KR101165513B1

KR101165513B1 - 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 ｒｆｉｄ용 태그

Info

Publication number: KR101165513B1
Application number: KR1020107002002A
Authority: KR
Inventors: 다까시 야마가조; 도루 마니와; 마나부 가이; 요시야스 스기무라; 순지 바바
Original assignee: 후지츠 프론테크 가부시키가이샤; 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2012-07-16
Also published as: US8629809B2; JPWO2009019738A1; US20100109874A1; KR20100024514A; CN101772861B; JP5199259B2; TWI347705B; WO2009019738A1; EP2178161A4; CN101772861A; TW200908436A; EP2178161A1

Abstract

본 발명의 목적은, 액체를 포함하는 물체나 금속에 첨부해도 통신 거리가 열화되지 않으며 또한 간편하고 저렴한 구조의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그를 제공하는 것이다. 태그용 패치 안테나(3)는, 안테나 패턴의 가장자리의 일부(6)(6a, 6b)를 따라 그 가장자리의 근방에 형성된 슬릿(5)과, 그 슬릿(5)에 의해 그 슬릿(5)의 폭만큼 상기 안테나 패턴(3)의 본체로부터 이격된 상기 가장자리의 일부(6)의 중간 부분이 절결되어 형성된 태그용 LSI에의 급전점을 갖고 구성된다. 태그용 패치 안테나(3)와 상기한 급전점에 접속된 태그용 LSI(4)는 PET 등의 수지체(2b)에 의해 카드 형상으로 몰드되고, 또한 유전체로서 시판 중인 범용 수지 기판(7)에 접착제(9)로 접착되며, 범용 수지 기판(7)의 접착면의 반대면에는 도체막(8)이 피착된다.

Description

태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 ＲＦＩＤ용 태그{PATCH ANTENNA FOR TAG AND RFID TAG EMPLOYING THE PATCH ANTENNA}

본 발명은, 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID(radio frequency identification)용 태그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 액체를 포함하는 물체나 금속에 첨부해도 통신 거리가 열화되지 않으며 또한 간편하고 저렴한 구조의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그에 관한 것이다.

종래, 리더 라이터로부터 약 1W의 전파를 송신하고, 태그측에서 그 신호를 수신하고, 태그 내의 정보를 다시 전파로 리더 라이터에 돌려 보냄으로써, 리더 라이터가 태그를 식별하는 RFID 시스템이 실용화되어 있다.

태그는 안테나와 이 안테나에 접속된 LSI 칩으로 이루어지고, 자기(自機) 내에 전원을 갖지 않고, 리더 라이터로부터의 통신 전파와의 공진 유기 전력을 전원으로 해서, LSI 칩의 회로를 기동하고, 메모리 내의 ID나 전회 갱신된 데이터를 리더 라이터에 송신한다.

이러한 RFID 시스템에는, UHF(Ultra High Frequency)대의 주파수(EU에서는 865㎒, US에서는 915㎒, JP에서는 953㎒)의 무선 신호가 이용되고 있다.

이러한 UHF대의 주파수를 이용하는 RFID 시스템은, 통신 거리가 비교적 길어 금후 다양한 분야에서의 이용이 기대되고 있다.

그러나, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터, 자동차, 컨테이너, 스틸제의 책상 등의 금속이나, 페트병, 인체 등의 액체를 포함하는 물체에 태그를 접착한 경우에는, 전기의 양도체인 금속이나 액체에 특유의 경상 효과에 의해, 태그의 안테나 게인이 저하되어, 태그의 통신 거리가 현저하게 열화된다는 문제가 있어, 그 해결책이 요망되고 있었다.

이러한 배경 하에서, 지금까지 금속이나 액체에 대응한 다양한 종류의 태그용 안테나가 고안되고, 일부는 실용화되도록 되어 있다.

예를 들면, 그러한 종래 기술로서의 특허 문헌 1에는, 유전체를 사이에 두고 패치형 안테나에 대향하는 위치에 접지용 도체를 배치하고, 이 접지용 도체를 금속이나 액체를 포함하는 물체에 맞닿도록 해서 태그를 배치하면, 패치형 안테나는 접지용 도체측에 있는 물체의 영향을 받지 않게 되는 구성이 개시되어 있다.

그러나, 이 특허 문헌 1의 구성은, 유전체를 사이에 두고 상하로 배치되는 패치형 안테나와 접지용 도체에 LSI 칩을 접속해야만 한다. 이 접속에는, 유전체의 측면을 돌아 들어가도록 접속용 배선을 배설하는 방법과, 유전체에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 접속용의 배선을 통과시키는 방법이 개시되어 있지만, 모두 번거로운 공정을 필요로 한다.

