JP2003087044A

JP2003087044A - Ｒｆｉｄ用アンテナ及び該アンテナを備えたｒｆｉｄシステム

Info

Publication number: JP2003087044A
Application number: JP2001275963A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ubukata; 康弘生方; Hideaki Horiuchi; 秀晃堀内
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】【課題】通信に利用される近傍磁界を減衰させることな
く、規制される遠方電界を抑制することができ、かつ、
安価に製作することができるＲＦＩＤ用アンテナ及び該
アンテナを備えたＲＦＩＤシステムの提供。【解決手段】ＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ又はト
ランスポンダに用いられるアンテナが２層構造の基板９
ａ上に形成され、基板の表面側には、１ターン以上のル
ープ状のアンテナパターン１０と、その外側及び内側に
所定の間隔をおいて並設されるＧＮＤパターン１１ａ、
１１ｂとを備えるコプレナーウェーブガイドが形成さ
れ、裏面側には、その外縁が表面外側のＧＮＤパターン
１１ａの外縁と略一致し、その内縁が表面内側のＧＮＤ
パターン１１ｂの内縁と略一致するＧＮＤパターン１１
ｃが形成され、ＧＮＤパターンのシールド効果により、
近傍における磁界を低減することなく、遠方における電
界強度を所定の値以下に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランスポンダに
実装されたＩＣに対して、非接触でデータの読み書きを
行うことを特徴とするＲＦＩＤ（トランスポンダ、リー
ダ／ライタ）システムに関し、特に、遠方電界の抑制が
可能なＲＦＩＤシステム用アンテナの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣチップを備えたＩＣカードが
普及しつつある。このＩＣカードは、カードに内蔵され
ているＩＣチップとリーダ／ライタとの通信方法によ
り、接触型と非接触型に分類することができる。接触型
は、カードの表面に設けられた端子の接点をリーダ／ラ
イタに接触させてデータの交信を行うものであり、接点
を介してＩＣカードの動作電流が供給されるため、多く
の電力を必要とする処理でも行うことができるという長
所がある。

【０００３】これに対し、非接触型（一般にＲＦＩＤ：
Radio Frequency Identification）は、リーダ／ライタ
との接点がないために接触不良がなく、また、リーダ／
ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離れた位置でもデータの
交信が可能であり、汚れや静電気等に強いという長所が
あり、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様
々な分野に用いられるようになってきている。

【０００４】このＲＦＩＤシステムは、更に、トランス
ポンダ（ＩＣカード、ＩＣタグ等の総称）自体にＩＣを
駆動するための電源を有するタイプと、リーダ／ライタ
から電力が供給されるタイプとがあり、後者のタイプで
は、十分な駆動電力を得るためにリーダ／ライタから放
出される電磁波の強度が大きくなる。

【０００５】ここで、磁気誘導方式のＲＦＩＤシステム
によってトランスポンダとの交信を行う場合、免許不要
でシステムを使用するためには、測定対象から３ｍ離れ
た位置で測定される電界強度が電波法により定められた
値５００μＶ／ｍ以下（微弱電波機器性能証明：微弱）
になる必要があり、そこで、電界強度を下げるために、
アンテナ線の周りにシールドが設けられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】リーダ／ライタアンテ
ナが大きな形状で形成されている場合は、その周りにシ
ールドを設けることは容易であるが、微弱な電磁波を利
用するシステムの場合には、リーダ／ライタアンテナの
サイズも小さく、一般に基板上にアンテナとシールドと
を形成することになる。

【０００７】その場合は、一般に３層以上の導体層が積
層された基板を使用し、アンテナ線を基板内部の導電層
に形成し、その両面（表面及び裏面）にＧＮＤを設ける
構造が用いられる。このような構造のシールドアンテナ
について、図１３を参照して説明する。図１３は、従来
のリーダ／ライタ用のシールドアンテナの構造を示す図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ′線
における断面図である。

【０００８】図１３に示すように、従来のシールドアン
テナは、表裏面及び内面に導体層が形成された３層基板
９ｂを用い、内部の導体層に所定の形状で形成したアン
テナパターン１０ａを覆うように、基板９ｂの表裏面に
ＧＮＤパターン１１ｅ、１１ｃを設けた構造となってお
り、ＧＮＤパターン１１ｅ、１１ｃによって電界がシー
ルドされ、遠方における電界強度を下げることは可能で
ある。

