KR20110018935A - 무선통신장치 - Google Patents

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히로아키 미야시타
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타쿠로 사사키
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하고, LF대 또는 HF대와, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 RFID 시스템 또는 HF대 RFID 시스템과 UHF대 RFID 시스템에 공용가능한 RFID 태그 기능을 구비한 무선통신장치를 얻는다. 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로(4)와, 집적회로(4)의 입출력 단자의 한쪽에 접속된 도전성 물체(3)와, 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로(5)와, 집적회로(5)의 입출력 단자 사이에 접속된 제2 도전성 물체를 구비하고 있다. 제2 도전성 물체는, 와권형 도전성 물체(2)에 의해 구성되어 있다. 집적회로 4의 입출력 단자의 다른 쪽은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 접속되어 있다.

Description

무선통신장치{RADIO COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에서 사용되는 태그의 안테나 구성을 구비한 무선통신장치에 관한 것으로서, 특히 다주파 공용가능한 무선통신장치에 관한 것이다.
최근, 사람이나 물품을 자동적으로 인식 및 관리하는 RFID 시스템의 보급이 급속하게 진행되고 있다.
RFID 시스템에 사용되는 안테나로부터 방사되는 전자계에는, 준정전계, 유도계, 방사계의 3개의 계(field)가 있고, 이들의 계 강도는, 각각, 안테나로부터의 거리의 3승, 안테나로부터의 거리의 2승, 안테나로부터의 거리의 1승에 반비례한다.
이 관점에서 RFID 시스템의 통신방식을 분류하면, LF대나 HF대의 유도계를 사용하는 유도계 결합 방식과, UHF대의 방사계를 사용하는 방사계 결합 방식으로 대별된다.
전자의 유도계 결합 방식에 대해서는, LF대의 125kHz∼135kHz 대를 이용하는 RFID 시스템이 1980년대경부터 공장의 FA(Factory Automation) 분야 등에서 이용되고 있다. 또한, HF대의 13.56MHz 대를 사용한 RFID 시스템은, 입퇴실, 입퇴장 시큐러티 관리나, 버스, 철도 등의 공공 교통기관에 있어서의 요금정산 등에 널리 실용되고 있다.
한편, 후자의 방사계 결합 방식은, 433MHz 대, 860MHz∼960MHz, 2.45GHz대의 주파수를 사용하여, 전자에 비해 통신 거리가 길어, 주로 물류관리, 생산 공장에 있어서의 부품관리 등의 용도에 실용되고 있다.
단, 현재에는, 전자의 유도계 결합 방식, 특히 HF대 RFID 시스템이 가장 널리 보급되어 있다.
이러한 상황에서, 기존의 HF대 RFID 시스템을 그대로 유지하고, 이것에 덧붙여, 새롭게 UHF대 RFID 시스템을 도입하고 싶다고 하는 요망이 있다. 이 경우, 유저의 편리성을 고려하면, 유저가 각각의 RFID 시스템용의 복수의 RFID 태그를 소유하는 것은 바람직하지 않고, 1개의 태그로 복수의 RFID 시스템에 대응할 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 배경으로부터, 최근, HF대 RFID 시스템과 UHF대 RFID 시스템의 양쪽에서 이용 가능한 카드형 RFID 태그의 연구 개발이 진행되고 있다. 일례로서, 카드 위에 형성된 HF대 통신용 코일 도체의 내측에, UHF대 통신용 다이폴 안테나를 형성하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 비특허문헌 1 참조).
즉, 1매의 카드 내에 HF대 통신용 코일 및 UHF대 통신용 안테나를 배치하는 방법으로서는, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1에 기재된 것과 같이, HF대용 코일의 내측에 UHF대용 안테나를 배치하는 방법과, 이것과는 달리, HF대용 코일의 외측에 UHF대용 안테나를 배치하는 방법의 2가지의 배치법으로 대별된다.
일본국 특개 2004-240899호 공보
K.S.Leong, M.L.Ng, and P.H.Cole, "Miniaturization of dual frequency RFID antenna with high frequency ratio" 2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Digest, pp.5475-5478, July 2007
종래의 무선통신장치에서는, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1과 같이, HF대용 코일의 내측에 UHF대용 안테나를 배치하는 방법에 관해서는, 비특허문헌 1 중에, UHF대의 통신 거리가 약 2m인 점이 기재되어 있고, 예를 들면 이 태그를 차량 입퇴장 관리에 사용하는 것을 고려한 경우, 그 통신 거리는 반드시 충분한 것은 아니며, 통신 거리의 개선이 필요하지만, 실용에 있어서 충분한 통신 거리를 달성하는 것은 용이하지 않다고 하는 과제가 있었다.
한편, 다른 종래기술로서, HF대용 코일의 외측에 UHF대용 안테나를 배치하는 방법에서는, UHF대용 안테나를 배치하기 위해, HF대용 코일의 실장면적을 작게 할 필요가 있지만, HF대의 통신 거리는, 대략적으로는 코일의 면적에 비례하므로, HF대용 코일의 실장면적을 작게 하는 것은, HF대 통신 거리의 저하를 초래한다고 하는 과제가 있었다.
더구나, 2개의 배치법 중 어느 것에 있어서도, HF대용 코일과 UHF대용 안테나의 상호간섭이 발생하기 때문에, 상호간섭에 의한 통신 거리 저하를 경감하기 위해서는, 양쪽 안테나 도체 사이의 거리를, 어느 정도 분리하는 것이 요구되므로, 각 안테나의 실장면적이 더 작아져 통신 거리의 저하를 초래할 가능성이 있다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하여, LF대 또는 HF대와, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 RFID 시스템 또는 HF대 RFID 시스템과 UHF대 RFID 시스템에 공용가능한 RFID 태그 기능을 구비한 무선통신장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 무선통신장치는, 제1 주파수대와, 제1 주파수대에 비해 충분히 낮은 제2 주파수대를 포함하는 적어도 고저 2개의 주파수대의 각각의 신호에 대응해서 통신하는 안테나로 이루어진 무선통신장치로서, 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제1 집적회로와, 제1 집적회로의 입출력 단자의 한쪽에 접속된 제1 도전성 물체와, 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제2 집적회로와, 제2 집적회로의 입출력 단자 사이에 접속된 제2 도전성 물체를 구비하고, 제2 도전성 물체는, 와권형(spirally wound) 도전성 물체에 의해 구성되고, 제1 집적회로의 입출력 단자의 다른 쪽은, 와권형 도전성 물체의 일부에 접속된 것이다.
본 발명에 따르면, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하여, LF대 또는 HF대와, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 RFID 시스템 또는 HF대 RFID 시스템과 UHF대 RFID 시스템에 공용가능한 RFID 태그 기능을 구비한 무선통신장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 무선통신장치의 제1 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 2는 도 1 내부의 A-A'선에 따른 단면도다.(실시예 1)
도 3은 도 1 내부의 평행 평판 커패시터를 삭제한 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 4는 도 1 내부의 집적회로의 입출력 단자로부터 안테나측을 본 임피던스 주파수 특성을 나타낸 특성도다.(실시예 1)
도 5는 도 1의 안테나 구성에 있어서의 x-z면 및 y-z면의 방사 패턴 계산 결과를 나타낸 설명도다.(실시예 1)
도 6은 도 1 내부의 집적회로 및 평행 평판 커패시터를 와권형 도전성 물체의 외측에 배치한 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 7은 도 1 내부의 집적회로를 와권형 도전성 물체의 외측에 배치한 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 8은 본 발명의 실시예 1에 관한 무선통신장치의 제2 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 9는 도 8 내부의 집적회로의 입출력 단자로부터 안테나측을 본 임피던스 주파수 특성을 나타낸 특성도다.(실시예 1)
도 10은 본 발명의 실시예 1에 관한 무선통신장치의 제3 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 11은 도 10의 안테나 구성에 의해 얻어진 임피던스 주파수 특성의 계산 결과를 나타낸 특성도다.(실시예 1)
도 12는 도 10 내부의 집적회로 및 도전성 물체를 와권형 도전성 물체의 내측에 배치한 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 1)
도 13은 도 1 내부의 와권형 도전성 물체를 사각 환형(rectangular annular) 도전성 물체로 치환한 안테나 구성을 나타낸 평면도다.(실시예 2)
도 14는 도 13의 안테나 구성에 있어서의 임피던스 주파수 특성의 계산 결과를 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 15는 도 13의 안테나 구성에 대한 x-z면 및 y-z면의 방사 패턴 계산 결과를 나타낸 설명도다.(실시예 2)
도 16은 도 1의 안테나 구성에 권선간(interwinding-wire) 단락부를 설치한 경우의 단락수와 방사효율의 관계를 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 17은 제1 중심 주파수에 있어서 권선간 단락부의 수와 안테나 임피던스의 관계를 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 18은 본 발명의 실시예 2에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다.(실시예 2)
도 19는 도 18 내부의 커패시터의 정전용량값과 제1 중심 주파수에 있어서의 방사효율의 관계를 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 20은 도 18 내부의 커패시터의 정전용량값과 제1 중심 주파수에 있어서의 안테나 임피던스와의 관계를 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 21은 도 18의 안테나 구성에 있어서 제1 주파수대의 임피던스 주파수 특성을 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 22는 도 18 내부의 와권형 도전성 물체의 임피던스와 정전용량값의 관계를 나타낸 특성도다.(실시예 2)
도 23은 본 발명의 실시예 2에 따른 효과를 상세한 설명하기 위한 설명도로서, 와권형 도전성 물체의 감은 수(the number of turns)를 「3」으로 한 경우에 있어서 방사효율의 주파수 특성을 계산한 결과를 나타내고 있다.(실시예 2)
도 24는 본 발명의 실시예 2에 따른 효과를 상세한 설명하기 위한 설명도로서, 와권형 도전성 물체의 감은 수를 「6」으로 한 경우에 있어서 방사효율의 주파수 특성을 계산한 결과를 나타내고 있다.(실시예 2)
도 25는 본 발명의 실시예 3에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다.(실시예 3)
도 26은 도 25 내부의 B-B'선에 따른 단면도다.(실시예 3)
도 27은 본 발명의 실시예 4에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다.(실시예 4)
도 28은 도 27 내부의 인터디지털 커패시터를 확대해서 나타낸 평면도다.(실시예 4)
도 29는 본 발명의 실시예 5에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다.(실시예 5)
도 30은 도 29 내부의 권선간 용량성 결합수단을 확대해서 나타낸 평면도 및 C-C'선에 따른 단면도다.(실시예 5)
도 31은 본 발명의 실시예 5에 따른 제1 중심 주파수의 방사효율을 나타낸 특성도다.(실시예 5)
도 32는 본 발명의 실시예 5의 안테나 구성에 대한 제2 중심 주파수에 있어서의 와권형 도전성 물체의 입력 임피던스를 나타낸 특성도다.(실시예 5)
도 33은 본 발명의 실시예 5에 관한 무선통신장치의 다른 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 5)
도 34는 본 발명의 실시예 6에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다.(실시예 6)
도 35는 본 발명의 실시예 6에 관한 무선통신장치의 다른 구성예를 나타낸 평면도다.(실시예 6)
도 36은 본 발명의 실시예 7에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다.(실시예 7)
도 37은 본 발명의 실시예 8에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도이며, 설계된 태그의 표면 구성을 나타내고 있다.(실시예 8)
도 38은 도 37에 나타낸 태그의 이면 구성을 표면측에서 투시한 평면도다.(실시예 8)
도 39는 도 37 및 도 38의 회로 구성에 대한 설계 결과를 나타낸 설명도다.(실시예 8)
도 40은 본 발명의 실시예 8에 관한 무선통신장치의 다른 구성예를 나타낸 평면도이며, 도 37 내부의 폐루프형 도전성 물체 대신에 쇼트 스터브(short stub)를 사용한 경우를 나타내고 있다.(실시예 8)
도 41은 본 발명의 실시예 8에 관한 무선통신장치의 다른 구성예를 나타낸 평면도이며, 도 37 내부의 도전성 물체 대신에 칩 콘덴서를 사용한 경우를 나타내고 있다.(실시예 8)
도 42는 본 발명의 실시예 8에 관한 무선통신장치의 다른 구성예를 나타낸 평면도이며, 도 40 내부의 도전성 물체 대신에 칩 콘덴서를 사용한 경우를 나타내고 있다.(실시예 8)
(실시예 1)
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 무선통신장치의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도이며, 도 2은 도 1 내부의 A-A'선에 따른 단면도다.
