(57)【要約】【課題】ＲＦＩＤタグ用アンテナ及びＲＦＩＤタグに関し、特に、放射体ダイポールとＴ型接合部とが接続される接続部を分岐構造で形成することにより、前記分岐構造で前記Ｔ型接合部と放射体ダイポールとに電流を誘導することができるようにし、前記放射体ダイポールに誘導される電流量の調整によってＲＦＩＤタグアンテナのインピーダンスを詳細に制御できるＲＦＩＤタグ用アンテナ及びＲＦＩＤタグを提供すること。【解決手段】ＲＦＩＤタグ用アンテナは、基板と、該基板に対称的に印刷されるミアンダ形態の放射体ダイポールと、該対称的放射体ダイポール間に形成され、前記対称的放射体ダイポールのそれぞれの端部と一体に形成され、前記放射体ダイポールとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを整合させるＴ型接合部とを備え、前記対称的放射体ダイポールと前記Ｔ型接合部とが接続される接続部は、分岐構造である。【選択図】図４
2012509636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
ミアンダ形態で前記基板に対称的に印刷される放射体ダイポールと、
前記対称的放射体ダイポールの間に形成され、前記対称的放射体ダイポールのそれぞれの端部と一体に形成され、前記放射体ダイポールとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを整合させるＴ型接合部と、
を備え、
前記対称的放射体ダイポールと前記Ｔ型接合部とが接続される接続部が、分岐構造を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項２】
前記接続部が、直列または並列に接続される複数個の分岐構造よりなることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項３】
前記分岐構造が、円形構造、半円形構造、及び多角形構造のうち、いずれか１つの構造よりな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】
前記放射体ダイポールが、「コ」字状の形状の終端部を有することを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ用アンテナ。
【請求項５】
基板と、
ミアンダ形態で前記基板に対称的に印刷される放射体ダイポールと、
前記対称的放射体ダイポールの間に形成され、前記対称的放射体ダイポールのそれぞれの端部と一体に形成され、前記放射体ダイポールとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを整合させるＴ型接合部と、
前記放射体ダイポールの送受信信号に対してデータ処理を行うＲＦＩＤタグチップと、
を備え、
前記対称的放射体ダイポールと前記Ｔ型接合部とが接続される接続部が、分岐構造を有す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、無線個体識別（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＲＦＩＤ）タグ用アンテナ及びＲＦＩＤタグに関し、特に、放射体ダイポールとＴ型接合部とが接続される接続部を分岐構造で形成することにより、前記分岐構造で前記Ｔ型接合部と放射体ダイポールとに電流を誘導することができるようにし、前記放射体ダイポールに誘導される電流量の調整によってＲＦＩＤタグアンテナのインピーダンスを詳細に制御できるＲＦＩＤタグ用アンテナ及びＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線個体識別（ＲＦＩＤ）は、ＲＦＩＤタグ、各種形態のアンテナ、性能別のリーダー、リーダーを支援するローカルホスト、各種ケーブリング、及びネットワーク接続で構成され、物品に貼り付けるタグに生産、流通、保管、消費の全履歴に関する情報を取り込んでおり、また組込アンテナを有するチップは上記リーダーでこの情報を読み取ることを可能にし、かつ、人工衛星や移動通信網と連繋して、情報システムと統合して使用される。
【０００３】
産業上の利用分野については、マイクロチップとアンテナとを備えるＲＦＩＤタグで無線によって情報を格納することができる新技術であるＲＦＩＤシステムは、バーコードシステムとは異なり、読み取り位置と関係なく、しかもバーコードに比べてさらに遠い距離にあるタグを自動で読み取ることができるという長所がある。
【０００４】
特に、ＲＦＩＤシステムは、電子タグを１つずつ読むスキャナを使用することなく、各種物品に電子タグを貼り付けて自動的に物品の明細と価格、流通経路及び期限などを読み取ることができるので、流通及び物流に大革新をもたらす技術として脚光を浴びている。
【０００５】
