WO2021059565A1 - Ｒｆｉｄインレイ - Google Patents

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WO2021059565A1
WO2021059565A1 PCT/JP2020/013281 JP2020013281W WO2021059565A1 WO 2021059565 A1 WO2021059565 A1 WO 2021059565A1 JP 2020013281 W JP2020013281 W JP 2020013281W WO 2021059565 A1 WO2021059565 A1 WO 2021059565A1
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WO
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antenna
power
terminal
rfid
power receiving
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PCT/JP2020/013281
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English (en)
French (fr)
Inventor
紀行 植木
加藤　登
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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Priority to JP2020551600A priority patent/JP7001179B2/ja
Priority to US17/096,327 priority patent/US11699056B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/59—Responders; Transponders
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/48—Transceivers

Definitions

  • the present invention relates to an RFID inlay that is used, for example, as an RFID tag and is communicated non-contactly with a reader / writer.
  • Non-Patent Document 1 shows a passive Bluetooth® sensor. It has been shown that this device uses RF power such as wireless LAN radio waves and mobile phone radio waves to detect temperature, pressure, movement, and transmit that information via Bluetooth®. This device communicates by the following method instead of the method of returning the reflected signal to the reader like the passive UHF RFID transponder. First, the radio wave is received and charged as energy instead of as a signal, and when sufficient energy is charged, a part of a message is transmitted and the energy is further charged. Then send the next part of the message. That is, while receiving energy from the surrounding radio waves, the messages are divided and transmitted in sequence.
  • RF power such as wireless LAN radio waves and mobile phone radio waves to detect temperature, pressure, movement, and transmit that information via Bluetooth®.
  • This device communicates by the following method instead of the method of returning the reflected signal to the reader like the passive UHF RFID transponder. First, the radio wave is received and charged as energy instead of as a signal, and when sufficient energy is charged, a part of a
  • Non-Patent Document 1 Since the device described in Non-Patent Document 1 needs to separately provide two antennas for receiving ambient radio waves and an antenna for transmitting signals by Bluetooth (registered trademark), these plurality of antennas and RFID are used separately. If the RFID inlay is provided, the overall size becomes large, and there is a concern that the scope of application is limited. In addition, if the power receiving antenna and the signal transmitting antenna are arranged close to each other in order to reduce the overall size, unnecessary coupling occurs between the antennas, and the energy of the radio wave to be transmitted is absorbed by the power receiving antenna side. There is also a problem that the required transmission signal strength cannot be obtained.
  • an object of the present invention is to provide an RFID inlay that doubles as a power receiving antenna and a transmitting antenna, avoids unnecessary coupling between the antennas, and enables miniaturization as a whole.
  • the RFID inlay of the present invention receives and receives an RFIC having a power receiving terminal for inputting electric power induced by receiving an electromagnetic wave for receiving power and a transmitting terminal for outputting a transmission signal for RFID, and the electromagnetic wave for receiving power. It includes an antenna for generating electromagnetic waves for RFID, and an antenna shared circuit provided between the antenna, the power receiving terminal, and the transmitting terminal.
  • an RFID inlay that doubles as a power receiving antenna and a transmitting antenna, avoids unnecessary coupling between the antennas, and enables miniaturization as a whole.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of RFID inlay 201 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific circuit configuration of the RFID inlay 201 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific circuit configuration of the directional couplers 31A and 31B shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the RFID inlay 202A according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of another RFID inlay 202B according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of the RFID inlay 203 according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of RFID inlay 201 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific circuit configuration of the RFID inlay 201 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific circuit configuration of the directional couplers 31A and 31B shown in FIG.
  • FIG. 7A is a diagram showing a connection relationship of the wideband matching circuit 4 between the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ of the RFIC2 and the antenna.
  • FIG. 7B is a diagram showing a specific circuit configuration of the wideband matching circuit 4.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of the antenna widening circuit 6 in the RFID inlay according to the fifth embodiment.
  • 9 (A) and 9 (B) are diagrams showing an example of a matching circuit connected between the connection portions Pb and Pd shown in FIG.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of the RFID inlay 206 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of the RFID inlay 207 according to the seventh embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the RFID inlay 208 according to the eighth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of RFID inlay 201 according to the first embodiment.
  • the RFID inlay 201 is composed of an RFID module 101 and an antenna 1 connected to the RFID module 101.
  • the RFID module 101 includes an RFIC 2 and antenna sharing circuits 3A and 3B connected between the RFID module 2 and the antenna 1.
  • the RFIC2 has power receiving terminals Rx + and Rx- for inputting electric power induced by receiving an electromagnetic wave for receiving power, and transmitting terminals Tx + and Tx- for outputting RFID transmission signals.
  • the power receiving terminal Rx + and the transmitting terminal Tx + are connected to the antenna shared circuit 3A, and the power receiving terminal Rx ⁇ and the transmitting terminal Tx ⁇ are connected to the antenna shared circuit 3B.
  • Antenna 1 receives electromagnetic waves for receiving power and generates (transmits) electromagnetic waves for RFID signals.
  • the antenna sharing circuits 3A and 3B are circuits for sharing the antenna 1 as a power receiving antenna and a signal transmitting antenna.
  • Antenna 1 receives, for example, LTE (Long TermEvolution) low band (700 MHz to 1 GHz) radio waves and 2.4 GHz band and 5 GHz band radio waves transmitted from wireless LAN access points. Further, the antenna 1 transmits radio waves in the 2.4 GHz band of the BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy) standard of Bluetooth (registered trademark), for example.
  • LTE Long TermEvolution
  • BLE Bluetooth (registered trademark) Low Energy) standard of Bluetooth (registered trademark)
  • the RFIC 2 is, for example, the RFIC shown in Non-Patent Document 1, and receives radio waves used as the energy, charges the internal capacitor Ci, and when sufficient energy is charged, a predetermined RFIC 2 is used based on this energy.
  • Message is transmitted according to the above BLE standard. When the entire message cannot be transmitted by one transmission, the messages are sequentially transmitted in a time-division manner while receiving energy from the surrounding radio waves until the entire transmission of the predetermined message is completed.
  • an external capacitor Co connected in parallel to the internal capacitor Ci of RFIC2 is provided.
  • the combined capacitance of the capacitors Ci and Co can be increased, thereby increasing the transmission distance and increasing the capacity of one message that can be transmitted.
  • the rate of increase in the charging voltage due to power reception can be optimized.
  • a suitable composite capacitance can be selected.
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific circuit configuration of the RFID inlay 201 according to the first embodiment.
  • the antenna sharing circuits 3A and 3B shown in FIG. 1 are composed of directional couplers 31A and 31B. Further, the antenna 1 is composed of a loop type antenna 11.
  • the directional couplers 31A and 31B guide the induced power of the antenna 11 to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ of the RFIC2, and guide the transmission signals output from the transmitting terminals Tx + and Tx ⁇ of the RFIC2 to the antenna 11. Further, the directional couplers 31A and 31B prevent the transmission signal from leaking to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ (flowing into the Rx + and Rx ⁇ terminals).
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific circuit configuration of the directional couplers 31A and 31B shown in FIG.
  • the directional couplers 31A and 31B are all composed of the coils L1 and L2, the capacitors C11, C12, C21 and C22, and the resistance element R, each of which constitutes a 3 dB demultiplexer.
