CN1863681A - 空间选择性的uhf近场微带耦合器器件和使用该器件的rfid系统 - Google Patents

空间选择性的uhf近场微带耦合器器件和使用该器件的rfid系统 Download PDF

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Abstract

具有UHF RFID收发器的系统适于排它地与位于预定的限定的应答器工作区中的单个电磁耦合应答器通信。该系统包括包含以并联的方式与不匹配的负载连接的多个线路的近场耦合器。该近场耦合器可例如形成于具有多个电互连的迹线和接地面的印刷电路板上。该系统以预定的收发器功率级为位于限定的应答器工作区中的单个应答器建立排它地选择性的互电磁耦合。还包括用于与诸如打印机编码器的装置中的应答器选择性地通信的方法。

Description

空间选择性的UHF近场微带耦合器器件 和使用该器件的RFID系统
技术领域
本发明涉及可利用在接近的位置工作的各种不同尺寸的电磁耦合应答器工作的RFID系统，以排除其它临近的应答器的方式对位于预定的应答器工作区中的单个应答器具有空间选择性的RF收发器天线，并涉及其对打印机编码器的应用或在UHF RFID中使用其的其它系统的应用。
背景技术
UHF射频识别(RFID)技术允许使用背散射器(backscatter)技术进行无线数据获取，和/或相对有源(电池供电)或无源应答器(transponder)的传送。要与应答器通信，即，从应答器“读取”和/或向应答器“写入”命令和/或数据，应答器被暴露于收发器的RF电磁场中，该收发器与应答器耦合并通过电磁感应向其供能(energize)(如果是无源的)，并使用预定的“空中接口”RF信号协议传送命令和数据。
当多个无源应答器处于相同的RF收发器电磁场的范围内时，它们将分别被供能，并尝试与收发器通信，从而可能导致在对读取场中的特定应答器的“读取”和/或“写入”的过程中产生错误。存在防冲突管理技术，以允许对同一RF电磁场中的大量接近地分组的应答器进行大致同时的读取和写入。但是，防冲突管理增加系统复杂性、成本和延迟响应。并且，防冲突管理是“肓的”，因为它不能识别正在被处理的特定应答器在RF电磁场中的物理位置，例如，哪一个应答器位于打印机编码器的打印头附近。
在不使用防冲突管理的情况下防止对应答器的读取和写入过程中的错误的一种方法是使所关心的特定应答器与附近的应答器电隔离。以前，应答器的隔离使用RF屏蔽罩和/或暗室(anechoic chamber)，应答器单独地通过该RF屏蔽罩和/或暗室，以单独地暴露于询问FR场。这要求各个应答器具有麻烦的屏蔽或很大的空间分离。
已开发了可以在固定或嵌入应答器的标签、票据、标志(tag)、卡片、或其它介质上进行按需(on-demand)打印的RFID打印机编码器。这些打印机编码器具有用于与单个介质上的应答器进行按需通信的收发器，以读取并/或将数据存储在固定的应答器中。出于所给出的原因，在许多应用中非常希望以卷(roll)或其它格式呈现介质，其中应答器紧密间隔。但是，在不与介质上的相邻的应答器同时通信的情况下，应答器间隔较近加重连续与各单个应答器通信的任务。由于应答器在被询问时被定位，因此，在被设计为在间隔相近或相同的介质上进行打印的打印机编码器中，这种排它地与单个应答器的选择性通信被进一步恶化。
当将提供的应答器固定到例如固定RFID的标签、票据、标志或以整体卷(bulk roll)、Z字形折叠叠层或其它格式提供的其它介质中的载体衬底上时，需要载体衬底具有额外长度，以允许载体衬底上的一个应答器在行中的下一个应答器进入之前离开隔开的场区域。对于给定数量的应答器，额外的载底衬底增加应答器介质整体提供的材料成本和所需要的体积。增加应答器之间的间隔还会减慢整个打印机编码器生产量。
当不同尺寸和形状因数的应答器被处理时，RF屏蔽和/或暗室构造也将需要重建、增加成本、复杂性并降低整个生产率。在某些打印机编码器中，希望在同一应答器工作区中在应答器安装介质上打印，在该应答器工作区中，应答器被读取或写入。如果应答器也必须被隔离在屏蔽罩或室内，这将很难实现。
例如，在美国，UHF应答器可在902～928MHz频带中工作，在世界的其它部分，在指定的其它ISM频带中工作。例如，在图1中，常规的半波长“前向波”微带现有(prior art)耦合器3包含例如矩形导电性条带5，该导电性条带5位于印刷电路板7上，印刷电路板7具有为这些频率配置的一层独立接地面9。导电性条带5的一端与收发器42连接，另一端通过终接电阻器8与接地面9连接。由于由产生可接受的频率响应特性的需要造成的RF设计要求，图1中所示的导电性条带5具有较大的宽度。这种类型的现有耦合器3已和与现有耦合器3相比相对较大的UHF应答器一起使用。
如图2a和图2b所示，被设计用于在UHF频率下工作的最近开发的应答器1使一个维度大大减小，这里例如几个毫米宽，使得当靠近较大的现有耦合器3通过时，它们就被集中在现有耦合器3的导电性条带5的任一侧边缘上的电磁功率泄漏10激活。在图2A中，由电磁功率泄漏10限定的两个泄漏区域“A”和“B”较小且相距较远，由此增加系统逻辑开销和介质传送定位精度要求。如果应答器1被接近地放置在一起，那么多个应答器1就会被在物理上范围较广的半波“前向波”微带现有耦合器3激活。
