JPH08226966A - 並列共振質問装置および直列共振応答を有するrfトランスポンダシステム - Google Patents
並列共振質問装置および直列共振応答を有するrfトランスポンダシステムInfo
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- JPH08226966A JPH08226966A JP7255116A JP25511695A JPH08226966A JP H08226966 A JPH08226966 A JP H08226966A JP 7255116 A JP7255116 A JP 7255116A JP 25511695 A JP25511695 A JP 25511695A JP H08226966 A JPH08226966 A JP H08226966A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、RF励起信号によるトランスポン
ダ70の励起と、トランスポンダ70から送り返す帰還情報
信号の発生および送信を非常に高い効率で行うことので
きるトランスポンダを提供することを目的とする。 【解決手段】 異なった並列および直列共振周波数の並
列および直列共振を行う分布インダクタンスおよびキャ
パシタンスを有するアンテナコイル80と、アンテナコイ
ル80が受信する並列共振周波数の付勢に応答してコイル
80の直列共振周波数でアンテナコイル80から情報信号を
送信する回路82,86,48とを具備しているトランスポンダ
70と、並列共振周波数でトランスポンダ70に付勢信号を
送信する送信機56と、直列共振周波数でトランスポンダ
70から送信された情報信号を受信する受信機58, 60とを
具備していることを特徴とする。
ダ70の励起と、トランスポンダ70から送り返す帰還情報
信号の発生および送信を非常に高い効率で行うことので
きるトランスポンダを提供することを目的とする。 【解決手段】 異なった並列および直列共振周波数の並
列および直列共振を行う分布インダクタンスおよびキャ
パシタンスを有するアンテナコイル80と、アンテナコイ
ル80が受信する並列共振周波数の付勢に応答してコイル
80の直列共振周波数でアンテナコイル80から情報信号を
送信する回路82,86,48とを具備しているトランスポンダ
70と、並列共振周波数でトランスポンダ70に付勢信号を
送信する送信機56と、直列共振周波数でトランスポンダ
70から送信された情報信号を受信する受信機58, 60とを
具備していることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は無線周波数(RF)
トランスポンダシステム、特にカード状の基体の両側表
面にアンテナコイルを有するトランスポンダに関する。
トランスポンダシステム、特にカード状の基体の両側表
面にアンテナコイルを有するトランスポンダに関する。
【0002】
【従来の技術】RFトランスポンダシステムはトランス
ポンダと結合した物体の存在を監視し、その物体を識別
し、および/または受信局にその物体についての種々の
タイプの情報を戻すために使用される。このようなシス
テムは典型的にRF励起信号を送信する励起装置/読取
り装置と、存在を示す信号と識別コードおよび/または
他の情報を励起装置/読取り装置へ送り返すために励起
信号により付勢されるトランスポンダとを使用する。
ポンダと結合した物体の存在を監視し、その物体を識別
し、および/または受信局にその物体についての種々の
タイプの情報を戻すために使用される。このようなシス
テムは典型的にRF励起信号を送信する励起装置/読取
り装置と、存在を示す信号と識別コードおよび/または
他の情報を励起装置/読取り装置へ送り返すために励起
信号により付勢されるトランスポンダとを使用する。
【0003】1つのタイプのトランスポンダは、プラス
ティックまたは紙等の薄い誘電体カードで形成され、集
積回路(IC)トランスポンダチップに取付けられたア
ンテナを使用する。典型的な応用は励起読取り装置の設
定位置を通って貯蔵場所を出なければならない衣類およ
び他の商品の上にトランスポンダタッグを含むことであ
り、従って通常、窃盗防止機能や、航空機の荷物識別
や、保安に有効である。偏平なトランスポンダカードは
多数の応用で使用されることができ、バーコードと磁気
ストリップタッグが現在使用されている。
ティックまたは紙等の薄い誘電体カードで形成され、集
積回路(IC)トランスポンダチップに取付けられたア
ンテナを使用する。典型的な応用は励起読取り装置の設
定位置を通って貯蔵場所を出なければならない衣類およ
び他の商品の上にトランスポンダタッグを含むことであ
り、従って通常、窃盗防止機能や、航空機の荷物識別
や、保安に有効である。偏平なトランスポンダカードは
多数の応用で使用されることができ、バーコードと磁気
ストリップタッグが現在使用されている。
【0004】米国特許第4,583,099 号明細書には2つの
巻線の間にキャパシタンスを生成するために互いに整列
される両側表面上にアンテナコイルを有するトランスポ
ンダカードが開示され、従って共振回路で別個のキャパ
シタを必要とすることがなくなる。しかしながら、回路
は所定量のインダクタンスに対して比較的大きな巻線を
必要とする。これは励起装置/読取り装置からの信号に
より励起されるとき“ここにあります(here−I−
am)”の指示を発生するが、それ以上に、トランスポ
ンダが取付けられている特定の品物についての識別は与
えない。
巻線の間にキャパシタンスを生成するために互いに整列
される両側表面上にアンテナコイルを有するトランスポ
ンダカードが開示され、従って共振回路で別個のキャパ
シタを必要とすることがなくなる。しかしながら、回路
は所定量のインダクタンスに対して比較的大きな巻線を
必要とする。これは励起装置/読取り装置からの信号に
より励起されるとき“ここにあります(here−I−
am)”の指示を発生するが、それ以上に、トランスポ
ンダが取付けられている特定の品物についての識別は与
えない。
【0005】米国特許第4,598,276 号明細書は別の“こ
こにあります”方式のトランスポンダカードを開示して
おり、1対の整列コイルがカードの両側表面に設けられ
ており、内部端部でカードを経て接続されている。対向
するコイルは複数の部分に分割されており、この端部は
