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信號(hào)處理電路以及使用了該電路的非接觸ic卡以及標(biāo)簽的制作方法

文檔序號(hào):6558387閱讀:176來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:信號(hào)處理電路以及使用了該電路的非接觸ic卡以及標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及例如在現(xiàn)金自動(dòng)支付機(jī)、電子貨幣、自動(dòng)檢票系統(tǒng)、出入室管理系統(tǒng)、商品管理系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)等中的閃存卡、信用卡、月票、回?cái)?shù)券、管理卡、ID卡、許可證、商品管理標(biāo)簽、物流管理標(biāo)簽等非接觸卡或者標(biāo)簽中所設(shè)置的信號(hào)處理電路,涉及具備在該非接觸卡或者標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的動(dòng)作用電力傳輸或者通信中使用的天線的信號(hào)處理電路。
背景技術(shù)
在非接觸IC卡或者標(biāo)簽中,主要使用HF(高頻)頻帶到UHF(超高頻)頻帶的頻率的電磁波進(jìn)行電力傳輸和通信。一般HF頻帶作為3~30MHz的頻帶是已知的,特別是由13.56MHz的載波進(jìn)行的非接觸卡或者標(biāo)簽(以下,把它們匯總在一起,記為RFID(射頻標(biāo)識(shí)))與讀寫(xiě)器的通信或者電力傳輸正在普及。UHF頻帶作為300~3000MHz的頻帶一般是已知的,在日本國(guó)內(nèi),2.45GHz的頻帶,在歐美860~960MHz的頻帶能夠利用在RFID與讀寫(xiě)器的通信或者電力傳輸中。另外,作為比上述頻帶高的頻率的5.8GHz在日本國(guó)內(nèi),允許利用為收費(fèi)公路中的僅從RFID向讀出器的單向通信用頻率。
HF頻帶的載波進(jìn)行的RFID與讀寫(xiě)器之間的電力或者信息的收發(fā)主要是在RFID中設(shè)置螺旋天線,使該螺旋天線與讀寫(xiě)器的天線輸出的磁場(chǎng)交鏈,在該螺旋天線中感應(yīng)電力或者信號(hào)電流。另一方面,在由UHF頻帶的載波進(jìn)行的對(duì)于RFID的電力供給或者信息等的收發(fā)用設(shè)置在RFID中的偶極天線或者貼片天線,接收來(lái)自讀寫(xiě)器等的電場(chǎng),在該天線中感應(yīng)電力或者信號(hào)電流。
另一方面,在上述RFID與上述讀寫(xiě)器或者其等價(jià)物(例如僅是讀出器)的通信中所使用的上述頻率中,行政確定與發(fā)送其電波的輸出有關(guān)的限制,未經(jīng)掌管該限制的機(jī)構(gòu)的許可,不能夠例如從RFID發(fā)射超過(guò)該限制的電波。從而,在用HF頻帶的載波進(jìn)行的RFID與讀寫(xiě)器那樣的識(shí)別裝置(根據(jù)用途,也可稱為對(duì)于RFID的外部裝置、收發(fā)端站裝置、基站,以下,記為「外部裝置」)的信息的通信距離由于其輸出小而不得不縮短。另一方面,由UHF頻帶的載波進(jìn)行的RFID與外部裝置的通信由于提高其輸出,因此能夠加長(zhǎng)其通信距離。
在這種狀況下,在專利文獻(xiàn)1(特開(kāi)2004-240899號(hào))中提出了搭載利用HF頻帶的載波的接近磁場(chǎng)型模塊(Near Magnetic Field-typeModule)和利用UHF頻帶的載波的無(wú)線型模塊(Radio-type Module)的混合型IC卡(Hybrid-type IC Card)。另外,在專利文獻(xiàn)2(特開(kāi)平5-290229號(hào))中公開(kāi)了與其同樣的非接觸型IC卡(Non-contact ICcard),在專利文獻(xiàn)3(特開(kāi)2004-297499號(hào))中公開(kāi)了與其類似的通信終端裝置(Communication Terminal Device)。

發(fā)明內(nèi)容
如在上述專利文獻(xiàn)中記述的那樣,與使用了HF頻帶以及UHF頻帶的兩種頻帶系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的非接觸IC卡或者標(biāo)簽以往通過(guò)按照載波頻帶數(shù)安裝與各個(gè)頻率相應(yīng)的天線進(jìn)行對(duì)應(yīng)。為此,非接觸IC卡或者標(biāo)簽中的天線的實(shí)際安裝面積大,在非接觸IC卡所搭載的IC中,需要設(shè)置與各個(gè)天線相對(duì)應(yīng)的端子,芯片尺寸增大。
另外,在上述專利文獻(xiàn)3中,在所公開(kāi)的通信終端裝置用一方載波(UHF頻帶)接收信號(hào)時(shí),在接收另一方載波(UHF頻帶)的天線中產(chǎn)生干擾,為了避免這一點(diǎn),指出設(shè)置假天線的必要性。
對(duì)于以上的課題,如果有在多個(gè)頻帶中能夠使用的天線,則能夠減小實(shí)際安裝面積以及芯片尺寸。另外,預(yù)計(jì)還可以抑制在天線之間發(fā)生的干擾。本發(fā)明鑒于這樣的背景技術(shù),以使一個(gè)天線具有多個(gè)可利用的頻帶作為要解決的課題。
