JP2010525465A - 導電性標識に結合された無線周波数識別機能 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図6b
Description
RFIDタグ10が導電性物体24に近接あるいは隣接しているとき、各導体セグメントで生成される磁場は、図中の時計回りの矢印で示されるように、導電性物体24内で逆回りの渦電流23を誘導する。誘導された渦電流23の強度は、導電性基板に結合する磁場エネルギーの量に応じて決まる。RFIDタグ10が、例えば、薄い粘着物質の層を用いて導電性物体10に取り付けられた場合、RFIDタグ10から導電性物体24へ結合するエネルギーが大きくなり、誘導された渦電流23は対応して大きくなる。渦電流23がRFIDタグ10の電流と同じ程度の大きさではあるが、方向が逆であると、トランスポンダ電流と渦電流の総和は基本的にはゼロとなり、RFIDタグ10はRFIDリーダー60によって検出されなくなる。RFIDタグが金属物体のような導電性物体にごく近接している場合に、当業者によってこの物理現象は、多くの場合「干渉問題」と呼ばれる。
H=I/(2πr)
RFIDアンテナ18と導電性物体24との間の基板の距離rが増加すると、導電性物体の表面における磁場強度Hはそれに応じて減少する。この状態において、導電性物体と結合する磁場エネルギーは、RFIDタグが導電性物体24に直接隣接する場合に比べて減少する。しかしながら、ここでも、このアプローチの欠点は、干渉問題を減少及び解消するためにRFIDタグと導電性物体との間の距離を適切に定めるための、ポリマーフィルム、フォームテープ、又は同様の素材により、厚みが増加してしまうことである。この例では、導電面の隣接するRFIDタグをRFIDリーダーで正しく読み取るために必要となる、フォームコア、紙、ポリマーフィルムなどの非導電性、非磁性的な、誘電体物理的スペーサーの典型的な厚みを図示している。
図6a及び図6bに本出願の例示の実施形態が示されている。図6aは、RFID対応可能導電性標識物品100の概略図を示す。標識物品100は、その中に切抜き、開口部、又は開口18が形成される標識基板101を含む。図6a及び図6bにおいて切抜き108は長方形の切抜きであるが、あらゆる形状の切抜きであり得る。図6bは、標識物品100の分解側面図である。図6bは、標識基板101の第1の主表面104と第2の主表面106とを示している。光学的活性シート102の層(再帰反射性又は反射性シートを含むがこれに限定されない)は、標識基板101の第1の主表面104の少なくとも一部分に隣接して位置決めされる。シート102は、標識基板101と直接接触してもよい。あるいは、例えば、接着剤層が保持シート102を標識基板101に隣接して保持する場合のように、シート102は標識基板101に隣接してもよい。
標識物品を、非金属化プリズム型反射シートが接着された又は貼り付けられたプラスチック基板を用いて、作製した。トランスコア社(Transcore Co.)製のRFIDタグ(915MHz)を、厚みが2.54mm(1/10インチ)〜12.7mm(1/2インチ)である種々のプラスチック基板のそれぞれの一側面に貼り付けた。3M社(3M Company)(ミネソタ州セントポール(St. Paul, Minnesota))製再帰反射性非金属シートのダイヤモンドグレード(登録商標)を、各プラスチック基板の他側に適用した。各プラスチック基板上のRFIDタグを、およそ914.4cm(30フィート)の距離でインターメック社(Intermec)製の携帯読取装置を用いて読み取ることに成功した。
5.08cm(2インチ)×7.62cm(3インチ)のトランスコア社(Transcore)製の915MHz用受動FIDタグよりも、寸法が全側面でおよそ12.7mm(0.5インチ)大きな切抜きを、厚みが2.03mm(0.08インチ)で45.7cm(18インチ)×61cm(24インチ)のアルミニウム標識基板に切り込んだ。標識基板の主表面の1つを、3M社(3M Company)(ミネソタ州セントポール(St. Paul, Minnesota))製再帰反射性シートのダイヤモンドグレード(登録商標)で覆った。RFIDタグを切抜きの中に配置した。厚み及び形状が、除去された標識基板の厚み及び形状と概ね合致するプラスチックプラグを、プラスチックプラグがRFIDタグに隣接して位置決めされるように切抜きの中に配置した。このように、プラスチックプラグの寸法及び形状は切抜きの寸法及び形状と実質的に同じであった。非金属テープの一片を、切抜きを完全に覆いかつプラスチックプラグに隣接して位置決めされるように、標識基板の背面に配置した。RFIDタグを、実施例1に記載の導電性のRFID標識物品に相当する距離であるおよそ9.1メートル(30フィート)の距離で、インターメック社(Intermec)製の携帯読取装置を用いて読み取ることに成功した。
