(57)【要約】【課題】１つのアンテナ素子で異なる２つの周波数帯で使用可能なアンテナであって、アンテナとＩＣチップとのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路を備え、そのインピーダンス整合回路と給電点を異なる２つの周波数帯で共用化することができる技術を提供する。【解決手段】アンテナとＩＣチップ１０５とで構成されるＲＦＩＤ用のアンテナであって、アンテナはループ状線路１０２と調整素子１０４とインピーダンス整合回路１０３を有し、誘電体を挟んだ２層の導体で形成されており、インピーダンス整合部が表面層と裏面層が重なって形成されて、整合部の一方の層がＩＣチップ１０５の給電点へ、他方の層がＩＣチップ１０５のもう一方の給電点へ接続され、異なる２つの周波数帯（例えばＨＦ帯とＵＨＦ帯）のそれぞれでＩＣチップ１０５とアンテナのインピーダンス整合が行える。【選択図】図１
2009071413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の周波数帯の電波を送受信できるアンテナであって、
ループ状線路と、
インピーダンス整合回路とを有し、
前記インピーダンス整合回路は、誘電体を挟んだ２層の導体で形成されており、前記第１および第２の周波数帯のそれぞれで、前記アンテナとＩＣチップとのインピーダンス整合が行えることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、誘電体を挟んだ前記２層の導体の一部が重なるように形成され、一方の導体が前記ＩＣチップの給電点へ、他方の導体が前記ＩＣチップのアースへ接続され、それらの導体は、重なり部分の先端がどことも繋がっていないことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１記載のアンテナにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１の周波数帯で、表面導体と裏面導体およびこれら両面に挟まれた誘電体重なり部分を併せて、１つの導体線路と見たてた時の形状において、その形状は平たい長方形状の方形導体が、複数でお互いに直列または並列に接続し合って、誘導性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端短絡導体、または容量性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端開放導体を構成しており、
各方形導体の先端を短絡または開放とすること、および各方形導体の長さと幅を変えることで、入力インピーダンスの抵抗とリアクタンスを可変設定し、前記アンテナと前記ＩＣチップとのインピーダンス整合がされることを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項２記載のアンテナにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１の周波数帯で、表面導体と裏面導体およびこれら両面に挟まれた誘電体重なり部分を併せて、１つの導体線路と見たてた時の形状において、その形状は平たい長方形状の方形導体が、複数でお互いに直列または並列に接続し合って、誘導性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端短絡導体、または容量性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端開放導体を構成しており、
各方形導体の先端を短絡または開放とすること、および各方形導体の長さと幅を変えることで、入力インピーダンスの抵抗とリアクタンスが可変設定され、前記アンテナと前記ＩＣチップとのインピーダンス整合がされることを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１記載のアンテナにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、前記第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、
前記容量が前記ＩＣチップに付与され、前記アンテナと前記ＩＣチップとでＬＣ共振することを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項２記載のアンテナにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、前記第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、
前記容量が前記ＩＣチップに付与され、前記アンテナと前記ＩＣチップとでＬＣ共振することを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項３記載のアンテナにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、前記第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、
前記容量が前記ＩＣチップに付与され、前記アンテナと前記ＩＣチップとでＬＣ共振することを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項１記載のアンテナにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
さらに、前記アンテナ特性を調整するための調整素子を有し、
前記調整素子は、前記ループ状線路の最内周の辺に沿うようにして導体線路が形成されて最内周の辺に接続しており、前記導体線路は前記第１の周波数帯の略１／４波長の長さであり、前記導体線路の長さによってアンテナインピーダンスのリアクタンスが可変設定され、前記導体線路の幅でアンテナゲインが可変設定され、前記ループ状線路の給電点から１／４波長以上の長さの位置に前記導体線路が接続され、その接続位置によりアンテナゲインとリアクタンスとが可変設定されることを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項２記載のアンテナにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
さらに、前記アンテナ特性を調整するための調整素子を有し、
前記調整素子は、前記ループ状線路の最内周の辺に沿うようにして導体線路が形成されて最内周の辺に接続しており、前記導体線路は前記第１の周波数帯の略１／４波長の長さであり、前記導体線路の長さによってアンテナインピーダンスのリアクタンスが可変設定され、前記導体線路の幅でアンテナゲインが可変設定され、前記ループ状線路の給電点から１／４波長以上の長さの位置に前記導体線路が接続され、その接続位置によりアンテナゲインとリアクタンスとが可変設定されることを特徴とするアンテナ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、
前記第１の周波数帯はＵＨＦ帯であり、前記第２の周波数帯はＨＦ帯であることを特徴とするアンテナ。
【請求項１１】
第１および第２の周波数帯の電波を送受信できるＲＦＩＤであって、
前記ＲＦＩＤはアンテナとＩＣチップとを具備して成り、
前記アンテナは、ループ状線路と、インピーダンス整合回路とを有し、
前記インピーダンス整合回路は、誘電体を挟んだ２層の導体で形成されており、前記第１および第２の周波数帯のそれぞれで、前記アンテナと前記ＩＣチップとのインピーダンス整合が行えることを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１２】
請求項１１記載のＲＦＩＤにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、誘電体を挟んだ前記２層の導体の一部が重なるように形成され、一方の導体が前記ＩＣチップの給電点へ、他方の導体が前記ＩＣチップのアースへ接続され、それらの導体は、重なり部分の先端がどことも繋がっていないことを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１３】
