JP2011250406A - 容量性負荷を有するｒｆｉｄタグ - Google Patents

容量性負荷を有するｒｆｉｄタグ Download PDF

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Abstract

【課題】容量性負荷を有するＲＦＩＤタグを提供する。
【解決手段】 本発明は、アンテナユニット、容量性負荷、およびＲＦＩＤ装置を含む、容量性負荷を有するＲＦＩＤタグに関する。アンテナユニットは２つの金属板と１つの導電基板を含み、金属シートは導電基板上の対応する位置に配置されて導電基板に電気的に接続される。容量性負荷は金属シートに電気的に接続される。ＲＦＩＤ装置は金属シートに電気的に接続または結合することによりアンテナユニットを提供する。これにより動作周波数を劇的に減少させるため、同じ大きさのアンテナユニットではインピーダンスの虚部がより大きくなり、これによりＲＦＩＤタグを小型にする。その結果、重量が低減され、製作工程が単純化され、その後の構造を容易に調整することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はＲＦＩＤタグに関し、具体的には容量性負荷を有するＲＦＩＤタグに関する。
ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）タグは製品に直接取り付けられるので適用中に多くの問題に遭遇する。従来技術では、システムは、例えば金属材で包装された製品、内容液を含む製品などの場合にはＲＦＩＤタグ内の識別情報を読み取ることができない。特に金属品を含むアプリケーションでは、金属は電磁波に対して理想的な導体でありかつ完全な反射面であるため、ＲＦＩＤタグが金属品に取り付けられると信号との干渉が頻繁に起こり、金属品に近いアンテナは電磁波を効果的に送受信することができなくなり、その結果、システムの実効読み取り距離が数メートルから１〜２センチメートルに減少されるか、あるいはシステムが全体的に故障する。
自動車部品、容器、工業計器等の金属品にＲＦＩＤ技術を適用するために特定のＲＦＩＤタグが開発されているが、従来技術のこのようなＲＦＩＤタグはサイズが大き過ぎ、かつ余りに高価である。したがって、小さくかつ費用効果的な、金属と共に使用するための特定のＲＦＩＤタグを開発することはまだ実現されていない目標である。
また、ＲＦＩＤ技術の最近の開発は物品レベルに向かっているため、ＲＦＩＤタグの設計では微細化が望ましい。物品レベルのＲＦＩＤタグの従来設計では、必要な誘導リアクタンスを提供することが主要目的であり、この誘導設計は電流ループの長さに完全に依存する。物理的特性による制限のために、高誘導性タグアンテナは比較的サイズが大きく、これはさらなる微細化の要件に反する。
したがって、上記問題を解決するための、容量性負荷を有するＲＦＩＤタグを提供する必要がある。
本発明は、アンテナユニット、容量性負荷、およびＲＦＩＤ装置を含む、容量性負荷を有するＲＦＩＤ（無線周波数識別）タグに関する。アンテナユニットは２つの金属板と１つの導電基板を含み、金属シートは導電基板上の対応する位置に配置されて導電基板に電気的に接続される。容量性負荷は金属シートに電気的に接続される。ＲＦＩＤ装置は金属シートに電気的に接続または結合することによりアンテナユニットを提供する。
本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグは動作周波数を劇的に減少させることができるため、同じ大きさのアンテナユニットではインピーダンスの虚部がより大きくなり、これによりＲＦＩＤタグを小型にする。その結果、重量が低減され、製作工程が単純化され、その後の構造を容易に調整することができる。
本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの５つの異なる形式の概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの５つの異なる形式の概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの５つの異なる形式の概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの５つの異なる形式の概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの５つの異なる形式の概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの５つの異なる形式の概略図である。 本発明の第２の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの概略図である。 ＲＦＩＤタグの特性インピーダンスと動作周波数の概略図である。 本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの特性インピーダンスと容量性負荷の無いＲＦＩＤタグの特性インピーダンスとの比較の概略図である。
