JP2016201082A

JP2016201082A - 無線タグユニット

Info

Publication number: JP2016201082A
Application number: JP2015092271A
Authority: JP
Inventors: 昇塩飽; Noboru Shiaku
Original assignee: Ismart Solutions Inc
Current assignee: Ismart Solutions Inc
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US9704091B2; US20160300133A1

Abstract

【課題】小型で高密度感度および広範囲指向性のＵＨＦ帯域無線タグユニットを提供する。【解決手段】通信・記憶機能を有する半導体素子が搭載されたアンテナと、誘電体層を介して前記アンテナと対向するように構成された金属面を具備する無線タグと、前記金属面に電波接続される第１導体部と、前記第１導体部に対して分岐電波接続される第２導体部とを備え、前記第２導体部の一部は前記第１導体部と予め決められた距離を保つように前記アンテナ上部に配置され、前記アンテナ上部を遮蔽しないように前記第２導体部には前記アンテナとの間に開放部が配置されていることを特徴とする無線タグユニット。【選択図】図１

Description

この発明は、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等で使う、電池を持たないパッシブ無線タグユニットに関する。

近年ウエラブルコンピューティングが、その利便性の可能性のために注目されつつある。このシステムはウエラブル端末、ネットワーク、クラウドコンピューティングによって利用者に利便性を与え、いつでもどこでも利用できる小型のウエラブル端末、ネットワークを提供することが必要となる。

アクティブ型無線タグは電池を使用したものであり、リードレンジ特性および通信の安定性でメリットがあるが、電池駆動のためタグシステムが複雑で電池交換等の必要があり利便性に劣り、またシステムが大きくなりウエラブル端末用途には最適ではない。一方、パッシブ型無線タグは電池を必要としないためシンプルなシステムで済み、また一度稼働したのち電池交換等の保守が必要なく利便性が高い。ただし、このパッシブ型無線タグは、リーダーライタからのＵＨＦ帯、マイクロ波帯等の電波周波数を受信し電力変換し、通信・情報処理半導体の電源とするため、使用環境によっては、電波吸収等の影響で電力変換が十分に行われず、リードレンジおよび通信に不安定さがでる。特に、ウエラブル端末の環境の人体の約６０％が水分であるため、ＵＨＦ帯の電波周波数の吸収が起こり、電力変換が十分に行われないため、リードレンジおよび通信の安定性が問題となり対策が必要になる。

また、腕リストバンドのような腕ウエラブル端末の場合、特に小型化が必要となりＵＨＦ帯、マイクロ波帯の電波周波数を効率よく高密度感度受信できる安価なアンテナ方式が必要となる。またリーダーライタの一方向からの電波を有効的に受信するためにはできるだけ広い指向性の広範囲指向性ウエラブル端末が必要となる。

特許文献１は、優れた高周波伝送特性を有すると共に、使用環境の温度変化に対しても伝送特性を維持することが可能な無線タグとして、図１に誘電体層Ｐの両面にプリレグ層が積層された積層体の一方の面に導電体層１および他方の面に金属箔層Ｍが積層されて構成されている無線タグが開示されている。特許文献２は、アンテナと接地導体と該アンテナと該接地導体との間の誘電体とを有するマイクロストリップ線路構成の１／２波長共振器と、上記アンテナの中点と上記接地導体とを接続するーないし複数の線状導体とを具備し、アンテナと接地導体との間にＩＣを内蔵する無線タグが開示されている。

特開２０１０−２３１５８２

特開２０００−３３２５２３

しかし、特許文献１の無線タグおよび特許文献２の無線タグは、導電性物体の環境での使用が可能であるが、小型ウエラブル端末に必要なリードレンジ特性（高密度感度特性）および指向性特性については、きわめて特性が低く問題があり、大きな課題があった。また小型化という必修の課題を満足するために、ＵＨＦ帯およびマイクロ波帯の電波を効率よく受信するためのアンテナ方式による課題があった。