請求項１１記載のＲＦＩＤにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１の周波数帯で、表面導体と裏面導体およびこれら両面に挟まれた誘電体重なり部分を併せて、１つの導体線路と見たてた時の形状において、その形状は平たい長方形状の方形導体が、複数でお互いに直列または並列に接続し合って、誘導性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端短絡導体、または容量性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端開放導体を構成しており、
各方形導体の先端を短絡または開放とすること、および各方形導体の長さと幅を変えることで、入力インピーダンスの抵抗とリアクタンスとが可変設定され、前記アンテナと前記ＩＣチップとのインピーダンス整合がされることを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１４】
請求項１２記載のＲＦＩＤにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
前記インピーダンス整合回路は、前記第１の周波数帯で、表面導体と裏面導体およびこれら両面に挟まれた誘電体重なり部分を併せて、１つの導体線路と見たてた時の形状において、その形状は平たい長方形状の方形導体が、複数でお互いに直列または並列に接続し合って、誘導性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端短絡導体、または容量性リアクタンスを持つ前記第１の周波数帯の１／４波長よりも短い先端開放導体を構成しており、
各方形導体の先端を短絡または開放とすること、および各方形導体の長さと幅を変えることで、入力インピーダンスの抵抗とリアクタンスとが可変設定され、前記アンテナと前記ＩＣチップとのインピーダンス整合がされることを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１５】
請求項１１記載のＲＦＩＤにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、前記第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、
前記容量が前記ＩＣチップに付与され、前記アンテナと前記ＩＣチップとでＬＣ共振することを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１６】
請求項１２記載のＲＦＩＤにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、前記第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、
前記容量が前記ＩＣチップに付与され、前記アンテナと前記ＩＣチップとでＬＣ共振することを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１７】
請求項１３記載のＲＦＩＤにおいて、
前記インピーダンス整合回路は、前記第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、
前記容量が前記ＩＣチップに付与され、前記アンテナと前記ＩＣチップとでＬＣ共振することを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１８】
請求項１１記載のＲＦＩＤにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
さらに、前記アンテナ特性を調整するための調整素子を有し、
前記調整素子は、前記ループ状線路の最内周の辺に沿うようにして導体線路が形成されて最内周の辺に接続しており、前記導体線路は前記第１の周波数帯の略１／４波長の長さであり、前記導体線路の長さによってアンテナインピーダンスのリアクタンスが可変設定され、前記導体線路の幅でアンテナゲインが可変設定され、前記ループ状線路の給電点から１／４波長以上の長さの位置に前記導体線路が接続され、その接続位置によりアンテナゲインとリアクタンスが可変設定されることを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項１９】
請求項１２記載のＲＦＩＤにおいて、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも周波数が高く、
さらに、前記アンテナ特性を調整するための調整素子を有し、
前記調整素子は、前記ループ状線路の最内周の辺に沿うようにして導体線路が形成されて最内周の辺に接続しており、前記導体線路は前記第１の周波数帯の略１／４波長の長さであり、前記導体線路の長さによってアンテナインピーダンスのリアクタンスが可変設定され、前記導体線路の幅でアンテナゲインが可変設定され、前記ループ状線路の給電点から１／４波長以上の長さの位置に前記導体線路が接続され、その接続位置によりアンテナゲインとリアクタンスが可変設定されることを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれか１項に記載のＲＦＩＤにおいて、
前記第２の周波数帯はＨＦ帯の周波数帯であり、前記第１の周波数帯はＵＨＦ帯の周波数帯であることを特徴とするＲＦＩＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触でデータの読み書きが行えて、アンテナとＩＣチップから成るタグまたは非接触ＩＣカードなどのＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に関し、特に、磁界を用いて通信を行うＨＦ帯と、電界を用いて通信を行うＵＨＦ帯の両方の周波数帯で、通信が可能な２周波数帯共用のアンテナ、およびこれを用いたＲＦＩＤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、例えば、２周波数帯共用のアンテナにおいては、以下の技術が考えられる。
【０００３】
異なる２つの周波数帯の電波を送受信できるアンテナとして、下記特許文献１がある。これは、高い方の周波数においては、複数ターンに巻かれた方形スパイラル素子の１周あたりの長さを約１波長に形成することで、スパイラル素子長辺の一方で正の定在波を発生させ、他方の長辺で負の定在波を発生させている。こうすることで、互いの長辺の電界を同位相で合成し、アンテナは強められた電界を放射している。また、高い方の周波数において、専用の給電点と専用のフィルタを用意している。低い方の周波数においては、高い方の周波数とは別に専用の給電点とフィルタを用意しており、ループ開口部から磁界を発生させて、読取装置のスパイラルアンテナと相互インダクタンスにより通信している。
【０００４】
また別のアンテナとして、下記特許文献２がある。１つのＩＣチップに対して、２つの１ターンループ素子を備えている。１つのループ素子は電源再生用のアンテナとして、もう１つのループ素子は３周波数対応の輻射アンテナとして働く。輻射用のループ素子は、線状導体部分と線状導体部分を給電点に繋ぐための給電線で構成されている。第１周波数帯では線状導体部分がアンテナ輻射部となり、第２周波数帯では線状導体部分と給電線をあわせたループ１周部分がアンテナ輻射部となる。また、輻射用ループ素子は、ループ１周長が第３周波数帯波長と比べて十分に小さく、ループ素子開口面が第３周波数帯で微小ループアンテナとして働く輻射部になる。
【特許文献１】特開２００６−３０９４７６号公報
【特許文献２】特開２００５−６４８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記のようなアンテナの技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００６】