相互にカードを通して短絡されており、従って個別のイ
ンダクタンスおよびキャパシタンス部分を生成する。前
記特許の発明は対向する螺旋の予め定められた部分を共
に接続することによって、各インダクタが容量結合のみ
を行うときに生じるよりも実効的なキャパシタンスが増
加することを記載している。回路の共振周波数は従って
減少し、一方、各ループのインダクタはほとんど変化さ
れない。同様に、接続された渦巻きに誘導結合される電
流は、接続される渦巻き部に依存して変更される。その
結果、分布キャパシタンスが渦電流を減少すると考えら
れ、従って高いQ係数と所望の信号放射特性が得られ
る。しかしながら、米国特許第4,583,099 号明細書のよ
うに比較的大きな面積の巻線は所定のインダクタンスに
必要とされ、特有の識別または類似の情報は与えられな
い。
こにあります”方式のトランスポンダカードを開示して
おり、1対の整列コイルがカードの両側表面に設けられ
ており、内部端部でカードを経て接続されている。対向
するコイルは複数の部分に分割されており、この端部は
相互にカードを通して短絡されており、従って個別のイ
ンダクタンスおよびキャパシタンス部分を生成する。前
記特許の発明は対向する螺旋の予め定められた部分を共
に接続することによって、各インダクタが容量結合のみ
を行うときに生じるよりも実効的なキャパシタンスが増
加することを記載している。回路の共振周波数は従って
減少し、一方、各ループのインダクタはほとんど変化さ
れない。同様に、接続された渦巻きに誘導結合される電
流は、接続される渦巻き部に依存して変更される。その
結果、分布キャパシタンスが渦電流を減少すると考えら
れ、従って高いQ係数と所望の信号放射特性が得られ
る。しかしながら、米国特許第4,583,099 号明細書のよ
うに比較的大きな面積の巻線は所定のインダクタンスに
必要とされ、特有の識別または類似の情報は与えられな
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述の米国特許は識別
その他の情報を与えるために励起装置/読取り装置に送
り返すための特有の信号を発生するのではなく、送信R
F信号を摂動させるように動作する。識別その他の情報
送信能力を有するトランスポンダではトランスポンダの
励起とその帰還信号の発生、送り返しとの両者に効率的
な機構を有することが特に重要である。いずれかの信号
方向のトランスポンダ動作における非効率は、システム
の範囲を限定し、エラーを誘発し、送信されることがで
きる情報範囲を制限する。
その他の情報を与えるために励起装置/読取り装置に送
り返すための特有の信号を発生するのではなく、送信R
F信号を摂動させるように動作する。識別その他の情報
送信能力を有するトランスポンダではトランスポンダの
励起とその帰還信号の発生、送り返しとの両者に効率的
な機構を有することが特に重要である。いずれかの信号
方向のトランスポンダ動作における非効率は、システム
の範囲を限定し、エラーを誘発し、送信されることがで
きる情報範囲を制限する。
【0007】本発明の目的は、RF励起信号によるトラ
ンスポンダの励起と、トランスポンダから読取り装置/
励起装置へ送り返す帰還情報信号の発生および送信の両
者において非常に高い効率で動作するトランスポンダシ
ステムを提供することである。本発明の別の目的は、単
位面積当りより大きなインダクタンスとキャパシタンス
を有するトランスポンダアンテナ装置を提供し、従って
より小さいカードを可能にし、または他の目的で所定の
カード上に自由に利用できる付加的な空間を生成させる
ことである。
ンスポンダの励起と、トランスポンダから読取り装置/
励起装置へ送り返す帰還情報信号の発生および送信の両
者において非常に高い効率で動作するトランスポンダシ
ステムを提供することである。本発明の別の目的は、単
位面積当りより大きなインダクタンスとキャパシタンス
を有するトランスポンダアンテナ装置を提供し、従って
より小さいカードを可能にし、または他の目的で所定の
カード上に自由に利用できる付加的な空間を生成させる
ことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、トラン
スポンダ基体の両側の表面に位置し基体を通って1つの
位置で共に接続されている1対の巻線をトランスポンダ
アンテナに設け、それによって多重の並列および直列共
振周波数を特徴とする分布インダクタンスとキャパシタ
ンスを生成することによって達成される。トランスポン
ダ回路は、最大の電圧がトランスポンダ巻線により発生
される基本並列共振周波数に応答し、トランスポンダ巻
線の電流が最大にされる直列共振周波数で励起装置/読
取り装置に情報信号を送り返すように設計され、従って
送り返す信号の強度を最大にする。トランスポンダ巻線
は好ましくは多重並列共振周波数および多重直列共振周
波数の両者を有する。異なった並列共振周波数は、基本
周波数でトランスポンダを付勢し、高調波でトランスポ
ンダ回路に書込む等の異なった目的で使用されることが
できる。同様に、異なったタイプの情報は異なった直列
共振周波数で送信機から送り返されることができる。
スポンダ基体の両側の表面に位置し基体を通って1つの
位置で共に接続されている1対の巻線をトランスポンダ
アンテナに設け、それによって多重の並列および直列共
振周波数を特徴とする分布インダクタンスとキャパシタ
ンスを生成することによって達成される。トランスポン
ダ回路は、最大の電圧がトランスポンダ巻線により発生
される基本並列共振周波数に応答し、トランスポンダ巻
線の電流が最大にされる直列共振周波数で励起装置/読
取り装置に情報信号を送り返すように設計され、従って
送り返す信号の強度を最大にする。トランスポンダ巻線
は好ましくは多重並列共振周波数および多重直列共振周
波数の両者を有する。異なった並列共振周波数は、基本
周波数でトランスポンダを付勢し、高調波でトランスポ
ンダ回路に書込む等の異なった目的で使用されることが
できる。同様に、異なったタイプの情報は異なった直列
共振周波数で送信機から送り返されることができる。
【0009】トランスポンダの誘電性基体は実質的な相
互インダクタンスが基体の両側の表面のコイルの間で発
生するように十分薄く作られている。この目的で、基体
は約25ミクロン以下の厚さである。両側表面のコイル
を接近させることにより分布キャパシタンスも増加され
