通过阻抗变化的射频信号调制的制作方法

1.本发明涉及rfid标签，特别是无芯片rfid标签，以及rfid读取器。
2.本发明还涉及一种用于响应于读取器的入射rf信号将消息作为rf反向散射辐射从设备传输到读取器的方法。


背景技术：

3.对提供产品跟踪的装置的关注日益增加，特别是在诸如营养、航空和医疗领域的关键领域中。
4.射频识别(rfid)标签有效地提供对物品的跟踪。特别地，与需要操作人员进行询问的条形码不同，rfid标签的识别依赖于电磁场(特别是在射频rf中)，进而自动对标签所附着的物品进行跟踪。
5.采用射频识别标签的主要挑战是rfid的成本。主要成本与集成电路的设计和制造有关，特别是与提供编码识别电磁场的专用集成电路(asic)的设计和制造有关。因此，目前，越来越关注提供没有集成电路的rfid标签(也称为无芯片rfid标签)以降低整体制造成本。
6.设计无芯片rfid(即，在应答器中不需要微芯片的rfid标签)的主要挑战是如何有效地编码和传输数据。
7.依赖于时域反射法的无芯片rfid标签已经是已知的。响应于入射rf信号(impinging rf signal)，尤其是询问器脉冲形式的入射rf信号，这些无芯片rfid标签产生回波，其中脉冲产生(即到达)的时机对数据进行编码。
8.依赖于频率签名技术的无芯片rfid标签已经是已知的。这些rfid标签被配置为衰减直到吸收询问器脉冲的选定频率分量，其中某些频率分量的存在或不存在对数据进行编码。它们可以使用化学物质、磁性材料或谐振电路来衰减或吸收特定频率的辐射。
9.然而，依赖于时域反射法或频率签名技术的无芯片rfid标签适于提供唯一的少量数据，因为数据的每个比特的编码需要专用的回波或频率。此外，回波和特征频率的相乘不仅导致标签尺寸的增加，而且导致内部回波或频率干扰，从而降低数据鉴别。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于相对于已知传输方法，提供一种更有效的消息传输方法，其响应于读取器的入射rf信号，将消息作为rf反向散射辐射从(无芯片)设备传输到读取器。
11.本发明的目的是提供一种rfid标签，特别是无源或无芯片rfid标签，其去除了已知rfid标签的缺点，或者至少减轻了已知rfid标签的缺点。从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施例。
12.根据本发明，这些目的通过权利要求1的rfid标签、权利要求10的rfid读取器、权利要求11的套件(kit)和权利要求12的方法来实现。
13.所提出的解决方案提供了一种更有效的消息传输方法，其响应于读取器的入射rf
信号，将消息作为rf反向散射辐射从(无芯片)设备传输到读取器，因为每个反向散射信号适于提供由多于单个数字位数字地表示的符号。因此，相对于要传输的数据的数字位的数量，可以减少所需编码频率的数量。此外，编码频率数量的减少引起rfid标签尺寸的减少。
14.在一个实施例中，代码由天线部分的电阻抗或电连接到一个或多个天线的部分的电阻抗来定义。特别地，这些部分是rfid标签的偶极天线和/或谐振器传输线和/或弯折线加载天线和/或任何其他形状天线的部分。该实施例提供了数据的有效编码和传输。
15.在一个实施例中，这些部分被印刷在rfid标签的载体上。在特定实施例中，通过改变这些印刷部分的形状、尺寸和/或材料来定义代码。
16.在一个实施例中，编码反向散射信号的每个幅度相对于参考反向散射信号的幅度定义了代码的符号。
17.在一个实施例中，代码和/或符号对应于和/或由以下表示：一个或多个字母符号、一个或多个字母数字符号、一个或多个数字符号、一个或多个二进制数字、一个或多个印刷符号和/或一个或多个图形符号。
18.在一个实施例中，rfid标签是无源rfid标签，优选地，rfid标签是无芯片rfid标签。
19.在一个实施例中，代码是唯一的标识符，优选地被分配给rfid标签。
20.本发明还涉及一种用于响应于读取器生成的入射rf信号将代码作为rf反向散射辐射从设备传输到读取器的方法。
