DE112013002465B4

DE112013002465B4 - Drahtlose Kommunikationsvorrichtung und Antennenbauelement

Info

Publication number: DE112013002465B4
Application number: DE112013002465.9T
Authority: DE
Inventors: c/o Murata Manufacturing Co. Lt Takeoka Makoto; c/o Murata Manufacturing Co. L Kato Noboru; c/o Murata Manufacturing Co. Lt Yasutake Makoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: US8917162B2; JP2015039235A; KR101492992B1; WO2014077218A1; JPWO2014077218A1; US20140300453A1; CN104115414B; JP5641167B2; KR20140076635A; DE112013002465T5; JP5858121B2; CN104115414A

Abstract

Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist:
ein erstes Kommunikationssystem; und
ein zweites Kommunikationssystem, das konfiguriert ist, um ein Sendesignal in einem Kommunikationsfrequenzband zu senden, das im Wesentlichen das gleiche ist wie dasjenige des ersten Kommunikationssystems, und mit einer elektrischen Leistung, die stärker ist als diejenige eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems,
wobei das erste Kommunikationssystem eine drahtlose IC und eine Zuleitungsschaltung umfasst mit einer Resonanzfrequenz, die sich abhängig von einer Stärke einer in die drahtlose IC eingegebenen elektrischen Leistung ändert, wobei die Resonanzfrequenz innerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Empfangssignal des ersten Kommunikationssystems in die drahtlose IC eingegeben wird, und die Resonanzfrequenz außerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Sendesignal des zweiten Kommunikationssystems in die drahtlose IC eingegeben wird.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf drahtlose Kommunikationsvorrichtungen und insbesondere auf eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die ein Kommunikationssystem umfasst, das für ein RFID-System (RFID = Radio Frequency Identification = Hochfrequenzidentifikation) und ein Kommunikationssystem, wie z.B. ein zelluläres Telefon verwendet wird, und bezieht sich auf ein Antennenbauelement, das für ein RFID-System in der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung verwendet wird.
In den letzten Jahren wurde das RFID-System in der Praxis als Informationsverwaltungssystem für Artikel verwendet, das eine Kommunikation aufbaut zwischen einer Lese/Schreibvorrichtung zum Erzeugen eines induzierten Magnetfelds und einer RFID-Kennung (RFID-Tag, auch bezeichnet als „RFID-Bauelement“), in der eine vorbestimmte Information gespeichert ist und die kontaktlos an einem Artikel angebracht ist, unter Verwendung eines elektromagnetischen Felds, um die vorbestimmte Information zu übertragen.
Als RFID-Bauelement ist beispielsweise das Bauelement bekannt, das in der JP 4 069 958 B2 offenbart ist. Dieses RFID-Bauelement umfasst eine drahtlose IC, eine Zuleitungsschaltungsplatine, die eine Resonanzschaltung mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz enthält, und eine Strahlungsplatte. Die Frequenz von Sendesignalen und/oder Empfangssignalen entspricht im Wesentlichen der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung. Die Resonanzschaltung kann auch als eine Anpassungsschaltung zum Anpassen der Impedanz der drahtlosen IC und der Impedanz der Strahlungsplatte wirken.
Außerdem wurde in den letzten Jahren der Einbau eines RFID-Kommunikationssystems in ein zellulares Kommunikationsgerät, wie z.B. ein zelluläres Telefon, ein Smartphone oder dergleichen realisiert. Wenn in diesem Fall eine Sendewelle des zellularen Systems in das RFID-Bauelement eingegeben wird, gibt es ein Problem, dass die drahtlose IC des RFID-Systems getrieben wird und störende Strahlung auftritt. Insbesondere in dem GSM-System (eingetragenes Warenzeichen) ist das verwendete Frequenzband nahe der Frequenz, die in dem RFID-System verwendet wird, und daher wird die Sendewelle ohne weiteres in die drahtlose IC des RFID eingegeben. Da ferner die Sendeleistung groß ist, ist die störende Strahlung, die durch das RFID-Bauelement erzeugt wird, groß.
Das heißt, es besteht ein Problem, dass ein Teil der Sendesignale des zellularen Systems, wie z.B. des GSM, in das RFID-Bauelement fließt, so dass sich die Charakteristik (Kommunikationsempfindlichkeit) der Sendesignale verschlechtert. In vielen Fällen werden in anderen Systemen, wie z.B. GSM 1800 und WLAN, Harmonische in dem 900-MHz-Band verwendet, und es gibt ein weiteres Problem, dass störende Strahlung von dem RFID-Bauelement zu Rauschen wird und nachteilige Auswirkungen an diesen Systemen verursacht.
Die WO 2010 / 032 603 A1 und die US 2010/0 084 467 A1 beschreiben jeweils einen RFID-Tag mit einer Schutzeinrichtung, welche bei hoher empfangener RF-Leistung die Impedanz der Empfangsschaltung des RFID-Tag verändert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung und ein Antennenbauelement zu schaffen, die in der Lage sind, nachteilige Auswirkungen von einem der Kommunikationssysteme auf Sendesignale des anderen Kommunikationssystems zu reduzieren.
