CN101593283B - Rfid标记通信装置 - Google Patents

Abstract

一种读取器(1)，包括：壳体(2)，该壳体构成设备外壳，该设备外壳包括固定成与预定安装表面(F)接触的底表面(3A)；天线(13)，该天线(13)沿底表面(3A)设置并设置在到底表面(3A)距离h处，该天线(13)通过与RFID标记无线通信发送和接收信息，RFID标记包括存储信息的IC电路部件(150)和发送和接收信息的标记天线(151)；以及射频电路(131)，该射频电路(131)包括载波发送装置(132)，该载波发送装置(132)产生用于向RFID标记供电且具有频率fc的载波，用于与RFID标记进行信息发送和接收；在fm设定为在底表面(3A)固定成与金属制成的安装表面(F)接触时天线(13)的共振频率，且fo设定为在底表面(3A)固定成与非金属制成的安装表面(F)接触或底表面(3A)与安装表面(F)隔开而形成RFID标记通信装置(1)的单个单元状态时天线(13)的共振频率的情况下，频率fc和距离h设定成满足以下关系：fo＜fc＜fm。

Description

RFID标记通信装置

技术领域

本发明涉及一种能够与外部源通信的RFID标记，以及能够通过无线通信发送和接收信息的RFID标记通信装置。

背景技术

一般而言，已知可通过使用最适于用在无线通信中的天线的频率特性的频率(＝共振频率)来改进无线通信的可靠性。使用这种频率在通信距离较长的情况下尤其有效。例如JP，A，2000-148932中提出了诸如上述的与RFID标记进行通信并考虑共振频率的RFID标记通信装置。

在该现有技术中，当将RFID标记通信装置靠近RFID标记并进行通信时，由于与RFID标记的标记天线的互感应，RFID标记通信装置的装置天线的电感增大。考虑到该增加的量，装置天线的共振频率因此就设置成较低的值。

发明内容

发明要解决的问题

近年来，RFID标记使用的增加已致使RFID标记的各种广泛应用，这又致使根据这些应用与RFID标记进行通信的RFID标记通信装置的各种广泛形式的使用。例如，继续需要诸如将RFID标记通信装置安装到诸如钢板、PC架或金属架或搁板之类的金属制成的安装表面上，以及需要在办公室或家里使用安装装置。

但是，在诸如上述的金属安装表面上设置RFID标记通信装置的情况下，装置天线的共振频率受到金属的影响并因此波动。相反，在非金属安装表面上设置RFID标记通信装置的情况下，没有这种影响且共振频率不会波动。因此，在这种共振频率波动的前提下，当在任一情况下都需要相对良好的通信效率时，需要某些类型的装置来设置装置天线的适当共振频率(在RFID标记通信装置形成为未放置在金属安装表面或非金属安装表面上的单个单元时设置共振频率)。

在上述现有技术中，并没有特别考虑关于金属安装表面和非金属安装表面的这种共振频率的波动。

因此本发明的目的是提供一种无论是安装在金属安装表面上还是非金属安装表面上都能够维持良好通信特性的RFID标记通信装置。

用于实现上述目的的本申请的发明是一种RFID标记通信装置，该装置包括：壳体，该壳体构成设备外壳，该设备外壳包括固定成与预定安装表面接触的底表面；天线，该天线沿底表面设置并设置在到底表面距离h处，该天线通过与RFID标记无线通信来发送和接收信息，RFID标记包括存储信息的IC电路部件和发送和接收信息的标记天线；以及射频电路，该射频电路包括载波发送装置，该载波发送装置产生用于向RFID标记供电且具有频率fc的载波，用于与所述RFID标记进行信息发送和接收；在fm设定为在底表面固定成与金属制成的安装表面接触时天线的共振频率，且fo设定成在底表面固定成与非金属制成的安装表面接触或底表面与安装表面隔开形成RFID标记通信装置的单个单元状态时天线的共振频率的情况下，频率fc和距离h设定成满足以下关系：fo＜fc＜fm。

