CN102473244A - 无线ic标签、读写器及信息处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能提高能量传递效率、延长通信距离的无线IC标签、读写器及信息处理系统。无线IC标签包括无线IC芯片(10)和两个线圈状天线(20A)、(20B)。线圈状天线(20A)、(20B)的各自的一端与无线IC芯片(10)进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接。此外，线圈状天线(20A)、(20B)的各自的卷绕轴配置于不同的位置，且线圈状天线(20A)、(20B)的卷绕方向相同。此外，读写器(50)包括与信息处理电路(51)相连接的天线(52)，该天线(52)与线圈状天线(20A)、(20B)通过电磁耦合来进行通信。

Description

无线IC标签、读写器及信息处理系统
技术领域
本发明涉及无线IC标签，尤其涉及RFID(射频识别(Radio FrequencyIdentification))系统中使用的无线IC标签、与该无线IC标签进行通信的读写器、以及包括该无线IC标签的信息处理系统。
背景技术
以往，作为物件的管理系统，开发有产生感应电磁场的读写器与附加在物件上的存储有规定信息的无线标签以非接触方式进行通信、以传递信息的RFID系统。作为这种RFID系统中使用的无线标签，专利文献1中记载了一种包括以画8字的形态进行串联连接的两个线圈状天线的无线IC标签。
然而，上述无线IC标签中，由于两个线圈状天线的卷绕方向彼此相反，因而存在以下问题：即，在受到从读写器的环形天线辐射出的高频磁场作用时所产生的电流彼此抵消。因此，会产生以下问题：即，无线IC标签与读写器之间的能量传递效率下降，通信距离变短。
专利文献1：日本专利特开2004-126750号公报
发明内容
为此，本发明的目的在于，提供一种能提高能量传递效率、延长通信距离的无线IC标签、读写器及信息处理系统。
为了实现上述目的，作为本发明实施方式1的无线IC标签的特征在于，
所述无线IC标签包括：无线IC芯片；以及至少两个线圈状天线，
所述至少两个线圈状天线的各自的一端与所述无线IC芯片进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接，
所述至少两个线圈状天线的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且所述至少两个线圈状天线的卷绕方向相同。
作为本发明实施方式2的读写器的特征在于，
所述读写器包括：天线；以及信息处理部，
所述天线包含第一线圈状天线部及第二线圈状天线部，
所述第一线圈状天线部及第二线圈状天线部的各自的一端与所述信息处理部进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接，
所述第一线圈状天线部及第二线圈状天线部的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且所述第一线圈状天线部及第二线圈状天线部的卷绕方向相同。
作为本发明实施方式3的信息处理系统的特征在于，
所述信息处理系统包括：作为所述实施方式1的无线IC标签；以及读写器，
利用所述读写器对所述无线IC标签的信息进行处理。
作为实施方式3的信息处理系统也可以包括作为实施方式2的读写器。
所述无线IC标签、读写器及信息处理系统中，由于将以比较近的距离收发高频信号(例如UHF频带、HF频带)的多个线圈状天线(线圈状天线部)的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且多个线圈状天线的卷绕方向相同，因而各天线(天线部)所产生的电流不会相互抵消，能提高能量传递效率。
根据本发明，能提高读写器的天线与无线IC标签的天线之间的能量传递效率，延长通信距离。
附图说明
图1是表示包含作为实施例1的无线IC标签的信息处理系统的立体图。
