JP4452865B2 - 無線ｉｃタグ装置及びｒｆｉｄシステム - 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無線ＩＣタグ装置、及び、それを備えたＲＦＩＤシスに関する。

近年、ＲＦＩＤシステムにおける無線ＩＣタグは、物品のトレーサビリティ利用や、ユビキタス通信社会の構築などの重要素子として注目されている。

現在のところ、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・安全確保などの多くの分野で活用されており、更なる応用が検討されている。無線ＩＣタグは、利用形態により様々な特性・形状が要求されることから、各種の無線ＩＣタグが開発されている。

ＲＦＩＤシステムは、情報の読み書き機能を持つリーダ（質問器）と、無線ＩＣタグ（応答器）によって構成されている（例えば、特許文献１参照）。無線ＩＣタグの一般的な構成例を図１２に示す。図１２に示す無線ＩＣタグ４は、誘電体基板４１上に形成されたタグアンテナ４２（ダイポールアンテナ）と、そのタグアンテナ４２のアンテナ給電点に実装されたタグＩＣ４３によって構成されている。

このようなダイポールアンテナを有する無線ＩＣタグでは、ダイポールアンテナのアンテナ長を信号周波数の等価波長（管内波長）λｇの半波長（λｇ／２）に設定することにより、良好な利得を得ることができる。なお、無線ＩＣタグのアンテナとしては、ダイポールアンテナのほか、例えば、メアンダラインアンテナなども適用されている（例えば、特許文献２参照）。

また、無線ＩＣタグ４に用いられるタグＩＣ４３は、例えば図１３に示すように、高周波信号の変復調器４３ａ、整流器４３ｂ、メモリ４３ｃ、及び、制御回路４３ｄ等よって構成されている。

以上の図１２に示す無線ＩＣタグ４において、タグアンテナ（ダイポールアンテナ）４２の放射電界分布は、アンテナ長軸をＸ軸とすると、電界成分ＥｔはＸ軸に平行となり、そのＸ軸を中心として全方向へ放射する。一方、Ｘ軸の軸方向に対しては電界成分の放射は生じない。なお、ＩＣタグ４３を含むタグアンテナ４２の近傍では、タグＩＣ４３やＩＣ接続部の形状的な不連続等により、Ｘ軸に対し平行とはならない電界成分も存在する。

そして、図１２に示す無線ＩＣタグ４を用いたＲＦＩＤシステムにおいては、リーダから放射された無線信号が、無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２により受信され、その信号がタグＩＣ４３に供給される。タグＩＣ４３では、図１３に示すように、受信信号にて発生する電流が整流器４３ｂに作用してタグＩＣ４３が起動する。そして、受信信号の一部が、タグＩＣ４３内のメモリ４３ｃに格納されているタグ情報に従って変復調器４３ａでデジタル変調され、変調された無線信号がタグアンテナ４２を介してリーダ側に返信される。リーダ側に返信された信号は、リーダのリーダアンテナで受信され、その応答信号をリーダにおいてデジタル復調することによりタグ情報を得る。
特開２００３−２４９８２０号公報（段落［０００３］） 特開２００２−１４１７２７号公報

ところで、無線ＩＣタグにおいて重要な条件は、リーダと無線ＩＣタグとの通信品質を高めるために高感度であること、及び、金属体を含む、あらゆる物体に対してタグ特性を劣化させることなく実装可能であることである。また、無線ＩＣタグの実装において、その取り付け方向を意識することなく装着するために、円偏波信号波を効率よく受送信できることも要求される。さらに、無線ＩＣタグは、小型で薄いこと、及び、構成が簡単で安価に形成できることも要求される。また、一般的な無線ＩＣタグにおいては、より多くの利用形態に対応して特性を簡単に変化させることが可能であることが好ましく、これらを実現することも重要である。

しかしながら、図１２のようなダイポールアンテナを利用した一般的な無線ＩＣタグは小型で安価であるが、通信感度は低いという問題がある。また、各種の金属筐体・物品、コンテナ、液体で充填された容器などに実装する場合は、それらの影響を受けてしまい、ＲＦＩＤシステムの通信品質に悪影響が及ぶという問題もある。

本発明はそのような問題を解消するためになされたもので、簡単な構成のもとに高感度を実現することができ、しかも、金属で構成される物品・筐体、コンテナ、液体で充填された容器などの各種の物体への実装も可能な無線ＩＣタグ装置を提供すること、及び、そのような特徴を有する無線ＩＣタグ装置を備えたＲＦＩＤシステムを提供することを目的とする。

本発明の無線ＩＣタグ装置は、第１及び第２の面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の第２の面に形成された接地導体と、前記誘電体基板の第１の面に形成され、共振周波数で平面共振する複数のパッチ導体と、タグアンテナ及びタグＩＣからなる無線ＩＣタグとを備え、前記複数のパッチ導体のうち、少なくとも２つのパッチ導体は電気的に非接触な状態で配置されているとともに、前記無線ＩＣタグは、前記少なくとも２つのパッチ導体の上側または下側で当該少なくとも２つのパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分を前記タグアンテナが受信できる位置に配置されていることを特徴としており、より具体的には、無線ＩＣタグを、その一部が前記少なくとも２つのパッチ導体の上側または下側で当該パッチ導体と重なる位置、または、前記少なくとも２つのパッチ導体間の位置に配置している点に特徴がある。

この発明の無線ＩＣタグ装置によれば、誘電体基板に接地導体と複数のパッチ導体とを形成し、それら複数のパッチ導体のうち、少なくとも２つのパッチ導体を電気的に非接触の状態で配置しているので、無線信号（例えばリーダから送られた信号波）が前記少なくとも２つのパッチ導体で平面共振し、これと同時に放射される強い電界成分が無線ＩＣタグのタグアンテナに作用してタグアンテナ内に強い電流が流れる。その結果として、高感度の無線ＩＣタグ装置を実現することができる。さらに、誘電体基板の片面（第２の面）に接地導体が形成されているので、接地導体側に電波（電界成分）の放射がなく、従って、誘電体基板の接地導体形成面側を物体への実装面とすることにより、金属で構成される物体や液体を収容する容器等への実装も可能になる。

しかも、この発明の無線ＩＣタグ装置では、誘電体基板の２つの面にパッチ導体と接地導体とを形成した構造（電波偏波変換共振反射器）を付加するたけで、簡単な構成のもとに、上記した作用効果を達成することができる。

なお、この発明の無線ＩＣタグ装置において、誘電体基板の第１の面に２つのパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成して無線ＩＣタグ装置を構成してもよいし、誘電体基板の第１の面に３つ以上のパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成して無線ＩＣタグ装置を構成してもよい。誘電体基板に３つ以上のパッチ導体を形成する場合においても、３つ以上のパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナで効率良く受信できる位置に無線ＩＣタグを配置する。

