CN1815807B - 曲折线天线 - Google Patents

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Abstract

公开了一种通过将折叠偶极天线的导电图案折叠为曲折状而形成的曲折线天线。该曲折线天线的基本结构包括：下半部分，由折叠导电图案以及设置于该折叠导电图案的大致中央处的用于安装IC芯片的馈电点(c)形成；上半部分，由形状与下半部分相似的折叠导电图案构成；粗调部分(a)，由两个或更多个粗调用短路导电图案(1)构成，所述粗调用短路导电图案(1)按照预定间隔连接下半部分和上半部分中的任一个或全部两个的相对导电图案；以及微调部分(b)，由两个或更多个微调用短路导电图案(2)构成，所述微调用短路导电图案(2)按照预定间隔连接上半部分的相对导电图案，所述上半部分的相对导电图案位于与馈电点(c)相对的位置处。

Description

曲折线天线
技术领域
本发明涉及由折叠的导电图案构成并且可以调节到希望的电特性的曲折线天线(meander line antenna)。
背景技术
已经提出了多种平面天线以用于IC标签(集成电路标签)、RF-ID标签(射频识别标签)等，曲折线天线就是其中一种。已经提出了曲折线天线的各种结构，一个示例是形成为Z字形的折叠偶极天线导电图案。
包括一个或更多个层的导电图案的曲折线天线的制造方法的示例是公知的，其中在介电质基板和磁性材料基板上或在其内形成曲折状的导电图案，对该图案进行切割，从而获得希望的天线特性，并在基板上进行煅烧(例如专利文献1)。此外，根据另一种公知的方法，在介电质基板上形成：用作馈电辐射电极的曲折形的导电图案、用作不馈电辐射电极的曲折形导电图案、以及用于串联电感调节的导电图案，其中通过部分地去除用于串联电感调节的导电图案来调节谐振频率(例如专利文献2)。
此外，公开了一种其谐振频率可调的曲折线天线，其中，该曲折线天线在一部分曲折状导电图案的相对线之间的两个或更多个位置处具有短路导体。在此，通过选择短路导体的切断点来降低谐振频率；通过在相对线的点之间进行短路连接来使谐振频率升高，适当地选择这种短路点(例如专利文献3)。此外，除天线的馈电点之外均由电介质封装的曲折天线是公知的，其中，通过选择性地去除两个或更多个短路部分来调节谐振频率(例如专利文献4)。
此外，对可用于IC标签等的曲折线天线进行特性测量和仿真，其中，曲折线天线的长度在700MHz处被设置为在0.025和0.1波长之间，目标天线的参数是宽度W、长度L、线宽d、线间距s、折叠次数N等(例如非专利文献1)。
[专利文献1]JPA 2001-119224
[专利文献2]JPA 2001-217631
[专利文献3]JPA 2002-330018
[专利文献4]JPA 2004-32102
[非专利文献1]“Radiation and Ohmic Resistances in Very SmallMeander Line Antennas of Less than 0.1Wavelength”，MasatoTaki guchi和Yoshihide Yamada，The Inst itute of Electronics，Information and Communication Engineers，IEICE Transaction B，Vol.J87-B No.9，pp 1336-1345，2004年9月。
