WO2006072990A1

WO2006072990A1 - タグ装置、アンテナ及び携帯型カード

Info

Publication number: WO2006072990A1
Application number: PCT/JP2005/000091
Authority: WO
Inventors: Takashi Yamagajo; Toru Maniwa; Manabu Kai
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US20070262871A1; EP1835564A1; CN101099266A; TWI262447B; JPWO2006072990A1; TW200625180A; EP1835564B1; DE602005024441D1; EP1835564A4; CN101099266B; JP4717830B2; US7880680B2

Abstract

　人体近傍にあっても電波の放射・受信特性の劣化がなく、かつ他ＩＣタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行う。　メインループ部（１１）は、誘電体基板（３０）の面積よりも小さな面積を持つ細長ループ形状の金属箔であり、誘電体基板（３０）を挟むように、誘電体基板（３０）の表面及び側面を覆い、かつ誘電体基板（３０）の表面に対して水平方向に実装されて、電波の送受信を行う。容量性負荷部（１２）は、誘電体基板（３０）の表側の面を覆うメインループ部（１１）の両端部及び誘電体基板（３０）の裏側の面を覆うメインループ部（１１）の両端部にそれぞれ設けられた金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する。制御部（２０）は、メインループ部（１１）と接続し、電波を介して情報の制御を行う。

Description

タグ装置、アンテナ及び携帯型カード

技術分野

[0001] 本発明は、タグ装置、アンテナ及び携帯型カードに関し、特に無線通信を行うタグ装置、電波の放射'捕捉を行うアンテナ及び無線通信を行う携帯型カードに関する。背景技術

[0002] 近年、 RFID (Radio Frequency-Identification：電波方式認識）と呼ばれる自動認識技術が注目されている。 RFIDは、 ICタグ (tag)を物体に付けて、無線により非接触で物体を自動識別する一種の無線通信システムである。 RFIDは、 ICタグをあらゆる物に付帯させてネットワークとつなげることが可能なため、次世代のュビキタス ·ネットヮーク社会の構築に有効な技術として急速に開発が進んでいる。

[0003] RFIDシステムは、リーダ Zライタ（ReaderZWriter)と ICタグとから構成され、無線通信によってそれぞれのアンテナを介して、リーダ/ライタカも ICタグへ情報を書き込んだり、 ICタグに記憶されている情報を読み出したりする。

[0004] また、これまで RFIDに使用されていた周波数帯は、 13. 56MHz帯や 2. 45GHz 帯が使われていたが、近年になって、 UHF (Ultra-High- Frequency: 300MHz— 30 00MHz)帯を利用する ICタグが注目されている。

[0005] UHF帯 ICタグは、 UHF帯の特に 952MHz— 954MHzを通信に利用するもので、既存の 13. 56MHz帯や 2. 45GHz帯の ICタグよりもリーダ Zライタとの通信距離を長くとることができ、通信可能領域を広げることが可能である。

[0006] 一方、 ICタグは、電源 (電池）を持たな、ので、リーダ Zライタが ICタグと通信を行うときには、リーダ Zライタが発する電波または磁界力も icタグへ電源を誘電させて通信を行っている。

[0007] すなわち、 RFIDでは、電源を誘電させる方式として、大きく電波方式と電磁誘導方式とに分かれている。 2. 45GHz帯と UHF帯の ICタグについては、リーダ/ライタが発する電波を電力に変換する電波方式であり、 13. 56MHz帯の ICタグについては、リーダ Zライタのアンテナ付近に作られる磁界力電力を得る電磁誘導方式である [0008] 図 12は電波方式の概念を示す図である。 2. 45GHz帯または UHF帯で通信を行う RFIDシステム 100は、リーダ Zライタ 110と、 ICタグ 120から構成される。 ICタグ 12 0は、アンテナ 121、整流回路 122、制御回路 123を含む。

[0009] ICタグ 120は、リーダ Zライタ 110から送出される電波を、アンテナ 121を介して受信すると、整流回路 122が交流信号である電波を直流信号に整流する。そして、この直流信号を電源として、変復調制御や論理制御などを行う制御回路 123へ印カロしている。

[0010] 図 13は電磁誘導方式の概念を示す図である。 13. 56MHz帯で通信を行う RFID システム 200において、リーダ Zライタのアンテナと、 ICタグのアンテナはそれぞれ、ループアンテナ 210、 220で構成される (ループアンテナとは、導体を円や四角の形状にループさせた構造を持つアンテナのことである）。

[0011] ループアンテナ 210、 220が近接した位置にあるとして、リーダ Zライタ側のループアンテナ 210に対して、反時計周りに電流 iaを流すと、磁界 HIが図に示すように上向きに発生する。すると、 ICタグ側のループアンテナ 220では、この磁界 HIを打ち消す方向に電流 ibが流れ (時計周り）、また磁界 H2が下向きに発生する。

[0012] このように、 13. 56MHz帯 ICタグでは、ループアンテナを利用して、電磁誘導により発生する磁界によって生じる電流にもとづいて、電力を得ることができる（13. 56M Hz帯では、ループアンテナを利用して電磁誘導を行っているということで、ループアンテナ自体は、電磁誘導だけに使われるアンテナではなぐ通常の電波を放射するアンテナとしても利用されるものである）。

