JP2012217042A - Ｒｆｉｄタグ、及びｒｆｉｄ通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグの通信アンテナの広帯域化をもたらす構造を提供し、ループアンテナをブースターアンテナの中央部以外に配置可能にすることでＩＣの配置自由度を向上させる。
【解決手段】ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ１００は、ＩＣ２３と、ＩＣ２３が接続されたループアンテナ２５と、全体が細長状に形成された線状ブースターアンテナ２７とを備える。線状ブースターアンテナ２７は、長手方向の一端部に該長手方向とは異なる方向へ延設された折り返し部２９を有する。このループアンテナ２５のループにおける１ターン全長の７３％以上の領域を、線状ブースターアンテナ２７の折り返し部２９を含む領域に沿って配置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグ、及びＲＦＩＤ通信システムに関する。

近年、電磁波を媒体として外部から情報を受信し、また、外部に情報を送信できるようにした非接触通信装置が広く一般に使用されている（例えば、特許文献１，２参照）。非接触通信装置の一例である非接触ＩＣラベルや非接触ＩＣカードは、ＩＣチップ及びこのＩＣチップに電気的に接続された通信アンテナを備える。この通信アンテナが電磁波を受信すると、共振作用により通信アンテナに起電力が発生する。この起電力によりＩＣチップが起動し、ＩＣチップ内の情報が信号化される。信号化された情報は、通信アンテナから発信され、その発信された情報は、受信器側のアンテナにより受信されて、受信器のコントローラによって信号識別などのデータ処理が行われる。

特許文献１には、ブースター用のアンテナの機能が阻害されることのない非接触ＩＣモジュールが記載されている。この非接触ＩＣモジュールは、ダイポール構造の電流密度が最大となる位置（アンテナ中央部）にＩＣチップが配置されている。また、特許文献２には、外部回路との交信精度を高め、貼り付けの自由度を向上したＲＦＩＤタグが記載されている。

特開２００６−２０３８５２号公報 特開２００９−０７５６８７号公報

上記特許文献１、２のような非接触通信装置においては、特定の波長で通信するように設計されるため、共振帯域幅が狭くなっている。しかし、送受信する電磁波の使用周波数は各国で異なる実情があり、各国における使用周波数に特化した通信アンテナをそれぞれ個別に用意する必要がある。また、共振周波数が狭帯域であることから、ＩＣチップ、アンテナ部材等の部品性能のばらつきに対する許容範囲が狭くなり、コスト高になると共に、製品安定化にも影響を及ぼすことがある。更に、ＲＦＩＤタグの通信アンテナ間の干渉等の使用状況によって共振周波数がシフトすることもあり、安定した通信が行えなくなる可能性もある。

一般に、ＩＣチップに接続された１ターンループアンテナとそのコイルに非接触に近接配置されたブースターアンテナは、ブースターアンテナの中央部に１ターンループアンテナを配置した構造としている。ＩＣチップは１ターンループアンテナに近接して配置（例えば搭載）されるため、ＩＣチップは常にブースターアンテナのほぼ中央部に位置される。そのため、ＲＦＩＤタグにラベルを印刷する際には、ラベル中央部に位置するＩＣチップへのダメージを考慮して、ラベル中央部への印字等を避けていた。その結果、ラベル中央部に印字ができないという制約を生じ、ラベルの表現価値を下げざるを得なかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、ＲＦＩＤタグの通信アンテナの広帯域化をもたらす構造を提供することを第１の目的とし、ＩＣチップを通信アンテナの中央部以外に配置可能にして、ＩＣチップの配置自由度を向上させることを第２の目的としている。

本発明は下記構成からなる。
（１） ＩＣと、該ＩＣが接続されたループアンテナと、全体が細長状に形成された線状ブースターアンテナと、を備えたＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナが、長手方向の一端部に該長手方向とは異なる方向へ延設された折り返し部を有し、
前記ループアンテナのループにおける１ターン全長の７３％以上の領域が、前記線状ブースターアンテナの折り返し部を含む領域に沿って配置されたＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ。
（２）上記ＲＦＩＤタグと、
該ＲＦＩＤタグと無線通信するリーダ又はリーダライタと、からなるＲＦＩＤ通信システム。

本発明のＲＦＩＤタグ、及びＲＦＩＤ通信システムによれば、通信アンテナの広帯域化をもたらす構造を提供でき、コスト低減、製品安定化に寄与できる。また、ＩＣを通信アンテナの中央部以外に配置することで、ＩＣとアンテナ部との接続部断線を防止できると共に、ラベル印字制約がなくなり、ラベルの表現価値を落とさずに済む。

