JP6658976B1 - 無線通信デバイス - Google Patents

Abstract

無線通信デバイスの一例であるＲＦＩＤタグ（１０２）は、通信信号を送受信するための無線通信デバイスである。ＲＦＩＤタグ（１０２）は、基材（１）と、基材（１）に形成されたアンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）と、アンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）に接続された、給電回路であるＲＦＩＣパッケージ（３）と、アンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）に近接し、通信信号の周波数より高い周波数で共振するＬＣ共振回路（２０）と、を備える。この構造により、食品などに付されて、食品加熱用の高周波電力を受ける状況でも、発火や燃焼を防止できる。

Description

本発明は、アンテナを備えた無線通信デバイス、特に、誘導電磁界又は電磁波を介して、近距離通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ等の無線通信デバイスに関する。

無線通信デバイスの一形態であるＲＦＩＤタグは、リーダー・ライターとの通信を行って、所定の情報の読み書きが非接触で行われるため、様々な場面で利用される。例えば、全ての商品にＲＦＩＤタグを貼付しておくことにより、所謂セルフレジがスムースに行われる。また、トレーサビリティの確保やマーケティング等、販売・物流状況管理が円滑に行われる。

一方、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどの販売店においては多種多様な商品が取り扱われており、商品としての食料品の中には、商品購入の直後に商品を温めて持ち帰ったり、購入者がその場で直ぐに飲食したりする場合がある。例えば弁当や総菜は、販売店において電磁波加熱装置、所謂「電子レンジ」を用いて加熱される場合がある。

ところが、ＲＦＩＤタグが付された商品を電子レンジで加熱すると、次のような不具合が生じる場合がある。

ＲＦＩＤタグの通信信号の周波数としては、135kHz以下のLF帯、13.56MHz等のHF帯、860MHz〜960MHz帯などのUHF帯、2.45GHz等のマイクロ波帯が主に使用されるが、現在、食品に貼付されるタイプのＲＦＩＤタグはUHF帯を利用するＲＦＩＤタグである。UHF帯を利用するＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＣ（Radio-Frequency Integrated Circuit）素子と共に、金属膜体であるアンテナパターンなどの金属材料が紙や樹脂等の基材上に形成されている。

このようなＲＦＩＤタグが付された商品が電子レンジで加熱されると、商品と共にＲＦＩＤタグに電子レンジからの電磁波のエネルギーが吸収される。これにより、
・上記金属材料部分において電界強度が高くなる箇所での放電
・金属材料部分に過電流が流れることによる金属材料の発熱・昇華
・ＲＦＩＤタグの基材の発熱
等によってＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグが貼付された商品部分が発火するおそれがある。特に、コンビニエンスストアに設置されている電子レンジは３ｋＷ程度の大出力の電磁波が庫内に放射されて、加熱開始直後にＲＦＩＤタグが一気に加熱されるので、条件が揃えば上記発火のおそれも高いといえる。

上記のような「ＲＦＩＤタグ」における発火の危険性を少なくすることを目的として、「難燃性タグ」の構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３３８５６３号公報

特許文献１に開示された「難燃性タグ」は、ＩＣチップ及びアンテナパターンが実装される基材を難燃性材料で構成したものである。このため、基材の燃焼は抑制される。しかし、基材上に形成された金属材料部分においては時間的に連続して放電する可能性が高く、基材が発火する危険性や商品に引火する可能性を確実に防止できる構成ではない。

本発明の目的は、食品などに付されて、食品加熱用の高周波電力を受ける状況でも、発火や燃焼を防止することのできる無線通信デバイスを提供することにある。

本発明の一態様の無線通信デバイスは、通信信号を送受信するための無線通信デバイスであって、基材と、前記基材に形成されたアンテナパターンと、前記アンテナパターンに接続された給電回路と、前記アンテナパターンに近接し、前記通信信号の周波数より高い、電磁波加熱用マイクロ波の周波数で共振するＬＣ共振回路と、を備える、ことを特徴とする。

上記構造によれば、通信信号の周波数より高い周波数、例えば電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で上記ＬＣ共振回路がアンテナパターンに近接しているため、アンテナパターンが電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振しなくなり、電流が誘導されにくくなる。つまり、電磁波加熱用のマイクロ波のエネルギーをアンテナパターンは受けにくくなる。また、上記ＬＣ共振回路が電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振することで、上記ＬＣ共振回路自体、及びそれに近接するアンテナパターン又は基材が加熱される。アンテナパターン又は基材は加熱によって融解して溶断するか、昇華によって切断される。つまり、アンテナパターンは、上記ＬＣ共振回路が近接する部分（「ＬＣ共振回路近接部」）で分離される。ＬＣ共振回路近接部でアンテナパターンが分離されると、アンテナパターンはもはや上記電磁波加熱用のマイクロ波では共振（高調波共振）しないので、アンテナパターンの発熱は持続されず、高調波共振による温度上昇は停止される。そのため、無線通信デバイス又は無線通信デバイスが貼付された商品部分の融解や変形が防止される。

