用于组合eas和rfid标签的具有rfid天线的分离器系统和方法

专利名称：用于组合eas和rfid标签的具有rfid天线的分离器系统和方法
技术领域：
本发明涉及EAS标签，并且尤其，涉及用于分离组合EAS/RFID标签上的弹簧夹具 机构的方法和系统。
背景技术：
电子物品监控(“EAS”)系统在本领域中普遍所知，用于防止或制止物品从控制区 域未被许可的移动。在典型的EAS系统中，EAS标签、标识和标记(总体地“标签”)被设计 成与位于控制区域，诸如零售店，出口处的电磁场相互作用。这些EAS标签被连接到将要保 护的物品。如果EAS标签被拿到电磁场或“检测区域”，则可检测到标签的存在，并且采取适 当的行动，比如产生警报。对于物品的许可的移动，EAS标签可被解除、去除或绕过电磁场， 以便阻止被EAS系统检测。射频识别(“RFID”)系统同样在本领域中普遍所知，并且可用于许多应用，例如， 管理库存、电子门禁控制(electronic accesscontrol)、安全系统和在收费公路上的汽车 自动识别。RFID系统典型地包括RFID读取器和RFID设备。RFID读取器可以将射频(“RF”) 载波信号传输到RFID设备。RFID设备可以响应于带有由RFID设备存储的信息译成电码的 数据信号的载波信号。对于在零售环境中结合EAS和RFID功能的市场需求快速地出现。许多如今具有 用于入店行窃保护的EAS的零售店依靠条形码信息，用于库存控制。RFID提供了超过条形 码的更快且更详细的库存控制。零售店已经为可再用的硬标签(hard tag)花费了相当大 的金额。将RFID技术添加到EAS硬标签中可轻易地花费由于在库存控制和损失预防中改 进的生产性而产生的附加费用。因此，出现了组合EAS/RFID标签。可再使用的EAS/RFID标签典型地在顾客离开商店之前从它们的物品上去除。组 合EAS/RFID硬标签通过夹具类型机构固定到它们的物品。有两种类型的连接方法通常和 组合硬标签一起使用。一种是磁夹具型设备(magnetic clamp type device)，为去除，其在 分离器单元中使用永磁体来脱开组合标签中的连接销。另一种是机械弹簧夹具型设备，为 去除，其在组合标签中的连接机构上使用某些类型的机械力来脱开组合标签中的连接销。 标签分离单元被用于去除这些标签。一些EAS标签通过使用磁性分离器而从它们的物品上去除。这些类型的标签分离 单元使用强的永磁铁，以接合位于组合标签中的磁性类型夹具。这些分离单元还使用近场 天线以和组合标签通讯，并且允许组合标签关于分离器磁轴旋转。近场天线可以是，例如， 近场UHF天线，其可以是圆形的，并且可以使用圆形的弯曲的几何形状，用于在磁性夹具分 离器设备中使用。然而，这些磁性类型分离单元对于和组合硬标签一起使用的机械弹簧夹 具类型机构是无效的。—种类型的机械弹簧夹具类型的标签分离单元使用UHF天线来检测使用了 2，450MHz的RFID元件的组合EAS/RFID标签。这种方法的问题是线天线太长而不适合分离单元外壳的内部，除非其被实质上地弯曲成几乎完整的环。生产这种类型的天线是困难 的，性能基本上随着功率变化，并且因为其需要用于阻抗匹配的附加的3dB同轴衰减设备 (coaxial pad device)，所以也是昂贵的。因此，存在对一种能将组合EAS/RFID标签从其物品上分离的非磁性分离单元的需要。

发明内容
