專利名稱：電池輔助反向散射rfid應(yīng)答器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地說涉及射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)，具體地說，本發(fā)明涉及電池輔助反向散射RFID應(yīng)答器，它們的部件以及用于制造RFID應(yīng)答器的方法。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)用于各種應(yīng)用，通過自動(dòng)收費(fèi)，應(yīng)用范圍從庫存控制，集裝箱追蹤，到自動(dòng)化超市收銀員應(yīng)用。在典型的RFID系統(tǒng)中，RF應(yīng)答器附著或者合并到要跟蹤的目標(biāo)上。在詢問器件或者讀取器和應(yīng)答器之間的RF傳輸用于識(shí)別或者控制目標(biāo)、讀出數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)或者另外與該應(yīng)答器通信。

發(fā)明內(nèi)容
RF應(yīng)答器一般按照它們使用的內(nèi)部電源來分類。無源應(yīng)答器沒有內(nèi)部電源，并使用由讀取器傳輸?shù)腞F輻射(在這里稱為詢問輻射)的能量，用于為應(yīng)答器電路提供動(dòng)力，以及用于將響應(yīng)輻射傳輸返回到該讀取器。(該響應(yīng)輻射典型地包括從應(yīng)答器傳輸?shù)阶x取器的信息，例如識(shí)別號(hào)碼)。有源應(yīng)答器包括這樣的內(nèi)部電源，即用于為該應(yīng)答器提供動(dòng)力和用于產(chǎn)生為傳輸該響應(yīng)輻射而需要的射頻能量。電池輔助應(yīng)答器(也稱為半有源或者半無源應(yīng)答器)包括內(nèi)部電源。該響應(yīng)輻射的能量源自于由該讀取器提供的該詢問輻射，而該應(yīng)答器電路由該內(nèi)部電源提供動(dòng)力。一些稱為“反向散射應(yīng)答器”電池輔助應(yīng)答器通過從該應(yīng)答器天線反向散射該詢問輻射來產(chǎn)生響應(yīng)輻射。反向散射應(yīng)答器典型地通過調(diào)制該反向散射的輻射把信息傳輸?shù)阶x取器。
如在背景技術(shù)描述的電池輔助反向散射應(yīng)答器，可使用接收的詢問輻射能量的一部分，用于為與它們內(nèi)部電池并聯(lián)的應(yīng)答器電路提供動(dòng)力。此結(jié)構(gòu)降低了可用于反向散射的能量數(shù)量，因此降低了應(yīng)答器的可達(dá)到的通信范圍。
本發(fā)明的實(shí)施例提供改進(jìn)的電池輔助反向散射RF應(yīng)答器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使可達(dá)到的通信范圍最大化，并延長內(nèi)部電源的壽命。在下文中示出了在各種挑戰(zhàn)測(cè)試環(huán)境下這種應(yīng)答器的典型性能測(cè)試。
在一些實(shí)施例中，在該應(yīng)答器中的集成電路(IC)利用反向散射調(diào)制，對(duì)要傳輸?shù)阶x取器的信息調(diào)制到反向散射輻射上。該IC通過改變天線饋電點(diǎn)處的阻抗來調(diào)制應(yīng)答器天線的雷達(dá)橫截面(RCS)。具體地說，當(dāng)極端的不匹配被引入該天線饋電點(diǎn)時(shí)，例如開路，可利用于反向散射的詢問輻射的能量被最大化，因此使應(yīng)答器的通信范圍最大化。
在一些實(shí)施例中，該天線和該IC共同地優(yōu)化，以便使在天線饋電點(diǎn)處的阻抗失配最大化，并且由此使可達(dá)到的通信范圍最大化。附加地或者可選擇地，定義為在不同的RCS值之間比值的調(diào)制深度(表示為ΔRCS)也被最大化。
在這里描述的RF應(yīng)答器可在各種協(xié)議下操作，例如而不是局限于各種應(yīng)答器-首先說(transponder-talks-first，TTF)協(xié)議和讀取器-首先說(reader-talks-first，RTF)協(xié)議。這種協(xié)議典型地定義用于應(yīng)答器的不同操作模式。在一些實(shí)施例中，在該IC中的能源節(jié)省(節(jié)省電池)模塊安排成響應(yīng)在協(xié)議中定義的操作模式來啟動(dòng)和停用應(yīng)答器的一部分，為了降低來自該內(nèi)部電源的能量消耗。在一些實(shí)施例中，該能源節(jié)省模塊響應(yīng)預(yù)定的超時(shí)條件控制應(yīng)答器的該操作模式，以進(jìn)一步降低能量消耗。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供用于制造RF應(yīng)答器的改進(jìn)方法。在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器的電源為薄和柔性的電池，該電池印刷在與該IC和天線的相同的襯底上，作為該應(yīng)答器生產(chǎn)過程的一部分。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括至少一個(gè)電池，連接該電池以為操作應(yīng)答器而提供動(dòng)力；至少一個(gè)天線，該天線的安排成對(duì)來自詢問器件的RF詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射；以及集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并只由通過電池提供的能量供電，響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制。
在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器包括襯底，該襯底具有布置在其上的至少一個(gè)IC、至少一個(gè)天線和至少一個(gè)電池。
在公開的實(shí)施例中，該至少一個(gè)電池包括至少印刷的陽極層、印刷的電解質(zhì)層和印刷的陰極層，這些層以共平面結(jié)構(gòu)和共表面結(jié)構(gòu)中至少之一布置。電解質(zhì)層布置在陽極層和陰極層之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，該襯底是柔性的。
在又一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)答器附著于物體上，同時(shí)在該IC中信息的至少一部分與該物體有關(guān)?？筛郊踊蛘呖蛇x擇的是，該應(yīng)答器適合于圍繞物體的角部固定，以便至少一個(gè)電池以第一平面取向，而該至少一個(gè)天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該天線從以下組中選擇，該組包括單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合中至少一個(gè)?？筛郊踊蛘呖蛇x擇的是，該至少一個(gè)天線安排成對(duì)在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射?？筛郊踊蛘呖蛇x擇的是，該至少一個(gè)天線布置成對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
在又一個(gè)實(shí)施例中，該至少一個(gè)天線包括饋電點(diǎn)，而該輻射特性包括至少一個(gè)天線的雷達(dá)橫截面(RCS)，同時(shí)該IC安排成在該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)改變負(fù)載阻抗，從而改變?cè)趦蓚€(gè)或更多不同RCS值之間的至少一個(gè)天線的RCS。在還一個(gè)實(shí)施例中，該IC包括可操作地與該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)連接的固態(tài)開關(guān)，該開關(guān)安排成響應(yīng)該代碼的二進(jìn)制表達(dá)對(duì)在第一阻抗和第二阻抗之間的負(fù)載阻抗進(jìn)行切換。
在一個(gè)實(shí)施例中，該IC安排成在該天線的饋電點(diǎn)引入低電阻負(fù)載條件，以便使該兩個(gè)或更多RCS值中至少一個(gè)最大化，從而使該應(yīng)答器的通信范圍最大化。可附加或者可選擇的是，該IC安排成使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中兩個(gè)之間的比值。還可附加或者可選擇的是，該至少一個(gè)天線和該IC安排成共同使調(diào)制深度和應(yīng)答器的通信范圍最大化。
在一個(gè)實(shí)施例中，由該至少一個(gè)天線接收的詢問輻射具有第一能量級(jí)，而該至少一個(gè)天線和該IC安排成對(duì)大于第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的詢問輻射進(jìn)行反向散射。在另一個(gè)實(shí)施例中，該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
在又一個(gè)實(shí)施例中，該IC安排成遵從限定兩個(gè)或更多操作模式的操作協(xié)議。可附加或者可選擇的是，該IC包括能源節(jié)省模塊，該能源節(jié)省模塊安排成響應(yīng)操作模式來啟動(dòng)和停用應(yīng)答器的一部分，以便降低來自該至少一個(gè)電池的能量消耗。在又一個(gè)實(shí)施例中，該協(xié)議包括應(yīng)答器-首先說(TTF)和讀取器-首先說(RTF)協(xié)議中至少一個(gè)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該協(xié)議包括RTF協(xié)議，而該IC安排成對(duì)由該詢問輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析，并響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器部件，以便降低來自該至少一個(gè)電池的能量消耗，并根據(jù)分析信號(hào)評(píng)定該詢問輻射與該應(yīng)答器的相關(guān)性，同時(shí)能夠使該應(yīng)答器根據(jù)該相關(guān)性對(duì)該詢問輻射作出反應(yīng)?？筛郊踊蛘呖蛇x擇的是，在檢測(cè)到該詢問輻射存在后，該IC安排成評(píng)估一個(gè)或多個(gè)超時(shí)條件，并響應(yīng)該超時(shí)條件使應(yīng)答器的預(yù)定部件停用。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該IC包括電池狀態(tài)指示器，該電池狀態(tài)指示器安排成指示來自該至少一個(gè)電池足夠電能的有效性，同時(shí)該IC安排成這樣，即響應(yīng)報(bào)告的通過該電池狀態(tài)指示器確定的足夠電池能量無效性，從該詢問輻射獲取電能。
在又一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)答器包括至少一個(gè)傳感器，而該IC安排成從該至少一個(gè)傳感器接收在應(yīng)答器附近現(xiàn)場(chǎng)條件的指示。
在還一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)答器包括能量轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)多余能量可利用時(shí)，該能量轉(zhuǎn)換電路安排成從該詢問輻射中獲取該多余能量，并利用獲取的多余能量對(duì)該IC提供動(dòng)力以及對(duì)該至少一個(gè)電池充電中至少進(jìn)行之一。
在一個(gè)實(shí)施例中，該IC安排成對(duì)由該詢問輻射承載的詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和作出反應(yīng)，該詢問數(shù)據(jù)包括與應(yīng)答器操作有關(guān)的命令和要寫入到該應(yīng)答器的輸入數(shù)據(jù)中至少之一。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括電池，連接該電池以為操作應(yīng)答器而提供動(dòng)力；天線，該天線安排成對(duì)來自詢問器件的RF詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射；集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并由通過電池提供的能量供電，響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制；以及襯底，電池、IC和天線布置在該襯底上，同時(shí)該襯底適合于圍繞物體的角部固定，以便電池以第一平面取向，而該天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括天線，該天線安排成從詢問器件接收在第一能量級(jí)的詢問輻射，并對(duì)在大于該第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的詢問輻射進(jìn)行反向散射；以及集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制。
在一個(gè)實(shí)施例中，該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，另外提供一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括
天線，該天線安排成從詢問器件接收承載信號(hào)的第一RF輻射，并響應(yīng)該第一RF輻射傳輸?shù)诙F輻射；電池，耦合該電池以為操作應(yīng)答器而提供動(dòng)力；以及集成電路(IC)，而該IC根據(jù)讀取器-首先說(RTF)協(xié)議操作，并安排成檢測(cè)該第一RF輻射的存在，以對(duì)由該第一射頻輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析，并響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器部件，以便降低來自該至少一個(gè)電池的能量消耗，并根據(jù)分析信號(hào)評(píng)定該第一射頻輻射與該應(yīng)答器的相關(guān)性，同時(shí)能夠使該應(yīng)答器根據(jù)該相關(guān)性對(duì)該第二射頻輻射進(jìn)行傳輸。
在一個(gè)實(shí)施例中，該IC安排成通過執(zhí)行以下步驟中至少之一來評(píng)定該第一RF輻射的相關(guān)性，即檢測(cè)在第一RF輻射中形式和確定在第一RF輻射中的編址信息。在另一個(gè)實(shí)施例中，該IC響應(yīng)該第一RF輻射的相關(guān)性安排成執(zhí)行以下步驟中至少之一，即拒絕不是通過RF讀取器產(chǎn)生的RF輻射和拒絕不是訪問該應(yīng)答器的RF輻射。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供用于傳輸來自射頻(RF)應(yīng)答器的信息的方法，包括提供用于操作該應(yīng)答器的電池；配置天線以對(duì)從詢問器件傳輸?shù)腞F詢問輻射進(jìn)行反向散射；響應(yīng)該信息來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的代碼進(jìn)行調(diào)制。用于改變輻射特性的能量不是來源于該詢問輻射。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供電池的步驟包括把印刷電池貼在襯底上，其中該襯底具有布置在其上的IC和天線中的至少一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該電池厚度不大于1毫米。
在又一個(gè)實(shí)施例中，該電池包括柔軟薄層敞開液體狀態(tài)電化學(xué)電池，該電池包括不溶解的負(fù)極第一層、不溶解正極第二層和含水電解質(zhì)第三層，第三層布置在該第一和第二層之間，并包括(a)始終保持該敞開式電池(open cell)潮濕的潮解物質(zhì)；(b)用于獲得需要離子電導(dǎo)率的電活化可溶物質(zhì)；以及(c)用于獲得把該第一和第二層粘附到第三層上的需要粘度的水溶性聚合物。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，另外提供用于制造射頻(RF)應(yīng)答器的方法，包括提供用于操作該應(yīng)答器的電池；配置天線以對(duì)從詢問器件傳輸?shù)腞F詢問輻射進(jìn)行反向散射；把電池和天線布置在襯底上，其中該襯底安排成允許該應(yīng)答器圍繞物體的角部貼敷，以便電池以第一平面取向，而該天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，更進(jìn)一步提供用于傳輸來自射頻(RF)應(yīng)答器的信息的方法，包括配置天線，該天線安排成從詢問器件接收在第一能量級(jí)的詢問輻射，并對(duì)在大于該第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的詢問輻射進(jìn)行反向散射；存儲(chǔ)包括該信息的代碼；以及響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的代碼進(jìn)行調(diào)制。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二能量級(jí)大于第一能量級(jí)的95％。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，另外提供用于制造射頻(RF)應(yīng)答器的方法，包括提供襯底；在該襯底上應(yīng)用適合于對(duì)射頻(RF)進(jìn)行反向散射的天線；把集成電路(IC)應(yīng)用到該襯底上，并耦合該IC以改變天線的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制，以及把電池印刷在襯底的表面上，以便提供用于為應(yīng)答器供能的電能。
在一個(gè)實(shí)施例中，印刷電池包括使用包括電池層材料的墨水，以共表面(co-facial)結(jié)構(gòu)和共平面(co-planar)結(jié)構(gòu)中至少之一來印刷一或多個(gè)電池層。在另一個(gè)實(shí)施例中，該層材料包括鋅、二氧化錳(MnO2)和氯化鋅(ZnCl2)中至少之一。
