本公開內容大體上涉及電磁耦合技術。更具體地說，非限制性實施方式涉及一種電磁耦合器裝置，其適用于對rfid嵌體進行編碼的打印機或可在至少兩個不同頻率范圍內工作的其他近場編碼應用。

背景技術：

1、射頻識別(rfid)是一種使用無線電波從電子標簽(稱為rfid標簽或rfid嵌體)傳輸數據的技術。信息以電子方式存儲在標簽中。為了讀出信息，rfid讀取器發(fā)射編碼的無線電信號來詢問標簽。因此，rfid標簽包括適用于電感耦合的平面金屬跡線，更具體地說，電流環(huán)路。相同的平面金屬跡線(電流環(huán)路)也可用于通過電磁耦合對rfid標簽進行編碼。

2、包括平面金屬跡線的rfid器件通常被稱為嵌體。從技術上講，rfid嵌體是一種射頻端接的平面金屬跡線。特別地，嵌體是包括支承在柔性基板上的平面金屬跡線膜的rfid器件，其連接至應答器。包括在電流環(huán)路中的應答器是用于譯解發(fā)送到嵌體并由平面金屬跡線接收的信號的集成電路。應答器還用于向平面金屬跡線發(fā)送信號，然后信號通過平面金屬跡線(有時也稱為“天線”)傳輸。嵌體天線可以被調諧(即，調整尺寸)成在特定目標頻率處與收發(fā)器通信，該收發(fā)器至少包括用于與rfid嵌體和詢問器通信的耦合元件。為了更好地理解，值得注意的是，在本公開內容中，術語“天線”被解釋為表示輻射裝置的意思。然而，與輻射遠場相反，本公開內容涉及反應性近場中的耦合。因此，術語“天線”的使用限于rfid嵌體和標簽，因為它們的預期工作和設計目標可能在傳播的近場和/或遠場中。

3、近年來，可以使rfid嵌體在例如紙張的介質上移位并且同時能夠在打印過程中用期望的信息對rfid嵌體進行編碼的打印設備是公知的。編碼通過電磁耦合優(yōu)選地在反應性近場中進行。為此，rfid打印機/編碼器被設置有電磁耦合器裝置，該布置將電磁耦合器安裝在打印機的腔體中，以便將承載編碼信息的電磁功率耦合到位于介質上的rfid嵌體中，同時介質沿著介質路徑被引導通過打印機/編碼器。

4、可以使用僅具有單個耦合元件的耦合器裝置，也可以使用具有形成一維或二維陣列的多個耦合元件的耦合器裝置。

5、在實際實施方式中，存在具有不同工作頻率的rfid標記(標簽)。例如，用于編碼被詢問的rfid標簽的工作頻率可以在hf(高頻)或uhf(超高頻)頻率范圍內。在本公開內容中，“hf”用于表示大約3mhz(兆赫)和30mhz之間的任何頻率范圍。hf通信的典型中心頻率是13.56mhz?！皍hf”用來表示更高頻率的范圍。典型的uhf頻率在大約300mhz和3ghz(千兆赫)之間的任何范圍內。

6、甚至存在包括若干個標簽的rfid標簽，其可以包括hf和uhf標簽中的一個或兩個?？梢杂性趆f頻率和uhf頻率兩者處工作的單個物理芯片，或者可以有在嵌體中分別在hf頻率和/或uhf頻率處工作的兩個獨立的空間分布標簽(芯片)。在前一種類型中，在單個芯片上可能有高頻天線以及超高頻“天線”。特別地，單個rfid芯片單獨地連接到相應的hf天線和uhf天線。在示例中，hf天線是近場多匝磁線圈，并且uhf天線被調諧用于傳播遠場。

7、然而，在某些應用中，例如打印機應用，考慮到有限的空間要求，不期望使用輻射(遠場)耦合。因此，也期望實現用于uhf嵌體的環(huán)形反應性近場耦合器解決方案。值得注意的是，即使標簽/嵌體天線具有標稱輻射特性，這些相同的結構也可用于反應性近場耦合應用，特別是當包括環(huán)形結構時。

8、例如，在打印機應用(但不限于此)中，因此可能期望通過單個耦合布置與使用不同頻率范圍的標記(標簽)進行通信，特別是與hf和uhf技術的標簽進行通信。特別地，打印機應該能夠在單個硬件平臺(并且，優(yōu)選地，還有軟件)內編碼(編程)hf和uhf?rfid標記(標簽)兩者。

9、特別是對于例如標記和標簽打印機的小型打印機，打印機環(huán)境中存在的另一個挑戰(zhàn)是可以在其中安裝相應電磁耦合器裝置的有限可用空間。盡管原則上可以預見到連接到單個打印機中的各個詢問器的用于不同頻率范圍的多個獨立耦合器裝置，但是與單個頻率編碼耦合器裝置相比，這具有需要更大空間要求的缺點。

