(57)【要約】【課題】２つのシングルモードの入出力ポートとコモンモードポートを有し、各シングルモードと各シングルモードより合成されるディファレンシャルモードとで機能するＩＣと、アンテナと、を備えたＲＦＩＤタグであって、互いに交差する２つの放射素子の指向性のヌル点を完全に補完することができるＲＦＩＤタグを提供する。【解決手段】アンテナが、お互いに交差する２つの放射素子２、３と、交差点２３に電磁結合するように近接してそれぞれの放射素子に平行に、一端を結び頂点１ｅとして２つの直線パターン１ａ、１ｂを設け、各直線パターンの他端をそれぞれＩＣ４のシングルモードの入出力ポートに接続し、頂点１ｅをＩＣ４のコモンモードポートに接続してなる整合用ループ回路１と、で形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのシングルモードの入出力ポートとコモンモードポートを有し、各シングルモードと各シングルモードより合成されるディファレンシャルモードとで機能するＩＣと、アンテナと、を備えたＲＦＩＤタグであって、
アンテナが、
お互いに交差する２つの放射素子と、
交差点に電磁結合するように近接してそれぞれの放射素子に平行に、一端を結び頂点として２つの直線パターンを設け、各直線パターンの他端をそれぞれＩＣのシングルモードの入出力ポートに接続し、頂点をＩＣのコモンモードポートに接続してなる整合用ループ回路と、
で形成されたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
整合用ループ回路のうち、
ＩＣのシングルモードの各入出力ポートに接続し、直線パターンおよび頂点を経由してコモンモードポートに接続しているシングルモード用整合回路は、各入出力ポートとコモンモードポートとに接続されているアンテナの回路のインピーダンスと、各入出力ポートのＩＣのインピーダンスとを整合し、
ＩＣのシングルモードの入出力ポートに接続し、一方の入出力ポートから一方の直線パターン、及び頂点、並びに他方の直線パターンを経由して他方の入出力ポートに接続しているディファレンシャルモード用整合回路は、２つの入出力ポート間に接続されているアンテナの回路のインピーダンスと、２つの入出力ポート間のＩＣのインピーダンスとを整合していることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
【請求項３】
整合用ループ回路は、各直線パターンの他端の中心にＩＣが配置され、頂点とＩＣとを結ぶ線に対して対称となる形状で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。
【請求項４】
２つの放射素子は、交差点に対して線対称であり、かつ、頂点とＩＣとを結ぶ線に対して対称であることを特徴とする請求項３に記載のＲＦＩＤタグ。
【請求項５】
整合用ループ回路は、２つの放射素子が交差してなす領域のうち、交差角度が鋭角の領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグは、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ）の無線周波数信号を用いて、リーダライタとタグとの間で、信号の送受信や、タグへの電力供給を行うことで利用されている。この場合、リーダライタとタグとの送受信に利用される電磁波を効率よく用いたいが、電磁波の偏波面などに起因して指向性が悪くなり、この効率が変動するという問題があった。例えば、リーダライタが直線偏波で電磁波を送信し、タグのアンテナが偏波面に対し垂直方向であった場合、効率が悪くなり、通信距離が激減する。
【０００３】
このような問題に対し、タグに偏波面が異なるアンテナを２つ設け、指向性を向上し、どの方向からでも効率よく受信できるような技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
