JP2006295430A - アンテナ部材、並びにこれを用いた非接触型情報記録媒体及びそのインピーダンス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップを用いて非接触型ＩＣカードを作製する場合においても、広帯域を実現し、かつ、カードの定型サイズ内にて導体を折り曲げずに通信可能距離を確保する。
【解決手段】 樹脂シート１０２の中心部からずれた領域にて空隙を介して互いに対向する給電点１２０ａ，１２０ｂをそれぞれ具備する２つの導体１１０ａ，１１０ｂが形成されてなるアンテナ部材であって、２つの導体１１０ａ，１１０ｂのうち、空隙を介して樹脂シート１０２の中心部側となる導体１１０ａを、給電点１２０ａから離れる方向に放射状に広がるボウタイアンテナ部とし、また、空隙を介して樹脂シート１０２の中心部とは反対側となる導体１１０ｂを、接地された導電領域とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触型情報記録媒体に用いられるアンテナ部材、並びにこれを用いた非接触型情報記録媒体及びそのインピーダンス調整方法に関する。

昨今、情報化社会の進展に伴って、情報をカードに記録し、該カードを用いた情報管理や決済等が行われている。また、商品等に貼付されるラベルやタグに情報を記録し、このラベルやタグを用いての商品等の管理も行われている。

このようなカードやラベル、あるいはタグを用いた情報管理においては、カードやラベル、あるいはタグに対して非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しを行うことが可能なＩＣが搭載された非接触型ＩＣカードや非接触型ＩＣラベル、あるいは非接触型ＩＣタグがその優れた利便性から急速な普及が進みつつある。

非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しが可能な非接触型ＩＣカードや非接触型ＩＣラベル、非接触型ＩＣタグにおいては、近年、小型化及び通信可能距離を確保するために、９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行う微細なＩＣチップが用いられ始めている。

このような微細なＩＣチップを用いた場合、ＩＣチップに導電性のアンテナを接続することにより、ＩＣチップの通信可能距離を延ばすことができる。

図５は、９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップが搭載された非接触型ＩＣタグの一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図である。

本構成例は図５に示すように、樹脂や紙等からなるベース基材２０２上に、互いに直列に並ぶように所定の間隔を有して形成された２つの帯状の導体２１０ａ，２１０ｂからなるアンテナ部２１０が形成されており、この２つの導体２１０ａ，２１０ｂに接続されるように、非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しが可能なＩＣチップ２０１が搭載されて構成されている。

上記のように構成された非接触型ＩＣタグ２００においては、外部に設けられた情報書込／読出装置（不図示）に近接させることにより、情報書込／読出装置からの電波によりアンテナ部２１０に電流が流れ、この電流がＩＣチップ２０１に供給され、それにより、非接触状態において、情報書込／読出装置からＩＣチップ２０１に情報が書き込まれたり、ＩＣチップ２０１に書き込まれた情報が情報書込／読出装置にて読み出されたりする。このような非接触型ＩＣタグ２００においては、ＩＣチップ２０１に対しての情報の書き込み及び読み出しが可能な距離を確保するためにＩＣチップ２０１とアンテナ部２１０とのインピーダンス整合をとる必要があり、そのために、アンテナ部２１０の長さがＩＣチップ２０１に対する情報の書き込み及び読み出しの周波数に応じて設定されている。

ここで、従来より、三角形からなる２つの導体が、その頂点が空隙を介して互いに対向するように配置されてなるボウタイアンテナが利用されている。

図６は、一般的なボウタイアンテナを有する非接触型ＩＣタグの一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図である。

本例は図６に示すように、樹脂や紙等からなるベース基材２０２上に、二等辺三角形の形状を有する２つの導体３１０ａ，３１０ｂが、二等辺三角形の等しい辺がなす頂点どうしを結んだ直線が二等辺三角形の底辺のそれぞれに対して垂直となるように、かつ、頂点どうしが空隙を有するように配置されてなるアンテナ部３１０が形成されており、この２つの導体３１０ａ，３１０ｂに接続されるように、非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しが可能なＩＣチップ３０１が搭載されて構成されている。

