专利名称：具有rfid标签的物品箱和rfid系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及装入具有RFID标签的物品的箱子，和使用所述箱子 的RFID系统，更具体地说，本发明涉及高度安全的箱子和RFID系 统，其中箱子中的物品的信息可读取自附于物品上的RFID标签，或 者被写入附于物品上的RFID标签中。
背景技术：
读写射频识别标签的方法包括分别利用磁场的电磁耦合和天线 的无线电波的感应耦合方法和电磁耦合方法。这两种方法实现与RFID 读/写器(或者IC标签扫描仪)的非接触通信。
RFID标签包括天线和IC芯片。当天线从RFID读/写器收到电 力和信号时，IC芯片的控制器把接收的电力累积在电容器中，并利用 所述电力再次从天线把保存在IC芯片的存储部分中的信息发送给 RFID读/写器。
电磁波在以90。的相位交变电场和磁场的同时进行传播，当起因 于磁变的交变磁通量穿过包括金属(比如铁、铝或铜)在内的导体时， 在导体中感应产生涡流，从而产生沿抵消交变磁场方向的磁通量。从 而，当在前面、后面或周围存在金属时，这种RFID标签存在不能正 确地读取来自RFID标签的信息的问题，因为磁场和无线电波被金属 反射或吸收。于是，在普通的RFID标签和读/写器之间通常不布置任 何金属材料。
为了保护带有RFID标签的物品在存储、运输或使用过程中免受 外部压力或冲击的影响，通常用箱子保护一个或多个物品。这种情况 下，为了从箱子的外部实现RFID读/写器与RFID标签之间的通信， 不能使用金属作为箱子的材料，因为它是通信的阻碍物。于是， 一般
在带有RFID标签的物品被放置在由诸如塑料之类的绝缘材料形成的 箱子中的情况下进行通信。
此外，当诸如磁带之类重要信息被放置在带有IC标签并且由 RFID系统管理的包衮中时，通常使用由诸如铝之类金属构成的结实 箱子来一举运输磁带。这种情况下，没有电磁波穿过箱子，因为箱子 由金属形成。因此，为了从附于箱子中的物品上的IC标签读取信息， 或者对所述IC标签写入新信息，用户必须打开箱子，以便利用RFID 读/写器读取信息。
专利文献1公开一种系统，其中包括带ID标签的物品、RFID 读/写器、收发天线和电源电路的整个RFID系统被放置在金属箱中， 其中在不打开金属箱的箱盖的情况下，由金属箱中的读/写器读取ID 信息，之后，ID信息通过与位于金属箱外表面上的连接器连接的外部 连接器被传送给另一设备。RFID系统的利用射频(RF)的通信被完全 封闭在金属箱中。由于包括读/写器，电源部件和其它组件的金属箱较 重，因此这不适合于运输。
专利文献2公开一种系统，其中发射天线和接收天线(线團)被布 置在可回收盒子的侧面(6个表面)上，当可回收盒子经过传感器箱(它 也具有发射天线和接收天线)时，顺次使每个表面有效，以致可回收盒 子中的ID标签的信息可被读取。这种方案使信息可被检测，而与盒 子中带ID标签的物品的排列无关，即，避免ID标签的定向特性。但 是，这种方案需要在可回收盒子的所有侧面上设置天线，并且需要切 换天线这样的复杂操作，从而，可回收盒子会变得结构复杂，并且重 量增加。未经审查的日本专利申请公开No.2000-137873 [专利文献2 ]未经审查的日本专利申请>^开No.2001-26308
发明内容
但是，当利用RFID系统管理贵重物品，比如包含客户信息的磁 存储介质(磁带、磁盘等)、贵金属和宝石时，运输时通常使用由硬铝
等制成的结实金属箱。这种情况下，为了读取RFID标签的识别信息 (ID),必须打开每个箱子，并把RFID读/写器带到物品面前，导致工 作效率低。此外，出于安全性或安全管理的考虑， 一个重要的挑战是 在不打开金属运输箱的情况下读取附于贵重物品上的ID标签的信息。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于装入带有可在RFID系 统中使用的RFID标签的物品的结实(或者硬质)并且高度便携的箱子 (即使所述箱子由金属或难以透过电磁波的材料制成)，更具体地说， 提供一种由金属板等屏蔽，并且能够在不打开箱子的情况下，从外部 与箱子中的IC标签通信的高度安全的箱子。
本发明的另一目的是提供一种访问，即把信息写入放置在由几乎 不透射或不透射电磁波的含金属材料制成的箱子中的带有RFID标签 的物品中，或者从所述带有RFID标签的物品读取信息，从而管理物 品的信息的RFID系统。
本发明的另一目的是提供一种管理放置在由几乎不透射或不透 射电磁波的含金属材料制成的箱子中的带有RFID标签的物品的信息 的方法。
根据本发明的物品箱可以访问与装入箱子中的带有RFID标签的 物品有关的信息。所述物品箱包括与附于物品上的RFID标签通信的 内置天线；和与所述内置天线连接并且布置在箱子的外表面上的通信 结构，用于与外部RFID读/写器通信。所述通信结构包括一个外部同 轴连接器， 一个中间发射-接收天线，或者它们的组合。在一种形式中， 箱子由可应用于便携箱的金属制成。这里，"布置在外表面上"包括嵌 入箱子中，并且指示通信结构形成于表面上(包括上表面，下表面或侧 面)。根据需要，所述通信结构可用能够透射具有通信频率的电磁波的 盖板遮盖。注意"箱子"并不局限于一般的便携式矩形箱子，相反也可 以是任意形状和大小的可打开的箱子和袋子，包括供物流业之用的大 型箱子，比如大型仓装箱或者集装箱.
