(57)【要約】  鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状で蛇行している導体線路でアンテナ線路１１を構成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状で蛇行している導体線路でアンテナ素子が構成されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ素子はダイポールアンテナを構成していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ素子はループアンテナを構成しており、高周波信号を給電したときにおける当該アンテナ素子での電流最大点が、当該給電したときにおける当該アンテナ素子での電圧最大点よりも当該アンテナ素子の給電点の近くに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
ループアンテナを形成している前記アンテナ素子の全周の長さが略１波長であることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナ素子を構成している導体線路の前記電流最大点での線幅が、当該導体線路における前記給電点での線幅よりも太いことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナ素子へ高周波信号を給電する給電装置の容量成分を相殺する誘導素子が当該アンテナ素子の給電点に備えられており、
前記誘導素子が、鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状の導体線路で形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載のアンテナが備えられていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ技術に関し、特に、アンテナの小型化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術は、電波を用いて非接触でデータキャリアの認識を行う技術である。この技術は、ＩＣチップとアンテナとが埋め込まれている荷札（ＲＦＩＤタグ）を物や人に付与しておき、ＲＦＩＤリーダライタと呼ばれる装置とＲＦＩＤタグとが電波を利用して通信し、そのＩＣチップ（ＲＦＩＤタグＩＣ）に収められている情報をＲＦＩＤリーダライタが読み取ることによってその物や人の認識を行うというものである。【０００３】
図７は、ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第一の例を示している。このアンテナは、アンテナ線路１０１で形成されている全長１／２波長の基本的なダイポールアンテナであり、このアンテナをＲＦＩＤタグＩＣ１０に接続してＲＦＩＤタグが構成されている。【０００４】
また、図８は、ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第二の例を示している。このアンテナは、アンテナ線路１０２で形成されている全周１波長の基本的なループアンテナであり、このアンテナをＲＦＩＤタグＩＣ１０に接続してＲＦＩＤタグが構成されている。【０００５】
このように、ダイポールアンテナやループアンテナ等の基本的なアンテナをそのまま使用するとＲＦＩＤタグが非常に大きなものとなってしまうため、ＲＦＩＤタグにはアンテナの小型化が求められている。【０００６】
アンテナを小型化する技術は従来から多数提案されている。
例えば、図９は、ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第三の例を示している。このアンテナは、図７に示した第一の例に係るダイポールアンテナを形成している一対のアンテナ線路１０１をメアンダ状に直角に折り曲げて小型化したものである。【０００７】
また、図１０は、ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第四の例を示している。このアンテナは、図８に示したループアンテナを構成するループ状のアンテナ線路１０２をヒルベルトフラクタルパターンに沿うように折り曲げて小型化したものである。【０００８】
更に、図１１は、ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第五の例を示している。このアンテナは、図８に示したループアンテナを構成するループ状のアンテナ線路１０２をコッホフラクタルパターンに沿うように折り曲げて小型化したものである。なお、フラクタルとは、例えば、図１１のパターンの部分図である図１２Ａ、及びそのパターンの概略を示す図１２Ｂに示すように、図形の部分がその全体と自己相似になっているものをいう。つまり、図１２Ｂにおける、パターン１０２ａからパターン１０２ｂへの置き換えの関係、更にはパターン１０２ｂからパターン１０２ｃへの置き換えの関係のように、大きな形の直線部分が、その全体の形と相似な形で置き換えられているので、アンテナ線路１０２の形状をフラクタルパターンとすることにより長い経路長を得ることができる。【０００９】
このように、蛇行させた導体線路をアンテナ素子として使用する技術は従来から行われている。
例えば特許文献１には、２つのコイルを接地導体上に立設させると共に、この２つのコイルをメアンダ状の線状導体若しくは板状導体で接続してループアンテナを形成する技術が開示されている。【００１０】
また、例えば特許文献２には、ダイポールアンテナを構成するジグザグ状の対構成のアンテナ素子が筐体の内壁面に沿って屈曲させて配置する技術が開示されている。
更に、例えば特許文献３には、例えば図１３に示すように、雪片（snowflake）状に線状導体を折り曲げたループアンテナが開示されている。【００１１】
ＲＦＩＤタグに備えられるアンテナは、前述したように小型であることが求められる一方で、長い通信距離を得るためアンテナ利得の低下を抑えることが望まれる。また、ＲＦＩＤタグ自身に電池を備えずに、ＲＦＩＤリーダライタからの電波をＲＦＩＤタグの動作のための電源として使用する、いわゆるパッシブタグであるＲＦＩＤタグでは、高い電源電圧を得るために、高いインピーダンスのアンテナが求められる。【００１２】
