(57)【要約】【課題】小型で遠距離伝搬可能な弾性表面波トランスポンダを構成する。【解決手段】弾性表面波トランスポンダ１１は、圧電基板１上に設けられたアンテナ及び弾性表面波素子を有している。水晶基板などの圧電基板１上には、互いに対向する一対の櫛形電極による送受信電極２Ａ，２Ｂと反射器３，４とからなる１ポートの弾性表面波素子が形成されている。圧電基板１には、送受信電極２Ａ，２Ｂ及び反射器３，４の形成領域外に誘電体膜が被覆されていて、この誘電体膜上にスパイラル状の放射素子５Ａ，５Ｂが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波素子とアンテナとを含む弾性表面波トランスポンダであって、
前記弾性表面波素子は、一対の櫛形電極を有する送受信電極と当該送受信電極の両側に配置された反射器とが圧電基板上に形成された１ポートの共振子であり、前記送受信電極に前記アンテナが接続された弾性表面波トランスポンダ。
【請求項２】
前記弾性表面波素子及び前記アンテナは同一の圧電基板上に形成された、請求項１に記載の弾性表面波トランスポンダ。
【請求項３】
前記弾性表面波素子の共振抵抗は３５Ω以下である、請求項１又は２に記載の弾性表面波トランスポンダ。
【請求項４】
前記弾性表面波素子の共振抵抗は２５Ω以下である、請求項１又は２に記載の弾性表面波トランスポンダ。
【請求項５】
前記アンテナはスパイラル状の放射素子を備えたアンテナである、請求項１乃至４の何れかに記載の弾性表面波トランスポンダ。
【請求項６】
前記アンテナは自己補対アンテナであり、前記弾性表面波素子のインピーダンスは１８８±３０Ωである、請求項１又は２に記載の弾性表面波トランスポンダ。
【請求項７】
前記圧電基板は水晶基板である、請求項１乃至６の何れかに記載の弾性表面波トランスポンダ。
【請求項８】
前記圧電基板上に誘電体層が形成され、前記アンテナは前記誘電体層上に形成された、請求項１乃至７の何れかに記載の弾性表面波トランスポンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子とアンテナとを備えた弾性表面波トランスポンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波素子とアンテナとを備えた弾性表面波トランスポンダは、例えば特許文献１に開示されている。
図１（Ａ）は特許文献１に示されている応答器（弾性表面波トランスポンダ）の構成図である。図１（Ａ）に示すように、応答器２１は、回路基板３１上に設置されたアンテナ部２３、状態選択部３２、整合部３３及び弾性表面波素子部２４を有している。各部は回路基板３１上の回路パターンとワイヤを介して電気的に接続されている。アンテナ部２３は、弾性表面波素子部２４を駆動する駆動信号を受信し、また、弾性表面波素子部２４による応答信号を送信する。アンテナ部２３は、銅、アルミニウム等の線材、あるいは絶縁性フィルム基板上のアンテナコイルパターンで構成される。整合部３３は、アンテナ部２３と弾性表面波素子部２４との間のインピーダンス整合をとるためのもので、抵抗器、コイル、キャパシタ等が組み合わされている。これらの各素子は回路基板３３上にはんだ等で搭載される。
【０００３】
図１（Ｂ）は前記弾性表面波素子部２４の構成図である。弾性表面波素子部２４は、圧電基板４１の表面に、送受信電極４２と、３段の反射器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃとが形成されたトランスバーサル型弾性表面波素子で構成されている。圧電基板４１としては、ニオブ酸リチウム単結晶の１２８°回転Ｙカット基板が用いられる。送受信電極４２は、一対の櫛形電極４２ａ，４２ｂを対向させてなり、一方の櫛形電極４２ａの電極間に他方の櫛形電極４２ｂの電極が位置するように互い違いに交差配置されている。送受信電極４２を構成する各櫛形電極４２ａ，４２ｂには、この弾性表面波素子部２４に対する入出力端子４６ａ，４６ｂがそれぞれ設けられている。アンテナ部２３と弾性表面波素子部２４との間の接続は送受信電極４２の入出力端子４６ａ，４６ｂを介してワイヤで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４３６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されている弾性表面波トランスポンダにおいては、弾性表面波素子部を構成する圧電基板上に、アンテナ部と接続するための入出力端子が必要であるため、弾性表面波素子部の小型化が困難である。したがって、弾性表面波トランスポンダ全体の小型化も困難であった。