最好，内置天线与附于物品上的RFID标签的天线相对(或者面 对)。最好，内置天线被安装到箱子的内表面上。内置天线包括至少一
个贴片天线。最好，在印刷电路板的表面上形成多个贴片天线；在印 刷电路板的背面形成接地导体表面；多个贴片天线由带状线或者同轴 (电缆)线连接在一起。在一种形式中，内置天线充当能够读取RFID 标签的RFID读/写器的天线。这里"安装在内表面上"包括嵌入箱子中。 根据需要，可用具有电磁波透射性(透过性)的盖板遮盖内置天线。
借助于绝缘体，内置天线被直接安装到金属箱的内表面上。金属 箱的外框架构成贴片天线的接地导体表面。物品箱还包括与内置天线 连接的内部同轴连接器，其中内部同轴连接器和外部同轴连接器或者 中间发射-接收天线由同轴电缆连接在一起。最好，中间发射-接收天 线是贴片天线。
根据本发明的RFID系统包括至少一个可以访问与装入箱子中 的带有RFID标签的物品有关的信息的物品箱，所述物品箱包括与附 于物品上的RFID标签通信的内置天线；和与所述内置天线连接并且 布置在箱子的外表面上的通信结构；和包括读/写机构与发射-接收天 线的RFID读/写器，所述RFID读/写器与所述通信结构连接，以便可 以访问RFID标签。当RFID读/写器的读/写机构被直接连接到所述通 信结构时，不需要具有RFID读/写器的发射-接收天线。所述通信结构 包括一个外部同轴连接器，一个中间发射-接收天线，或者它们的组合。
在另一实施例中，RFID系统还包括一个与箱子分离的中间发射-接收天线，所述中间发射-接收天线与外部同轴连接器连接，和包括用 于与所述中间发射-接收天线通信的发射-接收天线的RFID读/写器。 与箱子分离的中间发射-接收天线可以是贴片天线、喇叭天线和抛物面 天线之一。
本发明的RFID系统还包括一个保存物品信息的存储单元；和连 接在所述存储单元与RFID读/写器之间，用于处理物品信息的计算机。
根据本发明的管理物品的方法包括下述步骤准备包括与附于物 品上的RFID标签通信的内置天线的箱子，和包括与内置天线连接并 且布置在箱子的外表面上的外部同轴连接器或中间贴片天线的箱子； 按照使固定RFID标签的一面与内置天线的天线面相对的方式放置物
品；准备用于访问RFID标签的RFID读/写器；利用同轴电缆把RFID 读/写器连接到箱子的外部同轴连接器，或者使RFID读/写器的天线靠 近中间贴片天线，同时使RFID读/写器的天线与中间贴片天线相对， 从而实现通信；和通过同轴电缆或中间贴片天线使内置天线产生无线 电波，从而用无线电波共振RFID标签的天线，以致RFID读/写器访 问附在物品上的RFID标签。所述方法还包括连接与箱子分离的中间 天线和外部同轴连接器，从而实现通信的步骤。
结合附图，根据优选实施例的下述详细说明，本发明的上述及其 它目的和特征将是明显的。但是，附图应被理解为是对本发明的图解 说明，而不是对本发明的限制。
图1是RFID标签和RFID读/写器的系统结构(电磁耦合型)的例 子的概念图。
图2示意地表示本发明的物品箱与RFID读/写器之间的通信，其 中图2(a)表示内置天线与同轴电缆的直接连接；图2(b)表示经由中间 天线的通信。
图3表示根据本发明的一个实施例的物品箱，其中图3(a)是所述 物品箱的透视图；图3(b)是表示处于打开状态的箱子的示图。
图4表示本发明的RFID系统，其中图4(a)表示经由同轴电缆的 通信；图4(b)表示经由中间天线的通信；图4(c)表示经由附着在箱子 上的中间天线的通信；图4(d)表示其中RFID读/写器具有彼此分开的 发射天线和接收天线的一个例子。
图5是根据本发明的管理物品的RFID系统的示意图。
图6表示本发明的物品箱的内置天线与同轴连接器之间的连接的 例子，其中图6(a)表示一种连接，其中金属箱构成贴片天线的导体表 面，同轴连接器成直角地与所述贴片天线上连接；图6(b)表示一种连 接，其中贴片天线形成于双面印刷电路板上，并且同轴连接器成直角 地与其连接；图6(c)表示一种连接，其中金属箱构成贴片天线的导体
表面，并且贴片天线通过内部同轴连接器与平行于天线表面的外部同
轴连接器连接；图6(d)表示一种连接，其中贴片天线形成于双面印刷 电路板上，并且通过内部同轴连接器与平行于天线表面的外部同轴连 接器连接。
图7表示根据本发明的一个实施例的内部贴片天线，其中图7(a) 是所述内部贴片天线的透视图；图7(b)是所述内部贴片天线的横截面 图。
图8表示关于(a)同轴连接器，(b)中间天线的多个箱子中的RFID 标签的识别例子的原理。
