ループアンテナ、およびＲＦＩＤタグ
【課題】従来のループアンテナにおいては、小型化を図った場合に、高い利得を得ることができないという課題があった。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ１００用のループアンテナ１であって、誘電体基板２上に配置された蛇行形状部１３、１４を有する環状の線路１０と、線路１０に設けられた給電部１１とを備え、環状の線路１０は、ループアンテナ１に発生する定在波の腹となる位置近傍以外に、蛇行形状部１３、１４を有しているようにした。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ１００用のループアンテナ１であって、誘電体基板２上に配置された蛇行形状部１３、１４を有する環状の線路１０と、線路１０に設けられた給電部１１とを備え、環状の線路１０は、ループアンテナ１に発生する定在波の腹となる位置近傍以外に、蛇行形状部１３、１４を有しているようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に用いられるループアンテナ等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＲＦＩＤタグ用のアンテナとして、ＲＦＩＤタグの基板の辺に沿って線路をループ状に配設したアンテナ、いわゆるループアンテナがあった。（例えば、特許文献１参照）。このようなループアンテナにおいては、線路全体の経路長を、ＲＦＩＤタグの情報の読み書きに利用する電波の１波長に近づけることにより、半波長のダイポールアンテナを２つ並列に並べた構造と同様の構造として動作することとなる。その結果、ループ軸方向の指向性アンテナとして利用でき、半波長のダイポールアンテナよりも高い利得が得られる。
【特許文献１】特開２００６−０３１４７３公報（第１頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年、ＲＦＩＤタグの小型化に伴い、ループアンテナも小型化が必要となってきている。
【０００４】
例えば、ＵＨＦ帯の周波数に対応したＲＦＩＤタグを用いたシステムが普及している米国においては、物流業界において、ＲＦＩＤタグが、荷物のラベルとして利用されている。このようなラベルとしては、例えば、３×３インチ（約７５ｍｍ×７５ｍｍ）の小さなサイズのものがある。このような略正方形のラベルに利用できるＲＦＩＤタグの基板のサイズは、３×３インチ以下となり、この基板上に配設されるループアンテナの経路長は、ＵＨＦ帯の電波の波長の約０．８波長となる。従って、小型化を図ると、ループアンテナの線路の経路長を、ＲＦＩＤタグのＵＨＦ帯の電波の１波長に近づけることができず、電波の送受信の効率が落ち、高い利得が得られないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のループアンテナは、ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、前記線路に設けられた給電部とを備え、前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の腹となる位置近傍以外に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナである。
【０００６】
かかる構成により、アンテナのサイズを大きくすることなく、アンテナ全体の経路長を長くして所定の波長に対応させた高利得なアンテナを得ることができ、また、蛇行形状部を、線路の腹となる位置近傍以外に設けるようにしたことにより、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なループアンテナを得ることができる。
【０００７】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の節となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有しているループアンテナである。
【０００８】
かかる構成により、蛇行形状部を線路の腹となる位置から十分に離して配置することとなり、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響をさらに抑えて、所定の波長に適応した、より高利得なループアンテナを得ることができる。
【０００９】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、前記線路に設けられた給電部とを備え、前記環状の線路は、当該環状の線路上の前記給電部が設けられている位置近傍と、前記給電部からの経路長が前記線路全体の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナである。
【００１０】
かかる構成により、アンテナのサイズを大きくすることなく、アンテナ全体の経路長を長くして所定の波長に対応させた高利得なアンテナを得ることができ、また、蛇行形状部を、線路の腹となる位置近傍以外に設けることとなり、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１１】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記環状の線路は、前記環状の線路上の、前記給電部からの経路長が、前記線路の経路長の１／４となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有しているループアンテナである。
【００１２】
かかる構成により、蛇行形状部を線路の腹となる位置から十分に離して配置することとなり、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響をさらに抑えて、所定の波長に適応した、より高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１３】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記環状の線路は矩形形状であり、前記環状の線路は、前記給電部が配置されている辺および当該辺に対向する辺以外の辺に前記１以上の蛇行形状部を有しているループアンテナである。
【００１４】
かかる構成により、蛇行形状部を線路の腹となる蛇行形状部を有していない辺に対する蛇行形状部の影響を抑えて、高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１５】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記給電部に接続された整合回路をさらに備えたアンテナである。
【００１６】
かかる構成により、高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１７】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記ループアンテナと、前記給電部に接続された集積回路と、前記ループアンテナが配置された誘電体基板とを具備するＲＦＩＤタグである。
【００１８】
かかる構成により、高利得なＲＦＩＤタグを得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によるループアンテナ等によれば、利得の高いループアンテナ等を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、ループアンテナ等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【００２１】
（実施の形態）
図１は本実施の形態にかかるＲＦＩＤタグの構成を示す平面図である。
【００２２】
ＲＦＩＤタグ１００は、アンテナ１と、誘電体基板２と、集積回路３、ストラップ４とを具備する。アンテナ１は、線路１０と、給電部１１、整合回路１２を備えている。また、線路１０は、蛇行形状部１３、１４を有している。
【００２３】
アンテナ１は、電波の送受信に利用される。アンテナ１は、具体的には、環状の形状を有しているいわゆるループアンテナである。アンテナ１の材料は、導体であればどのようなものであっても良い。通常は、アンテナ１としては、薄膜状の導体、例えば金属が用いられるが、厚さは問わない。ここでは、アンテナ１が、約１５μｍに圧延されたアルミニウムにより構成される場合を例に挙げて説明する。
【００２４】
線路１０は、１以上の蛇行形状部を有する環状の導体である。線路１０は、例として、縦方向に伸びる辺、すなわち左右の辺上に２つの蛇行形状部１３、１４を有している。線路１０は、ここでは例として、全体が、矩形形状である誘電体基板２の辺に沿った矩形形状の平面形状を有している。線路１０の平面形状は問わないが、ループアンテナとして動作させるためには、正方形に近い形状であることが好ましい。ここでは、線路１０のサイズは、横約６８ｍｍ、縦約７０ｍｍ、線幅は、蛇行形状部１３、１４が設けられている辺以外の辺は、約２〜４ｍｍ、蛇行形状部１３、１４が設けられている辺の、蛇行形状部１３、１４以外の部分の幅が、約１〜３ｍｍ、蛇行形状部１３、１４の蛇行している辺の幅が、約０．５ｍｍから２ｍｍであるが、線路１０のサイズ等は、この値に限定されない。また、幅は均一な太さでなくてよい。線路１０の折れ曲がっている部分は、図１に示すように角が丸められていてもよく、角が形成されていてもよく、その形状は問わない。なお、ここで述べる環状とは、必ずしも断点のない形状を指すものではない。例えば、線路１０は環状ではあるが、後述する給電部１１等において一部を切り欠いていても良い。線路１０は、ここでは、一例として、約１５μｍに圧延されたアルミニウムにより構成されるが、厚さや材料等は問わない。線路１０が有する蛇行形状部１３、１４については後述する。
