(57)【要約】【課題】高い表面インピーダンスを有するシート状構造体とアンテナ導体の組み合わせからなるアンテナ装置であって薄型化の図られたアンテナ装置及びそれを用いたＲＦＩＤタグを提供すること。【解決手段】ＲＦＩＤタグは、アンテナ装置とＩＣ６０とを備えており、アンテナ装置は、高い表面インピーダンスを有するシート状構造体２０と、シート状構造体２０上に設けられたスペーサ３０と、スペーサ３０によりＰＥＴシート４０を介して支持されるアンテナ導体５０とを備えている。ここで、スペーサ３０の厚みのシート状構造体２０の厚みに対する比は０．５以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い表面インピーダンスを有するシート状構造体と、該シート状構造体上に設けられたスペーサと、該スペーサにより支持されるアンテナ導体とを備えるアンテナ装置において、
前記スペーサの厚みの前記シート状構造体の厚みに対する比が０．５以下である、アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナ装置において、トータルの厚みが０．００８波長以内であるアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置であって、トータルの厚みが２．５ｍｍ以下であるＵＨＦ帯用のアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３記載のアンテナ装置であって、サイズが８６ｘ５４ｍｍ以下であり、前記トータルの厚みが２ｍｍ以下のアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置であって、トータルの厚みが１ｍｍ以下の２．４ＧＨｚ帯用のアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記スペーサ上において前記アンテナ導体に接続されたＩＣを備えるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い表面インピーダンスを有するシート状構造体とそれを利用したアンテナ装置及びＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の機器の小型化により、例えば、グランドプレーン等の金属面とアンテナとの距離が短くなってきており、それによるアンテナ特性の劣化が懸念されている。また、ＲＦＩＤタグを金属面に貼付すると、ＲＦＩＤタグに含まれるアンテナの特性が著しく劣化し、ＲＦＩＤタグが適切に機能しなくなることも知られている。これらの問題は、いずれも金属面の表面インピーダンスが低いことに起因している。逆に、表面インピーダンスの高いものをアンテナ近傍に配置すると、その高い表面インピーダンスによりインピーダンス面に入射したエネルギーが同相反射され、アンテナ性能を向上させることが知られている。
【０００３】
高いインピーダンスを有するシート状構造体（ＥＢＧ（Electromagnetic BandGap）構造体ともいう）としては、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これに対して、アンテナ用途に限られない左手系媒質としてビアを不要としビア密度の縛りを超えたスケーラビリティを持たせてなるもの（例えば、特許文献２参照）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，５３８，６２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４５９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、シート状構造体とアンテナ導体の組み合わせからなるアンテナ装置であって薄型化の図られたアンテナ装置及びそれを用いたＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
アンテナ装置を薄型化するために、シート状構造体の単位セルを薄くしてしまうと、シート状構造体における同相反射特性が劣化してしまうため、シート状構造体を単純に薄くすることは好ましくない。
【０００７】
一方、シート状構造体とアンテナ導体との間の距離を短くする（即ち、シート状構造体とアンテナとの間に設けられたスペーサを薄くする）と、アンテナ導体とシート状構造体との間に相関が生じ、シート状構造体における損失がアンテナの損失に見えてくるため、スペーサを単純に薄くするのも好ましくないと考えられていた。
【０００８】
