(57)【要約】  ＲＦＩＤインレイ（２０１）は、ＲＦＩＤモジュール（１０１）とアンテナ（１）とを備える。ＲＦＩＤモジュール（１０１）は、ＲＦＩＣ（２）と、このＲＦＩＣ（２）とアンテナ（１）との間に設けられたアンテナ共用回路（３Ａ，３Ｂ）を備える。ＲＦＩＣ（２）は、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子（Ｒｘ＋，Ｒｘ−）と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子（Ｔｘ＋，Ｔｘ−）とを有する。アンテナ（１）は、受電用の電磁波を受け、かつＲＦＩＤ用の電磁波を発生する。
2021059565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子とを有するＲＦＩＣと、
前記受電用の電磁波を受け、かつ前記ＲＦＩＤ用の電磁波を発生するアンテナと、
前記アンテナと前記受電端子及び前記送信端子との間に設けられたアンテナ共用回路と、
を備えた、ＲＦＩＤインレイ。
【請求項２】
前記アンテナ共用回路は、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力を前記受電端子へ出力し、前記送信端子の出力信号を前記アンテナへ出力する方向性結合器である、
請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項３】
前記アンテナ共用回路は、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の低周波数帯域を通過させる第１フィルタと、前記ＲＦＩＤ用の送信信号の周波数帯域を通過させる第２フィルタとで構成され、前記アンテナと前記受電端子との間に設けられる、
請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項４】
前記受電端子は、第１受電端子と第２受電端子とで構成され、
前記第１フィルタは、前記アンテナと前記第１受電端子との間に設けられ、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の第１低周波数帯域を通過させる第１低周波数帯域通過フィルタと、前記アンテナと前記第２受電端子との間に設けられ、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の第２低周波数帯域を通過させる第２低周波数帯域通過フィルタとで構成される、
請求項３に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項５】
前記送信端子の電位が接地電位に近くなるとき、前記受電端子と接地間の容量成分と前記第１フィルタとでＬＣ並列共振回路が構成され、前記送信端子から出力される前記送信信号の前記受電端子への流入が阻止される、
請求項３又は４に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項６】
前記アンテナ共用回路は、前記ＲＦＩＤ用の送信信号の送信時に前記送信端子を前記アンテナへ接続するスイッチで構成される、
請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項７】
前記アンテナと前記受電端子との間に、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の低周波数帯域を通過させるフィルタを備える、
請求項６に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項８】
前記送信端子と前記アンテナ共用回路との間に、前記ＲＦＩＣの送信時の前記送信端子のインピーダンス変化による、前記アンテナ及び前記アンテナ共用回路の特性変化を抑制する広帯域整合回路を備える、
請求項１から７のいずれかに記載のＲＦＩＤインレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＲＦＩＤタグとして用いられ、リーダ・ライターとの間で非接触により通信されるＲＦＩＤインレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、パッシブ Bluetooth（登録商標）センサーが示されている。この装置は、無線ＬＡＮの電波や携帯電話の電波などのＲＦ電力を利用して、温度、圧力、動き、を検出し、その情報をBluetooth（登録商標）で送信することが示されている。この装置は、パッシブUHF RFID トランスポンダのように、リーダーに反射信号を返す方式ではなく、次のような方式で通信する。まず、上記電波を信号としてではなくエネルギーとして受電して充電し、十分なエネルギーが充電されると、メッセージの一部を送信し、さらにエネルギーが充電されるのを待つ。その後、メッセージの次の部分を送信する。つまり、周囲の電波からエネルギーを受電しつつ、メッセージを分割して順次送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Mark Roberti、“Wiliot Unveils Passive Bluetooth（登録商標） Sensor”、［online］、［令和１年９月１１日検索］、インターネット＜URL：https://www.rfidjournal.com/articles/view?18235＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載の装置は、周囲の電波を受電する二つのアンテナと、 Bluetooth（登録商標）で信号を送信するアンテナとを個別に設ける必要があるので、これら複数のアンテナとＲＦＩＣとを備えるＲＦＩＤインレイを構成すると、全体的に大型になってしまい、適用範囲が制限される懸念がある。また、全体の小型化のために、電力受電用アンテナと信号送信用アンテナとを近接配置すると、それらアンテナ間で不要結合が生じ、送信すべき電波のエネルギーが受電アンテナ側へ吸収されてしまって、必要な送信信号強度が得られない、という課題も生じる。【０００５】
