(57)【要約】 【課題】  近接した、異なる通信周波数帯で通信機能が劣化しない無線タグを提供する。【解決手段】  ループ状電極部１０４にＩＣチップ１０３を接続した給電点１０６を設け、給電点１０６から特定の距離離れた位置から、主放射電極部１０５を延伸接続し、無線タグの広域化を実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＩＣチップとアンテナ部を有する無線タグであって、前記アンテナ部は、前記ＩＣチップを接続してなる給電点を有するループ状電極と、前記ループ状電極から延伸接続され、開放端を有する主放射電極からなり、前記主放射電極は、前記給電点から前記ループ状電極の全長の４分の１乃至４分の３離れた位置から延伸接続されてなることを特徴とする無線タグ。
【請求項２】
前記主放射電極は、直線状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の無線タグ。
【請求項３】
前記主放射電極は、曲線状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の無線タグ。
【請求項４】
前記主放射電極は、前記開放端に幅広部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線タグ。
【請求項５】
前記主放射電極は、２本形成されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線タグ。
【請求項６】
前記ループ状電極と前記主放射電極は、線対称となるように配置されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップとアンテナを有し、データを無線で通信することが可能な無線タグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報を記憶出来るＩＣとアンテナからなる無線タグは、電波によって、リーダライタと呼ばれる無線機とデータを送受信することができる。そのうち特に、電波の周波数として３００ＭＨｚ以上を使用し、内部に電源を持たない無線タグは、リーダライタとの通信可能距離が長く、価格も比較的廉価であることから、バーコードの置き換え用途などに考えられている。
【０００３】
無線タグ内部に電源を持たない場合は、リーダライタからの電波を、ＩＣ内部のダイオードやコンデンサにより直流に変換して電圧を得る方式が採られる。無線タグ内部に電源を持つ場合は、ボタン型電池やフィルム状電池、大容量のコンデンサなどがＩＣ駆動用電源として用いられる。
【０００４】
無線タグと、リーダライタとの通信に使用される電波は、送信電力が大きいほど、無線タグとリーダライタとの通信距離が長くなる。また、通信の周波数が低いほど、空気中の伝播損失が小さいため、通信距離は長くなる。ところが、使用出来る電波の周波数とその出力レベルに関しては、国毎に定められた規制値があり、それぞれの国で定められた規制値のなかで、最大の効果が得られるような周波数、送信電力が選ばれ、無線タグとリーダライタとの通信系が設計される。
【０００５】
さらに、同一国内であっても、用途によって複数の周波数帯域が定められている。例えば、日本国内に於いては、２．４５ＧＨｚ帯や９５０ＭＨｚ帯のように通信距離の全く異なる複数の周波数帯域が用いられている。
【０００６】
従って、無線タグは用途毎、すなわち使用する周波数帯域毎に異なる設計が必要となり、設計費、製造費の両面でコストアップの要因となっていた。
【０００７】
このような問題を解決するために、周波数帯域の全く異なる複数の周波数帯域において送受信可能な回路を有したＩＣチップとアンテナのインピーダンスが整合するようにアンテナパターンを構成した無線タグが提案されている。このような無線タグは、例えば特許文献１に示されている。
【０００８】
一方、日本国内における９５０ＭＨｚ帯域（ＵＨＦ帯）に対応する米国の規制周波数帯域は９１５ＭＨｚ帯域であり、ヨーロッパに於いては、８６９ＭＨｚ帯が標準となっている。
【０００９】
一般に無線タグは特定の周波数帯域でインピーダンス整合が最適化されるように設計する。しかしながら、無線タグに使用されるＩＣチップのインピーダンスは、大きな虚数分を持ち、アンテナとのインピーダンス整合を取るのが難しく、かつ整合を取ることができる帯域幅も狭い。
【００１０】
従って、周波数帯域が近接していても、例えば日本国内用に設計された無線タグは、米国やヨーロッパに於いては、一般に使用不能もしくは使用可能であっても通信距離が劣化し、充分に機能しない。
【００１１】
