CN101053115A - 天线和非接触型标签 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线和非接触型标签，该天线是以可节省空间的方式进行了配置的RFID用天线。RFID用天线(10)构成为具有：最外周导电性线路(11)，其沿着预定大小的矩形的边折弯而成；以及供电用导电性线路(13)，其相对于最外周导电性线路(11)在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周导电性线路(11)电连接，且在该供电用导电性线路(13)的局部设有供电部(12)，因此，可以在例如卡片大小等预定大小的矩形内收纳天线(10)。

Description

天线和非接触型标签
技术领域
本发明涉及天线和非接触型标签(non contact tag)，特别涉及与RFID(Radio Frequency Identification：无线射频识别)读写装置进行收发的RFID用的天线和非接触型标签。
背景技术
人们期待将RFID系统应用于工厂的生产管理、物流管理、出入室管理等各种领域，并正在推进实用化，所述RFID系统在物品或人体上安装嵌入有识别信息的非接触型标签(下面称为RFID标签。)，并能够利用无线信号在非接触型标签和RFID读写装置(下面略称为读写器。)之间收发信息。
RFID系统的通信方式分为电磁感应方式和电波方式这两种。电磁感应方式是主要使用135kHz或13.56MHz的电磁波、利用RFID标签的天线和读写器的天线线圈之间的感应电压收发信息的方式。通信距离最大为1m左右。
另一方面，电波方式是利用UHF频带(860MHz～960MHz)、2.45GHz的电波、在RFID标签的天线和读写器的天线之间进行通信的方式。其中，对于2.45GHz的电波，由于其波长短，所以有时因障碍物而产生通信障碍。因此，最近正在关注使用了UHF频带的电波的RFID系统。
下面，说明使用了UHF频带的无线信号的RFID系统。
当在RFID标签和读写器之间进行通信时，首先使用UHF频带的无线信号，从读写器发送约1W的信号，在RFID标签侧接收该信号，再次将响应信号返回给读写器侧。由此，能够利用读写器读取RFID标签内的信息。可进行通信的距离也取决于标签天线的增益、IC(IntegratedCircuit)芯片的工作电压或周围环境，但大约为3m左右。
RFID标签由天线和与天线连接的IC芯片构成。IC芯片的大小为约为几mm以下，天线的大小基本上需要λ/2波长的大小。因此，在UHF频带中，需要约150mm左右，RFID标签很大程度上取决于天线的大小。
图14是RFID标签的等效电路。
IC芯片能够通过电阻R1和电容C1(例如1pF)之间的并联连接而等效示出。为了对恒定的电力确保几V左右的驱动电压，IC芯片的电阻R1使用1000Ω左右大的电阻。另一方面，天线能够通过辐射电阻R2(例如1000Ω)和电感L1(例如28nH)之间的并联连接而等效示出。将两者并联连接，使阻抗匹配，从而在电容C1和电感L1之间引起谐振，虚数成分几乎为零，实现匹配，使天线上的接收功率能够充分提供到IC芯片侧。
但是，1个偶极天线(dipole antenna)的辐射电阻为约72Ω，所以为了与上述的IC芯片进行匹配，需要增大辐射电阻。
以往，存在如下所示的折叠式(folded)天线。
图15是示出折叠式天线的结构的图。
此处所示的现有的折叠式天线80的结构如下：长度为约150mm的2个偶极天线81a、81b并行地以例如10mm的间隔接近，将其前端相互连接，利用一个偶极天线81a中央的供电部82供电。通过采用这种构成，能够将图14中示出的辐射电阻R2增大到1个偶极天线的辐射电阻(72Ω)的4倍以上。并且，如图15所示，能够通过改变偶极天线81b的线宽和偶极天线81a的线宽之比，调整辐射电阻，也能够增大到1000Ω左右(参照例如非专利文献1)。
非专利文献1：社团法人电子信息通信学会，“アンテナ工学ハンドブツク”，第一版，株式会社オ一ム社，昭和55年10月，p112～115
发明内容