本発明の無線ＩＣタグ装置は、第１及び第２の面を有する複数の誘電体基板と、その各誘電体基板の第２の面に形成された接地導体と、前記各誘電体基板の第１の面に形成され、共振周波数で平面共振する１つまたは複数のパッチ導体と、タグアンテナ及びタグＩＣからなる無線ＩＣタグとを備え、前記複数の誘電体基板のうち、少なくとも２つの誘電体基板は、その一方の誘電体基板のパッチ導体と他方の誘電体基板のパッチ導体とが電気的に非接触な状態となるように配置されているとともに、前記無線ＩＣタグは、前記少なくとも２つの誘電体基板のパッチ導体の上側または下側で、それら少なくとも２つのパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分を前記タグアンテナが受信できる位置に配置されていることを特徴としており、より具体的には、無線ＩＣタグを、その一部が前記少なくとも２つのパッチ導体の上側または下側で当該パッチ導体と重なる位置、または、前記少なくとも２つのパッチ導体間の位置に配置している点に特徴がある。

この発明の無線ＩＣタグ装置によれば、独立した複数の誘電体基板にそれぞれ接地導体とパッチ導体とを形成し、それら複数の誘電体基板のうち、少なくとも２つの誘電体基板のパッチ導体を電気的に非接触の状態で配置しているので、無線信号（例えばリーダから送られた信号波）が、少なくとも２つの誘電体基板のパッチ導体（少なくとも２つのパッチ導体）で平面共振し、これと同時に放射される強い電界成分が無線ＩＣタグのタグアンテナに作用して、タグアンテナ内に強い電流が流れる。その結果として、高感度の無線ＩＣタグ装置を実現することができる。さらに、誘電体基板の片面（第２の面）に接地導体が形成されているので、接地導体側に電波（電界成分）の放射がなく、従って、誘電体基板の接地導体形成面側を物体への実装面とすることにより、金属で構成される物体や液体を収容する容器等への実装も可能になる。

しかも、この発明の無線ＩＣタグ装置では、誘電体基板の２つの面にパッチ導体と接地導体とを形成した構造（電波偏波変換共振反射器）を付加するたけで、簡単な構成のもとに、上記した作用効果を達成することができる。

なお、この発明の無線ＩＣタグ装置において、パッチ導体と接地導体が形成された２つの誘電体基板で無線ＩＣタグ装置を構成してもよいし、パッチ導体と接地導体が形成された３つ以上の誘電体基板で無線ＩＣタグ装置を構成してもよい。２つの誘電体基板で無線ＩＣタグ装置を構成する場合、そのいずれか一方もしくは双方の誘電体基板に複数のパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成してもよい。この場合、２つの誘電体基板に形成された複数（３つ以上）のパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナで効率良く受信できる位置に無線ＩＣタグを配置する。また、３つ以上の誘電体基板で無線ＩＣタグ装置を構成する場合も、同様に、１つもしくは複数の誘電体基板にそれぞれ複数のパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成し、これら３つ以上の誘電体基板に形成した複数（４つ以上）のパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナで効率良く受信できる位置に無線ＩＣタグを配置するようにしてもよい。

ここで、本出願人らは、通信感度が高くて、金属物体にも実装することが可能な無線ＩＣタグ装置を既に提案している（特願２００４−１１４４２６）。

この提案技術（以下、「先行技術１」という）では、図１４に示すように、誘電体基板５０１の下面に接地導体５０３を形成し、誘電体基板５０１の上面に２つ（もしくは複数）のパッチ導体５０２Ａ，５０２Ｂを形成するとともに、それら２つのパッチ導体５０２Ａ，５０２Ｂを、１／２波長（λｇ／２）の電気長を有する接続伝送線路（ストリップ導体を含むマイクロストリップ線路）５１０で電気的に接続することにより電波偏波変換共振反射器Ｄ５を構成し、この電波偏波変換共振反射器Ｄ５に無線ＩＣタグ４を組み合わせることで、簡単な構造で高感度な無線ＩＣタグ装置Ｔ５を実現している。

しかし、このような先行技術１では、通信感度向上のために、１／２波長の接続伝送線路を用いているので、無線ＩＣタグ装置の形状・寸法を小さくするには限界がある。また、製作に際して、２つ（もしくは複数）のパッチ導体と接続伝送線路との一体形成（同時形成）が必要であるため、タグの大きさや、必要な感度及び用途等を考慮した適切な無線ＩＣタグ装置を設計・製作することが困難であるいう課題がある。

これに対し、本発明の無線ＩＣタグ装置では、上述したように、誘電体基板（１つの誘電体基板）に電気的に非接触の状態で配置された２つのパッチ導体が共振周波数で平面共振する構造、または、個別の誘電体基板（２つの誘電体基板）にパッチ導体を形成し、それら２つのパッチ導体が共振周波数で平面共振する構造を採用しているので、１／２波長の接続伝送線路を用いることなく、２つのパッチ導体の平面共振による効果（タグアンテナ内に流れる電流を強くする効果）を利用して高感度化を達成することができる。従って、本発明の無線ＩＣタグ装置は、先行技術１と比較して、装置の小型化及び製作性の点で優れている。

本発明の無線ＩＣタグ装置は、第１及び第２の面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の第２の面に形成された接地導体と、前記誘電体基板の第１の面に形成され、共振周波数で平面共振するパッチ導体と、タグアンテナ及び少なくとも高周波信号の変復調器をその構成に含むタグＩＣからなる無線ＩＣタグとを備え、前記無線ＩＣタグは、前記パッチ導体の下側（誘電体基板側）で、タグアンテナの全てが当該パッチ導体とは重なり合わない状態で配置されていることを特徴としている。

この発明の無線ＩＣタグ装置によれば、無線信号（例えばリーダから送られた信号波）がパッチ導体と接地導体との間で共振し、この共振により接地導体からパッチ導体に向かう方向あるいは逆方向に電界成分が放射され、その電界成分が無線ＩＣタグのタグアンテナに作用するので、タグアンテナ内に流れる電流が強くなる。その結果として、高感度の無線ＩＣタグ装置を実現することができる。

また、この発明の無線ＩＣタグ装置では、無線ＩＣタグを、パッチ導体の下側（誘電体基板側）に配置しているので、無線ＩＣタグ装置の薄型化を達成できる。さらに、パッチ導体の表面側には突起物を無くすことができるので、外部物体による無線ＩＣタグの物理的損傷を防ぐことができる。また、無線ＩＣタグを、誘電体基板の内部に埋め込むことにより、タグＩＣの静電気による破損を防止することも可能になる。

さらに、この発明の無線ＩＣタグ装置では、誘電体基板の２つの面にパッチ導体と接地導体とを形成した構造（電波偏波変換共振反射器）を付加するたけで、簡単な構成のもとに、上記した作用効果を達成することができる。

ここで、本発明の無線ＩＣタグ装置において、誘電体基板の第１の面（例えば上面）と第２の面（例えば下面）とは平行であることが好ましいが、誘電体基板の第１の面が第２の面に対して傾斜する形状の誘電体基板を用いても本発明を実施することは可能である。

本発明のＲＦＩＤシステムは、前記した特徴を有する無線ＩＣタグ装置と、無線信号により前記無線ＩＣタグ装置の蓄積情報を読み書きするリーダによって構成されていることを特徴としている。

本発明の無線ＩＣタグ装置によれば、１つの誘電体基板に形成した２つのパッチ導体、または、独立した誘電体基板に形成した少なくとも２つのパッチ導体の強い平面共振を利用して無線ＩＣタグのタグアンテナに流れる電流を強くしているので、小型で高感度の無線ＩＣタグ装置を実現することができる。さらに、誘電体基板に接地導体を形成しているので、無線ＩＣタグ装置を、金属で構成される物体や液体を収容する容器などに実装することも可能になる。

