JP2004080600A

JP2004080600A - Antenna coil structure of transponder for rfid, adjusting method for resonance frequency and rfid system provided with the transponder

Info

Publication number: JP2004080600A
Application number: JP2002240458A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Horiuchi; 堀内　秀晃; Yasuhiro Ubukata; 生方　康弘; Shinichiro Inui; 乾　信一郎
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP4006585B2; JP2007306601A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the antenna coil of a transponder for RFID capable of easily adjusting a resonance frequency, an adjusting method for the resonance frequency and an RFID system provided with a reader / writer suitable for the transponder. <P>SOLUTION: A connection position adjustment area is provided on one end or both ends of two antenna patterns 5a and 5b formed on the front and back surfaces of a base material 7, and the resonance frequency is adjusted by varying a connection position. A film capacitor is omitted and the transponder is reduced. By eliminating the need of trimming work, the adjusting work of inductance is easily executed and the change of a coupling coefficient and the generation of an eddy current by the deviation of the electric center position of an antenna are prevented. Also, by using the transponder, the reflection coefficient of the reader / writer is increased and the constitution of a reader / writer reception part is simplified. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振回路を構成するアンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法に関し、特に、実装されたＩＣチップ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（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用トラスポンダのアンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法並びに該トランスポンダに適したリーダ／ライタを備えるＲＦＩＤシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトランスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トランスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トランスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、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利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでデータの通信を行う場合、リーダ／ライタ、トランスポンダの双方のアンテナの共振周波数をある程度の精度で送信するキャリア周波数に合わせ込む必要がある。ここで、アンテナの共振周波数ｆ_０は、アンテナコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとを用いて次式のように表される。
【０００４】

