JP2002353735A

JP2002353735A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2002353735A
Application number: JP2001157308A
Authority: JP
Inventors: Tomozo Ota; 智三太田; Toru Inosaki; 徹猪崎; Hiroshi Nakano; 洋中野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】構成の簡単化および小型化ならびに製造コス
トの低減を実現することができるとともに、用途が拡大
される無線通信装置を提供する。【解決手段】電波放射面２ａを有する放射側導電板２
とアース面３ａを有するアース側導電板３との間に誘電
体５を介在して成るアンテナ素子６と、通信機能を実行
するとともに、少なくとも２つの端子４ａ，４ｂとを備
える半導体モジュール４とを備え、電波放射面２ａとア
ース面３ａとの間の領域内に、半導体モジュール４の少
なくとも一部分が含まれるように配置するとともに、端
子４ａを放射側導電板２に接続する一方、端子４ｂをア
ース側導電板３に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばＲＦＩＤ
（移動体識別）システムにおいて対象物体に装着する無
線タグとして好適な無線通信装置に関し、さらに詳しく
は動作感度が高く、金属物体にも装着可能な無線通信装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常のＲＦＩＤシステムは、リード・ラ
イト機能を持つ質問器と無線タグとから構成される。従
来、特にマイクロ領域では、バッテリーを内蔵した無線
タグがＦＡ（ファクトリー・オートメーション）分野な
どでよく利用されているが、最近では半導体の進展によ
って、質問器からの送信電波を検波しそれを駆動電力と
してタグ動作を行わせるバッテリーレス無線タグが開発
され、多くの分野で色々な活用が検討されている。特
に、物流、流通関連では大きな活用、展開が予測され
る。

【０００３】図７は、標準的なＲＦＩＤシステムの基本
構成を示す概略図である。ＲＦＩＤシステムは、質問器
２１と無線タグ２２とから構成される。図８は、バッテ
リー付無線タグ２２ａの構成例を示す外観図であり、円
偏波信号に対応したものである。バッテリー付無線タグ
２２ａは、平面アンテナ素子２３と、ハイブリッド部２
４と、復調部２５と、信号処理部２６とを備えて構成さ
れる。バッテリーは、信号処理部２６に含まれている。
質問器２１から発せられた円偏波信号は、平面アンテナ
素子２３で受信され、ハイブリッド部２４で分離され、
復調部２５で復調される。復調情報は信号処理部２６で
処理され、必要に応じて指示情報は、信号処理部２６内
のメモリーに蓄積される。また、場合によっては、メモ
リー内の蓄積情報で平面アンテナ素子２３から入力した
信号に変調を与え、その情報を質問器２１側へ送る（図
示せず）。このようにバッテリー付無線タグ２２ａは、
平面アンテナ素子２３を使っているために装着する対象
物の素材には影響を受けにくいが、かなり複雑な構成と
なり、また寸法も相当大きく高価なものとなる。

【０００４】図９は、最近登場しているバッテリーレス
無線タグ２２ｂの構成例を示す外観図である。バッテリ
ーレス無線タグ２２ｂは、タグ機能を有する半導体モジ
ュール２７を使うことによって、極めて小型に形成され
ている。バッテリーレス無線タグ２２ｂは、基板２８
と、基板２８上に形成されたアンテナ素子２９と、タグ
機能を有する半導体モジュール２７とを備えて構成され
る。この構成例は、質問器２１から発せられた信号の直
線偏波成分に対応する方式である。基板２８は通常、ポ
リイミドやガラスエポキシなどの素材が使われる。この
基板２８上に、たとえばダイポール型のアンテナ素子２
９の導体部が、蒸着またはプリントなどの技術で形成さ
れる。そのアンテナ素子２９の導体部の間に半導体モジ
ュール２７が接続される。質問器２１から発せられた信
号のうち主としてダイポールアンテナ棒と平行な電界成
分は、アンテナ素子２９で受信され半導体モジュール２
７に導かれる。導かれた信号は半導体モジュール２７内
で処理され、たとえば質問器２１の読み出し指示の場合
には、半導体モジュール２７内の蓄積情報によって入力
信号が変調を受け、再度アンテナ素子２９から放射され
る。質問器２１側に放射された信号は、質問器２１のア
ンテナで受信され、ＲＦＩＤとしての機能が実現され
る。

【０００５】このようにバッテリーレス無線タグ２２ｂ
は、簡単な構成である、バッテリーが不要である、非常
に小さく形成される、低コストで実現できるなどの様々
なメリットがある。そのため、条件によっては、倉庫な
どでの物品管理、品物を自動選別するピッキングシステ
ム、郵便配達、宅配などのように、ＦＡ、物量、流通な
ど、極めて幅広い分野で非常に有効に活用できる。