例えば、特許文献１に記されるように、ＨＦ帯とＵＨＦ帯の両方の周波数帯で用いられる従来のアンテナは、１つのアンテナ素子でＨＦ帯の磁界をループ開口面で受けられる事と、ＵＨＦ帯の電界をアンテナ素子表面で受けてアンテナを励振させられる事が示されている。また、ループアンテナ開口面で受けたＨＦ帯磁界の電力は、ＨＦ帯専用のフィルタを介してＨＦ帯専用の給電点に給電されており、ループアンテナ素子表面で受けたＵＨＦ帯電界の電力は、ＵＨＦ帯専用のフィルタを介してＵＨＦ帯専用の給電点に給電される事が示されている。このため、これらのアンテナをＲＦＩＤで用いる場合は、ＩＣチップにＨＦ帯とＵＨＦ帯でそれぞれ別の送受信端子を用意しなければならない。また、アンテナにも、２つのフィルタを用意する必要があり、アンテナの小型化の面でも不利となる。
【０００７】
仮に、ＩＣチップがＨＦ帯とＵＨＦ帯の送受信端子を共用化できたとしても、アンテナのＨＦ帯フィルタとＵＨＦ帯フィルタを共用するための手段は示されていない。そのまま２つのフィルタを共通の端子に接続した場合、ＵＨＦ帯フィルタの接続によりＨＦ帯フィルタの周波数特性が変化し、ＨＦ帯で所望の特性が得られない。また、ＨＦ帯フィルタの接続によりＵＨＦ帯フィルタの周波数特性が変化し、ＵＨＦ帯で所望の特性が得られないため、ＨＦ帯とＵＨＦ帯の両方では通信することは出来ないと思われる。
【０００８】
特許文献２は、アンテナの給電点をＨＦ帯とＵＨＦ帯で共用化しており、ＨＦ帯磁界とＵＨＦ帯電界の送受信方法も示されている。しかし、このアンテナは、アンテナとＩＣチップのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路を備えておらず、アンテナとＩＣチップとのインピーダンスが整合しない時には通信できず不利となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、１つのアンテナ素子で異なる２つの周波数帯で使用可能なアンテナであって、アンテナとＩＣチップとのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路を備え、そのインピーダンス整合回路と給電点を異なる２つの周波数帯で共用化することができる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される実施例のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、代表的な実施例によるアンテナおよびＲＦＩＤは、ループ状線路と、インピーダンス整合回路とを備え、そのインピーダンス整合回路は、誘電体を挟んだ２層の導体で形成されており、第１および第２の周波数帯（例えば、ＵＨＦ帯およびＨＦ帯）のそれぞれで、アンテナとＩＣチップとのインピーダンス整合が行えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
代表的な実施例によれば、ＨＦ帯とＵＨＦ帯の両方でアンテナインピーダンスを可変調整するためのインピーダンス整合回路を備えており、アンテナとＩＣチップとのインピーダンスを整合させることができる。
【００１４】
また、１つの給電点と１つのインピーダンス整合回路それぞれをＨＦ帯とＵＨＦ帯で共用することができ、それによってＨＦ帯とＵＨＦ帯の両方で通信可能な小型のＲＦＩＤまたは非接触ＩＣカードを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
以下に、この発明に係るＨＦ帯とＵＨＦ帯で共用のアンテナの好適な実施形態を説明する。本発明の一実施の形態に係るＨＦ帯とＵＨＦ帯で共用のアンテナ、およびこれを用いたＲＦＩＤの構成と、当該アンテナを用いてＨＦ帯とＵＨＦ帯でＩＣチップとインピーダンス整合を取るための具体的な形状について説明する。
【００１７】
図１は、本発明のＨＦ帯とＵＨＦ帯の共用アンテナの実施の一形態が適用されたＲＦＩＤの構成を示す図であり、図２は、本実施形態に係るアンテナのインピーダンス整合回路の詳細な構成を示す図である。
【００１８】
図３は、本実施形態に係るアンテナのインピーダンス整合回路で図２に示す破線ＡＢの断面図であり、図４は、インピーダンス整合回路の中の先端短絡した導体１ａを説明する図であり、図５は、インピーダンス整合回路の中の先端開放した導体２ａを説明する図である。
【００１９】
図６は、図１のアンテナ実施形態を分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図であり、図７は、図２とは別な実施形態のインピーダンス整合回路を示す図であり、図８は、図７のインピーダンス整合回路を用いたアンテナ実施形態を分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図である。
【００２０】
図９は、図２および図７とさらに別な実施形態のインピーダンス整合回路を示す図であり、図１０は、図９のインピーダンス整合回路を用いたアンテナ実施形態を分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図である。
【００２１】
図１１は、図７のインピーダンス整合回路で各導体の幅のみ細くした場合を示す図であり、図１２は、図２と図７と図９と図１１のインピーダンス整合回路の９６０ＭＨｚでのインピーダンスをスミスチャートで示す図である。
【００２２】
図１３は、図１のアンテナ実施形態を集中定数素子で表したＨＦ帯で等価な回路図である。
【００２３】
図１４は、図１の実施形態のアンテナでループ状線路を２巻きにした実施例を示す図であり、図１５は、図１の実施形態のアンテナで、調整素子の長さとアンテナのリアクタンスの関係を示す図である。
【００２４】
図１６は、図１の実施形態のアンテナで、２巻きのループ状線路としたときのアンテナゲインを示す図であり、図１７は、図１の実施形態のアンテナで、２巻きのループ状線路としたときの整合ロスを示す図であり、図１８は、図１の実施形態のアンテナで、２巻きのループ状線路としたときのアンテナゲインと整合ロスの合計を示す図である。
【００２５】
図１９は、図１の実施形態のアンテナで、４巻きのループ状線路としたときのアンテナゲインを示す図であり、図２０は、図１の実施形態のアンテナで、４巻きのループ状線路としたときの整合ロスを示す図であり、図２１は、図１の実施形態のアンテナで、４巻きのループ状線路としたときのアンテナゲインと整合ロスの合計を示す図である。
【００２６】
図２２は、給電点から調整素子接続位置までの長さとアンテナインピーダンスのリアクタンスの関係を示す図であり、図２３は、給電点から調整素子接続位置までの長さとアンテナゲインの関係を示す図である。
【００２７】
図１に示す本発明の一実施形態に係るアンテナは、表面導体が厚さ３０μｍのアルミ箔で、裏面導体が厚さ２０μｍのアルミ箔で、これら導体に挟まれる誘電体は厚さ３８μｍで比誘電率３．０のＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）材で形成される。
【００２８】
本実施形態のＨＦ帯とＵＨＦ帯で共用のＲＦＩＤ１０１は、図１に示すように、ＩＣチップ１０５の給電点（またはアース）１０７とアース（または給電点）１０６に、ループ状線路１０２とインピーダンス整合回路１０３が並列接続されており、ループ状線路１０２の最内周の辺の途中から調整素子１０４が折れ曲がって分岐し、そのまま最内周の辺に沿うようにして形成されている。図１（ａ）は、表面導体と裏面導体およびそれらの重なり面を示す図で、図１（ｂ）は、表面導体のみ、図１（ｃ）は、裏面導体のみを示している。
【００２９】
図１の表面導体１０８と裏面導体１０９は、両方向から挟むようにして圧力を加えることで、誘電体を貫通して両導体を接触させ、電気を導通させることを実現しており、これをクリンピングと呼ぶ。他の導通手段として、表面から裏面まで貫通した穴を形成し、穴の周辺と内側を導体で被うことで表面導体と裏面導体の導通を実現するスルーホールと呼ばれる方法もある。
【００３０】
