WO2023286352A1 - アンテナモジュール及びｉｃカード - Google Patents

Abstract

通信性能を向上できるアンテナモジュール（１）及びＩＣカード（１００）を提供する。　アンテナモジュール（１）は、基板（１０）と、基板（１０）上に設けられ、信号を送受信するための第１のアンテナ（２０）と、第１のアンテナ（２０）に電気的に接続された第１のＩＣチップ（３０）と、第１のアンテナ（２０）とは異なる周波数帯により信号を送受信するための第２のアンテナ（４０）と、第２のアンテナ（４０）に電気的に接続された第２のＩＣチップ（５０）と、を備える。第１のアンテナ（２０）と第２のアンテナ（４０）とは、平面視において基板（１０）上の互いに重ならない位置に設けられる。第１のアンテナ（２０）は、基板（１０）の表面に、平面視コ字型又はＵ字型に配置された金属薄膜からなり、かつ基板（１０）の表面の、第２のアンテナ（４０）を設けた領域以外の領域に配置されている。

Description

アンテナモジュール及びＩＣカード

　本開示は、アンテナモジュール及びＩＣカードに関する。

　近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を利用した非接触型ＩＣカード、接触型ＩＣカード、ＲＦＩＤタグ等が、広く普及している。この中でも、非接触型ＩＣカードは、カードリーダ上に置いたり、かざしたりするだけで、情報のやりとりを行うことが可能であるという利便性から、鉄道の出改札等の交通系用途を中心に、入退出管理等のセキュリティシステム、工場における製品管理システムなど多様な分野で応用されている。

　また、非接触型ＩＣカードの通信方式には、リーダとＨＦ帯の信号を用いて通信を行う電磁誘導方式と、ＵＨＦ帯の信号を用いて通信する電波方式がある。昨今では、基板の内部にＨＦ帯アンテナとＵＨＦ帯アンテナとを収容し、一枚で異なる２つの通信方式で通信が可能な非接触型ＩＣカードも開発されている（例えば、特許文献１参照）。

　ところで、非接触型ＩＣカード、特に交通系ＩＣカードは、カードケースやパスケース等に収納した状態で用いられることが多い。また、一人の利用者が、複数枚のＩＣカードを携帯して、目的に応じて使い分けることも行われている。このため、利用者の中には、カードケース等内に複数枚の非接触型又は接触型ＩＣカードを収納している者もいる。しかしながら、複数のＩＣカードを重ねた状態で使用すると、他のＩＣカードのアンテナ（金属）の影響によって、非接触型ＩＣカード内のアンテナの特性が変化し、リーダとの通信が適切に行えなくなることがあった。

２０１９－１６９９０２号公報

　本開示は、上記問題に着目してなされたもので、通信性能を向上できるアンテナモジュール及びＩＣカードを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示のアンテナモジュールは、基板と、前記基板上に設けられ、信号を送受信するための第１のアンテナと、前記第１のアンテナに電気的に接続された第１のＩＣチップと、を備え、前記第１のアンテナは、前記基板の表面に、平面視コ字型又はＵ字型に配置された金属薄膜からなる。
  または、本開示のアンテナモジュールは、基板と、前記基板上に設けられ、信号を送受信するための第１のアンテナと、前記基板上に設けられ、前記第１のアンテナとは異なる周波数帯により信号を送受信するための第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナに電気的に接続されたＩＣチップと、を備え、前記第１のアンテナは、平面視において、前記第２のアンテナと重ならない領域であって、前記基板の表面に、平面視コ字型又はＵ字型に配置された金属薄膜からなる。
  また、本開示のＩＣカードは、上述のようなアンテナモジュールを備える。

　本開示によれば、通信性能を向上できるアンテナモジュール及びＩＣカードを提供することができる。

第１実施形態（実施例１）に係るアンテナモジュールを備えたＩＣカードの分解斜視図である。 図１に示すアンテナモジュールの平面図（表面図）である。 図２Ａに示す第１のアンテナの平面図（表面図）である。 図１に示すアンテナモジュールのアンテナ部分の寸法を示す図である。 変形例（実施例２）に係るアンテナモジュールの平面図（表面図）である。 図４に示すアンテナモジュールのアンテナ部分の寸法を示す図である。 比較例１のアンテナモジュールの平面図（表面図）である。 図６に示すアンテナモジュールのアンテナ部分の寸法を示す図である。 実施例１のアンテナモジュールの通信性能の計測結果を示す図である。 実施例２のアンテナモジュールの通信性能の計測結果を示す図である。 比較例１のアンテナモジュールの通信性能の計測結果を示す図である。 実施例１、実施例２及び比較例１のアンテナモジュールのＲＳＳＩの計測結果を示す図である。 実施例１、実施例２及び比較例１のアンテナモジュールの感度差を示す図である。 第２実施形態（実施例３）のアンテナモジュールの平面図（表面図）である。 図１３に示すアンテナモジュールのアンテナ部分の寸法を示す図である。 実施例３のアンテナモジュールの通信性能の計測結果を示す図である。 実施例３及び比較例１のアンテナモジュールのＲＳＳＩの計測結果を示す図である。 実施例３及び比較例１のアンテナモジュールの感度差を示す図である。