  • the coil L1 and the coil L2 are magnetically coupled.
  • the connection portions Pa, Pb, Pc, and Pd of the directional couplers 31A and 31B with respect to RFIC2 are shown. These connections will be referred to in later embodiments.
  • the grounds of the directional couplers 31A and 31B are connected to the ground of RFIC2.
  • the ground symbol of the directional couplers 31A and 31B is a reference potential (neutral potential) in terms of potential, and this reference is used for stable operation.
  • the potentials may be electrically connected to each other.
  • the feeding end of the antenna 11 is connected to the antenna connection portions A1 and A2 of the RFID module 101 via the capacitors CsA and CsB.
  • the capacitors CsA and CsB are stray capacitances generated between the conductor pattern of the antenna 11 formed on the sheet and the electrodes of the RFID module 101 mounted on the sheet. Specific examples of the structure of the antenna and the RFID module will be shown in a later embodiment.
  • the single antennas 1 and 11 are used for both power reception and transmission, the problem due to unnecessary coupling between the antennas can be avoided. Further, since it is not necessary to arrange the power receiving antenna and the transmitting antenna so as not to interfere with each other, an RFID inlay that is miniaturized as a whole can be obtained.
  • the second embodiment shows an RFID inlay in which the configuration of the antenna shared circuit is different from the example shown in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the RFID inlay 202A according to the second embodiment.
  • the RFID inlay 202A includes an RFID module 102 and an antenna 11 connected to the RFID module 102.
  • the RFID module 102 includes an RFIC 2 and duplexers 32A and 32B connected between the RFID module 2 and the antenna 11.
  • Duplexers 32A and 32B are examples of the antenna shared circuit according to the present invention.
  • a directional coupler may be used instead of the duplexers 32A and 32B.
  • a broadside coupler may be formed by a strip line, and this broadside coupler may be used as a distributed constant type directional coupler.
  • the power receiving terminal Rx + and the transmitting terminal Tx + of the RFIC2 are connected to the duplexer 32A, and the power receiving terminal Rx- and the transmitting terminal Tx- are connected to the duplexer 32B.
  • the high-pass filters HPF of the duplexers 32A and 32B output the transmission signal in the frequency 2.4 GHz band to the antenna 11. Further, the low-pass filter LPF of the duplexers 32A and 32B outputs a reception signal (power received) of a frequency lower than the frequency 2.4 GHz band, for example, LTE low band (700 MHz to 1 GHz) to the power receiving terminals Rx + and Rx- of RFIC2. ..
  • FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of another RFID inlay 202B according to the second embodiment.
  • the duplexers 32A and 32B are represented by a concrete circuit diagram.
  • the capacitor C3 and the inductor L3 form a high-pass filter
  • the capacitors C4 and the inductor L4 form a low-pass filter.
  • the high-pass filter passes, for example, 2.45 GHz
  • the low-pass filter passes, for example, a signal in the low band (700 MHz to 1 GHz) of LTE.
  • the RFID inlay 202B includes a dipole type antenna 12.
  • the antenna 12 resonates in the 900 MHz band and the 2.4 GHz band, respectively.
  • the antenna 12 is composed of a meander line-shaped conductor pattern formed on an insulating sheet.
  • the radiating element With the conductor pattern in the shape of a meander line in this way, the formation region of the conductor pattern on the insulating sheet is shortened.
  • the open end portion which is the tip end portion of the conductor pattern, has a shape that expands in the plane direction from other portions, and a capacitance component is generated between this portion and the ground. This also shortens the line length of the meander line-shaped conductor pattern required to obtain a predetermined resonance frequency.
  • the transmission signal is regarded as a high band, and in order to receive the low band power, the transmission signal is passed by the high pass filter and the received power is passed by the low pass filter.
  • the invention is not limited to this.
  • a triplexer circuit that demultiplexes three frequency bands of low band, middle band, and high band may be provided. That is, the transmission signal may be passed by a low-band filter, the low-frequency side of the received power may be passed by the middle-band filter, and the high-frequency side of the received power may be passed by the high-band filter.
  • a third embodiment shows an RFID inlay that allows the path of the transmitted signal to be selectively connected to the antenna.
  • FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of the RFID inlay 203 according to the third embodiment.
  • the RFID inlay 203 includes an RFID module 103 and an antenna 12 connected to the RFID module 103.
  • a low-pass filter LPF by a capacitor C4 and an inductor L4 is configured between the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ of the RFIC2 and the antenna 12, respectively.
  • These low-pass filter LPFs output the reception signal (power received) of, for example, the LTE low band (700 MHz to 1 GHz) by the antenna 12 to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ of the RFIC2.
  • the signal in the frequency 2.4 GHz band which is the transmission signal output from the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ , is shielded, and the transmission signal is prevented from leaking to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ .
  • the RFID inlay 203 is provided with a switch SW between the RFIC 2 and the antenna 12. This switch SW is controlled by a signal output from RFIC2 indicating the output timing of the transmission signal, or depending on the presence or absence of the transmission signal.
  • the transmission terminals Tx + and Tx- of RFIC2 are connected to the antenna 12 via the capacitors CsA and CsB. Further, when the switch SW is in the off state, the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ of the RFIC2 are disconnected from the path from the antenna 12 to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ of the RFIC2.
  • the antenna shared circuit can be configured by the switch SW and the low-pass filter LPF.
  • FIG. 7A is a diagram showing the connection relationship of the wideband matching circuit 4 between the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ of the RFIC2 and the antenna.
  • the connecting portions Pa and Pc correspond to the connecting portions Pa and Pc shown in FIGS. 3, 5, 6 and the like.
  • the circuit with the equivalent resistor Rt and the equivalent capacitor Ct is an equivalent circuit of the circuit seen from the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ of the RFIC2.
  • the impedance between the transmission terminals Tx + and Tx- changes according to the high level and the low level. That is, the values of the equivalent resistor Rt and the equivalent capacitor Ct change according to the “0” and “1” columns of the transmission signal.
  • the impedance of the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ changes in this way, the characteristics of the antennas 11 and 12 connected to the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ and the antenna shared circuit change.
  • the wideband matching circuit 4 even if the impedance of the transmission terminals Tx + and Tx- changes, the change in the characteristics of the antennas 11 and 12 and the antenna shared circuit is suppressed.
  • FIG. 7B is a diagram showing a specific circuit configuration of the wideband matching circuit 4.
  • the impedance matching characteristics of the wideband matching circuit 4 are defined by the values of the inductors L51 to L55.
  • One end of the inductor L51 is connected to the transmission terminal Tx + terminal of RFIC2.
  • One end of the inductor L52 is connected to the transmission terminal Tx ⁇ of RFIC2.
  • the other end of the inductor L51 is connected to one end of the inductor L53.
  • the other end of the inductor L52 is connected to one end of the inductor L54.
  • An inductor L55 is connected between the other end of the inductor L53 and the other end of the inductor L54.
  • the connection portion Pa is connected to the connection points of the inductors L51 and L53.
  • the connection portion Pc is connected to the connection points of the inductors L52 and L54.
  • the inductor L51 and the inductor L53 are coupled with the polarity indicated by the dashed arrow in FIG. 7B, and the inductor L52 and the inductor L54 are coupled with the polarity indicated by the dashed arrow in FIG. 7B.
