(57)【要約】  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。  第１の導体（地導体１）と、第１の導体１とほぼ平行に配置された第２の導体２と、第２の導体２に形成された穴（スロット３）と、穴に近接配置さ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通信回路（ＩＣチップ５）とを備えている。通信回路は、第２の導体２と穴との境界線の近傍の導体上の２つの部位間に、容量性結合手段４ａ、４ｂを介して接続されている。
2010050278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導体と、
前記第１の導体とほぼ平行に配置された第２の導体と、
前記第２の導体に形成された穴と、
前記穴に近接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通信回路とを備え、
前記通信回路は、前記第２の導体と前記穴との境界線の近傍の導体上の２つの部位間に、前記容量性結合手段を介して接続されたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記穴は、スロット線路により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記容量性結合手段を介して前記通信回路を接続する前記２つの部位は、前記スロット線路をまたぐように選択されたことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記容量性結合手段は、前記通信回路の端子に接続された第３の導体を含み、
前記容量性結合手段は、前記第２の導体を前記第３の導体と容量結合させることにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記容量性結合手段は、インターディジタルキャパシタにより構成された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６】
前記容量性結合手段は、チップキャパシタにより構成された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７】
前記第２の導体と磁界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備え、
前記無給電素子は、前記無線通信装置の動作周波数帯の範囲内または近傍で共振する電気長を有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項８】
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に接続された第４の導体を備え、
前記第２の導体は、共振方向の長さがほぼ半分に構成されるとともに、前記第２の導体の前記一端は、前記第４の導体を介して前記第１の導体に短絡接続されたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記容量性結合手段は、前記通信回路内の直列キャパシタンス回路により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記容量性結合手段は、前記通信回路内の直列ＬＣ回路により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記スロット線路は、少なくとも１つの折り返しスロット部を有し、
前記折り返しスロット部は、互いに影響する距離範囲内で離間された２地点に互いに平行に設けられた対向スロットを含むことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記対向スロットの距離は、使用周波数の中心周波数に対する波長の０．０５倍以下に設定されたことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
第１の導体と、
前記第１の導体とほぼ平行に配置された第２の導体と、
前記第２の導体に形成された穴と、
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通信回路とを備え、
前記通信回路は、前記第２の導体と前記穴との境界線の近傍の導体上の２つの部位間に接続されたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１４】
前記穴は、スロット線路により形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記第２の導体と磁界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備え、
前記無給電素子は、前記無線通信装置の動作周波数帯の範囲内または近傍で共振する電気長を有することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
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に接続された第４の導体を備え、
前記第２の導体は、共振方向の長さがほぼ半分に構成されるとともに、前記第２の導体の前記一端は、前記第４の導体を介して前記第１の導体に短絡接続されたことを特徴とする請求項１３から請求項１５までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記スロット線路は、少なくとも１つの折り返しスロット部を有し、
前記折り返しスロット部は、互いに影響する距離範囲内で離間された２地点に互いに平行に設けられた対向スロットを含むことを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記対向スロットの距離は、使用周波数の中心周波数に対する波長の０．０５倍以下に設定されたことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信装置に関し、より詳細には放射電磁界を使用するＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：電波による個体識別）タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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（または「誘導電磁界方式」）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。したがって、ＲＦＩＤタグは、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。【０００３】