　以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係るアンテナモジュール１を備える非接触型ＩＣカード（以下、単に「ＩＣカード」ということがある。）１００の分解斜視図である。図２Ａは、図１に示すアンテナモジュール１の平面図（表面図）であり、図２Ｂは、図２Ａに示す第１のアンテナ２０の平面図（表面図）である。

　図１に示すように、第１実施形態に係るＩＣカード１００は、アンテナモジュール１と、アンテナモジュール１の上面及び下面に配置される一対のカバーシート２，３と、を備える。ＩＣカード１００は、平面視矩形状に形成されているが、矩形状に限定されず、ＩＣカード１００の種類や使用目的に応じた形状とすることができる。矩形状のＩＣカード１００の大きさとしては、一般的なＩＣカードの大きさであればよい。具体的には、例えば、ＩＣカード１００は、ＪＩＳＩＩ型（ＪＩＳ－Ｘ６３０１準拠）に従って、長手方向の長さが８５．６ｍｍ、短手方向の長さが５４．０ｍｍ、厚さが０.７６ｍｍとなるように形成することができる。

　一対のカバーシート２，３は、アンテナモジュール１の上面及び下面に、加熱圧着等によって接着され、アンテナモジュール１を保護している。このカバーシート２，３は、例えば、絶縁性の樹脂製シートや樹脂製板を用いることができる。この絶縁性の樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリイミド（ＰＩ）等が好適に挙げられるが、これらに限定されない。一対のカバーシート２，３は、例えば、ｘ方向の長さ８５．６ｍｍ、ｙ方向の長さ５４．０ｍｍ、ｚ方向の長さ（厚さ）０．１ｍｍとすることができる。

　図１、図２Ａに示すように、アンテナモジュール１及びカバーシート２，３は、平面視矩形状に形成されている。以下では、説明を容易とするために、図１、図２Ａに示すように、アンテナモジュール１及びカバーシート２，３の長手方向をｘ方向とし、これらの短手方向であってｘ方向に垂直な方向をｙ方向とし、アンテナモジュール１及びカバーシート２，３の積層方向であって、ｘ方向及びｙ方向に垂直な方向をｚ方向として各部の構成を説明する。また、アンテナモジュール１から一方のカバーシート２に向かう方向をｚ正方向とし、アンテナモジュール１から他方のカバーシート３に向かう方向をｚ負方向とするとともに、ｚ正方向を上方、ｚ負方向を下方ということがある。

　アンテナモジュール１は、図２Ａに示すように、基板１０と、信号を送受信するための第１のアンテナ２０と、この第１のアンテナと電気的に接続された第１のＩＣチップ３０と、を少なくとも備える。第１のアンテナ２０は、例えば、電波方式で信号を送受信する。

　さらに、本実施形態のアンテナモジュール１は、基板１０上に設けられ、第１のアンテナ２０とは異なる周波数帯により信号を送受信するための第２のアンテナ４０と、この第２のアンテナ４０に電気的に接続された第２のＩＣチップ５０と、を備える。第２のアンテナ４０は、例えば、電磁誘導方式で信号を送受信する。

　基板１０は、平面視矩形状であり、カバーシート２，３と同寸法、又は一回り小さい寸法で形成されている。具体的には、例えば、同寸法の場合は、基板１０は、ｘ方向の長さを８５．６ｍｍ、ｙ方向の長さを５４．０ｍｍとすることができる。基板１０の厚みは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、第１のアンテナ２０及び第２のアンテナ４０を設け、かつ第１のＩＣチップ３０及び第２のＩＣチップ５０を搭載可能な適切な強度が得られる。

　基板１０の材料は、絶縁性の樹脂製フィルムを用いることが好ましい。具体的には、基板１０の材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂製フィルムを単独、又はこれらの樹脂製フィルムを複数積層してなる多層フィルム等が好適に挙げられる。

　第１のアンテナ２０は、基板１０の表面に設けられ、金属薄膜によって形成されている。この第１のアンテナ２０の金属薄膜の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）製のシート（アルミシート）が好適に挙げられるが、これに限定されない。例えば、ＰＥＴフィルムからなる基板１０上に、アルミシートをドライラミネート等で貼り付けることで、第１のアンテナ２０を形成することができる。図２Ｂは、第１のアンテナ２０の平面図（表面図）である。第１のアンテナ２０は、図２Ｂに示す実線部分である。この第１のアンテナ２０は、破線で示す樹脂製フィルム等の基板１０上に設けられ、施設等への人の入退出管理、物流管理、商品管理等のために、人に携帯されたり、物品に貼付されたりするＩＣカード用の平面アンテナである。この第１のアンテナ２０は、平面的（平板状）であり、表面図（平面図）と裏面図は対称に表されるため、図２Ｂには、第１のアンテナ２０の平面図（表面図）を示し、裏面図は省略している。また、平面的であることから、表面図と裏面図に挟まれる４つの側面図も省略している。

　第１のアンテナ２０は、基板１０の表面に、平面視コ字型又はＵ字型に配置された金属薄膜から構成される。この第１のアンテナ２０は、基板１０の表面の少なくとも５０％以上の領域を被覆するように配置されることが好ましく、基板１０の表面の６０％以上の領域を被覆するように配置されることがより好ましい。また、第１のアンテナ２０の外形寸法は、基板１０の外形寸法と略同一であるか、又は一回り小さいことが好ましい。具体的には、第１のアンテナ２０のｘ方向及びｙ方向のそれぞれの外形寸法（最大外形寸法）は、基板１０のｘ方向及びｙ方向のそれぞれの外形寸法（最大外形寸法）と略同一であるか、又は１ｍｍ～１０ｍｍ程度小さいことが好ましい。