在本发明的RFID标记通信装置中，由射频电路的载波发送装置产生的载波通过天线发送给RFID标记，从而对RFID标记供电，于是，通过与RFID标记的无线通信发送和接收信息。

这里，每个天线具有特定的共振频率，在上述无线通信期间，通信效率增加到共振频率与上述载波的频率一致(接近)的程度。此外，例如在RFID标记通信装置设置在金属安装表面上，并因此靠近金属设置的情况下，上述天线的共振频率受到来自该金属的通信干扰的影响，使共振频率的值与无金属情况相比波动和增大。此外，此时的波动范围(共振频率增加的值)根据天线与金属之间的距离增大和减小，当天线与金属之间的距离减小时，使共振频率变化(增大)到更大程度。

这里，在本发明中，通过沿底表面放置天线，到底表面的距离(换言之，到安装表面的距离，下文也是同样的含义)在一定范围内保持恒定，注意是在壳体的底表面与安装表面接触的形式下使用该装置。此外，本发明将天线与底表面隔开距离h，由此将天线的共振频率的波动范围(在底表面固定到非金属安装表面或与安装表面隔开的共振频率fo和底表面固定到金属安装表面时共振频率fm之间的差值|fm-fo|)抑制在一定范围内，即使安装表面由金属制成的情况下也是如此。

然后，在通过设定该距离h而将底表面固定到非金属安装表面(或与安装表面隔开)时的共振频率fo与底表面固定到金属安装表面时的共振频率fm之间的差值抑制在有限范围内的情况下，载波发送装置的载波频率fc设定在该有限范围内，即使得fo＜fc＜fm。

由于这样设定这些值，可使底表面固定到非金属安装表面(或与安装表面隔开)时的共振频率fo和载波频率fc之间的差值相对小，且可使底表面固定到金属安装表面时的共振频率fm与载波频率fc之间的差值相对小。

如上所述，在本发明中，由共振频率的波动范围|fm-fo|限定的天线的隔开距离h与设定在波动范围|fm-fo|内的载波频率fc设定成相互关联。这种设置能够形成彼此相对接近的共振频率和载波频率，无论底表面固定到非金属安装表面(或与安装表面隔开)或固定到金属安装表面都是如此，由此保持较高的通信效率。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的读取器的平面图。

图2是去除了罩盖的读取器的平面图(为了简化未示出电缆)。

图3是基于图2的剖面III-III的读取器的垂直剖视图。

图4是示出读取器的功能构造的框图。

图5是示出使用中的读取器的垂直剖视图。

图6是设置到读取器的天线的等效电路图。

图7是天线的频率相对于增益的特性曲线。图7的水平轴示出天线的共振频率，且图7的垂直轴示出从天线发射的载波的增益。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的实施例。

如图1、图2和图3所示，本实施例的读取器1包括构成设备外壳的小型壳体2，并设计成在由使用者安装(固定)到适当表面时(或者当放置在安装表面上的同时由使用者通过壳体2固定时)使用。在壳体2的前部(图1和图2的上侧)上设有用于拉动电缆6的开口5，电缆6用于对壳体2内进行供电及信号发送和接收。

壳体2包括下部壳3和盖4，下部壳3是具有沿宽度方向开口的前端侧的薄矩形碟状的形状，且盖4是安装到该下部壳3的顶上的扁平矩形。下部壳3包括底表面3A，在将读取器1放置到安装表面上时该底表面3A与上述安装表面接触，且在该实例中该底表面3A沿后端侧朝向盖4上升的方向倾斜。在盖4的前端上形成凸缘部分4a，该凸缘部分4a向下弯曲并覆盖下部壳3的前端的开口。

沿凸缘部分4a的下部的宽度方向在右侧上设有通过其将电缆6拉入壳体2内的开口5(参照图1)。在下部壳3的前端的开口内部上宽度方向的中心处设有安装部分4b，该安装部分4b用于安装插入穿过盖4的凸缘部分4a的夹子7。该夹子7包括跟随凸缘部分4a的弯曲形状并安装到安装部分4b以延伸到盖4的上表面部分。该夹子7还可倒置安装，以设置在下部壳3的下表面侧上(未示出)。