  • the inductors L51 and L53 are spiral coils, respectively, and face each other in the stacking direction. Therefore, the inductors L51 and L53 are magnetically and capacitively coupled. Similarly, the inductors L52 and L54 are also magnetically and capacitively coupled.
  • the first resonance is a resonance that occurs in a current path composed of a circuit connected to the connection portions Pa and Pc and inductors L53, L54, and L55.
  • the second resonance is a resonance that occurs in the current path (current loop) composed of the inductors L51 to L55 and the equivalent capacitor Ct. These two resonances are coupled by inductors L53, L54, L55 shared in each current path.
  • the two currents i1 and I2 corresponding to the two resonances flow as shown by the arrowhead lines at both ends in FIG.
  • both the first resonance frequency and the second resonance frequency are affected by the inductors L53 to L55. This causes a difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency.
  • the RFID tag provided with the wideband matching circuit 4 exhibits a wideband resonance frequency characteristic.
  • a fifth embodiment shows an RFID inlay in which the antenna is widened by a circuit.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of the antenna broadband circuit 6 in the RFID inlay according to the fifth embodiment.
  • the antenna broadband circuit 6 is composed of an inductor L6 and capacitors C61 to C64, and is provided between the antenna connection portions A1 and A2 and the connection portions Pb and Pd.
  • the circuit by the equivalent resistor Rr and the equivalent capacitor Cr is an equivalent circuit of the circuit seen from the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ of the RFIC2.
  • the antenna widening circuit 6 is a high-pass filter circuit, and widens the band by causing another resonance characteristic in the resonance characteristic of the antenna connected to the antenna connection portions A1 and A2.
  • resonance occurs at a frequency lower than that of the antenna.
  • the wideband circuit may be configured with a low-pass filter.
  • resonance occurs at a frequency higher than the resonance frequency of the antenna.
  • the added resonance frequency and the cutoff frequency of the filter are slightly different because the matching characteristics of the antenna and the wideband circuit are related.
  • 9 (A) and 9 (B) are diagrams showing an example of a matching circuit connected between the connection portions Pb and Pd shown in FIG.
  • the impedance of the power receiving terminals Rx + and Rx- of the RFIC2 is not the reference 50 ⁇ , in order to make the impedance matching between the RFIC2 and the antenna broadband circuit, as shown in FIG. 9A, between the connection portions Pb and Pd (RFIC2).
  • An inductor may be connected to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ ).
  • a matching circuit by inductors L71 to L75 may be connected between the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ of the RFIC2 and the connecting portions Pb and Pd.
  • FIG. 9A shows that when the equivalent resistance Rr of the RFIC2 is lower than the impedance of the antenna, the impedance is increased by forming a parallel resonant circuit with the equivalent capacitor Cr of the RFIC2. If parallel resonance is used in this way, matching will be performed in a relatively narrow band.
  • the inductor L71 and the inductor L73 are coupled with the polarity indicated by the broken line arrow in FIG. 9B, and the inductor L72 and the inductor L74 are connected by the broken line arrow in FIG. 9B.
  • the inductors L71 and L73 are spiral coils, respectively, and face each other in the stacking direction. Therefore, the inductors L71 and L73 are magnetically and capacitively coupled. Similarly, the inductors L72 and L74 are also magnetically and capacitively coupled.
  • an equivalent capacitor Cr possessed by RFIC2 exists between the connection portion Pb and the connection portion Pd. Therefore, two resonances occur in the RFID tag.
  • the first resonance is a resonance that occurs in the current path composed of the circuits connected to the connection portions Pb and Pd and the inductors L73, L74, and L75.
  • the second resonance is a resonance that occurs in the current path (current loop) composed of the inductors L71 to L75 and the equivalent capacitor Cr. These two resonances are coupled by inductors L73, L74, L75 shared in each current path.
  • the two currents i1 and I2 corresponding to the two resonances flow as shown by the arrowhead lines at both ends in FIG. 9B.
  • both the first resonance frequency and the second resonance frequency are affected by the inductors L73, L74, and L75. This causes a difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency. In this way, the two resonances are combined to widen the band.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of the RFID inlay 206 according to the sixth embodiment.
  • the RFID inlay 206 includes an RFIC 2, a low-pass filter LPF, and an antenna 1.
  • FIG. 10 shows an internal switch element Q connected to the transmission terminal Tx of the RFIC2 and an internal capacitor Cr connected to the power receiving terminal Rx. In the present embodiment, both the power receiving terminal and the transmitting terminal of RFIC2 are unbalanced terminals.
  • the low-pass filter LPF is composed of a series-connected inductor L4 and a shunt-connected capacitor C4 to the ground. This low-pass filter LPF is connected between the Rx terminal of the RFIC 2 and the antenna 1.
  • the low-pass filter LPF has the same configuration as the low-pass filter LPF shown in FIG. 6 in the third embodiment. That is, this low-pass filter LPF outputs the reception signal (power received) of the low band (700 MHz to 1 GHz) of LTE, for example, by the antenna 1 to the power receiving terminal Rx of RFIC2. Further, the signal in the frequency 2.4 GHz band, which is the transmission signal output from the transmission terminal Tx, is blocked, and the transmission signal is prevented from leaking to the power reception terminal Rx.
  • the internal switch element Q connected to the transmission terminal Tx of the RFIC2 is turned on / off according to the “0” and “1” columns of the transmission signal.
  • the equivalent capacitor (Ct shown in FIG. 7) can be seen from the transmission terminal Tx.
  • the switch element Q remains off when no transmission signal is output.
  • an LC parallel circuit of the inductor L4, the capacitors C4 and Cr is connected between the power receiving terminal Rx and the ground.
  • the resonance frequency of this LC parallel circuit is set to match or be close to the frequency band of the transmission signal.
  • the switch element Q when the switch element Q is in the ON state, the impedance between the power receiving terminal Rx and the ground becomes a high impedance state, and the transmission signal does not flow into the power receiving terminal Rx. That is, when viewed from the transmission terminal Tx, the inductor L4 in series with the low-pass filter LPF has a high impedance, and the capacitors C4 and Cr shunt-connected to the ground have a low impedance. The ration is secured.
  • a seventh embodiment shows an RFID inlay that individually includes a power receiving antenna and a transmitting antenna.
  • FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of the RFID inlay 207 according to the seventh embodiment.
  • the RFID inlay 207 includes an RFID module 107, a power receiving antenna 11R, and a transmitting antenna 11T.
  • the RFID module 107 includes an RFIC 2 and an antenna widening circuit 6.
  • a transmission antenna 11T is connected to the transmission terminals Tx + and Tx ⁇ of the RFIC2.
  • the power receiving antenna 11R is connected to the power receiving terminals Rx + and Rx ⁇ via the antenna broadband circuit 6.
  • the configuration of the antenna widening circuit 6 is the same as that of the antenna widening circuit 6 shown in FIG.
  • the power receiving antenna 11R is a loop antenna.
  • the power receiving antenna 11R to which the antenna widening circuit 6 is connected has a gain over a wide band of, for example, 1.7 GHz to 2.5 GHz.
  • the transmission antenna 11T is, for example, a loop antenna that can obtain a high gain in the 2.4 GHz band.
