JP7145115B2 - Ｒｆｉｄメディア - Google Patents

Description

本発明は、２つの周波数帯にて通信が可能なＲＦＩＤメディアに関する。

昨今、情報化社会の進展に伴って、情報をカードに記録し、該カードを用いた情報管理や決済等が行われている。また、商品等に貼付されるタグに情報を記録し、このタグを用いての商品等の管理も行われている。

このようなカードやタグを用いた情報管理においては、カードやタグに対して非接触状態にて情報の書き込み及び読み出しを行うことが可能なＩＣチップが搭載された非接触型ＩＣカードや非接触型ＩＣタグ等といったＲＦＩＤメディアがその優れた利便性から急速な普及が進みつつある。ＲＦＩＤメディアにおいては、ベース基材上に非接触通信を可能とするアンテナがＩＣチップに接続されて形成されており、アンテナによって決められた周波数帯において非接触状態にて情報の書き込みや読み出しが行われることになる。

ここで、近年、２つの周波数帯を用いて通信を可能とするＲＦＩＤメディアが考えられている。

例えば、特許文献１には、基板上に、第１周波数の第１キャリア信号により送受信を行う遠方界アンテナと、第２周波数の第２キャリア信号により送受信を行う近傍界アンテナとが並べて配置されてなるＩＣタグが開示されている。また、特許文献２には、ベース基材上に、２．４５ＧＨｚの周波数にて通信を可能とするアンテナ部が、１３．５６ＭＨｚにて通信を可能とするコイル状のアンテナ部の３辺を取り囲むように設けられた非接触型ＩＣタグが開示されている。

このように、互いに異なる周波数帯にて通信を可能とする二種類のアンテナを設けることで、１つのＲＦＩＤメディアを互いに異なる用途に用いることができる。

特許第５０９４６３０号公報 特開２００５－２５２８５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたもののように、互いに異なる周波数帯にて通信を可能とする２つのアンテナがただ単に並べて配置されたものにおいては、長い通信距離を確保するためには全体が大型化してしまうという問題点がある。

また、特許文献２に開示されたものにおいては、２．４５ＧＨｚの周波数にて通信を可能とするアンテナ部と、１３．５６ＭＨｚにて通信を可能とするアンテナ部とが、互いに共振しないように離れて配置されているため、全体が大型化してしまう可能性がある。

本発明は、長い通信距離を確保する場合でも全体を大型化することなく、２つの周波数帯にて非接触通信を可能とするＲＦＩＤメディアを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
ベース基板と、
前記ベース基板上に設けられ、第１の周波数帯にて電磁誘導方式によって通信を可能とするコイル状の第１のアンテナと、
前記ベース基板上に設けられ、第２の周波数帯にて電波方式によって通信を可能とする第２のアンテナと、
通信方式に応じて前記第１のアンテナまたは前記第２のアンテナを介して通信を行うＩＣチップとを有し、
前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと共振するように前記第１のアンテナの３辺を取り囲んで設けられ、前記第１のアンテナと共振した状態で前記第２の周波数帯にて通信を可能とする。

上記のように構成された本発明においては、ベース基板上に第１の周波数帯にて電磁誘導方式によって通信を可能とするコイル状の第１のアンテナが設けられるとともに、ベース基板上に第２の周波数帯にて電波方式によって通信を可能とする第２のアンテナが設けられているが、第２のアンテナが、第１のアンテナと共振した場合でも、第１のアンテナの３辺を取り囲んで設けられていることで、第２のアンテナが第２の周波数帯にて通信が可能となるので、第２のアンテナが第１のアンテナの３辺を取り囲んで設けられた状態で、第１のアンテナと第２のアンテナとをこれらが共振するように近接して設けることができ、それにより、全体が大型化することなく、２つの周波数帯にて非接触通信が可能となる。

また、第２のアンテナが、２つの放射導体パターンと、２つの放射導体パターンのインピーダンス整合回路として作用する整合回路パターンとを有するものにおいては、第１のアンテナの１辺に沿う領域が、整合回路パターンが主体となっている構成とすることが考えられる。