上記のように構成された非接触型ＩＣタグ３００においては、アンテナ部３１０について、Ｂ−Ｂ’間とＣ−Ｃ’間とで長さが互いに異なり、かつ、その長さがＢ−Ｂ’間からＣ−Ｃ’間に渡って無段階に変化しているため、アンテナ部３１０のインピーダンスが、Ｂ−Ｂ’間の長さに基づくインピーダンスからＣ−Ｃ’間の長さに基づくインピーダンスまで設定可能となる。このように、ボウタイアンテナを用いて広帯域なアンテナを実現する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１３５０３７号公報

ここで、非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しが可能な非接触型情報記録媒体には、上述したような非接触型ＩＣタグの他に非接触型ＩＣカードがある。この非接触型ＩＣカードは、カードの定型サイズが決められており、その定型サイズのカード基材にアンテナ部を形成するとともにＩＣチップを搭載する必要がある。

しかしながら、９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップを用いて非接触型ＩＣカードを作製する場合、上述したように、２つの導体を互いに直列に並ぶように所定の間隔を有して配置してアンテナ部を構成したり、２つのボウタイアンテナによってアンテナ部を形成したりするには、ＩＣチップに対しての情報の書き込み及び読み出しが可能な距離を確保するために必要となるアンテナ部の長さに対してカード基材の大きさが小さく、そのため、ＩＣチップとアンテナ部とのインピーダンス整合がとれず、ＩＣチップに対して情報の書き込み及び読み出しが可能な距離が短くなってしまう。

そこで、アンテナ部を構成する導体を長手方向とは垂直方向に曲げ、それにより、アンテナ部のインピーダンスがＩＣチップのインピーダンスと整合するようにアンテナ部の長さを長くすることが考えられるが、その場合、曲げられて隣接するようになった領域間にて干渉が生じてしまう虞れがあるとともに、特に、上述したようなボウタイアンテナを用いた場合は、ボウタイアンテナの形状を、アンテナ部の長さが長くなるように加工することは困難であるという問題点がある。

また、非接触型ＩＣカードにおいては、カード基材が曲げられた場合にＩＣチップが破損してしまう可能性を低減するために、カード基材の４辺のうち隣接する２辺からそれぞれ２０ｍｍ程度の領域にＩＣチップを搭載することが好ましいとされているため、その領域に２つの導体の給電点が設けられるように２つの導体を形成すれば、２つの導体のうち、カード基材の中心部側の導体についてはその長さを長くすることができるが、他方の導体については、上述したように長手方向とは垂直方向に曲げなければならない。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップを用いて非接触型ＩＣカードを作製する場合においても、広帯域を実現し、かつ、カードの定型サイズ内にて導体を折り曲げずに通信可能距離を確保することができるアンテナ部材、並びにこれを用いた非接触型情報記録媒体及びそのインピーダンス調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
ベース基材の中心部からずれた領域にて空隙を介して互いに対向する給電点をそれぞれ具備する２つの導体が形成されてなるアンテナ部材であって、
前記２つの導体のうち、前記空隙を介して前記中心部側となる導体は、前記給電点から離れる方向に放射状に広がるボウタイアンテナ部であり、
前記２つの導体のうち、前記空隙を介して前記中心部とは反対側となる導体は、接地された導電領域である。

上記のように構成された本発明においては、ベース基材の中心部からずれた領域にて空隙を介して互いに対向する給電点をそれぞれ具備する２つの導体が形成されてなるアンテナ部材について、そのアンテナ部が、２つの導体のうち、空隙を介してベース基材の中心部側となる導体がボウタイアンテナ部であり、また、空隙を介してベース基材の中心部とは反対側となる導体が接地された導電領域であるモノポールアンテナとなっている。そのため、アンテナ部を構成する２つの導体のうちボウタイアンテナ部のみの長さを長くすれば、アンテナ部のインピーダンスを大きくすることができる。ここで、２つの導体が互いに対向する給電点は、ベース基材の中心部からずれた領域に設けられているため、空隙を介してベース基材の中心部側となる導体をボウタイアンテナ部とすれば、アンテナ部の長さを長くとることができ、それにより、９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップを用いて非接触型ＩＣカードを作製する場合であっても、ＩＣチップとアンテナ部とのインピーダンス整合をとることができる。

