电元件。
29.如权利要求1所述的器件，其中所述导电平面是导电墨水层。
30.如权利要求1所述的器件，其中所述天线结构和所述导电平面是形成在一单个基底的不同部分上的，该基底是折叠并附着到所述电介质层的相对侧上的。
31.一种配置RFID器件的方法，该方法包括将所述RFID器件的天线结构和所述RFID器件的导电平面彼此相对地放置在一电介质层的相对侧面上；和重新调谐所述天线结构，以至少部分补偿所述电解质层对所述天线结构的性能的影响。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述重新调谐是自动重新调谐，系响应被放置在所述电介质层的附近、由所述天线结构的补偿元件来完成的。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述补偿元件包括电容元件。
34.如权利要求32所述的方法，其中所述补偿元件包括电感元件。
35.如权利要求31所述的方法，其中所述放置包括将所述天线结构和所述导电平面放置在一容器的相对侧面上。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述放置包括将所述导电平面放置在所述容器的内表面上，因此至少部分罩住所述天线结构，使其不受所述容器内物品的影响。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述放置包括将所述天线结构和所述导电平面放置在所述容器的重叠部分的相对侧面上。
全文摘要
一种射频识别(RFID)标签，包括耦合到诸如在FRID带内的RFID芯片的天线结构。所述天线结构安装到所述电介质材料的一表面(主要表面)上，并包括补偿元件，从而至少一定程度上补偿各种电介质材料，所述天线结构安装在所述电介质材料上。另外，导电结构如接地面或其它导电材料层，可放置在所述电介质层的第二主要表面上，在所述电介质层处于与所述天线结构相对的侧面上。
文档编号H01Q9/04GK1795585SQ200480014473
公开日2006年6月28日 申请日期2004年4月12日 优先权日2003年4月10日
发明者I·J·福斯特, A·N·法尔, N·A·霍华德, A·W·赫尔曼 申请人:艾利丹尼森公司