CN104638354B

CN104638354B - 天线装置

Info

Publication number: CN104638354B
Application number: CN201410145346.0A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·S·安德连科; 甲斐学
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015091110A; CN104638354A; JP6263967B2; EP2871710A1; US8912960B1

Abstract

本发明提供了一种天线装置。其包括：第一电介质层，其在平面图中为矩形；接地面，其布置在第一电介质层的第一表面上；导电线，其具有第一端和第二端并且布置在第一电介质层的第二表面上，第一端是馈电点，第二端是开放端或连接到接地面的短路端；第二电介质层，其具有与第一电介质层相对应的形状并且在导电线夹在第一电介质层与第二电介质层之间的状态下布置在第一电介质层的第二表面上，第二电介质层具有面向第一电介质层的第一表面和相反的第二表面；第一导电元件；以及第二导电元件，其中，第一导电元件和第二导电元件相对于第一位置和第二位置向馈电点弯曲或者折曲，并且，第一导电元件的弯曲程度、折曲程度或长度与第二导电元件不同。

Description

天线装置

技术领域

本文中所公开的实施方式涉及天线装置。

背景技术

最近，已经广泛地使用了射频识别(RFID)系统。典型地，一些RFID系统利用UHF波段(900MHz波段)或微波波段(2.45GHz)的电磁波作为通信介质，并且一些RFID系统利用由互感生成的磁场。在它们之中，利用UHF波段中的电磁波的RFID系统备受瞩目，因为RFID系统能够提供相对较长的通信距离。

微带天线作为被利用UHF波段中的电磁波与RFID标签进行通信的读出器-写入器使用的天线被提出。微带天线包括作为天线的微带线路(例如，见专利参考文献1和非专利参考文献1和2)。

存在包括设置在货架(shelf)表面上的天线。RFID标签所附接到的商品布置在货架上。当系统变得不能检测到RFID标签时系统识别商品被从货架上拿开。在这样的系统中，优选使用能够读取附接到在接近于天线的表面的区域中所设置的商品的RFID标签并且能够在货架的整个表面上读取RFID标签的天线装置。

然而，常规天线的通信距离是不够的并且难以在天线的整个表面上生成均匀的电场，特别是当天线的尺寸变得较大时。因此，对于常规天线来说难以提供均匀且充足的通信距离。

因此，在常规天线被用在如上面所描述的系统中的情况下，难以在RFID标签被附接到的多个商品被布置在货架上的情况下均匀地读取RFID标签中的全部。

本发明的目标是提供能够在近场中生成具有充足的均匀性和强度的电场的天线装置。

[现有技术参考文献]

[专利参考文献]

[专利参考文献1]美国专利第7750813号

[非专利参考文献]

[非专利参考文献1]IEEE成员Carla R.Medeiros,Jorge R.Costa和IEEE资深成员Carlos A.Fernandes,“RFID Smart Shelf With Confined Detection Volume at UHF”,IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS，第7卷，第773-776页，2008年

[非专利参考文献2]A.Michel,A.Buffi,R.Caso,P.Nepa,G.Isola和H.T.Chou“Design and Performance Analysis of a Planar Antenna for Near-Field UHF-RFIDDesktop Readers”,APMC 2012会议论文集，台湾高雄，2012年12月4-7日

发明内容

解决问题的手段

根据实施方式的一个方面，提供了一种天线装置，其包括：第一电介质层，其在平面图中为矩形；接地面，其布置在所述第一电介质层的第一表面上；导电线，其具有第一端和第二端并且布置在所述第一电介质层的第二表面上，所述第一端是馈电点，所述第二端是开放端或连接到所述接地面的短路端；第二电介质层，其具有与所述第一电介质层相对应的形状并且在所述导电线夹在所述第一电介质层与所述第二电介质层之间的状态下布置在所述第一电介质层的第二表面上，所述第二电介质层具有面向所述第一电介质层的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；第一导电元件，其布置在所述第二电介质层的第二表面上，使得在平面图中所述第一导电元件分别在与流过所述导电线的电流的驻波的第一节点相对应的第一位置处与所述导电线相交；以及第二导电元件，其布置在所述第二电介质层的第二表面上，使得在平面图中所述第二导电元件分别在与所述驻波的第二节点相对应的第二位置处与所述导电线相交，其中，所述第一导电元件和所述第二导电元件分别相对于在平面图中与所述第一节点和所述第二节点相对应的所述第一位置和所述第二位置向所述馈电点弯曲或者折曲，并且其中，所述第一导电元件的第一弯曲程度、第一折曲程度或第一长度不同于所述第二导电元件的第二弯曲程度、第二折曲程度或第二长度。