本发明有利地提供了用于分离弹簧夹具机构的装置，该装置用于在标签被放置在 该装置中的特定区域内时，从连接的物品上分离组合EAS/RFID标签的弹簧夹具机构。在本发明的一个方面，提供了一种分离单元，其用于从物品上分离组合电子物品 监控/射频识别标签。该分离单元包括用于接收电子物品监控/射频识别标签的放置区 域、位于接近放置区域的位置的近场磁环天线，以及用于基于接到的RFID响应信号而从物 品上释放电子物品监控/射频识别标签的分离器。在本发明的另一方面，提供了一种电子物品监控/射频识别监控系统。该电子物 品监控/射频识别监控系统包括电子物品监控/射频识别标签分离单元。电子物品监控/ 射频识别标签分离单元包括用于接收电子物品监控/射频识别标签的放置区域、位于接近 放置区域的位置的近场磁环天线，以及用于基于接到的RFID响应信号而从物品上释放电 子物品监控/射频识别标签的分离器。电子物品监控/射频识别监控系统还包括与标签分 离单元电子通讯的射频识别标签读取器。在本发明的另一方面，提供了将组合电子物品监控/射频识别监控标签从其物品 上分离的方法。该方法包括在放置区域中接收电子物品监控/射频识别标签；使用位于接 近放置区域的位置的近场磁环天线来通过RFID询问信号询问电子物品监控/射频识别监 控标签；以及至少在确认询问产生对物品的确定识别时将组合电子物品监控/射频识别监 控标签从其物品上分离。


通过参照以下详述并结合附图将更容易地理解对本发明和其附带的优势和特征 的更为完整的理解，其中图1描述了和本发明的标签分离装置一起使用的组合EAS/RFID安全标签；图2描述了具有螺旋天线嵌体(spiral antenna inlay)的组合EAS/RFID安全标 签的RFID元件；图3描述了具有混合天线嵌体(hybrid antenna inlay)的组合EAS/RFID安全标 签的RFID元件；图4描述了本发明的标签分离装置，其示出了在分离器单元内部的磁环天线；图5描述了本发明的示范性的标签分离装置的透视图，该标签分离装置用于和基 于机械弹簧夹具的标签机构(mechanical springclamp-based tag mechanism) 一起使用；图6描述了本发明的标签分离装置的示范性的分离器部分，该分离器部分与基于 机械弹簧夹具的标签一起操作；以及图7描述了接合本发明的标签分离装置的EAS/RFID安全系统的方框图。
具体实施例方式本发明涉及用于组合EAS/RFID标签的非磁性分离器单元。本发明由配备有一机 构的分离器单元组成，当夹具被设置在分离器的特定区域中时，该机构能够释放组合EAS/ RFID标签的弹簧夹具。当组合EAS/RFID标签被放置在接近分离器单元的某些区域中时，通 过近场天线和RFID读取器来从标签读取RFID信息，使得允许组合标签中的弹簧夹具连接 机构被去除。现在参照附图，在附图中，同样的参照标识指作相同的元件，图1示出了和本发明 的分离单元一起使用的示范性的EAS/RFID标签的简图。图1示出了包括电子物品监控 (EAS)元件12、RFID元件14、一个或多个间隔元件16的组合EAS/RFID标签10，其中EAS 元件12、RFID元件14和一个或多个间隔元件16全部被封入外壳18中。图1描述的EAS/ RFID组合标签10只是说明性的，而不必是此确切的配置。EAS/RFID组合标签10是EAS/RFID询问系统的一部分，该EAS/RFID询问系统包括 组合EAS/RFID询问单元(未显示)和一个或多个EAS/RFID组合标签10。每个EAS/RFID 组合标签10被可去除地附加到商品上。组合EAS/RFID询问单元可以是，例如，用于将询问 信号传输到EAS/RFID组合标签10的读取器单元的形式。读取器单元可包括具有EAS元件 和RFID元件的组合EAS/RFID天线。EAS元件12可包括具有无定形铁磁金属(amorphousferro-magnetic metal)的 带的声_磁设备(acousto-magnetic device)，其中该带自由地机械振荡，并且通过它们对 感应的磁场的共振响应而被识别。