CN103999288A - 通信终端装置 - Google Patents

Abstract

在通信终端装置中，能装载小型却能确保足够的通信距离的UHF频带RFID系统。通信终端装置通过装载UHF频带RFID系统和UHF频带移动体无线通信系统而构成，其中，UHF频带RFID系统包含UHF频带RFID用无线元件(20)及与该UHF频带RFID用无线元件(20)相连接的环状导体(25)，该UHF频带移动体无线通信系统包含UHF频带移动体无线通信元件(50)及与该UHF频带移动体无线通信元件(50)相连接的主天线导体(55)。环状导体(25)与主天线导体(55)靠近配置，且彼此进行电磁场耦合。

Description

通信终端装置

技术领域

本发明涉及通信终端装置、装载有UHF频带RFID(Radio FrequencyIdentification：射频识别)系统及UHF频带移动体通信系统的通信终端装置。

背景技术

与HF频带RFID系统相比，UHF频带RFID系统的通信距离较大，能一次性读取多个标签。因此，UHF频带RFID系统对构筑如下的物品管理系统是有利的，该物品管理系统基于从安装在物品上的标签读取到的ID信息来管理该物品。

尤其是，作为在用于在制造工序、产品阶段对各种电子设备进行管理的系统中使用的RFID标签，专利文献1记载的无线IC器件是有用的。该无线IC器件由于将设置在内置于电子设备的印刷布线板中的接地导体用作天线元件，因此，无需另外设置专用的天线元件，能实现标签的小型化。

近年来，对以智能手机为代表的移动体通信终端要求小型化、薄型化，其所装载的印刷布线板的面积有缩小的趋势。设置在印刷布线板中的接地导体的面积也随之缩小，其结果是，在将接地导体用作天线元件的RFID标签中难以确保足够的通信距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2009/011154号

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于提供一种通信终端装置，该通信终端装置装载有小型却能确保足够的通信距离的UHF频带RFID系统。

解决技术问题所采用的技术方案

作为本发明的一个实施方式的通信终端装置通过装载UHF频带RFID系统和UHF频带移动体通信系统而构成，

其中，所述UHF频带RFID系统包含UHF频带RFID用无线IC元件以及与该UHF频带RFID用无线IC元件相连接的环状导体，

所述UHF频带移动体通信系统包含UHF频带移动体通信用无线IC元件以及与该UHF频带移动体通信用无线IC元件相连接的主天线导体，

其特征在于，所述环状导体与所述主天线导体靠近配置，且彼此进行电磁场耦合。

在所述通信终端装置中，由于与UHF频带RFID用无线IC元件相连接的环状导体和与UHF频带移动体通信用无线IC元件相连接的主天线导体彼此进行电磁场耦合，因此，在UHF频带RFID系统中无需设置专用的天线元件就能利用UHF频带移动体通信系统的主天线导体进行无线通信。因此，在装载有UHF频带RFID系统的通信终端装置中，能在保持通信终端装置小型化的同时确保UHF频带RFID系统的足够的通信距离。

发明的效果

根据本发明，在装载有UHF频带RFID系统及UHF频带移动体通信系统的通信终端装置中，在保持小型化的状态下，UHF频带RFID系统能确保足够的通信距离。

附图说明

图1是示意表示作为实施例1的通信终端装置的俯视图。

图2是构成所述通信终端装置的收发电路的等效电路图。

图3是构成UHF频带RFID用无线IC元件的供电电路基板的等效电路图(第1例)。

图4是构成UHF频带RFID用无线IC元件的供电电路基板的等效电路图(第2例)。

图5是表示所述供电电路基板的层叠状态的剖视图。

图6是表示所述实施例1中的UHF频带RFID系统的电磁场增益的方向性分布特性的示意图。

图7是表示所述实施例1中的UHF频带RFID系统的通信距离的曲线图。

图8是表示所述实施例1中的UHF频带RFID系统的阻抗特性的史密斯圆图。

图9是示意表示作为所述实施例1的通信终端装置的变形例的俯视图。

图10是表示图9所示的变形例中的UHF频带RFID系统的电磁场增益的方向性分布特性的示意图。

图11是示意表示作为实施例2的通信终端装置的俯视图。

图12是示意表示作为所述实施例2的通信终端装置的变形例的俯视图。

图13是示意表示作为实施例3的通信终端装置的俯视图。

图14是示意表示作为实施例4的通信终端装置的俯视图。

图15是示意表示作为实施例5的通信终端装置的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的通信终端装置的实施例进行说明。另外，在各图中，对共同的元器件、部分标注相同的标号，并省略重复的说明。