ダイポールアンテナと、その電流分布を示す説明図である。 ループアンテナとブースターアンテナとを組み合わせたＲＦＩＤタグの構成図である。 （Ａ）はブースターアンテナを長手方向にメアンダライン構造とした構成図、（Ｂ）は長手方向に直交する方向にメアンダライン構造とした構成図である。 本発明の実施形態を説明するための図で、ＲＦＩＤタグの構成図である。 ＲＦＩＤタグの一部分解図である。 ブースターアンテナのモデル図である。 ブースターアンテナの折り返し部における他の形態を示すモデル図である。 （Ａ），（Ｂ）はブースターアンテナの折り返し部における物理的寸法が異なる例を示すブースターアンテナのモデル図である。 （Ａ）ブースターアンテナの長手方向中央部にループアンテナとＩＣチップとを内蔵したスマートカードに、曲げ応力を負荷した状態を模式的に示す断面図、（Ｂ）はＲＦＩＤタグを内蔵したスマートカードに、曲げ応力を負荷した状態を模式的に示す断面図である。 ＲＦＩＤタグの他の構成例を示す構成図である。 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれＲＦＩＤタグの他の構成図である。 アクティブタグとして用いるＲＦＩＤタグシステムの概略的な配線図である。 記録テープカートリッジとラベルの外観図である。 複数のテープカートリッジとライブラリ装置を示す模式的な説明図である。 ループアンテナとブースターアンテナとの位置関係を示す解析モデル図で、（Ａ）はブースターアンテナの略中央部にループアンテナを配置した一般的なアンテナ構成の図、（Ｂ）はブースターアンテナの一端部にループアンテナを配置したアンテナ構成の図である。 図１５（Ａ），（Ｂ）に示す各アンテナ構成によるＳ１１パラメータ、及びＶＳＷＲのシミュレーション結果を示すグラフである。 ループアンテナの位置をブースターアンテナの端部から中央部まで変化させる解析モデル図である。 図１７に示す解析モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。 ループアンテナに重なるブースターアンテナの端部形状を、（Ａ）２辺の重なりとした構成、（Ｂ）３辺の重なりとした構成、（Ｃ）略４辺の重なりとした構成の解析モデル図である。 図１９に示す解析モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。 ブースターアンテナの端部とループアンテナとの重なりを、２辺と３辺との間に設定した解析モデル図である。 図２１に示す解析モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。 ブースターアンテナの折り返し部の形状を、(Ａ)略２周のスパイラル形状とした構成、（Ｂ）略２周のループで、内周と外周のループを逆向きにした構成、（Ｃ）内側のループを広幅のパッド部とした構成の解析モデル図である。 図２３に示す解析モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。 ブースターアンテナの折り返し部におけるループアンテナからの突出部を含む辺の長さを異ならせた構成の解析モデル図である。 図２５に示す解析モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。 （Ａ）はＸ＝０ｍｍにおけるシミュレーション結果を示すグラフで、（Ｂ）はＸ＝２６ｍｍにおけるシミュレーション結果を示すグラフである。 ブースターアンテナの折り返し部におけるループアンテナからの突出部の長さを異ならせた構成の解析モデル図である。 図２８に示す解析モデルのシミュレーション結果を示すグラフである。 （Ａ）はＸ＝０ｍｍにおけるシミュレーション結果を示すグラフで、（Ｂ）はＸ＝４０ｍｍにおけるシミュレーション結果を示すグラフである。 １ターンループアンテナ単体、及び１ターンループアンテナとブースターアンテナの組み合わせのそれぞれに対するＳ１１及びＶＳＷＲのシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
最初に、ＲＦＩＤタグの基本的なアンテナ構成と、アンテナの配置制約について、ダイポールアンテナを例に簡単に説明する。
図１にダイポールアンテナと、その電流密度分布を示す説明図を示した。ダイポールアンテナ１１は、直線状のアンテナ部１３とアンテナ部１３の長手方向中央に配置されたＩＣチップ１５とを有する。このダイポールアンテナ１１における電流分布は、両端部が低く、中央部が高くなる。

そのため、図２に示すように、ループアンテナ１７とブースターアンテナ１９とを組み合わせてＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを構成する場合、ブースターアンテナ１９の中央部にループアンテナ１７を配置することで、最大性能（最大利得）を発揮できる。しかし、この構成では、ブースターアンテナ１９の長手方向の最大長が大きく、また、ループアンテナ１７の配置位置がアンテナ中央部に制約されてしまう。

通常、ループアンテナ１７をブースターアンテナ１９の端部に配置すると、ループアンテナ１７とブースターアンテナ１９との十分な磁界誘導結合が得られず、所望の性能を発揮することはできない。

アンテナ長については、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、メアンダライン構造を採用することにより短縮することができる。また、アンテナ端部に幅広のパッド部２１を設けて更なる短縮化を図ることができる。

通常、ダイポールアンテナ等は、使用する周波数帯域におけるインピーダンス整合を考慮して設計される。しかし、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグアンテナは、紙、プラスチック、木材、など、様々なものに貼り付けて使用されることを想定し、これらの材質が持つ誘電率のばらつきを想定した設計としなければならず、少しでも広帯域化することが望ましい。

広帯域化レベルを判断する指標としては、Ｓ１１パラメータ、及びＶＳＷＲが有効である。Ｓ１１パラメータは−３ｄＢ以下、ＶＳＷＲは６以下（一般には２以下）となる周波数範囲が広くなるよう設計することが望ましい。

＜第１の構成例＞
図４は本発明の実施形態を説明するための図で、ＲＦＩＤタグの構成図である。
ＲＦＩＤタグ１００は、ＩＣチップ２３と、このＩＣチップ２３が接続されたループアンテナ２５と、全体が細長状に形成された線状ブースターアンテナ２７（以下、ブースターアンテナと称する）と、を備える。

図５にＲＦＩＤタグの一部分解図を示すように、ループアンテナ２５とブースターアンテナ２７は、それぞれ別体に形成されており、ループアンテナ２５とブースターアンテナ２７とは、図示しない誘電体層を介して非接触状態で近接配置されている。誘電体層としては、空気、接着剤、プリント基板、ポリカーボネート等のプラスチック部材、セラミック部材、などがある。なお、ループアンテナ２５とブースターアンテナ２７との厚み方向の離間距離は、２ｍｍ以下とすることが好ましい。

