CN101431180B - 天线装置、无线标签读取器和物品管理系统 - Google Patents

天线装置、无线标签读取器和物品管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种天线装置，其包括：第一天线元件，其为螺旋天线元件或类环形天线元件；以及位于第一天线元件的第一端处的第一馈电点，该第一端是螺旋天线元件的外部端或是类环形天线元件的一端，其中从第一天线元件的第二端沿着第一天线元件到第一天线元件的第一端的长度约为操作频率的波长的一半，第二端是螺旋天线元件的内部端或是类环形天线元件的另一端。

Description

天线装置、无线标签读取器和物品管理系统
技术领域
本发明涉及与无线标签通信的天线装置、无线标签读取器和物品管理系统。具体地，例如，本发明涉及一种能够从多个位置接近的无线标签一起读取标签信息的天线装置。
背景技术
通常，如JP-A 2005-167416(Kokai)中所公开的，将片状天线用作常规无线标签读取器的天线。在出现大量无线标签的情况下，本文献描述的无线标签读取器适用于将这些无线标签彼此校准，并且仅仅通过天线的一部分无线发送区域来读取标签，此部分具有预定的功率密度。例如，无线标签粘贴在封装上，接下来将多个封装一起放在存储盒中，以便在存储盒中彼此校准。接下来将存储盒设置给读取器，这样读取器可以通过读取器中提供的天线的预定功率密度部分来读取记录在多个无线标签上的信息。
然而，当多个无线读取器同时操作时，因为单独的读取器的天线持续地发射无线波，以上提到的文献中描述的现有技术往往导致干扰。此外，由于反射波的影响，无线标签的一些部分无法读取，或是读取了无需读取的无线标签。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种天线装置，其包括：
第一天线元件，其是螺旋天线元件或类环形天线元件；以及
位于第一天线元件的第一端的第一馈电点，第一端是螺旋天线元件的外部端或是类环形天线元件的一端，其中
从第一天线元件的第二端沿着第一天线元件到第一天线元件的第一端的长度约为操作频率的波长的一半，第二端是螺旋天线元件的内部端或是类环形天线元件的另一端。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于读取无线标签中所写入的信息的无线标签读取器，包括：
权利要求1所述的天线装置；以及
具有发送/接收单元的读取器，该发送/接收单元通过天线装置向无线标签发送信号，或者从无线标签接收信号。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于无线标签中所写入的信息来管理物品的物品管理系统，包括：
权利要求1所述的天线装置；
具有发送/接收单元的读取器，该发送/接收单元通过天线装置向无线标签发送信号，或者从无线标签接收信号；以及
配备有无线标签的物品。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施例的天线装置；
图2示出了根据本发明的第一实施例的天线装置的操作的说明图；
图3示出了根据本发明的第二实施例的天线装置；
图4示出了天线元件的电流和磁场方向的说明图；
图5示出了根据本发明的第三实施例的天线装置；
图6示出了对如图5所示的天线装置的修改；
图7示出了根据本发明的第四实施例的天线装置的平面图；
图8示出了如图7所示的天线装置的透视图；
图9示出了对图7所示的天线装置的修改的平面图；
图10示出了根据本发明的第五实施例的天线装置；
图11分别示出了如图10所示的天线装置的透视图；
图12示出了根据本发明的第六实施例的天线装置；
图13分别示出了如图12所示的天线装置的透视图；
图14示出了通常使用的无线标签的实例；
图15示出了根据本发明的实施例的无线标签读取器；
图16示出了如本发明的实施例的物品管理系统的实例；以及
图17示出了根据本发明的实施例的文档管理系统的另一个实例。
具体实施方式
参考附图，以下将详细描述本发明的一些实施例。
