ＲＦＩＤタグ及びその製造方法
【目的】パッチアンテナに孔を明けたり、あるいは、パッチアンテナにDC的に給電する必要がないRFIDタグ及びその製造方法を提供する。
【構成】タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグにおいて、該RFIDタグは、LSIチップが搭載された所定線幅の線状アンテナ、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、線状アンテナとパッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部を備えている。高周波結合部は、例えば、パッチアンテナにスロットを形成し、線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置することにより形成され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる。
【構成】タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグにおいて、該RFIDタグは、LSIチップが搭載された所定線幅の線状アンテナ、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、線状アンテナとパッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部を備えている。高周波結合部は、例えば、パッチアンテナにスロットを形成し、線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置することにより形成され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、RFIDタグ及びその製造方法に係わり、特にタグアンテナとしてパッチアンテナ（平面アンテナ）を備え、導電性物体あるいは非導電性物体あるいは液体を含む物体に貼り付けて使用しても所要の特性を発揮するRFIDタグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流通業界、運送業界等において、個々の製品情報を管理する方法として、製品自体に、あるいは製品の箱にバーコードを印刷あるいは貼付し、このバーコードをバーコードリーダによって読取る方法が広く用いられている。しかし、かかるバーコード処理方法では、バーコードを読取る際、バーコードリーダをバーコードに接触させなければならず、読み取り作業が面倒であった。また従来のバーコード処理方法では、バーコード自体に新たな情報を追加あるいは更新することができない問題があった。
このため、近年、バーコードに替わって物品等にRFID（Radio Frequency Identification）タグをつけ、物品の情報を無線（電磁結合）で非接触で読み取ることが要求され、実用化されつつある。RFIDタグは、ICカードの機能に情報の無線通信機能を追加したもので、情報記録可能な不揮発性メモリを備えているが電池(電源部)を有していない。このため、タグ読み取り装置はRFIDタグのメモリから情報を非接触で読み取る際、電磁波でRFIDタグに電力を供給し、該メモリから情報を読み取るようになっている。かかるRFIDタグによれば、作業性の大幅な向上を図ることができ、しかも、RFIDタグとの間で認証機能、暗号化等の技術を用いることにより、優れたセキュリティを確保することができる。
【０００３】
図３８はRFIDタグの説明図であり、読み取り装置１はアンテナ２より送信データで変調した無線信号（電磁波）をRFIDタグ３に送信する。無線タグ３のアンテナ３ａは受信信号を整流回路３ｂと変復調回路３ｃに入力する。整流回路３ｂは無線信号を直流電圧に変換して変復調回路３ｃと論理回路３ｄに供給し、電源として動作する。変復調回路３ｃは読み取り装置1から送られてきた制御データを復調し、論理回路３ｄに入力する。論理回路３ｄは該制御データ(コマンド)に応じた論理処理を行なって、例えば内蔵のメモリに記憶されている情報を読み取って変復調回路３ｃに入力する。変復調回路３ｃは論理回路から入力された情報を用いて搬送波を変調して無線でアンテナ３ａから読み取り装置1に送信する。
RFIDタグとして種々のタイプが提案されている。その１つとしてプラスチックや紙などの誘電体ベースシート上に電波通信用のアンテナパターンとICチップ（LSI）を搭載したものがある。かかるRFIDタグは非導電性の物体に貼り付けられると通信距離等に関して所要の性能が得られる。しかし、スチール等の金属に貼り付けられる場合、該金属によりRFIDタグの通信用電波が阻害されて通信距離の低下などの不具合が生じる。
【０００４】
図３９はかかる不具合発生の説明図であり、図３９（A）は半波長のダイポールアンテナパターンを備えたRFIDタグを非導電性物体(図示せず)に貼り付けた場合の説明図であり、リーダライターのアンテナより放射される電波によりダイポールアンテナDPにICチップに必要な電力(開放電圧V)が発生する。また、ダイポールアンテナに電流Iを流してリーダライターのアンテナに向けて電磁波を送信することができる。
しかし、金属物体にダイポールアンテナパターンを備えたRFIDタグを貼り付けた場合、金属表面において電界の接線方向成分が境界条件から０となり、周囲電界が０となる。このため、RFIDタグのICチップに必要な電力を供給することができない。またタグアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信（散乱）することもできない。すなわち、図３９（B）に示すように、金属物体MTLにダイポールアンテナパターンDPを備えたRFIDタグを貼り付けた場合、ダイポールアンテナDPに電流Iを流すと、写像原理により金属物体MTLに逆方向に電流が流れるイメージIMGが発生する。このイメージにより、ダイポールアンテナ電流Iにより発生する電磁界が打ち消され、RFIDタグのICチップに必要な電力を供給することができず、しかも、タグアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信することもできなくなる。以上から金属表面に貼り付けてもアンテナ利得が劣化せず、電磁波の送受信が可能なタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
【０００５】
そこで、図３９（C）に示すように、金属物体MTL表面からダイポールアンテナパターンDPまでの距離Dを大きくしてイメージの影響を低減することが考えられるがRFIDタグの厚みが大きくなって使用上の問題が生じる。また、UHF帯のRFIDシステムは他の周波数帯に比べ、通信距離が長いという利点を持つが、UHF帯のダイポール型タグアンテナは通常半波長（約16cm）程度の長さが必要である。この長さはタグアンテナを誘電体に貼り付けたり折り曲げたりすることで確保し、かつ小形化しているが、狭帯域になってしまう。以上から、RFIDタグの小型化、及び小形化してもアンテナ利得が劣化せず、しかも、極力帯域が広くなるようなタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
また、タグアンテナの受信電力をLSIチップに効率よく供給するためにタグアンテナとLSIチップのインピーダンスがマッチング（整合）している必要がある。このため、インピーダンス変換回路が必要となるが、RFIDタグの製造コストが高くなる。このため、インピーダンス変換回路を使用せずにタグLSIチップとタグアンテナの整合を取る必要がある。すなわち、インピーダンス変換回路を使用しなくてもLSIチップとのインピーダンス整合が取れるようにしたタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
【０００６】
従来のダイポールアンテナを備えたRFIDタグは上記のように金属に貼り付けると通信距離が劣化するという問題がある。このため、UHF帯においても幾つかの金属対応タグアンテナが開発されているが(特許文献1参照)、いずれも厚さ4mm以上、長さ10cm以上と大きいものばかりであった。
このため、本願出願人は、金属表面に貼り付けても電磁波の送受信が可能な小型アンテナを備えたRFIDタグを提案している(特許文献２参照)。この提案されたRFIDタグ１０は、図４０に示すように直方体状の誘電体部材１１と、この誘電体部材１１の表面に設けられてループアンテナを形成する送受信用のアンテナパターン１２と、このアンテナパターン１２にチップ搭載パッド１３を介して電気的に接続されたＩＣチップ１５と、を備えている。このループアンテナ構成のRFIDタグによれば小型、薄型の構造にもかかわらず、金属表面に貼り付けても電磁波の送受信が可能で通信距離を長くでき、しかも、広い帯域でゲインをほぼ一定にでき、更に、インピーダンス変換回路が無くても整合を取ることができる。しかし、ループアンテナ構成のRFIDタグを製造するには、側面メッキ加工などの複雑な工程、あるいは、絶縁フィルムを誘電体部材に巻きつける工程が必要となり、製造コストが高くなり、あるいは、高い巻き付け位置精度が要求される問題がある。
【０００７】
そこで、最近、パッチアンテナをRFIDタグのタグアンテナとして使用することが提案されている。このパッチアンテナ構成のRFIDタグによれば、ループアンテナ構成のRFIDタグのように側面メッキ加工や巻きつけ作業が不要となる。
しかし、パッチアンテナをRFIDタグのアンテナに適用するには、RFIDタグのLSIチップとインピーダンスマッチングさせなければならない。通常、パッチアンテナへの給電は、５０Ω給電線と整合がとれる位置より該パッチアンテナに給電すればよいが、LSIチップのインピーダンスは５０Ωから大きく異なる値になり、インピーダンス変換回路が必要になる。また、従来のパッチアンテナでは、給電のためにパッチアンテナに孔を明ける必要があり、加工コストが高くつく問題がある。
インピーダンス変換回路が不要で、かつ、給電のための孔を明ける必要のないRFIDタグのパッチアンテナが提案されている（特許文献３）。この提案されている方法はパッチアンテナにタグLSIがDC的に接続された状態で給電するもので、接続線の線幅や長さを調整してインピーダンスマッチングを行なうものであるが、給電部の構造が複雑になりやすいという問題がある。また低い周波数、低い誘電率の基板を想定した場合、整合回路パターン並びに四分の一波長変換機がアンテナ全体に対して占める割合が大きくなる。
【特許文献１】特開２００２−２９８１０６号公報
【特許文献２】特開２００６−５３８３３
【特許文献３】ＵＳ６２１５４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上から本発明の目的は、金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しないRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、給電のためにパッチアンテナに孔を明ける必要がなく、あるいは、パッチアンテナにDC的に接続する必要がないRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、インピーダンス変換回路が不要なRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、高利得の小型、薄型構造のRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
・RFIDタグ
本発明はタグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグであり、LSIチップが搭載された給電用パターン、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部を備えている。
【００１０】
本発明のRFIDタグは、更に、一方の側に前記給電用パターン、パッチアンテナ、高周波結合部が形成され、他方の側にグランドとしての導電パターンが形成された誘電体と、該パッチアンテナの一辺とグランド間を誘電体の側面において短絡する短絡部を備えている。
本発明のRFIDタグにおいて、代表的な給電用パターンはダイポールアンテナやモノポールアンテナおよびループアンテナである。
【００１１】