る。コイルは基体を通して1端部のみで接続され、反対
側の端部はトランスポンダ回路に接続されている。実質
的に、所定の基体面積でより大きなインダクタンスとキ
ャパシタンスが生成され、高い付勢レベルが得られる。
互インダクタンスが基体の両側の表面のコイルの間で発
生するように十分薄く作られている。この目的で、基体
は約25ミクロン以下の厚さである。両側表面のコイル
を接近させることにより分布キャパシタンスも増加され
る。コイルは基体を通して1端部のみで接続され、反対
側の端部はトランスポンダ回路に接続されている。実質
的に、所定の基体面積でより大きなインダクタンスとキ
ャパシタンスが生成され、高い付勢レベルが得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のこれらおよび他の特徴は
添付図面を伴った後述の詳細な説明から当業者に明白に
なるであろう。本発明は、並列および直列の両者の共振
周波数により特徴付けられる新規でコンパクトなトラン
スポンダアンテナ設計を使用し、励起装置/読取り装置
からの励起信号によるトランスポンダ回路の付勢と、ト
ランスポンダから励起装置/読取り装置に帰還された情
報信号の付勢との両者を最適にするため異なった共振周
波数を利用する。特に、トランスポンダはアンテナの並
列共振周波数で励起されるが、直列共振周波数で励起装
置/受信機に送り返す。これはトランスポンダ回路の高
電圧駆動と、より大きな帰還信号のフィールド強度を生
成する帰還信号用の高い変調電流とを生じる。励起装置
/読取り装置とトランスポンダとの間の許容距離は高い
信号強度のために増加されることができる。
添付図面を伴った後述の詳細な説明から当業者に明白に
なるであろう。本発明は、並列および直列の両者の共振
周波数により特徴付けられる新規でコンパクトなトラン
スポンダアンテナ設計を使用し、励起装置/読取り装置
からの励起信号によるトランスポンダ回路の付勢と、ト
ランスポンダから励起装置/読取り装置に帰還された情
報信号の付勢との両者を最適にするため異なった共振周
波数を利用する。特に、トランスポンダはアンテナの並
列共振周波数で励起されるが、直列共振周波数で励起装
置/受信機に送り返す。これはトランスポンダ回路の高
電圧駆動と、より大きな帰還信号のフィールド強度を生
成する帰還信号用の高い変調電流とを生じる。励起装置
/読取り装置とトランスポンダとの間の許容距離は高い
信号強度のために増加されることができる。
【0011】これらの原理で動作するトランスポンダが
図1で示されている。これは薄い誘電体基体2上で製造
され、好ましくは日本の三井東圧社で製造され、米国で
はアリゾナ州のRogers社で販売している商品名フレキシ
マイド(Fleximide) 材料から構成される。これは約3.
2の誘電定数を有する。アンテナコイル4と6はほぼ方
形の渦巻きで基体2の対向する両面上に形成される。コ
イル4と6の内部端部8、10は共にはんだ結合またはメ
ッキされた貫通孔等の貫通導体12または基体の開口14を
通って延在する絶縁変位接続により共に接続される。コ
イル4の外部端部16はICチップ20に設けられたトラン
スポンダ回路の1端子18に接続され、外部コイル6の外
部端部22は基体の対応する開口を通じて延在する別の貫
通導体26によりトランスポンダ回路20の反対の端子24に
接続される。その代りにチップ20は基体の中心方向に位
置されることができる。
図1で示されている。これは薄い誘電体基体2上で製造
され、好ましくは日本の三井東圧社で製造され、米国で
はアリゾナ州のRogers社で販売している商品名フレキシ
マイド(Fleximide) 材料から構成される。これは約3.
2の誘電定数を有する。アンテナコイル4と6はほぼ方
形の渦巻きで基体2の対向する両面上に形成される。コ
イル4と6の内部端部8、10は共にはんだ結合またはメ
ッキされた貫通孔等の貫通導体12または基体の開口14を
通って延在する絶縁変位接続により共に接続される。コ
イル4の外部端部16はICチップ20に設けられたトラン
スポンダ回路の1端子18に接続され、外部コイル6の外
部端部22は基体の対応する開口を通じて延在する別の貫
通導体26によりトランスポンダ回路20の反対の端子24に
接続される。その代りにチップ20は基体の中心方向に位
置されることができる。
【0012】導電コイル4と6はエッチング、メッキ、
付加的な付着、型抜き等の処理により基体上に形成され
ることができる。1製造技術では、銅の層がフレキシマ
イド基体の両側に直接メッキされ、フレキシマイド材料
は接着剤なしで銅メッキを受ける。フォトレジストの被
覆がその後両側の銅上で形成され、基体の対向する面で
相互に正しく一致して整列されるコイルパターンを設け
るために露出される。フォトレジストの露光されていな
い部分とその下の銅メッキ部分はエッチングして除去さ
れ、その後、残りの銅から露光されたフォトレジストを
除去する。基体の対向する面上の2つの結果的な銅コイ
ルは相互に正しく一致して位置付けされ、これはコイル
間で高い値のキャパシタンスと相互インダクタンスを得
るのに重要である。
付加的な付着、型抜き等の処理により基体上に形成され
ることができる。1製造技術では、銅の層がフレキシマ
イド基体の両側に直接メッキされ、フレキシマイド材料
は接着剤なしで銅メッキを受ける。フォトレジストの被
覆がその後両側の銅上で形成され、基体の対向する面で
相互に正しく一致して整列されるコイルパターンを設け
るために露出される。フォトレジストの露光されていな
い部分とその下の銅メッキ部分はエッチングして除去さ
れ、その後、残りの銅から露光されたフォトレジストを
除去する。基体の対向する面上の2つの結果的な銅コイ
ルは相互に正しく一致して位置付けされ、これはコイル
間で高い値のキャパシタンスと相互インダクタンスを得
るのに重要である。
【0013】2つのコイルは共に内部端部でのみ接続さ
れている。外部端部16から始まり第1のコイル4は図1
で見られるように内部端部8へ反時計回りの渦巻きで続
いている。電気接続は貫通導体12を通って対向するコイ
ル6の内部端部10に続いており、これは外部端部22まで
反時計回りの渦巻き回転を維持している。この方向で2
つのコイルは大きい相互インダクタンスを生じるように
相互に助け合う。コイルは基体の外部外周方向に集めら
れることが好ましく、それはコイルの平均的な面積を大
