JP2008070922A

JP2008070922A - ブースターアンテナ

Info

Publication number: JP2008070922A
Application number: JP2006246256A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kamisaka; 晃一上坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP4793189B2

Abstract

【課題】配管等の管理において，管理時は配管同士の接触からＲＦＩＤタグが破損することを避けるためにキャップにタグを取り付け，施工段階以降は配管自体に取り付けたい時等において，タグに許容されるサイズおよび求められる指向性特性が変化するため，１つのタグでこれらの要求を満足することができなかった。
【解決手段】
パッチアンテナを用いたＲＦＩＤタグに，運用形態の変化時にアレー素子を付加または除去することで上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、運用形態が変化する物品にも容易に対応できるＲＦＩＤタグに関するものである。

ＲＦＩＤタグを用いる流通・履歴管理や物品管理が始められている。しかし同一チップを用いたままで運用形態が途中で変更される場合、通常はアンテナがチップに直接接続されているために、アンテナのみを換えるのは困難であり、一方タグ自体を変更するとその情報の変更も必要になるという問題があった。
13.56MHz帯の電磁誘導方式によるＲＦＩＤシステムの場合には、スパイラルコイルを用いる方式であるため、上記運用形態の変化に対し、非接触で無給電素子としてのコイルを付加することで対応することが提案されている（特許文献１）。
特許文献１にはのの様にスパイラルコイルを用いる場合，非接触で無給電素子としてのコイルを付加し，運用形態の変化に対応する方法も考えられることが示されている．しかし2.45GHz帯またはＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムではこの様な形態が存在しないため，運用形態の変更に対応しにくいという問題があった。

特開２００２−１０９４９２号公報

しかし、2.45GHz帯またはＵＨＦ帯の電波方式によるＲＦＩＤシステムの場合、平面アンテナを用いるため、上記手法では利用できず、運用形態への変化に対応することが困難な状況にあった。

また、電磁方式によるＲＦＩＤシステムの場合、電磁誘導方式に比べて指向性が狭く、通信エリア拡大のためにアンテナが必要となるため、全体としてのＲＦＩＤタグのサイズが大きくなり、特に運用形態の変化への対応が困難となっていた。

本願発明は、上記課題を解決し、管理対象物品の形態や運用形態の変化に容易に対応しつつ通信エリアの拡大も図れるＲＦＩＤタグを提供するものである。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）ＲＦＩＤタグであって、第一のアンテナと、前記第一のアンテナから着脱可能なタグとを有し、前記タグは、ＩＣチップと前記ＩＣチップと電気的に接続された第二のアンテナとを有することを特徴とするＲＦＩＤタグである。
（２）（１）記載のＲＦＩＤタグであって、前記第一のアンテナには、前記タグを取り付けるための導体溝が設けられていることを特徴とするＲＦＩＤタグである。
（３）（１）又は（２）記載のＲＦＩＤタグであって、前記タグが前記第一のアンテナに取り付けられている状態では、前記第一のアンテナと前記第二のアンテナとは電気的に接続されることを特徴とするＲＦＩＤタグである。

管理対象物品の形態や運用形態の変化に容易に対応しつつ通信エリアの拡大も図れる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図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るＲＦＩＤタグ構造の第一の実施形態を示す図である。
すなわち、本発明の構造は、グランド１０７の上に誘電体を介して設けられたパッチアンテナ１０４とＩＣチップ１０３で構成される素子部１０１と、エリア拡大のためのブースターアンテナ部１０２とが、前記アンテナ部に設けられた取り付け導体溝１０６により取り付け/取り外し可能となるように構成したものである。素子部はＩＣチップ１０３とパッチアンテナ１０４とを有するため、運用形態に合わせて適宜は取り外され、単体でパッチアンテナ構造のＲＦＩＤタグ１０１として機能することができる。また、取り付けた状態では全体としてパッチアンテナアレー構造のＲＦＩＤタグとして機能することができる。
ここで、ブースターアンテナ部１０２は、グランド１０７上に誘電体を介して設けられた複数のアレー素子１０５と、アレー素子間を接続する線路１０８と、各アレー素子の最後にある素子の端部に設けられた終端素子１０９と、素子部とはめ込むための取り付け用導体溝１０６を備える。このアレー素子１０５はそのピッチを誘電体基板上の波長相当の間隔となるようにし、このアレー素子１０５の長さは約半波長、その間を接続する線路１０８の長さも焼く半波長に相当するように設けることで、各アレー素子で送受する電界の位相を等しく揃えることができる。また、終端素子１０９は、これを整合終端素子とした場合は、アレー素子上を進行波が生じるマイクロストリップラインアンテナとして機能する。逆に、開放端素子又は素子自体を取り付けないとした場合は、最終端で全反射するため、アレー素子上に定在波が生じる共振パッチアレーアンテナとして機能しうる。この場合、各素子の端部で長さ調整しながら切断することで容易に最適値で利用することが可能である。
このブースターアンテナ部１０２に素子部１０１をはめ込むと、グランド１０７は連続に、パッチアンテナ１０４はアレー素子１０５に接続され、全体としてパッチアンテナアレー構造のＲＦＩＤタグとなる。

次に、本発明の第二の実施形態について、図２を用いて説明する。
図２は、多くの構成を第一の実施形態と同じにしており、相違する部分について説明する。本実施形態におけるブースターアンテナ部２０１は、薄いシートの上にアレー素子１０５だけを形成し、これを同程度の誘電率をもつゴム状シート２０２の上にのせて構成する。グランドについては物品管理の対象の金属部分をグランドとして用いるようにＲＦＩＤタグの素子部１０１のグランドを当該金属部分に接続するように構成する。
このようなフレキシブルな基板の構成をとることにより、柔軟性をもったパッチアンテナアレー構造のＲＦＩＤタグが実現でき、対象物品の形状にも柔軟に対応することができる。

