使用混合rfid天线具有可控制的读出范围的组合eas和rfid标签或标记的制作方法

专利名称：使用混合rfid天线具有可控制的读出范围的组合eas和rfid标签或标记的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于防止或制止未经认可地从控制区移走商品的电子商品防盗(EAS) 标签或标记。更具体地，本公开涉及与射频识别(RFID)标签或标记结合的EAS标签或标记， 其中组合EAS/RFID标签使用RFID混合天线镶嵌(inlay)具有可控制的读出范围。
背景技术：
用于防止或制止未经认可地从控制区移走商品的电子商品防盗(EAS)系统通常在本领域中是已知的。在一般EAS系统中，EAS标志(标记或标签)被设计成与位于控制 区例如零售店的出口的电磁场进行交互作用。这些EAS标志贴到待保护的商品。如果EAS 标记被带到电磁场或“询问区”，则标记的存在被检测且适当的行动被采取，例如产生警报。 对于商品的经认可的移走，EAS标记可在电磁场周围被无效、移除或通过，以防止被EAS系 统检测到。EAS系统一般利用可重复使用的EAS标记或一次性EAS标记或标签来监控商品，以 防止从商店偷和未经认可地移走商品。可重复使用的EAS标记通常在客户离开商店之前从 商品上移除。一次性标记或标签通常通过粘合剂贴到包装上并位于包装的内部。这些标记 一般与商品保持在一起，且必须在客户从商店移走它们之前被无效。无效化设备可使用被 通电以产生足够大小的磁场来使EAS标记变得无效的线圈。被无效的标记不再对EAS系统 的入射能量做出响应，使得警报不被触发。对于具有EAS标记的商品将被登记或返回到控制区的情况，EAS标记必须被激活 或重新贴上以再一次提供防盗。由于源标记的可取性，其中EAS标记在制造或销售点应用 于商品，EAS标记是可被无效的和可被激活的而不是从商品移除一般是优选的。此外，使商 品通过询问区周围带来其它问题，因为EAS标记保持有效并可在无意地激活(activate)这 些系统的其它控制区中与EAS系统进行交互作用。射频识别(RFID)系统在本领域中通常也是已知的，并可用于很多应用，例如管 理存货、电子访问控制、安全系统和在收费公路上的汽车的自动识别。RFID系统一般包括 RFID读出器和RFID设备。RFID读出器可将射频载波信号传输到RFID设备。RFID设备可 使用以RFID设备所存储的信息编码的数字信号来对载波信号做出响应。
很快出现了在零售环境中合并EAS和RFID功能的市场需要。现在有用于防止入 店行窃的EAS的很多零售店依赖于条形码信息用于存货控制。RFID提供了对条形码的更快 和更详细的存货控制。零售店已经为可重复使用的硬标记支付了相当多的金额。由于在存 货控制以及损失防止中提高的生产率，将RFID技术添加到EAS硬标记可容易支付增加的成 本。此外，为了最小化EAS和RFID元件之间的交互作用，现有技术组合方法以端到端 或并联方式足够远地分开地放置两个不同的元件，即，EAS元件和RFID元件，以便最小化每 个元件的交互作用。然而，这需要组合的标记或标签的尺寸的增加。虽然仅仅螺旋天线的使用具有其益处，耦合机制主要取决于电场E而不是磁场H。 在一些情况下，对远场优化总RFID读出性能，并可限制因而形成的近场读出性能。也就是 说，不能对远场和近场都优化天线。近场性能取决于对远场如何设计天线。对于组合EAS/ RFID标记应用，螺旋天线可限制在拆卸器和极接近的读出性能特别重要的其它POS应用中 使用的近场天线的各种选择。螺旋天线的开放式天线结构允许低频或静电场E在RFID芯片两端形成相当大的 电压，且如果电平足够高则这可能引起设备的故障。这样的静电放电(“ESD”)可出现在标 签制造或硬标记框架(housing)的超声焊接的过程中。因此所需要的是组合EAS和RFID标签或标记，其中隔板例如低损耗介电材料或空 气用作EAS和RFID元件之间的分隔物，以便改变并控制RFID元件的读出范围。还需要的是RFID天线设计，其增加近场读出性能而不牺牲远场读出性能，而同时 减少归因于静电放电的积累的芯片故障的可能性。

发明内容
本公开提供了在一个标记或标签中合并独立的EAS标记或标签和独立的RFID标 记或标签的特征的标记或标签，其中隔板例如低损耗介电材料或空气用作EAS和RFID元件 之间的分隔物，以便改变并控制RFID元件的读出范围。本公开涉及一种安全标记，其包括具有限定的表面区域的电子商品防盗(EAS)部 件和具有限定的表面区域的射频(RFID)部件。EAS部件的限定的表面区域配置成与RFID部 件的限定的表面区域至少部分地重叠。安全标记还包括具有一厚度的实质上平坦的隔板， 隔板至少部分地布置在EAS部件的限定的表面区域和RFID部件的限定的表面区域之间，其 中隔板的厚度配置成调整RFID读出器和RFID部件之间的读出范围。在一个实施方式中， 当RFID部件在读出范围内时，RFID读出器能够激活RFID部件。RFID部件可包括与EAS部件的限定的表面区域至少部分地重叠的天线。天线可 具有复阻抗，且EAS部件形成天线的阻抗匹配网络的一部分。天线阻抗可包括EAS部件的 负载效应。在一个实施方式中，RFID部件包括天线和专用集成电路(ASIC)，ASIC具有复阻 抗。ASIC的复阻抗可匹配包括EAS部件的负载效应的天线的耦合复共轭阻抗。在一个实施方式中，安全标记包括具有限定的表面区域的电子商品防盗(EAS) 部件；具有限定的表面区域的射频识别(RFID)部件，EAS部件的表面区域配置成与RFID部 件的表 面区域至少部分地重叠；以及具有一厚度的实质上平坦的隔板，隔板至少部分地布 置在EAS部件的限定的表面区域和RFID部件的限定的表面区域之间，其中RFID部件包括天线和专用集成电路(ASIC)，ASIC具有复阻抗，且ASIC的复阻抗匹配包括EAS部件的负载 效应的天线的耦合复共轭阻抗，以及其中隔板的厚度配置成调整RFID读出器和RFID部件 之间的读出范围。RFID部件可包括底部部分，且底部部分材料可选自下列项所组成的组(a)原纸； (b)聚乙烯；(c)聚酯；(d)聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)；以及(e)聚醚酰亚胺(PEI)。RFID 部件可包括底部部分，且底部部分材料可为具有大约3. 3的介电常数和小于大约0. 01的损 耗角正切的塑料。隔板材料可选自下列项所组成的组(a)低损耗低介电材料和(b)空气。
本公开还涉及调整组合电子商品防盗(EAS)部件和射频识别(RFID)部件的读出 范围的方法，该方法包括步骤提供布置在EAS部件和RFID部件之间的隔板；以及改变隔 板的厚度以调整RFID部件的可读范围。在一个实施方式中，改变隔板厚度的步骤改变了 RFID读出器和RFID部件之间的读出范围，且当RFID部件在读出范围内时，RFID读出器能 够激活RFID部件。在另一实施方式中，安全标记包括具有限定的表面区域的电子商品防盗(EAS)部 件和具有限定的表面区域的射频(RFID)部件。RFID部件包括天线镶嵌，天线镶嵌具有向内 螺旋天线、与螺旋天线电接触的磁性环形天线、与环形天线电接触的集成电路。安全标记还 包括具有预定厚度的实质上平坦的隔板。隔板至少部分地布置在EAS部件的限定的表面区 域和RFID部件的限定的表面区域之间。隔板的厚度配置成调节RFID部件的读出范围。在另一实施方式中，提供了调整组合电子商品防盗(EAS)部件和射频识别(RFID) 部件的读出范围的方法。该方法EAS部件和RFID部件之间布置隔板，其中RFID部件包括 天线镶嵌，天线镶嵌具有与磁性环形天线电接触的向内螺旋天线和与环形天线电接触的集 成电路。改变隔板的厚度调整RFID部件的读出范围。在又一实施方式中，提供了供组合EAS/RFID安全标记使用的RFID天线镶嵌。EAS/ RFID安全标记具有EAS部件、RFID部件以及布置在EAS部件和RFID部件之间的隔板。天 线镶嵌包括具有第一部分和第二部分的向内螺旋天线、以及耦合到螺旋天线并处于螺旋天 线的第一部分和螺旋天线的第二部分之间的磁性环形天线。天线镶嵌还包括耦合到磁性环 形天线的集成电路。隔板元件具有一厚度，隔板元件的厚度配置为调整RFID读出器和RFID 部件之间的读出范围。


