專利名稱：折疊偶極天線和使用該折疊偶極天線的標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種折疊偶極天線和使用該折疊偶極天線的標(biāo)簽，并且具體地，涉及一種用于向/從RFID讀寫器發(fā)送/接收信號的非接觸折疊偶極天線，以及使用該非接觸折疊偶極天線的RFID標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
已知一種RFID系統(tǒng)，其中讀寫器經(jīng)由UHF帶寬(860-960MHz)的無線電線路發(fā)送大約1W的信號，標(biāo)簽接收該信號并且向該讀寫器返回響應(yīng)信號；從而標(biāo)簽內(nèi)的信息可被該讀寫器讀取。規(guī)定通信頻率為953MHz，從而通信距離大約為3m，同時，該通信距離也取決于標(biāo)簽上提供的天線的增益和芯片的操作電壓及周圍環(huán)境。標(biāo)簽由大約0.1mm厚的天線和連接到天線饋電部分(feeding portion)的LSI芯片(大約1mm2、0.2mm厚)組成。
如圖8所示，LSI芯片21可以等同地由內(nèi)阻Rc(例如1200Ω)和電容Cc(例如0.7pF)的并聯(lián)電路來表示。芯片21的導(dǎo)納Yc(＝1/Rc+jwCc)在圖9的導(dǎo)納圓圖上的位置A21處示出。另一方面，天線22可等同地由輻射電阻Ra(例如500Ω)和電感La(例如40nH)的并聯(lián)電路來表示。
通過將芯片21并聯(lián)到天線22，電容Cc和電感La相互諧振，并且在期望的諧振頻率fo(上述提及的953MHz)上阻抗匹配，從而可將天線22處的最大接收功率提供給芯片21，如下列等式所示。
作為用于RFID標(biāo)簽的基本天線，可提及圖10A所示大約145mm(λ/2)長的偶極天線31。在此情況下的阻抗繪出圖9中的軌跡(1)。在fo＝953MHz處，Ra假定為72Ω并且虛部假定為0，其在軌跡(1)的位置A31處示出。
由于RFID標(biāo)簽的天線所需的輻射電阻Ra非常高，大約為500-2000Ω，所以需要將輻射電阻Ra從72Ω升高。
已知一種如圖10B所示的大約145mm長的折疊偶極天線32，取決于線寬，輻射電阻Ra從偶極天線的72Ω升高到大約300Ω-500Ω(參見非專利文獻(xiàn)1)。
圖9示出了折疊偶極天線32的阻抗繪出的軌跡(2)，并且在fo＝953MHz處，Ra假定為500Ω且虛部假定為0，其在軌跡(2)上的位置A32處示出。
此外，如圖10C中所示，通過將電感部分33并聯(lián)到圖10B所示的折疊偶極天線32，圖9的導(dǎo)納圓圖上的軌跡(2)逆時針旋轉(zhuǎn)，從而在軌跡(3)上的位置A33處可示出如下阻抗，其虛部(Ba＝-1/ωLa)的絕對值與芯片21的導(dǎo)納的虛部(Bc＝ωCc)相同。在此情況下，電感部分33的長度越短，電感La的數(shù)值越小，從而導(dǎo)致大的虛部和大旋轉(zhuǎn)量。
由于芯片21的虛部Bc具有與天線22的虛部Ba相同的大小，所以它們可相互抵消并且在頻率fo處發(fā)生諧振。虛部的抵消是在設(shè)計RFID標(biāo)簽時最重要的要素。雖然芯片21的內(nèi)阻Rc與天線22的輻射電阻Ra之間匹配是最優(yōu)選的，但不必嚴(yán)格地要求它們相互匹配。
另一方面，例如參見專利文獻(xiàn)1，有一種無線電標(biāo)簽，通過在折疊偶極天線(其由電介質(zhì)片上的導(dǎo)電圖案形成，在900MHz頻帶諧振)上布置半波長無饋電元件(由夾著該電介質(zhì)片的該折疊偶極天線的相對側(cè)上的導(dǎo)電圖案形成，在2.4GHz頻帶諧振)，并匹配兩個頻帶的阻抗而可在兩個頻帶上工作。