图9是利用本发明的RFID系统管理物品的方法的流程图。
10: RFID标签
12: IC芯片
14:天线
16:控制器
18:存储部分
20: RFID读/写器
22:读/写机构(控制器)
24:发射-接收天线
30:箱子
32:(外部)同轴连接器
34:内置天线
35:带状线
36:绝缘体
37:贴片天线
38:同轴电缆
39:管壳
44:中间天线
46:天线面
50:计算机
60:存储单元
62:内部同轴连接器
63:内部同轴电缆
64:铜图案
66:中心导体
68:(双面)印刷电路板
76:导体表面(接地导体表面)
100:物品
具体实施例方式
根据本发明的箱子重量轻，并且便携性高，因为它只包含发射-接收天线和RFID标签，不具有RFID读/写器和电源。此外，注意"箱 子"不仅包括轻便箱子，而且还包括任何形状和大小的箱子和袋子，包 括供物流业之用的大型箱子，比如大型仓装箱或集装箱。本发明特别 适合于用于带有RFID标签的磁带或其它贵重物品的硬质金属箱。本 发明不仅适合于金属箱，而且适合于由于其材料或厚度的缘故，电磁 波透射率低的箱子。本发明的特征在于电磁波透射率低的金属箱通过 电缆或无线电波直接从外部接收电力，并通过耦合电场和磁场，把射 频能量应用于内置发射-接收天线，以便与RFID标签通信。
下面参考附图详细说明本发明。
图1是本发明中使用的包括RFID读/写器20的系统的示意方框 图，RFID读/写器20访问RFID标签10和RFID标签10的信息。该 系统一般被称为电磁耦合型系统，其中通过天线的共振传送信号。该 系统中使用的射频约为2.45 GHz和950 MHz(UFH带)，2.45 GHz和 950 MHz—般分别提供大约l米和3米的通信范围，从而提供广泛的 应用。下面举例说明电磁耦合型系统。选择用于相应频率的RFID标 签。RFID读/写器20 —般也被称为读取器或者扫描仪，它既可用于 IC芯片或RFID标签中的信息的读取，也可用于所述信息的写入。下 面把所述读取和写入称为"访问"，
RFID标签10具有把来自RFID读/写器20的无线电能量变成电
能的功能，并且包括IC芯片12和与IC芯片12连接的天线14, IC 芯片12具有用于保存物品信息(例如，物品识别号，产品号，价格等) 的存储部分18和用于诸如读取或写入，验证和加密的控制器16。天 线14的形状和长度适应于从RFID读/写器20的天线24输出的无线 电波的频率，以便通过无线电波接收电力和数据信号。按照RFID标 签10的天线14与天线14收到的无线电波共振，从而产生电流的方式 实现RFID标签10与RFID读/写器20的通信，借助所述电流驱动IC 芯片12从天线14回送IC芯片12中的存储部分18中的信息。此夕卜， 在天线14中产生携带控制器16的经过处理的数据信号的无线电波。 另一方面，如图1中所示，RFID读/写器20—般包括一个充当控制器 的读/写机构22和与读/写机构22连接的天线24。读/写机构22包括 电源和RF电路，还可包括RFID读/写器中常用的任何其它组件、电 路或装置，比如通信控制电路、外部接口电路、加密电路和存储器。 由于读/写机构为本领域的技术人员熟知，因此这里将省略对其的详细 说明。RFID读/写器20的天线24具有相对于无线电波的频率优化的， 供输出无线电波，从而向RFID标签10供电之用的形状。虽然RFID 读/写器的例子包括手持型、固定型和门型RFID读/写器，不过本发明 并不局限于这些类型。
虽然将这里利用如图1中的电磁耦合型系统说明本发明，不过本 发明并不局限于此。注意本发明也可应用于使用感应耦合型的环形天 线的系统(频率为13.56 MHz)(根据需要，经由一个匹配电路)。
图2示意地表示根据本发明的物品箱和RFID读取器之间的通信 的两个实施例。根据本发明的物品箱30(它可被用作便携式运输箱)是 可在不被打开的情况下，访问和置于其中的物品有关的信息的箱子。 图2(a)表示一个实施例，它包括用于与附于物品上的RFID标签通信 的内置天线34，和与内置天线34连接的外部同轴连接器32。图2(a) 表示一个结构例子(读/写器直接连接型)，其中利用RFID读/写器20 的输入/输出电缆(同轴电缆38)和连接器(50欧姆同轴电缆或同轴连接 器)，RFID读/写器20的读/写机构22直接与外部同轴连接器32连接。内置天线34的天线振子(天线面)指向箱子30的内部，以便面向附于 物品上的RFID标签10。