DE112012001977T5

DE112012001977T5 - Funkkommunikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012001977T5
Application number: DE112012001977.6T
Authority: DE
Inventors: Noboru Kato
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-02-20
Also published as: JP5333707B2; US8770489B2; JPWO2013011856A1; CN103370886B; US20140014733A1; CN103370886A; WO2013011856A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Funkkommunikationsvorrichtung bereitzustellen, die klein ist, die eine große Kommunikationsentfernung aufweist und die eine stabile Frequenzcharakteristik aufweist. Eine Funkkommunikationsvorrichtung umfasst ein flaches Strahlungselement, das eine Schleife mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst; ein Einspeiseelement, das eine mit dem ersten Ende der Schleife verbundene Spulenstruktur umfasst; und ein mit der Spulenstruktur verbundenes Funk-IC-Element. Die Spulenstruktur ist in der Nähe der Schleife angeordnet und ist derart gewickelt, dass eine elektronische Leistungsversorgung für die Spulenstruktur einen Stromfluss in der Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in einer selben Richtung erzeugt. Die Spulenstruktur und die Schleife sind in Reihe geschaltet und sind über ein Magnetfeld gekoppelt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Funkkommunikationsvorrichtung und insbesondere auf eine Funkkommunikationsvorrichtung, die vorzugsweise für eine Kommunikation mit einer Lese-/Schreibvorrichtung in einem RFID-System (Funkfrequenzidentifikationssystem) verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Seit einigen Jahren werden RFID-Systeme als Wareninformationsverwaltungssysteme praktisch genutzt. Bei einem derartigen RFID-System wird eine Kommunikation zwischen einer Lese-/Schreibvorrichtung und einer RFID-Kennung (auch als Funkkommunikationsvorrichtung bezeichnet), die an einer Ware angebracht ist, auf kontaktlose Weise zur Übertragung von Informationen durchgeführt. Die Lese-/Schreibvorrichtung und die RFID-Kennung weisen jeweils ein Strahlungselement (eine Antenne) zum Senden und Empfangen von Funksignalen auf. Ein derartiges RFID-System ist üblicherweise ein HF-System, das Hochfrequenzwellen in einem Band um 13,56 MHz herum verwendet, oder ein UHF-System, das Hochfrequenzwellen in einem Band um 900 MHz herum verwendet.
In einem Fall des HF-Systems sind die Antennen der RFID und der Lese-/Schreibvorrichtung üblicherweise Spulenantennen, und diese Spulenantennen sind über ein Induktionsfeld miteinander gekoppelt. Somit werden Funksignale durch ein Nahfeld übertragen.
Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass eine Spulenantenne in ein Kommunikationsendgerät wie beispielsweise ein Mobiltelefon integriert werden könne, sodass das Kommunikationsendgerät selbst als Lese-/Schreibvorrichtung oder RFID-Kennung verwendet werden kann, wie beispielsweise in den Patentschriften 1 und 2 beschrieben ist.
Da ein HF-System jedoch eine große Größe einer Spulenantenne erfordert, ist es notwendig, wie in den Patentschriften 1 und 2 erörtert wird, einen großen Raum für die Antenne in dem Gehäuse des Kommunikationsendgeräts vorzusehen. Ferner sind in dem Gehäuse des Kommunikationsendgeräts eine Flüssigkristallanzeigetafel, eine Tastatur, eine HF-Schaltungsplatine, ein Batteriesatz und andere Komponenten vorgesehen, und Metallteile dieser Komponenten behindern die Erzeugung eines Induktionsfeldes an der Spulenantenne. Dies kann eine Änderung der Resonanzfrequenz der Spulenantenne bewirken, was zu einem Versagen bezüglich eines Gewährleistens einer zufrieden stellenden Kommunikationsentfernung führt.
ENTGEGENHALTUNGEN DES STANDES DER TECHNIK
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische offen gelegte Patentveröffentlichung Nr. 2006-270681
Patentschrift 2: WO 2007/060792

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind
Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Funkkommunikationsvorrichtung zu liefern, die klein ist, eine große Kommunikationsentfernung aufweist und die eine stabile Frequenzcharakteristik aufweist.
Lösung der Probleme
Eine Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein flaches Strahlungselement, das eine Schleife umfasst, die ein erstes Ende und ein zweites Ende umfasst; ein Einspeiseelement, das eine mit dem ersten Ende der Schleife verbundene erste Spulenstruktur umfasst; und ein mit der ersten Spulenstruktur verbundenes Funk-IC-Element; wobei die erste Spulenstruktur in der Nähe der oder benachbart zu der Schleife angeordnet ist und derart gewickelt ist, dass eine elektronische Leistungsversorgung für die erste Spulenstruktur einen Stromfluss in der ersten Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in einer selben Richtung erzeugt; und die erste Spulenstruktur und die Schleife in Reihe geschaltet sind und über ein Magnetfeld gekoppelt sind.