因此，相对于微带耦合器3的尺寸，这些应答器1的用于被隔开的最小所需间隔以及介质11的最小尺寸(假定在载体衬底13上每个标签或介质11嵌入一个)必须较大。这样，由于限制了用于应答器1放置的介质11上的可用空间，并大大增加了可印刷介质11以内或以下以及沿内衬(liner)或载体衬底13的应答器1放置的所需精度，因此，给介质提供装置制造难题。由于介质11必须远远大于应答器1，以实现足够的RF隔离，因此，这还降低了在介质11内使用窄尺寸应答器1的成本优势。
对于这种“集成的”打印机编码器系统以及其它RFID询问系统的市场竞争已将注意力集中在从具有不同尺寸、形状和耦合特性的广泛的可用的应答器以高的空间选择性询问任何应答器的能力、以及整个系统的小型化、介质尺寸和应答器成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供克服这种现有技术中的缺点的器件、系统和方法。
附图说明
被包含并构成本说明书的一部分的附图解释本发明的实施例，并与以上给出的本发明的一般说明和以下给出的实施例的详细说明一起用于解释本发明的原理。
图1是现有微带前向波耦合器(microstrip forward wave coupler)的顶视图。
图2a是使用图1中所示的现有前向波耦合器的应答器-耦合器结构的简化剖视侧面图，用于示意地解释会发生与窄尺寸应答器的耦合的位置，该窄尺寸应答器在载体衬底上以顺列式布置的方式与其它应答器一起被提供。
图2b是现有前向波耦合器和嵌有图2a的应答器的载体衬底的部分剖视顶视示意图。
图3是具有被改善的RFID询问系统的本发明的一个实施例的介质打印机的侧面示意图。
图4a是根据本发明的一个实施例的耦合器的顶视图。
图4b是根据本发明的另一个实施例的耦合器的顶视图。
图5a是使用根据本发明的耦合器的应答器-耦合器结构的简化剖视侧面图，用于示意地解释会发生与窄尺寸应答器的耦合的空间分开的区域，该窄尺寸应答器在载体衬底上以顺列式布置的方式与其它应答器一起被提供。图5b是根据本发明的耦合器和嵌有图5a的应答器的载体衬底的部分剖视顶视示意图。
图6a和图6b是用于解释根据本发明的其它实施例的RFID应答器的不同位置的载体衬底的顶视图。
图7用于解释收发器可在到示例性应答器为特定距离的位置与该应答器通信的功率级。
图8是用于说明根据本发明的一个实施例的查阅表的表格，用于提供用于与特定类型的应答器通信的收发器的功率级的特性值。
图9是用于解释特定类型的应答器在不同的功率级和相对于收发器的位置的读取成功率的三维图。
图10是与图9对应的二维图。
图11是用于解释特定类型的应答器在不同的频率和相对于收发器的不同位置的读取成功率的三维图。
图12是与图11对应的二维图。
具体实施方式
以下参照附图更全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的一些而非全部实施例。事实上，这些发明可以以许多不同的形式被体现并且不应被解释为限于这里阐述的实施例；更确切地，提供这些实施例使得本公开将满足适当的法律要求。通篇之中相同的附图标记表示相同的部件。
本发明涉及这样一种装置和方法，该装置和方法使得，当一个或更多个其它类似的应答器距离很近时，RFID收发器(有时这里称为“询问器”)可选择性地且排它地与单个UHF应答器1通信，而不需要物理上的隔离或麻烦的屏蔽罩或室。
本发明可用于例如需要按需RFID加标(labeling)的装配线上、分布中心或仓库中的UHF应答器的读取和/或数据加载，并可用于各种其它应用。在许多应用中，应答器或多个应答器被安装在或嵌于在内衬或载体上承载的标签、票据、标记、卡片或其它介质上或被嵌入其中。经常希望可以在与应答器通信之前、之后或之中在介质上进行打印。虽然这里以供热敏打印机(thermal printer)或热转印打印机一起使用的特定实施例公开本发明，但本发明也可与任何类型的空间选择RFID询问器或使用包含喷墨、点阵和电子照相方法的其它打印技术的其它类型的打印机一起使用。
在一些应用中，打印站可能离RFID收发器有一段距离；在另外一些应用中，当应答器被询问时，可能需要在被应答器占据的相同目标空间中实现打印功能。
图3通过例子以热转印介质打印机16说明本发明的实现，在该热转印介质打印机16中，在介质打印机16中的不同位置实现打印和应答器通信。如用于在热敏介质上进行打印的热敏打印机中那样，介质打印机16包括包含常规的热敏打印头18的打印头子组件和压辊(platen roller)19。诸如标签、票据、标记或卡片的介质11的带体(web)24沿打印头18下面的进给路径26被引导，在该进给路径中，在计算机或微处理器(未示出)的控制下进行文本、条形码和/或图片的按需打印。在被打印后，介质11沿介质离开路径34前进，并会在剥离条(peeler bar)32上从下面的载体衬底13剥离。介质的内衬或载体衬底13通过辊36被引导出介质打印机16，在该辊处它沿载体离开路径38离开打印机。
当热打印机被配置为用作热转印打印机时，条带供给辊(ribbonsupply roller)28在打印头14和带体24上介质之间传送热转印条带(为清楚起见未示出)。在使用后，将用完的条带收集到耗尽轴(take-up reel)22上。
根据本发明的一个方面，介质打印机16包括用于产生RF通信信号的收发器42，该RF通信信号被供给位于介质进给路径26附近的频率和空间选择的微带近场耦合器30。如以下详细解释和说明的那样，该系统(包括收发器42和近场耦合器30)在应答器工作区C的位置(参见图5A)形成近场图案。该系统被配置为以预定的收发器功率级建立排它地激活位于应答器工作区C中的单个应答器1并与其通信的互耦合。