きくし、コイルが所定数の巻回でより多数の磁束ライン
を含むことを可能にする。
れている。外部端部16から始まり第1のコイル4は図1
で見られるように内部端部8へ反時計回りの渦巻きで続
いている。電気接続は貫通導体12を通って対向するコイ
ル6の内部端部10に続いており、これは外部端部22まで
反時計回りの渦巻き回転を維持している。この方向で2
つのコイルは大きい相互インダクタンスを生じるように
相互に助け合う。コイルは基体の外部外周方向に集めら
れることが好ましく、それはコイルの平均的な面積を大
きくし、コイルが所定数の巻回でより多数の磁束ライン
を含むことを可能にする。
【0014】トランスポンダコイル構造の等価回路が図
2で与えられている。図面で示されているようにインダ
クタンスとキャパシタンスは両者共に分布される。ある
しきい値の厚さより下の厚さで、2つのコイル間の相互
インダクタンスが基体の厚さがさらに減少されるとき直
線的な割合よりも大きな割合で増加することが発見され
ている。このしきい値レベルは25ミクロンよりもやや
小さいことが知られている。従って対向するコイル4と
6の間のフレキシマイド基体2は約25ミクロン以下の
厚さを有する。より薄い基体が所望であっても、現在の
ところ市場では得られない。2つのコイル間で顕著な度
合いの相互インダクタンスが得られると、コイルの個々
のインダクタンスの合計よりも総インダクタンスが実質
上大きいトランスポンダアンテナを生じる。これは達成
可能なインダクタンスが所定の基体面積に対して増加さ
れることを可能にし、または小さい面積内で従来のトラ
ンスポンダカードと同一のインダクタンスを得ることを
可能にする。
2で与えられている。図面で示されているようにインダ
クタンスとキャパシタンスは両者共に分布される。ある
しきい値の厚さより下の厚さで、2つのコイル間の相互
インダクタンスが基体の厚さがさらに減少されるとき直
線的な割合よりも大きな割合で増加することが発見され
ている。このしきい値レベルは25ミクロンよりもやや
小さいことが知られている。従って対向するコイル4と
6の間のフレキシマイド基体2は約25ミクロン以下の
厚さを有する。より薄い基体が所望であっても、現在の
ところ市場では得られない。2つのコイル間で顕著な度
合いの相互インダクタンスが得られると、コイルの個々
のインダクタンスの合計よりも総インダクタンスが実質
上大きいトランスポンダアンテナを生じる。これは達成
可能なインダクタンスが所定の基体面積に対して増加さ
れることを可能にし、または小さい面積内で従来のトラ
ンスポンダカードと同一のインダクタンスを得ることを
可能にする。
【0015】分布インダクタンスとキャパシタンスは、
多数の交流並列および直列共振周波数を生じ、周波数の
増加と共に漸進的にQを減少する。簡単な並列共振等価
回路が図3のaで示されており、キャパシタCはトラン
スポンダチップ20の両端間にインダクタLと並列に接続
されている。1/[2π(LC)1/2 ]に等しい共振周
波数では回路はトランスポンダチップの両端間で最大の
電圧を生成する。直列共振等価回路が図3のbで示され
ており、インダクタL´とキャパシタC´はトランスポ
ンダチップと直列に接続されている。電圧よりも電流が
この回路の共振周波数で最大にされる。
多数の交流並列および直列共振周波数を生じ、周波数の
増加と共に漸進的にQを減少する。簡単な並列共振等価
回路が図3のaで示されており、キャパシタCはトラン
スポンダチップ20の両端間にインダクタLと並列に接続
されている。1/[2π(LC)1/2 ]に等しい共振周
波数では回路はトランスポンダチップの両端間で最大の
電圧を生成する。直列共振等価回路が図3のbで示され
ており、インダクタL´とキャパシタC´はトランスポ
ンダチップと直列に接続されている。電圧よりも電流が
この回路の共振周波数で最大にされる。
【0016】並列共振回路は並列共振周波数でピークイ
ンピーダンスに対応し、一方、直列共振回路は直列共振
周波数で最小インピーダンスに対応する。ここで説明さ
れているトランスポンダコイル構造の1例の周波数の関
数として得られるインピーダンスと位相角度が図4のグ
ラフで示されている。これらの結果は平均幅約2.6c
m、平均全長約4.86cm、1側面当り116巻回を
有する方形コイルで得られたものである。幅89ミクロ
ン、高さ18ミクロンの方形断面を有する銅巻線が使用
される。123.75KHzの基本並列共振周波数にお
けるアンテナの総インダクタンスは2ミリヘンリーであ
り、各コイルの個々のインダクタンスは約0.79ミリ
ヘンリーであり、約0.42ミリヘンリーが対向するコ
イル間の相互インダクタンスに属するものである。アン
テナの実効キャパシタンスは856ピコファラドであ
る。
ンピーダンスに対応し、一方、直列共振回路は直列共振
周波数で最小インピーダンスに対応する。ここで説明さ
れているトランスポンダコイル構造の1例の周波数の関
数として得られるインピーダンスと位相角度が図4のグ
ラフで示されている。これらの結果は平均幅約2.6c
m、平均全長約4.86cm、1側面当り116巻回を
有する方形コイルで得られたものである。幅89ミクロ
ン、高さ18ミクロンの方形断面を有する銅巻線が使用
される。123.75KHzの基本並列共振周波数にお
けるアンテナの総インダクタンスは2ミリヘンリーであ
り、各コイルの個々のインダクタンスは約0.79ミリ
ヘンリーであり、約0.42ミリヘンリーが対向するコ
イル間の相互インダクタンスに属するものである。アン
テナの実効キャパシタンスは856ピコファラドであ
る。
【0017】図4ではトランスポンダ巻線インピーダン
スは曲線28により示され、位相角度は曲線30により示さ
れている。約4.5キロオームに等しい最大のインピー
ダンスの第1の点は123.75KHzの周波数で到達
され、これはアンテナの基本並列共振周波数fP0に対応
する。134オームのインピーダンスの最小値は基本直
列共振周波数fS0に対応して352KHzの周波数で到
達する。高次高調波並列共振点は漸進的に低くなったイ
ンピーダンスで生じ、高次高調波直列共振点は基本周波
数から少しだけ変化されている関連したインピーダンス
を有する。特に、第1の並列共振周波数高調波fP1は5
44KHzで2.3キロオームのインピーダンスで生
じ、第2の高調波fP2は1.12MHzで1.6キロオ
ームのインピーダンスで生じ、第3の高調波fP3は1.