上記本発明のRFIDタグにおいて、前記パッチアンテナにスロットが形成され、前記給電用パターンとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる。
上記本発明のRFIDタグにおいて、前記パッチアンテナに切り欠きが形成され、線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該切り欠きに高周波的に結合され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる。
上記本発明のRFIDタグにおいて、前記微小ダイポールアンテナの中央に前記LSIチップが搭載され、該LSIチップを中心に前記パッチアンテナと左右対称となるように別のパッチアンテナが設けられ、前記パッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの一端の位置関係と、該別のパッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの他端の位置関係が同じである。
【００１２】
・RFIDタグの製造方法
本発明はタグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法である。
このRFIDタグの製造方法は、両面プリント基板の表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ基板の表面に形成し、かつ、給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成するステップ、前記プリント基板裏面の導電パターンをグランドとするステップ、前記LSIチップを前記給電用パターンに実装してRFIDタグを製造するステップを有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、LSIチップが搭載された給電用パターン、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部を備え、給電用パターンより高周波的にパッチアンテナに給電するため、パッチアンテナに孔を明ける必要がないためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、本発明によれば、パッチアンテナをタグアンテナとして利用しているため、グランド側の物資の特性に影響されないため、金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、本発明によれば、パッチアンテナの利得はループアンテナなどに比べて大きく、しかも、厚みや、金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより,パッチアンテナの利得を更に大きくでき、サイズを小型にできる。
また、本発明によれば、給電用パターンとしてのダイポールアンテナやモノポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法を調整することにより、あるいは給電用パターンの長さ、スロット長、切り欠き長などを調整することにより、LSIチップとインピーダンスマッチングさせることが可能になり、インピーダンス変換回路を不要にできる。
また、本発明によれば、パッチアンテナの一辺とグランド間を短絡するようにしたから、パッチアンテナのサイズを半分にしてRFIDタグを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（Ａ）第１実施例
図１は第１実施例のRFIDタグの説明図であり、（Ａ）は誘電層を除去した場合の斜視図、（Ｂ）は誘電層が透明であるとした場合の側面図、（Ｃ）はパッチアンテナと微小ダイポールアンテナの位置関係を示す平面図である。側面図では構成が明確となるように各部の厚みを実際より厚くして示している。
第１実施例のRFIDタグは、絶縁フィルム３１（図１（Ｂ））上に印刷あるいはエッチングにより形成されたパッチアンテナ３２と、両面プリント基板３３の表面をエッチングすることにより形成された微小ダイポールアンテナ３４と、プリント基板裏面の導電パターンで形成されたグランド（GND）３５を積層して構成されている。絶縁フィルム３１として、可撓性を有する熱可塑性プラスチック例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を用いることができる。波長λに比べてきわめて短い長さのダイポールアンテナのことを微小ダイポールアンテナという。ダイポールアンテナは線状アンテナに属する。
パッチアンテナ３２には微小ダイポールアンテナ３４と高周波結合するための細長の所定寸法のスロット３６が形成されている。微小ダイポールアンテナ３４は所定線幅の直線形状を備え、その中央部にRFIDタグのLSIチップ３７がチップボンディング技術により実装され、該微小ダイポールアンテナ３４の左右にインピーダンス調整用の導電パターン（並列インダクタ）３８ａ，３８ｂが接続されている。微小ダイポールアンテナの一端直線部はパッチアンテナ３２に形成したスロット３６と交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナ３４よりパッチアンテナ３２に高周波的に給電するようになっている。
並列インダクタ３８ａ，３８ｂは微小ダイポールアンテナと一体に形成され、所定線幅を備え、その長さはタグアンテナがLSIチップ３７にインピーダンスマッチングするように調整されている。なお、図１は２つの並列インダクタ３８ａ，３８ｂを接続した例であるが１つでも良い。また、ダイポールアンテナ３４の下側直線部を折り曲げて全体のサイズを小さくすることができる。
【００１５】
図２（Ａ）に示すようにパッチアンテナの１辺のサイズｄをλ／２にし、所定周波数でパッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、図２（Ｂ）に示すようにＹ軸（水平）方向に偏波を持つ電波がパッチアンテナに垂直方向（Ｚ軸方向）に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第１実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第１実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第１実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載された微小ダイポールアンテナとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたり、あるいは、ＤＣ接続が必要でないためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法を調整することにより、あるいは、ダイポールアンテナの長さ、スロット長などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでタグアンテナとLSIチップとのインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００１６】
（Ｂ）第２実施例
（ａ）構造
図３（Ａ）は第２実施例のRFIDタグの平面図である。第２実施例のRFIDタグでは、両面プリント基板４１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と微小ダイポールアンテナ４３がそれぞれ形成され、基板の裏面の導電パターン（図示せず）がグランドとして使用される。パッチアンテナ４２の下部中央には細長の切り欠き４４が形成されている。すなわち、切り欠き４４がパッチアンテナ４２の内部方向に向かって直線的に形成され、微小ダイポールアンテナ４３の一端直線部４３aが該切り欠きの中に設けられている。
所定線幅の微小ダイポールアンテナ４３は逆Ｌ字状に折り曲げて直線部４３ａ，４３ｂを備え、その折曲がり近傍にRFIDタグのLSIチップ４５がチップボンディング技術により実装されている。また、該微小ダイポールアンテナ４３の右側にはインピーダンス調整用の導電パターン（並列インダクタ）４６が接続されている。並列インダクタ４６は微小ダイポールアンテナと一体に形成され、所定線幅を備え、その長さs2はタグアンテナがLSIチップ３７にインピーダンスマッチングするように調整される。
微小ダイポールアンテナの一端直線部４３ａはパッチアンテナ４２に形成した細長の切り欠き４４に挿入され、該切り欠きを介して微小ダイポールアンテナ４３とパッチアンテナ４２間が高周波的に接続される。すなわち、微小ダイポールアンテナ４３よりパッチアンテナ４２に高周波的に給電するようになっている。
パッチアンテナの１辺のサイズｄをλ／２にし、所定周波数でパッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、第１実施例の場合と同様に電波がパッチアンテナに垂直方向に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第２実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
【００１７】
図３（B）は基板サイズを小さくするためのパッチアンテナの端部に矩形の切り欠き４７a、４７ｂを形成した例であり、（a1+a2+a3+2×a4）の電気長が波長の半分と概略等しくなるように切り欠きを形成する。このようにすれば、縦サイズの寸法を2×a4だけ短くできる。ただし、a4を大きくしすぎるとアンテナ利得が小さくなるため、適度な値にする必要がある。
図３（Ａ），（Ｂ）の第２実施例において、パッチアンテナ４２と微小ダイポールアンテナ４３を同一誘電体表面に形成したが、積層して構成することもでき、それぞれの製造方法は後述する。また、微小ダイポールアンテナ４３は基板のサイズを小さくするために逆Ｌ字状に折り曲げて形成しているが、サイズを重視しなければ折り曲げる必要はない。
図４（Ａ），（Ｂ）は図３のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性を示すもので、基板サイズは78mm×44mm×1.2mmである。また、微小ダイポールアンテナの一端４３ａの線幅は2.0mm、他端４３ｂの線幅は１．０ｍｍ、切り欠き４４と微小ダイポールアンテナ４３間のスペース間隔は0.5mm、並列インダクタ４６とパッチアンテナ先端部の間隔は0.5mmである。
図４の寸法および基板特性を備える第２実施例のRFIDタグにおいて、パッチアンテナに加える周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種特性をシミュレーションした。ただし、LSIチップが動作するために必要な最小パワーを−10.00dBm、リーダライターのアンテナに供給されるパワーを27.00dBm、リーダライタアンテナ利得を9.00dBiとしている。
【００１８】
（ｂ）各種特性
図５は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種シミュレーション結果であり,（1）LSIチップのサセプタンスBcp，抵抗Rc、リアクタンスXc、（2）タグアンテナの抵抗Ra, リアクタンスXa、整合係数q、SパラメータS11、利得、および（3）リーダライターのアンテナに直線偏波および円偏波のアンテナをそれぞれ使ったときの通信距離を示している。タグアンテナは、パッチアンテナと微小ダイポールアンテナを組み合わせた部分である。
【００１９】
・整合特性
図６はタグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートであり、周波数を850MHzから980MHzまで変化するとタグアンテナのインピーダンスはIPTで示すように丸を描くように変化する。そして、図5の特性結果より950〜953MHz付近におけるタグアンテナのインピーダンスがLSIチップ４５の入力インピーダンスにほぼ整合する値となる。
LSIチップとタグアンテナで構成されるRFIDタグの等価回路は図７に示すようになる。すなわち、等価回路はLSIチップとタグアンテナの並列回路で表わされ、LSIチップは抵抗RcとコンデンサCc（リアクタンスはXc）の並列回路で表わされ、タグアンテナは抵抗RaとインダクタンスLa（リアクタンスはXa）の並列回路で表わされる。このRFIDタグにおける整合の条件はRc=Ra、｜Xc｜=Xaであり、図５より950〜953MHz付近で第２実施例のRFIDタグはこの整合条件を満たしている。