这种情况下，RF1D读/写器20的发射-接收 天线也可用作内置天线。在该结构例子中，RFID读/写器20的天线 24的功能被提供给箱子30中的内置天线34，通过同轴电缆38和同轴 连接器32， RFID读/写器20把电力和数据信号从充当控制器的读/写 机构22传送给内置天线34。无线电波从内置天线34辐射到RFID标 签10的天线14，从而能够实现通信。RFID读/写器20还包括发射-接收天线24。读/写机构22还可包括一个具有个人计算机功能的边缘 服务器。RFID标签10 —般包括IC芯片12和与IC芯片12连接的天 线14， IC芯片12具有用于保存物品信息的存储部分18和供比如读 取/写入和验证之用的控制器16。最好，外部同轴连接器32附于箱子 30的外侧面上，以致可堆叠多个箱子30。
这里广泛地把(自RFID读/写器)的供电和RFID标签与内置天线 之间，以及和内置天线连接的同轴连接器或者和内置天线连接的中间 天线与RFID读/写器之间的数据的读/写称为"通信"。
图2(b)表示另一实施例。该实施例是其中通过内置天线34实现 与RFID读/写器20的天线24的通信的结构例子(读/写器间接连接型)， 内置天线34与附于物品上的RFID标签10和与内置天线34连接的中 间天线44通信。在该结构例子中，来自图1中所示的RFID读/写器 20的发射-接收天线24的无线电波由中间天线44接收，随后从中间 天线44传送给内置天线34，并辐射向RFID标签10的天线14。图 2(b)表示其中中间天线44通过同轴电缆38和同轴连接器32与内置天 线34连接的系统。另 一方面，中间天线44可直接与内置天线34连接。 最好，中间天线44以平面天线，比如贴片天线的形式被布置在箱子 30的外侧面上，从而可堆叠多个箱子。就中间贴片(平面)天线来说， 它可通过布置在箱子中的、与内置天线34直接连接的内部同轴连接器 和同轴电缆与内置天线34连接。此外，金属箱具有如下优点，即贴 片天线的天线面和与之相对的接地导体表面(接地导体或接地面)(它们 之间具有一个绝缘体)可由金属箱的外框架替代(参见图6)。
此外，由于与箱子30分离的中间天线与外部同轴连接器32连接， 因此图2(b)的结构能够实现通信。独立的中间天线并非必定是贴片天 线，相反可以是抛物面天线或喇叭天线。对于感应耦合型RFID标签 来说，内置天线和中间天线可以是环形天线(也称为天线线围)。
图3表示根据本发明的物品箱。图3(a)是箱子30的示意图。外 部同轴连接器32位于箱子30的外表面上，外部同轴连接器32是通信 结构。图3(b)是打开状态下的箱子30的透视图。均具有RFID标签的 多个物品IOO(例如磁带)被放置在箱子30的下半部33中。包括平面贴 片天线37的内置天线34按照面对RFID标签10的天线14(未示出) 的方式被布置在箱子上半部31的内表面上。这里，"布置在外表面上 或者内表面上，，包括嵌入箱子中。贴片天线一般包括在印刷电路板的绝 缘体上的天线振子(antenna element)，与天线振子连接的同轴连接 器，和位于绝缘体之下的导体表面(接地导体面)。后面将参考图7具 体说明贴片天线。多个(这种情况下，4个)贴片天线37与RFID标签 10的天线(未示出)相对，并且发射和接收无线电波。通常以印刷电路 板上的铜图案的形式形成所述多个贴片天线37。贴片天线37由带状 线(一般也称为微带线)35连接在一起。带状线35穿过箱子30与位于 箱子30的外表面上的同轴连接器32连接。图3中未示出绝缘体和导 体表面。这种方案允许内置天线34具有RFID读/写器20的天线24 的功能(参见图1)，通过借助同轴电缆，直接连接RFID读/写器20的 读/写机构(控制器)22和同轴连接器32,能够在不打开箱子30的情况 下访问内部的物品信息。虽然该实施例^^用贴片天线，不过RFID读/ 写器20的发射-接收天线24可被布置在箱子30中，以便起内置天线 34的作用。尽管最好把内置天线34布置在箱子30的内表面上，不过 如果能够通信的话，那么内置天线34也可被布置在箱子中的面对 RFID标签的恰当位置。
也可提供与内置天线34连接的导线(未示出)，并在箱子30的外 表面上设置平面或贴片天线作为中间(平面)天线44。这种情况下，由 于可通过中间天线44实现与RFID读/写器20的天线24的通信，因
