JPWO2006001049A1 - 無線タグ装置 - Google Patents

Abstract

外部電波の到来に伴って放射導体３と地導体２間に誘起される高周波を整流して電力を生成し、その電力を利用して動作する集積回路６を、スルーホール５と放射導体３の間に設置するように構成した。これにより、タグ対象物から受ける影響を軽減することができる。

Description

この発明は、無線タグの対象物（無線タグが取り付けられる物品：以下、タグ対象物という）に貼り付けられ、電波の送受信を実施する無線タグ装置に関するものである。

従来の無線タグ装置は、中間に地導体が挿入されている多層構造の誘電体基板の表面に放射導体が形成され、その誘電体基板の裏面に線路が形成されている。
また、多層構造の誘電体基板にはスルーホールが形成され、スルーホールが放射導体と線路を電気的に接続する給電線の役割を担っている。
また、線路には高周波の部品などが設置されており、高周波回路を構成している（例えば、特許文献１を参照）。

特開平５−１６７３３２号公報（段落番号［０００８］から［００１１］、図１）

従来の無線タグ装置は以上のように構成されているので、タグ対象物に貼り付ける場合、高周波回路が設置されている側をタグ対象物に貼り付ける必要がある。そのため、高周波回路がタグ対象物に極接近し、高周波回路の特性がタグ対象物から悪影響を受けることがある課題があった。
また、多層構造の誘電体基板が必要であるため、コスト高になる課題もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、タグ対象物から受ける影響を軽減することができるとともに、製造コストを下げることができる無線タグ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る無線タグ装置は、外部電波の到来に伴って放射導体と地導体間に誘起される高周波を整流して電力を生成し、その電力を利用して動作する集積回路を、導体線と放射導体の間に挿入するようにしたものである。
このことによって、タグ対象物から受ける影響を軽減することができるとともに、製造コストを下げることができる効果がある。

この発明の実施の形態１による無線タグ装置を示す斜視図である。 第１図のＡ面内の電界の水平成分（放射導体３に沿った電界成分）の分布を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による無線タグ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３による無線タグ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４による無線タグ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５による無線タグ装置を示す斜視図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第１図はこの発明の実施の形態１による無線タグ装置を示す斜視図である。図において、誘電体基板１はエッチング等によってアンテナが形成される１層の基板である。

地導体２は誘電体基板１の裏面に形成されている。なお、無線タグ装置をタグ対象物に貼り付ける場合、誘電体基板１の裏面側がタグ対象物に貼り付けられる。

放射導体３は誘電体基板１の表面（地導体２が形成されている誘電体基板１の裏面と反対側の面）に形成されている。放射導体３には、放射導体３と比べて十分に小さい穴４が開けられている。

導体線であるスルーホール５は一端が放射導体３に施されている穴４の中心部分に位置し、他端が地導体２と導通されている。

集積回路６はスルーホール５と放射導体３の間に設置され、外部電波の到来に伴って放射導体３と地導体２間に誘起される高周波を整流して電力を生成し、その電力を利用して動作する。即ち、集積回路６は高周波回路とディジタル回路と整流回路が一体化されたものである。

なお、アンテナの給電端子が放射導体３の表面とスルーホール５に形成されており、放射導体３の表面に形成されている一方の給電端子が集積回路６の一方の端子と接続され、スルーホール５に形成されている他方の給電端子が集積回路６の他方の端子と接続されている。

次に動作について説明する。
第１図の無線タグ装置は、誘電体基板１と地導体２と放射導体３からアンテナが構成され、このアンテナは基本的にパッチアンテナとして動作する。

第１図の無線タグ装置をタグ対象物に貼り付ける場合、地導体２が形成されている誘電体基板１の裏面側（高周波回路を含む集積回路６が形成されていない面側）がタグ対象物に貼り付けられるが、上述したように、基本的にパッチアンテナとして動作するため、地導体２の大きさを放射導体３より大きくすると（第１図を参照）、放射導体３側が指向性を有することになる。

