JP2006319496A

JP2006319496A - Ｒｆｉｄタグ

Info

Publication number: JP2006319496A
Application number: JP2005138060A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kamisaka; 晃一上坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-24
Also published as: WO2006120996A1

Abstract

【課題】金属部材等の管理にＲＦＩＤタグを用いる場合、その金属そのものにより電磁界が打ち消され、通信距離が著しく減衰するなどの問題がある。また、タグと金属の間に磁性体を挟む方法が考えられているが、磁性体のコストが高く、数多くの部材管理にはコスト的に不利になるという問題があった。
【解決手段】金属部材の導体自体をアンテナのグランドと考え、パッチアンテナのグランドをそれとすることで、放射効率の良いアンテナ系を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属部材の管理に用いるＲＦＩＤタグに関する。

ＲＦＩＤタグを用いる物品管理が始められている。しかしＲＦＩＤタグを金属部材の管理に用いる場合、通常のＲＦＩＤタグが金属部材に貼り付けた状態では電磁界が打ち消され、通信距離が著しく減衰し、所望の距離からＲＦＩＤタグ認識ができない。この対策として、１３.５６MHz帯のＲＦＩＤシステムでは、タグと金属の間に磁性体を挟みこみ、磁路を形成することで通信を可能にする方法が考えられている。しかし、磁性体自体のコストが高く、数多くの部材管理にはコスト的に不利になるという問題があった。

特許文献１には、可撓性のある基材にＲＦＩＤを搭載し、基材を円形に変形させてコイルアンテナを形成する発明が記載されている。

特表２００２−５３７６０７号公報

金属パイプなど導体物品の管理を安価に可能とするＲＦＩＤタグを提供する。

薄型構造のパッチアンテナをＲＦＩＤに適用することで、ＲＦＩＤタグを導体部材（金属部材）に接触して貼り付けた状態で使用可能とする。

導体部材（金属部材）の物品管理用の安価なＲＦＩＤタグを提供することができる。

以下本発明の実施形態について実施例を用いて図面を参照しながら説明する。
図１および図２を用いてパッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグの基本構造を説明する。ここで、図１は基本形のパッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグの基本構造を説明する図である。図２は逆Ｆ型パッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグの基本構造を説明する図である。

図１において、図１（ａ）はＲＦＩＤタグのｙ方向中央部断面図、図１（ｂ）はｘｙ平面図、図１（ｃ）はビア部断面図、図１（ｄ）はＲＦＩＤ表面部断面図、図１（ｅ）は裏面図である。本実施例のＲＦＩＤチップ１１０は、２個のアンテナ端子１１１をチップの表面と裏面に設けた構造である。ＲＦＩＤタグ１００は、次の手順で製造される。まず、ＲＦＩＤチップ１１０を誘電体１０３に挟んで積層（厚さｈ）したあと、アンテナ端子１１１部上の誘電体にビアホールを開ける。充填されたビア１０４を形成したあと、誘電体の両面に無電界銅めっきで銅層を設ける。表層の銅をエッチングして、一辺ａの正方形のパッチ導体１０２を形成し、素子分離した構造である。ここで、裏面の銅はエッチングせずグランド導体（以下ＧＮＤ導体と記載）１０２となる。

ＲＦＩＤチップ１０１の２つのアンテナ端子１１１の一方はパッチ導体１０１に、他方はＧＮＤ導体１０２に接続されている。したがって、パッチ導体１０１、ビア１０４、ＧＮＤ導体１０２および誘電体１０３でパッチアンテナを形成している。ここでパッチ導体１０１の面積は使用する周波数より、またｘ軸方向の接続位置はＲＦＩＤチップ１１０の出力インピーダンスにより決定される。ｙ軸方向の接続位置は辺の中央である。またＧＮＤ導体１０３はパッチ１０１よりも広い面積を持つ必要がある。ここでパッチ導体１０１のサイズは方形の場合で

ただし、a：方形パッチの１辺、Co：光速、fc：キャリア周波数、λo：自由空間波長
の範囲とする。

一方、ＧＮＤ導体１０２は理想的には無限平板であるが、実際には有限なサイズとなる。このＲＦＩＤタグ単体を非導体の管理対象物に固定して使用する場合は、このＧＮＤ導体１０２の一辺のサイズを導体パッチ１０２の一辺ａと誘電体の厚さｈから（a+３h）以上にする。一方、（a+３h）以上の大きさの導体の管理対象物に確実な電気的接続を取って固定し使用する場合は、ＧＮＤ導体１０２のサイズの制約はなくなる。