但是，RFID标签在实际应用上优选大小在例如约为卡片大小(86mm×54mm)以下，但现有的折叠式天线在接收UHF频带的无线信号时，所需长边的长度为约150mm，过长，因此存在不实用的问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种可节省空间配置的RFID用天线。
并且，本发明的另一目的在于，提供一种可小型化的RFID标签。
本发明为了解决上述问题，提供一种天线10，其为RFID用天线，如图1所示，所述天线的特征在于，其具有：最外周导电性线路11，其沿着预定大小的大致矩形的边折弯而成；以及供电用导电性线路13，其相对于最外周导电性线路11在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周导电性线路11电连接，且在该供电用导电性线路13的局部设有供电部12。
根据上述结构，具有最外周导电性线路11和供电用导电性线路13的天线收容在预定大小的大致矩形内，所述供电用导电性线路13相对于最外周导电性线路11在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周导电性线路11电连接，且在所述供电用导电性线路13的局部设有供电部12。
发明效果
本发明的RFID用天线构成为具有：最外周导电性线路，其沿着预定大小的大致矩形的边折弯而成；以及供电用导电性线路，其相对于最外周导电性线路在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周导电性线路电连接，且在该供电用导电性线路的局部设有供电部，所以例如天线收容到卡片大小等预定大小的大致矩形内，能够以节省空间方式设置RFID用天线。
并且，通过将这样的天线安装到RFID标签上，能够使RFID标签小型化。
本发明的上述及其它目的、特征以及优点将通过表示作为本发明的例子而优选的实施方式的附图和相关的下述说明加以明确。
附图说明
图1是示出第一实施方式的RFID用天线的结构的图。
图2是示出应用了第一实施方式的天线的RFID标签的结构的图。
图3是示出表示最外周线路的线宽和辐射电阻之间的关系的电磁场仿真结果的图。
图4是示出表示电感器的长度和电感值之间的关系的电磁场仿真结果的图。
图5是示出天线-IC芯片之间的反射系数的计算值的图，横轴为频率。
图6是示出第一实施方式的天线的辐射图案的图。
图7是示出第二实施方式的RFID用天线的结构的图。
图8是示出表示最外周线路的线宽和辐射电阻之间的关系的电磁场仿真结果的图。
图9是示出表示电感器的长度和电感值之间的关系的电磁场仿真结果的图。
图10是示出天线-IC芯片之间的反射系数的计算值的图，横轴为频率。
图11是示出第二实施方式的天线的辐射图案的图。
图12是示出第三实施方式的RFID用天线的结构的图。
图13是示出将第一实施方式的天线的弯曲部分的局部形成为曲线形状的情况。
图14是RFID标签的等效电路。
图15是示出折叠式天线的结构的图。
符号说明
10天线；11最外周导电性线路；11a线路；12供电部；13供电用导电性线路；14电感器。
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
图1是示出第一实施方式的RFID用天线的结构的图。
下面，说明使用UHF频带、特别是953MHz的电波进行通信的情况。
第一实施方式的天线10形成为将图15中示出的折叠式天线折弯成矩形状的结构，其具有：最外周导电性线路(下面略称为最外周线路。)11，其沿着大小为例如约72mm×42mm的矩形的边折弯而成；以及供电用导电性线路(下面略称为供电用线路。)13，其相对于最外周线路11在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周线路11电连接，且在该供电用导电性线路13的局部设置有供电部12。在第一实施方式的天线10中，最外周线路11以及供电用线路13形成为相对于供电部12左右对称地延伸。
天线10还具有阻抗调整用的电感器14，其用于与连接于供电部12的IC芯片(未图示)进行阻抗匹配。电感器14配置于矩形的内侧区域。在第一实施方式中，电感器14具有2处的弯曲部，其与折弯成矩形状的供电用线路13的一边连接。