本発明によれば、第２の周波数帯にて電波方式によって通信を可能とする第２のアンテナが、第１の周波数帯にて電磁誘導方式によって通信を可能とするコイル状の第１のアンテナと共振するように設けられていながらも、第１のアンテナの３辺を取り囲んで設けられていることで、第２のアンテナが第２の周波数帯にて通信が可能となるため、第２のアンテナが第１のアンテナの３辺を取り囲んで設けられた状態で、第１のアンテナと第２のアンテナとをこれらが共振するように近接して設けることができ、それにより、全体が大型化することなく、２つの周波数帯にて非接触通信が可能となる。

本発明のＲＦＩＤメディアの実施の一形態を示す図であり、（ａ）は表面側から見た構成図、（ｂ）は（ａ）に示した絶縁層及びジャンパー線を取り除いた構成を示す図である。 図１に示したＩＣタグの構成を一部異ならせたＩＣタグの例を示す図である。 図１及び図２に示したＩＣタグのアンテナの通信特性を示す図である。 図１及び図２に示したＩＣタグに対してアンテナの配置を変えたＩＣタグの例を示す図である。 図４に示したＩＣタグのアンテナの通信特性を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＲＦＩＤメディアの実施の一形態を示す図であり、（ａ）は表面側から見た構成図、（ｂ）は（ａ）に示した絶縁層５０及びジャンパー線６０を取り除いた構成を示す図である。

本形態は図１に示すように、ベース基材１０の一方の面に、二種類のアンテナ２０，３０が形成されるとともに、ＩＣチップ４０が搭載されてなるＩＣタグ１である。

ベース基材１０は、樹脂等の絶縁性材料から構成され、例えば、２３ｍｍ×３６ｍｍの略長方形のサイズとなっている。

アンテナ２０は、本願発明における第１のアンテナとなるものである。アンテナ２０は、略長方形のコイル状に形成され、コイル状の外側と内側にそれぞれ設けられたランド端子２１ａ，２１ｂがジャンパー線６０を介して接続されることで、ループを形成している。アンテナ２０は、コイルの内部を通過する磁束によって電流が流れ、第１の周波数帯となる１３．５６ＭＨｚの周波数で共振するようにその長さ及び巻き数が設計されている。なお、アンテナ２０のランド部２１ａ，２１ｂを結ぶ領域には、絶縁性材料からなる絶縁層５０が積層されており、この絶縁層５０上にジャンパー線６０が設けられることで、ジャンパー線６０がアンテナ２０のランド端子２１ａ，２１ｂ以外の領域と導通しないように構成されている。

アンテナ３０は、本願発明における第２のアンテナとなるものである。アンテナ３０は、２つの放射導体パターン３１ａ，３１ｂと、整合回路パターン３２とから構成されており、第２の周波数帯となる９２０ＭＨｚ近傍の周波数を有する電波に共振するように放射導体パターン３１ａ，３１ｂが設計されている。整合回路パターン３２は、アンテナ２０の１辺の全域に沿って放射導体パターン３１ａ，３１ｂ間に接続されて設けられ、放射導体パターン３１ａ，３１ｂのインピーダンス整合回路として作用するものである。放射導体パターン３１ａ，３１ｂのそれぞれは、往復しながら互いに離れる方向に向かうメアンダ状に構成されたダイポールアンテナからなり、アンテナ２０の整合回路パターン３２が沿う辺に隣接する２辺に沿う領域に設けられている。このように、整合回路パターン３２がアンテナ２０の１辺に沿う領域に設けられるとともに、放射導体パターン３１ａ，３１ｂがアンテナ２０の整合回路パターン３２が沿う辺に隣接する２辺に沿う領域に設けられることにより、アンテナ３０は、アンテナ２０の３辺を取り囲むようにアンテナ２０に隣接して設けられていることになる。なお、アンテナ２０とアンテナ３０との隣接する領域の間隔は、０．３ｍｍとなっている。

