JP4293468B2 - 広帯域アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、広帯域アンテナに関し、特に、マルチカップリング・フィードイン・メカニズム（multi-coupling feed-in mechanism）によってアンテナ帯域幅を拡大することができる広帯域アンテナに関する。この特許出願は、２００６年５月１９日に出願された米国特許出願第６０／８０１，３８２号の利益を享受するものであり、その内容は、引用することによってここに組み込まれる。

例えば、ＲＦＩＤ（radio frequency identification）システムは、無線の方法によってユーザが必要な情報を得ることができるように電磁波を用いて識別情報を伝送する。ＲＦＩＤシステムは、いくつかのＲＦＩＤタグおよびリーダから構成される。各ＲＦＩＤタグは、製品管理のための製品名、商品ソース、又は購買日付といった対応する識別情報を格納する。

台湾特許第Ｍ２８６４２３号にて開示されるようなＲＦＩＤタグは、タグアンテナ及びタグチップを用いることにより、リーダとともにデータ伝送を実行し、また、リーダから出力されたエネルギをＲＦＩＤタグが効率よく受信することができるかどうかは、リーダとタグとの間の読み取り距離を決定する。したがって、リーダから出力されたエネルギを効率よく受信するために、タグアンテナとタグチップとがインピーダンスマッチングするかどうかは、タグアンテナの設計において主なポイントである。しかしながら、タグチップは、通常、高い容量リアクタンスを有していることから、タグチップとの結合マッチングを有するために、タグアンテナはまた、高い誘導リアクタンスを有するように設計される。その結果、タグアンテナにおいては、帯域幅が狭小すぎるという問題を招来する。したがって、広帯域アンテナは、ＲＦＩＤシステムの応用において非常に重要である。

また、ＲＦＩＤタグチップは、半導体プロセス変化に起因するインピーダンス変化を有し、異なる材料の対象物に取り付けられるようにインピーダンスを変化させるため、全てのインピーダンス変化は、タグアンテナの設計で補償される必要がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、アンテナ帯域幅を拡大し、リーダとタグとの間の読み取り距離を改善することができる広帯域アンテナを提供することを目的とする。

本発明は、いくつかの放射体によってマルチカップリング・フィードイン操作（multi-coupling feed-in operation）を実行し、アンテナ帯域幅を拡大し、リーダとタグとの間の読み取り距離を改善することができる広帯域アンテナを提供する。

本発明は、カップリングループと、第１の放射体と、第２の放射体とを含む広帯域アンテナを提供する。カップリングループは、第１のフィードイン端子及び第２のフィードイン端子を有する。第１の放射体は、本体であり、当該広帯域アンテナの第１の共振周波数を提供するためにカップリングループとともに第１の共振ループを形成する。第２の放射体は、当該広帯域アンテナの第２の共振周波数を提供するためにカップリングループとともに第２の共振ループを形成し、ブランチとして上記第１の放射体の両端部にそれぞれ対称的に接続された２つのＬ型体を設ける。カップリングループは、第１の共振周波数及び第２の共振周波数にしたがって、信号をフィードインすることができる。

また、本発明は、カップリングループと、２つ以上の放射体とを含む広帯域アンテナを提供する。カップリングループは、第１のフィードイン端子及び第２のフィードイン端子を有する。放射体は、それぞれ、当該広帯域アンテナの複数の共振周波数を提供するためにカップリングループとともに複数の共振ループを形成する。放射体のうちの１つは、本体である。放射体のうちの他の放射体は、それぞれ２つのＬ型体を備え、互いに連続的に接続され、ブランチとして上記本体の両端部に対称的に接続された２つのブラシ型体から形成される。カップリングループは、共振周波数にしたがって、信号をフィードインする。

本発明においては、アンテナ帯域幅を拡大し、リーダとタグとの間の読み取り距離を改善することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の他の目的、特徴、及び利点は、望ましいものの限定されることはない具体例についての以下の詳細な記述から明らかとなるであろう。以下の記述は、添付した図面を参照してなされる。

本発明は、複数の放射体を介してマルチカップリング・フィードイン操作を実行することにより、いくつかの共振周波数を有することができる広帯域アンテナを提供する。したがって、この広帯域アンテナは、より大きな帯域幅を有することができ、その結果、リーダは、読み取り距離を増加させることができる。なお、以下では、広帯域アンテナの具体例として広帯域タグアンテナを用いて説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