Bei der Funkkommunikationsvorrichtung ist die erste Spulenstruktur vorzugsweise so gewickelt, dass eine elektrische Leistungsversorgung für die erste Spulenstruktur einen Stromfluss in der ersten Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in dem flachen Strahlungselement in derselben Richtung erzeugt. Ferner sind die erste Spulenstruktur und die Schleife über ein Magnetfeld gekoppelt. Deshalb verstärken sich dann, wenn ein Strom in dem Funk-IC-Element fließt, ein an der ersten Spulenstruktur erzeugtes Induktionsfeld und ein an der Schleife erzeugtes Induktionsfeld gegenseitig. Folglich fließt ein induzierter Strom fast über das gesamte flache Strahlungselement hinweg, und ein Hochfrequenzsignal wird von der gesamten Oberfläche des flachen Strahlungselements ausgestrahlt. Unterdessen wird die Frequenzcharakteristik des Strahlungselements hauptsächlich durch die Größe der Schleife und den Induktivitätswert der ersten Spulenstruktur bestimmt, und die Frequenzcharakteristik wird durch eine in der Nähe oder in einer bestimmten Nachbarschaft angeordnete Metallkomponente kaum beeinflusst. Demgemäß ist die Funkkommunikationsvorrichtung klein, weist eine große Kommunikationsentfernung auf und weist eine stabile Frequenzcharakteristik auf.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine Funkkommunikationsvorrichtung bereitgestellt, die klein ist, eine große Kommunikationsentfernung aufweist und die eine stabile Frequenzcharakteristik aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei (A) eine Draufsicht und (B) eine vergrößerte Draufsicht auf einen Hauptabschnitt derselben ist.
2 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm der Funkkommunikationsvorrichtung.
3 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Einspeiseelements (einer Spulenstruktur) der Funkkommunikationsvorrichtung.
4 zeigt Draufsichten auf jeweilige Basisschichten des Einspeiseelements (der Spulenstruktur).
5 ist ein Diagramm, das die Feldstärke der Funkkommunikationsvorrichtung zeigt.
6 ist ein Smith-Diagramm, das die Resonanzfrequenz der Funkkommunikationsvorrichtung zeigt.
7 ist eine Draufsicht auf einen Hauptabschnitt einer Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Draufsicht auf einen Hauptabschnitt einer Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm einer Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Funkkommunikationsvorrichtungen gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind dieselben Elemente und Bauglieder mit denselben Bezugszeichen versehen, und sich wiederholende Beschreibungen derselben werden vermieden.
(Allgemeine Beschreibung der Funkkommunikationsvorrichtung)
Zunächst wird eine Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung allgemein beschrieben. Die Funkkommunikationsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein flaches Strahlungselement, das eine Schleife mit zwei zueinander benachbarten Enden umfasst; ein Einspeiseelement, das eine mit einem Ende der Schleife verbundene Spulenstruktur umfasst; und ein mit der Spulenstruktur verbundenes Funk-IC-Element. Die Spulenstruktur ist in der Nähe der Schleife angeordnet, und die Spulenstruktur ist derart gewickelt, dass eine elektronische Leistungsversorgung für die Spulenstruktur einen Stromfluss in der Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in einer selben Richtung erzeugt. Die Spulenstruktur und die Schleife sind in Reihe geschaltet und sind über ein Magnetfeld gekoppelt.
Das flache Strahlungselement dient als Antenne, um Funksignale zu senden und zu empfangen, und ein Metallleiter kann beispielsweise als Strahlungselement verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass beispielsweise ein in einer gedruckten Schaltungsplatine vorgesehener Erdungsleiter verwendet wird. Wenn das Gehäuse eines Kommunikationsendgeräts Metall ist, kann beispielsweise das Metallgehäuse als Strahlungselement verwendet werden. Alternativ dazu kann beispielsweise ein Metallschutzfilm eines Batteriesatzes als Strahlungselement verwendet werden. Das flache Strahlungselement gibt an, dass das Strahlungselement beispielsweise eben oder gekrümmt sein kann und rechteckig, oval oder polygonal sein kann oder eine beliebige andere Gestalt aufweisen kann.
Die Schleife ist vorzugsweise in einem Teil des flachen Strahlungselements definiert und ist eine ringförmige Leiterstruktur mit zwei Enden. In Bezug auf Verarbeitung und Raum ist es vorteilhaft, einen Teil von dem flachen Strahlungselement abzuschneiden, sodass beispielsweise die Kante um den abgeschnittenen Teil herum die Schleife definiert. Alternativ dazu kann die Schleife durch einen Schleifenleiter definiert sein, der beispielsweise durch eine Seite eines flachen rechteckigen oder im Wesentlichen rechteckigen Strahlungselements bereitgestellt wird.