上述したように、アンテナ３０は、アンテナ２０の３辺を取り囲むようにアンテナ２０に隣接して設けられ、アンテナ２０との間隔が０．３ｍｍとなっている。これにより、アンテナ３０は、アンテナ２０と共振することとなるが、アンテナ３０は、アンテナ２０と共振した状態においても、第２の周波数帯となる９２０ＭＨｚ近傍の周波数を有する電波に共振する。その作用の詳細は後述する。

ＩＣチップ４０は、アンテナ２０，３０に接続され、外部装置となるリーダライタ（不図示）との間にてアンテナ２０，３０を介して非接触で通信を行うものである。上述したように、アンテナ２０とアンテナ３０とでは、共振する周波数帯が互いに異なるため、ＩＣチップ４０は、リーダライタが１３．５６ＭＨｚの通信周波数帯において電波誘導方式によって通信を行う場合は、アンテナ２０を介してリーダライタとの間にて通信を行い、リーダライタが９２０ＭＨｚ近傍の通信周波数帯において電波方式によって通信を行う場合は、アンテナ３０を介してリーダライタとの間にて通信を行うことになる。これにより、例えば、製造現場の工程管理や真贋判定等、１つ１つのモノを個体管理する場合は、１３．５６ＭＨｚの通信周波数帯において電波誘導方式によって通信を行ってこれらの管理をすることができ、また、棚卸しや在庫管理等、複数のモノを一括で管理したい場合は、９２０ＭＨｚの通信周波数帯において電波方式によって通信を行ってこれらの管理をすることができる。

以下に、上記のように構成されたＩＣタグ１の通信特性について説明する。

図２は、図１に示したＩＣタグ１の構成を一部異ならせたＩＣタグの例を示す図であり、図３は、図１及び図２に示したＩＣタグ１，１０１，２０１のアンテナ３０の通信特性を示す図である。

図１に示したＩＣタグ１のアンテナ３０の通信特性を測定したところ、図３中実線で示すように、９４０ＭＨｚ近傍に共振ピークを有する通信特性が得られた。なお、図３のグラフは、横軸に周波数を示し、縦軸に反射強度から換算した通信距離を示す。

一方、図２（ａ）に示すように、図１に示したＩＣタグ１のアンテナ２０とＩＣチップ４０との間の配線が断線することで断線部７０ａ，７０ｂが生じたＩＣタグ１０１においては、図３中破線で示すように、共振ピークが落ち込み、大きなピークを得ることができなくなってしまった。これは、アンテナ３０やＩＣチップ４０とは接続されていないことで独立したアンテナ２０が金属板のように作用し、この金属板のように作用したアンテナ２０の影響をアンテナ３０が受け、アンテナ３０における共振ピークが落ち込んでしまったものと考えられる。

また、図２（ｂ）に示すように、図１に示したＩＣタグ１からアンテナ２０を取り除いたＩＣタグ２０１においては、図３中一点鎖線で示すように、９４０ＭＨｚ近傍に共振ピークを有する通信特性が得られた。

すなわち、図１に示したＩＣタグ１においては、アンテナ３０の通信特性として、アンテナ２０を有さずにアンテナ３０のみを有するＩＣタグ２０１の通信特性と同じような通信特性を得ることができることになる。

ここで、上述したような通信特性を、アンテナ２０，３０の配置を変えたものと比較してみる。

図４は、図１及び図２に示したＩＣタグ１，１０１，２０１に対してアンテナ２０，３０の配置を変えたＩＣタグの例を示す図であり、図５は、図４に示したＩＣタグ３０１，４０１，５０１のアンテナ３３０の通信特性を示す図である。

本比較例は図４（ａ）に示すように、図１に示したものに対して、１３．５６ＭＨｚの周波数で共振するアンテナ３２０と、９２０ＭＨｚ近傍の周波数で共振するアンテナ３３０とが、ベース基材３１０上に並んで配置されている点が異なるＩＣタグ３０１である。

