JP2009527966A - 送信機、受信機、送信機又は受信機に使用するためのアンテナ配置及びｒｆｉｄトランスポンダ - Google Patents

Abstract

アンテナ配置は、送信機からの受信信号を受信するように構成された電気アンテナと、受信回路に接続される２つの端子を有する少なくとも１つの導電ループとを備え、受信回路は、少なくとも１つの導電ループによって生成される電気信号を処理するように構成される。少なくとも1つの導電ループは、電気アンテナが受信する受信信号に応答して電気信号を生成するように、電気アンテナからある距離以内で離間されて、電気アンテナに磁気的に結合させる。代わりに、アンテナ配置は、送信機に用いるための送信アンテナとしても用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信機、受信機、送信機又は受信機に使用するためのアンテナ配置及びＲＦＩＤトランスポンダに関する。

送信機又は受信機の例としては、ＲＦＩＤタグ又はラベルに用いる、いわゆる無線周波識別（ＲＦＩＤ）が挙げられる。トランスポンダは、基板、受信／送信回路、及びアンテナとして用いる少なくとも１つの導電ループを備えている。トランスポンダは、基地局からクエリを受信して、それらクエリに応答する。クエリは、例えば約８５０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚのようなある周波数を有する送信信号によって送信される。トランスポンダの導電ループは、送信信号を受信又は送信するアンテナである。導電ループのインダクタンス及び受信／送信回路の入力又は動作キャパシタンスは、ＬＣ共振回路を形成しており、このＬＣ共振回路は、通常、適切な導電ループを選択して送信信号の周波数に同調されている。

集積回路及び導電ループは、通常、例えば紙又は適当なプラスチックシートのような基板上に配置されている。基板に用いる様々な材料と使用中のトランスポンダ周囲の様々な材料とでは、誘電率が異なるおそれがあり、このことは、トランスポンダのアンテナの同調に悪影響を及ぼす。

米国特許第６０２８５６４号は、任意の負荷又はフロントエンドで動作するように設計された、電圧及び電力源として用いるアンテナを備える受信機（特にＲＦＩＤタグ）を開示している。このアンテナは、少なくとも１つの素子及び少なくとも１つのアンテナ端子を含むアンテナセクションと、距離を空けて素子に隣接して位置付けられる少なくとも１つのローディングバーとを備えている。アンテナの入力インピーダンスの実部は、ローディングバーの長さ、幅又は間隔距離の調整によって変化し、さらに、ローディングバーの数によっても変化する。

本発明の目的は、アンテナ配置の性能がその周囲の材料特性に依存しないアンテナ配置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、受信機、送信機又はＲＦＩＤトランスポンダの性能が、それら周囲の材料特性に依存しない、受信機、送信機及びＲＦＩＤトランスポンダを提供することにある。

本発明の目的は、受信機に使用するためのアンテナ配置であって、送信機からの受信信号を受信するように構成された電気アンテナと、受信回路に接続される２つの端子を有する少なくとも１つの導電ループとを備え、受信回路は、少なくとも１つの導電ループによって生成される電気信号を処理するように構成された、受信機に使用するためのアンテナ配置によって達成される。少なくとも1つの導電ループが、電気アンテナによって受信された受信信号に応答して電気信号を生成するように、少なくとも１つの導電ループは、電気アンテナからある距離以内で間隔を置かれ、電気アンテナに磁気的に結合する。

本発明のアンテナ配置は、外部の送信機からの受信信号を受信するための主要構造である電気アンテナを備える。電気アンテナは、その近傍界において１２０πΩ以上のインピーダンスを有するアンテナとする。これは、その近傍界において１２０πΩ未満のインピーダンスを有するアンテナである、磁気アンテナとは対照的である。同調された導電ループを、磁気アンテナとみなすことができる。

電気アンテナの例としては、モノポール、ダイポール及びマルチポールアンテナ、或いは、例えば折返しアンテナ、ボウタイアンテナ、又はスロットアンテナのような、ダイポールアンテナを変形したものが挙げられる。