Ein Funk-IC-Element ist ein Integrierte-Schaltung-Element, das Hochfrequenzsignale verarbeitet, und das Funk-IC-Element umfasst eine Logikschaltung, eine Speicherschaltung usw., in der notwendige Informationen gespeichert werden. Das Funk-IC-Element kann beispielsweise als Chipelement konfiguriert sein, das aus Siliziumhalbleiter hergestellt ist. Das Funk-IC-Element kann beispielsweise eingehäust sein und kann insbesondere an einem Keramik- oder Harzsubstrat angebracht oder in demselben integriert sein. Alternativ dazu kann das Funk-IC-Element beispielsweise ein Nacktchip sein. Wenn ein Keramiksubstrat oder ein Harzsubstrat verwendet wird, können auf oder in dem Substrat ferner eine Anpassungsschaltung und eine Resonanzschaltung vorgesehen sein.
Das Einspeiseelement umfasst vorzugsweise zumindest eine Spulenstruktur (eine erste Spulenstruktur) und ist zwischen das Funk-IC-Element und das Strahlungselement geschaltet. Somit wird ein an dem Strahlungselement empfangenes Hochfrequenzsignal an das Funk-IC-Element geliefert, und ein durch das Funk-IC-Element erzeugtes Hochfrequenzsignal wird an das Strahlungselement gesendet. Die Spulenstruktur ist mit einem Ende der Schleife verbunden. Im Einzelnen ist dann, wenn das Funk-IC-Element ein Differenzeinspeisungstyp ist, ein erster Einspeiseanschluss des Funk-IC-Elements mit einem Ende der Spulenstruktur verbunden, und das andere Ende der Spulenstruktur ist mit einem Ende der Schleife verbunden. Das andere Ende der Schleife ist über das Einspeiseelement mit einem zweiten Einspeiseanschluss des Funk-IC-Elements verbunden.
Das Einspeiseelement kann auch einen Kondensator umfassen, der parallel zu dem Funk-IC-Element geschaltet ist. In diesem Fall definieren der Kondensator und die Spulenstruktur (der Induktor) eine Flüssigkristallresonanzschaltung (LC-Resonanzschaltung). Das Einspeiseelement umfasst als Basis vorzugsweise einen Laminatkörper, der eine Mehrzahl von übereinander platzierten Isolierschichten umfasst, und die Spulenstruktur weist im Inneren des Laminatkörpers vorzugsweise eine Schraubenförmige Gestalt auf. Für die Isolierschichten kann ein Keramikmaterial wie z. B. eine LTCC-Keramik verwendet werden, und beispielsweise kann ein Harzmaterial wie z. B. ein wärmehärtbares Harz oder ein thermoplastisches Harz verwendet werden. Die Basis kann beispielsweise aus dielektrischen Schichten hergestellt sein und kann aus Magnetschichten hergestellt sein. Wenn Magnetschichten verwendet werden, ist bevorzugt, dass ein Teil der Spulenstruktur auf einer Oberfläche des Laminatkörpers frei liegt, da es wahrscheinlich ist, dass ein durch die Spulenstruktur erzeugtes Induktionsfeld im Inneren des Laminatkörpers eingeschlossen wird. Dem Laminatkörper des Einspeiseelements werden nicht nur die Spulenstruktur, sondern auch andere Leiterstrukturen, z. B. ein Anbringsteg, eine Verbindungsverdrahtung usw. bereitgestellt. Diese Leiterstrukturen sind vorzugsweise beispielsweise aus einem silberbasierten oder einem kupferbasierten Metallmaterial mit einem geringen spezifischen Widerstand hergestellt.
Bei dem Laminatkörper, zwischen der Spulenstruktur und der Schleife, genauer gesagt in einem Bereich, in dem sich die offene Fläche der Spulenstruktur und die Schleifenoberfläche der Schleife überlappen, liegen vorzugsweise keine Leiterstrukturen vor, die die Magnetfeldkopplung zwischen der Spulenstruktur und der Schleife behindern. Vor allem eine flache Leiterstruktur, die die gesamte offene Fläche der Spulenstruktur bedeckt, behindert die Magnetfeldkopplung zwischen der Spulenstruktur und der Schleife. Ferner muss das Funk-IC-Element nicht auf einer Oberfläche des Laminatkörpers des Einspeiseelements angebracht werden, und das Funk-IC-Element kann im Inneren des Laminatkörpers vorgesehen werden. Auch kann das Funk-IC-Element auf oder in einem Substrat vorgesehen sein, das ein von dem Laminatkörper des Einspeiseelements getrennter Körper ist.
