JP2011035493A - Antenna device - Google Patents

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龍太 園田
Kazuhiko Niwano
和彦 庭野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device for an RFID tag which can be installed on various subjects regardless of the material of an installation subject. <P>SOLUTION: The antenna device for the RFID tag is constituted in which an antenna element having a substrate and a conductor pattern installed on the substrate is disposed on a first dielectric layer, and characteristically includes a second dielectric layer, an artificial medium, and a ground plane, wherein the first dielectric layer has the antenna element installed on its one side and the artificial medium installed on its another side, the second dielectric layer has the artificial medium installed on its one side and the ground plane installed on its another side, and a total length of the ground plane is substantially equal to or shorter than the total length of the second dielectric layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、RFIDタグ等に使用され得るアンテナ装置に関する。   The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device that can be used for an RFID tag or the like.

近年、電磁界や電波を利用した非接触認証技術として、RFID(Radio Frequency Identification)技術が注目されている。RFID技術では、タグやラベル状に加工されたICチップが実装されたアンテナ素子を有するRFIDタグ(ICタグおよび非接触式ICカード等、RFID技術を用いて情報交換が行われる媒体の総称)に含まれる情報を、リーダと呼ばれる装置で読み取ることにより、物体認証等を行うことができる。現在、電波方式のRFIDには、主にUHF帯と2.45GHz帯が利用されている。   In recent years, RFID (Radio Frequency Identification) technology has attracted attention as contactless authentication technology using electromagnetic fields and radio waves. In the RFID technology, an RFID tag (general name of a medium in which information is exchanged using the RFID technology, such as an IC tag and a non-contact IC card) having an antenna element on which an IC chip processed into a tag or a label is mounted. Object authentication or the like can be performed by reading the contained information with a device called a reader. Currently, the radio frequency RFID mainly uses the UHF band and the 2.45 GHz band.

一般に、RFIDタグは金属製対象物には貼付することができない。これは、RFIDタグが金属と結合するため、このような状態では本来の性能を維持することができないからである。そこで、この課題を解決するために、金属対応のRFIDタグが開発されている。その構成は、アンテナ基板上に導体パターンおよびICチップを設置することにより構成されたアンテナ素子を、誘電体層上に設置することにより構成される。このような金属対応のRFIDタグは、前記誘電体層側を金属製対象物に設置し、該金属製対象物をグラウンドプレーンとして利用することにより、アンテナ装置として機能し、これにより前述のような動作を行うことが可能となる。   Generally, an RFID tag cannot be attached to a metal object. This is because the original performance cannot be maintained in such a state because the RFID tag is bonded to metal. In order to solve this problem, metal-compatible RFID tags have been developed. The configuration is configured by installing an antenna element configured by installing a conductor pattern and an IC chip on an antenna substrate on a dielectric layer. Such a metal-compatible RFID tag functions as an antenna device by installing the dielectric layer side on a metal object and using the metal object as a ground plane. The operation can be performed.

国際公開第WO2008/136530号パンフレットInternational Publication No. WO2008 / 136530 Pamphlet

しかしながら、従来の金属対応のRFIDタグは、金属に設置した状態で、はじめて性能が発揮できるよう設計されているため、単体ではもちろんであるが、セラミックなどの非金属製の対象に設置しても作動しないため、設置対象が金属製のものに限られるという問題がある。また、従来のRFIDタグでは、設置対象が金属製であっても、冷凍製品などのように、その表面が、例えば水分によって濡れている場合など、環境条件によっては、適正に作動しない場合がある。そのため、設置対象の材質および周囲環境に影響されず、様々な設置対象上おいて適正に作動するRFIDタグが要望されている。   However, the conventional RFID tag for metal is designed so that the performance can be exhibited for the first time when it is installed on metal. Of course, it can be installed on a non-metallic object such as ceramic. Since it does not operate, there is a problem that the installation object is limited to a metal object. In addition, even if the conventional RFID tag is made of metal, it may not operate properly depending on environmental conditions such as when the surface is wet with moisture, such as a frozen product. . Therefore, there is a demand for an RFID tag that operates properly on various installation targets without being affected by the material of the installation target and the surrounding environment.

本発明は、このような背景の下なされたものであり、本発明は、設置対象の材質によらず、様々な対象に設置することができるRFIDタグ用のアンテナ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide an antenna device for an RFID tag that can be installed on various objects regardless of the material of the installation object. To do.

本発明では、基板および該基板上に設置された導体パターンを有するアンテナ素子が第1の誘電体層上に配置されて構成されるRFIDタグ用のアンテナ装置であって、
さらに、第2の誘電体層と、人工媒質と、グラウンドプレーンとを有し、
前記第1の誘電体層は、一方の側に前記アンテナ素子が設置され、他方の側に前記人工媒質が設置され、
前記第2の誘電体層は、一方の側に前記人工媒質が設置され、他方の側に前記グラウンドプレーンが設置され、
前記グラウンドプレーンは、全長が前記第2の誘電体層の全長と実質的に等しく、またはより短いことを特徴とするアンテナ装置が提供される。
In the present invention, an antenna device for an RFID tag configured by arranging a substrate and an antenna element having a conductor pattern placed on the substrate on the first dielectric layer,
And a second dielectric layer, an artificial medium, and a ground plane.
In the first dielectric layer, the antenna element is installed on one side, and the artificial medium is installed on the other side.
In the second dielectric layer, the artificial medium is installed on one side, and the ground plane is installed on the other side.
An antenna device is provided wherein the ground plane has a total length substantially equal to or shorter than a total length of the second dielectric layer.

