專利名稱：Rfid標(biāo)簽及其制造方法、阻抗調(diào)整方法和樹脂薄片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RFID標(biāo)簽及其制造方法，特別是涉及具備人工介質(zhì)的RFID標(biāo)簽及其 制造方法。
背景技術(shù)：
至今，作為利用電磁場、電波的非接觸認(rèn)證技術(shù)，RFID (RadioFrequency Identification:無線射頻識別標(biāo)簽)技術(shù)備受關(guān)注。在RFID技術(shù)中，利用被稱為之閱讀 器的裝置來讀取包含在具有安裝有被加工成標(biāo)簽、標(biāo)條狀的IC芯片的天線元件的RFID標(biāo) 簽(IC標(biāo)簽和非接觸式IC卡等使用RFID技術(shù)來進行信息交換的介質(zhì)的總稱)中的信息， 由此能夠進行物體認(rèn)證?，F(xiàn)在，電波方式的RFID主要利用UHF帶和2. 45GHz帶。最近，為了提高特性，提出有所謂的使用“人工介質(zhì)”的RFID標(biāo)簽(例如，非專利 文獻(xiàn)1)。非專利文獻(xiàn) 1 :Dong-uk Sim, Dong-ho Kim, Jae-ick Choi, Hyung-doChoi, Design of Novel Dipole-Type Tag antennas using electromagneticbandgap(EBG) Surface for Passive RFID applications“ ， IEEE internationalSymposium on antennas and Propagation,pl333,200
發(fā)明內(nèi)容
對于這樣的RFID標(biāo)簽，為了實現(xiàn)其小型化，存在薄型化的需求。但是，使RFID標(biāo)簽非常薄且將RFID標(biāo)簽設(shè)置于金屬時，RFID標(biāo)簽中包含天線元 件與作為設(shè)置對象的金屬接近，特別是兩者的距離成為波長λ的10分之1以下時，有可能 導(dǎo)致RFID標(biāo)簽無法適當(dāng)工作。這可考慮到以下的2個理由。i)金屬板的反射波與來自天線的放射波相互反相而相互抵消。 )在天線元件與金屬之間產(chǎn)生電容性耦合，導(dǎo)致輸入阻抗大大變化。換言之，產(chǎn) 生放射抵抗的降低和電抗(輸入阻抗的相位角)的偏離。因此，為了處理這樣的問題，提出有幾個方案。首先，對于(i)的問題，提出有 如上述的非專利文獻(xiàn)1所示，使用所謂的“人工介質(zhì)”的方案。“人工介質(zhì)”也被稱為 "Meta-material (超材料)”，是通過以微小的能級高精度地排列金屬等包含物，而顯現(xiàn)出 自然界不能獲得的材料特性(有效相對介電常數(shù)、有效相對磁導(dǎo)率等)的介質(zhì)的總稱。通 過這樣的人工介質(zhì)的使用，在RFID標(biāo)簽內(nèi)形成同相反射板，能夠使反射波與放射波為相同 相位。但是，在使用目前為止所報告的這種現(xiàn)有的人工介質(zhì)的情況下，會產(chǎn)生不能使RFID 標(biāo)簽充分薄的問題。另一方面，對于(ii)，目前為止實施的是對天線元件本身進行調(diào)整，使輸入阻抗適 當(dāng)化的對策。但是利用這樣的方法，存在RFID標(biāo)簽的種類多樣化、復(fù)雜化，難以使規(guī)格統(tǒng)一 化的問題。此外，還產(chǎn)生RFID標(biāo)簽的制作成本上升，并且生產(chǎn)性降低的問題。進而，現(xiàn)有的使輸入阻抗適當(dāng)化的方法，其大部分是以一般的共振天線這樣的天線裝置作為對象應(yīng)用 的。在這種情況下，阻抗的虛數(shù)部處理為零，所以阻抗調(diào)整比較容易。另一方面，在RFID用 的RFID標(biāo)簽的情況下，輸入阻抗包含虛數(shù)部。目前為止，對這樣的復(fù)雜的阻抗進行阻抗調(diào) 整的例子極其少，對于其效果也沒有充分驗證，這是實情。像這樣，要同時解決上述的(i)、(ii)兩方的問題，極其困難。因此，小型(薄膜 狀)且良好地工作的RFID標(biāo)簽尚未實現(xiàn)，對于這樣的小型RFID標(biāo)簽，依然存在很大需求。本發(fā)明的RFID標(biāo)簽鑒于這樣的背景而研發(fā)，其目的是能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化，并且即使 與作為設(shè)置對象的金屬接近也能夠適當(dāng)?shù)毓ぷ?。