(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＦＩＤシステムでＵＨＦ帯域全域にわたって良好な周波数特性を持つ小型の電子タグ用アンテナで、広帯域化により人体を含む水気のある物質に貼り付けても、動作が保障される電子タグを提供する。【解決手段】シート状の誘電体で形成されたアンテナ基板５からなる単一平面上にスパイラル形状のアウトラインをもつ板状導体で形成された主アンテナ素子１とその一対の主アンテナ素子中心部付近に形成された給電パッド部分１０と上記主アンテナ素子の両端部に形成された無給電アンテナ素子３を備えることを特徴とするＳ字板状小型ダイポールアンテナを形成し、且つ、板状導体にノッチ状の切込み２を入れることによりインダクタンス成分、キャパシタンス成分の装荷を行い、共振周波数帯域の最適化と広帯域化、そしてアンテナ形状の小型化を実現する。このＳ字板状小型ダイポールアンテナの給電パッド部分１１にタグＩＣ１０を備え電子タグを形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の誘電体からなる単一平面上にスパイラル形状のアウトラインをもつ板状導体で形成された左右一対の主アンテナ素子と、その主アンテナ素子中心部付近に形成された給電パッド部分と、上記主アンテナ素子の両端部に形成された無給電アンテナ素子を備えることを特徴とするＳ字板状小型ダイポールアンテナ。
【請求項２】
前記主アンテナ素子はその両端部付近にノッチ状の切込みが一部に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＳ字板状小型ダイポールアンテナ。
【請求項３】
前記主アンテナ素子はその導体に装荷されるノッチ状の切込みの幅もしくは長さが可変であることを特徴とする請求項１に記載のＳ字板状小型ダイポールアンテナ。
【請求項４】
前記主アンテナ素子および前記無給電アンテナ素子は上記給電パッド部分に近い部分では細く、両端部に近づくに従って太くなることを特徴とする請求項１に記載のＳ字板状小型ダイポールアンテナ。
【請求項５】
前記主アンテナ素子は上記給電パッド部分に電気回路またはＩＣを有することを特徴とする請求項１に記載のＳ字板状小型ダイポールアンテナ。
【請求項６】
前記主アンテナ素子は上記給電パッド部分の形状を変更しても電気的性能および周波数特性は大きく変わることなく給電パッド部分の形状が可変であることを特徴とする請求項１に記載のＳ字板状小型ダイポールアンテナ。
【請求項７】
請求項１〜７のいずれかに記載の小型アンテナとタグＩＣを備え、前記小型アンテナの給電パッド部分に前記タグＩＣが接続されていることを特徴とする電子タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、無線工学に関し、かつ、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムなどに用いられる小型形状と広帯域性が求められるアンテナおよび電子タグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】ＲＦＩＤシステムは、例えば図３に示すように、質問機、質問機用送信アンテナ、質問機用受信アンテナ、電子タグとから構成されており、質問機は電波信号を送出し、この質問機からの送信電波信号を電子タグが受け、タグ内のメモリーに蓄積された情報で、バックスキャッタ方式と一般に呼ばれる変調方式を用いて、返答信号を送信する。そして電子タグから返信された信号を質問機が復調し、タグ情報を読み取るようになっている。【０００３】上記ＲＦＩＤシステムは主に物流、流通など分野で利用されている。現在利用されているＲＦＩＤ電子タグの例として、電池を用いることなく質問機より放射された電力を利用するパッシブタグが上げられる。パッシブタグの例としては、１３．５６ＭＨｚ帯を利用した近距離通信用のＨＦ帯域用電子タグや、遠距離通信用の２．４ＧＨｚ帯を利用したマイクロ波用電子タグがあげられる。【０００４】今日、マイクロ波を利用した電子タグと比べ、電波伝播にあたっての減衰率が低く、より長い通信距離での通信を可能とする特徴をもつＵＨＦ周波数帯を用いたＲＦＩＤシステムの実用化が進み、ＵＨＦ用タグの開発も盛んに進められてきている。【０００５】ＵＨＦ用タグは主に物流の分野で国際的な運用が見込まれており、ＵＨＦ帯域用ＲＦＩＤシステムの運用のためにヨーロッパでは８６８ＭＨｚ〜８７０ＭＨｚ、アメリカでは９０２〜９２８ＭＨｚが周波数帯域として法律で許可されている。