【０００９】しかしながら、このような積層構造では、
アンテナパターン１０ａは予め基板内部に作り込む必要
があるため、基板そのものを特別に製作しなければなら
ず、基板の価格が高くなり、また、構造が複雑であるた
めアンテナの製造工程も多くなってしまう。更に、予め
基板にアンテナパターンを作り込むため、アンテナの形
状等の仕様変更に対して対応が困難となってしまう。

【００１０】また、トランスポンダ側のアンテナもデー
タ通信を行うために電磁界を発生させることになるた
め、発生する電界が微弱とはいえ、シールドを施すこと
が好ましい。特に、トランスポンダを人体に接触又は近
接して使用するシステム（例えば、入退室管理システ
ム、図書館における本の貸し出しシステム等）では、シ
ールドは重要である。

【００１１】ここで、トランスポンダはリーダ／ライタ
１やリーダ／ライタアンテナ２と異なり、１つのシステ
ムで多数必要となるものであるため、安価であることが
重要な要素であり、従来のような価格の高い基板を用
い、構造が複雑でアンテナの製造工程も多い３層構造で
は、利用価値はなくなってしまう。

【００１２】また、３層構造となると基板の厚みも増す
ことになるが、薄いトランスポンダを用いるシステム、
例えば、定期券等のカード型や、本、ＣＤ等に添付する
フィルム型のトランスポンダを用いる場合には、基板の
厚みや基板の材質の限定が障害となってしまう。

【００１３】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、通信に利用される近傍
磁界を減衰させることなく、規制される遠方電界を抑制
することができ、かつ、安価に製作することができるＲ
ＦＩＤ用アンテナ及び該アンテナを備えたＲＦＩＤシス
テムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のＲＦＩＤ用アンテナは、電磁誘導を利用し
て通信を行うＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナで
あって、前記アンテナが、１ターン以上のループ状のア
ンテナパターンと、該アンテナパターンの外側及び内側
に所定の間隔をおいて並設されるＧＮＤパターンとを、
基板の同一平面上に備えるコプレナーウェーブガイド構
造により形成されているものである。

【００１５】本発明においては、前記アンテナパターン
が複数ターンのループを構成し、前記ＧＮＤパターン
が、前記アンテナパターンの最外周ターンの外側及び最
内周ターンの内側に形成されている構成とすることがで
き、前記ＧＮＤパターンが、更に、前記アンテナパター
ンのターン間にも形成されている構成とすることもでき
る。

【００１６】また、本発明においては、前記アンテナ
が、表面及び裏面の２面に導体層を有する２層構造の基
板上に形成され、表面側には、前記コプレナーウェーブ
ガイド構造の前記アンテナパターン及び前記ＧＮＤパタ
ーンを有し、裏面側には、前記基板の法線方向から見
て、少なくとも前記アンテナパターンを覆う形状のＧＮ
Ｄパターンを有することが好ましい。

【００１７】また、本発明においては、前記基板の法線
方向から見て、前記裏面側の前記ＧＮＤパターンが、そ
の外縁は、前記表面側の外側のＧＮＤパターン外縁と略
一致し、その内縁は、前記表面側の内側のＧＮＤパター
ン内縁と略一致するように形成されている構成とするこ
とができる。

【００１８】また、本発明においては、前記表面側の前
記ＧＮＤパターンと前記裏面側の前記ＧＮＤパターンと
が、前記基板を貫通する１以上のスルーホールにより接
続されている構成とすることもできる。

【００１９】また、本発明においては、前記表面側のＧ
ＮＤパターン及び前記裏面側のＧＮＤパターンの各々
が、ループとならないように、少なくとも１以上の箇所
で分断されていることが好ましい。

【００２０】また、本発明においては、前記コプレナー
ウェーブガイド構造の前記アンテナパターンと前記ＧＮ
Ｄパターンとの間隔が、近傍における磁界を低減するこ
となく、遠方における電界強度を所定の値以下に抑制可
能な幅に設定される構成とすることができ、前記アンテ
ナパターンと前記ＧＮＤパターンとの間隔が、略０．１
ｍｍ乃至５ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。

【００２１】また、本発明のＲＦＩＤシステムは、内部
にＩＣ回路と第１のアンテナとを有するトランスポンダ
と、第２のアンテナを備え、前記トランスポンダと電磁
誘導を利用してデータ通信を行うリーダ／ライタとを有
するＲＦＩＤシステムにおいて、前記リーダ／ライタ又
は前記トランスポンダの少なくとも一方の前記アンテナ
が、１ターン以上のループ状のアンテナパターンと、該
アンテナパターンの外側及び内側に所定の間隔をおいて
並設されるＧＮＤパターンとを、基板の同一平面上に備
えるコプレナーウェーブガイド構造により形成され、前
記ＧＮＤパターンにより、近傍における磁界を低減する
ことなく、遠方における電界強度が抑制されるものであ
る。

