CN102549838B - 通信终端及信息处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明获得一种结构简单、能延长读写器与无线IC标签之间的通信距离的通信终端及信息处理系统。信息处理系统包括读写器(50)、通信终端(60A)、及无线IC标签(1A)。通信终端(60A)包括具有起到作为磁场型天线的功能的耦合部(62)的电场型的天线部(61),天线部(61)收纳在笔型的壳体(64)内。天线部(61)通过电场与读写器(50)的天线(53)进行耦合,耦合部(62)通过磁场与无线IC标签(1A)进行耦合。通过使耦合部(62)接近无线IC标签(1A),从而读写器(50)和无线IC标签(1A)进行通信。
Description
技术领域
本发明涉及通信终端,特别涉及能用于RFID(Radio FrequencyIdentification:射频识别)系统的通信终端及包括该通信终端的信息处理系统。
背景技术
以往,作为物品的管理系统,正在开发一种将产生感应电磁场的读写器与贴在物品上的储存规定信息的无线标签以非接触方式进行通信、传输信息的RFID系统。作为这种RFID系统的一个示例,专利文献1中记载了一种信息处理系统,该信息处理系统使RFID装置(无线IC标签)内置于输入笔的内部,在该RFID装置和信息处理装置(读写器)处于能通信的范围内的情况下,信息处理装置读出RFID装置的信息,识别笔的使用者或识别用笔写出的字符。
然而,在上述信息处理系统中,RFID装置(无线IC标签)和读写器处于能通信的范围内是动作条件,对于HF频带或UHF频带的高频,通信距离较短,因此,产生只能在极近的距离进行通信的问题。
此外,专利文献2中记载了一种具有多个与主机进行通信的便携式终端以进行书店的库存管理的库存管理系统。但是,该便携式终端内置有电池、信号处理电路,具有结构复杂且较为大型的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2003-99184号公报
专利文献2:日本专利特开2001-240217号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
因而,本发明的目的在于提供一种结构简单、能延长读写器与无线IC标签之间的通信距离的通信终端及信息处理系统。
用于解决技术问题的技术手段
为了达到上述目的,本发明的第1方式的通信终端的特征在于,
包括具有耦合部的天线部,
所述天线部和所述耦合部分别对一个信息处理系统中使用的信号进行处理,
将由所述天线部接收到的信号从所述耦合部发送,将由所述耦合部接收到的信号从所述天线部发送。
本发明的第2方式的信息处理系统的特征在于,
包括读写器、通信终端、及无线IC标签,
所述通信终端包括具有耦合部的天线部,
所述天线部与所述读写器进行通信,
所述耦合部与所述无线IC标签进行通信,
利用所述读写器来读取存放在所述无线IC标签中的信息。
所述通信终端包括具有耦合部的天线部,天线部与读写器进行通信,耦合部与无线IC标签进行通信。即,由于通信终端介于读写器与无线IC标签之间,因此,即使将读写器和无线IC标签配置成隔开仅靠它们自身无法进行通信的距离,也能进行通信。此外,通信终端无需电池、信息处理电路,能形成简单的结构。
发明的技术效果
根据本发明,由于通信终端介于无线IC标签与读写器之间,因此,能延长通信距离。
附图说明
图1是表示第1实施例的信息处理系统的立体图。
图2是表示无线IC标签的线圈状天线的层叠结构的立体图。
图3是表示通信终端的耦合部的变形例1的立体图。
图4是表示通信终端的耦合部的变形例2的立体图。
图5是表示通信终端的耦合部的变形例3的立体图。
图6是表示无线IC标签的变形例1的立体图。
图7是表示图6所示的无线IC标签和增强型天线的立体图。
图8(A)、图8(B)均是表示无线IC标签的变形例2、3的等效电路图。
图9是表示无线IC标签的变形例4的立体图。