本発明によれば、食品などに付されて、食品加熱用の高周波電力を受ける状況でも、発火や燃焼を防止することのできる無線通信デバイスが得られる。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０１の平面図であり、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）はＲＦＩＤタグ１０１のアンテナパターンに流れる電流の強度分布を示す図である。図１（Ｄ）はアンテナパターンの、融解による溶断、又は昇華による切断の後の状態を示すＲＦＩＤタグの平面図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）は、通信信号の周波数での共振モード又は電磁波加熱用マイクロ波の周波数での共振モードの例を示す図である。 図３（Ａ）は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０２の平面図であり、図３（Ｂ）は比較例としてのＲＦＩＤタグの平面図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０２の平面図に、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに流れる電流の強度分布を重ねて示す図である。 図５はＬＣ共振回路２０の構造を示す図である。 図６はＬＣ共振回路２０の等価回路図である。 図７は、ＲＦＩＤタグ１０２において、又は比較例としてのＲＦＩＤタグにおいて、ＲＦＩＣパッケージ３が実装されるランドパターン６ａ，６ｂからアンテナパターン２Ａ，２Ｂをみた反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。 図８は、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのランドパターン６（６ａ，６ｂ）上に実装されるＲＦＩＣパッケージ３の構成を示す分解斜視図である。 図９は、ＲＦＩＤタグが付された商品の一例を示す図であり、ＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当２０１の斜視図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第３の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０３の平面図である。 図１１は、ミアンダライン状のアンテナパターン２Ａ，２Ｂを備える従来のＲＦＩＤタグのアンテナパターンの例を示す平面図である。

まず、本発明に係る無線通信デバイスにおける各種態様の構成について記載する。

本発明に係る第１の態様の無線通信デバイスは、通信信号を送受信するための無線通信デバイスであって、基材と、前記基材に形成されたアンテナパターンと、
前記アンテナパターンに接続された給電回路と、前記アンテナパターンに近接し、前記通信信号の周波数より高い周波数で共振するＬＣ共振回路と、を備える。

上記構造によれば、通信信号の周波数より高い周波数、例えば電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で上記ＬＣ共振回路がアンテナパターンに近接しているため、アンテナパターンが電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振しなくなり、電流が誘導されにくくなる。つまり、電磁波加熱用のマイクロ波のエネルギーをアンテナパターンは受けにくくなる。また、上記ＬＣ共振回路が電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振することで、上記ＬＣ共振回路自体、及びそれに近接するアンテナパターン又は基材が加熱される。アンテナパターン又は基材は加熱によって融解して溶断するか、昇華によって切断される。つまり、アンテナパターンはＬＣ共振回路近接部で分離される。ＬＣ共振回路近接部でアンテナパターンが分離されると、アンテナパターンはもはや上記電磁波加熱用のマイクロ波では共振（高調波共振）しないので、アンテナパターンの発熱は持続されず、高調波共振による温度上昇は停止される。そのため、無線通信デバイス又は無線通信デバイスが貼付された商品部分の融解や変形が防止される。

本発明に係る第２の態様の無線通信デバイスでは、前記アンテナパターンは、給電端に給電回路が接続され、先端が開放端であるダイポール型の電界アンテナを構成するパターンであり、前記ＬＣ共振回路は、前記給電端から前記開放端までの途中箇所の近傍に配置されている。

本発明に係る第３の態様の無線通信デバイスでは、前記アンテナパターンは、前記通信信号の周波数での共振周波数より高い周波数で高調波共振し、前記ＬＣ共振回路は、前記アンテナパターンの、前記高調波共振による高調波電流が集中する箇所（高調波電流最大点）の近傍に配置されている。

本発明に係る第４の態様の無線通信デバイスでは、前記通信信号の周波数での共振は１／４波長共振であり、前記高調波共振は１／２波長共振又は３／４波長共振である。

本発明に係る第５の態様の無線通信デバイスでは、前記アンテナパターンはミアンダライン状であり、前記ＬＣ共振回路は、前記アンテナパターンの互いに対向する導体パターン間に配置されている。

本発明に係る第６の態様の無線通信デバイスでは、前記通信信号の周波数はUHF帯の周波数であり、前記高調波共振の周波数は2.4GHz以上2.5GHz以下の周波数である。

無線通信デバイスが付された商品を販売するコンビニエンスストアやスーパーマーケットでは、食品、日用雑貨品などの多種多様な商品が取り扱われる。近年、コンビニエンスストアに関して、購入した商品の会計、及び袋詰めを自動化する「無人コンビニエンスストア」の実用化に向けて、各種実験が行われている。

「無人コンビニエンスストア」における商品会計の自動化のために、無線通信デバイスである「ＲＦＩＤタグ」を全ての商品に付して対応することが考えられている。「無人コンビニエンスストア」においては、「ＲＦＩＤタグ」が付された商品を収容した買い物カゴが精算台に置かれると、「ＲＦＩＤタグ」からの情報が読み取られて商品代金が表示されるシステムである。購入者は、商品代金としての現金を現金投入口に投入するか、クレジットカードを差し込んで支払いを済ませて、自動的に買い物袋に詰められた商品を受け取ることにより、「無人コンビニエンスストア」における商品の購入を完了することができる。

