CN1287535C

CN1287535C - 偶极天线、使用该偶极天线的标签和移动体识别系统

Info

Publication number: CN1287535C
Application number: CNB031554431A
Authority: CN
Inventors: 津田裕彦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: CN1496019A; JP3645239B2; JP2004104344A

Abstract

本发明提供一种能保持图形的指向特性，并且能容易地进行阻抗调整的偶极天线。在其中间将阻抗调整用图形15切断，逐渐缩短长度t，由此逐渐改变输入阻抗Z，实现偶极天线11和IC芯片17之间的阻抗匹配。由于阻抗调整用图形15是宽度狭窄的线状图形，所以能容易地进行该切断。因此，能容易地进行输入阻抗Z的调整。此外，不必使电介质基板12非常大，从而不会导致偶极天线11的大型化。并且，即使改变其长度t，偶极天线11的指向特性也几乎不会变化。

Description

偶极天线、使用该偶极天线的标签和移动体识别系统

技术领域

本发明涉及一种无线通信用的偶极天线、使用该偶极天线的标签(tag)和移动体识别系统。

背景技术

作为偶极天线，例如有将一对天线元件作为电介质基板上的图形而形成的小型偶极天线。该小型偶极天线内置于在物品等的检测中使用的标签或移动电子设备等中。

在上述偶极天线中，为了调整其阻抗，而改变电介质基板的介电常数或厚度，或者改变偶极天线图形的宽度或长度，或者与偶极天线平行地配置完全电绝缘的其它图形。

此外，在专利文献1中公开了通过使天线元件的前端弯曲而调整阻抗的技术。

此外，在专利文献2中公开了通过在与偶极天线的连接线之间设置抽头(stub)而调整阻抗的技术。

专利文献1：特公平4-12043号公报

专利文献2：特公平3-71807号公报

但是，在上述任何一种现有的方法中，都难以随时调整偶极天线的阻抗，因此不能被称为简单的调整方法，并且也难以进行阻抗的微调。

此外，在与偶极天线平行地配置其它图形的方法以及专利文献1和专利文献2的方法中，随着阻抗的调整，天线的指向特性也可能变化，在保持天线的指向特性的同时进行阻抗调整是极其困难的。

因此，本发明就是鉴于上述现有的问题而提出的，其目的在于提供一种在保持天线指向特性的同时，能容易地进行阻抗调整的偶极天线。

此外，本发明的目的在于提供一种使用上述本发明的偶极天线的标签和移动体识别系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供的偶极天线，在电介质上作为图形而形成一对天线元件，其特征在于，将比天线元件的宽度狭窄的阻抗调整用图形配置在上述天线元件中的至少一个上，上述阻抗调整用图形，连接在比上述天线元件的长度方向的中间点更远离供电点的位置，且从该连接位置沿天线元件的边缘配置为线状。

根据具有上述结构的本发明的偶极天线，通过将阻抗调整用图形在其中间切断，改变其长度，可以调整偶极天线的阻抗。由于阻抗调整用图形是比天线元件的宽度狭窄的线状图形，所以容易进行该切断，并且即使其长度被改变，也几乎不会对天线的指向特性产生影响。

此外，越远离供电点，天线元件的电位越高。因此，阻抗调整用图形的连接位置越远离供电点，相对于阻抗调整用图形长度的改变的阻抗变化越明显，从而容易进行阻抗的调整。

进而，如果阻抗调整用图形的连接位置位于天线元件的前端侧，并且该前端侧比天线元件的长度方向的中间点更远离供电点，则可以极容易地进行阻抗的调整。

此外，在本发明中，在电介质上，使阻抗调整用图形沿天线元件而配置。

如果这样配置阻抗调整用图形，则可以减小阻抗调整用图形的占有面积，抑制偶极天线的大型化。

此外，在本发明中，在阻抗调整用图形的附近设置切断调整用标记，所以能容易地调整阻抗调整用图形的长度。

另一方面，本发明的标签将半导体芯片与本发明的偶极天线的上述供电点连接，上述半导体芯片通过偶极天线进行数据通信。

根据具有上述结构的本发明的标签，将半导体芯片与本发明的偶极天线的供电点连接。如上所述，由于能容易地调整偶极天线的阻抗，所以能容易地实现偶极天线和半导体芯片之间的阻抗匹配，保持标签的良好接收发送性能。

