JP4312548B2 - 無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムなどに用いられる薄型の無線タグ等の無線装置に関する。

ＲＦＩＤシステムは、通常、リーダー・ライター機能を持つ質問器と無線タグから構成される。従来、特にマイクロ領域では、無線タグとして、バッテリーを内蔵したタグがＦＡ分野等でよく利用されている。また、最近では、質問器からの送信電波を検波し、それを駆動電力としてタグ動作を行わせるバッテリーレスタグが登場し、多くの分野で様々な活用が検討されており、ＦＡのほか、物流・流通関連などの分野で大きな活用展開が予定されている。

ＲＦＩＤシステムは、例えば図１７に示すように、質問器ＲＷと無線タグＴとから構成されており、質問器ＲＷは電波信号を送出し、この質問器ＲＷからの送出電波信号を無線タグＴが受け、タグ内のメモリに蓄積された情報で、入力信号に反射変調を与えて質問器ＲＷに返送する。そして、無線タグＴから返送された信号を質問器ＲＷにて復調してタグ情報を取り出すようになっている。

このようなＲＦＩＤシステムに利用される無線タグとして、機器（装置）等の組み込みに適した平面状のタグが現在までに商用化されている。その代表的な無線タグの例を図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示す。

図１８（Ａ）に示す無線タグＴ３０は、誘電体基板３０６の上にダイポールアンテナ３０２を形成するとともに、半導体モジュール（タグＩＣ）３０５を組み込んで一体化したものである。図１８（Ｂ）に示す無線タグＴ３１は、同様の誘電体基板３０６上に、ループ状のアンテナ３１２を形成してタグＩＣ３０５と一体化したものである。これらの無線タグＴ３０，Ｔ３１は、いずれも簡易なタグとして有効である。また、図１８（Ｂ）の無線タグＴ３１は、図１８（Ａ）の無線タグＴ３０に比べて、アンテナ放射抵抗が大きく、タグＩＣから見たアンテナのインピーダンスが異なるため、タグＩＣの特性と相まって適した方式が使われる。

図１８に示すような無線タグは、接地面がなくアンテナの長さ方向を軸として、その回り全方向にわたって指向特性を示す。そのため、多方向から無線タグに対して通信可能であり便利な面もあるが、逆に、これら無線タグを物体に装着する場合、物体の影響を受けやすくて使用が制限される場合がある。

例えば、金属面を持つ各種の機器や、金属表面を持つ容器などの物品に対して実装する場合に多くの制約を受けることがある。特に、各種の情報・通信・家電機器等において、電波不用輻射を阻止するために、筺体の表面が金属体でコーティングされている場合、図１８に示したような従来型の無線タグでは、実装上の大きな制約が課せられる。

次に、アンテナ及びタグＩＣについて説明する。

−アンテナ−
通信に用いられるアンテナとして、コプレーナ型アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のアンテナでは、図１９に示すように、信号の入出力端子にコプレーナ線路４０３を用いており、そのコプレーナ線路４０３の中心導体４０４の先端をＴ字型に形成することにより、中心導体４０４とコプレーナの地導体４０５，４０５との間で両端開放のスロット線路４０２を構成しアンテナを形成している。このようなコプレーナ型アンテナは、マイクロストリップ線路を用いたアンテナと比較して、アンテナを平面状に構成することができるという利点がある。なお、図１９のコプレーナ型アンテナにおいて、中心導体４０４の両側に配置されている地導体４０５，４０５は短絡線４０６にて接続されている。

−タグＩＣ−
まず、マイクロ波帯で使われるタグＩＣとして、通信感度を高めた高感度なタグＩＣが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に記載のタグＩＣ（無線周波数トランスポンダ）は、図２０に示すように、マイクロ波部において信号を検波整流するダイオード５０１や変調や復調を行うダイオードと、変調用のためのトランジスタ５０２及び周辺リアクタンス等の基本素子を集積して構成されている。

ここで、タグＩＣのＩＣ構成においては、（１）ＩＣ素子の動作感度を高めるため、アンテナから取り込んだ信号を可能な限り損失を与えることなく基本素子に導くことが重要であり、また、（２）基本素子の形成においては、如何にしてシンプルな構成にするかが重要である。これらの点を実現するには、アンテナの接続部（ＩＣの入力部）に対し、より近い位置に基本素子を形成すること、すなわちダイオードやトランジスタ等の基本素子をアンテナ部に直結して形成することが有効である。

しかしながら、前記した図２０に示すタグＩＣでは、アンテナと接続するＩＣの入力端部において、検波整流用のダイオードにて直流電圧を発生させることにより、制御回路やメモリ回路等を起動する方法であり、この場合、アンテナ形成上において重要な点は、ＩＣの入力端部に電圧が発生するため、タグＩＣよりアンテナ側をみたインピーダンスを、直流的に開放状態とする必要がある。すなわち、アンテナ側インピーダンスが短絡状態にあるとタグＩＣが動作不能となる。なお、アンテナ側インピーダンスを直流的に開放状態とするには、タグＩＣの入力部に直列にキャパシタンスを設ければよいが、前記した点を勘案すると良策とは言えない。

