專利名稱：環(huán)形線圈天線和讀寫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用感應電磁場在讀寫器與標簽之間非接觸式地交換信息的RFID系統(tǒng)(射頻識別系統(tǒng))，更詳細些說，涉及除提高通信性能外還能使電路、天線簡單的環(huán)形線圈天線和讀寫器。
背景技術(shù)：
一般說來，為了借助于對物品、設(shè)備的對照確認等來提高自動化程度，有效地讀取例如在安裝于物品上的標簽中記錄的認證信息是重要的?，F(xiàn)在，為了實現(xiàn)這種讀取，在標簽上記錄了與認證信息對應的條形碼，用條形碼閱讀器讀取該條形碼。
但是，為了用條形碼閱讀器讀取條形碼信息，需要在兩者之間高精度建立與一定距離和方向有關(guān)的聯(lián)系，這有礙于達到對照的自動化和平滑化。另外，用條形碼信息時可輸入的信息量較少，對物品的管理能力受到限制。
于是，近年來開發(fā)了在產(chǎn)生感應電磁場的讀寫器與用作數(shù)據(jù)載體的非接觸式RF標簽(例如IC標簽)之間進行非接觸式無線通信，交換信息的RFID系統(tǒng)。使用這種RFID系統(tǒng)，由于利用感應電磁場進行讀取，所以在讀取時不太受兩者之間的距離和方向的限制。因此，從隔開距離的位置上也能可靠地讀取在該標簽上記錄的認證信息。
這時，如圖8所示，讀寫器具有由天線匹配電路81和天線線圈82組成的環(huán)形線圈天線83?？墒牵斀饘俚葘w靠近該環(huán)形線圈天線83時，或者標簽靠近它時，它們與天線線圈82的耦合程度的變化大，這時，往往在天線匹配電路81中發(fā)生失配，因此產(chǎn)生不能進行通信的區(qū)域，使通信距離縮短。
另外，在現(xiàn)在的RFID系統(tǒng)的天線匹配電路中，為了抑制從天線泄漏的電流，例如，在如圖9(A)所示的ISO10373的檢查規(guī)格中使用的補償線圈系統(tǒng)中，或在使用圖9(B)所示的變壓器等的天線匹配電路中進行了平衡-不平衡變換。
但是，使用這些天線匹配電路時，存在電路、天線線圈復雜的問題。
還有，在構(gòu)成設(shè)置于讀寫器側(cè)的信號發(fā)射電路和信號接收電路時，為得到穩(wěn)定的調(diào)制信號，電路變得復雜，因而成本不得不提高。
例如，在構(gòu)成信號接收電路的場合，如圖10所示，依序排列一次帶通濾波器101、一次檢波器102、二次帶通濾波器103、二次檢波器104、低通濾波器105，將信號調(diào)制為副載波的頻率并傳送時，借助于使信息以該順序通過，來對信息進行解調(diào)。但是，為放大副載波的頻率而對信息進行解調(diào)，需要較多的結(jié)構(gòu)，因而電路變得復雜，成本增高。
此外，已知還有通過對天線裝置附添共振頻率可變功能，使得能消除因金屬等導體接近而產(chǎn)生的不能通信等的不良情況的RFID系統(tǒng)的天線裝置(例如，參照專利文獻1)。
但是，這時，在隨著讀寫器的天線裝置與從外部向這里靠近的標簽或金屬等導體的距離的變化，而雙方的耦合度增強的場合，則存在在通信區(qū)內(nèi)產(chǎn)生近點遺漏、中間遺漏的通信不良區(qū)的問題。
特開2001-344574號公報

發(fā)明內(nèi)容
于是本發(fā)明的目的在于提供在金屬、標簽等導體接近讀寫器的情況下，借助于制作能避免其影響的天線匹配電路、實現(xiàn)該天線匹配電路的穩(wěn)定，也能消除通信不良區(qū)，穩(wěn)定地維持通信距離的環(huán)形線圈天線和讀寫器。
本發(fā)明的特征在于一種環(huán)形線圈天線，即在當標簽與由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生區(qū)對應時，利用由該對應的標簽的天線線圈產(chǎn)生的電功率使該標簽的控制電路工作，向上述讀寫器輸出用于傳送信息的電波的RFID系統(tǒng)中，在上述讀寫器的天線線圈附近配置了導體。
