平面天线的制作方法
【技术领域】
[0001]在本文中讨论的实施例涉及例如平面天线。
【背景技术】
[0002]近年来，射频识别(RFID)系统已被广泛使用。RFID系统的典型示例包括使用相当于UHF频带(900MHz频带)的电磁波或微波(2.45GHz)作为通信介质的系统，以及使用互感磁场的系统。在这样的系统当中，使用UHF频带中的电磁波的RFID系统受到了很多关注，这是因为这些RFID系统具有相对长的可进行通信的距离。
[0003]作为可以用于使标签阅读器使用UHF频带的电磁波来与射频识别标签通信的天线，已提出了利用微带线(microstrip line)作为天线的微带天线(参见日本特许专利公开4-287410和日本特许专利公开2007-306438)。注意，在下文中将会出于便于说明的目的将射频识别标签称为“RFID标签”。
[0004]同时，已提出了通过下述方式来管理位于架上的物品的方法:将标签阅读器的天线集成到架中，并且进行被附到位于架上的物品的RFID标签与标签阅读器之间的通信。
[0005]被集成到架中的这种天线称为架天线。架天线优选地在该架天线的表面附近针对具有用于通信的特定频率的无线电波形成均匀且强的电场，以使得架天线可以与位于集成有架天线的架上的任何位置的物品的RFID标签通信。
[0006]相应地，本说明书的目的是提供一种可以在天线的表面附近提高电场的均匀性并且增加电场强度的平面天线。
【发明内容】
[0007]根据本发明的方面，一种平面天线包括:由电介质形成的基板；形成在所述基板的第一表面上的分布常数线(distributed constant line),所述分布常数线包括被供应电力的第一端以及作为开放端或被接地的第二端；以及至少一个第一谐振器，其被布置在所述基板的所述第一表面上，并被布置在电流的驻波的节点中的任一节点附近允许所述至少一个第一谐振器电磁耦合到所述分布常数线的范围内，其中，响应于从所述分布常数线辐射的或由所述分布常数线接收的具有特定设计波长的无线电波，所述电流流经所述分布常数线。
【附图说明】
[0008]图1是根据第一实施例的架天线的透视图；
[0009]图2A是从沿图1中的线IIA-1IA的箭头的方向看到的架天线的侧剖面图；
[0010]图2B是从沿图1中的线IIB-1IB的箭头的方向看到的架天线的侧剖面图；
[0011]图3是在图1中描绘的架天线的平面图；
[0012]图4是示出了用于模拟根据第一实施例的架天线的天线特性的元件的尺寸的、架天线的平面图；
[0013]图5是描绘根据第一实施例的架天线的S参数的频率特性的模拟结果的曲线图；
[0014]图6是描绘在根据第一实施例的架天线的表面的附近形成的电场的模拟结果的图示；
[0015]图7是根据第一实施例的修改的架天线的平面图；
[0016]图8是描绘根据图7中描绘的修改的架天线的S参数的频率特性的模拟结果的曲线图；
[0017]图9是描绘在根据图7中描绘的修改的架天线的表面附近形成的电场的模拟结果的图示；
[0018]图10是根据第一实施例的其他修改的架天线的平面图；
[0019]图11是描绘根据图10中描绘的修改的架天线的S参数的频率特性的模拟结果的曲线图；
[0020]图12是描绘在根据图10中描绘的修改的架天线的表面附近形成的电场的模拟结果的图示；
[0021]图13是根据第二实施例的架天线的平面图；
[0022]图14是示出了用于模拟根据第二实施例的架天线的天线特性的元件的尺寸的、架天线的平面图；
[0023]图15是描绘根据第二实施例的架天线的S参数的频率特性的模拟结果的曲线图；
[0024]图16A是描绘特定时间点的架天线的表面附近的电场的方向的图示；
[0025]图16B是描绘特定时间点的架天线的表面附近的电场的方向的图示；
[0026]图16C是描绘特定时间点的架天线的表面附近的电场的方向的图示；
[0027]图17是根据第二实施例的修改的架天线的平面图；
[0028]图18是描绘根据图17中描绘的修改的架天线的S参数的频率特性的模拟结果的曲线图；
[0029]图19是根据对第二实施例的又一修改的架天线的平面图；
[0030]图20是根据对每个实施例的另一修改的架天线的平面图；
[0031]图21是根据第三实施例的架天线的平面图；
[0032]图22是示出了用于模拟根据第三实施例的架天线的天线特性的元件的尺寸的、架天线的平面图；
[0033]图23是描绘根据第三实施例的架天线的S参数的频率特性的模拟结果的曲线图；以及
[0034]图24是描绘在根据第三实施例的架天线的表面附近形成的电场的模拟结果的图
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【具体实施方式】