接收预定频率的电磁波的天线基本需要λ/2波长的长度。因此，953MHz需要约150mm左右的长度。在天线10中，最外周线路11形成为可接收953MHz电波的长度。其中，若如图1所示折弯成矩形状，则为了引起谐振，实际所需长度要比150mm长。因此，进一步在最外周线路11上追加长度调整量的线路11a。另外，线路11a也可以采用与其它部分相同的方式，即通过将最外周线路11和供电用线路13并列延伸来构成(其中，供电用线路13需要通过端部与最外周线路11连接)。
天线10的材质可以使用例如铜、银、铝等。
通过这种结构，能够将可获得高辐射电阻的折叠式天线收容到例如卡片大小(86mm×54mm)内。
另外，通过将矩形的弯曲角度设为90°，能够增大一定区域内的天线大小，所以是理想的，但也可以将弯曲角度设定为例如80°、45°等90°以下的角度。
图2是示出应用了第一实施方式的天线的RFID标签的结构的图。
RFID标签20的结构如下：图1所示的天线10形成于薄片21上，IC芯片22与供电部12连接。
天线10的大小为例如约72mm×42mm、厚度为约0.02mm。薄片21使用例如纸或PET(polyethylene terephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜等。并且，薄片21采用例如大小为约86mm×54mm、厚度为约0.1mm的薄片。
IC芯片22的大小为例如约1mm×1mm、厚度为约0.2mm。
在天线10中，只要调整如下部分，就能够得到与IC芯片22之间阻抗匹配。
图3是示出表示最外周线路的线宽和辐射电阻之间的关系的电磁场仿真结果的图。
另外，此处供电用线路13的线宽固定为2mm。并且，最外周线路11和供电用线路13之间的间隙为1mm。如图3所示，若使最外周线路11的线宽w1在例如2mm～6mm的范围内变化，则能够将辐射电阻Rr1调整在约700Ω～1600Ω的范围内。即，可知，相对于供电用线路13的线宽，增大最外周线路11的线宽w1时，辐射电阻Rr1增大。
图4是示出表示电感器的长度和电感值之间的关系的电磁场仿真结果的图。
若使图1中示出的电感器14的长度d1在例如27mm～39mm的范围内变化，则能够将电感值Lp1调整在约30nH～47nH的范围内。
例如，在IC芯片22的等效电路(参照图14)中，电阻为1000Ω、电容为0.9pF的情况下，为使阻抗匹配，需要将天线10的辐射电阻Rr1设定为1000Ω，将电感值Lp1设定为31nH，所以根据图3、图4，将最外周线路11的线宽w1设定为约3.6mm，将电感器14的长度d1设定为约27.5mm，从而实现天线10与IC芯片22之间的阻抗匹配，使天线10上的接收功率充分提供到IC芯片22侧。此时的天线-IC芯片之间的反射系数如下。
图5是示出天线-IC芯片之间的反射系数的计算值的图，横轴为频率。
当频率f＝953MHz时，反射系数S11＝-20dB以下，充分地实现了匹配。
图6是示出第一实施方式的天线的辐射图案的图。
横轴表示角度Φ，纵轴表示指向性(具体讲，天线10的绝对增益[dBi])，其中该角度Φ是通过如下方式得到的，即相对于天线10，将矩形的长边方向设为X轴、将短边方向设为Y轴，在由此得到的X-Y平面中将X轴设为0度时得到的角度。
对于第一实施方式的天线10而言，角度Φ＝90°、270°时指向性最大。
下面，说明第二实施方式的天线。
图7是示出第二实施方式的RFID用天线的结构的图。
与第一实施方式的天线10相同，第二实施方式的天线30具有：最外周线路31，其沿着大小为例如约72mm×42mm的矩形的边折弯而成；以及供电用线路33，其相对于最外周线路31在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周线路31电连接，且在该供电用线路33的局部上设置有供电部32。但是，第二实施方式的天线30中，与第一实施方式的天线10不同之处在于，最外周线路31以及供电用线路33形成为相对于供电部32左右非对称地延伸。
天线30还具有阻抗调整用的电感器34，其用于与连接于供电部32的IC芯片(未图示)进行阻抗匹配。电感器34配置于矩形的内侧区域。另外，在第二实施方式的天线30中，电感器34在1处具有弯曲部，其与折弯成矩形状的供电用线路33的2边连接。与第一实施方式的天线10的电感器14相比，电感器34的弯曲部分仅为1处而较少，从而减少电流集中引起的损失。