本発明の無線ＩＣタグ装置によれば、誘電体基板にパッチ導体と接地導体とを形成した構造と無線ＩＣタグとを組み合わせるとともに、無線ＩＣタグを、パッチ導体の誘電体基板側に、そのタグアンテナの全てが当該パッチ導体と重なり合わないような状態で配置し、その重なり合わない部分のタグアンテナで、パッチ導体の平面共振による電界放射を受信するため、小型で高感度の無線ＩＣタグ装置を実現することができる上、無線ＩＣタグの物理的損傷、及び、タグＩＣの静電気による破損を防ぐことができる。さらに、誘電体基板に接地導体を形成しているので、無線ＩＣタグ装置を、金属で構成される物体や液体を収容する容器などに実装することも可能になる。

そして、以上のような特徴を有する無線ＩＣタグ装置を使用することにより、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・安全確保などの各種分野において、通信の感度が高くて通信の信頼性に優れたＲＦＩＤシステムを簡単に構築することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
図１は本発明の無線ＩＣタグ装置の一例を示す平面図である。図２は図１のＩ−Ｉ断面図である。

この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ１は、平板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の上面（第１の面）１ａに形成された２つの矩形状のパッチ導体２Ａ，２Ｂと、誘電体基板１の下面（第２の面）１ｂの全面に形成された接地導体３と、無線ＩＣタグ４と、無線ＩＣタグ４を載置する誘電体台５とを備えており、上記誘電体基板１に形成された２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂ及び接地導体３によって電波偏波変換共振反射器Ｄ１が構成されている。

この例では、電波偏波変換共振反射器Ｄ１が、楕円偏波の軸比が無限大となる直線偏波信号に有効に作用する例を示している。なお、円偏波信号を受送信する場合には、円偏波用の電波偏波変換共振反射器を使用する。その構成については後述する。

無線ＩＣタグ４は、図１２に示すものと同じ構造であり、誘電体基板４１上に形成されたタグアンテナ（ダイポールアンテナ）４２と、そのタグアンテナ４２のアンテナ給電点に実装されたタグＩＣ４３によって構成されている。

そして、この例では、電波放射導体となる２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂを、１／２波長線路（図１４参照）にて接続せずに、２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂを接近した状態（電気的に非接触の状態）で配置するとともに、それら互いに独立した２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂ間に無線ＩＣタグ４を配置し、２つパッチ導体２Ａ，２Ｂから放射される電磁界成分を無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２で受信するように構成することで、通信感度を高めている点に特徴がある。

ここで、図１及び図２に示す構造において、パッチ導体２Ａ，２Ｂ間の間隔ｄは、信号周波数（通信周波数）の１／２波長（λｇ／２）よりも短い間隔とすることが望ましく、従って、図１及び図２に示す構造を採用することで、簡単な構成のもとに高感度化を達成できる上、無線ＩＣタグ装置Ｔ１全体の寸法・形状を小さくすることができる。

なお、図１及び図２の構造において、無線ＩＣタグ装置Ｔ１の高感度化を図るために、誘電体基板１上の２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂのいずれか一方もしくは双方に、これら２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂとは異なる他のパッチ導体（誘電体基板１の上面１ａに形成）を、１／２波長の電気長を有する接続伝送線路（マイクロストリップ線路）によって接続するようにしてもよい。

次に、無線ＩＣタグ４の実装位置に関して説明する。

図１及び図２において、パッチ導体２Ａ，２Ｂの縦幅ｗの中心を通る軸をＸ軸とし、そのＸ軸上で２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂ間の中央においてＸ軸と直交する縦軸をＹ軸とする。これらＸ軸、Ｙ軸の交点を通り紙面と直交する軸をＺ軸とする。

図１及び図２に示すように、誘電体板１の上面１ａに形成された２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂの上に誘電体台５が設けられており、その誘電体台５の上に無線ＩＣタグ４が実装されている。無線ＩＣタグ４は、タグアンテナ４２のアンテナ長軸がＸ軸に対し平行となるように配置されている。なお、無線ＩＣタグ４の両端部（Ｘ方向における両端部）は、無線ＩＣタグ４のタグアンテナの形態に応じて、パッチ導体２Ａ，２Ｂ上に重なった状態で配置されていてもよいし、パッチ導体２Ａ，２Ｂには重ならない状態で配置されていてもよい。

そして、無線ＩＣタグ４の位置は、パッチ導体２Ａ，２Ｂの共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナ４２が効率よく受信できるような位置に配置する。なお、無線ＩＣタグ４の最適配置位置は、無線ＩＣタグ装置Ｔ１の通信感度が最大となるような位置を実験的に求めればよい。

無線ＩＣタグ４を載置する誘電体台５は、無線ＩＣタグ装置Ｔ１として通信感度が最大となるように、パッチ導体２Ａ，２Ｂの上面または誘電体基板１の上面に対する無線ＩＣタグ４の最適距離（Ｚ方向の距離）を規定するために用いられる。また、無線ＩＣタグ４のアンテナ形態により、タグアンテナ４２とパッチ導体２Ａ，２Ｂとが直接接触した状態となったときに、タグＩＣ４３が直流的に短絡され、タグＩＣ４３が動作不可能となることを回避する際にも用いられる。なお、無線ＩＣタグ４の構成によっては誘電体台５を省略してもよい。

−無線ＩＣタグ装置の動作−
次に、無線ＩＣタグ装置Ｔ１の動作について説明する。

まず、図１及び図２において無線ＩＣタグ４を取り外した状態を想定する。その状態を図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す。

図３において、２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂは、Ｘ軸の両端で開放境界となり、誘電体基板１を介して接地導体３と各パッチ導体２Ａ，２Ｂとの間で形成される平面回路おいて、各パッチ導体２Ａ，２Ｂの長さＬを、使用する信号周波数Ｆ０に対する等価波長（管内波長）λｇの略１／２に設定する。このとき、２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂは信号周波数Ｆ０で平面回路共振を伴う。なお、図３の破線は電界成分Ｅを示す。

このような誘電体基板１に形成された２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂ及び接地導体３によって構成される電波偏波変換共振反射器Ｄ１は、２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂに対して到来するＸ軸方向の電界成分を有する直線偏波信号成分に対して効果的に共振する。そして、到来する信号波が２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂで共振を呈したとき、共振電磁界における電界成分Ｅは、図３の破線で示すような分布となり、共振と同時に電界成分Ｅが放射される。この放射された電界成分Ｅは、パッチ導体２Ａ，２Ｂの上方向と、横方向及び斜め上方向に向かって放射される。

ここで、２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂが近接して配置されている場合、それら２つのパッチ導体２Ａとパッチ導体２Ｂとは同程度の強さで同様な方向で電磁界が分布する。さらに、それら２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂのうち、一方のパッチ導体２Ａの右側開放端と、他方のパッチ導体２Ｂの左側開放端から共振し、その各共振によって放射される電界成分Ｅの方向は互いに逆向きとなる。それら電界成分Ｅは、無線ＩＣタグ４を配置したとき、当該無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２に発生する電流は同方向となって強め合い、タグアンテナ４２に強い電流を流す。