ところが、アンテナ素子である導体線路を単純に蛇行させてアンテナを小型化すると、上述した要求に反し、利得の低下やインピーダンスの低下を引き起こしてしまう。
【特許文献１】特開２００１−２８４９３５号公報（段落［００２１］−［００２７］、図１）
【特許文献２】特開２０００−３４９５２６号公報（段落［００４３］−［００５１］、図１）
【特許文献３】米国特許第６６０３４４０号明細書（第９欄第５６行−第１０欄第５９行、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ）
【発明の開示】
【００１３】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、アンテナ素子である導体線路を蛇行させてアンテナを小型化しても、利得の低下が少なくなるようにすることである。
【００１４】
本発明の態様のひとつであるアンテナは、鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状で蛇行している導体線路でアンテナ素子が構成されていることを特徴とするのであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１５】
上述した構成によれば、アンテナ素子を構成する導体線路の直角若しくは鋭角の折れ曲がり部分が減るので、高周波信号のエネルギーの損失が減り、結果としてアンテナの放射効率が改善される。
【００１６】
なお、上述した本発明に係るアンテナにおいて、前記アンテナ素子がダイポールアンテナを構成しているものであってもよい。
また、前述した本発明に係るアンテナにおいて、前記アンテナ素子はループアンテナを構成しており、高周波信号を給電したときにおける当該アンテナ素子での電流最大点が、当該給電したときにおける当該アンテナ素子での電圧最大点よりも当該アンテナ素子の給電点の近くに配置されていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、給電点付近の線路と電流最大点点付近の線路との結合が強くなる結果、アンテナのインピーダンスを高くすることができる。
なお、このとき、ループアンテナを形成している前記アンテナ素子の全周の長さが略１波長であってもよい。
【００１８】
また、このとき、前記アンテナ素子を構成している導体線路の前記電流最大点での線幅が、当該導体線路における前記給電点での線幅よりも太いものであってもよい。
この構成によれば、給電点に設置される給電装置に流し込む電流が電流最大点近傍の導
体線路よりも流れにくくなる結果、インピーダンスが大きくなる。
【００１９】
また、前述した本発明に係るアンテナにおいて、前記アンテナ素子へ高周波信号を給電する給電装置の容量成分を相殺する誘導素子が当該アンテナ素子の給電点に備えられており、前記誘導素子が、鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状の導体線路で形成されていてもよい。
【００２０】
この構成によれば、誘導素子でのエネルギー損失が少なくなる。
なお、上述した本発明に係るアンテナが備えられていることを特徴とするＲＦＩＤタグも、本発明に係るものである。
【００２１】
本発明は、以上のように構成することにより、アンテナ素子である導体線路を蛇行させてアンテナを小型化しても、利得の低下を少なくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施するアンテナの構成例を示す図である。
【図２Ａ】アンテナを構成する基本線路の曲げ形状の第一の例を示す図である。
【図２Ｂ】アンテナを構成する基本線路の曲げ形状の第二の例を示す図である。
【図２Ｃ】アンテナを構成する基本線路の曲げ形状の第三の例を示す図である。
【図２Ｄ】アンテナを構成する基本線路の曲げ形状の第四の例を示す図である。
【図３】電流最大点を近づけて構成したループアンテナの例を示す図である。
【図４】図３に示すループアンテナの電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】給電点と反対側の電流最大点近傍の線路幅を太くしたループアンテナの例を示す図である。
【図６】図１に示したダイポールアンテナにおいて、給電点に配置されているＲＦＩＤタグＩＣと並列に誘導素子を挿入した例を示す図である。
【図７】ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第一の例を示す図である。
【図８】ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第二の例を示す図である。
【図９】ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第三の例を示す図である。
【図１０】ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第四の例を示す図である。
【図１１】ＲＦＩＤタグに使用可能なアンテナの第五の例を示す図である。
【図１２Ａ】図１１に示したアンテナの部分図である。
【図１２Ｂ】図１１のフラクタルパターンを説明する図である。
【図１３】線状導体を雪片状に折り曲げて形成されている従来のループアンテナの例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を実施するアンテナの構成例を示している。このアンテナは、導体線路である一対のアンテナ線路１１で形成されている全長１／２波長のダイポールアンテナであり、このアンテナをＲＦＩＤタグＩＣ１０に接続してＲＦＩＤタグが構成されている。但し、このアンテナを形成しているアンテナ素子（一対のアンテナ線路１１）の形状は、メアンダ状に直角に折り曲げられていた図９のアンテナ線路１０１の直線部分が、鈍角に曲げられた線に置き換えられたものとなっており、この結果、直角（９０゜）若しくは鋭角である折り曲げ部分が減少している。【００２４】
