JP2011120303A - タグアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】導電性の対象物に取り付けられる小型のＲＦタグ及びＲＦタグを製造する方法を提供すること。
【解決手段】
ダイポールアンテナとチップが実装される給電部とで構成されるタグアンテナは、アンテナ共振波長の２分の１よりも短い実効長を有するダイポール部と、ダイポール部の中央に設けられた給電部と、給電部を中心に囲むように形成され、かつ両端がダイポール部に接続されているインダクタンス調整部と、ダイポール部の両端に、該ダイポール部の線路幅より広い領域を設けた端部とを有する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明はタグアンテナに関連する。

様々な商品、物品その他の対象物を管理するためにＲＦタグを使用することが間々ある。そのようなシステムは、多数のＲＦタグと、ＲＦタグからの情報を読み取る又はそこへ情報を書き込むリーダ又はライタ装置（以下、「ＲＦタグリーダ」という。）とを有する。対象物の各々にはＲＦタグが同伴する。リーダは質問器（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）とも呼ばれる。ＲＦタグは、ＲＦＩＤタグ、無線タグ、ＩＣタグ等と言及されてもよい。ＲＦタグには例えば識別情報（ＩＤ）、製造番号、製造日時、製造場所その他のデータが書き込まれてもよい。

ＲＦタグには一般に能動型（アクティブ型）と受動型（パッシブ型）がある。アクティブ型のＲＦタグは、自ら電力を用意することができ、ＲＦタグリーダ側の装置構成を簡単にすることができる。後者は、自ら電力を用意することはできず、外部からエネルギーを受けることによって、ＩＤ情報の送信等の動作が行なわれる。パッシブ型は、ＲＦタグを安価にする観点から好ましく、将来的に特に有望である。

使用する信号の周波数帯域の観点からは、電磁結合方式と電磁波方式とがある。前者は数キロヘルツ程度の周波数帯域や、１３メガヘルツ程度の周波数帯域等を使用する。後者は、ＵＨＦ帯（例えば９５０ＭＨｚ）や、２．４５ギガヘルツのような更に高い周波数帯域を使用する。通信可能な距離を増やしたり、ＲＦタグの寸法を小さくする等の観点からは高い周波数の信号を使用することが望ましい。一例として、電磁結合方式では高々１メートル程度しか通信できないことが知られている。また、９５０ＭＨｚでは１波長が３０ｃｍ程度で済むが、１３ＭＨｚではそれが２３メートルにもなってしまう。

ＲＦタグと共に同行する対象物には様々なものが考えられるが、特に対象物が導電性を有するか否かはＲＦタグの設計で特に重要視される。対象物が絶縁性であれば、ＲＦタグを取り付ける前後でＲＦタグの動作特性はさほど大きく変わらない。しかしそのＲＦタグを金属筐体のような導電体に取り付けると、その導体によるイメージ電流がＲＦタグの通信時に発生する。従ってＲＦタグの動作特性は導電体の対象物に取り付けられる前後で大きく異なる。

本願出願時の非特許文献１には金属に取り付けることが可能な従来のＲＦタグが掲載されている。

http://www.awid.com/product/mt_tag/mt.htm

非特許文献１に記載されているような従来のＲＦタグは、半波長より長いダイポールアンテナとして動作するアンテナ構造を有する。より具体的には誘電体の表面にアンテナのパターンを表す導電性材料が設けられ、誘電体の裏面に金属層が形成され、全長が１／２波長程度に設計されている。動作周波数は９０２−９２８ＭＨｚであるので、全長は１７ｃｍ程度になる。しかしながらこのような寸法ではＲＦタグを取り付ける対象物の種類が大きく制限されてしまうという問題がある。

また、従来のＲＦタグは導電性の対象物に取り付けられた場合に所望の無線通信を行うことができるように、アンテナの寸法や絶縁層の材料特性等が選択される。従って、ＲＦタグの製造工程の途中で、アンテナの導電層の部分が用意されたに過ぎない段階（下地の誘電体層や接地導電層が形成されていない状態）では、そのアンテナを通じてＲＦタグ中の集積回路の情報を利用することは困難である。このため、導電性の対象物に同伴するＲＦタグの場合には、非導電性の対象物に同伴するＲＦタグとは異なり、ＲＦタグの完成前にＲＦタグ中の情報を有効に利用できないという問題もある。

開示される発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は導電性の対象物に取り付けられる小型のＲＦタグ及びＲＦタグを製造する方法を提供することである。

開示される発明によるタグアンテナは、
ダイポールアンテナとチップが実装される給電部とで構成されるタグアンテナにおいて、
アンテナ共振波長の２分の１よりも短い実効長を有するダイポール部と、
該ダイポール部の中央に設けられた給電部と、
該給電部を中心に囲むように形成され、かつ両端がダイポール部に接続されているインダクタンス調整部と、
該ダイポール部の両端に、該ダイポール部の線路幅より広い領域を設けた端部とを有することを特徴とするタグアンテナである。