天線工程手冊(Antenna engineering handbook)第112頁(由Ohmsha于1999年3月5日公布)[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請?zhí)亻_第2005-236468號圖11示出上述RFID系統(tǒng)的構(gòu)成。通過纜線12連接到讀寫器(R/W)11的R/w端天線13是具有圓偏振波特性的片狀天線(patch antenna)等。由于來自讀寫器11的電場方向“A”總是如圖11所示旋轉(zhuǎn)的，所以無論標(biāo)簽15面向何方，帶有通常具有直線偏振波特性的天線的標(biāo)簽15都可通過無線電波傳播路徑14向/從讀寫器11發(fā)送/接收信號。
當(dāng)將圖10B所示的折疊偶極天線用于標(biāo)簽15時，折疊偶極天線也具有直線偏振波特性。因此，如果能夠在與折疊偶極天線固有的直線偏振波表面垂直的表面內(nèi)產(chǎn)生適當(dāng)電場，則可接收在某一時刻來自讀寫器11的與該電場方向垂直的偏振波，并且可擴(kuò)大標(biāo)簽15的通信距離。
雖然已知一種十字偶極(如圖12所示)，但它使標(biāo)簽對于實(shí)際應(yīng)用來說太大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種即使讀寫器具有圓偏振波特性，也能夠擴(kuò)大通信距離的折疊偶極天線，和使用該折疊偶極天線的標(biāo)簽。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的折疊偶極天線包括具有饋電部分的第一偶極部分；和第二偶極部分，其中形成有狹槽部分，并且第一偶極部分的兩端連接到所述第二偶極部分；在芯片安裝在所述饋電部分上的情況下，第一和第二偶極部分具有用于產(chǎn)生縱向的直線偏振波的寬度。
即，在本發(fā)明中，第一和第二偶極部分相互連接，以便形成狹槽部分。在此狀態(tài)下，假設(shè)將芯片安裝在第一偶極部分的饋電部分上，則第一和第二偶極部分通過該狹槽部分形成高頻電路(天線端子之一—第二偶極部分—另一天線端子)。因此，通過第一偶極部分和第二偶極部分之間的狹槽部分產(chǎn)生或者提供了饋電部分，從而偶極部分和狹槽部分作為狹槽天線操作，并且產(chǎn)生垂直于由所述第一偶極部分產(chǎn)生的直線偏振波表面方向的縱向直線偏振波。
因此，由第一偶極部分產(chǎn)生的橫向直線偏振波(偶極模式)和垂直于該橫向直線偏振波的縱向直線偏振波(狹槽模式)同時操作，從而提供了適當(dāng)?shù)碾p模式偏振波(dual mode-polarized wave)特性(實(shí)質(zhì)上為圓偏振波特性或者橢圓偏振波特性)，并且增加了與讀寫器的圓偏振波的匹配度。
另外，用于與芯片進(jìn)行阻抗匹配的電感部分可與上述饋電部分并聯(lián)地連接到第一偶極部分。
通過這樣提供電感部分，與使用商業(yè)上可得到的芯片電感的情況相比，可減少成本和工時。
另外，通過將芯片的輸入/輸出端子連接到上述饋電部分的天線端子來實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽。
即，雖然芯片沒有安裝在饋電部分上，但在上述情況下，折疊偶極天線假定芯片安裝在饋電部分上。通過將芯片的輸入/輸出端子實(shí)際地連接到饋電部分的天線端子，來實(shí)現(xiàn)其上實(shí)際安裝了芯片的標(biāo)簽。
因而，在第一偶極部分內(nèi)產(chǎn)生偶極模式的直線偏振波，高頻電路的形成使得等同于在狹槽部分上也實(shí)質(zhì)安裝了饋電部分。因此，在第一偶極部分和第二偶極部分之間產(chǎn)生狹槽模式的縱向直線偏振波，并且增加了與讀寫器的圓偏振波的匹配度。
在上述情況下，芯片的輸入/輸出端子僅連接到第一偶極部分的天線端子，而不連接到第二偶極部分的端子。然而，可為這種芯片提供諸如監(jiān)視器端子的第二端子，其中通過還直接將第二端子連接到第二偶極部分，在第二端子與天線端子之一之間插入芯片本身的內(nèi)部電容，導(dǎo)致在高頻時的相同電勢。這樣，以與上述相同的方式，在第一偶極部分和第二偶極部分之間形成高頻電路(天線端子之一—第二端子—第二偶極部分—另一天線端子)，從而通過狹槽部分產(chǎn)生狹槽模式的直線偏振波。