도 1에 있어서, 무선통신장치는, 평판형 물체(1)과, 외형 치수 L, W를 갖는 와권형 도전성 물체(2)과, L자 형상(연장 형상)의 도전성 물체 3과, 집적회로(4, 5)과, 도전성 물체 7a, 7b과, 스루홀 등의 이층간(異層間) 접속부(8)과, 한쌍의 평판(30a, 30b)(도 2 참조)으로 이루어진 평행 평판 커패시터(30)을 구비하고 있다. 평행 평판 커패시터(30)의 한쪽(윗면측)의 평판 30a는, 도전성 물체 7a에 도통되고, 평행 평판 커패시터(30)의 다른 쪽(밑면측)의 평판 30b은, 도전성 물체 7b에 도통되어 있다.
평판형 물체(1)은, 임의의 물질로 이루어진다. 집적회로 4은, 제1 주파수대에서의 통신에 필요한 기능을 구비하고 있고, 집적회로 5은, 제2 주파수대에서의 통신에 필요한 기능을 구비하고 있다. 도전성 물체 7a, 7b은, 와권형 도전성 물체(2)과 집적회로 5의 입출력 단자를 접속한다. 이층간 접속부(8)은, 평판형 물체(1)의 표면에 형성된 임의의 도전성 물체와, 평판형 물체(1)의 이면에 형성된 임의의 도전성 물체를 접속한다.
평행 평판 커패시터(30)은, 집적회로 5에 대해 전기적으로 병렬로 접속된다. 평행 평판 커패시터(30)의 용량값은, 통상, 와권형 도전성 물체(2)과 함께 LC 병렬 공진회로를 구성하고, 제2 주파수대의 소망 주파수에 있어서 공진하도록, 설계된다. 또는, 평행 평판 커패시터(30)의 용량값은, 제2 주파수대의 소망 주파수에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)가 형성하는 회로와 집적회로 5의 임피던스 정합이 양호하게 되도록, 설계된다. 따라서, 제1 주파수대가 제2 주파수대에 비해 충분히 큰 경우에는, 평행 평판 커패시터(30)은, 제1 주파수대에 있어서 전기적으로 거의 단락 구조로 되는 경우가 많다.
도전성 물체 3의 전기 길이는, 제1 주파수대에서 양호한 통신 성능이 얻어지면 임의이어도 되지만, 제1 주파수대의 실효 파장 1λ1e 정도 이하로 선정되는 일이 많다. 여기에서, 제1 주파수대의 실효 파장 λ1e는, 평판형 물체(1)와 그 이외의 주위 물체 등(미도시)의, 도전성 물체 3의 주위에 배치되는 물체의 전기적 영향을 고려한 값이다. 또한, 여기에서는 도전성 물체 3을 세선으로서 예시했지만, 타원형, 다각형 등 임의인 형상이어도 된다.
도 1의 구성으로부터 집적회로 4 및 도전성 물체 3을 제거한 구성은, 현재에 있어서 널리 보급되고 있는 비접촉 IC카드의 가장 기본적인 공지 구성이다.
도전성 물체 3 위의 정재파 전류 분포는, 도전성 물체 3의 선단의 전류 진폭이 0이라고 하는 경계조건에 의해 결정된다.
따라서, 제1 주파수대의 소망 주파수가 제2 주파수대의 소망 주파수에 비해 충분히 큰 경우, 즉, 제2 주파수대의 실효 파장 λ2e가 제1 주파수대의 실효 파장 λ1e에 비해 충분히 긴 경우에는, 제2 주파수대의 전류는, 도전성 물체 3 위로는 거의 흐르지 않는다.
이 결과, 와권형 도전성 물체(2)의 임의의 위치에 집적회로 4 및 도전성 물체 3을 접속해도, 집적회로 5, 평행 평판 커패시터(30) 및 와권형 도전성 물체(2)에 의해, 외부기기와의 사이에서 행해지는 제2 주파수대의 통신 특성에 거의 영향을 미치는 일은 없다.
한편, 제1 주파수대의 안테나 동작을 고려한 경우, 집적회로 4의 입출력 단자부가 소위 급전부에 해당하여, 도전성 물체 3 및 와권형 도전성 물체(2)의 전체에 전류가 흘러, 안테나로서 동작한다.
이때, 상기한 것과 같이, 제1 주파수대에 있어서는, 평행 평판 커패시터(30)가, 전기적으로는 거의 단락 구조로 되는 경우가 많으므로, 제1 주파수대의 동작은, 집적회로 5의 입력 임피던스에 무관계가 된다.
만약에, 제2 주파수대에서 양호한 통신을 행하기 위해 평행 평판 커패시터(30)가 필요하지 않은 경우에는, 기본적으로는, 집적회로 5의 입출력 단자부가, 제1 주파수대에 있어서는 거의 전기적 단락 상태가 되고, 제2 주파수대에 있어서는 거의 전기적 개방 상태가 되도록, 평행 평판 커패시터(30)의 정전용량값을 결정하는 것이 바람직하다.
그렇지만, 전자계 해석이나 실험의 결과, 제1 주파수대에 있어서도 커패시터30이 불필요하다고 판단된 경우에는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 삭제가능하다.
즉, 안테나의 특성은, 와권형 도전성 물체의 사이즈, 감은 수, 안테나 근방 매질의 특성에 크게 의존하는 것이며, 이들의 물리적 조건 및 전기적 조건과, 요구되는 통신 거리에 따라서는, 커패시터(30)는 제거가능한 경우도 있어, 본 발명에 있어서 반드시 필요불가결한 구성요소는 아니다. 이하, 집적회로 5의 입출력 단자 사이에 커패시터가 접속되는 경우를 예로 들어 설명하지만, 상기한 것과 같이 삭제가능한 경우도 있다.
일반적으로, 커패시터의 정전용량값을 C로 하고, 교류전원의 주파수를 f로 하면, 커패시터의 임피던스 값 Z는, 주지와 같이, 이하의 식 (1)로 주어진다.
Z=-j/(2πfC) …(1)
식 (1)로부터 명확한 것과 같이, 커패시터의 임피던스 값 Z의 비는, 주파수 f의 비의 역수가 된다.
여기에서, 제1 주파수대의 제1 중심 주파수를 f1, 제2 주파수대의 제2 중심 주파수를 f2로 하고, 제1 중심 주파수 f1에서의 임피던스 값을 Z1, 제2 중심 주파수 f2에서의 임피던스 값을 Z2로 하면, f1>>f2가 되는 조건이 성립하고 있는 경우에는, 이하의 식 (2)가 성립한다.
｜Z1｜<<｜Z2｜ …(2)
따라서, 정전용량값 C을 적절하게 선정하면, 제1 중심 주파수 f1에 있어서는 전기적으로 거의 단락으로 하고, 제2 중심 주파수 f2에 있어서는 전기적으로 거의 개방으로 하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 제1 및 제2 중심 주파수 f1, f2가,
f1=2.45[GHz］
f2=13.56[MHz]
이면, 중심 주파수비 f1/f2은, 이하의 식 (3)으로 주어진다.
f1/f2≒181 …(3)
또한, 제1 및 제2 중심 주파수 f1, f2가,
f1=960[MHz]
f2=13.56[MHz]
이면, 중심 주파수비 f1/f2은, 이하의 식 (4)로 주어진다.
f1/f2≒71 …(4)
더구나, 제1 및 제2 중심 주파수 f1, f2이,
f1=860[MHz]
f2=13.56[MHz]
이면, 중심 주파수비 f1/f2은, 이하의 식 (5)로 주어진다.
f1/f2≒63 …(5)
이때, 상기 조건에서는, 제2 중심 주파수 f2을 13.56[MHz]으로 했지만, 가령, f2=135[kHz]이면, 중심 주파수비 f1/f2을, 식 (3)∼(5)의 값의 100배로 하면 된다.
