专利名称：结合有天线的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及“智能包装”系统和方法，更具体而言，本发明涉及电子检测设备(诸 如射频识别(“RFID”)设备)和在包装和包裹追踪系统中使用这些设备的方法。
背景技术：
对物品的位置和状态进行监控在很多应用中是有利的。例如，在制造环境下，重要 的是获知物品在工厂中的行踪，并且识别并记录物品的进仓和出仓等。传统上已经使用条 形码来识别和追踪物品。具体地说，ID条形码最常用，用来在食品杂货店等处对物品进行识 别。近来，开发了 2D条形码，并且2D条形码提供了基本上比ID条形码更多的信息。因而， 在运输标签和其他物品中(其中，通常需要更多信息以识别与条形码有关的物品)使用了 2D条形码。然而，ID和2D条形码系统通常彼此不兼容。另一个缺点在于，条形码必须定位 在物品的外部，使得它可由扫描仪或其他设备读取，以便传输与条形码有关的信息。不能有 任何物品遮挡在扫描仪和条形码之间的视线。用于追踪物品和/或传输关于物品的信息的方法是通过贴在物品外表面上的具 有预编程编码信息的磁条。通过使磁条经过高分辨率的磁读取器以产生电场来读取信息。 尽管该技术不需要读取器和磁条之间形成清楚的视线以正确地读取信息，但是能读取磁条 的距离受到限制，并且该系统被限制成只读的。磁条还容易损坏，这对含有更多数据的较长 磁条而言是个问题。另一种追踪物品的方法是采用RFID。RFID已经在多种应用(从追踪衣服到追踪 货盘到追踪货车)中使用了一定的时间。RFID可基于感应原理工作。在无源RFID系统中， 读取器以预定频率产生磁场。当通常可分类为只读或读/写的RFID设备进入磁场时，在可 包括天线和电容器的设备的谐振电路中产生较小的电流。该电路对RFID设备提供功率，该 RFID设备然后对磁场进行调制从而以预定频率(诸如125kHz (低频)或13. 56MHz (高频)) 将预先编程在设备上的信息发送回读取器。然后读取器接收、解调以及解码信号传输，并且 然后将数据发送到与系统连接的主机上，以进一步处理。有源RFID可以以大致相同的方式运行，但是在有源系统中RFID包括其自身的电 池，允许设备在触动按键时发送数据和信息。例如，遥控车库门开启器可以使用有源RFID 设备，该有源RFID设备向接收器发送预定代码，以按照使用者的意愿升高和降低车库门。
发明内容
根据本发明的实施方式，提供一种结合有天线的结构。该结构可以包括一个或更 多个柔性片材带，所述带围绕一轴线缠绕并且固定在一起以形成管状结构；和天线，该天线 固定至一个或更多个带上，所述天线包括以如下图案布置在所述带上的导电材料所述图 案形成闭环，但是该环中有限定用于连接至电气装置的多个触点的断开处。所述天线可以 沿所述管状结构的轴向长度的相当长部分延伸，所述相当长部分具体可以在所述管状结构 的轴向长度的25%至100%范围内。另外或替代地，所述天线沿所述管状结构成螺旋形延伸并围绕所述管状结构大约一个整圈。形成所述天线的所述图案可以包括由导电材料制成的两个隔开的轨道和这两个 隔开的轨道之间的闭合连接，该闭合连接可以是例如当所述两个轨道彼此平行时在所述两 个轨道之间延伸的连接器，或者是所述两个隔开的轨道的交叉。此外，所述天线可以设置在 两个相邻的柔性片材带之间。在一些实施方式中，所述导电材料可以包括废料。根据本发明的各种其他实施方式，提供制造结构的方法。所述方法可以包括将导 电材料以如下图案固定至柔性片材带上即所述图案形成闭环，但是该环中有限定用于连 接至电气装置的多个触点的断开处。该方法还包括围绕一轴线缠绕所述柔性片材带以形成 管状结构，使得天线沿所述管状结构的轴向长度的相当长部分延伸，该相当长部分具体可 以在所述管状结构的轴向长度的25%至100%范围内。另外或替代地，所述柔性片材带可 以缠绕成使得所述天线沿所述管状结构成螺旋形延伸并围绕该管状结构大约一个整圈。所述方法还看包括将所述由导电材料制成的两个隔开的轨道固定至所述带上并 且在这两个轨道之间形成闭合连接，例如当所述两个轨道定向成彼此平行时，所述闭合连 接可以通过在所述两个隔开的轨道之间延伸连接器而形成。替代地，形成所述闭合连接的 步骤可以包括使所述两个隔开的轨道交叉。所述管状结构可以在所述连接器处被切割，以 便将所述管状结构分成每个均具有天线的两个管状结构。此外，所述天线可以设置在两个 相邻的柔性片材带之间。而且，一些实施方式还可以包括将集成电路设备连接至所述触点的步骤。该连接 步骤可以在缠绕步骤之前或之后进行。此外，所述缠绕步骤可以在所述固定步骤之前或之 后进行。另外，所述固定步骤可以在所述连接步骤之前或之后进行。因此，所述方法步骤可 以以各种顺序执行。
