CN102598413A - 收发装置及无线标签读取装置 - Google Patents

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酒井贤
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Abstract

本发明提供一种收发装置及无线标签读取装置。在矩形板状的基板(30)的上表面形成有发送用发射元件(11Ta、11Tb)及接收用发射元件(11Ra、11Rb)。发送用发射元件(11Ta、11Tb)形成为从基板(30)的中央部起沿横向延伸。接收用发射元件(11Ra、11Rb)形成为从基板(30)的中央部起沿纵向延伸。匹配供电元件(12)内的电感器与发送用发射元件(11Ta、11Tb)的内侧端部即发送侧供电点(FPt)、以及接收用发射元件(11Ra、11Rb)的内侧端部即接收侧供电点(FPr)分别进行电磁耦合。将发送信号以横向(第一偏振波方向)的偏振波的方式进行发送，并接收偏振波方向为纵向(与第一偏振波方向正交的第二偏振波方向)的接收信号。

Description

收发装置及无线标签读取装置
技术领域
本发明涉及收发装置，尤其涉及RFID(Radio Frequency Identification：射频设别)系统中使用的无线标签读取装置。
背景技术
关于无线标签读取装置，公开有专利文献1、专利文献2。
在专利文献1中，揭示有一种包括环行器、且发送和接收共用天线的结构。
图1是专利文献1的无线标签通信系统的整体示意图。在图1中，无线标签通信系统S包括询问器100、和作为与上述询问器100相对应的应答器的无线标签T。无线标签T具有包括天线51和IC电路部52的无线标签电路元件To。询问器100具有：收发兼用的天线1，该天线1与无线标签电路元件To的上述天线51之间利用无线通信进行信号的收发；高频电路2，该高频电路2用于经由该天线1访问上述无线标签电路元件To的IC电路部52(进行读取或写入)；信号处理电路3，该信号处理电路3用于对从无线标签电路元件To读出的信号进行处理；以及控制电路4。
在专利文献2中，揭示有一种发送和接收使用不同的天线(发送天线和接收天线)的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007-228254号公报
专利文献2：日本专利特开2006-238282号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，若如专利文献1那样使用环行器，则收发装置的外形变大。另一方面，若如专利文献2那样独立设置发送天线和接收天线，则为了保持多个天线之间的隔离性而需要一定的间隔，从而导致收发装置的外形变大。
为此，本发明的目的在于提供一种无需使用环行器就能确保隔离性、且整个外形较小的收发装置、以及包括该收发装置的无线标签读取装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的收发装置包括：发送用发射元件，该发送用发射元件具有供电点，并将发送信号以第一偏振波方向进行发送；接收用发射元件，该接收用发射元件具有供电点，并接收与第一偏振波方向正交或基本正交的第二偏振波方向的接收信号；发送用供电电路，该发送用供电电路与所述发送用发射元件的供电点进行耦合；以及接收用供电电路，该接收用供电电路与所述接收用发射元件的供电点进行耦合，
所述发送用发射元件和所述接收用发射元件以相互正交或基本正交的关系进行重叠配置。
例如，所述发送用发射元件的供电点与所述发送用供电电路通过电磁耦合的方式进行耦合，所述接收用发射元件的供电点与所述接收用供电电路通过电磁耦合的方式进行耦合。
例如，包括与所述发送用供电电路相连接的发送用匹配电路，由所述发送用发射元件、所述发送用供电电路、及所述发送用匹配电路构成发送用天线装置，所述发送用天线装置能获得增益的频带由所述发送用匹配电路确定。
例如，包括与所述接收用供电电路相连接的接收用匹配电路，由所述接收用发射元件、所述接收用供电电路、及所述接收用匹配电路构成接收用天线装置，所述接收用天线装置能获得增益的频带由所述接收用匹配电路确定。
例如，由所述发送用发射元件及所述发送用供电电路构成发送用天线装置，所述发送用天线装置能获得增益的频带由所述发送用供电电路确定。
例如，由所述接收用发射元件及所述接收用供电电路构成接收用天线装置，所述接收用天线装置能获得增益的频带由所述接收用供电电路确定。
例如，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是电场发射型的发射元件。
