JP2010045467A - Ｉｃタグ - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる周波数帯域を利用するＩＣタグシステムで動作が可能な非接触電子装置において、半導体集積回路装置に具備される一対のアンテナ端子に遠方界アンテナと近傍界アンテナを接続した場合、夫々の特性を最適化することは困難であった。
【解決手段】 非接触電子装置において、二つの周波数の高周波信号を送受信するマルチアンテナと半導体集積回路装置を具備し、マルチアンテナは、第一の周波数の高周波信号を送受信する第一のアンテナと、第二の周波数の高周波信号を送受信する第二のアンテナと、第二の周波数の高周波信号を遮断するフィルタとを具備し、第一のアンテナはフィルタを介して半導体集積回路装置に具備される一対のアンテナ端子に接続し、第二のアンテナは半導体集積回路装置に具備されるアンテナ端子に接続する。
【選択図】図２

Description

本願発明は、アンテナに関するものである。主に、非接触電子装置(以下、ＩＣタグ)に利用して有効な技術である。

アンテナ及び半導体集積回路装置を搭載した非接触電子装置内、所謂、ＩＣタグは、リーダ・ライタ装置との間で情報の交換を行い、ＩＣタグが保持しているデータを送信、リーダ・ライタ装置から送信されたデータの保持など様々な機能を実現する。

具体的には、ＩＣタグに搭載されたアンテナは、リーダ・ライタ装置から供給されたキャリア信号（搬送波信号）を受信し、半導体集積回路装置に供給するとともに、半導体集積回路装置内でキャリア信号に重畳されたデータをリーダ・ライタ装置に送信する。

リーダ・ライタ装置からＩＣタグのキャリア信号には、８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚの周波数帯域、所謂、ＵＨＦ帯の高周波信号や、１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号が主に利用される。また、２．４５ＧＨｚ帯も利用される。

上記のように、ＩＣタグに利用される周波数帯域は複数あり、夫々の周波数帯域に最適なアンテナが選択されるが、その動作原理により、遠方界アンテナと近傍界アンテナとに、大きく二種類に分類される。

ＵＨＦ帯及び２．４５ＧＨｚ帯で利用されるＩＣタグに搭載されるアンテナは、ダイポールアンテナに代表される、所謂、遠方界アンテナが主に利用される。遠方界アンテナは、十分離れたアンテナ間の通信を想定したアンテナであり、電波乃至電磁波の放射によって信号を送受信する。

一方、１３．５６ＭＨｚ帯で遠方界アンテナを利用することを考えた場合、例えば、ダイポールアンテナを利用するならば、アンテナの長さは１０メートル以上となり、ＩＣタグに適用することは困難である。このため、ＩＣタグに搭載されるアンテナは、ループアンテナに代表される、所謂、近傍界アンテナが主である。近傍界アンテナは、一般的にはコイルと容量からなる共振回路を用いて、リーダ・ライタ装置に具備されるコイルとの磁界結合によって信号の送受信を行う。このため、一般的には、遠方界アンテナを用いた通信よりも、短距離の通信に用いられる。

このように、周波数帯域によって利用されるアンテナの種類がことなり、単一の利用形態や利用状況に対応する場合には、最適な周波数帯域とそれに対応するアンテナが選択され、一般的には、選択した周波数帯域のみに対応したＩＣタグが用いられる。一方、複数の利用形態や利用状況において、単一の周波数帯域に対応したＩＣタグを用いる場合、電波乃至電磁波の伝播特性やアンテナ特性、リーダ・ライタ装置の構成等を考慮すると、最適な周波数帯域を選択することが困難な場合があった。

例えば、ＵＨＦ帯の高周波信号を利用するＩＣタグは、遠方界アンテナを用いることにより、ＵＨＦ帯電磁波の伝播特性等を鑑みると、数メートル程度の長距離通信を実現する。このため、物品管理者が多数の物品に貼付されたＩＣタグの一括管理をする場合等の利用形態には好適である。しかし、別の利用者が同一のＩＣタグを利用する場合、その利用形態が長距離通信を必要としない形態であってもＵＨＦ帯の信号を使用する必要があった。そのため、例えば、リーダ・ライタ装置内のアンテナを駆動する回路には、ＵＨＦ帯で動作可能な部品が必要となり、安価なリーダ・ライタ装置を提供することが困難であった。

また、１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を利用するＩＣタグは、ＵＨＦ帯に比べ、リーダ・ライタ装置を構成するための部品が安価になるものの、ＩＣタグとリーダ・ライタ装置の通信に近傍界アンテナを用いるため、通信距離が短くなる。このため、物品管理者が多数の物品に貼付されたＩＣタグの一括管理をする場合等の長距離通信を必要とする利用形態には不利である。