한편, 그러한 번거로운 공정을 필요로 하지 않는 종래 기술로서의 특허 문헌 2에는, 유전체의 표면 상에서의 처리만으로 패치형 안테나에 LSI 칩을 접속할 수 있는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 전술한 특허 문헌 1 또는 2에서와 같은 태그용 안테나는, 태그용 안테나를 접착하는 유전체에, 고주파 기판이나 세라믹 등의 고가의 재료를 사용하고 있어 장래 상정되는 대량의 수요에 대처하기 위해서는, 한층 더한 제품 가격의 저렴화가 요망된다. 또한 한층 더한 통신 거리의 장거리화나, 사용 가능 주파수의 광대역화에의 요구도 강해지고 있다.

특허문헌1:일본특허공개2006-157905호공보(도1～도4,도6～도8) 특허문헌2:US6,215,402B1(도3,도4A,4B)

본 발명의 목적은, 액체를 포함하는 물체나 금속에 첨부해도 통신 거리가 열화되지 않으며 또한 간편하고 저렴한 구조의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그를 제공하는 것이다.

우선, 제1 발명의 태그용 패치 안테나는, 안테나 패턴의 가장자리의 일부를 따라 그 가장자리의 근방에 형성된 슬릿과, 그 슬릿에 의해 그 슬릿의 폭만큼 상기 안테나 패턴의 본체로부터 이격된 상기 가장자리의 일부의 중간 부분이 절결되어 형성된 태그용 LSI에의 급전점을 갖고 구성된다.

이 태그용 패치 안테나에서, 예를 들면, 상기 가장자리의 일부의 중간 부분은 상기 슬릿과 함께 상기 안테나 패턴의 본체 내측에 경사져서 형성되고, 상기 급전점은 상기 안테나 패턴의 본체 가장자리의 연장선보다도 내측에 형성되고, 상기 가장자리의 연장선과 상기 급전점 사이에 상기 태그용 LSI의 실장용 마크의 외측 마크가 형성되어 있다.

또한, 상기 슬릿은, 예를 들면, 상기 급전점으로부터 한 쪽측의 길이가 다른 쪽측의 길이보다 길게 형성되어 있도록 구성해도 되고, 또한, 상기 안테나 패턴의 본체의 1변에는 예를 들면, 절결부가 형성되어 있도록 구성해도 된다.

다음으로, 제2 발명의 RFID용 태그는, 상기 제1 발명의 태그용 패치 안테나와, 그 태그용 패치 안테나의 상기 급전점에 접속된 상기 태그용 LSI와, 상기 태그용 안테나와 상기 태그용 LSI를 카드 형상으로 몰드한 수지체와, 그 카드 형상의 상기 수지체가 접착된 범용 수지 기판과, 그 범용 수지 기판의 상기 접착면의 반대면으로 되는 외면에 접착된 도체막으로 구성된다.

이 RFID용 태그에서, 상기 도체막은, 예를 들면 알루미늄 테이프로 구성해도 된다. 또한, 상기 수지체에는, 예를 들면, 유전율 εr이 3.5, 유전 손실 tanδ가 0.01인 것을 이용할 수 있고, 또한, 상기 범용 수지 기판에는, 예를 들면, 유전율 εr이 5.1, 유전 손실 tanδ가 0.0003인 것을 이용할 수 있다.

또한, 상기 카드 형상의 수지체는, 예를 들면, 상기 태그용 LSI의 외부 전극 배치면의 반대면이 상기 접착면 방향을 향하도록 해서 상기 범용 수지 기판에 접착되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 태그용 패치 안테나는, 그 안테나 패턴 본체의 1변이 도체를 통하여 상기 도체막에 단락되어 있도록 구성해도 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그의 평면도.
도 2는 도 1에 도시하는 RFID용 태그를 도 1의 화살표 A의 방향에서 본 측면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그의 평면도.
도 4는 도 3에 도시하는 RFID용 태그를 도 3의 화살표 B의 방향에서 본 측면도.
도 5는 제2 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나의 급전점의 근방의 구성을 상세하게 도시하는 도면.
도 6은 도 2 또는 도 4에 도시한 RFID용 태그의 층 구조를 설명하는 도면.
도 7은 도 2 또는 도 4에 도시한 RFID용 태그를 시판 중인 전자계 시뮬레이터를 이용하여 통신 거리를 시뮬레이트한 결과를 도시하는 특성도.
도 8은 RFID용 태그의 태그용 LSI의 임피던스와 안테나 패턴의 임피던스의 관계를 주파수 대역 900㎒～1㎓의 범위에서 시뮤레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 9는 제3 실시 형태로서의 RFID용 태그의 안테나 패턴의 슬릿의 길이를 일정 길이로 고정하고 안테나의 전체 길이 L을 변화시킨 경우의 L과 공진 주파수의 관계를 도시하는 특성도.
도 10은 RFID용 태그의 태그용 LSI와 태그용 패치 안테나의 등가 회로를 도시하는 도면.
도 11은 제4 실시 형태로서의 RFID용 태그의 안테나 패턴의 전체 길이를 일정 길이로 고정하고 슬릿의 길이 S를 변화시킨 경우의 S와 태그용 LSI의 캐패시턴스 Cc의 관계를 도시하는 특성도.
도 12는 제5 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나의 전체 길이를 일정하게 한 채로 태그용 LSI와 정합하는 공진 주파수를 조정할 수 있는 태그용 패치 안테나의 형상을 도시하는 도면.