以下、本発明に係る無線通信デバイスの具体的な例示としての実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。本発明に係る無線通信デバイスが付される商品としては、所謂「コンビニエンスストア」や「スーパーマーケット」などの販売店において取り扱われる全ての商品が対象である。

なお、以下の実施形態において説明する電磁波加熱装置としては、誘電加熱を行う所謂「電子レンジ」で説明するが、本発明おける電磁波加熱装置としては誘電加熱を行う機能を有する加熱装置が対象となる。また、以下の実施形態では、上記商品に付されるＲＦＩＤタグを無線通信デバイスの一例として説明する。

以降、本発明を実施するための複数の形態を順次示す。各実施形態で参照する各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する場合がある。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

《第１の実施形態》
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０１の平面図であり、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）はＲＦＩＤタグ１０１のアンテナパターンに流れる電流の強度分布を示す図である。さらに、図１（Ｄ）はアンテナパターンの、融解による溶断、又は昇華による切断の後の状態を示すＲＦＩＤタグ１０１の平面図である。

図１（Ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ１０１は、絶縁性又は誘電性の基材１と、この基材１に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに対して給電する給電回路９０とを備える。

本実施形態のＲＦＩＤタグ１０１は、UHF帯の通信信号の周波数（キャリア周波数）を含む高周波信号で無線通信（送受信）するよう構成されている。UHF帯とは、860MHzから960MHzの周波数帯域である。ここで、UHF帯の通信信号の周波数は本発明における「通信信号の周波数」の一例である。

給電回路９０は、例えば後に例示するＲＦＩＣ素子やＲＦＩＣパッケージ等である。本実施形態のＲＦＩＤタグ１０１において、基材１として、可撓性を有するフィルム材料又は難燃性のフィルム材料が用いられる。基材１の平面視での外形は矩形状である。また、基材１が難燃性ではない通常のフィルム材料の場合は、基材１の厚みを３８μｍ以下の薄さにしてもよい。これにより、基材１は、燃焼するまでに溶けて変形するので、基材形状を保てないようにすることができる。

基材１に難燃性フィルムを採用する場合、用いられる難燃性フィルム材料としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などの樹脂材料にハロゲン系難燃材料の添加や、難燃性コーティング材料を塗工したフィルムが用いられる。また、基材１の材料としては、耐熱性を有するＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂などの耐熱性、耐加水分解性、耐薬品性の面で高機能を有する樹脂材料を用いることも可能である。なお、基材１には必ずしも難燃性材料が必要なわけではなく、例えば紙材により構成することも可能である。

基材１の表面には、アルミニウム箔、銅箔などの導電材料の膜体によるアンテナパターン２Ａ，２Ｂが形成されている。また、基材１の表面に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂには給電回路９０が電気的に接続されている。

図１（Ａ）に示すように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは、給電回路９０から互いに反対方向にそれぞれ延伸されている。アンテナパターンは２Ａ，２Ｂは、給電端ＦＥに給電回路９０が接続され、先端が開放端ＯＥである、ダイポール型の電界アンテナを構成するパターンである。

図１（Ｂ）に示す電流分布の波形は、第１アンテナパターン２Ａ及び第２アンテナパターン２Ｂにそれぞれ１／４波長の定在波が生じる基本波共振での電流分布を示している。ＲＦＩＤタグ１０１は、通信信号の周波数でこのように基本波共振する。このように、本実施形態のＲＦＩＤタグ１０１のアンテナパターン２Ａ，２Ｂは、ＲＦＩＤタグとしての通信時にダイポール型の電界アンテナとして作用する。

図１（Ｃ）に示す電流分布の波形は、第１アンテナパターン２Ａ及び第２アンテナパターン２Ｂにそれぞれ３／４波長の定在波が生じる高調波共振での電流分布を示している。ＲＦＩＤタグ１０１は電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で、このように高調波共振する。

ＲＦＩＤタグ１０１は、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの近接位置ＰＰに近接するＬＣ共振回路２０を備える。このＬＣ共振回路２０は、上記通信信号の周波数より高い周波数である電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振する。上述のとおり、この例では通信信号の周波数は860MHzから960MHzの周波数帯域であり、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数は例えば2.4GHz以上2.5GHz以下の周波数である。

図１（Ｃ）に示すように、ＬＣ共振回路２０がアンテナパターン２Ａ，２Ｂに近接しているため、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数において、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは高調波共振しなくなり、電流が誘導されにくくなる。つまり、電磁波加熱用のマイクロ波のエネルギーをアンテナパターン２Ａ，２Ｂは受けにくくなる。また、ＬＣ共振回路２０が電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振することで、ＬＣ共振回路２０自体、及びそれに近接するアンテナパターン２Ａ，２Ｂ又は基材１が加熱される。アンテナパターン２Ａ，２Ｂ又は基材１は加熱によって、近接位置ＰＰで融解して溶断するか、昇華によって切断される。図１（Ｄ）は、このようにしてアンテナパターン２Ａ，２Ｂが近接位置ＰＰで分離された後の状態を示している。

