無線通信装置及びそのインピ−ダンス調整方法

【課題】
ＲＦＩＤ（移動体識別）システムにおいて、種々の物体に装着する無線タグとして好適な無線通信装置に関し、送受信特性が向上すると共に、設計・製造が容易であり、さらには製造コストの低減を可能にするＲＦＩＤ用無線通信装置を提供する。
【解決手段】
基板２、この基板上に設けた放射導体３及びこの放射導体上に電気的に接合された通信制御モジュール４（タグＩＣ）を収納する誘電体からなるケース体５を備え、このケース体の表面に無給電素子６を設けることにより達成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（移動体識別）システムにおいて、種々の物体に装着する無線タグとして好適な無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの１つに、ＲＦＩＤ（電波方式認識：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムがある。このＲＦＩＤシステムは、読出し・書き込み機能を有するシステムであって、質問器と無線タグを備える。無線タグは、質問器の指示に従い情報を蓄え、また蓄えられた情報を送信する。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムで用いられる無線タグとして、特にマイクロ領域では、バッテリを内蔵した無線タグがファクトリーオートメーション（Factory Automation；略称ＦＡ）分野でよく利用されているが、半導体技術を用いた無線通信回路の技術の進展によって、質問器に基づく信号から駆動電力を得るバッテリを持たない無線タグが開発され、多くの分野でさまざまな活用が検討されている。この無線タグは、特に物流、流通関連において、さらなる活用が期待されている。
【０００４】
図４は、ＲＦＩＤシステム１１の基本構成を示す図である。ＲＦＩＤシステム１１は、質問器１３と無線タグ１２とから構成される。このＲＦＩＤシステムは基本的に次のように動作する。
【０００５】
先ず、質問器１３から発せられた信号が無線タグ１２内のアンテナ素子（図示しない）で受信され、同じく無線タグ１２内のタグＩＣ（図示しない）に導かれる。導かれた信号は、タグＩＣ内で処理され、例えば質問器１３の読み出し指示の場合には、タグＩＣ内の蓄積情報によって入力信号が変調を受け、再度アンテナ素子から放射される。質問器１３側に放射された信号は、質問器１３のアンテナ素子で受信され、ＲＦＩＤとしての機能が実現される。
【０００６】
ところで、このＲＦＩＤシステムは、電磁誘導方式、電磁結合方式、電波方式の各種の方式があるが、いずれの場合においてもＲＦＩＤシステムは、質問器と無線タグから構成され、無線タグは、基板と放射導体からなるアンテナ部を有する。一般に普及し始めている電波方式のＲＦＩＤシステムでは、周波数が２．４５ＧＨｚもしくはＵＨＦ帯の９１５ＭＨｚの信号が用いられている。これら双方の使用周波数帯域における無線タグのタグＩＣは、使用周波数に拘わらず、共通のタグＩＣを用いることができる。
【０００７】
一方、アンテナ部は、使用周波数に応じて、それぞれ設計・製造しなければならない。また、設計・製造された無線タグは、回路側との整合を図るため、無線タグのインピーダンス調整を行う必要がある。
【０００８】
このように、従来の無線タグにおいては使用周波数に応じてアンテナ部を別々に設計・製造しなければならず、製造コストが高くなっていた。また、無線タグのアンテナ部の設計・製造を正確に管理していたとしても、アンテナ部の僅かな形状の差異により、無線タグのインピーダンスがばらついてしまうため、回路側との整合を図る手段がなく、送受信特性の劣化を招いていた。
【０００９】
特許文献1、２には、放射効率が高く、かつ用途が広く、さらに製造が容易で、製造コストが低い無線通信装置が開示されているが、回路側とのインピーダンスの整合を図る手段は、アンテナ長そのものを調整するものであった（下記特許文献１、特許文献２参照）。しかしながら、従来の製造工程においては、アンテナ部がケース体に覆われた後は、インピーダンスを調整する手段はなかった。無線タグと回路側のインピーダンス調整を正確に行わない場合、回路側のアンテナ入力端に反射が生じ、結果的にアンテナ部に電力が供給できなくなり、送受信特性を著しく劣化させていた。
【特許文献１】特開２００３−２９８４６４
【特許文献２】特開２００２−３５３７３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、送受信特性が向上すると共に、設計・製造が容易であり、さらには製造コストの低減を可能にするＲＦＩＤ用無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的は、基板、該基板上に設けた放射導体及び該放射導体上に電気的に接合された通信制御モジュールを収納する誘電体からなるケース体を備えた無線通信装置であって、該ケース体の表面に無給電素子を設けることにより達成される。なお、本発明における誘電体からなるケース体とは、誘電体のみから構成されるケース体に限らず、本発明の効果を逸脱しない範囲で、その一部が誘電体以外の材質から構成されていてもよい。