在下部壳3的底部上，用于拧入盖3的圆柱形第一凸座部分8a、第二凸座部分8b和第三凸座部分8c分别设置在下部壳3的除了左前侧角部区域之外的各角部区域内，即在右前侧角部区域、右后侧角部区域和左后侧角部区域。该盖4覆盖下部壳3，使盖4的凸座部分对应于下部壳3的凸座部分8a至8c交叠，并通过设置在下部壳3的凸座部分8a至8c内的通孔9从下部壳3的下表面插入螺钉(未示出)并将插入的螺钉拧入设置在盖4的凸座部分内的螺纹孔内而将盖4安装到下部壳3。

此外，在壳体2内设有控制板12和电气连接到控制板12的天线13。控制板12是方形电子电路板，在该电子电路板上装有诸如射频电路131之类的电子电路(参照稍后描述的图4)。控制板12平行于盖4的上表面部分安装在靠近下部壳3的底部的位置，并从下部壳3与安装部分4b接触的位置延伸到下部壳3的中心部分附近。在该实例中，控制板12朝向下部壳3的左侧(图1和图2中的右侧)上的左壁部分3b设置，使其右侧(图1和图2中的右侧)的前端附近的区域与下部壳3的第一凸座部分8a的侧表面接触。于是，在控制板12与下部壳3的右壁侧3a之间形成放置电缆6的空间14。

天线13是矩形片状本体，设置成使天线导体13a形成方形环状线圈，并平行于控制板12安装在高于控制板12的位置(参照图3)。于是，天线13的位置关系使得其跟随下部壳3的底表面3A(在该实例中稍微倾斜)且到底表面3A的距离h在预定范围内(h1≤h≤h2；参照稍后描述的图5)。此外，天线13从控制板12的中心部分上方设置到与下部壳3的后壁部分3c附近的第二凸座部分8b和第三凸座部分8c接触的位置。

在下部壳3的前端右侧上设有一对引导突起16，该对引导突起16设置在盖4的凸缘部分4a的右下侧上的开口5处(参照图2)。将连接到诸如PC的外部电子设备130(参照稍后描述的图4)的电缆6拉过两引导突起16之间并拉入壳体2内。然后将电缆6放置成沿控制板12的右侧部分和后侧部分靠着下部壳3的底部布置，并经由设置在电缆6的末端处的连接器15(参照稍后描述的图4)和设置在控制板12的后侧部分的左侧上一位置处的板侧连接器135(参照稍后描述的图4)连接到控制板12。

如图4所示，读取器1包括控制板12和天线13，该天线13构造成通过与作为壳体2内通信目标的RFID电路元件To(包括在RFID标记(未示出)内，该RFID标记包括例如RFID标签和RFID标记卡)的无线通信来发送和接收信息。控制板12包括射频电路131、控制电路133、存储器134以及板侧连接器135，射频电路131构造成经由RFID电路元件To的标记天线151通过无线通信访问IC电路部分150并处理从RFID电路元件To读取的信号，控制电路133构造成控制通常包括射频电路131的读取器1，存储器134构造成存储信息。射频电路131包括载波产生部件132，该载波产生部件132构造成产生用于向RFID电路元件To供电且具有频率fc的载波。此外，在该实例中电缆6的另一端连接到PC130，且读取器1通过电缆6从PC130供电。

如图5所示，读取器1主要在使壳体2的下部壳3的底表面3A与安装表面F的顶部接触并固定到安装表面F时使用。在本实施例中，当读取器1这样固定或使用时，在与RFID电路元件To无线通信的过程中可保持高的通信效率，无论与壳体2的底表面接触的安装表面F是由金属或非金属制成都是如此。为了实现该目的，与天线13的底表面3A隔开的隔开距离h(由于上述原因，其中最大h＝h1且最小h＝h2，即其中h1≤h≤h2)与由载波产生部件132产生的载波的频率fc设置成相互关联。下面作详细描述。

