(57)【要約】【課題】任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができ、ＩＣチップの入力インピーダンスが自由に選定できない場合でも動作周波数帯の広帯域化が可能な無線通信装置を得る。【解決手段】地導体１と、地導体１と略平行に配置された放射導体２と、地導体１に短絡接続された導体３ａ，３ｂと、導体３ａ，３ｂの近傍に配置された容量性結合手段４ａ，４ｂと、電波の送受信機能を有するＩＣチップ５とを備え、導体３ａ，３ｂは、地導体１と放射導体２とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、導体３ａと導体３ｂとの間に、容量性結合手段４ａ，４ｂを介して、ＩＣチップ５が接続されているので、等価回路を考えた場合に、等価回路におけるインダクタンスＬは導体３ａ，３ｂによって調整でき、キャパシタンスＣは容量性結合手段４ａ，４ｂによって調整できる。【選択図】図１
2010136114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導体と、
前記第１の導体と略平行に配置された第２の導体と、
前記第１の導体と短絡接続された第３の導体と、
前記第１の導体と短絡接続された第４の導体と、
前記第３および第４の導体の近傍に配置された容量性結合手段と、
電波の送信機能および受信機能の少なくとも一方を有する回路と
を備え、
前記第３の導体および前記第４の導体は、前記第１の導体と前記第２の導体とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、
前記第３の導体と前記第４の導体との間に、前記容量性結合手段を介して、前記回路を接続したことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
第１の導体と、
前記第１の導体と略平行に配置された第２の導体と、
前記第２の導体と短絡接続された第３の導体と、
前記第２の導体と短絡接続された第４の導体と、
前記第３および第４の導体の近傍に配置された容量性結合手段と、
電波の送信機能および受信機能の少なくとも一方を有する回路と
を備え、
前記第３の導体および前記第４の導体は、前記第１の導体と前記第２の導体とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、
前記第３の導体と前記第４の導体との間に、前記容量性結合手段を介して、前記回路を接続したことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
第１の導体と、
前記第１の導体と略平行に配置された第２の導体と、
一部が開放端となっているループ構造を有する第３の導体と、
前記第３の導体の近傍に配置された容量性結合手段と、
電波の送信機能および受信機能の少なくとも一方を有する回路と
を備え、
前記第３の導体は、前記第１の導体と前記第２の導体とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、
前記第３の導体の開放端に、前記容量性結合手段を介して、前記回路を接続したことを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
前記容量性結合手段は前記回路に接続された第５の導体から構成され、前記第５の導体を前記第３の導体および前記第４の導体と容量結合させることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記容量性結合手段は前記回路に接続された第４の導体から構成され、前記第４の導体を前記第３の導体と容量結合させることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記容量性結合手段はチップキャパシタあるいはコンデンサを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記第５の導体と前記第３および第４の導体とはインターディジタルキャパシタを構成することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第４の導体と前記第３の導体とはインターディジタルキャパシタを構成することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記無線通信装置の動作周波数帯の範囲内あるいはその近傍で共振する電気長を有し、前記第２の導体と電磁結合して複共振を生じる位置に配置された無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記第２の導体は、
前記第２の導体の共振方向の中央部の電界が零となる部位に該当する一端が前記第１の導体に短絡接続された導体と、
前記導体の前記一端と前記第１の導体とを短絡接続する短絡導体と
から構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記容量性結合手段は、前記回路内に設けられた直列キャパシタンス回路から構成されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記容量性結合手段は、前記回路内に設けられた直列ＬＣ回路から構成されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信装置に関し、特に、放射電磁界を使用するＲＦＩＤタグ等の無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＨＦ帯を使用するＲＦＩＤシステムは、ＨＦ帯を使用する誘導電磁方式のＲＦＩＤシステムに比べて、通信距離が長いことから、主に物流の分野で利用されている。そのため、ＲＦＩＤタグは時に金属物（導電性物体）に取り付けられて使用されることがある。このとき、ダイポールアンテナを用いた従来のＲＦＩＤタグでは、金属物に貼り付けたり、金属物の近傍に設置されたりした場合、当該金属物の影響によりアンテナが動作しなくなったり、通信距離が大幅に低下したりするという問題が発生する。このため、ＲＦＩＤタグが金属物に取り付けられても性能の劣化が少ないＲＦＩＤタグが望まれている。