このとき、ダイポールアンテナを用いた従来のＲＦＩＤタグにおいては、金属物に貼り付けられたり、金属物の近傍に設置されたりした場合に、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ある。そこで、ＲＦＩＤタグが金属物に取り付けられても、性能の劣化を抑制することのできるＲＦＩＤタグの実現が要求されている。【０００４】
上記要求に鑑み、従来から、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チップを実装し、導電性物体や非導電性物体に関わらず設置可能なＲＦＩＤタグが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。【０００５】
上記特許文献１に記載のＲＦＩＤタグを用いたアンテナにおいては、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ので、動作周波数帯は狭帯域である。【０００６】
なお、現在のところ、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムは、日本では「９５２−９５４ＭＨｚ」が使用され、米国では「９０２−９２８ＭＨｚ」が使用され、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の無線通信装置は、たとえば特許文献１に記載のＲＦＩＤタグを用いたアンテナの場合、動作周波数帯は狭帯域であることから、ＲＦＩＤシステムの利用者が、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課題があった。【０００９】
また、従来の狭帯域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ので、ＲＦＩＤのリーダライタとの通信距離が短くなるという課題があった。【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＲＦＩＤタグに使用されるアンテナの動作周波数を広帯域化して、地域によらず共通に使用することのできるＲＦＩＤタグを得るとともに、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、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する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る無線通信装置は、第１の導体と、第１の導体とほぼ平行に配置された第２の導体と、第２の導体に形成された穴と、穴に近接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通信回路とを備え、通信回路は、第２の導体と穴との境界線の近傍の導体上の２つの部位間に、容量性結合手段を介して接続されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施例１に係る無線通信装置を示す平面図および断面図である。（実施例１）
【図２】この発明の実施例１が適用されるマイクロストリップアンテナを示す平面図および断面図である。（実施例１）
【図３】図２のマイクロストリップアンテナの等価回路図である。（実施例１）
【図４】この発明の実施例１によるスロット長さに応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図である。（実施例１）
【図５】この発明の実施例１による動作を説明するための等価回路図である。（実施例１）
【図６】この発明の実施例１による動作を説明するためのマイクロストリップアンテナとスロットとの結合度を説明するための平面図である。（実施例１）
【図７】この発明の実施例１による磁界結合長さに応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図である。（実施例１）
【図８】この発明の実施例１によるオフセット間隔に応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図である。（実施例１）
【図９】この発明の実施例１に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図である。（実施例１）
【図１０】この発明の実施例１に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図である。（実施例１）
【図１１】この発明の実施例１によるスロットの他の構成例を示す平面図である。（実施例１）
【図１２】この発明の実施例２に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例２）
【図１３】この発明の実施例２による動作を説明するためのある瞬間におけるスロット上の磁流の向きを示す平面図である。（実施例２）
【図１４】この発明の実施例２によるスロット形状に応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図である。
【図１５】この発明の実施例３に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例３）
【図１６】この発明の実施例３に係る無線通信装置の具体的構成例を示す拡大平面図である。（実施例３）
【図１７】この発明の実施例３に係る無線通信装置の他の具体的構成例を示す拡大平面図である。（実施例３）
【図１８】この発明の実施例４に係る無線通信装置を示す断面図である。（実施例４）
【図１９】この発明の実施例５に係る無線通信装置を示す断面図である。（実施例５）
【図２０】この発明の実施例６に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例６）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施例１）
図１はこの発明の実施例１に係る無線通信装置を示す平面図および断面図であり、無線通信装置として機能するＲＦＩＤタグの構成を示している。