　さらに、第１のアンテナ２０の形状は、図２Ａ等に示すように平面視コ字型（Ｕ字型）とすることが好ましい。すなわち、第１のアンテナ２０は、基板１０の一方の長辺に沿ったｘ方向に、一方の短辺から他方の短辺まで所定幅（例えば、短辺の略半分以上）の帯状に延びる第１領域２１と、この第１領域の両側から、基板１０の一方及び他方の短辺に沿ったｙ方向に、他方の長辺まで所定幅（例えば、長辺の略１／４以上）の帯状に延びる一対の第２領域２２，２３を有している。そして、一対の第２領域２２，２３の間に、第２のアンテナ４０が配置される。また、第１のアンテナ２０には、ｘ方向に延びる第１のスロット２４が設けられている。

　以上のように、第１のアンテナ２０は、平面視において、基板１０の表面の、第２のアンテナ４０が設けられている領域以外の領域のほぼ全体を被覆して配置されるように設けられている。以上のような面積で第１のアンテナ２０を形成することで、第１のアンテナ２０を従来よりも大きくすることができ、通信可能距離が長くなり、通信性能が向上する。さらに、本実施形態のＩＣカード１００と、他のＩＣカード等と重ねて使用した場合でも、第１のアンテナ２０は、他のＩＣカードのアンテナ等の金属部分を包含する（第１のアンテナ２０の外形よりも内側に、他のＩＣカードのアンテナ等が収容される。）。このため、第１のアンテナ２０は、インピーダンス等の特性が影響されることがなく、優れた通信性能を維持することができる。

　第１のアンテナ２０は、図示しない電波方式のリーダやリーダライタと、電波方式で信号の送受信を行う。第１のアンテナ２０とリーダ等との間の信号の送受信は、ＵＨＦ帯の周波数（例えば、９２０ＭＨｚ）を使用して行われる。第１のアンテナ２０は、電波方式のリーダ等から受信した信号を第１のＩＣチップ３０に出力する。

　第１のＩＣチップ３０は、第１のアンテナ２０の規定の位置に実装されている。第１のＩＣチップ３０は、例えば個人の識別情報や物品の管理情報などの様々な情報が記憶されている。また、第１のＩＣチップ３０には、所定の演算処理機能等が搭載され、第１のアンテナ２０から入力された信号に含まれる命令に基づいて演算処理を実行し、その処理結果を第１のアンテナ２０に出力する。第１のアンテナ２０は、第１のＩＣチップ３０から入力された処理結果を含む信号を電波方式のリーダ等に送信する。

　なお、第１のＩＣチップ３０の特性は、以下のとおりであるが、これに限定されない。
［インピーダンスの周波数特性］
・８６６ＭＨｚ：１５－ｊ２６５（Ω）
・９１５ＭＨｚ：１４－ｊ２５２（Ω）
・９５３ＭＨｚ：１３－ｊ２４２（Ω）
［エアプロトコル］
・ＩＳＯ　１８０００－６ｃ

　第１のアンテナ２０のインピーダンスは、９１５～９２０ＭＨｚで上記の第１のＩＣチップ３０のインピーダンスと整合するように設計されている。このようなインピーダンスの整合により、電流の損失が少なくなり、損失を少なくすることで通信可能距離が増大する。

　第２のアンテナ４０は、前述したように、平面視で第１のアンテナ２０の一対の第２領域２２，２３の間に設けられている。この第２のアンテナ４０は、図２Ａに示すように、導体がループ状に巻き回されたコイルアンテナである。第２のアンテナ４０の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が好適に挙げられるが、これに限定されず、第２のアンテナ４０の材料として、銅（Ｃｕ）等、他の導電材を用いることもできる。なお、第１のアンテナ２０と第２のアンテナ４０とは、同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。

　第２のアンテナ４０は、図示しない電磁誘導方式のリーダやリーダライタと、電磁誘導方式で信号の送受信を行う。第２のアンテナ４０と電磁誘導方式のリーダ等との間での信号の送受信は、ＨＦ帯の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を使用して行われる。第２のアンテナ４０が、電磁誘導方式のリーダ等から受信した信号は、第２のＩＣチップ５０に出力される。なお、第２のアンテナ４０に接続される第２のＩＣチップ５０のエアプロトコルは、例えば、ＩＳＯ　１４４４３　Ｔｙｐｅ　Ａとすることができるが、これに限定されることはなく、ＩＳＯ　１４４４３　Ｔｙｐｅ　Ｂでもよいし、ＩＳＯ１５６９３でもよい。

　第２のＩＣチップ５０は、第１のＩＣチップ３０と同様に、例えば個人の識別情報や物品の管理情報などの様々な情報が記憶される。また、第２のＩＣチップ５０には、所定の演算処理機能等が搭載され、第２のアンテナ４０から入力された信号に含まれる命令に基づいて演算処理を実行し、その処理結果を第２のアンテナ４０に出力する。第２のアンテナ４０は第２のＩＣチップ５０から入力された処理結果を含む信号を、電磁誘導方式のリーダ等に送信する。