当结合附图考虑时通过参考下面的详细描述将更容易理解本发明的更彻底的理 解及其附随的优点和特征，其中在说明书的结束部分中特别指出并清楚地主张被视为实施方式的主题。然而，至 于组织和操作方法连同其中的目的、特征和优点，当与附图一起阅读时参考下列详细描述 可最好地理解实施方式，其中图1示出根据本公开的一个实施方式的组合EAS/RFID安全标记；图2A示出根据本公开的一个实施方式的组合EAS/RFID安全标记的样本测试数据 的一部分；图2B示出根据本公开的一个实施方式的组合EAS/RFID安全标记的样本测试数据 的另一部分；
图3A示出根据本公开的一个实施方式的使用磁场耦合的RFID系统；图3B示出根据本公开的一个实施方式的使用电场耦合的RFID系统；
图4示出根据本公开的一个实施方式的安全标记的透视分解图；图4A示出图4的安全标记的读出范围的样本测试数据，其作为安全标记的EAS和 RFID部件之间的隔板的厚度的函数；图5示出图4的安全标记的顶视图；图6示出根据本公开的可选实施方式的具有天线的安全标记的顶视图，该天线具 有分段点；图7示出根据本公开的一个实施方式的块流程图；图8A示出相邻于RFID标签的共面EAS标签的现有技术配置；图8B示出分开一段间隔的共面EAS标签和RFID标签的现有技术配置；图8C示出RFID部件直接安装在EAS部件之下的组合EAS部件的本公开的实施方 式；图8D示出插有RFID部件的安全标记组合EAS部件的一部分的本公开的实施方 式；图8E是图8D的本公开的实施方式的正视图；图8F示出插有RFID部件的安全标记组合EAS部件的一部分的本公开的实施方 式；图8G是图8F的本公开的实施方式的正视图；图9示出具有使用两个向内螺旋天线之间的环形天线的混合天线镶嵌的组合 EAS/RFID标记的本公开的实施方式；图9A示出具有图9的混合天线镶嵌的安全标记的读出范围的样本测试数据，该读 出范围作为安全标记的EAS和RFID部件之间的隔板的厚度的函数；图9B示出具有图9的混合天线镶嵌的安全标记的读出高度的样本测试数据，该读 出高度作为距离天线中心的天线镶嵌偏移的函数；以及图9C示出具有环形和螺旋天线的相应响应区的图9的混合天线镶嵌实施方式。
具体实施例方式根据下面给出的详细描述和本公开的特定实施方式的附图将更充分地理解本公 开，然而，这些实施方式不应被理解为将本发明限制到具体的实施方式，而是为了解释的目 的。这里可阐述很多具体的细节以提供对体现本公开的组合EAS/RFID标记的很多可 能实施方式的彻底理解。然而，本领域技术人员应理解，可在没有这些具体细节的情况下实 践实施方式。在其它情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以便不使实施方 式难理解。可认识到，这里公开的具体的结构和功能细节可以是代表性的，且不一定限制实 施方式的范围。可使用措辞“耦合”和“连接”连同其派生词来描述一些实施方式。例如，一些实施 方式可使用术语“连接”来描述，以指示两个或多个元件彼此处于直接的物理或电接触中。 在另一例子中，一些实施方式可使用术语“耦合”来描述，以指示两个或多个元件处于直接的物理或电接触中。然而，术语“耦合”还可意指两个或多个元件彼此不直接接触，而是彼 此仍然协作或交互作用。这里公开的实施方式不必限制在这种情况中。值得注意的是，在说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的任何提及意指结 合实施方式描述的特定的特征、结构或特点包括在至少一个实施方式中。短语“在一个实施 方式中”在说明书中的很多地方的出现不一定都指同一实施方式。现在转到本公开的细节，可利用组合EAS/RFID标签(或标记)的一种方式是将与 EAS相关的部件和与REID相关的部件放置在一起并将它们封装在一起。然而，可能存在可 影响或者EAS功能和/或RFID功能的性能的一些电子或电机交互作用因素。将RFID标签放 置在EAS标签的顶部上是最方便的方法，但对于RFID标签可能导致相当大的失谐和信号损 耗。例如，在一般RFID设备中，RFID标签的性能一般对RFID设备的专用集成电路(ASIC)/ 引线框组件与安装在基底上的RFID天线的有效阻抗的阻抗匹配非常敏感。下面进一步讨 论设备的RFID部分的一些可能实施方式的更详细的描述。在RFID标签周围的其它物体可 有助于有效阻抗或用于读出RFID标签的电磁能的吸收。
一些现有的2450MHz EAS/RFID组合标签使用RFID标签和EAS标签置于重叠配置 中的配置。使用此特定的应用在RFID标签检测中可能有相当大的降级。虽然端到端或轻 微的重叠在这样的系统中最佳地起作用，在这些实例中标记尺寸往往变得惊人地大。此外， 已知并列配置产生不规则的RFID检测图案。没有很多设计能够在商场中成功地实现组合 EAS/RFID标记。使用被标记的物品的组合EAS和RFID的大多数应用使用分开地安装的分 离的EAS和RFID标签，使得与在分开地安装的情况下单独占用的空间相比，它们在被标记 的物品上占用相当大的空间。可以预想，该问题的解决方案是使用组合标记的EAS标签部分作为RFID标签的 阻抗匹配网络的部分。例如，当RFID标签放置得越来越接近于EAS标签时，RFID标签天线 阻抗被EAS标签影响或调节。为了实现RFID标签阻抗匹配，可设计RFID天线几何形状本 身，以便考虑EAS标签对阻抗的任何因而形成的电效应。例如，RFID天线可配置有高电容 性的阻抗，且其可能与设备(例如，如上提及的ASIC/引线框组件)的逻辑芯片的阻抗明显 失配。当RFID标签放置在EAS标签附近，例如直接在下面时，RFID天线的阻抗几乎与ASIC 阻抗匹配。图1通常示出EAS部件1和RFID部件2。EAS部件1是EAS标签或标记。EAS部 件1可例如包括但不限于磁共振元件以及包括在塑料或某种其它材料的外壳内的偏磁(或 其它EAS型谐振电路)。这里没有具体公开的其它EAS标签或标记可执行EAS部件1的功 能。RFID部件2是RFID标签或标记。例如且没有限制，以及为了图1的讨论的目的，RFID 部件2可包括安装在基底材料上的天线，基于ASIC的RFID逻辑电路或处理芯片连接到天 线，如在下面讨论的图4中最佳地示出的。这里没有具体公开的其它RFID标签或标记可执 行RFID部件2的功能。在一个特别有用的实施方式中，系统的RFID部分，即，RFID部件2 在868MHz和/或915MHz ISM频带中操作。然而，本领域的普通技术人员应容易认识到，本 发明不限于此，并可用在任何其它可用的频率处。当EAS部件1和RFID部件2如图1的位置“P1”上所示布置成彼此相邻时，EAS 部件1对RFID部件2的天线阻抗只有很小的影响。然而，如位置“P2”、“P3”和“P4”上所 示，当RFID部件2位于EAS部件1之下时，即，通过阴影区3示出的重叠的程度，RFID天线阻抗逐渐被影响。更具体地，RFID部件2的标签位置P1-P4被如下配置Pl = EAS部件1和RFI D部件2布置成彼此相邻；P2 = RFID部件2布置在横跨EAS部件1的1/4距离处并在EAS部件1之下；P3 = RFID部件2布置在横跨EAS部件1的1/2距离处并在EAS部件1之下；以 及P4 = RFID部件2直接布置在EAS部件1之下。