【００１２】
本発明の無線タグにおいては、ケース体の表面に設けた無給電素子が一つの場合には、その面積を変えることにより無線タグのインピーダンスの調整を行うことができ、また無給電素子が２つ以上設けられる場合には、それらの間隔を大きくしたり小さくしたりすることによって、無線タグのインピーダンスの調整を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ケース体上の無給電素子が一つの場合、その面積を小さくすることによって、インピーダンスを高くすることができ、逆にその無給電素子の面積を大きくすることによって、インピーダンスを低くすることができる。
【００１４】
また、ケース体の無給電素子が２つの場合、それらの間隔の距離を小さくすることによって、インピーダンスを低くすることができ、逆にそれらの間隔の距離を大きくすることによって、インピーダンスを高くすることができる。
【００１５】
これは、ケース体上に設けた無給電素子が、インピーダンス調整素子としての役割を果たすため、無線タグのインピーダンスを変化させることができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、無線通信装置の通信周波数が２．４５ＧＨｚ又はＵＨＦ帯の９１５ＭＨｚの信号が用いられる無線通信装置に対応したものである。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態である無線通信装置の斜視図である。無線タグ１に用いられる基板２は、高周波特性にすぐれた、すなわち誘電損失の低い材料、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板（ＦＲ−４）が用いられる。この基板は、略直方体形状を有し、比誘電率が４から５、誘電損失が０．０２１程度の誘電体である。
【００１８】
放射導体３は、その形状に特に制限はないが、製造上の利点を考慮すれば、矩形状であることが望ましい。この放射導体は、金、銀、銅、その他導電性の金属が用いられ、本発明においては、銀で作製される。
【００１９】
さらに、この放射導体上に通信制御モジュールとなるタグＩＣ４が電気的に接続される。電気的な接続とは、本発明において、信号が伝達することをいう。
【００２０】
このタグＩＣ４は、半導体集積回路によって実現され、復調部、変調部及び情報を蓄積するメモリ部とを有し、放射導体が形成される面内領域に配置される。タグＩＣ４は、放射導体３で受信した信号を復調部において復調し、復調した信号が応答命令を出す場合、タグＩＣ４は、指定された情報をメモリ部に書き込む。タグＩＣ４は、応答命令及び書き込み命令の両方に対応する機能を有する必要はなく、応答命令に対応する機能のみを有してもよい。
【００２１】
基板、基板上の放射導体及びこの放射導体上に電気的に接合されたタグＩＣを収納する誘電体からなるケース体５は、誘電体のみから構成されることがより好ましい。
【００２２】
この誘電体は、比誘電率が５から１００、誘電損失が０．００１程度の、例えば、セラミックが用いられる。ケース体は、タグＩＣには接触しないように、空気層となる間隙を設け、放射導体及びタグＩＣの双方を覆うように形成される。
【００２３】
このケース体の表面には、一つの無給電素子６が形成される。本発明において、無給電素子は、銀ペーストを厚さ１０μｍ程度に印刷されている。無給電素子は、導体であれば特にその素材に拘らず、金、銅、アルミニウムなど導体の金属厚膜であればよい。
【００２４】
この無給電素子は、その面積の大小によって、無線タグのインピーダンスを変えることができる。例えば、所望のインピーダンスよりも、無線タグのインピーダンスが大きい場合は、この無給電素子をその得ようとするインピーダンスに合わせて、その面積を大きくするとよい。また、所望のインピーダンスよりも、無線タグのインピーダンスが小さい場合は、その面積を小さくするとよい。
【００２５】
このように、無給電素子の面積を変えることによって、アンテナ部の形状に左右されずにインピーダンス調整ができる。
【００２６】
図２は、本発明の第２の実施形態である無線通信装置の斜視図である。
【００２７】
本実施形態においても、誘電体からなるケース体により、基板、この基板上に設けた放射導体及びこの放射導体上に電気的に接続された通信制御モジュールを覆う構成は、上記実施の形態１となんら変わるところはない。
【００２８】
