JP2006324766A

JP2006324766A - 無線タグおよび無線タグのアンテナ特性の調整方法

Info

Publication number: JP2006324766A
Application number: JP2005144142A
Authority: JP
Inventors: Hikari Hayasaka; 光早坂
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】アンテナの指向性を改善し通信距離を改善した無線タグおよび無線タグのアンテナ特性の調整方法を得る。
【解決手段】アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを無線で送受信することが可能な無線タグにおいて、１周の長さが約１波長のループ構造を少なくとも２つ以上持つアンテナを用いることで指向性を持たせた無線タグであって、ＩＣチップ２が接続されたダイポール型アンテナの上から、１辺の長さが１／２波長と１／４波長の長方形となるような無給電の長方形閉ループアンテナ８を重ねることで通信距離を延ばす無線タグとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグの構造、および、その使用方法、特性改善方法に好適な、無線タグおよび無線タグのアンテナ特性の調整方法に関する。

情報を記憶できるＩＣとアンテナからなる無線タグは、電磁波によって、質問器と呼ばれる無線機とデータを送受信することができる。電磁波によって通信するので、質問器との通信可能距離が長く、内部に電源を持たない無線タグは、半永久的に使用可能で、価格も比較的廉価であることから、バーコードの置き換え用途などに考えられている。

図９は、ダイポールアンテナを搭載した従来の無線タグの説明図である。また、図１０は、折り返しダイポールアンテナを搭載した従来の無線タグの説明である。このように、一般的な無線タグは、ダイポールアンテナ（図９）や折り返しダイポールアンテナ（図１０）にＩＣチップを接続したものがよく用いられる。図９に示すように、３は誘電体基板であり、前記誘電体基板３の上にＩＣチップ２とダイポールアンテナ１００が搭載されている。また、図１０に示すように、３は誘電体基板であり、前記誘電体基板３の上にＩＣチップ２と、折り返しダイポールアンテナ２００が搭載されている。特許文献１には、ダイポールアンテナとＩＣチップが接続されたダイポール型無線タグを使用した物品管理システムについて記載されている。

特開２００４−５０１８５号公報

しかし、従来の無線タグについて、実際の使用環境では、貼り付けた商品の誘電率や、周囲の金属の影響により、アンテナのインピーダンスが変化し、通信距離が短くなってしまう問題がある。その場合、質問器を無線タグに近づけて使用するか、実際の使用環境に最適化した無線タグのカスタム設計を新たに行う必要がある。

本発明の課題は、アンテナの指向性を改善してアンテナの通信距離を拡大させた無線タグおよび無線タグのアンテナ特性の調整方法を提供することである。

本発明は、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグであって、前記アンテナが、１周の長さが約１波長のループ構造を少なくとも２つ以上配置した構造であって、前記アンテナが、指向性を持つた無線タグとする。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグにおいて、前記アンテナは、ダイポールアンテナとＩＣチップが接続されたダイポール型無線タグの上から、長辺の長さが１／２波長で、短辺の長さが１／４波長の長方形となるような無給電のループアンテナを重ねた構造であって、前記アンテナが通信距離を延ばす無線タグである。

即ち、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグにおいて、前記アンテナが、１周の長さが約１波長のループ構造を少なくとも２つ以上配置した構造であって、前記アンテナが、指向性を持つた無線タグである。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグにおいて、前記アンテナは、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、１辺の長さが１／２波長と１／４波長の長方形となるような無給電のループアンテナを電気的に接続した構造であって、前記アンテナが通信距離を延ばす無線タグである。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを無線で送受信することが可能な無線タグにおいて、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、軸の長さが１／２波長と１／４波長の楕円となる無給電のループアンテナを電気的に接続したことで通信距離を延ばす無線タグである。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを無線で送受信することが可能な無線タグにおいて、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナの上から、１辺の長さが１／２波長と１／４波長の長方形となるような無給電のループアンテナを重ねることで通信距離を延ばす無線タグである。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを無線で送受信することが可能な無線タグにおいて、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナの上から、軸の長さが１／２波長と１／４波長の楕円となるような無給電のループアンテナを重ねることで通信距離を延ばす無線タグである。ここで、前記ダイポール型アンテナは、ダイポールアンテナ、あるいは折り返しダイポールアンテナとする。

