(57)【要約】 【課題】  無線ＩＣタグの長さおよび幅を短くし、小型であっても、アンテナの放射効率の劣化や、通信距離の劣化を最小限にする無線ＩＣタグを提供する。【解決手段】  アンテナ導体形状をミアンダ形状とすることによって、該実装基板の外形が、従来の１／２以下となるよう小型化する。【選択図】  図２
2007081632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップと、前記ＩＣチップに接続されるアンテナ導体とを実装基板に実装してなる無線ＩＣタグであって、前記アンテナ導体は、線状導体を連続して折り曲げてなるミアンダ形状であることを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項２】
前記アンテナ導体は、前記線状導体の折り曲げ部分端部に面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の無線ＩＣタグ。
【請求項３】
前記無線ＩＣタグの使用周波数の波長をλとした時、前記実装基板の最大基板幅が１／３０λ以上、２／３０λ以下で、かつ、最大基板長が５／３０λ以上、７／３０λ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【請求項４】
前記無線ＩＣタグの使用周波数の波長をλとした時、前記アンテナ導体は、１／１２００λ以上３／１２００λ以下の幅を有する線状導体からなり、隣り合う前記各線状導体が１／１２００λ以上３／１２００λ以下の間隔で、形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信媒体として電磁波を使用する無線タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁波を使った非接触の自動認識技術として、ＲＦＩＤ（Radio  Frequency  Identification）の研究、開発が盛んに行われている。ＲＦＩＤは、半導体メモリ（ＩＣチップ）と通信用アンテナを搭載したＩＣタグ、ＩＣカード等の小型応答器（以下、無線ＩＣタグとも表記）と、質問器（リーダライタ）との間で、電磁波によって非接触通信を行い、データ通信を行う技術で、次世代バーコードとして注目されている。
【０００３】
バーコードと比較して優れている点は、データ通信にＩＣチップを用いているため、情報量が多い、データの書き込みが可能、通信距離が長い、などがあげられる。小型応答器搭載のチップの性能や、通信方式、周波数帯等によってＲＦＩＤシステムの用途は異なる。
【０００４】
無線ＩＣタグに搭載する通信用アンテナを効率よく放射させるためにはアンテナ導体の全長は、約１／２λの長さが必要になる。図５は、従来技術の説明図で、マイクロストリップ線路で構成した従来のアンテナ構成を示す。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡＡ断面図、図５（ｃ）は、底面図である。誘電体１４の上面にアンテナ導体１１が配され、給電点１６および信号の入出力端子１７が設けられている。また、底面には、接地導体１５が配され、スルーホール１８がアンテナ導体１１と接地導体１５を貫通するよう設けられている。
【０００５】
アンテナ導体の長さ１２は、動作周波数に於いて、１／２λ相当となるよう設定されている。また、アンテナ導体の幅１３は、アンテナの放射効率を設定するパラメータとして機能する。このようなアンテナは、例えば特許文献１に示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３２５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＵＨＦ帯（９００ＭＨｚ）を用いたＲＦＩＤシステムの場合、波長λは約３０ｃｍとなり、図５に示した形態のアンテナを作製した場合のアンテナ導体の長さ１２は約１５ｃｍとなる。アンテナ導体の長さが１５ｃｍになるアンテナを有する応答器は、小型とは言い難く、適用範囲も限定される。そこで、アンテナを含めた無線ＩＣタグの全長を１／２λ以下に設定し、小型化を試みると、原理的にアンテナの放射効率が劣化し、当然、その結果、通信距離が短くなり、実用に供することができない。
【０００８】
