JP2012161062A

JP2012161062A - アンテナおよびｒｆｉｄデバイス

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Publication number: JP2012161062A
Application number: JP2011021435A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kato; 登加藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-02-03
Also published as: JP5655602B2

Abstract

【課題】給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生を抑制したアンテナ、およびそれを備えたＲＦＩＤデバイスを構成する。
【解決手段】給電コイル２１は第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２の外形より内側に配置されている。給電コイル２１および第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２はいずれも矩形状であり、平面視で給電コイル２１と第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２はそれぞれの三辺に沿って層方向に重なっている。これにより、給電コイル２１は第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２と電磁界を介して結合する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムのような無線通信システムに用いられるアンテナおよびそれを備えたＲＦＩＤデバイスに関し、特にＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに適用されるアンテナおよびＲＦＩＤデバイスに関する。

近年、物品の情報管理を行うための無線通信システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグとを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。ここで、ＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定のＲＦ信号を処理するＲＦＩＣチップと、ＲＦ信号の送受信を行うアンテナとを備えている。

たとえば特許文献１には、ブースターコイルを用いたＲＦＩＤタグが開示されている。図１はそのＲＦＩＤタグに備えられたブースターコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図である。このＲＦＩＤタグは、アンテナコイルが一体形成されたＲＦＩＣ２と、ブースターコイル３および静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂが形成された絶縁部材６と、これらを一体にケーシングする基体とで構成されている。ＲＦＩＣ２には、矩形スパイラル状のアンテナコイルが一体に形成されていて、そのアンテナコイルが絶縁部材６のブースターコイル形成面側に向けて取り付けられている。

絶縁部材６の裏面には表面に導体膜４ａ，４ｂに対向する静電容量接続用の導体膜５ａ，５ｂが形成される。また、絶縁部材６の表面側に形成された静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂは、ブースターコイル３を介して電気的に接続され、絶縁部材６の裏面側に形成された静電容量接続用の導体膜は導線を介して電気的に接続されている。

このＲＦＩＤタグにおいては、ＲＦＩＣ２のアンテナコイルとブースターコイル３とが電磁界結合して、ＲＦＩＣ２とブースターコイル３との間で信号が伝達される。

特開２００２−０４２０８３号公報

しかしながら、図１に示したようなＲＦＩＤタグにおいては、アンテナコイルはＲＦＩＣチップと同サイズ、ブースターコイルはカードサイズであるため、両者のサイズが大きく異なる。そのため、アンテナコイルとブースターコイルとの結合度を高くすることが難しい。なお、特許文献１には、ブースターコイルのうちＲＦＩＣチップが搭載される部分の形状をアンテナコイルに近似した形状とし、ＲＦＩＣチップ側のアンテナコイルとブースターコイルとの結合度を高くする構造が開示されているが、この構造では、ブースターコイルの形状が複雑化するとともに、ブースターコイルの外形寸法が大きくなってしまう傾向にある。

また、アンテナコイルとブースターコイルを備えたアンテナにおいては、一般に、アンテナコイルとブースターコイルとが重なる領域またはその近傍を通る磁束が互いに打ち消し合う状況が生じる。図１に示したアンテナにおいても、例えば磁束Ｂ０とＢ１は何れもアンテナコイルとブースターコイルを同方向に通過するが、磁束Ｂ２はアンテナコイルとブースターコイルを逆方向に通過する。そのため、アンテナコイルによって形成される磁界とブースターコイルによって形成される磁界とが打ち消し合うヌル点が生じる場合がある。このヌル点ではリードライトができなくなってしまう。

本発明は、上述した実情に鑑み、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生を抑制したアンテナ、およびそれを備えたＲＦＩＤデバイスを提供することを目的としている。

（１）本発明のアンテナは次のように構成される。
第１ブースターコイル素子と第２ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子および前記第２ブースターコイル素子は、ループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子と前記第２ブースターコイル素子は接続されて、平面上の隣接する位置に配置され、
前記第１ブースターコイル素子は、互いに容量を介して結合する積層された第１コイルおよび第２コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置されたことを特徴とする。

この構成により、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れたアンテナが得られる。

（２）前記給電コイルは、前記第１コイルおよび第２コイルの両方に対して電磁界結合する位置に配置されていることが好ましい。
このことにより、給電コイルとブースターアンテナとの結合度がより高められる。

