KR20100038200A - 무선 태그 및 무선 태그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 독립적으로 또한 용이하게 조정(제어) 가능하고 소형화하기 쉬운 무선 태그를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그를 위해서, 본 발명의 무선 태그는, 안테나 도체(1)와, 이 안테나 도체(1)와 전자 유도 결합할 수 있는 제1 급전 도체(21)와, 상기 제1 급전 도체(21)와 전기적으로 접속된 루프 형상의 제2 급전 도체(22)를 구비한다.

Description

무선 태그 및 무선 태그의 제조 방법{WIRELESS TAG AND MANUFACTURING METHOD OF THE WIRELESS TAG}

본 발명은, 무선 태그 및 무선 태그의 제조 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 하나로서, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이 알려져 있다. 이 RFID 시스템은, 일반적으로, 무선 태그(RFID 태그라고도 불림)와, 리더 라이터(RW) 장치를 구비하고，RW 장치로부터 무선 태그에 대하여 무선 통신에 의해 정보의 읽기쓰기가 행하여진다.

무선 태그에는, 무선 태그 자체가 내장하는 전원에 의해 동작하는 타입(액티브 태그라고 불림)의 것과, RW 장치로부터의 수신 전파를 구동 전력으로 하여 동작하는 타입(패시브 태그라고 불림)의 것이 알려져 있다.

패시브 태그를 이용한 RFID 시스템의 경우, 무선 태그는, RW 장치로부터의 무선 신호를 구동 전력으로 하여, 내장하는 IC나 LSI 등의 집적 회로를 동작시켜, 수신 무선 신호(제어 신호)에 따른 각종 처리를 행한다. 무선 태그로부터 RW 장치에의 송신은, 상기 수신 무선 신호의 반사파를 이용하여 행한다. 즉, 이 반사파에 태그 ID나 상기 각종 처리의 결과 등의 정보를 실어, RW 장치에의 송신을 행한다.

또한，RFID 시스템에는 다양한 주파수대가 이용되고 있지만, 최근에는, UHF대(860㎒∼960㎒)가 주목받고 있다. UHF대는, 기존의 13.56㎒대나 2.45GHz대에 비해 장거리 통신이 가능하다. 일본 내에서는, 952㎒∼954㎒대가 할당되어 있다.

무선 태그에 이용되는 안테나에 관한 종래 기술로서, 하기의 특허 문헌 1∼3 및 비특허 문헌 1에 기재된 기술이 있다.

특허 문헌 1에는, 안테나 능력을 향상시킨 루프 안테나를 제공하는 것을 목적으로 하여, 선 형상 또는 띠 형상의 도전성 부재가 루프 형상을 이루고 있음과 함께, 한쌍의 급전점을 갖는 루프 안테나 본체 외에, 소정 조건을 만족하는 안테나 능력 향상용 도전 부재(무급전 소자)를 갖는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 2에는, 복수의 주파수 대역에서 통신을 가능하게 하는 구성의 무선 태그를 제공하는 것을 목적으로 하여, 약 1/2 파장의 길이로 거의 평행한 대변을 갖는 루프 형상이며, 상기 루프 형상의 한쪽의 변의 중앙부에서 급전을 받는 제1 도체부와, 상기 제1 도체부의 근방에 배치된 라인 형상의 제2 도체부로 형성된 무선 태그가 기재되어 있다.

특허 문헌 3에는, 협대역 특성을 개선함과 함께, 이득을 향상시킨 무급전 소자를 갖는 링 안테나를 제공하는 것을 목적으로 하여, 적어도 1개의 기본 링 안테나 소자와, 상기 기본 링 안테나 소자를 사이에 두고, 상기 기본 링 안테나 소자의 전계 방향으로 배치되는 제1 도체 및 제2 도체로 이루어지는 무급전 소자를 구비하고, 상기 제1 도체와 제2 도체의 외측의 양단부까지의 길이를 La, 상기 적어도 1개의 기본 링 안테나 소자의 사용 주파수 fo의 자유 공간 파장을 λo로 할 때, 0.3×λo≤La≤0.55×λo를 만족하는 것이 기재되어 있다.

비특허 문헌 1에는, 라인 형상(띠 형상)의 방사 소자(radiating body)와, 상기 방사 소자의 폭 방향으로 거리 d만큼 떨어진 위치에 설치되며, 상기 방사 소자와 유도 결합하는 루프 형상의 급전 소자(feed loop)를 구비한 무선 태그 안테나가 기재되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특개 2000-77928호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개 2004-295297호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특개 2006-33298호 공보

비특허 문헌 1 : H.-W. Son and C.-S. Pyo, "Design of RFID tag antennas using an inductively coupled feed", Electronics Letters, Vol.41, No.18, 1st September 2005

무선 태그의 안테나(이하, 태그 안테나라고도 함)와 IC나 LSI 등의 집적 회로와의 매칭(정합 손실) 특성은, 무선 태그의 성능(통신 거리)을 결정하는 중요한 요소이다.