[0013] ここで、図 12で説明した電波方式においては、電波の周波数が低いほど（波長が長いほど）、長距離の通信が可能になる。したがって、 UHF帯は、 2. 45GHz帯に比ベて、単純に考えてもおよそ 3倍以上の通信距離を得られることがわかる。

[0014] これに対して、図 13で説明した電磁誘導方式においては、リーダ Zライタと ICタグそれぞれのループアンテナが近接していることが必要であり、 13. 56MHz帯 ICタグは、リーダ Zライタ力も離れてしまうと、一気に磁界が弱くなつて、電力を確保できなくなる。 [0015] それぞれの具体的な通信距離としては、 13. 56MHz帯は最大でも 70— 80cm、 2 . 45GHz帯は最大でも 2m程度である力 UHF帯は実験値としておよそ 7mの通信距離が確認されて!、る (理論値では 10m程度)。

[0016] なお、 2. 45GHz帯及び UHF帯の ICタグに使われるアンテナには、電波の波長 λ の 1Z2の長さ（ λ /2)を持つダイポールアンテナ（例えば、折り返しダイポールアンテナ）が基本的に使われて、る。

[0017] ここで、各周波数帯のアンテナの長さを求めると、 λ (波長） = C (光速) Zf (周波数 )であるから、 2. 45GHz帯 ICタグのアンテナ長は、 3 X 10⁸Z2. 45 X 10⁹ = 0. 122 mの半分の約 6cmとなる。

[0018] 同様に UHF帯 ICタグのアンテナの長さを求めると（953MHzとする）、 3 X 10⁸/9 53 X 10⁶ = 0. 3mの半分の約 15cmとなる（したがって、電気的な長さを変えずに、単純にアンテナの長さにもとづいて計算上の通信距離を得ようとすれば、 2. 45GHz 帯では最小限 6cmのアンテナが収まる大きさを持つ ICタグとなるし、 UHF帯では最小限 15cmのアンテナが収まる大きさを持つ ICタグとなる）。

[0019] また、 13. 56MHz帯 ICタグにおいて、仮にダイポールアンテナを使用して電波方式により電源を得ようとすると、アンテナの長さは、 3 X 10⁸/13. 56 X 10⁶= 22mの半分の 11mとなってしまい、実用的なものとはならない。このことから 13. 56MHz帯では、電波方式を使わずに電磁誘導方式で電力を得て!、るのである。

[0020] このように、 13. 56MHz帯 ICタグでは通信距離が伸ばせないといった欠点があつた。一方、 2. 45GHz帯では、通信距離が 2mなので、実用範囲はある程度広がるが、 2. 45GHz帯 ICタグでは、水やアルコールなどの液体が近くにあると、 2. 45GHz の電波が遮断、吸収されてしまうといった欠点があった（2. 45GHzは電子レンジの周波数と同じである)。

[0021] これに対して、 UHF帯は通信距離が長ぐ 2. 45GHz帯の持つ欠点もないので、既存の周波数帯よりもリーダ Zライタ力も複数の ICタグを一括して読み取りやすくなる。さらに、 UHF帯は電波の回り込みが大きいので、リーダ Zライタから見えない場所にあっても ICタグを読み取ることができるなどの利点を持つ。

[0022] このように、 UHF帯を利用した ICタグには利点が多ぐ UHF帯 ICタグにかかる期待は大きいが、現状においては UHF帯だけでなぐ既存の 13. 56MHz帯や 2. 45 GHz帯の ICタグをも含めた環境にぉ、て、効率のょ、RFIDサービスの実現が望まれている。

[0023] 従来の ICタグとしては、薄型のフレキシブル保護ラミネートで被覆された ICタグが提供されている (例えば、特許文献 1)

特許文献 1：特開平 08— 88586号公報 (段落番号〔0018〕一〔0021〕、第 3図）発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0024] RFIDの利用分野としては、人が携帯可能なカードに ICタグを埋め込んで、この力ードを用いて、鉄道'航空での利用者の入出管理を行ったり、デパートなどで買い物をしたりするなどというように、 ICタグカードを使用してのサービスが広く行われることが考えられる。

[0025] ここで、従来の UHF帯 ICタグで使用されるアンテナの種類としては、折り返しダイポールアンテナを用いる構成が多力つた。

図 14は折り返しダイポールアンテナを示す図である。ダイポールアンテナ（Dipole Antenna) dpは、 1本の導線の中央部にある給電部（波源)から高周波を与えて電波を飛ばすアンテナであり、線状アンテナの最も基本的な形のものである（アンテナ長はえ /2を基本とする）。そして、折り返しダイポールアンテナ（Folded Dipole Antenna) fdpは、このダイポールアンテナ dpを基本にして、 1波長の導線を折り返した構造を持つアンテナである。

[0026] 通常、カードは人の胸ポケットなどに入れて携帯されたり、カードを手に持ってリーダ/ライタにかざしたりして使用するというように、カードが人体に触れるケースが多い力上記の折り返しダイポールアンテナ fdpを有する ICタグが埋め込まれた UHF帯カードでは、人体の近傍位置にあると、人体によって電波の放射が遮断、吸収されて、電波の放射'受信特性が劣化してしまうといった問題があった。

