双频段应答器及具有双频段应答器的织物标签

摘要

一种双频段应答器(20)具有包括至少一个平面基底层的支撑基底(16)。超高频环形天线(11)安装在支撑基底(16)的其中一个平面基底层的第一侧上。高频环形天线(12)安装在支撑基底(16)的其中一个平面基底层的相对两侧上。在这种布置中，超高频环形天线(11)在与至少一个平面基底层平行的平面中完全环绕高频环形天线(12)。一种织物标签(10)具有织物标签基底(19)以及安装在织物标签基底(19)上的对应的双频段应答器(20)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双频段应答器，特别是一种在超高频范围(UHF)和近场通信范围(NFC)中具有组合数据传输功能的应答器。本发明还涉及一种具有这种双频段应答器的织物标签。此外，本发明涉及制造这种双频段应答器和具有双频段应答器的织物标签的方法。

背景技术

针对纺织工业中的增值链，普遍使用具有高频和/或超高频应答器的标签，称为“射频识别标签(RFID标签)”。这种应答器可以通过可读的方式存储与所标记的产品的制造、标识、分配、销售以及营销相关的数据。

近场通信技术(NFC)一般建立在RFID技术的基础上，并且已被确立为无接触式数据交换的国际传输标准。为此目的，通过气隙被分隔开几厘米的线圈使用电磁感应原理被暂时耦合在一起，从而能够通过测量反馈效应而将数据从NFC应答器传输到具有NFC功能的读取设备。纺织业可以利用这种NFC标签与零售客户通信，例如用于营销。

针对同一产品使用不同的无线数据通信技术可以在增值链的不同阶段中带来益处。可能需要使用两种不同的RFID标签，使得所保存的数据的编程和维护变得更复杂。另一种选择是使用具有能够在不同的频段下工作且利用不同的高频通信标准的应答器的标签。然而，在具有RFID功能的标签中嵌入彼此相邻的不同的应答器通常会减弱单独的应答器的功能，并且增加了标签的空间需求。

可以在文件DE102008033537A1、DE102013111027A1、US2009/0231139A1和US2016/0342883A1中找到解决具有多频段功能的高频应答器的问题的现有技术手段。

发明内容

本发明的一个目的因此在于找到针对双频段应答器的小型化、特别是针对纺织工业的增值链中的应用的解决方案。

通过具有权利要求1的特征的双频段应答器、具有权利要求16的特征的织物标签以及具有权利要求22的特征的制造织物标签的方法解决了上述目的和其他目的。

根据本发明的第一方面，一种双频段应答器包括至少一个平面基底层。超高频环形天线安装在承载基底的其中一个平面基底层的第一表面上。高频环形天线安装在承载基底的其中一个平面基底层的两个相对的表面上。超高频环形天线在与至少一个平面基底层平行的平面中完全围住高频环形天线。一种织物标签包括织物标签基底以及安装在织物标签基底上的对应的双频段应答器。

根据本发明的第二方面，一种织物标签包括织物标签基底以及根据本发明的第一方面的双频段应答器，该应答器安装在织物标签基底上。

根据本发明的第三方面，一种制造织物标签、特别是本发明的第二方面的织物标签的方法包括的步骤是：将超高频环形天线安装在具有至少一个平面基底层的承载基底的第一表面上；将高频环形天线安装在承载基底的两个相对的表面上，使得超高频环形天线在与至少一个平面基底层平行的平面中完全围住高频环形天线；将超高频应答器芯片耦合至超高频环形天线；将高频应答器芯片耦合至高频环形天线；在织物标签基底中编入或织入偶极天线；以及将具有超高频环形天线、高频环形天线、超高频应答器芯片和高频应答器芯片的承载基底安装在织物标签基底上。

本发明的基本概念涉及在空间或调谐方面不将用于超高频范围(UHF)和高频范围(HF)的两个天线彼此分开，而是将高频天线作为超高频天线的整体功能部分。与两个天线关联的相应的频率范围彼此分离的足够远，从而可以避免在相应的接收频段和传输频段中相互损害。相应的天线彼此被调谐为使得它们仅在与相应的另一个天线配合的情况下展开它们的完整功能。例如，超高频环形天线可以被单独调谐到约800MHz的中心频率。高频环形天线因此可在超高频环形天线的轮廓内被放置为使得超高频环形天线被去谐到约为900MHz的中心频率，即，超高频环形天线和高频环形天线一起建立900MHz的超高频范围内的中心频率。