次に、電波偏波変換共振反射器Ｄ１において、パッチ導体２Ａ，２Ｂの上側に無線ＩＣタグ４を配置した状態（図１及び図２の状態）について説明する。

まず、無線ＩＣタグ４を、タグアンテナ４２のアンテナ長軸が、電波偏波変換共振反射器Ｄ１のＸ軸と平行となるように配置すると、無線ＩＣタグ４の放射電界ＥｔはＸ軸と平行となる。このとき、タグアンテナ４２に対し、図中左側からは主にパッチ導体２Ａの放射電界が作用（受信）し、図中右側からはパッチ導体２Ｂの放射電界が作用（受信）してタグアンテナ４２に電流が誘起される。それら２つのパッチ導体２Ａとパッチ導体２Ｂからの放射電界成分の方向は、Ｘ軸と平行に置かれた無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２のアンテナ長軸と同方向であり、その電界成分Ｅを受けるので、タグアンテナ４２内に誘起される電流は加算されてより強い電流が流れる。このように、１つのパッチ導体を用いた場合に比べて、２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂの共振・放射する電界成分を利用することにより、タグＩＣ４３内には、強い電流が発生し、無線ＩＣタグ４の動作がより確実なものとなる。

−ＲＦＩＤ−
図１及び図２に示す無線ＩＣタグ装置Ｔ１を用いて図１１に示すようなシステム、つまり、リーダ１０１、リーダアンテナ１０２、及び、無線ＩＣタグ装置Ｔ１によって構成されるＲＦＩＤシステムを構築することができる。そのＲＦＩＤ動作について説明する。

まず、リーダ１０１から送られた信号波は、電波偏波変換共振反射器Ｄ１で平面共振する。この平面共振により共振電磁界が発生すると同時に、共振電磁界が放射される。放射された電界成分Ｅは、放射方向に沿って配置された無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２に作用し、タグアンテナ４２内に電流を発生させる。このとき、上記したように、１つのタグアンテナ４２の両側で、それぞれ独立した２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂからの放射電界成分を取り込んで加算するため、タグアンテナ４２内を流れる電流は、１つのパッチ導体の場合よりも強くなる。

そして、タグアンテナ４２内を流れる電流が、タグＩＣ４３内の整流器４３ｂ（図１３参照）に作用しタグＩＣ４３の駆動電圧を発生させる。これによってタグＩＣ４３が起動し、タグアンテナ４２内を流れる電流はメモリ４３ｃ（図１３参照）内の情報で変調される。タグアンテナ４２で変調を伴った信号電流は、当該タグアンテナ４２と平行な放射電界Ｅｔを発生し放射する。このようにして無線ＩＣタグ４から放射された変調信号波は、上記説明と逆の過程をたどり、電波偏波変換共振反射器Ｄ１を介してリーダ１０１のリーダアンテナ１０２に送出される。リーダ１０１では、この信号波を受信・復調し、無線ＩＣタグ４内のメモリ情報が認識される。

以上のように、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ１によれば、ＲＦＩＤ動作において、リーダ１０１から送られた信号波が、電波偏波変換共振反射器Ｄ１の２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂによる共振によって、無線ＩＣタグ４に、より強い信号波を与えることができるので、通信感度を高めることができ、通信距離を延長することができる。

さらに、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ１では、誘電体基板１の片側（下面）に接地導体３が形成されているので、接地導体３側へは電波放射がなく、従って、誘電体基板１の接地導体形成面側を物体への実装面とすることにより、金属で構成される物体や液体を収容する容器等への実装も可能になる。

また、以上の無線ＩＣタグ装置Ｔ１においては、一般的な無線ＩＣタグ４を利用することが可能であるので、無線ＩＣタグ４を単独で使用する形態、もしくは、図１及び図２の構造のように、電波偏波変換共振反射器Ｄ１と組み合わせた形態で使用することが可能となり、これにより、１つの無線ＩＣタグ４を用途に合わせて幅広く活用できるという利点もある。

ここで、以上の実施形態では、直線偏波信号を送受信する例を示したが、本発明はこれに限られることなく、円偏波信号を受送信する場合にも本発明を適用することができる。その具体的な構造の例を図４に示す。

この図４の構造では、誘電体基板１の上面１ａに形成する２つのパッチ導体を、略正方形で互いに対向する一対の角部（対角部）にそれぞれ切欠き（面取り）Ｃ１を設けたパッチ導体１２Ａ，１２Ｂとすることにより、円偏波信号に有効に作用する電波偏波変換共振反射器Ｄ１１を構成している点に特徴がある。他に円偏波信号に有効なパッチ導体としては、上記した先行技術１で示されているような各種の形状のものを利用できる。

なお、以上の実施形態では、無線ＩＣタグ４をパッチ導体２Ａ，２Ｂの上側に配置しているが、これに限られることなく、後述する図９に示すように、無線ＩＣタグ４をパッチ導体２Ａ，２Ｂの下側に配置してもよい。この場合、無線ＩＣタグ４の物理的損傷、及び、タグＩＣ４３の静電気による破損を防ぐことができる。

以上の実施形態では、直線偏波に効果的に共振するλｇ／２長の両端開放パッチ導体を用いた例を示したが、この場合、通常よく知られているように、図３（Ｂ）に示すパッチ導体２Ａ，２Ｂの中央部Ｐ点上ではパッチ導体２Ａ，２Ｂと接地導体３との間の電圧は０となる。従って、各パッチ導体２Ａ，２Ｂの中央部Ｐ点で、Ｙ軸方向に沿って、パッチ導体２Ａ，２Ｂと接地導体３とを短絡してパッチ導体長をλｇ／４とすれば、無線ＩＣタグ装置Ｔ１の更なる小型化を図ることができる。この場合、図示は省略するが、一端開放で一端短絡のパッチ導体２Ａとパッチ導体２Ｂが対向する端部間（開放端の対向間）に無線ＩＣタグ４を配置する。

以上の実施形態では、誘電体基板１の上面１ａに２つのパッチ導体２Ａ，２Ｂを電気的に非接触の状態で形成しているが、パッチ導体の配置には他の様々な形態が考えられる。具体的には、例えば、誘電体基板１の上面１ａに３つ以上のパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成し、それら３つ以上のパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナで効率良く受信できる位置に無線ＩＣタグを配置するというような形態を挙げることができる。

＜実施形態２＞
図５は本発明の無線ＩＣタグ装置の他の例を示す平面図である。図６は図５のＪ−Ｊ断面図である。

この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ２は、平板状の２枚の誘電体基板２１Ａ，２１Ｂと、その各誘電体基板２１Ａ，２１Ｂの上面（第１の面）２１Ａａ，２１Ｂａにそれぞれ形成された矩形状のパッチ導体２２Ａ，２２Ｂと、各誘電体基板２１Ａ，２１Ｂの下面（第２の面）２１Ａｂ，２１Ｂｂの全面にそれぞれ形成された接地導体２３Ａ，２３Ｂと、無線ＩＣタグ４と、無線ＩＣタグ４を載置する誘電体台２５とを備えている。