图2是表示图1所示的无线IC标签的立体图。
图3是表示图2所示的无线IC标签的线圈状天线的层叠结构的立体图。
图4是表示无线IC标签的安装状态的第一例的立体图。
图5是表示无线IC标签的安装状态的第二例的立体图。
图6是表示读写器的天线的变形例1的立体图。
图7是表示读写器的天线的变形例2的立体图。
图8是表示读写器的天线的变形例3的立体图。
图9是表示读写器的天线的变形例4的立体图。
图10是表示信息处理系统的其他例子的说明图。
图11是图10所示的信息处理系统，图11(A)是读写器侧天线的立体图，图11(B)是电路的框图。
图12是表示作为实施例2的无线IC标签的立体图。
图13是表示图12所示的无线IC标签和放大天线(boost antenna)的立体图。
图14是表示作为实施例3的无线IC标签的立体图。
图15是图14所示的无线IC标签的等效电路图。
图16是图14所示的无线IC标签的变形例的等效电路图。
图17(A)、图17(B)都是表示作为实施例4的无线IC标签的立体图。
图18是表示作为实施例5的无线IC标签的立体图。
图19(A)、图19(B)、图19(C)都是表示作为实施例6的无线IC标签的立体图。
图20(A)、图20(B)都是表示作为实施例7的无线IC标签的立体图。
图21是表示作为实施例8的无线IC标签的立体图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的无线IC标签、读写器及信息处理系统的实施例进行说明。
(实施例1，参照图1～图5)
如图1所示，作为实施例1的无线IC标签1A包括对规定频率的收发信号进行处理的无线IC芯片10和两个线圈状天线20A、20B。
无线IC芯片10包含时钟电路、逻辑电路和存储电路等，无线IC芯片10存储有所需的信息，在背面设有未图示的一对输入输出端子电极。
线圈状天线20A、20B是将导体卷绕成线圈状而构成的线圈状天线，各自的一端与无线IC芯片10的输入输出端子电极进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接。俯视时，这些天线20A、20B的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且天线20A、20B的卷绕方向相同，使得某一瞬间流过的电流所产生的磁场的方向相同。如参照图3在以下进行说明的那样，天线20A、20B通过将多个形成于基板21内的线圈导体进行层叠而构成，无线IC芯片10安装于基板21上。
所述无线IC标签1A能与读写器50进行通信，由两者构成信息处理系统。读写器50包括公知的信息处理电路51和天线52。天线52是呈环形的磁场型天线，其面积与无线IC标签1A的天线20A、20B的合计面积大致相等。
在该信息处理系统中，通过使读写器50的天线52接近无线IC标签1A，基于从天线52辐射出的规定频率的信号的磁通贯穿线圈状天线20A、20B，从而有电流流过该天线20A、20B。即，天线52与天线20A、20B进行电磁耦合。该电流供给无线IC芯片10从而使无线IC芯片10工作。另一方面，来自无线IC芯片10的响应信号从线圈状天线20A、20B朝天线52进行辐射，被读写器50的信息处理电路51读取。
由于所述线圈状天线20A、20B彼此的卷绕方向相同，因而各天线20A、20B中所产生的电流不会相互抵消，能提高能量传递效率。即，天线52与天线20A、20B之间的通信距离得到延长。此外，由于以层叠结构来形成天线20A、20B，在俯视时重叠的位置上形成各个线圈导体，从而能增大线圈的开口面积，进行交叉的磁通增多，因此，能进一步增加通信距离。
然而，本实施例1中，使用小型的环形天线作为读写器50的天线52，天线52与无线IC标签1A之间的通信主要利用磁场来进行。由于磁场相对于距离的衰减比电场大，因而以比较接近的状态进行通信。因此，能利用读写器50只与作为读取对象的无线IC标签进行通信，不存在与周围所存在的除读取对象以外的无线IC标签进行误通信的可能性。