（３）前記給電コイルは前記第１ブースターコイル素子の外形より内側に配置されていることが好ましい。この構造により、ヌル点の発生をより確実に抑制できる。

（４）前記第２ブースターコイル素子は、互いに接続された、または容量を介して結合する、積層された第３コイルおよび第４コイルで構成されていることが好ましい。
この構造により、第１ブースターコイル素子および第２ブースターコイル素子を単層で構成する場合に比べて、実質的に小さなブースターアンテナで高利得が得られる。

（５）前記第１コイルおよび前記第３コイルは第１の層に形成され、前記第２コイルおよび前記第４コイルは第２の層に形成された構造であることが好ましい。
この構造により、ブースターアンテナを少ない層数で容易に構成できる。

（６）前記給電コイルおよび前記第１ブースターコイル素子はいずれも四辺を有する矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第１ブースターコイル素子はそれぞれの前記四辺のうち三辺に沿って層方向に重なっていることが好ましい。
この構造により、給電コイルとブースターアンテナとの結合度をより高めることができる。

（７）前記給電コイルの共振周波数、または前記給電コイルとこの給電コイルに接続される給電回路とによる回路の共振周波数は、前記ブースターアンテナの共振周波数よりも高いことが好ましい。

この構成により、給電コイルとブースターアンテナとが磁界結合して互いの結合度を高めることができ、ブースターアンテナとリーダライタアンテナ間も磁界を介した通信が可能となる。

（８）本発明のＲＦＩＤデバイスはアンテナとこのアンテナに接続されたＲＦＩＣを備え、
前記アンテナは、
第１ブースターコイル素子と第２ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを有し、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子および前記第２ブースターコイル素子は、ループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子と前記第２ブースターコイル素子は接続されて、平面上の隣接する位置に配置され、
前記第１ブースターコイル素子は、互いに容量を介して結合する積層された第１コイルおよび第２コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置され、
前記ＲＦＩＣは前記給電コイルに接続されたことを特徴とする。

本発明によれば、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生が抑制されたアンテナ、およびそのアンテナを備えたＲＦＩＤデバイスが構成できる。

図１は特許文献１のＲＦＩＤタグに備えられたブースターコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図である。図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０１の斜視図である。図３は、給電デバイスの基材およびブースターアンテナの基材を除いた状態での分解斜視図である。図４はＲＦＩＤデバイス３０１のアンテナ部分の等価回路図である。図５は給電デバイスおよびブースターアンテナとリーダライタアンテナとの結合の様子を示す図である。図６は給電コイル２１の共振周波数、ブースターアンテナの共振周波数、およびリーダライタアンテナと結合して通信する周波数の関係を示す図である。図７は第２の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０２の斜視図である。図８はＲＦＩＤデバイス３０２の分解斜視図である。図９はＲＦＩＤデバイス３０２のアンテナ部分の等価回路図である。図１０はＲＦＩＤデバイス３０２のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。図１１はＲＦＩＤデバイス３０２の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。図１２は第３の実施形態のＲＦＩＤデバイス３０３の分解斜視図である。図１３はＲＦＩＤデバイス３０３のアンテナ部分の等価回路図である。図１４はＲＦＩＤデバイス３０３のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。図１５はＲＦＩＤデバイス３０３の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０１の斜視図である。図３は、給電デバイスの基材２０およびブースターアンテナの基材１０を除く部分の分解斜視図である。このＲＦＩＤデバイス３０１は、ＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに用いられるＲＦＩＤタグとして用いられる。例えばＲＦＩＤデバイス３０１は携帯電子機器内に備えられる。

このＲＦＩＤデバイス３０１は、図２に示すように、ＲＦＩＣチップ２３と、ＲＦＩＣチップ２３に接続された給電コイル２１と、給電コイル２１に結合するブースターアンテナ１１０とを備える。

