JP2007074597A - Rf transponder for air-core coil and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、RF用トランスポンダに関するものであって、詳細には、RF用空心コイル式トランスポンダとその製造方法に関する。 The present invention relates to an RF transponder, and more particularly to an RF air-core coil transponder and a method of manufacturing the same.
RF周波数同定システムでは、トランスポンダの共振周波数がトランスポンダの読取性能の最も重要な因子の1つである。トランスポンダの共振周波数が正確であれば、製品の電気的機能の品質保証に寄与する。 In an RF frequency identification system, the transponder resonant frequency is one of the most important factors in the transponder reading performance. If the resonant frequency of the transponder is accurate, it will contribute to quality assurance of the electrical function of the product.
しばしば、読取性能がばらつくトランスポンダを見かけるが、このばらつきは、共振周波数のばらつきに由来することが多い。これは、用いられる技術の差に拠る場合がある。例えば、125kHz用トランスポンダのような低周波数用トランスポンダ及び13.56MHz用トランスポンダのような中域周波数用トランスポンダに関しては、通常は空心コイル技術が使用されている。 Often, transponders with varying reading performance are found, but this variation is often due to variations in resonant frequency. This may depend on the technology used. For example, air-core coil technology is typically used for low frequency transponders such as 125 kHz transponders and mid-frequency transponders such as 13.56 MHz transponders.
一般に、空心コイル式トランスポンダの製造時には、空心コイルは、典型的には、自己溶着性の従来型単線絶縁電線から作製される。自己溶着性電線を用いる場合は、コイルが硬くなって、巻回数が増えると曲げることが困難になる。他方、電線の巻数が1ないし50程度と少なければ、コイルは、柔軟で簡単に曲げることができる。もしコイルが変形すれば、コイルのインピーダンスが変化する。 In general, when manufacturing an air-core coil transponder, the air-core coil is typically made from a self-welding conventional single wire insulated wire. When a self-welding electric wire is used, the coil becomes hard and it becomes difficult to bend as the number of turns increases. On the other hand, if the number of turns of the electric wire is as small as about 1 to 50, the coil is flexible and can be bent easily. If the coil is deformed, the coil impedance changes.
更に、コイルにはインダクタンス、抵抗、及び寄生容量が付随する。電線の巻線間の距離及び巻線プロセスがトランスポンダごとに違ってしまうと、内部寄生容量もまた違ってきて、その結果、コイルのインピーダンスが各トランスポンダにおいて変化することになる。このことは、共振周波数の違いに結びつく。 In addition, the coil is associated with inductance, resistance, and parasitic capacitance. If the distance between the windings of the wire and the winding process varies from transponder to transponder, the internal parasitic capacitance will also vary, resulting in a change in coil impedance at each transponder. This leads to a difference in resonance frequency.
トランスポンダの共振周波数を調節するためには、トランスポンダの共振回路の容量及び/またはインダクタンスを変化させればよいことが分かっている。 In order to adjust the resonant frequency of the transponder, it has been found that the capacitance and / or inductance of the resonant circuit of the transponder can be changed.
Q値(品質係数)が非常に高い共振回路は、特により長い読取レンジにおいて、読取装置から高エネルギーを取り出し、また読取装置にエネルギーを再送信するのに特に有効である。他方、高Q値の回路は、共振周波数を幅広くできない。これは、周波数が異なると読取器からトランスポンダへのエネルギーの結合が大きく変化してしまい、トランスポンダから読取器へ送信されるエネルギーが減少するからである。このことは、最大読取距離を減少させるだけでなく、トランスポンダ間の最大読取距離の変動も生ずる。 A resonant circuit with a very high Q factor (quality factor) is particularly effective for extracting high energy from the reader and retransmitting energy to the reader, especially in longer reading ranges. On the other hand, a circuit with a high Q value cannot have a wide resonance frequency. This is because, when the frequency is different, the coupling of energy from the reader to the transponder changes greatly, and the energy transmitted from the transponder to the reader decreases. This not only reduces the maximum reading distance, but also causes variations in the maximum reading distance between transponders.
このため、高Q値の共振回路が読取距離を増大させ、トランスポンダ間の差を最小化するためには、より正確な共振周波数が必要である。 For this reason, a more accurate resonant frequency is required for a high Q resonant circuit to increase the read distance and minimize the difference between transponders.