(实施例1、参照图1～图8)

通信终端装置1是装载有UHF频带RFID系统和UHF频带移动体通信系统的移动体通信终端。UHF频带RFID系统是将900MHz左右的频带作为载波频率的RFID系统。UHF频带移动体通信系统是支持GSM(Global System for MobileCommunication：全球移动通信系统)850、GMS900、GSM1800、GSM1900、及UMTS(Universal Mobile Telecommunication System：通用移动通信系统)这五个频带的无线通信系统(蜂窝系统)。支持五频的无线通信系统将800MHz左右的频带(低频带)及2GHz左右的频带(高频带)作为载波频率。另外，GSM是注册商标。

该通信终端装置1包括具有矩形平面形状的壳体10。在该壳体10的内部设有印刷布线板15、电池组(未图示)等各种电子元器件。在印刷布线板15中设有与该印刷布线板15大致相同面积的接地导体16。该接地导体16形成于印刷布线板15的内层。在印刷布线板15上安装有UHF频带RFID用无线IC元件20、UHF频带移动体通信用无线IC元件50。除了上述元件20、50以外，还安装有均未图示的电源控制用IC和液晶驱动用IC等各种IC、电容器和电感器等各种无源元件。

UHF频带RFID系统包含UHF频带RFID用无线IC元件20、环状导体25、及接地导体16而构成。RFID用无线IC元件20可以将用于处理UHF频带RFID信号的半导体集成电路元件即无线IC芯片以单体进行使用，或者使用本实施例1那样的无线IC模块，如图5所示，该无线IC模块使无线IC芯片21和下面详细叙述的供电电路基板30一体化，并利用树脂23对无线IC芯片21进行密封。

此外，供电电路部分可以利用再布线层来形成。供电电路基板可以利用电介质来形成，或者利用磁性体来形成。如果利用磁性体来形成供电电路基板，则能增大电感分量。

环状导体25的一端25a及另一端25b与RFID用无线IC元件20的两个输入输出端子(图3、图4及图5所示的端子P2a、P2b)相连接。具体而言，环状导体25以与接地导体16处于同一平面、且自接地导体16进行延伸的状态设置于印刷布线板15的内层，RFID用无线IC元件20的两个输入输出端子P2a、P2b经由未图示的层间连接导体分别与环状导体25的一端25a及另一端25b进行电连接。环状导体25的基部与接地导体16的一部分进行电连接，接地导体16的一部分(边缘部)兼作环状导体25的一部分。

另外，也可以利用切槽对环状导体25进行局部分割来夹设电容。即，所谓的导体25呈环状是指只要在高频带中等效地形成环状的线路即可这样的概念。关于环状导体25，通过使线宽变粗或变细、或者局部设为蜿蜒形状，能调节电感分量。此外，也可以局部形成切口，将芯片型的电感器和电容器安装在该切口内。

该环状导体25具有使RFID用无线IC元件20与接地导体16进行阻抗匹配的功能。因此，在发送模式时，由RFID用无线IC元件20提供的发送信号经由环状导体25导入到接地导体16，并从接地导体16朝外部辐射。在接收模式时，由接地导体16接收到的接收信号经由环状导体25传送至RFID用无线IC元件20。即，接地导体16起到RFID系统中的辐射元件(天线元件)的作用。不过，随着通信终端装置1的小型化，近年来接地导体16的面积具有缩小的趋势，仅将接地导体16用作辐射元件会无法确保足够的通信距离。

UHF频带移动体通信系统包含UHF频带移动体通信用无线IC元件50、主天线导体55、及接地导体16而构成。UHF频带移动体通信用无线IC元件50是用于处理以所述GSM为代表的UHF频带无线通信信号的半导体集成电路元件。