また、本発明は、前記の無線タグにおいて、前記ダイポールアンテナ、もしくは折り返しダイポールアンテナと無給電のループアンテナの重なる位置を調整することにより、アンテナの指向性を調整する無線タグである。

また、本発明は、前記無線タグにおいて、前記ダイポールアンテナ、もしくは折り返しダイポールアンテナと無給電のループアンテナとの高さ方向の距離を調整することにより、アンテナの指向性を調整できる無線タグである。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成する無線タグのアンテナ調整方法において、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、長辺がλ/２長、短辺がλ/４長の長方形閉ループアンテナ、あるいは長軸がλ/２長、短軸がλ/４長の楕円状のループアンテナとを、電気的に接続して、アンテナの指向性を調整する無線タグのアンテナ特性の調整方法である。

また、本発明は、前記ダイポール型アンテナを、ダイポールアンテナ、あるいは折り返しダイポールアンテナのいずれかとする無線タグのアンテナ特性の調整方法である。

また、本発明は、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成する無線タグのアンテナ調整方法において、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナの平面方向に、長辺がλ/２長、短辺がλ/４長の長方形閉ループアンテナ、あるいは、長軸がλ/２長、短軸がλ/４長の楕円状のループアンテナを重ねて移動するか、前記ダイポール型アンテナの平面と垂直方向に長辺がλ/２長、短辺がλ/４長の長方形閉ループアンテナ、あるいは長軸がλ/２長、短軸がλ/４長の楕円状のループアンテナを移動することによりアンテナの指向性を調整する無線タグのアンテナ特性の調整方法である。

また、本発明は、前記ダイポール型アンテナを、ダイポールアンテナあるいは、折り返しダイポールアンテナのいずれかとする無線タグのアンテナ特性の調整方法である。

本発明によれば、アンテナの指向性を改善してアンテナの通信距離を拡大させた無線タグおよび無線タグのアンテナの調整方法を提供できる。

本発明の無線タグは、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグであって、前記アンテナが、１周の長さが約１波長のループ構造を少なくとも２つ以上配置した構造である。ここで、前記ＩＣチップは、無線タグとして、別に配置されたリーダライタとの間にて、データの受信、送信、制御などを行う機能を有する。

また、本発明の無線タグは、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグであって、前記アンテナは、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、前記ダイポール型アンテナの上に重ねた、長辺の長さが１／２波長で、短辺の長さが１／４波長の長方形の無給電のループアンテナとで構成された構造である。

また、本発明の無線タグは、アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグであって、前記アンテナは、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、前記ダイポールアンテナの上に重ねた、長軸の長さが１／２波長と、短軸の長さが１／４波長の楕円である無給電のループアンテナとで構成された構造である。

本発明の無線タグのアンテナ特性の調整方法は、前記アンテナが、１周の長さが約１波長のループ構造を少なくとも２つ以上配置した構造であって、ダイポールアンテナ、長方形ループアンテナ、あるいは楕円形ループアンテナとの重なる位置を調整することにより、無線タグの指向性を変化させる無線タグのアンテナ調整方法である。ここで、ダイポールアンテナは、単純なダイポールアンテナでも、折り返しダイポールアンテナのどちらであっても良い。

ここで、本発明のダイポールアンテナとループアンテナとの併合ループアンテナの構造について説明する。図１は、併合ループアンテナの構造を示す説明図である。図１において、併合ループアンテナ５は１辺（図１中にてａと示す）の長さがλ／２と、他辺(図１中にてｂと示す)の長さがλ／４の長方形ループ形状の中央から給電され、辺aの中心に、ダイポール型アンテナの端部が接続される構造からなる。このとき、アンテナの電流分布６が、図１中の点線のようになるため、間隔λ／４の３素子アレーアンテナの電流分布と等価になり、所望の指向性が得られる。

