無線標籤及其製造方法

2023-06-14 04:34:06

專利名稱：無線標籤及其製造方法
技術領域：
本案件涉及無線標籤及其製造方法。所述無線標籤有時例如用作能夠粘貼在金屬
上的適用於金屬的無線標籤。
背景技術：
作為無線通信系統之一，公知有RFID(Radio Frequencyldentification)系統。一 般地，該RFID系統具有無線標籤(也稱為RFID標籤)和讀寫器(RW)裝置，通過無線通信 從RW裝置對無線標籤進行信息的讀寫。 眾所周知，在無線標籤中有無線標籤通過本身內置的電源而工作的類型(稱為有 源標籤)和將來自RW裝置的接收電波作為驅動電力而工作的類型(稱為無源標籤)。
在使用無源標籤的RFID系統的情況下，無線標籤將來自RW裝置的無線信號作為 驅動電力，使內置的IC或LSI等集成電路工作，進行基於接收無線信號(控制信號)的各 種處理。利用所述接收無線信號的反射波來進行從無線標籤到RW裝置的發送。S卩，在該反 射波中載入標籤ID或所述各種處理的結果等的信息，發送到RW裝置。
另外，在RFID系統中利用各種頻帶，但是，最近，UHF頻帶(860MHz 960MHz)備 受關注。與現有的13. 56MHz頻帶和2. 45GHz頻帶相比，UHF頻帶能夠進行遠距離通信。在 歐洲使用868MHz附近的頻率，在美國使用915MHz附近的頻率，在日本使用953MHz附近的 頻率。UHF頻帶的無線標籤(以下簡稱為"標籤")的通信距離雖然因標籤內使用的IC芯 片或LSI等集成電路的性能而不同，但大致為3 5m。並且，RW裝置的輸出為l瓦特(W) 左右。 另外，作為現有的無線標籤，例如有後述專利文獻1和專利文獻2所記載的標籤。 在專利文獻1中記載了如下的平面天線具有從基板中的規定端邊切入規定形狀
而形成的切入部，成為僅切入部折回的結構，由此，能夠降低阻抗，即使不設置阻抗轉換電
路等其他電路，也能夠與50 Q的饋電線路相匹配，能夠簡化結構，實現成本削減。 在專利文獻2中記載了如下內容在無線標籤中，以將天線阻抗抑制得較低並實
現寬帶化為目的，在具有由一對天線圖案構成的平面天線和與該平面天線的饋電點連接的
IC晶片的無線標籤中，將構成平面天線的天線圖案作為相對於饋電點側的端部增大了遠
離饋電點的一側的端部的圖案寬度後的面圖案，實現平面天線的寬帶化(89MHz寬度的覆
蓋)，並且，與平面天線鄰接形成的輔助圖案不是線狀，而作為具有與平面天線的一個天線
圖案相同面積的面圖案，將天線阻抗抑制得較低。 但是，假設粘貼在紙板或塑料上的通常的片狀無線標籤具有200MHz左右的通過 帶寬，所以，能夠覆蓋歐洲、美國、日本的所有的使用頻率。但是，能夠粘貼在金屬上的適用 於金屬的標籤僅存在通過頻帶非常窄的各國專用設計標籤。 例如，在圖16所示形狀的平面天線中，在具有圖15所示的-通信距離-頻率特性 的情況下，當使中心頻率與美國(US)的使用頻率一致時，在兩側的歐洲(EU)和日本(JP) 的使用頻率處，通信距離極端降低。在使中心頻率與歐洲或日本的使用頻率一致的情況下，同樣，在除此之外的地域的使用頻率下，通信距離極端降低。並且，即使在同一國家中使用 的情況下，將標籤粘貼在曲面上、或標籤的構成要素即電介質基板(間隔基板)的介電常數 "r)或厚度(t)變化時，頻率特性偏移，所以，通信距離降低。 因此，期望一種具有全部覆蓋歐洲、美國、日本的使用頻率的寬帶頻率特性、且能 夠粘貼在金屬上的標籤。 這種適用於金屬的標籤大多使用貼片天線(patch antenna)，但是，為了實現寬帶 化，例如考慮排列多個大小不同的貼片天線。後述的非專利文獻1雖然不是用於RFID標籤， 但是記載了該例子。 根據該非專利文獻l，在同一平面排列多個貼片天線的情況下，如其圖1所示，為 了防止貼片天線彼此的幹擾，需要至少隔開半波長(0.5 A)的間隔來排列兩個貼片天線。
專利文獻1 :日本特開2006-140735號公報
專利文獻2 :日本特開2006-109396號公報 非專利文獻1 :Desai， B. ;Gupta， S. 、"Dual-band microstrip patchante皿a，，、 Microwave,Antenna,Propagation and EMC Technologies forWireless Communications, 2005. MAPE 2005. IEEE InternationalS卿osi咖on Volume 1， 8-12Aug. 2005Page (s): 180-184Vol. 1 但是，在UHF頻帶的RFID標籤中，半波長的間隔相當於大約17cm，所以，作為RFID 標籤，其尺寸巨大而不實用。不適用於金屬的通常的RFID標籤根據製造商不同而不同，但 是，大約為100mmX20mm左右的尺寸。緊湊地收納於與其同等程度的尺寸中，並且，希望頻 率特性儘可能平坦，以便能夠覆蓋歐洲、美國、日本的所有使用頻率。 在如以往那樣僅排列貼片天線的情況下，需要隔開至少半波長程度的間隔，當兩 個貼片天線過近時，貼片天線彼此幹擾，產生中心頻率附近的通信距離極端降低的不良情 況。 另外，所述專利文獻1和專利文獻2所記載的技術都沒有把金屬假設為標籤的粘 貼對象，所以，無法解決所述課題。

發明內容
本案件的目的之一在於，提供與以往相比具有寬帶的通過頻帶(通信距離_頻率) 特性的適用於金屬的無線標籤。 另外，不限於所述目的，能夠發揮由後述的用於實施發明的最佳方式所示的各結 構所導出的作用和效果、即現有技術無法得到的作用和效果也作為其他目的之一。