また、２つの導体を電気的に接続する導電部を設けることによりＴ型整合を形成し、これにより、アンテナ全体のインピーダンスを大きくすれば、ボウタイアンテナ部の長さを長くすることによってインピーダンスを大きくしてもアンテナ部のインピーダンスがＩＣチップのインピーダンスよりもまだ小さな場合であっても、アンテナ部のインピーダンスをさらに大きくすることができる。

また、Ｔ型整合の原理によって、給電点と導電部との距離が変わるとアンテナ部のインピーダンスが変化するので、給電点と導電部との距離を所望のインピーダンスに合わせて調整すればよい。

以上説明したように本発明においては、ベース基材の中心部からずれた領域にて空隙を介して互いに対向する給電点を具備する２つの導体が形成されてなるアンテナ部材であって、２つの導体のうち、空隙を介してベース基材の中心部側となる導体が、給電点から離れる方向に放射状に広がるボウタイアンテナ部であり、また、空隙を介してベース基材の中心部とは反対側となる導体が、接地された導電領域である構成としたため、９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップを用いて非接触型ＩＣカードを作製する場合においても、広帯域を実現し、かつ、カードの定型サイズ内にて導体を折り曲げずに通信可能距離を確保することができる。

また、２つの導体を電気的に接続する導電部を有するものにおいては、ボウタイアンテナ部の長さを長くすることによってインピーダンスを大きくしてもアンテナ部のインピーダンスがＩＣチップのインピーダンスよりもまだ小さな場合であっても、アンテナ部のインピーダンスをさらに大きくすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のアンテナ部材の実施の一形態を示す図である。

本形態は図１に示すように、ベース基材となる樹脂シート１０２上に、銅等の導電性材料によって２つの導体１１０ａ，１１０ｂからなるアンテナ部１１０及び導電部１３０が形成されて構成されており、この２つの導体１１０ａ，１１０ｂは、樹脂シート１０２の中心部からずれた領域、具体的には、樹脂シート１０２の図中下辺と左辺とからそれぞれ２０ｍｍ程度の領域にて空隙を介して互いに対向する給電点１２０ａ，１２０ｂを有している。

また、２つの導体１１０ａ，１１０ｂのうち、空隙を介して樹脂シート１０２の中心部側となる導体１１０ａは、給電点１２０ａから樹脂シート１０２の中心部側に放射状に広がるボウタイアンテナ部を構成している。なお、この放射状の導体１１０ａは放射状の外周のみから構成され、放射状の内部には導体１１０ａが形成されていない。

また、２つの導体１１０ａ，１１０ｂのうち、空隙を介して樹脂シート１０２の中心部とは反対側となる導体１１０ｂは、接地された導電領域となっている。なお、この導体１１０ｂは格子状に形成されているが、その外形は、図示するような長方形に限らない。

これにより、２つの導体１１０ａ，１１０ｂからなるアンテナ部１１０が、一方の導体１１０ｂが接地されたモノポールボウタイアンテナとなっている。

また、２つの導体１１０ａ，１１０ｂは、導電部１３０によって電気的に互いに接続されており、アンテナ部１１０のインピーダンスに合わせて導電部１３０と給電点１２０ｂとの距離が調整されている。なお、本形態においては、樹脂シート１０２の図中下辺と導電部１３０とが互いに平行となっているが、これらは互いに平行である必要はなく、導電部１３０と給電点１２０ａ，１２０ｂとの距離、並びに導電部１３０の長さとに基づくアンテナ部１１０のインピーダンスが所望のインピーダンスとなるように設定すればよい。そのため、導電部１３０の角度を一定としておけば、導電部１３０と給電点１２０ｂとの距離によって導電部１３０の長さが一義的に決まるため、例えば、図示するように、樹脂シート１０２の図中下辺と導電部１３０とが平行となるように設定しておくことが好ましい。

図２は、図１に示したアンテナ部材１０５を用いた非接触型情報記録媒体である非接触型ＩＣカードの実施の一形態を示す図であり、（ａ）は内部構造を示す図、（ｂ）は断面図である。

本形態は図２に示すように、樹脂シート１０２上に形成された導体１１０ａ，１１０ｂの給電部１３０ａ，１３０ｂにＩＣチップ１０１が接続されるように樹脂シート１０２上にＩＣチップ１０１が搭載されてインレット１０３が形成され、このインレット１０３が、複数の層からなるカード基材１０４の複数の層間に埋め込まれて構成されている。