以上の２枚の誘電体基板２１Ａ，２１Ｂのうち、一方の誘電体基板２１Ａに形成されたパッチ導体２２Ａ及び接地導体２３Ａによって電波偏波変換共振反射器Ｄ２１が構成され、他方の誘電体基板２１Ｂに形成されたパッチ導体２２Ｂ及び接地導体２３Ｂによって電波偏波変換共振反射器Ｄ２２が構成されている。そして、この例では、それら２つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２を近接した状態で配置している点に特徴がある。

なお、この例においても、電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２が、楕円偏波の軸比が無限大となる直線偏波信号に有効に作用する例を示している。

無線ＩＣタグ４は、図１２に示すものと同じ構造であり、誘電体基板４１上に形成されたタグアンテナ（ダイポールアンテナ）４２と、そのタグアンテナ４２のアンテナ給電点に実装されたタグＩＣ４３によって構成されている。

次に、この例の無線ＩＣタグ４の実装位置に関して説明する。

図５及び図６において、パッチ導体２２Ａ，２２Ｂの縦幅ｗの中心を通る軸をＸ軸とし、そのＸ軸上で２つのパッチ導体２２Ａ，２２Ｂ間の中央においてＸ軸と直交する縦軸をＹ軸とする。これらＸ軸、Ｙ軸の交点を通り紙面と直交する軸をＺ軸とする。

図５及び図６に示すように、誘電体板２１Ａ，２１Ｂの上面に形成されたパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの上に誘電体台２５が設けられており、その誘電体台２５の上に無線ＩＣタグ４が実装されている。無線ＩＣタグ４は、タグアンテナ４２のアンテナ長軸がＸ軸に対し平行となるように配置されている。なお、無線ＩＣタグ４の両端部（Ｘ方向における両端部）は、無線ＩＣタグ４のタグアンテナの形態に応じて、パッチ導体２２Ａ，２２Ｂ上に重なった状態で配置されていてもよいし、パッチ導体２２Ａ，２２Ｂには重ならない状態で配置されていてもよい。

そして、無線ＩＣタグ４の位置は、パッチ導体２２Ａ，２２Ｂの共振と同時に放射される電界成分を無線ＩＣタグ４内のタグアンテナ４２が効率よく受信できるような位置に配置する。なお、無線ＩＣタグ４の最適配置位置は、無線ＩＣタグ装置Ｔ２の通信感度が最大となるような位置を実験的に求めればよい。

無線ＩＣタグ４を載置する誘電体台２５は、無線ＩＣタグ装置Ｔ２として通信感度が最大となるように、パッチ導体２２Ａ，２２Ｂの上面または誘電体基板２１Ａ，２１Ｂの上面に対する無線ＩＣタグ４の最適距離（Ｚ方向の距離）を規定するために用いられる。また、無線ＩＣタグ４のアンテナ形態により、タグアンテナ４２とパッチ導体２１Ａ，２１Ｂとが直接接触した状態となったときに、タグＩＣ４３が直流的に短絡され、タグＩＣ４３が動作不可能となることを回避する際にも用いられる。なお、無線ＩＣタグ４の構成によっては誘電体台２５を省略してもよい。

−無線ＩＣタグ装置の動作−
次に、無線ＩＣタグ装置Ｔ２の動作について、図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら説明する。図７には無線ＩＣタグ４を取り外した状態を示している。

まず、図７において、各パッチ導体２２Ａ，２２Ｂは、Ｘ軸の両端で開放境界となり、それぞれ、誘電体基板２１Ａ，２１Ｂを介して接地導体２３Ａ，２３Ｂとパッチ導体２２Ａ，２２Ｂとの間で形成される平面回路おいて、各パッチ導体２２Ａ，２２Ｂの長さＬを、使用する信号周波数Ｆ０に対する等価波長（管内波長）λｇの略１／２に設定すると、各パッチ導体２２Ａ，２２Ｂは信号周波数Ｆ０で平面回路共振を伴う。なお、図７の破線は共振による電界成分Ｅを示す。

図７において、例えば、電波偏波変換共振反射器Ｄ２２を取り外した状態で信号波を受けると、電波偏波変換共振反射器Ｄ２１においては、図７の破線Ｅで示した電界成分が共振し電界成分が同時に放射される。この状態で、無線ＩＣタグ４を電波偏波変換共振反射器Ｄ２１上に配置したとき、無線ＩＣタグ４は、その共振・放射電界を受けて動作する。このとき、無線ＩＣタグ４のタグアンテナ（ダイポールタグアンテナ）４２のアンテナ長軸は電界成分Ｅと平行であるので、タグアンテナ４２内に信号電流が流れタグＩＣ４３が動作する。

次に、図７に示すように、電波偏波変換共振反射器Ｄ２１及び無線ＩＣタグ４に電波偏波変換共振反射器Ｄ２２を近接して配置し、これら電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２で信号波を受けると、その各電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２のパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの平面共振により電波成分Ｅが放射される。これらパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの平面共振にて放射された電界成分Ｅは同じ強さで、Ｚ軸からみれば互いに逆向きの分布となるため、それら電界成分Ｅにより無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２に発生する電流は同方向となり強め合う。その結果として、無線ＩＣタグ４のタグＩＣ４３にはより強い信号波が供給され、無線ＩＣタグ装置Ｔ２の全体として、より高感度特性を発揮することができる。

なお、この例の場合も、電波偏波変換共振反射器Ｄ２１のパッチ導体２２Ａと電波偏波変換共振反射器Ｄ２２のパッチ導体２２Ｂとの距離（間隔）は、λｇ／２長よりも短くすることが好ましい。

−ＲＦＩＤ動作−
図５及び図６に示す無線ＩＣタグ装置Ｔ２を用いて図１１に示すようなシステム、つまり、リーダ１０１、リーダアンテナ１０２、及び、無線ＩＣタグ装置Ｔ２によって構成されるＲＦＩＤシステムを構築することができる。そのＲＦＩＤ動作について説明する。

まず、リーダ１０１から送られた信号波は各電波偏波変換共振反射器Ｄ２１、Ｄ２２で平面共振する。この平面共振により共振電磁界が発生するとともに、その共振電磁界が放射される。放射された電界成分Ｅは、放射方向に沿って配置された無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２に作用し、タグアンテナ４２内に電流を発生させる。このとき、上記したように、独立した２つのパッチ導体２２Ａ，２２Ｂから放射した電界成分Ｅによってタグアンテナ４２内を流れる電流は、１つのパッチ導体の場合よりも強くなる。

そして、タグアンテナ４２内を流れる電流が、タグＩＣ４３内の整流器４３ｂ（図１３参照）に作用し、タグＩＣ４３の駆動電圧を発生させる。これによってタグＩＣ４３が起動しタグアンテナ４２内を流れる電流はメモリ４３ｃ（図１３参照）内の情報で変調される。タグアンテナ４２で変調を伴った信号電流は、当該タグアンテナ４２と平行な放射電界を発生し放射する。このようにして無線ＩＣタグから放射された変調信号波は、上記説明と逆の過程をたどり、電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２を介してリーダ１０１のリーダアンテナ１０２に送出される。リーダ１０１では、この信号波を受信・復調し、無線ＩＣタグ４内のメモリ情報が認識される。

以上のように、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ２によれば、ＲＦＩＤ動作において、リーダから送られた信号波が、２つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２の各パッチ導体２２Ａ，２２Ｂによる共振により、無線ＩＣタグ４により強い信号波を与えることができるので、通信感度を高めることができ、通信距離を延長することができる。