なお、本実施形態では、上記近接位置ＰＰは、図１（Ｃ）に示すように、上記高調波共振の周波数で電流密度の高くなる高調波電流集中箇所でもある。この近接位置ＰＰの電流密度は他の位置より高い。そのため、ＬＣ共振回路２０とアンテナパターン２Ａ，２Ｂの結合度が高まり、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの共振周波数がより効果的に変位する。これにより、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数において高調波共振しなくなる。

図１（Ｄ）に示したように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが近接位置ＰＰで分離されると、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの実効長は短くなるので、アンテナパターン（放射素子）としては作用しなくなる。この状態では図１（Ｃ）に示した高調波共振は成り立たなくなり、電磁波加熱用マイクロ波の照射が続いても、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに上記高調波電流が流れず、昇温は停止し、発火には至らない。

以上に示した例では、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが通信信号の周波数で１／４波長で基本波共振し、電磁波加熱用周波数で３／４波長で高調波共振（３次高調波共振）する例を取り上げたが、次に例示するように、通信信号の周波数での共振モードと電磁波加熱用周波数での共振モードにはその他の組み合わせもある。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）は、通信信号の周波数での共振モード又は電磁波加熱用マイクロ波の周波数での共振モードの例を電流分布及び電圧分布で示す図である。図２（Ａ）で示す共振モードは、図１（Ｂ）で既に示した共振モードであり、共振周波数ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて１／４波長で基本波共振する。図２（Ｂ）で示す共振モードは共振周波数２ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて１／２波長で高調波共振する。図２（Ｃ）で示す共振モードは、図１（Ｃ）で既に示した共振モードであり、共振周波数３ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて３／４波長で高調波共振する。図２（Ｄ）で示す共振モードでは、共振周波数４ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて１波長で高調波共振する。

電磁波加熱用マイクロ波の周波数で、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）に示すような高次の共振モードが生じる条件では、アンテナパターン２Ａ，２Ｂ上で、電流密度の高い高電流密度領域ＨＣが生じる。この高電流密度領域ＨＣに上記ＬＣ共振回路２０を近接配置すると、つまり、高電流密度領域ＨＣを上記近接位置ＰＰとすると、ＬＣ共振回路２０とアンテナパターン２Ａ，２Ｂとの結合度が高まり、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数においてアンテナパターン２Ａ，２Ｂは高調波共振しなくなる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、ミアンダライン状のアンテナパターンを備えるＲＦＩＤタグについて示す。

まず、基本共振と高調波共振について、ミアンダライン状のアンテナパターンを備えるＲＦＩＤタグと、第１の実施形態で示したような直線状のアンテナパターンを備えるＲＦＩＤとの違いについて述べる。

図１１は、ミアンダライン状のアンテナパターン２Ａ，２Ｂを備える従来のＲＦＩＤタグのアンテナパターンの例を示す平面図である。図１１には、導体パターンのインダクタンス成分Ｌと、隣接する導体パターン間の容量成分Ｃを表している。アンテナを小型化する手法としてアンテナパターンをミアンダライン状にすることは一般的であるが、このアンテナパターン２Ａ，２Ｂの基本波共振と高調波共振とでは、アンテナパターンをミアンダライン状にすることの効果が異なる。つまり、アンテナパターンをミアンダライン状にすると、導体パターン同士の隣接によって、上記インダクタンス成分Ｌも容量成分Ｃも増大して、共振周波数は低域にシフトする。ただし、基本波共振では電流電圧の最大点が一箇所生じるだけであるが、高調波共振では電流電圧の最大点が複数箇所に生じる。そのため、高調波共振は基本波共振に比べて、インダクタンス成分Ｌ及び容量成分Ｃの影響を大きく受ける。したがって、高調波共振は基本波共振に比べて、上記ミアンダライン状にすることによる共振周波数の低域シフト量が大きい。例えばアンテナパターン２Ａ，２Ｂが860MHzから960MHzのUHF帯の通信信号の周波数で基本波共振し、電磁波加熱用周波数2.45GHzで高調波共振（２次高調波共振）する、という条件になりやすい。

図３（Ａ）は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０２の平面図であり、図３（Ｂ）は比較例としてのＲＦＩＤタグの平面図である。