さらに、前述の無線タグのように、単一の無線タグのみで、周波数帯域の全く異なる複数の周波数帯域において送受信可能とするためには、ＩＣチップを複数とする、もしくは複雑な回路構成とする必要があり、設計費、製造費の両面でコストアップの要因となる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２９５２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の技術的課題は、近接した、異なる通信周波数帯で通信機能が劣化しない無線タグを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、数１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度の近接した通信周波数帯域で良好に通信可能な無線タグに関するもので、ループ状電極、すなわち、ループ状アンテナにＩＣチップを接続した給電点を設け、給電点から特定の距離離れた位置から、主放射電極を延伸接続することによって、無線タグの広域化を実現したものである。
【００１５】
本発明は、本発明者が実験により見いだした、ループ状電極と主放射電極を適切に配置すること、すなわち、ループ状電極に設けられたＩＣチップの給電点から一定の距離離間して主放射電極を配置して接続することにより、アンテナのインピーダンスのリアクタンス分が、広い周波数帯域で平坦となる、すなわち広い周波数帯域で、インピーダンスを整合することができるという知見に基づくものである。
【００１６】
さらに、前記主放射電極は、ループ状電極から、２本延伸接続することにより、いわゆるダイポールアンテナとして機能する。
【００１７】
本発明によれば、少なくともＩＣチップと前記アンテナ部を有する無線タグであって、前記アンテナ部は、ＩＣチップを接続してなる給電点を有するループ状電極と、前記ループ状電極から延伸接続され、開放端を有する主放射電極からなり、前記主放射電極は、前記給電点から前記ループ状電極の全長の４分の１乃至４分の３離れた位置から延伸接続されてなることを特徴とする無線タグが得られる。
【００１８】
本発明によれば、前記主放射電極は、直線状に形成されてなることを特徴とする無線タグが得られる。
【００１９】
本発明によれば、前記主放射電極は、曲線状に形成されてなることを特徴とする無線タグが得られる。
【００２０】
本発明によれば、前記主放射電極は、前記開放端に幅広部を有することを特徴とする無線タグが得られる。
【００２１】
本発明によれば、前記主放射電極は、２本形成されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無線タグが得られる。
【００２２】
本発明によれば、前記ループ状電極と前記主放射電極は、線対称となるように配置されてなることを特徴とする無線タグが得られる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、数１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度離れた周波数帯域に存在する、近接した通信周波数帯域で、通信周波数毎の通信距離の劣化が少なく、いずれの通信周波数においても良好に通信可能な無線タグが得られる。
【００２４】
すなわち、本発明による無線タグは、アンテナのインピーダンス特性、特にリアクタンス分が改善され、ＩＣチップとインピーダンス整合する通信周波数帯域幅が広い。従って、近接した領域に存在する、異なる通信周波数であっても、各通信周波数において、一定の通信性能を有する広帯域周波数に対応可能な無線タグが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による無線タグは、ＩＣチップと、該ＩＣチップと少なくとも２カ所で電気的に接続された電極すなわちアンテナを有しており、ＩＣチップとアンテナの接続点のうち、１カ所は給電点、もう１カ所はグランド点として機能する。また、ＩＣチップには、ループ状電極すなわちループアンテナが接続され、該ループ状アンテナ上の給電点から、ループアンテナ全長の４分の１乃至４分の３となる位置のいずれかに、主放射電極、すなわち例えばダイポールアンテナとして機能するアンテナが延伸接続され、アンテナ全体が形成される。
【００２６】
無線タグは、例えばガラスエポキシ基板やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミド等の樹脂や紙からなる基材上に、銅やアルミ、銀等の導電体を用いて、エッチング手法、印刷等の一般的なアンテナ形成手段によりアンテナを形成し、アンテナとＩＣチップは、ワイヤボンディングやフリップチップ実装等の一般的な実装技術により電気的に接続し形成する。
【００２７】
ループ状電極および主放射電極の形状は、種々の条件に適合するように変形可能である。すなわち、ループ状電極は、円、楕円、四辺形など、ループを形成する形状であれば、いずれでも良く、無線タグの形状、用途、基材の性質などによって適宜選択するのがよい。主放射電極は、直線上、曲線状、ミアンダ形状など、同様に、無線タグの形状、用途、基材の性質などによって適宜選択するのがよい。無線タグ全体の小型化を図るためには、屈曲した形状とするのが好ましい。