・利得特性及びS11特性
図８は周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得を示しており、パッチアンテナが953MHz近傍で共振しており、そこで高い利得（ゲイン）が得られている。
図９は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。SパラメータS11はLSIチップとのインピーダンスマッチングの度合を表わし、950〜953MHz付近において最小値を示している。
【００２０】
・通信距離
図１０は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示し、リーダライターのアンテナに直線偏波のアンテナを使った場合であり、953MHz近傍で最大になっている。RFIDタグの通信距離ｒは概略以下の式で与えられる。
【数１】
ここで、λは波長、Ptはリーダライタアンテナに加えたパワー、GtおよびＧｒはそれぞれタグアンテナおよびリーダライタアンテナのアンテナゲイン、PthはLSIチップが動作するために必要なパワーの最小値である。また、ZcおよびZaはそれぞれ、LSIチップとタグアンテナの複素インピーダンスである。
・整合調整
並列インダクタ４６の寸法によっては、タグアンテナとLSIチップのインピーダンスマッチングを取れない場合がある。かかる場合には微小ダイポールの長さS1または並列インダクタ４６の寸法s2またはｓ１とｓ２の両方を調整する。寸法s2を大きくすると、図１１（A）のスミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPTが描く円が矢印方向に移動すると共に僅かに大きくなる。これは図７に示す等価回路において、タグアンテナの並列インダクタンスLaが大きくなったことに対応し、より大きなタグLSIの並列容量Ccを打ち消せることを意味する。一方寸法ｓ１を大きくすると図１１（B）に示すようにインピーダンスの軌跡は、時計回りもしくは反時計回りにはあまり回転せず、円の大きさが大きくなる方向に変化する。これは図7に示す等価回路において、タグアンテナの並列抵抗Raが小さくなったことに対応し、より小さなタグLSIの並列抵抗Raを打ち消せることを意味する。そこで、寸法s2または寸法ｓ１またはｓ１とｓ２の両方を調整してインピーダンス軌跡IPTを移動し、所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるようにする。
【００２１】
（ｃ）効果
第2実施例によれば、放射する電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第２実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第２実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第２実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載された微小ダイポールアンテナとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたりする必要がなく、しかも、ＤＣ接続が不要のためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法を調整することにより、あるいは、ダイポールアンテナの直線部４３bの長さs0や、切り欠き長s1などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでLSIチップとインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００２２】
（Ｃ）第３実施例
図１２は第３実施例のRFIDタグの平面図であり、図３（Ａ）の第２実施例のタグアンテナを並列に接続した構成を有している。
タグアンテナとして動作する２つのパッチアンテナ４２，４２′と微小ダイポールアンテナ４３は、それぞれ両面プリント基板４１の表面をエッチングすることにより形成され、図示しないが基板の裏面の導電パターンがグランドとなっている。直線状の微小ダイポールアンテナ４３の中央にはLSIチップ４５が実装され、該LSIチップを中心にパッチアンテナ４２とパッチアンテナ４２′が左右対称となるようにが形成されている。また、パッチアンテナ４２と微小ダイポールアンテナの一端４３ａの位置関係と、パッチアンテナ４２′と微小ダイポールアンテナの他端４３ｂの位置関係は全く同一になっている。更に、並列インダクタ４６a，４６bが微小ダイポールアンテナ４３の上下に対称に接続されている。
第３実施例のRFIDタグによれば、タグアンテナの利得を大きくでき、電波を遠くまで飛ばすことが可能になるが、サイズが倍になる。
図１３は第１実施例のタグアンテナを並列に接続した場合の平面図であり、図１２のRFIDタグと同等の効果がある。
【００２３】
（Ｄ）第４実施例
（ａ）構造
図１４（Ａ），（Ｂ）は第４実施例のRFIDタグの平面図で、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は点線で囲んだ部分の拡大図である。第４実施例のRFIDタグでは、両面プリント基板５１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ５２と微小モノポールアンテナ５３がそれぞれ形成され、基板の裏面の導電パターン（図示せず）がグランドとして使用される。波長λに比べてきわめて短い長さのモノポールアンテナのことを微小モノポールアンテナという。モノポールアンテナは線状アンテナに属する。
パッチアンテナ５２の左側端部には浅い切り欠き５２ａが形成され、この切り欠きに微小モノポールアンテナ５３の所定線幅のアンテナ部５３ａが配置されている。該切り欠きを介して微小モノポールアンテナ５３とパッチアンテナ５２間が高周波的に接続される。すなわち、微小モノポールアンテナ５３よりパッチアンテナ５２に高周波的に給電するようになっている。パッチアンテナ５２の右側端部には基板サイズを小さくするために、（a1+a2+a3+2×a4）の電気長がλ/2と概略等しくなるように切り欠き５２ｂが形成されている。
微小モノポールアンテナ５３の逆Ｌ字のアンテナ部５３ａの先端にはインピーダンス調整用のループ状の導電パターン（並列インダクタ）５３ｂが接続され、ループ中間部にRFIDタグのLSIチップ５４がチップボンディング技術により実装されている。並列インダクタ５３ｂは微小モノポールアンテナと一体に形成され、所定線幅を備え、その長さs2はタグアンテナがLSIチップ５４とインピーダンスマッチングするように調整される。
パッチアンテナ５２の１辺の長さをλ／２にし、所定周波数で該パッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、第１、第２実施例の場合と同様に電波がパッチアンテナに垂直方向に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第４実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
図１４の第４実施例では、パッチアンテナ５２と微小モノポールアンテナ５３を同一誘電体表面に形成したが、積層して構成することもでき、それぞれの製造方法は後述する。
図１５（Ａ），（Ｂ）は図１４のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性を示すもので、基板サイズは78mm×44mm×1.2mmである。また、微小モノポールアンテナの線幅は１．０ｍｍ、切り欠き５２ａと微小モノポールアンテナ５３間のスペース間隔は0.5mmである。
【００２４】
（ｂ）各種特性
図１５の寸法および基板特性を備える第４実施例のRFIDタグにおいて、パッチアンテナに加える周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種特性をシミュレーションした。ただし、LSIチップが動作するために必要な最小パワーを−10.00dBm、リーダライターのパワーを27.00dBm、利得を9.00dBiとしている。
図１６は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種測定結果であり,（1）LSIチップのサセプタンスBcp，抵抗Rc、リアクタンスXc、（2）タグアンテナの抵抗Ra, リアクタンスXa、整合係数q、SパラメータS11、利得、および（3）リーダライターのアンテナに直線偏波および円偏波のアンテナをそれぞれ使ったときの通信距離を示している。
・整合特性
図１７はタグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートであり、周波数を850MHzから980MHzまで変化するとタグアンテナのインピーダンスはIPTで示すように小丸を描くように変化する。そして、図１６の特性結果より953MHz付近におけるタグアンテナのインピーダンスがLSIチップ５４の入力インピーダンスにほぼ整合する値となる。
【００２５】
・利得特性及びＳ１１特性
図１８は周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得を示しており、パッチアンテナが953MHz近傍で共振しており、そこで高い利得（ゲイン）が得られている。
図１９は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。SパラメータS11はLSIチップとのインピーダンスマッチングの度合を表わし、953MHz付近において最小値を示し、−20dB以下になっている。
・通信距離
図２０は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示し、リーダライターのアンテナに直線偏波のアンテナを使った場合であり、953MHz近傍で通信距離が最大になっている。
・整合調整
並列インダクタ５３bの寸法によってはインピーダンスマッチングを取れない場合がある。かかる場合には並列インダクタ５３ｂの寸法s2を調整する。寸法s2を小さくすると、図２１のスミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPTが描く円が反時計回りに回転する。そこで、寸法s2を調整してインピーダンス軌跡IPTの円を回転させ所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるようにする。
【００２６】
（ｃ）効果
第４実施例によれば、放射する電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第１実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第４実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第４実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載された微小モノポールアンテナとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたりする必要がなく、しかも、ＤＣ接続が不要のためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、微小モノポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法s2を調整することにより、あるいはモノポールアンテナの直線部の長さs1やs3などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでLSIチップとインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００２７】
（Ｅ）第５実施例
第４実施例では給電パターンとして微小モノポールアンテナ５３をパッチアンテナ５２の浅い切り欠きに配置し、微小モノポールアンテナ５３とパッチアンテナ５２間を高周波的に接続し、該微小モノポールアンテナよりパッチアンテナ５２に給電する場合であった。しかし、微小モノポールアンテナ５３の代わりに所定線幅のループパターンを配置し、該ループパターンよりパッチアンテナに給電するように構成することもできる。