このように、ＩＣタグの利用形態に応じて、好適なキャリア信号及びアンテナを選択する必要があったが、複数の利用形態がある場合に、特にアンテナの動作原理の異なる、遠方界アンテナを用いる周波数帯域と近傍界アンテナを用いる周波数帯域の両周波数帯域に対応するアンテナを設計することが困難であるため、夫々の利用形態に応じてＩＣタグを複数周波数帯域に対応することは困難であった。この課題を解決する手段として、特許文献１、特許文献２、特許文献３などの技術が開示されている。

特許文献１に開示される技術は、データ送受信用の遠方界アンテナと、電力供給用の近傍界アンテナを具備し、夫々、半導体集積回路におけるデータ送受信用の端子と電力供給用の端子とに接続された構成のＩＣタグを用いて、従来、電池を電力供給源とするＩＣタグを用いた利用形態において、電池を用いずに近傍界アンテナより電力を供給することによって、ＩＣタグを長時間稼動することを実現する技術である。

特許文献２に開示される技術は、近傍界アンテナの形状を制御し、遠方界アンテナで利用される周波数帯、所謂、ＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯のキャリア信号を送受信可能にするためのアンテナに係るものであり、単一のアンテナで複数の周波数帯域の信号の送受信を可能とする技術である。

特許文献３に開示される技術は、近傍界アンテナと、遠方界アンテナを具備し、近傍界アンテナと遠方界アンテナを接続し、遠方界アンテナと半導体集積回路を接続した構成であり、近傍界アンテナと遠方界アンテナが利用する夫々の周波数帯域において動作するアンテナ手段を提供する技術である。

特開平５−２９０２２９号公報 特開２００６−３０９４７６号公報 特表２００４−５１３４０４号公報

特許文献１に開示されるような複数の周波数帯域に対応したＩＣタグは、複数のキャリア信号に対し、夫々のキャリア信号に対応したアンテナを具備し、夫々のアンテナを接続するため、半導体集積回路上にはアンテナ端子をアンテナ毎に具備されていた。このため、接続するアンテナが一つであることを前提にした、既存の半導体集積回路をそのまま利用することは困難であった。また、アンテナ端子が増えることで、アンテナ接続部が増加し、かつ密集するため、チップサイズの増大や、アンテナ製造工程の微細化等が必要であった。

また、特許文献２に示されるアンテナは、近傍界アンテナの形状を限定し、ＵＨＦ帯において動作するよう調整がなされている。このため、半導体集積回路の端子を増設することなく、複数の周波数帯域に対応したＩＣタグを提供することができるが、アンテナを所定の大きさにする必要があり、利用形態や半導体集積回路の特性等にあわせて、大きさや形状を調整することは困難であり、夫々の周波数帯域に対して、利用形態や状況に応じた最適な特性のアンテナを提供することは困難であった。

特許文献３に示されるアンテナは、遠方界アンテナと近傍界アンテナを組み合わせることにより、半導体集積回路の端子を増設することなく、複数の周波数帯域に対応したＩＣタグを提供することが可能となるが、近傍界アンテナの形状や大きさが遠方界アンテナに与える影響が大きく、近傍界アンテナと遠方界アンテナを独立に設計することが困難であった。このため、設計やアンテナ特性の最適化が困難であり、利用形態や状況に応じた最適な特性のアンテナを提供することは困難であった。

本発明の目的は、複数の周波数帯域の高周波信号で動作する非接触電子装置（ＩＣタグ）に対して、特に、夫々の周波数帯域において、個別に最適な設計や調整が可能となるアンテナを提供することである。

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、下記の通りである。

すなわち、送受信回路を含む半導体集積回路と、第１周波数により送受信を行う遠方界アンテナと、第２周波数により送受信を行う近傍界アンテナとを有し、前記近傍界アンテナは、前記遠方界アンテナを介し、前記半導体集積回路へ接続する。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡潔に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、非接触電子装置のアンテナが利用する複数の周波数帯域それぞれに対して個別に最適な設計や調整が可能となる

以下、本発明のＩＣタグについて、添付図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明のＩＣタグシステムの一例を示す。ＩＣタグＬ１は、第一のリーダ・ライタ装置Ｒ１と電波または電磁波によって通信を行う。また、ＩＣタグＬ１は、第二のリーダ・ライタ装置Ｒ２と磁界結合によって通信を行う。