Dies Aufgabe wird durch eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Antennenbauelement gemäß Anspruch 5 gelöst.
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, umfasst: ein erstes Kommunikationssystem; und ein zweites Kommunikationssystem, das konfiguriert ist, um ein Sendesignal in einem Kommunikationsfrequenzband zu senden, das im Wesentlichen das gleiche ist wie dasjenige des ersten Kommunikationssystems, und mit einer elektrischen Leistung, die stärker ist als diejenige eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems, wobei das erste Kommunikationssystem eine Zuleitungsschaltung umfasst mit einer Resonanzfrequenz, wobei die Resonanzfrequenz innerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Empfangssignal des ersten Kommunikationssystems eingegeben wird, und die Resonanzfrequenz außerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Sendesignal des zweiten Kommunikationssystems eingegeben wird.
Ein Antennenbauelement, das das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, ist ein Antennenbauelement für die Verwendung in einem ersten Kommunikationssystem einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, die das erste Kommunikationssystem und ein zweites Kommunikationssystem umfasst, das konfiguriert ist, um ein Sendesignal in einem Kommunikationsfrequenzband zu senden, das im Wesentlichen das gleiche ist wie dasjenige des ersten Kommunikationssystems, und mit einer elektrischen Leistung, die stärker ist als diejenige eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems, wobei das Antennenbauelement eine Zuleitungsschaltung umfasst mit einer Resonanzfrequenz, wobei die Resonanzfrequenz innerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Empfangssignal des ersten Kommunikationssystems eingegeben wird, und die Resonanzfrequenz außerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Sendesignal des zweiten Kommunikationssystems eingegeben wird.
In der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung sendet das zweite Kommunikationssystem ein Sendesignal in einem Kommunikationsfrequenzband, das im Wesentlichen das gleiche ist wie dasjenige des ersten Kommunikationssystems und mit einer elektrischen Leistung, die stärker ist als diejenige eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems. Zu diesem Zeitpunkt verschiebt sich in der Zuleitungsschaltung des ersten Kommunikationssystems die Resonanzfrequenz der Zuleitungsschaltung nach außerhalb des Kommunikationsfrequenzbands des zweiten Kommunikationssystems. Daher arbeitet das erste Kommunikationssystem kaum und eine Verschlechterung der Charakteristika eines Sendesignals des zweiten Kommunikationssystems (Verminderung des Ausgangssignals) wird verhindert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können nachteilige Auswirkungen des ersten Kommunikationssystems auf Sendesignale des zweiten Kommunikationssystems reduziert werden.

1 eine Draufsicht, welche als ein Beispiel die die innere Konfiguration einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (zelluläres Telefon) zeigt.
2 ein Darstellungsdiagramm, das einen Antennenabschnitt der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung zeigt.
3 ein Grundersatzschaltbild eines RFID-Systems, das in die drahtlose Kommunikationsvorrichtung eingebaut ist.
4 ein Graph, der die Reflexionscharakteristik von der Antennenseite in dem RFID-System aus gesehen darstellt.
5 ein Ersatzschaltbild, das das erste Beispiel einer Zuleitungsschaltung in dem RFID-System zeigt.
6 eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zuleitungsschaltungsplatine in dem ersten Beispiel zeigt.
7 eine auseinandergezogene Draufsicht, die Schichten der zerlegten Zuleitungsschaltungsplatine getrennt zeigt.
8 Smith-Diagramme, die die Impedanzcharakteristika des ersten Beispiels zeigen.
9 Graphen, die die Reflexionscharakteristika und die Durchlasscharakteristika zeigen, von der Antennenseite in dem ersten Beispiel aus gesehen.
10 ein Schaltbild basierend auf dem die Charakteristika von 9 simuliert wurden.
11 ein Ersatzschaltbild, das das zweite Beispiel der Zuleitungsschaltung in dem RFID-System zeigt.
12 Graphen, die die Reflexionscharakteristika und Durchlasscharakteristika zeigen, von der Antennenseite in dem zweiten Beispiel aus gesehen.
13 ein Ersatzschaltbild, das das dritte Beispiel der Zuleitungsschaltung in dem RFID-System zeigt.
14 ein Ersatzschaltbild, das das vierte Beispiel der Zuleitungsschaltung in dem RFID-System zeigt.
15 ein Ersatzschaltbild, das das fünfte Beispiel der Zuleitungsschaltung in dem RFID-System zeigt.
16 ein Darstellungsdiagramm, das elektrische Ströme zeigt, die durch das RFID-System und eine Antenne des zellularen Systems fließen.

Hierin nachfolgend werden Beispiele einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung und eines Antennenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Gleiche Elemente und Teile werden in den Zeichnungen unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die wiederholende Beschreibung wird ausgelassen.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung, siehe Fig. 1 bis Fig. 4.