【００２２】このように、微弱範囲で使用するＲＦＩＤ
システムのアンテナをＧＮＤでシールドする場合、従来
は３層以上の導電体が積層された基板を用いていたが、
放射電界を減少させるためにコプレナーウェーブガイド
構造を利用することにより、２層構造の基板を用いて
も、３層基板で得られるシールド効果と同等の電界抑制
効果を得ることができる。

【００２３】そして、汎用されている２層基板でアンテ
ナを製作することにより、基板自体の価格を低減するこ
とができると共に、内部の層にアンテナパターンを形成
する工程や、内部のアンテナパターンを外部に引き出す
ための工程を省略することができ、基板アンテナ製造プ
ロセスを簡略化することができる。また、アンテナパタ
ーンの形状等の設計変更に容易に対応することが可能と
なる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明に係るＲＦＩＤ用アンテナ
は、その好ましい一実施の形態において、電磁誘導を利
用して通信を行うＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ又
はトランスポンダに用いられるアンテナの少なくとも一
方が、表面及び裏面の２面に導体層を有する２層構造の
基板９ａ上に形成され、基板９ａの表面側には、１ター
ン以上のループ状のアンテナパターン１０と、該アンテ
ナパターンの外側及び内側に所定の間隔をおいて並設さ
れるＧＮＤパターン１１ａ、１１ｂとを備えるコプレナ
ーウェーブガイドが形成され、裏面側には、基板の法線
方向から見て、その外縁が、表面外側のＧＮＤパターン
の外縁と略一致し、その内縁が、表面内側のＧＮＤパタ
ーンの内縁と略一致するＧＮＤパターン１１ｃが形成さ
れ、これらのＧＮＤパターンにより、近傍における磁界
を低減することなく、アンテナから３ｍ遠方における電
界強度を規制される値（５４ｄＢμＶ／ｍ）以下に抑制
することができる。

【００２５】

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。

【００２６】［実施例１］まず、本発明の第１の実施例
に係るコプレナーウェーブガイド型シールドアンテナに
ついて、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、Ｒ
ＦＩＤシステムの全体構成及び電磁界測定方法を説明す
るための図であり、図２は、垂直アンテナ効果を説明す
るための図である。また、図３は、本実施例に係るコプ
レナーウェーブガイド型シールドアンテナの構造を示す
図であり、図４乃至図６は、本実施例のコプレナーウェ
ーブガイド型シールドアンテナの効果を説明するための
図である。また、図７は、本実施例のコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの他の構造を示す図であ
る。なお、本実施例は、本発明の基本的構造及びその効
果について記載するものである。

【００２７】図１に示すように、ＲＦＩＤシステムは、
送受信信号の処理を行うリーダ／ライタ１と、カード
型、フィルム型、箱形等の任意の形状のトランスポンダ
３と、トランスポンダ３とリーダ／ライタ１間のデータ
および電力送受信を行うリーダ／ライタアンテナ２とか
ら構成される。また、図示しないが、トランスポンダ３
は、その内部にデータの記録、処理を行うＩＣとリーダ
／ライタアンテナ２と交信するアンテナを備えている。

【００２８】上記ＲＦＩＤシステムにおいては、トラン
スポンダ３とリーダ／ライタアンテナ２との通信には、
リーダ／ライタアンテナ２近傍に発生する磁界が利用さ
れるが、この時、同時に電界も発生される。ここで、上
述したように微弱電波機器性能証明範囲内（免許不要）
で本システムを使用する場合、電波法では、３ｍ離れた
地点で測定した電界強度が５４ｄＢμＶ／ｍ以下でなけ
ればならないと定められている。つまり、アンテナに
は、近傍磁界強度が大きく、遠方での電界強度が小さい
ことが望まれる。

【００２９】ここで、図２を参照してループアンテナで
発生する電界について説明する。図２（ａ）に示すよう
に、非平衡型のループアンテナ６に電流が流れること
で、ループアンテナ６を流れる電流から発生する電磁界
のほかに、垂直アンテナ効果によって電磁界が発生す
る。この垂直アンテナ効果は、ループアンテナ６と仮想
ＧＮＤ８との間に発生する電位差によって電流が流れ、
電界が発生する現象である。

【００３０】この垂直アンテナ効果によって発生する電
界を抑制する方法として、図２（ｂ）に示すように、ル
ープアンテナ６近傍にシールド（ＧＮＤ）７を設け、ル
ープアンテナ６とＧＮＤ７との距離を短縮することによ
ってアンテナの実効高を減少させ、発生電界を抑制する
方法が有効である。

