(57)【要約】【課題】フラクタルダイポールアンテナの高さ及び幅の最適な設計によりプレーナーアンテナおよびタグチップ間の良好な共役マッチならびに小型化を達成する。【解決手段】この発明は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ用に電磁信号を受信および発信するプレーナーアンテナを提供するものであり、前記プレーナーアンテナが誘電スラブとフラクタルダイポールアンテナとを含み、前記フラクタルダイポールアンテナの最適サイズを使用して、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であるとともに、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が電磁信号の半波長の０．７〜１．１倍である時、この発明のプレーナーアンテナおよびタグチップ間で良好な共役マッチを達成すると同時に、装置の小型化（微細化）を実現する。【選択図】図３
2008011499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナであって、電磁信号を受信または発信するものであり、前記プレーナーアンテナが：
誘電スラブと；
フラクタルダイポールアンテナであり、前記誘電スラブの表面上に配置され、そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であり、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が前記電磁信号の半波長の０．７〜１．１倍であるフラクタルダイポールアンテナと
を含むものであることを特徴とする無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項２】
前記フラクタルダイポールアンテナが：
信号を伝送する信号供給線セットと；
第１放射要素であり、第１二等辺三角形境界線を有し、そのうち、前記第１放射要素の頂点が前記信号供給線セットに接続されている第１放射要素と；
第２放射要素であり、第２二等辺三角形境界線を有し、そのうち、前記第２放射要素の頂点が前記信号供給線セットに接続されているとともに、前記第２放射要素および前記第１放射要素が前記信号供給線セットの両側上に対称に配置されるものである第２放射要素とを含み；
そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジから前記第２二等辺三角形境界線のベースエッジまでの距離であるとともに、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が前記前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジの幅であることを特徴とする請求項１記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項３】
前記信号供給線セットと前記第１放射要素と前記第２放射要素とが前記誘電スラブの同一表面上に配置されるものであることを特徴とする請求項１または２記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項４】
前記誘電スラブが、印刷回路板（Print Circuit Board：PCB ）であることを特徴とする請求項１記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項５】
前記誘電スラブが、紙片であることを特徴とする請求項１記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項６】
前記フラクタルダイポールアンテナが、導体であることを特徴とする請求項１記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項７】
前記導体が、金属導体および導電性印刷インクを含むものであることを特徴とする請求項６無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項８】
無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナであって、電磁信号を受信または発信するタグチップに応用できるものであり、前記プレーナーアンテナが：
誘電スラブと；
フラクタルダイポールアンテナであり、前記誘電スラブの表面上に配置され、そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であり、前記フラクタルダイポールアンテナの幅がタグチップのインピーダンス値の虚数部分の１〜２倍であるとともに、前記幅がミリメートル単位であるフラクタルダイポールアンテナと
を含むことを特徴とする無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項９】
前記フラクタルダイポールアンテナが：
信号を伝送する信号供給線セットと；
第１放射要素であり、第１二等辺三角形境界線を有し、そのうち、前記第１放射要素の頂点が前記信号供給線セットに接続されている第１放射要素と；