ループアンテナ２５は、四角形状に周回された導体からなり、その一部にＩＣチップ２３が電気的に接触して接続されている。ループアンテナ２５は、８５０ＭＨｚ以上、１ＧＨｚ以下の９００ＭＨｚ近傍のＵＨＦ帯で共振するように、そのアンテナの反射係数Ｓ１１、電圧定在波比（ＶＳＷＲ: Voltage Standing Wave Ratio）、更には、逆方向伝達係数Ｓ１２を指標として最適形状・最適サイズが設計される。ループアンテナ２５のループは、円形状又は多角形状であってもよい。

なお、図５においてＩＣチップ２３は、ブースターアンテナ２７の長手方向端部に対応するループアンテナ２５上で、ブースターアンテナ２７の長手方向の端部と重なる角位置に配置されているが、ICチップ２３のループアンテナ２５内における位置制約は無く、辺上、角など任意の位置に配置してかまわない。

ブースターアンテナ２７は、長手方向の一端部に、この長手方向とは異なる方向へ延設された折り返し部２９を有する。折り返し部２９は、四角形状に周回して形成され、ブースターアンテナ２７の長手方向端部に向かう辺２７ａと、辺２７ａの終端（端部）から周回される３辺３１（ブースターアンテナ２７の長手方向端部の辺），３２，３３がループアンテナ２５に沿って配置される。本構成においては、ループアンテナ２５は、ブースターアンテナ２７の折り返し部２９において、少なくとも３辺に重なり合うように配置される。

本構成例では、ブースターアンテナ２７の辺２７ａ、及び周回された辺３１，３２，３３の略４辺がループアンテナ２５に重なり合うように配置されているが、重なり合う構成に限らず、ブースターアンテナ２７とループアンテナ２５とが近傍に沿って配置された構成としてもよい。また、ブースターアンテナ２７の折り返し部２９は、ループアンテナ２５の形状に合わせて、円形状又は多角形状に周回して延設されたものであってもよい。

この重なり合う領域は、ループアンテナ２５のループにおける１ターン全長の７３％（略３／４周）以上であればよい。例えば、１ターンループが円形である場合には、重なり合う領域は、中心角２６３度の弧領域、正方形であれば略３辺分に相当する。

ブースターアンテナ２７は、長手方向の中心を通る直交線Ｐを中心線とした線対称形状に形成されている。そして、ループアンテナ２５のループ内部には、ブースターアンテナ２７の折り返し部２９の一部であるパッド部３５が配置されている。

ブースターアンテナ１９の折り返し部２９は、図７に示すように、内周側に２周分のループを延設した構成の場合、内周部のループの向きを外周部のループの向きと一致させたスパイラル形態、内周部のループの向きを外周部のループの向きとは逆向きとした反転形態では、周波数特性が若干異なる。ところが、この内周部のループをパッド面を有するパッド部３５に置き換えると、スパイラル形態、及び反転形態の両方の周波数特性を兼ね備えることになる。従って、折り返し部２９の形態としては、スパイラル形態、反転形態のいずれであってもよいが、パッド部３５の外周部に沿ってループ状の折り返しパターンを形成した構成にすることが好ましい。

ブースターアンテナ２７の材料としては、導電率の大きな素材であればよく、アンテナ形状に加工された金属シート素材を対象物に貼り付ける方法、対象物に蒸着、スパッタ、導電性インクを用いた印刷、エッチング等により直接形成する方法等、様々な形成手段により形成することができる。

これらループアンテナ２５及びブースターアンテナ２７は、８５０ＭＨｚ以上、１ＧＨｚ以下の共振周波数を有するＵＨＦ帯の高周波を利用するものとして設計されているが、この周波数帯に限定されるものでは無い。

図６にブースターアンテナのモデルを示すように、直線形状のブースターアンテナ長は、使用する周波数の波長λに対してλ／２に対応する長さとなる。従って、本構成においては、このブースターアンテナの長手方向の一端部に、ループアンテナと電磁界結合するための略ループ形状となる前述の折り返し部２９を設けることとなる。このブースターアンテナ端部に設ける折り返し部の位置は、波長換算で端部からλ／６の範囲が適切である。換言すれば、ブースターアンテナ全長λ／２の、中心部λ／６を除くいずれかの端部領域に、ループアンテナを電磁界結合するためのループを形成する。

なお、ここでいう波長λとは、電流分布より換算した波長であり、物理的寸法とは異なる。図８（Ａ），（Ｂ）に、ブースターアンテナの折り返し部２９のモデル図を示した。各図に示すように、ブースターアンテナ全体の物理的アンテナ線長は異なるが、電流分布としてはどちらもλ／２であり、電流分布の差はブースターアンテナの左側λ／６長の範囲内でのみ生じる。そのため、電流分布からみたアンテナ中心は、折り返し部２９のループ長に影響されず、殆ど変わらない。

図４に示すＲＦＩＤタグの構成によれば、ループアンテナ２５をブースターアンテナの電流分布の高い中央部分ではなく、電流分布の低い長手方向端部に敢えて配置して、ループアンテナ２５の略４辺をブースターアンテナ２７と電磁界結合させることにより、通信感度を十分なレベルに維持しつつ、通信可能な周波数帯を広帯域化することができる。これにより、各国で異なる使用周波数を一つのＲＦＩＤタグで網羅的に使用できる。また、アンテナの広帯域化により、ＩＣチップ１５、アンテナ部材等の性能ばらつき対する許容範囲が広がり、コスト低減、製品安定化に寄与できる。更に、ＲＦＩＤタグが搭載される商品の誘電率差、多数の近接するＲＦＩＤタグアンテナ間の干渉、又は、そのＲＦＩＤタグ近傍の環境（人体が持つ水分など）による共振周波数シフトに対する許容範囲が広がる。