图1(A)和(B)示出了根据本发明的第一实施例的天线装置。
图1(A)所示的天线装置具有：具有线状导体的天线元件(第一天线元件)101，该线状导体以它的一端(也就是内部端或第二端)作为基点螺旋型地缠绕；以及位于距离天线元件101的一端大约为操作频率的波长的一半处的馈电点(第一馈电点)105。这里的线状导体的长度大约对应于操作频率的波长的一半，馈电点105位于螺旋型线状导体的另一端(也就是外部端或第一端)。如图1(A)所示的实例具有缠绕成矩形的线状导体。然而这仅仅是实例。可以通过将线状导体缠绕成其它形状，例如圆形或三角形，来形成螺旋天线元件。
如图1(B)所示的天线装置具有：具有线状导体的天线元件(第一天线元件)102，线状导体以它的一端(或第二端)作为基点缠绕成类环形的形状；以及位于距离天线元件102的一端(或第二端)大约为操作频率的波长的一半处的馈电点(第一馈电点)105。这里的线状导体的长度大约对应于操作频率的波长的一半，馈电点105位于线状导体的另一端(或第一端)。图1(B)所示的实例具有缠绕成矩形的线状导体。然而这仅仅是实例。可以通过将线状导体缠绕成其它形状，例如圆形或三角形，来形成类环形天线元件。
图1(C)示出了图1(A)的螺旋天线元件或是图1(B)的类环形天线元件上的电流振幅分布。然而为了清楚起见，图1(C)示出了将螺旋或者环形拉直时的状态。如图所示，电流通过，从而在操作频率下，该电流的峰值在长度为1/2波长的元件的中央。因此，馈电点105处的电流被最小化，而馈电点105出的阻抗显著增加。结果，电流很难从馈电点105流入天线元件这边。
图2(A)到(C)是示出了在根据第一实施例将天线装置接近无线标签的情况下的操作的说明图。这里所给的说明以图1(A)所示的螺旋天线装置为实例。然而，使用类环形天线装置也可以获得同样的操作。
图2(A)示出了天线装置并不位于无线标签附近的情况。如参考图1(C)所解释，在这种情况下，电流很难流入螺旋天线元件101。
图2(B)示出了将天线装置接近具有IC芯片202和标签天线203的无线标签201的情况，这样标签天线203所处的平面与天线装置所处的平面彼此平行。当天线装置靠近无线标签201时，天线元件101和标签天线203耦合，以允许螺旋天线元件101的阻抗从馈电点105看来变低了。结果电流流入螺旋天线元件101。
因此，当电流流入螺旋天线元件101时，生成了如图2(C)所示的磁场的，该磁场的方向与螺旋天线元件101的平面垂直(这里，指向图纸纸面方向)。这个磁场导致在螺旋天线元件101和标签天线203之间耦合的磁场。结果，电流在标签天线203上流动，以启动IC芯片202，激活与无线标签201的通信。在图中，虚线箭头指示电流，点划线箭头指示磁场。
如上所述，根据如本实施例的天线装置，在通过建立仅与无线标签处于读取状态的相邻无线标签的耦合来实现通信时，几乎不能从无线标签处于非读取状态的天线元件发送无线波。从而，可以执行读取，而不会导致对其它无线标签读取器的干扰。
此外，根据本实施例的天线装置，在可以覆盖与读取器天线的耦合的范围中，可以仅仅从希望的无线标签读取信息。在这个方面，常规的技术经常允许例如顶篷或底板对从天线发送的无线波进行反射，结果导致允许读取不希望的无线标签。例如，在大量架子并列放置的书库中，无线可以被反射以便允许读取与目标架子相对的架子的无线标签。然而，如上所述，本发明在可以覆盖读取器天线的耦合的范围中，激活与希望的无线标签的通信，以防止这种问题。
另外，根据本实施例的天线装置，可以实现与多个无线标签的同时通信，以便一起读取多个标签的信息。
图3示出了根据本发明的第二实施例的天线装置。