【０００６】
また、弾性表面波素子部にトランスバーサル型弾性表面波素子を構成しているため、圧電基板での弾性表面波の伝搬損失が非常に大きい。そのため、問い合わせ器（リーダー）との間での通信可能な距離が短い、すなわち長距離伝搬ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの課題を解消し、小型で遠距離伝搬可能な弾性表面波トランスポンダ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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の弾性表面波トランスポンダは次のように構成する。
弾性表面波素子とアンテナとを含む弾性表面波トランスポンダであって、
前記弾性表面波素子は、一対の櫛形電極を有する送受信電極と当該送受信電極の両側に配置された反射器とが圧電基板上に形成された１ポートの共振子であり、前記送受信電極に前記アンテナが接続された構造とする。
【０００９】
この構造により、弾性表面波素子の圧電基板での伝搬損失が小さく、リーダとの間での通信可能距離が大きくなる。
【００１０】
特に、前記弾性表面波素子及び前記アンテナを同一の圧電基板上に形成すれば、圧電基板上に形成された配線で弾性表面波素子とアンテナとを接続でき、より小型の弾性表面波トランスポンダが構成できる。
【００１１】
前記弾性表面波素子の共振抵抗は望ましくは３５Ω以下、さらに望ましくは２５Ω以下とする。共振抵抗を小さくすることによって、弾性表面波素子の残響時間が長くなるので、ＳＮ比が大きくなり、結果的に通信可能距離が大きくなる。
【００１２】
前記アンテナをスパイラル状の放射素子を備えたアンテナとすれば、アンテナを小型化でき、より小型の弾性表面波トランスポンダが構成できる。
【００１３】
前記アンテナを自己補対アンテナとし、前記弾性表面波素子のインピーダンスを１８８±３０Ωとすれば、リーダライタとの距離に依存せず、遠距離まで伝搬できる。
【００１４】
前記圧電基板を水晶基板とすれば、弾性表面波素子のＱ値が高いので、弾性表面波素子の残響時間を長くなり、ＳＮ比が大きくなって、結果的に通信可能距離が大きくなる。
【００１５】
前記圧電基板上に誘電体層を形成し、この誘電体層上に前記アンテナを形成することによって、アンテナの必要な放射素子長を短くでき、その分小型化できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、小型で遠距離伝搬可能な弾性表面波トランスポンダが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）は特許文献１に示されている応答器（弾性表面波トランスポンダ）の構成図である。図１（Ｂ）は弾性表面波素子部の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダ１１の平面図である。
【図３】弾性表面波素子の共振抵抗に対する、残響時間、伝搬距離、読み取り精度の関係を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダ１２の平面図である。
【図５】第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダからリーダのアンテナまでの距離と弾性表面波トランスポンダの共振周波数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダについて、図２・図３を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダ１１の平面図である。弾性表面波トランスポンダ１１は、圧電基板１上に設けられたアンテナ及び弾性表面波素子を有している。
【００１９】
弾性表面波素子は、圧電基板１の表面に、送受信電極２Ａ，２Ｂとその両側に配置された反射器３，４とが形成された、１ポート共振子型の弾性表面波素子である。圧電基板１としては水晶基板が用いられる。これ以外にも、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト等を使用してもよい。特に水晶基板を用いれば、弾性表面波素子のＱ値が高まるので、残響時間が長くなり、ＳＮ比が大きくなって、結果的に通信可能距離が大きくなる。