무선 태그에 이용되는 상기 집적 회로의 임피던스(Z=R+jX)는, 예를 들면, 실수부(저항 성분 R)=수십옴(Ω), 허수부(리액턴스 성분 jX)=-j수백옴 정도이기 때문에, 태그 안테나는, 이 임피던스와 정합(매칭)시키는, 즉, 태그 안테나의 임피던스와 집적 회로의 임피던스가 복소공액의 관계로 되도록 할 필요가 있다.

또한, 무선 태그는, 그 접착 대상(금속, 플라스틱, 종이류 등)이나 근접물의 영향에 의해 정합 상태가 변화되기 쉽다(즉 통신 거리가 변동되기 쉽고, 경우에 따라서는 통신 불능으로 된다).

이들 이유로부터, 무선 태그에는 용이하게 정합 조정할 수 있는 구성이 요망된다.

그러나, 특허 문헌 1∼3에 기재된 기술은, 모두 루프 형상의 안테나 소자(이하, 안테나 패턴 또는 루프 안테나라고도 함)의 급전부에, 집적 회로가 직접 접속되는 구성(즉, 안테나 패턴과 급전부가 일체화된 구성)으로, 안테나 패턴과 칩 회로의 임피던스 정합을 취하는(조정하는) 것이 매우 어렵다. 특히, 임피던스(Z)의 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X)을 독립적으로 제어(조정)하는 것(요컨대, R 및/또는 X가 상위한 모든 집적 회로의 임피던스와 정합 가능하게 하는 것)은 매우 곤란하다.

또한, 특허 문헌 1 및 3에서 안테나 패턴 근방에 설치된 무급전 소자는, 안테나 이득의 향상이나 산란 단면적의 주파수 특성의 안정을 목적으로 하여 설치되어 있는 것으로서, 임피던스 조정을 목적으로 한 것은 아니다. 한편, 특허 문헌 2에서 안테나 패턴 근방에 설치된 무급전 소자(제2 도체)는, 임피던스 조정용이라도, 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X)을 독립적으로 조정할 수 있는 것은 아니다(조정에 관하여 개시도 시사도 없다).

이에 대하여, 비특허 문헌 1에는, 저항 성분(R)과 리액턴스 성분(X)을 독립적으로 변화 가능한 무선 태그가 기재되어 있다. 즉, 비특허 문헌 1의 식 5a에 따르면, 라인 형상의 방사 소자와 루프 형상의 급전 소자 사이의 거리 d(상호 인덕턴스 M)에 의존하여 저항 성분 R을 변화시킬 수 있고, 동 식 5b에 따르면, 루프 형상의 급전 소자의 길이(L_loop)에 의존하여 리액턴스 성분 X를 변화시킬 수 있다.

그러나, 그 비특허 문헌 1의 기술에서는, 저항 성분 R을 변화시키기 위해서는 적어도 상기 거리 d를 변화시키는, 요컨대 방사 소자와 루프 형상의 급전 소자의 배치 위치를 변경해야만 하게 되어, 집적 회로의 임피던스에 따라서는 무선 태그의 사이즈가 증대되게 되어, 무선 태그의 소형화가 곤란하게 된다.

또한, 무선 태그에는, 예를 들면 도 16의 (1) 및 (2)에 도시한 바와 같이, 집적 회로(300)의 보호 혹은 무선 태그의 보강을 위해서 상기 집적 회로(300)를 피복하는 보호(보강) 부재(400)가 설치되는 경우가 있지만, 안테나 패턴(100)과 집적 회로(300)가 접속되는 급전부가 일체화되어 있는 경우, 그 보호 부재(400)의 가장자리(단부)가 안테나 패턴(100)을 가로지르는 부분(교차 부분)이 생기고, 이 부분에 절곡 부하가 집중되기 쉬워지기 때문에, 그 부분에서 안테나 패턴(100)이 단선되기 쉬워진다.

본 발명은, 이상과 같은 과제를 감안하여 창안된 것으로, 그 목적의 하나는, 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 독립적으로 또한 용이하게 조정(제어) 가능하고 소형화하기 쉬운 무선 태그를 제공하는 것에 있다.

또한, 다른 목적의 하나는, 집적 회로 부분(급전부)을 피복하는 보호 부재 또는 보강 부재에 의한 안테나 패턴의 단선을 방지할 수 있도록 하는 것에 있다.

또한, 상기 목적에 한하지 않고, 후술하는 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 나타내는 각 구성에 의해 이끌어 내어지는 작용 효과로서, 종래의 기술에 따라서는 얻어지지 않는 작용 효과를 발휘하는 것도 본 발명의 다른 목적의 하나로서 위치지을 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 이하에 기재하는 무선 태그를 이용한다.

(1) 즉, 본 발명의 무선 태그는, 안테나 도체와, 상기 안테나 도체와 전자 유도 결합 가능한 제1 급전 도체와, 상기 제1 급전 도체와 전기적으로 접속된 루프 형상의 제2 급전 도체를 구비한다.

(2) 여기서, 상기 제1 급전 도체는, 다이폴 안테나 형상, 혹은 모노폴 안테나 형상을 갖고 있어도 된다.

(3) 또한, 상기의 안테나 도체와 제1 급전 도체와 제2 급전 도체가, 유전체 기판의 한쪽의 면에 각각 설치되어도 된다.