【０００５】
式（１）より、アンテナコイルのインダクタンスＬ又はコンデンサの容量Ｃのいずれかを増減させることにより共振周波数ｆ_０を所望の値に調整することができ、リーダ／ライタのアンテナやサイズの大きいトランスポンダの場合は、通常、アンテナに実装したトリマコンデンサなどにより調整が行われている。
【０００６】
一方、サイズの小さいトランスポンダ、特に、シート状やラベル状の様な厚さ数１００μｍ程度のトランスポンダの場合は、トリマコンデンサを実装することが困難な場合もあり、ラベル上に作製されたフィルムコンデンサをトリミングすることにより容量を変化させて共振周波数を調整している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フィルムコンデンサのトリミングにより容量を変化させるためには、トランスポンダ内に大きな面積のフィルムコンデンサを形成する必要がある。特に、小型トランスポンダの場合は、アンテナコイルが小さくインダクタンスが小さくなることから、所望の共振周波数を得るためには大型のトランスポンダより大きなコンデンサ容量を必要とし、一定の容量変化率を得るためのフィルムコンデンサの面積は更に大きくなってしまい、トランスポンダの小型化の障害となってしまう。
【０００８】
ここで、従来のトランスポンダの構造について、図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は、従来のＲＦＩＤ用トランスポンダの基本構成を示す回路図であり、図１８は、小型のシート（ラベル）状トランスポンダにおける共振回路のアンテナコイルとフィルムコンデンサとの位置関係を示す平面図である。
【０００９】
図１７に示すように、トランスポンダ２は、共振回路を構成するアンテナコイル５及びコンデンサ１４と、データの記憶、演算を行うＩＣチップ１３とからなり、大型のトランスポンダ２の場合は部品の取り付けスペースが大きいことから、コンデンサ１４を固定容量を形成するコンデンサ１４ａと容量の調整が可能なトリマコンデンサ１４ｂとで構成し、トリマコンデンサ１４ｂを増減させることにより共振周波数の調整を行っていた。
【００１０】
しかしながら、図１８に示すようなシート（ラベル）状のトランスポンダ２の場合は、トリマコンデンサ１４ｂを設けることは困難であるため、アンテナコイル５と同一平面状にフィルムコンデンサ１４ｃを形成しているが、図１８（ａ）に示すように、アンテナコイル５の内部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成する場合は、面積の制限から容量変化量は限定的であり、また渦電流損による損失の増加によりＱ値が低下する原因となる。
【００１１】
また、図１８（ｂ）に示すように、アンテナコイル５の外部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成する場合、その分の面積増加を招いてしまう。そして、一定共振周波数を維持する場合、トランスポンダ２の微小化に伴ってインダクタンスが減少することにより、共振用コンデンサの容量は増加し、容量に一定の変化率を与えるためのトリミング用フィルムコンデンサ１４ｃの面積の増加比率は無視できないほど大きくなり、トランスポンダ２のサイズはフィルムコンデンサ１４ｃ（トリミング部分を含む）の面積に律則されてしまう。
【００１２】
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、共振周波数を簡単かつ正確に調整することができるＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法並びに該トランスポンダに適したリーダ／ライタを備えたＲＦＩＤシステムを提供することにある。
【００１３】
【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用トランスポンダは、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、前記アンテナコイルは、互いに接続される２つのアンテナパターンにより構成され、前記２つのアンテナパターンの一端部又は両端部には、接続位置を調整可能な領域を備え、前記接続位置を可変することにより、前記アンテナの共振周波数が調整されるものである。
【００１４】
本発明においては、前記２つのアンテナパターンは、前記トランスポンダの基材の表面及び裏面に各々形成され、かしめ構造又はスルーホールにより、前記２つのアンテナパターンが接続される構成とすることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記２つのアンテナパターンは、前記トランスポンダの基材の一方の面に形成されるアンテナパターンと、該アンテナパターン上に所定の位置及び角度で配置されるブリッジパターンとにより構成され、かしめ構造により、前記アンテナパターンと前記ブリッジパターンとが接続され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２つのアンテナパターンは、前記一端部又は両端部において、互いのアンテナパターンが略平行して延在する領域、又は、一方のアンテナパターンに対して他方のアンテナパターンが複数箇所で交差する領域を備える構成とすることもできる。
【００１７】
また、本発明においては、前記２つのアンテナパターンの少なくとも一方は、前記一端部又は両端部に、その先端が開放されている櫛歯状の複数の分岐経路を備え、該分岐経路の先端において、他方のアンテナパターンに接続される構成、又は、閉じたループを形成する複数の短絡経路を備え、前記２つのアンテナパターンの接続及び前記短絡経路の切断により、前記アンテナの共振周波数が調整される構成とすることもできる。
【００１８】
また、本発明においては、前記２つのアンテナパターン間の容量が、少なくとも、パターン形状、パターン間隔及びパターン間に介在する絶縁部材の誘電率により制御され、前記インダクタンス及び前記容量で設定される前記アンテナの共振周波数が調整される構成とすることもできる。
【００１９】
また、本発明においては、前記アンテナパターンに対して前記ブリッジパターンの接続位置及び接続角度を調整することにより、前記共振周波数が調整される構成とすることができる。
【００２０】
また、本発明のＲＦＩＤシステムは、共振周波数調整機能を備えたトランスポンダと、該トランスポンダと交信するアンテナを有するリーダ／ライタとを備え、前記トランスポンダの前記共振周波数調整機能を用いて前記トランスポンダ及び前記リーダ／ライタアンテナの共振周波数が一致するように調整され、前記リーダ／ライタの反射係数が大となることにより、前記リーダ／ライタの受信部の構成が簡略化されるものであり、前記リーダ／ライタの受信部は、前記トランスポンダからの信号を受信するアンテナと受信信号をデコードするＣＰＵとの間の回路が、検波回路、又は、検波回路とコンパレータ、又は、検波回路と増幅回路とコンパレータのみを備える構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおける共振周波数の調整方法であって、前記アンテナコイルを、２つのアンテナパターンを相互に接続して形成し、前記２つのアンテナパターンの一端部又は両端部に、接続位置を調整可能な領域を設け、前記接続位置を調整することにより、前記アンテナコイルのインダクタンスを調整するものである。
【００２２】
本発明においては、前記２つのアンテナパターンを、前記トランスポンダの基材の表面及び裏面に各々形成し、前記２つのアンテナパターンをかしめる方法又はスルーホールを介して接続する方法を用いて、前記アンテナコイルの経路長を調整する構成、又は、前記２つのアンテナパターンを、前記トランスポンダの基材の一方の面に形成されるアンテナパターンと、該アンテナパターン上に所定の位置及び角度で配置されるブリッジパターンとにより構成し、前記２つのアンテナパターンかしめる方法を用いて、前記アンテナパターンに対して前記ブリッジパターンの接続位置、接続角度及びアンテナコイルの経路長を調整する構成とすることができる。
【００２３】
また、本発明においては、少なくとも、パターン形状、パターン間隔及びパターン間に介在する絶縁部材の誘電率により変動する前記２つのアンテナパターン間の容量を用い、前記パターン形状、前記パターン間隔及び前記絶縁部材の誘電率を調整することにより、前記インダクタンス及び前記容量で設定される前記アンテナの共振周波数を調整する構成とすることもできる。
【００２４】
このように、本発明では、トランスポンダの共振周波数の調整をコンデンサの容量ではなく、アンテナコイルのインダクタンスにより行うため、トリミング用に形成されていた従来のフィルムコンデンサ部分の面積を省略することができ、トランスポンダ全体の面積の縮小化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明では、アンテナコイルのインダクタンスの調整を、アンテナコイルに設けた複数の経路を順次トリミングするのではなく、基材の表裏面に設けたアンテナパターンの接合位置又はアンテナパターンとブリッジサーキットの接続位置を調整することにより行うため、微調整が可能となり、簡単かつ確実に共振周波数を所望の値に正確に合わせ込むことができる。
【００２６】
更に、このようなアンテナコイルのインダクタンス調整機構を備えたトランスポンダを用いることにより、リーダ／ライタ用アンテナとトランスポンダ用アンテナの共振周波数を正確に一致させることができ、一定距離離れてもトランスポンダによるリーダ／ライタのアンテナの反射係数変化を持続させることができる。これによりリーダ／ライタ受信部の、フィルタ、増幅器、コンパレータなどの複雑な回路構成を省略することができるという効果も得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＲＦＩＤ用トランスポンダは、その好ましい一実施の形態において、フィルムや基板等の基材の表裏面に形成された２つのアンテナパターン又は片側の面に形成されたアンテナパターンとブリッジサーキットの接続位置を可変することにより共振周波数を調整するものであり、アンテナコイルのインダクタンスにより共振周波数の調整を行うため、フィルムコンデンサ部分の面積を省略してトランスポンダ全体の面積の縮小化を図ることができる。また、アンテナコイルに予め設けた経路を順次トリミングする必要がないため、インダクタンスの調整作業を簡単に行うことができると共に、アンテナの電気的中心位置のずれによる結合係数の変化や渦電流の発生を防止することができる。また、トランスポンダの共振周波数の正確な調整を可能とすることにより、リーダ／ライタの反射係数を大きくすることができ、これによりリーダ／ライタ受信部の構成を簡略化することができる。
【００２８】
【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説明する。
【００２９】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイル構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図であり、図２及び図３は、第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００３０】
図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、リーダ／ライタ用アンテナ４を用いてデータの交信を行うリーダ／ライタ３と、ラベル型、シート型、スティック型等の種々の形状のトランスポンダ２とからなり、リーダ／ライタ３には、送受信信号を変換するための受信回路３ａ及び送信回路３ｂと、送受信信号をデコードするためのＣＰＵ３ｃとを備え、トランスポンダ２のアンテナの共振周波数とリーダ／ライタ用アンテナ４の共振周波数をキャリア周波数に合わせることによりデータの交信が行われる。