发明效果

提供了一种能够在近场中生成具有充足的均匀性和强度的电场的天线装置。

附图说明

图1是例示了第一实施方式的天线装置100的斜立体图，

图2是以平面视图例示了第一实施方式的天线装置100的图，

图3是例示了天线装置100的一部分的放大图，

图4是例示了天线装置100的另一部分的放大图，

图5是例示了天线装置100的分解斜立体图，

图6是例示了图1中所例示的天线装置100的A-A横截面的图，

图7的(A)是例示了根据第一实施方式的天线装置100的变型例的导电带171至175的图，

图7的(B)是例示了根据第一实施方式的天线装置100的变型例的导电带171至175的图，

图7的(C)是例示了根据第一实施方式的天线装置100的变型例的导电带171至175的图，

图7的(D)是例示了根据第一实施方式的天线装置100的变型例的导电带171至175的图，

图7的(E)是例示了根据第一实施方式的天线装置100的变型例的导电带171至175的图，

图8是例示了利用根据第一实施方式的天线装置100的货架天线系统的图，

图9是例示了第二实施方式的天线装置200的斜立体图，

图10是以平面视图例示了第二实施方式的天线装置200的图，

图11是以平面视图例示了第二实施方式的曲折部242的图，

图12是以平面视图例示了第二实施方式的调整部243的图，

图13是例示了根据第二实施方式的天线装置200的S11参数和比较示例的天线装置的S11参数的频率特性的图，

图14是例示了天线装置200的电场矢量的模拟结果的图，

图15是例示了天线装置200的电场矢量的模拟结果的图，

图16是例示了天线装置200的电场矢量的模拟结果的图。

具体实施方式

参考附图给出天线装置的实施方式的描述。

<第一实施方式>

图1是例示了第一实施方式的天线装置100的斜立体图。图2是以平面视图例示了第一实施方式的天线装置100的图。图3是例示了天线装置100的一部分的放大图。图4是例示了天线装置100的另一部分的放大图。图5是例示了天线装置100的爆炸斜立体图。图6是例示了图1中所例示的天线装置100的A-A横截面的图。

在下文中，将通过使用XYZ坐标系作为正交坐标系来描述天线装置100。在下文中，出于例示的目的，位于负Z轴方向上的表面将被称为底面，并且位于正Z轴方向上的表面将被称为顶面。然而，顶面和底面只是临时名称并且不意指上部和下部的普遍性关系。

天线装置100包括电介质层110和120、接地面130、曲折导电线140以及导电带150。天线装置100包括十一个导电带150。在十一个导电带150彼此区分开的情况下，十一个导电带150被称为导电带150A1、150A2、150B1、150B2、150C1、150C2、150D1、150D2、150E1、150E2及150E3。在导电带150A1至150E3未彼此区分开的情况下，导电带150A1至150E3将被描述为导电带150。

例如，第一实施方式的天线装置100被用于在UHF波段中传送电磁波，并且天线装置100的谐振频率(中心频率)可以在约860MHz到约960MHz的范围内。在这个实施方式中，例如，将对具有919MHz的谐振频率(中心频率)的天线装置100进行描述。

因为天线装置100在包括在天线装置100中的配置元件之间在谐振频率(中心频率)下进行通信，所以曲折导电线140和导电带150的长度被设置为对应于谐振频率下的波长的长度。

因为谐振频率下的波长可能由于电介质材料中的缩短效应而缩短，所以可以鉴于电介质层110和120的相对介电常数来确定曲折导电线140和导电带150的长度。

例如，真实波长在919MHz处是约326mm，然而考虑到电介质层110和120的横向介电常数的波长λ是约180mm。考虑到相对介电常数的波长λ被用于设计曲折导电线140和导电带150的尺寸。

在下文中，基于考虑到电介质层110和120的相对介电常数等来设计曲折导电线140和导电带150的长度等将被称为确定与谐振频率下的波长相对应的长度。在介质材料中所获得的波长的长度将被称为与谐振频率下的波长相对应的长度。

电介质层110和120是在平面视图中具有矩形形状的片状基板材料。天线装置100的基板是通过将电介质层110和120粘附到彼此同时在它们之间放置曲折导电线而构成的。电介质层110是第一电介质层的一个示例，电介质层120是第二电介质层的一个示例。

例如，电介质层110和120在X轴方向上的长度是730mm，并且电介质层110和120在Y轴方向上的长度(宽度)是200mm。电介质层110的厚度是1.6mm，并且电介质层120的厚度是1.0mm。

出于例示的目的，电介质层110和120的厚度被例示为比真实厚度要厚。

在第一实施方式中，例如，电介质层110和120是阻燃4型(FR4)标准化基板材料。例如，由浸在环氧树脂里的玻璃布制成的玻璃加强环氧层压片可以被用作电介质层110和120。例如，电介质层110和120中的每一个的相对介电常数εr都是4.4，电介质正切tanδ都是0.02。

接地面130被布置在电介质层110的底面上，并且曲折导电线140被布置在电介质层110的顶面上。导电带150被布置在电介质层120的顶面上。

接地面130例如由铜箔制成，并且与曲折导电线140一起构成微带线路。

曲折导电线140被布置在电介质层110的顶面上。曲折导电线140是导电线的一个示例。曲折导电线140与接地面一起构成微带线路。微带线路充当微带天线。例如，微带天线的特性阻抗可以是50Ω或75Ω。

因为曲折导电线140被布置在电介质层110的顶面上并且位于电介质层120下面，所以曲折导电线140与被布置在电介质层120的顶面上的导电带150绝缘。

例如，曲折导电线140通过对铜箔进行构图来制备。曲折导电线140是沿着X轴延伸同时以曲折方式在Y轴方向上蛇行的一种类型的导电部件。例如，曲折导电线140的宽度是3mm。

