(57)【要約】ＲＦＩＤリーダライタと通信する非接触型の無線タグにおいて、誘電体基板の一方の面に第一平面型アンテナを配置すると共に、第二平面型アンテナを一体形成したグランド面を該誘電体基板の他方の面に配置し、ＩＣチップと該第一平面型アンテナ及び該第二平面型アンテナとを給電線路で接続する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の一方の面に配置した第一平面型アンテナと、
該誘電体基板の他方の面に配置したグランド面に一体形成した第二平面型アンテナと、
該第一平面型アンテナ及び該第二平面型アンテナと給電線路を介して接続されたＩＣチップと、
を備えたことを特徴とする無線タグ。
【請求項２】
請求の範囲１において、
該第一平面型アンテナがパッチアンテナであることを特徴とする無線タグ。
【請求項３】
請求の範囲において、
該第二平面型アンテナがスロットアンテナであることを特徴とする無線タグ。
【請求項４】
請求の範囲１において、
該給電線路がマイクロストリップラインであることを特徴とする無線タグ。
【請求項５】
請求の範囲１において、
該給電線路がコプレーナラインであることを特徴とする無線タグ。
【請求項６】
請求の範囲１において、
該第一平面型アンテナ及び該第二平面型アンテナが送受信する電波信号の周波数が同一であることを特徴とする無線タグ。
【請求項７】
請求の範囲１において、
該ＩＣチップが該第一平面型アンテナと同一面に設置され、該誘電体基板に設けたスルーホールを介して該グランド面と接続されていることを特徴とする無線タグ。
【請求項８】
請求の範囲７において、
該給電線路が該第一平面型アンテナと同一面に設置され、該第二平面型アンテナと非接触の給電部を介して電磁的に接続されていることを特徴とする無線タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、無線タグに関し、特にＲＦＩＤリーダライタと通信する非接触型の無線タグに関するものである。
【背景技術】  近年、ＩＣチップに格納した固有情報により物体の識別・管理を行うＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムの開発が盛んになって来ている。ＲＦＩＤシステムにおいては、ＲＦＩＤリーダライタから高周波の電波信号を送信し、固有情報の記憶されたＩＣチップを備えた無線タグでその電波信号を受信し、再び無線タグからＲＦＩＤリーダライタに固有情報を送信している。
例えば、本や衣料等の商品に無線タグを貼り付けておくことにより、ＲＦＩＤリーダライタを用いて各商品に貼り付けられた無線タグの固有情報を読み取ったり、逆に、固有情報を無線タグに書き込むことが出来る。
無線タグは、通常、ＩＣチップとアンテナとで構成され、アンテナで高周波の信号を受信すると、ＩＣチップ内に内蔵された整流部分で例えば３Ｖ程度のＤＣ成分に変換され、その電力で信号を処理し、さらにアンテナを介して送信させることが出来る。
信号の周波数は、１３．５６ＭＨｚをはじめ、最近では、９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚというように、より高い周波数が使用されるようになって来ている。
図５は、一般的に使用されている無線タグとしてのＲＦＩＤタグの一例を示したものである。同図のＲＦＩＤタグ３００は、λ／２の長さを持つ平面回路型のダイポールアンテナ１１と、ＩＣチップ６とで構成されている。
ダイポールアンテナ１１の形状やＩＣチップ６のチップ内消費電力にもよるが、ＲＦＩＤリーダライタ（図示せず）又は無線タグからの送信信号電力が１Ｗ程度であれば、両者は１ｍ程度の通信可能距離を持つ。
この他、無線タグの従来例としては、識別対象物の情報を格納する半導体チップと、その半導体チップの情報を外部に設けられた受送信装置との間で受送信可能な第一アンテナと、その第一アンテナと異なった周波数の電波を受信して動作可能な第二アンテナとを一体化したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
これは、例えば、識別用のタグと盗難防止用のタグとを一体化して取り扱いの利便性を向上させたものである。