図１（ａ）〜１（ｃ）と図１（ａ’）〜１（ｃ’）には、本発明の第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤ（無線周波数識別）タグの２つの形式の概略図を示す。図１（ａ）と図１（ａ’）は平面図であり、図１（ｂ）と図１（ｂ’）は正面図であり、図１（ｃ）と図１（ｃ’）は右側面図である。したがって以下の図では、図（ａ）と図（ａ’）は平面図を示し、図（ｂ）と図（ｂ’）は正面図を示し、図（ｃ）と図（ｃ’）は右側面図を示す。
図１（ａ）〜１（ｃ）に示すこの実施形態では、容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ１はアンテナユニット１１、容量性負荷１２、およびＲＦＩＤ装置１３を含む。アンテナユニット１１は２つの金属シート１１１と１つの導電基板１１２を含み、金属シート１１１は導電基板１１２上の対応する位置に配置されて導電基板１１２に電気的に接続される。
この実施形態では、アンテナユニット１１はさらに２つの導電部１１３を含み、導電部１１３は金属シート１１１と導電基板１１２にそれぞれ電気的に接続される。導電部１１３は導電柱または導電シートであってよい。各金属シート１１１は第１の側面１１４と第１の側面１１４に対応する第２の側面１１５とを含み、金属シート１１１の第１の側面１１４は互いに近接して向き合い、金属シート１１１が互いに一定の距離で離間されるようになっている。
この実施形態では、導電部１１３は導電柱であり、導電柱は金属シート１１１の第２の側面１１５に近づき、金属シート１１１と導電基板１１２の間に配置される（図１（ｂ）〜１（ｃ）を参照）。他の用途では、導電部１１３は導電シートであってよく、導電シートは金属シート１１１の第２の側面１１５と導電基板１１２の２つの対応側面とに電気的に接続される（図１（ｂ’）〜１（ｃ’）を参照）。
この実施形態では、容量性負荷１２は第１の側面１１４を横断して金属シート１１１に電気的に接続され、ＲＦＩＤ装置１３は第１の側面１１４を横断して金属シート１１１に電気的に接続される。他の用途では、ＲＦＩＤ装置１３はＲＦＩＤチップ１３１と金属ストラップ１３２を含んでもよいということに留意されたい。ここでは、金属ストラップ１３２の両端はＲＦＩＤチップ１３１の両端に接続されてループ構造を形成し、ＲＦＩＤ装置１３は金属シート１１１間に形成された切欠き部１１０に配置され、結合によりアンテナユニット１１を提供する（図２に示すように）。
代替案として、ＲＦＩＤ装置１３はさらにＲＦＩＤチップ１３３と２つのフランク金属シート１３４を含んでもよく、フランク金属シート１３４は誘電体層１４の表面上に配置され、ＲＦＩＤチップ１３３はフランク金属シート１３４に電気的に接続され、ＲＦＩＤ装置１３は誘電体層１４により金属シート１１１から離間されて金属シート１１１上の対応する位置に配置され、ＲＦＩＤ装置１３は結合によりアンテナユニット１１を提供する（図３に示すように）。
図１（ｃ）〜１（ａ）では、容量性負荷１２はＳＭＤ（表面実装装置：Surface Mount Device）コンデンサ素子である。容量性負荷１２は負荷誘電体材料１２１と金属層１２２を含んでもよく、負荷誘電体材料１２１は金属シート１１１と金属層１２２の間に配置される（図４に示すように）ということに留意されたい。
代替案として、容量性負荷１２はさらに４つの第１の拡張シート１２３を含んでもよく、第１の拡張シート１２３のそれぞれは第１の側面１１４の近くの場所で金属シート１１１の第３の側面１１６に接続され、第２の側面１１５に近づく方向に沿って伸び、第１の拡張シート１２３のそれぞれは第３の側面１１６とほぼ平行である。金属シート１１１のそれぞれの２つの対応する第３の側面１１６は第１の側面１１４と第２の側面１１５の間に位置する（図５に示すように）。第１の拡張シート１２３のそれぞれと、第３の側面１１６に配置された金属シート１１１の一部は容量性負荷を生成する。
