專利名稱：交叉偶極天線和使用它的標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及要應(yīng)用于RFID(射頻識別)系統(tǒng)的交叉偶極天線，和使用該交叉偶極天線的標(biāo)簽，所述系統(tǒng)采用高頻無線電信號在讀/寫器與標(biāo)簽間傳送信息。
背景技術(shù)：
在RFID(射頻識別)系統(tǒng)中，利用UHF頻帶(860到960MHz)內(nèi)的射頻信號從讀/寫器發(fā)送大約1W的載波信號。標(biāo)簽側(cè)接收以上載波信號，并用標(biāo)簽信息對以上載波信號進(jìn)行調(diào)制。將調(diào)制后的信號作為響應(yīng)信號返回到讀/寫器側(cè)，并且通過讀/寫器來讀取標(biāo)簽內(nèi)的信息。目前這種RFID系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展。
盡管取決于標(biāo)簽中提供的天線增益、用于信號處理的LSI芯片的工作電壓以及周圍環(huán)境，但以上系統(tǒng)的通信距離的范圍為大約3到5米。標(biāo)簽由形成在基體(base body)(例如厚度為0.1mm數(shù)量級的片和膜)上的導(dǎo)電材料的天線圖案以及與天線饋電點(diǎn)相連接的LSI芯片(厚度大約0.2mm、大約1mm見方)構(gòu)成。
如圖1所示，LSI芯片2可以等效地表示為并聯(lián)連接的電阻Rc(例如500Ω)和電容Cc(例如1.4pF)。同時，標(biāo)簽天線1可以等效地表示為并聯(lián)連接的輻射電阻Ra(例如400Ω)和電感La(例如20nH)。
通過并聯(lián)連接上述LSI芯片2和標(biāo)簽天線1，電容與電感產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致在期望的諧振頻率f0處匹配，這可以通過以下示出的公式1來理解。由此斷定天線1內(nèi)的接收功率被充分地提供至芯片2側(cè)。
f0=12πLC]]>(公式1)圖2A中示出了偶極天線的基本結(jié)構(gòu)。由于將整體天線長度設(shè)定為使用頻率的λ/2，所以在953MHz的情況下，整體天線長度是λ/2波長，其近似等于145mm。將LSI芯片2連接到長度為λ/4的各個天線元件的饋電點(diǎn)上。
通過將整體天線長度設(shè)定為λ/2，天線在953MHz產(chǎn)生諧振。然而，并不存在圖1所示出的La元件。因此，如圖2B所示，通過將長度設(shè)定為180mm或該數(shù)量級(其比λ/2長)，天線1具有了La元件，并且因此可以使天線1與LSI芯片2產(chǎn)生諧振。
作為形成在RFID標(biāo)簽上的這種偶極天線，例如，在出版物“Antennasand Propagation International Symposium”，2005 IEEE Volume 2B，3-8pages 353-356，July 2005中，已知使得天線長度比λ/2更長。
另外，由于上述標(biāo)簽天線1的偏振是線型的，因此通常對讀/寫器(R/W)側(cè)的未示出的天線使用圓偏振，從而使得即使標(biāo)簽在與紙面平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，也能夠在大致相等的距離上發(fā)送和接收。也就是說，假設(shè)在R/W側(cè)采用線偏振天線，當(dāng)其偏振方向與標(biāo)簽偏振方向一致時，與采用圓偏振的情況相比，通信距離變長了大約1.4倍。相反，當(dāng)R/W天線的偏振方向被放置為與標(biāo)簽偏振方向垂直時通信距離急劇減小。
如圖1所示，普通芯片具有兩個端子。另外，通過并聯(lián)連接這兩個系統(tǒng)，具有四個端子的芯片(如圖3所示)目前也投入了商用市場。在許多這種情況下，接地側(cè)(GND)都是以直流(DC)方式彼此連接的。因此，例如通過以采用圖1所示的偶極天線的交叉結(jié)構(gòu)的兩個系統(tǒng)來構(gòu)造天線，即使在R/W側(cè)采用線偏振天線的情況下也可以保持長的通信距離。然而，垂直和水平長度分別達(dá)到180mm。這種天線對于實(shí)際采用的標(biāo)簽天線來講太大了。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于即使在R/W側(cè)采用線偏振天線的情況下，也能提供一種緊湊的天線結(jié)構(gòu)，并提供一種應(yīng)用了上述天線結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽，所述天線結(jié)構(gòu)基本上具有與標(biāo)簽方向無關(guān)的無方向性。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方面中，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，公開了一種要應(yīng)用于RFID系統(tǒng)上的交叉偶極天線，該RFID系統(tǒng)使用高頻無線電信號在讀/寫器和標(biāo)簽間傳送信息。該交叉偶極天線包括一對偶極天線，并且這一對偶極天線還包括從所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)延伸的彼此十字交叉的線路，以及位于這些線路的彎曲末端之前、成三角形延展(expand)的線路。另外，這一對偶極天線中的每一個的總長度都比使用頻率λ的2/λ更長。