図２において、図２（ａ）はＲＦＩＤタグのｙ方向中央部断面図、図２（ｂ）はｘｙ平面図、図２（ｃ）はビア部断面図、図２（ｄ）はＲＦＩＤ表面部断面図、図２（ｅ）は裏面図である。図２に示すＲＦＩＤタグ２００では、ａ×ａ/２のパッチ導体２０１、ビア１０４、１０５、ＧＮＤ導体１０２および誘電体１０３で逆Ｆ型パッチアンテナを形成している。図１のパッチ導体１０１ではｘ軸に平行な辺の電圧分布が０となる点、つまり１辺ａの半分（a/２）の位置はグランド１０３と同電位である。この位置ならパッチ導体２０１とＧＮＤ導体１０２を接続しても問題ないことから、そこにビア１０５を設け、ビア１０５の左側の電極を削除してパッチ電極の面積を図１の場合の半分にしている。

図１のパッチアンテナでは、ＲＦＩＤチップ１１０のアンテナ端子間は開放状態にあり、静電気によってＲＦＩＤチップが破壊される可能性がある。これに対して、逆Ｆ型パッチアンテナは、アンテナ端子間がＤＣ的に短絡状態なので、静電気による影響を最小限に抑えることができる。
本実施例に拠れば、パッチアンテナを用いて金属部材の物品管理用の安価なＲＦＩＤタグを提供することができる。

図１および図２に示した構造のアンテナを用いたＲＦＩＤタグ１００、２００は、そのグランド１０３を導体部材に直接接続または接触した形とすることで、グランドのサイズを実効的に大きくすることが可能である。これを図３を用いて説明する。ここで、図３は、ＲＦＩＤタグを鉄パイプに取り付けた状態を説明する図である。

図３で、ＲＦＩＤタグ１００、２００は、その裏面のＧＮＤ導体１０３を直接鉄パイプ１０に接触して、図示しないテープで固定されている。この様にＲＦＩＤタグ１００、２００のグランドを金属部材２０２に接続または接触させることでＲＦＩＤタグ１００、２００のグランドを等価的に大きくしている。その結果、アンテナの放射効率を向上することができる。

図１および図２で説明したＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤチップ１１０として、２つのアンテナ端子１１１をチップ裏面と、チップ表面に分けて形成したチップを利用した。しかし、製造プロセスに拠っては、アンテナ端子を表面にまとめたＲＦＩＤも存在する。この場合のＲＦＩＤタグを図４を用いて説明する。ここで、図４はパッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグを説明する図である。

図４において、図４（ａ）はＲＦＩＤタグのｙ方向中央部断面図、図２（ｂ）はｘｙ平面図、図２（ｃ）はマイクロストリップ線路とＲＦＩＤチップの接続部の拡大図、図４（ｄ）はマイクロストリップ線路とパッチ導体の接続部の拡大図である。図４に示すＲＦＩＤタグ３００の構造は、ビア１０６を介して接続されたＧＮＤ導体１０２とマイクロストリップ線路１０７の一端と、パッチ導体１０１と接続したマイクロストリップ線路１０７の他の一端とを、ＲＦＩＤチップ１２０の２つのアンテナ端子１２１が接続するように、ＲＦＩＤチップ１２０をフェイスダウン接続する構造である。なお、ＲＦＩＤチップ１２０の出力インピーダンスにより決定されるマイクロストリップ線路１０７とパッチ導体１０１のｘ軸方向の接続位置は、図４（ｄ）に示すようにバッチ導体１０１にスリット１０１ａを入れることで調整する。

図４のパッチアンテナは、ＲＦＩＤチップ１２０を誘電体に埋め込んでいないので、通常のプリント基板の製造工程で作成でき、より安価とすることができる。また、この構造では、マイクロストリップ線路１０７とパッチ電極１０１を一つの工程で製造できる。このため、パッチアンテナをマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）と呼ぶこともある。マイクロストリップアンテナもパッチアンテナである。

なお、逆Ｆ型パッチアンテナも同様にして作成できることは容易に理解できるものと思う。また、通常マイクロストリップ線路とは、誘電体と誘電体を挟むグランドと線路の系であるが、ここでは誘電体の上の線路をマイクロストリップ線路と呼ぶ。
本実施例に拠れば、パッチアンテナを用いて導体部材の物品管理用のより安価なＲＦＩＤタグを提供することができる。

このパッチアンテナは、簡単にアレー構造が構成できる利点がある。これを図５を用いて説明する。ここで、図５はアレー化されたパッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグを説明する平面図である。