また、シリンダ状のアンテナコイルの軸方向を互いに略直交に配置した２つの無線タグを固定手段により互いに固定することで、シリンダ状のアンテナコイルの軸方向を取付部材の取付面に対して略平行に配置した場合の送受信感度の方向性の制限を緩和したものもある（例えば、特許文献２参照。）。
これは、無線タグの取付対象物が渦電流により元の磁束を減衰する反対方向の磁束を発生し、無線タグの通信や電力搬送に影響を及ぼす金属等の導電性部材であった場合にも、漏洩電磁波を利用して導電性部材の影響を回避して送受信できるようにしたものである。
さらに、金属等の導電部材に無線タグを埋め込んでも送受信が可能な無線タグもある（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】  特開２０００−３３９４２２号公報
【特許文献２】  特開２００２−１８３６９５号公報
【特許文献３】  特開２００３−８５５１５号公報
上記の特許文献２及び特許文献３では、無線タグの取付対象物が金属等の導電性部材である場合の問題点を解決している。特に、上記の文献３では、金属等に埋め込んでも送受信可能な無線タグを開示している。
しかしながら、単に金属等の表面に貼り付けるのであれば、パッチアンテナを用いた無線タグを使用すれば良いことが知られている。
図６は、そのような一例として、パッチアンテナ２を用いたＲＦＩＤタグ４００を示したものである。ＲＦＩＤタグ４００は、誘電体基板１の図示の上面に一辺の長さがλ／２からなる方形のパッチアンテナ２が形成されている。また、図示の下面には一面全体にグランド８が形成されており、パッチアンテナ２のグランドとして機能する。
パッチアンテナ２は、同じ面に設けられたマイクロストリップライン３を介してＩＣチップ６と接続されており、このマイクロストリップライン３を介してＩＣチップ６からパッチアンテナ２に給電されている。また、ＩＣチップ６は、スルーホール７を介して下面のグランド８と接続されている。
同図のＲＦＩＤタグ４００は、パッチアンテナ２が貼ってない面、すなわち下面のグランド８を金属物体に貼り付ければ、グランド８と金属物体が同電位になるのでパッチアンテナ２自身の電位は変化せず、従ってその入力インピーダンスは変化しない。このように、ＲＦＩＤタグ４００は金属物体に貼り付けて使用することが出来る。
図７は、この場合の電波受信の様子を模式的に示したものである。同図（１）に示す如く、金属物体２０にグランド８の面を貼り付けた場合、パッチアンテナ２の面に到来する信号Ｓ１はパッチアンテナ２で受信することが出来る。当然のことながら、グランド８の面に到来する信号Ｓ２は、金属物体２０によって遮断され反射されてしまうため、受信することが出来ない。
逆に、同図（２）に示す如く、パッチアンテナ２の面を金属物体に貼り付けると、パッチアンテナ２自身が金属物体の電位に接続されてしまうため、その入力インピーダンスが変化してしまうばかりか、グランド８が金属であるため、信号Ｓ１を反射してしまう。すなわち、金属物体２０にパッチアンテナ２の面を貼り付けた場合、パッチアンテナ２の側に到来する信号Ｓ２もグランド８の面に到来する信号Ｓ１も受信することが出来ない。
従って、ＲＦＩＤタグ４００の場合、同図（１）に示す如く必ずグランド８の側を金属物体２０に貼り付ける必要があり、また、電波の送受信はパッチアンテナ２が貼ってある上面方向（同図の信号Ｓ１の方向）のみ可能である。
また、ＲＦＩＤタグ４００は、貼り付け対象物が非金属であれば、パッチアンテナ２又はグランド８をその物体に貼り付けても良いが、この場合も、グランド８の面に入射する方向からの電波は金属であるグランド８によって反射されてしまう。
同図（３）及び（４）は、それぞれ、グランド８及びパッチアンテナ２が非金属物体３０に接するようにＲＦＩＤタグ４００を貼り付けた場合の信号受信の様子を模式的に示したものである。
いずれの場合も、信号Ｓ１及びＳ２が共にＲＦＩＤタグ４００まで到達しているにも関わらず、同図（３）に示す如くグランド８を非金属物体３０に貼り付けた場合には、同図の信号Ｓ１はパッチアンテナ２で受信可能であるが、信号Ｓ２はグランド８で反射されてしまい、受信することが出来ない。逆に、同図（４）に示す如く、パッチアンテナ２を非金属物体３０に貼り付けた場合には、同図の信号Ｓ２は受信可能であるが、信号Ｓ１はグランド８で反射されてしまい、受信することが出来ない。