開示される発明によれば、導電性の対象物に取り付けられるＲＦタグの小型化を図ることができる。

本発明の一実施例によるＲＦタグの平面図を示す。 本発明の一実施例によるＲＦタグの側面図を示す。 本発明の一実施例によるＲＦタグの側面図を示す。 アンテナパターンの一例を示す図である。 アンテナパターンの一例を示す図である。 アンテナパターンの一例を示す図である。 アンテナパターンの一例を示す図である。 アンテナパターンの一例を示す図である。 アンテナパターンの一例を示す図である。 シミュレーションで想定されているアンテナの形状を示す図である。 インダクタ長と容量の対応関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 インダクタ長と利得の対応関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 インダクタ長と抵抗の対応関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 アンテナ及び集積回路に関する等価回路図を示す。 シミュレーションで想定されているアンテナの形状を示す図である。 インダクタ長と容量の対応関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 インダクタ長と利得の対応関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 インダクタ長と抵抗の対応関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 アンテナの各種のパラメータと飛距離の関係を示す図表（ε_ｒ＝２．３）である。 スペーサの厚みと飛距離の関係を示す図（ε_ｒ＝２．３）である。 アンテナの周波数特性を示すスミスチャート（ε_ｒ＝２．３）である。 インダクタ長と容量の対応関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 インダクタ長と利得の対応関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 インダクタ長と抵抗の対応関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 インダクタ長と容量の対応関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 インダクタ長と利得の対応関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 インダクタ長と抵抗の対応関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 アンテナの各種のパラメータと飛距離の関係を示す図表（ε_ｒ＝３．０）である。 スペーサの厚みと飛距離の関係を示す図（ε_ｒ＝３．０）である。 アンテナの周波数特性を示すスミスチャート（ε_ｒ＝３．０）である。 ＲＦタグを製造する方法を示す図である。 アンテナのパターンを形成する導電体を示す図である。 図１７Ｂのアンテナに関する動作周波数と整合容量の関係を示す図である。 余分な導電性のパターンを有するアンテナを示す図である。 図１８Ａのアンテナに関する動作周波数と整合容量の関係を示す図である。 余分な導電性のパターンを有するアンテナを示す図である。 図１９Ａのアンテナに関する動作周波数と整合容量の関係を示す図である。 図１９Ａのアンテナの余分な線路の長さと整合容量及び利得との関係を示す図である。 図１８Ａ及び図１９Ａに示されるアンテナの周波数特性を示すスミスチャートである。 アンテナ長と整合容量との関係を示す図である。 アンテナ長と利得との関係を示す図である。 アンテナ長と抵抗との関係を示す図である。 可能な切断箇所と共に印刷されたアンテナパターンを示す図である。 別の切断方向を示す図である。

本発明の一形態によれば、第１及び第２の放射素子の間に給電部が直列に接続されて微小ダイポールアンテナが形成され、給電部に並列にインピーダンス調整部が接続される。微小ダイポールアンテナの給電部に並列にインダクタを設けることで、ＵＨＦ帯で動作する微小ダイポールアンテナを形成することができる。これにより使用波長の半分より短いアンテナを備えたＲＦタグを実現することができる。

第１及び第２の放射素子は給電部に対して対称な形状を有してもよい。第１及び第２の放射素子は帯状に伸びる導電体でそれぞれ形成されてもよい。更に、帯状の導電体の一辺に沿って伸びる線路に給電部が接続されてもよい。また、一方の帯状の導電体の伸びる方向に沿う該導電体の２つの辺が、他方の導電体の２つの辺にそれぞれ整列していてもよい。そのように整列させることはアンテナをコンパクトに小型化する等の観点から好ましい。

インダクタは、屈曲した導電性の線路で形成されてもよいし、集中素子で形成されもよい。導電性の線路で形成すると、アンテナのパターンと同様に（場合によっては同時に）パターニングできる点で、それは製造工程の簡易化の観点から好ましい。また、線路長を調整することでインダクタンスの値を適切に調整することができる。なお、給電部に並列に設けられたインダクタのインダクタンスを調整することとは別に、第１及び第２の放射素子の双方又は一方の一部分を除去することで、ＲＦタグのインピーダンスが調整されてもよい。

アンテナを支持する絶縁層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層及びスペーサ層を少なくとも含む多層構造を有してもよい。例えばスペーサ層にＰＥＴフィルムを貼り付けることでＲＦタグを簡易に製造することができる。

アンテナ層を支持する絶縁層の裏面に導電層が設けられてもよい。これは、ＲＦタグの使用態様によらず、ＲＦタグの裏面側で接地導体を確保できる点で好ましい。裏面に設けられる導電層は一面に斑なく設けられてもよいし、網目状のパターンを有するように設けられてもよい。後者は金属材料を節約する観点から好ましい。

図１Ａ〜Ｃは本発明の一実施例によるＲＦタグを示す。図１ＡはＲＦタグの平面図を示す。図１ＢはＲＦタグの側面図を示す。図示されるようにＲＦタグは絶縁性のスペーサ１５と、スペーサ１５に付けられた絶縁性フィルム１０と、絶縁性フィルム１０上に形成されたアンテナパターンとを有する。

スペーサ１５は例えば数ミリメートルの厚さを有し、例えば２．３のような所定の比誘電率を有する。ＲＦタグは導電性の対象物（不図示）に取り付けられ、その対象物はスペーサ１５の裏面（絶縁性フィルム１０が付けられていない側の面）に取り付けられる。導電性の対象物には例えばパーソナルコンピュータの筐体、スチール製の事務用品、建築現場の鉄骨材料その他の適切な如何なる導電性の物品が含まれてもよい。導電性の対象物の表面が充分に大きな導電性を有していないことがある。例えば導電性の対象物の塗装材料や表面の凹凸状態等に起因して、その表面が導体としての性質を充分に発揮しない場合があるかもしれない。このような場合には図１Ｃに示されるようにスペーサ１５の裏面に導電層１７が形成されてもよい。

絶縁性フィルム１０はその上に適切なアンテナのパターンを形成することができる如何なる層で形成されてもよい。本実施例では絶縁性フィルム１０はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）材料から形成される。

図１Ａに示されるようにアンテナのパターンは図中左右の長さ方向に対称性を有する。このパターンで形成されるアンテナは平面アンテナを形成し、第１の放射素子１１と、第２の放射素子１２と、それらの間に直列に接続された給電部１３と、給電部１３に並列に接続されたインダクタ１４とを有する。