　このような構成のアンテナモジュール１を備えたＩＣカード１００は、電波方式で信号を送受信する第１のアンテナ２０を、平面視コ字型又はＵ字型に形成し、基板１０の表面の少なくとも５０％以上の領域を被覆する構成である。このように、第１のアンテナ２０は、面積を可能な限り大きくしている。このことから、第１のアンテナ２０は、通信性能が向上し、電波方式のリーダやリーダライタとの無線通信が可能な距離がより長くなり、リーダ等による情報の読み取りが、より適切に行われる。この結果、通信性能に優れる非接触型ＩＣカード１００を提供することができる。

（変形例）
　なお、図２Ａ，図２Ｂに示した第１のアンテナ２０の形状は一例であり、この形状に限定されない。図４は、他の異なる形状（変形例）の第１のアンテナ２０Ａを有するアンテナモジュール１Ａの一例を示す平面図（表面図）である。この図４に示したアンテナモジュール１Ａの第１のアンテナ２０Ａは、ｘ方向に延びる第１のスロット２４と平行に、第２のスロット２５が設けられている。第１実施形態と同様に、この図４に示した変形例の第１のアンテナ２０Ａは、樹脂製フィルム等の基板１０上に設けられ、施設等への人の入退出管理、物流管理、商品管理等のために、人に携帯されたり、物品に貼付されたりするＩＣカード用の平面アンテナである。この平面アンテナである第１のアンテナ２０Ａの意匠を表すために、図４中の基板１０、第２のアンテナ４０等の第１のアンテナ２０Ａ以外の部分を示す実線は、破線で表すか又は省略することができる。

　この図４に示したアンテナモジュール１Ａ及びＩＣカードでも、第１のアンテナ２０Ａの面積を可能な限り大きくしていることから、第１のアンテナ２０Ａは、通信性能が向上する。また、他のＩＣカードと重ねても、そのアンテナによって第１のアンテナ２０Ａの通信性能は、影響されることがない。このため、ＩＣカードと電波方式のリーダ等との無線通信が可能な距離がより長くなり、ＩＣカードは、リーダ等による情報の読み取りが、より適切に行われる。

　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態に係るアンテナモジュール１Ｂ及び非接触型ＩＣカード１００について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、第２実施形態のアンテナモジュール１Ｂの平面図（表面図）である。上記、図２Ａ、図４に示した第１実施形態のアンテナモジュール１及び変形例のアンテナモジュール１Ａは、第１のアンテナ２０，２０Ａ及び第２のアンテナ４０に、第１のＩＣチップ３０と第２のＩＣチップ５０が各々実装されている。これに対して、図１３に示した第２実施形態のアンテナモジュール１Ｂは、ＩＣチップ（第３のＩＣチップ６０）を１つのみ実装したアンテナモジュールである。第１実施形態、変形例と同様に、この図１３に示した第２実施形態の第１のアンテナ２０Ｂは、樹脂製フィルム等の基板１０上に設けられ、施設等への人の入退出管理、物流管理、商品管理等のために、人に携帯されたり、物品に貼付されたりするＩＣカード用の平面アンテナである。この平面アンテナである第１のアンテナ２０Ｂの意匠を表すために、図１３中の基板１０、第２のアンテナ４０等の第１のアンテナ２０Ｂ以外の部分を示す実線は、破線で表すか又は省略することができる。

　以下、図１３に示したアンテナモジュール１Ｂの構成を説明する。このアンテナモジュール１Ｂは、図４に示した変形例のアンテナモジュール１Ａと同様に平面視コ字型（Ｕ字型）で、第１のスロット２４及び第２のスロット２５が設けられて基板１０の表面に配置された金属薄膜製の第１のアンテナ２０Ｂを有している。また、この第１のアンテナ２０Ｂは、好ましくは基板１０の一面の少なくとも５０％以上、より好ましくは６０％以上の領域を被覆するように基板１０に配置される。この第１のアンテナ２０Ｂの規定の位置に、第３のＩＣチップ６０が実装されている。

　また、このアンテナモジュール１Ｂは、基板１０の他面に、コイル状に巻き回された第２のアンテナ４０Ｂを有している。また、基板１０には、第２のアンテナ４０Ｂの両端部近傍に、当該基板１０を貫通するスルーホール１１，１２が設けられ、このスルーホール１１，１２及び接続回線１３，１４を介して、第２のアンテナ４０Ｂと第３のＩＣチップ６０とが電気的に接続されている。また、基板１０の両側面には、信号を整流化するための一対のコンデンサ１５が設けられ、第３のＩＣチップ６０と電気的に接続されている。

　この第３のＩＣチップ６０は、ＵＨＦ帯の周波数（８６０～９６０ＭＨｚ）を使用して電波方式で信号を送受信するとともに、ＨＦ帯の周波数（１３．５６ＭＨｚ）を使用して電磁誘導方式で信号を送受信する。

　第３のＩＣチップ６０の特性は、以下のとおりであるが、これに限定されない。
［インピーダンスの周波数特性］
・８６６ＭＨｚ　１９．１－ｊ２８６Ω
・９１５ＭＨｚ　１７．６－ｊ２７３Ω
［エアプロトコル］
・ＩＳＯ　１５６９３　ａｎｄ　１８０００－６３