【００２０】
前記送受信電極２Ａ，２Ｂは、互いに対向する一対の櫛形電極で構成されている。一方の送受信電極２Ａの電極間に他方の送受信電極２Ｂの電極が位置するように互い違いに交差配置されている。送受信電極２Ａ，２Ｂには、弾性表面波素子を駆動する駆動信号を受信、又は弾性表面波素子による応答信号を送信する、アンテナが接続されている。
【００２１】
前記アンテナは、それぞれスパイラル状の放射素子５Ａ，５Ｂで構成されている。これらの放射素子５Ａ，５Ｂの内側の端部は送受信電極２Ａ，２Ｂにそれぞれ導通している。
【００２２】
送受信電極２Ａ，２Ｂ、反射器３，４、及び放射素子５Ａ，５Ｂは金属薄膜パターンで構成されている。薄膜形成方法としては、例えば、スパッタ法、蒸着等の真空薄膜形成技術や、めっき法、ペースト印刷法等が用いられる。送受信電極２Ａ，２Ｂを形成する材料としては、電気抵抗が小さく軽量でありパターニングが容易であることから、例えば、アルミニウム、銅、金等が用いられる。
圧電基板１上には、送受信電極２Ａ，２Ｂ及び反射器３，４の形成領域外に誘電体膜が被覆されている。図中の誘電体膜開口部７は誘電体膜が形成されていない領域である。この誘電体膜による層（誘電体層）上に放射素子５Ａ，５Ｂが形成されている。
【００２３】
前記誘電体膜を形成する材料は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム等である。前記誘電体層は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法等の真空薄膜形成技術や、ペースト塗布法等によって形成される。
【００２４】
弾性表面波素子（送受信電極２Ａ，２Ｂ及び反射器３，４）とアンテナ（送受信電極２Ａ，２Ｂ）は同時に形成されてもよい。すなわち、圧電基板１に誘電体膜を形成した後に、誘電体膜開口部７内に圧電基板上に送受信電極２Ａ，２Ｂ及び反射器３，４が形成され、誘電体膜上に送受信電極２Ａ，２Ｂが形成されるように、電極材料を薄膜形成してもよい。
【００２５】
図２に示した構造の弾性表面波トランスポンダによれば、弾性表面波素子が１ポート共振子型の弾性表面波素子であるため、従来のトランスバーサル型弾性表面波素子に比べて圧電基板表面を伝搬する弾性表面波の伝搬損失が小さく残響時間が長い。そのため伝搬距離が大きくなる。
【００２６】
また、１ポート共振子型の弾性表面波素子を構成するものであるため、極めて小さな領域に弾性表面波素子が構成され、弾性表面波トランスポンダを小型化できる。しかも、圧電基板に弾性表面波素子とともにアンテナを構成することにより、更なる小型化が可能である。その上、圧電基板１表面の誘電体膜上に形成したことによって、誘電体による放射素子の波長短縮効果により、必要な共振周波数を得るに要する放射素子の形成領域を更に小さくできる。
【００２７】
図３は、弾性表面波素子の共振抵抗に対する、残響時間、伝搬距離、周波数精度の関係を示す図である。
【００２８】
弾性表面波素子の共振抵抗、すなわち共振周波数での抵抗値は、送受信電極２Ａ，２Ｂの形状、寸法、及び導電率によって異なる。図３に表れているように、弾性表面波素子の共振抵抗が小さくなる程、すなわち弾性表面波素子のＱ値が高くなる程、弾性表面波素子の残響時間が長くなる。残響時間が長くなる程、信号のＳＮ比が高くなり、読み取り精度が向上（誤り率が低下）する。また、弾性表面波素子の共振抵抗が低くなる程、アンテナが結合する外部環境の影響が小さくなるので、リーダのアンテナまでの距離が変化しても共振周波数は安定であり、読み取り精度が向上する。これらの結果、伝搬距離が大きくなる。
【００２９】
また、アンテナを図２に示したように、スパイラル状の放射素子５Ａ，５Ｂで構成したことにより、互いに隣接する放射素子同士の間に生じる容量成分の影響でアンテナのインピーダンスが低くなる。そのため、インピーダンスを低くした弾性表面波素子とのインピーダンスマッチングを容易にはかることができる。
【００３０】
