CN1262431C - 通信装置及其安装结构、制造方法和通信方法 - Google Patents

通信装置及其安装结构、制造方法和通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种通信装置、该通信装置的设置构造和制造该通信装置的方法,以及使用该通信装置进行通信的方法,其中该通信装置能够显著防止导电材料衰减磁通,以及延伸通信距离,甚至当通信装置紧紧附加在导电部件,例如金属材料上时。本发明具有按照从作为通信装置的RFID标签的同心圆盘形天线线圈的磁通产生部分延伸到天线线圈外部区域的方式设置的片状非晶磁性材料。

Description

通信装置及其安装结构、制造方法和通信方法
技术领域
本发明涉及使用电磁波通信的天线线圈进行通信的装置,该通信装置的安装结构,制造该通信装置的方法和使用该通信装置的通信方法。
2001年1月11日提交的日本专利申请NO.2001-3403、2001年4月23日提交的日本专利申请NO.2001-124010和2001年5月9日提交的日本专利申请NO.2001-139044在此作为参考而整体引入,以要求外国优先权。
背景技术
带有天线线圈的RFID(射频识别)标签(Radio Frequency-IDentificationTAG)和诸如IC电路之类的控制装置或者诸如非接触式IC卡之类的数据载体(子机)广泛应用于各种场合,作为通过电磁波进行通信的通信装置,其中,通信装置与充当母机的读/写装置(读装置或者读/写装置)进行通信。
例如,RFID标签用于诸如产品管理之类的目的,而IC卡用于诸如通行证、乘车卡和现金卡。数据载体可以划分成便携式或者与装置、机器或者各种元件相连接的固定式,其中,这两种类型都在无线通信区域中使用高频电磁波来实现读/写装置(或者读取装置)之间的数据的非接触式发送/接收(通信)。
数据载体本身通常没有诸如电池之类用于工作的电源,但是可以获得读/写装置发送的一部分电磁波作为电源。
图3示出了数据载体结构的说明图,图4是数据载体结构的方框图。如图3(a)所示,常规的通信装置用作数据载体,RFID标签1a包括圆盘形的天线线圈2a和半导体IC芯片4,其中圆盘形的天线线圈2a具有导电线圈,以便构成空心线圈,所述半导体IC芯片4具有与天线线圈2a的两个端部相连接的IC电路。
如图4所示,半导体IC芯片4包括:发送/接收终端4c;CPU(中央处理单元)4a;具有可写非易失性存储单元的存储器4b;用作为能量存储装置的电容器4d。通过用树脂材料将天线线圈2a和半导体IC芯片4浇铸为一体来形成薄圆盘形或者卡片状,或者通过层压处理使它们形成密封的形状,以防止外部环境干扰。
在参考图4对RFID标签1a的发送/接收方法的描述中,读/写装置(未示出)首先发送用于呼叫RFID标签1a和传输电能的电磁波。RFID标签1a然后通过天线线圈2a和发送/接收终端4c调谐结果来接收电磁波,并且将电能存储在电容器4d中。因此,RFID标签1a变得可操作,然后为了读出的目的,在后续的步骤中将电磁波从读/写终端发送到RFID标签1a。
然后,电磁波经过发送/接收终端4c从RFID标签1a的天线线圈2a输入到CPU 4a中;然后,CPU4a按照输入的电磁波从存储器4b中读取需要的信息;接着,信息经过天线线圈2a以电磁波的形式从发送/接收终端4c发送到读/写装置。当数据从读/写装置写入RFID标签1a的存储器4b中时,也采用上述的方法。现在应该指出上述的连续步骤在瞬间执行完毕。
图3(b)示出了天线线圈2a和电磁波之间的关系图。通信中使用的电磁波通常被称为同时传播的、彼此正交的电场和磁场,其中,通过电磁波的通信借助磁场和天线线圈2a的链接在天线线圈2a中产生的电流(高频电流)来执行发送/接收。
例如,当从天线线圈2a发送电磁波时,天线线圈2a中流过的高频电流允许高频磁场分量H(如图3(b)所示)分布为通过天线线圈2a的中心的回路(磁通回路),而读/写装置能够通过将读写装置的天线线圈置于磁通的范围之中来从RFID标签1a接收信息。同样,当从读/写装置发送电磁波时,磁场分量H如图所示那样分布在RFID标签1a的周围,以允许天线线圈2a接收电磁波。
RFID标签1a和读/写装置之间的可通信距离,即通信距离通常是几个毫米到几个厘米。例如,因为可以通过将通行证紧密地***设置在自动门内部的读取部分上并浏览乘车卡,来读出诸如乘车卡之类的数据载体,所以火车的自动门在通信距离方面没有任何问题。
但是,在将诸如RFID标签之类的数据载体附加在产品上,用于产品管理的情况下,如果通信距离较短,则数据载体的应用将会受到一些限制。根据管理类型,其它一些情况也需要在特定方向上的很高的通信方向性。因此,在过去,已经有人提出了一些延长通信距离和提高数据载体的方向性的方法。
使用电磁波的通信距离需要将发送天线线圈和接收天线线圈设置在维持可通信的磁通(magnetic flux)密度水平的磁场区域中。尽管磁场的可通信区域的范围,即通信距离取决于发送方的功率电平,当发送方和接收方的功率电平相等时,RFID标签天线线圈的方向性是一种影响因素。
在将RFID标签附加在金属表面的情况下,用于标签发送/接收目的的电磁波产生的交变磁场就会在金属内部生成涡流。涡流产生与用于发送/接收目的的磁通相反的磁通,因此衰减了用于发送/接收目的的磁通并造成发送/接收的困难。以下将衰减固有磁通的材料称为“导电材料”。
一种将导电材料制成的部件附加在RFID上的方法使用了设置在RFID标签和导电材料附着表面之间的磁性材料,用于通过发送/接收磁通,以致磁通可以进入导电材料和限制了涡流的产生。
此外,提出了一种将具有较高磁导系数的片状非晶磁性材料(以下称为“片状磁性材料”)用作磁性材料的方法,该方法使用薄片来有效绕过磁通,而不增加更多的空间(如日本公开专利申请平8-79127)。
借助前文日本公开专利申请平8-79127中给出的常规例子,片状磁性材料设置在RFID标签的发送/接收天线线圈的整个表面上。但是,根据本发明的发明人的发现,即使RFID标签的发送/接收灵敏度比起在片状磁性材料并未设置在天线线圈的整个表面上的情况下有略微的提高,这也与实际的情况没有太大差别;在一些情况下,产生通过片状磁性材料的闭环,则相反地导致了灵敏度的降低。
在日本公开专利申请NO.2000-48152提出的方法中,RFID标签1a包括具有诸如缠绕在圆形空心线圈上的漆包线之类的绝缘线的盘状天线线圈2a,和与天线线圈2a两个端部连接的半导体IC芯片4,其中天线线圈2a包括由***在其中的非晶层构成的薄片状磁性材料。薄片状磁性材料具有覆盖着绝缘层的围绕物,以防止片状磁性材料的尖锐边缘损坏在天线线圈2a表面上形成的绝缘保护层。
选择片状磁性材料的宽度,使其小于天线线圈2a的中空部分的直径,以***天线线圈2a,以及在片状磁性材料***天线线圈2a之后,片状磁性材料和天线线圈2a受压形成平板形状。
由于片状磁性材料与空气相比具有极低的磁阻,所以与天线线圈2a互联的磁通沿着片状磁性材料的长度方向延伸,并且分布在空气中,作为穿过天线线圈2a的顶端和末端部分的磁通回路。因此,通信距离主要在片状磁性材料的长度方向上延伸,因此在该方向上通信的灵敏都也被加强。
但是,对于前面日本公开专利申请NO.2000-48152中提出的方法,由于需要将片状磁性材料***天线线圈2a,所以制造困难并且费力。同时,在片状磁性材料***天线线圈2a之后,当片状磁性材料和天线线圈2a受压形成平板形状时,要冒着损坏天线线圈2a的绝缘保护层的危险,因此,需要一种防止这种情况出现的装置。
通常批量生产具有由树脂整体地密封的天线线圈2a和半导体IC芯片4的RFID标签1a,并且具有短通信距离的标准产品在市场上的售价并不昂贵。但是,使用前面的这种方法,因为需要将片状磁性材料8***天线线圈2a中,所以需要用其它不同的方法来制造标准产品。
发明内容
本发明用于解决上述问题,其目的在于提供一种通信装置、该通信装置的安装构造和制造该通信装置的方法,以及使用该通信装置进行通信的方法,其中该通信装置具有高单位磁导率片状磁性材料,所述片状磁性材料按照从通信装置天线线圈的特定部分延伸到天线线圈的外部的方式来设置,以显著防止导电材料衰减磁通,以及延长通信距离,甚至当通信装置紧紧附加在导电部件,例如金属材料上时。
尽管有以下两种用于通信装置的天线线圈,一种天线线圈是同心圆盘形(带有空心芯的圆形线圈),另一种天线线圈是将导线螺旋状缠绕在棒状磁性材料芯上而形成的圆柱形状,本发明的发明人通过研究和试验发现这两种具有高单位磁导率片状磁性材料(以下称为“片状磁性材料”)的通信装置可以防止紧密地贴着通信装置(RFID标签)排列的导电材料装置灵敏度的降低,并且可以提高延伸方向上的方向性和延长通信距离,其中所述片状磁性材料按照从磁通产生部分(当按照安培定律向天线线圈施加电流时用于产生磁通的主要部分)向天线线圈的外部延伸的方式来设置。
与未延长片状磁性材料时相比,延伸方向上的可通信磁通区域可以扩展的更多。
例如,当使用中心圆盘形天线线圈时,产生磁通的部分处于天线线圈的直径中心和天线线圈的内周部分之间的中间部分中,其中,磁通通过磁通产生部分形成围绕天线线圈的导线的相对高密度的环路。
磁通产生部分不是作为一个点而存在的,而是作为相对小的区域而存在的,其中,所述的区域具有位于天线线圈的直径中心和天线线圈内周部分之间的中间点,作为其中心。因此,当需要增加中心圆盘形天线线圈的特定表面向外表面方向上的方向性时,按照从磁通产生部分向需要增加方向性的表面方向延伸的方式,设置以扇形或者方形形成的、具有高单位磁导率片状磁性材料。
然后,具有高单位磁导率的片状磁性材料将源自磁通产生部分的磁通的主要部分导引到到表面方向(径向),并且沿着向外表面向外的方向扩展可通信磁通区域。由于磁通的可扩展性,可通信磁通区域主要三维地扩展到延伸的外表面的方向上。
同时,试验表明当片状磁性材料同时从磁通产生部分向天线线圈的内侧向内(朝向天线线圈的直径中心方向)延伸时,可通信磁通区域与延伸距离正比收缩;此外,当片状磁性材料延伸到直径中心时,可通信磁通区域可能比根本未设置片状磁性材料的情况收缩程度大。