ベース基材３１０は、樹脂等の絶縁性材料から構成され、例えば、２３ｍｍ×７０ｍｍの略長方形のサイズとなっている。

アンテナ３２０は、略長方形のコイル状に形成され、コイル状の外側と内側にそれぞれ設けられたランド端子がジャンパー線３６０を介して接続されることで、ループを形成している。アンテナ３２０は、コイルの内部を通過する磁束によって電流が流れ、第１の周波数帯となる１３．５６ＭＨｚの周波数で共振するようにその長さ及び巻き数が設計されている。なお、アンテナ３２０の２つのランド部を結ぶ領域には、絶縁性材料からなる絶縁層３５０が積層されており、この絶縁層３５０上にジャンパー線３６０が設けられることで、ジャンパー線３６０がアンテナ３２０のランド端子以外の領域と導通しないように構成されている。

アンテナ３３０は、２つの放射導体パターン３３１ａ，３３１ｂと、整合回路パターン３３２とから構成されており、アンテナ３２０と共振した状態において９２０ＭＨｚ近傍の周波数を有する電波に共振するように放射導体パターン３３１ａ，３３１ｂが設計されている。整合回路パターン３３２は、放射導体パターン３３１ａ，３３１ｂ間に接続されて設けられ、放射導体パターン３３１ａ，３３１ｂのインピーダンス整合回路として作用するものである。放射導体パターン３３１ａ，３３１ｂのそれぞれは、往復しながら互いに離れる方向に向かうメアンダ状に構成されたダイポールアンテナからなる。このように構成されたアンテナ３３０は、アンテナ３２０の１辺に沿う領域にてアンテナ３２０と隣接して並べられている。なお、アンテナ３２０とアンテナ３３０との隣接する領域の間隔は、０．５ｍｍとなっている。

図４（ａ）に示したＩＣタグ３０１のアンテナ３３０の通信特性を測定したところ、図５中実線で示すように、９１０ＭＨｚ近傍に共振ピークを有する通信特性が得られた。なお、図５のグラフにおいても、横軸に周波数を示し、縦軸に反射強度から換算した通信距離を示す。

一方、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示したＩＣタグ３０１のアンテナ３２０とＩＣチップ３４０との間の配線が断線することで断線部４７０ａ，４７０ｂが生じたＩＣタグ４０１においては、図５中破線で示すように、共振ピークは存在するものの、通信距離が短いものとなってしまった。これは、アンテナ３３０やＩＣチップ３４０とは接続されていないことで独立したアンテナ３２０が金属板のように作用し、この金属板のように作用したアンテナ３２０の影響をアンテナ３３０が受け、通信距離が短くなってしまったものと考えられる。

また、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）に示したＩＣタグ３０１からアンテナ３２０を取り除いたＩＣタグ５０１においては、図５中一点鎖線で示すように、図４（ａ）に示したＩＣタグ３０１のアンテナ３３０の通信特性とは大きく異なる通信特性となってしまった。これは、図４（ａ）に示したＩＣタグ３０１においては、アンテナ３２０とアンテナ３３０との隣接する領域の間隔が０．５ｍｍとなっていることで、アンテナ３３０がアンテナ３２０と共振し、それにより、図４（ａ）に示したＩＣタグ３０１におけるアンテナ３３０の通知特性が、図４（ｃ）に示したようにアンテナ３３０のみを有するＩＣタグ５０１におけるアンテナ３３０の通信特性に対して大きく変化したことによるものと考えられる。

このように、図４（ａ）に示したもののように、１３．５６ＭＨｚの周波数で共振するアンテナ３２０と、９２０ＭＨｚ近傍の周波数で共振するアンテナ３３０とが、ベース基材３１０上に並んで配置された構成においては、アンテナ３２０とアンテナ３３０とが近接して配置されることで共振すると、アンテナ３３０の通信特性がアンテナ３３０単体の通信特性に対して大きく変化してしまう。

