JP4922984B2 - Rfid用アンテナおよびrfidタグ - Google Patents
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RFIDにおいて使用される周波数は様々であるが、860MHz〜960MHzのUHF帯は、13.56MHz帯や2.45GHz帯に比べて通信距離を長くとれる可能性があるために、物流における物の管理への適用が試みられている。
ただし、860MHz〜960MHzのUHF帯における使用周波数は、欧州では868MHz〜870MHz(以降、868MHzという)、米国では902MHz〜928MHz(以降、915MHzという)、および日本では952MHz〜954MHz(以降、953MHzという)と、地域によって異なっている。
したがって、欧州、米国および日本におけるどの地域でも、共通に使用可能なUHF帯のRFIDタグの開発が課題となっている。
従来の一般的なRFIDタグにおいては、アンテナの長さは、半波長(λ/2:ただし、λは使用電波の波長)程度であり、RFIDタグに搭載されるICチップの入力インピーダンスに対して、アンテナの入力インピーダンスが共役整合を取れるように調整される。これによって、RFIDタグは、所望の1つの搬送波周波数付近で共振し、他の周波数帯における通信距離より遠くへ(UHF帯では3mから8m程度)の通信を可能としている。
これによって、RFIDタグ11は、波長がλの1つの搬送波周波数の電波に共振して、所望の距離にあるリーダ/ライタ(不図示)との間で通信を確立することができる。
前記したように、860MHz〜960MHzのUHF帯用のRFIDタグの搬送波周波数は、日本(953MHz)、欧州(868MHz)、米国(915MHz)でそれぞれの電波法規制などによって異なっている。そのため、航空貨物などで用いられる物流タグのように、それぞれの国で使用される各搬送波周波数で動作し、全世界共通で利用可能なRFIDタグの開発が課題となっている。しかし、現状のRFIDタグは、1つの搬送波周波数付近で共振させているため、その共振周波数を外れた周波数帯域では動作しないか、または通信距離が著しく短くなって所望の通信距離を満足できない。そこで、第1実施形態では、RFIDタグを複数の搬送波周波数で使用可能とするために、アンテナの利得とインピーダンス共役整合との両方を満足可能なアンテナの構成について、以下に説明する。
また、孔5の周回長は、使用する搬送波周波数の波長λの10分の1(λ/10)以下である。ただし、孔5の配列パターンは、特に規則性が無くてもよい。
なお、孔5の数や孔5の周回長は実験により検証した結果であり、その理由については後記する。
ここで、図1に示すアンテナ2の入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)を、図3に示すスミスチャート上にプロットすると、最も太い実線で示されるように、ほぼ上側の半円周を描く。また、ICチップ4の入力インピーダンスのリアクタンス成分[XC≒1/(jωC)]は、破線で示されるように、ほぼ下側の半円周を描くことになる。
なお、図3には示していないが、図9に示すダイポールアンテナによって構成されたアンテナ12の入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)は、電流経路の長さが1つのパターンであるので、途中でループ状の過程を含まずに、周波数の増加とともに上側の半円周の左側から右側へ移動する。
図4(a)は、インピーダンス整合が1箇所の場合におけるスミスチャートの部分拡大図であり、(b)は、インピーダンス整合が3箇所の場合におけるスミスチャートの部分拡大図である。
このことによって、アンテナ2の入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)は、図4(b)に示すように、周波数が868MHz,915MHz,953MHzのポイントにおいては、順次減少する。
それに対して、アンテナ2の入力インピーダンスのリアクタンス成分Xは、図5の実線に示すように、波を打つように変化する。したがって、周波数が868MHz,915MHz,953MHzのときに、アンテナ2の入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)とICチップ4の入力インピーダンスの共役リアクタンス成分[XC≒−1/(jωC)]とが同じ値となることが可能となる。すなわち、搬送波周波数が868MHz,915MHz,953MHzの各点において、インピーダンス共役整合が実現される。
次に、第2実施形態に係るRFIDタグの基本構成について、図6を用いて説明する。図6は、第2実施形態に係るRFIDタグの基本構成を示す図である。
図6に示すように、第2実施形態のRFIDタグ1aは、図9に示すRFIDタグ11のアンテナ12の外周部を切り欠いて複数の突起5aを形成することによって実現される。そして、RFIDタグ1aは、アンテナ2aの外周部に形成した複数の突起5aが電流分布経路を多様化させるため、複数の搬送波周波数での使用を可能にする。