曲折线天线是平面型天线，可以使用用于制造各种印刷电路板的印刷电路技术来大量生产曲折线天线。然而，操作环境条件和用作曲折线天线安装于其上的卡的基板的电特性(例如介电常数)会严重影响天线的特性。由于该原因，存在的问题是，必须重复进行对天线长度等的设计变更以及试生产，直到获得与曲折线天线的基板的电特性对应的适于使用场所的理想特性。此外，目前，对于RF-ID标签，可以使用860与960MHz之间的频带、以及在2.45GHz范围中的另一频带。因此，为了获得可用于诸如上述的两个或更多个频带的曲折线天线，必须针对每个频带重复设计变更和试生产的问题更为严重。
发明内容
本发明的总体目的是提供一种曲折线天线，其基本消除了由于现有技术的局限和缺点而引起的一个或更多个问题。具体而言，本发明旨在提供一种能够进行粗调和微调以获得希望特性的曲折线天线。
本发明的特征和优点在以下的说明中得到阐述，部分地通过说明书和附图而显而易见，或可以根据说明书中提供的教导通过对本发明的实践而习得。通过本说明书中以使得本领域普通技术人员能够实践本发明的充分、清楚、简明和准确的语言所具体指出的曲折线天线来实现并获得本发明的目的以及其它特征和优点。
为了实现这些和其它优点并根据本发明的目的，正如在此所具体实施和广义描述的，本发明如下所述。
[用于解决所述问题的手段]
本发明提供了一种曲折线天线，其基本结构包括：曲折形的偶极天线的折叠导电图案；由在其大致中央处设置有馈电点的折叠导电图案构成的下半部分；由形状与下半部分相似的折叠导电图案构成的上半部分，只是没有设置馈电点；由两个或更多个粗调用短路导电图案构成的粗调部分，所述粗调用短路导电图案按照预定间隔连接下半部分和上半部分中的任一个或全部两个的相对导电图案；以及由两个或更多个微调用短路导电图案构成的微调部分，所述微调用短路导电图案按照预定间隔连接对着馈电点的位置处的上半部分的相对导电图案。
基于上述结构，
可以从粗调部分的粗调用短路导电图案选出一个粗调用短路导电图案，将选择的这一个保持完整，并去除其它短路导电图案；并且
可以从微调部分的微调用短路导电图案选出一个微调用短路导电图案，将选择的这一个保持完整，并去除其它短路导电图案。
根据本发明的另一方面，曲折线天线的基本结构包括：由折叠导电图案以及设置在其大致中央处的馈电点构成的下半部分；由形状与下半部分相似的折叠导电图案构成的上半部分，只是没有设置馈电点；由按照预定间隔连接下半部分与上半部分的两个或更多个粗调用连接导电图案构成的粗调部分；以及由两个或更多个微调用短路导电图案构成的微调部分，所述短路导电图案按照预定间隔连接对着馈电点的位置处的上半部分的相对导电图案。
基于上述结构，
可以从粗调部分的粗调用连接导电图案选出一个粗调用连接导电图案，将选择的这一个保持完整，并去除其它连接导电图案；并且
可以从微调部分的微调用短路导电图案选出一个微调用短路导电图案，将选择的这一个保持完整，并去除其它短路导电图案。
根据本发明的再一方面，曲折线天线的基本结构包括曲折形的折叠偶极天线的折叠导电图案，在其大致中央部分设置有馈电点，其中，紧邻馈电点的相对导电图案之间的间隔被制成大于其它相对导电图案之间的间隔。该曲折线天线的基本结构还包括
粗调部分，由两个或更多个粗调用短路导电图案构成，所述粗调用短路导电图案按照预定间隔连接相对的导电图案，以及
微调部分，由两个或更多个微调用短路导电图案构成，所述微调用短路导电图案按照预定间隔连接对着馈电点的位置处的相对导电图案。
基于上述结构，
可以从粗调部分的粗调用短路导电图案选出一个粗调用短路导电图案，将选择的这一个保持完整，并去除其它短路导电图案，从而获得希望的谐振频率；并且
可以从微调部分的微调用短路导电图案选出一个微调用短路导电图案，将选择的这一个保持完整，并去除其它短路导电图案，从而获得希望的阻抗。
[发明效果]
大量生产如上所述的基本结构。然后，通过粗调部分进行粗调，并通过微调部分进行微调，从而获得各曲折线天线的希望电特性。因为为了获得提供希望特性的导电图案，仅仅需要通过截断器(cutter)、冲头(punch)等去除不必要的导电图案，因此免除了重复设计变更和试生产，可以以较低的成本、耗时以及劳动力来提供曲折线天线。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的图案的图；