85MHzで1.2キロオームのインピーダンスで生
じ、第4の高調波fP4は2.69MHzで953オーム
のインピーダンスで生じる。対照的に第1の直列共振高
調波周波数fS1は876KHzで128オームのインピ
ーダンスで生じる。
スは曲線28により示され、位相角度は曲線30により示さ
れている。約4.5キロオームに等しい最大のインピー
ダンスの第1の点は123.75KHzの周波数で到達
され、これはアンテナの基本並列共振周波数fP0に対応
する。134オームのインピーダンスの最小値は基本直
列共振周波数fS0に対応して352KHzの周波数で到
達する。高次高調波並列共振点は漸進的に低くなったイ
ンピーダンスで生じ、高次高調波直列共振点は基本周波
数から少しだけ変化されている関連したインピーダンス
を有する。特に、第1の並列共振周波数高調波fP1は5
44KHzで2.3キロオームのインピーダンスで生
じ、第2の高調波fP2は1.12MHzで1.6キロオ
ームのインピーダンスで生じ、第3の高調波fP3は1.
85MHzで1.2キロオームのインピーダンスで生
じ、第4の高調波fP4は2.69MHzで953オーム
のインピーダンスで生じる。対照的に第1の直列共振高
調波周波数fS1は876KHzで128オームのインピ
ーダンスで生じる。
【0018】これらの結果は前述のコンパクトなトラン
スポンダアンテナコイルで得られ、基体の厚さは約25
ミクロンである。この寸法で相互インダクタンス係数
(総アンテナインダクタンスが個々のコイルインダクタ
ンスの合計よりも大きい係数)は1.27である。指数
関数的に大きな相互インダクタンス係数は、必要なコイ
ル寸法を対応して減少させ、基体を平等に薄くすること
により得られることができる。
スポンダアンテナコイルで得られ、基体の厚さは約25
ミクロンである。この寸法で相互インダクタンス係数
(総アンテナインダクタンスが個々のコイルインダクタ
ンスの合計よりも大きい係数)は1.27である。指数
関数的に大きな相互インダクタンス係数は、必要なコイ
ル寸法を対応して減少させ、基体を平等に薄くすること
により得られることができる。
【0019】本発明はトランスポンダ回路の励起と、励
起装置/読取り装置に帰還する情報信号の両者を最適に
するように並列および直列共振点の異なった特性を利用
する。第1の並列共振周波数fP0は最大のQ値を有し、
励起周波数はトランスポンダチップ回路を付勢するため
最大のエネルギ転送のためにfP0に同調される。帰還信
号では対照的にトランスポンダチップは直列共振回路と
してトランスポンダアンテナを駆動するように直列共振
周波数で動作し、これは帰還信号の変調電流を最大に
し、より大きな帰還信号フィールド強度と範囲を結果と
して生じる。
起装置/読取り装置に帰還する情報信号の両者を最適に
するように並列および直列共振点の異なった特性を利用
する。第1の並列共振周波数fP0は最大のQ値を有し、
励起周波数はトランスポンダチップ回路を付勢するため
最大のエネルギ転送のためにfP0に同調される。帰還信
号では対照的にトランスポンダチップは直列共振回路と
してトランスポンダアンテナを駆動するように直列共振
周波数で動作し、これは帰還信号の変調電流を最大に
し、より大きな帰還信号フィールド強度と範囲を結果と
して生じる。
【0020】第1の並列共振周波数は一般的な関係fP0
=1/[2π(LC)1/2 ]に応じた総合コイルインダ
クタンスLとキャパシタンスCの関数である。fP0にお
ける実効キャパシタンスCを計算するため、各コイルは
キャパシタプレートとして取られ、これらの間のキャパ
シタンスはトレースにより囲まれている範囲と基体の誘
電体定数に正比例し、基体の厚さに反比例して変化す
る。fP0における総合的なインダクタンスLは個々のコ
イルインダクタンスL0 と、対向するコイル間の相互イ
ンダクタンス係数mからL=2mL0 により得られる。
各個々のコイルインダクタンスL0 は文献(Termanによ
る“Radio Engineers Handbook”、Mc-Graw Hill、1943
年、59〜60頁)で与えられている方形コイルの式から
(マイクロヘンリー)で得られることができる。
=1/[2π(LC)1/2 ]に応じた総合コイルインダ
クタンスLとキャパシタンスCの関数である。fP0にお
ける実効キャパシタンスCを計算するため、各コイルは
キャパシタプレートとして取られ、これらの間のキャパ
シタンスはトレースにより囲まれている範囲と基体の誘
電体定数に正比例し、基体の厚さに反比例して変化す
る。fP0における総合的なインダクタンスLは個々のコ
イルインダクタンスL0 と、対向するコイル間の相互イ
ンダクタンス係数mからL=2mL0 により得られる。
各個々のコイルインダクタンスL0 は文献(Termanによ
る“Radio Engineers Handbook”、Mc-Graw Hill、1943
年、59〜60頁)で与えられている方形コイルの式から
(マイクロヘンリー)で得られることができる。
【0021】
【数1】 ここで、nは巻回数であり、S1 、S2 はそれぞれコイ
ルの平均幅と平均の長さであり、Dはコイル巻回の間の
間隔であり、gは平均的なコイルの対角線の寸法であ
り、AとBはそれぞれ間隔に対する直径、ターマン(Te
rman)の式で与えられた表からの巻回数の補正である。
Aは比率d1/Dに基づき、d1はコイルワイヤの直径
であり、Bは巻回数に基づいている。ターマンにより想
定される円形断面ワイヤではなく方形断面を有するコイ
ルワイヤが使用されるならば、d1は等しい円形断面の
ワイヤと等価の直径を得るため2(wh/π)1/2 に等
しく設定されるべきであり、ここでwとhはそれぞれワ
イヤ断面の幅と高さである。
ルの平均幅と平均の長さであり、Dはコイル巻回の間の
間隔であり、gは平均的なコイルの対角線の寸法であ
り、AとBはそれぞれ間隔に対する直径、ターマン(Te
rman)の式で与えられた表からの巻回数の補正である。
Aは比率d1/Dに基づき、d1はコイルワイヤの直径
であり、Bは巻回数に基づいている。ターマンにより想
定される円形断面ワイヤではなく方形断面を有するコイ