螺旋天线元件301和302的一端中的每一个经由馈电部304，连接到差分线路(馈电线路)303。螺旋天线元件301和302中的一个对应于本发明的第一天线元件，而另一个则对应于本发明的第二天线元件。差分线路303具有加信号线路303a和减信号线路303b，分别发送相位彼此相反的正相和负相的信号。馈电部304包括对应于天线元件301和加信号线路303a之间的连接点的第一馈电点，以及对应于天线元件302和减信号线路303b之间的连接点的第二馈电点。换句话说，加信号线路303a的一端经由第一馈电点连接到天线元件301的一端，并且减信号线路303b的一端经由第二馈电点连接到天线元件302的一端。在图中，每个箭头指示电流方向的一个实例。例如，加信号线路303a对应于第一信号线路，并且减信号线路303b对应于第二信号线路，或者反之亦然。例如，用于处理高频差分信号的射频模块(RF模块)连接到加信号线路303a的另一端以及减信号线路303b的另一端。
在彼此相同的平面上形成天线元件301和302，天线元件301和302中的一个的缠绕方向与另一个元件的相反。天线元件301和302实质上是线对称地配置的，其中馈电部304实质上位于线对称的中心线上。可替换地，天线元件301和302实质上是以第一或第二信号线路作为对称轴，线对称地配置的。反向缠绕并且线对称的天线元件301和302的配置可以统一由天线元件生成的磁场的方向和强度，使得能够与无线标签有效地通信。
具体地，图4(B)示出了操作中的每个天线元件的电流和磁场的方向。如图所示，通过彼此反方向地缠绕两个天线元件(这里，天线元件的缠绕方向与图3所示的相反)，统一了由天线元件生成的磁场方向。从而，在读取无线标签的状态下，如图4(A)所示，由每个天线元件生成的磁场方向与由标签天线生成的磁场方向一致，从而可以实现有效的通信。此外，天线元件的实质上线对称的配置可以使易于统一天线元件的强度，从而能够进行更有效的通信。
图5示出了根据本发明的第三实施例的天线装置。
螺旋天线元件401和402的一端经由馈电部407，分别连接到同轴线路的外部导体404和由同轴线路(馈电线路)405引出的内部导体403。馈电部407包括对应于天线元件401和同轴线路405(这里的外部导体404)之间的连接点的第一馈电点，以及对应于天线元件402和同轴线路405(这里的内部导体403)之间的连接点的第二馈电点。连接器406将同轴线路405连接到RF模块。同轴线路405具有用于分别用于发送相位彼此相反的正相和负相信号的第一信号线路和第二信号线路。例如，第一信号线路对应于外部导体404，第二信号线路对应于内部导体403，反之亦然。
类似于图3所示的天线装置，在彼此相同的平面上形成天线元件401和402，天线元件401和402中的一个的缠绕方向与另一个天线元件的相反。天线元件401和402实质上是线对称地配置的，并且馈电部407位于线对称的中心线上。可替换地，天线元件401和402实质上是第一或第二信号线路作为对称轴，线对称地配置的。
当操作时，在与螺旋天线元件401和402相同的方向上生成强度近似相同的磁场。这允许两个天线元件与无线标签进行通信，从而能够进行有效的通信。
图6示出了如图5所示的天线装置的修改。
允许从同轴线路405引出的内部导体403从馈电点返回约四分之一波长，并且其末端连接到外部导体404。从而，通过将内部导体403连接到外部导体404，可以将不平衡变压器的功能赋予天线装置，其中内部导体403被允许返回约四分之一波长。
此外，返回端经由电阻器元件408连接到外部导体404，电阻器元件408的阻抗值与馈电线路的特性阻抗实质上相同。当天线装置没有耦合到无线标签时，电功率被同轴线路405的末端(靠近馈电部)完全地反射。然而，电阻器元件408可以消耗电功率，从而可以抑制将电功率反射到R/W(读取器/写入器)单元，以减少R/W单元上的负载。
图7是示出了根据本发明的第四实施例的天线装置的平面图。图8是示出了如图7所示的天线装置的透视图。
在电介质基板603上形成包括信号线路604a和604b的平行线路(馈电线路)604。螺旋天线元件601和602的一端经由馈电部605，分别连接到信号线路604a和604b。馈电部605包括对应于天线元件601和平行线路604(这里的信号线路604a)之间的连接点的第一馈电点，以及对应于天线元件602和平行线路604(这里的信号线路604b)之间的连接点的第二馈电点。平行线路604作为差分线路，其中信号线路604a和604b的一端(与连接有天线元件的边相反的边)连接到无线的各自差分终端。相位彼此相反的正相和负相信号分别流经信号线路604a和604b。