在又一個(gè)實(shí)施例中，印刷電池包括形成第一電池組件，包括在襯底表面上印刷第一電極層；在該第一電極層上施加電解質(zhì)；以及把隔離物層貼敷在該第一電極層的電解質(zhì)上；形成第二電池組件，包括把與該第一電極層相反極性的第二電極層印刷在第二襯底上；以及在第二電極層上施加電解質(zhì)；以及把該第一電池組件和第二電池組件結(jié)合一起，以便這些層被堆疊，并且該第二電極層的電解質(zhì)與該隔離物層共表面接觸。
在又一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用天線包括把該天線印刷在該襯底上。在另一個(gè)實(shí)施例中，該IC包括有機(jī)聚合物IC，同時(shí)應(yīng)用該IC包括利用印刷技術(shù)來貼敷該IC?？筛郊踊蛘呖蛇x擇的是，應(yīng)用該天線和該IC以及印刷該電池包括印刷完全可印刷的應(yīng)答器。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供用于降低來自在射頻(RF)應(yīng)答器中電池的能量消耗，而該應(yīng)答器根據(jù)讀取器-首先說(RTF)協(xié)議來操作，包括檢測(cè)在該應(yīng)答器中RF輻射的存在；對(duì)通過被檢測(cè)RF輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析；響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸啟動(dòng)該應(yīng)答器的部件，從而降低能量消耗；根據(jù)該分析信號(hào)來評(píng)估RF輻射與應(yīng)答器的相關(guān)性；以及根據(jù)該相關(guān)性，使應(yīng)答器對(duì)RF輻射作出反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供一種射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)詢問器件，該詢問器件安排成把RF詢問輻射傳輸?shù)絉F應(yīng)答器，并響應(yīng)該詢問輻射對(duì)來自該RF應(yīng)答器的反向散射-調(diào)制輻射進(jìn)行接收和解碼；至少一個(gè)射頻(RF)應(yīng)答器，包括至少一個(gè)電池，連接該電池以為操作應(yīng)答器而提供動(dòng)力；至少一個(gè)天線，該天線安排成對(duì)來自該至少一個(gè)詢問器件的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射；以及集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并只由通過電池提供的能量供電，響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制；以及至少一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置，用于處理這樣的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過該至少一個(gè)詢問器件對(duì)來自該反向散射調(diào)制輻射被解碼。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，另外提供用于傳輸來自射頻(RF)應(yīng)答器的信息的天線。該天線安排成接收來自詢問器件的在第一能量級(jí)的RF詢問輻射，以把在大于該第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的該詢問輻射反向散射，同時(shí)該天線具有可變的輻射特性，而該可變的輻射特性可由該應(yīng)答器控制，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制。在一個(gè)實(shí)施例中，該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供用于降低來自射頻(RF)應(yīng)答器中電池的能量消耗的能源節(jié)省電路，包括狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)安排成檢測(cè)在該應(yīng)答器的RF輻射的存在，以對(duì)由檢測(cè)的射頻輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析，并響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器部件，以便降低能量消耗，并根據(jù)分析信號(hào)評(píng)定該第一射頻輻射與該應(yīng)答器的相關(guān)性，同時(shí)根據(jù)該相關(guān)性能夠使該應(yīng)答器對(duì)該射頻輻射進(jìn)行傳輸；以及一個(gè)或者更多超時(shí)電路，該電路安排成評(píng)估超時(shí)條件，以便響應(yīng)該分析信號(hào)啟動(dòng)該應(yīng)答器的預(yù)定部件。
更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括至少一個(gè)電池，連接該電池以為操作應(yīng)答器而提供動(dòng)力；至少一個(gè)天線，t該天線安排成對(duì)來自詢問器件的RF詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射；以及集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并由通過電池提供的能量和來自該詢問輻射的多余能量中至少之一供電，響應(yīng)該代碼來改變天線的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制。
從以下結(jié)合附圖的發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述中，將更充分地理解本發(fā)明，其中


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的RFID系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方框圖，示意地示出了一個(gè)RFID系統(tǒng)；圖3A和3B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，示意地示出了RFID應(yīng)答器天線的幾何圖；圖3C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在物體邊緣折疊的RFID標(biāo)簽的示意圖；圖4A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示意地示出了RFID應(yīng)答器天線的輻射圖的示意圖；圖4B為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示意地示出了RFID應(yīng)答器天線覆蓋范圍的圖像；圖5A-5C為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，示意地示出了RFID應(yīng)答器天線反向散射值的圖像；圖6A和圖6B根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，示意地示出了用于在讀取器和RFID應(yīng)答器之間通信的方法的流程圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示意地示出了在讀取器-首先說模式下能源節(jié)省操作的狀態(tài)圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的RFID應(yīng)答器的示意分解圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示意地示出了用于制造RFID應(yīng)答器的方法的流程圖；圖10A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的印刷電池的示意分解圖；以及圖10B為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示意地示出了用于制造應(yīng)答器印刷電池的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
系統(tǒng)描述圖1為用插圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RFID系統(tǒng)20的示意圖。在這些實(shí)例中的系統(tǒng)20為倉庫存貨跟蹤系統(tǒng)，但決不限制于此，其中諸如包裝箱24在倉庫內(nèi)被存儲(chǔ)并跟蹤。通常為標(biāo)簽或者標(biāo)牌的RF應(yīng)答器28與每一個(gè)包裝箱24附著或者與之一體形成。在這里使用的術(shù)語“應(yīng)答器”包括但是不局限于各種應(yīng)答器形式，諸如標(biāo)簽、標(biāo)牌、不干膠、表帶、智能卡、圓盤或者硬幣、玻璃應(yīng)答器、塑料罩應(yīng)答器、手表表面應(yīng)答器以及其任何組合。該術(shù)語包括任何尺寸、厚度、形狀以及形式的應(yīng)答器器件。該術(shù)語包括集成和非集成器件，諸如但不限于集成到物體包裝箱內(nèi)的裝置或者集成到該物體或者產(chǎn)品本身。該術(shù)語包括應(yīng)答器，該應(yīng)答器由任何適當(dāng)技術(shù)制造，包括但不限于印刷技術(shù)。
在應(yīng)答器28的存儲(chǔ)器內(nèi)，可形成和存儲(chǔ)包括與包裝箱24和/或應(yīng)答器28有關(guān)信息的代碼。一般而言，該代碼包括從應(yīng)答器28傳輸?shù)阶x取器32的任何信息。例如，該信息可包括標(biāo)識(shí)包裝箱24的ID號(hào)碼?？筛郊踊蛘呖蛇x擇的是，該代碼可包括通過與該應(yīng)答器耦合的傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)，或者應(yīng)該被傳輸?shù)阶x取器32的任何其他數(shù)據(jù)。
諸如讀取器32的詢問裝置把詢問RF輻射發(fā)射到應(yīng)答器28，以查詢它的信息。一般地，該詢問輻射包括橫向電磁(TEM)波。該詢問輻射可包括被傳輸?shù)皆搼?yīng)答器的詢問數(shù)據(jù)，諸如讀取器的標(biāo)識(shí)或者被查詢的應(yīng)答器的標(biāo)識(shí)。使用在下面將詳細(xì)解釋的方法，通過將代碼調(diào)制到背散射響應(yīng)RF輻射上，該應(yīng)答器接受詢問輻射并響應(yīng)。該讀取器接收反向散射的輻射，并對(duì)通過應(yīng)答器發(fā)送的代碼進(jìn)行解調(diào)。在該代碼中的信息可傳輸?shù)教幚韱卧?6。在一些實(shí)施例中，可使用至少一個(gè)中繼器42，用于在讀取器32和處理單元36之間的通信，例如在讀取器和處理單元之間沒有視距線的安裝中。
在圖1的實(shí)例中，可以看見鏟車正在進(jìn)入倉庫中，運(yùn)載待存儲(chǔ)的新包裝箱24。在此實(shí)例中，配置為門讀取器的讀取器32，對(duì)附著于包裝箱24上的應(yīng)答器28進(jìn)行查詢，以便自動(dòng)更新庫存數(shù)據(jù)庫，具有新到的包裝箱，其中該庫存數(shù)據(jù)庫通過處理單元36來維持。
圖1所示的結(jié)構(gòu)為典型的RFID應(yīng)用，單純從概念清晰的目的來選擇。系統(tǒng)20可包括任何其他的RFID系統(tǒng)，其中RFID應(yīng)答器耦合到被跟蹤的物體上。例如，系統(tǒng)20可包括包裝物跟蹤系統(tǒng)、自動(dòng)通行費(fèi)支付系統(tǒng)、在圖書館中的書本跟蹤系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)行李跟蹤系統(tǒng)、在超級(jí)市場(chǎng)的現(xiàn)金自動(dòng)出納機(jī)、動(dòng)物追蹤、人的跟蹤，例如但不限于在醫(yī)院的嬰兒跟蹤或者武裝部隊(duì)跟蹤、供應(yīng)鏈管理、訪問控制、資產(chǎn)控制、總資產(chǎn)可見性、許可、產(chǎn)品交換、后勤管理、移動(dòng)和盜竊警報(bào)。本發(fā)明的系統(tǒng)20可在貴重物件、包裝箱、包裝物和集裝箱在倉庫和堆料場(chǎng)以及在運(yùn)輸中時(shí)用于監(jiān)控它們。
系統(tǒng)20一般地包括多個(gè)應(yīng)答器28，并可包括多個(gè)讀取器24和/或多個(gè)處理單元。讀取器32和應(yīng)答器28可利用任何適當(dāng)?shù)膮f(xié)議來通信。典型的協(xié)議在標(biāo)題為“Class-1 Generation-2 UHF RFIDConformance Requirements Specification v.1.0.2”，的EPCglobal規(guī)范中定義，可在www.epcglobalinc.org/standards_technology/specifications.html中獲得。另一個(gè)典型的協(xié)議是標(biāo)題為“Radio Frequency Identification forItem Management-Part 6Parameters for air InterfaceCommunications at 860MHz to 960MHz，”用于項(xiàng)目管理的射頻標(biāo)識(shí)-部分6用于在860MHz到960兆赫的空中接口通信的參數(shù)”的ISO18000-62004標(biāo)準(zhǔn)，由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)出版。在www.iso.org可得到ISO/IEC 18000-62004標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)答器28操作的模式和每一個(gè)模式的功能性可根據(jù)任何適當(dāng)?shù)膮f(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)或者互操作性界面來定義，諸如上面提到的EPCglobal和ISO規(guī)范。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)20可包括多個(gè)讀取器32。該多個(gè)讀取器可以是同步或者非同步的。該多個(gè)讀取器可連接到單個(gè)處理單元36或者多個(gè)處理單元上。來自一個(gè)以上讀取器的詢問輻射可產(chǎn)生互相干擾的問題。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)20的讀取器32可使用“先聽后說(Listen before talk)”協(xié)議，以避免互相干擾。可附加或者可選擇的是，讀取器32能夠使用同步或者非同步的頻率跳躍，用于使干擾最小化，這在本領(lǐng)域是已知的。
讀取器32和處理單元36可利用任何適當(dāng)?shù)挠芯€或者無線連接方式來進(jìn)行通信。盡管系統(tǒng)20可用于任何RFID應(yīng)用場(chǎng)合中，但如下所述的該方法與裝置特別適合于這樣的RFED應(yīng)用場(chǎng)合，其中該場(chǎng)合需要在應(yīng)答器28和讀取器32之間相對(duì)較遠(yuǎn)的范圍。此外，系統(tǒng)20可用于各種挑戰(zhàn)性的環(huán)境，例如其中在應(yīng)答器和讀取器之間的通信路徑由例如油、液體和金屬等物質(zhì)阻礙。
在這里描述的應(yīng)答器28為電池輔助的反向散射RFID應(yīng)答器。術(shù)語“反向散射應(yīng)答器”是指響應(yīng)輻射是由反向散射效應(yīng)產(chǎn)生的，其中詢問輻射的RF能量一部分從應(yīng)答器天線反射回到讀取器。此外，應(yīng)答器28不從內(nèi)部電池中提取電流，用來產(chǎn)生發(fā)射該反向散射輻射需要的RF能量，從而延長了電池和應(yīng)答器的壽命。
術(shù)語“電池輔助應(yīng)答器”(有時(shí)也稱為“半有源”或者“半無源”應(yīng)答器)是指運(yùn)行應(yīng)答器28而需要的電能源自于例如電池的內(nèi)部電源。相反，無源應(yīng)答器不利用內(nèi)部電源。用于為在無源應(yīng)答器中應(yīng)答器電路提供動(dòng)力的能量源自于詢問輻射，這有效地減少通信范圍。
稱為“有源應(yīng)答器”的其他應(yīng)答器使用內(nèi)部電池的電能，用于產(chǎn)生響應(yīng)輻射。盡管該結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展應(yīng)答器的通信范圍，但有源應(yīng)答器的功率消耗與電池輔助應(yīng)答器相比明顯較高。較高增加的功率消耗一般地指有源應(yīng)答器或者可具有明顯較短的壽命，或者具有明顯大的尺寸，以用于較大電池。較大的電池也增加了應(yīng)答器的成本。
背景技術(shù)：
已經(jīng)描述了半有源應(yīng)答器，其中由天線接收的詢問輻射的一些能量輸送到應(yīng)答器，被吸收或者相反對(duì)反向散射是不可利用的。由于這樣的結(jié)構(gòu)減少了用于反向散射可用的能量，因此減少了應(yīng)答器的通信范圍。然而，在這里描述的實(shí)施例中，應(yīng)答器的控制電路僅由內(nèi)部電池提供動(dòng)力。只要該電池能供應(yīng)需要的能量，詢問輻射的能量就不用來為應(yīng)答器提供能量。大體上由天線收到的所有的詢問輻射能量可因此用于反向散射。因此，在這里描述的結(jié)構(gòu)使應(yīng)答器和讀取器之間的反向散射通信范圍最大化。
應(yīng)答器28可以是附著于被跟蹤的物體的標(biāo)簽或者標(biāo)牌形式。可選擇的是，有一些情況中，該應(yīng)答器可作為被跟蹤的物體本身的一部分結(jié)合到其中。在其他情況中，該應(yīng)答器可包埋在智能卡內(nèi)部。進(jìn)一步可選擇的是，根據(jù)在系統(tǒng)20中功能的需要，該應(yīng)答器可以任何其他適當(dāng)結(jié)構(gòu)形成并包裝。在下面圖8中示出了示例機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)答器28形成為柔軟標(biāo)牌。應(yīng)答器28可以低成本制造，并因此可以用完即棄。
在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28安排成可在從大約-20℃到大約65℃的溫度范圍下操作，以及在從大約5％到大約95％的非冷凝濕度范圍下操作。在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28可抵抗液體及其他非腐蝕性材料。在一些實(shí)施例中，與在存在RF吸收和反射的材料存在中的無源應(yīng)答器相比，應(yīng)答器28有助于改善的通信。
