JP4769827B2 - Rfidタグ - Google Patents
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Description
図1は、RFIDタグの実施の形態1の構成例を示す正面図である。このRFIDタグ100は、給電素子部101を導波器とし、第1の無給電素子としての無給電素子部102を電波の放射方向(指向方向)の背部に設け、反射器とした2素子八木アンテナの構成となっており、RFIDリーダライタとの間で情報を送信あるいは受信する。給電素子部101には、給電部であるタグLSI103が接続される。これら給電素子部101と、無給電素子部102はいずれも不図示の基材上に導電性の材質によりパターン形成されてなる。
ここで、上記のタグLSI103と給電素子部101との整合について説明する。タグLSI103のインピーダンスを、
Zc=Rc+jXc …(1)
とする。添え字のcはチップ(chip)の頭文字であり、jは虚数単位である。一般的なタグLSIのインピーダンスは、
Rc=数10Ω、Xc=−数100Ω …(2)
となる。通常のアンテナは、50Ωや75Ωあるいは300Ωに整合するように設計されることが多い。
Za=Ra+jXa …(3)
とする。添え字のaはアンテナの頭文字とした。給電素子部101のインピーダンスがタグLSI103のインピーダンスと整合するためには、以下の関係が成立する必要がある。
Zc=Za* …(4)
Za*はZaの複素共役を意味する。したがって、給電素子部101と、タグLSI103の整合条件は、以下のように書き表される。
Rc=Ra
Xc=−Xa …(5)
次に、実施の形態1におけるRFIDタグのアンテナ利得を説明する。図4は、アンテナ利得を示す図である。図4では、x、y、zの各軸を用いた立体図で表現している。図の測定は、通信周波数は、953MHzで計算した。基材201であるPETの比誘電率は3.0、誘電損失は0.01、アンテナパターンの導電率は4×106 S/mとして計算している。最も強く電波が放射される方向(図中y軸頂点付近)では、利得3.1dBiが得られている。なお、比較として通常のIDカードのサイズでのRFIDタグでは、半波長ダイポールアンテナを折り曲げたものが使われることが多く、利得は1.5dBi程度にとどまる。したがって、実施の形態1によるRFIDタグ100のほうがアンテナ利得を従来に比して1.5dBi以上高くできることがわかる。
従来のIDカードサイズの利得 2.15(無損失時)、1.5(損失考慮時)
実施の形態のIDカードサイズの利得 5.1 (無損失時)、3.1(損失考慮時)
次に、実施の形態1において説明したPETを用いてカード化したRFIDタグのインピーダンスをシミュレーションした結果を説明する。図5は、RFIDタグのインピーダンス特性のシミュレーション結果を示す図である。図5に示すスミスチャート上で、給電素子部101のインピーダンス(図中A)は、水平軸の上部に位置し、タグLSI103のインピーダンス(図中B)は、水平軸の下部に位置している。このように、給電素子部101のインピーダンスと、タグLSI103のインピーダンスは、水平軸を挟んで対称な位置にある。すなわち、タグLSI103のインピーダンスと、給電素子部101のインピーダンスは複素共役の関係にある。したがって、給電素子部101と、タグLSI103は整合可能であることがわかる。
次に、RFIDタグにおけるインピーダンス整合の調整方法について説明する。図6は、RFIDタグの各部の寸法を示す図である。図6では、図1に説明した各アンテナについて各部の寸法(単位mm)を記載してある。sは、給電素子部101の位置からループパターン112までの間の長さである。図7は、アンテナサセプタンスの変化状態を示すシミュレーション特性図である。
次に、給電素子部101に設けられる一対の折り返し部111、111間の間隔Dを変えた場合の利得変化のシミュレーション結果について説明する。図8は、折り返し部の間隔を変えた場合の利得の変化を示す図である。この特性図からみて、折り返し部111同士の間隔Dの値としては、8mm〜15mm(給電素子部101の長さの1/9〜約1/5)程度が最適であることがわかる。
図9は、RFIDタグの実施の形態2の構成例を示す正面図である。図9に示すRFIDタグ900についても、実施の形態1同様に、2素子八木アンテナで構成したものであるが、第2の無給電素子部としての無給電素子部901を導波器として構成している。この無給電素子部901は、図の縦方向に交互に折り返されたメアンダ部921を有している。
次に、実施の形態3について説明する。上記の各実施の形態では、IDカードのサイズに収まる2素子の八木アンテナの構成例について説明した。実施の形態3では、各アンテナをさらに複数素子とした例である。アンテナの素子数を3素子以上等、増やすことによりさらに利得を向上させることができる。RFIDタグ全体のサイズが上述したようなIDカードのサイズに収めるという制限がない場合、素子数を増やす、または素子間隔を大きく(概略1/4波長)取る構成にできる。これにより、さらに利得が上がるため、通信距離を伸ばすことが可能になる。
給電素子部の給電部を中心として両側に当該給電素子部のパターンが折り返して設けられた一対の折り返し部と、
前記一対の折り返し部の間を短絡し、前記給電部に対し並列接続されたループパターンと、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
前記第1の無給電素子部は、折り返されたメアンダ部を有することを特徴とする付記1に記載のRFIDタグ。
前記第2の無給電素子部は、折り返されたメアンダ部を有することを特徴とする付記1に記載のRFIDタグ。
101、1101 給電素子部
102 無給電素子部
103 タグLSI
111、1111 折り返し部
911 突出部
112、912、1112 ループパターン
121、921 メアンダ部
122、922 スペース
201 基材
Claims (6)
- RFIDリーダライタとの間で、少なくとも情報を送信あるいは受信するRFIDタグにおいて、
給電素子部の給電部を中心として両側に当該給電素子部のパターンが折り返して設けられた一対の折り返し部と、
前記一対の折り返し部の間を短絡し、前記給電部に対し並列接続されたループパターンと、
前記給電素子部による電波の放射方向の背部に設けられ、折り返されたメアンダ部を有する第1の無給電素子部と、がそれぞれ所定の基材上に形成され、
前記第1の無給電素子部の中央部は、前記メアンダ部を有さず前記給電素子部の方向に迂回され、前記基材を把持するための所定のスペースが形成されていることを特徴とするRFIDタグ。 - さらに、前記給電素子部による電波の放射方向の前方に設けられた第2の無給電素子部を備え、
前記第2の無給電素子部は、折り返されたメアンダ部を有することを特徴とする請求項1に記載のRFIDタグ。 - 前記給電素子部の前記給電部は、前記第2の無給電素子部の方向に近づく一対の突出部の間に設けられていることを特徴とする請求項2に記載のRFIDタグ。
- 前記給電素子部の両端部にそれぞれ折り返し部が形成されたことを特徴とする請求項2に記載のRFIDタグ。
- 前記給電素子部の一対の突出部の間には、所定のスペースが形成されていることを特徴とする請求項3に記載のRFIDタグ。
- 前記給電素子部の一対の突出部の間隔が広げられ、前記スペースが大きく形成されていることを特徴とする請求項5に記載のRFIDタグ。
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