そこで、本発明の目的は、受電用アンテナと送信用アンテナとを兼用して、アンテナ間の不要結合を回避し、全体に小型化できるようにしたＲＦＩＤインレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＲＦＩＤインレイは、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子とを有するＲＦＩＣと、前記受電用の電磁波を受け、かつ前記ＲＦＩＤ用の電磁波を発生するアンテナと、前記アンテナと前記受電端子及び前記送信端子との間に設けられたアンテナ共用回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、受電用アンテナと送信用アンテナとを兼用して、アンテナ間の不要結合を回避し、全体に小型化できるようにしたＲＦＩＤインレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の回路構成を示す図である。
【図２】図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の具体的な回路構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示した方向性結合器３１Ａ，３１Ｂの具体的な回路構成を示す図である。
【図４】図４は第２の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０２Ａの回路構成を示す図である。
【図５】図５は第２の実施形態に係る別のＲＦＩＤインレイ２０２Ｂの回路構成を示す図である。
【図６】図６は第３の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０３の回路構成を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−とアンテナとの間における広帯域整合回路４の接続関係を示す図である。図７（Ｂ）は広帯域整合回路４の具体的回路構成を示す図である。
【図８】図８は第５の実施形態に係るＲＦＩＤインレイにおけるアンテナ広帯域化回路６の回路図である。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、図８に示した接続部Ｐｂ，Ｐｄ間に接続する整合回路の例を示す図である。
【図１０】図１０は第６の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０６の回路図である。
【図１１】図１１は第７の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０７の回路構成を示す図である。
【図１２】図１２は第８の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０８の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００１０】
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０１は、ＲＦＩＤモジュール１０１と、このＲＦＩＤモジュール１０１に接続されたアンテナ１とで構成される。ＲＦＩＤモジュール１０１は、ＲＦＩＣ２と、このＲＦＩＣ２とアンテナ１との間に接続されたアンテナ共用回路３Ａ，３Ｂとを備える。
【００１１】
ＲＦＩＣ２は、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−とを有する。受電端子Ｒｘ＋及び送信端子Ｔｘ＋はアンテナ共用回路３Ａに接続されていて、受電端子Ｒｘ−及び送信端子Ｔｘ−はアンテナ共用回路３Ｂに接続されている。
【００１２】
アンテナ１は、受電用の電磁波を受け、かつＲＦＩＤ用信号の電磁波を発生（送信）する。アンテナ共用回路３Ａ，３Ｂは、アンテナ１を、電力受電用アンテナ及び信号送信用アンテナとして共用するための回路である。
【００１３】
アンテナ１は、例えば ＬＴＥ（Long TermEvolution）のローバンド（７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）の電波や無線ＬＡＮのアクセスポイントから送信される２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の電波を受電する。また、このアンテナ１は例えばBluetooth（登録商標）のＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）規格の２．４ＧＨｚ帯の電波を送信する。
【００１４】
ＲＦＩＣ２は、例えば非特許文献１に示されるＲＦＩＣであり、上記エネルギーとして利用する電波を受電し、内部のキャパシタＣｉに充電し、十分なエネルギーが充電されると、このエネルギーを基にして、所定のメッセージを上記ＢＬＥ規格で送信する。一回の送信でメッセージの全体が送信できないときは、所定メッセージの全体の送信を完了するまで、周囲の電波からエネルギーを受電しつつ、メッセージを時分割的に順次送信する。
【００１５】