第１の放射素子１１，１２は長さ方向に沿う帯状の幅の広い形状を有する。給電部１３は幅の狭い線路により第１及び第２の放射素子１１，１２の間に直列に接続される。実際には給電部１３を示す破線の中に集積回路も含まれている。この集積回路はアンテナを通じてリーダ（又は質問器）から受信した信号を利用して電力を確保し、受信した信号（制御信号）の指示内容に応じて適切な応答信号を作成し、それを送信する処理を行う。第１，第２の放射素子１１，１２及び給電部１３はアンテナがダイポールアンテナとして動作するための中心的な役割を果たす。インダクタ１４は給電部１３に並列に設けられ、幅の狭い線路で形成され、矩形の形状を有する。インダクタ１４の平面形状は矩形に限定されないが、それは少なくとも閉曲線状に形成され、動作時に誘導素子として機能することを要する。主にインダクタ１４はアンテナのインピーダンスを給電部１３の集積回路と整合させるために使用される。従ってインダクタ１４は絶縁性フィルム上の平面的な線路ではなく立体的な集中素子で構成されてもよい。但し、製造工程の簡易化の観点からは、図示のようにインダクタ１４を線路で形成し、アンテナのパターン形成時にインダクタも同時に形成することが有利である。このようなアンテナのパターンを採用することで、アンテナの全長Ｌを使用波長の半分より短くすることができる。本実施例では使用周波数が９５０ＭＨｚ（これは３１６ｍｍの波長に対応する）である場合に、全長Ｌを６０ｍｍ程度にすることができ、それを半波長（１５８ｍｍ）よりも非常に短くすることができる。

アンテナのパターンは図１に示されるものに限定されず、図２乃至図７に例示されるように様々なパターンが使用されてもよい。図２に示されるように必要に応じてインダクタンスが更に大きくなるようにインダクタ１４が形成されてもよい。インダクタ１４は矩形でなくてもよい。図３に示されるように円弧状に形成されてもよい。インダクタ１４は、図１，２に示されるように帯状の２枚の導電板（１１，１２）と同一直線上に並んでもよいし、図４に示されるように同一直線上に並んでいなくてもよい。第１及び第２の放射素子１１，１２は給電部１３に対して左右対称な形状ではなく、図５に示されるように点対称な形状になっていてもよい。第１及び第２の放射素子１１，１２を接続する幅の細い線路（図１Ａ）は必須ではなく、図６に示されるようにそれが省略されてもよい。第１及び第２の放射素子１１，１２は導電板であることは必須ではなく、ジグザグに蛇行した線路でメアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ）状に形成されてもよい。或いは図示されていないが網目状に放射素子が形成されてもよい。

（シミュレーション例１）
図８Ａ−Ｄは本発明によるＲＦタグのアンテナ特性に関するシミュレーション例を示す。図８Ａは想定されたアンテナの寸法を示す。このような寸法を有するアンテナが縦１１ｍｍ、横（図中左右方向）７９ｍｍ及び厚さ（ｔ）ｍｍのスペーサ上に形成されるものとする。簡明化のためＰＥＴフィルム１０による影響は省略されている。アンテナの全長は７３ｍｍであり、アンテナのパターンの厚みは３５μｍとする。また、スペーサの比誘電率は２．３であり、誘電損失（ｔａｎδ）は２×１０^−４であるとする。図８Ａに示されるように１ｍｍの線路幅で縦５ｍｍ及び横（ｓ２）ｍｍの矩形状の寸法を有するようにインダクタは形成される。便宜上ｓ２をインダクタ長と呼ぶ。

図８Ｂに示される３つのグラフは、スペーサの厚みｔ＝３，４，５（ｍｍ）の各々についてチップ容量Ｃ_ＣＰとインダクタ長ｓ２との関係をそれぞれ示す。ここで、チップ容量Ｃ_ＣＰとは給電部に設けられる集積回路の容量である。一般に、アンテナと給電部の集積回路に関する等価回路は図９のように表せる。アンテナと集積回路が整合している場合には、両者の抵抗成分が互いに等しいことに加えて、アンテナ側のインダクタンスＬ_Ａと集積回路側の容量Ｃ_ＣＰとの間に所定の関係が成立する。即ち、
Ｒ_Ａ＝Ｒ_ＣＰ；及び
ωＬ_Ａ＝（ωＣ_ＣＰ）^−１
である。ωは角周波数である。本実施例ではインダクタ長ｓ２を調節することでアンテナ側のインダクタンスＬ_Ａが調整され、それにより上記の関係が満たされるようにする。用途にも依存するが、一例として容量Ｃ_ＣＰが約０．６ｐＦであったとする（典型的にはその容量は０．５ｐＦ乃至０．７ｐＦ程度の範囲内にあり、シミュレーションではＣ_ＣＰ＝０．５７ｐＦとしている。）。図８ＡＢを参照すると、スペーサの厚みｔが５ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は約１８（１８．６１）ｍｍにすべきことが分かる。

図８Ｃに示される３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝３，４，５（ｍｍ）の各々についてアンテナの利得（ｄＢｉ）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。図８Ｂで導出されたｔ＝５及びｓ２＝１８．６１ｍｍに対して、利得は１．５４ｄＢｉであることを示す。

図８Ｄに示される３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝３，４，５（ｍｍ）の各々についてアンテナの抵抗（Ω）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。図８Ｂで導出されたｔ＝５及びｓ２＝１８．６１ｍｍに対して、抵抗は約２８ｋΩであることを示す。

スペーサの厚みｔが４ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図８Ｂから約１７（１６．８９）ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図８Ｃから約０．４５ｄＢｉになり、抵抗は図８Ｄから約２５ｋΩになることが分かる。更に、スペーサの厚みｔが３ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図８Ｂから約１４．５（１４．６８）ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図８Ｃから約−１ｄＢｉになり、抵抗は図８Ｄから約２０ｋΩになることが分かる。

整合させるインピーダンスを決める要素（Ｒ_Ａ，Ｌ_Ａ及び利得）のうち、インダクタンスＬ_Ａ（容量Ｃ_ＣＰ）が最優先して決定される。これがインピーダンスの整合性に最も重要だからである。アンテナの利得も重要であるが、仮にそれが高かったとしても集積回路と不整合の状態であったならば、高利得の恩恵を得ることは困難になる。