図３（Ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ１０２は、絶縁性の基材１と、この基材１に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに接続されたＲＦＩＣパッケージ３とを備える。アンテナパターン２Ａ，２Ｂはミアンダライン状であり、ＲＦＩＣパッケージ３が実装される第１ランドパターン６ａから複数の折り返し部ＦＰを有して蛇行するミアンダライン状の第１アンテナパターン２Ａ、及びＲＦＩＣパッケージ３が実装される第２ランドパターン６ｂから複数の折り返し部分を有して蛇行するミアンダライン状の第２アンテナパターン２Ｂがそれぞれ延設されて構成されている。つまり、第１ランドパターン６ａからミアンダライン状の第１アンテナパターン２Ａが、基材１における長手方向の一方端に向かって（−Ｘ方向に）延設されている。また、第２ランドパターン６ｂからミアンダライン状の第２アンテナパターン２Ｂが、基材１における長手方向の他方端に向かって（＋Ｘ方向に）延設されている。

上記構成により、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは、ダイポール型の電界アンテナとして作用する。

アンテナパターン２Ａ，２Ｂの折り返し部ＦＰとは、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの延びる方向が反転する箇所である。アンテナパターン２Ａ，２Ｂは折り返し部ＦＰで折り返されることによって、互いに対向する導体パターンＯＰを含む。

アンテナパターン２Ａ，２Ｂとしてはアルミニウム電極や銅電極など導電率の高い金属材料である。なお、アンテナパターン２Ａ，２Ｂとして、金属材料以外でカーボン系の材料を用いてもよい。

アンテナパターン２Ａ，２Ｂには、互いに隣接する、導体パターンＯＰと導体パターンＯＰとの間に、導体パターン間隔部が形成されていて、これら複数の導体パターン間隙部のうち一箇所にＬＣ共振回路２０が配置されている。図３（Ｂ）に示す比較例としてのＲＦＩＤタグは、ＬＣ共振回路２０が存在しない。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０２の平面図に、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに流れる電流の強度分布を重ねて示す図である。

図４（Ａ）に示す電流分布の波形は、第１アンテナパターン２Ａ及び第２アンテナパターン２Ｂにそれぞれ１／４波長の定在波が生じる基本波共振での電流分布を示している。ＲＦＩＤタグ１０２の通信信号の周波数で、このように基本波共振する。このように、本実施形態のＲＦＩＤタグ１０２のアンテナパターン２Ａ，２Ｂは、ＲＦＩＤタグとしての通信時にダイポール型の電界アンテナとして作用する。

このような、ＲＦＩＤタグとしての通信時には、ＬＣ共振回路２０は共振しないので、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに対して影響を殆ど与えない。

図４（Ｂ）に示す電流分布の波形は、第１アンテナパターン２Ａ及び第２アンテナパターン２Ｂにそれぞれ３／４波長の定在波が生じる高調波共振での電流分布を示している。ＲＦＩＤタグ１０２は電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で、このように高調波共振する。

図４（Ｂ）に示すように、ＬＣ共振回路２０がアンテナパターン２Ａ，２Ｂに近接しているため、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数においてアンテナパターン２Ａ，２Ｂは高調波共振しなくなり、電流が誘導されにくくなる。つまり、電磁波加熱用のマイクロ波のエネルギーをアンテナパターン２Ａ，２Ｂは受けにくくなる。また、ＬＣ共振回路２０が電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振することで、ＬＣ共振回路２０自体、及びそれに近接するアンテナパターン２Ａ，２Ｂ又は基材１が加熱される。アンテナパターン２Ａ，２Ｂ又は基材１は加熱によって、上記近接位置ＰＰで融解して溶断するか、昇華によって切断される。図４（Ｂ）は、このようにしてアンテナパターン２Ａ，２Ｂが上記近接位置ＰＰで分離された後の状態を示している。

本実施形態では、上記近接位置ＰＰは、図４（Ｂ）に示すように、上記高調波共振の周波数で電流密度の高くなる高調波電流集中箇所でもある。この近接位置ＰＰの電流密度は他の位置より高い。そのため、ＬＣ共振回路２０とアンテナパターン２Ａ，２Ｂの結合度が高まり、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数においてアンテナパターン２Ａ，２Ｂは高調波共振しなくなる。

図５は上記ＬＣ共振回路２０の構造を示す図である。このＬＣ共振回路２０は、それぞれ一端が開放された二つのループ状の導体パターン２１，２２で構成されている。そして、ループ状導体パターン２１の開放端とループ状導体パターン２２の開放端とは互いに反対側に配置されている。つまり二重化されたスプリットリング共振器である。

図６は上記ＬＣ共振回路２０の等価回路図である。このようにＬＣ共振回路２０は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とによる共振回路と、インダクタＬ２とキャパシタＣ２による共振回路とが互いに結合した構造である。

本実施形態のＲＦＩＤタグ１０２においては、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのうち、ＬＣ共振回路２０が近接する領域が長いので、アンテナパターン２Ａ，２ＢとＬＣ共振回路２０が、より効率的に結合することができる。