Bei der Funkkommunikationsvorrichtung ist die Spulenstruktur mit der in dem Strahlungselement vorgesehenen Schleife in Reihe geschaltet und ist über ein Magnetfeld mit der Schleife gekoppelt. Mit anderen Worten sind die Spulenstruktur und die Schleife direkt miteinander verbunden und sind über eine gegenseitige Induktivität auch miteinander gekoppelt. Aus diesem Grund wird bevorzugt, dass sich die Wicklungsachse der Spulenstruktur und die Mittelachse der Schleife in derselben oder im Wesentlichen derselben Richtung erstrecken. Ferner wird bevorzugt, dass sich die Spulenstruktur innerhalb eines Bereichs befindet, der in einer Draufsicht von der Schleife umschlossen ist.
Ferner ist die Spulenstruktur in einer Richtung gewickelt, sodass eine elektrische Leistungsversorgung für die Spulenstruktur einen Stromfluss in der Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in derselben Richtung (phasengleich) erzeugt. Wenn also ein Strom in dem Funk-IC-Element fließt, definieren ein an der Spulenstruktur erzeugtes Induktionsfeld und ein an der Schleife erzeugtes Induktionsfeld eine einzelne magnetische Schleife, und diese Induktionsfelder verstärken sich gegenseitig. Demgemäß fließt ein induzierter Strom fast über das gesamte flache Strahlungselement, und ein Hochfrequenzsignal wird von der gesamten Oberfläche des flachen Strahlungselements ausgestrahlt. Unterdessen wird die Frequenzcharakteristik des Strahlungselements hauptsächlich durch die Größe der Schleife und den Induktivitätswert der Spulenstruktur bestimmt, und die Frequenzcharakteristik wird durch eine in einer Nachbarschaft angeordnete Metallkomponente kaum beeinflusst. Somit ist die Funkkommunikationsvorrichtung klein, weist eine große Kommunikationsentfernung auf und weist eine stabile Frequenzcharakteristik auf.
Der Induktivitätswert der Spulenstruktur ist vorzugsweise größer als der durch die Schleife bereitgestellte Induktivitätswert. Wenn diese Induktivitätswerte eine derartige Beziehung aufweisen, wird die Frequenzcharakteristik des Systems, das die Spulenstruktur und die Schleife umfasst, hauptsächlich durch den Induktivitätswert der Spulenstruktur bestimmt und wird durch die Größe der Schleife und die außerhalb der Schleife (und ferner außerhalb des Strahlungselements) vorliegenden Umstände kaum beeinflusst.
Das Einspeiseelement kann ferner eine weitere Spulenstruktur (eine zweite Spulenstruktur) umfassen, die mit dem anderen Ende der Schleife verbunden ist. Diese zweite Spulenstruktur ist in der Nähe der Schleife angeordnet und ist derart gewickelt, dass eine elektrische Leistungsversorgung für die zweite Spulenstruktur einen Stromfluss in der zweiten Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in derselben Richtung (phasengleich) erzeugt. Die Wicklungsachse der zweiten Spulenstruktur und die Mittelachse der Schleife erstrecken sich in derselben oder im Wesentlichen in derselben Richtung. Überdies befinden sich die Wicklungsachse der zweiten Spulenstruktur und die Wicklungsachse der ersten Spulenstruktur in derselben oder im Wesentlichen in derselben Position oder sehr nahe beieinander, und die zweite Spulenstruktur und die erste Spulenstruktur sind vorzugsweise über ein Magnetfeld miteinander gekoppelt. Mit anderen Worten, aufgrund des Vorliegens der zweiten Spulenstruktur, die über eine gegenseitige Induktivität mit der ersten Spulenstruktur gekoppelt ist, kann der Elementwert der ersten Spulenstruktur, der eine vorbestimmte Resonanzfrequenz erzielen muss, beträchtlich verringert werden, und folglich kann die Größe des Einspeiseelements beträchtlich verringert werden. Es ist besonders bevorzugt, dass die Phasendifferenz zwischen den zwei Enden der Schleife 180 Grad beträgt, wenn die Arbeitsfrequenz hoch ist. Ein Verbinden dieser Spulenstrukturen mit den zwei Enden der Schleife ermöglicht, dass ein Maximalstrompunkt in der Schleife vorgesehen wird und dass Maximalspannungspunkte mit einer Phasendifferenz von 180 Grad an den jeweiligen Enden jeder der Spule vorgesehen werden, und Verbesserungen bezüglich der Symmetrie und Korrekturen von Phasendifferenzfehlern sind möglich.