在上述第一方面中，該交叉偶極天線還包括設(shè)置在所述一對偶極天線的三角形延展線路的各個端部之前的延伸部分，并且可以根據(jù)以上延伸部分的長度來對調(diào)節(jié)阻抗。
另外，可以根據(jù)其上粘貼有所述一對偶極天線的基體的介電常數(shù)和厚度來設(shè)定以上延伸部分的長度。
在上述第一方面中，該交叉偶極天線還包括與從所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)延伸的各條線路相連的導(dǎo)電條(bar)，并且其還可以根據(jù)導(dǎo)電條對于從饋電點(diǎn)延伸的所述線路的連接位置來調(diào)節(jié)阻抗。
另外，在上述第一方面中，所述三角形可以由其中央部分為中空的導(dǎo)體的外圍輪廓部分形成。
在根據(jù)本發(fā)明的第二方面中，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，公開了一種要應(yīng)用于RFID系統(tǒng)上的標(biāo)簽，該RFID系統(tǒng)使用高頻無線電信號在讀/寫器和標(biāo)簽之間傳送信息。該標(biāo)簽包括基體、該基體上的由導(dǎo)體形成的一對偶極天線以及與彼此十字交叉的所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)相連的LSI芯片。上述一對偶極天線還包括從所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)延伸的彼此十字交叉的線路，以及這些線路的彎曲末端之前、成三角形延展的線路，并且所述一對偶極天線中的每一個的總長度都比使用頻率λ的2/λ更長。
在以上第二方面中，所述基體由PET、膜或紙材料形成，并且所述偶極天線的導(dǎo)體由Cu、Ag或Al形成。
根據(jù)本發(fā)明，即使在R/W側(cè)使用線偏振天線的情況下，也能提供一種緊湊的偶極天線，該偶極天線基本上具有與標(biāo)簽方向無關(guān)的無方向性。這樣就可以避免使用大尺寸的標(biāo)簽。
通過對實(shí)施例以及附圖的以下說明，將更加明了本發(fā)明的其他范圍和特征。


圖1示出了等效表示為并聯(lián)連接的電阻Rc和電容Cc的LSI芯片的說明圖。
圖2A示出了基本偶極天線。
圖2B示出了長度大于λ/2并具有電感元件La的偶極天線。
圖3示出了等效表示為通過并聯(lián)連接兩個系統(tǒng)而包含四個終端的LSI芯片的說明圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的天線圖案。
圖5示出了使用商用電磁場模擬器、以阻抗調(diào)節(jié)部分的長度L為參數(shù)的電感元件La的計(jì)算結(jié)果。
圖6示出了使用商用電磁場模擬器、以阻抗調(diào)節(jié)部分的長度L為參數(shù)的天線輻射電阻Ra的計(jì)算結(jié)果。
圖7A示出了對R/W天線應(yīng)用線偏振100的情況下的標(biāo)簽操作。
圖7B示出了圖7A中的標(biāo)簽旋轉(zhuǎn)角與通信距離之間的關(guān)系。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的天線圖案。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的導(dǎo)體條的連接點(diǎn)的距離L2與天線輻射電阻Ra之間的關(guān)系。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的導(dǎo)體條的連接點(diǎn)的距離L2與電感元件La之間的關(guān)系。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的天線圖案。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，需要指出的是，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限于以下描述的實(shí)施例。
圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的天線圖案結(jié)構(gòu)。該天線圖案是通過采用Cu、Ag、Al等導(dǎo)電材料形成在構(gòu)成標(biāo)簽基體的PET、膜或紙材料上的。
饋電點(diǎn)20處并聯(lián)連接有一對偶極天線1a、1b。如圖3所示，通過導(dǎo)體12將分別與偶極天線1a、1b相對應(yīng)的接地側(cè)的天線元件GND1a、GND1b共同連接起來。
在這一對偶極天線1a、1b中，天線線路以交叉形狀從饋電點(diǎn)20延伸。在以上天線線路的末端，這些線路以直角彎曲。另外，線路以三角形延展。該天線圖案的整體尺寸是垂直78mm和水平78mm。在位于交叉形狀的中心位置處的饋電點(diǎn)20上設(shè)置有LSI芯片2的安裝部分。
根據(jù)上述三角形延展的線路，可以設(shè)定各種總天線長度，因此可以拓寬天線頻率特性。
在以上結(jié)構(gòu)中，由于天線1a、1b成十字狀存在，并且每個總長度都大約為180mm(＞λ/2)，所以如之前針對圖2B所說明，可以具有電感元件La。
另外，在如圖4所示的實(shí)施例中，設(shè)置有長度均為L，從三角形區(qū)域的每一個末端延伸的阻抗調(diào)節(jié)部分10a、10b以及11a、11b。