随着具有嵌入的应答器1的标签或其它介质11沿介质进给路径26移动通过应答器工作区“C”，可以从各应答器1读取数据或将数据写入其中。然后，如在本技术领域公知的那样，通过打印头18中的加热元件的选择性激励，随着介质11在压辊19和打印头18之间通过，信息标记被印刷到介质的外表面上。当介质打印机16被配置为热敏打印机时，加热元件通过热敏介质的热变色形成图像点；当介质打印机16被配置为热转印打印机时，通过熔解来自从条带供给辊28在打印头18和带体24上介质之间传送的热转印条带(为清楚起见未示出)的墨水形成墨点。打印点的图案由此在介质11上形成希望的信息标记，诸如文本、条形码或图形。
介质传送工具在本技术领域中是公知的。因此，不详细说明沿介质进给路径26驱动具有应答器的介质的打印机的介质传送工具25部分。
现在参照图4a～5b说明根据本发明的近场耦合器30及其工作方式。近场耦合器30的一个实施例被配置为供例如UHF RFID应答器使用。可以在被固定到标签、票据、卡片或标志(tag)介质11上或被嵌入其中的载体衬底13上整体提供RFID应答器1。
如例如图4a和图4b所示，近场耦合器30包含线路50的阵列。近场耦合器30可被配置为介电衬底上的一段不匹配的线路50，该介电衬底例如是具有在隔开的隔离层上形成的接地面9的印刷电路板7，该隔离层例如是印刷电路板7的背面。线路50的阵列的一端与收发器42连接；另一端通过终接电阻器8与接地面9连接。
根据本发明的近场耦合器30作为具有例如被R＝50欧姆终接电阻器8终接的15欧姆特性阻抗的半波长不匹配传送线工作，而不是作为驻波辐射天线或磁场产生线圈工作。沿传送线通过的由收发器42产生的信号产生从与通过应答器工作区的应答器1耦合的传送线边缘开始的近场效应。对于近场效应的另一说明是在“Leaky Fields onMicrostrip”L.O.McMillian等，Progress in ElectromagneticsResearch，PIER 17，323～337，1997中讨论的“泄漏”，这里包含其全部内容作为参考。由于近场效应极其局限于传送线并随到传送线的距离的增加以指数率下降，因此单根传送线的得到的应答器工作区非常窄。因此，根据本发明，如例如图4a和图4b所示，用由多根共同供给和终止即以并联的方式电连接的线路50形成的阵列代替现有的矩形导电性条带。多根线路50因此产生如图5a所示的泄漏边缘的阵列；每一个泄漏边缘在应答器工作区C内的几个点上产生电磁功率泄漏10。得到的线路阵列具有与现有固体微带耦合器3相似的整体宽度，并可类似地通过调整线路50和接地面9之间的长度、间隔和介电性能以及线路50的数量和/或单根线路宽度、形状和间隔被调节，以调整作为集成的单个电结构的整体阵列使其具有希望的频率响应特性，并产生与希望的应答器工作区对应的组合近场效应。
如图5a和图5b所示，从根据本发明的近场耦合器30得到的整个应答器工作区C基本上是均匀的。优选为临界耦合选择耦合器30和带体24之间的距离。即，该距离被选择为传送满足以下条件的最大功率的距离，即，到带体24的距离不至于近至使得通过的应答器1导致耦合器30的有效阻抗不良地变化。
在例如增加RFID读/写能力的现有打印机构造的修改的一些应用中，由于可用空间和/或诸如应答器工作区C的位置接近打印头18的其它设计考虑，耦合器30的位置可接近带体24。在耦合器30和带体24相互十分接近时，由于与通过的应答器1的电交互作用改变耦合器30的有效阻抗，因此会出现阻抗不匹配。对于给定的输出功率，阻抗不匹配将减小耦合范围，并且，当阻抗太大时，阻抗变化会在由各线路50发射的各场之间导致例如由图5a中的d、e、f和g表示的工作区域C中的窄的空间隙(null gap)。
如果应答器工作区C中的应答器1落在空间隙上并且丢失了应答器通信，可以使用添加到介质传送系统上的简化逻辑(logic)，以将介质11向前移动一个小的增量，例如1～2毫米。
空间隙和通过操纵耦合器30相对于带体24的位置控制其存在的能力是由近场效应产生的极度局部化的场集中(field concentration)和使得应答器工作区可被配置为具有边界被鲜明地限定的较宽的区域的精度的证据。这些特性使得近场耦合器30可用于消除对介质提供系统中的介质提供装置、复杂的应答器位置和跟踪逻辑的精确应答器放置要求、以及对屏蔽的任何要求或增加的应答器放置容限要求。并且，由本发明提供的增加的应答器工作区C使用户能够增加将介质11中的嵌入的应答器1放在希望的位置上的自由度，以例如避免当打印头由于RFID应答器1的存在而遇到介质表面不规则时会出现的打印劣化。
如图4a所示，近场耦合器30的线路50的阵列可由多段直线线路50形成。要进一步调节由线路50产生的近场，可如例如图4b中所示那样对各线路50实加Z字形曲折或弯曲，以进一步减小场强间隙d、e、f和g的外观和/或深度。对于这种规格，将“Z字形曲折”限定为具有整体长度特性而又在线路的整体长度内具有多个方向变化的线路的特性。方向变化可例如以剧变的方式被限定或作为平滑曲线出现。
作为替代方案，可以通过将与收发器42耦合的近场耦合器30定位在移动连续的应答器1通过应答器工作区C的介质传送工具25附近，形成没有打印能力的简化的应答器1读取和/或写入系统。在介质11未被打印或在另一位置打印的情况下这种结构也是有用的。