此不需要同轴连接器32.但是，可既提供同轴连接器又提供中间天线 44。当向箱子30提供外部同轴连接器32和中间天线44时，如图3 中所示，那么能够实现经由同轴连接器32与RFID读/写器20的直接 通信，以及实现经由中间天线44与RFID读/写器20的通信，以致能 够获得用于各种应用和使用环境的各种物品箱。此外，也可使用内部 同轴连接器，与内置天线34连接的同轴电缆可被用于连接内置天线 34和箱子30的外表面上的中间平面天线。此外，由于外部同轴连接 器32或中间天线44被布置在箱子30的外表面上，因此可堆叠多个箱 子30，这是优选的。同轴连接器32和中间贴片天线44可被布置在同 一侧。
图4表示根据本发明的RFID系统的实施例，其中可在不打开物 品箱30的情况下(参见图3)，访问箱子30中的RFID标签10的物品 信息。图4(a)表示一个结构例子，其中箱子30中的内置天线34(平面 天线)的天线面46与物品100上的RFID标签10的天线14(未示出)相 对。与内置天线34连接的同轴连接器32被布置在箱子30的外表面上。 读/写机构22(它是RFID读/写器20的控制器)通过同轴电缆38与同轴 连接器32连接，从而允许访问箱子30中的RFID标签IO。这是因为 内置天线34起读/写机构22的发射-接收天线的作用。换句话说，即 使RFID读/写器20不一定具有发射-接收天线24，也能够提供发射-接收天线。图4(b)表示使用和图4(a)中相同的箱子30的结构例子，其 中与箱子30分离的中间天线44通过同轴电缆38与同轴连接器32连 接，并且通过中间天线44实现与RFID读/写器20的发射-接收天线 24的通信。中间天线44可以具有任意形状，只要它能够以RFID系 统的频带(大约2.45 GHz和950 MHz)进行发射/接收，比如贴片天线、 抛物面天线或喇叭天线。对于感应耦合型RFID，可使用环形天线。 图4(c)表示其中图4(b)的中间天线44被置于箱子30的外表面上的结 构例子.这种情况下，与箱子30分离的中间天线不是必需的；改为使 用贴片天线(平面天线)来提高箱子30的便携性.中间天线44 一般是 与内置天线34连接的发射-接收天线。当在图4(b)和图4(c)的结构中，RFID读/写器20和中间天线44被布置成彼此邻近以便通信时，或者 可使RFID读/写器20接近箱子30上的中间天线44，或者RFID读/ 写器20被固定，可借助运栽系统等把箱子30运到RFID读/写器20 附近。图4(d)表示其中RFID读/写器20的天线被分成发射天线25和 接收天线27的结构。这种情况下，只有发射天线25被带到中间天线 44附近，以便提高通信灵敏性。箱子30可具有同轴连接器32和充当 中间天线44的平面贴片天线，或者这两者任意之一。多个箱子30可 被堆叠。
图5表示本发明的RFID系统的一个实施例，表示其中本发明的 箱子通过同轴连接器和同轴电缆38直接与RFID读/写器20的例子， 和其中在堆叠的多个箱子30的侧面上的中间平面天线44与RFID读/ 写器20的发射-接收天线24之间实现通信的例子。电力从RFID读/ 写器20供给，并且在RFID读/写器20和RFID标签10的IC芯片之 间读取或写入数据，如图5中所示。通过内置天线34和RFID读/写 器20,保存在箱子30中的IC芯片的存储部分18(参见图2)中的物品 信息由通用计算机50处理，或者作为数据库信息被保存在存储单元 60中。具体地说，保存在IC芯片12中的物品信息至少包括物品识别 信息(ID)。所述识别信息由RFID读/写器20读取，并通过通信线路或 网络(未示出)或者直接被发送给计算机50。这种情况下，操作计算机 50以访问装入多个箱子30中的多个物品的RFID标签也是有利的。 当RFID读/写器具有个人计算机(PC)的功能时，利用PC功能能够实 现对RFID标签的同时访问。与存储单元60连接的计算机50比较从 RFID读/写器20发送的识别信息与存储单元60中的信息，并执行诸 如输出或更新与输入的识别信息相关的信息，比如物品名称之类的处 理。除了识别信息之外，IC芯片12还可包括诸如物品的生产日期， 生产商和价格之类的具体信息。计算机和存储单元可以是作为服务器 系统和存储系统的不同单元，或者可以是包括这两者的个人计算机. RFID读/写器20可以是具有个人计算机的功能的智能型RFID读/写 器。为了与感应耦合型RFID标签通信，可以使用环形天线和匹配电路。
