JP4006585B2

JP4006585B2 - Antenna coil structure of RFID transponder and method for adjusting resonance frequency

Info

Publication number: JP4006585B2
Application number: JP2002240458A
Authority: JP
Inventors: 秀晃堀内; 康弘生方; 信一郎乾
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP2004080600A; JP2007306601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振回路を構成するアンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法に関し、特に、実装されたＩＣチップに対して非接触でデータの読み書きを行うことを特徴とするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用トラスポンダのアンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトランスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トランスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トランスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでデータの通信を行う場合、リーダ／ライタ、トランスポンダの双方のアンテナの共振周波数をある程度の精度で送信するキャリア周波数に合わせ込む必要がある。ここで、アンテナの共振周波数ｆ₀は、アンテナコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとを用いて次式のように表される。
【０００４】

【０００５】
式（１）より、アンテナコイルのインダクタンスＬ又はコンデンサの容量Ｃのいずれかを増減させることにより共振周波数ｆ₀を所望の値に調整することができ、リーダ／ライタのアンテナやサイズの大きいトランスポンダの場合は、通常、アンテナに実装したトリマコンデンサなどにより調整が行われている。
【０００６】
一方、サイズの小さいトランスポンダ、特に、シート状やラベル状の様な厚さ数１００μｍ程度のトランスポンダの場合は、トリマコンデンサを実装することが困難な場合もあり、ラベル上に作製されたフィルムコンデンサをトリミングすることにより容量を変化させて共振周波数を調整している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フィルムコンデンサのトリミングにより容量を変化させるためには、トランスポンダ内に大きな面積のフィルムコンデンサを形成する必要がある。特に、小型トランスポンダの場合は、アンテナコイルが小さくインダクタンスが小さくなることから、所望の共振周波数を得るためには大型のトランスポンダより大きなコンデンサ容量を必要とし、一定の容量変化率を得るためのフィルムコンデンサの面積は更に大きくなってしまい、トランスポンダの小型化の障害となってしまう。
【０００８】
ここで、従来のトランスポンダの構造について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、従来のＲＦＩＤ用トランスポンダの基本構成を示す回路図であり、図１０は、小型のシート（ラベル）状トランスポンダにおける共振回路のアンテナコイルとフィルムコンデンサとの位置関係を示す平面図である。
【０００９】
図９に示すように、トランスポンダ２は、共振回路を構成するアンテナコイル５及びコンデンサ１４と、データの記憶、演算を行うＩＣチップ１３とからなり、大型のトランスポンダ２の場合は部品の取り付けスペースが大きいことから、コンデンサ１４を固定容量を形成するコンデンサ１４ａと容量の調整が可能なトリマコンデンサ１４ｂとで構成し、トリマコンデンサ１４ｂを増減させることにより共振周波数の調整を行っていた。
【００１０】
しかしながら、図１０に示すようなシート（ラベル）状のトランスポンダ２の場合は、トリマコンデンサ１４ｂを設けることは困難であるため、アンテナコイル５と同一平面状にフィルムコンデンサ１４ｃを形成しているが、図１０（ａ）に示すように、アンテナコイル５の内部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成する場合は、面積の制限から容量変化量は限定的であり、また渦電流損による損失の増加によりＱ値が低下する原因となる。
【００１１】
また、図１０（ｂ）に示すように、アンテナコイル５の外部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成する場合、その分の面積増加を招いてしまう。そして、一定共振周波数を維持する場合、トランスポンダ２の微小化に伴ってインダクタンスが減少することにより、共振用コンデンサの容量は増加し、容量に一定の変化率を与えるためのトリミング用フィルムコンデンサ１４ｃの面積の増加比率は無視できないほど大きくなり、トランスポンダ２のサイズはフィルムコンデンサ１４ｃ（トリミング部分を含む）の面積に律則されてしまう。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、共振周波数を簡単かつ正確に調整することができるＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダは、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、前記アンテナコイルは、互いに接続される２つのアンテナパターンにより構成され、前記２つのアンテナパターンは、前記トランスポンダの基材の一方の面に形成されるアンテナパターンと、該アンテナパターン上に所定の位置及び角度で配置されるブリッジパターンとにより構成され、かしめ構造により、前記アンテナパターンと前記ブリッジパターンとが接続されるものである。
【００１９】
本発明においては、前記アンテナパターンに対して前記ブリッジパターンの接続位置及び接続角度を調整することにより、前記共振周波数が調整される構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおける共振周波数の調整方法であって、前記アンテナコイルを、２つのアンテナパターンを相互に接続して形成し、前記２つのアンテナパターンを、前記トランスポンダの基材の一方の面に形成されるアンテナパターンと、該アンテナパターン上に所定の位置及び角度で配置されるブリッジパターンとにより構成し、前記２つのアンテナパターンをかしめる方法を用いて、前記アンテナパターンに対して前記ブリッジパターンの接続位置、接続角度及びアンテナコイルの経路長を調整することにより、前記アンテナコイルのインダクタンスを調整するものである。