そこで、本発明の第１の目的は、導電性物体および非導電性物体にかかわらず使用が可能なウエラブル端末等の用途の、小型無線タグユニットを提供することにある。

本発明の第２の目的は、ウエラブル端末等とリーダーライタの間の実用性のある距離で読取可能な、汎用性のある高リードレンジ特性（高密度感度）の小型無線タグユニットを提供することにある。

本発明の第３の目的は、リーダーライタから送信される電波に対して、指向性の広いウエラブル端末を提供するための、小型の広範囲指向性のＵＨＦ帯、マイクロ波帯無線タグユニットを提供することにある。

本発明の第４の目的は、ウエラブル端末等の市場対応力を高め、カスタム化対応力を高めるために、製品構成をメインユニット部およびサブユニット部に分割構成し、サブユニット部はカスタム表示プリントおよび交換が可能な、無線タグユニットを提供することにある。

本発明の第５の目的は、ウエラブル端末等の製品のリードレンジ特性を、製品ごとにプログラムできるように、部品化をおこない、ウエラブル端末等製品のリードレンジ特性ごとに量産することが可能な、無線タグユニットを提供することにある。

請求項１に係る無線タグユニットは、通信・記憶機能を有する半導体素子が搭載されたアンテナと、誘電体層を介して前記アンテナと対向するように構成された金属面を具備する無線タグと、
前記金属面に電波接続される第１導体部と、
前記第１導体部に対して分岐電波接続される第２導体部とを備え、
前記第２導体部の一部は前記第１導体部と予め決められた距離を保つように前記アンテナ上部に配置され、前記アンテナ上部を遮蔽しないように前記第２導体部には前記アンテナとの間に開放部が配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る無線タグユニットは、請求項１において、前記第１導体部に対して前記金属面を中心に左右対称に分岐電波接続される複数の前記第２導体部を備え、前記第２導体部の一端をそれぞれ前記アンテナの略中央部に予め決められた距離を保つように対向配置し、前記アンテナ上部を遮蔽しないように前記第２導体部には前記アンテナとの間に開放部が配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る無線タグユニットは、請求項１または請求項２の無線タグユニットにおいて、前記第１導体部の両端部を、前記第２導体部との接続方向に延長し、その延長部分を電波入射角に対して任意の角度の範囲で配置できるようにしたことを特徴とする。

請求項４に係る無線タグユニットは、請求項３の無線タグユニットにおいて、前記延長部分を前記第１導体部から分離可能としたことを特徴とする。

請求項５に係る無線タグユニットは、請求項１ないし４の無線タグユニットにおいて、前記第２導体部は、前記無線タグをはさみ前記第１導体部と対向する領域が、分離可能とされていることを特徴とする。

この発明に係る請求項１の無線タグユニットによれば、前記第１導体部をグランドプレーンと考え、前記第２導体部を平面アンテナとした時の作用によって、前記第１導体部および前記第２導体部の構成によって、非導電体物体および導電体物体の条件下でのリードレンジ特性（高密度感度特性）を伸ばすことができる。

この発明に係る請求項２の無線タグユニットによれば、前記第１導体部をグランドプレーンと考え、複数の前記第２導体部を平面アンテナとした時の作用によって、前記第１導体部および複数の前記第２導体部の構成によって、非導電体物体および導電体物体の条件下でのリードレンジ特性（高密度感度特性）を伸ばすことができる。

この発明に係る請求項３の無線タグユニットによれば、前記第１導体部の両端部を、前記第２導体部との接続方向に延長し、その延長部分の導体部を平面アンテナとした時の作用によって、リーダーライタから送信される電波入射角に対して、電波受信効率の高い角度の範囲で配置できるようにすることによって、非導電体物体および導電体物体の条件下での広範囲指向性を達成することができる。

この発明に係る請求項４の無線タグユニットによれば、請求項３の無線タグユニットにおいて、前記延長部分を前記第１導体部から分離可能とすることで、前記延長部分をカスタム表示プリントおよび交換が可能な部品とした、無線タグユニットを提供することができる。