図２に、図１に示したＩＣタグＬ１の第一の実施例を示す。ＩＣタグＬ１は、遠方界アンテナＡ１、アンテナＬ２、半導体集積回路装置Ｂ１、基板Ｓ１からなる。ここで、遠方界アンテナとは、電波または電磁波の放射によって信号の送受信を行うアンテナと意味し、近傍界アンテナとは、リーダ・ライタ装置のコイルとの磁界結合によって信号の送受信を行うアンテナを意味するものとする（以降の説明でも同様とする）。

半導体集積回路装置Ｂ１はマルチアンテナと接続されるアンテナ端子ＬＡ及びＬＢを有する。近傍界アンテナＬ２と半導体集積回路Ｂ１とが共振回路を成すため、近傍界アンテナＬ２とアンテナ端子ＬＡの接続点と、近傍界アンテナＬ２とアンテナ端子ＬＢの接続点において、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢ間が電気的に短絡しないよう構成される。

アンテナＬ２は基板Ｓ１の片面、もしくは両面の金属層に形成され、半導体集積回路装置Ｂ１はアンテナＬ２上の二点において、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢと接続される。

図３に、図２のＩＣタグＬ１における半導体集積回路Ｂ１の構成の一例を示す。半導体集積回路Ｂ１は遠方界アンテナＡ１と近傍界アンテナＬ２との接続のため、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢを有している。半導体集積回路Ｂ１のアンテナ端子ＬＡ及びＬＢにキャリア信号（搬送波信号）が入力された場合、前記キャリア信号は電源回路Ｂ２（ＰＷＲ）と信号処理回路Ｂ３（ＳＰ）に伝達される。電源回路Ｂ２は、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢから供給されたキャリア信号から、信号処理回路を動作せしめる電圧及び電流を生成し、信号処理回路Ｂ３に供給する。信号処理回路Ｂ３は、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢから供給されたキャリア信号を送受信回路Ｂ４（ＴＲ）を介してデータを復調し、または、内部に保持しているデータを送受信回路Ｂ４を介してアンテナ端子ＬＡ及びＬＢに供給されている信号を変調することで送信する。

図４に、図２のＩＣタグＬ１における遠方界アンテナＡ１を示す。遠方界アンテナＡ１は放射部Ａ２とインピーダンス調整部Ａ３から形成される。遠方界アンテナＡ１は、一般的に、半波長ダイポールアンテナと呼ばれる構成である。遠方界アンテナＡ１は、放射部Ａ２によって電磁波を受信した場合、インピーダンス調整部Ａ３を介して、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢにキャリア信号を伝達する。また、半導体集積回路Ｂ１からアンテナ端子ＬＡ及びＬＢに入力されたキャリア信号は、インピーダンス調整部Ａ３を介して、放射部Ａ２に伝達される。前記キャリア信号が放射部Ａ２で用いられる周波数帯域の信号である場合、前記キャリア信号は放射部Ａ２より電磁波として放射される。

遠方界アンテナＡ１が、近傍界アンテナＬ２の動作を妨げないためには、近傍界アンテナＬ２と半導体集積回路Ｂ１が共振回路を成す必要があり、遠方界アンテナＡ１はアンテナ端子ＬＡ及びＬＢを短絡しないアンテナでなければならない。また、遠方界アンテナが用いられる周波数帯域は、一般的には、ＵＨＦ帯あるいは２．４５ＧＨｚ帯であり、一方、近傍界アンテナが用いられる周波数帯域は、一般的には、１３．５６ＭＨｚ帯であることを考慮すると、ＵＨＦ帯もしくは２．４５ＧＨｚ帯の波長程度の短絡されていない構造体である遠方界アンテナＡ１は、近傍界アンテナ部のキャリア信号の周波数の波長に対し十分小さいため、近傍界アンテナＬ２のキャリア信号を妨害しない。遠方界アンテナＡ１に用いられるアンテナは、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢを短絡しないこと及び指向性等を考慮するとダイポールアンテナなどが好適である。

インピーダンス調整部Ａ３は放射部Ａ２のインピーダンスと半導体集積回路Ｂ１のインピーダンスとの整合を取るために半導体集積回路Ｂ１と放射部Ａ２の間に搭載される。半導体集積回路Ｂ１がアンテナ端子ＬＡ及びＬＢに与えた信号が遠方界アンテナＡ１の動作周波数帯域である場合、インピーダンス調整部Ａ３により、損失することなく放射部Ａ２に伝達され、放射部Ａ２より放射される。また、放射部Ａ２で受信したキャリア信号もインピーダンス調整部Ａ３に伝達され、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢを介し、半導体集積回路Ｂ１に、損失することなく伝達される。更に、インピーダンス調整部Ａ３は、近傍界アンテナＬ２で用いられる周波数帯域、一般的には、１３．５６ＭＨｚ帯の電磁波の波長に対して十分小さいため、インピーダンス調整部Ａ３は、近傍界アンテナＬ２で用いられる周波数帯域の信号のインピーダンス調整部Ａ３を介した伝達を妨害しない。