代替案として、容量性負荷１２はさらに２つの第２の拡張シート１２４を含んでもよく、第２の拡張シート１２４は金属シート１１１の同じ側に配置され、第２の拡張シート１２４のそれぞれは第１の側面１１４の近くの場所で金属シート１１１の第３の側面１１６に接続され、第２の拡張シート１２４のそれぞれは、第３の側面１１６とほぼ平行な第２の側面１１５に近づく方向に沿って伸び、第１の側面１１４に近づく方向に沿って後方へ、さらに反対側の第２の側面１１５に向かって延びる。第２の拡張シート１２４同士は交差して伸びて指交差構造（finger-crossed structure）を形成する（図６に示すように）。
代替案として、容量性負荷１２は２つの第２の拡張シート１２４と２つの第３の拡張シート１２５を含んでもよく、第３の拡張シート１２５と第２の拡張シート１２４は金属シート１１１の２つの対応側面上に配置され、第３の拡張シート１２５のそれぞれは第１の側面１１４の近くの場所で金属シート１１１の第３の側面１１６に接続され、第３の拡張シート１２５のそれぞれは、第３の側面１１６とほぼ平行な第２の側面１１５に近づく方向に沿って伸び、第１の側面１１４に近づく方向に沿って後方へ、さらに反対側の第２の側面１１５に向かって延びる。第２の拡張シート１２４同士および第３の拡張シート１２５同士は交差して伸びて指交差構造を形成する（図７に示すように）。
図８（ａ）〜８（ｃ）と図８（ａ’）〜８（ｃ’）は、本発明の第２の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグの２つの形式の概略図を示す。本実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ２は第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ１（図７）とほぼ同じであり、唯一の違いはアンテナユニット２１の構造にある。この実施形態では、アンテナユニット２１はさらに少なくとも１つの基板金属層２１１と基板誘電体材料２１２とを含み、少なくとも１つの基板金属層２１１は金属シート１１１と導電基板１１２の間に配置され、基板誘電体材料２１２は少なくとも１つの基板金属層２１１と金属シート１１１との間および少なくとも１つの基板金属層２１１と導電基板１１２との間に配置される。容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ２の他の部分は第１の実施形態による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ１（図７）と同じであり、同じ参照番号により示され、したがってその説明を省略する。
アンテナユニット２１の導電部２１３は導電柱または導電シートであってよいということに留意されたい。アンテナユニット２１はさらに図４、５または６に示すような任意の種類の容量性負荷１２の構造を含む。
本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ１、２は、ＵＨＦ（超高周波）の周波数帯２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚを有するように設計されてよく、金属材製品の管理（例えば在庫管理）のために金属材製品の表面上に配置されてよい。
図９（ａ）には、ＲＦＩＤタグの特性インピーダンスの概略図を示し、図９（ｂ）には、ＲＦＩＤタグの動作周波数の概略図を示す。図９（ａ）では、ＲＦＩＤタグの動作周波数はＦｃＡｎｔ（約１５００ＭＨｚ）に位置し、図９（ｂ）では、ＲＦＩＤタグの目標動作周波数はＦｃＴａｇ（約９３０ＭＨｚ）に位置する。本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグは、動作周波数を劇的に減少させて目標動作周波数ＦｃＴａｇに位置するようにする容量性負荷を有する。
図１０には、本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグと容量性負荷の無いＲＦＩＤタグとを比較する特性インピーダンスの概略図を示す。点線Ｌ１は本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグのインピーダンスの実部の曲線であり、実線Ｌ２は本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグのインピーダンスの虚部の曲線であり、点線Ｌ３は容量性負荷の無いＲＦＩＤタグのインピーダンスの実部の曲線であり、実線Ｌ４は容量性負荷の無いＲＦＩＤタグのインピーダンスの虚部の曲線である。