上述導體可以是具有磁性的材料，例如可以沿讀寫器的天線線圈，或者在該天線線圈附近的內(nèi)外配置導電的金屬板、金屬箔等強磁體或?qū)⑾鹉z材料與磁粉混合的磁性橡膠。
下面考察一下上述導體與標簽的關(guān)系，當標簽或金屬等導體從外部靠近讀寫器的天線線圈時，若預先在上述讀寫器的天線線圈的附近配置另外的導體，則在另外的導體的周邊產(chǎn)生渦電流，受其影響在天線匹配電路中發(fā)生失配。因此，為避免失配，可以考慮制成在讀寫器的天線線圈附近做成盡量排除導體的結(jié)構(gòu)。
這里，確認如果斷然地在讀寫器的天線線圈附近配置導體、有意地使渦電流流動，可以抑制讀寫器與標簽的距離靠近時的天線彼此間的耦合變化的影響。
具體而言，因抑制了天線之間的耦合變化的影響，電感的變化量減少，天線匹配電路的變化量與此成比例地減小，因此能夠減少失配。其結(jié)果是，在天線之間的耦合隨著讀寫器與標簽的距離變化而增強時也能防止通信區(qū)的近點遺漏、中間遺漏這樣的不能進行通信的區(qū)域的產(chǎn)生和通信距離的縮短，能確保穩(wěn)定的通信。
本發(fā)明的另外的結(jié)構(gòu)的特征在于上述導體被配置在由環(huán)形天線線圈包圍的內(nèi)部。
在此情況下，當在被天線線圈包圍的內(nèi)部配置導體時，由于該導體能夠在它與其外圍的環(huán)形天線線圈之間高效率地產(chǎn)生渦電流，所以呈適于抑制天線之間的耦合變化的最佳位置關(guān)系。
對這種情形，在構(gòu)成讀寫器時，最好構(gòu)成使具有導體的環(huán)形線圈天線與驅(qū)動電路分離的分離型讀寫器，也可以構(gòu)成使天線與驅(qū)動電路一體化的一體型讀寫器，可以根據(jù)用途靈活運用。
本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的特征在于一種環(huán)形線圈天線，即在當標簽與由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生的磁場存在區(qū)對應時，利用由該對應的標簽的天線線圈產(chǎn)生的電功率使該標簽的控制電路工作，向上述讀寫器輸出用于傳送信息的電波的RFID系統(tǒng)中，設(shè)置了通過在上述讀寫器天線線圈與地之間插入平衡-不平衡變換用電容器構(gòu)成的天線匹配電路。
這時，在天線線圈與地之間只插入1個電容器就可以構(gòu)成讀寫器側(cè)的進行天線線圈的平衡-不平衡變換的天線匹配電路。因此，不需要復雜的天線匹配電路、復雜的天線線圈就能實現(xiàn)平衡-不平衡變換。
制作這樣的天線匹配電路，既是簡單的電路結(jié)構(gòu)，又能夠減少泄漏電流、共模噪聲、不必要的輻射等。此外，由于使用補償線圈式線圈作為表觀上為約2倍的電感值的線圈，所以可以得到減輕進行小型化時所受的制約，能使天線線圈電流大約減半等優(yōu)點。
本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的特征在于一種讀寫器，即在利用感應電磁場在讀寫器與標簽之間非接觸式地發(fā)射、接收信息，進行信息交換的RFID系統(tǒng)中，設(shè)置了當控制信號被輸入時讀出該控制信號的矩形波、將該讀出的矩形波進行電阻分壓后使通過帶通濾波器生成調(diào)幅信號的信號發(fā)射電路。
這時，借助于將輸入的控制信號的矩形波進行電阻分壓，使之通過帶通濾波器，能夠生成進行了極細微的調(diào)制的、穩(wěn)定的調(diào)幅信號(ASK信號)。因此，能夠從信號發(fā)射電路輸出穩(wěn)定的發(fā)射信號。另外，按照這樣的信號發(fā)射電路，能夠低成本地制造可將電路簡化的讀寫器。