예를 들면, 제1 중심 주파수 f1에 있어서의 임피던스 값 Z1을 0-j36[Ω]으로 하고, f1=860MHz, f2=13.56MHz로 한 경우에는, 식 (5)과 같이, f1/f2≒63이기 때문에, 제2 중심 주파수 f2에 있어서의 임피던스 값 Z2은, 0-j2268[Ω]이 된다.
따라서, 제1 중심 주파수 f1에 있어서는 전기적으로 거의 단락, 제2 중심 주파수 f2에 있어서는 전기적으로 거의 개방 상태가 된다.
이상의 고찰로부터, 도 1과 같이, 와권형 도전성 물체(2)을 제1 주파수대의 안테나 도체의 일부로서 이용함으로써, 제1 및 제2 주파수대의 각각의 안테나의 실장 면적을, 제1 주파수대의 안테나와 제2 주파수대의 안테나의 각각을 나란하게 설치한 경우보다도, 넓게 확보하는 것이 가능해 진다.
이 결과, 도 1의 구성에 의해, 각 안테나가 단일체로 존재한 경우와 동등한 통신 성능을 확보하는 것이 가능해 진다.
도 1의 안테나 구성의 유효성을 검증하기 위해서, 발명자는, 수치 전자계 해석 및 실험을 행하여, 도 4의 결과를 얻었다.
도 4은 집적회로 4의 입출력 단자로부터 안테나측을 본 임피던스 주파수 특성 Zf1을 나타낸 특성도다.
도 4에 있어서, 원 내부의 수치는, 임피던스 Z를 50[Ω]으로 정규화한 값을 나타내고 있고, 제1 중심 주파수 f1의 공기중 파장 λ1을 기준으로 하여, 와권형 도전성 물체(2)의 z, x 방향의 외형 치수 L, W를, 각각, L=0.19λ1, W=0.14λ1으로 하고, 도전성 물체 3의 폭 및 길이를, 각각, 0.0032λ1, 0.254λ1으로 했을 때의 계산 결과를 나타내고 있다.
도 4에 있어서, 임피던스 주파수 특성 Zf1은, 0.894f1으로부터 1.106f1까지, 0.053f1 증분으로, 5 포인트에 걸쳐 스미스 차트(smith chart)로 플롯되어 있다.
도 4의 임피던스 주파수 특성 Zf1로부터 명백한 것과 같이, 도 1의 안테나 구성의 경우, 자유공간에 놓인 반파장 다이폴 안테나와 비교하면, 리액턴스 변화량이 크고 협대역이지만, 유사한 임피던스 특성(직렬 공진특성)을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 x-z면 및 y-z면의 방사 패턴 계산 결과를 나타낸 설명도이며, 주 편파(Eθ 성분)과 교차 편파(Eφ 성분)을 나타내고 있다.
도 5로부터 명백한 것과 같이, 도 1의 안테나 구성에 의해, 반파장 다이폴 안테나와 같은 방사 패턴이 얻어지고 있고, 방사효율은, -1.1dB, 이득은, 1.3dBi이다.
이때, 도 5b에 있어서, y-z면에 교차 편파(Eφ 성분)이 생기고 있지만, 주 편파(Eθ 성분)의 이득 저하를 초래하는 레벨은 아니며, 태그 안테나로서는 실용상 문제가 없다.
실제로, 상기 계산모델과 동등한 안테나를 시험제작해서 측정한 결과, 임피던스 주파수 특성 및 방사 패턴으로서, 도 4 및 도 5의 계산 결과에 질 대응하는 결과가 얻어졌다. 또한, 방사효율 측정값은, -1.9dB로서, 도 1의 안테나 구성의 유효성을 확인할 수 있었다.
이때, 도 1에 있어서는, 집적회로 5 및 평행 평판 콘덴서(30)을, 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 배치했지만, 집적회로 5 및 평행 평판 콘덴서(30)의 배치는, 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 6에 나타낸 것과 같이, 양자를 와권형 도전성 물체(2)의 외측에 배치해도 되고, 도 7에 나타낸 것과 같이, 집적회로 5을 와권형 도전성 물체(2)의 외측에, 평행 평판 콘덴서(30)을 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 배치해도 된다. 또한, 도시하지 않지만, 집적회로 5을 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 배치하고, 평행 평판 콘덴서(30)을 와권형 도전성 물체(2)의 외측에 배치해도 된다.
이들 배치는, 제1 주파수대의 통신 거리 성능, 제2 주파수대의 통신 거리 성능, 기계에 의한 집적회로 5의 제조성(실장) 등을 종합적으로 고려해서 적절히 설계된다.
이하, 집적회로 5 및 평행 평판 콘덴서(30)을, 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 배치한 경우를 예로 들어 설명하지만, 이것들을 와권형 도전성 물체(2)의 외측에 배치해도, 본 발명에 관한 안테나의 동작이 원리적으로 손상되는 것이 아니다.
그런데, 일반적으로, RFID 태그에 사용되는 집적회로 4의 임피던스는, 대체로 저저항이며 고용량성 리액턴스를 갖고 있다. 따라서, 안테나와 집적회로 4의 임피던스 정합을 고려한 경우, 도 4과 같은 안테나 임피던스에서는 곤란한 경우가 있다.
상기 곤란한 경우에 대처하기 위해서는, 예를 들면 도 8의 평면도에 나타낸 것과 같이, 평판형 물체(1) 위에 도전성 물체 10을 설치하고, 도전성 물체 10의 일단을 도전성 물체 3에 접속하고, 도전성 물체 10의 타단을 와권형 도전성 물체(2)에 접속하여, 소위 쇼트 스터브를 구성하면 된다.
도 8에 있어서, 상기(도 1 참조)와 동일한 것에 대해서는, 상기와 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 이 경우, 도전성 물체 10이 추가된 점을 제외하면, 상기(도 1 참조)와 동일한 구성이다.
도 8의 안테나 구성에 의해, 도 9의 임피던스 주파수 특성 Zf2에 나타낸 것과 같이, 집적회로 4의 임피던스에 대해 복소공역의 관계가 되는 임피던스의 부근으로, 소망 대역 임피던스를 변위시킬 수 있어, 안테나와 집적회로 4의 임피던스 정합을 확보하는 것이 가능하게 된다.
이때, 도 9에 있어서, 임피던스 주파수 특성 Zf2의 플롯 주파수는, 0.96f1으로부터 1.04f1까지, 0.01f1 증분으로, 9포인트에 걸쳐 표시되어 있다.
또한, 임피던스 정합방법은, 도 8에 나타낸 쇼트 스터브에 한정되지 않고, 다른 수단으로서, 예를 들면 도 10의 평면도에 나타낸 것과 같이, 평판형 물체(1) 위에 폐루프형의 도전성 물체를 설치하고, 도전성 물체 11의 일부에 집적회로 4을 삽입한 안테나 구성이 고려된다.
도 10에 있어서, 집적회로 4은, 도전성 물체 3로부터 격리되어 있다.
도전성 물체 11은, 와권형 도전성 물체(2) 및/또는 도전성 물체 3(와권형 도전성 물체(2) 및 도전성 물체 3의 적어도 한쪽)의 근방에 배치되어 있고, 도전성 물체 11의 일단은 집적회로 4의 단자의 일단에 접속되고, 도전성 물체 11의 타단은 집적회로 4의 단자의 타단에 접속되어 있다. 또한, 도전성 물체 3은 와권형 도전성 물체(2)에 접속되어 있다.
도 10의 안테나 구성에 있어서는, 와권형 도전성 물체(2) 및 도전성 물체 3에 흐르는 전류에 의해 생기는 자계가 도전성 물체 11의 루프 내의 공간을 관통하는 것에 의해, 집적회로 4 및 도전성 물체 11로 이루어진 회로와, 도전성 물체 3 및 와권형 도전성 물체(2)로 이루어진 안테나가, 상기 자계를 거쳐서 결합되어 있다.
도 11은 도 10의 안테나 구성에 의해 얻어진 임피던스 주파수 특성 Zf3의 계산 결과를 나타낸 특성도다.
도 11에 있어서, 임피던스 주파수 특성 Zf3의 플롯 주파수는, 0.95f1으로부터 1.05f1까지, 0.005f1 증분으로, 21 포인트에 걸쳐 표시되어 있다.
도 11로부터 명백한 것과 같이, 도 10의 안테나 구성으로 함으로써, 집적회로 4과의 임피던스 정합을 확보하는데 적합한 안테나 임피던스 특성이 얻어진다.
이때, 도전성 물체 11은, 도전성 물체 3 및/또는 와권형 도전성 물체(2)에 접해서 있어도 된다. 이 상태는, 도전성 물체 11과 도전성 물체 3 및/또는 와권형 도전성 물체(2)의 거리를 0으로 한 극한이며, 안테나로서 상기한 것과 동일한 동작을 한다고 고려된다.
이때, 도 10에 있어서는, 집적회로 4 및 도전성 물체 11을, 와권형 도전성 물체(2)의 외측에 배치했지만, 집적회로 4 및 도전성 물체 11의 배치는, 와권형 도전성 물체(2)의 외측에 한정되는 것은 아니고, 도 12에 나타낸 것과 같이, 양자를 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 배치해도 된다. 집적회로 4 및 도전성 물체 11의 배치는, 제1 주파수대의 통신 거리 성능, 제2 주파수대의 통신 거리 성능, 기계에 의한 집적회로 4의 제조성(실장) 등을 종합적으로 고려해서 적절히 설계된다.