【００２４】
このように、本発明では、トランスポンダの共振周波数の調整をコンデンサの容量ではなく、アンテナコイルのインダクタンスにより行うため、トリミング用に形成されていた従来のフィルムコンデンサ部分の面積を省略することができ、トランスポンダ全体の面積の縮小化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明では、アンテナコイルのインダクタンスの調整を、アンテナコイルに設けた複数の経路を順次トリミングするのではなく、基材の表裏面に設けたアンテナパターンの接合位置又はアンテナパターンとブリッジサーキットの接続位置を調整することにより行うため、微調整が可能となり、簡単かつ確実に共振周波数を所望の値に正確に合わせ込むことができる。
【００２６】
更に、このようなアンテナコイルのインダクタンス調整機構を備えたトランスポンダを用いることにより、リーダ／ライタ用アンテナとトランスポンダ用アンテナの共振周波数を正確に一致させることができ、一定距離離れてもトランスポンダによるリーダ／ライタのアンテナの反射係数変化を持続させることができる。これによりリーダ／ライタ受信部の、フィルタ、増幅器、コンパレータなどの複雑な回路構成を省略することができるという効果も得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＲＦＩＤ用トランスポンダは、その好ましい一実施の形態において、フィルムや基板等の基材の表裏面に形成された２つのアンテナパターン又は片側の面に形成されたアンテナパターンとブリッジサーキットの接続位置を可変することにより共振周波数を調整するものであり、アンテナコイルのインダクタンスにより共振周波数の調整を行うため、フィルムコンデンサ部分の面積を省略してトランスポンダ全体の面積の縮小化を図ることができる。また、アンテナコイルに予め設けた経路を順次トリミングする必要がないため、インダクタンスの調整作業を簡単に行うことができると共に、アンテナの電気的中心位置のずれによる結合係数の変化や渦電流の発生を防止することができる。また、トランスポンダの共振周波数の正確な調整を可能とすることにより、リーダ／ライタの反射係数を大きくすることができ、これによりリーダ／ライタ受信部の構成を簡略化することができる。
【００２８】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について説明する。
【００２９】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイル構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図であり、図２及び図３は、第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００３０】
図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、リーダ／ライタ用アンテナ４を用いてデータの交信を行うリーダ／ライタ３と、ラベル型、シート型、スティック型等の種々の形状のトランスポンダ２とからなり、リーダ／ライタ３には、送受信信号を変換するための受信回路３ａ及び送信回路３ｂと、送受信信号をデコードするためのＣＰＵ３ｃとを備え、トランスポンダ２のアンテナの共振周波数とリーダ／ライタ用アンテナ４の共振周波数をキャリア周波数に合わせることによりデータの交信が行われる。
【００３１】
ここで、従来技術で示したように、トランスポンダ２の共振周波数ｆ_０は式（１）で決まり、共振周波数を微調整するためには、アンテナコイル５のインダクタンスか、コンデンサの容量を変化させる必要があり、従来の大型のトランスポンダ２では、トリマコンデンサ１４ｂによりｆ_０の調整を行っていた。
【００３２】
しかしながら、シート（ラベル）状のトランスポンダ２の場合、サイズの制限からトリマコンデンサ１４ｂを設けることができず、アンテナコイル５と同一平面状にフィルムコンデンサ１４ｃを設けることになるが、図１０（ａ）のようにアンテナコイル５の内部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成すると、渦電流損による損失の増加によりＱ値低下の原因となる。また、図１０（ｂ）のようにアンテナコイル５外部にフィルムコンデンサ１４ｃを形成する場合、その分の面積増加を招き、一定共振周波数を維持する場合、トランスポンダの微小化に伴ってＬが減少することで、面積の増加比率は無視できないほど大きくなる。
【００３３】
そこで、本願出願人は先願（特願２００２−２２７４２号）において、トランスポンダ２の共振周波数の調整をコンデンサ１４の容量ではなく、アンテナコイル５のインダクタンスを調整することにより実現する方法を開示している。具体的には、図８に示すように、アンテナコイル５の最内周のループに経路を短絡する複数のトリミングライン１２ａを設けたり、アンテナコイルの最外周のループに経路を迂回する複数のトリミングラインを設け、トリミングライン１２ａを順位切断することにより、アンテナコイル５のインダクタンスを調整して共振周波数を所望の値に合わせ込むことを可能にしている。
【００３４】
このように、上記公報では、トランスポンダ２の共振周波数の調整をアンテナコイル５のインダクタンスにより行うため、トリミング用に形成されていた従来のフィルムコンデンサ１４ｃ部分の面積を省略することができ、トランスポンダ２全体の面積の縮小化が可能となるが、複数ターンで構成されるアンテナコイル５の１ターンに短絡経路を設けてトリミングする場合、その１ターンと他のターンのコイルの電気的中心が離れてしまい、その結果、結合係数が大きく変わることになる。また、複数の短絡経路を設ける構造の場合、短絡経路部分がループとなり渦電流が発生してしまうため、トリミング後に不要な短絡経路はカットしなければならない。
【００３５】
そこで、本発明では、簡単かつ確実にインダクタンスを調整する方法として、予め設けた短絡経路を選択して順次トリミングするのではなく、アンテナコイル５を２つのアンテナパターン又はアンテナパターンとブリッジサーキットで構成し、基材の表裏面に形成したアンテナパターン又は一方の面に形成したアンテナパターンとブリッジサーキットの接続位置を適宜調整することにより、アンテナコイル５のインダクタンスを変化させて共振周波数の調整を行っている。