Eine in 1 gezeigte drahtlose Kommunikationsvorrichtung 1 ist ein zelluläres Telefon, das ein zellulares (GSM-) System 30 umfasst, welches das zweite Kommunikationssystem ist, und ferner ein RFID-System 20 umfasst, welches das erste Kommunikationssystem ist. Auf einer gedruckten Verdrahtungsplatine 3, die in einem Gehäuse 2 enthalten ist, sind eine Batterie 11, ein Schaltmodul 12, verschiedene ICs 13, Elemente 14, wie z.B. Chipwiderstände und Chipkondensatoren, eine Digitalkamera 15, usw. befestigt.
Das zellulare System 30 umfasst eine Hauptantenne 35, die an einem Ende der gedruckten Verdrahtungsplatine 3 vorgesehen ist, und eine drahtlose IC 31. Die Hauptantenne 35 hat einen Leistungszuleitungsabschnitt 35a, der mit einem Antennenanschluss der drahtlosen IC 31 über einen Zuleitungsstift 32 gekoppelt ist. Die drahtlose IC 31 hat einen Masseanschluss, der mit einem Masseleiter 4 gekoppelt ist, der auf der gedruckten Verdrahtungsplatine 3 vorgesehen ist.
Das RFID-System 20 ist an einem Ende der gedruckten Verdrahtungsplatine 3 vorgesehen, um eng benachbart zu sein zu einem Spitzenendabschnitt der Hauptantenne 35, und umfasst ein RFID-Bauelement 21 (das aus einer RFID-Drahtlos-IC 22 und einer Zuleitungsschaltungsplatine 23 besteht) und einen schleifenförmigen Leiter 24. Die RFID-Drahtlos-IC 22 ist ein integriertes Halbleiter-Schaltungselement zum Verarbeiten von UHF-Band-RFID-Signalen, das eine Taktschaltung, eine Logikschaltung, eine Speicherschaltung, usw. umfasst, und in dem notwendige Informationen gespeichert sind. Genauer gesagt, wie es in 2 gezeigt ist, ist der schleifenförmige Leiter 24 ein Paar von Leitern, die sich von dem Masseleiter 4 erstrecken, so dass Endabschnitte eng benachbart zueinander sind (siehe auch 16). Wie es in dem nachfolgenden Abschnitt beschrieben wird, sind ein Ende und das andere Ende mit Anschlüssen T11, T12 der Zuleitungsschaltung 43 gekoppelt (siehe 5).
In dem RFID-System 20 wird ein Sendesignal, das von der drahtlosen IC 22 zugeführt wird, über den schleifenförmigen Leiter 24 zu dem Masseleiter 4 geführt und wird von dem Masseleiter 4 nach außen abgestrahlt. Andererseits wird ein Empfangssignal, das an dem Masseleiter 4 empfangen wird, über den schleifenförmigen Leiter 24 an die drahtlose IC 22 gesendet.
Wie es oben beschrieben wurde, wirkt der Masseleiter 4 als ein Strahlungselement (Antennenelement) in dem RFID-System 20, in dem ein elektrischer Strom fließt, wie es durch die Pfeile a in 2 angezeigt ist. Das Kommunikationsfrequenzband des RFID-Systems 20 ist 900 MHz (hauptsächlich 865 bis 920 MHz). Das Kommunikationsfrequenzband des zellularen (GSM-) Systems 30 ist ebenfalls 900 MHz (hauptsächlich 824 bis 960 MHz). Beide Systeme verwenden Signale von allgemein gleichen Frequenzbändern. In dem zellularen System 30 wird ein Sendesignal mit einer stärkeren elektrischen Leistung als derjenigen eines Empfangssignals des RFID-Systems 20 gesendet. Wenn daher ein Sendesignal von der Hauptantenne 35 in das RFID-Bauelement 21 eingegeben wird, wird die drahtlose IC 22 getrieben und folglich verringert sich die Ausgabe von der Hauptantenne 35.
Diesbezüglich umfasst das RFID-Bauelement 21 bei der vorliegenden Erfindung eine Zuleitungsschaltung (Anpassungsschaltung) 43, die konfiguriert ist, so dass die Resonanzfrequenz innerhalb des oben erwähnten Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Empfangssignal des RFID-Systems 20 eingegeben wird, und die Resonanzfrequenz außerhalb des oben erwähnten Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Sendesignal des Zellular- oder Mobil-Systems 30 eingegeben wird
Grundkonfiguration; siehe Fig. 3 und 4
Das RFID-Bauelement 21, das die oben beschriebenen Funktionen und Effekte bereitstellt, wird grundlegend beschrieben. In dem RFID-Bauelement 21, wie es in der Form einer Ersatzschaltung in 3 gezeigt ist, ist die Zuleitungsschaltung 43 durch eine Resonanzschaltung 41 auf der Seite der drahtlosen IC und eine Anpassungsschaltung 44, die mit einer Resonanzschaltung 42 auf der Antennenseite gekoppelt ist, gebildet, und die Anpassungsschaltung 44 ist durch einen Transformatorschaltungsabschnitt T und einen zusätzlichen Schaltungsabschnitt A gebildet. Die Resonanzschaltung 41 auf der Seite der drahtlosen IC weist einen Kondensator C, einen Induktor L und einen Widerstand R auf, die in der drahtlosen IC 22 gebildet sind. Die Resonanzschaltung 42 auf der Antennenseite weist hauptsächlich eine Induktivitätskomponente L des schleifenförmigen Leiters 24 auf.
