JP4235663B2 - 金属対応無線ｉｃタグ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば無線移動体識別システム（以下、ＲＦＩＤシステムという。）において用いられる金属対応無線ＩＣタグ装置に関する。

近年、総務省が「ユビキタス」をＩＴに替わる次世代技術のキーワードとして掲げている。「ユビキタス」とはラテン語で「至るところに存在している」という意味であり、情報通信の世界をすべての物質にまで拡張することを意味する。無線ＩＣタグはユビキタス社会の基盤技術と目されており、各種の物体に貼り付けられ、又はそれらの表面に埋め込まれ利用される。また、無線ＩＣタグは、物品のトレーサビリティ利用のように、物品の製造から物流、廃棄に至る各種の過程で利用され、近距離、遠距離通信等異なった通信形態で使用されるため、それに対応した幅広い形態と通信性能が要求される。

一般に、ＲＦＩＤシステムは、スキャナとも呼ばれリーダ／ライタ機能を持つ質問器と、無線ＩＣタグである応答器とを備えて構成される。質問器から放射された無線信号は応答器により受信され、その無線信号の電力により応答器は起動し、応答器はその内蔵メモリに格納されたタグ情報に従って無線搬送波をデジタル変調して、変調された無線信号を発生して質問器に対して返信する。これに応答して、質問器は受信した無線信号をデジタル復調することによりタグ情報を得る。無線ＩＣタグは各種の物品に実装され、物品の生産、物流、販売、リサイクル過程での効率化、あるいは、人や物の管理、安全確保や電子広告等多くの分野での活用が検討されている。これら利用形態においてより適切な無線ＩＣタグの特性、形態は様々で、各種の無線ＩＣタグが開発利用されている。最も一般的な小型の無線ＩＣタグはダイポールアンテナにタグＩＣを実装したもので、これを図３８に示す。また、一般的なタグＩＣの構成例を図３９に示す。これらについては詳細後述する。

ところで、この種の一般的な小型の無線ＩＣタグを、各種の金属筐体やコンテナ、金属で被覆された筐体などに実装する場合は金属の影響を受け、ＲＦＩＤシステムの無線通信に影響を与える。この問題点を解決するために、例えば、特許文献１及び非特許文献１において、金属体にも実装できる金属対応の無線ＩＣタグの一例（以下、第１の従来例という。）が開示されている。第１の従来例では、１／２波長のマイクロストリップ線路共振器を用いて、アンテナと接地導体との間にタグＩＣを接続する無線ＩＣタグであり、誘電体を介して、アンテナと対向した側に接地導体を有するため、当該接地導体側を金属体等に装着しても、基本的には電波放射に影響せず通信を阻害することはなく、従って、１／２波長アンテナの長さ方向と平行した電界成分を有する直線偏波の無線信号に対しては有効な通信を可能としている。

また、特許文献２においては、円偏波平面アンテナを用いた無線ＩＣタグの一例（以下、第２の従来例という。）が示されている。第２の従来例では、平面アンテナの放射導体内の適切な位置で、接地導体に向けて導体部を形成し、導体部と接地面間にタグＩＣを接続したことを特徴としており、ここで、平面アンテナから放射される電波は接地導体と反対の放射面方向にのみに放射されるため、接地導体側を金属体に装着することができる。

特開２０００−３３２５２３号公報。 特開２００２−３５３７３５号公報。 小暮裕明，"電磁界シミュレータで学ぶワイヤレスの世界"，ＣＱ出版社，ｐｐ．１１８，２００１年６月２０日発行。

これら第１と第２の従来例では、装置構成は複雑であり、また、直線偏波や円偏波に対してそれぞれに対応した設計はできるが、一度製造すると、その偏波の変更は難しいという問題点があった。また、一般的な小型の無線ＩＣタグでは、ＲＦＩＤシステムの質問器と応答器との間の通信距離は比較的短いという問題点があった。さらに、生産工程では、１つの独立した小型の無線ＩＣタグを基板や部品に取り付け、物流工程では、完成品や梱包箱やコンテナに実装し、長距離通信可能な金属対応無線ＩＣタグとして利用するなど、１つの小型の無線ＩＣタグを種々の工程で連続的に活用することは難しいという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較して装置構成が簡単であって、金属に対応できる金属対応無線ＩＣタグ装置を提供することにある。また、本発明の目的は、独立した小型の無線ＩＣタグの通信距離を伸張することができ、それ自体で利用される１つの小型の無線ＩＣタグで種々の利用工程に見合った動作又は特性を実現でき活用性の高い金属対応無線ＩＣタグ装置を提供することにある。

本発明に係る金属対応無線ＩＣタグ装置は、
直線偏波の電界放射成分を有する無線ＩＣタグと、
互いに実質的に平行な第１と第２の面を有する誘電体と、
上記誘電体の第１の面上に設けられた接地導体と、
上記誘電体の第２の面上に設けられ、互いに直交する第１と第２の共振軸の各両端で開放境界となり、上記第１と第２の共振軸でそれぞれ所定の第１と第２の共振周波数で平面回路共振するパッチ導体からなる電波変換共振反射器とを備え、
上記無線ＩＣタグの直線偏波の電界放射成分の方向と、上記電波変換共振反射器の１つの共振軸とが互いに実質的に一致するように、上記無線ＩＣタグを上記電波変換共振反射器の誘電体の第２の面上又は上記パッチ導体上に設け、
上記第１の共振周波数と、上記第２の共振周波数と、上記第１の共振周波数と上記第２の共振周波数との間の周波数のうちのいずれかである通信周波数を有して受信波として入射する第１の無線信号を上記パッチ導体で平面回路共振させ、第２の無線信号に変換して上記無線ＩＣタグに反射させ、上記無線ＩＣタグからの上記通信周波数を有する第３の無線信号を上記パッチ導体に平面回路共振させ、第４の無線信号に変換して送信波として反射するように構成したことを特徴とする。

なお、「面上に設けられ」、もしくは「導体上に設けられ」の用語は、それぞれ、面又は導体に直接に設けられてもいいし、面又は導体から空隙を介して設けられてもよい。さらに、「設けられ」の用語は、形成されること、貼り付け又は添付されること、単に載置又は搭載されることなどを含むものとする。

従って、本発明によれば、以下の特有の効果を奏する。
（１）電波偏波変換共振反射器の構成はきわめて簡単であって、容易に作製することができ、小型の無線ＩＣタグはそれを用いることにより、容易に金属対応無線ＩＣタグ装置を作製することができる。
（２）平面回路共振を用いることにより伝搬利得を実質的に増大させて通信距離を小型の無線ＩＣタグの単独使用に比較して伸長できる。
（３）金属対応無線ＩＣタグ装置は容易に偏波を変換することができるため、ＲＦＩＤシステムの無線信号に適合するように異なる偏波に対応することができ、好適なシステムを実現することができる。
（４）例えば無線ＩＣタグである無線通信装置は単独で用いることができ、電波偏波変換共振反射器の利用により伝搬利得を実質的に増大させ、また、金属対応無線ＩＣタグ装置としてなど、用途に見合った広い活用が可能となる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。

従来例と実施形態との関係．
無線ＩＣタグは、上述のように、各種の物品に実装され、物品の生産、物流、販売、リサイクル過程での効率化、あるいは人、物の管理、安全確保や電子広告等多くの分野での活用が検討され、これら利用形態においてより適切なタグの特性、形態は様々で、各種のタグが開発利用されている。他の無線通信装置に比べて、無線ＩＣタグにとって非常に重要な望ましい要件は、より多くの活用範囲を広げるため、小型・軽量であって、無線通信装置の伝搬利得を実質的に増大させることである。無線ＩＣタグは各種の物品や物体に直接的に装着することが多く、そのため、金属物体や、強誘電体などあらゆる物体に対しても動作可能であることである。すなわち、装着物体の影響を受けない金属対応無線ＩＣタグ（オンメタル無線ＩＣタグ）であること、また、無線ＩＣタグを物品に取り付ける場合、無線ＩＣタグの方向（偏波軸）に制約を加えることなく実施できること、さらに、無線ＩＣタグ実装物品は色々な工程を移動するため通信する質問器のアンテナとの対向状態が一定せず、円偏波特性に対応できること等にある。従って、各種の用途に対して簡単な方法で等価的に通常の小型タグの偏波特性を変換させかつ伝搬利得を実質的に増大させ、あらゆる物体にも実装を可能とする手段があれば、非常に有効な方法を提供することができる。