이하, 집적회로 4 및 도전성 물체 11을, 와권형 도전성 물체(2)의 외측에 배치한 경우를 예로 들어 설명하지만, 이들을 와권형 도전성 물체(2)의 내측에 배치해도, 본 발명에 따른 안테나의 동작이 원리적으로 손상되는 것이 아니다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 1에 관한 무선통신장치는, 도 1과 같이, 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로 4(제1 집적회로)과, 집적회로 4의 입출력 단자의 한쪽에 접속된 도전성 물체 3(제1 도전성 물체)과, 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로 5(제2 집적회로)과, 집적회로 5의 입출력 단자 사이에 접속된 와권형 도전성 물체(2)(제2 도전성 물체)을 구비하고 있고, 집적회로 4의 입출력 단자의 다른 쪽은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 접속되어 있다.
또한, 도 8과 같이, 도전성 물체 10(제3 도전성 물체)을 더 구비하고, 도전성 물체 10의 일단은, 도전성 물체 3에 접속되고, 도전성 물체 10의 타단은, 와권형 도전성 물체(2)에 접속되어 있다.
더구나, 도 10과 같이 , 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로 4과, 도전성 물체 3과, 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로 5과, 집적회로 5의 입출력 단자 사이에 접속된 와권형 도전성 물체(2)과, 집적회로 4의 입출력 단자 사이에 접속된 폐루프형의 도전성 물체 11(제3 도전성 물체)을 구비하고 있고, 도전성 물체 3의 일단은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 접속되어, 도전성 물체 11은, 도전성 물체 3 및 와권형 도전성 물체(2)의 적어도 한쪽에 근접 배치되어 있다.
이에 따라, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하여, LF대 또는 HF대와, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 RFID 시스템, 또는, HF대 RFID 시스템과 UHF대 RFID 시스템에 공용가능한 RFID 태그 기능을 구비한 무선통신장치를 얻을 수 있다.
(실시예 2)
상기 실시예 1(도 1, 도 8, 도 10)의 안테나 구성에서는, 동작 대역이 그다지 넓지 않다고 하는 문제가 생기는 경우가 있다. 또한, 동작 대역폭과 와권형 도전성 물체(2) 위의 전류 분포와는 상관이 있다고 생각된다.
이것을 확인하기 위해, 우선 편의적으로, 도 13의 평면도에 나타낸 것과 같이, 와권형 도전성 물체(2)를 사각 환형 도전성 물체(12)로 치환하고, 도 13의 안테나 구성에 있어서, 제1 주파수대의 안테나 특성을 계산하였다.
도 14은 도 13의 안테나 구성에 있어서의 임피던스 주파수 특성 Zf4의 계산 결과를 나타낸 특성도다.
도 14에 있어서, 임피던스 주파수 특성 Zf4의 플롯 주파수는, 도 4와 동일하며 5 포인트에 걸쳐 표시되어 있지만, 도 4의 임피던스 주파수 특성 Zf1보다도 리액턴스 변화량이 적고, 광대역으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 15a 및 도 15b은 도 13의 안테나 구성에 대한 x-z면 및 y-z면의 방사 패턴 계산 결과를 나타낸 설명도다.
도 13의 안테나 구성에 따른 도 15에서는, 도 1의 안테나 구성에 따른 도 5과 비교해서 패턴 형상에 큰 차이는 없지만, 약간이지만 이득이 높다.
또한, 도 13의 안테나 구성에 따른 도 15의 방사효율의 계산값은, -0.2dB으로, 도 1의 안테나 구성에 따른 도 5의 방사효율(=-1.1dB)에 비해 약 1dB 높다.
이상의 검토로부터, 도 13과 같이 , 와권형 도전성 물체(2)을 사각 환형 도전성 물체(12)로 치환함으로써, 대역폭과 방사효율을 동시에 개선 가능한 것을 알 수 있었다.
단, 당연하지만, 제2 주파수대의 통신 성능을 생각하면, 와권형 도전성 물체(2)을, 도 13과 같이 사각 환형 도전성 물체(12)로 치환할 수는 없다.
따라서, 실제로는, 도 1의 안테나 구성에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)의 인접하는 권선 사이를 용량결합시킴으로써, 제2 주파수대의 통신특성에 영향을 미치지 않고, 제1 주파수대의 안테나 성능을 개선하는 것을 시도한다.
우선, 와권형 도전성 물체(2)의 인접하는 권선 사이를 단락하는 수 n을 조사한다.
도 16은 권선간 단락부의 수 n과 방사효율의 관계를 나타낸 특성도이며, 권선 사이를 단락하는 권선간 단락부 13의 수 n(n=1, …, 6)에 대한 방사효율의 차이를 나타내고 있다.
도 16에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)의 권선간 단락부(13)은, 인접하는 권선 사이를 단락하는 복수의 도전성 물체 14로 구성되어 있고, 와권형 도전성 물체(2)에 대해 동일한 간격으로 되도록 배치되어 있다.
도 16으로부터 명백한 것과 같이, 방사효율은, 권선간 단락부(13)의 수 n과는 거의 무관계이며, 권선간 단락부(13)은, 와권형 도전성 물체(2)과 도전성 물체 3 또는 집적회로 4과의 결합부 부근에 1개 배치하는 것만으로 되는 것을 알 수 있다.
도 17은 제1 중심 주파수 f1에 있어서의 권선간 단락부(13)의 수 n과 안테나 임피던스(저항값 R [Ω], 리액턴스 값 X[Ω])의 관계를 나타낸 특성도다.
도 17에서도 명백한 것과 같이, 권선간 단락부(13)의 수 n에 의한 안테나 임피던스의 변화는, 저항값 R 및 리액턴스 값 X의 모두가 1[Ω] 이하로서, 거의 생기지 않는 것을 알 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예 2의 구성예를 나타낸 평면도이며, 도 16 내부의 권선간 단락부(13) 대신에 회로 소자(15)을 설치한 경우를 나타내고 있다.
도 18에 있어서, 회로 소자(15)은, 와권형 도전성 물체(2)과 도전성 물체 3 또는 집적회로 4의 결합부 부근에서, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 접속하고 있다.
다음에, 회로 소자(15)을 커패시터로 했을 때의 커패시터 정전용량값과 특성의 관계에 대해서 조사한다.
도 19은 커패시터의 정전용량값(집중 상수) C[pF]과 제1 중심 주파수 f1에 있어서의 방사효율의 관계를 나타낸 특성도다.
도 19에서 명백한 것과 같이, 정전용량값 C가 작아짐에 따라 방사효율이 열화하는 경향이 있지만, C≥2pF이면, 방사효율의 열화량은 0.2dB 이내로서, 실용상 거의 문제가 없는 것을 알 수 있다.
도 20은 커패시터의 정전용량값 C과 제1 중심 주파수 f1에 있어서의 안테나 임피던스(저항값 R, 리액턴스 X)의 관계를 나타낸 특성도이며, 도 19와 같은 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 21은 제1 주파수대의 임피던스 주파수 특성을 스미스 차트 위에 플롯한 특성도이며, 도 21a는 정전용량값 C가 2pF인 경우의 임피던스 주파수 특성 Zf5을 나타내고, 도 21b는 정전용량값 C가 8pF인 경우의 임피던스 주파수 특성 Zf6을 나타내고 있다.
도 21에 있어서, 플롯 주파수는, 0.95f1으로부터 1.05f1까지, 0.025f1 증분으로, 5 포인트에 걸쳐 표시되어 있다.
도 21b의 임피던스 주파수 특성 Zf6(C=8pF)과, 도 21(a)의 임피던스 주파수 특성 Zf5(C=2pF)를 비교해서 알 수 있는 것과 같이, 정전용량값 C가 작아지면 안테나 임피던스가 용량성으로 변위하는 경향이 있지만, 이것은, 도전성 물체 3의 전기 길이를 길게 설정함으로써 보상할 수 있으므로, 큰 문제로는 되지 않는다.
한편, 도 22는 와권형 도전성 물체(2)의 임피던스(저항값 R, 리액턴스 X)와 정전용량값 C의 관계를 나타낸 특성도이며, 제2 중심 주파수 f2에 있어서, 도 1 내부의 A-A'으로부터 와권형 도전성 물체(2)을 본 임피던스의 특성을 나타내고 있다.
도 22로부터 명백한 것과 같이, 제2 중심 주파수 f2의 임피던스 특성도, 정전용량값 C에 거의 의존하지 않는 것을 알 수 있다.
이하, 도 23 및 도 24를 참조하면서, 와권형 도전성 물체(2)의 감은 수, 외형 사이즈, 정전용량값 C을 변화시켜, 수치 전자계 해석에 의해 방사효율의 주파수 특성을 구한 경우를 예로 들어, 권선간 용량결합의 효과에 대해 더욱 상세하게 고찰한다. 이때, 각 도면 중의 특성곡선에 표시되어 있는 수치의 단위는 [c]이다.
도 23a∼도 23c은, 감은 수를 「3」으로 하고, 와권형 도전성 물체(2)의 x 방향의 길이 W를 0.133λc로 하고, 와권형 도전성 물체(2)의 Z 방향의 길이 L(=Lc)을 파라미터로 하여, 방사효율의 주파수 특성을 계산한 결과를 나타낸 설명도다.
도 23a∼도 23c에 있어서, 횡축은, fc=910MHz로 규격화된 주파수이며, λc은 910MHz의 전파의 공기중 파장이다.
도 23a은, C=0pF(전기적으로 개방)일 때의 특성이며, 도 23b은, C=2pF일 때의 특성이며, 도 23c는, C=4pF일 때의 특성이다.
도 23으로부터 명백한 것과 같이, 방사효율의 와권형 도전성 물체 사이즈에의 의존성은, C=2pF에 있어서도 대폭 억압되고, C=4pF가 되면, 모든 와권형 도전성 물체 사이즈에 대해 광대역에 걸쳐, -1.5dB 이상의 높은 방사효율이 얻어지는 것을 알 수 있다.