【００３１】
ここで、従来技術で示したように、トランスポンダ２の共振周波数ｆ_０は式（１）で決まり、共振周波数を微調整するためには、アンテナコイル５のインダクタンスか、コンデンサの容量を変化させる必要があり、従来の大型のトランスポンダ２では、トリマコンデンサ１４ｂによりｆ_０の調整を行っていた。
【００３２】
しかしながら、シート（ラベル）状のトランスポンダ２の場合、サイズの制限からトリマコンデンサ１４ｂを設けることができず、アンテナコイル５と同一平面状にフィルムコンデンサ１４ｃを設けることになるが、図１８（ａ）のようにアンテナコイル５の内部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成すると、渦電流損による損失の増加によりＱ値低下の原因となる。また、図１８（ｂ）のようにアンテナコイル５外部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成する場合、その分の面積増加を招き、一定共振周波数を維持する場合、トランスポンダの微小化に伴ってＬが減少することで、面積の増加比率は無視できないほど大きくなる。
【００３３】
そこで、本願出願人は先願（特願２００２−２２７４２号）において、トランスポンダ２の共振周波数の調整をコンデンサ１４の容量ではなく、アンテナコイル５のインダクタンスを調整することにより実現する方法を開示している。具体的には、図１６に示すように、アンテナコイル５の最内周のループに経路を短絡する複数のトリミングライン１２ａを設けたり、アンテナコイルの最外周のループに経路を迂回する複数のトリミングラインを設け、トリミングライン１２ａを順位切断することにより、アンテナコイル５のインダクタンスを調整して共振周波数を所望の値に合わせ込むことを可能にしている。
【００３４】
このように、上記公報では、トランスポンダ２の共振周波数の調整をアンテナコイル５のインダクタンスにより行うため、トリミング用に形成されていた従来のフィルムコンデンサ１４ｃ部分の面積を省略することができ、トランスポンダ２全体の面積の縮小化が可能となるが、複数ターンで構成されるアンテナコイル５の１ターンに短絡経路を設けてトリミングする場合、その１ターンと他のターンのコイルの電気的中心が離れてしまい、その結果、結合係数が大きく変わることになる。また、複数の短絡経路を設ける構造の場合、短絡経路部分がループとなり渦電流が発生してしまうため、トリミング後に不要な短絡経路はカットしなければならない。
【００３５】
そこで、本発明では、簡単かつ確実にインダクタンスを調整する方法として、予め設けた短絡経路を選択して順次トリミングするのではなく、アンテナコイル５を２つのアンテナパターン又はアンテナパターンとブリッジサーキットで構成し、基材の表裏面に形成したアンテナパターン又は一方の面に形成したアンテナパターンとブリッジサーキットの接続位置を適宜調整することにより、アンテナコイル５のインダクタンスを変化させて共振周波数の調整を行っている。
【００３６】
具体的に説明すると、図２に示すように、本実施例のトランスポンダ２は、ＰＥＴシート、ポリエチレンシート、ポリイミドシート等の絶縁性シートやＰＣＢ等の基板等からなる基材７と、その表裏面に形成されるアンテナパターン５ａ、５ｂ（ブリッジサーキットを用いる場合は一方のアンテナパターンとブリッジサーキット）とにより構成されるアンテナコイル５と、チップコンデンサ及びデータの記憶、演算処理を行うＩＣチップ（図ではこれらを合わせてＩＣチップ／コンデンサ６と記載している。これらはパターン上の任意の位置に配置され、アンテナパターンの表側面、裏側面又はブリッジサーキットのどちらに位置してもかまわない。）とが設けられ、アンテナパターンの少なくとも一端は基材７を挟んで略平行に対向して形成されている。
【００３７】
なお、図では、アンテナコイル５は１ターンのループで構成しているが、ループの数は任意に設定することができる。また、インダクタンス調整領域８ａの位置、長さも図の構成に限定されず、トランスポンダ２の形状、インダクタンスの調整幅、ＩＣチップ／コンデンサ６の実装位置等を勘案して適宜設定することができる。また、ＩＣチップ／コンデンサ６は基材７のどちら側にあっても問題なく、両面パターンの場合は表側または裏側、ブリッジサーキットの場合はアンテナコイルパターン側またはブリッジサーキット側のいずれかに配設される。
【００３８】
このような構造のアンテナコイル５では、実線のパターンと点線のパターンを最低ａ、ｂの２ヶ所で導通をとる必要がある。本発明ではその内の少なくとも一方（図ではｂ側）の接続位置８を可変できるようにパターンを形成している。導通をとる方法として、例えば、基材７がシートなどの場合はかしめる方法、ＰＣＢのような基板の場合はスルーホールを介して接続する方法を用いることができる。
【００３９】
そして、線路長を長く（図のＡ方向）するようにかしめた場合、アンテナコイル５のインダクタンスが増加してトランスポンダ２の共振周波数は低くなり、線路長を短く（図のＢ方向）するにつれてアンテナコイル５のインダクタンスが減少してトランスポンダ２の共振周波数は高くなる。この線路長の調整に際してインダクタンス調整領域８ａに目盛りを設けてもよく、目盛りを参照することにより調整を容易に行うことができる。
【００４０】
このように本実施例の方法では、先願に記載した複数の短絡経路を順次トリミングする方法に比べて簡単に共振周波数を調整することができ、余分なループを形成しないことにより渦電流の発生を防止することもできる。また、アンテナコイル５を複数ターンで構成する場合に、接続位置が変化してもコイルの電気的中心はほとんど変化しないため、リーダ／ライタ用アンテナ４とトランスポンダ２間の結合係数が変化するという問題も回避することができる。
【００４１】
なお、図２では表裏面の２つのアンテナパターン（ブリッジサーキットの場合は一方のアンテナパターンとブリッジサーキット）の一端を略平行に配置したが、図３に示すように、一方のアンテナパターン（図では表面側のアンテナパターン５ａ）をジグザグ状、波型、階段状等に形成し、両者の交点でかしめる構成としても良い。この構成の場合は、図２のように接続位置を無段階に調整することはできないが、接続位置８がわかりやすく、パターンの形状を調整することにより各々の交点での共振周波数の変化量を規定することができるため、それほど細かい調整が必要ない場合などには有効である。
【００４２】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイル構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法について、図４乃至図６を参照して説明する。図４乃至図６は、第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００４３】
前記した第１の実施例では、各々のアンテナパターンの端部を連続する一本の線で構成して両者を接続位置８で接続する構成としたが、例えば、図４に示すように、一方のアンテナパターン（図では表面側のアンテナパターン５ａ）の端部に櫛歯状の複数の分岐経路５ｄを設け、分岐経路５ｄの先端部で裏面側のアンテナパターン５ｂと交差するようにし、任意の分岐経路５ｄでかしめることによりコイルを形成しインダクタンス値を変化させることもできる。この構造の場合、複数の分岐経路５ｄは他方のアンテナパターンに接続されていないため、接続位置８以外の分岐経路５ｄによって不要なループが形成されることはなく、後でカットを行う必要はない。また、共振周波数調整で２点以上かしめた場合も、その後の不要ループのカットは最小限にすることができる。
【００４４】
また、本願発明の接続位置８の調整による方法では、共振周波数を高い方向へのみ調整できるが、先願記載の短絡経路を選択する方法を組み合わせることにより、接続位置８の調整と短絡経路のトリミングにより共振周波数をある程度自由に調整することが可能となる。例えば、図５に示すように一方のアンテナパターン（図では表面側のアンテナパターン５ａ）に複数の短絡経路５ｅを設けておき、所定の接続位置８で裏面のアンテナパターン５ｂに接続した後、不要な短絡経路５ｅをトリミングすることによってインダクタンス（すなわち共振周波数）の調整範囲を広げることができる。
【００４５】
また、２つのアンテナパターンによりアンテナコイル５を形成する構造の場合は、基材７により両パターン間に容量が形成されるため、この容量を利用して共振周波数を微調節することもでき、両面パターンでは基材７の材料により誘電率、電極間幅が決まるので電極面積を調節することにより共振周波数を調整することができる。具体的には、例えば、図６に示すように表裏面のアンテナパターン５ａ、５ｂに容量調整用電極５ｆを形成しておき、基材７の材質、厚さと、接続位置８以外に形成された電極の形状、配置を調整（トリミング）することにより、インダクタンスのみならず容量も調整することができ、共振周波数の調整範囲をより広げることができる。
【００４６】
なお、図４の櫛歯状の分岐経路５ｄ、図５の短絡経路５ｅ、図６の櫛歯状の容量調整用電極５ｆの形状は例示であり、図の形状に限定されるものではなく、それぞれの機能を果たすことができる任意の形状とすることができる。
【００４７】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイル構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法について、図７を参照して説明する。図７は、第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００４８】
前記した第１及び第２の実施例では、予め表裏面にアンテナパターン５ａ、５ｂが形成されている場合を基本として説明したが、ブリッジサーキットの場合は、ブリッジサーキットの付け方（角度や位置）を変えることによって、インダクタンス値を変えることができ、共振周波数を調節することができる。
【００４９】
例えば、図７に示すように、基材７の片面（図では表面）にブリッジサーキット５ｃが接続しやすいように予め所定の間隔をあけたアンテナパターン５ａを形成しておき、その後、ＩＣチップ／コンデンサ６を含むブリッジサーキット５ｃを角度や位置を調整しながらかしめる。例えば、図の構成ではブリッジサーキット５ｃを右下がりに接続するとアンテナコイル５のインダクタンスが減少し、右上がりに接続するとインダクタンスは増加する。このような方法によっても共振周波数を調整することが可能となる。
【００５０】
なお、上記各実施例では、ＲＦＩＤ用トランスポンダに形成される共振回路の共振周波数の調整方法について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、任意のコイルの構造及びそのコイルを用いたインダクタンスの調整に適用することができる。
【００５１】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタについて、図８乃至図１５を参照して説明する。図８及び図９は、リーダ／ライタ用アンテナの反射係数を説明するための図であり、図１０は、リーダ／ライタ出力部の構成を示す図である。また、図１１は、アンテナ端電圧波形及び変調度を示す図であり、図１２はその変調度の距離依存性を示す図である。また、図１３乃至図１５は、本実施例のリーダ／ライタ受信部の構成例を示すブロック図及び回路図である。なお、本実施例では、前記した第１乃至第３の実施例に記載したような周波数調整機能を備えたトランスポンダと組み合わせて用いることができるリーダ／ライタについて記載する。