【００３１】このシールドアンテナを基板上に形成する
方法について、図３を参照して説明する。図３（ａ）
は、リーダ／ライタアンテナ２の構造を模式的に示す平
面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線における断面
図である。従来は図１３に示すように、シールドアンテ
ナを基板に作成するために、表裏面及び内部に導体層が
形成された３層構造の基板を用い、表面及び裏面の導体
層からなるパターンをＧＮＤパターン１１ｅ、１１ｃと
し、内部の導体層からなるパターンをアンテナパターン
１０ａとしていた。

【００３２】この構造の場合、内部のアンテナパターン
１０ａは表裏面のＧＮＤパターン１１ｅ、１１ｃで挟み
込まれるため、アンテナとＧＮＤとの距離を縮めること
ができ、それにより上述した垂直アンテナ効果を抑制す
ることができるが、この構造では３層以上の導体層が形
成された基板が必要であり、また、内部のアンテナパタ
ーン１０ａは基板形成時に作り込まれるため、形状の変
更は困難であり、基板自体も高価なものになってしまう
という問題があった。

【００３３】一般に、電磁波を遮蔽するには、信号線全
面をシールドする方法がとられるが、上記垂直アンテナ
効果はアンテナパターンとＧＮＤパターンとの距離に依
存して変化するものであるため、両者の距離を短くする
ことができれば、必ずしもアンテナパターン全面を覆う
ようにＧＮＤパターンを形成する必要はない。そこで、
本実施例では、図３（ｂ）に示すようにコプレナーウェ
ーブガイドを利用してシールドを実現している。

【００３４】このコプレナーウェーブガイドは、高周波
の伝送線路において用いられる構造であり、誘電体基板
の一表面に信号導体金属を挟んで２つの接地導体金属板
を設ける構造の伝送線路を意味するが、コプレナーウェ
ーブガイド構造をＲＦＩＤ用のアンテナに適用し、基板
９ａの片面にアンテナパターン１０とＧＮＤパターン１
１ａ、１１ｂを設け、両者の間隔を所定の値以下に近接
して形成することにより、ベタのＧＮＤパターンでシー
ルドする場合と同等の効果が得られることを見出した。
なお、アンテナパターンの表裏面全面をシールドしなく
ても、アンテナパターンとＧＮＤパターンとの間隔を縮
めれば十分なシールド効果が期待できると言う発想は、
本願発明者の知見によって得られた新規な発想である。

【００３５】ここで、上記コプレナーウェーブガイド構
造の効果を確認するために、シールド無しでアンテナパ
ターンのみを設けたアンテナと、図１３に示す表裏面の
ＧＮＤパターンでアンテナパターンを挟み込む従来構造
のアンテナと、図３（ｂ）に示すコプレナーウェーブガ
イド構造のアンテナとを各々製作し、図１に示す構成に
従って、アンテナから３ｍの距離における電界強度と、
近傍における誘導起電力（近傍磁界強度）とを測定し
た。その結果を図４乃至図６に示す。

【００３６】なお、本実験に用いたアンテナは、５４ｍ
ｍ×５４ｍｍの基板に、５２ｍｍ×５２ｍｍのアンテナ
パターンを形成し、アンテナパターンの幅は略１ｍｍと
した。また、コプレナーウェーブガイド構造では、アン
テナパターンとＧＮＤパターンとの間隔は略０．３ｍｍ
とした。

【００３７】まず、図４は、各々のサンプルにおけるア
ンテナの入力電圧（Ｖｐｐ）とアンテナから３ｍの距離
に設置した電界強度計５で測定した電界強度（ｄＢμＶ
／ｍ）との相関を示す図であり、図４から、コプレナー
ウェーブガイド型シールドアンテナ（丸マーカー及び実
線）は、シールド無しの通常アンテナ（三角マーカー及
び短い破線）より電界強度（３ｍ）の抑制効果があり、
しかも、その効果は従来の３層シールドアンテナ（四角
マーカー及び長い破線）とほぼ同等であることがわか
る。

【００３８】また、図５は、各々のサンプルにおけるア
ンテナの入力電圧（Ｖｐｐ）と近傍磁界の強さ（すなわ
ち、任意のコイルに発生する誘導起電力（Ｖｐ−ｐ））
との相関を示す図であり、図５から、本発明のコプレナ
ー構造、従来の３層構造、シールド無しの構造とも誘導
起電力はほぼ変わりなく、ＧＮＤパターンは近傍発生磁
界に対して影響を与えていないことがわかる。