【０００３】
これに対し、マイクロストリップアンテナの放射導体にスロットを設けてＲＦＩＤのＩＣチップを実装することにより、導電性物体や非導電性物体に関わらず設置できるようにしたＲＦＩＤタグが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４３２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に示すような従来のアンテナではマイクロストリップアンテナが用いられているが、そのインピーダンス特性を広帯域化する手段を備えていないため、動作周波数帯は狭帯域である。現在、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムは、日本では９５２〜９５４ＭＨｚ、米国では９０２〜９２８ＭＨｚ、欧州では８６５〜８６８ＭＨｚが使用されており、地域によって使用周波数が異なっている。したがって、ＲＦＩＤシステムの利用者はそれぞれの地域に適合したＲＦＩＤタグを使用しなければならないという問題点がある。
【０００６】
また、従来の狭帯域なＲＦＩＤタグをそのまま他の周波数帯域で使用されるＲＦＩＤシステムで使用しても、インピーダンスの不整合により受信できる電力が低下するため、ＲＦＩＤのリーダライタとの通信距離が短くなるという問題点が生じる。
【０００７】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができ、ＩＣチップの入力インピーダンスが自由に選定できない場合でも動作周波数帯の広帯域化が可能な無線通信装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、第１の導体と、前記第１の導体と略平行に配置された第２の導体と、前記第１の導体と短絡接続された第３の導体と、前記第１の導体と短絡接続された第４の導体と、前記第３および第４の導体の近傍に配置された容量性結合手段と、電波の送信機能および受信機能の少なくとも一方を有する回路とを備え、前記第３の導体および前記第４の導体は、前記第１の導体と前記第２の導体とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、前記第３の導体と前記第４の導体との間に、前記容量性結合手段を介して、前記回路を接続したことを特徴とする無線通信装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、第１の導体と、前記第１の導体と略平行に配置された第２の導体と、前記第１の導体と短絡接続された第３の導体と、前記第１の導体と短絡接続された第４の導体と、前記第３および第４の導体の近傍に配置された容量性結合手段と、電波の送信機能および受信機能の少なくとも一方を有する回路とを備え、前記第３の導体および前記第４の導体は、前記第１の導体と前記第２の導体とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、前記第３の導体と前記第４の導体との間に、前記容量性結合手段を介して、前記回路を接続したことを特徴とする無線通信装置であるので、等価回路を考えた場合に、等価回路におけるインダクタンスＬは第３および第４の導体によって調整でき、キャパシタンスＣは容量性結合手段によって調整できるので、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができ、ＩＣチップの入力インピーダンスが自由に選定できない場合でも動作周波数帯の広帯域化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わる無線通信装置としてのＲＦＩＤタグを示す構成説明図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ａの方向から見た側面図である。図１に例示したＲＦＩＤタグは、地導体１、放射導体２、導体３ａ，３ｂ、容量性結合手段４ａ，４ｂ、ＩＣチップ５を有する。
【００１１】
地導体１は有限の大きさをもつ導体である。地導体１の形状は例えば略々矩形の板状であるが、その例に限らず、その形状は適宜決定してよいこととする。
【００１２】
放射導体２は地導体１に略々平行に配置された導体である。放射導体２の形状は例えば略々矩形の板状である。放射導体２は、地導体１に対して、図１（ｂ）に示されるように、所定の間隔を介して対向するように配置され、地導体１とあわせてマイクロストリップアンテナを構成している。放射導体２の大きさは、所定の動作周波数に対して共振するように選定されている。所定の動作周波数に対して共振すれば、放射導体２の形状は自由に選定することができる。
【００１３】
導体３ａおよび３ｂは一端（下端）が地導体１に電気的に接続（短絡接続）された略々矩形の板状の１対の導体である。導体３ａおよび３ｂの他端（上端）は、図１（ｂ）に示されるように、開放されている。導体３ａおよび３ｂは、図１（ａ）に示されるように、所定の間隔だけ互いに離間して配置されている。従って、このとき、導体３ａ、地導体１、導体３ｂによって、一部が開放された１つのループ構造が形成される。導体３ａ、３ｂは放射導体２の共振方向に並行な側面に近接して配置される。なお、実施の形態１においては、図１（ａ）の平面図に示されるように、導体３ａ，３ｂ等が、放射導体２に対して、図面左側に配置されているが、その縦方向（すなわち矢印Ａ方向および図２の共振方向）の位置は、放射導体２の中央位置に対応して配置されておらず、中央位置よりも所定の距離（図２のオフセットＤ）だけ図面の縦方向（矢印Ａ方向）に向かってずれた（シフトした）位置に対応して配置されている。なお、図１においては、導体３ａ，３ｂが、地導体１と放射導体２とによって挟まれる領域の近傍に配置される例を示しているが、その場合に限らず、導体３ａ，３ｂを地導体１と放射導体２とによって挟まれる領域の内部に配置するようにしてもよい。