一般に、アンテナ素子を構成する導体線路を直角に若しくは鋭角に折り曲げると、アンテナから放射されるはずの高周波信号のエネルギーが干渉等によりその部分で損失することとなり、アンテナ全体としての放射効率が劣化する。ここで、アンテナ線路１１を、図
１に示したような鈍角に折り曲げられた導体線路に置き換えると、アンテナ素子を構成する導体線路の直角若しくは鋭角の折れ曲がり部分が減るので、高周波信号のエネルギーの損失が減り、結果としてアンテナの放射効率が改善されるのである。【００２５】
なお、図１の例においては、鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状で蛇行している導体線路でダイポールアンテナを構成するようにしたが、その代わりに、図１０や図１１に示したような、フラクタルパターンに沿うように折り曲げられていたアンテナ線路１０２の直線部分を鈍角に曲げられた線に置き換えてループアンテナを構成するようにしてもよい。なお、この置き換えられたアンテナ線路１０２のパターンはもはやフラクタルではない。【００２６】
また、上述した例においては、図２Ａに示すような同一形の線、すなわち、例えば１２０°の鈍角にのみ折り曲げられている線を採用し、これと同一形の線を複数連接させた形状で蛇行している導体線路でアンテナ素子を形成していたが、この形の線を採用する代わりに、図２Ｂに例示するような半円形に曲げられた形の曲線を採用するようにしてもよく、あるいは、図２Ｃに例示するような１周期分の正弦波波形に曲げられた形の曲線を採用するようにしてもよい。また、図２Ｄに例示するような、図２Ｂの半円形と図２Ｃの正弦波波形とを組み合わせた形状のように、異なった形状を組み合わせた形の線を採用するようにしてもよい。【００２７】
ところで、前述したように、パッシブタグであるＲＦＩＤタグでは、高い電源電圧を得るために、高いインピーダンスのアンテナが求められる。この点において、図８に示したような１波長ループアンテナは、インピーダンスが高い（通常３００Ω程度）ので、ＲＦＩＤタグとして好ましい。ところが、図１３に例示したような、線状導体を折り曲げて形成されている従来のループアンテナは、アンテナ線路１２においてＲＦＩＤタグが接続される給電点１２ａと、当該給電点１２ａから１／２波長の位置である点１２ｂが遠く離れてしまっている。１波長ループアンテナにおいては、アンテナ線路１２における給電点１２ａ及び点１２ｂではどちらも高周波電流が最大となるが、この２つの点が遠く離れていると、インピーダンスが数十Ω程度にまで低下してしまう。【００２８】
そこで、図３に示すように、鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状で蛇行している導体線路であるアンテナ線路１２において、給電点１２ａと点１２ｂとの間を近づけて配置して全周の長さが略１波長のループアンテナを構成し、このアンテナをＲＦＩＤタグに使用する。こうすることにより、給電点１２ａ付近の線路と点１２ｂ付近の線路との結合が強くなる結果、インピーダンスを高くすることができる。【００２９】
図３に例示したループアンテナに高周波信号を給電したときにおける高周波電流の電流分布のコンピュータシミュレーションの結果を図４に示す。なお、同図においては、色の濃いほど大きな電流が流れることを示している。同図からも分かるように、このループアンテナでは、アンテナ線路１２において高周波電流が最大となっている点１２ｂが、高周波電流が最小となる点（すなわち、高周波電流が最大となる点）１２ｃよりも、給電点１２ａの近くに配置されていることが分かる。【００３０】
なお、図３に例示したループアンテナにおいて、アンテナ線路１２における点１２ｂ近傍の線幅を、図５に示すように、給電点１２ａ近傍よりも太くすると、給電点１２ａに設置されるＲＦＩＤタグＩＣに流し込む電流が点１２ｂ近傍のアンテナ線路１２よりも流れにくくなる結果、インピーダンスが大きくなる。【００３１】
ところで、ＲＦＩＤタグＩＣの内部容量を相殺するための誘導素子をアンテナに並列に接続する場合がある。図６は、図１に例示したダイポールアンテナにおいて、給電点に配
置されているＲＦＩＤタグＩＣ１０と並列に、このような誘導素子１３を挿入した例を示す図である。この例において、誘導素子１３は、アンテナ素子１１と同様、鈍角にのみ折り曲げられている同一形の線を複数連接させた形状の導体線路で形成されている。従って、この誘導素子１３も、エネルギー損失が少ないものとなっている。【００３２】
その他、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、図３や図５に示したループアンテナは線対称の形状に構成されているが、非対称の形状であってもよい。
【図１】
2006098004.tif 000002
【図２Ａ】
2006098004.tif 000003
【図２Ｂ】
2006098004.tif 000004
【図２Ｃ】
2006098004.tif 000005
【図２Ｄ】
2006098004.tif 000006
【図３】
2006098004.tif 000007
【図４】
2006098004.tif 000008
【図５】
2006098004.tif 000009
【図６】
2006098004.tif 000010
【図７】
2006098004.tif 000011
【図８】
2006098004.tif 000012
【図９】
2006098004.tif 000013
【図１０】
2006098004.tif 000014
【図１１】
2006098004.tif 000015
【図１２Ａ】
2006098004.tif 000016
【図１２Ｂ】
2006098004.tif 000017
【図１３】
2006098004.tif 000018
【国際調査報告】
2006098004.tif 000019
2006098004.tif 000020
2006098004.tif 000021
2006098004.tif 000022