已经在总体上描述了实施方式，现在将参考不一定按比例绘出的附图，其中图1是根据一种实施方式的管状结构的侧视立体图，该管状结构具有固定至其上 的由导电材料制成的成螺旋形延伸的隔开的一对轨道，其中连接器和电气装置固定在该对 轨道之间；图2是根据另一种实施方式的管状结构的侧视立体图，该管状结构具有固定至其 上的由导电材料制成的成螺旋形延伸的隔开的一对轨道，其中宽的连接器固定在该对轨道 之间；图3是示出了根据一种实施方式的用于制造具有集成天线的多层管状结构的方 法的平面图；图4示出了根据一种实施方式柔性片材带，该柔性片材带具有固定至该柔性片材 带上的由导电材料制成的两个隔开的轨道；图5示出了柔性片材带，该柔性片材带具有固定至该柔性片材带上的由导电材料 制成的两个隔开的轨道和固定在这两个轨道之间的连接器；图6示出了柔性片材带，该柔性片材带具有固定至该柔性片材带上的由导电材料 制成的两个隔开的轨道和固定在这两个轨道之间的电气装置；图7示出了柔性片材带，该柔性片材带具有固定至该柔性片材带上的由导电材料制成的两个隔开的轨道和固定在这两个轨道之间的连接器和电气装置；图8示出了柔性片材带，该柔性片材带具有固定至该柔性片材带上的由导电材料 制成的两个轨道的柔性片材带，这两个轨道布置成使得这两个轨道交叉以在这两个轨道之 间形成连接。
具体实施例方式现在将参照附图在下文中更全面地描述管状结构和制造它们的方法，在这些附图 中示出了一些而不是所有的实施方式。实际上，本发明可以采取许多不同的形式并且不应 该被理解为限于本文描述的实施方式；相反地，提供这些实施方式使得本发明满足可适用 的法律要求。相同的附图标记始终表示相同的元件。转向附图，图1示出了结合有天线112的管状结构110。除管状结构的对本领域技 术人员来说显而易见的其他已知的用途之外，管状结构110可以用作一卷纸巾、卫生纸、包 装纸的芯，或用作卷制品(诸如纺织品、纸、塑料以及其他材料)的支架。天线112固定至 管状结构110，使得天线112沿该管状结构成螺旋形延伸。天线112包括缠绕一轴线的导电材料，在本实施方式中该轴线包括管状结构110 的纵向轴线114。形成天线112的导电材料以如下图案布置在管状结构110上即所述图 案形成闭环，但是环中有限定用于连接至电气装置116的多个触点的断开处。电气装置116 可以包括多种不同的电气设备。具体而言，可以从连接至天线受益的任何电气装置可以被 附接至触点。例如，可以附接各种类型的集成电路(诸如RFID芯片)。在本实施方式中，天线112包括由导电材料制成的两个隔开的轨道118、120。具 体而言，在本实施方式中，两个轨道118、120显示为彼此平行。也示出了在两个隔开的轨 道118、120之间延伸的连接器122。该连接器122有助于形成除限定用于连接至电气装置 116的多个触点的断开处以外的闭环的一部分。在本实施方式中的触点包括两个隔开的轨 道118、120。在附接有电气装置116的情况下，形成闭环，该闭环可以用作用于电气装置116 的环式天线112。本实施方式的管状结构110的特定的两个特征被认为是与具有天线的其他结构 (诸如具有一体的环形天线的RFID标签)相比提供有益的结果的特征。第一个这种特征在 于，天线112沿管状结构110成螺旋形延伸。由于天线的螺旋形结构，天线可以具有相对于 管状结构的纵向轴线114沿各种不同方向的接收和发送能力。具体而言，在图1所示的实 施方式中，天线112围绕管状结构成螺旋形延伸超过一整圈。因此，认为使在围绕管状结构 110的纵向轴线114的基本上所有方向上的信号的接收和发送变得容易。第二个这种特征 在于，天线112可以在管状结构110的轴向长度的相当长部分上延伸。具体而言，该相当长 部分可以包括管状结构110的轴向长度的25%至100%。通过还使得天线112沿管状结构 110的相当长部分延伸，特别是与通常包括在已知的RFID标签中的更小的天线和环形天线 相比时，可以进一步增大接收和发送范围。图2示出了管状结构210的另一种实施方式。两个特定特征不同于图1示出的实 施方式。首先，连接器222沿轴向足够宽以便于通过连接器切割管状结构210，从而将管状 结构210分成每个均具有一部分连接器的两个分开的管状结构。具体而言，切割线223显 示了可以进行切割的位置。其次，天线212沿管状构件210成螺旋形延伸，但是没有完成一个整圈。