(제1 실시 형태)

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그의 평면도이다. 또한, 도 1은, 본 발명의 태그용 패치 안테나의 기본형을 도시하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 예의 RFID용 태그(1)는, 수지 기판(2a)과, 이 수지 기판(2a) 상에 형성된 태그용 패치 안테나(3)(이하, 안테나 패턴이라고도 함)와, 이 태그용 패치 안테나(3)의 급전점에 접속된 태그용 LSI(4)를 구비하고 있다.

이 RFID용 태그(1)에서의 태그용 패치 안테나(3)는, 그 가장자리(도 1에서는 4변 중의 윗변의 가장자리)의 일부(도 1에서는 윗변의 좌측 약 1/4강)를 따라, 그 가장자리의 근방에 슬릿(5)을 형성하고 있다.

이 슬릿(5)에 의해, 슬릿(5)의 폭만큼 안테나 본체로부터 이격된 가장자리의 일부(6)의 중간 부분이 절결되어 급전점이 형성되고, 그 급전점에 태그용 LSI(4)가 접속되어 있다.

상기한 슬릿(5)에 의해 형성된 가장자리의 일부(6)는, 상세하게는 후술하지만, 태그용 패치 안테나(3)의 인덕턴스로서 동작하고, 이 인덕턴스에 의해, 급전점에 실장되는 태그용 LSI(4)의 용량을 부정하도록 구성되어 있다.

도 2는, 도 1에 도시하는 RFID용 태그를 도 1의 화살표 A의 방향에서 본 측면도이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 이 RFID용 태그(1)는, 상부가, 태그용 패치 안테나(3)와, 이 태그용 패치 안테나(3)의 급전점에 접속된 태그용 LSI(4)를 카드 형상으로 몰드한 수지체(2b)로 구성되어 있다.

이 수지체(2b)에 의해 태그용 패치 안테나(3) 및 태그용 LSI(4)를 카드 형상으로 몰드하는 방법은, 카드의 틀 내의 중공에 수지 기판(2a)(이미 태그용 패치 안테나(3)가 형성되고, 급전점에는 태그용 LSI(4)가 실장되어 있음)을 유지하고, 용융한 수지체(2b)를 카드의 틀 내에 주입해서 냉각한다고 하는 통상의 인렛 방식과 마찬가지로 제조할 수 있다.

수지체(2b)는, 유전체 수지이며, 전술한 수지 기판(2a)은, 몰드에 의해 겉보기에는 판별 곤란할 만큼 수지체(2b)와 일체화되어 있다.

또한, 상부의 카드 형상의 몰드의 수지체(2b)의 하부에는, 범용 수지 기판(7)이 접착되어 있다. 이 접착면의 반대면으로 되는 범용 수지 기판(7)의 외면(도 2에서는 하면)에는, 도체막(8)이 접착되어 있다.

상기한 수지체(2b)와 범용 수지 기판(7)의 접착면에는, 양면 테이프 또는 적당한 접착제(9)가 이용된다. 수지체(2b)에는, 예를 들면 PET(polyethylene terephthalate)가 이용되고, 범용 수지 기판(7)에는, 예를 들면 유전체 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지 등의 범용 재료가 이용된다.

또한, 도체막(8)에는, 예를 들면 접착제가 부착된 알루미늄 테이프 등이 사용된다. 이 도체막(8)은, 태그용 패치 안테나(3)에 대한 접지부를 형성하고 있다.