因为片状磁性材料的效果可能被抵消,所以沿着圆盘形天线线圈的表面方向两面延伸片状磁性材料并不令人满意。
因此,希望将设置在中心圆盘形天线线圈上的片状磁性材料从磁通产生部分向外方向的一侧延伸,并且,如果片状磁性材料同时也被向内延伸,则向内延伸的距离可能被局限于较短的距离。
对于圆柱形天线线圈,磁通产生部分存在于芯的顶端部分,并且磁通从磁通产生部分穿透到轴向方向,并且在相对的一侧形成朝向顶端部分的闭环。
因此,当希望按照圆柱形天线线圈的向外轴向方向增加方向性时,以从磁通产生部分延伸到外部轴向方向的方式来设置片状磁性材料。接着,高单位磁导率片状磁性材料将源自磁通产生部分的大部分磁通导引到外轴方向,因此沿着轴向方向扩展了可通信磁通区域。
可通信区域主要沿着延伸的轴线方向三维地扩展。此外,因为磁通的闭环被扩大,也可实际上以相同的方法从相对侧的顶端部分到外部轴向方向扩展可通信磁通区域。
当片状磁性材料同时从磁通产生部分延伸到中心边缘轴向时,可通信磁通区域可能逐渐收缩,然后在超过轴向中心点后迅速收缩。因此,希望将设置在圆柱形天线线圈中的片状磁性材料从磁通产生部分延伸到外部轴向方向,并且,如果片状磁性材料同时按照中心边缘轴向来延伸时,延伸距离局限于相对较短的距离。
在本发明中采用高单位磁导率的片状磁性材料。术语“高单位磁导率(high specific magnetic permeability)”指磁导系数高于铁或者其它典型的磁芯的情况(例如,尽管诸如铁氧体之类的典型磁芯的磁导系数具有几百的磁导系数,本发明中使用的磁性材料具有不少于几万的高磁导系数)。现在要注意的是,单位磁导率是磁性材料的磁导率与真空的磁导率的比率。
令人满意的是采用片状非晶磁性材料作为具有高单位导磁率的磁性材料。非晶磁性材料的磁导率通常范围是从30000到500000。
例如,高单位磁导率的磁性材料可以大大防止可通信磁通的衰减,甚至当用作通信装置的RFID标签被紧紧附加在诸如金属之类的导电材料上时,因为导电性材料吸收的磁通可以被有效地引导到高单位磁导率的磁性材料。
尽管非晶磁性材料是典型的高单位磁导率磁性材料,但是目前非晶磁性材料的单位成本极高。因此,将非晶磁性材料做成片状可以提供通信距离的显著扩展效果,而不需要大量的材料,并且可以提供节省成本方面的优点。
例如,可以通过将诸如非晶磁性材料的厚度制成大约10μm到50μm来获得合适的挠度和实用的强度。由于诸如RFID标签之类的通信装置通常设置在很小的空间区域中,因此可以使用具有挠性的片状磁性材料,以致可以弯曲可变形的磁性材料并容易将其设置在靠近天线线圈的范围中。
将磁性材料制成片状允许在期望的范围中增加重量,也允许减轻它的重量,以致磁性材料可以用于便携式通信设备等等。
因此,在要解决前面提出的问题的装置中,本发明的用于通过天线线圈来以非接触电磁波来与外部通信的通信装置包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路,和控制电路,其中通信装置容纳在可被分成至少两部分的容器中,其中在容器的分割部分形成用于泄漏天线线圈和外部之间的电磁波的磁通泄漏路径,其中,通过将线圈缠绕在它的芯上来将天线线圈制成同心圆盘形或者圆柱形,其中,在天线线圈是同心圆盘形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在天线线圈的一侧,从天线线圈的直径中心和内周侧之间的中间位置延伸到磁通泄漏路径部分,以及,在天线线圈是圆柱形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在芯的一侧,从芯的一个端部附近延伸到磁通泄漏路径部分。
因此按照从设置在天线线圈处的磁通产生部分延伸到磁通泄漏路径部分的方式设置的高单位磁导率磁性材料可以显著防止通信磁通的衰减。
因此,甚至当用作通信装置的RFID标签被紧紧附加在诸如金属之类的导电性材料上时,因为导电性材料吸收的磁通可以被有效地引导到高单位磁导率的磁性材料。因此,可以增强预定方向上的通信的方向性,以扩展通信距离。希望采用片状的非晶磁性材料,作为高单位磁导率的片状非晶磁性材料。
该通信装置可以应用于RFID(射频-标识)标签或者读/写装置。
将通信装置容纳在划分成至少两个部分的导电性容器中,在容器分开的部分中形成磁通泄漏路径,用于在天线线圈和外部之间泄漏磁通,以及将片状磁性材料从天线线圈延伸到磁通泄漏路径部分中,这样可以使通信装置承受较强的外部挤压,可以允许电磁波通过在容器的分开部分中形成的泄漏路径来泄漏,以及可以允许从天线线圈延伸到磁通泄漏路径的片状磁性材料大大防止通信磁通的减少;因此,可以在通信装置和外部之间实现作为电能传输和信息通信的介质的交变电磁场的相互发送/接收操作。
可以将通信装置密封在由不导电薄板材料制成的密封容器中,并且片状磁性材料可以沿着密封容器的外表面延伸。因此,可以像往常一样使用这种市场上作为标准产品销售或者分发的如此构成的树脂密封的通信装置,并且可以提供一种便宜的具有高可靠性的通信装置。
容器最好分成两个部分,以在其端部一侧形成铰链机构,将两个部分可以相对打开。
可以通过重叠并将两个片状部件结合在一起来将容器形成卡片状。
通信装置可以是能够进行非接触式通信的金属标牌。
本发明的另一使用天线线圈来以非接触的电磁波与外部通信的通信装置包括天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,其中天线线圈形成平板同心圆盘形,其中天线线圈设置在第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料之间,其中第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料沿着天线线圈以彼此相对的方向从天线线圈的中心部分延伸到外部区域。
因此,这种结构还能加强沿着天线线圈以彼此相对的方向从天线线圈的中心部分延伸到外部区域的第一片状磁性材料和第二片状磁性材料的方向性,并且能够明显扩大通信距离。
可以由诸如非晶磁性材料之类的高单位磁导率磁性材料来制造用于通信装置的第一片状磁性材料和第二片状磁性材料,以便更加扩展通信距离。
天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路可以容纳在不导电密封容器中,以及可以将密封容器设置在第一片状磁性材料和第二片状磁性材料之间。
第一片状磁性材料和第二片状磁性材料可以被全部容纳在泄漏磁通的薄板型容器中。因此,通信装置可以免于外部的物理影响或者化学影响,或者免于存储、运输和使用期间的进水,以及可以实现良好的通信和明显的优点。
容器可以具有至少一个由铝或者铝合金制成的一个表面部分。因此,这种结构的通信装置可以具有增强的物理强度,并可以被用作耐用的标牌。
借助根据权利要求1的通信装置的安装结构,通信装置可以被安装在导电性安装物体的表面或者安装在导电性安装物体表面设置的安装槽中。
因此,具有这种结构的、从天线线圈的磁通产生部分延伸到天线线圈的外部而设置的高单位磁导率片状磁性材料可以允许要被导电性材料吸收的磁通有效地导引到高单位磁导率片状磁性材料,因此,甚至当通信装置被附加到导电性安装物体上时,也可以大大防止可通信的磁通的衰减。
由于片状磁性材料具有挠性,所以片状磁性材料可以被弯曲或者当将RFID标签放入小区域中时,它变成合适的形状。
本发明的通信装置的制造方法是一种制造用于通过天线线圈以非接触的电磁波与外部通信的通信装置的方法,所述通信装置包括天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,其中通过将线圈缠绕在芯上来将天线线圈做成平板同心圆盘形或者圆柱形,其中天线线圈、发信机/接收机电路、存储电路和控制电路可以设置在不导电密封容器中,其中沿着薄长型的第一片状材料的纵向方向以预定的间隔多重设置密封容器,其中沿着薄长型的第二片状材料的纵向方向以预定的间隔多重设置高单位磁导率片状磁性材料,其中每个容器体和每个片状磁性材料在位置上相对可调,其中,在天线线圈是同心圆盘形的情况下,片状磁性材料位置上可调地设置在天线线圈的一侧上,从天线线圈的直径中心和内周侧之间的中间位置沿着天线线圈延伸到天线线圈一侧的外部,在天线线圈是圆柱形的情况下,片状磁性材料位置上可调地设置在芯的一侧上,从芯端的一个末端部附近延伸到芯的外侧。其中第一片磁性材料和第二片磁性材料彼此接合,其中容器体的每个组合体和片状磁性材料分开。
对于前面的方法,可以高效而廉价地制造该通信装置。此外,每个通信装置可以很容易在分割部分被分开。
带有通信装置和设置在其间的片状磁性材料的第一片状材料和第二片状材料允许通信装置和片状磁性材料维持相对之间的固定位置,以致方向性也固定。
结合在一起的第一片材料和第二片材料可以带有通信装置和密封在其中的片状磁性材料,以提供诸如防水或者防气之类的功能。
由于每个片状磁性材料被简单地设置在充当天线线圈顶表面的一侧上,所以可以毫不费力地制造通信装置。因为并不需要像常规技术中那样将片状磁性材料***天线线圈,所以通信装置可以具有简单的结构,并且没有片状磁性材料损坏天线线圈的危险。
利用了导电性材料的第一片材料和第二片材料在外部和结合边缘部分形成的内部之间具有磁通泄漏路径,其中片状磁性材料延伸到磁通泄漏路径中的一部分中;因此,通过磁通泄漏路径中泄漏的电磁波而存储在通信装置的存储装置中的信息可以被外部磁通读出。