【００３６】
具体的に説明すると、図２に示すように、本実施例のトランスポンダ２は、ＰＥＴシート、ポリエチレンシート、ポリイミドシート等の絶縁性シートやＰＣＢ等の基板等からなる基材７と、その表裏面に形成されるアンテナパターン５ａ、５ｂ（ブリッジサーキットを用いる場合は一方のアンテナパターンとブリッジサーキット）とにより構成されるアンテナコイル５と、チップコンデンサ及びデータの記憶、演算処理を行うＩＣチップ（図ではこれらを合わせてＩＣチップ／コンデンサ６と記載している。これらはパターン上の任意の位置に配置され、アンテナパターンの表側面、裏側面又はブリッジサーキットのどちらに位置してもかまわない。）とが設けられ、アンテナパターンの少なくとも一端は基材７を挟んで略平行に対向して形成されている。
【００３７】
なお、図では、アンテナコイル５は１ターンのループで構成しているが、ループの数は任意に設定することができる。また、インダクタンス調整領域８ａの位置、長さも図の構成に限定されず、トランスポンダ２の形状、インダクタンスの調整幅、ＩＣチップ／コンデンサ６の実装位置等を勘案して適宜設定することができる。また、ＩＣチップ／コンデンサ６は基材７のどちら側にあっても問題なく、両面パターンの場合は表側または裏側、ブリッジサーキットの場合はアンテナコイルパターン側またはブリッジサーキット側のいずれかに配設される。
【００３８】
このような構造のアンテナコイル５では、実線のパターンと点線のパターンを最低ａ、ｂの２ヶ所で導通をとる必要がある。本発明ではその内の少なくとも一方（図ではｂ側）の接続位置８を可変できるようにパターンを形成している。導通をとる方法として、例えば、基材７がシートなどの場合はかしめる方法、ＰＣＢのような基板の場合はスルーホールを介して接続する方法を用いることができる。
【００３９】
そして、線路長を長く（図のＡ方向）するようにかしめた場合、アンテナコイル５のインダクタンスが増加してトランスポンダ２の共振周波数は低くなり、線路長を短く（図のＢ方向）するにつれてアンテナコイル５のインダクタンスが減少してトランスポンダ２の共振周波数は高くなる。この線路長の調整に際してインダクタンス調整領域８ａに目盛りを設けてもよく、目盛りを参照することにより調整を容易に行うことができる。
【００４０】
このように本実施例の方法では、先願に記載した複数の短絡経路を順次トリミングする方法に比べて簡単に共振周波数を調整することができ、余分なループを形成しないことにより渦電流の発生を防止することもできる。また、アンテナコイル５を複数ターンで構成する場合に、接続位置が変化してもコイルの電気的中心はほとんど変化しないため、リーダ／ライタ用アンテナ４とトランスポンダ２間の結合係数が変化するという問題も回避することができる。
【００４１】
なお、図２では表裏面の２つのアンテナパターン（ブリッジサーキットの場合は一方のアンテナパターンとブリッジサーキット）の一端を略平行に配置したが、図３に示すように、一方のアンテナパターン（図では表面側のアンテナパターン５ａ）をジグザグ状、波型、階段状等に形成し、両者の交点でかしめる構成としても良い。この構成の場合は、図２のように接続位置を無段階に調整することはできないが、接続位置８がわかりやすく、パターンの形状を調整することにより各々の交点での共振周波数の変化量を規定することができるため、それほど細かい調整が必要ない場合などには有効である。
【００４２】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイル構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法について、図４乃至図６を参照して説明する。図４乃至図６は、第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００４３】
前記した第１の実施例では、各々のアンテナパターンの端部を連続する一本の線で構成して両者を接続位置８で接続する構成としたが、例えば、図４に示すように、一方のアンテナパターン（図では表面側のアンテナパターン５ａ）の端部に櫛歯状の複数の分岐経路５ｄを設け、分岐経路５ｄの先端部で裏面側のアンテナパターン５ｂと交差するようにし、任意の分岐経路５ｄでかしめることによりコイルを形成しインダクタンス値を変化させることもできる。この構造の場合、複数の分岐経路５ｄは他方のアンテナパターンに接続されていないため、接続位置８以外の分岐経路５ｄによって不要なループが形成されることはなく、後でカットを行う必要はない。また、共振周波数調整で２点以上かしめた場合も、その後の不要ループのカットは最小限にすることができる。
【００４４】
また、本願発明の接続位置８の調整による方法では、共振周波数を高い方向へのみ調整できるが、先願記載の短絡経路を選択する方法を組み合わせることにより、接続位置８の調整と短絡経路のトリミングにより共振周波数をある程度自由に調整することが可能となる。例えば、図５に示すように一方のアンテナパターン（図では表面側のアンテナパターン５ａ）に複数の短絡経路５ｅを設けておき、所定の接続位置８で裏面のアンテナパターン５ｂに接続した後、不要な短絡経路５ｅをトリミングすることによってインダクタンス（すなわち共振周波数）の調整範囲を広げることができる。
【００４５】
また、２つのアンテナパターンによりアンテナコイル５を形成する構造の場合は、基材７により両パターン間に容量が形成されるため、この容量を利用して共振周波数を微調節することもでき、両面パターンでは基材７の材料により誘電率、電極間幅が決まるので電極面積を調節することにより共振周波数を調整することができる。具体的には、例えば、図６に示すように表裏面のアンテナパターン５ａ、５ｂに容量調整用電極５ｆを形成しておき、基材７の材質、厚さと、接続位置８以外に形成された電極の形状、配置を調整（トリミング）することにより、インダクタンスのみならず容量も調整することができ、共振周波数の調整範囲をより広げることができる。
【００４６】
なお、図４の櫛歯状の分岐経路５ｄ、図５の短絡経路５ｅ、図６の櫛歯状の容量調整用電極５ｆの形状は例示であり、図の形状に限定されるものではなく、それぞれの機能を果たすことができる任意の形状とすることができる。
【００４７】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダのアンテナコイル構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法について、図７を参照して説明する。図７は、第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００４８】
