JP5146265B2

JP5146265B2 - タグ用アンテナ及びそれを備えた無線タグ

Info

Publication number: JP5146265B2
Application number: JP2008283651A
Authority: JP
Inventors: 学甲斐; 照尚二宮
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: TW201019234A; EP2182472B1; TWI419054B; EP2182472A1; US20100108770A1; CN101739587A; CN101739587B; KR20100050401A; KR101085670B1; JP2010114526A; US8276825B2

Description

本発明は、タグ用アンテナ及びそれを備えた無線タグに関する。

無線タグは、アンテナ、アンテナと電気的に接続される回路チップを有している。アンテナは、インダクタンス部、ダイポール部を有している。インダクタンス部は、回路チップとインピーダンス整合をとる。インピーダンス整合は、アンテナの放射抵抗値を回路チップのキャパシタンスに近似させ、アンテナのインダクタンスと回路チップのキャパシタンスとを共振させることにより行われる。

特開２００６−２６８０９０号公報

回路チップの種類に応じて、キャパシタンスも異なっている。例えば、キャパシタンスが小さい回路チップを無線タグに採用する場合には、インダクタンスが大きいアンテナを採用することによってインピーダンス整合を図ることができる。

インダクタンスを大きくするには、アンテナのインダクタンス部を長くすることにより可能である。しかしながら、インダクタンス部が長いとダイポール部の領域が狭くなる。ここで、狭い領域内でもダイポール部を多く折り曲げた形状とすることにより、ダイポール部の長さを確保することができる。しかしながら、タイポール部が多くの箇所が曲げられた形状であると、アンテナゲインが低下して、通信距離が短くなる恐れがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、キャパシタンスの小さい回路チップに対応したタグ用アンテナ及びそれを備えた無線タグを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本明細書に開示のタグ用アンテナは、ダイポール部と、ループ状であって、回路チップとインピーダンス整合をとるためのインダクタンス部とを備え、前記インダクタンス部は、前記回路チップを覆う補強体により被覆される被覆部と、前記補強体により被覆されない非被覆部とを含み、前記被覆部の幅と前記非被覆部の幅とは、異なっている。

被覆部の幅と非被覆部の幅とが異なっていることにより、ダイポール部の領域を確保しつつ、インダクタンス部の長さをかせぐことができる。これによりキャパシタンスが比較的小さい回路チップとのインピーダンス整合をとることができる。

また本明細書に開示の無線タグは、上記のタグ用アンテナと、前記タグ用アンテナが設けられたベースと、前記回路チップと、前記補強体とを備えている。

キャパシタンスの小さい回路チップに対応したタグ用アンテナ及びそれを備えた無線タグを提供できる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、無線タグの構造を示した斜視図である。無線タグ１は、ベース１０、アンテナ２０、回路チップ３０、補強体４０、樹脂５０を含む。

ベース１０は、ＰＥＴフィルム製であって可撓性を有している。ベース１０全体の大きさは、長さ６０ｍｍ程度、幅１５ｍｍ程度である。アンテナ２０は、ベース１０上に設けられている。アンテナ２０は、ベース１０の長手方向に沿ってベース１０上に配置されている。アンテナ２０は、たとえば導線性ペーストをベース１０上にスクリーン印刷することにより形成されている。アンテナ２０全体の大きさは、長さ５３ｍｍ程度、幅７ｍｍ程度である。回路チップ３０は、アンテナ２０と電気的に接続し無線通信を行う。補強体４０は、ベース１０に設けられた回路チップ３０を覆う。補強体４０は、繊維強化樹脂製である。回路チップ３０は補強体４０により覆われることにより、回路チップ３０の破損が防止されている。樹脂５０は、アンテナ２０、回路チップ３０と共に、ベース１０の両面全体を覆っている。樹脂５０は、合成樹脂製である。樹脂５０に覆われることにより無線タグ１は耐久性が向上している。

図２は、無線タグ１の正面図である。尚、回路チップ３０については省略してあり、補強体４０については破線で示している。アンテナ２０は、インダクタンス部２１と、ダイポール部２６とを含む。インダクタンス部２１はループ状に形成されている。インダクタンス部２１は、正面から見て凹形状に形成されている。インダクタンス部２１は、中央部に回路チップ３０に電流を供給する給電部２５が形成されている。給電部２５は、回路チップ３０と電気的に接続される。ダイポール部２６は、スパイラル状に形成されている。補強体４０の詳細は後述する。