在HF頻帶中使用的由磁場(chǎng)感應(yīng)電壓的螺旋天線和在UHF頻帶中使用的由電場(chǎng)感應(yīng)電壓的偶極子等天線的最大差別在于構(gòu)成該天線的導(dǎo)體(布線)的一端在前者是與另一端短路的構(gòu)造,而在后者是成為開(kāi)路端的構(gòu)造。因此,在HF頻帶和UHF頻帶的雙方頻帶中都有效地收發(fā)信號(hào)或者電力的天線需要選擇采用該構(gòu)造的某一種。然而,本發(fā)明者們著眼于在UHF頻帶中感應(yīng)電場(chǎng)的天線,把其一端與另一端短路的「折返偶極子」。這種天線具有把偶極子的兩方開(kāi)路端折返,把它們?cè)谄渌穆窂蕉搪返臉?gòu)造。因此,在成為折返偶極子型天線的線路中,對(duì)于原來(lái)的偶極子部分(沒(méi)有折返的部分)雖然也分布反相位的電流,但是由于在被折返的線路和沒(méi)有被折返的線路中產(chǎn)生的電流方向也相反,因此發(fā)生的電場(chǎng)成為同相位。
于是,本發(fā)明者嘗試擴(kuò)大從該折返偶極子構(gòu)造的端部(電連接到IC等元件上的部分)向本來(lái)的方向延伸的部分(沒(méi)有被折返部分)和與該方向相反延伸的部分(被折返的部分)之間的間隔,使得該折返偶極子構(gòu)造成為環(huán)形。這時(shí),在擴(kuò)展偶極子構(gòu)造的折返部分與沒(méi)有被折返的部分的間隔的偶極子構(gòu)造中的其它部分,例如,矩形的折返偶極子構(gòu)造中的以上述折返部分和上述沒(méi)有被折返的部分作為長(zhǎng)邊時(shí)的短邊的線路中,在其中途,由于電流波形(與載波的頻率相對(duì)應(yīng)的交流電流波形)相位相反,因此不發(fā)射電波。與此不同,在成為矩形折返偶極子構(gòu)造的長(zhǎng)邊的原來(lái)的元件(沒(méi)有被折返的部分)和其折返部分中,電流的分布也增大,起到發(fā)射同相位電場(chǎng)的天線的作用。另外,折返偶極子構(gòu)造的環(huán)的線路長(zhǎng)度如果對(duì)于HF頻帶的載波頻率的波長(zhǎng)充分短,則通過(guò)使該天線的環(huán)與在HF頻帶的頻率下振動(dòng)的磁場(chǎng)交鏈,則可以用該天線得到與該磁場(chǎng)成比例的感應(yīng)電壓。
這樣,上述的折返偶極子型天線形成為對(duì)于HF頻帶的載波波長(zhǎng)充分短的線路長(zhǎng)度的環(huán)天線,而且,對(duì)于UHF頻帶的載波,起到收發(fā)效率降低一些的折返偶極子天線的作用,因此用一個(gè)天線能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)頻帶中的有效收發(fā)。
另一方面,在收發(fā)HF頻帶的載波的天線中需要某種程度的電感成分,在確保該成分的基礎(chǔ)上,上述折返偶極子構(gòu)造最好做成螺旋形。因此,串聯(lián)連接多個(gè)具有該折返偶極子構(gòu)造的導(dǎo)體線路(天線元件),用多級(jí)天線元件制作螺旋形的天線。在使多個(gè)天線元件相互不交差配置構(gòu)成的螺旋形的天線中,位于其外周的天線元件和位于其內(nèi)周的天線元件的每一圈的長(zhǎng)度不同。從而,例如即使在內(nèi)周的一圈(天線元件)中,在其長(zhǎng)邊的一方分布正的電流波形,在其另一方分布負(fù)的電流波形,在線路長(zhǎng)度與該內(nèi)周的天線元件不同的外周的一圈(天線元件)中,在其長(zhǎng)邊的線路的中途產(chǎn)生相位翻轉(zhuǎn),極大地降低其收發(fā)效率。從而,為了減少每一圈的長(zhǎng)度的差別,通過(guò)使天線元件(構(gòu)成該元件的導(dǎo)體線路)的相互鄰接的一對(duì)間距(配置間隔)微細(xì),抑制這種電流分布的偏移,抑制收發(fā)效率的降低。
根據(jù)以上的考察,本發(fā)明在非接觸卡或者標(biāo)簽(RFID)中具備而且起到在它們與讀寫(xiě)器那樣的外部裝置之間的電力傳輸或者通信作用的信號(hào)處理電路中,設(shè)置方形螺旋天線(Rectangular SpiralAntenna),由此至少進(jìn)行兩個(gè)載波頻率的通信。在該信號(hào)處理電路中,設(shè)置包括RF電路的IC或者與兩個(gè)載波頻率的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電路元件,通過(guò)上述方形螺旋天線接收來(lái)自上述外部裝置的電力供給,或者與其進(jìn)行信息的發(fā)送和接收。
方形螺旋天線從其外周向內(nèi)側(cè),由于順序(例如在同軸上)配置構(gòu)成具有折返偶極子構(gòu)造的多個(gè)導(dǎo)體線路,因此最好設(shè)定導(dǎo)體線路間的長(zhǎng)度差以便確保作為偶極子天線的作用。從而,當(dāng)把與兩個(gè)載波頻率f1、f2(其中,f<f2)的頻率f1相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)設(shè)為λ1,把與頻率f2相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)設(shè)為λ2(λ1>λ2),把方形螺旋天線的位于最外周的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度(也稱為長(zhǎng)邊的外徑)設(shè)為L(zhǎng)xo,把其短邊的長(zhǎng)度(也稱為短邊的外徑)設(shè)為L(zhǎng)yo,把位于最內(nèi)周的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度(也稱為長(zhǎng)邊的內(nèi)徑)設(shè)為L(zhǎng)xi,把其短邊的長(zhǎng)度(也稱為短邊的內(nèi)徑)設(shè)為L(zhǎng)yi時(shí),最好滿足“2×(Lxi+Lyi)<λ2<2×(Lxo+Lyo)”的關(guān)系。另外,把方形螺旋天線用作為環(huán)天線,由此,在進(jìn)行對(duì)于波長(zhǎng)λ1的載波的信號(hào)處理電路的電力傳輸、信息發(fā)送或接收的方面,方形螺旋天線的線路長(zhǎng)度L最好滿足“L<<λ1”的關(guān)系。