しかしながら、発明者らは、更に検討した結果、シート状構造体が同相反射周波数付近で一種のリークアンテナ状態になることを見出した。即ち、スペーサが薄くなると、スペーサ上に設けられたアンテナの機能は失われてくるが、一方で、シート状構造体自体はリークアンテナとしての一定の性能を有している。また、シート状構造体がリークアンテナとして機能している際、スペーサ上に設けられたアンテナ導体はシート状構造体の励振器として機能する。そのため、スペーサを薄くしたとしても、アンテナ性能の劣化はほぼ一定のレベルで飽和する。
【０００９】
従って、薄型のアンテナ装置を得るためには、スペーサを薄くする一方で、シート状構造体を厚くすることが有効である。本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下に示すアンテナ装置及びＲＦＩＤタグを提供する。
【００１０】
即ち、本発明によれば、第１のアンテナ装置として、
高い表面インピーダンスを有するシート状構造体と、該シート状構造体上に設けられたスペーサと、該スペーサにより支持されるアンテナ導体とを備えるアンテナ装置において、
前記スペーサの厚みの前記シート状構造体の厚みに対する比が０．５以下である、アンテナ装置が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、第２のアンテナ装置として、第１のアンテナ装置において、トータルの厚みが０．００８波長以内であるアンテナ装置が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、第３のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置において、トータルの厚みが２．５ｍｍ以下であるＵＨＦ帯用のアンテナ装置が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、第４のアンテナ装置として、第３のアンテナ装置において、サイズが８６ｘ５４ｍｍ以下であり、前記トータルの厚みが２ｍｍ以下のアンテナ装置が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、第５のアンテナ装置として、第１又は第２のアンテナ装置において、トータルの厚みが１ｍｍ以下の２．４ＧＨｚ帯用のアンテナ装置が得られる。
【００１５】
更に、本発明によれば、第１乃至第５のアンテナ装置のいずれかと、前記スペーサ上において前記アンテナ導体に接続されたＩＣを備えるＲＦＩＤタグが得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スペーサとシート状構造体との厚みの比を適切な値とすることにより、アンテナ装置の特性劣化を抑えつつアンテナ装置の薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグを概略的に示す上面図である。
【図２】図１のＲＦＩＤタグを示す断面図である。
【図３】図１のＲＦＩＤタグに含まれるシート状構造体の単位セルを示す斜視図である。なお、図３においては、誘電体は省略されている。
【図４】図１のＲＦＩＤタグにおけるアンテナ導体等とシート状構造体との関係を示す斜視図である。
【図５】他のシート状構造体の単位セルの例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグは、図１及び図２に示されるように、絶縁シート１０、絶縁シート１０上に設けられたシート状構造体（ＥＢＧ構造体）２０と、シート状構造体２０上に設けられたスペーサ３０と、スペーサ３０上に設けられたＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）シート４０と、ＰＥＴシート４０上に設けられたアンテナ導体５０と、アンテナ導体５０に接続されたＩＣ６０とを備えている。即ち、本実施の形態によるＲＦＩＤタグは、本実施の形態によるアンテナ装置とＩＣ６０からなるものである。
【００１９】
絶縁シート１０は、ＲＦＩＤタグが金属面上に貼付された際にシート状構造体２０と金属面との絶縁を図るためのものである。この絶縁シート１０は、実際のＲＦＩＤタグではのり層の付いたシートであり、ＲＦＩＤタグを金属に付けるために用いる。この実施例では、試作のため、のり層を省略して、絶縁シートとしている。
【００２０】
シート状構造体２０は、図３に示されるような単位セルをＸ方向及びＹ方向に並べてなる構造を備えている（図４参照）。即ち、シート状構造体２０は、単位構造を周期的に並べてなる構造を備えている。詳しくは、単位セルは、グランド導体２１と、パッチ導体２２と、グランド導体２１及びパッチ導体２２を接続するビア導体２３と、グランド導体２１及びパッチ導体２２間に設けられた誘電体（図示せず）と、その誘電体中において電気的に浮遊するように設けられた浮遊キャパシタ導体２４とを備えている。グランド導体２１は、隣接する単位セルのグランド導体２１と接続されている。即ち、グランド導体２１は、シート状構造体２０の底面に設けられたベタ導体である。各パッチ導体２２は、隣接する単位セルのパッチ導体２２とは互いに絶縁されている。浮遊キャパシタ導体２４は、Ｘ方向において隣接するパッチ導体２２間のキャパシタンスを増やす役割を果たすものである。各浮遊キャパシタ導体２４は、Ｙ方向において隣接する単位セルの浮遊キャパシタ導体２４とは互いに絶縁されているが、Ｘ方向において隣接する単位セルの浮遊キャパシタ導体２４とは接続されている。即ち、各浮遊キャパシタ導体２４は、Ｘ方向において隣接する２つの単位セルを跨ぐようにして設けられている。本実施の形態においては、浮遊キャパシタ導体２４の上下において互いに異なる誘電体が充填されている。これらの誘電体は、例えば樹脂や基板材料などからなるものであってもよい。