[0027] 図 15は従来の UHF帯カードの問題点を示す図である。人体近傍にダイポールァンテナ dpが存在する様子を示している（なお、折り返しダイポールアンテナ fdpとダイポールアンテナ dpの基本的な原理は同じなので、簡単のためダイポールアンテナ dp を図示して説明する)。

[0028] 通常は、ダイポールアンテナ dpに対して図に示すような電流 ilが流れて、電波 Vが放射されるが、この場合にダイポールアンテナの近傍に人体の皮膚などがあると、導体となった人体表面に、ダイポールアンテナ dpに流れる電流 ilとは逆方向に流れる電流 i2が発生する。すると互いの電流 il、 i2が打ち消しあうかたちとなるので、ダイポ一ルアンテナ dpには電流 ilが流れに《なり、電波 Vが十分に飛ばなくなってしまう。

[0029] また、 UHF帯などの周波数帯に限らず、 ICタグカードに対しては、アンテナとして平面アンテナであるグラウンドプレーン（Ground Plane)アンテナも広く用いられて！/、る

[0030] 図 16はグラウンドプレーンアンテナを示す図である。グラウンドプレーンアンテナ 30 0は、誘電体基板 301の一方の面 (裏面）に GND板 (グラウンドプレーン） 302を設け、誘電体基板 301の他方の面に (表面）に放射素子 303を設けた構造を持つアンテナである（給電には例えば、図には示さないが、同軸ケーブルの内部導体の芯線を放射素子 303に接続し、同軸ケーブルの外部導体を GND板 302に接続して、高周波信号を給電する)。

[0031] グラウンドプレーンアンテナ 300は、このように表裏が存在するが、放射素子 303が設置する表側を、人体に向けた場合には、図 15で上述したことと同様な現象が生じるので、グラウンドプレーンアンテナ 300に対しても、人体によって電波 Vの放射が遮断、吸収されて、電波 Vの放射 ·受信特性が劣化してしまうといった問題があった。

[0032] 一方、 RFIDサービスでは、上述したように、 1つの周波数帯だけの通信ではなぐ現状においては UHF帯や 13. 56MHz帯などの複数の周波数帯が混在されてサービスされることになる。

[0033] このため、カードにも UHF帯カードや、 13. 56MHz帯カードなどが存在することになるので、人がカードを携帯する場合には、財布やパスケースなどに、これらの異なる周波数帯のカードが混在して収納されることが予想される。

[0034] し力し、このような状況において、 13. 56MHz帯カードに含まれる ICタグは、図 13 で上述したように、電磁誘導方式であるので、ループアンテナの前面または背面に、別の UHF帯カードや 2. 45GHz帯カードが重ねて収納されると、ループアンテナで発生する磁界が、重ねた他の ICタグにより通過を阻害され、ループ上に電流が発生しなくなり、 13. 56MHz帯 ICタグが動作できずに、通信不能となってしまうといった問題があった。

[0035] 例えば、 13. 56MHz帯カードと UHF帯カードとを重ねて、パスケースに収納した状態のままで、 13. 56MHz帯カードをリーダ Zライタにかざすと、 UHF帯カード内部の導体部分によって、 13. 56MHz帯カードで放射、受信すべき電波が阻害されてしまう現象が生じてしまう。

[0036] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、人体近傍にあっても電波の放射'受信特性の劣化がなぐかつ他 ICタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行うタグ装置を提供することを目的とする。

[0037] また、本発明の他の目的は、人体近傍にあっても電波の放射'受信特性の劣化がなぐかつ他 ICタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行うアンテナを提供することである。

[0038] さらに、本発明の他の目的は、人体近傍にあっても電波の放射'受信特性の劣化がなぐかつ他 ICタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行う携帯型カードを提供することである。

課題を解決するための手段

[0039] 本発明では上記課題を解決するために、図 1に示すような、無線通信を行うタグ装置 1において、誘電体基板 30の表面に実装したループ状の金属箔であり、電波の送受信を行うメインループ部 11と、メインループ部 11に接続する金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する容量性負荷部 12と、から構成されるアンテナ部 10と、メインループ部 11と接続し、電波を介して情報の制御を行う制御部 20と、を有することを特徴とするタグ装置 1が提供される。

[0040] ここで、メインループ部 11は、誘電体基板 30の表面に実装したループ状の金属箔であり、電波の送受信を行う。容量性負荷部 12は、メインループ部 11に接続する金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する。制御部 20は、メインループ部 11と接続し、電波を介して情報の制御を行う。

発明の効果 [0041] 本発明のタグ装置は、誘電体基板の表面に実装したループ状の金属箔であり、電波の送受信を行うメインループ部と、メインループ部に接続する金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する容量性負荷部とから構成されるアンテナ部を有する構成とした。これにより、人体近傍にあっても電波の放射'受信特性の劣化がなぐかつ他 ICタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行うことが可能になる。

[0042] また、本発明のアンテナは、誘電体基板の表面に実装したループ状の金属であり、電波の送受信を行うメインループ部と、メインループ部に接続する金属であり、キャパシタンス成分の負荷を有する容量性負荷部とから構成した。これにより、人体近傍にあっても電波の放射 ·受信特性の劣化がなぐかつ他 ICタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行うことが可能になる。