第２放射要素であり、第２二等辺三角形境界線を有し、そのうち、前記第２放射要素の頂点が前記信号供給線セットに接続されているとともに、前記第２放射要素および前記第１放射要素が前記信号供給線セットの両側上に対称に配置されるものである第２放射要素とを含み；
そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジから前記第２二等辺三角形境界線のベースエッジまでの距離であるとともに、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が前記前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジの幅であることを特徴とする請求項８記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１０】
前記信号供給線セットと前記第１放射要素と前記第２放射要素とが前記誘電スラブの同一表面上に配置されるものであることを特徴とする請求項８または９記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１１】
前記誘電スラブが、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）であることを特徴とする請求項８記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１２】
前記誘電スラブが、紙片であることを特徴とする請求項８記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１３】
前記フラクタルダイポールアンテナが、導体であることを特徴とする請求項８記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１４】
前記導体が、金属導体および導電性印刷インクであることを特徴とする請求項８記載の無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１５】
無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナであって、電磁信号を受信または発信するものであり、前記プレーナーアンテナが：
誘電スラブと；
フラクタルダイポールアンテナであり、前記誘電スラブの表面上に配置され、そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であり、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が前記電磁信号の半波長の０．７〜１．１倍であるフラクタルダイポールアンテナとを含み；
そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナが第１二等辺三角形境界線および第２二等辺三角形境界線を含み、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジから前記第２二等辺三角形境界線のベースエッジまでの距離であるとともに、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が前記前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジの幅であることを特徴とする無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【請求項１６】
無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナであって、電磁信号を受信または発信するタグチップに応用できるものであり、前記プレーナーアンテナが：
誘電スラブと；
フラクタルダイポールアンテナであり、前記誘電スラブの表面上に配置され、そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であり、前記フラクタルダイポールアンテナの幅がタグチップのインピーダンス値の虚数部分の１〜２倍であるとともに、前記幅がミリメートル単位であるフラクタルダイポールアンテナとを含み；
そのうち、そのうち、前記フラクタルダイポールアンテナが第１二等辺三角形境界線および第２二等辺三角形境界線を含み、前記フラクタルダイポールアンテナの高さが前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジから前記第２二等辺三角形境界線のベースエッジまでの距離であるとともに、前記フラクタルダイポールアンテナの幅が前記前記第１二等辺三角形境界線のベースエッジの幅であることを特徴とする無線周波数識別タグ用のプレーナーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレーナーアンテナに関し、特に、無線周波数識別（Radio Frequency Identification：ＲＦＩＤ）タグ用のプレーナーアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触識別・データセキュリティ・同時多数タグ読み取り可能という優れたＲＦＩＤシステムが現行のバーコードタグシステムに置き換えられるようになっている。