如图6所示，示出天线13为以下形式：其中连接在控制板的供电端子18和18之间的天线线圈13a与用于线路损耗的电阻13b(电阻值R)和用于共振的电容13c(电容为C)串联。在该情况下，天线13的共振频率f数学表达如下：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\mathrm{LC}\right)}$

因此，天线13具有由天线线圈13a的电感L和电容13c的电容C确定的特定共振频率。

在以上无线通信期间，通信效率增加到该天线13的共振频率f与载波的上述频率fc一致(彼此接近)的程度。此外，在读取器1设置在金属安装表面F上的情况下，该金属产生的通信干扰会影响天线的共振频率f，使共振频率f的值波动(与无金属的情况相比)并增大。此外，此时的波动范围(共振频率f增加的值)根据天线13与金属安装表面F之间的距离而增大和减小，当天线13与安装表面F之间的距离减小时，使共振频率f变化(增大)到更程度。

这里，在本实施例中，与天线13的底表面3A隔开的距离h(换言之，到安装表面F的距离)在一定范围内保持恒定(在该实例中，h1≤h≤h2)，注意是在底表面3A与安装表面F接触的形式下使用读取器1。使用该设置，可将读取器1固定到非金属安装表面F(或与安装表面F分开足够距离)时的共振频率fo与读取器1固定到金属安装表面F时的共振频率fm之间的差值|fm-fo|保持在一定范围内。然后，根据天线13的隔开距离h的设定，将由射频电路132产生并从天线13发射的载波的频率fc设置在范围fo＜fc＜fm内。

在图7所示的天线的频率相对于增益的特性曲线中，由虚线表示的曲线k1示出读取器1的底表面3A固定成与金属制成的安装表面F接触时(此后，适当地表达为“读取器1固定到金属安装表面时”)天线13的共振频率fm的特性。由实线表示的曲线k2示出读取器1的底表面3A固定成与非金属制成的安装表面F接触时或读取器1处于与底表面3A与安装表面F充分隔开的单个单元状态时(此后适当地简称为“读取器1固定到非金属安装表面时”)天线的共振频率fo的特性。此外，此时天线13的隔开距离h设置成h1＝8.5mm和h2＝15.8mm，且天线13的载波频率fc设置成fc＝13.56[MHz](峰值)。

如图7所示，读取器1固定到金属安装表面时天线13的共振频率fm为13.65[MHz](峰值)，且读取器1固定到非金属表面时为13.10[MHz](峰值)。由于上述载波频率fc＝13.56[MHz]，所以其关系显示为上述fo＜fc＜fm。

如上所述，在本实施例中，将读取器固定到非金属安装表面时天线13的共振频率fo与读取器1固定到金属安装表面时天线13的共振频率fm之间的差值抑制在有限范围内(在以上实例中为0.55[MHz])，且在该状态下，载波频率fc设定成共振频率fo与共振频率fm之间的频率。使用该设置，可使读取器固定到非金属制成的安装表面F(或与安装表面F隔开足够远时)时的共振频率fo和载波频率fc之间的差值相对小(在以上实例中为0.46[MHz])，且也可使读取器1固定到金属制成的安装表面F时的共振频率fm与载波频率fc之间的差值相对小(在以上实例中为0.09[MHz])。于是，无论安装表面F由金属还是非金属制成，都可靠地保持较高的通信效率。

此外，具体地说，在本实施例中，fc＝13.56[MHz]用作载波频率fc。使用该设置，在使用在RFID领域内为标准的通用载波频率时，都可使载波频率fc与共振频率fo和fm两者之间的差值最小。

此外，具体地说，在本实施例中，天线13的隔开距离h的最小值h1设定成8.5[mm]，能够将共振频率fo至fm的波动范围抑制在最小范围内，且最大值h2设定成15.8[mm]，能够防止读取器1变得尺寸太大。