【００５２】
まず、本実施例のリーダ／ライタの回路構成について説明する前に、ＲＦＩＤシステム１のデータ交信の特徴について説明する。ＲＦＩＤシステム１において、トランスポンダ２からのデータの受信は、リーダ／ライタ３のアンテナ反射係数の変化Δ｜Γ｜により行われる。このアンテナ反射係数｜Γ｜はトランスポンダのｆ_０とリーダ／ライタのｆ_０の大小関係により変化し、図８に示すようにトランスポンダのｆ_０とリーダ／ライタのｆ_０を完全に一致させることで、双方の距離が一定間隔離れても、リーダ／ライタ３は大きなΔ｜Γ｜を示す。
【００５３】
つまり、図９に示すように、認識できる最小Δ｜Γ｜がＡであるとすると、両者のｆ_０を一致させた場合には距離Ｂまでは信号増幅無しにトランスポンダ２からの返信を受信することが可能となる。これ以外の場合には、Ｂ´以上の距離でトランスポンダ２の返信を受信する場合、信号増幅を必要とする。
【００５４】
図８に示したアンテナの反射係数｜Γ｜が定期的に変化することで、図１０のリーダ／ライタ出力部のアンテナ端電圧は図１１のように変化する。この電圧波形の最大値Ｖ２と最小値Ｖ１の差が大きい程、受信回路は簡略化することができ、その度合いは次式で示す変調度（ｍ）で表される。
【００５５】
変調度（ｍ）＝（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｖ２＋ｖ１）…（２）
【００５６】
図８の反射係数｜Γ｜の関係を図１０に適用して変調度ｍで表すと、図１２に示すようになる。例えば、アンテナ入力電圧を５Ｖすると、変調度ｍ＝０．０９の時、Ｖ２−Ｖ１＝１（Ｖ）になり、簡単な倍圧回路を通すだけで検波波形をそのままＣＰＵ３ｃに入力することができる。図１２からトランスポンダ２とリーダ／ライタ３のｆ_０が一致している場合には、１７ｃｍ程度まで通信可能であるが、一致していない場合は通信可能距離は９ｃｍ程度であることがわかる。
【００５７】
このように、トランスポンダ２のｆ_０とリーダ／ライタ３のｆ_０を一致させることにより、リーダ／ライタ３のアンテナ反射係数｜Γ｜を大きくすることができ、これにより式（２）で表される変調度ｍ、すなわち、アンテナ端の電圧波形の最大値と最小値の差を大きくすることができる。
【００５８】
この関係を本発明のトランスポンダ２に当てはめて考えると、本発明では、第１乃至第３の実施例で示したように表裏面（ブリッジサーキットの場合は片面）に形成したアンテナパターンの接続位置を調整することにより、簡単かつ確実にトランスポンダ２のインダクタンス、すなわち共振周波数を合わせ込むことができる。従って、本発明のトランスポンダ２を用いたＲＦＩＤシステム１では、リーダ／ライタ３のアンテナ端の電圧波形の最大値と最小値の差を大きくすることができるため、検波した信号に複雑な処理を行わなくても十分に良好な通信状態を確保することができる。
【００５９】
従って、トランスポンダ２のｆ_０とリーダ／ライタ３のｆ_０とが一致しない従来のリーダ／ライタ３では、検波回路で検波した信号をＣＰＵ３ｃでデコードする前に、わずかな電圧変化を検出するための複雑な回路（例えば、フィルタ回路や多段の増幅回路）が必要であったが、本発明ではリーダ／ライタの回路構成を簡略化することができ、例えば、図１３に示すように、検波回路９とＣＰＵ３ｃとの間に増幅回路１０とコンパレータ１１のみを設ける構成とすることができる。また、十分な電圧振幅が得られる場合には図１４に示すように増幅回路１０を省略することもでき、更に、正確な共振周波数が得られる場合には図１５（ａ）に示すようにコンパレータ１１を省略することもでき、検波回路９のみで受信回路３ａを構成することもできる。この場合、検波回路９は例えば図１５（ｂ）に示すような構成とすればよい。
【００６０】
なお、上記リーダ／ライタ受信部の構成は代表的な回路のみを示したものであり、上記以外の回路が含まれていてもよく、少なくとも、共振周波数を正確に合わせ込むことができないＲＦＩＤシステムの場合よりも簡略化された構成であればよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤ用アンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法並びに該トランスポンダに適したリーダ／ライタを備えたＲＦＩＤシステムによれば、下記記載の効果を奏する。
【００６２】
本発明の第１の効果は、トランスポンダのＱ値の損失や面積の増加を招くことなく、共振周波数の微調整を実現することができるということである。
【００６３】
その理由は、基材の表裏面のアンテナパターンの端部に接続位置を可変できる機構を設けたり、基材の片側に設けたアンテナパターンに自在にブリッジサーキットを接続できる機構を設けることにより、インダクタンス、すなわち共振周波数を調整することができ、従来のように面積の大きいフィルムコンデンサを設ける必要がないからである。
【００６４】
また、本発明の第２の効果は、結合係数の変化や渦電流の発生を招くことなく、簡単かつ確実に共振周波数を調整することができるということである。
【００６５】
その理由は、本発明の構成では、アンテナコイルに複数設けた短絡経路をトリミングする方法のように、トリミングする位置によりアンテナコイルの電気的中心がずれて結合係数が変化することがなく、又、不要なループを形成しないために渦電流が発生することがないからである。
【００６６】
また、本発明の第３の効果は、リーダ／ライタ受信部の回路構成を簡略化することができるということである。
【００６７】
その理由は、本発明のような周波数調整機能を備えたトランスポンダを用いることにより、トランスポンダとリーダ／ライタの共振周波数を正確に合わせ込むことができるため、アンテナ端電圧波形の最大値と最小値で規定される変調度を大きくすることができ、複雑な処理回路を設ける必要がなくなるからである。これにより、実装部品点数を減少させることができ、回路基板の縮小、消費電力の低下が図られ、その結果、コンパクトでバッテリ駆動に適したリーダ／ライタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図８】リーダ／ライタのアンテナ反射係数の変化を示す図である。
【図９】リーダ／ライタのアンテナ反射係数の変化を模式的に示す図である。
【図１０】リーダ／ライタ出力部の構成を示すブロック図である。
【図１１】リーダ／ライタにおけるアンテナ端電圧波形の例を示す図である。
【図１２】リーダ／ライタの変調度の変化を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタ受信部の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタ受信部の他の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタ受信部の構成及び回路例を示す図である。
【図１６】先願に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図１７】従来のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図１８】従来のトランスポンダのアンテナコイル及びフィルムコンデンサの位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１　ＲＦＩＤ用システム
２　トランスポンダ
３　リーダ／ライタ
３ａ　受信回路
３ｂ　送信回路
３ｃ　ＣＰＵ
４　リーダ／ライタ用アンテナ
５　アンテナコイル
５ａ　アンテナパターン（表面側）：実線
５ｂ　アンテナパターン（裏面側）：破線
５ｃ　ブリッジサーキット
５ｄ　分岐経路
５ｅ　短絡経路
５ｆ　容量調整電極
６　ＩＣチップ／コンデンサ
７　基材
８　接続位置
９　検波回路
１０　増幅回路
１１　コンパレータ
１２ａ　トリミングライン
１２ｂ　トリミング位置
１３　ＩＣチップ
１４、１４ａ　コンデンサ
１４ｂ　トリマコンデンサ
１４ｃ　フィルムコンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of an antenna coil constituting a resonance circuit and a method of adjusting a resonance frequency using the antenna coil, and particularly, reads and writes data on a mounted IC chip in a non-contact manner. The present invention relates to a structure of an antenna coil of a RFID (Radio Frequency Identification) transponder, a method of adjusting a resonance frequency using the antenna coil, and an RFID system including a reader / writer suitable for the transponder.
[0002]
[Prior art]
In recent years, RFID systems for exchanging data between a transponder having an IC chip and a reader / writer (or reader) have become widespread. This RFID system communicates data using antennas provided in each of the transponder and the reader / writer. Therefore, even if the transponder is separated from the reader / writer by several cm to several tens of cm, communication is possible. Due to its advantage of being resistant to static electricity and the like, it has been used in various fields such as factory production management, distribution management, and entry / exit management.
[0003]
When performing data communication with this RFID system, it is necessary to match the resonance frequency of both the reader / writer and transponder antennas with the carrier frequency to be transmitted with a certain degree of accuracy. Here, the resonance frequency f of the antenna ₀ Is expressed by the following equation using the inductance L of the antenna coil and the capacitance C of the capacitor.
[0004]