主天线导体55与通信用无线IC元件50的天线端子进行电连接，通信用无线IC元件50的接地端子与接地导体16进行电连接。在通信用无线IC元件50与主天线导体55之间设有未图示的匹配电路元件。主天线导体55设置在壳体10的内壁部上，供电部55a经由供电引脚56或者经由设置在印刷布线板15中的布线导体(未图示)与通信用无线IC元件50的天线端子进行电连接。即，主天线导体55作为利用壳体电流的偶极子天线而得以构成。

更详细而言，主天线导体55是两端部折返的、具有低频带部和高频带部(参照图2)的T分岔型天线元件。低频带部是主要承担900MHz左右的高频信号的收发的区域，高频带部是主要承担2GHz左右的高频信号的收发的区域。

所述环状导体25与所述主天线导体55靠近配置，彼此进行电磁场耦合(图2中用标号M表示)。更具体而言，环状导体25和主天线导体55以俯视时各自的一部分彼此重合的方式靠近配置。环状导体25与主天线导体55的低频带部进行电磁场耦合。

由此，在本实施例1中，构成UHF频带RFID系统的环状导体25与构成UHF频带移动体通信系统的主天线导体55靠近配置，并彼此进行电磁场耦合，因此，除了在UHF频带RFID系统中来自接地导体16的辐射以外，还能利用UHF频带移动体通信系统的主天线导体55进行无线通信。因此，在装载有UHF频带RFID系统的通信终端装置1中，能在保持通信终端装置1小型化的同时确保UHF频带RFID系统的足够的通信距离。

图6示意表示UHF频带RFID系统的电磁场增益的方向性分布特性。图6中的方向性分布的原点○是图1所示的壳体10的中心点○。

此外，图7表示UHF频带RFID系统的相对于频率的通信距离。在图7中，曲线A是本实施例1(使环状导体25与主天线导体55进行电磁场耦合的情况)中的通信距离，曲线B是不使环状导体25与主天线导体55进行耦合的比较例中的通信距离。在较宽的频带中，本实施例1相比于比较例确保了较大的通信距离。

图8表示UHF频带RFID系统的阻抗特性。在图8中，曲线A表示本实施例1中的阻抗特性，曲线B表示所述比较例中的阻抗特性。可见，曲线A和B实质上重合，即使在使环状导体25与主天线导体55进行电磁场耦合的情况下，阻抗特性也没有发生实质上的变化。

如上所述，RFID用无线IC元件20作为使无线IC芯片21和供电电路基板30一体化的无线IC模块而构成。此处，对供电电路基板30进行说明。

如图3中作为第1例的等效电路所示那样，在供电电路基板30中内置有由滤波电路31和宽频带化电路32构成的供电电路。滤波电路31通过设置在将端子P1a和P2a进行连结的信号线LN1中的滤波器33a、以及设置在将端子P1b和P2b进行连结的信号线LN2中的滤波器33b而得以形成。即，信号线LN1、LN2相当于差动线路，滤波电路31相当于平衡滤波电路。

更具体而言，端子P1a经由串联连接的电感器L1g、L1k及电容器C2a与端子P2a相连接。端子P1b经由串联连接的电感器L1h、L1m及电容器C2b与端子P2b相连接。

电感器L1g和L1k之间的连接点与电容器C1j的一端相连接，该电容器C1j的另一端经由电感器L1i与电感器L1h和L1m之间的连接点相连接。此外，电感器L1h和L1m之间的连接点与电容器C1k的一端相连接，该电容器C1k的另一端经由电感器L1j与电感器L1g和L1k之间的连接点相连接。而且，电感器L1k和电容器C2a之间的连接点与电感器L2的一端相连接，该电感器L2的另一端与电感器L1m和电容器C2b之间的连接点相连接。

即，滤波器33a通过两个电容器C1j、C1k及四个电感器L1g、L1k、L1i、L1j而形成。滤波器33b通过两个电容器C1j、C1k及四个电感器L1h、L1m、L1i、L1j而形成。此外，宽频带化电路32通过一个电感器L2及两个电容器C2a、C2b而形成。

由以上的电路结构构成的供电电路基板30作为图5所示的层叠结构而构成，端子P1a、P1b经由焊料22a、22b与无线IC芯片21的输入输出端子(未图示)相连接。如上所述，端子P2a、P2b分别与环状导体25的一端25a及另一端25b相连接。