図５は、このようなアンテナの代表的な例の平面図である。図の例では、無線高周波信号を用いてリーダライタとタグ間で情報の通信を行うＲＦＩＤシステムに適用されるクロスダイポールアンテナであって、（ａ）一対のダイポールアンテナ１ａ、１ｂを有し、前記一対のダイポールアンテナ１ａ、１ｂは、互いに十字に交差する給電点２０から伸びた線路と、（ｂ）前記線路を折り曲げた先に３角形状に広がる線路を有し、（ｃ）前記一対のダイポールアンテナ１ａ、１ｂのそれぞれの全長が使用波長λのλ／２よりも長い構成である。このようなアンテナを適用したＲＦＩＤタグは、Ｒ／Ｗ側が直線偏波アンテナを用いたものであっても、タグの向きによらない無指向に近い読み取り性能を有するとしている。（ｄ）そして、前記一対のダイポールアンテナ１Ａ、１Ｂの前記給電点２０から伸びた線路のそれぞれに接続された導電バー１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂを有し、前記導電バーの前記給電点２０から伸びた線路に接続される位置により、インピーダンス調整が行われる。（ｅ）３角形状部分は中心部分をくり抜き周辺部の輪郭部の導体で形成しても良いとしている（以上、特許文献１を参照）。
【０００５】
この従来技術（特許文献１）の要点は、（ｂ）「給電点から伸びた線路を折り曲げた先に３角形状に広がる線路を有する」という点と、（ｄ）「一対のダイポールアンテナの給電点から伸びた線路のそれぞれに接続された導電バーを有し、前記導電バーの前記給電点から伸びた線路に接続される位置により、インピーダンス調整が行われる」という点に絞られる。しかしながら、（ｂ）「給電点から・・・」については現実的な効果は殆どなくこの項目を利用する必要は無い。また、（ｄ）「一対の・・・」については具体的にどのようにアンテナのインピーダンス調整を行うのかについて記載が無く、具体性に乏しい。
【０００６】
他に特徴として述べている（ａ）「一対のダイポールアンテナは、互いに十字に交差する」、（ｃ）「一対のダイポールアンテナのそれぞれの全長が使用波長λのλ／２よりも長い」、（ｅ）「３角形状部分は中心部分をくり抜き周辺部の輪郭部の導体で形成」については、クロスダイポール又は印刷アンテナとして一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３８２０８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
また、この互いに十字に直交するダイポールアンテナの片側のエレメントはお互いに電気的に導体１２で接続されている。この場合、互いに電気的に接続された側のエレメントは１つのエレメント（ダイポールの片側）として一体化して機能する場合が多く、等価的な電流密度のベクトルの方向がずれてしまう。その結果、互いに完全に独立した十字に直交するダイポールアンテナ（クロスダイポール）と比べて、個々のダイポールの指向性が直交しなくなるため、ダイポールの放射パターンの最小点（ヌル点）を２つのエレメントで互いに補完しあうことが困難になる。
【０００９】
本発明は従来技術では困難であった、互いに交差する２つの放射素子の指向性のヌル点を完全に補完することができるＲＦＩＤタグを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＲＦＩＤタグは、以上の課題に鑑みなされたもので、請求項１に記載の本発明は、２つのシングルモードの入出力ポートとコモンモードポートを有し、各シングルモードと各シングルモードより合成されるディファレンシャルモードとで機能するＩＣと、アンテナと、を備えたＲＦＩＤタグであって、
アンテナが、
お互いに交差する２つの放射素子と、
交差点に電磁結合するように近接してそれぞれの放射素子に平行に、一端を結び頂点として２つの直線パターンを設け、各直線パターンの他端をそれぞれＩＣのシングルモードの入出力ポートに接続し、頂点をＩＣのコモンモードポートに接続してなる整合用ループ回路と、
で形成されたことを特徴とするＲＦＩＤタグとしたものである。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、整合用ループ回路のうち、
ＩＣのシングルモードの各入出力ポートに接続し、直線パターンおよび頂点を経由してコモンモードポートに接続しているシングルモード用整合回路は、各入出力ポートとコモンモードポートとに接続されているアンテナの回路のインピーダンスと、各入出力ポートのＩＣのインピーダンスとを整合し、