例如，图2A和2B示出对于包括EAS部件1和RFID部件2的样本安全标记，在 915MHz ISH频带上RFID天线阻抗的实分量和虚分量与频率的关系的测试结果。如图2A所示，在915MHz的中心频率处，当RFID标签2从位置Pl移动到位置P4 时，实阻抗R从Rl =大约6欧姆变化到R4 =大约13欧姆。实阻抗R的这个明显的增加表 示归因于EAS标签材料的有效损耗增加。相应地，当RFID标签2从位置Pl移动到位置P4 时，虚阻抗Z从Zl = -125欧姆变化到Z4 = +195欧姆。因此，虚阻抗Z从稍微电容的性质 变化到电感性质。RFID部件2可设计成使得天线阻抗大约是ASIC设备的复共轭。这导致在目标频 率例如915MHz处的谐振。对于瑞士日内瓦的ST微电子公司制造的具有在本例中使用的 引线框的芯片，ASIC RFID设备的阻抗的一般测试结果是5-j 140欧姆，而对于荷兰阿姆斯 特丹的Koninklikje Philips Electronics N. V.制造的具有在本例中使用的引线框的芯 片，该测试结果是20-j 270欧姆。对于这两个RFID设备，RFID标签天线虚阻抗Z必须在 +j(140到270)欧姆的范围内，以在目标频率处实现谐振。因此，可为了匹配目的使用EAS部件的阻抗来设计组合RFID/EAS安全标记。在 自由空间中，RFID部件天线可设计有负的虚阻抗，并当被直接放置在EAS部件之下、顶上或 附近时获得恰当的虚阻抗。如可通过本公开认识到的，该配置可供任何类型的EAS标记或 标签使用，例如各种类型的粘性磁致伸缩标签和EAS硬标记，例如Sensormatic公司一佛罗 里达州博卡拉顿(Boca Raton) LLC 的 Tyco Fire and Security 部门，生产的 SuperTag 。 EAS设备的类型不限于这些具体的例子。RFID部件可包括例如半导体集成电路(IC)和可调天线。可调天线可通过调节天 线的长度被调谐到期望的工作频率。工作频率的范围可变化，虽然实施方式可能对超高频 (UHF)频谱特别有用。根据应用和天线可用的区域的大小，可在几百兆赫兹(MHz)或更高例 如868-950MHZ内调谐天线。例如在一个实施方式中，可调天线可被调谐成在RFID工作频 率内操作，例如在欧洲使用的868MHz频带、在美国使用的915MHz工业、科学和医疗(ISM) 频带以及对日本提议的950MHz频带。再次注意，这些工作频率仅作为例子给出，且实施方 式没有被限制在这种情况中。例如在一个实施方式中，可调天线可具有对RFID应用或EAS应用有用的向内螺旋 图案的独特的天线几何形状。向内螺旋图案可使天线迹线嵌入(nest)，从而将迹线带回到 原点。这可导致与传统半波偶极子天线在功能上类似的天线，但具有较小的总尺寸。例如， 在915MHz的传统半波偶极子天线的尺寸大约为16. 4厘米(cm)长。作为对照，一些实施方 式可提供与具有大约3. 81cm的较短长度的在915MHz工作频率的传统半波偶极子天线相同 的性能。此外，可更改天线迹线的端部以将天线调谐到期望工作频率。因为天线迹线的端部从天线的周边向内，该调谐可在不改变天线的几何形状的情况下完成。 图3A示出根据本公开的一个特别有用的实施方式的第一系统。图3A示出可配置 成使用具有在高频(HF)带内的工作频率的RFID部件2操作的RFID系统100，该工作频率 被认为是高达并包括30MHz的频率。在该频率范围内，电磁场的主要组成是磁性的。然而 RFID系统100还可配置成按照给定实现的需要使用RF频谱的其它部分操作RFID部件2。 实施方式没有被限制在这种情况中。如所示，作为例子，RFID部件2与EAS部件1部分地 重叠。RFID系统100可包括多个节点。如这里使用的术语“节点”可以指可处理表示信 息的信号的系统、元件、模块、部件、板或设备。信号类型可例如但不限于本质上为电子的、 光学的、声学的和/或化学的。虽然图3A示出有限数量的节点，可认识到，可在RFID系统 100中使用任何数量的节点。实施方式没有被限制在这种情况中。首先参考图4，图4示出根据本公开的一个特别有用的实施方式的安全标记200 的侧视图。RFID部件2包括底部部分或基底202，其具有第一表面或表面区域202a和一般 在底部部分或基底202的相对侧上的第二表面或表面区域202b。天线204布置在基底202 上。天线204具有第一表面或表面区域204a和一般在天线204的相对侧上的第二表面或 表面区域204b。引线框206布置在天线204上，且专用半导体集成电路(ASIC) 208布置在 引线框206上。第一和第二表面或表面区域202a和202b、204a和204b是RFID部件2的 限定的表面区域。安全标记200包括布置在RFID部件2上的实质上平坦的覆盖材料或隔板210以及 布置在隔板210上的EAS部件1。隔板210具有布置在其相对侧上的表面或表面区域210a 禾口 210b。EAS部件1具有一般在EAS部件1的相对侧上的第一表面或表面区域Ia和第二表 面或表面区域lb。第一和第二表面或表面区域Ia和Ib是EAS部件1的限定的表面区域。为了参考目的，安全标记200被示为直接布置在EAS部件1之下，即，图1的位置 P4上。安全标记200仅作为例子在位置P4上示出，并可布置在相对于EAS标签1的任何位 置上，如前面关于图1讨论的。安全标记200还可完全独立于EAS标签1或与其结合来使 用。实施方式没有被限制在这种情况中。更具体地，安全标记200包括具有限定的表面区域Ia和Ib之一的EAS部件1以 及具有限定的表面或表面区域202a、202b、204a和204b之一的RFID部件2。EAS部件1的 限定的表面或表面区域Ia和Ib中的至少一个配置成与RFID部件2的限定的表面或表面 区域202a、202b、204a和204b中的至少一个至少部分地重叠。RFID部件2可包括与EAS部 件1的限定的表面或表面区域Ia和Ib中的至少一个至少部分地重叠的天线204。在一个实施方式中，RFID部件2的限定的表面或表面区域是表面或表面区域202a 和202b之一。实质上平坦的隔板210具有厚度“ t ”，并至少部分地布置在EAS部件1的限定的表 面或表面区域Ia和Ib中的至少一个与RFID部件2的限定的表面或表面区域202a、202b、 204a和204b中的至少一个之间。虽然图4示出有限数量的元件，可认识到，较大或较少数量的元件可用于安全标 记200。例如，粘合剂和离形纸(release liner)可被添加到安全标记200以有助于将安全标记200贴到待监控的物体。本领域技术人员应认识到，半导体IC 208可在没有引线框 206的情况下直接接合到天线204。现在返回到图3A，RFID系统100还可包括RFID读出器102和安全标记200。安全标记200物理地与RFID读出器102分开一距离dl。如下面关于图4解释的，安全标记 200是RFID安全标记、由于包括EAS部件而与现有技术不同的标记或标签，即，EAS标签或 标记。RFID部件2包括谐振电路112。谐振电路112包括感应线圈L2，谐振电容器C2跨 接ASIC 208的端子Tl和T2。ASIC 208的电容与C2比较通常是可忽略的。如果必须将额 外的电容添加到谐振电路112以能够将天线，即，感应线圈112调谐到正确的频率，则电容 器C2并联连接到感应线圈L2，以便谐振电路112变成具有端子Tl和T2的并联谐振电路， 感应电压Vi在端子Tl和T2两端形成。如下面关于图4解释的，端子Tl和T2耦合到RFID 部件2的其它部分。此外，感应线圈或天线L2的电感值包括EAS标签或标记呈现的电感。RFID读出器102可包括具有感应器Ll的调谐电路108，感应器Ll用作RFID读出 器102的天线。在必须将额外的电容添加到调谐电路108以能够实现感应线圈或天线Ll 的正确调谐的场合，电容器Cl串联连接到感应线圈或天线Li。