專利名稱：天線裝置和使用這種天線裝置的通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用電磁感應(yīng)耦合技術(shù)向/從非接觸式IC(集成電路)卡寫(xiě)入/讀出數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)器天線裝置和使用這種天線裝置的通信裝置。
本申請(qǐng)要求2002年9月25日提交的日本專利申請(qǐng)No.2002-279626的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在這里引用作為參考。
背景技術(shù)：
近來(lái)，一種使用非接觸式IC卡、IC標(biāo)簽之類(lèi)的所謂RFID(射頻識(shí)別)系統(tǒng)已被引入諸如火車(chē)站內(nèi)所用的自動(dòng)檢票器、檢驗(yàn)要進(jìn)出建筑物的人員的安全防范系統(tǒng)、電子貨幣系統(tǒng)之類(lèi)的技術(shù)領(lǐng)域。如

圖1所示，RFID系統(tǒng)包括一個(gè)非接觸式IC卡100和一個(gè)對(duì)IC卡100進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的讀寫(xiě)器101。RFID系統(tǒng)應(yīng)用電磁感應(yīng)原理。從配置在讀寫(xiě)器101上的環(huán)形天線102輻射的電磁場(chǎng)通過(guò)電磁感應(yīng)耦合給配置在IC卡100上的環(huán)形天線103，從而使IC卡100與讀寫(xiě)器101之間可以進(jìn)行通信。
在以上RFID系統(tǒng)中，不需要象在傳統(tǒng)的接觸式IC卡系統(tǒng)中那樣將IC卡插入讀寫(xiě)器使金屬接點(diǎn)相互接觸。因此，可以很容易和很迅速地對(duì)IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。此外，在RFID系統(tǒng)中，讀寫(xiě)器101輻射的電磁場(chǎng)為IC卡100提供必需的功率，因此在IC卡內(nèi)不需要配置任何諸如電池之類(lèi)的電源。所以，RFID系統(tǒng)內(nèi)所用的IC卡可維護(hù)性非常出色，價(jià)格低而且更可靠。
在以上RFID系統(tǒng)中，配置在讀寫(xiě)器101上的環(huán)形天線102應(yīng)能輻射具有一定磁場(chǎng)強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，以便保證在IC卡100與讀寫(xiě)器101之間有滿意的通信范圍。
通常，讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102包括一個(gè)如圖2所示的由一根導(dǎo)線平繞而成的環(huán)形線圈200。環(huán)形線圈200做成隔著環(huán)形線圈200的中心相對(duì)的各繞線部分在間隔和寬度上相等的對(duì)稱形狀。
在讀寫(xiě)器101的以上對(duì)稱環(huán)形天線102中，磁場(chǎng)相對(duì)通過(guò)環(huán)形天線102的中心與矩形天線的長(zhǎng)邊垂直的Z方向截面以及相對(duì)通過(guò)中心與短邊垂直的X方向截面都是對(duì)稱分布的，如圖3所示。
圖4示出了環(huán)形天線102在IC卡100內(nèi)感應(yīng)的電流的強(qiáng)度對(duì)卡位置的依存關(guān)系。如圖所示，在環(huán)形線圈200的中心的相對(duì)兩側(cè)位置分別形成了兩個(gè)通信區(qū)域S1′和S2′。具體地說(shuō)，通信區(qū)域S1′確保理想的磁耦合。也就是說(shuō)，在讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102的四個(gè)邊形成的磁場(chǎng)被感應(yīng)耦合給在IC卡100的環(huán)形天線103的分別與環(huán)形天線102的四個(gè)邊相對(duì)的四個(gè)邊形成的磁場(chǎng)。在通信區(qū)域S1′外，有一個(gè)區(qū)域，在那里穿過(guò)IC卡100的環(huán)形天線103的磁場(chǎng)在其中在讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102周?chē)纬傻拇艌?chǎng)被反向的一個(gè)中央?yún)^(qū)域中相互抵消。在這個(gè)外側(cè)區(qū)域，感應(yīng)電流的電平將比進(jìn)行通信所需的電平低。在上述外側(cè)區(qū)域外，有一個(gè)通信區(qū)域S2′，在那里讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102的四個(gè)邊中只有一個(gè)邊與IC卡100的環(huán)形天線103的四個(gè)邊中的一個(gè)邊耦合。因此，通信區(qū)域S2′比通信區(qū)域S1′窄，而且在通信區(qū)域S2′內(nèi)的感應(yīng)電流比在通信區(qū)域S1′內(nèi)的小。
