(57)【要約】    【課題】  ダイポール型アンテナの基本型から、特に長さ方向を短縮させた電波方式の実用的なＲＦＩＤタグ用アンテナおよびＲＦＩＤタグを提供すること    【解決手段】  本発明に係るＲＦＩＤタグ用アンテナは、長さが2sのスリットを有する長さが2dのダイポールを備える電波方式のＲＦＩＤタグ用アンテナにおいて、ダイポールの中心位置からの沿面距離がsより大きくdより小さい位置に、ダイポールが一つ以上の分岐点または屈曲点を有するので、ダイポール方向にアンテナを短くすることができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さが2sのスリットを有する長さが2dのダイポールを備える電波方式のＲＦＩＤタグ用アンテナにおいて、ダイポールの中心位置からの沿面距離がsより大きくdより小さい位置に、ダイポールが一つ以上の分岐点を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項２】
長さが2sのスリットを有する長さが2dのダイポールを備える電波方式のＲＦＩＤタグ用アンテナにおいて、ダイポールの中心位置からの沿面距離がsより大きくdより小さい位置に、ダイポールが一つ以上の屈曲点を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項３】
ダイポールの分岐点または屈曲点は、ダイポールの中心位置に対して両側にあることを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項４】
ダイポールの中心位置から最も近い分岐点または屈曲点までの沿面距離がd1、２番目に近い分岐点または屈曲点までの沿面距離がd2であって、d1≧sかつd1≧d-d2であること特徴とする請求項３に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項５】
分岐点を有するダイポールが、ダイポールの中心位置からの沿面距離が分岐点より大きい位置に屈曲点を有することを特徴とする請求項４に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項６】
ダイポールの中心位置に対してアンテナの形状が左右両側が線対称、または点対称であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項７】
ダイポールの中心位置に対して両側に分岐点を各一つ有し、それぞれの分岐枝の分岐角度が略90度と略270度であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項８】
ダイポールの中心位置からの沿面距離がd1である分岐点を、ダイポールの中心位置に対して両側に各一つ有し、それぞれの分岐枝の分岐角度が略90度と略270度であって、それぞれの分岐枝がダイポールの中心位置からの沿面距離がd2である屈曲点を各一個有し、それぞれの屈曲角度が略90度と略270度であって、d1≧sかつd1≧d-d2あることを特徴とする１から７のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナを使用したＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波方式にて情報の書き込みや読み出しを行うＲＦＩＤタグのアンテナおよびＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップを搭載した無線タグと所定のリーダライタ装置を用いて、非接触で所定の情報の通信を行うRDID (Radio Frequency Identification)が知られている。ＲＦＩＤの方式としては、電磁誘導方式、静電結合方式、電波方式の三方式が知られているが、この内、電磁誘導方式と静電結合方式は通信距離が比較的短いことによる用途限界がある。これに対し電波方式は通信距離においては他の二方式を大きく凌駕する。
【０００３】
しかし、電波方式ではアンテナの大きさ、即ち無線タグ自体の大きさが他の二方式より大きくなり、タグを付ける対象物が大きいものでなくてはならないという別の大きさによる用途限界がある。
【０００４】
この問題を解決する一つの手法としては、特許文献１に誘導性パターン部を使用することによりアンテナ部の長さを短縮することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2005-92699号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ダイポールの端部の形状を直線型から変化させて長さ方向を短縮する方法では、大きさによる用途限界を大幅に緩和するという意味でのタグの小型化としては不十分である。
【０００７】