ところで、図８Ｂの３つのグラフを参照すると、スペーサの厚みが減るにつれてグラフがより左側に表れることが分かる。これはスペーサの厚みｔが減るにつれて適切なインダクタ長ｓ２も減少することを意味する。従って、このシミュレーションの想定例でスペーサの厚みを更に薄くしてゆくと、より短くインダクタ長を設定することを要し、材料の加工が困難になる、或いは整合に適切な長さのインダクタ長を求めること自体が困難になるかもしれない。そこで本願の発明者等は図１０Ａに示されるような更に小型のアンテナパターンを用いてシミュレーションを行った。

（シミュレーション例２）
図１０Ａは想定されたアンテナの寸法を示す。このような寸法を有するアンテナが縦１１ｍｍ、横７９ｍｍ及び厚さ（ｔ）ｍｍのスペーサ上に形成されるものとする。アンテナのパターンの厚みは３５μｍとする。また、スペーサの比誘電率は２．３であり、誘電損失（ｔａｎδ）は２×１０^−４であるとする。図１０Ａに示されるようにインダクタは線幅が１ｍｍであり、縦５ｍｍ及び横（ｓ２）ｍｍの矩形状の寸法を有する。これらの事項は図８Ａに示されるものと同じであるが、アンテナの全長が６３ｍｍに短くなっている点が異なる。

図１０Ｂの３つのグラフは、スペーサの厚みｔ＝１，２，３（ｍｍ）の各々についてチップ容量Ｃ_ＣＰとインダクタ長ｓ２との関係をそれぞれ示す。図１０Ｃの３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝１，２，３（ｍｍ）の各々についてアンテナの利得（ｄＢｉ）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。図１０Ｄの３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝１，２，３（ｍｍ）の各々についてアンテナの抵抗（Ω）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。

本実施例でもインダクタ長ｓ２を調節することでアンテナ側のインダクタンスＬ_Ａが調整され、それにより上記の関係が満たされるようにする。シミュレーションではＣ_ＣＰ＝０．５７ｐＦとしている。スペーサの厚みｔが３ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１０Ｂから約１９．５ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は約−３．５ｄＢｉになり、抵抗は約３５ｋΩになることが分かる。スペーサの厚みｔが２ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１０Ｂから約１７．５ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図１０Ｃから約−５．５ｄＢｉになり、抵抗は図１０Ｄから約２５ｋΩになることが分かる。更に、スペーサの厚みｔが１ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１０Ｂから約１３．５ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図１０Ｃから約−１０ｄＢｉになり、抵抗は図１０Ｄから約１３ｋΩになることが分かる。

このようにアンテナの全長を７３ｍｍから６３ｍｍに短縮することで、スペーサの厚みｔが３ｍｍより薄くなったとしても、適切な容量Ｃ_ＣＰに対応するインダクタ長ｓ２を見出すことができ、インピーダンスを整合させることができる。

（シミュレーション例３）
図１１Ａはアンテナの各種のパラメータと飛距離の関係を示す。アンテナのスペーサの厚みｔ、アンテナの寸法、インダクタ長ｓ２及び利得の間の関係は、図８及び図１０に示されるシミュレーション結果から得られたものと同じである。基準アンテナに対する飛距離の比率とは、２ｄＢｉの利得を有する半波長ダイポールアンテナ（厚さｔのスペーサで支持されている）の通信可能な距離（基準距離）と、本実施例による半波長より短いアンテナの通信可能な距離との比率［％］である。通信可能な距離は通信環境によって変化する。例えば通信可能な距離はＲＦタグ周囲の無線通信環境や、ＲＦタグが取り付けられる対象物の導電性、種類及び寸法等によっても変化する。飛距離例（その１）では基準距離が２３０ｃｍに設定され、飛距離例（その２）では基準距離が３００ｃｍに設定されている。後者は前者より良好な通信環境であることを示す。

スペーサの厚さが１又は２ｍｍの場合は、図１０Ａに示されるような全長の短いアンテナが使用される。この場合、図表中第２行及び第３行の比率の列に示されるように基準アンテナに対する飛距離の比率は約２６％及び約４２％になる。スペーサの厚さが３，４及び５ｍｍの場合は、図８Ａに示されるような全長の長いアンテナが使用される。この場合、図表中第４行乃至第６行の比率の列に示されるように、基準アンテナに対する飛距離の比率はそれぞれ約７１％、約８４％及び約９５％になる。基準距離が２３０ｃｍの場合及び３００ｃｍの場合について、スペーサの厚みと飛距離との関係をグラフ化したものが図１１Ｂに示されている。図示されているようにスペーサの厚みが増えるにつれて飛距離が増えていることが分かる。本実施例によれば、半波長（約１６ｃｍ）よりかなり短い長さ（６〜７ｃｍ）のアンテナで、半波長ダイポールアンテナに匹敵する利得及び飛距離を達成することができる。これにより非常に小型のＲＦタグが得られる。

（シミュレーション例４）
図１２は２つのアンテナパターンに対する周波数特性を示すスミスチャートである。このシミュレーションでは、図８Ａに示されるように全長Ｌが７３ｍｍであり、インダクタ長ｓ２が１３ｍｍであり、スペーサの厚みｔが３ｍｍであるアンテナ（便宜上、長アンテナという。）と、図１０Ａ示されるように全長が６３ｍｍであり、インダクタ長ｓ２が１９ｍｍであり、スペーサの厚みｔが３ｍｍであるアンテナ（便宜上、短アンテナという）とが用意された。何れもスペーサの比誘電率は２．３である。この短アンテナ及び長アンテナに対して、周波数を８００ＭＨｚから１．１ＧＨｚまで２０ＭＨｚ刻みにインピーダンスを測定し、スミスチャートにプロットしたものが図１２に示されている。図中○印でプロットされている軌跡は短アンテナに対するものであり、●印でプロットされている軌跡は長アンテナに対するものである。該して周波数を徐々に高くしてゆくと、スミスチャート上では、アンテナのインピーダンスはある円の周りを時計回りに移動してゆく軌跡を描く。何れのアンテナも周波数の変動に対してインピーダンスの変動が少ないので、両者は広帯域の製品用途に使用することができる。このシミュレーション結果によれば、インピーダンス変動は短アンテナの方がより小さいので、短アンテナは特に広帯域に適していることが分かる。