逆に、地導体２側の指向性は弱くなるため、地導体２が形成されている誘電体基板１の裏面側をタグ対象物に貼り付けても、タグ対象物からの影響は受け難くなる。

第１図の無線タグ装置は、整流回路を含む集積回路６を実装しているので、外部から電力の供給を受けることなく、電力を得て動作することができる。
即ち、集積回路６の整流回路は、外部電波の到来に伴って放射導体３と地導体２間に高周波が誘起されると、その高周波を整流して電力を生成するので、集積回路６の高周波回路やディジタル回路などは、整流回路により生成された電力を利用して動作する。

なお、アンテナの動作に必要な回路、即ち、高周波回路、ディジタル回路及び整流回路は、すべて集積回路６の中に収められているので、第１図の無線タグ装置では、給電用のスルーホール５以外の配線は不要な構成になっている。

ここで、第２図は第１図のＡ面内の電界の水平成分（放射導体３に沿った電界成分）の分布を示す説明図であり、第２図から放射導体３の近傍では、電界の水平成分が小さいことが確認できる。
このため、放射導体３に平行な部品や線路は、アンテナとの結合が小さくなる。したがって、放射導体３の上に部品を配置しても、その部品がアンテナに与える影響は小さい。

高周波回路、ディジタル回路及び整流回路を含む集積回路６は、アンテナの放射導体３の近傍に、放射導体３と平行に設置されているので、アンテナからの放射電界との結合が小さく、アンテナの放射特性に与える影響は小さいものとなる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、外部電波の到来に伴って放射導体３と地導体２間に誘起される高周波を整流して電力を生成し、その電力を利用して動作する集積回路６を、スルーホール５と放射導体３の間に挿入するように構成したので、タグ対象物から受ける影響を軽減することができる効果がある。

即ち、地導体２が形成されている誘電体基板１の裏面側（高周波回路を含む集積回路６が形成されていない面側）がタグ対象物に貼り付けられても、放射導体３や集積回路６が、地導体２によってタグ対象物と電気的に遮断されるため、タグ対象物から受ける影響が小さくなる効果が得られる。

また、この実施の形態１によれば、１層の基板である誘電体基板１をエッチングするだけで、放射導体３や地導体２を形成してパッチアンテナを構成することができるので、製造コストを低減することができる効果を奏する。

実施の形態２．
第３図はこの発明の実施の形態２による無線タグ装置を示す斜視図である。図において、第１図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

第１図の無線タグ装置における放射導体３には、放射導体３と比べて十分に小さい穴４が開けられているものについて示したが、第３図の無線タグ装置における放射導体３には、穴４に相当する円形の穴の一部に長方形の穴が追加された形状の穴１１が施されている。

放射導体３に施されている穴１１の内側には、放射導体３と同一平面になるように、線路１２が形成されており、線路１２の一端はスルーホール５と接続され、線路１２の他端は集積回路６の端子と接続されている。なお、集積回路６のもう一方の端子は、上記実施の形態１と同様に、放射導体３の表面に形成されている給電端子と接続されている。
例えば、インピーダンス素子やフィルター素子である部品１３，１４は線路１２に接続されている。

次に動作について説明する。
第３図の無線タグ装置は、第１図の無線タグ装置と同様に、誘電体基板１と地導体２と放射導体３からアンテナが構成され、このアンテナは基本的にパッチアンテナとして動作し、アンテナの基本的な特性は、第１図の無線タグ装置と同様である。
ただし、この実施の形態２では、放射導体３と線路１２からコプレーナー線路が形成されている。

このコプレーナー線路は、スルーホール５と集積回路６を接続するための高周波用の線路として動作する。
コプレーナー線路には、インピーダンス素子やフィルター素子である部品１３，１４が接続されているため、アンテナのインピーダンスを変化させたり、不要な周波数成分を除去したりすることが可能である。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、放射導体３に施されている穴１１の内側には、放射導体３と同一平面になるように、線路１２が形成されており、線路１２の一端がスルーホール５と接続され、線路１２の他端が集積回路６の端子と接続されているので、放射導体３と線路１２からコプレーナー線路が形成され、そのコプレーナー線路にインピーダンス素子やフィルター素子である部品１３，１４を接続することが可能になる。