注意，在圖4中，水平軸的原點(diǎn)“0”表示讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102的中心，而正向表示從中心(原點(diǎn)“0”)向IC卡100外的方向。垂直軸表示在讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102中的磁場(chǎng)的作用下在IC卡100的環(huán)形天線103內(nèi)所感應(yīng)的電流的強(qiáng)度。在感應(yīng)電流的強(qiáng)度超過(guò)圖4中虛線s′所示的值的區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)通信。
在這里要注意的是，如果通信區(qū)域S1′能從一個(gè)作為原點(diǎn)“0”的點(diǎn)(IC卡100的環(huán)形天線103的中心與讀寫(xiě)器101的環(huán)形天線102的中心重合處)向外連續(xù)延展得盡可能寬，RFID系統(tǒng)用起來(lái)就更為方便。
也就是，在從原點(diǎn)“0”向傳統(tǒng)的環(huán)形線圈200外的方向上，通信區(qū)域S1′后是一個(gè)非通信區(qū)域，再是通信區(qū)域S2′。從實(shí)用角度，所希望的是在通信區(qū)域S1′與S2′之間沒(méi)有非通信區(qū)域，或者只有通信區(qū)域S1′應(yīng)擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種得到改善的新穎天線裝置和使用這種天線裝置的通信裝置，以克服相關(guān)技術(shù)的以上缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于讀寫(xiě)器的可以通過(guò)控制和有效地利用所輻射的電磁場(chǎng)的分布使與IC卡通信的范圍得到擴(kuò)大的天線裝置和使用這種天線裝置的通信裝置。
以上目的可以通過(guò)提供一種通過(guò)電磁感應(yīng)耦合與非接觸式IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的天線裝置來(lái)達(dá)到，按照本發(fā)明這種裝置包括一個(gè)由一根導(dǎo)線平繞成的不對(duì)稱環(huán)形線圈，其隔著環(huán)形線圈的中心相對(duì)的繞線部分在繞線間隔上相互不同；以及一個(gè)為環(huán)形線圈提供功率的引導(dǎo)(lead)裝置。
在上述天線裝置的其繞線間隔比相對(duì)的繞線部分大的繞線部分，可以獲得較寬的與IC卡通信的范圍。
此外，以上環(huán)形天線在平面面積上比IC卡內(nèi)的環(huán)形天線小。
此外，在以上天線裝置的環(huán)形線圈內(nèi)，繞線間隔最好在除了一個(gè)第一位置之外的多個(gè)位置處都比較寬。
這種環(huán)形線圈做成一個(gè)具有四個(gè)直邊的大體方形的形狀。
此外，以上目的可以通過(guò)提供一種通過(guò)電磁感應(yīng)耦合與非接觸式IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通信裝置來(lái)達(dá)到，按照本發(fā)明這種裝置包括一個(gè)能與非接觸式IC卡內(nèi)的一個(gè)天線電磁感應(yīng)耦合的天線；一個(gè)用發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制一個(gè)預(yù)定載波信號(hào)以便與IC卡在不與天線接觸的情況下進(jìn)行通信的調(diào)制裝置；以及一個(gè)對(duì)與所述天線電磁耦合的IC卡發(fā)來(lái)的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)裝置。
所述天線配置在通信裝置的機(jī)殼上一個(gè)可以與非接觸式IC卡電磁耦合的預(yù)定位置。天線是一個(gè)由一根導(dǎo)線繞成通常呈現(xiàn)為一個(gè)平面上的環(huán)的環(huán)形線圈，它的隔著環(huán)的中心的相對(duì)的繞線部分在繞線間隔上是相互不同的。
環(huán)形線圈的繞線部分中的一個(gè)其繞線間隔比另一個(gè)繞線部分寬的繞線部分配置在通信裝置的機(jī)殼上一個(gè)與IC卡進(jìn)行通信的位置附近。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的通信裝置是手持型的。
從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式所作的詳細(xì)說(shuō)明中可以更清楚地看到本發(fā)明的這些目的及其他一些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為傳統(tǒng)的RFID系統(tǒng)的透視圖。