本发明的通信方法是一种与通过天线线圈来以非接触电磁波与外部通信的通信装置的进行通信的方法,所述的通信装置包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,其中通信装置容纳在可被分成至少两部分的容器中,其中在容器的分割部分形成用于泄漏天线线圈和外部之间的电磁波的磁通泄漏路径,其中通过将线圈缠绕在芯上来将天线线圈做成平板同心圆盘形或者圆柱形,其中,在天线线圈是同心圆盘形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在天线线圈的一侧,从天线线圈的直径中心和内周侧之间的中间位置延伸到磁通泄漏路径部分,以及,在天线线圈是圆柱形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在芯的一侧,从芯的一个端部附近延伸磁通泄漏路径部分。
本发明的另一通信方法是一种与通过天线线圈来以非接触电磁波与外部通信的通信装置进行通信的方法,所述的通信装置包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,其中,通信装置具有做成平板圆盘形并设置在第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料之间的天线线圈,其中第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料沿着天线线圈以彼此相对的方向从天线线圈的中心部分延伸到外部区域,其中,第一片状磁性材料和第二片状磁性材料在天线线圈的中心部分重叠设置,其中,在天线线圈的方向性被片状磁性材料加强的状态下,执行非接触电磁波与外界的通信。
有了前面的这种通信方法,被设置为从天线线圈的磁通产生位置延伸到天线线圈的外侧方向的片状高单位磁导率磁性材料可以大大抑制可通信磁通的衰减,以及可以外部的磁通读取存储在通信装置的存储装置中的信息。
此外,可以在片状高单位磁导率磁性材料的延伸方向上增加方向性,从而增强通信灵敏度。
附图说明
下面参考附图对本发明的描述将会使本发明上述的以及其它的目的,特征和优点更加清楚,其中:
图1(a)和1(b)示出了根据本发明的一个通信装置实施例的平面图和剖面图,其中片状磁性材料设置在具有同心圆盘形天线线圈的RFID标签上;
图2(a)和2(b)示出了根据本发明的一个通信装置实施例的平面图和剖面图,其中片状磁性材料设置在具有同心圆盘形天线线圈的RFID标签上;
图3示出了具有同心圆盘形天线线圈的RFID标签结构状态和天线线圈建立的磁场;
图4示出了RFID标签控制***的结构方框图;
图5示出了片状磁性材料和非片状磁性材料两种情况下本发明通信装置的圆盘形天线线圈产生的磁通的电场特征比较图;
图6示出了用于测量电磁场的试验装置的概略图;
图7示出了按照图2所示的RFID的天线线圈的表面方向,可通信磁通区域(可通信的最大距离)的试验结果;
图8示出了按照天线线圈的表面方向,片状磁性材料的宽度(角度)和可通信磁通区域(可通信最大距离)之间的关系的试验结果;
图9示出了按照天线线圈的表面方向,片状磁性材料的延伸长度(外部直径)和可通信磁通区域(可通信最大距离)之间的关系的试验结果;
图10示出了本发明的通信装置实施例的剖面图,其中片状磁性材料设置在具有圆柱形天线线圈的RFID标签上;
图11示出了本发明的通信装置实施例的剖面图,其中片状磁性材料设置在具有圆柱形天线线圈的RFID标签上;
图12示出了具有圆柱形天线线圈的RFID标签的结构状态和天线线圈建立的磁场;
图13示出了本发明通信装置的圆柱形RFID标签的天线线圈建立的磁通的电场特性图;
图14示出了按照图11的RFID标签的天线线圈的轴向方向,可通信磁通区域(可通信最大距离)的试验结果;
图15示出了当图14所示的片状磁性材料同时从磁通产生部分延伸到圆柱天线线圈的中心边缘轴向方向的情况下,天线线圈在轴向的可通信磁通区域(可通信最大距离)和延伸长度之间的关系的试验结果;
图16示出了各种安装结构的剖面图,其中本发明的通信装置附加到由导电材料制造的安装部件上;
图17示出了各种安装结构的剖面图,其中本发明的通信装置附加到由导电材料制造的安装部件上;
图18示出了在本发明的通信装置被设置在由导电材料制造的自由打开的安装部件上的情况下的侧面状态图;
图19(a)和19(b)分别示出了具有同心圆盘形天线线圈的RFID标签以预定的间隔固定粘贴在第一片材料上时的状态的侧视图,和平面图;
图20(a)和20(b)分别示出了具有扇形天线线圈的RFID标签以预定的间隔固定粘贴在第二片材料上时的状态的侧视图和平面图;
图21示出了第一片材料与第二片磁性材料重叠状态的侧视图,同时调节包括RFID标签和片状材料的每一对的位置;
图22(a)和22(b)分别示出了第一片材料和第二片材料受热加压密封在RFID标签和片状磁性材料的***的状态下的侧视图和平面图;
图23(a)和23(b)分别示出了粘合的第一片材料的背面的粘合剂层和分离层的分层次序的侧视图和平面图,其中诸如直穿孔之类的分割部分被设置在每个通信装置的边缘部分;
图24(a)示出了诸如圆形穿孔之类的分割部分被设置在每个通信装置的粘合边缘的外侧的平面状态图,而图24(b)示出了沿着诸如圆形穿孔之类的分割部分分开的通信装置的平面图;
图25(a)和25(b)分别示出了具有圆柱形天线线圈的多个RFID标签以预定的间距固定在第一片材料上的侧视图和平面图;
图26(a)和26(b)分别示出了方形片状磁性材料以预定的间距固定设置在第二片材料上的侧视图和平面图;
图27(a)示出了在通过受热将第一片磁性材料和第二片磁性材料设置在RFID标签和片状磁性材料***的状态下,粘合的第一片材料背面的粘合层和分离层的次序的侧视图,其中诸如直穿孔之类的分割部分被设置在每个通信装置的边缘部分;图27(b)示出了沿着诸如穿孔之类的分割部分分离的通信装置的平面图;
图28示出了本发明的通信装置的构成平面图;
图29示出了图28的侧视图;
图30示出了本发明的通信装置的另一实施例的剖面图;
图31示出了本发明的通信装置的另一实施例的剖面图;
图32示出了本发明通信装置另一实施例的平面图;
图33示出了图31的通信装置的通信距离测量结果示意图;
图34示出了图32的通信装置的通信距离测量结果示意图;
具体实施方式
下面参考附图详细说明涉及通信装置和该通信装置的安装结构、该通信装置的制造方法和使用该通信装置进行通信的方法的本发明的实施例。作为提出的通信装置12的结构的一个示例,下面参考图1到图4说明具有平板同心圆盘形天线线圈2a的RFID标签1a的结构。最好应用于本实施例的RFID标签1a既涉及电磁场耦合类型又涉及电磁场感应类型,尽管下面的描述具体针对后一种类型。
图1到图3示出的RFID标签1a是使用天线线圈2a以电磁波进行通信的通信装置12的示例;RFID标签1a具有平板同心圆盘形天线线圈2a和充当包括控制电路的控制部分的半导体IC芯片4,它们直接相互连接,而没有任何印刷电路板的接口,这样可以减小RFID标签1a的尺寸。
半导体IC芯片4包括IC(集成电路)芯片或者以集成方式封装的LSI(大规模集成电路)芯片,并且这种半导体IC芯片4中包括:用作包括控制电路的控制部分的CPU(中央处理单元)4a,用作包括存储器电路的存储器部分的存储器4b,包括发信机/接收机电路的发信机/接收机4c,和用作功率存储装置的电容器4d,如图4所示。
发信机/接收机4c接收来自外部读/写装置(未示出)的信号,并将其发送到CPU4a,转换成存储在电容器4d中的电能。这里可以省略用作能量存储装置的电容器4d,用从外部读/写装置提供到半导体IC芯片4的持续的电源来替代。
CPU4a负责读取程序或者存储在存储器4b中的各种数据,并且负责执行必要的操作和决定,从而启动各种控制。
存储器4b包括各种用于进行CPU4a的操作的各种程序,和要提供给RFID标签1a的各种信息。
作为图3所示的同心圆盘形天线线圈2a的典型示例,用直径大约为30μm的一根铜线按照径向方向堆叠缠绕并形成同心圆盘形状;其中该天线线圈2a的电感大约是9.5mH(125kHz时),而与天线线圈2a相连接,用于谐振的电容器的静电电容大约为170pF(125kHz时)。
基于单波长幅移键控(ASK)的本发明的RFID标签1a具有:较宽的谐振频率范围、带有线径小至几十个微米的空心天线线圈2a和带有特定发送/接收电路的超低能耗COMS-IC。
通常,由于通过安装在电磁场耦合型RFID标签和感应型RFID标签中的天线线圈的磁场的变换能够使RFID标签接收电能并发送/接收信号,一个确定的概念是靠近RFID标签设置的导电性材料,例如磁性材料或者金属材料(它们在电能传输或者RFID标签通信期间根据磁场建立涡流,对通信不利)衰减了磁场并防碍工作。因此,从RFID标签去掉磁性材料或者金属材料是人所共知的常识,并且不要试图将其附加在金属容器上或者金属上。
在将导电性材料设置在靠近RFID标签,使磁场衰减和RFID标签不能工作的技术背景下,在将RFID标签有效地用于诸如磁性材料或者金属材料之类的导电性材料方面,本发明的发明人通过细致的研究和实验发现即使当RFID标签附加在导电性材料上时,也可以有效地感应磁通和进行与外部的电磁波通信,只要设置了片状高单位磁导率磁性材料,从RFID标签的天线线圈中形成的磁通产生部分延伸到天线线圈的向外延伸方向,从而允许联系导电性材料有效使用RFID标签。
RFID标签通过安装在RFID标签中的天线线圈的谐振频率来接收从外部读/写装置发送的交变磁场。使用两种电磁波(例如,125kHz,117kHz)的基于频移键控(FSK)的常规RFID标签在天线线圈上使用用于增加接收的电能的铁氧体芯,并且通过加宽天线线圈的线径并将天线线圈缠绕成多个线圈形来扩展通信距离。
在诸如金属或者磁性材料之类的导电性材料放在RFID标签的附近的情况下,使用两种电磁波的频移键控(FSK)型的RFID标签出现频移的问题并导致接收的电能的减少,另外还出现通信误差以致不能通信的问题并导致通信距离的急剧减小;因此,一种固定的概念是在实际中不可能将RFID标签附加在诸如金属或者磁性材料之类的导电性材料上。
但是,目前基于单波长幅移键控(ASK)的RFID标签具有:较宽的谐振频率范围、带有线径小至几十个微米的天线线圈和带有特定发送/接收电路的超低能耗COMS-IC。