【００２５】
給電部１１は、線路１０に設けられている。給電部１１は、導体により構成され、アンテナ１と他の素子等との間で、電流を入出力するための端子等として用いられる。ここでは、給電部１１は、矩形形状の線路の１つの辺に設けられている。ここでは例として、矩形形状の線路１０の１辺の中央に給電部１１が設けられている。ただし、給電部１１が、線路１０のどの位置に配置されているようにしてもよい。この給電部１１が、集積回路３と接続されることにより、アンテナ１と集積回路３との間で、電流の入出力が行われる。ここでは、給電部１１の中心には、スリットが設けられており、このスリットを架橋するように、集積回路３等が接続される。ここでは、集積回路３が、ストラップ４を介して給電部１１と接続されている。給電部１１の形状は問わない。給電部１１は、ここでは、一例として、約１５μｍに圧延されたアルミニウムにより構成されるが、厚さや材料等は問わない。
【００２６】
整合回路１２は、給電部１１と接続され、アンテナ１と集積回路３とのインピーダンス整合をとるための回路である。ここでは、導体により構成されたいわゆるＴ字型整合回路を設けた場合を例としており、この整合回路１２は、アンテナ１の他の部分と一体に形成されている。なお、Ｔ字型整合回路等の整合回路の構成については、公知技術であるので、ここでは説明を省略する。また、整合回路１２は、インピーダンス整合をとる必要がない場合等には、省略してもよい。整合回路１２は、ここでは、アンテナ１のサイズの小型化を図るために、線路１０の内側に形成されている。
【００２７】
蛇行形状部１３、１４は、線路１０の、蛇行した形状を有する部分である。導体により構成され、給電部１１と接続され、給電部１１を中心として、給電部１１の両側に伸びる、１対の蛇行した線状の部分である。蛇行形状部１３、１４は、環状の線路１０の、ループアンテナ１に発生する定在波の腹となる位置近傍以外に形成される。腹とは、定在波の振幅の最も大きい部分である。すなわち、蛇行形状部１３、１４は、環状の線路１０上の、給電部１１が設けられている位置近傍と、給電部１１からの経路長が線路１０全体の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に形成される。なお、この近傍とは、上記の各位置に少なくとも接しない位置を指す。蛇行形状部１３、１４の少なくとも一つ、好ましくは全部が、環状の線路１０の、ループアンテナ１に発生する定在波の節となる位置に形成されることが好ましい。節とは、定在波の振幅の最も小さい部分である。すなわち、蛇行形状部１３、１４の少なくとも一つ、好ましくは全部が、環状の線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０全体の経路長の１／４となる位置に形成されることが好ましい。ここでの、「節となる位置に」、「経路長の１／４となる位置に」とは、それぞれ、「節となる位置上に、その一部が位置するように、」、「経路長の１／４となる位置上に、その一部が位置するように」という意味である。また、ループアンテナ１が矩形形状を有する場合、蛇行形状部１３、１４は、給電部が形成されている辺、およびこれに対向する辺以外の辺に設けることが好ましい。ここでは、特に、蛇行形状部１３、１４が、それぞれ、線路１０の左右の辺に、環状の線路１０の、ループアンテナ１に発生する定在波の節となる位置に、蛇行形状部１３、１４の延びる方向の中心が位置するように配置されている。すなわち、蛇行形状部１３、１４が、それぞれ、線路１０の左右の辺に、環状の線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０全体の経路長の１／４となる位置に、蛇行形状部１３、１４の延びる方向の中心が位置するように配置されている。なお、ここでは、線路１０が、蛇行形状部１３、１４を２つ有している場合について説明するが、蛇行形状部は一以上であればよく、例えば、蛇行形状部１３、１４よりも縦方向の長さ、すなわち蛇行形状部ののびる方向の長さが小さい蛇行形状部が、３以上も受けられていてもよい。ただし、蛇行形状部は、線路１０の左右に対称に設けられていることが、好ましい。ここで述べる蛇行形状部１３、１４とは、いわゆるメアンダラインと呼ばれる構造も含む概念である。ここで述べる蛇行とは、左右に、交互に折れ曲がりながら伸びる状態を示す。蛇行形状部１３、１４の折れ曲がり開始の方向等は問わない。また、蛇行形状部１３と蛇行形状部１４とは、対象な形状であってもよいし、対象な形状でなくてもよい。蛇行形状部１３、１４の曲がっている部分は、角が丸まっていても良いし、角を有していても良く、その形状等は問わない。また、蛇行形状部１３、１４は、線状の導体が蛇行することによって構成される、蛇行形状部１３、１４ののびる方向に配列された複数の辺を備えている。また、蛇行形状部１３、１４における線路１０の太さは問わず、また、太さは均一でなくても良い。ここでは、一例として、蛇行形状部１３、１４は、左右対称の形状を有しており、蛇行形状部１３、１４の上記の各辺は、線路１０の左右の辺に対して、垂直な方向に伸びており、上記の各辺間の距離（以下、蛇行間隔と称す）Ｐは約３ｍｍ、蛇行形状部１３、１４において、線路１０が蛇行することにより形成される複数の凹部２０の、それぞれの横方向の長さ（以下、蛇行幅と称す）Ｗは、約１２〜１７ｍｍであるとする。また、蛇行形状部１３、１４の折り返し回数、すなわち折り返しにより形成される折れ曲がり部分の数は、ここではそれぞれ１１であるが、折り返し回数は問わない。この折り返し回数は、蛇行間隔や蛇行幅、蛇行形状部１３、１４における線路１０の太さ、アンテナ１全体のサイズ等に応じて、線路１０全体の経路長が、利用する電波の波長のほぼ１波長となるように、適宜設定される。蛇行形状部１３、１４は、線路１０の左右の辺の蛇行形状部１３、１４を有さない部分から、線路１０の内側に向かってのみ、突き出た形状を有している。これにより、アンテナ１のサイズを、蛇行形状部１３、１４を設けない場合の線路１０のサイズと同じサイズに保って、アンテナ１のサイズの増大を防ぐことができる。
【００２８】
誘電体基板２は、アンテナ１を配置して、固定するために用いられる。また、誘電体基板２は、集積回路３や、ストラップ４等を配置して、固定するためにも用いられる。例えば、ここでは、アンテナ１は接着剤等を用いて誘電体基板２の表面に貼り合わされている。また、ストラップ４は、ストラップ４の表面に配置された配線が、アンテナ１の給電部１１に接続されるように、給電部１１が配置される位置において誘電体基板２と圧着されている。誘電体基板２は、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）や、エポキシ樹脂等の誘電体材料により構成される。誘電体基板２の厚さは問わない。ただし、誘電体基板２は、ＩＣカードや荷物用のラベル等に利用されるというＲＦＩＤタグ１００の用途等から考えると、厚さが薄く、また、柔軟性等を有するものであることが好ましい。ここでは、このような誘電体基板２の例として、透明な厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを用いている。通常は、誘電体基板２のサイズがＲＦＩＤタグのサイズとなる。ここでは、誘電体基板２は、矩形形状、具体的には略正方形形状を有しているが、誘電体基板２の平面形状は問わない。ここでは、例として、誘電体基板２のサイズは、米国の物流業界において汎用的に利用されているラベルのサイズ以下、すなわち、３×３インチ以下のサイズであるとする。ただし、誘電体基板２のサイズは問わない。
【００２９】
集積回路３は、給電部１１に接続されている。集積回路３は、識別情報等の情報の送受信機の構成を備えており、アンテナ１を介して識別情報等の情報の送受信を行う。また、集積回路３は、アンテナ１から給電部１１を介して給電される電流により動作する。集積回路３としては、通常のＲＦＩＤタグの集積回路として利用可能なものであれば、どのような集積回路を利用しても良く、ここでの詳細な説明は省略する。集積回路３の厚みは問わない。本実施の形態においては、集積回路３は、給電部１１に形成された隙間において、ストラップ４表面と誘電体基板２表面との間に挟み込まれるため、この空間内に配置できるサイズであればよい。ここでは、誘電体基板２やストラップの誘電体基板４２が柔軟性を有しているため、アンテナ１の厚さよりも厚い集積回路３、例えば厚さ約１５０〜１８０μｍの集積回路３を配置することも可能である。
【００３０】