圖5和圖6示出了使用商用電磁場模擬器、以阻抗調(diào)節(jié)部分10a、10b以及11a、11b的長度L為參數(shù)對電感元件La和天線輻射電阻Ra的計(jì)算結(jié)果。
這里，關(guān)于要用于RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽，由于該標(biāo)簽是通過將天線導(dǎo)體粘貼在基體上而使用的，所以希望將介電常數(shù)εr和基體的厚度t考慮在內(nèi)。因此，在圖5和圖6所示的模擬計(jì)算中，認(rèn)為標(biāo)簽基體是塑料的，并且假設(shè)εr＝3且厚度t＝1，2和4mm。
例如，假設(shè)LSI芯片2的電容Cc是1.4pF，為了與以上電容產(chǎn)生諧振，La要達(dá)到20nH。從圖5所示的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)標(biāo)簽粘貼到厚度t＝1mm的塑料基體(εr＝3)上時最優(yōu)值L＝0，或者當(dāng)通過用線懸掛標(biāo)簽以產(chǎn)生空氣的天線環(huán)境(εr＝1)時L＝13mm。此時，如圖6所示，天線輻射電阻Ra接近于芯片電阻500Ω，這大體上是匹配的。
另外，即使未選擇與環(huán)境條件相對應(yīng)的這種最優(yōu)值，也不意味著完全無法進(jìn)行通信，只是僅僅通信距離降低到某種程度。
圖7A和圖7B示出了對R/W天線應(yīng)用線偏振波100的情況下的標(biāo)簽操作。在圖7A中，天線1a的偏振平面100a位于從左右方向(水平方向)旋轉(zhuǎn)大約30度的方向，而天線1b的偏振平面與其相差90度。
當(dāng)R/W天線的線偏振平面100與標(biāo)簽偏振平面一致時，通信距離變得最大，而當(dāng)上述平面相差90度時，通信距離變得最小。因此，當(dāng)僅關(guān)注天線1a時，如果標(biāo)簽?zāi)鏁r針旋轉(zhuǎn)30度，則R/W天線的線偏振平面100與標(biāo)簽偏振平面100a一致，由此獲得最大通信距離。如果標(biāo)簽進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)90度，位于120度的旋轉(zhuǎn)位置，則通信距離變得最小。圖7B中以虛線1a表示了這種狀態(tài)。在圖7B中，水平軸表示旋轉(zhuǎn)角，而垂直軸表示通信距離。
另一方面，當(dāng)關(guān)注天線1b時，其與天線1a之間存在90度的相位差。在圖7B中，旋轉(zhuǎn)角與通信距離之間的關(guān)系以點(diǎn)劃線1b來表示。因此，在天線1a和1b的合成(composite)特征中，如圖7B中表示為(1a+1b)的實(shí)線所示，可以理解，可以實(shí)現(xiàn)作為一個整體通信距離不會減小很多的標(biāo)簽。
與通常對R/W天線采用圓偏振而對標(biāo)簽采用線偏振的情況相比，此時的最大距離為大約1.4倍。因此，可以在RFID系統(tǒng)中延長通信距離。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的天線圖案。根據(jù)圖8所示的實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電條13，作為調(diào)節(jié)天線阻抗的方法。為了指定導(dǎo)電條13的設(shè)置位置，考慮將導(dǎo)電條13連接在距LSI芯片2的安裝位置(即，天線1a、1b的交叉中心點(diǎn))距離L2的位置。
導(dǎo)電條13的連接點(diǎn)的距離L2與天線輻射電阻Ra，以及與電感元件La的關(guān)系分別示于圖9和圖10。為了獲得La＝20nH的電感從而與前述LSI芯片2的電容Cc＝1.4pF產(chǎn)生諧振，可以理解，L2＝22mm是最優(yōu)值。
圖11還示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的天線圖案。從各個天線1a、1b延展的各個三角形部分中流動的電流被不均勻地分布到三角形的外圍部分，也就是說，不集中在中央附近。因此，可以使電流很難流入的中央部分為中空。當(dāng)以Ag粘貼為例形成天線1a、1b時，如果要使用的金屬部分小到可能的程度就可以降低成本。
因此，如圖11所示，形成在天線1a、1b的彎曲部分處的三角形由位于這些三角形的輪廓部分處的導(dǎo)體20a、20b、20c以及21a、21b、21c形成。其他部分與圖4所示的偶極天線的實(shí)施例中的部分類似。
前面對實(shí)施例的描述并不是要將本發(fā)明限制為所示示例的特定細(xì)節(jié)。任何適當(dāng)?shù)淖冃秃偷刃Ф伎梢栽V諸本發(fā)明的范圍。落入本發(fā)明范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有特征和優(yōu)點(diǎn)都被權(quán)利要求所覆蓋。