インダクタンス部２１は、補強体４０によって被覆される被覆部２２と、補強体４０によって被覆されない非被覆部２３とを含む。被覆部２２の最小の幅Ｗ１と非被覆部２３の最大の幅Ｗ２とは相違している。詳細には、非被覆部２３の幅Ｗ２は、被覆部２２の幅Ｗ１よりも広い。幅Ｗ１は例えば１．５ｍｍ程度、幅Ｗ２は例えば３．０ｍｍ程度である。尚、補強体４０周辺の領域４Ｄは、補強体４０をベース１０上に接着する際の、補強体４０の位置ズレを考慮した領域であり、領域４Ｄ内のインダクタンス部２１は、被覆部２２と同一の幅Ｗ１に設定されている。このように、被覆部２２と非被覆部２３とで幅を変えることにより、インダクタンス部２１全体の長さを確保している。インダクタンス部２１全体の長さを確保する理由は、キャパシタンスが比較的小さい回路チップ３０とのインピーダンス整合をとるためである。

インピーダンス整合について簡単に説明する。
図３は、アンテナ２０と回路チップ３０との等価回路図である。図３に例示すように、アンテナ２０は、放射抵抗Ｒａｐと、インダクタンスＬａｐとの並列回路で等価的に表すことができる。回路チップ３０は、内部抵抗ＲｃｐとキャパシタンスＣｃｐとの並列回線で等価的に表すことができる。アンテナ２０と回路チップ３０とが並列接続されることにより、キャパシタンスＣｃｐとインダクタンスＬａｐとが共振する。これにより所望の共振周波数ｆ_０（＝１／２π√（ＬＣ））でインピーダンス整合し、アンテナ２０での受信パワーが回路チップ３０へ最大に供給されることになる。尚、日本では９５３ＭＨｚ、ヨーロッパでは８６８ＭＨｚ、アメリカでは９１５ＭＨｚ付近の周波数が用いられる。

キャパシタンスＣｃｐが比較的小さい回路チップ３０とインピーダンス整合を取るためには、インダクタンスＬａｐを大きな値にする必要がある。インダクタンスＬａｐを大きくするためには、アンテナ２０のインダクタンス部２１を長くする必要がある。図２に例示するように、インダクタンス部２１の長さを確保するために、非被覆部２３の幅Ｗ２は、被覆部２２の幅Ｗ１よりも広く設定されている。

次に、無線タグ１とは異なる構造を有した無線タグ１ｘについて説明する。図４は、無線タグ１とは異なる構造を有した無線タグ１ｘの正面図である。尚、回路チップは図示を省略しており、また、補強体４０は破線で示している。無線タグ１ｘのアンテナ２０ｘは、無線タグ１のアンテナ２０とは形状が異なっている。アンテナ２０ｘにおける、被覆部２２、非被覆部２３は共に同一の幅である。詳細には、被覆部２２、非被覆部２３の幅は、無線タグ１のアンテナ２０の被覆部２２の幅Ｗ１と同一である。従って、比較的キャパシタンスＣｃｐの小さい回路チップを無線タグ１ｘに採用する場合には、図４に例示するように、インピーダンス整合をとるために、インダクタンス部２１ｘを長くする必要がある。

インダクタンス部２１ｘが長いと、ダイポール部２６ｘは、無線タグ１のダイポール部２６よりも狭い領域内で、長さを確保する必要がある。狭い領域内でダイポール部２６ｘの長さを確保するために、図４に例示するように、ダイポール部２６ｘは多くの箇所で曲げられた形状となっている。ダイポール部２６ｘがこのような形状であるため、アンテナ２０ｘはアンテナゲインが低下し、通信距離が短くなる恐れがある。また、無線タグ１ｘを、ヨーロッパで使用される周波数（８６８ＭＨｚ）に対応させようとすると、ダイポール部２６の長さを（９５３／８６８）倍にする必要があり、無線タグ１ｘ全体を大型化する必要がある。

しかしながら、図２に例示した無線タグ１のように、インダクタンス部２１の被覆部２２と非被覆部２３との幅が相違していることにより、インダクタンス部２１の長さを確保しつつ、ダイポール部２６の領域も確保することができる。これにより、ダイポール部２６の曲げられた箇所が比較的少ない形状にすることができる。従って、アンテナゲインの低下が抑制され、通信距離がのびる。このように、アンテナ２０は比較的キャパシタンスの小さい回路チップに対応できる。また、無線タグ１をヨーロッパで使用される周波数（８６８ＭＨｚ）に対応させる場合であっても、無線タグ１の小型化を維持しつつダイポール部２６の長さを確保することができる。