例如，能夠使用以下的無線標籤。 (1) S卩，能夠使用如下的無線標籤該無線標籤具有第l諧振器圖案，其具有連接 有晶片的晶片連接部、和能夠調節與所述晶片的阻抗匹配的電感部；以及第2諧振器圖案， 其通過藉助所述電感部的電磁感應耦合而被供電。 (2)這裡，所述第1和第2諧振器圖案也可以分別具有方形的導體圖案，且並列設 於同一表面。
(3)另外，所述同一表面也可以是電介質基板的一個表面。
(4)另外，也可以在所述電介質基板的另一個表面設有反射層。
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(5)另外，優選在所述第1諧振器圖案的一部分設置狹縫，由此形成所述電感部。
(6)另外，優選所述第1和第2諧振器圖案在相互平行的方向上的電氣長度不同。
(7)例如，優選所述第l諧振器圖案的與所述第2諧振器圖案平行的方向上的長度 比所述第2諧振器圖案的長度長。 (8)另外，所述第1和第2諧振器圖案也可以利用導電性材料形成在片狀部件上， 該片狀部件粘貼在作為電介質基板的樹脂制基板的一個表面。
(9)另外，所述無線標籤也可以設有覆蓋所述第1和第2諧振器圖案的樹脂材料。
(10)另外，也可以在所述晶片連接部連接有所述晶片。
(11)另外，所述第1和第2諧振器圖案也可以隔著電介質粘貼在金屬上。
(12)另外，也可以在所述電介質基板的另一個表面的、包含與所述第1和第2諧振
器圖案對置的區域的部分處設有導體圖案，並且，所述導體圖案與所述第1和第2諧振器圖
案通過經由所述電介質基板的一個側面的路徑而電連接。 (13)另外，也可以在所述一個側面設有使所述導體圖案與所述第1和第2諧振器 圖案電連接的側面導體。
(14)另外，所述側面導體也可以是金屬鍍層或導電性的片狀部件。
(15)另外，所述側面導體也可以與所述第1和第2諧振器圖案、以及所述導體圖案
中的一方或雙方一體形成。 (16)另外，所述導體圖案也可以是所述第l和第2諧振器圖案共同的諧振器圖案。
(17)另外，所述無線標籤還具有通過藉助所述電感部的電磁感應耦合而被供電的 第3諧振器圖案，在包含所述第1和第2諧振器圖案的表面，所述第2和第3諧振器圖案也 可以設於以所述第1諧振器圖案為中心的對稱位置。 (18)另外，所述第3諧振器圖案也可以具有比所述第1和第2諧振器圖案的電氣 長度短的電氣長度。 (19)另外，所述無線標籤也可以設有全部覆蓋所述第1和第2諧振器圖案以及所 述導體圖案的樹脂材料。 (20)另外，作為無線標籤的製造方法，能夠使用如下的無線標籤的製造方法，該制 造方法具有以下工序在片狀部件的相當於電介質基板的一個表面和側面的區域，形成具 有連接有晶片的晶片連接部和能夠調節與所述晶片的阻抗匹配的電感部的第1諧振器圖 案、以及通過藉助所述電感部的電磁感應耦合而被供電的第2諧振器圖案，並且，在所述片 狀部件的相當於所述電介質基板的另一個表面的區域，形成與所述各諧振器圖案電氣連通 的導體圖案；以及以使所述第1和第2諧振器圖案位於所述電介質基板的一個表面且所述 導體圖案位於所述電介質基板的另一個表面的方式，將所述片狀部件巻繞固定在所述電介 質基板上的工序，其中，所述片狀部件能夠覆蓋確定所述電介質基板的長度方向的周圍長 度的4個表面中、除了與所述長度方向相對的所述電介質基板的一個側面以外的3個表面。
(21)這裡，也可以在所述電介質基板上設有所述片狀部件在所述巻繞時的定位用 導向部件。 根據所述本發明，能夠實現與以往相比具有寬帶的通過頻帶(通信距離_頻率)
特性的適用於金屬的無線標籤。 並且，能夠緊湊地實現所述無線標籤。


圖1是示出一個實施方式的無線標籤的結構的示意立體圖。
圖2是示出圖1所示的無線標籤的通信距離特性的一例的曲線圖。 圖3是示出圖1所示的無線標籤的反射特性的一例的曲線圖。 圖4是示出圖1所示的無線標籤的增益特性的一例的曲線圖。 圖5是示出圖1所示的無線標籤的晶片阻抗和天線阻抗的史密斯圓圖。 圖6是示出無線標籤的天線和晶片的等效電路的一例的圖。 圖7是說明圖1所示的無線標籤的動作的示意平面圖。 圖8是示出圖l所示的無線標籤的天線方向圖的指向性(與圖1中的ZY面和ZX 面有關的指向性)的圖。 圖9是示出改變圖1所示的無線標籤的間隔體的介電常數或厚度時的各通信距離 特性的一例的曲線圖。 圖10是示出改變圖1所示的無線標籤的間隔體的尺寸(主要是厚度)時的各通 信距離特性的一例的曲線圖。 圖11是示出改變圖1所示的無線標籤的尺寸(主要是寬度)時的各通信距離特 性的一例的曲線圖。 圖12是示出改變圖1所示的無線標籤的間隔體的尺寸(主要是厚度)時的各通 信距離特性的一例的曲線圖。 圖13是說明圖1所示的無線標籤的製造方法的一例的示意圖。 圖14是說明圖1所示的無線標籤的製造方法的一例的示意圖。 圖15是示出現有的無線標籤的通信距離特性的一例的曲線圖。 圖16是示出現有的無線標籤的外觀的示意立體圖。 圖17是局部透視示出變形例的無線標籤的示意立體圖。 圖18是示出圖17所示的無線標籤的晶片阻抗和天線阻抗的史密斯圓圖。 圖19是示出圖17所示的無線標籤的通信距離特性的一例的曲線圖。 圖20是示出圖17所示的無線標籤的增益特性的一例的曲線圖。 圖21是示出圖17所示的無線標籤的反射特性的一例的曲線圖。 圖22是說明圖17所示的無線標籤的動作的示意立體圖。 圖23是說明圖17所示的無線標籤的製造方法的一例的圖。 圖24是說明圖17所示的無線標籤的製造方法的另一例的圖。 