이 상태에서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 카드 형상의 수지체(2b)는, 태그용 LSI(4)의 외부 전극 배치면(도 2에서는 상면)의 반대면(도 2에서는 하면)이, 접착면 방향(접착제(9) 방향)을 향하도록 해서 범용 수지 기판(7)에 접착되어 있다. 이에 의해, 태그용 LSI(4)의 배치 구조가, 충격 등에 내성이 강한 구조로 된다.

(제2 실시 형태)

도 3은, 본 발명의 제2 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나 및 그것을 이용한 RFID용 태그의 평면도이다.

도 4는, 도 3에 도시하는 RFID용 태그를 도 3의 화살표 B의 방향에서 본 측면도이다. 또한, 도 3 및 도 4에는, 도 1 또는 도 2와 동일한 구성 또는 기능을 갖는 부분에는, 도 1 또는 도 2와 동일한 번호를 부여해서 도시하고 있다.

도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 예의 RFID용 태그(10)는, 슬릿(5)의 형상, 즉 가장자리의 일부(6)(6a, 6b)의 형상이 상이한다. 즉, 본 예에서는, 가장자리의 일부(6)의 중간 부분은 슬릿(5)과 함께 안테나 패턴(3)의 본체 내측에 경사져서 형성되어, 급전점 즉 태그용 LSI(4)의 탑재 위치는, 안테나 패턴(3)의 본체 가장자리의 연장선(11)보다도 거리 d만큼 내측에 형성되어 있다(도 4도 참조).

또한, 본 예의 슬릿(5)은, 급전점 즉 태그용 LSI(4)의 탑재 위치로부터 한 쪽측(도 3에서는 우측)의 길이가 다른 쪽측(도 3에서는 좌측)의 길이보다도 길게 형성되어 있다. 또한, 도 3에 도시하는 슬릿(5)의 길이 S, 및 안테나 패턴(3)의 길이 L의 관계에 대해서는 상세하게는 후술한다.

도 5는, 도 3 및 도 4에서의 급전점의 근방의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.

일반적으로, 안테나 패턴(3)의 급전부(12a 및 12b)가 대향해서 형성되는 급전점(13)에 태그용 LSI(4)를 탑재하고, 태그용 LSI(4)의 외부 전극인 이면의 2개의 범프를 급전부(12a 및 12b)에 접속하고, 태그용 LSI(4)를 안테나 패턴(3)에 실장하기 위해서는, 전용의 실장기가 이용된다.

전용의 실장기는, 특별히는 도시하지 않지만, 급전점(13)을 사이에 두고 급전점의 내외 근방에 형성되어 있는 2개의 실장용 마크(14)(14a, 14b)를 화상 인식하면서, 급전점(13)의 올바른 위치에 태그용 LSI(4)를 실장한다.

따라서, 안테나 패턴(3)의 급전점(13)의 내외에는, 미리 실장용 마크(14)(14a, 14b)를 형성해 둘 필요가 있다.

통상적으로, 이들 실장용 마크(14)는, 태그용 패치 안테나(3)와 동일한 재질로 형성된다. 즉, 태그용 패치 안테나(3)를 수지 기판(2a) 상에 형성할 때에는, 설계상으로는 실장용 마크(14)는 안테나 패턴의 형상 안에 포함되어 있다.

이 급전점(13)의 내외 2개소에 형성되는 실장용 마크(14)(14a, 14b) 중 외측의 실장용 마크(14b)는, 상기한 바와 같이 급전점(13)이 안테나 패턴(3)의 가장자리의 연장선(11)보다도 거리 d만큼 내측에 있음으로써, 외측의 실장용 마크(14b)도 안테나 패턴(3)의 가장자리의 연장선(11)보다도 내측이고, 가장자리의 연장선(11)과 급전점(13) 사이에 형성되어 있다.

여기서, 만일 안테나 패턴(3)의 급전점(13)이 안테나 패턴(3)의 본체 가장자리의 연장선(11)보다도 거리 d만큼 내측에 형성되어 있는 구성이 아니면, 즉, 도 5에 파선으로 나타내는 구성이면, 슬릿(5)에 의해 형성되는 가장자리의 일부(6')와, 이 절결부에 탑재되는 태그용 LSI(4')는, 안테나 패턴(3)의 가장자리의 연장선(11)을 따라 배치되게 된다.

그렇게 하면, 급전점(13)의 내외 2개소에 형성되는 실장용 마크(14)(14a, 14b) 중 외측의 실장용 마크(14b')는, 안테나 패턴(3)에 대하여 태그용 LSI(4')의 외측에 배치되기 때문에, 수지 기판(2a)의 다이싱 라인(15)에 절반 걸치거나 또는 다이싱 라인(15)의 외측으로 완전하게 나오게 되거나, 둘 중 하나로 된다.