如上所述，通过将串联连接的电容器C1j和电感器L1i、以及串联连接的电容器C1k和电感器L1j分别设置在信号线LN1和LN2之间，能抑制电感器L1g、L1k、L1h、L1m的电感(传输损耗)，并将谐振频率调节到所希望的值。在这样的供电电路中，对于UHF频带移动体通信系统的通信信号的高次谐波分量利用滤波器33a进行衰减，UHF频带RFID系统的通信信号通过滤波器33a。

供电电路基板30也可以具有图4中作为第2例所示的等效电路。此处，内置有由滤波电路31和宽频带化电路32构成的供电电路。滤波电路31通过设置在对端子P1a和P2a进行连结的信号线LN1中的滤波器34a、以及设置在对端子P1b和P2b进行连结的信号线LN2中的滤波器34b而得以形成。

更具体而言，端子P1a与电感器L1c的一端相连接，电感器L1c的另一端与电感器L1e的一端相连接。电感器L1e的另一端经由电容器C2d与端子P2a相连接。电容器C1f与电感器L1c并联连接，电容器C1h与电感器L1e并联连接。

端子P1b与电感器L1d的一端相连接，电感器L1d的另一端与电感器L1f的一端相连接。电感器L1f的另一端经由电容器C2e与端子P2b相连接。电容器C1g与电感器L1d并联连接，电容器C1i与电感器L1f并联连接。电容器C3的一端与电感器L1e的另一端相连接，另一端与电感器L1f的另一端相连接。

即，滤波器34a通过两个二个电感器L1c、L1e及三个电容器C1f、C1h、C3而形成。滤波器34b通过两个二个电感器L1d、L1f及三个电容器C1g、C1i、C3而形成。此外，宽频带化电路32通过三个电容器C2d、C2e、C3而形成。

此处，对在供电电路中设置滤波器的理由进行说明。即，若UHF频带移动体通信系统中使用的高频信号输入到UHF频带RFID系统，则移动体通信系统的高频信号有可能会产生失真而使通信特性发生变化。通过在RFID系统中设置所述滤波电路，能抑制移动体通信系统的通信特性因RFID系统而发生变化。尤其是，在两个系统的频带较为接近的情况下，有时会在RFID系统中生成移动体通信系统的高次谐波分量。然而，所生成的高次谐波分量通过设置在RFID系统(供电电路)的输入输出端上的滤波电路而得以衰减。此外，由于滤波电路将RFID系统中使用的信号设为通频带，因此，滤波电路不会阻碍RFID系统的通信性能。由此，即使将多个通信系统一体化，也能充分发挥各通信系统的通信特性。

(实施例1的变形例、参照图9及图10)

图9表示作为所述实施例1的变形例的通信终端装置1A。该通信终端装置1A使环状导体25与主天线导体55的供电部55a靠近配置。即，环状导体25在主天线导体55的长边方向上配置在相比主天线导体55的中心部更靠近供电部55a一侧。除此之外的结构与所述通信终端装置1相同。

在本通信终端装置1A中，通过使环状导体25与主天线导体55的电磁场耦合部分接近供电部55a，能提高电磁场增益，如图10所示，若与图6所示的特性相比，则能增大UHF频带RFID系统的通信距离。这是由于，通过使环状导体25接近主天线导体55的短路端(供电部55a)，能进一步增强两者的磁场耦合，除此之外，主天线导体55的1/4波长接近环状导体25的频率，因此，环状导体25的电流容易转移到主天线导体55。

(实施例2、参照图11)

如图11所示，作为实施例2的通信终端装置2将主天线导体55设为环状天线元件。该主天线导体55的一端作为供电部55a与UHF频带移动体通信系统的通信用无线IC元件50进行电连接，另一端作为接地部55b经由连接引脚57与接地导体16进行电连接。此外，主天线导体55的低频带部与环状导体25进行电磁场耦合。本通信终端装置2中的其它结构与作为所述实施例1的通信终端装置1基本相同，其动作及特性也与通信终端装置1基本相同。

(实施例2的变形例、参照图12)

图12表示作为所述实施例2的变形例的通信终端装置2A。该通信终端装置2A在所述实施例2中使环状导体25与主天线导体55的供电部55a靠近配置。因此，与所述图9所示的变形例(通信终端装置1A)相同，能增大UHF频带RFID系统的通信距离。

(实施例3、参照图13)