ＲＦＩＣチップ２３は、メモリ回路やロジック回路、クロック回路等を有し、ＲＦ信号を処理する集積回路チップとして構成されている。
給電デバイス２１０は、給電デバイス基材２０、給電コイル２１およびＲＦＩＣチップ２３を備えている。給電コイル２１は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。複数層の矩形スパイラル状の導体パターンは、同方向の磁束の通過により生じる誘導電流の方向が同方向になるように、層間接続導体を介して接続されている。この給電コイル２１の両端に入出力電極２２Ａ，２２Ｂが形成されていて、この入出力電極２２Ａ，２２ＢにＲＦＩＣチップ２３が接続されている。

図３に示すように、ブースターアンテナ１１０は、ブースターアンテナ基材１０、第１ブースターコイル素子１１１と第２ブースターコイル素子１１２を含んで構成されている。第１ブースターコイル素子１１１は第１コイル１１と第２コイル１２とで構成されていて、第２ブースターコイル素子１１２は第３コイル１３と第４コイル１４とで構成されている。第１コイル１１と第３コイル１３とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、第２コイル１２と第４コイル１４とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。

給電デバイス２１０の給電コイル２１は、第１ブースターコイル素子１１１の第１コイル１１、第３コイル１３と電磁界結合する位置に（第１ブースターコイル素子１１１に重ねて）配置されている。具体的には、給電コイル２１は第１ブースターコイル素子１１１の外形より内側に配置されている。また、給電コイル２１および第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２はいずれも矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第１ブースターコイル素子はそれぞれの三辺に沿って層方向に重なっている。

第１ブースターコイル素子１１１の第１コイル１１、第２コイル１２に対する第２ブースターコイル素子１１２の第３コイル１３、第４コイル１４の巻回方向は、給電デバイス２１０の給電コイル２１が第１ブースターコイル素子１１１および第２ブースターコイル素子１１２に対して電磁界を介して同相で結合する方向である。

図４はＲＦＩＤデバイス３０１のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタＬ０は給電コイル２１のインダクタンスに相当し、キャパシタＣ０は給電コイル２１のキャパシタンス（分布容量）に相当する。給電回路２３ＦはＲＦＩＣチップ２３の給電回路である。また、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は第１コイル１１，第２コイル１２，第３コイル１３，第４コイル１４にそれぞれ相当する。キャパシタＣ１は第１コイル１１と第２コイル１２との間に生じる分布容量に相当し、キャパシタＣ２は第３コイル１３と第４コイル１４との間に生じる分布容量に相当する。

相互インダクタンスＭ３は第１コイル１１と第３コイル１３との間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスＭ５は第２コイル１２と第４コイル１４との間の磁界結合に相当する。相互インダクタンスＭ４は第１コイル１１と第２コイル１２との間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスＭ６は第３コイル１３と第４コイル１４との間の磁界結合に相当する。

相互インダクタンスＭ１は給電デバイス２１０の給電コイル２１と第１ブースターコイル素子１１１の第１コイル１１との間の磁界結合に相当する。また、相互インダクタンスＭ２は給電デバイス２１０の給電コイル２１と第１ブースターコイル素子１１１の第２コイル１２との間の磁界結合に相当する。

図５は給電デバイスおよびブースターアンテナとリーダライタアンテナとの結合の様子を示す図である。図５（Ａ）は給電コイル２１と第１コイル１１，第３コイル１３（および第２コイル１２，第４コイル１４）に流れる電流の方向を矢印で表している。図５（Ｂ）はリーダライタアンテナの磁束が給電デバイス２１０およびブースターアンテナを通る様子を磁力線で表した図である。

図５（Ａ）に示すように、給電コイル２１は、第１ブースターコイル素子の第１コイル１１および第２コイル１２と電磁界を介して結合する。

給電コイル２１は、コイル自身が持つインダクタンス成分（図４に示したインダクタＬ０）と給電コイル２１の線間容量で構成されるキャパシタンス成分（図４に示したキャパシタＣ０）とを有するので、これらによりＬＣ共振回路を構成し、共振周波数を有する。また、給電回路２３Ｆの接続状態で、給電コイル２１と給電回路２３Ｆとによる回路の共振周波数を有する。