圖2為傳統(tǒng)的R/W(讀寫(xiě)器)環(huán)形天線的平面圖。
圖3示出了在傳統(tǒng)的R/W環(huán)形天線周?chē)纬傻拇艌?chǎng)的分布。
圖4示出了在傳統(tǒng)的R/W環(huán)形天線與IC卡之間的通信性能的特性曲線。
圖5為按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的RFID系統(tǒng)的電路圖。
圖6為按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置的平面圖。
圖7A至7C分別示出了在按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置周?chē)纬傻拇艌?chǎng)的分布特性曲線。
圖8為按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置的一種變型的平面圖。
圖9為按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置的另一種變型的平面圖。
圖10為按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置的又一種變型的平面圖。
圖11為采用按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置的通信裝置的平面圖。
圖12示出了通信裝置中所配置的天線裝置周?chē)纬傻拇艌?chǎng)的分布特性曲線。
圖13用感應(yīng)電流特性圖示了按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置與IC卡通信的性能。
實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式下面將結(jié)合附圖就作為本發(fā)明的實(shí)施例的天線裝置和采用這種天線裝置的通信裝置對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖5所示，按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的RFID系統(tǒng)包括一個(gè)非接觸式IC卡1和一個(gè)對(duì)IC卡1進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的讀寫(xiě)器(下面將稱為“R/W”)50。
IC卡1是無(wú)電池型的，例如遵從ISO 7810。也就是說(shuō)，它沒(méi)有諸如電池之類(lèi)的電源。IC卡1呈矩形，大小與所謂的信用卡相同，即手掌般大小。IC卡1在一個(gè)內(nèi)置電路板上配置一個(gè)與電磁場(chǎng)耦合以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的環(huán)形天線2和一個(gè)集成有進(jìn)行用于讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的各種操作的電子電路的IC(集成電路)3。
環(huán)形天線2包括一個(gè)由一根導(dǎo)線平繞成的環(huán)形線圈4，與所并聯(lián)的電容器5一起形成一個(gè)諧振電路。環(huán)形天線2與配置在R/W 50(稍后將詳細(xì)說(shuō)明)上的環(huán)形天線所輻射的電磁場(chǎng)耦合，將電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)提供給IC 3。
IC 3包括一個(gè)對(duì)環(huán)形線圈4提供的電信號(hào)進(jìn)行整流和平滑的整流電路6、一個(gè)將整流電路6提供的電信號(hào)變換成DC(直流)功率的調(diào)節(jié)器7、一個(gè)從整流電路6提供的電信號(hào)中提取高頻分量的HPF(高通濾波器)8、一個(gè)對(duì)HPF 8提供的高頻分量進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)電路9、一個(gè)對(duì)應(yīng)于解調(diào)電路9提供的數(shù)據(jù)來(lái)控制數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀出的定序器10、一個(gè)存儲(chǔ)解調(diào)電路9提供的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器11和一個(gè)對(duì)要通過(guò)環(huán)形線圈4發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制電路12。
整流電路6包括二極管13、電阻器14和電容器15。這些器件中，二極管13陽(yáng)極與環(huán)形線圈4和電容器5的一端連接，而陰極與電阻器14和電容器15的一端連接，電阻器14和電容器15另一端與環(huán)形線圈4和電容器5的另一端連接。整流電路6將通過(guò)對(duì)環(huán)形線圈4提供的電信號(hào)進(jìn)行整流和平滑得到的電信號(hào)輸出給調(diào)節(jié)器7和HPF 8。
