专利名称：能够读取非视线物品的射频识别装置的制作方法
技术领域：
0001本发明涉及射频识别(RFID)系统，包括RFID标签和读取器。本发明也涉及使多个物品，如堆放在托盘上的物品，包括堆放在最里面的物品，并且甚至是在有诸如液体和金属的不容射频的材料存在时能够被读取的RFID设备及方法。
背景技术：
0002自动识别是用于帮助机器识别诸如纸箱、盒子、瓶子等物品或物体的许多种技术的广义术语。自动识别常常与自动数据采集相关联。因此，需要识别物品的公司能够采集有关物品的信息，以将采集的信息存储于计算机中，并为多种实用目的从计算机选择性检索信息，所耗人力劳动均最少。
0003射频识别(RFID)是自动识别技术的一种类型。射频识别是使用无线电波自动识别物品的技术的通称。使用RFID识别物品的几个常规方法中最普遍的是在连接至天线的微芯片上存储识别产品的序号(及其他信息，若需要)。芯片与天线共同形成RFID发射机应答器电路。天线使具有收发器的远程读取器能够与芯片通信，并在受读取器驱动时使芯片能够回传识别信息至读取器。读取器将从RFID标签返回的无线电波转换为计算机可以使用的形式。
0004常规的RFID系统由标签(包括带天线的芯片)以及带天线的读取器(有时称为询问器)组成。与RFID标签上的天线耦合时，读取器发出电磁波，形成磁场。无源RFID标签从该磁场中获取能量，并使用该能量驱动或激活芯片。之后芯片调制传回给读取器的波，读取器将返回的波转换成为数字信息。
0005通常有两种RFID标签有源和无源。有源RFID标签使用电池为芯片提供能量，并将信号传输至读取器(与移动电话传输信号相似)。无源标签没有电池，但由在标签的天线中感应电流的电磁波提供能量。半无源标签使用电池为芯片提供能量，但通过从来自读取器的电磁波中获得能量进行通信。
0006与收音机调节至不同频率相似，RFID标签和读取器被调至同一频率进行通信。RFID系统使用许多不同频率，但RFID系统中使用的最普遍频率范围为低频(约125KHz)、高频(13.56MHz)以及超高频或UHF(约900MHz)。在一些应用中也使用频率约为2.45GHz的微波。
0007RFID标签可被读取的距离被称为读取范围。无源标签的读取范围取决于多种因素工作频率、读取器的功率以及来自金属物品或其他射频(RF)装置的干扰。总的来说，低频标签的读取范围约为1英尺；高频标签的读取范围约为3英尺；而UHF标签的读取范围约为20英尺。需要更长的读取范围时，可以使用读取范围为300英尺或以上的有源标签。
0008RFID标签的所需应用之一是追踪并清点供应链中的货物，尤其是大量货物，如堆放在码头或仓库中货盘上的多个物品。该应用中的内在困难之一在于确保与堆中所有物品有关的所有RFID标签都被读取，包括被堆外部的物品挡住视线的堆内部的物品。例如，如果物品堆为堆放5层高的5×5件层(即总计125个物品)，那么用户需要确保所有125个RFID标签都被读取，甚至是那些安装在位于物品堆中心的物品上的标签。
0009读取位于堆中心的标签的有效性可能由于存在特别不助于RF读取的材料而被削弱。更具体地，尽管所有材料不同程度地与RF波相互作用，但RF波能穿过多数非金属材料，使得RFID标签可以嵌入包装或装入防风雨且耐用的保护性塑料中，同时仍然可读。但是，RF波尤其被诸如金属的导电材料反射，并在更高频率尤其被特定的其他材料如水、脂肪、糖和蛋白质——纸箱中装运的食品中普遍含有的吸收性材料——吸收。这些特点使得追踪金属产品或含水量高的产品是成问题的。另外，读取带RFID标签的成堆物品，特别是位于堆中心的物品或含有高导电或吸收性材料的物品，也是成问题的。
0010考虑到前述内容，本领域需要能使物品堆中多个或所有RFID标签被读取的RFID技术。本发明满足了这一需求。
发明内容
0011根据本发明的示例性实施例，提供了射频识别(RFID)设备和方法，其使一堆诸如装运和存储容器、纸箱、盒子的带有RFID标签的物品，包括RF被遮蔽的或不在RFID读取器的直接视线上的物品中的RFID标签能被读取器有效读取。