図５は、無線タグ１と無線タグ１ｘとの通信距離を比較したグラフである。横軸に周波数、縦軸に通信距離比を示している。横軸の通信距離比は、周波数を９５８ＭＨｚに設定した無線タグ１ｘでの通信距離を無線タグ１とした場合での、無線タグ１、１ｘの通信距離の比を示している。尚、上記のグラフの結果は、無線タグ１、１ｘ共に樹脂５０で覆われていない状態で算出してある。図５に例示するように、周波数９００〜１０００ＭＨｚの間で、無線タグ１のほうが無線タグ１ｘよりも通信距離が長い。

次に、樹脂５０について説明する。樹脂５０は、所定の誘電率を有している。図６は、アンテナ２０のインダクタンスＬａｐと非被覆部２３の幅Ｗ２との関係と、樹脂の誘電率との関係を示したグラフである。例えば、所定のインダクタンスＬａｐ値に対して、樹脂５０の誘電率が高いほど、非被覆部２３の幅Ｗ２を小さくする必要がある。即ち、樹脂５０の誘電率が高いほど、インダクタンス部２１の長さは短くてもよい。例えば、キャパシタンスＣｃｐ＝１．０ｐＦの回路チップに対応するには、共振条件からインダクタンスＬａｐ＝２８ｎＨであり、樹脂５０が誘電率εｒ＝３である場合には、幅Ｗ２を３ｍｍにすればよい。このように非被覆部２３の幅Ｗ２は、樹脂５０の誘電率に応じて設定されている。尚、樹脂５０の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂ではポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂（誘電率：３．２），熱硬化性樹脂ではエポキシ樹脂（誘電率：４．０〜４．６），ポリウレタン樹脂（誘電率：４．２〜７．６）などが挙げられる。

樹脂５０の誘電率とアンテナ２０の長さとの関係について簡単に説明する。ＵＨＦ帯などの周波数帯で使用するアンテナの寸法は、波長の偶数の整数分の１倍、例えば１／２倍の長さが必要である。また、樹脂５０の内部では電波の波長は誘電率の平方根に反比例する。このため、樹脂５０の材料として誘電率の高い材料を用いるとアンテナの寸法を小さくすることができる。従って、樹脂５０の誘電率が高いほどアンテナ２０の長さが短くてもよい。換言すれば、樹脂５０の誘電率が高いほど、インダクタンス部２１の長さも短くてよい。よって、上述したように樹脂５０の誘電率が高いほど非被覆部２３の幅Ｗ２は小さくてもよい。

次に、補強体４０について説明する。図７は、図２における補強体４０周辺の拡大図である。補強体４０は、インダクタンス部２１と交差しない第１縁部４１と、インダクタンス部２１と交差する第２縁部４２とを有している。第１縁部４１と第２縁部４２とは、補強体４０の縁部を凹部状に画定している。第１縁部４１上の延長線Ｌに沿ってベース１０が曲げられた場合を想定する。この場合、第１縁部４１周辺部分でのベース１０は、曲げ半径が比較的小さい。一方、第２縁部４２周辺部分でのベース１０は、曲げ半径が比較的大きい。第２縁部４２はインダクタンス部２１が交差しているため、インダクタンス部２１の曲げ半径を小さなものに抑制できる。これにより、アンテナ２０の断線が防止されている。

次に、アンテナの変形例について図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図９（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。
図８（Ａ）に例示するように、インダクタンス部２１ａは、アールが付けられた曲げ部２４ａを有している。インダクタンス部２１ａには大きな電流が流れるため、アールが付けられた曲げ部２４ａにより、導体損失を抑制できる。尚、このようにインダクタンス部２１ａの曲げられた部分にアールをつけると、インダクタンス部２１ａの一周の長さが短くなる。このため、インダクタンス部２１ａ全体を大きくする必要があり、インダクタンス部２１ａを大きくするとダイポール部２６の領域が狭くなる。

図８（Ｂ）に例示するように、インダクタンス部２１ｂは、下方に突出した凸部２４ｂを有している。このような形状によってもインダクタンス部２１ｂの長さを確保できる。但し、インダクタンス部２１ｂの曲がった部分が増えるため、インダクタンス部２１ｂでの損失は大きくなる。

図８（Ｃ）に例示するように、ダイポール部２６ｃは、幅が狭い幅狭部２６ｃ１と、幅狭部２６ｃ１と連続し幅が広い幅広部２６ｃ２と、を有している。また、幅広部２６ｃ２の長さは、幅狭部２６ｃ１の長さよりも長い。幅広部２６ｃ２は、ダイポール部２６ｃの先端側に形成されている。これによりダイポール部２６ｃの面積を確保でき、またダイポール部２６ｃは曲げられた箇所が少ないため、アンテナゲインが増大する。