  • the resonance frequency of the transmission antenna 11T is set to 2.45 GHz.
  • the power receiving antenna uses radio waves over a wide band as energy, the resonance frequency band of the power receiving antenna 11R is expanded by the antenna widening circuit 6.
  • the radio waves of the LTE 1.7 GHz band to 2.5 GHz band and the radio waves of the 2.4 GHz band wireless LAN received by the power receiving antenna 11R are received as electric power.
  • the power receiving antenna 11R is a general loop antenna, but by connecting the antenna widening circuit 6, it is possible to receive power over a wide band in this way.
  • both the transmitting antenna 11T and the power receiving antenna 11R are loop antennas, but one or both of them may be dipole antennas.
  • the transmitting antenna 11T and the power receiving antenna 11R are unnecessarily coupled, the transmission signal is received by the power receiving antenna 11R, and the energy of the radio wave to be transmitted is absorbed by the power receiving antenna 11R side, so that the necessary transmission signal is obtained.
  • the strength cannot be obtained, if one of the transmitting antenna 11T and the power receiving antenna 11R is a loop antenna and the other is a dipole antenna, unnecessary coupling is suppressed even if both are placed relatively close to each other, so that the RFID inlay is suppressed. Can be miniaturized as a whole.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the RFID inlay 208 according to the eighth embodiment.
  • the RFID inlay 208 is configured by adhering the RFID module 108 to the sheet 70 on which the antenna is formed.
  • the sheet 70 is, for example, a PET film sheet, and an antenna conductor pattern 71 is formed by patterning an aluminum foil.
  • the antenna conductor pattern 71 constitutes, for example, a loop antenna or a dipole antenna.
  • the RFID module 108 includes a substrate 25 made of, for example, polyimide.
  • RFIC2 and chip components 23 and 24 such as chip capacitors, chip inductors, and chip resistors are mounted on the substrate 25. Further, coupling electrodes 21 and 22 are formed on the substrate 25.
  • the upper surface of the substrate 25 is coated with a coating material 26 made of an elastomer such as polyurethane.
  • the RFID module 108 is adhered to the sheet 70 via the adhesive layer 8.
  • the adhesive layer 8 is, for example, a layer of an acrylic adhesive, and has a thickness of, for example, less than 10 ⁇ m.
  • the coupling electrodes 21 and 22 face a predetermined position of the antenna conductor pattern 71. Due to the stray capacitance generated in the facing portion, the RFID module 108 and the antenna conductor pattern 71 are capacitively coupled. This stray capacitance corresponds to the capacitors CsA and CsB shown in FIGS. 3, 5, 6 and the like.
  • the adhesive layer 8 may have conductivity.
  • the transmission signal is regarded as a low band, and in order to receive the high band power, the transmission signal is passed by the high pass filter and the received power is passed by the low pass filter, but the present invention is not limited to this.
  • the transmission signal may be passed by the low-pass filter and the received power may be passed by the high-pass filter.
  • Power receiving terminal SW Switch Tx, Tx +, Tx- ... Transmission terminal 1,11,12 ... Antenna 2 ... RFIC 3A, 3B ... Antenna shared circuit 4 ... Wideband matching circuit 6 ... Antenna widening circuit 8 ... Adhesive layer 11R ... Power receiving antenna 11T ... Transmitting antennas 21 and 22 ... Coupled electrodes 23, 24 ... Chip parts 25 ... Board 26 ... Covering Material 31A, 31B ... Directional coupler 32A, 32B ... Duplexer 70 ... Sheet 71 ... Antenna conductor pattern 101-103, 107, 108 ... RFID module 201, 202A, 202B, 203, 206-208 ... RFID inlay

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Abstract

ＲＦＩＤインレイ（２０１）は、ＲＦＩＤモジュール（１０１）とアンテナ（１）とを備える。ＲＦＩＤモジュール（１０１）は、ＲＦＩＣ（２）と、このＲＦＩＣ（２）とアンテナ（１）との間に設けられたアンテナ共用回路（３Ａ，３Ｂ）を備える。ＲＦＩＣ（２）は、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子（Ｒｘ＋，Ｒｘ－）と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子（Ｔｘ＋，Ｔｘ－）とを有する。アンテナ（１）は、受電用の電磁波を受け、かつＲＦＩＤ用の電磁波を発生する。

Description

ＲＦＩＤインレイ