（ａ）構造
図２２は第５実施例のRFIDタグの平面図である。第５実施例のRFIDタグでは、両面プリント基板６１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ６２と給電パターンとしてのループパターン６３がそれぞれ形成され、基板の裏面の導電パターン（図示せず）がグランドとして使用される。
パッチアンテナ６２の左側端部には浅い切り欠き６２ａが形成され、この切り欠きに所定線幅のループパターン６３が配置されている。該切り欠きを介してループパターン６３とパッチアンテナ６２間が高周波的に接続され、ループパターン６３よりパッチアンテナ６２に高周波的に給電するようになっている。ループパターン下端部にはRFIDタグのLSIチップ６４がチップボンディング技術により実装されている。ループパターン６３の長さs2はタグアンテナがLSIチップ６４とインピーダンスマッチングするように調整される。
パッチアンテナ６２の１辺の長さをλ／２にし、所定周波数で該パッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、第１、第２実施例の場合と同様に電波がパッチアンテナに垂直方向に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第５実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
図２２の第５実施例では、パッチアンテナ６２とループパターン６３を同一誘電体表面に形成したが、積層して構成することもでき、それぞれの製造方法は後述する。
図２３（Ａ），（Ｂ）は図２２のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性を示すものである。また、ループパターン６３の線幅は１．０ｍｍ、切り欠き６２ａとループパターン６３間のスペース間隔は0.5mmである。
【００２８】
（ｂ）各種特性
図２３の寸法および基板特性を備える第５実施例のRFIDタグにおいて、パッチアンテナに加える周波数を840MHzから980MHzまで変化したときの各種特性をシミュレーションした。
・整合特性
図２４はタグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートであり、周波数を840MHzから980MHzまで変化するとタグアンテナのインピーダンスはIPTで示すように小丸を描くように変化する。そして、953MHz付近におけるタグアンテナのインピーダンスがLSIチップ６４の入力インピーダンスにほぼ整合する値となる。
【００２９】
・利得特性及びＳ１１特性
図２５は周波数を840ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得を示しており、パッチアンテナが953MHz近傍で共振しており、そこで高い利得（ゲイン）が得られている。
図２６は周波数を840MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。SパラメータS11はLSIチップとのインピーダンスマッチングの度合を表わし、953MHz付近において最小値を示し、−20dB以下になっている。
・通信距離
図２７は周波数を840MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示し、リーダライターのアンテナに直線偏波のアンテナを使った場合で、953MHz近傍で最大になっている。ただし、通信距離は、LSIチップが動作するために必要な最小パワーを−10.00dBm、LSIチップの並列抵抗Rcを800Ω、LSIチップの並列容量Ccを1.2pF、リーダライターのパワーを27.00dBm、利得を9.00dBiとして計算している。
・整合調整
ループパターン６３の寸法によってはインピーダンスマッチングを取れない場合がある。かかる場合にはループパターン６３の寸法s2を調整する。寸法s2を小さくすると、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPT（図２４参照）が描く円が反時計回りに回転する。そこで、寸法s2を調整してインピーダンス軌跡IPTの円を回転させ所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるようにする。
【００３０】
（ｃ）効果
第５実施例によれば、放射する電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第１実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第５実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第５実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載されたループパターンとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたりする必要がなく、しかも、ＤＣ接続が不要のためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、ループパターンの寸法s2を調整することにより、あるいはs3などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでLSIチップとインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００３１】
（Ｆ）第６実施例
第６実施例はパッチアンテナの一辺とグランド間を短絡することによりRFIDタグのサイズを小型化する実施例である。
（ａ）構造
図２８は第６実施例のRFIDタグの説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡＡ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）においてＢ矢視方向からみた場合の斜視図である。
第５実施例のRFIDタグ(図２２)においてパッチアンテナ６２の１辺の長さをλ／２にして所定周波数で該パッチアンテナを共振させると、Y軸方向の電界Ｅが図２９に示すように変化し、中央部で電界が零になる。これは、中央部でパッチアンテナとグランドを短絡しても電界分布が変化せず、第５実施例と同様に電波をパッチアンテナと垂直な方向に放射できることを意味して入る。
図２８の第６実施例のRFIDタグは、かかる原理に基づいてパッチアンテナ６２の一辺とグランド６５間を短絡部６６により基板６１の側面において短絡し、これにより、パッチアンテナ６２のサイズを第５実施例のRFIDタグに比べて約１／２にしている。すなわち、Ｙ軸方向の長さをλ／４にしている。
第６実施例のRFIDタグは、パッチアンテナの一辺とグランド間が短絡されている点及びサイズが異なる点を除けば、第５実施例のRFIDタグとほぼ同様の構成を備えている。両面プリント基板６１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ６２と給電パターンとしてのループパターン６３がそれぞれ形成され、該基板６１の裏面の導電パターン６５（（Ｂ）参照）がグランドとして使用され、パッチアンテナの一辺とグランド間が短絡部６６により基板側面で短絡されている。この短絡部６６は例えばメッキ加工により形成することができる。
【００３２】
パッチアンテナ６２の端部には切り欠き６２ａが形成され、この切り欠きに所定線幅のループパターン６３が配置されている。該切り欠きを介してループパターン６３とパッチアンテナ６２間が高周波的に接続され、ループパターン６３よりパッチアンテナ６２に高周波的に給電するようになっている。ループパターン６３の端部にはRFIDタグのLSIチップ６４がチップボンディング技術により実装されている。ループパターン６３の長さs2はタグアンテナがLSIチップ６４とインピーダンスマッチングするように調整される。また、切り込み６７の深さs5を調整することにより共振周波数を調整することができる。
各種調整は、第１〜第５実施例と同様な方法で調整可能である。例えば、上面パッチアンテナ６２に設けた切込み６７の深さs5を変えることで、パッチの共振周波数を調整することができる。また、給電パターン６３の長さs2を変えることで、タグアンテナの入力インピーダンスを調整することが可能である。具体的な例として、インピーダンスおよび通信距離の周波数特性をシミュレーションした結果をそれぞれ図３０、図３１に示す。
図３０は、基板（誘電体）の比誘電率を8.0、誘電損失を0.002、誘電体の大きさを30mm×30mm×2.5mmとしたRFIDタグを無限導体板上に置いたときのインピーダンスを、スミスチャート上にプロットしている。ループパターン６３の寸法s2によってはインピーダンスマッチングを取れない場合があるいが、その場合には該寸法s2を調整する。寸法s2を小さくすると、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPTが、矢印方向に反時計回りに回転するから、所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるように寸法s2を調整する。
図３１は周波数を900MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示す。通信距離の算出に当たっては、搭載されるタグLSIおよびリーダライタ（RW）アンテナの特性を次のように仮定した。すなわち、953MHzでのタグLSIインピーダンスを32−ｊ109[Ω]、RWアンテナへの供給パワー0.5[W]、RWアンテナゲイン[9dBi]と仮定した。この通信距離のシミュレーション結果より明らかなように、UHF帯RFIDタグとしての周波数帯域（952-954MHz）において実用上十分な飛距離(約、2.6m)が得られている。
第６実施例によれば、第１〜第５実施例の利点に加えてRFIDタグのサイズを半減できるという利点がある。
なお、第６実施例は、パッチアンテナとグランドを短絡してサイズを半減するという原理を第５実施例のRFIDタグに適用した例であるが、該原理を第１〜第４実施例のRFIDタグにも適用してサイズを半減することができる。
【００３３】
（Ｇ）変形例
第１〜第６実施例のタグアンテナは、図２に示すようにＹ軸方向に直線偏波する電波を水平面（パッチアンテナ面）に垂直方向に放射するものであり、当然、Ｙ軸方向に直線偏波し、かつ、パッチアンテナ面に垂直方向から入射する電波を最も効率よく受信できる。しかし、Ｘ軸方向に直線偏波する電波が入射した場合には受信できない。そこで、円偏波の電波を発射し、かつ、任意の方向に直線偏波する電波が入射しても受信できるようにする。
図３２は円偏波の電波の放射及び受信が可能なパッチアンテナの構成例である。図３２（Ａ）は電流Ｊが往復する方向に斜めにパッチアンテナPATTの一部７１，７２を切断した例、図３２（Ｂ）は電流Ｊが往復する方向に斜めにパッチアンテナPATTにスロット７３を形成した例である。
【００３４】
（Ｈ）RFIDタグの製造方法
（ａ）第１の製造方法
図３３はRFIDタグの第１の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
両面に導電パターンが被着されている両面プリント基板４１を準備し、該両面プリント基板４１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６形成する。しかる後、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装してRFIDタグを作成する。なお、両面プリント基板４１の裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。
【００３５】
（ｂ）第２の製造方法
図３４はRFIDタグの第２の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６を形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。
ついで、片面に導電パターンが被着されている片面プリント基板４１ｂを用意し、該片面プリント基板４１ｂの導電パターンが形成されていない面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付け、RFIDタグを作成する。