21.在该方法的特定实施例中，代码是唯一标识符或由设备收集的数字消息。
22.在该方法的一个实施例中，该设备是rfid标签，优选地是无源rfid标签或无芯片rfid标签。
23.这些特定实施例还不仅提供了数据的有效编码和传输，而且提供了具有成本效益的rfid标签制造。
附图说明
24.借助于示例公开并由附图示出的实施例的描述，将更好地理解本发明，其中：
25.图1示出了根据本发明的包括rfid标签和rfid读取器的通信系统的示例性示图。
26.图2a
‑
c示出了根据本发明的依赖于偶极天线的rfid标签的实施例的示图；
27.图3示出了由图1a
‑
c的rfid标签产生的反向散射信号的示例性示图；
28.图4a
‑
c示出了根据本发明的依赖于偶极天线的rfid标签的其它实施例的示图；
29.图5a
‑
b示出了根据本发明的依赖于谐振单元的rfid标签的实施例的示图；
30.图6示出了根据本发明的依赖于弯折线加载天线的rfid标签的实施例的示图。
具体实施方式
31.本发明涉及一种用于响应于由读取器生成的入射信号，将消息作为反向散射辐射从设备传输到读取器的有成本效益的系统和有效的方法。
32.特别地，本发明涉及一种射频识别(rfid)标签，特别是无源或无芯片rfid标签，其能够响应于射频(rf)入射信号，将消息作为rf反向散射辐射传输到rfid读取器。特别地，本发明涉及一种无芯片rfid标签。
33.rfid标签是可附着到物品的任何设备，并且被配置为响应于询问无线电波，使用射频电磁场来提供代码，优选地，该代码被分配给该设备或由该设备收集。该代码优选地是用于识别和跟踪目的唯一标识符。
34.无源rfid标签是指被配置为通过询问无线电波(由其提供的能量)唯一地生成反向散射辐射的rfid标签，即，没有用于存储和/或传输给定代码的能量源。
35.无芯片rfid标签是指没有用于存储和/或传输给定代码的集成电路(例如没有晶体管)的rfid标签。
36.射频是指在20khz至300ghz的频率范围内的电磁场的振荡速率(频率)。
37.图1示出了用于从设备1向读取器4传输代码3
k
的方法和系统的示例性示图。特别地，设备1被配置为响应于由读取器4生成的入射rf信号41(即，频率在射频范围内的询问信号)而提供射频(rf)反向散射辐射2(即，频率在射频范围内的反向散射辐射)。
38.如图1所示，设备1被配置为：
39.响应于预定参考频率23的入射信号，提供(参考)反向散射信号2
r
；以及
40.提供至少(编码)反向散射信号2
f
，2
g
，以响应于至少传输频率21，22的入射信号，其中，通过将每个编码反向散射信号2
f
的幅度20
a
、20
b
与参考反向散射信号(即，预定参考频率23的反向散射信号)的幅度20
r
进行比较来定义代码3
k
。
41.如图1所示，设备1可以被配置为响应于在预定义的独特(即，不同的)传输频率21、22组中的任何一个传输频率下的入射信号，提供具有询问传输频率的独特的反向散射信号2
f
、2
g
。因此，代码3
k
可以由每个编码反向散射信号相对于参考反向散射信号的幅度的相对幅度来定义。
42.代码可以包括(例如，表示为)一系列并列的符号31、32，优选地，符号选自预定义的符号列表，特别地包括字母符号、字母数字符号、数字符号、二进制数字、印刷符号和/或图形符号。
43.因此，每个编码反向散射信号的相对幅度(相对于参考反向散射信号的幅度20
r
)可以限定码3
k
的符号31、32(例如，单个符号直到符号组)。所提供的符号可以是：一个或多个字母符号、一个或多个字母数字符号、一个或多个数字符号、一个或多个二进制数字、一个或多个印刷符号和/或一个或多个图形符号。
44.所提供的符号在代码中的位置(符号的并置)可以与它们的传输频率(例如，从较低频率到最高频率)相关地(例如，由此)来定义。该关系可以根据提供反向散射信号的幅度的测量的给定(幅度)单位和/或相对于提供两个电磁波幅度之间的比率的给定(比率)单位(例如db)来确定。