図１に示す例では、ＲＦＩＣ２の内部のキャパシタＣｉに対して並列接続される外部のキャパシタＣｏを備えている。この構成により、キャパシタＣｉ，Ｃｏの合成キャパシタンスを大きくでき、そのことによって送信距離が増加したり、一回分の送信可能なメッセージの容量を大きくできたりする。また、必要に応じて、外部キャパシタＣｏのキャパシタンスを選定することで、受電による充電電圧の上昇速度を最適化できる。つまり、上記合成キャパシタンスへの充電時の時定数は合成キャパシタンスに比例するので、一回分の送信可能なメッセージの容量の増大化と必要な充電時間とはトレードオフの関係にあるので、受電環境に適した合成キャパシタンスを選定できる。
【００１６】
図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０１の具体的な回路構成を示す図である。この例では、図１に示したアンテナ共用回路３Ａ，３Ｂを方向性結合器３１Ａ，３１Ｂで構成している。また、アンテナ１をループ型のアンテナ１１で構成している。
【００１７】
方向性結合器３１Ａ，３１Ｂは、アンテナ１１の誘起電力をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−へ導き、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−から出力される送信信号をアンテナ１１へ導く。また、方向性結合器３１Ａ，３１Ｂは、送信信号が受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−へ漏れる（Ｒｘ＋，Ｒｘ−端子へ流入する）のを阻止する。
【００１８】
図３は、図２に示した方向性結合器３１Ａ，３１Ｂの具体的な回路構成を示す図である。この例では、方向性結合器３１Ａ，３１Ｂはいずれも、コイルＬ１，Ｌ２、キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２及び抵抗素子Ｒで構成され、それぞれ３ｄＢ分波器を構成する。コイルＬ１とコイルＬ２とは磁界結合する。図３においては、ＲＦＩＣ２に対する方向性結合器３１Ａ，３１Ｂの接続部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを表している。これら接続部は後の実施形態で参照する。
【００１９】
図３において、方向性結合器３１Ａ，３１ＢのグランドはＲＦＩＣ２のグランドに接続される。ただし、ＲＦＩＣ２にグランド端子が無い場合やグランドを接続しない場合は、方向性結合器３１Ａ，３１Ｂのグランドの記号は電位的に基準電位（中性電位）であり、安定動作させるために、この基準電位同士を電気的に接続してもよい。
【００２０】
なお、図３に示す例では、アンテナ１１の給電端はキャパシタＣｓＡ，ＣｓＢを介してＲＦＩＤモジュール１０１のアンテナ接続部Ａ１，Ａ２に接続されている。このキャパシタＣｓＡ，ＣｓＢは、シートに形成されたアンテナ１１の導体パターンと、このシートに実装されたＲＦＩＤモジュール１０１の電極との間に生じる浮遊容量である。アンテナとＲＦＩＤモジュールとの構造については後の実施形態で具体例を示す。
【００２１】
本実施形態によれば、単一のアンテナ１，１１が受電及び送信に兼用されるので、アンテナ間の不要結合による問題が回避できる。また、受電用アンテナと送信用アンテナとを互いに干渉しないように配置する必要がないので、全体に小型化されたＲＦＩＤインレイが得られる。
【００２２】
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、アンテナ共用回路の構成が第１の実施形態で示した例とは異なるＲＦＩＤインレイについて示す。
【００２３】
図４は第２の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０２Ａの回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０２Ａは、ＲＦＩＤモジュール１０２と、このＲＦＩＤモジュール１０２に接続されたアンテナ１１とで構成される。ＲＦＩＤモジュール１０２は、ＲＦＩＣ２と、このＲＦＩＣ２とアンテナ１１との間に接続されたデュプレクサ３２Ａ，３２Ｂとを備える。デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂは本発明に係るアンテナ共用回路の一例である。なお、デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂの代わりに方向性結合器を用いてもよい。例えば、ストリップラインでブロードサイドカプラを構成し、このブロードサイドカプラを分布定数型の方向性結合器としてもよい。
【００２４】
ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋及び送信端子Ｔｘ＋はデュプレクサ３２Ａに接続されていて、受電端子Ｒｘ−及び送信端子Ｔｘ−はデュプレクサ３２Ｂに接続されている。
【００２５】
本実施形態では、デュプレクサ３２Ａ，３２ＢのハイパスフィルタＨＰＦは、周波数２．４ＧＨｚ帯の送信信号をアンテナ１１へ出力する。また、デュプレクサ３２Ａ，３２ＢのローパスフィルタＬＰＦは、周波数２．４ＧＨｚ帯より低周波の、例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）の受信信号（受電電力）をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−へ出力する。
【００２６】