类似于图3所示的天线装置，在彼此相同的平面上形成天线元件601和602，天线元件601和602中的一个的缠绕方向与另一个天线元件的相反。天线元件601和602实质上是线对称地配置的，并且馈电部605位于线对称的中心线上。可替换地，天线元件601和602实质上是以第一或第二信号线路作为对称轴，线对称地配置的。
当操作时，在与螺旋天线元件601和602相同的方向上生成强度近似相同的磁场。这允许两个天线元件与无线标签进行通信，从而能够进行有效的通信。
图9是示出了图7所示的天线装置的修改的平面图。
在平行线路604的末端，信号线路604a和604b经由阻抗值与线路604的特性阻抗实质相同的电阻器元件606进行连接。当天线装置没有耦合到无线标签时，电功率被线路604的末端完全地反射。然而，电阻器元件606可以消耗反射的电功率，从而可以抑制将电功率反射到R/W单元，以减少R/W单元上的负载。在图9所示的实例中，电阻器元件606位于平行线路604的一端。可替换地，可以在馈电点和平行线路的一端之间的任意位置配置电阻器元件。应当理解，无线的差分终端连接到平行线路604的另一端。
图10(A)和(B)示出了根据本发明的第五实施例的天线装置。图10(A)是平面图而图10(B)是底视图。图11(A)和(B)分别是图10(A)和(B)所示的天线装置的透视图。图11(A)是从前边观察的视图，而图11(B)是从后边观察的视图。
在本实施例中，馈电线路由包括接地面板705、电介质基板703和信号线路704的微带线路构成。微带线路具有用于分别发送相位彼此相反的正相和负相信号的第一和第二信号线路。例如，第一信号线路对应于信号线路704并且第二信号线路对应于接地面板705，反之亦然。例如，接地面板705对应于接地线路。即负相信号沿接地面板705传播。这里，用于传播负相位的接地面板705可以称为接地线路。此外，第一信号线路可以对应于接地面板705，第二信号线路可以对应于信号线路704。
螺旋天线元件701和702的一端分别配置在电介质基板703的前表面和后表面上。在前表面上，螺旋天线元件701的一端连接到信号线路704。在后表面上，螺旋天线元件702的一端连接到接地面板705。在电介质基板703的后表面的部分区域中形成接地面板705，在没有形成接地面板705的区域中配置天线元件702。微带线路和天线元件701和702之间的连接点对应于，例如，馈电部706(见图10(A))。馈电部706包括对应于天线元件701和微带线路(这里的信号线路704)之间的连接点的第一馈电点，以及对应于天线元件702和微带线路(这里的接地面板705)之间的连接点的第二馈电点。
平面图中的天线元件701和702以彼此相反的方向缠绕。此外，平面图中的天线元件701和702实质上是线对称地配置的，其中馈电部706位于线对称的中心线上。可替换地，天线元件601和602实质上将第一或第二信号线路作为对称轴，线对称地配置。
当操作时，在与螺旋天线元件701和702相同的方向上生成强度近似相同的磁场。这允许两个天线元件与无线标签进行通信，从而能够进行有效的通信。
图12(A)和(B)示出了根据本发明的第六实施例的天线装置。图12(A)是平面图而图12(B)是底视图。图13(A)和(B)分别是图12(A)和(B)所示的天线装置的透视图。图13(A)是从前边观察的视图，而图13(B)是从后边观察的视图。
本实施例与第五实施例的不同之处在于：在与电介质基板803的相同平面(前表面)上形成两个螺旋天线元件801和802；一个天线元件801连接到信号线路804而另一个天线元件802经由电介质基板803中形成的通孔807连接到接地面板805。本实施例的其余结构和优点与第五实施例的那些相同，因此这里省略了对它们的详细描述。
图14(A)到14(D)示出了通常使用的无线标签的实例，它们可以与上述天线装置进行通信。图14(A)到(D)所示的无线标签分别具备IC芯片902、912、922和932以及标签天线901、911、921和931。图中的每个虚线箭头指示电流。