存儲(chǔ)在應(yīng)答器28中的代碼可與任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)或者公約一致。例如，該代碼可依照一種由EPCglobal，Inc.開發(fā)的工業(yè)驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，Electronic Product Code(TM)。涉及此標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可在www.epcglobalinc.org找到。典型的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)公約是EAN.UCC標(biāo)準(zhǔn)。涉及此標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)可在www.ean-ucc.org上得到。在一些實(shí)施例中，除讀取代碼外，讀取器32可把輸入數(shù)據(jù)寫入到應(yīng)答器28中，作為詢問過程的一部分。在隨后的詢問中，寫入數(shù)據(jù)可隨后由相同或者不同的讀取器讀取。
在一些實(shí)施例中，詢問輻射和反向散射輻射在一般為大約300和大約3000MHz之間的超高頻(UHF)范圍被發(fā)射，然而也可使用例如微波的其他適當(dāng)?shù)妮^高或較低頻率范圍。在這里，決不把在這里公開的發(fā)明限制成在UHF段范圍內(nèi)操作。頻率的特殊選擇可取決于國家頻譜配置及其他規(guī)章和功能的限制。例如，典型的頻帶在歐洲為大約800-900MHz范圍，而在北美洲為大約900-950MHz范圍，在一些實(shí)施例中，相同的應(yīng)答器能夠安排成可根據(jù)地形在不同頻率帶操作。同樣地，本發(fā)明容易促進(jìn)穿過地球的無縫操作。
當(dāng)讀取器32向應(yīng)答器發(fā)射信息或其他命令時(shí)，可使用任何適當(dāng)?shù)恼{(diào)制類型來進(jìn)行傳送，例如幅移鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)、單邊帶(SSB)、雙邊帶(DSB)和移相鍵控(PSK)調(diào)節(jié)。
圖2為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RFID系統(tǒng)20的細(xì)節(jié)的方框圖。應(yīng)答器28包括襯底48，該襯底48用作安裝各種應(yīng)答器部件的基礎(chǔ)。天線52對(duì)由讀取器32發(fā)射的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射。在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器可包括用于改進(jìn)覆蓋范圍的兩個(gè)或更多天線。
一般地為專用IC(ASIC)的集成電路(IC)56執(zhí)行應(yīng)答器28的各種處理和邏輯功能。在一些實(shí)施例中，利用布置在襯底48上作為該應(yīng)答器生產(chǎn)過程一部分的分立元件來實(shí)現(xiàn)IC56的一些功能。
IC 56通過電池60來供能。一般地通過在IC 56中的檢測(cè)器/解調(diào)器62來檢測(cè)、放大、過濾和解調(diào)該詢問輻射的射頻能量。如果該詢問數(shù)據(jù)由讀取器32發(fā)射，則檢測(cè)器/解調(diào)器62檢測(cè)該詢問輻射是否存在，并對(duì)這種詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。檢測(cè)器/解調(diào)器62可使用在本領(lǐng)域已知的恒定誤警率(CFAR)技術(shù)或者任何其他適當(dāng)方法，用于在混雜信號(hào)、背景噪聲和/或干涉存在處來檢測(cè)該詢問輻射是否存在。在一些實(shí)施例中，該檢測(cè)器和解調(diào)器可一體形成在一個(gè)電路中。可選擇的是，該檢測(cè)器和解調(diào)器可使用分離的部件或可共用一些部件。
控制模塊64一般地接收有關(guān)來自檢測(cè)器/解調(diào)器62的該詢問輻射和有選擇的解調(diào)的詢問數(shù)據(jù)存在的指示。如前面所確定的控制模塊64找回先前已經(jīng)保存在存儲(chǔ)器66中的該應(yīng)答器代碼，并把該代碼發(fā)送到調(diào)制器68，而該調(diào)制器68因此對(duì)從天線52反向散射到讀取器32的RF輻射進(jìn)行調(diào)制。
電池60可包括一或多個(gè)適當(dāng)?shù)哪茉?。該電池可選擇地包括用于增加或者控制該供電電壓的電路。在一些實(shí)施例中，電池60包括至少一個(gè)薄和柔軟的電池，例如由Power Paper有限公司(Petah-Tikva，以色列)制造的電池。這種薄和柔軟的電池例如在第5,652,043、5,897,522和5,811,204號(hào)美國專利中描述，其中這些文件的公開內(nèi)容在這里參照地引入。在www.powerpaper.com還可找到其他細(xì)節(jié)。此類的薄電池一般地小于1毫米厚度。
在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器一般地小于1毫米厚并具有小于25毫米的曲折半徑。在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器小于0.6毫米厚。在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器具有小于50毫米的曲折半徑。
在一些實(shí)施例中，該薄和柔軟的電池包括第一不溶解的負(fù)極、第二不溶解的正極，和在該負(fù)極正極之間的含水電解質(zhì)。該電解質(zhì)層一般地包括(a)用于始終保持該敞開式電解槽(open cell)潮濕的易潮解物質(zhì)；(b)用于獲得需要離子電導(dǎo)率的電活化可溶物質(zhì)；以及(c)用于獲得把該電解質(zhì)粘附到電極上的需要粘度的水溶性聚合物。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)電極層和電解質(zhì)層一般地以相對(duì)朝向的結(jié)構(gòu)布置。可選擇的是，兩個(gè)電極層和電解質(zhì)層還可以共面結(jié)構(gòu)布置。產(chǎn)生的電池能夠有助于形成甚至更薄的應(yīng)答器。
在其他實(shí)施例中，電池60包括如第20030165744A1號(hào)美國專利申請(qǐng)公開文件中描述的薄和柔軟的電池，其中該文件公開內(nèi)容在這里參照地引入。
在一些實(shí)施例中，如在下文中詳細(xì)描述的那樣，當(dāng)電池60為如上所述薄和柔軟的電池時(shí)，作為應(yīng)答器生產(chǎn)過程的一部分，該電池的不同層沉積在襯底48上。在選擇性的實(shí)施例中，先前組裝的薄和柔軟的電池應(yīng)用于或附著于襯底48上。
在一些實(shí)施例中，電池60可以非活性狀態(tài)保持，以增加該電池壽命。這種情況對(duì)于制造但是還未使用的應(yīng)答器28是需要的?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)非活性狀態(tài)的方法，例如但不限于在電池上方薄片的使用。
在一些實(shí)施例中，控制模塊64包括與外圍邏輯和存儲(chǔ)器連接的運(yùn)行適當(dāng)軟件的微控制器芯?？蛇x擇或可附加的是，控制模塊64可包括在作為IC56一部分的硬件中實(shí)現(xiàn)的邏輯功能和管理功能。存儲(chǔ)器66可包括任何適當(dāng)?shù)姆且资曰螂姵刂С?battery-backed)的存儲(chǔ)器，例如電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(E2PROM)。由于具有較低的工作電壓和電流以及低成本，電池支持的存儲(chǔ)器有時(shí)是有利的。
在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器66包括讀取存儲(chǔ)器部分67，在其中模塊64存儲(chǔ)代碼并在其傳送到讀取器期間讀取它；以及寫入存儲(chǔ)器部分69，在用于對(duì)從讀取器發(fā)送到該應(yīng)答器的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的時(shí)候使用。在一些實(shí)施例中，該讀寫存儲(chǔ)器部分能夠視情況而獨(dú)立地被啟動(dòng)和停用，以降低從電池60得到的能量。
在一些實(shí)施例中，該代碼被永久地寫入存儲(chǔ)器66，作為IC制造過程或作為應(yīng)答器生產(chǎn)過程的一部分。在其他實(shí)施例中，在操作期間，該代碼能夠通過讀取器32寫入和修改，在一些實(shí)施例中，把該代碼寫入到存儲(chǔ)器內(nèi)需要密碼的利用或適當(dāng)?shù)陌踩a。該調(diào)制器把找回的代碼調(diào)制到反向散射輻射上，而該反向散射輻射從天線52反向散射到讀取器32。在下文中詳細(xì)描述該調(diào)制方法。
在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28包括鑒別和/或加密裝置，用于查證應(yīng)答器和/或被跟蹤的物體與讀取器的同一性。
IC56還可包括能源節(jié)省模塊70。根據(jù)應(yīng)答器的操作模式，模塊70對(duì)應(yīng)答器28的不同硬件功能和部件進(jìn)行啟動(dòng)和中止，以便使從電池60得到的電流最小化并延長它的壽命。模塊70能夠使用電池狀態(tài)指示器72，用于估計(jì)電池60的狀態(tài)。模塊70一般地利用硬件、軟件或者兩者組合以狀態(tài)-機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在以下圖6A、6B和7中詳細(xì)示出了模塊70的操作。
在一些實(shí)施例中，IC 56包括實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)器(RTC)74。在一些實(shí)施例中，該應(yīng)答器讀取RTC，并把時(shí)間標(biāo)記加到發(fā)送到讀取器的代碼上。在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28利用一或多個(gè)外部傳感器78來探測(cè)一個(gè)或者多個(gè)本地條件。例如，傳感器78可探測(cè)在應(yīng)答器28附近的溫度或其他環(huán)境條件。傳感器78還可包括運(yùn)動(dòng)傳感器、篡改傳感器(tampersensors)、沖擊/振動(dòng)傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、化學(xué)傳感器、氣體或煙霧傳感器、重量傳感器、藥物(毒品)傳感器、爆炸物傳感器或任何其他適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌?br> 這些傳感器78中的一些可具有數(shù)字或離散輸出，而其他傳感器可具有模擬輸出。在一些實(shí)施例中，IC56包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)76，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器76對(duì)模擬傳感器的輸出信號(hào)采樣并把采樣的數(shù)值提供給控制模塊64。在一些情況中，例如溫度傳感器的至少一個(gè)傳感器能夠在IC內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器能夠在IC56外部實(shí)現(xiàn)。
在一些實(shí)施例中，傳感器78和RTC74的信息結(jié)合以提供與時(shí)間有關(guān)的警報(bào)條件。例如，如果局部溫度超過預(yù)定時(shí)間間隔的預(yù)定閾值，則IC56可向讀取器發(fā)送警報(bào)。該報(bào)告的警報(bào)還可以包含指示事件時(shí)間的時(shí)間印記。在一些實(shí)施例中，當(dāng)被跟蹤的物體在讀取器通信范圍之外時(shí)，可在存儲(chǔ)器66中記錄隨著時(shí)間變化的傳感器測(cè)量值的分布。例如時(shí)間-溫度分布的傳感器分布在例如新鮮食品包裝、醫(yī)藥用品、藥物和任何其他溫度敏感商品的應(yīng)用中是重要的，在一些實(shí)施例中，控制模塊64還可以根據(jù)來自讀取器的指令來啟動(dòng)、停用或者控制被跟蹤的物體的部件。
應(yīng)答器28可選擇地包括顯示器，例如而不限于在圖中沒有示出的發(fā)光二極管(LED)或液晶顯示器(LCD)。顯示器可包括例如而不限于變色元件的指示元件。在一個(gè)非限制實(shí)例中，在產(chǎn)品過時(shí)或如果例如溫度的環(huán)境條件已經(jīng)超過定義極限的情況下，則該指示器可容易促進(jìn)變色。
在一些實(shí)施例中，該IC包括上電復(fù)位(POR)和看門狗定時(shí)器(WD)模塊80。當(dāng)施加電能時(shí)，該P(yáng)OR一般地對(duì)控制模塊64重置。當(dāng)使用這樣的微控制器時(shí)，在控制模塊64中的該看門狗定時(shí)器一般地重置某些軟件失效方案中的微控制器。
在一些實(shí)施例中，IC 56的功能還可以通過兩個(gè)或更多專用或通用目的的部件來執(zhí)行。
圖3A-3C為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的天線52不同示例性實(shí)施方式的示意圖。一般地，選擇的天線種類以及其結(jié)構(gòu)和尺寸取決于工作頻率和應(yīng)答器預(yù)期的尺寸與形狀。適合于應(yīng)答器28特別的結(jié)構(gòu)，天線52可包括單極、雙極、曲面片、陣列或任何其他適當(dāng)?shù)奶炀€類型。在一些實(shí)施例中，該天線的一部分可曲折或者不然被引導(dǎo)以適合襯底48上的分配空間內(nèi)。
圖3A示出了示例性的雙極天線90，該雙極天線90包括兩個(gè)具有曲折端部的元件，該端部在饋電點(diǎn)92饋電。此實(shí)施例被最佳化以在900MHz的頻率提供最大的反向散射和最大的調(diào)制深度，在此實(shí)施例中，每一個(gè)元件為102毫米長，其中42毫米以90度的角度曲折。在選擇性的典型實(shí)施例中，也被最佳化以在900MHz來操作，每一個(gè)元件的總長度仍然是102毫米，而該曲折部分較長，例如為67毫米。在選擇性實(shí)施例中，不同總長度和曲折端部的不同長度可用于適合預(yù)期的應(yīng)答器尺寸。如果在襯底48具有足夠長度，則還可以使用沒有曲折端部的直雙極。
圖3B示出了包括有源元件94和接地層96的示例性單極天線。饋電點(diǎn)92位于元件94和接地層96之間的有源元件底部。元件94的總長度也為102毫米，以在900MHz的操作頻率下使反向散射和調(diào)制深度最大化。如同雙極天線90一樣，可見該單極天線的有源元件94的端部曲折，以適合應(yīng)答器28分配的幾何形狀內(nèi)。如果具有足夠長度，則還可以使用不同曲折量以及特別是沒有曲折的直單極。
天線52可利用任何合適的方法沉積在襯底48上，例如厚膜沉積方法、印刷電路板(PCB)生產(chǎn)方法、刻蝕工藝等，通過印刷導(dǎo)電墨水、利用金屬箔、利用蒸發(fā)方法或利用在本領(lǐng)域公知的任何其他適當(dāng)方法。
圖3C示出了應(yīng)答器28的替換結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)答器28的部件位于包裝箱24的兩個(gè)不同表面上。在一些實(shí)際情況中，所希望的是把天線52設(shè)置在該包裝箱(或其他物體)的狹窄表面97上，其中該表面太窄而不能適合整個(gè)應(yīng)答器。例如，盡管寬度足夠適合該應(yīng)答器的表面98也有時(shí)由與天線52輻射圖發(fā)生干涉的金屬材料制成。兩個(gè)這種典型情況為光盤(CD)包裝盒和一些藥物包裝盒。在另一種情況中，被跟蹤的物體可不包括任何足夠適合整個(gè)應(yīng)答器的表面。
在這些情況中，應(yīng)答器28能夠安裝成圍繞包裝箱24的角部。如圖所示，該應(yīng)答器因此附著于該包裝件的兩個(gè)不同表面上。如在下面示出的那樣，襯底48和包括天線52和電池60的應(yīng)答器28其他層一般足夠柔軟，從而以示出或者以任何其他適當(dāng)?shù)姆绞桨鼑摻遣浚@可有助于形成改進(jìn)的輻射圖。在圖3C的實(shí)例中，在這種情況下為直雙極天線的天線52與IC56一起位于狹窄表面97上。電池60位于表面98上，并互連到該IC上。在其他實(shí)施例中，該IC可與天線分開，并位于與電池相同的表面上。
在一些實(shí)施例中，被跟蹤的物體的一部分可由適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，而該材料可作為天線52或者其一部分。在一個(gè)非限制實(shí)例中，應(yīng)答器28附著在其中的金屬箱的一部分可用作發(fā)射元件或者作為天線的接地層。
當(dāng)安排應(yīng)答器28的天線52時(shí)，一般所希望的是該天線輻射圖可盡可能接近球狀。在指定通信范圍內(nèi)，球輻射圖使讀取器與該應(yīng)答器從任何方向通信。在一些實(shí)施例中，天線52方向不靈敏，因此它能夠相對(duì)于該讀取器天線方向在任何位置操作。在天線輻射圖中零一般地引起“輻射盲角”，其中在讀取器和應(yīng)答器之間的通信范圍顯著地降低。在一些實(shí)施例中，如在下面描述的那樣，天線52被最佳化，以在反向散射調(diào)制期間提供最大RCS和最大調(diào)制深度(ΔRCS)。
圖4A為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的天線52三維輻射圖100的示意圖。在上面圖3B中示出了單極天線輻射圖。對(duì)于在三維空間的每個(gè)傾斜方向，該圖示出了在讀取器32和應(yīng)答器28之間的可實(shí)現(xiàn)的讀取范圍。在許多實(shí)際器件中，純粹的球輻射圖難以實(shí)現(xiàn)，并經(jīng)常導(dǎo)致增益的顯著損失。在一些實(shí)施例中，例如圖100的環(huán)形圖通常被認(rèn)為是較好的近似值。
圖4B為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單極天線覆蓋的圖。圖102示出了每一個(gè)通信范圍的由圖4A輻射圖覆蓋的三維角度的百分比。例如，在6.7米的通信范圍，95％三維角度覆蓋，換句話說，當(dāng)讀取器32和應(yīng)答器28之間的距離為6.7米時(shí)，在可能讀取器方向的95％可進(jìn)行通信。在19.3米的距離，大約30％方向覆蓋。