本实施方式在更多定向天线会是有益的应用中是优选的。图3示出了形成管状结构310的设备和方法的实施方式。在本实施方式中，可以 用钢或其他合适的高强度材料制造的成形心轴332用作模型，管状结构310围绕该模型成 型。因而，连续的柔性片材带324、326、328、330每一个均朝向成形心轴332以适当的卷绕 角前进(所述卷绕角基于成形心轴的直径和带的宽度而确定)，使得带围绕成形心轴以螺 旋方式缠绕，其中带的连续螺旋圈的相对边缘抵接(这是理想的)或在它们之间具有微小 间隙(例如小于约0. 031英寸)。通常希望避免使得带边缘重叠，因为重叠区域形成隆起。每条带324、326、328、330均可以具有由适当的粘合剂涂抹器327、329、331、333涂 于至少一个其表面的粘合剂(内侧带在其接触成形心轴332的表面没有粘合剂)，然后可以 通过相应的加热器335、337、339、341加热该粘合剂。因而，因为每条带324、326、328、330 缠绕在之前已经缠绕在成形心轴332上的带上，所以带由粘合剂粘合在一起，从而在成形 心轴上形成连续的多层管状结构346。该设备还可以包括一个或更多个螺旋形卷绕带338、 344，所述螺旋形卷绕带338、344接合多层管状结构346并且以与卷绕角对应的螺距、以螺 旋方式使多层管状结构346沿成形心轴332前进。例如，在所示的实施方式中，使内侧带 328、中间带324以及第二中间带330结合以形成连续管状结构346，该连续管状结构346可 以通过围绕一对相对的滑轮340延伸的第一卷绕带338沿着心轴332前进。第一卷绕带338 不仅使连续管状结构346旋转和前进，而且将压力施加于各条带324、328、330，以确保这些 带之间的可靠的结合。在第一卷绕带338的下游，连续的外侧带326可以向心轴332前进。 在添加外侧带326之后，连续管状结构346可以通过第二卷绕带344沿着心轴332前进。第 二卷绕带344也可以使连续管状结构346旋转和前进，并且将压力施加于带324、326、328、 330，以确保这些带之间的可靠的结合。在多条带324、326、328、330已经在心轴332上固定 在一起以形成连续管状结构346之后，该连续管状结构由切割站348刻痕或切割，以形成单 独的管状结构310。关于带的具体特征，柔性片材中间带324描绘成具有固定至其上的天线312，该天 线312由一对由导电材料制成的轨道318形成，并且该中间带324还可以固定有连接器322 和电气装置316。因而，在图3所示的实施方式中，由于柔性片材带围绕轴一层叠一层地缠 绕，所以天线设置在柔性片材中间带324和第二中间带330之间。在这种实施方式中，天线 可以通过夹在两条带324、330中间而被保护。回到切割步骤，优选以规定的间隔执行切割，使得电气装置316(如适用)接近所 得到的端部中的一个但是从该端部向内隔开，从而形成希望长度的天线312，而不会损害电 气装置。此外，如上所述，可以经过连接器322(诸如宽的连接器(见图2))切割，从而在两 个分开的管状结构310的端部上形成连接器。在管状结构310被切割后，该管状结构310 从心轴332上移除。虽然本文已经讨论了盘旋形或螺旋形卷绕，但是本发明的多层管状结构可以通过 回旋卷绕、线性拉伸或其他方式形成，以便产生管、芯、组合罐、回旋管、保护性包装等。此 外，在各种替代性实施方式中，本领域普通技术人员可以设想，电气装置、导电材料、和/或 连接器可以放置在不同的带上，只要它们最终完成电路，如图1和2的实施方式中所示。在各种实施方式中，带在围绕心轴缠绕之前，可以固定有导电材料、连接器和/或 电气装置。然而，在其他实施方式中，可以在带被缠绕以形成管状结构之后，这些元件中的一个或更多个固定至这些带中的最外侧或最内侧的一个带上。此外，管状结构的替代实施 方式由单个柔性片材带形成。另外，替代实施方式可以在形成管状结构的由柔性片材制成 的任何带的内表面或外表面上具有导电材料、连接器和/或电气装置。例如，导电材料制成 的轨道352可以放置在外侧带326的外侧，使得这些轨道形成管状结构的外表面的一部分。 这种实施方式可以便于在随后的时间点添加电气装置和/或连接器。进一步关于柔性片材制成的带中的每一个，可以具有各种实施方式。例如，如图4 所示，作为一个实施例的由柔性片材制成的带454可以在它被缠绕以形成管状结构之前固 定有导电材料。此外，导电材料可以布置成彼此平行的两条轨道418、420。导电材料在各种 实施方式中可以采取各种不同的形式。例如，导电材料可以包括导电墨水。