JP2005204038A - 識別タグのリーダライタ用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】リーダライタからの電波の搬送周波数を変更可能にする。
【解決手段】励磁コイル１１と、励磁コイル１１に電磁結合させる共振回路１２と、可変コンデンサを接続する補助電極１３とを組み合わせ、補助電極１３は、共振回路１２に容量結合させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、リーダライタからの情報伝達用の電波の搬送周波数を変更し得る識別タグのリーダライタ用アンテナに関する。

無接触形の識別タグ（いわゆるＩＣカード、ＩＣタグなどのＲＦＩＤを総称していう、以下同じ）は、リーダライタからの情報伝達用の電波を介し、リーダライタとの間に必要な情報を双方向に伝達することができる。

そこで、リーダライタと、識別タグ内のＩＣチップとの間の通信距離（情報伝達距離）を大きくするために、使用する情報伝達用の電波の周波数（以下、搬送周波数という）に共振する共振回路を介し、電波を中継することが知られている（たとえば特許文献１）。すなわち、識別タグ内には、ＩＣチップのチップアンテナと電磁結合する共振回路（ブースタアンテナ）を組み込み、この共振回路をリーダライタ側の励磁コイルに電磁結合させることにより、必要十分な情報伝達距離を実現することができる。なお、識別タグ内の共振回路は、識別タグのほぼ全面積を使用するループパターンに形成してリーダライタからの電波の搬送周波数に共振させ、リーダライタ側の励磁コイルも、搬送周波数に共振させるものとする。
特開２００３−１８７１９５号公報

かかる従来技術によるときは、識別タグ内の共振回路や、ＩＣチップのチップアンテナの共振周波数が識別タグの基材の材質などによって変わるため、所期の情報伝達距離を実現できなくなることが起り得るという問題があった。なお、このような場合、リーダライタ側から発信する電波の搬送周波数を変更して対処することが考えられるが、そのときは、リーダライタ側の励磁コイルの共振周波数も併せて再調整しなければならなくなり、極めて煩雑である。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、励磁コイル、共振回路、補助電極を組み合わせることによって、搬送周波数の変更に容易に対処することができる識別タグのリーダライタ用アンテナを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、リーダライタに接続する励磁コイルと、励磁コイルに電磁結合させる共振回路と、可変コンデンサを接続する補助電極とを備えてなり、補助電極は、共振回路に容量結合させることをその要旨とする。

なお、励磁コイルは、一端開放の二次元のスパイラルパターンに形成し、ストレイ容量を共振用のコンデンサとすることができ、共振回路は、ギャップを介して両端を対向させる１ターンのループパターンに形成し、ギャップを共振用のコンデンサとすることができ、補助電極は、共振回路に近接するランドパターンに形成し、共振回路との間隔を結合用のコンデンサとすることができる。

また、励磁コイルと、共振回路、補助電極とは、一体の多層プリント板として形成してもよく、グラウンド層を片面に付加してもよい。

かかる発明の構成によるときは、励磁コイルに電磁結合させる共振回路は、リーダライタからの電波の搬送周波数に共振し、電波の放射エレメントとして作動する。一方、可変コンデンサを接続する補助電極は、共振回路に容量結合しているから、可変コンデンサの容量を変更することにより、共振回路の共振周波数を変更することができる。すなわち、可変コンデンサの容量を大きくすると、共振回路の共振周波数が低くなり、前者を小さくすると、後者を高くすることができる。なお、可変コンデンサは、たとえばバリキャップ素子などのように、リーダライタからの電波の搬送周波数の変化に連動して電気的に容量を可変し得る素子または回路を使用することが好ましい。

励磁コイルは、一端開放のスパイラルパターンに形成することにより、ストレイ容量を共振用のコンデンサとして搬送周波数に共振させることができる。ただし、励磁コイルの共振周波数は、搬送周波数の最高値に設定することが好ましく、そのＱは、励磁コイルに電磁結合させる共振回路のそれより十分小さく設定するものとする。

共振回路は、ギャップを介して両端を対向させる１ターンのループパターンに形成することにより、十分大きなＱを容易に実現することができる。１ターンのループパターンは、導体幅を大きくすることにより、抵抗値を十分小さくすることができるからである。

補助電極は、共振回路に近接するランドパターンに形成することにより、共振回路との間隔を結合用のコンデンサとして利用することができる。なお、補助電極は、共振回路と同一の基板上に形成することが好ましい。

励磁コイルと、共振回路、補助電極とは、それぞれ別の基板上に形成し、一体の多層プリント板とすることにより、極めてコンパクトにまとめることができる。なお、励磁コイル用の基板は、たとえばセラミックス基板とし、必要な共振用のストレイ容量を容易に確保することができ、共振回路、補助電極用の基板は、たとえばポリイミドフィルムからなるフレキシブル基板とすることにより、励磁コイル用の基板に対して安定に密着させることができる。