図３８に示した最も代表的な無線ＩＣタグでは、誘電体基板８ｃ上にダイポールアンテナ８ｂを形成し、タグＩＣ８ａを接続するだけで簡単に安価に形成できる。図３９で示したタグＩＣ８ａは、非同期ＭＰＵ３０と、不揮発性メモリ３１と、電源再生回路３２と、高周波通信回線３３などを備えて構成される。なお、中には、外部通信用ポート３４を有するものがある。ここで、非同期ＭＰＵ３０はタグＩＣ８ａ全体の動作を制御するためのコントローラであって、例えば外部通信用ポート３４を有する。不揮発性メモリ３１は当該タグＩＣのタグ情報を格納するためのメモリである。電源再生回路３２はアンテナ８ｂで受信した起動用の無線信号を受信してその電力を再生して各構成要素３０，３１，３３に供給する。高周波通信回路３３は無線送信機を含み、非同期ＭＰＵ３０により不揮発性メモリ３１から読み出されたタグ情報に従って、無線搬送波をデジタル変調してアンテナ８ｂを用いて質問器２０に向けて放射する。当該無線ＩＣタグはダイポールアンテナの長手方向の軸を中心に周囲３６０度にわたって電波を放射するため、長手方向の軸とは別の周囲方向から質問器との無線通信が可能で用途によっては非常に便利な場合がある。また、この無線ＩＣタグは長手方向の軸に平行な電界成分Ｅを有する直線偏波に対して有効であるが、無線ＩＣタグの長手方向の軸に直交した質問器からの無線信号は受信することができない。しかるに、無線信号が周囲方向に放射され、アンテナ利得が低いため長距離通信には難しい。さらに、無線信号の影響を受けにくい繊維や、薄い紙材等からなる物品に実装するにはさほど問題はないが、各種の金属容器やコンテナや、金属導体で被覆された機器筐体、あるいは各種の車両等の物体に実装するには、金属導体の影響を受けこれらの無線ＩＣタグは利用できない。特に、無線ＩＣタグは、生産、物流、流通、修理工程を移動し利用される場合が多く、その過程において無線ＩＣタグの実装物体が変わることもあり金属に対応できるタグが非常に有効で不可欠である。さらには、アプリケーションにおいて、質問器からの無線信号は直線偏波でよい場合もあるが、無線ＩＣタグの実装や無線通信の自由度を考慮すると、円偏波が望ましい。

本発明に係る実施形態によれば、詳細後述するように、上述の無線ＩＣタグ等の電波放射が周辺方向に放射する、小型の一般的な独立した無線ＩＣタグに対して、平面共振回路を用いて偏波を変換することができる共振偏波変換反射手段を用いて、金属導体にも実装でき、実質的に伝搬利得を増大できる金属対応無線ＩＣタグ装置を実現できる。また、独立した無線ＩＣタグを電波偏波変換共振反射器の上側で特定の位置に配置するだけで、質問器からの各種の偏波を有する無線信号に対応して動作を可能とすることを特徴としている。

上述の従来例では、パッチアンテナ（平面アンテナ）の放射導体と接地導体間にタグＩＣ部品を直接的に接続する独立した金属対応無線ＩＣタグそのものの構成方法であり、本発明に係る実施形態が目指す金属対応無線ＩＣタグの形成方法とは、基本的な視点が異なる。すなわち、本発明に係る実施形態では、特にそれ自体でも利用される小型アンテナとタグＩＣからなる一般的な独立した無線ＩＣタグと、電波偏波変換共振反射器とを合体させ、伝搬利得を実質的に増大させた優れた円偏波通信に適した金属対応無線ＩＣタグ装置を簡単に作成する。現在では、最も小型の通信装置であり、各種の用途で各種の物体に貼り付ける無線ＩＣタグにおいて特に大きな効果を発揮する。独立した無線ＩＣタグは非常に小さいため、電波偏波変換共振反射器の上部に配置しても到来波の電波信号を遮蔽する影響は小さく、到来信号は当該電波偏波変換共振反射器に作用し反射され無線ＩＣタグに有効に信号を与える。また、下部に配置する当該電波偏波変換共振反射器の接地導体面を各種物体の実装面とすることにより、金属対応無線ＩＣタグ装置としての効果を発揮させる。独立した無線ＩＣタグは、その放射電界方向と電波偏波変換共振反射器の共振電界方向とを特定の位置関係で配置するだけでよい。電波偏波変換共振反射器は、それ自体でなんら作用効果を持たないが、直線偏波放射特性をもつ独立した無線ＩＣタグとの合体により特別の効果を発揮する。このとき、電波偏波変換共振反射器は、前面に置かれた無線ＩＣタグに対して電波偏波変換による無線ＩＣタグと電界偏波軸の整合と、共振反射に伴う電波強度の強化で伝搬利得を実質的に高める。独立した無線ＩＣタグの配置位置を変えることにより各種の偏波信号に対応できる。また、当該電波偏波変換共振反射器の反射により裏面への電波放射を阻止し、これらにより種々の用途に適した金属対応無線ＩＣタグ装置となるものである。

第１の実施形態．
図１は本発明の第１の実施形態に係る電波偏波変換共振反射器１０の構成を示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ’線についての縦断面図である。

図１及び図２において、互いに実質的に平行な２つの面を有する誘電体基板１の裏面全面に接地導体２が形成され、誘電体基板１のおもて面（以下、放射面ともいう。）に正方形状のパッチ導体３が形成される。ここで、パッチ導体３の中心Ｏを座標中心とし、パッチ導体３の各辺に対して平行となるようにＸ軸及びＹ軸を定め、Ｘ軸を基準の０度の方向とし、Ｘ軸からＹ軸方向に向かって方位角θを定め、以下同様とする。

パッチ導体３は、以下に示すように、互いに直交する２つの共振軸ＲＡ１，ＲＡ２の各両端で開放境界となり、これら共振軸ＲＡ１，ＲＡ２でそれぞれ互いに異なる共振周波数ｆｌ，ｆｈで平面回路共振する２つの平面回路共振器を含む。パッチ導体３の方位角θ＝１３５度の位置にある頂点１０１と、パッチ導体３の方位角θ＝−４５度の位置にある頂点１０２とを結ぶ対角線の長さをＬｌとし、当該対角線を第１の平面回路共振器の共振軸ＲＡ１とする。また、パッチ導体３の方位角θ＝４５度の位置にある仮想頂点１０３において二等辺三角形の切欠部３ａが形成され、パッチ導体３の方位角θ＝−１３５度の位置にある仮想頂点１０４において二等辺三角形の切欠部３ｂが形成される。これら仮想頂点１０３，１０４を結ぶ対角線上でのパッチ導体３の長さをＬｈとし、当該長さＬｈの軸を第２の平面回路共振器の共振軸ＲＡ２とする。

ここで、パッチ導体３の長さＬｌ及びＬｈは以下のように設定される。パッチ導体３の第１の平面回路共振器において、互いに近接する２つの共振周波数ｆｌ，ｆｈの間であって好ましくはそれらの概略平均周波数である通信周波数ｆ０において、長さＬｌの共振軸ＲＡ１により通信周波数ｆ０よりも低い共振周波数ｆｌで平面回路共振する。一方、パッチ導体３の第２の平面回路共振器において、上記通信周波数ｆ０において、長さＬｈの共振軸ＲＡ２により通信周波数ｆ０よりも高い共振周波数ｆｈで平面回路共振する。さらに、上記通信周波数ｆ０の位相が共振軸ＲＡ１による共振位相特性で共振周波数ｆｌから実質的に４５度だけ遅れてずれるとともに、上記通信周波数ｆ０の位相が共振軸ＲＡ２による共振位相特性で共振周波数ｆｈから実質的に４５度だけ進んでずれるように設定される。従って、パッチ導体３の２つの平面回路共振器は、通信周波数ｆ０又はその近傍の周波数において、通信周波数ｆ０の無線信号が入射したときは平面回路共振し、誘電体基板１を介して形成されたパッチ導体３と接地導体２との間で当該無線信号の電磁界が発生し、誘電体基板１を介するパッチ導体３と接地導体２により、誘電体基板１の面に対して垂直な方向であって接地導体２からパッチ導体３に向かう方向（以下、放射方向という。）に当該無線信号の電磁波が放射される。これらの動作は、給電回路を持たずに実現できる。

図３は図１の電波偏波変換共振反射器１０上に無線ＩＣタグ８を載置してなる金属対応無線ＩＣタグ装置５０の構成及び動作を示す平面図である。図４は図３の金属対応無線ＩＣタグ装置５０と、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図３のＢ−Ｂ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。