本発明の技術的課題は、無線ＩＣタグ（実装基板）の最大長さおよび最大幅を短くし、なおかつ、小型であっても、アンテナの放射効率の劣化や、通信距離の劣化を最小限にする無線ＩＣタグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の無線ＩＣタグは、実装基板に実装された、ＩＣチップと該ＩＣチップに接続されたアンテナ導体とからなり、アンテナ導体形状をミアンダ形状とすることによって、使用周波数の波長λの時に、該実装基板の基板長を従来の１／２λ以下である約１／５λ、基板幅を約１／３０λ程度まで小型化する。
【００１０】
また、アンテナ導体として、ミアンダ形状を構成する線状導体同士の間隔の最適値を特定し、アンテナの放射効率を劣化させることなく小型化を実現する。
【００１１】
さらに、アンテナ導体として、ミアンダ形状を構成する線状導体の折り曲げ部分端部（エッジ部）を面取り加工することにより、エッジ部での不要放射を抑制し、小型であってもアンテナ放射効率が劣化しない構成とする。
【００１２】
本発明によれば、ＩＣチップと、前記ＩＣチップに接続されるアンテナ導体とを実装基板に実装してなる無線ＩＣタグであって、前記アンテナ導体は、線状導体を連続して折り曲げてなるミアンダ形状であることを特徴とする無線ＩＣタグが得られる。
【００１３】
本発明によれば、前記アンテナ導体は、前記線状導体の折り曲げ部分端部に面取り加工が施されていることを特徴とする無線ＩＣタグが得られる。
【００１４】
本発明によれば、前記無線ＩＣタグの使用周波数の波長をλとした時、前記実装基板の最大基板幅が１／３０λ以上、２／３０λ以下で、かつ、最大基板長が５／３０λ以上、７／３０λ以下であることを特徴とする無線ＩＣタグが得られる。
【００１５】
本発明によれば、前記無線ＩＣタグの使用周波数の波長をλとした時、前記アンテナ導体は、１／１２００λ以上３／１２００λ以下の幅を有する線状導体からなり、隣り合う前記各線状導体が１／１２００λ以上３／１２００λ以下の間隔で、形成されてなることを特徴とする無線ＩＣタグが得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、小型であってもアンテナ特性が良好な無線ＩＣタグが得られる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、アンテナ導体形状をミアンダ形状とすることで、アンテナ特性を大幅に劣化させることなく、無線ＩＣタグ全体を小型化するものである。
【００１８】
本発明を構成するＩＣチップ、およびアンテナ導体を搭載する実装基板の形状は、矩形状、円形状、楕円形状など任意の形状とすることが可能であるが、実用上は、矩形状が好ましい。しかし、線状導体をミアンダ状に折り曲げて実装基板に搭載することから、実装基板形状は、上記にかかわらず、無線ＩＣタグの用途、使用形態に合わせてある程度自由に変形可能である。
【００１９】
アンテナ導体形状をミアンダ形状としても従来のアンテナ性能を満たし、なおかつ従来の実装基板の１／２以下の大きさとするためには、実装基板の大きさは、最大基板長が５／３０λ以上７／３０λ以下、最大基板幅が１／３０λ以上２／３０λ以下とするのが好ましい。ここで、最大基板長および最大基板幅と記載したのは、実装基板形状は、前述のように必ずしも矩形状とは限定されない為である。すなわち、楕円形状であれば、最大基板長は長軸の長さ、最大基板幅は短軸の長さを示す。  
【００２０】
なお、アンテナ導体は、実装基板上のほぼ全面に形成することから、基板長とミアンダ形状のアンテナ導体の長さ、および基板幅とミアンダ形状のアンテナ導体の幅は、多少の相違はあるものの実用化された製品においては、ほぼ一致する。
【００２１】
また、本発明におけるミアンダ形状とは、矩形折り、つづら折り、波形をはじめとする、線状体を屈曲させながら一定の面積中に一定以上の密度をもって、配置するものと定義する。実用的には、矩形折り、つづら折り形状が好ましい。
【００２２】
しかしながら、良好なアンテナ特性を発揮させつつ、実装基板のアンテナ搭載面の面積を最小とするためには、使用周波数や所望の形状に応じて、アンテナ導体の幅や、アンテナ導体をミアンダ形状とした場合の縦横長などを適切に設定する必要がある。
【００２３】
