专利名称：：制造rfid设备的方法
技术领域：
：本发明的领域是射频识别(RFID)设备，以及制造这类设备的方法。相关领域描述射频识别(RFID)签条和标签(本文统称为"设备")被广泛用于将识别码或其它信息与物体相关联。RFID设备一般具有天线及类似物和/或数字电子器件的组合，数字电子器件可以包括例如通讯电子器件、数据存储器和控制逻辑。例如，RFID签条被用于与汽车安全锁相连接、用于建筑物门禁，以及用于跟踪存货和包裹。如上所述，RFID设备一般被分为标签或签条。RFID标签是粘附地直接附连在物体上的RFID设备或者具有表面直接附连在物体上的RFID设备。RFID签条可以通过其它方式固定在物体上，例如通过使用塑料紧固件、绳或其它紧固工具。RFID设备包括有源签条和标签——其包括电源，以及无源签条和标签——其不包括电源。在无源设备的情况下，为从芯片获取信息，“基站”或“读出器”发送激发信号至RFID签条或标签。激发信号激励签条或标签，且RFID电路将储存的信息传回读出器。RFID读出器接收并解码来自RFID签条的信息。一般而言，RFID设备能够保留并传输足够信息给唯一识别的个体、包装、货物和类似物。RFID签条和标签还可以具有只写入一次信息(尽管信息可被重复读取)的那些特征和可在使用中重复写入信息的那些特征。例如，RFID设备可以储存环境数据(其可被相关的传感器检测到)、物流历程、状态数据等。RFID产品常常以相对统一的设计进行构造，用于大规模应用，如可见于大的零售场所。一旦这些设计被验证和执行，可能要花费数周或甚至数月来生产。但是，这类设计常常不能在RFID产品可能有用的小规模至中等水平的应用中发挥作用。但是，由于小的单位量——通常小于50，000单位，许多RFID产品的供应商主要因为成本而完全不愿意承担这些特殊应用的专用签条的设计和研发。此外，不同的RFID设备可能不得不执行不同的性能要求，和/或在不同的操作环境中执行。存在提供这样RFID设备的需要，其能够满足各种要求并在各种条件下执行。应当理解，满足该需要将是期望的。发明概述根据本发明的方面，传导材料片中具有一系列的孔。相对于孔选择分离位置以允许将天线与具有任一种各种性能的片材物理地分开，获得具有期望特性的天线。根据本发明的另一方面，制造射频识别(RFID)设备的方法包括以下步骤提供其中有孔的整片连续传导片材；提供后，接收与RFID设备的天线的性能相关的一种或多种特征；和相对于一个孔选择分离位置，用于分离传导材料片以形成天线，其中所述选择基于与性能相关的一种或多种特征。为达成前述的和相关的结果，本发明包括下文中充分描述、尤其是在权利要求书中指出的特征。以下描述和附图详细阐述本发明的一些示例性实施方式。但是，这些实施方式仅表示其中使用了本发明原理的各种方式的一些。当结合附图考虑时，根据以下本发明的详述，本发明的其它目的、优势和新特征将变得明显。附图简述在附图中，不一定按照比例图1是根据本发明实施方式的方法形成的RFID设备的斜视图；图2是用于生产如图1所示RFID设备的天线的传导材料片的平面图；图3是显示分离位置以由图2的传导材料片生产天线的平面图；图4A是分离位置另一配置以由图2的传导材料片生产具有不同特征的天线的平面图；图4B是显示由图2的传导材料片生产的天线的部分的平面图；图5是显示使用本发明实施方式的方法生产的天线的一种构造的灵敏度对频率的曲线图；图6是显示使用本发明实施方式的方法生产的天线的第二种构造的灵敏度对频率的曲线图；图7是显示使用本发明实施方式的方法生产的天线的第三种构造的灵敏度对频率的曲线图；图8是显示根据本发明实施方式的方法的步骤的高水平流程图；图9显示通过传导材料分离成任何不同大小形成的天线；图10显示图9所示各种天线构造的增益对频率的第一曲线图；以及图11显示图9所示各种天线构造的增益对频率的第二曲线图。发明详述生产RFID设备的天线的方法包括从预先形成的传导材料片切割或以其他方式物理地分离天线，所述传导材料中包括孔。相对于孔的切割位置可以基于天线和/或使用该天线的RFID设备期望的性能特征而选择。孔可以是在一个方向的范围大于其它方向上的范围的T形孔。切割位置可以包括一个或多个通过孔的切割，以及不通过孔的其它切割。切割位置可以作为例如天线期望带宽和天线的工作频率的参数的函数进行选择。该方法允许从先前制备的传导材料片供应如带孔的传导材料卷生产不同特性的天线。这有利于制造小生产运营天线和/或减少提供指定特征的天线的订货至交货时间的能力。图1显示RFID设备10，其具有可以使用下述方法生产的天线12。RFID设备10也具有基底14，其上安装有天线12。芯片18被连接至天线12以实现RFID设备的检测和/或RFID设备与外部读出器/检测器的通信。