例如，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是分别具有两个供电点的偶极子天线，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件配置成分别从所述两个供电点起辐射状扩展。
例如，所述发送用发射元件和所述接收用发射元件中的一个发射元件是电场发射型的发射元件，另一个发射元件是磁场发射型的发射元件。
例如，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是磁场发射型的发射元件。
例如，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是形成于基板的环状天线，所述发送用发射元件和所述接收用发射元件中的一个发射元件可以经由形成于所述基板的通孔电极而形成环。
此外，本发明的无线标签读取装置包括所述结构的收发装置，所述收发装置的通信对象是无线标签，该无线标签包括用于存储信息的集成电路、以及将存储在所述集成电路中的信息进行发送或接收用于存储到所述集成电路中的信息的天线。该无线标签具有：生成所述发送信号的发送信号生成单元；以及从所述接收信号获取所述无线标签的信息的接收信号处理单元。
发明的效果
无需使用环行器就能确保发送和接收之间的隔离性，因此，能使收发装置的外形较小。
由于不会产生因设置环行器或方向性耦合器而引起的损耗，因此，能与无线标签进行通信的距离变大。在无需加大距离的情况下，能抑制发送输出，因此，能降低耗电。
利用与供电电路相连接的匹配电路来确定天线装置能获得增益的频带，或利用供电电路来确定天线装置能获得增益的频带，从而收发信号不会因发射板的大小、形状等而发生变化，因此，能使收发装置的外形进一步变小。
使发送用发射元件及接收用发射元件分别为具有两个供电点的偶极子天线，将发送用发射元件及接收用发射元件配置成分别从两个供电点起辐射状扩展，从而能将供电点设于中央部，因此，供电结构变得简单。
通过使发送用发射元件和接收用发射元件中的一个发射元件为电场发射型的发射元件，另一个发射元件为磁场发射型的发射元件，能进行与通信(发送/接收)对象的距离相对应的优选通信。
附图说明
图1是专利文献1的无线标签通信系统的整体示意图。
图2是实施方式1所涉及的无线标签读取装置101的框图。
图3(A)是表示发送用发射元件11Ta、11Tb及接收用发射元件11Ra、11Rb的形状和供电点的位置的俯视图，图3(B)是其主视图。
图4(A)是实施方式2所涉及的收发装置的俯视图，图4(B)是其主视图。
图5是实施方式3所涉及的收发装置的主要部分的剖视图。
图6是实施方式4所涉及的收发装置的俯视图。
图7(A)是实施方式5所涉及的收发装置的俯视图。图7(B)是其剖视图。
图8(A)是实施方式6所涉及的收发装置的俯视图。图8(B)是其剖视图。
图9是实施方式7所涉及的收发装置的剖视图。
图10是实施方式8所涉及的无线标签系统的结构图。
具体实施方式
《实施方式1》
图2是实施方式1所涉及的无线标签读取装置101的框图。
无线标签读取装置101包括基带电路14、收发电路13、匹配供电元件12、发送用发射元件11Ta、11Tb、以及接收用发射元件11Ra、11Rb。
收发电路13包括发送电路13T和接收电路13R。发送电路13T对从基带电路14输出的发送信号的功率进行放大，并将发送信号提供给匹配供电元件12。接收电路13R将经由匹配供电元件12输入的接收信号输出给基带电路14。该收发电路13由无线IC芯片(RFIC)所构成。
在本例中，匹配供电元件12兼用于发送电路13T和发送用发射元件11Ta、11Tb之间的匹配电路、以及接收电路13R和接收用发射元件11Ra、11Rb之间的匹配电路。此外，还兼有抑制频带之外的干扰波的滤波功能。匹配供电元件12由电感器L11、L12、L21、L22和电容器C11、C12、C21、C22所构成。电感器L11、L12是为了与发送用发射元件11Ta、11Tb进行电磁耦合而配置的。此外，电感器L21、L22是为了与接收用发射元件11Ra、11Rb进行电磁耦合而配置的。在本例中，包括两个电容器(C11、C12)(C21、C22)和两个电感器(L11、L12)(L21、L22)而分别构成平衡供电电路。
图3(A)是表示上述发送用发射元件11Ta、11Tb及接收用发射元件11Ra、11Rb的形状和供电点的位置的俯视图，图3(B)是其主视图。其中，图3(A)中用双点划线表示匹配供电元件12的安装位置。