図２は、図１に示したダイポールアンテナとループアンテナを併合した指向性パターンの一例を示すグラフである。図３は、本発明のアンテナの指向性の回転方向を示す図である。図２において、１６はダイポールアンテナの指向性パターンであり、また１７はループアンテナを併合した指向性パターンである。ｘ方向について、ループアンテナを併合した指向性パターン１７のアンテナの利得は、ダイポールアンテナの指向性パターン１６のアンテナの利得より３ｄＢ改善されている。

併合ループアンテナを無線タグに用いることで、ダイポールアンテナと比較し、３ｄＢ程度アンテナ利得が得られ、通信距離を延ばすことが可能である。また、ダイポールアンテナ型のタグに対し、電気的に接続されないループ構造のアンテナを上から重ねたとしても、同様の効果が得られる。つまり、本発明のアンテナでは、ダイポールアンテナにループ構造のアンテナを重ねた構造としても良く、併合ループアンテナ型の無線タグを新たに作りなおす手間をかけずに、例えば、ループ構造のパターンを印刷したフィルムを上から重ねるだけで、通信距離を延ばすことが可能である。

（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１の無線タグの説明図である。図４に示すように、無線タグは、ガラスエポキシ基板からなる誘電体基板３１上に、銅からなるアンテナパターンが形成されている。具体的には、ＩＣチップ２とアンテナパターン９の一端が電気的に接続され、さらに長辺がλ／２長、短辺がλ／４長の長方形閉ループアンテナ８とアンテナパターン９の他端は接続点１０で電気的に接続される。一方、アンテナパターン１１の一端とＩＣチップ２のグランド側が接続され、アンテナパターン１１の他端と長方形閉ループ８は接続点１２で電気的に接続される。

ここで、アンテナパターン９と、アンテナパターン１１との長さの合計は、λ／４となっている。このように、単体でのダイポールアンテナの寸法が、長さλ／２から、図４のように長さλ／４に、短縮されたのは、長方形閉ループアンテナ８を、ダイポールアンテナに接続する事によって、もとのダイポールアンテナから見たインピーダンスが、変化するためである。なお、誘電体基板３１は、ガラスエポキシ基板に限られるものではなく、例えば、ＰＥＴ、ポリイミドなども使用可能である。また、アンテナパターンの材質は、銅に限られるものではなく、銀、金なども使用可能である。

図１１は、図４に示す無線タグにおけるアンテナの指向性特性の説明図である。図１１（ａ）は、本発明の無線タグの外観図であり、図１１（ｂ）は、無線タグのアンテナの指向性特性の説明図である。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の無線タグの説明図である。第１の実施の形態と同様に、図中ＩＣチップ２とアンテナパターン９の一端が電気的に接続され、さらに長軸の長さがλ／２長、短軸の長さλ／４の楕円形ループアンテナ１３とアンテナパターン９の他端が接続点１０で電気的に接続される。一方、アンテナパターン１１の一端とＩＣチップ２のグランド側が接続され、アンテナパターン１１の他端と楕円形ループアンテナ１３は接続点１２で電気的に接続される。

ここで、アンテナパターン９とアンテナパターン１１との長さの合計は、λ／４となっている。このように、単体でのダイポールアンテナの寸法が、長さλ／２から、図４のように長さλ／４に、短縮されたのは、楕円形ループアンテナ１３を、ダイポールアンテナに接続する事によって、もとのダイポールアンテナから見たインピーダンスが変化するためである。なお、誘電体基板３２は、ガラスエポキシ基板を使用しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＰＥＴ、ポリイミドなども使用可能である。また、アンテナパターンの材質は、銅を使用しているが、これに限られるものではなく、銀、金なども使用可能である。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３の無線タグの説明図である。ガラスエポキシ基板からなる誘電体基板３３ａ上に、銅からなるダイポールアンテナとＩＣチップ２が接続されたダイポールアンテナ型無線タグ１がある。前記ダイポールアンテナ型無線タグ１に、ガラスエポキシ基板からなる誘電体基板３３ｂ上に、銅からなる一辺がλ／２長、短辺がλ／４の長方形閉ループアンテナ１４を重ねた。長方形閉ループアンテナを重ねることにより、併合ループアンテナと同様の特性が得られる。