图6表示可在本发明中使用的物品箱30(这里，金属箱)的内置贴 片天线(平面天线)34和外部同轴连接器32的结构例子。构成贴片天线 37的天线面46(参见图7)的绝缘体36上的铜图案64，和同轴连接器 32的中心导体66通常被连接在一起。在图6(a)和6(b)的例子中，夕卜 部同轴连接器32被直接安装在箱子30的上表面(或者下表面)上。图 6(a)表示其中金属箱构成贴片天线37的导体表面，同轴连接器32与 天线面垂直连接的例子。图6(b)表示其中贴片天线37形成于双面印刷 电路板上，并且同轴连接器32与天线面垂直连接的例子。在图6(c) 和6(d)的例子中，内部同轴连接器62与箱子30中的贴片天线37的铜 图案64连接，内部同轴连接器62通过内部同轴电缆63与安装在箱子 30的侧壁的外表面上的外部同轴连接器32或中间平面天线44(未示出) 连接。这种情况下，绝缘体36上的铜图案64(包括贴片天线37)与同 轴中心导体66连接。图6(c)表示其中金属箱30构成贴片天线的传导 面，并且贴片天线通过内部同轴连接器62与平行于天线面的外部同轴 连接器32连接的例子。图6(d)表示其中贴片天线形成于双面印刷电路 板68上，并且通过内部同轴连接器62与平行于天线面的外部同轴连 接器32连接的例子。
在图6(a)和6(c)的例子中，为了形成电力线，用金属箱30的外 框架代替在贴片天线背面的接地导体表面(接地导体)，贴片天线37通 过内部同轴连接器62的管壳(shell) 39与金属箱30的外框架接触， 以便接地。绝缘体36和在绝缘体36上的铜图案64可形成于单面印刷 电路板上。相反，在图6(b)和6(d)的例子中，贴片天线形成于双面印 刷电路板68(—种两侧都具有铜平面且绝缘体36位于其间的基板)的上 表面上，在其背面上方，在铜图案中形成充当接地导体表面的导体表 面。在印刷电路板的背面的导体表面和同轴连接器的管壳通常接地到 金属箱的外框架。
图7表示可用在本发明中的平面贴片天线的例子。贴片天线也被 称为微带天线，它具有窄的频带和宽的方向性。具有天线振子的天线面46由印刷电路板68上的蚀刻铜层形成。当排列多个贴片天线37 时，贴片天线37通常由带状线35(—般称为微带线)连接在一起。可用 同轴连接器和同轴电缆把贴片天线37连接在一起。带状线(微带线)对 应于同轴电缆的中心导体，在绝缘体之下的接地导体表面(接地导体) 对应于同轴电缆的编织线。在本发明的箱子30(参见图3)被关闭的情 况下，多个(在图7中，4个)贴片天线37面对RFID标签的天线，以 便发射或接收无线电波。如图7中所示， 一般的贴片天线具有包括在 绝缘体36上的铜图案64中形成的多个贴片天线37和带状线35的天 线面46，并且还具有与绝缘体36的下表面接地的接地导体表面76(— 般是固体铜平面，也称为接地导体)。天线面46的微带线35和在绝缘 体36下面的固体接地导体表面76构成电力传输线。同轴连接器32 的中心导体66和包括天线振子的铜图案64被焊接在一起。贴片天线 37的天线面46具有如图所示的方向性74，并且与附于物品上的RFID 标签的天线相对。在说明了用于垂直极化波的矩形贴片天线的排列之 后，可做出多种修改，比如用于圆极化波的圆形贴片天线或者切角矩 形天线，此外，改变天线的馈电点可以提供垂直极化波，水平极化波 和左旋或右旋无线电波。
图8表示在本发明的多个箱子30被堆叠的情况下，识别RFID 标签的例子。这是一个在不打开箱子的情况下访问物品信息的实施例。 如图3中所示，箱子30容纳多个附有RFID标签的物品(未示出，例 如包含磁带或贵重物品的容器)。图8(a)表示其中出自RFID读/写器 20的同轴电缆(输入/输出电缆)与箱子30的外表面上的同轴连接器32 连接，外部同轴连接器32与箱子30中的内置天线34(未示出)连接的 安排。这种情况下，内置天线34充当RFID读/写器20的发射-接收天 线。从而，与内置天线34连接的读/写机构允许在不打开箱子30的情 况下访问RFID标签。当在堆叠状态下运入或运出多个箱子30时，不 需要逐一打开箱子30来读取RFID标签；把出自RFID读/写器20的 电缆重新连接到相应的同轴连接器32就可以了.就安全性来说，这是 有利的。
图8(b)表示其中RFID读/写器20不与箱子30的内置天线34连 接，而是使用贴片天线，即中间平面天线44的例子，中间天线44与 箱子30的内置天线34连接，并被放置在箱子30的外表面上。恰当地 使RFID读/写器20的发射-接收天线24与中间天线44相对可在不打 开箱子30的情况下读取RFID标签。这种情况下，RFID读/写器20 或者具有彼此分离的发射天线和接收天线，或者具有发射-接收天线。 普通的固定RFID读/写器能够顺次访问多个箱子的各个贴片天线，如 图所示，从而访问箱子中的RFID标签的信息。另一种方案(未示出) 也是可能的，其中与RFID读/写器20连接的发射-接收天线24与和箱 子分离的、连接到外部同轴连接器32的中间天线44(未示出)相互通信。 另一种方法也是可能的，其中通过装有发射-接收天线的门型RFID读 /写器的U形门，可在不打开箱子30的情况下访问多个箱子中的多个 RFID标签。