図３及び図４を参照して、質問器２０からの円偏波の無線信号を電波偏波変換共振反射器１０により直線偏波の無線信号に変換して、電波偏波変換共振反射器１０のパッチ導体３上にタグ実装台９を介して実装された無線ＩＣタグ８に送信する動作について以下に説明する。なお、無線ＩＣタグ８は、例えば図３８で示した一般的なダイポールアンテナ８ｂを用いて直線偏波の無線信号を放射するものとし、図３に示すように、無線ＩＣタグ８はパッチ導体３の中心Ｏを含みその長手方向がＸ軸に沿うように実装され、その実装方法としては、例えば、パッチ導体３又は誘電体基板１の放射面において接着テープを用いて無線ＩＣタグ８を貼り付け、もしくは、当該放射面上に無線ＩＣタグ８を収容する袋状の収納体を設け、無線ＩＣタグ８を当該収納体に挿入して収容する。なお、タグ実装台９は無線ＩＣタグ８の形態に対応し、必要により用いるものであって、無線ＩＣタグ８が誘電体でケーシングされて適切な厚さをもつものであれば、タグ実装台９を用いなくてもよい。

図４において、アンテナ２０Ａを有する質問器２０は、電波偏波変換共振反射器１０の誘電体基板１の面に対して垂直な方向であって、接地導体２から放射面に向かう方向に延在した位置に、アンテナ２０Ａが電波偏波変換共振反射器１０の放射面と対向するように設けられる。ここで、質問器２０のアンテナ２０Ａから電波偏波変換共振反射器１０に向かって円偏波の無線信号２０Ｓが送信され、その回転する円偏波の無線信号２０Ｓの電界成分をＥｉｃとする。当該円偏波の無線信号２０Ｓは、互いに直交し位相差が９０度異なった２つの直線偏波の無線信号で表されるので、分解した２つの信号をそれぞれ、図４の偏波断面図２０Ｌ（当該偏波断面図は、放射面に平行な断面における図である。）において電界成分Ｅｉａ及びＥｉｂとして示す。ここで、電界成分Ｅｉｂは電界成分Ｅｉａより９０度だけ位相が進んだ左旋円偏波とする。これら２つの直線偏波の無線信号が電波偏波変換共振反射器１０に入射したとき、電界成分Ｅｉａはより高い共振周波数ｆｈを有するパッチ導体３の共振軸ＲＡ２により平面回路共振し、パッチ導体３の共振軸ＲＡ２上に電流Ｉａを発生させる。一方、電界成分Ｅｉｂはより低い共振周波数ｆｌを有するパッチ導体３の共振軸ＲＡ１により平面回路共振し、パッチ導体３の共振軸ＲＡ１上に電流Ｉｂを発生させる。これらの電流Ｉａ，Ｉｂにより、それぞれと平行した直線偏波の電界ＥａとＥｂがパッチ導体３から上記放射方向で再放射される。

ところで、上述のように、パッチ導体３の各共振軸ＲＡ２，ＲＡ１上の電流Ｉａ，Ｉｂはそれぞれ、電流Ｉａの位相が電流Ｉｂの位相よりも９０度だけ進んで発生する。一方、電波偏波変換共振反射器１０に到来した無線信号の電界成分Ｅｉａは電界成分Ｅｉｂに比べて９０度だけ位相が遅れて入射しているので、それにより生じた電流の９０度の位相差と相殺され、パッチ導体３より再放射される無線信号の電界成分Ｅａ及びＥｂの位相は同相となる。従って、図４に示すように、直交した同相の２つの直線偏波の電界成分Ｅａ及びＥｂは互いに合成され、円偏波から偏波変換された直線偏波の無線信号Ｅｌとして反射されて放射方向で無線ＩＣタグ８に向けて再放射される。このことは、電流Ｉａと電流Ｉｂが合成された電流Ｉｒから電波が放射されるものとみなしてよい。ここで、無線ＩＣタグ８は上述のように実行されているので、Ｘ軸に沿った電界成分に対して受信できるので、反射された無線信号は有効的に無線ＩＣタグ８のダイポールアンテナで受信される。これに応答して、無線ＩＣタグ８は受信した無線信号の電力を再生して起動した後、無線ＩＣタグ８内のメモリに格納されたタグ情報に従って負荷変調され、すなわち、無線搬送波をデジタル変調することにより無線信号を発生し、これを電波偏波変換共振反射器１０に向けて送信し、電波偏波変換共振反射器１０を介して質問器２０に返信される。ここでの電波偏波変換共振反射器１０の動作では、上述の質問器２０から無線ＩＣタグ８への動作とは逆の処理が実行される。

以上説明したように、電波偏波変換共振反射器１０は、入射した円偏波の無線信号を直線偏波の無線信号に変換し、前方に置かれた無線ＩＣタグ８の放射電界軸と合わせて有効な無線信号を供給するととともに、電波偏波変換共振反射器１０の接地導体２の面は物体への実装面となり、金属対応無線ＩＣタグ装置５０を構築できる。なお、電波偏波変換共振反射器１０は受動体であり、偏波変換作用については可逆性がある。

図３及び図４の実施形態では、質問器２０から送出された無線信号が円偏波を有し、直交した２波に分解した直線偏波の無線信号の電界成分Ｅｉａが電界成分Ｅｉｂに比べて、９０度だけ遅れた左旋円偏波の場合を示したが、２波の位相差が逆の右円偏波の場合は、到来する無線信号の円偏波が上記の例とは９０度異なった直交した直線偏波の無線信号に変換される。そのため、無線ＩＣタグ８はＹ軸上に平行して配置される。その場合の無線ＩＣタグ８の配置位置を点線で示している。なお、無線ＩＣタグ８は、その直線偏波の放射電界の軸が正方形状のパッチ導体３の対角線上と平行に配置しても、同方向の電界成分を有するため、無線ＩＣタグ８は無線信号が供給され動作は可能である。また、少なくとも、無線ＩＣタグ８の放射電界軸が、パッチ導体３の端部とその中心部を結んだ直線と概略平行し配置しても同様に動作する。

さらに、質問器２０からの無線信号が右旋円偏波の場合も、上記と同様に説明できるため説明は省略する。なお、質問器２０からの無線信号が円偏波の場合、金属対応無線ＩＣタグ装置５０を質問器２０からの無線信号と対向させ回転させても、動作は全く同じである。

第１の実施形態の変形例．
図５は本発明の第１の実施形態の変形例に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０の構成及び動作を示す平面図である。図６は図５の金属対応無線ＩＣタグ装置５０と、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図５のＣ−Ｃ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。当該変形例では、第１の実施形態と同様に、無線ＩＣタグ８はダイポールアンテナを備え、ダイポールアンテナの長手方向に平行な放射電界を有する直線偏波の無線信号を送受信するものとする。図５に示すように、無線ＩＣタグ８は、パッチ導体３上であって中心Ｏを含みＸ軸に沿って横方向に配置される。また、当該変形例では、図５及び図６を参照して、質問器２０からの直線偏波の無線信号を電波偏波変換共振反射器１０により円偏波の無線信号に変換して、電波偏波変換共振反射器１０のパッチ導体３上にタグ実装台９を介して実装された無線ＩＣタグ８に送信する動作について以下に説明する。

図６において、質問器２０から送信された無線信号は、図６の紙面内の上下方向に電界成分Ｅｉを有する直線偏波の無線信号２０Ｓとして送信される場合について考える。まず、電波偏波変換共振反射器１０が存在しない場合、無線ＩＣタグ８の放射直線偏波軸が、電界成分Ｅｉに対して直交するように配置される。そのため、質問器２０からの無線信号２０Ｓは、電界強度が比較的大きい場合であっても無線ＩＣタグ８のダイポールアンテナを励振することはできず、無線ＩＣタグ８を起動させることはできない。