従って、前述の大きさを満たす実装基板に対しては、アンテナ導体の幅は１／１２００λ以上３／１２００λ以下、アンテナ導体の間隔は１／１２００λ以上３／１２００λ以下とするのが好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例を示す図である。矩形状の実装基板１上に、線状導体をミアンダ形状に屈曲させてアンテナ導体２を配し、ＩＣチップ３に接続して、無線ＩＣタグを構成  している。
【００２６】
実装基板１は、比誘電率約４．２のガラスエポキシ系基板からなる。ＩＣチップ３は、実装基板１の中心部にアンテナ導体２とワイヤボンディング法により、接続され、実装されている。また、ＩＣチップ３の周囲は、樹脂封止され、実装基板１に固定されている。
【００２７】
さらに、実装基板１には、アンテナのインピーダンス調整用素子として、アンテナショートピン導体８が、形成されている。アンテナショートピン導体８は、ＩＣチップ３とアンテナのインピーダンスマッチング用に形成されているもので、リーダライタ側からの高周波電力を、アンテナ導体２からＩＣチップ３に高効率で供給する。
【００２８】
本発明の無線ＩＣタグの使用周波数は、９５３ＭＨｚであるので、使用周波数の波長λは、約３０ｃｍである。実用上の利益を考慮して、基板長４は、約１／５λすなわち６０ｍｍ、基板幅５は、約１／３０λすなわち１０ｍｍとする。
【００２９】
この基板に収まるようにアンテナ導体をミアンダ形状に配して、アンテナ導体２の全長は１／２λとし、ダイポール系のアンテナとして電気的動作を行わせたところ、良好に作動した。
【００３０】
図３は、従来の無線ＩＣタグを示す図である。９５０ＭＨｚ近傍で使用される一般的なダイポール系無線ＩＣタグで、実装基板１０上にアンテナ導体１１が形成され、ＩＣチップ３と接続されている。アンテナ導体１１はＩＣチップ３を中心に伸張した長尺形状であり、ダイポールアンテナを構成している。
【００３１】
また、アンテナ導体の長さ１２は約１／２λ、すなわち１５０ｍｍであり、アンテナ導体の幅１３は、１／３０λすなわち１０ｍｍである。なお、一般的にアンテナ導体の幅は、アンテナの放射効率と深く関連し、幅が広い程放射効率があがる。
【００３２】
図１に示した本発明の無線ＩＣタグと図３に示した従来の無線ＩＣタグを比較する。本発明の無線ＩＣタグは、線状導体を用いて、導体幅を細くし、ミアンダ形状とすることにより、無線ＩＣタグの外形（実装基板の大きさ）を従来の無線タグ（長さ１５０ｍｍ）の約１／２以下（長さ６０ｍｍ）とすることを可能とした。
【００３３】
（実施例２）
図２は本発明の実施例を示す図である。図１に示した無線ＩＣタグと同様の構成であるが、ミアンダ形状のアンテナ導体エッジ部９１は、面取りを行いＲ＝０．５ｍｍ（１／６００λ）とした。図１のアンテナ導体エッジ部９と形状を比較すると、構成の違いが明確となる。
【００３４】
この無線ＩＣタグを用いて、ダイポール系のアンテナとして電気的動作を行わせたところ、良好に作動し、なおかつ実施例１に較べてアンテナ特性が良好であった。
【００３５】
この構成とすることにより、エッジ部での不要放射が抑制され、アンテナ放射効率の劣化が低減されより一層、小型化に貢献した。
【００３６】
（実施例３）
図２は本発明の実施例を示す図である。実施例２で用いたものと同様の構成を有する無線ＩＣタグであって、アンテナ導体の折り返し長さ５ａを、１／３０λすなわち１０ｍｍ、無線タグの長さ、即ち基板長４を、１／５λすなわち６０ｍｍ、アンテナ導体の幅６は、１／６００λすなわち０．５ｍｍ、ミアンダ形状を構成する線状のアンテナ導体２同士の間隔７は、１／４００λすなわち０．７５ｍｍとした無線ＩＣタグを作製した。
【００３７】
アンテナ導体の折り返し長さ５ａは、長くなるに従い、隣り合う線状のアンテナ導体同士で電流の打ち消し合いが生じて放射効率が劣化する。しかしながら、折り返し長さ５ａを短くすると当然のことながら基板長４が大きくなる。従って、放射効率が劣化せず、かつ、前述のように実用上の利益を考慮して、アンテナ導体の折り返し長さ５ａを１／３０λすなわち１０ｍｍとした。
【００３８】
また、アンテナ導体の幅６は、前述のとおり、幅を短くすると、アンテナの放射効率が劣化する。さらに、ミアンダ形状を構成する線状アンテナの導体間隔７を近づけすぎると同様にアンテナの放射効率は劣化する。
【００３９】