【００１４】
容量性結合手段４ａおよび４ｂは、線状あるいは棒状に形成され、それぞれの一端がＩＣチップ５の端子に電気的に接続された導体である。容量性結合手段４ａは導体３ａに、容量性結合手段４ｂは導体３ｂに、それぞれ近接して、略々平行になるように配置されているため、容量性結合手段４ａと導体３ａとの間、および、容量性結合手段４ｂと導体３ｂとの間に容量結合が生じる。従って、ＩＣチップ５は、導体３ａと導体３ｂとの間に、容量性結合手段４ａ，４ｂを介して接続されているといえる。導体３ａおよび３ｂ、および、容量性結合手段４ａおよび４ｂの形状は例えば矩形である。ただし、形状は矩形に限るものではなく、導体３ａと容量性結合手段４ａとの間、導体３ｂと容量性結合手段４ｂとの間に所定の結合容量が得られれば、導体３ａおよび３ｂ、および、容量性結合手段４ａおよび４ｂの形状は自由に選定できる。
【００１５】
ＩＣチップ５は記憶、演算、送受信などの機能を有する集積回路であり、地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナによって受信される電波による電力が、導体３ａおよび３ｂを介してＩＣチップ５に供給され、ＩＣチップ５が駆動される。なお、ＩＣチップ５は、送信機能と受信機能の両方を備える必要はなく、いずれか一方のみを備えていてもよいこととする。
【００１６】
次に、実施の形態１のＲＦＩＤタグの動作について、電磁界解析による数値計算結果を示しながら説明する。アンテナの可逆性により、アンテナの送信時と受信時の動作は同じであるため、以下では、ＩＣチップ５が接続される位置に高周波電圧が供給された場合の動作について説明する。
【００１７】
まず、導体３ａ、地導体１、導体３ｂによって構成されるループ構造の動作について説明するため、容量性結合手段４ａおよび４ｂを除いた場合を考える。図２は、図１の構造から容量性結合手段４ａおよび４ｂとＩＣチップ５を除いた構造を示す説明図である。図２において、Ｆは高周波電圧が印加される点（給電点）である。Ｌａ，Ｌｂはそれぞれ給電点Ｆから見た導体３ａ、３ｂの水平方向の長さ、Ｄは放射導体２の共振方向の中央から見た給電点Ｆまでの距離、ｇは導体３ａ、３ｂと放射導体２との間の間隔である。
【００１８】
給電点Ｆに高周波電圧が印加されると、導体３ａ、地導体１、導体３ｂからなるループ構造に電流が流れ、ループ構造を鎖交する磁界が生じる。当該磁界は、地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界と磁気結合し、マイクロストリップアンテナが励振される。
【００１９】
磁気結合により励振されるマイクロストリップアンテナとしては、スロット励振マイクロストリップアンテナが知られている。その等価回路は、例えば、Apisak Ittipiboon, et al.,“A Modal Expansion Method of Analysis and Measurement on Aperture-Coupled Microstrip Antenna,” IEEE Transaction Antennas and Propagat., vol.39,no.11,pp.1567-1574,1991年に記載されており、図３（ａ）に示すような巻数比１：Ｎの変圧器を用いて表される。図３（ａ）において、Ｚｉｎは給電点Ｆから見たインピーダンス、Ｚａは地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナのインピーダンス、Ｌはループ構造によって得られるインダクタンスである。ここで、変圧器の２次側のインピーダンスを１次側のインピーダンスに変換すると、図３（ａ）の回路は図３（ｂ）のような回路に変形される。すなわち、Ｎの２乗倍を乗じたマイクロストリップアンテナのインピーダンスＺａ（すなわち、Ｎ２・Ｚａ）に対して直列にインダクタンスＬが接続された回路となる。
【００２０】
図４は、ｇ＝０．００３λ、Ｄ＝０で固定した場合における図２の給電点Ｆから見たインピーダンス特性の一例を示すスミスチャート図であり、図４（ａ）はＬａ＝Ｌｂ＝０．０１５λ、図４（ｂ）はＬａ＝Ｌｂ＝０．０３λ、図４（ｃ）はＬａ＝Ｌｂ＝０．０６λの場合である。ここで、λは動作周波数帯の中心周波数に対する自由空間波長である。図４（ａ）から図４（ｃ）までを比較すると、インピーダンス軌跡が誘導性リアクタンス側にあり、Ｌａ，Ｌｂの長さが長くなるにしたがって誘導性リアクタンス側へのシフトが大きくなっている。すなわち、ループ構造は、地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナに対して直列に挿入されるインダクタンスＬとして動作していることがわかる。
【００２１】
次に、容量性結合手段４ａおよび４ｂの動作について説明する。先ほどの説明と同様にＩＣチップ５が接続される位置に高周波電圧が供給された場合を考える。図５は、図１の構造からＩＣチップ５をのぞいた構造を示す説明図である。容量性結合手段４ａおよび４ｂはそれぞれ導体３ａおよび３ｂに近接して配置されているから、図４の給電点Ｆに高周波電圧が印加されると容量性結合手段４ａおよび４ｂに電荷が誘起され、容量性結合手段４ａおよび４ｂに近接配置されている導体３ａおよび３ｂには逆符号の電荷が誘起される。すなわち、これらは高周波的に互いに容量結合する。したがって、容量性結合手段４ａおよび４ｂは導体３ａおよび３ｂに対して直列に接続されたキャパシタンスＣとして動作する。
【００２２】