従って、上記した高感度なタグＩＣ（入力端子間に直流電圧を発生するＩＣ）を無線タグに適用する際に、タグのアンテナとして、例えば図１８（Ｂ）に示したようなループ状のアンテナを使用する場合、図中波線で示す直流遮断用のキャパシタンス３０７を設けるか、あるいは他の方法を工夫する必要がある。そのため、この種のアンテナ構成は、タグ形成の簡易化・小型化・量産性には適さない。

なお、アンテナに関する他の技術として、半導体モジュール（電子回路）と平面回路アンテナを一体化した一体型アンテナが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３に記載の技術では、スロットアンテナにコプレーナ線路の中心導体を接続してアンテナ給電回路を形成しているが、このような回路構成では、中心導体とスロットアンテナの接地面とが直接接続され、直流的にも短絡状態となるので、入力端に基本半導体素子を形成した高感度なタグＩＣ（つまり入力端子間に直流電圧を発生するＩＣ）を適用することはできない。
特開平１−３００７０１公報 特開平９−７４３７０公報 特開平７−２３５８２６公報

前述したように、無線タグに用いられるタグＩＣにおいては、通信感度を高めたり、作成を簡易にするために、ＩＣの入力端にダイオードやトランジスタ等の基本半導体素子を形成している（図２０参照）。そのため、この種のタグＩＣを用いる場合、アンテナ素子形成において、タグＩＣから外側をみた直流インピーダンスを開放状態とする必要があるが、従来のループアンテナを用いた方式では、短絡回路となるため、ループアンテナ上にキャパシタンスを用いて直流的に遮断するか、もしくは他の遮断方法を用いることが必要であり、回路が複雑化するため量産には適さない。

また、従来の薄型の無線タグでは、誘電体基板上に金属線状のアンテナを形成しているので、１つのアンテナ軸に対して、全方向に電波の指向性を有するが、逆に、アンテナ近傍の材質の影響を受ける。例えば、金属面で形成される各種の機器筺体や容器、あるいは部品実装基板に無線タグを設ける場合、周囲の金属体の影響を受けてしまい、無線タグの動作が不安定となり利用範囲が制約される。また、タグアンテナを形成するためのスペースも必要になる。

本発明はそのような点を解消するためになされたもので、入力端が基本半導体素子で形成され、直流電圧を発生する簡易構成で高感度なタグＩＣを、直流遮断用キャパシタンス等を設けることなく使用すること可能であり、しかも、金属面を持つ各種の機器・部品実装基板や容器等の物品への組み込みにも適した無線装置を提供すること、及び、そのような特徴を有する無線装置を提供することを目的とする。

本発明の無線装置は、例えば無線タグであって、半導体モジュール（例えばタグＩＣ）と、接地導体に形成されたスロット線路と、前記接地導体に形成され、前記スロット線路と平行に配置された２つのコプレーナ線路と、前記コプレーナ線路により前記接地導体と電気的に開放され、一端が前記スロット線路のスリット部側に設けられた２つの中心導体とを備え、前記半導体モジュールは、前記スリット部の両側に設けられた前記中心導体の他端同士を接続していることを特徴としている。

本発明の無線装置において、前記中心導体が、当該中心導体の管内波長λｇ′の略λｇ′／４の奇数倍の線路長を有する一端開放の中心導体であることが好ましい。

本発明の無線装置によれば、マイクロ波に適した平面構造形導波路として知られているスロット線路（スロットアンテナ）とコプレーナ線路とを組み合わせ、高周波での短絡面形成と直流遮断を実現するように構成しているので、アンテナ回路を直流的に開放状態（タグＩＣ接続点よりアンテナ側を見たインピーダンスが開放状態）にすることが可能となる。従って、半導体モジュールとして、入力端が基本半導体素子で形成され、直流電圧を発生する簡易構成で高感度なタグＩＣの使用も可能になる。しかも、そのような簡易構成で高感度なタグＩＣの接続する場合でも、ＩＣの直流遮断用キャパシタンス等は不要であり、無線タグ全体の構成を簡略化することができる。

本発明の無線装置において、前記スロット線路が、当該スロット線路の管内波長λｇの略λｇ／２のｎ倍（ｎ＝２以上の正の整数）の線路長を有する両端短絡のスロット線路であり、そのスロット線路を、略λｇ／２の長さを有する複数の単位スロット線路を折り返した形状に形成するとともに、それら複数の単位スロット線路を互い平行に配置するという構成を採用してもよい。

この発明によれば、複数の単位スロット線路から放射される電波が同相となるので、強い放射電波を得ることができる。

本発明の無線装置において、前記スロット線路が、当該スロット線路の管内波長λｇの略λｇ／２のｎ倍（ｎ＝２以上の正の整数）の線路長を有する両端短絡のスロット線路であり、そのスロット線路を、略λｇ／２の長さを有する第１のスロット線路の両端に、それぞれ、略λｇ／２長さの第２のスロット線路と第３のスロット線路を、前記第１のスロット線路に対して略直角に折り曲げた状態で接続するという構成を採用してもよい。

この発明によれば、第１のスロット線路の電界に対して、第２のスロット線路及び第３のスロット線路の各電界が直交して分布するようになるので、直交した電界の放射信号特性をもつ無線タグを構成することができる。