タグを金属プレートに対してx及びy寸法の中心に配置し、かつプレートの前面(z寸法に沿った前面)と同一平面に配置した状態で、切抜きのy寸法を変化させる効果を測定するために、次の実施例をモデル化した。位置Aにある長さ11.43cm(4.5インチ)、高さ8.89cm(3.5インチ)の切抜きを、0.137cm(1/8インチ)アルミニウムストックから作製された金属プレート30.48cm(12インチ)×30.48cm(12インチ)の中にモデル化した。このモデルに使用された切抜きは、切抜きの上縁部を上方に移動させることでy寸法を8.89cm(3.5インチ)としたことを除いては切抜きAと同一であった。結果を図12に示す。図12は、切抜きのy寸法が拡大されると、指向性が低減して放射パターンが変化することを示している。このように、切抜きの寸法を用いて放射パターンを変化させる又は最適化することができる。
タグが金属プレートに対してx及びy寸法の中心に配置され、かつプレートの前面(z寸法に沿った前面)と同一平面に配置された切抜きを維持したまま、y寸法を変化させる効果を測定するために、次の実施例をモデル化した。寸法の異なる2個の個別の金属プレートをモデル化した。2個のプレートは共に0.137cm(1/8インチ)アルミニウムストックから作製され、各プレートの切抜きは長さ11.43cm(4.5インチ)、高さ2.54cm(1インチ)であった。プレートAの寸法は30.48cm(12インチ)×30.48cm(12インチ)、プレートBの寸法は15.24cm(6インチ)×15.24cm(6インチ)であった。モデル結果を図13に示す。図13は、切抜きのy寸法が拡大されると、指向性が低減して放射パターンが変化することを示している。このように、切抜きの寸法を用いて放射パターンを変化させる又は最適化することができる。
タグが金属プレートに対してx及びy寸法の中心に配置され、かつプレートの前面(z寸法に沿った前面)と同一平面に配置された切抜きを維持したまま、金属プレートの形状を変化させることの効果を測定するために、次の実施例をモデル化した。形状の異なる2個の個別の金属プレートをモデル化した。2個のプレートは共に0.137cm(1/8インチ)アルミニウムストックから作製され、各プレートの切抜きは長さ11.43cm(4.5インチ)、高さ2.54cm(1インチ)であった。モデル化されたプレートの形状は正方形及び三角形であった。正方形のプレートは30.48cm(12インチ)×30.48cm(12インチ)であった。三角形のプレートは、底辺が30.48cm(12インチ)、側辺が33.53cm(13.2インチ)、即ち、高さが30.48cm(12インチ)であった。モデル結果を図14に示す。図14は、金属プレートの形状が変化すると、放射パターンが変化することを示している。このように、金属プレートの形状を用いて放射パターンを変化させる又は最適化することができる。
本発明の別の例示の実施形態は、導電性基板が、基板に結合するRFID集積回路のアンテナとして動作するように、導電性基板に切抜き、開口部、スロット、又は開口を形成することを含む。この切抜き、開口部、又は開口は、ダイポールアンテナと同様の放射パターン特性を有する「スロットアンテナ」と称することができるものを作り出す。例えば、金属シートの標識等の導電性基板にRFIDチップが取り付けられると、スロットアンテナはRFIDチップと結び付けられる。こうして、RFID機能を、以下のことで導電性標識に付随させることができる。すなわち、(1)スロットアンテナを形成するために導電性基板に切抜き、開口部、スロット、又は開口を作る、並びに(2)RFIDチップを導電性基板に取り付けることにより、標識に形成されたスロットアンテナがRFIDアンテナとして機能し、及び得られた導電性基板がRFID機能を有するようにする。本発明者らは、開口が適切に設計され推進されれば、標識の比較的大きな形状因子が非常に効率的な放射体を作ることができることを認識した。