RFID芯片18包括集成电路、存储设备和用于通过天线12发送和/或接收信号来控制和/或调整与外部设备(如读出器和/或检测器)的通信的其它合适结构。芯片18的功能通过使用各种已知的电子结构的芯片的电路来实现。芯片18可以直接连接至天线12，或者可以可选地使用插入结构如插件或带连接至天线12。这样的插件或带可以具有传导线，其有利于芯片18和天线12之间的电连接。这样的电连接可以是直接接触电连接，其特征为低电阻，或可选地是电抗电连接，其中电连接是经由电场、磁场或这类场的组合。所图解实施方式中的天线12是带有T形孔20的偶极子天线。芯片18处于T形孔20的干M两边的馈电点22。T形孔20的横条(crossbar)26形成分开天线12的部件的狭缝。横条沈可以具有比干M的范围(长度)更大的范围(长度)。传导材料在所有侧面围绕孔20的横条26，除了干对。传导材料包括一对臂30和32，其附连至芯片18的各个端口且从这些端口延伸。臂30和32围绕孔横条沈的末端34和36延伸，并跨过横条沈的顶部在传导材料的并联感应器(shuntinductor)40处汇合，将臂30和32连在一起。并联感应器40在孔20的与芯片18相对的侧上。臂30和32构成偶极子天线12的天线元件。并联感应器40连接在感应器40连至偶极子天线12的其余部分的有效分接点(tappoint)，其转换芯片阻抗。这与天线12的长度和宽度的组合控制其在材料上的频率和特征。基底14可以是使用各种合适基底材料的任何一种的柔性基底，例如包括塑料(聚合物)、纸或纸板。柔性材料基底可以是基底材料卷或片的一部分。可选地基底14可以由刚性材料制成。可以理解，RFID设备10可以包括其它层，如保护层、可印刷层、其上有图形或其它可视材料的层、粘合剂层和/或提供结构特征的层。RFID设备10可以用一种或多种辊对辊方法形成，然后从片或卷物理地分离(单个化)。为有利于生产RFID设备10的天线12，由预先形成的传导材料片或卷50形成多个天线12是有用的，如图2所示。传导材料片50是整体的、单个的连续传导材料片，其中具有一系列的孔20。传导材料50可以是平的，并且可以是片、匹(web)或卷的形式。孔20每个都具有在横向片方向(平行于横条26)比向下片方向(平行于干24)大的范围。从传导材料片50切割、切开或以其他方式物理地分离天线12，选择切割(或撕裂或分离)位置以提供天线12的合适特征。这确保天线12的性能被调整为天线12的期望性能，和/或允许天线12在使用RFID设备10的环境中作用良好。现在再参考图3，天线12边界由用于物理地分离传导材料片50的其余部分与天线12的数个切割位置52-58(分离位置)限定。所图解实施方式中切割位置中的一个——切割位置52——可以通过孔20。切割位置52可以通过孔20的干M，将RFID芯片18(图1)所连接的臂30和32的传导材料分开。其它切割位置M、56和58不通过孔20的任何部分。由切割位置52-58限定的天线12的尺寸可以用几种方式表征。天线12的长度X和天线12的宽度Y指示天线12的总体大小。天线12的长度X是切割位置M和58之间的距离，宽度Y是切割位置52和56之间的距离。长度X对天线12的操作频率具有强大影响，在该频率天线12最优先接收进入的能量。概括地，减少天线部分的长度将增加天线12的操作频率。但是，对特性的影响可以被与变压器网络的依存性(interd印ence)影响。宽度Y影响天线12的带宽——天线12可以有效地通信的频率范围。天线12的其它尺寸可以影响天线12的其它操作特性。可以控制并联感应器40的宽度Yl以改变天线12和RFID芯片18(图1)之间匹配的阻抗。可以减小并联感应器宽度Yl以增加天线12的电感，并且可以增加宽度Yl以减小天线12的电感。可以通过作为一个单元移动切割位置52和56、保持总的天线宽度Y和改变臂30和32的宽度Y2来改变并联感应器的宽度Yl(可以理解，总天线宽度Y是并联感应器宽度YlJL20的横条沈的宽度和臂宽Y2的总和)。可选地，可以通过相对于孔20仅移动切割位置56来独立地改变并联感应器宽度Yl。天线长度X可以关于孔20对称地居中，孔干M大体上位于切割位置M和58的中间。该构造示于图3。可选地，如图4A所示，切割位置M和58可以位于这样的位置——孔干M与在切割位置M和58之间中途的线60偏离距离XI。切割位置M和58关于孔20不对称地定位可以增加RFID设备10的辐射电阻。这可以促进天线12和RFID芯片18之间更好的阻抗匹配。对于偶极子天线，当偏离距离增加，辐射电阻增加。例如，对于中心的半波设备具有70欧姆电阻的偶极子天线来说，当馈电点移动离开中心时电阻增加。