図１（ｃ）に示すように、裏面導体は、クリンピング１１２からクリンピング１１１までの線路とインピーダンス整合回路１０３の裏面部分とを形成しており、これらの部分が誘電体を挟んだ２層の導体となっている。インピーダンス整合回路１０３の表面導体１０８と裏面導体１０９の形状により、ＵＨＦ帯でインピーダンス整合回路１０３のインピーダンスを可変設定し、ＵＨＦ帯でアンテナとＩＣチップのインピーダンス整合が行えて、また表面導体１０８と裏面導体１０９の重なり面積で決まる容量を可変設定し、ＨＦ帯でアンテナとＩＣチップのインピーダンス整合が行える。
【００３１】
図２は、インピーダンス整合回路１０３の詳細な構成を示している。インピーダンス整合回路１０３は、アース（または給電点）１０６から給電点（またはアース）１０７の間に、５つの導体（導体１ａ、導体２ａ、導体３ａ、導体４ａ、導体５ａ）が直列で順番に繋がっている。図３は、図２のインピーダンス整合回路１０３の破線断面ＡＢの図で、表面導体１０８と裏面導体１０９の一部が重なり合うように形成される。
【００３２】
図３に示すように、インピーダンス整合回路は、表面導体１０８と裏面導体１０９と、これら２つの導体に挟まれる誘電体１１６、および表面導体１０８と裏面導体１０９の物理的接触により電気を導通させるクリンピング１１１で構成され、表面導体１０８は、アース（または給電点）１０６と接続していて、裏面導体１０９は、クリンピング１１１を介して給電点（またはアース）１０７と接続しており、それらの導体は、重なり部分の先端がどことも繋がっていない。
【００３３】
図２に示す本実施形態に係るアンテナのインピーダンス整合回路１０３は、５つの導体（導体１ａ、導体２ａ、導体３ａ、導体４ａ、導体５ａ）が順番に直列接続で繋がっており、波長が３１３ｍｍとなる周波数９６０ＭＨｚにおいて、各導体の長さは、導体１ａの長さｌ１ａ＝２６ｍｍ、導体２ａの長さｌ２ａ＝１７ｍｍ、導体３ａの長さｌ３ａ＝１６ｍｍ、導体４ａの長さｌ４ａ＝１８ｍｍ、導体５ａの長さｌ５ａ＝２１ｍｍで、全て１／４波長（７８ｍｍ）よりも短く形成していて、各導体の幅は、導体１ａの幅ｗ１ａ＝２．４ｍｍ、導体２ａの幅ｗ２ａ＝４．６ｍｍ、導体３ａの幅ｗ３ａ＝２．９ｍｍ、導体４ａの幅ｗ４ａ＝２．７ｍｍ、導体５ａの幅ｗ５ａ＝１．１ｍｍとしている。
【００３４】
図４は、導体１ａを説明する図で、導体１ａの先端部には出力端１１８があって別の導体の入力端と繋がっており、これを先端短絡１１９と呼び、このような形状の導体を、先端短絡導体と呼ぶ。特に、導体の長さが１／４波長よりも短いときには、誘導性のリアクタンスを持つことが分かっている。
【００３５】
図５は、導体２ａを説明する図であり、導体２ａの先端部には何も繋がっておらず、これを先端開放１２０と呼んでおり、出力端１１８は、入力端１１７の隣にあり、この部分が別な導体の入力端と繋がる。このような形状の導体を、先端開放導体と呼ぶ。特に、導体の長さが１／４波長よりも短いときには、容量性のリアクタンスを持つことが知られている。
【００３６】
以上から分かるように、図２のインピーダンス整合回路１０３は、導体１ａと導体５ａは誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡導体で、導体２ａと導体３ａと導体４ａは容量性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端開放導体となっている。
【００３７】
図６は、図１に示した本実施形態に係るアンテナを、分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図であり、ループ状線路１０２と調整素子１０４とインピーダンス整合回路１０３の３つの部分で構成されている。ループ状線路１０２は、ＵＨＦ帯では電界を輻射するアンテナとして働き、抵抗Ｒ１とＲ２とインダクタンスＬ１０とＬ１１で表されている。調整素子１０４は、キャパシタンスＣ４で表されアース１０４ｅに接地されている。インピーダンス整合回路１０３は、導体１ａがインダクタンスＬ１に、導体２ａがキャパシタンスＣ１に、導体３ａがキャパシタンスＣ２に、導体４ａがキャパシタンスＣ３に、導体５ａがインダクタンスＬ２として表される。このように等価回路で見た場合、調整素子１０４のアース１０４ｅとアース１０６（または１０７）は、同電位と見なせる。
【００３８】
図６で、到来する電界によりループ状線路１０２に生じる分布電流は、調整素子１０４による並列のキャパシタンスＣ４を経て、導体１ａ、導体２ａ、導体３ａ、導体４ａ、導体５ａの直列接続より成るインピーダンス整合回路１０３が並列に接続する給電点（またはアース）１０７に給電する。
【００３９】
このとき、図２のインピーダンス整合回路１０３は、キャパシタンスＣ１，Ｃ２，Ｃ３の並列接続回路の前後に、インダクタンスＬ１とＬ２が直列接続した構成となっており、電磁界シミュレーションでは、入力インピーダンスは、周波数９６０ＭＨｚで２．０＋ｊ２２０［Ω］となった。
【００４０】
図７は、インピーダンス整合回路の別の実施形態であるインピーダンス整合回路１２１を示しており、アース（または給電点）１０６から給電点（またはアース）１０７の間に、４つの導体（導体１ｂ、導体２ｂ、導体３ｂ、導体４ｂ）は、順番に直列接続で繋がっていて、波長が３１３ｍｍとなる周波数９６０ＭＨｚにおいて、各導体の長さは、導体１ｂの長さ＝４５．５ｍｍ、導体２ｂの長さ＝３５．６ｍｍ、導体３ｂの長さ＝３５．６ｍｍ、導体４ｂの長さ＝３９．５ｍｍで、全て１／４波長（７８ｍｍ）よりも短く形成していて、各導体の幅は、導体１ｂの幅＝２．４ｍｍ、導体２ｂの幅＝１．３ｍｍ、導体３ｂの幅＝１．１ｍｍ、導体４ｂの幅＝１．１ｍｍとしている。
【００４１】
以上から分かるように、図７のインピーダンス整合回路１２１は、導体１ｂ、導体２ｂ、導体３ｂ、導体４ｂの４つ全ての導体が、誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡導体となっている。
【００４２】
図８は、図７のインピーダンス整合回路１２１を用いたアンテナ実施形態を、分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図であり、到来する電界によりループ状線路１０２に生じる分布電流は、調整素子１０４による並列のキャパシタンスＣ４を経て、導体１ｂ、導体２ｂ、導体３ｂ、導体４ｂの直列接続より成るインピーダンス整合回路１２１が並列接続する給電点（またはアース）１０７に給電する。
【００４３】
このとき、図７のインピーダンス整合回路１２１は、導体１ｂ、導体２ｂ、導体３ｂ、導体４ｂに相当するインダクタンスＬ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂ、Ｌ４ｂが直列接続した構成となっており、電磁界シミュレーションでは、入力インピーダンスは、周波数９６０ＭＨｚで２０．２＋ｊ８６１．７［Ω］となった。
【００４４】
図９は、インピーダンス整合回路のさらに別の実施形態であるインピーダンス整合回路１２２を示しており、アース（または給電点）１０６から給電点（またはアース）１０７の間に、３つの導体（導体１ｃ、導体２ｃ、導体３ｃ）があって、導体２ｃと導体３ｃは並列接続し、これと直列に導体１ｃが直列接続していて、各導体の長さは、導体１ｃの長さｌ１ｃ＝４５．４ｍｍ、導体２ｃの長さｌ２ｃ＝３６．４ｍｍ、導体３ｃの長さｌ３ｃ＝３６．４ｍｍ、各導体の幅は、導体１ｃの幅ｗ１ｃ＝２．４ｍｍ、導体２ｃの幅ｗ２ｃ＝１．１ｍｍ、導体３ｃの幅ｗ３ｃ＝１．１ｍｍとしている。
【００４５】
以上から分かるように、図９のインピーダンス整合回路１２２は、導体１ｃ、導体２ｃ、導体３ｃの３つ全ての導体が、誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡導体となっている。
【００４６】
図１０は、図９のインピーダンス整合回路１２２を用いたアンテナ実施形態を、分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図であり、到来する電界によりループ状線路１０２に生じる分布電流は、調整素子による並列のキャパシタンスＣ４を経て、導体１ｃ、導体２ｃ、導体３ｃより成るインピーダンス整合回路１２２が並列接続する給電点（またはアース）１０７に給電する。