なお、ＵＨＦ帯域用ＲＦＩＤシステム活用のために、日本では９５０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚを利用することが検討されている。【０００６】ＵＨＦ帯域を利用するＲＦＩＤシステム用の電子タグは各国・各地域で許可されている周波数にあわせたアンテナを搭載し、運用されているのが現状である。【０００７】ＵＨＦ用電子タグ用アンテナとしてダイポールアンテナを採用した場合、ダイポールアンテナのアンテナ長を通信周波数の波長λの半波長（λ／２）に設定する事により、良好な利得を得ることができるとともに、インピーダンスの整合を比較的容易にとることができるが、運用時の利便性が考慮され、メアンダライン構造をもつＵＨＦ用電子タグの発明や開発も盛んに行われている。（例えば、特許文献１参照。）。【０００８】ただし、ＵＨＦ用電子タグが国際的に運用されるためには、８６８ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ間の８８ＭＨｚに渡る帯域において、良好な通信を行うことのできるＵＨＦ用電子タグ用アンテナが必要である。これまで、ＵＨＦ帯域において良好な周波数特性をもつ小型アンテナを実現するために、自己補対形状を備えた螺旋構造のスパイラルアンテナなどの形状が考えられてきた。（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２４４７７８８号公報
【非特許文献１】２００３年アメリカ合衆国特許公報６９６３３１７，「ＲＦＩＤｔａｇ  ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ  ｓｐｉｒａｌ  ａｎｔｅｎｎａ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】ところで、従来のＵＨＦ用電子タグ用アンテナの外形とほぼ同じ、もしくはそれ以下のサイズの螺旋構造のスパイラルアンテナを無線タグに用いると、ＵＨＦ全帯域においてアンテナの入力インピーダンスが高すぎ、通常のタグＩＣの出力インピーダンスとして用いられている５０Ωとのマッチングをとることは困難であった。【００１０】アンテナとタグＩＣとのインピーダンスマッチングをとる課題を解決するために、チップコンデンサやチップインダクタなどの受動部品を用いることも考えられるが、製造コストや部品点数の増加による故障率の増加、形状の拡大などが伴うため、現実的に産業分野での利用が見込めるＵＨＦ帯電子タグを実現する手段とはならないと考えられる。【００１１】また、アンテナ線路のメアンダライン化などにより実現されるアンテナ小型化の結果、アンテナの帯域幅が犠牲となってしまい、広帯域な周波数特性をもつアンテナを実現することは困難であった。このことは、国際間貿易におけるＵＨＦ用電子タグの利用を妨害してきた。【００１２】狭帯域のアンテナを搭載した電子タグを、人体を含む水気のある物質に貼り付けた場合、アンテナ周辺の誘電率の変化が発生し共振周波数が低い周波数へと偏移してしまい、電子タグとして機能しなくなってしまっていた。【００１３】以上、現状用いられているＵＨＦ用電子タグと電子タグ用アンテナの問題点を分析すると、狭帯域の電子タグ用アンテナとそれを搭載した電子タグがＵＨＦ帯域を利用するＲＦＩＤシステムの活発な活用の機会を妨げる一因となっていると考えられる。【００１４】本発明は上述する現状を鑑みてなされるものであり、従来の電子タグに用いられてきた半波長ダイポールアンテナと同等もしくはそれ以下のサイズで、ＲＦＩＤシステムに利用されるＵＨＦ帯域全域にわたって良好な周波数特性を持つ電子タグ用アンテナを提供し、そのアンテナを採用した電子タグを実現することを目的とする。【００１５】また、広帯域にわたる良好な周波数特性を実現することで、人体を含む水気のある物質に貼り付けても、動作が保障される電子タグを実現することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】本発明のアンテナは、シート状の誘電体からなる単一平面上にスパイラル形状のアウトラインをもつ板状導体で形成されたＳ字状のダイポールアンテナとして機能する主アンテナ素子に、主アンテナ素子中心部付近に形成された給電パッド部分と、主アンテナ素子両端部付近のノッチ状の切込みと、上記主アンテナ素子の両端部に形成された無給電アンテナ素子を組み合わせて形成されることによって特徴づけられる。