【０００６】ところで、このバッテリーレス無線タグ２
２ｂでは、アンテナの指向特性が非常にブロードであ
り、たとえばダイポールアンテナ棒の垂直方向に対して
ほぼ全域（３６０度）にわたって電波を放射（吸収）す
る。そのため、装着する対象物の装着面の影響を直接受
け、たとえば装着する物体が金属などの導電性物体の場
合、その装着面で電界が０となり、無線タグとしての動
作が損なわれる。また、ダイポールアンテナは主として
ダイポール棒に対して平行な直線偏波の信号成分だけを
取り込むことができるが、ダイポール棒と垂直な電界を
持つ信号は受信できない。さらに、通常、移動物体との
通信には円偏波が使われるが、この場合は円偏波の一直
線偏波成分しか取り込むことができず、無線タグへの到
来電波を有効に取得できない。このようにバッテリーレ
ス無線タグ２２ｂは、用途によっては必ずしも最適なタ
グとはいえない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した通り、従
来のＲＦＩＤにおけるバッテリー付無線タグ２２ａは、
移動する物体との通信や無線識別に適した円偏波に対応
する場合、平面アンテナ素子２３とハイブリッド部２４
や個別部品などを用いて実現しているが、構成が複雑で
大きく、低コストに形成することが難しく用途が制限さ
れている。また、バッテリーレス無線タグ２２ｂは、バ
ッテリーレス化とタグのモジュール一体化によって、非
常に小型で低コストに実現できるようになったものの、
金属物体への装着や、有効な円偏波への対応が難しい状
況にある。さらに、より幅広く用途を拡大するために
は、上述の特徴を保持した上で表面が平らな対象物のみ
ならず、平面が湾曲した物体などへの装着も可能な薄型
でフレキシブルな無線タグが望まれている。

【０００８】本発明の目的は、構成の簡単化および小型
化ならびに製造コストの低減を実現することができると
ともに、用途が拡大される無線通信装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電波放射面を
有する放射側導電板とアース面を有するアース側導電板
との間に誘電体を介在して成るアンテナ素子と、通信機
能を実行するとともに、少なくとも２つの端子を備える
半導体モジュールとを備え、前記電波放射面と前記アー
ス面との間の領域内に前記半導体モジュールを配置する
とともに、前記２つの端子のうちの一方端子を前記放射
側導電板に接続する一方、他方端子を前記アース側導電
板に接続することを特徴とする無線通信装置である。

【００１０】また本発明は、電波放射面を有する放射側
導電板とアース面を有するアース側導電板との間に誘電
体を介在して成るアンテナ素子と、通信機能を実行する
とともに、少なくとも２つの端子を備える半導体モジュ
ールとを備え、前記電波放射面と前記アース面との間の
領域内に前記半導体モジュールの少なくとも一部が含ま
れるよう配置するとともに、前記２つの端子のうちの一
方端子を前記放射側導電板に接続する一方、他方端子を
前記アース側導電板に接続することを特徴とする無線通
信装置である。

【００１１】本発明に従えば、誘電体を介在する放射側
導電板とアース側導電板との間に半導体モジュールを配
置し、アース側導電板のアース面を物体の表面に装着す
ることによって、金属製の物体や電波反射または電波吸
収を伴う物体に適用できる。また、放射側導電板とアー
ス側導電板との間の領域内に少なくとも半導体モジュー
ルの一部を配置することによって、該半導体モジュール
は種々の環境ストレスから保護される。

【００１２】また、平面状の電波放射面を、円偏波対応
設計とすることによって、送受信効率の良い小型で低コ
ストな無線通信装置を提供できる。特に、バッテリーレ
スタグに本発明を適用した場合により有効となる。さら
には、より微小化される半導体モジュール（またはチッ
プ）と、より薄い平面アンテナ素材の使用によって、柔
軟性のある無線通信位置が実現でき、湾曲した表面を持
つ種々の物体にも適用できる。

【００１３】また本発明は、前記他方端子を接地電位と
したときに前記一方端子から見た前記半導体モジュール
の入出力インピーダンスに対して、整合条件に近いイン
ピーダンスを呈する前記放射側導電板の特定位置に、前
記一方端子を接続することを特徴とする。