調(diào)節(jié)器7與前面提到的整流電路6內(nèi)的二極管13的陰極以及電阻器14和電容器15的一端連接。調(diào)節(jié)器7穩(wěn)定從整流電路6提供的電信號(hào)，防止該信號(hào)由于有些數(shù)據(jù)成分而電壓改變，并將該信號(hào)作為DC功率提供給定序器10。這樣，就能抑制由于IC卡1的移動(dòng)而引起的電壓變化、由于在IC卡1內(nèi)功率消耗的改變而引起的電壓變化等。如果不加抑制，這樣的電壓變化會(huì)導(dǎo)致定序器錯(cuò)誤操作之類(lèi)。
HPF 8包括電容器16和電阻器17。它從前面提到的整流電路6提供的電信號(hào)中提取高頻分量，提供給解調(diào)電路9。
解調(diào)電路9與HPF 8的電容器16的另一端和電阻器17的一端連接。它對(duì)HPF 8提供的高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，將經(jīng)解調(diào)的信號(hào)輸出給定序器10。
定序器10包括ROM(只讀存儲(chǔ)器)和RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，它與前面提到的解調(diào)電路9連接。定序器10將解調(diào)電路9提供的信號(hào)作為一個(gè)命令存儲(chǔ)在RAM內(nèi)，按照ROM內(nèi)的程序?qū)@個(gè)命令進(jìn)行分析，再根據(jù)分析結(jié)果按需要從存儲(chǔ)器11讀出數(shù)據(jù)或?qū)⒔庹{(diào)電路9提供的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器11。定序器10產(chǎn)生一個(gè)對(duì)所提供的命令的響應(yīng)信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)提供給調(diào)制電路12。
存儲(chǔ)器11是一個(gè)諸如EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)之類(lèi)的不需要功率來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器，連接到前面提到的定序器10上。存儲(chǔ)器11按照定序器10的分析結(jié)果存儲(chǔ)解調(diào)電路9提供的數(shù)據(jù)。
調(diào)制電路12由一個(gè)阻抗18和一個(gè)FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)19所組成的串聯(lián)電路形成。阻抗18一端與前面提到的整流電路6內(nèi)的二極管13的陰極連接，而另一端與FET 19的漏極連接。FET 19的源極連接到地電位點(diǎn)上，而柵極與定序器10連接。調(diào)制電路12與在前面提到的諧振電路內(nèi)的環(huán)形線圈4并聯(lián)，按照定序器10提供的信號(hào)控制FET 19進(jìn)行通、斷操作，以改變加到環(huán)形線圈4上的阻抗18的負(fù)荷。也就是說(shuō)，調(diào)制電路12采用所謂的附加調(diào)制法。
R/W 50包括一個(gè)控制數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的控制電路51、一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和對(duì)用于IC卡1操作的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)制電路52、一個(gè)對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)電路53和一個(gè)與電磁場(chǎng)耦合以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的環(huán)形天線54。
在R/W 50內(nèi)，控制電路51例如按照外部指令和其內(nèi)存儲(chǔ)的程序產(chǎn)生各種控制信號(hào)，以便控制調(diào)制電路52和解調(diào)電路53，而且還產(chǎn)生與指令相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)提供給調(diào)制電路52。此外，控制電路51還按照來(lái)自解調(diào)電路53的響應(yīng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)再現(xiàn)信號(hào)向外部輸出。
在調(diào)制電路52內(nèi)，發(fā)射機(jī)將控制電路51提供的發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制后將調(diào)制信號(hào)提供給環(huán)形天線54。