一方、図１に示したもののように、９２０ＭＨｚ近傍の周波数で共振するアンテナ３０が、９２０ＭＨｚ近傍の周波数で共振するアンテナ２０の３辺を取り囲むように配置された構成においては、アンテナ２０とアンテナ３０とが近接して配置されることで共振した場合でも、アンテナ３０の通信特性がアンテナ３０単体の通信特性に対して大きく変化してしまうことがない。この際、図１に示したものにおいては、アンテナ２０とアンテナ３０との隣接する領域の間隔が、０．３ｍｍとなっていることで、アンテナ３０がアンテナ２０と共振しているが、アンテナ２０とアンテナ３０との隣接する領域の間隔が２ｍｍ以下であれば、アンテナ３０がアンテナ２０と共振することになる。

上述したように図１に示したものにおいては、ベース基板１０上に１３．５６ＭＨｚ近傍の周波数にて電磁誘導方式によって通信を可能とするコイル状のアンテナ２０が設けられるとともに、ベース基板１０上に９２０ＭＨｚ近傍の周波数にて電波方式によって通信を可能とするアンテナ３０が設けられているが、アンテナ３０が、アンテナ２０と共振するように設けられていながらも、アンテナ２０の３辺を取り囲んで設けられていることで、９２０ＭＨｚ近傍の周波数にて通信が可能となるので、アンテナ３０がアンテナ２０の３辺を取り囲んで設けられた状態で、アンテナ２０とアンテナ３０とをこれらが共振するように近接して設けることができ、それにより、全体が大型化することなく、２つの周波数帯にて非接触通信が可能となる。

なお、図１に示したものにおいては、整合回路パターン３２がアンテナ２０の１辺の全域に沿って設けられているが、整合回路パターン３２は、アンテナ２０の１辺の３／４以上の領域に沿って設けられていればよく、整合回路パターン３２が、アンテナ２０の１辺の３／４以上の領域に沿って設けられている状態を、アンテナ３０が、アンテナ２０の１辺に沿う領域が、整合回路パターン３２が主体となっているという。

また、上述した実施の形態においては、アンテナ３０が、９２０ＭＨｚ近傍の周波数を有する電波に共振するものを例に挙げて説明したが、アンテナ３０としては、９１５～９２８ＭＨｚのＵＨＦ帯や、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯の周波数を有する電波に共振するものであればよい。

また、上述した実施の形態においては、ＲＦＩＤメディアとしてＩＣタグ１を例に挙げて説明したが、ＲＦＩＤメディアとしては、ＩＣタグ１の他、ＩＣカードやＩＣラベルであってもよいことは言うまでもない。

１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ ＩＣタグ
１０，３１０ ベース基材
２０，３０，３２０，３３０ アンテナ
２１ａ，２１ｂ ランド端子
３１ａ，３１ｂ，３３１ａ，３３１ｂ 放射導体パターン
３２，３３２ 整合回路パターン
４０，３４０ ＩＣチップ
５０，３５０ 絶縁層
６０，３６０ ジャンパー線
７０ａ，７０ｂ，４７０ａ，４７０ｂ 断線部

Claims (2)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板上に設けられ、第１の周波数帯にて電磁誘導方式によって通信を可能とするコイル状の第１のアンテナと、
   前記ベース基板上に設けられ、第２の周波数帯にて電波方式によって通信を可能とする第２のアンテナと、
   通信方式に応じて前記第１のアンテナまたは前記第２のアンテナを介して通信を行うＩＣチップとを有し、
   前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと共振するように前記第１のアンテナの３辺を取り囲んで設けられ、前記第１のアンテナと共振した状態で前記第２の周波数帯にて通信を可能とする、ＲＦＩＤメディア。
2. 請求項１に記載のＲＦＩＤメディアにおいて、
   前記第２のアンテナは、２つの放射導体パターンと、前記２つの放射導体パターンのインピーダンス整合回路として作用する整合回路パターンとを有し、前記第１のアンテナの１辺に沿う領域が、前記整合回路パターンが主体となっている、ＲＦＩＤメディア。

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