In dem RFID-Bauelement 21 sind eine Resonanzfrequenz, die hauptsächlich durch die Resonanzschaltung 42 auf der Antennenseite bestimmt wird, und eine Resonanzfrequenz, die hauptsächlich durch die Resonanzschaltung 41 auf der Seite der drahtlosen IC bestimmt wird, auf eine Frequenz nahe der verwendeten Frequenz des RFID-Systems 20 eingestellt. Die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 41 auf der Seite der drahtlosen IC ist hauptsächlich unter Verwendung der Induktivitätskomponente des Transformatorschaltungsabschnitts T und der Kapazitätskomponente der drahtlosen IC 22 konfiguriert, um mit einer Frequenz nahe der verwendeten Frequenz in Resonanz zu sein, wenn eine elektrische Leistung, die nahe der minimalen Treibleistung der drahtlosen IC 22 ist, von der Antennenseite eingegeben wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Impedanz der drahtlosen IC 22 abhängig von der Stärke der eingegebenen elektrischen Leistung variiert. Dies wird so interpretiert, dass es daran liegt, dass die drahtlose IC 22, die durch ein integriertes Halbleiter-Schaltungselement gebildet wird, eine Boosterschaltung verwendet, die eine nicht lineare Charakteristik aufweist, die von der Stärke der eingegebenen elektrischen Leistung abhängt. Genauer gesagt, die innere Kapazität der drahtlosen IC 22 (der Kapazitätswert des Kondensators C) variiert. Diese Variation der inneren Kapazität wird absichtlich für die Variation der Kommunikationsfrequenz des RFID-Systems 20 verwendet, so dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 41 des RFID-Systems 20 abhängig von der Stärke der elektrischen Leistung variiert wird, die in die drahtlose IC 22 eingegeben wird.
Wenn die drahtlose IC 22 ein vorbestimmtes Signal empfängt (wenn ein RFID-Signal in die drahtlose IC 22 eingegeben wird), arbeitet die Zuleitungsschaltung 43 mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz (siehe die Charakteristik, die durch die gestrichelte Linie A in 4 dargestellt ist). Wenn andererseits eine elektrische Leistung, die nahe der minimalen Treibleistung der drahtlosen IC 22 liegt, von der Antennenseite eingegeben wird, ist die drahtlose IC 22 mit einer Frequenz nahe der verwendeten Frequenz in Resonanz. Wenn ein Signal, das aus der Hauptantenne 35 des Zellularsystems 30 austritt, empfangen wird (wenn ein zellulares Signal eingegeben wird), verschiebt sich folglich die Resonanzfrequenz auf der Seite der drahtlosen IC 22 in einer Richtung weg von der Nähe der verwendeten Frequenz (die Degeneration ist unterbrochen). Als Folge verschiebt sich auch die Resonanzfrequenz auf der Antennenseite aufgrund dieses Effekts und folglich verschiebt sich die Resonanzfrequenz der Zuleitungsschaltung 43 nach außerhalb des oben erwähnten Kommunikationsfrequenzbands (siehe die durch die durchgezogene Linie B in 4 dargestellte Charakteristik).
Das heißt, wenn der drahtlosen IC 22 eine starke elektrische Leistung hinzugefügt wird, erhöht sich die Kapazitätskomponente der drahtlosen IC 22 und folglich verringert sich die Resonanzfrequenz auf der Hochfrequenzseite. Wenn sich die Kapazitätskomponente der drahtlosen IC 22 erhöht, arbeitet dieselbe außerdem derart, dass die eingegebene elektrische Leistung in der Resonanzschaltung auf die Hochfrequenzseite begrenzt ist, und daher verringert sich die Menge des elektrischen Stroms, der zu der Primärseitenspule fließt, so dass sich der Kopplungskoeffizient der Transformatorkopplung verringert. Das heißt, die gegenseitige Induktivität des Primärseitenspulenabschnitts verringert sich und folglich verringert sich die Gesamtinduktivität. Als Folge verringert sich auch die gegenseitige Induktivität des Sekundärseitenspulenabschnitts und folglich verringert sich die Gesamtinduktivität. Daher verschiebt sich die Resonanzschaltung auf der Niederfrequenzseite zu der Hochfrequenzseite. Das heißt, zwei Resonanzfrequenzen, die durch die Transformatorkopplung erzeugt werden, verschieben sich von einem Zustand der Degeneration, die durch starke Magnetkopplung unterbrochen ist, zu einem Zustand, in dem die Degeneration durch schwache Kopplung unterbrochen wurde (dieselbe arbeitet derart, dass die zwei Resonanzfrequenzen näher zueinander kommen), so dass dieselben wie eine einzige Resonanzfrequenz aussehen. Damit arbeitet die drahtlose IC 22 auch kaum für die Resonanzfrequenz auf der Antennenseite, wenn ein Signal von der Hauptantenne 35 ausgegeben wird, und eine Verschlechterung der Charakteristika eines Sendesignals des GSM wird verhindert.