[0035]在下文中，将参照附图来描述根据各种实施例的平面天线。平面天线利用包括电导线或导线的微带线作为微带天线，该电导线或导线的一端连接到馈电点而另一端为开放端或者被短路到地电极。因此，在平面天线中，流经微带天线的电流被导线的另一端反射，从而电流形成驻波。在驻波的节点处，流动电流被最小化，并且节点周围的电场强度被最大化。相应地，在平面天线中，在与形成微带的导线相同的平面上，至少一个谐振器被布置在驻波的节点中的任一节点附近允许该至少一个谐振器电磁耦合到微带天线的范围内。因此，平面天线可以提高天线表面附近的电场的均匀性和强度。
[0036]在下文中所描述的实施例中，本文中公开的每个平面天线均被形成为架天线。然而，本文中公开的每个平面天线可以用于与架天线不同的应用目的，例如用作被用于与RFID标签通信的各种近场天线。
[0037]图1是根据第一实施例的架天线的立体图，而图2A是从沿图1中的线IIA-1IA的箭头的方向看到的架天线的侧剖面图。图2B是从沿图1中的线IIB-1IB的箭头的方向看到的架天线的侧剖面图。图3是图1中描绘的架天线的平面图。
[0038]架天线I包括基板10、设置在基板10的下表面上的地电极11、设置在基板10的上面上的导体、以及设置在与导体12相同的平面上的多个谐振器13-1至13-4。
[0039]基板10支承地电极11、导体12以及谐振器13-1至13_4。基板10由电介质形成，因此地电极11与导体12和谐振器13-1至13-4绝缘。例如，基板10由玻璃环氧树脂(如阻燃剂型4(FR-4))形成。可替代地，基板10可以由可形成为层形式的另一电介质形成。基板10的厚度被确定成使得架天线I的特性阻抗具有特定值或预定值，例如50Ω或75Ω。
[0040]地电极11、导体12以及谐振器13-1至13_4由金属(如铜、金、银、或镍、或其合金)或另一导电材料形成。如图1、图2A及图2B所示，地电极11、导体12以及谐振器13_1至13-4通过例如蚀刻或粘附而被固定到基板10的下表面或上表面上。
[0041]地电极11是平的且接地的导体，并且地电极11被设置为覆盖基板10的整个下表面。
[0042]如图1所示，导体12是设置在基板10的上表面上的线性导体(linearconductor)，并且被布置成与基板10的纵向方向基本平行，并被布置在基板10沿其横向方向基本被分成两半的位置处。导体12的一端用作馈电点12a，并且连接到通信电路(未描绘)，该通信电路处理通过架天线I辐射或接收的无线电信号。导体12的另一端12b是开放端。导体12、地电极11以及基板10—起形成微带线，该微带线用作微带天线并且是分布常数线的示例。
[0043]由于导体12的端点12b是开放端，所以从微带天线辐射的无线电波或由微带天线接收的无线电波使得流经导体12的电流形成驻波。因此，驻波的节点形成在与导体12的端点12b分开的位置处，即距微带天线的开放端对应于半个无线电波的整数倍的距离处。注意，由于导体12被布置在作为电介质的基板10的上表面上,所以与空气中的波长相比,根据基板10的相对介电常数，基板10上的无线电波的波长更短。在驻波的每个节点处，电流被最小化，并且在该节点的周围形成相对强的电场。注意，出于方便的目的，从微带天线辐射的或由微带天线接收的无线电波的波长在下文中将被称为“设计波长”。设计波长由入表不。
[0044]谐振器13-1至13-4中的每个由环形导体形成，并且被设置在基板10的上表面上，其中该环形导体沿谐振器的纵向方向具有基本等于半个设计波长的长度，并且其中一圈的长度基本等于设计波长。换言之，导体12和谐振器13-1至13-4被设置在同一平面上。
[0045]如上所述，在沿导体12距微带天线的开放端12b对应于半个设计波长的整数倍的距离的位置处，在导体12周围形成相对强的电场。相应地，谐振器13-1至13-4中的每个谐振器被布置在从导体12的开放端12b沿导体12基本为半个设计波长的整数倍的距离的位置处，以使得每个谐振器的一端位于该谐振器的一端电磁耦合到导体12的范围内。因此，对于具有设计波长的无线电波，利用由无线电波导致流经导体12的电流的驻波的节点的附近的电场，谐振器13-1至13-4中的每个谐振器电磁耦合到微带天线。因此，谐振器13-1至13-4中的每个谐振器可以辐射或接收具有设计波长的无线电波。此外，谐振器13-1至13-4的纵向方向被布置成与导体12的纵向方向正交。因此，谐振器13-1至13-4中的每个谐振器可以形成下述电场:该电场在与由微带天线导致的电场不同的方向上延伸。因此，与仅由微带天线导致的电场相比，提高了架天线I的表面的附近的电场的均匀性和强度。
[0046]然而，流经微带线的电流的相位在位于导体12上的半个