この発明に係る請求項５の無線タグユニットによれば、請求項１ないし４の無線タグユニットにおいて、前記第２導体部の、リードレンジ特性（高密度感度特性）への寄与度が高いため、前記第２導体部を、前記無線タグをはさみ前記第１導体部と対向する領域が、分離可能とすることで、リードレンジ特性ごとに量産することが可能な、無線タグユニットを提供することができる。

第１実施形態の平面図。第１実施形態の断面図。第１実施形態の断面分解図。無線タグの断面図。無線タグの分解図。無線タグのアンテナ部分の拡大図。第２実施形態の平面図。第２実施形態の断面分解図。第３実施形態の平面図。第３実施形態の断面分解図。第４実施形態の断面図。第５実施形態の断面図。第６実施形態の断面図。指向性試験方法

第１の実施形態

本発明の第１の実施形態として、図１は、請求項３に示される、請求項１の１の前記第２導体部の無線タグユニットにおいて、前記第１導体部の両端部を、前記第２導体部との接続方向に延長し、前記延長部分の導体部を電波入射角に対して任意の角度の範囲で配置できるようにしたことを特徴とする、無線タグユニットの平面図示す。図２は、図１のａ−ａの断面図を示す。図３は、図２の断面分解図を示す。図１および図２および図３における、Ａは前記第１導体部を示し、接着剤Ｊを介して金属面Ｍに電波接続される。同様に、Ｂは、この前記第１導体部に対して分岐電波接続される前記第２導体部を示し、前記第２導体部の一部は前記第１導体部と予め決められた距離ＳＰを保って配置される。Ａｘ１およびＡｘ２は、それぞれ前記第１導体部の左右延長部分を示す。Ｈは、高インピーダンスの絶縁体である。図４は、前記無線タグの断面図を示し、図５は、断面分解図を示す。前記誘電体層（Ｐ）の両面にスペーサ層（Ｓ）が積層された積層体の一方の面に、アンテナ部（Ｉ２）および通信・記憶機能ＩＣ部（Ｉ１）が積層され、他方の面に前記金属面（Ｍ）が積層されている無線タグ（Ｒ）を示す。図６は、前記アンテナ部（Ｉ２）および前記通信・記憶機能ＩＣ部（Ｉ１）の構成拡大図が想定考えられる。前記通信・記憶機能ＩＣ部（Ｉ１）は前記アンテナＡＴ１および前記アンテナＡＴ２に接続されていると想定考えられる。

第２の実施形態

図７および図８は、それぞれ請求項１の１つの前記第２導体部の時の、無線タグユニットの平面図および断面分解図を示す。図７において、Ａは前記第１導体部、Ｂは前記第２導体部、Ｒは前記無線タグを示す。図８において、Ｌａ１は、前記金属面の略中央部から、前記第１導体部に対して分岐電波接続される１つの前記第２導体部の分岐点までの距離を示す。ＳＰは前記第１導体部と前記第２導体部の予め決められた距離を示す。

第３の実施形態

図９および図１０は、それぞれ請求項２の無線タグユニットの平面図および断面分解図を示す。図９において、Ｂ１は前記金属面の略中央部から略左右対称に接続される前記第１導体部に対して、一方向に分岐電波接続される前記第２導体部を示す。同様に、Ｂ２は他方向に分岐電波接続される前記第２導体部を示す。図１０のＬｂ１は、前記金属面の略中央部から、一方向の前記第１導体部に対して分岐電波接続される前記第２導体部Ｂ１の接続点までの距離を示す。同様にＬｂ２は、前記金属面の略中央部から、他方向の前記第１導体部に対して分岐電波接続される前記第２導体部Ｂ２の接続点までの距離を示す。