スロットアンテナを有する標識物品のこの実施において、スロットアンテナはチップインピーダンスと無関係に設計されてもよく、RFIDチップとアンテナとの間のインピーダンスを変換するために整合ネットワークを使用してもよい。この設計の1つの利点は、アンテナ設計が変わらないことである。しかしながら、整合ネットワークコンポーネントは、設計により実現される特定のRFIDチップに基づいて調整しなければならない。
標準スロットの設計式を用いて、915MHzで動作する50オームのスロットアンテナを設計した。アンテナを、CSTマイクロ波スタジオ(CST Microwave Studio)(登録商標)を用いてモデル化し、ネットワーク分析器により測定した。スロット設計の概略図が図15に示されている。15.24cm(6インチ)×30.48cm(12インチ)の片面金属化のFR4材のPCボード402を基板(標準の米国ナンバープレートに近似する寸法)として使用した。スロットアンテナ400は、20.32cm(8インチ)×1.02cm(0.4インチ)であり、PCボードの表面から銅を機械的にエッチングして作った。
900MHz、50オームのスロットアンテナを、様々な寸法の3つのプレートの中心に配置されるようにモデル化した。プレート#1は15.24cm(0.5フィート)×30.48cm(1フィート)、プレート#2は60.96cm(2フィート)×60.96cm(2フィート)、及びプレート#3は121.92cm(4フィート)×121.92cm(4フィート)のサイズが測定された。得られたアンテナパターンを図16〜図19に示す。具体的には、プレート#1のアンテナパターンは図16a及び図16b(図16aは正面図及び図16bは側面図)に示され、プレート#2のアンテナパターンは図17a及び図17b(図17aは正面図及び図17bは側面図)に示され、プレート#3のアンテナパターンは図18a及び図18b(図18aは正面図及び図18bは側面図)に示されている。最後に、図19は図16〜図17の比較を分かりやすく示している。
標準スロットの設計式を用いて、915MHzで動作する50オームのスロットアンテナを設計した。15.24cm(6インチ)×30.48cm(12インチ)の片面金属化のFR4材のPCボードを基板として使用した。20.32cm(8インチ)×1.02cm(0.4インチ)スロットアンテナを、PCボードの表面から銅を機械的にエッチングして作った。図25a及び図25bに示すように、整合回路を同一平面に取り付け、かつ一体化するために、スロットアンテナの中心に回路基板の基板を貫いて穴を通し、小さな整合回路基板を挿入した。回路基板は整合回路のコンポーネントを含む。参照番号450はRFID集積回路を示している。異なるレイアウト及び素子を有する様々な回路設計を実施できることを当業者は認識するであろうが、この実施例で使用された回路設計は図26に示されている。図26に示されるように、この実施例で使用された整合回路は、直流を遮断するために複数のコンデンサを含む。多くの用途においてこれは必要ではなく、一部の用途では、例えば、インダクタ及びコンデンサを用いて達成することができる。整合回路の個々のコンポーネントの値は示されていないが、これらの値はチップモデル及び製造者によって異なることが当業者には認識されよう。個別の整合回路基板を形成することで、スロットアンテナとは無関係に整合回路を最適化することが可能となる。次に、整合回路及びスロットアンテナは別々の工程で一体化される。
この、スロットアンテナを含む標識の実施において、チップインピーダンスに直接整合されるスロット設計が形成される。この設計の1つの利点は、整合ネットワークがなくなるので、整合ネットワークをフィードに集積することによって生じる面倒がなくなることである。しかしながら、この設計に欠点が1つあるとすれば、それは、異なるインピーダンスを有するチップが実装される場合にアンテナを再度設計しなおさなければならないことである。
Claims (23)