(4) 또한, 상기의 안테나 도체가, 유전체 기판의 한쪽의 면에 설치됨과 함께, 상기의 제1 및 제2 급전 도체가 상기 유전체 기판의 다른 쪽의 면에 각각 설치되어도 된다.

(5) 또한, 상기 무선 태그는, 상기 안테나 도체를 피하여 상기 제1 및 제2 급전 도체를 피복하는 보강 부재가 설치되어도 된다.

(6) 또한, 상기 제1 급전 도체의, 상기 안테나 도체와 전자 유도 결합하는 부분의 전기 길이가, 상기 안테나 도체에 의한 송수신 신호의 파장의 절반 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

(7) 또한, 상기 제2 급전 도체의 전기 길이는, 상기 안테나 도체에 의한 송수신 신호의 파장보다도 짧은 것이 바람직하다.

(8) 또한, 본 발명의 무선 태그의 제조 방법은, 안테나 도체를 형성하고, 상기 안테나 도체와 전자 유도 결합 가능한 제1 급전 도체를 형성하고, 상기 제1 급전 도체와 전기적으로 접속된 루프 형상의 제2 급전 도체를 형성한다.

(9) 여기서, 상기 제1 급전 도체의, 상기 안테나 도체와 전자 유도 결합하는 부분의 전기 길이를 변화시킴으로써, 상기 안테나 도체와, 상기 제1 및 제2 급전 도체와 전기적으로 접속되는 집적 회로와의 임피던스 정합이 제어되어도 된다.

(10) 또한, 상기 제2 급전 도체의 전기 길이를 변화시킴으로써, 상기 안테나 도체와, 상기 제1 및 제2 급전 도체와 전기적으로 접속되는 집적 회로와의 임피던스 정합이 제어되어도 된다.

상기 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 급전 도체의 사이즈를 개별로 변화시킴으로써, 안테나 도체와의 배치 관계(거리)를 변경하지 않고, 저항 성분과 리액턴스 성분을 개개로 제어(조정)할 수 있다. 따라서, 임피던스 정합이 용이하고 소형화하기 쉬운 무선 태그를 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 안테나 도체와, 제1 및 제2 급전 도체가 물리적으로 분리되어 있으므로, 개별의 설계, 제조가 용이하고, 임피던스 정합의 조정을 위한 상기 사이즈 변경도 용이하게 행하는 것이 가능하다.

또한, 안테나 도체와, 제1 및 제2 급전 도체가 물리적으로 분리되어 있으므로, 안테나 도체를 피하여 보호 또는 보강 부재를 설치하는 것이 용이하고, 그 부재에 의한 안테나 도체의 단선을 방지하는 것도 용이하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무선 태그의 구성(도체 패턴)을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1에 도시하는 무선 태그의 변형예를 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시하는 무선 태그의 시뮬레이션 조건을 설명하는 도면.
도 4는 도 3에 도시하는 시뮬레이션 조건에서의 안테나 임피던스와 집적 회로(태그 LSI) 임피던스의 관계를 설명하는 스미스 차트.
도 5는 도 3에 도시하는 시뮬레이션 조건에서의 무선 태그의 주파수 대 이득특성을 도시하는 그래프.
도 6은 도 3에 도시하는 시뮬레이션 조건에서의 무선 태그의 주파수 대 통신 거리 특성을 도시하는 그래프.
도 7은 본 실시 형태에 따른 무선 태그에서의 제1 임피던스 정합 방법을 설명하는 도면.
도 8은 본 실시 형태에 따른 무선 태그에서의 제2 임피던스 정합 방법을 설명하는 도면.
도 9는 본 실시 형태에 따른 무선 태그에서의 제3 임피던스 정합 방법을 설명하는 도면.
도 10은 본 실시 형태에 따른 무선 태그에서의 제4 임피던스 정합 방법을 설명하는 도면.
도 11은 본 실시 형태에 따른 무선 태그에서의 제5 임피던스 정합 방법을 설명하는 도면.
도 12는 본 실시 형태에 따른 무선 태그에서의 제6 임피던스 정합 방법을 설명하는 도면.
도 13은 본 실시 형태에 따른 무선 태그의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 14는 도 1 및 도 2에 도시하는 무선 태그의 변형예를 도시하는 평면도.
도 15는 도 1 및 도 2에 도시하는 무선 태그의 변형예를 도시하는 평면도.
도 16은 종래 기술의 과제를 설명하는 도면.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것은 물론이다.

〔1〕일 실시 형태의 설명

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무선 태그의 구성(도체 패턴)을 도시하는 평면도이고, 이 도 1에 도시한 무선 태그(이하, 태그 안테나라고도 함)는, 양단이 복수회 절곡되어 형성된 라인 형상(혹은 띠 형상)의 안테나 패턴(안테나 도체)(1)과, 이 안테나 패턴(1)의 상기 절곡 형성 부분과 그 이외의 직선 부분으로 둘러싸여지는 영역에 형성된, 임피던스 조정용의 급전 패턴(정합부)(2)과, 이 급전 패턴(2)의 급전부에 전기적으로 접속되는 IC나 LSI 등의 집적 회로(3)(이하, 태그LSI(3)라고 표기하는 경우도 있음)를 구비한다. 또한, 상기한 패턴(1, 2)은, 예를 들면 도 3의 (2)에 모식적에 도시한 바와 같이, 무선 태그의 구성 재료인 유전체(층) 내에 형성된다.