ブースターアンテナ１１０は、図４に示したインダクタＬ１〜Ｌ４およびキャパシタＣ１，Ｃ２によるＬＣ共振回路で構成される共振周波数を有する。

したがって、図５（Ａ）・図５（Ｂ）に示すように、ある瞬間、給電コイル２１に図中矢印ａ，ｂの方向に電流が流れると、ブースターアンテナの第１コイル１１〜第４コイル１４には図中矢印ｃ〜ｊの方向に電流が誘起される。すなわち、給電コイル２１に矢印ａ方向および矢印ｂ方向の電流が流れると、矢印ａ方向の電流によって、第１ブースターコイル素子の第１コイル１１に矢印ｃ，ｄ，ｅ，ｆ方向の電流が流れる。また、第２コイル１２にも矢印ｃ，ｄ，ｅ，ｆ方向と同方向の電流が流れる。第１ブースターコイル素子の第１コイル１１および第２コイル１２は第２ブースターコイル素子１１２の第３コイル１３および第４コイル１４と電磁界結合するので、第３コイル１３および第４コイル１４には矢印ｇ，ｈ，ｉ，ｊ方向の電流が流れる。つまり、第１ブースターコイル素子と第２ブースターコイル素子には同方向に電流が流れる。

給電コイル２１に流れる電流による磁束の向きと第１コイル１１、第２コイル１２に流れる電流による磁束の向きとは逆であるので、リーダライタアンテナの磁束は給電コイル２１を殆ど直接通過しない。換言すると、リーダライタアンテナから給電コイル２１は等価的に見えない。そのため、従来のアンテナのようなヌル点の発生が抑制される。

リーダライタアンテナの磁束が給電コイル２１を直接通過しないための条件は、給電コイル２１が第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２の外形より内側に配置されていることである。さらには、給電コイル２１のパターン形成範囲の幅Ａ２，Ｂ２より第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２のパターン形成範囲の幅Ａ１，Ｂ１が大きいことである。この条件を満たすように、給電コイル２１と第１コイル１１，第２コイル１３，第２コイル１２，第４コイル１４の大きさと位置関係を定めればよい。

第１の実施形態に係るアンテナによれば、給電コイルとブースターコイルとの結合度を大きくすることができ、ＲＦ信号の伝達効率が高い。また、ヌル点が発生しにくい。

図６は給電コイル２１の共振周波数、ブースターアンテナの共振周波数、およびリーダライタアンテナと結合して通信する周波数の関係を示す図である。図６の横軸は周波数、縦軸はアンテナのリターンロスである。給電コイル２１の共振周波数（または、給電コイル２１と給電回路２３Ｆとによる共振周波数）ｆａはブースターアンテナの共振周波数ｆｂより高い。例えばｆａ＝１４ＭＨｚ、ｆｂ＝１３．６ＭＨｚ、通信周波数ｆｏは１３．５６ＭＨｚである。

仮に、給電コイルの共振周波数とブースターアンテナの共振周波数が同じであると、縮退が解け、給電コイルとブースターアンテナとが結合しにくくなってしまう。また、給電コイルの共振周波数ｆａがブースターアンテナの共振周波数ｆｂより低いと、給電コイルとブースターアンテナとの結合が容量性で結合することになるが、コイル同士の容量結合は強くならず、その結果、高い結合強度が得られない。

第１の実施形態では上述のとおり、給電コイル２１の共振周波数ｆａはブースターアンテナの共振周波数ｆｂより高いので、給電コイルとブースターアンテナとが誘導性で結合することになり、高い結合強度が得られる。

また、リーダライタアンテナの共振周波数は通信周波数ｆｏまたはｆｏ付近に設定されていて、ブースターアンテナの共振周波数ｆｂは通信周波数ｆｏに等しいかまたは略等しく設定されている。そして給電コイル２１の共振周波数ｆａがブースターアンテナの共振周波数ｆｂより高く、通信周波数ｆｏより高く設定されているので、ブースターアンテナがリーダライタアンテナと近接して強く結合したときのブースターアンテナの共振周波数ｆｂが高周波側にシフトする量が抑制される。そのため、リーダライタアンテナと強く結合したときのヌル点が発生しにくいという効果を奏する。これは、近接する二つの共振器（この場合、ブースターアンテナと給電コイル）が磁気結合しているので、互いの共振周波数に近づく方向の周波数変化を抑制しあうという効果を利用している。