トランスポンダ用コイル間の差によって生ずる変動のせいで共振周波数が制御できない問題に加えて、付随する電子部品の変動の結果として生ずる問題もある。すなわち、例えば、採用されたIC(集積回路)に含まれるコンデンサは、共振周波数に影響を及ぼし、また、コンデンサIC間の許容差の変動をもたらすため、トランスポンダの共振周波数の変動を引き起こす。 In addition to the problem that the resonant frequency cannot be controlled due to variations caused by differences between the transponder coils, there are also problems that arise as a result of variations in the associated electronic components. That is, for example, the capacitor included in the adopted IC (integrated circuit) affects the resonance frequency, and also causes a variation in tolerance between the capacitor ICs, thereby causing a variation in the resonance frequency of the transponder.
コイルの電気的パラメータの変動及び/または電気部品の許容差によって引き起こされる変動は、製造前、製造中あるいは製造後に共振周波数を調節する効果的な方法を必要とする。 Variations caused by variations in coil electrical parameters and / or electrical component tolerances require an effective way of adjusting the resonant frequency before, during or after manufacture.
本発明の1つの目的は、正確なインピーダンスを有するRF用空心コイルを提供することであり、また、それを製造する方法を提供することである。 One object of the present invention is to provide an RF air core coil with accurate impedance and to provide a method of manufacturing it.
本発明の更に1つの目的は、トランスポンダの製造中及び/または製造後にRF用空心コイル式トランスポンダの共振周波数を調節するための方法を提供することである。 It is a further object of the present invention to provide a method for adjusting the resonant frequency of an RF air coiled transponder during and / or after manufacture of the transponder.
本発明の1つの態様に従えば、硬いリールなど硬いキャリアを使用して、空心コイルのインピーダンス許容差を減らすことができる。硬いキャリアは、コイルの均一な巻線を可能とする。 According to one aspect of the present invention, a hard carrier such as a hard reel can be used to reduce the impedance tolerance of the air core coil. A stiff carrier allows for uniform winding of the coil.
本発明の別の1つの態様に従えば、磁場及び/または電場に作用する材料を含むボディが提供される。このボディの形状、寸法、成分、及び位置は、コイルのインダクタンス及び内部寄生容量を変化させるために調節され、それによってトランスポンダ共振回路の共振周波数を調節することができる。 According to another aspect of the invention, a body is provided that includes a material that acts on a magnetic and / or electric field. The shape, dimensions, components, and position of this body can be adjusted to change the inductance and internal parasitic capacitance of the coil, thereby adjusting the resonant frequency of the transponder resonant circuit.
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照した本発明の以下の説明から明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the invention which refers to the accompanying drawings.
ここで、図面、特に図1及び2を参照すると、ケース11と、このケース11内部に設置された適当な電気絶縁性材料、例えばPPSのようなプラスチックを含む硬いリール12の形をした回転可能なキャリアとを有するRF用空心式トランスポンダ10が示されている。リール12と同様に、ケース11もPPSのようなプラスチックを含むことができる。有利な方法としては、リール12を固形とすることでリール12に対して要求される硬さを達成できる。コイル14は、リール12の周囲に巻かれる。電場でも磁場でもよいが場に対して作用する少なくとも1つのボディ16がリール12上のコイル14内側に設置される。この実施の形態では、ボディ16は、円柱状のものであるが、ボディ16は、任意の形状でよく、場に作用する任意の適当な材料、例えば、磁性金属やフェライトを含むことができる。アルミニウムは、効果的な材料であることが分かっている。更に、1つのボディ16だけが示されているが、本発明を実施するにあたり、場に作用する1または複数のボディ16をリール12上に搭載することができる。場に作用する別のボディ17が、ケース11の下半分11aに固定されている。ボディ16と同じように、ボディ17は、任意の形状でよく、また、任意の適当な材料、例えば、アルミニウムを含むことができる。トランスポンダ10の電気部品を含むIC(集積回路)18がリール12に固定される。 Referring now to the drawings, and particularly to FIGS. 1 and 2, a rotatable in the form of a case 11 and a rigid reel 12 containing a suitable electrically insulating material, for example a plastic such as PPS, installed in the case 11. An RF air core transponder 10 with a simple carrier is shown. Like the reel 12, the case 11 can also include a plastic such as PPS. As an advantageous method, the hardness required for the reel 12 can be achieved by making the reel 12 solid. The coil 14 is wound around the reel 12. At least one body 16, which may be an electric field or a magnetic field but acting on the field, is installed inside the coil 14 on the reel 12. In this embodiment, the body 16 is cylindrical, but the body 16 may be of any shape and can include any suitable material that acts on the field, such as magnetic metal or ferrite. Aluminum has been found to be an effective material. Furthermore, although only one body 16 is shown, one or more bodies 16 acting on the field can be mounted on the reel 12 in practicing the present invention. Another body 17 acting on the field is fixed to the lower half 11 a of the case 11. As with the body 16, the body 17 can be any shape and can include any suitable material, such as aluminum. An IC (integrated circuit) 18 including electrical components of the transponder 10 is fixed to the reel 12.