前記した第１及び第２の実施例では、予め表裏面にアンテナパターン５ａ、５ｂが形成されている場合を基本として説明したが、ブリッジサーキットの場合は、ブリッジサーキットの付け方（角度や位置）を変えることによって、インダクタンス値を変えることができ、共振周波数を調節することができる。
【００４９】
例えば、図７に示すように、基材７の片面（図では表面）にブリッジサーキット５ｃが接続しやすいように予め所定の間隔をあけたアンテナパターン５ａを形成しておき、その後、ＩＣチップ／コンデンサ６を含むブリッジサーキット５ｃを角度や位置を調整しながらかしめる。例えば、図の構成ではブリッジサーキット５ｃを右下がりに接続するとアンテナコイル５のインダクタンスが減少し、右上がりに接続するとインダクタンスは増加する。このような方法によっても共振周波数を調整することが可能となる。
【００５０】
なお、上記各実施例では、ＲＦＩＤ用トランスポンダに形成される共振回路の共振周波数の調整方法について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、任意のコイルの構造及びそのコイルを用いたインダクタンスの調整に適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤ用アンテナコイルの構造及び該アンテナコイルを用いた共振周波数の調整方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００６２】
本発明の第１の効果は、トランスポンダのＱ値の損失や面積の増加を招くことなく、共振周波数の微調整を実現することができるということである。
【００６３】
その理由は、基材の表裏面のアンテナパターンの端部に接続位置を可変できる機構を設けたり、基材の片側に設けたアンテナパターンに自在にブリッジサーキットを接続できる機構を設けることにより、インダクタンス、すなわち共振周波数を調整することができ、従来のように面積の大きいフィルムコンデンサを設ける必要がないからである。
【００６４】
また、本発明の第２の効果は、結合係数の変化や渦電流の発生を招くことなく、簡単かつ確実に共振周波数を調整することができるということである。
【００６５】
その理由は、本発明の構成では、アンテナコイルに複数設けた短絡経路をトリミングする方法のように、トリミングする位置によりアンテナコイルの電気的中心がずれて結合係数が変化することがなく、又、不要なループを形成しないために渦電流が発生することがないからである。
【００６６】
また、本発明の第３の効果は、リーダ／ライタ受信部の回路構成を簡略化することができるということである。
【００６７】
その理由は、本発明のような周波数調整機能を備えたトランスポンダを用いることにより、トランスポンダとリーダ／ライタの共振周波数を正確に合わせ込むことができるため、アンテナ端電圧波形の最大値と最小値で規定される変調度を大きくすることができ、複雑な処理回路を設ける必要がなくなるからである。これにより、実装部品点数を減少させることができ、回路基板の縮小、消費電力の低下が図られ、その結果、コンパクトでバッテリ駆動に適したリーダ／ライタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図８】先願に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図９】従来のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図１０】従来のトランスポンダのアンテナコイル及びフィルムコンデンサの位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１ＲＦＩＤ用システム
２トランスポンダ
３リーダ／ライタ
３ａ受信回路
３ｂ送信回路
３ｃＣＰＵ
４リーダ／ライタ用アンテナ
５アンテナコイル
５ａアンテナパターン（表面側）：実線
５ｂアンテナパターン（裏面側）：破線
５ｃブリッジサーキット
５ｄ分岐経路
５ｅ短絡経路
５ｆ容量調整電極
６ＩＣチップ／コンデンサ
７基材
８接続位置
１２ａトリミングライン
１２ｂトリミング位置
１３ＩＣチップ
１４、１４ａコンデンサ
１４ｂトリマコンデンサ
１４ｃフィルムコンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of an antenna coil constituting a resonance circuit and a method for adjusting a resonance frequency using the antenna coil, and more particularly, to read / write data in a non-contact manner on a mounted IC chip. The present invention relates to a structure of an antenna coil of an RFID (Radio Frequency Identification) trussponder and a method for adjusting a resonance frequency using the antenna coil.
[0002]
[Prior art]
In recent years, RFID systems that perform data communication between a transponder including an IC chip and a reader / writer (or reader) have become widespread. Since this RFID system performs data communication using the antennas provided in each of the transponder and the reader / writer, communication is possible even if the transponder is several centimeters to several tens of centimeters away from the reader / writer. Due to its strength against static electricity, it has been used in various fields such as factory production management, logistics management, and entrance / exit management.