10、因此，期望提供適用于編碼rfid嵌體的通用電磁耦合器裝置，其可在不同的頻率范圍內工作，并且還適用于安裝在具有有限安裝空間的設備中，例如標記和標簽打印機。

技術實現思路

1、本發(fā)明旨在解決上述問題，并提供一種用于在第一頻率范圍和第二頻率范圍內的通信的使用通用硬件裝置的雙頻電磁耦合器裝置。

2、這通過權利要求1的特征來實現。本發(fā)明實施方式的其他特征和優(yōu)點是從屬權利要求的主題。

3、根據第一方面，提供了一種雙頻反應性近場電磁耦合器裝置，用于通過電磁能量與rfid嵌體相互耦合。所述電磁耦合器裝置包括接地面和雙端線形金屬結構，所述雙端線形金屬結構具有螺旋或細長螺旋平面形狀，并且包括多個環(huán)形金屬跡線段。每個段通過電感元件連接到下一段。第一環(huán)形金屬跡線段的第一端子和最后一個環(huán)形金屬跡線段的末端端子經由電感元件分別連接到第一饋電端子和第二饋電端子。電感元件被布置成使得每個電感元件沿著線形金屬結構的電流路徑與其前的電感元件和其后的電感元件相鄰。電容元件分別布置成連接在電感元件的每個端子和相鄰電感元件的相應端子之間。

4、非限制性實施方式的特定方法是提供用于編碼rfid嵌體的反應性近場電磁耦合器裝置，其可以在至少兩個頻率范圍內工作，例如hf和uhf。具體地，耦合器裝置包括雙端線形金屬結構，其具有多個環(huán)形金屬跡線段，這些金屬跡線段通過電感和電容元件以特定方式相互連接并連接到饋電端子，形成梯lc濾波器網絡。因此，根據饋電到耦合器裝置的輸入信號的頻率范圍，實現不同的工作方式。在較低的頻率范圍內(例如：hf)，信號按順序通過各個環(huán)路段，形成螺旋或拉長的螺旋環(huán)路作為有源環(huán)路。在較高的頻率范圍內(例如：uhf)，個別的環(huán)段被分流，以形成具有較厚金屬跡線的單個環(huán)。雖然這種耦合器拓撲結構在uhf頻率范圍內是足夠的，但是應該考慮到，當在hf使用與uhf相同的物理長度時，在hf產生的電長度將非常短，并且損耗也將非常低，使得耦合器系統(tǒng)難以匹配。因此，本發(fā)明將物理長度和自感系數提高了一個系數，該系數對應于具有梯lc濾波器網絡的結構中的單個環(huán)路的數量。特別地，電磁耦合器裝置適合于布置在具有rfid編碼功能的打印機中，例如小型標簽和標記打印機。

5、概述的方法可以通過根據上述第一方面的無線電磁耦合器裝置來實現。

6、根據非限制性實施方式，電磁耦合器裝置具有多層結構。其中，雙端線形金屬結構布置在形成被布置成最靠近要與其建立電磁耦合的rfid嵌體的頂表面的頂表面層中。包括接地面的(第一)金屬接地面層布置在頂表面層下方。電容和電感元件被布置在部件層中，所述部件層被布置在(第一)接地面層的與頂表面層相對的一側。接地面層通過基底層(第一介電基底層)與頂表面層分開，基底層中具有用于在部件和環(huán)形金屬跡線段之間提供電連接的通孔。以相同的方式，其中具有用于電連接的通孔的另一基底層(第二基底層)布置在金屬接地面層和部件層之間。這種實施方式的原因是為了最有效的近場耦合，實際的金屬耦合結構應該是完全平坦的(平面)結構，使得電感和電容元件必須設置在不同的平面(層)中，其中部件布置在與頂表面層分離的另一層中。部件層可以優(yōu)選地還包括用于向第一饋電端子和第二饋電端子饋電的饋電網絡，從而成為部件和饋電層。特別地，饋電網絡可以包括balun(平衡-不平衡變換器)，其能夠至少在特定頻率范圍內實現饋電端子的差分饋電。

7、根據優(yōu)選的非限制性實施方式，多層結構還包括布置在(第一)金屬接地面層的與頂表面層相對的一側上的中間信號層。在這種情況下，在中間信號層和部件層/部件和饋電層之間布置有另一(第二)金屬接地面層。第三和第四介電基底層分別布置在第一金屬接地面層和中間信號層之間以及中間信號層和第二金屬接地面層之間。為了將部件(部件和饋電)層電互連到頂表面層和/或中間信號層，在第三和第四介電基底層中設置通孔。當存在更復雜的信號結構，例如包括空間中信號交叉的信號結構時，中間信號層對于將從部件和饋電層輸入的信號適當地分配到頂表面層中的耦合器結構可能是必要的。本領域技術人員知道，這種類型的多層結構在本領域中被稱為微帶線/帶狀線結構。