しかしながら、図６に示すように、無線ＩＣタグ８の後方に電波偏波変換共振反射器１０を配置した場合、まず、質問器２０からの無線信号２０Ｓは、電波偏波変換共振反射器１０に対してＹ軸に沿って入射し、電波偏波変換共振反射器１０内の平面回路共振器で共振する。すなわち、到来した直線偏波の無線信号２０Ｓの電界成分Ｅｉは、放射面に平行な偏波断面図２０Ｌに示すように、互いに直交した同相の電界成分ＥｉａとＥｉｂの２波に分解でき、この２波が電波偏波変換共振反射器１０を励振する。これらの無線信号は平面共振回路で共振し、パッチ導体３上でこれら電界成分ＥｉａとＥｉｂにそれぞれ平行な誘導電流ＩａとＩｂを発生させる。ここで、パッチ導体３の共振軸ＲＡ２上で発生される電流Ｉａは、通信周波数ｆ０より高い共振周波数ｆｈにおいて平面回路共振するので、通信周波数ｆ０においてその位相は共振周波数ｆｈから４５度だけ位相が進む。一方、パッチ導体３の共振軸ＲＡ１上で発生される電流Ｉｂは、通信周波数ｆ０より低い共振周波数ｆｌで平面回路共振するので、通信周波数ｆ０においてその位相は共振周波数ｆｌから４５度だけ位相が遅れる。さらに、これらの電流ＩａとＩｂはそれらと平行した電界成分Ｅｒａ及びＥｒｂを発生して放射させる。これら２つの放射電界成分Ｅｒａ及びＥｒｂは位相差が９０度で、電界成分Ｅｒａは電界成分Ｅｒｂよりも９０度位相が進み、これらの電界成分が反射されて再放射されるため、それらの合成波Ｅｃは円偏波の無線信号１０Ｓとなる。その結果、当該無線信号１０Ｓは、図６に示すように、再放射された円偏波の無線信号１０Ｓの電界成分Ｅｃは回転しながら、図６の右側方向へ進むため、無線ＩＣタグ８のアンテナと平行した電界成分が発生し、これに応答して無線ＩＣタグ８は起動する。

ここで、質問器２０からの直線偏波軸をＹ軸と平行となるように固定した状態で、金属対応無線ＩＣタグ装置５０を図５の位置から中心Ｏを中心として回転させれば、電波偏波変換共振反射器１０による円偏波の無線信号の発生強度は小さくなるが、当該回転により、偏波は円偏波から楕円偏波になり、さらなる回転により直線偏波になり、以下、回転により、円偏波→楕円偏波→直線偏波→楕円偏波→円偏波→…の繰り返しで偏波が変化する。いずれの場合も、無線ＩＣタグ８と平行した電界成分が発生し、無線ＩＣタグ８は動作する。また、電波偏波変換共振反射器１０の接地導体２側へは電波放射がないので、接地導体２側を物体に対する装着面とすることができる金属対応無線ＩＣタグ装置５０となる。また、このことは、本実施形態に係る電波偏波変換共振反射器１０は、平面回路共振して反射することに加えて、無線ＩＣタグ８の適切な実装位置により、以下の作用があることを意味する。
（ａ）入射する直線偏波の無線信号を円偏波又は楕円偏波の無線信号に変換して無線ＩＣタグ８に反射する。
（ｂ）入射する円偏波又は楕円偏波の無線信号を直線偏波の無線信号に変換して無線ＩＣタグ８に反射する。
（ｃ）無線ＩＣタグ８からの直線偏波の無線信号を円偏波又は楕円偏波の無線信号に変換して反射する。
（ｄ）無線ＩＣタグ８が円偏波又は楕円偏波の無線信号を放射するものであれば、無線ＩＣタグ８からの円偏波又は楕円偏波の無線信号を直線偏波の無線信号に変換して反射する。
なお、電波偏波変換共振反射器１０において、偏波を変換しない場合もあるが、その作用に含むものとする。

なお、上記各例で示した金属対応無線ＩＣタグ装置５０の形成において、電波偏波変換共振反射器１０のパッチ導体３に対する無線ＩＣタグ８は、パッチ導体３の各辺の中央部の端部とその中心Ｏを結んだ直線と、無線ＩＣタグ８の１つの直線偏波軸とを平行させて配置することが好ましい。また、パッチ導体３と無線ＩＣタグ８との間隔及び配置位置関係は、無線ＩＣタグ８のタグアンテナの方式や、ＩＣの接続方法やケーシング等により異なるため、最適位置は実験的に決められる。これは、電波偏波変換共振反射器１０と、無線ＩＣタグ８が分離しているため、容易に調整できる特徴の１つである。さらに、１個の無線ＩＣタグ８に対して適当な電波偏波変換共振反射器１０を用い、用途により適した電波偏波変換特性を得ることができるという特有の効果を有している。

第２の実施形態．
図７は本発明の第２の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ａの構成を示す平面図である。図８は図７のＤ−Ｄ’線についての縦断面図である。図９は図７及び図８の無線ＩＣタグ８の構成及び動作を示す平面図である。第２の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ａは電波偏波変換共振反射器１０Ａを備え、図７及び図８に示すように、第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０に比較して以下の点が異なる。
（１）正方形状のパッチ導体３に代えて、円形状のパッチ導体３Ａを用いた。
（２）図１の共振軸ＲＡ１に対応する位置に、パッチ導体３Ａの直径と同一の長さを有する共振軸ＲＡ１１を備える。
（３）図１の共振軸ＲＡ２に対応する位置に、その両端で概略矩形の切欠部３ｃ，３ｄを有しかつパッチ導体３Ａの直径よりも短い長さを有する共振軸ＲＡ１２を備える。
（４）無線ＩＣタグ８は、その長手方向が中心Ｏを含みかつ−Ｙ軸に沿うように実装される。

図７において、パッチ導体３Ａの形状は、共振軸ＲＡ１１でより低い共振周波数ｆｌを有し、かつ共振軸ＲＡ１２でより高い共振周波数ｆｈを有し、第１の実施形態と同様に、通信周波数ｆ０の位相が共振軸ＲＡ１１による共振位相特性で共振周波数ｆｌから実質的に４５度だけ遅れてずれるとともに、上記通信周波数ｆ０の位相が共振軸ＲＡ１２による共振位相特性で共振周波数ｆｈから実質的に４５度だけ進んでずれるように設定される。

図９において、無線ＩＣタグ８は例えば、小型化のため、誘電体基板８ｃ上に半波長ダイポールアンテナ８ｂの両端をコ字形に折り曲げ、Ｃ字形アンテナを用いた例を示している。この無線ＩＣタグ８では、アンテナ８ｂに流れる電流がコの字に折り曲げられたところで部分的に逆方向となり、それより放射される電界成分も逆方向成分が発生し、アンテナ８ｂ全体からの電波放射は直線ダイポールアンテナの場合に比べて小さく利得は低下する。しかしながら、アンテナ８ｂの長手方向の電界Ｅｔと直交した放射電界成分Ｅｎも発生し、無線ＩＣタグ８として適した用途もある。これと同様に、誘電体基板８ｃの両面を利用し、ダイポールアンテナ８ｂを誘電体基板８ｃの両面に折り返して形成してもよい。その他、無線ＩＣタグ８としては、少なくとも１つの直線偏波の電界放射成分を有するものであれば種々のものが適用できる。

第３の実施形態．
図１０は本発明の第３の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｂの構成を示す平面図である。第３の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｂは電波偏波変換共振反射器１０Ｂを備え、第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０に比較して以下の点が異なる。
（１）正方形状のパッチ導体３Ｂの中心Ｏを含み、方位角θ＝４５度の方向で長手方向を有するストリップ形状のスロット３Ｓをパッチ導体３Ｂに形成した。
（２）＋Ｘ軸方向でパッチ導体３Ｂから無線ＩＣタグの１つの配置位置を決めるため、矩形形状で突出する突出部３ｅを形成した。
（３）無線ＩＣタグ８は、例えば、好ましくは、位置８Ａで示すように、その長手方向が＋Ｘ軸に沿うように実装される。

図１０において、矩形形状のパッチ導体３Ｂはその中央部において、その長手方向が方位角θ＝４５度方向となるようにスロット３Ｓを形成し、これにより、パッチ導体３Ｂにおいて方位角θ＝±４５度方向で直交する２軸で上述の２つの共振周波数ｆｌ，ｆｈで平面回路共振するよう設定される。なお、共振位相の設定条件は、第１の実施形態と同様である。また、無線ＩＣタグ８は、その直線偏波の電界軸がパッチ導体３Ｂの端部と中心Ｏとを結んだ直線に平行して配置すればよく、例えば、図１０の位置８Ａに限らず、位置８Ｂ又は８Ｃであってもよい。位置８Ｂでは、無線ＩＣタグ８は−Ｙ軸に沿うように実装される。また、位置８Ｃでは、無線ＩＣタグ８はパッチ導体３Ｂの対角線に沿うように実装される。

第４の実施形態．
図１１は本発明の第４の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｃの構成を示す平面図である。第４の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｃは電波偏波変換共振反射器１０Ｃを備え、第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０に比較して以下の点が異なる。
（１）パッチ導体３Ｃは矩形形状を有し、その短辺方向及び長辺方向をそれぞれ共振軸とし、これら２つの共振軸の長さがそれぞれ共振周波数ｆｈ，ｆｌで平面回路共振するように設定される。なお、共振位相の設定条件は、第１の実施形態と同様である。
（２）無線ＩＣタグ８は、例えば図１１に示すように、パッチ導体３Ｃの対角線に沿って実装される。