　本発明は、例えばＲＦＩＤタグとして用いられ、リーダ・ライターとの間で非接触により通信されるＲＦＩＤインレイに関する。
　非特許文献１には、パッシブ Bluetooth（登録商標）センサーが示されている。この装置は、無線ＬＡＮの電波や携帯電話の電波などのＲＦ電力を利用して、温度、圧力、動き、を検出し、その情報をBluetooth（登録商標）で送信することが示されている。この装置は、パッシブUHF RFID トランスポンダのように、リーダーに反射信号を返す方式ではなく、次のような方式で通信する。まず、上記電波を信号としてではなくエネルギーとして受電して充電し、十分なエネルギーが充電されると、メッセージの一部を送信し、さらにエネルギーが充電されるのを待つ。その後、メッセージの次の部分を送信する。つまり、周囲の電波からエネルギーを受電しつつ、メッセージを分割して順次送信する。
Mark Roberti、"Wiliot Unveils Passive Bluetooth（登録商標） Sensor"、［online］、［令和１年９月１１日検索］、インターネット＜URL：https://www.rfidjournal.com/articles/view?18235＞
　非特許文献１に記載の装置は、周囲の電波を受電する二つのアンテナと、 Bluetooth（登録商標）で信号を送信するアンテナとを個別に設ける必要があるので、これら複数のアンテナとＲＦＩＣとを備えるＲＦＩＤインレイを構成すると、全体的に大型になってしまい、適用範囲が制限される懸念がある。また、全体の小型化のために、電力受電用アンテナと信号送信用アンテナとを近接配置すると、それらアンテナ間で不要結合が生じ、送信すべき電波のエネルギーが受電アンテナ側へ吸収されてしまって、必要な送信信号強度が得られない、という課題も生じる。
　そこで、本発明の目的は、受電用アンテナと送信用アンテナとを兼用して、アンテナ間の不要結合を回避し、全体に小型化できるようにしたＲＦＩＤインレイを提供することにある。
　本発明のＲＦＩＤインレイは、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子とを有するＲＦＩＣと、前記受電用の電磁波を受け、かつ前記ＲＦＩＤ用の電磁波を発生するアンテナと、前記アンテナと前記受電端子及び前記送信端子との間に設けられたアンテナ共用回路と、を備える。
　本発明によれば、受電用アンテナと送信用アンテナとを兼用して、アンテナ間の不要結合を回避し、全体に小型化できるようにしたＲＦＩＤインレイが得られる。
図１は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の回路構成を示す図である。 図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の具体的な回路構成を示す図である。 図３は、図２に示した方向性結合器３１Ａ，３１Ｂの具体的な回路構成を示す図である。 図４は第２の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０２Ａの回路構成を示す図である。 図５は第２の実施形態に係る別のＲＦＩＤインレイ２０２Ｂの回路構成を示す図である。 図６は第３の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０３の回路構成を示す図である。 図７（Ａ）は、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－とアンテナとの間における広帯域整合回路４の接続関係を示す図である。図７（Ｂ）は広帯域整合回路４の具体的回路構成を示す図である。 図８は第５の実施形態に係るＲＦＩＤインレイにおけるアンテナ広帯域化回路６の回路図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、図８に示した接続部Ｐｂ，Ｐｄ間に接続する整合回路の例を示す図である。 図１０は第６の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０６の回路図である。 図１１は第７の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０７の回路構成を示す図である。 図１２は第８の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０８の断面図である。
　以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
　図１は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０１は、ＲＦＩＤモジュール１０１と、このＲＦＩＤモジュール１０１に接続されたアンテナ１とで構成される。ＲＦＩＤモジュール１０１は、ＲＦＩＣ２と、このＲＦＩＣ２とアンテナ１との間に接続されたアンテナ共用回路３Ａ，３Ｂとを備える。
　ＲＦＩＣ２は、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－とを有する。受電端子Ｒｘ＋及び送信端子Ｔｘ＋はアンテナ共用回路３Ａに接続されていて、受電端子Ｒｘ－及び送信端子Ｔｘ－はアンテナ共用回路３Ｂに接続されている。
　アンテナ１は、受電用の電磁波を受け、かつＲＦＩＤ用信号の電磁波を発生（送信）する。アンテナ共用回路３Ａ，３Ｂは、アンテナ１を、電力受電用アンテナ及び信号送信用アンテナとして共用するための回路である。
　アンテナ１は、例えば ＬＴＥ（Long TermEvolution）のローバンド（７００ＭＨｚ～１ＧＨｚ）の電波や無線ＬＡＮのアクセスポイントから送信される２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の電波を受電する。また、このアンテナ１は例えばBluetooth（登録商標）のＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）規格の２．４ＧＨｚ帯の電波を送信する。
　ＲＦＩＣ２は、例えば非特許文献１に示されるＲＦＩＣであり、上記エネルギーとして利用する電波を受電し、内部のキャパシタＣｉに充電し、十分なエネルギーが充電されると、このエネルギーを基にして、所定のメッセージを上記ＢＬＥ規格で送信する。一回の送信でメッセージの全体が送信できないときは、所定メッセージの全体の送信を完了するまで、周囲の電波からエネルギーを受電しつつ、メッセージを時分割的に順次送信する。
　図１に示す例では、ＲＦＩＣ２の内部のキャパシタＣｉに対して並列接続される外部のキャパシタＣｏを備えている。この構成により、キャパシタＣｉ，Ｃｏの合成キャパシタンスを大きくでき、そのことによって送信距離が増加したり、一回分の送信可能なメッセージの容量を大きくできたりする。また、必要に応じて、外部キャパシタＣｏのキャパシタンスを選定することで、受電による充電電圧の上昇速度を最適化できる。つまり、上記合成キャパシタンスへの充電時の時定数は合成キャパシタンスに比例するので、一回分の送信可能なメッセージの容量の増大化と必要な充電時間とはトレードオフの関係にあるので、受電環境に適した合成キャパシタンスを選定できる。
　図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の具体的な回路構成を示す図である。この例では、図１に示したアンテナ共用回路３Ａ，３Ｂを方向性結合器３１Ａ，３１Ｂで構成している。また、アンテナ１をループ型のアンテナ１１で構成している。
　方向性結合器３１Ａ，３１Ｂは、アンテナ１１の誘起電力をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－へ導き、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－から出力される送信信号をアンテナ１１へ導く。また、方向性結合器３１Ａ，３１Ｂは、送信信号が受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－へ漏れる（Ｒｘ＋，Ｒｘ－端子へ流入する）のを阻止する。
　図３は、図２に示した方向性結合器３１Ａ，３１Ｂの具体的な回路構成を示す図である。この例では、方向性結合器３１Ａ，３１Ｂはいずれも、コイルＬ１，Ｌ２、キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２及び抵抗素子Ｒで構成され、それぞれ３ｄＢ分波器を構成する。コイルＬ１とコイルＬ２とは磁界結合する。図３においては、ＲＦＩＣ２に対する方向性結合器３１Ａ，３１Ｂの接続部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを表している。これら接続部は後の実施形態で参照する。
　図３において、方向性結合器３１Ａ，３１ＢのグランドはＲＦＩＣ２のグランドに接続される。ただし、ＲＦＩＣ２にグランド端子が無い場合やグランドを接続しない場合は、方向性結合器３１Ａ，３１Ｂのグランドの記号は電位的に基準電位（中性電位）であり、安定動作させるために、この基準電位同士を電気的に接続してもよい。
　なお、図３に示す例では、アンテナ１１の給電端はキャパシタＣｓＡ，ＣｓＢを介してＲＦＩＤモジュール１０１のアンテナ接続部Ａ１，Ａ２に接続されている。このキャパシタＣｓＡ，ＣｓＢは、シートに形成されたアンテナ１１の導体パターンと、このシートに実装されたＲＦＩＤモジュール１０１の電極との間に生じる浮遊容量である。アンテナとＲＦＩＤモジュールとの構造については後の実施形態で具体例を示す。