Ferner liefert das Verwenden des Transformatorschaltungsabschnitts T in der Zuleitungsschaltung 43 die folgenden Vorteile. (1) Indem die Resonanzfrequenz auf der Antennenseite und die Resonanzfrequenz auf der Seite der drahtlosen IC näher zueinander gebracht werden, kann eine breitere Frequenzbandbreite erreicht werden. Das heißt, die Variation der Resonanzfrequenzen, die aufgrund von Umgebungsschwankungen auftritt, ist tolerierbar. Außerdem sind Herstellungsschwankungen der Zuleitungsschaltung 43 tolerierbar. (2) Selbst wenn eine Sendewelle eines anderen Kommunikationssystems mit einer großen elektrischen Leistung in das RFID-Bauelement 21 eingegeben wird, und die drahtlose IC 22 getrieben wird, so dass störende Strahlung ausgegeben wird, wird eine Strahlung dieser Komponente nach außen durch den Transformatorschaltungsabschnitt T reduziert. Das heißt, eine Reduktion der Ausgabe störender Strahlung führt zu einer Reduktion der Effekte auf periphere Schaltungen. (3) Die Zuleitungsschaltung 43 ist eine Bandpassfilterschaltung, so dass störende Strahlung weiter reduziert werden kann.
Es ist anzumerken, dass bei der verwendeten Frequenz des RFID-Systems 20 ein Signal zwischen der drahtlosen IC 22 und einer Lese/Schreibvorrichtung (nicht gezeigt) schwach ist. Daher kann eine Kommunikation aufgebaut werden, ohne das zellulare System 30 zu beeinträchtigen.
Erstes Beispiel der Zuleitungsschaltung; siehe Fig. 5 bis Fig. 10 und Fig. 16
In dem ersten Beispiel der Zuleitungsschaltung 43 in dem RFID-System 20, wie es in der Ersatzschaltung von 5 gezeigt ist, sind Induktoren L1, L2 und Kondensatoren C1, C2 in Reihe geschaltet zwischen Eingangs/Ausgangsanschlüsse T1, T2 der drahtlosen IC 22 (einschließlich der Resonanzschaltung 41) beziehungsweise Antennenanschlüsse T11, T12. Ein Induktor L3 ist zwischen die Eingangs/Ausgangsanschlüsse T1, T2 gekoppelt, und ein Kondensator C3, ein Induktor L4 und ein Kondensator C4 sind in Reihe geschaltet zwischen die Antennenanschlüsse T11, T12. Die Induktoren L1, L2, L3 bilden den Transformatorschaltungsabschnitt T (Autotransformator).
Die in 5 gezeigte Zuleitungsschaltung 43 hat anstatt einer Transformatorkonfiguration wie derjenigen, die in 3 gezeigt ist, eine Autotransformatorkonfiguration. Dies liegt daran, dass mit einer kleinen Induktivitätskomponente ein großer Kopplungskoeffizient erhalten werden kann. Die Kondensatoren C1 bis C4 und der Induktor L4 bilden den zusätzlichen Schaltungsabschnitt A (Harmonische-Entfernungsfilter). Dies dient dem Zweck, harmonische Komponenten abzuschneiden, die von der drahtlosen IC 22 durch das Filter austreten.
Aufgrund dieser Zuleitungsschaltung 43 ist Strahlung (störende Strahlung) von Harmonischen, die durch Eingabe einer starken elektrischen Leistung des GSM-Systems 30 erzeugt werden, beispielsweise in das RFID-System 20 über den schleifenförmigen Leiter 24, reduziert. Ferner kann das RFID-System 20 eine breitere Frequenzbandbreite aufweisen als vorher beschrieben.
Wie es in 16(B) beschrieben gezeigt ist, wenn die Endabschnitte des schleifenförmigen Leiters 24 in einem elektrisch leitfähigen Zustand sind, der durch das RFID-Bauelement 21 (drahtlose IP 22) aufgebaut wurde, tritt zwischen der Hauptantenne 35 und dem schleifenförmigen Leiter 24 Streukapazität C11 auf. Ein Empfangssignal des zellularen Systems ist sehr schwach, und wenn das Empfangssignal durch den schleifenförmigen Leiter 24, der durch die Streukapazität C11 gekoppelt ist, aufgebraucht wird, verschlechtert sich die Empfangsempfindlichkeit an der Hauptantenne 35.
In der Zuleitungsschaltung 43, die das erste Beispiel ist, wird ein Gehäusestrom a, der durch den schleifenförmigen Leiter 24 fließt, durch die Kondensatoren C1 bis C4 gesperrt, und daher verringert sich die Streukapazität C11, die zwischen der Hauptantenne 35 und dem schleifenförmigen Leiter 24 auftritt. 16(A) zeigt einen Zustand, in dem der Gehäusestrom a nicht in den schleifenförmigen Leiter 24 fließt. Das heißt, in der Zuleitungsschaltung 43, die das erste Beispiel ist, wird der Gehäusestrom a, der durch den schleifenförmigen Leiter 24 fließt, durch die Kondensatoren gesperrt, und daher würde das Empfangssignal des zellularen Systems nicht durch den schleifenförmigen Leiter 24 fließen, und der Abstand zwischen dem Empfangssignal, das durch die Hauptantenne 35 fließt und dem Gehäusestrom a, der durch den Masseleiter 4 fließt, erhöht sich. Folglich verringert sich die Streukapazität zwischen der Hauptantenne 35 und dem Masseleiter 4, und gegenseitige Aufhebung von Magnetfeldern, die zwischen der Hauptantenne 35 und dem Masseleiter 4 auftritt, verringert sich ebenfalls. Daher kann eine Verschlechterung der Empfangsempfindlichkeit der Hauptantenne 35 verhindert werden.