電気アンテナは、本発明のアンテナ配置によって構成される受信機に信号を送信する外部の送信機の送信アンテナに結合する、本発明のアンテナ配置の主要構造である。この電気アンテナは、少なくとも１つの導電ループから間隔を置かれ、少なくとも１つの導電ループと磁気的に結合する。磁気結合によって、電気アンテナが補足した受信信号は、少なくとも１つの導電ループにおいて電気信号を誘導する。本発明のアンテナ配置によって構成される受信機の受信回路は、少なくとも１つの導電ループの端子に接続されて、電気アンテナによって誘導される電気信号を受け入れる。

本発明の目的は、受信機に送信信号を送信するように構成された電気アンテナと、送信回路の駆動回路に接続される２つの端子を有する少なくとも１つの導電ループとを備える、本発明による送信回路に使用するためのアンテナ配置によっても達成される。電気アンテナが、少なくとも１つの導電ループに注入された電気信号に応答して送信信号を生成するように、駆動回路は、電気アンテナからある距離以内で間隔を置かれ電気アンテナに磁気的に結合する、少なくとも１つの導電ループに電気信号を注入する。

本発明のアンテナ配置は、送信機に用いることもできる。この場合、電気アンテナは、外部の受信機に送信信号を送るための主要構造となる。上述のように、電気アンテナは、その近傍界において１２０πΩ以上のインピーダンスを有するアンテナとする。

本発明のアンテナ配置は、送信機の送信回路に用いることを意図したものであり、特に、少なくとも１つの導電ループの端子を介して送信回路の駆動回路に結合することを意図している。稼動時に、駆動回路は、少なくとも１つの導電ループに電気信号を注入する。磁気結合によって、電気信号が、電気アンテナにおいて送信信号を誘導し、その送信信号は、その後、外部の受信機に送信される。

電気アンテナは、受信信号を受信するため又は送信信号を送信するための主要コンポーネントである。従って、少なくとも１つの導電ループに対する設計制約条件は、主要なアンテナコンポーネントとして導電ループを有するアンテナ配置に対するものよりも厳しくない。従って、少なくとも１つの導電ループを、好適には、その断面において２ｍｍ未満、又は１ｍｍ未満の導電路を有する、比較的小さい導電ループとして設計することができる。特に、本発明のアンテナ配置を、例えば紙又はプラスチックシートのような基板上の受信又は送信回路と共に構成する場合は、少なくとも１つの導電ループは、印刷又はエッチング技術による比較的簡単な方法で製造することができる。

電気アンテナと少なくとも１つの導電ループとの間の距離を調整することで、電気アンテナと少なくとも１つの導電ループとの間の磁気結合の程度を調整することができる。この距離は、好適には２０ｍｍ未満、及びより好適には、１０ｍｍ未満又は５ｍｍ未満であることが望ましい。電気アンテナは、例えばボウタイアンテナのような広帯域アンテナとするのが特に望ましい。アンテナ配置と少なくとも１つの導電ループとの間の距離を変化させると、本発明のアンテナ配置のバンド幅を適切に調整することができる。

電気アンテナの少なくとも第１の部分と少なくとも１つの導電ループの少なくとも第２の部分とは、互いに平行になるようにする。これら２つの部分は、特に、電気アンテナと少なくとも１つの導電ループとの間の磁気結合に用いられる。２つの平行なセクション間の距離は、２０ｍｍ未満とするのが好適であり、１０ｍｍ未満又は５ｍｍ未満とするのがさらに好適である。

少なくとも１つの導電ループ及び電気アンテナは、任意の適切な形状とすることができる。本発明のアンテナ配置の限定的なバージョンにおいて、少なくとも１つの導電ループ及び電気アンテナの双方は、ほぼ対称に形成する。この場合に、少なくとも１つの導電ループ及び電気アンテナは、それぞれ、ほぼ同じ電位の場所を有するようになる。これら２つの場所は、電気的に相互に接続させることができる。

本発明のアンテナ配置で構成され得る受信機は、少なくとも１つの導電ループのインダクタンスと共にＬＣ共振回路を形成する入力キャパシタンスを含む。本発明のアンテナ配置で構成される受信機の性能を改善するために、少なくとも１つの導電ループは、ＬＣ共振回路を受信信号の搬送周波数に同調させるように形成する。特に、少なくとも１つの導電ループを比較的小さくすることができるため、得られるＬＣ共振回路は、本発明のアンテナ配置で構成される受信機の周囲の材料の誘電特性に対して、標準的な構成よりもロバストとなる。このことは、斯様な受信機の応用の可能性を広げることができる。