曲折导电线140包括直部141、曲折部142以及L形部143。直部141在X轴方向上延伸。直部141的位于负X方向侧的端部构成了曲折导电线140的第一端，并且构成馈电点141A。

直部141位于电介质层110和120的与X轴平行的中心轴上。例如，连接到读出器-写入器的同轴电缆的电缆芯可以连接到馈电点141A。

十个曲折部142位于在直部141的正X方向侧并且彼此串联连接。十个曲折部142具有被例示在图3中的相同图案。曲折部142的单个单元具有如图3中所例示的形状。曲折部142包括直部142A、142B、142C、142D、142E、142F以及142G。在图3中，为了以易于理解的方式指示曲折部142和导电带150的位置关系起见，透明地例示了曲折部142和导电带150。

如图3中所例示的那样，曲折部142位于一对导电带150之间。曲折部142的线长度被设置为与谐振频率下的单个波长(λ)相对应的长度。曲折部142的线长度是在直部142A和一个导电带150的交叉点与直部142G和另一导电带150的交叉点之间获得的。

在图3中，在X轴方向上延伸的虚线是电介质层110和120在X轴方向上的中心轴。直部142A和142G位于中心轴上。曲折部142具有相对于直部142D和中心轴的交叉点对称的形状。

直部142A在中心轴上从负X方向侧向正X方向侧延伸。直部142B被连接到直部142A的正X方向侧端部并且在正Y方向上从该端部延伸。

直部142C被连接到直部142B的正Y方向侧端部并且在正X方向上从该端部延伸。直部142D被连接到直部142C的正X方向侧端部并且在负Y方向上从该端部延伸。直部142E被连接到直部142D的负Y方向侧端部并且在正X方向上从该端部延伸。

直部142F被连接到直部142E的正X方向侧端部并且在正Y方向上从该端部延伸。直部142G被连接到直部142F的正Y方向侧端部并且在正X方向上从该端部延伸。

像上面所描述的那样，包括直部142A、142B、142C、142D、142E、142F以及142G的曲折部142沿着X轴延伸同时以曲折方式在Y轴方向上蛇行。在曲折导电线140中，十个曲折部142被从负X方向侧向正X方向侧串联连接在直部141与L形部143之间。

L形部143(见图2)被连接到与彼此串联连接的十个曲折部142的正X方向侧端部。L形部143从第十曲折部142的正X方向侧端部延伸，以直角弯曲并且在正X方向上延伸，然后以直角弯曲并且在正Y方向上向延伸到端部。L形部143的端部构成了曲折导电线140的第二端和曲折导电线140的正X方向侧端部。端部构成接地点(短路端)143A。

如图5中所例示的那样，接地点143A经由在厚度方向上(Z轴方向上)穿过电介质层110的通孔160而被连接到接地面130。通孔160包括将接地点143A和接地面130电气连接的导电壁。因此，曲折导电线140的第二端即接地点143A被短路到地。

L形部143的线长度被设置为与谐振频率下的四分之一波长(λ/4)相对应的长度。在L形部143是开放端的情况下，L形部143的长度可以被设置为与谐振频率下的半波长(λ/2)相对应的长度。

如上面所描述的那样，具有接地点143A的L形部143的长度被设置为与谐振频率下的四分之一波长(λ/4)相对应的长度。如果曲折导电线140被从馈电点141A馈电，则在曲折导电线140上形成了电流的驻波。驻波的节点分别出现在分别远离接地点143Aλ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4、9λ/4、11λ/4、13λ/4、15λ/4、17λ/4、19λ/4以及21λ/4的十一个位置处。这些长度是通过分别将谐振频率下的半波长乘以整数并且将该整数和半波长的乘法结果减去谐振频率下的四分之一波长而获得的。

换句话说，十一个节点分别出现在直部141与曲折部142之间的边界、十个曲折部142之间的九个边界以及曲折部142与L形部143之间的边界处。

电流的驻波的节点中的每一个都是电流值变成零并且电场变成最大值所在的点。在第一实施方式的天线装置100中，导电带150经由电介质层120而被布置在曲折导电线140上并且在电流的驻波的节点的位置处和曲折导电线140相交，以便电磁地耦合曲折导电线140和导电带150并且最大化由导电带150生成的电场。

包括曲折导电线140的微带天线使得有可能利用从微带天线的顶面泄漏的电场在近场中执行通信。在本文中，从微带天线的顶面泄漏的电场被称为泄漏电场。

导电带150由被布置在电介质层120的顶面上的十一个导电图案构成。导电带150中的每一个都是第一导电元件或第二导电元件的一个示例。第一导电元件的弯曲程度、折曲程度或长度不同于第二导电圆角的弯曲程度、折曲程度或长度。因为导电带150被布置在电介质层120的顶面上，所以导电带150与曲折导电线140绝缘。例如，导电带150是通过对铜箔进行构图而制备的。例如，导电带150中的每一个的线宽度是4mm。

如图4中所例示的那样，导电带150包括直部151、152以及153。在图4中，为了以易于理解的方式指示导电带150以及曲折部142的直部142A和142G的位置关系起见，透明地例示了导电带150以及直部142A和142G。

直部151与Y轴平行地延伸。因此，直部151以直角与直部142A和142G相交。直部152被以连续方式形成在直部151的正Y方向侧，并且直部153被以连续方式形成在直部151的负Y方向侧。