실장용 마크(14b')가 수지 기판(2a)의 다이싱 라인(15)에 걸치거나 밖으로 나오거나 어느 쪽이든, 다이싱 라인 소우로 카드 형상의 수지체(2b)를 다이싱 라인(15)을 따라 잘라낸 후에, 수지 기판(2a)의 절삭 부스러기와 함께 금속 부스러기가 발생한다.

또한, 실장용 마크(14b)가 수지 기판(2a)의 다이싱 라인(15)에 걸치는 경우에는 카드 형상의 수지체(2b)를 잘라낼 때에, 마크(14b') 부분을 커트하기 때문에, 다이싱 라인 소의 날의 수명을 단축시킬 염려가 있다.

그러나, 본 예와 같이 실장용 마크(14)(14a, 14b)도 포함하여 안테나 패턴(3) 전체를 소정의 면적 내, 즉 카드 형상의 수지체(2b)의 면적 내에 수용하므로, 다이싱 라인 소로 카드 형상의 수지체(2b)를 다이싱 라인(15)을 따라 잘라낼 때에 금속 부스러기가 발생하지 않는다. 또한, 실장용 마크(14) 부분을 자를 일도 없으므로, 날의 수명을 단축시킬 염려가 없다.

도 6은, 도 2 또는 도 4에 도시한 RFID용 태그(1 또는 10)의 층 구조를 설명하는 도면이다. 또한, 도 6에는, 도 1 내지 도 5에 도시한 부분과 동일한 구성 또는 기능 부분에는 도 1 내지 도 5와 동일한 번호를 부여해서 도시하고 있다. 또한, 태그용 LSI(4)의 도시는 생략하고 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 RFID용 태그(1 또는 10)의 층 구조는, 우선 안테나 패턴(3)을 몰드한 예를 들면 PET 등으로 이루어지는 수지체(2b)는, 실측에 의하면, 두께 1.5㎜, 유전율 εr은 3.5, 또한 유전 손실 tanδ는 0.01이다.

이 형상에서, 안테나 패턴(3)은, 수지체(2b)의 표면으로부터 0.75의 부분에 형성되어 있다.

또한, 수지체(2b)의 하면에 접착제(9)로 접착되어 있는 범용 수지 기판(7)은, 판매용 카탈로그에 의하면, 두께 4.0㎜의 것이고, 유전율 εr은 5.1, 유전 손실 tanδ는 0.003이다.

한편, 시판 중인 세라믹 기판은, 유전율 εr은 20～30으로 매우 높지만, 가격도 또한 범용 수지 기판(7)보다도 10배 정도 고가이다.

본 예에서는, 범용 수지 기판을 이용하므로, 값이 싸고 또한 양산이 가능하다. 이 구성에서 도 6에 도시하는 바와 같이, 알루미늄 테이프 등으로 이루어지는 도체막(8) 측을, 금속, 물이 들어 있는 페트병, 인체 등의 도체(16)의 표면에 첨부한다. 이것으로, 통신 거리에 열화가 없는 RFID용 태그가 실현된다.

도 7은, 삼차원 전자계 시뮬레이터에 의해 상기한 RFID용 태그(1 및 10)의 통신 거리를 계산한 결과를 도시하는 특성도이다. 또한, RFID용 태그(1과 10)에서는 급전점 근방의 형상이 상이하지만, 후술하는 바와 같이, 슬릿 길이가 동일하면, 동일한 결과가 얻어진다.

도 7은, 횡축에 주파수(㎒)를 900㎒ 내지 1000㎒(1㎓)까지의 범위에서 나타내고, 종축에 거리(m)를 0.0m 내지 3.5m까지의 범위에서 나타내고 있다. 또한, 도 7에 도시하는 플롯은, 주파수를 5㎒ 눈금으로 변화시켰을 때의 통신 가능 거리를 나타내고 있다.

도 7에 도시하는 통신 거리 시뮬레이션의 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 일본에서 사용하는 주파수대(952㎒～954㎒)에서, 약 3m라고 하는 실용상 충분한 통신 거리가 얻어지고 있어, 본 발명의 RFID용 태그의 구성이 유효하다는 것을 알 수 있다.

도 8은, 동일하게 삼차원 전자계 시뮬레이터에 의해, RFID용 태그(1 또는 10)의 태그용 LSI(4)의 임피던스와, 안테나 패턴(3)의 임피던스의 관계를, 주파수 대역 900㎒～1000㎒(1㎓)의 범위에서 시뮤레이션한 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 이 시뮬레이션에서는, 50Ω을 기준으로 해서 「1」로 표시하고 있다.