[0005]
From the equation (1), the resonance frequency f is obtained by increasing or decreasing either the inductance L of the antenna coil or the capacitance C of the capacitor. ₀ Can be adjusted to a desired value. In the case of a reader / writer antenna or a large transponder, the adjustment is usually performed by a trimmer capacitor mounted on the antenna.
[0006]
On the other hand, in the case of a transponder having a small size, in particular, a transponder having a thickness of about 100 μm such as a sheet or a label, it may be difficult to mount a trimmer capacitor. The resonance frequency is adjusted by changing the capacitance by trimming.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to change the capacitance by trimming the film capacitor, it is necessary to form a large area film capacitor in the transponder. In particular, in the case of a small transponder, since the antenna coil is small and the inductance is small, a larger capacitor capacity is required to obtain a desired resonance frequency than a large transponder, and a film capacitor for obtaining a constant capacitance change rate is required. Becomes larger, which hinders downsizing of the transponder.
[0008]
Here, the structure of the conventional transponder will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a circuit diagram showing a basic configuration of a conventional RFID transponder, and FIG. 18 is a plan view showing a positional relationship between an antenna coil and a film capacitor of a resonance circuit in a small-sized sheet (label) transponder. .
[0009]
As shown in FIG. 17, the transponder 2 is composed of an antenna coil 5 and a capacitor 14 forming a resonance circuit, and an IC chip 13 for storing and calculating data. Because of its large size, the capacitor 14 is composed of a capacitor 14a that forms a fixed capacitance and a trimmer capacitor 14b whose capacity can be adjusted, and the resonance frequency is adjusted by increasing or decreasing the trimmer capacitor 14b.
[0010]
However, in the case of the transponder 2 in the form of a sheet (label) as shown in FIG. 18, it is difficult to provide the trimmer capacitor 14b, so that the film capacitor 14c is formed in the same plane as the antenna coil 5. As shown in FIG. 18A, when the film capacitor 14c is formed inside the antenna coil 5, the amount of change in capacitance is limited due to the limitation of the area, and the Q value is reduced due to an increase in loss due to eddy current loss. It may cause a decrease.
[0011]
Further, as shown in FIG. 18B, when the film capacitor 14c is formed outside the antenna coil 5, the area is increased by that amount. When the constant resonance frequency is maintained, the inductance of the transponder 2 is reduced as the transponder 2 is miniaturized, so that the capacitance of the resonance capacitor increases, and the trimming film capacitor 14c for giving a constant rate of change to the capacitance. The increase rate of the area becomes so large that it cannot be ignored, and the size of the transponder 2 is governed by the area of the film capacitor 14c (including the trimming portion).
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a structure of an antenna coil of an RFID transponder capable of easily and accurately adjusting a resonance frequency, and a resonance using the antenna coil. An object of the present invention is to provide a frequency adjusting method and an RFID system including a reader / writer suitable for the transponder.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an RFID transponder according to the present invention is an RFID transponder including a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor, wherein the antenna coil is configured by two antenna patterns connected to each other, At one end or both ends of the two antenna patterns, a region where the connection position can be adjusted is provided, and the resonance frequency of the antenna is adjusted by changing the connection position.
[0014]
In the present invention, the two antenna patterns may be respectively formed on the front surface and the back surface of the base material of the transponder, and the two antenna patterns may be connected to each other by a caulking structure or a through hole.
[0015]
Further, in the present invention, the two antenna patterns are constituted by an antenna pattern formed on one surface of the base material of the transponder, and a bridge pattern arranged at a predetermined position and angle on the antenna pattern. The antenna pattern and the bridge pattern may be connected by a caulking structure.
[0016]
Further, in the present invention, the two antenna patterns may be arranged such that, at the one end or both ends, a region in which the antenna patterns extend substantially in parallel with each other, or one antenna pattern has another antenna pattern. It is also possible to adopt a configuration having regions that intersect at a plurality of locations.
[0017]
Further, in the present invention, at least one of the two antenna patterns includes a plurality of comb-shaped branch paths whose ends are open at the one end or both ends, and at the end of the branch path, A configuration connected to the other antenna pattern, or a configuration including a plurality of short-circuit paths forming a closed loop, wherein the resonance frequency of the antenna is adjusted by connecting the two antenna patterns and disconnecting the short-circuit path It can also be.
[0018]
In the present invention, the capacitance between the two antenna patterns is controlled by at least a pattern shape, a pattern interval, and a dielectric constant of an insulating member interposed between the patterns, and the antenna is set by the inductance and the capacitance. Can be adjusted.
[0019]
In the present invention, the resonance frequency may be adjusted by adjusting a connection position and a connection angle of the bridge pattern with respect to the antenna pattern.
[0020]
Also, the RFID system of the present invention includes a transponder having a resonance frequency adjusting function, and a reader / writer having an antenna for communicating with the transponder, wherein the transponder and the reader are provided by using the resonance frequency adjusting function of the transponder. By adjusting the resonance frequency of the reader / writer antenna to be the same and increasing the reflection coefficient of the reader / writer, the configuration of the receiving unit of the reader / writer is simplified. The circuit between the antenna for receiving the signal from the transponder and the CPU for decoding the received signal includes a detection circuit, or a detection circuit and a comparator, or only a detection circuit, an amplification circuit, and a comparator. It can be configured.
[0021]
Further, the resonance frequency adjustment method of the present invention is a resonance frequency adjustment method for an RFID transponder including a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor, wherein the antenna coil is connected to two antenna patterns. A region where the connection position can be adjusted is provided at one end or both ends of the two antenna patterns, and the inductance of the antenna coil is adjusted by adjusting the connection position.
[0022]
In the present invention, the two antenna patterns are formed on the front surface and the back surface of the base material of the transponder, respectively, and the two antenna patterns are caulked or connected through a through hole. A configuration for adjusting a path length of a coil, or an antenna pattern formed on one surface of a base material of the transponder, and a bridge arranged at a predetermined position and angle on the antenna pattern. A connection position, a connection angle, and a path length of an antenna coil of the bridge pattern with respect to the antenna pattern using the method of swaging the two antenna patterns.
[0023]
Further, in the present invention, at least a pattern shape, a pattern interval, and a capacitance between the two antenna patterns which fluctuate according to a dielectric constant of an insulating member interposed between the patterns are used, and the pattern shape, the pattern interval, and the insulating member are used. The resonance frequency of the antenna set by the inductance and the capacitance may be adjusted by adjusting the dielectric constant of the antenna.
[0024]
As described above, in the present invention, since the resonance frequency of the transponder is adjusted not by the capacitance of the capacitor but by the inductance of the antenna coil, the area of the conventional film capacitor portion formed for trimming can be omitted. The area of the entire transponder can be reduced.
[0025]
Further, in the present invention, the adjustment of the inductance of the antenna coil is not performed by sequentially trimming a plurality of paths provided in the antenna coil, but by joining the antenna pattern provided on the front and back surfaces of the base material or the antenna pattern and the bridge circuit. Since the adjustment is performed by adjusting the connection position, fine adjustment is possible, and the resonance frequency can be easily and reliably adjusted to a desired value.
[0026]
Furthermore, by using a transponder having such an antenna coil inductance adjusting mechanism, the resonance frequencies of the reader / writer antenna and the transponder antenna can be accurately matched, and the reader / writer by the transponder can be used even at a certain distance. The change of the reflection coefficient of the antenna of the writer can be maintained. As a result, it is possible to obtain an effect that a complicated circuit configuration such as a filter, an amplifier, and a comparator of the reader / writer receiver can be omitted.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In a preferred embodiment of the RFID transponder according to the present invention, a connection between a bridge circuit and two antenna patterns formed on the front and back surfaces of a base material such as a film or a substrate, or an antenna pattern formed on one surface. Since the resonance frequency is adjusted by changing the position, and the resonance frequency is adjusted by the inductance of the antenna coil, the area of the film capacitor portion can be omitted and the area of the entire transponder can be reduced. In addition, since it is not necessary to trim the paths provided in advance in the antenna coil, it is possible to easily adjust the inductance, and to prevent the change of the coupling coefficient and the generation of the eddy current due to the shift of the electrical center position of the antenna. Can be prevented. In addition, by enabling accurate adjustment of the resonance frequency of the transponder, the reflection coefficient of the reader / writer can be increased, thereby simplifying the configuration of the reader / writer receiving unit.
[0028]
【Example】
In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, examples of the present invention will be described.
[0029]
[Example 1]
First, an antenna coil structure of an RFID transponder according to a first embodiment of the present invention and a method of adjusting a resonance frequency using the antenna coil will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the entire configuration of the RFID system, and FIGS. 2 and 3 are plan views showing an example of the structure of the RFID transponder according to the first embodiment.
[0030]