ストラップ４は、集積回路３をアンテナ１の給電部１１に接続するとともに、集積回路３を誘電体基板２に固定するために用いられる部材である。このストラップ４は、サイズ等が異なることを除けば、アンテナ１および誘電体基板２と同様の構成を有しており、ストラップ用の誘電体基板４２の表面に、薄膜状の配線４１が設けられ、集積回路３が、この配線４１と接続されるよう、ストラップ４の表面上に接合されている。誘電体基板４２のサイズは、例えば、厚さ約２５μｍ、縦約４ｍｍ、横約９ｍｍである。配線は、ここでは、例として厚さ約３５μｍで、縦約３ｍｍ、横８ｍｍであり、アンテナ１と同様の方法により作成される。例えば、集積回路３は、半田や、導電性を有する接着剤等で配線４１に接着される。この接合方法は問わない。ストラップ４は、配線４１と、誘電体基板２表面の給電部１１とが接続されるよう、アンテナ１や誘電体基板２と接合されている。ここでは、ストラップ４の表面が、誘電体基板２の表面と向かい合うように、誘電体基板２の表面に取り付けられている。これにより、集積回路３は、給電部１１に形成された隙間において、ストラップ４と誘電体基板２との間に挟み込まれた状態となっている。ストラップ４は、例えば、米国特許第６６６４６４５号明細書に示されているように、表面上に配線４１に接続された電極（図示せず）を有しており、表面側を、熱溶融性の接着剤を塗布した誘電体基板２の表面、すなわちアンテナ１等が設けられている面と向かい合うようにして配置した上で、超音波を与えながら圧着することで、電極と誘電体基板２裏面の給電部１１とが接続されるよう、アンテナ１や誘電体基板２と接合される。これにより、給電部１１と集積回路３とが接続される。ただし、ストラップ４の接合方法は問わない。なお、集積回路３は、給電部１１と電気的に接続されていれば、どのように給電部１１と接続されていても良い。例えば、集積回路３は、図１に示すようにストラップ４を介して給電部１１と接続されている必要はなく、ストラップ４を省略して、給電部１１が、集積回路３に直接接続されていてもよい。
【００３１】
このＲＦＩＤタグ１００のアンテナ１は、例えば、圧延したアルミニウムを誘電体基板２の裏面等に貼り合わせる等により、誘電体基板２の裏面にアルミニウム層を形成後、マスクを、アルミニウム上にグラビア印刷やフォトリソグラフィー印刷で形成後、これをエッチング用のマスクとして酸やアルカリでエッチングすることで形成される。ただし、アンテナ１の形成方法は問わない。例えば、金属インク等を用いて、誘電体基板２上にアンテナ１の形状を印刷することにより、アンテナを形成するようにしても良い。なお、アンテナ１を形成する方法については、公知技術であるので、ここでは説明を省略する。
【００３２】
次に、ＲＦＩＤタグ１００の動作について簡単に説明する。図示しないＲＦＩＤリーダライタから放射された搬送波が、アンテナ１に到達すると、この搬送波からアンテナにより得られた電力が、ストラップ４を介して、集積回路３に供給される。そして、集積回路３は、この供給された電力により、搬送波に含まれる信号に応じた動作、例えばメモリから識別情報を読み出す等、を行う。そして、動作結果として得られた情報を、ＲＦＩＤリーダライタから受け取った搬送波を波源として用いて、アンテナ１を介して送信する。
【００３３】
背景技術として上述したように、ＲＦＩＤタグ１００内において、単に誘電体基板の辺に沿って線路状のループアンテナを配置した場合、配置可能なループアンテナの経路長は誘電体基板のサイズによって限定されることとなる。このため、誘電体基板のサイズを小さくすると、所望の波長帯の電波に対応した経路長、具体的には電波の１波長に相当する経路長、を確保できず、所望の波長帯の電波をアンテナが効率よく放射、あるいは吸収できない。すなわち、利得を高くすることができなくなる。特に、３×３インチのＲＦＩＤタグをＵＨＦ帯に利用する場合、ループアンテナの経路長は、ＵＨＦ帯の電波の波長の約０．８波長程度しか確保できないため、高い利得を得ることができない。
【００３４】
このため、本実施の形態においては線路１０上に、蛇行形状部１３、１４を設けるようにしている。蛇行形状部１３、１４においては、蛇行形状部１３、１４の伸びる方向の長さよりも電流の流れる経路長を長くすることができる。このため、このような蛇行形状部１３、１４を設けることにより、誘電体基板２上に配置する線路１０全体の経路長を、単に誘電体基板の辺に沿って線路状のループアンテナを配置するよりも長くして、所望の波長帯、例えばＵＨＦ帯の電波に対応した経路長を確保することが可能となり、高利得化を図ることが可能となる。
【００３５】
図２は、アンテナ１の経路長と定在波との関係を説明するための模式図である。図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。ここでは、線路１０に蛇行形状部１３、１４が設けられて、アンテナ１の経路長が、アンテナ１が受信する電波の１波長であるλと同じとなるよう調整されているものとする。位置Ａは、給電部１１が配置されている位置、位置Ｄは、線路１０全体の経路の１／２である位置、位置Ｇ２、Ｈ２は、線路１０全体の経路の１／４である位置、位置Ｂ、Ｃ、Ｅ、およびＦは、矩形形状の線路１０の各角隅部の位置、位置Ｇ１、Ｇ３は、蛇行形状部１３の両端の位置、位置Ｈ１、Ｈ３は、蛇行形状部１４の両端の位置を、それぞれ示している。図２において、ＦＢ間およびＣＥ間の経路長をｘ、ＢＣ間およびＥＦ間の経路長をｙとすると、線路１０全体の経路長は、２ｘ＋２ｙ＝λとなり、ｘ＋ｙ＝λ／２となる。なお、ここでは、蛇行形状部１３、１４の経路長は同じであるとし、Ｇ２、Ｈ２は、蛇行形状部１３、１４のそれぞれの経路長の中心であるとする。また、位置Ａが、位置Ｂと位置Ｆとの中間に位置するとした場合、ＣＤ間の経路長は、λ−ｘ／２−ｙ＝ｘ／２となり、位置Ｄは、位置Ｃと位置Ｅとの中間に位置することとなる。なお、ここではＦＢ間とは、位置Ａを通過する位置Ｆと位置Ｂとの間の経路を指すものとする。
【００３６】
図３は、アンテナ１の、経路長と定在波との関係を示す模式図である。図において、縦軸は、アンテナ１において発生する定在波の振幅を示し、横軸は、図２に示したアンテナ１の各位置を示しており、図４における各位置間の距離が、図２に示す各位置間の経路長に相当するものとする。なお、ここでは便宜上、図３の横軸の各位置間の経路長の比は、実際のアンテナ１の各位置間の経路長の比を正確に反映していない。
図３に示すように、アンテナ１の経路長が、アンテナ１が受信する電波の１波長λとほぼ同じである場合、給電部１１の部分と、給電部１１からの経路長が、全経路長の半分であるλ／２となる部分とが、定在波の腹の部分となる。定在波においては、腹の部分の電流が最も大きいことから、この部分近傍がアンテナとして最大効率で働くこととなる。
【００３７】
一方、蛇行形状部１３、１４においては、線路１０が蛇行しているため、折れ曲がって隣接する線路の辺同士の間で逆向きの電流が流れることにより静電的な結合等が生じ、電流のロスが生じることとなる。このような電流のロスの大きい蛇行形状部１３、１４を、電流の高い部分に持ってくると、電流のロスが大きいとともに、アンテナとして最大効率として働く部分の振幅が乱されることとなる結果、アンテナ１の利得が低下してしまう。
【００３８】
このため、本実施の形態のアンテナ１においては、蛇行形状部１３、１４を、定在波の腹となる位置近傍以外の位置、すなわち線路１０上の、給電部１１が設けられている位置近傍と、給電部１１からの経路長が線路１０の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に有しているようにしたことにより、アンテナ１の、最も電流が高く、アンテナとして最大効率として働く部分に与える蛇行形状部１３、１４の影響を抑えて、アンテナ１の利得を高く保つことができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態においては、アンテナ１における電流の最も小さい位置である定在波の節となる位置、すなわち、線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０の経路長の１／４となる位置に、すなわち線路１０の経路長の１／４となる位置を通過するように、蛇行形状部１３、１４を設けている。この結果、定在波の電力の最も小さい部分である節の近傍に蛇行形状部１３、１４が設けられることとなる。このような構造としたことにより、蛇行形状部１３、１４による電流のロスを小さくするとともに、アンテナとして効率よく働く部分、すなわち定在波の腹の近傍部分から離れた位置に蛇行形状部１３、１４を配置することによって、アンテナ１に対して蛇行形状部１３、１４が与える影響をより小さくして、アンテナ１の利得を高くすることができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態においては、アンテナ１における電流の最も小さい位置である定在波の節となる位置、すなわち、線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０の経路長の１／４となる位置に、蛇行形状部１３、１４のそれぞれの経路長の中心Ｇ２、Ｈ２が位置するように、蛇行形状部１３、１４を設けている。この結果、定在波の電力の最も小さい部分である節を中心として蛇行形状部１３、１４が設けられることとなり、蛇行形状部１３、１４による電流のロスを最も小さくするとともに、図３におけるＡＧ１間とＤＧ３間との距離が等しく、ＡＨ３間とＤＨ１間との距離が等しくなるため、アンテナとして効率よく働く定在波の２つの腹が発生する位置である位置Ａおよび位置Ｄのどちらからも最も離れた位置に蛇行形状部１３、１４を配置することによって、アンテナ１に対して蛇行形状部１３、１４が与える影響を最も小さくして、アンテナ１の利得をより高くすることができる。
【００４１】
図４は、図２に示したアンテナ１の電流分布を示すための模式図である。図において斜線で示す部分が電流の分布であり、電流の分布を、線路１０に沿って示したものであり、その振幅を線路１０の辺に垂直な方向の高さとして表している。
【００４２】
図４において、電流がアンテナ１を時計回りに流れていたとすると、ＣＥ間、ＦＢ間には、逆方向の電流が流れるが、ＦＢ間の電流の符号は負であるため、ＦＢ間の電流ベクトルは、ＣＥ間の電流ベクトルと等しくなる。
【００４３】