直部152和153相对于直部151向馈电点141A弯曲。换句话说，在Y轴方向上延伸的直部152和153在负X方向上弯曲。直部152和153相对于直部151的中心轴弯曲的角度θ是彼此相等的。该角度是弯曲程度的一个示例。

在如上面所描述的导电带150中，直部151在Y轴方向上的中心点对应于在曲折导电线140上形成的驻波的节点出现在平面视图中的点。因此，十一个导电带150被布置在电介质层120上，从而十一个导电带150在平面视图中分别在形成在曲折导电线140上的电流的驻波的十一个节点的位置处与曲折导电线140相交。

在每一个导电带150中，沿着直部152、151以及153从直部152的端部到直部153的端部的长度被设置为与谐振频率下的单个波长(λ)相对应的长度。因此，导电带150充当了谐振器。电介质层120的厚度被设置为不抑制导电带150和曲折导电线140的电磁耦合的厚度。

因此，导电带150充当与曲折导电线140电磁耦合的谐振器。导电带150中的每一个都能够经由曲折导电线140辐射和接收电磁波并且能够在谐振频率下执行通信。

电流的驻波的节点中的每一个都是电流值变成零并且电场变成最大值的点。因此，有可能利用导电带150来增加在包括曲折导电线140的微带天线的正Z轴方向侧的电场强度。

因为导电带150被以导电带150在X轴方向和Y轴方向上包含天线装置100的整个顶面的一种方式布置在天线装置100的顶面上，所以有可能增加天线装置100的顶面侧的电场强度并且使其变得均匀。

接下来，将描述导电带150A1、150A2、150B1、150B2、150C1、150C2、150D1、150D2、150E1、150E2以及150E3的长度和角度θ。例如，导电带150A1和150A2的长度是彼此相等的并且被设置为186mm。例如，导电带150E1、150E2以及150E3的长度是彼此相等的并且被设置为202mm。导电带150A1、150A2、150E1、150E2以及150E3的长度(即186mm和202mm)是与谐波频率下的单个波长相对应的长度。

导电带150B1和150B2的长度是彼此相等的。导电带150C1和150C2的长度是彼此相等的。导电带150D1和150D2的长度是彼此相等的。导电带150B1和150B2的长度、导电带150C1和导电带150C2的长度以及导电带150D1和150D2的长度比186mm长并且比202mm短。导电带150B1和150B2的长度、导电带150C1和150C2的长度以及导电带150D1和150D2的长度依次增加。这三个长度同样对应于谐振频率下的单个波长。

在导电带150中的每一个中，直部151的长度是60mm，并且直部152和153的长度是彼此相等的。

如图2中所例示的那样，在导电带150A1和150A2中，直部152和153相对于直部151的中心轴弯曲的角度θ是30度。在导电带150B1和150B2中，直部152和153相对于直部151的中心轴弯曲的角度θ是35度。

在导电带150C1和150C2中，直部152和153相对于直部151的中心轴弯曲的角度θ是40度。在导电带150D1和150D2中，直部152和153相对于直部151的中心轴弯曲的角度θ是45度。

在导电带150E1、150E2以及150E3中，直部152和153相对于直部151的中心轴弯曲的角度θ是50度。

长度和角度θ是通过利用有限元方法的电磁场模拟得到的。稍后将对模拟结果进行描述。像上面所描述的那样，十一个导电带150的长度不同的情况相比十一个导电带150的长度相同的情况获得了更加增强的S11参数特性。

像上面所描述的那样，十一个导电带150的长度不同的情况相比十一个导电带150的长度相同的情况获得了更均匀的场分布。如图2中所例示的那样，由导电带150所生成的电场Ed被划分成在X轴方向上获得的X分量Ex和在Y轴方向上获得的Y分量Ey。在十一个导电带150的长度不同的情况下获得了更均匀的场分布的原因是相比十一个导电带150的长度相同的情况Y分量Ey增大了。

如果导电带150具有沿着Y轴延伸的直线形状，则由导电带150所生成的电场Ed仅具有X分量Ex。换句话说，在这种情况下，导电带150没有生成Y分量Ey。

因此，对于导电带150中的每一个重要的是，直部152和152相对于直部151以角度θ弯曲以便获得Y分量Ey。通过将十一个导电带150的角度θ设置为如图2中所例示的各个角度，有可能获得具有各种强度的Y分量Ey并且有可能获得更均匀的场分布。

根据第一实施方式，有可能提供这样一种天线装置100，其通过使充当谐振器的导电带150与包括导电线140和接地面130的微带天线电磁耦合，能够在近场中生成具有充足的均匀性和强度的电场。

根据如上面所描述的实施方式，导电带150A1、150A2、150B1、150B2、150C1、150C2、150D1、150D2、150E1、150E2以及150E3分别被布置在位于远离接地点143A的指定距离的位置处。

这些位置位于分别远离接地点143Aλ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4、9λ/4、11λ/4、13λ/4、15λ/4、17λ/4、19λ/4以及21λ/4处。

因此，导电带150A1、150A2、150B1、150B2、150C1、150C2、150D1、150D2、150E1、150E2以及150E3之间的长度是与谐振频率下的λ/2相对应的长度。