【００３９】すなわち、基板の片面にアンテナパターン
とＧＮＤパターンとを形成したコプレナーウェーブガイ
ド型シールドアンテナを用いることによって、データ通
信に利用される近傍磁界を弱めることなく、遠方の電界
に対してはアンテナパターンの表裏面をＧＮＤパターン
で覆う従来構造と同等の電界シールド効果があることが
分かる。

【００４０】この２つのグラフから、誘導起電力に対す
る電界強度をグラフ化すると、図６のようになる。この
グラフでは、左上から右下に向かうほど（矢印の方
向）、データ通信に利用される近傍磁界が大きくかつ不
要な遠方電界が小さくなり、ＲＦＩＤ用アンテナとして
性能が高いことを示しているが、本実施例の構造は２層
基板で簡便にアンテナを形成しているにも係わらず、性
能的には３層構造と遜色ないことがわかる。

【００４１】このように、内部に導体層が形成された高
価な３層構造の基板を用いる代わりに、一般的に用いら
れる２層構造の基板を用いてコプレナーウェーブガイド
構造のアンテナを製作し、アンテナパターンとＧＮＤパ
ターンの間隔を短くすることによって、近傍磁界を弱め
ることなく遠方電界を抑制することができ、アンテナの
構造を簡略化し、製造を容易にすることにより価格を低
減することが可能となる。

【００４２】なお、表面のＧＮＤパターン１１ａ、１１
ｂと裏面のＧＮＤパターン１１ｃとの間の相互作用によ
り余分な電流要素が発生することを防止するために、図
７（ａ）、（ｂ）に示すように、両者をスルーホール１
２で接続する形態とする方がより好ましく、以下の実施
例においても同様である。また、本実施例で示すアンテ
ナパターン１０はループ状のアンテナであり、両端の引
き出し部の間隔は狭い方が好ましいが、例えば、図７
（ｃ）に示すように、引き出し部が所定の距離だけ離間
した形状であっても動作は可能である。

【００４３】［実施例２］次に、本発明の第２の実施例
に係るコプレナーウェーブガイド型シールドアンテナに
ついて、図８乃至図１２を参照して説明する。図８及び
図９は、コプレナーウェーブガイド型シールドアンテナ
の具体的形状の一例を示す図であり、図８は表面側、図
９は裏面側の平面図である。また、図１０は、端子部分
の構造の一例を示す平面図であり、図１１及び図１２
は、複数ターン構造のコプレナーウェーブガイド型シー
ルドアンテナの一例を示す平面図である。なお、本実施
例は、コプレナーウェーブガイド型シールドアンテナの
具体的形状、バリエーション及び数値範囲について記載
するものである。

【００４４】図８に示すように、本実施例のコプレナー
ウェーブガイド型シールドアンテナは、表裏面に導体層
が形成された２層基板の表面側には、最外周に幅（Ｆ）
の外周側ＧＮＤパターン１１ａが形成され、その内側に
所定の間隔（Ｉ）で幅（Ｇ）のアンテナパターン１０が
形成され、更にその内側には所定の間隔（Ｊ）で幅
（Ｈ）の内周側ＧＮＤパターン１１ｂが形成されてい
る。

【００４５】上記構成のコプレナーウェーブガイド型シ
ールドアンテナを製作するには、表裏面に銅箔等の導体
層が形成された一般的なガラスエポキシ、プラスチック
等の基板９ａに、所望の形状のレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクとしてウェットエッ
チングにより銅箔をエッチングする方法や、スクリーン
印刷法を用いて不織布やポリ塩化ビニル等のフィルムに
印刷する方法や、導線をシート上に直接描く方法等、任
意の方法を用いることができる。

【００４６】なお、基板の外形寸法（Ａ×Ｂ）及びアン
テナ全体の寸法（Ｃ×Ｄ）は、アンテナの性能、システ
ムの使用条件等に応じて定められるが、特に、微弱な信
号を用いるシステム構成では、１ｃｍ×１ｃｍ〜３０ｃ
ｍ×３０ｃｍ程度が一般的である。また、基板の厚みは
特に限定されないが、表面のアンテナパターン１０と裏
面のＧＮＤパターン１１ｃとの距離を縮め、シールド効
果を高めるためには薄い方が好ましい。

【００４７】また、ＧＮＤパターン１１ａ、１１ｂ、１
１ｃの幅（Ｆ、Ｈ及びＫ）は特に限定されないが、シー
ルド効果を高める観点からは大きい方が好ましく、アン
テナ全体のサイズを考慮して適宜設定することができ
る。なお、このＧＮＤパターンは全周にわたって連続し
て形成すると、ＧＮＤパターン自体に電流が流れて電界
が生じるため、ループとならないように分断する必要が
ある。