図５は第２の実施形態に係る別のＲＦＩＤインレイ２０２Ｂの回路構成を示す図である。図５では、デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂを具体的な回路図で表している。デュプレクサ３２Ａ，３２Ｂにおいて、キャパシタＣ３及びインダクタＬ３によってハイパスフィルタが構成されていて、キャパシタＣ４及びインダクタＬ４によってローパスフィルタが構成されている。ハイパスフィルタは例えば２．４５ＧＨｚを通過させ、ローパスフィルタは例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）帯の信号を通過させる。
【００２７】
図５に示す例では、ＲＦＩＤインレイ２０２Ｂはダイポール型のアンテナ１２を備える。このアンテナ１２は９００ＭＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯とでそれぞれ共振する。このアンテナ１２は、絶縁性シートに形成されたミアンダライン状の導体パターンで構成されている。このようにミアンダライン状の導体パターンで放射素子を形成することによって、絶縁性シートへの導体パターンの形成領域を短縮化している。また、導体パターンの先端部である開放端部は他の部分より面方向に拡がる形状を有し、この部分とグランドとの間に容量成分を生じさせている。このことによっても、所定の共振周波数を得るために要する、ミアンダライン状の導体パターンの線長を短縮化している。
【００２８】
なお、図５に示した例では、送信信号をハイバンドと見なし、ローバンドの電力を受電するために、ハイパスフィルタで送信信号を通過させ、ローパスフィルタで受電電力を通過させるようにしたが、本発明はこれに限らない。例えばＲＦＩＣ２が受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−を２組備えている場合に、ローバンド、ミドルバンド、ハイバンドの３つの周波数帯を分波するトリプレクサ回路を設けてもよい。つまり、送信信号をローバンドのフィルタで通過させ、受電電力の低周波数側をミドルバンドのフィルタで通過させ、受電電力の高周波数側をハイバンドのフィルタで通過させるように構成してもよい。
【００２９】
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、送信信号の経路を選択的にアンテナに接続可能としたＲＦＩＤインレイについて示す。
【００３０】
図６は第３の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０３の回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０３は、ＲＦＩＤモジュール１０３と、このＲＦＩＤモジュール１０３に接続されたアンテナ１２とで構成される。図６に示す例では、ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−とアンテナ１２との間に、キャパシタＣ４及びインダクタＬ４によるローパスフィルタＬＰＦがそれぞれ構成されている。これらローパスフィルタＬＰＦは、アンテナ１２による、例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）の受信信号（受電電力）をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−へ出力する。また、送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−から出力される送信信号である周波数２．４ＧＨｚ帯の信号を遮蔽し、この送信信号が受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−へ漏れるのを阻止する。
【００３１】
本実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０３は、ＲＦＩＣ２とアンテナ１２との間にスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷは、ＲＦＩＣ２から出力される、送信信号の出力タイミングを表す信号によって、または送信信号の有無に応じて、制御される。
【００３２】
スイッチＳＷは、オン状態で、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−を、キャパシタＣｓＡ，ＣｓＢを介してアンテナ１２に接続する。またスイッチＳＷがオフ状態のとき、アンテナ１２からＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−までの経路からＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−を切り離す。
【００３３】
本実施形態のように、送信端子の経路をスイッチＳＷによって選択的にアンテナに接続可能とした構成では、このスイッチＳＷとローパスフィルタＬＰＦとによってアンテナ共用回路を構成することができる。
【００３４】
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、ＲＦＩＣ２の送信端子に広帯域整合回路を設けたＲＦＩＤインレイについて示す。図７（Ａ）は、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−とアンテナとの間における広帯域整合回路４の接続関係を示す図である。ここで接続部Ｐａ，Ｐｃは図３、図５、図６等に示した接続部Ｐａ，Ｐｃに相当する。また、図７（Ａ）において、等価抵抗Ｒｔ及び等価キャパシタＣｔによる回路は、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−から内部をみた回路の等価回路である。