因此，流过导电带150A1、150A2、150B1、150B2、150C1、150C2、150D1、150D2、150E1、150E2以及150E3之中的两个相邻导电带150的电流彼此具有相反的相位。

根据第一实施方式的变型例，天线装置100可以仅包括导电带150A1、150B1、150C1、150D1、150E1以及150E3。在这种情况下，流过两个相邻导电带150的电流彼此具有相同的相位。因此，有可能提供由导电带150A1、150B1、150C1、150D1、150E1以及150E3所生成的电场彼此加强的配置。

有可能如下制造如上面所描述的天线装置100。首先，在基板材料的两个表面上制备铜箔要被附接到的基板材料片。通过对铜箔中的一个构图并且留下另一个铜箔作为接地面130来形成曲折导电线140。因此，获得了包括电介质层110、接地面130以及曲折导电线140的第一结构体。

接下来，在基板材料的表面上制备一个铜箔要被附接到的另一基板材料片。通过对铜箔构图来形成导电带150。因此，获得了包括电介质层120和导电带150的第二结构体。

然后，将第一结构体的顶面和第二结构体的底面合在一起。因此，完成了天线装置100。电介质层110和电介质层120可以通过热压结合、粘性结合等而被合在一起。

根据如上面所描述的实施方式，接地面130、曲折导电线140以及导电带150由铜制成。然而，接地面130、曲折导电线140以及导电带150可以由诸如金、银、镍等的金属或这些金属的合金制成。

覆盖接地面130的底面的盖构件可以被附接到天线装置100。盖构件可以例如由树脂制成，并且可以具有在X轴方向和Y轴方向上与电介质层110类似的尺寸。类似地，覆盖导电带150和电介质层120的顶面的盖构件可以被附接到天线装置100。盖构件可以例如由树脂制成，并且可以具有在X轴方向和Y轴方向上与电介质层120类似的尺寸。

接下来，将参考图7的(A)、(B)、(C)、(D)以及(E)来描述根据第一实施方式的天线装置100的变型例。

图7的(A)、(B)、(C)、(D)以及(E)分别是例示了根据第一实施方式的天线装置100的变型例的导电带171至175的图。可以使用如图7的(A)至(E)中所例示的导电带171至175代替如图1至6中所例示的导电带150。

如图7的(A)中所例示的那样，导电带171包括直部171A和171B。直部171A和171B相对于由虚线描绘并且与X轴平行的电介质层110和120的中心轴以角度θ1弯曲。角度θ1可以大于0度并且小于90度。

如图7的(B)中所例示的那样，导电带172包括直部172B和172B。直部172A和172B相对于由虚线描绘并且与X轴平行的电介质层110和120的中心轴以角度θ2弯曲。角度θ2可以大于0度并且小于90度。

直部172C和172D以连续方式分别由直部172A和172B的端部形成。直部172C和172D相对于直部172A和172B弯曲，使得直部172C和172D相比直部172A和172B更多地面向馈电点141A(见图1和2)。

如图7的(C)中所例示的那样，导电带173包括直部173A、173B、173C、173D以及173E。直部173A以与如图1至6中所例示的导电带150的直部151类似的方式在Y轴方向上延伸。

直部173B和172C以连续方式分别由直部173A的两个端部形成。直部173B和173C相对于直部173A弯曲，使得直部173B和173C面向馈电点141A(见图1和2)。

直部173D和173E以连续方式分别由直部173B和173C的端部形成。直部173D和173E相对于直部173B和173C弯曲，使得直部173D和173E相比直部173B和173C更多地面向馈电点141A(见图1和2)。

如图7的(D)中所例示的那样，导电带174包括直部174A以及楔形部174B和174C。直部174A以与如图1至6中所例示的导电带150的直部151类似的方式在Y轴方向上延伸。

楔形部174B和174C以连续方式分别由直部174A的两个端部形成。楔形部174B和174C相对于直部174A弯曲，使得楔形部174B和174C的中心轴面向馈电点141A(见图1和2)。

如图7的(E)中所例示的那样，导电带175包括直部175A、175B和175C以及分支部175D和175E。直部175A、175B以及175C与如图7C中所例示的直部173A、173B以及173C类似。

分支部175D和175E分别以连续方式由直部173B和173C的端部形成并且分成两个部分。分支部175D和175E相对于直部175B和175C弯曲，使得分支部175D和175E的中心轴相比直部175B和175C更多地面向馈电点141A(见图1和2)。

可以使用如图7的(A)至(E)中所例示的导电带171至175代替如图1至6中所例示的导电带150。分支的角度或数目可以不限于图7的(A)至(E)中所例示的那些，并且可以被以各种方式来改变。然而，导电带171至175优选向馈电点141A弯曲(见图1和2)。

因此，导电带150可以以非直线方式相对于Y轴方向弯曲或者折曲。

根据如上面所描述的实施方式，导电带150以非线性方式相对于Y轴方向弯曲或者折曲，并且只要能够在近场中获得充足的电场，导电带150可以以直线方式沿着Y轴方向延伸。

接下来，将参考图8描述利用根据第一实施方式的天线装置100的货架天线系统。

图8是例示了利用根据第一实施方式的天线装置100的货架天线系统的图。在如图8中所例示的货架天线系统中，四个天线装置100被连接到读出器-写入器500并且被布置在四层货架501的每一层上。因为天线装置100能够在近场中执行通信，所以可读区域502被形成在货架501的每一层。