无线IC芯片10的阻抗的虚数部与线圈状天线20A、20B的阻抗的虚数部优选为在用于通信的信号的频率下成为共轭关系。也就是说，优选为使线圈状天线20A、20B的谐振频率处于使用频率附近。更优选为使阻抗的实数部一致。
尤其是将线圈状天线20A、20B设为层叠结构并具有较大的开口部时，能以较小的外形获得较大的电感值，进而使无线IC标签1A本身小型化。通过使使用频率为950MHz附近的短波长，能进一步小型化。当通信使用UHF频带的频率时，例如能将无线IC标签1A制成纵向3.2mm、横向1.6mm、高度0.5mm的尺寸。
此外，为了将无线IC标签1A安装于物件上，既可使用双面粘胶带或粘接剂来进行粘贴，也可利用封条、贴条、胶带等来进行粘贴。在此情况下，也可以将无线IC芯片10侧和天线20A、20B侧的任一侧朝向物件的表面。
此外，如图2所示，也可在基板21上设置由树脂或陶瓷所构成的密封构件22来对无线IC芯片10进行密封。密封构件22的材料也可与以下说明的基板21的材料相同。利用密封构件22能保护无线IC芯片10，并能使密封构件22的表面平坦，从而容易粘贴到物件上。
此处，参照图3对线圈状天线20A、20B的层叠结构的一例进行说明。基板21通过将电极或导体、过孔导体形成于多张片材上并进行层叠而构成。在第一层上形成有与无线IC芯片10的输入输出端子电极相连接的电极31a、31b，在第二层至第四层上形成有线圈导体32a、32b、33a、33b、34a、34b，在第五层上形成有连接用线圈导体35。线圈导体32a、32b～34a、34b经由过孔导体36a、36b连接成线圈状，从而形成天线20A、20B，天线20A、20B的各自的另一端经由过孔导体37a、37b，与线圈导体35的两端相连接。此外，天线20A、20B的一端经由过孔导体38a、38b，与电极31a、31b相连接。
基板21的各片材也可由一般的相对介电常数为3～4的树脂形成，但优选为由具有更高的介电常数的材料形成。例如，采用相对介电常数为7以上的陶瓷。
通过使线圈状天线20A、20B为层叠结构，既可增大开口部，又能实现动作的稳定性。即，由于所述线圈导体之间的电容由线圈导体之间的材质(片材的材质)决定，因而无线IC标签1A受到粘贴对象物件的介电常数的影响较小(不易产生寄生电容的变动)，线圈的电感值的变化较小。因此，谐振频率的变化较小，能使通信距离稳定。尤其是通过对基板21使用高介电常数的材料，基板21内的线圈的阻抗基本得到确定，不易受到来自使用环境的影响。
所述无线IC标签1A粘贴在各种物件上进行使用，但也可如图4所示地粘贴在金属板81上进行使用。在此情况下，通过使无线IC标签1A的无线IC芯片10侧朝向金属板81侧，能可靠地使无线IC标签1A与读写器50进行通信。在此情况下，上述密封构件22成为磁通的经过路径。即使在将天线20A、20B朝向金属板81侧进行粘贴的情况下，只要将天线20A、20B尽可能地配置于基板21的上侧，就能确保天线20A、20B与金属板81之间的磁通的经过路径。
此外，如图5所示，也可将无线IC标签1A埋设于金属体82的凹部82a内。即使读写器50的天线52与无线IC标签1A具有相同尺寸的较小的外形，也能将磁场集中于标签1A，能进行可靠的通信。此时，优选为在无线IC标签1A与凹部82a之间的壁部设置间隙，以作为磁通的经过路径。
(读写器的天线的变形例1，参照图6)
读写器50的天线也可以不是环形，而是如图6所示的构成平板状的电场型的天线53A、53B。由于无线IC标签1A的线圈状天线20A、20B分成两个，因而在各个天线20A、20B上产生电位差而产生电场。因此，即使读写器50中采用构成电场型的平板状的天线53A、53B，也可进行工作。
(读写器的天线的变形例2，参照图7)
如图7所示，读写器50的天线也可以是多匝的环形的磁场型的天线54。由于能增强磁场强度，因而能延长通信距离。
(读写器的天线的变形例3，参照图8)