また、ブースターアンテナ２７のループアンテナ２５との重なり部を除く部分にメアンダラインを形成することで共振周波数の調整を行うことも可能である。

更に、ループアンテナ２５に接続されるＩＣチップ２３を、ブースターアンテナ２７の中心部以外の領域に配置することで、このＲＦＩＤタグをスマートカードに内蔵させた場合、ＩＣチップとアンテナとの接続部の断線が防止できる。なお、ＩＣチップ２３は、ＲＦＩＤタグ１００のできるだけ長手方向端部に配置することで、断線防止効果が向上する。

スマートカードとは、マイクロプロセッサとメモリを含んだ典型的なスマートカードを始めとする、例えばＩＳＯ７８１０に準拠した電池等の電源を持たないバッテリレスのＩＣカード、磁気カード、光カード、又はこれらが組み合わされたカードである。また、これに限らず、単なる識別用としてのプラスチック製カード等であってもよい。

図９（Ａ）は、ブースターアンテナ１９の長手方向中央部にループアンテナとＩＣチップ１５とを内蔵したスマートカード３７に、曲げ応力を負荷した状態を模式的に示す断面図である。この場合、ＩＣチップ１５とアンテナ部１３との接続部が曲げ応力の集中部位Ｍに配置されるため、ＩＣチップ１５とアンテナ部１３との接続部断線を誘発することになる。

図９（Ｂ）は、図４に示すＲＦＩＤタグ１００を内蔵したスマートカードに、曲げ応力を負荷した状態を模式的に示す断面図である。この場合、ＩＣチップ１５を曲げ応力集中部位Ｍから避けて配置できるため、ＩＣチップ１５と各アンテナとの接続部が断線するリスクを低減できる。

また、図９（Ａ）に示すように、ブースターアンテナの中央部にループアンテナ及びＩＣチップ１５を配置する場合、ＲＦＩＤタグをラベル化する際に、ラベル中央部に位置するＩＣチップへのダメージを考慮して、印字等を避ける必要がある。その結果、ラベル中央部に印字できない制約が生じ、ラベル表現価値を下げざるを得ないことになる。

一方、図９（Ｂ）に示すように、ブースターアンテナの端部にループアンテナ及びＩＣチップ１５を配置する場合、ＩＣチップをラベルコーナ部に設けることが可能となり、ラベル印字制約がなくなり、ラベルの表現価値を落とさずに済む。

また、一般的な従来のアンテナは、十分な広帯域化設計がなされていないため、使用環境を限定したり、近傍部材（電子部品全般、水分、人体、金属部材など）の影響対策として電波吸収シートを付加した構造、又は、内部空間に余裕を持たせることで影響を緩和させる手段等を採用している。そのため、コストや形状といった設計への影響が大きくなる。しかし、図４に示すＲＦＩＤタグ１００の構造によれば、上記の各設計制約を緩和させることが可能となる。

＜第２の構成例＞
次に、ＲＦＩＤタグの他の構成例を説明する。
図１０はＲＦＩＤタグの他の構成例を示す構成図である。このＲＦＩＤタグ２００は、ブースターアンテナ２７Ａの長手方向両端部に折り返し部２９Ａが設けてあり、片側の折り返し部２９Ａにはループアンテナ２５Ａが前述同様に重なり合って配置されている。即ち、ループアンテナ２５Ａの図中の下側には、前述のブースターアンテナ２７Ａの辺２７ａ、辺３１、及び辺３２の一部が、誘電体層を介して配置されている。

ブースターアンテナ２７Ａは、図４に示す折り返し部２９よりも長手方向に延長された折り返し部２９Ａを有する。この折り返し部２９Ａは、辺３２とパッド部３５Ａが約２倍の長さに延長されている。また、ブースターアンテナ２７Ａは、折り返し部２９Ａ以外の部位が直線状に形成されており、中心線Ｐを中心として全体が線対称形状とされている。この折り返し部２９Ａを延長することにより、ブースターアンテナ全体の幅を広げることなく、共振周波数を下げることができる。

ループアンテナ２５Ａは、図４に示すループアンテナ２５と同じループサイズであり、ＩＣチップ２３をブースターアンテナ２７Ａの長手方向端部の辺３１の中央に対応した位置に配置している。

上記のＲＦＩＤタグ２００の構成にれば、ＲＦＩＤタグ２００の折り返し部２９Ａがループアンテナ２５Ａよりも大きくなる場合、ループアンテナ２５Ａは折り返し部２９Ａのブースターアンテナ端部寄りとすることで、アンテナ特性が向上する。

＜第３の構成例＞
ＲＦＩＤタグの更に他の構成例を図１１（Ａ），（Ｂ）に示す。
図１１（Ａ）に示すＲＦＩＤタグ３００は、ループアンテナ２５Ｂの３辺がブースターアンテナ２７Ｂの辺２７ａ、３１，３２の一部と電磁界結合させると共に、ループアンテナ２５ＢのＩＣチップ２３の位置を、ブースターアンテナ２７Ｂの長手方向端部の辺３１の角部に対応した位置に配置している。

このＲＦＩＤタグ３００の構成によれば、ブースターアンテナ２７Ｂのパット部３５Ｂが辺２７a、３１、３２によって囲まれない位置に配置したことにより、ブースターアンテナ全体の幅を広げることなく、共振周波数を下げることができる。

図１１（Ｂ）に示すＲＦＩＤタグ４００は、ループアンテナの略４辺をブースターアンテナ２７Ｃの辺２７ａ、３１，３２，３３と電磁界結合させると共に、ループアンテナ２５ＣのＩＣチップ２３の位置を、ブースターアンテナ２７Ｃの長手方向端部の辺３１の角部に対応した位置に配置している。