本發(fā)明的一個方式的RFID標(biāo)簽包括具備天線基板的天線元件，該天線基板具有 IC芯片和導(dǎo)電體圖形；人工介質(zhì)；和設(shè)置在天線元件與人工介質(zhì)之間的第一絕緣層，人工 介質(zhì)包括在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo)電性元件；和在電介質(zhì)層的下表面設(shè) 置的單一的第二導(dǎo)電性元件。本發(fā)明的一個方式的RFID標(biāo)簽的制造方法包括提供具備天線基板的天線元件 的步驟，天線基板具有IC芯片和導(dǎo)電體圖形；提供人工介質(zhì)的步驟；和隔著第一絕緣層層 疊天線元件與人工介質(zhì)的步驟，人工介質(zhì)包括在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo) 電性元件；和在電介質(zhì)層的下表面設(shè)置的單一的第二導(dǎo)電性元件，RFID標(biāo)簽的制造方法還 包括通過調(diào)整人工介質(zhì)的第一導(dǎo)電性元件的寬度Wt相對于長度Lt的比(Wt/Lt)，將RFID 標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的實數(shù)部和虛數(shù)部的變動調(diào)整為規(guī)定范圍內(nèi)的步驟；和通 過調(diào)整人工介質(zhì)的第一導(dǎo)電性元件的長度Lt相對于天線元件的全長La的比(Lt/La)，將 RFID標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的相位角調(diào)整為規(guī)定范圍內(nèi)的步驟。本發(fā)明的另一方式的RFID標(biāo)簽包括具有基板的天線元件，該基板設(shè)置有IC芯片 和天線圖案；人工介質(zhì)，具有在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo)電性元件和在電介 質(zhì)層的下表面設(shè)置的單一的第二導(dǎo)電性元件；第一絕緣層，設(shè)置在天線元件與人工介質(zhì)之 間；和第二絕緣層，設(shè)置在人工介質(zhì)的與設(shè)置有天線元件的一側(cè)相反的一側(cè)，在該第二絕緣 層的與人工介質(zhì)一側(cè)相反的一側(cè)的表面形成有接地層。本發(fā)明的一個方式的調(diào)整天線元件的阻抗的方法是對RFID標(biāo)簽的天線元件的阻 抗進行調(diào)整，RFID標(biāo)簽在第一和第二絕緣層之間具有人工介質(zhì)，在第一絕緣層的與設(shè)置有 人工介質(zhì)的一側(cè)相反的一側(cè)具有天線元件，人工介質(zhì)隔著電介質(zhì)層具有第一和第二導(dǎo)電性 元件，具有通過改變第一或者第二導(dǎo)電性元件的尺寸來調(diào)整阻抗的步驟。本發(fā)明的一個方式的樹脂薄片，相對介電常數(shù)為13以上，介質(zhì)損耗角正切為 0. 001以下。本發(fā)明的一個方式的樹脂薄片的制造方法包括；準(zhǔn)備熱可塑性樹脂的工序；準(zhǔn)備 填充物顆粒的工序；對熱可塑性樹脂和填充物顆粒進行混煉的工序；和對混煉后的熱可塑 性樹脂和填充物顆粒進行加壓的工序。本發(fā)明的RFID標(biāo)簽?zāi)軌虮⌒突?，即使與金屬接近也能夠適當(dāng)?shù)毓ぷ鳌?


圖1是表示本發(fā)明的RFID標(biāo)簽的概略性的分解結(jié)構(gòu)圖的一個例子的圖。圖2是表示圖1的RFID標(biāo)簽的示意性的截面圖。
圖3是示意性地表示在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中利用的人工介質(zhì)的結(jié)構(gòu)的一個例子 的立體圖。圖4是示意性地表示現(xiàn)有的人工介質(zhì)的結(jié)構(gòu)的一個例子的立體圖。圖5A是示意性地表示在現(xiàn)有的人工介質(zhì)中，有效相對磁導(dǎo)率的增大產(chǎn)生的原理 的圖。圖5B是示意性地表示在現(xiàn)有的人工介質(zhì)中，有效相對磁導(dǎo)率的增大產(chǎn)生的原理 的圖。圖6是圖3所示的人工介質(zhì)的截面放大圖，是表示在低頻帶在導(dǎo)電性元件中產(chǎn)生 的電流的方向的圖。圖7是圖3所示的人工介質(zhì)的截面放大圖，是表示在高頻帶(共振頻率)在導(dǎo)電 性元件中產(chǎn)生的電流的方向的圖。圖8是用于說明天線特性的變化的史密斯圓圖。圖9是表示在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中，使人工介質(zhì)的導(dǎo)電性元件142U、142D的寬度 Wt變化時的阻抗的軌跡的變化的史密斯圓圖。圖10是表示在解析中使用的天線元件的形狀的俯視圖。