DE212019000288U1

DE212019000288U1 - Drahtloskommunikationsvorrichtung

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Publication number: DE212019000288U1
Application number: DE212019000288.9U
Authority: DE
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: US11380996B2; JP6658975B1; JPWO2020012724A1; CN215119247U; WO2020012724A1; US20210083391A1

Abstract

Eine Drahtloskommunikationsvorrichtung zum Senden und Empfangen eines Kommunikationssignals, wobei die Drahtloskommunikationsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
ein Basismaterial;
eine Antennenstruktur, die auf dem Basismaterial gebildet ist; und
einen Versorgungsschaltkreis, der mit der Antennenstruktur verbunden ist, wobei in der Antennenstruktur eine Leitungsbreite an einem Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt, wo ein Strom stark ist bei einer Frequenz einer harmonischen Resonanz, die höher ist als eine Resonanzfrequenz bei einer Frequenz des Kommunikationssignals, schmaler ist als eine Leitungsbreite an einem anderen Abschnitt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drahtloskommunikationsvorrichtung, die mit einer Antenne versehen ist, insbesondere auf eine Drahtloskommunikationsvorrichtung wie etwa ein RFID-Tag (bzw. RFID-Kennung oder RFID-Etikett, RFID = Radio Frequency Identification, Hochfrequenzidentifizierung), das eine Nahbereichskommunikation über ein induziertes elektromagnetisches Feld oder eine elektromagnetische Welle ausführt.
Stand der Technik
Das RFID-Tag, das eine Art einer Drahtloskommunikationsvorrichtung ist, wird in unterschiedlichen Situationen eingesetzt, da es mit einem Leser/Schreiber kommuniziert, um vorbestimmte Informationen auf kontaktfreie Weise zu lesen bzw. zu schreiben. Indem die RFID-Tags an Produkten angebracht werden, kann beispielsweise das Bezahlen an der Selbstbedienungskasse (der sogenannte Self-Checkout) problemlos durchgeführt werden. Zusätzlich dazu wird die Verwaltung des Verkaufs- und Vertriebsstatus reibungslos durchgeführt, z. B. die Sicherstellung der Rückverfolgbarkeit und das Marketing.
Andererseits wird eine große Vielzahl von Produkten in Geschäften wie etwa Gemischtwarenläden (sogenannte Convenience Stores) und Supermärkten gehandhabt, wobei einige der Lebensmittel als Produkte unmittelbar nach dem Kauf erwärmt werden, um vom Käufer mit nach Hause genommen zu nehmen oder sofort an Ort und Stelle gegessen oder getrunken zu werden. Beispielsweise können Lunchboxen (bzw. Brotdosen) und Fertiggerichte in einem Geschäft mit einem Gerät zur Erwärmung mithilfe elektromagnetischer Wellen, einem sogenannten „Mikrowellenherd“, erwärmt werden.
Wird ein Produkt mit einem RFID-Tag in einem Mikrowellenherd erwärmt, können jedoch die folgenden Probleme auftreten.
Als Frequenz des Kommunikationssignals des RFID-Tags werden hauptsächlich das LF-Band von 135 kHz oder weniger, das HF-Band von 13,56 MHz oder dergleichen, das UHF-Band von 860 MHz bis 960 MHz und das Mikrowellenband von 2,45 GHz oder dergleichen verwendet. Gegenwärtig ist das RFID-Tag von der Art, die an Nahrungsmittel angebracht wird, ein RFID-Tag, das das UHF-Band verwendet. Bei dem RFID-Tag, das das UHF-Band verwendet, ist ein Metallmaterial wie etwa eine Antennenstruktur, welche ein Metallfilmkörper ist, auf einem Basismaterial, etwa Papier oder Harz, gemeinsam mit einem RFIC-Element (RFIC = Radio-Frequency Integrated Circuit, integrierte Hochfrequenzschaltung) gebildet.
Wird ein Produkt mit einem solchen RFID-Tag in einem Mikrowellenherd erhitzt, dann wird die Energie der elektromagnetischen Wellen aus dem Mikrowellenherd durch das RFID-Tag und das Produkt absorbiert. Aufgrund eines oder mehrerer der folgenden Gründe bewirkt dies ein Risiko einer Entzündung an dem RFID-Tag oder dem Produktteil, an dem das RFID-Tag angebracht ist:

- Entladung an einer Stelle, an der die elektrische Feldstärke in dem oben genannten Metallmaterialteil hoch ist,
- Wärmeerzeugung und Sublimation von Metallmaterial aufgrund eines Überstroms, der durch das Metallmaterialteil fließt, und
- Wärmeentwicklung des Basismaterials des RFID-Tags.

Im Einzelnen emittiert der in einem Lebensmittelgeschäft eingebaute Mikrowellenherd eine elektromagnetische Welle von 3 kW in seine Kammer, und das RFID-Tag wird sofort nach Beginn der Erwärmung erhitzt, so dass man dann, wenn die Bedingungen erfüllt sind, sagen kann, dass die oben genannte Entzündungsgefahr hoch ist.
Eine Konfiguration einem „flammenhemmenden Tag“ wurde vorgeschlagen, um die Entzündungsgefahr bei dem wie oben beschriebenen „RFID-Tag“ zu verringern (siehe Patentdokument 1).
Liste der zitierten Dokumente
Patentdokument
[Patentdokument 1]
Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-338563
Kurzdarstellunq der Erfindung
Technische Problemstellung
Das in Patentdokument 1 offenbarte „flammenhemmende Tag“ weist ein Basismaterial auf, das aus einem flammenhemmenden Material gebildet ist, auf das ein IC-Chip und eine Antennenstruktur montiert sind. Daher wird die Entzündung des Basismaterials unterdrückt. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass der auf dem Basismaterial gebildete Metallmaterialabschnitt sich temporär fortlaufend entlädt, wobei das Tag keine Konfiguration aufweist, die dazu in der Lage ist, das Risiko der Entzündung des Basismaterials und die Möglichkeit, dass das Produkt Feuer fängt, zuverlässig zu verhindern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drahtloskommunikationsvorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, eine Entzündung oder Verbrennung auch in einer Situation zu verhindern, in der dieselbe an einem Nahrungsmittel oder dergleichen angebracht ist und eine elektrische Hochfrequenzleistung zum Erwärmen des Nahrungsmittels empfängt.
Lösung der Problemstellung
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Drahtloskommunikationsvorrichtung zum Senden und Empfangen eines Kommunikationssignals, wobei die Drahtloskommunikationsvorrichtung folgende Merkmale umfasst: ein Basismaterial; eine Antennenstruktur, die auf dem Basismaterial gebildet ist; und einen Versorgungsschaltkreis, der mit der Antennenstruktur verbunden ist, wobei in der Antennenstruktur eine Leitungsbreite an einem Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt, wo ein Strom stark ist bei einer Frequenz einer harmonischen Resonanz, die höher ist als eine Resonanzfrequenz bei einer Frequenz des Kommunikationssignals, schmaler ist als eine Leitungsbreite an einem anderen Abschnitt.