本発明のアンテナ配置が用いられる送信機の駆動回路は、少なくとも１つの導電ループのインダクタンスと共にＬＣ共振回路を形成する出力キャパシタンスを含む。本発明のアンテナ配置で構成される送信機の性能を改善するために、少なくとも１つの導電ループは、ＬＣ共振回路を送信信号の搬送周波数に同調させるように形成する。この少なくとも１つの導電ループを比較的小さくすることができるため、得られるＬＣ共振回路は、アンテナ配置を含む送信機の周囲の材料の誘電特性に対して、標準的な構成よりもロバストとなる。このことにより、本発明のアンテナ配置で構成される送信機の応用の可能性が広がる。

本発明の目的は、集積回路とすることもできる本発明による電気回路を備える受信機と、本発明によるアンテナ配置とによって達成することもできる。電気回路、少なくとも１つの導電ループ及び電気アンテナは、基板上に配置することができる。電気回路は、少なくとも１つの導電ループのインダクタンスと共に共振回路を形成する入力キャパシタンスを有する。特に、少なくとも１つの導電ループの大きさ及び形状は、共振回路を本発明の受信機の受信信号の周波数に同調させるように選択することができる。

本発明の受信機の好適例において、少なくとも１つの導電ループは、集積回路に組み込まれる。本発明の受信機は、従って、比較的費用効果の高い方法で製造することができ、さらに、稼動中に、本発明の受信機の周囲の材料の誘電率に対して著しくロバストにすることができる。さらに、少なくとも１つの導電ループと電気アンテナとが直流的に結合しないため、本発明による受信機は、放電に対して特にロバストとなる。

本発明の目的は、集積回路とすることもできる本発明による電気回路と、本発明によるアンテナ装置とを含む送信機によっても達成することができる。電気回路、少なくとも１つの導電ループ及び電気アンテナは、基板上に配置することができる。電気回路は、少なくとも１つの導電ループのインダクタンスと共に共振回路を形成する出力キャパシタンスを有する。特に、少なくとも１つの導電ループの大きさ及び形状は、共振回路を本発明の受信機の送信信号の周波数に同調させるように選択することができる。

本発明の送信機の好適例において、少なくとも１つの導電ループは、集積回路に組み込まれる。本発明の送信機は、従って、比較的費用効果の高い方法で製造することができ、さらに、稼動中に、本発明の送信機の周囲の材料の誘電率に対して著しくロバストにすることができる。さらに、少なくとも１つの導電ループと電気アンテナとは直接電気的に接触しないため、本発明の送信機は、放電に対して特にロバストとなる。

本発明の目的は、さらに、電気回路及び本発明のアンテナ配置を備えるＲＦＩＤトランスポンダによっても達成することができる。アンテナ配置は、電気アンテナが、電気回路によって少なくとも１つの導電ループに注入された第１の電気信号に応答して送信信号を生成するように、及び／又は、少なくとも１つの導電ループが、電気アンテナによって受信される受信信号に応答して第２の電気信号を生成するように構成する。

電気回路は、集積部に特に少なくとも１つの導電ループを備え得る、集積回路とするのが好適である。電気アンテナを集積回路に直接結合させる必要がないため、本発明の受信機、送信機又はトランスポンダは、比較的費用効果の高い方法で製造することができる。

本発明のＲＦＩＤトランスポンダは、例えばプラスチックシート又は紙のような基板を備え、その上に電気回路及び少なくとも１つの導電ループを構成することができる。電気回路と少なくとも１つの導電ループとを別々に有する基板を製造したり、トランスポンダのこの一部を、電気アンテナをすでに取り付けているか又は後に取り付ける、別々の部材に装着することができる。あるいは、電気アンテナは、基板上に配置することもできる。