0012根据本发明的一方面，读取多个成堆物品的RFID系统包括多个RFID标签和传输线。每个RFID标签可安装到一个物品上，并包括RFID电路，当由来自读取器的激活能量激活时该RFID电路产生标签能量。传输线携带来自读取器的激活能量和来自标签的标签能量。另外，多个标签安装于物品且物品被堆放时，传输线可定位为靠近多个标签是可工作的或靠近地耦合到多个标签。因此，当携带来自读取器的激活能量时，传输线耦合多个标签并因此能够激活多个标签。另外，多个标签被激活并产生标签能量时，传输线耦合并携带来自多个标签的标签能量。由于传输线定位成靠近耦合到多个RFID标签，所以可读取该堆带有RFID标签的物品，甚至那些RF被遮蔽的且不在读取器的直接视线上的物品。
0013在许多实施例中，传输线可配置为细长胶带状结构，该结构可跨固定于多个物品上的多个RFID标签粘附。在其他实施例中，传输线可置于位于相邻两排堆放的物品之间的物品间读取装置上。在另一些实施例中，传输线可连接到分别接收和辐射激活和标签能量的天线，并可包括一个或更多个放大器，用于放大激活和标签能量。
0014对于本领域技术人员，根据以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和优点将是显而易见的。
0015图1示出了根据本发明的读取大量堆放的带RFID标签物品的系统的示例性实施例；0016图2是根据本发明的RFID标签的示例性实施例的框图；0017图3示意说明了读取大量堆放的带RFID标签物品的系统的工作原理；
0018图4示意说明了读取大量堆放的带RFID标签物品的系统的工作原理，其中至少一个物品在RFID读取器的视线上；0019图5示意说明了本发明RFID标签的另一示例性实施例；0020图6是沿线6-6所截图5的RFID标签的横截面图；0021图7是带有一对导体的传输线的部分平面图；0022图8是沿线8-8所截图7的传输线的横截面图；0023图9是根据本发明读取大量堆放的带RFID标签物品的系统的另一示例性实施例的透视图；0024图9A是根据本发明示例性实施例的应用于纸箱的导电传输线的透视图；0025图10图解了当处于相互靠近耦合时的RFID标签和传输线之间的空间关系；0026图11是本发明传输线的另一示例性实施例的部分平面图；0027图12示意说明了根据本发明另一示例性实施例、用于读取大量堆放的带RFID标签物品的系统的工作原理，其中所有物品都不在读取器的视线上；0028图13是根据本发明的物品间读取装置的示例性实施例的部分横截面图；0029图14图解了能够读取多个RFID标签的物品间读取装置的另一示例性实施例；0030图15图解了能够读取多个RFID标签的物品间读取装置的另一示例性实施例；0031图16是具有放大器和天线的传输线的另一示例性实施例的示意图；0032图17是具有放大器部分和天线的传输线的另一示例性实施例的示意图；以及0033图18是具有放大器和天线的传输线的又一示例性实施例的示意图。
具体实施例方式
0034特别参照图1，射频识别(RFID)系统100能够100％读取包括多个诸如物体、盒子、纸箱、箱子、瓶子、容器、鼓筒等带RFID标签的物品104的堆集负载物102。在许多实施例中，系统100可包括读取器或询问器106以及计算机108。读取器106发送射频(RF)能量至负载物102并接收来自负载物102的射频能量，并将从负载物接收的能量所携带的有关负载物102的信息传至计算机108。计算机108依次可连至例如网络、输出装置和/或数据库，以对信息进一步处理。
0035系统100包括多个RFID标签110，其分别被安装在多个物品112上。各标签110包括RFID电路114，其依次可包括操作地连接至天线118的芯片116，如图3所示。在被来自读取器106的激活能量E激活时，标签110的RFID电路114各自产生标签能量T，该能量T被读取器106接收用于处理。堆放在一起时，许多带RFID标签的物品104可能不在读取器106的视线上，因此，是RF被遮蔽的，不能被读取器激活。另外，物品104的标签110可相互在空间上隔开。本文公开的系统100使带标签110的物品104能够被激活并读取，而无需处于读取器106的视线上。