RFID读出器102配置成在 调谐电路108两端产生脉冲或连续波(CW)RF功率，调谐电路108通过对RFID部件2的并 联谐振电路天线112的交流作用被电磁地耦合。来自RFID部件2的相互耦合的电磁功率 通过磁场114耦合到RFID读出器102。RFID部件2是功率转换电路，其将磁场114的一些被耦合的CW RF电磁功率转换 成半导体IC的逻辑电路所使用的直流信号功率，半导体IC用于实现RFID部件2的RFID 操作。RFID部件2也可为RFID安全标记，其包括存储RFID信息的存储器并响应于询问 信号104传递所储存的信息。RFID信息可包括能够储存在RFID部件2所使用的存储器中 的任何类型的信息。RFID信息的例子包括唯一的标记标识符、唯一的系统标识符、所监控的 物体的标识符等。RFID信息的类型和数量没有被限制在这种情况中。RFID部件2也可为无源RFID安全标记。无源RFID安全标记不使用外部电源，而 更确切地使用询问信号104作为电源。检测区Zl被定义为具有半径Rl的通常球形表面所 限制的假想的空间体积，半径Rl通常起始于感应器Li。半径Rl限定检测距离或读出范围 R1，使得如果距离dl小于或等于读出范围R1，RFID读出器102引起在端子Tl和T2两端的 所需阈值电压VT，以激活RFID部件2。读出范围Rl除了其它因素以外还取决于来自调谐 电路208的EM场辐射和磁场114的强度。因此，EM场辐射114的强度确定读出范围R1。RFID部件2可由直流电压激活，直流电压作为对进入的RF载波信号整流的结果而 形成，该载波信号包括询问信号104。一旦RFID部件2被激活，它就可接着通过响应信号 110传输储存在其存储寄存器中的信息。在一般高频(HF)操作中，当RFID系统100的谐振电路112接近于RFID读出器 102的调谐电路108时，在RFID部件2的并联谐振电路112的端子Tl和T2的两端形成交 流(AC)电压Vi。谐振电路112两端的AC电压Vi被整流器整流为直流(DC)电压，且当整 流电压的辐值达到阈值VT时，RFID部件2被激活。整流器是前述专用集成电路(ASIC) 208。 一旦被激活，RFID部件2就通过调制RFID读出器102的询问信号104来发送在其储存寄 存器中存储的数据，以形成响应信号110。RFID设备106接着将响应信号110传输到RFID读出器102。RFID读出器102接收响应信号110并将其转换成表示来自RFID部件2的信 息的数据的所检测的串行数据字比特流。如图3A所示的RFID系统100可被认为是高频(HF)RFID系统，因为RFID读出器 102通过磁场114感应地耦合到RFID部件2。在HF应用中，天线204 —般是如感应线圈L2 所提供的感应线圈类型的天线。图3B示出超高频(UHF)RFID系统150，其中RFID读出 器152通过电场E耦合到 RFID设备、在距离d2处的标记或标签156。在这里认为UHF的频带的范围从大约300MHz 到大约3GHz。UHF范围特别包括在868MHz频带、915MHz频带和950MHz频带内的频率。对于UHF应用，RFID部件2的天线204 —般包括UHF开端偶极子天线，而RFID读 出器152—般包括贴片天线。来自读出器152的同轴馈线连接到贴片天线。UHF天线可为 简单的半波偶极子或贴片天线。很多流行的设计使用可被线极化或圆极化的充气背腔式贴 片天线。对于圆极化的情况，电场矢量El和E2以相等的幅度旋转。线极化的天线在某些 垂直方向上具有较高辐值的E场，这可适合于某些RFID标签方向。因此，在UHF应用中，RFID部件2的天线204包括开端偶极子天线，而在HF应用 中一般是感应器L2。通常，当在UHF范围中操作时，RFID部件2不必包括与开端偶极子天线204并联 的电容器例如C2，以能够调谐到通过RFID读出器152的贴片天线传输的频率。返回到图4，如前所述，RFID部件2可包括底部部分或基底202，其包括适合于安 装天线204、引线框206和IC 208的任何类型的材料。例如，基底202的材料可包括原纸 (base paper)、聚乙烯、聚酯、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚醚酰亚胺(PEI)(例如，康涅 狄格州费尔菲尔德的General Electric Co出售的ULTEM 无定形热塑性塑料PEI)和/ 或其它材料。已知对基底202实现的特定材料可能影响安全标记200的RF性能，因此介电 常数和损耗角正切可以表征用作基底202的适当基底材料的介电特性。通常，当与没有基底存在的自由空间比较时，较高的介电常数可引起天线的较大 的频移。虽然通过物理地改变天线图案将天线重新调节到原始中心频率是可能的，有具有 高介电常数并具有低介电损耗的材料可能是合乎需要的，因为这样的材料的使用导致较小 的标记或标签尺寸。术语“读出范围”可指在RFID读出器102和安全标记200之间的通信 操作距离。安全标记200的读出范围的例子的范围可从1到3米，虽然实施方式没有被限制 在这种情况中。损耗角正切可以表征电介质的RF能量的吸收。所吸收的能量可作为热而 失去，且可能不可由ASIC 208使用。失去的能量可导致与减少所传输的功率相同的效应， 并可相应地减小读出范围。因此，在基底202中有尽可能最低的损耗角正切可能是合乎需 要的，因为它不能通过调节天线204被“调除(time out)”。总频移和RF损耗也可取决于 基底202的厚度。当厚度增加时，频移和损耗也可增加。例如在一个实施方式中，可使用具有大约3. 3的介电常数和大约0. 135的损耗角 正切的原纸来配置基底202。原纸在900MHz处可能相对有损耗。有损耗的材料具有大于约 0. 01的介电损耗因子。在一个实施方式中，基底202可由具有大约3. 3的介电常数和小于 大约0.01的损耗角正切的塑料配置。实施方式没有被限制在这种情况中。在一个实施方式中，安全标记200可包括具有半导体IC的IC208，例如RFID芯片 或专用集成电路(ASIC) (RFID芯片)。RFID芯片208可包括例如将RF或AC电压转换成DC电压的RF或交流(AC)整流器、用于将所储存的数据传输到RFID读出器的调制电路、存 储信息的存储器电路以及控制设备的总功能的逻辑电路。在一个实施方式中，RFID芯片 208可配置成使用都由荷兰阿姆斯特丹的飞利浦半导体公司制造的I-CODE高频智能标签 (HSL) RFID ASIC或U-CODE超高频智能标签(USL)RFID ASIC，或由瑞士日内瓦的ST微电子 公司制造的XRAOO RFID芯片。然而，实施方式没有被限制在这种情况中。引线框是能够将RFID芯片例如RFID芯片208连接到天线例如天线204的小连 接。在一个实施方式中，RFID芯片208可直接接合到天线204，而不包括引线框206。引线 框206还可包括晶片架板(diemounting paddle)或标志以及多个引线指(lead finger) 脚。晶片架板主要用于在封装制造期间机械地支撑晶片。引线指将晶片连接到在封装外 部的电路。每个引线指的一端一般通过引线接合或带式自动接合连接到晶片上的接合焊 盘。每个引线指的另一端是引线，其机械和电子地连接到基底或电路板。引线框206可通 过冲压或蚀刻由金属板构成，冲压或蚀刻后面通常是精加工(finish)，例如电镀、下移安置 (downset)和打带(taping)。例如在一个实施方式中，引线框206可使用例如Sensormatic 公司一佛罗里达州博卡拉顿LLC的TycoFire and Security部门，制造的Sensormatic EAS Microlabel 引线框。然而，实施方式没有被限制在这种情况中。在一个实施方式中，天线204包括感应线圈L2和当需要时包括RFID部件2的谐 振电路112的电容器C2。端子Tl和T2也包括在天线204中以耦合到RFID芯片208，以当 达到阈值电压VT时使感应电压Vi能够激活RFID部件2。