【００４７】
このとき、図９のインピーダンス整合回路１２２は、インダクタンスＬ２ｃとＬ３ｃが並列接続していて、これにインダクタンスＬ１ｃが直列接続する構成となっており、電磁界シミュレーションでは、入力インピーダンスは、周波数９６０ＭＨｚで４．１＋ｊ３４３．４［Ω］となった。
【００４８】
図１１は、インピーダンス整合回路の別の実施形態であるインピーダンス整合回路１２１ｂで、図７のインピーダンス整合回路で各導体の長さを変えずに、各導体の幅のみ細くしたときのインピーダンス整合回路を示しており、アース（または給電点）１０６から給電点（またはアース）１０７の間に、４つの導体（導体１ｂ、導体２ｂ、導体３ｂ、導体４ｂ）は、順番に直列接続で繋がっていて、波長が３１３ｍｍとなる周波数９６０ＭＨｚにおいて、各導体の長さは、導体１ｂの長さ＝４５．５ｍｍ、導体２ｂの長さ＝３５．６ｍｍ、導体３ｂの長さ＝３５．６ｍｍ、導体４ｂの長さ＝３９．５ｍｍであり、全て１／４波長（７８ｍｍ）よりも短く形成していて、各導体の幅は、導体１ｂの幅＝１．０ｍｍ、導体２ｂの幅＝０．５ｍｍ、導体３ｂの幅＝０．５ｍｍ、導体４ｂの幅＝０．５ｍｍとしている。
【００４９】
また、図１１のインピーダンス整合回路１２１ｂを、分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図は、図８と同じ構成となり、４つの導体のインダクタンスＬ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂ、Ｌ４ｂの定数のみが異なる。電磁界シミュレーションでは、図１１のインピーダンス整合回路の入力インピーダンスは、周波数９６０ＭＨｚで４２７５．６＋ｊ１２７４７．９［Ω］となった。
【００５０】
図１２は、図２のインピーダンス整合回路１０３と、図７のインピーダンス整合回路１２１と、図９のインピーダンス整合回路１２２と、図１１のインピーダンス整合回路１２１ｂの周波数９６０ＭＨｚにおける入力インピーダンスをスミスチャートで示している。
【００５１】
図２のインピーダンス整合回路１０３と、図７に示すインピーダンス整合回路１２１の比較より、図２のインピーダンス整合回路１０３は、容量性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端開放の導体を含んでいるため、容量性の先端開放導体を持たない図７のインピーダンス整合回路１２１よりもリアクタンスの容量性が増すことが分かる。
【００５２】
また、図７のインピーダンス整合回路１２１と、図９のインピーダンス整合回路１２２の比較より、図７のインピーダンス整合回路１２１は、誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡導体を直列に接続しているため、並列に接続する図９のインピーダンス整合回路１２２よりも、入力インピーダンスの抵抗と誘導性リアクタンスが増している。
【００５３】
図７のインピーダンス整合回路１２１と図１１のインピーダンス整合回路１２１ｂの比較より、同じ構成のインピーダンス整合回路で、各導体の長さを変えずに各導体の幅のみを変えると、抵抗とリアクタンスが変化する。特に、図７および図１１のように誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡導体が直列に接続している場合は、導体の幅を細くすることで、入力インピーダンスの抵抗が増加し、また誘導性リアクタンスも増える。
【００５４】
以上より、ＵＨＦ帯において、各方形導体の先端を短絡または開放とすること、および各方形導体の長さと幅を変えることで、入力インピーダンスの抵抗とリアクタンスを可変設定し、アンテナとＩＣチップのインピーダンス整合を行うことができる。
【００５５】
図１３は、本実施形態に係るアンテナを集中定数素子で表したＨＦ帯で等価な回路図を示しており、ループ状線路１０２は、ＨＦ帯ではアンテナ全長が波長よりも十分に短い微小ループアンテナとして働き、微小ループアンテナと鎖交する磁界により生じる電流は、並列な容量１１５を経て給電点１０７（又は１０６）に給電される。このとき、ループ状線路１０２の開口面積を広くすること、もしくは巻き数を増やすことで、鎖交磁界によりアンテナに生じる電流を増やすことができる。
【００５６】
ＨＦ帯において、ＩＣチップ１０５に並列に接続されたインピーダンス整合回路１０３の容量性リアクタンス（キャパシタンス）を並列容量１１５と呼ぶこととし、この並列容量１１５が付与されたＩＣチップ１０５のキャパシタンスと、ループ状線路１０２のインダクタンスでＬＣ共振を行い、アンテナに生じる電流を給電点１０７（又は１０６）に給電している。
【００５７】
以下、インピーダンス整合回路１０３の並列容量１１５の導出と、並列容量の付与されたＩＣチップのキャパシタンスの導出と、この求めたＩＣチップのキャパシタンスとループ状線路１０２のインダクタンスがＬＣ共振する周波数の導出を説明する。
【００５８】
対向し合う電極の容量Ｃｐ［Ｆ］は、式（１）より求められる事が知られており、真空の誘電率をεｏ（＝８．８５×１０−１２Ｆ／ｍ）、比誘電率をεｒ、電極の面積をＳ［ｍ２］、電極の間隔をｄ［ｍ］としていて、インピーダンス整合回路１０３の並列容量１１５は、式（１）のＣｐより求まる。
【００５９】
【数１】
2009071413.tif 000003
【００６０】
並列容量１１５の付与されたＩＣチップ１０５のキャパシタンスＣ’［Ｆ］は、式（２）より求めることができ、周波数をｆ［Ｈｚ］、並列容量をＣｐ［Ｆ］、インピーダンス整合回路の抵抗をＲｐ［Ω］、ＩＣチップの抵抗をＲＩＣ［Ω］、容量をＣＩＣ［Ｆ］、虚数部を求める関数をＩｍ（  ）としており、本実施形態の並列容量付きＩＣチップのキャパシタンスは、式（２）のＣ’［Ｆ］より求まる。ただし、実際のアンテナ製作においては、インピーダンス整合回路の抵抗Ｒｐ［Ω］はほとんど無視できるほど小さく、本実施形態では、０．１４Ωの抵抗となる。
【００６１】
【数２】
2009071413.tif 000004
【００６２】
ループ状線路１０２のインダクタンスをＬ［Ｈ］とする時、上記で求めた並列容量の付与されたＩＣチップのキャパシタンスＣ’［Ｆ］とあわせて、式（３）より求まる周波数ｆ０［Ｈｚ］でＬＣ共振することが知られており、本実施形態のＲＦＩＤ１０１の共振周波数は、式（３）のｆ０より求まる。
【００６３】
【数３】
2009071413.tif 000005
【００６４】
以下、図２のインピーダンス整合回路と、図７のインピーダンス整合回路と、図９のインピーダンス整合回路のそれぞれで、並列容量１１５および並列容量の付与されたＩＣチップのキャパシタンスＣ’および求めたキャパシタンスＣ’とループ状線路１０２のインダクタンスＬの共振周波数について説明する。図１１のインピーダンス整合回路については、図７のインピーダンス整合回路と導体の構成が同じため省略する。
【００６５】
本実施形態に係るＲＦＩＤは、図２の重なり面１１０の面積Ｓが７２．５ｍｍ２で、図３の誘電体１１６の比誘電率εｒが３．０Ｆ／ｍで、誘電体の厚み（導体の間隔）ｄ１が３８μｍで形成されており、式（１）より求めた容量は５０．６２ｐＦとなり、シミュレーションで求めた容量は５２．２ｐＦとなった。
【００６６】
また、本実施形態は、周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、シミュレーションで求めた並列容量Ｃｐ＝５２．２ｐＦとインピーダンス整合回路の抵抗Ｒｐ＝０．１４Ωと、実測で求めたＩＣチップの抵抗１ｋΩ、容量２．８ｐＦを用いて、式（２）より並列容量を付与したＩＣチップの容量Ｃ’が５４．８ｐＦと求められる。
【００６７】
この求めたＣ’の容量５４．８ｐＦと、シミュレーションで求めたループ状線路１０２のインダクタンス２．５２μＨを用いて、式（３）より共振周波数ｆ０が１３．５４ＭＨｚと求められる。
【００６８】