ＲＦＩＤタグ技術では、アンテナがタグに電力を供給し、タグはその応答としてデータを戻すものであり、磁場を用いる方式と電波を用いる方式とが主に利用されている。言い換えれば、インダクティブカップリング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）方式とバックスキャッタカップリング（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）方式とに分けられる。
【０００６】
前記インダクティブカップリング方式は、アンテナで強い高周波を発生させて生成された磁場がタグのアンテナコイルを通過することにより生じる電流によって作動する原理であり、３０ＭＨｚ以下の周波数（例えば、１２５ＫＨｚ、１３４ＫＨｚ、１３．５６ＭＨｚ）帯域で利用される。さらに、インダクティブカップリング方式は、磁場が金属に吸収される特性がある。
【０００７】
それに対し、前記バックスキャッタカップリング方式は、レーダー技術と同様に、アンテナで電波をタグに送ると、タグで受けて電力として利用する原理であり、１００ＭＨｚ以上の周波数（例えば、９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ）帯域に使用される。さらに、バックスキャッタカップリング方式は、金属には反射され、水には吸収される特性がある。
【０００８】
前記バックスキャッタカップリング方式の場合、近接距離でアンテナコイルを用いるインダクティブカップリング方式と異なり、リーダーのアンテナから空気中を空中波として伝播された信号をタグのアンテナで受信し、この受信した信号のＲＦ成分はＲＦＩＤタグチップが使用する電力を生成するために用いられる。バックスキャッタカップリング方式の場合、高周波をフィルタリングし、低周波の基底帯域信号を１ビットだけアナログ／デジタル（ＡＤ）変換する復調器の機能を果たす。
【０００９】
しかしながら、インダクティブカップリング方式の場合、大きな電力が誘導されるので、電力を生成するのに問題はないものの、バックスキャッタカップリング方式の場合、リーダーとタグとがほとんど接触した近接距離では３．５Ｖ程度の十分な大きさの信号が入力されるが、５メートル程度の距離では１２５ｍＶの非常に小さい入力レベルの信号しか入力されないという問題がある。
【００１０】
したがって、非常に低いレベルの信号から所望の電力を生成するために電圧増倍器が用いられる。非常に低いレベルの信号の電圧を増大させるためには、ターンオン電圧が低く、効率に優れたショットキーダイオードが用いられ、また特殊な形の金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタを用いて回路を構成するため、回路が複雑になり、かつ、費用が増加する可能性がある。
【００１１】
理論的には、アンテナとＲＦＩＤタグチップとが同じインピーダンスを持つ場合、ＲＦＩＤタグチップ集積回路（ＩＣ）は最大効率と最大電力で受信できる。しかし、ＲＦＩＤタグチップの入力インピーダンスは、ＲＦＩＤタグチップ自体のＲＬＣ散乱及び寄生抵抗並びにＲＦＩＤタグチップＩＣとアンテナの組立時のキャパシタンス成分のため散乱が激しくなり、このため、アンテナのインピーダンスとＲＦＩＤタグチップＩＣの入力インピーダンスとが正確に同一にはならず、互いに異なる。散乱性によって歪み、このような要因のため、９００ＭＨｚの高周波（ＵＨＦ）タグでは、周波数特性が数オームも大きく異なるようになり、また入力信号レベル自体も小さくなるので、タグの受信可能距離が短くなり、これによる歩留まりの低下が起こる可能性がある。
【００１２】
したがって、従来のＵＨＦ帯域のＲＦＩＤタグ用アンテナは、ＲＦＩＤタグチップとのインピーダンス共役整合のための構造を有している。例えば、図１に示すように、インピーダンス整合のために、様々なＴ型接合ループ構造を採択しているＴ型接合部を備えている。
【００１３】
前記Ｔ型接合部は、接地とＲＦＩＤタグチップのＲＦ端子との電圧差を維持しつつ、高いＱインピーダンスを通じて共役整合を達成するための構造である。Ｔ型接合ループ構造のほとんどは、接地とＲＦＩＤタグチップのＲＦ端子との間のループ線路を利用して実現されている。
【００１４】
しかしながら、前記Ｔ型接合部は、インピーダンスを調整するため、ループ線路のサイズや放射体の接続地点を変更することが必要である。また、インピーダンスの実数部と虚数部は周波数によって変化するため、Ｔ型接合部がＲＦＩＤタグチップとの正確なインピーダンス整合を達成することは困難である。
【００１５】