図５に示すＲＦＩＤタグ４００の構造は、ビア１０６を介して接続された共通ＧＮＤ導体（図示せず）とマイクロストリップ線路１０７の一端と、パッチ導体１０１と接続したマイクロストリップ線路１０７の他の一端とを、ＲＦＩＤチップ１２０の２つのアンテナ端子１２１が接続するように、ＲＦＩＤチップ１２０をフェイスダウン接続し、さらに５個のパッチ導体１０１をマイクロストリップ線路で接続した構造である。ここで、各パッチ導体１０１の入力側は、図４（ｄ）に示すようにスリットを入れても良い。また、最終段のパッチ導体を逆Ｆ型パッチアンテナとして、静電気対策としてもよい。ここで、パッチ導体のピッチはアンテナ線路の伝搬波長λと等しくする。この結果パッチ導体の間隔Lpは

ここで、λ：アンテナ線路の伝搬波長、a：パッチの接続方向の１辺長
で表される。
なお、逆Ｆ型パッチアンテナとするのは最終段のパッチ導体に限定されない。

この様に縦列接続されたパッチアンテナアレーを有するＲＦＩＤタグ４００の基材を、可撓性を有する表裏２層のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）とすることで、物品管理対象の金属部材に巻きつけることが可能である。これを図６を用いて説明する。ここで、図６はＲＦＩＤタグを鉄パイプに取り付けた状態を説明する図である。

図６で、ＲＦＩＤタグ４００は、その裏面のＧＮＤ導体を直接鉄パイプ１０に接触して巻きつけられ、図示しないテープで固定されている。パッチアンテナの特徴は、アンテナに指向性があることであるが、このように鉄パイプ１０に巻きつけることで、指向性を広げ読み取りが容易なＲＦＩＤタグとすることができる。
本実施例に拠れば、パッチアンテナを用いて導体部材の物品管理用の指向性を広めたＲＦＩＤタグを提供することができる。

基本形のパッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグの基本構造を説明する図である。逆Ｆ型パッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグの基本構造を説明する図である。ＲＦＩＤタグを鉄パイプに取り付けた状態を説明する図である。パッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグを説明する図である。パッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグを説明する図である。アレー化されたパッチアンテナを適用したＲＦＩＤタグを説明する平面図である。ＲＦＩＤタグを鉄パイプに取り付けた状態を説明する図である。

符号の説明

１０…鉄パイプ、１００…ＲＦＩＤタグ、１０１…パッチ導体、１０２…ＧＮＤ導体、１０３…誘電体、１０４…ビア、１０５…ビア、１０６…ビア、１０７…マイクロストリップ線路、１１０…ＲＦＩＤチップ、１１１…アンテナ端子、１２０…ＲＦＩＤチップ、１２１…アンテナ端子、２００…ＲＦＩＤタグ、２０１…パッチ導体、３００…ＲＦＩＤタグ、４００…ＲＦＩＤタグ。

Claims

誘電体の一面に設けたグランド導体と、前記誘電体の他面に設けたパッチ導体とこのパッチ導体に一端で接続する第１のマイクロストリップ線路と第２のマイクロストリップ線路と、前記グラウンド導体と前記第２のマイクロストリップ線路の一端とを接続するビアと、前記第１のマイクロストリップ線路の他端および前記第２のマイクロストリップ線路の他端と接続するＲＦＩＤチップとを有するＲＦＩＤタグ。
誘電体の一面に設けたグランド導体と、前記誘電体の他面に設けたパッチ導体とこのパッチ導体の一側に一端で接続する第１のマイクロストリップ線路と第２のマイクロストリップ線路と、前記グラウンド導体と前記第２のマイクロストリップ線路の一端とを接続する第１のビアと、前記パッチ導体の他側と前記グラウンド導体を接続する第２にビアと、前記第１のマイクロストリップ線路の他端および前記第２のマイクロストリップ線路の他端と接続するＲＦＩＤチップとを有するＲＦＩＤタグ。
請求項１に記載のＲＦＩＤタグであって、
前記パッチ導体を伝搬波長のピッチで複数個有し、その間をマイクロストリップ線路で接続したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項３に記載のＲＦＩＤタグであって、
前記複数のパッチ導体の並び方向に可撓性を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項３に記載のＲＦＩＤタグであって、
前記複数のパッチ導体の一つが、逆Ｆ型パッチアンテナを構成することを特徴とするＲＦＩＤタグ。