图10是表示无线IC标签的变形例5的立体图。
图11是表示无线IC标签的变形例6的立体图。
图12(A)、图12(B)均是表示第2实施例的信息处理系统的立体图。
图13是表示通信终端的变形例1的立体图。
图14是表示通信终端的变形例2的立体图。
图15(A)是表示通信终端的变形例3的立体图,图15(B)是将天线部扩大表示的立体图。
图16是表示通信终端的变形例4的立体图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明所涉及的通信终端及信息处理系统的实施例。另外,在各图中,对于相同的构件和部分附加公共的标号,省略其重复说明。
(第1实施例、参照图1及图2)
如图1所示,作为第1实施例的信息处理系统100A包括读写器50、多个通信终端60A、及无线IC标签1A。读写器50包括含有信息处理电路等的主体51、及利用信号线52与该主体51相连接的电场型天线53。
通信终端60A起到作为笔型读写器的功能,包括具有耦合部62的天线部61,天线部61收纳在筒状的壳体64内,耦合部62配置在壳体64的前端部。天线部61是具有两个电极61a、61b的电场型偶极天线,通过电场与读写器50的天线53进行耦合。耦合部62是具有配置在电极61a、61b之间的环状电极的磁场型环形天线,像以下将详细描述的那样,通过磁场与无线IC标签1A的线圈状天线20A、20B进行耦合。耦合部62形成为面积与无线IC标签1A的天线20A、20B的总面积基本相等的环形形状。具有耦合部62的天线部61例如在树脂薄膜的一个表面由厚膜或薄膜导体形成,耦合部62基本弯曲成直角。
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、及两个线圈状天线20A、20B。无线IC芯片10包含时钟电路、逻辑电路、存储器电路等,存储所需的信息,在背面设置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,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。这些天线20A、20B各自的卷绕轴配置在俯视时不同的位置,且卷绕方向相同。参照图2,如下所述,天线20A、20B通过将形成于基板21中的多个线圈导体进行层叠而构成,无线IC芯片10安装在基板21上。
该信息处理系统100A中,利用通信终端60A的天线部61来接收从读写器50的天线53发射的高频(HF频带、UHF频带或其以上的高频带),并传输到耦合部62。然后,通过使配置在壳体64的前端部的耦合部62与无线IC标签1A接近,使得基于从耦合部62发射的规定频率的信号的磁通贯穿线圈状天线20A、20B,从而在该天线20A、20B中有电流流过。即,耦合部62与天线20A、20B进行电磁耦合。该电流提供给无线IC芯片10,以使无线IC芯片10进行动作。
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发射到耦合部62,该信号提供给天线部61,由读写器50的天线53接收,并由主体51读取。
即,在本第1实施例中,天线部61及耦合部62分别例如对UHF频带或RFID系统之类的一个信息处理系统100A中使用的信号进行处理,天线部61在读写器50的动作频率附近进行谐振,通信终端60A介于读写器50与无线IC标签1A之间,因此,即使将读写器50和无线IC标签1A配置成隔开仅靠它们自身无法进行通信的距离,也能进行通信。特别是,由于读写器50的天线53和通信终端60A的天线部61通过电场进行耦合,因此,能进行较长距离的通信。而且,读写器50的天线53能使用已有的电场型天线。此外,由于无线IC标签1A的天线20A、20B和耦合部62通过磁场进行耦合,因此,磁场的衰减比电场要大,可在近距离内进行通信,从而,即使存在多个无线IC标签1A,也能可靠地读取特定的标签1A。此外,由于通信终端60A通过无线与读写器50进行耦合,因此,能利用多个通信终端60A同时读取多个无线IC标签1A。