図５に、図２のＩＣタグＬ１における近傍界アンテナＬ２を示す。近傍界アンテナＬ２は、放射部Ａ２とインピーダンス調整部Ａ３で半導体集積回路Ｂ１と接続される。近傍界アンテナＬ２はＭ２点とＭ３点をブリッジＭ１で接続している。近傍界アンテナＬ２は一般的にはコイルであり、半導体集積回路Ｂ１と共に共振回路を成す。キャリア信号が磁界によって近傍界アンテナＬ２に伝達された場合、前記の共振回路の共振周波数が、キャリア信号の周波数に近い場合は、キャリア信号がアンテナ端子ＬＡ及びＬＢを介して半導体集積回路Ｂ１によく伝達され、前記共振周波数がキャリア信号の周波数と十分離れている場合、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢを介して半導体集積回路Ｂ１にはキャリア信号が伝達されない。キャリア信号が半導体集積回路Ｂ１よりアンテナ端子ＬＡ及びＬＢから伝達された場合、前記の共振回路の共振周波数が、キャリア信号の周波数に近い場合は、キャリア信号が近傍界アンテナＬ２を介してリーダ・ライタ装置によく伝達され、前記共振周波数がキャリア信号の周波数と十分離れている場合、近傍界アンテナＬ１を介してリーダ・ライタ装置にはキャリア信号が伝達されない。

例えば、キャリア信号には、１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号が用いられた場合、近傍界アンテナＬ１と半導体集積回路Ｂ１とで構成される共振回路の共振周波数は、一般的には１２ＭＨｚ乃至１５ＭＨｚ程度に設定される。こうすることにより、１３．５６ＭＨｚ帯のキャリア信号は近傍界アンテナＬ２で受信され、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢを介し、半導体集積回路Ｂ１に伝達される。また、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに入力された１３．５６ＭＨｚ帯のキャリア信号は近傍界アンテナＬ２を介して、リーダ・ライタ装置に伝達される。

図６に、図２のＩＣタグＬ１における遠方界アンテナＡ１における放射部Ａ２を示す。ここで、放射部Ａ２は第一の端子対Ｐ１と第二の端子対Ｐ２を具備するフィルタ素子でもある。

図７は、放射部Ａ２における第一の端子対Ｐ１に対する第二の端子対Ｐ２への信号伝達特性（以下、Ｓ１２パラメータ）を横軸に周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、縦軸にＳ１２パラメータで表したグラフの一例を示す。周波数ｆは遠方界アンテナＡ１で送受信を行う周波数である。

周波数ｆ近傍において、第一の端子対Ｐ１に入力された信号は第二の端子対Ｐ２への伝達が抑制される。周波数ｆから十分離れた周波数では、第一の端子対Ｐ１に入力された信号は第二の端子対Ｐ２に伝達される。すなわち、放射部Ａ２は、所謂、バンドエルミネートフィルタ（帯域消去フィルタ， Band-Elimination Filter）として機能する。また、第二の端子対Ｐ２に対する第一の端子対Ｐ１への信号伝達特性（以下、Ｓ２１パラメータ）は、放射部Ａ２が第一の端子対Ｐ１と第二の端子対Ｐ２に対して対称の形状を持つため、Ｓ１２パラメータと同じである。Ｓ１２パラメータとＳ２１パラメータは、放射部Ａ２を、所謂、半波長ダイポールアンテナで構成した場合、同様のＳ１２パラメータ及びＳ２１パラメータを示し、所謂、バンドエルミネートフィルタとして動作する。

例えば、遠方界アンテナの動作周波数帯域として、所謂、ＵＨＦ帯に属する９５３ＭＨｚ帯域を選択した場合、放射部Ａ２のフィルタとしての特性、即ち、Ｓ１２パラメータ及びＳ２１パラメータは９５３ＭＨｚ付近において極小値となるよう設定される。S１２パラメータ及びS２１パラメータの極小値を９５３ＭＨｚ付近となるよう設定するには、放射部Ａ２の長さを選択した帯域のキャリア信号の半波長程度（半波長ダイポール）とすればよい。なお、放射部Ａ２の長さを選択した帯域のキャリア信号の半波長の整数倍としてもよい。