为了使应答器的天线结构的形状尽可能紧凑，本发明的一个主要概念是通过超高频天线完全围住高频天线。通过超高频天线完全围住高频天线意味着使高频天线的有效电磁通道区域完全被超高频天线的有效电磁通道区域覆盖住。换句话说，超高频环形天线的所有线圈都围住高频环形天线的线圈并且在可能的情况下围住其另外的天线部分，使得在承载基底的平面中高频环形天线的任何天线部分都不会伸出到超高频环形天线的有效天线区域之外。

因此，所得到的嵌套的天线结构的尺寸可被限制到约13×13mm，即，小于170mm

可以在另外的从属权利要求以及考虑到附图的说明书中找到有利的实施方式和变型。

根据本发明的双频段应答器的一些实施方式，承载基底可包括至少两个平面基底层。在其中一些实施方式中，超高频环形天线可安装在承载基底的至少两个平面基底层中的第一基底层的第一侧上。在其中一些实施方式中，高频环形天线可安装在承载基底的至少两个平面基底层中的第二基底层的相对两侧上。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，该双频段应答器可包括第一层间连接元件，其穿过承载基底的至少两个平面基底层中的第二基底层，并且将高频环形天线的位于承载基底的至少两个平面基底层中的第二基底层的第一侧上的部分导电地连接至高频环形天线的位于承载基底的至少两个平面基底层中的第二基底层的第二侧上的部分。层间连接元件的数量可基于承载基底两侧上的高频环形天线的天线元件的数量。例如，两个独立的层间连接元件可设置在承载基底中基本上与承载基底的平面延伸部垂直的通孔(vias)中。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，该双频段应答器还可包括第二层间连接元件，其穿过承载基底的至少两个平面基底层中的第一基底层。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，该双频段应答器还可包括双频段应答器芯片，其耦合至超高频环形天线和高频环形天线。双频段应答器芯片在这方面可以是可在超高频范围和高频范围内操作并且支持针对不同的频率范围的不同的传输协议的芯片。

根据本发明的双频段应答器的一些替代实施方式，该双频段应答器还可包括耦合至超高频环形天线的超高频应答器芯片以及耦合至高频环形天线的高频应答器芯片。超高频应答器芯片和高频应答器芯片在这方面可以在不同的频率范围内操作并且可以根据不同的数据传输协议进行配置，例如RAIN RFID和NFC。超高频应答器芯片和高频应答器芯片可以在两个不同的工序中组装。由此，热电极的尺寸可以是8mm，使得超高频应答器芯片和高频应答器芯片的横向间距可以有利地设置为至少8mm，从而使用于第二组装工序的热电极不再触碰已组装好的芯片。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，该双频段应答器还可包括第二层间连接元件，其穿过承载基底的至少两个平面基底层中的第一基底层，双频段应答器芯片或超高频应答器芯片借助于该第二层间连接元件耦合至超高频环形天线。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，第二层间连接元件还穿过承载基底的至少两个平面基底层中的第二基底层。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，该双频段应答器还可包括粘接层，其设置在承载基底的至少两个平面基底层中的第一基底层与承载基底的至少两个平面基底层中的第二基底层之间。双频段应答器芯片或超高频应答器芯片以及高频应答器芯片在这方面可以设置在粘接层中。

根据本发明的双频段应答器的一些替代实施方式，承载基底可以仅包括一个平面基底层。在这种情况下，超高频环形天线和高频环形天线可以安装在仅一个平面基底层的侧表面处。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，层间连接元件可以穿过仅一个平面基底层。由此，超高频环形天线和高频环形天线可以耦合至双频段应答器芯片。

根据本发明的双频段应答器的一些替代实施方式，层间连接元件可以穿过仅一个平面基底层，使得超高频环形天线耦合至超高频应答器芯片，并且高频环形天线耦合至高频应答器芯片。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，超高频环形天线和高频环形天线被彼此调谐为使得超高频环形天线的可操作性在高频环形天线不存在的情况下被减弱。

根据本发明的双频段应答器的一些另外的实施方式，该双频段应答器在承载基底的平面基底层的平面中的区域的表面积小于170mm

根据本发明的织物标签的一些实施方式，该织物标签可包括编入或织入到织物标签基底中的偶极天线。在此，在一些实施方式中，超高频环形天线可以感应地耦合至偶极天线。

根据本发明的织物标签的一些另外的实施方式，双频段应答器可覆盖有织物转移粘合剂，并且经由该织物转移粘合剂以耐洗的方式被粘接到织物标签基底上。

根据本发明的织物标签的一些另外的实施方式，双频段应答器的承载基底可包括来自于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、FR4(玻璃纤维织物和环氧树脂的复合材料)以及聚醚醚酮(PEEK)的组中的至少一种材料。在此，根据耐洗性、水密性和/或针对诸如汗液或洗涤剂的材料的化学抗性，双频段应答器可以主要被实现为具有多个层的层压结构。