圖25是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖26是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖27是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖28是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖29是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖30是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖31是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖32是示出圖31所示的無線標籤的通信距離-頻率特性的一例的圖。
圖33是局部透視示出圖17所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖34是示出圖33所示的無線標籤的通信距離_頻率特性的一例的圖。 圖35是局部透視示出圖1所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖36是示出圖35所示的無線標籤的通信距離_頻率特性的一例的圖。 圖37是局部透視示出圖1所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖38是示出圖37所示的無線標籤的通信距離_頻率特性的一例的圖。 圖39是局部透視示出圖1所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖40是局部透視示出圖1所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 圖41是局部透視示出圖1所示的無線標籤的變形例的示意立體圖。 標號說明 1、100 :電介質間隔體(電介質基板);2、200 :天線圖案；20 :天線圖案片；20A:導 體圖案片；21、201 :第1導體圖案(諧振器圖案)；22、202 :第2導體圖案(諧振器圖案)；
23 :尿烷樹脂片(片狀樹脂材料);24、203 :第3導體圖案(諧振器圖案);204、205、206 :側
面導體；211 :晶片連接部(饋電點)；212 :電感部；3 :反射層(reflector) ;30 :反射片(片 狀反射部件)；4:金屬(metal) ;110 :導向件(定位部件)；300 :導體圖案(諧振器圖案)； 600 :樹脂(保護部件)。
具體實施例方式
[A] —個實施方式 圖1是示出一個實施方式的無線標籤的結構的示意立體圖，該圖1所示的無線標 籤假設粘貼在金屬(metal)4上，在厚度t = 5mm、相對介電常數er = 4、介質損耗正切 tan S = 0. 001的平板狀的電介質間隔體(電介質基板)1的一個表面(圖1中的表面)形 成有天線圖案2(21、22)。 優選在電介質間隔體(以下簡稱為"間隔體")l的另一個表面(圖1中的背面) 設有金屬制的反射部件(reflecter)3，以便在無線標籤的粘貼對象物為非金屬的情況下也 能夠維持同等的特性。當然，也可以不設置該反射部件3。 天線圖案2具備圖1的X軸方向上的長度LI = 90mm的帶狀(方形)的第1導體 圖案21、和X軸方向上的長度L2 = 86mm的帶狀(方形)的第2導體圖案22，兩者在圖1 的Y軸方向上隔開2mm的間隔設置在間隔體1上。 第1導體圖案21作為諧振頻率fl的諧振器圖案發揮功能，第2導體圖案22作為 大於諧振頻率fl的諧振頻率f2的諧振器圖案發揮功能。並且，天線圖案2的Y軸方向的 長度(寬度)包含所述2mm的間隔計算在內為27mm。因此，圖1所示的間隔體1的尺寸至 少為長度90mmX寬度27mmX厚度(t)5mm。 這裡，無線標籤中的天線圖案2需要與在無線標籤內使用的IC晶片或LSI等集成 電路(以下也稱為晶片)進行阻抗匹配。例如如圖6的右側所示，能夠利用並聯的電容分 量Ccp和並聯的電阻分量Rcp來表示晶片。該值根據製造商不同而不同，但是，在Ccp = lpF (皮法)前後，Rep = 200 Q 20000 Q 。 因此，與該晶片相匹配的天線等效電路如圖6的左側所示，能夠利用與電容分量 Ccp諧振的並聯電感分量Lap和與電阻分量Rep相同程度的並聯電阻Rap來表不。
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S卩，天線圖案2需要具有電感分量L即和輻射電阻分量R即。另外，這不限於適用 於金屬的無線標籤，對於所有RFID的無線標籤是共同的。 因此，在第1諧振器圖案21上形成有連接了 IC晶片或LSI等集成電路(以下也 稱為晶片)的晶片連接部(饋電點)211、和電感部212。 通過在第1諧振器圖案21的一部分形成X軸方向的長度為S2的狹縫(Y軸方向 的長度(寬度)在圖1中為2mm)，來構成該電感部212時，能夠實現節省空間化，所以是理 想的。當然，代替設置狹縫，也可以通過從晶片連接部211設置環狀線路等的其他方法對第 l諧振器圖案的一部分賦予(形成)同等的電感分量。 另外，通過改變所述狹縫的全長(環長)，能夠調節電感值。即，能夠調節與晶片阻 抗的匹配。例如，如果延長所述電感長度S2，則電感增大。 