通信终端60A包括具有耦合部62的天线部61,无需电池之类的驱动用电源及其周边电路、以及蓝牙(商标)之类的无线通信器,能使通信终端60A小型且价廉。此外,由于将耦合部62配置在壳体64的前端部,因此,能容易使天线部61和耦合部62进行耦合。
通信终端60A是笔型,用手保持壳体64,使其与作为读取对象的无线IC标签1A接近,从而与无线IC芯片10进行通信。人体有时也起到作为与电场进行耦合的天线的功能。因而,若将天线部61配置在用手指握住的部分,则人体也起到作为天线的作用,天线部61的灵敏度提高。
通信终端60A的笔型壳体64也可以构成为除具有单纯作为RFID系统的通信终端的功能以外、还具有实际功能的物品。例如,通信终端60A本身可以是圆珠笔,也可以是移动电话。
关于无线IC标签1A,线圈状天线20A、20B彼此的卷绕方向相同,因此,各天线20A、20B中产生的电流不会相互抵消,能量传输效率提高。即,耦合部62与天线20A、20B的通信距离变长。此外,将天线20A、20B以层叠结构形成,并将各自的线圈导体形成于俯视时重叠的位置,从而能增大线圈的开口面积,交叉的磁通变多,因此,通信距离进一步增加。
优选无线IC芯片10的阻抗的虚部和线圈状天线20A、20B的阻抗的虚部在通信所使用的信号的频率下处于共轭的关系。即,优选线圈状天线20A、20B的谐振频率处于使用频率附近。进一步优选阻抗的实部一致。
特别是,若使线圈状天线20A、20B为层叠型且具有较大的开口部,则能实现小型并获得较大的电感值,进而使无线IC标签1A本身也小型化。通过将使用频率设为950MHz附近的短波长,则能进一步变小型。在对通信使用UHF频带的频率的情况下,作为无线IC标签1A,能集中在例如长3.2mm、宽1.6mm、高0.5mm的尺寸内。
此处,参照图2,对线圈状天线20A、20B的层叠结构的一个示例进行说明。基板21是在多块片材上形成电极、导体、过孔导体并进行层叠而成。在第1层上形成有与无线IC芯片10的输入输出端子电极进行连接的电极31a、31b,在第2层至第4层上形成有线圈导体32a、32b、33a、33b、34a、34b,在第5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,以形成天线20A、20B,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的各片材可以用一般的介电常数为3~4的树脂来形成,但优选用介电常数比这还要高的材料来形成。例如介电常数为7以上的陶瓷。
通过使线圈状天线20A、20B为层叠型,除了能增大开口部以外,还能力图实现动作的稳定性。即,由于上述线圈导体间的电容由线圈导体间的材质(片材的材质)来确定,因此,无线IC标签1A的粘贴对象物品的介电常数的影响较少(寄生电容不易产生变动),线圈的电感值的变化较小。因此,谐振频率的变化较小,通信距离稳定。特别是,通过对基板21使用高介电常数的材料,从而基板21内的线圈的阻抗基本确定,不易受到来自使用环境的影响。
(耦合部的各种变形例、参照图3~图5)
天线部的耦合部能变形为各种形状,以下示出其变形例1~3。首先,如图3所示,耦合部也可以是形成为平板状的电场型的天线62A、62B,而不是环形形状。无线IC标签1A的线圈状天线20A、20B分成为两个,因此,在各天线20A、20B中产生电位差,从而产生电场。因此,即使是电场型的形成为平板状的天线62A、62B,也能使其动作。另外,在使用电场型的天线62A、62B作为耦合部的情况下,也可以使无线IC标签的天线为电场型。
如图4所示,耦合部也可以是多匝的环形形状的磁场型的天线62C。由于磁场的强度增强,因此,能延长通信距离。
如图5所示,耦合部也可以与上述线圈状天线20A、20B同样,包括第1线圈状天线62D和第2线圈状天线62E。线圈状天线62D、62E各自的一端与天线部61进行电连接,各自的另一端彼此进行电连接。而且,天线62D、62E各自的卷绕轴配置在俯视时不同的位置,且卷绕方向相同。