第５の実施形態．
図１２は本発明の第５の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｄの構成及び動作を示す平面図である。図１３は図１２の金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｄと、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図１２のＥ−Ｅ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。

第５の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｄは電波偏波変換共振反射器１０Ｄを備え、第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０に比較して以下の点が異なる。
（１）切欠部を有しない正方形状のパッチ導体３Ｄを備えた。ここで、パッチ導体３Ｄの各辺はＸ軸又はＹ軸に平行であり、パッチ導体３Ｄは、中心Ｏを通過し、Ｘ軸に沿い、パッチ導体３Ｄの両端部を結ぶ共振軸ＲＡ２１と、中心Ｏを通過し、Ｙ軸に沿い、パッチ導体３Ｄの両端部を結ぶ共振軸ＲＡ２２とを備える。
（２）共振軸ＲＡ２１の右側端部と、共振軸ＲＡ２２の下側端部とを接続し、後述する所定の長さを有する位相調整用ストリップ導体１１を誘電体基板１上に形成した。ここで、誘電体基板１を介して形成されたストリップ導体１１と接地導体２とは、マイクロストリップ線路である位相調整伝送線路を構成する。

図１２において、パッチ導体３Ｄは、好ましくは、誘電体基板１を考慮した管内波長λｇの概略１／２、又はその奇数倍の各辺の長さを有し、その長さを有する共振軸ＲＡ２１，ＲＡ２２により共振周波数ｆ０で平面回路共振するように形成される。また、ストリップ導体１１の長さは、好ましくは、誘電体基板１を考慮した管内波長λｇの概略１／４、又はその奇数倍に設定される。さらに、無線ＩＣタグ８は、パッチ導体３Ｄ上であって、例えば、好ましくは、Ｘ軸又はＹ軸に平行となるように配置実装される。

図１４乃至図１６は図１２及び図１３のパッチ導体３Ｄ上に無線ＩＣタグ８を載置したときの動作を示す平面図である。次いで、図１２乃至図１６を参照して、円偏波の無線信号を直線偏波の無線信号に変換して反射する電波偏波変換共振反射器１０Ｄの動作と、無線ＩＣタグ８を搭載したときの金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｄの動作について以下に説明する。

図１３において、電波偏波変換共振反射器１０Ｄの前方（図１３の右側）に配置された質問器２０は円偏波の無線信号を電波偏波変換共振反射器１０Ｄに向けて送信する。ここで、無線ＩＣタグ８は、図１２に示すように、パッチ導体３Ｄの中心Ｏを含むＸ軸に沿って配置されている。質問器２０から送信された回転する円偏波の無線信号の電界成分をＥｃとしたとき、当該円偏波の無線信号は直交した位相差が９０度異なった２つの直線偏波の無線信号で表されるので、分解した２つの無線信号の電界成分をＥｃａ及びＥｃｂとして表すことができ、ここで、電界成分Ｅｃｂは電界成分Ｅｃａより９０度位相が進んだ左旋円偏波とする。

まず、この２つの直線偏波の無線信号が電波偏波変換共振反射器１０Ｄに入射した場合のパッチ導体３Ｄからの再放射について説明する。電界成分Ｅｃｂ及びＥｃａをそれぞれ別々に考え、まず電界成分Ｅｃｂの動作について説明する。図１２及び図１３において、電界成分Ｅｃｂはパッチ導体３ＤのＹ軸に平行となるように入射し、共振軸ＲＡ２２で平面回路共振する。それにより、パッチ導体３Ｄ上には、図１４に示すようにＹ軸に平行な電流Ｉｃｂが流れる。これにより、電流Ｉｃｂはストリップ導体１１及びパッチ導体３ＤのＸ軸側の端部を介してパッチ導体３Ｄに流れる。それ故、ストリップ導体１１を含む位相調整伝送線路は例えば管内波長λｇの１／４の長さを有するので、パッチ導体３Ｄ上にはＩｃｂとは直交し、Ｘ軸方向で電流Ｉｃｂより９０度だけ位相が遅れた電流Ｉｃｂ（−９０゜）（ここでの位相表示は、電流Ｉｃｂを基準にした位相であり、以下同様である。）が生じる。電流Ｉｃｂ（−９０゜）は、電流Ｉｃｂより９０度だけ位相が遅れていることを示している。従って、図１４に示すように、パッチ導体３Ｄ上には、互いに直交した電流Ｉｃｂ及びＩｃｂ（−９０゜）が流れる。

次いで、円偏波の無線信号を形成するもう一方の直線偏波の電界成分Ｅｃａの動作について図１５を参照して以下に説明する。図１５のＸ軸に平行な直線偏波の電界成分Ｅｃａは、パッチ導体３Ｄに入射し、共振軸ＲＡ２１で平面回路共振する。その結果、図１５に示すように、電界成分Ｅｃａと平行した電流Ｉｃａが発生する。ところで、電界成分Ｅｃａは上述した電界成分Ｅｃｂに比較して位相が９０度遅れているから、電流Ｉｃａも電流Ｉｃｂに比べて位相が９０度だけ遅れている。従って、電流ＩｃａはＩｃａ＝Ｉｃｂ（−９０゜）と表すことができる。なお、電界成分Ｅｃａ及びＥｃｂは互いに絶対値が等しいものとしている。一方、電流Ｉｃａ＝Ｉｃｂ（−９０゜）は、ストリップ導体１１を含む位相調整伝送線路を流れ、パッチ導体３ＤのＹ軸方向にも流れる。ところが、当該位相調整伝送線路はその長さが例えばλｇ／４であるから、９０度の遅延を伴う。従って、パッチ導体３ＤのＹ軸方向に流れる電流は電流Ｉｃａよりさらに９０度遅れ、その結果、当該電流はＩｃｂ（−１８０゜）として表すことができる。円偏波の無線信号は上記の２つの電界成分が同時に送られているので、それらによりパッチ導体を流れる電流は合成されたものとなる。すなわち、パッチ導体３ＤのＹ軸方向の電流は位相が１８０度異なるから打ち消され、図１６に示すように、Ｘ軸方向の電流（２Ｉｃａ）のみが生じる。当該電流（２Ｉｃａ）により生じる放射電界は、Ｘ軸方向に変化する直線偏波の無線信号となる。従って、パッチ導体３Ｄの前方において、Ｘ軸方向に平行に配置された直線偏波のアンテナを有する無線ＩＣタグ８は、パッチ導体３Ｄからの直線偏波の無線信号と電界軸方向が一致し、有効的にパッチ導体３Ｄからの無線信号を受信して通信が可能となる。

また、無線ＩＣタグ８より返信される、タグ情報に従って変調された無線信号は、上記の動作とは逆の動作で偏波変換された後、円偏波の無線信号が質問器２０に戻される。従って、当該電波偏波変換共振反射器１０Ｄは円偏波の無線信号を直線偏波の無線信号に変換し、かつその逆の処理を実行する。さらに、電波偏波変換共振反射器１０Ｄの裏面は接地導体２が形成されているために、裏面後方への電波輻射を防止し、その面側を金属体などを含めあらゆる物体に装着することができる。

以上の実施形態においては、左旋回の円偏波の例について説明しているが、右旋回の円偏波についても同様である。その場合において、パッチ導体３Ｄ上の無線ＩＣタグ８の最適な位置は、無線ＩＣタグ８を上述のＸ軸方向と直交したＹ軸方向に沿って配置することが好ましい。図１２において点線は、その場合の配置を示している。

第５の実施形態の第１の変形例．
図１７は本発明の第５の実施形態の第１の変形例に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｅの構成及び動作を示す平面図である。図１８は図１７の金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｅと、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図１７のＦ−Ｆ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。当該第１の変形例においては、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｅは電波偏波変換共振反射器１０Ｅを備え、質問器２０から直線偏波の無線信号が到来したときの動作について以下に説明する。

図１８において、質問器２０からの直線偏波の無線信号は、図１８の上下方向に電界Ｅｉが変動するものとする。電波偏波変換共振反射器１０Ｅが存在しない場合、質問器２０からの直線偏波の無線信号Ｅｉは無線ＩＣタグ８と直交するため信号強度が比較的大きい場合であっても無線ＩＣタグ８は動作不可能である。