図3を参照すると、コイル14の等価回路20が示されている。等価回路20は、コイル14のインダクタンスを表すインダクタ22、コイル14の内部抵抗を表す抵抗24、及びコイル14の内部寄生容量を表すコンデンサ26及び28を含む。インダクタ22、抵抗24、及びコンデンサ26及び28は、コイル14のインピーダンスを構成する。 Referring to FIG. 3, an equivalent circuit 20 of the coil 14 is shown. The equivalent circuit 20 includes an inductor 22 that represents the inductance of the coil 14, a resistor 24 that represents the internal resistance of the coil 14, and capacitors 26 and 28 that represent the internal parasitic capacitance of the coil 14. The inductor 22, the resistor 24, and the capacitors 26 and 28 constitute the impedance of the coil 14.
コイル14の共振周波数は、とりわけインダクタ22及びコンデンサ26及び28の個々の値の関数である。次に、これらの値は、よく知られたように、とりわけコイル14の巻線間の距離及びコイル14の形状の関数である。従って、各トランスポンダ10のコイル14の巻線間距離が同じで、コイル形状も同じであれば、各トランスポンダのコイル14のインダクタ22とコンデンサ26及び28の値は、本質的に同じとなり、共振周波数も同じことになる。残念ながら、従来技術のトランスポンダ設計及びその製造は、均一な値を提供するものではなかった。しかし、本発明は、そのような均一な値を実現する。 The resonant frequency of coil 14 is a function of the individual values of inductor 22 and capacitors 26 and 28, among others. These values are then a function of, inter alia, the distance between the windings of the coil 14 and the shape of the coil 14 as is well known. Therefore, if the distance between the windings of the coil 14 of each transponder 10 is the same and the coil shape is the same, the values of the inductor 22 and the capacitors 26 and 28 of the coil 14 of each transponder are essentially the same, and the resonance frequency. Will be the same. Unfortunately, prior art transponder designs and their manufacture have not provided uniform values. However, the present invention achieves such a uniform value.
すなわち、リール12が硬ければ、特に巻線機がコイルを形成するときに、コイル14がその形状を保ち、巻線間の正確な距離を保証することが可能となる。このことは、ひいては、インダクタンス及び寄生容量の値を一定に保ち、それに伴って一定の共振周波数をもたらす。 That is, if the reel 12 is hard, especially when the winding machine forms a coil, the coil 14 can keep its shape and ensure an accurate distance between the windings. This in turn keeps the values of inductance and parasitic capacitance constant, which in turn leads to a constant resonance frequency.
上で述べたように、ボディ16及び17は、磁場及び/または電場に作用し、そのため、コイル14の全インピーダンス及び共振周波数に影響する。 As mentioned above, the bodies 16 and 17 act on magnetic and / or electric fields and thus affect the overall impedance and resonant frequency of the coil 14.
ボディ16及び17が磁場及び電場に作用する能力は、上で述べたように、ボディ16及び17を構成する材料の種類やその形状、特にそれらの表面積に依存するだけでなく、ボディ16の角度位置にも依存する。 The ability of the bodies 16 and 17 to act on the magnetic and electric fields not only depends on the type of material constituting the bodies 16 and 17 and their shape, in particular their surface area, but also the angle of the body 16 as described above. It also depends on the position.