また、図４に示したように、ブースターアンテナにおけるインダクタＬ１〜Ｌ４は、相互インダクタンスＭ３〜Ｍ６で互いに結合しているため、インダクタＬ１〜Ｌ４を単純に合わせたインダクタンス値よりも、全体の実効的なインダクタンス値は大きい。その結果、小型でも十分なインダクタンス値を有するブースターアンテナを実現できる。

《第２の実施形態》
図７は第２の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０２の斜視図である。図８（Ａ）はＲＦＩＤデバイス３０２の分解斜視図、図８（Ｂ）はブースターアンテナ１２０の下面に形成されているコイルのパターンを示す図である。図８（Ｂ）においては、上面のコイルパターンを除いて描いている。

このＲＦＩＤデバイス３０２は、給電デバイス２２０と、給電デバイス２２０に結合するブースターアンテナ１２０とを備える。

給電デバイス２２０は、給電デバイス基材２０、給電コイル２１およびＲＦＩＣチップ２３を備えている。給電コイル２１は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。この給電コイル２１の両端にＲＦＩＣチップ２３が接続されている。

ブースターアンテナ１２０は、第１ブースターコイル素子１２１と第２ブースターコイル素子１２２を含んで構成されている。第１ブースターコイル素子１２１は第１コイル１１と第２コイル１２とで構成され、第２ブースターコイル素子１２２は第３コイル１３、第４コイル１４およびパッド電極１５，１６で構成されている。第１コイル１１と第３コイル１３とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、第２コイル１２と第４コイル１４とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。

第１ブースターコイル素子１２１は９ターン巻回された第１コイル１１と９ターン巻回された第２コイル１２とで構成されている。第２ブースターコイル素子１２２は９ターン巻回された第３コイル１３と９ターン巻回された第４コイル１４とで構成されている。いずれのコイルも図７・図８においては図面の煩雑化を避けるためターン数を減らして描いている。

給電デバイス２２０の給電コイル２１は、第１ブースターコイル素子１２１の第１コイル１１、第２コイル１２と電磁界結合する位置に（第１ブースターコイル素子に重ねて）配置されている。具体的には、給電コイル２１は第１ブースターコイル素子１２１の外形より内側に配置されている。また、給電コイル２１および第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２はいずれも矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第１ブースターコイル素子はそれぞれの三辺に沿って層方向に重なっている。

第１ブースターコイル素子１２１の第１コイル１１、第２コイル１２に対する第２ブースターコイル素子１２２の第３コイル１３、第４コイル１４の巻回方向は、給電コイル２１が第１ブースターコイル素子１２１および第２ブースターコイル素子１２２に対して電磁界を介して同相で結合する方向である。

第３コイル１３の内周端にはパッド電極１５が接続されていて、第４コイル１４の内周端はパッド電極１６が接続されている。この二つのパッド電極１５，１６はパウチングされていて、直流的に導通している。第１ブースターコイル素子１２１の構成は、第１の実施形態で図３に示した第１ブースターコイル素子１１１と基本的に同様である。

給電デバイス２２０は、７ターン巻回された２層の矩形スパイラル状導体パターンで構成されている。なお、図７、図８においては図面の煩雑化を避けるためにターン数を減らして描いている。この給電デバイス２２０の外形寸法は５ｍｍ角である。２層の矩形スパイラル状導体パターンは同方向の磁束の通過により生じる誘導電流の方向が同方向になるように、層間接続導体を介して接続されている。矩形スパイラル状導体パターンは、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をエッチング等によりパターニングしたものであり、この矩形スパイラル状パターンはポリイミドや液晶ポリマ等の熱可塑性樹脂シートからなる給電デバイス基材２０に設けられている。

給電デバイス２２０にはコンデンサチップ２４を備えている。コンデンサチップ２４は給電コイル２１およびＲＦＩＣチップ２３に対して並列に接続されている。このコンデンサチップ２４は、給電デバイス２２０の共振周波数を調整するために設けられている。この給電デバイス２２０の共振周波数は１４ＭＨｚに設定されている。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）から明らかなように、給電コイル２１は、第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２および第２ブースターコイル素子の第３コイル１３、第４コイル１４と電磁界を介して結合する。

図９はＲＦＩＤデバイス３０２のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタＬ０は給電コイル２１に相当し、キャパシタＣ０は給電デバイス２２０に設けられているコンデンサチップ２４に相当する。給電回路２３ＦはＲＦＩＣチップ２３の給電回路である。また、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はコイル１１，１２，１３，１４にそれぞれ相当する。キャパシタＣ１は第１コイル１１と第２コイル１２との間に生じる容量に相当する。