進而，第1諧振器圖案21包含電感部212，所以，為了得到不同的諧振頻率fl、 f2(fl 〈f2)，優選其X軸方向的長度長於第2諧振器圖案22。此時，也可以局部改變間隔 體1的介電常數，來延長第1諧振器圖案21的電氣長度。 在如上所述那樣構成的無線標籤中，第1諧振器圖案21中的電感部212發揮以下 3個作用。 (1)用於與晶片的匹配的電感 (2)對第1諧振器圖案21的直接饋電 (3)對第2諧振器圖案22的電磁耦合饋電 例如如圖7所示，當從饋電點211向第1諧振器圖案21饋電時，如箭頭所示，在電 感部212中流過非常多的電流(電感部212的電流分布密)，所以，對於第2諧振器圖案22 來說，該部分(電感部212)作為電源而工作。即，電感部212和第2諧振器圖案22不直接 連接(隔開2mm的間隔)，但是，由於進行電磁感應耦合，所以，藉助電感部212進行電磁耦 合饋電。 以往，這樣以間隔2mm接近配置貼片天線彼此會相互幹擾，使天線性能劣化，所以 一直避免如此配置，但是，通過如上述這樣利用基於電感部212的電磁感應耦合，能夠將電 感部212視為第2諧振器圖案22的電源。 因此，兩個諧振器圖案21、22離得過遠時，兩者的耦合度變弱，所以，對第2諧振器 圖案22的饋電不充分，難以輻射電波。 S卩，通過將電感部212視為針對第2諧振器圖案22的電源的方式來接近配置各諧 振器圖案21、22，由此，能夠緊湊地設計天線圖案2整體。 換言之，設置電感部212 (狹縫)的位置優選為能夠適當進行針對第1諧振器圖案
21的直接饋電和針對第2諧振器圖案22的電磁耦合饋電的位置。例如，可以是偏移第1諧
振器圖案21的長度方向(X軸方向)的中心的位置，更優選如圖1所示設置在端部附近。 下面，示出使用三維電磁場仿真計算本例中的無線標籤的特性的結果。 首先，圖3示出晶片和天線圖案2的反射特性(S11)。縱軸的Sll表示，越接近0，
反射量越多，值越小(越為負)越匹配，天線圖案2的輸入功率越容易傳遞到晶片連接部
211(即晶片)。 在這裡的計算例中，設晶片的電容分量Ccp = 1.4pF，電阻分量Rcp = 400Q。可 知匹配程度根據電感長度S2(這裡為S2 = 20mm、23mm、25mm這三種)而變化，但是，具有不同頻率fl、 f2的兩個諧振點。 通過諧振器圖案21的長度L1、諧振器圖案22的長度L2，能夠分別控制(調節) 諧振頻率f 1、f2的值。例如，如果增長Ll，則諧振頻率fl向低頻側變化(位移)，如果縮短 L2，則諧振頻率f2向高頻側變化(位移)。S卩，能夠調節無線標籤的通過帶寬。另外，如圖 4所示，在覆蓋歐洲、美國和日本的各使用頻率的頻帶中，天線增益相對於頻率大致恆定。
綜合這些，計算通信距離特性，在圖2中進行例示。如該圖2所示，設電感長度S2 =23mm時，在覆蓋歐洲、美國和日本的各使用頻率的頻帶中，示出最平坦的特性。另外，通 信距離為圖1中的Z軸方向的通信距離，計算條件為RW裝置的天線(RW天線)為9dBi的 圓偏振波、RW天線的輸出為27dBm(0. 5W)、晶片的工作功率為_9dBm。 接著，圖5示出使使用頻率從700MHz到1200MHz變化時的史密斯圓圖上的天線阻 抗軌跡。在史密斯圓圖上，相對於晶片阻抗對稱的點(即晶片阻抗的複數共軛)為天線阻 抗的最佳點，期望在其周邊天線阻抗軌跡描繪小的圓。在圖5中，阻抗軌跡在最佳點周圍轉 2圈，所以，可知具有頻率fl (860MHz)和f2(1000MHz)的兩個諧振點。另外，圖8示出本例 的天線圖案2的指向性(與圖1中的ZY面和ZX面有關的指向性)。 如上所述，根據本實施方式的無線標籤，能夠實現覆蓋歐洲、美國和日本的各使用 頻率的具有寬帶的通過頻帶特性的適用於金屬的無線標籤，所以，能夠實現能夠在各國均 可維持通信距離的適用於金屬的無線標籤。 並且，由於通過頻帶特性能夠寬帶化，所以，例如，即使將無線標籤粘貼在氧氣瓶 等曲面上、或間隔體1的介電常數和厚度由於製造誤差而不同等通過頻帶的頻率特性向高 頻側或低頻側偏移，只要比覆蓋歐洲、美國和日本的各使用頻率的帶寬稍寬地進行設計，就 能夠確保始終穩定的特性(通信距離)。 例如，圖9示出與製造誤差有關的計算結果。以間隔體1的介電常數e r = 4. 0、 間隔體1的厚度t = 5mm為基準，即使在由於製造誤差造成介電常數e r = 4. 2的情況或 厚度t = 5. 2mm的情況下，也能夠大致恆定地確保在歐洲、美國和日本的通信距離。
並且，圖10示出將間隔體1的寬度(圖1的X軸方向)(即天線圖案2的寬度)固 定為14mm、將其厚度t變化為3mm、4mm、5mm、10mm時的計算結果。根據該圖10可知，厚度t 越大，在覆蓋歐洲、美國和日本的各使用頻率的頻帶中，通信距離越存在延伸的傾向。但是， 在t二 10mm時，無線標籤的厚度過厚，不實用。相反，當薄到t = 3mm左右時，儘管與其他 厚度相比通信距離不佳，但是能夠確保實用方面沒有問題的通信距離，所以，能夠實現薄型 標籤。 並且，圖ll示出以圖l所示的間隔體l的尺寸(長度90mmX寬度27mmX厚度 (t)5mm)為基準、改變間隔體1的長度(90mm)和寬度(27mm)時的計算結果。根據該圖11 可知，即使將寬度減小到14mm，在覆蓋歐洲、美國和日本的各使用頻率的頻帶中，通信距離 的劣化也很少。 並且，圖12示出以圖l所示的間隔體1的尺寸(長度90mmX寬度27mmX厚度 (t)5mm)為基準、固定寬度27mm而改變長度(90mm)和厚度t(5mm)時的計算結果。根據該 圖12可知，寬度大到27mm，所以，即使減薄厚度t (到3mm)，在覆蓋歐洲、美國和日本的各使 用頻率的頻帶中，也能夠確保3m以上的通信距離。 