これに対し、上記の図５に示したＲＦＩＤタグ３００は、金属物体に貼り付けると、ダイポールアンテナ１１の入力インピーダンスが大きく変化してしまい、通信距離が極端に短くなるか、あるいは全く通信出来なくなるという問題があるが、貼り付け対象物が金属でなければヌルの方向Ａ及びＢを除く全方向に対して指向性を有する。
従って、非金属物体に貼り付ける場合には、ＲＦＩＤタグ４００よりもＲＦＩＤタグ３００の方が適している。
ここで、無線タグを貼り付ける対象物に金属物体と非金属物体が混在している場合を想定すると、非金属物体に貼り付ける無線タグの指向性を一方向に限定したくなければ、金属物体用及び非金属物体用の２種類の無線タグ（例えば、図６のＲＦＩＤタグ４００及び図５のＲＦＩＤタグ３００）を準備する必要がある。
この場合、貼り付ける時点で、貼り付け対象物が金属であるか否かを見分ける必要がある。もしも、間違えて金属物体に非金属物体用のＲＦＩＤタグ３００を貼り付けてしまうと、上記の如く、通信距離が極端に短くなるか、あるいは全く通信できなくなる。
逆に、非金属物体に金属物体用のＲＦＩＤタグ４００を貼り付けてしまうと、貼り付け面がパッチアンテナ２であるかグランド８であるかに関わらず、図７（３）及び（４）に示したように、一方の面のみの電波送受信しか行なえず、本来貼り付けるべきであった非金属物体用のＲＦＩＤタグ３００で期待される全方向（但しヌルの方向を除く）の指向性が得られないという問題がある。
また、一種類の無線タグを金属物体及び非金属物体に共通して使用するのであれば、例えば図６のＲＦＩＤタグ４００を用いることは可能である。しかしながら、この場合、上記の通り非金属物体に貼り付ける場合のＲＦＩＤタグ４００の指向性は図５のＲＦＩＤタグ３００と比較して弱いという問題がある。
従って、本発明は、金属・非金属両用の無線タグを非金属の対象物に貼り付ける場合における電波送受信の指向性を向上させることを目的とする。
【発明の開示】
上記の目的を達成するため、本発明に係る無線タグは、誘電体基板の一方の面に配置した第一平面型アンテナと、該誘電体基板の他方の面に配置したグランド面に一体形成した第二平面型アンテナと、該第一平面型アンテナ及び該第二平面型アンテナと給電線路を介して接続されたＩＣチップと、を備えたことを特徴としている。
すなわち、誘電体基板の一方の面に第一平面型アンテナを配置すると共に、第二平面型アンテナを一体形成したグランド面を該誘電体基板の他方の面に配置し、ＩＣチップと該第一平面型アンテナ及び該第二平面型アンテナとを給電線路で接続する。
これにより、無線タグを取り付ける対象物が金属である場合には、従来と同様に、グランド面を対象物である金属に貼り付ければ、第一平面型アンテナの入力インピーダンスの変化は無いため、第一平面型アンテナを介して電波を送受信することが可能となる。
また、無線タグを取り付ける対象物が非金属である場合には、第一平面型アンテナ及び第二平面型アンテナのいずれを貼り付けてもよく、電波の到来方向が第一平面型アンテナの場合は第一平面型アンテナを介して、また、電波の到来方向が第二平面型アンテナの場合は第二平面型アンテナを介して電波をそれぞれ送受信でき、給電線路を介してＩＣチップの信号送受信を実現することができる。
このように、上記の金属・非金属両用の無線タグによれば、非金属の対象物に貼り付けた場合における電波送受信の指向性を向上させている。
なお、上記の如く、非金属の対象物に貼り付ける面は第一平面型アンテナ側でも第二平面アンテナ側でもどちらでも良いが、貼り付ける面をグランド面の側と定めておくことにより、対象物が金属であるか否かを確認する必要が無くなる。
上記の第一平面型アンテナはパッチアンテナであってもよく、上記の第二平面型アンテナはスロットアンテナであってもよい。
また、上記の給電線路は、マイクロストリップラインでもコプレーナラインでもよい。
上記の第一平面型アンテナ及び上記の第二平面型アンテナが送受信する電波の周波数は同一であってもよい。
上記のＩＣチップは上記の第一平面型アンテナと同一面に設置すればよく、該誘電体基板に設けたスルーホールを介して該グランド面と接続すればよい。
上記の給電線路は上記の第一平面型アンテナと同一面に設置すればよく、上記の第二平面型アンテナと非接触の給電部を介して電磁的に接続すればよい。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明に係る無線タグの実施例（１）を示した図である。