　このような第２実施形態のアンテナモジュール１Ｂ及びこれを備えたＩＣカード１００でも、第１のアンテナ２０Ｂの面積を可能な限り大きくしていることから、第１のアンテナ２０Ｂの通信可能距離が長くなり、通信性能が向上する。また、他のＩＣカードと重ねても、そのアンテナによって第１のアンテナ２０Ｂの通信性能は、影響されることがない。この結果、第２実施形態のＩＣカード１００は、電波方式のリーダやリーダライタとの無線通信が可能な距離がより長くなり、リーダ等による情報の読み取りがより適切に行われる。

　さらに、第２実施形態のＩＣカード１００は、第３のＩＣチップ６０を１つのみ実装していることから、より低コストにＩＣカード１００を提供することができる。加えて、第２実施形態のＩＣカード１００は、アンテナ（第１のアンテナ２０Ｂ）にＩＣチップ（第３のＩＣチップ６０）を搭載する実装工程、ＩＣカード１００にアンテナモジュール１Ｂを内蔵するコンバーティング工程も１回で済む。このため、アンテナモジュール１ＢやＩＣカード１００の製造コストも低減することができる。また、第１実施形態及び変形例のＩＣカード１００は、第１、第２の２つのＩＣチップ３０，５０を実装していることから、書き込み装置を用いてこれらに識別情報等の情報を書き込む際に、１枚のＩＣカード１００につき、２回の書き込みを行う必要がある。これに対して、第２実施形態のＩＣカード１００は、１枚のＩＣカード１００に対して、第３のＩＣチップ６０に対して１回のみ書き込みを行えばよく、書き込み効率を向上できるとともに、書き込みエラー等をより適切に抑制することができる。

　以上説明したように、本開示の第１実施形態、変形例及び第２実施形態のアンテナモジュール１，１Ａ，１Ｂ及びこれらを備えた非接触型ＩＣカード１００では、通信性能を向上させることができる。これらは、特に電波方式で信号を送受する場合に、通信可能距離をより長くすることができ、しかも、交通系ＩＣカード等と重ねて使用しても、優れた通信性能を維持することができる。

　このことから、ＩＣカードをリーダに置いたり、かざしたりなどの読み取り操作を行わなくても、リーダの付近を通過するだけで、リーダは、ＩＣカードの情報を適切に読み取ることができる。したがって、例えば、上記実施形態のＩＣカード１００を携帯することで、車椅子の利用者、高齢者、身体の不自由な者等であっても、ＩＣカードの取り出しや、読み取り操作を行うことなく、リーダの近傍を通過するだけでよい。これにより、ＩＣカード１００は、リーダによる情報の読み取りが、感度よく適切に行われる。よって、高齢者等は、施設や病院等に、円滑に入退出したり、自動で受付を行ったりすることができる。また、交通系ＩＣカードとして利用した場合は、高齢者等は、電車やバスへの乗降を円滑に行うことが可能となる。また、工場内や職場内では、システムは、社員の存在や動線等を容易に把握可能となる。

　また、上記各実施形態及び変形例は、電波方式で信号を送受信する第１のアンテナ２０，２０Ａ，２０Ｂに加え、電磁誘導方式で信号を送受信する第２のアンテナ４０，４０Ｂを備えている。このため、ＩＣカード１００は、ＵＨＦ帯の周波数を用いた信号の送受信と、ＨＦ帯の周波数を用いた信号の送受信も可能となる。例えば、ユーザは、工場等の入退出管理等のセキュリティの管理には、ＨＦ帯の周波数を用いて管理を行い、社員等の存在や動線は、ＵＨＦ帯の周波数を用いて管理を行う等、目的に応じたＩＣカード１００の使い分けが可能となる。さらには、ＩＣカード１００を不測に置き忘れた場合でも、ＵＨＦ帯の周波数を用いることで、ユーザはＩＣカード１００を容易に見つけ出すことができる。

　また、上記各実施形態及び変形例のＩＣカード１００は、公共施設のＩＤカードや病院の診察券等に適用することができる。そして、このＩＣカード１００用のリーダを公共施設や病院の入口や出口、受付等に設置すれば、車椅子の利用者、高齢者、身体の不自由な者等は、読み取り操作を行うことなく、入場や診察の受け付けを自動で行うことができる。公共施設等の担当者等も、入退出の管理を容易かつ適切に行うことができる。また、このＩＣカード１００を、交通系ＩＣカードと重ねてパスケースに入れていた場合でも、リーダは、当該ＩＣカード１００の情報を、適切に読み取ることができる。さらに、上記各実施形態及び変形例のＩＣカード１００は、公共交通機関への乗降管理を行うためのＩＣカードにも適用できる。この場合も、当該ＩＣカード１００を他の交通系ＩＣカード等と重ねてパスケースに入れていた場合でも、リーダによって当該ＩＣカード１００の情報を、適切に読み取ることができる。

　次に、本開示の実施例について具体的に説明する。発明者は、以下のように実施例１～実施例３、及び比較例１のアンテナモジュール及びＩＣカードを作製し、ＵＨＦ帯の周波数における通信性能を検証した。