Gemäß der obigen Struktur tritt dann, wenn die Frequenz des Kommunikationssignals niedriger ist als die Frequenz der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen, eine harmonische Resonanz an der Drahtloskommunikationsvorrichtung mit der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen auf. Daher wird dann, wenn die Drahtloskommunikationsvorrichtung die Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen empfängt, Wärme intensiv aufgrund einer Jouleschen Wärme an dem Harmonische-Strom-Konzentrationsabschnitt erzeugt. Ferner wird dadurch, dass dieser Harmonische-Strom-Konzentrationsabschnitt ein Abschnitt mit einer schmalen Leitungsbreite ist (im Folgenden als „schmaler Abschnitt“ bezeichnet), der schmale Abschnitt der Antennenstruktur oder das Basismaterial, auf dem der schmale Abschnitt der Antennenstruktur angeordnet ist, aufgrund eines Temperaturanstieges geschmolzen und abgetrennt oder durch Sublimation abgetrennt. Das heißt, die Antennenstruktur wird an dem schmalen Abschnitt separiert. Wenn die Antennenstruktur an dem schmalen Abschnitt separiert ist, tritt die Resonanz (harmonische Resonanz) an der Antennenstruktur mit der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen nicht länger auf, so dass die Wärmeerzeugung der Antennenstruktur nicht beibehalten wird und der Temperaturanstieg aufgrund der harmonischen Resonanz gestoppt wird. Daher wird die Entzündung der Drahtloskommunikationsvorrichtung oder des Produktabschnittes, an dem die Drahtloskommunikationsvorrichtung angebracht ist, verhindert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Drahtloskommunikationsvorrichtung zu erhalten, die dazu in der Lage ist, auch in einer Situation, in der dieselbe an einem Nahrungsmittel oder dergleichen angebracht ist und eine hochfrequente elektrische Leistung zum Erwärmen eines Nahrungsmittels empfängt, eine Entzündung und Verbrennung zu verhindern.
Figurenliste

1(A) ist eine Draufsicht auf ein RFID-Tag 101 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und 1(B) und 1(C) sind Diagramme, die Intensitätsverteilungen von Strömen zeigen, die durch eine Antennenstruktur des RFID-Tags 101 fließen. 1(D) ist eine Draufsicht auf ein RFID-Tag, die einen Zustand der Antennenstruktur nach einer Aufschmelzung durch Schmelzen oder einer Abtrennung durch Sublimation zeigt.
2(A), 2(B), 2(C) und 2(D) sind Diagramme, die ein Beispiel eines Resonanzschwingungstyps bei der Frequenz des Kommunikationssignals oder eines Resonanzschwingungstyps bei der Frequenz der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen zeigen.
3(A) ist eine Draufsicht auf ein RFID-Tag 102 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 3(B) und 3(C) sind Diagramme, die Intensitätsverteilungen von Strömen zeigen, die durch eine Antennenstruktur des RFID-Tags 102 fließen.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Produktes mit einer RFID-Kennung zeigt, und ist eine Perspektivansicht einer Lunchbox 201 mit dem RFID-Tag 102.
5 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines RFIC-Package 3 zeigt, das auf Kontaktstellenstrukturen 6 (6a, 6b) der Antennenstrukturen 2A und 2B montiert ist.
6 ist eine Draufsicht auf ein RFID-Tag 103A gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
7 ist eine Draufsicht auf ein weiteres RFID-Tag 103B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
8(A) ist eine Draufsicht auf noch eine weiteres RFID-Tag 103C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. 8(B) und 8(C) sind Diagramme, die Intensitätsverteilungen von Strömen zeigen, die durch eine Antennenstruktur der RFID-Kennung 103C fließen.
9 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Antennenstruktur einer herkömmlichen RFID-Kennung einschließlich der Antennenstrukturen 2A und 2B mit einer Mäanderleitungsform zeigt.
10 ist eine Draufsicht auf eine RFID-Kennung als Vergleichsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zuerst werden die Konfigurationen unterschiedlicher Aspekte der Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung des ersten Aspektes gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Drahtloskommunikationsvorrichtung zum Senden und Empfangen eines Kommunikationssignals, wobei die Drahtloskommunikationsvorrichtung folgende Merkmale umfasst: ein Basismaterial; eine Antennenstruktur, die auf dem Basismaterial gebildet ist; und ein RFIC-Element, das mit der Antennenstruktur verbunden ist, wobei in der Antennenstruktur eine Leitungsbreite an einem Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt, wo ein Strom stark ist bei einer Frequenz einer harmonischen Resonanz, die höher ist als eine Resonanzfrequenz bei einer Frequenz des Kommunikationssignals, schmaler ist als eine Leitungsbreite an einem anderen Abschnitt.
Bei der wie oben beschrieben konfigurierten Drahtloskommunikationsvorrichtung des ersten Aspektes wird beispielsweise dann, wenn die Drahtloskommunikationsvorrichtung in dem Mikrowellenherd mit einer Mikrowelle bestrahlt wird, jeder Teil der Drahtloskommunikationsvorrichtung durch die Mikrowelle erwärmt, und die Antennenstruktur wird schnell an einer vorbestimmten Stelle abgetrennt, um eine Entzündung aufgrund einer Wärmeerzeugung der Antennenstruktur zu verhindern.
Bei der Drahtloskommunikationsvorrichtung des zweiten Aspektes gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Antennenstruktur eine Struktur, die eine Elektrisches-Feld-Antenne vom Dipoltyp definiert, deren Versorgungsende mit dem Versorgungsschaltkreis verbunden ist und deren Spitze ein offenes Ende ist, an dem der Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt an einer Zwischenposition von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende ist.
Bei der Drahtloskommunikationsvorrichtung des dritten Aspektes gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Resonanz bei der Frequenz des Kommunikationssignals eine 1/4-Wellenlänge-Resonanz in Bezug auf einem Bereich von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende, und die harmonische Resonanz ist eine 1/2-Wellenlänge-Resonanz in Bezug auf den Bereich von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende.
Bei der Drahtloskommunikationsvorrichtung des vierten Aspektes gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Resonanz bei der Frequenz des Kommunikationssignals eine 3/4-Wellenlänge-Resonanz in Bezug auf den Bereich von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende, und die harmonische Resonanz ist eine Einwellenlängen-Resonanz in Bezug auf den Bereich von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende.
Bei der Drahtloskommunikationsvorrichtung des fünften Aspektes gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Antennenstruktur eine Mäanderleitungsform auf.
Bei der Drahtloskommunikationsvorrichtung des sechsten Aspektes gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Frequenz des Kommunikationssignals eine Frequenz in einem UHF-Band, und die Frequenz der harmonischen Resonanz ist eine Frequenz von 2,4 GHz oder mehr und 2,5 GHz oder weniger.
Gemischtwarenläden und Supermärkte, die Produkte mit Drahtloskommunikationsvorrichtungen verkaufen, handhaben eine Vielzahl von Produkten, z. B. Lebensmittel und Dinge des täglichen Bedarfs. In den letzten Jahren wurden in Gemischtwarenläden verschiedene Experimente zur praktischen Nutzung von „unbemannten Gemischtwarenläden“ durchgeführt, wobei die Abrechnung und das Eintüten von gekauften Produkten automatisiert werden.
Um die Produktabrechnung in „unbemannten Gemischtwarenläden“ zu automatisieren, wird erwogen, an „RFID-Tags“, also Drahtloskommunikationsvorrichtungen, alle Produkte anzubringen. Wenn in dem „unbemannten Gemischtwarenladen“ ein Einkaufskorb, der Produkte mit „RFID-Tags“ enthält, auf den Kassentisch gelegt wird, werden die Informationen aus den „RFID-Tags“ ausgelesen und der Produktpreis wird angezeigt. Der Käufer kann entweder zur Bezahlung des Produktpreises Bargeld in den Geldschlitz einwerfen oder eine Kreditkarte einführen, um die Zahlung abzuschließen und das Produkt automatisch in die Einkaufstüte eingepackt zu erhalten, um den Kauf des Produkts in dem „unbemannten Gemischtwarenladen“ abzuschließen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele als spezifische Beispiele der Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Produkte, an denen die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht wird, umfassen alle Produkte, die in Einzelhandelsgeschäften wie etwa sogenannten „Gemischtwarenläden“ und „Supermärkten“ gehandhabt werden.