　本実施形態によれば、単一のアンテナ１，１１が受電及び送信に兼用されるので、アンテナ間の不要結合による問題が回避できる。また、受電用アンテナと送信用アンテナとを互いに干渉しないように配置する必要がないので、全体に小型化されたＲＦＩＤインレイが得られる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、アンテナ共用回路の構成が第１の実施形態で示した例とは異なるＲＦＩＤインレイについて示す。
　図４は第２の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０２Ａの回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０２Ａは、ＲＦＩＤモジュール１０２と、このＲＦＩＤモジュール１０２に接続されたアンテナ１１とで構成される。ＲＦＩＤモジュール１０２は、ＲＦＩＣ２と、このＲＦＩＣ２とアンテナ１１との間に接続されたデュプレクサ３２Ａ，３２Ｂとを備える。デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂは本発明に係るアンテナ共用回路の一例である。なお、デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂの代わりに方向性結合器を用いてもよい。例えば、ストリップラインでブロードサイドカプラを構成し、このブロードサイドカプラを分布定数型の方向性結合器としてもよい。
　ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋及び送信端子Ｔｘ＋はデュプレクサ３２Ａに接続されていて、受電端子Ｒｘ－及び送信端子Ｔｘ－はデュプレクサ３２Ｂに接続されている。
　本実施形態では、デュプレクサ３２Ａ，３２ＢのハイパスフィルタＨＰＦは、周波数２．４ＧＨｚ帯の送信信号をアンテナ１１へ出力する。また、デュプレクサ３２Ａ，３２ＢのローパスフィルタＬＰＦは、周波数２．４ＧＨｚ帯より低周波の、例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ～１ＧＨｚ）の受信信号（受電電力）をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－へ出力する。
　図５は第２の実施形態に係る別のＲＦＩＤインレイ２０２Ｂの回路構成を示す図である。図５では、デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂを具体的な回路図で表している。デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂにおいて、キャパシタＣ３及びインダクタＬ３によってハイパスフィルタが構成されていて、キャパシタＣ４及びインダクタＬ４によってローパスフィルタが構成されている。ハイパスフィルタは例えば２．４５ＧＨｚを通過させ、ローパスフィルタは例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ～１ＧＨｚ）帯の信号を通過させる。
　図５に示す例では、ＲＦＩＤインレイ２０２Ｂはダイポール型のアンテナ１２を備える。このアンテナ１２は９００ＭＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯とでそれぞれ共振する。このアンテナ１２は、絶縁性シートに形成されたミアンダライン状の導体パターンで構成されている。このようにミアンダライン状の導体パターンで放射素子を形成することによって、絶縁性シートへの導体パターンの形成領域を短縮化している。また、導体パターンの先端部である開放端部は他の部分より面方向に拡がる形状を有し、この部分とグランドとの間に容量成分を生じさせている。このことによっても、所定の共振周波数を得るために要する、ミアンダライン状の導体パターンの線長を短縮化している。
　なお、図５に示した例では、送信信号をハイバンドと見なし、ローバンドの電力を受電するために、ハイパスフィルタで送信信号を通過させ、ローパスフィルタで受電電力を通過させるようにしたが、本発明はこれに限らない。例えばＲＦＩＣ２が受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－を２組備えている場合に、ローバンド、ミドルバンド、ハイバンドの３つの周波数帯を分波するトリプレクサ回路を設けてもよい。つまり、送信信号をローバンドのフィルタで通過させ、受電電力の低周波数側をミドルバンドのフィルタで通過させ、受電電力の高周波数側をハイバンドのフィルタで通過させるように構成してもよい。
《第３の実施形態》
　第３の実施形態では、送信信号の経路を選択的にアンテナに接続可能としたＲＦＩＤインレイについて示す。
　図６は第３の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０３の回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０３は、ＲＦＩＤモジュール１０３と、このＲＦＩＤモジュール１０３に接続されたアンテナ１２とで構成される。図６に示す例では、ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－とアンテナ１２との間に、キャパシタＣ４及びインダクタＬ４によるローパスフィルタＬＰＦがそれぞれ構成されている。これらローパスフィルタＬＰＦは、アンテナ１２による、例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ～１ＧＨｚ）の受信信号（受電電力）をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－へ出力する。また、送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－から出力される送信信号である周波数２．４ＧＨｚ帯の信号を遮蔽し、この送信信号が受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－へ漏れるのを阻止する。
　本実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０３は、ＲＦＩＣ２とアンテナ１２との間にスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷは、ＲＦＩＣ２から出力される、送信信号の出力タイミングを表す信号によって、または送信信号の有無に応じて、制御される。
　スイッチＳＷは、オン状態で、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－を、キャパシタＣｓＡ，ＣｓＢを介してアンテナ１２に接続する。またスイッチＳＷがオフ状態のとき、アンテナ１２からＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－までの経路からＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－を切り離す。
　本実施形態のように、送信端子の経路をスイッチＳＷによって選択的にアンテナに接続可能とした構成では、このスイッチＳＷとローパスフィルタＬＰＦとによってアンテナ共用回路を構成することができる。
《第４の実施形態》
　第４の実施形態では、ＲＦＩＣ２の送信端子に広帯域整合回路を設けたＲＦＩＤインレイについて示す。図７（Ａ）は、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－とアンテナとの間における広帯域整合回路４の接続関係を示す図である。ここで接続部Ｐａ，Ｐｃは図３、図５、図６等に示した接続部Ｐａ，Ｐｃに相当する。また、図７（Ａ）において、等価抵抗Ｒｔ及び等価キャパシタＣｔによる回路は、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－から内部をみた回路の等価回路である。
　ＲＦＩＣ２は送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－から送信信号を出力する際、ハイレベルとローレベルに応じて、送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－の端子間のインピーダンスが変化する。つまり、送信信号の“０”，“１”列に応じて、等価抵抗Ｒｔ及び等価キャパシタＣｔの値は変化する。このように、送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－のインピーダンスが変化する場合、この送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－に接続されるアンテナ１１，１２やアンテナ共用回路の特性が変化する。
　広帯域整合回路４は上記送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－のインピーダンス変化があっても、上記アンテナ１１，１２やアンテナ共用回路の特性の変化が抑制される。
　図７（Ｂ）は広帯域整合回路４の具体的回路構成を示す図である。この図において、広帯域整合回路４によるインピーダンス整合の特性は、インダクタＬ５１～Ｌ５５の値によって規定される。