如上所述，能夠根據需要變更間隔體l的介電常數和尺寸(無線標籤的尺寸)來進行設計，所以，應該理解到，上述的大小、間隔體1的介電常數er、尺寸等的值只不過是一例。(製造方法) 接著，例如如圖13示意性示出的那樣，能夠通過利用粘接劑進行粘接或層壓加工 等的方法，將天線圖案片20和反射片(片狀反射部件)30—體化在ABS樹脂制的間隔體1 上，來製造上述本例的無線標籤，其中，該天線圖案片20是在薄膜或紙等片狀部件上進行 例如印刷銅(Cu)、銀(Ag)、鋁(Al)等導電性材料而形成了天線圖案2(諧振器圖案21、22) 來構成的，該反射片30同樣是在薄膜或紙等片狀部件上進行例如印刷Cu、Ag、Al等而形成 了反射板3來構成的。 並且，如圖14示意性示出的那樣，如果利用例如尿烷樹脂片(片狀樹脂材料)23 覆蓋天線圖案片20的兩面，則能夠對天線圖案2進行加強或保護，所以，能夠實現對環境的 耐受性的提高。 另外，當然也可以在間隔體l的一個表面設置(粘貼等)鍍銅板，通過該鍍銅板的 液體蝕刻來形成天線圖案2(諧振器圖案21、22)。
[B]其他 另外，在所述例子中，利用兩個諧振器圖案21、22構成天線圖案2，但是，也可以利 用3個以上的諧振器圖案構成。例如，如根據圖35 圖38後述的那樣，在諧振器圖案21、 22的基礎上，例如還構成另一個諧振器圖案24，其隔著第1諧振器圖案21位於第2諧振器 圖案22的相反側，能夠構成為具有三個諧振點。即，顯而易見，諧振器圖案數量不限於2個。
並且，各諧振器圖案21、22的形狀(面圖案)不限於方形。例如，如根據圖39後 述的那樣，也可以分別為楔狀並交錯著鄰接配置。該情況下，能夠進一步減小天線圖案2的 寬度(圖1的Y軸方向)。
[C]變形例1 圖17是局部透視示出變形例1的無線標籤的示意立體圖，該圖17所示的無線標 籤例示性地在電介質間隔體(以下也稱為電介質塊)100的一個表面(圖17的Z軸方向的 一個表面)形成天線圖案200(201、202)。並且，在電介質塊100的另一個表面形成導體圖 案300。 電介質間隔體100能夠使用相對介電常數e r = 2 4左右的電介質基板或樹 脂。作為其中一例，可列舉PP (聚丙烯)、ABS (丙烯腈-丁二烯_苯乙烯)、PC (聚碳酸酯)、 PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)等。但是不限於此。
電介質塊100的尺寸根據所使用的頻率和相對介電常數e r而不同，但是，例如在 設UHF頻帶(860 960腿z) 、 e r = 3. 1、介質損耗正切tan S = 0. 001的情況下，為長度 50mmX寬度30mmX厚度(t)4mm左右。即，與圖1所例示的無線標籤相比，X軸方向的長度 為大約一半的尺寸。 天線圖案200例如具備在電介質塊100的長度方向(圖17的X軸方向)上延伸 的帶狀(方形)的第1導體圖案201、以及與該第1導體圖案201在Y軸方向上鄰接的帶狀 (方形)的第2導體圖案202。 這些導體圖案201、202優選配置為能夠容易地進行電磁感應耦合。作為一例，在 圖17中，導體圖案201、202在電介質塊100上，在圖17的Y軸方向上例如隔開3mm的間隔
11平行設置。第1導體圖案201的X軸方向的長度LI例如是45mm，第2導體圖案202的X軸 方向的長度L2例如是43mm。 而且，在本例中，第1導體圖案201作為諧振頻率fl的諧振器圖案發揮功能，第2 導體圖案202作為大於諧振頻率fl的諧振頻率f2的諧振器圖案發揮功能。並且，天線圖 案200的Y軸方向的長度(寬度)包含所述3mm的間隔計算在內例如為27mm。
例示性地，導體圖案300具有大於等於第1諧振器圖案201和第2諧振器圖案202 的面積且小於等於電介質塊100在XY平面的面積的面積。例如，導體圖案300具有覆蓋天 線圖案200整體的程度的尺寸、例如45mmX27mm左右的面積，作為第1諧振器圖案201和 第2諧振器圖案202共同的諧振器圖案發揮功能。另外，第1諧振器圖案201表記為第1 諧振器201，第2諧振器圖案202表記為第2諧振器202，諧振器圖案300表記為共同諧振 器300。 因此，第1和第2諧振器201、202分別通過設於電介質塊100的一個側面的導體 圖案(側面導體)204和205與共同諧振器300電連接。S卩，共同諧振器(導體圖案)300 以及第1和第2諧振器201、202經由電介質塊100的一個側面的路徑電連接。
換言之，兩個帶狀的導體圖案201、202(包含側面導體204、205)從電介質塊100 的所述另一個表面(背面)的共同諧振器300，經由電介質塊100的長度方向的一個側面向 所述一個表面(正面)延伸。從側面(Y軸方向)觀察該無線標籤時能夠理解為，除電介質 塊100的長度方向的一個側面之外，導體圖案以環(半環)狀存在於電介質塊100上。