共振子のインピーダンスを低くするためには、電極材料に導電率の高いＣｕ，Ａｌ等を用いればよい。また、櫛形電極の対数を増し、交差幅を長くすればよい。しかし、弾性表面波素子の形成領域が大きくなる。また、電極を大きくしてもインピーダンス低下には限界がある。そのため、特性的に十分設計可能な範囲で極力低いインピーダンスとして２０Ω以下に設定する。また、小型を優先する場合には３５Ω以下に設定すればよい。
【００３１】
なお、アンテナを図２に示したように、スパイラル状の放射素子５Ａ，５Ｂで構成したことにより、円偏波アンテナとして作用する。そのため、リーダのアンテナとの関係において偏波面を考慮する必要がない、という効果もある。
【００３２】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダについて、図４・図５を参照して説明する。
図４は第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダ１２の平面図である。弾性表面波トランスポンダ１２は、圧電基板１上に設けられたアンテナ及び弾性表面波素子を有している。
【００３３】
弾性表面波素子は、圧電基板１の表面に、送受信電極２Ａ，２Ｂとその両側に配置された反射器３，４とが形成された、１ポート共振子型の弾性表面波素子である。圧電基板１としては水晶基板が用いられる。これ以外にも、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト等を使用してもよい。この弾性表面波素子の構成は第１の実施形態で図２に示したものと同じである。
【００３４】
前記送受信電極２Ａ，２Ｂには、弾性表面波素子を駆動する駆動信号を受信、又は弾性表面波素子による応答信号を送信する、アンテナが接続されている。このアンテナは第１の放射素子６Ａと第２の放射素子６Ｂとで構成されている。これらの放射素子６Ａ，６Ｂによって自己補対アンテナが構成されている。すなわち、第１の放射素子６Ａと第２の放射素子６Ｂとは、導体部分と残りの部分（非導体部分）とが反対の関係にある。
【００３５】
この自己補対アンテナの入力インピーダンスは、放射素子の形状及び大きさにかかわらず６０π≒１８８Ωであることが知られている。そのため、弾性表面波素子のインピーダンスを１８８±３０Ωの範囲に定めることによって弾性表面素子とアンテナとのインピーダンスマッチングをとることができる。ここで±３０Ωはばらつきを見越した誤差許容範囲である。
【００３６】
図５は、第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダからリーダのアンテナまでの距離と弾性表面波トランスポンダの共振周波数との関係を示す図である。特性ラインＡは第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダの特性、特性ラインＢは比較対照の弾性表面波トランスポンダの特性である。この比較対照の弾性表面波トランスポンダのアンテナは、直線状に延びたダイポールアンテナである。図５の縦軸は、リーダからの距離が０．２ｍである状態を基準にして、そこから離れる方向に距離を変化させたときの、弾性表面波素子の共振周波数である。横軸はトランスポンダからリーダまでの距離である。
【００３７】
図５に表れているように、通常のダイポールアンテナでは、リーダからの距離に応じて、トランスポンダの弾性表面波素子から見たアンテナのインピーダンスが変化する。これは、トランスポンダのアンテナがリーダのアンテナの影響を受けて、トランスポンダのアンテナのインピーダンスが変化するためである。
【００３８】
第２の実施形態に係る弾性表面波トランスポンダでは、自己補対アンテナを備えているため、アンテナのインピーダンスはリーダのアンテナからの距離にかかわらず一定である。そのため、周波数安定性が高く、安定な特性で遠距離まで伝搬することができる。
【００３９】
なお、以上に示した例では、アンテナの放射素子を誘電体膜の表面に形成したが、放射素子を誘電体膜で被覆してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…圧電基板
２Ａ，２Ｂ…送受信電極
３，４…反射器
５Ａ，５Ｂ…放射素子
６Ａ…第１の放射素子
６Ｂ…第２の放射素子
７…誘電体膜開口部
１１，１２…弾性表面波トランスポンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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