図１に、本発明の望ましい具体例による広帯域アンテナの図を示す。広帯域アンテナ１００は、カップリングループ１１０と、放射体１２１，１２２とを含む。カップリングループ１１０は、第１のフィードイン端子１１１と、第２のフィードイン端子１１２とを有する。図示しないチップは、通常、これら第１のフィードイン端子１１１と第２のフィードイン端子１１２との間に電気的に結合される。図１に示すように、放射体１２１は、本体であり、放射体１２２は、ブランチとして放射体１２１の両端部にそれぞれ対称的に接続された２つのＬ型体を含む。なお、本発明における放射体１２１，１２２の形状及び接続関係は、これに限定されるものではない。

放射体１２１，１２２は、それぞれ、広帯域アンテナ１００の２つの共振周波数を提供するためにカップリングループ１１０とともに２つの共振ループを形成する。放射体１２１の長さが放射体１２２の長さよりも短いため、放射体１２１によって形成される共振ループは、放射体１２２によって形成される共振ループよりも高い共振周波数を有する。放射体１２１，１２２は、両方とも、カップリングループ１１０と結合され、また、放射体１２１，１２２の長さの差異が大きくないため、放射体１２１，１２２によって発生する共振周波数は近いものとなる。換言すれば、９１５ＭＨｚや２．４５ＧＨｚの中心周波数等、単一の放射体によって発生する共振周波数と比べて、放射体１２１，１２２によって発生する２つの共振周波数は、中心周波数に近く、その結果、広帯域アンテナ１００のアンテナ帯域幅を増加させる。例えば、本発明は、タグアンテナに適用される。ＲＦＩＤタグアンテナが、大きなアンテナ帯域幅の特徴に起因して、異なる材料の対象物に取り付けられるようにインピーダンスを変化させた場合であっても、カップリングループ１１０は、タグチップを読み取るためにリーダから送信されたＲＦ信号をフィードインすることができる。

図２に、本発明の望ましい具体例による広帯域アンテナの等価回路図を示す。広帯域アンテナ１００の第１のフィードイン端子１１１及び第２のフィードイン端子１１２は、トランスの第１の側に位置する。また、放射体１２１，１２２は、トランスの第２の側に位置する。カップリングループ１１０は、インダクタンスＬ１１０を有する。放射体１２１の等価回路は、抵抗器Ｒ１２１と、コンデンサＣ１２１と、インダクタンスＬ１２１とによって定義される。また、放射体１２２の等価回路は、抵抗器Ｒ１２２と、コンデンサＣ１２２と、インダクタンスＬ１２２とによって定義される。カップリングループ１１０と放射体１２１とのカップリング量は、Ｍ１２１によって定義され、カップリングループ１１０と放射体１２２とのカップリング量は、Ｍ１２２によって定義される。カップリング量Ｍ１２１，Ｍ１２２を調整することにより、広帯域アンテナ１００とチップとのインピーダンスマッチングを実現することができる。

本発明の上述した具体例によって開示された広帯域アンテナは、２つの放射体しか有しないものに限定されず、より大きな帯域幅があるＲＦ信号を受信するために２つ以上の放射体を有することができる。図３に、本発明の望ましい具体例による第２の広帯域アンテナの図を示す。広帯域アンテナ３００は、カップリングループ３１０と、複数の放射体３２１〜３２ｎとを含む。例えば、放射体３２１は、本体であり、他の放射体３２２〜３２ｎは、互いに連続的に接続され、ブランチとして放射体３２１の両端部に対称的に接続された２つのブラシ型体を形成している。放射体３２２〜３２ｎのそれぞれは、図３に示すように、２つのＬ型体を含む。カップリングループ３１０は、第１のフィードイン端子３１１と、第２のフィードイン端子３１２とを有する。図示しないチップは、通常、これら第１のフィードイン端子３１１と第２のフィードイン端子３１２との間に電気的に結合される。広帯域アンテナ３００は、広帯域アンテナ１００と同様の操作原理を有する。これら２つの広帯域アンテナ３００，１００の差異は、広帯域アンテナ３００が中心周波数に近いより多くの共振周波数を有していることであり、その結果、広帯域アンテナ３００は、さらに大きなアンテナ帯域幅を有することになる。