【００１４】さらに本発明は、前記２つの端子のうち少
なくとも１つの端子に該端子を含む整合回路を接続し、
前記整合回路を含めた前記半導体モジュールの一方端子
を接地電位としたときに前記他方端子から見た前記半導
体モジュールの入出力インピーダンスに対して、整合条
件に近いインピーダンスを呈する前記放射側導電板の特
定位置に、前記他方端子を接続することを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、整合回路を含む半導体モ
ジュールの端子と放射側導電板との接続点は、半導体モ
ジュールの入出力インピーダンスと前記接続点から見た
アンテナインピーダンスとが整合状態となるような位置
に設定される。したがって、放射側導電板の電波放射面
で取り込まれた信号は、効率良く半導体モジュールに供
給されるので、動作感度が高くなる。

【００１６】また本発明は、前記半導体モジュールを配
置するために前記放射側導電板および／または前記アー
ス側導電板から取り除いた部分を、導電板の残余の部分
に電気的に接続した導電体でシールドすることを特徴と
する。

【００１７】本発明に従えば、半導体モジュールを配置
するために導電板から取り除いた部分、すなわち導電板
の不連続部分が導電体でシールドされる。したがって、
導電板の電気的不連続性による電気特性への悪影響を防
止できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある無線タグ１の構成を示し、図１（ａ）は無線タグ１
の平面図であり、（ｂ）はその断面図である。無線タグ
１は、円偏波対応型であり、電波放射面２ａを有する放
射側導電板２、アース面３ａを有するアース側導電板
３、半導体モジュール４、誘電体部５を備えて構成され
る。ここでは、放射側導電板２とアース側導電板３との
間に誘電体部５を介在してアンテナ素子６が構成され、
放射側導電板２として円形状で中心部に矩形状の切込み
（開口部）７を有するものを使用している。

【００１９】半導体モジュール４の一方端子４ａは放射
側導電板２に、他方端子４ｂはアース側導電板３に接続
される。誘電体部５から電波放射面２ａの一点とアース
面３ａ間を見たインピーダンスは、良く知られているよ
うに電波放射面２ａの中央付近では０に近く、電波放射
面２ａの端にいくに従って高くなる。電波放射面２ａの
端では、数１００オームの高インピーダンスになる。半
導体モジュール４の位置は、半導体モジュール４の両端
子４ａ，４ｂからみたインピーダンスが、電波放射面２
ａとアース面３ａ間のインピーダンスに、より整合され
る付近に接続される。なお、端子４ａ，４ｂの長さ・幅
によるインピーダンス特性も含めて整合される。

【００２０】質問器から放射された円偏波信号は、電波
放射面２ａで取込まれ、半導体モジュール４に入力され
る。タグ情報の読み出しの場合には、無線タグ１に入力
された信号波が無線タグ１内の情報によって変調され、
タグインピーダンスが変わることによって、入力波が反
射され電波放射面２ａから質問器に返される。

【００２１】図２は、半導体モジュール４の取付け状態
を示す断面図である。放射側導電板２の一部および誘電
体部５の一部が取り除かれ、半導体モジュール４が放射
側導電板２とアース側導電板３の間に配置され、接続さ
れている。

【００２２】図３は、半導体モジュール４の他の取付け
状態を示す断面図である。図３（ａ）は、半導体モジュ
ール４の相対する２つの端子４ａ，４ｂが放射側導電板
２とアース側導電板３に取付け易いよう、段違いに付け
られた場合を示している。図３（ｂ）は、半導体モジュ
ール４の取付けのため、放射側導電板２の一部を取除い
たことによる電波放射面２ａの電気的不連続性の影響を
軽減するため、導電体部８でカバーした場合を示してい
る。図３（ｃ）は、より望ましい半導体モジュール４の
形状と取付け状態を示している。これは、放射側導電板
２の下に半導体モジュール４を埋め込んだものであり、
電波放射面２ａには電気的な不連続部は生じない。

【００２３】図４は、半導体モジュール４として微小な
半導体チップと非常に薄い誘電体部５を使いフレキシブ
ルな極薄型無線タグ１を形成した場合の対象物体１０に
対する実装状態を示したものである。極薄型無線タグ１
は、円筒状の金属物体やガラス物体にも適用でき、非常
に多くの場面で活用できる。

【００２４】なお、これまでの説明では、半導体モジュ
ール４の望ましい取付け場所が、放射側導電板２との位
置関係で決まるため放射側導電板２を中心に説明した
が、その取付け場所の他の例としてアース側導電板３の
一部を取除き、半導体モジュール４を実装することもで
きる。この場合の実装状態は、図３で放射側導電板２と
アース側導電板３を入れ換えたものと等価であるため説
明は省略する。上記の実施形態では、電波放射面２ａの
中心部に切込みを入れたアンテナ素子を説明したが、円
偏波、直線偏波に対応できる他の楕円形、方形などの平
面アンテナ素子においても同様に適用される。