급전 패턴(이하, 정합 패턴이라고도 함)(2)은, 안테나 패턴(1)에서 수신한 전파를 구동 전력으로 하여 집적 회로(3)에 급전하거나, 혹은, 집적 회로(3)에 내장된 구동 전원으로부터의 전력을 안테나 패턴(1)에 공급하는 급전부로서 기능하고, 상기 안테나 패턴(1)과 고주파적으로 결합(전자 유도 결합)하는 2개의 라인 형상(혹은 띠 형상)의 패턴(라인 패턴; 제1 급전 도체)(21)과, 그 라인 패턴(21)과 각각 연통하여 전기적으로 접속된, 루프(사각) 형상의 패턴(루프 패턴: 제2 급전 도체)(22)을 구비한다.

상기 라인 패턴(21)은, 각각, 루프 패턴(22)의 상기 급전부(집적 회로(3)) 근방으로부터 분기되어 서로 반대 방향으로 안테나 패턴(1)의 상기 직선 부분과 병행하여 연장된다. 그 라인 패턴(21)은, 형상에 주목하면, 본 예에서는, 집적 회로(3)에 대하여 좌우 대칭으로 설치되어, 소위 다이폴 안테나와 동등한 형상을 구비하고 있다. 그 때문에，이하에서, 라인 패턴(21)을 다이폴부(21)라고 표기하는 경우도 있다. 단, 그 라인 패턴(21)은 1개만 설치하여 모노폴 안테나와 동등한 형상으로 하여도 된다.

단, 정합 패턴(2)(다이폴부(21) 및 루프 패턴(22))은, 전체로서 안테나 패턴(1)에 의한 전파 송수에는 거의 기여하지 않도록 그 치수 등을 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 루프 패턴(22)의 전체 길이는, 안테나 패턴(1)에 의해 송수할 전파의 파장보다도 충분히 짧은 길이로 설정하고, 안테나 패턴(1)과 상기 전자 유도 결합하는 다이폴부(21)의 길이는, 안테나 패턴(1)에 의해 송수할 전파의 파장의 절반(반파장) 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 정합 패턴(2)은, 안테나 소자(방사 소자)나, 이득을 벌거나 정합을 조정하거나 하기 위해서 안테나 소자 근방에 배치되는 소자(무급전 소자)와 그 목적, 기능이 상이하다(정합 패턴(2)은 「급전」 패턴인 점에서도 상이하다). 또한, 다이폴부(21)의 길이를 반파장 이하로 설정하는 것은, 후술하는 바와 같이, 개개의 다이폴부(21)를 흐르는 전류의 방향을 동일하게 하여 안테나 패턴(1)에 대한 급전(전자 유도 결합)을 용이하게 하는 의미도 있다.

전술한 바와 같이 구성된 무선 태그에서는, 상기 정합 패턴(2)의 다이폴부(21)의 길이(전기 길이)를 변화시키면, 주로, 태그 안테나의 임피던스(안테나 임피던스)의 저항 성분(R), 바꾸어 말하면, 임피던스 Z의 역수인 어드미턴스(Y=G+jB)의 실수부(컨덕턴스 성분 G)를 변화시킬 수 있고, 루프 패턴(22)의 루프 길이(전기 길이)를 변화시키면, 주로 안테나 임피던스의 리액턴스 성분(X), 바꾸어 말하면, 어드미턴스 Y의 허수부(서셉턴스 성분 B)를 변화시킬 수 있다. 또한, 그 상세에 대해서는 후술한다.

또한, 안테나 패턴(1)과 정합 패턴(2)이 물리적으로 분리(독립)되어 있기 때문에, 급전 패턴(2)과 안테나 패턴(1)의 치수를 독립적으로 조정(제어)하는 것이 용이하고, 예를 들면, 정합 패턴(2)은 공통이고 안테나 패턴(1)만을 교체하거나, 혹은, 안테나 패턴(1)은 공통이고 정합 패턴(2)만을 교체함으로써, 납땜 등의 공정을 요하지 않고, 태그 안테나의 사이즈를 용이하게 변화시킬 수 있다. 따라서, 무선 태그를 재이용하는 경우 등에서, 안테나 패턴(1) 혹은 정합 패턴(2)을 두루 사용하는 것이 용이하게 가능하게 되어, 자원 절약화에 크게 기여한다.

그런데, 도 1(도 2의 (1)도 동일함)에 도시한 무선 태그의 도체 패턴은, 예를 들면 도 2의 (2)에 도시한 바와 같이, 안테나 패턴(1), 정합 패턴(2)에서의 루프 패턴(22) 및 다이폴부(21)의 적어도 일부를 크랭크 형상으로 절곡하여 형성하여도 된다.