As shown in FIG. 1, the RFID system 1 includes a reader / writer 3 that performs data communication using a reader / writer antenna 4 and transponders 2 of various shapes such as a label type, a sheet type, and a stick type. The reader / writer 3 includes a reception circuit 3a and a transmission circuit 3b for converting a transmission / reception signal, and a CPU 3c for decoding the transmission / reception signal. The resonance frequency of the antenna of the transponder 2 and the reader / writer antenna Data communication is performed by adjusting the resonance frequency of No. 4 to the carrier frequency.
[0031]
Here, as shown in the prior art, the resonance frequency f of the transponder 2 ₀ Is determined by equation (1). In order to finely adjust the resonance frequency, it is necessary to change the inductance of the antenna coil 5 or the capacitance of the capacitor. In the conventional large transponder 2, f is set by the trimmer capacitor 14b. ₀ Had been adjusted.
[0032]
However, in the case of the transponder 2 in the form of a sheet (label), the trimmer capacitor 14b cannot be provided due to size restrictions, and the film capacitor 14c is provided on the same plane as the antenna coil 5, but FIG. When the film capacitor 14c is formed inside the antenna coil 5 as described above, an increase in loss due to eddy current loss causes a decrease in the Q value. Further, when the film capacitor 14c is formed outside the antenna coil 5 as shown in FIG. 18B, the area is increased by that amount, and when the constant resonance frequency is maintained, L decreases with miniaturization of the transponder. Thus, the increase ratio of the area becomes so large that it cannot be ignored.
[0033]
In view of this, the applicant of the present application disclosed in a prior application (Japanese Patent Application No. 2002-22742) a method of adjusting the resonance frequency of the transponder 2 by adjusting the inductance of the antenna coil 5 instead of adjusting the capacitance of the capacitor 14. I have. Specifically, as shown in FIG. 16, a plurality of trimming lines 12a for short-circuiting a path are provided in the innermost loop of the antenna coil 5, or a plurality of trimming lines detouring the path to the outermost loop of the antenna coil. By providing a line and cutting the trimming line 12a in order, it is possible to adjust the inductance of the antenna coil 5 and adjust the resonance frequency to a desired value.
[0034]
As described above, in the above publication, since the resonance frequency of the transponder 2 is adjusted by the inductance of the antenna coil 5, the area of the conventional film capacitor 14c formed for trimming can be omitted, and the entire transponder 2 can be omitted. However, when trimming by providing a short-circuit path in one turn of the antenna coil 5 composed of a plurality of turns, the electrical center of the coil of the other turn is separated from the other turns. As a result, the coupling coefficient changes greatly. In the case of a structure in which a plurality of short-circuit paths are provided, an unnecessary short-circuit path must be cut after trimming because the short-circuit path portion becomes a loop and an eddy current is generated.
[0035]
Therefore, in the present invention, as a method for simply and surely adjusting the inductance, the antenna coil 5 is constituted by two antenna patterns or an antenna pattern and a bridge circuit, instead of selecting a short circuit path provided in advance and trimming sequentially. By appropriately adjusting the connection position between the antenna circuit formed on the front and back surfaces of the base material or the antenna pattern formed on one surface and the bridge circuit, the inductance of the antenna coil 5 is changed to adjust the resonance frequency. .
[0036]
More specifically, as shown in FIG. 2, the transponder 2 of the present embodiment includes a base material 7 made of an insulating sheet such as a PET sheet, a polyethylene sheet, a polyimide sheet, or a substrate such as a PCB, and front and back surfaces thereof. An antenna coil 5 composed of antenna patterns 5a and 5b (one of the antenna patterns and the bridge circuit when a bridge circuit is used) formed on the antenna chip 5 and a chip capacitor and an IC chip for storing data and performing arithmetic processing (in FIG. These are collectively described as an IC chip / capacitor 6. These may be arranged at any position on the pattern and may be located on the front side, the back side, or the bridge circuit of the antenna pattern.) And at least one end of the antenna pattern faces substantially parallel with the base material 7 interposed therebetween. It is.
[0037]
In the drawing, the antenna coil 5 is configured by a one-turn loop, but the number of loops can be set arbitrarily. Further, the position and length of the inductance adjustment region 8a are not limited to the configuration shown in the drawing, and can be set as appropriate in consideration of the shape of the transponder 2, the adjustment width of the inductance, the mounting position of the IC chip / capacitor 6, and the like. There is no problem if the IC chip / capacitor 6 is located on either side of the base material 7. In the case of a double-sided pattern, the IC chip / capacitor 6 is provided on either the antenna coil pattern side or the bridge circuit side in the case of a bridge circuit. You.
[0038]
In the antenna coil 5 having such a structure, it is necessary to conduct the solid line pattern and the dotted line pattern at least at two points a and b. In the present invention, a pattern is formed so that the connection position 8 of at least one of them (the b side in the figure) can be changed. As a method of establishing conduction, for example, a method of caulking when the base material 7 is a sheet or the like and a method of connecting via a through hole when the substrate 7 is a substrate such as a PCB can be used.
[0039]
When the line length is increased (in the direction A in the drawing), the inductance of the antenna coil 5 increases, the resonance frequency of the transponder 2 decreases, and as the line length decreases (in the direction B in the drawing), the antenna length increases. The inductance of the coil 5 decreases and the resonance frequency of the transponder 2 increases. When adjusting the line length, a scale may be provided in the inductance adjustment area 8a, and the adjustment can be easily performed by referring to the scale.
[0040]
As described above, in the method of the present embodiment, the resonance frequency can be easily adjusted as compared with the method of sequentially trimming a plurality of short-circuit paths described in the earlier application, and the generation of eddy current can be prevented by forming no extra loop. Can also be prevented. Further, when the antenna coil 5 is configured with a plurality of turns, the electrical center of the coil hardly changes even if the connection position changes, so that the coupling coefficient between the reader / writer antenna 4 and the transponder 2 changes. Can also be avoided.
[0041]
In FIG. 2, one end of each of the two antenna patterns on the front and back (one antenna pattern and the bridge circuit in the case of a bridge circuit) is arranged substantially in parallel. However, as shown in FIG. The antenna pattern 5a) on the front side may be formed in a zigzag shape, a wave shape, a step shape, or the like, and may be configured to be swaged at the intersection of the two. In this configuration, the connection position cannot be adjusted steplessly as shown in FIG. 2, but the connection position 8 is easy to understand, and by adjusting the shape of the pattern, the amount of change in the resonance frequency at each intersection can be reduced. Since it can be specified, it is effective when such fine adjustment is not required.
[0042]
[Example 2]
Next, an antenna coil structure of an RFID transponder according to a second embodiment of the present invention and a method of adjusting a resonance frequency using the antenna coil will be described with reference to FIGS. FIGS. 4 to 6 are plan views showing an example of the structure of the RFID transponder according to the second embodiment.
[0043]
In the above-described first embodiment, the end of each antenna pattern is formed by a single continuous line, and both are connected at the connection position 8. For example, as shown in FIG. A plurality of comb-shaped branch paths 5d are provided at the end of the antenna pattern (the antenna pattern 5a on the front side in the figure), and the front end of the branch path 5d intersects the antenna pattern 5b on the back side. By caulking with the branch path 5d, a coil can be formed to change the inductance value. In the case of this structure, since the plurality of branch paths 5d are not connected to the other antenna pattern, unnecessary loops are not formed by the branch paths 5d other than the connection position 8, and there is no need to cut later. . Also, when two or more points are swaged by adjusting the resonance frequency, the cut of unnecessary loops thereafter can be minimized.
[0044]
In the method of adjusting the connection position 8 according to the present invention, the resonance frequency can be adjusted only in the higher direction. However, by combining the method of selecting a short-circuit path described in the prior application, the adjustment of the connection position 8 and the trimming of the short-circuit path Thereby, the resonance frequency can be adjusted to some extent freely. For example, as shown in FIG. 5, a plurality of short-circuit paths 5e are provided in one antenna pattern (in the figure, the antenna pattern 5a on the front surface side), and after being connected to the antenna pattern 5b on the back surface at a predetermined connection position 8, unnecessary. By trimming the short-circuit path 5e, the adjustment range of the inductance (that is, the resonance frequency) can be widened.
[0045]
Further, in the case of a structure in which the antenna coil 5 is formed by two antenna patterns, since a capacitance is formed between the two patterns by the base material 7, the resonance frequency can be finely adjusted using this capacitance. In the pattern, the dielectric constant and the width between the electrodes are determined by the material of the base 7, so that the resonance frequency can be adjusted by adjusting the electrode area. Specifically, for example, as shown in FIG. 6, the capacitance adjusting electrodes 5 f are formed on the antenna patterns 5 a and 5 b on the front and back surfaces, and are formed other than the material and thickness of the base material 7 and the connection position 8. By adjusting (trimming) the shape and arrangement of the electrodes, not only the inductance but also the capacitance can be adjusted, and the adjustment range of the resonance frequency can be further expanded.
[0046]
Note that the shapes of the comb-shaped branch path 5d in FIG. 4, the short-circuit path 5e in FIG. 5, and the comb-shaped capacitance adjusting electrode 5f in FIG. 6 are merely examples, and are not limited to the shapes in the figure. Any shape that can perform each function can be used.
[0047]
[Example 3]
Next, an antenna coil structure of an RFID transponder according to a third embodiment of the present invention and a method of adjusting a resonance frequency using the antenna coil will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view showing an example of the structure of the RFID transponder according to the third embodiment.