【００３５】
ＲＦＩＣ２は送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−から送信信号を出力する際、ハイレベルとローレベルに応じて、送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−の端子間のインピーダンスが変化する。つまり、送信信号の“０”，“１”列に応じて、等価抵抗Ｒｔ及び等価キャパシタＣｔの値は変化する。このように、送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−のインピーダンスが変化する場合、この送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−に接続されるアンテナ１１，１２やアンテナ共用回路の特性が変化する。
【００３６】
広帯域整合回路４は上記送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−のインピーダンス変化があっても、上記アンテナ１１，１２やアンテナ共用回路の特性の変化が抑制される。
【００３７】
図７（Ｂ）は広帯域整合回路４の具体的回路構成を示す図である。この図において、広帯域整合回路４によるインピーダンス整合の特性は、インダクタＬ５１〜Ｌ５５の値によって規定される。
【００３８】
インダクタＬ５１の一端部はＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋端子接続される。インダクタＬ５２の一端部はＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ−に接続されている。インダクタＬ５１の他端部はインダクタＬ５３の一端部に接続されている。インダクタＬ５２の他端部はインダクタＬ５４の一端部に接続されている。インダクタＬ５３の他端部とインダクタＬ５４の他端部との間にはインダクタＬ５５が接続されている。接続部Ｐａは、インダクタＬ５１，Ｌ５３の接続点に接続されている。接続部Ｐｃは、インダクタＬ５２，Ｌ５４の接続点に接続されている。
【００３９】
インダクタＬ５１とインダクタＬ５３は、図７（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合し、インダクタＬ５２とインダクタＬ５４は、図７（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合する。また、インダクタＬ５１，Ｌ５３はそれぞれスパイラル状のコイルであり、積層方向に互いに対向する。したがって、インダクタＬ５１，Ｌ５３は磁気的且つ容量的に結合する。同様にして、インダクタＬ５２，Ｌ５４も磁気的且つ容量的に結合する。
【００４０】
また、図７（Ｂ）に示すように、接続部Ｐａと接続部Ｐｃとの間には、ＲＦＩＣ２が有する等価キャパシタＣｔが存在する。このため、ＲＦＩＤタグでは２つの共振が発生する。１つ目の共振は、接続部Ｐａ，Ｐｃに接続される回路、インダクタＬ５３，Ｌ５４，Ｌ５５で構成される電流経路に生じる共振である。２つ目の共振は、インダクタＬ５１〜Ｌ５５および等価キャパシタＣｔで構成される電流経路（電流ループ）に生じる共振である。これらの２つの共振は、各電流経路に共有されるインダクタＬ５３，Ｌ５４，Ｌ５５によって結合される。２つの共振にそれぞれ対応する２つの電流ｉ１およびＩ２は、図１２において両端矢尻線で示すように流れる。
【００４１】
また、１つ目の共振周波数および２つ目の共振周波数のいずれも、インダクタＬ５３〜Ｌ５５の影響を受ける。これにより、１つ目の共振周波数と２つ目の共振周波数とに差が生じる。このように二つの共振を結合させることで、この広帯域整合回路４を備えるＲＦＩＤタグは広帯域の共振周波数特性を示す。
【００４２】
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、アンテナを回路によって広帯域化させたＲＦＩＤインレイについて示す。
【００４３】
図８は第５の実施形態に係るＲＦＩＤインレイにおけるアンテナ広帯域化回路６の回路図である。このアンテナ広帯域化回路６はインダクタＬ６及びキャパシタＣ６１〜Ｃ６４で構成され、アンテナ接続部Ａ１，Ａ２と接続部Ｐｂ，Ｐｄとの間に設けられる。図８において、等価抵抗Ｒｒ及び等価キャパシタＣｒによる回路は、ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−から内部をみた回路の等価回路である。
【００４４】
アンテナ広帯域化回路６はハイパスフィルタ回路であり、アンテナ接続部Ａ１，Ａ２に接続されるアンテナの共振特性にもう一つの共振特性を生じさせることで広帯域化する。つまり、アンテナ単体での共振特性は、周波数を上昇させたときのアンテナのインピーダンス変化がスミスチャート上で時計回りとなる特性を示すが、ハイパスフィルタの極部（カットオフ周波数）付近では位相が９０°回転するため、上記時計回りであったアンテナのインピーダンス変化方向が逆方向となる小ループを描くことになる。この小ループの変化の際にスミスチャートのｊＸ＝０部を通過することにより、アンテナの共振とは別のもう一つの共振が生じる。この例のように、ハイパスフィルタを使用した場合は、アンテナの共振よりも低い周波数で共振が生じる。
【００４５】
上記広帯域化回路としてはローパスフィルタで構成してもよい。この場合は、アンテナの共振周波数より高い周波数で共振が生じる。なお、ハイパスフィルタの場合もローパスフィルタの場合も、付加される共振周波数とフィルタのカットオフ周波数とは、アンテナと広帯域化回路との整合特性が関係するので、若干ずれる。