圖11是表示在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中，人工介質(zhì)的導(dǎo)電性元件142U、142D的寬度 Wt對長度Lt的比(Wt/Lt)與輸入阻抗虛數(shù)部的變化幅度的關(guān)系的圖表。圖12是表示在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中，相對于標(biāo)準(zhǔn)化的人工介質(zhì)的全長的相位的 變化的圖表。圖13是表示在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中，天線元件與人工介質(zhì)之間的距離dl對相位 造成的影響的圖表。圖14是本發(fā)明的第二 RFID標(biāo)簽的概略性的俯視圖。圖15是示意性地表示沿圖14的A-A線的第二 RFID標(biāo)簽的截面的圖。圖16是用于說明在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中，在第一絕緣層和電介質(zhì)層使用高介電 常數(shù)部件的情況下的天線特性的史密斯圓圖。圖17是用于說明本發(fā)明的第二 RFID標(biāo)簽中的天線特性的史密斯圓圖。圖18是表示在各寄生元件的寬度Wp中、輸入阻抗的虛數(shù)部相對于頻率的關(guān)系的 圖。圖19是表示寄生元件的寬度Wp對輸入阻抗的虛數(shù)部的變化幅度造成的影響的 圖。圖20是表示在頻率952MHz下寄生元件的寬度Wp對Sll的相位造成的影響的圖。圖21是本發(fā)明的第二 RFID標(biāo)簽的特性解析結(jié)果的一個例子。圖22是表示本發(fā)明的RFID標(biāo)簽的制造方法的一個例子的流程圖。圖23是表示本發(fā)明的人工介質(zhì)的其他制造方法的一個例子的圖。圖M是表示本發(fā)明的第一實施例中的特性的一個例子的圖。
具體實施例方式以下根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的實施方式。(第一 RFID 標(biāo)簽)
圖1是表示本發(fā)明的RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是表示圖1的RFID標(biāo)簽的 結(jié)構(gòu)的截面圖。此外，圖3是表示在本發(fā)明的RFID標(biāo)簽中使用的人工介質(zhì)的一個結(jié)構(gòu)例的 截面圖。本發(fā)明的RFID標(biāo)簽100包括具有IC芯片110的天線元件120 ；第一絕緣層125 ； 人工介質(zhì)140 ；和第二絕緣層170。其中，符號190是作為搭載本發(fā)明的RFID標(biāo)簽100的設(shè) 置對象物的金屬板(或者ground plane 接地層)。其中，第二絕緣層170和設(shè)置對象190 也可以省略。天線元件120具有由樹脂等構(gòu)成的基板或者薄片(以下也稱為“天線基板”)122 以及在該薄片122上設(shè)置的導(dǎo)電性天線圖案123。天線元件120的尺寸例如為寬度Wa(圖 的Y方向的尺寸)30mmX長度La(圖的X方向的尺寸)100mm。第一絕緣層125例如由低介電常數(shù)的樹脂等構(gòu)成。人工介質(zhì)140由第一導(dǎo)電性元件142U、第二導(dǎo)電性元件142D和設(shè)置在兩者之間的 電介質(zhì)層150構(gòu)成。如圖1 圖3所示，優(yōu)選第一和第二導(dǎo)電性元件142U、142D具有相同 的尺寸和形狀。在圖1 圖3的例子中，第一和第二導(dǎo)電性元件142U、142D，在從與人工介 質(zhì)140的厚度方向平行的方向(圖1、圖3的Z方向)觀察的情況下，其位置一致地設(shè)置在 電介質(zhì)層150的兩面。但是，第一和第二導(dǎo)電性元件142U、142D的相互的關(guān)系并不限于這 種形態(tài)。即，兩者的尺寸和/或形狀可以是第一導(dǎo)電性元件比第二導(dǎo)電性元件大或者小等 的不同。此外，在從圖1、圖3的Z方向觀察的情況下，兩者的位置(特別是中心位置)可以 偏離。而且，即使中心位置偏離，為了具有人工介質(zhì)的性能，也必須使第一和第二導(dǎo)電性元 件的重疊比例超過50%。進而，如圖1和2所示，人工介質(zhì)140的電介質(zhì)層150與第一和第 二導(dǎo)電性元件142U、142D也可以具有相同的縱橫尺寸(即，也可以Lt = Lm、Wt = Wm)。在 這種情況下，電介質(zhì)層150的上下的主表面分別由第一和第二導(dǎo)電性元件142U、142D整體 地覆蓋。第二絕緣層170與第一絕緣層125相同，例如由低介電常數(shù)的樹脂等構(gòu)成。其中， 第一和第二絕緣層125和170既可以由相同的材料構(gòu)成，也可以由不同的材料構(gòu)成。