此外，本发明的移动体识别系统具有本发明的标签，以及在与上述标签之间进行数据接收发送的读写终端装置。

根据具有上述结构的本发明的移动体识别系统，由于使用本发明的标签，所以标签的接收发送性能优良，从而使得该系统的性能优良。

附图说明

图1是表示本发明的偶极天线的一个实施方式的俯视图。

图2是表示图1的偶极天线的侧视图。

图3是表示图1的偶极天线的输入阻抗Z和阻抗调整用图形的长度t之间的关系的曲线图。

图4是例示将图1的偶极天线的阻抗调整用图形在其中间切断的状态的俯视图。

图5是表示图1的偶极天线的指向特性的曲线图。

图6是表示图1的偶极天线的变形例的俯视图。

图7是表示图1的偶极天线的另一个变形例的俯视图。

图8是表示图1的偶极天线的另一个变形例的俯视图。

图9是表示图1的偶极天线的另一个变形例的俯视图。

图10是表示本发明的移动体识别系统的一个实施方式的方框图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的偶极天线的一个实施方式的俯视图。图2是表示该偶极天线的侧视图。

本实施方式的偶极天线11通过蚀刻等，使例如覆盖电介质基板12整个表面上的金属膜图形化，从而在电介质基板12上形成一对天线元件13、14和阻抗调整用图形15。

电介质基板12的厚度为T，具有相对介电常数Er。此外，电介质基板12的整个背面被金属膜16覆盖。

各天线元件13、14分别具有长度L和宽度W的大小。阻抗调整用图形15是比天线元件13、14的宽度狭窄的线状图形，如图1所示，阻抗调整用图形15与天线元件14的前端角部连接，在中间弯曲，与天线元件13、14平行地配置。

此外，在该偶极天线11中，配置有IC芯片17，将该IC芯片17搭在各天线元件13、14之间的供电点上并连接。该IC芯片17通过偶极天线11而进行数据通信。将这些偶极天线11和IC芯片17收容在外壳(package)(未图示)中，从而构成例如标签。该标签在后面说明的移动体识别系统中使用。

为了使IC芯片17的输入输出功率最大，必须实现偶极天线11和IC芯片17之间的阻抗匹配(inpedance matching)。即，如果设相对于IC芯片17的固有阻抗Zc(＝Rc-jXc(Ω))的共轭阻抗为Zc^*(＝Rc+jXc(Ω))，偶极天线11的输入阻抗为Z(＝R+jX(Ω))，则必须使偶极天线11的输入阻抗Z与共轭阻抗Zc^*一致。因此，要调整偶极天线11的输入阻抗Z。

偶极天线11的输入阻抗Z的调整是通过以下方法进行的，即将阻抗调整用图形15在其中间切断，改变阻抗调整用图形15相对于天线元件14的连接部分的长度。

图3是表示偶极天线11的输入阻抗Z和阻抗调整用图形15的长度t之间的关系的曲线图。在该曲线图中，X轴表示输入阻抗Z的电阻成分R(Ω)，Y轴表示输入阻抗Z的电抗成分X(Ω)，示出了电阻成分R(Ω)和电阻成分X(Ω)随着阻抗调整用图形15的长度t变化的变化情况。

如图3所示，当使阻抗调整用图形15的长度t从0逐渐变长时，电阻成分R(Ω)和电阻成分X(Ω)逐渐增大。随着阻抗调整用图形15的长度t的变长，电阻成分R(Ω)变为最大值后逐渐减小。同样，电抗成分X(Ω)也变为最大值后逐渐减小。但是，在该曲线图上，无法完全表示出在A1方向上的电阻成分R(Ω)和电抗成分X(Ω)的增大，所以继续示出了从A2方向开始的逐渐减小的电阻成分R(Ω)和电抗成分X(Ω)。此外，随着阻抗调整用图形15的长度的变长，电阻成分R(Ω)和电抗成分X(Ω)分别返回到长度t＝0时的值附近，然后再次通过最初轨迹的内侧而逐渐增大。

