CN102394351B

CN102394351B - 天线设备和rfid系统

Info

Publication number: CN102394351B
Application number: CN201110195904.0A
Authority: CN
Inventors: 甲斐学; 二宫照尚
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: KR101196177B1; EP2408061A3; US20120012655A1; JP5589630B2; CN102394351A; EP2408061A2; US9000992B2; JP2012023515A; KR20120007455A

Abstract

本发明涉及一种RFID系统和用于向能够接收无线电波的标签发射无线电波的天线设备，该天线设备包括：第一层、第二层以及设置在第二层上或其上方的第一板。第一层、第二层以及第一板都是导电的。第二层与第一层分开设置且包括多个不导电部分，以在第二层上方生成沿着第一轴传播的电磁波。而且，第一板设置在第二层上或其上方，以允许所述标签从所述天线接收无线电波。

Description

天线设备和RFID系统

发明领域

本发明涉及使用无线电波在天线设备之间进行通信的技术，或涉及用于在读/写器与RFID标签之间进行非接触式通信的技术，作为特定应用示例。

背景技术

已知射频识别系统(RFID系统)。RFID系统被配置成使用读/写器从RFID标签读取信息。RFID系统向远离RFID系统设置的RFID标签发送约1W(瓦特)的射频信号，并且从RFID标签接收响应信号。用于在RFID系统与RFID标签之间发送和接收射无线电信号的信道可以处于UHF带(860至960MHz)中。在日本，使用范围从952至954MHz的射频作为该信道。取决于所使用的RFID标签的天线增益、所使用的无线电IC芯片的工作电压、所使用的读/写器的天线增益以及周围环境，RFID系统与RFID标签之间的通信距离约为3至10m。RFID标签包括天线和IC芯片(约0.5mm²)，该IC芯片与天线的馈电点电连接、而并不安装特定匹配电路。在RFID标签中，通过印刷、蚀刻等在透明膜上形成天线图案。

可以使用内部电阻Rc(例如，1700Ω)和电容Cc(例如，1.0pF)的并联电路来等同表达RFID标签的IC芯片。同样，可以使用辐射电阻Ra(例如，2000Ω)和电感La(例如，30nH)的并联电路来等同表达RFID标签的天线。由于IC芯片与天线并联连接，所以，通过电容Cc和电感La产生振荡，以在所需的振荡频率fo(例如，953MHz)建立阻抗匹配。结果，允许RFID标签获得最大接收功率。振荡频率fo表达如下：

f_{o} = \frac{1}{2 π \times {(L_{a} \times C_{C})}^{1 / 2}}

还已知存在包括可用于RFID系统的网状电极在内的电磁波传输薄片。该薄片的宽度尺寸几乎等于在与宽度方向正交的方向沿着该薄片的表面所传播的电磁波的波长一半的整数倍。由于该宽度尺寸，该薄片可以在与传播方向正交的方向中生成电磁波的振荡。电磁波传输薄片具有三层结构：网状电极、平板导电层以及被其它两层所夹置的电介质层。可以认为该结构有助于在该薄片上方特定距离中生成电磁波。作为电磁波传输薄片的应用，日本专利特开平No.2010-114696公开了用于管理架上存储的物品的RFID系统。该系统包括读/写器和电磁波传输薄片，它们通过同轴线缆彼此电连接。电磁波传输薄片用作天线，并且设置在架上以检测附接在RFID系统所管理的物品的表面上的RFID标签。RFID系统具有以下这样的优点：其防止了由于来自天线的电磁波的并不希望的传输范围所导致的对附接在不被该系统所管理的物品上的RFID标签的错误检测。

然而，传统薄片具有这样的问题：对RFID标签的检测依赖于RFID标签相对于用作天线的电磁波传输薄片的方向，这导致当RFID标签设置在电磁波传输薄片上方的特定方向中时检测不到RFID标签的存在。

发明内容

因此，本发明的一个方面中的目的是提供一种消除上述缺点或问题的天线设备和RFID系统。

根据本发明的一个方面，提供一种向能够接收无线电波的标签发射无线电波的天线设备。所述天线设备包括第一层、第二层和第一板。第一层、第二层和第一板都是导电的。第二层平行于第一层且与第一层分开设置，从而生成沿着第一轴传播的电磁波，并且，第二层包括多个部分以在第二层上方生成漏电场，其中，该多个部分是不导电的，该漏电场指向两个方向，这两个方向彼此相反且平行于与第二轴，第二轴正交于第一轴且平行于第二层。第一板设置在第二层上或其上方且具有一区域，该区域具有沿着第一轴的第一长度，第一长度被确定为使得当该标签设置在第一板上方的第一高度并且与第一轴、第二轴或第三轴中的任意一个平行设置时，该标签接收到的无线电波的功率等于或不同于第一基准值，其中，第三轴与第一轴和第二轴正交。

可以通过在所附权利要求中具体指出的单元及组合的方式来实现和获得本发明的这些目的和优点。

应当理解的是，对本发明的以上概述及以下详述都仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的本发明的限制。

