WO2006120996A1

WO2006120996A1 - Ｒｆｉｄタグ

Info

Publication number: WO2006120996A1
Application number: PCT/JP2006/309237
Authority: WO
Inventors: Koichi Uesaka
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2006-11-16
Also published as: JP2006319496A

Abstract

　金属部材等の管理にＲＦＩＤタグを用いる場合、その金属そのものにより電磁界が打ち消され、通信距離が著しく減衰するなどの問題がある。また、タグと金属の間に磁性体を挟む方法が考えられているが、磁性体のコストが高く、数多くの部材管理にはコスト的に不利になるという問題があった。　金属部材の導体自体をアンテナのグランドと考え、パッチアンテナのグランドをそれとすることで、放射効率の良いアンテナ系を構成する。

Description

明細書

RFIDタグ

技術分野

[0001] 本発明は、金属部材の管理に用いる RFIDタグに関する。

背景技術

[0002] RFIDタグを用いる物品管理が始められている。しかし RFIDタグを金属部材の管理に用いる場合、通常の RFIDタグが金属部材に貼り付けた状態では電磁界が打ち消される。この結果、通信距離が著しく減衰し、所望の距離から RFIDタグの認識ができない。この対策として、 13.56MHz帯の RFIDシステムでは、タグと金属の間に磁性体を挟みこみ、磁路を形成することで通信を可能にする方法が考えられている。しかし、磁性体自体のコストが高ぐ数多くの部材管理にはコスト的に不利になるという問題があった。

[0003] 特許文献 1には、可撓性のある基材に RFIDを搭載し、基材を円形に変形させてコィルアンテナを形成する発明が記載されている。

[0004] 特許文献 1 :特表 2002— 537607号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 金属パイプなど導体物品の管理を安価に可能とする RFIDタグを提供する。

課題を解決するための手段

[0006] 薄型構造のパッチアンテナを RFIDに適用することで、 RFIDタグを導体部材 (金属部材)に接触して貼り付けた状態で使用可能とする。

発明の効果

[0007] 導体部材 (金属部材)の物品管理用の安価な RFIDタグを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下本発明の実施形態について実施例を用いて図面を参照しながら説明する。

図 1および図 2を用いてパッチアンテナを適用した RFIDタグの基本構造を説明する。ここで、図 1は基本形のパッチアンテナを適用した RFIDタグの基本構造を説明する図である。図 2は逆 F型パッチアンテナを適用した RFIDタグの基本構造を説明する図である。

[0009] 図 1において、図 1 (a)は RFIDタグの y方向中央部断面図、図 1 (b)は xy平面図、図 1 (c)はビア部断面図、図 1 (d)は RFID表面部断面図、図 1 (e)は裏面図である。本実施例の RFIDチップ 110は、 2個のアンテナ端子 111をチップの表面と裏面に設けた構造である。 RFIDタグ 100は、次の手順で製造される。まず、 RFIDチップ 110 を誘電体 103に挟んで積層（厚さ h)したあと、アンテナ端子 111部上の誘電体にビァホールを開ける。充填されたビア 104を形成したあと、誘電体の両面に無電界銅めつきで銅層を設ける。表層の銅をエッチングして、一辺 aの正方形のパッチ導体 102 を形成し、素子分離した構造である。ここで、裏面の銅はエッチングせずグランド導体 (以下 GND導体と記載） 102となる。

[0010] RFIDチップ 101の 2つのアンテナ端子 111の一方はパッチ導体 101に、他方は G ND導体 102に接続されている。したがって、パッチ導体 101、ビア 104、 GND導体 102および誘電体 103でパッチアンテナを形成している。ここでパッチ導体 101の面積は使用する周波数より、また X軸方向の接続位置は RFIDチップ 110の出力インピ一ダンスにより決定される。 y軸方向の接続位置は辺の中央である。また GND導体 1 03はパッチ 101よりも広い面積を持つ必要がある。ここでパッチ導体 101のサイズは方形の場合で

[0011] [数 1]