正確なインピーダンス整合を達成することが困難である理由は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、Ｔ型接合部１０のループ線路と放射体ダイポール２０とが直接接続されているため、接続部２１とＴ型接合部１０のループ線路の半径とによってインピーダンス及び共振周波数が大きく変化するからである。したがって、ＲＦＩＤタグの性能を最大化させるためには、上記のような欠点を解消する必要がある。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、Ｔ型接合部１０と放射体ダイポール２０とを接続する地点である接続部２１の位置は、既存のＲＦＩＤタグ用アンテナでは変更されてもよく、このとき、インピーダンス及び共振周波数は、図２（ｂ）に示されたとおり変化する。図２（ｂ）に示すように、前記接続部２１の位置を１ｍｍから３ｍｍに変更するとき、インピーダンスと共振周波数との変化は非常に大きい。これは、接続部２１の位置変更は、インピーダンスの調整のためには適切でないということを表している。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、既存のＲＦＩＤタグ用アンテナでは、Ｔ型接合部１０のループサイズを変更することができ、このとき、インピーダンス及び共振周波数は図３（ｂ）に示されたとおり変化する。図３（ｂ）に示すように、前記Ｔ型接合部１０のループサイズを１ｍｍから３ｍｍに変更するとき、インピーダンスと共振周波数の変化が非常に大きい。これは、Ｔ型接合部１０のループサイズの変更は、インピーダンスの調整のためには適切でないことを表している。
【００１８】
以上で説明したように、Ｔ型接合部１０のループサイズを変更したり、接続部２１の位置を変更すれば、インピーダンスと共振周波数とは大きく変化する。その結果として、ＲＦＩＤタグ用アンテナとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンス共役整合が容易でなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するために提案されたものであって、その１つの目的は、放射体ダイポールとＴ型接合部とが接続される接続部を分岐構造で形成することにより、前記分岐構造で前記Ｔ型接合部と放射体ダイポールとに電流を誘導することができるようにし、前記放射体ダイポールに誘導される電流量の調整によってＲＦＩＤタグアンテナのインピーダンスを詳細に制御できるＲＦＩＤタグ用アンテナ及び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】
【００２０】
本発明の前記及び他の目的は、基板と、ミアンダ形態で前記基板に対称的に印刷された放射体ダイポールと、前記対称的放射体ダイポールの間に形成され、前記対称的放射体ダイポールのそれぞれの端部と一体に形成され、前記放射体ダイポールとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを整合させるＴ型接合部とを備えて構成され、前記対称的放射体ダイポールとＴ型接合部とが接続される接続部は、分岐構造を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ用アンテナを提供することによって達成される。
【００２１】
前記接続部は、直列または並列に接続された複数個の分岐構造を含んでいてもよい。例えば、前記接続部は、複数個の分岐構造を直列に接続することによって形成することができる。
【００２２】
前記分岐構造は、円形構造、半円形構造、及び多角形構造のうち、いずれか１つの構造であってもよい。すなわち、前記接続部を分岐構造であれば、様々な形状を有することができる。
【００２３】
前記放射体ダイポールの終端部は、他の部分より大きい面積を有するように形成することができ、前記放射体ダイポールの終端部は、「コ」字状であることができる。
【００２４】
本発明の他の１つの目的は、基板と、ミアンダ形態で前記基板に対称的に印刷される放射体ダイポールと、前記対称的放射体ダイポールの間に形成され、前記対称的放射体ダイポールのそれぞれの端部と一体に形成され、前記放射体ダイポールとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを整合させるＴ型接合部と、前記放射体ダイポールの送受信信号に対してデータ処理を行うＲＦＩＤタグチップとを備え、前記対称的放射体ダイポールと前記Ｔ型接合部とが接続される接続部は、分岐構造を有していることを特徴とするＲＦＩＤタグを提供することによって達成される。
【発明の効果】
【００２５】
上記のような課題及び構成手段を有する本発明のＲＦＩＤタグ用アンテナ及びＲＦＩＤタグによれば、前記放射体ダイポールとＴ型接合部とが接続される接続部を分岐構造で形成するので、前記分岐構造で前記Ｔ型接合部と放射体ダイポールとに電流を誘導することができ、前記放射体ダイポールに誘導される電流量の調整によってＲＦＩＤタグアンテナのインピーダンスを詳細に制御することができる。それにより、ＲＦＩＤアンテナとＲＦＩＤチップとの間のインピーダンス整合が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のＲＦＩＤタグ用アンテナの実物写真である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、接続部の位置変更の例示図と、これによるインピーダンスと共振周波数との変化を示すグラフである。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、Ｔ型接合部のループサイズ変更の例示図と、これによるインピーダンスと共振周波数との変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る様々なＲＦＩＤタグ用アンテナの平面図である。