可选地，EAS元件12可包括具有耦合到微波的非线性元 件(例如二极管)的微波设备和低频(LF)场天线。一个天线发射低频(大约IOOKHz)调 制场，并且另一个发射微波场(UHF频率)，其中非线性设备用作再发射两个场的信号的组 合的混频器(mixer)，以便触发报警。如本领域已知的附加的合适的EAS设备和/或标签可 同样适合于与本发明一起使用。一个或多个间隔元件16位于外壳18中并且在EAS元件12和RFID元件14之间。 每个间隔元件16可以限定具有非传导性和/或介电特性的实质上平面的主体，并且可由非 传导性的塑料、聚合物或其他合适的绝缘材料构成。例如，间隔元件16可形成实质上长方 形形状的绝缘泡沫部分，其中间隔元件具有小于近似3mm的厚度。EAS/RFID组合标签10的RFID元件14包括RFID天线嵌体20，该RFID天线嵌体 20的实例被描述在图2中。RFID天线嵌体20可包括与IC部件22电子通讯以便向IC部 件22传输信号和从IC部件22传输信号的导电材料的图案配置。为了 RFID元件14的最佳 使用和性能，天线嵌体20的图案可以被修改和/或被选择，以便提供期望的阻抗特性以给 予IC部件22的电子特性。值得注意的是，在图中示出的天线嵌体图案20只是示范性的， 应该理解到，其他图案也是可能的。IC部件22可一般包括能够存储多位数据的集成电路设备，并且还能够调制RFID 元件14的天线20中的电流，以便因此将数据编码到RF信号上。尤其是，IC部件22可包括 基于半导体的设备，例如硅片，并且还可包括主动式和/或被动式元件，例如晶体管、电阻 器、电容器以及在其上集成的类似物。例如，IC部件22可包括对进来的RF信号呈现共振响 应的电阻器、电容器和/或电感器的被动式网络。另外，IC部件22可包括二极管设备，以 便简单地调整进入的RF信号。IC部件22还可包括固定响应频率和/或识别的数据模式，并且可选地可包括可编程的和/或可再编程的响应频率和/或识别的数据模式。RFID天线嵌体20的部件可包括具有足够高的电导性的材料，例如包括铜(Cu)或 铝(Al)的金属材料，或微波导电碳纤维。天线嵌体20可包括不同类型的天线配置。图2示 出的一种类型的天线配置可以是在7，302，790号美国专利中公开的类型的螺旋天线配置， 该专利的全文通过引用合并于此。两个向内的螺旋天线部分24和26在基片25上连接到 IC部件22。利用图2示出的类型的螺旋天线配置，联接机构主要依赖于电(E)场，而不是 磁(H)场。因此，通过合并图2的螺旋天线配置，为远场最优化了整体RFID读取性能。可选地，可以使用图3示出类型的混合天线嵌体28。混合天线嵌体28包括由两 个向内的螺旋天线部分24和26组成的螺旋天线，以及在基片25上耦合到向内的螺旋天线 24和26的长方形磁环天线30。IC部件22连接到磁环天线30，并且磁环天线30被连接到 向内的螺旋天线24和26。磁环天线30的整体几何尺寸使得近场磁(H)性能被最优化。螺 旋天线24和26主导远场响应。图4描述了标签分离单元32，该标签分离单元32被配备成释放用于将EAS/RFID 标签10附加到物品的机械弹簧夹具机构。机械弹簧夹具典型地用于将EAS/RFID标签10 连接到物品。在一个实施方式中，标签分离单元32包括配备有实质上圆形近场磁环天线34 的外壳，如图4所示。当EAS/RFID标签10需要从其物品上分离时，标签10被放置在放置 区域36内在外壳中，刚好在磁环天线34之上。为了读取RFID编码，RFID读取器通过环天 线34向标签10发送询问信号，其识别标签10连接的物品。一旦RFID读取器询问标签10， 其便使标签分离单元32能够释放EAS/RFID标签10上的弹簧夹具机构，从而允许标签10 从其连接的物品上去除。为了有效地操作圆形磁近场环天线34，其应该是与RFID读取器阻抗匹配的。典 型地，RFID安全系统中的读取器单元具有近似50欧姆的阻抗。圆形磁近场环天线34周围 的电流不仅在振幅上必须被最优化，而且环周围的电流的相变同样必须被最小化。否则，圆 形磁近场环天线34上的磁场将在给定的距离下被减小。概括地，这意味着环直径d应该为