ルワイヤが使用されるならば、d1は等しい円形断面の
ワイヤと等価の直径を得るため2(wh/π)1/2 に等
しく設定されるべきであり、ここでwとhはそれぞれワ
イヤ断面の幅と高さである。
【0022】本発明はまた異なった並列共振周波数で多
重励起信号を送信し、および/または異なった直列共振
周波数でトランスポンダから多重帰還信号を送り返すた
めにも使用されることができる。例えば一方の並列共振
周波数は識別コードをトランスポンダチップに書込むた
めに使用され、他方は識別コードまたは他の所望な情報
を送り返すためにトランスポンダを励起するのに使用さ
れる。通常、コードを読み返すためにトランスポンダを
励起するよりもコード回路を書込むためにより多くのエ
ネルギを必要とするので、基本並列共振周波数fP0は通
常書込み機能に使用され、第1の並列共振高調波fP1は
帰還信号の励起に使用される。同様に、トランスポンダ
回路は励起装置/読取り装置からの励起に応答して異な
った直列共振周波数で異なったタイプの情報を送信する
ように設定される。
重励起信号を送信し、および/または異なった直列共振
周波数でトランスポンダから多重帰還信号を送り返すた
めにも使用されることができる。例えば一方の並列共振
周波数は識別コードをトランスポンダチップに書込むた
めに使用され、他方は識別コードまたは他の所望な情報
を送り返すためにトランスポンダを励起するのに使用さ
れる。通常、コードを読み返すためにトランスポンダを
励起するよりもコード回路を書込むためにより多くのエ
ネルギを必要とするので、基本並列共振周波数fP0は通
常書込み機能に使用され、第1の並列共振高調波fP1は
帰還信号の励起に使用される。同様に、トランスポンダ
回路は励起装置/読取り装置からの励起に応答して異な
った直列共振周波数で異なったタイプの情報を送信する
ように設定される。
【0023】図5はこのタイプの簡単なトランスポンダ
システムを示している。励起装置/読取り装置32はfP0
とfP1で2つの励起信号を発生する励起装置部34を含ん
でいる。これらの信号はアンテナ36を経てトランスポン
ダ38に送信され、これは前述の図1、2に従って実行さ
れる。トランスポンダチップ20はそれぞれfP0とfP1を
通過するために同調された帯域通過フィルタ40,42 を含
んでいる。より高いパワーfP0信号が書込み機能44のよ
うな1機能を励起することができ、一方fP1信号は励起
装置/読取り装置32への帰還送信を励起することができ
る。2つの帰還信号機能が示されており、一方は事前に
プログラムされたまたは書込み機能44によりプログラム
される識別コード46であり、他方は個別のセンサから読
み取られた温度または圧力等の回路状態の指示を提供す
る状態機能48である。状態または識別信号のいずれかが
fS0変調周波数で発生され、他方の信号はfS1変調周波
数で発生される。信号は励起装置/読み取り装置へ送り
返され、これらは励起装置/読取り装置において各fS0
とfS1帯域通過フィルタ50,52 により分離される。
システムを示している。励起装置/読取り装置32はfP0
とfP1で2つの励起信号を発生する励起装置部34を含ん
でいる。これらの信号はアンテナ36を経てトランスポン
ダ38に送信され、これは前述の図1、2に従って実行さ
れる。トランスポンダチップ20はそれぞれfP0とfP1を
通過するために同調された帯域通過フィルタ40,42 を含
んでいる。より高いパワーfP0信号が書込み機能44のよ
うな1機能を励起することができ、一方fP1信号は励起
装置/読取り装置32への帰還送信を励起することができ
る。2つの帰還信号機能が示されており、一方は事前に
プログラムされたまたは書込み機能44によりプログラム
される識別コード46であり、他方は個別のセンサから読
み取られた温度または圧力等の回路状態の指示を提供す
る状態機能48である。状態または識別信号のいずれかが
fS0変調周波数で発生され、他方の信号はfS1変調周波
数で発生される。信号は励起装置/読み取り装置へ送り
返され、これらは励起装置/読取り装置において各fS0
とfS1帯域通過フィルタ50,52 により分離される。
【0024】fP0で単一の励起信号を送信し、fS0で単
一のトランスポンダ信号を送り返すように設計された適
切なトランスポンダシステムが図6で示されている。こ
れは米国特許第4,730,188 号明細書に記載されている通
信システムに類似しており、前述したようにいずれかの
方向による多重高調波信号の送信のために拡大されるこ
とができる。励起装置/読取り装置54は3つの主要な機
能ユニット、即ち励起装置56、信号処理装置58、復調お
よび検出装置60を有する。励起装置54はAC信号源62と
それに後続するパワー駆動装置64から構成されており、
駆動装置64は高電流、高電圧の励起信号をキャパシタ68
を通ってアンテナコイル66に提供する。アンテナコイル
66とキャパシタ68はfP0で共振するように選択される。
一のトランスポンダ信号を送り返すように設計された適
切なトランスポンダシステムが図6で示されている。こ
れは米国特許第4,730,188 号明細書に記載されている通
信システムに類似しており、前述したようにいずれかの
方向による多重高調波信号の送信のために拡大されるこ
とができる。励起装置/読取り装置54は3つの主要な機
能ユニット、即ち励起装置56、信号処理装置58、復調お
よび検出装置60を有する。励起装置54はAC信号源62と
それに後続するパワー駆動装置64から構成されており、
駆動装置64は高電流、高電圧の励起信号をキャパシタ68
を通ってアンテナコイル66に提供する。アンテナコイル
66とキャパシタ68はfP0で共振するように選択される。
【0025】信号処理装置58はアンテナ66に接続され、
トランスポンダ70から送り返されたfS0信号を増幅し、
fP0励起信号周波数および他の雑音、ならびにトランス
ポンダ信号により使用される周波数範囲外の不所望な信
号を濾波する。これは能動的にfS0を通過し、受動的に
fP0を排除する帯域通過フィルタ/帯域停止フィルタ72
と増幅器74を含んでいる。
トランスポンダ70から送り返されたfS0信号を増幅し、