本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的特征在于一種讀寫器，即在利用感應電磁場在讀寫器與標簽之間非接觸式地發(fā)射、接收信息，進行信息交換的RFID系統(tǒng)中，設(shè)置了當將信息調(diào)制為副載波的頻率并傳送時使該信息通過一次檢波和低通濾波器進行調(diào)制的信號接收電路。
這時，由于能夠利用一次檢波和低通濾波器將信息調(diào)制為副載波的頻率并接收，所以可以構(gòu)成省略了多個帶通濾波器和二次檢波的簡單的信號接收電路。因此，按照這樣的信號接收電路，可以實現(xiàn)部件數(shù)目的減少，簡單地、低成本地制造讀寫器。另外，按照這樣的結(jié)構(gòu)，在讀寫器的天線線圈與標簽的距離近、電耦合強的情況下，也能夠不放大副載波的頻率，容易地進行信息的解調(diào)。
發(fā)明的效果按照本發(fā)明，由于在標簽靠近讀寫器時，或者導電金屬等其他導體靠近時，也能夠抑制耦合程度隨著這時的距離變化而來的變化，所以可以確保合適的通信區(qū)和維持通信距離，防止不能進行通信的區(qū)域產(chǎn)生。


圖1是示出分離型讀寫器的使用狀態(tài)的透視圖。
圖2是示出一體型讀寫器之一例的透視圖。
圖3是示出分離型讀寫器的金屬板的配置狀態(tài)的主要部分的俯視圖。
圖4是示出分離型讀寫器的天線匹配電路的電路圖。
圖5是示出分離型讀寫器的信號發(fā)射電路的電路圖。
圖6是示出信號發(fā)射電路的各信號的波形的時序圖。
圖7是示出信號接收電路的結(jié)構(gòu)的主要部分的方框圖。
圖8是示出現(xiàn)有的無金屬板的天線匹配電路和天線線圈的主要部分的俯視圖。
圖9是示出現(xiàn)有的各天線匹配電路的電路圖。
圖10是示出現(xiàn)有的信號接收電路的結(jié)構(gòu)的主要部分的方框圖。
具體實施例方式
通過在讀寫器的天線線圈附近配置導體，有意地使渦電流在該導體內(nèi)流動，抑制由讀寫器與標簽之間的間隔變化引起的不良影響。
〔實施例〕根據(jù)下面的

本發(fā)明的一實施例。
附圖示出了RFID系統(tǒng)中使用的分離型讀寫器，在圖1中，該分離型讀寫器11分離地設(shè)置了使用不導電樹脂材料的一塊讀寫器基板12和使用相同的不導電樹脂材料的另一塊天線基板13。
在其中的一塊讀寫器基板12上安裝了用于讀取、寫入信息的驅(qū)動電路14，在另一塊天線基板13上安裝了構(gòu)成環(huán)形線圈天線的天線線圈15、天線匹配電路16和導電金屬板17，用布線18在它們之間進行連接。
當上述讀寫器11使天線線圈15產(chǎn)生磁場，并且從外部靠近來的IC標簽19進入該磁場產(chǎn)生區(qū)時，利用在該區(qū)內(nèi)的IC標簽19天線線圈中產(chǎn)生的電功率使該IC標簽19的未圖示的控制電路工作，與上述讀寫器11進行通信，進行信息交換。
上述分離的讀寫器基板12和天線基板13除分離設(shè)置外，還可以將讀寫器基板12與天線基板13這2塊不導電的樹脂材料基板上下重疊，設(shè)置成一體，也可以將被安裝部件組裝在1塊不導電的樹脂材料基板上，也可以例如像圖2所示那樣，設(shè)置成形成單體、一體化的一體型讀寫器20。
上述金屬板17只要是能夠產(chǎn)生渦電流的導體就可以，例如使用金屬板或金屬箔。這樣，例如可以在沿著具有長方形狀的天線基板13的長方形被環(huán)形天線線圈15包圍的中央部，將金屬板17制成相同的長方形，進行安裝，或?qū)⑵溲诼裨O(shè)置組成一體。
圖3示出了上述金屬板17與天線線圈15的配置關(guān)系，在配置成與長方形的樹脂基板有相同的長方形狀被環(huán)形的天線線圈15所包圍的內(nèi)部位置，配置相同的長方形狀的金屬板17。如此配置金屬板17，該金屬板17受由天線線圈15產(chǎn)生的磁場的影響時，可以在該金屬板17的外表面有效地產(chǎn)生渦電流。因此，在安裝金屬板17時，被天線線圈15包圍的內(nèi)部的位置關(guān)系是合適的。