图2A、2B、2C和2D是根据本发明实施例1的图案的图；
图3A、3B、3C和3D是根据本发明实施例1的Smith图；
图4是根据本发明实施例2的图案的图；
图5A、5B和5C是根据本发明实施例2的图案的图；
图6A、6B和6C是根据本发明实施例2的Smith图；
图7是根据本发明实施例3的图案的图；
图8A、8B、8C和8D是根据本发明实施例3的图案的图；
图9A、9B、9C和9D是根据本发明实施例3的Smith图；
图10A、10B、10C、10D和10E是根据本发明实施例3的图案的图；
图11A、11B、11C、11D和11E是据本发明实施例3的Smith图；
图12A是用于说明根据本发明实施例3的通过微调的阻抗的表；以及
图12B是表示天线和IC芯片的等效电路的框图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施例。
如图1所示，根据本发明的曲折线天线是由曲折形的折叠偶极天线的折叠导电图案构成的。该曲折线天线包括：下半部分，由折叠导电图案和在其大致中央部分的馈电点(c)构成；以及上半部分，由形状与下半部分相似的折叠导电图案构成。该曲折线天线还包括：粗调部分(a)，由两个或更多个用于粗调的短路导电图案1构成，所述短路导电图案1按照预定间隔连接下半部分和上半部分中的一个或两个的相对导电图案；以及微调部分(b)，由两个或更多个用于微调的短路导电图案2构成，所述短路导电图案2按照预定间隔连接对着馈电点(c)的位置处的上半部分的相对导电图案。
[实施例1]
图1是示出根据本发明实施例1的曲线折叠偶极天线的基本结构的图案的图。基本结构的上半部分和下半部分大致对称，该结构包括粗调部分(a)、微调部分(b)、以及馈电点(c)，IC芯片安装并连接到馈电点(c)。例如，长度L被设置为48mm，宽度W被设置为22.5mm，导电图案的宽度被设置为0.25mm，微调部分(b)的相对导电图案之间的间隔以及馈电点(c)处的相对导电图案之间的间隔被设置为1.5mm，其它相对导电图案之间的间隔被设置为0.75mm。此外，例如，上半部分与下半部分之间的间隔被设置为1.5mm。此外，形成在上半部分和下半部分中的粗调部分(a)由用于粗调的短路导电图案1构成，所述短路导电图案1在相对导电图案之间在两个或更多个位置处形成短路连接，微调部分(b)由用于微调的短路导电图案2构成，这些短路导电图案2在对着馈电点(c)的上半部分的相对导电图案之间在两个或更多个位置处形成短路连接。这里，可以考虑微调步幅、调节处理等来选择微调部分(b)中的相对导电图案之间的间隔。此外，可以考虑IC芯片安装等来选择馈电点(c)处的相对导电图案之间的间隔。
通过切除除特定短路导电图案之外的短路导电图案1，获得具有不同宽度的曲折线天线。在切除短路导电图案1和2的情况下，通过截断器、冲头等对其进行切除。具体地，通过切除除了基本结构的上半部分和下半部分的粗调部分(a)的位于宽度方向上最外侧的短路导电图案之外的用于粗调的短路导电图案1，并且通过切除除了微调部分(b)的位于宽度方向上最内侧的短路导电图案之外的用于微调的短路导电图案2，获得如图2A所示的具有宽度W1(＝W)的曲折线天线。在此，长度L与图1所示的基本结构的长度相同。接下来，通过切除粗调部分(a)的位于最外侧、第三最外侧和第四最外侧的用于粗调的短路导电图案1，即，将第二最外侧的图案保持完整，获得如图2B所示的具有宽度W2(＜W1)的曲折线天线。