以上のことから、図1に示すＲＦＩＤタグの動作は、図６に示すような等価回路で説明される。図６において、Ｃは容量性結合手段４ａおよび４ｂによって得られるキャパシタンス、Ｚｉｎは給電点Ｆから見たインピーダンス、Ｚａは地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナのインピーダンス、Ｌはループ構造によって得られるインダクタンス、Ｎは変圧器の巻数比である。すなわち、図３（ｂ）の回路に、Ｌに対して直列にキャパシタンスＣが追加された回路となる。
【００２３】
したがって、この発明の実施の形態１に係わる無線通信装置は、並列共振特性をもつマイクロストリップアンテナにＬＣ直列共振回路を接続した構成と等価であるため、その動作周波数帯が広帯域化される。
【００２４】
次に、地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナと、導体３ａ、地導体１、導体３ｂからなるループ構造との磁気結合における結合度の調整方法について述べる。結合度はスミスチャート上のインピーダンス軌跡におけるねじれの大きさと密接な関係があり、動作周波数の広帯域化において重要なパラメータとなる。
【００２５】
図７は、図２に示す構造の給電点Ｆから見た導体３ａ、３ｂの水平方向の長さＬａ，Ｌｂを０．０６λに固定して、ｇを変化させた場合における、図２の給電点Ｆから見たインピーダンス特性の一例を示すスミスチャート図であり、図７（ａ）はｇ＝０．００３λ、図７（ｂ）はｇ＝０．００９λ、図７（ｃ）はｇ＝０．０１５λの場合である。ｇが大きくなるほどスミスチャート上のインピーダンス軌跡のねじれが小さくなっていることがわかる。このことは、ループ構造を鎖交する磁界とマイクロストリップアンテナの内部磁界との距離が離れることにより結合が弱まったためと理解することができる。
【００２６】
また、一般にマイクロストリップアンテナの内部磁界の強さは、基本モード（ＴＭ１０モード）においては放射導体の共振方向の中央で最大となることが知られている。図２に示したように、放射導体２の中心を原点にとり、放射導体２がある面をｘ−ｙ面として、放射導体２の共振方向をｘ軸、それに直交する軸をｙ軸とすると、マイクロストリップアンテナのＴＭ１０モードにおける内部磁界は次の（１）式で与えられる。
【００２７】
【数１】
2010136114.tif 000003
【００２８】
ここで、ａは放射導体２の共振方向の長さ、ωは角周波数、εは地導体１と放射導体２との間の誘電率、ｋは誘電体（後述）中の波数、Ｖ０は放射導体２の端における電圧である。したがって、ループ構造を放射導体２の共振方向の中央からオフセットさせると（図２に示すＤを大きくすると）、結合度は小さくなると考えられる。
【００２９】
図８は、図２に示す構造のＬａ，Ｌｂを０．０３λ、ｇを０．００３λに固定してＤを変化させた場合における図２の給電点Ｆから見たインピーダンス特性の一例を示すスミスチャート図であり、図８（ａ）はＤ＝０、図８（ｂ）はＤ＝０．０４６λ、図８（ｃ）はＤ＝０．０９１λの場合である。Ｄが大きいほどスミスチャート上のインピーダンス軌跡のねじれが小さくなっており、結合度が小さくなっていることがわかる。
【００３０】
以上説明したように、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの図６の等価回路におけるインダクタンスＬは導体３ａおよび３ｂの長さＬａ，Ｌｂによって調整され、キャパシタンスＣは容量性結合手段４ａおよび４ｂによって調整され、ループ構造とマイクロストリップアンテナの結合度はループ構造と放射導体２の間隔ｇ、あるいは、オフセットＤによって調整される。これらは独立した調整が可能であるから、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。つまり、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。
【００３１】
なお、実施の形態１では、地導体１、放射導体２、導体３ａ，３ｂ、容量性結合手段４ａ，４ｂの支持関係を特に示していないが、地導体１、放射導体２、導体３ａ，３ｂ、容量性結合手段４ａ，４ｂのそれぞれの間あるいは周囲に誘電体を介在（充填）させて、地導体１、放射導体２、導体３ａ，３ｂ、容量性結合手段４ａ，４ｂを支持させてもよい。また、地導体１、放射導体２、導体３ａ，３ｂ、容量性結合手段４ａ，４ｂのそれぞれの間に介在されている誘電体の比誘電率が、各所で異なる値であってもよい。なお、後述する実施の形態２〜６においても同様である。
【００３２】
以上のように誘電体を用いる場合、誘電体基板に導体パターンをエッチングする方法、樹脂成形品と板金を組み合わせる方法、樹脂成形品にメッキを施す方法などを用いて、実施の形態１の無線通信装置を容易に製造することができる。誘電体基板を用いる場合、導体３ａおよび導体３ｂはスルーホールによって地導体１に短絡させることができる。
【００３３】
また、図９に示すように、容量性結合手段４ａおよび４ｂは、導体３ａ、３ｂの真上に所定間隔だけ離間させて配置して、導体３ａ、３ｂに対向配置してもよい。ここで、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の矢印Ａから見た側面図である。このように配置することにより、容量性結合手段４ａと導体３ａ、容量性結合手段４ｂと導体３ｂで、それぞれ、平行平板コンデンサが構成されるので、ループ構造に対して直列に挿入されたキャパシタンスＣとして動作する。誘電体を用いれば、平行平板コンデンサは多層基板によって容易に製造される。
【００３４】
なお、容量性結合手段４ａおよび４ｂは線状の導体のほか、図１０に示すようなインターディジタルキャパシタ６ａ，６ｂなどを用いてもよい。インターディジタルキャパシタ６ａおよび６ｂは、図１０に示すように、容量性結合手段４ａおよび４ｂとそれらに対向する導体３ａおよび３ｂの辺を櫛状とし、互いの歯を入れ違いに配置することで構成される。
