CN102301528B - 天线及无线ic器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与无线IC之间的能量传递效率高的无线IC器件用的天线、以及具有该天线的无线IC器件。天线(30)包括线圈图案(31)、及形成于该线圈图案(31)的两端部且彼此相向配置的螺旋状的耦合用图案(32a)、(32b)。在耦合用图案(32a)上装载耦合模块(20)，该耦合模块(20)包括无线IC芯片(21)、和具有与该无线IC芯片(21)进行耦合的供电电路的供电电路基板(25)，从而构成无线IC器件(1A)。线圈图案(31)为开放型，耦合用图案(32a)、(32b)相靠近，整体形成一个LC谐振器，使能量集中于耦合用图案(32a)、(32b)，提高了天线(30)与无线IC芯片(21)之间的能量传递效率。

Description

天线及无线IC器件
技术领域
本发明涉及天线及无线IC器件，特别涉及用于RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)***的无线IC器件用天线及具有该天线的无线IC器件。 
背景技术
一直以来，作为物品的管理***，在开发一种使产生电磁波的读写器与贴在物品或容器等上的储存了规定信息的无线IC(也称为IC标签、无线IC器件等)以非接触的方式进行通信，从而传送信息的RFID***。无线IC通过与天线(发射板)耦合，能与读写器进行通信。 
作为这种无线IC，在专利文献1中，如图14所示，记载了使ID模块100的线圈L11与线圈模块110的线圈L12进行耦合，且设定成在规定频率下进行谐振的无线IC。ID模块100使一次线圈L11和电容器C11并联谐振。线圈模块110将两个线圈L12、L13的两端彼此电连接从而构成为闭合环路，在两个线圈L12、L13之间利用电流来传递能量。即，由与一次线圈L11耦合的线圈L12所产生的电流通过线圈L13，从而发射磁场。 
然而，若为了提高来自读写器的接收磁场能量，而增大发射用线圈L13的电感值，并减小耦合线圈L12的电感值，则线圈L12两端的电压变小。因此，在两个线圈L12、L13之间流过的电流的量减少，无法从IC传递足够的能量给发射用线圈L13，存在通信距离缩短的问题。此外，若发射用线圈L13靠近读写器的天线、或靠近其他无线IC，则其电感值会因互感而发生变化，一次线圈L11的谐振频率也发生变化。其结果是，有可能无法利用读写器进行读取。 
专利文献1：日本专利特开平10-293828号公报 
发明内容
因而，本发明的目的在于提供与无线IC之间的能量传递效率高的无线IC器件用的天线、以及具有该天线的无线IC器件。 
为了实现以上目的，作为本发明的第一方式的天线的特征在于，包括： 
天线图案；以及 
与所述天线图案进行耦合且彼此相向配置的螺旋状的耦合用图案。 
作为本发明的第二方式的无线IC器件的特征在于，包括： 
天线图案； 
与所述天线图案进行耦合且彼此相向配置的螺旋状的耦合用图案；以及 
耦合模块，该耦合模块包括无线IC、和具有与该无线IC进行耦合的供电电路的供电电路基板， 
所述供电电路包含电感器， 
所述耦合模块装载在所述耦合用图案上。 
在所述天线及无线IC器件中，通过将与天线图案进行耦合的螺旋状的耦合用图案彼此相向配置，形成一个LC谐振器。即，在相向配置的螺旋状的耦合用图案之间形成电容，通过该电容、和由螺旋状的耦合用图案形成的电感来产生LC谐振。该LC谐振使阻抗变得无限大，从而使能量集中于耦合用图案。其结果是，提高了天线与装载于其上的无线IC之间的能量传递效率。 
在所述天线及无线IC器件中，天线图案可以是单一的线圈状图案，也可以是彼此相向配置的两个线圈状图案，或者，也可以是具有至少一对端部并彼此相向配置的两个环状图案、且具有与该环状图案相耦合的偶极子型的发射体。特别是，若将两层天线图案相向配置，则能产生更多的磁场。而且，若两个两个配置的天线图案彼此之间、耦合用图案彼此之间进行耦合，则即使多个无线IC器件相靠近、或有人手等电介质靠近，也能抑制在图案之间产生寄生电容，防止谐振频率的变动。 
根据本发明，提高了天线与无线IC之间的传递效率，能高效地传递能量。 
附图说明
图1是表示作为实施例1的无线IC器件的剖视图。 
图2是表示作为实施例1的无线IC器件的主要部分的立体图。 