附图说明

图1是示出从读/写器馈入电力的电磁波传输薄片以及设置在电磁波传输薄片上方的RFID标签的图；

图2A至图2C是按照时间示出在电磁波传输薄片上方生成的漏电场的状态的示例的图；

图3A至图3C是示出在RFID标签的各个设置状态中RFID标签从电磁波传输薄片接收到的电场状态的示例的图；

图4是示出根据第一实施方式的RFID系统的概要的示例的图；

图5A至图5B是示出根据第一实施方式的天线设备的薄片形天线的配置的示例的图；

图6是示出在根据第一实施方式的天线设备上方生成的漏电场的状态的示例的图；

图7A至图7C是示出在根据第一实施方式的RFID系统中，在各个RFID标签的状态中，设置在辐射板上方的RFID标签从天线设备接收到的电场的状态的示例的图；

图8A至图8C是示出在第一实施方式中辐射板过宽的情况下，在各个设置的状态中，设置在辐射板上方的RFID标签从天线设备接收到的电场的状态的示例的图；

图9是示出在第一实施方式中辐射板的宽度与标准双极天线的接收功率之间的关系的示例的图；

图10是示出根据第一实施方式的天线设备的变型实施方式的图；

图11是示出根据第一实施方式的天线设备的变型实施方式的图；

图12是示出根据第二实施方式的RFID系统的概要的示例的图；

图13是示出根据第二实施方式的天线设备的变型实施方式的图；

图14是示出根据第三实施方式的RFID系统的概要的示例的图；

图15A至图15C是示出根据第三实施方式的增强器形式的变型实施方式的图；

图16A至图16B是示出在第三实施方式中附接有RFID标签的CD的示例的图；

图17是根据第三实施方式的RFID系统的操作的示例的图；以及

图18是示出在根据第三实施方式的RFID系统中辐射板的宽度与RFID标签的接收功率之间的关系的示例的图。

具体实施方式

将参照图1至图3C详细讨论上述问题。图1示出电磁波传输薄片100(为清楚称为薄片100)以及设置在薄片100上方的RFID tagX、tagY和tagZ，使得它们的纵向方向平行于根据图1所示的坐标系统的相应坐标轴X、Y和Z。引入记号“tagX”、“tagY”和“tagZ”，以表示RFID标签设置的位置状态，例如，tagX是其纵向平行于X轴设置的RFID标签。薄片100通过同轴线缆1020等与读/写器(R/W)1010电连接，使得从读/写器1010馈入电力。如图1所示，薄片100包括网状导电层1030。在上述情况中，虽然当RFID标签处于tagX或tagZ指示的状态中时RFID标签可以接收无线电波，但是在一些情况中，当RFID标签处于tagY指示的状态时，RFID标签难以接收无线电波。

参照图2A和图3C进一步描述上述问题。图2A至图2C是按照时间示出在薄片100上泄露出(或渗出)的电场(此后称为漏电场)的状态的图。图2A示出当t＝t1时的状态，图2B示出当t＝t2(＞t1)时的状态，并且图2C示出当t＝t3(＞t2)时的状态。在图2A至图2C中，示出了电场，其足以解释随时间变化的电场。图3A至图3C示出当RFID标签220处于tagX、tagY和tagZ的相应状态时RFID标签220从薄片100接收到的电场的状态。在图3A至图3C中，RFID标签220包括IC芯片221和双极天线222，双极天线222具有从IC芯片221(馈电点)向双极天线222的两端延伸的两个元件。图3B示出RFID标签220处于tagY的情况，其中，中心部分设置在图2B中的坐标系统的位置Y＝0处(即，处于薄片的短边的中心)。

参照图2A至图2C中的示例，在薄片100上，电磁波从读/写器1010馈入电力的一端向另一端传播，即，在X轴上的+X方向上传播。因此，如图2A至图2C所示，在+X和-X方向中生成的漏电场在+X方向中传播。另一方面，因为将平板导电层设置为电磁波传输薄片100的最底层，所以，在两个相反方向(即，正交于X轴的Y轴的+Y和-Y方向)中生成漏电场，其中，电磁波沿着X轴在网状导电层1030上传播。然后，如图2A至图2B所示，在+Y和-Y方向中生成的漏电场作为整体在+X方向(即，电磁波传播方向)中传播。

图3A和图3C分别示出状态“tagX”和“tagZ”中的RFID标签220。在这些状态中，RFID标签220的双极天线222接收漏电场形成的电场。该电场在双极天线22上方在同一方向中振动，该方向也被称为电场的线性极化方向。结果，在RFID标签220的双极天线222的两个元件之间形成电压差(ΔV＞0)。也就是说，RFID 220被漏电场激励，因而被允许从薄片100接收无线电波。

然而，在RFID标签220如下设置的情况中，RFID标签220并不接收薄片100生成的电波。图3B中示出的状态tagY中的RFID标签220被设置为使得其纵向平行于Y轴且其中心位置处于位置Y＝0。在这种情况下，双极天线22的相应元件接收到的各个电场在彼此不同的方向中振动，即，电场的场强模式关于双极天线22的中心点对称。结果，在RFID标签220的双极天线222的两个元件之间并不产生电压差(ΔV＝0)。也就是说，RFID标签220并不被漏电场激励，因而RFID标签220难以从薄片100接收无线电波。如果RFID标签220设置为如图3B所示的tagY且双极天线222的中心点从Y＝0移动开，则各个元件接收到的电场变得不对称，因而RFID标签220被允许从薄片100接收无线电波。

因此，根据一个实施方式，本发明的一个目的在于提供一种消除上述缺点或问题的天线设备和RFID系统。例如，该天线设备或RFID系统可以配置成使得RFID标签被允许接收漏电场导致的无线电波，而与在天线设备上方且远离天线设备所设置RFID标签的方向无关。