このようにすると、例えば、９５３ＭＨｚ帯域のキャリア信号をアンテナ端子ＬＡ及びＬＢに入力した場合、放射部Ａ２において、キャリア信号が電磁波の形態で放射され、近傍界アンテナＬ２には伝達されない。また、例えば、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号をアンテナ端子ＬＡ及びＬＢに入力した場合、放射部Ａ２で電磁波として放射されることなく、近傍界アンテナＬ２に伝達される。

受信動作について説明する。リーダ・ライタ装置より、遠方界アンテナＡ１で用いられる周波数帯域、ＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の電磁波が放射された場合、放射部Ａ２によりキャリア信号を受信する。放射部Ａ２で受信したキャリア信号は、インピーダンス調整部Ａ３の効果によりＡ３を介し、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢを介して半導体集積回路装置Ｂ１に伝達される。一方、近傍界アンテナＬ２のインピーダンスと、放射部Ａ２のインピーダンスは整合されていないため、放射部Ａ２より近傍界アンテナＬ２に伝達されるキャリア信号は極めて小さい。また、近傍界アンテナＬ２に、遠方界アンテナＡ１で用いられる周波数帯域、一般的にはＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の電磁波によってキャリア信号が伝達した場合、近傍界アンテナＬ２より第二の端子対Ｐ２に前記キャリア信号が伝達されるが、放射部Ａ２が前記キャリア信号を遮断するフィルタ素子であるため、第二の端子対Ｐ２から第一の端子対Ｐ１には、Ｓ２１パラメータの特性に従い、近傍界アンテナＬ２より第二の端子対Ｐ２に伝達される前記キャリア信号は、極めて小さい。従って、近傍界アンテナＬ２によって、遠方界アンテナＡ１の動作は妨害されない。

また、リーダ・ライタ装置より近傍界アンテナＬ２で用いられる周波数帯域のキャリア信号が、磁界結合によって、近傍界アンテナＬ２に伝達された場合、近傍界アンテナＬ２から第二の端子対Ｐ２を介して第一の端子対Ｐ１に伝達される。この際、放射部Ａ２による放射は極めて小さく、前記キャリア信号が第二の端子対Ｐ２より第一の端子対Ｐ１に低損失で伝達される。第一の端子対Ｐ１からインピーダンス調整部Ａ３を介し、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに信号が伝達されるが、その際インピーダンス調整部Ａ３によって前記キャリア信号の伝達は妨害されないため、低損失でアンテナ端子ＬＡ及びＬＢに伝達される。

アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに伝達されたキャリア信号は、半導体集積回路Ｂ１に伝達され、半導体集積回路Ｂ１内の電源回路Ｂ２と信号処理回路Ｂ３に夫々伝達される。電源回路Ｂ２において生成された、電圧と電流が信号処理回路Ｂ３に供給されることで、信号処理回路Ｂ３が動作する。一方、前記キャリア信号に重畳された信号は送受信回路Ｂ４に伝達され、送受信回路Ｂ４にて前記重畳された信号は復調され、前記復調された信号に基づき、信号処理回路Ｂ３にて処理を行う。

以上の動作により、複数のキャリア信号の周波数において、最適なアンテナを介してキャリア信号とそれに重畳された信号の受信が可能となる。

更に、フィルタ素子である放射部Ａ２によって、遠方界アンテナＡ１と近傍界アンテナＬ２は互いに受信動作を妨害しないため、受信動作について、夫々個別に最適な設計することが可能となる。夫々の周波数帯域における利用形態等にあわせて最適なアンテナを提供することが可能となる。

送信動作について説明する。半導体集積装置Ｂ１によってアンテナ端子ＬＡ及びＬＢ介して入力されたキャリア信号が、キャリア周波数がｆ近傍である場合、すなわち、遠方界アンテナＡ１の動作する周波数帯域、一般的にはＵＨＦ帯もしくは２．４５ＧＨｚ帯である場合は、インピーダンス調整部Ａ３に伝達され、インピーダンス調整部Ａ３から放射部Ａ２の第一の端子対Ｐ１に伝達され、放射部Ａ２の第一の端子対Ｐ１から放射部Ａ２に伝達され、放射部Ａ２より電磁波として放射され、放射された電磁波はリーダ・ライタ間の空間を伝播し、リーダ・ライタ装置に伝達される。一方、放射部Ａ２より第二の端子対Ｐ２への伝達は抑制されるため、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに入力されたキャリア信号は、近傍界アンテナの形状やサイズによらず、主に放射部Ａ２より電磁波として放射される。従って、近傍界アンテナＬ２によって遠方界アンテナＡ１の動作は妨げられない。