本発明の目的は、ダイポール型アンテナの基本型から、特に長さ方向を短縮させた電波方式の実用的なＲＦＩＤタグ用アンテナおよびＲＦＩＤタグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＲＦＩＤタグ用アンテナは、長さが2sのスリットを有する長さが2dのダイポールを備える電波方式のＲＦＩＤタグ用アンテナにおいて、ダイポールの中心位置からの沿面距離がsより大きくdより小さい位置に、ダイポールが一つ以上の分岐点を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るＲＦＩＤタグ用アンテナは、長さが2sのスリットを有する長さが2dのダイポールを備える電波方式のＲＦＩＤタグ用アンテナにおいて、ダイポールの中心位置からの沿面距離がsより大きくdより小さい位置に、ダイポールが一つ以上の屈曲点を有することを特徴とする。
【００１０】
また、ダイポールの分岐点または屈曲点は、ダイポールの中心位置に対して両側にあることがより好ましい。片側より両側にあるほうがバランスの点でより好ましいということである。
また、ダイポールの中心位置から最も近い分岐点または屈曲点までの沿面距離がd1、２番目に近い分岐点または屈曲点までの沿面距離がd2であって、d1≧sかつd1≧d-d2であること特徴とすることがより好ましい。
また、分岐点を有するダイポールが、ダイポールの中心位置からの沿面距離が分岐点より大きい位置に屈曲点を有することがより好ましい。
また、ダイポールの中心位置に対して左右両側が線対称、または点対称であることを特徴とすることが好ましい。
また、ダイポールの中心位置に対して両側に分岐点を各一つ有し、それぞれの分岐枝の分岐角度が略90度と略270度であることを特徴とすることがより好ましい。
【００１１】
また、ダイポールの中心位置からの沿面距離がd1である分岐点を、ダイポールの中心位置に対して両側に各一つ有し、それぞれの分岐枝の分岐角度が略90度と略270度であって、それぞれの分岐枝がダイポールの中心位置からの沿面距離がd2である屈曲点を各一個有し、それぞれの屈曲角度が略90度と略270度であって、d1≧sかつd1≧d-d2あることを特徴とすることがより好ましい。
上記一連の特徴は全てインピーダンス整合の条件を維持した状態での屈曲点、分岐点の工夫であるため、ダイポール型アンテナの基本型に対する通信性能比をできるだけ低下させずに、長さ方向の寸法の短縮を可能ならしめるものである。
本発明に係るＲＦＩＤタグは上記のごとくのＲＦＩＤタグ用アンテナを使用したＲＦＩＤタグである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダイポール型アンテナの基本型から、特に長さ方向を短縮させた電波方式の実用的な小型タグを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、ダイポール型アンテナの基本型の平面図である。
ダイポール型アンテナの基本型としては、一般にダイポール101の長さ2dが使用波長の1/2である場合が共振状態を得るのに最も好ましいが、ダイポールの長さが使用波長の1/4である場合でもそれに次ぐ共振状態が得られる。
本発明ではダイポール型アンテナの基本型として使用波長の1/2のダイポールを採用した。運用周波数が953MHzであることから、波長は約31.5cmであり、ダイポール長はその1/2の15.7cmが基準となる。この数値からも基本型のままでは運用対象が制限されることが容易に推測できる。ただし、実際には厳密な1/2の値より5%程度小さい値が採用されるのが普通である。この程度はアンテナ材料の誘電率に依存し、本発明では14.8cmである。しかしながら、ＩＣチップ103を搭載するタグ用のアンテナとしては、共振の条件のみならず、ＩＣチップを駆動させるための供給電力が最も効率的に得られる条件を整えないと有効な通信状態が満足できない。供給電力が最も効率的に得られる条件は、ＩＣチップとアンテナからなるタグの広義の抵抗（以下インピーダンス）の最適値の選定により得られる。インピーダンスを調整する機能をもつのがスリット102であり、ダイポールの長さに依存する共振の条件のみならず、スリットの長さ2sを調整して、ＩＣチップとアンテナのインピーダンスを整合させることが必要である。したがって、スリットの長さは、ダイポールの長さのように使用波長によって決まるものではなく、ＩＣチップ自体の抵抗値や静電容量に依存するため、使用するＩＣチップ固有のものとなる。
図２は、スリットの長さとインピーダンスを調整を反映した通信距離の関係を示した図である。通信距離の表記は、リーダライタ出力100mWにおけるダイポール型アンテナの基本型の通信可能距離を100％とした場合の相対値である。後述の実施例でも通信距離については同定義である。使用したＩＣチップは米国Matrics社製・オートIDセンタークラス0仕様のUHF帯ICチップであった。リーダー／ライターは同社製 RDR-JAP-001で、米国仕様品（915MHz）のフィルター機能を変更して国内電波法（953MHz）適合するように改造されたものを使用した。後述の各例の試験も同様のＩＣチップ等を使用して行った。
【００１４】
スリットを含むアンテナパターンは基材フィルムに導電性ペーストをスクリーン印刷したものまたは、エッチングによって作成することができる。以下の実施例ではアルミエッチングにより作成したアンテナパターンを使用した。
【００１５】