A< I^JTr，其中C是光速，f是UHF操作频率，以及ε r是天线基片材料(未显示)的相
对介电常数。这表明围绕圆形磁环天线的相变被限制。在本发明的一个实施方式中，对于UHF频率，例如868，915MHz，磁环天线34是在具 有近似1. 5mm厚度的FR4介电基片上的具有近似2cm直径的圆形微带，同时铜接地平面在 底侧。圆形微带宽度是近似Imm宽。在另一实施方式中，通过直接耦合到读取器单元的同轴电缆或微带馈源 (microstrip feed)来将环天线34耦合到RFID读取器。考虑其他的电子联接设备和机构 与公开的发明兼容。可以使用变压器来将RFID读取器馈源(RFID reader feed)耦合到 天线34。此变压器可以是降低变压器，以便驱动更多的电流进入环天线34中。一个或多 个电容器可被放置在天线馈源端和电阻器能串联放置的相对端之间的中点处。电阻器和 两个电容器帮助天线34阻抗匹配和调整到RFID读取器的50欧姆源阻抗，该RFID读取器 通过变压器耦合到天线。环天线34还可包括圆柱形铁氧体材料棒(cylindrical slug of ferritematerial)。本发明不局限于环天线34的特定直径或类型。在另一实施方式中，除了将RFID读取器耦合到天线34的同轴电缆或微带馈源之外，板载RFID读取器可被置于和天线34相同的分离单元外壳中。在此实施方式中，代替 RFID读取器被遥远地设置并被连接到环天线34，分离单元包括RFID读取器和用于将组合 EAS/RFID标签脱离其物品的分离机构。在一个实施方式中，板载的印刷电路板包括天线34 和RFID读取器。RFID读取器具有线路以使其能够将询问信号传输到标签10，以便确定对标签10 连接的物品的识别。以上描述的分离机构可随后被用于将标签10从其物品上分离。在此 实施方式中，RFID读取器和磁环天线34 —起被设置在印刷电路板上，从而避免了需要电缆 或电线将环天线34电子耦合到遥远的RFID读取器。可利用标签分离单元32来分离使用了图2示出的双螺旋天线嵌体20、图3示出的 混合天线嵌体28或者用于组合EAS/RFID标签的天线嵌体配置的任何变化形式的组合EAS/ RFID 标签 10。其他安全标签分离设备尤其包括磁性离合类型的组合EAS/RFID标签配置，其中 分离器单元中的永磁铁被用于依据对RFID读取器读取的RFID编码的确认来分离组合EAS/ RFID标签上的连接销。本公开内容描述了非磁性分离单元，该非磁性分离单元用于分离和 组合EAS/RFID标签10 —起使用的弹簧夹具，以便释放连接的物品，其中EAS/RFID标签10 可包括螺旋天线嵌体或混合天线嵌体。标签分离单元32包括圆形磁环近场天线34，当夹具 被放置在标签分离单元32的特定区域中时，该圆形磁环近场天线34检测组合EAS/RFID标 签10在外壳的放置区域中的存在，并且释放弹簧夹具。图5描述了标签分离单元32和其用于接收组合EAS/RFID标签10的放置区域36 的透视图。标签分离单元32包括用于接收组合EAS/RFID标签10的放置区域36和用于将 标签10从其物品40上释放的分离器42 (在图6中示出)。为了将标签10从其物品40上 去除，标签10被放置在分离单元32的区域36中。