【００３５】
また、図１１に示すように、容量性結合手段４ａと導体３ａとの間と容量性結合手段４ｂと導体３ｂとの間にチップキャパシタ（あるいは、コンデンサ）７ａ，７ｂをそれぞれ接続してもよい。このようにすることで、図６の等価回路におけるキャパシタンスＣをより調整しやすくすることができる。
【００３６】
また、誘電体多層基板等を用いて、容量性結合手段４ａおよび４ｂを導体３ａおよび導体３ｂの上下に積層させてもよい。ここで、ＩＣチップ５を地導体１と容量性結合手段４ａ，４ｂの間に配置してもよい。これにより、ＩＣチップ５を外部から保護するとともに、不要な出っ張りをなくすことができる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１に係る無線通信装置は、第１の導体である地導体１と、地導体１に略平行に配置された、第２の導体である放射導体２と、一部（一端）が地導体１と短絡接続された第３の導体である導体３ａと、一部（一端）が地導体１と短絡接続された第４の導体である導体３ｂと、導体３ａ，３ｂに近接して設けられた容量性結合手段４ａ，４ｂと、電波の送信機能および受信機能の少なくとも一方を有する回路としてのＩＣチップ５とを備え、導体３ａおよび導体３ｂは、地導体１と放射導体２とによって挟まれる領域の近傍あるいは内部に配置され、導体３ａおよび導体３ｂとの間に、容量性結合手段４ａ，４ｂを介してＩＣチップ５を接続するようにした。当該構成により、インダクタンスＬは導体３ａおよび３ｂの長さによって調整され、キャパシタンスＣは容量性結合手段４ａおよび４ｂによって調整され、ループ構造とマイクロストリップアンテナの結合度はループ構造と放射導体２との間隔、あるいは、オフセットＤによって、それぞれ、独立して調整することができる。従って、実施の形態１による無線通信装置においては、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。これにより、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。さらに、誘電体基板上に導体パターンをエッチングする方法などにより、スルーホールを用いることなく放射導体２と導体３ａおよび３ｂの一端を接続することができるので、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２に係わる無線通信装置としてのＲＦＩＤタグを平面図で示す構成説明図である。実施の形態１と同一の構成については同一符号で表し、説明は省略する。
【００３９】
実施の形態１との相違点は、導体３ａ，３ｂの一端（下端）を、地導体１ではなく、放射導体２に接続した点である。従って、本実施の形態２においては、導体３ａ，３ｂと地導体１とが接触せずに、所定の間隔だけ互いに離間して配置されている。本実施の形態２における導体３ａおよび３ｂは、それぞれ一端が放射導体２に接続され、導体３ａ、放射導体２、および、導体３ｂで、一部が開放されたループ構造を構成している。なお、図１２の例では、導体３ａ，３ｂがＬ字型の形状を有したものが示されているが、この場合に限定されるものではなく、導体３ａ，３ｂの一端が地導体１ではなく放射導体２に接続されるのであれば、形状は適宜決定してよいこととする。
【００４０】
実施の形態２の構成においても、ループ構造を鎖交する磁界が地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界と磁気結合することは実施の形態１と同様である。したがって、実施の形態２の無線通信装置の等価回路は図６に示す回路と実質的に同様である。
【００４１】
したがって、実施の形態２による無線通信装置においても、実施の形態１と同様に、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。つまり、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。さらに、誘電体基板上に導体パターンをエッチングする方法などにより、スルーホールを用いることなく放射導体２と導体３ａおよび３ｂの一端を接続することができるので、低コスト化を図ることができる。
【００４２】
実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３に係わる無線通信装置としてのＲＦＩＤタグを示す構成説明図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の矢印Ｂの方向から見た側面図である。実施の形態１と同一の構成については同一符号で表し、説明は省略する。なお、本実施の形態３の実施の形態１との相違点は、導体３ａおよび３ｂに代えて、一部が開放されたループ構造の環状導体８を放射導体２の近傍に配置した点である。環状導体８は、環状に形成されている部材であるが、但し、一番上の部分、すなわち、ＩＣチップ５に最も近接した部分のみが一部欠けていて（切り欠け部）、その部分が開放端となっている。
【００４３】
容量性結合手段４ａおよび４ｂは、実施の形態１と同様に、それぞれの一端がＩＣチップ５の端子に電気的に接続された導体である。但し、本実施の形態３においては、容量性結合手段４ａおよび４ｂが、環状導体８の開放端に近接して配置され、容量性結合手段４ａ，４ｂと環状導体８との間に容量結合を生じさせる。従って、本実施の形態３においては、ＩＣチップ５が、容量性結合手段４ａ，４ｂを介して、環状導体８の開放端に接続されているといえる。また、図１３においては、環状導体８が、地導体１と放射導体２とによって挟まれる領域の近傍に配置されている例を示しているが、その場合に限らず、環状導体８を地導体１と放射導体２とによって挟まれる領域の内部に配置するようにしてもよい。