【００２１】
本実施の形態におけるアンテナ導体５０は、ＰＥＴシート４０上に形成されたアルミ箔からなるものであり、図４に示されるように、Ｘ方向に延びる形状を有している。即ち、アンテナ導体５０の長手方向（アンテナの放射電界ベクトルの方向）は、浮遊キャパシタ導体２４が隣接セルの浮遊キャパシタ導体２４とつながっている方向と一致している。
【００２２】
本実施の形態においては、スペーサ３０の厚みＴ１のシート状構造体２０の厚みＴ２に対する比Ｔ１／Ｔ２が０．５以下になるように設計される。シート状構造体は薄くすると放射特性が劣化するので、薄いタグにおいては、シート状構造体を薄くせずに、スペーサを薄くした方がよく、比Ｔ１／Ｔ２は０．５以下とするのが良い。特に、ＲＦＩＤタグのトータル厚みが使用波長の０．００８倍以下（即ち、使用周波数が９５３ＭＨｚである場合にはトータル厚みが２．５ｍｍ以下、また使用周波数が２．４ＧＨｚの場合にはトータル厚みが１ｍｍ以下）である場合に、上記の比Ｔ１／Ｔ２を０．５以下とすると良好なアンテナ特性を得ることができる。
【００２３】
市場ニーズを考慮したＲＦＩＤタグとしては、例えば、カードサイズが８６ｍｍ×５４ｍｍであり且つ厚みが１ｍｍである金属対応タグが挙げられる。これに対応する本実施の形態によるＲＦＩＤタグの例としては、例えば、絶縁シート１０の厚みが０．１ｍｍであり、シート状構造体２０の厚みが０．６ｍｍであり、スペーサ３０の厚みが０．２ｍｍであり、ＰＥＴシート４０の厚みが０．０５ｍｍであり、ＲＦＩＤタグのトータル厚みが約０．９５ｍｍであるものが挙げられる。ここで、シート状構造体２０に含まれるグランド導体２１、パッチ導体２２、浮遊キャパシタ導体２４は、いずれも銅箔からなる厚み１８μｍのものであり、シート状構造体２０におけるグランド導体２１と浮遊キャパシタ導体２４との間には厚み０．５ｍｍ且つ比誘電率３．４の誘電体が充填され、浮遊キャパシタ導体２４とパッチ導体２２との間には厚み０．０５ｍｍ且つ比誘電率３．３５の誘電体が充填されている。この例では、比Ｔ１／Ｔ２が１／３であり、０．５以下となっている。このように設計することにより、薄くとも通信距離の長い金属対応タグを構成することができる。
【００２４】
本実施の形態によるＲＦＩＤタグの効果を検証すべく、シミュレーションを行った。具体的には、ＲＦＩＤタグのトータル厚みを０．９５ｍｍとし、スペーサ３０のシート状構造体２０に対する比Ｔ１／Ｔ２を変化させつつＲＦＩＤタグの通信距離の変化を算出した。その結果、比Ｔ１／Ｔ２が０．５以下である場合にはＲＦＩＤタグの通信距離が４ｍ以上であったが、比Ｔ１／Ｔ２が０．５を超えていた場合にはＲＦＩＤタグの通信距離が４ｍに満たなかった。このことから、ＲＦＩＤタグの厚みが限られている場合には、スペーサ３０のシート状構造体２０に対する比Ｔ１／Ｔ２を０．５以下とするのが有効であることが理解される。
【００２５】
以上、本発明について具体的な例を掲げて説明してきたが、本発明はこれに制限されるものではなく様々な応用変形が可能である。例えば、上述した実施の形態においては、一方向性の単位セル（図３参照）を有するシート状構造体２０を用いていたが、シート状構造体は、例えば、図５に示されるような二方向性の単位セルをＸ方向及びＹ方向に並べてなるものであってもよいし、特許文献２に開示されたシート状構造体のようにビア導体を有さないものであってもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０        絶縁シート
２０        シート状構造体（ＥＢＧ構造体）
２１        グランド導体
２２        パッチ導体
２３        ビア導体
２４，２４’        浮遊キャパシタ導体
３０        スペーサ
４０        ＰＥＴシート
５０        アンテナ導体
６０        ＩＣ
【図１】
2010183545.tif 000003
【図２】
2010183545.tif 000004
【図３】
2010183545.tif 000005
【図４】
2010183545.tif 000006
【図５】
2010183545.tif 000007