図７は、ＲＦＩＤタグ１０２において、又は比較例としてのＲＦＩＤタグにおいて、ＲＦＩＣパッケージ３が実装されるランドパターン６ａ，６ｂからアンテナパターン２Ａ，２Ｂをみた反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図７において、曲線ＡはＲＦＩＤタグ１０２の特性、曲線Ｂは図３に示した比較例としてのＲＦＩＤタグの特性をそれぞれ表している。図７において、周波数ｆｏはアンテナパターン２Ａ，２Ｂの基本波共振周波数であり、通信信号の周波数である。また、周波数ｆｒはＬＣ共振回路２０の共振周波数であり、電磁波加熱用マイクロ波の周波数である。

なお、周波数３ｆｏ，３ｆｏ′は、３／４波長共振による高調波共振周波数である。ＬＣ共振回路２０が存在しないときの高調波共振周波数３ｆｏは、ＬＣ共振回路２０を付加することで、３ｆｏ′に低下する。したがって、高調波共振周波数が電磁波加熱用のマイクロ波の周波数ｆｒから離れる方向に低下するため、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが電磁波加熱用のマイクロ波の周波数ｆｒにおいて高調波共振しなくなる。

図８は、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのランドパターン６（６ａ，６ｂ）上に実装されるＲＦＩＣパッケージ３の構成を示す分解斜視図である。図８に示すように、第１の実施形態におけるＲＦＩＣパッケージ３は、三層からなる多層基板で構成されている。具体的には、ＲＦＩＣパッケージ３の多層基板は、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂材料から作製されており、可撓性を有する三つの絶縁シート１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが積層されて構成されている。絶縁シート１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、平面視が略四角形状であり、本実施形態においては略長方形の形状を有している。図８に示すＲＦＩＣパッケージ３は、図３（Ａ）に示したＲＦＩＣパッケージ３を裏返して三層を分解した状態を示している。

図８に示すように、ＲＦＩＣパッケージ３は、三層の基板（絶縁シート１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）上において、ＲＦＩＣチップ９と、複数のインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに接続される外部接続端子１１（１１ａ，１１ｂ）と、が所望の位置に形成されている。

外部接続端子１１ａ，１１ｂは、最下層（アンテナパターン２Ａ，２Ｂに対向する基板）となる第１絶縁シート１２Ａに形成されており、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのランドパターン６ａ，６ｂに対向する位置に形成されている。４つのインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、第２絶縁シート１２Ｂ及び第３絶縁シート１２Ｃに２つずつ分かれて形成されている。即ち、最上層（図８においては最も下に記載されている層）となる第３絶縁シート１２Ｃには第１インダクタンス素子１０Ａ及び第２インダクタンス素子１０Ｂが形成されており、中間層となる第２絶縁シート１２Ｂには第３インダクタンス素子１０Ｃ及び第４インダクタンス素子１０Ｄが形成されている。

本実施形態におけるＲＦＩＣパッケージ３においては、外部接続端子１１ａ，１１ｂ及び４つのインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、アルミニウム箔、銅箔などの導電材料により作製される導体パターンにより構成される。

図８に示すように、ＲＦＩＣチップ９は、最上層である第３絶縁シート１２Ｃ上に長手方向（図８におけるＸ方向）の中央部分に実装されている。ＲＦＩＣチップ９は、シリコンなどの半導体を素材とする半導体基板にＲＦ回路が形成された構造を有する。第３絶縁シート１２Ｃ上の長手方向の一方側（図８においては＋Ｘ方向の側）において渦巻き状に形成されている第１インダクタンス素子１０Ａは、ＲＦＩＣチップ９の一方の入出力端子９ａにランド１０Ａａを介して接続されている。第３絶縁シート１２Ｃ上の長手方向の他方側（図８においては−Ｘ方向の側）において渦巻き状に形成されている第２インダクタンス素子１０Ｂは、ＲＦＩＣチップ９の他方の入出力端子９ｂにランド１０Ｂａを介して接続されている。

中間層である第２絶縁シート１２Ｂ上の長手方向の一方側（図８においては＋Ｘ方向の側）には、渦巻き状の第３インダクタンス素子１０Ｃが形成されており、第２絶縁シート１２Ｂ上の長手方向の他方側（図８においては−Ｘ方向の側）には、渦巻き状の第４インダクタンス素子１０Ｄが形成されている。渦巻き状の第３インダクタンス素子１０Ｃの外周側の端部と、渦巻き状の第４インダクタンス素子１０Ｄの外周側の端部は直接接続されている。一方、第３インダクタンス素子１０Ｃの内周側の端部であるランド１０Ｃａは、第２絶縁シート１２Ｂを貫通するビア導体などの層間接続導体を介して、第３絶縁シート１２Ｃ上の渦巻き状の第１インダクタンス素子１０Ａの内周側の端部であるランド１０Ａｂに接続されている。また、第３インダクタンス素子１０Ｃの内周側の端部であるランド１０Ｃａは、最下層となる第１絶縁シート１２Ａを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体を介して、第１絶縁シート１２Ａ上の第１外部接続端子１１ａに接続されている。