ＲＦＩＤシステムは、アクセスコントロールカード・イージーカード・動物識別チップに適用できるとともに、更に、医療薬物管理などのような非常に広い分野に適用することができる。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムは、主に、リーダーシステム（reader system ）とタグシステム（tag system）とからなる。リーダーシステムは、電磁信号を介してタグ情報をタグシステムに伝送する。タグシステムは、プレーナーアンテナで電磁信号を受信または送信するとともに、タグチップで電磁信号によって運ばれてきたタグ情報を判別して、タグ情報をリーダーシステムへ返送するか否かを決定する。リーダーシステムおよびタグシステム間でタグ情報が伝送される期間に、タグシステムが操作するのに十分なパワーを有するか否か、またはタグ情報がリードシステムへ返送できるか否かは、プレーナーアンテナおよびタグチップ間の共役マッチ（conjugate match ）にかかっている。プレーナーアンテナおよびタグチップが良好な共役マッチを有する時、プレーナーアンテナおよびタグチップ間に最大電力伝送が発生する。
【０００４】
一般に、タグシステムは、プレーナーアンテナのようなダイポールアンテナ（dipole antenna）を採用している。図１は、従来のプレーナーアンテナを示す構造概略図である。従来のプレーナーアンテナ１００は、誘電スラブ（dielectric slab ）１１０とダイポールアンテナ１２０とを含み、そのうち、ダイポールアンテナ１２０は、誘電スラブ１１０の一表面上に配置される。しかしながら、従来のプレーナーアンテナ１００は、ダイポールアンテナ１２０のサイズが大きすぎるので、小型化（微細化）が達成できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記問題を解決するために、革新的なプレーナーアンテナ２００がプレーナーアンテナの設計においてダイポールアンテナとフラクタル構造（fractal structure ）とを採用している。図２は、その革新的なアンテナを示す概略構造図である。小型化の目的を達成するために、革新的なプレーナーアンテナ２００は、ダイポールアンテナ１２０を細分化し、このフラクタルダイポールアンテナが細分化により形成されたフラクタル構造を有するものとなっている。そのフラクタル構造は、革新的なフラクタルダイポールアンテナ２１０が複数のサブ放射要素（例えば図２に示したようなサブ放射要素２１１〜２１６）から構成されることを指し、各サブ放射要素が同一の幾何形状（例えば、正三角形）を有している。革新的なフラクタルダイポールアンテナ２１０の幅および高さは、図２に矢印で示されている。しかしながら、革新的なプレーナーアンテナ２００は、小型化されたものの、複素共役マッチ（complex conjugate match ）概念が採用されたため、革新的なプレーナーアンテナ２００は、タグチップとの良好な共役マッチ（good conjugate match）を有することができないものである。
【０００６】
上記したように、革新的なプレーナーアンテナは、小型化と共役マッチとを同時に達成することができない。言い換えれば、ＲＦＩＤシステムが共役マッチでない革新的なプレーナーアンテナとともに使用される時、識別距離の受信可能範囲（coverage）は限られたものであり、システムを実際的に応用することができない。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、フラクタルダイポールアンテナの高さ及び幅の最適な設計を介して、プレーナーアンテナおよびタグチップ間の良好な共役マッチならびに小型化を達成することのできるＲＦＩＤタグ用のプレーナーアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記またはその他の目的を達成するために、ＲＦＩＤタグ用に電磁信号を受信および発信するプレーナーアンテナを提供する。前記プレーナーアンテナは、誘電スラブと、フラクタルダイポールアンテナとを含む。フラクタルダイポールアンテナは、前記誘電スラブの表面上に配置され、信号供給線セットと２つの放射要素とを含む。２つの放射要素は、信号供給線セットの両側に対称的に配置され、そのうち、信号供給線セットの一側上の放射要素は、第１放射要素と呼ばれ、信号供給線セットの他の一側上の放射要素は、第２放射要素と呼ばれる。
【０００９】
フラクタルダイポールアンテナの２つの放射要素構造（第１放射要素および第２放射要素）は、フラクタルアルゴリズムの反復から導かれ、２つの放射要素構造は、それぞれ二等辺三角形境界線を有するフラクタル構造を含む。ここでは、第１放射要素の二等辺三角形境界線は、第１二等辺三角形境界線と呼ばれ、第２放射要素の二等辺三角形境界線は、第２二等辺三角形境界線と呼ばれる。
【００１０】
フラクタルダイポールアンテナについて、第１二等辺三角形境界線のベースエッジから第２二等辺三角形境界線のベースエッジまでの距離がフラクタルダイポールアンテナの高さであり、第１二等辺三角形境界線のベースエッジの幅がフラクタルダイポールアンテナの幅である。
【００１１】
多くの設計ならびに経験を通じて、この発明は、フラクタルダイポールアンテナの高さが電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であるとともに、フラクタルダイポールアンテナの幅が電磁信号の半波長の０．７〜１．１倍である時、この発明のプレーナーアンテナおよびタグチップ間で良好な共役マッチを達成できることに着目する。