本発明の無線装置において、前記スロット線路の形状は任意であり、メアンダーライン形状、あるいは半月状等の直線形状とは異なる形状に形成することにより、装着対象物に見合った形態とすることができる。特に、スロット線路をメアンダーライン状とすると、無線装置（無線タグ）の小型化を達成できる。

本発明の無線装置において、前記半導体モジュール（タグＩＣ）が接続されたコプレーナ線路または接地導体に、半導体モジュールとの整合をとるための整合回路を形成しておくと、平面金属面（接地導体）上での回路形成だけで、タグＩＣの性能を有効に発揮させることができる。例えば、直列に容量特性を示すタグＩＣに対してはＩＣ接続部のコプレーナ線路の中心導体、または、中心導体と対向するスロット線路の接地面にインダクタンスを形成することによりＩＣのキャパシタンス成分を打ち消すことができる。

本発明の物品は、前記した特徴を有する無線装置（無線タグ）を備えていることによって特徴づけられる。なお、本発明が対象とする物品は、例えば、テレビ、パソコン、冷蔵庫、携帯電話などの電子機器、物品実装基板などの各種機器に使用されている基板、カメラ、携帯電話等のケースや瓶等の容器などが挙げられるが、各種分野で一般に使用されている物品の金属部を利用し、タグ形成が要求されるものであれば任意の物品に適用できる。

本発明の無線装置によれば、接地導体に形成されたスロット線路と、前記接地導体に形成されたコプレーナ線路と、前記コプレーナ線路により前記接地導体と電気的に開放され、一端がスロット線路のスリット部側に設けられた２つの中心導体とを備え、半導体モジュール（タグＩＣ）を、スリット部の両側に設けられた中心導体の他端同士に接続しているので、半導体モジュールの負荷は直流的に開放状態となる。従って、実装する半導体モジュールが入出力端子に直流電流を発生する高感度なタグＩＣであっても、ＩＣ入力端に直流遮断キャパシタを形成したり、アンテナ内にキャパシタンスを設けるなどの必要がなくなり、前記した直流電圧を発生する高感度なタグＩＣを含めた如何なる半導体モジュールを利用することができる。

さらに、スロット線路及びコプレーナ線路はともに平面状線路であり、タグＩＣ等の半導体モジュールについても平面実装することができるので、無線装置（無線タグ）を一平面で構成できる。しかも、接地導体にスロット線路及びコプレーナ線路を形成すればよいので、製作が簡単であり量産に適している。また、タグ形成のための接地面付き基板などを用意することなく、容易に無線タグ等を形成できるという利点もある。

ここで、本発明においては、金属面等を接地導体とし、その接地導体にスロット線路を形成し、さらに高周波での短絡面形成と直流遮断を行うために、先端開放の中心導体を持つコプレーナ線路を利用してタグＩＣを接続しているので、接地面付近での信号の指向性が小さくてその周辺の影響を受け難くなる。これにより、例えば金属面で形成される各種の機器筺体や容器、あるいは部品実装基板に無線タグを形成することが可能になる等、広範囲の物品に利用することができる。

さらに、金属面等の接地導体をベースとしているので、各種の機器や容器等の金属表面を接地導体として利用して、その接地導体にスリットを形成することにより、スロット線路（スロットアンテナ）及びコプレーナ線路を簡単に構成することができる。従って、各種の機器・部品実装基板や容器等の物品に形成された金属面（金属層）を利用して、上記した特徴を有する無線装置（無線タグ）を各種物品に簡単に設けることができる。

例えば、コンピューターや携帯電話等の金属筺体に各線路用のスリットを設け、タグＩＣ等の半導体モジュールを取り付けるのみで、簡単に無線タグ等を設けることができる。特に、本発明の特徴的構成の１つである「スロット線路と、一端開放のコプレーナ線路の周辺とを共通の接地導体で囲む」という回路構成を採用する場合は、不要輻射や外部電波との干渉を改善するために筺体表面全体が金属面で囲まれた機器・装置などにおいて、表面の金属面を接地導体として利用することにより、無線タグを簡単に構成することができる。

これらタグ組み込みによる商品の特定化は、生産・物流・リサイクル過程における商品管理の実現が可能となる。また、商品生産時の生産効率を改善する際にも有効に利用できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明は、マイクロ波に適した平面構造形導波路として知られている、スロット線路（スロットアンテナ）とコプレーナ線路とを組み合わせ、高周波での短絡面形成と直流遮断を行うことにより、アンテナ回路を直流的に開放状態（タグＩＣ接続点よりアンテナ側を見たインピーダンスが開放状態）にすることで、半導体モジュールとして、入力端が基本半導体素子で形成され、直流電圧を発生する簡易構成で高感度なタグＩＣを用いる場合でも、ＩＣ入力端への直流遮断キャパシタンスの形成やアンテナ内へのキャパシタンスの形成などを行う必要のない回路構成を提供する点に特徴がある。その具体的な例を以下に示す。