図２は、本発明に係る無線タグの効果を説明するための断面図である。
図３は、本発明に係る無線タグの実施例（２）を示した図である。
図４は、従来の無線タグと本発明に係る無線タグの特徴を比較する図である。
図５は、従来の平面回路型ダイポールアンテナを使用した無線タグを示した図である。
図６は、従来のパッチアンテナを使用した無線タグを示した図である。
図７は、図６のＲＦＩＤタグ４００を金属及び非金属の対象物に貼り付ける場合の信号の受信形態を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１  誘電体基板
２  パッチアンテナ
３  マイクロストリップライン
４  結合部
５  スロットアンテナ
６  ＩＣチップ
７  スルーホール
８  グランド
９  中心導体（コプレーナライン用）
１０  グランド（コプレーナライン用）
１１  ダイポールアンテナ
１００，２００，３００，４００  ＲＦＩＤタグ
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】給電線路をマイクロストリップラインとするもの
図１は、本発明の実施例（１）として、給電線路をマイクロストリップライン３とするＲＦＩＤタグ１００を示したものである。
同図のＲＦＩＤタグ１００は、図６に示した従来のＲＦＩＤタグ４００と同様に、誘電体基板１の図示の上面に一辺の長さがλ／２からなる方形のパッチアンテナ２が形成されている。また、図示の下面には一面全体にグランド８が形成されており、パッチアンテナ２のグランドとして機能する。
パッチアンテナ２は、同じ面に設けられたマイクロストリップライン３を介してＩＣチップ６と接続されており、このマイクロストリップライン３を介してＩＣチップ６からパッチアンテナ２に給電されている。また、ＩＣチップ６は、スルーホール７を介して下面のグランド８と接続されている。
ＲＦＩＤタグ１００が従来のＲＦＩＤタグ４００と異なる点は、図１に示す如くグランド８の面内に送受信周波数をパッチアンテナ２と等しくしたスロットアンテナ５が形成されている点である。また、ＩＣチップ６とパッチアンテナ２とを接続しているマイクロストリップライン３は図示の如く分岐点Ｘで分岐しており、結合部４によって下面のスロットアンテナ５と電磁的に結合されている。
このようなＲＦＩＤタグ１００を金属物体に貼り付ける場合は、グランド８の面と金属物体とを貼り合わせることにより、パッチアンテナ２を介してＲＦＩＤリーダライタ（図示せず）と電波信号を送受信することが出来る。
この場合の電波信号受信の様子は、従来のＲＦＩＤタグ４００の場合と同様であり、図７（１）の如く、金属物体２０にグランド８の側を貼り付けた場合、パッチアンテナ２の側に到来する信号Ｓ１は受信することが出来る。また、ＲＦＩＤタグ１００を用いた場合でも、グランド８の側に到来する信号Ｓ２は、金属物体２０によって反射されてしまうため、従来と同様に受信することは出来ない。
また、ＲＦＩＤタグ１００を非金属物体に貼り付ける場合は、どちらの面を貼り付けても良く、どちらの面からもＲＦＩＤリーダライタとの間で電波信号を送受信することが出来る。すなわち、パッチアンテナ２に対面する方向にＲＦＩＤリーダライタがある場合は、パッチアンテナ２を介してＲＦＩＤリーダライタとの通信が可能であり、逆にグランド８に対面する方向にＲＦＩＤリーダライタがある場合は、スロットアンテナ５を介してＲＦＩＤリーダライタとの通信が可能である。
この場合の信号受信の様子を、図２を用いて以下に説明する。
同図（１）は、従来のＲＦＩＤタグ４００について示した図７（３）に対応するものであり、グランド８を非金属物体３０に貼り付けた場合に、信号Ｓ１及びＳ２が共に受信可能である様子が示されている。すなわち、図７（３）に示す如く従来のＲＦＩＤタグ４００を用いた場合、信号Ｓ２はグランド８で反射されてしまい、受信することが出来なかったが、図２（１）に示す如くＲＦＩＤタグ１００を用いれば、信号Ｓ２はグランド８に形成されたスロットアンテナ５から受信することが可能である。