【００１２】
他方、多くの設計ならびに経験を通じて、この発明は、フラクタルダイポールアンテナの別な最適サイズを着目するものである。それは、フラクタルダイポールアンテナの高さが電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であるとともに、フラクタルダイポールアンテナの幅がタグチップのインピーダンス値の虚数部分の１〜２倍である時もまた、この発明のプレーナーアンテナおよびタグチップ間で良好な共役マッチを達成することができる。前記した幅は、ミリメートル単位であり、前記したタグチップのインピーダンス値の虚数部分は、オーム単位である。
【００１３】
特記すべきことは、前述の誘電スラブが紙片でもあり、前記したフラクタルダイポールアンテナの材料が導電性印刷インクでもあることである。言い換えれば、この発明のプレーナーアンテナは、どのような現行印刷技術によっても印刷できることである。従って、この発明のプレーナーアンテナは、低コストならびに大量生産可能という利点を備えている。
【００１４】
[作用]
つまり、この発明は、プレーナーアンテナによって受信および発信される電磁信号の半波長について、あるいはタグチップのインピーダンス値の虚数部分について、プレーナーアンテナの高さと幅とを制限するものである。これを行うことによって、プレーナーアンテナおよびタグチップ間のより良好な共役マッチならびにアンテナの小型化（微細化）を達成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、フラクタルダイポールアンテナの高さ及び幅の最適な設計、例えば、電磁信号の半波長を使用するフラクタルダイポールアンテナの最適な設計、あるいはタグチップのインピーダンス値の虚数部分とともに電磁信号の半波長を使用するフラクタルダイポールアンテナの最適な設計を通じて、プレーナーアンテナおよびタグチップ間の良好な共役マッチならびに小型化を達成するものである。従って、ＲＦＩＤシステムの識別距離を有効に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
ＲＦＩＤシステム用のプレーナーアンテナに要求される小型化ならびに共役マッチを達成するために、この発明は、多くの設計および経験を通じて、フラクタルダイポールアンテナの最適サイズを獲得するものである。革新的なプレーナーアンテナと比較して、この発明のプレーナーアンテナは、小型化された装置を備えるだけでなく、ＲＦＩＤシステムの識別距離を有効に向上させる。この発明のプレーナーアンテナを以下に説明するが、この発明を限定するためのものではない。当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【００１７】
図３は、この発明の実施形態にかかるＲＦＩＤタグ用のプレーナーアンテナの概略構造を示す説明図である。この発明のプレーナーアンテナ３００は、誘電スラブ３１０とフラクタルダイポールアンテナ３２０とを含む。フラクタルダイポールアンテナ３２０は、誘電スラブ３１０の一表面上に配置される。
【００１８】
プレーナーアンテナ３００は、電磁信号を受信または発信するために使用される。フラクタルダイポールアンテナ３２０の高さが電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であるとともに、フラクタルダイポールアンテナ３２０の幅が電磁信号の半波長の０．７〜１．１倍である時、応用において最適な共役マッチを有する。例えば、９１５ＭＨｚの周波数帯域においてＲＦＩＤシステムを操作するために、タグシステムにおいてプレーナーアンテナ３００が図４に示すように利用される時、プレーナーアンテナ３００およびタグチップ間の共役マッチが図４のスミスチャート（Smith Chart ）に示すものとなる。この時、タグチップのインピーダンス値は、図４中のＡ点に示すように６．７−ｊ１９７．４Ωである。理想的な共役マッチは、図４にＢ点で示すものであり、そのうち、タグチップのインピーダンス値の実数部分は、プレーナーアンテナのインピーダンス値の実数部分と同一であり、タグチップのインピーダンス値の虚数部分は、同一の絶対値を有するが、プレーナーアンテナのインピーダンス値の虚数部分とは反対の符号となる。言い換えれば、この時、プレーナーアンテナ３００およびタグチップ間の共役マッチは最適であるので、最大電力伝送がプレーナーアンテナ３００およびタグチップ間において発生する。
【００１９】
更に、多くの設計ならびに経験の後、この発明は、プレーナーアンテナ３００の最適な複素共役を達成する方法を獲得するものであり、フラクタルダイポールアンテナの別な最適サイズによっても達成することができる。フラクタルダイポールアンテナの最適サイズは、フラクタルダイポールアンテナ３２０の高さが電磁信号の半波長の０．３〜０．７倍であり、フラクタルダイポールアンテナ３２０の幅がタグチップのインピーダンス値の虚数部分の１〜２倍である。幅はミリメートル単位であり、タグチップのインピーダンス値の虚数部分はオーム単位である。
【００２０】