【図５】本発明の実施例に係る放射体ダイポールの終端部の形状と電流分布とを示す例示図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係るＲＦＩＤタグ用アンテナで形成される電流密度及び表面電流の流れを示す写真である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る接続部の内部半径と外部半径との変更の例示図と、これによるインピーダンス及び共振周波数の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付された図面を参照して、上記のような課題、構成手段、及び効果を有する本発明のＲＦＩＤタグ用アンテナ及びＲＦＩＤタグに関する好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施例に係る様々なＲＦＩＤタグ用アンテナの平面図である。
【００２９】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、本発明のＲＦＩＤタグ用アンテナは、基板（図示せず）と、ミアンダ形態で前記基板に対称的に印刷された放射体ダイポール２０と、該対称的放射体ダイポール２０間に形成されるＴ型接合部１０とを備えてなる。
【００３０】
前記基板（図示せず）は、前記放射体ダイポール２０とＴ型接合部１０とが形成される基板であって、様々な非導電材料で形成することができる。例えば、木、テフロン（登録商標）、プラスチックなどのような印刷材料を前記基板として用いることができる。
【００３１】
前記基板上に印刷される放射体ダイポール２０は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、Ｔ型接合部１０の両側に対称的に形成される。そして、放射体ダイポール２０は、曲がりくねったミアンダのような形態を有する。
【００３２】
前記放射体ダイポール２０は、ＲＦＩＤリーダーとＲＦＩＤタグチップとの間にＲＦ信号電力の媒体として機能し、前記基板上に金、銀、銅、及び青銅などの金属塗料からなる導電性インクで印刷されている。さらに、放射体ダイポール２０のサイズは、使用周波数で共振が発生しかつ全方向に電磁場を容易に放射するよう設計されている。
【００３３】
前記対称的放射体ダイポール２０間に形成されるＴ型接合部１０は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、放射体ダイポール２０のそれぞれの端部と一体に形成される。Ｔ型接合部１０は、放射体ダイポール２０を含むＲＦＩＤタグ用アンテナとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを整合させる。
【００３４】
本発明の実施例によれば、放射体ダイポール２０を含むＲＦＩＤタグ用アンテナとＲＦＩＤタグチップとの間のインピーダンスを容易に整合させるために、構造的な変更をした。すなわち、対称的放射体ダイポール２０とＴ型接合部１０とを接続する接続部２１を分岐構造に変更した。
【００３５】
前記分岐構造を有する接続部２１は、従来の単一線からなるものとは異なり、２つの線に分かれる分岐構造を有する。このような分岐構造を有する接続部２１は、Ｔ型接合部１０と放射体ダイポール２０とに電流を誘導する役割を果たし、放射体ダイポール２０に誘導される電流量の調整によってＲＦＩＤタグ用アンテナのインピーダンスを精巧に制御することができる。
【００３６】
接続部２１は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、１つの分岐構造からなってもよく、場合によっては、図４（ｃ）に示すように、直列に接続されて形成された複数個の分岐構造を有していてもよく、並列に接続された複数個の分岐構造を有していてもよい。すなわち、接続部２１は、複数個の分岐構造を直列または並列に接続することによって形成されてもよい。
【００３７】
また、接続部２１を構成する分岐構造は、様々な形状を有することができる。例えば、分岐構造は、図４（ａ）に示すように、半円形構造で形成してもよく、図４（ｂ）に示すように、円形構造で形成してもよい。さらに、分岐構造は、三角形または四角形など、多角形構造を有していてもよい。
【００３８】
一方、放射体ダイポール２０の終端部２３は、放射体ダイポール２０の他の部分よりさらに大きい面積を有するよう形成することができる（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。そして、前記放射体ダイポール２０の終端部２３は、「コ」字状の形状を有していてもよい。
【００３９】