第４インダクタンス素子１０Ｄの内周側の端部であるランド１０Ｄａは、第２絶縁シート１２Ｂを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体を介して、第３絶縁シート１２Ｃ上の渦巻き状の第２インダクタンス素子１０Ｂの内周側の端部であるランド１０Ｂｂに接続されている。また、第４インダクタンス素子１０Ｄの内周側の端部であるランド１０Ｄａは、最下層となる第１絶縁シート１２Ａを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体を介して、第１絶縁シート１２Ａ上の第２外部接続端子１１ｂに接続されている。

第１絶縁シート１２Ａ上の第１外部接続端子１１ａは、基材１上に形成された第１アンテナパターン２Ａの第１ランドパターン６ａに接続されるよう配設されている。また、第１絶縁シート１２Ａ上の第２外部接続端子１１ｂは、基材１上に形成された第２アンテナパターン２Ｂの第２ランドパターン６ｂに接続されるよう配設されている。

また、中間層である第２絶縁シート１２Ｂには、第３絶縁シート１２Ｃ上に実装されたＲＦＩＣチップ９が収容される貫通孔１３が形成されている。ＲＦＩＣチップ９は、第１インダクタンス素子１０Ａと第２インダクタンス素子１０Ｂとの間、及び第３インダクタンス素子１０Ｃと第４インダクタンス素子１０Ｄとの間に配設されている。このため、ＲＦＩＣチップ９がシールドとして機能し、第１インダクタンス素子１０Ａと第２インダクタンス素子１０Ｂとの間における磁界結合及び電界結合が抑制され、同様に、第３インダクタンス素子１０Ｃと第４インダクタンス素子１０Ｄとの間における磁界結合及び電界結合が抑制される。その結果、ＲＦＩＣパッケージ３においては、通信信号の通過帯域が狭くなることが抑制されており、通過帯域を広いものとしている。

本実施形態では、ＲＦＩＣパッケージ３がアンテナパターン２Ａ，２Ｂ上に実装された形態を例示したが、ＲＦＩＣチップ９を直接アンテナパターン２Ａ，２Ｂ上に実装してもよい。また、このとき、ＲＦＩＣパッケージ３において複数のインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとして構成されていたインダクタを、ループ状のパターンによって基材１上に構成してもよい。

図９は、ＲＦＩＤタグが付された商品の一例を示す図であり、ＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当２０１の斜視図である。

このように、ＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当２０１を電子レンジで加熱しても、ＲＦＩＤタグ１０２の発火、さらにはＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当のラッピングフィルムの融解や変形を防止できる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、ＬＣ共振回路の配置位置が第２の実施形態で示した例とは異なるＲＦＩＤタグについて示す。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第３の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０３の平面図である。このＲＦＩＤタグ１０３は、絶縁性の基材１と、この基材１に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに接続されたＲＦＩＣパッケージ３とを備える。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示したＲＦＩＤタグ１０２とは、ＬＣ共振回路２０の配置位置が異なる。また、高調波共振のモードが異なる。

図１０（Ａ）に示す電流分布の波形は、第１アンテナパターン２Ａ及び第２アンテナパターン２Ｂにそれぞれ１／４波長の定在波が生じる基本波共振での電流分布を示している。ＲＦＩＤタグ１０３の通信信号の周波数で、このように基本波共振する。

図１０（Ｂ）に示す電流分布の波形は、第１アンテナパターン２Ａ及び第２アンテナパターン２Ｂにそれぞれ１／２波長の定在波が生じる高調波共振での電流分布を示している。ＲＦＩＤタグ１０３は電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で、このように高調波共振する。

ＲＦＩＤタグ１０３においては、ＬＣ共振回路２０は、図１０（Ｂ）に表れているように、上記１／２波長共振の高調波共振モードにおける電流密度の高い位置に配置されている。

図１０（Ｂ）に示すように、ＬＣ共振回路２０がアンテナパターン２Ａ，２Ｂに近接しているため、電磁波加熱用のマイクロ波の周波数においてアンテナパターン２Ａ，２Ｂは高調波共振しなくなり、電流が誘導されにくくなる。つまり、電磁波加熱用のマイクロ波のエネルギーをアンテナパターン２Ａ，２Ｂは受けにくくなる。また、上記ＬＣ共振回路２０が電磁波加熱用のマイクロ波の周波数で共振することで、上記ＬＣ共振回路２０自身、及びそれに近接するアンテナパターン２Ａ，２Ｂ又は基材１が加熱される。アンテナパターン２Ａ，２Ｂ又は基材１は加熱によって、上記近接位置ＰＰで融解して溶断するか、昇華によって切断される。図１０（Ｂ）は、このようにしてアンテナパターン２Ａ，２Ｂが上記近接位置で分離された後の状態を示している。

本実施形態においても、上記近接位置ＰＰは、図１０（Ｂ）に示すように、上記高調波共振の周波数で電流密度の高くなる高調波電流集中箇所である。そのため、電磁波加熱用マイクロ波の照射による、アンテナパターンへの２Ａ，２Ｂの近接位置ＰＰでの分離性能が高い。