图3是将作为实施例1的无线IC器件的耦合用图案放大表示的立体图。 
图4是将装载于作为实施例1的无线IC器件的供电电路基板的层叠结构分解表示的俯视图。 
图5是表示作为实施例2的无线IC器件的主要部分的立体图。 
图6是将作为实施例2的无线IC器件的耦合用图案放大表示的俯视图。 
图7是构成实施例1的天线的等效电路图。 
图8是构成实施例2的天线的等效电路图。 
图9是表示作为实施例3的无线IC器件的俯视图。 
图10是表示设置于作为实施例3的无线IC器件的表面侧的天线图案的俯视图。 
图11是表示设置于作为实施例3的无线IC器件的背面侧的天线图案的俯视图。 
图12是将装载于作为实施例3的无线IC器件的供电电路基板的层叠结构分解表示的俯视图。 
图13是表示作为实施例3的无线IC器件的增益的曲线图。 
图14是表示现有的无线IC器件的一个示例的等效电路图。 
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明所涉及的天线及无线IC器件的实施例。另外，在各图中，对于相同的构件和部分标注公共的标号，省略其重复说明。 
(实施例1.参照图1～图4及图7) 
如图1及图2所示，作为实施例1的无线IC器件1A包括基板10、耦合模块20、及天线30。耦合模块20包括无线IC芯片21、及具有与该无线IC芯片21进行耦合的供电电路的供电电路基板25。天线30包括线圈状图案31、及形 成于该线圈状图案31的两端部且彼此相向配置的螺旋状的耦合用图案32a、32b。 
基板10由PET薄膜等电介质形成。线圈状图案31在基板10的表面像图2所示的那样形成为线圈状，在一个端部形成有螺旋状的耦合用图案32a。在基板10的背面，螺旋状的耦合用图案32b与所述耦合用图案32a相向配置，该耦合用图案32b的端部32c通过过孔导体33而与线圈状图案31的另一端部31c进行电连接。 
根据以往可知，无线IC芯片21包含时钟电路、逻辑电路、存储电路等，存储所需的信息，并设置有未图示的输入端子电极、输出端子电极、以及安装用端子电极。供电电路基板25像下面参照图4所说明的那样，是内置有包含电感器的供电电路的层叠基板，装载(粘接)在上述耦合用图案32a上。另外，作为耦合模块20，除将无线IC芯片21和供电电路基板25分开构成以外，也可以是在一个基板上将无线IC和供电电路形成为一体。 
此处，参照图4，说明内置于供电电路基板25的供电电路的一个示例。供电电路基板25是将各自形成有电极的多块片材41a～41g层叠而成，各片材41a～41g是陶瓷制的或树脂制的。 
在片材41a上，形成有电极42a～42d和过孔导体43a、43b。在片材41b～41f上，形成有电极44和过孔导体43c、43d。在片材41g上，形成有电极44。 
通过将各片材41a～41g进行层叠，各电极44通过过孔导体43d进行电连接，形成电感器。电感器的一端(片材41b上的电极44的一端44a)通过过孔导体43b而与片材41a上的电极42b相连接。电感器的另一端(片材41g上的电极44的一端44b)通过过孔导体43c、43a而与片材41a上的电极42a相连接。电感器本身的电感与电极44的线间电容在规定的谐振频率下进行谐振。 
片材41a上的电极42a、42b分别与无线IC芯片21的输入端子电极及输出端子电极相连接。片材41a上的电极42c、42d与无线IC芯片21的安装用端子电极相连接。此外，电感器与耦合用图案32a、32b进行磁耦合。 
在采用以上结构的无线IC器件1A中，由线圈状图案31接收从读写器发射来的高频信号(例如UHF频带、HF频带)，使与耦合用图案32a、32b进行磁耦合的供电电路发生谐振，仅将规定频率的接收信号提供给无线IC芯片 21。无线IC芯片21从接收信号中取出规定的能量，将该能量作为驱动源以读出所存储的信息，利用供电电路调整到规定频率之后，将该信息作为发送信号通过耦合用图案32a、32b从线圈状图案31发射，以发送给读写器。 
线圈状图案31是开放型，位于线圈状图案31两端的耦合用图案32a、32b相靠近，耦合用图案32a、32b形成LC谐振器(参照图7)。即，在相向配置的螺旋状的耦合用图案32a、32b之间形成电容C，通过该电容C、和由螺旋状的耦合用图案32a、32b形成的电感L1、L2来产生LC谐振。该LC谐振使阻抗变得无限大，从而使能量集中于耦合用图案32a、32b。其结果是，提高了天线30与装载于其上的无线IC芯片21之间的能量传递效率。此外，在俯视时，相向的两个耦合用图案32a、32b从中心部起彼此反向地卷绕，从而电流流过的方向相同，磁场的方向一致，因此，提高了耦合度。 