其中，在第一絕緣層125的表面(圖1的XY平面)設(shè)置的天線元件120的天線圖 案123的延伸方向(長度方向)沒有特別限制。其延伸方向例如可以與X方向或者Y方向 平行地延伸，或者也可以是相對于Y方向繞逆時針旋轉(zhuǎn)45°的方向、或者相對于Y方向繞順 時針旋轉(zhuǎn)45°的方向(圖1的例子中，天線圖案123的延伸方向與X方向平行)。接著，對如上所述構(gòu)成的本發(fā)明的RFID標(biāo)簽100的特征進行說明。如上所述，為了實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的小型化，在使RFID標(biāo)簽中包含的天線元件與金屬 板等設(shè)置對象明顯接近的情況下(特別是兩者的距離為自由空間波長λ的10分之1以下 的情況下)，由于(i)金屬板的反射波與來自天線的放射波相互反相而抵消；和(ii)在天線元件與金屬設(shè)置對象之間產(chǎn)生電容性耦合，導(dǎo)致輸入阻抗大大變化， 換言之，產(chǎn)生放射抵抗的降低和電抗(輸入阻抗的相位角)的偏離，RFID標(biāo)簽變得不能適
當(dāng)工作。因此，為了處理這種問題，對于(i)的問題，提出有通過人工介質(zhì)的使用，在RFID 標(biāo)簽內(nèi)形成同相反射板，使反射波與放射波相同相位的方案。另一方面，對于(ii)的問題，目前為止，實施對天線元件其本身結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，使輸入阻抗適當(dāng)化的對策。但是，對于(i)的處理方法，在使用目前所報告的現(xiàn)有的人工介質(zhì)的情況下，產(chǎn)生 不能夠使RFID標(biāo)簽足夠薄的問題。而在(ii)的處理方法中，存在RFID標(biāo)簽的種類多樣化、 復(fù)雜化，難以使規(guī)格統(tǒng)一化的問題。此外，還產(chǎn)生RFID標(biāo)簽的制作成本上升，并且生產(chǎn)性降 低的問題。而且，現(xiàn)有的使輸入阻抗適當(dāng)化的方法，其大部分是以一般的共振天線這種天線 裝置作為對象適用的。在這種情況下，阻抗的虛數(shù)部作為零進行處理，阻抗調(diào)整比較容易。 另一方面，在RFID用的RFID標(biāo)簽的情況下，輸入阻抗包含虛數(shù)部。目前為止，對于這種復(fù) 雜的阻抗，進行阻抗調(diào)整的例子極其少，對于其效果也存在沒有充分驗證的問題。另一方面，本申請發(fā)明的發(fā)明人，對用于實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的小型化的獨自的方案進 行了專心研究后的結(jié)果表明(1)使用新的人工介質(zhì)；(2)對這種人工介質(zhì)的結(jié)構(gòu)具體而言是對第一和第二導(dǎo)電性元件的尺寸、以及在 天線元件120與人工介質(zhì)140之間存在的構(gòu)成第一絕緣層125的電介質(zhì)的介電常數(shù)和厚度 進行調(diào)整，并且進行RFID標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的相位角以及實數(shù)部與虛數(shù)部的 變動的調(diào)整，能夠不特別變更天線元件自身的結(jié)構(gòu)，而將RFID標(biāo)簽的輸入阻抗設(shè)定為適當(dāng)?shù)?范圍。在這種情況下，根據(jù)(1)、(2)的方案，能夠在RFID標(biāo)簽內(nèi)形成同相反射板，并且能 夠自由調(diào)整輸入阻抗。從而，即使在使RFID標(biāo)簽中包含的天線元件與金屬這樣的對象接近 的情況下，也能夠獲得適當(dāng)?shù)貏幼鞯腞FID標(biāo)簽，實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的薄型化。以下，對上述特征(1)、(2)的技術(shù)意義及其效果進行更詳細(xì)地說明。(特征1)在對本發(fā)明使用的人工介質(zhì)140進行說明之前，為了比較，對現(xiàn)有的人工介質(zhì)的 結(jié)構(gòu)進行說明。圖4表示現(xiàn)有的人工介質(zhì)1的典型的結(jié)構(gòu)例?，F(xiàn)有的人工介質(zhì)1如圖4所示，具 有長度Li、寬度Wl和厚度Tl。現(xiàn)有的人工介質(zhì)1由厚度為tl的電介質(zhì)層2在人工介質(zhì)1 的長度方向(圖的X方向)上層疊多層而構(gòu)成。此外，電介質(zhì)層2在導(dǎo)電面4(圖的^平 面)上具有作為包含物(inclusion)的開口環(huán)3的排列圖案。