【００２８】
また、アンテナのインピーダンス特性を広い周波数帯域で平坦にするためには、ループ状電極および主放射電極はそれぞれ線対称となるよう形成するのが良い。特に、ループ状電極および主放射電極から形成されるアンテナ全体が給電点を含む線に対して対象となるよう形成するのが特に好ましい。
【００２９】
種々の実験の結果、ループ状電極と主放射電極の接続部が、給電点から遠ざかるに従いインピーダンス特性のうちの特にリアクタンス分が、広い周波数帯域で平坦になることが判明した。特に、この現象が顕著になるのは、ループ状電極上の給電点から、ループ状電極全長の４分の１近傍を越えて主放射電極を接続した時である。従って、ループ状電極全長の４分の１乃至４分の３となる位置のいずれかに、ループ状電極と主放射電極の接続部を配置し、アンテナを形成する。
【００３０】
前記接続部が給電点から最遠の位置、すなわちループ状電極全長の２分の１近傍に配置するのが特に好ましい。
【００３１】
ループ状電極および主放射電極の幅は、均一としても、幅広部を設けても同上の効果を奏する。しかしながら、種々の実験の結果、主放射電極の開放端近傍に幅広部を設けることにより、より広い周波数帯域で、アンテナのインピーダンス特性、特にリアクタンス分が平坦化することが判明した。従って、該幅広部の形状は、無線タグの形状、用途、基材の性質などによって適宜選択し、インピーダンス特性を調整するのがよい。特に、開放端近傍に扇形状の幅広部を設けることにより、より広い周波数帯域でインピーダンス特性を平坦にすることができ、かつ無線タグの小型化にも貢献するので、特に好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例を示す図である。
【００３４】
無線タグ１００は、アンテナ部１０１、基材１０２、ＩＣチップ１０３からなり、アンテナ部１０１は、ループ状電極部１０４と主放射電極部１０５からなる。無線タグ１００の外形寸法は、縦１０ｍｍ、横１００ｍｍである。
【００３５】
アンテナ部１０１は、厚み０．４ｍｍのガラスエポキシ基板からなる基材１０２上に、銀を主成分とする導電性のある塗料を印刷し、さらに金メッキをして形成されている。アンテナ部１０１とＩＣチップ１０３は、ワイヤボンディングによって接続されている。
【００３６】
ＩＣチップ１０３は、ループ状電極部１０４に接続されている。ループ状電極部１０４上の、ＩＣチップ１０３の給電点１０６から、ループ状電極部１０４の外周距離として８分の３となる点Ａ、および外周距離として８分の５となる点Ｂから直線状の主放射電極が２つ接続されており、この２つの主放射電極部１０５が、いわゆるダイポールアンテナとして機能する。
【００３７】
図３は、本発明による無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図であり、上記の無線タグ１００を用いて測定した結果を示す。７０１はインピーダンスの抵抗分、７０２はインピーダンスのリアクタンス分である。
【００３８】
比較例として図２に示した無線タグ２００を用いて同様にアンテナインピーダンス特性を測定した。
【００３９】
図２は、比較例による無線タグを示す図である。
【００４０】
無線タグ２００は、ＰＥＴからなる基材２０２上に、アルミニウムをエッチングして形成されたアンテナ部２０１とＩＣチップ２０３をフリップチップ実装で接合してなる。アンテナ部２０１は２つの主放射電極部２０５からなり、いわゆるダイポールアンテナとして機能する。
【００４１】
図４は、比較例による無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図であり、上記の無線タグ２００を用いて測定した結果を示す。７０３はインピーダンスの抵抗分、７０４はインピーダンスのリアクタンス分である。
【００４２】
アンテナのインピーダンスのうち抵抗分をＲａ、リアクタンス分をＸａ、ＩＣチップのインピーダンスのうち抵抗分をＲｉ、リアクタンス分をＸｉとしたとき、アンテナとＩＣチップのインピーダンス整合条件は、Ｒａ＝Ｒｉ，Ｘａ＝−Ｘｉである。
【００４３】
図３に示した本発明による無線タグ１００のインピーダンス（抵抗分）７０１は、周波数が上がるとともに徐々に大きくなるが、ある点でピークとなり、再び徐々に小さくなる。従って、目標とするＩＣチップの抵抗分と、アンテナの抵抗分の差を広い周波数帯域で小さくすることができる。
【００４４】
インピーダンス（リアクタンス分）７０２は、表示帯域内にて１００乃至１３０Ωの値を保っており、同様に目標とするＩＣチップのリアクタンス分と、アンテナのリアクタンス分の差を広い帯域で小さくすることができる。