ここで、本発明によるアンテナ装置において、前記グラウンドプレーンは、幅が前記第2の誘電体層の幅と実質的に等しく、またはより短くなっていても良い。   Here, in the antenna device according to the present invention, the ground plane may have a width substantially equal to or shorter than a width of the second dielectric layer.

また、本発明によるアンテナ装置において、前記第1および第2の誘電体層は、実質的に同じ全長を有しても良い。   In the antenna device according to the present invention, the first and second dielectric layers may have substantially the same overall length.

また、本発明によるアンテナ装置において、前記第1および第2の誘電体層は、実質的に同じ幅を有しても良い。   In the antenna device according to the present invention, the first and second dielectric layers may have substantially the same width.

さらに、本発明によるアンテナ装置において、前記人工媒質は、2つの導体層と、該導体層の間の第3の誘電体層で構成されても良い。   Furthermore, in the antenna device according to the present invention, the artificial medium may be composed of two conductor layers and a third dielectric layer between the conductor layers.

また、本発明によるアンテナ装置において、前記人工媒質は、当該アンテナ装置を厚み方向から見たとき、前記アンテナ素子の給電点と重なるように設置されても良い。   In the antenna device according to the present invention, the artificial medium may be installed so as to overlap with a feeding point of the antenna element when the antenna device is viewed from the thickness direction.

なお、本願において、ある素子の「全長」とは、その素子の縦および横の寸法のうち長い方の寸法を意味し、ある素子の「幅」とは、その素子の縦および横の寸法のうち短い方の寸法を意味する。ただし、縦と横の寸法が実質的に等しい場合は、縦と横のいずれか一方を「全長」とし、他方を「幅」とする。   In this application, the “total length” of a certain element means the longer dimension of the vertical and horizontal dimensions of the element, and the “width” of a certain element means the vertical and horizontal dimensions of the element. The shorter dimension is meant. However, when the vertical and horizontal dimensions are substantially equal, either the vertical or horizontal dimension is the “full length” and the other is the “width”.

本発明では、設置対象の材質によらず、様々な対象に設置することができるRFIDタグ用のアンテナ装置が提供される。   The present invention provides an antenna device for an RFID tag that can be installed on various objects regardless of the material of the installation object.

従来のアンテナ装置の概略的な断面図の一例である。It is an example of schematic sectional drawing of the conventional antenna device. 本発明によるアンテナ装置の概略的な上面図の一例である。It is an example of the schematic top view of the antenna apparatus by this invention. 図2に示すアンテナ装置のA−A線での概略的な断面図の一例である。It is an example of the schematic sectional drawing in the AA line of the antenna apparatus shown in FIG. 図2に示すアンテナ装置のB−B線での概略的な断面図の一例である。It is an example of schematic sectional drawing in the BB line of the antenna apparatus shown in FIG. 第1の例によるアンテナ装置において、解析の結果得られたリターンロスS11の周波数依存性を示したグラフである。It is the graph which showed the frequency dependence of return loss S11 obtained as a result of analysis in the antenna device by the 1st example. 第2の例によるアンテナ装置において、解析の結果得られたリターンロスS11の周波数依存性を示したグラフである。It is the graph which showed the frequency dependence of return loss S11 obtained as a result of analysis in the antenna device by the 2nd example. 第3の例によるアンテナ装置において、解析の結果得られたリターンロスS11の周波数依存性を示したグラフである。It is the graph which showed the frequency dependence of the return loss S11 obtained as a result of the analysis in the antenna device by the 3rd example. 第4の例によるアンテナ装置において、解析の結果得られたリターンロスS11の周波数依存性を示したグラフである。It is the graph which showed the frequency dependence of the return loss S11 obtained as a result of the analysis in the antenna device by the 4th example.

以下、本発明についてより詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

前述のように、従来のRFIDタグでは、該RFIDタグの誘電体層側を金属製対象物に設置し、金属製対象物の表面をアンテナ装置に対するグラウンドプレーンとして機能させることにより、RFIDタグをアンテナ装置として作動するようにしている。すなわち、RFIDタグは、単独では、アンテナ装置として作動しない。そのため、一般にRFIDタグの設置対象は、アンテナ装置のグラウンドプレーンとしての機能を発揮することができる、金属製のものに限定されている。   As described above, in the conventional RFID tag, the dielectric layer side of the RFID tag is installed on a metal object, and the surface of the metal object functions as a ground plane for the antenna device, so that the RFID tag is connected to the antenna. It works as a device. That is, the RFID tag alone does not operate as an antenna device. For this reason, generally, the RFID tag installation target is limited to a metal object that can function as a ground plane of the antenna device.

また、RFIDタグを金属製の対象物の表面に設置した場合であっても、例えばその表面が濡れている場合など、周囲環境の影響によっては、RFIDタグがアンテナ装置として適正に作動しない場合がある。   Even when the RFID tag is installed on the surface of a metal object, the RFID tag may not operate properly as an antenna device depending on the influence of the surrounding environment, for example, when the surface is wet. is there.

また、通常のRFIDタグは、アンテナ装置としての適正な動作特性を得るため、誘電体層などの装置構成部材に対して、微細なスリットを入れるなど、高精度の加工を行う必要がある。このような高精度の加工は、製造工程を煩雑にするだけではなく、得られた製品の性能のバラツキの原因になり得る。   In addition, in order to obtain an appropriate operating characteristic as an antenna device, a normal RFID tag needs to be processed with high accuracy such as inserting a fine slit in a device constituent member such as a dielectric layer. Such high-precision processing not only complicates the manufacturing process but can also cause variations in the performance of the obtained product.