グラウンド層は、励磁コイル、共振回路、補助電極に対するボディエフェクトを小さくし、全体動作の安定性を向上させる。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

識別タグのリーダライタ用アンテナは、励磁コイル１１と、共振回路１２、補助電極１３とを備えてなる（図１、図２）。ただし、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ励磁コイル１１用の基板２１、共振回路１２、補助電極１３用の基板２２、グラウンド層１４用の基板２３の平面図である。

励磁コイル１１は、基板２１上において、円形の複数ターンの二次元のスパイラルパターンとして形成されている。励磁コイル１１の内側の一端は、開放端となっており、外側の一端は、基板２１の一端部のスルーホール２１ａに引き出されている。なお、基板２１の他端部には、スルーホール２１ａと対になる別のスルーホール２１ｂが形成されている。

共振回路１２は、基板２１と同形同大の基板２２上において、円形の１ターンのループパターンとして形成されている。共振回路１２は、十分大きな幅ｗに形成され、両端は、ギャップｇを介して対向している。

補助電極１３は、共振回路１２用の基板２２上において、共振回路１２の外周に近接して、共振回路１２と同心の略円弧状のランドパターンとして形成されている。補助電極１３、共振回路１２の間には、間隔ｄが形成されており、補助電極１３は、スルーホール２２ａに引き出されている。なお、スルーホール２２ａは、基板２１上のスルーホール２１ｂに対応している。

励磁コイル１１、共振回路１２、補助電極１３には、基板２１、２２と同形同大の基板２３に形成するグラウンド層１４が付加されている。グラウンド層１４は、基板２３のほぼ全面を覆う接地パターンとして形成され、基板２３の両端部には、スルーホール２１ａ、スルーホール２１ｂ、２２ａにそれぞれ対応する一対のスルーホール２３ａ、２３ｂが形成されている。なお、スルーホール２３ａ、２３ｂには、それぞれランド２３ｃが付設されている。

励磁コイル１１用の基板２１は、たとえばリジッドなセラミックス基板であり、他の基板２２、２３は、それぞれたとえばフレキシブルなポリイミドフィルム基板である。基板２１、２２、２３は、基板２１の両側に基板２３、２２を配置して一体に積層され、したがって、励磁コイル１１と、共振回路１２、補助電極１３とは、グラウンド層１４を付加する一体の多層プリント板となっている。なお、このとき、励磁コイル１１、共振回路１２は、互いにほぼ同位置に重なるものとする（図３）。また、励磁コイル１１の一端を引き出すスルーホール２１ａは、基板２３のスルーホール２３ａに電気的に接続され、補助電極１３を引き出すスルーホール２２ａは、基板２１のスルーホール２１ｂを介してスルーホール２３ｂに電気的に接続される。すなわち、スルーホール２３ａ、２３ｂに付設するランド２３ｃ、２３ｃは、それぞれ励磁コイル１１用の外部端子Ｔ1 、補助電極１３用の外部端子Ｔ2 として利用することができる。

励磁コイル１１は、外部端子Ｔ1 、結合用のコンデンサＣo を介してリーダライタＲＷの本体部ＲＷ1 に接続される（図４）。また、補助電極１３には、外部端子Ｔ2 を介し、可変コンデンサＣv が接続される。なお、図４において、励磁コイル１１は、基板２１上のストレイ容量Ｃs が共振用のコンデンサとなっており、本体部ＲＷ1 からの搬送周波数の最高値にほぼ共振している。また、共振回路１２は、両端のギャップｇによって共振用のコンデンサＣg が形成されており、相互インダクタンスＭを介し、励磁コイル１１に電磁結合している。さらに、励磁コイル１１、補助電極１３の間の間隔ｄは、両者を容量結合させる結合用のコンデンサＣd を形成している。

なお、リーダライタＲＷの本体部ＲＷ1 は、リーダライタＲＷからの情報伝達用の電波を出力する電力増幅部と、識別タグＰ内のＩＣチップＰ1 から伝達される情報を読み取る情報入力部との双方を含むものとする。ただし、情報入力部は、リーダライタＲＷからの電波によってＩＣチップＰ1 が作動し、リーダライタＲＷからの電波が負荷変調されることにより、ＩＣチップＰ1 からの情報を読み取ることができる。なお、ＩＣチップＰ1 は、共振回路１２のほぼ中心線上に位置させて作動させるものとする（図１）。