本发明人获得的实验结果表明使用基于ASK***的RFID标签进行的通信没有频移键控的灵敏度高,并且不受放置在其附近的导电性材料的影响,因为RFID标签1a具有比基于FSK***的RFID标签宽的谐振频率范围,所以不会导致接收电能量的减少。
此外,本发明的发明人获得的实验结果表明,由于衍射现象的缘故,磁场甚至可以通过很窄的开口发送,还表明甚至在RFID标签被导电性材料包围时,也可以通过形成的磁通泄漏路径(分离的导电性材料之间的附着表面或者螺旋部分的接触表面;或者切口,凹口之类的物理微小开口,或者物理微小开口),以允许用于发送/接收的磁通在实际的水平上泄漏,从而在RFID标签和外部读/写装置之间发送/接收用作电能传输介质和信息传输介质的交变磁场。
在图1中,用作高单位磁导率片状非晶磁性材料的片状磁性材料5按照从天线线圈2a的直径中心和天线线圈2a的内周部分之间的中心部分向天线线圈2a的端部朝外方向延伸的方式来设置在同心圆盘形天线线圈2a的底面一侧,其中用树脂6以集成的方式将片状非晶磁性材料5和包括天线线圈2a的RFID标签1a密封在一起。
在图2中,用树脂6密封包括天线线圈2a的RFID标签1a,以及按照沿着天线线圈2a从天线线圈2a的直径中心和天线线圈2a内周侧部分之间的中心位置向天线线圈2a一个端部的外侧方向延伸的方式来将片状非晶磁性材料5设置在树脂6制造的箱子的底侧。
图5示出了当来自外部的电磁波(磁通)施加在具有同心圆盘形天线线圈2a的RFID标签1a上时,图6中用于测量关于RFID标签1a的每个部分的电场电感特性(磁通密度特性)结果,其中曲线a(图5中的实线)是未设置片状非晶磁性材料时的电场特性,曲线b(图5中的虚线)是设置了片状非晶磁性材料5时的电场特性。
天线线圈2a的直径中心o1作为中心,曲线b方便地描述了整体地电场特性,其中图5中左侧的曲线b表示片状非晶磁性材料5被设置在天线线圈2a的左侧,而图5中右侧的曲线b表示片状非晶磁性材料5被设置在天线线圈2a的右侧的情况。在实际情况中,曲线b仅仅出现在图5中的一侧。
图5的曲线b表示当按照片状非晶磁性材料从天线线圈2a的磁通产生部分延伸到天线线圈2a的外侧来进行设置时,电场强度和灵敏度的峰值变高。
在同心圆盘形天线线圈2a中,具有电场特性峰值的磁通产生部分A处于天线线圈的直径中心o1和天线线圈2a的内周侧2a1之间的中心部分,其中磁通产生部分A具有从这个地方延伸到天线线圈2a外侧方向的非晶磁性材料5。
如图5中曲线a,b所示,无论设置或不设置非晶磁性材料5,磁通产生部分A不会移动。
在采用如图6所示的电场特性测量装置中,Sokymat公司制造的World Disk Tag系列产品的同心圆盘形天线线圈2a被设置在测量台7上,SSG振荡器9(KenwoodFG-273系列702087)与天线线圈2a的两部分电连接,采用频率为125kHz的正弦波输出和12Vpp(峰值电压幅度为12V)。
作为用于测量天线线圈2a***产生的电场强度的装置,采用了感应(pick up)线圈8。根据1mH的开磁型电感器将感应线圈8调谐到125kHz,和将1591pF的调谐式陶瓷电容器用做感应线圈。
因此,示波器10(Sony-Tektronix TDS34 OAP系列J300635)的探针与感应线圈8的两侧电连接;在测量台7上,沿着X-Y平面和X-Z平面从直径中心o1算起每5mm测定一次感应线圈,然后从一个峰值到另一峰值测量感应线圈8中的感应电压值。
图5示出了在RFID标签1a的每个位置测量的具有同心圆盘形天线线圈2a的RFID标签1a的电场特性,其中在电压峰值测量的电场与电压峰值处产生的磁通成正比,磁通产生部分A处于天线线圈2a的直径中心o1与天线线圈2a的内周侧部分2a1之间的中间部分。
现在要注意的是,可以在天线线圈2a的内周侧部分2a1和天线线圈2a的***部分之间的中间部分获得灵敏度的相对量值。因此,在允许略微减小通信灵敏度的情况下,片状非晶磁性材料5可以设置成从天线线圈2a径向的中间部分延伸到天线线圈2a的外侧方向。因此,可以减少片状非晶磁性材料的需要量。也可以将片状非晶磁性材料5做成扇形或者方形,无论是否允许降低通信灵敏度。
片状非晶磁性材料5是片状的非晶合金,其中通常通过超淬火方法将非晶合金形成韧性金属薄片。片状非晶磁性材料5具有如下特性:高磁导率;低矫顽力;低铁损;低磁滞损耗;低涡流;低磁无序;高电阻;很小的温度起伏;低热膨胀系数;和很小的刚度起伏。
非晶磁性材料通常具有从几万到几百万的相当高的单位磁导率。例如,美国的Allied Chemical Corporation销售的Fe-Ni-Mo-B-S系片状磁性材料具有800000的单位磁导率;此外,在市场上,也有Hitachi Kinzoku K.K.公司销售具有类似结构和高单位磁导率的片状非晶磁性材料;本发明中可以采用这两种材料。
非晶合金可以做成薄片状。薄片状的非晶合金可以做成如Riken K.K.制造的“amorsic片”(产品名称)之类的片状。
Amorsic片具有形状为均匀散开在绝缘薄膜上竹叶状的高单位磁导率钴非晶合金薄片,所述的金属薄片以加紧的方式被固定。
此外,处于分散状态的薄片状非晶磁性材料被模压成片状,以允许用作磁性保护片。
如图1和图2所示,以扇形形状来构成片状非晶磁性材料5,并且按照从磁通产生部分A延伸到天线线圈2a的***方向的方式来设置片状非晶磁性材料5。扇形的角度θ最好是90度,从实用方面考虑,该角度可以是从60度到180度。
图7示出了按照RFID标签1a的天线线圈2a的表面方向(图2(b)的横向方向)的可通信磁通区域(最大通信距离Lmax)的测量结果,其中,图2中角度为90度的扇形片状非晶磁性材料5被设置在具有同心圆盘形天线线圈2a的RFID标签1a的下面,并且设置在用作导电性材料(未示出)的不锈钢片的上面,其中由树脂6密封的RFID标签1a被放置在片状非晶磁性材料5的上面。
在图7中,采用Allied Signal公司制造的最大磁导率μ为800000的Fe-Ni-Mo-B-S系作为片状非晶磁性材料,其中同心圆盘形天线线圈2a的外径为25mm,内径为20mm;扇形片状磁性材料5的外径为80mm,内径为10mm;而片状非晶磁性材料的厚度为30μm。
在图7中,可通信磁通区域B出现在片状非晶磁性材料5的外侧,形状与片状非晶磁性材料的扇形相似,其中作为最大通信距离Lmax的最远点B1从天线线圈2a的直径中心o1向片状非晶磁性材料5的方向延伸了50mm。
应该注意的是,在相同的条件下,当天线线圈2a被放置在不锈钢片上,而没有使用片状非晶磁性材料5时,最大通信距离Lmax是27mm;当将片状非晶磁性材料5设置为整个跨过天线线圈2a的线圈表面,并且放置在不锈钢片上时,最大通信距离Lmax是25mm;当将环形片状非晶磁性材料5设置为整个跨过天线线圈2a的线圈表面,并且放置在不锈钢片上时,最大通信距离Lmax是24mm。
因此,这表明当片状非晶磁性材料5按照从天线线圈2a上形成的磁通产生部分A延伸到天线线圈2a的外部方向(如图1,图2,图5和图7所示)的方式而设置时,与没有片状非晶磁性材料5或者片状非晶磁性材料5整个跨过天线线圈2a而设置的情况相比较,最大通信距离Lmax增加。
图8示出了当放置在不锈钢片(如图7所示)上的扇形片状非晶磁性材料5的角度θ从60度到180度变化时,最远点B1的最大通信距离Lmax的变化范围测量结果。
当扇形片状非晶磁性材料5的角度θ为60度时,从天线线圈2a的直径中心o1到最远点B1的最大通信距离Lmax为42mm;对应于角度θ从60度增加到90度,最远点B1的最大通信距离逐渐扩展;当角度θ到达90度时,最大通信距离Lmax达到最大,50mm。
此外,对应于角度90度增加到180度,最远点B1最大通信距离Lmax逐渐收缩;在角度θ为120度时,最大通信距离Lmax为48mm;而在角度θ为180度时,最大通信距离Lmax为40mm。
因此,实验结果表明扇形片状非晶磁性材料最合适的角度θ为90度;当角度θ设置在60度到180度之间时,当片状非晶磁性材料5按照从天线线圈2a上形成的磁通产生部分A延伸到天线线圈2a的外部方向的方式而设置时,与没有片状非晶磁性材料5或者片状非晶磁性材料5上整个地设置天线线圈2a的情况相比较,最大通信距离Lmax可能增加。
图9示出了扇形片状非晶磁性材料的外径R(延伸长度)和最大通信距离Lmax之间的关系图,其中采用了美国的Allied Signal公司制造的片状非晶材料(最大磁导率μ为800000的Fe-Ni-Mo-B-S系,天线线圈2a的外径为25mm,天线线圈2a的内径为20mm,片状非晶磁性材料5的厚度为30μm),其中,在天线线圈放置在不锈钢片上的条件下,当扇形r的内径为10mm,而扇形的角度θ为90度时,通过改变扇形片状非晶磁性材料的外径R来测量外径R与最大通信距离Lmax之间的关系。
当扇形片状非晶磁性材料5的外径R为40mm时,最远点B1的最大通信距离Lmax为300mm;最远点B1的最大通信距离Lmax在40mm到80mm的范围中逐渐扩展;当扇形片状磁性非晶材料5的外径R为60mm时,最远点B1的最大通信距离Lmax为350mm;当外径R达到80mm时,最大通信距离Lmax达到最大,380mm。
当外径达到80mm或者更多时,最大通信距离Lmax达到饱和,维持在380mm的距离。因此,扇形片状磁性材料的外径最合适的长度为80mm,因此,长度超过80mm将造成材料成本的浪费。
按照图9所示的相同方式,在片状非晶磁性材料5和天线线圈2a放置在充当导电性材料的铝片或者铜片上,而非不锈钢片的情况下,当扇形片状磁性材料的外径R为80mm或者更多时,最大通信距离Lmax为230mm。此外,在没有导电性材料,也没有使用片状非晶磁性材料5的情况下,最大通信距离Lmax为200mm。
因此,这表明当天线线圈2a通过片状非晶材料5放置在诸如不锈钢片、铝片或者铜片之类的导电性材料上时,与没有导电性材料相比较,最大通信距离Lmax增加。