该线圈状天线62D、62E中,由于卷绕方向相同,因此,能起到与上述线圈状天线20A、20B相同的作用效果,提高与无线IC标签1A通信时的能量传输效率,延长通信距离。此外,还有助于通信终端60A的小型化。另外,在使用变形例3的天线62D、62E的情况下,作为无线IC标签,不一定需要使用两个线圈状天线。
(无线IC标签的各种变形例、参照图6~图11)
接下来,对无线IC标签的各种变形例进行说明。图6所示的无线IC标签1B中,在内置有天线20A、20B的基板21的表面(下表面)形成有与天线20A、20B分别相对的外部电极23A、23B。其它结构与上述无线IC标签1A相同。通过设置外部电极23A、23B,能将无线IC标签1B焊接到印刷布线基板等物品上。
此外,无线IC标签1B中,如图7所示,也可以将弯曲状的增强型天线24A、24B与外部电极23A、23B进行连接。增强型天线24A、24B是电场发射型,但也可以是环形形状的磁场发射型的增强型天线。
图8(A)所示的无线IC标签1C中,将设置于上述无线IC标签1B的外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B进行电连接。此外,也可以如图8(B)所示,使电容C 1、C2介于外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B之间。
如图8(A)所示,若将外部电极23A、23B与线圈状天线20A、20B直接进行电连接,则能简单地确定两者的电位关系,容易将外部电极23A、23B的阻抗设计成各种值。此外,如图8(B)所示,若经由电容C1、C2进行连接,则外部电极23A、23B不是与无线IC芯片10直接连接,因此,在静电侵入时能保护无线IC芯片10。
此外,无线IC标签的天线也可以不是两个线圈状天线,例如,如图9所示,是1匝的一个线圈状天线20C。也可以如图10所示,是多匝的一个线圈状天线20D。此外,也可以如图11所示,是形成于1块薄膜24的表面和背面的线圈状天线25。即,也可以在薄膜24的表面形成卷绕多次的线圈导体25a,使其端部25a’露出到薄膜24的背面以与线圈导体25b进行连接,并使该线圈导体25b露出到薄膜24的表面以与线圈导体25c进行连接。
另外,虽然未图示,但无线IC标签的天线20A、20B可以是卷绕数互不相同的天线,也可以是尺寸互不相同的天线。此外,线圈状天线的个数也可以是3个以上。例如,也可以使又一个线圈状天线介于线圈状天线20A、20B之间。
(第2实施例、参照图12)
作为第2实施例的信息处理系统100B中,如图12(A)、图12(B)所示,使读写器50的天线55为小型的电场型天线以收纳在托架56内,并使天线55能与天线部61相邻地插入到通信终端60B的壳体64内。如图12(A)所示,通过将天线55安装于通信终端60B,从而能使天线55与天线部61在接近的状态下进行可靠的通信。另一方面,如图12(B)所示,通过将天线55从通信终端60B取出,从而与上述信息处理系统100A同样,能在远处进行通信。
另外,也可以使读写器50的主体51变小型以收纳在托架56内,或者,粘贴于壳体64等以将读写器50和通信终端60B一体化。
(通信终端的变形例、参照图13~图16)
接下来,对通信终端的各种变形例进行说明。图13所示的通信终端60C中,使偶极型天线部61从耦合部62的两侧延伸成羽翼状,并形成为弯曲状。天线部61在树脂薄膜65的一面上利用厚膜或薄膜形成弯曲状的电极及环状的作为耦合部62的电极,并以在耦合部62的两侧向上方弯曲的状态插入到筒状的壳体64内,耦合部62配置在壳体64的前端部。
图14所示的通信终端60D中,作为耦合部,形成有两个平板状的电极62a、62b,其他结构与上述通信终端60C相同。该电极62a、62b起到作为电场型天线的功能,该电场型天线具有与图3所示的天线62A、62B相同的功能。