替代地，导电材 料可以包括废料(诸如铝箔等的废边料部分)。在其他实施方式中，本领域技术人员清楚地 了解，可以使用其他类型的金属柔性材料，诸如金属丝或其他类似材料。图5示出了一种实施方式的柔性片材带554，该带554具有由导电材料制成的隔开 的平行轨道518、520，并且还具有在轨道518、520之间形成闭合电连接的连接器522。正如 使用连接器的所有实施方式的情况一样，连接器可以包括各种不同的装置。例如，连接器可 以包括导电墨水、导电热熔性粘合剂、导电粘合垫、导电带、钉、或任何类型的传统连接件。 此外，如先前针对图2描述的，连接器可以包括宽的连接区域。因此，在这种实施方式中，管 状结构可以经过连接器切割，以便在两个分开的管的端部上形成连接器。图6示出了一种实施方式的柔性片材带654，该带654具有由导电材料制成的隔开 的平行轨道618、620，并且还具有连接至这些轨道上的电气装置622。如可见的，由导电材 料制成的轨道618、620实际上可以沿柔性片材带654的两个方向延伸超出电气装置622。 因而，在该特定实施方式中，由导电材料制成的隔开的轨道618、620限定用于连接至电气 装置622的两个连续触点。在替代实施方式中，由导电材料制成的轨道可以终止于沿柔性 片材带上的某一点处。在这种实施方式中，轨道的端部可以用作用于附接至电气装置的触 点。各种其他实施方式对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。在这一点上唯一的要 求是存在用于连接至电气装置的多个触点，使得可以形成闭环电路(在电气装置和连接器 之间延伸)。因此，图7描绘了在柔性片材带754上具有完整的闭合电路的实施方式。闭合电 路包括以在本实施方式中呈一对轨道718、720的形状的图案布置在柔性片材带754上的导 电材料。在沿轨道718、720的一个位置处，本实施方式具有由在两个轨道之间延伸的连接 器722形成的连接。在沿轨道718、720的偏离第一位置的第二位置处，电气装置716连接 至两个轨道，以形成完整的闭合电路。上述实施方式整体上已被描述为具有在由导电材料制成的两个轨道之间的包括 单独的连接器的连接。然而，连接也可以采取在由导电材料制成的两个轨道之间的交叉的 形式。具体而言，如图8所示，由导电材料制成的两个轨道818、820可以相对于柔性片材带 854的纵向轴线形成角度，并且还形成包括两个轨道的交叉点856的闭合连接。在替代实施 方式中，由导电材料制成的第一轨道可以沿基本上与柔性片材带的纵向轴线平行的方向延 伸，而由导电材料制成的第二轨道与第一轨道形成角度，使得它们交叉。本领域普通技术人 员可以设想其他类似实施方式。例如，轨道中的一个或两个可以沿柔性片材带形成正弦曲 线图案，使得两个轨道交叉。
8
如上所述，在缠绕带之前或之后，导电材料、连接器以及电气装置可以固定至形成 管状结构的带。具体而言，在卷绕管状结构之前，可以将导电墨水预印在柔性片材带上，或 在即将进行缠绕步骤之前，将导电墨水以成行方式印在柔性片材带上。另外，在带已经被缠 绕以形成管状结构之后，导电材料可以固定至柔性片材带(特别是最外侧带或最内侧带)。 类似的方法可以用来附接连接器和电气装置。例如，在将天线固定至带之前或之后，并且在 将集成电路设备连接至触点之前或之后，可以发生柔性片材带的缠绕。此外，天线的固定可 以在将集成电路设备连接至触点之前或之后发生。因此，完成由导电材料、连接器以及电气 装置形成的电路的时机可以改变以提供多种制造方法。这些实施方式所属领域内的技术人员受益于上述说明和相关附图的教导，可以想 到各种变型和其他实施方式。因此，应当理解，这些变型和其他实施方式也包括在所附的权 利要求的范围内。尽管这里采用了具体的术语，但是它们仅以一般和描述性的意义使用，而 不是为了限制的目的。
权利要求
一种结合有天线的结构，所述结构包括一个或更多个柔性片材带，所述带围绕一轴线缠绕并且固定在一起，以形成管状结构；和天线，所述天线固定至所述带中的一个带上，所述天线包括以如下图案布置在所述一个带上的导电材料即所述图案形成闭环，但是该环中有限定用于连接至电气装置的多个触点的断开处，其中，所述天线沿所述管状结构的轴向长度的相当长部分延伸。
2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述图案包括由导电材料制成的两个隔开的轨 道和在所述两个隔开的轨道之间的闭合连接。
3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述闭合连接包括在所述两个隔开的轨道之间 延伸的连接器。