[0048]
In the first and second embodiments described above, the case where the antenna patterns 5a and 5b are formed on the front and back surfaces in advance has been basically described. However, in the case of a bridge circuit, how to attach the bridge circuit (angle and position) is determined. By changing, the inductance value can be changed, and the resonance frequency can be adjusted.
[0049]
For example, as shown in FIG. 7, an antenna pattern 5a having a predetermined interval is formed in advance on one surface (the surface in the figure) of the base material 7 so that the bridge circuit 5c can be easily connected thereto. The bridge circuit 5c including the condenser 6 is swaged while adjusting the angle and the position. For example, in the configuration shown in the figure, when the bridge circuit 5c is connected to the lower right, the inductance of the antenna coil 5 decreases, and when the bridge circuit 5c is connected to the upper right, the inductance increases. The resonance frequency can be adjusted by such a method.
[0050]
In each of the above embodiments, the method of adjusting the resonance frequency of the resonance circuit formed in the RFID transponder has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and the structure of an arbitrary coil and its coil This can be applied to the adjustment of the inductance using.
[0051]
[Example 4]
Next, a reader / writer according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining the reflection coefficient of the reader / writer antenna, and FIG. 10 is a diagram illustrating the configuration of the reader / writer output unit. FIG. 11 is a diagram showing an antenna end voltage waveform and a modulation factor, and FIG. 12 is a diagram showing the distance dependence of the modulation factor. 13 to 15 are a block diagram and a circuit diagram illustrating a configuration example of a reader / writer receiving unit according to the present embodiment. In this embodiment, a reader / writer which can be used in combination with a transponder having a frequency adjustment function as described in the first to third embodiments will be described.
[0052]
First, before describing the circuit configuration of the reader / writer of the present embodiment, characteristics of data communication of the RFID system 1 will be described. In the RFID system 1, data reception from the transponder 2 is performed by a change Δ | Γ | of the antenna reflection coefficient of the reader / writer 3. This antenna reflection coefficient | Γ | is the transponder f ₀ And f of reader / writer ₀ Varies according to the magnitude relation of the transponder, as shown in FIG. ₀ And f of reader / writer ₀ Are completely matched, the reader / writer 3 shows a large Δ | Γ | even when the distance between them is constant.
[0053]
That is, as shown in FIG. 9, if the minimum recognizable Δ | Γ | ₀ Are matched, it is possible to receive a reply from the transponder 2 up to the distance B without signal amplification. In other cases, when receiving a reply from the transponder 2 at a distance longer than B ', signal amplification is required.
[0054]
When the reflection coefficient | Γ | of the antenna shown in FIG. 8 changes periodically, the antenna terminal voltage of the reader / writer output unit in FIG. 10 changes as shown in FIG. The larger the difference between the maximum value V2 and the minimum value V1 of the voltage waveform, the more the receiving circuit can be simplified, and the degree is expressed by the modulation degree (m) shown by the following equation.
[0055]
Modulation degree (m) = (V2−V1) / (V2 + v1) (2)
[0056]
When the relationship of the reflection coefficient | Γ | in FIG. 8 is applied to FIG. 10 and represented by the modulation factor m, the result is as shown in FIG. For example, when the antenna input voltage is 5 V, when the modulation factor m = 0.09, V2−V1 = 1 (V), and the detection waveform can be directly input to the CPU 3c by passing through a simple voltage multiplier. . From FIG. 12, f of the transponder 2 and the reader / writer 3 ₀ It can be seen that communication is possible up to about 17 cm when the numbers match, but that the communication distance is about 9 cm when the numbers do not match.
[0057]
Thus, the transponder 2 f ₀ And f of reader / writer 3 ₀ Can be increased, the antenna reflection coefficient | Γ | of the reader / writer 3 can be increased, whereby the modulation degree m represented by the equation (2), that is, the maximum value and the minimum value of the voltage waveform at the antenna end can be obtained. The difference between the values can be increased.
[0058]
When this relationship is applied to the transponder 2 of the present invention, in the present invention, the connection positions of the antenna patterns formed on the front and back surfaces (one surface in the case of a bridge circuit) as shown in the first to third embodiments are determined. By adjusting, the inductance of the transponder 2, that is, the resonance frequency can be easily and reliably matched. Therefore, in the RFID system 1 using the transponder 2 of the present invention, since the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage waveform at the antenna end of the reader / writer 3 can be increased, complicated processing is performed on the detected signal. Even without this, a sufficiently good communication state can be ensured.
[0059]
Therefore, f of the transponder 2 ₀ And f of reader / writer 3 ₀ In the conventional reader / writer 3 that does not coincide with the above, a complicated circuit (for example, a filter circuit or a multi-stage amplification circuit) for detecting a slight voltage change before the signal detected by the detection circuit is decoded by the CPU 3c. Although necessary, the present invention can simplify the circuit configuration of the reader / writer. For example, as shown in FIG. 13, only the amplifier circuit 10 and the comparator 11 are provided between the detection circuit 9 and the CPU 3c. It can be configured. When a sufficient voltage amplitude can be obtained, the amplifier circuit 10 can be omitted as shown in FIG. 14, and when an accurate resonance frequency can be obtained, a comparator as shown in FIG. 11 can be omitted, and the receiving circuit 3a can be constituted by the detection circuit 9 alone. In this case, the detection circuit 9 may be configured, for example, as shown in FIG.
[0060]
Note that the configuration of the reader / writer receiving section shows only a typical circuit, and may include a circuit other than the above. At least, the configuration of the RFID system in which the resonance frequency cannot be accurately adjusted may be included. What is necessary is just a structure simplified as compared with the case.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the structure of the RFID antenna coil of the present invention, the method of adjusting the resonance frequency using the antenna coil, and the RFID system including the reader / writer suitable for the transponder, the following effects can be obtained. Play.
[0062]
A first effect of the present invention is that fine adjustment of the resonance frequency can be realized without causing loss of the Q value or increase of the area of the transponder.
[0063]
The reason is that by providing a mechanism that can change the connection position at the end of the antenna pattern on the front and back surfaces of the base material, or by providing a mechanism that can connect the bridge circuit freely to the antenna pattern provided on one side of the base material, That is, the resonance frequency can be adjusted, and it is not necessary to provide a film capacitor having a large area as in the related art.
[0064]
A second effect of the present invention is that the resonance frequency can be easily and reliably adjusted without causing a change in a coupling coefficient or generation of an eddy current.
[0065]
The reason is that, in the configuration of the present invention, unlike the method of trimming a plurality of short-circuit paths provided in the antenna coil, the electrical center of the antenna coil is not shifted depending on the trimming position, so that the coupling coefficient does not change, and This is because an eddy current is not generated because an unnecessary loop is not formed.
[0066]
A third effect of the present invention is that the circuit configuration of the reader / writer receiving section can be simplified.
[0067]
The reason is that by using a transponder having a frequency adjustment function as in the present invention, the resonance frequencies of the transponder and the reader / writer can be accurately matched, so that the maximum and minimum values of the antenna end voltage waveform can be adjusted. This is because the specified modulation degree can be increased, and there is no need to provide a complicated processing circuit. As a result, the number of mounted components can be reduced, the size of the circuit board can be reduced, and the power consumption can be reduced. As a result, a compact reader / writer suitable for battery operation can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an overall configuration of an RFID system.
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of the transponder according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing another configuration of the transponder according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a transponder according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing another configuration of the transponder according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing another configuration of the transponder according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a transponder according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a change in an antenna reflection coefficient of a reader / writer.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a change in an antenna reflection coefficient of a reader / writer.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a reader / writer output unit.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an antenna end voltage waveform in a reader / writer.
FIG. 12 is a diagram showing a change in the modulation factor of the reader / writer.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a reader / writer receiving unit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing another configuration of the reader / writer receiving unit according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration and a circuit example of a reader / writer receiving unit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view showing a configuration of a transponder according to the prior application.
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional transponder.
FIG. 18 is a plan view showing a positional relationship between an antenna coil and a film capacitor of a conventional transponder.
[Explanation of symbols]
1 RFID system
2 Transponder
3 Reader / writer
3a Receiver circuit
3b Transmission circuit
3c CPU
4 Reader / writer antenna
5 Antenna coil
5a Antenna pattern (front side): solid line
5b Antenna pattern (back side): broken line
5c bridge circuit
5d branch route
5e Short path
5f capacity adjustment electrode
6 IC chip / capacitor
7 Substrate
8 Connection position
9 Detection circuit
10 Amplifier circuit
11 Comparator
12a trimming line
12b Trimming position
13 IC chip
14, 14a Capacitor
14b trimmer capacitor
14c film capacitor