Die Zuleitungsschaltung 43 ist in der Zuleitungsschaltungsplatine 23 eingebaut, die als ein Mehrschichtsubstrat strukturiert ist, wie es in 6 gezeigt ist. Jeweilige Schichten der Zuleitungsschaltungsplatine 23 sind so, wie es in 7 gezeigt ist. Das heißt, Lagen 51a bis 51v (die Lage 51a ist die unterste Schicht und die Lage 51v ist die oberste Schicht), auf denen verschiedene Elektroden gebildet wurden, sind nacheinander aufgestapelt, durch Komprimierung verbunden und wenn notwendig gebacken, wodurch die Zuleitungsschaltungsplatine 23 erhalten wird. Die jeweiligen Lagen 51a bis 51v sind aus einem dielektrischen Material oder dergleichen hergestellt. Die verschiedenen Elektroden sind durch Siebdruck gebildet, beispielsweise unter Verwendung einer Leitpaste.
Genauer gesagt, wie es in 7 gezeigt ist, weist die Lage 51a die Antennenanschlüsse T11, T12 auf der hinteren Oberfläche und Durchgangslochleiter auf. Die Lage 51b weist Durchgangslochleiter auf. Die Lage 51c weist einen Spulenleiter 52 auf der vorderen Oberfläche und Durchgangslochleiter auf. Die Lagen 51d, 51e, 51f weisen Kapazitätselektroden 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b auf den vorderen Oberflächen und Durchgangslochleiter auf. Die Lagen 51h bis 51t weisen Spulenleiter 56a, 56b, 57a, 57b auf den vorderen Oberflächen und Durchgangslochleiter auf. Die Lage 51u weist Durchgangslochleiter auf. Die Lage 51v weist Eingangs/Ausgangsanschlüsse T1, T2 auf, die mit der drahtlosen IC 22 zu koppeln sind, und Befestigungsanschlüsse T3, T4 auf der vorderen Oberfläche und Durchgangslochleiter.
Die oben beschriebenen Lagen 51a bis 51v sind gestapelt, wobei die Durchgangslochleiter miteinander gekoppelt sind, wie es durch die gestrichelten Linien in 7 dargestellt ist. In diesem Fall bildet der Spulenleiter 52 den Induktor L4. Die Kapazitätselektroden 53a, 54a bilden den Kondensator C3, und die Kapazitätselektroden 53b, 54b bilden den Kondensator C4. Die Kapazitätselektroden 54a, 55a bilden den Kondensator C1, und die Kapazitätselektroden 54b, 55b bilden den Kondensator C2. Ferner bildet der Spulenleiter 56a den Induktor L1, der Spulenleiter 56b bildet den Induktor L2, und die Spulenleiter 57a, 57b bilden den Induktor L3.
In der Zuleitungsschaltung 43, die das erste Beispiel ist, ist die Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe einer elektrischen Leistung (Frequenz: 0,5 bis 1,0 GHz) in die drahtlose IC 22 in 8 gezeigt. 8(A) zeigt die Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe von -20 dBm. 8(B) zeigt die Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe von -10 dBm. 8 zeigt die Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe von 0 dBm. 8(D) zeigt die Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe von +10 dBm. Die Impedanzregion ist in jedem Diagramm durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Wie es von diesen Smith-Diagrammen ersichtlich ist, variiert die Impedanz, wenn sich die elektrische Leistung erhöht. Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt basierend auf der Variation der Impedanz der drahtlosen IC 22, die gemäß einer solchen Variation der Eingangsleistung auftritt.
Genauer gesagt, da das RFID-System eine Leistung nahe -10 dBm verwendet, variiert die Impedanz etwas, wenn eine Leistung von mehr als -10 dBm eingegeben wird, aber die Eingabeleistung erhöht sich hierdurch und daher wir die Verschiebung der Impedanz aufgehoben. Falls jedoch die Eingangsleistung oder Eingabeleistung übermäßig groß wird, erreicht dieselbe ein nicht aufhebbares Niveau. Andererseits ist ein Sendesignal des GSM-Systems etwa +33 dBm, und daher ist die Variation der Impedanz groß.