當(dāng)上述方形螺旋天線具有相對(duì)的第1長(zhǎng)邊及第2長(zhǎng)邊,以及相對(duì)的第1短邊及第2短邊時(shí),上述導(dǎo)體線路從位于該第1長(zhǎng)邊的一端,順序經(jīng)過(guò)第1長(zhǎng)邊、第1短邊、第2長(zhǎng)邊以及第2短邊延伸,到達(dá)位于第1長(zhǎng)邊的另一端。多條導(dǎo)體線路在其鄰接的一對(duì)線路的每一條中,其一個(gè)的上述另一端和另一個(gè)的上述一端在上述第1長(zhǎng)邊接合描繪出螺旋,其總長(zhǎng)(例如,構(gòu)成方形螺旋天線的N條導(dǎo)體線路長(zhǎng)度的總和)成為方形螺旋天線的線路長(zhǎng)L。鄰接的一對(duì)導(dǎo)體線路在第1長(zhǎng)邊中以PL1,在第1短邊中以PS1,在第2長(zhǎng)邊中以PL2,在第2短邊中以PS2的間隔離開(kāi)時(shí),在雙方的線路長(zhǎng)中,產(chǎn)生2×(PL1+PS1+PL2+PS2)的差。構(gòu)成方形螺旋天線的多條導(dǎo)體線路的相互鄰接的一對(duì)(如果是N條導(dǎo)體線路則是(N-1)對(duì))線路的每一條中的線路長(zhǎng)的差的總和最好小于λ2/2,一對(duì)導(dǎo)體線路的每一條在上述4條邊中以間隔P均勻離開(kāi)的情況下,該總和成為“(N-1)×8P<λ2/2”。
本發(fā)明的信號(hào)處理電路以及具備該電路的非接觸IC卡以及IC標(biāo)簽的進(jìn)一步的特征將在用于實(shí)施的最佳形態(tài)中詳細(xì)敘述。
如果依據(jù)本發(fā)明,則與在以往的RFID系統(tǒng)使用的天線相比較,通過(guò)使一個(gè)天線至少具有大于等于兩個(gè)可使用的頻帶,小型而且廉價(jià)地提供能夠與多種系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的非接觸IC卡或者標(biāo)簽。


圖1是表示具備本發(fā)明的兩波長(zhǎng)頻帶天線(Dual Band Antenna)的信號(hào)處理電路的電路圖。
圖2是表示在圖1所示的天線的線路上的低頻(ex.HF)頻帶的電流分布的模式圖。
圖3是表示在圖1所示的天線的線路上的高頻(ex.UHF)頻帶的電流分布的模式圖。
圖4是適用了具備圖1所示的天線的信號(hào)處理電路的本發(fā)明的非接觸IC卡的說(shuō)明圖。
圖5是使用了具備圖1所示的天線的信號(hào)處理電路的本發(fā)明的標(biāo)簽(RFID標(biāo)簽)的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
以下,說(shuō)明在本發(fā)明的信號(hào)處理電路以及具備該電路的非接觸IC卡及IC標(biāo)簽中優(yōu)選的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1表示本發(fā)明的以能夠在兩個(gè)頻帶使用為特征的天線101。
該天線做成螺旋形,在兩個(gè)載波頻率的頻帶具有有效的增益。如果把該兩個(gè)載波頻率分別記為f1、f2(f1<f2),則與其各個(gè)頻率相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ1、λ2(λ1>λ2)與天線的線路長(zhǎng)L以及圈數(shù)N(N是大于等于2的整數(shù))的關(guān)系用以下的公式表示。
數(shù)1L<<λ1 ......(1)數(shù)2L≈Nλ2 ......(2)首先,關(guān)于該f1,由于根據(jù)式(1),天線的線路長(zhǎng)對(duì)于載波的波長(zhǎng)充分短,因此如圖2所示,天線線路上的電流分布110幾乎均勻。這時(shí),沿著構(gòu)成天線101的布線(導(dǎo)體線路)流過(guò)電流111,由此,由天線101的環(huán)所形成的開(kāi)口部分發(fā)生磁場(chǎng)H(磁力線112)。由此,通過(guò)在讀取裝置R/W(讀出器/寫(xiě)入器,未圖示)中設(shè)置的螺旋天線與天線101之間發(fā)生的互感,進(jìn)行電力傳輸或者通信信號(hào)的存取(收發(fā))。
另一方面,關(guān)于f2,由于根據(jù)式(2),螺旋形天線101的每一圈的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)相當(dāng),因此如圖3所示,天線布線上的電流分布113在中途翻轉(zhuǎn)相位。這時(shí),通過(guò)把IC(集成電路元件)102設(shè)置在天線的長(zhǎng)邊方向的中心附近,上述電流分布在長(zhǎng)邊方向的一條邊上表現(xiàn)正的相位113a,在另一方表現(xiàn)負(fù)的相位113b。如果把電流波形113視為正弦波,則在長(zhǎng)邊方向的一條邊上出現(xiàn)從第1象限到第2象限的波形,在其另一條邊上出現(xiàn)從第3象限到第4象限的波形,判斷為相位相互反相。這時(shí),正相位的電流分布113a在電流朝向的接線方向發(fā)生電場(chǎng)E(以下,把電力線114改稱為電場(chǎng)),而負(fù)相位的電流分布113b在與電流朝向相反方向的接線方向發(fā)生電場(chǎng)114。發(fā)生這些電場(chǎng)114或者由該電場(chǎng)114感應(yīng)的電流111流過(guò)布線(導(dǎo)體線路)的方向由于在其長(zhǎng)邊方向的一條邊和另一條邊中是相反方向,因此分別產(chǎn)生的電場(chǎng)114成為同相,相互增強(qiáng)。由此,螺旋形天線101也具有作為偶極子天線的有效的增益。這一點(diǎn)基本上與折返偶極天線同樣發(fā)生。但是,為了用順序(例如,在圖1那樣的同軸上)配置而且連接具有這種構(gòu)造(折返偶極子構(gòu)造)的多條導(dǎo)體線路制作成螺旋形的天線實(shí)現(xiàn)上述的作用,必須克服該多條導(dǎo)體線路的長(zhǎng)度針對(duì)每一圈是不同的這樣的課題。這是在如圖1所示那樣相互不交差地配置構(gòu)成螺旋形天線101的多條導(dǎo)體線路方面必然產(chǎn)生的課題,為了解決該課題,需要考察以下的條件。