このような背景の下、本願発明者等は、アンテナ装置の構造について鋭意研究開発を重ねた結果、人工媒質を使用し、予めアンテナ装置にグラウンドプレーンを設置しておくことにより、RFIDタグの設置対象が金属製のものに限定されなくなることを見出した。この結果によれば、誘電体として人工媒質を使用し、予めアンテナ装置にグラウンドプレーンを設置しておき、アンテナ装置を「独立作動式ユニット」として構成することにより、設置対象および/または周囲環境に影響を受けにくいRFIDタグを実現することが可能となると予想される。   Under such a background, the inventors of the present application have conducted extensive research and development on the structure of the antenna device, and as a result, an artificial medium is used and a ground plane is previously installed on the antenna device, thereby installing the RFID tag. It has been found that the subject is not limited to metal ones. According to this result, an artificial medium is used as a dielectric, a ground plane is set in the antenna device in advance, and the antenna device is configured as an “independently operated unit”. It is expected that an RFID tag that is not easily affected can be realized.

しかしながら、予めグラウンドプレーンが設置された独立作動式のアンテナ装置を実際に設計、製作しようとすると、最終的に得られるアンテナ装置が大型化してしまい、小型のアンテナ装置を得ることができなくなるという問題がある。   However, when an independent operation type antenna device in which a ground plane is previously installed is actually designed and manufactured, the antenna device finally obtained is enlarged, and a small antenna device cannot be obtained. There is.

図1には、特許文献1(国際公開第WO2008/136530号パンフレット)に示されているアンテナ装置の断面図を模式的に示す。このアンテナ装置1は、アンテナ素子15(アンテナ基板12および導体パターン10)と、第1のスペーサ層20と、人工媒質50(第1の導電層52、誘電体層54、および第2の導電層56)と、第2のスペーサ層60と、グラウンドプレーン70とで構成される。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of the antenna device disclosed in Patent Document 1 (International Publication No. WO2008 / 136530 pamphlet). This antenna device 1 includes an antenna element 15 (antenna substrate 12 and conductor pattern 10), a first spacer layer 20, an artificial medium 50 (first conductive layer 52, dielectric layer 54, and second conductive layer). 56), the second spacer layer 60, and the ground plane 70.

図1に示すように、従来、RFIDタグ用のアンテナ装置のグラウンドプレーン70は、できる限り大きくした状態で、設計および製作が行われることが一般的である。これは、グラウンドプレーン70の境界領域の影響をできる限り抑制するためである。すなわち、一般に、グラウンドプレーン70の寸法がアンテナ素子15に対して相対的に小さくなると、アンテナ素子15に及ぼすグラウンドプレーン70の境界領域の影響が無視できなくなり、アンテナ装置1に適正な特性が得られなくなることが予想される。   As shown in FIG. 1, conventionally, a ground plane 70 of an antenna device for an RFID tag is generally designed and manufactured in a state as large as possible. This is to suppress the influence of the boundary area of the ground plane 70 as much as possible. That is, generally, when the size of the ground plane 70 is relatively small with respect to the antenna element 15, the influence of the boundary region of the ground plane 70 on the antenna element 15 cannot be ignored, and appropriate characteristics can be obtained for the antenna device 1. It is expected to disappear.

従って、このような問題を回避するため、グラウンドプレーンの寸法は、例えば図1に示すように、他の構成部材よりも大きくする必要があるが、これによりアンテナ装置全体の寸法も、大きくなってしまうという問題がある。   Therefore, in order to avoid such a problem, the size of the ground plane needs to be larger than that of other components as shown in FIG. 1, for example, but this also increases the size of the entire antenna device. There is a problem of end.

しかしながら、本願発明者等は、多くの実験および解析から、人工媒質を設けたアンテナ装置において、実際には、前述のような問題は生じ難いこと、換言すれば、グラウンドプレーンの寸法を、例えば、第2のスペーサ層60の寸法程度まで縮小しても、そのようなアンテナ装置が適正に作動することを見出し、本発明に至った。   However, the inventors of the present application have found that in the antenna device provided with the artificial medium, it is difficult to cause the above-described problem in other words, in other words, the size of the ground plane is, for example, It has been found that such an antenna device operates properly even if the size of the second spacer layer 60 is reduced to about the size, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明では、基板および該基板上に設置された導体パターンを有するアンテナ素子が第1の誘電体層上に配置されて構成されるRFIDタグ用のアンテナ装置であって、
さらに、第2の誘電体層と、人工媒質と、グラウンドプレーンとを有し、
前記第1の誘電体層は、一方の側に前記アンテナ素子が設置され、他方の側に前記人工媒質が設置され、
前記第2の誘電体層は、一方の側に前記人工媒質が設置され、他方の側に前記グラウンドプレーンが設置され、
前記グラウンドプレーンは、全長が前記第2の誘電体層の全長と実質的に等しく、またはより短いことを特徴とするアンテナ装置が提供される。
That is, according to the present invention, there is provided an antenna device for an RFID tag configured by arranging an antenna element having a substrate and a conductor pattern placed on the substrate on the first dielectric layer,
And a second dielectric layer, an artificial medium, and a ground plane.
In the first dielectric layer, the antenna element is installed on one side, and the artificial medium is installed on the other side.
In the second dielectric layer, the artificial medium is installed on one side, and the ground plane is installed on the other side.
An antenna device is provided wherein the ground plane has a total length substantially equal to or shorter than a total length of the second dielectric layer.