ＩＣのシングルモードの入出力ポートに接続し、一方の入出力ポートから一方の直線パターン、及び頂点、並びに他方の直線パターンを経由して他方の入出力ポートに接続しているディファレンシャルモード用整合回路は、２つの入出力ポート間に接続されているアンテナの回路のインピーダンスと、２つの入出力ポート間のＩＣのインピーダンスとを整合していることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグとしたものである。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、整合用ループ回路は、各直線パターンの他端の中心にＩＣが配置され、頂点とＩＣとを結ぶ線に対して対称となる形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦＩＤタグとしたものである。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、２つの放射素子は、交差点に対して線対称であり、かつ、頂点とＩＣとを結ぶ線に対して対称であることを特徴とする請求項３に記載のＲＦＩＤタグとしたものである。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、整合用ループ回路は、２つの放射素子が交差してなす領域のうち、交差角度が鋭角の領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグとしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＲＦＩＤタグは、以上のような構成であるので、互いに交差する２つの放射素子の指向性のヌル点を完全に補完するＲＦＩＤタグとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のＲＦＩＤタグに係るアンテナの一例の構成を示した説明図である。
【図２】整合用ループ回路の例を示した説明図である。
【図３】図１のＲＦＩＤタグのアンテナとＩＣとのインピーダンスを整合する場合の、アンテナ電流の流れを示した説明図である。
【図４】本発明のＦＲＩＤタグの電波の指向性を模式的に示した説明図である。
【図５】従来のアンテナの代表的な例の平面図である。説明図である。
【図６】ＦＲＩＤタグに利用されるＩＣの例を示した説明図である。
【図７】図６のＩＣの、入力部分の回路の例を示した説明図である。
【図８】図６のＩＣとアンテナを接続する例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施する形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明のＲＦＩＤタグに係るアンテナの一例の構成を示した説明図である。本例のＲＦＩＤタグは、２つのシングルモードの入出力ポートとコモンモードポートを有し、各シングルモードと各シングルモードより合成されるディファレンシャルモードとで機能するＩＣ４と、アンテナと、を備えている。
【００１９】
アンテナは、放射素子と整合用ループ回路１と、で形成されている。
放射素子は、お互いに交差する第１の放射素子２と第２の放射素子３とで形成されている。図では、放射素子をダイポールアンテナとしている。整合用ループ回路１は、まず、交差点２３ａに電磁結合するように近接してそれぞれの放射素子に平行に、一端を結び頂点１ｅとして２つの直線パターン１ａ、１ｂが設けられている。そして、各直線パターン１ａ、１ｂの他端を直線パターン１ｃ、１ｄでそれぞれＩＣ４のシングルモードの入出力ポートに接続し、頂点１ｅをＩＣのコモンモードポートに接続している。
【００２０】
このように本例のＲＦＩＤタグは構成されており、アンテナとＩＣとは次のようにインピーダンスを整合できる。
【００２１】
すなわち、整合用ループ回路１のうち、ＩＣ４のシングルモードの入出力ポートＳ１（または、Ｓ２）に接続し、直線パターン１ａ（または、１ｂ）および頂点１ｅを経由してコモンモードポートＣ１（または、Ｃ２）に接続しているシングルモード用整合回路は、入出力ポートＳ１（または、Ｓ２）とコモンモードポートＣ１（または、Ｃ２）とに接続されているアンテナの回路のインピーダンスと、入出力ポートＳ１（または、Ｓ２）のＩＣのインピーダンスとを整合できる。
【００２２】
また、ＩＣのシングルモードの入出力ポートに接続し、一方の入出力ポートＳ１から一方の直線パターン１ａ、及び頂点１ｅ、並びに他方の直線パターン１ｂを経由して他方の入出力ポートＳ２に接続しているディファレンシャルモード用整合回路は、２つの入出力