Die Vorrichtung zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen, die in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben wird, wird als sogenannter „Mikrowellenherd“ beschrieben, der eine dielektrische Erwärmung ausführt, jedoch ist die Vorrichtung zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen bei der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung, die eine Funktion zum Ausführen einer dielektrischen Erwärmung aufweist. Ferner wird bei dem folgenden Ausführungsbeispiel das an dem obigen Produkt angebrachte RFID-Tag als Beispiel der Drahtloskommunikationsvorrichtung beschrieben.
Im Folgenden wird eine Mehrzahl von Ausführungsbeispielen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung der Reihe nach gezeigt. Den gleichen Teilen werden in den Zeichnungen, auf die in jedem Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird, dieselben Bezugszeichen gegeben. Unter Berücksichtigung der Einfachheit der Erläuterung oder des Verständnisses der Hauptpunkte werden die Ausführungsbeispiele zur Verdeutlichung separat gezeigt, jedoch ist eine teilweise Ersetzung oder Kombination von Konfigurationen, die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gezeigt werden, möglich. Bei dem zweiten und den darauffolgenden Ausführungsbeispielen werden Beschreibungen von Gegenständen ausgelassen, die diese mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemeinsam haben, und es werden lediglich unterschiedliche Punkte beschrieben. Im Einzelnen wird dieselbe operative Wirkung durch dieselbe Konfiguration nicht fortlaufend für jedes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1(A) ist eine Draufsicht auf ein RFID-Tag 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und 1(B) und 1(C) sind Diagramme, die die Intensitätsverteilungen von Strömen zeigen, die durch die Antennenstruktur des RFID-Tags 101 fließen. Ferner ist 1(D) eine Draufsicht auf das RFID-Tag, die einen Zustand der Antennenstruktur nach der Abtrennung durch Schmelzen oder durch Sublimation zeigt.
Wie in 1(A) gezeigt ist, umfasst das RFID-Tag 101 ein Basismaterial 1 eines Isolators oder Dielektrikums, Antennenstrukturen 2A und 2B, die auf dem Basismaterial 1 gebildet sind, und einen Versorgungsschaltkreis 90, der den Antennenstrukturen 2A und 2B Leistung zuführt.
Das RFID-Tag 101 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist dazu konfiguriert, eine Drahtloskommunikation (Senden/Empfangen) mit einem Hochfrequenzsignal einschließlich der Frequenz (Trägerfrequenz) des Kommunikationssignals in dem UHF-Band auszuführen.
Das UHF-Band ist ein Frequenzband von 860 MHz bis 960 MHz. Die Frequenz des Kommunikationssignals in dem UHF-Band ist hier ein Beispiel der „Frequenz des Kommunikationssignals“ bei der vorliegenden Erfindung.
Der Versorgungsschaltkreis 90 ist beispielsweise ein RFIC-Element, ein RFIC-Package oder dergleichen, das später veranschaulicht wird. Bei dem RFID-Tag 101 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein flexibles Filmmaterial oder ein flammenhemmendes Filmmaterial als das Basismaterial 1 verwendet. Die äußere Form des Basismaterials 1 ist in einer Draufsicht rechteckig. Wenn das Basismaterial 1 ein normales Filmmaterial ist, das nicht flammenhemmend ist, kann die Dicke des Basismaterials 1 bis zu 38 µm betragen. Als Folge schmilzt das Basismaterial 1 und verformt sich, bevor es brennt, wodurch es möglich wird, dass die Form des Basismaterials nicht beibehalten bleibt.
Wenn ein flammenhemmender Film für das Basismaterial 1 verwendet wird, wird als das eingesetzt flammenhemmende Filmmaterial beispielsweise ein Film verwendet, der durch Hinzufügen eines Halogen-basierten flammenhemmenden Materials oder Beschichten eines flammenhemmenden Beschichtungsmaterials zu einem bzw. auf ein Harzmaterial, z. B. PET-Harz (PET = Polyethylenterephthalat) oder PPS-Harz (PPS = Polyphenylensulfid), erhalten wird. Ferner ist es möglich, als das Material des Basismaterials 1 ein Harzmaterial mit einer hohen Funktionsfähigkeit in Bezug auf eine Wärmewiderstandsfähigkeit, eine Hydrolysewiderstandsfähigkeit und eine chemische Widerstandsfähigkeit zu verwenden, z. B. PEN-Harz (PEN = Polyethylennaphthalat) mit Wärmewiderstandsfähigkeit. Das Basismaterial 1 benötigt nicht notwendigerweise ein flammenhemmendes Material und kann beispielsweise aus einem Papiermaterial bestehen.
Die durch einen Film eines leitfähigen Materials, z. B. Aluminiumfolie oder Kupferfolie, gebildeten Antennenstrukturen 2A und 2B sind auf der Oberfläche des Basismaterials 1 gebildet. Ferner ist der Versorgungsschaltkreis 90 elektrisch mit den Antennenstrukturen 2A und 2B verbunden, die auf der Oberfläche des Basismaterials 1 gebildet sind.
Wie in 1(A) gezeigt ist, erstrecken sich die Antennenstrukturen 2A und 2B von dem Versorgungsschaltkreis 90 in entgegengesetzte Richtungen.
Die in 1(B) gezeigte Stromwellenform zeigt eine Stromverteilung in einer Grundwellenresonanz, wobei eine Stehwelle einer 1/4-Wellenlänge in der ersten Antennenstruktur 2A sowie der zweiten Antennenstruktur 2B von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende erzeugt wird. Eine Grundwellenresonanz tritt auf diese Weise an dem RFID-Tag 101 bei der Frequenz des Kommunikationssignals auf. Wie oben beschrieben ist, agieren die Antennenstrukturen 2A und 2B des RFID-Tags 101 des vorliegenden Ausführungsbeispiels während einer Kommunikation als RFID-Tag als Elektrisches-Feld-Antenne vom Dipoltyp.
Die in 1(C) gezeigte Stromwellenform zeigt eine Stromverteilung in einer harmonischen Resonanz, wobei eine Stehwelle einer 1/2-Wellenlänge in der ersten Antennenstruktur 2A und der zweiten Antennenstruktur 2B von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende erzeugt wird. Eine harmonische Resonanz tritt auf diese Weise an dem RFID-Tag 101 bei der Frequenz der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen auf.
Wie in 1(A), 1(B) und 1(C) gezeigt ist, sind die erste Antennenstruktur 2A und die zweite Antennenstruktur 2B hinsichtlich ihrer Leitungsbreite von dem Verbindungsende FE des Versorgungsschaltkreises 90 zu dem offenen Ende OE nicht konstant, und jede der Antennenstrukturen weist einen schmalen Abschnitt NP mit einer schmalen Leitungsbreite an einer Zwischenposition auf. Das heißt, jede der Antennenstrukturen 2A und 2B weist einen ersten breiten Abschnitt WP1 von dem Verbindungsende FE des Versorgungsschaltkreises 90 zu dem schmalen Abschnitt NP sowie einen zweiten breiten Abschnitt WP2 von dem schmalen Abschnitt NP zu dem offenen Ende OE auf.