近场耦合器30不限于双面结构。例如，近场耦合器30可以共平面，即，接地面和线路50的阵列可在电隔离的情况下位于印刷电路板的同一平面内而又位于不同迹线上。并且，线路50不需要共平面，而是可以形成三维结构。例如，线路50可位于印刷电路板的多个层上，或在不使用印刷电路板技术的情况下形成为线路50的导线框架。
很显然，在一些过大的收发器功率级上，应答器工作区C外面的一些应答器1会被激励。但是，通过本发明，在正常的应答器读和写功率级的范围内的适当的功率级上，对于应答器工作区C中的应答器1，产生的互耦合将是高度选择性的。通过对应答器工作区C内的应答器1类型和位置均不同的范围绘制并然后只施加所需的功率级，可以使能量消耗和潜在的RF干涉发生最小化。
根据本发明的近场耦合器30具有空间选择性近场性能而没有任何其它的屏蔽要求，使得可以在诸如打印机编码器的器件中经济地添加紧凑、空间选择性的应答器通信模块。
由于近场耦合器30可被配置为对位于应答器工作区C中的单个应答器具有排他的选择性，因此现在通过本发明可以如例如本说明书的附图示出的那样使用介质的带体24，该介质具有在带体24上以较近的间隔被隔开的应答器。在本发明之前，很难只与以较近的间隔被隔开的一系列应答器中的可具有许多不同物理结构的一个电磁耦合UHF应答器通信而不同时激励邻近的应答器。
根据本发明的另一实施例，打印机16可被配置为对收发器42供能使其达到用于与应答器1通信的不同功率级。例如，如图3所示，收发器42可被控制器60控制。在一些情况下，控制器60可以是控制诸如打印头18的操作和介质11的带体24的传送等的打印机16的其它功能的打印机控制器。控制器60可以根据诸如存储在存储器62中的软件程序的预定指令工作。
控制器60可被配置为，与从应答器1读取时相比，在对各应答器1写入时以更高的功率操作收发器42。例如，在打印机16的一个典型操作中，各应答器1首先被收发器42读取并然后进行随后的写/读操作。在第一读取操作中，收发器42可从应答器1取回诸如应答器1的类型、识别特定的应答器1的序号和与固定应答器1的介质11有关的信息等的数据。另外，收发器42可通过第一读取操作确定应答器1是否有缺陷。在随后的写/读操作中，收发器42将数据写入应答器1并然后从应答器1读取至少一些数据，以验证应答器1正确工作，即，在写入操作中数据实际被存储在应答器1中。控制器60可在各读取操作中以第一功率级、并在写入操作中以更高的第二功率级操作收发器42。用于读取和写入操作中的每一个的功率级可被优化，以在不读取或写入载体衬底13上的其它应答器1的情况下提供特定应答器1的有效读取和写入。
一般地，对于特别接近近场耦合器30的应答器1，与从应答器1的读取相比，收发器42必须为对应答器1的写入提供更大的功率。即，对于对应答器1的写入的功率要求比对于读取的功率要求高。因此，根据本发明的一个实施例，可以在写入操作过程中以更高功率级对收发器42供能，使得每当应答器1足够近以由收发器42以较低的读取功率读取时，收发器42可对应答器1进行写入。换句话说，收发器42可被配置为使得收发器42可有效写入应答器1的区域与应答器1可有效从应答器1读取的区域相同或基本相同。通过以这种方式控制收发器42的功率，控制器60可为对于特定应答器1的读取和写入提供足够的功率，同时防止对于指定位置范围外的其它应答器1的读取和写入。
不管应答器1的位置和结构如何变化，写入操作过程中的较高的功率级一般都增加收发器42写入应答器1的可能性。如图5a和图5b所示的和上面讨论的那样，应答器1可沿载体衬底13的进给方向具有相对较短的尺寸，使得应答器1在其间限定相对较长的间隔，并且只有一个应答器1受较窄的场耦合器30的不同泄漏区域影响。但是，在本发明的其它实施例中，可能希望提供具有不同结构和/或不同位置的应答器1。例如，如图6a所示，各应答器1可在沿打印机16的进给路径26的进给方向上延伸较长的距离，使得应答器1之间的间隔减小。并且，如图6b所示，应答器1在载体衬底13上的位置可以不均匀。即，应答器1中的一些可以更接近载体衬底13的一个横向边缘，并且/或者沿载体衬底13的连续的应答器1可在其间限定不均匀的距离。在一些情况下，应答器1的配置和位置的这种变化和/或不均匀性可增加近场耦合器30和正在被读取或写入的应答器1之间的有效距离。通过以足够高的功率写入，即使应答器1进一步远离收发器42，收发器42仍可对应答器1中的特定的一个进行写入。但是，一般不希望对写入操作使用过大的功率，以例如避免对沿载体衬底13的邻近应答器1的无意写入。并且，收发器42可通过使用较低的读取功率从特定的应答器1读取，以避免从其它应答器读取。
读取和写入操作过程中的收发器42的功率级影响收发器42对应答器1连续读取或写入的可能性。一般地，可以为对于应答器1中的每一个的读取或写入使用一个范围的功率级。但是，如果读取或写入操作过程中的收发器42的功率级太低，那么收发器42将不能与应答器1成功通信，即，不能从应答器1读取数据或将数据写入其中。作为替代方案，如果收发器42的功率级太高，那么将使得应答器1停用，并且通信将失败。
