專利名稱：無線通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信裝置，更詳細(xì)而言涉及使用放射電磁場的RFID(RadiC) Frequency IDentification 利用電波的個體識別)標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
以往，使用UHF帶的RFID系統(tǒng)與使用HF帶的感應(yīng)電磁方式(或者“感應(yīng)電磁場方式”)的RFID系統(tǒng)相比，通信距離更長，所以主要在物流的領(lǐng)域中被利用。因此，RFID標(biāo)簽有時安裝于金屬物(導(dǎo)電性物體)而被使用。此時，在使用了偶極天線的以往的RFID標(biāo)簽中，在粘貼于金屬物、或設(shè)置于金屬物附近的情況下，有如下問題由于金屬物的影響，導(dǎo)致天線不動作、或通信距離大幅降低。 因此，要求實現(xiàn)即使RFID標(biāo)簽被安裝于金屬物也可以抑制性能變差的RFID標(biāo)簽。鑒于上述要求，以往提出了在微帶天線(microstrip antenna)的放射導(dǎo)體中設(shè)置狹槽來安裝RFID的IC芯片、且不論是導(dǎo)電性物體還是非導(dǎo)電性物體都可以進(jìn)行設(shè)置的 RFID標(biāo)簽(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在使用所述專利文獻(xiàn)1記載的RFID標(biāo)簽的天線中，使用了微帶天線，但不具備使其阻抗特性寬帶化的單元，所以動作頻帶是窄帶。另外，當(dāng)前關(guān)于UHF帶的RFID系統(tǒng)，在日本使用“ 952_954MHz ”，在美國使用 “ 902-928MHZ ”，在歐州使用“ 865-868MHz ”，根據(jù)地域，使用頻率不同。專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-243^6號公報

發(fā)明內(nèi)容
以往的無線通信裝置存在如下課題在例如是使用了專利文獻(xiàn)1記載的RFID標(biāo)簽的天線的情況下，由于動作頻帶是窄帶，所以RFID系統(tǒng)的利用者必須使用適合于各個地域的RFID標(biāo)簽。另外，即使在其他頻帶中使用的RFID系統(tǒng)中原樣地利用以往的窄帶RFID標(biāo)簽，也由于阻抗的不匹配而使可接收的電力降低，所以具有與RFID的讀寫器之間的通信距離變短這樣的課題。本發(fā)明是為了解決所述那樣的課題而完成的，其目的在于，得到一種將RFID標(biāo)簽中使用的天線的動作頻率進(jìn)行寬帶化、且不依賴于地域而可共同使用的RFID標(biāo)簽，并且得到一種可以針對任意的負(fù)載阻抗取得匹配、且即使在IC芯片的輸入阻抗無法自由選定的情況下也可以實現(xiàn)動作頻帶的寬帶化的無線通信裝置。本發(fā)明的無線通信裝置具備第1導(dǎo)體；第2導(dǎo)體，與第1導(dǎo)體大致平行地配置； 孔，形成于第2導(dǎo)體；電容性耦合單元，與孔接近配置；以及通信電路，具有電波的發(fā)送功能以及接收功能中的至少一方，通信電路在第2導(dǎo)體與孔的邊界線的附近的導(dǎo)體上的2個部位之間，經(jīng)由電容性耦合單元而連接。根據(jù)本發(fā)明，可以得到如下的無線通信裝置，該無線通信裝置可以針對任意的負(fù)
4載阻抗取得匹配，即使在無法自由地選定IC芯片的輸入阻抗的情況下也可以實現(xiàn)動作頻帶的寬帶化。


圖1是示出本發(fā)明的實施例1的無線通信裝置的俯視圖以及剖面圖(實施例1)。圖2是示出應(yīng)用本發(fā)明的實施例1的微帶天線的俯視圖以及剖面圖(實施例1)。圖3是圖2的微帶天線的等效電路圖(實施例1)。圖4是示出本發(fā)明的實施例1的與狹槽長度對應(yīng)的阻抗特性的差異的史密斯圓圖 (實施例1)。圖5是用于說明本發(fā)明的實施例1的動作的等效電路圖(實施例1)。圖6是用于說明本發(fā)明的實施例1的動作的對微帶天線與狹槽的耦合度進(jìn)行說明用的俯視圖(實施例1)。圖7是示出本發(fā)明的實施例1的與磁場耦合長度對應(yīng)的阻抗特性的差異的史密斯圓圖(實施例1)。圖8是示出本發(fā)明的實施例1的與偏置間隔對應(yīng)的阻抗特性的差異的史密斯圓圖 (實施例1)。