(A)最外周的布線具有與載波的波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)度的情況在順序連接具有圖1所示的折返偶極子構(gòu)造的N條(這里N=3)導(dǎo)體線路構(gòu)成的方形螺旋天線101中,把位于其最外周的布線(導(dǎo)體線路)的長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度(天線長(zhǎng)邊方向外徑)105記為L(zhǎng)xo,把短邊的長(zhǎng)度(天線短邊方向外徑)103記為L(zhǎng)yo。另外,把導(dǎo)體線路的鄰接一對(duì)線路離開(kāi)的距離(天線布線的間隔)107在其長(zhǎng)邊方向以及短邊方向的每一個(gè)中都記為p。這時(shí),位于方形螺旋天線101的最外周的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)度L1成為“L1=2×(Lxo+Lyo)”,從最該外周起位于第n圈的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)度(線路長(zhǎng))Ln成為“Ln=2×(Lxo+Lyo-8np)”。
當(dāng)方形螺旋天線101作為偶極天線發(fā)揮功能時(shí),在其長(zhǎng)邊接收或者發(fā)送波長(zhǎng)λ的載波。這里論及的條件表現(xiàn)為“L1=λ”,方形螺旋天線101的長(zhǎng)邊即使在成為最長(zhǎng)的位于最外周的導(dǎo)體線路中也不滿λ/2。
這里,在沿著導(dǎo)體線路的長(zhǎng)邊方向延伸部分的中央(錯(cuò)開(kāi)了一半的位置)處,如果其電流分布113產(chǎn)生相位翻轉(zhuǎn),則該部分在作為偶極天線的載波發(fā)射方面沒(méi)有貢獻(xiàn),如果偏移得更多,則使發(fā)射效率降低。從而,使得在沿著其短邊方向延伸的部分中引起構(gòu)成方形螺旋天線101的導(dǎo)體線路中的電流分布113的相位翻轉(zhuǎn)。
為此,方形螺旋天線101的圈數(shù)N(導(dǎo)體線路的數(shù)量)與其每一圈(導(dǎo)體線路)隔開(kāi)的間隔最好滿足以下的公式。
數(shù)3Σn=1N8np<λ2---(3)]]>通過(guò)滿足該關(guān)系,按照在允許每一條中的電流分布113的相位翻轉(zhuǎn)的范圍抑制沿著位于最外周的導(dǎo)體線路和位于最內(nèi)周的導(dǎo)體線路的每一條中的長(zhǎng)邊方向延伸的部分的位置以及長(zhǎng)度,或者,在沿著各個(gè)短邊方向延伸的部分中引起相位翻轉(zhuǎn),確保方形螺旋天線101作為偶極天線的功能。上述式(3)的關(guān)系在圖1所示的方形螺旋天線中也近似地記為“(N-1)×8p<λ/2”。另外,天線長(zhǎng)邊方向外徑Lxo也可以大于λ/4,天線短邊方向外徑Lyo也可以小于λ/4。
(B)最內(nèi)周的布線具有與載波的波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)度的情況在圖1所示的方形螺旋天線101中,把位于其最內(nèi)周的布線(導(dǎo)體線路)的長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度(天線長(zhǎng)邊方向內(nèi)徑)106記為L(zhǎng)xi,把短邊的長(zhǎng)度(天線短邊方向內(nèi)徑)104記為L(zhǎng)yi時(shí),位于其最內(nèi)周的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)度L2成為“L2=2×(Lxi+Lyi)”,從該內(nèi)周到位于第n圈的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)度(線路長(zhǎng))Ln成為“Ln=2×(Lxi+Lyi+8np)”。方形螺旋天線101作為偶極天線,在其長(zhǎng)邊接收或者發(fā)送波長(zhǎng)λ的載波。在此論及的條件由于成為“L2=λ”,因此方形螺旋天線101的長(zhǎng)邊雖然在位于最內(nèi)周的導(dǎo)體線路中不滿λ/2,但是在位于比其外周一側(cè)的導(dǎo)體線路中不否認(rèn)有可能超過(guò)λ/2。
因此,與情況B相同,方形螺旋天線101的圈數(shù)N與每一圈隔開(kāi)的間隔最好滿足式(3)。另外,與位于最內(nèi)周的導(dǎo)體線路鄰接的其它導(dǎo)體線路(從該內(nèi)周到位于第1圈的導(dǎo)體線路)的長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度最好小于λ/2。
(C)從方形螺旋天線向IC的饋電點(diǎn)從方形螺旋天線向IC的饋電點(diǎn)最好設(shè)置在位于其最外周的導(dǎo)體線路的端部,進(jìn)而,最好在該位置設(shè)置位于其最內(nèi)周的導(dǎo)體線路的端部。該饋電點(diǎn)可以設(shè)置在方形螺旋天線的長(zhǎng)邊方向的長(zhǎng)度(例如,圖1所示的天線長(zhǎng)邊方向外徑Lxo)的中點(diǎn),但也可以從該中點(diǎn)沿著長(zhǎng)邊方向偏移一些。對(duì)于方形螺旋天線的長(zhǎng)邊方向的中心(中點(diǎn))的IC搭載位置(饋電點(diǎn))的偏移109的值dx例如允許小于等于“∑8np|n=1~N”的范圍。另外,在圖1所示的方形螺旋天線中,能夠規(guī)定為近似地小于等于“(N-1)×8p”。