在一个实施方式中，天线204 —般包括用于UHF应用的RFID部件2的开端偶极子 天线。端子Tl和T2也可包括在天线204中以耦合到RFID芯片208，以使电场E能够激励 读出器152的天线。在一个实施方式中，安全标记200还可包括应用于完成的安全标记的顶部的覆盖 或隔板材料210。如同基底202 —样，覆盖或隔板材料210也可影响RFID部件2的RF性 能。例如，覆盖材料210可使用具有大约3. 8的介电常数和大约0. 115的损耗角正切的封 皮材料(cover stock material)实现。实施方式没有被限制在这种情况中。更具体地，如前所述，实质上平坦的隔板210具有厚度“t”。厚度“t”当安全标记 200是硬组合标记时通常为大约Imm到2mm，而当安全标记200是组合标签时明显小于1mm。 如前所述，隔板210具有布置在其相对侧上的表面或表面区域210a和210b。在一个实施 方式中，隔板表面或表面区域210a和210b彼此平行。EAS部件1与隔板表面或表面区域 210a和210b中的至少一个至少部分地重叠。RFID插件是本领域中常用的术语，并可在此被定义为RFID部件2，其包括基底 202、天线204、如果可适用的话引线框206、以及RFID芯片208的组合。RFID部件2与隔板 表面中的另一个210b至少部分地重叠。安全标记200包括RFID插件或部件2和隔板210。安全标记200还可包括天线204。天线204可例如表示RFID设备106的天线112， 或天线204可由并联谐振LC电路形成，其中L是电感而C是电容。可选地，天线204还可 为可调天线，其被调谐到载波信号，以便天线电路两端的电压被最大化。如可认识到的，这 将增加天线204的读出范围。已知调谐电路的精确度与发射机102所发射的载波信号的频 谱宽度有关。例如，在美国，目前联邦通信委员会(FCC)将RFID安全标记频谱的一个频带 规定为915MHz。因此，发射机102应发射在大约915MHz处的询问信号104。为了接收询问信号104，天线204应被严密地调谐到915MHz信号。对于915MHz应用，RFID标记天线204可被印刷、蚀刻或电镀。EAS标签1产生或呈现对RFID部件2的恒定负载阻抗。作为结果，RFID标签200 的天线204使用EAS标签1的此恒定负载用于阻抗匹配。更具体地，天线204具有复阻抗， 且EAS部件1形成天线的阻抗匹配网络的一部分。因此，天线204的阻抗包括EAS部件1 的负载效应。也就是说，EAS部件1的负载效应是EAS部件1的恒定负载阻抗。通过用具 有一介电常数和损耗角正切的包括在EAS部件1中的一材料代替或交换具有另一介电常数 和损耗角正切的另一种材料，可改变EAS部件1的负载效应。RFID部件芯片208可被表示为等效的串联RC电路，其中R表示电阻器而C表示电 容器。该电路由复阻抗Z。hip表示为Zchip = Z1-JZ2其中Zl和Z2是芯片208的阻抗的实分量和虚分量。RFID设备标记或标签天线 204可由复阻抗Z
antenna 表示为Zantenna = Z3+jZ4(1)其中Z3和Z4是天线204的阻抗的实分量和虚分量。当芯片208安装在天线204 上时，使芯片208的复阻抗与RFID天线204的耦合共轭阻抗匹配，包括EAS部件或标签1 的阻抗匹配效应或负载效应。这允许耦合到RFID芯片208的最大功率，其导致最大读出范 围Rl。在一个实施方式中，可改变隔板210的厚度“t”，以关于RFID读出器设备102或 RFID读出器设备152而变化，以便分别改变读出范围R1。更具体地，厚度“t”确定读出范 围，即，安全标记200和EAD/RFID读出器102或EAS/RFID读出器152之间的最大距离Rl， 读出器102或152可在该距离Rl处询问安全标记200。当厚度“t”减小时，读出范围Rl被 相反地影响。相反，当厚度“ t ”增加时，读出范围Rl增加。参考图4和4A，图4A分别示出安全标记例如安全标记200的实际和曲线拟合数 据41和42，安全标记由硬标记框架(例如下面讨论的图8D中的框架812或图8F中的框 架818)中的EAS元件例如EAS部件1和RFID元件例如RFID部件2组成。隔板210布置 在EAS部件1和RFID部件2之间，并可由低损耗低介电材料或空气间隔制成。在图4A所 示的数据的特定情况下，隔板210是空气间隔。y轴显示以米(m)为单位的读出范围R1，而 χ轴显示以毫米(mm)为单位的隔板例如隔板210的厚度“t”。实际数据41和曲线拟合数 据42表明，当隔板的厚度“t”增加到20mm或更大时，读出范围Rl本质上在大约1. 8米处 恒定。当隔板的厚度“t”减小到大约3nm的值时，读出范围Rl减小到大约1米。当EAS部 件1中的损耗随着减小的隔板厚度“t”变得较大时，读出范围Rl继续随着减小的隔板厚度 “t”而减小。如前面参考图4所述的，在组合EAS和RFID标记或标签200中，EAS部件1和RFID 部件2至少部分地重叠，且EAS部件1是RFID部件204的阻抗的部分。此外，参考图3A、3B 和4，RFID部件2和EAS部件1之间的隔板210和相应的厚度“t”可接着用于从RFID读出 器102确定RFID部件2的读出范围R1。此外，可改变厚度“t”，以根据特定的应用在各种 优选的水平处建立读出范围R1。因此，隔板210和相应的厚度“t”确定读出范围R1，并作 为组合EAS和RFID标记或标签200的控制元件起作用，或换句话说，隔板210的厚度“t”可配置成调整RFID读出器102和RFID部件2之间的读出范围Rl。
因为在图4A中表示的数据特别针对隔板210是空气间隔的情况，应认识到，对于 为隔板210选择其它低损耗低介电材料的情况，读出范围Rl与隔板210的厚度“t”之间的 关系是不同的。应注意，用于HF应用的读出器102和用于UHF的读出器152只读EAS部件1或只 读RFID部件2，使得EAS部件1由专用EAS读出器读出，RFID部件2由专用RFID读出器 读出。可选地，读出器102和读出器152可合并在同一框架中或其功能被集成以由同一硬 件执行。由于RFID部件所共有的读出频率的范围与EAS部件所共有的读出频率的范围之 间的很大差异，在EAS部件1的读出和RFID部件2的读出之间的不希望有的干扰被防止或 最小化，EAS部件一般在小于或等于8. 2KHz的范围内的频率处被读出，而RFID部件一般在 13MHz或更大的范围内的频率处被读出。然而，可以预想，因为安全标记200和400是独立的设备，安全标记200和400提供 与一个或多个读出器的类型或安全标记200或400受到的特定频率无关的EAS功能和RFID功能。使用低损耗、低介电材料例如由马萨诸塞州伦道夫的EmersonCuming微波产品公 司制造的ECC0ST0CK RH硬质泡沫或其它类似的材料来制造隔板210。实施方式没有被限 制在这种情况中。当由前述材料制造时，当隔板902的厚度“t”为大约0. 0762mm(0. 003英 寸)时，读出范围为大约30.5到61.0011(1到2英尺)。类似地，当隔板210的厚度“t”为 至少1.02mm(0.040英寸)时，读出范围为大约127cm(5英尺)。在一个实施方式中，隔板210可为具有大约0. 05mm的厚度“t”的薄膜，其中EAS 部件1与RFID部件2直接重叠。在一个实施方式中，隔板可为空气，其中EAS标签1远离RFID部件2被机械地支撑。作为结果，安全标记200通过实现明显更低的空间或体积以及更低成本的组合的 EAS/RFID设备来提供优于现有技术的显著优点。在一个实施方式中，安全标记200可使用来自线圈天线的感应电压用于操作。该 感应AC电压可被整流，以产生DC电压。当DC电压达到某个电平时，RFID部件2开始操作。 通过经由发射机102提供激励RF信号，RFID读出器102可与没有外部电源例如电池的远 程定位的安全标记200进行通信。因为RFID读出器和RFID部件2之间的激励和通信通过天线204来完成，可为改 进的RFID应用调谐天线204。如果天线的线性尺寸与工作频率的波长可比较，则RF信号可 被有效地辐射或接收。然而，线性尺寸可能大于天线204可利用的可用表面区域。因此，可 以证明在有限空间内利用的真正完整尺寸的天线很难，这对HF应用中的大多数RFID系统 是成立的。因此，可以设想，RFID部件2可使用布置成在给定工作频率处谐振的较小的LC 环形天线电路。LC环形天线可包括例如螺旋线圈和电容器。螺旋线圈一般在介电基底上由 η圈电线或η圈印刷或蚀刻的感应器形成。对于HF应用，为了实现良好的RFID耦合，环形区域*圈数的乘积和谐振频率需要 被优化。在图3Α所示的本公开的一个实施方式中，通过调谐谐振电路112的并联电容器C2 可影响谐振频率，包括对EAS标签1和RFID芯片208的阻抗的影响。