反向散射調(diào)制應(yīng)答器28使用把代碼調(diào)制成傳輸?shù)阶x取器上反向散射輻射的反向散射調(diào)制。在輻射到天線52總RF能量(詢問輻射的)和從天線52反向散射的總RF能量之間的比值稱為天線52的雷達(dá)橫截面(RCS)。
應(yīng)答器28的調(diào)制器68可從控制模塊64接收到串行二進(jìn)制數(shù)列，該串行二進(jìn)制數(shù)列表示期望傳輸?shù)阶x取器的信息。調(diào)制器響應(yīng)此二進(jìn)制序列對(duì)天線52的RCS進(jìn)行調(diào)制。結(jié)果，該反向散射輻射的振幅因此被調(diào)制。當(dāng)調(diào)制器調(diào)制該天線RCS時(shí)，可使用任何適當(dāng)?shù)谋忍芈省＠?，上面提到的EPCglobal限定了在40-640千比特/秒的比特率，用于把應(yīng)答器到讀取器。其他應(yīng)用場(chǎng)合使用在大約1-3千比特/秒范圍內(nèi)較低的比特率?？蛇x擇地，可使用任何其他適當(dāng)?shù)谋忍芈省?br> 如在下面詳細(xì)說明的那樣，當(dāng)詢問輻射沒有通過應(yīng)答器探測(cè)到，則控制模塊64和調(diào)制器68一般地不啟動(dòng)，具體地說，只在詢問輻射存在時(shí)進(jìn)行反向散射調(diào)制。讀取器32接收反向散射調(diào)制輻射，解調(diào)并提取代碼，以及把該信息發(fā)送到處理單元36。
一般地，調(diào)制器68切換在稱為“RCS高”和“RCS低”的兩個(gè)值之間的RCS，其中這兩個(gè)值與表示代碼的二進(jìn)制序列的1和0對(duì)應(yīng)。一般地，調(diào)制器68使用二進(jìn)制幅移鍵控(ASK)來調(diào)制天線RCS的值。在可選擇實(shí)施例中，該調(diào)制器能夠利用兩個(gè)以上的值來調(diào)制天線RCS。例如使用四進(jìn)制ASK調(diào)制。
當(dāng)應(yīng)答器28執(zhí)行反向散射調(diào)制時(shí)，僅詢問輻射的能量用于產(chǎn)生反向散射輻射。具體地說，應(yīng)答器28只使用電池60的電能，用于調(diào)制天線RCS，而不是用于產(chǎn)生反向散射需要的能量，從而延長了電池和應(yīng)答器的壽命。
一般地，調(diào)制器68通過改變饋電點(diǎn)92的阻抗來改變天線52的RCS。設(shè)定第一阻抗值，從而從天線反向散射的能量最小化，因此提供“RCS低”狀態(tài)。設(shè)定第二阻抗值，從而對(duì)由天線反向散射的能量最大化，因此形成“RCS高”狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，該調(diào)制器通過在天線終端形成開路而提供“RCS高”狀態(tài)。開路條件使由天線接收的詢問輻射的基本上所有能量被反向散射。因此，在應(yīng)答器和讀取器之間的通信范圍最大化。
控制在天線52饋電點(diǎn)的阻抗能夠使調(diào)制器控制天線的絕對(duì)RCS值，以及在“RCS高”和“RCS低”值之間的比值。此比值表示為ΔRCS，有時(shí)也稱為調(diào)制深度。
在一些實(shí)施例中，天線和調(diào)制器聯(lián)合安排，以便同時(shí)符合兩個(gè)條件。在“RCS高”狀態(tài)使反向散射功率量(也稱為“反向散射增益”或者“反向散射值”)最大化，使應(yīng)答器通信范圍最大化。同時(shí)，調(diào)制深度(ΔRCS)最大化能夠使讀取器在傳輸?shù)?和0之間區(qū)分，以便可靠地解調(diào)來自反向散射輻射的代碼。一般地說，僅在應(yīng)答器28的幾何約束和有效尺寸內(nèi)，該天線能最佳化，用于使RCS和ΔRCS最大化。
在背景技術(shù)描述的在一些無源和電池輔助應(yīng)答器中，其中這些應(yīng)答器使用詢問輻射能量用于操作該應(yīng)答器，與天線連接的電路也包括對(duì)來自詢問輻射的能量進(jìn)行調(diào)整或者不然進(jìn)行提取的裝置。換句話說，該天線通過應(yīng)答器動(dòng)力源或者能量轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行加載。這種能量轉(zhuǎn)換電路一般地越過天線引入附加的并聯(lián)電阻和電容，這顯著地降低天線的反向散射性能。另一方面，應(yīng)答器28不從天線52中提取為IC供能的能量。因此，天線52和它的匹配電路可最佳化，用于在沒有附加約束情況下使反向散射效率和調(diào)制深度最大化。
在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28的反向散射效率一般地高于75％，而在多數(shù)情況下比95％高。反向散射效率定義為在從天線反向散射的總能量和由天線收到的詢問輻射總能量之間的比值。換句話說，95％的反向散射效率是指5％由天線接收到的詢問輻射能量對(duì)于反向散射是無效的，而95％接收能量被反向散射。
在一些實(shí)施例中，該調(diào)制器包括固態(tài)開關(guān)，其中該開關(guān)可操作地在饋電點(diǎn)92或者在其附近與天線終端耦合。該開關(guān)改變?cè)谔炀€52饋電點(diǎn)加載該天線的阻抗值，因此正如上面說明的那樣調(diào)制天線的RCS。
開關(guān)82可包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、砷化鎵開關(guān)、PIN二極管開關(guān)或者利用任何其他適當(dāng)?shù)拈_關(guān)技術(shù)制造的開關(guān)。該開關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)間一般地在50ns以下。在一些情況中，可通過使IC的輸入阻抗具有低的有效負(fù)荷(即低電阻)而形成高RCS。一般地低RCS可通過加載天線具有與該天線的阻抗匹配的有效(電阻)負(fù)荷來獲得。然而，應(yīng)該注意的是，該天線的實(shí)際尺寸對(duì)能達(dá)到的RCS值具有主要影響。用于開關(guān)82的典型阻抗值如下

假定為半波長天線，這種阻抗值分別形成大約-1dB和大約-20dB的“RCS高”和“RCS低”值。可選擇的是，可使用任何其他適當(dāng)?shù)淖杩怪怠?br> 考慮天線52的輻射圖，該“RCS高”和“RCS低”反向散射調(diào)制狀態(tài)使天線52在任何傾斜方向具有兩個(gè)不同的反向散射值。在應(yīng)答器28和讀取器32之間的通信范圍一般地隨著讀取器相對(duì)于該應(yīng)答器天線的方位角和仰角而變化。
圖5A-5C為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RFID應(yīng)答器天線的“RCS高”和“RCS低”反向散射值的圖像，其中該反向散射值是頻率的函數(shù)。圖5A示出了在上面圖3A所示曲折雙極天線90(具有42毫米曲折端部)的反向散射值。圖106示出了作為頻率函數(shù)繪制的在“RCS高”狀態(tài)下雙極90的反向散射值。與理想各向同性輻射器相比，反向散射值用dBi或者dB表示。圖108示出了當(dāng)通過調(diào)制器切換到“RCS低”狀態(tài)時(shí)相同雙極天線的反向散射值，在研究圖106時(shí)，可以看到，該天線和它的相配電路安排成在“RCS高”狀態(tài)下反向散射增益在900MHz操作頻率下被最大化，大約為-7.5dB。在曲線106和108中，能夠看出ΔRCS(在特定頻率的曲線106和曲線108值之間的差額)也在900MHz最大化，為大約4dB。
圖5B示出了具有67毫米曲折端部的曲折雙極天線90的反向散射值。圖110示出了在“RCS高”狀態(tài)下天線的反向散射值，和曲線112示出了在“RCS低”狀態(tài)下的反向散射值。該增益也作為頻率函數(shù)繪制，并以dBi表示。如在圖5A中那樣，能夠看出在“RCS高”狀態(tài)下反向散射值在900MHz5最大化，大約為-12dB。該ΔRCS值也在900MHz被最大化，大約為6dB。
圖5C示出了上面圖3B所示單極天線的反向散射值。圖114示出了在“RCS高”狀態(tài)下單極天線的反向散射值，而曲線116示出了在“RCS低”狀態(tài)下的反向散射值。在“RCS高”狀態(tài)下的ΔRCS和反向散射值兩者在900MHz下被最大化，分別大約為-8dBi和75dB。
操作模式和能源節(jié)約圖6A和圖6B為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在讀取器32和RFID應(yīng)答器28之間通信的方法的流程圖。作為RFID系統(tǒng)20一部分的應(yīng)答器28可在各種操作模式和順序下操作。例如，該操作模式可通過系統(tǒng)20使用的特定協(xié)議或者標(biāo)準(zhǔn)來定義，這些協(xié)議或者標(biāo)準(zhǔn)例如為上面提到的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)答器28以及各種觸發(fā)器使用的特定操作模式組或者在這些模式之間轉(zhuǎn)變的條件一般在IC56中的控制模塊64和能源節(jié)約模塊70中定義。
盡管下面圖6A和6B描述了兩個(gè)可能操作模式組，然而這些模式僅作為理解實(shí)例而示出。許多其他模式限定和程序可通常在應(yīng)答器28和系統(tǒng)20中執(zhí)行。這種限定對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。具體地說，圖6A和6B用來說明在IC 56中能源節(jié)約模塊70的操作。對(duì)于為應(yīng)答器28定義的操作模式，模塊70只啟動(dòng)應(yīng)答器28需要的硬件功能，從而使從電池60中得到的電流最小化。
能量節(jié)約模塊70還包括超時(shí)計(jì)時(shí)器，其中該超時(shí)計(jì)時(shí)器判定在每個(gè)操作模式下應(yīng)答器被允許停留的最大持續(xù)時(shí)間。這些計(jì)時(shí)器一般地在異常工作條件下終止，例如當(dāng)通信失效出現(xiàn)時(shí)。一般地，當(dāng)超時(shí)條件終止時(shí)，該應(yīng)答器返回到“睡眠模式”，該模式從電池60消耗很少電流。超時(shí)條件還進(jìn)一步延長電池60的壽命。該超時(shí)機(jī)制可在硬件、軟件或者兩者結(jié)合中實(shí)現(xiàn)。由于在一些操作模式中，控制模塊64不能工作，則與這種操作模式有關(guān)的超時(shí)一般在硬件中執(zhí)行。
一般地說，應(yīng)答器28和讀取器32能夠在兩個(gè)不同方式或者協(xié)議中操作，即稱為應(yīng)答器-首先說(TTF)和讀取器-首先說(RTF)。在TTF操作中，當(dāng)該應(yīng)答器探測(cè)存在詢問輻射時(shí)，它開始通常以隨機(jī)間隔傳輸它的代碼。在RTF(有時(shí)稱為詢問器-首先說，或者ITF)操作中，該讀取器必須明確地指示應(yīng)答器傳輸它的代碼，作為詢問處理的一部分。
圖6A示出了為典型TTF操作的方法。該方法首先在待命步驟120以應(yīng)答器28處于“睡眠模式”開始。在檢測(cè)步驟118和讀取器檢測(cè)步驟119，應(yīng)答器連續(xù)地核查詢問輻射是否存在。直到檢測(cè)到這種存在前，該應(yīng)答器始終保持在睡眠模式。通常，當(dāng)在睡眠模式時(shí)，能源節(jié)約模塊70只啟動(dòng)最小的硬件功能，并從電池60提取最小的電流。對(duì)于有關(guān)不同的能源節(jié)約狀態(tài)和模塊70的操作，請(qǐng)參見下面的圖7。在其中應(yīng)答器包括RTC74的實(shí)施例中，即使當(dāng)該應(yīng)答器處于睡眠模式時(shí)，RTC74也可始終通過該應(yīng)答器電池來供能。
在一些實(shí)施例中，在檢測(cè)器/解調(diào)器62中的該射頻檢測(cè)器安排成在噪音和TEM輻射之間進(jìn)行區(qū)分。通過噪音和信號(hào)的檢測(cè)、區(qū)分和水平測(cè)量，該RF檢測(cè)器可因此容易促進(jìn)改變其檢測(cè)靈敏度，例如改變與噪音有關(guān)的信號(hào)檢測(cè)參考水平。同樣，該射頻檢測(cè)器保證裝置不會(huì)通過噪音操作，而避免從電池60中對(duì)能量不必要的獲取。
當(dāng)在步驟119檢測(cè)到詢問輻射時(shí)，該應(yīng)答器可在半有源操作步驟121而進(jìn)入半有源模式。在半有源期滿步驟122，該應(yīng)答器可核查半有源超時(shí)是否期滿，如果超時(shí)期滿，則在步驟120該應(yīng)答器可返回到睡眠模式。
在進(jìn)入半有源模式后，在讀取啟動(dòng)步驟123，該應(yīng)答器能夠啟動(dòng)讀取在存儲(chǔ)器66中的存儲(chǔ)器部分67。啟動(dòng)該讀取存儲(chǔ)器以使該應(yīng)答器從存儲(chǔ)器66中讀取它的代碼。在代碼傳輸步驟124，應(yīng)答器可從存儲(chǔ)器66中讀取代碼并能利用反向散射調(diào)制把其發(fā)射到讀取器。該應(yīng)答器以隨機(jī)或者以偽隨機(jī)間隔重復(fù)傳輸代碼，以避免與來自其他應(yīng)答器的傳輸沖突?？蛇x擇的是，可由應(yīng)答器采用任何其他適當(dāng)?shù)姆罌_突協(xié)議。模塊70包括代碼傳輸超時(shí)計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器確定用于傳輸代碼的最大時(shí)間間隔或者最大重復(fù)次數(shù)。一旦代碼傳輸超時(shí)終止，則在步驟120該應(yīng)答器可返回到睡眠模式。
在把它的代碼傳輸?shù)阶x取器后，在數(shù)據(jù)核查步驟125，該應(yīng)答器可核查來自讀取器的輸入詢問數(shù)據(jù)。如果這種數(shù)據(jù)存在，則在詢問接收步驟126，該應(yīng)答器可接收該詢問數(shù)據(jù)。該詢問數(shù)據(jù)可包括要寫到存儲(chǔ)器66的輸入數(shù)據(jù)，或者影響應(yīng)答器操作的命令。
在睡眠核查步驟127，該應(yīng)答器核查該詢問數(shù)據(jù)是否包括“入睡”命令。如果被指令入睡，則該應(yīng)答器可返回到步驟120。在代碼有效核查步驟128，應(yīng)答器可核查該詢問數(shù)據(jù)是否包括確認(rèn)由讀取器接收(ACK)代碼，以及應(yīng)答器功能完成的消息(也稱為“ID有效”消息)。如果接收到命令，則在步驟126該應(yīng)答器可繼續(xù)對(duì)該詢問數(shù)據(jù)解碼。
另外，在寫入核查步驟129，該應(yīng)答器核查該詢問數(shù)據(jù)是否包括“寫入”命令。如果檢測(cè)到該命令，同時(shí)寫入模式超時(shí)沒有期滿，則在寫入啟動(dòng)步驟132，該應(yīng)答器能夠啟動(dòng)在存儲(chǔ)器66中的寫入存儲(chǔ)器部分69。在數(shù)據(jù)核查步驟130，該應(yīng)答器核查從讀取器傳輸?shù)暮罄m(xù)數(shù)據(jù)。如果接收到這種數(shù)據(jù)，則在寫入步驟133，該應(yīng)答器把數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)器66中。然后，則在步驟120應(yīng)答器返回到睡眠模式。在通信失效情況下，在寫入模式核查步驟131核查的寫入模式超時(shí)計(jì)時(shí)器可限制該寫入模式持續(xù)時(shí)間。
如果無數(shù)據(jù)被檢測(cè)，則該應(yīng)答器返回到步驟124，并繼續(xù)傳輸其代碼以及核查數(shù)據(jù)或者命令，直到在模塊70的半有源模式超時(shí)期滿。然后，在步驟120該應(yīng)答器返回到睡眠模式。
圖6B示出了代表RTF操作的可選擇方法。在TTF和RTF操作之間的差別在于，在RTF中，一旦檢測(cè)到讀取器存在，則該應(yīng)答器開始聽取讀取器，并核查數(shù)據(jù)或者命令。
在待命步驟120，該方法以應(yīng)答器28處于“睡眠模式”開始。當(dāng)在步驟119檢測(cè)到讀取器時(shí)，該應(yīng)答器可在半有源操作步驟121而進(jìn)入半有源模式。如果通過半有源終止步驟122核查的該半有源模式超時(shí)期滿，則在步驟120該應(yīng)答器返回到睡眠模式。
另外，在解碼步驟134，該應(yīng)答器開始對(duì)由讀取器傳輸?shù)脑儐枖?shù)據(jù)進(jìn)行接收和解碼。如果接收的詢問數(shù)據(jù)包括如由睡眠核查步驟135核查的“入睡”命令，則在步驟120該應(yīng)答器可返回到睡眠模式。另外，在讀取核查步驟136，該應(yīng)答器核查該詢問數(shù)據(jù)是否包括“讀取”命令。如果接收到“讀取”命令，則該應(yīng)答器在地址核查步驟137核查該讀取命令是否尋址到它或者它的組。如果接收到的“讀取”命令沒有尋址到專門的應(yīng)答器28或者它的組，它返回到解碼步驟134，并繼續(xù)對(duì)該詢問數(shù)據(jù)解碼。
如果“讀取”命令恰當(dāng)?shù)貙ふ业綄ｉT的應(yīng)答器或者它的組，則在讀取模式終止核查步驟138，該應(yīng)答器可在模塊70核實(shí)讀取模式超時(shí)沒有期滿。如果期滿，則在步驟120應(yīng)答器返回到睡眠模式。此外，在讀取步驟139，該應(yīng)答器可啟動(dòng)存儲(chǔ)器66的讀取存儲(chǔ)器部分67，并可從其中讀取代碼。在代碼傳輸步驟140，接著應(yīng)答器利用反向散射調(diào)制把代碼發(fā)射到讀取器。在發(fā)送代碼后，該應(yīng)答器返回到步驟134并繼續(xù)對(duì)該輸入的詢問數(shù)據(jù)解碼。
在有效性核查步驟141，該應(yīng)答器核查該詢問數(shù)據(jù)是否包括確認(rèn)(一種“ID接收和有效”)消息。如果接收到這種命令，則在步驟134該應(yīng)答器繼續(xù)對(duì)該詢問數(shù)據(jù)解碼。
在寫入核查步驟142，該應(yīng)答器然后核查該詢問數(shù)據(jù)是否包括“寫入”命令。如果檢測(cè)到該命令，同時(shí)寫入模式超時(shí)沒有期滿，則在寫入啟動(dòng)步驟144，該應(yīng)答器啟動(dòng)在存儲(chǔ)器66中的寫入存儲(chǔ)器部分69。在數(shù)據(jù)核查步驟146，該應(yīng)答器核查從讀取器傳輸?shù)暮罄m(xù)數(shù)據(jù)。如果接收到這種數(shù)據(jù)，則在寫入步驟145，該應(yīng)答器把該數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)器66中。然后，在步驟120，應(yīng)答器返回到睡眠模式。在通信失效情況下，在寫入模式核查步驟143核查的寫入模式超時(shí)計(jì)時(shí)器限制該寫入模式持續(xù)時(shí)間。