さらに、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ２では、各誘電体基板２１Ａ，２１Ｂの片側（下面）に接地導体２３Ａ，２３Ｂが形成されているので、それら接地導体２３Ａ，２３Ｂ側には電波放射がなく、従って、各誘電体基板２１Ａ，２１Ｂの接地導体形成面側を物体への実装面（接地面）とすることにより、金属で構成される物体や液体を収容する容器等への実装も可能になる。なお、各電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２の接地面は、同一平面とする必要はなく、２つのパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの面が互いに異なる向きとなるように設置すれば、無線ＩＣタグ装置としての放射特性を変更することが可能になる。

また、以上の無線ＩＣタグ装置Ｔ２においては、一般的な無線ＩＣタグ４を利用することが可能であるので、無線ＩＣタグ４を単独で使用する形態、もしくは、図５及び図６の構造のように、２つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２と組み合わせた形態で使用することが可能となり、これにより、１つの無線ＩＣタグ４を用途に合わせて幅広く活用できるという利点もある。

さらに、以上の無線ＩＣタグＴ２では、２つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２を分割することが可能であるので、それら２つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２うち、いずれか１つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１またはＤ２２を用いて無線ＩＣタグ装置を構成する場合と、２つの電波偏波変換共振反射器Ｄ２１，Ｄ２２を用いて無線ＩＣタグ装置を構成する場合のいずれかを選択することが可能になる。これにより、利用形態（例えば使用目的や性能）に合わせた無線ＩＣタグ装置を容易に実現することができる。

ここで、以上の実施形態では、直線偏波信号を送受信する例を示したが、本発明はこれに限られることなく、円偏波信号を受送信する場合にも本発明を適用することができる。その場合、各パッチ導体２２Ａ，２２Ｂを、上記した図４に示すように、略正方形で互いに対向する一対の角部（対角部）にそれぞれ切欠き（面取り）Ｃ１を設けたパッチ導体とすればよい。

なお、以上の実施形態では、無線ＩＣタグ４をパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの上側に配置しているが、これに限られることなく、後述する図９に示すように、無線ＩＣタグ４をパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの下側に配置してもよい。この場合、無線ＩＣタグ４の物理的損傷、及び、タグＩＣ４３の静電気による破損を防ぐことができる。

以上の実施形態では、直線偏波に効果的に共振するλｇ／２長の両端開放パッチ導体を用いた例を示したが、この場合、通常よく知られているように、図７（Ｂ）に示すパッチ導体２２Ａ，２２Ｂの中央部Ｐ点上ではパッチ導体２２Ａ，２２Ｂと接地導体２３Ａ，２３Ｂとの間の電圧は０となる。従って、各パッチ導体２２Ａ，２２Ｂの中央部で、これら２つのパッチ導体２２Ａ，２２Ｂと接地導体２３Ａ，２３Ｂとの間を短絡してパッチ導体長をλｇ／４とすれば、無線ＩＣタグ装置Ｔ２の更なる小型化を図ることができる。この場合、図示は省略するが、一端開放で一端短絡のパッチ導体２２Ａとパッチ導体２２Ｂが対向する端部間（開放端の対向間）に無線ＩＣタグ４を配置する。

以上の実施形態では、パッチ導体２２Ａ，２２Ｂ及び接地導体２３Ａ，２３Ｂが形成された２つの誘電体基板２１Ａ，２１Ｂを用いて無線ＩＣタグ装置Ｔ２を構成しているが、パッチ導体の配置には、他の様々な形態が考えられる。

具体的には、例えば２つの誘電体基板で無線ＩＣタグ装置を構成する場合、そのいずれか一方もしくは双方の誘電体基板に複数のパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成し、それら複数（３つ以上）のパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナで効率良く受信できる位置に無線ＩＣタグを配置する形態を挙げることができる。また、パッチ導体と接地導体が形成された３つ以上の誘電体基板で無線ＩＣタグ装置を構成するとともに、それら３つ以上の誘電体基板のいずれか１つもしくは複数の誘電体基板に複数のパッチ導体を電気的に非接触の状態で形成し、それら３つ以上の誘電体基板に形成した複数（４つ以上）のパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分をタグアンテナで効率良く受信できる位置に無線ＩＣタグを配置する形態などを挙げることができる。

以上の実施形態１、２では、タグアンテナとしてダイポールアンテナを用いた無線ＩＣタグを適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば、メアンダラインアンテナや折り返しダイポールアンテナを用いた無線ＩＣタグなど、直線偏波電界成分を有するものであれば各種のＩＣタグを利用することができる。

また、メアンダラインをタグアンテナとする無線ＩＣタグを用いた場合、アンテナ長が短くなるため、２つのパッチ導体の間隔を狭くすることができ、無線ＩＣタグ装置全体を更に小型化することができる。

＜実施形態３＞
図８は本発明の無線ＩＣタグ装置の他の例を示す平面図である。図９は図８のＫ−Ｋ断面図である。

この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ３は、平板状の誘電体基板３１と、誘電体基板３１の上面（第１の面）３１ａに形成された矩形状のパッチ導体３２と、誘電体基板３１の下面（第２の面）１ｂの全面に形成された接地導体３３と、無線ＩＣタグ４とを備えており、上記誘電体基板３１に形成されたパッチ導体３２及び接地導体３３によって電波偏波変換共振反射器Ｄ３が構成されている。

この例では、電波偏波変換共振反射器Ｄ３が、楕円偏波の軸比が無限大となる直線偏波信号に有効に作用する例を示している。

無線ＩＣタグ４は、図１２に示すものと同じ構造であり、誘電体基板４１上に形成されたタグアンテナ（ダイポールアンテナ）４２と、そのタグアンテナ４２のアンテナ給電点に実装されたタグＩＣ４３によって構成されている。

なお、この例においても、パッチ導体３２の長さＬを、使用する信号周波数Ｆ０に対する等価波長（管内波長）λｇの略１／２に設定している。

そして、誘電体基板３１には、パッチ導体３２の下部でＸ軸に沿って誘電体基板３１の端部まで一定幅で延びる空洞３１ｃが設けられており、その空洞３１ｃ内に無線ＩＣタグ４が挿入配置されている。無線ＩＣタグ４は、空洞３１ｃの内部に、タグアンテナ（ダイポールアンテナ）４２のアンテナ長軸がＸ軸と平行となるように配置されている。さらに、図８に示すように、タグアンテナ４２であるダイポールアンテナの図中左側の部分及びタグＩＣ４３が、パッチ導体３２の下側（誘電体基板３１側）に位置し、ダイポールアンテナの右側部分の大部分がパッチ導体３２とは重なり合わない状態（平面視でタグアンテナ４２の全てがパッチ導体３２の下側に重なり合わず外側に突出する状態）で配置されている。

−無線ＩＣタグ装置の動作−
この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ３の動作について図１０（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、図１０には無線ＩＣタグ４を取り除いた状態を示している。