なお、スロット線路、コプレーナ線路については、実用マイクロ波技術講座：理論と実際、第１巻（小西良弘著、日刊工業新聞社、２００１年２月）の頁１３７〜１３９、頁３１３〜３２３に、その基本構成と特性インピーダンス等が説明されている。

＜参考例１＞
図１は本発明の無線装置（無線タグ）の参考例を示す図である。図２は図１のＸ−Ｘ断面図（Ａ）及びＹ−Ｙ断面図（Ｂ）である。

この例の無線タグＴ０は、誘電体基板６上に接地導体１を形成した平面構造のタグで、共通の接地導体１に、両端短絡のスロット線路２と、中心導体４の一端が開放されたコプレーナ線路３が形成されており、そのコプレーナ線路３の中心導体４の他端部と接地導体１（スロット線路２のスリット部を介して中心導体４と対向する部分の接地導体１）との間にタグＩＣ５が接続されている。

この例の無線タグＴ０において、両端短絡のスロット線路２と、一端開放のコプレーナ線路３とは互いに略直行した状態で配置されている。また、基本となるタグアンテナはスロット線路２で構成されている。

スロット線路２の線路長は、このスロット線路２における通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇの略λｇ／２の長さに設定されている。なお、詳細な説明は省略するが、スロット線路２の管内波長λｇは、スロット線路２の幅、使用する誘電体基板６の誘電率及び誘電体基板６の厚さ等から求められる。また、管内波長λｇは誘電体基板６の誘電率が高くなるほど短くなる。

スロット線路２における電界成分Ｅは、図１の破線で示すようにスロット線路２の両端で「０」となり幅方向に分布する。ここで、スロットアンテナの電波放射特性はよく知られており、図１に示す電界方向を持つ直線偏波信号がスロット線路２の前方、後方に放射される。

コプレーナ線路３の中心導体４は、前記したように、一端が開放され、他端がスロット線路２のスリット部に接続されている。コプレーナ線路３の開放側は、中心導体４及び接地導体１の双方が開放状態となっている。

コプレーナ線路３の線路長は、このコプレーナ線路３の通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇ′の略λｇ′／４の長さに設定されている。なお、コプレーナ線路の管内波長λｇ′は、中心導体４の幅、中心導体４と接地導体１との間隙、使用する誘電体基板６の誘電率及び誘電体基板６の厚さ等から求められる。

そして、一端開放で略λｇ′／４の長さに設定されたコプレーナ線路３は、他端において高周波的に短絡面となる。これにより、タグＩＣ５の一端（入力端子の一方）がスロット線路２の接地面に接続され、タグＩＣ５の他端（入力端子の他方）がコプレーナ線路３の高周波的短絡面Ｓに接続される。すなわち、タグＩＣ５は、スロット線路２の幅方向の接地面間に接続したのと等価になるとともに、タグＩＣ５の負荷は直流的に開放状態となる。

従って、この例においては、入力端がダイオードやトランジスタで構成されたタグＩＣ（例えば図２０に示したタグＩＣ）を適用しても動作することが可能となる。また、コプレーナ線路３の電界成分Ｅの方向は、中心導体４を中心に接地導体１に対して対称に分布するため、コプレーナ線路３からの電波放射は無視できる。さらに、図１の構成では、コプレーナ線路３の開放端部において中心導体４及び接地導体１とも開放となるので、開放端部での不連続による一部の電波放射を伴う。

次に、無線タグＴ０の動作を説明する。

まず、図１７に示したＲＦＩＤにおいて、質問器ＲＷから送られた信号は、無線タグＴ０のスロット線路（スロットアンテナ）２で捉えられ、タグＩＣ５に供給される。タグＩＣ５では、ＩＣ内のメモリ情報で、入力信号が反射変調され、再びスロット線路２から送出される。このとき、スロット線路２から放射される信号は、スロット線路２の前後方向に放射され、質問器ＲＷ側に放射された信号は、質問器ＲＷのアンテナで受信され復調される。これにより、無線タグＴ０が動作してタグ内の情報が質問器ＲＷで取り出される。

なお、タグＩＣ５は受動素子であり、タグＩＣ５自体から電波を送出することはできない。この場合の給電点は、基本的にタグＩＣ５の設置されたスロット線路２のスリット部となる。

なお、本発明において、スロット線路２の線路長は、略λｇ／２に限られることなく、線路の方向によっては略λｇ／２のｍ倍（ｍ＝２以上の正の整数）の長さであってよい。また、コプレーナ線路３の線路長についても、略λｇ′／４に限られることなく、略λｇ′／４の奇数（３以上の奇数）倍であってもよい。

＜参考例２＞
図３は本発明の無線装置（無線タグ）の他の参考例を示す図である。

この例の無線タグＴ１は、コプレーナ線路１３の開放端部を、共通の接地導体１１で囲っている点に特徴があり、それ以外の構成つまり両端短絡のスロット線路１２、一端開放の中心導体１４並びにタグＩＣ５などの各構成は図１に示した例と同じである。

この例においても、タグＩＣ５の一端（入力端子の一方）がスロット線路１２の接地面に接続され、タグＩＣ５の他端（入力端子の他方）がコプレーナ線路１３の高周波的短絡面Ｓに接続されるので、タグＩＣ５は、スロット線路１２の幅方向の接地面間に接続したのと等価になるとともに、タグＩＣ５の負荷は直流的に開放状態となる。従って、入力端がダイオードやトランジスタで構成されたタグＩＣ（例えば図２０に示したタグＩＣ）を適用しても動作することが可能となる。