図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）内のＧ−Ｇ’線に沿う断面図である。
【００１５】
図１において、ＲＦＩＤタグは、地導体１と、放射導体（以下、単に「導体」という）２と、スロット線路（以下、単に「スロット」という）３と、容量性結合手段４ａ、４ｂと、ＩＣチップ５とを備えている。
地導体１は、有限の大きさからなる導体であり、たとえば図１（ａ）に示すように矩形形状を有している。導体２は、板状の導体であり、地導体１と同様に、たとえば矩形形状を有している。
【００１６】
導体２は、地導体１に対して、間隔をおいてほぼ平行に配置され、地導体１と合わせてマイクロストリップアンテナを構成している。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。なお、導体２の形状は、所定の動作周波数に対して共振する大きさであれば、矩形に限らず、自由に選定することが可能である。
【００１７】
導体２には、導体２の一部の導体を除去することにより構成されたスロット３が設けられている。スロット３の形状は、たとえば図１（ａ）に示すように「逆コの字型」である。
【００１８】
容量性結合手段４ａ、４ｂは、たとえば矩形形状を有する板状の導体であり、図１（ｂ）に示すように、導体２に対して、間隔ｄをおいてほぼ平行に配置されている。なお、容量性結合手段４ａ、４ｂの形状は、導体２に対して所定の容量性結合が得られれば、矩形に限らず、円形や三角形などの自由な形状を選定することが可能である。
容量性結合手段４ａ、４ｂは、スロット３を介して、個別に対向配置されている。
【００１９】
ＩＣチップ５は、記憶、演算および送受信などの機能を有する集積回路であり、容量性結合手段４ａ、４ｂがスロット３をまたぐように、容量性結合手段４ａ、４ｂの相互間に挿入配置されており、容量性結合手段４ａ、４ｂに接続されている。
【００２０】
図１の構成により、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナによる受信電波の電力は、容量性結合手段４ａ、４ｂ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。
【００２１】
次に、図１に示したこの発明の実施例１に係るＲＦＩＤタグの動作および効果について、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、アンテナの送信時および受信時の動作は同じなので、以下においては、ＩＣチップ５が接続される位置に電圧が供給された場合について説明する。
【００２２】
まず、スロット３の動作について説明するために、地導体１、導体２およびスロット３からなる構造について考える。
図２は図１内の容量性結合手段４ａ、４ｂおよびＩＣチップ５を除去した構造を示しており、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。
図２においては、スロット３の中央からスロット３の片側の端までのスロット長さＬｓと、スロット３に電圧が印加される給電点Ｆとが示されている。
【００２３】
スロット３に印加される電圧によってスロット３が励振されると、スロット３に磁界が生じ、この磁界は、地導体１および導体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界結合する。
この結果、スロット３により、地導体１と導体２からなるマイクロストリップアンテナが励振される。
【００２４】
このようなスロット励振マイクロストリップアンテナの等価回路は、公知文献（たとえば、Ａｐｉｓａｋ  Ｉｔｔｉｐｉｂｏｏｎ，ｅｔ  ａｌ．，「Ａ  Ｍｏｄａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｎ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  Ａｎｔｅｎｎａ」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔ．，ｖｏｌ．３９，ｎｏ．１１，ｐｐ．１５６７−１５７４，１９９１年）に示されている。
【００２５】
図３（ａ）は上記公知文献に記載の等価回路図であり、変圧器（巻数比が「１：Ｎ」）を用いて表している。
図３（ａ）においては、給電点Ｆ（図２）からみた入力インピーダンスＺｉｎと、地導体１および導体２（図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Ｚａと、スロット３によって得られるインダクタンスＬとが示されている。
【００２６】
図３（ａ）において、変圧器の２次側のインピーダンスを１次側に変換すると、図３（ａ）の回路は、図３（ｂ）の等価回路のように変形される。
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（＝Ｎ＾２・Ｚａ）に対して、直列にインダクタンスＬが接続された回路構成となる。
【００２７】
図４はスロット長さＬｓに応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図であり、給電点Ｆ（図２）から見たインピーダンス特性の変化の一例を示している。
図４において、図４（ａ）は、Ｌｓ＝０．０７λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ０７λ（Ｌｓ）、図４（ｂ）は、Ｌｓ＝０．０９λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ０９λ（Ｌｓ）、図４（ｃ）は、Ｌｓ＝０．１１λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ１１λ（Ｌｓ）、をそれぞれ示している。なお、λは無線通信装置の動作周波数（使用周波数）の中心周波数に対する自由空間波長である。
【００２８】
図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｃ）を比較すると、スロット長さＬｓが長くなるにしたがって、インピーダンス軌跡Ｚ０７λ（Ｌｓ）、Ｚ０９λ（Ｌｓ）、Ｚ１１λ（Ｌｓ）が誘導性リアクタンス側に移動している。
すなわち、スロット３は、地導体１および導体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分かる。
【００２９】
次に、容量性結合手段４ａ、４ｂの動作について説明する。