ここで、ダイポールアンテナ１の長さは、λ／２となっており、基本形態での長さは、変わっていない。なお、誘電体基板３３ａ，３３ｂは、ガラスエポキシ基板を使用しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＰＥＴ、ポリイミドなども使用可能である。また、アンテナパターンの材質は銅を使用しているが、これに限られるものではなく、銀、金なども使用可能である。

（実施の形態４）
実施の形態４の無線タグの例は、実施の形態３の無線タグの例においてダイポールアンテナ型無線タグ１を折り返しダイポールアンテナ型無線タグ２００（図１０参照）に変えたものである。折り返しダイポールアンテナ型無線タグ２００でも同様の効果が得られる。ここで、折り返しダイポール型アンテナは、その長さはλ／２となっており、基本形態（図１０）での長さと同一である。

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５の無線タグの説明図である。図７に示すように、無線タグは、ダイポールアンテナ型無線タグ１の上に、楕円の長軸がλ／２、短軸がλ／４の楕円形ループアンテナ１５に重ねた形式である。楕円形ループアンテナ１５を重ねることによって、実施の形態４の無線タグと同様の特性が得られる。

（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６の無線タグの説明図である。図８（ａ）は、ダイポ−ル型アンテナを誘電体基板３４ｂの平面内にて移動する場合の説明図であり、図８（ｂ）は、ダイポール型アンテナを誘電体基板３４ｂの平面垂直方向に移動する場合の説明図である。

図１３は、図８（ａ）に示す無線タグにおけるアンテナの指向性特性の説明図である。図１３（ａ）は、本発明の無線タグの外観図、図１３（ｂ）は、無線タグのアンテナの指向性特性の説明図である。図１３（ａ）に示すように、ダイポール型アンテナをダイポール型アンテナ型無線タグ１ａ，２ａ，３ａのように、誘電体基板３４ｂのｙ方向、平面上を移動することにより、指向性パターンは、図１３（ｂ）に示すように、１ａの放射パターン，２ａの放射パターン，３ａの放射パターンとなる。１ａの放射パターンでは、ｘ方向の指向性があるが、３ａの放射パターンでは、ｙ方向へ指向性がシフトしている。

図１２は、図８（ｂ）に示す無線タグにおけるアンテナの指向性特性の説明図である。図１２（ａ）は、本発明の無線タグの外観図、図１２（ｂ）は、無線タグのアンテナの指向性特性の説明図である。図１２（ａ）に示すように、長方形閉ループアンテナ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのごとく、ｘ方向上を移動することにより、指向性パターンは、図１２（ｂ）に示すように、１４ａの放射パターン，１４ｂの放射パターン，１４ｃの放射パターンとなり、１４ａの放射パターンでは、ｘ方向の指向性があるが、１４ｃの放射パターンでは、均等な指向性へとシフトしている。

なお、以上説明した実施の形態の無線タグでは、ダイポール型アンテナを基本としているが、これを、折り返しダイポールアンテナに置き換えても、同様の効果、および指向性が得られる。

併合ループアンテナの構造を示す説明図。図１に示す併合ループアンテナの指向特性を示すグラフ。本発明のアンテナの指向特性の回転方向を示す傾視図。本発明の実施の形態１の無線タグの説明図。本発明の実施の形態２の無線タグの説明図。本発明の実施の形態３の無線タグの説明図。本発明の実施の形態５の無線タグの説明図。本発明の実施の形態６の無線タグの説明図。図８（ａ）は、ダイポール型アンテナを誘電体基板の平面内にて移動する場合の説明図、図８（ｂ）は、ダイポール型アンテナを誘電体基板の平面垂直方向に移動する場合の説明図。ダイポールアンテナを搭載した従来の無線タグの説明図。折り返しダイポールアンテナを搭載した従来の無線タグの説明図。図４に示す無線タグにおけるアンテナの指向性特性の説明図。図１１（ａ）は、本発明の無線タグの外観図、図１１（ｂ）は、無線タグのアンテナの指向性特性の説明図。図８（ｂ）に示す無線タグにおけるアンテナの指向性特性の説明図。図１２（ａ）は、本発明の無線タグの外観図、図１２（ｂ）は、無線タグのアンテナの指向性特性の説明図。図８（ａ）に示すの無線タグにおけるアンテナの指向性特性の説明図。図１３（ａ）は、本発明の無線タグの外観図、図１３（ｂ）は、無線タグのアンテナの指向性特性の説明図。