如图10和图11所示,用作高单位磁导率片状磁性材料的片状非晶磁性材料5被设置在具有圆柱形天线线圈2a的RFID标签1b的芯部件3一端上,其中按照从芯部件3的一个底端向芯部件的外侧方向延伸的方式来设置片状非晶材料5。
天线线圈2b具有在端部的轴向方向上形成的磁通产生部分A(见图13),其中端部具有按照延伸到天线线圈2b的外侧的方式设置的片状非晶磁性材料5。
如图12所示,由铁、铁氧体等等制成的圆柱形芯部件3沿着天线线圈2b的轴向方向(图12中的横向方向)***单线缠绕的圆柱形天线线圈2b中。
作为天线线圈2b的典型例子,按照堆叠的形式,在轴向方向上缠绕直径大约为30μm的单根铜线,并且形成圆柱形;其中该天线线圈2b的电感大约为9.5mH(在125kHz),为谐振而与天线线圈2b连接的电容器的静电电容大约为170pF(在125kHz)。
在图10中,按照从轴向的端部延伸到轴向的外侧的方式将方形片状非晶磁性材料设置并粘贴在天线线圈2b的底表面,其中以集成的方式用树脂6将天线线圈2b、芯部件3、半导体IC芯片4(见图12)和片状非晶磁性材料5密封并固定起来。
在图11中,在用树脂6将天线线圈2b、芯部件3、半导体IC芯片4密封成箱子之后,按照从天线线圈2b底端部轴向延伸到外轴方向的方式将方形片状非晶磁性材料5固定并粘附在箱子底部。
现在要注意的是,可以按照以轴向方向夹在天线线圈2b的端部的形式将两片片状非晶磁性材料5分别设置在天线线圈2b的顶侧和底侧;或者以剖面形状为字母U的形式形成一片片状非晶磁性材料5,并将其按照以轴向方向夹在天线线圈2b的端部的形式来设置。此外,可以按照以轴向方向覆盖天线线圈2b的端部的形式来设置帽形片状非晶磁性材料5。
图13表示圆柱形天线线圈2b的RFID标签1b的每个位置的电场特性,按照同图6中所示的测量装置相同的方式来测量。如图13所示,作为天线线圈2b的中心的数字o2变成关于磁通电场特性的最小点,而天线线圈2b两端的位置变成关于电场特性的最大点。
图14示出了如图11所示的RFID标签1b的天线线圈2b的可通信磁通区域B(可通信最大距离Lmax)的实验结果。采用的片状非晶磁性材料5是美国的Allied Signal公司制造的Fe-Ni-Mo-B-S系,其具有的最大磁导率为800000,厚度为30μm,方形形状的四个边为10μm长度,其中按照从在天线线圈2b的两端形成的磁通产生部分A延伸到天线线圈2b的外侧的方式来设置片状非晶磁性材料5。
在RFID标签1b被设置在不锈钢片上的状态下,通过如图6所示的测量装置来测量最大可通信距离Lmax。如图14所示,沿着天线线圈2b的轴向方向形成葫芦状的可通信磁通区域B;沿着天线线圈2b的轴向方向延伸,最大可通信距离Lmax的最远点B1出现在设置片状非晶磁性材料的一侧。
在图14中,在按照沿着天线线圈2b的轴向延伸的方式设置片状非晶磁性材料5的一侧,从天线线圈2b的中心o2到最远点B1的最大通信距离Lmax为52mm;在延着天线线圈2b的轴向方向延伸的片状非晶磁性材料5的相对侧,最大通信距离Lmax为50mm;从中心o2开始沿着垂直相交的方向到达天线线圈2b的轴向的最大通信距离Lmax是13mm。
图15示出了当如图14所示的片状非晶磁性材料5也按照天线线圈2b的轴向方向从磁通产生部分A延伸到中心侧(图14的右侧)时,最大可通信距离Lmax的一个例子。
在图14中,当片状非晶磁性材料5的右侧端部被设置在磁通产生部分A时,如上所述,最大可通信距离Lmax是上述的52mm;当片状非晶磁性材料5被延伸到天线线圈2b的中心o2时,最大可通信距离Lmax为40mm;当片状非晶磁性材料5被延伸跨过天线线圈2b的整个长度时,最大可通信距离Lmax是22mm。
关于根据RFID标签1a,1b的通信或者电能传输期间生成的磁场H来产生涡流并且产生相反磁通以衰减固有磁通和导致不利于通信的结果的导电性材料,例如有上述的不锈钢片、铜片、铝片,以及诸如铁、钴、镍及其合金和铁氧体之类的铁磁金属,诸如铝、铜和铬之类的顺磁材料,和导电塑料。
在图16中,包括具有以上述方式设置的片状非晶磁性材料的同心圆盘形天线线圈2a或者圆柱形天线线圈2b的RFID标签1a,1b被容纳在安装部件11的安装槽部分11a中,所述安装部件充当由圆槽状截面的导电性材料制成的安装对象,而用作保护性部件的树脂6覆盖并密封RFID标签1a,1b的至少一个表面。
在图16中,外部读/写装置(未示出)可以使用电磁波执行非接触通信,并使用从树脂6上方泄漏的磁通产生的磁场来提取存储在RFID标签1a,1b中的信息。除了圆形之外,安装槽部件11a的截面也可以是方形,椭圆形,圆拱形和其它的各种形状。
尽管未在图中示出,将具有片状非晶磁性材料5的天线线圈2a,2b的RFID标签1a,1b容纳在安装槽部分11a之中,其中RFID标签1a,1b的至少一个表面被实际上的平板盖子部件覆盖和保护,所述平板盖子部件用作由导电性材料或者非磁性部件(例如树脂或者陶瓷)制成的保护性部件。
可以根据情况的不同使用螺纹连接、螺栓连接或者粘接来将盖子部件固定在安装部件11上。当盖子部件是导电性材料时,在安装部件11和盖子部件之间的粘合部分产生磁通泄漏路径,以致可以泄漏足够量的磁通,使得在实际电平上进行发送/接收;例如,当通过粘接或者螺栓连接来固定时,可以形成用于提供预定间隙的平板光滑接触面,当通过螺纹连接来固定时,在螺纹啮合部分形成用于提供预定间隔的螺纹部分的接触面。
通过处理接触表面的粗糙度而非设计特定的间隔来形成接触表面较为理想;在这种情况下,相对的接触面可以以松散的形式来接触,以便可以在分散的非接触部分形成磁通泄漏路径。
例如,已经证明,可以通过将相对侧的表面粗糙度处理为大约0.04μm来形成至少大约0.08μm的间隙,以获得泄漏磁通的预定实际量值。
应该注意的是,可以在盖子部件上形成凹口,孔洞或者狭缝,用作泄漏磁通的泄漏路径。因此,外部读/写装置(未示出)可以通过使用泄漏磁通形成的磁场来提取记忆在RFID标签1a,1b中的信息,所述的泄漏磁通从安装部件11和盖子部件的上方泄漏出。
应该注意的是当盖子部件是非磁性材料时,外部读/写装置(未示出)可以使用泄漏的磁通构成的磁场来提取记忆在RFID标签1a,1b中的信息,所述的泄漏磁通在树脂6和盖子部件的上部泄漏出。
应该注意的是,可以在盖子部件上形成凹口,孔洞或者狭缝,用作泄漏磁通的泄漏路径。狭缝的形状可以是直线形,十字形,放射形,处于帽状盖子部件的顶部中心部分。
在图17中,带有片状同心非晶磁性材料5的圆盘形天线线圈2a或者圆柱形天线线圈2b的RFID标签1a,1b被容纳在容器之中,所述容器包括盖子部件16和分成至少两部分的导电性材料制成的收容容器15,其中在盖子部件16和作为被分开部分的的收容容器15上形成磁通泄漏路径14,或者在至少一个收容容器15或者在盖子部件16上形成。
也可以根据情况的不同,通过螺纹连接或者粘接来将盖子部件16固定在收容容器15上。当盖子部件16是导电性材料时,在收容容器15和盖子部件16之间的结合部分形成磁通泄漏路径,以致泄漏足够量的磁通,使得能够在实际的电平上进行发送/接收;例如,当通过粘接来固定时,可以形成用于提供预定间隙的平板光滑接触面,当通过螺纹连接来固定时,在螺纹啮合部分形成用于提供预定间隔的螺纹部分的接触面。
现在要应该注意的是,可以在盖子部件16或者收容容器15上形成凹口,孔洞或者狭缝,用作泄漏磁通的泄漏路径14。因此,外部读/写装置(未示出)可以通过使用泄漏磁通形成的磁场来提取记忆在RFID标签1a,1b中的信息,所述的泄漏磁通从收容容器15和盖子部件16之间形成的磁通泄漏路径14泄漏出。
在图18中,带有片状非晶磁性材料5的同心圆盘形天线线圈2a或者圆柱形天线线圈2b的RFID标签1a,1b被附加在上盖17或者笔记本电脑的主体18之类由导电性材料做成的安装部件上,其中使用开闭机构19(例如,铰链机构)连接上盖17和主体18的一个端部,用于形成彼此相对可打开的结构。
在作为上盖17和主体18之间的结合部分的开闭表面形成磁通泄漏路径14,以便泄漏足够的磁通,使得能够在实际电平上进行发送/接收,并且形成用于提供预定的间隙的实际上是方形的平板光滑表面。
因此,外部读/写装置(未示出)可以使用由泄漏磁通形成的磁场来提取记忆在RFID标签1a,1b中的信息,所述泄漏磁通从上盖17和主体18之间形成的磁通泄漏路径14泄漏出。较为可取的是,片状非晶磁性材料5要从天线线圈2a或者2b延伸到磁通泄漏路径部分。
尽管未在图中示出,可以通过粘贴在作为导电性材料制造的印刷电路板上来固定带有片状非晶磁性材料5的同心圆盘形天线线圈2a或者圆柱形天线线圈2b的RFID标签1a,1b,其中可以用多层金属片或者电路来构成印刷电路板。
在多层印刷电路板之间的间隔产生的空间形成磁通泄漏路径,以便泄漏足够量的磁通,使得能够在实际的电平上进行发送/接收。
因此,外部读/写装置(未示出)可以使用由泄漏磁通形成的磁场来提取记忆在RFID标签1a,1b中的信息,所述泄漏磁通从各个多层印刷电路板之间形成的磁通泄漏路径泄漏出。
例如可以通过重叠和粘合两层部件来将容器构成为卡片状。通信装置12可以是能够进行非接触通信的金属标牌。
现在应该注意的是可以将带有片状非晶磁性材料5的圆柱形天线线圈2b的RFID标签1b以倾斜的方式放置在导电性材料制造的安装部件11的安装槽部分11a中,并使用树脂6将其密封固定在其中。
可以按照沿着朝向按照安装部槽部分11a的方向从在圆柱形天线线圈2b的端部以轴向方向形成的磁通产生部分A延伸到靠近开口表面的部分来设置平板片状非晶磁性材料5。
可以按照环绕的方式通过粘贴在安装槽部分11a的外表面壁上来设置和固定片状非晶磁性材料5,可以将具有圆柱形天线线圈2b的RFID1b标签倾斜地设置在接近或者接触片状非晶磁性材料5的天线线圈2b的端部。
尽管上面的实施例描述了将通信装置12安装在导电性安装部件表面上形成的安装槽11a中的例子,但是通信装置12也可以安装在导电性安装物体上。