以下に示されるシミュレーション例は、第１実施例のシミュレーション例１〜４と同様の手法で行われる。但し、第２実施例で説明される以下のシミュレーション例５〜８では、シミュレーションで想定されるスペーサの特性が異なる。第１実施例でのスペーサは比誘電率が２．３であり、誘電損失（ｔａｎδ）が２×１０^−４であったが、第２実施例でのスペーサは比誘電率が３．０であり、誘電損失（ｔａｎδ）が０．０１である。

（シミュレーション例５）
図１３Ａの３つのグラフは、スペーサ厚みのｔ＝３，４，５（ｍｍ）の各々についてチップ容量Ｃ_ＣＰとインダクタ長ｓ２との関係をそれぞれ示す。図１３Ｂの３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝３，４，５（ｍｍ）の各々についてアンテナの利得（ｄＢｉ）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。図１３Ｄの３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝３，４，５（ｍｍ）の各々についてアンテナの抵抗（Ω）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。シミュレーションでは図８Ａに示されるような寸法を有する全長７３ｍｍのアンテナを利用することが想定されている。

本実施例でもインダクタ長ｓ２を調節することでアンテナ側のインダクタンスＬ_Ａが調整され、それにより上記の関係が満たされるようにする。シミュレーションではＣ_ＣＰ＝０．５７ｐＦとしている。スペーサの厚みｔが５ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１３Ａから約１２ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は約−２．２ｄＢｉになり、抵抗は約４．２ｋΩになることが分かる。スペーサの厚みｔが４ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１３Ａから約９．５ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図１３Ｂから約−３．５ｄＢｉになり、抵抗は図１３Ｃから約２．８ｋΩになることが分かる。更に、スペーサの厚みｔが３ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１３Ａから約６ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図１３Ｂから約−５．２ｄＢｉになり、抵抗は図１３Ｃから約１．３ｋΩになることが分かる。

（シミュレーション例６）
図１４Ａの３つのグラフは、スペーサの厚みｔ＝１，２，３（ｍｍ）の各々についてチップ容量Ｃ_ＣＰとインダクタ長ｓ２との関係をそれぞれ示す。図１４Ｂの３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝１，２，３（ｍｍ）の各々についてアンテナの利得（ｄＢｉ）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。図１４Ｃの３つのグラフは、スペーサ厚みｔ＝１，２，３（ｍｍ）の各々についてアンテナの抵抗（Ω）とインダクタ長ｓ２との関係を示す。このシミュレーションでは図１０Ａに示されるような寸法を有する全長６３ｍｍのアンテナを利用することが想定されている。

本実施例でもインダクタ長ｓ２を調節することでアンテナ側のインダクタンスＬ_Ａが調整され、それにより上記の関係が満たされるようにする。シミュレーションではＣ_ＣＰ＝０．５７ｐＦとしている。スペーサの厚みｔが３ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１４Ａから約１４．５ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は約−７ｄＢｉになり、抵抗は約６．５ｋΩになることが分かる。スペーサの厚みｔが２ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１４Ａから約１１ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図１４Ｂから約−９．４ｄＢｉになり、抵抗は図１４Ｃから約３．９ｋΩになることが分かる。更に、スペーサの厚みｔが１ｍｍであったならば、インダクタ長ｓ２は図１４Ａから約６ｍｍにする必要がある。この場合、アンテナの利得は図１４Ｂから約−１３．２ｄＢｉになり、抵抗は図１４Ｃから約１．２ｋΩになることが分かる。

このようにアンテナの全長を７３ｍｍから６３ｍｍに短縮することで、スペーサの厚みｔが３ｍｍより薄くなったとしても、適切な容量Ｃ_ＣＰに対応するインダクタ長ｓ２を見出すことができ、インピーダンスを整合させることができる。

（シミュレーション例７）
図１５Ａはアンテナの各種のパラメータと飛距離の関係を示す。アンテナのスペーサの厚みｔ、アンテナの寸法、インダクタ長ｓ２及び利得の間の関係は、図１３及び図１４に示されるシミュレーション結果から得られたものと同じである。図１１Ａの図表と同様に、基準アンテナに対する飛距離の比率は、２ｄＢｉの利得を有する半波長ダイポールアンテナの通信可能な距離（基準距離）と、本実施例による半波長より短いアンテナの通信可能な距離との比率［％］である。飛距離例（その１）では基準距離が２３０ｃｍであり、飛距離例（その２）では基準距離が３００ｃｍに設定されている。

スペーサの厚さが１，２及び３ｍｍの場合は、図１０Ａに示されるような全長の短いアンテナが使用される。この場合、図表中第２行及び第３行の比率の列に示されるように、基準アンテナに対する飛距離の比率は約１７％、約２７％及び約３５％になる。スペーサの厚さが４及び５ｍｍの場合は、図８Ａに示されるような全長の長いアンテナが使用される。この場合、図表中第４行乃至第６行の比率の列に示されるように、基準アンテナに対する飛距離の比率はそれぞれ約５３％及び約６２％になる。基準距離が２３０ｃｍの場合及び３００ｃｍの場合について、スペーサの厚みと飛距離との関係をグラフ化したものが図１５Ｂに示されている。図示されているようにスペーサの厚みが増えるにつれて飛距離も増えていることが分かる。本実施例によっても、半波長（約１６ｃｍ）よりかなり短い長さ（６〜７ｃｍ）のアンテナでもその割には長い飛距離を達成することができる。これにより非常に小型のＲＦタグが得られる。