図１０に示すように、容量性負荷の無いＲＦＩＤタグのインピーダンスの虚部は約１０００Ωであり、その動作周波数ＦｃＡｎｔは約１９００ＭＨｚに位置する。図１０に示すように、本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグのインピーダンスの虚部は約１２００Ωまで増加され、その動作周波数ＦｃＡｎｔ＿ｃは約９８０ＭＨｚまで劇的に減少される。また、点線Ｌ１と点線Ｌ３との比較が示すように、本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグのインピーダンスの実部もまた容量性負荷の無いＲＦＩＤタグより大きい。
上述のように、本発明による容量性負荷を有するＲＦＩＤタグは動作周波数を劇的に減少させることができるのでインピーダンスの虚部は同じ大きさのアンテナユニットではより大きく、これによりＲＦＩＤタグを小型にする。その結果、重量が低減され、製作工程が単純化され（直接のＰＣＢ方法により大量生産が可能である）、その後の構造を容易に調整することができる。
本発明のいくつかの実施形態が示され説明されたが、当業者は様々な変更と改善を行うことができる。したがって、本発明の実施形態は限定的ではなく例示的な意味で説明された。本発明は図示された特定の形式に限定されるべきでなく、本発明の精神と範囲を維持するすべての変更は添付の特許請求の範囲内にあるように意図されている。
１，２：ＲＦＩＤタグ
１１，２１：アンテナユニット
１２：容量性負荷
１３：ＲＦＩＤ装置
１４：誘電体層
１１０：切欠き部
１１１：金属シート
１１２：導電基板
１１３：導電部
１１４：第１の側面
１１５：第２の側面
１１６：第３の側面
１２１：負荷誘電体材料
１２２：金属層
１２３：第１の拡張シート
１２４：第２の拡張シート
１２５：第３の拡張シート
１３１：ＲＦＩＤチップ
１３２：金属ストラップ
１３３：ＲＦＩＤチップ
１３４：フランク金属シート
２１１：基板金属層
２１２：基板誘電体材料
２１３：アンテナユニットの導電部
ＦｃＡｎｔ，ＦｃＡｎｔ＿ｃ：動作周波数
ＦｃＴａｇ：目標動作周波数

Claims (15)

  1. ２つの金属シートと１つの導電基板を含むアンテナユニットであって、前記金属シートは前記導電基板上の対応する位置に配置されて前記導電基板に電気的に接続される、アンテナユニットと、
    前記金属シートに電気的に接続される容量性負荷と、
    前記金属シートに電気的に接続または結合することにより前記アンテナユニットを提供するＲＦＩＤ装置と、
    を含む、容量性負荷を有するＲＦＩＤタグ。
  2. 前記アンテナユニットは、さらに前記金属シートと前記導電基板にそれぞれ電気的に接続される２つの導電部を含む、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  3. 前記導電部は導電柱または導電シートである、請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
  4. 前記金属シートのそれぞれは第１の側面と第１の側面に対応する第２の側面を含み、前記金属シートの前記第１の側面は互いに近接して向き合い、前記導電柱は前記金属シートの前記第２の側面にそれぞれ近づいて前記金属シートと前記導電基板との間に配置される、請求項３に記載のＲＦＩＤタグ。
  5. 前記金属シートのそれぞれは第１の側面と前記第１の側面に対応する第２の側面を含み、前記金属シートの前記第１の側面は互いに近接して向き合い、前記導電シートは前記金属シートの前記第２の側面と前記導電基板の２つの対応側面とに電気的に接続される、請求項３に記載のＲＦＩＤタグ。
  6. 前記アンテナユニットはさらに少なくとも１つの基板金属層と基板誘電体材料とを含み、前記少なくとも１つの基板金属層は前記金属シートと前記導電基板との間に配置され、前記基板誘電体材料は前記少なくとも１つの基板金属層と前記金属シートとの間および前記少なくとも１つの基板金属層と前記導電基板との間に配置される、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  7. 切欠き部が前記金属シートの間に形成され、