这里要注意的是,上述每个实施例都是用作通信装置12的RFID标签1a,1b的例子。通信装置12的其它可能例子有:与RFID标签1a,1b进行通信的读/写装置;高单位磁导率片状非晶磁性材料5,其按照从在具有天线线圈和控制部分的IC卡的天线线圈上形成的磁通产生部分延伸到天线线圈的外部的形式来设置。
在片状非晶磁性材料5增强了天线线圈2a或者2b的方向性的状态下,通信装置12能够使用电磁波与外部进行非接触通信。
对于如图19到图24示出的通信装置12,RFID标签1a的天线线圈2a、包括发信机/接收机电路的发信机/接收机4c、包括存储器电路的存储器4b、包括控制电路的CPU(中央处理单元)4a都被包含在作为由非导电性树脂制造的容器的密封容器中,作为高单位磁导率片状非晶材料的片状非晶磁性材料5平行设置在RFID标签1a的天线线圈2a的一侧。
在通信装置的天线线圈被安装在导电性材料制造的物体内部时,用作高单位磁导率片状非晶磁性材料的片状非晶磁性材料5以预定的长度从物体延伸到外部,以致设置在从物体延伸出来的端部附近的读/写装置将会在延伸部分以很高的灵敏度进行通信。在这种情况下,片状非晶磁性材料5可以被延伸到多个方向,并且不局限于在天线线圈的单一方向上延伸。
在这种情况下,按照从天线线圈2a的磁通产生部分A延伸到天线线圈2a的外部的形式设置片状非晶磁性材料5,其中放置在RFID标签1a表面侧的第一片材料21和片状非晶磁性材料5表面侧的第二片材料彼此相互粘合。
本实施例的通信装置12的制造方法具有以预定间隔沿着图19所示的薄长形第一片材料21的长度方向固定设置的多个RFID标签1a,以及具有以预定间隔沿着图20所示的薄长形第二片材料22的长度方向固定设置的用作片状材料的多个片状非晶磁性材料5。
如图21所示,调节每个RFID标签1a和每个片状非晶磁性材料5的位置,以匹配成对,其中通过热压的方式将第一和第二片材料6,7相互粘合。
图19示出了用胶粘剂23来以预定的间隔设置同心圆盘形天线线圈2a的多个RFID标签1a,并将其固定在薄长型第一片材料21上的状态;同时,图20示出了用作高单位磁导率片状磁性材料的片状非晶磁性材料5形成扇形的状态,其中用胶粘剂23来以预定的间隔设置多个片状非晶磁性材料5,并将其固定在薄长型第二片材料22上。
可以通过将非晶合金混合成高密度的树脂粘合剂中并使用丝网印刷之类的印刷技术来在第二片材料22上直接形成片状非晶磁性材料5。在这种情况下,因为可以不用粘合剂23,所以制造起来比较简单。
聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯酰胺树脂或者聚合物制成的挠性片可以被用作第一和第二片材料21,22;可以通过加热和加压来将第一和第二片材料21和22焊接在一起,第一和第二片材料21和22可以时透明的,半透明的或者非透明的片。
具体而言,可以很容易通过透明的或者半透明方式的第二片材料22来确定方向性,因为可以从外面看到片状非晶磁性材料5,此外,容易实现安装和应用。
将具有固定设置的多个RFID标签1a的薄长型第一片材料21和具有设置的多个片状非晶磁性材料5的薄长型第二片材料22分别卷成一卷,然后各自的片状材料的卷相对卷开,同时调节位置,然后通过加热焊接来将片状材料依次连接。
图21示出了当在位置上调节包括固定在第一片材料21上的RFID标签1a和固定在第二片材料22上的片状非晶磁性材料5的每个对时,第一片材料21与第二片材料22的重叠状态。
按照将片状非晶磁性材料5从RFID标签1a的天线线圈2a的直径中心o1(图5上方所示)与天线线圈2a的内周部分2a1之间形成的磁通产生部分A向天线线圈2a的外侧方向延伸的方式来对RFID标签1a和片状非晶磁性材料5进行位置调节。
如图20所示,以扇形形成片状非晶磁性材料5,并按照从磁通产生部分A向天线线圈2a的外侧延伸的方式来设置。扇形的角度θ最好是90度,从实用的角度来看,角度可以在从60度到180度的范围中设置。
因此,如图22所示,在RFID标签1a和片状非晶磁性材料5的***,通过加热和加压来将第一片材料21和第二片材料22结合。
在图22中,字母C表示结合部分;如图22(b)所示,RFID标签1a和片状非晶磁性材料5的***在结合部分C的外侧具有层压的结合部分(图22中的长点划线所示)。因此,通过轻轻从RFID标签1a的***分离的方式来防止因结合RFID标签1a时的加热受损。
如图23所示,在结合第一片材料21和第二片材料22之后,按次序分层第一片材料21背侧的胶粘剂层24和分离层25,因此,诸如穿孔之类的分割部分26被设置在每个通信装置12的第一片材料21和第二片材料22的边缘部分。
当分离各自的通信装置12时,通过从分割部分26撕开来分离各自的通信装置12;当将各自的通信装置12附加到物体上时,将分离层24(例如,纸)剥落,以便露出胶粘剂层24,而胶粘剂层24可以粘贴在物体上,以便能够进行安装。
图24(a)示出了圆形分割部分26(点划线所示)包围圆形结合部分C(长点划线所示)的状态;图24(b)示出了通信装置12沿着分割部分26从图24(a)撕开的状态。
除了扇形的形式之外,也可以采用方形的形状或者其它的形状,作为高单位磁导率片状非晶磁性材料。
接着,参考图25到27说明具有圆柱形天线线圈2b的通信装置12的示例结构。应该注意的是,与上面的实施例中解释的相似的组成部分用相同的参考数字来表示,同时省略其说明。
RFID标签1b的天线线圈2b、芯部件3、包括发信机/接收机电路的发信机/接收机4c、包括存储器电路的存储器4b、包括如图25和图27所示的控制电路的CPU(中央处理单元)4a被包含在诸如不导电性玻璃容器或者树脂做成的密封容器之类的容器体中,其中以预定的间隔设置具有圆柱形天线线圈2b的多个RFID标签1b,并使用胶粘剂23将其固定在第一片材料21上,如图25所示,以及以预定的间隔设置具有与RFID标签1b的形状相对应的多个非晶磁性材料,并使用胶粘剂23将其固定在第二片材料22上,如图26所示。
图27示出了固定设置了带有多个圆柱形天线线圈2b的RFID标签1b的第一片材料21与固定设置了多个片状非晶磁性材料5的第二片材料22的结合状态。
如图13所示,关于具有圆柱形天线线圈2b的RFID标签1b,将第一片材料21和第二片材料22结合,以致可以按照从天线线圈2b的轴向端部(图13的横向)形成的磁通产生部分A延伸到天线线圈2b的外侧的方式来设置充当高单位磁导率片状磁性材料的片状非晶磁性材料5。
如图27(a)所示,在将第一片材料21与第二片材料22结合之后,按照次序分层第一片材料21背侧的胶粘剂层24和分离层25,接着,将诸如穿孔之类的分割部分26设置在每个通信装置12的第一片材料21和第二片材料22的边缘部分。图27(b)示出了从分割部分26撕开的通信装置12。
较为可取的是,可以将第一片材料21和第二片材料22用做导电性材料,可以在第一片材料21和第二片材料22的结合边缘部分形成外部和内部之间的磁通泄漏路径,而片状非晶磁性材料5可以延伸到磁通泄漏路径部分。
图28示出了本发明的通信装置12的另一结构的平面图,图29是图28的放大侧视图。在这些图中,通信装置12具有通过电磁波进行通信的RFID标签1a,第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,这两个片状磁性材料与上述的片状非晶磁性材料5相似。
通过将片状磁性材料切割并处理成为厚度大约为10μm到50μm的方形形状以形成第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b。如图28所示,第一片状磁性材料5a沿着天线线圈2a的顶表面从中心偏左部分延伸到右侧朝外方向,其中通过粘贴的方式将第一片状磁性材料5a固定在天线线圈2a的顶表面。
此外,如图28所示,第二片状磁性材料5b沿着天线线圈2a的底表面从中心偏右部分延伸到左侧朝外方向,其中通过粘贴的形式将第二片状磁性材料5b固定在天线线圈2a的底表面。
因此,位于天线线圈2a中心部分的第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的每个端部都在天线线圈2a的中心部分地重叠。
接着,如图29所示,至少一部分磁通穿过了具有比空气中的磁阻低的磁阻的第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,然后形成磁通路径(磁通环)φ,它穿过天线线圈2a并按照图29中断续线的方式平面地扩展。
尽管使用略微比第一片状磁性材料5a的宽度小的宽度说明图28中的第二片状磁性材料5b,使得附图更容易理解,但是在实际中它们二者相同。
如图29所示,由于磁通路径φ按照平行于天线线圈2a表面的方向扩展,通信距离在该方向上被延伸,且在该方向上通信方向性增强。这里要注意的是,可以按照与上述相似的方式来理解通信距离的扩展原理。
尽管日本公开专利申请NO.2000-48152中示出的常规示例具有穿过天线线圈2a的片状磁性材料,但是该实施例并未采用这种***方式;可替换地,按照朝外地方向延伸设置在天线线圈2a一侧上的第一片状磁性材料5a,以及按照相对朝外的方向延伸设置在天线线圈2a另一侧上的第二片状磁性材料5b,因此,第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b用来形成穿过天线线圈2a的连续磁通路径φ。
通信装置12的通信灵敏度正比于磁通路径φ的磁通密度,所述的磁通密度与第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的单位磁导率的高单位磁导率成正比。因此,应该选择高单位磁导率的第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,并希望磁性材料具有至少一万以上的单位磁导率。片状非晶磁性材料可以作为包括高单位磁导率磁性材料的磁性材料的示例。