【００４４】
これまでの説明と同様に、ＩＣチップ５の位置に給電点Ｆを設け、高周波電圧が印加された場合をもとに、この発明の実施の形態３に係わる無線通信装置の動作を説明する。容量性結合手段４ａおよび４ｂに高周波電圧が印加されると、容量結合を生じて環状導体８に電流が流れる。環状導体８を流れる電流により、環状導体８を鎖交する磁界が生じる。当該磁界は地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界と磁気結合し、マイクロストリップアンテナが励振される。環状導体８を鎖交する磁界が地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界と磁気結合することは実施の形態１と同様であるから、実施の形態３の無線通信装置の等価回路は図６に示す回路と実質的に同様である。
【００４５】
したがって、実施の形態３による無線通信装置においても、実施の形態１と同様に、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。つまり、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。
【００４６】
なお、実施の形態３においても、容量性結合手段４ａおよび４ｂは線状の導体のほか、インターディジタルキャパシタ６ａ，６ｂ（図１０参照）などを用いてもよい。但し、本実施の形態３の場合には、インターディジタルキャパシタ６ａおよび６ｂは、容量性結合手段４ａおよび４ｂとそれらに対向する環状導体８を櫛状とし、互いの歯を入れ違いに配置することで構成される。
【００４７】
また、容量性結合手段４ａ，４ｂと環状導体８との間にチップキャパシタ（あるいは、コンデンサ）７ａ，７ｂ（図１１参照）をそれぞれ接続してもよい。このようにすることで、図６の等価回路におけるキャパシタンスＣをより調整しやすくすることができる。
【００４８】
また、誘電体多層基板等を用いて、容量性結合手段４ａおよび４ｂを環状導体８の上下に積層させてもよい。ここで、ＩＣチップ５を地導体１と容量性結合手段４ａ，４ｂの間に配置してもよい。これにより、ＩＣチップ５を外部から保護するとともに、不要な出っ張りをなくすことができる。
【００４９】
実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４に係わる無線通信装置としてのＲＦＩＤタグを平面図で示す構成説明図である。側面図については、ここでは、図１（ｂ）で示した無線通信装置を例にして説明する。図１４において、９は無線通信装置の動作周波数帯の範囲内あるいはその近傍で共振する電気長を有する無給電素子であり、放射導体２と電磁結合して複共振を生じる位置に配置されている。ここでは、図１４に示すように、無給電素子９を放射導体２と略同一平面上に配置した例を示して説明する（従って、無給電素子９と放射導体２の垂直方向の高さが略同じ）。他の構成および動作は実施の形態１と同様である。
【００５０】
本実施の形態４においては、図１４に示すように、放射導体２の大きさが実施の形態１の放射導体２よりも小さく（図１４における横方向の幅が小さい）、無給電素子９の大きさと合わせて、ほぼ実施の形態１における放射導体２の大きさと同じである。また、放射導体２と無給電素子９とは接触せずに、所定の間隔だけ離間して配置されている。無給電素子９は、放射導体２から見て、導体３ａ，３ｂの反対側に配置されている（すなわち、無給電素子９と導体３ａ，３ｂとの間に放射導体２が配置されている。）。
【００５１】
ここで、一般的に、無給電素子が設けられたマイクロストリップアンテナでは、放射導体である励振素子と無給電素子との結合によって複共振特性が得られる。また、無給電素子の形状、および、励振素子と無給電素子との位置関係を適切に選定することによって、動作周波数帯を広帯域化することができることが知られている。
【００５２】
したがって、実施の形態４に示した構成とすることによって、無給電素子９の形状、および、放射導体２と無給電素子９との位置関係を適切に選定することにより、実施の形態１の無線通信装置に比べて、動作周波数帯をさらに広帯域化することができる。
【００５３】
なお、実施の形態４では無給電素子９は放射導体２と略同一平面上に配置されている例について示している。しかしながら、無給電素子９が放射導体２と電磁結合し複共振特性が得られれば、この例に限定されるものではない。例えば、放射導体２から見て地導体１の反対側や、地導体１と放射導体２の間などに無給電素子９を配置してもよい。
【００５４】
また、上記の説明においては、実施の形態４の無線通信装置として、実施の形態１の無線通信装置に無給電素子９を追加した構成について説明した。しかしながら、この例に限定されるものではなく、実施の形態２または実施の形態３の無線通信装置に無給電素子９を追加した構成としてもよい。
【００５５】
実施の形態４による無線通信装置の動作は、図１５（ａ）にしめすような等価回路で説明される。ここで、Ｚｉｎは給電点Ｆから見た入力インピーダンス、Ｚａは地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナのインピーダンス、Ｚｐは無給電素子９のインピーダンスである。Ｎ１はループ構造と放射導体２の磁気結合を表す変圧器の巻数比、Ｎ２は放射導体２と無給電素子９の磁気結合を表す変圧器の巻数比である。ここで、Ｚｐを１次側のインピーダンスへ変換すると図１５（ａ）の回路は図１５（ｂ）のような回路に変形される。ＺａとＺｐが並列に接続されたインピーダンスをＺ’とおき、さらに変圧器のインピーダンス変換を行うと、図１５（ｃ）のような回路となる。これは、図６に示した回路と実質的に同じである。以上のことから、実施の形態４による無線通信装置においても、図６の等価回路と実質的に同様となり、従って、実施の形態１と同様に、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。つまり、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。また、実施の形態４においては、地導体１および放射導体２から構成されるマイクロストリップアンテナに対して無給電素子９を設けたため、実施の形態１の無線通信装置に比べて、動作周波数帯をさらに広帯域化することができる。