各開口環(huán)3在圖的靠前側(cè)(Y 方向的負(fù)側(cè))具有分離部6 (參照圖5A)。接著，參照圖5A和5B對現(xiàn)有的人工介質(zhì)1的特性進行說明。圖5A和5B是表示 在現(xiàn)有的人工介質(zhì)1中產(chǎn)生有效相對磁導(dǎo)率的上升的原理的圖。在使沿Z方向傳播的低頻率的電磁波5 (電場的方向E為Y方向，磁場的方向H為 X方向)入射上述的人工介質(zhì)1的情況下，在開口環(huán)3的外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)流動反向的電流。 即，在開口環(huán)3的外周側(cè)繞順時針產(chǎn)生電流的流動8，在內(nèi)周側(cè)繞逆時針產(chǎn)生電流的流動9。 從而，在這種情況下，由兩者的電流產(chǎn)生的磁場相互抵消，作為整體不會產(chǎn)生有效相對磁導(dǎo) 率的增大。但是，當(dāng)頻率逐漸變高時，在某頻率(共振頻率)下，在開口環(huán)3中流動的電流 飛躍分離部6，在分離部6產(chǎn)生位移電流7。而由此在開口環(huán)3的外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)，分別同 樣繞逆時針方向產(chǎn)生電流的流動8和9，在開口環(huán)3中流動的電流成為環(huán)電流。這樣的環(huán)電 流的產(chǎn)生結(jié)果是通過人工介質(zhì)的磁通變強，能夠在表觀上使人工介質(zhì)的有效相對磁導(dǎo)率提高。以上這樣的人工介質(zhì)1的有效相對磁導(dǎo)率的相對于頻率的變化的影響如圖5B所 表示。在該圖表中，在以圓形包圍的頻率區(qū)域中，根據(jù)上述的原理，能夠獲得有效相對磁導(dǎo) 率的顯著增大。像這樣，在使用人工介質(zhì)1的情況下，能夠提高有效相對磁導(dǎo)率。由此，能夠使人 工介質(zhì)1發(fā)揮作為同相反射板的功能，能夠使RFID標(biāo)簽等裝置的阻抗上升。但是，在這樣的人工介質(zhì)1中，為了獲得上述這樣的有效相對磁導(dǎo)率的增大效果， 需要以使開口環(huán)3的導(dǎo)電面4與電磁波5的入射方向平行地配置的方式形成人工介質(zhì)1。 這是因為，為了利用上述這樣的電流的流動方向的頻率依賴性而使人工介質(zhì)的有效相對磁 導(dǎo)率的提高顯現(xiàn)，而必須以橫切入射的電磁波5的磁場的振幅方向H的方式配置包含物3 的導(dǎo)電面4。在電磁波5的磁場方向H與導(dǎo)電面4之間，需要這樣的相對關(guān)系，因此在現(xiàn)有 的人工介質(zhì)1中，在構(gòu)成人工介質(zhì)1時，沿完成后的人工介質(zhì)1的長度方向(圖4的X方 向)，層疊電介質(zhì)層2。從而，在通常的情況下，人工介質(zhì)1的接收面(即，與電磁波的入射 方向垂直的面(XY平面))不會與電介質(zhì)層2的導(dǎo)電面4的方向一致。而且，在這種情況下，為了獲得長度Ll的人工介質(zhì)1，需要層疊極其多個數(shù)的電介 質(zhì)層2。例如、以厚度為Imm程度的電介質(zhì)層，為了獲得長度Ll為IOcm的人工介質(zhì)，必須層 疊100塊電介質(zhì)層。從而，產(chǎn)生人工介質(zhì)的制造成本極其高的問題。此外，在構(gòu)成人工介質(zhì)1的各電介質(zhì)層2中，需要至少配置一個包含物，所以人工 介質(zhì)1的厚度Tl (圖4的Z方向的長度)當(dāng)然不能夠薄至該包含物的尺寸(通常在微波帶 中，5 20mm程度)以下。像這樣，對于現(xiàn)有的人工介質(zhì)1，存在實現(xiàn)小型化和薄型化困難的問題。與此相對，在本發(fā)明中使用的人工介質(zhì)140如圖3所示，在電介質(zhì)層150的上下表 面分別設(shè)置有單一的導(dǎo)電性元件142U、142D而構(gòu)成。在該圖的例子中，導(dǎo)電性元件142U、 142D為一邊的長度為Lt的正方形。但是這些尺寸和形狀只是一個例子。此外，導(dǎo)電性元 件142U、142D的厚度沒有特別限定，但在圖3的例子中，為5 20μπι程度。此外，導(dǎo)電性 元件142U、142D的材質(zhì)，只要具有電傳導(dǎo)性，則沒有特別限定，例如由銅等金屬構(gòu)成。在這樣構(gòu)成的人工介質(zhì)140(以下也稱為“本發(fā)明的人工介質(zhì)”)中具有以下這樣 的特征的性質(zhì)。如參照圖5A和5B所示，在現(xiàn)有的人工介質(zhì)1中，人工介質(zhì)1以各電介質(zhì)層2的導(dǎo) 電面4與電磁波的傳播方向k平行的方式配置。這是因為如果不這樣配置，在共振頻帶中， 在人工介質(zhì)中不會形成電流環(huán)。