(本発明によるアンテナ装置の構成)
次に、図2〜図4を参照して、本発明によるアンテナ装置の具体的な構成について説明する。
(Configuration of antenna device according to the present invention)
Next, a specific configuration of the antenna device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図2には、本発明によるアンテナ装置の概略的な上面図の一例を示す。また、図3には、図2に示すアンテナ装置のA−A線での概略的な断面図の一例を示し、図4には、図2に示すアンテナ装置のB−B線での概略的な断面図の一例を示す。   FIG. 2 shows an example of a schematic top view of the antenna device according to the present invention. 3 shows an example of a schematic cross-sectional view of the antenna device shown in FIG. 2 taken along line AA, and FIG. 4 shows a schematic view of the antenna device shown in FIG. 2 taken along line BB. An example of a simple sectional view is shown.

図2〜図4に示すように、本発明によるアンテナ装置100は、アンテナ素子115と、第1のスペーサ層120と、人工媒質150と、第2のスペーサ層160と、グラウンドプレーン170とを、この順に積層することにより構成される。   As shown in FIGS. 2 to 4, the antenna device 100 according to the present invention includes an antenna element 115, a first spacer layer 120, an artificial medium 150, a second spacer layer 160, and a ground plane 170. It is configured by stacking in this order.

アンテナ素子115は、可撓性樹脂のようなアンテナ基板112(全長Lb、幅Wb、厚さTbとする)と、該アンテナ基板112上に設置され、ICチップを有する導体パターン110(全長La、幅Wa、厚さTaとする)とを有する。図2において、P点は、給電点であり、ここにICチップが配置される。   The antenna element 115 includes an antenna substrate 112 (full length Lb, width Wb, and thickness Tb) such as a flexible resin, and a conductor pattern 110 (full length La, full length La, installed on the antenna substrate 112 and having an IC chip). Width Wa and thickness Ta). In FIG. 2, point P is a feeding point, and an IC chip is disposed here.

人工媒質150は、誘電体層154(全長Le、幅We、厚さTeとする)と、該誘電体層154のそれぞれの側に設置された、第1の導電層152および第2の導電層156(それぞれ、全長Ld1、幅Wd1、厚さTd1、および全長Ld2、幅Wd2、厚さTd2とする)とを有する。両導電層152、156は、人工媒質150の厚さ方向に沿って、位置が揃うように設置される。   The artificial medium 150 includes a dielectric layer 154 (full length Le, width We, thickness Te), and a first conductive layer 152 and a second conductive layer disposed on each side of the dielectric layer 154. 156 (each of which has a total length Ld1, a width Wd1, a thickness Td1, and a total length Ld2, a width Wd2, and a thickness Td2). Both the conductive layers 152 and 156 are installed so that their positions are aligned along the thickness direction of the artificial medium 150.

第1および第2のスペーサ層120、160(それぞれ、全長Lc、幅Wc、厚さTc、および全長Lf、幅Wf、厚さTfとする)は、一般的な誘電体で構成される。グラウンドプレーン170(全長Lg、幅Wg、厚さTgとする)は、例えば銅のような金属で構成される。   The first and second spacer layers 120 and 160 (full length Lc, width Wc, thickness Tc, and full length Lf, width Wf, thickness Tf, respectively) are made of a general dielectric. The ground plane 170 (full length Lg, width Wg, thickness Tg) is made of metal such as copper, for example.

なお、明確化および簡素化のため、図3および図4における導体パターン110は、図2の導体パターン110に対応したパターンに従って示されていないこと、すなわち図3および図4における導体パターン110は、均一な層として示されていることに留意する必要がある。また、図2〜図4には示されていないが、第1のスペーサ層120と人工媒質150の間および/または第2のスペーサ層160と人工媒質150の間には、樹脂のような接着層が設置されても良い。   For the sake of clarity and simplification, the conductor pattern 110 in FIGS. 3 and 4 is not shown in accordance with the pattern corresponding to the conductor pattern 110 in FIG. 2, that is, the conductor pattern 110 in FIGS. Note that it is shown as a uniform layer. Although not shown in FIGS. 2 to 4, a resin-like adhesive is provided between the first spacer layer 120 and the artificial medium 150 and / or between the second spacer layer 160 and the artificial medium 150. A layer may be installed.

このように、本発明によるアンテナ装置100では、第2のスペーサ層160の外側に、グラウンドプレーン170が設置されているため、「独立作動式」のアンテナ装置が得られる。従って、本発明によるアンテナ装置100は、設置対象の材質によらず、セラミックなど、様々な材質の設置対象に設置することができる。また、水分などの周囲環境に影響を受けにくいRFIDタグを提供することが可能となる。   Thus, in the antenna device 100 according to the present invention, since the ground plane 170 is installed outside the second spacer layer 160, an “independently operated” antenna device can be obtained. Therefore, the antenna device 100 according to the present invention can be installed on an installation target made of various materials such as ceramics regardless of the material of the installation target. In addition, it is possible to provide an RFID tag that is not easily affected by the surrounding environment such as moisture.