在HF或UHF应用中，对于所关注的特定频率，RFID芯片复阻抗必须被天线的复共 轭阻抗匹配，包括对EAS标签的阻抗的负载效应。在HF情况中，谐振电容器通常用于调谐 频率。该电容器通常大于RFID芯片电容并将控制响应。对于UHF情况，RFID芯片复阻抗 只包括用于调谐的芯片电容。在根据本公开的另一实施方 式中，可设计天线204，以便总天线的复共轭使阻抗在 期望工作频率例如915MHz处与引线框206和IC208的复阻抗匹配。然而，当RFID安全标 记200放置在待监控的物体上时，已经观察到因而形成的工作频率可能变化，即，每个物体 可以有具有影响天线204的RF性能的介电特性的基底材料。换句话说，且如同基底202 — 样，物体基底可引起由介电常数、损耗角正切和材料厚度确定的频移和RF损耗。不同的物 体基底的例子可包括所谓的“芯片板”(即，用于单品(item-level)纸箱的材料、作为用于 瓦楞纸箱的材料的瓦楞纤维板)、视频磁带和数字视频光盘(DVD)盒、玻璃、金属等。可以设 想，每个物体基底可能对安全标记200的读出范围Rl有明显影响。天线204可被调节以补偿这样的变化。换句话说，因为很多材料的介电常数大于 1，当安全标记200贴到物体基底时，工作频率一般降低。为了建立原始频率，天线204 —般 以某种方式改变，否则检测性能和读出范围可减小。因此，通过切断天线感应器来修剪天线 204的端部并将因而形成的被修剪的天线段与被切掉的端部隔离，可改变天线204。被修改 的端部不一定必须被移除以允许调谐操作。因此，将天线204连续调谐到期望工作频率是 可能的，以在安全标记200贴到不同的物体时允许操作安全标记200。下面参考图5-7更详 细地一般描述了安全标记200，且特别描述了天线204。图5示出根据依据本公开的一个实施方式的具有天线的部分安全标记200的顶视 图，该标记200特别适合于UHF应用。安全标记200包括布置在基底202上的实质上是矩 形形状的天线204。在一个被预想的实施方式中，通过将标签天线图案模切到基底202上而 将天线204布置在基底202上。RFID芯片208可通过将引线框206超声地接合到RFID芯片208上的导电焊盘而 连接到引线框206。在图5的特定实施方式中，RFID芯片208和引线框206放置在基底202 的介电基底材料的几何中心。引线框206的端部机械和电子地接合到天线204的箔天线 (foilantenna)图案。覆盖材料210 (未示出)应用在安全标记200的整个顶表面上，以保 护组件且如果需要提供用于印刷戳记的表面。使用各向异性导电热凝结粘合剂来将RFID 芯片208接合到天线204在本领域中是已知的。这样的粘合剂的例子是康涅狄格州Rocky Hill的Henkel Loctite公司制造的Loctite 383⑧。天线204还可包括多个天线部分。例 如，天线204可包括第一天线部分306和第二天下部分308，第一天线部分306连接到引线 框206的第一侧206A，而第二天线部分308连接到引线框206的第二侧206B。因此，天线 204是整个RFID标记天线，其被细分成第一天线部分306和第二天线部分308。第一天线部分306可具有第一天线端306A和第二天线端306B。类似地，第二天线 部分308可具有第一天线端308A和第二天线端308B。在一个实施方式中且如图5所示， 第一天线部分306的第一天线端306A连接到引线框206A。第一天线部分306布置在基底 202上以在第一方向上形成从RFID芯片208开始的向内螺旋图案，第二天线端306B定位成 在向内螺旋图案的内环上终止。类似地，第二天线部分308的第二天线端308A可连接到引 线框206B。第二天线部分308也布置在基底202上以在第二方向上形成从RFID芯片208开始的向内螺旋图案，第二天线端308B定位成在向内螺旋图案的内环上终止。在一个实施方式中，天线204的天线几何形状配置成横穿基底202的周边周围并 向内成螺旋形。可以预想，向内定向的螺旋天线图案可提供几个优点(1)天线204的端部可完全放置在基底202的周边内部。将天线204的端部放置 在基底202的周边内可允许端部被修剪而不改变天线204所使用的区域的量。(2)天线204的Q因子可被优化，以便安全标记200的响应，包括隔板210和EAS标 签1的效应在ISM带限处只改变大约-3dB。使用Q = l/(ka) 3+l/(ka)的Chu-Harrington 限制，其中k = 2 π / λ且“a”是天线204的特征尺寸，可看到，半径“a”的球可恰好包围安全 标记200。对于高Q因子，则“ka”应<< 1。因此，通过最大化Q，“a”被最小化以落在工作 频率带限内。在共同未决的共同拥有的2004年8月13日提交的R. Copeland和G. M. Shafer 的标题为“TUNABLEANTENNA”的美国专利申请序列号10/917，752中公开了用于UHF应用的 天线204的调谐。在这些天线位置布置在基底202上之后，通过更改第一天线部分306的第一 长度 和第二天线部分308的第二长度也可特别对UHF应用将天线204调谐到期望工作频率。例 如，每个天线部分可分成在多个分段点处的多个天线段。通过使至少第一天线段与第二天 线段电子地隔离可更改第一和第二天线长度。通过在多个分段点中之一处切断每个天线部 分可更改天线长度，每个分段点相应于天线204的工作频率。将第一天线部分306和第二 天线部分308分成多个天线段导致每个天线部分的长度缩短，从而有效地改变天线204总 的电感。参考图6更详细描述了天线段和分段点。图6示出根据一个实施方式的具有天线的安全标记400的图示，该天线具有分段 点。特别是，图6示出具有多个分段点SP1、SP2、SP3和SP4的安全标记400的部分的顶视 图。以与图4中关于安全标记200所示的类似的方式，安全标记400可包括EAS部件1、隔 板210和RFID部件2。在这些天线位置布置在基底202上之后，通过更改第一天线部分306 的第一长度和第二天线部分308的第二长度也可将天线204调谐到期望工作频率。例如， 可以设想，每个天线部分可在多个分段点SP1-SP4处分成多个天线段。多个分段点SPl到 SP4表示端部调谐位置，在此处天线204可被切割或修剪，以便被调谐到各种物体。SPl是 原始自由空间天线204的长度被调谐到868MHz的自由空间位置。SP2是天线部分306和 308的长度被调谐到915MHz的自由空间位置。SP3和SP4是天线部分306和308的长度被 调谐到各种物体的自由空间位置。各种物体包括例如但不限于零售或批发的商品。通过电子地隔离至少第一天线段与第二天线段可更改第一和第二天线长度。通过 在多个分段点中之一处切断每个天线部分可更改天线长度，每个段相应于天线204的工作 频率。