　インダクタＬ５１の一端部はＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋端子接続される。インダクタＬ５２の一端部はＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ－に接続されている。インダクタＬ５１の他端部はインダクタＬ５３の一端部に接続されている。インダクタＬ５２の他端部はインダクタＬ５４の一端部に接続されている。インダクタＬ５３の他端部とインダクタＬ５４の他端部との間にはインダクタＬ５５が接続されている。接続部Ｐａは、インダクタＬ５１，Ｌ５３の接続点に接続されている。接続部Ｐｃは、インダクタＬ５２，Ｌ５４の接続点に接続されている。
　インダクタＬ５１とインダクタＬ５３は、図７（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合し、インダクタＬ５２とインダクタＬ５４は、図７（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合する。また、インダクタＬ５１，Ｌ５３はそれぞれスパイラル状のコイルであり、積層方向に互いに対向する。したがって、インダクタＬ５１，Ｌ５３は磁気的且つ容量的に結合する。同様にして、インダクタＬ５２，Ｌ５４も磁気的且つ容量的に結合する。
　また、図７（Ｂ）に示すように、接続部Ｐａと接続部Ｐｃとの間には、ＲＦＩＣ２が有する等価キャパシタＣｔが存在する。このため、ＲＦＩＤタグでは２つの共振が発生する。１つ目の共振は、接続部Ｐａ，Ｐｃに接続される回路、インダクタＬ５３，Ｌ５４，Ｌ５５で構成される電流経路に生じる共振である。２つ目の共振は、インダクタＬ５１～Ｌ５５および等価キャパシタＣｔで構成される電流経路（電流ループ）に生じる共振である。これらの２つの共振は、各電流経路に共有されるインダクタＬ５３，Ｌ５４，Ｌ５５によって結合される。２つの共振にそれぞれ対応する２つの電流ｉ１およびＩ２は、図１２において両端矢尻線で示すように流れる。
　また、１つ目の共振周波数および２つ目の共振周波数のいずれも、インダクタＬ５３～Ｌ５５の影響を受ける。これにより、１つ目の共振周波数と２つ目の共振周波数とに差が生じる。このように二つの共振を結合させることで、この広帯域整合回路４を備えるＲＦＩＤタグは広帯域の共振周波数特性を示す。
《第５の実施形態》
　第５の実施形態では、アンテナを回路によって広帯域化させたＲＦＩＤインレイについて示す。
　図８は第５の実施形態に係るＲＦＩＤインレイにおけるアンテナ広帯域化回路６の回路図である。このアンテナ広帯域化回路６はインダクタＬ６及びキャパシタＣ６１～Ｃ６４で構成され、アンテナ接続部Ａ１，Ａ２と接続部Ｐｂ，Ｐｄとの間に設けられる。図８において、等価抵抗Ｒｒ及び等価キャパシタＣｒによる回路は、ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－から内部をみた回路の等価回路である。
　アンテナ広帯域化回路６はハイパスフィルタ回路であり、アンテナ接続部Ａ１，Ａ２に接続されるアンテナの共振特性にもう一つの共振特性を生じさせることで広帯域化する。つまり、アンテナ単体での共振特性は、周波数を上昇させたときのアンテナのインピーダンス変化がスミスチャート上で時計回りとなる特性を示すが、ハイパスフィルタの極部（カットオフ周波数）付近では位相が９０°回転するため、上記時計回りであったアンテナのインピーダンス変化方向が逆方向となる小ループを描くことになる。この小ループの変化の際にスミスチャートのｊＸ＝０部を通過することにより、アンテナの共振とは別のもう一つの共振が生じる。この例のように、ハイパスフィルタを使用した場合は、アンテナの共振よりも低い周波数で共振が生じる。
　上記広帯域化回路としてはローパスフィルタで構成してもよい。この場合は、アンテナの共振周波数より高い周波数で共振が生じる。なお、ハイパスフィルタの場合もローパスフィルタの場合も、付加される共振周波数とフィルタのカットオフ周波数とは、アンテナと広帯域化回路との整合特性が関係するので、若干ずれる。
　図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、図８に示した接続部Ｐｂ，Ｐｄ間に接続する整合回路の例を示す図である。
　ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－のインピーダンスが基準の５０Ωではない場合、ＲＦＩＣ２とアンテナ広帯域化回路とをインピーダンス整合させるために、図９（Ａ）に示すように、接続部Ｐｂ，Ｐｄ間（ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－間）にインダクタを接続してもよい。また、図９（Ｂ）に示すように、ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－と接続部Ｐｂ，Ｐｄとの間に、インダクタＬ７１～Ｌ７５による整合回路を接続してもよい。
　図９（Ａ）は、ＲＦＩＣ２が有する等価抵抗Ｒｒがアンテナのインピーダンスより低い場合、ＲＦＩＣ２が有する等価キャパシタＣｒとで並列共振回路を形成することによりインピーダンスを高めることにより整合させる。このように並列共振を用いれば、比較的狭帯域な整合となる。
　図９（Ｂ）にいては、インダクタＬ７１とインダクタＬ７３は、図９（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合し、インダクタＬ７２とインダクタＬ７４は、図９（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合する。また、インダクタＬ７１，Ｌ７３はそれぞれスパイラル状のコイルであり、積層方向に互いに対向する。したがって、インダクタＬ７１，Ｌ７３は磁気的且つ容量的に結合する。同様にして、インダクタＬ７２，Ｌ７４も磁気的且つ容量的に結合する。
　また、図９（Ｂ）に示すように、接続部Ｐｂと接続部Ｐｄとの間には、ＲＦＩＣ２が有する等価キャパシタＣｒが存在する。このため、ＲＦＩＤタグでは２つの共振が発生する。１つ目の共振は、接続部Ｐｂ，Ｐｄに接続される回路、インダクタＬ７３，Ｌ７４，Ｌ７５で構成される電流経路に生じる共振である。２つ目の共振は、インダクタＬ７１～Ｌ７５および等価キャパシタＣｒで構成される電流経路（電流ループ）に生じる共振である。これらの２つの共振は、各電流経路に共有されるインダクタＬ７３，Ｌ７４，Ｌ７５によって結合される。２つの共振にそれぞれ対応する２つの電流ｉ１およびＩ２は、図９（Ｂ）において両端矢尻線で示すように流れる。
　また、１つ目の共振周波数および２つ目の共振周波数のいずれも、インダクタＬ７３，Ｌ７４，Ｌ７５の影響を受ける。これにより、１つ目の共振周波数と２つ目の共振周波数とに差が生じる。このように二つの共振が結合して広帯域化される。
《第６の実施形態》
　第６の実施形態では、これまでに示した例とは異なるアンテナ共用回路について示す。
　図１０は第６の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０６の回路図である。このＲＦＩＤインレイ２０６はＲＦＩＣ２、ローパスフィルタＬＰＦ及びアンテナ１を備える。図１０では、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘに接続される内部のスイッチ素子Ｑ、及び受電端子Ｒｘに接続される内部のキャパシタＣｒを図示している。本実施形態では、ＲＦＩＣ２の受電端子及び送信端子はいずれも不平衡型の端子である。
　ローパスフィルタＬＰＦは、シリーズ接続のインダクタＬ４とグランドへのシャント接続のキャパシタＣ４とで構成されている。このローパスフィルタＬＰＦは、ＲＦＩＣ２のＲｘ端子とアンテナ１との間に接続されている。
　ローパスフィルタＬＰＦは第３の実施形態で図６に示したローパスフィルタＬＰＦと同様の構成である。つまり、このローパスフィルタＬＰＦは、アンテナ１による、例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ～１ＧＨｚ）の受信信号（受電電力）をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘへ出力する。また、送信端子Ｔｘから出力される送信信号である周波数２．４ＧＨｚ帯の信号を遮蔽し、この送信信号が受電端子Ｒｘへ漏れるのを阻止する。
　ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘに接続される内部のスイッチ素子Ｑは、送信信号の“０”，“１”列に応じて、オン／オフされる。図１０では表していないが、スイッチ素子Ｑのオン時、送信端子Ｔｘからみて、等価キャパシタ（図７に示したＣｔ）が見える。送信信号が出力されない状態ではスイッチ素子Ｑはオフのままである。送信信号の送信時、スイッチ素子Ｑがオン状態のとき、受電端子Ｒｘとグランドとの間に、インダクタＬ４とキャパシタＣ４及びＣｒとのＬＣ並列回路が接続される状態となる。このＬＣ並列回路の共振周波数は送信信号の周波数帯と一致または近接するように定められている。したがって、スイッチ素子Ｑがオン状態のとき、受電端子Ｒｘとグランドとの間のインピーダンスは高インピーダンス状態となって、送信信号は受電端子Ｒｘへ流れ込まない。つまり、送信端子Ｔｘから見ると、ローパスフィルタＬＰＦの直列のインダクタＬ４は高インピーダンスであり、グランドへシャント接続されたキャパシタＣ４及びＣｒは低インピーダンスであるので、送信端子Ｔｘと受電端子Ｒｘとのアイソレーションが確保された状態となる。
《第７の実施形態》
　第７の実施形態では、受電用アンテナと送信用アンテナとを個別に備えるＲＦＩＤインレイについて示す。