并且，在第二实施方式的天线30中，也在最外周线路31上追加长度调整量的线路31a。为了增加天线面积，线路31a形成为β图案，其宽度为例如将最外周线路31和供电用线路33的线宽以及它们之间的间隙宽度相加的宽度，但也可以与其它部分相同地将最外周线路31和供电用线路33并列延伸来构成(其中，需要在供电用线路33的端部相互电连接)。
替代安装于图2中示出的RFID标签20上的天线10，安装第二实施方式的天线30的情况下，调整最外周线路31的线宽W2和供电用线路33的线宽之比，调整电感器34的长度d2，从而与IC芯片22进行阻抗匹配。
图8是示出表示最外周线路的线宽与辐射电阻之间的关系的电磁场仿真结果的图。
另外，此处将供电用线路33的线宽固定为2mm。并且，最外周线路31和供电用线路33之间的间隙为1mm。如图8所示，若使最外周线路31的线宽W2在例如1mm～3mm的范围内变化，则能够将辐射电阻Rr2调整在约550Ω～1500Ω的范围内。
图9是示出表示电感器的长度和电感值之间的关系的电磁场仿真结果的图。
若使图7中示出的电感器34的长度d2在例如13mm～19mm的范围内变化，则能够将电感值Lp2调整在约28nH～42nH的范围内。
例如，在IC芯片22的等效电路(参照图14)中，电阻为1000Ω、电容为0.9pF的情况下，为实现阻抗匹配，需要将天线30的辐射电阻Rr2设定为1000Ω，将电感值Lp2设定为31nH，所以根据图8、图9，将最外周线路31的线宽W2设定为约2mm，将电感器34的长度d2设定为约14.5mm，从而实现天线30与IC芯片22之间的阻抗匹配，使天线30上的接收功率充分提供到IC芯片22侧。此时的天线-IC芯片之间的反射系数如下。
图10是示出天线-IC芯片之间的反射系数的计算值的图，横轴为频率。
与第一实施方式的天线10相同，当频率f＝953MHz时，反射系数S11＝-20dB以下，能够实现充分的匹配。
图11是示出第二实施方式的天线的辐射图案的图。
横轴表示角度Φ，纵轴表示指向性，其中，该角度Φ是通过如下方式得到的，即相对于天线30，将矩形的长边方向设为X轴、将短边方向设为Y轴，在由此得到的X-Y平面中，将X轴设为0度时得到的角度。
在图1所示的第一实施方式的天线10中，如图6所示，当角度为90°、270°时指向性最大，相对于此，在第二实施方式的天线30中，将最外周线路31和供电用线路33形成为相对于供电部32左右非对称，所以通过调整供电部32的位置，如图11所示，能够使例如当角度Φ＝45°、225°时指向性最大。
例如，RFID标签20被固定使用时，希望调整指向性的情况下，第二实施方式的天线30是有用的。
在以上说明的第一和第二实施方式中，对可收容于卡片大小(86mm×54mm)的天线10、30进行了说明，但也可以进一步小型化。
图12是示出第三实施方式的RFID用天线的结构的图。
第三实施方式的天线40具有：最外周线路41，其是沿大小为例如约42mm×42mm的矩形的边折弯而成的；以及供电用线路43，其相对于最外周线路41在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与最外周线路41电连接，且在该供电用线路43的局部设置有供电部42。像第三实施方式的天线40那样减小大小时，接收953MHz电波所需的最外周线路41的长度以例如42mm×42mm的矩形的外周是不够的，所以相应地像线路41a那样折入矩形内侧形成。
天线40还具有阻抗调整用的电感器44，其用于与连接于供电部42的IC芯片(未图示)进行阻抗匹配。电感器44配置于矩形的内侧区域。另外，在第三实施方式的天线40中，电感器44与折弯成矩形状的供电用线路43的对置的2边连接。与第一实施方式的天线10的电感器14相比，删除了电感器44的弯曲部分，从而消除了电流集中引起的损失。
另外，在第一～第三实施方式的天线10、30、40中，即使将弯曲部分折弯成曲线状，也能够抑制弯曲部分处的电流集中引起的损失。
图13示出了将第一实施方式的天线的弯曲部分的局部形成为曲线状的情况。
并且，如图13所示，通过将电感器14的部分的弯曲部分也形成为曲线状，能够得到同样的效果。