容量性結合手段４ａ、４ｂは、導体２に対して、間隔ｄをおいてほぼ平行に配置されていることから、容量性結合手段４ａ、４ｂが対向する部分においては、平行平板コンデンサが形成され、高周波的に互いに容量結合する。
【００３０】
また、容量性結合手段４ａ、４ｂは、スロット３をまたぐように配置されているので、スロット３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。容量性結合手段４ａ、４ｂのキャパシタンスＣは、静電容量として算出する場合、以下の式（１）に示すような関係となる。
【００３１】
【数１】
2010050278.tif 000003
【００３２】
ただし、式（１）において、Ｓは、容量性結合手段４ａまたは容量性結合手段４ｂの導体２に対する対向箇所の面積である。
また、ｄは、容量性結合手段４ａまたは容量性結合手段４ｂと導体２との間の間隔であり、εは、容量性結合手段４ａまたは容量性結合手段４ｂと導体２との間の誘電率である。
【００３３】
以上のことから、図１に示したこの発明の実施例１に係る無線通信装置の動作は、図５の等価回路図に基づいて説明される。
図５においては、前述（図３（ｂ））の回路に、容量性結合手段４ａ、４ｂによって得られるキャパシタンスＣが追加されている。すなわち、図５の回路は、インダクタンスＬに対して直列にキャパシタンスＣが追加された構成となる。
【００３４】
したがって、この発明の実施例１に係る無線通信装置は、並列共振特性を有する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ことから、動作周波数帯域が広帯域化されることが分かる。
【００３５】
次に、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナと、スロット３との結合度の調整方法について述べる。
マイクロストリップアンテナとスロット３との結合度は、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。
【００３６】
図６はマイクロストリップアンテナとスロット３との結合度を説明するための平面図であり、ある瞬間におけるスロット３上を流れる磁流と、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界の向き（破線矢印Ｂ）とを示している。
【００３７】
図６において、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナとスロット３の磁界結合は、内部磁界の向き（破線矢印Ｂ）と平行な破線矢印Ａに該当する部分（長さＷｓ）で生じ、内部磁界の向きに直交する方向では結合しない。以下、磁界結合を生じさせる部分の長さＷｓを「磁界結合長さ」という。
したがって、図６内の磁界結合長さＷｓを変えることによって、結合度を変化させることができる。
【００３８】
図７は磁界結合長さＷｓに応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図であり、スロット長さＬｓ（図２）を０．１１λに固定して磁界結合長さＷｓを変化させた場合における、給電点Ｆ（図２）から見たインピーダンス特性の変化の一例を示している。
【００３９】
図７において、図７（ａ）は、Ｗｓ＝０．０２１λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ２１λ（Ｗｓ）、図７（ｂ）は、Ｗｓ＝０．０３６λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ３６λ（Ｗｓ）、図７（ｃ）は、Ｗｓ＝０．０５１λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ５１λ（Ｗｓ）、をそれぞれ示している。
【００４０】
図７（ａ）、図７（ｂ）および図７（ｃ）を比較すると、磁界結合長さＷｓ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」が大きくなっていることが分かる。
【００４１】
また、一般に、マイクロストリップアンテナの内部磁界は、放射素子の共振方向の中央において最大となることが知られている。
図６において、導体２の中心を原点Ｏとし、導体２の表面をｘ−ｙ平面とし、導体２の共振方向をｘ軸とし、共振方向に直交する軸をｙ軸とすると、マイクロストリップアンテナの基本モード（ＴＭ10モード）における内部磁界Ｈｙは、以下の式（２）で与えられる。
【００４２】
【数２】
2010050278.tif 000004
【００４３】
ただし、式（２）において、ａは導体２の共振方向の長さ、ωは角周波数、εは地導体１と導体２との間の誘電率、ｋは誘電体中の波数、Ｖｏは導体２の端における電圧である。
したがって、図６内の破線矢印Ａに該当する部分と導体２の共振方向の中央部（原点Ｏ）とのオフセット間隔Ｄが小さいほど、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界とスロット３との磁界結合は強くなると考えることができる。
【００４４】
図８はオフセット間隔Ｄに応じたインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図であり、スロット長さＬｓ（図２）を０．１１λに固定し、磁界結合長さＷｓ（図６）を０．０２１λに固定して、オフセット間隔Ｄを変化させた場合における、給電点Ｆ（図２）から見たインピーダンス特性の変化の一例を示している。
【００４５】
図８において、図８（ａ）は、Ｄ＝０．１２７λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ１２７λ（Ｄ）、図８（ｂ）は、Ｄ＝０．１１２λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ１１２λ（Ｄ）、図８（ｃ）は、Ｄ＝０．０９７λの場合のインピーダンス軌跡Ｚ０９７λ（Ｄ）、をそれぞれ示している。
【００４６】
図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）を比較すると、オフセット間隔Ｄが小さくなるほど、スミスチャート上のインピーダンス軌跡の「ねじれ」が大きくなっていることが分かる。
【００４７】
以上のように、図５に示したこの発明の実施例１の等価回路において、インダクタンスＬは、スロット長さＬｓ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、４ｂによって調整される。
