CN103119786B - 无线通信器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不会在很大程度上依赖周围环境而具有稳定通信特性的无线通信器件。包括:对高频信号进行处理的无线IC芯片(50);及供电基板(10),其具有线圈导体(31)、平面导体(35)、及与无线IC芯片(50)相连接且具有规定谐振频率的匹配电路(20)。线圈导体和平面导体分别与匹配电路相连接。该无线通信器件在单独使用时作为单极型天线来工作,其中,平面导体(35)起到接地的功能,线圈导体(31)起到辐射元件的功能,当有导电体接近平面导体(35)时,平面导体与该导电体相耦合,平面导体和所述导电体成为第一辐射元件,线圈导体(31)成为第二辐射元件,从而使该无线通信器件作为双极型天线来工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信器件,特别涉及在RFID(Radio FrequencyIdentification:射频识别)系统中与读写器进行通信的无线通信器件。
背景技术
作为物品的管理系统,已知有读写器与RFID标签(也被成为无线IC器件)以非接触的方式进行通信、从而在读写器与RFID标签之间进行信息传输的RFID系统。RFID标签由用于处理无线信号的无线IC芯片和用于发送/接收无线信号的天线构成,在RFID标签的天线与读写器的天线之间通过磁场或电场发送/接收作为高频信号的规定信息。
作为RFID标签的天线,如专利文献1、2、3中记载的那样,一般使用双极型天线。双极型天线主要是利用电场来发送/接收信号,因此单独使用时的通信距离变大,但是存在一旦有相对介电常数或导电率较大的物体接近,辐射特性就容易发生变化的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2004-104344号公报
专利文献2:日本专利特表2009-524363号公报
专利文献3:国际公开第2007/013168号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
因此,本发明的目的在于,提供一种不会在很大程度上依赖周围的环境而具有稳定通信特性的无线通信器件。
为解决问题所采用的技术方案
作为本发明的一种实施方式的无线通信器件的特征在于,包括:
无线IC芯片,该无线IC芯片对高频信号进行处理;及
供电基板,该供电基板具有线圈导体、平面导体、以及与所述无线IC芯片相连接且具有规定谐振频率的匹配电路,
所述线圈导体和所述平面导体分别与所述匹配电路相连接,
所述无线通信器件在单独使用时作为单极型天线进行工作,其中,所述平面导体起到接地的功能,所述线圈导体起到辐射元件的功能,
当有导电体接近所述平面导体时,所述平面导体与该导电体进行耦合,所述平面导体和所述导电体成为第一辐射元件,而所述线圈导体成为第二辐射元件,从而使所述无线通信器件作为双极型天线进行工作。
所述无线通信器件在单独使用时作为单极型天线进行工作,与通信对象一侧的天线进行高频信号的收发,其中,与无线IC芯片进行耦合的匹配电路所连接的平面导体起到接地的功能,与匹配电路相连接的线圈导体起到天线元件的功能。另一方面,当有金属材料等导电体接近平面导体时,该平面导体与导电体进行耦合,平面导体与导电体起到第一辐射元件的功能,线圈导体起到第二辐射元件的功能,从而使所述无线通信器件作为双极型天线进行工作,与通信对象一侧的天线进行高频信号的收发。
发明效果
本发明所涉及的无线通信器件会根据附近是否配置有导电体而作为单极型天线或双极型天线进行工作,因此,不会在很大程度上依赖周围的环境,能够发挥稳定的通信特性。
附图说明
图1是表示一实施例的无线通信器件的简要结构图。
图2是所述无线通信器件的等效电路图。
图3是构成所述无线通信器件的供电基板的分解立体图。
图4表示所述无线通信器件的第一工作模式,其中,图4(A)是立体图,图4(B)动作说明图,图4(C)是工作时的等效电路图。
图5表示所述无线通信器件的第二工作模式,其中,图5(A)是立体图,图5(B)动作说明图,图5(C)是工作时的等效电路图。
图6是表示所述无线通信器件的安装例的立体图。