fP0励起信号周波数および他の雑音、ならびにトランス
ポンダ信号により使用される周波数範囲外の不所望な信
号を濾波する。これは能動的にfS0を通過し、受動的に
fP0を排除する帯域通過フィルタ/帯域停止フィルタ72
と増幅器74を含んでいる。
【0026】信号処理装置58の増幅された出力は復調お
よび検出装置60に供給され、これは周波数シフトキー
(FSK)復調器76とマイクロコンピュータ78とを含ん
でいる。FSK復調器76はトーンデコーダとして構成さ
れる位相ロックループであり、これは2つの周波数の間
でトランスポンダからの信号をシフトしてデジタル出力
を与える。マイクロコンピュータ78は2つの論理レベル
間の転移のタイミングを観察することによってデジタル
出力からトランスポンダ識別コードなどの情報信号を抽
出する。マイクロコンピュータ78により得られる情報は
ディスプレイまたはプリンタへ通信ライン上で送信さ
れ、テープ、ディスク、その他の記憶媒体で記憶され、
または別のコンピュータに転送されることができる。
よび検出装置60に供給され、これは周波数シフトキー
(FSK)復調器76とマイクロコンピュータ78とを含ん
でいる。FSK復調器76はトーンデコーダとして構成さ
れる位相ロックループであり、これは2つの周波数の間
でトランスポンダからの信号をシフトしてデジタル出力
を与える。マイクロコンピュータ78は2つの論理レベル
間の転移のタイミングを観察することによってデジタル
出力からトランスポンダ識別コードなどの情報信号を抽
出する。マイクロコンピュータ78により得られる情報は
ディスプレイまたはプリンタへ通信ライン上で送信さ
れ、テープ、ディスク、その他の記憶媒体で記憶され、
または別のコンピュータに転送されることができる。
【0027】トランスポンダ70は前述のように両面のア
ンテナコイル80を含んでおり、これは励起装置/読取り
装置のアンテナ66により発生された磁束がfP0でトラン
スポンダへエネルギを結合するように配置されている。
このエネルギは全波整流器ブリッジ82と平滑キャパシタ
84を使用してDC電圧に変換され、それらは通常の電源
回路で使用されるものでよい。このDC電圧は制御論理
装置86aおよび識別(または他の所望の情報)メモリ回
路86bからなる装置86へ電力を供給する。
ンテナコイル80を含んでおり、これは励起装置/読取り
装置のアンテナ66により発生された磁束がfP0でトラン
スポンダへエネルギを結合するように配置されている。
このエネルギは全波整流器ブリッジ82と平滑キャパシタ
84を使用してDC電圧に変換され、それらは通常の電源
回路で使用されるものでよい。このDC電圧は制御論理
装置86aおよび識別(または他の所望の情報)メモリ回
路86bからなる装置86へ電力を供給する。
【0028】制御論理装置86aは識別メモリ86bの内容
を逐次読取るカウンタとゲートから構成される。論理装
置86aはまた励起装置/読取り装置がデータに同期する
ことを可能にするため同期ワードを信号データ流に挿入
する。トランスポンダアンテナ80上で発生する励起信号
はクロック信号を提供するため制御論理装置86aに供給
される。制御論理回路86aは直列データと同期信号流を
FSK波形に反転し、FSK波形はFSK識別信号を送
信するために相補型電流同期を通じてトランスポンダア
ンテナ80に接続されている。送信信号は励起装置/読取
り装置のアンテナ66により受信され、信号処理装置58に
より増幅され検出される。励起装置/読取り装置56の部
品は相互に接続される異なったユニットまたは単一ユニ
ットとしてワイヤ結合されて構成されることができる。
を逐次読取るカウンタとゲートから構成される。論理装
置86aはまた励起装置/読取り装置がデータに同期する
ことを可能にするため同期ワードを信号データ流に挿入
する。トランスポンダアンテナ80上で発生する励起信号
はクロック信号を提供するため制御論理装置86aに供給
される。制御論理回路86aは直列データと同期信号流を
FSK波形に反転し、FSK波形はFSK識別信号を送
信するために相補型電流同期を通じてトランスポンダア
ンテナ80に接続されている。送信信号は励起装置/読取
り装置のアンテナ66により受信され、信号処理装置58に
より増幅され検出される。励起装置/読取り装置56の部
品は相互に接続される異なったユニットまたは単一ユニ
ットとしてワイヤ結合されて構成されることができる。
【0029】本発明は所定の励起パワーレベルの帰還信
号パワーの増加により補助される他のトランスポンダと
同様にクレジットカード、パッチ、その他の小さい領域
のトランスポンダに適合できる廉価なアンテナ構造によ
って、より広い読取り範囲を可能にする。本発明の特定
の実施例を示し説明したが、種々の変形と別の実施例が
当業者により行われよう。従って本発明は特許請求の範
囲に関してのみ限定されよう。
号パワーの増加により補助される他のトランスポンダと
同様にクレジットカード、パッチ、その他の小さい領域
のトランスポンダに適合できる廉価なアンテナ構造によ
って、より広い読取り範囲を可能にする。本発明の特定
の実施例を示し説明したが、種々の変形と別の実施例が
当業者により行われよう。従って本発明は特許請求の範
囲に関してのみ限定されよう。
【図1】本発明によるトランスポンダ構造の分解斜視
図。
図。
【図2】トランスポンダ巻線により表される電気回路の
等価回路図。
等価回路図。
【図3】並列および直列の共振回路を示した概略図。
【図4】本発明で得られる並列および直列の共振周波数
の1例を示したグラフ。
の1例を示したグラフ。
【図5】2つの異なった励起周波数でトランスポンダを
励起し、2つの異なった帰還周波数で励起装置/読取り
装置に送り返すために使用されることができる励起装置
/読取り装置とトランスポンダ回路のブロック図。
励起し、2つの異なった帰還周波数で励起装置/読取り
装置に送り返すために使用されることができる励起装置
/読取り装置とトランスポンダ回路のブロック図。
【図6】励起装置/読取り装置およびトランスポンダ回
路の詳細なブロック図。
路の詳細なブロック図。
Claims (18)
- 【請求項1】 それぞれ異なった並列および直列共振周
