JP2008066808A - キャビティ付き薄型スロットアンテナ及びアンテナ給電方法並びにこれらを用いたｒｆｉｄタグ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体や物等の曲面に装着することができるうえ、比較的自由に変形するフレキシブルな特性を具備することができ、しかも、変形による特性変化及び装着体による特性変化が極めて小さい高効率のキャビティ付き薄型スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグ装置を提供する。
【解決手段】アルミニウム等の導体箔又はアルミニウム等の導体金属を蒸着した箔を用いて袋状にしてキャビティ１２を有する袋状体を構成する。このキャビティ１２に比較的柔らかい誘電体シート１３を内包させ、袋状体の片面の幅方向中央位置に長手方向にスロット１４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャビティ付き薄型スロットアンテナ及びアンテナ給電方法並びにこれらを用いたＲＦＩＤタグ装置に関するものである。

『布製アンテナによるＲＦＩＤ』 田中正人 ２００６年電子情報通信学会総合大会 Ｂ−１−１７３ Ｍａｒ．２００６ Ｗｅａｒａｂｌｅ ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ｖｏｌ．Ｅ８７−Ｂ， ｎｏ．８， Ａｕｇ．２００４ 特開２００２−３５２１９９号公報 特開２００５−２３６８５８号公報

近年、生活や社会の至る所にコンピュータが存在し、コンピュータ同士が自律的に連携して動作することにより、人間の生活を強力にバックアップする情報環境としてユビキタスコンピューティングが注目され、その一部が実現化されている。

このユビキタスコンピューティングにおいては、コンピュータはその存在を意識させることなく、必要に応じてネットワークに蓄積された個人情報などを参照しながら自動的に他のコンピュータと連携して処理を行なうことが可能となり、例えば、ＶＩＣＳ情報と連動した経路探索・周辺情報探索を行なうカーナビゲーションシステム等の他、衣服と一体化することにより「身にまとう」ことができるウェアラブルコンピュータなどがある。

また、ユビキタスコンピューティングを志向する近未来社会では、コンピュータ間の無線通信が不可欠となる。

上述したウェアラブルコンピュータは、例えば、人が着る服に内装さる運動量モニター装置であったり、様々な商品に貼付けるＲＦＩＤタグ装置である。これらの装置に用いられる無線通信手段には光・電波・電磁結合などが考えられるが、通信距離や効率等を考慮すると電波の利用が最も適していると思われる。

この際、電波による通信を行うにはアンテナが不可欠であるが、一般的なアンテナは自由に変形させて利用する事を考慮していないため、比較的に保形性の高い硬質材料を用いている。尚、保形性の高い硬質材料を用いている理由としては、アンテナは共振現象を利用しているため、構造の変形が共振周波数の変化につながる事を嫌うことにも起因している。

一方、上述したウェアラブルコンピュータに用いるアンテナとしては、変形を可能とすることが条件の一つとなっている。
図１５は非特許文献１で用いられている２．４５ＧＨｚ帯で動作するＩＣチップを使用した布製マイクロストリップアンテナによるＲＦＩＤの断面図である。

図において、布製アンテナ１は、アンテナパッチ２と地板３とに導電性布を用い、誘電体基板４にはフェルトを用いている。尚、偏波は右旋円偏波である。アンテナ給電には超小型コネクタ５による背面ピン給電方式を採用し、アンテナパッチ２と地板３との間を絶縁層貫通配線６で連絡している。

アンテナパッチ２と地板３とに用いられている導電性布は電磁波シールド材として使用され、ポリエステルの糸一本毎に金属被膜が形成されたものを使用した布である。また、誘電体基板４に用いられているフェルトには市販のものを用いており、超小型コネクタ５も携帯電話の内部等に用いられている公知のものである。