45.代码3
k
和/或其符号可以通过提供幅度大于(基本上)等于或小于参考反向散射信号的幅度的编码反向散射信号(具有给定编码频率)来定义，该关系(大于/等于/小于)定义代码3
k
和/或符号。
46.代码3
k
和/或其符号可以通过提供编码反向散射信号(具有给定编码频率)来定义，该编码反向散射信号的幅度是参考反向散射信号的幅度的倍数，该倍数定义代码3
k
和/或符号。
47.因此，根据代码3
k
，参考反向散射信号20
r
的幅度20
r
最小或者等于编码反向散射信号的最小幅度。
48.代码3
k
和/或其符号可以通过提供编码反向散射信号(具有给定编码频率)来定义，该编码反向散射信号的幅度是参考反向散射信号的幅度的因数，该因数定义代码3
k
和/或符号。因此，根据代码3
k
，参考反向散射信号20
r
的幅度20
r
是最大的或者与编码反向散射信号的最大幅度相同。
49.代码3
k
和/或其符号可以通过提供编码反向散射信号(具有给定编码频率)来定义，该编码反向散射信号的幅度是参考反向散射信号的幅度的比率，该比率定义代码3
k
和/或符号。参考反向散射信号20
r
的幅度20
r
可以有利地定义为小于或大于设备1可以提供的幅度。
50.有利地，申请人发现，通过改变设备1的导电部分的电阻抗，可以相对于参考反向散射信号的幅度20
r
来进行改变(获得)每个所述编码反向散射信号(2
a
‑
e
)的幅度20
a
、20
b
、20
r
，该导电部分涉及编码反向散射信号的生成。特别地，这些部分可以是天线的部分或者是电连接到一个或多个天线的部分。
51.此外，申请人发现，通过印刷工艺制造这些导电部分可以提供有成本效益的设备。实际上，通过印刷这些导电部分以使它们具有期望的电阻抗，特别是通过设计这些部分的尺寸和/或选择适当的(导电)印刷材料，可以将代码(例如唯一标识符)分配给该设备。
52.这些部分可以印刷在(普通)载体上，特别是通过丝网印刷、半导体光刻、导电
‑
喷墨印刷、3d印刷导电材料或通过其组合。
53.该载体可以是印刷电路板，或者任何其它非导电材料，例如pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、ps(聚苯乙烯)、pc(聚碳酸酯)、abs(丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯)、pla(聚乳酸)、纸、纸板或许多其它材料。该载体可以是物品的现有包装的一部分或者物品本身的一部分。
54.读取器4因此被布置为发射询问rf信号41，以从设备1接收反向散射信号2，并且重构在反向散射信号中的代码3
k
。特别地，读取器4还被布置为：
55.测量参考反向散射信号2
r
在参考频率23下的参考幅度20r，
56.测量在传输频率21、22组中的每个传输频率下的编码反向散射信号2
f
‑
g
的编码幅度20
a
‑
b
，以及
57.基于相对于参考幅度20
r
的编码幅度20
a
‑
b
来确定设备1的代码3
k
。
58.入射信号(询问rf信号)41可以是(同时)询问该传输频率组中的所有传输频率的宽频率入射信号。
59.有利地，装置1可以是rfid标签1，特别是无源rfid，特别是无芯片rfid标签。该代码可以有利地是分配给rfid标签以用于识别和/或跟踪目的的唯一标识符，特别是用于识别和/或跟踪rfid标签所附着的物品。因此，读取器可以是rfid读取器4。
60.如图1所示，rfid标签1因此被配置为响应于入射rf信号41而传输代码3
k
作为rf反向散射辐射2。特别地，rfid标签1被配置为：
61.通过参考反向散射信号2r对具有(预定)参考频率23的入射信号作出反应，并且
62.利用编码反向散射信号2
g
、2
f
对具有传输频率组21、22中的任何一个的入射信号41做出反应，所述编码反向散射信号的幅度20
a
、20
b
相对于参考反向散射信号的幅度20
r
定义了代码3
k
。
63.参考频率23和传输频率组的传输频率在射频(rf)范围内。