図８に示したパッド電極１５，１６はパウチングされているので、第１の実施形態で図４に示したキャパシタＣ２に相当するキャパシタは無い。そのため、ブースターアンテナ１２０のキャパシタンス成分を大きくでき、所定の共振周波数を得るために要するブースターアンテナのサイズをより小さくできる。

ブースターアンテナを構成する矩形スパイラル状導体パターンは、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をエッチング等によりパターニングしたものであり、ＰＥＴ等の熱硬化性樹脂シートからなる給電デバイス基材２０に設けられている。ブースターアンテナ１２０はＹ方向の幅Ｗ１が２５ｍｍ、Ｘ方向の幅Ｗ２が１０ｍｍである。このブースターアンテナの共振周波数は１３．５６ＭＨｚに設定されている。

なお、パッド電極１５とパッド電極１６とはビアホール電極等の層間接続導体を利用して接続してもよい。

図１０はＲＦＩＤデバイス３０２のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。この例では周波数を９．０ＭＨｚから２５．０ＭＨｚまでスイープしている。図中ｍ１で示す点が１３．５６ＭＨｚである。このように、インピーダンス軌跡の途中のｍ１で示す位置に一つのループが生じていることから、共にＬＣ共振回路である給電デバイス２２０とブースターアンテナ１２０との結合により、共振点が二つできていることがわかる。また、図１１はＲＦＩＤデバイス３０２の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。この図において周波数ｆｒは共振周波数、ｆａは反共振周波数である。このように共振周波数ｆｒは使用周波数である１３．５６ＭＨｚ付近の周波数としている。

《第３の実施形態》
図１２は、第３の実施形態のＲＦＩＤデバイス３０３の分解斜視図である。第２の実施形態と異なるのは、ブースターアンテナ１３０の給電デバイス２２０の配置位置と、第２ブースターコイル素子１２２の第３コイル１３、第４コイル１４のパッド電極１５，１６の構造である。図１２において領域ＭＡは給電デバイス２２０を搭載する領域である。

第２の実施形態では、図７・図８に示したとおり、第２ブースターコイル素子１２２から遠い側で、第１ブースターコイル素子１２１のコイルの三辺に給電デバイス２２０のコイル２１の三辺が重なるように給電デバイス２２０を配置した。第３の実施形態では、前記領域ＭＡで示すとおり、第２ブースターコイル素子の第３コイル１３、第４コイル１４に近い側の、第１ブースターコイル素子の第１コイル１１、第２コイル１２の三辺に給電デバイス２２０のコイル２１の三辺が重なるように給電デバイス２２０を配置している。

また、第２の実施形態では第２ブースターコイル素子の第３コイル１３、第４コイル１４のパッド電極１５，１６を直流的に接続した。第３の実施形態では、第２ブースターコイル素子の第３コイル１３、第４コイル１４のパッド電極１５，１６は誘電体層を介して対向している。

第１ブースターコイル１２１は９ターン巻回されたコイル１１と９ターン巻回された第２コイル１２とで構成されている。第２ブースターコイル１２２は９ターン巻回された第３コイル１３と９ターン巻回された第４コイル１４とで構成されている。但し、図１２においては、図面の煩雑化を避けるため各コイルのターン数を減らして描いている。

図１３はＲＦＩＤデバイス３０３のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタＬ０は給電コイル２１に相当し、キャパシタＣ０は給電デバイス２２０に設けられているコンデンサチップ２４に相当する。給電回路２３ＦはＲＦＩＣチップ２３の給電回路である。インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はコイル１１，１２，１３，１４にそれぞれ相当する。キャパシタＣ１は第１コイル１１と第２コイル１２との間に生じる容量に相当する。キャパシタＣ２は、第３コイル１３と第４コイル１４との間に生じる分布容量およびパッド電極１５，１６間に生じる容量の合成容量に相当する。