一方、ＢＣ間と、ＥＦ間の電流は、それぞれの中央である位置Ｇ２、Ｈ２において電流の符号が反転し、さらに、ＢＣ間では電流が上向きに流れるのに対し、ＥＦ間では電流が下向きであるので、電流の流れる方向は、逆方向である。このため、これらの各辺の電流ベクトルは、上下は逆で、さらに、左右も逆となる。
【００４４】
アンテナ１から放射される電界は主に振幅の大きな電流によって定まるため、このアンテナ１の放射電界は、横方向に伸びる平行なＦＢ間の辺とＣＥ間の辺からの放射によって定まり、同相給電の横方向に平行な２つのダイポールアンテナと同様の特性を示す。
【００４５】
一方、縦方向に伸びる平行なＢＣ間およびＥＦ間の２つの辺の電流は、振幅も小さく、しかも互いに逆相であり、放射電界に与える影響も少ない。
【００４６】
したがって、本実施の形態においては、特に、給電部１１が設けられている辺に対して垂直な辺に蛇行形状部１３を設けることにより、放射電界に影響が少ない位置に蛇行形状部１３、１４を設けることとなるため、蛇行形状部１３、１４によるアンテナ１の放射電界に対する影響を抑えることができ、高利得化を図ることができる。
【００４７】
図５は、本実施の形態におけるアンテナ１の蛇行幅Ｗと、利得差との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。ここで述べる利得差とは、蛇行幅Ｗを調整して最も高い利得が得られた場合のアンテナ１の絶対利得を０ｄＢとした場合の、蛇行幅Ｗのアンテナ１の相対的な利得である。
【００４８】
図５に示すように、アンテナ１の蛇行幅Ｗを変更すると、利得差が変化する。そして、この結果から、蛇行幅Ｗが、約１２〜１７ｍｍである場合にアンテナ１の利得差が小さく、アンテナ１の放射効率が最も良いことがわかる。
【００４９】
図６は、本実施の形態におけるアンテナ１の蛇行間隔Ｐと、利得差との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。
【００５０】
図６に示すように、アンテナ１の蛇行間隔Ｐを変更すると、利得差が変化する。そして、この結果から、蛇行間隔Ｐが、約３ｍｍである場合にアンテナ１の利得差が小さく、アンテナ１の放射効率が最も良いことがわかる。
【００５１】
この結果から、蛇行幅Ｗが、約１２〜１７ｍｍで、蛇行間隔Ｐが、約３ｍｍである蛇行形状部１３、１４を設けることが、利得の高い、放射効率に優れたループアンテナを得る上で好適であることがわかる。
【００５２】
以上、本実施の形態によれば、線路１０に蛇行形状部１３、１４を設けるようにしたことにより、アンテナ１のサイズを大きくすることなく、アンテナ１全体の経路長を長くして所定の波長に対応させた高利得なアンテナを得ることができる。また、蛇行形状部１３、１４を、線路１０の腹となる位置近傍以外、特に、節となる位置に設けるようにしたことにより、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なアンテナを得ることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、２つの蛇行形状部１３、１４が節の部分に位置するようにしたが、複数の蛇行形状部の少なくとも一つが、節に位置するようにしてもよい。このような構成とすることで、複数の蛇行形状部が全て節に位置しない場合に比べて、アンテナに対して蛇行形状部が与える悪影響を小さくして、アンテナ１の利得を高くすることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１においては、給電部１１を矩形の線路１０の１辺の中央に配置した場合について説明したが、上記実施の形態１に係るＲＦＩＤタグにおいては、給電部１１は、線路１０のどの位置に配置するようにしてもよい。
【００５５】
例えば、図７に示す変形例１のように、給電部１１を線路１０の角隅部に設けるようにしても良い。このような場合においても、図７に示すように、蛇行形状部１３、１４を、線路１０の腹となる位置近傍以外、特に、節となる位置に設けるようにすること、すなわち、蛇行形状部１３、１４を、線路１０上の、給電部１１が設けられている位置近傍と、給電部１１からの経路長が線路１０の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置、特に、線路１０の経路長の１／４となる位置に設けることにより、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なアンテナを得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、２つの蛇行形状部１３、１４を設けた場合について説明したが、本発明においては、蛇行形状部の全てが、定在波の腹の位置近傍に配置されないようにすれば、蛇行形状部は１以上であればよい。
【００５７】
例えば、図８に示す変形例２のように、線路１０に、蛇行形状部１３、１４を設ける代わりに、４つの蛇行形状部１５〜１８を、アンテナ１の縦方向に伸びる辺上に設けるようにしても良い。このような構成により、アンテナ１のサイズを大きくすることなく経路長を長くできるとともに、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なアンテナを得ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、２つの蛇行形状部１３、１４のそれぞれの折り返し回数が１１回である場合について説明したが、本発明においては、各蛇行形状部の折り返し回数や、線路１０の全ての蛇行形状部の折り返し回数の合計数は問わない。
【００５９】
例えば、図１に示したアンテナ１において、蛇行形状部１３、１４の代わりに、図９に示すような折り返し回数が５である蛇行形状部１９、２０を設けるようにしても良く、また、図１０に示すように、折り返し回数が１である蛇行形状部２１、２２を設けるようにしても良い。このような場合においても、図１と同様の高利得なアンテナを得ることができる。ただし、このとき、アンテナ１が利用する電波の波長に応じて、蛇行形状部１９〜２２の蛇行間隔Ｐや蛇行幅Ｗ、蛇行形状部における線路１０の太さ等は適宜調整するようにする。
【００６０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかるループアンテナ等は、小型のＲＦＩＤタグ用のアンテナ等として適しており、特に、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグのアンテナ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの構造を示す平面図
【図２】同模式図
【図３】同ループアンテナと、定在波との関係を示す模式図
【図４】同電流分布を示す図
【図５】同シミュレーション結果を示す図
【図６】同シミュレーション結果を示す図
【図７】同変形例を示す図
【図８】同変形例を示す図
【図９】同変形例を示す図
【図１０】同変形例を示す図
【符号の説明】
【００６３】
１ アンテナ
２ 誘電体基板
３ 集積回路
４ ストラップ
１０ 線路
１１ 給電部
１２ 整合回路
１３〜２２ 蛇行形状部
２０ 凹部
４１ 配線
４２ 誘電体基板
１００ タグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に用いられるループアンテナ等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＲＦＩＤタグ用のアンテナとして、ＲＦＩＤタグの基板の辺に沿って線路をループ状に配設したアンテナ、いわゆるループアンテナがあった。（例えば、特許文献１参照）。このようなループアンテナにおいては、線路全体の経路長を、ＲＦＩＤタグの情報の読み書きに利用する電波の１波長に近づけることにより、半波長のダイポールアンテナを２つ並列に並べた構造と同様の構造として動作することとなる。その結果、ループ軸方向の指向性アンテナとして利用でき、半波長のダイポールアンテナよりも高い利得が得られる。
【特許文献１】特開２００６−０３１４７３公報（第１頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年、ＲＦＩＤタグの小型化に伴い、ループアンテナも小型化が必要となってきている。
【０００４】
例えば、ＵＨＦ帯の周波数に対応したＲＦＩＤタグを用いたシステムが普及している米国においては、物流業界において、ＲＦＩＤタグが、荷物のラベルとして利用されている。このようなラベルとしては、例えば、３×３インチ（約７５ｍｍ×７５ｍｍ）の小さなサイズのものがある。このような略正方形のラベルに利用できるＲＦＩＤタグの基板のサイズは、３×３インチ以下となり、この基板上に配設されるループアンテナの経路長は、ＵＨＦ帯の電波の波長の約０．８波長となる。従って、小型化を図ると、ループアンテナの線路の経路長を、ＲＦＩＤタグのＵＨＦ帯の電波の１波長に近づけることができず、電波の送受信の効率が落ち、高い利得が得られないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のループアンテナは、ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、前記線路に設けられた給電部とを備え、前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の腹となる位置近傍以外に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナである。
【０００６】