Die Funkkommunikationsvorrichtung ist vorzugsweise dafür geeignet, als Lese-/Schreibvorrichtung oder als RFID-Kennung, die beispielsweise bei einem HF-RFID-System verwendet wird, verwendet zu werden. Ferner kann die Funkkommunikationsvorrichtung umfassend eingesetzt werden, nicht nur bei einem HF-RFID-System, sondern beispielsweise auch bei einem UHF-RFID-System, und bei Kommunikationssystemen wie beispielsweise W-LAN, Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen) usw. Ein Erdungsleiter kann als Strahlungselement verwendet werden, und eine Minimierung der Vorrichtung ist möglich. Dies ist sehr vorteilhaft, wenn diese Vorrichtung in ein Mobiltelefon oder ein Funkkommunikationsendgerät integriert wird.
(Erstes Ausführungsbeispiel; siehe Fig. 1 bis Fig. 6)
Eine Funkkommunikationsvorrichtung 1A gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst vorzugsweise ein flaches Strahlungselement 10, das eine Schleife 11 mit einem ersten Ende 11a und einem zweiten Ende 11b, die nahe beieinander liegen, umfasst. Ein Einspeiseelement 20, das Spulenstrukturen L1 und L2 umfasst (siehe 2), von denen jeweilige erste Enden mit den Enden 11a und 11b der Schleife 11 verbunden sind, und Kondensatoren C1 und C2, die jeweils mit den Spulenstrukturen L1 und L2 auf den anderen Seiten (jeweiligen zweiten Seiten) in Reihe geschaltet sind; und ein Funk-IC-Element 30, das mit den anderen Enden (jeweiligen zweiten Enden) der Spulenstrukturen L1 und L2 verbunden ist. Die Spulenstrukturen L1 und L2 sind in der Nähe der Schleife 11 angeordnet und sind derart gewickelt, dass eine elektrische Leistungsversorgung für die Spulenstrukturen L1 und L2 einen Stromfluss I1 in der Spulenstruktur L1, einen Stromfluss I2 in der Spulenstruktur L2 (siehe 2) und einen Stromfluss I3 in der Schleife 11 in derselben Richtung erzeugt, und die Spulenstrukturen L1 und L2 und die Schleife 11 sind in Reihe geschaltet. Die Spulenstrukturen L1 und L2 sind über ein Magnetfeld M2 miteinander gekoppelt, und die Spulenstrukturen L1 und L2 sind über ein Magnetfeld M1 mit der Schleife 11 gekoppelt.
Das flache Strahlungselement 10 soll als Antenne fungieren, um Funksignale zu empfangen und zu senden. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als flaches Strahlungselement 10 vorzugsweise ein auf der gedruckten Verdrahtungsplatine 5 vorgesehener Erdungsleiter verwendet. Das flache Strahlungselement 10 ist teilweise abgeschnitten, und die Schleife 11 wird durch die Kante um den abgeschnittenen Teil herum definiert.
Das Funk-IC-Element 30 ist vorzugsweise ein herkömmliches Integrierte-Schaltung-Element, das Hochfrequenzsignale verarbeitet, und das Funk-IC-Element 30 umfasst eine Logikschaltung, eine Speicherschaltung usw., in der notwendige Informationen gespeichert werden. Ein erster Einspeiseanschluss 31 des Funk-IC-Elements 30 ist mit dem zweiten Ende der Spulenstruktur L1 verbunden, und ein zweiter Einspeiseanschluss 32 des Funk-IC-Elements 30 ist mit dem zweiten Ende der Spulenstruktur L2 verbunden.
Das Einspeiseelement 20 ist zwischen das Funk-IC-Element 30 und das Strahlungselement 10 geschaltet. Das Einspeiseelement 20 liefert ein an dem Strahlungselement 10 empfangenes Hochfrequenzsignal an das Funk-IC-Element 30 und sendet ein durch das Funk-IC-Element 30 erzeugtes Hochfrequenzsignal an das Strahlungselement 10. Bei dem Einspeiseelement 20 ist eine LC-Resonanzschaltung vorzugsweise durch die Kondensatoren C1 und C2 und die Spulenstrukturen (Induktoren) L1 und L2 definiert.
Die Basis des Einspeiseelements 20 ist ein Laminatkörper 21, der eine Mehrzahl von übereinander platzierten Isolierschichten umfasst. Die Spulenstrukturen L1 und L2 sind in einer schraubenförmigen Gestalt in dem Laminatkörper 21 eingebettet, und das Funk-IC-Element 30 und die Kondensatoren C1 und C2 sind auf einer oberen Oberfläche des Laminatkörpers 21 vorgesehen.