近场天线34 (在图4中示出)被置于接 近放置区域36的位置。当标签10被放置在放置区域36内时，其实质上位于近场天线34 之上。天线34电子耦合到RFID读取器。天线34接收来自标签10的RFID信号，并且将它 们传送到RFID读取器。一旦对物品40的确定识别发生，RFID读取器便将信号传送到天线 34，天线34指示分离器42将标签10从其物品40上释放。 图6提供了标签10的内部部分的示范性实施方式的分解图，标签10位于分离单 元32内放置区域36中，以便将标签10从其物品40上释放。销38用于通过在销38的远 端被夹在一对弹簧负载的夹具爪44内时抓住物品40的至少一部分，来将物品40固定到标 签10。当RFID读取器将确定的物品识别信号传送到位于分离单元32中的天线34时，分离 器42分开爪44，以便释放销38和物品40。因此，不像允许标签关于分离器磁轴旋转的磁 性离合分离器(magnetic clutchdetacher)，当分离器42接合标签10并且依据RFID读取 器对物品40的识别来释放夹具爪44时，和本发明的分离器单元32 —起使用的弹簧类型夹 具机构需要标签位于放置区域的固定位置中。图7是使用了本发明的分离器单元32的示范性EAS/RFID物品识别和监控系统的 方框图。分离器单元32与RFID读取器46电子通讯。RFID读取器可以遥远地位于EAS/ RFID物品识别和监控系统内或者如以上所述的，还可以被置于分离器单元32中。RFID读 取器46包含RF信号发生器48、收发器50、天线54和信号处理器52。应该注意到，图7描 述的RFID读取器46实质上是示范性的，并且也可考虑具有带不同的硬件和软件部件的其他设计的其他RFID读取器。标签10位于放置区域36内接近磁环天线34，如以上所述。一 旦从读取器46接到响应信号，分离器42释放将标签10固定到其物品40的夹具机构(夹 具爪44)。在一个实施方式中，分离器单元32还包括处理器56，在确认许可标签从物品上 释放时，处理器56可以向分离器42提供信号，指示其将标签10从其物品40上释放，即，分 离器42应该被致动。例如，当对接到的RFID信号的判断显示物品40未被偷时，分离器42 可以被致动。 本领域的技术人员将要理解到，本发明不限于以上于此具体被示出和描述的。另 外，应注意，除非以上做出相反的提及，所有附图不是按比例绘制的。鉴于以上教导内容，各 种修改和变化形式都是可能的，而未偏离本发明的仅由所附权利要求限定的范围和精神。
权利要求
一种分离单元，用于分离通过弹簧夹具机构固定到物品的组合电子物品监控/射频识别标签，所述分离单元包括放置区域，其用于接收所述电子物品监控/射频识别标签；近场磁环天线，其位于接近所述放置区域的位置；以及分离器，所述分离器基于收到的射频识别响应信号而从物品上释放所述电子物品监控/射频识别标签。
2.根据权利要求1所述的分离单元，其中，当所述电子物品监控/射频识别标签被置于 接近所述近场磁环天线的位置时，所述分离器从物品上释放所述电子物品监控/射频识别 标签。
3.根据权利要求1所述的分离单元，其中，所述近场磁环天线是实质上圆形的，包括具 有相对介电常数的基片材料，并且具有其中d <的“d”直径，其中“C”是光速，“f”是UHF操作频率，以及“ ε/’是基片材料的相对介电常数。
4.根据权利要求1所述的分离单元，其中，所述近场磁环天线具有实质上等于射频识 别标签读取器的阻抗的阻抗。
5.根据权利要求1所述的分离单元，其中，所述近场磁环天线耦合到射频识别标签读 取器，以便接收来自所述标签读取器的物品识别信号。
6.根据权利要求1所述的分离单元，还包括射频识别标签读取器，其中，所述射频识别 标签读取器位于所述分离单元中。