解調(diào)電路53對(duì)環(huán)形天線54提供的調(diào)制波進(jìn)行解調(diào)，將解調(diào)得到的數(shù)據(jù)提供給控制電路51。
環(huán)形天線54也包括一個(gè)由一根導(dǎo)線平繞形成的環(huán)形線圈。它輻射與調(diào)制電路52提供的調(diào)制波相應(yīng)的電磁場(chǎng)，而且檢測(cè)IC卡1的環(huán)形線圈4上的負(fù)荷的變化。應(yīng)指出的是，環(huán)形天線54具有一個(gè)與之并聯(lián)或串聯(lián)的諧振電容器，這取決于R/W 50中按需要采用的天線驅(qū)動(dòng)方法。
在如上構(gòu)成的RFID系統(tǒng)中，在給IC卡1一個(gè)寫(xiě)入預(yù)定數(shù)據(jù)的指令時(shí)，R/W 50內(nèi)的控制電路51就根據(jù)這個(gè)指令產(chǎn)生一個(gè)寫(xiě)命令信號(hào)，還產(chǎn)生與這個(gè)指令相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)即寫(xiě)數(shù)據(jù)提供給調(diào)制電路52。調(diào)制電路52根據(jù)所提供的信號(hào)調(diào)制振蕩信號(hào)的振幅，將經(jīng)調(diào)制的信號(hào)提供給環(huán)形天線54。環(huán)形天線54因此就輻射與所提供的經(jīng)調(diào)制的信號(hào)相應(yīng)的電磁波。
在這里要指出的是，IC卡1內(nèi)由環(huán)形線圈4和電容器5組成的諧振電路的諧振頻率設(shè)置為與R/W 50的載波頻率即振蕩頻率相應(yīng)的值，例如為13.56MHz。振蕩電路通過(guò)振蕩接收所輻射的電磁場(chǎng)，將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)提供給IC 3。由電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電信號(hào)提供給整流電路6，經(jīng)整流電路6整流和平滑后提供給調(diào)節(jié)器7。調(diào)節(jié)器7將整流電路6提供的電信號(hào)的電壓變化(數(shù)據(jù)成分)抑制掉后將穩(wěn)定后的電信號(hào)提供給定序器10作為DC功率。
經(jīng)整流電路6整流和平滑的信號(hào)通過(guò)調(diào)制電路12提供給HPF 8，HPF 8從中提取高頻分量，將高頻信號(hào)提供給解調(diào)電路9。解調(diào)電路9對(duì)所提供的高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，將經(jīng)解調(diào)的信號(hào)提供給定序器10。定序器10將解調(diào)電路9提供的信號(hào)作為一個(gè)命令存儲(chǔ)在RAM內(nèi)，按照ROM內(nèi)所保存的程序?qū)υ撔盘?hào)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果將解調(diào)電路9提供的寫(xiě)數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器11。
另一方面，在解調(diào)電路9提供的信號(hào)是一個(gè)與讀指令相應(yīng)的命令的情況下，定序器10將從存儲(chǔ)器11讀出與這個(gè)讀指令相應(yīng)的數(shù)據(jù)。定序器10按所讀出的數(shù)據(jù)相應(yīng)通、斷調(diào)制電路12內(nèi)的FET 19。也就是說(shuō)，在調(diào)制電路12內(nèi)，在FET 19導(dǎo)通時(shí)，環(huán)形線圈4就與阻抗18并聯(lián)。在FET 19斷開(kāi)時(shí)，阻抗18與環(huán)形線圈4之間的并聯(lián)就被斷開(kāi)。結(jié)果，與IC卡1的環(huán)形天線2磁連接的R/W 50的環(huán)形天線54的阻抗按讀出數(shù)據(jù)相應(yīng)改變。因此，環(huán)形天線54的端電位就按阻抗變化相應(yīng)改變，從而使R/W 50能通過(guò)解調(diào)電路53對(duì)該端電位的變化進(jìn)行解調(diào)而接收讀出數(shù)據(jù)。
如上所述，在IC卡1和R/W 50之間可以進(jìn)行通信，因此R/W 50可以以不接觸的方式或者說(shuō)通過(guò)無(wú)線電將數(shù)據(jù)寫(xiě)入IC卡1或者從IC卡1讀出數(shù)據(jù)。
在這里要指出的是，前面提到的R/W 50的環(huán)形天線54可以是如圖6所示按照本發(fā)明構(gòu)造的天線裝置。這種天線裝置統(tǒng)標(biāo)為標(biāo)注60。