In einem Zustand, in dem das RFID-Tag 101 mit dem Leser/Schreiber kommuniziert, ist der Strom in der Grundwellenresonanz wie in 1(B) gezeigt verteilt. In diesem Kommunikationszustand ist die Stromkonzentration an dem schmalen Abschnitt NP nicht stark, so dass es aufgrund der schmalen Leitungsbreite fast keinen Verlust gibt und fast keine Verschlechterung der Antenneneffizienz auftritt.
Andererseits tritt in einem Zustand, in dem eine Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen abgestrahlt wird, eine harmonische Resonanz an den Antennenstrukturen 2A und 2B mit der Mikrowelle auf, und es fließt ein harmonischer Strom, wie in 1(C) gezeigt ist. In diesem Zustand ist der schmale Abschnitt NP ein Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt, wo der Strom bei der Frequenz der harmonischen Resonanz stark ist, wie in 1(C) gezeigt ist. Ferner ist dadurch, dass dieser „Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt“ der schmale Abschnitt NP ist, der Strom des schmalen Abschnittes NP sogar stärker als der des ersten breiten Abschnittes WP1 und des zweiten breiten Abschnittes WP2. Daher ist die Energie der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen in dem schmalen Abschnitt NP konzentriert. Das heißt, die Energie der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen wird in dem schmalen Abschnitt NP intensiv verbraucht, und die Temperatur des schmalen Abschnittes NP wird durch eine Joulesche Wärme erhöht. Wenn die Temperatur des schmalen Abschnittes NP einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird der schmale Abschnitt NP durch Schmelzen oder Sublimation abgetrennt. Das heißt, der schmale Abschnitt NP, der einen starken harmonischen Strom aufweist, agiert wie eine „Sicherung“ für die Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen.
Die Beziehung zwischen den Leitungsbreiten des breiten Abschnittes WP1, WP2 und des schmalen Abschnittes NP ist vorzugsweise eine derartige Beziehung, dass dadurch, dass der breite Abschnitt 300 µm oder breiter und der schmale Abschnitt 150 µm oder schmaler ist, das Querschnittsflächenverhältnis (Querschnittsfläche des breiten Abschnittes / Querschnittsfläche des schmalen Abschnittes) des breiten Abschnittes zu dem schmalen Abschnitt der Antennenstrukturen 2A und 2B zwei überschreitet. Dies gilt auch für die unten beschriebenen anderen Ausführungsbeispiele.
Wie in 1(D) gezeigt ist, ist dann, wenn die Antennenstrukturen 2A und 2B an dem schmalen Abschnitt NP separiert sind, der zweite breite Abschnitt WP2 der Antennenstrukturen 2A und 2B isoliert und agiert somit nicht als Antennenstruktur (strahlendes Element), und die effektive Leitungsbreite der Antennenstrukturen 2A und 2B wird kürzer. In diesem Zustand kann die in 1(C) gezeigte harmonische Resonanz nicht aufrechterhalten werden, und selbst dann, wenn die Strahlung der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen fortgesetzt wird, fließt der obige harmonische Strom nicht in den Antennenstrukturen 2A und 2B und der Temperaturanstieg wird gestoppt und es tritt keine Entzündung auf.
Bei den oben gezeigten Beispielen wird der schmale Abschnitt NP der Antennenstrukturen 2A und 2B selbst durch Schmelzen oder durch Sublimation abgetrennt, jedoch kann das Basismaterial 1 in der Nähe des schmalen Abschnittes NP aufgrund des Temperaturanstieges des schmalen Abschnittes NP schmelzen oder sublimiert werden, und folglich können die Antennenstrukturen 2A und 2B an dem schmalen Abschnitt NP separiert werden.
Bei dem oben gezeigten Beispiel tritt an den Antennenstrukturen 2A und 2B eine Grundwellenresonanz bei einer 1/4-Wellenlänge bei der Frequenz des Kommunikationssignals auf, und eine harmonische Resonanz (zweite harmonische Resonanz) tritt bei einer 1/2-Wellenlänge bei der Frequenz zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen auf. Wie unten veranschaulicht wird, gibt es jedoch auch andere Kombinationen der Resonanzmode bei der Frequenz des Kommunikationssignals und der Resonanzmode bei der Frequenz zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen.
2(A), 2(B), 2(C) und 2(D) sind Diagramme, die Beispiele einer Resonanzmode bei der Frequenz des Kommunikationssignals oder einer Resonanzmode bei der Frequenz der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen mit Stromverteilung und Spannungsverteilung zeigen. Bei einer in 2(A) gezeigten Resonanzmode, welche die bereits in 1(B) gezeigte Resonanzmode ist, tritt eine Grundwellenresonanz bei einer Resonanzfrequenz fo mit einer 1/4-Wellenlänge von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende auf. Bei einer in 2(B) gezeigten Resonanzmode tritt eine harmonische Resonanz bei einer Resonanzfrequenz 2fo mit einer 1/2-Wellenlänge von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende auf. Bei einer in 2(C) gezeigten Resonanzmode, welche die bereits in 1(C) gezeigte Resonanzmode ist, tritt eine harmonische Resonanz bei einer Resonanzfrequenz 3fo mit einer 3/4-Wellenlänge von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende auf. Bei einer in 2(D) gezeigten Resonanzmode tritt eine harmonische Resonanz bei einer Resonanzfrequenz 4fo mit einer Wellenlänge von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende auf. Zusätzlich dazu sind in 2(A), 2(B), 2(C) und 2(D) die Amplitudenrichtungen der Stromverteilung und Spannungsverteilung normalisiert. Dies gilt auch für die unten gezeigte Stromverteilung und Spannungsverteilung.
Unter der Bedingung, dass wie in 2(B), 2(C) und 2 (D) gezeigte Resonanzmoden höherer Ordnung bei der Frequenz der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen auftreten, wird ein Hochstromdichtebereich HC mit einer hohen Stromdichte auf den Antennenstrukturen 2A und 2B erzeugt. Ein Beispiel, bei dem der Hochstromdichtebereich HC mit einem starken Strom als schmaler Abschnitt auf den Antennenstrukturen 2A und 2B in 2(B) festgelegt ist, wurde bereits in 1(C) gezeigt. Gleichermaßen kann der Hochstromdichtebereich HC auch bei der in 2(C) und 2(D) gezeigten Harmonische-Resonanz-Mode als der schmale Abschnitt festgelegt werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein RFID-Tag mit einer mäanderleitungsförmigen Antennenstruktur gezeigt.