本発明に従えば、ボディ16及び17の形状及び成分は、所望の共振周波数を実現するように選ばれる。トランスポンダ10の共振周波数は、次に、図4に示すように、適当な試験機器30で試験される。試験の結果が、供試のトランスポンダ10が所望の共振周波数を持たないことを示す場合は、キャリアを回転させることによって、ボディ16の角度位置を変化させる。 In accordance with the present invention, the shapes and components of bodies 16 and 17 are selected to achieve the desired resonant frequency. The resonant frequency of the transponder 10 is then tested with suitable test equipment 30 as shown in FIG. If the test results indicate that the transponder 10 under test does not have the desired resonance frequency, the angular position of the body 16 is changed by rotating the carrier.
図5a−5dを参照すると、ボディ16のいくつかの角度位置が示されている。ボディ16の角度を変えると共振回路20のインピーダンスが変化して、その結果、トランスポンダ10の共振周波数が変わる。具体的には、ボディ17に対するボディ16の位置を変えることによって、ボディ16及び17の連結表面積が変化する。連結表面積が変化すると、コイル14のインピーダンスが変化する。より具体的には、連結表面積が増えればインピーダンスは高くなる。すなわち、図5bのボディ16及び17の連結表面積は、図5aの場合よりも広い。結果として、図5bのトランスポンダ10の共振回路は、図5aのトランスポンダ10の共振回路20よりも高いインピーダンスを持ち、従って、より低い共振周波数を持つことになる。同様に、図5cのトランスポンダ10の共振回路20は、図5bのトランスポンダ10よりも高いインピーダンスを持ち、従って、より低い共振周波数を持つ。図5dに示されたボディ16の位置は、最大の連結表面積を与えるため、図5dの共振回路20は、図5a−5cの共振回路よりも高いインピーダンスを持つことになり、その結果、最も低い共振周波数を持つことになる。このように、ボディ16の位置を時計回りに回転させることによって、元の位置に比べて、トランスポンダ10の共振周波数は減少する。 Referring to FIGS. 5a-5d, several angular positions of the body 16 are shown. Changing the angle of the body 16 changes the impedance of the resonance circuit 20 and, as a result, changes the resonance frequency of the transponder 10. Specifically, by changing the position of the body 16 with respect to the body 17, the connection surface area of the bodies 16 and 17 changes. When the connection surface area changes, the impedance of the coil 14 changes. More specifically, the impedance increases as the connection surface area increases. That is, the connecting surface area of the bodies 16 and 17 in FIG. 5b is wider than in FIG. 5a. As a result, the resonant circuit of the transponder 10 of FIG. 5b has a higher impedance than the resonant circuit 20 of the transponder 10 of FIG. 5a and thus has a lower resonant frequency. Similarly, the resonant circuit 20 of the transponder 10 of FIG. 5c has a higher impedance than the transponder 10 of FIG. 5b and thus has a lower resonant frequency. The position of the body 16 shown in FIG. 5d gives the maximum coupling surface area, so that the resonant circuit 20 of FIG. 5d will have a higher impedance than the resonant circuit of FIGS. It will have a resonant frequency. In this way, by rotating the position of the body 16 clockwise, the resonance frequency of the transponder 10 is reduced compared to the original position.
本発明は、それの特定の実施の形態について説明してきたが、当業者には、多くの変形や修正、及びその他の用途が明らかであろう。従って、本発明は、ここに示した特定の開示によってではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。 Although the invention has been described with reference to specific embodiments thereof, many variations and modifications and other uses will become apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention should be limited only by the following claims and not by the specific disclosure provided herein.
10 トランスポンダ
11 ケース
12 キャリア(リール)
14 コイル
16,17 ボディ
18 集積回路
20 コイルの等価回路(共振回路)
22 インダクタ
24 抵抗
26,28 コンデンサ
30 試験機器
10 transponder 11 case 12 carrier (reel)
14 Coil 16, 17 Body 18 Integrated circuit 20 Coil equivalent circuit (resonance circuit)
22 Inductor 24 Resistance 26, 28 Capacitor 30 Test equipment
Claims (32)
回転可能なキャリア(12)と、
前記キャリア(12)の周囲に巻回されたコイル(14)と、
前記コイル(14)内側に前記キャリア(12)で支えられた、場に作用する少なくとも1つのボディ(16)であって、前記ボディ(16)の角度位置、形状、成分、寸法、及び/または表面積は、前記トランスポンダ(10)の共振周波数に影響する前記ボディ(16)と、を含む前記RF用トランスポンダ(10)。 RF transponder (10),
A rotatable carrier (12);
A coil (14) wound around the carrier (12);
At least one body (16) acting on a field supported by the carrier (12) inside the coil (14), the angular position, shape, component, dimension and / or of the body (16) The RF transponder (10) including a body (16) having a surface area that affects a resonant frequency of the transponder (10).