また、図2〜図4に示したアンテナ装置100では、グラウンドプレーン170の全長Lgは、第2のスペーサ層160の全長Lfと等しくなっている。すなわち、前述の図1のように、アンテナ装置100の他の構成部材に対して、グラウンドプレーン170だけが図2および図3のX方向に拡張された構成とはなっていない。   2 to 4, the total length Lg of the ground plane 170 is equal to the total length Lf of the second spacer layer 160. That is, as shown in FIG. 1 described above, only the ground plane 170 is not expanded in the X direction in FIGS. 2 and 3 with respect to the other components of the antenna device 100.

従って、本発明では、アンテナ装置100を小型化することができ、設置対象の寸法に対しても、制約の少ないRFIDタグを提供することが可能となる。   Therefore, in the present invention, the antenna device 100 can be miniaturized, and an RFID tag with less restrictions on the size of the installation target can be provided.

なお、本発明によるアンテナ装置は、前述のように、「独立作動式ユニット」として構成される。従って、予め製品を単独で評価したり、検査したりすることが可能になるという追加の利点が得られる。   The antenna device according to the present invention is configured as an “independently operated unit” as described above. Therefore, an additional advantage is obtained that the product can be previously evaluated or inspected in advance.

また、従来のように、構成部材にスリット等を設置する必要がなくなり、アンテナ装置の構造が簡単になる。またこれにより、製造工程が簡略化されるとともに、製品間での性能のバラツキが抑制されるという利点が得られる。   In addition, it is not necessary to install a slit or the like in the constituent member as in the conventional case, and the structure of the antenna device is simplified. As a result, the manufacturing process is simplified, and the advantage that variation in performance between products is suppressed is obtained.

なお、図2〜図4の例では、グラウンドプレーン170の全長Lgは、第2のスペーサ層160の全長Lfと実質的に等しくなっている。これは、図2〜図4の例では、アンテナ装置100を構成するアンテナ基板112、人工媒質150(の誘電体層154)、第1のスペーサ層120、および第2のスペーサ層160が全て同じ全長を有するためである。より一般的には、本発明において、グラウンドプレーン170の全長Lgは、アンテナ基板112、人工媒質150、第1のスペーサ層120、第2のスペーサ層160の全長のうち、最も大きな全長と実質的に等しい寸法を有しても良い。
ここで、アンテナ装置を上方から見たときのグランドプレーンの大きさは、アンテナ素子を構成する導体パターンと人工媒質を含む大きさであれば良い。例えば、導体パターンは横方向に長く、人工媒質は横方向と垂直な縦方向に長く、全体として十文字を構成しているとする。この場合、グランドプレーンの大きさは、この十文字をすべて含むような大きさとなる。
一方、グラウンドプレーン170の全長Lgは、第2のスペーサ層160の寸法Lfよりも小さくても良い。例えば、グラウンドプレーン170の全長Lgは、アンテナ素子115の導体パターン110の全長La程度であっても良い。
2 to 4, the total length Lg of the ground plane 170 is substantially equal to the total length Lf of the second spacer layer 160. 2 to 4, the antenna substrate 112, the artificial medium 150 (the dielectric layer 154), the first spacer layer 120, and the second spacer layer 160 that constitute the antenna device 100 are all the same. This is because it has a full length. More generally, in the present invention, the total length Lg of the ground plane 170 is substantially equal to the largest total length of the antenna substrate 112, the artificial medium 150, the first spacer layer 120, and the second spacer layer 160. May have dimensions equal to.
Here, the size of the ground plane when the antenna device is viewed from above may be a size including the conductor pattern and the artificial medium that constitute the antenna element. For example, it is assumed that the conductor pattern is long in the horizontal direction, the artificial medium is long in the vertical direction perpendicular to the horizontal direction, and forms a cross character as a whole. In this case, the size of the ground plane is such a size as to include all these ten characters.
On the other hand, the total length Lg of the ground plane 170 may be smaller than the dimension Lf of the second spacer layer 160. For example, the total length Lg of the ground plane 170 may be about the total length La of the conductor pattern 110 of the antenna element 115.

従って、本発明において、グラウンドプレーン170の全長Lgは、導体パターン110の全長La〜アンテナ基板112、人工媒質150、第1のスペーサ層120、および第2のスペーサ層160のうちの最も大きな部材の全長までの間の範囲にある。   Therefore, in the present invention, the total length Lg of the ground plane 170 is the largest member among the total length La of the conductor pattern 110 to the antenna substrate 112, the artificial medium 150, the first spacer layer 120, and the second spacer layer 160. It is in the range up to the full length.

同様に、図2〜図4の例では、グラウンドプレーン170の幅Wgは、第2のスペーサ層160の幅Wfと実質的に等しくなっている。これは、図2〜図4の例では、アンテナ装置100を構成するアンテナ基板112、人工媒質150(の誘電体層154)、第1のスペーサ層120、および第2のスペーサ層160が全て同じ幅を有するためである。より一般的には、本発明において、グラウンドプレーン170の幅Wgは、アンテナ基板112、人工媒質150、第1のスペーサ層120、第2のスペーサ層160の幅のうち、最も大きな幅と実質的に等しい寸法を有しても良い。一方、グラウンドプレーン170の幅Wgは、第2のスペーサ層160の寸法Wfよりも小さくても良い。例えば、グラウンドプレーン170の幅Wgは、アンテナ素子115の導体パターン110の幅Wa程度であっても良い。   Similarly, in the example of FIGS. 2 to 4, the width Wg of the ground plane 170 is substantially equal to the width Wf of the second spacer layer 160. 2 to 4, the antenna substrate 112, the artificial medium 150 (the dielectric layer 154), the first spacer layer 120, and the second spacer layer 160 that constitute the antenna device 100 are all the same. This is because it has a width. More generally, in the present invention, the width Wg of the ground plane 170 is substantially equal to the largest width among the widths of the antenna substrate 112, the artificial medium 150, the first spacer layer 120, and the second spacer layer 160. May have dimensions equal to. On the other hand, the width Wg of the ground plane 170 may be smaller than the dimension Wf of the second spacer layer 160. For example, the width Wg of the ground plane 170 may be about the width Wa of the conductor pattern 110 of the antenna element 115.