收发器42用于与应答器1通信的最小和最大功率级受部件的多个特性和操作条件影响。例如，不同类型的应答器1由不同的天线、芯片和操作协议表征。因此，各种类型的应答器1一般具有不同的要求，该要求包括通信过程中来自收发器42的信号的所需功率级。事实上，即使在特定类型的应答器1中，各应答器1的结构的微小的变化也会影响各应答器1的敏感度，并由此影响对于通信的功率要求。在一些情况下，对于相同类型的应答器1的功率要求变化50％或更多。另外，与应答器1通信所需要的功率部分上由应答器1与收发器42和/或近场耦合器30的接近度确定。即，如果应答器1更接近近场耦合器30，那么用于在其间进行通信的最小功率级一般比当应答器1距离近场耦合器30更远的情况小。如果如图6b所示应答器1以不均匀的方式被配置在载体衬底13上，或者如果载体衬底13不沿进给路径26前进均匀增加的距离，那么对于收发器42和应答器1之间的通信，会需要改变的功率级。并且，应答器1一般在不同的工作频率具有不同的敏感度。在这方面，注意当收发器42以诸如915MHz的标称频率工作时，收发器42的实际工作频率在诸如约902～928MHz的整个频率范围内变化。在该范围内，各应答器1会响应来自收发器42的不同功率级的信号。
图7表示用于与特定类型的应答器1、与位置与收发器42特别近的应答器1通信的收发器42的功率要求。特别地，线64和66分别表示用于在一定的频率范围从应答器1读取的最小和最大功率级。即，如果对于特定的频率收发器42工作在由线64表示的功率级以下或在由线66表示的功率级以上，收发器42将不能从应答器1成功读取。类似地，线68、70分别表示用于在一定的频率范围对应答器1写入的最小和最大功率级。即，如果对于特定的频率收发器42工作在由线68表示的功率级以下或在由线70表示的功率级以上，收发器42将不能成功写入应答器1。
在一些情况下，收发器42的单个功率级可被用于对于应答器1的读取和写入。例如，如图7所示，对于一些或所有频率，用于读取操作的最大功率级可比用于写入操作的最小功率级大。因此，可以在诸如PRW的功率级对收发器42进行供能，对于用于读取和写入的工作频率中的至少一些，该PRW在可接收功率级范围内。
作为替代方案，在读取和写入操作中的每一个的过程中，可以在一个或更多个不同的功率级对收发器42进行供能。可以通过使实现与应答器1的成功通信的概率机会最大化，确定这些值。表示不同功率级的特征的值可被存储在存储器62中，使得控制器60可在不同的操作过程中访问这些值，并由此例如根据用于控制打印机16的操作的软件程序的不同指令控制收发器42。在典型的读取和写入操作过程中，如图7所示，可以分别以第一读取和写入功率级PR1、PW1对收发器42进行供能。如果收发器42和应答器1之间的通信操作不成功，那么收发器42可以以一个或更多个不同的操作功率级重复失败的尝试。当然，由于频率一般在收发器42的整个操作中变化，因此，也可以在不同的频率下执行随后的尝试。在这一点上，图8示出可被存储在存储器62中并包含许多读取功率级PR1、PR2、PR3和写入功率级PW1、PW2、PW3的查询表。存储器62可包含每一操作类型的任意数量的功率级。如果以第一读取功率级PR1读取应答器1的第一尝试失败，控制器60可然后在读取应答器1的第二尝试中以第二功率级PR2、并然后在读取应答器1的第三尝试中以第三功率级PR3操作收发器42。在一些情况下，控制器60可尝试在每一频率执行操作一次以上。一般地，控制器60被配置为，在将应答器1报废为次品前，尝试执行每一操作不超过预定的最大次数。当然，如果在达到预定次数的尝试之前操作成功，那么控制器60可进到诸如对于应答器1的写入或与后面的应答器1的通信的下一操作。并且，如图8所示，存储器62可存储用于用其它类型的应答器1或其它构造的换能器(transducer)1执行读取和写入操作的其它功率级PR1′、PR2′、PR3′、PW1′、PW2′、PW3′、PR1″、PR2″、PR3″、PW1″、PW2″、PW3″。在任何情况下，用于特定类型的应答器1的写入功率级可比用于相同的应答器1的读取功率级大。例如，在一个实施例中，写入功率可达读取功率的约3倍。因此，换能器42可被配置为对具有大致相同的尺寸的区域进行写入和读取。
图9和图10表示以不同的功率级和关于收发器42的不同位置上、特定类型的应答器1的读取成功率。沿图的第一轴表示60和200之间的“功率设置”范围，各功率设置与用于收发器42的特定功率值对应。应答器1相对于收发器42的接近度由沿打印机16的进给路径26测量的以毫米为单位的“标签位置”表示。沿第三轴即读取应答器1的总尝试次数的百分比表示读取成功率。通过测试特定类型的各种功率设置和位置上的应答器1，经验性地构成图9的图。也可以在理论上或通过其它方法确定类似的数据。图10是与图9对应的二维图。即，在两个轴上表示功率设置和位置值，并且仅通过浓度(density)/暗度表示成功率。浓度值一般与沿图9的第三轴表示的比率对应，该比率一般在暗/高浓度(低成功率或不成功)和淡/低浓度(100％成功)之间变化。
在一定的位置上，收发器42实现与收发器42的功率基本上无关的较高的成功率。例如，对于约15～23mm的位置值，除了在非常低的功率设置以外，读取成功率较高。类似地，在约35～43mm的位置值上，除了在较低的功率设置以外，收发器42以较高的成功率通信。在最高的功率设置，与高成功率相关的位置范围比在较低的功率设置上的位置范围稍大。因此，在约90～180的功率设置的整个范围，在两个重要的位置范围实现较高的读取成功率。但是，还示出了对于约50mm的位置在约130以上的功率级实现较高的成功率。因此，为了限制读取操作的位置范围，即，为了防止沿载体衬底13的多个应答器1的读取，可以将功率设置限制到约90～110的功率设置范围。