在这样的货架天线系统中，RFID标签所附接到的商品被布置在设置在货架501中的每一个上的天线装置100上。在这种条件下，读出器-写入器500读取RFID标签。当货架天线系统变得不能够检测到RFID天线中的一个或多个时，货架天线系统识别商品项目中的至少一个被从货架501上拿开。当商品被从可读区域拿开时读出器-写入器500不能够读取RFID标签。

<第二实施方式>

图9是例示了第二实施方式的天线装置200的斜立体图。图10是以平面视图例示了第二实施方式的天线装置200的图。在根据第二实施方式的天线装置200中，与根据第一实施方式的天线装置100的曲折导电线140和导电带150相对应的配置元件被改变。

因此，与第一实施方式的天线装置100相同的元件或类似的元件由相同的附图标记来表示，并且其描述被省略。在图10中，例示了主要尺寸。

天线装置200包括电介质层110和120、接地面130、曲折导电线240以及导电带250。天线装置200包括十一个导电带250。在十一个导电带250被彼此区分的情况下，十一个导电带250被称为导电带250A1、250A2、250B1、250B2、250C1、250C2、250D1、250D2、250E1、250E2以及250E3。在导电带250A1至250E3未被彼此区分的情况下，导电带250A1至250E3将被描述为导电带250。

在曲折导电线240中，曲折形状是圆形的然而曲折导电线140的曲折形状以直角弯曲。曲折导电线240包括开放端243A而不是第一实施方式的曲折导电线140的接地点143A。

曲折导电线240被布置在电介质层110的顶面上。曲折导电线240是第一导电线的一个示例。曲折导电线140与接地面一起构成微带线路。微带线路充当微带天线。

曲折导电线240包括直部241、曲折部242以及调整部243。直部241在X轴方向上延伸。位于负X方向侧的直部241的端部构成曲折导电线240的第一端，并且构成馈电点241A。这与第一实施方式的直部141类似。例如，直部241的长度是60mm。

十个曲折部242被以与第一实施方式的十个曲折部142类似的方式彼此串联连接在直部241与调整部243之间。因为十个曲折部242具有与曲折部242类似的配置，所以将参考图11对曲折部242进行描述。将参考图12对调整部243进行描述。

图11是以平面视图例示了第二实施方式的曲折部242的图。在图11中，例示了位于导电带250B1与250B2之间的曲折部242。

曲折部242包括线部242A、242B、242C、242D、242E、242F以及242G。如图11中所例示的那样，线部242A、242B、242C、242D、242E、242F以及242G的连接部在平面视图中是折曲的。

在线部242A、242B、242C、242D、242E、242F以及242G中包括的直部和折曲部具有相同的宽度。例如，该宽度是3mm。例如，折曲部的曲率半径是9mm。曲率半径是折曲程度的一个示例。例如，如图11中所例示的那样，线部242A、242B、242C、242D、242E、242F以及242G可以具有不同于如上面所描述的尺寸的尺寸。图11中所例示的量度的单位是mm。

从曲折部242和导电带250B1相交的第一端到曲折部242和导电带250B2相交的第二端的线长度被设置为与谐振频率下的单个波长(λ)相对应的长度。例如，导电带250B1与250B2之间的间隙是63mm。

图12是以平面视图例示了第二实施方式的调整部243的图。

调整部243的第一端被连接到离馈电点241A最远的曲折部242的第二端，并且调整部243的第二端是开放端243A。开放端243A被打开并且未被电器连接到任何东西。

在平面视图中调整部243在正X方向上从第一端延伸，以圆弧形状折曲，在正Y方向上延伸，以圆弧形状折曲，在负Y方向上延伸，以圆弧形状折曲并且在正X方向上延伸到开放端243A。

调整部243在第一端与第二端之间的长度被设置为与谐振频率下的半波长(λ/2)相对应的长度。例如，调整部243的宽度从第一端到第二端是恒定的，是3mm。调整部243具有如图12中所例示的尺寸。如图12中所例示的量度的单位是mm。

包括开放端243A的调整部243的线长度被设置为谐振频率下的半波长(λ/2)。因此，如果电力被从馈电点241A馈送到曲折导电线240中，则流过曲折导电线240的电流在开放端243A处被反射并且在曲折导电线240上形成电流的驻波。

驻波的节点分别出现在远离开放端243Aλ/2、λ、3λ/2、2λ、5λ/2、3λ、7λ/2、4λ、9λ/2、5λ以及11λ/2的十一个位置处。这些长度分别是通过将谐振频率下的半波长乘以整数而获得的。

换句话说，十一个节点分别出现在直部241与曲折部242之间的边界、十个曲折部242之间的九个边界以及曲折部242与调整部243之间的边界处。

电流的驻波的节点中的每一个都是电流值变成零并且电场变成最大值的点。在第二实施方式的天线装置200中，导电带250经由电介质层120被布置在曲折导电线240上并且在电流的驻波的节点位置处与曲折导电线240相交，以便电磁地耦合曲折导电线240和导电带250并且最大化由导电带250所生成的电场。