0036图3示意性说明了RFID系统100的原理，其中多个RFID标签110分别装到多个物品112上。根据许多实施例，传输线120可放置成靠近至少N个标签110是可工作的或靠近耦合到至少N个标签110。传输线120可经配置为携带来自读取器106的激活能量E和来自标签110的标签能量T。因此，在携带激活能量E并处于和标签110靠近耦合时，传输线120耦合标签110的RFID电路114，因而能够激活电路114，并能够产生标签能量T。类似地，在标签110被激活且产生标签能量T时，传输线120耦合标签110的RFID电路114并携带产生的标签能量。
0037对本说明书来说，术语“靠近耦合(coupling proximity)”被用于描述传输线120和RFID电路114间的物理关系。靠近耦合可取决于许多参数，包括距离、标签和激活能量信号的强度(即信号强度)以及相应磁场和/或电场强度、与标签110和传输线120相关的任何材料的导磁率和介电常数、天线118的设计和定向等。在许多实施例中，靠近耦合可指传输线120与标签110物理接触。在其他实施例中，靠近耦合可指传输线120和标签物理上分离，但其他参数充分且可操作地克服物理分离并确保传输线120和标签110间的有效耦合。
0038同样对本说明书来说，术语“视线(line of sight)”不仅被用于说明读取器106和标签110间的空间关系，即光学视线，也用于说明读取器106和标签110间的RF关系。更具体地，尽管标签110可能不在读取器106的光学视线上，但清晰的RF通信信道可存在于两者之间，使得标签110仍可被读取器106读取。例如如果读取器106的光学视线被诸如干燥的谷类产品这样的低吸收性材料阻挡，来自读取器106的RF能量仍可穿过低吸收性材料激活标签110，结果所获标签能量也回穿通过低吸收性材料到达读取器106。因此，标签110可不处于和读取器106的光学视线通信，但仍可处于与其RF视线通信。RF视线通信受读取器106和标签110间距离、标签110的几何效应(如接收差的“零”点)以及任何介入材料的吸收质量的影响。
0039因此，对本说明书来说，“处于视线”通信的状态是指标签110能被读取器106读取的能力，无论标签110是否处于读取器106的真正光学视线中，而“不处于视线”通信的状态是指标签110不能被读取器106读取。进一步扩展这些定义，处于读取器视线上的物品也可被称为“RF通信的(RF-communicative)”物品，不在读取器视线上的物品也可被称为“RF被遮蔽的(RF-obscured)”物品。
0040传输线120和多个标签110的耦合使得本发明的原理能够以许多方式用于读取带RFID标签物品104的堆102。例如，参照图4，示出的带RFID标签物品104的堆102有多个物品例如被障碍O阻挡，而不处于读取器106的视线中。更具体地，在该实施例中物品1是RF通信的物品，在读取器106的视线上，而物品2至物品N为“RF被遮蔽的”物品，不在视线上。因此，物品1能够接收来自读取器106的激活能量E并辐射由读取器106接收的标签能量T，而物品2至物品N不能直接接收来自读取器106的激活能量E。
0041为激活“RF被遮蔽的”物品104，传输线120被定位成靠近耦合在读取器106视线上的带RFID标签物品104即RF通信的物品1的标签110。传输线120也被定位成靠近耦合RF被遮蔽的物品2至N。因此，当读取器106发射激活能量E时，装于RF通信物品1的标签110的RFID电路114被激活，并产生标签能量T。此外，传输线120耦合物品1的激活的RFID电路114，进而携带激活能量E至RF被遮蔽的物品2至N的标签110的RFID电路114并与其耦合。传输线120进而携带来自RF被遮蔽的物品2至N的当前激活的RFID电路114的标签能量T，标签能量T耦合物品1的RF通信的标签110的RFID电路114。之后来自物品1至N的各RFID电路114的标签能量T由物品1的RFID电路114辐射回读取器106。
