1298139 九、發明說明： 【潑^明月^属】 發明領域 本發明係有關於天線及裝载該天線之識別卡，且特別 5是有關於以與RFED讀寫器進行收發訊號且適用於非接觸型 識別卡之環形天線所構成的天線，及裝載該天線之&打〇用 識別卡。 • L先前技術3 發明背景 10 近年來，在包含家畜動物等生物之物品上附加記載物 品資訊之識別卡，並以非接觸方式讀取該資訊且實行資料 之管理的系統是很普遍的。 此系統之一例係被稱為!^(無線頻率)ID系統。在該系 統中，使用UHF帶(860〜960MHz)無線訊號並由讀寫器發送 15 出約1W的訊號。 φ 在識別卡側生成用以最初啟動該訊號之電力，且更將 對應包含於該訊號之指令資訊由識別卡側將應答訊號送回 讀寫器侧。藉此可由讀寫器側讀取識別卡内的資料。 物品所附之識別卡，係由天線與連接天線之機能晶片 20所構成。識別卡與讀寫器之間的距離，雖然會受到識別卡 内建天線之增益、晶片之動作電壓或周圍環境等之影響， 但一般說來為3m左右。 在此，識別卡所裝载LSI晶片20之介面部係，如說明天 線與LSI晶片之匹配之第丨圖所示，可利用電阻Rc(例如電阻 1298139 值=1000Ω)與電容c(例如電容值=〇.7pF)之並聯等效地表 不。另一方面’識別卡所裝載之天線(稱為識別卡天線)1可 利用電阻Ra(例如電阻值=1〇〇〇Ω)與電感L(例如電感值 =40nH)之並聯等效地表示。 5 藉由將電阻與天線兩者並聯，使電容值C與電感值L產 生共振’並由式（1)可知，虛數部分匹配成大略為〇，且在識 別卡天線ίο之接收電源充分供給至LSI晶片2〇。 [數學式1] f — 1 “一 2π掘 · ••式（1) 識別卡天線10係通常基本上為全長λ/2共振型之偶極 天線’且UHF帶必須為15〇mm。但，例如考慮到將識別卡 貼附於家畜的耳朵並做管理等情況下，則需作成最大直徑 35mm左右的大小。 但是，以那樣所要求的大小來作成λ/2共振型偶極天 15線幾乎是不可能。 口此如第2圖所示，有人使用由連接於供電端子3之環 形天線1所構成之環形天線。例如，環形天線係具有非專利 文獻1解說之特性者。即，其中制了當連接於供電端子3 20之圓型迴路1 一樣地流動著同相電流時，隨著迴路半徑變 大’電力模式之波瓣數量也隨之增加。 非專利文獻i ••天線工學手冊，咖22(平成畔3月5 曰歐姆社（才一厶社)發行） 【發明内容】 1298139 發明欲解決之問題 在此，如上述使用於RFID系統之識別卡中，如第旧 所示，LSI晶片20側介面部之電容值c與識別卡天線1〇之電 感值L係利用使用頻率產生共振，而這在關於晶片2〇與識別 5 卡天線1〇之間的匹配方面是最重要的。 對此，識別卡天線10若是如第2圖所示只是由環形天線 構造所構成時，由於沒有第！圖所示電感L的部分，則乙幻 晶片20之介面部不能實行良好的匹配，且也不能由識別卡 天線10充分地供給電力至晶片20侧，會有使通訊距離極端 1〇 地減少之不合宜處。 又，為了處理的方便上，識別卡天線10收納於介電體 之盒體中作為一單元用時，必須作成充分一併考慮作為盒 體使用之介電體介電率或厚度之天線形狀。 口此本發明之目的在於提供在有限大小内與具有電 15容組件之RFIDffiLSI晶片共振之識別卡元線，及裝載該天線 之RFID用識別卡。 解決問題之手段 可達成上述目的之本發明天線，其第丨形態包含有： 供電端子； 20 環形天線，連接於前述供電端子；及 方通導電路，旁通前述環形天線之迴路。 