【００５６】
実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５に係わる無線通信装置としてのＲＦＩＤタグを示す構成説明図であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の矢印Ｂから見た側面図である。図１６において、１０は共振方向の長さ寸法が放射導体２の略半分である、略々矩形の板状の導体であり、実施の形態１〜４の放射導体２に代えて配置されている。図１６において、導体１０の外周の一部（すなわち、導体１０の共振方向の中央部の電界が零となる部位に該当する一端部）と地導体１との間は、短絡導体１１によって短絡接続されており、いわゆるショートパッチアンテナを構成している。短絡導体１１は、図１６（ｂ）に示すように、導体１０の一辺から略々垂直方向に下方に向かって延びて地導体１にその一辺が接触するように設けられた略々矩形の板状の導体である。
【００５７】
実施の形態１が示される図１（ａ）と実施の形態５が示される図１６（ａ）とを比較すれば明らかなように、実施の形態５においては、導体１０および地導体１の大きさが、それぞれ、実施の形態１の放射導体２および地導体１の略々半分程度に小さくなっている。具体的には、導体１０および地導体１の図面の縦方向の長さが、実施の形態１の放射導体２および地導体１の略々半分となっており、図面の横方向の幅は略々同じとなっている。他の構成については実施の形態１と同じであるため、同一の構成については同一符号で表し、説明は省略する。なお、実施の形態１においては、図２の平面図に示すように、導体３ａ，３ｂが、放射導体２に対して、オフセットＤだけ共振方向の中央からずれた（シフトした）位置に配置されていたが、本実施の形態５においても同様である。本実施の形態５のようなショートパッチアンテナとした場合、オフセットの基準位置（Ｄ＝０の位置）は短絡導体１１がある位置となるため（パッチアンテナの内部磁界は変化しないので、オフセットの基準位置も変わらない）、従って、図１６（ａ）においても、導体３ａ，３ｂ等はＤだけオフセットした位置に配置されている。
【００５８】
ここで、一般的なマイクロストリップアンテナにおいて、放射導体上の電流は、共振方向の両端で０になる。そして、放射導体が信号波の約１／２波長で共振して、放射導体上に定在波の電流が現れているときには、放射導体の中央で電流が最大になることは、一般的に良く知られている。また、定在波では電圧の位相が電流の位相と９０度ずれている。これにより、放射導体の共振方向の中央の電界は０となる。
【００５９】
したがって、放射導体の中央で放射導体と地導体を短絡して放射導体の大きさを半分にしても、マイクロストリップアンテナ内部の電磁界分布は変わらない。この原理を利用して放射導体の共振方向の長さを信号波の約１／４波長に対応させて小型化したものがショートパッチアンテナであり、この実施の形態５の無線通信装置において、地導体１、導体１０、短絡導体１１からなるアンテナがこれに該当する。ショートパッチアンテナのインピーダンス特性も、通常のマイクロストリップアンテナと同様に並列共振特性となるので、実施の形態５の無線通信装置の等価回路は図６に示した回路と同様のものとなる。他の動作は、実施の形態１と同様である。
【００６０】
実施の形態５による無線通信装置では、共振方向の長さ寸法が実施の形態１における放射導体２の約半分の導体１０が用いられているので、実施の形態１のものに比べて放射導体２の共振方向の長さを半分にできるとともに、地導体１も小さくすることができる。この結果、無線通信装置の大きさを、実施の形態１の無線通信装置の約半分に小型化することができる。
【００６１】
なお、上記の説明においては、実施の形態５の無線通信装置として、実施の形態１の無線通信装置の放射導体２を放射導体１０に代えた構成を例に挙げて説明した。しかしながら、ショートパッチアンテナ方式の無線通信装置の構成は、この例に限定されるものではなく、実施の形態２〜４の無線通信装置の放射導体２を導体１０に代えた構成としてもよい。
【００６２】
以上のように、本実施の形態５においても、実施の形態１と同様に、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。つまり、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。また、実施の形態５においては、共振方向の長さ寸法が実施の形態１の放射導体２の約半分の導体１０を用いるようにしたので、実施の形態１のものに比べて放射導体の共振方向の長さを半分にできるとともに、地導体１も小さくすることができる。この結果、無線通信装置の大きさを、実施の形態１の無線通信装置の約半分に小型化することができる。
【００６３】
実施の形態６．
導体３ａと導体３ｂとの間のスロット（隙間）の長さをＬｓとすると、上記の実施の形態１〜５では、図６に示した等価回路におけるインダクタンスＬとキャパシタンスＣの所望の値を得るためには、導体３ａと導体３ｂとの間のスロットの長さＬｓ（あるいは、導体３ａ，３ｂの長さＬａ，Ｌｂ）を調節するとともに、容量性結合手段４ａおよび４ｂを設けることを必要としていた。一方、ＩＣの集積化技術により、図６のインダクタンスＬとキャパシタンスＣに相当する回路をＩＣチップ５の内部に作り込むことが可能である。
【００６４】