事实上，熟知的电阻是在一点上电流和电压的比值。偶极子类型天线的末端是高电压点，因此电流低。电阻V/I(电压/电流)很大，因此当移向末端时电阻部分增加。现在参考图4B，偶极子天线12的天线元件构成臂30和32。臂30和32在狭缝沈的与并联感应器40相对一侧上。围绕狭缝沈的末端34和36延伸的矩形天线部分62和64电连接臂30和32至并联感应器40的相对两侧。臂30和32与并联感应器40之间的连接分布在整个矩形部分62和64上。但是，连接可以被处理成位于狭缝沈的相对末端上的一对分接点66和68处。分接点66和68的有效位置由臂30和32中的电感部分与并联感应器40的电感的比例确定。这又取决于狭缝沈的水平狭缝长度以及并联感应器40和偶极子天线元件臂30和32的相对宽度。并联感应器40以及臂30和32的宽度改变影响天线12的总电感。改变两个宽度的比——并联感应器40的宽度和两个臂30和32的宽度——影响分接点位置66和68以及天线12完成的阻抗转换。天线12的总长度和宽度也影响天线部分阻抗。但是，可以理解，这些变量的一些是互相依赖的。标准偶极子类型天线(例如，全半波的70欧姆电阻)和RFID芯片(例如，约1800欧姆的电阻加上IpF范围的容抗)的阻抗是非常不同的。如果天线和芯片刚好直接连接在一起，它们将具有高的相对失配。特性上的大失配将意味着天线和芯片之间的功率传输差。在大部分偶极子类型RFID设备中，一种形式的变压器被用于增强芯片和天线之间的匹配。更具体地，该构造可以被描述为抽头自动变压器，其由与RFID芯片并联的感应器和取自感应器以连接天线的两个分接点构成。但是，在天线12中，这种失配可以通过选择用以从天线原材料片或卷分离天线12的切割位置52-58来弥补。仅通过改变一个或多个切割位置52-58，可以从传导材料片50获得多种天线特征。可以通过选择和/或移动切割位置52-58改变的天线特征中有灵敏度和带宽。图5-7显示三个实施例天线12的灵敏度对频率的曲线图，围绕孔的尺寸具有相同的大小和形状。图5显示长度X为102mm、宽度Y为9mm和并联感应器宽度Yl为2.5mm的天线的灵敏度(增益)对频率图。图6显示长度X为96mm、宽度Y为8.5mm和并联感应器宽度Yl为Imm的天线的灵敏度对频率的曲线图。图7显示长度X为60mm、宽度Y为15mm和并联感应器宽度Yl为3mm的天线的灵敏度对频率图。从这些结果可见，仅通过改变用于由其中预先形成孔的传导原材料形成天线的切割位置，可能改变天线的操作频率(大部分敏感频率)超过50MHz。在图5-7所示的不同构造中，带宽也改变，图7的天线比其它两个的带宽(良好灵敏度的范围)小。图8显示使用如上所述的天线构造方法构造RFID设备10(图1)的方法100的概要流程图(high-levelchart)。在步骤102中，提供传导材料片50(图2)，已在其中形成孔20(图2)。由于通过选择合适的切割位置52-58(图3)可以从相同的传导材料片50生产特征广泛改变的天线，因此远在天线12(图1)实际生产之前，甚至在已知天线要求或期望的特征之前，可以批量生产传导材料片50。传导材料片50可以是卷材形式，其易于以紧凑形式储存，并且在需要时可以打开，例如当用于辊对辊生产操作中时。在步骤106中，天线12(图1)和/或RFID设备10的特征或者关于RFID设备10将在其中使用的环境的特征被接收。特征可以包括广泛的多种因素，包括天线12的操作频率、天线12的期望带宽、将与RFID芯片18很好地共轭匹配的天线12的特征、将影响天线12的性能的RFID设备10的其它特征(如基底14(图1)和/或RFID设备10的其它部件的材料)以及RFID设备10将在其中使用的环境。这些的最后一个可以包括围绕RFID设备10的材料的组成以及RFID设备10遇到的辐射环境。辐射环境可以包括任何种类的辐射频率和辐射源。辐射可以涉及与其它RFID设备的通信，其它RFID设备在与RFID设备10的频率相似的频率下或在不同的频率下进行操作。还应当理解，其它种类的设备可以将辐射引入RFID设备10将在其中操作的环境中，并且这样的辐射可以影响RFID设备10的操作。通过天线12的合适构造如合适选择切割位置52-58(图3)，这些影响可以被全部或部分地弥补。在步骤110中，选择切割位置52-58(图3)以完成天线12(图3)，所述天线12适合于步骤106中所接收的特征所描述的情形。选择切割位置可以包括任何种类的方法，包括以下一种或多种使用尺寸和/或形状查找表(look-uptables)获取某些天线特性和/或特征；计算以确定切割位置52-58，例如使用将操作频率、带宽或其它性能与天线12的一种尺寸或多种尺寸相关联的方程式确定一个或多个切割位置52-58；进行数值模拟以模拟一些天线构造在一些条件下的行为，以帮助设置一个或多个切割位置；以及独立地或作为RFID设备的部分，测试天线原型的性能。