Im Hinblick auf Grundresonanz und harmonische Resonanz wird zuerst der Unterschied zwischen einem RFID-Tag mit einer mäanderleitungsförmigen Antennenstruktur und einem RFID-Tag mit einer linearen Antennenstruktur beschrieben, wie sie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
9 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Antennenstruktur eines herkömmlichen RFID-Tags zeigt, wobei Antennenstrukturen 2A und 2B in einer Mäanderleitungsform vorliegen. 9 zeigt eine Induktivitätskomponente L einer Leiterstruktur und eine Kapazitätskomponente C zwischen angrenzenden Leiterstrukturen. Als Verfahren zum Verkleinern der Antenne ist es gebräuchlich, die Antennenstruktur in einer Mäanderleitungsform zu gestalten, jedoch sind die Auswirkungen der Gestaltung der Antennenstruktur in einer Mäanderleitungsform zwischen der Grundwellenresonanz und der harmonischen Resonanz der Antennenstrukturen 2A und 2B unterschiedlich. Das heißt, wenn die Antennenstruktur in einer Mäanderleitungsform gestaltet ist, nehmen die Induktivitätskomponente L und die Kapazitätskomponente C aufgrund der angrenzenden Anordnung zwischen den Leiterstrukturen zu, und die Resonanzfrequenz verschiebt sich in einen niedrigen Frequenzbereich. Bei der Grundwellenresonanz tritt der Maximalpunkt des Stromes oder der Spannung lediglich an einer Stelle auf, bei der harmonischen Resonanz tritt der Maximalpunkt des Stromes oder der Spannung jedoch an einer Mehrzahl von Stellen auf. Daher wird die harmonische Resonanz im Vergleich zu der Grundwellenresonanz stark durch die Induktivitätskomponente L und die Kapazitätskomponente C beeinflusst. Daher weist die harmonische Resonanz im Vergleich zu der Grundwellenfrequenz aufgrund der oben erwähnten Mäanderleitungsform eine größere Verschiebung der Resonanzfrequenz zur niedrigen Frequenz auf. Beispielsweise werden die Bedingungen für gewöhnlich so, dass eine Grundwellenresonanz an den Antennenstrukturen 2A und 2B bei der Frequenz des Kommunikationssignals in dem UHF-Band von 860 MHz bis 960 MHz auftritt, und eine harmonische Resonanz (zweite harmonische Resonanz) bei einer Frequenz von 2,45 GHz zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen auftritt.
3(A) ist eine Draufsicht auf das RFID-Tag 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und 3(B) und 3(C) sind Diagramme, die die Intensitätsverteilung des Stromes zeigen, der durch die Antennenstruktur des RFID-Tags 102 fließt. Ferner ist 10 eine Draufsicht auf ein RFID-Tag als Vergleichsbeispiel.
Wie in 3(A) gezeigt ist, umfasst das RFID-Tag 102 einen Isolator oder ein dielektrisches Basismaterial 1, Antennenstrukturen 2A und 2B, die auf dem Basismaterial 1 gebildet sind, und ein RFIC-Package 3, das mit den Antennenstrukturen 2A und 2B verbunden ist.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Produktes mit einem RFID-Tag zeigt, und ist eine Perspektivansicht einer Lunchbox 201 mit dem RFID-Tag 102.
Das RFID-Tag 102 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist dazu konfiguriert, eine Drahtloskommunikation (Senden/Empfangen) mit einem Hochfrequenzsignal auszuführen, das die Frequenz (Trägerfrequenz) des Kommunikationssignals in dem UHF-Band umfasst. Das UHF-Band ist ein Frequenzband von 860 MHz bis 960 MHz. Die Frequenz des Kommunikationssignals in dem UHF-Band ist hier ein Beispiel der „Frequenz des Kommunikationssignals“ der vorliegenden Erfindung.
Die durch einen Film aus leitfähigem Material, wie etwa einer Aluminiumfolie oder einer Kupferfolie, gebildeten Antennenstrukturen 2A und 2B sind auf der Oberfläche des Basismaterial 1 gebildet. Ferner ist das RFIC-Package 3 auf die auf der Oberfläche des Basismaterials 1 gebildeten Antennenstrukturen 2A und 2B montiert, und das RFIC-Package 3 und die Antennenstrukturen 2A und 2B sind elektrisch miteinander verbunden. Es ist zu beachten, dass „elektrisch miteinander verbunden“ heißt, dass Komponenten derart miteinander verbunden oder gekoppelt sind, dass ein Hochfrequenzsignal zwischen denselben gesendet wird, und dass diese betriebsfähig sind, wobei dies nicht auf eine Gleichstrom- oder Direktverbindung beschränkt ist.
Wie in 3(A) gezeigt ist, weisen die Antennenstrukturen 2A und 2B jeweils eine Mäanderleitungsform auf und sind derart konfiguriert, dass die mäanderleitungsförmige erste Antennenstruktur 2A, welche eine Mehrzahl von zurückgefalteten Abschnitten FP aufweist und von einer ersten Kontaktstellenstruktur 6a mäandert, auf der das RFIC-Package 3 montiert ist, und die mäanderlinienförmige zweite Antennenstruktur 2B, die eine Mehrzahl von zurückgefalteten Abschnitten aufweist und von einer zweiten Kontaktstellenstruktur 6b mäandert, auf der das RFIC-Package 3 montiert ist, verlaufen. Das heißt, die mäanderleitungsförmige erste Antennenstruktur 2A verläuft von der ersten Kontaktstellenstruktur 6a hin zu einem Ende in der Längsrichtung des Basismaterials 1 (in der -X-Richtung). Ferner verläuft die mäanderleitungsförmige zweite Antennenstruktur 2B von der zweiten Kontaktstellenstruktur 6b hin zu dem anderen Ende in der Längsrichtung des Basismaterials 1 (in der +X-Richtung).
Mit der obigen Konfiguration agieren die Antennenstrukturen 2A und 2B als Elektrisches-Feld-Antenne vom Dipoltyp.
Der zurückgefaltete Abschnitt FP der Antennenstrukturen 2A und 2B ist ein Abschnitt, bei dem die Verlaufsrichtung der Antennenstrukturen 2A und 2B umgekehrt ist. Die Antennenstrukturen 2A und 2B umfassen die Leiterstrukturen OP, die einander dadurch zugewandt sind, dass sie an dem zurückgefalteten Abschnitt FP zurückgefaltet sind.
Wie oben beschrieben ist, bestehen die Antennenstrukturen 2A und 2B aus einem Metallmaterial mit einer hohen Leitfähigkeit, z. B. eine Aluminiumelektrode oder eine Kupferelektrode. Als Antennenstrukturen 2A und 2B kann außer einem Metallmaterial außerdem ein kohlenstoffbasiertes Material verwendet werden.
Wie in 3(A) gezeigt ist, sind die Leitungsbreiten der ersten Antennenstruktur 2A und der zweiten Antennenstruktur 2B von dem Verbindungsende FE des RFIC-Package 3 zu dem offenen Ende OE nicht konstant, und jede der Antennenstrukturen weist einen schmalen Abschnitt NP mit einer schmalen Leitungsbreite an einer Zwischenposition auf. Das heißt, jede der Antennenstrukturen 2A und 2B weist einen ersten breiten Abschnitt WP1 von dem Verbindungsende FE des RFIC-Package 3 zu dem schmalen Abschnitt NP auf und weist einen zweiten breiten Abschnitt WP2 von dem schmalen Abschnitt NP zu dem offenen Ende OE auf. Wie oben beschrieben ist, unterscheidet sich das RFID-Tag 102 von dem in 10 gezeigten RFID-Tag als Vergleichsbeispiel darin, dass es den schmalen Abschnitt NP und die breiten Abschnitte WP1 und WP2 umfasst.
In einem Zustand, in dem das RFID-Tag 102 mit dem Leser/Schreiber kommuniziert, ist der Strom bei der Grundwellenresonanz wie in 3(B) gezeigt verteilt. In diesem Kommunikationsstatus ist die Stromkonzentration auf dem schmalen Abschnitt NP nicht stark, so dass es aufgrund der schmalen Leitungsbreite kaum Verlust gibt. Vielmehr ist die Leitungsbreite des ersten breiten Abschnittes WP1 mit einem starken Strom dick, so dass der Verlust reduziert werden kann.