[0043] さらに、本発明の携帯型カードは、誘電体基板の表面に実装したループ状の金属箔であり、電波の送受信を行うメインループ部と、メインループ部に接続する金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する容量性負荷部とから構成されるアンテナ部を有し、人が携帯可能なカード状の部材で構成した。これにより、人体近傍にあつても電波の放射'受信特性の劣化がなぐかつ他 ICタグの通信を阻害せずに、高品質な無線通信を行うことが可能になる。

[0044] 本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ま U、実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

[0045] [図 1]タグ装置の原理図である。

[図 2]アンテナ部の概観を示す図である。

[図 3]アンテナ部に流れる電流を示す図である。

[図 4]タグ装置が人体近傍に位置する場合のメインループ部の動作を説明するための図である。

[図 5]UHF帯の放射電波の電界強度を示す概念図である。

[図 6]容量性負荷部の有無による放射電磁波の電界強度を実験比較した図である。

[図 7]容量性負荷部の長さを変える様子を示す図である。

[図 8]メインループ部のインピーダンスを示す図である。 [図 9]磁気テープを有する IDカードと重ねた場合のタグ装置を示す図である。

[図 10]13. 56MHz帯カードと重ねた場合のタグ装置を示す図である。

[図 11]アンテナ部の変形例を示す図である。

[図 12]電波方式の概念を示す図である。

[図 13]電磁誘導方式の概念を示す図である。

[図 14]折り返しダイポールアンテナを示す図である。

[図 15]従来の UHF帯カードの問題点を示す図である。

[図 16]グラウンドプレーンアンテナを示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0046] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図 1はタグ装置の原理図である。タグ装置 1は、アンテナ部 10、制御部 20及び誘電体基板 30から構成されて、無線通信を行う装置であり、例えば、 RFIDの UHF帯 ICタグとして利用される。

[0047] アンテナ部 10は、メインループ部 11と容量性負荷部 12から構成される。メインループ部 11は、誘電体基板 30の表面に実装したループ状の金属箔であり、電波の送受信を行う（メインループ部 11がアンテナ機能の主要部となる）。容量性負荷部 12は、メインループ部 11に接続する金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する。

[0048] ここで、アンテナ部 10は図に示すように、メインループ部 11は、誘電体基板 30の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状であり、誘電体基板 30を挟むように、誘電体基板 30の表面 (表の面と裏面の両方)及び側面を覆!ヽ、かつ誘電体基板 30の表面に対して水平方向に実装される。

[0049] また、容量性負荷部 12は、誘電体基板 30の表側の面を覆うメインループ部 11の両端部 (誘電体基板 30の端部といってもよい）に設けられ、図には示してないが、誘電体基板 30の裏側の面にあるメインループ部 11の両端部にも容量性負荷部 12は同様にして設けられる（なお、容量性負荷部 12は誘電体基板 30の側面には設けない)。

[0050] 制御部 20は、メインループ部 11と接続し、電波を介して情報の制御を行う電子回路部品であり、 ICチップに該当するものである。制御部 20は、実際には、メインループ部 11上に実装される（図では、メインループ部 11の中心に実装されている）。 [0051] また、情報の制御とは、メインループ部 11を介して（リーダ Zライタから)受信した情報に対して、復調処理や内部メモリへのデータ書き込み処理を行ったり、またはメインループ部 11を介して（リーダ Zライタへ)送信すべき情報に対して、内部メモリのデータ読み出し処理や変調処理を行うことなどをいう。さらに、タグ装置 1は、上述した電波方式により電源を得るので、制御部 20は、波源 (給電部）となり、内部には整流回路も含まれる。

[0052] 図 2はアンテナ部 10の概観を示す図である。メインループ部 11は、細長ループの形状であり、メインループ部 11の両端部に容量性負荷部 12が設けられる。また、ループ状のメインループ部 11の両端部に、容量性負荷部 12が垂直に接続することで、アンテナ部 10は、 H字形状の構造を持つアンテナとなる。なお、タグ装置 1は、図 1に示した誘電体基板 30を、このような形状のアンテナ部 10で挟んだ構造となる。

[0053] 図 3はアンテナ部 10に流れる電流を示す図である。アンテナ部 10に流れる電流をシミュレーションした図であり、電流の流れる様子を矢印で示している。電波の放射' 受信時には、アンテナ部 10に電流が流れる力ほとんどの電流は、メインループ部 1 1上を流れ (ループ形状なので、表の面と裏の面をループ (一周）して流れる）、容量性負荷部 12に流れる電流はわずかである。

[0054] 次にタグ装置 1により解決される問題点及び効果について説明する。タグ装置 1は、図 2、図 3で上述したアンテナ部 10を有することで、 UHF帯 ICタグに対して従来あつた問題点を解決し、以下の（1)一（4)の効果を得るものである。