次いで、電波偏波変換共振反射器１０Ｅを、質問器２０からの送信信号に対して無線ＩＣタグ８の後方に配置した場合においては、質問器２０からの直線偏波の無線信号は直交した無線ＩＣタグ８には直接には作用せず、電波偏波変換共振反射器１０Ｅに到達する。質問器２０からの無線信号の電界成分ＥｉはＹ軸と平行な共振軸ＲＡ２２により平面回路共振し、その結果、正方形状のパッチ導体３Ｅ上に、電界Ｅｉと平行したＹ軸に沿った電流Ｉｒａを発生する。ここで、電流Ｉｒａは、ストリップ導体１１を含む位相調整伝送線路を介してパッチ導体３Ｅの＋Ｘ軸側の端部に流れ込み、パッチ導体３ＥにおいてＸ軸方向に流れ、当該Ｘ軸に沿った電流をＩｒｂとする。ここで、ストリップ導体１１の線路長を例えばλｇ／４とすれば、パッチ導体３Ｅ上で電流ＩｒａとＩｒｂは直交し、電流Ｉｒｂは電流Ｉｒａに比べて９０度遅れた電流となる。当該パッチ導体３Ｅ上を流れる電流はそれに平行した電界成分を放射する。電流Ｉｒａ及びＩｒｂに対する放射電界をそれぞれ電界成分Ｅｒａ及びＥｒｂとすると、電界成分Ｅｒｂは電界成分Ｅｒａに対して位相が９０度遅れた電界成分となる。その結果、２つの電界成分ＥｒａとＥｒｂによる合成電界成分Ｅｃは円偏波となり、回転しながらパッチ導体３Ｅから再放射されることになる。従って、回転する電界成分はその前方に配置された無線ＩＣタグ８のダイポールアンテナと平行した電界成分を有するため、無線ＩＣタグ８は無線信号を受信して起動する。

これに応答して、無線ＩＣタグ８は、タグ情報に従って無線搬送波をデジタル変調して、その無線信号を電波偏波変換共振反射器１０Ｅを介して質問器２０に返信する。ここでは、電波偏波変換共振反射器１０Ｅでは、上記と逆の動作が実行され、質問器２０に対して、質問器２０から送信された無線信号と同一の直線偏波で返信される。質問器２０は無線ＩＣタグ８からの無線信号をデジタル復調してタグ情報を取り出す。質問器２０からの直線偏波の無線信号の方向を例えばＹ軸方向と平行な方向で固定した場合において、図１７の無線ＩＣタグ８の位置からパッチ導体３Ｅの中心Ｏを中心として回転させれば、上述の円偏波での効果は小さくなるが、無線ＩＣタグ８の放射軸と平行した電界成分が発生するので、無線ＩＣタグ８は起動する。また、電波偏波変換共振反射器１０Ｅの接地導体２側への電波放射はないため、当該無線ＩＣタグ８を接地導体２側を物体への実装面とする金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｅとして実現できる。

第５の実施形態の第２の変形例．
図１９は本発明の第５の実施形態の第２の変形例に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｆの構成及び動作を示す平面図である。当該変形例においては、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｆは電波偏波変換共振反射器１０Ｆを備え、第５の実施形態に比較して、正方形状のパッチ導体３Ｄに代えて、互いに直交する共振軸ＲＡ２１，ＲＡ２２を有する円形状のパッチ導体３Ｆを形成したことであり、その他の構成及び作用効果は第５の実施形態及びその第１の変形例と同様である。

第６の実施形態．
図２０は本発明の第６の実施形態に係る電波偏波変換共振反射装置１０Ｇを備えた金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｇの構成及び動作を示す平面図である。図２１は図２０のＧ−Ｇ’線についての縦断面図である。第６の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｇは電波偏波変換共振反射装置１０Ｇを備え、第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０に比較して、誘電体基板１上に図１のパッチ導体３と同様の構成を有する２個のパッチ導体３Ｐ、３Ｑを有し、これら２個のパッチ導体３Ｐ，３Ｑをλｇ／２の電気長（なお、λｇ／２の奇数倍の電気長であってもよい。）を有しストリップ導体１２を含むマイクロストリップ線路である接続伝送線路により連結したことを特徴としている。

図２０において、パッチ導体３Ｐは切欠部３ｐａ，３ｐｂを有し、互いに直交する共振軸ＲＡ３１，ＲＡ３２を有する。また、パッチ導体３Ｑは切欠部３ｑａ，３ｑｂを有し、互いに直交する共振軸ＲＡ４１，ＲＡ４２を有する。パッチ導体３Ｐの＋Ｘ軸方向の端部と、パッチ導体３Ｑの−Ｘ軸方向の端部とが、ストリップ導体１２を含む接続伝送線路により連結されている。ここで、無線ＩＣタグ８は、例えばパッチ導体３Ｐ上であってＸ軸方向に沿って配置され、無線ＩＣタグ８のアンテナの放射電界軸がＸ軸方向と平行となるように配置される。

以上のように構成された各パッチ導体３Ｐ，３Ｑによる電波偏波変換及び反射の処理は第１の実施形態と同様であるが、質問器２０からの円偏波の無線信号は、パッチ導体３Ｐ、３Ｑ上で直線偏波の無線信号を放射する電流が発生し、このとき、２個のパッチ導体３Ｐ，３Ｑにより実質的な伝搬利得をさらに増大できる。当該動作について以下に詳細説明する。

図２０において、円偏波の無線信号が電波偏波変換共振反射装置１０Ｇに入射したとき、２つのパッチ導体３Ｐ，３Ｑには、図３を参照して説明したように、パッチ導体３Ｐ，３Ｑ上で直線偏波を発生する電流が誘導される。パッチ導体３Ｐでは、電流Ｉａが矢印の方向でパッチ導体３Ｐ上を流れ、当該電流はパッチ導体３Ｐとストリップ導体１２を介して接続されたパッチ導体３Ｑ上でも流れる。一方、パッチ導体３Ｑにも同様の電流Ｉｂが発生し、ストリップ導体１２を介してパッチ導体３Ｐにも流れる。ところで、パッチ導体３Ｐとパッチ導体３Ｑとを接続する接続伝送線路の線路長は略半波長であるため、当該接続伝送線路を流れる電流は反転し、さらに相手側のパッチ導体３Ｑ又は３Ｐに流れ込む電流は反転する。そのため、電流Ｉａ及びＩｂは相手側のパッチ導体３Ｑ又は３Ｐ上では同相電流となり互いに強め合う。その結果、いずれかのパッチ導体３Ｐ，３Ｑ上に再放射される無線信号は強められ上部に配置された無線ＩＣタグ８に対してより強い無線信号を与える。そのため、当該実施形態では、第１の実施形態に比較して通信距離をより長くすることができる。

以上の実施形態においては、２つのパッチ導体３Ｐ，３Ｑを利用した例を示したが、同様の方法でさらに他のパッチ導体を追加した電波偏波変換共振反射器を形成してもよい。すなわち、複数個のパッチ導体を備え、もしくは複数個の電波偏波変換共振反射器を備え、接続伝送線路における上記通信周波数の管内波長の実質的に１／２の奇数倍の線路長を有する接続伝送線路により、上記複数個のパッチ導体又は電波偏波変換共振反射器を、当該すべての電波偏波変換共振反射器が少なくともいずれかの他の電波偏波変換共振反射器に接続されるように互いに接続する。この場合においても、パッチ導体３Ｐ，３Ｑの裏側には接地導体があるため、金属対応無線ＩＣタグとなる。パッチ導体の個数を増加させたとき、開口面積は増大するので、実質的な伝搬利得を増大できる。

第７の実施形態．
図２２は本発明の第７の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｈの構成及び動作を示す平面図である。図２３は図２２のＨ−Ｈ’線についての縦断面図である。第７の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｈは電波偏波変換共振反射器１０Ｈを備え、上記の実施形態に比較して、それ自身で接地導体２を有しないことを特徴としている。

図２２及び図２３において、誘電体基板１上に、例えば円形状のパッチ導体３Ｆを形成しさらにタグ実装台９を介して無線ＩＣタグ８を形成してなる電波偏波変換共振反射器１０Ｈを、その誘電体基板１の裏面が直接に金属板１３の表面に装着する。ここで、金属板１３の表面は当該電波偏波変換共振反射器１０Ｈの接地導体として動作し、上述と同様の動作で金属対応無線ＩＣタグとなる。この電波偏波変換共振反射器１０Ｈは、それ自身で接地導体を有しないためより簡単に形成できる。

第８の実施形態．
図２４は本発明の第８の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｉの構成及び動作を示す裏面図である。図２５は図２４のＩ−Ｉ’線についての縦断面図である。図２４は、電波偏波変換共振反射器１０Ｉの裏面を示している。第８の実施形態において、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｉは電波偏波変換共振反射器１０Ｉを備える。