Andererseits tritt in einem Zustand, in dem die Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen abgestrahlt wird, an den Antennenstrukturen 2A und 2B eine harmonische Resonanz mit der Mikrowelle auf, und der in 3(C) gezeigte harmonische Strom fließt. In diesem Zustand ist der schmale Abschnitt NP ein Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt, an dem der Strom stark ist bei der Frequenz der harmonischen Resonanz, wie in 3(A) und 3(C) gezeigt ist. Ferner ist dadurch, dass dieser „Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt“ der schmale Abschnitt NP ist, der Strom des schmalen Abschnittes NP sogar stärker als der des ersten breiten Abschnittes WP1 und des zweiten breiten Abschnittes WP2. Ähnlich wie bei dem in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten RFID-Tag 101 ist daher die Energie der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen in dem schmalen Abschnitt NP konzentriert. Das heißt, die Energie der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen wird in dem schmalen Abschnitt NP intensiv verbraucht, und die Temperatur des schmalen Abschnittes NP wird durch eine Joulesche Wärme angehoben. Wenn die Temperatur des schmalen Abschnittes NP einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird der schmale Abschnitt NP durch Schmelzen oder durch Sublimation abgetrennt.
Im Vergleich zu dem bei dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten RFID-Tag 101 ist der Abstand zwischen den einander in dem schmalen Abschnitt NP zugewandten Leiterstrukturen OP bei der RFID-Kennung 102 des zweiten Ausführungsbeispiels schmaler, so dass die Position, an dem die Joulesche Wärme erzeugt wird, konzentriert ist, und der Effekt des Temperaturanstieges des schmalen Abschnittes NP hoch ist. Daher ist es möglich, die Zeit von der Abstrahlung der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen bis zur Trennung der Antennenstrukturen 2A und 2B an dem schmalen Abschnitt NP zu verkürzen.
5 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die eine Konfiguration des RFIC-Package 3 zeigt, das auf die Kontaktstellenstrukturen (6, 6a, 6b) der Antennenstrukturen 2A und 2B montiert ist. Wie in 5 gezeigt ist, besteht das RFIC-Package 3 bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Mehrschichtsubstrat, das drei Schichten umfasst. Im Einzelnen besteht das Mehrschichtsubstrat des RFIC-Package 3 aus einem Harzmaterial, wie etwa Polyimid oder einem Flüssigkristallpolymer, und umfasst drei flexible isolierende Lagen 12A, 12B und 12C, die laminiert sind. Jede der isolierenden Lagen 12A, 12B und 12C weist in einer Draufsicht eine im Wesentlichen vierseitige Form auf und weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Das in 5 gezeigte RFIC-Package 3 zeigt einen Zustand, in dem das in 3(A) gezeigte RFIC-Package 3 auf den Kopf gestellt ist und die drei Schichten zerlegt sind.
Wie in 5 gezeigt ist, weist das RFIC-Package 3 einen RFIC-Chip 9, eine Mehrzahl von Induktivitätselementen 10A, 10B, 10C, 10D und externe Verbindungsanschlüsse 11 (11a, 11b) auf, die mit den Antennenstrukturen 2A und 2B verbunden sind, welche an gewünschten Positionen auf dem Dreischichtsubstrat (isolierende Lagen 12A, 12B, 12C) gebildet sind.
Die externen Verbindungsanschlüsse 11a und 11b sind auf der ersten isolierenden Lage 12A gebildet, welche die tiefste Schicht ist (das Substrat, das auf die Antennenstrukturen 2A und 2B zeigt), und sind an Positionen gebildet, die auf die Kontaktstellenstrukturen 6a und 6b der Antennenstrukturen 2A und 2B zeigen. Die fehlenden Induktivitätselemente 10A, 10B, 10C, 10D sind in Gruppen à zwei separiert und auf der zweiten isolierenden Lage 12B und der dritten isolierenden Lage 12C gebildet. Das heißt, das erste Induktivitätselement 10A und das zweite Induktivitätselement 10B sind auf der dritten isolierenden Lage 12C gebildet, welche die oberste Schicht (die in 5 unten gezeigte Schicht) ist, und das dritte Induktivitätselement 10C und das vierte Induktivitätselement 10D sind auf der zweiten isolierenden Lage 12B gebildet, welche die Zwischenschicht ist.
Bei dem RFIC-Package 3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels bestehen die externen Verbindungsanschlüsse 11a, 11b und die vier Induktivitätselemente 10A, 10B, 10C, 10D aus einer Leiterstruktur, die aus einem leitfähigen Material wie etwa einer Aluminiumfolie oder einer Kupferfolie besteht.
Wie in 5 gezeigt ist, ist der RFIC-Chip 9 auf die dritte isolierende Lage 12C, welche die oberste Schicht ist, in dem mittleren Abschnitt in der Längsrichtung (X-Richtung in 5) montiert. Der RFIC-Chip 9 weist eine Struktur auf, bei der ein HF-Schaltkreis auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, das aus einem Halbleiter wie etwa Silizium besteht. Das erste Induktivitätselement 10A, das in einer Spiralform auf einer Seite in der Längsrichtung (die Seite in der +X-Richtung in 5) auf der dritten isolierenden Lage 12C gebildet ist, ist mit einem Eingang/Ausgang-Anschluss 9a des RFIC-Chips 9 über eine Kontaktstelle 10Aa verbunden. Das zweite Induktivitätselement 10B, das in einer Spiralform auf der anderen Seite in der Längsrichtung (die Seite in der -X-Richtung in 5) auf der dritten isolierenden Lage 12C gebildet ist, ist mit dem anderen Eingang/Ausgang-Anschluss 9b des RFIC-Chips 9 über eine Kontaktstelle 10Ba verbunden.
Das dritte Induktivitätselement 10C in einer Spiralform ist auf einer Seite in der Längsrichtung (die Seite in der +X-Richtung in 5) auf der zweiten isolierende Lage 12B gebildet, welche eine Zwischenschicht ist, und das vierte Induktivitätselement 10D in einer Spiralform ist auf der anderen Seite in der Längsrichtung (die Seite in der -X-Richtung in 5) auf der zweiten isolierenden Lage 12B gebildet. Das äußere periphere Ende des dritten Induktivitätselements 10C in der Spiralform und das äußere periphere Ende des vierten Induktivitätselements 10D in der Spiralform sind direkt verbunden. Andererseits ist eine Kontaktstelle 10Ca, welche das innere periphere Ende des dritten Induktivitätselements 10C ist, mit einer Kontaktstelle 10Ab, welche das innere periphere Ende des ersten Induktivitätselements 10A in einer Spiralform auf der dritten isolierende Lage 12C ist, über einen Zwischenschichtverbindungsleiter wie etwa einen Durchkontaktierungsleiter, der die zweite isolierende Lage 12B durchdringt, verbunden. Ferner ist die Kontaktstelle 10Ca, welche das innere periphere Ende des dritten Induktivitätselements 10C ist, mit einem ersten externen Verbindungsanschluss 11a auf der ersten isolierenden Lage 12A über einen Zwischenschichtverbindungsleiter verbunden, z. B. einen Durchgangslochleiter, der die erste isolierende Lage 12A, welche die tiefste Schicht ist, durchdringt.
Eine Kontaktstelle 10Da, welche das innere periphere Ende des vierten Induktivitätselements 10D ist, ist mit einer Kontaktstelle 10Bb, welche das innere periphere Ende des zweiten Induktivitätselements 10B in einer Spiralform auf der dritten isolierenden Lage 12C ist, über einen Zwischenschichtverbindungsleiter wie etwa einen Durchgangslochleiter, der die zweite isolierende Lage 12B durchdringt, verbunden. Ferner ist die Kontaktstelle 10Da, welche das innere periphere Ende des vierten Induktivitätselements 10D ist, mit einem zweiten externen Verbindungsanschluss 11b auf der ersten isolierenden Lage 12A über einen Zwischenschichtverbindungsleiter verbunden, z. B. einen Durchgangslochleiter, der die erste isolierende Lage 12A durchdringt, welche die tiefste Lage ist.