因此，將在電介質塊100上形成的這些導體圖案201 205展開表示時，具有圖23 或圖24(1)所示的形狀。另外，側面導體204和205也可以與諧振器圖案201、202以及導 體圖案300的一方或雙方一體形成。並且，導體圖案201 205例示性地能夠分別通過鍍 金、鍍銅來形成。並且，側面導體204、205例示性地能夠使用銅或鋁製的導電性帶(片狀部 件)。 在本例中，無線標籤中的天線圖案200也與在無線標籤內使用的IC晶片或LSI等 集成電路(以下也稱為晶片)進行阻抗匹配。如圖6所例示的那樣，能夠利用並聯的電容 分量Ccp和並聯的電阻分量Rcp來表示晶片。例示性地，在Ccp = lpF (皮法)前後(例如 1. 4pF) ， Rcp = 200 Q 20000 Q (例如400 Q )。 因此，與該晶片相匹配的天線等效電路如圖6所例示的那樣，能夠利用與電容分 量Ccp諧振的並聯電感分量L即和與電阻分量Rcp相同程度的並聯電阻Rap來表示。艮卩， 天線圖案200需要具有電感分量L即和輻射電阻分量R即。 因此，在第l諧振器圖案201上形成有連接了所述晶片的晶片連接部(饋電 點)211。並且，在該諧振器圖案201上還設有在X軸方向上具有長邊(長度S2)的狹縫部 212。該狹縫部212作為電感長度S2的電感部發揮功能。 該電感部(狹縫部)212可以設定為能夠與所述晶片進行阻抗匹配的適當尺寸。例
如如圖22所例示的那樣，優選第2 (第1)諧振器202 (201)、側面導體205 (204)和共同諧振
器300的長度(用箭頭500表示的電氣長度)為使用頻率的半波長(入/2)。該A/2諧振
長度依賴於使用頻率f和相對介電常數er。 而且，在本例中，電感部212也發揮以下3個作用。 (1)與晶片的匹配用(抵消晶片的電容分量)電感
12
(2)對第1諧振器圖案21的直接饋電
(3)對第2諧振器圖案22的電磁耦合饋電 例如如圖22所示，從饋電點211向第1諧振器圖案201饋電時，如箭頭400所示， 在電感部212中流過非常多的電流(電感部212的電流分布密)，所以，對於第2諧振器圖 案202來說，電感部212作為電源工作。即，電感部212和第2諧振器圖案202雖然不直接 連接，但是，進行電磁感應耦合，所以，藉助電感部212進行電磁耦合而饋電。
因此，通過巧妙地利用電感部212，即使這樣接近排列諧振器圖案201、202彼此， 也能夠將第1諧振器圖案201視為第2諧振器圖案202的電源。因此，各諧振器圖案201、 202的間隔過遠時，電磁耦合度變弱，對第2諧振器圖案202的饋電不充分，難以輻射電波。
S卩，在本例中，通過接近配置各諧振器圖案201、202以將電感部212視為第2諧振 器圖案202的電源，由此，能夠緊湊地設計天線圖案200整體。 所以，設置電感部212(狹縫部)的位置優選為能夠適當進行對第l諧振器圖案 201的直接饋電和對第2諧振器圖案202的電磁耦合饋電的位置。例如，可以是偏離第1諧 振器圖案201的長度方向(X軸方向)的中心的位置，更優選如圖17所例示的那樣，設置在 端部附近。 下面，示出使用三維電磁場仿真計算(仿真)上述變形例1中的無線標籤的特性 的結果。另外，在本仿真中，設電感部212的尺寸為X軸方向的電感長度S2 = 18mmXY軸 方向的電感寬度=2. 5mm。 首先，圖21例示出晶片和天線圖案200的反射特性(Sll)。縱軸的S11表示，越接 近O，反射量越多，值越小(越為負)越匹配，天線圖案200的輸入功率越容易傳遞到晶片連 接部211(即晶片)。 在這裡的計算例中，設晶片的電容分量Ccp = 1.4pF，電阻分量Rcp = 400 Q 。匹 配程度根據電感長度S2而變化，但是，可知具有不同頻率fl、 f2的兩個諧振點。
通過諧振器圖案21的長度L1、諧振器圖案22的長度L2，能夠分別控制(調節) 諧振頻率f 1、f2的值。例如，如果延長Ll，則諧振頻率fl能夠向低頻側變化(位移)，如果 縮短L2，則諧振頻率f2能夠向高頻側變化(位移)。S卩，能夠調節無線標籤的通過帶寬。
針對如圖20所例示的那樣，在包含覆蓋歐洲(EU)、美國(US)和日本(JP)的各使 用頻率、例如EU = 868MHz、US = 915MHz、JP = 953MHz的頻帶中的頻率，天線增益能夠處於 實用方面沒有問題的範圍內。 綜合這些，計算通信距離(read range)特性。圖19示出其中一例。如該圖19所 例示的那樣，在覆蓋EU、 US和JP的各使用頻率的頻帶中，能夠得到在實用方面沒有問題的 通信距離特性。另外，這裡的通信距離意味著圖17中的Z軸方向的通信距離。設計算條件 為RW裝置的天線(RW天線)為9dBi的圓偏振波、RW天線的輸出為27dBm(0. 5W)、晶片的工 作功率為-9dBm。 接著，圖18示出使使用頻率從700MHz到1200MHz變化時的史密斯圓圖上的天線 阻抗軌跡。在史密斯圓圖上，相對於晶片阻抗對稱的點(即晶片阻抗的複數共軛)為天線 阻抗的最佳點。優選在其周邊天線阻抗軌跡描繪小的圓。在圖18中，阻抗軌跡在最佳點周 圍轉2圈，所以，可知具有兩個諧振點。另外，在圖18中，fU例示出美國(US)的使用頻率， fE例示出歐洲(EU)的使用頻率，fj例示出日本(JP)的使用頻率。
如上所述，根據本變形例的無線標籤，除了得到與上述實施方式相同的作用效果 以外，還能夠使X軸方向的長度變為大約一半的量，所以，能夠使可在實用方面沒有問題地 覆蓋EU、 US和JP的使用頻率的寬帶的無線標籤進一步小型化。 S卩，能夠實現在EU、US和JP的任意的使用頻帶中具有實用上充分的通信距離特 性的適用於金屬的標籤。因此，即使粘貼在曲面上、電介質塊100的相對介電常數或厚度存 在誤差，也能夠確保穩定的通信距離特性。並且，在電介質塊100的兩面，能夠形成半波長 (入/2)諧振狀態，所以，作為無線標籤，非常緊湊。