　図１１は第７の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０７の回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０７はＲＦＩＤモジュール１０７、受電用アンテナ１１Ｒ及び送信用アンテナ１１Ｔを備える。ＲＦＩＤモジュール１０７はＲＦＩＣ２とアンテナ広帯域化回路６とを備える。ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ－には送信用アンテナ１１Ｔが接続されている。受電用アンテナ１１Ｒはアンテナ広帯域化回路６を介して受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ－に接続されている。
　アンテナ広帯域化回路６の構成は図８に示したアンテナ広帯域化回路６と同様である。受電用アンテナ１１Ｒはループアンテナである。アンテナ広帯域化回路６が接続された受電用アンテナ１１Ｒは、例えば１．７ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの広帯域に亘って利得を有する。
　送信用アンテナ１１Ｔは、例えば２．４ＧＨｚ帯で高利得が得られるループアンテナである。
　この例では、送信信号は Bluetooth（登録商標）のＢＬＥ規格の２．４ＧＨｚ帯の電波を送信するので、送信用アンテナ１１Ｔの共振周波数は２．４５ＧＨｚに定められている。一方、受電用アンテナは、広帯域に亘る電波をエネルギーとして利用するため、アンテナ広帯域化回路６で受電用アンテナ１１Ｒの共振周波数帯域を拡げる。これにより、受電用アンテナ１１Ｒが受ける、ＬＴＥの１．７ＧＨｚ帯から２．５ＧＨｚ帯の電波や２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮの電波を電力として受電する。
　受電用アンテナ１１Ｒは一般的なループアンテナであるが、アンテナ広帯域化回路６を接続することにより、このように広帯域に亘って受電できる。
　なお、図１１に示した例では、送信用アンテナ１１Ｔと受電用アンテナ１１Ｒが共にループアンテナであるが、一方又は両方をダイポールアンテナとしてもよい。送信用アンテナ１１Ｔと受電用アンテナ１１Ｒとが不要結合すると、送信信号が受電用アンテナ１１Ｒで受電されて、送信すべき電波のエネルギーが受電用アンテナ１１Ｒ側へ吸収されてしまって、必要な送信信号強度が得られなくなるが、送信用アンテナ１１Ｔと受電用アンテナ１１Ｒの一方をループアンテナ、他方をダイポールアンテナとすれば、両者を比較的近接配置しても、不要結合が抑制されるので、ＲＦＩＤインレイは全体に小型化できる。
《第８の実施形態》
　第８の実施形態では、アンテナとＲＦＩＤモジュールとの具体的な構造について示す。
　図１２は第８の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０８の断面図である。このＲＦＩＤインレイ２０８は、アンテナが形成されたシート７０にＲＦＩＤモジュール１０８を接着することで構成されている。
　シート７０は例えばＰＥＴフィルムのシートであり、アルミニウム箔のパターンニングによるアンテナ導体パターン７１が形成されている。このアンテナ導体パターン７１は例えばループアンテナやダイポールアンテナを構成する。
　ＲＦＩＤモジュール１０８は、例えばポリイミド等による基板２５を備える。この基板２５にはＲＦＩＣ２及びチップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品２３，２４が実装されている。また、基板２５には結合電極２１，２２が形成されている。基板２５の上面はポリウレタン等のエラストマーによる被覆材２６で被覆されている。
　ＲＦＩＤモジュール１０８は、接着層８を介してシート７０に接着されている。接着層８は例えばアクリル系接着剤の層であり、例えば１０μｍ未満の薄さである。この状態で、結合電極２１，２２はアンテナ導体パターン７１の所定箇所に対向する。この対向部に生じる浮遊容量によって、ＲＦＩＤモジュール１０８とアンテナ導体パターン７１とは容量結合する。この浮遊容量は図３、図５、図６等に示したキャパシタＣｓＡ，ＣｓＢに相当する。なお、接着層８は導電性を有していてもよい。
　最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
　例えば、送信信号をローバンドと見なし、ハイバンドの電力を受電するために、ハイパスフィルタで送信信号を通過させ、ローパスフィルタで受電電力を通過させるようにしたが、本発明はこれに限らない。送信信号の周波数帯と受電電力の周波数帯の上下関係は上記とは逆である場合には、ローパスフィルタで送信信号を通過させ、ハイパスフィルタで受電電力を通過させるように構成すればよい。
Ａ１，Ａ２…アンテナ接続部
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２…キャパシタ
Ｃ３，Ｃ４…キャパシタ
Ｃ６１～Ｃ６４…キャパシタ
Ｃｉ…内部キャパシタ
Ｃｏ…外部キャパシタ
Ｃｒ，Ｃｔ…等価キャパシタ
ＣｓＡ，ＣｓＢ…キャパシタ
ＨＰＦ…ハイパスフィルタ（第２フィルタ）
Ｌ１，Ｌ２…コイル
Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６…インダクタ
Ｌ５１～Ｌ５５…インダクタ
Ｌ７１～Ｌ７５…インダクタ
ＬＰＦ…ローパスフィルタ（第１フィルタ）
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ…接続部
Ｑ…スイッチ素子
Ｒ…抵抗素子
Ｒｒ，Ｒｔ…等価抵抗
Ｒｘ，Ｒｘ＋，Ｒｘ－…受電端子
ＳＷ…スイッチ
Ｔｘ，Ｔｘ＋，Ｔｘ－…送信端子
１，１１，１２…アンテナ
２…ＲＦＩＣ
３Ａ，３Ｂ…アンテナ共用回路
４…広帯域整合回路
６…アンテナ広帯域化回路
８…接着層
１１Ｒ…受電用アンテナ
１１Ｔ…送信用アンテナ
２１，２２…結合電極
２３，２４…チップ部品
２５…基板
２６…被覆材
３１Ａ，３１Ｂ…方向性結合器
３２Ａ，３２Ｂ…デュプレクサ
７０…シート
７１…アンテナ導体パターン
１０１～１０３，１０７，１０８…ＲＦＩＤモジュール
２０１，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０３，２０６～２０８…ＲＦＩＤインレイ

Claims (8)

  1. 　受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子とを有するＲＦＩＣと、
    　前記受電用の電磁波を受け、かつ前記ＲＦＩＤ用の電磁波を発生するアンテナと、
    　前記アンテナと前記受電端子及び前記送信端子との間に設けられたアンテナ共用回路と、
    　を備えた、ＲＦＩＤインレイ。
  2. 　前記アンテナ共用回路は、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力を前記受電端子へ出力し、前記送信端子の出力信号を前記アンテナへ出力する方向性結合器である、
    　請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
  3. 　前記アンテナ共用回路は、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の低周波数帯域を通過させる第１フィルタと、前記ＲＦＩＤ用の送信信号の周波数帯域を通過させる第２フィルタとで構成され、前記アンテナと前記受電端子との間に設けられる、
    　請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
  4. 　前記受電端子は、第１受電端子と第２受電端子とで構成され、
    　前記第１フィルタは、前記アンテナと前記第１受電端子との間に設けられ、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の第１低周波数帯域を通過させる第１低周波数帯域通過フィルタと、前記アンテナと前記第２受電端子との間に設けられ、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の第２低周波数帯域を通過させる第２低周波数帯域通過フィルタとで構成される、
    　請求項３に記載のＲＦＩＤインレイ。
  5. 　前記送信端子の電位が接地電位に近くなるとき、前記受電端子と接地間の容量成分と前記第１フィルタとでＬＣ並列共振回路が構成され、前記送信端子から出力される前記送信信号の前記受電端子への流入が阻止される、
    　請求項３又は４に記載のＲＦＩＤインレイ。
  6. 　前記アンテナ共用回路は、前記ＲＦＩＤ用の送信信号の送信時に前記送信端子を前記アンテナへ接続するスイッチで構成される、
    　請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
  7. 　前記アンテナと前記受電端子との間に、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の低周波数帯域を通過させるフィルタを備える、
    　請求項６に記載のＲＦＩＤインレイ。
  8. 　前記送信端子と前記アンテナ共用回路との間に、前記ＲＦＩＣの送信時の前記送信端子のインピーダンス変化による、前記アンテナ及び前記アンテナ共用回路の特性変化を抑制する広帯域整合回路を備える、
    　請求項１から７のいずれかに記載のＲＦＩＤインレイ。
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