根据本发明的织物标签的一些另外的实施方式，超高频环形天线与高频环形天线之间的间距可以至少为0.8mm。超高频应答器芯片和高频应答器芯片可以在两个独立的工序中组装。在这方面，热电极的尺寸可以是8mm，使得超高频应答器芯片和高频应答器芯片的横向间距可以有利地设置为至少8mm，从而使用于第二组装工序的热电极不再触碰已组装好的芯片。

根据本发明的方法的一些实施方式，用于超高频应答器芯片的识别码可以在高频应答器芯片的存储器中进行编程。根据本发明的方法的一些实施方式，用于高频应答器芯片的识别码可以在超高频应答器芯片的存储器中进行编程。

在适当的情况下，可以任意组合上述的实现和变型。本发明另外的可行的实现、变型以及实施方式包括上文和下文描述的本发明的实施方式的特征的没有明确示出的组合。具体地，本领域技术人员还可以考虑到将单独的方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。

附图说明

将参考示出多种实施方式的附图来详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的安装有双频段应答器的织物标签的简要平面图；

图2A-2F示出了根据本发明的多种可行实施方式的图1的双频段应答器的区域中沿着剖切线A-A’的剖面的简要视图；

图3示出了根据本发明的另一个实施方式的用于双频段应答器的应答器芯片模块的功能组件的示意性框图；并且

图4是根据本发明的另一个实施方式的制造织物标签的示例性方法的简要流程图。

包含附图是用于提供对本发明的进一步理解。附图示出了本发明的实施方式并且与说明书一起用于解释本发明的原理。参考附图将能容易地理解本发明的其他实施方式和许多预期优势。附图的元件不一定彼此之间按比例绘制。诸如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上方”、“下方”、“平行”、“垂直”、“前”、“后”和其他词语的表示取向的术语仅用于解释的目的，并非是将本发明限制于附图所示的具体实现方式。

除非另有说明，否则附图中相同的附图标记表示具有相同功能或相同效果的对应的相似部件。

具体实施方式

本发明意义上的RFID应答器是电子模块，其基本上包括电子存储芯片以及耦合至该存储芯片且集成到模块中的天线。RFID应答器可发出和接收不同频率范围内的电磁信号，例如在125kHz(“低频”，LF)与5.8GHz(“特高频”，SHF)之间。集成式天线的实现形式可以基于所需的频段来选择。尤为重要的是分配到约为13.56MHz(“高频”，HF)以及860MHz至960MHz之间(“超高频”，UHF)的频率范围。

UHF频段例如可用于物流应用，因为这些通道可以比HF通道具有更高的访问和读出范围。频率、天线的形式以及天线的尺寸可进行适当的定制，以确保所需的访问和读出范围、对抗干扰和外界影响的能力以及对抗RFID应答器彼此之间的干扰的能力。可以借助于读取设备与RFID应答器的集成天线之间的电磁场来建立空中接口，其可用于在RFID应答器的存储芯片与读取设备的处理器之间无线地并且使用预设的数据交换协议来交换数据。

RFID应答器可使用预处理程序来制造，称为嵌体(inlays)。嵌体仅包括安装在承载基底上的芯片和天线。嵌体随后可装配有关联的外壳或保护涂层，以获得能够抵抗外界影响并且与金属物体充分隔绝开的应答器模块。

本发明的意义上的双频段应答器是能够分别在至少两种不同的频率下或在两种不同的频率范围内发送和接收数据的RFID应答器。在这方面，双频段应答器特别是可以在几MHz的高频状态下(诸如13.56MHz)以及几百至几千MHz的超高频状态下(诸如860至950MHz之间)操作。近场通信技术(NFC)代表一种基于感应耦合原理并且在厘米级的读取距离下工作的RFID技术。NFC在上文详述的13.56MHz的高频状态下工作并且具有最大为每秒424kBit的数据传输速率。NFC在国际上是标准化的，例如ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS102 190。