图30示出了通信装置12的另一实施例。在本实施例中,如图28所示的RFID标签1a、第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b都被容纳在薄型保护性容器31中,用于泄漏磁通。
保护性容器31包括盘状顶盖32、盘状底盖33和用于连接盖的环状中间框部件34。可以用诸如树脂、铝或者它们的合金(例如,硬铝)之类的不导电性材料制造保护性容器31。
在构成图30的通信装置12的方法中,首先,通过粘贴的方式将第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b分别粘附在RFID标签1a的顶侧和底侧来延伸所述第一和第二片状磁性材料5a和5b。然后,中间框部件34被设置在底盖33底顶部,以将RFID1a标签容纳在其中。接着,将胶粘剂或者填充剂填入容器,再使用密封顶盖32固化,从而底盖33、中间框部件34、顶盖32成为一体并稳定地将RFID标签1a固定在其中。
将通信装置12的主要部分容纳在保护性容器31中可以防止外部的物理或化学影响和存储、运输以及使用期间导致的进水的影响;此外,通信装置12可以做成具有良好外观的结构。
本发明的通信装置12可以作为附加在机器、装置和组成部分的表面的信息存储型标牌。在这种情况下,可以通过用铝、铝合金或者磁性金属来构成保护性容器的整体或者至少一个表面部分(例如,顶盖部分32),再在表面部分上刻字,符号等等来将通信装置12做成耐久的标牌。
通过减少厚度来将本发明的通信装置12制成卡片状。可以采用诸如铝之类的金属片,作为包括卡片型通信装置12的顶盖32和底盖33,以提供耐久的通信装置12。
通常,当由导电性材料,尤其是低电阻的金属材料做成的保护性容器将RFID标签1a封装起来时,在通信过程中可以由磁通(高频磁通)在导电性材料上产生过电流(overcurrent),而过电流可能造成反向磁通,导致衰减通信需要的磁通,此外,因为磁通不能够进入或者穿过保护性容器,所以在大多数情况下不能进行通信。
但是,本发明的实验结果表明通过作为导电性材料的铝、铝合金制成保护性容器31并将保护性容器做成磁通泄漏型,可以进行通信。可以使用形成间隙使得磁通泄漏通过的任何方法来将保护性容器31做成磁通泄漏型。
因此,当保护性容器31由树脂做成时,因为树脂本身能够泄漏磁通,所以没有任何问题。在采用铝或者铝合金的情况下,保护性容器31可以与预盖32、底盖33以及中间框部件34分离,如图30所示,其中,例如:可以将泄漏磁通底间隙35设置在在顶盖32和中间框部件34之间,并也可以设置在底盖33和中间框架部件34之间,并且将诸如橡胶之类的不导电性材料***间隙35,或者以维持间隙35的方式将诸如粘合剂之类的不导电性材料填入或者固定在间隙35中。
虽然,间隙35的宽度,即顶盖32和中间框部件34之间的间隔,底盖33和中间框部件34之间的间隔随想要的磁通泄漏量而定,在大约从几百个微米到几个毫米之间设置宽度足以进行有规律的通信。
如图30所示,对于这样的结构,保护性容器31中的RFID标签1a产生的磁通经过图30左侧的间隙35从第二片状磁性材料5b泄漏到外部,并且经过天线线圈2a从图30左侧的间隙35返回到第一片状磁性材料5a,以便按照图30中的断续线的方式形成磁通路径φ。因此,使用该磁通路径φ,可以完成RFID标签1a和外部之间的通信。
第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的每个端部设置得离间隙35越近,就越会增加更多的通信灵敏度。例如,当每个端部都***间隙35到达保护性容器31的外部点时,通信灵敏度最高。
图31示出了通信装置12的另一实施例的剖面图。在本实施例中,采用市场上批量生产和分发的典型数据载体,其中合并了第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b(与图28所示的相似)的数据载体被包含在保护性容器31之中。在这些图中,由盘形天线线圈2a和半导体IC芯片3组成的RFID标签1a被密封在由诸如树脂之类的不导电性材料做成的薄型密封容器36。
第一片状磁性材料5a平行于密封容器36的顶表面而设置,并通过粘贴之类的方法固定在其上;第二片状磁性材料5b平行于密封容器36的底表面而设置,并通过粘贴之类的方法固定在其上。
第一片状磁性材料5a从图31所示的密封容器36中设置的天线线圈2a略微靠左的中心部分延伸,并延伸到右侧朝外的方向;第二片状磁性材料5b从图31所示的密封容器36中设置的天线线圈2b略微靠右的中心部分延伸,并延伸到左侧朝外的方向。
接着,通过将粘合剂填入保护性容器31来将密封容器36容纳在保护性容器31中并形成模型,这导致形成如图31所示的通信装置12。按照与图30所示的相似的方式来构造图31的保护性容器31,例如在顶盖32和中间框部件34之间形成间隙35,当保护性容器由金属材料制成时,也在底盖33和中间框部件34之间形成间隙35。
对于这种结构的通信装置12,位于第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的中心部分的每个端部彼此部分重叠,与图28所示的方式相似。
如图31所示,至少一部分磁通分别通过磁阻远低于空气中的磁阻的的第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,并且通过天线线圈2a,以致形成按照断续线的方式平面扩展的磁通路径(磁通环)φ。
同样在本实施例中,当第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的每个端部***间隙35到达保护性容器31外侧的点时,通信灵敏度最高,上述与图30所示的形式相同。
如上所述,当使用铝或者铝合金之类的导电性材料构成保护性容器31时,可以提供令人满意的通信。但是实验表明即使采用诸如不锈钢、铜、黄铜之类其它导电性材料(磁性材料)形成保护性容器31,通过在保护性容器31的内表面形成铝或者铝合金制成的薄膜来实现通信。
尽管未在图中示出,可以按照三角形的方式形成第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,其中,一个尖峰部分朝向天线线圈2a中心部分的片状磁性材料以面积逐渐扩大的方式向外延伸;或者一侧部分朝向天线线圈2a的中心部分的片状磁性材料按照面积逐渐减少的方式向外延伸。
即使具有这种结构,磁通路径φ在天线线圈2a的表面向外延伸,以允许扩张通信距离和加强通信方向性,与图28和29所示的方式相似。
此外,图32示出了通信装置12的另一实施例。在本实施例中,分别以字母L形构成第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b。
第一片状磁性材料5a的一侧平行于图32的横向方向,端部位于天线线圈2a的顶面上;另一侧按照图32中的向上方向(垂直方向)延伸。第二片状磁性材料5b的一侧平行于图32的横向方向,端部位于天线线圈2a的底面上;另一侧按照图32中的向下方向(垂直方向)延伸。
具有夹在顶部和底部之间的天线线圈2a的第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的每个端部按照彼此部分重叠的方式来设置。此外,从具有设置在中间的天线线圈2a的图32的横向方向上的第一片状磁性材料5a的一侧和在图32的横向方向上的第二片状磁性材料5b的一侧形成第一磁通路径φ1;从具有设置在中间的天线线圈2a的在图32的横向方向和垂直方向上第一片状磁性材料5a的一侧和在图32的侧面方向上和垂直方向上的第二片状磁性材料5b的一侧形成第二磁通路径φ2
因此,借助第一磁通路径φ1和第二磁通路径φ2,可以在图32的横向方向和垂直方向上扩展通信距离,并且这两个方向上的通信灵敏度都得到增强。因此,可以提供在平面方向没有方向性的这种结构的通信装置12。
尽管图32示出了容纳在长点划线表示的保护性容器31中的天线线圈2a、第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,也可以在本实施例中采用如图31所示的密封容器36。
图33示出了图31的通信装置12的通信距离测量结果。如下制造本实验中使用的通信装置12。首先,制备RFID标签1a,它具有树脂制造的密封容器36作为模型的盘状天线线圈2a和用于ASK型通信的半导体IC芯片4,然后,将第一片状磁性材料5a粘贴在密封容器36的顶面,而将第二片状磁性材料5b粘贴在密封容器36的底面,接着,将所包括的部件作为一个整体容纳在铝制成的保护性容器31中。
美国的Allied Chemical公司制造的单位磁导率为800000的片状非晶磁性材料被用于第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,如图31所示,保护性容器31具有顶盖32、底盖33和中间框部件34,其中所有组成部分都由铝制成。
沿着顶盖32和中间框部件34之间的连接部分的整个***设置厚度为几百个微米并充当磁通泄漏路径的间隙35。保护性容器31的侧面长度(图31中的横向长度)为85mm,垂直长度为55mm,厚度为1mm。
使用与第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的重叠度有关的三种内径(平均直径)分别为10mm、25mm和50mm的天线线圈2a来测量上述通信装置12的通信距离。
这里应该注意的是,第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的宽度与各自对应的天线线圈2a的内径匹配,而第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的长度与保护性容器31在横向方向上的长度(图31所示的横向方向)匹配,即85mm。