9 zeigt die Reflexionscharakteristika (siehe gestrichelte Linien C) und die Durchlasscharakteristika (siehe durchgezogene Linien D) von der Anterinenseite aus gesehen bei dem ersten Beispiel der Zuleitungsschaltung 43. 9(A) zeigt den Signalverlauf der Impedanz über den Frequenzen von 0,5 bis 4,0 GHz, wenn die Eingangsleistung -20 dBm beträgt (minimale Treibleistung). 9(B) zeigt einen vergrößerten Signalverlauf eines Abschnitts des Signalverlaufs von 9(A), der den Frequenzen von 0,8 bis 1,2 GHz entspricht. 9(C) zeigt den Signalverlauf der Impedanz über den Frequenzen von 0,5 bis 4,0 GHz, wenn die Eingangsleistung + 10 dBm beträgt (wenn die Sendeleistung des GSM-Systems empfangen wird). 9(D) zeigt einen vergrößerten Signalverlauf eines Abschnitts des Signalverlaufs von 9(C), der den Frequenzen von 0,8 bis 1,2 GHz entspricht.
Wie es von dem Vergleich von 9(B) und 9(D) deutlich zu sehen ist, wenn sich die elektrische Leistung von -20 dBm auf +10 dBm erhöht, verschiebt sich die Resonanzfrequenz von etwa 1,05 GHz zu etwa 1,00 GHz. Es ist anzumerken, dass das verwendete Frequenzband des RFID-Systems in Japan 915 bis 928 MHz beträgt, in den USA 902 bis 928 MHz und in Europa 865 bis 868 MHz. Bezüglich der verwendeten Frequenzbänder des GSM-Systems ist im Fall von E-GSM das Ausgangssignal 880 bis 915 MHz und das Eingangssignal 925 bis 960 MHz.
Die Reflexionscharakteristika und die Durchlasscharakteristika, die in 9 gezeigt sind, sind Werte, die durch einen Schaltungssimulator berechnet wurden, nachdem die Charakteristika der durch den schleifenförmigen Leiter 24 gebildeten Antenne, die Charakteristika der Zuleitungsschaltung 43 und die Charakteristika der drahtlosen IC 22 gemessen wurden, wie es in 10 gezeigt ist.
Zweites Beispiel der Zuleitungsschaltung; siehe Fig. 11 und Fig. 12
Das zweite Beispiel der Zuleitungsschaltung 43 wird erhalten durch Auslassen der Kondensatoren C1, C2 von dem oben beschriebenen ersten Beispiel (siehe 5), wie es in dem Ersatzschaltbild von 11 gezeigt ist, während die anderen Elemente die gleichen sind wie diejenigen des ersten Beispiels und die Induktoren L1, L2, L3 einen Autotransformator bilden. Die Reflexionscharakteristika und die Durchlasscharakteristika, die von der Antennenseite aus gesehen werden in dem zweiten Beispiel, sind in 12 gezeigt. 12 wurde auf die gleiche Weise erhalten, wie 10, die oben beschrieben wurde. Die Funktionen und Effekte, die bei dem zweiten Beispiel erhalten werden, sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen des oben beschriebenen ersten Beispiels.
Drittes Beispiel der Zuleitungsschaltung; siehe Fig. 13
Das dritte Beispiel der Zuleitungsschaltung 43 wird erhalten durch Bereitstellen eines Kondensators C5, der bei dem oben beschriebenen zweiten Beispiel zwischen die Antennenanschlüsse T11, T12 gekoppelt ist, wie es in dem Ersatzschaltbild von 13 gezeigt ist, während die anderen Elemente die gleichen sind wie diejenigen des zweiten Beispiels, und die Induktoren L1, L2, L3 einen Autotransformator bilden. Die Funktionen und Effekte, die bei dem dritten Beispiel erhalten werden, sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen des oben beschriebenen zweiten Beispiels.
Viertes Beispiel der Zuleitungsschaltung; siehe Fig. 14
Das vierte Beispiel der Zuleitungsschaltung 43 ist konfiguriert, wie es in dem Ersatzschaltbild von 14 gezeigt ist, so dass Induktoren L1, L2 zwischen den Transformatorschaltungsabschnitt T und die Antennenanschlüsse T11 bzw. T12 gekoppelt sind, und ein Kondensator C5 zwischen die Antennenanschlüsse T11, T12 gekoppelt ist. Die Funktionen und Effekte, die in dem vierten Beispiel erhalten werden, sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen des oben beschriebenen ersten Beispiels.
Fünftes Beispiel der Zuleitungsschaltung; siehe Fig. 15
Das fünfte Beispiel der Zuleitungsschaltung 43 wird erhalten durch Auslassen der Induktoren L1, L2 von dem oben beschriebenen vierten Beispiel, wie es in dem Ersatzschaltbild von 15 gezeigt ist, während die anderen Elemente die gleichen sind, wie diejenigen des vierten Beispiels. Die Funktionen und Effekte, die in dem fünften Beispiel erhalten werden, sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen des vierten Beispiels.
Andere Beispiele
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung und ein Antennenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele begrenzt, sondern können innerhalb des Schutzbereichs der Wesensart der Erfindung verschiedenartig modifiziert werden.
Beispielsweise sind die Konfiguration der Resonanzschaltung und die Konfiguration des Transformatorschaltungsabschnitts beliebig. Außerdem kann die Mehrschichtstruktur der Zuleitungsschaltungsplatine aus verschiedenen Formen gewählt werden.