4.根据权利要求3所述的结构，其中，所述两个隔开的轨道彼此平行。
5.根据权利要求2所述的结构，其中，所述闭合连接包括所述两个隔开的轨道的交叉。
6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述天线沿所述管状结构成螺旋形延伸。
7.根据权利要求6所述的结构，其中，所述天线围绕所述管状结构成螺旋形延伸至少一个整圈。
8.根据权利要求1所述的结构，其中，所述带围绕所述轴线一层叠一层地缠绕，并且所 述天线设置在两个相邻的带之间。
9.根据权利要求1所述的结构，其中，所述相当长部分是所述轴向长度的25%至 100%。
10.根据权利要求1所述的结构，其中，所述导电材料包括废料。
11.一种制造结构的方法，所述方法包括将导电材料以如下图案固定至柔性片材带上即所述图案形成闭环，但是该环中有限 定用于连接至电气装置的多个触点的断开处；以及将所述柔性片材带围绕一轴线缠绕以形成管状结构，其中天线沿所述管状结构的轴向 长度的相当长部分延伸。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述固定步骤包括将由所述导电材料制成的 两个隔开的轨道固定至所述带，并且在所述两个隔开的轨道之间形成闭合连接。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述形成闭合连接的步骤包括在由所述导电 材料制成的所述两个隔开的轨道之间延伸连接器。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括在所述连接器处切割所述管状结 构，以形成第二管状结构。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述固定步骤包括使由所述导电材料制成的 所述两个隔开的轨道定向成使得所述两个隔开的轨道彼此平行。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述固定步骤包括使由所述导电材料制成的 所述两个隔开的轨道交叉，以形成所述闭合连接。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述固定步骤包括将所述天线构造成使得所 述天线沿所述轴向长度的25%至100%延伸。
18.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括将集成电路设备连接至所述触点。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述缠绕步骤之后进行所述连接步骤。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述缠绕步骤之前进行所述连接步骤。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述固定步骤之后进行所述缠绕步骤。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述固定步骤之前进行所述缠绕步骤。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述连接步骤之后进行所述固定步骤。
24.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述连接步骤之前进行所述固定步骤。
全文摘要
本发明提供结合有天线的结构。每个结构可包括围绕一轴线缠绕并且固定在一起的一个或更多个柔性片材带。该天线可包括以如下图案固定至所述一个或更多个带上的导电材料即所述图案形成闭环，但是该环中有限定用于连接至电气装置的多个触点的断开处，该电气装置可以是RFID芯片。该天线可以包括一对隔开的轨道，在该对轨道之间具有连接，该连接可以采取所述轨道的交叉的形式或连接器的形式。该天线可以沿该管状结构的轴向长度的相当长部分延伸，并且也可以围绕该管状结构成螺旋形延伸。本发明还提供制造所述结构的方法。
文档编号G06K19/077GK101882706SQ201010174848
公开日2010年11月10日 申请日期2010年5月7日 优先权日2009年5月8日
发明者劳伦斯·E·仁克, 大卫·E·罗德, 托尼·F·鲁马格, 斯科特·威廉·赫弗 申请人:索诺克发展有限公司