共振回路１２の外径３．０mm、内径１．０mm、したがって幅ｗ＝１．０mm、ギャップｇ＝０．０５mmとし、励磁コイル１１を共振回路１２の幅ｗ内に重なるサイズの４ターンのスパイラルパターンとして、可変コンデンサＣv ＝０．５〜３ｐＦに変化させるとき、リーダライタＲＷの本体部ＲＷ1 側からみた定在波比ＳＷＲの変化データの一例を図５に示す。ただし、図５において、曲線（１）〜（５）は、可変コンデンサＣv を最小値から最大値まで変化させた場合を順に示している。すなわち、可変コンデンサＣv ＝０．５〜３ｐＦに対し、アンテナ全体としての共振周波数Ｆ＝２４４０〜２４６０MHz の範囲に滑らかに変化させることができる。なお、このとき、励磁コイル１１の共振周波数Ｆ1 ≒２４７０MHz であった。

そこで、リーダライタＲＷは、本体部ＲＷ1 からの電波の搬送周波数を変化させるとともに、それに連動させて可変コンデンサＣv の容量を変化させることにより、共振回路１２の共振周波数Ｆを搬送周波数に一致させ、共振回路１２の放射エレメントとしての性能を最大に維持することが可能である。すなわち、リーダライタＲＷは、識別タグＰを形成する基材の材質により、ＩＣチップＰ1 上のチップアンテナや、識別タグＰ内の図示しない共振回路（ブースタアンテナ）の共振周波数が変動しても、識別タグＰに対する情報伝達距離を最大に維持することができる。リーダライタＲＷは、ＩＣチップＰ1 からのレスポンスが最良となる搬送周波数を見出し、その搬送周波数の電波による情報伝達を自動的に実現することができるからである。

他の実施の形態

励磁コイル１１、共振回路１２は、円形に代えて、多角形や楕円形などの他の任意の二次元形状に代えてもよい。また、励磁コイル１１、共振回路１２のそれぞれの形状、大きさや、両者の相対位置関係は、両者間に所定の電磁結合を実現し得る限り、任意に変更することができる。

また、励磁コイル１１用の基板２１、共振回路１２、補助電極１３用の基板２２、グラウンド層１４用の基板２３は、その積層順序を違わせることができる（図６（Ａ）、（Ｂ））。ただし、図６（Ａ）は、図１の積層順序を示している。また、図４（Ｂ）の積層順序であれば、基板２１、２３のいずれかを両面プリント基板とすることにより、基板２２を省略することができ（図６（Ｃ）、（Ｄ））、図６（Ａ）の積層順序であれば、基板２１を省略することができる（図示省略）。なお、図６（Ａ）〜（Ｄ）において、グラウンド層１４は、励磁コイル１１、共振回路１２、補助電極１３を含む多層プリント板の下面に代えて、上面に配設してもよい。また、グラウンド層１４は、これを省略してもよい。

なお、励磁コイル１１、共振回路１２、補助電極１３を含む各導体パターンは、印刷、エッチング等の任意のプリント配線板用の手法により形成することができる。

全体構成分解斜視図 要部構成説明図 全体構成スケルトン図 等価電気回路図 特性データ線図 他の実施の形態を示す断面説明図

符号の説明

Ｐ…識別タグ
ＲＷ…リーダライタ
ｇ…ギャップ
ｄ…間隔
Ｃg 、Ｃd …コンデンサ
Ｃs …ストレイ容量
Ｃv …可変コンデンサ
１１…励磁コイル
１２…共振回路
１３…補助電極
１４…グラウンド層

特許出願人 株式会社 エフ・イー・シー
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (6)

1. リーダライタに接続する励磁コイルと、該励磁コイルに電磁結合させる共振回路と、可変コンデンサを接続する補助電極とを備えてなり、該補助電極は、前記共振回路に容量結合させることを特徴とする識別タグのリーダライタ用アンテナ。
2. 前記励磁コイルは、一端開放の二次元のスパイラルパターンに形成し、ストレイ容量を共振用のコンデンサとすることを特徴とする請求項１記載の識別タグのリーダライタ用アンテナ。
3. 前記共振回路は、ギャップを介して両端を対向させる１ターンのループパターンに形成し、前記ギャップを共振用のコンデンサとすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の識別タグのリーダライタ用アンテナ。
4. 前記補助電極は、前記共振回路に近接するランドパターンに形成し、前記共振回路との間隔を結合用のコンデンサとすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の識別タグのリーダライタ用アンテナ。
5. 前記励磁コイルと、前記共振回路、補助電極とは、一体の多層プリント板として形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の識別タグのリーダライタ用アンテナ。
6. グラウンド層を片面に付加することを特徴とする請求項５記載の識別タグのリーダライタ用アンテナ。
   

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