64.传输频率组包括至少一个传输频率，优选地包括多个传输频率21、22，特别地，传
输频率的数量是2的幂。
65.图2a
‑
c和图4a
‑
c示出了依赖于偶极天线的rfid标签的实施例的示图，而图3示出了相关的反向散射信号。特别地，这些实施例依赖于印刷在rfid 1的(普通)载体10上的偶极天线。
66.在这些实施例中，具有参考频率23(参考图3)的参考反向散射信号2
r
由参考偶极天线24
r
提供。
67.每个偶极天线24
a
‑
24
e
、24
r
的尺寸(特别是它们的导电带29
a
‑
29
f
的长度290)和电阻抗(导电带29
a
‑
29
f
的电阻抗)确定了偶极天线反应的频率(即参考频率)以及强度(即幅度衰减)。
68.如图2a所示，参考偶极天线24
k
，特别是其导电带29
c
的长度，因此可以被设计尺寸以便对(预定)参考频率作出反应，同时可以选择其电导率以便提供给定的参考幅度衰减。导电带29
c
的宽度和电导率决定了参考偶极天线24
r
的电导率。
69.图2a的rfid被配置为提供给定(传输)频率22、23(参见图3)下的多个反向散射信号2
a
、2
d
，每个反向散射信号由(编码)偶极天线24
a
、24
b
生成，以便定义给定代码3
a
。
70.在该示例性实施例中，代码3
a
由并置的(相同)符号s1表示，(在该示例中)符号s1由具有与参考反向散射信号2
r
的幅度(基本上)相同的幅度的反向散射信号定义。术语“基本上相同的幅度”意味着相同的幅度或相似的幅度(例如，差小于由于部件制造误差，特别是天线制造误差、热误差、读取器不确定性或环境噪声引起的反向散射信号的变化)。
71.图2a的rfid标签因此可以(响应于入射信号)借助于第一和第二反向散射信号2
a
、2
d
来发射代码3
a
，所述第一和第二反向散射信号的幅度与由参考偶极天线24
r
提供的参考反向散射信号2
r
的参考幅度20
r
(基本上)相同(参见图3)。
72.在图2b和图3b的示例性实施例中，分配给rfid标签1的代码3
b
、3
c
至少包括由不同于(即，大于或小于)参考幅度20
r
(参考图3)的幅度20
a
、20
b
定义的符号s2、s3、s4。
73.通过改变相关编码偶极天线24
c
的电阻抗，特别是通过改变(相关的)偶极天线的导电带29
d
、29
e
、29
f
的尺寸，可以改变反向散射信号的幅度。
74.如图2b和2c所示，特别地，通过扩大偶极天线的导电带29
d
、29
e
的宽度293、294，导致偶极天线的电阻抗的减小，可以获得幅度的增加。
75.类似地，如图2c所示，特别地，通过减小偶极天线的导电带29e的宽度(甚至达到完全消除该带)，导致偶极天线的电阻抗增大，可以获得幅度的减小。
76.作为替代或补充，如图4a
‑
4c的示例性实施例所示，可以使用另一种材料来制造(例如印刷)偶极天线的导电带29
g
‑
29
j
以获得幅度的增大或减小，该材料具有另一种电阻率(也称为电阻)。
77.可印刷材料可以是导电金属、导电陶瓷和/或导电聚合物，例如加热到液态金属(例如铜或铝)、任何金属或碳掺杂油墨(例如银和氯化银油墨或环氧树脂)或熔融聚合物(例如碳掺杂聚乳酸
‑
pla)。
78.这些特定实施例不仅提供了有效的数据编码和传输，而且提供了具有成本效益的rfid标签制造，因为可以通过印刷具有特定形状和/或尺寸的偶极天线，其中一个或多个可印刷材料具有不同的电阻率，来将给定代码分配给rfid标签。
79.可替换地或互补地，如图5a和5b所示，反向散射信号可以由谐振单元组25
a
‑
25
d
和
25
r
提供。
80.rfid标签1因此可以包括谐振单元组，包括：
81.参考谐振单元25
r
，其具有电连接在两个天线之间的谐振器传输线29
j
，参考谐振单元25
r
提供参考反向散射信号2
r
；以及
82.一个或多个编码谐振单元25
a
‑
d
，每个编码谐振单元包括电连接在两个天线253
a
、253
c
之间的谐振器传输线251