（シミュレーション例８）
図１６は２つのアンテナパターンに対する周波数特性を示すスミスチャートである。このシミュレーションでも図１２と同様に、図８Ａに示されるように全長が７３ｍｍであり、インダクタ長ｓ２が５ｍｍであり、スペーサの厚みｔが３ｍｍであるアンテナ（便宜上、長アンテナという。）と、図１０Ａ示されるように全長が６３ｍｍであり、インダクタ長ｓ２が１１ｍｍであり、スペーサの厚みｔが３ｍｍであるアンテナ（便宜上、短アンテナという）とが用意された。第１実施例で使用されたスペーサとは異なり、第２実施例で使用されるスペーサは３．０の比誘電率を有し、０．０１の誘電損失（ｔａｎδ）を有する。この短アンテナ及び長アンテナに対して、周波数を８００ＭＨｚから１．１ＧＨｚまで２０ＭＨｚ刻みにインピーダンスを測定し、スミスチャートにプロットしたものが図１６に示されている。図中○印でプロットされている軌跡は短アンテナに対するものであり、●印でプロットされている軌跡は長アンテナに対するものである。該して周波数を徐々に高くしてゆくと、スミスチャート上では、アンテナのインピーダンスはある円の周りを時計回りに移動してゆく軌跡を描く。長アンテナは周波数の変化に応じてインピーダンスが大きく変化するので、長アンテナは広帯域の製品用途には適していない（狭帯域の製品用途には使用できる。）。短アンテナは周波数の変動に対してインピーダンスの変動が少ないので、それは広帯域の製品用途に使用することができる。図１６に示される例では図１２に示される例よりもインピーダンスの周波数変化が大きいのは、使用される誘電体の誘電率の相違に起因する。誘電率の低い方が広帯域の製品用途に適している。

図１に示されるようなＲＦタグは様々な手法で製造することができる。例えば第１の絶縁層１５上に第２の絶縁層１０が設けられ、第２の絶縁層１０上に所望の導電性のパターンが形成され、給電部１３に集積回路が搭載されてもよい。必要に応じて第１の絶縁層１５の裏面に接地導体１７が設けられてもよい。導電性のパターン（アンテナ）の下地の絶縁層は、単層構造でもよいし、２以上の絶縁層を含む多層構造でもよい。或いは図１７Ａに示されるように、アンテナの導電層とその下地側の絶縁層とが別々に形成された後に、両者を張り合わせることで最終的なＲＦタグが形成されてもよい。アンテナの導電層の部分は、例えばＰＥＴフィルム１０のような薄い絶縁層にアンテナ用の導電性のパターンを形成することで用意することができる。製造設備や商取引の実情に依存して適切な製造方法を適宜選択することができる。以下に説明される本発明の第３実施例は、アンテナの導電層とその下地側の絶縁層とが別々に形成される場合に有利である。

ところで、本発明によるＲＦタグは導電性の対象物に取り付けられた場合に所望の無線通信を行うことができるように、アンテナの寸法や絶縁層の材料特性（誘電率や誘電損失等）等が選択される。従って、アンテナの導電層の部分が用意されたとしても、それ単独ではＲＦタグとしては充分に機能しないことが予想できる。

図１７Ｂはアンテナの導電層だけの平面図及び側面図を示す。アンテナは図８Ａに示されるような寸法を有し、インダクタ長ｓ２はＲＦタグの完成後の使用に備えて１５ｍｍに設定されている。図１７Ｃは図１７Ｂに示されるような製造工程途中のアンテナに対するシミュレーション結果を示す。このシミュレーション結果は、アンテナと集積回路とを整合させる場合に考慮される容量Ｃ_ＣＰと通信に使用される周波数との関係を示す。実際の製品では例えば９５０Ｍ（９．５Ｅ＋０８）Ｈｚの周波数で動作することが予定される。上述したように集積回路側の容量は典型的には０．６ｐＦ程度である。図示のシミュレーション結果によれば、アンテナの導電層の部分だけでは９５０ＭＨｚで１．０より大きな容量になり、アンテナと集積回路は充分に整合していないことが分かる。従って、この状態ではアンテナを介して良好な無線通信を行うことはできない。

図１８Ａは本発明の一実施例による製造工程途中のアンテナのパターンを示す。図示されているように第１及び第２の放射素子に追加的な導電性の線路がそれぞれ付加されている。追加的な導電性の線路はアンテナの長さ方向（図中左右方向）に沿って左右対称的に伸び、複数回屈曲している。言い換えれば追加的な導電性の線路は蛇行してメアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ）状に用意されている。図示の例では追加的な線路は１ｍｍの幅を有し、アンテナの左端又は右端から３０ｍｍ程度の範囲内に収まるように線路が２回折り返されている。このため、左右の放射素子はそれぞれ９０（３０×３）ｍｍの線路の長さだけ長く延長される。

図１８Ｂは図１８Ａに示されるようなアンテナに対するシミュレーション結果を示す。このシミュレーション結果も、アンテナと集積回路とを整合させる場合に考慮される容量Ｃ_ＣＰと通信に使用される周波数との関係を示す。集積回路側の容量は典型的には０．６ｐＦ程度である。図示のシミュレーション結果によれば、９５０ＭＨｚで０．６程度の適切な容量になり、アンテナと集積回路は整合することが分かる。従って、製造工程途中のこの状態でアンテナを介した無線通信を行うことができる。このことはＲＦタグが未完成であってもそれを用いて製品管理や物流管理等を行えることを意味する。例えばアンテナの導電性のパターンをＰＥＴフィルムにプリンタで印刷する場合に、プリンタがＲＦタグから製造番号等を読み取りながら印刷してもよい。印刷の際に読み取った情報から導出された情報をアンテナの側に印刷してもよい。例えばプリンタがＲＦタグから製造番号等を読み取り、ＰＥＴフィルム側に製造者を示す情報を印刷し、そのＲＦタグ又はＲＦタグの付される対象物が真正であることを保障してもよい。