图15(A)所示的通信终端60E中,使具有耦合部62的天线部61内置于移动电话的壳体66中。如图15(B)所示,天线部61在树脂薄膜65的一面上利用厚膜或薄膜形成电极61a、61b及环状的作为耦合部62的电极,并以在与耦合部62的连接部分弯曲成直角的状态收纳到壳体66内,耦合部62配置在壳体66的下端角部。
图16所示的通信终端60F中,利用电场型的单极天线来形成天线部61。天线部61的下半部分构成为由圆筒形的接地电极68覆盖的同轴线路,环形形状的耦合部62的一端与天线部61的下端相连接,另一端与接地电极68相连接。
单极天线与上述偶极天线不同,由一根导体形成,因此,能使通信终端60F构成得较细又简单,从而抑制制造成本。此外,由于下半部分由接地电极68所覆盖,因此,即使手持下半部分,作为天线的特性变化也较小。
(其他实施例)
另外,本发明所涉及的通信终端及信息处理系统不限于上述实施例,在其要点的范围内可以进行各种变更是毋庸置疑的。
工业上的实用性
如上所述,本发明用于通信终端及信息处理系统,特别是在能延长读写器与无线IC标签之间的通信距离这一点上较为优异。
标号说明
1A、1B、1C…无线IC标签
10…无线IC芯片
50…读写器
53、55…天线
60A~60F…通信终端
61…天线部
62…耦合部
64、66…壳体
100A、100B…信息处理系统
Claims (16)
1.一种通信终端,其特征在于,
包括具有耦合部的天线部,
所述天线部和所述耦合部分别对一个信息处理系统中使用的信号进行处理,
将由所述天线部接收到的信号从所述耦合部发送,将由所述耦合部接收到的信号从所述天线部发送,
所述天线部收纳在壳体内,所述耦合部配置在该壳体的前端部,所述天线部配置在与前端侧相反一侧的端部,
所述天线部在远距离上进行通信,所述耦合部在近距离内进行通信。
2.如权利要求1所述的通信终端,其特征在于,
所述天线部是电场型天线。
3.如权利要求2所述的通信终端,其特征在于,
所述电场型天线是偶极天线。
4.如权利要求3所述的通信终端,其特征在于,
在所述偶极天线的两个电极之间配置有所述耦合部。
5.如权利要求1至4的任一项所述的通信终端,其特征在于,
所述耦合部具有环状电极。
6.如权利要求1至4的任一项所述的通信终端,其特征在于,
所述耦合部具有两个平板状电极。
7.如权利要求1至4的任一项所述的通信终端,其特征在于,
所述天线部与读写器进行耦合,所述耦合部与无线IC标签进行耦合。
8.如权利要求7所述的通信终端,其特征在于,
所述天线部在所述读写器的动作频率附近进行谐振。
9.如权利要求1所述的通信终端,其特征在于,
所述壳体为筒状。
10.一种信息处理系统,其特征在于,
包括读写器、通信终端、及无线IC标签,
所述通信终端包括具有耦合部的天线部,
所述天线部与所述读写器进行通信,
所述耦合部与所述无线IC标签进行通信,
利用所述读写器来读取存放在所述无线IC标签中的信息,
所述天线部收纳在壳体内,所述耦合部配置在该壳体的前端部,所述天线部配置在与前端侧相反一侧的端部,所述天线部在远距离上进行通信,所述耦合部在近距离内进行通信,使所述耦合部接近所述无线IC标签,以读取存放在该无线IC标签中的信息。
11.如权利要求10所述的信息处理系统,其特征在于,
所述天线部是电场型天线,所述耦合部具有环状电极。
12.如权利要求10或11所述的信息处理系统,其特征在于,
包括多个所述通信终端。
13.如权利要求10所述的信息处理系统,其特征在于,
所述壳体为筒状。
14.如权利要求10或11所述的信息处理系统,其特征在于,
所述天线部收纳在壳体内,在该壳体内,读写器的天线与所述天线部相对配置。
15.如权利要求14所述的信息处理系统,其特征在于,
所述读写器的天线相对于所述壳体能装卸。
16.如权利要求14所述的信息处理系统,其特征在于,
所述壳体为筒状。
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