従って、本発明において、グラウンドプレーン170の幅Wgは、導体パターン110の幅Wa〜アンテナ基板112、人工媒質150、第1のスペーサ層120、および第2のスペーサ層160のうちの最も大きな部材の幅までの間の範囲にある。   Therefore, in the present invention, the width Wg of the ground plane 170 is the largest member among the width Wa of the conductor pattern 110 to the antenna substrate 112, the artificial medium 150, the first spacer layer 120, and the second spacer layer 160. It is in the range between the width.

(特性評価)
次に、4つの具体的なアンテナ装置において得られたアンテナ特性の評価結果を用いて、グラウンドプレーンの寸法がアンテナ装置の特性に及ぼす影響について説明する。
(Characteristic evaluation)
Next, the influence of the size of the ground plane on the characteristics of the antenna device will be described using the antenna characteristic evaluation results obtained in the four specific antenna devices.

アンテナ装置の特性評価には、Finite Integrate法をベースとした、電磁界シミュレータMicrowave Studio(登録商標)を使用し、アンテナ装置の入力インピーダンスのリターンロスS11の周波数依存性を測定した。なお、以下の各例の中には、本発明とは異なる構成が含まれる(例えば第1の例および第2の例)。しかしながら、以下の説明では、明確化のため、アンテナ装置の各部材に、図2〜図4に示した参照番号を付して説明することにする。   For the evaluation of the characteristics of the antenna device, an electromagnetic field simulator Microwave Studio (registered trademark) based on the Finite Integrate method was used, and the frequency dependence of the return loss S11 of the input impedance of the antenna device was measured. Each example below includes a configuration different from the present invention (for example, the first example and the second example). However, in the following description, for the sake of clarity, each member of the antenna device will be described with reference numerals shown in FIGS.

表1には、以下に示す4つの例において使用したグラウンドプレーンの寸法をまとめて示した。   Table 1 summarizes the dimensions of the ground plane used in the four examples shown below.

Figure 2011035493
(第1の例)
第1の例では、アンテナ装置は、以下の仕様の部材で構成されると仮定した。
(1)アンテナ素子115:
導体パターン110の寸法は、全長Laが94mm、幅Waが16mm、厚さTaが
38μmとした。アンテナ基板112は、PETフィルム製とし、全長Lbが100mm、幅Wbが40mm、厚さTbが0.038mmとした。
(2)第1のスペーサ層120:
第1のスペーサ層120の全長Lcは、100mm、幅Wcは、40mm、厚さTcは、600μmとした。比誘電率は、16とした。
(3)人工媒質150:
2つの導電層152、156の寸法は、いずれも、全長Ld1、Ld2が25mm、幅Wd1、Wd2が40mm、厚さTd1、Td2が18μmとした。2つの導電層152、156は、銅製とし、導電率σは、5.8×10S/mとした。誘電体層154の寸法は、全長Leが100mm、幅Weが40mm、厚さTeが300μmとした。比誘電率εrは、9.6とした。両導電層152、156は、誘電体層154の各側の中心部分に、該誘電体層154の厚さ方向に沿って位置が揃うように配置した。なお、アンテナ素子115の給電点Pは、アンテナ装置を厚さ方向から見たとき、導電層152、156のXY平面の中心部分に配置される。
(4)第2のスペーサ層160:
第2のスペーサ層160の全長Lfは、100mm、幅Wfは、40mm、厚さTfは、15μmとした。比誘電率εrは、3.3とした。
(5)グラウンドプレーン170:
表1に示すように、グラウンドプレーン170は、全長Lgが無限長さ、幅Wgが無限長さ、厚さTgが10μmとした。
(6)その他:
第1のスペーサ層120と人工媒質150の間、および人工媒質150と第2のスペーサ層160の間には、接着層を介在させた。接着層は、いずれも、全長が100mm、幅が40mm、厚さが30μmであり、比誘電率は、εr=2.6とした。グラウンドプレーン170を除く各構成部材は、厚さ方向に沿って、位置が揃うように配置した。
Figure 2011035493
(First example)
In the first example, it is assumed that the antenna device is composed of members having the following specifications.
(1) Antenna element 115:
The conductor pattern 110 had a total length La of 94 mm, a width Wa of 16 mm, and a thickness Ta of 38 μm. The antenna substrate 112 is made of a PET film, has a total length Lb of 100 mm, a width Wb of 40 mm, and a thickness Tb of 0.038 mm.
(2) First spacer layer 120:
The total length Lc of the first spacer layer 120 was 100 mm, the width Wc was 40 mm, and the thickness Tc was 600 μm. The relative dielectric constant was 16.
(3) Artificial medium 150:
As for the dimensions of the two conductive layers 152 and 156, the total lengths Ld1 and Ld2 were 25 mm, the widths Wd1 and Wd2 were 40 mm, and the thicknesses Td1 and Td2 were 18 μm. The two conductive layers 152 and 156 were made of copper, and the conductivity σ was 5.8 × 10 7 S / m. Regarding the dimensions of the dielectric layer 154, the total length Le was 100 mm, the width We was 40 mm, and the thickness Te was 300 μm. The relative dielectric constant εr was 9.6. Both the conductive layers 152 and 156 are arranged at the central portion of each side of the dielectric layer 154 so that the positions thereof are aligned along the thickness direction of the dielectric layer 154. Note that the feeding point P of the antenna element 115 is disposed at the center of the XY plane of the conductive layers 152 and 156 when the antenna device is viewed from the thickness direction.
(4) Second spacer layer 160:
The total length Lf of the second spacer layer 160 was 100 mm, the width Wf was 40 mm, and the thickness Tf was 15 μm. The relative dielectric constant εr was 3.3.
(5) Ground plane 170:
As shown in Table 1, the ground plane 170 had an overall length Lg of infinite length, a width Wg of infinite length, and a thickness Tg of 10 μm.
(6) Other:
Adhesive layers were interposed between the first spacer layer 120 and the artificial medium 150 and between the artificial medium 150 and the second spacer layer 160. All of the adhesive layers had a total length of 100 mm, a width of 40 mm, a thickness of 30 μm, and a relative dielectric constant of εr = 2.6. The constituent members other than the ground plane 170 were arranged so that their positions were aligned along the thickness direction.