以上、幾つか例示したように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが途中位置で分離されることで、このアンテナパターン２Ａ，２Ｂは電磁波加熱用マイクロ波の周波数で高調波共振しなくなる、ＬＣ共振回路２０は上記分離位置に配置されていればよい。また、特に、ＬＣ共振回路２０は、電磁波加熱用マイクロ波を受けて共振し、そのことで高調波電流が集中する箇所に配置されていることが好ましい。

なお、ＬＣ共振回路２０は、第１アンテナパターン２Ａ、第２アンテナパターン２Ｂの一方にのみ設けてもよい。その場合でも、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが上記ＬＣ共振回路２０の近接位置で分離されれば、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの実効長が短くなって、高調波共振が維持されず、高調波電流による発熱が停止される。

また、ＬＣ共振回路２０は、電磁波加熱用マイクロ波の周波数で基本波共振するものに限らず、高調波共振する構成であってもよい。

また、図３、図１０等では、ＲＦＩＤタグが備える第１アンテナパターン２Ａと第２アンテナパターン２Ｂの形状は給電点（ＲＦＩＣパッケージ３の位置）を中心として点対称の関係にある例を示したが、二つのアンテナパターン２Ａ，２Ｂの形状の関係は、給電点を中心とする線対称であってもよい。さらには、非対称であってもよい。

以上のように、各実施形態において具体的な構成を用いて説明したように、これらの実施形態によれば、ＲＦＩＤタグが付された商品が電磁波加熱装置で加熱される場合において、ＲＦＩＤタグの発火、さらにはＲＦＩＤタグが付された商品における部材の融解や変形を防止できる。したがって、本発明は、食品、日用雑貨品などの多種多様な商品を取り扱うコンビニエンスストアなどの販売店において、購入した商品の会計、及び袋詰めを自動化するシステムを構築することが可能となり、「無人コンビニエンスストア」の実用化に向けて、大きく前進させることができる無線通信デバイスを提供するものである。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

本発明は、商品に付する無線通信デバイスとして汎用性が高く、有用なものであり、特に、「無人コンビニエンスストア」の実現においては必要な製品である。

ＦＥ…給電回路接続端
ＦＰ…折り返し部
ＨＣ…高電流密度領域
ＯＥ…開放端
ＯＰ…互いに対向する導体パターン
ＰＰ…近接位置
１…基材
２Ａ…第１アンテナパターン
２Ｂ…第２アンテナパターン
３…ＲＦＩＣパッケージ
６…ランドパターン
６ａ…第１ランドパターン
６ｂ…第２ランドパターン
９…ＲＦＩＣチップ
９ａ，９ｂ…入出力端子
１０Ａ…第１インダクタンス素子
１０Ｂ…第２インダクタンス素子
１０Ｃ…第３インダクタンス素子
１０Ｄ…第４インダクタンス素子
１０Ａａ，１０Ａｂ，１０Ｂａ，１０Ｂｂ，１０Ｃａ，１０Ｄａ…ランド
１１…外部接続端子
１１ａ…第１外部接続端子
１１ｂ…第２外部接続端子
１２Ａ…第１絶縁シート
１２Ｂ…第２絶縁シート
１２Ｃ…第３絶縁シート
１３…貫通孔
２０…ＬＣ共振回路
２１，２２…ループ状導体パターン
９０…給電回路
１０１，１０２，１０３…ＲＦＩＤタグ
２０１…弁当

Claims (6)

1. 通信信号を送受信するための無線通信デバイスであって、
   基材と、
   前記基材に形成されたアンテナパターンと、
   前記アンテナパターンに接続された給電回路と、
   前記アンテナパターンに近接し、前記通信信号の周波数より高い、電磁波加熱用マイクロ波の周波数で共振するＬＣ共振回路と、
   を備えた無線通信デバイス。
2. 前記アンテナパターンは、給電端に前記給電回路が接続され、先端が開放端であるダイポール型の電界アンテナを構成するパターンであり、前記ＬＣ共振回路は、前記給電端から前記開放端までの途中箇所の近傍に配置されている、
   請求項１に記載の無線通信デバイス。
3. 前記アンテナパターンは、前記通信信号の周波数での共振周波数より高い周波数で高調波共振し、
   前記ＬＣ共振回路は、前記アンテナパターンの、前記高調波共振による高調波電流が集中する箇所の近傍に配置されている、
   請求項２に記載の無線通信デバイス。
4. 前記通信信号の周波数での共振は１／４波長共振であり、前記高調波共振は１／２波長共振又は３／４波長共振である、
   請求項３に記載の無線通信デバイス。
5. 前記アンテナパターンはミアンダライン状であり、前記ＬＣ共振回路は、前記アンテナパターンの互いに対向する導体パターン間に配置されている、
   請求項３又は４に記載の無線通信デバイス。
6. 前記通信信号の周波数はUHF帯の周波数であり、前記高調波共振の周波数は、2.4GHz以上2.5GHz以下の周波数である、
   請求項３又は４に記載の無線通信デバイス。

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