Der erste externe Verbindungsanschluss 11a auf der ersten isolierenden Lage 12A ist so angeordnet, dass derselbe mit der ersten Kontaktstellenstruktur 6a der ersten Antennenstruktur 2A, die auf dem Basismaterial 1 gebildet ist, verbunden ist. Ferner ist der zweite externe Verbindungsanschluss 11b auf der ersten isolierenden Schicht 12A so angeordnet, dass derselbe mit der zweiten Kontaktstellenstruktur 6b der zweiten Antennenstruktur 2B, die auf dem Basismaterial 1 gebildet ist, verbunden ist.
Ferner ist die zweite isolierende Lage 12B, welche eine Zwischenschicht ist, mit einem Durchgangsloch 13 gebildet, in welchem der RFIC-Chip 9, der auf der dritten isolierenden Lage 12C montiert ist, untergebracht ist. Der RFIC-Chip 9 ist zwischen dem ersten Induktivitätselement 10A und dem zweiten Induktivitätselement 10B angeordnet und zwischen dem dritten Induktivitätselement 10C und dem vierten Induktivitätselement 10D angeordnet. Daher fungiert der RFIC-Chip 9 als eine Abschirmung, und eine Magnetfeldkopplung und eine Elektrisches-Feld-Kopplung zwischen dem ersten Induktivitätselement 10A und dem zweiten Induktivitätselement 10B werden unterdrückt. Gleichermaßen werden eine Magnetfeldkopplung und eine Elektrisches-Feld-Kopplung zwischen dem dritten Induktivitätselement 10C und dem vierten Induktivitätselement 10D unterdrückt. Folglich wird bei dem RFIC-Package 3 die Verengung eines Durchlassbandes des Kommunikationssignals unterdrückt, und das Durchlassband wird verbreitert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das RFIC-Package 3 auf die Antennenstrukturen 2A und 2B montiert, jedoch kann der RFIC-Chip 9 auch direkt auf die Antennenstrukturen 2A und 2B montiert sein. Ferner können hier die Induktoren, die als die Mehrzahl von Induktivitätselementen 10A, 10B, 10C, 10D in dem RFIC-Package 3 gebildet sind, durch eine schleifenförmige Struktur auf dem Basismaterial 1 ausgebildet sein.
Drittes Ausführungsbeispiel
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden einige RFID-Tags, deren Antennenstrukturform sich von der des in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten Beispiels unterscheiden, unter Bezugnahme auf die Figuren gezeigt.
6 ist eine Draufsicht auf ein RFID-Tag 103A gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das RFID-Tag 103A umfasst einen Isolator oder ein dielektrisches Basismaterial 1, Antennenstrukturen 2A und 2B, die auf dem Basismaterial 1 gebildet sind, und ein RFIC-Package 3, das mit den Antennenstrukturen 2A und 2B verbunden ist. Die Leitungsbreiten der ersten Antennenstruktur 2A und der zweiten Antennenstruktur 2B sind von dem Verbindungsende FE des RFIC-Package 3 zu dem offenen Ende OE nicht konstant, und jede der Antennenstrukturen weist einen schmalen Abschnitt NP mit einer schmalen Leitungsbreite an einer Zwischenposition auf. Das heißt, jede der Antennenstrukturen 2A und 2B weist einen ersten breiten Abschnitt WP1 von dem Verbindungsende FE des RFIC-Package 3 zu dem schmalen Abschnitt NP und einen zweiten breiten Abschnitt WP2 von dem schmalen Abschnitt NP zu dem offenen Ende OE auf.
Das RFID-Tag 103A unterscheidet sich von dem in 3(A) gezeigten RFID-Tag 102, und die Formen der ersten Antennenstruktur 2A und der zweiten Antennenstruktur 2B sind punktsymmetrisch mit dem RFIC-Package 3 als Mitte. Wie oben beschrieben ist, kann die Beziehung zwischen den Formen der zwei Antennenstrukturen 2A und 2B entweder liniensymmetrisch oder punktsymmetrisch sein. Ferner kann dieselbe asymmetrisch sein.
7 ist eine Draufsicht auf ein weiteres RFID-Tag 103B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Form der Leiterstruktur des schmalen Abschnittes NP unterscheidet sich von der des in 3(A) gezeigten RFID-Tags 102. Bei der RFID-Kennung 103B weisen die Antennenstrukturen 2A und 2B Leiterstrukturen auf, die einander dadurch zugewandt sind, dass sie an dem zurückgefalteten Abschnitt FP zurückgefaltet sind, jedoch weist der schmale Abschnitt NP einen Raum auf, wo ein Leitungsabstand der gegenüberliegenden Leiterstrukturen im Vergleich zu den breiten Abschnitten WP1 und WP2 schmaler ist.
Ein harmonischer Strom ist auf dem schmalen Abschnitt NP des RFID-Tags 103B konzentriert, während es mit Mikrowellen zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen bestrahlt wird. Wie in 7 gezeigt ist, ist bei dem schmalen Abschnitt NP nicht nur die Leitungsbreite schmal, sondern auch der Leitungsabstand ist schmal, so dass der Effekt des Temperaturanstieges in dem schmalen Abschnitt NP hoch ist. Daher ist es möglich, die Zeit von der Abstrahlung der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen bis zur Trennung des schmalen Abschnittes NP der Antennenstrukturen 2A und 2B zu verkürzen.
8(A) ist eine Draufsicht auf noch ein weiteres RFID-Tag 103C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. 8(B) und 8(C) sind Diagramme, die Stromverteilungen von Strom anzeigen, die durch eine Antennenstruktur des RFID-Tags 103C fließen. Die Antennenstrukturen 2A und 2B des RFID-Tags 103C weisen einen ersten breiten Abschnitt WP1 von dem Verbindungsende FE des RFIC-Package 3 zu dem ersten schmalen Abschnitt NP1, einen zweiten breiten Abschnitt WP2 von dem ersten schmalen Abschnitt NP1 zu dem zweiten schmalen Abschnitt NP2 und einen dritten breiten Abschnitt WP3 von dem zweiten schmalen Abschnitt NP2 zu dem offenen Ende OE auf. Das heißt, die Antennenstrukturen 2A und 2B weisen jeweils zwei schmale Abschnitte NP1 und NP2 auf.
In einem Zustand, in dem das RFID-Tag 103C mit dem Leser/Schreiber kommuniziert, ist ein Strom bei einer 3/4-Wellenlänge-Resonanz wie in 8(B) gezeigt verteilt. In diesem Kommunikationszustand ist die Stromkonzentration auf dem schmalen Abschnitt NP nicht stark, so dass es aufgrund der schmalen Leitungsbreite fast keinen Verlust gibt.