成為饋電點(diǎn)的位置,換句話講,由于位于最外周的導(dǎo)體線路沿著其長(zhǎng)邊方向延長(zhǎng)的一條邊為末端的位置(或者其附近),因此影響沿著該導(dǎo)體線路的長(zhǎng)邊方向產(chǎn)生的電流波形。然而,通過(guò)把饋電點(diǎn)位置設(shè)置在該長(zhǎng)邊方向的中點(diǎn)或者從中點(diǎn)離開(kāi)規(guī)定距離的范圍內(nèi),對(duì)于電流的影響抑制為可以忽視的程度。這里記載的所謂規(guī)定距離的范圍內(nèi),也可以是把形成方形螺旋天線的平面中的「位于最外周的導(dǎo)體線路與位于最內(nèi)周的導(dǎo)體線路的位置偏移」的最大值作為上限的范圍。
鑒于上述的(A)以及(B)的各情況,則在體現(xiàn)本發(fā)明的信號(hào)處理電路時(shí),作為方形螺旋天線的設(shè)計(jì)指導(dǎo),推薦滿足以下的條件。
2×(Lxi+Lyi)<λ2<2×(Lxo+Lyo) ......(4)另外,從在方形螺旋天線的長(zhǎng)邊方向防止電流的相位翻轉(zhuǎn)的觀點(diǎn)出發(fā),最好使天線長(zhǎng)邊方向內(nèi)徑Lxi小于λ/2。
應(yīng)用例作為以上所說(shuō)明的本發(fā)明的信號(hào)處理電路的應(yīng)用例,敘述圖4所示的非接觸IC卡,圖5所示的標(biāo)簽(IC標(biāo)簽)。
如上所述,本發(fā)明的信號(hào)處理電路具備包括RF電路的IC和平面線圈即方形螺旋天線,該方形螺旋天線具有至少進(jìn)行利用兩個(gè)載波頻率的通信的突出特征。在應(yīng)用了該特征的非接觸IC卡或者標(biāo)簽的任一個(gè)中,兩個(gè)載波頻率的一個(gè)處在HF頻帶(一般是3~30MHz的頻帶,普及利用13.56MHz),另一個(gè)位于UHF頻帶(一般是300~3000MHz的頻帶,作為例外也包括5.8GHz)。從而,后者的載波頻率大于等于前者頻率的100倍。
方形螺旋天線101作為環(huán)天線通過(guò)HF頻帶的載波(以下,稱為第1頻率的載波),向信號(hào)處理電路具備的IC(集成電路)102供給來(lái)自外部裝置的電力,取入信息,或者把來(lái)自IC102的信息發(fā)送到外部裝置。另外,方形螺旋天線101作為偶極天線,通過(guò)UHF頻帶的載波(以下,記為第2頻率的載波),向信號(hào)處理電路中具備的IC(集成電路)102供給來(lái)自外部裝置的電力,取入信息,或者把來(lái)自IC102的信息傳送到外部裝置。如果把第1頻率取為在作為非接觸卡或者標(biāo)簽已知的RFID中廣泛使用的13.56MHz,則與此相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)成為大約22m。而如果把第2頻率設(shè)定在860~960MHz的頻帶,則其波長(zhǎng)為30~35cm的范圍,如果設(shè)定為2.45GHz,則其波長(zhǎng)成為大約12cm。在關(guān)于方形螺旋天線的形狀的上述考察時(shí),形成串聯(lián)連接5條平均長(zhǎng)度33cm的導(dǎo)體線路形成方形螺旋天線101,制作接收第1頻率13.56MHz的載波和比該第1頻率高的第2頻率860MHz的載波的信號(hào)處理電路時(shí),方形螺旋天線101的線路長(zhǎng)L成為165cm,比第1頻率的波長(zhǎng)短。另外,如果使方形螺旋天線101的最外周的導(dǎo)體線路的長(zhǎng)邊L為12.5cm,短邊為4.5cm,則與比第1頻率的波長(zhǎng)短的第2頻率的波長(zhǎng)(大約35cm)相對(duì)應(yīng)的電流的相位在該長(zhǎng)邊翻轉(zhuǎn)的概率也降低。在接收第1頻率13.56MHz的載波和第2頻率2.45GHz的載波的信號(hào)處理電路中,方形螺旋天線101更小,收入到信用卡中。
在圖4(a)中表示作為具備接收第1頻率13.56MHz的載波和第2頻率2.45GHz的載波的信號(hào)處理電路的非接觸IC卡200所形成的信用卡的概略圖。在圖4(a)中,如果把方形螺旋天線101的下邊記為第1邊,把左邊記為第2邊(與第1邊交差并且比第1邊短),把上邊記為第3邊(與第1邊相對(duì)并且與第2邊交差,并且比第2邊長(zhǎng)),把右邊記為第4邊(與第2邊相對(duì),并且與第1邊以及第3邊交差,并且比第1邊以及第3邊短),則該方形螺旋天線101串聯(lián)連接并形成其兩端(第1端部和第2端部)位于第1邊,而且與該兩端的一方(第1端部)相比較,另一方(第2端部)位于方形螺旋天線101的內(nèi)周一側(cè)的3條導(dǎo)體線路1a~1c。導(dǎo)體線路1a~1c的每一條從其第1端部起,順序經(jīng)過(guò)上述方形螺旋天線101的第2邊、第3邊以及第4邊延伸,返回到第1邊,在其第2端部終止。位于最外周的導(dǎo)體線路1a的第1端部成為連接到IC(這里是102a、102b)的饋電點(diǎn)121的一個(gè),該第2端部連接到與其鄰接的導(dǎo)體線路1b的第1端部。從外周起位于第1圈的導(dǎo)體線路1b的第2端連接到與其鄰接的導(dǎo)體線路1c的第1端部。位于最內(nèi)周的導(dǎo)體線路1c的第2端部成為上述饋電點(diǎn)121的另一個(gè)。這些導(dǎo)體線路1a~1c一起印刷到成為非接觸IC卡的基體材料201的樹(shù)脂基板上,而也可以把印刷了導(dǎo)體線路1a~1c的樹(shù)脂膜粘貼到基體材料201的主面上。
在圖4(a)所示的非接觸IC卡中,不是使搭載在其中的集成電路元件如圖1所示的IC那樣分別響應(yīng)第1頻率以及第2頻率的載波的混合型,而是分為響應(yīng)第1頻率的第1集成電路102a和響應(yīng)第2頻率的第2集成電路102b。另外,為了防止由第1頻率的載波引起的第2集成電路102b的誤動(dòng)作,或者由第2頻率的載波引起的第1集成電路102a的誤動(dòng)作,在饋電點(diǎn)121、第1集成電路102a以及第2集成電路102b之間設(shè)置分波電路120。