圖9是示出本發(fā)明的實施例1的無線通信裝置的其他結(jié)構(gòu)例的俯視圖(實施例 1)。圖10是示出本發(fā)明的實施例1的無線通信裝置的其他結(jié)構(gòu)例的俯視圖(實施例 1)。圖11是示出本發(fā)明的實施例1的狹槽的其他結(jié)構(gòu)例的俯視圖(實施例1)。圖12是示出本發(fā)明的實施例2的無線通信裝置的俯視圖(實施例2)。圖13是用于說明本發(fā)明的實施例2的動作的示出某瞬間的狹槽上的磁流的朝向的俯視圖(實施例2)。圖14是示出本發(fā)明的實施例2的與狹槽形狀對應(yīng)的阻抗特性的差異的史密斯圓圖。圖15是示出本發(fā)明的實施例3的無線通信裝置的俯視圖(實施例3)。圖16是示出本發(fā)明的實施例3的無線通信裝置的具體結(jié)構(gòu)例的放大俯視圖(實施例3)。圖17是示出本發(fā)明的實施例3的無線通信裝置的其他具體結(jié)構(gòu)例的放大俯視圖 (實施例3)。圖18是示出本發(fā)明的實施例4的無線通信裝置的剖面圖(實施例4)。圖19是示出本發(fā)明的實施例5的無線通信裝置的剖面圖(實施例5)。圖20是示出本發(fā)明的實施例6的無線通信裝置的俯視圖(實施例6)。附圖標(biāo)記說明1:接地導(dǎo)體(第1導(dǎo)體)；2、10:導(dǎo)體(第2導(dǎo)體)；3、3A、!3B、3C 狹槽(狹槽線路)；4a、4b、4A、4B 電容性耦合單元；5、5A :IC芯片；7a、7b 片狀電容器(蓄電器)；8a、8b 第3導(dǎo)體；9 無源元件(parasitic element) ；11 短路導(dǎo)體(第4導(dǎo)體)；F 供電點fa 相向狹槽的間隔。
具體實施例方式(實施例1)圖1是示出本發(fā)明的實施例1的無線通信裝置的俯視圖以及剖面圖，示出作為無線通信裝置而發(fā)揮功能的RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)。圖1的(a)是俯視圖、圖1的(b)是沿著圖1的(a)內(nèi)的G_G’線的剖面圖。在圖1中，RFID標(biāo)簽具備接地導(dǎo)體1、放射導(dǎo)體(以下簡稱為“導(dǎo)體”)2、狹槽線路 (以下簡稱為“狹槽”)3、電容性耦合單元^、4b、以及IC芯片5。接地導(dǎo)體1是由有限的大小構(gòu)成的導(dǎo)體，例如如圖1的(a)所示具有矩形形狀。導(dǎo)體2是板狀的導(dǎo)體，與接地導(dǎo)體1同樣地例如具有矩形形狀。導(dǎo)體2相對于接地導(dǎo)體1，隔開間隔而大致平行地配置，與接地導(dǎo)體1 一起構(gòu)成微帶天線。導(dǎo)體2的大小被選定為針對規(guī)定的動作頻率進(jìn)行諧振。另外，關(guān)于導(dǎo)體2的形狀， 只要是針對規(guī)定的動作頻率進(jìn)行諧振的大小，就不限于矩形，而可以自由地選定。在導(dǎo)體2中，設(shè)置有通過去除導(dǎo)體2的一部分的導(dǎo)體而構(gòu)成的狹槽3。狹槽3的形狀例如如圖1的(a)所示是“逆二的字型”。電容性耦合單元如、仙是具有例如矩形形狀的板狀的導(dǎo)體，如圖1的(b)所示，相對于導(dǎo)體2，隔著間隔d而大致平行地配置。另外，關(guān)于電容性耦合單元^、4b的形狀，只要針對導(dǎo)體2能夠得到規(guī)定的電容性耦合，就不限于矩形，而可以選定圓形、三角形等自由的形狀。電容性耦合單元^、4b隔著狹槽3分別相向配置。IC芯片5是具有存儲、運(yùn)算以及發(fā)送接收等功能的集成電路，以使電容性耦合單元如、仙橫跨狹槽3的方式，插入配置到電容性耦合單元如、仙的相互之間，并與電容性耦合單元^、4b連接。根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)，通過由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線接收到的接收電波的電力經(jīng)由電容性耦合單元如、4b而被供給到IC芯片5，驅(qū)動IC芯片5。接下來，一邊示出通過電磁場解析得到的數(shù)值計算結(jié)果，一邊說明圖1所示的本發(fā)明的實施例1的RFID標(biāo)簽的動作以及效果。根據(jù)天線的可逆性，天線的發(fā)送時以及接收時的動作相同，所以以下說明對連接 IC芯片5的位置供給電壓的情況。