図７のインピーダンス整合回路は、図７の重なり面１１０ｂの面積Ｓが７２．５ｍｍ２であり、図２のインピーダンス整合回路と同様で、他も図２と同様に誘電体１１６の比誘電率εｒが３．０Ｆ／ｍで、誘電体の厚み（導体の間隔）ｄ１が３８μｍで形成されており、式（１）より求めた容量は５０．６２ｐＦとなり、シミュレーションで求めた容量は５３．９ｐＦとなった。
【００６９】
周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、シミュレーションで求めた並列容量Ｃｐ＝５３．９ｐＦとインピーダンス整合回路の抵抗Ｒｐ＝０．２２Ωと、実測で求めたＩＣチップの抵抗１ｋΩ、容量２．８ｐＦを用いて、式（２）より並列容量を付与したＩＣチップの容量Ｃ’が５６．５４ｐＦと求められる。
【００７０】
この求めたＣ’の容量５６．５４ｐＦと、シミュレーションで求めたループ状線路１０２のインダクタンス２．５２μＨを用いて、式（３）より共振周波数ｆ０が１３．３３ＭＨｚと求められる。
【００７１】
図９のインピーダンス整合回路は、図９の重なり面１１０ｃの面積Ｓが６９．１２ｍｍ２で図２のインピーダンス整合回路と同様で、他も図２と同様に誘電体１１６の比誘電率εｒが３．０  Ｆ／ｍで、誘電体の厚み（導体の間隔）ｄ１が３８μｍで形成されており、式（１）より求めた容量は４８．２９ｐＦとなり、シミュレーションで求めた容量は５３．３ｐＦとなった。
【００７２】
周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、シミュレーションで求めた並列容量Ｃｐ＝５３．３ｐＦとインピーダンス整合回路の抵抗Ｒｐ＝０．２７Ωと、実測で求めたＩＣチップの抵抗１ｋΩ、容量２．８ｐＦを用いて、式（２）より並列容量を付与したＩＣチップの容量Ｃ’が５５．９４ｐＦと求められる。
【００７３】
この求めたＣ’の容量５５．９４ｐＦと、シミュレーションで求めたループ状線路１０２のインダクタンス２．５２μＨを用いて、式（３）より共振周波数ｆ０が１３．４０ＭＨｚと求められる。
【００７４】
インピーダンス整合回路は、ＨＦ帯では集中定数回路で表されることとなり、導体の重なり面積と間隔が一定のもとでは、導体の長さや幅を変えても集中定数回路の回路定数は変わらない。このため、インピーダンス整合回路の入力インピーダンスのリアクタンスは、導体の長さや幅を変えてもほとんど変化しない。入力インピーダンスの抵抗も値が小さくて、抵抗の変化はほとんど無視できる。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態に係る図２と図７と図９のインピーダンス整合回路が示すように、インピーダンス整合回路は、ＨＦ帯において、重なり面積と間隔により並列容量１１５を可変設定しており、並列に接続するＩＣチップにこの並列容量を付与して、アンテナとＩＣチップとでＬＣ共振させ通信可能としている。
【００７６】
本実施形態に係るアンテナの調整素子１０４は、図１（ａ）に示されるように、ループ状線路１０２の最内周の辺の途中から調整素子１０４が折れ曲がって分岐し、そのまま最内周の辺に沿うようにして形成される。
【００７７】
図１に示す本実施形態のアンテナは、４巻きのループ状線路１０２で示しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、ループ状線路１０２を１巻きや２巻きなど、他の巻き数の場合も含める。図１４に、図１の本実施形態のアンテナにおいて、アンテナを２巻きにした場合の例を示す。
【００７８】
以下の説明では、高い方の第１の周波数帯のＵＨＦ帯において、ループ状線路の全長が５４８ｍｍある２巻きのアンテナと、ループ状線路の全長が１０５９ｍｍある４巻きのアンテナで、調整素子の長さや素子幅、および給電点から調整素子接続位置までの長さが、アンテナのゲインやアンテナインピーダンスのリアクタンスとどの様な関係があるかを示す。一方、低い方の第２の周波数帯のＨＦ帯においては、ＵＨＦ帯と比べて波長が長いため、調整素子の長さや素子幅、および給電点から調整素子接続位置までの長さの違いによるアンテナのゲインやアンテナインピーダンスのリアクタンスの変化を無視することができるため、ここでは説明しない。
【００７９】
図１５は、図１の本実施形態で周波数９６０ＭＨｚにおいて、ループ状線路１０２を前記の２巻きと４巻きとした場合で、給電点から１／２波長（１５６ｍｍ）の長さの位置に素子幅３ｍｍの調整素子を接続し、調整素子の長さのみ変化させた時のアンテナインピーダンスのリアクタンスをシミュレーションで求めた結果を示している。基準線１Ｌと２Ｌは、それぞれ１／４波長の０．６倍の長さと１／４波長の１．３倍の長さを示しており、２巻きアンテナのリアクタンス２Ｘａと４巻きアンテナのリアクタンス４Ｘａはともに、調整素子の長さがおよそ１／４波長（７８ｍｍ）で形成されるときに、アンテナインピーダンスのリアクタンスが極大から極小に急峻に変化することがわかる。
【００８０】
図１５より、図１の本実施形態のアンテナは、高い方の第１の周波数帯において、調整素子１０４の長さによってアンテナインピーダンスのリアクタンスを可変設定できることが分かった。特に調整素子１０４が、１／４波長×０．６の長さから１／４波長×１．３の長さのときは、アンテナのリアクタンスの変化幅が大きくなり、アンテナのリアクタンス値を可変設定できる範囲が広がる。
【００８１】
次に、前記２巻きのアンテナについて、給電点から調整素子接続位置までの長さｕを１１２ｍｍとし、調整素子の長さは７５ｍｍとして、調整素子の幅を０．５ｍｍと６ｍｍの２通りとした場合の例を示す。図１６は調整素子の幅とアンテナゲインの関係を、図１７は調整素子の幅と整合ロスの関係を、図１８は調整素子の幅とアンテナゲイン＋整合ロスの関係を、シミュレーションにより求めた結果を示す。
【００８２】
また、前記４巻きのアンテナについては、給電点から調整素子接続位置までの長さｕを１５６ｍｍとし、調整素子の長さを６０ｍｍとして、調整素子の幅を０．５ｍｍと６ｍｍの２通りとした場合の例を示す。図１９は調整素子の幅とアンテナゲインの関係を、図２０は調整素子の幅と整合ロスの関係を、図２１は調整素子の幅とアンテナゲイン＋整合ロスの関係を、シミュレーションにより求めた結果を示す。
【００８３】
このとき、上記の整合ロスは、アンテナインピーダンスの抵抗をＲａ［Ω］、リアクタンスをＸａ［Ω］とし、ＩＣチップのインピーダンスの抵抗をＲｉｃ［Ω］、リアクタンスをＸｉｃ［Ω］とするとき、式（４）のｌｍよりｄＢ単位で求める。
【００８４】
【数４】
2009071413.tif 000006
【００８５】
図１６は、素子幅６ｍｍの２巻きアンテナのアンテナゲインＧａ１と、素子幅０．５ｍｍの２巻きアンテナのアンテナゲインＧａ２を示しており、調整素子の幅を広げるとアンテナゲインが増加し、逆に調整素子の幅を狭めるとアンテナゲインが減少することが分かる。図１７は、素子幅６ｍｍの２巻きアンテナの整合ロスＬｏ１と、素子幅０．５ｍｍの２巻きアンテナの整合ロスＬｏ２を示しており、整合ロスを負の数で表しているため、負の数が大きいほど整合ロスは大きい。前記２巻きのアンテナは、周波数８６５ＭＨｚ以上、９６０ＭＨｚ以下では調整素子の幅を広げると整合ロスが増加することが分かる。
【００８６】
図１８は、素子幅６ｍｍの２巻きアンテナのアンテナゲインＧａ１と整合ロスＬｏ１の合計値Ｄ１と、素子幅０．５ｍｍの２巻きアンテナのアンテナゲインＧａ２と整合ロスＬｏ２の合計値Ｄ２を示しており、アンテナゲインと整合ロスの合計値が正の方向に大きいほど、つまりグラフで上の方に位置するほど、アンテナがより多くの電力を受信できることを示している。前記２巻きのアンテナは、調整素子の幅を広げるとアンテナゲインと整合ロスの合計値が増加して、広い範囲の周波数帯域で受信電力が増えて有利となっている。
【００８７】
図１９は、素子幅６ｍｍの４巻きアンテナのゲインＧａ３と、素子幅０．５ｍｍの４巻きアンテナのゲインＧａ４を示しており、調整素子の幅を広げるとアンテナゲインが減少し、逆に調整素子の幅を狭めるとアンテナゲインが増加することが分かる。図２０は、素子幅６ｍｍの４巻きアンテナの整合ロスＬｏ３と、素子幅０．５ｍｍの４巻きアンテナの整合ロスＬｏ４を示しており、整合ロスを負の数で表しているため、負の数が大きいほど整合ロスは大きい。前記４巻きのアンテナは、周波数９００ＭＨｚ以上では調整素子の幅を広げると整合ロスが増加することが分かる。