如圖6所示，天線裝置60包括一個(gè)用于電感耦合電磁場(chǎng)的環(huán)形線圈61和一個(gè)配置成面向環(huán)形線圈61的與面向IC卡1的主側(cè)面相對(duì)的主側(cè)面的磁片62。
環(huán)形線圈61通過(guò)對(duì)在由聚酰亞胺或云母的柔性薄膜構(gòu)成的絕緣膜或基片63的兩個(gè)側(cè)面上形成的電解銅之類(lèi)的導(dǎo)電金屬箔進(jìn)行蝕刻或其他處理形成。應(yīng)指出的是，形成環(huán)形線圈61的方法并不局限于上述這種，環(huán)形線圈61也可以通過(guò)在薄膜或基片63上印刷諸如銀膏之類(lèi)的導(dǎo)電膏形成提供環(huán)形線圈61的導(dǎo)線圖案來(lái)形成，或者通過(guò)濺射金屬目的物以在基片63上形成提供環(huán)形線圈61的導(dǎo)線圖案來(lái)形成。
此外，環(huán)形線圈61做成隔著環(huán)形線圈61的中心相對(duì)的各繞線部分在一個(gè)方向上間隔和寬度相互不同的不對(duì)稱形狀。也就是說(shuō)，環(huán)形線圈61包括一個(gè)在一個(gè)方向上即圖6箭頭Z所示的垂直方向上繞線間隔和寬度都較大的上繞線部分61b和一個(gè)在方向Z上繞線間隔和寬度都較小的下繞線部分61a。
在這種情況下，天線裝置60中的磁場(chǎng)分布是不對(duì)稱的，在通過(guò)環(huán)形線圈61的中心與矩形天線長(zhǎng)邊垂直的Z方向平面和通過(guò)中心與短邊垂直的X方向平面內(nèi)，在環(huán)形線圈61的繞線間隔和寬度都較大的上繞線部分61b處磁場(chǎng)分布得到增強(qiáng)，如圖7A至7C所示。也就是說(shuō)，天線裝置60中的磁場(chǎng)分布不同于圖1所示的環(huán)形線圈200周?chē)膶?duì)稱磁場(chǎng)。
在按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置60中，環(huán)形線圈61做成不對(duì)稱的，使環(huán)形線圈61輻射的磁場(chǎng)的分布受到控制，從而可以加寬前面提到的IC卡1和R/W 50之間的通信范圍，而且可以將能進(jìn)行通信的位置在一個(gè)方向移動(dòng)。
如圖7B所示，在環(huán)形線圈的標(biāo)為Z1的那側(cè)，繞線間隔大于傳統(tǒng)的環(huán)形線圈，而在標(biāo)為Z2的那側(cè)，繞線間隔大體等于傳統(tǒng)的環(huán)形線圈。也就是說(shuō)，磁場(chǎng)將在Z1側(cè)比Z2側(cè)分布得寬一些。點(diǎn)P1附近的磁場(chǎng)將比點(diǎn)P2附近的磁場(chǎng)弱，點(diǎn)P1和P2分別位于Z1側(cè)和Z2側(cè)，離作為Z和H軸的交點(diǎn)的原點(diǎn)等距，于是在點(diǎn)P1處磁場(chǎng)將分布在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)而磁場(chǎng)密度整體較低。這樣，就會(huì)使通信位置移動(dòng)。
注意，在繞線間隔大體與傳統(tǒng)的相同的Z2側(cè)的磁場(chǎng)分布幾乎與傳統(tǒng)的繞線間隔均勻的環(huán)形天線得到的相同。
由于環(huán)形線圈61可以做成比IC卡1上的環(huán)形線圈4小，因此天線裝置60可以做成甚至還小一些的。
注意，按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置60并不局限于任何如圖7A至7C所示的環(huán)形線圈61的一個(gè)繞線部分與相對(duì)的另一個(gè)繞線部分在繞線間隔和寬度上都不同的天線裝置，環(huán)形線圈61的各天線部分也可以例如如圖8所示相互只是在繞線間隔上不同。
此外，環(huán)形線圈61做成在前面提到的一個(gè)方向上是不對(duì)稱的，但是也可以做成在一個(gè)希望加寬所輻射的磁場(chǎng)的分布的任意方向上是不對(duì)稱的。例如，環(huán)形線圈61可以做成各繞線部分在與前面提到的箭頭Z的方向垂直的箭頭X的方向上繞線間隔和寬度相互不同的不對(duì)稱形狀，如圖9和10所示?；蛘撸部梢允黔h(huán)形線圈61做成各繞線部分在箭頭Z和X的兩個(gè)方向上繞線間隔和寬度相互不同的不對(duì)稱形狀。
注意，圖9所示的環(huán)形線圈61包括在箭頭Z的方向上的繞線間隔和寬度都較小的下繞線部分61a和繞線間隔和寬度都較大的上繞線部分61b，在箭頭X的方向上的繞線間隔和寬度都較小的左繞線部分61c和繞線間隔和寬度都較大的右繞線部分61d。另一方面，圖10所示的環(huán)形線圈61包括在箭頭Z的方向上的繞線間隔較小的下繞線部分61a和繞線間隔較大的上繞線部分61b，以及在箭頭X的方向上的繞線間隔和寬度都較小的左繞線部分61c和繞線間隔和寬度都較大的右繞線部分61d。
采用如上形成的不對(duì)稱的環(huán)形線圈61，按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置60可以控制在環(huán)形線圈61附近所輻射的磁場(chǎng)的分布，因此可以任意調(diào)整R/W 50相對(duì)IC卡1進(jìn)行讀、寫(xiě)的位置，這在環(huán)形線圈61需安裝在一個(gè)受限制的區(qū)域內(nèi)的情況下特別是在希望只在一個(gè)特定方向上加寬與IC卡1通信的范圍時(shí)特別有效。