在图33中,横轴表示第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b沿着天线线圈2a的中心部分的重叠关系,其中“+”号表示重叠宽度,“-”号表示分开的宽度。此外,竖轴表示测量的通信距离。通过沿着各自的通信装置12的纵向方向(图31的横向方向)设置读/写装置来测量通信距离,使用电磁波测量的RFID标签1a之间进行通信发送/接收距离的单位是毫米(mm)。
尽管存在由天线线圈2a的内径而定的差异,图33的结果表明当第一片状磁性材料5a的端部和天线线圈2a中心部分的第二片状磁性材料之间的关系从大约5mm的分开宽度变化到大约25mm的重叠宽度时,通信都是可能的。
但是,适当的重叠范围可以从0mm到20mm,而更适合的重叠范围可以是大约10mm±(正或者负)5mm。但是,存在最适合的距离可能变化到正比于天线线圈2a内径的较大重叠范围。此外,还表明天线线圈2a内径越大,可扩展的最大通信距离就越大。
如图33所示,当第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的中心侧彼此相对重叠时,可以相当地扩展通信距离。此外,甚至当重叠为零或者略微分开(例如,大约5mm)时,通信也是可能的。因此,当优先考虑次序在于通信距离上时,选择合适的“重叠”,当优先次序考虑在于降低昂贵的非晶材料的成本时,选择“重叠为零或者分开(-)”。
作为参考,在第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b之间的重叠宽度为0mm的情况下,当两个片状磁性材料的宽度都是10mm时,50mm内径的天线线圈2a的通信装置12的可测通信距离是150mm,当两个片状磁性材料的宽度都是5mm时,可测的通信距离是90mm。
此外,按照相同的方式,在保护性容器31的顶盖32改变为的非导电性树脂材料,替换铝的情况下,测量每个通信装置12的通信距离。结果表明通信距离比图33中的距离扩展了大约两倍。
图34示出了包含在图31的保护性容器31中的图32通信装置12按照图33的方式测量所得的通信距离实验结果。通信装置12采用RFID标签1a,它具有密封在树脂制成的密封容器36中的25mm内径的天线线圈2a和用于ASK型通信的半导体IC芯片4,美国Allied Chemical公司制造的20mm宽度的L字母形片状非晶磁性材料被用作第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b,它被粘贴在RFID标签1a上;从而,将所包括的部件成型在铝制成的保护性容器31中。
第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b的测量数值分别与如图32所示的保护性容器31的长度和宽度相匹配。图34中的结果表明当第一片状磁性材料5a和第二片状磁性材料5b之间的重叠宽度从0mm变化到20mm时,图32的横向和垂直方向上的通信距离为100mm或者更多。
此外,在保护性容器31的顶盖32改变为的非导电性树脂材料,替换铝的情况下,测量每个通信装置12的通信距离。表示通信距离的结果比图34的距离扩展了大约两倍。
在上面的说明中,保护性容器31包括顶盖32、底盖33、中间框部件34,其中这些所有的部件都用相同的材料制成。此外,部件也可以做成由不同材料制造的部件的组合。在这种情况下,可以省略顶盖32。当省略顶盖时,通过向其中施加耐久的树脂来密封包括底盖33和中间框部件34的保护性容器31。
前面对本发明优选实施例的说明是出于说明和解释的目的,而非要详尽说明或者限制本发明。选择说明,以最佳描述本发明的原理和实际应用,使得本领域的技术人员可以以各种实施例和适合于具体环境的各种修改来使用本发明,本发明的范围不由说明书来限定,而是由下面的权利要求书来限定。

Claims (16)

1.一种用于通过天线线圈以非接触电磁波与外部通信的通信装置,包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,
其中通信装置容纳在可被分成至少两部分的容器中,
其中在容器的分割部分形成用于泄漏天线线圈和外部之间的电磁波的磁通泄漏路径,
其中,通过将线圈缠绕在芯上来将天线线圈做成平板同心圆盘形或者圆柱形,
在天线线圈是同心圆盘形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在天线线圈的一侧,从天线线圈的直径中心和内周侧之间的中间位置延伸到磁通泄漏路径部分,以及,
在天线线圈是圆柱形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在芯的一侧,从芯的一个端部附近延伸到磁通泄漏部分。
2.根据权利要求1所述的通信装置,其特征在于片状磁性材料是高单位磁导率的非晶磁性材料片。
3.根据权利要求1所述的通信装置,其特征在于通信装置是RFID标签或者读/写装置。
4.根据权利要求1所述的通信装置,其特征在于:
可分成两部分的容器具有设置在端部的铰链机构,用于允许两部分可以彼此相对打开。
5.根据权利要求1所述的通信装置,其特征在于:
通过重叠和结合片状部件来将容器做成卡片状。
6.根据权利要求5所述的通信装置,其特征在于通信装置是能够进行非接触通信的金属标牌。
7.一种用于根据权利要求1的通信装置的安装结构,其特征在于通信装置被安装在导电性安装物体的表面或者安装在设置在导电性物体的表面的安装槽中。
8.一种用于通过天线线圈以非接触电磁波与外部通信的通信装置,包括天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,
其中天线线圈形成平板圆盘形,
其中天线线圈设置在第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料之间,
其中第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料沿着天线线圈以彼此相对的方向从天线线圈的中心部分延伸到外部区域。
9.根据权利要求8所述的通信装置,其特征在于:片状磁性材料是高单位磁导率磁性非晶磁性材料。
10.根据权利要求8所述的通信装置,其特征在于:
天线线圈、发信机/接收机电路、存储器电路和控制电路容纳在不导电性密封容器中,
第一片状磁性材料和第二片状磁性材料被设置成中间具有密封容器。
11.根据权利要求8所述的通信装置,其特征在于:
所述通信装置容纳在可被分成至少两部分的导电性容器中,
其中在容器的分割部分形成用于泄漏天线线圈和外部之间的电磁波的磁通泄漏路径,
其中第一片状磁性材料和第二片状磁性材料沿着天线线圈按照彼此相对的方向延伸到磁通泄漏路径部分。
12.根据权利要求11所述的通信装置,其特征在于,天线线圈、发信机/接收机电路、存储器电路和控制电路包含在不导电性密封容器中,
其中,通过密封容器来设置第一片状磁性材料和第二片状磁性材料。
13.一种制造用于通过天线线圈以非接触电磁波与外部通信的通信装置的方法,所述通信装置包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,
其中通过将线圈缠绕在芯上来将天线线圈做成平板同心圆盘形或者圆柱形,
其中天线线圈、发信机/接收机电路、存储电路和控制电路可以设置在不导电性密封容器中,
其中沿着薄长型的第一片状材料的纵向方向以预定的间隔多重设置密封容器,
其中沿着薄长型的第二片状材料的纵向方向以预定的间隔多重设置高单位磁导率片状磁性材料,
其中每个容器体和每个片状磁性材料在位置上相对可调,在天线线圈是同心圆盘形的情况下,片状磁性材料位置上可调地设置在天线线圈的一侧上,从天线线圈的直径中心和内周侧之间的中间位置沿着天线线圈延伸到天线线圈一侧的外部,在天线线圈是圆柱形的情况下,片状磁性材料位置上可调地设置在芯的一侧上,从芯端的一个端部附近延伸到芯的外侧区域,
其中第一片材料和第二片材料彼此结合,
其中容器体的每个组合体和片状磁性材料被分开。
14.根据权利要求13所述的制造通信装置的方法,其特征在于:
第一片材料和第二片磁性材料都是导电性材料,
片状材料在外部和结合边缘部分形成的内部之间具有磁通泄漏路径,
其中片状磁性材料延伸到磁通泄漏路径中的一部分。
15.一种与通过天线线圈以非接触电磁波与外部通信的通信装置进行通信的方法,所述的通信装置包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,
其中通信装置容纳在可被分成至少两部分的容器中,
其中在容器的分割部分形成用于泄漏天线线圈和外部之间的电磁波的磁通泄漏路径,
其中通过将线圈缠绕在芯上来将天线线圈做成平板同心圆盘形或者圆柱形,
其中,在天线线圈是同心圆盘形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在天线线圈的一侧,从天线线圈的直径中心和内周侧之间的中间位置延伸到磁通泄漏路径部分,
在天线线圈是圆柱形的情况下,将高单位磁导率片状磁性材料设置在芯的一侧,从芯的一个端部附近延伸到磁通泄漏路径部分。
16.一种与通过天线线圈以非接触电磁波与外部通信的通信装置进行通信的方法,所述的通信装置包括:天线线圈,发信机/接收机电路,存储器电路和控制电路,
其中,通信装置具有做成平板同心圆盘形并设置在第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料之间的天线线圈,
其中第一片状高单位磁导率磁性材料和第二片状高单位磁导率磁性材料沿着天线线圈以彼此相对的方向从天线线圈的中心部分延伸到外部区域,
其中,第一片状磁性材料和第二片状磁性材料在天线线圈的中心部分重叠设置,
其中,在天线线圈的方向性被片状磁性材料加强的状态下,执行非接触电磁波与外界的通信。
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