在這種情況下，通過配置金屬板17，有意地使渦電流在該金屬板17內(nèi)流動，可以抑制當讀寫器11與標簽19間的距離變近時天線之間的耦合變化的影響。由于天線線圈15的電感成分的變化量因該抑制作用而減小，天線匹配電路的變化量與此成比例地減小，所以可以減少失配。其結(jié)果是，在天線之間的耦合度隨著讀寫器與標簽的距離變化而增強時，也能防止通信區(qū)內(nèi)的近點遺漏、中間遺漏這樣的不能進行通信的區(qū)域產(chǎn)生和通信距離的縮短。
圖4示出了在讀寫器11的天線基板13上設(shè)置的天線匹配電路16和天線線圈15的電路圖，該電路通過在天線線圈15與地G之間插入平衡-不平衡變換用電容器C構(gòu)成。
這時，在天線線圈15與地G之間只插入1個電容器C就可以在讀寫器11側(cè)進行天線線圈15的平衡-不平衡變換，抑制從天線線圈15泄漏的電流。這樣，不需要復雜的電路、復雜的線圈就能實現(xiàn)平衡-不平衡變換。因此，制作這樣的電路，既是簡單的電路結(jié)構(gòu)，又能夠減少泄漏電流以及共模噪聲和不必要的輻射等。
特別是，由于不改變原來的線圈，可以使用約2倍的電感值，能使天線線圈電流減半等理由，所以可以減輕制造小型讀寫器11時的制約。
圖5示出了讀寫器11的信號發(fā)射電路，該信號發(fā)射電路如圖所示，通過依序?qū)⑴c輸入的控制信號CRY1、CRY2和時鐘信號CLK相連接的邏輯“與”電路AND1和AND2、電阻器R1和R2、帶通濾波器BPF進行連接而構(gòu)成。然后，當控制信號CRY1、CRY2輸入時，利用時鐘信號CLK和邏輯“與”電路AND1、AND2取得輸入時序，讀出該控制信號CRY1、CRY2的矩形波，用電阻器R1、R2將該讀出的矩形波進行電阻分壓后，使其通過帶通濾波器BPF。
據(jù)此，如圖6的時序圖所示，生成了不易受延遲等影響的穩(wěn)定的調(diào)幅信號(ASK信號)。這樣，由于可以生成穩(wěn)定的調(diào)幅信號，所以能夠從信號發(fā)射電路輸出穩(wěn)定的調(diào)制信號。另外，由于采用這樣的信號發(fā)射電路，能夠簡化電路而構(gòu)成，所以可以做到低成本地制造。
圖7示出了讀寫器11的信號接收電路，該信號接收電路如圖所示，通過依序連接檢波器71和低通濾波器72而構(gòu)成。于是，當用該信號接收電路將信息調(diào)制為副載波的頻率并傳送時，使該信息通過檢波器71和低通濾波器72進行調(diào)制。
這時，由于信息能夠被檢波器71和低通濾波器72調(diào)制為副載波的頻率并被接收，所以可以構(gòu)成省略了多個帶通濾波器和二次檢波的簡單的信號接收電路。因此，可以獲得部件數(shù)目的減少，簡單地、低成本地制造信號接收電路。使用這樣的信號接收電路，在讀寫器11與標簽19的距離近、天線之間的耦合強的狀態(tài)下，也能夠不放大副載波的頻率，容易地進行信息的解調(diào)。
下面說明如此構(gòu)成的分離型讀寫器11的使用狀態(tài)。當IC標簽19靠近該分離型讀寫器11的天線基板13側(cè)時，在IC標簽19進入從該天線基板13側(cè)的天線線圈15輸出的、在朝向某方向的空間形成的通信區(qū)后，基于此，IC標簽19利用在該標簽19的天線線圈中產(chǎn)生的電功率驅(qū)動該標簽19的控制電路，向讀寫器11側(cè)輸出用于傳送信息的電波，在該IC標簽19與讀寫器11之間進行信息交換。
在這種情形下，由于當讀寫器11與IC標簽19的距離變近時，在設(shè)置于讀寫器11側(cè)的金屬板17中產(chǎn)生渦電流，所以讀寫器11的天線線圈15的電感的變化量因該金屬板17而減小，天線匹配電路16的變化量也與此成比例地減小。因此，抑制了讀寫器11與IC標簽19雙方的天線線圈之間的耦合變化的影響。由此可以確保穩(wěn)定的匹配，維持與IC標簽19的高可靠性的通信性能。