도 8의 스미스차트에 도시되는 바와 같이, 안테나 패턴(3)의 임피던스(17)의 허수부는 950㎒를 기점으로 해서, 플러스 2 내지 플러스 3.5 사이에서 대략 원형을 그리면서 변화한다. 이에 대하여, 태그용 LSI(4)의 임피던스(본 예에서는 마이너스 30-j110Ω 전후)는 X축(19)을 사이에 두고, 대략 대칭의 위치에 있다.

즉, 안테나 패턴(3)과 태그용 LSI(4)는 정합이 취해져 있다. 일반적으로, 태그용 안테나의 임피던스와 태그용 LSI의 임피던스는 복소 공액의 관계에 있기 때문에, 상기한 바와 같이 쌍방이 스미스차트의 X축에 대하여 대칭의 위치에 있으면, 태그용 안테나는 태그용 LSI에 대하여 효율적으로 전파 에너지를 공급하는 것이 가능하게 된다.

다음에 나타내는 수학식 1 및 수학식 2는, 상기한 시뮬레이션에서 이용된 통신 거리의 계산 방법을 나타내고 있다.

상기한 수학식 1 및 수학식 2에서, λ는 파장, Pt는 RW(리더 라이터)의 송신 파워, Gt는 RW의 안테나 이득(게인), q는 정합 계수, Pth는 태그용 LSI의 최소 동작 파워, Gr은 태그용 안테나의 이득, Rc는 태그용 LSI의 저항, Xc는 태그용 LSI의 리액턴스, Ra는 태그용 패치 안테나의 저항, Xa는 태그용 패치 안테나의 리액턴스이다.

또한, 계산 조건은, 태그용 LSI의 최소 동작 파워 Pth를 「Pth=-9dBm」, RW의 안테나 이득(게인) Gt를 「Gt=8dBi」, RW의 송신 파워 Pt를 「Pt=26dBm」(여기서는 케이블 로스도 고려하고 있음)으로 하고, 그리고, Zc=Rc+jXc, Za=Ra+jXa로 하고 있다. 또한, j는 허수를 나타내고 있다.

(제3 실시 형태)

그런데, 도 1 또는 도 3에 도시한 태그용 패치 안테나(3)의 구성에서(이하, 대표적으로 도 3을 참조), 안테나의 전체 길이 L을 변화시킴으로써, 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 이 경우, 슬릿(5)의 길이 S를, 예를 들면 S=23.5㎜로 고정하고, L을 변화시킨다.

도 9는, 슬릿(5)의 길이 S를 「S=23.5㎜」로 고정하고 안테나의 전체 길이 L을 변화시킨 경우의 L과 공진 주파수의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 9에 도시하는 특성도는, 횡축에 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L(㎜)을 70㎜ 내지 84㎜까지 나타내고, 종축에 공진 주파수(㎒)를 840㎒ 내지 1000㎒까지 나타내고 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 공진 주파수(㎒)는, 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L(㎜)에 역비례해서 직선적으로 변화한다. 그리고, 일본에서 사용하는 주파수대(952㎒～954㎒)에 대응하는 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L(㎜)은 74㎜이면 되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 9로부터는, EU에서 사용하는 865㎒에는, 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L(㎜)을 약 81.5㎜로 하면 대응할 수 있는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 9로부터, US에서 사용하는 915㎒에는, 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L(㎜)을 약 76.5㎜로 하면 대응할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L(㎜)을 71㎜ 내지 83㎜까지 변화시킴에 따라서, 공진 주파수가 약 990㎒ 내지 850㎒까지 직선적으로 변화하는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 태그용 패치 안테나(3)는, 안테나의 전체 길이 L을 변화시키는 것만으로 광대역에 대응할 수 있다.

(제4 실시 형태)

그런데, 태그용 LSI(4)는, 제조 회사나 품번에 따라서 내부의 캐패시턴스의 값은 다양하다. 본 발명의 태그용 패치 안테나(3)는, 광대역에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 슬릿(5)에 의해 가장자리의 일부(6)와 안테나 본체에서 루프 형상으로 형성되는 교류 회로를 인덕턴스로서 작용시킴으로써, 태그용 LSI(4)와의 정합을 용이하게 조정할 수 있다. 이하, 이것에 대해서 설명한다.