可達成上述目的之本發明天線，其第2形態之特徵在於 在第1形態中： 、 刚述旁通導電路配置於與前述環形天線中心相距一距 1298139 * 離處，及刖述距離之大小係設定為使前述旁通導電路之電 感成為顇定電感值者。 町達成上述目的之本發明天線，其第3形態之特徵在於 在第2形態中： 5 前述預定電感值係與連接前述供電端子之LSI晶片的 介面部電容值產生共振之值。 f達成上述目的之本發明RnD用識別卡，其第i形熊 Φ 包含有： 天線；及 10 LSI晶片，與前述天線並聯； 又，前述天線包含有： 供電端子，與前述LSI晶片連接； 環形天線’連接於前述供電端子；及 旁通導電路，旁通前述環形天線之迴路。 15 可達成上述目的之本發明RFID用識別卡，其第2形態 φ 之特徵在於在RFID用識別卡第1形態中·· 如述旁通導電路配置於與前述環形天線中心相距一距 離S處，且前述距離s之大小係設定為使前述旁通導電路之 電感成為預定電感值者。 20 可達成上述目的之本發明RFID用識別卡，其第3形態 之特徵在於在RFID用識別卡第2形態中： 前述預定電感值係與連接前述供電端子之LSI晶片的 介面部電容值產生共振之值。 可達成上述目的之本發明RFID用識別卡，其第4形態 1298139 之特徵在於在RFID用識別卡第1形態中，更包含： 至少配置於前述天線之一面，且可保持前述天線之介 電體板。 可達成上述目的之本發明RFID用識別卡，其第5形能 5之特徵在於在RFID用識別卡第4形態中： 前述介電體板之中心設有貫穿孔。 可達成上述目的之本發明RFID用識別卡，其第6形態 ϋ 之特徵在於在RFID用識別卡第5形態中： 前述旁通導電路，具有避開前述貫穿孔且沿著該貫穿 10孔周邊延伸之弧形。 可達成上述目的之本發明RHD用識別卡，其第7形態 之特徵在於在RFID用識別卡第4形態中： 前述介電體板具有環狀溝槽，前述環狀溝槽對應前述 環形天線’且具有至少可收納前述LSI晶片之寬度與深度。 15 可達成上述目的之本發明RFID用識別卡，其第8形態 # 之特徵在於在RFID用識別卡第4形態中： 前述天線係於薄板上以導體形成者，且該導體係以 鋼、銀、鋁其中之一為主成分。 發明之效果 2〇 藉由本發明，可在直徑35mm左右非常有限的面積内， 提供給與具有電容組件之RFID用片共振之天線，及裝 載該天線之識別卡。 圖式簡單說明 第1圖係說明天線與LSI晶片之匹配。 1298139 ·* 第2圖係說明習知之環形天線。 第3圖係說明本發明天線之構成原理。 第4圖係顯示電感值L與環形天線丨中心至旁通導電線2 之間距離S的關係之圖表。 5 第5A、5B圖顯示依第3圖所示本發明原理之第1實施 例。 第6A、6B圖係考慮到用以將^^仍用識別卡安裝於物品 0 上之構造實施例。 第7A、7B圖係相對於第5圖之實施例，考慮用以將RFm 10用識別卡安裝於物品上之構造實施例。 第8A、8B與8C圖係LSI晶片與識別卡天線一體成形之 實施例。 第9A、9B圖顯示其他實施例之構成。 第10A、10B圖係顯示只有識別卡天線之一側形成介電 15 體之實施例。 # 第11A、圖係顯示本發明天線之電磁場模擬所得之 天線指向特性圖。 第12圖顯示於第u圖中三軸方向X、y、z之定義。 【貧施方式】 2〇實施發明之最佳形態 以下配合圖式說明本發明之實施形態例。又，實施之 形心例係用以理解本發明者，且本發明之技術範圍並不限 定於此。 本發明之原理 1298139 於此，在說明實施例之前，先利用第3圖說明本發明天 線之構成原理。在第3圖中，形成有連接於供電端子3之環 形天線1，且在環形天線丨内部形成旁通導電線以作為匹配 用電感L。又，根據在第3圖中，s係旁通導電線2與所形成 5之環形天線1中心之間的距離，且依據距離S之大小，由旁 通導電線2產生之電感值l之參數(s)會變化。 第4圖係顯示電感值!^與環形天線丨中心至旁通導電線2 之間距離S的關係圖表。第4圖所示之數值係經由電磁場模 擬所得之計算值，且能由此了解電感值[乃依環形天線 10心之距離S而產生變化。因此，藉由適當地選擇距離8可設 定LSI晶片20之介面部的電容值c以及匹配之識別卡天線1〇 之電感值L。