図９（Ａ）に例示するように、アンテナ２０ｄのダイポール部２６ｄは、メアンダ状である。このような形状によってもダイポール部２６ｄの長さを確保できる。

図９（Ｂ）に例示するように、アンテナ２０ｅにおけるインダクタンス部２１ｅの非被覆部２３ｅは、蛇行している。非被覆部２３ｅが蛇行部に相当する。また、非被覆部２３ｅの最大の幅Ｗ２は、被覆部２２の最小の幅Ｗ１よりも広い。これによってもインダクタンス部２１ｅの長さを確保することができる。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記無線タグ１は、樹脂５０により覆われていたが、樹脂５０によって覆われていなくとも良い。また、ベース１０、アンテナ２０、回路チップ３０、補強体４０全体をラミネート加工してもよい。

（付記）
（付記１）
ダイポール部と、
ループ状であって、回路チップとインピーダンス整合をとるためのインダクタンス部とを備え、
前記インダクタンス部は、前記回路チップを覆う補強体により被覆される被覆部と、前記補強体により被覆されない非被覆部とを含み、
前記被覆部の幅と前記非被覆部の幅とは、異なっている、タグ用アンテナ。
（付記２）
前記非被覆部の最大の幅は、前記被覆部の最小の幅よりも広い、付記１のタグ用アンテナ。
（付記３）
前記インダクタンス部は、正面から見て凹形状である、付記１又は２のタグ用アンテナ。
（付記４）
前記インダクタンス部は、正面からみて下方に突出した凸部を有している、付記１乃至３の何れかのタグ用アンテナ。
（付記５）
前記インダクタンス部は、アールが付けられた曲り部を有している、付記１乃至４の何れかのタグ用アンテナ。
（付記６）
前記インダクタンス部は、蛇行した蛇行部を有している、付記１乃至５の何れかのタグ用アンテナ。
（付記７）
前記タイポール部は、スパイラル状又はメアンダ状である、付記１乃至６の何れかのタグ用アンテナ。
（付記８）
ダイポール部は、幅が狭い幅狭部と、前記幅狭部と連続し幅が広い幅広部と、を有している、付記１乃至６の何れかのタグ用アンテナ。
（付記９）
前記幅広部の長さは、前記幅狭部の長さよりも長い、付記８のタグ用アンテナ。
（付記１０）
付記１乃至９の何れかのタグ用アンテナと、
前記タグ用アンテナが設けられたベースと、
前記回路チップと、
前記補強体と、を備えた無線タグ。
（付記１１）
前記タグ用アンテナを覆う樹脂層を備えている、付記１０の無線タグ。
（付記１２）
前記樹脂の誘電率に応じて、前記非被覆部の幅が設定されている、付記１１の無線タグ。

無線タグの構造を示した斜視図である。無線タグの正面図である。アンテナと回路チップとの等価回路図である。本実施例に係る無線タグとは異なる構造を有した無線タグの正面図である。本実施例に係る無線タグと本実施例に係る無線タグとは異なる構造を有した無線タグとの通信距離を比較したグラフである。アンテナのインダクタンスと非被覆部の幅との関係と、樹脂の誘電率との関係を示したグラフである。図２における補強体周辺の拡大図である。アンテナの変形例の説明図である。アンテナの変形例の説明図である。

符号の説明

１無線タグ
１０ベース
２０アンテナ
２１インダクタンス部
２２被覆部
２３非被覆部
２５給電部
３０回路チップ
４０補強体
５０樹脂

Claims

ダイポール部と、
ループ状であって、回路チップとインピーダンス整合をとるためのインダクタンス部とを備え、
前記インダクタンス部は、前記回路チップを覆う補強体により被覆される被覆部と、前記補強体により被覆されない非被覆部とを含み、
前記被覆部の幅と前記非被覆部の幅とは、異なっている、タグ用アンテナ。
前記非被覆部の最大の幅は、前記被覆部の最小の幅よりも広い、請求項１のタグ用アンテナ。
前記インダクタンス部は、正面から見て凹形状である、請求項１又は２のタグ用アンテナ。
前記インダクタンス部は、正面からみて下方に突出した凸部を有している、請求項１乃至３の何れかのタグ用アンテナ。
前記インダクタンス部は、アールが付けられた曲り部を有している、請求項１乃至４の何れかのタグ用アンテナ。
前記インダクタンス部は、蛇行した蛇行部を有している、請求項１乃至５の何れかのタグ用アンテナ。
請求項１乃至６の何れかのタグ用アンテナと、
前記タグ用アンテナが設けられたベースと、
前記回路チップと、
前記補強体と、を備えた無線タグ。
前記タグ用アンテナを覆う樹脂層を備えている、請求項７の無線タグ。
前記樹脂の誘電率に応じて、前記非被覆部の幅が設定されている、請求項８の無線タグ。