上述のように、本発明によるアンテナ配置、受信機、送信機及びＲＦＩＤトランスポンダの電気アンテナは、その近傍界において１２０πΩ以上のインピーダンスを有するアンテナとする。これは、その近傍界において１２０πΩ未満のインピーダンスを有するアンテナである磁気アンテナとは対照的である。同調された導電ループを、磁気アンテナとみなすことができる。電気アンテナは、λを送信又は受信信号の搬送周波数の波長とした場合に、λ／３０よりも大きい寸法とするのが好適である。例えば、電気アンテナをダイポール又はモノポールとする場合は、その長さをλ／３０よりも大きくする。電気アンテナをボウタイアンテナとする場合は、ボウタイアンテナの長手方向に沿うその展開部を、λ／３０より大きくするのが好適である。

本発明の受信機、送信機又はトランスポンダの搬送周波数はＵＨＦとし、特に８００ＭＨｚよりも高くするのが好適である。

これ以降に、本発明を、図面に示す実施例を参照し、これに制限するものでない実施例を用いて、より詳細に説明する。

図１は、本発明のアンテナ配置で構成した受信機／送信機の第１の実施例を示す図である。本実施例において、受信機／送信機は、集積回路２、１つの導電ループ３、及び、本実施例ではボウタイアンテナ４とする電気アンテナを備えるＲＦＩＤトランスポンダ１とする。集積回路２、導電ループ３及びボウタイアンテナ４は、一般にＲＦＩＤトランスポンダに用いられる従来のプラスチックシートである同一基板５に、各々配置する。導電ループ３及びボウタイアンテナ４は、基板５にプリントして製造する。本実施例において、導電ループ３は、０．５ｍｍの直径を有する導電トラックとする。

ボウタイアンテナ４は、ここでは対称に形成し、３つのセクション、すなわち、直線の導電トラック６及び直線の導電トラック６によって相互接続される２つの領域７，８を備える。２つの領域７，８は、それぞれ、４×２インチの表面積を有する領域とすることができる。導電ループ３も、ほぼ対称に形成されており、いくつかの直線のセクション９〜１５を含む。導電ループ３のセクション１２は、ボウタイアンテナ４の導電トラック６に平行であり、さらに、導電トラック６から６ｍｍだけ離間している。

トランスポンダ１は、基地局からクエリを受信して、それらに反応するように設計する。集積回路２は、トランスポンダ技術において周知の方法でクエリの処理と応答の生成とを行うように設計する。基地局は当業者には既知であり、従って、図１には図示していない。本実施例において、基地局は、９１２ＭＨｚの搬送周波数を有する送信信号によってクエリを送信する。ボウタイアンテナ４は、本実施例において送信信号の搬送周波数に同調され、基地局が送信する送信信号を、受信信号としてとらえる。ボウタイアンテナ４が導電ループ３に比較的近いため、ボウタイアンテナ４と導電ループ３とが磁気的に結合し、その結果、導電ループ３において、ボウタイアンテナ４の受信信号によって、該受信信号の周波数を有する有効な電気信号が生成される。

導電ループ３は、インダクタンスＬを有し、さらに、集積回路２に結合された２つの端子１６，１７を備える。集積回路２は、ボウタイアンテナ４によって誘導された導電ループ３の電気信号を前処理するための周知のフロントエンドを有するため、集積回路２は、ＲＦＩＤトランスポンダ技術において既知のように、この電気信号をさらに処理することができる。集積回路２のフロントエンドは、入力インピーダンスＺ、特に、入力キャパシタンスＣを有する。集積回路２の入力キャパシタンスＣ及び導電ループ３のインダクタンスＬは、以下の共振周波数を有する並列共振回路を形成する。

導電ループ３のインダクタンスＬは、導電ループ３の寸法に依存する。本実施例において、導電ループ３の寸法は、この共振回路の共振周波数ｆ_ｒが受信信号の搬送周波数に同調するように選択する。

ボウタイアンテナ４及び導電ループ３は、軸１８に関して対称とする。従って、導電ループ３のセクション１２と軸１８との交差点１９、及び軸１８とボウタイアンテナ４の導電トラック６との交差点２０はほぼ同じ電位を有するため、場合によっては、例えば導体トラック２１で相互接続することもできる。