【００４８】本実施例では、外周側のＧＮＤパターン１
１ａは端子側（図下部）及び対向側（図上部）で分断
し、内周側のＧＮＤパターン１１ｂは図上部で分断して
いるが、分断する箇所及び分断数は図の例に限定され
ず、例えば、４辺で各々分断してもよい。なお、分断箇
所のギャップは小さすぎるとＧＮＤパターン同士が容量
的に結合する恐れがあり、大きすぎるとギャップ位置か
ら電界が漏れる可能性があるため、その範囲としては、
０．２ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲が好ましい。

【００４９】また、図９に示す裏面側のＧＮＤパターン
１１ｃについては、本実施例では表面側のＧＮＤパター
ン１１ａ及び１１ｂと相重なるように形成しているが、
表裏面のＧＮＤパターンは必ずしも重なる必要はなく、
基板の法線方向から見て、少なくともアンテナパターン
１０を覆うように裏面のＧＮＤパターン１１ｃを形成す
ればよい。

【００５０】一方、アンテナパターン１０は、幅（Ｇ）
が大きくなると配線の抵抗が小さくなり、抵抗が下がる
とＱ値が大きくなる。このＱ値は共振回路の電圧や電流
の立ち上がりを表す指標であり、Ｑ値が大きいほどエネ
ルギー範囲の観点からは好ましいと言えるが、同時にＱ
値は、トランスポンダとのデータの送受信における帯域
幅と相関があり、Ｑ値が大きいと帯域幅が狭くなるた
め、トランスポンダの信号範囲が狭まってしまう。ま
た、幅が狭くなるとアンテナパターン１０を形成する際
にエッチングが困難となる等、製造条件が厳しくなる。
従って、Ｑ値や製造条件等を考慮して適宜その寸法を設
定することが好ましい。なお、本願発明者の知見によれ
ば、その寸法としては、０．２ｍｍ〜２０ｍｍ程度が好
ましい範囲であることを確認している。

【００５１】また、アンテナパターン１０とＧＮＤパタ
ーン１１ａ、１１ｂとの間隔（Ｉ及びＪ）は、垂直アン
テナ効果を抑制するためには小さいほど好ましいが、上
述したようにウェットエッチングでパターンを形成する
場合には、その寸法が小さくなるとエッチングの制御が
困難となり、製造条件が厳しくなる。従って、システム
の性能、遠方電界の抑制の程度、価格等を総合的に勘案
して適宜設定する必要があり、例えば、０．１ｍｍ〜５
ｍｍ程度の範囲とすることが好ましい。

【００５２】なお、図８及び図９では、アンテナパター
ン１０及びＧＮＤパターン１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、
正方形のパターンとしたが、その形状は図の形状に限定
されず、矩形、多角形、円形、楕円形等、任意の形状と
することができる。また、図７の構造では、アンテナパ
ターン１０の端子部（図下部）ではアンテナパターン１
０同士が隣接しているが、その間にＧＮＤパターンを挿
入する構造としてもよく、その場合は、例えば図１０に
示すような構造とすることができる。

【００５３】以上、１ターンのループアンテナについて
記載したが、ループアンテナのターン数は１回に限定さ
れず、複数ターンのループアンテナであっても同様の効
果が得られる。その場合は、例えば、図１１に示すよう
な構造とすればよい。なお、ターン数が多くなるとアン
テナパターン１０の最外周又は最内周以外はＧＮＤパタ
ーン１１ａ、１１ｂとの距離が大きくなり、シールド効
果が低減する可能性がある。その場合には、図１２に示
すように、アンテナパターン１０同士の間に別のＧＮＤ
パターン１１ｄを挿入する構造とすることもできる。

【００５４】また、図１１の構造では、アンテナパター
ン１０は端子部近傍で交差させて引き出しているが、交
差させずにループの内側と外側とで各々外部回路と接続
してもよい。交差させる場合には、例えば、１回目の工
程で交差部の下側のパターンのみ形成し、２回目の工程
で絶縁膜を挟んで上側のパターンを形成して接続したり
（図１１の構造）、交差部の手前でスルーホールを介し
て裏面に接続し、裏面側で交差部を接続する（図１２の
構造）こともできる。