図5には、解析の結果得られたアンテナ装置のリターンロスS11を示す。この図から、周波数が約0.94GHz〜約0.96GHzの範囲において、リターンロスS11は、−10dBを大きく下回っており、アンテナ装置が良好な特性を示すことが分かる。なお、このときのリターンロスは、ICチップとの整合を考慮するため、ICチップの持つ入力インピーダンスに対して、複素共役のインピーダンスで規格化したものである。   FIG. 5 shows the return loss S11 of the antenna device obtained as a result of the analysis. From this figure, it can be seen that in the frequency range of about 0.94 GHz to about 0.96 GHz, the return loss S11 is much lower than −10 dB, and the antenna device exhibits good characteristics. Note that the return loss at this time is normalized by the complex conjugate impedance with respect to the input impedance of the IC chip in order to consider matching with the IC chip.

(第2の例)
第2の例においても、アンテナ装置は、第1の例とほぼ同様に構成される。ただし、この場合、グラウンドプレーン170の寸法は、第1の例とは異なっている。表1に示すように、グラウンドプレーン170は、全長Lgが200mm、幅Wgが200mm、厚さTgが10μmとした。グラウンドプレーン170は、全長方向(図2〜図4のX方向)および幅方向(図2〜図4のY方向)において、厚さ方向に沿って、他の構成部材が、グラウンドプレーン170の表面の中央部分に配置されるように設置した。
(Second example)
Also in the second example, the antenna device is configured in substantially the same manner as in the first example. However, in this case, the dimensions of the ground plane 170 are different from those in the first example. As shown in Table 1, the ground plane 170 had an overall length Lg of 200 mm, a width Wg of 200 mm, and a thickness Tg of 10 μm. In the ground plane 170, the other constituent members are the surface of the ground plane 170 along the thickness direction in the full length direction (X direction in FIGS. 2 to 4) and the width direction (Y direction in FIGS. 2 to 4). It installed so that it might be arrange | positioned in the center part.

図6には、解析の結果得られたアンテナ装置のリターンロスS11を示す。第2の例において、得られたリターンロスS11は、第1の例における結果と実質的に同じであった。   FIG. 6 shows the return loss S11 of the antenna device obtained as a result of the analysis. In the second example, the obtained return loss S11 was substantially the same as the result in the first example.

(第3の例)
第3の例においても、アンテナ装置は、第1の例とほぼ同様に構成される。ただし、この場合、グラウンドプレーンの寸法は、第1の例とは異なっている。表1に示すように、グラウンドプレーンは、全長Lgが100mm(第2のスペーサ層160と同寸法)、幅Wgが100mm、厚さTgが10μmとした。各構成部材は、厚さ方向に沿って、位置が揃うように配置した。ただし、幅方向(図2〜図4のY方向)については、グラウンドプレーン170は、厚さ方向に沿って、他の構成部材が、グラウンドプレーン170の表面の中央部分に配置されるように設置した。
(Third example)
Also in the third example, the antenna device is configured in substantially the same manner as in the first example. However, in this case, the dimensions of the ground plane are different from those in the first example. As shown in Table 1, the ground plane had an overall length Lg of 100 mm (same dimensions as the second spacer layer 160), a width Wg of 100 mm, and a thickness Tg of 10 μm. Each component member was arranged so that the positions were aligned along the thickness direction. However, in the width direction (the Y direction in FIGS. 2 to 4), the ground plane 170 is installed along the thickness direction so that other constituent members are arranged at the center of the surface of the ground plane 170. did.

図7には、解析の結果得られたアンテナ装置のリターンロスS11を示す。第3の例において、得られたリターンロスS11は、第1および第2の例における結果と実質的に同じであった。このことから、グラウンドプレーン170の全長Lgを第2のスペーサ層160と同寸法にしても、アンテナ装置100は、適正に作動することがわかった。   FIG. 7 shows the return loss S11 of the antenna device obtained as a result of the analysis. In the third example, the obtained return loss S11 was substantially the same as the results in the first and second examples. From this, it was found that the antenna device 100 operates properly even when the total length Lg of the ground plane 170 is the same as that of the second spacer layer 160.