図２４及び図２５において、電波偏波変換共振反射器１０Ｉにおいて、誘電体基板１に代えて誘電体薄膜１Ａを形成し、誘電体薄膜１Ａ上に例えば円形状のパッチ導体３Ｆを形成する。電波偏波変換共振反射器１０Ｉのパッチ導体３Ｆを下側とし、片側に金属板１３（接地導体として動作する）のある誘電体壁１４に対して図２５のごとく装着する。当該電波偏波変換共振反射器１０Ｉのパッチ導体３Ｆは誘電体薄膜１Ａで被覆され保護されるとともに、誘電体薄膜１Ａは例えば各種のラベル等の表示面としても利用できる。無線ＩＣタグ８はその表面に装着される。当該電波偏波変換共振反射器１０Ｉは薄膜で形成できるため、円形状物体等に対しても適用しやすいという特有の作用効果を有する。

第９の実施形態．
図２６は本発明の第９の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｊの構成及び動作を示す平面図である。図２７は図２６のＪ−Ｊ’線についての縦断面図である。第９の実施形態においては、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｊは電波偏波変換共振反射器１０Ｊを備える。

第９の実施形態においては、第１の実施形態と同様の形状を有するパッチ導体３を例えば銅版やアルミ箔等の導体薄膜で形成する。なお、パッチ導体３を物体に貼り付けるための接着物を併用してもよい。本実施形態では、裏面に金属板１３Ａを有する誘電体壁１４に対して適用できる。通常の電子機器や情報機器などでは、電磁波の不要輻射を抑圧するため、内側に金属コーティングされたプラスチックの筐体がよく使われる。この場合は、コーティングされた金属部を当該電波偏波変換共振反射器１０Ｊの接地導体として用い、筐体ケースの外側にパッチ導体３のみで構成された電波偏波変換共振反射器１０Ｊを形成し、無線ＩＣタグ８をタグ実装台９を介して設置することができる。例えば、図２７において、誘電体壁１４はプラスチック等の筺体の壁面でその外側にパッチ導体を配置し、無線ＩＣタグ８を実装する。誘電体壁１４に金属板１３Ａなどの導体がない場合には金属等を筺体内側に設けてもよい。さらに、筺体の誘電体壁１４の厚さが不足の場合には、後述する図３３及び図３４の誘電体スペーサ１７を用いてもよい。

第９の実施形態においては、切欠部を有する矩形形状のパッチ導体３を用いたが、本発明はこれに限らず、円形状又は楕円形状、もしくはその他の形状のパッチ導体を用いてもよい。

第１０の実施形態．
図２８は本発明の第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの構成及び動作を示す斜視図である。図２９は図２８の金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの詳細を示す拡大図である。本実施形態においては、図２８及び図２９に示すように、梱包箱１５の誘電体壁１６上に電波偏波変換共振反射器１０Ｋを実装配置したことを特徴としている。

図３０乃至図３４は第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第１乃至第５の実施例５０Ｋ−１乃至５０Ｋ−５の構成を示す縦断面図である。ここで、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第１乃至第５の実施例５０Ｋ−１乃至５０Ｋ−５はそれぞれ、電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−１乃至１０Ｋ−５を備える。

金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第１の実施例５０Ｋ−１が図示された図３０は、誘電体基板１の片面に接地導体２を形成し、他の片面にパッチ導体３を形成した一体形成型電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−１を誘電体壁１６上に実装し、無線ＩＣタグ８を設置した例である。当該電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−１は接地導体２を有するため、無線ＩＣタグ８は梱包箱１５に限らずいかなる物体にもそのまま実装でき、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋ−１を形成できる。

金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第２の実施例５０Ｋ−２が図示された図３１は、誘電体基板１上に接地導体を形成せず、誘電体壁１６の内側に接地導体２Ａを形成した例である。当該電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−２を梱包箱１５の誘電体壁１６に貼り付け、誘電体壁１６の内側に接地導体２Ａを設け、パッチ導体３上にタグ実装台９を介して無線ＩＣタグ８を実装配置する。これにより、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋ−２となり、無線ＩＣタグ８の実質的な伝搬利得を増大できる。

金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第３の実施例５０Ｋ−３が図示された図３２は、パッチ導体３のみからなる電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−３を用いた例である。パッチ導体３からなる電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−３は、梱包箱１５の誘電体壁１６の外側から貼り付け、内側には金属膜等からなる接地導体２Ａを形成する。ここで、無線ＩＣタグ８はパッチ導体３上に実装配置する。パッチ導体３からなる電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−３は、梱包箱１５の製作時に印刷技術等により、接地導体２Ａを形成しておけば容易に作成できる。また、上述のように、梱包箱１５や容器等の壁面内部に接地導体２Ａの金属箔があればパッチ導体３をその外壁に貼り付け、無線ＩＣタグ８を搭載した電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−３を設置するだけでよい。これにより、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋ−３を形成できる。

金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第４の実施例５０Ｋ−４が図示された図３３は、電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−４に誘電体スペーサ１７を用いる方法を示す。例えば、誘電体壁１６の厚さが非常に薄ければ、電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−４として十分な効果が得られない場合がある。この場合、誘電体スペーサ１７を接地導体２Ｂとパッチ導体３間に挿入し、誘電体壁１６の厚みを増やすことによりその効果を高めることができる。誘電体スペーサ１７は誘電体壁１６の表側に用いてもよい。これにより、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋ−４を形成でき、これは裏面の電気的影響を受けないため、梱包箱１５内の収容物品に関係なく良好な伝搬特性を有する。

金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの第５の実施例５０Ｋ−５が図示された図３４は、電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−５は誘電体壁１６の外側への出っ張りを少なくするため、電波偏波変換共振反射器１０Ｋ−５を誘電体壁１６の内側に設け、誘電体壁１６及びタグ実装台９を介して無線ＩＣタグ８を実装設置した例である。これにより、金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋ−５を形成できる。

次いで、本発明者らが行った実験とその結果について以下に説明する。

図３５は比較例に係る独立した無線ＩＣタグ８の最大通信距離を質問器２０のアンテナ２０Ａと対向させ測定したときの無線ＩＣタグ８の方位角φを示す平面図である。図３６は第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの最大通信距離を測定したときの方位角φを示す平面図である。図３７は発明者らによる図３５及び図３６の実験結果であって、方位角φに対する最大通信距離を示すグラフである。図３５において、独立した無線ＩＣタグ８の方位角φをその上方から見て右回りにとる。また、図３６においても、パッチ導体３上に無線ＩＣタグ８を載置した金属対応無線ＩＣタグ装置５０についても同様とする。

図３７は、第１の実施形態に係る電波偏波変換共振反射器１０を用いた金属対応無線ＩＣタグ装置５０についての作用効果を示すための実際の利用形態に即した状態での実験結果例である。実験では、独立した無線ＩＣタグ８として、一般的なダイポールアンテナにタグＩＣを実装し、誘電体でモールドされた２．４５ＧＨｚ帯の無線ＩＣタグを用いた。また、タグ通信にとって実用性の高い左旋円偏波を質問器２０のアンテナ２０Ａから送出し、また、タグ取り付け方向の自由度を考慮して、無線ＩＣタグ８を質問器２０のアンテナ２０Ａに対向して回転させ、最大通信距離を測定した。金属対応無線ＩＣタグ装置５０は如何なる物体に装着してもよいが、無線ＩＣタグ８自体は装着物体の影響を受けるため、発泡材の表面に貼り付けて比較例として同様の実験を行っている。また、金属対応無線ＩＣタグ装置５０に用いた電波偏波変換共振反射器１０は、例えば厚さ３ｍｍの発泡材板を誘電体基板１として用いて薄い銅板でパッチ導体３及び接地導体２を形成している。質問器２０とこの金属対応無線ＩＣタグ装置５０とを対向させ、独立した無線ＩＣタグ８と同様に金属対応無線ＩＣタグ装置５０を回転させながら最大通信距離を測定している。