【００５５】なお、上記各実施例では、本発明のコプレ
ナーウェーブガイド型シールドアンテナをリーダ／ライ
タ用のアンテナとして用いる場合について説明したが、
本構造のアンテナをトランスポンダ側のアンテナとして
用いることもできる。通常、トランスポンダ側のアンテ
ナはＧＮＤで覆わずに使用されるが、トランスポンダが
人体に接触又は近接して使用される場合では、電界をシ
ールドすることが好ましく、本発明の構造を用いれば、
簡単かつ安価にシールドを実現することができる。

【００５６】また、トランスポンダとしてカード型等の
薄型の形態が用いられる場合には、基板の厚みを増すこ
となくシールドを実現することができ、特に、本やＣＤ
等に添付されるフィルム状トランスポンダの場合には、
スクリーン印刷法でコプレナーウェーブガイド構造を形
成することができるため、３層構造では製造が困難な形
態であっても容易に製作することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコプレナ
ーウェーブガイド型シールドアンテナ及び該アンテナを
用いたＲＦＩＤシステムによれば、下記記載の効果を奏
する。

【００５８】本発明の第１の効果は、誘導起電力（リー
ダ／ライタ近傍磁界）をシールド無しの通常アンテナと
同等に保ちながら、３ｍ離れた地点での電界強度を規制
値以下に抑制することが可能となるということである。

【００５９】その理由は、同一平面上でアンテナパター
ンをＧＮＤパターンで挟み込むコプレナーウェーブガイ
ド構造を用いることによって、アンテナパターンとＧＮ
Ｄパターンとの距離に依存する垂直アンテナ効果を低減
することができるからである。

【００６０】また、本発明の第２の効果は、従来と同等
のシールド効果を有するアンテナを安価に、かつ、自由
度の高いプロセスで形成することができるということで
ある。

【００６１】その理由は、アンテナパターンとＧＮＤパ
ターンとを同一平面上に形成するため、従来のように内
部に導体層を有する多層基板を用いる必要がなく、製作
プロセスをより簡単にすることができるからであり、ま
た、表裏面にのみにパターンを形成するため、材料とし
て基板の他にフィルム、シート等、幅広い材料を用いる
ことができるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＲＦＩＤシステムの全体構成及び電磁
界測定方法を説明するための図である。

【図２】垂直アンテナ効果を説明するための図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの構造を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ′線の断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの効果を説明するための図
である。

【図５】本発明の第１の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの効果を説明するための図
である。

【図６】本発明の第１の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの効果を説明するための図
である。

【図７】本発明の第１の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの他の構造を示す図であ
る。

【図８】本発明の第２の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの表面側の構造を示す図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は破線部の拡大図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施例に係るコプレナーウェー
ブガイド型シールドアンテナの裏面側の構造を示す平面
図である。

【図１０】本発明の第２の実施例に係るコプレナーウェ
ーブガイド型シールドアンテナの端子部の拡大図であ
る。

【図１１】本発明の第２の実施例に係るコプレナーウェ
ーブガイド型シールドアンテナの他の構造を示す平面図
である。

【図１２】本発明の第２の実施例に係るコプレナーウェ
ーブガイド型シールドアンテナの他の構造を示す平面図
である。

【図１３】従来のシールドアンテナの構造を示す図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ′線の断面図であ
る。