特記すべきことは、誘電スラブ３１０の材料がＰＣＢ（Print Circuit Board ：印刷回路板）および紙片を含むことである。フラクタルダイポールアンテナ３２０は導体であり、導体は、金属導体および導電性印刷インクを含む。フラクタルダイポールアンテナ３２０は、いかなる現行の印刷技術（オフセット印刷、スクリーン印刷、凹版印刷、凸版印刷技術など）により印刷することのできる導電性印刷インクによって形成される。従って、小型化および良好な共役マッチを達成することに加えて、この発明のプレーナーアンテナは、実際に低コストおよび大量生産可能という利点を有する。
【００２１】
再び、図３において、フラクタルダイポールアンテナ３２０は、信号供給線セット３２１と、第１放射要素３２２と、第２放射要素３２３とを含む。ここで、信号供給線セット３２１は、信号供給末端３２１ａ，３２１ｂを含む。第１放射要素３２２の第１エッジは、信号供給線セット３２１の信号供給末端３２１ａに接続される。第２放射要素３２３の第１エッジは、信号供給線セット３２１の信号供給末端３２１ｂに接続される。第１放射要素３２２と第２放射要素３２３とは、信号供給線セット３２１の両側に対称的に配置される。また、信号供給線セット３２１と、第１放射要素３２２と、第２放射要素３２３とは、誘電スラブ３１０の表面に配置される。
【００２２】
フラクタルダイポールアンテナ３２０は、ダイポールアンテナおよびフラクタル構造から派生する。従って、フラクタルダイポールアンテナ３２０は、フラクタル構造を含むものである。フラクタル構造は、第１放射要素３２２と第２放射要素３２３とに含まれるものであり、つまり、第１放射要素３２２および第２放射要素３２３がそれぞれ複数のサブ放射要素により構成され、各サブ放射要素が同一の幾何形状を備えるものである。
【００２３】
上記の観点において、第１放射要素３２２および第２放射要素３２３は、図３を参照して記述される。第１放射要素３２２が複数のサブ放射要素（図３中にはサブ放射要素３０１〜３０４だけを示す）を含む。各サブ放射要素が二等辺三角形の外観を備え、第１放射要素３２２中の全てのサブ放射要素が二等辺三角形境界線３３１を定義する。二等辺三角形境界線３３１の頂点が信号供給線セット３２１の信号供給末端３２１ａに接続され、二等辺三角形境界線３３１のベースエッジが第１放射要素３２２の第２エッジ３４１である。言い換えれば、二等辺三角形境界線３３１の頂点が第１放射要素３２２の第１エッジである。
【００２４】
同様に、第２放射要素３２３が複数のサブ放射要素（図３中にはサブ放射要素３０５〜３０８だけを示す）を含む。各サブ放射要素が二等辺三角形の外観を備え、第２放射要素３２３中の全てのサブ放射要素が二等辺三角形境界線３３２を定義する。二等辺三角形境界線３３２の頂点が信号供給線セット３２１の信号供給末端３２１ｂに接続され、二等辺三角形境界線３３２のベースエッジが第２放射要素３２３の第２エッジ３４２である。言い換えれば、二等辺三角形境界線３３２の頂点が第２放射要素３２２の第１エッジである。
【００２５】
第１放射要素３２２および第２放射要素３２３の外観から見れば、フラクタルダイポールアンテナ３２０の高さは、第１放射要素３２２の第２エッジ３４１から第２放射要素３２３の第２エッジ３４２までの距離であり、フラクタルダイポールアンテナ３２０の幅は、第１放射要素３２２の第２エッジ３４１の幅である。しかしながら、他の角度から観れば、フラクタルダイポールアンテナ３２０の高さは、二等辺三角形境界線３３１のベースエッジから二等辺三角形境界線３３２のベースエッジまでの距離であり、フラクタルダイポールアンテナ３２０の幅は、二等辺三角形境界線３３１のベースエッジの幅である。
【００２６】
特記すべきことは、フラクタルダイポールアンテナによりカバーされるフラクタル構造の可能な形態が図３の実施形態に示されるとしても、当業者により、当然、異なるフラクタル構造が異なる外観のサブ放射要素となると理解されなければならない。言い換えれば、フラクタルダイポールアンテナは、フラクタルダイポールアンテナがフラクタル構造を備えるとともに、この発明の最適サイズを備えてさえいれば、この発明の精神（技術思想）と一致するものである。
【００２７】
以上のごとく、この発明を最良の実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のプレーナーアンテナを示す概略構造図である。
【図２】革新的なプレーナーアンテナを示す概略構造図である。
【図３】この発明にかかるＲＦＩＤタグ用のプレーナーアンテナを示す概略構造図である。
【図４】図３の共役マッチを説明するためのスミスチャート（Smith Chart）である。
【符号の説明】
【００２９】
１００，２００  従来のプレーナーアンテナ
１１０，３１０  誘電スラブ
１１１，３１１  誘電スラブの表面
１２０  ダイポールアンテナ
２１０  革新的なフラクタルダイポールアンテナ
２１１〜２１６，３０１〜３０８  サブ放射要素
３００  プレーナーアンテ
３２０  フラクタルダイポールアンテナ
３２１  信号供給線セット
３２１ａ，３２１ｂ  信号供給末端
３２２  第１放射要素
３２３  第２放射要素
３３１，３３２  二等辺三角形境界線
【図１】
2008011499.tif 000003
【図２】
2008011499.tif 000004
【図３】
2008011499.tif 000005
【図４】
2008011499.tif 000006