また、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに入力されたキャリア信号の周波数が、近傍界アンテナの共振周波数付近である場合、第一の端子対Ｐ１に伝達された信号は、放射部Ａ２では電磁波として放射されず、第二の端子対Ｐ２に伝達される。第二の端子対Ｐ２より近傍界アンテナＬ２に伝達されたキャリア信号は、近傍界アンテナＬ２とリーダ・ライタ装置に具備されるアンテナ間の磁界結合によってリーダ・ライタ装置に伝達される。

以上の動作により、複数のキャリア信号の周波数において、最適なアンテナを介して信号の送信が可能となる。更に、フィルタ素子である放射部Ａ２によって、遠方界アンテナＡ１と近傍界アンテナＬ２は互いに送信動作を妨害しないため、送信動作について、夫々個別に最適な設計することが可能となる。以上の受信動作及び送信動作によって、遠方界アンテナＡ１と近傍界アンテナＬ２の動作する周波数帯域において、夫々の周波数帯域での利用形態等にあわせて最適なアンテナを設計し、提供することが可能となる。

図８に、ＩＣタグＬ１の第二の実施例を示す。図８における実施例は、図２に示した第一の実施例へ共振容量Ｃ１を追加した構成である。

近傍界アンテナＬ２は、一般的にコイル形状であり、ＩＣタグの利用形態にあわせて、適切な寸法、形状、巻き数が選択される。近傍界アンテナＬ２のコイルの寸法、形状、巻き数が変更された場合、近傍界アンテナＬ２の共振周波数は変化する。このため、共振容量Ｃ１の寸法を変更することにより、共振容量Ｃ１の容量値を変化させ、所望の共振周波数に調整することが可能となるが、共振容量Ｃ１の容量値は、放射部Ａ２の動作を妨げないために、遠方界アンテナＡ１の利用する周波数帯域において、十分小さい値をとることが望ましい。また、図８に示すように共振容量Ｃ１を配置することによって、図１０に示す第三の実施例と比較して、近傍界アンテナＬ２が同一の寸法、形状、巻き数であるコイル部を搭載している場合、より大きいインダクタンスを得ることができ、共振容量C１または近傍界アンテナＬ２を小型化することが可能となる。

図９には、図８のｘ１での断面の一例を示す。近傍界アンテナＬ２は第一の金属Ｃ２と基板Ｓ１と第二の金属層Ｃ４で構成される。基板Ｓ１は誘電体である。近傍界アンテナＬ２は、ブリッジＭ１と共振容量Ｃ１以外は、第一の金属層Ｃ２上に構成され、ブリッジＭ１は第二の金属層Ｃ４に構成され、共振容量Ｃ１は第一の金属層Ｃ２と基板Ｓ１と第二の金属層Ｃ４によって構成された薄膜容量である。ブリッジＭ１は、Ｍ２、Ｍ３点において、第一の金属層Ｃ２と接続される。ブリッジＭ１のＭ２、Ｍ３点間には、共振容量Ｃ１の第二の金属層部分が構成される。

図１０に、ＩＣタグの第三の実施例を示す。本実施例は、図８における第二の実施例と同様に、図２に示した第一の実施例にへ共振容量Ｃ１を追加した構成である。第二の実施例と比較して、共振容量Ｃ１の追加方法が異なる。

近傍界アンテナＬ２は、一般的にはコイル形状であり、ＩＣタグの利用形態にあわせて、適切な寸法、形状、巻き数が選択される。近傍界アンテナＬ２のコイルの寸法、形状、巻き数が変更された場合、近傍界アンテナＬ２の共振周波数は変化する。このため、共振容量Ｃ１の寸法を変更することにより、共振容量Ｃ１の容量値を変化させ、所望の共振周波数に調整することが可能となる。

共振容量Ｃ１をＭ４、及びＭ５点で第一の金属層Ｃ２と接続することで、遠方界アンテナＡ１が利用する周波数帯域の波長と比較して、無視できない程度の電気的な経路が、共振容量Ｃ１と放射部Ａ２間に存在することにより、共振容量Ｃ１と放射部Ａ２が容易に整合しない。このため、共振容量Ｃ１の容量値を変化させた場合における、放射部Ａ２への影響は小さく、放射部Ａ２への影響を考慮することなく、共振容量Ｃ１を設計することが可能となる。

図１１に、図１０のｘ２での断面を示す。近傍界アンテナＬ２は、一般的には、第一の金属Ｃ２と基板Ｓ１と第二の金属層Ｃ４で構成される。基板Ｓ１は誘電体である。近傍界アンテナＬ２は、ブリッジＭ１と共振容量Ｃ１以外は、第一の金属層Ｃ２上に構成され、ブリッジＭ１は第二の金属層Ｃ４に構成され、共振容量Ｃ１は第一の金属層Ｃ２と基板Ｓ１と第二の金属層Ｃ４によって構成された薄膜容量である。ブリッジＭ１は、Ｍ２、Ｍ３点において、第一の金属層Ｃ２と接続される。