此外，供电电路的谐振频率实质上相当于收发信号的谐振频率。即，由谐振电路的谐振频率来决定无线IC器件1A的谐振频率。因而，能利用谐振电路的谐振频率进行通信，而与线圈状图案31的谐振频率无关，从而能将一种天线30与各种谐振频率的供电电路基板25进行组合。此外，由于谐振电路的谐振频率不会因其他影响而变化，因此，能与读写器进行稳定的通信。 
优选将线圈状图案31的谐振频率设定成高于供电电路基板25所包含的谐振电路的谐振频率。例如，在供电电路的谐振频率为13.56MHz的情况下，线圈状图案31的谐振频率设定为14MHz。由此，供电电路与线圈状图案31始终进行磁耦合。从天线30单体来看，若该谐振频率接近谐振电路的谐振频率，则通信距离变长。但是，若考虑靠近其他无线IC器件、或有人手等电介质靠近时的通信障碍，则优选将线圈状图案31的谐振频率设定在高频侧。 
此外，耦合用图案32a、32b配置于从供电电路基板25发射的磁场的正下方，供电电路基板25内的电感器形成为螺旋状，使得电流沿与耦合用图案32a、32b相同的方向流过(图4中示出流过电感器的电流的方向A，图3中示出流过耦合用图案32a、32b的电流的方向B)，因此，能更有效地对能量进行传递。 
虽然无线IC芯片21与供电电路基板25进行了电连接，但供电电路基板25与天线30也可以只是用绝缘性的粘接剂来进行接合。由于接合的方向是任意的，耦合用图案32a、32b的面积大于供电电路基板25的面积，因此，将耦合模块20安装在耦合用图案32a上时的位置对准是极其容易的。 
上述供电电路基板25优选由包含磁性体的材料形成。即使内置的电感器是小型电感器，Q值也会变高，因此，能使供电电路基板25小型化。在供电电路基板25由多层形成的情况下，优选使要装载到耦合用图案32a上的装载面一侧的层的磁导率较低(例如，形成为非磁性层)。若磁导率较低，则易于在邻近的外部产生磁场，只有与耦合用图案32a、32b的耦合增强，抗其他干扰性也增强。 
(实施例2.参照图5、图6及图8) 
作为实施例2的无线IC器件1B包括未图示的基板(与实施例1中的基板10相同)、耦合模块20、及图5所示的天线50。天线50包括在基板的表面和背面彼此相向配置的两个线圈状图案51a、51b、及分别形成于线圈状图案51a、51b的一个端部且彼此相向配置的螺旋状的耦合用图案52a、52b。耦合模块20与上述实施例1中说明的一样，装载(粘接)在耦合用图案52a上。此外，本无线IC器件1B与读写器的通信方式也与实施例1相同。 
在作为本实施例2的无线IC器件1B中，线圈状图案51a、51b也是开放型，在相向配置的线圈状图案51a、51b之间以及螺旋状的耦合用图案52a、52b之间形成电容C，通过该电容C、和由两个线圈状图案51a、51b及耦合用图案52a、52b整体形成的电感L1、L2，来产生LC谐振(参照图8)。该LC谐振使阻抗变得无限大，从而使能量集中于线圈状图案51a、51b及耦合用图案52a、52b。其结果是，提高了天线50与安装于其上的无线IC芯片21之间的能量传递效率。此外，由于配置有两层线圈状图案51a、51b，因此，能产生更多的磁场。而且，由于两个两个配置的线圈状图案51a、51b彼此之间、耦合用图案52a、52b彼此之间进行耦合，因此，即使多个无线IC器件相靠近、或有人手等电介质靠近，也能够抑制在图案之间产生寄生电容，防止谐振频率的变动。其他作用效果与上述实施例1相同。 
即，在本实施例2中，整个天线50在规定频率下进行谐振。因此，若将 耦合模块20装载于天线50的一部分即耦合用图案52a、52b上，则天线50与耦合模块20在规定频率下仅由磁场进行耦合。天线50与读写器则进行电磁耦合。 
(实施例3.参照图9～图13) 
如图9所示，作为实施例3的无线IC器件1C包括基板110、耦合模块120、及天线130。耦合模块120包括无线IC芯片21、及具有与该无线IC芯片21相耦合的供电电路的供电电路基板125。 