[0003]
When data communication is performed using this RFID system, it is necessary to match the resonance frequency of both the reader / writer and transponder antennas to the carrier frequency to be transmitted with a certain degree of accuracy. Here, the resonance frequency f ₀ of the antenna is expressed by the following equation using the inductance L of the antenna coil and the capacitance C of the capacitor.
[0004]

[0005]
From equation (1), the resonant frequency f ₀ can be adjusted to a desired value by increasing or decreasing either the inductance L of the antenna coil or the capacitance C of the capacitor, and the reader / writer antenna or the large-sized transponder can be adjusted. In this case, adjustment is usually performed by a trimmer capacitor mounted on an antenna.
[0006]
On the other hand, in the case of a transponder with a small size, especially a transponder with a thickness of about several hundreds μm such as a sheet or label, it may be difficult to mount a trimmer capacitor. The resonance frequency is adjusted by changing the capacitance by trimming.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to change the capacitance by trimming the film capacitor, it is necessary to form a film capacitor having a large area in the transponder. In particular, in the case of a small transponder, the antenna coil is small and the inductance is small. Therefore, in order to obtain a desired resonance frequency, a capacitor capacity larger than that of a large transponder is required, and a film capacitor for obtaining a constant capacity change rate. As a result, the surface area of the transponder becomes larger and becomes an obstacle to miniaturization of the transponder.
[0008]
Here, the structure of a conventional transponder is described with reference to FIGS. FIG. 9 is a circuit diagram showing a basic configuration of a conventional RFID transponder, and FIG. 10 is a plan view showing a positional relationship between an antenna coil and a film capacitor of a resonance circuit in a small sheet (label) -like transponder. .
[0009]
As shown in FIG. 9 , the transponder 2 includes an antenna coil 5 and a capacitor 14 constituting a resonance circuit, and an IC chip 13 for storing and calculating data. In the case of a large-sized transponder 2, there is a space for mounting components. Since the capacitor 14 is large, the capacitor 14 is composed of a capacitor 14a that forms a fixed capacitance and a trimmer capacitor 14b that can adjust the capacitance, and the resonance frequency is adjusted by increasing or decreasing the trimmer capacitor 14b.
[0010]
However, in the case of the sheet (label) -like transponder 2 as shown in FIG. 10 , it is difficult to provide the trimmer capacitor 14 b, so the film capacitor 14 c is formed in the same plane as the antenna coil 5. As shown in FIG. 10 (a), when the film capacitor 14c is formed inside the antenna coil 5, the amount of change in capacity is limited due to the limitation of area, and the Q value is increased due to an increase in loss due to eddy current loss. It will cause a drop.
[0011]
Further, as shown in FIG. 10 (b), when forming the outside film capacitor 14c of the antenna coil 5, thereby causing an increase in the area of that amount. When the constant resonance frequency is maintained, the inductance decreases with the miniaturization of the transponder 2, thereby increasing the capacitance of the resonance capacitor, and the trimming film capacitor 14c for giving a constant rate of change to the capacitance. The increase ratio of the area becomes so large that it cannot be ignored, and the size of the transponder 2 is regulated by the area of the film capacitor 14c (including the trimming portion).
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and its main object is to provide a structure of an antenna coil of an RFID transponder capable of easily and accurately adjusting a resonance frequency, and a resonance using the antenna coil. The object is to provide a frequency adjustment method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an RFID transponder according to the present invention is an RFID transponder including a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor. The antenna coil is configured by two antenna patterns connected to each other. The two antenna patterns are composed of an antenna pattern formed on one surface of the base material of the transponder and a bridge pattern arranged at a predetermined position and angle on the antenna pattern. A pattern and the bridge pattern are connected .
[0019]
In the present invention, the resonance frequency can be adjusted by adjusting the connection position and connection angle of the bridge pattern with respect to the antenna pattern.
[0021]
The resonance frequency adjustment method of the present invention is a method for adjusting resonance frequency in an RFID transponder having a resonance circuit composed of an antenna coil and a capacitor, and the antenna coil is connected to two antenna patterns. And forming the two antenna patterns by an antenna pattern formed on one surface of the base material of the transponder and a bridge pattern arranged at a predetermined position and angle on the antenna pattern, Using the method of caulking the two antenna patterns, the inductance of the antenna coil is adjusted by adjusting the connection position, connection angle, and antenna coil path length of the bridge pattern with respect to the antenna pattern. is there.
[0024]
Thus, in the present invention, since the resonance frequency of the transponder is adjusted not by the capacitance of the capacitor but by the inductance of the antenna coil, the area of the conventional film capacitor portion formed for trimming can be omitted. The area of the entire transponder can be reduced.
[0025]
Further, in the present invention, the adjustment of the inductance of the antenna coil is not performed by sequentially trimming the plurality of paths provided in the antenna coil, but the position of the antenna pattern provided on the front and back surfaces of the substrate or the antenna pattern and the bridge circuit are adjusted. Since the adjustment is performed by adjusting the connection position, fine adjustment is possible, and the resonance frequency can be accurately and accurately adjusted to a desired value.