圖11示出了一個(gè)通信終端裝置70，作為應(yīng)用前面提到的RFID系統(tǒng)的一個(gè)例子。下面將就通信終端裝置70對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。通信終端裝置70用前面提到的立體不對(duì)稱環(huán)形天線60作為R/W 50的環(huán)形天線54。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的通信終端裝置70是一個(gè)用戶可以攜帶的例如諸如所謂的PDA(個(gè)人數(shù)字助理)之類(lèi)的小型電子裝置。這種小型電子裝置將諸如信息通信、存儲(chǔ)、成像之類(lèi)的功能集成在一個(gè)模塊內(nèi)。
如圖所示，通信終端裝置70包括主體71、顯示板部件72和允許顯示板部件72相對(duì)主體71打開(kāi)、閉合的鉸鏈機(jī)構(gòu)73。主體71上配置了一個(gè)具有一些對(duì)通信終端裝置70進(jìn)行各種操作的操作按鈕等的輸入部件74，在輸入部件74下是前面提到的R/W 50的天線裝置60。
主體71內(nèi)置一個(gè)微計(jì)算機(jī)(CPU)，用來(lái)控制通信終端裝置70的每個(gè)部件。顯示板部件72上配置有一個(gè)由液晶顯示(LCD)板形成的顯示單元75，用來(lái)在CPU的控制下顯示用戶對(duì)輸入部件74的操作、R/W 50從IC卡1讀出的數(shù)據(jù)等。鉸鏈機(jī)構(gòu)73上安裝有一個(gè)CCD攝像機(jī)76。通過(guò)對(duì)輸入部件74的操作，可以在顯示單元75上顯示CCD攝像機(jī)76所捕獲的圖像。
為了保證按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的通信終端裝置70在做成小、輕、薄時(shí)有足夠的剛性，通信終端裝置70有一個(gè)由諸如高剛性塑料之類(lèi)的非金屬材料形成的非金屬機(jī)殼。應(yīng)指出的是，所考慮的機(jī)殼不局限于非金屬機(jī)殼，也可以是一個(gè)由例如鎂合金之類(lèi)形成的金屬機(jī)殼。
此外，立體不對(duì)稱環(huán)形天線60的環(huán)形線圈61配置在前面提到的它的對(duì)IC卡1掃描的一個(gè)方向上。因此，將在它與通信終端裝置70的輸入部件74相對(duì)的這側(cè)，即環(huán)形天線60的環(huán)形線圈61的繞線間隔和寬度都較小的下繞線部分61a，開(kāi)始對(duì)IC卡1進(jìn)行掃描。
在這種情況下，立體不對(duì)稱環(huán)形天線60周?chē)拇艌?chǎng)分布在環(huán)形線圈61的繞線間隔和寬度都較大的上繞線部61b得到增強(qiáng)，如圖12所示。
圖13示出了天線裝置60在IC卡1內(nèi)感應(yīng)的電流的強(qiáng)度與卡位置的依存關(guān)系。在圖13中，水平軸上的原點(diǎn)“0”表示R/W 50的環(huán)形天線54的中心，正向表示IC卡位置從原點(diǎn)“0”朝外移動(dòng)。另一方面，垂直軸表示R/W 50的環(huán)形天線54周?chē)拇艌?chǎng)在IC卡1的環(huán)形天線2上電磁感應(yīng)形成的電流的強(qiáng)度，在電流強(qiáng)度高于圖13中虛線S所示的值的區(qū)域內(nèi)能進(jìn)行通信。在圖13中，粗線A表示按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的平面非對(duì)稱環(huán)形天線60的特性，而細(xì)線B表示圖4中給出的傳統(tǒng)的對(duì)稱環(huán)形天線102的特性，用于比較。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的環(huán)形天線60有一個(gè)在上繞線部分61b的通信區(qū)域S1和一個(gè)在下繞線部分61a的通信區(qū)域S2，上、下繞線部分61b和61a隔著環(huán)形線圈61的中心相對(duì)。這兩個(gè)通信區(qū)域中，在上繞線部分61b的通信區(qū)域S1可以如圖13所示得到加寬。因此，在通信終端裝置70內(nèi)，由于通信區(qū)域S1可以連續(xù)地從原點(diǎn)“0”向外加寬，通信性能可以得到改善，從而在裝置70的主體71的中心附近與IC卡1的通信也是可能的。所以，用戶可以很容易使用通信終端裝置70，察覺(jué)裝置70與IC卡1之間的通信。