【００８８】
図２１は、素子幅６ｍｍの４巻きアンテナのアンテナゲインＧａ３と整合ロスＬｏ３の合計値Ｄ３と、素子幅０．５ｍｍの４巻きアンテナのアンテナゲインＧａ４と整合ロスＬｏ４の合計値Ｄ４を示しており、アンテナゲインと整合ロスの合計値が正の方向に大きいほど、つまりグラフで上の方に位置するほど、アンテナがより多くの電力を受信できることを示している。前記４巻きのアンテナは、調整素子の幅を広げると、周波数９００ＭＨｚ以上ではアンテナゲインと整合ロスの合計値が減少し、その結果、受信電力が減少して不利となっている。
【００８９】
図１６と図１９から分かるように、２巻きのアンテナと４巻きのアンテナでは、調整素子の幅とアンテナゲインの関係が反転した特性となっている。これについては、周波数９６０ＭＨｚにおいて、２巻きアンテナのループ状線路の全長が５４８ｍｍで線路幅が２．１ｍｍあり、一方、４巻きアンテナのループ状線路の全長が１０５９ｍｍで線路幅が１．０ｍｍあり、２巻きアンテナと４巻きアンテナでは、ループ線路の長さと幅が異なるため、調整素子幅とアンテナゲインの特性が反転しているのではないかと推察される。
【００９０】
以上から分かるように、本実施形態のアンテナは、高い方の第１の周波数帯において、調整素子の長さでアンテナインピーダンスのリアクタンスを可変設定することができて、調整素子の幅でアンテナゲインを可変設定することができる。
【００９１】
また、本実施形態の２巻きと４巻きのアンテナにおいて、周波数９６０ＭＨｚで、調整素子の長さを６０ｍｍとし、調整素子の幅を３．０ｍｍとして、図１（ａ）の給電点から調整素子接続位置までの長さｕとアンテナインピーダンスのリアクタンスの関係を図２２に、給電点から調整素子接続位置までの長さｕとアンテナゲインの関係を図２３に示す。
【００９２】
図２２は、２巻きアンテナのリアクタンス２Ｘｂと、４巻きアンテナのリアクタンス４Ｘｂを示しており、給電点から調整素子接続位置までの長さｕによって、アンテナインピーダンスのリアクタンスが変化することが分かる。また、図２３は、２巻きアンテナのアンテナゲイン２Ｇｂと４巻きアンテナのアンテナゲイン４Ｇｂを示しており、給電点から調整素子接続位置までの長さｕによって、アンテナゲインが変化することが分かる。
【００９３】
図２２と図２３において、２巻きアンテナと４巻きアンテナで特性が異なっているが、これは前述したようにループ状線路の全長と線路幅が異なっているためと推察される。
【００９４】
以上から分かるように、本実施形態のアンテナは、高い方の第１の周波数帯において、図１（ａ）のループ状線路の給電点から調整素子接続位置までの長さｕにより、アンテナのリアクタンスとアンテナゲインを調整する。また、調整素子を１／４波長前後で形成するため、ループ状線路の給電点から調整素子接続位置までの長さｕは、１／４波長以上とすることが望ましい。
【００９５】
以上に基づき、本実施形態のループ状線路の長さが５４８ｍｍの２巻きのアンテナにおいては、調整素子の長さを７５ｍｍ、調整素子の幅を３．０ｍｍ、給電点から調整素子までの長さｕを１１２ｍｍで形成し、また、本実施形態のループ状線路の長さが１０５９ｍｍの４巻きのアンテナにおいては、調整素子の長さを１２９ｍｍ、調整素子の幅を３．０ｍｍ、給電点から調整素子までの長さｕを１５６ｍｍで形成することにより、２巻きアンテナと４巻きアンテナのそれぞれについて好適なアンテナゲインが得られ、かつアンテナとＩＣチップをインピーダンス整合させてＵＨＦ帯で通信することができた。
【００９６】
以上をまとめると、本発明の一実施形態に係るＨＦ帯とＵＨＦ帯で共用のアンテナ、およびこれを用いたＲＦＩＤは、ループ状線路と調整素子とインピーダンス整合回路を有しており、誘電体を挟んだ２層の導体で形成される。
【００９７】
以下に、４巻きのアンテナで形成した場合の例を示す。
【００９８】
４巻きのアンテナは、図１を参照して、ループ状線路１０２の長さが１０５９ｍｍで、調整素子１０４の長さが１２９ｍｍ、調整素子１０４の幅が３．０ｍｍ、ループ状線路１０２の給電点１０７から調整素子１０４接続位置までの長さｕが１５６ｍｍとし、インピーダンス整合回路１０３は、図２を参照して、５つの導体（導体１ａ、導体２ａ、導体３ａ、導体４ａ、導体５ａ）が順番に直列接続で繋がっている。
【００９９】
図２を参照して、インピーダンス整合回路１０３の各導体の長さは、波長が３１３ｍｍとなる周波数９６０ＭＨｚにおいて、導体１ａの長さｌ１ａ＝２６ｍｍ、導体２ａの長さｌ２ａ＝１７ｍｍ、導体３ａの長さｌ３ａ＝１６ｍｍ、導体４ａの長さｌ４ａ＝１８ｍｍ、導体５ａの長さｌ５ａ＝２１ｍｍであり、全て１／４波長（７８ｍｍ）よりも短く形成されていて、各導体の幅は、導体１ａの幅ｗ１ａ＝２．４ｍｍ、導体２ａの幅ｗ２ａ＝４．６ｍｍ、導体３ａの幅ｗ３ａ＝２．９ｍｍ、導体４ａの幅ｗ４ａ＝２．７ｍｍ、導体５ａの幅ｗ５ａ＝１．１ｍｍとしている。
【０１００】
導体１ａと導体５ａは、誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡導体で、導体２ａと導体３ａと導体４ａは容量性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端開放導体としている。
【０１０１】
図２と図３を参照して、インピーダンス整合回路１０３の重なり面１１０の面積が７２．５ｍｍ２であり、誘電体の比誘電率εｒが３．０Ｆ／ｍで、誘電体の厚みｄ１（導体の間隔）が３８μｍで形成されており、式（１）より求めた容量は５０．６２ｐＦとなり、シミュレーションで求めた容量は５２．２ｐＦとなる。
【０１０２】
周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、シミュレーションで求めた並列容量Ｃｐ＝５２．２ｐＦとインピーダンス整合回路１０３の抵抗Ｒｐ＝０．１４Ωと、実測で求めたＩＣチップ１０５の抵抗Ｒｉｃ＝１ｋΩ、容量Ｃｉｃ＝２．８ｐＦを用いて、式（２）より並列容量を付与したＩＣチップの容量Ｃ’が５４．８ｐＦと求まる。この求めたＣ’の容量５４．８ｐＦと、シミュレーションで求めたループ状線路１０２のインダクタンス２．５２μＨを用いて、式（３）より共振周波数ｆ０が１３．５４ＭＨｚと求まる。
【０１０３】
４巻きのアンテナおよびこれを用いたＲＦＩＤは、上記のように形成することで、ＨＦ帯周波数の１３．５６ＭＨｚにおいて、ＩＣチップ１０５のインピーダンスは１０００−ｊ４２００［Ω］、アンテナインピーダンスは６０２．３＋ｊ３４６２［Ω］で、共振周波数１３．５４ＭＨｚとなりインピーダンス整合ができて、ＵＨＦ帯周波数の９６０ＭＨｚにおいて、ＩＣチップ１０５のインピーダンスは２８．９−ｊ１８６．０［Ω］、アンテナインピーダンスは２３．２＋ｊ２２１．９［Ω］で、整合ロス−１．７ｄＢでインピーダンス整合ができて、ＵＨＦ帯のアンテナゲインは２．０ｄＢｉとなり、ＨＦ帯とＵＨＦ帯で通信できる。
【０１０４】
以上をまとめると、本発明に係るアンテナは、アンテナとＩＣチップから成るＲＦＩＤ用のアンテナであって、そのアンテナはループ状線路と調整素子とインピーダンス整合回路を有しており、誘電体を挟んだ２層の導体で形成されており、インピーダンス整合回路は表面導体と裏面導体が一部重なって形成されて、一方の導体層がＩＣチップの給電点へ、他方の導体層がＩＣチップのアースへ接続され、それらの導体は、重なり部分の先端がどことも繋がっておらず、異なる２つの周波数のそれぞれでＩＣチップとアンテナのインピーダンス整合が行えることを特徴とする。
【０１０５】
前記インピーダンス整合回路は、高い方の第１の周波数帯で、表面導体と裏面導体およびこれら両面に挟まれた誘電体重なり部分を併せて１つの導体線路と見たてた時の形状において、その形状は平たい長方形状の方形導体が、複数でお互いに直列または並列に接続し合って、先端短絡導体または先端開放導体を構成しており、各方形導体の先端を短絡または開放とすることで、リアクタンスを可変設定することを特徴とする。
【０１０６】