かかる構成により、アンテナのサイズを大きくすることなく、アンテナ全体の経路長を長くして所定の波長に対応させた高利得なアンテナを得ることができ、また、蛇行形状部を、線路の腹となる位置近傍以外に設けるようにしたことにより、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なループアンテナを得ることができる。
【０００７】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の節となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有しているループアンテナである。
【０００８】
かかる構成により、蛇行形状部を線路の腹となる位置から十分に離して配置することとなり、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響をさらに抑えて、所定の波長に適応した、より高利得なループアンテナを得ることができる。
【０００９】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、前記線路に設けられた給電部とを備え、前記環状の線路は、当該環状の線路上の前記給電部が設けられている位置近傍と、前記給電部からの経路長が前記線路全体の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナである。
【００１０】
かかる構成により、アンテナのサイズを大きくすることなく、アンテナ全体の経路長を長くして所定の波長に対応させた高利得なアンテナを得ることができ、また、蛇行形状部を、線路の腹となる位置近傍以外に設けることとなり、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１１】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記環状の線路は、前記環状の線路上の、前記給電部からの経路長が、前記線路の経路長の１／４となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有しているループアンテナである。
【００１２】
かかる構成により、蛇行形状部を線路の腹となる位置から十分に離して配置することとなり、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響をさらに抑えて、所定の波長に適応した、より高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１３】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記環状の線路は矩形形状であり、前記環状の線路は、前記給電部が配置されている辺および当該辺に対向する辺以外の辺に前記１以上の蛇行形状部を有しているループアンテナである。
【００１４】
かかる構成により、蛇行形状部を線路の腹となる蛇行形状部を有していない辺に対する蛇行形状部の影響を抑えて、高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１５】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記給電部に接続された整合回路をさらに備えたアンテナである。
【００１６】
かかる構成により、高利得なループアンテナを得ることができる。
【００１７】
また、本発明のループアンテナは、前記ループアンテナにおいて、前記ループアンテナと、前記給電部に接続された集積回路と、前記ループアンテナが配置された誘電体基板とを具備するＲＦＩＤタグである。
【００１８】
かかる構成により、高利得なＲＦＩＤタグを得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によるループアンテナ等によれば、利得の高いループアンテナ等を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、ループアンテナ等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【００２１】
（実施の形態）
図１は本実施の形態にかかるＲＦＩＤタグの構成を示す平面図である。
【００２２】
ＲＦＩＤタグ１００は、アンテナ１と、誘電体基板２と、集積回路３、ストラップ４とを具備する。アンテナ１は、線路１０と、給電部１１、整合回路１２を備えている。また、線路１０は、蛇行形状部１３、１４を有している。
【００２３】
アンテナ１は、電波の送受信に利用される。アンテナ１は、具体的には、環状の形状を有しているいわゆるループアンテナである。アンテナ１の材料は、導体であればどのようなものであっても良い。通常は、アンテナ１としては、薄膜状の導体、例えば金属が用いられるが、厚さは問わない。ここでは、アンテナ１が、約１５μｍに圧延されたアルミニウムにより構成される場合を例に挙げて説明する。
【００２４】
線路１０は、１以上の蛇行形状部を有する環状の導体である。線路１０は、例として、縦方向に伸びる辺、すなわち左右の辺上に２つの蛇行形状部１３、１４を有している。線路１０は、ここでは例として、全体が、矩形形状である誘電体基板２の辺に沿った矩形形状の平面形状を有している。線路１０の平面形状は問わないが、ループアンテナとして動作させるためには、正方形に近い形状であることが好ましい。ここでは、線路１０のサイズは、横約６８ｍｍ、縦約７０ｍｍ、線幅は、蛇行形状部１３、１４が設けられている辺以外の辺は、約２〜４ｍｍ、蛇行形状部１３、１４が設けられている辺の、蛇行形状部１３、１４以外の部分の幅が、約１〜３ｍｍ、蛇行形状部１３、１４の蛇行している辺の幅が、約０．５ｍｍから２ｍｍであるが、線路１０のサイズ等は、この値に限定されない。また、幅は均一な太さでなくてよい。線路１０の折れ曲がっている部分は、図１に示すように角が丸められていてもよく、角が形成されていてもよく、その形状は問わない。なお、ここで述べる環状とは、必ずしも断点のない形状を指すものではない。例えば、線路１０は環状ではあるが、後述する給電部１１等において一部を切り欠いていても良い。線路１０は、ここでは、一例として、約１５μｍに圧延されたアルミニウムにより構成されるが、厚さや材料等は問わない。線路１０が有する蛇行形状部１３、１４については後述する。
【００２５】
給電部１１は、線路１０に設けられている。給電部１１は、導体により構成され、アンテナ１と他の素子等との間で、電流を入出力するための端子等として用いられる。ここでは、給電部１１は、矩形形状の線路の１つの辺に設けられている。ここでは例として、矩形形状の線路１０の１辺の中央に給電部１１が設けられている。ただし、給電部１１が、線路１０のどの位置に配置されているようにしてもよい。この給電部１１が、集積回路３と接続されることにより、アンテナ１と集積回路３との間で、電流の入出力が行われる。ここでは、給電部１１の中心には、スリットが設けられており、このスリットを架橋するように、集積回路３等が接続される。ここでは、集積回路３が、ストラップ４を介して給電部１１と接続されている。給電部１１の形状は問わない。給電部１１は、ここでは、一例として、約１５μｍに圧延されたアルミニウムにより構成されるが、厚さや材料等は問わない。
【００２６】
整合回路１２は、給電部１１と接続され、アンテナ１と集積回路３とのインピーダンス整合をとるための回路である。ここでは、導体により構成されたいわゆるＴ字型整合回路を設けた場合を例としており、この整合回路１２は、アンテナ１の他の部分と一体に形成されている。なお、Ｔ字型整合回路等の整合回路の構成については、公知技術であるので、ここでは説明を省略する。また、整合回路１２は、インピーダンス整合をとる必要がない場合等には、省略してもよい。整合回路１２は、ここでは、アンテナ１のサイズの小型化を図るために、線路１０の内側に形成されている。
【００２７】
蛇行形状部１３、１４は、線路１０の、蛇行した形状を有する部分である。導体により構成され、給電部１１と接続され、給電部１１を中心として、給電部１１の両側に伸びる、１対の蛇行した線状の部分である。蛇行形状部１３、１４は、環状の線路１０の、ループアンテナ１に発生する定在波の腹となる位置近傍以外に形成される。腹とは、定在波の振幅の最も大きい部分である。すなわち、蛇行形状部１３、１４は、環状の線路１０上の、給電部１１が設けられている位置近傍と、給電部１１からの経路長が線路１０全体の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に形成される。なお、この近傍とは、上記の各位置に少なくとも接しない位置を指す。蛇行形状部１３、１４の少なくとも一つ、好ましくは全部が、環状の線路１０の、ループアンテナ１に発生する定在波の節となる位置に形成されることが好ましい。節とは、定在波の振幅の最も小さい部分である。すなわち、蛇行形状部１３、１４の少なくとも一つ、好ましくは全部が、環状の線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０全体の経路長の１／４となる位置に形成されることが好ましい。ここでの、「節となる位置に」、「経路長の１／４となる位置に」とは、それぞれ、「節となる位置上に、その一部が位置するように、」、「経路長の１／４となる位置上に、その一部が位置するように」という意味である。また、ループアンテナ１が矩形形状を有する場合、蛇行形状部１３、１４は、給電部が形成されている辺、およびこれに対向する辺以外の辺に設けることが好ましい。