なお、片面プリント基板４１ｂの裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。また、片面プリント基板４１ｂ上に窪み４８を形成し、該窪みにLSIチップが嵌るようにすれば、絶縁フィルム４１ａが凸凹することはない。
【００３６】
（ｃ）第３の製造方法
図３５はRFIDタグの第３の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。
ついで、PETなどの誘電体４１ｃと銅やアルミなどの導電シート４１ｄを用意し、該誘電体４１ｃの一面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付け、ついで、誘電体４１ｃの他面に導電シート４１ｄを貼り付けてRFIDタグを作成する。
なお、絶縁体４１ｃ上に窪み４８を形成し、該窪みにLSIチップが嵌るようにすれば、絶縁フィルム４１ａが凸凹することはない。
【００３７】
（ｄ）第４の製造方法
図３６はRFIDタグの第４の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第１、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。
また、両面に導電パターンが被着されている両面プリント基板４１ｅを準備し、該両面プリント基板４１ｅの表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２を形成し、両面プリント基板４１ｅの裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。
ついで、両面プリント基板４１ｅのパッチアンテナ４２が形成されている面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付けてRFIDタグを作成する。
尚、両面プリント基板４１ｅ上に窪み４８を形成し、該窪みにLSIチップが嵌るようにすれば、絶縁フィルム４１ａが凸凹することはない。
この第４の製造方法によれば、国によって使用する周波数帯域が異なる場合であっても、両面プリント基板として１種類のパッチアンテナ４２が形成された両面プリント基板４１ｅを全ての国に共通に設けるだけでよい。
【００３８】
（ｅ）第５の製造方法
図３７はRFIDタグの第５の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第１、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２を形成する。
また、両面に導電パターンが被着されている両面プリント基板４１ｅを準備し、該両面プリント基板４１ｅの表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と並列インダクタ４６を形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。ただし、両面プリント基板４１ｅの裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。
ついで、両面プリント基板４１ｅの微小ダイポールアンテナ４３が形成されている面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付けてRFIDタグを作成する。
この第５の製造方法によれば、国によって使用する周波数帯域が異なる場合であっても、絶縁フィルムとして１種類のパッチアンテナ４２が形成された絶縁フィルム４１ａを全ての国に共通に設けるだけでよい。
【００３９】
・付記
(付記１)
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグにおいて、
LSIチップが搭載された給電用パターン、
タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、
前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
(付記２）
一方の側に前記給電用パターン、パッチアンテナ、高周波結合部が形成され、他方の側にグランドとしての導電パターンが形成された誘電体、
該パッチアンテナの一辺とグランド間を誘電体の側面において短絡する短絡部、
を備えたことを特徴とする付記１記載のRFID。
(付記３）
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作する線状アンテナパターンを備えている、
ことを特徴とする付記１または２記載のRFIDタグ。
(付記４）
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作するループパターンを備えている、
ことを特徴とする付記１または２記載のRFIDタグ。
(付記５）
前記パッチアンテナにスロットが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする付記３記載のRFIDタグ。
(付記６）
前記パッチアンテナに切り欠きが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該切り欠きに高周波的に結合され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする付記３記載のRFIDタグ。
(付記７）
前記微小ダイポールアンテナの中央に前記LSIチップが搭載され、該LSIチップを中心に前記パッチアンテナと左右対称となるように別のパッチアンテナが設けられ、
前記パッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの一端の位置関係と、該別のパッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの他端の位置関係が同じである、
ことを特徴とする付記５または６記載のRFIDタグ。
(付記８）
前記微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンが接続されてなることを特徴とする付記５乃至７記載のRFIDタグ。
(付記９）
該RFIDタグは、更に、並列インダクタとして動作するループパターンを備え、
該ループパターンの中間に前記LSIチップが搭載され、該ループパターンの端部と線状アンテナ部の端部を接続してモノポールアンテナが形成され、該モノポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする付記1または２記載のRFIDタグ。
(付記１０）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
両面プリント基板の表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ基板の表面に形成し、かつ、該給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成し、
前記プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装してRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
(付記１１）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
絶縁フィルム上に印刷により、あるいはエッチングにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ形成し、かつ、給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成し、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装し、
該絶縁フィルムを片面プリント基板の上に接着し、該プリント基板裏面の導電パターンをグランドとする、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
(付記１２）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
絶縁フィルム上に印刷により、あるいはエッチングにより、LSIチップが搭載される給電用パターンを形成し、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装し、
両面プリント基板の表面をエッチングすることによりタグアンテナとして動作するパッチアンテナを形成し、かつ、プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記絶縁フィルムを前記プリント基板の表面に接着することによりRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
(付記１３）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
絶縁フィルム上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナを形成し、
両面プリント基板の表面をエッチングすることによりLSIチップが搭載される給電用パターンを形成し、かつ、プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装し、
前記絶縁フィルムを前記プリント基板の表面に接着することによりRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施例のRFIDタグの説明図である。
【図２】パッチアンテナより放射する電波の説明図である。
【図３】第２実施例のRFIDタグの平面図である。
【図４】第２実施例のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性である。
【図５】周波数を８５０ＭＨｚから９８０ＭＨｚまで変化したときの各種シミュレーション結果である。
【図６】タグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図７】LSIチップとタグアンテナで構成されるRFIDタグの等価回路である。
【図８】周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得特性である。
【図９】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。
【図１０】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離特性である。
【図１１】並列インダクタの寸法s2を調整し、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡説明図である。
【図１２】第３実施例のRFIDタグの平面図である。
【図１３】第１実施例のタグアンテナを並列に接続した場合の平面図である。
【図１４】第４実施例のRFIDタグの平面図である。
【図１５】第４実施例のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性である。
【図１６】第４実施例において周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種シミュレーション結果である。
【図１７】タグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図１８】周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得特性である。
【図１９】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。
【図２０】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離特性である。
【図２１】並列インダクタの寸法s2を調整し、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡説明図である。
【図２２】第５実施例のRFIDタグの平面図である。