Nun wird die Struktur des Laminatkörpers 21 (die Laminatstruktur der Spulenstrukturen L1 und L2) unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Der Laminatkörper 21 wird vorzugsweise gebildet, indem Lagen 22a mit 22h, die in 4 gezeigt sind, gestapelt und durch Druck verbunden werden, und der Laminatkörper 21 wird je nach Bedarf mit einem Brennen fertig gestellt.
Auf der Lage 22a sind Elektroden 23a bis 23h und Durchkontaktierungsleiter 27a bis 27f vorgesehen. Auf der Lage 22b sind Leiterstrukturen 24a, 25 und Durchkontaktierungsleiter 27a und 27g vorgesehen. Auf den Lagen 22c mit 22g sind Leiterstrukturen 24b bis 24f und Durchkontaktierungsleiter 27g und 27h vorgesehen. Auf der Lage 22h sind Elektroden 26a bis 26d und Durchkontaktierungsleiter 27g und 27h vorgesehen, und die Elektroden 26a bis 26d sind auf der Rückseite der Lage 22h vorgesehen.
Die Lagen 22a bis 22h sind auf diese Weise übereinander platziert, wobei sich die Lage 22h unten befindet und sich die Lage 22a oben befindet. Folglich ist die auf der Lage 22a vorgesehene Elektrode 23a durch den Durchkontaktierungsleiter 27a hindurch mit den Leiterstrukturen 25 und 24b verbunden. Die Elektrode 23b ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27b hindurch mit der Leiterstruktur 25 verbunden. Die Elektrode 23d ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27c hindurch mit der Leiterstruktur 25 verbunden. Die Elektroden 23e ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27d hindurch mit der Leiterstruktur 24a verbunden. Die Elektrode 23f ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27e hindurch mit der Leiterstruktur 24a verbunden. Die Elektrode 23h ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27f hindurch mit der Leiterstruktur 24a verbunden.
Ein Ende der auf der Lage 22b vorgesehenen Leiterstruktur 24a ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27g hindurch mit der auf der Rückseite der Lage 22h vorgesehenen Elektrode 26b verbunden. Die auf der Lage 22c vorgesehene Leiterstruktur 24b ist durch die Durchkontaktierungsleiter 27h hindurch mit den Leiterstrukturen 24c bis 24f verbunden, sodass die Leiterstrukturen 24b bis 24f dahin gehend verbunden sind, eine schraubenförmige Gestalt zu definieren. Die auf der Lage 22g vorgesehene Leiterstruktur 24f ist durch den Durchkontaktierungsleiter 27h hindurch mit der auf der Rückseite der Lage 22h vorgesehenen Elektrode 26a verbunden. Die auf den Lagen 22a und 22h vorgesehenen Elektroden 23c, 23g, 26c und 26d sind zum Anbringen verwendete Floating-Elektroden.
Bei dem wie oben beschrieben konfigurierten Laminatkörper 21 umfasst die Spulenstruktur L1 die Leiterstrukturen 24b bis 24f, und die Spulenstruktur L2 umfasst die Leiterstruktur 24a. Die auf der Lage 22b vorgesehene Leiterstruktur 25 und der schmale Abschnitt der Leiterstruktur 24a, die der Leiterstruktur 25 gegenüber liegt, definieren eine und fungieren als Anschlussstruktur.
Der erste Einspeiseanschluss 31 und der zweite Einspeiseanschluss 32 der Funk-IC-Vorrichtung 30 sind mit den Elektroden 23b bzw. 23f des durch den Laminatkörper 21 definierten Einspeiseelements 20 verbunden. Der Kondensator C1 ist mit den Elektroden 23a und 23e verbunden, und der Kondensator C2 ist mit den Elektroden 23d und 23h verbunden. Die Elektrode 26a ist mit dem ersten Ende 11a der Schleife 11 verbunden, und die Elektrode 26b ist mit dem zweiten Ende 11b der Schleife 11 verbunden. Die Elektroden 26c und 26d sind mit Elektroden 11c und 11d verbunden, die zum Anbringen zu verwenden sind (siehe 1(B)) und die in einem von der Schleife 11 umschlossenen Bereich vorgesehen sind.