まず、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、無線ＩＣタグ４を取り外している場合、リーダから送信された信号波はパッチ導体３２と接地導体３３と間で共振する。このときの共振電磁界のうち、電界成分の分布を電界成分Ｅとして示す。電界成分Ｅは、誘電体基板３１を介してパッチ導体３２と接地導体３３との間において、図中の破線Ｅで示すような分布となる。また、同時に電界成分Ｅは、パッチ導体３２の上方向と斜め上方向、そして誘電体基板３１の横方向に放射される。

次に、誘電体基板３１の空洞３１ｃに無線ＩＣタグ４を挿入配置した状態では、無線ＩＣタグ４の放射電界Ｅｔはタグアンテナ４２のアンテナ長軸と平行な放射特性を有するので、電波偏波変換共振反射器Ｄ３が共振し、同時に放射する電界成分Ｅのうち、誘電体基板３１内の横方向や斜め上方向でＸ軸に平行な電界成分Ｅをタグアンテナ４２が有効に捉えることができる。その結果として、無線ＩＣタグ４のタグアンテナ（ダイポールアンテナ）４２に電流が強く流れる。これにより、通信感度を高めることができ、通信距離を延長することができる。

ここで、図１０において、パッチ導体３２の下側に位置しているタグアンテナ部においては、共振電界ＥがＸ軸と直交するため、この部分の電界成分Ｅによるタグアンテナ４２に対する効果は小さい。このような点を考慮すると、パッチ導体３２の開放端から外側で誘電体基板３１の内部、もしくは、誘電体基板３１の表面近傍で共振・放射される電波信号波を無線ＩＣタグアンテナで捉えられるように、タグアンテナ４２の位置は、接地導体３３から離れた位置つまり誘電体基板３１の表面に近くなるような位置に配置することが好ましい。

−ＲＦＩＤ−
図８及び図９に示す無線ＩＣタグ装置Ｔ３を用いて図１１に示すようなシステム、つまり、リーダ１０１、リーダアンテナ１０２、及び、無線ＩＣタグ装置Ｔ３によって構成されるＲＦＩＤシステムを構築することができる。そのＲＦＩＤ動作について説明する。

まず、リーダ１０１から送られた信号波は、電波偏波変換共振反射器Ｄ３で平面共振する。この平面共振により共振電磁界が発生するとともに、その共振電磁界が放射される。放射された電界成分は、放射方向に沿って配置された無線ＩＣタグ４のタグアンテナ４２に作用し、タグアンテナ４２内に電流を発生させる。

そして、タグアンテナ４２内を流れる電流が、タグＩＣ４３内の整流器４３ｂ（図１３参照）に作用しタグＩＣ４３の駆動電圧を発生させる。これによってタグＩＣ４３が起動し、タグアンテナ４２内を流れる電流はメモリ４３ｃ（図１３参照）内の情報で変調される。タグアンテナ４２で変調を伴った信号電流は、当該タグアンテナ４２と平行な放射電界を発生させ放射する。このようにして無線ＩＣタグ４から放射された変調信号波は、上記説明と逆の過程をたどり、電波偏波変換共振反射器Ｄ３を介してリーダ１０１のリーダアンテナ１０２に送出される。リーダ１０１では、この信号波を受信・復調し、無線ＩＣタグ４内のメモリ情報が認識される。

以上のように、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ３によれば、ＲＦＩＤ動作において、リーダから送られた信号波が、電波偏波変換共振反射器Ｄ３のパッチ導体３２による共振によって、無線ＩＣタグ４に強い信号波を与えることができるので、高感度を実現することが可能になる。

また、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ３では、誘電体基板３１の片側（下面）に接地導体３が形成されているので、接地導体３側へは電波放射がなく、従って、誘電体基板３１の接地導体形成面側を物体への実装面とすることにより、金属で構成される物体や液体を収容する容器等への実装も可能になる。

さらに、この例の無線ＩＣタグ装置Ｔ３では、無線ＩＣタグ４を、パッチ導体３２の下側（誘電体基板３１側）に配置しているので、無線ＩＣタグ装置Ｔ３の薄型化を達成できる。また、パッチ導体３２の表面側には突起物を無くすことができるので、外部物体による無線ＩＣタグ４３の物理的損傷を防ぐことができる。さらに、無線ＩＣタグ４を、誘電体基板３１の空洞３１ｃ内部に配置しでいるので、タグＩＣ４３の静電気による破損を防止することも可能になる。

なお、以上の実施形態では、タグアンテナとしてダイポールアンテナを用いた無線ＩＣタグを適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば、メアンダラインアンテナや折り返しダイポールアンテナを用いた無線ＩＣタグなど、直線偏波電界成分を有するものであれば、各種のＩＣタグを利用することができる。

以上の実施形態では、誘電体基板３１に空洞３１ｃを設けて、その空洞３１ｃ内に無線ＩＣタグＴ３を配置しているが、これに限られることなく、無線ＩＣタグ４が、例えば誘電体フィルム等で形成されている場合、その無線ＩＣタグ４をパッチ導体と誘電体基板との間に挟み込むようにしてもよい。

ここで、以上の実施形態では、直線偏波信号を送受信する例を示したが、これに限られることなく、円偏波信号を受送信する場合にも本発明を適用することができる。その場合、パッチ導体３２を、上記した図４に示すように、略正方形で互いに対向する一対の角部（対角部）にそれぞれ切欠き（面取り）Ｃ１を設けたパッチ導体とすればよい。また、上記した先行技術１で示された他の形状のパッチ導体を利用することができる。

以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。

＜実施例１＞
上記した実施形態１の無線ＩＣタグ装置とその比較例の各性能を実験により評価した。ただし、実験には、２．４ＧＨｚ帯ＲＦＩＤシステムを用い、リーダの出力を２．４５ＧＨｚで３００ｍＷとすとともに、リーダアンテナには、利得１４ｄＢｉの円偏波アンテナを用いた。また、無線ＩＣタグとして、ポリプロピレン誘電体基板上にダイポールアンテナ（タグアンテナ）を形成し、そのダイポールアンテナの中央部にタグＩＣを実装した一般的な無線ＩＣタグを用いた。

−実験結果−
［比較例１−１］
まず、２．４５ＧＨｚにおいて、上記した無線ＩＣタグ単体の通信距離を、上記のリーダとリーダアンテナを用いて測定したところ、通信距離は８８ｃｍであった。

［比較例１−２］
次に、図４の構造において、パッチ導体１２Ｂを形成せずに、１つの円偏波用のパッチ導体１２Ａだけを形成して電波偏波変換共振反射器を構成し、そのパッチ導体１２Ａの上側に上記した無線ＩＣタグを搭載して無線ＩＣタグ装置を作製した。この無線ＩＣタグ装置の通信距離を、上記のリーダとリーダアンテナを用いて測定したところ、通信距離は２５２ｃｍに延長した。

このように通信距離が延びたのは、左旋円偏波信号が電波偏波変換共振反射器のパッチ導体１２Ａで直線偏波に変換され、無線ＩＣタグに効率よく信号波が供給されたため、偏波変換による３ｄＢ分の向上と、電波偏波変換共振反射器の利得増加効果の約６ｄＢが加わった結果である。なお、電波偏波変換共振反射器としては、次に述べる発泡誘電体基板及びパッチ導体と同じものを用いて形成している。