该切断可用很多不同的方式来实现，例如在给定分段点SP1-SP4处切割或穿孔天线 迹线。切割可在分段点处产生狭槽，例如狭槽402、404、406、408、410和412。应注意，对于HF应用，通过改变电感或电容参数而不是段的长度来调谐天线204。 在一个实施方式中，且如图6所示，每个分段点SP1-SP4相应于天线204的工作频率。在 一个例子中，当安全标记400在自由空间中且未贴到物体时，SPl可调谐天线204用于大约 868MHz的工作频率。当安全标记400在自由空间中且未贴到物体时，SP2可调谐天线204 用于大约915MHz的工作频率。当安全标记400贴到VHS盒框架时，SP3可调谐天线204用 于大约915MHz的工作频率。当安全标记400贴到芯片板时，SP4可调谐天线204用于大约915MHz的工作频率。如可认识到的，分段点的数量和天线204的相应工作频率可根据给定 的实现而改变。实施方式没有被限制在这种情况中。图7示出根据本发明的另一实施方式的块流程图500。如上所述，安全标记200可 用很多不同的方式配置。例如1)在块502集成电路可连接到引线框；2)在块504天线可 布置在基底上；3)在块506引线框可连接到天线。 在一个特定的实施方式中，在块508调谐天线以供工作频率使用。通过在相应于 工作频率的分段点处将天线切断为多个天线段来更改天线的长度，可执行该调谐。该切断 可使第一天线段与第二天线段电子地断开，从而有效地缩短天线的长度。如上所述，当连接到RFID芯片时，向内螺旋图案的独特的天线几何形状可能对 RFID应用是有用的。然而如上所述，在图5和6中示出的独特的天线几何形状也可能对 EAS系统有用，其中安全标记200和安全标记400每个分别包括EAS部件1和隔板210。在 一个实施方式中，RFID芯片208可用二极管或其他非线性无源设备代替，其中电压和电流 特征是非线性的。二极管或其他非线性无源EAS设备的天线可具有与图5和6中所示的 相同的几何形状，并可被修剪以将天线调谐到用于为EAS系统发射询问信号的发射机的工 作频率。类似于RFID系统100，工作频率的范围可变化，虽然实施方式可对UHF频谱例如 868-950MHZ特别有用。实施方式没有被限制在这种情况中。如前面关于图3A、3B、4和4A讨论的，可通过改变隔板210的厚度“t”来测量、控 制和改变组合EAS和FID标记或标签200的读出范围R1。以类似的方式，也可通过改变隔 板210的厚度“t”来测量、控制和改变安全标记400的读出范围R1。还设想，使用可根据任何数量的因素变化的体系结构可配置本公开的一些实施方 式，所述因素例如1)期望计算速率；2)功率水平；3)耐热性；4)处理周期预算；5)输入数 据速率；6)输出数据速率；7)存储器资源；8)数据总线速度和其它性能限制。例如，使用由 通用或专用处理器执行的软件可配置实施方式。在另一例子中，实施方式可被配置为专用 硬件，例如电路、ASIC、可编程逻辑设备(PLD)或数字信号处理器(DSP)。在又一例子中，实 施方式可通过编程的通用计算机部件和定制硬件部件来配置。实施方式没有被限制在这种 情况中。在图8A到8D示出安全标记200和400的例子，其是组合EAS和RFID标签/标记， 图8A到8D示出各种类型的粘性磁致伸缩标签和EAS硬标记，例如Sensormatic公司一佛 罗里达州博卡拉顿LLC的Tyco Fire and Security部门，生产的SuperTag 。图8A示出 在共面配置中相邻于RFID标签806的EAS标签804。相邻的标签804和806的该配置在本 领域中是已知的。图8B示出图8A的EAS标签804和RFID标签806的共面配置的变形，其 中EAS标签804和RFID标签806彼此分开具有距离“g”的间隔805。分离开间隔805的 804和806的该配置在现有技术中也是已知的。在图8A和8B的配置中，EAS标签804和RFID标签806关于阻抗值的匹配彼此独 立地起作用。当“g”增加时，读出范围增加。作为结果，间隔“g”的尺寸控制阻抗负载。然 而，这不是期望的效应，因为虽然读出范围增加了，EAS标签804和RFID标签806所占用的 总区域增加，必须占用待识别的物体上的更多的空间或区域。图8C示出显示EAS部件或标签1的安全标记200或400的本公开的实施方式。 RFID部件或插件2直接安装在EAS部件或标签1之下。仿真条形码802印刷在EAS部件或标签1上，并且只用于视觉目的。仿真条形码802没有EAS或RFID功能。与现有技术比 较，作为组合EAS部件或标签或标记1的安全标记200或400的配置提供了 RFID部件或插 件2与EAS标签1之间的最小分离，RFID部件或插件2直接安装在EAS部件或标签1之下 (见图4)。图8D示出组合EAS部件或标签1与RFID部件或插件2的框架的一部分812的 本公开的一个实施方式。RFID部件或插件2被定义为包括安装在天线204上的RFID芯片 208。然而，隔板210或粘合层是不可见的(见图4)。 图8E是图8D中公开的组合EAS部件或标签1与RFID部件或插件2的正视图，但 显示隔板210布置在EAS部件或标签1和RFID部件或插件2之间。图8F示出组合EAS标签816与RFID插件814的框架的一部分818的本公开的一 个实施方式，EAS标签816类似于EAS部件或标签1，而RFID插件814类似于RFID部件或 插件2。RFID插件814被定义为安装在天线204上的另一个RFID芯片820。再次，隔板210 或粘合层是不可见的(见图4)。图8G是图8F中公开的组合EAS标签816与RFID插件814的正视图，但显示隔板 210布置在EAS标签816和RFID插件814之间。图9示出本发明的另一实施方式。在图9中，组合EAS/RFID安全标记包括混合天 线镶嵌900，其具有带有两个向内螺旋天线部分910和920的螺旋天线以及电耦合到向内螺 旋天线910和920的矩形磁性环形天线930。RFID芯片940电耦合到磁性环形天线930，且 磁性环形天线930电连接到如图9所示的向内螺旋天线910和920。在特定的非限制性例 子中，使用Impinj Gen. 2Monza RFID芯片。磁性环形天线930的总体几何形状使得近场磁 性H性能被优化。螺旋天线910和920有利地控制远场响应。磁性环形天线930还充当减少到RFID芯片940的ESD损害的装置。对于通过硬 标记框架的制造过程或超声焊接产生的低频或静电场E，磁性环形天线930本质上在RFID 芯片940两端短路。例如，如果从螺旋天线910的一端到螺旋天线920的一端的电放电开 始，环形天线930使放电电流从RFID芯片940转移。在物理上，螺旋天线910和920连接到磁性环形天线930，且不直接到RFID芯片 940。当沿着图9所示的混合螺旋/环形天线镶嵌的长度施加E场时，电流在低水平处在螺 旋天线910的端部(在图9的左边示出)开始，并逐渐增加到磁性环形天线930的连接点。 该电流感测因此是逆时针方向的。磁性环形天线电流也是逆时针方向感测的，但以大得多 的值。从磁环连接点到螺旋天线920 (在图9的右边示出)的电流是逆时针方向感测的，并 朝着该天线迹线的端部逐渐降低。因此，在每个螺旋天线910和920中的电流的方向是相 同的。图9所示的混合天线镶嵌900接着放置在混合EAS/RFID标记的框架内部，该混合 EAS/RFID标记包含EAS元件1、间隔元件210和连接夹具机构。利用图9的混合天线镶嵌 900的EAS/RFID安全标记可由任何传统RFID读出器读出。图9A示出作为间隔元件210的函数的最大读出范围的关系曲线。图9A示出表示 作为安全标记例如安全标记200的隔板210的厚度的函数的最大读出范围的实际数据950， 安全标记使用图9的混合天线镶嵌900由硬标记框架中的EAS元件例如EAS部件1和RFID 元件例如RFID部件2组成。