图1示出了安装有双频段应答器20的织物标签10的示意性平面图。织物标签10包括织物标签基底19，其例如由编或织成的纺织品制成。织物标签10例如可具有基本上矩形的外轮廓，并且可被设置为用于缝入或胶粘到一件衣物中。偶极天线例如通过导电的经纱或纬纱被编入或织入到织物标签基底19中。偶极天线用于超高频远场中的信号传输。在这方面，偶极天线可包括两个细长臂部，使得环形天线17朝向一侧打开并且位于织物标签基底19的中心。具有蛇形图案的两个延伸部18可附接至偶极天线的两个细长臂部。当将偶极天线的臂部折叠为曲折状或分形结构时，可以在保持所需的电气性能的同时与以节省空间的方式限制偶极天线的尺寸之间达到良好平衡。

双频段应答器20安装在织物标签基底19上，例如居中地位于织物标签基底19的偶极天线的环形元件17上方。双频段应答器20例如可在其底面上覆盖有织物转移粘合剂3。该织物转移粘合剂3确保了双频段应答器20与织物标签基底19的永久粘合。特别地，织物转移粘合剂3可被选择为使得织物标签10可多次水洗，而不会使双频段应答器20与织物标签基底19之间的连接松动。

双频段应答器20主要包括承载基底16，其上安装有超高频环形天线11和高频环形天线12。超高频环形天线11和高频环形天线12被设置为使得超高频环形天线11在与承载基底16的纬度区域平行的平面中完全围住高频环形天线12，即，高频环形天线12的部分在图1的俯视图中不会伸出到超高频环形天线11的外轮廓之外。

超高频环形天线11例如可包括单一线圈，但是也可包括多个同心且螺旋形设置的线圈。类似地，高频环形天线12可包括多个同心且螺旋形设置的线圈。单独的线圈的轮廓可以是圆形的，如图1举例示出的那样。也可以选择其他线圈形式，例如具有圆角的矩形、卵形或它们的组合。

超高频环形天线11和高频环形天线12被彼此调谐为使得超高频环形天线11的可操作性在高频环形天线12不存在的情况下被减弱。换句话说，已经在设计阶段考虑到两个环形天线11和12对彼此的电磁干扰，从而在两个环形天线11和12都设置在双频段应答器20中时才获得它们的完整性能。通过嵌套环形天线11和12，双频段应答器20在图1的平面图中的延伸部的表面积可小于170mm

超高频环形天线11被设置为使得其能够感应地耦合至偶极天线的环形元件17。双频段应答器20的形状被选择为使得超高频环形天线11与偶极天线的环形元件17之间的耦合部分尽可能长。

在图2A-2F中示出了用于实现能够为了形成织物标签10而安装在图1的织物标签基底19上的双频段应答器20的不同的示例性变型。应理解的是，图2A-2F的变型的单独的特征可以彼此组合，以获得双频段应答器20的另外的变型(没有具体示出)。

承载基底16可包括至少一个平面基底层，并且可由一种材料或不同的材料制成。示例性材料和材料组合是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、FR4以及聚醚醚酮(PEEK)。承载基底16可额外地设置有具有PET板、固化粘合剂和/或压敏粘合剂(PSA)的多层层压结构，以保护承载基底16和其上安装的电路元件不受通常针对织物执行的洗涤周期或其他处理步骤的影响并且保持应答器正常操作。

如图2A、2B、2D和2E所示，承载基底16可仅包括一个平面基底层。超高频环形天线11在这种情况下可安装在该平面基底层的底面上(如图2A和2D所示)或安装在该平面基底层的顶面上(如图2B和2E所示)。高频环形天线12安装在仅一个平面基底层的两个侧表面上，并且其在两侧上的构造可以借助于穿过基底层设置的层间连接元件2被导电地彼此耦合。取决于超高频环形天线11安装在哪一侧，可以穿过仅一个基底层设置另外的层间连接元件1，以确保从相应的另一个侧表面对超高频环形天线11进行导电耦合。

超高频环形天线11和高频环形天线12在每种情况下例如可借助于掩膜蚀刻、PVD或CVD通过例如铝或铜的导电层制成。

如图2A-2C所示，超高频环形天线11和高频环形天线12可以共同地与单一的双频段应答器芯片15耦合。该双频段应答器芯片15可在超高频状态以及高频状态下操作，并且可基于频率状态与环形天线11和12中相应的一个配合来输送和接收信号。

替代地，如图2D-2F所示，能够针对环形天线11和12中的每一个提供单独的芯片。例如，超高频环形天线11可耦合至超高频应答器芯片13，并且高频环形天线12可耦合至高频应答器芯片14。承载基底16的表面上的两个芯片13与14之间的横向距离L在这种情况下可以至少为8mm，从而例如能够在不损坏相应的另一个芯片的情况下在两个独立的组装工序中组装芯片。