如果沒有數(shù)據(jù)被檢測(cè)，則該應(yīng)答器返回到步驟134，并繼續(xù)對(duì)該詢問數(shù)據(jù)核查并對(duì)其解碼，直到在模塊70的半有源模式超時(shí)期滿。然后，在步驟120該應(yīng)答器返回到睡眠模式。
在一些實(shí)施例中，IC56具有操作的后退模式，其中當(dāng)電池60不能提供足夠能量來為該IC供能時(shí)，該應(yīng)答器可與無源應(yīng)答器進(jìn)行類似地操作。在這些實(shí)施例中，該IC包括帶有整流器、電容器或類似能量轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換電路63，和/或者存儲(chǔ)電路用于從該詢問輻射提取能量。IC56一般地包括用于在需要時(shí)打開和關(guān)閉能量轉(zhuǎn)換電路63的一或多個(gè)開關(guān)。(如上面提到的那樣，該能量轉(zhuǎn)換電路一般地降低天線52的反向散射效率。因此，經(jīng)常所希望的是在正常的電池輔助操作下關(guān)閉電路，并只有當(dāng)沒有使用電池時(shí)使用它)。
能源節(jié)約模塊70利用電池狀態(tài)指示器72核查電池60的狀態(tài)，并把此數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊64。如果電池狀態(tài)指示器72檢測(cè)到電池具有不足電能，例如通過檢測(cè)電池電壓降低到預(yù)定閾值以下，則模塊70接通該能量轉(zhuǎn)換電路。此特征能使應(yīng)答器28繼續(xù)作為無源反向散射應(yīng)答器操作，然而一般以減低的通信范圍操作，很久以后電池60耗盡。
圖6A和6B分別示出了典型TTF和RTF操作的示范性操作程序。在一些替換實(shí)施例中，該應(yīng)答器可使用適合于TTF和RTF操作兩者的統(tǒng)一的操作程序。在這種實(shí)施例中，在檢測(cè)到讀取器存在后，該應(yīng)答器一般地核查由讀取器顯示的需要模式或操作是否是RTF或者TTF，并執(zhí)行專用的操作程序。
在一些實(shí)施例中，電池狀態(tài)指示器130可包括內(nèi)部測(cè)試(built intest，BIT)或者BIT可以是分開的部分。電池狀態(tài)包括但不限于內(nèi)部測(cè)試參數(shù)和電池弱警告。內(nèi)部測(cè)試參數(shù)包括但是不局限于“電池強(qiáng)”指示、“電池弱”指示、“電池需要更換”指示、用電池可能操作的估算和計(jì)算數(shù)以及其組合。在一些實(shí)施例中，電池狀態(tài)的傳輸隨著作為代碼一部分的應(yīng)答器28的每次傳輸而進(jìn)行?？蛇x擇的是，在讀取器32請(qǐng)求下傳輸該電池狀態(tài)。
在一些方案中，詢問輻射具有多余能量，超出用于與讀取器可靠通信所需要的能量。例如，當(dāng)在讀取器和應(yīng)答器之間的距離較小時(shí)，這種條件可出現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)該詢問輻射具有多余能量時(shí)，能量轉(zhuǎn)換電路63可從該詢問輻射中提取一些或者所有多余能量。例如，應(yīng)答器可使用多余能量，用于為與電池60并聯(lián)的IC56提供動(dòng)力。可附加或者可選擇的是，該應(yīng)答器可利用該多余能量為電池60充電。還可附加或者可選擇的是，該應(yīng)答器可對(duì)該詢問輻射多余能量進(jìn)行任何其他適當(dāng)?shù)睦谩?br> 然而，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)利用該詢問輻射的能量時(shí)，第一優(yōu)先權(quán)是使在指定通信可靠性下在讀取器和應(yīng)答器之間的通信范圍最大化。開發(fā)該多余能量因此限制到其中應(yīng)答器通信范圍和通信可靠性不損害的情況中。
在RTF操作中的能源節(jié)省根據(jù)需要，例如通過上面提到的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)應(yīng)答器28在RTF模式下操作時(shí)，對(duì)有效能源節(jié)省存在特殊的需要。無論何時(shí)檢測(cè)到詢問輻射，RTF協(xié)議都需要應(yīng)答器連續(xù)地收聽和核查數(shù)據(jù)和命令。由于一般的RFID系統(tǒng)包含多個(gè)應(yīng)答器以及有時(shí)包含多個(gè)讀取器，特定的應(yīng)答器可相當(dāng)百分比的時(shí)間檢測(cè)詢問輻射。這些詢問中大多數(shù)一般地用于其他應(yīng)答器。如果無論何時(shí)詢問輻射存在，應(yīng)答器都完全啟動(dòng)它的電路，則它的電池壽命將顯著地降低。
在應(yīng)答器28中的能源節(jié)省模塊70特別適合于在RTF模式下操作，并能使電池60的壽命顯著延長。理論上，一旦通過應(yīng)答器檢測(cè)到詢問輻射，該應(yīng)答器分析該輻射，以確定該輻射是否與其有關(guān)。模塊70逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器的部件，從而在分析過程期間，只從電池60中獲取最少電流。一旦確定輻射是相關(guān)的(例如有效的詢問輻射而不是噪音或者干涉，或者尋址到該具體應(yīng)答器的輻射)，則模塊70啟動(dòng)應(yīng)答器以傳輸反向散射輻射，或者另外對(duì)該詢問輻射作出反應(yīng)。
在一些實(shí)施例中，在模塊70定義若干能源節(jié)省狀態(tài)。例如在上面圖6A和6B中描述的不同模式的每個(gè)應(yīng)答器操作模式與具體的能源節(jié)省狀態(tài)有關(guān)。利用不同的能源節(jié)省狀態(tài)，模塊70啟動(dòng)以及停用每一個(gè)操作模式需要的最小數(shù)目的硬件功能。在示范性實(shí)施例中，根據(jù)以下表格在模塊70中定義了五個(gè)不同的能量管理狀態(tài)


圖7為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于能源節(jié)省的示范性程序的狀態(tài)圖，在RTF模式下通過模塊70完成。
當(dāng)應(yīng)答器28檢測(cè)詢問輻射存在時(shí)，調(diào)用圖7的程序。例如在讀取器檢測(cè)步驟119后，在上面圖6B方法中可調(diào)用該程序，并可替換此方法中的步驟119-134。
在詢問輻射探測(cè)后，在形式核查狀態(tài)240，應(yīng)答器28可核查在該詢問輻射中預(yù)定數(shù)據(jù)形式是否存在。步驟240的目的是避免啟動(dòng)不必要硬件元件，直到證實(shí)檢測(cè)的能量來源于讀取器的有效詢問輻射，而不是來源于噪音或者干涉。在狀態(tài)240，模塊70為能源節(jié)省狀態(tài)B(如在上面表格中定義那樣)，以及在1.5伏特時(shí)從電池60獲取的電流一般為3μA以下。狀態(tài)240因此能夠篩選許多假警報(bào)事件，同時(shí)從該電池中獲取最小的電流。
一旦探測(cè)到有效形式后，在地址證實(shí)狀態(tài)242，該應(yīng)答器28可解調(diào)詢問輻射的報(bào)頭，并核查特殊編址。狀態(tài)242的目的是篩選出不是尋址該具體應(yīng)答器的詢問，并因此應(yīng)該忽略不計(jì)。在狀態(tài)242，模塊70為能源節(jié)省狀態(tài)C，以及在1.5伏特時(shí)從電池60獲取的電流一般為5μA以下。如果在預(yù)定的超時(shí)時(shí)間間隔沒有探測(cè)到訪問，則該應(yīng)答器返回到狀態(tài)240。
一旦發(fā)現(xiàn)該詢問尋址到具體的應(yīng)答器，則模塊70可啟動(dòng)解調(diào)全部詢問數(shù)據(jù)所需要的硬件，并在詢問解調(diào)狀態(tài)244接收該數(shù)據(jù)。在狀態(tài)244，模塊70處于能源節(jié)省狀態(tài)D，而從1.5伏特電池60獲取的電流一般為10μA以下。
可從如上所述裝置中可以理解的是，只有當(dāng)確信期望用于特定應(yīng)答器的有效詢問輻射正在被接收時(shí)才達(dá)到狀態(tài)244。因此，在RTF操作中，通過利用此狀態(tài)機(jī)裝置顯著地降低從電池60中得到的平均電流。
在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28還可以響應(yīng)預(yù)定超時(shí)條件而改變它的操作模式。這種條件通過能源節(jié)省模塊70被評(píng)估和啟動(dòng)。例如如果對(duì)于預(yù)定持續(xù)時(shí)間檢測(cè)到詢問輻射，但在此持續(xù)時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到方式則該應(yīng)答器把檢測(cè)的能量作為噪音或者干涉。在這樣一個(gè)事件后，在預(yù)定時(shí)間間隔，模塊70可強(qiáng)制應(yīng)答器忽略隨后的詢問檢測(cè)。
如果在預(yù)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到方式但沒有檢測(cè)到向該特定應(yīng)答器的尋址，則在預(yù)定時(shí)間間隔，模塊70可強(qiáng)制該應(yīng)答器忽略隨后的詢問檢測(cè)。
在應(yīng)答器和讀取器之間成功的詢問和數(shù)據(jù)交換后，對(duì)于某個(gè)時(shí)段，該應(yīng)答器可斷定該讀取器不可能再次詢問它。在這種情況下，在成功的詢問后預(yù)定時(shí)間間隔，模塊70強(qiáng)制應(yīng)答器以忽略隨后的詢問檢測(cè)。(這種條件表明，在一些情況中，超時(shí)條件可利用使用的專門RTF協(xié)議的知識(shí)，以節(jié)約電池能量。)
通過利用超時(shí)條件，在消耗較少電力狀態(tài)下，該應(yīng)答器能花費(fèi)較高百分比的時(shí)間，因此降低了來自電池60的平均電能消耗。把該超時(shí)條件與以上圖7所示的狀態(tài)機(jī)裝置結(jié)合，來自電池60的平均電流消耗顯著地降低。較低的電能消耗可用于該延長應(yīng)答器的壽命，或者降低電池60的尺寸并進(jìn)一步使應(yīng)答器小型化。
RFID應(yīng)答器機(jī)械結(jié)構(gòu)圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RFID應(yīng)答器28的分解示意圖。在此實(shí)例中，應(yīng)答器28采取薄和柔軟的標(biāo)牌形式。在非限制實(shí)例中，該標(biāo)牌具有大約3乘5英寸的尺寸，同時(shí)該標(biāo)牌小于1毫米厚度。相同的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可用于不同形式和尺寸的電池輔助RFID應(yīng)答器。圖8的上側(cè)對(duì)應(yīng)于標(biāo)牌附著于被跟蹤的物體的一側(cè)。
該圖示出了襯底48，其中該襯底48可選擇地可以是如上文描述的任何適當(dāng)?shù)囊r底。在一些實(shí)施例中，襯底為聚酯，具有而不是局限于聚酯75微米。天線52沉積在襯底48上。在此實(shí)例中的天線為圖3B所示的單極天線，其中該天線作為金屬層印刷在襯底48上。在圖中可清楚地看到有源元件94和接地層96兩者。除了天線外，該印刷金屬層還包括一旦電池60和天線52附著于該襯底上與帶有該電池60和天線52的IC56互連的導(dǎo)線。電池60，在這種情況下Power Paper電池型STD-3或者STD-4，附著到接地層96頂部上的適當(dāng)位置。通過適當(dāng)?shù)倪B接裝置，例如通過使用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電粘合劑185，電池端子連接到印刷導(dǎo)線上。IC 56固定在該襯底的適當(dāng)位置上，并與該電池和天線互連。
例如利用雙面粘合劑187，襯底和安裝在其上的部件附著于例如但不限于硅樹脂襯里的襯里186上。當(dāng)把應(yīng)答器28固定到包裝件24或者其他被跟蹤的物體上時(shí)，該硅樹脂襯里可被剝離，以及應(yīng)答器利用雙面粘合劑附著于物體上。
前襯里188附著于表面48的底側(cè)。在一些實(shí)施例中，該前襯里包括粘性聚乙烯，一種合適的雙面膠帶?？蛇x擇地，可使用任何其他合適的襯里。在一些實(shí)施例中，圖形標(biāo)牌189可附著于該前襯里。標(biāo)牌189可包括任何有關(guān)的文字或者圖形信息，例如公司標(biāo)志或者條形碼。
在一些實(shí)施例中，施加有例如粘合層的附加層(在圖中未示出)，其中該粘合層安排成便于該應(yīng)答器標(biāo)牌具有均勻厚度。
在可替換實(shí)施例中，釋放襯里186可布置在襯底48的遠(yuǎn)側(cè)。然而，由于天線52接近被跟蹤的物體的包裝件，從而此結(jié)構(gòu)并不總是合適的。
形成的應(yīng)答器結(jié)構(gòu)較小、平坦以及柔軟，能夠使其容易附著到不同物體上，并與該物體形狀相適應(yīng)。在足夠的較大體積，這種標(biāo)牌價(jià)格便宜并在使用后拋棄。
圖9為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造RFID應(yīng)答器28方法的流程圖。在襯底供給步驟190，設(shè)置襯底48。襯底48一般地由例如聚酯或者紙的材料制成。襯底材料的其他實(shí)例包括編織材料、非編織材料、聚合物、導(dǎo)電材料、非導(dǎo)電材料、紙板、塑料、合成材料、天然材料、纖維品、金屬、木材、玻璃、有機(jī)玻璃、這些材料的組合或者任何其他合適的材料。(here)可選擇的是，襯底48可由多個(gè)襯底基層組成，其中這些襯底基層通過任何合適的附著方法以共面發(fā)生堆疊或者連接。在其中襯底48包括多個(gè)基層的實(shí)施例中，天線、IC和電池中每一個(gè)均可選擇地附著于不同的襯底基層上?？蛇x擇的是，襯底48可以是任何合適的尺寸、形狀或者顏色。
在一個(gè)實(shí)施例中，襯底48可與被跟蹤的物體或者它的包裝件整體形成。例如，襯底48可作為紙板盒、木箱、金屬箱、塑膠盒、金屬罐、汽車等等的不可分割的部分。通過這種方式，應(yīng)答器28可直接形成在制成品材料上，然后該材料可選擇地進(jìn)一步處理，以形成被跟蹤的物體或者它的包裝件。此實(shí)施例促進(jìn)集成的RFID應(yīng)答器形成。
在一些實(shí)施例中，襯底48可安排成包括合適的附著裝置，這就容易促進(jìn)應(yīng)答器28固定到被跟蹤的物體或者它的包裝件上。該附著裝置可包括但是不局限于粘性、自粘著標(biāo)牌、鉤子和環(huán)固定系統(tǒng)(例如Velcro)、磁附著件、吸附固定件、帶子以及其組合。
在天線沉積步驟192，天線52沉積在襯底48上?？赏ㄟ^以下方法沉積天線即利用厚膜沉積方法、刻蝕過程、通過固定金屬箔或者切成適當(dāng)形狀的模板、通過印刷適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電墨水、利用蒸發(fā)方法、或者利用任何其他合適的沉積方法。在一些實(shí)施例中，利用適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)制造工藝把天線52沉積在襯底上。在這些實(shí)施例中，襯底48包括具有布置在其上的金屬層的適當(dāng)PCB材料。
在IC布置步驟194，IC56位于襯底48上。該IC可焊接、粘貼或者利用任何其他合適的方式附著于襯底上。在一個(gè)實(shí)施例中，利用在本領(lǐng)域已知的“倒裝芯片”技術(shù)，該IC與布置在襯底上的導(dǎo)線互連。在此實(shí)施例中，該倒裝芯片互連件也起到機(jī)械附著裝置的作用。在步驟192，導(dǎo)線可與天線一起沉積在襯底上。一般地，IC的位置選擇成盡可能靠近天線52的饋電點(diǎn)92，以便保持需求的阻抗匹配或者不匹配，并使信號(hào)損失最小化。
在可替換實(shí)施例中，IC 56包括在本領(lǐng)域已知的有機(jī)聚合物電子芯片。這種聚合物芯片是可印刷的，并可直接印刷在襯底48上。使用這種芯片可便于整個(gè)可印刷應(yīng)答器的制造，其中該電池、連接器、天線和芯片可印刷在該襯底上。
在又一個(gè)可替換實(shí)施例中，可使用多個(gè)分立元件來代替IC 56。這種分立元件優(yōu)選的是可利用印刷技術(shù)制造，并可印刷到襯底48上。該可印刷的分立元件便于整個(gè)可印刷應(yīng)答器的制造。
在電池施加步驟196，該電池60施加到襯底48上。該電池可在任何適當(dāng)?shù)奈恢貌⒗萌魏芜m當(dāng)附著手段機(jī)械地附著于襯底上，例如利用粘貼、束縛或者焊接等手段。在一些實(shí)施例中，電池60的位置選擇成使與天線52輻射圖的干涉最小化。例如，在以上圖8所示的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，該電池附著于接地層96的區(qū)域上，從而使對(duì)單極天線輻射圖的影響最小化。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)電池60包括例如如上所述Power Paper電池的薄和柔軟電池時(shí)，該電池60的不同層可沉積或者印刷到襯底48上，作為應(yīng)答器生產(chǎn)過程不可分割的部分。在一個(gè)典型實(shí)施例中，該應(yīng)答器的襯底48用作電池60其中一個(gè)電極的襯底，而另一個(gè)襯底用于第二電極。在以下圖10A和圖10B中示出了典型電池和用于制造這種電池的方法。可選擇的是，薄和柔軟的電池可單獨(dú)組裝，然后附著于襯底48上。
在一個(gè)選擇實(shí)施例中，該電池的一部分可用作天線52的一部分或者代替該天線52。例如，該電池電極層中之一或者兩者的導(dǎo)電材料可用作天線的一部分。
把天線、IC和電池沉積在襯底上后，在互連步驟198，該三個(gè)部件被互連。該IC的互連可使用任何適當(dāng)?shù)腎C互連手段，例如“倒裝芯片”方法和引線鍵合。使用PCB導(dǎo)線或者使用任何其他適當(dāng)?shù)倪B接手段，電池60可通過直接焊接與其他應(yīng)答器部件相互連接。
在一些實(shí)施例中，在測(cè)試步驟200，天線、IC和電池一旦互連，該應(yīng)答器就被啟動(dòng)和測(cè)試。
可選擇的是，在封裝步驟202，附加層添加到應(yīng)答器上。例如，可增加頂部和底部襯里，以提高應(yīng)答器的機(jī)械耐用度，并有助于應(yīng)答器到被跟蹤的物體的附著。在一些實(shí)施例中，附加層貼在襯底48下面，以在天線52和被跟蹤的物體表面之間引入附加的隔離物。例如，當(dāng)被跟蹤的物體是金屬時(shí)，可需要附加的隔離物，用于減少被跟蹤的物體與天線輻射圖的干涉。在一些情況中，外部疊層敷在該應(yīng)答器上。在此階段，還可增加例如條形碼或者圖形標(biāo)牌的附加項(xiàng)目。
可選擇的是，在ID寫入步驟204，該代碼寫入到應(yīng)答器的存儲(chǔ)器66中?？蛇x擇的是，在后面階段，該代碼可預(yù)先編程到存儲(chǔ)器內(nèi)或者保存在該存儲(chǔ)器中。