尚、このような所謂ウェラブルアンテナ構造としては、上述した非特許文献１，２の他に、例えば、人体や物など主に曲面に装着して比較的自由に変形するフレキシブルな特性を持つ無線通信用アンテナとしてＲＦＩＤタグと非接触で交信するリーダライタのアンテナを屈曲性の帯状体へ一体的に設け該帯状体の両端部に留め具を設けることで、アンテナを手首へ装着して荷物に貼着されたＲＦＩＤタグと非接触で情報交信することが可能となり、トラックの運転や配送伝票への手書きなどの時でも、いちいち着脱せずに装着したままで荷役作業することができ、荷役作業および運用の負荷を軽減した技術（特許文献１参照）や、携帯電話機等への装着が可能なストラップと一体に形成されたアンテナであり、アンテナ用コアの材料として軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる柔軟性とゴム弾性に富むコア材を使用し、このコア材をストラップの両側に配設すると共に、巻線を施してなるアンテナを構成することによってＡＭ帯よりも低い周波数帯で用いることができるうえ、高利得で耐衝撃性を備えるだけでなく柔軟性と弾性とを具備させた技術（特許文献２）等が考えられている。

しかしながら、非特許文献１，２に開示の技術では、アンテナパッチ２と地板３とに用いている導電性布が比較的高価であるうえ、パッチ部分の共振現象を利用し且つパッチサイズが波長λに対して、λ／２×λ／２程度と比較的大きいため、パッチ部分への接触や近接物による特性変化が極めて大きいばかりでなく、アンテナ給電のためにアンテナパッチ２と地板３との間を絶縁層貫通配線６で連絡しているためにアンテナの加工（ＲＦＩＤタグＩＣチップ等の実装）が難しいという問題が生じていた。

また、特許文献１，２に開示の技術にあっては、人体形状等に沿う屈曲性や人体の動きに伴う追従性に劣るうえ、特殊なコア材や巻き線を用いるために装置全体が比較的高価であるという問題が生じていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものである。
本発明は、人体や物等の曲面に装着することができるうえ、比較的自由に変形するフレキシブルな特性を具備することができる薄型スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグ装置を提供することを目的とする。
本発明は、変形による特性変化及び装着体による特性変化が極めて小さい高効率の薄型スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグ装置を提供することを目的とする。
本発明は、従来に比べてはるかに安価な薄型キャビティ付スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。

請求項１に記載の無線通信用のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、導体箔又は表面に導体薄膜が形成された箔によりキャビティを有する袋状体を構成し、該キャビティ内に誘電体シートを内装すると共に、前記箔の片面に導体を取り除いたスロットを設けた平面又は曲面に装着可能な可撓性を有することを特徴とする。

この記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナによれば、比較的自由に変形できる柔軟な薄型スロットアンテナを安価に製作することができる。この際、スロットは導体を切り取るのではなく誘電体フィルムに金属を蒸着する工程でマスク処理によっても作製することができる。
誘電体シートは、袋状体が人体などの曲面に沿って変形したとき、その変形に追従して弾性変形するに十分な柔らかさを有しているものが好ましい。
なお、袋状体は継目なしのシームレスの袋状体とすることが好ましい。

請求項２に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記キャビティは電波波長λに対して０．０１〜０．０５λの厚みを有し且つ長さ０．８〜１．２λ、幅０．４７〜０．５３λに構成されていることを特徴とする。

このキャビティ付き薄型スロットアンテナによれば、スロットとキャビティの結合が強くなりアンテナ効率を向上することができる。

この際、厚さ０．０１λ未満ではアンテナが狭帯域となり好ましくなく、厚さ０．０５λを超えると逆Ｆ型アンテナ等の他のアンテナ構造に比較して薄型構造の利点がなくなり好ましくない。尚、０．０１〜０．０５λの範囲内でも０．１５〜０．２λがより好ましい。また、長さ０．８λ未満では、スロットの形成が難しく好ましくなく、長さ１．２λを超えるとスロット長に対してアンテナが大きく成りすぎて好ましくない。尚、０．８〜１．２λの範囲内でも０．９〜１．０λがより好ましい。さらに、幅０．４７λ未満では、アンテナの共振周波数が上がり過ぎて好ましくなく、幅０．５３λを超えるとアンテナの共振周波数が下がり過ぎて好ましくない。尚、０．４７〜０．５３λの範囲内でも０．４８〜０．５λがより好ましい。