本発明者は、鋭意検討した結果、アンテナ導体の折り返し長さ５ａを上記大きさに設定した場合、使用周波数の波長λ＝３０ｃｍを実現しかつ、アンテナの放射効率を劣化させることなく、基板長４を最小にするためには、アンテナ導体の幅６は、１／６００λすなわち０．５ｍｍ、ミアンダ形状を構成する線状アンテナの導体間隔７は、１／４００λすなわち０．７５ｍｍ、基板長４（無線タグの長さ）は、１／５λすなわち６０ｍｍとするのが最も好ましいとの結論に到達した。なお、この構成の無線ＩＣタグは、基板長４が６０ｍｍ、基板幅５が１１ｍｍであった。
【００４０】
この無線ＩＣタグを、ダイポール系のアンテナとして電気的動作を行わせたところ、極めて良好に作動した。
【００４１】
（実施例４）
図２は本発明の実施例を示す図である。実施例２で用いたものと同様の構成を有する無線ＩＣタグであって、基板幅５を、１／１５λすなわち２０ｍｍ、基板長４を、１／６λすなわち５０ｍｍ、アンテナ導体の幅６は、１／１２００λすなわち０．２５ｍｍ、ミアンダ形状を構成する線状アンテナの導体間隔７は、１／４００λすなわち０．７５ｍｍとした無線ＩＣタグを作製した。
【００４２】
この無線ＩＣタグを、ダイポール系のアンテナとして電気的動作を行わせたところ、良好に作動した。
【００４３】
（実施例５）
図２は本発明の実施例を示す図である。実施例２で用いたものと同様の構成を有する無線ＩＣタグであって、基板幅５を、１／３０λすなわち１０ｍｍ、基板長４を、７／３０λすなわち７０ｍｍ、アンテナ導体の幅６は、１／４００λすなわち０．７５ｍｍ、ミアンダ形状を構成する線状アンテナ導体の導体間隔７は、１／１２００λすなわち０．２５ｍｍとした無線ＩＣタグを作製した。
【００４４】
この無線ＩＣタグを、ダイポール系のアンテナとして電気的動作を行わせたところ、良好に作動した。
【００４５】
（実施例６）
図４は、通信距離測定実験の説明図である。質問器１０１は、質問器用アンテナ１０２を介して、無線ＩＣタグ１０３と通信する。質問器１０１の出力は２４．５ｄＢＭ、質問器用アンテナ１０２のアンテナ利得は６ｄＢｉである。また、無線ＩＣタグ１０３と質問器１０１は、距離ｒの間隔で配置され、通信を行う。
【００４６】
無線ＩＣタグとして図３に示した従来の一般的な無線ＩＣタグ、および本発明の実施例１〜３で用いた無線ＩＣタグを用いて、距離ｒを測定した。
【００４７】
従来の無線ＩＣタグの通信距離は１．３ｍであるのに対して、実施例１〜５の無線ＩＣタグを用いた場合の通信距離は０．９〜１．２ｍであった。通信距離は、従来の無線ＩＣタグよりやや短くなるが、実用上は問題がないことがわかる。
【００４８】
上記構成にすることにより、従来の約１／２の大きさを有する小型の無線ＩＣタグを用いたＲＦＩＤシステムを構成することでき、従来にない該システムの設計が可能となる。
【００４９】
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】
【００５０】
本発明の無線ＩＣタグにより、ＲＦＩＤシステム設計の自由度が増し、低価格で適用範囲の広いＲＦＩＤシステムが構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例を示す図。
【図２】本発明の実施例を示す図。
【図３】従来の無線ＩＣタグを示す図。
【図４】通信距離測定実験の説明図。
【図５】従来技術の説明図、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡＡ断面図、図５（ｃ）は底面図。
【符号の説明】
【００５２】
１，１０    実装基板
２，１１    アンテナ導体
３    ＩＣチップ
４    基板長
５    基板幅
５ａ    アンテナ導体の折り返し長さ
６，１３  アンテナ導体の幅
７    導体間隔
８    アンテナショートピン導体
９，９１    アンテナ導体エッジ部
１２    アンテナ導体の長さ
１０１    質問器
１０２    質問器用アンテナ
１０３    無線ＩＣタグ
１４      誘電体
１５      接地導体
１６      給電点
１７      信号の入出力端子
１８      スルーホール
ｒ    距離
【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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