図３と図４には、屈曲点を有するアンテナの変形パターンの例を示した。具体的には、ダイポールの中心位置に対して両側の対称位置に、ダイポールの中心位置から屈曲点までの沿面距離がkである屈曲点を各１個有し、屈曲角がそれぞれ90度と270度にしたものである。
以下の記述における共通表記として、屈曲角、分岐角については、屈曲、分岐しない場合を0度とし、ダイポールの向いている外側方向を基準線として時計回りのプラス角度θ度として表記している。この「ダイポールの向いている外側方向」とは屈曲または分岐する直前のダイポール端部方向を意味するものである。ダイポールの中心位置からの屈曲点や分岐点までの距離は、ダイポールの幅（太さ）を考慮した中心線沿面距離である。またスリットの方向（紙面横方向）を長さ方向、それと垂直な方向（紙面縦方向）を幅方向と呼ぶことにする。尚、図３、図４および以下の図５、図６、図７、図８に示した例はいずれも屈曲点、分岐点をダイポールの中心位置に対して両側に設けた例であるが、タグ形状の状況などにより、片側だけに設ける場合も有り得る。
【００１６】
図３に示した例は、d＞d1＞sでd1がdに近い場合、すなわちスリットより外側で、ダイポール中心から遠い位置に屈曲点を有する場合であり、図４に示した例は、d＞d1＞sでd1がsに近い場合、すなわちスリットより外側でダイポール中心から近い位置に屈曲点を有する場合を示している。
屈曲点の位置、すなわちd1の値については、d1の値が大きいほどダイポール型アンテナの基本型を基準とした場合の通信性能に対しての性能低下の割合は小さいが、当然ながら長さ方向の短縮効果は小さいことになる。屈曲角については、(θ-180)の絶対値が大きいほど好ましいが、長さ方向の短縮効果の意味では90度と270度付近がよい。また、(θ-180)の絶対値が90より小さい場合は、長さ方向の短縮効果はなく、通信性能の低下だけをもたらす。対称性については、ダイポール本来の機能である共振の点からもダイポールの中心位置に対してアンテナの形状が線対称、または点対称を維持することがより好ましい。アンテナの形状とはダイポールやスリットの形状をいうものである。
【００１７】
図４(a)と図４(b)に示した例はスリットの機能、すなわちインピーダンス整合の重要性を検証するためのパターン例である。図４(a)にはd1＞sの条件を満足せず、s＞d1の状態でインピーダンス整合を満足するスリット長を維持せずに、長さ方向の短縮のみを求めたパターンを示した。図４(b)にはs＞d1の状態は図４(a)と同じであるが、スリット自体を屈曲させて、スリット長はインピーダンス整合を満足するものと同じ長さにしたパターンを示した。結果は、図４(a)、図４(b)に示した両例ともリーダライタとタグを密着状態にしないと通信不可あり、インピーダンス条件の破綻例として検証確認したものである。
【００１８】
インピーダンス整合が満足されないと通信機能が大きく低下することはを図２に示した結果から判断できる訳であるが、図４(a)と図４(b)に示した例の検証結果から次のことが分かる。インピーダンス調整に係わるスリットの長さはＩＣチップを跨いだ対称位置でのダイポールの短絡点間の距離であり、かつ、スリット長は直線構成での長さでなければならない。さらに、s＞d1の状態で屈曲点を設けることは、スリットの長さの条件またはスリットの直線性の条件または対称性の条件が必ず破綻し、スリットによるインピーダンス整合を満足することができないことから、長さ方向の短縮限界が2sであることを意味する。
【００１９】
図５と図６には、分岐点を有する変形パターンの例を示した。具体的には、ダイポールの中心位置に対して両側の対称位置に、ダイポールの中心位置から分岐点までの距離がd1である分岐点を各１個有し、分岐角がそれぞれ90度と270度にしたものである。
【００２０】
図５に示した例は、d＞d1＞sでd1がdに近い場合、すなわちスリットより外側で、ダイポール中心から遠い位置に分岐点を有する場合であり、図６は、d＞d1＞sでd1がsに近い場合、すなわちスリットより外側でダイポール中心から近い位置に分岐点を有する場合を示している。
分岐点の位置、すなわちd1の値については、屈曲点の場合とは異なり、分岐点でそれぞれ各二本の分岐枝を有することにより、位置による通信性能の依存性は小さい。したがって、長さ方向の短縮を目的とする場合は、屈曲点よりも分岐点を設ける方がより好ましい。分岐角については、屈曲角の場合と同様、長さ方向の短縮効果の意味で90度と270度付近がよく、対称性についても屈曲の場合と同様である。
【００２１】
図７と図８には、分岐点と屈曲点を有する変形パターンの例を示した。具体的には、ダイポールの中心位置に対して両側の対称位置に、ダイポールの中心位置から分岐点までの距離がd1である分岐点を各１個有し、分岐角はそれぞれ90度と270度にし、計４本の分岐枝それぞれが、ダイポール中心からの沿面距離d2の位置に屈曲点分を有する場合であり、d＞d2＞d1＞sの関係にある。
【００２２】