0042另外参照图5和图6，在许多实施例中，标签100可包括RFID电路114设置在其上的衬底122。在一些实施例中，尤其如图6所示，衬底122可包括具有释放衬垫126的粘合层124。另外，可在RFID电路114上施加保护性涂层128。为增强与传输线120的耦合，RFID电路114可包括一个或更多个介电元件130，其设置在标签的天线或多个天线118上或其上方。介电元件130可包括介电常数高的材料，以增强与传输线的耦合。
0043参照图7和8，在许多实施例中，传输线120可包括置于衬底134上的一对导体132，如一片片材，例如纸或塑料。在一些实施例中，衬底134可包括具有释放衬垫138的粘合层136。因此，在基本细长的实施例中，如图9所示实施例，传输线120可实质配置为导电胶带，其可应用于装在纸箱104上的多个标签110上，因而将标签有效耦合在一起。另外，传输线120可包括应用于衬底134上的导体132之上的保护性涂层140。
0044如图9A所示，在其他实施例中，粘合传输线120可配置为导电胶带卷141，其横截面图大致表示在图8中。在这些实施例中，粘合传输线120可类似常规捆扎带或包装带被用于封住盒子或纸箱112的边缘，如段A、B和C所示，以及中央的封盖，如段D所示。之后粘于纸箱112侧面、处于和至少一段粘合传输线120的靠近耦合之内的RFID标签110可被传输线段携带的激活能量E激活。当与其他纸箱112一起堆放时，如图1所示，导电传输线120的各段可耦合邻近纸箱上导电传输线120的各段。因此，激活和标签能量E和T可通过传输线120相邻且耦合的段传遍物品堆102。
0045如图10所示，当定位成靠近耦合标签110时，传输线120的导体132和至少天线118以及在一些实施例中和介电元件130空间上并置。在传输线120不与标签110一起使用的实施例中，介电元件130不影响天线118的工作。但是，当传输线120处于与标签110靠近耦合时，介电元件130有效形成与导体132的高电容桥。这个效果使得导体132在天线118的一小块区域上方空间上并置(例如如图10所示的靠近RFID芯片116；与靠近标签110外边缘的天线118的较大区域相对)，同时仍确保有效的RF耦合。
0046如图9中的应用示例所示，传输线120的胶带状实施例使得多个带RFID标签的纸箱104可100％被读取。如图所示，物品1在读取器106的视线上，而其他的物品2、3和4不在读取器106的视线上。柔性衬底134和粘合层136使得传输线120能够粘到从物品1至物品4的物品104的标签110上，甚至绕物品1的拐角弯曲。因此，来自读取器106的激活能量E由传输线120携带至各标签110，以将其激活，来自各激活的标签110的标签能量T进而由传输线120带回在读取器106视线上的标签110，并因而被辐射回读取器106。
0047除与RF通信标签110耦合以将标签能量T辐射回读取器106之外，在其他实施例中，传输线120可包括电连接至导体132的末端的多个天线元件142，如图11所示。在这些实施例中，传输线120能直接从读取器106接收激活能量E并将来自激活的标签100的标签能量T辐射回读取器106。
0048耦合的传输线120的原理的另一应用如图12所示。在该例中，物品104均不在读取器106的视线上。为激活标签110(即所有物品均为RF被遮蔽的物品)，可在堆放物品104的相邻排之间插入物品间读取装置144，如图1所示。在如图13所示实施例中，物品间读取装置144包括传输线120，其置于衬底146上，例如诸如卡纸板、压制板等基本坚硬或刚性的一片片材上。物品间读取装置144也可包括连接至传输线120的堆天线(stack antenna)148。堆天线148位于衬底146上，这样当置于一堆物品104中时，堆天线148可位于读取器106视线中的点上，如图1和12所示。
0049物品间读取装置144被插入堆放物品104的相邻排之间时，传输线120处于和至少多个标签110的靠近耦合，且堆天线148接收来自读取器106的激活能量E，之后该激活能量由传输线120携带，且被耦合标签的RFID电路1 14如上述那样被激活。