　［実施例１］
　図２Ａ～図３に示す第１実施形態と同様の構成で、実施例１のアンテナモジュール１及びＩＣカード１００を作製した。アンテナモジュール１は、ｘ方向の長さ８５．６ｍｍ、ｙ方向の長さ５４．０ｍｍ、厚さ３８μｍのＰＥＴフィルム上に、厚さ１０μｍのアルミシートをドライラミネートで貼り付けて第１のアンテナ２０を設け、この第１のアンテナ２０の第２領域２２，２３間に、コイル状の第２のアンテナ４０を設け、第１のアンテナ２０及び第２のアンテナ４０の規定の位置に、第１のＩＣチップ３０及び第２のＩＣチップ５０を各々実装して作製した。第１のアンテナ２０は、図３に示すように、ｘ方向の長さを７５．５ｍｍ、ｙ方向の長さを４３．５ｍｍ、第１のスロット２４のｘ方向の長さを３４．０ｍｍ、第２領域２２，２３間のｘ方向の距離を４０．５ｍｍ、第２領域２２，２３のｘ方向の長さを１７．５ｍｍとした。第２のアンテナ４０の寸法（直径）は、２０．０ｍｍとした。

　第１のＩＣチップ３０は、ＮＸＰ社製のＵＣＯＤＥ８（ＵＣＯＤＥは登録商標）を使用した。この第１のＩＣチップ３０は、ＵＨＦ帯の周波数（９２０ＭＨｚ）を使用して電波方式で信号を送受信する。また、第２のＩＣチップ５０は、ＮＸＰ社製のＮＴＡＧ２１３（ＮＴＡＧは登録商標）を使用した。第２のＩＣチップ５０は、ＨＦ帯の周波数（１３．５６ＭＨｚ）を使用して電磁誘導方式で信号を送受信する。第１のＩＣチップ３０及び第２のＩＣチップ５０の特性は、上記第１実施形態の説明中に記載したとおりである。以下で説明する実施例２、比較例１でも、第１のＩＣチップ３０又は第２のＩＣチップ５０として、実施例１と同様の製品を使用した。

　上記のようにして作製したアンテナモジュール１を、ｘ方向の長さ８５．６ｍｍ、ｙ方向の長さ５４．０ｍｍのＰＶＣ板で形成した一対のカバーシート２，３で挟んで互いに接着し、実施例１のＩＣカード１００を作製した。このようなＩＣカード１００について、ＩＣカード１００単独の場合、パスケースに入れた場合、パスケースに交通系ＩＣカードと重ねて入れた場合における通信性能を、電波暗室において、ＲＦＩＤタグ性能検査装置（Ｔａｇｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｐｒｏ、Ｖｏｙａｎｔｉｃ社製）を用いて計測した。計測時の無線通信用電波の測定周波数帯は７００～１，２００ＭＨｚとし、ＥＩＲＰ（Equivalent Isotropically Radiated Power：等価等方輻射電力）は３．２８Ｗとした。

　また、実施例１のＩＣカード１００について、距離によるＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）変化及び感度差を、リーダ（Ｉｍｐｉｎｊ　Ｓｐｅｅｄｗａｙ、Ｉｍｐｉｎｊ社製）を用いて計測した。この計測は、通常の使用を想定して、出願人の事務所内で行った。このリーダは、アンテナとしてＴＩＭＥＳ－７　Ａ５０２０（円偏波）を用い、出力は２０ｄＢｍである。また、感度差を測定したときのリーダのアンテナからＩＣカードまでの距離は、２０ｃｍとした。

　［実施例２］
　第１のアンテナ２０の形状を、図４、図５に示す変形例の第１のアンテナ２０Ａと同様の形状としたこと以外は、実施例１と同様にアンテナモジュール１Ａ及びＩＣカード１００を作製し、実施例１と同様に通信性能、ＲＳＳＩ変化及び感度差を計測した。なお、実施例２では、第２のスロット２５のｘ方向の長さを２０．５ｍｍとした。

　［比較例１］
　第１のアンテナ２０’の形状を、図６に示すような形状とし、各々の寸法を図７に示すような寸法として、比較例１のアンテナモジュール１’を作製し、このアンテナモジュール１’を用いて、比較例１のＩＣカードを作製した。比較例１では、第１のアンテナ２０’は、ｙ方向の長さが基板１０のｙ方向の長さの半分より短く、金属薄膜の表面積が、基板１０の表面積の半分未満（５０％未満）である。また、第２のアンテナ４０は、第１のアンテナ２０’に挟まれておらず、第１のアンテナ２０’に隣接して設けられている。このような比較例１のＩＣカードについて、実施例１と同様に通信性能、ＲＳＳＩ変化及び感度差を計測した。

　以下、実施例１、実施例２及び比較例１の通信性能、ＲＳＳＩ変化及び感度差の計測結果について説明する。図８、図９は実施例１及び実施例２のＩＣカード１００のＵＨＦ帯の周波数における通信性能を示す図である。図８、図９中のグラフの細線は、ＩＣカード１００単独で通信したときの通信性能を示す。中線はＩＣカード１００をパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。太線はＩＣカード１００と交通系ＩＣカードを重ねてパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。図８、図９の横軸は無線通信用電波の周波数（Frequency）を表す。縦軸はＩＣカード１００からリーダまでの通信可能距離（Theoretical read range forward）を表す。