ここでは、特に、蛇行形状部１３、１４が、それぞれ、線路１０の左右の辺に、環状の線路１０の、ループアンテナ１に発生する定在波の節となる位置に、蛇行形状部１３、１４の延びる方向の中心が位置するように配置されている。すなわち、蛇行形状部１３、１４が、それぞれ、線路１０の左右の辺に、環状の線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０全体の経路長の１／４となる位置に、蛇行形状部１３、１４の延びる方向の中心が位置するように配置されている。なお、ここでは、線路１０が、蛇行形状部１３、１４を２つ有している場合について説明するが、蛇行形状部は一以上であればよく、例えば、蛇行形状部１３、１４よりも縦方向の長さ、すなわち蛇行形状部ののびる方向の長さが小さい蛇行形状部が、３以上も受けられていてもよい。ただし、蛇行形状部は、線路１０の左右に対称に設けられていることが、好ましい。ここで述べる蛇行形状部１３、１４とは、いわゆるメアンダラインと呼ばれる構造も含む概念である。ここで述べる蛇行とは、左右に、交互に折れ曲がりながら伸びる状態を示す。蛇行形状部１３、１４の折れ曲がり開始の方向等は問わない。また、蛇行形状部１３と蛇行形状部１４とは、対象な形状であってもよいし、対象な形状でなくてもよい。蛇行形状部１３、１４の曲がっている部分は、角が丸まっていても良いし、角を有していても良く、その形状等は問わない。また、蛇行形状部１３、１４は、線状の導体が蛇行することによって構成される、蛇行形状部１３、１４ののびる方向に配列された複数の辺を備えている。また、蛇行形状部１３、１４における線路１０の太さは問わず、また、太さは均一でなくても良い。ここでは、一例として、蛇行形状部１３、１４は、左右対称の形状を有しており、蛇行形状部１３、１４の上記の各辺は、線路１０の左右の辺に対して、垂直な方向に伸びており、上記の各辺間の距離（以下、蛇行間隔と称す）Ｐは約３ｍｍ、蛇行形状部１３、１４において、線路１０が蛇行することにより形成される複数の凹部２０の、それぞれの横方向の長さ（以下、蛇行幅と称す）Ｗは、約１２〜１７ｍｍであるとする。また、蛇行形状部１３、１４の折り返し回数、すなわち折り返しにより形成される折れ曲がり部分の数は、ここではそれぞれ１１であるが、折り返し回数は問わない。この折り返し回数は、蛇行間隔や蛇行幅、蛇行形状部１３、１４における線路１０の太さ、アンテナ１全体のサイズ等に応じて、線路１０全体の経路長が、利用する電波の波長のほぼ１波長となるように、適宜設定される。蛇行形状部１３、１４は、線路１０の左右の辺の蛇行形状部１３、１４を有さない部分から、線路１０の内側に向かってのみ、突き出た形状を有している。これにより、アンテナ１のサイズを、蛇行形状部１３、１４を設けない場合の線路１０のサイズと同じサイズに保って、アンテナ１のサイズの増大を防ぐことができる。
【００２８】
誘電体基板２は、アンテナ１を配置して、固定するために用いられる。また、誘電体基板２は、集積回路３や、ストラップ４等を配置して、固定するためにも用いられる。例えば、ここでは、アンテナ１は接着剤等を用いて誘電体基板２の表面に貼り合わされている。また、ストラップ４は、ストラップ４の表面に配置された配線が、アンテナ１の給電部１１に接続されるように、給電部１１が配置される位置において誘電体基板２と圧着されている。誘電体基板２は、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）や、エポキシ樹脂等の誘電体材料により構成される。誘電体基板２の厚さは問わない。ただし、誘電体基板２は、ＩＣカードや荷物用のラベル等に利用されるというＲＦＩＤタグ１００の用途等から考えると、厚さが薄く、また、柔軟性等を有するものであることが好ましい。ここでは、このような誘電体基板２の例として、透明な厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを用いている。通常は、誘電体基板２のサイズがＲＦＩＤタグのサイズとなる。ここでは、誘電体基板２は、矩形形状、具体的には略正方形形状を有しているが、誘電体基板２の平面形状は問わない。ここでは、例として、誘電体基板２のサイズは、米国の物流業界において汎用的に利用されているラベルのサイズ以下、すなわち、３×３インチ以下のサイズであるとする。ただし、誘電体基板２のサイズは問わない。
【００２９】
集積回路３は、給電部１１に接続されている。集積回路３は、識別情報等の情報の送受信機の構成を備えており、アンテナ１を介して識別情報等の情報の送受信を行う。また、集積回路３は、アンテナ１から給電部１１を介して給電される電流により動作する。集積回路３としては、通常のＲＦＩＤタグの集積回路として利用可能なものであれば、どのような集積回路を利用しても良く、ここでの詳細な説明は省略する。集積回路３の厚みは問わない。本実施の形態においては、集積回路３は、給電部１１に形成された隙間において、ストラップ４表面と誘電体基板２表面との間に挟み込まれるため、この空間内に配置できるサイズであればよい。ここでは、誘電体基板２やストラップの誘電体基板４２が柔軟性を有しているため、アンテナ１の厚さよりも厚い集積回路３、例えば厚さ約１５０〜１８０μｍの集積回路３を配置することも可能である。
【００３０】
ストラップ４は、集積回路３をアンテナ１の給電部１１に接続するとともに、集積回路３を誘電体基板２に固定するために用いられる部材である。このストラップ４は、サイズ等が異なることを除けば、アンテナ１および誘電体基板２と同様の構成を有しており、ストラップ用の誘電体基板４２の表面に、薄膜状の配線４１が設けられ、集積回路３が、この配線４１と接続されるよう、ストラップ４の表面上に接合されている。誘電体基板４２のサイズは、例えば、厚さ約２５μｍ、縦約４ｍｍ、横約９ｍｍである。配線は、ここでは、例として厚さ約３５μｍで、縦約３ｍｍ、横８ｍｍであり、アンテナ１と同様の方法により作成される。例えば、集積回路３は、半田や、導電性を有する接着剤等で配線４１に接着される。この接合方法は問わない。ストラップ４は、配線４１と、誘電体基板２表面の給電部１１とが接続されるよう、アンテナ１や誘電体基板２と接合されている。ここでは、ストラップ４の表面が、誘電体基板２の表面と向かい合うように、誘電体基板２の表面に取り付けられている。これにより、集積回路３は、給電部１１に形成された隙間において、ストラップ４と誘電体基板２との間に挟み込まれた状態となっている。ストラップ４は、例えば、米国特許第６６６４６４５号明細書に示されているように、表面上に配線４１に接続された電極（図示せず）を有しており、表面側を、熱溶融性の接着剤を塗布した誘電体基板２の表面、すなわちアンテナ１等が設けられている面と向かい合うようにして配置した上で、超音波を与えながら圧着することで、電極と誘電体基板２裏面の給電部１１とが接続されるよう、アンテナ１や誘電体基板２と接合される。これにより、給電部１１と集積回路３とが接続される。ただし、ストラップ４の接合方法は問わない。なお、集積回路３は、給電部１１と電気的に接続されていれば、どのように給電部１１と接続されていても良い。例えば、集積回路３は、図１に示すようにストラップ４を介して給電部１１と接続されている必要はなく、ストラップ４を省略して、給電部１１が、集積回路３に直接接続されていてもよい。
【００３１】
このＲＦＩＤタグ１００のアンテナ１は、例えば、圧延したアルミニウムを誘電体基板２の裏面等に貼り合わせる等により、誘電体基板２の裏面にアルミニウム層を形成後、マスクを、アルミニウム上にグラビア印刷やフォトリソグラフィー印刷で形成後、これをエッチング用のマスクとして酸やアルカリでエッチングすることで形成される。ただし、アンテナ１の形成方法は問わない。例えば、金属インク等を用いて、誘電体基板２上にアンテナ１の形状を印刷することにより、アンテナを形成するようにしても良い。なお、アンテナ１を形成する方法については、公知技術であるので、ここでは説明を省略する。
【００３２】
次に、ＲＦＩＤタグ１００の動作について簡単に説明する。図示しないＲＦＩＤリーダライタから放射された搬送波が、アンテナ１に到達すると、この搬送波からアンテナにより得られた電力が、ストラップ４を介して、集積回路３に供給される。そして、集積回路３は、この供給された電力により、搬送波に含まれる信号に応じた動作、例えばメモリから識別情報を読み出す等、を行う。そして、動作結果として得られた情報を、ＲＦＩＤリーダライタから受け取った搬送波を波源として用いて、アンテナ１を介して送信する。
【００３３】
背景技術として上述したように、ＲＦＩＤタグ１００内において、単に誘電体基板の辺に沿って線路状のループアンテナを配置した場合、配置可能なループアンテナの経路長は誘電体基板のサイズによって限定されることとなる。このため、誘電体基板のサイズを小さくすると、所望の波長帯の電波に対応した経路長、具体的には電波の１波長に相当する経路長、を確保できず、所望の波長帯の電波をアンテナが効率よく放射、あるいは吸収できない。すなわち、利得を高くすることができなくなる。特に、３×３インチのＲＦＩＤタグをＵＨＦ帯に利用する場合、ループアンテナの経路長は、ＵＨＦ帯の電波の波長の約０．８波長程度しか確保できないため、高い利得を得ることができない。
【００３４】
このため、本実施の形態においては線路１０上に、蛇行形状部１３、１４を設けるようにしている。蛇行形状部１３、１４においては、蛇行形状部１３、１４の伸びる方向の長さよりも電流の流れる経路長を長くすることができる。このため、このような蛇行形状部１３、１４を設けることにより、誘電体基板２上に配置する線路１０全体の経路長を、単に誘電体基板の辺に沿って線路状のループアンテナを配置するよりも長くして、所望の波長帯、例えばＵＨＦ帯の電波に対応した経路長を確保することが可能となり、高利得化を図ることが可能となる。