0050如图14所示，为了清晰以虚线示出物品104，当置于已知尺寸和形状的物品104上时，传输线120可基于标签110的已知位置以预定结构置于衬底146上。因此，对于大致类似的物品104的堆102，物品间读取装置144可被重复使用。这在堆放纸箱的托盘被反复移经配有RDIF读取器系统的码头的仓库应用中特别有利。
0051在许多实施例中，如图15所示，物品间读取装置144可包括一个或更多个放大器150，用于放大激活能量E和/或标签能量T。更具体地，堆天线148可包括接收来自读取器的激活能量E的接收部分152和辐射来自激活的标签110的标签能量T的辐射部分154。传输线120可包括一对导体132，导体132都可定位成和多个标签110靠近耦合。一个放大器150a可位于接收部分152的下游，从而在激活能量E被导体132a携带至标签110前将其放大。另一放大器150b可被定位处于或邻近辐射部分154，从而在辐射前放大标签能量T。
0052如图16所示，传输线120可包括单个放大器150，其处于或邻近堆天线148定位，以放大激活能量E从而增强导体132和RFID电路114之间的耦合。该放大器实施例也可以在图11所示传输线120的实施例中实施。
0053在图17所示的又一实施例中，传输线120可包括放大器部分156，其包括一对放大器158和一对循环器160。工作时，堆天线148接收的激活能量E被循环器160a传送至放大器158a。放大的激活能量E然后被循环器160b传送至导体132。同样，导体132携带的标签能量T被循环器160b传送至放大器158b。之后放大的标签能量T被循环器160a传送至堆天线148。因此，放大器部分156使得激活能量E和标签能量T能够被双向放大。
0054在图18示出的另一实施例中，传输线120可包括单端口(或负电阻)放大器162，其位于或邻近堆天线148，以放大激活能量E，从而增强导体132和RFID电路114之间的耦合，并在堆天线148辐射前放大标签能量T。单端口放大器162可使用二极管构成，该二极管具有带合适负电阻的响应。替代地，单端口放大器162可用晶体管构成，该晶体管被合适的反馈偏置，从而在堆天线148和导体132之间的耦合点上呈现负电阻。
0055对本说明书来说，术语“堆”及其派生词指竖直的物品104堆(即一物品位于另一物品的顶部)以及水平的物品104堆(即在一层中物品并排或邻近放置)。另外，术语“物品”可为希望被读取的任何类型的物品，如盒子、容器、物体、纸箱、箱子、瓶子、装了多个其他物品的盒子等等。另外，传输线120可配置为，或包括任何数量的传输结构，包括双线、微带线、共面波导、带地线的共面波导、带状线等等传输结构。
0056本领域技术人员可以理解，本发明的前述实施例为多种选择与修改提供了基础。例如，读取器106和计算机108可集成为单个单元以读取并处理和负载物102的有关信息。另外，标签110可粘附或集成到物品上，该物品的形状可为本文所示直线盒状物品以外的形状。进一步，标签110可以直接印刷在物品112上。另外，RFID标签110可设置在、安装在或集成在希望被读取的任何类型的物品上。这些其他修改也属于本发明的范围内。因此，本发明不限于本发明精确所示和所述的内容。
权利要求
1.一种与发射激活能量的读取器共同使用以读取成堆物品的射频识别系统，该系统包括多个射频识别标签，各标签可分别装在一个物品上，并包括激活时产生标签能量的射频识别电路；以及携带来自所述读取器的激活能量和来自所述标签的标签能量的传输线；多个所述标签被装在物品上且所述物品被堆放时，所述传输线可定位成靠近耦合多个所述标签，使得携带激活能量时，所述传输线耦合多个所述标签并因而能够激活多个所述标签；以及多个所述标签被激活时，所述传输线耦合并携带来自多个所述标签的标签能量。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述传输线是细长的，使得所述物品被堆放且所述标签空间上相互隔开时，所述传输线可定位成靠近耦合多个所述标签。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述传输线被设置在一片片材上。