　図１０は、比較例１のＩＣカードのＵＨＦ帯の周波数における通信性能を示す図である。図１０中のグラフの細線は比較例１のＩＣカード単独で通信したときの通信性能を示す。図１０中のグラフの中線は比較例１のＩＣカードをパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。図１０中のグラフの太破線は比較例１のＩＣカードをＩＣチップ付きのクレジットカードで挟んだ状態でパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。図１０中のグラフの太線は比較例１のＩＣカードをＩＣチップ付きのクレジットカードと交通系ＩＣカードとで挟んだ状態でパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。図１０においても、横軸は無線通信用電波の周波数を表し、縦軸は比較例１のＩＣカードからリーダまでの通信可能距離を表す。

　図８に示すように、実施例１のＩＣカード１００では、ＵＨＦ帯に含まれる所定の周波数９２０ＭＨｚのときの通信可能距離は、単独のときは約１１ｍ、パスケースに入れたときは約１０ｍ、交通系ＩＣカードと重ねてパスケースに入れたときは約９ｍであった。このように、実施例１のＩＣカード１００は、通信可能距離が殆ど低下せず、かつ何れの場合も優れた通信性能が示された。

　図９に示すように、実施例２のＩＣカード１００では、ＵＨＦ帯に含まれる所定の周波数９２０ＭＨｚのときの通信可能距離は、単独のときも、パスケースに入れたときも、交通系ＩＣカードと重ねてパスケースに入れたときも、約７ｍであった。このように、実施例２のＩＣカード１００は、通信可能距離が殆ど低下せず、かつ何れの場合も優れた通信性能が示された。

　一方、図１０に示すように、比較例１のＩＣカードでは、通信可能距離は、単独のときは約１２ｍ、パスケースに入れたときは約１２．５ｍ、クレジットカードで挟んでパスケースに入れたときは約１３ｍであった。これに対して、比較例１のＩＣカードを、クレジットカードと交通系ＩＣカードとで挟んでパスケースに入れたときは、通信可能距離は約５ｍであり、通信可能距離が大幅に低下した。クレジットカードは、内蔵されるアンテナが小さいため、ＩＣカードに対する影響が少なく、この通信可能距離の大幅な低下は、交通系ＩＣカードの影響によるものと推測される。

　また、図１１は、実施例１、実施例２及び比較例１のアンテナモジュールにおけるＲＳＳＩの計測結果を示す図である。この図１１中、横軸は固定式カードリーダのアンテナからＩＣカードまでの距離を表し、縦軸はＲＳＳＩを表す。また、図１２は、実施例１、実施例２及び比較例１のアンテナモジュールの感度差を示す図である。

　図１１に示すように、実施例１、実施例２のＩＣカード１００は、単独で使用したときは勿論、ＩＣカードを交通系ＩＣカードと密着して使用したときでも、アンテナからの距離が長くなった場合でも、高い通信強度が得られた。これに対して、比較例１のＩＣカードは、交通系ＩＣカードと重ねて使用した場合は、アンテナからの距離が短い場合でも、単独で使用した場合に比べて、著しく低下することが示された（具体的には、アンテナからの距離が１ｃｍでＲＳＳＩが「－５５」であった）。

　また、図１２に示すように、実施例１、実施例２では、単独の場合と、交通系ＩＣカードと密着させた場合とで、固定式カードリーダの感度差は殆どなく、優れた通信性能が得られることが示された。これに対して、比較例１では、単独の場合と、交通系ＩＣカードと密着させた場合とで、固定式カードリーダの感度差が大きいことが示された。

　以上の結果から、実施例１のアンテナモジュール１及びＩＣカード１００、実施例２のアンテナモジュール１Ａ及びＩＣカード１００は、基板１０と、この基板１０上に設けられ、信号を送受信するための第１のアンテナ２０，２０Ａと、この第１のアンテナ２０，２０Ａに電気的に接続された第１のＩＣチップ３０と、を備え、第１のアンテナ２０，２０Ａは、基板１０の表面に、平面視コ字型又はＵ字型であって、少なくとも５０％以上の領域に配置された金属薄膜からなることで、優れた通信性能、特にＵＨＦ帯の通信性能を向上できることが示された。特に、実施例１、実施例２のＩＣカード１００は、パスケースに入れて使用したり、交通系ＩＣカードと重ねて使用したりしても、通信可能距離や通信感度が殆ど低下せず、優れた通信性能を維持できることが示された。

　［実施例３］
　図１３、図１４に示す第２実施形態と同様の構成で、実施例３のアンテナモジュール１Ｂ及びＩＣカード１００を作製した。アンテナモジュール１Ｂは、ｘ方向の長さ８５．６ｍｍ、ｙ方向の長さ５４．０ｍｍ、厚さ３８μｍのＰＥＴフィルム上に、厚さ１０μｍのアルミシートをドライラミネートで貼り付けて第１のアンテナ２０Ｂを設け、この第１のアンテナ２０Ｂの第２領域２２，２３間に、コイル状の第２のアンテナ４０を設け、第１のアンテナ２０Ｂの規定の位置に、第３のＩＣチップ６０を実装し、スルーホール１１，１２及び接続回線１３，１４を介して第３のＩＣチップ６０と第２のアンテナ４０Ｂとを電気的に接続して作製した。第１のアンテナ２０Ｂは、図３に示すように、ｘ方向の長さを７５．５ｍｍ、ｙ方向の長さを４３．５０ｍｍ、第１のスロット２４のｘ方向の長さを３４．０ｍｍ、第２のスロット２５のｘ方向の長さを２０．５ｍｍ、第２領域２２，２３間のｘ方向の距離を４０．５ｍｍ、第２領域２２，２３のｘ方向の長さを１７．５ｍｍとした。第２のアンテナ４０は、ｘ方向の長さを３１．５ｍｍ、ｙ方向の長さを１２．５ｍｍとした。