使用了诸如HF(高频)波带的低频带的无线标签大部分使用用于耦合感应场的螺旋或环标签天线来与无线标签读取器的天线进行通信。另一方面，使用了UHF(超高频)波带或微波带的无线标签大部分使用偶极天线或类环形天线作为用于耦合辐射场的标签天线，通过发射无线波来与标签读取器的天线进行通信。
在无线标签的标签天线是类似上述后一种无线发射型而不是类似上述前一种磁场型的情况下，保证了标签天线和具有容性阻抗的标签IC之间的一致性。为了这个目的，通常的情况是这种标签天线具有图14(C)所示的环形短路部分，或是具有图14(D)所示的末端弯曲以减小尺寸的环形。因此，即使无线标签是后一种类型，本发明的天线装置也可以用于通过建立与相邻磁场的耦合来进行通信。
图15示出了根据本发明的实施例的无线标签读取器。
无线标签读取器1000具备如本发明的实施例的天线装置1001以及R/W单元1003。例如，上述第一到第六实施例及其修改可以用作天线装置1001。无线标签读取器1000连接到用于管理标签信息的计算机(PC：个人计算机)1007。无线标签读取器1000和PC 1007构成文档管理单元1006。
无线标签读取器1000中的R/W单元1003通过天线装置1001从无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n读取标签信息，向PC1007输出读出的标签信息，以及将从PC 1007接收的标签信息写入到无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n。
这种无线标签读取器可以应用于文档管理系统，例如，即用于管理多个物品的系统，其中每个物品粘贴有例如无线标签。
图16示出了本发明的实施例的物品管理系统的实例。作为这里的这种物品管理系统的实例，示出了文档管理系统的实例。
物品管理系统具备：分别粘贴有无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n的多个文档1008_1、1008_2、…和1008_n；以及用于管理文档1008_1、1008_2、…和1008_n的文档管理单元1006。
文档管理单元1006具有PC 1007、R/W单元1003、连接在PC 1007和R/W单元1003之间的电缆1005、天线装置1011和馈电线路1012。文档管理单元1006从粘贴到多个文档1008_1、1008_2、…和1008_n的无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n读取信息并且向它们写入信息，以便管理文档1008_1、1008_2、…和1008_n。
作为标签信息的文档信息包括对于无线标签唯一的ID以及文档标题，已经将该文档信息写入到无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n中的每一个。文档管理单元1006读出已写入到无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n中的文档信息，并且基于读出的文档信息来管理文档。例如，在加入新的文档以及重写文档信息的情况下，新的文档信息写入到无线标签1002_1、1002_2、…和1002_n中。
图17示出了根据本发明的实施例的物品管理系统(这里的文档管理系统)的另一个实例。
该文档管理系统提供给用于容纳文档的架子1201。天线装置1011提供给各自的书挡。每个天线装置1011经由馈电线路1012(这里假定为同轴线缆)，连接到位于架子顶部的R/W单元1003。
R/W单元1003连接到用于管理文档的PC(图17中未显示)，并且经由天线装置1011向PC输出文档信息，其中该PC已从每个嵌入到每个文档1008中的每个无线标签接收了文档信息。例如，R/W单元无须设置在架子的顶部，而是可以设置在架子的侧面或底部。

Claims (6)

1.一种天线装置，包括：
第一天线元件，其是螺旋天线元件或者类环形天线元件；
位于所述第一天线元件的第一端处的第一馈电点，所述第一端是所述螺旋天线元件的外部端或者所述类环形天线元件的一端；