[0055] (1)人体近傍においてタグ装置 1を使用しても良好な電波の放射 ·受信特性を得ることができる。

(2)アンテナ (メインループ部 11)のインピーダンスを容易に調整可能なので、効率よく ICチップ (制御部 20)とのインピーダンス整合をとることができる。

[0056] (3)電波の放射、受信を妨害する物体の近傍に置かれる場合であっても、電波妨害を最小限に抑えることができる。

(4) 13. 56MHz帯 ICタグにタグ装置 1を重ねても、 13. 56MHz帯 ICタグで発生する磁束を妨げず、 13. 56MHz帯 ICタグの通信に悪影響を与えない。

[0057] また、上記の効果の他にも、タグ装置 1では、従来の UHF帯 ICタグに比べて、広帯域通信を可能にするといつた特徴を持つ。以降、これらの特徴に関連したタグ装置 1 の機能 ·動作につ!、て詳しく説明する。

[0058] なお、タグ装置 1は、人が携帯可能なカード形状の部材に、アンテナ部 10と制御部 20を収めることで携帯型カードとして使用され、例えば、 IDカード、キャッシュカード、鉄道の定期券カードなどというように幅広く利用可能である。

[0059] また、カード形状の部材とは、例えば、プラスチックのような材質でよ!、し、アンテナ部 10は、部材内部に収められても、部材表面に貼り付けられた構造をとつてもよい。ただし、カード寸法は、国内においては、 54mm (縦） X 86mm (横） X O. 76mm ( 厚さ）と定められているので、タグ装置 1はこのカード寸法に入る大きさとなる。

[0060] 次に人体近傍でのタグ装置 1の動作について説明する。図 4はタグ装置 1が人体近傍に位置する場合のメインループ部 11の動作を説明するための図である。

人体近傍に対して、タグ装置 1のメインループ部 11が存在する様子を示して!/、る。

[0061] メインループ部 11は、ライン L1一 L4力なるループとし、電波の放射'受信時には、メインループ部 11に反時計周りに電流が流れるとする。なお、説明のために、ライン L1に流れる電流を電流 II、ライン L2に流れる電流を電流 12、ライン L3に流れる電流を電流 13、ライン L4に流れる電流を電流 14と便宜上符号を付ける。

[0062] メインループ部 11にループして電流が流れた場合、ライン L1につヽては、人体表面に平行に位置するライン L 1に電流 11が下向きに流れると、人体表面を対象として電流 IIとは逆の上向きに流れる電流 Ilaが発生する。ライン L2については、人体表面に垂直に位置するライン L2に右向きの電流 12が流れると、人体表面には電流 12 の流れる向きに連続して流れるような同じ右向きの電流 I2aが発生する。

[0063] また、ライン L3については、人体表面に平行に位置するライン L3に電流 13が上向きに流れると、人体表面を対象として電流 13とは逆の下向きに流れる電流 I3aが発生する。ライン L4については、人体表面に垂直に位置するライン L4に左向きの電流 14 が流れると、人体表面には電流 14の流れる向きに連続して流れるような同じ左向きの電流 I4aが発生する。

[0064] このような電流分布が生じると、人体表面に最も近接して、るライン L1に流れる電流 IIと、人体表面に生じた電流 Ilaとは互いに打ち消しあう形となる。すると、人体表面とメインループ部 11との間に、あらたなループ状の電流分布が生成することになり、等価的には、人体表面を介してあらたなループアンテナ RPが生成されることになる

[0065] したがって、タグ装置 1を含む携帯カードを胸ポケットに入れたままでも、手にとってリーダ Zライタにかざした場合でも、人体によって電波の放射 ·受信特性が阻害されることがなくなり、人体近傍においてタグ装置 1を使用しても良好な電波の放射 '受信特性を得ることが可能になる。

[0066] 次に容量性負荷部 12をメインループ部 11に設けることで実現した広帯域通信について説明する。図 5は UHF帯の放射電波の電界強度を示す概念図である。縦軸は放射電波の電界強度、横軸は周波数 (MHz)である。

[0067] グラフ G1は、 UHF帯として 953MHzを中心とした狭帯域の状態を示しており、ダラフ G2は、 UHF帯として 953MHzを中心とした広帯域の状態を示して!/、る（グラフ G2 は、容量性負荷部 12を有することにより、 UHF帯で広帯域となった本発明の電界強度分布状態である)。

[0068] UHF帯での RFID通信では、 952MHz— 954MHzの周波数帯が使用されることは上述したが、アンテナにおいては、グラフ G1のように 952MHz— 954MHzだけ十分な電流が流れて、電波放射ができればよいというわけではなぐグラフ G2のように、 952MHz— 954MHzを中心にして、ある程度幅広い周波数にわたって十分な電波放射が可能なアンテナを作った方がょ、。

[0069] なぜなら、製品の製造時には、材質のばらつき等により周波数が変動するので、周波数が多少変動したとしても、精度よく動作するアンテナの方が好ましいからである。タグ装置 1では、メインループ部 11に容量性負荷部 12を接続することで、広帯域ィ匕が可能となっている。

[0070] 図 6は容量性負荷部 12の有無による放射電磁波の電界強度を実験比較した図である。縦軸は電界強度 Ε ((1Β /ζ VZm)であり、横軸は周波数 (Hz)である（なお、 α Ε + β = α Χ 10 βである）。電界強度は、タグ装置 1から 2m離れた点での値をモーメント法によるシミュレーションにより算出したものである。