在步骤114中，天线12(图1)在切割位置52_58(图3)从传导材料片50(图2)物理地分离。可以通过任何种类的物理分离方法进行物理分离，所述物理分离方法包括切割方法如冲切、对接切割(buttcutting)或激光切割；打孔；撕裂；冲孔；或者另一合适的物理分离方法。从传导材料片50物理分离天线12可以是涉及传导材料片50的辊对辊方法的一部分。天线12的总体形状可以是矩形，或者可以具有任何类型的形状如椭圆形、圆形或蝴蝶结形结构。也可以使用具有装饰特征、信息特征或推销特征如商标的其它构造。在步骤118中，分离的天线12作为RFID设备10(图1)的部件被组装。将天线12与基底14、RFID芯片18(图1)以及RFID设备10的其它部件连接在一起可以与从传导材料片50(图2)物理分离天线12合并进行。可选地，或者附加地，将天线12连接至RFID设备10的其它部件可以以以一种或多种辊对辊的方法进行。辊对辊方法的优势是，能够有效地生产RFID设备或RFID设备的部件，如RFID内嵌件。在RFID设备部件的组装中，可以包括一种或多种辊对辊方法从传导材料片(卷)50物理分离天线12；将天线12附连至基底14(图1)的基底材料卷；将RFID芯片18(或者包括RFID芯片的插件)附连或连接至天线12；附连或者形成RFID设备10的其它层，如RFID标签的粘合剂层、印刷层或可印刷层、保护涂层、结构层等；使辐射活化或热活化的粘合剂固化，用于将RFID设备的部件连接在一起；和从一匹材料如基底材料卷物理地分离成品RFID设备或内嵌件。关于这些辊对辊方法的一些的进一步细节可见于美国专利号6，591，956，以其整体通过引用并入本文。上述方法允许灵活构造RFID设备10的天线12。通过使用单个原料片(或卷)的传导材料50，宽泛种类的不同类型的天线可以被快速和廉价地生产。这使得生产相对少量的RFID设备更加经济，因为特别是对小运营的仅有操作是确定天线的切割位置，以及设置一些类型的切割器或其它物理分离器以进行物理分离。不需要从零开始设计新的天线。使用预先形成的原料传导材料片50可以允许通过使用限定系列的规则切割传导材料片50来制造转换器和其它小的操作。这使得以前还未被经济地解决的概念得以快速标准化(prototyping)和评估。应当理解，关于上述天线和方法，可以使用广泛种类的变型。图中所示天线12是矩形的，但是，可以理解，可以有不同数目、形状和/或定位的切割位置以生产非矩形的天线作为替代。切割位置的数目和/或定位本身可以是构造天线12以获得期望特征的一个因素。类似地，应当理解，孔20可以具有不是所示实施方式中显示的T形的各种其它形状。一个考虑是，孔形状提供天线中的路径，该路径呈现有效电感和分接点以获得天线部分和芯片带或插件之间的阻抗转换。如所示实施方式，切割可以通过孔，因为，就能够容纳在小空间的天线数量而言，这样的构造使得整个结构非常有效率。如果不切割孔，现在由两个路径表示的跨过芯片的总电感将不得不足够高以与芯片电容协作，这使得结构更加庞大。同样，应当理解，天线12的一个或多个边界也可以是传导材料片50的边界。因此切割位置52-58完全环绕并限定天线12的外部边界不是必须的。可以进一步理解，天线12可以可选地是不同于偶极子天线的不同类型的天线。天线12可以可选地是环状天线、隙缝天线或另一类型的天线。图9显示隙缝-环混合(sloop)天线200，其具有在一端开口的隙缝202，其可以从传导材料片在各个位置210、210‘、210",210"‘,212,212',212",214,214',214"和/或214〃‘切割以制造各种尺寸的混合隙缝-环天线。可以在沿传导材料片或卷的周期性位置提供隙缝202以形成一种或多种构造的多个天线200。图10和11显示各种隙缝-环构造(通过切割、撕裂或其它物理分离传导材料以形成给定尺寸的天线而形成)的增益对频率图。其它混合的隙缝-环构造显示在美国专利号7，298,330中，以其整体通过引用并入本文。应当理解，其中显示的隙缝构造可以用作传导片的孔结构。尽管已经参照某个优选实施方式或多个优选实施方式显示并描述了本发明，但明显地，本领域其它技术人员在阅读并理解本说明书和附图后将想到等同变化和修改。特别是关于上述元件(零件、组件、设备、组成等)完成的各种功能，除非另外指明，即使在结构上不等同于在本文所述本发明的示例性实施方式或多个实施方式中所公开的结构，用于描述这样的元件的术语(包括提及"手段")意欲与完成所述元件的特定功能相应(即，功能上等同)。