注意以上步驟190-204可以不同順序執(zhí)行。例如，當(dāng)電池60作為應(yīng)答器生產(chǎn)過程一部分制造時(shí)，步驟196自然與與步驟198同時(shí)進(jìn)行。作為另一個(gè)實(shí)例，當(dāng)應(yīng)答器完全組裝時(shí)，測(cè)試步驟200還可在封裝步驟202后執(zhí)行。
在一些實(shí)施例中，應(yīng)答器28特別適用于利用連續(xù)的、完全自動(dòng)的印刷干燥和疊層過程制造。在一些實(shí)施例中，使用卷到卷(roll-to-roll)工藝。這種卷到卷工藝能夠有效地進(jìn)行大規(guī)模制造應(yīng)答器28。以上步驟190-204描述的方法容易適應(yīng)不同的應(yīng)答器結(jié)構(gòu)以及不同的制造數(shù)量和技術(shù)。
圖10A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的印刷電池的示意分解圖。圖10A中印刷電池為薄和柔軟的1.5V電池，該電池可用作應(yīng)答器28的電池60。一些電池元件使用某些具有需求化學(xué)成分的墨水來印刷。在以上提到的第5,652,043號(hào)、第5,897,522號(hào)和第5,811,204號(hào)美國專利中詳細(xì)描述了類似電池和制造方法。
在此實(shí)施例中，電池60包括敷在襯底206上的兩個(gè)集流器205。陽極層207敷在一個(gè)集流器上，而陰極層208敷在另一個(gè)集流器上。電解質(zhì)209敷在陽極層207、陰極層208或者兩者上。隔離物層210插入在陽極和陰極層之間。
圖10B為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造圖10A中電池60的典型方法的流程圖。如下所述的方法可用于實(shí)現(xiàn)以上圖9中應(yīng)答器生產(chǎn)方法的電池應(yīng)用步驟196。在一些實(shí)施例中，電池單獨(dú)地制造，然后集成到應(yīng)答器中。在其他實(shí)施例中，該電池印刷并制造在與應(yīng)答器28相同的襯底上，作為應(yīng)答器生產(chǎn)方法不可分割的部分。
在集流器印刷步驟211，該方法包括印刷集流器205。一般地，印刷兩個(gè)集流器，一個(gè)用于收集陽極電流，而另一個(gè)用于收集陰極電流。集流器印刷在適當(dāng)?shù)囊r底206上，例如聚酯襯底。(當(dāng)作為應(yīng)答器生產(chǎn)過程的一部分而印刷電池時(shí)，該應(yīng)答器的襯底48可用作其中一個(gè)襯底206)。在一些實(shí)施例中，該集流器包括集流器墨水層，例如Power Paper有限公司制造的Current Collector Ink 2501，P/N0002.25.01。該集流器一般地在印刷后使用例如干燥箱等適當(dāng)?shù)母稍镅b置被干燥。
在電極印刷步驟212，陽極層207和陰極層208印刷在集流器頂部。陽極層207一般地包括例如Power Paper有限公司制造的鋅陽極墨水Anode Ink2101，P/N 0002.21.01的適當(dāng)?shù)年枠O墨水。陰極層208一般地包括例如二氧化錳(MnO2)墨水諸如Power Paper有限公司制造的Cathode Ink 2201，P/N 0002.22.01。該陽極和陰極層一般地在印刷后使用例如干燥箱等適當(dāng)?shù)母稍镅b置被干燥。
在電解質(zhì)涂敷步驟214，電解質(zhì)209通過任何合適的方式被應(yīng)用。電解質(zhì)可以應(yīng)用在陽極層207、陰極層208或者兩者上。在一些實(shí)施例中，具體地說，當(dāng)使用焊膏印刷(stencil printing)工藝中，電解質(zhì)209可包括例如由Power Paper有限公司制造的Electrolyte2301，P/N 0002.23.01的電解質(zhì)墨水。在其他實(shí)施例中，具體地說，當(dāng)使用絲網(wǎng)印刷(screen printing)時(shí)，電解質(zhì)209包括例如Power Paper有限公司制造的SP Electrolyte2302，P/N 0002.23.02的電解質(zhì)墨水。在一些實(shí)施例中，電解質(zhì)層208包括氯化鋅?？蛇x擇的是，可使用任何其他適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)材料。
在隔離物插入步驟216，隔離物層210位于陽極層或者陰極層任何一個(gè)的電解質(zhì)層頂部上。隔離物層把陽極層與陰極層隔離，同時(shí)允許離子在電極之間導(dǎo)電。一般地，該隔離物層包括多孔不溶性物質(zhì)，例如而不是局限于濾紙、塑料膜、纖維素膜、織物或者無紡材料(例如棉纖維)。
在可替換實(shí)施例中，作為在兩個(gè)電解質(zhì)層中材料之間的反應(yīng)和/或交互作用的結(jié)果，隔離物層210可自身形成。
在電池組裝步驟218組裝電池。在一些實(shí)施例中，此步驟包括使用粘性框架，例如壓敏粘貼框架，其中該框架放在單室電解槽襯底的邊緣上。此步驟還包括把該電極層與該隔離物層壓到相對(duì)沒有隔離物的電極層上。在這種方式中，襯底、集流器、電極、電解質(zhì)和隔離物層以上面圖10A所示方式堆疊。在一些實(shí)施例中，例如而不是局限于熱壓機(jī)的壓力機(jī)用來擠壓粘貼框架，用于該粘貼框架的最佳粘附。
在一些實(shí)施例中，連接器可附著于集流器上，作為電池組裝步驟的一部分或者跟隨其后。該連接器例如可包括金屬片或者條、雙面導(dǎo)電粘合劑帶和熱封連接器。
實(shí)例現(xiàn)在參考以下的兩個(gè)實(shí)例，這兩個(gè)實(shí)例與上述說明書一起以非限制方式示出了發(fā)明。下面表格提供了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)答器28的典型規(guī)格


以標(biāo)牌形式的應(yīng)答器28的典型實(shí)例在不同操作環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。在每個(gè)環(huán)境下，測(cè)量讀取可靠性(成功詢問的百分比)和讀取范圍。下面表格示出了對(duì)于若干挑戰(zhàn)性環(huán)境下測(cè)試結(jié)果的非限制實(shí)例。所有測(cè)試使用了具有單個(gè)天線的讀取器32。具體地說，一些測(cè)試環(huán)境包括在應(yīng)答器附近的箔片和其他金屬物體。然而，在表格中可以看到，在幾乎所有的環(huán)境下都實(shí)現(xiàn)了100％讀取可靠性



盡管在這里描述的方法與裝置主要涉及電池輔助UHF反向散射RFID應(yīng)答器，但本發(fā)明的原理也同樣可用于另外的應(yīng)用場(chǎng)合。這種應(yīng)用場(chǎng)合例如包括電子防竊(EAS)系統(tǒng)和在EAS系統(tǒng)中的鑒別應(yīng)用。
因此可以理解的是，如上所述的實(shí)施例借助于實(shí)例來說明，同時(shí)本發(fā)明不局限于在上文具體示出和描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包括在上文描述的各種特征的組合和亞組合兩者以及變化和改型，而這些組合和亞組合以及變化和改型會(huì)由所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員在閱讀上面描述后想到，并且在現(xiàn)有技術(shù)中不會(huì)公開。
權(quán)利要求
1.一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括至少一個(gè)電池，連接該電池，以提供用于操作應(yīng)答器的電能；至少一個(gè)天線，配置該天線，以從一個(gè)詢問器件接收和反向散射RF詢問輻射；以及集成電路(IC)，安排該集成電路，以存儲(chǔ)含有信息的代碼，并且僅使用由電池提供的能量給該集成電路提供動(dòng)力，以響應(yīng)該代碼改變天線的輻射特性，以致于將信息調(diào)制到該反向散射的輻射上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的應(yīng)答器，還包括具有至少一個(gè)IC的襯底，該至少一個(gè)天線和至少一個(gè)電池布置在其上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的應(yīng)答器，其中該至少一個(gè)電池包括至少一個(gè)印刷陽極層、印刷電解質(zhì)層和印刷陰極層，這些層以至少共平面(co-planar)和共平面(co-facial)中至少一個(gè)布置，其中該電解質(zhì)層布置在陽極層和陰極層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該襯底是柔性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該應(yīng)答器附著于物體上，并且其中在該IC中信息的至少一部分與該物體有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該應(yīng)答器適合于被附著圍繞一個(gè)物體的一角，這樣將至少一個(gè)電池以第一平面取向，而將該至少一個(gè)天線取向?yàn)榕c該第一平面不同的一個(gè)第二平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該至少一個(gè)天線從由至少一個(gè)單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合組成的組中選擇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該至少一個(gè)天線配置成在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一接收和反向散射詢問輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該至少一個(gè)天線安排成對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該至少一個(gè)天線包括饋電點(diǎn)，和該輻射特性包括至少一個(gè)天線的一個(gè)雷達(dá)橫截面(RCS)，并且其中將該IC進(jìn)行安排以在該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)處改變負(fù)載阻抗，以致于改變?cè)趦蓚€(gè)或更多不同RCS值之間的至少一個(gè)天線的該RCS。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的應(yīng)答器，其中該IC包括可操作地與該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)連接的固態(tài)開關(guān)，將該開關(guān)安排成轉(zhuǎn)換第一阻抗和第二阻抗之間的負(fù)載阻抗，響應(yīng)該代碼的二進(jìn)制表達(dá)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12的應(yīng)答器，其中將該IC安排成在該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)引入低電阻負(fù)載條件，以致于將該兩個(gè)或更多RCS值中的至少一個(gè)最大化，從而將該應(yīng)答器的通信范圍最大化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中將該IC安排使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中兩個(gè)之間的比值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的應(yīng)答器，其中該至少一個(gè)天線和該IC安排成共同使應(yīng)答器的調(diào)制深度和通信范圍最大化。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中由該至少一個(gè)天線接收的詢問輻射具有第一能量級(jí)，并且其中將該至少一個(gè)天線和該IC安排以反向散射第二能量級(jí)處的詢問輻射，該第二能量級(jí)大于第一能量級(jí)的75％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的應(yīng)答器，其中該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中將該IC配置成遵守定義兩個(gè)或更多操作模式的操作協(xié)議。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的應(yīng)答器，其中該IC包括一個(gè)能源節(jié)省模塊，將該能源節(jié)省模塊安排成啟動(dòng)和停用應(yīng)答器的一部分響應(yīng)操作模式，以致于從該至少一個(gè)電池降低能量消耗。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或者19的應(yīng)答器，其中該協(xié)議包括應(yīng)答器首先說(transponder-talks-first，TTF)和讀取器首先說(reader-talks-first，RTF)協(xié)議中的至少一個(gè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的應(yīng)答器，其中該協(xié)議包括RTF協(xié)議，并且其中配置該IC以分析由該詢問輻射承載的信號(hào)，以逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器部件響應(yīng)該分析信號(hào)，以致于從該至少一個(gè)電池降低能量消耗，以根據(jù)該分析的信號(hào)評(píng)估該詢問輻射至該應(yīng)答器的相關(guān)性，并且以使該應(yīng)答器能夠?qū)崿F(xiàn)，從而根據(jù)該相關(guān)性對(duì)該詢問輻射作出反應(yīng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或者21的應(yīng)答器，其中檢測(cè)該詢問輻射的存在后，將該IC安排以評(píng)估一個(gè)或多個(gè)超時(shí)條件，并使應(yīng)答器的預(yù)定部件停用響應(yīng)該超時(shí)條件。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該IC包括電池狀態(tài)指示器，將該電池狀態(tài)指示器配置以指示來自該至少一個(gè)電池足夠電能的有效性，并且其中將該IC安排以，即響應(yīng)報(bào)告的通過該電池狀態(tài)指示器確定的足夠電池能量無效性，從該詢問輻射獲取電能。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，并包括至少一個(gè)傳感器，其中將該IC安排成從該至少一個(gè)傳感器接收在應(yīng)答器附近現(xiàn)場(chǎng)條件的指示。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-24任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，并包括能量轉(zhuǎn)換電路，其中當(dāng)多余能量可利用時(shí)，將該能量轉(zhuǎn)換電路安排以從該詢問輻射中獲取該多余能量，并利用獲取的多余能量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該IC提供動(dòng)力以及對(duì)該至少一個(gè)電池充電中至少一個(gè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中將該IC安排以對(duì)由該詢問輻射承載的詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和作出反應(yīng)，該詢問數(shù)據(jù)包括與應(yīng)答器操作有關(guān)的命令和要寫入到該應(yīng)答器的輸入數(shù)據(jù)中至少之一。
27.一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括一個(gè)電池，連接該電池，以提供用于操作應(yīng)答器的電能；一個(gè)天線，安排該天線，以從一個(gè)詢問器件接收和反向散射RF詢問輻射；一個(gè)集成電路(IC)，安排該集成電路，以存儲(chǔ)含有信息的代碼，并且用由電池提供的能量給該集成電路提供動(dòng)力，以響應(yīng)該代碼改變天線的輻射特性，以致于將信息調(diào)制到該反向散射的詢問輻射上；以及一個(gè)襯底，電池、IC和天線布置在該襯底上，并且該襯底適于被固定圍繞一個(gè)物體的一角，這樣將該電池以第一平面取向，并且將該天線取向?yàn)榕c該第一平面不同的一個(gè)第二平面。
28.一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括一個(gè)天線，將該天線進(jìn)行安排以從詢問器件接收在第一能量級(jí)的詢問輻射，并在大于該第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)處反向散射該詢問輻射；一個(gè)集成電路(IC)，將該集成電路進(jìn)行安排以儲(chǔ)存含有信息的代碼，并響應(yīng)該代碼改變?cè)撎炀€的輻射特性，以致于將信息調(diào)制到該反向散射的輻射上。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的應(yīng)答器，其中該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或者29的應(yīng)答器，并包括具有布置在其上的該天線和該IC的柔性襯底。
31.根據(jù)權(quán)利要求28-30中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
32.根據(jù)權(quán)利要求28-31中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該應(yīng)答器附著于物體上，并且其中在該IC中信息的至少一部分與該物體有關(guān)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的應(yīng)答器，包括用于操作該應(yīng)答器的電池，其中該應(yīng)答器適合被附著圍繞該物體的一角，這樣將該電池以第一平面取向，而將該天線取向?yàn)榕c該第一平面不同的一個(gè)第二平面。