8、同樣優(yōu)選地，雙端線形金屬結構是細長螺旋平面形狀，其為平面形狀，其中，線形金屬結構圍繞固定中心點纏繞，使得每個繞組都包含彼此平行布置的直線部分。第一環(huán)形金屬跡線段的第一端子和最后一個環(huán)形金屬跡線段的末端端子被定位以使得中間至少有一個線形金屬結構的繞組。還優(yōu)選地，所述第一端子和所述末端端子被定位成與垂直于所述線形金屬結構離開所述端子的方向延伸的直線相鄰。粗略地說，線形金屬結構的第一端子和末端端子之間的連接線近似垂直于端子附近的金屬跡線的方向。與嚴格幾何意義上的螺旋形相比，上述細長螺旋形的優(yōu)點是由于在每個繞組中存在平行的直線部分而實現的。因為在差分饋電的情況下，即在較高的頻率范圍內，電流沿著整個傳輸線環(huán)路以相同的方向流動，只要電長度小于或等于引導波長的一半，就沿著該線產生均勻的磁場，以便分布在耦合器的整個環(huán)路長度上。因此，在實現與各種形狀的嵌體的高效耦合方面，實現了增強的靈活性。同時，保持了磁場僅局限于耦合器表面的區(qū)域，使得選擇性不受影響。

9、根據優(yōu)選的非限制性實施方式，電磁耦合器裝置還包括作為饋電網絡的平衡-不平衡變換器。平衡-不平衡變換器具有連接到第一饋電端子的第一平衡-不平衡變換器端子以及連接到第二饋電端子的第二平衡-不平衡變換器端子。平衡-不平衡變換器被配置為當在第一頻率范圍(較高頻率范圍)中工作時，向線形金屬結構饋電幅度相等并且相位偏移180°的電磁信號，并且當在第二頻率范圍(比第一頻率范圍低的頻率范圍)中工作時，僅在第二饋電端子接地時，向第一饋電端子饋電信號。還優(yōu)選地，所述平衡-不平衡變換器具有第三平衡-不平衡變換器端子，該端子用作耦合器輸入，以連接到詢問器設備以用于饋電電磁能量以耦合到rfid嵌體。第三平衡-不平衡變換器端子和第一平衡-不平衡變換器端子之間的第一電流路徑包括至少一個電感元件。第一電流路徑經由至少一個電容元件接地。第三平衡-不平衡變換器端子和第二平衡-不平衡變換器端子之間的第二電流路徑包括至少一個電容元件，并且經由至少一個電感元件接地。利用如上所述的平衡-不平衡變換器裝置，平衡-不平衡變換器本身實現了lc濾波器結構，該結構能夠根據饋電頻率進行不同的工作。特別是，如上所述，在高頻范圍(例如uhf)中，平衡-不平衡轉換器是一種雙端結構，能夠實現差分饋電。在較低的頻率范圍內(例如hf)，平衡-不平衡轉換器作為單端結構工作，一個端子接地。下面將更詳細地描述lc濾波器網絡形式的平衡-不平衡變換器的具體實施方式。

10、根據優(yōu)選的非限制性實施方式，電磁耦合器裝置還包括詢問器設備，用于提供信號(耦合到rfid嵌體的詢問信號或編碼信號)以及/或者處理通過電磁耦合器裝置從rfid嵌體接收的響應信號。詢問器設備耦合到第三平衡-不平衡變換器端子以用于饋電電磁能量以耦合到rfid嵌體。

11、根據可選的優(yōu)選的非限制性實施方式，詢問器設備可以與電磁耦合器裝置的實際結構分開設置。

12、根據優(yōu)選的非限制性實施方式，第一(較高)頻率范圍是uhf頻率范圍，第二(較低)頻率范圍是hf頻率范圍。還優(yōu)選地，一個環(huán)形金屬跡線段的電長度不超過第一頻率范圍中的引導波長的一半。否則，在uhf下，沿著環(huán)路的電流將發(fā)生過零，這可能導致朝向嵌體的耦合降級。

13、根據優(yōu)選的非限制性實施方式，電磁耦合器裝置適用于通過將電磁功率耦合到rfid嵌體來對rfid嵌體進行編碼。

14、同樣優(yōu)選地，耦合器裝置適合在打印機中使用，其中要被編碼的rfid嵌體被布置在打印機中沿著介質路徑被引導的介質上。

15、根據非限制性的另一特定方面，提供了一種rfid打印機/編碼器，包括根據第一方面或其任何非限制性實施方式的電磁耦合器裝置。由于用于將編碼信息傳輸到rfid嵌體的電磁耦合發(fā)生在反應性近場中，所以多層電磁耦合器裝置可以容易地安裝到打印機腔體中，靠近介質路徑。

16、根據優(yōu)選的非限制性實施方式，rfid打印機/編碼器還包括用于饋電電磁能量以耦合到rid嵌體的詢問器裝置。還優(yōu)選地，詢問器設備包括hf詢問器和uhf詢問器，它們被集成為單個單元并嵌入在主板上。

17、公開的非限制性實施方式大體上旨在提供一種改進的電磁耦合器裝置，該裝置適用于在至少兩個頻率范圍內有效地將電磁功率耦合到任意形狀的嵌體中。

18、在審閱結合附圖對特定非限制性實施方式的以下描述后，非限制性實施方式的這些和其他方面以及特征對于本領域技術人員來說將變得明顯。