請求項３に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記スロットは前記キャビティの片面の幅方向中央位置に長手方向に幅０．０１〜０．０５λ、長さ０．６５〜０．８５λで設けたことを特徴とする。

請求項４に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記誘電体シートは、ポリプロピレン又はポリスチレンのいずれかの材料からなることを特徴とする。特に、発明の効果上ポリプロピレンが好ましい。
誘電率（１ｋＨｚ）は、ポリプロピレン２．０〜２．５、ポリスチレン２．４〜２．６である。ポリエチレンその他の樹脂も適宜用いることができる。

この際、誘電体シートとして高発泡材料を用いることにより、誘電率が空気に近づくために誘電体損失が下がりアンテナの効率が上がるうえ、柔軟性が高く、しかも軽量化を実現することができる。

請求項５に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記誘電体シートの厚さは、０．０１〜０．０５λであることを特徴とする。

この際、誘電体シートの寸法は、加工性や外部からの力による厚みの変化幅を考慮すると２ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。また、２．４５ＧＨｚ帯ＲＦＩＤに利用した場合には厚み２ｍｍは０．０１６λであり、９５０ＭＨｚ帯ＲＦＩＤに利用した場合には厚み３ｍｍは０．００９５λとなる。

請求項６に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記導体箔又は導体薄膜は、アルミニウム又は銅のいずれかの材料からなることを特徴とする。
この際、アルミニウムを使用した場合には軽量でしかも安定したアンテナ特性を得ることができ、 銅を用いた場合には比較的安価で導電率を高くする（低損失であるためにアンテナの効率が良くなる）ことができる。

請求項７に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記導体箔の厚さは５μｍ〜２０μｍであることを特徴とする。

請求項８に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記導体薄膜の厚さは０．５μｍ〜１０μｍであることを特徴とする。

請求項９に記載の記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記導体薄膜を形成する下地となる箔は（ポリプロピレン、ポリエステル）のいずれかの材料からなることを特徴とする。

この際、導体膜の厚みは加工性と強度および柔らかさを考慮するのが好ましく、導体薄膜の厚みは表皮効果を考慮すると９５０ＭＨｚ帯で使用する場合は５μｍ程度、２．４５ＧＨｚ帯で使用する場合は２μｍ程度以上であることがアンテナの効率を上げるために有意である。ただし、導体箔の厚みを増やすことは堆積プロセス等の生産性が悪くなると考えられる。また、導体薄膜を形成する下地となる箔の厚みは加工性と強度および柔らかさを考慮すると２０μｍ〜１００μｍが望ましい。尚、ポリプロピレンとポリエステルはアルミ蒸着に適している。
蒸着は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法その他の薄膜形成技術による薄膜形成を用いて行えばよい。特に蒸着法が好ましい。

請求項１０に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記スロットと同形状のスロット（以下テープスロットという）を有し、予めＩＣチップ及び同軸ケーブルが電気的に前記テープスロット間で連絡するように接続されている粘着性導体テープが、前記スロットと前記テープスロットとの位置を合わせて前記箔に接着されていることを特徴とする。

このキャビティ付き薄型スロットアンテナによれば、熱的・機械的に弱い安価な材料で製作したキャビティ付き薄型スロットアンテナに熱的・機械的に比較的強い材料で製作した給電回路を接着することによって安価なアンテナ装置を製作することができる。

このキャビティ付き薄型スロットアンテナは、電気的接続が比較的容易な２つの粘着性導体電極に予めＩＣチップ及び同軸ケーブルを電気的に接続したものを、前記２つの粘着性導体電極が前記スロットをふさがないように前記スロットを跨いで接着することによって、前記スロット上下のキャビティ導体と前記２つの粘着性導体電極がそれぞれ容量性結合することを利用したことを特徴とする。