Bei der wie oben beschrieben konfigurierten Funkkommunikationsvorrichtung 1A sind die Spulenstrukturen L1 und L2 derart gewickelt, dass eine elektrische Leistungsversorgung für die Spulenstrukturen L1 und L2 Stromflüsse I1 und I2 in den Spulenstrukturen L1 und L2 und einen Stromfluss I3 in der Schleife 11 in derselben Richtung (phasengleich) erzeugt. Deshalb erzeugt ein Stromfluss in dem Funk-IC-Element 30 Induktionsfelder an den Spulenstrukturen L1 und L2 sowie ein Induktionsfeld an der Schleife 11, und diese Induktionsfelder verstärken sich gegenseitig. Folglich fließt ein induzierter Strom I4 (siehe 1(A)) fast über das gesamte Strahlungselement 10 hinweg, und ein Hochfrequenzsignal wird von der gesamten Oberfläche des Strahlungselements 10 ausgestrahlt. Die Frequenzcharakteristik des Strahlungselements 10 wird hauptsächlich durch die Größe der Schleife 11 und die Induktivitätswerte der Spulenstrukturen L1 und L2 bestimmt, und deshalb wird die Frequenzcharakteristik durch eine Metallkomponente, die in einer bestimmten Nachbarschaft oder in der Nähe angeordnet ist, kaum beeinflusst. Somit ist die Funkkommunikationsvorrichtung 1A klein, weist eine große Kommunikationsentfernung auf und weist eine stabile Frequenzcharakteristik auf.
5 zeigt schematisch die Feldstärke der Funkkommunikationsvorrichtung 1A. Die x-Achsen-, die y-Achsen- und die z-Achsen-Richtung in 5 entsprechen der x-Achsen-, der y-Achsen- und der z-Achsen-Richtung in 1(A), und die Schleife 11 ist der Ursprung. In 5 zeigt eine höhere Kreuzschraffierungsdichte eine höhere Feldstärke. 6 zeigt die Resonanzfrequenzcharakteristik der Funkkommunikationsvorrichtung 1A, und der Punkt A ist der Resonanzpunkt.
Bei der Funkkommunikationsvorrichtung 1A erstrecken sich die Wicklungsachsen der Spulenstrukturen L1 und L2 in derselben Richtung wie die Mittelachse der Schleife 11, und die Spulenstrukturen L1 und L2 befinden sich innerhalb eines Bereichs, der in der Draufsicht von der Schleife 11 umschlossen ist. Deshalb ist die Kopplung der Spulenstrukturen L1 und L2 mit der Schleife 11 über die gegenseitige Induktivität M1 stark.
Der Induktivitätswert der Spulenstruktur L1 ist größer als der Induktivitätswert der Schleife 11. Unter dieser Bedingung wird die Resonanzfrequenz eines Systems, das die Spulenstruktur L1 und die Schleife 11 umfasst, hauptsächlich durch den Induktivitätswert der Spulenstruktur L1 bestimmt, und die Frequenzcharakteristik wird durch die Größe der Schleife 11 und die Gegebenheiten außerhalb der Schleife 11 (und ferner außerhalb des Strahlungselements 10) kaum beeinflusst.
(Zweites Ausführungsbeispiel; siehe Fig. 7)
Bei einer Funkkommunikationsvorrichtung 1B gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 7 gezeigt ist, ist eine Spule 13 zwischen dem zweiten Ende 11b der Schleife 11 und dem Strahlungselement 10 angeordnet. Der äußerste Umfang der Spule 13 ist mit dem zweiten Ende 11b der Schleife 11 verbunden. Der innerste Umfang der Spule 13 ist durch einen Durchkontaktierungsleiter 7a hindurch mit einem Ende einer auf der Rückseite einer gedruckten Verdrahtungsplatine 5 vorgesehenen Leiterstruktur 6 verbunden, und das andere Ende der Leiterstruktur 6 ist durch einen Durchkontaktierungsleiter 7b hindurch mit dem Strahlungselement 10 verbunden. Das Strahlungselement 10 kann auf der Rückseite der gedruckten Verdrahtungsplatine 5 vorgesehen sein.
Diese Funkkommunikationsvorrichtung 1B weist vorzugsweise dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Struktur auf wie die Funkkommunikationsvorrichtung 1A gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme der oben beschriebenen Punkte. Die Funkkommunikationsvorrichtung 1B liefert im Wesentlichen dieselben vorteilhaften Auswirkungen wie die Funkkommunikationsvorrichtung 1A. Die Frequenzcharakteristik der Funkkommunikationsvorrichtung 1B kann durch die Spule 13 angepasst werden. Bei der Funkkommunikationsvorrichtung 1B ist ferner die Potentialdifferenz zwischen den zwei Enden 11a und 11b der Schleife 11 groß, und das Strahlungselement 10 strahlt eine größere Energie aus.
(Drittes Ausführungsbeispiel; siehe Fig. 8)
Bei einer Funkkommunikationsvorrichtung 10 gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie dies in 8 gezeigt ist, ist in der Schleife 11 ein Schlitz 12 vorgesehen. Diese Funkkommunikationsvorrichtung 10 weist vorzugsweise dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Struktur auf wie die Funkkommunikationsvorrichtung 1A gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, mit Ausnahme dieses Punkts. Die Funkkommunikationsvorrichtung 10 liefert im Wesentlichen dieselben vorteilhaften Auswirkungen wie die Funkkommunikationsvorrichtung 1A. Bei der Funkkommunikationsvorrichtung 10 ermöglicht das Vorliegen des Schlitzes 12 eine Anpassung des Induktivitätswertes der Schleife 11.