第２の実施形態においては、ケース体の表面に２つの無給電素子を設け、その互いの距離を調整することによって、無線タグのインピーダンスを調整する。例えば、所望のインピーダンスよりも、無線タグのインピーダンスが大きい場合は、得ようとするインピーダンスに合わせて、該２つの無給電素子間の距離を短くするとよい。また、所望のインピーダンスよりも、無線タグのインピーダンスが小さい場合は、その距離を長くするとよい。
【００２９】
このように、無給電素子を設けることによって、アンテナ部の形状に左右されずにインピーダンス調整ができる。
【００３０】
また、実施の形態１、２のいずれにおいても、基板の下側、つまり通信制御モジュールを配置しない側に、ケース体と同じ材質の誘電体を設けてもよい。
【００３１】
このとき下側の誘電体は、基板と同じ大きさとすることが望ましく、また、基板は約０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３２】
本発明は、無線通信装置の使用周波数が２．４５ＧＨｚとその使用周波数が９１５ＭＨｚの無線タグ双方を作製する場合に特に有用である。
【００３３】
無線タグは、その使用周波数に応じたアンテナ部を設計・製造しなければならないことは、先に述べたとおりだが、本発明に従えば、その双方の使用周波数に応じたアンテナ部を共用することができる。
【００３４】
一般に無線タグの使用周波数が小さくなると、十分なアンテナ出力を得るため、アンテナは大きくする必要がある。しかしながら、本発明によれば、アンテナの大型化を招くことなく、送受信特性に優れた無線通信装置を廉価に製造することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３６】
厚さ約２ｍｍのガラスエポキシ基板上に、乾燥後、厚さ約１０μｍ、大きさ１０ｍｍ×５０ｍｍとなるよう銀ペーストを塗布し、放射導体を形成した。その後、この放射導体上に通信制御モジュールをはんだにて接合し、ケース体を用いずに、使用周波数が２．４５ＧＨｚの無線タグを作製した。このときのアンテナ長、つまり放射導体の長手方向の長さは５０ｍｍであった。
【００３７】
同様に、ケース体を用いずに、使用周波数９１５ＭＨｚの無線タグを作製したところ、アンテナ長は、約１６０ｍｍ必要となった。
【００３８】
そこで、この９１５ＭＨｚの無線タグを、比誘電率が７〜８の誘電体を用いたケース体で覆ったところ、アンテナ長を５０ｍｍにすることで、ケース体を用いない無線タグと同等の送受信特性が得られた。さらにインピーダンスの調整のため、ケース体上に無給電素子を、銀ペーストを用い厚さ１０μｍ、縦×横を３ｍｍ×３ｍｍの大きさに印刷で作製した。
【００３９】
この無給電素子を利用し、回路側との整合を図るため、無線タグのインピーダンス調整を行った。
【００４０】
このように本発明によれば、２．４５ＧＨｚの無線タグのアンテナ及び９１５ＭＨｚの無線タグのアンテナを共用することができ、製造上コストを大幅に低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上述の発明は、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線通信装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第1の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図４】ＲＦＩＤシステムの基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１無線通信装置
２基板
３放射導体
４通信制御モジュール（タグＩＣ）
５ケース体
６無給電素子
１１ＲＦＩＤシステム
１２無線タグ
１３質問器

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、該基板上に設けた放射導体及び該放射導体上に電気的に接続された通信制御モジュールを収納する誘電体からなるケース体を備えた無線通信装置であって、該ケース体の表面に無給電素子を設けたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記無給電素子は、金属導体であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載された無線通信装置のインピーダンス調整方法であって、前記無給電素子の面積を変化させることにより、無線通信装置のインピーダンスを調整することを特徴とする無線通信装置のインピーダンス調整方法。
【請求項４】
請求項１に記載された無線通信装置のインピーダンス調整方法であって、複数の前記無給電素子間の距離を変化させることにより、無線通信装置のインピーダンスを調整することを特徴とする無線通信装置のインピーダンス調整方法。

【図１】