(1)第一实施方式

接下来，将解释根据第一实施方式的天线设备和包括该天线设备的RFID系统。在下面的解释和图示中，使用与图1和图2所示相同的坐标系统。而且，将分别通过tagX、tagY和tagZ来指示稍后描述的RFID标签或标准双极天线平行于X轴(第一轴)、Y轴(第二轴)和Z轴(第三轴)设置的状态。

(11)天线设备和RFID系统的配置

首先，将参照图4至图5B描述根据第一实施方式的天线1和RFID系统200的配置。图4是示出根据第一实施方式的RFID系统200的概要的图。图5A和图5B示出根据第一实施方式的天线设备1的、与电磁波传输薄片100具有类似功能的薄片形天线10的配置的示例的示图。图5A是薄片形天线10的平面图，且图5B是沿着平面图的5B-5B线截取的截面图。

如图4所示，RFID系统200包括天线设备1和通过同轴线缆110与天线设备1电连接的读/写器(R/W)30。天线设备1包括薄片型天线10、用作第一导电部的辐射板20、通信接口120以及端接器130。

天线设备1上方的RFID标签220可以与读/写器30通信。更具体而言，在薄片形天线10与RFID标签220之间没有有线连接的条件下，读/写器30与附接到设置在天线设备1上的物品210的RFID标签220通信，以读取RFID标签220中的数据。上述RFID系统200的一种应用是库存管理系统，其中，天线设备1安装在用于保存物品的架子的底面上，这些物品诸如是在架上排列的书籍、光盘等。

如图5B所示，薄片形天线10具有包括平坦导电层101(第一导电层)、设置在平坦导电层101上的电介质层102以及设置在电介质层102上的网状导电层103(第二导电层)在内的层叠结构。在薄片形天线10中，平坦导电层101和网状导电层103彼此平行且分离设置，以配置传输线。网状导电层103包括非导电部分105，以在薄片形天线10上方的空间中生成漏电场。在薄片形天线10上生成的漏电场的区域的高度取决于诸如网状导电层103的网状图案形式、电介质层102的厚度，电介质层102的介电常数等参数而变化。可以根据实际使用的RFID标签220的位置和接收性能来适当设置相应的参数。虽然在图5B中没有示出，但是可以在网状导电层103上形成保护层。

通信接口120例如包括微型A(SMA)连接器，其与薄片形天线10的一端相连、且将高频信号从读/写器30传输到薄片形天线10。而且，通信接口120还向读/写器30传输薄片形天线10接收到的高频信号。端接器130设置在薄片形天线10的与通信接口120的一端相对的另一端上，且用于吸收从薄片形天线10的一端传播的电磁波。端接器130例如可以使用导电板或电阻来配置，或可以简单地使用安装在网状导电层103上的导电板来配置。

在图4至图5B中示出的示例中，辐射板20是设置为在薄片形天线10上方形成所需电场分布的矩形导电板组件。辐射板20例如使用粘合剂粘合到薄片形天线10。辐射板20并不与薄片形天线10的网状导电层103接触。在网状导电层103上设置有保护层的情况中，辐射板20可以粘合到保护层。

当存在RFID标签220按照如图1或图3B所示的tagY的状态设置在薄片形天线10上方这种可能性时，设置辐射板20。假设辐射板20未被设置且RFID标签20以tagY的状态设置，则由于漏电场的存在，所以，RFID标签220接收到的电场会在RFID标签220的双极天线的两个元件的相对方向上振动，且该电场会对称地增长。因而，在两个元件之间不出现电压差，因而RFID标签220不被激励。因此，在根据第一实施方式的天线设备1中，在RFID标签220可以按照状态tagY设置在位置Y＝0的情况下，辐射板20就设置在RFID标签220下方。由于提供了辐射板20，所以薄片形天线10上方的电场分布不同于不设置辐射板20时所观察到的分布。因此，可以激励RFID标签220，而与其状态无关。更多的细节在(1.2)中描述。

如图4和图5A所示，辐射板20优选地设置为使得矩形的长边平行于Y轴，且长边的长度L对应于在板形天线10与RFID标签220之间使用的频率的半波长。如果平板导电层101在空气中与网状导电层103分离，例如在作为在日本准许RFID系统使用的一个频率的953MHz处，则波长约为165mm。当作为第一实施方式包括电介质层102时，虽然依赖于电介质102的介电常数，但是优选地设置长度在140至170mm的范围中。

(1.2)天线设备1生成的电场的分布和对辐射板20上的无线电标签的激励

参照图6至图8C，来描述天线设备1生成的电场的分布和由于电场的生成而产生的对辐射板20上方的RFID标签220的激励。图6是示出根据第一实施方式在天线设备1上及其上方生成的漏电场的状态的示例的图。图7A至图7C是示出设置在辐射板20上方的RFID标签220接收到的电场的状态的示例的图。图7A、图7B和图7C对应于相对于天线设备1的位置的状态tagX、tagY和tagZ。在图7A至图7C中，各个RFID标签220包括从馈电点位置处的中心IC芯片221向RFID标签220的两端延伸的双极天线222。图8A至图8C是分别对应于图7A至图7C的图，其中，示意性示出当各个RFID标签220设置在宽度过大的辐射板20上方时RFID标签220接收到的电场。