(Viertes Ausführungsbeispiel; siehe Fig. 9)
Eine Funkkommunikationsvorrichtung 1D gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie durch das Ersatzschaltungsdiagramm der 9 gezeigt ist, weist vorzugsweise dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Struktur der Funkkommunikationsvorrichtung 1A gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel auf, mit der Ausnahme, dass die Spulenstruktur L2 eliminiert ist. Die Funkkommunikationsvorrichtung 1D liefert im Wesentlichen dieselben vorteilhaften Auswirkungen wie die Funkkommunikationsvorrichtung 1A.
Die Resonanzfrequenz f₀ der Funkkommunikationsvorrichtung 1D wird wie folgt ermittelt: F₀ = 1/{2π(L₁ + L + 2M)} (1) L₁: Induktivitätswert der Spulenstruktur L1
L: Induktivitätswert der Schleife
M = k√(L₁L)
(Andere Ausführungsbeispiele)
Funkkommunikationsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die obigen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sind diverse Änderungen und Modifikationen möglich.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung für Funkkommunikationsvorrichtungen nützlich. Eine Funkkommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, dass sie klein ist, dass sie eine große Kommunikationsentfernung aufweist und eine stabile Frequenzcharakteristik aufweist.
Bezugszeichenliste

5: gedruckte Verdrahtungsplatine
10: Strahlungselement
11: Schleife
20: Einspeiseelement
21: Laminatkörper
30: Funk-IC-Element
L1, L2: Spulenstrukturen
C1, C2: Kondensatoren

Claims

Eine Funkkommunikationsvorrichtung, die Folgendes aufweist: ein flaches Strahlungselement, das eine Schleife mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst; ein Einspeiseelement, das eine mit dem ersten Ende der Schleife verbundene erste Spulenstruktur umfasst; und ein mit der ersten Spulenstruktur verbundenes Funk-IC-Element; wobei die erste Spulenstruktur benachbart zu der Schleife angeordnet ist und derart gewickelt ist, dass eine elektronische Leistungsversorgung für die erste Spulenstruktur einen Stromfluss in der ersten Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in einer selben Richtung erzeugt; und die Spulenstruktur und die Schleife in Reihe geschaltet sind und über ein Magnetfeld gekoppelt sind.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der sich eine Wicklungsachse der ersten Spulenstruktur in einer selben oder im Wesentlichen einer selben Richtung erstreckt wie eine Mittelachse der Schleife.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der sich die erste Spulenstruktur innerhalb eines Bereichs befindet, der in einer Draufsicht von der Schleife umschlossen ist.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Induktivitätswert der ersten Spulenstruktur größer ist als ein durch die Schleife erzeugter Induktivitätswert.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei der die Schleife durch eine Kante definiert ist, die durch einen abgeschnittenen Teil des Strahlungselements definiert ist.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei der das Strahlungselement ein auf einer gedruckten Verdrahtungsplatine vorgesehener Erdungsleiter ist.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, bei der das Einspeiseelement ferner einen Kondensator umfasst, der parallel zu dem Funk-IC-Element geschaltet ist.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, bei der das Einspeiseelement als Basis einen Laminatkörper umfasst, der eine Mehrzahl von übereinander befindlichen Isolierschichten umfasst; und die erste Spulenstruktur eine schraubenförmige Gestalt aufweist und in dem Laminatkörper eingebettet ist.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei der zwischen der ersten Spulenstruktur und der Schleife keine Leiterstruktur angeordnet ist, die ein Koppeln zwischen der ersten Spulenstruktur und der Schleife über ein Magnetfeld behindert.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, die ferner eine mit dem zweiten Ende der Schleife verbundene zweite Spulenstruktur aufweist; wobei die zweite Spulenstruktur benachbart zu der Schleife angeordnet ist und derart gewickelt ist, dass eine elektrische Leistungsversorgung für die zweite Spulenstruktur einen Stromfluss in der zweiten Spulenstruktur und einen Stromfluss in der Schleife in einer selben Richtung erzeugt.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, bei der sich eine Wicklungsachse der zweiten Spulenstruktur in einer selben oder im Wesentlichen einer selben Richtung wie eine Mittelachse der Schleife erstreckt.
Die Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, bei der sich eine Wicklungsachse der ersten Spulenstruktur und eine Wicklungsachse der zweiten Spulenstruktur in der Draufsicht an einer selben oder im Wesentlichen einer selben Position oder an zueinander benachbarten Positionen befinden.