このＲＦＩＤタグ４００の構成によれば、ブースターアンテナ２７Cのパット部３５Ｂが辺２７a、３１、３２、３３によって囲まれない位置に配置したことにより、ブースターアンテナ全体の幅を広げることなく、共振周波数を下げることができる。

＜第５の構成例＞
上記各構成のＲＦＩＤタグは、パッシブタグのみならず、アクティブタグに対しても適用可能である。そして、本アンテナ構成は、電波方式のリーダ又はリーダライタのアンテナに適用しても前述同様の効果を得ることができる。

上記各構成のＲＦＩＤタグを、アクティブタグとして用いるＲＦＩＤタグシステムの構成例を図１２に示す。図１２は、ＲＦＩＤタグシステムの概略的な配線図である。
ＲＦＩＤタグシステム６００は、ＲＦＩＤタグアンテナ５００と、ＲＦＩＤタグアンテナ５００に接続される受信回路４１及び送信回路４３と、ＲＦＩＤタグアンテナ５００からの信号線を受信回路４１と送信回路４３に分岐させるカプラ４５とを備える。

ＲＦＩＤタグアンテナ５００は、ループアンテナ２５Ｄとブースターアンテナ２７Ｄとを有し、ループアンテナ２５Ｄは受信回路４１及び送信回路４３にカプラ４５を介して接続されている。即ち、本構成においては、ＩＣチップがアクティブタグの通信系に置き換えられている。

このように、本構成のＲＦＩＤタグは、電波通信機器全般への転用も可能である。具体的には、（１）１ターンループ構造を有するループアンテナを備えた基板を作成し、機器に組み込む。（２）機器側では、その１ターンループと整合の取れる位置関係の部分に、ブースターアンテナを上記した位置関係となるよう配置する。この場合、ループアンテナ位置の自由度を高めることができる。

(例１)
多層基板において、任意のスペースを有した２層を、コイルアンテナ形成層、及び、ブースターアンテナ形成層として設ける。どの層にそれぞれのアンテナを設けるかについては、基板内の各層の厚さ、基板誘電率、アンテナ形状を考慮して適宜、選択する。

（例２)
アクティブタグの電源を含む基板上にループアンテナを設ける。また、基板を収容する機器ケースの内面又は外面に、ループアンテナと特定の位置関係となるようにブースターアンテナを配置する。

これらの例のように、ループアンテナとブースターアンテナが互いを接続する配線の無い非接触の別個体として構成されている場合、使用用途に応じて適時、ブースターアンテナの取り付け、取り外しが可能となり、長距離通信の可否（セキュリティ機能）等選択も可能となる。このとき、１ターンループタグは、単体であれば磁界誘導方式タグして機能する。

上記（例１）に対する具体的な構成例を図１３、図１４を用いて説明する。
図１３に示すように、記録テープカートリッジ５１は、偏平ケース５３内に回転可能に収納された単一のリール５５に、情報記録媒体である磁気テープＴが巻回されている。この記録テープカートリッジ５１は、矢印Ａ方向に図示しないドライブ装置に装填されると、該装填方向の先頭側に形成された窓部５７が開放され、窓部５７から磁気テープＴの先端に設けられたリーダ部材５９がドライブ装置によって引き出し操作される。そして、磁気テープＴがドライブ装置内で所定のテープ経路に沿って導かれ、磁気テープＴに対して情報の読み書きが行われる。

記録テープカートリッジ５１の偏平ケース５３における矢印Ａとは反対側の背面６１に凹設されたラベルエリア６３には、ラベル６５が貼付される。記録テープカートリッジ５１は、非使用時には、ラベルエリア６３に添付されたラベル６５が表出されるようにライブラリ装置に保管される。ラベル６５は、文字や記号等のユーザによる目視可能な情報が印字又は手書きされるものである。

この記録テープカートリッジ５１のラベルエリア６３の内側となるカートリッジ内には、図１２に示す受信回路４１、送信回路４３、カプラ４５、及びループアンテナ２５Ｄを含むアクティブ、又は、パッシブのタグ６７が搭載されている。一方、ラベル６５には、図１２に示すブースターアンテナ２７Ｄが形成されており、ラベル６５をラベルエリア６３に貼り付けすると、前述したように、ブースターアンテナ２７Ｄとループアンテナ２５Ｄとが所定の位置でテープカートリッジのケースを介して重ね合わされる。

タグ６７側の受信回路４１、送信回路４３、又はこれらに接続される記憶部（図視略）には、例えば、これまでバーコードラベル等で表されていた情報、保管時及びオートローダによる搬送使用時のカートリッジ個体一元管理のための情報、等が記憶されている。

そして、多数の記録テープカートリッジ５１をバックアップ等に用いる場合、多数の記録テープカートリッジ５１を保管するホルダと、自動的にドライブ装置に装填、取り出しするオートローダとを含んで構成されるライブラリ装置が用いられる。図１４に示すように、このライブラリ装置７０のホルダに、複数の記録テープカートリッジ５１が、厚み方向に一定の間隔で、ラベル６５を表出させて整列配置されている。

ライブラリ装置７０は、ホルダに整列配置された記録テープカートリッジ５１の各ラベル６５に対面して、リーダ、又はリーダライタを有する移動ヘッド６９が、搬送装置により移動自在に設けてある。ライブラリ装置は、移動ヘッド６９を記録テープカートリッジ５１の配列方向に沿って移動しながら、通信アンテナとしてのリーダアンテナ、又はリーダライタアンテナを介して、前述のブースターアンテナ２７Ｄ及びループアンテナ２５Ｄと個別に近距離無線（非接触）通信することで、情報の読み取り、又は書き込みを行う。