コプレーナー線路にインピーダンス素子である部品を接続すれば、アンテナのインピーダンスを変化させることができ、コプレーナー線路にフィルター素子である部品を接続すれば、不要な周波数成分を除去することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態２では、コプレーナー線路にインピーダンス素子やフィルター素子である部品１３，１４を接続するものについて示したが、コプレーナー線路の特性インピーダンスを部分的に変化させるようにしても、アンテナのインピーダンスを変化させたり、不要な周波数成分を除去したりすることができる。

実施の形態３．
第４図はこの発明の実施の形態３による無線タグ装置を示す斜視図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導電性薄膜１５は放射導体３に施されている穴１１を覆っている導電性のフィルムである。

次に動作について説明する。
第４図の無線タグ装置の特性は、第３図の無線タグ装置の特性と基本的には同様である。
第３図の無線タグ装置の放射導体３に施されている穴１１は、第１図の無線タグ装置の放射導体３に施されている穴４と比べて、サイズが大きくなるため、インピーダンス特性や放射特性が変化する場合がある。

この実施の形態３では、穴のサイズが大きくなることに伴うインピーダンス特性や放射特性の変化を抑制するため、放射導体３に施されている穴１１を覆うように、導電性薄膜１５を被せている。
これにより、放射導体３に穴１１が施されていない場合の本来の特性に近づけることが可能となる。

なお、導電性薄膜１５の放射導体３側の面は、誘電体フィルムなどにより絶縁されており、線路の地導体として動作する放射導体３と線路１２とが短絡される不具合を防止している。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、放射導体３に施されている穴１１が導電性薄膜１５で覆われているので、上記実施の形態２と同様の効果を奏するほかに、放射導体３に施される穴のサイズが大きくなることに伴うインピーダンス特性や放射特性の変化を抑制することができる効果を奏する。

実施の形態４．
第５図はこの発明の実施の形態４による無線タグ装置を示す斜視図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導線１６，１７は線路１２を跨ぐように、両端が放射導体３に導通されている。

次に動作について説明する。
第５図の無線タグ装置の特性は、第３図の無線タグ装置の特性と基本的には同様である。
第３図の無線タグ装置の放射導体３に施されている穴１１は、第１図の無線タグ装置の放射導体３に施されている穴４と比べて、サイズが大きくなるため、インピーダンス特性や放射特性が変化する場合がある。

この実施の形態４では、穴のサイズが大きくなることに伴うインピーダンス特性や放射特性の変化を抑制するため、両端が放射導体３に導通されている導線１６，１７を、線路１２を跨ぐように設置している。
これにより、放射導体３に穴１１が施されていない場合の本来の特性に近づけることが可能となる。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、両端が放射導体３に導通されている導線１６，１７を、線路１２を跨ぐように設置しているので、上記実施の形態２と同様の効果を奏するほかに、放射導体３に施される穴のサイズが大きくなることに伴うインピーダンス特性や放射特性の変化を抑制することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態４では、２本の導線１６，１７を設置しているものについて示したが、３本以上の導線を設置して、各導線の間隔を狭めれば、放射導体３に穴１１が施されていない場合の特性に、更に近づけることができる。

実施の形態５．
第６図はこの発明の実施の形態５による無線タグ装置を示す斜視図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ジャンパーのチップ部品１８は線路１２を跨ぐように、両端が放射導体３に導通されている。

次に動作について説明する。
第６図の無線タグ装置の特性は、第３図の無線タグ装置の特性と基本的には同様である。
第３図の無線タグ装置の放射導体３に施されている穴１１は、第１図の無線タグ装置の放射導体３に施されている穴４と比べて、サイズが大きくなるため、インピーダンス特性や放射特性が変化する場合がある。