第二天线元件，其是螺旋天线元件或类环形天线元件；
位于所述第二天线元件的第一端处的第二馈电点，所述第二天线元件的所述第一端是所述螺旋第二天线元件的外部端或所述类环形第二天线元件的一端；
经由所述第一馈电点连接到所述第一天线元件的馈电线路：
所述馈电线路是差分线路，包括分别用于发送正相信号和负相信号的第一信号线路和第二信号线路，所述正相信号和负相信号的相位彼此相反；
所述第一信号线路经由所述第一馈电点连接到所述第一天线元件；
所述第二信号线路经由所述第二馈电点连接到所述第二天线元件；
所述第一信号线路是加信号线路，而所述第二信号线路是减信号线路，或者反之亦然；
电介质基板；以及
电阻器元件，
其中
从所述第一天线元件的第二端沿着所述第一天线元件到所述第一天线元件的所述第一端的长度大约为操作频率的波长的一半，所述第二端是所述螺旋天线元件的内部端或者所述类环形天线元件的另一端；
所述差分线路是在所述电介质基板上形成的平行线路；
所述第一信号线路和第二信号线路分别具有直线形状；
所述第一天线元件经由所述第一馈电点连接到所述第一信号线路的中间；
所述第二天线元件经由所述第二馈电点连接到所述第二信号线路的中间；并且
所述电阻器元件连接包括在所述彼此平行的线路中的所述第一信号线路和第二信号线路，从而将所述第一信号线路的一部分和所述第二信号线路的一部分连接在一起，其中所述第一信号线路的一部分是从所述第一信号线路的一端到所述第一馈电点的部分，所述第二信号线路的一部分是从所述第二信号线路的一端到所述第二馈电点的部分，所述第二信号线路的所述一端与所述第一信号线路的所述一端指向相同的方向。
2.一种天线装置，包括：
第一天线元件，其是螺旋天线元件或者类环形天线元件；
位于所述第一天线元件的第一端处的第一馈电点，所述第一端是所述螺旋天线元件的外部端或者所述类环形天线元件的一端；
第二天线元件，其是螺旋天线元件或类环形天线元件；
位于所述第二天线元件的第一端处的第二馈电点，所述第二天线元件的所述第一端是所述螺旋第二天线元件的外部端或所述类环形第二天线元件的一端；
经由所述第一馈电点连接到所述第一天线元件的馈电线路；
所述馈电线路包括分别用于发送正相信号和负相信号的第一信号线路和第二信号线路，所述正相信号和负相信号的相位彼此相反；
所述第一信号线路经由所述第一馈电点连接到所述第一天线元件；
所述第二信号线路经由所述第二馈电点连接到所述第二天线元件；
电阻器元件，用于消耗在所述第一馈电点和第二馈电点中的至少一个上反射的电功率，
其中
从所述第一天线元件的第二端沿着所述第一天线元件到所述第一天线元件的所述第一端的长度大约为操作频率的波长的一半，所述第二端是所述螺旋天线元件的内部端或者所述类环形天线元件的另一端；
所述馈电线路是同轴线路；
所述第一信号线路是外部导体，而所述第二信号线路是内部导体，或者反之亦然；并且
从与所述第一馈电点或所述第二馈电点的连接点开始，将所述同轴线路的所述内部导体折回大约操作频率的波长的四分之一，并且折回端经由所述电阻器元件连接到所述外部导体。
3.如权利要求1所述的装置，其中，将所述第一天线元件与所述第二天线元件形成在相同的平面中，并且在平面图中所述第一天线元件的缠绕方向与所述第二天线元件的缠绕方向相反。
4.如权利要求1所述的装置，其中，当将所述第一信号线路或所述第二信号线路用作为对称轴时，所述第一天线元件和所述第二天线元件以基本线对称的方式布置的。
5.一种用于读取写入到无线标签中的信息的无线标签读取器，包括：
如权利要求1所述的天线装置；以及
具有发送/接收单元的读取器，所述发送/接收单元通过所述天线装置向所述无线标签发送信号或从所述无线标签接收信号。
6.一种基于写入到无线标签中的信息来管理物品的物品管理系统，包括：
如权利要求1所述的天线装置；
具有发送/接收单元的读取器，所述发送/接收单元通过所述天线装置向所述无线标签发送信号或从所述无线标签接收信号；以及
配备有所述无线标签的物品。
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