包括曲折导电线240的微带天线使得有可能利用从微带天线的顶面泄漏的电场在近场中执行通信。在本文中，从微带天线的顶面泄漏的电场被称为泄漏电场。

尽管如图9中所例示的十一个导电带250分别具有三个直部，但是以如图3中所例示的导电带150的方式类似的方式，十一个导电带250的长度和角度θ不同于导电带150的长度和角度θ。

在下文中，导电带250A1、250A2、250B1、250B2、250C1、250C2、250D1、250D2、250E1、250E2以及250E3的长度分别被称为L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L30以及L31。

在导电带250A1、250A2、250B1、250B2、250C1、250C2、250D1、250D2、250E1、250E2以及250E3中包括的直部的角度θ分别被称为角度θ21、θ22、θ23、θ24、θ25、θ26、θ27、θ28、θ29、θ30以及θ31。

例如，长度L21和L22是173mm。例如，长度L23和L24是175mm。例如，长度L25和L26是177mm。例如，长度L27和L28是175mm。例如，长度L29、L30以及L31是173mm。

如上面所描述的那样，根据第二实施方式的天线装置200，在X轴方向上被布置在中间的导电带250C1和250C2的长度L25和L26是最长的。另一方面，在X轴方向上被布置在两端上的导电带250A1、250A2、250E1、250E2以及250E3的长度L21、L22、L29、L30以及L31是最短的。

在本文中，长度L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L30以及L31是与谐振频率下的单个波长(λ)相对应的长度。

例如，角度θ21和θ22是30度。例如，角度θ23和θ24是35度。例如，角度θ25和θ26是40度。例如，角度θ27和θ28是45度。例如，角度θ29、θ30以及θ31是50度。

如上面所描述的那样，导电带250A1、250A2、250B1、250B2、250C1、250C2、250D1、250D2、250E1、250E2以及250E3的角度θ21～θ31在更接近馈电点241A的区域中变得较小而在更接近开放端243A的区域中变得较大。

长度L21至L31和角度θ21至θ31是从利用有限元方法的电磁模拟得到的。

在本文中，为了证实如上面所描述的导电带250A1至250E3的不同长度L21至L31的效果起见，将参考图12来描述根据第二实施方式的S11参数和比较例的天线装置的S11参数的比较结果。在比较例的天线装置中，长度L21至L31被设置为186mm。

图13是例示了根据第二实施方式的天线装置200的S11参数和比较例的天线装置的S11参数的频率特性的图。

在图13中，实线表示从天线装置200获得的S11参数的频率特性。虚线表示从比较例的天线装置获得的S11参数的频率特性。在比较例的天线装置中，十一个导电带250A1至250E3的长度L21至L31被设置为186mm。

两者的S11参数是在天线装置200的S11参数和比较例的天线装置的S11参数的值在935MHz下取几乎相同的值的条件下计算出的。S11参数的标准值是-10dB。

如图13中所例示的那样，天线装置200的S11参数的值小于或等于-10dB的带宽比比较例的天线装置的带宽更宽。

因此，变得有可能像上面所描述的那样通过将导电带250A1至250E3的长度L21至L31设置为不同的长度来加宽带宽。

接下来讨论在高出天线装置200的电介质层110的顶面的点400mm处同时改变馈送到天线装置200的馈电点241A中的输入信号的相位所获得的电场矢量的模拟结果。

图14至16是例示了天线装置200的电场矢量的模拟结果的图。图14至16例示了919MHz、910MHz以及930MHz的输入信号分别被馈送到馈电点241A中的天线装置200的电场矢量的模拟结果。

图14至16中的每一个都例示了天线装置200的电磁矢量分别在当相位变成0度、40度、80度、120度以及160度的时刻的五个模拟结果。在这些图中，例示了电场的分布和方向。输入信号的相位表示在919MHz、910MHz以及930MHz下在一个周期(360度)期间的相位。

在实际的模拟结果中，电场强度用全色表示，即0V/m由蓝色来指示(见图14至16中的图例的底部)而5V/m由红色来指示(见图14至16中的图例的底部)。因为电场强度在图14至16中由单色来表示，所以不可能区分5V/m和0V/m。

然而，在实际的模拟结果中用红色表示的强电场在平面视图中位于天线装置200的中心部中，而在实际的模拟结果中用蓝色表示的弱电场在平面视图中位于天线装置200的外围部中。

因此，表示强电场的主方向的大箭头被添加到图14至16中的中心部。

如图14中所例示的那样，当919MHz的输入信号的相位是0度时，出现在天线装置200的中心部中的强电场的主方向是负X轴方向。

随着919MHz的输入信号的相位变为40度、80度、120度以及160度，强电场的主方向在逆时针方向上变化。当919MHz的输入信号的相位是160度时，强电场的主方向是正X轴方向。

这意味着出现在天线装置200的顶面上的强电场的主方向随着输入信号的相位变化而以圆极化方式旋转。

能够在910MHz和930MHz的输入信号像图15和16中所例示的那样被输入到天线装置200的馈电点241A的情况下看见诸如此类的倾斜角。

根据第二实施方式，有可能提供生成方向随着919MHz、910MHz以及930MHz的输入信号的相位变化而以圆极化方式旋转的电场的天线装置200。

如上面所描述的那样，在天线装置200的表面上生成的电场的方向响应于输入信号的相位而变化。因此，即使商品被在任何方向上布置在货架501上，也有可能在天线装置200被设置在货架501上的状态下读取附接到布置在货架501上的商品的RFID标签的识别信息。