参照图6中的示例，如上所述，薄片形天线10的平坦导电层101和网状导电层103配置传输线。相应地，电磁波从由读/写器30馈入电力的一端传播到设置有端接器30的另一端。使用图6中示出的坐标系统，电磁波在X轴上的+X方向中传播。在上述情况中，因为在设置在薄片形天线10的上侧的网状导电层103中部分地形成非导电部，所以在薄片形天线10上及其上方生成漏电场。而且，因为平坦导电层101设置为薄片形天线10的最底层，所以还在两个相对方向(即，在Y轴的+Y和-Y方向)中在网状导电层103上生成漏电场。相应地，漏电场正交于电磁波的传播方向而取向。然后，在+Y和-Y方向中生成的漏电场还作为整体在+X方向(即，电磁波的传播方向)中传播。

另一方面，由于天线设备1的辐射板20，所以在+Y和-Y方向中生成的漏电场中的部分被中断，以生成如图6所示按照+Y方向指向的电场，其中，一条粗线代表按照+Y方向指向的多条电力线。如上所述，优选的是，辐射板20设置为使得辐射板20的纵向平行于Y轴，并且纵向的长度设置为等于在天线设备1与RFID标签220之间使用的频率的半波长。在上述情况中，在辐射板20上生成的电场的强度可以最大化，因而允许RFID标签220最有效地从天线设备1接收无线电波。

而且，只要辐射板20的宽度(即，X轴方向中的长度)不是过宽，则辐射板20不会中断漏电场中按照+X或-X方向指向的电场。也就是说，如图6所示，按照+X和-X方向指向的漏电场跨过辐射板20而生成。

如图6所示，在RFID标签220设置在辐射板20上方的情况中，图7A或图7C状态中的RFID标签220将接收到在同一方向(即，+X方向或-X方向)振动的漏电场，其中，该电场有效地在双极天线的两个元件之间生成电压差，并且可以与不在薄片形天线10上设置辐射板20时的电场相同。也就是说，设置在辐射板20上方的RFID标签220被漏电场激励，因此允许从天线设备1接收无线电波。

另一方面，由于存在辐射板20，所以形成按照+Y方向指向的电场。在上述情况中，当如图7B所示将RFID标签220设置在辐射板220上方时，RFID标签220的双极天线222接收在双极天线的两个元件上均在同一方向中振动的电场。因此，即使在图7B的状态中，仍然在RFID标签220的双极天线的两个元件之间形成电压差(ΔV＞0)。也就是说，使用由于辐射板20的存在而生成的电场来激励设置在辐射板20上方的RFID标签220，因此允许从天线设备1接收无线电波。

如上所述，由于提供辐射板20，所以允许根据第一实施方式的天线设备1激励设置在辐射板20上方的RFID标签220，而与其状态无关。然而，在辐射板20的宽度(即，X轴方向中的长度)过宽的情况中，按照+X或-X方向指向的漏电场被辐射板20中断，并且，取决于RFID标签220设置的方向而可能难以激励RFID标签220。在下文中，将关于这点做出描述。

当设置在辐射板20上方的RFID标签220设置在状态tagY中时，如图8B所示，由于存在辐射板20，所以形成按照+Y方向指向的电场。因而，在RFID标签220的双极天线的两个元件之间形成电压差(ΔV＞0)。也就是说，和图7B所示的情况一样，使用由于辐射板20的存在而生成的电场来激励设置在辐射板20上方的RFID标签220，因此允许从天线设备1接收无线电波。

另一方面，如图8A和图8C所示，当设置在辐射板20上方的RFID标签220设置在状态tagX或tagZ状态时，由于存在辐射板20，所以RFID标签220的双极天线接收到的电场的振动方向在两个元件上在同一方向取向。相应地，RFID标签220接收到的电场的强度对称。在图8A中示出的示例中，示出从附图的正面指向背面的箭头线。在上述情况中，在RFID标签220的双极天线222的两个元件之间不形成电压差(ΔV＝0)。也就是说，不能使用由于辐射板20的存在而生成的电场来激励RFID标签220，因此不允许从天线设备1接收无线电波。

(1.2)确定辐射板20的宽度的方法

从上面的描述可以看到，优选的是将辐射板20的宽度(即，X轴方向)的长度设置在用于更可靠地激励设置在辐射板20的上方的RFID标签220的适当范围中，而与其状态无关。可以认为，辐射板20的宽度的适当范围根据诸如天线设备1的漏电场电平、RFID标签220设置的高度、RFID标签220的最小工作功率等多个参数而变化。相应地，难以将该宽度设置为一个标准值。因而，发明人使用多个不同宽度的辐射板进行测量，以明确用于确定遵循可变前提条件的辐射板20的宽度的优选方法。也就是说，将模拟RFID标签的标准双极天线设置在相应辐射板20的各个的上方，并且对各个标准双极天线的接收功率(即，在标准双极天线中生成的功率)进行测量。测量条件如下。

[测量条件]

薄片形天线：800nm(X轴方向中的长度)×110mm(Y轴方向中的长度)

工作频率：952至954MHz

标准双极天线：176nm(长)，2.5mm直径

标准双极天线的位置：从辐射板20测量高度为100mm

辐射板20：150mm(Y轴方向中的长度)，5至60mm(X轴方向中的长度，作为宽度W)

图9示出作为所进行的测量结果的各个辐射板20的宽度(W)与标准双极天线的接收功率之间的关系的图的示例。在图9示出的示例中，W＝0意味着没有设置辐射板20。

如图9所示，当不设置辐射板20或辐射板20的宽度(W)过窄时，状态tagX或tagZ中的标准双极天线的接收功率较高，然而，如上所述，按照状态tagY设置的标准双极天线的接收功率较低。当辐射板20的宽度(W)变宽时，由于存在辐射板20，所以按照状态tagY设置的标准双极天线接收到的功率逐渐变大。另一方面，随着辐射板20上的漏电场的生成逐渐缩小，按照状态tagX或tagZ设置的标准双极天线接收到的功率逐渐减小。