また、スロット３とマイクロストリップアンテナとの結合度は、スロット３の磁界結合長さＷｓ、またはスロット３のオフセット間隔Ｄによって調整することができる。
【００４８】
これらのインダクタンスＬ、キャパシタンスＣおよび結合度は、独立した調整が可能であることから、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。
【００４９】
なお、図１においては、容量性結合手段４ａ、４ｂがスロット３の中央位置をまたぐ構成としたが、容量性結合手段４ａ、４ｂがスロット３をまたぐ位置は、スロット３の中央に限られることはない。
たとえば図９に示すように、スロット３の中央からずらした位置に容量性結合手段４ａ、４ｂを配置してもよい。
【００５０】
また、図１においては、スロット３を「逆コの字型」に形成したが、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナとスロット３との間に適切な磁界結合が得られれば、スロット３の向きを変えてもよい。
たとえば図１０のように、スロット３を「上向きコの字型」に形成しても、内部磁界の向きに対して平行となるスロット３の一部分において磁界結合されるので、前述と同様の作用効果を奏することができる。
【００５１】
また、図１においては、容量性結合手段４ａ、４ｂおよびＩＣチップ５を、導体２の上方に配置したが、地導体１と導体２の間に配置してもよい。
この場合、ＩＣチップ５を外界から保護することができるとともに、不要な突出構造を回避することができ、外観を向上させることができる。
【００５２】
また、スロット３の形状は、図１に示した「逆コの字型」に限らず、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナとスロット３との間に適切な磁界結合が得られれば、適切な形状を適宜選ぶことが可能である。
たとえば図１１（ａ）〜図１１（ｆ）に示すように、スロット３の形状は、線状、円形、三角形、または、円形と線状との複合形状など、種々の形状が選択可能である。また、スロット３を非対称形状に形成してもよく、矩形状の場合に角に丸みを持たせた形状に形成してもよい。
【００５３】
なお、上記実施例１（図１）では、地導体１、導体２および容量性結合手段４ａ、４ｂの支持関係を特に示していないが、地導体１、導体２および容量性結合手段４ａ、４ｂのそれぞれの間（または、周囲）に誘電体（図示せず）を介在（充填）させ、誘電体を介して、地導体１から導体２が支持され、導体２から容量性結合手段４ａ、４ｂが支持されていてもよい。
この場合、地導体１、導体２および容量性結合手段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、各箇所で異なる値に設定されてもよい。
【００５４】
さらに、容量性結合手段４ａ、４ｂをフィルム基板などに構成して、導体２に貼付することもできる。
また、誘電体を用いる場合、誘電体多層基板に導体パターンをエッチングする方法、樹脂成形品と板金と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適用して、容易に無線通信装置を製造することができる。
【００５５】
以上のように、この発明の実施例１（図１）によれば、地導体（第１の導体）１と、地導体１とほぼ平行に配置された導体（第２の導体）２と、導体２に形成されたスロット（穴）３と、スロット３に近接配置さ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ＩＣチップ（通信回路）５とを備えており、ＩＣチップ５は、導体２とスロット３との境界線の近傍の導体２上の２つの部位間に、容量性結合手段４ａ、４ｂを介して接続されている。
【００５６】
また、容量性結合手段４ａ、４ｂを介してＩＣチップ５を接続する２つの部位は、スロット３をまたぐように選択されている。
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。
【００５７】
（実施例２）
なお、上記実施例１（図１）では、導体２のスロット３の形状を任意としたが、図１２に示すように、工夫した形状のスロット３Ａを用いることにより、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナと、スロット３Ａとの結合度の調整が可能となり、設計の自由度を高めることができる。
図１２はこの発明の実施例２に係る無線通信装置を構成するＲＦＩＤタグを示す平面図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００５８】
図１２において、前述の実施例１との相違点は、スロット３Ａの２箇所（少なくとも１箇所）に折り返しスロット部を形成し、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界の向き（破線矢印Ｂ）に対してほぼ平行となる部分が生じるようにした点にある。
各折り返しスロット部は、互いに影響する距離範囲内で離間された２地点に互いに平行に設けられた対向スロットを含む。
【００５９】
図１２のように形成されたスロット３Ａの場合、ある瞬間にスロット３Ａ上を流れる磁流の向きは、図１３内の破線矢印Ｅ〜Ｅ’のように表され、スロット３Ａにおいて、ほぼ平行となる対向スロット部分を流れる磁流Ｅと磁流Ｅ’とは、互いに逆向きとなる。この結果、図１３の破線矢印Ｅに該当する部分で生じる磁界結合と、破線矢印Ｅ’で生じる磁界結合とは、互いに打ち消しあう効果を生じるので、図１２の無線通信装置における結合度は、実施例１（図１）の場合よりも小さくなる。
【００６０】
この効果は、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの無負荷Ｑが高い場合に特に有効である。
一方、スミスチャート上のマイクロストリップアンテナのインピーダンス軌跡における「ねじれ」の大きさは、マイクロストリップアンテナの入力抵抗と関連し、一般に、入力抵抗が大きいほど「れじれ」は大きくなる。
【００６１】
また、入力抵抗と無負荷Ｑとは比例関係にあり、無負荷Ｑが高いほど入力抵抗が大きくなるので、無負荷Ｑが高いほど「ねじれ」が大きくなる。したがって、最適なインピーダンス整合を実現するためには、マイクロストリップアンテナとスロット３Ａとの結合度を小さくして、「ねじれ」を小さくする必要がある。
【００６２】