首先，為了說明狹槽3的動作，考慮由接地導(dǎo)體1、導(dǎo)體2以及狹槽3構(gòu)成的構(gòu)造。圖2示出去除了圖1內(nèi)的電容性耦合單元^、4b以及IC芯片5的構(gòu)造，圖2的 (a)是俯視圖，圖2的(b)是沿圖2的(a)的H_H’線的剖面圖。在圖2中，示出了從狹槽3的中央至狹槽3的一側(cè)的端為止的狹槽長度Ls、和對狹槽3施加電壓的供電點F。如果狹槽3由于向狹槽3施加的電壓而被激勵，則在狹槽3中產(chǎn)生磁場，該磁場與由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線的內(nèi)部磁場進(jìn)行磁場耦合。其結(jié)果，通過狹槽3，由接地導(dǎo)體1和導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線被激勵。在公知文獻(xiàn)(例如，Apisak Ittipiboon, et al. , "A Modal ExpansionMethod of Analysis and Measurement on Aperture-CoupledMicrostrip Antenna，，IEEE Trans.Antennas and Propagat.，vol. 39，ηο· 11，ρρ· 1567-1574，1991 年)中示出了這樣的狹槽激勵微帶天線的等效電路。圖3的(a)是上述公知文獻(xiàn)記載的等效電路圖，使用變壓器(匝數(shù)比是“1 N”)
來表不。在圖3的(a)中，示出了從供電點F(圖2)看到的輸入阻抗Zin、由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2 (圖2)構(gòu)成的微帶天線的阻抗Za、以及通過狹槽3得到的電感L。在圖3的(a)中，如果將變壓器的次級側(cè)的阻抗變換為初級側(cè)，則圖3的(a)的電路變形為如圖3的(b)所示的等效電路。S卩，成為如下的電路結(jié)構(gòu)對于相乘了 “N的平方”倍的微帶天線的阻抗&(= 妒《&)，串聯(lián)地連接了電感1^圖4是示出與狹槽長度Ls對應(yīng)的阻抗特性的差異的史密斯圓圖，示出了從供電點 F(圖2)看到的阻抗特性的變化的一個例子。在圖4中，圖4的(a)示出了 Ls = 0. 07 λ時的阻抗軌跡Ζ07 λ (Ls)，圖4的(b) 示出了 Ls = 0.09 λ時的阻抗軌跡Ζ09λ (Ls)，圖4的(c)示出了 Ls = 0.11 λ時的阻抗軌跡Zll λ (Ls)。另外，λ是相對無線通信裝置的動作頻率(使用頻率)的中心頻率的自由空間波長。當(dāng)比較圖4的(a)、圖4的(b)以及圖4的(c)時，隨著狹槽長度Ls變長，阻抗軌跡Z07 λ (Ls)、Ζ09 λ (Ls)、Zll λ (Ls)移動到感應(yīng)性電抗側(cè)。S卩，可知狹槽3作為針對由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線串聯(lián)地插入的電感L而進(jìn)行動作。接下來，說明電容性耦合單元^、4b的動作。電容性耦合單元^、4b相對于導(dǎo)體2隔開間隔d而大致平行地配置，所以在電容性耦合單元^、4b相向的部分，形成平行平板蓄電器，高頻地相互電容耦合。另外，電容性耦合單元^、4b配置成橫跨狹槽3，所以作為針對狹槽3串聯(lián)地插入了的電容C而進(jìn)行動作。電容性耦合單元如、4b的電容C在作為靜電電容而算出的情況下， 成為以下的式(1)所示的關(guān)系。[式1]C'=r ^ . , , ι -
d ‘其中，在式(1)中，S是電容性耦合單元如或者電容性耦合單元4b相對導(dǎo)體2的相向部分的面積。另外，d是電容性耦合單元如或者電容性耦合單元4b與導(dǎo)體2之間的間隔，ε是電容性耦合單元4a或者電容性耦合單元4b與導(dǎo)體2之間的介電常數(shù)。由此，根據(jù)圖5的等效電路圖來說明圖1所示的本發(fā)明的實施例1的無線通信裝置的動作。在圖5中，對所述(圖3的(b))的電路追加了通過電容性耦合單元^、4b而得到的電容C。S卩，圖5的電路成為針對電感L串聯(lián)地追加了電容C的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的實施例1的無線通信裝置等效于對具有并聯(lián)諧振特性的微帶天線連接了 LC串聯(lián)諧振電路的結(jié)構(gòu)，所以可知動作頻帶被寬帶化。