如图8所示，读写器50的天线也可与所述线圈状天线20A、20B相同，由第一线圈状天线部55A及第二线圈状天线部55B构成。线圈状天线部55A、55B的各自的一端与信息处理电路51进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接。此外，俯视时，天线部55A、55B的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且天线部55A、55B的卷绕方向相同。
由于该线圈状天线部55A、55B卷绕方向相同，因而能起到与所述线圈状天线20A、20B相同的作用效果，提高与无线IC标签通信时的能量传递效率，延长通信距离。此外，也有助于读写器50的小型化。此外，使用变形例3的天线时，未必要使用两个线圈状天线作为无线IC标签。
(读写器的天线的变形例4，参照图9)
如图9所示，也可在读写器50的天线52与信息处理电路51之间设置由电感L1、L2和电容C所构成的匹配电路。由于能取得在使用频率下的阻抗匹配，因而能提高信息处理电路51与天线52之间的能量传递效率，即使是较小的功率也能延长通信距离。不过，也可使用除图9所示的电路结构以外的电路结构来作为匹配电路。
(信息处理系统的其他例子，参照图10及图11)
接着对使用所述无线IC标签1A的信息处理系统的其他例子进行说明。此外，当然也可以使用除无线IC标签1A以外的其他无线IC标签。
如图10所示，该信息处理系统是在读写器与无线IC标签1A之间以非接触方式进行信息传递的系统，对UHF频带或SHF频带的高频信号进行收发。如图11(A)所示，读写器包括在由环氧树脂等硬质部件所构成的支承部件61的表面上设置有环形天线62的天线头60。用将两端作为供电部62a、62b的一匝的环状导体来形成该环形天线62，供电部62a、62b经由同轴电缆65，与读写器的未图示的信息处理电路相连接。在该例子中，供电部62a、62b经由过孔，与天线62的形成面的相反面的电极相连接，该电极与同轴电缆65相连接。无线IC标签1A是作为上述实施例1参照图2及图3进行了说明的无线IC标签。
如图11(B)所示，在同轴电缆65与环形天线62之间，夹设有由电容元件C和电感元件L所构成的匹配电路，供电部62a经由匹配电路，与同轴电缆65的内部导体66相连接，供电部62b经由匹配电路，与同轴电缆65的外部导体67相连接。通过将电容元件C和电感元件L配置于天线形成面的相反面上，从而能确保与天线62的距离，不会妨碍从天线62产生的磁场，能以较小的面积形成与天线62的匹配电路。同轴电缆65作为50Ω线路而构成，利用匹配电路来实现同轴电缆65的阻抗与环形天线62的阻抗之间的匹配。如图10所示，天线头60经由同轴电缆65，安装于把持部70上，构成为能用操作人员的手一边把持一边进行使用的笔型头。
本信息处理系统中，以使读写器的天线与无线IC标签相接近的形态来进行使用，能只与成为对象的无线IC标签进行通信。
(实施例2，参照图12及图13)
如图12所示，作为实施例2的无线IC标签1B是在内置有天线20A、20B的基板21的表面(下表面)上形成有分别与天线20A、20B相对的外部电极23A、23B的无线IC标签。其他结构与所述无线IC标签1A相同。通过设置外部电极23A、23B，能将无线IC标签1B焊接于印刷布线基板等物件上。
此外，通过使探头(未图示)与外部电极23A、23B相接触或相接近，能使无线IC标签1B工作。优选为预先将探头的阻抗设定为与外部电极23A、23B之间的阻抗构成共轭。如上所述，在各个天线20A、20B上产生电位差，与它们分别电容耦合或电磁耦合的外部电极23A、23B上也产生电位差。因此，通过使探头与外部电极23A、23B相接触或相接近而赋予电位差，能使无线IC标签1B工作。利用天线52进行读取时需要使天线52与无线IC标签1B之间的距离保持稳定，但利用探头读取时就没有这样的问题，能可靠地进行读取。而且，也可对外部电极23A、23B之间的阻抗进行测量，由此能检测出无线IC标签1B的内部布线的异常。
此外，如图13所示，无线IC标签1B也可将弯曲状的放大天线24A、24B与外部电极23A、23B相连接。放大天线24A、24B是电场辐射型，但也可以是环形的磁场辐射型的放大天线。