在本例中，在矩形板状的基板30的上表面形成有发送用发射元件11Ta、11Tb、以及接收用发射元件11Ra、11Rb。发送用发射元件11Ta、11Tb形成为从基板30的中央部起沿横向延伸。接收用发射元件11Ra、11Rb形成为从基板30的中央部起沿纵向延伸。
发送用发射元件11Ta、11Tb的内侧端部用作发送侧供电点FPt。此外，接收用发射元件11Ra、11Rb的内侧端部用作接收侧供电点FPr。上述电感器L11、L12与上述发送供电点FPt进行电磁耦合，上述电感器L21、L22与上述接收供电点FPr进行电磁耦合。
匹配供电元件12对发送用发射元件11Ta、11Tb进行平衡供电，因此，发送用发射元件11Ta、11Tb起到作为直线偏振波的偶极子天线的作用。接收用发射元件11Ra、11Rb起到作为对与发送用发射元件11Ta、11Tb所产生的直线偏振波的偏振波方向正交的方向的第二直线偏振波的信号进行接收的偶极子天线的作用。
匹配供电元件12的Txin端子和Rxout端子与无线IC芯片(未图示)进行连接。该无线IC芯片例如安装于匹配供电元件12的上表面。
由此，将发送信号以横向(第一偏振波方向)的偏振波的方式进行发送，并接收偏振波方向为纵向(与第一偏振波方向正交的第二偏振波方向)的接收信号。即，发送信号与接收信号处于正交关系，因此，能确保相互的隔离性。
在图3的示例中，发射元件的尺寸(即两边的长度)因发送波的激励方向和接收波的激励方向而不同。这是由于发送波的激励方向的尺寸和接收波的激励方向的尺寸是按照发送频率和接收频率的频率不同来确定的。通过具有这样的尺寸比，能使发送天线的增益与接收天线的增益相一致。
由此，能获得无需使用环行器、虽然包括两个天线但能在有限的占有面积内构成的外形较小的收发装置。
图2所示的、匹配供电元件12内的两个电感器L11和L12之间以相反的卷绕方向进行磁耦合。因此，该两个电感器L11、L12产生的磁场相互抵消，用于得到所希望的电感值的电极长度变长，其结果是，Q值降低。即，谐振特性的陡峭性变得平缓，因此，在谐振频率附近实现宽频带化。另外一组的两个电感器L21、L22也同样，两个电感器L21和L22之间以相反的卷绕方向进行磁耦合。因此，接收信号也能在谐振频率附近实现宽频带化。
由此，即使发射元件11Ta、11Tb、11Ra、11Rb本身的谐振频率比使用频率要高，即，即使发射元件的电长度没有与使用频率相匹配的那么长，也能在发送电路13T与发送用发射元件11Ta、11Tb之间、以及接收电路13R与接收用发射元件11Ra、11Rb之间分别进行匹配。因此，只要是能足以获得规定的增益的大小即可，能使整个外形较小。
《实施方式2》
图4(A)是实施方式2所涉及的收发装置的俯视图，图4(B)是其主视图。其中，图4(A)中用双点划线表示匹配供电元件12的安装位置。
在本例中，在矩形板状的基板30的下表面形成有发送用发射元件11Ta、11Tb。此外，在基板30的上表面形成有接收用发射元件11Ra、11Rb。发送用发射元件11Ta、11Tb形成为从基板30的中央部起沿横向延伸。接收用发射元件11Ra、11Rb形成为从基板30的中央部起沿纵向延伸。
发送用发射元件11Ta、11Tb的内侧端部用作发送侧供电点FPt。此外，接收用发射元件11Ra、11Rb的内侧端部用作接收侧供电点FPr。匹配供电元件12的电感器L21、L22与接收侧供电点FPr进行电磁耦合。此外，匹配供电元件12的电感器L11、L12隔着基板30与发送侧供电点FPt进行电磁耦合。
由此，通过在基板的不同的面上设置发送用发射元件11Ta、11Tb和接收用发射元件11Ra、Rb，能抑制在供电部附近的不需要的耦合，能提高发送信号和接收信号之间的隔离性。
《实施方式3》
图5是实施方式3所涉及的收发装置的主要部分的剖视图。
在本例中，在矩形板状的基板30的内部形成有发送用发射元件11Ta、11Tb。此外，在基板30的上表面形成有接收用发射元件。发送用发射元件11Ta、11Tb从基板30的中央部起沿横向延伸。接收用发射元件11Ra、11Rb从基板30的中央部起沿纵向(图中所示的朝向为与纸张垂直的方向)延伸。图5中示出其中一个接收用发射元件11Rb。
在基板30的大致整个下表面上形成有反射导体41。从该反射导体41至发送用发射元件11Ta、11Tb的间隔、以及从反射导体41至接收用发射元件11Ra、11Rb的间隔为通信频率下的基板内波长的大致1/4波长。因此，反射导体41起到反射元件的作用，通过该反射元件和发送用发射元件11Ta、11Tb产生与基板30垂直方向的方向性。同样，通过上述反射元件和接收用发射元件11Ra、11Rb产生与基板30垂直方向的方向性。因此，能增大天线在与基板30垂直方向上的增益，且能抑制向不需要的方向的发射。即，能对与无线标签读取装置的用途相对应的通信范围和距离进行控制。