【００４６】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、図８に示した接続部Ｐｂ，Ｐｄ間に接続する整合回路の例を示す図である。
【００４７】
ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−のインピーダンスが基準の５０Ωではない場合、ＲＦＩＣ２とアンテナ広帯域化回路とをインピーダンス整合させるために、図９（Ａ）に示すように、接続部Ｐｂ，Ｐｄ間（ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−間）にインダクタを接続してもよい。また、図９（Ｂ）に示すように、ＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−と接続部Ｐｂ，Ｐｄとの間に、インダクタＬ７１〜Ｌ７５による整合回路を接続してもよい。
【００４８】
図９（Ａ）は、ＲＦＩＣ２が有する等価抵抗Ｒｒがアンテナのインピーダンスより低い場合、ＲＦＩＣ２が有する等価キャパシタＣｒとで並列共振回路を形成することによりインピーダンスを高めることにより整合させる。このように並列共振を用いれば、比較的狭帯域な整合となる。
【００４９】
図９（Ｂ）にいては、インダクタＬ７１とインダクタＬ７３は、図９（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合し、インダクタＬ７２とインダクタＬ７４は、図９（Ｂ）中に破線の矢印で示す極性で結合する。また、インダクタＬ７１，Ｌ７３はそれぞれスパイラル状のコイルであり、積層方向に互いに対向する。したがって、インダクタＬ７１，Ｌ７３は磁気的且つ容量的に結合する。同様にして、インダクタＬ７２，Ｌ７４も磁気的且つ容量的に結合する。
【００５０】
また、図９（Ｂ）に示すように、接続部Ｐｂと接続部Ｐｄとの間には、ＲＦＩＣ２が有する等価キャパシタＣｒが存在する。このため、ＲＦＩＤタグでは２つの共振が発生する。１つ目の共振は、接続部Ｐｂ，Ｐｄに接続される回路、インダクタＬ７３，Ｌ７４，Ｌ７５で構成される電流経路に生じる共振である。２つ目の共振は、インダクタＬ７１〜Ｌ７５および等価キャパシタＣｒで構成される電流経路（電流ループ）に生じる共振である。これらの２つの共振は、各電流経路に共有されるインダクタＬ７３，Ｌ７４，Ｌ７５によって結合される。２つの共振にそれぞれ対応する２つの電流ｉ１およびＩ２は、図９（Ｂ）において両端矢尻線で示すように流れる。
【００５１】
また、１つ目の共振周波数および２つ目の共振周波数のいずれも、インダクタＬ７３，Ｌ７４，Ｌ７５の影響を受ける。これにより、１つ目の共振周波数と２つ目の共振周波数とに差が生じる。このように二つの共振が結合して広帯域化される。
【００５２】
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、これまでに示した例とは異なるアンテナ共用回路について示す。
【００５３】
図１０は第６の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０６の回路図である。このＲＦＩＤインレイ２０６はＲＦＩＣ２、ローパスフィルタＬＰＦ及びアンテナ１を備える。図１０では、ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘに接続される内部のスイッチ素子Ｑ、及び受電端子Ｒｘに接続される内部のキャパシタＣｒを図示している。本実施形態では、ＲＦＩＣ２の受電端子及び送信端子はいずれも不平衡型の端子である。
【００５４】
ローパスフィルタＬＰＦは、シリーズ接続のインダクタＬ４とグランドへのシャント接続のキャパシタＣ４とで構成されている。このローパスフィルタＬＰＦは、ＲＦＩＣ２のＲｘ端子とアンテナ１との間に接続されている。
【００５５】
ローパスフィルタＬＰＦは第３の実施形態で図６に示したローパスフィルタＬＰＦと同様の構成である。つまり、このローパスフィルタＬＰＦは、アンテナ１による、例えばＬＴＥのローバンド（７００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）の受信信号（受電電力）をＲＦＩＣ２の受電端子Ｒｘへ出力する。また、送信端子Ｔｘから出力される送信信号である周波数２．４ＧＨｚ帯の信号を遮蔽し、この送信信号が受電端子Ｒｘへ漏れるのを阻止する。
【００５６】
ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘに接続される内部のスイッチ素子Ｑは、送信信号の“０”，“１”列に応じて、オン／オフされる。図１０では表していないが、スイッチ素子Ｑのオン時、送信端子Ｔｘからみて、等価キャパシタ（図７に示したＣｔ）が見える。送信信号が出力されない状態ではスイッチ素子Ｑはオフのままである。送信信号の送信時、スイッチ素子Ｑがオン状態のとき、受電端子Ｒｘとグランドとの間に、インダクタＬ４とキャパシタＣ４及びＣｒとのＬＣ並列回路が接続される状態となる。このＬＣ並列回路の共振周波数は送信信号の周波数帯と一致または近接するように定められている。したがって、スイッチ素子Ｑがオン状態のとき、受電端子Ｒｘとグランドとの間のインピーダンスは高インピーダンス状態となって、送信信号は受電端子Ｒｘへ流れ込まない。つまり、送信端子Ｔｘから見ると、ローパスフィルタＬＰＦの直列のインダクタＬ４は高インピーダンスであり、グランドへシャント接続されたキャパシタＣ４及びＣｒは低インピーダンスであるので、送信端子Ｔｘと受電端子Ｒｘとのアイソレーションが確保された状態となる。
【００５７】
《第７の実施形態》