(第4の例)
第4の例においても、アンテナ装置は、第1の例とほぼ同様に構成される。ただし、この場合、グラウンドプレーンの寸法は、第1の例とは異なっている。表1に示すように、グラウンドプレーン170は、第2のスペーサ層160と同寸法とした。すなわちグラウンドプレーン170の全長Lgは、100mm、幅Wgは、40mmである。厚さTgは、10μmとした。各構成部材は、全長方向(図2〜図4のX方向)および幅方向(図2〜図4のY方向)とも、厚さ方向に沿って、位置が揃うように配置した(すなわち図2〜図4に示すような配置)。
(Fourth example)
Also in the fourth example, the antenna device is configured in substantially the same manner as in the first example. However, in this case, the dimensions of the ground plane are different from those in the first example. As shown in Table 1, the ground plane 170 has the same dimensions as the second spacer layer 160. That is, the total length Lg of the ground plane 170 is 100 mm, and the width Wg is 40 mm. The thickness Tg was 10 μm. The constituent members are arranged so that their positions are aligned along the thickness direction in both the full length direction (X direction in FIGS. 2 to 4) and the width direction (Y direction in FIGS. 2 to 4) (that is, FIG. 2). -Arrangement as shown in FIG.

図8には、解析の結果得られたアンテナ装置のリターンロスS11を示す。第4の例において得られたリターンロスS11は、前述の3つの例における結果と実質的に同じであった。このことから、グラウンドプレーン170を第2のスペーサ層160と同寸法にしても、アンテナ装置100は、適正に作動することがわかった。   FIG. 8 shows the return loss S11 of the antenna device obtained as a result of the analysis. The return loss S11 obtained in the fourth example was substantially the same as the results in the above three examples. From this, it was found that the antenna device 100 operates properly even if the ground plane 170 has the same dimensions as the second spacer layer 160.

以上のように、グラウンドプレーンの寸法が無限長さから、第2のスペーサ層と実質的に等しい寸法まで変化しても、アンテナ装置の特性は、あまり影響を受けないことが確認された。   As described above, it has been confirmed that the characteristics of the antenna device are not significantly affected even when the size of the ground plane changes from an infinite length to a size substantially equal to the second spacer layer.

本発明は、RFID技術を用いたRFIDタグ等に利用することができる。   The present invention can be used for an RFID tag using RFID technology.

1 従来のアンテナ装置
10 導体パターン
12 アンテナ基板
15 アンテナ素子
20 第1のスペーサ層
50 人工媒質
52 第1の導電層
54 誘電体層
56 第2の導電層
60 第2のスペーサ層
70 グラウンドプレーン
100 本発明によるアンテナ装置
110 導体パターン
112 アンテナ基板
115 アンテナ素子
120 第1のスペーサ層
150 人工媒質
152 第1の導電層
154 誘電体層
156 第2の導電層
160 第2のスペーサ層
170 グラウンドプレーン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conventional antenna apparatus 10 Conductor pattern 12 Antenna board | substrate 15 Antenna element 20 1st spacer layer 50 Artificial medium 52 1st conductive layer 54 Dielectric layer 56 2nd conductive layer 60 2nd spacer layer 70 Ground plane 100 Antenna device according to invention 110 conductor pattern 112 antenna substrate 115 antenna element 120 first spacer layer 150 artificial medium 152 first conductive layer 154 dielectric layer 156 second conductive layer 160 second spacer layer 170 ground plane

Claims (6)

基板および該基板上に設置された導体パターンを有するアンテナ素子が第1の誘電体層上に配置されて構成されるRFIDタグ用のアンテナ装置であって、
さらに、第2の誘電体層と、人工媒質と、グラウンドプレーンとを有し、
前記第1の誘電体層は、一方の側に前記アンテナ素子が設置され、他方の側に前記人工媒質が設置され、
前記第2の誘電体層は、一方の側に前記人工媒質が設置され、他方の側に前記グラウンドプレーンが設置され、
前記グラウンドプレーンは、全長が前記第2の誘電体層の全長と実質的に等しく、またはより短いことを特徴とするアンテナ装置。
An antenna device for an RFID tag configured by arranging an antenna element having a substrate and a conductor pattern placed on the substrate on a first dielectric layer,
And a second dielectric layer, an artificial medium, and a ground plane.
In the first dielectric layer, the antenna element is installed on one side, and the artificial medium is installed on the other side.
In the second dielectric layer, the artificial medium is installed on one side, and the ground plane is installed on the other side.
The antenna device according to claim 1, wherein a total length of the ground plane is substantially equal to or shorter than a total length of the second dielectric layer.
前記グラウンドプレーンは、幅が前記第2の誘電体層の幅と実質的に等しく、またはより短いことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the ground plane has a width substantially equal to or shorter than a width of the second dielectric layer. 前記第1および第2の誘電体層は、実質的に同じ全長を有することを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1 or 2, wherein the first and second dielectric layers have substantially the same overall length. 前記第1および第2の誘電体層は、実質的に同じ幅を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のアンテナ装置。   4. The antenna device according to claim 1, wherein the first and second dielectric layers have substantially the same width. 5. 前記人工媒質は、2つの導体層と、該導体層の間の第3の誘電体層で構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のアンテナ装置。   The antenna device according to any one of claims 1 to 4, wherein the artificial medium includes two conductor layers and a third dielectric layer between the conductor layers. 前記人工媒質は、当該アンテナ装置を厚み方向から見たとき、前記アンテナ素子の給電点と重なるように設置されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the artificial medium is installed so as to overlap a feeding point of the antenna element when the antenna device is viewed from a thickness direction.
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