共振容量Ｃ１は、ＩＣタグＬ１のサイズを低減するために、近傍界アンテナＬ２の内部に形成されるのが好適であるが、近傍界アンテナＬ２の外部に形成しても良い。共振容量Ｃ１における、第一の金属層Ｃ２は、Ｍ４点にて近傍界アンテナＬ２と接続され、第二の金増層Ｃ４は、Ｍ５点にて近傍界アンテナＬ２と接続される。

図１０に示すように共振容量Ｃ１を配置することによって、図８に示す第二の実施例と比較して、共振容量Ｃ１の容量値を変化させた場合における、放射部Ａ２への影響は小さく、放射部Ａ２への影響を考慮することなく、共振容量Ｃ１を設計することが可能となる。

図１２に、ＩＣタグの第四の実施例を示す。図１２における実施例は、図２に示した第一の実施例において、遠方界アンテナＡ１における放射部Ａ２を、所謂、メアンダ形状（Meander）に変更した構成である。遠方界アンテナＡ１は放射部Ａ２とインピーダンス調整部Ａ３から形成される。放射部Ａ２はメアンダ形状部Ａ４を具備するダイポールアンテナである。遠方界アンテナＡ１は、メアンダ形状部Ａ４を具備することにより、ほぼ同一の性能を有したまま、小型化することが可能となる。

図１３に、ＩＣタグの第五の実施例を示す。図１３における実施例は、図２に示した第一の実施例において、遠方界アンテナＡ１における放射部Ａ２を、所謂、スパイラルインダクタ（Spiral Inductor）を具備した構成に変更したものである。遠方界アンテナＡ１は放射部Ａ２とインピーダンス調整部Ａ３から形成される。放射部Ａ２はスパイラルインダクタＡ５を具備するダイポールアンテナである。遠方界アンテナＡ１は、本願発明の第一の実施例における遠方界アンテナＡ１と比較して、スパイラルインダクタＡ５を具備することにより、ほぼ同一の性能を有したまま、小型化することが可能となる。

図１４に、ＩＣタグの第六の実施例を示す。図１４における実施例は、図２に示した第一の実施例へフィルタＦ１を追加した構成である。フィルタＦ１は、一般的にバンドエルミネートフィルタを構成するのが好適であるが、ローパスフィルタで構成しても良い。第一の実施例における放射部Ａ２の信号伝達特性と比較して、広帯域化や、分離特性の向上が可能となる。加えて、遠方界アンテナＡ１の利用できる周波数帯域で、複数の周波数を利用する場合においても、周波数によらず、最適な分離特性のフィルタを利用することができる。

図１５に、図１４のＩＣタグＬ１におけるフィルタＦ１を示す。フィルタＦ１は、第一の端子対Ｐ３と第二の端子対Ｐ４を有しており、第一の端子対Ｐ３は、放射部Ａ２の第二の端子対Ｐ２と接続されている。

図１６（ａ）に、図１３のＩＣタグＬ１の放射部Ａ２における第一の端子対Ｐ１に対する第二の端子対Ｐ２への信号伝達特性（以下、Ｓ１２パラメータ）を、横軸に周波数（Frequency）、縦軸にＳ１２パラメータをとり表したグラフの一例を示す。周波数ｆ１はＳ１２パラメータにおける、極小値を与える周波数である。図１６（ａ）は、基本的には図７と同様の特性を表すものである。

図１６（ｂ）に、フィルタＦ１の第一の端子対Ｐ３に対する第二の端子対Ｐ４への信号伝達特性（以下、Ｓ３４パラメータ）を、横軸に周波数（Frequency）、縦軸にＳ３４パラメータをとり表したグラフの一例を示す。周波数ｆ２はＳ３４パラメータにおける、極小値を与える周波数を表す。

周波数ｆ２近傍において、フィルタＦ１の第一の端子対Ｐ３に入力された信号は第二の端子対Ｐ４への伝達が抑制される。周波数ｆから十分離れた周波数では、フィルタＦ１の第一の端子対Ｐ３に入力された信号は第二の端子対Ｐ４に伝達される。また、フィルタＦ１第二の端子対Ｐ２に対する第一の端子対Ｐ１への信号伝達特性（以下、Ｓ４３パラメータ）は、放射部Ａ２が第一の端子対Ｐ１と第二の端子対Ｐ２に対して対称の形状を持つため、Ｓ３４パラメータと同じである。