上記のように構成された非接触型ＩＣタグ１００においては、外部に設けられた情報書込／読出装置（不図示）に近接させることにより、情報書込／読出装置からの電波により導体１１０ａ，１１０ｂに電流が流れ、この電流がＩＣチップ１０１に供給され、それにより、非接触状態において、情報書込／読出装置からＩＣチップ１０１に情報が書き込まれたり、ＩＣチップ１０１に書き込まれた情報が情報書込／読出装置にて読み出されたりする。

上述したように本形態においては、２つの導体１１０ａ，１１０ｂからなるアンテナ部１１０が、一方の導体１１０ｂが接地されたモノポールアンテナとなっており、さらに、２つの導体１１０ａ，１１０ｂの給電点１２０ａ，１２０ｂが樹脂シート１０２の中心部からずれた領域に設けられているとともに、空隙を介して樹脂シート１０２の中心部側となる導体１１０ａがボウタイアンテナ部となっているため、アンテナ部１１０の一部を曲げたりすることなく、アンテナ部１１０のインピーダンスを決める要素となる部分の長さを長くとることができ、それにより、ＩＣチップ１０１が９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うものであっても、ＩＣチップ１０１とアンテナ部１１０とのインピーダンス整合をとることができる。

さらに、本形態においては、導体１１０ａについて、Ｂ−Ｃ間とＢ−Ｄ間とで長さが互いに異なり、かつ、その長さがＢ−Ｃ間からＢ−Ｄ間に渡って無段階に変化しているため、アンテナ部１１０のインピーダンスが、Ｂ−Ｃ間の長さに基づくインピーダンスからＢ−Ｄ間の長さに基づくインピーダンスまで設定可能となり、それにより、広帯域なアンテナが実現可能となる。

以下に、導電部１３０による作用について説明する。

図３は、図２に示した非接触型ＩＣカード１００におけるアンテナ部１１０の等価回路を示す図である。

図２に示した非接触型ＩＣカード１００におけるアンテナ部１１０は図３に示すように、導体１１０ａの長さｌ₁のモノポールアンテナに導電部１３０の長さｌ₂の導線を接続したＴ型整合回路と等価になる。

このような等価回路として考えた場合、Ｔ型整合回路の原理によって、長さｌ₁のモノポールアンテナの共振時の抵抗をＲとし、Ｔ型整合回路のインピーダンスが無限大であれば、Ｔ型整合回路の入力端のインピーダンスＺinは、
Ｚin＝４Ｒ
となり、モノポールアンテナの４倍のインピーダンスを得ることができる。

そのため、本形態にように導電部１３０を設けることによって、アンテナ部１１０のインピーダンスをさらに大きくすることができる。

図４は、図１に示したアンテナ部材１０５における給電部１２０ｂと導電部１３０との距離によるアンテナ部１１０のインピーダンスの変化を示す図であり、（ａ）は実部のインピーダンス値を示す図、（ｂ）は虚部のインピーダンス値を示す図である。なお、本形態においては、上述したように樹脂シート１０２の図中下辺と導電部１３０とが互いに平行となっているため、給電部１２０ｂと導電部１３０との距離が決まれば、導電部１３０の長さが一義的に決まることになる。

図１に示したアンテナ部材１０５におけるアンテナ部１１０のインピーダンスの実部は図４（ａ）に示すように、給電部１２０ｂと導電部１３０との距離（ｔ）を大きくすればするほど、インピーダンスのピーク値が低周波数側にシフトし、かつ、そのピーク値が大きくなる。

また、図１に示したアンテナ部材１０５におけるアンテナ部１１０のインピーダンスの虚部も図４（ｂ）に示すように、給電部１２０ｂと導電部１３０との距離（ｔ）を大きくすればするほど、インピーダンスのピーク値が低周波数側にシフトし、かつ、そのピーク値が大きくなる。ただし、アンテナ部１１０のインピーダンスの虚部においては、給電部１２０ｂと導電部１３０との距離を大きくした場合、インピーダンスのピーク値の高周波数側近傍においてインピーダンス値が大きく落ち込む周波数帯が存在する。