7.根据权利要求6所述的分离单元，其中，所述分离单元包括印刷电路板，所述射频识 别标签读取器和所述近场磁环天线被置于同一印刷电路板上。
8.根据权利要求1所述的分离单元，其中，所述电子物品监控/射频识别标签包括电子 物品监控部件、射频识别部件和置于所述电子物品监控部件和所述射频识别部件之间的间 隔件。
9.根据权利要求8所述的分离单元，其中，所述射频识别部件包括螺旋天线嵌体。
10.根据权利要求9所述的分离单元，其中，所述螺旋天线嵌体包括两个或多个螺旋型 环天线。
11.根据权利要求8所述的分离单元，其中，所述射频识别部件包括混合天线嵌体，所 述混合天线具有位于两个螺旋型环天线之间的磁环天线。
12.一种电子物品监控/射频识别监控系统，所述电子物品监控/射频识别监控系统包括电子物品监控/射频识别标签分离单元；所述电子物品监控/射频识别标签分离单元 包括放置区域，其用于接收电子物品监控/射频识别标签； 近场磁环天线，其位于接近所述放置区域的位置；以及分离器，所述分离器基于收到的射频识别响应信号而从物品上释放所述电子物品监控 /射频识别标签；以及射频识别标签读取器，其与所述标签分离单元电子通讯。
13.根据权利要求12所述的电子物品监控/射频识别监控系统，所述射频识别标签读取器包括发射线路，其被配置成向所述电子物品监控/射频识别标签输出询问信号；以及接收线路，其被配置成响应于所述询问信号而接收来自所述电子物品监控/射频识别 标签的响应信号。
14.根据权利要求12所述的电子物品监控/射频识别监控系统，其中，所述射频识别响 应信号被评定，并且其中，基于物品未被偷的显示，所述分离器被致动以释放所述电子物品 监控/射频识别标签。
15.根据权利要求12所述的电子物品监控/射频识别监控系统，其中，所述近场磁环天 线是圆形的，并且具有近似2cm的直径。
16.根据权利要求12所述的电子物品监控/射频识别监控系统，其中，所述电子物品监 控/射频识别标签包括电子物品监控部件、射频识别部件和置于所述电子物品监控部件和 所述射频识别部件之间的间隔件部件。
17.根据权利要求16所述的电子物品监控/射频识别监控系统，其中，所述射频识别部 件包括两个螺旋型环天线。
18.根据权利要求17所述的电子物品监控/射频识别监控系统，其中，所述射频识别部 件还包括位于两个螺旋型环天线之间的磁环天线。
19.一种将组合电子物品监控/射频识别监控标签从其物品上分离的方法，所述方法 包括在放置区域中接收电子物品监控/射频识别标签；使用位于接近所述放置区域的位置的近场磁环天线来通过射频识别询问信号询问所 述电子物品监控/射频识别标签；以及至少在确认询问产生对物品的确定识别时将组合电子物品监控/射频识别监控标签 从其物品上分离。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，分离组合物品监控/射频识别监控标签还包括 确认物品没有被偷。
全文摘要
一种用于将组合EAS/RFID标签从其物品上分离的分离器单元。在标签被放置在分离单元中的特定区域内时，分离单元分离组合EAS/RFID标签的弹簧夹具机构。近场磁环天线被置于外壳的放置区域内。当组合EAS/RFID标签被放置在放置区域内正好在近场磁环天线之上时，标签的RFID编码被读取，并且分离单元释放将EAS/RFID标签连接到其物品的夹具机构。
文档编号E05B73/00GK101960083SQ200980107906
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月5日 优先权日2008年3月6日
发明者R·L·科普兰德 申请人:传感电子有限责任公司