(製造方法) 能夠例如如圖23所例示的那樣，製造上述變形例1的無線標籤。如圖23 (1)所例 示的那樣，在薄膜或紙等片狀部件(導體圖案片)20A上印刷銅(Cu)、銀(Ag)、鋁(Al)等導 電性材料等，形成導體圖案201 、 202、 300 。 這裡，例示性地，片狀部件20A具有如下尺寸能夠覆蓋在確定電介質塊100的長 度方向(X軸方向)的周圍長度的4個表面中除了與所述長度方向對置的電介質塊100的 一個側面以外的3個表面。 而且，在片狀部件20A的所述3個表面中相當於對置的一個表面和側面的區域，形 成導體圖案201(晶片連接部211和電感部212)以及導體圖案202。另一方面， 在片狀部件 20A的相當於電介質塊100的另一個表面(3個表面中剩餘的表面)的區域，形成與各諧振 器201、202電連通的導體圖案300。 在圖23(2)所例示的塑料等的電介質塊100上，巻繞粘接有形成這些導體圖案
201、 202、300的片狀部件20A。該情況下，進行位置對準以使導體圖案201和202的一部分 分別位於電介質塊100的側面。由此，所述一部分作為側面導體204和205發揮功能，如圖 23(3)所例示的那樣，能夠製造上述變形例1的無線標籤。 另外，如圖24(2)所例示的那樣，也可以在電介質塊100上設置導向件(定位部
件)IIO。由此，能夠容易地進行所述巻繞時的導體圖案片20A相對電介質塊100的定位(防
止位置偏移)。能夠根據導體圖案片20A的尺寸來切削電介質塊100的表面等，來形成導向
件IIO，也能夠在電介質塊100的周緣單獨設置作為導向件110的部件來形成。 根據圖23或圖24所例示的製造方法，能夠更加容易地製造變形例1的無線標籤，
能夠在短期間內大量製造廉價的無線標籤。 也能夠在電介質塊100的兩面或一個側面分別設置(粘貼等)鍍銅板，通過鍍銅 板的液體蝕刻，單獨形成各導體圖案201 205的任一個或多個(也包含全部)。並且，側 面導體204和205的任一方或雙方也可以進行金屬鍍層，或者如圖25或圖27所例示的那 樣作為導電性帶，與導體圖案201(204)和202 (205)電連接。 並且，如圖26所例示的那樣，也可以利用樹脂600覆蓋無線標籤(各諧振器201、
202、 203)整體(但是也可以是一部分)來進行保護。由此，能夠防止外力對無線標籤的損 傷、安裝無線標籤的對象的損傷等，能夠提高對環境的耐受性。 另外，樹脂600例如能夠使用PP(聚丙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PC(聚 碳酸酯)、PBT (聚對苯二甲酸丁二酯)、PPS (聚苯硫醚)、PEEK (聚醚醚酮)等。
[D]變形例2 上述諧振器圖案201、202、300不一定在電介質塊100的表面具有四邊形的形狀。例如如圖28所例示的那樣，也可以把與電介質塊100的長邊平行的方向偏移規定角度的方 向設為X軸，第1和第2諧振器圖案201、202在與該X軸方向平行的方向上延伸。
這在利用圖23或圖24說明的製造方法中相當於如下情況在電介質塊100上巻 繞導體圖案片20A時，在與電介質塊100的長邊不平行的方向上錯開巻繞，切斷多餘的導體 圖案201、202、300。在圖28的例子中，諧振器圖案202為三角形狀。 並且，電感部211不限於狹縫形狀。例如如圖29所例示的那樣，也可以為延長饋 電線213而與晶片(晶片連接部211)連接的電感形狀。並且，如圖29或圖30所例示的那 樣，晶片連接部211也可以設置在接近第2諧振器202的一側。由此，能夠使產生一定厚度 的晶片搭載部分位於無線標籤的中央側，例如，能夠得到天線輥(antenna roll)製造時的 輥(roll)的平衡良好的優點。 並且，如圖31所例示的那樣，也可以在電介質塊100的一個表面，以隔著第1諧振 器圖案201的方式，追加設置第3諧振器圖案(第3諧振器)203。此時，優選在以第l諧振 器圖案201為中心的對稱位置設置第2和第3諧振器202、203。第3諧振器203也通過側 面導體206，與設於電介質塊100的另一個表面的共同諧振器300電連接。
即，3個帶狀的諧振器圖案201、202、203(包含側面導體204 206)從電介質塊 100的另一個表面(背面)中的共同諧振器300，經由電介質塊100的一個側面向一個表面 (正面)延伸。 在該情況下的無線標籤中，如圖32的通信距離-頻率特性所例示的那樣，能夠具 有與3個諧振器201 203對應的3個諧振頻率fl、f2、f3。因此，能夠實現可利用頻帶的 擴大化。 並且，如圖33所例示的那樣，在X軸方向，第3諧振器203的長度也可以設定為與 其他諧振器201、202的長度不同的長度。例如，將第3諧振器203的X軸方向的長度(電 氣長度)設定為比其他諧振器201、202的長度(電氣長度)短(一半程度)時，如圖34的 通信距離_頻率特性所例示的那樣，能夠實現可應對UHF頻帶和2. 45GHz頻帶這雙方的無 線標籤。S卩，通過調節第3諧振器203的長度，能夠調節無線標籤的使用頻率。
另外，如圖35 圖38所例示的那樣，圖31 圖34所例示的變形(第3諧振器的 追加、第3諧振器的X軸方向的長度調節)能夠分別應用於第1實施方式的無線標籤。但 是，在圖35和圖37中，24表示第3導體(諧振器)圖案，與第1和第2導體圖案21、22 — 起形成天線圖案22。並且，如圖39 圖41所例示的那樣，圖28 圖30所例示的變形也能 夠分別應用於第1實施方式的無線標籤。 並且，在上述例子中，諧振器圖案203在各諧振器圖案201、202(或201 203)中
是共同的，但是也可以是獨立的。該情況下，在片狀部件20A上形成2個(或3個)必要長
度的帶狀的導體圖案，巻繞在電介質塊100的長度方向的周圍3面，由此，能夠更加容易地