한편, 도 24a∼도 24e는, 감은 수를 「6」으로 한 경우의 계산 결과를 나타낸 설명도이며, 도 24a는, C=0pF(전기적으로 개방)일 때의 특성을 나타낸다. 또한, 도 24b은, C=2pF일 때의 특성이고, 도 24c는, C=4pF일 때의 특성이고, 도 24d은, C=8pF일 때의 특성이고, 도 24e은, C＝∞pF(전기적으로 단락)일 때의 특성이다.
도 24로부터 명백한 것과 같이, 도 23(3번 감음)의 경우와 비교하여, 필요한 정전용량값은 커지는 경향이 있지만, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 용량결합함으로써, 방사효율의 와권형 도전성 물체 사이즈에의 의존성을 대폭 억압하는 동시에, 광대역에 걸쳐 높은 방사효율을 확보하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 2(도 16, 도 18)에 관한 무선통신장치에 따르면, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 용량결합하는 회로 소자(15)을 설치하고, 그 용량값을 적절하게 선정함으로써, 제2 중심 주파수 f2의 통신 특성에 거의 영향을 미치지 않고, 제1 주파수대의 안테나 성능을 개선하는 것이 가능해 진다.
이때, 회로 소자(15)은, 칩 커패시터에 한정되는 것은 아니고, 제1 주파수대의 전류를 통과하고, 제2 주파수대의 전류를 차단하는 주파수 특성을 갖고 있으면, 다른 수단이어도 된다.
따라서, 회로 소자(15)로서는, 주파수 선택성 결합수단으로서, 예를 들면, 필터에 사용되고 있는 유전체 공진기, 세라믹 공진기, 압전 공진기 등, 임의의 공진기가 사용가능하다.
여기에서, 압전 공진기는, 압전 박막의 표면 및 이면에 전극을 형성하고, 박막의 진동을 이용한 필터이다. 압전 공진기를 사다리 형상으로 접속한 것은, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 필터로 불리고, 저손실이고 가파른 특성을 갖는 밴드패스 필터로서 알려져 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 2에 관한 무선통신장치는, 도 18과 같이, 와권형 도전성 물체의 일부의 인접하는 권선 사이에 설치되고, 권선 사이를 용량성 리액턴스에 의해 접속하기 위한 회로 소자(15)(주파수 선택성 결합수단, 예를 들면 용량성 결합수단)을 더 구비하고 있고, 회로 소자(15)은, 예를 들면 공진기에 의해 구성되어 있다.
이에 따라, 회로 소자(15)의 전기 특성을 적절하게 선정하여, 제2 중심 주파수 f2의 통신특성에 거의 영향을 미치지 않고, 제1 주파수대의 안테나 성능을 개선하는 것이 가능해 진다.
(실시예 3)
상기 실시예 1, 2(도 1, 도 8, 도 10, 도 16, 도 18)에 나타낸 안테나 구성을 실제 사용에 제공하는 형태에 마무리하는 것을 고려한 경우, 평판형 물체(1) 위에 반드시 임의의 회로 소자부품을 실장할 수 있는 것은 아니고, 또한, 부품수의 증가는, 일반적으로 제조 비용 증가를 초래하게 된다.
따라서, 도 18 구성 대신에, 도 25 및 도 26과 같이, 도전성 물체(2a, 2b)만으로 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 용량결합하는 구성을 고려한다.
도 25는 본 발명의 실시예 3에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도이며, 도 26은 도 25 내부의 B-B'선에 따른 단면도다.
도 25 및 도 26은, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 제1 주파수대에서 용량결합하는 1개의 구성예를 나타내고 있다.
도 25에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)의 일부(이층간 접속부 8a로부터 이층간 접속부 8b까지의 구간)은, 평판형 물체(1)의 이면에 배치된 도전성 물체로 되어 있다.
이 경우, 도 26과 같이, 용량결합시키고 싶은 위치에 있어서, 코일의 존재면을, 밖에서 순서대로, 평판형 물체(1)의 표면, 이면, 표면으로 되도록 구성하는 동시에, 바람직하게는 해당 부위에 있어서 인접하는 코일과 중첩하도록, 도전성 물체(2a, 2b)의 코일 형상을 국소적으로 변형하고 있다.
즉 이 예에서는, 용량결합 부위에 있어서, 평판형 물체(1)의 표면측의 도전성 물체 2a의 폭은, 다른 부위의 폭보다도 크게 형성되는 동시에, 평판형 물체(1)의 이면측의 도전성 물체 2b의 폭은, 도전성 물체 2a의 폭의 2배 이상으로 형성되어 있다.
도 25 및 도 26의 안테나 구성으로 함으로써, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이의 정전용량을 부분적으로 크게 형성 수 있으므로, 전술한 실시예 2(도 18)에 있어서 회로 소자(15)을 커패시터로 한 경우와 동등한 효과를 얻는 동시에, 부품수를 저감하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 3에 관한 무선통신장치의 용량성 결합 수단은, 도 25, 도 26과 같이, 와권형 도전성 물체(2)의 코일폭을 부분적으로 크게 형성함으로써 구성되어 있다.
즉, 제1 주파수대의 전류를 통과하고, 제2 주파수대의 전류를 차단하는 주파수 특성을 갖는 구조로서, 와권형 도전성 물체(2)을 평판형 물체(1)의 표면 및 이면의 양면 위에 형성하는 동시에, 와권형 도전성 물체(2a, 2b)의 코일 폭을 부분적으로 크게 형성하고 있다.
이에 따라, 제1 주파수대와 제2 주파수대의 양 주파수대에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)을 안테나 도체로서 공용하는 것이 가능해 진다.
이 결과, 전술한 실시예 1, 2과 마찬가지로, LF대용 또는 HF대용의 코일 도체를, UHF대용 안테나 도체로서 이용할 수 있어, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하여, HF대, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 또는 HF대와, UHF대의 공용 RFID 카드형 태그에 의한 무선통신장치를 얻을 수 있다.
더구나, 전술한 실시예 2(도 18)의 구성과 비교하여, 부품수를 저감하는 동시에, 보다 고성능의 무선통신장치를 얻을 수 있다.
(실시예 4)
상기 실시예 3에서는, 와권형 도전성 물체(2)을 평판형 물체(1)의 표면 및 이면의 양면 위에 형성하는 동시에, 용량결합 부위의 와권형 도전성 물체(2a, 2b)의 코일 폭을 부분적으로 크게 했지만, 도 27 및 도 28과 같이, 와권형 도전성 물체(2)을 평판형 물체(1)의 표면에만 형성하고, 용량성 결합수단으로서, 와권형 도전성 물체(2)의 코일 형상을 부분적으로 변형해도 된다.
도 27은 본 발명의 실시예 4에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도이며, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 제1 주파수대에서 용량결합하는 다른 구성예 로서, 용량결합시키고 싶은 위치에 인터디지털 커패시터(16)을 형성한 경우를 나타내고 있다.
도 28은 인터디지털 커패시터(16)을 확대해서 나타낸 평면도다. 도 28에 있어서, 인터디지털 커패시터(16)은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부가 빗살형으로 형성되고, 서로에 삽입하는 것에 의해 용량결합된 구성을 갖고 있다.
도 27, 도 28의 안테나 구성에 의해, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이의 정전용량을 부분적으로 높일 수 있다.
또한, 전술한 실시예 3(도 25)의 구성과 비교하여, 평판형 물체(1)의 표면에 형성된 도전성 물체 2a와 평판형 물체(1)의 이면에 형성된 도전성 물체 2b을 접속하는 이층간 접속부(8a, 8b)을 생략할 수 있어, 제작 비용을 저감하는 것이 가능해 진다.
이상과 같이 , 본 발명의 실시예 4에 관한 무선통신장치의 용량성 결합 수단은, 도 27, 도 28과 같이, 와권형 도전성 물체(2)의 코일 형상을 부분적으로 변형해서 권선 사이에 형성된 인터디지털 커패시터(16)에 의해 구성되어 있다.
즉, 제1 주파수대의 전류를 통과하고, 제2 주파수대의 전류를 차단하는 주파수 특성을 갖는 구조로서, 와권형 도전성 물체(2)을 평판형 물체(1)의 표면에만 형성하고, 와권형 도전성 물체(2)의 코일 형상을 부분적으로 변형하여, 권선 사이에 부분적으로 인터디지털 커패시터(16)을 형성한 구성을 구비하고 있다.
이에 따라, 제1 주파수대와 제2 주파수대의 양 주파수대에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)을 안테나 도체로서 공용하는 것이 가능해 진다.
이 결과, 전술한 실시예 1∼3과 마찬가지로, LF대 또는 HF대용의 코일 도체를, UHF대용 안테나 도체로서 이용할 수 있고, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 하여, LF대 또는 HF대와, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 또는 HF대와, UHF대의 공용 RFID 카드형 태그에 의한 무선통신장치를 얻을 수 있다.
또한, 전술한 실시예 3(도 25)의 구성과 비교하여, 제작 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 5)
상기 실시예 4(도 27, 도 28)의 인터디지털 커패시터(16)은, 와권형 도전성 물체(2)의 용량결합 부위를 빗살형으로 형성했지만, 적은 면적으로 충분한 정전용량이 얻어지지 않을 가능성이 있으므로, 도 29 및 도 30과 같이, 평판형 물체(1)의 이면에 도전성 물체 19을 설치해서 권선간 용량성 결합수단(18)을 구성해도 된다.
도 29는 본 발명의 실시예 5에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도다. 또한, 도 30a 및 도 30b은 도 29 내부의 권선간 용량성 결합수단(18)을 확대해서 나타낸 평면도 및 C-C'선에 따른 단면도다.
도 29, 도 300에 있어서, 권선간 용량성 결합수단(18)은, 평판형 물체(1)의 표면에 형성된 와권형 도전성 물체(2)의 각 코일을 부분적으로 크게 형성하는 동시에, 해당 부위의 이면에 도전성 물체 19을 형성함으로써 구성되어 있다.