符号の説明

１，２ａ，３ａダイポールアンテナ型無線タグ
２ＩＣチップ
３，３１誘電体基板
４折り返しダイポール型無線タグ
５併合ループアンテナ
６電流分布
７給電点
８長方形閉ループアンテナ
９アンテナパターン
１０接続点
１１アンテナパターン
１２接続点
１３楕円形ループアンテナ
１４長方形閉ループアンテナ
１５円形閉ループアンテナ
１６ダイポールアンテナの指向特性パターン
１７ループアンテナを併合した指向特性パターン
３１，３２，３３，３３ａ，３３ｂ，３４，３４ｂ誘電体基板

Claims

アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグにおいて、前記アンテナが、１周の長さが１波長のループ構造を少なくとも２つ以上配置した構造であることを特徴とする無線タグ。
アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成された無線タグにおいて、前記アンテナは、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、長辺の長さが１／２波長で、短辺の長さが１／４波長の長方形の無給電のループアンテナを電気的に接続した構造であることを特徴とする無線タグ。
アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを電磁波で送受信することが可能な無線タグにおいて、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、長軸の長さが１／２波長と、短軸の長さが１／４波長の楕円の無給電のループアンテナを電気的に接続した構造であることを特徴とする無線タグ。
アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを電磁波で送受信することが可能な無線タグにおいて、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、１辺の長さが１／２波長と１／４波長の長方形の無給電のループアンテナを重ねた構造であることを特徴とする無線タグ。
アンテナ、およびＩＣチップを有し、データを電磁波で送受信することが可能な無線タグにおいて、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、軸の長さが１／２波長と１／４波長の楕円となるような無給電のループアンテナを重ねることで通信距離を延ばすことを特徴とする無線タグ。
前記ダイポール型アンテナは、ダイポールアンテナ、あるいは折り返しダイポールアンテナのいずれかであることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の無線タグ。
請求項６記載の無線タグにおいて、前記ダイポールアンテナ、もしくは折り返しダイポールアンテナと無給電のループアンテナとの重なる位置を調整することにより、アンテナの指向性が調整されたことを特徴とする無線タグ。
請求項６記載の無線タグにおいて、前記ダイポールアンテナ、または折り返しダイポールアンテナと無給電のループアンテナとの高さ方向の距離を調整することにより、アンテナの指向性が調整されたことを特徴とする無線タグ。
アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成する無線タグのアンテナ調整方法において、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナと、長辺がλ/２長、短辺がλ/４長の長方形閉ループアンテナ、あるいは長軸がλ/２長、短軸がλ/４長の楕円状のループアンテナとを電気的に接続して、アンテナの指向性を調整することを特徴とする無線タグのアンテナ特性の調整方法。
前記ダイポール型アンテナは、ダイポールアンテナあるいは、折り返しダイポールアンテナのいずれかとすることを特徴とする請求項９に記載の無線タグのアンテナ特性の調整方法。
アンテナ、およびＩＣチップ、およびそれらを搭載する基板とで構成する無線タグのアンテナ特性の調整方法において、ＩＣチップが接続されたダイポール型アンテナの平面方向に、長辺がλ/２長、短辺がλ/４長の長方形閉ループアンテナ、あるいは長軸がλ/２長、短軸がλ/４長の楕円状のループアンテナを重ねて移動するか、前記ダイポール型アンテナの平面と垂直方向に長辺がλ/２長、短辺がλ/４長の長方形閉ループアンテナ、あるいは長軸がλ/２長、短軸がλ/４長の楕円状のループアンテナを移動することにより、アンテナの指向性を調整することを特徴とする無線タグのアンテナ特性の調整方法。
前記ダイポール型アンテナは、ダイポールアンテナあるいは、折り返しダイポールアンテナのいずれかとすることを特徴とする請求項１１に記載の無線タグのアンテナ特性の調整方法。