例如，用作匹配之LSI晶片20之電容C的電容值 C=0.7pF，根據上述式⑴，f=95〇MHz左右時，會以L=4〇nH 15產生共振。因此根據第4圖，L=40nH時，且如第3圖將天線 置於空中時，空氣之介電率灯(=〇)，則依特性曲線A得知 S=4.2mm，由此可讀取識別卡天線1〇與1^1晶片2〇之匹配情 形。 又’本發明者等人，由多次的試作實驗中確認識別卡 20在天線10之尺寸為最外外型33mm，並使用銅作為導體材 料’且厚度為20μπι，線寬為2mm時之天線並聯電阻Ra的電 阻值約為1000Ω。因此，即使LSI晶片20之實部分電阻Rc為 例如1000Ω〜2000Ω，也能夠充分地匹配。 在第3圖中，可於由環形天線丨及旁通導電線2所構成之 11 1298139 ' m平面的上下或單面上形成介電體板，以固持識別卡天 線ίο。此時，最好可對應介電體板之介電率、厚度來選擇 參數(S)。 實施例 5 帛5圖係顯示依第3圖所示本發明原理之第1實施例。第 5A圖係平面圖而第53圖係中央截面圖。 環形天線1及料導電線2所構紅制卡天線1〇之天 • 、線平面的上下配置介電體板4、5，並央住識別卡天線10以 保持，、1狀。因此’介電體板4、5可利用例如樹脂黏著劑 10等夾住並黏著識別卡天線10。 ,該實施例對應第3圖之原理圖，連接於供電端子3之環 $天線1的中途連接旁通導電線2，並形成電感組件[。 實施例之尺寸係，識別卡天線10之最外外型為33mm， 使用銅作為導雜料，且其厚度為2()师，職為2·。介 15電體板4、5之厚度t=lmm。 • 若以塑膠、橡膠等材料製成之介電體板4、5的介電率， 大約取㈣〜5的值是已知的。目此，以電磁場模擬並以㈣ 及㈣為求得特性時，分別為於顯示為第4圖中之特性曲線 Β、特性曲線c。 同樣&工氣之”電率ει：=()時之特性曲線a中，電感值 L係隨距離S而變化’且由環形天彰之迴路中心〇到旁通導 ^線距離為s。依據上述第顿所示之電磁場模擬所 知之n十开值且根據第5圖顯示之構成中，當介電體板*、$ 之介電率㈣時’對應雜曲線B ;而當叫時，對應特性 12 1298139 曲線C。因此可知’為了以L=4〇nH共振，εΓ=3時以S=6mm 為佳’ εΓ=5時則以S=7.5mm為佳。 在此，必須考慮用以將RFID用識別卡安裝於物品上之 構造。第6圖係對應此必要性之實施例，其中RFID用識別卡 5之中央形成貫穿孔6。利用該貫穿孔6可將識別卡安裝於物 品上。但，由於貫穿孔7形成於中心，貫穿孔6將會與旁通 導電線2重疊。因此，在第6圖之實施例中，為了使旁通導 電線2避開貝穿孔6，沿著貫穿孔6周邊具有孤部2a。固定該 弧部2a，並取得該弧部與旁通導電線2直線形狀的導電線部 10分之間距離S之參數，且做電磁場模擬之結果，與根據第4 圖所顯示ε r=3或ε r=5之特性曲線A、特性曲線B是一致的。 在第6圖中，當貫穿孔6之半徑ri=6.5mm，導體寬度為 2mm，且距離S在（貫穿孔6之半徑+導體寬度）以上（即 S>8.5mm)時，與實施例1同樣地，例如，晶片之電容值為 15 C=0_7pF時’根據式 1，f=95〇MHz左右時，係以L=4〇nHit 振。 