このキャビティ付き薄型スロットアンテナによれば、一般に用いられているダイポールアンテナ付きＲＦＩＤタグＩＣチップをＩＣチップ位置がスロット位置になるようにしてスロットを跨ぐようにダイポールアンテナを本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナに接着することによってＲＦＩＤタグの通信距離が拡大されるばかりでなく人体等に密着して利用することも可能とすることができる。

請求項１２に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、給電点を前記スロットの一端から０．１〜０．２λ離れた位置に設けて５０Ω給電インピーダンスを得るようにしたことを特徴とする。

請求項１２に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナによれば、最も一般的に利用される５０Ω負荷のＩＣチップや同軸ケーブルとアンテナの整合をとることができる。

請求項１３に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナは、前記導体箔または導体薄膜が形成された箔のスロットを設けた面には前記スロットの近傍を避けて、前記スロットの無い面及び前記誘電体シートに一様に数個の穴を開けたことを特徴とする。

請求項１３に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナによれば、キャビティ付き薄型スロットアンテナを衣服等に縫い込んだ場合であっても、数個の穴を水抜き穴並びに空気抜き穴として利用することがき、その衣服の洗濯や乾燥を容易に行うことができる。

請求項１４に記載のＲＦＩＤタグ装置は、請求項１乃至１３のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナをアンテナとして用いたことを特徴とする。

請求項１５に記載のＲＦＩＤタグ装置は、請求項１乃至１３のいずれか１項記載のアンテナを用い、前記スロット間をＩＣチップで連絡し、給電２端子に加えて返送反射波を変調するための第３の端子を有する構造とし、前記スロットの一端を拡張して給電インピーダンスを受電整合状態から外すと共にその拡張したスロットに可変インピーダンス素子を装荷し、該可変インピーダンス素子を前記第３の端子で制御することを特徴とする。

請求項１５に記載のＲＦＩＤタグ装置によれば、可変インピーダンス素子としてバラクタダイオード等のゼロバイアス時ＲＦにおいて低インピーダンスを得ることができ且つバイアス印加時高インピーダンスを得る素子を用いることにより、高効率のタグ返送応答信号を得ることができる。

請求項１６に記載のＲＦＩＤタグ装置は、請求項１乃至１３のいずれか１項記載のアンテナを用い、前記スロット間をＩＣチップで連絡し、給電２端子に加えて返送反射波を変調するための第３の端子を有する構造とし、前記スロット給電点から外れた位置に半導体素子を装荷し、該半導体素子を前記第３の端子で制御することを特徴とする。

このＲＦＩＤタグ装置によれば、半導体素子としてＰＩＮダイオード等のゼロバイアス時ＲＦにおいて高インピーダンスを得且つバイアス印加時低インピーダンスを得る素子を用いることにより、高効率のタグ返送応答信号を得ることができる。

本発明によれば、比較的柔らかい誘電体シートを内装すると共にアルミ等の導体箔又は導体金属を蒸着したシートを用いた袋によってキャビティを構成し、このキャビティの片面の幅方向中央位置に長手方向にスロットを設けたことにより、人体や物等の曲面に装着することができるうえ、比較的自由に変形するフレキシブルな特性を具備することができ、しかも、変形による特性変化及び装着体による特性変化が極めて小さい高効率のキャビティ付き薄型スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグ装置とすることができる。

次に、本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグ装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の形態を示すキャビティ付き薄型スロットアンテナの斜視図である。