如上所述，作為消除讀寫器與IC標簽兩者之間的間隔變化引起的天線失配的一種方法，只在讀寫器的天線線圈內(nèi)部配置金屬板就能夠確?？煽啃愿叩耐ㄐ判阅堋?br> 在將本發(fā)明與上述的一實施例的結(jié)構(gòu)進行對應時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)雖然與實施例的結(jié)構(gòu)相對應，但本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求項給出的技術(shù)構(gòu)思進行應用，不限于上述的一實施例的結(jié)構(gòu)。例如，在上述實施例中，雖然以分離型的讀寫器11為例進行了說明，但不限于此，使用一體型的讀寫器20也能得到同樣的作用效果。
權(quán)利要求
1.一種用于RFID系統(tǒng)中的環(huán)形線圈天線，該RFID系統(tǒng)在當標簽與由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生區(qū)對應時，利用由該對應的標簽的天線線圈產(chǎn)生的電功率使該標簽的控制電路工作，向上述讀寫器輸出用于傳送信息的電波，其特征在于在所述讀寫器的天線線圈附近配置了導體。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形線圈天線，其中所述導體被配置在由環(huán)形天線線圈所包圍的內(nèi)部。
3.一種用于RFID系統(tǒng)中的環(huán)形線圈天線，該RFID系統(tǒng)在當標簽與由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生區(qū)對應時，利用由該對應的標簽的天線線圈產(chǎn)生的電功率使該標簽的控制電路工作，向上述讀寫器輸出用于傳送信息的電波，其特征在于具備通過在所述讀寫器天線線圈與地之間插入平衡-不平衡變換用電容器而構(gòu)成的天線匹配電路。
4.一種用于RFID系統(tǒng)中的讀寫器，該RFID系統(tǒng)利用感應電磁場在讀寫器與標簽之間非接觸地發(fā)射、接收信息，進行信息交換，其特征在于具備信號發(fā)射電路，該信號發(fā)射電路在控制信號被輸入時讀出該控制信號的矩形波，將該讀出的矩形波進行電阻分壓后，使之通過帶通濾波器，生成調(diào)幅信號。
5.一種用于RFID系統(tǒng)中的讀寫器，該RFID系統(tǒng)利用感應電磁場在讀寫器與標簽之間非接觸地發(fā)射、接收信息，進行信息交換，其特征在于具備信號接收電路，當將信息調(diào)制為副載波的頻率并傳送時，該信號接收電路使該信息通過一次檢波和低通濾波器而進行調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明制作了能夠避免在金屬、標簽等導體靠近讀寫器時的不良影響的天線匹配電路，消除了讀寫器側(cè)的通信不良區(qū)，穩(wěn)定地維持了通信距離。本發(fā)明在當標簽與由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生的磁場存在區(qū)對應時利用由該對應的標簽的天線線圈產(chǎn)生的電功率使該標簽的控制電路工作、向上述讀寫器輸出用于傳送信息的電波的RFID系統(tǒng)中，借助于在上述讀寫器的天線線圈附近配置導體，有意地使渦電流流動，來減少讀寫器與向該讀寫器靠近的標簽的之間的通信不良。
文檔編號G06K17/00GK1619572SQ20041009014
公開日2005年5月25日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者工藤一洋 申請人:歐姆龍株式會社