このＲＦＩＤタグシステム６００の構成によれば、タグ６７を記録テープカートリッジ５１の隅部に配置でき、デッドスペースを有効利用したスペース効率に優れた構成にできる。

また、この場合のタグ６７は印字不要となり、印字を考慮したＩＣチップ破損防止構造等を設ける必要はない。更にラベル６５はブースターアンテナ２７Ｄが搭載されるのみであり、ラベルの印字制約がなくなるため、ラベルの表現価値を低下させずに済む。そして、ループアンテナ２５Ｄとブースターアンテナ２７Ｄに挟まれるテープカートリッジ材質からなる誘電体層は数ｍｍの厚みを許容するので、ループアンテナ２５Ｄを記録テープカートリッジ５１内に配置する際の、ループアンテナ２５Ｄとブースターアンテナ２７Ｄの設置自由度が向上する。

そして、本構成によれば、ループアンテナ２５Ｄとブースターアンテナ２７Ｄ間に配線は存在せず、断線や接触不良等の故障を誘発することがない。従って、記録テープカートリッジ５１の分解作業においても、アンテナ間のコネクタ配線やねじ止めの取り外しといった付帯作業なしで行える。

よって、本構成によれば、広帯域化の効果を得ながらにして、故障リスクを低減し、更には、部品点数の低減、加工コスト低減に寄与することが可能となる。また、使用する周波数の広帯域化により、ＲＦＩＤタグの使用条件・環境の制約を大幅に回避することが可能となる。例えば、貼り付け対象物（金属、プラスティック）や人体等に含まれる水分の誘電率の影響、他の近接したＲＦＩＤタグ間の干渉、等に対するマージンを確保でき、人体等の外乱影響を受けても通信品質に影響が及びにくくなる。また、広帯域仕様（Ｗｏｒｌｄ−Ｗｉｄｅ仕様）タグへの適用に有益な効果が得られる。

＜シミュレーション結果＞
次に、上記構成のＲＦＩＤタグのアンテナ特性のシミュレーション結果について説明する。
（解析１：ループアンテナとブースターアンテナとの配置依存性）
図１５はループアンテナとブースターアンテナとの位置関係を示す解析モデル図で、（Ａ）はブースターアンテナの略中央部にループアンテナを配置した一般的なアンテナ構成の図、（Ｂ）はブースターアンテナの一端部にループアンテナを配置したアンテナ構成の図である。

図１５（Ａ），（Ｂ）に示す配置の各アンテナによるＳ１１パラメータ、及びＶＳＷＲのシミュレーション結果を図１６に示す。図１６の左側の軸はＳ１１パラメータの値、右側の軸はＶＳＷＲの値を示し、横軸は周波数を示す。

以下に示す各シミュレーションにおいては、誘電体層の厚み１ｍｍ、誘電率２．６の基材両面に、１ターンループアンテナ、及びブースターアンテナを形成したモデルとしている。また、ループアンテナの外形寸法は７．５ｍｍ×１４ｍｍ、パターン幅は１ｍｍとした。ブースターアンテナの基本となるパターン幅も１ｍｍとし、ブースターアンテナの全長は、共振周波数が９６０ＭＨｚとなるように調整している。

図１５（Ｂ）に示す解析モデルのように、ブースターアンテナの端部にスパイラル状の折り返し部を形成し、その折り返し部にループアンテナを配置した場合、図１５（Ａ）に示す解析モデルと比較して、図１６に示すように、Ｓ１１パラメータの最小値が低下すると共に、Ｓ１１パラメータとＶＳＷＲの共振周波数が広帯域化する。

（解析２：直線状のブースターアンテナにおける１ターンループアンテナの位置依存性）
図１７は、ループアンテナ２５の位置をブースターアンテナ２７の端部から中央部まで変化させる解析モデル図である。

この場合の解析結果は、図１８に示すように、距離Ｘの減少に伴い、つまり、ループアンテナ２５をブースターアンテナ２７の中央部から端部へ移動するに伴い、Ｓ１１パラメータは最小値が増加し、共振周波数は狭帯域化される。また、ＶＳＷＲの共振周波数も狭帯域化される。Ｓ１１パラメータ及びＶＳＷＲの狭帯域化は、いずれも高周波側で顕著となる。この解析結果は、Ｓ１１パラメータを最小とする条件として特許文献１、及び、特許文献２に記載された内容と一致する。

（解析３：ブースターアンテナの端部における１ターンループアンテナとの重なり部の形状依存性）
図１９は、ループアンテナ２５に重なるブースターアンテナ２７の端部形状を、（Ａ）２辺の重なりとした構成、（Ｂ）３辺の重なりとした構成、（Ｃ）略４辺の重なりとした構成の解析モデル図である。
この場合の解析結果は、図２０に示すように、Ｓ１１パラメータは、ブースターアンテナ２７の重なりが増加するほど、最小値が低下すると共に、周波数が広帯域化される。また、ＶＳＷＲの共振周波数も広帯域化される。

図２１は、ブースターアンテナ２７の端部とループアンテナ２５との重なりを、２辺と３辺との間に設定した解析モデル図である。この場合の重なり長さは、２辺の重なり長さに、距離Ｘの重なり長を加算した値となる。

この場合の解析結果は、図２２に示すようになる。図中には、１ターンループアンテナ２５の全長Ｃを１００％として、ブースターアンテナ２７との重なり部の割合を併記している。この解析結果によれば、Ｘ＝１０ｍｍ、つまり、重なり部がループアンテナ全長Ｃの７３％以上であると、Ｓ１１パラメータが−３ｄＢ以下、ＶＳＷＲ ６以下となり、好ましいことがわかる。