[0071] また、計算に用いたタグ装置 1の寸法は 4. 5cm X 7. 5cmX 0.5mmであり、誘電体基板 30の電気的特性は、比誘電率 3. 9、誘電損失 0.008である。さらに、波源となる制御部 20の内部インピーダンスは、 20 Ω— 18(¾ Ωであり、 IVの電圧源とした。

[0072] 図からわ力るように、容量性負荷部 12を接続したときのメインループ部 11の電界強度を示すグラフ G3の方が、容量性負荷部 12が接続して、な、メインループ部 11の電界強度を示すグラフ G4よりも、帯域が広がってヽることがわかる。

[0073] 次にメインループ部 11と制御部 20とのインピーダンス整合について説明する。制御部 20は、メインループ部 11と接続し、制御部 20が出力した電力はメインループ部 11を介して電波となってエア中に放出される。

[0074] メインループ部 11上では、どこでも電圧 Ζ電流 =インピーダンス（特'性インピーダンス) Ζの関係を保ちながら進行波が伝わる力インピーダンス Ζに等しい値の負荷抵抗 Rをつなぐと、進行波は全部負荷抵抗 Rに入って熱となって消費され、負荷からしし

の反射は生じない。

[0075] すなわち、メインループ部 11のインピーダンスと、制御部 20の内部インピーダンスとを等しくすれば (整合をとれば)、制御部 20から出力した進行波だけが伝わり、進行波が持って、る電力エネルギがすべてアンテナであるメインループ部 11に供給されて放射されることになる。ただし、インピーダンスの完全整合は、理論的に可能な理想状態であって、現実の設計においては、いかにこの理想状態に近づけるかが重要となる。

[0076] ここで、容量性負荷部 12の面積を変えてメインループ部 11のインピーダンスを変ィ匕させた際の実験測定結果について説明する。容量性負荷部 12の面積を変えるには、容量性負荷部 12の一部をカット (切断)して長さを変えてやるのが簡単である。

[0077] 図 7は容量性負荷部 12の長さを変える様子を示す図である。容量性負荷部 12に対して、図に示す部分の長さ Lを 0— 20mmの範囲で可変させる。

図 8はメインループ部 11のインピーダンスを示す図である。縦軸はインピーダンス ( Ω )、横軸は容量性負荷部 12の長さ L (mm)であり、図 7に示した長さ Lを 0— 20mm に可変したときのメインループ部 11のインピーダンスの変化を示している。

[0078] 図からわ力るように、容量性負荷部 12の長さ Lを変えることにより、インピーダンスが変化している。ここで、単純な場合を想定すると、制御部 20の内部インピーダンスが、ネットワークアナライザの測定結果から 120 Ω +j320 Qと求められたとすれば、容量性負荷部 12の長さ Lを 15mmにすればインピーダンスが整合することになる。

[0079] なお、インピーダンス Zは、レジスタンス（抵抗成分）を R、リアクタンス（コンデンサやコイルによる容量成分)を Xとすれば、実数部に R、虚数部に Xが含まれた Z=R±jX の形で表せる（土の符号は、 ICのインピーダンスは Z =R -iX であり、アンテナの

IC IC IC

インピーダンスは Z =R +jXとなる）。

A A A

[0080] このように、本発明のタグ装置 1においては、容量性負荷部 12の面積を変えるだけで、メインループ部 11のインピーダンスを可変にすることができるので、あらかじめ制御部 20 (ICチップ)の内部インピーダンスをネットワークアナライザ等で測定しておき、この測定値と略一致するように容量性負荷部 12の面積を変えてやれば、効率よくィンピーダンス整合を行うことができる（なお、インピーダンスは、上記の抵抗 Rとリアクタンス Xの 2つのパラメータを有するので、実際にはこれら両方を一致させることは難しいが、リアクタンス X側を優先して一致させるように容量性負荷部 12の長さを調整すると、インピーダンス整合の精度があがることが実験的に認識された)。

[0081] 次に電波の放射、受信を妨害する物体の近傍に置かれる場合のタグ装置 1につ、て説明する。図 9は磁気テープを有する IDカードと重ねた場合のタグ装置 1を示す図である。 IDカードとタグ装置 1を重ねた場合、 IDカードの磁気テープとタグ装置 1のメインループ部 11が同じ位置にあって重なると、互ヽに電波干渉を引き起こすことになる。

[0082] したがって、タグ装置 1では、磁気テープとの相互作用が最小になるように、メインループ部 11は、磁気テープ (磁気テープに限らず電波の放射、受信を妨害する物体）が存在する位置力離れた位置にくるように、誘電体基板 30上に設けるようにする。

[0083] 次に 13. 56MHz帯カードと重なる場合のタグ装置 1について説明する。

図 10は 13. 56MHz帯カードと重ねた場合のタグ装置 1を示す図である。上述したように、 13. 56MHz帯カード内部にはループアンテナが存在し、磁束を発生させている。タグ装置 1のメインループ部 11がカード中心部にあって、 13. 56MHz帯カードと重なると磁束の流れを遮断し、 13. 56MHz帯カードの読み取りを妨害することになる（逆に磁束は、メインループ部 11に電波障害を与える)。