しかし、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナを小型化および薄型化した場合には、スロット３のオフセット間隔Ｄ（図８参照）を可能な限り大きくして、磁界結合長さＷｓを可能な限り小さくしても、結合度を十分に小さく設定することができない場合がある。
これに対し、実施例２に係る無線通信装置では、スロット３Ａのほぼ平行となる部分（対向スロット）の間隔Ｇａを第３のパラメータとして、結合度の調整を行うことができる。
【００６３】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）はインピーダンス特性の違いを示すスミスチャート図であり、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの無負荷Ｑが１００程度となる設定仕様において、スロット３Ａの形状を変えた場合の変化の一例を示している。
【００６４】
図１４（ａ）においては、実施例１（図１）のスロット形状（折り返しスロット部が形成されていない）の場合に、磁界結合長さＷｓを０．０４９λに設定したときのインピーダンス軌跡Ｚ０４９λ（Ｗｓ）を示している。また、図１４（ｂ）においては、実施例１（図１）のスロット形状の場合に、磁界結合長さＷｓを０．００６λに設定したときのインピーダンス軌跡Ｚ００６λ（Ｗｓ）を示している。
【００６５】
一方、図１４（ｃ）においては、実施例２（図１２）のスロット形状の場合に、磁界結合長さＷｓを０．０４９λに設定し、かつ、間隔Ｇａを０．０１２λに設定したときのインピーダンス軌跡Ｚ０１２λ（Ｇａ）を示している。
なお、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）においては、いずれの場合も、オフセット間隔Ｄは０．１０６λに設定されており、スロット３Ａの全長は同一であるものとする。
【００６６】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）を比較すると、図１４（ａ）→図１４（ｂ）のように、磁界結合長さＷｓを小さくした場合でも、スミスチャート上のインピーダンス軌跡の「ねじれ」を小さくすることが可能なことが分かる。しかし、磁界結合長さＷｓを小さくしたのみでは十分ではなく、図１２、図１３のように折り返しスロット部を設けたスロット３Ａとする方が、図１４（ａ）→図１４（ｃ）のように、より効果的に「ねじれ」を小さくできることが分かる。実用上、ＩＣチップ５を実装するスペースを確保するためには、磁界結合長さＷｓを或る程度以上の長さに設定することが必要な点も考慮すると、実施例２によるスロット３Ａの形状が結合度調整に好適であると言える。
【００６７】
以上のように、この発明の実施例２（図１２、図１３）に係る無線通信装置によれば、スロット３Ａは、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの内部磁界の向き（破線矢印Ｂ）と平行な部分に対してほぼ平行になるように、その一部に折り返しスロット部を有している。
【００６８】
これにより、スロット３Ａのほぼ平行となっている部分の間隔Ｇａを適切に選定することによって、マイクロストリップアンテナの無負荷Ｑが高い場合においても最適な結合度を得ることができ、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るので、広帯域な無線通信装置を得られる。
【００６９】
なお、間隔Ｇａは、スロット３Ａのマイクロストリップアンテナの内部磁界（破線矢印Ｂ）と平行な部分の各々が、互いに影響する距離範囲内（たとえば、使用周波数の中心周波数に対する波長λに対して、０．０５λ以下）となるように選定されている。好ましくは、間隔Ｇａは、０．０１λ程度まで小さく設定されていて、スロット３Ａのオフセット量Ｄ（図６参照）を調整することによって結合度を最適化することが望ましい。
【００７０】
（実施例３）
なお、上記実施例１、２（図１、図１２）では、容量性結合手段４ａ、４ｂを、導体２のスロット３に対して積層構造により形成したが、図１５のように、スロット３Ｂと同一の平面上に形成してもよい。
図１５はこの発明の実施例３に係る無線通信装置を構成するＲＦＩＤタグを示す平面図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００７１】
図１５において、前述の実施例１、２との相違点は、容量性結合手段４Ａ、４Ｂをスロット３Ｂと共通平面に設けた点にある。
この場合、容量性結合手段４Ａ、４Ｂは、それぞれ第３の導体からなり、容量性結合手段４Ａは、スロット３Ｂの一辺に近接するように配置され、容量性結合手段４Ｂは、スロット３Ｂの他辺に近接するように配置されている。
また、容量性結合手段４Ａ、４Ｂは、スロット３Ｂの辺に対して、容量結合するように構成されており、たとえば線状の導体からなる。
【００７２】
さらに、結合容量を大きく確保するために、容量性結合手段４Ａ、４Ｂとして、線状の導体に代えて、たとえば図１６に示すように、インターディジタルキャパシタ６ａ、６ｂが用いられてもよい。
図１６において、インターディジタルキャパシタ６ａ、６ｂは、容量性結合手段４Ａ、４Ｂの櫛歯状の各辺と、容量性結合手段４Ａ、４Ｂに対向するスロット３Ｂの櫛歯状の各辺とにより構成されている。
【００７３】
図１５または図１６のように構成しても、前述と同様に、容量性結合手段４Ａ、４Ｂによって直列のキャパシタンスＣが形成される。
また、図１５、図１６において、他の構成および動作については、前述の実施例１と同様なので、実施例３に係る無線通信装置の等価回路は、図５で示した回路と実質的に同様のものとなる。
【００７４】
したがって、図１５または図１６に示した実施例３に係る無線通信装置においても、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、容量性結合手段４Ａ、４Ｂは、誘電体基板に導体パターンをエッチングする方法などにより、導体２と同時に製造できるため製造が容易となる。
【００７５】
また、インターディジタルキャパシタ６ａ、６ｂ（図１６）に代えて、図１７に示すように、容量性結合手段４ａ、４ｂを、チップキャパシタ（コンデンサ）７ａ、７ｂおよび第３の導体８ａ、８ｂで構成してもよい。
図１７において、チップキャパシタ７ａ、７ｂの各一端は、スロット３Ｃの各内端に接続され、チップキャパシタ７ａ、７ｂの各他端は、第３の導体８ａ、８ｂを介してＩＣチップ５に接続されている。
【００７６】
図１７のように構成しても、前述の実施例１と同様の作用効果を奏することができるうえ、ＩＣチップ５を実装する際に、同時にチップキャパシタ７ａ、７ｂを実装することもできるので、製造が容易である。