【図２３】第５実施例のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性である。
【図２４】タグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図２５】周波数を840ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得特性である。
【図２６】周波数を840MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。
【図２７】周波数を840MHzから980MHzまで変化したときの通信距離特性である。
【図２８】第６実施例のRFIDタグの説明図である。
【図２９】パッチアンテナにおけるY軸方向の電界Eの説明図である。
【図３０】第６実施例のインピーダンスをスミスチャート上にプロットしたインピーダンス/周波数特性である。
【図３１】通信距離の周波数特性である。
【図３２】円偏波の電波の放射及び受信が可能なパッチアンテナの構成例である。
【図３３】RFIDタグの第１の製造方法の説明図である。
【図３４】RFIDタグの第２の製造方法の説明図である。
【図３５】RFIDタグの第３の製造方法の説明図である。
【図３６】RFIDタグの第４の製造方法の説明図である。
【図３７】RFIDタグの第５の製造方法の説明図である。
【図３８】RFIDタグの説明図である。
【図３９】従来のRFIDタグの不具合発生の説明図である。
【図４０】従来のRFIDタグの斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
３１ 絶縁フィルム
３２ パッチアンテナ
３３ 両面プリント基板
３４ 微小ダイポールアンテナ
３５ グランド
３６ スロット
３７ LSIチップ
３８ａ，３８ｂ 並列インダクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、RFIDタグ及びその製造方法に係わり、特にタグアンテナとしてパッチアンテナ（平面アンテナ）を備え、導電性物体あるいは非導電性物体あるいは液体を含む物体に貼り付けて使用しても所要の特性を発揮するRFIDタグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流通業界、運送業界等において、個々の製品情報を管理する方法として、製品自体に、あるいは製品の箱にバーコードを印刷あるいは貼付し、このバーコードをバーコードリーダによって読取る方法が広く用いられている。しかし、かかるバーコード処理方法では、バーコードを読取る際、バーコードリーダをバーコードに接触させなければならず、読み取り作業が面倒であった。また従来のバーコード処理方法では、バーコード自体に新たな情報を追加あるいは更新することができない問題があった。
このため、近年、バーコードに替わって物品等にRFID（Radio Frequency Identification）タグをつけ、物品の情報を無線（電磁結合）で非接触で読み取ることが要求され、実用化されつつある。RFIDタグは、ICカードの機能に情報の無線通信機能を追加したもので、情報記録可能な不揮発性メモリを備えているが電池(電源部)を有していない。このため、タグ読み取り装置はRFIDタグのメモリから情報を非接触で読み取る際、電磁波でRFIDタグに電力を供給し、該メモリから情報を読み取るようになっている。かかるRFIDタグによれば、作業性の大幅な向上を図ることができ、しかも、RFIDタグとの間で認証機能、暗号化等の技術を用いることにより、優れたセキュリティを確保することができる。
【０００３】
図３８はRFIDタグの説明図であり、読み取り装置１はアンテナ２より送信データで変調した無線信号（電磁波）をRFIDタグ３に送信する。無線タグ３のアンテナ３ａは受信信号を整流回路３ｂと変復調回路３ｃに入力する。整流回路３ｂは無線信号を直流電圧に変換して変復調回路３ｃと論理回路３ｄに供給し、電源として動作する。変復調回路３ｃは読み取り装置1から送られてきた制御データを復調し、論理回路３ｄに入力する。論理回路３ｄは該制御データ(コマンド)に応じた論理処理を行なって、例えば内蔵のメモリに記憶されている情報を読み取って変復調回路３ｃに入力する。変復調回路３ｃは論理回路から入力された情報を用いて搬送波を変調して無線でアンテナ３ａから読み取り装置1に送信する。
RFIDタグとして種々のタイプが提案されている。その１つとしてプラスチックや紙などの誘電体ベースシート上に電波通信用のアンテナパターンとICチップ（LSI）を搭載したものがある。かかるRFIDタグは非導電性の物体に貼り付けられると通信距離等に関して所要の性能が得られる。しかし、スチール等の金属に貼り付けられる場合、該金属によりRFIDタグの通信用電波が阻害されて通信距離の低下などの不具合が生じる。
【０００４】
図３９はかかる不具合発生の説明図であり、図３９（A）は半波長のダイポールアンテナパターンを備えたRFIDタグを非導電性物体(図示せず)に貼り付けた場合の説明図であり、リーダライターのアンテナより放射される電波によりダイポールアンテナDPにICチップに必要な電力(開放電圧V)が発生する。また、ダイポールアンテナに電流Iを流してリーダライターのアンテナに向けて電磁波を送信することができる。
しかし、金属物体にダイポールアンテナパターンを備えたRFIDタグを貼り付けた場合、金属表面において電界の接線方向成分が境界条件から０となり、周囲電界が０となる。このため、RFIDタグのICチップに必要な電力を供給することができない。またタグアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信（散乱）することもできない。すなわち、図３９（B）に示すように、金属物体MTLにダイポールアンテナパターンDPを備えたRFIDタグを貼り付けた場合、ダイポールアンテナDPに電流Iを流すと、写像原理により金属物体MTLに逆方向に電流が流れるイメージIMGが発生する。このイメージにより、ダイポールアンテナ電流Iにより発生する電磁界が打ち消され、RFIDタグのICチップに必要な電力を供給することができず、しかも、タグアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信することもできなくなる。以上から金属表面に貼り付けてもアンテナ利得が劣化せず、電磁波の送受信が可能なタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
【０００５】
そこで、図３９（C）に示すように、金属物体MTL表面からダイポールアンテナパターンDPまでの距離Dを大きくしてイメージの影響を低減することが考えられるがRFIDタグの厚みが大きくなって使用上の問題が生じる。また、UHF帯のRFIDシステムは他の周波数帯に比べ、通信距離が長いという利点を持つが、UHF帯のダイポール型タグアンテナは通常半波長（約16cm）程度の長さが必要である。この長さはタグアンテナを誘電体に貼り付けたり折り曲げたりすることで確保し、かつ小形化しているが、狭帯域になってしまう。以上から、RFIDタグの小型化、及び小形化してもアンテナ利得が劣化せず、しかも、極力帯域が広くなるようなタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
また、タグアンテナの受信電力をLSIチップに効率よく供給するためにタグアンテナとLSIチップのインピーダンスがマッチング（整合）している必要がある。このため、インピーダンス変換回路が必要となるが、RFIDタグの製造コストが高くなる。このため、インピーダンス変換回路を使用せずにタグLSIチップとタグアンテナの整合を取る必要がある。すなわち、インピーダンス変換回路を使用しなくてもLSIチップとのインピーダンス整合が取れるようにしたタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
【０００６】
従来のダイポールアンテナを備えたRFIDタグは上記のように金属に貼り付けると通信距離が劣化するという問題がある。このため、UHF帯においても幾つかの金属対応タグアンテナが開発されているが(特許文献1参照)、いずれも厚さ4mm以上、長さ10cm以上と大きいものばかりであった。
このため、本願出願人は、金属表面に貼り付けても電磁波の送受信が可能な小型アンテナを備えたRFIDタグを提案している(特許文献２参照)。この提案されたRFIDタグ１０は、図４０に示すように直方体状の誘電体部材１１と、この誘電体部材１１の表面に設けられてループアンテナを形成する送受信用のアンテナパターン１２と、このアンテナパターン１２にチップ搭載パッド１３を介して電気的に接続されたＩＣチップ１５と、を備えている。このループアンテナ構成のRFIDタグによれば小型、薄型の構造にもかかわらず、金属表面に貼り付けても電磁波の送受信が可能で通信距離を長くでき、しかも、広い帯域でゲインをほぼ一定にでき、更に、インピーダンス変換回路が無くても整合を取ることができる。しかし、ループアンテナ構成のRFIDタグを製造するには、側面メッキ加工などの複雑な工程、あるいは、絶縁フィルムを誘電体部材に巻きつける工程が必要となり、製造コストが高くなり、あるいは、高い巻き付け位置精度が要求される問題がある。
【０００７】
そこで、最近、パッチアンテナをRFIDタグのタグアンテナとして使用することが提案されている。このパッチアンテナ構成のRFIDタグによれば、ループアンテナ構成のRFIDタグのように側面メッキ加工や巻きつけ作業が不要となる。
しかし、パッチアンテナをRFIDタグのアンテナに適用するには、RFIDタグのLSIチップとインピーダンスマッチングさせなければならない。通常、パッチアンテナへの給電は、５０Ω給電線と整合がとれる位置より該パッチアンテナに給電すればよいが、LSIチップのインピーダンスは５０Ωから大きく異なる値になり、インピーダンス変換回路が必要になる。また、従来のパッチアンテナでは、給電のためにパッチアンテナに孔を明ける必要があり、加工コストが高くつく問題がある。
インピーダンス変換回路が不要で、かつ、給電のための孔を明ける必要のないRFIDタグのパッチアンテナが提案されている（特許文献３）。この提案されている方法はパッチアンテナにタグLSIがDC的に接続された状態で給電するもので、接続線の線幅や長さを調整してインピーダンスマッチングを行なうものであるが、給電部の構造が複雑になりやすいという問題がある。また低い周波数、低い誘電率の基板を想定した場合、整合回路パターン並びに四分の一波長変換機がアンテナ全体に対して占める割合が大きくなる。
【特許文献１】特開２００２−２９８１０６号公報
【特許文献２】特開２００６−５３８３３
【特許文献３】ＵＳ６２１５４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上から本発明の目的は、金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しないRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、給電のためにパッチアンテナに孔を明ける必要がなく、あるいは、パッチアンテナにDC的に接続する必要がないRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、インピーダンス変換回路が不要なRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、高利得の小型、薄型構造のRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
・RFIDタグ
本発明はタグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグであり、LSIチップが搭載された給電用パターン、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部を備えている。
【００１０】
本発明のRFIDタグは、更に、一方の側に前記給電用パターン、パッチアンテナ、高周波結合部が形成され、他方の側にグランドとしての導電パターンが形成された誘電体と、該パッチアンテナの一辺とグランド間を誘電体の側面において短絡する短絡部を備えている。
本発明のRFIDタグにおいて、代表的な給電用パターンはダイポールアンテナやモノポールアンテナおよびループアンテナである。