図４に、図３に示した広帯域アンテナ３００の等価回路図を示す。広帯域アンテナ３００の第１のフィードイン端子３１１及び第２のフィードイン端子３１２は、トランスの第１の側に位置する。また、放射体３２１〜３２ｎは、トランスの第２の側に位置する。カップリングループ３１０は、インダクタンスＬ３１０を有する。放射体３２ｘ（ｘ＝１〜ｎ）の等価回路は、抵抗器Ｒ３２ｘと、コンデンサＣ３２ｘと、インダクタンスＬ３２ｘとによって定義される。また、カップリングループ３１０と放射体３２ｘ（ｘ＝１〜ｎ）とのカップリング量は、Ｍ３２ｘによって定義される。カップリング量Ｍ３２ｘ（ｘ＝１〜ｎ）を調整することにより、広帯域アンテナ３００とチップとのインピーダンスの結合マッチングを実現することができる。

図５に、広帯域アンテナ１００の戻り損失の測定図を示す。図５から、中心周波数が９１５ＭＨｚである広帯域アンテナ１００の−１０ｄＢの帯域幅は、約７８０〜１０００ＭＨｚであることがわかる。したがって、放射体１２１，１２２を有する広帯域アンテナ１００は、単一の放射体を有する広帯域アンテナよりも、中心周波数の近くに大きな帯域幅を有することができる。また、広帯域アンテナ１００によって発生する共振周波数は、ＲＦバンドについてのあらゆる国での条件を満たすことができる。例えば、広帯域アンテナ１００は、欧州において適用される符号５１０の近くのＲＦバンド、台湾や米国において適用される符号５２０の近くのＲＦバンド、日本において適用される符号５３０の近くのＲＦバンドを提供することができる。なお、日本において適用される符号５３０の近くのＲＦバンドは、戻り損失が最も低い。

さらに、本発明の上述した具体例によって開示された広帯域アンテナにおいては、カップリングループを放射体から離隔したり、放射体と接続したりすることができる。放射体は、任意のタイプのアンテナであってもよい。すなわち、本発明の具体例にしたがって、いかなるタイプのアンテナも帯域幅を改善することができる。さらに、放射体は、互いに離隔することができ、また、互いに結合するのに限定されない。図６に、本発明の望ましい具体例による第３の広帯域アンテナの図を示す。広帯域アンテナ６００は、カップリングループ６１０と、放射体６２１，６２２とを含む。カップリングループ６１０は、第１のフィードイン端子６１１と、第２のフィードイン端子６１２とを有する。図示しないチップは、通常、これら第１のフィードイン端子６１１と第２のフィードイン端子６１２との間に電気的に結合される。放射体６２１，６２２は、それぞれ、カップリングループ６１０の２つの対向する側面に平行に配設され、広帯域アンテナ６００の２つの共振周波数を提供するためにカップリングループ６１０とともに２つの共振ループを形成する。これにより、広帯域アンテナ６００は、より大きな帯域幅の信号をフィードインすることができる。

本発明の上述した具体例によって開示された広帯域アンテナは、中心周波数の近くで複数の共振周波数を発生させるようにいくつかの放射体を用いることにより、マルチカップリング・フィードイン操作を実行する。したがって、この広帯域アンテナは、チップとのインピーダンスの結合マッチングを実現する大きな帯域幅を有することができ、また、チップからの大きな帯域幅のＲＦ信号を受信することができ、その結果、リーダとタグとの間の読み取り距離を増加させる。

本発明によって開示された広帯域アンテナは、広帯域タグアンテナとタグチップとのインピーダンスの結合マッチングを有し、リーダの読み取り距離を改善するように、ＲＦＩＤシステムに適用することができる。また、本発明はまた、ＲＦ信号を受信するためのアンテナ帯域幅を増加させるように、いかなる他のタイプのアンテナにも適用することができる。さらに、広帯域アンテナはまた、暗号化されたカードや身分証明書に適用することができる。図７に、本発明の望ましい具体例による広帯域アンテナの適用例の図を示す。広帯域アンテナ７００は、暗号化されたカードや身分証明書等の板材７０２に取り付けられる。リーダは、広帯域アンテナ７００を介して、板材７０２の図示しないチップに格納されたデータを容易に読み取ることができる。