図１７は、この発明の実施の形態６に係わる無線通信装置としてのＲＦＩＤタグを示す構成説明図である。図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の矢印Ａから見た側面図である。図１７に示すように、実施の形態６の無線通信装置では、図１で示した容量性結合手段４ａおよび４ｂを除去し、ＩＣチップ５を導体３ａおよび３ｂに接続した構成となっている。
【００６５】
ここで、ＩＣチップ５は記憶、演算、送受信などの機能を有する集積回路であり、図６に示す回路のインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣからなる直列ＬＣ共振回路を含んだ構成となっている。
【００６６】
このような構成とすることで、ＩＣチップ５は直列ＬＣ共振回路を介して導体３ａ，３ｂに接続される。また、導体３ａ、地導体１、および、導体３ｂからなるループ構造に生じる磁界が、地導体１と放射導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界と磁気結合することは実施の形態１と同様である。したがって、実施の形態６の無線通信装置の等価回路は図６に示す回路と実質的に同様となる。
【００６７】
したがって、実施の形態６による無線通信装置においても、実施の形態１と同様に、任意の負荷インピーダンスに対して整合を取ることができる。つまり、ＩＣチップ５の入力インピーダンスに対して最適なインピーダンス整合を実現することができ、広帯域な無線通信装置を得ることができる。また、本実施の形態６においては、容量性結合手段４ａおよび４ｂを必要としないので、製造が容易となり、低コスト化を図ることができる。
【００６８】
なお、上記の無線通信装置ではＩＣチップ５の中にインダクタンスＬとキャパシタンスＣを構成したが、インダクタンスＬをＩＣチップ５の中に含まないで、導体３ａ，３ｂの長さＬａ，Ｌｂを調整することでインダクタンスＬを得るようにしても良い。この場合には、ＩＣチップ５の中に、図６に示す回路のキャパシタンスＣからなる直列キャパシタンス回路を含んだ構成となっている。
【００６９】
また、実施の形態６の無線通信装置は、実施の形態１の無線通信装置に適用された例に説明したが、この例に限定されるものではなく、実施の形態２〜５の無線通信装置に対して適用しても同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示した平面図および側面図である。
【図２】図１の構造から容量性結合手段およびＩＣチップを除いた構成を示した説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置のマイクロストリップアンテナの等価回路を示した説明図である。
【図４】図２の給電点Ｆから見たインピーダンス特性の一例を示すスミスチャート図である。
【図５】図１の構造からＩＣチップを除いた構成を示した説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の等価回路を示した説明図である。
【図７】図２の給電点Ｆから見たインピーダンス特性の一例を示すスミスチャート図である。
【図８】図２の給電点Ｆから見たインピーダンス特性の一例を示すスミスチャート図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成の変形例を示した平面図および側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成の変形例を示した部分平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成の変形例を示した部分平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示した平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示した平面図および側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示した平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置のマイクロストリップアンテナの等価回路を示した説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る無線通信装置の構成を示した平面図および側面図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係る無線通信装置の構成を示した平面図および側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  地導体、２  放射導体、３ａ，３ｂ  導体、４ａ，４ｂ  容量性結合手段、５  ＩＣチップ、６ａ，６ｂ  インターディジタルキャパシタ、７ａ，７ｂ  チップキャパシタ、８  環状導体、９  無給電素子、１０  導体、１１  短絡導体。
【図１】
2010136114.tif 000004
【図２】
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【図３】
2010136114.tif 000006
【図４】
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【図５】
2010136114.tif 000008
【図６】
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【図７】
2010136114.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010136114.tif 000019
【図１７】
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