ただし、コプレーナ線路１３の端部での電界のエッジ効果が図１の例とは異なるため、コプレーナ線路１３の線路長がその分だけ異なる。従って最適線路長は実験により求めるようにする。

なお、この例において無線タグＴ１の動作は、前記した＜参考例１＞と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

ここで、図３に示すような線路形態つまりコプレーナ線路１３の開放端部を接地導体１１で囲う形態の無線タグＴ１は、金属面で囲われた機器筺体等を利用して形成することができるので、金属面を持つ各種の機器・部品実装基板や容器等の物品へのタグ組込に有効に利用することができる。

＜参考例３＞
図４は本発明の無線装置（無線タグ）の別の参考例を示す図である。

この例の無線タグＴ２は、コプレーナ線路２３（及び中心導体２４）をスロット線路２２と平行に配置した点に特徴があり、それ以外の構成つまり両端短絡のスロット線路２２及びタグＩＣ５などの各構成は図３に示した例と同じである。

この例においても、タグＩＣ５は、コプレーナ線路２３の中心導体２４の他端部と接地導体２１（スロット線路２２のスリット部を介して中心導体２４と対向する部分の接地導体２１）との間に接続されている。

また、スロット線路２２の線路長は、スロット線路２２における通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇの略λｇ／２の長さに設定されている。コプレーナ線路２３の線路長は、このコプレーナ線路２３の通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇ′の略λｇ′／４の長さに設定されている。

この例においても、タグＩＣ５の一端（入力端子の一方）がスロット線路２２の接地面に接続され、タグＩＣ５の他端（入力端子の他方）がコプレーナ線路２３の高周波的短絡面Ｓに接続されるので、タグＩＣ５は、スロット線路２２の幅方向の接地面間に接続したのと等価になるとともに、タグＩＣ５の負荷は直流的に開放状態となる。従って、入力端がダイオードやトランジスタで構成されたタグＩＣ（例えば図２０に示したタグＩＣ）を適用しても動作することが可能となる。

なお、この例では、コプレーナ線路２３の開放端部の接地面に凹凸２３ａが形成されており、この凹凸２３ａの形成部を調整することにより、実効的な線路長の微調を行うことができる。

＜実施形態＞
図５は本発明の無線装置（無線タグ）の一例を示す図である。

この例の無線タグＴ３は、共通の接地導体３１に、両端短絡のスロット線路３２と、中心導体３４の一端が開放された２つのコプレーナ線路３３，３３が形成されている。

各コプレーナ線路３３，３３はスロット線路３２と平行に配置されている。また、２つのコプレーナ線路３３，３３はスロット線路３２の両側に、そのスロット線路３２に対して対称となる位置関係で配置されており、これら２つのコプレーナ線路３３，３３間にタグＩＣ５が接続されている点に特徴がある。

スロット線路３２の線路長は、スロット線路３２における通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇの略λｇ／２の長さに設定されている。また、各コプレーナ線路３３，３３の線路長は、ともに各コプレーナ線路３３の通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇ′の略λｇ′／４の長さに設定されており、これによりタグＩＣ５は２端子間で高周波的な短絡面が形成され、タグＩＣ５はスロット線路３２のスリット間に電気的に接続され、タグＩＣ５の負荷は直流的に開放状態となる。従って、入力端がダイオードやトランジスタで構成されたタグＩＣ（例えば図２０に示したタグＩＣ）を適用しても動作することが可能となる。

この例によれば、スロット線路３２の両側に対称形状のコプレーナ線路３３，３３を形成し、これら２つのコプレーナ線路３３，３３の中心導体３４間にタグＩＣ５を接続する構造としているので、タグＩＣ５の実装が容易になるという利点がある。

すなわち、図１〜図４に示した構造では、タグＩＣ５の一端子を、面積が大きな接地導体１，１１，２１に直接接続しているので、半田付け等でタグＩＣ５を接続する場合、接地導体側の熱容量が大きくて接続に問題が生じる場合がある。これに対し、この例の構造では、２つのコプレーナ線路３３，３３の中心導体３４間にタグＩＣ５を接続するので、タグＩＣ５の各端子を接続する金属導体部は、ともに熱容量が小さくなり、半田付け等の接続が容易となる。

なお、この例において無線タグＴ３の動作は、前記した＜参考例１＞と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

＜参考例４＞
図６及び図７は本発明の無線装置（無線タグ）の別の参考例の構成を示す図である。

図６に示す無線タグＴ４は、スロット線路（スロットアンテナ）４２をメアンダーライン状に形成して、無線タグＴ４を小さくした点に特徴がある。それ以外の構成つまりコプレーナ線路４３、中心導体４４及びタグＩＣ５等の構成は図３に示した例と基本的に同じである。

なお、この図６の例の場合、スロット線路４２内の電界分布において横方向で逆方向を向く電界成分Ｅが生じ、それらが打ち消しあうため、全体の信号放射は直線状スロットアンテナの場合に比べて弱くなる。