製造無線標籤。 產業上的可利用性 如以上詳細敘述的那樣，根據上述無線標籤，能夠提供與以往相比具有寬帶的通 過頻帶(通信距離-頻率)特性的適用於金屬的無線標籤，所以，認為在無線通信技術領 域、以及物品的生產、在庫、流通管理、POS系統、安全系統等技術領域中極其有用。
1權利要求
一種無線標籤，其特徵在於，該無線標籤具有第1諧振器圖案，其具有連接有晶片的晶片連接部和能夠調節與所述晶片的阻抗匹配的電感部；以及第2諧振器圖案，其通過藉助所述電感部的電磁感應耦合而被供電。
2. 根據權利要求l所述的無線標籤，其特徵在於，所述第1和第2諧振器圖案分別具有方形的導體圖案，且並列設於同一表面。
3. 根據權利要求2所述的無線標籤，其特徵在於， 所述同一表面是電介質基板的一個表面。
4. 根據權利要求3所述的無線標籤，其特徵在於， 在所述電介質基板的另一個表面設有反射層。
5. 根據權利要求1 4中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於， 在所述第1諧振器圖案的一部分設置狹縫，由此形成所述電感部。
6. 根據權利要求2所述的無線標籤，其特徵在於，所述第1和第2諧振器圖案在相互平行的方向上的電氣長度不同。
7. 根據權利要求6所述的無線標籤，其特徵在於，所述第1諧振器圖案在與所述第2諧振器圖案平行的方向上的長度比所述第2諧振器 圖案的長度長。
8. 根據權利要求1 7中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於，所述第1和第2諧振器圖案由導電性材料形成在片狀部件上，該片狀部件粘貼在作為 電介質基板的樹脂制基板的一個表面。
9. 根據權利要求1 8中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於， 所述無線標籤設有覆蓋所述第1和第2諧振器圖案的樹脂材料。
10. 根據權利要求1 9中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於， 在所述晶片連接部連接有所述晶片。
11. 根據權利要求1 10中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於， 所述第1和第2諧振器圖案隔著電介質粘貼在金屬上。
12. 根據權利要求3所述的無線標籤，其特徵在於，在所述電介質基板的另一個表面的、包含與所述第1和第2諧振器圖案對置的區域的 部分處設有導體圖案，並且，所述導體圖案與所述第1和第2諧振器圖案通過經由所述電介質基板的一個側面的路 徑而電連接。
13. 根據權利要求12所述的無線標籤，其特徵在於，在所述一個側面設有使所述導體圖案與所述第1和第2諧振器圖案電連接的側面導體。
14. 根據權利要求13所述的無線標籤，其特徵在於， 所述側面導體是金屬鍍層或導電性的片狀部件。
15. 根據權利要求13或14所述的無線標籤，其特徵在於，所述側面導體與所述第1和第2諧振器圖案、以及所述導體圖案中的一方或雙方一體 形成。
16. 根據權利要求12 15中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於， 所述導體圖案是所述第1和第2諧振器圖案共同的諧振器圖案。
17. 根據權利要求16所述的無線標籤，其特徵在於，所述無線標籤還具有通過藉助所述電感部的電磁感應耦合而被供電的第3諧振器圖案，在包含所述第1和第2諧振器圖案的表面，所述第2和第3諧振器圖案設於以所述第 1諧振器圖案為中心的對稱位置。
18. 根據權利要求17所述的無線標籤，其特徵在於，所述第3諧振器圖案具有比所述第1和第2諧振器圖案的電氣長度短的電氣長度。
19. 根據權利要求12 18中的任一項所述的無線標籤，其特徵在於， 所述無線標籤設有全部覆蓋所述第1和第2諧振器圖案以及所述導體圖案的樹脂材料。
20. —種無線標籤的製造方法，其特徵在於，該製造方法具有以下工序 在片狀部件的相當於電介質基板的一個表面和側面的區域，形成具有連接有晶片的晶片連接部和能夠調節與所述晶片的阻抗匹配的電感部的第1諧振器圖案、以及通過藉助 所述電感部的電磁感應耦合而被供電的第2諧振器圖案，並且，在所述片狀部件的相當於 所述電介質基板的另一個表面的區域，形成與所述各諧振器圖案電氣連通的導體圖案的工 序，其中，所述片狀部件能夠覆蓋在確定所述電介質基板的長度方向的周圍長度的4個表 面中、除了與所述長度方向相對的所述電介質基板的一個側面以外的3個表面；以及以使所述第1和第2諧振器圖案位於所述電介質基板的一個表面且所述導體圖案位於 所述電介質基板的另一個表面的方式，將所述片狀部件巻繞固定在所述電介質基板上的工 序。
21. 根據權利要求20所述的無線標籤的製造方法，其特徵在於， 在所述電介質基板上設有所述片狀部件在所述巻繞時的定位用導向部件。
全文摘要
本發明實現與以往相比具有寬帶的通過頻帶(通信距離-頻率)特性的適用於金屬的無線標籤。為此，本發明的無線標籤具有；第1諧振器圖案(21)，其具有連接有晶片的晶片連接部(211)、和能夠調節與所述晶片的阻抗匹配的電感部(212)；以及第2諧振器圖案(22)，其通過藉助所述電感部(212)的電磁感應耦合而被供電。
文檔編號H01Q9/26GK101772862SQ20088010042
公開日2010年7月7日 申請日期2008年7月25日 優先權日2007年7月25日
發明者山雅城尚志, 甲斐學, 馬庭透 申請人:富士通株式會社