上述のように、トランスポンダ１が、基地局からクエリを受信し、言い換えれば、ボウタイアンテナ４が、該クエリに関する受信信号を含む情報を捕捉する。受信信号は、導電ループ３において、クエリに関する情報を含む電気信号を誘導し、集積回路２がこの電気信号を処理できるようにする。クエリに応答して、集積回路２は別の電気信号を生成し、導電ループ３にそれを注入する。導電ループ３に注入されるこの別の電気信号は、ボウタイアンテナ４において送信信号を誘導し、ボウタイアンテナ４は、トランスポンダ１の応答に関する情報を含むこの送信信号を送信する。

図２は、ＲＦＩＤトランスポンダ２２の第２実施例を示す図である。明示しない場合は、図１に示すトランスポンダ１と、図２に示すトランスポンダ２２とで実質的に同一の構成要素は、同一の参照番号を付すものとする。

図２のトランスポンダ２２も、ボウタイアンテナ４が配置される基板５を有する。図１に示すトランスポンダ１の集積回路２に対して、図２のトランスポンダ２２は、基地局から送信されるクエリを処理し演算処理装置２４によって適切な応答を生成するだけでなく、集積回路２３に組み込まれ、演算処理装置２４に接続された導電ループ２５も備える、集積回路２３を備える。導電ループ２５は、その寸法に依存するインダクタンスＬを有する。導電ループ２５の形及び寸法は、それ自体のインダクタンスＬと演算処理装置２４のキャパシタンスＣとによって、基地局の送信信号の周波数に同調する共振回路が形成されるようにする。

ボウタイアンテナ４及び集積回路２３は、ボウタイアンテナ４と導電ループ２５とが磁気的に強く結合するように、十分に近い距離で離間させる。従って、ボウタイアンテナ４が、基地局によって送信された信号を受信信号としてとらえた場合に、導電ループ２５において電気信号が誘導される。受信信号及び受信信号に応答して導電ループ２５において誘導される電気信号は、基地局によって送られたクエリに関する情報を含む。演算処理装置２４は、導電ループ２５の電気信号を受け入れ、その電気信号を処理する。演算処理装置２４は、受信したクエリに応答して、別の信号を生成する。この別の信号は導電ループ２５に注入されて、ボウタイアンテナ４において送信信号を生じさせる。ボウタイアンテナ４は、送信信号を基地局に発信する。

図において、ボウタイアンテナ４は、トランスポンダ１，２２の残りと同じ基板５に配置されている。特に、導電ループ３を有する集積回路２のみを基板５に配置したり、ボウタイアンテナ４を基板５に取り付けずに、ボウタイアンテナ４に隣接して、集積回路２及び導電ループ３を含む基板５を配置したりすることも可能である。言うまでもなく、ボウタイアンテナ４は、単に、電気アンテナの一例にすぎない。

最後に、上述した実施態様は本発明を制限するものではなく、当業者は、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多くの代わりの実施態様を設計することができることに留意されたい。「含む」又は「備える」は、請求項又は明細書全体に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。単一の要素で示していたとしても、そのような要素が多数存在することを排除するものではない。複数の手段を列挙している装置クレームにおいて、それらの手段の幾つかを、同一のソフトウェア又はハードウェアによって実現してもよい。ある手法を、互いに異なる独立項において引用しているという単なる事実は、それらの手法を組み合わせて使用することが有利ではない、ということを示すものではない。

本発明の受信機又は送信機の第１の実施例である。 本発明の受信機又は送信機の第２の実施例である。

Claims (14)