, ^{C o} - ^X ° . . . f i \

a 2fl ^ ~2~~ ^{( 1 )}

[0012] ただし、 a:方形パッチの 1辺、 Co :光速、 fc:キャリア周波数、 λ ο :自由空間波長の範囲とする。

[0013] 一方、 GND導体 102は理想的には無限平板である力実際には有限なサイズとなる。この RFIDタグ単体を非導体の管理対象物に固定して使用する場合は、この GN D導体 102の一辺のサイズを導体パッチ 102の一辺 aと誘電体の厚さ hから（a+3h)以上にする。一方、（a+3h)以上の大きさの導体の管理対象物に確実な電気的接続を取って固定し使用する場合は、 GND導体 102のサイズの制約はなくなる。 [0014] 図 2において、図 2 (a)は RFIDタグの y方向中央部断面図、図 2 (b)は xy平面図、図 2 (c)はビア部断面図、図 2 (d)は RFID表面部断面図、図 2 (e)は裏面図である。図 2に示す RFIDタグ 200では、 a X a/2のノツチ導体 201、ビア 104、 105、 GND導体 102および誘電体 103で逆 F型パッチアンテナを形成している。図 1のパッチ導体 101では X軸に平行な辺の電圧分布が 0となる点、つまり 1辺 aの半分（a/2)の位置はグランド 103と同電位である。この位置ならパッチ導体 201と GND導体 102を接続しても問題ないことから、そこにビア 105を設け、ビア 105の左側の電極を削除してパッチ電極の面積を図 1の場合の半分にしている。

[0015] 図 1のパッチアンテナでは、 RFIDチップ 110のアンテナ端子間は開放状態にあり、静電気によって RFIDチップが破壊される可能性がある。これに対して、逆 F型パッチアンテナは、アンテナ端子間が DC的に短絡状態なので、静電気による影響を最小限に抑えることができる。

本実施例に拠れば、パッチアンテナを用いて金属部材の物品管理用の安価な RFI Dタグを提供することができる。

[0016] 図 1および図 2に示した構造のアンテナを用いた RFIDタグ 100、 200は、そのダランド 103を導体部材に直接接続または接触した形とすることで、グランドのサイズを実効的に大きくすることが可能である。これを図 3を用いて説明する。ここで、図 3は、 R FIDタグを鉄ノイブに取り付けた状態を説明する図である。

[0017] 図 3で、 RFIDタグ 100、 200は、その裏面の GND導体 103を直接鉄パイプ 10に接触して、図示しないテープで固定されている。この様に RFIDタグ 100、 200のダランドを金属部材 202に接続または接触させることで RFIDタグ 100、 200のグランドを等価的に大きくしている。その結果、アンテナの放射効率を向上することができる。

[0018] 図 1および図 2で説明した RFIDタグは、 RFIDチップ 110として、 2つのアンテナ端子 111をチップ裏面と、チップ表面に分けて形成したチップを利用した。しかし、製造プロセスに拠っては、アンテナ端子を表面にまとめた RFIDも存在する。この場合の R FIDタグを図 4を用いて説明する。ここで、図 4はパッチアンテナを適用した RFIDタグを説明する図である。

[0019] 図 4において、図 4 (a)は RFIDタグの y方向中央部断面図、図 2 (b)は xy平面図、図 2 (c)はマイクロストリップ線路と RFIDチップの接続部の拡大図、図 4 (d)はマイクロストリップ線路とパッチ導体の接続部の拡大図である。図 4に示す RFIDタグ 300の構造は、ビア 106を介して接続された GND導体 102とマイクロストリップ線路 107の一端と、ノツチ導体 101と接続したマイクロストリップ線路 107の他の一端とを、 RFIDチップ 120の 2つのアンテナ端子 121が接続するように、 RFIDチップ 120をフェイスダゥン接続する構造である。なお、 RFIDチップ 120の出力インピーダンスにより決定されるマイクロストリップ線路 107とパッチ導体 101の X軸方向の接続位置は、図 4 (d) に示すようにバッチ導体 101にスリット 101aを入れることで調整する。

[0020] 図 4のパッチアンテナは、 RFIDチップ 120を誘電体に埋め込んでいないので、通常のプリント基板の製造工程で作成でき、より安価とすることができる。また、この構造では、マイクロストリップ線路 107とパッチ電極 101を一つの工程で製造できる。このストリップアンテナもパッチアンテナである。

[0021] なお、逆 F型パッチアンテナも同様にして作成できることは容易に理解できるものと思う。また、通常マイクロストリップ線路とは、誘電体と誘電体を挟むグランドと線路の系である力ここでは誘電体の上の線路をマイクロストリップ線路と呼ぶ。

本実施例に拠れば、パッチアンテナを用、て導体部材の物品管理用のより安価な RFIDタグを提供することができる。

[0022] このパッチアンテナは、簡単にアレー構造が構成できる利点がある。これを図 5を用いて説明する。ここで、図 5はアレー化されたパッチアンテナを適用した RFIDタグを説明する平面図である。