図１には、導体箔によりキャビティ１２を有する袋状体１１を構成し、キャビティ１２内に軟性の誘電体シート１３を内装すると共に、導体箔の片面に導体箔の一部を取り除いたスロット１４を設けている。この袋状体が平面又は曲面に装着可能な可撓性を有する無線通信用のキャビティ付き薄型スロットアンテナとなる。
以下本実施の形態をより詳細に説明する。
図１において、キャビティ付き薄型スロットアンテナ（以下、単に「アンテナ」と称する。）１１は、例えば、アルミ箔又はアルミ蒸着処理を施した袋状のキャビティ１２（共振空洞）と、このキャビティ１２の内部に設けられた厚さ２ｍｍの高発泡ポリプロピレンシート１３と、キャビティ１２の一表面に貼着された銅テープ１５等からなるスロット１４と、このスロット１４内に位置する給電点１６とを備えている。尚、これらキャビティ１２、高発泡ポリプロピレンシート１３、スロット１４、銅テープ１５、給電点１６の各寸法を、設計周波数２．５ＧＨｚ帯の場合で括弧内に波長λの電波で規格化した寸法として図面上で示すが、２．５ＧＨｚ帯に限らず様々な周波数帯に適用できる。

アンテナ１１は、比較的薄くかつ柔らかい高発泡ポリプロピリンシートを内装するアルミ箔又はアルミ蒸着の袋状シートで包まれたキャビティ１２に細長いスロット１４を設けた極めて簡単な構造である。また、アンテナ１１の共振周波数は、スロットと直角方向のキャビティ幅（６０ｍｍ ０．５λ）によって決まっている。スロット１４の長さ（１１０ｍｍ）及び給電点１６の位置（１６ｍｍ）は負荷インピーダンスとの整合条件によるもので、図１の寸法は最も一般的な５０Ω負荷の場合である。

以下、２．５ＧＨｚ帯のアンテナ１１とした場合のキャビティ１２として、厚さ１２μｍのアルミ箔（家庭用アルミホイル等）や比較的厚みのあるアルミ蒸着フィルム（菓子袋）を利用した試作品を用い、熱的に弱く且つハンダ付け等が困難であるため、予めキャビティ１２用の袋にスロット１４を設けると共にこのスロット１４と同様のスリット１４ａを設けた銅テープ１５に給電点１６としての同軸ケーブルをハンダ付けした後にこれを接着して製作したものである。この構造のアンテナ１１では、従来の布製パッチアンテナと同様に変形が比較的容易で裏面方向への放射が少ないために物体に貼って使用しても特性の劣化が殆ど無い。

また、布製パッチアンテナの欠点であった以下の改善効果も期待することができる。
（１）アルミシートや高発泡ポリプロピレン（通常緩衝材）をキャビティ１２として使用しているために安価である。
（２）キャビティ１２の共振現象を利用しているためにスロット１４以外への接触や近接物による特性変化が極めて小さい。（スロット１４への接触によって給電インピーダンスが変化する現象は認められるが、パッチアンテナと比較してその影響を受ける部位の面積は極めて小さい）
（３）アンテナ給電がスロット１４上のスロット短絡点にあるため、ＲＦＩＤタグＩＣチップ等の実装が容易となる。

以下、上述した試作品を用いたアンテナ評価結果を図２乃至図５に示す。

図２は、試作した２．５ＧＨｚ帯の柔らかいキャビティ付き薄型スロットアンテナのＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）周波数特性を評価した結果である。

この図２において、Ｆｒｅｅは外力を加えずにアンテナの厚み５．５ｍｍで測定した結果、Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄは平面状で外力を加えてアンテナの厚みを２．５ｍｍに圧縮した結果、９０°ｂｅｎｄｅｄは外力を加えてアンテナの厚みを２．５ｍｍとして９０°曲げた結果である。いずれの場合も共振周波数は２．４〜２．６ＧＨｚの間にあり、２．５ＧＨｚ帯ではＶＳＷＲが３程度または、それ以下となっている。

図３及び図４は、試作したアンテナ１１のＨ面（図１の図示左右回転方向）及びＥ面（図１の上下回転方向）における主偏波と交差偏波の指向性利得の評価結果である。偏波選択性能は２０ｄＢ以上であり、最大利得は６．９ｄＢｉであった。半値幅はＨ面６０°に対してＥ面１１６°とＥ面の方が２倍近く広いが、これはスロット磁流がＨ面方向に広がりを有するためである（アンテナ１１の放射は幅が広いほどビームが狭くなる）。