ケース(11)と、
前記ケース(11)内部に設置されて、前記ケースに対して相対的に回転可能なキャリア(12)と、
前記キャリアの周囲に巻回されたコイル(14)と、
前記コイル(14)内側に前記キャリア(12)によって支えられた、場に作用する少なくとも1つの第1のボディ(16)と、
前記ケース(11)に固定された、場に作用する少なくとも1つの第2のボディ(17)と、
を含む前記RF用トランスポンダ。 RF transponder (10),
Case (11),
A carrier (12) installed inside the case (11) and rotatable relative to the case;
A coil (14) wound around the carrier;
At least one first body (16) acting on a field supported by the carrier (12) inside the coil (14);
At least one second body (17) acting on the field, fixed to the case (11);
An RF transponder comprising:
ケース(11)と、
前記ケース(11)内部に設置されたコイル(14)と、
前記コイル(14)内側にあって、場に作用する少なくとも1つの可動ボディ(16)と、
前記コイルに固定された、場に作用する少なくとも1つの固定ボディ(17)と、
を含む前記RF用トランスポンダ。 An RF transponder,
Case (11),
A coil (14) installed inside the case (11);
At least one movable body (16) inside the coil (14) and acting on the field;
At least one fixed body (17) acting on the field, fixed to the coil;
An RF transponder comprising:
硬く回転可能なキャリア(12)を提供する工程と、
前記キャリア(12)の周囲にコイル(14)を巻回する工程と、
を含む前記方法。 A method of manufacturing an RF transponder (10) comprising:
Providing a hard and rotatable carrier (12);
Winding a coil (14) around the carrier (12);
Including said method.
回転可能なキャリア(12)を提供する工程と、
前記キャリア(12)の周囲にコイル(14)を巻回する工程と、
前記コイル(14)内側に前記キャリア(12)によって支えられた、場に作用する少なくとも1つのボディ(16)を提供する工程であって、前記ボディ(16)の角度位置、形状、成分、寸法、及び/または表面積は、前記トランスポンダ(10)の共振周波数に影響する前記工程と、
を含む前記方法。 A method of manufacturing an RF transponder (10) comprising:
Providing a rotatable carrier (12);
Winding a coil (14) around the carrier (12);
Providing at least one body acting on the field (16) supported by the carrier (12) inside the coil (14), the angular position, shape, component, dimensions of the body (16) , And / or the surface area affects the resonant frequency of the transponder (10);
Including said method.
前記トランスポンダ(10)の共振周波数を測定する工程と、
前記共振周波数が所望の値でないときに、前記ボディ(16)の角度位置を調節して、前記トランスポンダ(10)が所望の共振周波数を持つようにする工程と、
を含む前記方法。 A method for adjusting a resonance frequency of an RF transponder (10) to a desired value, wherein the RF transponder includes a rotatable carrier (12) and a coil (14) wound around the carrier (12). And at least one body (16) acting on the field supported by the carrier (12), the method comprising:
Measuring the resonant frequency of the transponder (10);
Adjusting the angular position of the body (16) so that the transponder (10) has a desired resonance frequency when the resonance frequency is not a desired value;
Including said method.
前記トランスポンダ(10)の共振周波数を測定する工程と、
前記共振周波数が所望の値でないときに、場に作用する少なくとも1つの可動な前記ボディ(16)の位置を変化させて、前記トランスポンダ(10)が所望の共振周波数を持つようにする工程と、
を含む前記方法。 A method for adjusting a resonance frequency of an RF transponder (10) to a desired value, wherein the RF transponder (10) includes a case (11), a coil (14) installed in the case (11), At least one movable body (16) acting on the field and acting on the field, and at least one body (17) acting on the field fixed to the coil (14), The method is
Measuring the resonant frequency of the transponder (10);
Changing the position of at least one movable body (16) acting on a field when the resonant frequency is not a desired value so that the transponder (10) has a desired resonant frequency;
Including said method.
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