또한, 도 30a 및 도 30b에 있어서, 용량결합 부위의 도전성 물체 2c은, 다른 부위보다도 폭이 크게 형성되고, 평판형 물체(1)의 이면측의 도전성 물체 19은, 복수의 도전성 물체 2c을 모두 덮는 크기로 형성되어 있다.
도 29, 도 30의 안테나 구성에 따르면, 상기(도 25)한 이층간 접속부(8a, 8b)을 불필요하게 하여, 이층간 접속부의 수를 증가시키지 않고 평행 평판 형식으로 권선간 커패시터를 구성하는 것이 가능해 진다.
도 31은 본 발명의 실시예 5(도 29, 도 30)에 따른 제1 중심 주파수 f1의 방사효율을 나타낸 특성도이며, 권선간 용량성 결합수단(18)(용량결합 부위)에 의한 용량결합 상태에서의 방사효율을, 권선 사이를 단락한 경우에서의 방사효율과 비교해서 나타내고 있다.
도 31로부터 명백한 것과 같이, 권선간 용량성 결합수단(18)에 의해, 권선간 단락시와 동등한 방사효율이 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 32는 본 발명의 실시예 5의 안테나 구성에 대한 제2 중심 주파수 f2에 있어서의 와권형 도전성 물체(2)의 입력 임피던스(저항값 R, 리액턴스 X)을 나타낸 특성도이며, 권선간 용량성 결합수단(18)이 존재하지 않는 경우의 입력 임피던스 값과 비교해서 나타내고 있다.
도 32로부터 명백한 것과 같이, 권선간 용량성 결합수단(18)의 유무에 의한 임피던스 변화량은 거의 생기지 않아. 문제가 없는 범위 내인 것을 알 수 있다.
따라서, 도 29, 도 3 0의 안테나 구성에 의해, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이의 정전용량을 부분적으로 높일 수 있고, 더구나, 전술한 실시예 4(도 27)의 구성과 비교하여, 보다 적은 면적으로 보다 높은 권선간 정전용량을 얻는 것이 가능해 진다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 5에 관한 무선통신장치는, 도 29와 같이, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 대하여, 소정 간격을 두고 중첩하여 배치된 도전성 물체 19(제4 도전성 물체)을 구비하고 있다.
즉, 제1 주파수대의 전류를 통과하고, 제2 주파수대의 전류를 차단하는 주파수 특성을 갖는 안테나 구성으로 하여, 와권형 도전성 물체(2)을 평판형 물체(1)의 표면에만 형성한 후에, 와권형 도전성 물체(2)의 코일 형상을 부분적으로 변형하는 동시에, 해당 부위의 이면에 도전성 물체 19을 갖는 권선간 용량성 결합수단(18)을 구비하고 있다.
이에 따라, 제1 주파수대와 제2 주파수대의 양 주파수대에 있어서, 와권형 도전성 물체(2)을 안테나 도체로서 공용하는 것이 가능해 진다.
이 결과, 전술한 실시예 1∼4과 마찬가지로, LF대 또는 HF대용의 코일 도체를, UHF대용 안테나 도체로서 이용할 수 있고, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하여, LF대 또는 HF대와, UHF대의 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 또는 HF대와, UHF대의 공용 RFID 카드형 태그에 의한 무선통신장치를 얻을 수 있다.
이때, 권선간 용량성 결합수단(18)은, 도 29, 도 30의 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 도전성 물체 19로서는, 사각형, 원형, 타원형 등 임의의 형상을 선택가능하고, 또한, 도 33의 평면도에 나타낸 것과 같이, 도전성 물체 19 뿐만 아니라 집적회로 4을 평판형 물체(1)의 이면에 배치하고, 집적회로 4의 단자의 일단을 도전성 물체 19에 접속하는 구성으로 해도 된다.
더구나, 원하는 권선간 용량결합이 얻어지면, 반드시 와권형 도전성 물체(2)의 코일 형상을 부분적으로 변형할 필요는 없다.
도 33에 있어서, 무선통신장치는, 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로 4과, 집적회로 4의 입출력 단자의 한쪽에 접속된 도전성 물체 3과, 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 집적회로 5과, 집적회로 5의 입출력 단자 사이에 접속된 와권형 도전성 물체(2)과, 도전성 물체 19(제3 도전성 물체)을 구비하고 있고, 도전성 물체 19은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 대하여, 소정 간격을 두고 중첩하여 배치되어 있다. 또한, 집적회로 4의 입출력 단자의 다른 쪽은, 도전성 물체 19에 접속되어 있다.
도 33의 안테나 구성에 있어서도, 상기와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
(실시예 6)
상기 실시예 1∼5에서는, 와권형 도전성 물체(2)에 대해 도전성 물체 3만을 설치했지만, 도 34와 같이, 와권형 도전성 물체(2)에 접속된 도전성 물체 20을 더 설치해도 된다.
도 34는 본 발명의 실시예 6에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도이며, 예를 들면 전술한 실시예 5(도 29)의 구성에 도전성 물체 20을 추가한 경우를 나타내고 있다.
도 34에 있어서는, 안테나 주요 구성 도체로서, 전술한 와권형 도전성 물체(2) 및 도전성 물체 3 이외에, L자 형상의 도전성 물체 20이 설치되어 있고, 도전성 물체 20의 일단은, 와권형 도전성 물체(2)에 접속되어 있다.
도 34의 안테나 구성에 의해, 제1 주파수대에 있어서, 도전성 물체 3 및 와권형 도전성 물체(2)의 형상으로 결정되는 공진 모드와, 도전성 물체 20 및 와권형 도전성 물체(2)의 형상으로 결정되는 공진 모드와, 도전성 물체 3, 20 및 와권형 도전성 물체(2)(3개의 도전성 물체)의 형상으로 결정되는 공진 모드로 이루어진 복수의 공진 모드를 생기게 할 수 있다.
따라서, 각 도전성 물체 3, 20 및 와권형 도전성 물체(2)의 형상을 최적화함으로써, 전술한 작용 효과 뿐만 아니라, 제1 주파수대에 있어서, 광대역화 또는 다주파 공용화를 꾀할 수 있어, 실용성을 높이는 것이 가능해 진다.
또한, 도전성 물체 20은, 반드시 와권형 도전성 물체(2)에 접속될 필요는 없고, 예를 들면 도 35의 평면도에 나타낸 것과 같이, 도전성 물체 20을 평판형 물체(1)의 이면에 형성해도 된다. 이 경우, 도전성 물체 20의 일단은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 대하여, 소정 간격을 두어 중첩하여 배치되고, 와권형 도전성 물체(2)과 용량성 결합하고 있다. 도 35의 구성에 있어서도, 상기와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 6에 관한 무선통신장치는, 도 34와 같이, 도전성 물체 20(제5 도전성 물체)을 더 구비하고 있고, 도전성 물체 20의 일단은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 접속되어 있다.
또한, 도 35와 같이, 도전성 물체 20의 일단은, 와권형 도전성 물체(2)의 일부에 대하여, 소정 간격을 두어 중첩하여 배치되어 있다.
이에 따라, 복수의 공진 모드를 생기게 하는 동시에, 각 도전성 물체 3, 20 및 와권형 도전성 물체(2)의 형상을 최적화하여, 전술한 작용 효과 이외에, 제1 주파수대에 있어서, 광대역화 또는 다주파 공용화를 꾀할 수 있어, 실용성을 높이는 것이 가능해 진다.
(실시예 7)
상기한 실시예 1에 있어서의 도 10의 안테나 구성을 참조하여, 제2 주파수대에 있어서, 집적회로 4 및 도전성 물체 11로 이루어진 폐회로 내부를 관통하는 자계가 발생한 경우, 제2 주파수대의 전력의 일부가, 제1 주파수대에 있어서의 통신용의 집적회로 4의 저항 성분에 의해 소비되어, 제2 주파수대의 통신 거리가 저하한다고 하는 문제가 생길 가능성이 있다.
따라서, 이 문제를 회피하기 위해, 도 36의 평면도에 나타낸 것과 같이, 집적회로 4의 입출력 단자와 도전성 물체 11 사이에, 평행 평판 커패시터(31, 32)을 전기적으로 직렬로 삽입하는 것이 바람직하다.
도 36의 안테나 구성에 있어서, 평행 평판 커패시터(31, 32)의 정전용량을 적절한 값으로 선정하면, 제1 주파수대의 통신 성능에 악영향을 미치지 않고, 집적회로 4에 의한 제2 주파수대의 전력 손실을 회피할 수 있어, 제2 주파수대의 통신 성능을 양호하게 유지하는 것이 가능해 진다.
또한, 제2 주파수대의 통신 성능에의 악영향이 없는 경우에도, 집적회로 4의 입출력 단자와 도전성 물체 11 사이에 평행 평판 커패시터(31, 32)을 전기적으로 직렬로 삽입함으로써, 평행 평판 커패시터(31, 32)을 제1 주파수대에 대한 임피던스 정합회로로서 사용 할 수 있어, 제1 주파수대에 있어서의 설계의 자유도가 증가하는 효과를 나타낸다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 7에 관한 무선통신장치는, 도 36과 같이, 집적회로 4의 입출력 단자와, 입출력 단자에 접속되는 도전성 물체(와권형 도전성 물체(2), 도전성 물체 3, 11, 19 중 어느 한개)의 사이에, 직렬로 칩 커패시터, 평행 평판 커패시터, 또는 인터디지털 커패시터가 삽입되어 있고, 집적회로 4의 입출력 단자에 대하여, 전기적으로 직렬로 용량성 리액턴스(평행 평판 커패시터(31, 32))가 삽입되어 있다.
이에 따라, 집적회로 4에서의 제2 주파수대의 전력 손실을 회피할 수 있어, 통신 거리 저하의 문제를 해소 수 있다.
또한, 용량성 리액턴스(주파수 선택성 결합수단)을, 제1 주파수대에 대한 임피던스 정합회로로서 사용할 수 있어, 제1 주파수대에 있어서의 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다.