[0023] 図 5に示す RFIDタグ 400の構造は、ビア 106を介して接続された共通 GND導体（図示せず）とマイクロストリップ線路 107の一端と、ノツチ導体 101と接続したマイクロストリップ線路 107の他の一端とを、 RFIDチップ 120の 2つのアンテナ端子 121が接続するように、 RFIDチップ 120をフェイスダウン接続し、さらに 5個のパッチ導体 101 をマイクロストリップ線路で接続した構造である。ここで、各パッチ導体 101の入力側は、図 4 (d)に示すようにスリットを入れても良い。また、最終段のパッチ導体を逆 F型パッチアンテナとして、静電気対策としてもよい。ここで、ノツチ導体のピッチはアンテナ線路の伝搬波長 λと等しくする。この結果パッチ導体の間隔 Lpは

[0024] [数 2]

Lp = -a - · - ^Δ)

[0025] ここで、 λ：アンテナ線路の伝搬波長、 a:パッチの接続方向の 1辺長

で表される。

なお、逆 F型パッチアンテナとするのは最終段のパッチ導体に限定されない。

[0026] この様に縦列接続されたパッチアンテナアレーを有する RFIDタグ 400の基材を、可撓性を有する表裏 2層のフレキシブルプリント基板 (FPC)とすることで、物品管理対象の金属部材に卷きつけることが可能である。これを図 6を用いて説明する。ここで、図 6は RFIDタグを鉄ノイブに取り付けた状態を説明する図である。

[0027] 図 6で、 RFIDタグ 400は、その裏面の GND導体を直接鉄パイプ 10に接触して卷きつけられ、図示しないテープで固定されている。パッチアンテナの特徴は、アンテナに指向性があることである力このように鉄パイプ 10に卷きつけることで、指向性を広げ読み取りが容易な RFIDタグとすることができる。

本実施例に拠れば、パッチアンテナを用いて導体部材の物品管理用の指向性を広めた RFIDタグを提供することができる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]基本形のパッチアンテナを適用した RFIDタグの基本構造を説明する図である

[図 2]逆 F型パッチアンテナを適用した RFIDタグの基本構造を説明する図である。

[図 3]RFIDタグを鉄パイプに取り付けた状態を説明する図である。ノツチアンテナを適用した RFIDタグを説明する図である。

[図 4]パッチアンテナを適用した RFIDタグを説明する図である。

[図 5]アレー化されたパッチアンテナを適用した RFIDタグを説明する平面図である。

[図 6]RFIDタグを鉄パイプに取り付けた状態を説明する図である。

符号の説明

[0029] 10· ··鉄ノィプ、 100· · -RFIDタグ、 101· ··ノツチ導体、 102, ,-GND導体、 103· ·· 誘電体、 104···ビア、 105···ビア、 106···ビア、 107···マイクロストリップ線路、 110··· RFIDチップ、 111···アンテナ端子、 120- RFIDチップ、 121···アンテナ端子、 200 •••RFIDタグ、 201···ノツチ導体、 300· "RFIDタグ、 400 "-RFIDタグ。

Claims

請求の範囲

[1] 誘電体の一面に設けたグランド導体と、前記誘電体の他面に設けたパッチ導体とこのノツチ導体に一端で接続する第 1のマイクロストリップ線路と第 2のマイクロストリツプ線路と、前記グラウンド導体と前記第 2のマイクロストリップ線路の一端とを接続するビアと、前記第 1のマイクロストリップ線路の他端および前記第 2のマイクロストリップ線路の他端と接続する RFIDチップとを有する RFIDタグ。

[2] 誘電体の一面に設けたグランド導体と、前記誘電体の他面に設けたパッチ導体とこのノツチ導体の一側に一端で接続する第 1のマイクロストリップ線路と第 2のマイクロストリップ線路と、前記グラウンド導体と前記第 2のマイクロストリップ線路の一端とを接続する第 1のビアと、前記パッチ導体の他側と前記グラウンド導体を接続する第 2にビァと、前記第 1のマイクロストリップ線路の他端および前記第 2のマイクロストリップ線路の他端と接続する RFIDチップとを有する RFIDタグ。

[3] 請求項 1に記載の RFIDタグであって、

前記パッチ導体を伝搬波長のピッチで複数個有し、その間をマイクロストリップ線路で接続したことを特徴とする RFIDタグ。

[4] 請求項 3に記載の RFIDタグであって、

前記複数のパッチ導体の並び方向に可撓性を有することを特徴とする RFIDタグ。

[5] 請求項 3に記載の RFIDタグであって、

前記複数のパッチ導体の一つ力逆 F型パッチアンテナを構成することを特徴とする RFIDタグ。