図７に示した例は、d＞d2＞d1＞sでd2がdに近い場合であり、図８に示した例は、d＞d2＞d1＞sでd2がd1に近い場合である。ダイポールの中心位置から分岐点までの距離bは図７、図８に示した例とも同じであり、長さ方向は同じである。図７と図８に示した例では結果的に幅方向の長さが異なることになるが、通信性能は幅方向が大きいほどよい。したがって、長さ方向の短縮だけでよい場合は図７に示したパターンに近いものを選択するのが好ましく、長さ方向、幅方向、共に短縮が必要な場合は通信性能との兼ね合いで図８に示したパターンに近いものを選択することになる。尚、通信性能との兼ね合いであるが、UHF帯タグの通信では図１のダイポール型アンテナの基本型を用いた場合の通信距離は10m弱であることから、通信性能が50％程度低下しても数mの通信距離があるので、タグを装着する対象物の大きさにより、通信距離よりもタグのサイズが重要視される場合には、図８のパターンが有効である。分岐角、屈曲角、対称性の特性については基本的には図３〜図６の場合と同様である。
【００２３】
［実施例］
［実施例１］
一例目の実施の形態は、図３に示した例においてd1の値を52mmに設定したものである。この結果、長さ方向が110mm、幅方向が23.5mm、通信距離はダイポール型アンテナの基本型に対し、82％のパターンを得た。寸法はダイポールの幅や最小限必要な線間隔を勘案するため、単純計算値より若干大きくなるのはやむをえない。以下の実施例も同様であるがダイポール幅は4.7mm、厚みは30μｍとした。
【００２４】
［実施例２］
二例目の実施の形態は、図４に示した例においてd1の値を32mmに設定したものである。この結果、長さ方向が70mm、幅方向が43mm、通信距離はダイポール型アンテナの基本型に対し、50％のパターンを得た。長さ方向をできるだけ短縮した例であるが、通信距離の低下は50％に留まる。
【００２５】
［実施例３］
三例目の実施の形態は、図５に示した例においてd1の値を52mmに設定したものである。この結果、長さ方向が110mm、幅方向が43mm、通信距離はダイポール型アンテナの基本型に対し、90％のパターンを得た。実施例１と比較すると幅方向が大きいが、通信距離はダイポール型アンテナの基本型比90％のものが得られる。
【００２６】
［実施例４］
四例目の実施の形態は、図６に示した例においてd1の値を32mmに設定したものである。この結果、長さ方向が70mm、幅方向が83mm、通信距離はダイポール型アンテナの基本型に対し、89％のパターンを得た。実施例３と比較すると幅方向が大きいが、長さ方向を短縮しても通信性能が低下しないものが得られる。
【００２７】
［実施例５］
五例目の実施の形態は、図７に示した例においてd1の値を32mm、d2の値を52mmに設定したものである。この結果、長さ方向が70mm、幅方向が46mm、通信距離はダイポール型アンテナの基本型に対し、88％のパターンを得た。実施例４と比較すると幅方向を更に短縮して通信性能が低下しないものが得られる。
【００２８】
［実施例６］
六例目の実施の形態は、図８に示した例においてd1の値を32mm、d2の値を42mmに設定したものである。この結果、長さ方向が70mm、幅方向が25mm、通信距離はダイポール型アンテナの基本型に対し、50％のパターンを得た。通信距離は半減するが、長さ方向、幅方向とも最小のパターンであり、通信距離よりもタグサイズを重視する運用においては極めて有効な例である。
表１に以上の実施例に係わる測定結果の一覧を示した。
【００２９】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３０】
ダイポール型アンテナの基本型に対し、一定の条件で屈曲点、分岐点を設けることにより、電波方式の電子タグの小型化が可能であり、運用対象の制限を大幅に緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ダイポール型アンテナの基本型の平面図。
【図２】スリットの長さとインピーダンスを調整を反映した通信距離の関係を示す図。
【図３】本発明のアンテナの屈曲点を有するパターンの一例（実施例１）の平面図。
【図４】本発明のアンテナの屈曲点を有する変形パターンの一例（実施例２）の平面図、(a)は屈曲点を有する変形パターンの一例であるがインピーダンス条件の破綻例（スリット長破綻）の平面図、(b)も同様にインピーダンス条件の別の破綻例（スリット形状破綻）の平面図である。
【図５】本発明のアンテナの分岐点を有する変形パターンの一例（実施例３）の平面図。
【図６】本発明のアンテナの分岐点を有する変形パターンの一例（実施例４）の平面図。
【図７】本発明のアンテナの屈曲点と分岐点を有する変形パターンの一例（実施例５）の平面図。
【図８】本発明のアンテナの屈曲点と分岐点を有する変形パターンの一例（実施例６）の平面図。
【符号の説明】
【００３２】
101  ダイポール
102  スリット
103  ＩＣチップ
d    ダイポール長の1/2の長さ（沿面長）
s    スリット長の1/2の長さ（沿面長）
d1    ダイポールの中心位置から最も一番近い位置の屈曲点または分岐点までの沿面距離
d2    ダイポールの中心位置から２番目に近い位置の屈曲点または分岐点までの沿面距離
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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