이와 같이 하면, 안테나 패턴(1)과 정합 패턴(2)(주로, 다이폴부(21))의 전자 유도 결합 부분의 전기 길이를 길게 취할 수 있으므로, 동일한 외형 치수, 공진 주파수에서, 컨덕턴스를 보다 크게 취할 수 있다(점선틀 참조). 따라서, 병렬 저항 성분이 작은 태그 안테나에도 대응하는 것이 가능하다.

또한, 안테나 패턴(1) 및 정합 패턴(2)(다이폴부(21) 및 루프 패턴(22))은, 물론, 도 1에 도시한 형상에 한정되지 않는다. 주어진 컨덕턴스에 따라서 상기 전자 유도 결합 부분의 주어진 전기 길이를 확보할 수만 있으면, 패턴 형상은 적절히 변경할 수 있다.

도 2의 (2)에 도시한 구성을 전제로 한 시뮬레이션 결과를 도 4∼도 6에 도시한다. 단, 각 패턴의 치수는 도 3의 (1)에 도시한 대로이며, 패턴 폭은 모두 1㎜, 패턴 도전율 σ2×10⁶S/m, 패턴 두께 18㎛로 하고, 도 3의 (2)에 도시한 바와 같이, 두께 0.75㎜의 유전체(비유전률=3.0, 유전 손실 0.01)에서 패턴 양면을 사이에 둔 구조로 하였다. 또한, 사용 주파수는, 800㎒∼1,100㎒의 주파수대로 하였다. 또한, 간단하게 하기 위해서 보호(보강) 부재는 모델화하고 있지 않다. 보강 재와 유전체의 전기적 특성이 거의 동일하면, 통신 특성에 미치는 영향은 적다.

집적 회로(3)의 임피던스와 태그 안테나의 임피던스(이하, 간단히 「안테나 임피던스」라고도 함)가 복소공액의 관계에 있으면, 집적 회로(3)와 태그 안테나와의 임피던스 정합이 취해진 상태에 있기 때문에, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이, 스미스 차트 상에서 태그 LSI(3)의 임피던스가 점선틀로 나타내는 범위에 존재하는 경우, 그 범위에 대하여 복소공액의 관계에 있는 범위에서 안테나 임피던스를 변화시킬 수 있으면, 적어도 그 범위의 모든 임피던스의 태그 LSI(3)와의 정합을 취하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 무선 태그의 이득은, 안테나 패턴(1)의 길이(전기 길이)가 대략 반파장으로 되었을 때에 최대로 된다. 결과로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 태그 안테나로서 실용상 충분한 통신 거리(판독 레인지)를 얻을 수 있다. 또한，보다 주파수가 높은 영역에서 사용하고자 하는 경우(예를 들면, 일본에서의 952∼954㎒)에는 태그 안테나 길이(전기 길이)를 짧게 하면 되고, 반대로, 보다 낮은 주파수대에서 이용하고자 하는 경우(예를 들면 유럽에서의 869㎒)에는 태그 안테나 길이(전기 길이)를 길게 하면 된다.

여기서, 도 6에 도시한 상기 통신 거리(r)는, 이하의 식 1 및 식 2에 의해 계산할 수 있다.

λ : 파장

P_t : 리더 라이터(RW)의 파워

G_t : 안테나 이득

q : 정합 계수

Pth : 집적 회로(3)의 최소 동작 파워

G_r : 태그 안테나 이득

R_c, X_c : 집적 회로(3)의 저항(리액턴스 Z_c=R_c+jX_c)

R_a, X_a : 태그 안테나의 저항(리액턴스 Z_a=R_a+jX_a)

시뮬레이션의 계산 조건은, 다음 표 1에 나타내는 바와 같다.

계산 조건

칩 회로	최소 동작 파워(Pth)	-9.00	㏈m
	Rcp	800.00	Ω
	Ccp	1.85	pF
RW	파워(Pt)	27.00	㏈m
	이득(Gt)	9.00	㏈i

또한, 상기 표 1에서, R_cp는 집적 회로(3)의 임피던스 Z_c의 역수인 어드미턴스(Y_c=1/Z_c=G+jB)의 컨덕턴스(G) 성분 상당, C_cp는 집적 회로(3)의 어드미턴스(Y_c)의 서셉턴스(B) 성분 상당을 각각 나타내고 있다.

다음으로, 이하에서는, 상기 무선 태그의 임피던스 조정 방법에 대하여 설명한다.

<정합 조정1>

도 7의 (1)의 a, b, c에 도시한 바와 같이, 정합 패턴(2)의 루프 패턴(22)의 사이즈(태그 안테나의 폭 방향(지면 상하 방향)의 길이(전기 길이))를 변화시키면, 스미스 차트 상의 임피던스 궤적이 도 7의 (2)에 도시한 바와 같이 변화된다.

즉, 루프 패턴(22)의 상기 폭 방향의 길이를 짧게 하면, 스미스 차트 상에서 임피던스 궤적이 반시계 방향으로 회전(변화)한다. 이것은, 서셉턴스 성분(B)의 절대값이 커지는 것을 의미한다. 따라서, 루프 패턴(22)의 상기 폭 방향의 길이를 변화시키면, 태그 안테나의 입력 서셉턴스를 조정할 수 있게 된다.