即，若如本实施例2那样在基板21的表面上形成外部电极23A、23B，则除了在比较接近的状态下与读写器进行通信以外，还可利用探头使无线IC标签工作、或在离开较远的状态下与读写器进行通信。
(实施例3，参照图14～图16)
如图14所示，作为实施例3的无线IC标签1C是将设于所述无线IC标签1B上的外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B进行电连接的无线IC标签。其等效电路如图15所示。此外，在外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B之间也可夹设电容C1、C2(参照图16)。
如图14所示，若将外部电极23A、23B直接与线圈状天线20A、20B进行电连接，则能简单地确定两者的电位关系，能容易地将外部电极23A、23B的阻抗设计为各种各样的值。此外，如图16所示，若夹着电容C1、C2进行连接，则由于外部电极23A、23B不与无线IC芯片10直接连接，因此，能保护无线IC芯片10免受静电的侵害。
(实施例4，参照图17)
如图17(A)及图17(B)所示，作为实施例4的无线IC标签1D是两个线圈状天线20A、20B的卷绕圈数不同的无线IC标签，其他结构与所述无线IC标签1A相同。这样，即使使左右的卷绕圈数不同，其作用效果基本上也与无线IC标签1A相同。而且，能提高天线20A、20B的设计自由度，由于天线20A、20B的电感值不同，因而在设置上述外部电极23A、23B时，能容易地设计阻抗。
(实施例5，参照图18)
如图18所示，作为实施例5的无线IC标签1E是使两个线圈状天线20A、20B的尺寸不同的无线IC标签，其他结构与上述无线IC标签1A相同。这样，即使使尺寸左右不同，其作用效果基本上也与无线IC标签1A相同。而且，能提高天线20A、20B的设计自由度，由于天线20A、20B的电感值不同，因而在设置上述外部电极23A、23B时，能容易地设计阻抗。
(实施例6，参照图19)
如图19(A)、图19(B)及图19(C)所示，作为实施例6的无线IC标签1H是将在基板21的大致整个面积范围内进行卷绕的线圈状大直径天线20C与线圈状小直径天线20D进行组合而构成的无线IC标签，其他结构与上述无线IC标签1A相同。
图19(A)示出了将线圈状小直径天线20D配置于线圈状大直径天线20C的正下方、并使彼此的卷绕轴不同的情况。图19(B)示出了将线圈状小直径天线20D配置于线圈状大直径天线20C的正上方、并使彼此的卷绕轴不同的情况。图19(C)示出了将两个线圈状小直径天线20D配置于线圈状大直径天线20C的正下方、并使它们彼此的卷绕轴不同的情况。此外，当然也可将这两个线圈状小直径天线20D配置于线圈状大直径天线20C的正上方。
如本实施例6那样，将线圈状大直径天线20C与线圈状小直径天线20D进行组合的情况下，大直径天线20C作为通信用的主天线发挥作用，能延长通信距离。小直径天线20D作为通信用的辅助天线发挥作用，并且作为阻抗匹配的调节用元件发挥作用。此外，如图19(B)所示，若将小直径天线20D配置于靠近无线IC芯片10的一侧，则能更容易地利用小直径天线20D来调节阻抗。
此外，在上述各实施例中，线圈状天线的个数也可以是三个以上。例如，也可在线圈状天线20A、20B之间再夹设一个线圈状天线。
(实施例7，参照图20)
如图20(A)所示，作为实施例7的无线IC标签1F是将铁氧体片25粘贴在基板21的下表面上而构成的无线IC标签，其他结构与上述无线IC标签1A相同。如图20(B)所示，铁氧体片25也可以粘贴于基板21的上表面上。当将铁氧体片25设于基板的上表面上时，还能作为无线IC芯片10的保护层发挥作用。也可将铁氧体片25设于图2所示的密封构件22的上表面上。
如图4所示，当将无线IC标签粘贴于金属板81上时，由于金属板81无法让磁场通过，因而通信距离变短。然而，通过将铁氧体片25设于基板21的下表面上，磁场能通过铁氧体片25，从而能延长通信距离。