从该曲线图可以看出，如果改变阻抗调整用图形15的长度t，则可以调整偶极天线11的输入阻抗Z。

因此，将阻抗调整用图形15在其中间切断，逐渐缩短长度t，由此逐渐改变输入阻抗Z，使其与共轭阻抗Zc^*一致，从而使偶极天线11和IC芯片17之间的阻抗匹配。

图4是例示将阻抗调整用图形15在其中间切断的状态的俯视图。阻抗调整用图形15在位置P被切断，从原来的长度t1变为长度t2。在原来的长度t1的情况下，输入阻抗Z大，并且偶极天线11的灵敏度低。在改变后的长度t2的情况下，输入阻抗Z变小，并且偶极天线11的灵敏度变高。

这样，在本实施方式中，切断阻抗调整用图形15，改变其长度，从而使偶极天线11和IC芯片17之间的阻抗匹配。其中，由于阻抗调整用图形15是宽度狭窄的线状图形，所以能容易地进行该切断，也能容易地进行输入阻抗Z的调整。此外，由于将阻抗调整用图形15沿天线元件14的上侧边缘配置，所以不必使电介质基板12特别地大，从而不会导致偶极天线11的大型化。

此外，由于阻抗调整用图形15是宽度狭窄的线状图形，所以即使改变其长度t，偶极天线11的指向特性也几乎不会改变。

图5是表示偶极天线11的指向特性的曲线图。由于阻抗调整用图形15比天线元件14细得多，所以即使改变阻抗调整用图形15的长度，该曲线图的指向特性也不会改变。

此外，如图4所示，可以预先在偶极天线11上形成刻度状的切断调整用标记Q。通过预先形成这样的切断调整用标记Q，能容易的对多个偶极天线的阻抗调整用图形的长度进行均匀地调整。或者，如果预先在偶极天线11的灵敏度大致为0的位置R上形成切断调整用标记，则通过在位置R切断阻抗调整用图形15，能容易的将偶极天线11的灵敏度调整为0。

此外，即使在切断阻抗调整用图形15的情况下，只要利用焊锡将该切断部位连接起来，就能使阻抗调整用图形15恢复到原来的状态，从而恢复输入阻抗Z。

此外，如果减小天线元件14的长度L与宽度W的比L/W，则如图3的曲线图所示，输入阻抗Z的特性曲线向箭头C的内侧方向移动，另外，如果增大长度L和宽度W的比L/W，则输入阻抗Z的特性曲线向箭头B的外侧移动。因此，如果只改变阻抗调整用图形15的长度不能使输入阻抗Z最优化，则可以在改变天线元件14的长度L和宽度W的比L/W，使输入阻抗Z大幅度改变之后，通过改变阻抗调整用图形15的长度，来再次进行输入阻抗Z的微调。

图6示出了图1的偶极天线的变形例。其中，沿天线元件14的上侧边缘配置阻抗调整用图形15a。

图7示出了图1的偶极天线的另一个变形例。其中，增大了各天线元件13、14的宽度，沿天线元件14的右侧边缘配置阻抗调整用图形15b。

图8示出了图1的偶极天线的另一个变形例。其中，将阻抗调整用图形15c多次弯曲而配置。

在图6、图7和图8的任何一个变形例中，阻抗调整用图形的占有面积都很小，因此不必使电介质基板12形成得很大，从而不会导致偶极天线11的大型化。

图9示出了图1的偶极天线的另一个变形例。其中，使用电介质薄膜12a来代替电介质基板12。也可以使用纸材或玻璃材料来代替电介质薄膜12a。

此外，在天线元件13上设置阻抗调整用图形，或者在各天线元件13、14上均设置阻抗调整用图形，也可以得到同样的效果。此外，也可以将多个阻抗调整用图形与天线元件13、14中的至少一个连接，选择地改变各阻抗调整用图形的长度，来调整偶极天线11的输入阻抗Z。

此外，由于输入阻抗Z是由阻抗调整用图形的长度决定的，而与阻抗调整用图形的方向或者阻抗调整用图形和天线元件之间的距离无关，所以可以自由地改变阻抗调整用图形的配置。或者，也可以将阻抗调整用图形配置在电介质基板12的背面。