此外，可在上述狹槽部分內(nèi)提供焊盤圖案(land pattem)，并且將上述芯片的另一端子連接到該焊盤圖案。
即，不通過將芯片的上述第二端子連接到第二偶極部分，而是通過將芯片的上述第二端子連接到在狹槽部分內(nèi)提供的焊盤圖案，將該焊盤圖案和第一偶極部分的天線端子之一在高頻時通過內(nèi)部電容相耦合以取得相同電勢。此外，在焊盤圖案和第二偶極部分之間通過電容發(fā)生高頻耦合，從而形成天線端子之一—焊盤圖案-第二偶極部分—另一天線端子的高頻電路，在第一偶極部分和第二偶極部分之間產(chǎn)生實(shí)質(zhì)饋電部分，從而以與上述相同的方式，除偶極模式的直線偏振波之外，還能夠產(chǎn)生狹槽模式的直線偏振波。
上述第一偶極部分和第二偶極部分可以包括由Cu、Ag、或者Al構(gòu)成的導(dǎo)體，并且可以固定在由PET、薄膜或者紙張構(gòu)成的薄片上。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，從讀寫器不僅可在特定時刻發(fā)送/接收偶極模式的直線偏振波，而且可發(fā)送/接收與偶極模式的直線偏振波垂直的狹槽模式的直線偏振波。因而，能夠提高與來自讀寫器的圓偏振波的匹配度，由此擴(kuò)大通信距離。


通過結(jié)合附圖閱讀下文的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將而變得明了，在附圖中，參考標(biāo)號通篇指示類似的部分，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的折疊偶極天線的實(shí)施例的平面圖；圖2是放大示出了根據(jù)本發(fā)明標(biāo)簽的實(shí)施例[1]的芯片安裝部分的周圍的平面圖；圖3是例示出根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)簽的操作的圖；圖4是示出了在本發(fā)明中使用的偶極部分的寬度與通信距離比之間的關(guān)系的曲線圖；圖5是示出了在本發(fā)明中使用的電感部分的長度與電感之間的關(guān)系的曲線圖；圖6是放大示出了根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)簽的實(shí)施例[2]的芯片安裝部分的周圍的平面圖；圖7是放大示出了根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)簽的實(shí)施例[3]的芯片安裝部分的周圍的平面圖；圖8是示出了RFID標(biāo)簽的一般等價電路的圖；圖9是根據(jù)RFID標(biāo)簽，使用各種天線的導(dǎo)納圓圖(700MHz-1200MHzfo＝953MHz)；圖10A-10C是示出了用于RFID標(biāo)簽的天線示例的圖；圖11是一般已知RFID系統(tǒng)的圖；以及圖12是示出一般已知十字偶極的圖。
具體實(shí)施例方式
折疊偶極天線的實(shí)施例圖1圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的折疊偶極天線1。在本實(shí)施例中，第一偶極部分2_1的兩端和第二偶極部分2_2利用連接4相互連接形成狹槽部分3。在第一偶極部分2_1的中間點(diǎn)處，提供有可安裝RFID芯片的饋電部分5，并且電感部分6與該饋電部分5并聯(lián)地連接到第一偶極部分2_1。
在此折疊偶極天線1中，第一偶極部分2_1的寬度W1假定為大約λ/75＝4mm；第二偶極部分(折疊部分)2_2的寬度W2假定大約為λ/30＝10mm；并且狹槽部分3的寬度W3假定大約2mm。此外，整個長度L1假定為λ/2＝144mm，并且將電感部分6的長度L2設(shè)定為如下長度橫向長度L2＝大約30mm，縱向長度W4＝大約4mm，通過該長度，在將安裝在饋電部分5上的芯片電容Cc假定為0.7pF時，該電容Cc與電感La＝40nH發(fā)生諧振。