ポートＳ１、Ｓ２間に接続されているアンテナの回路のインピーダンスと、２つの入出力ポートＳ１、Ｓ２間のＩＣ４のインピーダンスとを整合できる。
【００２３】
本整合用ループ回路で、シングルモード用整合回路と、ディファレンシャルモード用整合回路はそれぞれ別個に整合できる。図２は、本例に係る整合用ループ回路の整合を示した説明図である。
【００２４】
図２（ａ）は２つのシングルモードの入出力ポートＳ１、Ｓ２と、と２つのコモンモードポートＣ１、Ｃ２をそれぞれ接続した回路で、各モードの電流の流れを示している。各シングルモードでの電流は、入出力ポートＳ１（または、Ｓ２）からループを経由し、コモンモードポートＣ１（または、Ｃ２）へ流れる。ディファレンシャルモードでは一方の入出力ポート（例えば、Ｓ１）からループを経由し、２つのコモンモードポートＣ１とＣ２を通り他方のループを経由して他方の入出力ポート（例えば、Ｓ２）に電流が流れる。この場合、シングルモードとディファレンシャルモードでは電流の流れる回路が共通しているので、両モードとも整合させることが困難である。なお、Ｓ１、Ｓ２は導通されている。
【００２５】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の回路で、ループ回路のコモンモードポートへ流れる一部分を一体化した回路である。この場合、シングルモードは、図２（ａ）と同様に電流が流れるが、ディファレンシャルモードでは一方の入出力ポート（例えば、Ｓ１）からループを経由し、他方の入出力ポート（例えば、Ｓ２）に電流が流れ、コモンモードポートを経由しない。
【００２６】
図２（ｃ）は本例の整合回路の説明図である。本発明は、図２（ｂ）の回路の電流の流れを基本にした整合回路である。この回路では、コモンモードポートへ流れる、頂点からコモンモードポートまでの部分を、線パターン１０で一体化した構成としている。
【００２７】
整合用ループ回路１は、交差点２３ａに電磁結合するように近接してそれぞれの放射素子に平行に、一端を結び頂点１ｅとして２つの直線パターン１ａ、１ｂが設けられている。そして、各直線パターン１ａ、１ｂの他端を直線パターン１ｃ、１ｄでそれぞれＩＣ４のシングルモードの入出力ポートＳ１、Ｓ２に接続し、頂点１ｅを線パターン１０でＩＣのコモンモードポートＣ１、Ｃ２に接続している。この場合、各シングルモードでの電流は、入出力ポートＳ１（または、Ｓ２）からループを成す直線パターン１ｃ（または、１ｄ）、１ａ（または、１ｂ）、頂点１ｅ、線パターン１０を経由し、コモンモードポートＣ１（または、Ｃ２）へ流れる。ディファレンシャルモードでは一方の入出力ポート、例えば、Ｓ１（または、Ｓ２）からループを成す直線パターン１ｃ（または、１ｄ）、１ａ（または、１ｂ）、頂点１ｅ、直線パターン１ｂ（または、１ａ）、１ｄ（または、１ｃ）を経由し、入出力ポートＳ２（または、Ｓ１）へ流れ、コモンモードポートを経由しない。
【００２８】
以上のように、整合用ループ回路では、シングルモードでの電流は、ディファレンシャルモードでの電流とは異なり、ディファレンシャルモードでは線パターン１０には電流が流れない。これからディファレンシャルモードで整合をとり、シングルモードでの整合は、独立して、線パターン１０でとることが出来る。例えば、図２（ｄ）のように、パターンを蛇行する線のように線パターン１０’として、独立して整合することができる。
【００２９】
図３は、本例のＲＦＩＤタグのアンテナとＩＣとのインピーダンスを整合する場合の、アンテナ電流の流れを示した説明図である。図３（ａ）は、シングルモードでの電流の流れを示し、図３（ｂ）は、ディファレンシャルモードでの電流の流れを示している。図３（ａ）で示すように、シングルモード・ポート１ループ回路（Ｓ１，１ｃ、１ａ、１０、