メアンダ状に形成された付加的な導電性の線路は完成されたＲＦタグにとっては不要な要素である。従って、製造工程途中での何らかの無線通信が行われた後に、付加的な線路は除去される。図１８Ａに示される例では図中×印で示される地点で線路が物理的に切断される。付加的な線路は全て除去されてもよいし、×印の部分をパンチングで切断した後に残りの線路がそのまま残されてもよい。不要な線路がＲＦタグ完成後の無線通信に影響しなければよいからである。ただし、動作特性をなるべく確実にする観点からは不要な線路は全て除去することが望ましい。

図１９Ａは本発明の一実施例による製造工程途中のアンテナのパターンを示す。この例では、図示されているように一方の放射素子（右側）にのみ追加的な導電性の線路が付加されている。追加的な導電性の線路はアンテナの長さ方向（図中左右方向）に沿って伸びている。本実施例では付加的な線路は蛇行しておらず、直線的である。図示の例では追加的な線路は１ｍｍの幅を有し、アンテナの右端から６３ｍｍの長さを有する。このため、右側の放射素子はその分だけ長く延長される。

図１９Ｂは図１９Ａに示されるようなアンテナに対するシミュレーション結果を示す。このシミュレーション結果も、アンテナと集積回路とを整合させる場合に考慮される容量Ｃ_ＣＰと通信に使用される周波数との関係を示す。集積回路側の容量は典型的には０．６ｐＦ程度である。図示のシミュレーション結果によれば、９５０ＭＨｚで０．６程度の適切な容量になり、アンテナと集積回路は整合することが分かる。従って、このようなアンテナのパターンであっても、製造工程途中のこの状態で無線通信を行うことができる。

この付加的な導電性の線路は完成されたＲＦタグにとっては不要な要素である。従って、製造工程途中での何らかの無線通信が行われた後に、付加的な線路は除去される。図１９Ａに示される例では図中×印で示される地点で線路が物理的に切断される。付加的な線路は全て除去されてもよいし、×印の部分をパンチングで切断した後に残りの線路がそのまま残されてもよい。

なお、付加的な線路は図１９Ａに示されるように一方の放射素子だけに設けられてもよいし、双方の放射素子に設けられてもよい。一例として後者の場合には給電部に対してインダクタが設けられている側とそうでない側の双方に付加的な線路がそれぞれ設けられてもよい。図１８Ａ，図１９Ａでは放射素子に導電性の線路をつなげることでアンテナの長さが延長されたが、線路でなく２次元的な平面素子で追加的なアンテナが形成されてもよい。

図２０は図１９Ａに示されるようなアンテナに対するシミュレーション結果を示す。このシミュレーション結果は、付加的な線路の長さｓ３と、アンテナ及び集積回路を整合させる場合に考慮される容量Ｃ_ＣＰとの関係（実線のグラフ）、及び利得との関係（破線のグラフ）を示す。実線のグラフに示されるように、付加的な線路の長さｓ３を６０ｍｍ近辺に設定することで、適切な容量及び利得を得ることができる。

図２１は２つの図１８Ａに示されるような形状のアンテナパターン（タイプＩ）と、図１９Ａに示されるような形状のアンテナパターン（タイプＩＩ）に対する周波数特性を示すスミスチャートである。タイプＩ，ＩＩのアンテナに対して、周波数を８００ＭＨｚから１．１ＧＨｚまで１０ＭＨｚ刻みにインピーダンスを測定し、スミスチャートにプロットしたものが図２１に示されている。上述したようにスミスチャート上では周波数を低い側から徐々に高くしてゆくと、インピーダンスはある円に沿って時計回りに軌跡を描く。図示のシミュレーション結果によれば、タイプＩのアンテナ（図１８Ａ）は第１象限で比較的小さな円を描いている。タイプＩＩのアンテナ（図１９Ａ）は比較的大きな円を描いている。従ってタイプＩはタイプＩＩよりも広帯域の製品用途に適していることが分かる。但し、製造の容易性やコストの観点からはタイプＩよりタイプＩＩの方が有利である。

第１実施例で説明された図８Ｂ，１０Ａではインダクタ長ｓ２と容量Ｃ_ＣＰとの関係が検討された。例えば比誘電率ε_ｒが２．３のスペーサの厚さｔが３ｍｍであってインダクタ長ｓ２が１５ｍｍの場合に、アンテナの全長Ｌが７３ｍｍのときに容量Ｃ_ＣＰは約０．５５ｐＦになり、全長Ｌが６３ｍｍのときに容量Ｃ_ＣＰは約０．８ｐＦになっていた。

第２実施例で説明された図１３Ａ，１４Ａでもインダクタ長ｓ２と容量Ｃ_ＣＰとの関係が検討された。例えば比誘電率ε_ｒが３．０のスペーサの厚さｔが３ｍｍであってインダクタ長ｓ２が６ｍｍの場合に、アンテナの全長Ｌが７３ｍｍのときに容量Ｃ_ＣＰは約０．６ｐＦになり、全長Ｌが６３ｍｍのときに容量Ｃ_ＣＰは１．６ｐＦより大きくなっていた。

これらの関係から、アンテナの全長Ｌが短くなると容量Ｃ_ＣＰは増え、アンテナの全長Ｌが長くなると容量Ｃ_ＣＰは減ることが予想される。これは、インダクタ長ｓ２を調整するのとは別に、アンテナ長Ｌを調整することで適切な容量Ｃ_ＣＰに合わせることができることを示唆する。本発明の第４実施例ではこのような観点からアンテナの全長Ｌが調整される。