接下來，敘述由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線、與狹槽3的耦合度的調(diào)整方法。微帶天線與狹槽3的耦合度、和史密斯圓圖上的阻抗軌跡上的“扭轉(zhuǎn)(twist)，，的大小存在密切的關(guān)系，在動作頻率的寬帶化中成為重要的參數(shù)。圖6是用于說明微帶天線與狹槽3的耦合度的俯視圖，示出了某瞬間的狹槽3上流過的磁流(magnetic current)、和由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線的內(nèi)部磁場的朝向(虛線箭頭B)。在圖6中，由接地導(dǎo)體1以及導(dǎo)體2構(gòu)成的微帶天線與狹槽3的磁場耦合，在和與內(nèi)部磁場的朝向(虛線箭頭B)平行的虛線箭頭A相應(yīng)的部分(長度Ws)處產(chǎn)生，并在與內(nèi)部磁場的朝向正交的方向上不會耦合。以下，將產(chǎn)生磁場耦合的部分的長度Ws稱為“磁場
華禹合長度”。因此，通過改變圖6內(nèi)的磁場耦合長度Ws，可以使耦合度發(fā)生變化。圖7是示出與磁場耦合長度Ws對應(yīng)的阻抗特性的差異的史密斯圓圖，示出了將狹槽長度Ls (圖幻固定為0. 11λ而使磁場耦合長度Ws發(fā)生變化的情況下的、從供電點F(圖 2)觀看的阻抗特性的變化的一個例子。在圖7中，圖7的(a)示出Ws = 0. 021 λ時的阻抗軌跡Ζ21 λ (Ws)，圖7的(b)示出Ws = 0. 036 λ時的阻抗軌跡Ζ36 λ (Ws)，圖7的(c)示出Ws = 0. 051 λ時的阻抗軌跡 Ζ51λ (Ws)。當(dāng)比較圖7的(a)、圖7的(b)以及圖7的(c)時，可知磁場耦合長度Ws越大，史密斯圓圖上的阻抗軌跡的“扭轉(zhuǎn)”越大。另外，可知通常微帶天線的內(nèi)部磁場在放射元件的諧振方向的中央變得最大。在圖6中，如果將導(dǎo)體2的中心設(shè)為原點0、將導(dǎo)體2的表面設(shè)為χ-y平面、將導(dǎo)體 2的諧振方向設(shè)為χ軸、將與諧振方向正交的軸設(shè)為y軸，則通過以下的式(2)來給出微帶天線的基本模式(TMltl模式)下的內(nèi)部磁場Hy。[式2]
權(quán)利要求
1.一種無線通信裝置，其特征在于，具備 第1導(dǎo)體；第2導(dǎo)體，與所述第1導(dǎo)體大致平行地配置；孔，形成于所述第2導(dǎo)體；電容性耦合單元，與所述孔接近配置；以及通信電路，具有電波的發(fā)送功能以及接收功能中的至少一方，所述通信電路經(jīng)由所述電容性耦合單元而連接在所述第2導(dǎo)體與所述孔的邊界線的附近的導(dǎo)體上的2個部位之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述孔由狹槽線路形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線通信裝置，其特征在于，以橫跨所述狹槽線路的方式選擇經(jīng)由所述電容性耦合單元來連接所述通信電路的所述2個部位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述電容性耦合單元包括第3導(dǎo)體，該第3導(dǎo)體連接到所述通信電路的端子， 通過使所述第2導(dǎo)體與所述第3導(dǎo)體進(jìn)行電容耦合而構(gòu)成所述電容性耦合單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述電容性耦合單元包括交叉指電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述電容性耦合單元包括片狀電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于，具備無源元件，該無源元件配置在與所述第2導(dǎo)體進(jìn)行磁場耦合而產(chǎn)生多重諧振的位置處，所述無源元件具有在所述無線通信裝置的動作頻帶的范圍內(nèi)或者附近進(jìn)行諧振的電長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于，具備第4導(dǎo)體，該第4導(dǎo)體連接到所述第2導(dǎo)體的與諧振方向的中央部的電場成為零的部位相當(dāng)?shù)囊欢?，所述?