Claims

An RFID transponder including a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor,
The antenna coil is configured by two antenna patterns connected to each other,
A transponder for RFID, wherein one or both ends of the two antenna patterns are provided with a region where a connection position can be adjusted, and the resonance frequency of the antenna is adjusted by changing the connection position. .

2. The RFID transponder according to claim 1, wherein the two antenna patterns are formed on a front surface and a rear surface of a base material of the transponder, respectively, and the two antenna patterns are connected by a caulking structure or a through hole. .

The two antenna patterns are configured by an antenna pattern formed on one surface of a base material of the transponder, and a bridge pattern disposed at a predetermined position and at an angle on the antenna pattern. The RFID transponder according to claim 1, wherein an antenna pattern and the bridge pattern are connected.

The RFID transponder according to claim 2, wherein the two antenna patterns include a region in which the antenna patterns extend substantially in parallel at one end or both ends.

4. The RFID transponder according to claim 2, wherein the two antenna patterns include, at the one end or both ends, a region where one antenna pattern intersects with the other antenna pattern at a plurality of locations. 5. .

At least one of the two antenna patterns includes, at the one end or both ends, a plurality of comb-shaped branch paths whose ends are open, and is connected to the other antenna pattern at the end of the branch path. The RFID transponder according to claim 2 or 3, wherein

At least one of the two antenna patterns includes a plurality of short-circuit paths that form a closed loop at one end or both ends. The connection of the two antenna patterns and the disconnection of the short-circuit paths cause resonance of the antenna. The RFID transponder according to claim 2, wherein a frequency is adjusted.

A capacitance between the two antenna patterns is controlled at least by a pattern shape, a pattern interval, and a dielectric constant of an insulating member interposed between the patterns, and a resonance frequency of the antenna set by the inductance and the capacitance is adjusted. The RFID transponder according to any one of claims 2 to 7, wherein:

The RFID transponder according to claim 3, wherein the resonance frequency is adjusted by adjusting a connection position and a connection angle of the bridge pattern with respect to the antenna pattern.

A transponder having the resonance frequency adjusting function according to claim 1, and a reader / writer having an antenna for communicating with the transponder, wherein the transponder uses the resonance frequency adjusting function of the transponder. In addition, the resonance frequency of the reader / writer antenna is adjusted to match, and the reflection coefficient of the reader / writer is increased, thereby simplifying the configuration of the receiving unit of the reader / writer. RFID system.

A transponder having a resonance frequency adjusting function and a reader / writer having an antenna for communicating with the transponder are provided, and the resonance frequencies of the transponder and the reader / writer antenna match using the resonance frequency adjusting function of the transponder. The RFID system is adjusted in such a manner that the configuration of the receiving unit of the reader / writer is simplified by increasing the reflection coefficient of the reader / writer.

The receiving unit of the reader / writer may be configured such that a circuit between an antenna for receiving a signal from the transponder and a CPU for decoding a received signal includes a detection circuit, or a detection circuit and a comparator, or a detection circuit and an amplification circuit. The RFID system according to claim 10, wherein the RFID system includes only a comparator.

A method for adjusting a resonance frequency in an RFID transponder including a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor,
Forming the antenna coil by connecting two antenna patterns to each other;
A resonance frequency adjusting method, comprising: providing an area where the connection position can be adjusted at one end or both ends of the two antenna patterns, and adjusting the connection position to adjust the inductance of the antenna coil. .

The two antenna patterns are formed on the front surface and the back surface of the base material of the transponder, respectively, and the path length of the antenna coil is determined by using a method of caulking the two antenna patterns or a method of connecting the antenna patterns through through holes. 14. The method for adjusting a resonance frequency according to claim 13, wherein the adjustment is performed.

The two antenna patterns are constituted by an antenna pattern formed on one surface of a base material of the transponder, and a bridge pattern arranged at a predetermined position and an angle on the antenna pattern. 14. The resonance frequency adjustment method according to claim 13, wherein a connection position, a connection angle, and a path length of an antenna coil of the bridge pattern are adjusted with respect to the antenna pattern using a caulking method.

Adjusting the pattern shape, the pattern interval, and the dielectric constant of the insulating member using at least a capacitance between the two antenna patterns that varies depending on a pattern shape, a pattern interval, and a dielectric constant of an insulating member interposed between the patterns. The resonance frequency adjustment method according to any one of claims 13 to 15, wherein the resonance frequency of the antenna set by the inductance and the capacitance is adjusted.