[0026]
Further, by using a transponder equipped with such an antenna coil inductance adjustment mechanism, the resonance frequency of the reader / writer antenna and the transponder antenna can be matched accurately, and the reader / writer by the transponder can be used even if they are separated by a certain distance. The change in reflection coefficient of the writer antenna can be sustained. As a result, an effect that a complicated circuit configuration such as a filter, an amplifier, and a comparator of the reader / writer receiving unit can be omitted can be obtained.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a preferred embodiment of the RFID transponder according to the present invention, two antenna patterns formed on the front and back surfaces of a base material such as a film or a substrate, or an antenna pattern formed on one surface and a bridge circuit are connected. Since the resonance frequency is adjusted by changing the position and the resonance frequency is adjusted by the inductance of the antenna coil, the area of the film capacitor portion can be omitted to reduce the area of the entire transponder. In addition, since there is no need to sequentially trim the path provided in advance in the antenna coil, the adjustment of the inductance can be easily performed, and the coupling coefficient can be changed or the eddy current can be generated due to the deviation of the electrical center position of the antenna. Can be prevented. Further, by enabling accurate adjustment of the resonance frequency of the transponder, the reflection coefficient of the reader / writer can be increased, thereby simplifying the configuration of the reader / writer receiving unit.
[0028]
【Example】
In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, examples of the present invention will be described.
[0029]
[Example 1]
First, an antenna coil structure of an RFID transponder according to a first embodiment of the present invention and a resonance frequency adjusting method using the antenna coil will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an RFID system, and FIGS. 2 and 3 are plan views showing an example of the structure of an RFID transponder according to a first embodiment.
[0030]
As shown in FIG. 1, an RFID system 1 includes a reader / writer 3 that performs data communication using a reader / writer antenna 4 and a transponder 2 having various shapes such as a label type, a sheet type, and a stick type. Thus, the reader / writer 3 includes a receiving circuit 3a and a transmitting circuit 3b for converting the transmission / reception signal, and a CPU 3c for decoding the transmission / reception signal, and the resonance frequency of the antenna of the transponder 2 and the antenna for the reader / writer Data communication is performed by matching the resonance frequency of 4 with the carrier frequency.
[0031]
Here, as shown in the prior art, the resonance frequency f ₀ of the transponder 2 is determined by the equation (1), and in order to finely adjust the resonance frequency, it is necessary to change the inductance of the antenna coil 5 or the capacitance of the capacitor. There are, in the transponder 2 a conventional large, had been adjusted for f ₀ by trimmer capacitor 14b.
[0032]
However, the sheet when the (labeled) form of the transponder 2 can not be provided trimmer capacitor 14b to limitations of size, but will be provided with a film capacitor 14c on the antenna coil 5 and the same plane, FIG. 10 (a) If the film capacitor 14c is formed inside the antenna coil 5 as described above, the Q value is lowered due to an increase in loss due to eddy current loss. In the case of forming the antenna coil 5 outside the film capacitor 14c as shown in FIG. 10 (b), the lead an increase in the area of that amount, to maintain a constant resonant frequency, L decreases with miniaturization of the transponder As a result, the increase ratio of the area becomes so large that it cannot be ignored.
[0033]
Accordingly, the applicant of the present application disclosed in a prior application (Japanese Patent Application No. 2002-22742) a method for adjusting the resonance frequency of the transponder 2 by adjusting the inductance of the antenna coil 5 instead of the capacitance of the capacitor 14. Yes. Specifically, as shown in FIG. 8 , a plurality of trimming lines 12a that short-circuit the path are provided in the innermost loop of the antenna coil 5, or a plurality of trimmings that bypass the path are provided in the outermost loop of the antenna coil. By providing a line and cutting the trimming line 12a in order, it is possible to adjust the inductance of the antenna coil 5 and adjust the resonance frequency to a desired value.
[0034]
Thus, in the above publication, since the resonance frequency of the transponder 2 is adjusted by the inductance of the antenna coil 5, the area of the conventional film capacitor 14c formed for trimming can be omitted, and the entire transponder 2 can be omitted. However, when trimming is performed by providing a short-circuit path in one turn of the antenna coil 5 composed of a plurality of turns, the electrical centers of the coils of the one turn and the other turns are separated from each other. As a result, the coupling coefficient changes greatly. In the case of a structure in which a plurality of short-circuit paths are provided, the short-circuit path portion becomes a loop and an eddy current is generated. Therefore, an unnecessary short-circuit path must be cut after trimming.
[0035]
Therefore, in the present invention, as a method for easily and reliably adjusting the inductance, the antenna coil 5 is constituted by two antenna patterns or an antenna pattern and a bridge circuit, instead of selecting a predetermined short-circuit path and trimming sequentially. The resonance frequency is adjusted by changing the inductance of the antenna coil 5 by appropriately adjusting the antenna pattern formed on the front and back surfaces of the substrate or the connection position of the antenna pattern formed on one surface and the bridge circuit. .
[0036]
Specifically, as shown in FIG. 2, the transponder 2 of this embodiment includes a base material 7 made of an insulating sheet such as a PET sheet, a polyethylene sheet, a polyimide sheet, a substrate such as a PCB, and the front and back surfaces thereof. An antenna coil 5 formed of antenna patterns 5a and 5b (one antenna pattern and a bridge circuit when a bridge circuit is used), and an IC chip (chip in FIG. These are collectively described as an IC chip / capacitor 6. These are arranged at arbitrary positions on the pattern, and may be located on the front side, back side, or bridge circuit of the antenna pattern. And at least one end of the antenna pattern is formed so as to face substantially in parallel with the base material 7 interposed therebetween. It is.