從而，在通常的情況下，人工介質(zhì)的與電磁波的傳播方向垂 直的面(以下稱為“接收面”)與導(dǎo)電面不一致。與此相對在本發(fā)明中，以設(shè)置有導(dǎo)電性元件的電介質(zhì)層150的兩主表面相對于入 射的電磁波105的傳播方向k垂直的方式，構(gòu)成人工介質(zhì)140(參照圖幻。從而，接收電磁 波105的人工介質(zhì)140的接收面與導(dǎo)電面(設(shè)置有導(dǎo)電性元件142U、142D的兩主表面)一致。在這樣的配置的情況下，能夠使人工介質(zhì)140內(nèi)的電介質(zhì)層150的導(dǎo)電面自身作 為接收面發(fā)揮功能，所以與上述這樣的現(xiàn)有的人工介質(zhì)1相比，能夠顯著抑制人工介質(zhì)的厚度。
接著，對在本發(fā)明的人工介質(zhì)140中，能夠使接收電磁波105的人工介質(zhì)的接收面 與導(dǎo)電面一致的理由進行說明。在圖6和圖7中，表示本發(fā)明的人工介質(zhì)140的截面放大圖。在這些圖中，也表示 了導(dǎo)電性元件142U、142D各自產(chǎn)生的電流的方向。特別是圖6是表示在低頻帶中人工介質(zhì) 的導(dǎo)電性元件產(chǎn)生的電流方向，而圖7是表示在高頻帶中人工介質(zhì)140的導(dǎo)電性元件142U、 142D產(chǎn)生的電流方向。其中，在兩圖中，表示電流的箭頭，方向很重要，箭頭的大小并不意味 著電流的大小。此外，在兩圖中，第一和第二導(dǎo)電性元件的尺寸記載為完全相同，但是既可 以稍微有偏離，也可以根據(jù)RFID標(biāo)簽的使用形態(tài)而大大不同。在對本發(fā)明的人工介質(zhì)140入射從上向下(Z方向的負(fù)的方向)傳播的電磁波105 的情況下，在低頻帶中，在導(dǎo)電性元件142U、142D中流動圖6所示的電流180a、180b。S卩，各 導(dǎo)電性元件142U、142D的電流的方向變得相等。從而在這種情況下，不會形成電流的環(huán)，不 會產(chǎn)生有效相對磁導(dǎo)率的增大。與此相對在高頻帶中，由于位移電流180c的產(chǎn)生，在導(dǎo)電 性元件142U、142D各自中沿圖7所示的方向流動電流，導(dǎo)電性元件142U的電流180a的方 向與導(dǎo)電性元件142U的電流180b的方向剛好相反。在以電介質(zhì)層150來觀察的情況下， 由上側(cè)的導(dǎo)電性元件142U的電流180a的流動、下側(cè)的導(dǎo)電性元件142D的電流180b的流 動、橫穿該電介質(zhì)層內(nèi)流動的位移電流180c的流動，在人工介質(zhì)150的與電磁波105平行 的面內(nèi)( 平面)，產(chǎn)生環(huán)電流la。這樣的電介質(zhì)層150的層疊方向上的環(huán)電流Ia產(chǎn)生的 結(jié)果，磁通增大，人工介質(zhì)的有效相對磁導(dǎo)率顯著增大。如以上所述，在本發(fā)明的人工介質(zhì)140中，不僅僅使人工介質(zhì)簡單發(fā)揮作為同相 反射板的功能，還能夠使構(gòu)成人工介質(zhì)140的電介質(zhì)層150的導(dǎo)電面自身作為接收面發(fā)揮 功能。從而，與上述這樣的現(xiàn)有的人工介質(zhì)1相比，能夠有意地使人工介質(zhì)的厚度(T2)較 薄。人工介質(zhì)140的厚度T2例如能夠為2mm以下。(特征2)如上所述，只是通過在RFID標(biāo)簽設(shè)置人工介質(zhì)，在RFID標(biāo)簽內(nèi)形成同相反射板， 并不能解決上述的(ii)的問題、即輸入阻抗大大變化的問題。從而，需要進一步實施對輸 入阻抗進行調(diào)整的方案。目前為止，天線裝置的輸入阻抗的調(diào)整是通過使天線元件的結(jié)構(gòu)變化而實施的。 但是，通過這樣的方法，產(chǎn)生天線裝置的式樣多樣化，規(guī)格不能夠統(tǒng)一化的問題。此外，產(chǎn)生 制造成本上升，生產(chǎn)性降低的問題。與此相對，在本發(fā)明中，具有以下特征通過調(diào)整人工介質(zhì)140的結(jié)構(gòu)，進行RFID 標(biāo)簽100的“Q調(diào)整”和“相位調(diào)整”，由此使輸入阻抗最佳化。即，在本發(fā)明中，沒有必要使 天線元件120的結(jié)構(gòu)變化。因此，不會產(chǎn)生上述這樣的問題。其中，在本申請中，“Q調(diào)整”是指通過對人工介質(zhì)的共振的Q進行控制來調(diào)整RFID 標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的實數(shù)部和虛數(shù)部的變動，由此對匹配頻帶進行調(diào)整。