次に、対象物品として金属配管の管理を例として、本発明を用いた実施例について図３を用いて説明する。
ここで配管３０１は施行前の管理時においてキャップ３０２がなされている状態を示している。この段階では配管同士の接触時にＲＦＩＤタグが破損することを避けるため、素子部１０１を取り外し、キャップ３０２にＲＦＩＤタグ１０１を付けておくことが考えられる。このＲＦＩＤタグ１０１は、図１に示すようにグランド１０７がシールドとして機能しており、このタグの通信の指向性はグランド１０７と反対側、つまりパッチアンテナ１０４の情報に限られため、キャップには図３に示すような向きで取り付ける必要がある。
次に運用形態の変化として、この配管を実際に施行する段階の場合を考える。この時キャップ３０２は配管３０１からはずされるため、ＲＦＩＤタグ１０１を取り外し、配管３０１に付け直す必要がある。この際、グランド１０７側を貼り付ければ金属導体の配管３０１の影響を受けず、通信可能距離に大きな変化はないため、ＲＦＩＤタグ１０１を単体で配管に取り付けることも可能である。しかし、このタグの指向性から配管３０１の周囲３６０°のどの方向からも読むことはできず、書き込み・読み込みの作業が困難となる。そこで、本発明では、このようなケースの場合、図１又は図２に示すように、ブースターアンテナ部２０１を配置し、当該アンテナ部２０１の取り付け用導体溝１０６にＲＦＩＤタグ１０１を取り付けるだけで、上記問題を容易に解決し、３６０°どの方向からも１つのタグを読むことが可能となる。

次に、図４は、通信エリアをさらに拡大するための多素子アレー構造を実現するブースター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。
具体的には、アンテナの実効面積を増やしたものであり、例えば、図１のブースターアンテナ１０２または図２のフレキシブル基板ブースターアンテナ２０１のアレーアンテナ素子１０５の素子を直列または／および並列に接続し素子数を大幅に増やすことでアンテナの実効面積の増加と利得の向上が期待できる。また各素子から取り付け用導体溝１０６上の素子までを直接接続する構造とし、その線路を等長配線とすることで、各素子を同時励振可能なブースターアンテナも実現可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
上記アレー素子１０５を構成する導体はＣｕやＡｌ等でよく、ゴム状シート２０２はシリコンゴムやポリウレタン等の柔軟性のある誘電体を用いることができる。
また、アレー素子１０５の数や構造はこれに限られず、接続線路１０８と同じ幅にし、全体として一本線の導体パターンとしたり、方形波状の導体パターンにしたものであってもよい。また、素子部１０１には１つのパッチアンテナがある例を示したがこれに限られず、取り外し可能な素子部側に複数のアンテナがあっても構わない。
また、管理する対象物品として、金属配管を例にとって説明したが、これに限られず、他の管理すべき物品であれば何でもよい。また、物品が梱包されたダンボールに対して本発明のＲＦＩＤタグを用いてもよい。

パッチアンテナＲＦＩＤタグとブースターアンテナフレキシブル基板を用いたブースターアンテナ本発明を適用した配管等金属部材管理時のＲＦＩＤタグ設置状態多素子ブースターアンテナ

符号の説明

１０１素子部（パッチアンテナ構造のＲＦＩＤタグ）
１０２ブースターアンテナ部
１０３ＩＣチップ
１０４パッチアンテナ
１０５アレーアンテナ素子
１０６取り付け用導体溝
１０７グランド
１０８アレー素子接続線路
１０９終端素子
２０１フレキシブル基板ブースターアンテナ
２０２ゴム状シート
３０１金属配管
３０２配管封止キャップ
４０１多素子アレー構造ブースターアンテナ

Claims

ＲＦＩＤタグであって、
第一のアンテナと、
前記第一のアンテナから着脱可能なタグとを有し、
前記タグは、ＩＣチップと前記ＩＣチップと電気的に接続された第二のアンテナとを有することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１記載のＲＦＩＤタグであって、
前記第一のアンテナには、前記タグを取り付けるための導体溝が設けられていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１又は２記載のＲＦＩＤタグであって、
前記タグが前記第一のアンテナに取り付けられている状態では、前記第一のアンテナと前記第二のアンテナとは電気的に接続されることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１乃至３のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであって、
前記第一のアンテナはゴム状シート上に設けられていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１乃至４のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであって、
前記第一のアンテナは、複数のアレー素子と、前記アレー素子の各々を接続する導体線路と含んで構成されることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項５記載のＲＦＩＤタグであって、
前記一のアレー素子と前記一の導体線路の長さはほぼ等しいことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項６記載のＲＦＩＤタグであって、
前記一のアレー素子の面積は前記一の導体線路の面積よりも広いことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１乃至７のいずれかに記載のＲＦＩＤタグであって、
前記第一のアンテナには終端素子が搭載されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項８記載のＲＦＩＤタグであって、
前記終端素子は整合素子であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項９記載のＲＦＩＤタグであって、
前記第一のアンテナはマイクロストリップラインアンテナとして機能することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項８記載のＲＦＩＤタグであって、
前記終端素子は開放端であり、端部で切断することで長さ調整して利用できるものであることを特徴とするＲＦＩＤタグ。