図１６（ｃ）に、放射部Ａ２の第一の端子対Ｐ１に対するフィルタＦ１の第二の端子対Ｐ４への信号伝達特性（以下、Ｓ１４パラメータ）とを、横軸に周波数（Frequency）、縦軸にＳ１４パラメータをとり表したグラフの一例を示す。放射部Ａ２とフィルタＦ１を接続した構成の、信号伝達特性であるＳ１４パラメータは、図１６（ｃ）のようになり、第一の実施例における放射部Ａ２の信号伝達特性Ｓ１２と比較して、広帯域化や、分離特性の向上が可能となる。こうすることにより、例えば、遠方界アンテナＡ１の利用できる周波数帯域で、複数の周波数を利用する場合においても、周波数によらず、最適な分離特性のフィルタを利用することができる。

以上、本発明者によりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例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言うまでもない。

本願発明は、非接触電子装置、所謂、ＩＣタグ等に適用して好適である。

ＩＣタグシステムの一例である。 ＩＣタグの第一の実施例である。 半導体集積回路の一例である。 遠方界アンテナ部の実施例である。 近傍界アンテナ部の実施例である。 遠方界アンテナ部における放射部の実施例である。 遠方界アンテナ部の放射部における信号伝達特性の一例である。 ＩＣタグの第二の実施例である。 近傍界アンテナ部における共振容量の実施例である。 ＩＣタグの第三の実施例である。 近傍界アンテナ部における共振容量の実施例である。 ＩＣタグの第四の実施例である。 ＩＣタグの第五の実施例である。 ＩＣタグの第六の実施例である。 フィルタ部の実施例である。 フィルタ部と遠方界アンテナ部の放射部における信号伝達特性の一例である。

符号の説明

Ａ１〜３…遠方界アンテナ
Ｂ１〜３…半導体集積回路
Ｃ１…共振容量
Ｌ１…ＩＣタグ
Ｌ２…近傍界アンテナ
ＬＡ，ＬＢ…アンテナ端子
Ｍ１〜５…ブリッジ
Ｒ１〜２…リーダ・ライタ装置
Ｓ１…基板

Claims (8)

1. 送受信回路を含む半導体集積回路と、
   第１周波数の第１キャリア信号により送受信を行う遠方界アンテナと、
   第２周波数の第２キャリア信号により送受信を行う近傍界アンテナとを有し、
   前記近傍界アンテナは、前記遠方界アンテナを介し、前記半導体集積回路へ接続することを特徴とするＩＣタグ。
2. 請求項１に記載のＩＣタグにおいて、
   前記遠方界アンテナは、帯域消去フィルタとして機能し、
   前記遠方界アンテナ、前記半導体集積回路と前記近傍界アンテナとの間における前記第１周波数の帯域の信号伝達特性が低いことを特徴とするＩＣタグ。
3. 請求項１または２に記載のＩＣタグにおいて、
   前記遠方界アンテナは、前記第１キャリア信号の半波長の長さであることを特徴とするＩＣタグ。
4. 請求項１から３の何れかに記載のＩＣタグにおいて、
   フィルタを有し、
   前記近傍界アンテナは、前記フィルタを介し、前記半導体集積回路へ接続し、
   前記フィルタは、前記半導体集積回路と前記近傍界アンテナとの間における前記第１周波数の帯域の信号伝達特性が低いことを特徴とするＩＣタグ。
5. 請求項１から４の何れかに記載のＩＣタグにおいて、
   前記遠方界アンテナは、メアンダ形状であることを特徴とするＩＣタグ。
6. 請求項１から４の何れかに記載のＩＣタグにおいて、
   前記遠方界アンテナは、スパイラルアンテナであることを特徴とするＩＣタグ。
7. 請求項１から６の何れかに記載のＩＣタグにおいて、
   前記遠方界アンテナは、電波の放射によって信号の送受信を行うアンテナであり、
   前記近傍界アンテナは、リーダ・ライタのコイルとの磁界結合によって信号の送受信を行うアンテナであることを特徴とするＩＣタグ。
8. リーダ・ライタと、ＩＣタグとを有し、
   前記ＩＣタグは、送受信回路を含む半導体集積回路と、第１周波数の第１キャリア信号により送受信を行う遠方界アンテナと、第２周波数の第２キャリア信号より送受信を行う近傍界アンテナとを有し、
   前記近傍界アンテナは、前記遠方界アンテナを介し、前記半導体集積回路へ接続し、
   前記半導体集積回路は、前記遠方界アンテナ、または、近傍界アンテナを介して前記リーダ・ライタと通信を行うことを特徴とするＩＣタグシステム。

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