放射体ダイポール２０の終端部２３は、電界が時間に応じて最大と最小との間で変化する部位である。電気的なダイポールアンテナでは、終端部２３は放射抵抗が一番大きい部位でもある。
【００４０】
放射体ダイポール２０の終端部２３の面積を大きくすれば、アンテナの放射効率は増加するが、タグは性能を最大にしながら、制限されたサイズ内で実現されなければならない。したがって、放射体構造は、「コ」字状の形状を有するようにし、それにより、サイズに対して性能を最大化できる。図５に示すように、電流は、磁界壁間で均一な電流分布を有する。
【００４１】
本発明の実施例によれば、放射体ダイポール２０の終端部２３は、電流の位相と強さを考慮するとき、「コ」字の中央での境界条件のうちの１つとして磁界壁を形成する。さらに、同一な電流と位相とを有する構造体は、それらが互いに隣接した距離に形成されているため、互いに開放されていると考えることができる。
【００４２】
それぞれの構造体が磁界壁を形成しつつ、均一な電流分布と同一な位相とを有すれば、アンテナの電気的な実効開口面積は大きくみえるため、アンテナの効率は増加する。
【００４３】
図６（ａ）は、本発明の実施例にしたがって接続部２１構造を分岐構造とする場合における電流密度の分布を示すものであり、図６（ｂ）は、表面電流の分布を示すものであり、図６（ｃ）は、前記図６（ｂ）に表示された円形部分での電流方向を示す。言い換えれば、放射体ダイポールに誘導される電流は、本発明の実施例による分岐構造における電流密度と電流方向とに基づいて、確認され、放射体がダイポールとして動作するように電流が誘導される。
【００４４】
図７（ａ）は、前記接続部２１の内部半径ａと外部半径ｂとが変更され得ることを示すものであり、図７（ｂ）は、前記接続部２１の内部半径が変更されるときのインピーダンス及び周波数の変化を示すグラフであり、図７（ｃ）は、前記接続部２１の外部半径が変更されたときのインピーダンス及び周波数の変化を示すグラフである。
【００４５】
図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照すると、Ｔ型接合部と放射体ダイポールとの間の電流の密度は、分岐構造である接続部の内部半径または外部半径を変更することによって調整でき、電流量は、分岐構造線路の半径を内部半径または外部半径で変更することによって調整できる。したがって、Ｔ型接合部から放射体ダイポールに誘導される電流量をもっと細密に調整することにより、アンテナの入力インピーダンスを効率的かつ容易に制御できる。
【００４６】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、本発明の実施例に係る接続部２１の内部半径と外部半径とを変更してもインピーダンス及び周波数の変化は大きくない。したがって、正確なインピーダンスの整合は、本発明の実施例により接続部２１の内部半径と外部半径を変更することによって調整が可能であり、結果として、インピーダンスの整合も容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の実施例により上記のような構造と特性を有するＲＦＩＤタグ用アンテナは、ＲＦＩＤタグに使用される。例えば、上記のような構造を有するアンテナをＲＦＩＤタグチップに接続してＲＦＩＤタグを完成することができる。ＲＦＩＤタグチップは、放射体ダイポールの送受信信号に対してデータ処理を行う。例えば、前記ＲＦＩＤタグチップは、アンテナからＲＦ信号電力を感知してデータ処理を行い、変調回路、検波回路、整流回路、マイクロプロセッサなどを含むものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  Ｔ型接合部                    ２０  放射体ダイポール
２１  接続部                        ２３  放射体ダイポールの終端部
【図１】
2012509636.tif 000003
【図２】
2012509636.tif 000004
【図３】
2012509636.tif 000005
【図４】
2012509636.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012509636.tif 000008
【図７】
2012509636.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月12日(2011.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012509636.tif 000010
【図２】
2012509636.tif 000011
【図３】
2012509636.tif 000012
【図４】
2012509636.tif 000013
【図５】
2012509636.tif 000014
【図７】
2012509636.tif 000015
【図６】
2012509636.tif 000016
【国際調査報告】
2012509636.tif 000017
2012509636.tif 000018