Ｃ１）と、放射素子２とに流れる場合と、シングルモード・ポート２ループ回路（Ｓ２，１ｄ、１ｂ、１０、Ｃ２）と、放射素子３とに流れる場合とを示している。ここで、シングルモード・ポート１ループ回路と、放射素子２とに流れる場合、放射素子３の一部３ａ、すなわち交差点２３より整合用ループ回路の無い側の放射素子３の端部までの間に、電流が流れてしまう。また、シングルモード・ポート２ループ回路と、放射素子３とに流れる場合、放射素子２の一部２ａ、すなわち交差点２３より整合用ループ回路の無い側の放射素子２の端部までの間に、電流が流れてしまう。ディファレンシャルモードでの電流も同様で、各放射素子の交差点より端部にも電流が流れる。このような電流の流れの結果、電流の向きが偏り、各シングルモードでの指向性が直交しなくなる。このような場合、整合用ループ回路は、２つの放射素子が交差してなす領域のうち、交差角度が鋭角の領域に形成することで、指向性を直交することができる。
【００３０】
また、整合用ループ回路は、各直線パターンの他端の中心にＩＣが配置され、頂点とＩＣとを結ぶ線に対して対称となる形状であることが望ましく、さらに、２つの放射素子は、交差点に対して線対称であり、かつ、頂点とＩＣとを結ぶ線に対して対称とすることで、指向性を向上することが出来る。
【００３１】
図４は、本発明のＦＲＩＤタグの電波の指向性を模式的に示した説明図である。図では、シングルモード・ディファレンシャルモードでのＸＹ平面内アンテナ指向性を示した。なお、整合損・導体損は除いている。本発明のＦＲＩＤタグに係るアンテナは以上のような作用、効果があるので、ポート１によるシングルモード、ポート２によるシングルモード、ディファレンシャルモードでの指向性を、図４で示すように、バランスよく配置できる。したがって、本発明は従来技術では困難であった、互いに交差する２つの放射素子の指向性のヌル点を完全に補完することができるＲＦＩＤタグをとすることができる。
【００３２】
なお、図１（ｂ）に示したように、放射素子は、必ずしも基材の同じ面上に形成する必要はなく、一方の放射素子を基材の他方の面に形成しても良い。ＲＦＩＤタグで利用する場合はこのように形成しても、以上の電磁気の作用効果については、殆ど変りが無い。
【００３３】
図６は、ＦＲＩＤタグに利用されるＩＣの例を示した説明図である。図６（ａ）は、信号の入出力端子となる２つの端子、ポート１、ポート２と、共通端子となる２つの端子、コモン１、コモン２を有している。図６（ｂ）は、共通端子を１つ有し、図６（ｃ）は、信号の入出力端子、共通端子ともに１つ有している例を示す。図７は、このようなＩＣの入力部分の回路の例を示した説明図である。特に図６（ａ）のＩＣを例示している。ポート１、ポート２は、それぞれバッファ回路を経てシングルモード１、シングルモード２として内部に供給される。そして、シングルモード１、シングルモード２の両方を、バッファに入力し、これを経てディファレンシャルモードとして供給される。共通端子となる２つの端子、コモン１、コモン２は内部で結線され、コモンモードとして供給されるものや、外部（アンテナ、あるいはチップ上で）で結線して供給することも出来る。コモンモードは通常は接地にバイアスされる。コモン１、コモン２をそれぞれ別の接地に接続することも出来る。
【００３４】
図８は、このようなＩＣとアンテナを接続する例を示した説明図で、（ａ）は、シングルモード、（ｂ）は、ディファレンシャルモードの場合である。シングルモードの場合、１つのアンテナの回路を、一端は、ＩＣ４のシングルモードの入出力ポートＳ１に接続し、他端はコモンモードポートＣ１接続している。また、他のアンテナの回路を、一端は、ＩＣ４のシングルモードの入出力ポートＳ２に接続し他端はコモンモードポートＣ１に接続している。ディファレンシャルモードでは、アンテナの回路は、入出力ポートＳ１、Ｓ２間に接続されている。
【００３５】
入出力ポートＳ１、Ｓ２の入力インピーダンスＺｓは、ほぼ等しい。図８（ｂ）で示したように、ディファレンシャルモードでの入出力ポートＳ１、Ｓ２間の入力インピーダンスは、入出力ポートＳ１の入力インピーダンスＺｓのほぼ倍となる。このため、シングルモードとディファレンシャルモードとでは、別々に整合を取る必要があるが、本願発明に係る整合回路は、これを容易に出来る回路である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・整合用ループ回路
１０・・・線パターン
２・・・第１の放射素子
３・・・第２の放射素子
４・・・ＩＣチップ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図６】
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