如图13所示，作为实施例3的通信终端装置3使主天线导体55折返来成为T分岔型天线元件。该主天线55的被折返的两个前端部彼此接近并相对，从而经由电容进行耦合。此外，环状导体25在主天线导体55的低频带部的折返部线状地相对来进行电磁场耦合。本通信终端装置3中的其它结构与作为所述实施例1的通信终端装置1基本相同，其动作及特性也与通信终端装置1基本相同。

(实施例4、参照图14)

如图14所示，作为实施例4的通信终端装置4使环状导体25与接地导体16靠近配置，两者进行电磁场耦合。主天线导体55为两端部没有折返的T分岔型天线元件，低频带部与环状导体25进行电磁场耦合。本通信终端装置4中的其它结构与作为所述实施例1的通信终端装置1基本相同，其动作及特性也与通信终端装置1基本相同。

(实施例5、参照图15)

如图15所示，在作为实施例5的通信终端装置5中，主天线导体55是所述实施例4所示的T分岔型天线元件。环状导体25与接地导体16靠近配置，两者进行电磁场耦合。而且，环状导体25具有切槽25c，该切槽25c部分接近主天线导体55并与其相对，切槽25c的两端部与主天线导体55经由电容进行耦合。即，环状导体25尽管具有切槽25c，但经由其与主天线导体55所形成的电容来形成高频的环状线路。本通信终端装置5中的其它结构与作为所述实施例1的通信终端装置1基本相同，其动作及特性也与通信终端装置1基本相同。

(其它实施例)

另外，本发明所涉及的通信终端装置并不限于所述实施例，在其要点的范围内能进行各种变更。

例如，通信终端装置并不限于以智能手机为代表的移动体通信终端，也可以是笔记本型个人计算机、平板型个人计算机、台式个人计算机等。此外，通信终端装置的壳体、印刷布线板的平面形状也可以不是矩形，可以是任意的平面形状。接地导体可以不是形成于印刷布线板的内层，而是形成于表层。

此外，接地导体可以不是设置于印刷布线板的接地导体，例如，也可以将金属底板、金属壳体等用作接地导体。环状导体可以包含设置在接地导体的一部分上的切口部、开口部，未必需要与接地导体独立地构成。而且，环状导体及主天线导体的形状并不限于所述各实施例中的组合，能在其要点的范围内自由地组合。

工业上的实用性

如上所述，本发明对通信终端装置是有用的，尤其在能装载小型却能确保足够的通信距离的UHF频带RFID系统方面较为优异。

标号说明

1、1A、2、2A、3、4、5…通信终端装置

10…壳体

15…印刷布线板

16…接地导体

20…UHF频带RFID用无线IC元件

25…环状导体

50…UHF频带移动体通信用无线IC元件

55…主天线导体

55a…供电部

Claims (5)

1.一种通信终端装置，该通信终端装置包括：

UHF频带RFID系统，该UHF频带RFID系统包含UHF频带RFID用无线IC元件以及与该UHF频带RFID用无线IC元件相连接的环状导体；以及

UHF频带移动体通信系统，该UHF频带移动体通信系统包含UHF频带移动体通信用无线IC元件以及与该UHF频带移动体通信用无线IC元件相连接的主天线导体，其特征在于，

所述环状导体与所述主天线导体靠近配置，且彼此进行电磁场耦合。

2.如权利要求1所述的通信终端装置，其特征在于，

所述环状导体与设置在终端壳体内的接地导体相连接，

所述UHF频带移动体无线通信元件与所述接地导体相连接。

3.如权利要求1或2所述的通信终端装置，其特征在于，

俯视时，所述环状导体的一部分与所述主天线导体的一部分彼此重合。

4.如权利要求3所述的通信终端装置，其特征在于，

所述环状导体在所述主天线导体的长边方向上配置在相比所述主天线导体的中心部更靠近所述主天线导体的供电部一侧。

5.如权利要求1至4的任一项所述的通信终端装置，其特征在于，

所述主天线导体具有：第1辐射部；以及第2辐射部，该第2辐射部承担与该第1辐射部所承担的高频信号不同的频带的高频信号，

所述环状导体与所述主天线导体中承担接近UHF频带的高频信号的第1辐射部或第2辐射部进行电磁场耦合。