天线130(图10中示出表面侧、图11中示出背面侧)包括具有一对端部且在基板110的表面和背面彼此相向配置的两个环状图案131a、131b、分别形成于环状图案131a、131b的一个端部且彼此相向配置的螺旋状的耦合用图案132a、132b、及从环状图案131a的一部分向两侧延伸的两个发射体133。发射体133分别与环状图案131a进行耦合，起到成弯曲状的偶极子型天线的作用。 
参照图12，说明内置于供电电路基板125的供电电路的一个示例。供电电路基板125是将各自形成有电极的多块片材141a～141d层叠而成，各片材141a～141d是陶瓷制的或树脂制的。 
在片材141a上，形成有电极142a～142d和过孔导体143a、143b。在片材141b、141c上，形成有电极144和过孔导体143c、143d。在片材141d上，形成有电极144。 
通过将各片材141a～141d进行层叠，各电极144通过过孔导体143c进行电连接，形成电感器。电感器的一端(片材141b上的电极144的一端144a)通过过孔导体143b而与片材141a上的电极142b相连接。电感器的另一端(片材141d上的电极144的一端144b)通过过孔导体143d、143a而与片材141a上的电极142a相连接。电感器本身的电感与电极144的线间电容在规定的谐振频率下进行谐振。 
片材141a上的电极142a、142b分别与无线IC芯片21的输入端子电极及输出端子电极相连接。片材141a上的电极142c、142d与无线IC芯片21的安装用端子电极相连接。此外，电感器与耦合用图案132a、132b进行磁耦合。 
在作为本实施例3的无线IC器件1C中，环状图案131a、131b也是开放型， 在相向配置的环状图案131a、131b之间以及螺旋状的耦合用图案132a、132b之间形成电容C，通过该电容C、和由两个环状图案131a、131b及耦合用图案132a、132b整体形成的电感L1、L2，来产生LC谐振。即，构成与图8相同的等效电路。该LC谐振使阻抗变得无限大，从而使能量集中于环状图案131a、131b及耦合用图案132a、132b。其结果是，提高了天线130与安装于其上的无线IC芯片21之间的能量传递效率。由此，可从发射体133高效地发射高频信号，此外，由发射体133接收到的高频信号能高效地传送给供电电路。在本实施例3的无线IC器件1C中，通过将环状图案131a、131b配置成与供电电路和发射体133进行耦合，从而能减少传送给发射体133的信号的损耗，能得到高增益。本无线IC器件1C在高频信号的频率下的增益如图13所示，在UHF频带得到高增益。 
关于增益，通过对环状图案131a与发射体133的耦合点K(参照图9)的位置进行变更，能拓宽频带。例如，通过使耦合点K的位置靠近耦合用图案132a，增大耦合点K之间的电感值，能拓宽频带。这是由于，若耦合点K之间的电感值变大，则由发射体133形成的两个谐振点之间的频带变宽。另外，为了增大耦合点K之间的电感值，也可以使环状图案131a为弯曲图案或螺旋图案。 
此外，由于配置有两层环状图案131a、131b，因此，能产生更多的磁场。而且，由于两个两个配置的环状图案131a、131b彼此之间、耦合用图案132a、132b彼此之间进行耦合，因此，即使多个无线IC器件相靠近、或有人手等电介质靠近，也能够抑制在图案之间产生寄生电容，防止谐振频率的变动。其他作用效果与上述实施例1相同。 
即，在本实施例3中，整个天线130在规定频率下进行谐振。因此，若将耦合模块120装载于天线130的一部分即耦合用图案132a、132b上，则天线130与耦合模块120在规定频率下仅由磁场进行耦合。天线130与读写器则进行电磁耦合。 
(其他实施例) 
另外，本发明所涉及的天线及无线IC器件不限于上述实施例，可以在其要点范围内进行各种变更。 
工业上的实用性 
如上所述，本发明对用于RFID***的天线及无线IC器件是有用的，特别是，具有与无线IC之间的能量传递效率高的优点。 
标号说明 
1A、1B、1C…无线IC器件 
10、110…基板 
20、120…耦合模块 
21…无线IC芯片 
25、125…供电电路基板 
30、50、130…天线 
31、51a、51b…线圈状图案 
32a、32b、52a、52b、132a、132b…耦合用图案 
131a、131b…环状图案 
133…发射体 

Claims (13)

1.一种天线，其特征在于，包括：
呈线圈状的天线图案；以及
与所述天线图案进行耦合且彼此相向配置从而在俯视时重叠的螺旋状的第一及第二耦合用图案,