圖4(b)是表示分波電路120的一個(gè)例子的概略圖。分波電路120作為在由鈮酸鋰(LiNbO3)等壓電性材料構(gòu)成的基體材料130的主面上形成了梳形的電極123a~123c、124a~124c的2個(gè)表面彈性波(Surface Acoustic Wave,SAW)器件的諧振器而形成,各個(gè)輸入電極123a、124a連接到從導(dǎo)體線路1a上連接的饋電點(diǎn)121a以及導(dǎo)體線路1c上連接的饋電點(diǎn)121b延伸的饋電線122。具備梳形電極123a~123c的SAW諧振器起到使第1頻率的信號(hào)通過(guò)輸出電極123b而不使第2頻率的信號(hào)通過(guò)的帶通濾波器(低通濾波器)123的作用,具備梳形電極124a~124c的SAW諧振器起到使第2頻率的信號(hào)通過(guò)輸出電極124b而不使第1頻率通過(guò)的信號(hào)的帶通濾波器(高通濾波器)124的作用。因此,與在帶通濾波器123上設(shè)置的梳形電極123a~123c的間隔相比較,在帶通濾波器124上設(shè)置的梳形電極124a~124c的間隔反映所通過(guò)的信號(hào)的波長(zhǎng)而狹窄。帶通濾波器123的輸出電極123b連接到第1集成電路102a,帶通濾波器124的輸出電極124b連接到第2集成電路102b。
在圖4(b)中,由圖4(a)所示的導(dǎo)體線路1a~1c構(gòu)成的方形螺旋天線101為了作圖上的方便,簡(jiǎn)略描繪為一條導(dǎo)體線路1。形成了分波電路120的基體材料130埋入到在成為非接觸IC卡的基體材料201的樹(shù)脂基板上形成的凹槽中,用黑色的四方塊表示的2個(gè)饋電點(diǎn)121a、121b連接到形成在基體材料103上的饋電線122。
圖4(c)表示使用了把圖4(a)所示的第1集成電路102a和第2集成電路102b做成一體的集成電路元件102的非接觸IC卡的概略圖,在饋電點(diǎn)121與集成電路元件102之間設(shè)置分波電路120。在集成電路元件120的下面(安裝面)上,設(shè)置接收第1頻率的信號(hào)的電極120a和接收第2頻率的信號(hào)的電極120b,通過(guò)面朝下安裝到基體材料130上,電極120a連接到帶通濾波器123的輸出電極123b,電極120b連接到帶通濾波器124的輸出電極124b。
在圖5(a)中,表示具備接收第1頻率13.56MHz的載波和第2頻率900MHz的載波的信號(hào)處理電路的標(biāo)簽(IC標(biāo)簽)300的概略圖。該標(biāo)簽形成在由環(huán)氧樹(shù)脂或者聚對(duì)苯二甲酸乙二脂(PET)等構(gòu)成的可撓性基體材料301上,以便粘貼到包裹等發(fā)送物上,方形螺旋天線101印刷在例如該基體材料301的主面上。方形螺旋天線101串聯(lián)連接2條導(dǎo)體線路1a、1b,鑒于通過(guò)它們收發(fā)的第2頻率的載波為33cm,形成為滿足其天線長(zhǎng)邊的長(zhǎng)邊方向外徑(圖1所示的長(zhǎng)度Lxo)小于等于16.6cm(不滿載波波長(zhǎng)的1/2),天線長(zhǎng)邊方向內(nèi)徑(圖1所示的長(zhǎng)度Lxi)大于等于8.4cm(超過(guò)載波波長(zhǎng)的1/4),天線短邊方向外徑(圖1所示的長(zhǎng)度Lyo)小于等于8.3cm(不滿載波波長(zhǎng)的1/4)。對(duì)于第2頻率的載波波長(zhǎng)λ2,方形螺旋天線101的總長(zhǎng)由于小于N×{(2×λ2/2)+(2×λ2/4)}=3Nλ2/2(其中,N是導(dǎo)體線路的數(shù)量)的值,因此像微帶線那樣使天線布線寬度108(參照?qǐng)D1,導(dǎo)體線路的寬度w)狹窄,N只要不是大于等于44條,則就對(duì)于具有波長(zhǎng)22.1m的第1頻率的載波的收發(fā)不帶來(lái)妨礙。
在圖5(a)所示的標(biāo)簽中,也與圖4(a)所示的非接觸IC卡相同,搭載響應(yīng)第1頻率的第1集成電路102a和響應(yīng)第2頻率的第2集成電路102b,在這些集成電路102a、102b與設(shè)置在螺旋天線101兩端的饋電點(diǎn)121之間,設(shè)置形成在基體材料103上的分波電路。
圖5(b)表示設(shè)置在圖5(a)所示的標(biāo)簽中的分波電路120的電路的一個(gè)例子,圖5(c)表示該標(biāo)簽的剖面并包含分波電路120的一部分。在圖5(b)中,作為一條導(dǎo)體線路1描繪圖5(a)所示的由導(dǎo)體線路1a、1b構(gòu)成的方形螺旋天線101。圖5(b)所示接地電位的符號(hào)指的是標(biāo)簽電路中的「基準(zhǔn)電位」,描繪成與其連接的元件也可以不接地。與從設(shè)置在方形螺旋天線101的最外周的一端上的饋電點(diǎn)121a向分波電路120延伸的饋電線122相比較,從設(shè)置在最內(nèi)周面的另一端上的饋電點(diǎn)121b向分波電路120延伸的饋電線122中,設(shè)置肖特基勢(shì)壘二極管122a或者電容122b。肖特基勢(shì)壘二極管122a表示解調(diào)由標(biāo)簽接收的信號(hào)或者調(diào)制從標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)的功能。
圖5(b)所示的分波電路120具備與響應(yīng)第1頻率的第1集成電路102a上連接的帶通濾波器123和響應(yīng)第2頻率的第2集成電路102b上連接的帶通濾波器124。帶通濾波器123具備具有電感123d以及電容123e的諧振電路,起到通過(guò)第1頻率的信號(hào)并且阻斷第2頻率的信號(hào)的低通濾波器的作用。帶通濾波器124具備具有電容124d、124e以及電感124f的諧振電路,起到通過(guò)第2頻率的信號(hào)并且阻斷第1頻率的信號(hào)的高通濾波器的作用。