具体实施方式
下面,参照附图,对本发明所涉及的无线通信器件的实施例进行说明。此外,在各图中,对共通的元器件、部分付上相同的符号,并省去重复的说明。
一实施例的无线通信器件1用于UHF频带的RFID系统,如图1所示,包括:起到供电电路功能的无线IC芯片50;以及供电基板10,该供电基板10具有与该无线IC芯片50进行耦合且具有规定谐振频率的匹配电路20,线圈导体31,和平面导体35。对于线圈导体31和所述平面导体35,与匹配电路20电气并联连接。线圈导体31的一端与匹配电路20的第一连接部P1相连接,另一端开放。平面导体35形成在供电基板10的底面一侧,且具有较宽的面积,并与匹配电路20的第二连接部P2相连接。图1中,对匹配电路20进行了简略图示。
无线IC芯片50安装在供电基板10上,具有对高频信号进行处理的功能,由硅半导体集成电路芯片构成,包括时钟电路、逻辑电路、存储电路等,存储有所需要的信息。该无线IC芯片50具有一对输入输出端子,且这一对输入输出端子由平衡端子构成。
匹配电路20如图2所示,包括电感元件L1、L2和电容元件C1、C2。电感元件L1、L2相对于无线IC芯片50电气并联连接。即,匹配电路20插入在一对平衡端子之间。电感元件L1与电容元件C1串联连接,从而形成第一串联谐振电路。电感元件L2与电容元件C2串联连接,从而形成第二串联谐振电路。
即,匹配电路20具有由所述第一和第二串联谐振电路所决定的规定谐振频率。第一串联谐振电路的电容元件C1与平面导体35相连接,第二串联谐振电路的电容元件C2与线圈导体31相连接。电感元件L1、L2彼此反向卷绕而形成闭合磁路,以高耦合度进行磁耦合M。另外,在构成第一和第二串联谐振电路的电容元件C1、C2之间,插入了用于调节磁耦合M的耦合值的电感元件L3。
供电基板10如图3所示,由多个电介质层或磁性体层层叠而成的多层基板构成。在第一层11a的表面形成有连接电极18a~18d,在第二层11b的表面形成有线圈图案12a、13a、31a,在第三层11c的表面形成有线圈图案12b、13b、31b。在第四层11d的表面形成有电容图案14a、15a和线圈图案31c,在第五层11e的表面形成有电容图案14b、15b、弯曲状图案16、和线圈图案31d。在第六层11f的表面形成有平面导体35。
另外,在本实施例中,第一层11a~第五层11e为电介质层,只有第六层11f是磁性体层。
通过将所述各层11a~11f加以层叠,线圈图案12a、12b经由通孔导体17b相连接而形成电感元件L1,线圈图案13a、13b经由通孔导体17e相连接而形成电感元件L2。电容图案14a、14b与电容图案15a、15b彼此相向而形成电容元件C1、C2。线圈图案31a~31d经由通孔导体32a~32c而螺旋状地连接,从而形成层叠型的线圈导体31。
弯曲状图案16形成电感元件L3,其一端与电容图案14b相连接,另一端与电容图案15b相连接并且与线圈图案31d的端部相连接。连接电极18a经由通孔导体17a而与电感元件L1(线圈图案12a)的一端相连接。连接电极18b经由通孔导体17d而与电感元件L2(线圈图案13a)的一端相连接。此外,电感元件L1(线圈图案12b)的另一端经由通孔导体17c而与电容图案14a相连接。电感元件L2(线圈图案13b)的另一端经由通孔导体17f而与电容图案15a相连接。此外,电容图案14b经由通孔导体36而与平面导体35相连接。
构成供电基板10的电介质层或磁性体层可以使用各种陶瓷材料,也可以使用聚酰亚胺或液晶聚合物等树脂材料。当供电基板10由陶瓷材料形成时,各层上所设置的导体图案优选使用以电阻率较小从而能够提高高频特性的银或铜等低熔点材料为主要成分的导电性糊料。当供电基板10由树脂材料形成时,各导体图案可以由银或铜等金属箔或金属膜通过蚀刻等来形成。
即,本实施例中,供电基板10是多层基板,匹配电路20内置在供电基板10中。但是,所述元件L1、L2、L3、C1、C2不必全部内置在供电基板10中。
无线IC芯片50具有用于接收高频信号作为电位差的一对输入输出电极51a、51b(参照图1)。该输入输出电极51a、51b通过焊料凸点52等而与设置在供电基板10上的连接电极18a、18b相连接。