而“相 位調(diào)整”是指通過使人工介質(zhì)的共振頻率即RFID標(biāo)簽的工作頻率中的RFID標(biāo)簽的輸入阻 抗的相位角變化，來調(diào)整RFID標(biāo)簽的匹配頻帶。以下、對這樣的“相位調(diào)整”和“Q調(diào)整”，參照圖8，更詳細(xì)地進行說明。圖8是表示天線的S參數(shù)特性的史密斯圓圖(阻抗圖表)的圖?，F(xiàn)在以圖的線Sl 表示天線元件的阻抗軌跡，以黑圓圈表示天線元件的工作點P1。當(dāng)使這樣的天線元件與金屬板接近時，阻抗如圖的線S2變化，并且相當(dāng)于工作點Pl的點向點P2移動。在這種情況 下，由于放射抵抗過低，所以天線元件變得不動作。但是，通過在天線元件與金屬板之間，設(shè)置本發(fā)明的人工介質(zhì)140來進行Q調(diào)整， 能夠使由線S2表示的阻抗如虛線S3所示變化。即，通過Q調(diào)整，能夠使史密斯圓圖上的阻 抗軌跡，更具體而言，使通過點P2的圓的直徑變化。但是，僅通過Q調(diào)整，修正后的阻抗軌 跡(S3)依然為從工作點Pl偏離的狀態(tài)。因此接著，實施“相位調(diào)整”。通過進行相位調(diào)整，能夠使RFID標(biāo)簽這樣的天線裝 置的匹配頻帶變化，例如能夠使工作點P2移動至點P3。從而，通過進行“Q調(diào)整”和“相位調(diào)整”，能夠使天線元件的阻抗如圖8的線S4所
示，接近工作點。在本發(fā)明中，通過使本發(fā)明的人工介質(zhì)140的結(jié)構(gòu)(尺寸)，具體而言為第一和第 二導(dǎo)電性元件的尺寸、以及在天線元件120與人工介質(zhì)140之間存在的構(gòu)成第一絕緣層125 的電介質(zhì)的介電常數(shù)和厚度變化，能夠極其容易地進行上述這樣的“Q調(diào)整”和“相位調(diào)整”。圖9中表示在使本發(fā)明的人工介質(zhì)140的導(dǎo)電性元件142U、142D的長度Lt與寬 度Wt(圖1參照)的比(Wt/Lt)變化時得到的阻抗軌跡的史密斯圓圖。解析使用以Finite htegrate法(Finite htegrationTechnique 有限積分法)為基礎(chǔ)的電磁場模擬裝置 Microwave Studio (商品名)。表1中表示在獲得圖9所示的各波形Ql Q4時使用的參 數(shù)值。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種RFID標(biāo)簽，包括具備天線基板的天線元件，該天線基板具有IC芯片和導(dǎo)電體圖形； 人工介質(zhì)；和設(shè)置在所述天線元件與所述人工介質(zhì)之間的第一絕緣層， 所述RFID標(biāo)簽的特征在于，所述人工介質(zhì)包括在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo)電性元件；和在所述電 介質(zhì)層的下表面設(shè)置的單一的第二導(dǎo)電性元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID標(biāo)簽，其特征在于， 所述第一和第二導(dǎo)電性元件實質(zhì)上具有相同形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的RFID標(biāo)簽，其特征在于， 所述導(dǎo)電性元件中至少一個為長方形或者正方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的RFID標(biāo)簽，其特征在于，所述第一絕緣層和/或所述人工介質(zhì)的電介質(zhì)層由相對介電常數(shù)ε r為5以上的材料 構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的RFID標(biāo)簽，其特征在于，所述天線元件具有設(shè)置有IC芯片的中央?yún)^(qū)域和除該中央?yún)^(qū)域以外的兩個相對的端部 區(qū)域，所述人工介質(zhì)還具有在所述電介質(zhì)層的所述上表面設(shè)置的導(dǎo)電性的第一寄生元件和 在所述下表面設(shè)置的導(dǎo)電性的第二寄生元件，所述第一寄生元件被配置成，從與該RFID標(biāo)簽的厚度方向平行的方向觀察時，與所述 第一導(dǎo)電性元件隔著間隙，且與所述天線元件的兩個相對的端部區(qū)域分別對應(yīng)，所述第二寄生元件被配置成，從與該RFID標(biāo)簽的厚度方向平行的方向觀察時，與所述 第二導(dǎo)電性元件隔著間隙，且與所述天線元件的所述兩個相對的端部區(qū)域分別對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的RFID標(biāo)簽，其特征在于， 所述第一和第二寄生元件為長方形或者正方形。