类似地，图11和图12表示在不同的频率级和关于收发器42的不同位置上、特定类型的应答器1的读取成功率。即，图11是表示在频率和相对于收发器42的位置的整个范围上、在特定功率的特定类型的应答器1的读取成功率的三维图。图12对应图11，读取成功率仅由浓度/暗度表示。在约15～21mm和约36～42mm的位置上，读取成功率较高，并且基本上与频率无关。因此，在应答器1在约15～21mm的位置上的情况下，通过以约90～110的功率设置操作应答器1，可以实现较高的读取成功率。并且，在该范围的功率设置上，对于位于其它位置例如大于约45mm的位置上的应答器1的读取成功率较低。因此，收发器42可从位于相对较窄的范围的位置上的应答器1有效读取，使得与位置范围外的其它应答器1的通信被防止。
虽然以上附图说明了功率、位置和频率对于读取成功率的重要性，但应理解，可以进行类似的分析，以为收发器42对于特定类型的应答器1的写入成功率确定适用的功率、位置和频率范围。这样，可以确定收发器42与位于规定的位置范围内的应答器1实现较高的写入成功率的功率级范围。如果对于读取和写入操作的位置范围基本上相同，那么收发器42可对位于该位置范围内的应答器1进行读取和写入，同时防止与位于该范围外面的应答器1通信。因此，即使应答器1在载体衬底13上的位置相互较近，收发器42也可以与应答器1中的特定的一个通信。
在一些情况下，控制器60可被配置为根据诸如应答器1的类型、载体衬底13或介质11的带体24的类型等的其它操作参数在不同的功率级操作收发器42。例如，应答器1对来自收发器42的通信信号的敏感度可受载体衬底13、带体24或与应答器1接近的其它材料影响。但是，通过根据这些因素设置收发器42的功率级，收发器42可一致地实现与沿进给路径26的预定位置上的应答器1的较高的通信成功率，同时防止与载体衬底13上的其它应答器1的无意通信。打印机的控制器60或其它部件可例如通过从应答器1读取数据自动检测操作参数，使得控制器60可自动使用来自存储器62的相应的功率级。作为替代方案，操作员可输入操作参数，或者打印机16可被配置为不管载体衬底13上的应答器1的类型如何都使用预定的功率级。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于与应答器通信的方法。该方法包括以下步骤：a)以应答器的轴沿预定方向定向的方式将应答器定位在应答器工作区中，沿所述预定方向的所述应答器的最小尺寸远小于沿所述预定方向的所述应答器工作区的尺寸；b)利用RF通信信号在应答器工作区中形成近场集中(concentration)的阵列，所述近场集中对所述预定方向横向延伸并沿所述预定方向被隔开；和c)利用所述RF编码信号与所述应答器通信；d)沿所述预定方向的所述近场集中的间隔远小于沿所述预定方向的所述应答器的最小尺寸，使得所述应答器交迭并在位于所述应答器工作区中时被多个所述近场集中激励。在一种情况下，通过经由介质传送工具依次通过应答器工作区，单独地与多个应答器通信。
由本发明的另一实施例提供的一种用于与应答器通信的方法包括以下步骤：将应答器定位在RF通信信号的近场集中的被隔开的阵列之上，相对于所述应答器的尺寸所述近场集中的间隔使得所述应答器交迭并被多个所述近场集中激励。例如，被隔开的阵列可以是具有近场集中的泄漏边缘的平行阵列。
在另一实施例中，本发明提供一种自适应地与应答器通信的方法。该方法包括以下步骤：将应答器定位于RF通信信号的被隔开的近场集中的图案附近，该图案具有至少一个不希望有的低能区域，在该低能区域内，应答器通信不能以最佳的方式被执行；利用近场集中激励应答器；确认有效通信；如果有效通信没有被确认，那么移动应答器一定的距离；重复所述激励、确认和移动动作，直到应答器的有效通信被确认。
本发明还提供一种用于与具有从最小到最大的尺寸范围的应答器通信的方法。该方法提供以下步骤：a)利用RF通信信号在应答器工作区中形成近场集中的被隔开的阵列，所述近场集中的间隔小于所述最小的应答器的长度和宽度尺寸中的较小的一个，使得所述尺寸范围内的所有应答器交迭并在接近所述应答器工作区时被多个所述近场集中激励；b)将具有所述应答器尺寸范围内的尺寸的应答器定位在所述应答器目标区附近；c)与所述应答器通信。
根据本发明的另一实施例，提供一种与应答器通信的方法。该方法包括以下步骤：利用RF通信信号在比应答器大的应答器工作区中形成近场集中图案；将应答器放在所述应答器工作区中的第一位置上；确定当所述应答器位于所述第一位置上时在操作上对所述应答器通信有效的第一信号功率级；存储所述相关的第一功率级和应答器位置；将所述应答器或类似的应答器定位在所述应答器工作区中的第二位置上；确定当所述应答器位于所述第二位置上时在操作上对所述应答器通信有效的第二信号功率级；存储所述相关的第二功率级和应答器位置；通过使用存储的分别与所述应答器工作区中的应答器的第一和第二位置有关的第一和第二信号功率级，在操作上与位于所述应答器工作区中的所述第一和第二位置上的一系列应答器通信。在一种情况下，该方法还包括存储应答器的类型的步骤。
本领域技术人员可以想到这里阐述的本发明的许多修改和其它实施例，这些修改和其它实施例同样具有在以上说明和附图中给出的教导的益处。因此，应当理解本发明不限于公开的特定实施例，并且修改和其它实施例目的在于被包含在所附的权利要求书中。虽然这里使用了特定的术语，但它们的使用仅是一般性的、描述性的，其目的不是为了限制。