［実施例１−１］
図４の構造において、厚さ３ｍｍ厚の発泡誘電体基板を用い、その発泡誘電体基板の裏面に金属箔膜による接地導体を形成する一方、発泡誘電体基板の上面に、図４に示す円偏波用の２つのパッチ導体つまり略正方形で対角部に切欠Ｃ１を有するパッチ導体１２Ａ，１２Ｂを近接した状態で形成して電波偏波変換共振反射器Ｄ１１を作製した。なお、各パッチ導体１２Ａ，１２Ｂの一辺を約５３ｍｍとし、それら２つのパッチ導体１２Ａ，１２Ｂの間隔ｄを１３ｍｍとした。

以上の無線ＩＣタグ装置の通信距離を、上記のリーダとリーダアンテナを用いて測定したところ、通信距離は３５０ｃｍであった。この通信距離の延長は、比較例１−２と比較して、パッチ導体１２Ｂによる利得増加分の約３ｄＢが加わったものと見なせる。

このように、実施形態１の構造を適用すれば、一般的な無線ＩＣタグの通信距離を約４倍の長さに拡張することができる。このことは、ＲＦＩＤシステムとして大きな通信品質の向上となる結果、リーダの送信電力を低くことが可能となるか、もしくは、より小型のタグアンテナの利用が可能となる等、活用性の高い高性能ＲＦＩＤシステムを提供することができる。

＜実施例２＞
上記した実施形態３の無線ＩＣタグ装置とその比較例の各性能を実験により評価した。ただし、実験には、２．４ＧＨｚ帯ＲＦＩＤシステムを用い、リーダの出力を２．４５ＧＨｚで３００ｍＷとすとともに、リーダアンテナには、利得１４ｄＢｉの円偏波アンテナを用いた。また、無線ＩＣタグとして、ダイポールアンテナ（タグアンテナ）にタグＩＣを実装し、ポリプロピレン素材でケーシングしたものを用いた。無線ＩＣタグの外形寸法は厚さ：４ｍｍ、長さ：７４ｍｍ、幅：１５ｍｍとした。

−実験結果−
［比較例２−１］
まず、２．４５ＧＨｚにおいて、上記した無線ＩＣタグ単体の通信距離を、上記のリーダとリーダアンテナを用いて測定したところ、通信距離は９９ｃｍであった。

［実施例２−１］
図８及び図９の構造において、４ｍｍ厚さの発泡誘電体基板を用い、パッチ導体３２として、一辺が５３ｍｍの略正方形であり、その略正方形の互いに対向する一対の角部（対角部）に切欠き（面取り）Ｃ１を設けたパッチ導体（図４参照）を形成して電波偏波変換共振反射器を構成し、その電波偏波変換共振反射器の誘電体基板３１の空洞３１ｃに、上記した無線ＩＣタグを挿入配置して無線ＩＣタグ装置を作製した。なお、最大の通信距離が得られるように無線ＩＣタグの挿入位置を実験的に調整した。

以上の無線ＩＣタグ装置の通信距離を、上記のリーダとリーダアンテナを用いて測定したところ、通信距離は２１１ｃｍであり、無線ＩＣタグ単体に比べて約２倍以上の性能改善を図ることができた。この結果から、無線ＩＣタグを誘電体基板の内部に配置しても、無線ＩＣタグの通信性能を向上させることが可能であることが判る。

本発明の無線ＩＣタグ装置の一例を示す平面図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 図１の無線ＩＣタグ装置の動作説明図である。 図１の無線ＩＣタグ装置の変形例を示す平面図である。 本発明の無線ＩＣタグ装置の他の例を示す平面図である。 図５のＪ−Ｊ断面図である。 図５の無線ＩＣタグ装置の動作説明図である。 本発明の無線ＩＣタグ装置の別の例を示す平面図である。 図８のＫ−Ｋ断面図である。 図８の無線ＩＣタグ装置の動作説明図である。 ＲＦＩＤシステムの構成例を示す図である。 無線ＩＣタグの一例を示す平面図である。 無線ＩＣタグに用いられるタグＩＣの構成例を示すブロック図である。 電波偏波変換共振反射器と無線ＩＣタグとを組み合わせた無線ＩＣタグ装置の一例を示す平面図及び縦断面図を併記して示す図である。

符号の説明

Ｔ１ 無線ＩＣタグ装置
Ｄ１ 電波偏波変換共振反射器
１ 誘電体基板
１ａ 上面（第１の面）
１ｂ 下面（第２の面
２Ａ，２Ｂ パッチ導体
３ 接地導体
４ 無線ＩＣタグ
４１ 誘電体基板
４２ タグアンテナ（ダイポールアンテナ）
４３ タグＩＣ
５ 誘電体台
Ｔ２ 無線ＩＣタグ装置
Ｄ２１，Ｄ２２ 電波偏波変換共振反射器
２１Ａ，２１Ｂ 誘電体基板
２１Ａａ，２１Ｂａ 上面（第１の面）
２１Ａｂ，２１Ｂｂ 下面（第２の面）
２２Ａ，２２Ｂ パッチ導体
２３Ａ，２３Ｂ 接地導体
２５ 誘電体台
Ｔ３ 無線ＩＣタグ装置
Ｄ３ 電波偏波変換共振反射器
３１ 誘電体基板
３１ａ 上面（第１の面）
３１ｂ 下面（第２の面
３１ｃ 空洞
３２ パッチ導体
３３ 接地導体
１０１ リーダ
１０２ リーダアンテナ

Claims (4)

1. 第１及び第２の面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の第２の面に形成された接地導体と、前記誘電体基板の第１の面に形成され、共振周波数で平面共振する複数のパッチ導体と、タグアンテナ及びタグＩＣからなる無線ＩＣタグとを備え、
   前記複数のパッチ導体のうち、少なくとも２つのパッチ導体は電気的に非接触な状態で配置されているとともに、前記無線ＩＣタグは、前記少なくとも２つのパッチ導体の上側または下側で当該少なくとも２つのパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分を前記タグアンテナが受信できる位置に配置されていることを特徴とする無線ＩＣタグ装置。
2. 第１及び第２の面を有する複数の誘電体基板と、その各誘電体基板の第２の面に形成された接地導体と、前記各誘電体基板の第１の面に形成され、共振周波数で平面共振する１つまたは複数のパッチ導体と、タグアンテナ及びタグＩＣからなる無線ＩＣタグとを備え、
   前記複数の誘電体基板のうち、少なくとも２つの誘電体基板は、その一方の誘電体基板のパッチ導体と他方の誘電体基板のパッチ導体とが電気的に非接触な状態となるように配置されているとともに、前記無線ＩＣタグは、前記少なくとも２つの誘電体基板のパッチ導体の上側または下側で、それら少なくとも２つのパッチ導体の共振と同時に放射される電界成分を前記タグアンテナが受信できる位置に配置されていることを特徴とする無線ＩＣタグ装置。
3. 請求項１または２記載の無線ＩＣタグ装置において、前記無線ＩＣタグは、その一部が前記少なくとも２つのパッチ導体の上側または下側で当該パッチ導体と重なる位置、または、前記少なくとも２つのパッチ導体間の位置に配置されていることを特徴とする無線ＩＣタグ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ装置と、無線信号により前記無線ＩＣタグ装置の蓄積情報を読み書きするリーダとを備えていることを特徴とするＲＦＩＤシステム。

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