この実施の形態５では、穴のサイズが大きくなることに伴うインピーダンス特性や放射特性の変化を抑制するため、両端が放射導体３に導通されているジャンパーのチップ部品１８を、線路１２を跨ぐように設置している。
これにより、放射導体３に穴１１が施されていない場合の本来の特性に近づけることが可能となる。

以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、両端が放射導体３に導通されているジャンパーのチップ部品１８を、線路１２を跨ぐように設置しているので、上記実施の形態２と同様の効果を奏するほかに、放射導体３に施される穴のサイズが大きくなることに伴うインピーダンス特性や放射特性の変化を抑制することができる効果を奏する。

また、この実施の形態５では、導線１６，１７の代わりに、ジャンパーのチップ部品１８を使用しているので、実装が容易になり、製造コストの低減に寄与することができる効果も奏する。

なお、この実施の形態５では、ジャンパーのチップ部品１８を１個だけ設置しているものについて示したが、ジャンパーのチップ部品１８を２個以上設置して、各チップ部品１８の間隔を狭めれば、放射導体３に穴１１が施されていない場合の特性に、更に近づけることができる。

実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、特に言及していないが、集積回路６からアンテナ側を見たインピーダンス、即ち、放射導体３とスルーホール５間のインピーダンスが、集積回路６の内部インピーダンスと複素共役の関係になるように調整するようにしてもよい。
ここで、複素共役の関係とは、放射導体３とスルーホール５間のインピーダンスＺ_１＝Ｒ_１＋ｊＸ_１と、集積回路６の内部インピーダンスＺ_２＝Ｒ_２＋ｊＸ_２との関係が、Ｒ_１≒Ｒ_２、Ｘ_１≒−Ｘ_２を満足することを意味している。

このように、両者のインピーダンスが複素共役の関係になるように調整すると、アンテナにより受信された電波の電力を有効に集積回路６に伝達することが可能となる。

なお、集積回路６からアンテナ側を見たインピーダンスを調整するには、例えば、アンテナサイズを変更したり、スルーホール５の位置を変更したり、インピーダンス素子である部品１３等によってインピーダンスを変換したりすればよい。

上記実施の形態１〜５では、アンテナの形状が正方形であるものについて示したが、これに限るものではなく、例えば、アンテナの形状が長方形であってもよいし、円形であってもよいし、その他の形状であっても同様の効果が得られる。
また、アンテナの一部に切り欠きを設けて、円偏波を放射するものでもよい。

以上のように、この発明に係る無線タグ装置は、外部から到来してくる電波を整流して電力を生成することにより、電源の搭載を不要にする必要性が高い無線タグに用いるものに適している。

Claims (8)

1. 誘電体基板の一方の面に形成された地導体と、上記地導体が形成されている上記誘電体基板の面と反対側の面に形成された放射導体と、一端が上記放射導体に施されている穴の内側に位置し、他端が上記地導体と導通されている導体線と、上記導体線と上記放射導体の間に挿入され、外部電波の到来に伴って上記放射導体と上記地導体間に誘起される高周波を整流して電力を生成し、その電力を利用して動作する集積回路とを備えた無線タグ装置。
2. 放射導体に施されている穴の内側に、一端が導体線と導通している線路が上記放射導体と略同一平面上に形成されており、集積回路の一端が上記線路の他端と接続され、上記集積回路の他端が上記放射導体と接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の無線タグ装置。
3. 線路に部品が接続されていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の無線タグ装置。
4. 部品がインピーダンス素子とフィルター素子の双方、または、インピーダンス素子又はフィルター素子の一方であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の無線タグ装置。
5. 放射導体に施されている穴が導電性のフィルムで覆われていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の無線タグ装置。
6. 線路を跨ぐように、両端が放射導体に導通されている導線が付加されていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の無線タグ装置。
7. 線路を跨ぐように、両端が放射導体に導通されているジャンパーのチップ部品が付加されていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の無線タグ装置。
8. 放射導体と導体線間のインピーダンスが集積回路の内部インピーダンスと複素共役になるように設定されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の無線タグ装置。

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