第７の実施形態では、受電用アンテナと送信用アンテナとを個別に備えるＲＦＩＤインレイについて示す。
【００５８】
図１１は第７の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０７の回路構成を示す図である。このＲＦＩＤインレイ２０７はＲＦＩＤモジュール１０７、受電用アンテナ１１Ｒ及び送信用アンテナ１１Ｔを備える。ＲＦＩＤモジュール１０７はＲＦＩＣ２とアンテナ広帯域化回路６とを備える。ＲＦＩＣ２の送信端子Ｔｘ＋，Ｔｘ−には送信用アンテナ１１Ｔが接続されている。受電用アンテナ１１Ｒはアンテナ広帯域化回路６を介して受電端子Ｒｘ＋，Ｒｘ−に接続されている。
【００５９】
アンテナ広帯域化回路６の構成は図８に示したアンテナ広帯域化回路６と同様である。受電用アンテナ１１Ｒはループアンテナである。アンテナ広帯域化回路６が接続された受電用アンテナ１１Ｒは、例えば１．７ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの広帯域に亘って利得を有する。
【００６０】
送信用アンテナ１１Ｔは、例えば２．４ＧＨｚ帯で高利得が得られるループアンテナである。
【００６１】
この例では、送信信号は Bluetooth（登録商標）のＢＬＥ規格の２．４ＧＨｚ帯の電波を送信するので、送信用アンテナ１１Ｔの共振周波数は２．４５ＧＨｚに定められている。一方、受電用アンテナは、広帯域に亘る電波をエネルギーとして利用するため、アンテナ広帯域化回路６で受電用アンテナ１１Ｒの共振周波数帯域を拡げる。これにより、受電用アンテナ１１Ｒが受ける、ＬＴＥの１．７ＧＨｚ帯から２．５ＧＨｚ帯の電波や２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮの電波を電力として受電する。
【００６２】
受電用アンテナ１１Ｒは一般的なループアンテナであるが、アンテナ広帯域化回路６を接続することにより、このように広帯域に亘って受電できる。
【００６３】
なお、図１１に示した例では、送信用アンテナ１１Ｔと受電用アンテナ１１Ｒが共にループアンテナであるが、一方又は両方をダイポールアンテナとしてもよい。送信用アンテナ１１Ｔと受電用アンテナ１１Ｒとが不要結合すると、送信信号が受電用アンテナ１１Ｒで受電されて、送信すべき電波のエネルギーが受電用アンテナ１１Ｒ側へ吸収されてしまって、必要な送信信号強度が得られなくなるが、送信用アンテナ１１Ｔと受電用アンテナ１１Ｒの一方をループアンテナ、他方をダイポールアンテナとすれば、両者を比較的近接配置しても、不要結合が抑制されるので、ＲＦＩＤインレイは全体に小型化できる。
【００６４】
《第８の実施形態》
第８の実施形態では、アンテナとＲＦＩＤモジュールとの具体的な構造について示す。
【００６５】
図１２は第８の実施形態に係るＲＦＩＤインレイ２０８の断面図である。このＲＦＩＤインレイ２０８は、アンテナが形成されたシート７０にＲＦＩＤモジュール１０８を接着することで構成されている。
【００６６】
シート７０は例えばＰＥＴフィルムのシートであり、アルミニウム箔のパターンニングによるアンテナ導体パターン７１が形成されている。このアンテナ導体パターン７１は例えばループアンテナやダイポールアンテナを構成する。
【００６７】
ＲＦＩＤモジュール１０８は、例えばポリイミド等による基板２５を備える。この基板２５にはＲＦＩＣ２及びチップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗などのチップ部品２３，２４が実装されている。また、基板２５には結合電極２１，２２が形成されている。基板２５の上面はポリウレタン等のエラストマーによる被覆材２６で被覆されている。
【００６８】
ＲＦＩＤモジュール１０８は、接着層８を介してシート７０に接着されている。接着層８は例えばアクリル系接着剤の層であり、例えば１０μｍ未満の薄さである。この状態で、結合電極２１，２２はアンテナ導体パターン７１の所定箇所に対向する。この対向部に生じる浮遊容量によって、ＲＦＩＤモジュール１０８とアンテナ導体パターン７１とは容量結合する。この浮遊容量は図３、図５、図６等に示したキャパシタＣｓＡ，ＣｓＢに相当する。なお、接着層８は導電性を有していてもよい。
【００６９】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【００７０】
例えば、送信信号をローバンドと見なし、ハイバンドの電力を受電するために、ハイパスフィルタで送信信号を通過させ、ローパスフィルタで受電電力を通過させるようにしたが、本発明はこれに限らない。送信信号の周波数帯と受電電力の周波数帯の上下関係は上記とは逆である場合には、ローパスフィルタで送信信号を通過させ、ハイパスフィルタで受電電力を通過させるように構成すればよい。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ１，Ａ２…アンテナ接続部
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２…キャパシタ
Ｃ３，Ｃ４…キャパシタ
Ｃ６１〜Ｃ６４…キャパシタ
Ｃｉ…内部キャパシタ
Ｃｏ…外部キャパシタ
Ｃｒ，Ｃｔ…等価キャパシタ
ＣｓＡ，ＣｓＢ…キャパシタ
ＨＰＦ…ハイパスフィルタ（第２フィルタ）
Ｌ１，Ｌ２…コイル
Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６…インダクタ
Ｌ５１〜Ｌ５５…インダクタ
Ｌ７１〜Ｌ７５…インダクタ
ＬＰＦ…ローパスフィルタ（第１フィルタ）
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ…接続部
Ｑ…スイッチ素子