【００２５】図５は、本発明の実施の他の形態を示して
おり、（ａ）は電波放射面２ａ側からみた平面図であ
り、（ｂ）はその断面図である。半導体モジュール４の
一方端子４ａはアース側導電板３に接続され、他方端子
４ｂは１例として放射側導電板２で形成された整合回路
９を用いて、該端子４ｂとアース側導電板３とのインピ
ーダンスが放射側導電板２と整合する放射側導電板２の
位置に電気的に接続される。図５（ｂ）の断面図に示さ
れるように、必要により用いる導電体部８は、これら整
合回路９と半導体モジュール４とを電気的にカバーして
いる。

【００２６】図６は、アース側導電板３に整合回路９を
形成した構成例を示す平面図である。アース側導電板３
の一部を取除いた部分に整合回路９が形成され、該整合
回路９の一方端子は放射側導電板２に接続され、他方端
子は半導体モジュール４に接続されている。誘電体厚さ
に伴う放射側導電板２とアース側導電板３との間の導電
体部は、整合回路９の一部として形成される。この場
合、半導体モジュール４の他方端子４ｂはアース側導電
板３に接続されている。これによって、整合回路９を接
続した半導体モジュール４は放射側導電板２とアース側
導電板３との間でインピーダンス整合される。破線で示
す導電体部８は、半導体モジュール４と整合回路９とを
カバーし、電気的にシールドしている。

【００２７】以上のように本実施の形態では、電波放射
面２ａとアース面３ａを有する薄型の平面アンテナ素子
６とたとえばＲＦＩＤのタグ機能を持つ半導体モジュー
ル（または半導体チップ）４を用いて、半導体モジュー
ル４の２つの端子４ａ，４ｂをそれぞれ放射側導電板２
とアース側導電板３に接続している。そして、アース面
を物体に装着する構成とする。また一形態として半導体
モジュール４は周囲を誘電体部５で覆われるとともに、
アンテナ素子６の放射側導電板２とアース側導電板３の
間にシールドカバー等で挟込まれるので、半導体モジュ
ール４が環境的にも保護されるとともに、その実装によ
る電波放射面２ａおよびアース面３ａの両面の電気的不
連続性による電気特性への悪影響も排除される。必要に
より整合回路９を用いて半導体モジュール４の入力イン
ピーダンスと放射側導電体２に接続するアンテナ素子６
からみたアンテナインピーダンスを整合状態付近に接続
することによって、電波放射面２ａで取込まれた信号は
有効に半導体モジュール４に供給され動作感度を高める
ことになる。これらの結果、ＲＦＩＤの無線タグとし
て、高感度で、安定した性能を発揮しつつ、金属製物体
をはじめ電波に影響を与える物体に装着することができ
る。

【００２８】さらに、平面状の電波放射面２ａを円偏波
対応設計とすることによって、送受信効率の良い小型で
低コストな無線タグ１を提供することができる。特にバ
ッテリーレス無線タグにおいてより有効となる。さら
に、より微小化される半導体モジュール（またはチッ
プ）と、より薄い平面アンテナ素材の使用によって、柔
軟性のある無線タグが実現でき、湾曲した表面を持つ種
々の物体にも適用できる。また、平面状電波放射面２ａ
の利用によって、容易に円偏波への対応ができ、通常使
われる円偏波信号に対し、直線偏波受信タグに比べては
るかに高感度となる。さらに円偏波対応設計であるた
め、物体への取付け自由度が増す。これらの特徴を持っ
た上で、薄型化が可能なため、表面が湾曲した物体にも
装着することもできる。これら多くのメリットを持つこ
とにより、ＦＡ分野から、物流、流通、各種物品管理な
ど非常に幅広く活用することができ多くの効用をもたら
す。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘電体を
介在する放射側導電板とアース側導電板との間に半導体
モジュールを配置し、アース側導電板のアース面を物体
の表面に装着することによって、金属製の物体や電波反
射または電波吸収を伴う物体に適用できる。また、放射
側導電板とアース側導電板との間の領域内に少なくとも
半導体モジュールの一部を配置することによって、該半
導体モジュールは種々の環境ストレスから保護される。

【００３０】また、平面状の電波放射面を、円偏波対応
設計とすることによって、送受信効率の良い小型で低コ
ストな無線通信装置を提供できる。特に、バッテリーレ
スタグに本発明を適用した場合により有効となる。さら
には、より微小化される半導体モジュール（またはチッ
プ）と、より薄い平面アンテナ素材の使用によって、柔
軟性のある無線通信位置が実現でき、湾曲した表面を持
つ種々の物体にも適用できる。