本発明が、一例を介して、また望ましい具体例として記述されていた一方で、本発明は、これに限定されるものではないことは理解されるべきである。これに対して、本発明は、様々な変形例並びに同様の配置及び処理を包含するように意図されるべきである。したがって、添付した特許請求の範囲は、そのような変形例並びに同様の配置及び処理を全て包含するように、最も広い解釈として与えられるべきである。

本発明の望ましい具体例による広帯域アンテナの図である。 本発明の望ましい具体例による広帯域アンテナの等価回路図である。 本発明の望ましい具体例による第２の広帯域アンテナの図である。 図３に示す広帯域アンテナの等価回路図である。 広帯域アンテナの戻り損失の測定図である。 本発明の望ましい具体例による第３の広帯域アンテナの図である。 本発明の望ましい具体例による広帯域アンテナの適用例の図である。

符号の説明

１００，３００，６００，７００ 広帯域アンテナ
１１０，３１０，６１０ カップリングループ
１１１，３１１，６１１ 第１のフィードイン端子
１１２，３１２，６１２ 第２のフィードイン端子
１２１，１２２，３２１〜３２ｎ，６２１，６２２ 放射体
７０２ 板材
Ｃ１２１，Ｃ１２２，Ｃ３２ｘ コンデンサ
Ｌ１１０，Ｌ１２１，Ｌ１２２，Ｌ３１０，Ｌ３２ｘ インダクタンス
Ｍ１２１，Ｍ１２２，Ｍ３２ｘ カップリング量
Ｒ１２１，Ｒ１２２，Ｒ３２ｘ 抵抗器

Claims (12)

1. 第１のフィードイン端子及び第２のフィードイン端子を有するカップリングループと、
   当該広帯域アンテナの第１の共振周波数を提供するために上記カップリングループとともに第１の共振ループを形成する、本体である第１の放射体と、
   当該広帯域アンテナの第２の共振周波数を提供するために上記カップリングループとともに第２の共振ループを形成し、ブランチとして上記第１の放射体の両端部にそれぞれ対称的に接続された２つのＬ型体を設けた第２の放射体とを備え、
   上記カップリングループは、上記第１の共振周波数及び上記第２の共振周波数にしたがって、信号をフィードインすることができること
   を特徴とする広帯域アンテナ。
2. 上記カップリングループは、上記第１の放射体及び上記第２の放射体から離隔されていること
   を特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。
3. 上記カップリングループは、上記第１の放射体及び上記第２の放射体と接続されていること
   を特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。
4. 上記第１の放射体及び上記第２の放射体は、任意のタイプのアンテナであること
   を特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。
5. 上記第１の放射体及び上記第２の放射体は、タグアンテナであること
   を特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。
6. 上記カップリングループの上記第１のフィードイン端子及び上記第２のフィードイン端子は、データを記録するチップと電気的に結合されていること
   を特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。
7. 第１のフィードイン端子及び第２のフィードイン端子を有するカップリングループと、
   各放射体に対応する共振周波数を提供するために上記カップリングループとともにそれぞれ複数の共振ループを形成する２つ以上の放射体とを備え、
   上記放射体のうちの１つは、本体であり、
   上記放射体のうちの他の放射体は、それぞれ２つのＬ型体を備え、互いに連続的に接続され、ブランチとして上記本体の両端部に対称的に接続された２つのブラシ型体から形成され、
   上記カップリングループは、上記共振周波数にしたがって、信号をフィードインすること
   を特徴とする広帯域アンテナ。
8. 上記カップリングループは、上記放射体から離隔されていること
   を特徴とする請求項７記載の広帯域アンテナ。
9. 上記カップリングループは、上記放射体と接続されていること
   を特徴とする請求項７記載の広帯域アンテナ。
10. 上記放射体は、任意のタイプのアンテナであること
    を特徴とする請求項７記載の広帯域アンテナ。
11. 上記放射体は、タグアンテナであること
    を特徴とする請求項７記載の広帯域アンテナ。
12. 上記カップリングループの上記第１のフィードイン端子及び上記第２のフィードイン端子は、データを記録するチップと電気的に結合されていること
    を特徴とする請求項７記載の広帯域アンテナ。