その結果、アンテナ2aの入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)は、周波数が868MHz,915MHz,953MHzと増加するにしたがって減少する。
そして、ICチップ4の入力インピーダンスとアンテナ2aの入力インピーダンスとの共役整合は、第1実施形態の場合と同様に調整可能となる。
次に、第3実施形態に係るRFIDタグの基本構成について、図7を用いて説明する。図7は、第3実施形態に係るRFIDタグの基本構成を示す図である。
図7に示すように、第3実施形態のRFIDタグ1bは、図9に示すRFIDタグ11のアンテナ12の長手方向の一方の外周部を部分的に切り欠いて鋸歯5bを形成することによって実現される。そして、第3実施形態のRFIDタグ1bは、アンテナ2bの一方の外周部に形成した鋸歯5bが電流経路を多様化させるため、複数の搬送波周波数での使用を可能にする。なお、鋸歯5bは上述のとおり、長手方向の一方の外周部に形成されるのが好適だが、他の外周部に形成されていてもよい。
また、アンテナ2bに設けられた鋸歯5bの歯幅は不揃いであっても構わない。
第3実施形態においても、図5に示すように、アンテナ2bの入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)は、周波数の増加に対して単純に増加するのではなく、所望の周波数付近では周波数の上昇に対して減少するように振舞う。
その結果、アンテナ2bの入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)は、周波数が868MHz,915MHz,953MHzと増加するにしたがって減少する。
そして、ICチップ4の入力インピーダンスとアンテナ2bの入力インピーダンスとの共役整合は、第1実施形態の場合と同様に調整される。
前記した第1実施形態、第2実施形態、および第3実施形態では、インピーダンス共役整合を実現するために、それぞれ孔5、突起5a、および鋸歯5bを備えた場合について示した。そして、第4実施形態では、孔5、突起5aおよび鋸歯5bをそれぞれ組み合わせた場合について以下に説明する。
アンテナ1,1a,1bに設けられた孔5、突起5a、および鋸歯5bの効果は、いずれも、共通していて、電流経路を多様化させること、および図5に示すようにアンテナの入力インピーダンスのリアクタンス成分(XL≒jωL)を周波数に対して波打たせること、を可能としている。したがって、孔5、突起5a、および鋸歯5bを適宜組み合わせてアンテナ1,1a,1bを形成しても、複数の搬送波周波数によって共振させることが可能である。
そして、本発明の各実施形態に係るRFIDタグは、それを1つ用いるだけで、世界各地域で許可されている搬送波周波数において対応可能となり、ワールドワイドに展開される物流のトレーサビリティを実現することができる。
2、2a、2b アンテナ
3 スリット
4 ICチップ
5a 孔
5b 突起
5c 鋸歯
Claims (8)
- ICチップに記録された情報を無線によってやり取りするRFIDタグに供するRFID用アンテナであって、
前記RFIDタグが使用する複数の搬送波周波数の波長に応じた所定の大きさの開口部が設けられ、前記開口部を迂回する経路と前記開口部を飛び越える経路とによって形成される電流経路を有することを特徴とするRFID用アンテナ。 - 前記RFIDタグが使用する搬送波周波数の波長をλとしたとき、
前記電流経路は、前記RFID用アンテナに開けられた、周回長がλ/10以下の孔を迂回する経路と、前記孔を飛び越える経路とによって形成されることを特徴とする請求項1に記載のRFID用アンテナ。 - 前記孔は4個以上存在することを特徴とする請求項2に記載のRFID用アンテナ。
- 前記電流経路は、前記アンテナの外周部に沿って開けられた前記開口部によって形成された複数の突起の一部または全部を迂回する経路と、前記突起間を飛び越える経路とによって形成されることを特徴とする請求項1に記載のRFID用アンテナ。
- 前記RFIDタグが使用する搬送波周波数の波長をλ、前記突起の長さをpとしたとき、2p<(λ/10)であることを特徴とする請求項4に記載のRFID用アンテナ。
- 前記電流経路は、前記アンテナの外周部に沿って開けられた前記開口部によって形成された鋸歯の一部または全部を迂回する経路と、前記鋸歯間を飛び越える経路とによって形成されることを特徴とする請求項1に記載のRFID用アンテナ。
- 前記RFIDタグが使用する搬送波周波数の波長をλ、前記鋸歯の切り込みの深さをdとしたとき、d<λ/10であることを特徴とする請求項6に記載のRFID用アンテナ。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のRFID用アンテナを有することを特徴とするRFIDタグ。
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