- 切抜き(108)を含む導電性素子と、
前記切抜き(108)にはめ込まれるRFIDタグ(110)と、を含み、
前記導電性素子が、導電性基板(101)又は導電性シート(102)の少なくとも1つを含む、導電性の無線周波数識別(RFID)対応可能標識物品(100)。 - 前記導電性素子が、光学的活性シート(102)に隣接して位置決めされる導電性基板(101)である、請求項1に記載の標識物品。
- 前記導電性素子が、導電性の光学的活性シート(102)に隣接して位置決めされる非導電性基板(101)である、請求項1に記載の標識物品。
- 前記切抜き(108)にはめ込まれ、前記RFIDタグ(110)に隣接して位置決めされる第1のプラグ(112)を更に含む、請求項1に記載の標識物品。
- 前記第1のプラグ(112)が、完全に前記切抜き(108)内に位置決めされる、請求項4に記載の標識物品。
- 前記第1のプラグ(112)が非導電性である、請求項4に記載の標識物品。
- テープ(114)の層が前記第1のプラグ(112)及び前記RFIDタグ(110)を前記切抜き(108)の中に保持するように、前記基板(101)の主表面(104、106)に取り付けられる前記テープ(114)の層を更に含む、請求項4に記載の標識物品。
- 前記切抜き(108)にはめ込まれる第2のプラグを更に含み、前記RFIDタグ(110)が前記第1のプラグ(112)と前記第2のプラグとの間に位置決めされる、請求項4に記載の標識物品。
- 前記RFIDタグ(110)が、前記基板(101)の主表面と同一平面にある、請求項1に記載の標識物品。
- 前記RFIDタグ(110)が、前記基板(101)と直接接触する、請求項1に記載の標識物品。
- 前記RFIDタグ(110)が、直線的なアンテナを含む、請求項1に記載の標識物品。
- 前記RFIDタグ(110)が、弾性表面波(SAW)RFIDタグである、請求項1に記載の標識物品。
- 前記RFIDタグ(110)が、前記導電性素子に取り外し可能に取り付けられる、請求項1に記載の標識物品。
- 前記RFIDタグ(110)が、前記標識物品(100)に関する情報を格納する集積回路を含む、請求項1に記載の標識物品。
- 前記集積回路が、前記標識物品(100)の点検履歴を格納する、請求項14に記載の標識物品。
- 前記標識物品が、交通整理材料、車両マーク、道路マーク、再帰反射性衣料品、室内/屋外用標識製品、こわれやすい保安用ステッカー、製品認証材料、店舗用ディスプレイパッケージ、書類、在庫ラベル及び管理製品、識別タグ、識別ラベル、識別システム、ナンバープレート、又は交通標識の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の標識物品。
- 導電性素子上で位置を選択する工程と、
前記導電性素子内で、前記選択された位置に切抜き(108)を形成する工程と、
無線周波数識別(RFID)タグ(110)を前記切抜き(108)の中に設置する工程と、を含み、
前記導電性素子上で位置を選択する工程が、前記RFIDタグ(110)が前記切抜き(108)の中に配置されるときに形成される導電性のRFID対応可能標識物品(100)の所望の放射パターンを基本とする、導電性のRFID対応可能標識物品(100)の形成方法。 - 前記導電性素子上で位置を選択する工程が、前記RFIDタグ(110)の所望の読取角度を基本として前記位置を選ぶ工程を包含する、請求項17に記載の方法。
- 切抜き寸法と切抜き形状とを有する切抜き(108)を、素子寸法と素子形状とを有する導電性素子の中に形成する工程と、
導電性のRFID対応可能標識物品(100)を形成するために、無線周波数識別(RFID)タグ(110)を前記切抜き(108)の中に設置する工程と、を含む方法。 - 前記切抜き寸法の選択が、所望の放射パターンを基本とする、請求項19に記載の方法。
- 前記素子寸法の選択が、所望の放射パターンを基本とする、請求項19に記載の方法。
- 前記素子形状の選択が、所望の放射パターンに基づく、請求項19に記載の方法。
- 前記切抜き形状の選択が、所望の放射パターンを基本とする、請求項19に記載の方法。
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