7.—種RFID標(biāo)簽的制造方法，包括提供具備天線基板的天線元件的步驟，所述天線 基板具有IC芯片和導(dǎo)電體圖形；提供人工介質(zhì)的步驟；和隔著第一絕緣層層疊所述天線元 件與所述人工介質(zhì)的步驟，所述RFID標(biāo)簽的制造方法的特征在于，所述人工介質(zhì)包括在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo)電性元件；和在所述電 介質(zhì)層的下表面設(shè)置的單一的第二導(dǎo)電性元件，所述RFID標(biāo)簽的制造方法還包括通過調(diào)整所述人工介質(zhì)的第一導(dǎo)電性元件的寬度 Wt相對于長度Lt的比(Wt/Lt)，將所述RFID標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的實數(shù)部和虛 數(shù)部的變動調(diào)整為規(guī)定范圍內(nèi)的步驟；和通過調(diào)整人工介質(zhì)的第一導(dǎo)電性元件的長度Lt相對于所述天線元件的全長La的比 (Lt/La)，將所述RFID標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的相位角調(diào)整為規(guī)定范圍內(nèi)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的RFID標(biāo)簽的制造方法，其特征在于，將所述RFID標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的實數(shù)部和虛數(shù)部的變動調(diào)整為規(guī)定范 圍內(nèi)的步驟和將所述RFID標(biāo)簽的工作頻帶內(nèi)的輸入阻抗的相位角調(diào)整為規(guī)定范圍內(nèi)的步 驟，是使所述RFID的輸入阻抗與僅存在所述天線元件的情況下的輸入阻抗接近的步驟。
9.一種RFID標(biāo)簽，包括具有基板的天線元件，該基板設(shè)置有IC芯片和天線圖案；人工介質(zhì)，具有在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo)電性元件和在所述電介質(zhì)層 的下表面設(shè)置的單一的第二導(dǎo)電性元件；第一絕緣層，設(shè)置在所述天線元件與所述人工介質(zhì)之間；和第二絕緣層，設(shè)置在所述人工介質(zhì)的與設(shè)置有所述天線元件的一側(cè)相反的一側(cè)，在該 第二絕緣層的與所述人工介質(zhì)一側(cè)相反的一側(cè)的表面形成有接地層。
10.一種方法，對RFID標(biāo)簽的天線元件的阻抗進行調(diào)整，所述RFID標(biāo)簽在第一和第二 絕緣層之間具有人工介質(zhì)，在所述第一絕緣層的與設(shè)置有所述人工介質(zhì)的一側(cè)相反的一側(cè) 具有所述天線元件，所述方法的特征在于，所述人工介質(zhì)隔著電介質(zhì)層具有第一和第二導(dǎo)電性元件， 具有通過改變所述第一或者第二導(dǎo)電性元件的尺寸來調(diào)整阻抗的步驟。
11.一種樹脂薄片，所述樹脂薄片的相對介電常數(shù)為13以上，介質(zhì)損耗角正切為0. 001 以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的樹脂薄片，其特征在于， 含有熱可塑性樹脂和填充物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的樹脂薄片，其特征在于，所述熱可塑性樹脂為間規(guī)聚苯乙烯，填充物含有鈦酸鍶。
14.一種樹脂薄片的制造方法，其特征在于，包括 準(zhǔn)備熱可塑性樹脂的工序；準(zhǔn)備填充物顆粒的工序；對所述熱可塑性樹脂和所述填充物顆粒進行混煉的工序；和 對所述混煉后的所述熱可塑性樹脂和所述填充物顆粒進行加壓的工序。
全文摘要
一種RFID標(biāo)簽，包括具備天線基板的天線元件，該天線基板具有IC芯片和導(dǎo)電體圖形；人工介質(zhì)；和設(shè)置在所述天線元件與所述人工介質(zhì)之間的第一絕緣層，所述人工介質(zhì)包括在電介質(zhì)層的上表面設(shè)置的單一的第一導(dǎo)電性元件；和在所述電介質(zhì)層的下表面設(shè)置的單一的第二導(dǎo)電性元件。
文檔編號G06K19/07GK102112998SQ200980130879
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者井川耕司, 園田龍?zhí)? 小金澤光司, 庭野和彥 申請人:旭硝子株式會社