（解析４：ブースターアンテナの折り返し部の形状依存性）
図２３は、ブースターアンテナ２７の折り返し部２９の形状を、(Ａ)略２周のスパイラル形状とした構成、（Ｂ）略２周のループで、内周と外周のループを逆向きにした構成、（Ｃ）内側のループを広幅のパッド部とした構成の解析モデル図である。

この場合の解析結果は、図２４に示すように、Ｓ１１パラメータは、折り返し部２９の形状が逆向きループ、スパイラル形状、パッド部３５とした構成の順で最小値が低下しており、共振周波数が広帯域化される。また、ＶＳＷＲについても同順で共振周波数が広帯域化される。

（解析５：１ターンループアンテナと３辺の重なりを有するブースターアンテナの端部形状依存性）
図２５は、ブースターアンテナ２７の折り返し部２９におけるループアンテナ２５からの突出部７１を含む辺の長さを異ならせた構成の解析モデル図である。本構成では、ブースターアンテナ２７の長手方向全長Ｌを１０５ｍｍ〜１０８ｍｍの範囲とし、突出部７１の長さＸを０ｍｍ、６ｍｍ、２６ｍｍ、３６ｍｍとして解析した。

この場合の解析結果は、図２６に示すように、Ｓ１１パラメータは、Ｘ＝０ｍｍからＸ＝６ｍｍに変化すると最小値が低下し、Ｘ＝６ｍｍからＸ＝２６ｍｍ、３６ｍｍと変化するにつれて増加する。また、共振周波数はＸの増加に伴い広帯域化される。ＶＳＷＲは、Ｘの増加に伴い共振周波数が増加する。そして、Ｘ＝６ｍｍから、２６ｍｍ、３６ｍｍと変化するにつれて、共振周波数が特に高周波側で大きく広帯域化される。

また、上記解析モデルによるリーダ・ライタ装置との通信性能を解析するにあたり、本発明のアンテナ、及び、図示しない広帯域特性を有するアンテナを１２０ｍｍの距離に対向させて設置した条件にてＳ１１、Ｓ１２、及び、ＶＳＷＲを計算した結果、図２７（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘが０ｍｍの場合よりも２６ｍｍの場合の方がＳ１１パラメータ、ＶＳＷＲの共振周波数が広帯域化され、Ｓ１２パラメータについても広帯域化される。以上より、本解析結果からすると、Ｘが２６ｍｍ以上、３６ｍｍ以下の範囲が最適な寸法となる。

（解析６：１ターンループアンテナと略４辺の重なりを有するブースターアンテナの端部形状依存性）
図２８は、ブースターアンテナ２７の折り返し部２９におけるループアンテナ２５からの突出部７３の長さを異ならせた構成の解析モデル図である。本構成では、ブースターアンテナ２７の長手方向全長Ｌを１１０ｍｍ〜１１４ｍｍの範囲とし、突出部７３の長さＸを０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍとして解析した。

この場合の解析結果は、図２９に示すように、Ｓ１１パラメータは、Ｘ＝０ｍｍからＸ＝１０ｍｍに変化すると最小値が低下し、Ｘ＝１０ｍｍからＸ＝２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍと変化するにつれて増加する。また、共振周波数はＸの増加に伴い広帯域化される。ＶＳＷＲは、Ｘの増加に伴い共振周波数が増加する。そして、Ｘ＝２０ｍｍから、３０ｍｍ、４０ｍｍと変化するにつれて、共振周波数が特に高周波側で大きく広帯域化される。

また、上記解析モデルによるリーダ・ライタ装置との通信性能を解析した結果、図３０（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘが０ｍｍの場合よりも４０ｍｍの場合の方がＳ１１パラメータ、ＶＳＷＲの共振周波数が広帯域化され、Ｓ１２パラメータについても広帯域化される。いずれも高周波側で大きく広帯域化される。以上より、本解析結果からすると、Ｘが３０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲が最適な寸法となる。

（解析７：１ターンループアンテナの単体性能、及びブースターアンテナとの組み合わせ時の性能差）
１ターンループアンテナは最もシンプルな構造であるため市販のＩＣチップとのインピーダンス整合を得ることは難しい。１ターンループアンテナの共振周波数はＩＣチップが持つキャパシタンス成分（Ｃ）と１ターンループアンテナが持つインダクタンス成分（Ｌ）との組み合わせで決まる。１ターンループアンテナにおけるインダクタンス成分は、主にループサイズに依存し、共振周波数に見合うインダクタンス成分によりループサイズが決まる。しかし、この状態における１ターンループアンテナの抵抗成分はＩＣチップの抵抗成分より小さく、ＶＳＷＲの値が１００以上となり、整合が得られない状態にある。

一方、この１ターンループアンテナとブースターアンテナとの間に適切な配置条件を与えることにより、ブースターアンテナが１ターンループアンテナの抵抗成分として寄与する。その結果、ＩＣチップと１ターンループアンテナ／ブースターアンテナの組み合わせにおいて、インピーダンス整合条件が得られるようになる。

図３１は、１ターンループアンテナ単体、及び、１ターンループアンテナとブースターアンテナの組み合わせ、のそれぞれにおけるＳ１１、及びＶＳＷＲを計算した結果である。１ターンループアンテナ単体の場合、ＶＳＷＲは約１４０であるが、これに、ブースターアンテナを組み合わせた時（図１８のＸ＝５４ｍｍのデータ）のＶＳＷＲは２以下となる。