图9是利用本发明的RFID系统管理物品的方法的流程图。本发 明的RFID系统可被应用于任意物品，不过特别有利的是从安全的角 度来说，在不打开箱子的情况下管理箱子中的物品，比如贵金属。首 先，准备RFID读/写器(S101)，并且准备适合于供通信之用的无线电 波的频带的RFID标签(S102)。 RFID读/写器包括发射-接收天线和与 发射-接收天线连接，并且具有读/写机构的控制器。准备本发明的具 有内置天线的箱子(S103)。箱子包括与附于物品上的RFID标签的天 线相对的内置天线，和与内置天线或者在箱子外表面上的中间平面天 线(贴片天线)连接的同轴连接器。另一方面，可以准备能够与箱子的 外部同轴连接器连接的分离的中间天线(S104)。根据需要准备外围设 备，比如计算机和存储单元。在S102中准备的RFID标签被贴到物品 上(S105)。根据情况，RFID标签可被贴到物品的表面上，或者用带子 等连接到物品上，或者嵌入到物品中。如果RFID标签不能被直接附 到物品上，那么物品可被附到物品的容器上.在S102中准备的RFID 标签的IC芯片或者已保存诸如物品识别信息之类的信息，或者未保 存所述信息。物品信息可包括除识别信息以外的任何信息，带有RFID
标签的物品被置于箱子中，同时RFID标签的正面与箱子中的内置天 线的天线面相对，随后关闭箱子(S106)。通常，在准备了 RFID标签 (S102)，把RFID标签附到物品上(S105),物品已被保存在本发明的箱 子中，并且关闭箱子(S106)之后，开始才艮据本发明的管理物品的方法。 这里，可以准备和堆叠多个箱子。
在管理物品时，当使用在箱子的外表面上，并且与在S106中关 闭的箱子中的内置天线连接的同轴连接器(S107)时，可能存在下面的 两个不同步骤。即，RFID读/写器的读/写机构通过同轴电缆直接与同 轴连接器连接(S109)，从而使RFID读/写器的读/写机构与内置天线之 间的通信成为可能(Slll)。另一方面，在S104中准备的与箱子分离的 中间天线与同轴连接器连接(SllO)，并且RFID读/写器的发射-接收天 线被带到中间天线附近，从而能够实现与读/写机构的通信(S112)。当 使用在箱子的外表面上，并且与内置天线连接的中间贴片天线(S108) 时，RFID读/写器的发射-接收天线可被带到中间天线附近(这种情况 下，被带到箱子附近，因为中间贴片天线被设置在箱子的外表面上)， 从而能够实现与读/写机构的通信(S112)。另一方面，在S112中，可 把箱子向布置在适当位置的RFID读/写器，例如固定的或者门型RFID RFID读/写器移动，或者把RFID读/写器本身移向箱子。当从充当控 制器的读/写机构供给电流时，RFID读/写器在天线产生无线电波。当 中间天线和RFID读/写器适当地靠近时，在RFID读/写器的天线产生 的无线电波通过中间天线传播到箱子中的内置天线，通过所述内置天 线，RFID标签的天线通过共振产生电流，从而把电流，即电力提供 给IC芯片的控制器，从而实现RFID读/写器的读/写机构与IC芯片 之间的通信(S112)。当能够实现通信时，能够实现RFID读/写器和IC 芯片之间的信息传递，因而，RFID标签的IC芯片中的物品信息可被 读取，或者信息可被写入IC芯片中(S113)。读取的信息通过RFID读 /写器被输入与RFID读/写器连接的计算机中，并由计算机处理。由于 所述处理可以是计算机的一般处理，它允许如图5中所示系统的信息 处理，因此这里将省略详细说明。
本发明的物品箱重量轻，并且便携性高，因为它只包含充当发射
-接收天线的内置天线和RFID标签，不具有RFID读/写器和电源。这 特别适合于用于带有RFID标签的磁带或其它贵重物品的硬质金属 箱。本发明的箱子还适合于由电磁衰减高的材料制成的箱子，或者其 外框架如此之厚，以致几乎不透射电磁波的箱子。；恨据本发明的管理 物品的方法可被应用于要求高安全性，从而需要在不打开箱子的情况 下处理物品的库存管理和交货物理。注意箱子的大小和形状不受限制。 虽然参考附图以其优选实施例说明了本发明，不过本发明的技术 范围并不局限于实施例的技术范围。本领域的技术人员会认识到实施 例可被不同地改变和修改。因此，应明白各种变化和修改包含在本发 明的技术范围内。