【００３５】
図２は、アンテナ１の経路長と定在波との関係を説明するための模式図である。図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。ここでは、線路１０に蛇行形状部１３、１４が設けられて、アンテナ１の経路長が、アンテナ１が受信する電波の１波長であるλと同じとなるよう調整されているものとする。位置Ａは、給電部１１が配置されている位置、位置Ｄは、線路１０全体の経路の１／２である位置、位置Ｇ２、Ｈ２は、線路１０全体の経路の１／４である位置、位置Ｂ、Ｃ、Ｅ、およびＦは、矩形形状の線路１０の各角隅部の位置、位置Ｇ１、Ｇ３は、蛇行形状部１３の両端の位置、位置Ｈ１、Ｈ３は、蛇行形状部１４の両端の位置を、それぞれ示している。図２において、ＦＢ間およびＣＥ間の経路長をｘ、ＢＣ間およびＥＦ間の経路長をｙとすると、線路１０全体の経路長は、２ｘ＋２ｙ＝λとなり、ｘ＋ｙ＝λ／２となる。なお、ここでは、蛇行形状部１３、１４の経路長は同じであるとし、Ｇ２、Ｈ２は、蛇行形状部１３、１４のそれぞれの経路長の中心であるとする。また、位置Ａが、位置Ｂと位置Ｆとの中間に位置するとした場合、ＣＤ間の経路長は、λ−ｘ／２−ｙ＝ｘ／２となり、位置Ｄは、位置Ｃと位置Ｅとの中間に位置することとなる。なお、ここではＦＢ間とは、位置Ａを通過する位置Ｆと位置Ｂとの間の経路を指すものとする。
【００３６】
図３は、アンテナ１の、経路長と定在波との関係を示す模式図である。図において、縦軸は、アンテナ１において発生する定在波の振幅を示し、横軸は、図２に示したアンテナ１の各位置を示しており、図４における各位置間の距離が、図２に示す各位置間の経路長に相当するものとする。なお、ここでは便宜上、図３の横軸の各位置間の経路長の比は、実際のアンテナ１の各位置間の経路長の比を正確に反映していない。
図３に示すように、アンテナ１の経路長が、アンテナ１が受信する電波の１波長λとほぼ同じである場合、給電部１１の部分と、給電部１１からの経路長が、全経路長の半分であるλ／２となる部分とが、定在波の腹の部分となる。定在波においては、腹の部分の電流が最も大きいことから、この部分近傍がアンテナとして最大効率で働くこととなる。
【００３７】
一方、蛇行形状部１３、１４においては、線路１０が蛇行しているため、折れ曲がって隣接する線路の辺同士の間で逆向きの電流が流れることにより静電的な結合等が生じ、電流のロスが生じることとなる。このような電流のロスの大きい蛇行形状部１３、１４を、電流の高い部分に持ってくると、電流のロスが大きいとともに、アンテナとして最大効率として働く部分の振幅が乱されることとなる結果、アンテナ１の利得が低下してしまう。
【００３８】
このため、本実施の形態のアンテナ１においては、蛇行形状部１３、１４を、定在波の腹となる位置近傍以外の位置、すなわち線路１０上の、給電部１１が設けられている位置近傍と、給電部１１からの経路長が線路１０の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に有しているようにしたことにより、アンテナ１の、最も電流が高く、アンテナとして最大効率として働く部分に与える蛇行形状部１３、１４の影響を抑えて、アンテナ１の利得を高く保つことができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態においては、アンテナ１における電流の最も小さい位置である定在波の節となる位置、すなわち、線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０の経路長の１／４となる位置に、すなわち線路１０の経路長の１／４となる位置を通過するように、蛇行形状部１３、１４を設けている。この結果、定在波の電力の最も小さい部分である節の近傍に蛇行形状部１３、１４が設けられることとなる。このような構造としたことにより、蛇行形状部１３、１４による電流のロスを小さくするとともに、アンテナとして効率よく働く部分、すなわち定在波の腹の近傍部分から離れた位置に蛇行形状部１３、１４を配置することによって、アンテナ１に対して蛇行形状部１３、１４が与える影響をより小さくして、アンテナ１の利得を高くすることができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態においては、アンテナ１における電流の最も小さい位置である定在波の節となる位置、すなわち、線路１０上の、給電部１１からの経路長が、線路１０の経路長の１／４となる位置に、蛇行形状部１３、１４のそれぞれの経路長の中心Ｇ２、Ｈ２が位置するように、蛇行形状部１３、１４を設けている。この結果、定在波の電力の最も小さい部分である節を中心として蛇行形状部１３、１４が設けられることとなり、蛇行形状部１３、１４による電流のロスを最も小さくするとともに、図３におけるＡＧ１間とＤＧ３間との距離が等しく、ＡＨ３間とＤＨ１間との距離が等しくなるため、アンテナとして効率よく働く定在波の２つの腹が発生する位置である位置Ａおよび位置Ｄのどちらからも最も離れた位置に蛇行形状部１３、１４を配置することによって、アンテナ１に対して蛇行形状部１３、１４が与える影響を最も小さくして、アンテナ１の利得をより高くすることができる。
【００４１】
図４は、図２に示したアンテナ１の電流分布を示すための模式図である。図において斜線で示す部分が電流の分布であり、電流の分布を、線路１０に沿って示したものであり、その振幅を線路１０の辺に垂直な方向の高さとして表している。
【００４２】
図４において、電流がアンテナ１を時計回りに流れていたとすると、ＣＥ間、ＦＢ間には、逆方向の電流が流れるが、ＦＢ間の電流の符号は負であるため、ＦＢ間の電流ベクトルは、ＣＥ間の電流ベクトルと等しくなる。
【００４３】
一方、ＢＣ間と、ＥＦ間の電流は、それぞれの中央である位置Ｇ２、Ｈ２において電流の符号が反転し、さらに、ＢＣ間では電流が上向きに流れるのに対し、ＥＦ間では電流が下向きであるので、電流の流れる方向は、逆方向である。このため、これらの各辺の電流ベクトルは、上下は逆で、さらに、左右も逆となる。
【００４４】
アンテナ１から放射される電界は主に振幅の大きな電流によって定まるため、このアンテナ１の放射電界は、横方向に伸びる平行なＦＢ間の辺とＣＥ間の辺からの放射によって定まり、同相給電の横方向に平行な２つのダイポールアンテナと同様の特性を示す。
【００４５】
一方、縦方向に伸びる平行なＢＣ間およびＥＦ間の２つの辺の電流は、振幅も小さく、しかも互いに逆相であり、放射電界に与える影響も少ない。
【００４６】
したがって、本実施の形態においては、特に、給電部１１が設けられている辺に対して垂直な辺に蛇行形状部１３を設けることにより、放射電界に影響が少ない位置に蛇行形状部１３、１４を設けることとなるため、蛇行形状部１３、１４によるアンテナ１の放射電界に対する影響を抑えることができ、高利得化を図ることができる。
【００４７】
図５は、本実施の形態におけるアンテナ１の蛇行幅Ｗと、利得差との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。ここで述べる利得差とは、蛇行幅Ｗを調整して最も高い利得が得られた場合のアンテナ１の絶対利得を０ｄＢとした場合の、蛇行幅Ｗのアンテナ１の相対的な利得である。
【００４８】
図５に示すように、アンテナ１の蛇行幅Ｗを変更すると、利得差が変化する。そして、この結果から、蛇行幅Ｗが、約１２〜１７ｍｍである場合にアンテナ１の利得差が小さく、アンテナ１の放射効率が最も良いことがわかる。
【００４９】
図６は、本実施の形態におけるアンテナ１の蛇行間隔Ｐと、利得差との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。
【００５０】
図６に示すように、アンテナ１の蛇行間隔Ｐを変更すると、利得差が変化する。そして、この結果から、蛇行間隔Ｐが、約３ｍｍである場合にアンテナ１の利得差が小さく、アンテナ１の放射効率が最も良いことがわかる。
【００５１】
この結果から、蛇行幅Ｗが、約１２〜１７ｍｍで、蛇行間隔Ｐが、約３ｍｍである蛇行形状部１３、１４を設けることが、利得の高い、放射効率に優れたループアンテナを得る上で好適であることがわかる。
【００５２】
以上、本実施の形態によれば、線路１０に蛇行形状部１３、１４を設けるようにしたことにより、アンテナ１のサイズを大きくすることなく、アンテナ１全体の経路長を長くして所定の波長に対応させた高利得なアンテナを得ることができる。また、蛇行形状部１３、１４を、線路１０の腹となる位置近傍以外、特に、節となる位置に設けるようにしたことにより、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なアンテナを得ることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、２つの蛇行形状部１３、１４が節の部分に位置するようにしたが、複数の蛇行形状部の少なくとも一つが、節に位置するようにしてもよい。このような構成とすることで、複数の蛇行形状部が全て節に位置しない場合に比べて、アンテナに対して蛇行形状部が与える悪影響を小さくして、アンテナ１の利得を高くすることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１においては、給電部１１を矩形の線路１０の１辺の中央に配置した場合について説明したが、上記実施の形態１に係るＲＦＩＤタグにおいては、給電部１１は、線路１０のどの位置に配置するようにしてもよい。