そこで、図４（ａ）に示したようなインピーダンスの実部の周波数による特性と、図４（ｂ）に示したようなインピーダンスの虚部の周波数による特性とを考慮して、アンテナ部１１０のインピーダンスが所望の値となるように、すなわち、アンテナ部１１０のインピーダンスがＩＣチップ１０１のインピーダンスと整合するように、給電部１２０ｂと導電部１３０との距離を調整することによって、ＩＣチップ１０１の通信可能距離を確保することができる。

すなわち、本形態においては、導体１１０ａのＢ−Ｃ間の長さまでの長さにてアンテナ部１１０とＩＣチップ１０１とのインピーダンス整合をとることができる場合は、導電部１３０を設ける必要はなく、また、導体１１０ａのＢ−Ｃ間の長さまでの長さにてアンテナ部１１０とＩＣチップ１０１とのインピーダンス整合をとることができない場合は、導電部１３０によってアンテナ部１１０のインピーダンスをさらに大きくしてアンテナ部１１０とＩＣチップ１０１とのインピーダンス整合をとることになる。

なお、本形態においては、放射状の導体１１０ａが放射状の外周のみから構成され、放射状の内部には導体１１０ａが形成されておらず、そのため、導体１１０ａを構成する銅等の導電性材料と樹脂シート１０２との収縮率の違いから生じる反りを防止することができるが、放射状の内部にも導体１１０ａを形成し、いわゆるベタパターンとすることも考えられる。また、導体１１０ｂについても同様に、格子状とすることにより、導体１１０ｂを構成する銅等の導電性材料と樹脂シート１０２との収縮率の違いから生じる反りを防止することができるが、格子窓を有さないようにベタパターンとすることも考えられる。

また、本形態においては、非接触型情報記録媒体として非接触型ＩＣカードを例に挙げて説明したが、それ以外に非接触型ＩＣタグや非接触型ＩＣラベル等にも本発明を適用することができる。その場合、非接触型ＩＣタグや非接触型ＩＣラベルにおいては、定型サイズというものは決められてはいないが、本発明を適用しないものと比べて、非接触型ＩＣタグや非接触型ＩＣラベルを小型化することができる。

本発明のアンテナ部材の実施の一形態を示す図である。 図１に示したアンテナ部材を用いた非接触型情報記録媒体である非接触型ＩＣカードの実施の一形態を示す図であり、（ａ）は内部構造を示す図、（ｂ）は断面図である。 図２に示した非接触型ＩＣカードにおけるアンテナ部の等価回路を示す図である。 図１に示したアンテナ部材における給電部と導電部との距離によるアンテナ部のインピーダンスの変化を示す図であり、（ａ）は実部のインピーダンス値を示す図、（ｂ）は虚部のインピーダンス値を示す図である。 ９００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数帯を利用して通信を行うＩＣチップが搭載された非接触型ＩＣタグの一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図である。 一般的なボウタイアンテナを有する非接触型ＩＣタグの一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１００ 非接触型ＩＣカード
１０１ ＩＣチップ
１０２ 樹脂シート
１０３ インレット
１０４ カード基材
１０５ アンテナ部材
１１０ アンテナ部
１１０ａ，１１０ｂ 導体
１２０ａ，１２０ｂ 給電点
１３０ 導電部

Claims (4)

1. ベース基材の中心部からずれた領域にて空隙を介して互いに対向する給電点をそれぞれ具備する２つの導体が形成されてなるアンテナ部材であって、
   前記２つの導体のうち、前記空隙を介して前記中心部側となる導体は、前記給電点から離れる方向に放射状に広がるボウタイアンテナ部であり、
   前記２つの導体のうち、前記空隙を介して前記中心部とは反対側となる導体は、接地された導電領域であるアンテナ部材。
2. 請求項１に記載のアンテナ部材において、
   前記２つの導体を電気的に接続する導電部を有することを特徴とするアンテナ部材。
3. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ部材を用いた非接触型情報記録媒体であって、
   前記ベース基材上に、前記２つの導体それぞれの給電点に接続され、前記２つの導体を介して非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しが可能なＩＣチップが搭載された非接触型情報記録媒体。
4. 請求項２に記載のアンテナ部材におけるインピーダンス調整方法であって、
   所望のインピーダンスに合わせて前記給電点と前記導電部との距離を調整するインピーダンス調整方法。
   
   

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