分波電路120的電感123d、124f以及電容123e、124d、124e如圖5(c)所示的電感123d那樣,把構(gòu)成其各個(gè)元件導(dǎo)體層形成在基體材料130上。為了提高標(biāo)簽的可撓性,基體材料130與標(biāo)簽的基體材料301相同,可以用環(huán)氧樹(shù)脂或者聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET)等膜形成,也可以用比其更易于撓動(dòng)的材料的膜形成。圖5(c)所示的電感123d把在基體材料130的兩個(gè)主面上印刷的導(dǎo)體層131(涂黑表示)通過(guò)形成在該基體材料130上的通孔電連接,形成線圈形。導(dǎo)體層131的一個(gè)電連接到第1集成電路102a上形成的電極(焊盤(pán))126上,在帶通濾波器123與第1集成電路102a之間形成信號(hào)路徑。另外,第1集成電路102a的電極126用「空白」示出的一方表示在集成電路與分波電路120的信號(hào)收發(fā)中沒(méi)有貢獻(xiàn)的虛設(shè)的焊盤(pán)。
在基體材料130上,還形成構(gòu)成設(shè)置在饋電線122上的電容122b的導(dǎo)體層,在該主面的一方(與基體材料301的結(jié)合面相反的一側(cè))上實(shí)際安裝肖特基勢(shì)壘二極管122a。作為分別貫通基體材料301以及基體材料130的通孔形成從饋電點(diǎn)121a、121b延伸的饋電線122。用保護(hù)膜302覆蓋形成基體材料301的方形螺旋天線101的主面,在該保護(hù)膜302的上面涂覆用于把標(biāo)簽粘貼到小包等上的粘接劑(未圖示)。
在以上說(shuō)明的本發(fā)明的信號(hào)處理電路、使用了該電路的非接觸IC卡以及標(biāo)簽(RFID)中的任一個(gè),由于都能夠用其所具備的一個(gè)天線收發(fā)頻帶相互不同的多個(gè)載波,因此促進(jìn)其小型化或者降低制造成本。另外,由于不需要在一個(gè)電路(裝置)上設(shè)置多個(gè)天線,因此也沒(méi)有天線之間干擾的擔(dān)心。從而,顧及把RFID的輸出的上限抑制為很低的HF頻帶的載波和提高來(lái)自RFID的輸出的UHF頻帶的載波所構(gòu)筑的RFID系統(tǒng)能夠用具備一個(gè)天線的RFID實(shí)用化。換句話講,能夠使該系統(tǒng)使用者不必持有多片RFID(非接觸IC卡以及/或者標(biāo)簽),另外不必新制作搭載了多個(gè)天線的RFID,就能夠?qū)嶋H使用該系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)處理電路,其特征在于,包括具備RF電路的IC和作為平面線圈的方形螺旋天線,至少進(jìn)行2個(gè)載波頻率的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路,其特征在于當(dāng)把上述2個(gè)載波頻率設(shè)為f1、f2(其中,f1<f2),把與該載波頻率f1相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)設(shè)為λ1,把與該載波頻率f2相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)設(shè)為λ2(λ>λ2)時(shí),上述方形螺旋天線的線路長(zhǎng)L是L<<λ1,該方形螺旋天線的長(zhǎng)邊的外徑Lxo、內(nèi)徑Lxi,以及短邊的外徑Lyo、內(nèi)徑Lyi滿足2×(Lxi+Lyi)<λ2<2×(Lxo+Lyo)的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的信號(hào)處理電路,其特征在于上述IC連接到設(shè)置在上述方形螺旋天線的長(zhǎng)邊上的饋電點(diǎn),該饋電點(diǎn)位于該長(zhǎng)邊的中心或者其附近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路,其特征在于上述方形螺旋天線具有相對(duì)的第1長(zhǎng)邊及第2長(zhǎng)邊,以及相對(duì)的第1短邊及第2短邊,從該第1長(zhǎng)邊經(jīng)過(guò)該第1短邊、該第2長(zhǎng)邊以及該第2短邊,順序連接并形成到達(dá)該第1長(zhǎng)邊的N條導(dǎo)體線路,該N條導(dǎo)體線路配置成使該方形螺旋天線的外周一側(cè)的一條導(dǎo)體線路與另一條導(dǎo)體線路相距間隔P并且相互不交差,所述另一條導(dǎo)體線路在該一條導(dǎo)體線路的內(nèi)周一側(cè)并與該一條導(dǎo)體線路鄰接,而且所述另一條導(dǎo)體線路的第1長(zhǎng)邊與該一條導(dǎo)體線路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號(hào)處理電路,其特征在于上述IC在上述方形螺旋天線的上述第1長(zhǎng)邊上,與配置在上述方形螺旋天線的最外周的上述N條導(dǎo)體線路中的一條線路上設(shè)置的饋電點(diǎn)相連接,該饋電點(diǎn)形成在該第1長(zhǎng)邊中的該一條導(dǎo)體線路的中點(diǎn)或者從該中點(diǎn)沿著該第1長(zhǎng)邊,離開(kāi)小于等于∑8np|n=1~N的距離的位置上。
6.一種非接觸IC卡,其特征在于,包括基體材料,配置了權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路。
7.一種標(biāo)簽,其特征在于,包括權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路。