【００７７】
以上のように、この発明の実施例３に係る無線通信装置によれば、容量性結合手段４Ａ、４Ｂが、ＩＣチップ（通信回路）５の端子に接続された第３の導体を含み、容量性結合手段４Ａ、４Ｂは、導体２（スロット３Ｂの各辺）を第３の導体と容量結合させることにより構成されている。
【００７８】
また、図１６のように、容量性結合手段４Ａ、４Ｂは、第３の導体からなり、スロット３Ｂとともにインターディジタルキャパシタ６ａ、６ｂにより構成されている。
または、図１７のように、容量性結合手段は、チップキャパシタ７ａ、７ｂおよび第３の導体８ａ、８ｂにより構成されている。
【００７９】
これにより、前述と同様に、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、スロット３Ｂと同一平面に形成された容量性結合手段４Ａ、４Ｂは、誘電体基板に導体パターンをエッチングする方法などにより、導体２と同時に製造できるため製造が容易となる。
【００８０】
（実施例４）
なお、上記実施例１〜３では、特に言及しなかったが、図１８のように、導体２と磁界結合して複共振を生じる位置に無給電素子９を追加配置してもよい。
図１８はこの発明の実施例４に係る無線通信装置を構成するＲＦＩＤタグを示す断面図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００８１】
ここでは、図１に示した無線通信装置に適用した場合を例にとり、地導体１と導体２との間に無給電素子９を設置した例を示している。
図１８において、無給電素子９は、導体２と磁界結合して複共振を生じる位置に配置されており、無線通信装置の動作周波数帯の共振周波数付近（動作周波数帯の範囲内、または動作周波数帯の近傍）で共振する電気長を有する。他の構成および動作は、前述の実施例１と同様である。
【００８２】
一般的に、無給電素子９が設けられたマイクロストリップアンテナにおいては、放射導体である励振素子と無給電素子９との結合によって複共振特性が得られることが知られている。また、無給電素子９の形状と、励振素子と無給電素子９との位置関係とを適切に選定することによって、動作周波数帯域を広帯域化できることが知られている。
【００８３】
したがって、図１８のように構成することにより、前述（図１）の無線通信装置に比べて、動作周波数帯域をさらに広帯域化することができる。
なお、図１８においては、地導体１と導体２との間に無給電素子９を配置したが、無給電素子９が導体（放射導体）２と磁界結合して複共振特性が得られれば、無給電素子９の配置構成は、図１８の例に限定されるものではない。
たとえば、導体２から見て、地導体１の反対側に無給電素子９を配置してもよく、導体２に対してｘ方向またはｙ方向に近接した箇所などに無給電素子９を配置してもよい。
【００８４】
また、図１８においては、前述の実施例１（図１）の無線通信装置に無給電素子９を追加した構成としたが、この例に限定されるものではなく、前述の実施例２、３（図１２、図１５〜図１７）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く、同様の作用効果を奏することは言うまでもない。
【００８５】
（実施例５）
なお、上記実施例１〜４では、特に言及しなかったが、図１９に示すように、導体（第２の導体）１０の一端に短絡導体（第４の導体）１１を接続し、短絡導体１１を介して、導体１０を地導体（第１の導体）１に短絡接続してもよい。
図１９はこの発明の実施例５に係る無線通信装置を構成するＲＦＩＤタグを示す断面図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００８６】
図１９において、導体１０は、共振方向の長さ寸法が、前述（図１）の導体２のほぼ半分に設定されている。
導体１０の外周の一部（一端）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いる。これにより、いわゆるショートパッチアンテナを構成している。
【００８７】
一般的に、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、共振方向の両端で零になることが良く知られている。また、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、放射導体の中央において、電流が最大になることが良く知られている。
また、定在波では、電圧の位相が電流の位相と９０度ずれていることにより、放射導体の共振方向の中央の電界は零となる。
【００８８】
したがって、放射導体の中央において、放射導体と地導体１とを短絡して、放射導体の大きさを半分に設定しても、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。
【００８９】
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、図１９に示した無線通信装置において、地導体１、導体１０および短絡導体１１からなるアンテナがこれに該当する。
また、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、図１９の無線通信装置の等価回路は、図５に示した回路と同様のものとなる。他の構成および動作は、前述の実施例１と同様である。
【００９０】
この発明の実施例５（図１９）に係る無線通信装置は、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に接続された短絡導体（第４の導体）１１を備え、導体１０は、共振方向の長さがほぼ半分に構成されるとともに、導体１０の一端が短絡導体１１を介して地導体（第１の導体）１に短絡接続されている。
【００９１】
上記のような無線通信装置では、共振方向の長さ寸法が、前述（図１）の導体２の約半分の導体１０が用いられているので、実施例１のものに比べて、導体１０の共振方向の長さを半分にすることができるとともに、地導体１を小さくすることもできる。
この結果、無線通信装置の大きさを、実施例１の場合に比べて、約半分に小型化することができる。
【００９２】
なお、図１９においては、実施例１（図１）の導体２を、約半分の長さの導体１０に代えた構成を例にとって説明したが、ショートパッチアンテナ方式の無線通信装置の構成は、図１９の例に限定されるものではなく、たとえば、実施例３または実施例２〜４（図１２、図１５〜図１８）の導体２を導体１０に代えた構成としてもよい。
【００９３】
（実施例６）