또한, 스미스 차트 상에서의 상기 임피던스 궤적의 회전 반시계 방향의 변화와 함께, 그 임피던스 궤적이 그리는 원도 작게 되어 있지만, 이것은 즉 컨덕턴스 성분(G)이 작아지는 것을 의미한다. 따라서, 루프 패턴(22)의 상기 폭 방향의 길이를 짧게 하면, 태그 안테나의 입력 컨덕턴스도 아울러 조정할 수 있게 된다. 단, 컨덕턴스 성분과 서셉턴스 성분에서 변화의 기여도가 큰 쪽을 주로 한 정합 조정이 가능하게 된다.

<정합 조정2>

또한, 도 8의 (1)의 a, b, c에 나타내는 바와 같이, 정합 패턴(2)의 다이폴부(양 라인 패턴)(21)의 길이(요컨대, 주로 안테나 패턴(1)과 전자 유도 결합하는 부분의 길이(전기 길이))를 변화시키면, 스미스 차트 상에서 임피던스 궤적이 도 8의 (2)에 도시한 바와 같이 변화한다.

즉, 각 다이폴부(21)의 길이(전기 길이)를 짧게 하면, 스미스 차트 상에서 임피던스 궤적이 그리는 원이 작아진다. 이것은 즉, 다이폴부(21)와 안테나 패턴(1)의 전자 유도 결합의 결합도가 약해져, 컨덕턴스 성분(G)이 작아지는 것을 의미한다.

따라서，다이폴부(21)의 길이(전기 길이)를 변화시킴으로써, 주로 태그 안테나의 입력 컨덕턴스를 조정할 수 있다.

<정합 조정3>

또한, 도 9의 (1)의 a, b, c에 나타내는 바와 같이, 정합 패턴(2)의 다이폴부(21)의 한쪽만의 길이(전기 길이)를 변화시킨 경우도, 스미스 차트 상에서의 임피던스 궤적은 도 9의 (2)에 도시한 바와 같이 변화한다.

즉, 다이폴부(21)의 한쪽의 길이(전기 길이)를 짧게 하면，다이폴부(21)와 안테나 패턴(1)의 전자 유도 결합의 결합도가 약해져, 스미스 차트 상에서 상기 임피던스 궤적이 그리는 원이 작아지기 때문에, 컨덕턴스 성분(G)이 작아진다.

따라서，다이폴부(21)의 한쪽의 길이(전기 길이)를 변화시킴으로써도, 주로 태그 안테나의 입력 컨덕턴스를 조정할 수 있다.

<정합 조정4>

또한, 도 10의 (1)의 a, b, c에 나타내는 바와 같이, 정합 패턴(2)의 루프 패턴(22)의 사이즈(태그 안테나의 길이 방향(지면 좌우 방향)의 길이(전기 길이))를 변화시키면, 스미스 차트 상에서 임피던스 궤적이 도 10의 (2)에 도시한 바와 같이 변화한다.

즉, 루프 패턴(22)의 상기 길이 방향의 길이(전기 길이)를 짧게 하면, 스미스 차트 상에서 임피던스 궤적이 반시계 방향으로 회전(변화)한다. 이것은 즉, 서셉턴스 성분(B)의 절대값이 커지는 것을 의미하고 있다. 따라서, 루프 패턴(22)의 상기 길이 방향의 길이(전기 길이)를 변화시킴으로써, 태그 안테나의 입력 서셉턴스를 조정할 수 있다.

또한, 도 10의 (2)에서, 스미스 차트 상에서의 상기 임피던스 궤적의 반시계 방향의 변화와 함께, 그 임피던스 궤적이 그리는 원도 작아진다(요컨대 컨덕턴스 성분이 작아진다). 따라서, 루프 패턴(22)의 상기 길이 방향의 길이를 짧게 하면, 태그 안테나의 입력 컨덕턴스도 아울러 조정할 수 있게 된다. 단, 컨덕턴스 성분과 서셉턴스 성분에서 변화의 기여도가 큰 쪽을 주로 한 정합 조정이 가능하게 된다.

<정합 조정5>

도 11에 도시한 바와 같이, 안테나 패턴(1)을 피하여, 정합 패턴(2)(다이폴부(21) 및 루프 패턴(22))과 집적 회로(3)를 에폭시 수지 등의 유전체(4)에 의해 피복하여 보호(보강)하는 경우, 그 유전체(이하, LSI 보호재라고도 함)(4)의 유전율을 변화시킴으로써, 다이폴부(21) 및 루프 패턴(22)의 전기 길이가 변화되기 때문에, 정합 조정이 가능하다.

예를 들면, 유전체(4)의 유전율을 높게 하면, 루프 패턴(22)이 길어 보이기 때문에 서셉턴스의 절대값이 작아지고, 다이폴부(21)가 길어 보이기 때문에 컨덕턴스가 커진다. 또한, 도 11에서 부호 5는 태그 안테나 전체를 피복하는 수지재를 나타내고 있다.