注意，稍后將詳細(xì)描述折疊偶極天線1的上述尺度示例。
標(biāo)簽的實(shí)施例[1]圖2示出通過實(shí)際將芯片安裝在圖1所示的折疊偶極天線1中實(shí)現(xiàn)的標(biāo)簽10的實(shí)施例。此實(shí)施例的圖放大示出了圖1中的饋電部分5的周圍(在該饋電部分5的位置上安裝芯片，也將其稱為芯片5)，并且該芯片的輸入/輸出端子(未示出)連接到第一偶極部分2_1的天線端子T1和T2。
如果芯片5實(shí)際安裝在作為芯片安裝部分的饋電部分5上，則如圖3所示，在被直接饋電的第一偶極部分2_1中產(chǎn)生了由直接饋電產(chǎn)生的偶極模式DM的直線偏振波，即在圖紙上的橫向上的直線偏振波。
由于將第一偶極部分2_1和第二偶極部分2_2設(shè)置得比一般折疊偶極天線寬，所以第一偶極部分2_1和第二偶極部分2_2通過在圖2中的虛線示出的狹槽部分3在高頻(例如953MHz)時形成了由天線端子T2—第二偶極部分2_2—兩個偶極部分之間的電容—天線端子T1構(gòu)成的電路，從而在天線端子T2和第二偶極部分2_2之間產(chǎn)生饋電部分7。因此，饋電部分7是跨過狹槽部分3提供的，從而如圖3所示，產(chǎn)生了狹槽模式SM的直線偏振波(圖紙上的縱向方向)。
通過仿真，此時狹槽部分3的輻射電阻大約是1000-3000Ω，這與所安裝的芯片5的一般阻抗(例如1200Ω)相匹配。
因此，以偶極模式DM的橫向直線偏振波為主工作，以狹槽模式SM的縱向直線偏振波為輔工作，從而整體上由標(biāo)簽10提供適當(dāng)?shù)碾p模式偏振波特性。這使得不僅可以在特定時刻從讀寫器接收/發(fā)送偶極直線偏振波，而且可以接收/發(fā)送與該偶極偏振波垂直的狹槽模式直線偏振波，從而可增加通信距離。
現(xiàn)在，將描述采用如圖1所示的折疊偶極天線1的尺寸的原因。
圖4示出了利用第一偶極部分2_1的寬度W1作為參數(shù)，通過商業(yè)上可獲得的電磁場仿真器獲得的第二偶極部分2_2的寬度W2和通信距離比之間的關(guān)系的曲線圖。從該曲線圖可見，通信距離比與第二偶極部分2_2的寬度W2近似成正比地增加，并且通信距離比在第一偶極部分2_1的寬度W1是4mm的情況下比寬度W1是2mm的情況下增加得多。該曲線圖表明，當(dāng)?shù)谝慌紭O部分的寬度W1是4mm并且第二偶極部分的寬度W2是10mm時，可獲得長大約為僅產(chǎn)生直線偏振波的一般折疊偶極天線的通信距離的1.4倍的通信距離。
另外，圖5示出了在如上所述芯片電容Cc＝0.7pF時，由商業(yè)上可獲得的電磁場仿真器獲得的電感部分6的橫向長度L2與所產(chǎn)生的電感La[nH]之間的關(guān)系的曲線圖。為了獲得與電容諧振的電感La＝40nH，可以看到電感部分6的橫向長度L2為如上所述的大約30mm。此時輻射電阻為1200Ω。
雖然能夠使用商業(yè)上可獲得的芯片電感來替代環(huán)狀電感，但芯片電感要求更高的成本和工時。因此，通常使用這種環(huán)狀圖案形成該電感部分。另外，通過使用第一偶極部分的一部分作為電感，可縮小整個天線。
從而，這樣確定了圖1所示的折疊偶極天線1的尺寸。
標(biāo)簽的實(shí)施例[2]圖6雖然在上述實(shí)施例[1]中芯片5是直接連接到第一偶極部分2_1的天線端子T1和T2的，但在實(shí)施例[2]中，如圖6所示，芯片5還可以直接連接到第二偶極部分2_2。
即，在某些情況下，在芯片5中不僅提供用于連接到天線端子T1和T2的輸入/輸出端子，還提供諸如監(jiān)控器端子T3的另一(又一)端子作為第三端子。在此情況下，監(jiān)控器端子T3直接連接到第二偶極部分2_2。
由于天線端子T1和監(jiān)控器端子T3通過芯片5內(nèi)固有存在的電容C1，而在高頻率時呈現(xiàn)相同電勢，因而形成天線端子T1—電容C1—第二偶極部分2_2—天線端子T2的高頻電路，從而，以與上述實(shí)施例[1]相同的方式，通過狹槽部分3在第一偶極部分2_1的端子T2和第二偶極部分2_2之間提供饋電部分7。即，在實(shí)施例[2]的情況下，通過使用內(nèi)部電容C1，比實(shí)施例[1]的情況更容易地提供了高頻電路(饋電部分)。