【００３１】また本発明によれば、整合回路を含む半導
体モジュールの端子と放射側導電板との接続点は、半導
体モジュールの入出力インピーダンスと前記接続点から
見たアンテナインピーダンスとが整合状態となるような
位置に設定される。したがって、放射側導電板の電波放
射面で取り込まれた信号は、効率良く半導体モジュール
に供給されるので、動作感度が高くなる。

【００３２】さらに本発明によれば、半導体モジュール
を配置するために導電板から取り除いた部分、すなわち
導電板の不連続部分が導電体でシールドされる。したが
って、導電板の電気的不連続性による電気特性への悪影
響を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である無線タグ１の構成
図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図であ
る。

【図２】半導体モジュール４の取付け状態を示す断面図
である。

【図３】半導体モジュール４の他の取付け状態を示す断
面図である。

【図４】半導体モジュールと非常に薄い誘電体部を使い
フレキシブルな極薄型無線タグを形成した場合の対象物
に対する実装状態を示す外観図である。

【図５】本発明の実施の他の形態を示し、（ａ）は電波
吸収面２ａ側からみた平面図であり、（ｂ）は断面図で
ある。

【図６】アース側導電板３に整合回路８を形成した構成
例を示す平面図である。

【図７】標準的なＲＦＩＤシステムの基本構成を示す概
略図である。

【図８】バッテリー付無線タグの構成例を示す外観図で
ある。

【図９】バッテリーレス無線タグの構成例を示す外観図
である。

【符号の説明】

１無線タグ２放射側導電板２ａ電波放射面３アース側導電板３ａアース面４半導体モジュール４ａ一方端子４ｂ他方端子５誘電体部６アンテナ素子７切込み８整合回路９導電回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｑ 1/38 Ｈ０４Ｂ 1/59 ５Ｊ０４７ 13/08 5/02 ５Ｋ０１２Ｈ０４Ｂ 1/59 Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｋ 5/02 Ｈ (72)発明者中野洋大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2C005 MA10 MA16 MA18 MB05 MB10 NA08 NA39 NB13 PA24 TA22 5B035 AA04 AA06 BA05 BB09 CA01 CA23 5J021 AA01 AB06 CA06 FA17 FA26 HA05 HA10 JA07 5J045 AA01 AA05 AB05 DA10 EA07 HA03 NA01 5J046 AA03 AA07 AA19 AB13 PA07 5J047 AA03 AA07 AA19 AB13 FD01 5K012 AA01 AA06 AE02 AE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電波放射面を有する放射側導電板とアー
ス面を有するアース側導電板との間に誘電体を介在して
成るアンテナ素子と、通信機能を実行するとともに、少なくとも２つの端子を
備える半導体モジュールとを備え、前記電波放射面と前記アース面との間の領域内に前記半
導体モジュールを配置するとともに、前記２つの端子の
うちの一方端子を前記放射側導電板に接続する一方、他
方端子を前記アース側導電板に接続することを特徴とす
る無線通信装置。
【請求項２】電波放射面を有する放射側導電板とアー
ス面を有するアース側導電板との間に誘電体を介在して
成るアンテナ素子と、通信機能を実行するとともに、少なくとも２つの端子を
備える半導体モジュールとを備え、前記電波放射面と前記アース面との間の領域内に前記半
導体モジュールの少なくとも一部が含まれるよう配置す
るとともに、前記２つの端子のうちの一方端子を前記放
射側導電板に接続する一方、他方端子を前記アース側導
電板に接続することを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】前記他方端子を接地電位としたときに前
記一方端子から見た前記半導体モジュールの入出力イン
ピーダンスに対して、整合条件に近いインピーダンスを
呈する前記放射側導電板の特定位置に、前記一方端子を
接続することを特徴とする請求項１または２記載の無線
通信装置。
【請求項４】前記２つの端子のうち少なくとも１つの
端子に該端子を含む整合回路を接続し、前記整合回路を
含めた前記半導体モジュールの一方端子を接地電位とし
たときに前記他方端子から見た前記半導体モジュールの
入出力インピーダンスに対して、整合条件に近いインピ
ーダンスを呈する前記放射側導電板の特定位置に、前記
他方端子を接続することを特徴とする請求項１または２
記載の無線通信装置。
【請求項５】前記半導体モジュールを配置するために
前記放射側導電板および／または前記アース側導電板か
ら取り除いた部分を、導電板の残余の部分に電気的に接
続した導電体でシールドすることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の無線通信装置。