本申請基于2006年5月30日提交的在先日本專利申請No.2006-149987并要求其優(yōu)先權(quán)，此處通過引用并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種要應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)的交叉偶極天線，該射頻識別系統(tǒng)采用高頻無線電信號在讀/寫器和標(biāo)簽之間傳送信息，該交叉偶極天線包括一對偶極天線，其具有從所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)延伸的彼此十字交叉的線路；以及位于這些線路的彎曲末端之前、成三角形延展的線路，其中，所述一對偶極天線中的每一個的總長度都比使用頻率λ的2/λ更長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉偶極天線，該交叉偶極天線還包括設(shè)置在所述一對偶極天線的三角形延展線路的各個端部之前的延伸部分，其中，根據(jù)所述延伸部分的長度來調(diào)節(jié)阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交叉偶極天線，其中根據(jù)其上粘貼有所述一對偶極天線的基體的介電常數(shù)和厚度來設(shè)定所述延伸部分的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉偶極天線，該交叉偶極天線還包括與從所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)延伸的各條線路相連的導(dǎo)電條，其中，根據(jù)所述導(dǎo)電條對于從所述饋電點(diǎn)延伸的所述線路的連接位置來調(diào)節(jié)阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉偶極天線，其中，所述三角形由其中央部分為中空的導(dǎo)體的外圍輪廓部分形成。
6.一種要應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽，該射頻識別系統(tǒng)采用高頻無線電信號在讀/寫器和該標(biāo)簽之間傳送信息，該標(biāo)簽包括基體；所述基體上的由導(dǎo)體形成的一對偶極天線；以及與彼此十字交叉的所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)相連的LSI芯片，其中，所述一對偶極天線還包括從所述一對偶極天線的饋電點(diǎn)延伸的彼此十字交叉的線路；以及位于所述線路的彎曲末端之前、成三角形延展的線路，其中，所述一對偶極天線中的每一個的總長度都比使用頻率λ的2/λ更長。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的要應(yīng)用于所述射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽，其中，所述基體由PET、膜或紙材料形成，并且所述偶極天線的所述導(dǎo)體由Cu、Ag或Al形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的要應(yīng)用于所述射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽，該標(biāo)簽還包括設(shè)置在所述一對偶極天線的所述三角形延展線路的各個端部之前的延伸部分，其中，根據(jù)所述延伸部分的長度來調(diào)節(jié)阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的要應(yīng)用于所述射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽，其中，根據(jù)其上粘貼有所述一對偶極天線的所述基體的介電常數(shù)和厚度來設(shè)定所述延伸部分的長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的要應(yīng)用于所述射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽，該標(biāo)簽還包括與從所述一對偶極天線的所述饋電點(diǎn)延伸的各個線路相連的導(dǎo)電條，其中，根據(jù)所述導(dǎo)電條對于從所述饋電點(diǎn)延伸的所述線路的連接位置來調(diào)節(jié)阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的要應(yīng)用于所述射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽，其中，所述三角形由其中央部分為中空的導(dǎo)體的外圍輪廓部分形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交叉偶極天線和使用它的標(biāo)簽，提出了一種緊湊的天線結(jié)構(gòu)，所述天線結(jié)構(gòu)基本上具有與射頻識別標(biāo)簽中的標(biāo)簽方向無關(guān)的無方向性。該天線結(jié)構(gòu)包括要應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)的設(shè)置為交叉偶極天線形式的一對偶極天線，該射頻識別系統(tǒng)采用高頻無線電信號在讀/寫器和標(biāo)簽之間傳送信息。上述一對偶極天線還包括從饋電點(diǎn)延伸的彼此十字交叉的線路；以及從上述線路的彎曲末端成三角形延展的線路。上述一對偶極天線中的每一個的總長度都比使用頻率λ的2/λ更長。
文檔編號G06K19/07GK101083351SQ200610169910
公開日2007年12月5日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30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