根据第二实施方式，有可能提供能够通过电磁地耦合充当谐振器的导电带250以及包括导电线240和接地面130的微带天线而在近场中生成具有充足的均匀性和强度的电场的天线装置200。

尽管相对于第二实施方式的天线装置200得到了如图13至16中所例示的模拟结果，但是应当推测出，能够相对于第一实施方式的天线装置100获得类似结果。

在此之前已经提供了示例性实施方式的天线装置的描述。本发明不限于这些实施方式，而是在不背离本发明的范围的情况下可以做出许多变化和修改。

至此我们描述了天线装置的优选实施方式和变型例。然而，本发明不限于那些具体描述的实施方式及其变型例，并且可以在权利要求中所描述的本发明的范围内做出各种修改和变更。

本文中所记载的所有示例和条件语言意在供教学目的使用以帮助读者理解由本发明人对促进本技术所贡献的本发明和构思，并且将被解释为不限于这样具体地记载的示例和条件，这样的示例在本说明书中的组织也不涉及本发明的优势或劣势的示出。

尽管已经详细地描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对其做出各种改变、替换以及变更。

Claims

1.一种天线装置，该天线装置包括：

第一电介质层，其在平面图中为矩形；

接地面，其布置在所述第一电介质层的第一表面上；

导电线，其具有第一端和第二端并且布置在所述第一电介质层的第二表面上，所述第一端是馈电点，所述第二端是开放端或连接到所述接地面的短路端；

第二电介质层，其具有与所述第一电介质层相对应的形状并且在所述导电线夹在所述第一电介质层与所述第二电介质层之间的状态下布置在所述第一电介质层的第二表面上，所述第二电介质层具有面向所述第一电介质层的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；

第一导电元件，其布置在所述第二电介质层的第二表面上，使得在平面图中所述第一导电元件分别在与流过所述导电线的电流的驻波的第一节点相对应的第一位置处与所述导电线相交；以及

第二导电元件，其布置在所述第二电介质层的第二表面上，使得在平面图中所述第二导电元件分别在与所述驻波的第二节点相对应的第二位置处与所述导电线相交，

其中，所述第一导电元件和所述第二导电元件分别相对于在平面图中与所述第一节点和所述第二节点相对应的所述第一位置和所述第二位置向所述馈电点弯曲或者折曲，并且

其中，所述第一导电元件的第一弯曲程度、第一折曲程度或第一长度不同于所述第二导电元件的第二弯曲程度、第二折曲程度或第二长度。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每一个分别与所述导电线电磁耦合，并且其中，所述第一导电元件和所述第二导电元件分别构成谐振器。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第一长度和所述第二长度分别被设置为与谐振频率下的单个波长相对应的长度。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其中，在所述导电线的所述第二端是开放端的情况下，所述导电线的所述第二端与所述第一位置之间的长度对应于通过将第一整数乘以谐振频率下的半波长所获得的第三长度，并且所述导电线的所述第二端与所述第二位置之间的长度对应于通过将第二整数乘以所述谐振频率下的半波长所获得的第四长度。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其中，所述第三长度和所述第四长度分别是通过将奇数乘以所述谐振频率下的半波长而获得的。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其中，在所述导电线的所述第二端是开放端的情况下，所述导电线的所述第二端与所述第一位置之间的长度对应于通过将第一整数乘以谐振频率下的半波长并且将所述第一整数和所述半波长的第一相乘结果减去所述谐振频率下的四分之一波长所获得的第三长度，并且所述导电线的所述第二端与所述第二位置之间的长度对应于通过将第二整数乘以所述谐振频率下的半波长并且将所述第二整数和所述半波长的第二相乘结果减去所述谐振频率下的四分之一波长所获得的第四长度。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其中，所述第三长度和所述第四长度是通过将奇数乘以所述谐振频率下的半波长并且分别将所述第一相乘结果和所述第二相乘结果减去所述谐振频率下的四分之一波长而获得的。

8.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第一导电元件和所述第二导电元件分别包括第一线和一对第二线，所述第一导电元件的第一线从所述第一位置延伸，所述第一导电元件的第二线分别连接到所述第一导电元件的第一线的两端，并且在与所述第一导电元件的第一线的方向不同的方向上延伸，所述第二导电元件的第一线从所述第二位置延伸，所述第二导电元件的第二线分别连接到所述第二导电元件的第一线的两端，并且在与所述第二导电元件的第一线的方向不同的方向上延伸。

9.根据权利要求8所述的天线装置，其中，所述第一导电元件和所述第二导电元件还分别包括连接到所述第二线的前端的第三线。

10.根据权利要求8所述的天线装置，其中，所述第二线被形成为在平面图中从所述第一线与所述第二线之间的连接部起伸展的楔形。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的天线装置，其中，在平面图中，所述导电线在所述导电线的馈电点与所述第二端之间为曲折形状。

12.根据权利要求11所述的天线装置，其中，所述曲折形状是圆形曲折形状。