    前記ＲＦＩＤ装置はさらにＲＦＩＤチップと金属ストラップとを含み、
    前記金属ストラップの両端は前記ＲＦＩＤチップの両端に接続されてループ構造を形成し、
    前記ＲＦＩＤ装置は前記金属シート間に形成された前記切欠き部に配置され、結合により前記アンテナユニットを提供する、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  8. 誘電体層をさらに含む請求項１に記載のＲＦＩＤタグであって、
    前記ＲＦＩＤ装置はさらにＲＦＩＤチップと２つのフランク金属シートを含み、
    前記フランク金属シートは前記誘電体層の表面上に配置され、
    前記ＲＦＩＤチップは前記フランク金属シートに電気的に接続され、
    前記ＲＦＩＤ装置は前記誘電体層により前記金属シートから離間され、前記金属シート上の対応する位置に配置され、
    前記ＲＦＩＤ装置は結合により前記アンテナユニットを提供する、ＲＦＩＤタグ。
  9. 前記容量性負荷はＳＭＤ（表面実装装置）コンデンサ素子である、請求項１、３、６、７、または８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
  10. 前記容量性負荷は負荷誘電体材料と負荷金属層を含み、前記負荷誘電体材料は前記金属シートと前記負荷金属層との間に配置される、請求項１、３、６、７、または８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
  11. 前記容量性負荷はさらに４つの第１の拡張シートを含み、
    前記金属シートのぞれぞれは第１の側面と、前記第１の側面に対応する第２の側面と、２つの対応する第３の側面とを含み、
    前記金属シートの前記第１の側面は互いに近接して向き合い、前記金属シートのそれぞれの２つの第３の側面は前記第１の側面と前記第２の側面との間に位置し、
    前記第１の拡張シートのそれぞれは前記第１の側面の近くの場所で前記第３の側面に接続され、前記第２の側面に近づく方向に沿って伸び、
    前記第１の拡張シートのそれぞれは前記第３の側面とほぼ平行である、請求項１、３、６、７、または８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
  12. 前記容量性負荷はさらに２つの第２の拡張シートを含み、
    前記金属シートのそれぞれは第１の側面と、前記第１の側面に対応する第２の側面と、２つの対応する第３の側面とを含み、
    前記金属シートの前記第１の側面は互いに近接して向き合い、前記金属シートのそれぞれの２つの第３の側面は前記第１の側面と前記第２の側面との間に位置し、
    前記第２の拡張シートは前記金属シートの同じ側に配置され、
    前記第２の拡張シートのそれぞれは前記第１の側面の近くの場所で前記第３の側面に接続され、
    前記第２の拡張シートのそれぞれは前記第３の側面とほぼ平行な前記第２の側面に近づく方向に沿って伸び、前記第１の側面に近づく方向に沿って後方へ伸び、
    前記第２の拡張シート同士は交差して伸びて指交差構造を形成する、請求項１、３、６、７、または８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
  13. 前記容量性負荷はさらに２つの第３の拡張シートを含み、
    前記第３の拡張シートと前記第２の拡張シートは前記金属シートの２つの対応側面上に配置され、
    前記第３の拡張シートのそれぞれは前記第１の側面の近くの場所で前記第３の側面に接続され、
    前記第３の拡張シートのそれぞれは、前記第３の側面とほぼ平行な前記第２の側面に近づく方向に沿って伸び、前記第１の側面に近づく方向に沿って後方へ伸び、
    前記第３の拡張シート同士は交差して伸びて指交差構造を形成する、請求項１２に記載のＲＦＩＤタグ。
  14. 金属材製品の在庫管理に適用される、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  15. 周波数帯がＵＨＦ（超高周波）２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚを含む、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
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