계산예를 도 12에 도시한다. 도 12에서는, (1)에 도시한 바와 같이, 유전체(4)의 비유전률=1.5, 유전 손실=0.0으로 한 경우(모델 케이스 a)와, 유전체(4)의 비유전률=10.0, 유전 손실=0.0으로 한 경우(모델 케이스 b)의 2개의 모델 케이스에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고 있고, (2)에는 스미스 차트 상에서의 임피던스 변화(사용 주파수대=800㎒∼1,100㎒)를 나타내고 있다. 단, 어느 모델 케이스 a, b에 대해서도, 태그 안테나 전체를 피복하는 수지재(5)의 비유전률=3.0, 유전 손실tanδ=0.01로 하고 있다.

도 12의 (2)로부터, 유전체(4)의 유전율을 높게 하면, 스미스 차트 상에서의 임피던스 궤적이 그리는 원이 커지는 것을 알 수 있다. 또한 겨우 시계 방향으로 회전(변화)하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 다이폴부(21) 및 루프 패턴(22) 모두 길어 보이기 때문에 서셉턴스 성분의 절대값이 작아지는 것을 의미한다. 또한，다이폴부(21)가 길어 보이기 때문에, 급전 패턴(2)과 안테나 패턴(1)의 전자 유도 결합의 결합도가 강해지고, 결과로서, 컨덕턴스 성분이 커지는 것을 의미하고 있다.

또한, 상기 LSI 보호재(4)의 유전율은 부분적으로 변화시켜도 된다. 예를 들면, 다이폴부(21)를 피복하는 부분과, 루프 패턴(22)을 피복하는 부분에서 유전율을 독립적으로 설정할 수도 있다. 이와 같이 하면, 다이폴부(21)의 전기 길이와 루프 패턴(22)의 전기 길이를 개별로 변화시킬 수 있기 때문에, 태그 안테나의 입력 컨덕턴스와 입력 서셉턴스를 개개로 조정할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 무선 태그에 의하면, 급전 패턴(2)의 다이폴부(21)와 루프 패턴(22)의 사이즈를 개별로 변화시킴으로써, 안테나 패턴(1)과의 배치 관계(거리 등)를 변경하지 않고, 저항 성분과 리액턴스 성분(컨덕턴스 성분과 서셉턴스 성분)을 개개로 제어(조정)할 수 있다. 따라서, 임피던스 정합이 용이하고 소형화하기 쉬운 무선 태그를 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 안테나 패턴(1)과, 급전 패턴(2)(다이폴부(21) 및 루프 패턴(22))이 물리적으로 분리되어 있으므로, 개별의 설계, 제조가 용이하고, 임피던스 정합의 조정을 위한 상기 사이즈 변경도 용이하게 행하는 것이 가능하다.

또한, 안테나 패턴(1)과 급전 패턴(2)이 물리적으로 분리(독립)되어 있기 때문에, 도 11에 도시한 바와 같이, 안테나 패턴(1)을 피하여, 정합 패턴(2)(다이폴부(21) 및 루프 패턴(22))과 집적 회로(3)를 유전체(4)에 의해 피복하여 보호(보강)하는 것이 용이하다. 따라서, 종래 기술과 같이, LSI 보호재(4)가 안테나 패턴(1)을 가로지르는 부분이 생기지 않아, 그 부분에서의 단선을 방지할 수 있다.

<제조 방법>

다음으로, 전술한 태그 안테나의 제조 방법에 대하여 설명한다.

그 하나로는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지 필름이나 프린트 기판 등의 유전체(기판)의 한쪽의 면에, 안테나 패턴(1)과 급전 패턴(2)을 각각 형성하는 방법이 있다. 각 패턴(1, 2)의 형성 순서에 대해서는 어느 쪽이 먼저이어도 되고 동시이어도 된다. 그 후, 필요에 따라서 급전 패턴(2)을 보호(보강) 부재로 피복한다. 또한, 필요에 따라서 태그 안테나 전체를 주어진 수지재로 피복한다.

또한，다른 방법으로서는, 수지 필름, 프린트 기판 등의 유전체(기판)의 각 면에 안테나 패턴(1)과 급전 패턴(2)을 독립적으로 형성하는 방법이 있다. 즉, 유전체 기판의 한쪽의 면에 안테나 패턴(1)을 형성하고, 다른 쪽의 면에 급전 패턴(2)을 형성한다.

예를 들면 도 13에 도시한 바와 같이, (1) 제1 수지 필름(10a)의 표면에 안테나 패턴(1)을 형성함과 함께，(2) 제2 수지 필름(10b)의 표면에 급전 패턴(2)을 형성하고，(3) 이들 필름(10a, 10b)의 한쪽을 유전체(기판)(11)의 한쪽의 면에 접착하고, 다른 쪽을 그 유전체(11)의 다른 쪽의 면에 접착한다.

그 후, 필요에 따라서 급전 패턴(2)을 보호(보강)재로 피복한다. 또한, 필요에 따라서 태그 안테나 전체를 주어진 수지재로 피복한다.