此外，可以使各天线元件13、14的形状进行各种变形。

此外，作为阻抗调整用图形，可以将多个图形片间隔开而排列，并用焊锡等将各图形片连接，由此可以使阻抗调整用图形与天线元件连接，同时调整阻抗调整用图形的长度。

此外，可以改变阻抗调整用图形相对于天线元件的连接位置。但是，由于各天线元件13、14的供电点附近部分的电位低，所以即使将阻抗调整用图形与该部分连接，改变阻抗调整用图形的长度，输入阻抗Z也只会发生微小的变化。因此，优选使阻抗调整用图形与离开供电点的天线元件部分连接。特别是，如果使阻抗调整用图形与天线元件的前端侧连接，该前端侧比该天线元件的长度方向的中间点更远离供电点，则输入阻抗Z相对于阻抗调整用图形长度的改变的变化较大，从而能极容易地调整输入阻抗Z。

此外，也可以通过同轴电缆等，使其他的发送接收电路等与该供电点连接，以代替将IC芯片17搭在偶极天线11的供电点上而连接。在移动电子设备等中，与将IC芯片17直接搭在偶极天线11的供电点上相比，从供电点引出同轴电缆等方法更具有通用性。

图10是表示本发明的移动体识别系统的一个实施方式的方框图。本实施方式的系统具有多个标签21-1～21-n，以及在各标签21-1～21-n之间发送接收各自数据的读写终端装置22。

各标签21-1～21-n是将图1的偶极天线11和IC芯片17内置在外壳中而形成的。IC芯片17通过偶极天线11进行无线通信，在与读写终端装置22之间进行数据的发送接收。此外，IC芯片17具有运算功能和存储功能，可以处理或存储数据。

在该系统中，将各标签21-1～21-n分别附在物品(未图示)上，对于各物品，分别将物品的固有数据从读写终端装置22向附在该物品上的标签的IC芯片17发送，使IC芯片17存储该物品的固有信息。此外，对于各物品，分别从读写终端装置22呼叫附在物品上的标签的IC芯片17，使所呼叫的标签的IC芯片17发送该物品的固有数据，然后通过读写终端装置22接收该物品的固有信息。

这样，通过在各标签21-1～21-n和读写终端装置22之间接收发送各物品的固有数据，来对各物品进行管理。

此外，在各标签21-1～21-n中，调整阻抗调整用图形的长度，进行偶极天线11和IC芯片17之间的阻抗匹配，使IC芯片17的输入输出功率最大。由此，可以良好地进行各标签21-1～21-n和读写终端装置22之间的数据通信。

此外，作为IC芯片17，可以使用由电池供电的芯片，或者使用接收电磁波信号，所接收的输入转换为电能。

根据上述本发明，通过将阻抗调整用图形在其中间切断，改变其长度，可以调整偶极天线的阻抗。由于阻抗调整用图形是比天线元件的宽度狭窄的线状图形，所以该切断容易进行，并且即使其长度被改变，也几乎不会对天线的指向特性产生影响。

此外，由于使阻抗调整用图形在远离供电点的位置上与天线元件连接，所以阻抗相对于阻抗调整用图形长度的改变的变化是明显的，从而容易进行阻抗的调整。

此外，由于在电介质上沿天线元件配置阻抗调整用图形，或者在电介质上使阻抗调整用图形多次弯曲而配置，所以阻抗调整用图形的占有面积小，从而可以抑制偶极天线的大型化。

此外，由于在阻抗调整用图形的附近设置切断调整用标记，所以能均匀地调整多个偶极天线的阻抗调整用图形的长度，并且能容易地将偶极天线的灵敏度调整为大致为0。

Claims

1.一种偶极天线，在电介质上作为图形而形成一对天线元件，其特征在于，

将比天线元件的宽度狭窄的阻抗调整用图形配置在上述天线元件中的至少一个上，上述阻抗调整用图形连接在比上述天线元件的长度方向的中间点更远离供电点的位置，且从该连接位置沿天线元件边缘配置为线状。

2.根据权利要求1所述的偶极天线，其特征在于，在阻抗调整用图形的附近设置切断调整用标记。

3.一种使用偶极天线的标签，其特征在于，使半导体芯片与权利要求1或2所述的偶极天线的供电点连接，半导体芯片通过该偶极天线进行数据通信。

4.一种移动体识别系统，其特征在于，具有权利要求3所述的标签、以及在与该标签之间进行数据接收发送的读写终端装置。