Ｒ…抵抗素子
Ｒｒ，Ｒｔ…等価抵抗
Ｒｘ，Ｒｘ＋，Ｒｘ−…受電端子
ＳＷ…スイッチ
Ｔｘ，Ｔｘ＋，Ｔｘ−…送信端子
１，１１，１２…アンテナ
２…ＲＦＩＣ
３Ａ，３Ｂ…アンテナ共用回路
４…広帯域整合回路
６…アンテナ広帯域化回路
８…接着層
１１Ｒ…受電用アンテナ
１１Ｔ…送信用アンテナ
２１，２２…結合電極
２３，２４…チップ部品
２５…基板
２６…被覆材
３１Ａ，３１Ｂ…方向性結合器
３２Ａ，３２Ｂ…デュプレクサ
７０…シート
７１…アンテナ導体パターン
１０１〜１０３，１０７，１０８…ＲＦＩＤモジュール
２０１，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０３，２０６〜２０８…ＲＦＩＤインレイ
【図１】
2021059565.tif 000003
【図２】
2021059565.tif 000004
【図３】
2021059565.tif 000005
【図４】
2021059565.tif 000006
【図５】
2021059565.tif 000007
【図６】
2021059565.tif 000008
【図７】
2021059565.tif 000009
【図８】
2021059565.tif 000010
【図９】
2021059565.tif 000011
【図１０】
2021059565.tif 000012
【図１１】
2021059565.tif 000013
【図１２】
2021059565.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月24日(2020.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のＲＦＩＤインレイは、受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子とを有し、前記受電端子に入力された電力を基にして前記ＲＦＩＤ用の送信信号を生成するＲＦＩＣと、前記受電用の電磁波を受け、かつ前記ＲＦＩＤ用の電磁波を発生するアンテナと、前記アンテナと前記受電端子及び前記送信端子との間に設けられたアンテナ共用回路と、を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電用の電磁波を受けて誘起される電力を入力する受電端子と、ＲＦＩＤ用の送信信号を出力する送信端子とを有し、前記受電端子に入力された電力を基にして前記ＲＦＩＤ用の送信信号を生成するＲＦＩＣと、
前記受電用の電磁波を受け、かつ前記ＲＦＩＤ用の電磁波を発生するアンテナと、
前記アンテナと前記受電端子及び前記送信端子との間に設けられたアンテナ共用回路と、
を備えた、ＲＦＩＤインレイ。
【請求項２】
前記アンテナ共用回路は、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力を前記受電端子へ出力し、前記送信端子の出力信号を前記アンテナへ出力する方向性結合器である、
請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項３】
前記アンテナ共用回路は、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の低周波数帯域を通過させる第１フィルタと、前記ＲＦＩＤ用の送信信号の周波数帯域を通過させる第２フィルタとで構成され、前記アンテナと前記受電端子との間に設けられる、
請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項４】
前記受電端子は、第１受電端子と第２受電端子とで構成され、
前記第１フィルタは、前記アンテナと前記第１受電端子との間に設けられ、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の第１低周波数帯域を通過させる第１低周波数帯域通過フィルタと、前記アンテナと前記第２受電端子との間に設けられ、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の第２低周波数帯域を通過させる第２低周波数帯域通過フィルタとで構成される、
請求項３に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項５】
前記送信端子の電位が接地電位に近くなるとき、前記受電端子と接地間の容量成分と前記第１フィルタとでＬＣ並列共振回路が構成され、前記送信端子から出力される前記送信信号の前記受電端子への流入が阻止される、
請求項３又は４に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項６】
前記アンテナ共用回路は、前記ＲＦＩＤ用の送信信号の送信時に前記送信端子を前記アンテナへ接続するスイッチで構成される、
請求項１に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項７】
前記アンテナと前記受電端子との間に、前記受電用の電磁波を受けて前記アンテナに誘起される受電電力の低周波数帯域を通過させるフィルタを備える、
請求項６に記載のＲＦＩＤインレイ。
【請求項８】
前記送信端子と前記アンテナ共用回路との間に、前記ＲＦＩＣの送信時の前記送信端子のインピーダンス変化による、前記アンテナ及び前記アンテナ共用回路の特性変化を抑制する広帯域整合回路を備える、
請求項１から７のいずれかに記載のＲＦＩＤインレイ。
【国際調査報告】
2021059565.tif 000015
2021059565.tif 000016
2021059565.tif 000017
2021059565.tif 000018