　第３のＩＣチップ６０は、マイクロエレク
トロニクス社製のＥＭ４４２５を使用した。この第３のＩＣチップ６０は、ＵＨＦ帯の周波数（８６０～９６０ＭＨｚ）を使用して電波方式で信号を送受信するとともに、ＨＦ帯の周波数（１３．５６ＭＨｚ）を使用して電磁誘導方式で信号を送受信する。第３のＩＣチップ６０の特性は、上記第２実施形態の説明中に記載したとおりである。

　上記のようにして作製したアンテナモジュール１Ｂを、ｘ方向の長さ８５．６ｍｍ、ｙ方向の長さ５４．０ｍｍのＰＶＣ板で形成した一対のカバーシート２，３で挟んで互いに接着し、実施例３のＩＣカード１００を作製した。このようなＩＣカード１００について、実施例１と同様に、ＩＣカード１００単独の場合、パスケースに入れた場合、パスケースに交通系ＩＣカードと重ねて入れた場合における、通信性能と、ＲＳＳＩの変化及び感度差を計測した。比較のため、上記比較例１の計測結果を使用した。

　以下、実施例３の通信性能、ＲＳＳＩ変化及び感度差の計測結果について説明する。図１５は実施例３のＩＣカード１００のＵＨＦ帯の周波数における通信性能を示す図である。図１５中のグラフの細線は、ＩＣカード１００単独で通信したときの通信性能を示す。中線はＩＣカード１００をパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。太線はＩＣカード１００と交通系ＩＣカードを重ねてパスケースに入れて通信したときの通信性能を示す。図１５の横軸は無線通信用電波の周波数（Frequency）を表す。縦軸はＩＣカード１００からリーダまでの通信可能距離（Theoretical read range forward）を表す。

　図１５に示すように、実施例３のＩＣカード１００では、ＵＨＦ帯に含まれる所定の周波数９２０ＭＨｚのときの通信可能距離は、単独のときは約７ｍ、パスケースに入れたときは約６ｍ、交通系ＩＣカードと重ねてパスケースに入れたときは約５．５ｍであった。このように、実施例３のＩＣカード１００は、通信可能距離が殆ど低下しなかった。図１０に示す比較例１のＩＣカードと比較しても、実施例３のＩＣカード１００は、通信可能距離が低下しないことが示された。

　また、図１６は、実施例３及び比較例１のアンテナモジュールにおけるＲＳＳＩの計測結果を示す図である。この図１６中、横軸はリーダのアンテナからＩＣカードまでの距離を表し、縦軸はＲＳＳＩを表す。また、図１７は、実施例３及び比較例１のアンテナモジュールの感度差を示す図である。

　図１６に示すように、比較例１と比較して、実施例３のＩＣカード１００は、単独の場合は勿論、ＩＣカードを交通系ＩＣカードと重ねた場合でも、また、アンテナからの距離が長くなった場合でも、高い通信強度が得られた。また、図１７に示すように、実施例３のＩＣカード１００は、単独の場合と、交通系ＩＣカードと密着させた場合とで、リーダの感度差は殆どなく、優れた通信性能が得られることが示された。

　以上、本開示のアンテナモジュール及びＩＣカードを、実施形態及び実施例に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではない。特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２１年７月１６日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－１１８１０３に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (5)

1. 　基板と、
   　前記基板上に設けられ、信号を送受信するための第１のアンテナと、
   　前記第１のアンテナに電気的に接続された第１のＩＣチップと、を備え、
   　前記第１のアンテナは、前記基板の表面に、平面視コ字型又はＵ字型に配置された金属薄膜からなる、
   ことを特徴とするアンテナモジュール。
2. 　前記基板上に設けられ、前記第１のアンテナとは異なる周波数帯により信号を送受信するための第２のアンテナと、
   　前記第２のアンテナに電気的に接続された第２のＩＣチップと、を備え、
   　前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、平面視において前記基板上の互いに重ならない位置に設けられ、
   　前記第１のアンテナは、前記基板の表面の、前記第２のアンテナを設けた領域以外の領域に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 　基板と、
   　前記基板上に設けられ、信号を送受信するための第１のアンテナと、
   　前記基板上に設けられ、前記第１のアンテナとは異なる周波数帯により信号を送受信するための第２のアンテナと、
   　前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナに電気的に接続されたＩＣチップと、を備え、
   　前記第１のアンテナは、平面視において、前記第２のアンテナと重ならない領域であって、前記基板の表面に、平面視コ字型又はＵ字型に配置された金属薄膜からなる
   ことを特徴とするアンテナモジュール。
4. 　前記基板が、矩形状であり、
   　前記第１のアンテナは、前記基板の一方の長辺に沿って、前記基板の一方の短辺から他方の短辺まで所定幅の帯状に延びる第１領域と、前記第１領域の両側から、前記基板の一方及び他方の短辺に沿って他方の長辺まで所定幅の帯状に延びる一対の第２領域を有する平面視コ字型又はＵ字型である
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のアンテナモジュール。
5. 　請求項１～４の何れか一項に記載のアンテナモジュールを備える、
   ことを特徴とするＩＣカード。

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