《实施方式4》
图6是实施方式4所涉及的收发装置的俯视图。
在本例中，在矩形板状的基板30的下表面形成有发送用发射元件11Ta、11Tb。此外，在基板30的上表面形成有接收用发射元件11R。接收用发射元件11R形成为矩形的环状。发送用发射元件11Ta、11Tb形成为从接收用发射元件11R的中央部起沿横向延伸。
发送用发射元件11Ta、11Tb的内侧端部用作发送侧供电点FPt。此外，接收用发射元件11R的环的起始端和结束端用作接收侧供电点FPr。
在基板30的上表面安装有用双点划线所示的匹配供电元件12。该匹配供电元件12内的电感器分别与接收侧供电点FPr和发送侧供电点FPt进行电磁耦合。由此，发送用发射元件11Ta、11Tb起到偶极子天线的作用，接收用发射元件11R起到环形天线的作用。
上述发送用发射元件11Ta、11Tb也可以形成在基板30的内部(内层)。
此外，也可以使发送用发射元件侧为环形天线，接收用发射元件侧为偶极子天线。
由此，发送用发射元件11Ta、11Tb与接收用发射元件11R正交，从而确保发送信号与接收信号之间的隔离性。
由于上述偶极子天线和环形天线的天线方向性不同，因此，在相对于基板30的朝向为一定，需要不同的方向性图案的情况下，通过区分使用上述偶极子天线和环形天线，能获得更加适合用途的通信状况。
《实施方式5》
图7(A)是实施方式5所涉及的收发装置的俯视图。图7(B)是其剖视图。其中，在图7(A)中用双点划线表示匹配供电元件12的安装位置。
在本例中，在基板30的内部(内层)形成有矩形环状的接收用发射元件11R。该接收用发射元件11R起到接收用环形天线的作用。
此外，在矩形板状的基板30的上表面形成有发送用发射元件电极11Tc、11Te。在基板30的下表面形成有发送用发射元件电极11Td。而且，在基板30上形成有发送用发射元件通孔电极11Tv，该电极11Tv穿过基板30的上下表面之间，将上表面的发送用发射元件电极11Tc、11Te与下表面的发送用发射元件电极11Td进行导通。
由上述发送用发射元件电极11Tc、11Te、11Td及发送用发射元件通孔电极11Tv构成发送用环形天线。
上述接收用环形天线和上述发送用环形天线配置于俯视时重合的位置上，但环面相互正交。因此，能确保发送信号与接收信号之间的隔离性。
《实施方式6》
图8(A)是实施方式6所涉及的收发装置的俯视图。图8(B)是其剖视图。其中，在图8(A)中用双点划线表示匹配供电元件12的安装位置。
实施方式5的图7所示的收发装置构成为：由接收用发射元件11R构成的接收用环形天线处于由发送用发射元件电极11Tc、11Te、11Td及发送用发射元件通孔电极11Tv构成的发送用环形天线的内侧。与之不同的是，图8所示的收发装置构成为：由发送用发射元件电极11Tc、11Te、11Td及发送用发射元件通孔电极11Tv构成的发送用环形天线处于由接收用发射元件11R构成的接收用环形天线的内侧。其他结构与实施方式5相同。
《实施方式7》
图9是实施方式7所涉及的收发装置的剖视图。
与实施方式6的图8所示的收发装置的不同之处在于：将发送用发射元件电极11Td设置在基板30的内部(内层)，在基板30的下表面设有铁氧体或磁性金属等的磁性体片材42。其他结构与实施方式5、6相同。
由此，通过设置磁性体片材42，即使靠近该磁性体片材42存在有金属体，在金属体中也不会产生涡电流，能防止环形天线的增益下降。
《实施方式8》
图10是实施方式8所涉及的无线标签系统的结构图。该无线标签系统由无线标签读取装置101和无线标签201所构成。无线标签读取装置101是实施方式1所示的无线标签读取装置。无线标签201包括基带电路24、收发电路23、收发供电电路22、及发射元件21。
无线标签读取装置101将导引的电波、用命令位流进行调制后的电波、未调制的电波按此顺序进行发送。无线标签201在上述导引部分积蓄进行初始动作所需的能量，对后续的命令位流进行解调、解释，在未调制的载波部分将回应载放在反射波上来反馈(发送)信息。无线标签读取装置101读取来自无线标签201的回应，进行解调、解释，并进行必要的处理。
另外，在以上所示的各实施方式中，发送供电电路兼用于发射元件和发送电路之间的匹配、以及对发射元件的供电，但也可以分开设置供电电路和匹配电路。即，可以设置与发射元件进行电磁耦合的发送信号用的供电电路，在该供电电路与发送电路之间设置匹配电路。同样，可以设置与发射元件进行电磁耦合的接收信号用的供电电路，在该供电电路与接收电路之间设置匹配电路。
此外，上述匹配电路能采用各种结构。例如，既可以包括电感器和电容器来构成匹配电路，也可以用一个或多个电感器来构成匹配电路。