Claims (50)

1.一种包括适于与应答器通信的收发器的打印机，包括：
打印头；
适于将一系列离散的介质传送到所述打印头并使其通过应答器工作区的介质传送工具，所述介质中的至少一些包含应答器；和
被配置为产生近场效应以与应答器耦合用于数据传输的近场耦合器，
近场耦合器具有以并联的方式电互连的多个线路和间隔开的接地面。
2.由权利要求1限定的打印机，其中，近场耦合器以迹线的方式在印刷电路板上被形成。
3.由权利要求1限定的打印机，其中，近场耦合器具有特性阻抗，并且近场耦合器被具有不同的特性阻抗的终接电阻器终接。
4.由权利要求1限定的打印机，其中，多个线路被配置为相互并联。
5.由权利要求1限定的打印机，其中，多个线路中的至少一个具有之字形结构。
6.由权利要求1限定的打印机，其中，所述打印头被定位和配置为当所述应答器仍在所述应答器工作区中时在所述应答器上打印或在相邻的应答器上打印。
7.由权利要求1限定的打印机，其中，所述打印头被定位和配置为当所述应答器在所述应答器工作区外时在所述应答器上或在相邻的应答器上打印。
8.由权利要求1限定的打印机，适于进给间隔的应答器的带体使其通过所述应答器工作区，并且其中所述打印机与位于所述应答器工作区中的应答器通信但同时不与位于所述应答器工作区外的另一应答器通信。
9.由权利要求1限定的打印机，其中，近场耦合器被定位在相对于应答器的最小距离处，由此，应答器的存在不改变近场耦合器的特性阻抗。
10.一种包括RFID收发器并适于排它地与位于预定的应答器工作区中的单个应答器通信的系统，所述系统包括：
延伸到应答器工作区中的具有空间选择性近场性能的近场耦合器；
该系统被配置为以预定的收发器功率级为位于所述应答器工作区中的单个应答器建立排它地选择性的互耦合。
11.由权利要求10限定的系统，其中，近场耦合器具有多个以并联的方式电连接的线路。
12.一种在收发器和位于预定的限定的应答器工作区中的单个应答器之间建立通信的方法，包括以下步骤：
在应答器工作区中产生响应射频输入信号变化的近场；
以预定的收发器功率级为位于所述应答器工作区中的单个应答器建立排它地选择性的互耦合。
13.由权利要求12限定的方法，包括利用具有以并联的方式电连接的多个线路的耦合器定位形成近场。
14.由权利要求12限定的方法，还包括将耦合器定位在到应答器的距离不显著改变耦合器的特性阻抗的位置上的步骤。
15.由权利要求12限定的方法，包括传送标签的带体使其通过所述应答器工作区，所述标签中的至少一些具有RFID应答器，并且其中所述方法包括在所述标签上打印。
16.由权利要求12限定的方法，还包括以下步骤：如果应答器位于应答器工作区的场强间隙中，那么在应答器工作区中以递增的方式进给应答器。
17.一种近场耦合器，包括：
以并联的方式电互连的多个线路；
与所述多个线路间隔开的接地面；和
与线路耦合的终接电阻器，所述终接电阻器被选择为不与所述多个线路的特性阻抗匹配。
18.由权利要求17限定的近场耦合器，其中，所述多个线路在印刷电路板上形成为至少第一迹线，所述接地面在印刷电路板上形成为第二迹线。
19.由权利要求17限定的近场耦合器，其中，所述多个线路中的至少一个具有之字形特性。
20.由权利要求17限定的近场耦合器，其中，所述多个线路在空间上排列为相互共面且并联。
21.由权利要求17限定的近场耦合器，其中，对希望的带宽选择多个线路的长度、宽度和间距。
22.一种用于与位于应答器工作区中的应答器通信的近场耦合器，包括：
接收RF通信信号并被配置为响应RF通信信号产生被隔开的近场集中的阵列的近场耦合器，沿预定方向的所述近场集中的间隔远小于沿所述预定方向的所述应答器的最小尺寸，使得所述应答器交迭并在位于所述应答器工作区中时被多个所述场部件激励。
23.如权利要求22所述的耦合器，其中，所述近场集中由被配置为具有隔开的平行几何形状的阵列的线路形成。
24.如权利要求23所述的耦合器，其中，所述线路包括在微带耦合器中形成的泄漏边缘。
25.如权利要求23所述的耦合器，其中，所述线路具有之字形结构。
26.如权利要求23所述的耦合器，其中，所述线路在具有分开的接地面的印刷电路板上形成为迹线。
27.为了与位于应答器工作区中的RFID应答器通信，近场微带耦合器被配置为产生对应答器为横向定向且被隔开的泄漏边缘的阵列，使得当所述应答器位于所述应答器工作区中时，所述应答器被多个所述泄漏边缘激励。
28.一种用于与应答器通信的方法，包括以下步骤：
将应答器定位在RF通信信号的近场集中的被隔开的阵列之上，相对于所述应答器的尺寸所述近场集中的间隔使得所述应答器交迭并被多个所述近场集中激励。
29.根据权利要求28的方法，其中，所述定位步骤包含将应答器定位在具有RF通信信号的近场集中的泄漏边缘的平行阵列之上。
30.根据权利要求28的方法，还包括以下步骤：
利用RF通信信号在应答器工作区中形成近场集中的被隔开的阵列，所述近场集中对所述预定方向横向延伸并沿预定的轴向被隔开，并且其中所述定位步骤包含以应答器的轴沿所述轴向定向的方式将应答器定位在应答器工作区中，沿所述轴向的所述应答器的最小尺寸远小于沿所述轴向的所述应答器工作区的尺寸，沿所述预定方向的所述近场集中的间隔远小于沿所述预定方向的所述应答器的最小尺寸，使得所述应答器交迭并在位于所述应答器工作区中时被多个所述近场集中激励；和
利用所述RF编码信号与所述应答器通信。