Wie oben beschrieben ist die vorliegende Erfindung sinnvoll für eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung und ein Antennenbauelement und ist besonders vorteilhaft, da nachteilige Auswirkungen eines Kommunikationssystems auf Sendesignale des anderen Kommunikationssystems minimiert werden können.
Bezugszeichenliste

20: RFID-System (erstes Kommunikationssystem)
21: RFID-Bauelement
22: RFIC-Drahtlos-IC
23: Zuleitungsschaltungsplatine
24: schleifenförmiger Leiter
30: zellulares (GSM-) System (zweites Kommunikationssystem)
41: Resonanzschaltung auf der Seite der RFID-Drahtlos-IC
42: Resonanzschaltung auf Antennenseite
43: Zuleitungsschaltung
T: Transformatorschaltungsabschnitt
C1 bis C5: Kondensator
L1 bis L4: Induktor

Claims

Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein erstes Kommunikationssystem; und ein zweites Kommunikationssystem, das konfiguriert ist, um ein Sendesignal in einem Kommunikationsfrequenzband zu senden, das im Wesentlichen das gleiche ist wie dasjenige des ersten Kommunikationssystems, und mit einer elektrischen Leistung, die stärker ist als diejenige eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems, wobei das erste Kommunikationssystem eine drahtlose IC und eine Zuleitungsschaltung umfasst mit einer Resonanzfrequenz, die sich abhängig von einer Stärke einer in die drahtlose IC eingegebenen elektrischen Leistung ändert, wobei die Resonanzfrequenz innerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Empfangssignal des ersten Kommunikationssystems in die drahtlose IC eingegeben wird, und die Resonanzfrequenz außerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Sendesignal des zweiten Kommunikationssystems in die drahtlose IC eingegeben wird.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine drahtlose IC, die in dem ersten Kommunikationssystem verwendet wird, konfiguriert ist, so dass eine Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems und eine Impedanz zu einem Zeitpunkt der Eingabe eines Sendesignals des zweiten Kommunikationssystems unterschiedlich sind.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Kommunikationssystem und das zweite Kommunikationssystem einen gemeinsamen Masseleiter als eine Strahlungselektrode verwenden.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das erste Kommunikationssystem ein RFID-System ist und das zweite Kommunikationssystem ein zellulares System ist.
Ein Antennenbauelement für die Verwendung in einem ersten Kommunikationssystem einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, das folgende Merkmale aufweist: das erste Kommunikationssystem, und ein zweites Kommunikationssystem, das konfiguriert ist, um ein Sendesignal in einem Kommunikationsfrequenzband zu senden, das im Wesentlichen das gleiche ist wie dasjenige des ersten Kommunikationssystems, und mit einer elektrischen Leistung, die stärker ist als diejenige eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems, wobei das Antennenbauelement eine drahtlose IC und eine Zuleitungsschaltung umfasst mit einer Resonanzfrequenz, die sich abhängig von einer Stärke einer in die drahtlose IC eingegebenen elektrischen Leistung ändert, wobei die Resonanzfrequenz innerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Empfangssignal des ersten Kommunikationssystems in die drahtlose IC eingegeben wird, und die Resonanzfrequenz außerhalb des Kommunikationsfrequenzbands liegt, falls ein Sendesignal des zweiten Kommunikationssystems in die drahtlose IC eingegeben wird.
Das Antennenbauelement gemäß Anspruch 5, bei dem die Zuleitungsschaltung einen Transformatorschaltungsabschnitt umfasst.
Das Antennenbauelement gemäß Anspruch 6, bei dem eine Antenne mit einer Primärseite des Transformatorschaltungsabschnitts gekoppelt ist, um eine Antennenseitenresonanzschaltung zu bilden, die drahtlose IC mit einer Sekundärseite des Transformatorschaltungsabschnitts gekoppelt ist, um eine IC-Seitenresonanzschaltung zu bilden, sowohl eine Resonanzfrequenz, die durch die Antennenseitenresonanzschaltung erreicht wird, als auch eine Resonanzfrequenz, die durch die IC-Seitenresonanzschaltung erreicht wird, innerhalb oder in der Nähe des Kommunikationsfrequenzbands liegen, und die Resonanzfrequenz, die durch die IC-Seitenresonanzschaltung erreicht wird, im Wesentlichen durch eine Induktivitätskomponente des Transformatorschaltungsabschnitts und eine Impedanzkomponente der drahtlosen IC bestimmt wird.
Das Antennenbauelement gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem, wenn ein Empfangssignal des zweiten Kommunikationssystems eingegeben wird, das Antennenbauelement nicht in einem Frequenzband des Empfangssignals in Resonanz ist.
Das Antennenbauelement gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem die drahtlose IC über eine Kapazität mit der Antenne gekoppelt ist.
Das Antennenbauelement gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Zuleitungsschaltung eine Bandpassfilterfunktion aufweist, die den Durchgang eines Empfangssignals des ersten Kommunikationssystems erlaubt und eine Harmonische des Empfangssignals sperrt.