【００１１】
上記本発明のRFIDタグにおいて、前記パッチアンテナにスロットが形成され、前記給電用パターンとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる。
上記本発明のRFIDタグにおいて、前記パッチアンテナに切り欠きが形成され、線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該切り欠きに高周波的に結合され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる。
上記本発明のRFIDタグにおいて、前記微小ダイポールアンテナの中央に前記LSIチップが搭載され、該LSIチップを中心に前記パッチアンテナと左右対称となるように別のパッチアンテナが設けられ、前記パッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの一端の位置関係と、該別のパッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの他端の位置関係が同じである。
【００１２】
・RFIDタグの製造方法
本発明はタグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法である。
このRFIDタグの製造方法は、両面プリント基板の表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ基板の表面に形成し、かつ、給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成するステップ、前記プリント基板裏面の導電パターンをグランドとするステップ、前記LSIチップを前記給電用パターンに実装してRFIDタグを製造するステップを有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、LSIチップが搭載された給電用パターン、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部を備え、給電用パターンより高周波的にパッチアンテナに給電するため、パッチアンテナに孔を明ける必要がないためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、本発明によれば、パッチアンテナをタグアンテナとして利用しているため、グランド側の物資の特性に影響されないため、金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、本発明によれば、パッチアンテナの利得はループアンテナなどに比べて大きく、しかも、厚みや、金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより,パッチアンテナの利得を更に大きくでき、サイズを小型にできる。
また、本発明によれば、給電用パターンとしてのダイポールアンテナやモノポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法を調整することにより、あるいは給電用パターンの長さ、スロット長、切り欠き長などを調整することにより、LSIチップとインピーダンスマッチングさせることが可能になり、インピーダンス変換回路を不要にできる。
また、本発明によれば、パッチアンテナの一辺とグランド間を短絡するようにしたから、パッチアンテナのサイズを半分にしてRFIDタグを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（Ａ）第１実施例
図１は第１実施例のRFIDタグの説明図であり、（Ａ）は誘電層を除去した場合の斜視図、（Ｂ）は誘電層が透明であるとした場合の側面図、（Ｃ）はパッチアンテナと微小ダイポールアンテナの位置関係を示す平面図である。側面図では構成が明確となるように各部の厚みを実際より厚くして示している。
第１実施例のRFIDタグは、絶縁フィルム３１（図１（Ｂ））上に印刷あるいはエッチングにより形成されたパッチアンテナ３２と、両面プリント基板３３の表面をエッチングすることにより形成された微小ダイポールアンテナ３４と、プリント基板裏面の導電パターンで形成されたグランド（GND）３５を積層して構成されている。絶縁フィルム３１として、可撓性を有する熱可塑性プラスチック例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を用いることができる。波長λに比べてきわめて短い長さのダイポールアンテナのことを微小ダイポールアンテナという。ダイポールアンテナは線状アンテナに属する。
パッチアンテナ３２には微小ダイポールアンテナ３４と高周波結合するための細長の所定寸法のスロット３６が形成されている。微小ダイポールアンテナ３４は所定線幅の直線形状を備え、その中央部にRFIDタグのLSIチップ３７がチップボンディング技術により実装され、該微小ダイポールアンテナ３４の左右にインピーダンス調整用の導電パターン（並列インダクタ）３８ａ，３８ｂが接続されている。微小ダイポールアンテナの一端直線部はパッチアンテナ３２に形成したスロット３６と交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナ３４よりパッチアンテナ３２に高周波的に給電するようになっている。
並列インダクタ３８ａ，３８ｂは微小ダイポールアンテナと一体に形成され、所定線幅を備え、その長さはタグアンテナがLSIチップ３７にインピーダンスマッチングするように調整されている。なお、図１は２つの並列インダクタ３８ａ，３８ｂを接続した例であるが１つでも良い。また、ダイポールアンテナ３４の下側直線部を折り曲げて全体のサイズを小さくすることができる。
【００１５】
図２（Ａ）に示すようにパッチアンテナの１辺のサイズｄをλ／２にし、所定周波数でパッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、図２（Ｂ）に示すようにＹ軸（水平）方向に偏波を持つ電波がパッチアンテナに垂直方向（Ｚ軸方向）に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第１実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第１実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第１実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載された微小ダイポールアンテナとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたり、あるいは、ＤＣ接続が必要でないためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法を調整することにより、あるいは、ダイポールアンテナの長さ、スロット長などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでタグアンテナとLSIチップとのインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００１６】
（Ｂ）第２実施例
（ａ）構造
図３（Ａ）は第２実施例のRFIDタグの平面図である。第２実施例のRFIDタグでは、両面プリント基板４１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と微小ダイポールアンテナ４３がそれぞれ形成され、基板の裏面の導電パターン（図示せず）がグランドとして使用される。パッチアンテナ４２の下部中央には細長の切り欠き４４が形成されている。すなわち、切り欠き４４がパッチアンテナ４２の内部方向に向かって直線的に形成され、微小ダイポールアンテナ４３の一端直線部４３aが該切り欠きの中に設けられている。
所定線幅の微小ダイポールアンテナ４３は逆Ｌ字状に折り曲げて直線部４３ａ，４３ｂを備え、その折曲がり近傍にRFIDタグのLSIチップ４５がチップボンディング技術により実装されている。また、該微小ダイポールアンテナ４３の右側にはインピーダンス調整用の導電パターン（並列インダクタ）４６が接続されている。並列インダクタ４６は微小ダイポールアンテナと一体に形成され、所定線幅を備え、その長さs2はタグアンテナがLSIチップ３７にインピーダンスマッチングするように調整される。
微小ダイポールアンテナの一端直線部４３ａはパッチアンテナ４２に形成した細長の切り欠き４４に挿入され、該切り欠きを介して微小ダイポールアンテナ４３とパッチアンテナ４２間が高周波的に接続される。すなわち、微小ダイポールアンテナ４３よりパッチアンテナ４２に高周波的に給電するようになっている。
パッチアンテナの１辺のサイズｄをλ／２にし、所定周波数でパッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、第１実施例の場合と同様に電波がパッチアンテナに垂直方向に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第２実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
【００１７】
図３（B）は基板サイズを小さくするためのパッチアンテナの端部に矩形の切り欠き４７a、４７ｂを形成した例であり、（a1+a2+a3+2×a4）の電気長が波長の半分と概略等しくなるように切り欠きを形成する。このようにすれば、縦サイズの寸法を2×a4だけ短くできる。ただし、a4を大きくしすぎるとアンテナ利得が小さくなるため、適度な値にする必要がある。
図３（Ａ），（Ｂ）の第２実施例において、パッチアンテナ４２と微小ダイポールアンテナ４３を同一誘電体表面に形成したが、積層して構成することもでき、それぞれの製造方法は後述する。また、微小ダイポールアンテナ４３は基板のサイズを小さくするために逆Ｌ字状に折り曲げて形成しているが、サイズを重視しなければ折り曲げる必要はない。
図４（Ａ），（Ｂ）は図３のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性を示すもので、基板サイズは78mm×44mm×1.2mmである。また、微小ダイポールアンテナの一端４３ａの線幅は2.0mm、他端４３ｂの線幅は１．０ｍｍ、切り欠き４４と微小ダイポールアンテナ４３間のスペース間隔は0.5mm、並列インダクタ４６とパッチアンテナ先端部の間隔は0.5mmである。
図４の寸法および基板特性を備える第２実施例のRFIDタグにおいて、パッチアンテナに加える周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種特性をシミュレーションした。ただし、LSIチップが動作するために必要な最小パワーを−10.00dBm、リーダライターのアンテナに供給されるパワーを27.00dBm、リーダライタアンテナ利得を9.00dBiとしている。
【００１８】
（ｂ）各種特性
図５は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種シミュレーション結果であり,（1）LSIチップのサセプタンスBcp，抵抗Rc、リアクタンスXc、（2）タグアンテナの抵抗Ra, リアクタンスXa、整合係数q、SパラメータS11、利得、および（3）リーダライターのアンテナに直線偏波および円偏波のアンテナをそれぞれ使ったときの通信距離を示している。タグアンテナは、パッチアンテナと微小ダイポールアンテナを組み合わせた部分である。
【００１９】
・整合特性
図６はタグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートであり、周波数を850MHzから980MHzまで変化するとタグアンテナのインピーダンスはIPTで示すように丸を描くように変化する。そして、図5の特性結果より950〜953MHz付近におけるタグアンテナのインピーダンスがLSIチップ４５の入力インピーダンスにほぼ整合する値となる。
LSIチップとタグアンテナで構成されるRFIDタグの等価回路は図７に示すようになる。すなわち、等価回路はLSIチップとタグアンテナの並列回路で表わされ、LSIチップは抵抗RcとコンデンサCc（リアクタンスはXc）の並列回路で表わされ、タグアンテナは抵抗RaとインダクタンスLa（リアクタンスはXa）の並列回路で表わされる。このRFIDタグにおける整合の条件はRc=Ra、｜Xc｜=Xaであり、図５より950〜953MHz付近で第２実施例のRFIDタグはこの整合条件を満たしている。