在此，微调部分(b)将位于最内侧的用于微调的短路导电图案2保留完整，去除其它的短路导电图案，这与图2A中所示的相同。接下来，如果将粗调部分(a)的用于粗调的第三最外侧的短路导电图案保留完整，切除用于粗调的其它短路导电图案，则获得如图2C所示的具有宽度W3(＜W2＜W1)的曲折线天线。在此，同样，微调部分(b)示出了与图2A所示相同的情况。类似地，如果去除粗调部分(a)的位于最外侧、第二最外侧和第三最外侧的用于粗调的短路导电图案，即，仅仅第四最外侧的用于粗调的短路导电图案保留完整，则获得如图2D所示的具有宽度W4(＜W3＜W2＜W1)的曲折线天线。注意到，在这些示例中，长度L保持在48mm。
图3A、3B、3C和3D分别是示出了图2A、2B、2C和2D中所示的曲折线天线在800和1100MHz之间的频率范围内的阻抗特性的Smith图，其中，黑点标记表示在900MHz的阻抗。图3A示出了图2A中所示的结构的阻抗特性，其中粗调部分(a)被调节到W1＝W＝24.5mm，这与基本结构相同。此外，图3B示出了其中粗调部分(a)如图2B所示地被调节到W2＝22.5mm的阻抗特性。此外，图3C示出了其中粗调部分(a)如图2C所示地被调节到W3＝20.25mm的阻抗特性。此外，图3D示出了其中粗调部分(a)如图2D所示地被调节到W4＝18.25mm的阻抗特性。此外，可以通过设置用于粗调的短路导电图案1的间隔来设置调节步幅。此外，可以通过用于粗调的短路导电图案1的数量来设置调节级数。
根据如上所述的实施例1，通过以对称形式适当地去除上半部分和下半部分的粗调部分(a)的用于粗调的短路导电图案1来执行粗调。然而，也可以以非对称形式去除短路导电图案1，这也实现粗调。即，可以通过去除仅仅上半部分或仅仅下半部分的粗调部分(a)的用于粗调的短路导电图案来执行粗调。此外，还可以针对上半部分和下半部分中的一个或两个沿长度L方向以交替的方式(例如每隔一个图案、每三个图案等)去除用于粗调的短路导电图案1。在这种情况下，也可以针对上半部分和下半部分通过非对称结构来进行粗调。通过这些粗调方法中的任一种，均可以在不使天线特性退化的情况下对天线的阻抗进行粗调。此外，通过适当地去除微调部分(b)的用于微调的短路导电图案，可以对天线的阻抗进行微调。通过这种方式，可以获得具有希望阻抗的曲折线天线。
[实施例2]
图4是本发明实施例2的图案的图，示出了形成在宽度W和长度L的区域上的基本结构。例如，可以将尺寸设置为：L＝48mm，W＝20mm，导电图案的宽度为0.25mm。根据实施例2，粗调部分(a)由用于粗调的连接导电图案3构成，所述连接导电图案3在两个或更多个位置连接上半部分与下半部分。微调部分(b)设置在与馈电点(c)相对的上半部分上，这与图1中所示的相同。即，根据该基本结构，与图1所示的实施例1一样，上半部分和下半部分各自具有对称地排列在除用于安装IC芯片的馈电点(c)的位置之外的上半部分和下半部分中的24个折叠导电图案。为了安装IC芯片，使得紧邻馈电点(c)的导电图案之间的间隔大于其它部分。与馈电点(c)相对的上半部分的相对导电图案之间的间隔也被形成为较宽，并且该间隔通过用于微调的短路导电图案2构成微调部分(b)，所述短路导电图案2在两个或更多个位置处连接相对导电图案。在此，尽管粗调部分(a)示出了通过用于粗调的连接导电图案3来连接上半部分和下半部分的每个折叠部分的情况，但是也可以每隔一个地设置用于粗调的连接导电图案3，或针对每预定数量个设置一个用于粗调的连接导电图案3。
图5A、5B和5C示出了通过选择性地去除图4中的粗调部分(a)的用于粗调的连接导电图案3(其连接上半部分和下半部分)而获得的曲折线天线的结构。这里，对于微调部分(b)，将用于微调的第四短路导电图案保留完整(“第四”是从最上数起的)，去除用于微调的其它短路导电图案。