図５及び図６は、試作したアンテナ１１をスロット１４が縦方向となるようにファントム（０．９％生理食塩水を充填した２Ｌペットボトル）に密着して評価したＨ面及びＥ面における主偏波と交差偏波の指向性利得である。尚、以下においては、スロット１４と同形状のスロットを有する電気的接続が比較的容易な粘着性導体テープ等に予め同軸ケーブルを電気的にスロット間で連絡するように接続した後にスロットアンテナにスロット位置を合わせて接着したものを用いている。

偏波選択性能及びＨ面指向性はファントムに貼り付けない場合とほぼ同じであるがＥ面指向性はファントムの影響で広がっており最大利得も０．９ｄＢ低下している。

図７は、試作したアンテナ１１をスロット１４が横方向となるようにファントムに密着して評価したＨ面の主偏波と交差偏波の指向性利得である。図５の縦方向に装着した場合と比較して、半値幅はほとんど変化していないが交差偏波が少し増加し、主偏波の最大利得が０．８ｄＢ低下している。これは、幅１０ｃｍのファントムに幅１２ｃｍのアンテナの両端を１ｃｍづつ曲げて装着したことが原因と考えられる。

図８は、試作したアンテナ１１をスロット１４を横方向とすると共にファントムの角部に密着（２面）して評価したＨ面の主偏波と交差偏波の指向性利得である。図７のほぼ平面に装着した場合に比較して、交差偏波のレベルはほぼ等しいが、主偏波の半値幅が広がり、これによって最大利得も２．８ｄＢ低下している。

図９及び図１０はキャビティを構成する袋状シート材にアルミ蒸着フィルムを用いた試作アンテナ１１をスロット１４が横方向となるようにファントムに密着して評価したＨ面の主偏波と交差偏波の指向性利得である。図７の１２μｍ厚みアルミ箔を用いた場合に比較して主偏波の半値幅はほぼ同じであるが、主偏波レベル交差偏波レベルともに低下している。主偏波ピーク利得を比較すると、厚いアルミ蒸着フィルムの場合が３．２ｄＢ低下、薄いアルミ蒸着フィルムの場合が４．３ｄＢ低下している。２．５ＧＨｚ帯におけるアルミの表皮効果深さは約１．６μｍであり、１２μｍ厚みのアルミ箔では十分に高いＱ値のキャビィが構成されたのに対してアルミ蒸着フィルムではアルミ層の厚みが十分でないためにキャビティに損失分が現れたと考える。アルミ層の厚みは２．５ＧＨｚ帯で３μｍあれば十分と考えられる。蒸着フィルムを用いる場合には、アルミ層の厚みが使用周波数における表皮効果深さよりも大きいことが望まれる。

図１１及び図１２は、他のアンテナ２１を示し、１２はキャビティ、１３は高発泡ポリプロピレンシート、１４はスロット、１７は制御ＩＣ、１８はショートスタブ、１９は復調回路、Ｄ１及びＤ２はバラクタ・ダイオード、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサ、Ｄ３〜Ｄ５はショットキーバリア・ダイオードである。

ここで、バラクタ・ダイオードＤ１，Ｄ２は、Ｂ端子出力がＬｏｗレベル（ＲＦＩＤ制御ＩＣ１７が応答動作していないとき）では、この位置でスロットは短絡状態となりＡ端子−Ｇ端子間で５０Ωの給電整合を行う。

また、Ｃ端子−Ｇ端子間には昇圧動作用のλｇ／４ショートスタブ１８が接続される（λｇは伝送路の実効波長）。Ｂ端子出力がＨｉｇｈレベルでは、バラクタ・ダイオードＤ１，Ｄ２の位置でスロット１４は開放状態で長くなり、Ａ端子−Ｇ端子間のインピーダンスは５０Ωに整合しなくなることによって応答信号を反射させることができる。