【符号の説明】

１リーダ／ライタ２リーダ／ライタアンテナ２ａループアンテナ３トランスポンダ４磁界測定用アンテナ５電界強度計６ループアンテナ７シールド８仮想ＧＮＤ９ａ基板（２層）９ｂ基板（３層）１０、１０ａアンテナパターン１１ａ〜ｅＧＮＤパターン１２スルーホールＡ、Ｂ基板の外形寸法Ｃ、Ｄ、Ｃ′、Ｄ′ アンテナの外形寸法Ｅ、Ｅ′ ＧＮＤパターン間のギャップＦ、Ｈ、ＫＧＮＤパターンの幅Ｇアンテナパターンの幅Ｉ、ＪＧＮＤパターンとアンテナパターンの間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C005 MA19 MA40 NA09 PA01 5B035 BA05 BB09 CA01 CA23 5J046 AA03 AA19 AB11 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁誘導を利用して通信を行うＲＦＩＤシ
ステムに用いられるアンテナであって、前記アンテナが、１ターン以上のループ状のアンテナパ
ターンと、該アンテナパターンの外側及び内側に所定の
間隔をおいて並設されるＧＮＤパターンとを、基板の同
一平面上に備えるコプレナーウェーブガイド構造により
形成されていることを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ。
【請求項２】前記アンテナパターンが複数ターンのルー
プを構成し、前記ＧＮＤパターンが、前記アンテナパタ
ーンの最外周ターンの外側及び最内周ターンの内側に形
成されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤ
用アンテナ。
【請求項３】前記ＧＮＤパターンが、更に、前記アンテ
ナパターンのターン間にも形成されていることを特徴と
する請求項２記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
【請求項４】前記アンテナが、表面及び裏面の２面に導
体層を有する２層構造の基板上に形成され、表面側に
は、前記コプレナーウェーブガイド構造の前記アンテナ
パターン及び前記ＧＮＤパターンを有し、裏面側には、
前記基板の法線方向から見て、少なくとも前記アンテナ
パターンを覆う形状のＧＮＤパターンを有することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のＲＦＩＤ
用アンテナ。
【請求項５】前記基板の法線方向から見て、前記裏面側
の前記ＧＮＤパターンが、その外縁は、前記表面側の外
側のＧＮＤパターン外縁と略一致し、その内縁は、前記
表面側の内側のＧＮＤパターン内縁と略一致するように
形成されていることを特徴とする請求項４記載のＲＦＩ
Ｄ用アンテナ。
【請求項６】前記表面側の前記ＧＮＤパターンと前記裏
面側の前記ＧＮＤパターンとが、前記基板を貫通する１
以上のスルーホールにより接続されていることを特徴と
する請求項４又は５に記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
【請求項７】前記表面側のＧＮＤパターン及び前記裏面
側のＧＮＤパターンの各々が、ループとならないよう
に、少なくとも１以上の箇所で分断されていることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のＲＦＩＤ
用アンテナ。
【請求項８】前記コプレナーウェーブガイド構造の前記
アンテナパターンと前記ＧＮＤパターンとの間隔が、近
傍における磁界を低減することなく、遠方における電界
強度を所定の値以下に抑制可能な幅に設定されることを
特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のＲＦＩ
Ｄシステム用アンテナ。
【請求項９】前記アンテナパターンと前記ＧＮＤパター
ンとの間隔が、略０．１ｍｍ乃至５ｍｍの範囲に設定さ
れることを特徴とする請求項８記載のＲＦＩＤシステム
用アンテナ。
【請求項１０】内部にＩＣ回路と第１のアンテナとを有
するトランスポンダと、第２のアンテナを備え、前記ト
ランスポンダと電磁誘導を利用してデータ通信を行うリ
ーダ／ライタとを有するＲＦＩＤシステムにおいて、前記リーダ／ライタ又は前記トランスポンダの少なくと
も一方の前記アンテナが、１ターン以上のループ状のア
ンテナパターンと、該アンテナパターンの外側及び内側
に所定の間隔をおいて並設されるＧＮＤパターンとを、
基板の同一平面上に備えるコプレナーウェーブガイド構
造により形成され、前記ＧＮＤパターンにより、近傍に
おける磁界を低減することなく、遠方における電界強度
が抑制されることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項１１】前記アンテナパターンが複数ターンのル
ープを構成し、前記ＧＮＤパターンが、前記アンテナパ
ターンの最外周ターンの外側及び最内周ターンの内側に
形成されていることを特徴とする請求項１０記載のＲＦ
ＩＤシステム。
【請求項１２】前記ＧＮＤパターンが、更に、前記アン
テナパターンのターン間にも形成されていることを特徴
とする請求項１１記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項１３】前記アンテナが、表面及び裏面の２面に
導体層を有する２層構造の基板上に形成され、表面側に
は、前記コプレナーウェーブガイド構造の前記アンテナ
パターン及び前記ＧＮＤパターンを有し、裏面側には、
前記基板の法線方向から見て、少なくとも前記アンテナ
パターンを覆う形状のＧＮＤパターンを有することを特
徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一に記載のＲＦ
ＩＤシステム。
【請求項１４】前記基板の法線方向から見て、前記裏面
側の前記ＧＮＤパターンが、その外縁は、前記表面側の
外側のＧＮＤパターン外縁と略一致し、その内縁は、前
記表面側の内側のＧＮＤパターン内縁と略一致するよう
に形成されていることを特徴とする請求項１３記載のＲ
ＦＩＤ用システム。
【請求項１５】前記表面側の前記ＧＮＤパターンと前記
裏面側の前記ＧＮＤパターンとが、前記基板を貫通する
１以上のスルーホールにより接続されていることを特徴
とする請求項１３又は１４に記載のＲＦＩＤシステム。
【請求項１６】前記表面側のＧＮＤパターン及び前記裏
面側のＧＮＤパターンの各々が、ループとならないよう
に、少なくとも１以上の箇所で分断されていることを特
徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一に記載のＲＦ
ＩＤシステム。