このようにして、第２ブースターコイル素子全体の占有面積が小さくても、パッド電極１５，１６で大きな容量成分を得ることができる。

図１４はＲＦＩＤデバイス３０３のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。この例では周波数を９．０ＭＨｚから２５．０ＭＨｚまでスイープしている。図中ｍ１で示す点が１３．５６ＭＨｚである。この構造によっても、インピーダンス軌跡の途中のｍ１で示す位置に一つのループが生じていることから共振点が二つできていることがわかる。また、図１５はＲＦＩＤデバイス３０３の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。この図において周波数ｆｒは共振周波数、ｆａは反共振周波数である。このように共振周波数ｆｒは使用周波数である１３．５６ＭＨｚ付近の周波数としている。

《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、給電コイル、ブースターコイルの何れも矩形スパイラル状の導体パターンで構成したが、これらはループ状の導体パターンで構成してもよい。また、ターン数は必要に応じて１ターンであってもよい。

また、以上に示した各実施形態では、給電コイルが第１ブースターコイル素子および第２ブースターコイル素子に対して主に磁界を介して結合する例を示したが、周波数帯域によっては主に電界を介して結合するようにしてもよい。さらには電界および磁界の両方を介して結合するようにしてもよい。これは高周波信号の場合に、給電コイルとブースターアンテナとの間の静電容量でも十分にエネルギーが伝達されるからである。

また、以上に示した各実施形態では、ＨＦ帯のＲＦＩＤデバイスに適用する例を示したが、本発明はＨＦ帯に限らず例えばＵＨＦ帯のＲＦＩＤデバイスにも同様に適用できる。

Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｌ０〜Ｌ４…インダクタ
Ｍ１〜Ｍ６…相互インダクタンス
１０…ブースターアンテナ基材
１１…第１コイル
１２…第２コイル
１３…第３コイル
１４…第４コイル
１５，１６…パッド電極
２０…給電デバイス基材
２１…給電コイル
２２Ａ，２２Ｂ…入出力電極
２３…ＲＦＩＣチップ
２３Ｆ…給電回路
２４…コンデンサチップ
１１０，１２０，１３０…ブースターアンテナ
１１１，１２１…第１ブースターコイル素子
１１２，１２２…第２ブースターコイル素子
２１０，２２０…給電デバイス
３０１〜３０３…ＲＦＩＤデバイス

Claims

第１ブースターコイル素子と第２ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子および前記第２ブースターコイル素子はループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子と前記第２ブースターコイル素子は接続されて、平面上の隣接する位置に配置され、
前記第１ブースターコイル素子は、互いに容量を介して結合する積層された第１コイルおよび第２コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置されたことを特徴とするアンテナ。
前記給電コイルは、前記第１コイルおよび前記第２コイルの両方に対して電磁界結合する位置に配置された、請求項１に記載のアンテナ。
前記給電コイルは前記第１ブースターコイル素子の外形より内側に配置されている、請求項１または２に記載のアンテナ。
前記第２ブースターコイル素子は、互いに接続された、または容量を介して結合する、積層された第３コイルおよび第４コイルで構成された、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ。
前記第１コイルおよび前記第３コイルは第１の層に形成され、前記第２コイルおよび前記第４コイルは第２の層に形成された、請求項４に記載のアンテナ。
前記給電コイルおよび前記第１ブースターコイル素子はいずれも四辺を有する矩形状であり、平面視で前記給電コイルと前記第１ブースターコイル素子はそれぞれの前記四辺のうち三辺に沿って層方向に重なっている、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ。
前記給電コイルの共振周波数、または前記給電コイルとこの給電コイルに接続される給電回路とによる回路の共振周波数は、前記ブースターアンテナの共振周波数よりも高い、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ。
アンテナとこのアンテナに接続されたＲＦＩＣを備えたＲＦＩＤデバイスであって、
前記アンテナは、
第１ブースターコイル素子と第２ブースターコイル素子とで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを有し、
前記給電コイルはループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子および前記第２ブースターコイル素子はループ状またはスパイラル状であり、
前記第１ブースターコイル素子と前記第２ブースターコイル素子は接続されて、平面上の隣接する位置に配置され、
前記第１ブースターコイル素子は、互いに容量を介して結合する積層された第１コイルおよび第２コイルで構成され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイル素子と電磁界結合する位置に配置され、
前記ＲＦＩＣは前記給電コイルに接続されたことを特徴とするＲＦＩＤデバイス。