34.根據(jù)權(quán)利要求28-33中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該天線從由含有至少一個(gè)單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合組成的組中選擇。
35.根據(jù)權(quán)利要求28-34中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中將該天線配置成在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一的接收和反向散射該詢問輻射。
36.根據(jù)權(quán)利要求28-35中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該天線布置成對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
37.根據(jù)權(quán)利要求28-36中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該天線包括饋電點(diǎn)，和其中該輻射特性包括該天線的一個(gè)雷達(dá)橫截面(RCS)，并且其中將該IC配置以在該天線的該饋電點(diǎn)處改變負(fù)載阻抗，以致于改變?cè)趦蓚€(gè)或更多不同RCS值之間的該天線的該RCS。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的應(yīng)答器，其中該IC包括可操作地與該天線的饋電點(diǎn)連接的固態(tài)開關(guān)，將該開關(guān)進(jìn)行配置，以轉(zhuǎn)換第一阻抗和第二阻抗之間的負(fù)載阻抗，響應(yīng)該代碼的二進(jìn)制表達(dá)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或者38的應(yīng)答器，其中將該IC進(jìn)行配置以在該天線的饋電點(diǎn)處引入低電阻負(fù)載條件，以致于使該兩個(gè)或更多RCS值中至少一個(gè)最大化，因此使該應(yīng)答器的通信范圍最大化。
40.根據(jù)權(quán)利要求37-39中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中將該IC進(jìn)行安排，使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中之間的比值。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的應(yīng)答器，其中該天線和該IC進(jìn)行配置，以共同使調(diào)制深度和應(yīng)答器的通信范圍最大化。
42.根據(jù)權(quán)利要求28-41中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，并且含有至少一個(gè)傳感器，其中將該IC進(jìn)行安排，以從該至少一個(gè)傳感器接收在應(yīng)答器附近現(xiàn)場(chǎng)條件的指示。
43.根據(jù)權(quán)利要求28-42中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，還包括能量轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)多余能量是可獲得的時(shí)候，將該能量轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行安排，以從該詢問輻射中獲取多余能量，并利用獲取的多余能量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該IC提供動(dòng)力和對(duì)該電池充電中的至少之一。
44.根據(jù)權(quán)利要求28-43中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中將該IC進(jìn)行安排，以對(duì)由該詢問輻射承載的詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和作出反應(yīng)，該詢問數(shù)據(jù)包括與應(yīng)答器操作有關(guān)的命令和要寫入到該應(yīng)答器的輸入數(shù)據(jù)中至少之一。
45.一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括一個(gè)天線，將該天線安排成從詢問器件接收第一RF輻射承載信號(hào)，并響應(yīng)該第一RF輻射傳輸?shù)诙F輻射；一個(gè)電池，將該電池耦合以提供用于操作應(yīng)答器的電功率；以及一個(gè)集成電路(IC)，而該IC根據(jù)讀取器-首先說(RTF)協(xié)議操作，并安排成檢測(cè)該第一RF輻射的存在，以對(duì)由該第一射頻輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析，并響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器的部件，以便降低來自該電池的能量消耗，以便根據(jù)分析的信號(hào)來評(píng)定該第一RF輻射與該應(yīng)答器的相關(guān)性，并且以便能夠使該應(yīng)答器根據(jù)該相關(guān)性對(duì)該第二RF輻射進(jìn)行傳輸。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的應(yīng)答器，其中該IC安排成通過執(zhí)行以下步驟中至少之一來評(píng)估第一RF輻射的相關(guān)性，即檢測(cè)在第一RF輻射中的形式和確定在第一RF輻射中的尋址信息。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或者46的應(yīng)答器，其中該IC響應(yīng)該第一RF輻射的相關(guān)性，安排成執(zhí)行以下步驟中至少之一，即拒絕不是通過RF讀取器產(chǎn)生的RF輻射和拒絕不是尋址到應(yīng)答器的RF輻射。
48.根據(jù)權(quán)利要求45-47中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中在檢測(cè)到該第一RF輻射存在后，該IC安排成評(píng)估一個(gè)或多個(gè)超時(shí)條件，并響應(yīng)該超時(shí)條件使應(yīng)答器的預(yù)定部件停用。
49.根據(jù)權(quán)利要求45-48中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該IC包括電池狀態(tài)指示器，該電池狀態(tài)指示器安排成指示來自該至少一個(gè)電池足夠電能的有效性，并且其中該IC安排成這樣，即響應(yīng)由該電池狀態(tài)指示器確定的，電池能量報(bào)告的無效性，從該第一RF輻射獲取電能。
50.根據(jù)權(quán)利要求45-59中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，還包括至少一個(gè)傳感器，其中該IC安排成從該至少一個(gè)傳感器接收在應(yīng)答器附近本地情況的指示。
51.根據(jù)權(quán)利要求45-50中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，還包括能量轉(zhuǎn)換電路，其中當(dāng)多余能量可利用時(shí)，該能量轉(zhuǎn)換電路安排成從該詢問輻射中獲取該多余能量，并執(zhí)行以下步驟中至少之一，即利用獲取的多余能量給該IC提供動(dòng)力和對(duì)該電池充電。
52.根據(jù)權(quán)利要求45-51中任何權(quán)利要求的應(yīng)答器，其中該IC安排成對(duì)由該詢問輻射承載的詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和作出反應(yīng)，該詢問數(shù)據(jù)包括涉及應(yīng)答器操作的命令和要寫入到該應(yīng)答器的數(shù)據(jù)中至少一個(gè)。
53.一種用于從射頻(RF)應(yīng)答器傳輸信息的方法，包括提供用于操作該應(yīng)答器的電池；配置天線，以對(duì)從詢問器件傳輸?shù)腞F詢問輻射進(jìn)行反向散射；以及改變?cè)撎炀€的輻射特性來響應(yīng)該信息，以便將該信息調(diào)制到該反向散射輻射上，其中用于改變輻射特性的能量不是來源于該詢問輻射。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中提供電池的步驟包括將印刷電池應(yīng)用到襯底上，該襯底具有布置在其上的IC和天線中的至少一個(gè)。
55.根據(jù)權(quán)利要求53或者54的方法，其中該電池不大于1毫米厚。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中該電池包括柔軟薄層敞開液體狀態(tài)電化學(xué)電池，該電池包括不溶解負(fù)極第一層、不溶解正極第二層和含水電解質(zhì)第三層，第三層布置在該第一和第二層之間，并包括(a)始終保持敞開式電池潮濕的潮解性材料；(b)用于獲得需要的離子電導(dǎo)率的電活化可溶物質(zhì)；以及(c)用于獲得把該第一和第二層粘附到該第三層上的需要粘度的水溶性聚合物。
57.根據(jù)權(quán)利要求53-56中任何權(quán)利要求的方法，其中提供電池以及配置天線的步驟包括把電池和天線布置在柔性襯底上。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中該應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
59.根據(jù)權(quán)利要求53-58中任何權(quán)利要求的方法，包括把應(yīng)答器固定到物體上，其中該信息的至少一部分與該物體有關(guān)。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的方法，其中固定該應(yīng)答器的步驟包括，圍繞物體的角部固定該應(yīng)答器，以便電池以第一平面取向，并且該至少一個(gè)天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
61.根據(jù)權(quán)利要求53-60中任何權(quán)利要求的方法，其中配置該天線的步驟包括提供單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合中至少一個(gè)。
62.根據(jù)權(quán)利要求53-61中任何權(quán)利要求的方法，其中配置該天線包括對(duì)在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射。
63.根據(jù)權(quán)利要求53-62中任何權(quán)利要求的方法，其中連接該天線包括對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
64.根據(jù)權(quán)利要求53-63中任何權(quán)利要求的方法，其中改變?cè)撦椛涮匦园▽?duì)該天線的雷達(dá)橫截面(RCS)進(jìn)行調(diào)制。
65.根據(jù)權(quán)利要求64任何權(quán)利要求的方法，其中改變?cè)撦椛涮匦园▽?duì)該天線饋電點(diǎn)的負(fù)載阻抗進(jìn)行改變，從而對(duì)在兩個(gè)或更多不同RCS值之間的天線RCS進(jìn)行調(diào)制。
66.根據(jù)權(quán)利要求65的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括響應(yīng)該代碼的二進(jìn)制表達(dá)，對(duì)在第一阻抗和第二阻抗之間的負(fù)載阻抗進(jìn)行切換。
67.根據(jù)權(quán)利要求65或者66的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括引入在天線饋電點(diǎn)的低電阻負(fù)載條件，以便使該兩個(gè)或更多RCS值中至少一個(gè)最大化，從而使該應(yīng)答器的通信范圍最大化。
68.根據(jù)權(quán)利要求65-67中任何權(quán)利要求的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中兩個(gè)之間的比值。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括共同使調(diào)制深度和應(yīng)答器的通信范圍最大化。
70.根據(jù)權(quán)利要求53-69中任何權(quán)利要求的方法，還包括當(dāng)該電池不能提供用于操作該應(yīng)答器的足夠電能時(shí)，從該詢問輻射獲取電能并用獲取的電能為該應(yīng)答器供電的步驟。
71.根據(jù)權(quán)利要求53-70中任何權(quán)利要求的方法，并包括當(dāng)多余能量是可獲得的時(shí)候，從該詢問輻射獲取多余能量，并執(zhí)行以下步驟中至少之一，即利用獲取的多余能量為該IC提供動(dòng)力以及對(duì)該電池充電。
72.根據(jù)權(quán)利要求53-71中任何權(quán)利要求的方法，其中對(duì)該詢問輻射反向散射包括對(duì)由該詢問輻射承載的詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和作出反應(yīng)，該詢問數(shù)據(jù)包括與應(yīng)答器操作有關(guān)的命令和要寫入到該應(yīng)答器的輸入數(shù)據(jù)中至少之一。
73.一種用于從射頻(RF)應(yīng)答器的方法，包括提供用于操作該應(yīng)答器的電池；配置天線以對(duì)從詢問器件傳輸?shù)腞F詢問輻射進(jìn)行反向散射；把電池和天線布置在襯底上，其中該襯底安排成允許該應(yīng)答器圍繞物體的角部貼敷，以便該電池以第一平面取向，并且該天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
74.一種用于從射頻(RF)應(yīng)答器傳輸信息的方法，包括配置天線以從詢問器件接收在第一能量級(jí)的詢問輻射，并對(duì)在大于該第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的詢問輻射進(jìn)行反向散射；存儲(chǔ)包括該信息的代碼；以及響應(yīng)該代碼改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)將該信息調(diào)制到該反向散射輻射上。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，其中該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
76.根據(jù)權(quán)利要求74或者75的方法，其中配置該天線包括把該天線布置在柔性襯底上。
77.根據(jù)權(quán)利要求74-76中任何權(quán)利要求的方法，其中該應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
78.根據(jù)權(quán)利要求74-77中任何權(quán)利要求的方法，還包括把應(yīng)答器固定到物體上，其中該信息的至少一部分與該物體有關(guān)。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其中該應(yīng)答器包括電池，并其中固定該應(yīng)答器包括圍繞物體的角部固定該應(yīng)答器，以便該電池以第一平面取向，而該天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
80.根據(jù)權(quán)利要求74-79中任何權(quán)利要求的方法，其中配置該天線的步驟包括提供單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合中至少一個(gè)。
81.根據(jù)權(quán)利要求74-80中任何權(quán)利要求的方法，其中配置該天線包括對(duì)在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射。
82.根據(jù)權(quán)利要求74-81中任何權(quán)利要求的方法，其中配置該天線包括對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
83.根據(jù)權(quán)利要求74-82中任何權(quán)利要求的方法，其中改變?cè)撦椛涮匦园▽?duì)該天線的雷達(dá)橫截面(RCS)進(jìn)行調(diào)制。
84.根據(jù)權(quán)利要求74-83中任何權(quán)利要求的方法，其中改變?cè)撦椛涮匦园▽?duì)該天線饋電點(diǎn)的負(fù)載阻抗進(jìn)行改變，從而對(duì)在兩個(gè)或更多不同RCS值之間的天線RCS進(jìn)行調(diào)制。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括響應(yīng)該代碼的二進(jìn)制表達(dá)，對(duì)在第一阻抗和第二阻抗之間的負(fù)載阻抗進(jìn)行切換。
86.根據(jù)權(quán)利要求84或者85的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括引入在天線饋電點(diǎn)的低電阻負(fù)載條件，以便使該兩個(gè)或更多RCS值中至少一個(gè)最大化，從而使該應(yīng)答器的通信范圍最大化。
87.根據(jù)權(quán)利要求84-86中任何權(quán)利要求的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中兩個(gè)之間的比值。
88.根據(jù)權(quán)利要求87的方法，其中改變?cè)撠?fù)載阻抗包括共同使調(diào)制深度和應(yīng)答器的通信范圍最大化。
89.根據(jù)權(quán)利要求74-88中任何權(quán)利要求的方法，包括當(dāng)多余能量可獲得的時(shí)候，從該詢問輻射獲取多余能量，并執(zhí)行以下步驟中至少之一，即利用獲取的多余能量為該IC提供動(dòng)力以及對(duì)該電池充電。
90.根據(jù)權(quán)利要求74-89中任何權(quán)利要求的方法，其中接收該詢問輻射，該詢問輻射包括對(duì)由該詢問輻射承載的詢問數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和作出反應(yīng)，該詢問數(shù)據(jù)包括與應(yīng)答器操作有關(guān)的命令和要寫入到該應(yīng)答器的輸入數(shù)據(jù)中至少之一。