도 10은, 상기 RFID용 태그(1 및 10)(이하, 대표적으로 도 3의 RFID용 태그(10)를 이용하여 설명함)의 태그용 LSI(4)와 태그용 패치 안테나(3)의 등가 회로를 도시하는 도면이다. 또한, 동일 도면에는, 도 3의 구성에 대응하는 회로 부분에, 도 3에 도시한 번호를 괄호를 붙여 나타내고 있다.

본 예의 태그용 LSI(4)에 한하지 않고, 일반적으로 LSI 칩은 내부에 병렬 저항 Rc(약 200～2000)와 병렬 용량 Cc(약 0.2～2pF)를 갖고 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 LSI 칩과 인덕턴스를 갖는 안테나가 소정의 공진 주파수 f0에 대하여 정합하는 조건을 산출하기 위한 식 「f0=1/2π√LC」는 잘 알려져 있다.

여기서, 도 3에 도시하는 RFID용 태그(10)와 태그용 패치 안테나(3)가 정합하기 위해서는, 도 10에 도시하는 태그용 패치 안테나(3)의 병렬 저항 Ra가, 태그용 LSI(4)의 병렬 저항 Rc와 동일한 값을 갖고, 또한 태그용 패치 안테나(3)의 병렬 인덕턴스 La가, 상기한 식으로 표현하는 관계에 있는 것으로 하면, 태그용 패치 안테나(3)의 병렬 인덕턴스 La와 태그용 LSI(4)의 병렬 캐패시턴스 Cc가 서로 캔슬하면 되는 것이 알려져 있다.

그와 같이 태그용 패치 안테나(3)의 병렬 인덕턴스 La와 태그용 LSI(4)의 병렬 캐패시턴스 Cc가 서로 캔슬하면, 태그용 패치 안테나(3)에서 받은 전파의 유기 전력 모두가 태그용 LSI(4)에 공급된다. 또한 태그용 LSI(4)로부터의 전력이 모두 태그용 패치 안테나(3)에 공급되어, 외부로 방사된다.

따라서, 태그용 패치 안테나(3)의 병렬 인덕턴스 La를 다양하게 변화시켜, 태그용 LSI(4)의 병렬 캐패시턴스 Cc의 정합성을 보기로 한다.

도 11은, 도 3에 도시하는 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L을 「L=73.0㎜」로 고정하고, 슬릿(5)의 길이 S를 변화시킨 경우의 S와, 그 때의 태그용 패치 안테나(3)와 정합하는 태그용 LSI(4)의 캐패시턴스 Cc의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 11은, 횡축에 슬릿(5)의 길이 S(㎜)를 15㎜ 내지 35㎜까지 나타내고, 종축에 태그용 LSI(4)의 캐패시턴스 Cc(pF)를 0.8pF 내지 2.0pF까지 나타내고 있다.

또한, 도 11은, 슬릿(5)의 길이 S(㎜)를 20㎜, 25㎜, 30㎜, 35㎜로 5㎜씩 순차 길게 한 모델을 시뮬레이트한 값의 플롯을 이어 얻어진 특성 곡선이다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 도 3에 도시하는 RFID용 태그(10)에서, 태그용 패치 안테나(3)의 전체 길이 L을 「L=73.0㎜」로 고정하였을 때, 슬릿(5)의 길이 S(㎜)를 17.5㎜ 내지 35㎜까지 변화시킴으로써, 2.0pF 내지 0.85pF까지의 캐패시턴스를 갖는 태그용 LSI(4)의 어느 것과도 정합시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

(제5 실시 형태)

그런데, 제3 실시 형태에서 설명한 태그용 패치 안테나(3)와 태그용 LSI(4)가 정합하는 공진 주파수를 조정하는 방법은, 태그용 패치 안테나의 전체 길이를 변경하는 것에 한정되는 것은 아니다.

도 12는, 제5 실시 형태에서의 태그용 패치 안테나의 전체 길이를 일정하게 한 채로 태그용 LSI와 정합하는 공진 주파수를 조정할 수 있는 태그용 패치 안테나의 형상을 도시하는 도면이다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 본 예의 태그용 패치 안테나(20)는, 도 3에 도시한 태그용 패치 안테나(3)의 슬릿(5)이 형성되어 있는 가장자리와 대향하는 가장자리측에 절결부(21)가 형성되어 있다.

이 절결부(21)의 깊이 C를 변화시킴으로써 공진 주파수를 조정하는 것이 가능한 것이 시뮬레이션 및 실험의 결과에 의해 판명되었다.