このように、本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナ及びＲＦＩＤタグ装置にあっては、人体や物など主に曲面に装着して比較的自由に変形するフレキシブルな特性を持つ無線通信用アンテナであって、アルミ等の導体箔または導体金属を蒸着した袋状のシートによってキャビティ１２を構成し、比較的柔らかい高発泡ポリプロピレンシート１３を誘電体シートとしてキャビティ１２内に設けると共に、キャビティ１２の片面の幅方向中央位置に長手方向にスロット１４を設けている。

従って、袋状のキャビティ１２の共振現象を利用することで柔軟性と弾性に富む小型・薄型・軽量のアンテナ１１をローコストで生産することができるばかりでなく、変形による特性変化および装着体による特性変化が極めて小さい高効率のアンテナ１１を提供することが可能となり、このアンテナ１１を用いることで通信距離の長いＲＦＩＤタグ装置を提供することが可能となる。

また、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＲＦＩＤタグＩＣチップ３０が２端子構造ではなく、返送反射値を変調するための第３の端子を有するものである場合に、スロット給電点（ＲＦＩＤタグＩＣチップ３０の実装位置）から外れたスロット位置にＰＩＮダイオード（又はトランジスタ素子）３１を装荷してライン接続３２し、これを第３の端子で制御することによって効率の高い返送反射値を得ることも可能である。この際、ＰＩＮダイオード３１は、ゼロバイアス時にＲＦにおいて高インピーダンス状態（オープン）となり、バイアス印加時に低インピーダンス状態（ショート）となる。

さらに、図１４に示すように、電気的接続が比較的容易な２つの粘着性導体電極３３，３４に予めＩＣチップ３０や同軸ケーブル（図示せず）を電気的に接続すると共に、スロット１４をふさがず且つスロット１４を跨ぐように２つの粘着性導体電極３３，３４を接着することによって、スロット１４の上下のキャビティ導体と２つの粘着性導体電極３３，３４がそれぞれ容量性結合する給電方法とすることも可能である。

これにより、一般に用いられているダイポールアンテナ付きＲＦＩＤタグＩＣチップのＩＣチップ位置と一致するスロット位置でスロット１４を跨ぐようにダイポールアンテナ（同軸ケーブル等）をキャビティ付き薄型スロットアンテナとして接着することによってＲＦＩＤタグの通信距離が拡大されるばかりでなく人体等に密着して利用することも可能になる。

この際、キャビティ１２に一様に数個の穴を開けることで、ＲＦＩＤタグ装置を縫い込んだ衣服を洗濯する場合に、その穴を水抜き穴並びに空気抜き穴として利用することができ、容易にキャビティ１２内に水を含むことができ且つ容易にその水を排出することができるようになり、ＲＦＩＤタグ装置を縫い込んだ衣服の洗濯等を容易に行うことも可能となる。

本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナの斜視図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したキャビティ付き薄型スロットアンテナのＶＳＷＲ周波数特性のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したアルミ箔（厚さ１２μｍ）加工キャビティ付き薄型スロットアンテナ（ファントム無し）のＨ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したアルミ箔（厚さ１２μｍ）加工キャビティ付き薄型スロットアンテナ（ファントム無し）のＥ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したアルミ箔（厚さ１２μｍ）加工キャビティ付き薄型スロットアンテナをファントムに縦方向密着としたＨ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したアルミ箔（厚さ１２μｍ）加工キャビティ付き薄型スロットアンテナをファントムに縦方向密着としたＥ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したアルミ箔（厚さ１２μｍ）加工キャビティ付き薄型スロットアンテナをファントムに横方向密着としたＨ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作したアルミ箔（厚さ１２μｍ）加工キャビティ付き薄型スロットアンテナをファントム角部に跨って横方向密着としたＨ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作した厚手アルミ箔加工キャビティ付き薄型スロットアンテナをファントム横方向密着としたＨ面利得のグラフ図である。 本発明のキャビティ付き薄型スロットアンテナを示し、試作した薄手アルミ箔加工キャビティ付き薄型スロットアンテナをファントム横方向密着としたＨ面利得のグラフ図である。 本発明の他のキャビティ付き薄型スロットアンテナの斜視図である。 本発明の他のキャビティ付き薄型スロットアンテナの要部の回路図である。 （Ａ）は本発明の他のキャビティ付き薄型スロットアンテナの正面図、（Ｂ）は要部の説明図である。 本発明の他のキャビティ付き薄型スロットアンテナの斜視図である。 従来の布製マイクロストリップアンテナの断面図である。