91.一種用于從射頻(RF)應(yīng)答器的方法，包括提供襯底；將天線應(yīng)用在該襯底上，適合于對(duì)射頻(RF)進(jìn)行反向散射；把集成電路(IC)應(yīng)用到該襯底上，并連接該IC以改變天線的輻射特性，以便將該信息調(diào)制到該反向散射輻射上，以及把電池印刷在該襯底上，從而提供用于為應(yīng)答器供電的電能。
92.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，其中印刷該電池包括使用包括電池層材料的墨水，在共表面結(jié)構(gòu)和共平面結(jié)構(gòu)中至少之一中印刷一或多個(gè)電池層。
93.根據(jù)權(quán)利要求92的方法，其中該層材料包括鋅、二氧化錳(MnO2)和氯化鋅(ZnCl2)中至少之一。
94.根據(jù)權(quán)利要求92或者93的方法，其中印刷該電池包括形成第一電池組件，包括在襯底表面上印刷第一電極層；在該第一電極層上施加電解質(zhì)；以及把隔離物層應(yīng)用在該第一電極層的電解質(zhì)上；形成第二電池組件，包括把與該第一電極層相反極性的第二電極層印刷在第二襯底上；以及在第二電極層上施加電解質(zhì)；以及把該第一電池組件和第二電池組件結(jié)合一起，以便這些層被堆疊，并且該第二電極層的電解質(zhì)與該隔離物層共表面接觸。
95.根據(jù)權(quán)利要求91-94中任何權(quán)利要求的方法，其中應(yīng)用該天線包括把該天線印刷在該襯底上。
96.根據(jù)權(quán)利要求91-95中任何權(quán)利要求的方法，其中該IC包括有機(jī)聚合物IC，同時(shí)應(yīng)用該IC包括利用印刷技術(shù)來應(yīng)用該IC。
97.根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中應(yīng)用該天線和該IC以及印刷該電池包括印刷完全可印刷的應(yīng)答器。
98.根據(jù)權(quán)利要求91-97中任何權(quán)利要求的方法，其中該襯底是柔性的。
99.根據(jù)權(quán)利要求91-98中任何權(quán)利要求的方法，其中該應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
100.根據(jù)權(quán)利要求91-99中任何權(quán)利要求的方法，其中該應(yīng)答器適于圍繞物體的角部附著，以便該電池以第一平面取向，而該天線以不同于第一平面的第二平面取向。
101.根據(jù)權(quán)利要求91-100中任何權(quán)利要求的方法，其中該天線在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一進(jìn)行操作。
102.一種用于在射頻(RF)應(yīng)答器中降低來自電池能量消耗的方法，其中該應(yīng)答器根據(jù)讀取器-首先說(RTF)協(xié)議操作，該方法包括檢測(cè)在該應(yīng)答器中RF輻射的存在；對(duì)通過被檢測(cè)RF輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析；響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸啟動(dòng)該應(yīng)答器的部件，從而降低能量消耗；根據(jù)該分析信號(hào)來評(píng)估RF輻射與應(yīng)答器的相關(guān)性；以及根據(jù)該相關(guān)性，使應(yīng)答器對(duì)RF輻射作出反應(yīng)。
103.根據(jù)權(quán)利要求102的方法，其中分析信號(hào)包括執(zhí)行以下步驟中至少之一，即檢測(cè)在RF輻射中的形式和確定在該RF輻射中的地址信息。
104.根據(jù)權(quán)利要求102或者103的方法，其中評(píng)估相關(guān)性包括執(zhí)行以下步驟中至少之一，即拒絕不是通過RF讀取器產(chǎn)生的RF輻射和拒絕不是尋址該應(yīng)答器的RF輻射。
105.根據(jù)權(quán)利要求102-104中任何權(quán)利要求的方法，包括評(píng)估一或多個(gè)超時(shí)條件，以便響應(yīng)該分析信號(hào)啟動(dòng)該應(yīng)答器的預(yù)定部件。
106.根據(jù)權(quán)利要求102-105中任何權(quán)利要求的方法，還包括當(dāng)該電池不能提供用于操作該應(yīng)答器的足夠電能時(shí)、從該射頻輻射獲取電能并用獲取的電能為該應(yīng)答器供電。
107.一種射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)詢問器件，該詢問器件安排成把RF詢問輻射傳輸?shù)絉F應(yīng)答器，并響應(yīng)該詢問輻射對(duì)來自該RF應(yīng)答器的反向散射-調(diào)制輻射進(jìn)行接收和解碼；至少一個(gè)射頻(RF)應(yīng)答器，包括至少一個(gè)電池、耦合該電池以為操作應(yīng)答器而提供動(dòng)力；至少一個(gè)天線，該天線安排成對(duì)來自該至少一個(gè)詢問器件的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射；以及集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并只由通過電池提供的能量供電，響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便將該信息調(diào)制到反向散射輻射上；以及至少一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置，用于處理這樣的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過該至少一個(gè)詢問器件解碼，來自該反向散射調(diào)制輻射。
108.根據(jù)權(quán)利要求107的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)應(yīng)答器包括襯底，該襯底具有布置在其上的至少一個(gè)IC、至少一個(gè)天線和至少一個(gè)電池。
109.根據(jù)權(quán)利要求108的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)電池包括至少一個(gè)印刷陽極層、電解質(zhì)層和印刷陰極層，布置在襯底上，彼此的頂部。
110.根據(jù)權(quán)利要求108或者109的系統(tǒng)，其中該襯底是柔性的。
111.根據(jù)權(quán)利要求107-110中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)應(yīng)答器具有不大于1毫米的厚度和不大于25毫米的曲折半徑。
112.根據(jù)權(quán)利要求107-111中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)應(yīng)答器附著于物體上，同時(shí)在該IC中信息的至少一部分與該物體有關(guān)。
113.根據(jù)權(quán)利要求112的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)應(yīng)答器適合于圍繞物體的角部固定，以便該至少一個(gè)電池以第一平面取向，而該至少一個(gè)天線以不同于該第一平面的第二平面取向。
114.根據(jù)權(quán)利要求107-113中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)天線從以下組中選擇，該組包括單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合中至少一個(gè)。
115.根據(jù)權(quán)利要求107-114中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)天線安排成對(duì)在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射。
116.根據(jù)權(quán)利要求107-115中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)天線布置成對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
117.根據(jù)權(quán)利要求107-116中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)天線包括饋電點(diǎn)，而其中該輻射特性包括至少一個(gè)天線的雷達(dá)橫截面(RCS)，同時(shí)其中該IC安排成在該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)改變負(fù)載阻抗，從而改變?cè)趦蓚€(gè)或更多不同RCS值之間的天線的RCS。
118.根據(jù)權(quán)利要求117的系統(tǒng)，其中該IC包括可操作地與該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)耦合的固態(tài)開關(guān)，該開關(guān)安排成響應(yīng)該代碼的二進(jìn)制表達(dá)，對(duì)在第一阻抗和第二阻抗之間的負(fù)載阻抗進(jìn)行切換。
119.根據(jù)權(quán)利要求117或者118的系統(tǒng)，其中該IC安排成在該至少一個(gè)天線的饋電點(diǎn)引入低電阻負(fù)載條件，以便使該兩個(gè)或更多RCS值中至少一個(gè)最大化，從而使該至少一個(gè)應(yīng)答器的通信范圍最大化。
120.根據(jù)權(quán)利要求117-119中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該IC安排成使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中兩個(gè)之間的比值。
121.根據(jù)權(quán)利要求120的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)天線和該IC安排成共同使調(diào)制深度和該至少一個(gè)應(yīng)答器的通信范圍最大化。
122.根據(jù)權(quán)利要求107-121中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中由該至少一個(gè)天線接收的詢問輻射具有第一能量級(jí)，而其中該至少一個(gè)天線和該IC安排成對(duì)大于第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的詢問輻射進(jìn)行反向散射。
123.根據(jù)權(quán)利要求122的系統(tǒng)，其中該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
124.根據(jù)權(quán)利要求107-123中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)應(yīng)答器安排成符合限定兩個(gè)或更多操作模式的操作協(xié)議。
125.根據(jù)權(quán)利要求124的系統(tǒng)，其中該IC包括能源節(jié)省模塊，該能源節(jié)省模塊安排成響應(yīng)操作模式來啟動(dòng)和停用系統(tǒng)的一部分，以便降低來自該至少一個(gè)電池的能量消耗。
126.根據(jù)權(quán)利要求125的系統(tǒng)，其中該協(xié)議包括系統(tǒng)-首先說(TTF)和讀取器-首先說(RTF)協(xié)議中至少一個(gè)。
127.根據(jù)權(quán)利要求126的系統(tǒng)，其中該協(xié)議包括RTF協(xié)議，而其中該IC安排成對(duì)由該詢問輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析，并響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸地啟動(dòng)該至少一個(gè)應(yīng)答器，以便降低來自該至少一個(gè)電池的能量消耗，以根據(jù)分析信號(hào)評(píng)定該詢問輻射與該至少一個(gè)應(yīng)答器的相關(guān)性，和能夠使該至少一個(gè)應(yīng)答器根據(jù)該相關(guān)性對(duì)該詢問輻射作出反應(yīng)。
128.根據(jù)權(quán)利要求126或者127的系統(tǒng)，其中在檢測(cè)到該詢問輻射存在后，該IC進(jìn)行安排以評(píng)估一個(gè)或多個(gè)超時(shí)條件，和以響應(yīng)該超時(shí)條件使該至少一個(gè)應(yīng)答器的預(yù)定部件停用。
129.根據(jù)權(quán)利要求107-128中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該IC包括電池狀態(tài)指示器，該電池狀態(tài)指示器安排成指示來自該至少一個(gè)電池足夠電能的有效性，同時(shí)該IC安排成這樣，即響應(yīng)通過該電池狀態(tài)指示器確定的足夠電池能量報(bào)告的無效性，從該詢問輻射獲取電能。
130.根據(jù)權(quán)利要求107-129中任何權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)應(yīng)答器包括傳感器，該傳感器安排成探測(cè)在該至少一個(gè)應(yīng)答器附近的本地條件，并把該本地條件指示給該IC。
131.一種用于從射頻(RF)應(yīng)答器傳輸信息的天線，其中該天線安排成接收來自詢問器件的在第一能量級(jí)的RF詢問輻射，以把在大于該第一能量級(jí)75％的第二能量級(jí)的該詢問輻射反向散射，并且其中該天線具有可變的輻射特性，而該可變的輻射特性可由該應(yīng)答器控制，以便對(duì)將該信息調(diào)制到該反向散射輻射上。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的天線，其中該第二能量級(jí)大于該第一能量級(jí)的95％。
133.根據(jù)權(quán)利要求131或者132的天線，其中該天線從以下組中選擇，該組包括單極、曲折單極、雙極、曲折雙極、貼片、陣列天線和其組合中至少一個(gè)。
134.根據(jù)權(quán)利要求131-133的天線，其中該天線安排成對(duì)在超高頻(UHF)范圍和微波頻率范圍中之一的詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射。
135.根據(jù)權(quán)利要求131-134中任何權(quán)利要求的天線，其中該天線布置成對(duì)橫向電磁(TEM)輻射進(jìn)行接收和反向散射。
136.根據(jù)權(quán)利要求131-135中任何權(quán)利要求的天線，其中該天線包括饋電點(diǎn)，而該輻射特性包括天線的雷達(dá)橫截面(RCS)，并且其中該天線可被控制，以響應(yīng)在該天線饋電點(diǎn)負(fù)載阻抗的變化來調(diào)制該信息，從而改變?cè)趦蓚€(gè)或更多不同RCS值之間的RCS。
137.根據(jù)權(quán)利要求136的天線，其中該天線安排成響應(yīng)作用在該天線饋電點(diǎn)的低電阻負(fù)載條件，以使該兩個(gè)或更多RCS值中至少一個(gè)最大化，從而使該天線的通信范圍最大化。
138.根據(jù)權(quán)利要求136或者137的天線，其中該天線安排成使調(diào)制深度最大化，該調(diào)制深度定義為在該兩個(gè)或更多RCS值中兩個(gè)之間的比值。
139.根據(jù)權(quán)利要求138的天線，其中該天線安排成共同使調(diào)制深度和天線的通信范圍最大化。
140.一種用于在射頻(RF)應(yīng)答器中降低來自電池能量消耗的能源節(jié)省電路，包括狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)安排成檢測(cè)在該應(yīng)答器的RF輻射的存在，以對(duì)由檢測(cè)的射頻輻射承載的信號(hào)進(jìn)行分析，并響應(yīng)該分析信號(hào)逐漸地啟動(dòng)應(yīng)答器部件，以便降低能量消耗，并根據(jù)分析的信號(hào)評(píng)定該射頻輻射與該應(yīng)答器的相關(guān)性，同時(shí)根據(jù)該相關(guān)性能夠使該應(yīng)答器對(duì)該射頻輻射起反應(yīng)；以及一個(gè)或者更多超時(shí)電路，該電路安排成評(píng)估超時(shí)條件，以便響應(yīng)該分析信號(hào)啟動(dòng)該應(yīng)答器的預(yù)定部件。
141.根據(jù)權(quán)利要求140的電路，其中該狀態(tài)機(jī)安排成通過執(zhí)行以下步驟中至少之一來評(píng)定相關(guān)性，即檢測(cè)在該RF輻射中形式和確定在該RF輻射中的編址信息。
142.根據(jù)權(quán)利要求140或者141的電路，其中狀態(tài)機(jī)被安排成執(zhí)行以下步驟中至少之一，即拒絕不是通過RF讀取器產(chǎn)生的RF輻射和拒絕不是尋址該應(yīng)答器的RF輻射。
143.一種射頻(RF)應(yīng)答器，包括至少電池，耦合該電池以提供動(dòng)力用于操作應(yīng)答器；至少一個(gè)天線，該天線安排成對(duì)來自詢問器件的RF詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射；以及集成電路(IC)，該集成電路安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并由通過電池提供的能量和來自該詢問輻射的多余能量中至少之一供電，響應(yīng)該代碼來改變天線的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制。
全文摘要
一種射頻應(yīng)答器(28)包括至少一個(gè)電池(60)，連接該電池以提供用于操作該應(yīng)答器的電能；以及至少一個(gè)天線(52)，該天線安排成對(duì)來自詢問器件(32)的RF詢問輻射進(jìn)行接收和反向散射。集成電路(56)安排成儲(chǔ)存包括信息的代碼，并只由通過電池提供的能量供電，響應(yīng)該代碼來改變?cè)撎炀€的輻射特性，以便對(duì)在該反向散射輻射上的信息進(jìn)行調(diào)制。
文檔編號(hào)G06K19/07GK101036153SQ200580029414
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者茲維·尼特贊, 多倫·萊維, 加比·古雷 申請(qǐng)人:伯維雷德有限公司