也就是说，从图9发现，当标准双极天线处于状态tagY时，标准双极天线获得的接收功率可以通过辐射板20的宽度W的递增函数来近似表达。而且，当标准双极天线处于状态tagX或tagZ时，接收功率可以通过宽度W的递减函数来近似表达。

使用图9中示出的结果，可以确定允许标准双极天线接收比第一预定基准值大的接收功率的辐射板20宽度，而与标准双极天线的状态无关。例如，假设第一基准值设置为-25dBm，如果辐射板20的宽度(W)设置在7至27mm的范围中，则标准双极天线可以获得比第一基准值大的接收功率，而与标准双极天线的设置状态无关。在上述测量条件中，定义了将标准双极天线设置在从辐射板20测量的高度为100mm的位置。在该高度设置为低于100mm的情况中，标准双极天线可以接收比第一基准值大的接收功率，而与标准双极天线的设置状态可能增大无关。

根据上述测量可以发现，优选的是将标准双极天线的辐射板20的宽度设置为在各个状态tagX、tagY和tagZ中接收比第一预定基准值大的接收功率。

而且，在图9中示出的示例中，更优选的是，获得相同的接收功率，而与标准双极天线的设置状态无关。相应地，更优选的是，将辐射板20的宽度设置为以下这种值：状态tagY中的标准双极天线获得的接收功率基本上等于状态tagX和/或tagZ中的标准双极天线获得的接收功率。

图9仅示出使用具有模拟RFID标签的标准双极天线进行的测量的结果的示例。然而可以认为，与诸如天线设备1的漏电场的电平、设置的RFID标签220的高度、RFID标签的最小工作功率的多个参数无关，下面两点是可应用的趋势。这是因为RFID标签220在工作原理方面与标准双极天线相同，所以基于此，这些元件用作天线。

即：

A1：当RFID标签220按照状态tagY设置在辐射板20的上方时，RFID标签220获得的接收功率一般是辐射板20的宽度的递增函数，并且

A2：当RFID标签220按照状态tagX或tagZ设置在辐射板20的上方时，RFID标签220获得的接收功率一般是辐射板20的宽度的递递减函数。

因此，基于上述点A1和A2的发现，允许本领域技术人员根据使用的RFID标签的应用和所应用的RFID系统，通过获得与如图9所示的数据相对应的数据来适当地设置辐射板20的优选宽度。

根据如上所述的第一实施方式，包括辐射板20，作为形成了天线设备1中的薄片形天线10上的所需电场分布的导电矩形薄片形部件。然后，将辐射板20的宽度设置为以下这种长度：当RFID标签220设置在从辐射板20测量达到至少预定高度的位置且在所有状态中，RFID标签220可以获得比第一预定基准值大的接收功率。因而，允许根据第一实施方式的天线设备1激励设置在辐射板20上方的RFID标签220，而与其设置状态无关。更优选的是，将辐射板20的宽度设置为以下这种值：当RFID标签220处于状态tagY时获得的接收功率基本上等于当RFID标签220处于状态tagX或tagZ时获得的接收功率。

(1.4)变型实施方式

在上述第一实施方式中，将网状导电层103设置为在薄片形天线10的最外侧设置的导电层。然而，导电层并不限于网状导电层103。导电层例如可以包括条形导电层的条形层。而且，导电层可以包括非导电的菱形或圆形部件或部分，而不是如图5A所示的矩形非导电部件或部分。当导电层允许在正交于电磁波传播的轴(在图6所示的示例中，Y轴，其正交于图6中示出的示例中X轴上的+X方向)的两个相对方向中生成漏电场时，可以采用任意形式的非导电部件或部分。具体地说，根据第一实施方式的天线设备1可以有效地用于生成漏电场，如上所述。

根据对第一实施方式的天线设备1的解释，辐射板20是矩形的，从而设置为其纵向平行于如图6所示的Y轴。然而，辐射板20的设置并不限于图6所示。也就是说，如图10所示，辐射板20的矩形的纵向并不必须平行于Y轴。当辐射板20如图10所示设置时，在设置辐射板的方向中形成电场(未示出)。与图7B中示出的情况相同的情况应用于在上述情况中生成的电场中按照Y轴指向的组件。

另外，虽然通过例示的方式描述了形式上为矩形的辐射板20，但是辐射板20可以具有其它形式。例如，辐射板20可以具有诸如梯形、平面六边形、平面椭圆形等各种形式。更一般而言，辐射板20仅需要具有预定面积，其足够宽以在Y轴(正交于电磁波传播方向的轴)上生成按照一个方向指向的电场，并且不中断按照沿着X轴(电磁波传播方向中的轴)方向指向的电场。因而，将沿着上述任意形式的辐射板20的X轴的第一长度(矩形的短边的长度)至少设置为以下这种长度(宽度)：其允许与辐射板20相距预定高度而设置的RFID标签220获得比第一基准值大的接收功率。

在对根据第一实施方式的天线设备1的解释中，将辐射板20解释为与薄片形天线10分离设置的组件。然而，辐射板20可以与薄片形天线10一体设置。更具体而言，如图11所示，可将等同于图4中示出的辐射板20的导电区域103A(第一导电部或网状导电层)部分地设置在网状导电层103上。因为图11中示出的导电区域103A具有对应于薄片形天线10在Y轴方向的宽度的尺寸，所以，可以想像这种情况：辐射板20在Y轴方向中难以可靠地获得对应于工作频率的半波长的长度，因此难以获得足够的场强。在上述情况中，导电区域103A在Y轴方向中的长度可以增大到对应于工作频率的半波长的值。