이 결과, 전술한 실시예 1∼6에서 설명한 무선통신장치의 통신 성능을 향상시키는 것이 가능해 진다.
이때, 도 36에서는, 집적회로 4과 도전성 물체 11 사이에 전기적으로 직렬로 삽입된 용량성 리액턴스의 일례로서, 평행 평판 커패시터(31, 32)을 나타냈지만, 이것에 한정되지 않으며, 평행 평판 커패시터(31, 32)와 동일한 작용 효과가 얻어지면, 칩 커패시터 또는 인터디지털 커패시터 등, 임의의 구성을 적용할 수 있다. 또한, 전술한 공진기(유전체 공진기, 세라믹 공진기, 압전 공진기 등)을 사용해도 된다.
또한, 도 36에 있어서는, 전술한 도 10의 안테나 구성에 적용한 경우를 나타냈지만, 다른 임의의 안테나 구성에 있어서도, 집적회로 4의 입출력 단자에 용량성 리액턴스를 삽입함으로써, 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다.
(실시예 8)
이때, 상기 실시예 1∼7에서는 구체적으로 언급하지 않았지만, 실시예 1∼7을 통합함으로써, 제1 및 제2 주파수대의 양쪽에서 양호한 통신이 가능한 카드 타입의 RFID 태그를 설계할 수 있다.
이하, 도 37∼도 42를 참조하면서, 실시예 1∼7을 통합한 본 발명의 실시예 8에 관한 무선통신장치에 대해 설명한다.
여기에서는, 제1 주파수대의 중심 주파수를 953MHz로 하고, 제2 주파수대의 중심 주파수를 13.56MHz로 한다.
도 37은 본 발명의 실시예 8에 관한 무선통신장치를 나타낸 평면도이며, 설계된 태그의 표면 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 38은 도 37과 같이 설계된 태그의 이면 구성을 표면측에서 투시한 평면도다.
도 37에 있어서, 무선통신장치는, 평판형 물체(1)과, 외형 치수 L, W를 갖는 와권형 도전성 물체(2)과, L자 형상(연장 형상)의 도전성 물체 3과, 집적회로(4, 5)과, 도전성 물체 7a, 7b과, 스루홀 등의 이층간 접속부(8a, 8b)과, 폐루프형 도전성 물체(11)과, 칩 콘덴서(이하, 간단히 「콘덴서」라고 한다)(25)과, 도전성 물체 19, 40을 구비하고 있다.
콘덴서(25)은, 기능적으로 상기(도 18)한 회로 소자(15)에 대응하고 있고, 도전성 물체 40은, 기능적으로 상기(도 34, 도 35)한 도전성 물체 20에 대응하고 있다.
콘덴서(25)은, 기능적으로 상기(도 18)한 평행 평판 콘덴서(30)에 대응하고 있다. 또한, 도전성 물체 40은, 대행하는 와권형 도전성 물체(2)의 부위와 함께 평행 평판 콘덴서를 형성하고 있고, 기능적으로 상기(도 18)한 평행 평판 콘덴서(30)에 대응하고 있다.
도전성 물체 19은, 대향하는 와권형 도전성 물체(2)의 부위와 함께 평행 평판 콘덴서를 형성하고, 기능적으로 상기(도 18)한 회로 소자(15)에 대응하고 있다.
와권형 도전성 물체(2), 도전성 물체 3, 도전성 물체 7a 및 도전성 물체 11은, 평판형 물체(1)의 표면에 배치되어 있다. 또한, 도전성 물체 19, 40은, 평판형 물체(1)의 이면에 배치되어 있다. 더구나, 도전성 물체 7b은, 이층간 접속부(8)을 통해, 평판형 물체(1)의 표면 및 이면에 형성되어 있다.
평판형 물체(1)의 외형 치수는, 실용되고 있는 카드 사이즈 규격에 준하고 있으며, 도 37 내부의 Z 방향의 길이를 85.4mm로 하고, x 방향의 길이를 54mm로 하고 있다.
또한, 와권형 도전성 물체(2)의 외형 치수 L, W는, 상기 카드 사이즈 규격 이외에, 제조성과, 제1 및 제2 주파수대의 양쪽의 안테나 성능을 종합적으로 고려하여, L=64mm, W=46mm로 하고 있다. 더구나, 와권형 도전성 물체(2)의 감은 수는 「3」이다.
평판형 물체(1)은, 유전체 필름 기판에 의해 구성되어 있다.
집적회로(4, 5) 중에서 한쪽의 집적회로 4은, 860MHz∼960MHz의 주파수 범위에 있어서, 외부 통신기기(리더/라이터)와의 사이에서 양호하게 통신할 수 있는 특성 및 기능을 구비하고 있다.
또한, 다른 쪽의 집적회로 5은, 13.56MHz 대에 있어서, 외부 통신기기와의 사이에서 양호하게 통신할 수 있는 특성 및 기능을 구비하고 있다.
도전성 물체 7a, 7b은, 와권형 도전성 물체(2)와 집적회로 5의 입출력 단자를 접속하고 있다.
이층간 접속부 8a는, 와권형 도전성 물체(2)과 도전성 물체 7b을 접속하고 있고, 이층간 접속부 8b은, 표면 및 이면의 도전성 물체 7b을 접속하는 동시에, 도전성 물체 7b과 도전성 물체 40을 접속하고 있다. 도전성 물체 11의 양단은 집적회로 4의 입출력 단자에 접속된다.
또한, 전술한 실시예 5(도 29)에 나타낸 것과 같이, 도전성 물체 3과 와권형 도전성 물체(2)의 접속부 근방에 있어서는, 와권형 도전성 물체(2)의 권선 사이를 용량결합시키기 위해, 해당 부위에 있어서 와권형 도전성 물체(2)의 코일의 폭을 부분적으로 크게 하는 동시에, 대향하는 평판형 물체(1)의 이면 부위에 도전성 물체 19을 배치하여, 평행 평판 콘덴서를 구성하고 있다.
마찬가지로, 와권형 도전성 물체(2)의 우측 방향에 있어서도, 도전성 물체 40을 사용해서 평행 평판 콘덴서가 구성되어 있고, 이것은 전술한 실시예 1∼7에 있어서의 평행 평판 30에 해당하고 있다.
집적회로 4의 동작 임피던스는, 20-j190[Ω]이다.
집적회로 4과 안테나의 임피던스 정합을 취하는 방법으로서는, 전술한 실시예 1에서 서술한 것 같이, 미소 루프를 사용한 전자 결합 급전방식으로 하고 있다.
안테나의 입력 임피던스, 즉 집적회로 4의 단자로부터 안테나측을 본 임피던스는, 폐루프형 도전성 물체(11)의 형상, 크기 및 위치와, 도전성 물체 3의 길이를 조정함으로써, 원하는 임피던스, 즉 집적회로 4의 동작 임피던스 값의 복소 공역값으로 설계된다.
본 발명의 실시예 8(도 37)에 있어서, 집적회로 5의 단자 사이에는, 와권형 도전성 물체(2)과 도전성 물체 40에 의해 형성되는 평행 평판 콘덴서 이외에, 콘덴서(25)도 접속되어 있다.
상기 구성은, UHF대의 안테나 설계와 HF대의 안테나 설계를, 거의 독립적으로로 실행하는 것을 의도한 것이다.
즉, 와권형 도전성 물체(2)과 도전성 물체 40에 의해 형성되는 평행 평판 콘덴서의 정전용량값은, UHF대의 안테나 특성이 양호하게 되도록 설계되어 있고, 콘덴서(25)의 정전용량값은, HF대의 안테나 특성이 양호하게 되도록 설계되어 있다.
도 39은, 도 37 및 도 38의 회로 구성에 대한 설계 결과를 나타낸 설명도이며, UHF대 안테나의 동작 이득의 주파수 특성을 나타내고 있다.
도 39에 있어서, 횡축은, 960MHz로 규격화된 주파수이며, 종축은, 동작 이득[dBi]이다.
종축에 나타낸 동작 이득은, 방사 패턴만으로 결정되는 지향성 이득으로부터, 방사 효율(도체 손실, 유전체 손실 등의 안테나 구성 물체에 의한 손실)과 부정합 손실(안테나와 집적회로 4의 임피던스 부정합에 의한 손실)을 뺀 값으로 정의되어 있다. 또한, 이득은, 도 37에 나타낸 y 방향(평판형 물체(1)의 법선 방향)의 값으로 평가하고 있다.
도 39로부터 명백한 것과 같이, 동작 이득이 1dBi 이상인 비교 대역폭은, 약11%(0.95∼1.06)이고, 동작 이득이 0dBi 이상인 비교 대역폭은, 약 16%(0.92∼1.08)로서, 광대역에 걸쳐 높은 동작 이득이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예 8에 따른 설계 결과에 근거하여 시험제작 평가한 결과, UHF대에 있어서, 6.2m의 통신 거리가 얻어져, 실용에 충분한 성능을 갖는 것이 확인되었다.
이때, 일반적으로는, 도 37에 나타낸 미소 루프(폐루프형 도전성 물체(11))을 사용한 전자 결합 급전 쪽이 광대역의 특성이 얻어지지만, 이 급전 방법이 실현 곤란한 경우에는, 도 40에 나타낸 것과 같이, 폐루프형 도전성 물체(11) 대신에 쇼트 스터브(10)을 사용하여, 집적회로 4과의 임피던스 정합을 취하도록 하여도 된다.
또한, 도 37, 도 40에서는, 평행 평판 콘덴서(도전성 물체 40)을 사용했지만, 칩 콘덴서가 용이하게 실장가능하는 경우에는, 도 41, 도 42에 나타낸 것과 같이, 평행 평판 콘덴서(도전성 물체 40) 대신에 콘덴서(25)을 사용하는 것도 가능하다.
반대로, 칩 콘덴서 등의 콘덴서 부품이 실장 곤란한 경우에는, 콘덴서(25)을 평행 평판 콘덴서(도전성 물체 40)로 치환하면 된다.