[0084] したがって、タグ装置 1では、 13. 56MHz帯カードが発生する磁束の流れを妨げないように、メインループ部 11は、 13. 56MHz帯カードのループアンテナ中央部から離れた位置にくるように、誘電体基板 30上に設けるようにする（図では、カード中央部にあったメインループ部 11をカード端部に移動して、る)。

[0085] 次にアンテナ部 10の変形例について説明する。図 11はアンテナ部 10の変形例を示す図である。上述したアンテナ部 10は、ループ状のメインループ部 11の両端部に、容量性負荷部 12が垂直に接続して、 H字形状の構造を持つアンテナであつたが、変形例のアンテナ部 10aでは、ループ状のメインループ部 11の両端部の上下方向に、容量性負荷部 12の端部が鋭角の角度を持って接続して、 N字形状の構造を持つものである。

[0086] また、アンテナ部 10aが誘電体基板（図示せず）に実装する場合は、アンテナ部 10 aのメインループ部 11は、誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、誘電体基板を挟むように、誘電体基板の表面及び側面を覆い、かつ誘電体基板の表面に対して斜線方向に実装される。

[0087] そして、容量性負荷部 12は、誘電体基板の表側の面を覆うメインループ部 11の両端部及び誘電体基板の裏側の面を覆うメインループ部 11の両端部にそれぞれ設けられる（図には示さないが 2枚の N字アンテナで誘電体基板が挟まれる構造となる。ただし、メインループ部 11は誘電体基板の側面を通じて表 ·裏をループし、容量性負荷部 12は側面には設けな!/ヽ)。

[0088] 大きさが定められているカード（国内では 54mm (縦） X 86mm (横） X O. 76mm ( 厚さ））内にタグ装置 1を収める際に、メインループ部 11の長さ（アンテナ長）を伸ばしたい場合には、変形例のような N字形状のアンテナとしてもよぐ H字型と同じ効果が得られる。

[0089] 以上説明したように、メインループ部 11と容量性負荷部 12からなるアンテナ部 10を薄いカード内に設置したタグ装置 1及び携帯カードによれば、他の IDカード等と重ねて人体に装着した状態でも、良好な送受信特性を得ることが可能になる。また、 13. 56MHz帯の ICタグカードと重ねても、悪影響を及ぼさず、さらに容量性負荷の面積を変化させることで、 ICチップ (制御部 20)との整合を調整することが可能になる。このため、将来のあらゆる産業界での IT化、自動化を推進する際に、効果的な RFID サービスを提供することが可能になる。

[0090] なお、上記では、 UHF帯カードに使用されるものとして、本発明を説明したが、 UH F帯に限られたものではなぐ他の周波数帯でも本発明の原理を幅広く適用することができる。

[0091] また、上記ではタグ装置 1が RFIDの携帯型カードに適用するものとして、アンテナ部 10の形状を、 H字形状または N字形状としたが、アンテナ部 10は、 H字形状または N字形状に限定されるものではなぐこれ以外の形状となるように、メインループ部 11と容量性負荷部 12を接続してもよぐ RFID分野に限らず、高周波を使用するその他の通信分野にぉ、ても幅広!、応用が可能である。

[0092] 上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなぐ対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

符号の説明

[0093] 1 タグ装置

10 アンテナ部

11 メインループ部

12 容量性負荷部

20 制御部

30 誘電体基板

Claims

請求の範囲

[1] 無線通信を行うタグ装置において、

誘電体基板の表面に実装したループ状の金属箔であり、電波の送受信を行うメインループ部と、前記メインループ部に接続する金属箔であり、キャパシタンス成分の負荷を有する容量性負荷部と、から構成されるアンテナ部と、

前記メインループ部と接続し、前記電波を介して情報の制御を行う制御部と、を有することを特徴とするタグ装置。

[2] 前記メインループ部は、前記誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、前記誘電体基板を挟むように、前記誘電体基板の表面及び側面を覆い、かつ前記誘電体基板の表面に対して水平方向に実装され、前記容量性負荷部は、前記誘電体基板の表側の面を覆う前記メインループ部の両端部及び前記誘電体基板の裏側の面を覆う前記メインループ部の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[3] 前記メインループ部は、前記誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、前記誘電体基板を挟むように、前記誘電体基板の表面及び側面を覆い、かつ前記誘電体基板の表面に対して斜線方向に実装され、前記容量性負荷部は、前記誘電体基板の表側の面を覆う前記メインループ部の両端部及び前記誘電体基板の裏側の面を覆う前記メインループ部の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[4] 人体近傍に位置する場合、前記アンテナ部は、前記メインループ部に流れる電流により、人体表面と前記メインループ部との間にループ状の電流分布を生成して、等価的に人体表面を介したループアンテナとなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[5] 前記アンテナ部は、前記容量性負荷部が前記メインループ部に接続することにより、前記メインループ部が送受信する前記電波の電界強度を広帯域にすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[6] 前記容量性負荷部は、面積を可変にすることで、前記メインループ部のインピーダンスを可変とし、前記制御部が有するインピーダンスと前記メインループ部のインピーダンスとが整合するように調整された面積で、前記誘電体基板上に設けられることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[7] 前記電波の放射、受信を妨害する物体の近傍に置かれる場合には、前記メインループ部は、前記物体が存在する位置力離れた位置にくるように、前記誘電体基板上に設けられることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[8] 電磁誘導を行う機器の近傍に置かれる場合には、前記メインループ部は、前記電磁誘導により生じる磁束を妨げない位置にくるように、前記誘電体基板上に設けられることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のタグ装置。