此外，在本实施例中，天线13的隔开距离h和载波频率fc设定成相互关联，从而对于13.56[MHz]的载波频率fc，在读取器1固定到金属安装表面时产生13.65[MHz]的共振频率，在读取器1固定到非金属安装表面时产生13.10的共振频率fo。但是，注意，本发明并不限于此，且天线13的隔开距离h可设定成与载波频率fc关联，使得天线13的载波频率fc变成处于金属安装表面的共振频率fm与非金属安装表面的共振频率fo之间的中间值(算术平均值)，即，使得满足关系fc＝(fo+fm)/2。(仅供参考：在图7所示fm＝13.65[MHz]且fo＝13.10[MHz]的情况下，载波频率fc的值是13.375[MHz]；参照图7。)

在该情况下，由于形成上述关系fo＜fc＜fm，类似于以上实施例，载波频率fc与共振频率fo和fm之间的相应差值也最小，且无论读取器1固定到金属安装表面还是非金属安装表面，也都可靠地保持高通信效率。

此外，在图7的频率相对于增益的特性曲线中，天线13的隔开距离h可设定成与载波频率fc关联，使得上述第一特性曲线k1与第二特性曲线k2的交点P与载波频率fc重合。(仅供参考：在图7所示fm＝13.65[MHz]且fo＝13.10[MHz]的情况下，载波频率fc的值是13.38[MHz]；参照图7。)

根据该改进，在读取器1固定到非金属安装表面时和读取器1固定到金属安装表面时载波频率fc的天线13的天线增益的值相同(该值变为相同的值X；参照图7)。即，当设定这种载波频率fc的值时，无论读取器1固定到非金属安装表面F还是金属安装表面F，都可实现相同的天线增益。这能够稳定地保持高通信效率。

Claims (5)

1.一种RFID标记通信装置(1)，包括：

壳体(2)，所述壳体构成设备外壳，所述设备外壳包括与预定安装表面(F)接触的底表面(3A)；

天线(13)，所述天线(13)与所述底表面(3A)形成角度从而设置在到所述底表面(3A)距离h为h1至h2处，所述天线(13)通过与RFID标记无线通信来发送和接收信息，所述RFID标记包括存储信息的IC电路部件(150)和发送和接收信息的标记天线(151)，其中h1的最小值为零且h2的最大值为壳体(2)的厚度；以及

射频电路(131)，所述射频电路(131)包括载波发送装置(132)，所述载波发送装置用于产生向所述RFID标记供电且具有频率fc的载波，用于与所述RFID标记进行信息发送和接收；

在fm设定为在所述底表面(3A)固定成与金属制成的所述安装表面(F)接触时所述天线(13)的共振频率，且fo设定为在所述底表面(3A)固定成与非金属制成的所述安装表面(F)接触或所述底表面(3A)与所述安装表面(F)隔开而形成所述RFID标记通信装置(1)的单个单元状态时所述天线(13)的共振频率的情况下，

所述频率fc根据所述天线(13)与所述底表面(3A)的隔开距离h设定成在fo＜fc＜fm的范围内。

2.如权利要求1所述的RFID标记通信装置(1)，其特征在于：

所述频率fc和所述距离h设定成满足以下关系：

fc＝(fo+fm)/2。

3.如权利要求1所述的RFID标记通信装置(1)，其特征在于：

在水平轴上表达频率且垂直轴上表达天线增益的图表中，在第一特性线(K1)表示在所述底表面(3A)固定成与金属制成的所述安装表面(F)接触时所述天线(13)的共振频率fm的周边部分的特性，且第二特性线(K2)表示在所述底表面(3A)固定成与非金属制成的所述安装表面(F)接触或在所述底表面(3A)与所述安装表面(F)隔开而形成所述RFID标记通信装置(1)的单个单元状态时所述天线(13)的共振频率fo的周边部分的特性的情况下，所述频率fc和所述距离h设定成彼此关联，使得所述第一特性线(K1)和所述第二特性线(K2)的交点的频率与所述频率fc一致。

4.如权利要求1所述的RFID标记通信装置(1)，其特征在于：

所述距离h为8.5mm≤h≤15.8mm。

5.如权利要求1所述的RFID标记通信装置(1)，其特征在于：

所述载波频率fc为13.56MHz，

所述共振频率fm为13.65MHz，以及

所述共振频率fo为13.10MHz。

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