y轴显示以厘米(cm)为单位的读出范围，而χ轴显示以毫米(mm)为单位的隔板 210的厚度“d”。实际数据950表明，当隔板的厚度“d”增加到4mm或更大时，读出范围本 质上在大约250厘米处变得恒定。当隔板厚度“d”减小到大约Imm的值时，读出范围减小 到大约210厘米。当EAS部件1中的损耗随着减小的隔板厚度“d”变得较大时，读出范围 继续随着减小的隔板厚度“d”而减小。供本发明使用的近场读出器磁性H场环形天线的例子是2cm直径圆环，其使用在 环的馈送端(feed end)处的降压变压器、在中途点处的两个调谐电容器，以及在环的相对 端处的端接电阻器。然而，本发明不限于特定直径或类型的近场读出器环形天线。近场读 出器环形天线还可包括铁氧体材料的圆柱形心子。近场读出器环形天线一般在尺寸上比传 统近场E场天线小。图9B示出图9的混合天线镶嵌900以及现有技术螺旋天线镶嵌的RFID读性能特 征，其作为相对于近场读出器磁性环形天线的中心距离镶嵌中心的标记偏移的函数。如可 在图9B中观察到的，使用混合天线镶嵌900提供了与传统天线布置比较在天线之上更大的 读出距离，并且还提供了不连贯的读出区(距离天线的中心的镶嵌偏移的程度)。使用具有组合EAS/RFID标记的混合天线镶嵌900不仅提供与纯螺旋天线相同的 远场读出性能，而且还提供改进的近场磁响应。对于混合天线镶嵌900的给定总尺寸，应维 持螺旋天线区与磁性环形天线区之比。图9C示出这些天线区。 在图9C，区1表示磁性环形天线930的区，而区2和3分别表示右手侧的向内螺旋 天线920和左手侧的向内螺旋天线910。在一个实施方式中，为了实现与螺旋天线相同的 近场响应，混合天线镶嵌900具有对所有三个区实质上类似的区域。例如，如果区1的区域 实质上小于区2和3，则远场响应可与螺旋的相同，但可不优化近场磁响应。如果区1变得 实质上大于区2和3，对于镶嵌900的给定总尺寸，当放置在组合EAS/RFID安全标记的内部 时，对于螺旋天线迹线可能没有足够的空间来在UHF范围中操作。EAS设备和RFID组合的 类型不仅仅限于这里所述的EAS和RFID设备。可以设想，隔板元件(或多个隔板元件)可配置在具有不同或变化的尺寸(即，长 度、宽度、厚度等)的不同的几何配置或图案中，以根据特定的目的影响读出范围或进一步 调整RFID部件的读出范围。RFID元件读出范围被RFID元件和EAD元件之间的间隔影响和 控制。虽然如这里所述示出了实施方式的某些特征，本领域技术人员将想到很多变更、 替换、改变和等效形式。因此应理解，所附权利要求用来涵盖落在真正精神实质内的所有这 样的变更和改变。本领域技术人员应认识到，本发明不限于上面在此特别示出和描述的内容。此外， 除非上面相反地提出，应注意，所有附图并不按比例绘制。根据上面的教导各种更改和变化 是可能的，而不偏离仅由下列权利要求限定的本发明的范围和精神实质。
权利要求
一种安全标记，包括电子商品防盗(EAS)部件，其具有第一限定的表面区域；射频(RFID)部件，其具有第二限定的表面区域，所述RFID部件包括天线镶嵌，所述天线镶嵌包括向内螺旋天线；与所述螺旋天线电接触的磁性环形天线；以及与所述环形天线电接触的集成电路；以及实质上平坦的隔板，其具有一厚度，所述隔板至少部分地布置在所述EAS部件的所述第一限定的表面区域和所述RFID部件的所述第二限定的表面区域之间，所述隔板的所述厚度配置成调整所述RFID部件的读出范围。
2.如权利要求1所述的安全标记，其中所述螺旋天线具有第一部分和第二部分，其中 所述磁性环形天线位于所述螺旋天线的所述第一部分和所述第二部分之间。
3.如权利要求2所述的安全标记，其中所述螺旋天线的所述第一部分、所述螺旋天线 的所述第二部分和所述磁性环形天线每个都有相应的限定的区域，所述螺旋天线的所述第 一部分、所述螺旋天线的所述第二部分和所述磁性环形天线的所述限定的区域实质上相寸。
4.如权利要求1所述的安全标记，其中当所述RFID部件在所述读出范围内时，所述 RFID部件能够激活。
5.如权利要求2所述的安全标记，其中所述螺旋天线的所述第一部分和所述第二部分 中的电流在相同方向上流动。
6.如权利要求1所述的安全标记，其中所述磁性环形天线是近场磁场H天线。
7.—种调整组合电子商品防盗(EAS)部件和射频识别(RFID)部件的读出范围的方法， 所述方法包括在所述EAS部件和所述RFID部件之间布置隔板，所述RFID部件包括天线镶嵌，所述天 线镶嵌具有与磁性环形天线电接触的向内螺旋天线和与所述环形天线电接触的集成电路; 以及改变所述隔板的厚度以调整所述RFID部件的读出范围。
8.如权利要求7所述的方法，其中当所述RFID部件在所述读出范围内时，所述RFID部 件能够激活。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述螺旋天线具有第一部分和第二部分，并且其中 所述磁性环形天线位于所述螺旋天线的所述第一部分和所述第二部分之间。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述螺旋天线的所述第一部分和所述第二部分每 个都有相应的限定的区域，且其中所述磁性环形天线具有相应的限定的区域，其中所述螺 旋天线的所述第一部分、所述螺旋天线的所述第二部分和所述磁性环形天线的所述限定的 区域实质上相等。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述螺旋天线的所述第一部分和所述第二部分中 的电流在相同方向上流动。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述磁性环形天线是近场磁场H天线。
13.一种供组合EAS/RFID安全标记使用的RFID天线镶嵌，所述EAS/RFID安全标记具有EAS部件、RFID部件以及位于所述EAS部件和所述RFID部件之间的隔板元件，所述天线 镶嵌包括向内螺旋天线，其具有第一部分和第二部分；磁性环形天线，其耦合到所述螺旋天线并处于所述螺旋天线的所述第一部分和所述螺 旋天线的所述第二部分之间；以及集成电路，其耦合到所述磁性环形天线，隔板元件，其具有一厚度，所述隔板元件的所述厚度配置成调整所述RFID部件的读出 范围。
14.如权利要求13所述的RFID天线镶嵌，其中所述螺旋天线的所述第一部分、所述 螺旋天线的所述第二部分和所述磁性环形天线每个都有限定的区域，所述螺旋天线的所述 第一部分、所述螺旋天线的所述第二部分和所述磁性环形天线的所述限定的区域实质上相寸。
15.如权利要求13所述的RFID天线镶嵌，其中当所述RFID部件在所述读出范围内时， 所述RFID部件能够激活。
16.如权利要求13所述的RFID天线镶嵌，其中所述螺旋天线的所述第一部分和所述第 二部分中的电流在相同方向上流动。
17.如权利要求13所述的RFID天线镶嵌，其中所述磁性环形天线具有近场磁场H天线。
全文摘要
一种安全标记包括具有限定的表面区域的EAS部件和具有限定的表面区域的RFID部件。EAS部件表面区域配置成与RFID部件表面区域至少部分地重叠。RFID部件包括与第一表面至少部分地重叠的天线。具有一厚度的实质上平坦的隔板至少部分地布置在EAS和RFID部件的限定的表面区域之间。RFID元件读出范围被RFID元件和EAS元件之间的空间影响和控制。当RFID部件在读出范围之内时，RFID读出器能够激活RFID部件。天线包括与螺旋天线电接触以增加近场读出响应的磁性环形天线。
文档编号G08B13/24GK101861605SQ200880116158
公开日2010年10月13日 申请日期2008年11月12日 优先权日2007年11月14日
发明者R·L·科普兰 申请人:传感电子有限责任公司