a
、251
c
；每个编码谐振单元在该组传输频率22、23中的一个传输频率下提供一个编码反向散射信号。
83.特别地，每个谐振单元的至少一部分(优选地整个)谐振器传输线被有利地印刷在rfid标签的(相同)载体10上。
84.有利地，每个谐振单元的每个天线是单极天线。
85.代码3
g
‑
h
可以借助于一个或多个谐振器传输线分配给rfid标签1，响应于入射信号，该谐振器传输线的电感提供具有相对于(参考反向散射信号的)参考幅度的预定幅度的编码反向散射信号。如前所述，通过设计每个谐振器传输线的尺寸，特别是其长度和/或宽度(例如线29
l
和29
m
)，和/或通过选择具有特定电阻率的适当材料(例如线29
m
和29
n
)，可以(特别是在印刷过程中)获得期望的电感。
86.作为替代或补充，反向散射信号可以由弯折线加载天线组26
a
‑
b
、26
r
提供，如图6所示。
87.rfid标签1因此可以包括弯折线加载天线组26
a
‑
b
、26
r
，包括：
88.参考弯折线加载天线26
r
，提供参考反向散射信号2
r
，以及
89.一个或多个编码弯折线加载天线26
a
‑
b
，每个编码弯折线加载天线在传输频率组22、23中的一个传输频率下提供一个编码反向散射信号。
90.特别地，弯折线加载天线的至少一部分29
o
、29
p
、29
q
，即位于天线之间的部分，被有利地印刷在rfid标签的(相同)载体10上。优选地，整个弯折线加载天线被印刷在载体上。
91.因此，代码3
g
‑
h
可以通过一个或多个弯折线加载天线分配给rfid标签1，所述弯折线加载天线的电感响应于入射信号提供具有相对于(参考反向散射信号的)参考幅度的预定幅度的编码反向散射信号。
92.可以(特别是在印刷过程期间)通过以下方式获得期望的电感：
93.‑
选择所述弯折线加载天线的形状，特别是弯折线的数量；和/或通过
94.‑
设计(选择的)形状的尺寸，特别是弯折线(例如弯折线29
o
)的长度和/或宽度的尺寸，和/或
95.‑
使用具有特定电阻率的材料(例如弯折线29
p
)。
96.替代地或补充地，反向散射信号可以由具有其他几何形状的其他天线提供，诸如螺旋形天线，特别地具有完全或至少部分地可打印在载体上的几何形状。
97.因此，代码3可以通过一个或多个这种天线分配给rfid标签，所述天线的电感响应于入射信号提供具有相对于(参考反向散射信号的)参考幅度的预定幅度的编码反向散射信号。
98.因此，可以(特别是在印刷过程期间)通过以下方式获得期望的电感：
99.‑
选择天线的特定形状，特别是在不同类别的形状之间选择；和/或
100.‑
设计(选择的)形状的尺寸，特别是天线可印刷部分的长度和/或宽度，和/或通过
101.‑
使用具有特定电阻率的材料，特别地选自可打印材料类别。
102.附图中使用的数字标记
[0103]1a
‑
i
rfid标签
[0104]
10载体
[0105]
2rf反向散射辐射
[0106]2a
‑
g
反向散射信号
[0107]2r
参考反向散射信号
[0108]
20
a
‑
b
幅度
[0109]
20
r
参考幅度
[0110]
21第1射频
[0111]
22第2射频
[0112]
23参考射频
[0113]
24
a
‑
k
偶极天线
[0114]
24
r
参考偶极天线
[0115]
25
a
‑
d
谐振单元
[0116]
251
a
,251
c
谐振器传输线
[0117]
252
a
,252
c
天线
[0118]
253
a
,253
c
天线
[0119]
25
r
参考谐振单元
[0120]
26
a
‑
b
弯折线加载天线
[0121]
26
r
参考弯折线加载天线
[0122]
29
a
‑
q
印刷导电部分
[0123]
290长度
[0124]
291
‑
294宽度
[0125]3a
‑
k
代码
[0126]
31,32符号
[0127]
4rfid读取器
[0128]
41射频信号
[0129]
5套件
[0130]
s1‑
11
符号