また、図２（２）は、従来のＲＦＩＤタグ４００について示した図７（４）に対応するものであり、パッチアンテナ２を非金属物体３０に貼り付けた場合に、信号Ｓ１及びＳ２が共に受信可能である様子が示されている。すなわち、図７（４）に示す如く従来のＲＦＩＤタグ４００を用いた場合、信号Ｓ１はグランド８で反射されてしまい、受信することが出来なかったが、図２（２）に示す如くＲＦＩＤタグ１００を用いれば、信号Ｓ１はグランド８に形成されたスロットアンテナ５から受信することが可能である。
このように、貼り付け対象物が非金属である場合、従来と比較して電波送受信の指向性が向上している。
【実施例２】給電線路をコプレーナラインとするもの
図３には、本発明の実施例（２）として、給電線路をコプレーナラインとしたＲＦＩＤタグ２００が示されている。このＲＦＩＤタグ２００と上記の実施例（１）のＲＦＩＤタグ１００との違いは、図１に示したＲＦＩＤタグ１００におけるマイクロストリップライン３の代わりに、図３に示したＲＦＩＤタグ２００では、中心導体９とグランド１０から成るコプレーナラインを用いている点である。また、コプレーナラインのグランド１０とパッチアンテナ２に対応するグランド８とは、スルーホール７を介して同電位になっている。
上記の実施例（１）の如く給電線路がマイクロストリップライン３である場合、給電線路の特性インピーダンスは、誘電体基板１の比誘電率εｒ及び厚さｔによって決まり、マイクロストリップライン３の幅は誘電体基板１の厚さｔと比例関係にあることから、誘電体基板１が薄い場合にはマイクロストリップライン３の幅を狭くする必要がある。しかしながら、マイクロストリップライン３の幅が狭すぎると給電損失が大きくなるという問題がある。
これに対し、実施例（２）の様にコプレーナラインを使用すると、給電線路の特性インピーダンスは、誘電体基板１の厚さｔとは無関係に中心導体９の幅と両サイドのグランド１０同士間の距離との比で決まる。従って、誘電体基板１が非常に薄い場合でも中心導体９の線路幅を給電損失が大きくなり過ぎないように、無理なく設定することが出来る。このように、コプレーナラインを使用すれば、設計の利便性が向上する。
上記の実施例（１）のＲＦＩＤタグ１００と同様に、実施例（２）のＲＦＩＤタグ２００についても、貼り付け対象物が非金属である場合、従来と比較して電波送受信の指向性が向上している。
従来例と本発明の比較
図４は、従来のＲＦＩＤタグ４００と本発明のＲＦＩＤタグ１００及び２００とをそれぞれ金属及び非金属に貼り付ける場合の貼り付けの可否及び指向性についてまとめた表であり、貼り付け面をグランド８の面にする場合とパッチアンテナ２の面にする場合に分けて示されている。
同図から明らかなように、金属に貼り付ける場合も非金属に貼り付ける場合も、貼り付けの可否については、従来のＲＦＩＤタグ４００と本発明のＲＦＩＤタグ１００及び２００との違いは無い。
すなわち、金属に対しては、グランド８の面のみ貼り付け可能であり、非金属であれば、グランド８の面及びパッチアンテナ２の面共に貼り付け可能である。
また、金属に貼り付ける場合に関しては、指向性についても、従来のＲＦＩＤタグ４００と本発明のＲＦＩＤタグ１００及び２００とは同様である。
すなわち、金属にグランド８の面を貼り付ける場合の指向性は、図７（１）に示す如く信号Ｓ１のみ受信可能である。なお、金属にパッチアンテナ２の面を貼り付けると、図７（２）に示す如く信号Ｓ１及びＳ２共に受信不可である。
非金属に貼り付ける場合の指向性については、従来のＲＦＩＤタグ４００では、グランド８の面を貼り付けると図７（３）に示す如く信号Ｓ１のみ受信可能であり、逆に、パッチアンテナ２の面を貼り付けると図７（４）示す如く信号Ｓ２のみ受信可能である。
これに対し、本発明のＲＦＩＤタグ１００及び２００では、非金属にグランド８の面及びパッチアンテナ２の面のいずれを貼り付けても、図３（１）及び（２）に示す如く信号Ｓ１及びＳ２共に受信可能である。
以上説明したように、本発明に係る無線タグは、金属・非金属両用の無線タグであり、非金属の対象物に貼り付ける場合における電波送受信の指向性を大きく向上させることができる。
【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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【国際調査報告】
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