1. 受信機に使用するためのアンテナ配置であって、
   送信機からの受信信号を受信するように構成された電気アンテナと、
   受信回路に接続される２つの端子を有する少なくとも１つの導電ループとを備え、
   前記受信回路は、前記少なくとも１つの導電ループによって生成される電気信号を処理するように構成され、前記少なくとも1つの導電ループは、前記電気アンテナによって受信された前記受信信号に応答して前記電気信号を生成するように、前記電気アンテナから距離を置かれ前記電気アンテナに磁気的に結合する、
   ことを特徴とするアンテナ配置。
2. 前記少なくとも１つの導電ループが、前記受信回路の入力キャパシタンスと共にＬＣ共振回路をもたらすインダクタンスを有し、さらに、前記少なくとも１つの導電ループが、前記ＬＣ共振回路を前記受信信号の搬送周波数に同調させるように設計されている、請求項１に記載のアンテナ配置。
3. 前記電気アンテナの少なくとも第１の部分と前記少なくとも１つの導電ループの少なくとも第２の部分とが互いに平行である、請求項１に記載のアンテナ配置。
4. 前記少なくとも１つの導電ループ及び前記電気アンテナがほぼ同じ電位の場所をそれぞれ有するように、前記少なくとも１つの導電ループと前記電気アンテナとが対称に形成され、前記場所が相互に接続される、請求項１に記載のアンテナ配置。
5. 少なくとも１つの導電ループが組み込まれ、当該少なくとも１つの導電ループによって生成される電気信号を処理するように構成された、少なくとも１つの導電ループを有する集積回路と、さらに、
   送信機からの受信信号を受信するように構成された電気アンテナであって、前記少なくとも１つの導電ループが前記電気アンテナによって受信された前記受信信号に応答して前記電気信号を生成するように、前記集積回路から間隔を置いて配置され前記少なくとも１つの導電ループに磁気的に結合する電気アンテナと、
   を備える受信機。
6. 送信機に使用するためのアンテナ配置であって、
   受信機に送信信号を送信するように構成された電気アンテナと、さらに、
   送信機の駆動回路に接続される２つの端子を有する少なくとも１つの導電ループとを備え、
   前記駆動回路は、前記少なくとも１つの導電ループに電気信号を注入し、前記少なくとも１つの導電ループは、前記電気アンテナが前記少なくとも１つの導電ループに注入された前記電気信号に応答して前記送信信号を生成するように、前記電気アンテナからある距離以内で間隔を置かれて前記電気アンテナに磁気的に結合する、送信機に使用するためのアンテナ配置。
7. 前記少なくとも１つの導電ループが、前記駆動回路の出力キャパシタンスと共にＬＣ共振回路をもたらすインダクタンスを有し、さらに、前記少なくとも１つの導電ループが、前記ＬＣ共振回路を前記送信信号の搬送周波数に同調させるように設計されている、請求項６に記載のアンテナ配置。
8. 前記電気アンテナの少なくとも第１の部分と前記少なくとも１つの導電ループの少なくとも第２の部分とが、互いに平行である、請求項６に記載のアンテナ配置。
9. 前記少なくとも１つの導電ループ及び前記電気アンテナがほぼ同じ電位の場所をそれぞれ有するように、前記少なくとも１つの導電ループと前記電気アンテナとが対称に形成され、前記場所が相互に接続される、請求項８に記載のアンテナ配置。
10. 少なくとも１つの導電ループが組み込まれ、当該少なくとも１つの導電ループによって生成される電気信号を注入するように構成された、少なくとも１つの導電ループを有する集積回路と、さらに、
    受信機からの送信信号を送信するように構成された電気アンテナであって、前記少なくとも１つの導電ループが前記少なくとも１つの導電ループに注入された前記電気信号に応答して前記送信信号を生成するように、前記集積回路から間隔を置いて配置され前記少なくとも１つの導電ループに磁気的に結合する電気アンテナと、
    を備える送信機。
11. 電気回路と、さらに、
    外部の送信機からの受信信号を受信するように、及び／又は、外部の受信機に送信信号を送信するように構成した電気アンテナと、前記電気回路に接続される２つの端子を有する少なくとも１つの導電ループとを含むアンテナ配置とを備え、
    前記電気アンテナが前記電気回路によって前記少なくとも１つの導電ループに注入された第１の電気信号に応答して前記送信信号を生成するように、及び／又は、前記少なくとも１つの導電ループが前記電気アンテナによって受信された前記受信信号に応答して第２の電気信号を生成するように、前記少なくとも１つの導電ループが、前記電気アンテナから間隔を置いて配置されて前記電気アンテナに磁気的に結合する、
    ＲＦＩＤトランスポンダ。
12. 前記電気回路及び前記少なくとも１つの導電ループが配置される基板を備える、請求項１１に記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
13. 前記電気アンテナが前記基板上に配置される、請求項１２に記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
14. 前記電気回路が、集積部として前記少なくとも１つの導電ループを備える集積回路である、請求項１１に記載のＲＦＩＤトランスポンダ。

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