また、前記インピーダンス整合回路は、高い方の第１の周波数帯で、表面導体と裏面導体およびこれら両面に挟まれた誘電体重なり部分からなる前記の１つの導体線路において、誘導性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端短絡の複数の導体と、容量性リアクタンスを持つ１／４波長よりも短い先端開放の複数の導体で構成しており、各方形導体の長さと幅で抵抗とリアクタンスを可変設定することを特徴とする。
【０１０７】
また、前記インピーダンス整合回路は、低い方の第２の周波数帯において、誘電体を挟んで対向しあう表面導体と裏面導体の重なり面積と、表面導体と裏面導体の間隔とで容量を形成しており、この容量をＩＣチップに付与することで、アンテナ装置とＩＣチップでＬＣ共振させることを特徴とする。
【０１０８】
前記調整素子は、前記ループ状線路の最内周の辺に沿うようにして導体線路が形成されて最内周の辺に接続しており、高い方の第１の周波数帯において、素子の長さを１／４波長前後（１／４波長×０．６の長さから１／４波長×１．３の長さまで）とし、長さによってアンテナインピーダンスのリアクタンスを可変設定し、素子幅でアンテナゲインを可変設定し、ループ状線路の給電点から１／４波長以上の長さの位置に調整素子を接続し、接続位置によりアンテナゲインとリアクタンスを可変設定するための調整素子が接続されることを特徴とする。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１０】
例えば、前記実施の形態においては、ＵＨＦ帯およびＨＦ帯共用のＲＦＩＤ用アンテナについて説明したが、これに限定されるものではなく、他の周波数帯の通信装置用アンテナについても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の活用例として、ゲートを通過する際には、通信距離の長いＵＨＦ帯を用いて認証を行い、居室などに入る際には通信距離の短いＨＦ帯を用いて認証を行うといった事にも活用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】（ａ）は本発明に係るＨＦ帯とＵＨＦ帯の共用アンテナの実施の一形態が適用されたＲＦＩＤの構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の表面導体とクリンピングのみを示す図、（ｃ）は（ａ）の裏面導体とクリンピングのみを示す図である。
【図２】図１のアンテナ実施形態のインピーダンス整合回路の詳細な構成を示す図である。
【図３】図２のインピーダンス整合回路の破線ＡＢにおける断面図である。
【図４】先端短絡した導体を説明する図である。
【図５】先端開放した導体を説明する図である。
【図６】図１のアンテナ実施形態を分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図である。
【図７】図２とは別な実施形態のインピーダンス整合回路を示す図である。
【図８】図７のインピーダンス整合回路を用いたアンテナ実施形態を分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図である。
【図９】図２および図７とさらに別の実施形態のインピーダンス整合回路を示す図である。
【図１０】図９のインピーダンス整合回路を用いたアンテナ実施形態を分布定数素子で表したＵＨＦ帯で等価な回路図である。
【図１１】図７のインピーダンス整合回路で、各導体の幅のみを細くした場合を示す図である。
【図１２】図２と図７と図９と図１１のインピーダンス整合回路の９６０ＭＨｚでのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図１３】図１のアンテナ実施形態を集中定数素子で表したＨＦ帯で等価な回路図である。
【図１４】図１の実施形態のアンテナで、ループ状線路を２巻きにしたＲＦＩＤを示す図である。
【図１５】図１の実施形態のアンテナで、調整素子の長さとアンテナのリアクタンスの関係を示す図である。
【図１６】図１の実施形態のアンテナで、２巻きのループ状線路としたときのアンテナゲインを示す図である。
【図１７】図１の実施形態のアンテナで、２巻きのループ状線路としたときの整合ロスを示す図である。
【図１８】図１の実施形態のアンテナで、２巻きのループ状線路としたときのアンテナゲイン＋整合ロスを示す図である。
【図１９】図１の実施形態のアンテナで、４巻きのループ状線路としたときのアンテナゲインを示す図である。
【図２０】図１の実施形態のアンテナで、４巻きのループ状線路としたときの整合ロスを示す図である。
【図２１】図１の実施形態のアンテナで、４巻きのループ状線路としたときのアンテナゲイン＋整合ロスを示す図である。
【図２２】給電点から調整素子接続位置までの長さとアンテナインピーダンスのリアクタンスの関係を示す図である。
【図２３】給電点から調整素子接続位置までの長さとアンテナゲインの関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０１  ＲＦＩＤ
１０２  ループ状線路
１０３，１２１，１２１ｂ，１２２  インピーダンス整合回路
１０４  調整素子
１０４ｅ  アース
１０５  ＩＣチップ
１０６  アース（または給電点）
１０７  給電点（またはアース）
１０８  表面導体
１０９  裏面導体
１１０，１１０ｂ，１１０ｃ  重なり面
１１１，１１２  クリンピング
１１５  並列容量
１１６  誘電体
１１７  入力端
１１８  出力端
１１９  先端短絡
１２０  先端開放
１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ，５ａ  導体
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  キャパシタンス
Ｌ１，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ２，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ，Ｌ４ｂ，Ｌ１０，Ｌ１１  インダクタンス
Ｃ４  キャパシタンス
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
２Ｘａ，２Ｘｂ，４Ｘａ，４Ｘｂ  アンテナのリアクタンス
Ｇａ１，Ｇａ２，Ｇａ３，Ｇａ４，２Ｇｂ，４Ｇｂ  アンテナゲイン
Ｌｏ１，Ｌｏ２，Ｌｏ３，Ｌｏ４  アンテナの整合ロス
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  アンテナゲインと整合ロスの合計値
【図１】
2009071413.tif 000007
【図２】
2009071413.tif 000008
【図３】
2009071413.tif 000009
【図４】
2009071413.tif 000010
【図５】
2009071413.tif 000011
【図６】
2009071413.tif 000012
【図７】
2009071413.tif 000013
【図８】
2009071413.tif 000014
【図９】
2009071413.tif 000015
【図１０】
2009071413.tif 000016
【図１１】
2009071413.tif 000017
【図１２】
2009071413.tif 000018
【図１３】
2009071413.tif 000019
【図１４】
2009071413.tif 000020
【図１５】
2009071413.tif 000021
【図１６】
2009071413.tif 000022
【図１７】
2009071413.tif 000023
【図１８】
2009071413.tif 000024
【図１９】
2009071413.tif 000025
【図２０】
2009071413.tif 000026
【図２１】
2009071413.tif 000027
【図２２】
2009071413.tif 000028
【図２３】
2009071413.tif 000029