以上結(jié)合附圖以本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例為例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明。然而，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，而是可以在不背離如在所附權(quán)利要求書(shū)中所提出和確定的本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)的情況下以不同的方式加以修改、替換或體現(xiàn)為各種其他形式。
工業(yè)應(yīng)用性如以上所說(shuō)明的那樣，由于按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的天線裝置的環(huán)形線圈做成不對(duì)稱的，因此就能控制環(huán)形線圈輻射的磁場(chǎng)的分布，從而可以提供一個(gè)較寬的IC卡與讀/寫(xiě)器之間的通信范圍。這樣，可以將天線裝置設(shè)計(jì)得更小和具有得到改善的性能，從而可以將使用這種天線裝置的通信裝置設(shè)計(jì)得更小和具有得到改善的性能。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)電磁感應(yīng)耦合與一個(gè)非接觸式IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的天線裝置，所述裝置包括一個(gè)由一根導(dǎo)線平繞成的不對(duì)稱環(huán)形線圈裝置，其隔著該環(huán)形線圈的中心相對(duì)的各繞線部分在間隔上相互不同；以及一個(gè)為該環(huán)形線圈裝置提供功率的引導(dǎo)裝置。
2.如在權(quán)利要求1中所提出的裝置，其中在所述環(huán)形線圈裝置的其繞線間隔比相對(duì)的繞線部分大的一個(gè)繞線部分，可以獲得更寬的與IC卡通信的范圍。
3.如在權(quán)利要求1中所提出的裝置，其中所述環(huán)形線圈裝置在平面面積上比一個(gè)與之電磁耦合的配置在非接觸式IC卡內(nèi)的環(huán)形天線小。
4.如在權(quán)利要求1中所提出的裝置，其中在所述環(huán)形線圈裝置內(nèi)，繞線間隔在除了一個(gè)第一位置之外的多個(gè)位置處都更寬。
5.如在權(quán)利要求1中所提出的裝置，其中所述環(huán)形線圈裝置形成為具有四條直邊的大體方形的形狀。
6.一種通過(guò)電磁感應(yīng)耦合與一個(gè)非接觸式IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通信裝置，所述裝置包括一個(gè)能與非接觸式IC卡內(nèi)的一個(gè)天線電磁感應(yīng)耦合的天線裝置；一個(gè)用發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制一個(gè)預(yù)定載波信號(hào)以便與該IC卡在不與所述天線裝置接觸的情況下進(jìn)行通信的調(diào)制裝置；以及一個(gè)對(duì)與所述天線裝置電磁耦合的該IC卡發(fā)來(lái)的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)裝置，其中所述天線裝置配置在所述通信裝置的機(jī)殼上一個(gè)可以與非接觸式IC卡電磁耦合的預(yù)定位置；以及所述天線裝置是一個(gè)由一根導(dǎo)線繞成通常呈現(xiàn)為一個(gè)平面上的環(huán)的環(huán)形線圈，其隔著該環(huán)的中心的相對(duì)的繞線部分在間隔上是相互不同的。
7.如在權(quán)利要求6中所提出的裝置，其中所述環(huán)形線圈裝置的其繞線間隔比另一個(gè)繞線部分寬的一個(gè)繞線部分配置在通信裝置的機(jī)殼上的與IC卡進(jìn)行通信的一個(gè)位置附近。
8.如在權(quán)利要求6中所提出的裝置，所述裝置為手持型。
9.如在權(quán)利要求6中所提出的裝置，其中所述環(huán)形線圈裝置在平面面積上比一個(gè)與之電磁耦合的配置在非接觸式IC卡內(nèi)的環(huán)形天線小。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對(duì)非接觸式IC卡(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)的記錄裝置和/或?qū)懭胙b置的天線裝置(60)。天線裝置(60)包括一個(gè)環(huán)形線圈(61)，用來(lái)輻射磁場(chǎng)，與配置在IC卡(1)內(nèi)的環(huán)形線圈(4)磁耦合，以及向IC卡(1)發(fā)送數(shù)據(jù)和從IC卡(1)接收數(shù)據(jù)。環(huán)形線圈(61)做成其隔著環(huán)形線圈(61)的中心相對(duì)的繞線部分在繞線間隔上相互不同的不對(duì)稱形狀。
文檔編號(hào)B42D15/10GK1596414SQ03801608
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者秋保啟, 岡崎裕, 菊地章浩, 后藤一夫, 浦山和彥 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社