本无线通信器件1如图4所示,被安装在印刷布线板60上来使用,当没有接地板或金属壳体等导电体配置在附近时,与无线IC芯片50进行耦合的匹配电路20所连接的平面导体35起到接地的功能,与匹配电路20相连接的线圈导体31起到辐射元件的功能,从而使无线通信器件1作为单极型天线进行工作,并在较近的距离(10cm以下)下利用电磁场(主要是磁场)与未图示的读写器的天线进行高频信号的收发。
另一方面,如图5所示,当印刷布线板60上设有接地板等导电体61时,也就是说,有接地板或金属壳体等导电体61接近平面导体35时,该平面导体35与导电体61通过电容进行耦合,平面导体35和导电体61起到第一辐射元件的功能,线圈导体31起到第二辐射元件的功能,从而使无线通信器件1作为双极型天线进行工作,并在较远的距离(30cm以上)下利用电磁场(主要是磁场)与未图示的读写器的天线进行高频信号的收发。
在所述实施例中,对无线通信器件1安装在印刷布线板60上的方式进行了说明。除此以外,无线通信器件1也可以安装在所述以外的各种物品或物品的包装体上。图6中,示出了无线通信器件1安装在食品的包装袋70上的方式。包装袋70的整个表面蒸镀有铝,无线通信器件1被贴在接缝部71即作为导电体的铝蒸镀膜72的边缘部。
此外,本发明所涉及的无线通信器件不限于所述实施例,可以在其要点范围内进行各种变更。
尤其是匹配电路可以由各种电路元件构成,并不限于所述实施例中所示的由电感元件L1、L2和电容元件C1、C2所组成的电路结构。另外,匹配电路与无线IC芯片的耦合可以是磁场耦合、电容耦合、电场耦合、电磁耦合和直流耦合中的任一种耦合。平面导体35与导电体61的耦合除了电容耦合以外,也可以是磁场耦合、电场耦合、电磁耦合和直流耦合中的任一种耦合。
另外,无线IC芯片除了安装在供电基板的表面上之外,也可以内置在供电基板中(收纳在形成于供电基板的空腔中),或者也可以安装在供电基板以外的其它基板上。
工业上的实用性
如上所述,本发明能够用于无线通信器件,尤其是不会在很大程度上依赖周围的环境而能发挥稳定的通信特性这一点上非常优异。
标号说明
1 无线通信器件
10 供电基板
20 匹配电路
31 线圈导体
35 平面导体
50 无线IC芯片
61 导电体
L1、L2 电感元件
Claims (8)
1.一种无线通信器件,其特征在于,包括:
无线IC芯片,该无线IC芯片对高频信号进行处理;及
供电基板,该供电基板具有线圈导体、平面导体、以及与所述无线IC芯片相连接且具有规定谐振频率的匹配电路,
所述线圈导体和所述平面导体分别与所述匹配电路相连接,
所述无线通信器件在某一频带下在单独使用时作为单极型天线进行工作,其中,所述平面导体起到接地的功能,所述线圈导体起到辐射元件的功能,
在所述某一频带下当有导电体接近所述平面导体时,所述平面导体与该导电体进行耦合,所述平面导体和所述导电体成为第一辐射元件,而所述线圈导体成为第二辐射元件,从而使所述无线通信器件作为双极型天线进行工作。
2.如权利要求1所述的无线通信器件,其特征在于,
所述平面导体与所述导电体经由电容进行耦合。
3.如权利要求1或2所述的无线通信器件,其特征在于,
所述匹配电路包括第一电感元件和第二电感元件,所述第一和第二电感元件与所述无线IC芯片电气并联连接且相互磁耦合。
4.如权利要求1或2所述的无线通信器件,其特征在于,
所述供电基板由多个电介质层或磁性层层叠而成的层叠体构成,所述匹配电路内置在所述层叠体中。
5.如权利要求3所述的无线通信器件,其特征在于,
所述供电基板由多个电介质层或磁性层层叠而成的层叠体构成,所述匹配电路内置在所述层叠体中。
6.如权利要求1、2、5中任一项所述的无线通信器件,其特征在于,
所述线圈导体是由多个环状导体层叠并螺旋状地连接而成的层叠型线圈图案。
7.如权利要求3所述的无线通信器件,其特征在于,
所述线圈导体是由多个环状导体层叠并螺旋状地连接而成的层叠型线圈图案。
8.如权利要求5所述的无线通信器件,其特征在于,
所述线圈导体是由多个环状导体层叠并螺旋状地连接而成的层叠型线圈图案。
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