【００５５】
例えば、図７に示す変形例１のように、給電部１１を線路１０の角隅部に設けるようにしても良い。このような場合においても、図７に示すように、蛇行形状部１３、１４を、線路１０の腹となる位置近傍以外、特に、節となる位置に設けるようにすること、すなわち、蛇行形状部１３、１４を、線路１０上の、給電部１１が設けられている位置近傍と、給電部１１からの経路長が線路１０の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置、特に、線路１０の経路長の１／４となる位置に設けることにより、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なアンテナを得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、２つの蛇行形状部１３、１４を設けた場合について説明したが、本発明においては、蛇行形状部の全てが、定在波の腹の位置近傍に配置されないようにすれば、蛇行形状部は１以上であればよい。
【００５７】
例えば、図８に示す変形例２のように、線路１０に、蛇行形状部１３、１４を設ける代わりに、４つの蛇行形状部１５〜１８を、アンテナ１の縦方向に伸びる辺上に設けるようにしても良い。このような構成により、アンテナ１のサイズを大きくすることなく経路長を長くできるとともに、蛇行形状部を設けることによる利得への悪影響を抑えて、所定の波長に適応した、高利得なアンテナを得ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、２つの蛇行形状部１３、１４のそれぞれの折り返し回数が１１回である場合について説明したが、本発明においては、各蛇行形状部の折り返し回数や、線路１０の全ての蛇行形状部の折り返し回数の合計数は問わない。
【００５９】
例えば、図１に示したアンテナ１において、蛇行形状部１３、１４の代わりに、図９に示すような折り返し回数が５である蛇行形状部１９、２０を設けるようにしても良く、また、図１０に示すように、折り返し回数が１である蛇行形状部２１、２２を設けるようにしても良い。このような場合においても、図１と同様の高利得なアンテナを得ることができる。ただし、このとき、アンテナ１が利用する電波の波長に応じて、蛇行形状部１９〜２２の蛇行間隔Ｐや蛇行幅Ｗ、蛇行形状部における線路１０の太さ等は適宜調整するようにする。
【００６０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかるループアンテナ等は、小型のＲＦＩＤタグ用のアンテナ等として適しており、特に、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグのアンテナ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの構造を示す平面図
【図２】同模式図
【図３】同ループアンテナと、定在波との関係を示す模式図
【図４】同電流分布を示す図
【図５】同シミュレーション結果を示す図
【図６】同シミュレーション結果を示す図
【図７】同変形例を示す図
【図８】同変形例を示す図
【図９】同変形例を示す図
【図１０】同変形例を示す図
【符号の説明】
【００６３】
１ アンテナ
２ 誘電体基板
３ 集積回路
４ ストラップ
１０ 線路
１１ 給電部
１２ 整合回路
１３〜２２ 蛇行形状部
２０ 凹部
４１ 配線
４２ 誘電体基板
１００ タグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、
１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、
前記線路に設けられた給電部とを備え、
前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の腹となる位置近傍以外に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナ。
【請求項２】
前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の節となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有している請求項１記載のループアンテナ。
【請求項３】
ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、
１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、
前記線路に設けられた給電部とを備え、
前記環状の線路は、当該環状の線路上の前記給電部が設けられている位置近傍と、前記給電部からの経路長が前記線路全体の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナ。
【請求項４】
前記環状の線路は、前記環状の線路上の、前記給電部からの経路長が、前記線路の経路長の１／４となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有している請求項３記載のループアンテナ。
【請求項５】
前記環状の線路は矩形形状であり、
前記環状の線路は、前記給電部が配置されている辺および当該辺に対向する辺以外の辺に前記１以上の蛇行形状部を有している請求項１から請求項４いずれか記載のループアンテナ。
【請求項６】
前記給電部に接続された整合回路をさらに備えた請求項１から請求項５いずれか記載のアンテナ。
【請求項７】
前記請求項１から請求項６いずれか記載のループアンテナと、前記給電部に接続された集積回路と、前記ループアンテナが配置された誘電体基板とを具備するＲＦＩＤタグ。
【請求項１】
ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、
１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、
前記線路に設けられた給電部とを備え、
前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の腹となる位置近傍以外に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナ。
【請求項２】
前記環状の線路は、前記ループアンテナに発生する定在波の節となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有している請求項１記載のループアンテナ。
【請求項３】
ＲＦＩＤタグ用のループアンテナであって、
１以上の蛇行形状部を有する環状の線路と、
前記線路に設けられた給電部とを備え、
前記環状の線路は、当該環状の線路上の前記給電部が設けられている位置近傍と、前記給電部からの経路長が前記線路全体の経路長の半分となる位置近傍とを除いた位置に、前記蛇行形状部を有しているループアンテナ。
【請求項４】
前記環状の線路は、前記環状の線路上の、前記給電部からの経路長が、前記線路の経路長の１／４となる位置に、前記蛇行形状部の少なくとも１つを有している請求項３記載のループアンテナ。
【請求項５】
前記環状の線路は矩形形状であり、
前記環状の線路は、前記給電部が配置されている辺および当該辺に対向する辺以外の辺に前記１以上の蛇行形状部を有している請求項１から請求項４いずれか記載のループアンテナ。
【請求項６】
前記給電部に接続された整合回路をさらに備えた請求項１から請求項５いずれか記載のアンテナ。
【請求項７】
前記請求項１から請求項６いずれか記載のループアンテナと、前記給電部に接続された集積回路と、前記ループアンテナが配置された誘電体基板とを具備するＲＦＩＤタグ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２２８３２６（Ｐ２００７−２２８３２６Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４７８６８（Ｐ２００６−４７８６８）
【出願日】平成１８年２月２４日（２００６．２．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００６年２月１４日 インターネットアドレス「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｍｒｏｎｒｆｉｄ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／０６０２１４．ｈｔｍｌ」に発表
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２４日（２００６．２．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００６年２月１４日 インターネットアドレス「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｍｒｏｎｒｆｉｄ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／０６０２１４．ｈｔｍｌ」に発表
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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