因此，在實(shí)施例[2]中，同樣產(chǎn)生了如圖3所示的偶極模式DM的直線偏振波和狹槽模式SM的直線偏振波，從而使得能夠更有效地執(zhí)行向/從讀寫器的信號發(fā)送/接收，并增加了通信距離。
標(biāo)簽的實(shí)施例[3]圖7實(shí)施例[3]具有在上述實(shí)施例[1]和[2]之間的中間構(gòu)成。
即，如圖7所示，在狹槽部分3中提供焊盤圖案8，并且將焊盤圖案8和芯片5的監(jiān)控器端子T3相互連接。因此，通過內(nèi)部電容C1，在高頻時，焊盤圖案8的監(jiān)控器端子T3和天線端子T1被提供了的相同電勢。由于在高頻時在焊盤圖案8與第二偶極部分2_2之間存在的電容，因此形成由天線端子T1—內(nèi)部電容C1—監(jiān)控器端子T3—第二偶極部分2_2—天線端子T2組成的高頻電路，從而在天線端子T2與第二偶極部分2_2之間提供如虛線所示的饋電部分7。
因此，在本實(shí)施例中，以與上述實(shí)施例[1]和[2]相同的方式同樣產(chǎn)生了如圖3所示的偶極模式DM的直線偏振波和狹槽模式SM的直線偏振波，從而使得可更有效地執(zhí)行向/從讀寫器的信號發(fā)送/接收。
注意，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可基于權(quán)利要求的敘述進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種折疊偶極天線，包括具有饋電部分的第一偶極部分；和第二偶極部分，其中形成有狹槽部分，并且第一偶極部分的兩個末端連接到第二偶極部分；在將芯片安裝在所述饋電部分上的情況下，所述第一偶極部分和第二偶極部分具有用于產(chǎn)生縱向的直線偏振波的寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的折疊偶極天線，其中，用于與芯片阻抗匹配的電感部分與所述饋電部分并聯(lián)地連接到所述第一偶極部分。
3.如權(quán)利要求1所述的折疊偶極天線，其中，第一偶極部分和第二偶極部分包括由Cu、Ag、或者Al構(gòu)成的導(dǎo)體，并且固定在由PET、薄膜或者紙張構(gòu)成的薄片上。
4.使用如權(quán)利要求1所述的折疊偶極天線的標(biāo)簽，其中芯片的輸入/輸出端子與所述饋電部分的天線端子相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的標(biāo)簽，其中，芯片的另一端子與所述第二偶極部分相連接。
6.如權(quán)利要求4所述的標(biāo)簽，其中，在所述狹槽部分中提供焊盤圖案，并且所述芯片的另一端子與所述焊盤圖案相連接。
7.如權(quán)利要求4所述的標(biāo)簽，其中，第一偶極部分和第二偶極部分包括由Cu、Ag、或者Al構(gòu)成的導(dǎo)體，并且固定在由PET、薄膜或者紙張構(gòu)成的薄片上。
全文摘要
在折疊偶極天線中，具有饋電部分的第一偶極部分的兩個末端連接到第二偶極部分的兩個末端，從而形成狹槽部分，并且當(dāng)將RFID芯片安裝在饋電部分上時，第一偶極部分和第二偶極部分具有用于產(chǎn)生狹槽模式(縱向方向)直線偏振波的寬度。芯片的端子實(shí)際連接到折疊偶極天線的饋電部分的天線端子以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽。
文檔編號B42D15/10GK101013771SQ200610076559
公開日2007年8月8日 申請日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
發(fā)明者甲斐學(xué), 馬庭透, 山雅城尚志 申請人:富士通株式會社