所述第一耦合用图案的一端与所述天线图案的一个端部相连接，所述第二耦合用图案的一端与所述天线图案的另一个端部相连接，
所述第一耦合用图案和所述天线图案形成在同一平面上。
2.一种天线，其特征在于，包括：
彼此相向配置从而在俯视时重叠的呈开放型的线圈状的第一及第二天线图案；以及
分别与所述第一及第二天线图案进行耦合且彼此相向配置从而在俯视时重叠的螺旋状的第一及第二耦合用图案,
所述第一耦合用图案的一端与所述第一天线图案的一个端部相连接，所述第二耦合用图案的一端与所述第二天线图案的一个端部相连接，
所述第一耦合用图案和所述第一天线图案形成在第一平面上，所述第二耦合用图案和所述第二天线图案形成在第二平面上。
3.一种天线，其特征在于，包括：
第一及第二天线图案，该第一及第二天线图案是具有至少一对端部并彼此相向配置从而在俯视时重叠的呈开放型的两个环状图案，且具有与该环状图案相耦合的偶极子型发射体；以及
分别与所述第一及第二天线图案进行耦合且彼此相向配置从而在俯视时重叠的螺旋状的第一及第二耦合用图案,所述第一及第二耦合用图案分别形成于所述两个环状图案的一个端部，
所述第一耦合用图案和所述第一天线图案形成在第一平面上，所述第二耦合用图案和所述第二天线图案形成在第二平面上。
4.一种无线IC器件，其特征在于，包括：
呈线圈状的天线图案；
与所述天线图案进行耦合且彼此相向配置从而在俯视时重叠的螺旋状的第一及第二耦合用图案；以及
耦合模块，该耦合模块包括无线IC、和具有与该无线IC进行耦合的供电电路的供电电路基板，
所述供电电路包含电感器，
所述耦合模块装载在所述第一及第二耦合用图案上，
所述第一耦合用图案的一端与所述天线图案的一个端部相连接，所述第二耦合用图案的一端与所述天线图案的另一个端部相连接，
所述第一耦合用图案和所述天线图案形成在同一平面上。
5.如权利要求4所述的无线IC器件，其特征在于，
所述耦合模块与所述第一及第二耦合用图案进行磁耦合。
6.如权利要求4所述的无线IC器件，其特征在于，
所述电感器形成为螺旋状，使得电流沿与所述第一及第二耦合用图案相同的方向流过。
7.如权利要求4所述的无线IC器件，其特征在于，
所述供电电路的谐振频率实质上相当于收发信号的谐振频率。
8.如权利要求4所述的无线IC器件，其特征在于，
所述天线图案的谐振频率高于所述供电电路的谐振频率。
9.如权利要求4所述的无线IC器件，其特征在于，
所述第一及第二耦合用图案的面积大于所述供电电路基板的面积。
10.如权利要求4所述的无线IC器件，其特征在于，
所述供电电路基板由包含磁性体的材料形成。
11.如权利要求10所述的无线IC器件，其特征在于，
所述供电电路基板由多层形成，要装载到所述第一及第二耦合用图案上的装载面一侧的层的磁导率较低。
12.一种无线IC器件，其特征在于，包括：
彼此相向配置从而在俯视时重叠的呈线圈状的第一及第二天线图案；
分别与所述第一及第二天线图案进行耦合且彼此相向配置从而在俯视时重叠的螺旋状的第一及第二耦合用图案；以及
耦合模块，该耦合模块包括无线IC、和具有与该无线IC进行耦合的供电电路的供电电路基板，
所述供电电路包含电感器，
所述耦合模块装载在所述第一及第二耦合用图案上，
所述第一耦合用图案的一端与所述第一天线图案的一个端部相连接，所述第二耦合用图案的一端与所述第二天线图案的一个端部相连接，
所述第一耦合用图案和所述第一天线图案形成在第一平面上，所述第二耦合用图案和所述第二天线图案形成在第二平面上。
13.一种无线IC器件，其特征在于，包括：
第一及第二天线图案，该第一及第二天线图案是具有至少一对端部并彼此相向配置从而在俯视时重叠的两个环状图案，且具有与该环状图案相耦合的偶极子型发射体；
分别与所述第一及第二天线图案进行耦合且彼此相向配置从而在俯视时重叠的螺旋状的第一及第二耦合用图案；以及
耦合模块，该耦合模块包括无线IC、和具有与该无线IC进行耦合的供电电路的供电电路基板，
所述供电电路包含电感器，
所述耦合模块装载在所述第一及第二耦合用图案上，
所述第一及第二耦合用图案分别形成于所述两个环状图案的一个端部，
所述第一耦合用图案和所述第一天线图案形成在第一平面上，所述第二耦合用图案和所述第二天线图案形成在第二平面上。
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