図７に示す無線タグＴ５は、タグ形状を装着物品の形状（例えば略円形）に合わせて変形させた例であり、接地導体５１（誘電体基板）の形状を略円形とし、コプレーナ線路５３及び中心導体５４を円弧上に形成した点、及び、スロット線路（スロットアンテナ）５２を半円弧状（半月状）に成形した点に特徴があり、それ以外の構成は図３に示した例と基本的に同じ構成である。

なお、この図７の例の場合も、スロット線路５２内において電界の方向が打ち消しあう成分が生じ、全体の信号放射は弱くなる。

以上の図６及び図７の形状は一例であり、他の変形例として、例えばスロット線路の配置を非対称とし、異なった方向への信号放射を行わせるなど、種々の形状が考えられる。

なお、図６及び図７に示した無線タグＴ４，Ｔ５の動作は、前記した＜参考例１＞と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

＜参考例５＞
図８及び図９はそれぞれ本発明の無線装置（無線タグ）の別の参考例を示す図である。

図８の例は、タグＩＣ５に対する整合回路６７をコプレーナ線路６３の中心導体６４に設けた点に特徴がある。それ以外の構成つまりスロット線路６２及びタグＩＣ５などの各構成は図３に示した例と同じである。また、図９の例は、タグＩＣ５に対する整合回路７７を接地導体７１側に形成した点に特徴がある。それ以外の構成つまりスロット線路７２及びタグＩＣ５などの各構成は図３に示した例と同じである。なお、図８及び図９の各例には、図４に示す凹凸２３ａは設けていない。

次に、図８及び図９の各例をより具体的に説明する。

まず、タグＩＣを高周波で見た場合、一例として、図１０の高周波等価回路に示すように、高周波的には、抵抗成分とキャパシタンスとが直列接続された回路構成となり、直流的には、図２０に示すようにダイオードが直結された回路構成となる。

そこで、図８に示す構造の無線タグＴ６では、中心導体６４に細幅の導体部からなる整合回路６７を設けて、キャパシタンス（図１０）を打ち消すインダクタンスを形成するようにしている。一方、図９に示す構造の無線タグＴ７では、タグＩＣ５が接続される接地導体７１にスリット状の整合回路７７を設けて、整合用のインダクタンス成分を形成している。

なお、図８及び図９に示した無線タグＴ６，Ｔ７の動作は、前記した＜参考例１＞と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

＜参考例６＞
図１１〜図１３はそれぞれ本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。

図１１に示す無線タグＴ８は、スロット線路８２が、スロット線路の管内波長λｇの略λｇ／２の３倍の線路長を有する両端短絡のスロット線路であり、略λｇ／２の長さを有する第１のスロット線路８２ａの一端側に、略λｇ／２長さの第２のスロット線路８２ｂ及び第３のスロット線路８２ｃが順次折り返した状態で接続されているとともに、これら第２のスロット線路８２ｂ及び第３のスロット線路８２ｃが第１のスロット線路８２ａに対して平行に配置されている点に特徴がある。

この例においては、第１のスロット線路８２ａのスリット部に、コプレーナ線路８３の中心導体８４（一端開放）の他端部が臨んでおり、この中心導体８４の他端部と接地導体８１（第１のスロット線路８２ａのスリット部を介して中心導体８４と対向する部分の接地導体８１）との間にタグＩＣ５が接続されている。また、コプレーナ線路８３の線路長は、このコプレーナ線路８３の通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇ′の略λｇ′／４の長さに設定されている。

そして、この例においても、タグＩＣ５の一端（入力端子の一方）が第１のスロット線路８２ａの接地面に接続され、タグＩＣ５の他端（入力端子の他方）がコプレーナ線路８３の高周波的短絡面に接続されるので、タグＩＣ５は、第１のスロット線路８２ａの幅方向の接地面間に接続したのと等価になるとともに、タグＩＣ５の負荷は直流的に開放状態となる。従って、入力端がダイオードやトランジスタで構成されたタグＩＣ（例えば図２０に示したタグＩＣ）を適用しても動作することが可能となる。

ここで、この例において、第１のスロット線路８２ａと第２のスロット線路８２ｂ、及び、第２のスロット線路８２ｂと第３のスロット線路８２ｃでは、線路長がそれぞれ略λｇ／２と異なるため、電界成分Ｅの方向は逆向きとなるが、線路が折り返されており、それぞれが折り返された状態では、電界成分Ｅは同一方向となる。これにより、電波は同相に放射されるようになるので、強い放射電波を得ることができ、遠方からの質問器との通信が可能となる。

図１２に示す無線タグＴ９は、スロット線路９２が、スロット線路の管内波長λｇの略λｇ／２の３倍の線路長を有する両端短絡のスロット線路であり、略λｇ／２の長さを有する第１のスロット線路９２ａの両側に、それぞれ、略λｇ／２の長さを有する第２のスロット線路９２ｂと第３のスロット線路９２ｃが折り返した状態で接続されているとともに、これら第２のスロット線路９２ｂ及び第３のスロット線路９２ｃが第１のスロット線路９２ａに対して平行に配置されている点に特徴がある。