【００４５】
一般に、ＩＣチップのインピーダンスは、周波数による変化が小さいので、アンテナがこのようなインピーダンス特性を有する無線タグにより、広い周波数帯域でインピーダンス整合を取ることが可能となった。
【００４６】
一方、図４に示す比較例のように、アンテナのインピーダンスが、インピーダンス（抵抗分）７０３、インピーダンス（リアクタンス分）７０４ともに周波数によって大きく変化すると、整合を取ることができる周波数帯域幅が制限される。
【００４７】
比較例のインピーダンス（リアクタンス分）７０４が同じ周波数帯域内で０Ω未満乃至２００Ω以上の値で変化するのと比較すると、本発明の効果および優位性は明らかである。
【００４８】
図５は、本発明および比較例によるＩＣチップとアンテナの整合特性を示す図である。
【００４９】
８０１は本発明による無線タグ１００におけるＩＣチップから見たアンテナのリターンロス、８０２は無線タグ１００におけるＩＣチップとアンテナの不整合損失を示す。同様に、８０３は比較例による無線タグ２００におけるＩＣチップから見たアンテナのリターンロス、８０４は無線タグ２００におけるＩＣチップとアンテナの不整合損失を示す。
【００５０】
無線タグ１００および無線タグ２００は、共に、９５０ＭＨｚでインピーダンス整合が取れるように設計されており、９５０ＭＨｚでの不整合損失はほぼ０に近い。しかし、たとえば８５０ＭＨｚにおいては、本発明による無線タグ１００の不整合損失８０２は２．６ｄＢであるのに対し、比較例による無線タグ２００の不整合損失８０４では７．８ｄＢと、５．２ｄＢの差が生じている。
【００５１】
これを通信距離に換算すると、本発明の無線タグ１００では、完全整合時の通信距離の７４％に相当するのに対し、比較例の無線タグ２００では完全整合時の通信距離の４０％にまで劣化することを意味する。
【００５２】
実際に通信距離を測定したところ、本発明の無線タグ１００の場合、９５０ＭＨｚでの通信距離は５ｍであったが、８５０ＭＨｚでの通信距離は４．２ｍであった。一方、比較例の無線タグ２００では、９５０ＭＨｚでの通信距離は同じく５ｍであったが、８５０ＭＨｚでの通信距離は２．３ｍと、著しく劣化していた。
【００５３】
（実施例２）
図６は、本発明の実施例を示す図である。
【００５４】
ＰＥＴからなる基板１０２上に、アンテナ部１０１を、基材１０２上に貼付されたアルミニウムをエッチングすることにより形成し、アンテナ部１０１とＩＣチップ１０３は、フリップチップ実装によって接続した。ＩＣチップ１０３と接続されているループ状電極部１０４に外接するように、主放射電極部１０５が接続されている。また、主放射電極部１０５は、開放端が曲線状のいわゆる折り返し構造になっており、折り返し部１０７を持つ。このような構造により小型化した無線タグ３００を作製した。
【００５５】
この無線タグ３００を用いて、アンテナのインピーダンス特性を測定したところ、図３に示した本発明による無線タグ１００とほぼ同様な特性を、抵抗分およびリアクタンス分について示した。
【００５６】
（実施例３）
図７は、本発明の実施例を示す図である。
【００５７】
無線タグ４００は、主放射電極部１０５の形状を除き、実施例２と同様の構成を有する。主放射電極部１０５は、その先端部すなわち、開放端に扇形の幅広部１０９を設けた。
【００５８】
図８は、本発明による無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図であり、上記の無線タグ３００および無線タグ４００を用いて測定した結果を示す。９０１は無線タグ３００におけるインピーダンスの抵抗分、９０２は無線タグ３００におけるインピーダンスのリアクタンス分を示し、９０３は無線タグ４００におけるインピーダンスの抵抗分、９０４は無線タグ４００におけるインピーダンスのリアクタンス分を示す。
【００５９】
主放射電極部１０５に幅広部１０９を設けた無線タグ４００は、無線タグ３００と比較するとインピーダンス特性、特にリアクタンス分９０４がより平坦になっている。従って、このような幅広部の形成により、より広い周波数帯域でＩＣチップとインピーダンス整合をとることが可能な無線タグが得られる。
【００６０】
（実施例４）
図９は、比較例の無線タグおよびアンテナインピーダンス特性を示す図で、図９（ａ）は無線タグ５００を示す図、図９（ｂ）は無線タグ５００のアンテナインピーダンス特性を示す図である。図１０は、本発明の無線タグおよびアンテナインピーダンス特性を示す図で、図１０（ａ）は無線タグ６００を示す図、図１０（ｂ）は無線タグ６００のアンテナインピーダンス特性を示す図である。図１１は、本発明の無線タグおよびアンテナインピーダンス特性を示す図で、図１１（ａ）は実施例１に示した本発明の無線タグ１００を示す図、図１１（ｂ）は無線タグ１００のアンテナインピーダンス特性を示す図である。
【００６１】