なお、上記実施例１〜５（図１、図１２、図１５〜図１９）では、ＩＣチップ５とは別に容量性結合手段を設けたが、図２０に示すように、ＩＣチップ５Ａ内に容量性結合手段を構成してもよい。
図２０はこの発明の実施例６に係る無線通信装置を構成するＲＦＩＤタグを示す平面図および断面図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図２０において、図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＫ−Ｋ’線に沿う断面図である。
【００９４】
前述の実施例１〜５では、図５（等価回路）のインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣを得るために、スロット長さＬｓを調節したうえで、容量性結合手段４ａ、４ｂの取り付けを必要としていたが、図５のインダクタンスＬとキャパシタンスＣに相当する回路は、ＩＣ回路の集積化技術向上により、図２０のように、ＩＣチップ５Ａ（通信回路）内に内蔵させることが可能である。
【００９５】
図２０に示したこの発明の実施例６においては、図１内の容量性結合手段４ａ、４ｂが除去され、容量性結合手段４ａ、４ｂの回路機能を含むＩＣチップ５Ａがスロット３に接続されている。
ここで、ＩＣチップ５Ａ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５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。
【００９６】
この場合、容量性結合手段は、ＩＣチップ５Ａ内の直列キャパシタンス回路または直列ＬＣ回路により構成されている。
図２０のように構成することにより、ＩＣチップ５Ａは、直列ＬＣ共振回路を介してスロット３に接続される。
【００９７】
このとき、スロット３に生じる磁界が、地導体１および導体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界結合することは、前述の実施例１と同様である。
したがって、図２０の無線通信装置の等価回路は、図５に示す回路と実質的に同様となる。
【００９８】
したがって、図２０の無線通信装置においても、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５Ａ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、容量性結合手段４ａ、４ｂの取り付けが不要となるので、製造が容易となり、低コスト化を図ることができる。
【００９９】
なお、上記無線通信装置では、ＩＣチップ５Ａの中にインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣを構成したが、インダクタンスＬをＩＣチップ５Ａ内に内蔵させずに、スロット長さＬｓを調整することによってインダクタンスＬを得るようにしてもよい。
また、図２０では、図１（実施例１）の構成にＩＣチップ５Ａを適用した場合について説明したが、図２０の構成例に限定されるものではなく、図１２、図１５〜図１９（実施例２〜５）の構成に対しても同様に適用可能なことは言うまでもない。
【０１００】
（実施例７）
なお、上記実施例１〜６では特に言及しなかったが、アンテナの給電点（ＩＣチップ５が実装される部分）における入力インピーダンスと、ＩＣチップ５の入力インピーダンスとを、複素共役の関係になるように調整してもよい。
【０１０１】
一般に、ＩＣチップ５の入力インピーダンスは、高い容量性リアクタンス（キャパシタンス）を有しており、ＩＣチップ５とアンテナとのインピーダンス整合を取る場合、アンテナの給電点（ＩＣチップ５が実装される部分）における入力インピーダンスは、ＩＣチップ５の入力インピーダンスと複素共役の関係になるように調整する必要がある。すなわち、アンテナの入力インピーダンスは、高い誘導性リアクタンス（インダクタンス）を有する必要がある。
【０１０２】
前述のように、無線通信装置の動作は、図５の回路で説明することができ、スロット３の長さを調整することによって、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの入力インダクタンスを調整することが可能である。
【０１０３】
ＩＣチップ５の入力キャパシタンスが比較的高い（数１００Ω程度の）場合、スロット３の長さを適切に選定して、地導体１および導体２からなるマイクロストリップアンテナの入力リアクタンスを、ＩＣチップ５の入力キャパシタンスに対して複素共役の関係になるように調整する。また、これと同時に、スロット３のオフセット位置Ｄや形状（たとえば、図１２のスロット３Ａの形状）によって結合度を調整する。
【０１０４】
これにより、容量性結合手段４を用いることなく、広帯域にわたってインピーダンス整合を実現することができる。
また、容量性結合手段４の取り付けが不要となるので、製造が容易となり、低コスト化を図ることができる。
さらに、前述の実施例６のように、容量性結合手段をＩＣチップ５Ｃに内蔵する場合でも、回路が簡略化できるという利点がある。
【符号の説明】
【０１０５】
１  地導体（第１の導体）、２、１０  導体（第２の導体）、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  スロット（スロット線路）、４ａ、４ｂ、４Ａ、４Ｂ  容量性結合手段、５、５Ａ  ＩＣチップ、７ａ、７ｂ  チップキャパシタ（コンデンサ）、８ａ、８ｂ  第３の導体、９  無給電素子、１１  短絡導体（第４の導体）、Ｆ  給電点、Ｇａ  対向スロットの間隔。
【図１】
2010050278.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010050278.tif 000012
【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】
2010050278.tif 000019
【図１６】
2010050278.tif 000020
【図１７】
2010050278.tif 000021
【図１８】
2010050278.tif 000022
【図１９】
2010050278.tif 000023
【図２０】
2010050278.tif 000024
【国際調査報告】
2010050278.tif 000025
2010050278.tif 000026
2010050278.tif 000027
2010050278.tif 000028