(2)第二实施方式

接下来，将描述根据第二实施方式的天线设备和包括该天线设备的RFID系统。

如上所述，作为RFID系统的应用，在将天线设备安装在设置有诸如书籍、CD等物品的库存管理的架子的底面时，其优选地与附接在多个物品上的RFID标签通信。根据上述观点，将根据第二实施方式的天线设备配置成激励多个RFID标签中的各个，而与相应RFID标签的状态无关。

图12示出根据第二实施方式的RFID系统300的概要的示例。在图12中，根据第二实施方式的天线设备2包括等同于第一实施方式中的辐射板20的多个辐射板(辐射板20-1至20-3)。RFID标签220和附接有RFID标签的物品分别设置在多个辐射板20-1至20-3上方。由于提供了多个辐射板20-1至20-3，所以在根据第二实施方式的RFID系统300中，如图12所示的天线2允许激励多个RFID标签220中的各个，而与各个RFID标签220的状态无关。

因为将与根据第一实施方式的辐射板20的形式和使用辐射板20形成电场的方式相同的细节直接应用于根据第二实施方式的多个辐射板20-1至20-3中的各个。因此，省略多余的解释。

在天线设备2中，相邻辐射板之间的过短距离设置(D：图12中的第一距离)会导致以下这种问题：通过薄片形天线10泄露出的漏电场被多个辐射板20-1至20-3所中断，从而对在RFID系统300中执行的通信性能产生不利影响。因此，在根据第二实施方式的天线设备2中，可以优选地将辐射板20-1与20-2之间的距离D以及辐射板20-2与20-3之间的距离D设置为适当范围内的值。

具体而言，优选的是，可以将距离D设置为使得当RFID标签220设置在这些辐射板中的任意一个上方、且在状态tagX、tagY和tagZ的各个中时RFID标签220所获得的接收功率比第一预定基准值(例如，RFID标签的最小工作功率)高的值。难以简单地将距离D设置为一个标准值，这是因为该距离可能随着诸如天线设备2的漏电场的电平、设置RFID标签220的高度、使用的RFIC系统300中的RFID标签的最小工作功率的多个参数而变化。然而，如果上述参数固定，则允许通过测量RFID标签220的各个接收功率来粗略地确定距离D的适当范围。例如，在参照第一实施方式描述的测量条件下，距离D优选地处于10至150mm的范围内。

第一实施方式的变型实施方式也可以应用于第二实施方式。例如，如图13中的示例所示，导电区域103A-1至103A-3可以设置在网状导电层103上，导电层103A-1至103A-3中的各个等同于如图11示出的辐射导电区域103A。

(3)第三实施方式

接下来，将描述根据第三实施方式的天线设备和包括该天线设备的RFID系统。

在对分别根据第一实施方式和第二实施方式的RFID系统200和300的解释中，已经描述了通过在薄片形天线10上设置辐射板20、以允许对RFID标签220的激励，而与RFID标签220的状态无关。然而，有时可能发生以下这种情况：取决于所附接物品的布局条件，RFID标签220的尺寸减小，这将导致增大针对RFID标签220的足够天线增益的难度。因此，有时可能发生这种情况：通过漏电场和由于辐射220导致的增强电场并不能生成用于激励RFID标签220的足够能量。在上述情况中，优选的是，向附接有RFID标签的物品附加增强器，由此对通过薄片形天线10泄露的漏电场和由于辐射板20的存在而生成的电场进行放大。日本专利特开平No.2009-280273描述了作为与RFID标签的天线电磁耦合的导体的增强器。

参照图14，将描述根据第三实施方式、使用增强器的RFID系统400的概要的示例。在图14中，通过例示的方式示出将RFID标签70附接到作为物品的光盘(CD)的情况，并且为方便解释起见，省略了诸如读/写器等其它元件。在图14中，例如，假设薄片形天线10安装在排列有作为被管理物品的CD的架子的底部上。虽然在图14中仅示出一个CD盒50，但是可以存在多个CD盒50，只要相邻CD盒之间的距离设置为适当范围内的值即可。还假设架子使用分隔板(未示出)进行分隔，分隔板之间包含CD盒50，使得可将多个CD盒50稳定地设置在辐射板20上。

将矩形形状的辐射板20设置为使得矩形的长边平行于Y轴。增强器51(第二导电部)是由诸如铜等金属形成，并且基本平行于辐射板20设置的导电板，即，增强器51的纵向基本平行于Y轴而设置。由于上述设置，可以通过辐射板20与增强器51之间的电磁耦合来对由于辐射板20的存在而生成的电场进行放大。另外，还可以使用增强器51来对在薄片形天线10泄露的漏电场进行放大。

例如，在图15A至图15C中示出增强器51的形式的示例。图15A至图15C分别示出曲柄形式、凹凸形式和锯形形式的增强器51。图15A中示出的增强器的形式与图14中示出的增强器51的形式相同。

优选的是，增强器51的长度等于工作频率的半波长，且增强器51具有理想矩形形式，只要物品具有用于附接增强器51的足够大的面积即可。然而，在增强器51所附接的物品的尺寸小于工作频率的半波长的情况中，通过采用如图15A至图15C示出的形式中的一个，可以可靠地获得等于工作频率的半波长的长度。例如，当增强器具有曲柄形式时，增强器51可以具有D1＝D2＝10mm、D3＝120mm且D4＝2mm的优选尺寸。