【００１７】前記主アンテナ素子および前記無給電アンテナ素子は上記給電パッド部分に近い部分では細く、両端部に近づくに従って太くなり、主アンテナに装荷されるノッチ状の切込みの長さ・深さ・幅は単一の形状に限定されるものではないことも特徴としている。【００１８】本発明のアンテナは頂上装荷の原理に基づきキャパシタンス成分・インダクタンス成分の調整を行っているため、主アンテナ素子のサイズや形状を保ったまま、ノッチ状の切込みの長さ・深さ・幅、無給電アンテナ素子の形状を自由に設計することで、電子タグが貼り付けられる物体の性質に応じてアンテナ特性の調整を行うことが可能になっている。同様に給電部分の形状を変化させた場合に起こる電気的な性質の変化に応じてアンテナを調整することも可能である。【００１９】なお、本発明のアンテナは電気的性能および周波数特性を大きく変化させることなく給電パッド部分の形状を変化させることができ、多様なタグＩＣのパッケージ形状に対応することが可能となっている。【００２０】また、単一平面上に全てのアンテナ素子が形成されるので、一般の電子機器に利用されるガラスエポキシ基板やポリイミド基板上にアンテナを作成することが可能である。その結果、電子タグ製作の容易性が増し、製造コストの低減化を見込むことができる。【００２１】本発明のアンテナを搭載した電子タグは、上述するＳ字板状小型ダイポールアンテナの給電パッド部分に電気回路またはタグＩＣを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】以上詳記したように本発明によれば、単一平面上にスパイラル形状のアウトラインをもつＳ字板状小型ダイポールアンテナ素子を形成し、主アンテナ素子にノッチ状のスリットの装荷を行い、両端部に無給電素子の頂上装荷を行うことによって、小型且つ広帯域にわたって周波数特性が良好なＵＨＦ用タグ用アンテナが実現されるため、広帯域の周波数特性が要求される国際間流通などの分野で利用することが可能な、小型のＵＨＦ用電子タグを実現することができる。【００２３】更に、広帯域にわたる良好な周波数特性を実現することで、人体を含む水気のある物質に貼り付けたとしても、動作が保障される電子タグを実現することができ、従来ＵＨＦ用電子タグを用いることが困難とされてきた動植物に貼り付けての利用が可能になり、ＵＨＦ用電子タグのより一層の活用を見込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜実施形態１＞【００２５】図１は本発明の小型アンテナの一例を示す平面図である。図２は図１のＸ−Ｘ線の拡大断面図（ａ）である。【００２６】本実施形態の図は紙エポキシ基板上に、本発明のＳ字板状小型ダイポールアンテナをエッチングして形成したアンテナを示している。アンテナ基板５からなる単一平面上にスパイラル形状のアウトラインをもつ板状導体で形成された主アンテナ素子１と、主アンテナ素子中心部付近に形成された給電パッド部分６と上記主アンテナ素子の両端部に形成された無給電アンテナ素子３を備え、板状導体にノッチ状の切込み２が装荷されている。Ｓ字板状小型ダイポールアンテナの給電パッド部分６にタグＩＣ４を備えている。【００２７】実施形態１におけるＳ字状小型ダイボールアンテナは最大長さ１３５ｍｍ、最大幅２２ｍｍとなっており、ノッチ状の切込みの幅は１．５ｍｍとなっている。無給電素子は高さ４．５ｍｍ、長さ２３ｍｍの平行四辺形である。【００２８】電気長を伸ばすとともに、インダクタンス、キャパシタンス成分の装荷を行うノッチ状の切込みはメアンダ状の折れ曲がりパターンの形状になっている。【００２９】＜実施形態２＞
以上の例では、給電パッド部分６は主アンテナ素子の中心部を分断し形成されているが、図４に示すように、別の形状の給電パッド１０を主アンテナ素子の中心部付近に形成することも可能である。給電パッド１０にはタグＩＣ１１が電気的に接続されることになる。【００３０】＜実施形態３＞
無給電アンテナ素子のパターンの形状は特に限定されないため、環境要因によるアンテナ特性の調整が必要な場合は、例えば図５に示すようなループ状無給電素子５１にしてもよい。【００３１】＜実施形態４＞
無給電アンテナ素子のパターンの形状などは特に限定されないため、環境要因によるアンテナ特性の調整が必要な場合は、例えば図６に示すようなメアンダ状無給電素子６１としてもよい。【００３２】＜その他の実施例＞