[0037]
In the figure, the antenna coil 5 is composed of a one-turn loop, but the number of loops can be arbitrarily set. Further, the position and length of the inductance adjustment region 8a are not limited to the configuration shown in the figure, and can be set as appropriate in consideration of the shape of the transponder 2, the adjustment width of the inductance, the mounting position of the IC chip / capacitor 6, and the like. In addition, the IC chip / capacitor 6 can be placed on either side of the substrate 7 and is disposed on either the front side or the back side in the case of a double-sided pattern, or on the antenna coil pattern side or the bridge circuit side in the case of a bridge circuit. The
[0038]
In the antenna coil 5 having such a structure, it is necessary to establish conduction between the solid line pattern and the dotted line pattern at least at two points a and b. In the present invention, the pattern is formed so that the connection position 8 on at least one of them (b side in the figure) can be varied. As a method for obtaining conduction, for example, a caulking method can be used when the base material 7 is a sheet or the like, and a connecting method via a through hole can be used when the substrate is a PCB.
[0039]
When the line length is caulked to increase (in the direction A in the figure), the inductance of the antenna coil 5 increases, the resonance frequency of the transponder 2 decreases, and the antenna decreases as the line length decreases (in the direction B in the figure). The inductance of the coil 5 decreases and the resonance frequency of the transponder 2 increases. When adjusting the line length, a scale may be provided in the inductance adjustment region 8a, and the adjustment can be easily performed by referring to the scale.
[0040]
As described above, in the method of this embodiment, the resonance frequency can be easily adjusted as compared with the method of sequentially trimming the plurality of short-circuit paths described in the prior application, and the generation of eddy currents by not forming an extra loop. Can also be prevented. Further, when the antenna coil 5 is constituted by a plurality of turns, the electrical center of the coil hardly changes even if the connection position is changed, so that the coupling coefficient between the reader / writer antenna 4 and the transponder 2 changes. Can also be avoided.
[0041]
In FIG. 2, one end of two antenna patterns on the front and back surfaces (one antenna pattern and a bridge circuit in the case of a bridge circuit) are arranged substantially in parallel. However, as shown in FIG. The antenna pattern 5a) on the front side may be formed in a zigzag shape, a corrugated shape, a staircase shape, and the like, and may be caulked at the intersection of the two. In the case of this configuration, the connection position cannot be adjusted steplessly as shown in FIG. 2, but the connection position 8 is easy to understand, and the amount of change in the resonance frequency at each intersection can be adjusted by adjusting the shape of the pattern. Since it can be specified, it is effective when fine adjustment is not necessary.
[0042]
[Example 2]
Next, an antenna coil structure of an RFID transponder according to a second embodiment of the present invention and a resonance frequency adjusting method using the antenna coil will be described with reference to FIGS. 4 to 6 are plan views showing an example of the structure of the RFID transponder according to the second embodiment.
[0043]
In the first embodiment described above, the end of each antenna pattern is configured by a single continuous line, and the two are connected at the connection position 8. For example, as shown in FIG. Are provided with a plurality of comb-like branching paths 5d at the end of the antenna pattern (the antenna pattern 5a on the front surface side in the figure), and intersect with the antenna pattern 5b on the back side at the tip of the branching path 5d. It is also possible to change the inductance value by forming a coil by caulking along the branch path 5d. In the case of this structure, since the plurality of branch paths 5d are not connected to the other antenna pattern, an unnecessary loop is not formed by the branch paths 5d other than the connection position 8, and it is not necessary to perform cutting later. . Further, when two or more points are crimped by adjusting the resonance frequency, the subsequent unnecessary loop cut can be minimized.
[0044]
Further, in the method of adjusting the connection position 8 of the present invention, the resonance frequency can be adjusted only in a higher direction. However, by combining the method of selecting the short-circuit path described in the prior application, the adjustment of the connection position 8 and the trimming of the short-circuit path are performed. Thus, the resonance frequency can be freely adjusted to some extent. For example, as shown in FIG. 5, one antenna pattern (the antenna pattern 5a on the front side in the figure) is provided with a plurality of short-circuit paths 5e, and is unnecessary after being connected to the antenna pattern 5b on the back surface at a predetermined connection position 8. By trimming the short circuit path 5e, the adjustment range of the inductance (that is, the resonance frequency) can be expanded.
[0045]
Further, in the case of the structure in which the antenna coil 5 is formed by two antenna patterns, a capacitance is formed between both patterns by the base material 7, so that the resonance frequency can be finely adjusted using this capacitance. In the pattern, since the dielectric constant and the inter-electrode width are determined by the material of the substrate 7, the resonance frequency can be adjusted by adjusting the electrode area. Specifically, for example, as shown in FIG. 6, the capacitance adjusting electrode 5 f is formed on the antenna patterns 5 a and 5 b on the front and back surfaces, and the substrate 7 is formed in a material and thickness other than the connection position 8. By adjusting (trimming) the shape and arrangement of the electrodes, not only the inductance but also the capacitance can be adjusted, and the adjustment range of the resonance frequency can be further expanded.