图16A和图16B示出附接有RFID标签70的光盘(CD)60的示例，其中，图16A是其平面图，且图16B是沿着图16A的线16B-16B截取的截面图。

在图16A中，RFID标签70例如使用粘合剂等附接在与CD 60的读取表面相对的表面(称为“标签表面”)的内圆周侧上的中心孔1030附近。在RFID标签70中，在导电板71中以环形(甜圈状)形状形成槽缝(凹槽)72，以形成槽缝天线。槽缝72从作为馈电点的IC芯片1010向两侧延伸，并且整体呈现弧形凹凸形式。IC芯片1010嵌入在导电板71中。

在图16中，多个V形部件在拱形结构中彼此耦合，以设置凹凸形式的槽缝72。应用V形部件来配置凹凸形式的原因在于，虽然流经槽缝的相邻V形部件的外侧上的导体的电流在相对的方向中流动，但是对彼此相对指向的电流向量进行倾斜地取向，以减小通过相对流动电流所生成的电磁波的抵消量。

将RFID标签70的导电板71形成为使得当在平面中观看时，两个延伸部71A设置为在CD 60中的记录表面上与金属部1020交叠。由于提供了延伸部71A，所以RFID标签70的导电板71与CD 60中的记录表面上的金属部1020电磁耦合，由此通过槽缝72足够地辐射无线电波。

因为包含在CD盒50中的CD 60设置为可沿着CD盒50的表面而自由旋转，所以，虽然可将附接到CD 60的RFID标签70设置在状态tagY或状态tagZ中，但是并不将RFID标签70设置在状态tagX中。

将参照图17描述根据第三实施方式的RFID系统400的操作。在图17中，箭头线410、420和430分别指示由于辐射板20的存在而生成的电场、使用增强器51而激励的电场以及RFID标签70的极化方向(在图17中示出的示例中与Y轴平行)。

如图17所示，在辐射板20上，按照+Y和-Y方向指向的来自薄片形天线10的漏电场的成分被中断，以在+Y方向中生成电场。在图17中，一条粗线410代表按照+Y方向指向的多条辐射电力线。另一方面，因为增强器51基本平行于辐射板20而设置，所以，由于辐射板20的存在而生成的电场通过增强器51与辐射板20的电磁耦合而放大。也就是说，因为如图17所示生成使用增强器51激励的电场，所以可以激励RFID标签70。

虽然在图17中没有示出，但是，在辐射板20上生成按照+X或-X方向指向的辐射漏电场，从而跨过辐射板20，并且也使用增强器51来放大这些漏电场。

因而，由于设置在CD盒50上的增强器51，所以，即使在小尺寸RFID标签70具有较低天线增益、且设置在状态tagY或状态tagZ中时，仍然可以激励RFID标签70。

本发明人使用电磁场模拟器对根据第三实施方式的RFID系统400执行实验，以判断在各种条件下是否允许读/写器与RFID标签70通信。换句话说，该实验旨在判断是否允许读/写器从RFID标签70读出数据。所执行的实验的结果在表1中示出。在表1中，A型和B型增强器分别指示了图15A中示出的增强器51A和图15C中示出的增强器51C。另外，对于RFID标签的接收功率Ptag，将作为判断RFID标签70可读/不可读的基础的基准功率设置为-17dBm(第二基准值)。

表1：条件和结果

在表1中，参考RFID标签的极化方向是Y轴方向的条件1-3，可以证实的是，与不存在辐射板20的情况相比，RFID标签70的接收功率Ptag通过设置辐射板20而增大10dB，且通过设置增强器进一步增大14dB，这样RFID标签70变得可读。参考RFID标签70的极化方向为Z轴方向的条件4-6，可以证实的是，虽然漏电场的电平因为设置辐射板20而减小，并且在条件5下，RFID标签70的接收功率Ptag低于条件4下的接收功率，但是，在条件6中，接收功率Ptag通过添加增强器而获得明显增大。顺便提及，与RFID标签70的极化方向无关，并未证实在A型与B型增强器之间在性能方面的任何较大差异。

图18示出使用另一电磁场模拟器执行的测量的图的另一结果的示例。该图表示出辐射板20的宽度(Y轴方向中的长度：W[mm])与当使用类型A增强器时获得的RFID标签70的接收功率[dBm]之间的关系。

根据图18中示出的测量的结果，由于与参照图9描述的操作相同的原因，证实了与通过使用图9的标准双极天线所获得的结果几乎相同的趋势。也就是说，发现，当RFID标签70处于状态tagY时获得的接收功率一般为辐射板20的宽度(W)的递增函数，且当RFID标签70处于状态tagZ时获得的接收功率一般为辐射板20的宽度(W)的递减函数。

在图18中，当将用于从RFID标签70读出数据的最小功率的基准功率设置为-17dBm时，可以通过设置辐射板20的宽度(W)处于10至50mm的范围而激励RRID标签70，而与RFID标签70的状态无关。如上所述，优选的是，与RFID标签70的状态无关(即，与CD盒50中的CD 60的旋转位置无关)，可以获得相同的接收功率值。根据上述观点，在图18中，更优选的是将辐射板20的宽度设置为处于约13至20mm范围内的值，这样，状态tagY中的RFID标签70获得的接收功率基本上等于状态tagZ中的RFID标签70获得的接收功率。