波数における並列および直列共振を特徴とする分布イン
ダクタンスおよびキャパシタンスを有するアンテナコイ
ルと、直列共振周波数で前記コイルから情報信号を送信
することにより前記コイルの並列共振周波数の付勢に応
答する回路とを具備しているトランスポンダと、 前記並列共振周波数で前記トランスポンダに付勢信号を
送信する送信機と、 前記直列共振周波数で前記トランスポンダから送信され
た情報信号を受信する受信機とを具備していることを特
徴とするトランスポンダ通信システム。 - 【請求項2】 前記送信機と受信機が前記トランスポン
ダとの間で信号を送受信するため共通のアンテナを有す
るトランシーバに結合されている請求項1記載のトラン
スポンダ通信システム。 - 【請求項3】 前記トランスポンダアンテナコイルが、
基体の両側表面にそれぞれインダクタンスを有する相互
に接続された1対のコイルを具備する誘電体基体を具備
し、前記相互に接続したコイルは共通の巻線方向であ
り、実質上相互インダクタンスを生成するため互いに実
質上一致して位置づけられてアンテナの全インダクタン
スをコイルの個々のインダクタンスの合計よりも大きく
している請求項1記載のトランスポンダ通信システム。 - 【請求項4】 前記誘電体基体が前記相互に接続された
コイル間で約25ミクロン以下の厚さである請求項3記
載のトランスポンダ通信システム。 - 【請求項5】 前記相互接続されたコイルは、それぞれ
内部および外部端部を有し1箇所のみの相互接続点を有
する渦巻き形状であり、前記相互接続は基体を通って延
在する第1の電気コネクタにより行われ、コイルを1端
部で接続する請求項3記載のトランスポンダ通信システ
ム。 - 【請求項6】 前記トランスポンダ回路が前記コイルの
1つと同じ基体表面上に配置され、前記コイルの1つの
反対側の端部に接続され、他方のコイルの反対側の端部
は基体を通って延在する第2の電気コネクタにより前記
回路に接続されている請求項5記載のトランスポンダ通
信システム。 - 【請求項7】 前記アンテナコイルが多重並列共振周波
数を有し、前記送信機は少なくとも2つの前記並列共振
周波数で付勢信号を前記トランスポンダに送信する請求
項1記載のトランスポンダ通信システム。 - 【請求項8】 前記トランスポンダ回路が書込み可能な
識別コード回路を具備し、これは前記コイル構造から伝
送された識別コードを有する前記並列共振周波数の1つ
の付勢に前記直列共振周波数で応答し、前記送信機は前
記1つの並列共振周波数でトランスポンダ付勢信号を送
信し、別の並列共振周波数でコード書込み信号を送信す
る請求項7記載のトランスポンダ通信システム。 - 【請求項9】 前記アンテナコイルが多重直列共振周波
数を有し、前記トランスポンダ回路は前記アンテナコイ
ル構造にそれぞれ異なった直列共振周波数で異なった情
報信号を送信させる請求項1記載のトランスポンダ通信
システム。 - 【請求項10】 誘電体基体と、 共通の巻線方向であり相互に実質上一致して位置付けら
れている前記基体の両側の表面上の1対の相互接続され
たアンテナコイルとを具備し、 前記コイル間の前記基体の厚さが約25ミクロン以下で
あり、それによって前記コイル間の相互インダクタンス
がアンテナの全インダクタンスをコイルの個々のインダ
クタンスの合計よりも大きくされている無線周波数アン
テナ構造。 - 【請求項11】 前記相互接続されたコイルが、それぞ
れ内部および外部端部を有し1箇所のみの相互接続点を
有する渦巻き形状を有し、前記相互接続は基体を通じて
延在する第1の電気コネクタにより行われ、コイルを1
端部で接続している請求項10記載のRFアンテナ構
造。 - 【請求項12】 前記コイルは前記基体上に配置されそ
れぞれ異なった並列および直列共振周波数の並列および
直列共振を特徴とする分布インダクタンスおよびキャパ
シタンスとを有する請求項10記載のRFアンテナ構
造。 - 【請求項13】 前記コイルが多重並列共振周波数と多
重直列共振周波数とを示すように前記基体上に配置され
ている請求項12記載のRFアンテナ構造。 - 【請求項14】 直列共振周波数で前記コイルから情報
信号を送信することにより前記コイルの並列共振周波数
の付勢に応答する回路を前記基体上にさらに具備してい
る請求項12記載のRFアンテナ構造。 - 【請求項15】 誘電体基体と、 前記基体の両側の表面上に相互接続された1対のアンテ
ナコイルとを具備し、これは個々のインダクタンスの合
計よりも大きい相互インダクタンスをコイル間で発生す
るため基体上で方向付けされており、前記コイルは通
常、それぞれ内部および外部端部を有し1箇所のみに相
互接続点を有するほぼ渦巻き形状を有し、前記相互接続
は基体を通じて延在する第1の電気コネクタにより行わ
れ、コイルの内部端部を接続している無線周波数アンテ
ナ構造。 - 【請求項16】 前記コイルは前記基体上に配置され、
それぞれ異なった並列および直列共振周波数の並列およ
び直列共振を有する分布インダクタンスおよびキャパシ
タンスを有する請求項15記載のRFアンテナ構造。 - 【請求項17】 前記コイルが多重並列共振周波数と多
重直列共振周波数とを有して前記基体上に配置されてい
る請求項16記載のRFアンテナ構造。 - 【請求項18】 直列共振周波数で前記コイルから情報
信号を送信することにより前記コイルの並列共振周波数
の付勢に応答する回路を前記基体上にさらに具備してい
る請求項16記載のRFアンテナ構造。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US316694 | 1994-09-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08226966A true JPH08226966A (ja) | 1996-09-03 |
Family
ID=23230232
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JPH08226966A (ja) |
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