[9] 電波の放射'捕捉を行うアンテナにおいて、

ループ状の金属であり、前記電波の送受信を行うメインループ部と、

前記メインループ部に接続する金属であり、キャパシタンス成分の負荷を有する容量性負荷部と、

を有することを特徴とするアンテナ。

[10] ループ状の前記メインループ部の両端部に、前記容量性負荷部が垂直に接続して

、H字形状の構造を持つことを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[11] ループ状の前記メインループ部の両端部の上下方向に、前記容量性負荷部の端部が鋭角を持って接続して、 N字形状の構造を持つことを特徴とする請求の範囲第 9 項記載のアンテナ。

[12] 誘電体基板に実装する場合には、前記メインループ部は、前記誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、前記誘電体基板を挟むように、前記誘電体基板の表面及び側面を覆、、かつ前記誘電体基板の表面に対して水平方向に実装され、前記容量性負荷部は、前記誘電体基板の表側の面を覆う前記メインループ部の両端部及び前記誘電体基板の裏側の面を覆う前記メインループ部の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[13] 誘電体基板に実装する場合には、前記メインループ部は、前記誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、前記誘電体基板を挟むように、前記誘電体基板の表面及び側面を覆、、かつ前記誘電体基板の表面に対して斜線方向に実装され、前記容量性負荷部は、前記誘電体基板の表側の面を覆う前記メインループ部の両端部及び前記誘電体基板の裏側の面を覆う前記メインループ部の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[14] 人体近傍に位置する場合、前記メインループ部に流れる電流により、人体表面と前記メインループ部との間にループ状の電流分布を生成して、等価的に人体表面を介したループアンテナとなることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[15] 前記容量性負荷部が前記メインループ部に接続することにより、前記メインループ部が送受信する前記電波の電界強度を広帯域にすることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[16] 前記容量性負荷部は、面積を可変にすることで、前記メインループ部のインピーダンスを可変とし、前記電波を介して情報の制御を行う制御部が前記メインループ部と接続する際は、前記制御部が有するインピーダンスと前記メインループ部のインピーダンスとが整合するように面積が調整されて、ることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[17] 前記電波の放射、受信を妨害する物体の近傍に置かれる場合には、前記メインループ部は、前記物体が存在する位置力離れた位置にくるように、前記容量性負荷部と接続することを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[18] 電磁誘導を行う機器の近傍に置かれる場合には、前記メインループ部は、前記電磁誘導により生じる磁束を妨げない位置にくるように、前記容量性負荷部と接続することを特徴とする請求の範囲第 9項記載のアンテナ。

[19] 無線通信を行う携帯型カードにおいて、

前記メインループ部と接続し、前記電波を介して情報の制御を行う制御部と、前記アンテナ部と前記制御部を含み、人が携帯可能なカード形状の部材と、を有することを特徴とする携帯型カード。

[20] 前記メインループ部は、前記誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、前記誘電体基板を挟むように、前記誘電体基板の表面及び側面を覆い、かつ前記誘電体基板の表面に対して水平方向に実装され、前記容量性負荷部は、前記誘電体基板の表側の面を覆う前記メインループ部の両端部及び前記誘電体基板の裏側の面を覆う前記メインループ部の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。

[21] 前記メインループ部は、前記誘電体基板の面積よりも小さな面積を持つ細長ループの形状で、前記誘電体基板を挟むように、前記誘電体基板の表面及び側面を覆い、かつ前記誘電体基板の表面に対して斜線方向に実装され、前記容量性負荷部は、前記誘電体基板の表側の面を覆う前記メインループ部の両端部及び前記誘電体基板の裏側の面を覆う前記メインループ部の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。

[22] 人体近傍に位置する場合、前記アンテナ部は、前記メインループ部に流れる電流により、人体表面と前記メインループ部との間にループ状の電流分布を生成して、等価的に人体表面を介したループアンテナとなることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。

[23] 前記アンテナ部は、前記容量性負荷部が前記メインループ部に接続することにより、前記メインループ部が送受信する前記電波の電界強度を広帯域にすることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。

[24] 前記容量性負荷部は、面積を可変にすることで、前記メインループ部のインピーダンスを可変とし、前記制御部が有するインピーダンスと前記メインループ部のインピーダンスとが整合するように調整された面積で、前記誘電体基板上に設けられることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。

[25] 前記電波の放射、受信を妨害する物体の近傍に置かれる場合には、前記メインループ部は、前記物体が存在する位置力離れた位置にくるように、前記誘電体基板上に設けられることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。

[26] 電磁誘導を行う機器の近傍に置かれる場合には、前記メインループ部は、前記電磁誘導により生じる磁束を妨げない位置にくるように、前記誘電体基板上に設けられることを特徴とする請求の範囲第 19項記載の携帯型カード。