第４の実施形態

図１１は、請求項３に係る無線タグユニットの、請求項１の１つの前記第２導体部の無線タグユニットにおいて、前記第１導体部をそれぞれ左右に延長し、前記延長部分を、無線タグユニットの前記第２導体部に対して、９０度方向に配置した断面図である。腕リストバンド等の腕ウエラブル端末用途として、前記第２導体部は５ｃｍ程度で、前記延長部分は６ｃｍ程度である。ＵＨＦ帯のＲＦＩＤは、９２０Ｍｈｚの電波周波数を使っていて、１／２波長は３２．６ｃｍおよび１／４波長は１６．３ｃｍである。

第５の実施形態

図１２は、請求項４に係る無線タグユニットにおいて、請求項３の無線タグユニットにおいて、前記延長部分を前記第１導体部から分離可能とした構造断面図を示す。Ｚ１とＡＸ１およびＺ２とＡＸ２の電波接続によって無線タグユニットとして完成する。

第６の実施形態

図１３は、請求項５に係る無線タグユニットにおいて、請求項１ないし４の無線タグユニットにおいて、前記第２導体部が、前記無線タグをはさみ前記第１導体部と対向する領域が、分離可能とされている時の断面図である。Ｚは前記第２導体部の接合面である。

比較データとして、無線タグ単体の、上記同一測定条件下（３０ｄＢｍ）のリードレンジ特性は、非導電体物体環境で０．２ｍ、導電体物体環境で０．３ｍである。

Ａ…第１導体部、Ｂ…第２導体部、Ｒ…無線タグ、Ｉ１…通信・記憶機能ＩＣ部、Ｉ２…アンテナ部、Ｓ…スペーサ層、Ｐ…誘電体層、Ｍ…金属面、Ｈ…絶縁体、Ｊ…接着剤、Ｊ１…接着剤１、Ａｘ１…第１導体部の延長部分、Ａｘ２…第１導体部の延長部分、ＡＴ１…アンテナ、ＡＴ２…アンテナ、Ｌａ１…金属面・第２導体部の距離、ＳＰ…第１導体部・第２導体部の距離、Ｂ１…第２導体部、Ｂ２…第２導体部、Ｌｂ１…金属面・第２導体部の距離、Ｌｂ２…金属面・第２導体部の距離、Ｙ…分離ユニット、Ｚ１…第１導体部の接合面（Ａｘ１）、Ｚ２…第１導体部の接合面（Ａｘ２）、Ｚ…第２導体部の接合面、ＡＮＴ…試験用アンテナ、Ｗ…無線タグユニット

Claims

通信・記憶機能を有する半導体素子が搭載されたアンテナと、誘電体層を介して前記アンテナと対向するように構成された金属面を具備する無線タグと、
前記金属面に電波接続される第１導体部と、
前記第１導体部に対して分岐電波接続される第２導体部とを備え、
前記第２導体部の一部は前記第１導体部と予め決められた距離を保つように前記アンテナ上部に配置され、前記アンテナ上部を遮蔽しないように前記第２導体部には前記アンテナとの間に開放部が配置されていることを特徴とする無線タグユニット。
請求項１において、前記第１導体部に対して前記金属面を中心に左右対称に分岐電波接続される複数の前記第２導体部を備え、前記第２導体部の一端をそれぞれ前記アンテナの略中央部に予め決められた距離を保つように対向配置し、前記アンテナ上部を遮蔽しないように前記第２導体部には前記アンテナとの間に開放部が配置されていることを特徴とする無線タグユニット。
請求項１または請求項２の無線タグユニットにおいて、前記第１導体部の両端部を、前記第２導体部との接続方向に延長し、その延長部分を電波入射角に対して任意の角度の範囲で配置できるようにしたことを特徴とする無線タグユニット。
請求項３の無線タグユニットにおいて、前記延長部分を前記第１導体部から分離可能としたことを特徴とする無線タグユニット。
請求項１ないし４の無線タグユニットにおいて、前記第２導体部は、前記無線タグをはさみ前記第１導体部と対向する領域が、分離可能とされていることを特徴とする無線タグユニット。