图5A示出了其中将用于粗调的最外侧和第五连接导电图案保留完整(“第五”是从对应的用于粗调的连接导电图案的最外侧数起的)而去除其它连接导电图案的结构。用于粗调的第五连接导电图案之间的间隔是31.5mm。
图5B示出了其中将用于粗调的最外侧和第九连接导电图案保留完整而去除其它连接导电图案的结构。在此，用于粗调的第九连接导电图案之间的间隔是15.5mm。
图5C示出了其中将用于粗调的最外侧和第十一连接导电图案保留完整而去除其它连接导电图案的结构。用于粗调的第十一连接导电图案之间的间隔是3.5mm。
图6A、6B和6C分别是示出了图5A、5B和5C中所示的结构在800～1100MHz内的阻抗特性的Smith图。黑点标记表示在900MHz时的阻抗。如图6A、6B和6C所示，通过选择连接上半部分与下半部分的粗调部分(a)的用于粗调的连接导电图案，天线的阻抗大范围变化。在此，对于微调部分(b)，例如，将用于微调的第四(从最上侧数起)短路导电图案保留完整，去除其它短路导电图案。在粗调之后，通过选择微调部分(b)的用于微调的短路导电图案，可以对阻抗进行微调。
[实施例3]
参照图7对本发明实施例3的基本结构进行描述，图7是具有长度L和宽度W的区域的图案的图。以与图1和图4所示相同的方式，微调部分(b)形成在与馈电点(c)相对的上半部分中，具有两个或更多个用于微调的短路导电图案2。实施例3的馈电点(c)由宽导电图案构成，以便可以安装和连接IC芯片。实施例3的粗调部分(a)由设置在相对导电图案(其间隔大于微调部分(b)的相对导电图案之间的间隔)之间的用于粗调的两个或更多个短路导电图案4形成在下半部分中。例如，尺寸如下。W＝20mm，L＝48mm，导电图案宽度＝0.25mm，微调部分(b)的相对导电图案之间的间隔＝1.5mm，用于微调的短路导电图案2之间的间隔＝1.75mm，粗调部分(a)的相对导电图案之间的间隔＝9.5mm，用于粗调的短路导电图案4之间的间隔＝1.75mm。
图8A、8B、8C和8D示出了其中参照图7所示的基本结构将选择的短路导电图案保留完整而去除其它短路导电图案的结构。具体地，图8A、8B、8C和8D示出了其中在粗调部分(a)中分别将用于粗调的第四(从最下侧数起，即最接近馈电点(c)、间隔1.75mm)、第三(距馈电点(c)3.5mm)、第二(距馈电点(c)5.25mm)和第一(距馈电点(c)7mm)短路导电图案4保留完整而去除其它短路导电图案的结构。对于微调部分(b)的用于微调的短路导电图案2，仅将最下侧的短路导电图案2保留完整，去除其它短路导电图案。
图9A、9B、9C和9D分别是示出了在图8A、8B、8C和8D中所示的结构在800～1100MHz内的阻抗特性的Smith图，黑点标记表示900MHz处的阻抗。即，通过选择粗调部分(a)的用于粗调的短路导电图案，可以大范围改变天线的阻抗。此外，对于微调部分(b)，在粗调之后，通过选择用于微调的短路导电图案，可以如实施例1和2那样对阻抗进行微调。
图10A、10B、10C、10D和10E示出了其中参照图7所示的基本结构分别将微调部分(b)的用于微调的第二(距最上侧1mm)、第四(距最上侧3mm)、第六(距最上侧5mm)、第八(距最上侧7mm)和第十(距最上侧9mm)短路导电图案2保留完整而去除其它短路导电图案的结构。在此，对于粗调，将粗调部分(a)的用于粗调的最下侧短路导电图案4保留完整，去除其它短路导电图案。如图8D所示，在粗调之后进行微调。
图11A、11B、11C、11D和11E分别是示出了具有图10A、10B、10C、10D和10E所示结构的天线的阻抗特性的Smith图，黑点标记表示在900MHz的阻抗。如Smith图所示，可以进行在图上不可见的微调。