Andererseits tritt in einem Zustand, in dem eine Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen abgestrahlt wird, eine 1-Wellenlänge-Resonanz (harmonische Resonanz) an den Antennenstrukturen 2A und 2B mit der Mikrowelle auf, und der in 8(C) gezeigte harmonische Strom fließt. In diesem Zustand sind die schmalen Abschnitte NP1 und NP2 Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitte, wo der Strom bei einer Frequenz der harmonischen Resonanz stark ist, wie in 8(A) und 8(C) gezeigt ist. Daher ist die Energie der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen in den schmalen Abschnitten NP1 und NP2 konzentriert. Das heißt, die Energie der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen wird an dem schmalen Abschnitt NP1, NP2 intensiv verbraucht, und die Temperatur des schmalen Abschnittes NP1, NP2 wird durch eine Joulesche Wärme erhöht. Wenn die Temperatur des schmalen Abschnittes NP1, NP2 einen bestimmten Schwellwert überschreitet, werden die Antennenstrukturen 2A und 2B an dem ersten schmalen Abschnitt NP1 oder dem zweiten schmalen Abschnitt NP2 separiert.
Wie oben beschrieben ist und in einigen Beispielen gezeigt ist, können die Antennenstrukturen 2A und 2B einen schmalen Abschnitt NP an einer Stelle aufweisen, wo eine harmonische Resonanz durch Empfang der Mikrowelle zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen auftritt, und wobei dadurch ein harmonischer Strom konzentriert ist. Ferner kann der schmale Abschnitt NP lediglich in einer der ersten Antennenstruktur 2A und der zweiten Antennenstruktur 2B bereitgestellt sein. Selbst in diesem Fall sind dann, wenn die Antennenstrukturen 2A und 2B an dem schmalen Abschnitt NP durch die obige harmonische Resonanz separiert sind, die effektiven Längen der Antennenstrukturen 2A und 2B verkürzt, die harmonische Resonanz wird nicht aufrechterhalten und eine Wärmeerzeugung aufgrund des harmonischen Stromes wird gestoppt.
Bei einigen oben gezeigten RFID-Tags wird ein Beispiel gezeigt, bei dem der schmale Abschnitt NP und die breiten Abschnitte WP1 und WP2, usw. der Antennenstrukturen 2A und 2B mit Unterbrechungen aneinander angrenzen, jedoch kann die Leitungsbreite fortlaufend zwischen dem schmalen Abschnitt NP und den breiten Abschnitten WP1 und WP2, usw. wechseln.
Ferner ist bei einigen oben gezeigten RFID-Tags ein Beispiel gezeigt, bei dem die Antennenstrukturen 2A und 2B zwei Arten von Leitungsbreiten in dem schmalen Abschnitt NP und den breiten Abschnitten WP1 und WP2, usw. aufweisen, jedoch können die Leitungsbreiten der Antennenstrukturen 2A und 2B und dergleichen eine Mehrzahl von Arten von Leitungsbreiten aufweisen, die sich schrittweise ändern.
Wie in oben unter Verwendung spezifischer Konfigurationen bei jedem Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es gemäß diesen Ausführungsbeispielen dann möglich, wenn das Produkt mit dem RFID-Tag durch die Vorrichtung zur Erwärmung durch elektromagnetische Wellen erwärmt wird, eine Entzündung des RFID-Tags und sogar ein Schmelzen und Verformen von Baugliedern bei Produkten, an denen die RFID-Tags angebracht sind, zu verhindern. Daher stellt die vorliegende Erfindung Drahtloskommunikationsvorrichtungen bereit, die es ermöglichen, ein System zum Automatisieren der Abrechnung und des Eintütens gekaufter Produkte in Geschäften wie etwa Gemischtwarenläden, die eine große Vielzahl an Produkten wie etwa Nahrungsmittel und Dinge des täglichen Bedarfs handhaben, aufzubauen, und große Fortschritte in Bezug auf die praktische Anwendung von „unbemannten Gemischtwarenläden“ erzielen können.
Die Beschreibung der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist in allen Belangen ein Beispiel und nicht einschränkend. Modifizierungen und Änderungen können von Fachleuten soweit angemessen getätigt werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obigen Ausführungsbeispiele, sondern durch die Schutzansprüche aufgezeigt. Ferner umfasst der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung Modifizierungen der Ausführungsbeispiele in dem Schutzumfang der Schutzansprüche und in dem Schutzumfang, der dem Schutzumfang der Schutzansprüche entspricht.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist als Drahtloskommunikationsvorrichtung, welche an einem Produkt angebracht ist, vielfältig einsetzbar und nützlich ist, und ist insbesondere notwendig zur Realisierung eines „unbemannten Gemischtwarenladens“.
Bezugszeichenliste

FE: Versorgungsschaltkreisverbindungsende
FP: Gefalteter Teil
HC: Hochstromdichtebereich
NP: schmaler Abschnitt
NP1: erster schmaler Abschnitt
NP2: zweiter schmaler Abschnitt
OE: Offenes Ende
OP: einander zugewandte Leiterstrukturen
WP1: erster breiter Abschnitt
WP2: zweiter breiter Abschnitt
WP3: dritter breiter Abschnitt
1: Basismaterial
2A: erste Antennenstruktur
2B: zweite Antennenstruktur
3: RFIC-Package
6: Kontaktstellenstruktur
6a: erste Kontaktstellenstruktur
6b: zweite Kontaktstellenstruktur
9: RFIC-Chip
9a, 9b: Eingang/Ausgang-Anschluss
10A: erstes Induktivitätselement
10B: zweites Induktivitätselement
10C: drittes Induktivitätselement
10D: viertes Induktivitätselement
10Aa, 10Ab, 10Ba, 10Bb, 10Ca, 10Da: Kontaktstelle
11: externer Verbindungsanschluss
11a: erster externer Verbindungsanschluss
11b: zweiter externer Verbindungsanschluss
12A: erste isolierende Lage
12B: zweite isolierende Lage
12C: dritte isolierende Lage
13: Durchgangsloch
90: Versorgungsschaltkreis
101, 102, 103, 103A, 103B, 103C: RFID-Tag
201: Lunchbox

Claims

Eine Drahtloskommunikationsvorrichtung zum Senden und Empfangen eines Kommunikationssignals, wobei die Drahtloskommunikationsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: ein Basismaterial; eine Antennenstruktur, die auf dem Basismaterial gebildet ist; und einen Versorgungsschaltkreis, der mit der Antennenstruktur verbunden ist, wobei in der Antennenstruktur eine Leitungsbreite an einem Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt, wo ein Strom stark ist bei einer Frequenz einer harmonischen Resonanz, die höher ist als eine Resonanzfrequenz bei einer Frequenz des Kommunikationssignals, schmaler ist als eine Leitungsbreite an einem anderen Abschnitt.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Antennenstruktur eine Struktur ist, die eine Elektrisches-Feld-Antenne vom Dipoltyp definiert, deren Versorgungsende mit dem Versorgungsschaltkreis verbunden ist und deren Spitze ein offenes Ende ist, an dem der Harmonischer-Strom-Konzentrationsabschnitt an einer Zwischenposition von dem Versorgungsende zu dem offenen Ende ist.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der eine Resonanz bei der Frequenz des Kommunikationssignals eine 1/4-Wellenlänge-Resonanz ist und die harmonische Resonanz eine 1/2-Wellenlänge-Resonanz ist.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der eine Resonanz bei der Frequenz des Kommunikationssignals eine 3/4-Wellenlänge-Resonanz ist und die harmonische Resonanz eine 1-Wellenlänge-Resonanz ist.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, bei der die Antennenstruktur eine Mäanderleitungsform aufweist.
Die Drahtloskommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Frequenz des Kommunikationssignals eine Frequenz in einem UHF-Band ist und die Frequenz der harmonischen Resonanz eine Frequenz von 2,4 GHz oder mehr und 2,5 GHz oder weniger ist.