[发明专利]环形天线

说明书

技术领域

本发明涉及RFID(radio frequency identification：射频识别)系统中可以粘贴到金属上的标签的环形天线。

背景技术

以往，如下的RFID系统已经得到了实用化：从读写器发送大约1W的电波，在标签侧接收该信号，再次通过电波将标签内的信息回送至读写器，由此，读写器对标签进行识别。

在该RFID系统中，使用UHF(Ultra High Frequency：超高频)频带的频率(欧洲为865MHz，美国为915MHz，日本为953MHz)的无线信号。

通常，标签的LSI(large scale integration：大规模集成)芯片与天线直接连接。通过蚀刻蒸镀到薄膜或纸等绝缘性薄片上的铜(Cu)，或者通过涂覆银(Ag)糊料等来形成该天线的图案(pattern)。通常，天线图案的尺寸大致为100～150mm×10～25mm左右。

当标签的天线是普通的偶极子天线时，虽然仍需取决于标签的LSI芯片的工作功率，但是读写器与标签之间的通信距离为大约3～5m。

此外，作为可以延长读写器与标签之间的通信距离的天线，提出了容纳于97.5mm²～54mm²面积内的圆形的环形天线(例如，参照非专利文献1)。

而且，通常将RFID用标签粘贴在物品等上而使用，因此，一般要考虑粘贴物体的介电常数、厚度等来进行设计。

但是，当将这种普通的标签粘贴在金属上时，粘贴有标签的金属发生故障，从读写器发射出的电波没有作用于标签，或者天线增益极低，从而不能从标签发射返回电波。

上述的偶极子天线、圆形的环形天线也同样存在这种情况。

为了解决这个问题，需要完全不同形状的天线，例如，很久以前就开始使用相反地利用金属面的环形天线。

图1是对利用以往的金属面的环形天线的原理进行说明的图。该图示意性地示出使由LSI芯片2和环形天线3构成的标签4接触金属1的表面(图中，从侧面观察板状的金属1)的状态。

环形天线3由环形的上部5和环形的下部6以及环形的两侧部7构成，并被配置成使环形的下部6沿着金属1的表面，使环形垂直站立于金属1的表面的状态。

这里，当从箭头8所示的方向发射来自读写器的电波时，在标签4的环形天线3中感应出由箭头9所示方向的电流。

如上所述，由于以垂直站立于金属1的表面的状态来配置环形天线4的环形，因此，在环形天线4中感应出的电流在与金属1的表面垂直的表面上形成箭头9所示的涡电流。

通常，当在与金属面的一个表面垂直的表面上产生涡电流时，金属面像镜子一样进行工作，在与金属面的另一个表面垂直的表面上，在与金属面对称的位置上，产生在图1中虚线所示的镜像路径5’、6’及7’中且按照箭头9’所示的方向(与一个表面的涡电流方向相反)流动的电流分量。这种现象称作镜像效应。

这样，在金属面的两侧，当在垂直于金属面且与金属面对称的位置上产生方向彼此相反的涡电流时，在金属面部分，环形的下部6与镜像路径6’的金属面两侧的电流分量彼此抵消，只剩余环形的上部5、环形的两侧部7、镜像路径5’及7’的电流分量。

如实线10虚拟示出的那样，这些剩余的电流分量形成好像贯通金属面且沿着金属面两侧的垂直面流动的涡电流分量。如此，环形天线3可获得非常大的天线增益。

图2是示出上述标签4的LSI芯片2和环形天线3的等效电路的图。LSI芯片2通常内部具有并联电阻Rc(大致200～2000Ω)和并联电容Cc(大致0.2～2pF)。

图3是用于计算上述的LSI芯片与环形天线相对于预定的谐振频率匹配的条件的式子。f0表示谐振频率，L为电感，C为电容。

这里，要使图1所示的标签4的LSI芯片2与环形天线3匹配，公知优选的是，如果图2所示的环形天线3的并联电阻Ra具有与LSI芯片2的并联电阻Rc相同的值，并且，环形连线3的并联电感La存在图3的关系，则环形天线3的并联电感La与LSI芯片2的并联电容Cc彼此抵消。

此时，通过环形天线3接收到的电波的感应功率被全部提供给LSI芯片2。而且来自LSI芯片2的功率被全部提供给环形天线3而向外部发射。

但是，环形天线具有如下的性质：在确定了保持环形天线的保持基板的尺寸及其介电常数εr时，已经自动地确定了环形天线1圈的环形长度。