[0046]
The shapes of the comb-tooth-shaped branch path 5d in FIG. 4, the short-circuit path 5e in FIG. 5, and the comb-shaped capacitance adjusting electrode 5f in FIG. 6 are examples, and are not limited to the shapes in the figure. The shape can be any shape capable of performing each function.
[0047]
[Example 3]
Next, an antenna coil structure of an RFID transponder according to a third embodiment of the present invention and a resonance frequency adjusting method using the antenna coil will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view showing an example of the structure of an RFID transponder according to the third embodiment.
[0048]
In the first and second embodiments described above, the case where the antenna patterns 5a and 5b are formed on the front and back surfaces in advance has been described as a basis. However, in the case of a bridge circuit, how to attach the bridge circuit (angle and position) is described. By changing, the inductance value can be changed and the resonance frequency can be adjusted.
[0049]
For example, as shown in FIG. 7, an antenna pattern 5a having a predetermined interval is formed in advance so that the bridge circuit 5c can be easily connected to one surface (the surface in the figure) of the base material 7, and then the IC chip / The bridge circuit 5c including the capacitor 6 is caulked while adjusting the angle and position. For example, in the configuration shown in the figure, when the bridge circuit 5c is connected to the lower right, the inductance of the antenna coil 5 decreases, and when it is connected to the upper right, the inductance increases. The resonance frequency can be adjusted also by such a method.
[0050]
In each of the above embodiments, the method for adjusting the resonance frequency of the resonance circuit formed in the RFID transponder has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and an arbitrary coil structure and its coil It can be applied to the adjustment of inductance using.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the structure of the RFID antenna coil of the present invention and the method for adjusting the resonance frequency using the antenna coil, the following effects can be obtained.
[0062]
The first effect of the present invention is that fine adjustment of the resonance frequency can be realized without incurring a loss of Q value or an increase in area of the transponder.
[0063]
The reason is that by providing a mechanism that can change the connection position at the end of the antenna pattern on the front and back surfaces of the base material, or by providing a mechanism that can freely connect a bridge circuit to the antenna pattern provided on one side of the base material, That is, the resonance frequency can be adjusted, and it is not necessary to provide a film capacitor having a large area as in the prior art.
[0064]
The second effect of the present invention is that the resonance frequency can be adjusted easily and reliably without causing a change in coupling coefficient or generation of eddy current.
[0065]
The reason is that in the configuration of the present invention, as in the method of trimming a plurality of short-circuit paths provided in the antenna coil, the electrical center of the antenna coil is not shifted due to the trimming position, and the coupling coefficient does not change. This is because an eddy current does not occur because an unnecessary loop is not formed.
[0066]
The third effect of the present invention is that the circuit configuration of the reader / writer receiver can be simplified.
[0067]
The reason is that by using a transponder having a frequency adjustment function as in the present invention, the resonance frequency of the transponder and the reader / writer can be accurately matched. This is because the prescribed modulation degree can be increased and it is not necessary to provide a complicated processing circuit. As a result, the number of mounted components can be reduced, the circuit board can be reduced, and the power consumption can be reduced. As a result, a compact reader / writer suitable for battery driving can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an RFID system.
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a transponder according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing another configuration of the transponder according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a transponder according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing another configuration of the transponder according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing another configuration of the transponder according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a transponder according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a configuration of a transponder according to a previous application.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional transponder.
FIG. 10 is a plan view showing a positional relationship between an antenna coil and a film capacitor of a conventional transponder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 RFID system 2 Transponder 3 Reader / writer 3a Reception circuit 3b Transmission circuit 3c CPU
4 antenna for reader / writer 5 antenna coil 5a antenna pattern (front side): solid line 5b antenna pattern (back side): broken line 5c bridge circuit 5d branch path 5e short circuit path 5f capacity adjustment electrode 6 IC chip / capacitor 7 base material 8 connection Position 12a Trimming line 12b Trimming position 13 IC chip 14, 14a Capacitor 14b Trimmer capacitor 14c Film capacitor

Claims

In an RFID transponder equipped with a resonance circuit composed of an antenna coil and a capacitor,
The antenna coil is composed of two antenna patterns connected to each other,
The two antenna patterns are composed of an antenna pattern formed on one surface of the base material of the transponder and a bridge pattern arranged at a predetermined position and angle on the antenna pattern. An RFID transponder , wherein an antenna pattern and the bridge pattern are connected .

Wherein by adjusting the connection position and the connection angle of the bridge pattern with respect to the antenna pattern, RFID transponder of claim 1, wherein said resonance frequency is adjusted.

A method for adjusting a resonance frequency in an RFID transponder having a resonance circuit including an antenna coil and a capacitor,
Forming the antenna coil by connecting two antenna patterns to each other;
The two antenna patterns are constituted by an antenna pattern formed on one surface of a base material of the transponder and a bridge pattern arranged at a predetermined position and angle on the antenna pattern, and the two antenna patterns A resonance frequency characterized by adjusting an inductance of the antenna coil by adjusting a connection position, a connection angle, and a path length of the antenna coil with respect to the antenna pattern using a caulking method. Adjustment method.