根據第4圖’ L=40nH的情況下，ει:=3時則s=6_lmm，且 εΓ=5時則S=7.5mm，因此在第6圖顯示之天線中，藉由選擇 適當的S用以形成所對應之電介質常數，可匹配晶片2〇與天 20 線 10。 苐7圖係$又置貝牙孔6之實施例，且相對於第5圖所干之 實施例，由於貫穿孔6之半徑大小小於旁通導電線2之環形 天線1中心起之距離S ’因此構成上沒有必要設置如第6圖顯 示之弧部2a。 13 1298139 - 在此，LSI晶片20最好可與識別卡天線1〇一體成形。第 8圖係對應該要求之構成實施例。 第8圖係對應第6圖且將晶片20連接至環形天線丨與旁 通導電路2構成之識別卡天線1〇的供電端子。第认圖係於介 5電體板5上裝載有識別卡天線1〇與LSI晶片的圖。 另一方面，第8B圖係介電體板4,且其特徵在於具有對 應環形天線1之環狀溝槽30。溝槽30具有至少可收納厚度為 # 〇.5m_LSI晶片20之寬度與深度，因此，藉由依序重二 合介電體板5、連接LSI晶片之20識別卡天線1〇及介電體板 10 4，可如第8C圖所示地形成一體。 本發明之特徵為重疊組合時，LSI晶片2〇無論在哪個位 置，介電體板4之溝槽30均可確保具有可容納LSI晶片2〇之 空間，因此可使上下介電體板4、5緊密貼合。藉此，可減 少上下介電體板4、介電體板5炎住識別卡天線之工時， 15 並能提供廉價的天線單元。 • 第9圖係其他實施例之構成。於上述各實施例中，環形 天線1及旁通導電體2所構成之識別卡天線1〇的製作方法係 可於紙或PET(聚乙烯板）等非常薄的板4〇(例如〇 lmm)上， 利用以銅、銀、鋁等（例如厚度為20μιη)作為材料而之薄導 20電體形成。或者，亦可使用電線狀的導線來取代薄導電體。 又，於上述實施例中，雖然顯示的是以介電體4、5夾 住由環形天線1及旁通導電體2所構成之識別卡天線1〇之構 造，但由固持識別卡天線10的觀點來看，如第1〇圖所示， 介電體4(5)亦可能只形成識別卡天線1〇之一側。 14 1298139 帛11圖係顯示本發明電磁賴得之天線指 向特性圖。三軸方向x、y、z之定義如第12圖所示，又，X、 y平面中相對X軸之角度為Φ，而相對z軸之角度為β。 、。第ha圖顯示Φ=9〇。，即於y軸方向上相對ζ軸之角度㊀ 5為90及90日夺’具有之最大指向特性。又，第ηΒ圖顯示 Φ=〇。，即於X軸方向上相對ζ軸之角度_〇。及一9〇。時，具 有之最大指向特性。大致上，於第11Α圖、第11Β圖皆顯示 _ 相同的指向特性，但相較於φ==0。（第11Β圖），φ=90。（第以 圖）更趨向於具有指向性並得到環形天線特有之結果。 10 目此’由此指向特性可了解到本發明天線具有較佳之 才曰向特性。因此，使祕載本發明天狀RF咖識別卡於 物品上而成為RF则朗卡時，也能刺於如動物等會動 的物品，適用範圍相當廣泛。藉由本發明，可在直㈣職 左右非常有限的面積内，提供與具有電容組件之 15曰曰片共振之天、線，及裝載該天線之RFID用識別卡。
_ X本^明在預先計算時，可輕易判斷構成具有與LSI 曰曰片之；丨面。卩的電容c共振之電感[之旁通導電路的配置、 Μ電體板的電率或對應於厚度之最合適尺寸等。 又，在製造步驟上，無論LSI晶片置於哪個位置，都可 2〇使上下之介電體輕易地重疊組合。 【圖式簡單說^明】 第1圖係說明天線與LSI晶片之匹配。 第2圖係說明習知之環形天線。 第3圖係說明本發明天線之構成原理。 15 1298139
Rc...電阻
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