無線タグ５００および無線タグ６００は、主放射電極部１０５とループ状電極部１０４の接続する位置（以下、接続点と表記）を除いて、実施例１と同様の構成である。７０１および９０１はアンテナインピーダンスの抵抗分、７０２および９０２はアンテナインピーダンスのリアクタンス分を示す。
【００６２】
比較例である無線タグ５００の接続点は、給電点１０６から、ループ状電極部１０４の全長の８分の１および８分の７の距離離間した位置にあり、図示された周波数帯域における、インピーダンス（リアクタンス分）９０２の変化が大きい。
【００６３】
本発明である無線タグ６００の接続点は、給電点１０６から、ループ状電極部１０４の全長の４分の１および４分の３の距離離間した位置にあり、図示された周波数帯域における、インピーダンス（リアクタンス分）７０２の変化が、無線タグ５００に較べて小さく、平坦化しはじめている。
【００６４】
本発明である無線タグ１００の接続点は、給電点１０６から、ループ状電極部１０４の全長の８分の３および８分の５の距離離間した位置にあり、図示された周波数帯域における、インピーダンス（リアクタンス分）７０２の変化が、無線タグ５００に較べて充分に小さく、無線タグ６００と比較してもさらに平坦化している。
【００６５】
上記比較より、無線タグの接続点は、給電点から、ループ状電極部の全長の４分の１乃至４分の３の距離離間した位置にあると一定の周波数帯域における、インピーダンス特性、特にリアクタンス分の変化が、小さく、平坦化し、広い周波数帯域でインピーダンス整合を取りやすいことが明確となった。
【００６６】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の無線タグを用いることにより、特に輸出入に対応した一般商品等の流通管理、販売管理、在庫管理、利用状況管理に代表される多様な物品の管理において、管理する物品の材質や使用環境等に適したシステムを簡便に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例を示す図。
【図２】比較例による無線タグを示す図。
【図３】本発明による無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図。
【図４】比較例による無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図。
【図５】本発明および比較例によるＩＣチップとアンテナの整合特性を示す図。
【図６】本発明の実施例を示す図。
【図７】本発明の実施例を示す図。
【図８】本発明による無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図。
【図９】比較例の無線タグおよびアンテナインピーダンス特性を示す図。図９（ａ）は無線タグを示す図、図９（ｂ）は無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図。
【図１０】本発明の無線タグおよびアンテナインピーダンス特性を示す図。図１０（ａ）は無線タグを示す図、図１０（ｂ）は無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図。
【図１１】本発明の無線タグおよびアンテナインピーダンス特性を示す図。図１１（ａ）は実施例１に示した本発明の無線タグを示す図、図１１（ｂ）は無線タグのアンテナインピーダンス特性を示す図。
【符号の説明】
【００６９】
１００、２００、３００、４００、５００、６００    無線タグ
１０１、２０１    アンテナ部
１０２、２０２    基材
１０３、２０３    ＩＣチップ
１０４  ループ状電極部  
１０５、２０５    主放射電極部
１０６、２０６    給電点
１０７    折り返し部
１０９    幅広部
７０１、７０３、９０１、９０３    インピーダンス（抵抗分）
７０２、７０４、９０２、９０４    インピーダンス（リアクタンス分）
８０１、８０３    リターンロス
８０２、８０４    不整合損失
Ａ    外周距離として８分の３となる点
Ｂ    外周距離として８分の５となる点
【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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【図６】
2007249620.tif 000008
【図７】
2007249620.tif 000009
【図８】
2007249620.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2007249620.tif 000012
【図１１】
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