符号の説明

１１…キャビティ付き薄型スロットアンテナ（アンテナ）
１２…キャビティ
１３…高発泡ポリプロピレンシート（誘電体シート）
１４…スロット
１５…銅テープ
１６…給電点

Claims (16)

1. 導体箔又は表面に導体薄膜が形成された箔によりキャビティを有する袋状体を構成し、該キャビティ内に誘電体シートを内装すると共に、前記箔の片面に導体を取り除いたスロットを設けた平面又は曲面に装着可能な可撓性を有することを特徴とする無線通信用のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
2. 前記キャビティは電波波長λに対して０．０１〜０．０５λの厚みを有し且つ長さ０．８〜１．２λ、幅０．４７〜０．５３λに構成されていることを特徴とする請求項１記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
3. 前記スロットは前記キャビティの片面の幅方向中央位置に長手方向に幅０．０１〜０．０５λ、長さ０．６５〜０．８５λで設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
4. 前記誘電体シートは、ポリプロピレン又はポリスチレンのいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
5. 前記誘電体シートの厚さは０．０１〜０．０５λであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
6. 前記導体箔又は導体薄膜は、アルミニウム又は銅のいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
7. 前記導体箔の厚さは５μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
8. 前記導体薄膜の厚さは０．５μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
9. 前記導体薄膜を形成する下地となる箔はポリプロピレン又はポリエステルのいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１乃至６、８のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
10. 前記スロットと同形状のスロット（以下テープスロットという）を有し、予めＩＣチップ及び同軸ケーブルが電気的に前記テープスロット間で連絡するように接続されている粘着性導体テープが、前記スロットと前記テープスロットとの位置を合わせて前記箔に接着されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
11. 電気的接続が比較的容易な２つの粘着性導体電極に予めＩＣチップ及び同軸ケーブルを電気的に接続したものを、前記２つの粘着性導体電極が前記スロットをふさがないように前記スロットを跨いで接着することによって、前記スロット上下のキャビティ導体と前記２つの粘着性導体電極がそれぞれ容量性結合することを利用したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
12. 給電点を前記スロットの一端から０．１〜０．２λ離れた位置に設けて５０Ω給電インピーダンスを得るようにしたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
13. 前記導体箔または導体薄膜が形成された箔のスロットを設けた面には前記スロットの近傍を避けて、前記スロットの無い面及び前記誘電体シートに一様に数個の穴を開けたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナ。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項記載のキャビティ付き薄型スロットアンテナをアンテナとして用いたことを特徴とするＲＦＩＤタグ装置。
15. 請求項１乃至１３のいずれか１項記載のアンテナを用い、前記スロット間をＩＣチップで連絡し、給電２端子に加えて返送反射波を変調するための第３の端子を有する構造とし、前記スロットの一端を拡張して給電インピーダンスを受電整合状態から外すと共にその拡張したスロットに可変インピーダンス素子を装荷し、該可変インピーダンス素子を前記第３の端子で制御することを特徴とするＲＦＩＤタグ装置。
16. 請求項１乃至１３のいずれか１項記載のアンテナを用い、前記スロット間をＩＣチップで連絡し、給電２端子に加えて返送反射波を変調するための第３の端子を有する構造とし、前記スロット給電点から外れた位置に半導体素子を装荷し、該半導体素子を前記第３の端子で制御することを特徴とするＲＦＩＤタグ装置。

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