如上所述，辐射板20的宽度的适当范围可以根据诸如天线设备1的漏电场的电平、根据使用的物品设置RFID标签70的高度、RFID标签的最小工作功率等多个参数而变化。例如，针对诸如数字视频光盘、蓝光光盘等物品所设置的辐射板20的宽度的优选范围可以不同于针对CD所设置的。

如上所述，根据本发明的天线设备和RFID系统可以允许RFID标签从天线设备接收无线电波，而与RFID标签设置的方向无关。

虽然已经详细描述了本发明的多个实施方式，但是，根据本发明的天线设备和RFID系统并不限于上述实施方式，而且可以在不偏离本发明的主旨的范围内以各种方式进行修改和变更。

在此所述的全部示例及条件性语言旨在教导的目的，以帮助读者理解发明人作出的以推动现有技术进步的本发明的原理及概念，并且本发明的原理及概念应当理解为不限于具体所述的示例和条件，而且说明书中这些示例的组织方式也与本发明的优劣无关。虽然已经详细描述了本发明的(多个)实施方式，但是应当理解的是可以进行各种变化、替换和修改而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于向能够接收无线电波的标签发射无线电波的天线设备，该天线设备包括：

导电的第一层；

导电的第二层，第二层平行于第一层且与第一层分开设置，从而生成沿着第一轴传播的电磁波，第二层包括多个部分以在第二层上方生成漏电场，该多个部分是不导电的，该漏电场指向两个方向，这两个方向彼此相反且平行于第二轴，第二轴正交于第一轴且平行于第二层；以及

导电的第一板，第一板设置在第二层上或其上方且具有一区域，该区域具有沿着第一轴的第一长度，第一长度被确定为使得当该标签设置在第一板上方的第一高度并且与第一轴、第二轴或第三轴中的任意一个平行设置时，该标签接收到的无线电波的功率大于或等于第一基准值，其中，第三轴与第一轴和第二轴正交，

其中，所述第一板使在所述第二轴的正方向和负方向中生成的漏电场中的部分中断，以生成按照所述第二轴的正方向指向的电场。

2.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述第一长度被设置为以下这种长度：该长度使得第二功率约等于第一功率和第三功率中的一个，其中，第一功率、第二功率和第三功率分别对应于当所述标签平行于第一轴、第二轴和第三轴设置时该标签接收到的相应功率。

3.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述区域沿所述第二轴具有与所述无线电波的频率的半波长对应的长度。

4.根据权利要求2所述的天线设备，其中，所述区域沿所述第二轴具有与所述无线电波的频率的半波长对应的长度。

5.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述区域具有平行于第一轴的短边和平行于第二轴的长边，该短边的长度比该长边的长度短。

6.根据权利要求2所述的天线设备，其中，所述区域具有平行于第一轴的短边和平行于第二轴的长边，该短边的长度比该长边的长度短。

7.根据权利要求3所述的天线设备，其中，所述区域具有平行于第一轴的短边和平行于第二轴的长边，该短边的长度比该长边的长度短。

8.根据权利要求3所述的天线设备，其中

多个第一板设置在第二层上或其上方，该多个第一板中的各个具有平行于第一轴的短边和平行于第二轴的长边，该短边的长度比该长边的长度短，并且

彼此相邻的第一板之间的距离被设置为使得当所述标签设置在第一高度并且平行于第一轴、第二轴和第三轴中的一个时该标签接收到的各个功率大于或等于第一基准值。

9.一种与附加到物品上的标签进行通信的射频识别系统，该标签能够接收和发射无线电波，该射频识别系统包含：

天线设备，该天线设备包括：

导电的第一层；

导电的第一板，第一板设置在第二层上或其上方，第一板具有一区域，该区域具有平行于第一轴的短边和平行于第二轴的长边，该短边的长度被确定为使得当该标签设置在第一板上方的一高度并且与第二轴或第三轴中的任意一个平行设置时，该标签接收到的无线电波的功率大于或等于第二基准值，其中，第三轴与第一轴和第二轴正交，

10.根据权利要求9所述的射频识别系统，其中，所述短边的长度被设置为以下这种长度：该长度使得第二功率约等于第三功率，其中，第二功率和第三功率分别对应于当所述标签平行于第二轴和第三轴设置时该标签接收到的相应功率。

11.根据权利要求9所述的射频识别系统，其中，所述区域沿所述第二轴具有与所述无线电波的频率的半波长对应的长度。

12.根据权利要求10所述的射频识别系统，其中，所述区域沿所述第二轴具有与所述无线电波的频率的半波长对应的长度。

13.根据权利要求10所述的射频识别系统，其中：

彼此相邻的第一板之间的距离被设置为使得当所述标签设置在第一高度并且平行于第二轴和第三轴中的各个时该标签接收到的各个功率大于或等于第二基准值。

14.根据权利要求9所述的射频识别系统，该射频识别系统还包括第二板，第二板是导电的且能够附加到物品上以平行于第二轴。

15.根据权利要求10所述的射频识别系统，该射频识别系统还包括第二板，第二板是导电的且能够附加到物品上以平行于第二轴。

16.根据权利要求11所述的射频识别系统，该射频识别系统还包括第二板，第二板是导电的且能够附加到物品上以平行于第二轴。

17.根据权利要求12所述的射频识别系统，该射频识别系统还包括第二板，第二板是导电的且能够附加到物品上以平行于第二轴。

18.根据权利要求17所述的射频识别系统，其中，第二板具有与所述无线电波的频率的半波长对应的长度。