4.如权利要求3所述的系统，其中该片片材是柔性的。
5.如权利要求4所述的系统，其中该片片材包括其表面上的粘合剂。
6.如权利要求3所述的系统，其中该片片材包括基本刚性的板。
7.如权利要求1所述的系统，还包括可操作地耦合所述传输线的堆天线，其用于接收所述读取器发射的激活能量并辐射所述传输线携带的标签能量。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述堆天线和所述传输线被安装在一片片材上。
9.如权利要求7所述的系统，还包括放大器，其可操作地与所述堆天线和所述传输线布置在一起。
10.如权利要求7所述的系统，其中所述堆天线包括接收来自所述读取器的激活能量的接收部分以及辐射来自所述标签的标签能量的辐射部分；以及所述传输线包括可操作地耦合所述堆天线的所述接收部分以携带激活能量的激活导体，以及可操作地耦合所述堆天线的所述辐射部分以携带标签能量的标签导体。
11.如权利要求10所述的系统，还包括一对放大器，其可操作地且分别置于所述堆天线的所述部分和所述传输线的所述导体上。
12.如权利要求1所述的系统，其中各所述标签包括所述射频识别电路置于其上的衬底。
13.如权利要求12所述的系统，其中各所述标签的所述衬底包括粘合层。
14.一种读取能够被射频识别(RFID)的物品的方法，该方法包括提供大量堆放在一起的多个带射频识别标签的物品，各所述带射频识别标签的物品包括物品；以及射频识别标签，其装在该物品上并包括激活时产生标签能量、带天线和芯片的射频识别电路；以及提供被配置成携带来自读取器的激活能量和来自所述标签的标签能量的传输线；将所述传输线定位成靠近至少许多所述射频识别标签是可工作的，使得携带激活能量时，所述传输线耦合多个所述标签并因而能够激活多个所述标签；以及多个所述标签被激活时，所述传输线耦合并携带来自多个所述标签的标签能量。
15.如权利要求14所述的方法，还包括发射激活能量至负载物。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述传输线设置在一片片材上，且其中定位所述传输线包括邻近负载物中的一堆带射频识别标签的物品定位该片片材。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述传输线设置在细长的粘合衬底上，且其中定位所述传输线包括将所述衬底粘附至多个所述射频识别标签。
18.一种读取多个射频识别标签的方法，所述多个射频识别标签空间上相互隔开且被来自读取器的激活能量激活时产生标签能量，该方法包括接收来自所述读取器的激活能量；通过携带传输线上的所述激活能量而激活所述标签，所述传输线被定位为靠近耦合所述标签；以及携带来自所述传输线上被激活标签的标签能量。
19.如权利要求18所述的方法，还包括放大从所述读取器接收的所述激活能量。
20.如权利要求18所述的方法，还包括放大所述传输线上携带的所述标签能量。
全文摘要
射频识别(RFID)设备和方法使得一堆物品如一堆纸箱和盒子——包括不在读取器视线上的物品——中的多个或所有RFID标签能够被读取。RFID系统包括RFID标签和传输线。RFID标签可装在要被读取的物品上，并包括当被读取器的激活能量激活时产生标签能量的RFID电路。传输线携带来自读取器的激活能量和来自标签的标签能量。多个标签被装在物品上且物品被堆放时，传输线可定位成靠近多个标签是可工作的或靠近地耦合到多个标签。因此，当携带来自读取器的激活能量时，传输线和多个标签耦合并因而能够激活多个标签。另外，当多个标签被激活并产生标签能量时，传输线耦合并携带来自多个标签的标签能量。传输线可被配置为细长胶带状结构，该结构可跨装在多个物品上的多个RFID标签粘附。传输线也可设置在位于相邻的堆放物品排之间的物品间读取装置上。
文档编号G06K19/077GK101095146SQ200580045499
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月31日
发明者I·J·福斯特, A·W·霍尔曼 申请人:艾利丹尼森公司