또한, 상기 실시예 1∼8에서 설명한 무선통신장치를 실용적으로 제공하는 형태로 하기 위해서는, 평판형 물체(1)로서, 예를 들면, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 등을 사용하면 된다.
또한, 각종 도전성 물체 2, 2a, 2b, 2c, 3, 10, 11, 19, 40은, 평판형 물체(1)의 표면 또는 이면에 형성되는데, 예를 들면 에칭으로 형성할 수 있다. 또한, 잉크젯 인쇄나 실크스크린 인쇄 등의 인쇄 기술을 응용하여, 금속 입자를 포함하는은 액체를 평판형 물체(1)에 부착시킴으로써, 형성할 수 있다.
또한, 평판형 물체(1)로서 임의의 양면 기판을 사용하여, 에칭 가공에 의해 평판형 물체(1) 및 각종 도전성 물체 2, 2a, 2b, 2c, 3, 10, 11, 19, 40을 형성해도 된다.
또한, 이층간 접속부(8)은, 스루홀 가공기술 등을 사용해서 형성할 수 있고, 집적회로(4, 5) 및 회로 소자(콘덴서(25))는, 땜납, 도전성 접착제, 또는 초음파를 사용하여, 각종 도전성 물체와 전기적으로 결합할 수 있다.
또한, 특별히 도시할 것까지는 아니고, 상기 실시예 1∼8에서 나타낸 전기전자회로의 표면(각종 도전성 물체가 형성된 평판형 물체(1)의 표면 또는 이면)을 코팅 수지 등으로 피복함으로써, 더욱 더 실용가능한 안테나 구성을 실현할 수 있다. 이 경우, 코팅 수지로서는, 인쇄/인자가 가능한 재료, 또는, 라벨을 부착해도 용이하게는 벗겨지지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
더구나, 실시예 1∼8에 관한 무선통신장치는, 크레디트 기능 또는 인증 기능을 갖는 무선통신에 적용할 수 있다.
또한, 제1 주파수대를 UHF대(300MHz∼3000MHz)에 포함시키고, 제2 주파수대를 LF대(30kHz∼300kHz) 또는 HF대(3MHz∼30MHz)에 포함시키는 것에 의해, 각 안테나의 실장면적을 가능한 한 크게 확보하여, 각 단일체의 통신 거리와 동등한 통신 거리를 갖는 LF대 또는 HF대와, UHF대의 공용 RFID 카드형 태그에 의한 무선통신장치를 얻을 수 있다.
1 평판형 물체 1, 2 와권형 도전성 물체, 3, 7a, 7b, 10, 11, 19, 20, 40 도전성 물체, 4, 5 집적회로, 8 이층간 접속부, 15 회로 소자, 25 칩 콘덴서, 30a, 30b 평판, 30 평행 평판 커패시터

Claims (22)

  1. 제1 주파수대와, 상기 제1 주파수대에 비해 충분히 낮은 제2 주파수대를 포함하는 적어도 고저 2개의 주파수대의 각각의 신호에 대응해서 통신하는 안테나로 이루어진 무선통신장치에 있어서,
    상기 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제1 집적회로와,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자의 한쪽에 접속된 제1 도전성 물체와,
    상기 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제2 집적회로와,
    상기 제2 집적회로의 입출력 단자 사이에 접속된 제2 도전성 물체를 구비하고,
    상기 제2 도전성 물체는, 와권형 도전성 물체에 의해 구성되고,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자의 다른 쪽은, 상기 와권형 도전성 물체의 일부에 접속된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    제3 도전성 물체를 더 구비하고,
    상기 제3 도전성 물체의 일단은, 상기 제1 도전성 물체에 접속되고,
    상기 제3 도전성 물체의 타단은, 상기 와권형 도전성 물체에 접속된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  3. 제1 주파수대와, 상기 제1 주파수대에 비해 충분히 낮은 제2 주파수대를 포함하는 적어도 고저 2개의 주파수대의 각각의 신호에 대응해서 통신하는 안테나로 이루어진 무선통신장치에 있어서,
    상기 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제1 집적회로와,
    제1 도전성 물체와,
    상기 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제2 집적회로와,
    상기 제2 집적회로의 입출력 단자 사이에 접속된 제2 도전성 물체와,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자 사이에 접속된 폐루프형의 제3 도전성 물체를 구비하고,
    상기 제2 도전성 물체는, 와권형 도전성 물체에 의해 구성되고,
    상기 제1 도전성 물체의 일단은, 상기 와권형 도전성 물체의 일부에 접속되고,
    상기 제3 도전성 물체는, 상기 제1 도전성 물체 및 상기 와권형 도전성 물체의 적어도 한쪽에 근접 배치된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 집적회로 및 상기 제3 도전성 물체는, 상기 와권형 도전성 물체의 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 집적회로 및 상기 제3 도전성 물체는, 상기 와권형 도전성 물체의 내측에 배치된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와권형 도전성 물체의 일부에 대하여, 소정 간격을 두고 중첩하여 배치된 제4 도전성 물체를 구비한 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  7. 제1 주파수대와, 상기 제1 주파수대에 비해 충분히 낮은 제2 주파수대를 포함하는 적어도 고저 2개의 주파수대의 각각의 신호에 대응해서 통신하는 안테나로 이루어진 무선통신장치에 있어서,
    상기 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제1 집적회로와,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자의 한쪽에 접속된 제1 도전성 물체와,
    상기 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제2 집적회로와,
    상기 제2 집적회로의 입출력 단자 사이에 접속된 제2 도전성 물체와,
    제3 도전성 물체를 구비하고,
    상기 제2 도전성 물체는, 와권형 도전성 물체에 의해 구성되고,
    상기 제3 도전성 물체는, 상기 와권형 도전성 물체의 일부에 대하여, 소정 간격을 두고 중첩하여 배치되고,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자의 다른 쪽은, 상기 제3 도전성 물체에 접속된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와권형 도전성 물체의 일부의 인접하는 권선 사이에 설치된 주파수 선택성 결합수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 주파수 선택성 결합수단은, 콘덴서에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 주파수 선택성 결합수단은, 공진기에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 주파수 선택성 결합수단은, 상기 와권형 도전성 물체의 권선 폭을 부분적으로 크게 형성함으로써 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 주파수 선택성 결합수단은, 상기 와권형 도전성 물체의 권선 형상을 부분적으로 변형해서 상기 권선 사이에 형성된 인터디지털 커패시터에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제5 도전성 물체를 더 구비하고,
    상기 제5 도전성 물체의 일단은, 상기 와권형 도전성 물체의 일부에 접속된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  14. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제5 도전성 물체를 더 구비하고,
    상기 제5 도전성 물체의 일단은, 상기 와권형 도전성 물체의 일부에 대하여, 소정 간격을 두고 중첩하여 배치된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자와 상기 제3 도전성 물체 사이에, 직렬로 칩 커패시터, 평행 평판 커패시터, 또는 인터디지털 커패시터가 삽입된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 집적회로의 입출력 단자 사이에, 병렬로 칩 커패시터, 평행 평판 커패시터, 또는 인터디지털 커패시터가 삽입된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    평판형 물체를 더 구비하고,
    상기 제1, 제2, 제3, 제4 또는 제5 도전성 물체는, 상기 평판형 물체의 표면 또는 이면에 형성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 제4 또는 제5 도전성 물체가 형성된 상기 평판형 물체의 표면 및 이면은, 수지로 피복된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  19. 제1 주파수대와, 상기 제1 주파수대에 비해 충분히 낮은 제2 주파수대를 포함하는 적어도 고저 2개의 주파수대의 각각의 신호에 대응해서 통신하는 안테나로 이루어진 무선통신장치에 있어서,
    상기 제1 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제1 집적회로와,
    상기 제2 주파수대에서의 통신 기능을 갖는 제2 집적회로와,
    평판형 유전체와,
    상기 평판형 유전체의 표면에 형성된 와권형 도전성 물체와,
    상기 평판형 유전체의 표면에 형성되고, 일단이 상기 와권형 도전성 물체에 접속된 제1 도전성 물체와,
    상기 평판형 유전체의 표면에 형성되고, 양단이 상기 제1 집적회로에 접속된 폐루프형의 제2 도전성 물체와,
    상기 평판형 유전체의 이면에 형성된 제3 및 제4 도전성 물체와,
    상기 평판형 유전체의 표면에 형성된 도전성 물체와 이면에 형성된 도전성 물체를 접속하는 이층간 접속 구조와,
    콘덴서를 구비하고,
    상기 제1 집적회로와 상기 제2 도전성 물체는, 상기 제1 도전성 물체와 상기 와권형 도전성 물체의 사이에 배치되고,
    상기 와권형 도전성 물체를 형성하는 각 권선의 폭을, 상기 제1 도전성 물체와 상기 와권형 도전성 물체의 접속부 근방에 있어서 부분적으로 크게 하고, 이것들과 대향하는 이면 부위에 상기 제3 도전성 물체가 배치되고,
    상기 와권형 도전성 물체의 종단을 부분적으로 크게 하고, 이것과 대향하는 이면 부위에 상기 제4 도전성 물체가 배치되고,
    상기 와권형 도전성 물체의 종단은 상기 제2 집적회로의 한쪽의 단자에 접속되고,
    상기 와권형 도전성 물체의 선단은, 상기 이층간 접속 구조를 거쳐 상기 제2 집적회로의 다른 쪽의 단자 및 상기 제4 도전성 물체에 접속되고,
    상기 콘덴서는, 상기 제2 집적회로의 단자 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제1 집적회로의 입출력 단자와 상기 제2 도전성 물체 사이에, 칩 커패시터, 평행 평판 커패시터, 또는 인터디지털 커패시터가, 직렬로 삽입된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 물체가 형성된 상기 평판형 물체의 표면 및 이면은, 수지로 피복된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주파수대는, 300MHz∼3000MHz에 포함되고, 상기 제2 주파수대는, 30kHz∼300kHz, 또는 3MHz∼30MHz에 포함되는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
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