図７は、本発明のアンテナの周波数特性に関するデータ収集を目的としてセミリジットケーブルの先端に実施形態１で説明したアンテナを接続した様子を示すものである。本発明のアンテナのアンテナ素子７１にセミリジットケーブル７２を接続し、一方のアンテナエレメントに同軸芯線７３を接続し、もう一方のアンテナエレメントにセミリジットケーブルの外皮を接続してある。なお、セミリジットケーブルは同軸コネクタ７４に接続されており、ネットワークアナライザに接続できるようになっている。【００３３】本実験用アンテナを電波暗室内で測定したところ、広帯域にわたり良好な周波数特性が見られた。図９は実験用アンテナの８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ間での入力インピーダンスをプロットしたものである。【００３４】図１０は図７にて示されたアンテナの紙エポキシ基板に手を触れた状態で収集した８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ間の入力インピーダンスをプロットしたものである。【００３５】図９および図１０にて示された実験結果から、本発明のアンテナはＵＨＦ用ＲＦＩＤシステムで利用される８６８ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚにおける電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が１．５に近いことが示されており、良好な周波数特性を備えるアンテナであるといえる。またアンテナに人体を近づけたときには、ＵＨＦ帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、８６８ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚのほぼ全域にわたって２以下となっており、人体が近づいたとしてもアンテナはその周波数特性を良好に保つことができていると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】本発明は、ＵＨＦ用ＲＦＩＤシステムの利用の許可された周波数が同じ国・地域内での物流業務のみでなく、国際的な物流業務におけるＵＨＦ帯域を利用したＲＦＩＤシステムの構築と、動植物に直接貼り付けることのできる電子タグを利用した新しいタイプのＲＦＩＤシステムを実現する可能性をもつ。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のアンテナの一例を示す平面図である。
【図２】図１のａ−ａ線端面図である。
【図３】ＲＦＩＤシステムの基本構成を示す図である。
【図４】本発明の電子タグの他の例を示す平面図である。
【図５】本発明のアンテナの別の例を示す平面図である。
【図６】本発明のアンテナの別の例を示す平面図である。
【図７】本発明のアンテナを測定用に加工した様子を示す図である。
【図８】本発明のアンテナを理想状態で実測した時の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図９】本発明のアンテナを人体近傍に置き実測した場合の入力インピーダンス特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】ＴＡ  無線タグ
１  主アンテナ素子
２  メアンダ線路素子
３  無給電アンテナ素子
４  タグＩＣ
５  アンテナ基板
６  給電パッド
７  ＲＦＩＤリーダー
８  送信アンテナ
９  受信アンテナ
１０  給電パッド
１１  タグＩＣ
５１  ループ状無給電素子
６１  メアンダ状無給電素子
７１  アンテナ素子
７２  セミリジットケーブル
７３  同軸芯線
７４  同軸コネクタ
【図１】
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【図２】
2007221735.tif 000004
【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】
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【図９】
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