(实施例8，参照图21)
如图21所示，作为实施例8的无线IC标签1G是将贴片元器件29(电感或电容等)载放于基板21上而构成的无线IC标签，从电路上来讲，可以插入到线圈状天线20A、20B中的任一个天线中。其他结构与上述无线IC标签1A相同。此外，也可以将电容与无线IC芯片10并联地进行载放。
(其他实施例)
此外，当然，本发明所涉及的无线IC标签、读写器及信息处理系统并不局限于上述实施例，在本发明的要点的范围内能进行各种变更。
例如，在上述实施例中，在形成有天线的基板上安装无线IC芯片，但也可以在该基板内安装无线IC芯片。此外，也可以在无线IC芯片的再布线层内形成天线。
工业上的实用性
如上所述，本发明对无线IC标签、读写器及信息处理系统是有用的，尤其在提高读写器的天线与无线IC标签的天线之间的能量传递效率、延长通信距离方面较为优异。
标号说明
1A～1H  无线IC标签
10  无线IC芯片
20A、20B  线圈状天线
20C  线圈状大直径天线
20D  线圈状小直径天线
21  基板
22  密封构件
23A、23B  外部电极
24A、24B  放大天线(boost antenna)
25  铁氧体片
32a、32b～34a、34b  线圈导体
50  读写器
51  信息处理电路
52、53A、53B、54、62  天线
55A、55B  线圈状天线部

Claims (13)

1.一种无线IC标签，其特征在于，
所述无线IC标签包括：无线IC芯片；以及至少两个线圈状天线，
所述至少两个线圈状天线的各自的一端与所述无线IC芯片进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接，
所述至少两个线圈状天线的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且所述至少两个线圈状天线的卷绕方向相同。
2.如权利要求1所述的无线IC标签，其特征在于，
所述至少两个线圈状天线通过将多个形成于基板内的线圈导体进行层叠而构成。
3.如权利要求2所述的无线IC标签，其特征在于，
沿卷绕轴方向俯视时，所述线圈导体形成于重叠的位置。
4.如权利要求2或3所述的无线IC标签，其特征在于，
所述无线IC芯片载放于所述基板上并被密封构件覆盖。
5.如权利要求2至4的任一项所述的无线IC标签，其特征在于，
在所述基板的上表面或下表面上设有铁氧体层。
6.如权利要求1至5的任一项所述的无线IC标签，其特征在于，
所述至少两个线圈状天线形成于基板内，在该基板上形成有外部电极。
7.如权利要求6所述的无线IC标签，其特征在于，
所述至少两个线圈状天线与所述外部电极进行电连接。
8.如权利要求6或7所述的无线IC标签，其特征在于，
所述无线IC标签包括与所述外部电极相对的放大天线。
9.一种读写器，其特征在于，
所述读写器包括：天线；以及信息处理部，
所述天线包含第一线圈状天线部及第二线圈状天线部，
所述第一线圈状天线部及第二线圈状天线部的各自的一端与所述信息处理部进行电连接，各自的另一端彼此进行电连接，
所述第一线圈状天线部及第二线圈状天线部的各自的卷绕轴配置于不同的位置，并且所述第一线圈状天线部及第二线圈状天线部的卷绕方向相同。
10.一种信息处理系统，其特征在于，
所述信息处理系统包括：如权利要求1至8的任一项所述的无线IC标签；以及读写器，
利用所述读写器对所述无线IC标签的信息进行处理。
11.如权利要求10所述的信息处理系统，其特征在于，
所述读写器的天线是与所述无线IC标签的线圈状天线尺寸大致相同的环形天线。
12.如权利要求11所述的信息处理系统，其特征在于，
所述读写器是如权利要求9所述的读写器。
13.如权利要求11或12所述的信息处理系统，其特征在于，
所述读写器在所述环形天线中具有匹配电路。
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