如图2C和2F所示，承载基底16还可包括彼此堆叠的至少两个平面基底层。在这种情况下，超高频环形天线11例如可安装在承载基底16的至少两个平面基底层中的第一基底层16的第一表面上。高频环形天线12可因此安装在承载基底16的至少两个平面基底层中的第二基底层16b的两个相对的表面上。在图2C和2F中，超高频环形天线11被表示为安装在第一基底层16a的底面上；然而，应理解的是同样能够类似于图2B和2E的变型那样将超高频环形天线11安装在第一基底层16a的顶面上。在这些情况下，层间连接元件1需要被设置为仅穿过第二基底层16b或者最终被全部省略。

如图2C和2F所示，层间连接元件2被设置为穿过承载基底16的第二基底层16b，使得高频环形天线12在第二基底层16b的第一表面上的相应的部分以导电的方式连接至高频环形天线12在第二基底层16b的第二表面上的部分。

再次，能够提供与超高频环形天线11和高频环形天线12都耦合的共有的双频段应答器芯片15(参考图2C)，或者提供单独的超高频应答器芯片13和单独的高频应答器芯片14，它们各自相应地耦合至环形天线11和12中的一个。

在具有至少两个基底层16a和16b的变型中，能够在承载基底16的两个平面基底层之间插入粘接层5。相应地，双频段应答器芯片15可由此被嵌入到该粘接层5中并且分别从单独的基底层的底面和顶面以导电的方式连接至相应的环形天线(参考图2C)。替代地，能够将诸如超高频应答器芯片13和高频应答器芯片14的两个独立的芯片嵌入到粘接层5中(参考图2F)。

图4示出了制造织物标签的简要流程图M。方法M可以特别地用于制造结合图1描述的织物标签10。在方法M中，可以相应地制造或利用双频段应答器，特别是结合图2A-2F和图3描述的双频段应答器20。

在第一步骤M1中，超高频环形天线11被安装在具有至少一个平面基底层的承载基底16的第一表面上。在第二步骤M2中，高频环形天线12被安装在承载基底16的两个相对的表面上，使得超高频环形天线11在与至少一个平面基底层平行的平面中完全围住高频环形天线12。两个步骤M1和M2在工序期间可以通过颠倒次序执行或者基本上是同步的。

使高频天线12完全被超高频天线11围住在这种情况下指的是使高频天线12的有效电磁通道区域完全被超高频天线的有效电磁通道区域覆盖住。

在第三步骤M3中，超高频应答器芯片13耦合至超高频环形天线11。在第四步骤M4中，高频应答器芯片14耦合至高频环形天线12。两个步骤M3和M4可以再次通过颠倒次序执行或者基本上是同步的。

在第五步骤M5中，例如使用导电的天线丝线将偶极天线编入或织入到织物标签基底19中。织物标签基底19自身可以特别是编成或织成的纺织品。具有超高频环形天线11、高频环形天线12、超高频应答器芯片13和高频应答器芯片14的承载基底16在第六步骤M6中被安装到织物标签基底19上。

可选地，能够在第七步骤M7和第八步骤M8中在相应的另一个芯片中存储两个芯片彼此的映射。换句话说，能够在高频应答器芯片14的存储器14a中对超高频应答器芯片13的识别码(例如标记标识符)进行编程，并且在超高频应答器芯片13的存储器13a中对高频应答器芯片14的识别码(例如唯一标识符(UID))进行编程。相应的存储器13a和14a可以是相应的芯片13和14的用户可访问的内存库的相应的内存分区。

在以上详细说明中，已在一个或多个例子中组合了多种特征，以提高说明的严谨性。然而，此处应理解的是，以上说明仅是说明性的而不是限制性的。其旨在覆盖多种特征和示例性实施方式的所有替换物、变型和等同物。本领域技术人员在其技术知识的基础上根据上述说明能够立即且直接清晰地得到其他多种例子。

已经就本发明的基本原理和它们在实践中的最佳的应用可能性方面选择和描述了示例性实施方式。因此，本领域技术人员能够针对预期使用目的来最佳地修改和利用本发明及其多种示例性实施方式。在权利要求书和说明书中，词语“含有”和“具有”作为对应的词语“包括”的中性语言概念来使用。此外，词语“该”、“一”的使用原则上不应排除以这种方式描述的多个特征和组件。