此外，虽然在以上参照几个所述实施方式的仅一个或多个已经描述了本发明的具体特征，但是这样的特征可以与其它实施方式的一个或多个其它特征相结合，因为对于任何给定或特定的应用，这可能是期望的和有利的。权利要求1.制造射频识别(RFID)设备的方法，所述方法包括提供其中有孔的整片传导片材；所述提供后，接收与所述RFID设备的天线的性能相关的一种或多种特征；和相对于所述孔的一个，选择分离位置，用于分离所述传导材料片以形成所述天线，其中所述选择基于与性能相关的所述一种或多种特征。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述分离位置物理地分离所述传导材料片以形成所述天线。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述物理地分离包括在所述分离位置切割所述传导材料片。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述物理地分离包括在所述分离位置撕裂所述传导材料片。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述传导材料片是卷材料；和其中所述物理地分离以辊对辊方法进行。6.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括，在所述物理地分离之后，将所述天线连接至所述RFID设备的其它部件。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述连接包括将RFID芯片连接至所述天线。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述连接以辊对辊方法进行。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述传导材料片中的所述孔在横向片方向的范围大于向下片方向上的孔范围。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述孔包括T形孔。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述孔沿所述传导材料片的方向大体上均勻地隔开。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种特征包括所述RFID设备的期望操作频率；和其中所述选择包括作为所述期望操作频率的函数选择所述分离位置。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种特征包括所述RFID设备的期望带宽；和其中所述选择包括作为所述期望带宽的函数选择所述分离位置。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种特征包括所述RFID设备预期遇到的环境条件；和其中所述选择包括作为所述环境条件的函数选择所述分离位置。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述环境条件包括所述RFID设备预期遇到的辐射环境。16.根据权利要求14所述的方法，其中所述环境条件包括所述RFID设备预期遇到的附近物体的组成。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述分离位置限定大体为矩形的天线。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择分离位置包括选择通过所述孔的分离位置。19.根据权利要求18所述的方法，其中其它分离位置不通过所述孔。全文摘要生产RFID设备(10)的天线的方法，包括从预先形成的传导材料片切割或者以其他方式物理地分离天线，在传导材料片中包括孔(20)。相对于孔的切割位置可以基于天线和/或要使用该天线的RFID设备期望的性能特征进行选择。切割位置可以包括一个或多个通过孔的切割，以及不通过孔的其它切割。切割位置可以作为例如期望天线带宽和天线操作频率的参数的函数进行选择。该方法允许从先前制备的传导材料片供应生产不同特性的天线。这有利于制造小生产运营天线和/或减少提供具有指定特征的天线的订货至交货时间的能力。文档编号G06K19/077GK102272780SQ200980154018公开日2011年12月7日申请日期2009年11月23日优先权日2008年11月25日发明者I·J·福斯特申请人:艾利丹尼森公司