測定結果によれば、図３７から明らかなように、無線ＩＣタグ８単独の通信距離に対して、電波偏波変換共振反射器１０を用いた金属対応無線ＩＣタグ５０は、最大通信距離が約２倍に増大している。この効果は、円偏波が電波偏波変換共振反射器１０により直線偏波に変換され無線ＩＣタグに効率よく無線信号が供給された効果分の３ｄＢと、当該電波偏波変換共振反射器１０の共振効果による無線信号の電界強化分の３ｄＢによる改善と分析される。なお、無線ＩＣタグ８の回転に伴う最大通信距離の変動は、主として質問器２０のアンテナ２０Ａの軸比によるものである。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、特徴ある平面形の電波偏波変換共振反射器１０と、その前方に通常の小型の無線ＩＣタグ８を配置する。そして、無線ＩＣタグ８と電波偏波変換共振反射器１０の特有の位置関係により、到来無線信号の偏波変換を行いその再放射電界軸と無線ＩＣタグ８の放射電界軸とを合わせ、無線ＩＣタグ８に有効な無線信号を与える。無線ＩＣタグ８は着脱可能であってその配置関係を変更することにより、異なった偏波に効果的に対応することができる。また、電波偏波変換共振反射器１０の平面回路共振により、信号電力密度を高め、より強い無線信号を無線ＩＣタグ８に与える。これにより、無線ＩＣタグ８に係る伝搬利得を実質的に増大し、より長い距離での通信を可能とする。電波偏波変換共振反射器１０上に配置する無線ＩＣタグ８は、パッチ導体３の面積に比べてその上に占有する無線ＩＣタグ８との面積比が小さいほど、到来波に対する遮蔽効果が小さいため、小型無線ＩＣタグ８の通信能力の改善効果が大きく得られる。さらに、電波偏波変換共振反射器１０を小型無線ＩＣタグ８の背後に設置することにより、無線ＩＣタグ８にとって非常に重要な金属体を含め如何なる物体にも実装できる金属対応無線ＩＣタグ装置５０を実現できる。またさらに、特に、無線ＩＣタグ８の取り付けや無線通信の自由度を高める円偏波通信に最適な手段を与えることができる。通常の１つの無線ＩＣタグ８は、利用される生産、物流、流通、修理、廃棄等の過程において、各種の電波偏波変換共振反射器１０の利用により、それらに適した形態、性能が得られるため、無線ＩＣタグ８の活用範囲を広め、経済的な無線ＩＣタグ８を実現できる。

本実施形態に係る電波偏波変換共振反射器は、独立して形成できるが、予め、梱包箱や各種機器筐体等の物品に、その外壁を利用し組み込んでおけば、例えば小型で薄い無線ＩＣタグ８をその壁面に装着するだけで、実質的に伝搬利得を増大させ、簡便で実用性の高い無線ＩＣタグ装置５０となる。当該金属対応無線ＩＣタグ装置５０を利用することにより、ＲＦＩＤシステムとして用途に合った高性能システムが実現できる。また、将来、他の無線通信装置の超小型化に伴い本発明の実施形態に係る装置を同様に利用できる。

以上の実施形態においては、１層の誘電体基板１を用いているが、本発明はこれに限らず、２層以上の誘電体基板又は誘電体を用いてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る電波偏波変換共振反射器１０の構成を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’線についての縦断面図である。 図１の電波偏波変換共振反射器１０上に無線ＩＣタグ８を載置してなる金属対応無線ＩＣタグ装置５０の構成及び動作を示す平面図である。 図３の金属対応無線ＩＣタグ装置５０と、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図３のＢ−Ｂ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０の構成及び動作を示す平面図である。 図５の金属対応無線ＩＣタグ装置５０と、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図５のＣ−Ｃ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ａの構成を示す平面図である。 図７のＤ−Ｄ’線についての縦断面図である。 図７及び図８の無線ＩＣタグ８の構成及び動作を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｂの構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｃの構成を示す平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｄの構成及び動作を示す平面図である。 図１２の金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｄと、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図１２のＥ−Ｅ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。 図１２のパッチ導体３Ｄ上に無線ＩＣタグ８を載置したときの第１の動作を示す平面図である。 図１２のパッチ導体３Ｄ上に無線ＩＣタグ８を載置したときの第２の動作を示す平面図である。 図１２のパッチ導体３Ｄ上に無線ＩＣタグ８を載置したときの第３の動作を示す平面図である。 本発明の第５の実施形態の第１の変形例に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｅの構成及び動作を示す平面図である。 図１７の金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｅと、質問器２０との配置関係及び動作を示す、図１７のＦ−Ｆ’線についての縦断面図及び質問器２０の側面図である。 本発明の第５の実施形態の第２の変形例に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｆの構成及び動作を示す平面図である。 本発明の第６の実施形態に係る電波偏波変換共振反射装置１０Ｇを備えた金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｇの構成及び動作を示す平面図である。 図２０のＧ−Ｇ’線についての縦断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｈの構成及び動作を示す平面図である。 図２２のＨ−Ｈ’線についての縦断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｉの構成及び動作を示す裏面図である。 図２４のＩ−Ｉ’線についての縦断面図である。 本発明の第９の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｊの構成及び動作を示す平面図である。 図２６のＪ−Ｊ’線についての縦断面図である。 本発明の第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの構成及び動作を示す斜視図である。 図２８の金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋの詳細を示す拡大図である。 第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋにおける第１の実施例５０Ｋ−１の構成を示す縦断面図である。 第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋにおける第２の実施例５０Ｋ−２の構成を示す縦断面図である。 第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋにおける第３の実施例５０Ｋ−３の構成を示す縦断面図である。 第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋにおける第４の実施例５０Ｋ−４の構成を示す縦断面図である。 第１０の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０Ｋにおける第５の実施例５０Ｋ−５の構成を示す縦断面図である。 比較例に係る無線ＩＣタグ８の最大通信距離を測定したときの無線ＩＣタグ８の方位角φを示す平面図である。 第１の実施形態に係る金属対応無線ＩＣタグ装置５０の最大通信距離を測定したときの金属対応無線ＩＣタグ装置５０の方位角φを示す平面図である。 発明者らによる図３５及び図３６の実験結果であって、方位角φに対する最大通信距離を示すグラフである。 従来技術に係る一般的な独立した無線ＩＣタグ８の構成を示す平面図である。 図３８のタグＩＣ８ａの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…誘電体基板、１Ａ…誘電体薄膜、２，２Ａ，２Ｂ…接地導体、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｐ，３Ｑ…パッチ導体、３Ｓ…スロット、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｐａ，３ｐｂ，３ｑａ，３ｑｂ…切欠部、３ｅ…突出部、８…無線ＩＣタグ、８ａ…タグＩＣ、８ｂ…ダイポールアンテナ、８ｃ…誘電体基板、９…タグ実装台、１０，１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｈ，１０Ｉ，１０Ｋ，１０Ｋ−１，１０Ｋ−２，１０Ｋ−３，１０Ｋ−４，１０Ｋ−５…電波偏波変換共振反射器、１０Ｇ…電波偏波変換共振反射装置、１１…位相調整ストリップ導体、１２…接続ストリップ導体、１３，１３Ａ…金属板、１４…誘電体壁、１５…梱包箱、１６…誘電体板、１７…誘電体スペーサ、２０…質問器、２０Ａ…アンテナ、３０…非同期ＭＰＵ、３１…不揮発性メモリ、３２…電源再生回路、３３…高周波通信回路、３４…外部通信ポート、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｊ，５０Ｋ−１，５０Ｋ−２，５０Ｋ−３，５０Ｋ−４，５０Ｋ−５…金属対応無線ＩＣタグ装置、ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ１１，ＲＡ１２，ＲＡ２１，ＲＡ２２，ＲＡ３１，ＲＡ３２，ＲＡ４１，ＲＡ４２…共振軸。

Claims (1)

1. 直線偏波の電界放射成分を有する無線ＩＣタグと、
   互いに実質的に平行な第１と第２の面を有する誘電体と、
   上記誘電体の第１の面上に設けられた接地導体と、
   上記誘電体の第２の面上に設けられ、互いに直交する第１と第２の共振軸の各両端で開放境界となり、上記第１と第２の共振軸でそれぞれ所定の第１と第２の共振周波数で平面回路共振するパッチ導体からなる電波変換共振反射器とを備え、
   上記無線ＩＣタグの直線偏波の電界放射成分の方向と、上記電波変換共振反射器の１つの共振軸とが互いに実質的に一致するように、上記無線ＩＣタグを上記電波変換共振反射器の誘電体の第２の面上又は上記パッチ導体上に設け、
   上記第１の共振周波数と、上記第２の共振周波数と、上記第１の共振周波数と上記第２の共振周波数との間の周波数のうちのいずれかである通信周波数を有して受信波として入射する第１の無線信号を上記パッチ導体で平面回路共振させ、第２の無線信号に変換して上記無線ＩＣタグに反射させ、上記無線ＩＣタグからの上記通信周波数を有する第３の無線信号を上記パッチ導体に平面回路共振させ、第４の無線信号に変換して送信波として反射するように構成したことを特徴とする金属対応無線ＩＣタグ装置。

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