此外，以上所示的各实施方式中，示出了发送信号的偏振波方向与接收信号的偏振波方向为正交关系的示例，但只要是能确保接收系统和发送系统之间的隔离性的程度，并不一定要正交(90°)。即，发送信号的偏振波方向与接收信号的偏振波方向也可以是基本正交的关系。
标号说明
FPr…接收侧供电点
FPt…发送侧供电点
11R…接收用发射元件
11Ra、11Rb…接收用发射元件
11Ta、11Tb…发送用发射元件
11Tc、11Te、11Td…发送用发射元件电极
11Tv…发送用发射元件通孔电极
12…匹配供电元件
13…收发电路
13R…接收电路
13T…发送电路
14…基带电路
21…发射元件
22…收发供电电路
23…收发电路
24…基带电路
30…基板
41…反射导体
42…磁性体片材
101…无线标签读取装置
201…无线标签

Claims (12)

1.一种收发装置，其特征在于，包括：发送用发射元件，该发送用发射元件具有供电点，并将发送信号以第一偏振波方向进行发送；接收用发射元件，该接收用发射元件具有供电点，并接收与第一偏振波方向正交或基本正交的第二偏振波方向的接收信号；发送用供电电路，该发送用供电电路与所述发送用发射元件的供电点进行耦合；以及接收用供电电路，该接收用供电电路与所述接收用发射元件的供电点进行耦合，
所述发送用发射元件和所述接收用发射元件以相互正交或基本正交的关系进行重叠配置。
2.如权利要求1所述的收发装置，其特征在于，所述发送用发射元件的供电点与所述发送用供电电路通过电磁耦合的方式进行耦合，所述接收用发射元件的供电点与所述接收用供电电路通过电磁耦合的方式进行耦合。
3.如权利要求1或2所述的收发装置，其特征在于，包括与所述发送用供电电路相连接的发送用匹配电路，由所述发送用发射元件、所述发送用供电电路、及所述发送用匹配电路构成发送用天线装置，所述发送用天线装置能获得增益的频带由所述发送用匹配电路确定。
4.如权利要求1或2所述的收发装置，其特征在于，包括与所述接收用供电电路相连接的接收用匹配电路，由所述接收用发射元件、所述接收用供电电路、及所述接收用匹配电路构成接收用天线装置，所述接收用天线装置能获得增益的频带由所述接收用匹配电路确定。
5.如权利要求1或2所述的收发装置，其特征在于，由所述发送用发射元件及所述发送用供电电路构成发送用天线装置，所述发送用天线装置能获得增益的频带由所述发送用供电电路确定。
6.如权利要求1或2所述的收发装置，其特征在于，由所述接收用发射元件及所述接收用供电电路构成接收用天线装置，所述接收用天线装置能获得增益的频带由所述接收用供电电路确定。
7.如权利要求1至6的任一项所述的收发装置，其特征在于，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是电场发射型的发射元件。
8.如权利要求7所述的收发装置，其特征在于，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是分别具有两个供电点的偶极子天线，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件配置成分别从所述两个供电点起辐射状扩展。
9.如权利要求1至6的任一项所述的收发装置，其特征在于，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件中的一个发射元件是电场发射型的发射元件，另一个发射元件是磁场发射型的发射元件。
10.如权利要求1至6的任一项所述的收发装置，其特征在于，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是磁场发射型的发射元件。
11.如权利要求10所述的收发装置，其特征在于，所述发送用发射元件及所述接收用发射元件是形成于基板的环状的天线，所述发送用发射元件和所述接收用发射元件中的一个发射元件经由形成于所述基板的通孔电极而形成环。
12.一种无线标签读取装置，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的收发装置，
所述收发装置的通信对象是无线标签，该无线标签包括用于存储信息的集成电路、以及将存储在所述集成电路中的信息进行发送或接收用于存储到所述集成电路中的信息的天线，
所述无线标签读取装置具有：
生成所述发送信号的发送信号生成单元；以及
从所述接收信号获取所述无线标签的信息的接收信号处理单元。
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