另外，在上述中说明了使用UHF频带、特别是953MHz电波进行通信的情况，但不限于此，也可以应用于使用这些以外的频带进行通信的情况。
上述说明中简单示出了本发明的原理。而且，本领域的技术人员能够进行多种变形和变更，本发明不限于上述示出并说明的精确的结构和应用例，对应的所有的变形例和等效物也都属于所附的权利要求及其等效物所示的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种天线，该天线为RFID用天线，所述天线的特征在于，所述天线具有：最外周导电性线路，其沿着预定大小的大致矩形的边折弯而成；以及供电用导电性线路，其相对于所述最外周导电性线路在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与所述最外周导电性线路电连接，且在该供电用导电性线路的局部设有供电部。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述最外周导电性线路的长度可实现对UHF频带的电波的接收。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，通过调整所述供电用导电性线路的线宽和所述最外周导电性线路的线宽之比，来调整为所希望的辐射电阻。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，在所述大致矩形的内侧区域配置有阻抗调整用电感器，其中，所述阻抗调整用电感器用于进行天线与连接于所述供电部的IC芯片之间的阻抗匹配。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述电感器的弯曲部分被折弯成曲线状。
6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述电感器与折弯成大致矩形状的所述供电用导电性线路的对置的2边直线状地进行了连接。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述最外周导电性线路以及所述供电用导电性线路形成为相对于所述供电部非对称。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，在所述最外周导电性线路中，接收预定频率的电磁波所需的长度中的通过所述大致矩形的外周达不到所述长度的剩余长度是向所述大致矩形的内侧折入来形成的。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述最外周导电性线路或所述供电用导电性线路的弯曲部分的弯曲角度为90度。
10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述最外周导电性线路或所述供电用导电性线路的弯曲部分被折弯成曲线状。
11.一种天线，该天线为RFID用天线，所述天线的特征在于，所述天线具有：最外周导电性线路，其沿着预定大小的大致矩形的边折弯而成；供电用导电性线路，其相对于所述最外周导电性线路在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与所述最外周导电性线路电连接，且在该供电用导电性线路的局部设有供电部；以及
阻抗调整用电感器，其用于进行天线与连接于所述供电部的IC芯片之间的阻抗匹配。
12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，所述阻抗调整用电感器被配置于所述大致矩形的内侧区域。
13.一种非接触型标签，该非接触型标签为RFID用非接触型标签，所述非接触型标签的特征在于，所述非接触型标签具备：天线和IC芯片，其中，
所述天线具有：最外周导电性线路，其沿着预定大小的大致矩形的边折弯而成；以及供电用导电性线路，其相对于所述最外周导电性线路在内周侧与其相邻地并列设置，并通过端部与所述最外周导电性线路电连接，且在该供电用导电性线路的局部设有供电部，
所述IC芯片与所述供电部进行了连接。
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