8.一種信號(hào)處理電路,其特征在于,包括第1電路元件,響應(yīng)以第1頻率的載波所傳輸?shù)牡?信號(hào);第2電路元件,響應(yīng)以比上述第1頻率高的第2頻率的載波所傳輸?shù)牡?信號(hào);以及方形螺旋天線,形成在由相互相對(duì)的第1邊及第2邊,以及相互相對(duì)而且比該第1邊及該第2邊的每一條都短的第3邊及第4邊構(gòu)成的面上,上述方形螺旋天線在上述面內(nèi)從上述第1邊的一端順序經(jīng)過(guò)上述第3邊、上述第2邊以及上述第4邊,分別到達(dá)該第1邊的另一端,而且分別連接相互不交差的N條導(dǎo)體線路的相互鄰接的一對(duì)線路中的一個(gè)的另一端和另一個(gè)的一端,上述第1電路元件以及上述第2電路元件連接到設(shè)置在上述N條導(dǎo)體線路的上述面的最外周的一條線路的上述一端上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號(hào)處理電路,其特征在于當(dāng)把上述第1頻率的載波的波長(zhǎng)設(shè)為λ1,以及把上述第2頻率的載波的波長(zhǎng)設(shè)為λ2(其中,λ1>λ2)時(shí),串聯(lián)連接上述N條導(dǎo)體線路構(gòu)成的上述方形螺旋天線的長(zhǎng)度比該λ1短,該λ2比從設(shè)置在該N條導(dǎo)體線路的上述面的最外周的一條線路的上述一端到上述另一端的長(zhǎng)度短,而且比從設(shè)置在該N條導(dǎo)體線路的該面的最內(nèi)周的另外一條線路的上述一端到上述另一端的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號(hào)處理電路,其特征在于當(dāng)把在上述N條導(dǎo)體線路的上述面的最外周所設(shè)置的一條線路的上述第2邊的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)xo,把在該面的最內(nèi)周所設(shè)置的另外一條線路的上述第2邊的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)xi時(shí),對(duì)于上述波長(zhǎng)λ2,該Lxo大于λ2/4,而且該Lxi小于λ2/2。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的信號(hào)處理電路,其特征在于當(dāng)把在上述N條導(dǎo)體線路的上述面的最外周所設(shè)置的一條線路的上述第3邊或者上述第4邊的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)yo時(shí),對(duì)于上述波長(zhǎng)λ2,該Lyo小于λ2/4。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路,其特征在于設(shè)置在上述面的最外周的上述一條導(dǎo)體線路的上述一端與上述第1電路元件經(jīng)由使上述第1頻率的載波通過(guò)并且阻斷上述第2頻率的載波的第1濾波器元件而連接,而且,該一條導(dǎo)體線路的該一端與該第2電路元件經(jīng)由使該第2頻率的載波通過(guò)并且阻斷該第1頻率的載波的第2濾波器元件而連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路,其特征在于設(shè)置在上述面的最外周的上述一條導(dǎo)體線路的上述一端與上述第1電路元件經(jīng)由使上述第1頻率的載波通過(guò)而且阻斷上述第2頻率的載波的第1濾波器元件而連接,而且該一條導(dǎo)體線路的該一端與該第2電路元件經(jīng)由使該第2頻率的載波通過(guò)而且阻斷該第1頻率的載波的第2濾波器元件而連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路,其特征在于上述第1頻率是HF帶的頻帶,而且上述第2頻率是UHF帶的頻帶。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號(hào)處理電路,其特征在于上述第2頻率大于等于上述第1頻率的100倍。
全文摘要
本發(fā)明提供在進(jìn)行基于RFID的信號(hào)收發(fā),使用把輸出的上限抑制為很低的HF頻帶和提高輸出的UHF頻帶這樣的多個(gè)頻帶的RFID系統(tǒng)的構(gòu)筑中,用一個(gè)天線能夠進(jìn)行多個(gè)頻帶的功率或者信號(hào)收發(fā)的RFID,把在HF頻帶的載波的收發(fā)中使用的方形螺旋天線的長(zhǎng)邊方向限制為適于UHF頻帶的載波的收發(fā)中使用的長(zhǎng)度,根據(jù)UHF頻帶的載波在方形螺旋天線中產(chǎn)生的電流波形中,在其長(zhǎng)邊的一方中發(fā)生正的駐波,而且在該長(zhǎng)邊的另一方(與一方的長(zhǎng)邊相對(duì))中發(fā)生負(fù)的駐波,另外,規(guī)定該長(zhǎng)邊和短邊的長(zhǎng)度,或者構(gòu)成它們的繞線的間隔以及設(shè)置在它們上的集成電路元件(IC)的饋電點(diǎn)的位置,使得該電流波形在方形螺旋天線的長(zhǎng)邊中不引起相位翻轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)G06K19/077GK1855131SQ200610077249
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者上坂晃一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所
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