この例においては、第１のスロット線路９２ａのスリット部に、コプレーナ線路９３の中心導体９４（一端開放）の他端部が臨んでおり、この中心導体９４の他端部と接地導体９１（第１のスロット線路９２ａのスリット部を介して中心導体９４と対向する部分の接地導体９１）との間にタグＩＣ５が接続されている。また、コプレーナ線路９３の線路長は、このコプレーナ線路９３の通信周波数の等価電気波長（管内波長）λｇ′の略λｇ′／４の長さに設定されている。

そして、この例においても、タグＩＣ５の一端（入力端子の一方）が第１のスロット線路９２ａの接地面に接続され、タグＩＣ５の他端（入力端子の他方）がコプレーナ線路９３の高周波的短絡面に接続されるので、タグＩＣ５は、第１のスロット線路９２ａの幅方向の接地面間に接続したのと等価になるとともに、タグＩＣ５の負荷は直流的に開放状態となる。従って、入力端がダイオードやトランジスタで構成されたタグＩＣ（例えば図２０に示したタグＩＣ）を適用しても動作することが可能となる。

さらに、この例においても、第１のスロット線路９２ａと第２のスロット線路９２ｂ、及び、第２のスロット線路９２ｂと第３のスロット線路９２ｃでは、線路長がそれぞれ略λｇ／２異なるため、電界成分Ｅの方向は逆向きとなるが、線路が折り返されており、それぞれが折り返された状態では、電界成分Ｅは同一方向となる。これにより、電波は同相に放射されるようになるので、強い放射電波を得ることができ、遠方からの質問器との通信が可能となる。

図１３に示す無線タグＴ１０は、スロット線路１０２が、スロット線路の管内波長λｇの略λｇ／２の３倍の線路長を有する両端短絡のスロット線路であり、略λｇ／２の長さを有する第１のスロット線路１０２ａの両端に、それぞれ略λｇ／２長さの第２のスロット線路１０２ｂと第３のスロット線路１０２ｃとが、第１のスロット線路１０２ａに対して略直角に折り曲げた状態で接続されている点に特徴がある。なお、コプレーナ線路１０３及びタグＩＣ５などの他の構成は、図４に示した例と基本的に同じである。

この例によれば、スロットアンテナ内の電界成分Ｅは、第１のスロット線路１０２ａ内の電界に対して、第２のスロット線路１０２ｂ及び第３のスロット線路１０２ｃ内の各電界が直交して分布するようになるので、直交した電界の放射信号特性をもつ無線タグを構成することができる。

なお、図１１〜図１３に示した無線タグＴ８〜Ｔ１０の動作は、前記した＜参考例１＞と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

＜具体例＞
以上の各例では、無線タグの基本構成について説明したが、本発明の無線装置（無線タグ）は、他の目的に用意された部品実装基板、電子機器の筺体、容器などの各種物品に形成された金属導体層を利用してタグ機能を持たせることも可能である。その具体的な例を以下に説明する。

−部品実装基板−
一般に、電気・情報・通信などの各種の機器（装置）では、電子制御用の部品を搭載する部品実装基板が利用される。部品実装基板には接地面（金属層）が形成される場合が多く、この例では部品実装基板の接地面を利用してタグを形成している。その具体的な構成を図１４を参照しながら説明する。なお、図１４（Ａ）は部品実装基板２０８の斜視図、（Ｂ）はその部品実装基板２０８を裏面から見た要部構造図である。

部品実装基板２０８の上面には部品２０９ａ，２０９ｂなどが搭載されており、この基板裏面には金属層を一様に積層した接地面（接地導体）２０１が形成されている。

そして、この例では、部品実装基板２０８裏面の接地面２０１の隅部に、スリットを加工して、図４に示したものと同形状のスロット線路２０２及びコプレーナ線路２０３を形成するとともに、コプレーナ線路２０３の中心導体２０４（一端開放）の他端部と接地面２０１（接地導体）との間にタグＩＣ５を接続することにより、無線タグＴ２０を構成している点に特徴がある。

この例において部品実装基板２０８の接地面２０１に形成された無線タグＴ２０は、部品実装基板２０８の製造月日や使用部品、修理履歴などの固有の情報が記録される。その記録情報は、図１７に示すような質問器ＲＷにて認識することができる。

なお、この例において、無線タグの形成位置は基板接地面であれば。特に制限はなく、部品実装基板２０８の空領域の任意の位置を利用することができる。

また、この例では部品実装基板２０８の接地面に無線タグを形成しているが、これに限られることなく、例えば、機器（装置）内の部品ケースの金属板等に、上記したようなタグアンテナ用のスリットを設けることにより、簡単に無線タグを構成することができる。また、コプレーナ線路の中心導体は、接地面と機械的に接続されていないので、場合によっては金属板の裏面に誘電体フィルム等を用いて接地面と平面的に固定する方法などが有効になる。

−電子機器−
図１５に電子機器に無線タグを形成した例を示す。なお、図１５（Ａ）は電子機器２１０の斜視図、（Ｂ）はその電子機器２１０の筐体２１１の要部断面図である。