図２２Ａはアンテナの全長Ｌを６３〜７３ｍｍの間で変化させた場合の容量Ｃ_ＣＰを示す。スペーサの厚みｔは３ｍｍであり、インダクタ長ｓ２は１５ｍｍである。図示されるように、全長Ｌが増加すると容量Ｃ_ＣＰは減少していることが分かる。図２２Ａによれば、容量を約０．６ｐＦにするには全長Ｌを約６７ｍｍにすればよいことが分かる。図２２Ｂはアンテナの全長Ｌと利得との関係を示す。全長が６７ｍｍの場合に利得は約−４．５ｄＢｉになることが分かる。図２２Ｃはアンテナの全長Ｌと抵抗との関係を示す。全長が６７ｍｍの場合に抵抗は２０ｋΩになることが分かる。

本実施例によれば、アンテナのインダクタ長ｓ２ではなく、アンテナの全長Ｌを調整することで、アンテナと集積回路のインピーダンスが整合させられる。インダクタ長を調整するには導電性の線路のパターンを変更しなければならいので、線路変更に伴う半田付け等の作業が必要になる。したがって半田付けの良否がアンテナの損失抵抗等に影響を及ぼす。これに対して、本実施例では半田付けの変更等は不要であり、導電性のパターンの切断精度がアンテナの特性に影響を及ぼすことになる。

一方、図８Ａのアンテナの寸法はスペーサの厚みが比較的厚い場合に使用され、図１０Ａのアンテナの寸法はスペーサの厚みが比較的薄い場合に使用された。従って、アンテナの下地側に使用されるスペーサの厚みに依存して、アンテナの全長Ｌが適宜調整されることが望ましい。例えば図２３に示されるように、ＰＥＴフィルム１０上に導電性のパターンと共にスペーサの厚みに応じた切断箇所をマーキングしておくと、アンテナ長の調整が更に容易になる。図２３ではスペーサの厚みが３，４又は５ｍｍの場合のそれぞれに応じて、アンテナの両端の位置がマーキングされている。更には本実施例と上記の第３実施例とを結合させてもよい。例えば切断箇所その他の情報がＲＦタグの集積回路に予め記憶され、製造工程の途中でその情報がプリンタ等で読み出され、読み出した情報に応じて切断箇所が算出され、その箇所を示すマークがアンテナとともにＰＥＴフィルムに印刷されてもよい。

なお、アンテナを切断する方向は長さ方向に垂直な方向でなくてもよい。図２４にて破線で示されるように長さ方向に沿ってアンテナの一部が切り落とされてもよい。切断後のアンテナの実行長が適切に短縮されればよいからである。より一般的にはＲＦタグの完成前後の双方で無線通信ができるように、アンテナの形状を変更することができればよい。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。実施例の区分けは便宜的なものにすぎず、ある実施例における事項が別の実施例における事項と矛盾しない限り組み合わせて使用されてよい。

以下、本実施例により教示される手段を例示的に列挙する。
（付記１）
アンテナに接続された集積回路を有し、導電性の対象物と同行するＲＦタグであって、前記アンテナは、
第１の放射素子と、
第２の放射素子と、
第１及び第２の放射素子の間に直列に接続された給電部と、
給電部に並列に接続されたインピーダンス調整部と、
を有し、前記アンテナの実効長は通信に使用される波長の半分より短い
ことを特徴とするＲＦタグ。
（付記２）
前記アンテナが微小ダイポールアンテナとして動作する
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記３）
第１及び第２の放射素子が給電部に対して対称な形状を有する
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記４）
第１及び第２の放射素子が帯状に伸びる導電体でそれぞれ形成される
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記５）
帯状の導電体の一辺に沿って伸びる線路に前記給電部が接続される
ことを特徴とする付記４記載のＲＦタグ。
（付記６）
一方の帯状の導電体の伸びる方向に沿う該導電体の２つの辺が、他方の導電体の２つの辺にそれぞれ整列している
ことを特徴とする付記４記載のＲＦタグ。
（付記７）
前記インピーダンス調整部が、屈曲した導電性の線路で形成される
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記８）
前記インピーダンス調整部が、矩形に屈曲した導電性の線路で形成される
ことを特徴とする付記７記載のＲＦタグ。
（付記９）
前記インピーダンス調整部が、誘導性素子で形成される
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記１０）
前記アンテナを支持する絶縁層が、ポリエチレンテレフタレート層及びスペーサ層を少なくとも含む多層構造を有する
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記１１）
前記アンテナ層を支持する絶縁層の裏面に導電層が設けられる
ことを特徴とする付記１記載のＲＦタグ。
（付記１２）
前記導電層が網目状のパターンを有するように形成される
ことを特徴とする付記１１記載のＲＦタグ。
（付記１３）
アンテナに接続された集積回路を有し、導電性の対象物と同行するＲＦタグを製造する方法であって、
第１の絶縁層の一方の面に所定の形状を有するアンテナを形成する第１工程と、
前記第１の絶縁層の他方の面に第２の絶縁層を結合する第２工程と、
を有し、前記アンテナは、第１の放射素子と、第２の放射素子と、第１及び第２の放射素子の間に直列に接続された給電部と、給電部に並列に接続されたインピーダンス調整部とを有し、前記アンテナの実効長は通信に使用される波長の半分より短くなるように形成される
ことを特徴とする方法。
（付記１４）
第１工程及び第２工程の間に第１及び第２の放射素子の双方又は一方の一部分を除去する工程を更に有する
ことを特徴とする付記１３記載の方法。

１０，１５ 絶縁層
１１，１２ 放射素子
１３ 給電部
１４ インダクタ
１７ 接地導体

Claims (2)

1. ダイポールアンテナとチップが実装される給電部とで構成されるタグアンテナにおいて、
   アンテナ共振波長の２分の１よりも短い実効長を有するダイポール部と、
   該ダイポール部の中央に設けられた給電部と、
   該給電部を中心に囲むように形成され、かつ両端がダイポール部に接続されているインダクタンス調整部と、
   該ダイポール部の両端に、該ダイポール部の線路幅より広い領域を設けた端部とを有することを特徴とするタグアンテナ。
2. 前記ダイポール部の両端を折り曲げることを特徴とする請求項１に記載のタグアンテナ。

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