이와 같이 하면, 태그 안테나의 공진 주파수를 변화시키지 않고 정합을 조정하고자 하는 경우, 혹은 정합을 변화시키지 않고 공진 주파수를 조정하고자 하는 경우에, 한쪽의 면의 패턴(1, 2)에 대해서만 변경을 행하면 되기 때문에, 코스트면에서 유리하다.

〔2〕변형예

상기 무선 태그의 도체 패턴은, 예를 들면 도 14에 도시한 바와 같은 형상으로 하여도 되고, 도 15에 도시한 바와 같은 형상으로 하여도 된다.

도 14에 도시한 무선 태그는, 안테나 패턴(1)이 コ자 형상으로 절곡된 형상(コ자 패턴)을 갖고, 그 コ자 패턴의 폭이 일부 좁게 형성된 부분에서, 다이폴부(21)가 안테나 패턴(1)과 전자 유도 결합하도록 급전 패턴(2)이 형성되어 있다.

여기서, 본 예에서도, 다이폴부(21)의 전기 길이는 반파장 이하로 설정함으로써, 각 다이폴부(21)를 흐르는 전류의 방향을 동일한 방향으로 할 수 있어, 급전가능하게 된다. 이와 같은 배치로 함으로써, 전술한 바와 같이, 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 독립적으로 또한 용이하게 조정 가능한 무선 태그를 정방형에 가까운 형상(60㎜×50㎜)으로 실현할 수 있다.

한편, 도 15에 도시한 무선 태그는, 안테나 패턴(1)에, 소위 폴디드 다이폴 안테나를 채용하고, 급전 패턴(2)과 조합한 구성이며, 그 안테나 패턴(1)의 대향하는 긴 변(길이는 반파장 또는 대략 반파장으로 하는 것이 바람직함)과 각각 L자 상의 다이폴부(21)가 전자 유도 결합하도록 급전 패턴(2)이 형성되어 있다.

단，폴디드 다이폴 안테나(1)의 대향하는 긴 변에는, 동일한 방향으로 전류를 흘릴 필요가 있기 때문에, 각 다이폴부(21)가 안테나 패턴(1)과 전자 유도 결합하는 직선 부분의 방향은, 서로 반대 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 임피던스의 저항 성분과 리액턴스 성분을 독립적으로 또한 용이하게 조정(제어) 가능하고 소형화하기 쉬운 무선 태그를 제공할 수 있기 때문에, 무선 통신 기술 분야나, 물품의 생산, 재고, 유통 관리 등을 행하는 기술 분야에 매우 유용하다고 생각된다.

1 : 안테나 패턴(안테나 도체)
2 : 급전 패턴(정합 패턴; 급전부)
21 : 라인 패턴(다이폴부; 제1 급전 도체)
22 : 루프 패턴(제2 급전 도체)
3 : 집적 회로
4 : 유전체(보호(보강) 부재)
5 : 수지재
10a, 10b : 수지 필름
11 : 유전체(기판)

Claims (10)

1. 안테나 도체와,
   상기 안테나 도체와 전자 유도 결합 가능한 제1 급전 도체와,
   상기 제1 급전 도체와 전기적으로 접속된 루프 형상의 제2 급전 도체
   를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 태그.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 급전 도체는, 다이폴 안테나 형상, 혹은 모노폴 안테나 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 태그.
3. 제1항에 있어서,
   상기의 안테나 도체와 제1 급전 도체와 제2 급전 도체가, 유전체 기판의 한쪽의 면에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 무선 태그.
4. 제1항에 있어서,
   상기의 안테나 도체가, 유전체 기판의 한쪽의 면에 설치됨과 함께, 상기 제1 및 제2 급전 도체가 상기 유전체 기판의 다른 쪽의 면에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 무선 태그.
5. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 도체를 피하여 상기 제1 및 제2 급전 도체를 피복하는 보강 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 무선 태그.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 급전 도체의, 상기 안테나 도체와 전자 유도 결합하는 부분의 전기 길이가, 상기 안테나 도체에 의한 송수신 신호의 파장의 절반 이하로 설정된 것을 특징으로 하는 무선 태그.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 급전 도체의 전기 길이는, 상기 안테나 도체에 의한 송수신 신호의 파장보다도 짧은 것을 특징으로 하는 무선 태그.
8. 안테나 도체를 형성하고,
   상기 안테나 도체와 전자 유도 결합 가능한 제1 급전 도체를 형성하고,
   상기 제1 급전 도체와 전기적으로 접속된 루프 형상의 제2 급전 도체를 형성하는
   것을 특징으로 하는 무선 태그의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 급전 도체의, 상기 안테나 도체와 전자 유도 결합하는 부분의 전기 길이를 변화시킴으로써, 상기 안테나 도체와, 상기 제1 및 제2 급전 도체와 전기적으로 접속되는 집적 회로와의 임피던스 정합이 제어되는 것을 특징으로 하는 무선 태그의 제조 방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 급전 도체의 전기 길이를 변화시킴으로써, 상기 안테나 도체와, 상기 제1 및 제2 급전 도체와 전기적으로 접속되는 집적 회로와의 임피던스 정합이 제어되는 것을 특징으로 하는 무선 태그의 제조 방법.

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