電子機器（パソコン）２１０の筐体２１０ａは、プラスチック等で構成されており、その筐体２１０ａの表面に、金属コーティングによる金属面２１１が形成されている。

この例では、筐体２１０ａの金属面（接地導体）２１１にスリット２１１ａを加工して、図４に示したものと同形状のスロット線路２１２及びコプレーナ線路２１３を形成するとともに、コプレーナ線路２１３の中心導体２１４（一端開放）の他端部と金属面２１１（接地導体）との間にタグＩＣ５を接続することにより、無線タグＴ２１を構成している点に特徴がある。

この例において、電子機器２１０の筐体２１０ａに形成された無線タグＴ２１は、電子機器２１０の製造月日や使用部品、修理履歴などの固有の情報が記録される。その記録情報は、図１７に示すような質問器ＲＷにて認識することができる。

なお、無線タグを電子機器としては、パソコンのほか、テレビ、冷蔵庫、携帯電話などの種々の機器を挙げることができる。

−容器−
図１６に容器のラベルに無線タグを形成した例を示す。なお、図１６（Ａ）は容器２２０の斜視図、（Ｂ）はその容器２２０に貼付されたラベル２２１の正面図、（Ｃ）はラベル２２１の断面図である。

容器（瓶）２２０の壁体２２０ａ表面にラベル２２１が貼り付けられている。ラベル２２１は、例えばポリアミドやポリ塩化ビニール等の誘電体シートであり、表面に金属膜２２１ａが貼り付けられている。そして、この例では、ラベル２２１表面の金属膜（接地導体）２２１ａにスリット２１１ｂを加工して、図４に示したものと同形状のスロット線路２２２及びコプレーナ線路２２３を形成するとともに、コプレーナ線路２２３の中心導体２２４（一端開放）の他端部と金属膜２２１ａとの間にタグＩＣ５を接続することにより、無線タグＴ２２を構成している点に特徴がある。

この例において容器２２０のラベル２２０ａに形成された無線タグＴ２２は、図１７に示すような質問器ＲＷからの信号をスロット線路２２２（スロットアンテナ）で受け、タグ内のタグＩＣ５で入力信号に反射変調を与え、再びスロット線路２２２から質問器ＲＷ側に放射され、質問器ＲＷで受信・復調されるという通常のＲＦＩＤ動作で使用される。

なお、この例では、ラベル２２１表面に貼り付けられた金属膜２２１ａに無線タグを形成しているが、これに限られることなく、容器２２０の表面に金属薄膜を直接貼り付け、その金属薄膜に、上記したようなタグアンテナ用のスリットを形成し、タグＩＣを実装する等の方法を採用してもよい。

また、図１６に示すような無線タグを形成したラベルは、例えば、通常の電話やカメラ等のケースの表面あるいは内面に貼り付ける等、多くの用途に利用することができる。

本発明は、ＦＡ・物流・流通などの各種分野においてＲＦＩＤシステムを構築する際に有効に利用できる。

本発明の無線装置の参考例を示す図である。 図１のＸ−Ｘ断面図（Ａ）及びＹ−Ｙ断面図（Ｂ）である。 本発明の無線装置の他の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の一例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 タグＩＣの高周波等価回路図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置の別の参考例を示す図である。 本発明の無線装置を備えた部品実装基板の斜視図（Ａ）及びその部品実装の要部断面図（Ｂ）を併記して示す図である。 本発明の無線装置を備えた電子機器の斜視図（Ａ）及びその電子機器の筐体の要部断面図（Ｂ）を併記して示す図である。 本発明の無線装置を備えた容器の斜視図（Ａ）と、その容器に貼着されたラベルの正面図（Ｂ）及び断面図（Ｃ）を併記して示す図である。 ＲＦＩＤシステムの基本構成を示す図である。 従来の無線タグの一例を示す図である。 電子回路一体型アンテナの一例を示す図である。 タグＩＣの一例を示す図である。

符号の説明

Ｔ１ 無線タグ
１ 接地導体
２，８２，９２，１０２ スロット線路（スロットアンテナ）
８２ａ，９２ａ，１０２ａ 第１のスロット線路
８２ｂ，９２ｂ，１０２ｂ 第２のスロット線路
８２ｃ，９２ｃ，１０２ｃ 第３のスロット線路
３ コプレーナ線路
４ 中心導体
５ タグＩＣ
６ 誘電体基板
６７，７７ 整合回路
２０８ 基板搭載部品
２１０ 電子機器
２２０ 容器
２２１ ラベル
Ｔ２０，Ｔ２１，Ｔ２２ 無線タグ

Claims (2)

1. 半導体モジュールと、
   接地導体に形成されたスロット線路と、
   前記接地導体に形成され、前記スロット線路と平行に配置された２つのコプレーナ線路と、
   前記コプレーナ線路により前記接地導体と電気的に開放され、一端が前記スロット線路のスリット部側に設けられた２つの中心導体とを備え、
   前記半導体モジュールは、前記スリット部の両側に設けられた前記中心導体の他端同士を接続していることを特徴とする無線装置。
2. 前記中心導体が、当該中心導体の管内波長λｇ′の略λｇ′／４の奇数倍の線路長を有する一端開放の中心導体であることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。

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