導(dǎo)體的諧振方向的長度構(gòu)成為大致一半，并且所述第2導(dǎo)體的所述一端經(jīng)由所述第4導(dǎo)體而與所述第1導(dǎo)體短路連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述電容性耦合單元包括所述通信電路內(nèi)的串聯(lián)電容電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 8中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述電容性耦合單元包括所述通信電路內(nèi)的串聯(lián)LC電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述狹槽線路具有至少1個折返狹槽部，所述折返狹槽部包括相向狹槽，該相向狹槽是在相互影響的距離范圍內(nèi)離開了的2個地點處相互平行地設(shè)置的狹槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線通信裝置，其特征在于，所述相向狹槽的距離被設(shè)定為與使用頻率的中心頻率對應(yīng)的波長的0. 05倍以下。
13.一種無線通信裝置，其特征在于，具備 第1導(dǎo)體；第2導(dǎo)體，與所述第1導(dǎo)體大致平行地配置； 孔，形成于所述第2導(dǎo)體；以及通信電路，具有電波的發(fā)送功能以及接收功能中的至少一方，所述通信電路連接到所述第2導(dǎo)體與所述孔的邊界線的附近的導(dǎo)體上的2個部位之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述孔由狹槽線路形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或者14所述的無線通信裝置，其特征在于，具備無源元件，該無源元件配置在與所述第2導(dǎo)體進(jìn)行磁場耦合而產(chǎn)生多重諧振的位置處，所述無源元件具有在所述無線通信裝置的動作頻帶的范圍內(nèi)或者附近進(jìn)行諧振的電長度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13 15中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于， 具備第4導(dǎo)體，該第4導(dǎo)體連接到所述第2導(dǎo)體的與諧振方向的中央部的電場成為零的部位相當(dāng)?shù)囊欢?，所述?導(dǎo)體的諧振方向的長度構(gòu)成為大致一半，并且所述第2導(dǎo)體的所述一端經(jīng)由所述第4導(dǎo)體而與所述第1導(dǎo)體短路連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求13 16中的任意一項所述的無線通信裝置，其特征在于， 所述狹槽線路具有至少1個折返狹槽部，所述折返狹槽部包括相向狹槽，該相向狹槽是在相互影響的距離范圍內(nèi)離開了的2個地點處相互平行地設(shè)置的狹槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的無線通信裝置，其特征在于，所述相向狹槽的距離被設(shè)定為與使用頻率的中心頻率對應(yīng)的波長的0. 05倍以下。
全文摘要
提供一種無線通信裝置，可以針對任意的負(fù)載阻抗取得匹配，即使在無法自由地選定IC芯片的輸入阻抗的情況下也可以實現(xiàn)動作頻帶的寬帶化。具備第1導(dǎo)體(接地導(dǎo)體1)；第2導(dǎo)體(2)，與第1導(dǎo)體(1)大致平行地配置；孔(狹槽3)，形成于第2導(dǎo)體(2)；電容性耦合單元(4a、4b)，與孔接近配置；以及通信電路(IC芯片5)，具有電波的發(fā)送功能以及接收功能中的至少一方。通信電路在第2導(dǎo)體(2)與孔的邊界線的附近的導(dǎo)體上的2個部位之間經(jīng)由電容性耦合單元(4a、4b)而被連接。
文檔編號G06K19/07GK102204112SQ20098014258
公開日2011年9月28日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者佐佐木拓郎, 宮下裕章, 柳崇, 桶川弘勝, 水野友宏, 深澤徹, 西岡泰弘 申請人:三菱電機(jī)株式會社