このように、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることができる。また、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） ＩＣと、該ＩＣが接続されたループアンテナと、全体が細長状に形成された線状ブースターアンテナと、を備えたＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナが、長手方向の一端部に該長手方向とは異なる方向へ延設された折り返し部を有し、
前記ループアンテナのループにおける１ターン全長の７３％以上の領域が、前記線状ブースターアンテナの折り返し部を含む領域に沿って配置されたＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ。
（２） （１）のＲＦＩＤタグであって、
前記ループアンテナが、前記ブースターアンテナの折り返し部と誘電体層を介して積層されたＲＦＩＤタグ。
（３） （１）又は（２）のＲＦＩＤタグであって、
前記ループアンテナのループが、円形状又は多角形状であるＲＦＩＤタグ。
（４） （３）のＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナの折り返し部が、円形状又は多角形状に周回して延設されたＲＦＩＤタグ。
（５） （１）〜（４）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナの折り返し部が、四角形状に周回して形成され、少なくとも周回された３辺が前記ループアンテナに沿って配置されたＲＦＩＤタグ。
（６） （１）〜（５）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
前記ＩＣチップが、前記ループアンテナ上で、かつ、前記線状ブースターアンテナの前記長手方向の端部と重なる位置に配置されたＲＦＩＤタグ。
（７） （１）〜（６）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナが、前記長手方向の中心を通る直交線を中心線とした線対称形状に形成されたＲＦＩＤタグ。
（８） （１）〜（７）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
前記ループアンテナのループ内部と、前記線状ブースターアンテナの折り返し部の少なくとも一部が重なって配置されたＲＦＩＤタグ。
（９） （１）〜（８）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナの折り返し部が、前記線状ブースターアンテナの端部から、使用する周波数の波長の１／６に相当する範囲に設けられたＲＦＩＤタグ。
（１０） （１）〜（９）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
挿入損失（Ｓ１１パラメータ）が−３ｄＢ以下であり、且つ、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が６以下であるＲＦＩＤタグ。
（１１） （１０）のＲＦＩＤタグであって、
前記ループアンテナ及び前記線状ブースターアンテナが、８５０ＭＨｚ以上、１ＧＨｚ以下の共振周波数を有するものであるＲＦＩＤタグ。
（１２） （１）〜（１１）のいずれか一つのＲＦＩＤタグであって、
前記線状ブースターアンテナの前記長手方向の一端部を除く部分が、メアンダライン形状に形成されたＲＦＩＤタグ。
（１３） （１）〜（１２）のいずれか一つのＲＦＩＤタグと、
該ＲＦＩＤタグと無線通信するリーダ又はリーダライタと、を含んで構成されるＲＦＩＤ通信システム。

１３ アンテナ部
１５ ＩＣチップ
１７ ループアンテナ
１９ ブースターアンテナ
２１ パッド部
２３ ＩＣチップ
２５，２５Ａ ループアンテナ
２７，２７Ａ ブースターアンテナ（線状ブースターアンテナ）
２７ａ 辺
２９，２９Ａ 折り返し部
３１，３２，３３ 辺
３５ パッド部
３７ スマートカード
４１ 受信回路
４３ 送信回路
５１ 記録テープカートリッジ
６５ ラベル
６７ タグ
１００，２００，３００，４００ ＲＦＩＤタグ
６００ ＲＦＩＤタグシステム

Claims (13)

1. ＩＣと、該ＩＣが接続されたループアンテナと、全体が細長状に形成された線状ブースターアンテナと、を備えたＲＦＩＤタグであって、
   前記線状ブースターアンテナが、長手方向の一端部に該長手方向とは異なる方向へ延設された折り返し部を有し、
   前記ループアンテナのループにおける１ターン全長の７３％以上の領域が、前記線状ブースターアンテナの折り返し部を含む領域に沿って配置されたＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ。
2. 請求項１記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記ループアンテナが、前記ブースターアンテナの折り返し部と誘電体層を介して積層されたＲＦＩＤタグ。
3. 請求項１又は請求項２記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記ループアンテナのループが、円形状又は多角形状であるＲＦＩＤタグ。
4. 請求項３記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記線状ブースターアンテナの折り返し部が、円形状又は多角形状に周回して延設されたＲＦＩＤタグ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記線状ブースターアンテナの折り返し部が、四角形状に周回して形成され、少なくとも周回された３辺が前記ループアンテナに沿って配置されたＲＦＩＤタグ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記ＩＣチップが、前記ループアンテナ上で、かつ、前記線状ブースターアンテナの前記長手方向の端部と重なる位置に配置されたＲＦＩＤタグ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記線状ブースターアンテナが、前記長手方向の中心を通る直交線を中心線とした線対称形状に形成されたＲＦＩＤタグ。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記ループアンテナのループ内部と、前記線状ブースターアンテナの折り返し部の少なくとも一部が重なって配置されたＲＦＩＤタグ。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
   前記線状ブースターアンテナの折り返し部が、前記線状ブースターアンテナの端部から、使用する周波数の波長の１／６に相当する範囲に設けられたＲＦＩＤタグ。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
    挿入損失（Ｓ１１パラメータ）が−３ｄＢ以下であり、且つ、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が６以下であるＲＦＩＤタグ。
11. 請求項１０記載のＲＦＩＤタグであって、
    前記ループアンテナ及び前記線状ブースターアンテナが、８５０ＭＨｚ以上、１ＧＨｚ以下の共振周波数を有するものであるＲＦＩＤタグ。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグであって、
    前記線状ブースターアンテナの前記長手方向の一端部を除く部分が、メアンダライン形状に形成されたＲＦＩＤタグ。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれか一項記載のＲＦＩＤタグと、
    該ＲＦＩＤタグと無線通信するリーダ又はリーダライタと、とを含んで構成されるＲＦＩＤ通信システム。

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