31.根据权利要求30的方法，其中，通过经由介质传送工具依次通过应答器工作区，单独地与多个应答器通信。
32.根据权利要求28的方法，还包括以下步骤：
利用RF通信信号在应答器工作区中形成近场集中的被隔开的阵列，所述近场集中的间隔小于所述最小的应答器的长度和宽度尺寸中的较小的一个，使得所述尺寸范围内的所有应答器交迭并在接近所述应答器工作区时被多个所述近场集中激励，其中，所述定位步骤包含将具有应答器尺寸范围内的尺寸的应答器定位在所述应答器工作区附近；和
与所述应答器通信。
33.一种自适应地与应答器通信的方法，包括以下步骤：
将应答器定位于RF通信信号的被隔开的近场集中的图案附近，该图案具有至少一个不希望有的低能区域，在该低能区域内，应答器通信不能以最佳的方式被执行；
利用近场集中激励应答器；
确认有效通信；
如果有效通信没有被确认，那么移动应答器一定的距离；和
重复所述激励、确认和移动动作，直到应答器的有效通信被确认。
34.一种与应答器通信的方法，包括以下步骤：
利用RF通信信号在比应答器大的应答器工作区中形成近场集中图案；
将应答器放在所述应答器工作区中的第一位置上；
确定当所述应答器位于所述第一位置上时在操作上对所述应答器通信有效的第一信号功率级；
存储所述相关的第一功率级和应答器位置；
将所述应答器或类似的应答器定位在所述应答器工作区中的第二位置上；
确定当所述应答器位于所述第二位置上时在操作上对所述应答器通信有效的第二信号功率级；
存储所述相关的第二功率级和应答器位置；和
通过使用分别与所述应答器工作区中的应答器的第一和第二位置有关的存储的第一和第二信号功率级，在操作上与位于所述应答器工作区中的所述第一和第二位置上的一系列应答器通信。
35.如权利要求34所述的方法，还包括存储应答器的类型的步骤。
36.一种与打印机中的载体衬底上的应答器通信的方法，该方法包括以下步骤：
将收发器供能到第一功率级，并由此将第一数据写入应答器；和
将收发器供能到比第一功率级低的第二功率级，并由此从应答器读取第二数据。
37.根据权利要求36的方法，还包含将第二数据与第一数据相比较的步骤，所述第二数据包含所述第一数据的至少一部分，并由此确定应答器的缺陷特性。
38.根据权利要求36的方法，其中，所述第一供能步骤包含写入到第一空间区域的步骤，所述第二供能步骤包含从第二空间区域读取的步骤，所述第一和第二区域基本上相同。
39.根据权利要求36的方法，其中，所述第一供能步骤包含写入到所述应答器而不写入到载体衬底上的其它应答器的步骤，并且，所述第二供能步骤包含从所述应答器读取而不从载体衬底上的其它应答器读取的步骤。
40.根据权利要求36的方法，还包括存储表征多个读取功率级和写入功率级的值的步骤，每一个功率级与应答器和载体衬底中的至少一个的特性相关，其中，所述供能步骤中的每一个包含以下步骤：根据应答器和载体衬底中的至少一个的特性，以读取和写入功率级中的一个对收发器供能。
41.根据权利要求36的方法，其中，所述第一供能步骤包含以收发器的第一功率级将第一数据写入应答器，还包含通过使用与第一功率级不同的功率级重复所述第一供能步骤。
42.根据权利要求41的方法，其中，所述重复步骤包含将收发器供能到比所述第一供能步骤高的功率级。
43.根据权利要求41的方法，其中，所述第一供能步骤包含在第一频率对应答器写入，并且其中所述重复步骤包含在与第一频率不同的第二频率对应答器写入。
44.根据权利要求36的方法，其中，所述第一供能步骤包含以第一功率级对应答器供能，并且第二供能步骤包含以第二功率级对应答器供能，所述第一功率级比所述第二功率级大，并且，所述第一功率级比三倍的第二功率级小。
45.根据权利要求36的方法，还包括以下步骤：
对于多个功率级和收发器和应答器之间的多个距离，确定收发器和应答器之间的成功通信的比率；和
对于收发器和应答器之间的有限距离范围，选择与收发器和应答器之间的成功通信的较高比率相关的第一功率级。
46.根据权利要求45的方法，其中，所述确定步骤包含对于多个功率级和收发器和应答器之间的多个距离，确定多个读取成功率和多个写入成功率，还包含选择选择距离、第一功率级和第二功率级，其中，所述第一功率级与在包含选择距离的有限距离范围的较高写入成功率相关，并且，所述第二功率级与在包含选择距离的有限距离范围的较高读取成功率相关。
47.一种用于与打印机中的载体衬底上的应答器通信的系统，该系统包括：
进给路径，延伸通过打印机使得打印机被配置为沿进给路径接收载体衬底；
被配置为被供能以与应答器通信的收发器；和
控制器，该控制器与收发器通信，并被配置为选择性地将收发器供能到用于将数据写入到应答器的第一功率级和用于从应答器读取数据的第二功率级，所述第一功率级比所述第二功率级大。
48.根据权利要求47的系统，其中，所述控制器被配置为将从应答器读取的数据与写入应答器的数据相比，并由此确定应答器的缺陷特性。
49.根据权利要求47的系统，其中，所述控制器被配置为对应答器供能，以写入到第一空间区域并从第二空间区域读取，所述第一和第二区域基本上相同。
50.根据权利要求47的系统，还包括被配置为存储表征多个读取功率级和写入功率级的值的存储器，每一个功率级与应答器和载体衬底中的至少一个的特性有关，并且其中所述控制器被配置为根据应答器和载体衬底中的至少一个的特性，选择性地以存储在存储器中的读取和写入功率级中的一个对收发器供能。
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