权利要求
1、一种可访问与装入箱子中的带有RFID标签的物品有关的信息的物品箱，所述物品箱包括与附于物品上的RFID标签通信的内置天线；和与所述内置天线连接并且布置在箱子的外表面上的通信结构，用于与外部RFID读/写器通信。
2、 按照权利要求1所述的物品箱，其中所述通信结构是外部同 轴连接器。
3、 按照权利要求1所述的物品箱，其中所述通信结构是中间发 射-接收天线。
4、按照权利要求l所述的物品箱，其中所述物品箱由金属制成。
5、 按照权利要求1所述的物品箱，其中内置天线与附于物品上 的RFID标签的天线相对。
6、 按照权利要求1所述的物品箱，其中内置天线包括至少一个 安装在箱子的内表面上的贴片天线。
7、 按照权利要求2所述的物品箱，其中内置天线充当RFID读/ 写器的发射-接收天线。
8、 按照权利要求6所述的物品箱，其中内置天线借助于绝缘体 直接安装到金属箱的内表面上，金属箱构成贴片天线的接地导体表面。
9、 按照权利要求1所述的物品箱，还包括与内置天线连接的内 部同轴连接器，其中内部同轴连接器和所述通信结构通过同轴电缆连 接在一起。
10、 按照权利要求3所述的物品箱，其中中间发射-接收天线包 括至少一个贴片天线。
11、 一种RFID系统，包括至少一个可以访问与装入箱子中的带有RFID标签的物品有关的 信息的物品箱，所述物品箱包括与附于物品上的RFID标签通信的内 置天线，和与所述内置天线连接并且布置在箱子的外表面上的通信结 构5和包括读/写机构与发射_接收天线的RFID读/写器，所述RFID读/ 写器与所述通信结构连接，以便访问RFID标签。
12、 按照权利要求11所述的RFID系统，其中通信结构包括外 部同轴连接器，中间发射-接收天线或者它们的组合。
13、 按照权利要求12所述的RFID系统，其中RFID读/写器的 读/写机构通过同轴电缆直接连接到外部同轴连接器。
14、 按照权利要求12所述的RFID系统，还包括一个与箱子分 离的中间发射-接收天线，所述中间发射-接收天线与外部同轴连接器 连接。
15、 按照权利要求14所述的RFID系统，其中所述中间发射-接 收天线包括贴片天线、喇叭天线和抛物面天线至少之一。
16、 按照权利要求11-15之一所述的RFID系统，还包括 保存物品信息的存储单元；和连接在所述存储单元与RFID读/写器之间，用于处理物品信息的 计算机。
17、 一种管理物品的方法，所述方法包括下述步骤 准备箱子，所述箱子包括与附于物品上的RFID标签通信的内置天线以及与内置天线连接并且布置在箱子的外表面上的外部同轴连接 器或中间贴片天线；按照使固定RFID标签的一面与内置天线的天线面相对的方式放 置物品5准备用于访问RFID标签的RFID读/写器；利用同轴电缆把RFID读/写器连接到箱子的外部同轴连接器，或 者使RFID读/写器的天线靠近中间贴片天线，同时使RFID读/写器的 天线与中间贴片天线相对，从而实现通信；和使内置天线通过同轴电缆或中间贴片天线产生无线电波，从而用 无线电波共振RFID标签的天线，以致RFID读/写器访问附在物品上 的RFID标签。
18、按照权利要求17所述的方法，还包括连接与箱子分离的中 间天线和外部同轴连接器，并使RFID读/写器的天线靠近中间天线， 同时使RFID读/写器的天线与中间天线相对，从而实现通信的步骤。
全文摘要
本发明提供一种能够在不打开箱子的情况下，访问和带有RFID标签的物品有关的信息的物品箱以及利用所述箱子的RFID系统，所述物品箱可由金属或电磁波透射率低的材料制成。根据本发明的物品箱包括与附于物品上的RFID标签的天线相对，用于与RFID标签通信的内置天线；和与内置天线连接并且布置在箱子的外表面上，用于与外部RFID读/写器通信的外部同轴连接器或中间发射-接收天线。通过借助同轴电缆连接外部同轴连接器和RFID读/写器，或者通过中间发射-接收天线和RFID读/写器的发射-接收天线之间的通信，实现内置天线和RFID读/写器之间的通信。可提供与箱子分离的中间天线，并且所述中间天线可与箱子的外部同轴连接器连接。
文档编号H04B1/38GK101170312SQ200710112150
公开日2008年4月30日 申请日期2007年6月19日 优先权日2006年10月23日
发明者福田薰 申请人:国际商业机器公司