图12A的表概括了图10A、10B、10C、10D和10E所示结构在900MHz的阻抗Z[Ω]、导纳Y[mS]，以及并联电容C[pF]。这里，记号“i”表示阻抗Z和导纳Y的虚部。图12B示出了天线和IC芯片的等效电路，其中IC芯片包含电阻分量Rp和电容分量Cp。进行阻抗匹配，以使得天线的阻抗Z的电阻分量等于IC芯片的电阻分量Rp，并使得天线的阻抗Z的电感分量的阻抗等于IC芯片的电容分量Cp的阻抗。
尽管在图11A、11B、11C、11D和11E的Smith图中很难看到，但是在图12A的表中示出了微小的变化。具体地，可以以约0.001pF的步幅来对电容分量Cp进行微调。此外，通过实施例3进行的微调也可用于实施例1和2。
此外，本发明并不限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种修改和变型。

Claims (6)

1.一种曲折线天线，该曲折线天线是通过将折叠偶极天线的导电图案折叠为曲折状而形成的，其基本结构的特征在于：
下半部分，由折叠导电图案以及设置于该折叠导电图案的大致中央的馈电点构成；
上半部分，由形状与下半部分相似的折叠导电图案构成；
粗调部分，由多个粗调用短路导电图案构成，所述多个粗调用短路导电图案按照预定间隔连接下半部分和上半部分中的任一个或全部两个的相对导电图案；以及
微调部分，由多个微调用短路导电图案构成，所述多个微调用短路导电图案按照预定间隔连接上半部分的相对导电图案，所述上半部分的相对导电图案位于与所述馈电点相对的位置处。
2.根据权利要求1所述的曲折线天线，其特征在于：
从所述多个粗调用短路导电图案中选择出的粗调用短路导电图案被保留完整，而其它粗调用短路导电图案被去除，并且
从所述多个微调用短路导电图案中选择出的微调用短路导电图案被保留完整，而其它微调用短路导电图案被去除。
3.一种曲折线天线，该曲折线天线是通过将折叠偶极天线的导电图案折叠为曲折状而形成的，其基本结构的特征在于：
下半部分，由折叠导电图案以及设置于折叠导电图案的大致中央的馈电点构成；
上半部分，由形状与下半部分相似的折叠导电图案构成；
粗调部分，由多个粗调用连接导电图案构成，所述多个粗调用连接导电图案按照预定间隔连接下半部分与上半部分；
微调部分，由多个微调用短路导电图案构成，所述多个微调用短路导电图案按照预定间隔连接上半部分的相对导电图案，所述相对导电图案位于与所述馈电点相对的位置处。
4.根据权利要求3所述的曲折线天线，其特征在于：
从所述多个粗调用连接导电图案中选择出的粗调用连接导电图案被保留完整，而其它粗调用连接导电图案被去除，并且
从所述多个微调用短路导电图案中选择出的微调用短路导电图案被保留完整，而其它微调用短路导电图案被去除。
5.一种曲折线天线，该曲折线天线是通过将折叠偶极天线的导电图案折叠为曲折状而形成的，其基本结构的特征在于：
折叠导电图案，以及设置在该折叠导电图案的大致中央的馈电点；
粗调部分，由多个粗调用短路导电图案构成，所述多个粗调用短路导电图案按照预定间隔连接相对导电图案，其中，紧邻所述馈电点的相对导电图案之间的间隔被设置为大于其它相对导电图案之间的间隔；以及
微调部分，由多个微调用短路导电图案构成，所述多个微调用短路导电图案按照预定间隔连接相对导电图案，所述由所述多个微调用短路导电图案按照预定间隔连接的相对导电图案位于与所述馈电点相对的位置处。
6.根据权利要求5所述的曲折线天线，其特征在于：
从所述多个粗调用短路导电图案中选择出的粗调用短路导电图案被保留完整，而其它粗调用短路导电图案被去除，并且
从所述多个微调用短路导电图案中选择出的微调用短路导电图案被保留完整，而其它微调用短路导电图案被去除。
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