즉, 태그용 패치 안테나의 전체 길이 L을 일정하게 한 채로, 절결부(21)의 깊이 C를 변화시키는 것만으로, 태그용 패치 안테나의 전체 길이 L을 길게 하는 것과 마찬가지의 작용?효과가 얻어진다.

또한, 상기 어떠한 실시 형태에서도, 특별히는 도시하지 않지만, 태그용 패치 안테나의 1변을 적당한 도체를 통하여 접지부의 도체막에 단락시키는 구성으로 하면, 태그용 패치 안테나의 전체 길이를 1/2로 할 수 있다.

이 경우, 유효 대역폭은 좁아지지만, 그 밖의 성능은, 상술한 각 실시 형태의 경우와 마찬가지이다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 액체를 포함하는 물질이나 금속에 접착해도 통신 거리가 열화되지 않는 RFID용 태그를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 태그용 LSI의 임피던스를 「수10+j수백Ω」(j는 허수)으로 해서, 태그용 LSI와의 정합을 용이하게 조정 가능한 태그용 패치 안테나를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 고주파용 기판 등의 고가의 재료를 사용하지 않고, 시판 중인 PET 수지나 시판 중인 범용 수지 기판을 유전체로서 이용하므로, 간단한 구조인 것 외에 저렴하게 양산을 할 수 있고, 이에 의해, 금후 상정되는 시장의 대량 수요에 용이하게 대처할 수 있다.

또한, 통상의 패치 안테나와 같이, 태그의 겉과 속을 연결하는 경우에, 유전체 기판에 관통 구멍을 뚫어 태그의 겉과 속을 도통시킬 필요가 없으므로, 간단한 공정으로 생산이 가능하게 된다.

1 : RFID용 태그
2a : 수지 기판
2b : 수지체
3 : 태그용 패치 안테나(안테나 패턴)
4 : 태그용 LSI
5 : 슬릿
6(6a, 6b) : 가장자리의 일부
7 : 범용 수지 기판
8 : 도체막
9 : 접착제
10 : RFID용 태그
11 : 가장자리 연장선
12a, 12b : 급전부
13 : 급전점
14(14a, 14b) : 실장용 마크
15 : 다이싱 라인
16 : 도체
17 : 태그용 패치 안테나의 임피던스
18 : 태그용 LSI의 임피던스
19 : 스미스차트의 X축
20 : RFID용 태그
21 : 절결부

Claims

서로 대향하는 제1 가장자리와 제2 가장자리를 갖는 안테나 패턴의 상기 제1 가장자리의 일부를 따라 상기 제2 가장자리보다 상기 제1 가장자리에 가까운 부분인, 상기 제1 가장자리의 근방에 형성된 슬릿과, 상기 슬릿에 의해 상기 슬릿의 폭만큼 상기 안테나 패턴의 본체로부터 이격된 상기 제1 가장자리의 일부의 중간 부분이 절결되어 형성된 급전점을 갖는 태그용 패치 안테나,
상기 태그용 패치 안테나의 상기 급전점에 접속된 태그용 LSI와,
상기 태그용 안테나와 상기 태그용 LSI를 카드 형상으로 몰드한 수지체와,
상기 카드 형상의 상기 수지체가 접착된 범용 수지 기판과,
상기 범용 수지 기판의 상기 카드 형상의 상기 수지체가 접착된 접착면의 반대면으로 되는 외면에 접착된 도체막
을 포함하는, RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 제1 가장자리의 일부의 중간 부분은 상기 슬릿과 함께 상기 안테나 패턴의 본체 내측에 경사져서 형성되고,
상기 급전점은 상기 안테나 패턴의 본체 가장자리의 연장선보다도 내측에 형성되며,
상기 제1 가장자리의 연장선과 상기 급전점 사이에 상기 태그용 LSI의 실장용 마크의 외측 마크가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 슬릿은, 상기 급전점으로부터 한 쪽측의 길이가 다른 쪽측의 길이보다도 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 안테나 패턴의 본체의 1변에는 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
삭제
제1항에 있어서,
상기 도체막은, 알루미늄 테이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 수지체는, 유전율 εr이 3.5, 유전 손실 tanδ가 0.01인 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 범용 수지 기판은, 유전율 εr이 5.1, 유전 손실 tanδ가 0.0003인 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 카드 형상의 수지체는, 상기 태그용 LSI의 외부 전극 배치면의 반대면이 상기 접착면 방향을 향하도록 해서 상기 범용 수지 기판에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.
제1항에 있어서,
상기 태그용 패치 안테나의 안테나 패턴 본체의 1변은 도체를 통하여 상기 도체막에 단락되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID용 태그.