・利得特性及びS11特性
図８は周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得を示しており、パッチアンテナが953MHz近傍で共振しており、そこで高い利得（ゲイン）が得られている。
図９は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。SパラメータS11はLSIチップとのインピーダンスマッチングの度合を表わし、950〜953MHz付近において最小値を示している。
【００２０】
・通信距離
図１０は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示し、リーダライターのアンテナに直線偏波のアンテナを使った場合であり、953MHz近傍で最大になっている。RFIDタグの通信距離ｒは概略以下の式で与えられる。
【数１】
ここで、λは波長、Ptはリーダライタアンテナに加えたパワー、GtおよびＧｒはそれぞれタグアンテナおよびリーダライタアンテナのアンテナゲイン、PthはLSIチップが動作するために必要なパワーの最小値である。また、ZcおよびZaはそれぞれ、LSIチップとタグアンテナの複素インピーダンスである。
・整合調整
並列インダクタ４６の寸法によっては、タグアンテナとLSIチップのインピーダンスマッチングを取れない場合がある。かかる場合には微小ダイポールの長さS1または並列インダクタ４６の寸法s2またはｓ１とｓ２の両方を調整する。寸法s2を大きくすると、図１１（A）のスミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPTが描く円が矢印方向に移動すると共に僅かに大きくなる。これは図７に示す等価回路において、タグアンテナの並列インダクタンスLaが大きくなったことに対応し、より大きなタグLSIの並列容量Ccを打ち消せることを意味する。一方寸法ｓ１を大きくすると図１１（B）に示すようにインピーダンスの軌跡は、時計回りもしくは反時計回りにはあまり回転せず、円の大きさが大きくなる方向に変化する。これは図7に示す等価回路において、タグアンテナの並列抵抗Raが小さくなったことに対応し、より小さなタグLSIの並列抵抗Raを打ち消せることを意味する。そこで、寸法s2または寸法ｓ１またはｓ１とｓ２の両方を調整してインピーダンス軌跡IPTを移動し、所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるようにする。
【００２１】
（ｃ）効果
第2実施例によれば、放射する電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第２実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第２実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第２実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載された微小ダイポールアンテナとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたりする必要がなく、しかも、ＤＣ接続が不要のためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法を調整することにより、あるいは、ダイポールアンテナの直線部４３bの長さs0や、切り欠き長s1などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでLSIチップとインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００２２】
（Ｃ）第３実施例
図１２は第３実施例のRFIDタグの平面図であり、図３（Ａ）の第２実施例のタグアンテナを並列に接続した構成を有している。
タグアンテナとして動作する２つのパッチアンテナ４２，４２′と微小ダイポールアンテナ４３は、それぞれ両面プリント基板４１の表面をエッチングすることにより形成され、図示しないが基板の裏面の導電パターンがグランドとなっている。直線状の微小ダイポールアンテナ４３の中央にはLSIチップ４５が実装され、該LSIチップを中心にパッチアンテナ４２とパッチアンテナ４２′が左右対称となるようにが形成されている。また、パッチアンテナ４２と微小ダイポールアンテナの一端４３ａの位置関係と、パッチアンテナ４２′と微小ダイポールアンテナの他端４３ｂの位置関係は全く同一になっている。更に、並列インダクタ４６a，４６bが微小ダイポールアンテナ４３の上下に対称に接続されている。
第３実施例のRFIDタグによれば、タグアンテナの利得を大きくでき、電波を遠くまで飛ばすことが可能になるが、サイズが倍になる。
図１３は第１実施例のタグアンテナを並列に接続した場合の平面図であり、図１２のRFIDタグと同等の効果がある。
【００２３】
（Ｄ）第４実施例
（ａ）構造
図１４（Ａ），（Ｂ）は第４実施例のRFIDタグの平面図で、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は点線で囲んだ部分の拡大図である。第４実施例のRFIDタグでは、両面プリント基板５１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ５２と微小モノポールアンテナ５３がそれぞれ形成され、基板の裏面の導電パターン（図示せず）がグランドとして使用される。波長λに比べてきわめて短い長さのモノポールアンテナのことを微小モノポールアンテナという。モノポールアンテナは線状アンテナに属する。
パッチアンテナ５２の左側端部には浅い切り欠き５２ａが形成され、この切り欠きに微小モノポールアンテナ５３の所定線幅のアンテナ部５３ａが配置されている。該切り欠きを介して微小モノポールアンテナ５３とパッチアンテナ５２間が高周波的に接続される。すなわち、微小モノポールアンテナ５３よりパッチアンテナ５２に高周波的に給電するようになっている。パッチアンテナ５２の右側端部には基板サイズを小さくするために、（a1+a2+a3+2×a4）の電気長がλ/2と概略等しくなるように切り欠き５２ｂが形成されている。
微小モノポールアンテナ５３の逆Ｌ字のアンテナ部５３ａの先端にはインピーダンス調整用のループ状の導電パターン（並列インダクタ）５３ｂが接続され、ループ中間部にRFIDタグのLSIチップ５４がチップボンディング技術により実装されている。並列インダクタ５３ｂは微小モノポールアンテナと一体に形成され、所定線幅を備え、その長さs2はタグアンテナがLSIチップ５４とインピーダンスマッチングするように調整される。
パッチアンテナ５２の１辺の長さをλ／２にし、所定周波数で該パッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、第１、第２実施例の場合と同様に電波がパッチアンテナに垂直方向に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第４実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
図１４の第４実施例では、パッチアンテナ５２と微小モノポールアンテナ５３を同一誘電体表面に形成したが、積層して構成することもでき、それぞれの製造方法は後述する。
図１５（Ａ），（Ｂ）は図１４のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性を示すもので、基板サイズは78mm×44mm×1.2mmである。また、微小モノポールアンテナの線幅は１．０ｍｍ、切り欠き５２ａと微小モノポールアンテナ５３間のスペース間隔は0.5mmである。
【００２４】
（ｂ）各種特性
図１５の寸法および基板特性を備える第４実施例のRFIDタグにおいて、パッチアンテナに加える周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種特性をシミュレーションした。ただし、LSIチップが動作するために必要な最小パワーを−10.00dBm、リーダライターのパワーを27.00dBm、利得を9.00dBiとしている。
図１６は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種測定結果であり,（1）LSIチップのサセプタンスBcp，抵抗Rc、リアクタンスXc、（2）タグアンテナの抵抗Ra, リアクタンスXa、整合係数q、SパラメータS11、利得、および（3）リーダライターのアンテナに直線偏波および円偏波のアンテナをそれぞれ使ったときの通信距離を示している。
・整合特性
図１７はタグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートであり、周波数を850MHzから980MHzまで変化するとタグアンテナのインピーダンスはIPTで示すように小丸を描くように変化する。そして、図１６の特性結果より953MHz付近におけるタグアンテナのインピーダンスがLSIチップ５４の入力インピーダンスにほぼ整合する値となる。
【００２５】
・利得特性及びＳ１１特性
図１８は周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得を示しており、パッチアンテナが953MHz近傍で共振しており、そこで高い利得（ゲイン）が得られている。
図１９は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。SパラメータS11はLSIチップとのインピーダンスマッチングの度合を表わし、953MHz付近において最小値を示し、−20dB以下になっている。
・通信距離
図２０は周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示し、リーダライターのアンテナに直線偏波のアンテナを使った場合であり、953MHz近傍で通信距離が最大になっている。
・整合調整
並列インダクタ５３bの寸法によってはインピーダンスマッチングを取れない場合がある。かかる場合には並列インダクタ５３ｂの寸法s2を調整する。寸法s2を小さくすると、図２１のスミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPTが描く円が反時計回りに回転する。そこで、寸法s2を調整してインピーダンス軌跡IPTの円を回転させ所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるようにする。
【００２６】
（ｃ）効果
第４実施例によれば、放射する電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第１実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第４実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第４実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載された微小モノポールアンテナとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたりする必要がなく、しかも、ＤＣ接続が不要のためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、微小モノポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンを接続し、該パターンの寸法s2を調整することにより、あるいはモノポールアンテナの直線部の長さs1やs3などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでLSIチップとインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００２７】
（Ｅ）第５実施例
第４実施例では給電パターンとして微小モノポールアンテナ５３をパッチアンテナ５２の浅い切り欠きに配置し、微小モノポールアンテナ５３とパッチアンテナ５２間を高周波的に接続し、該微小モノポールアンテナよりパッチアンテナ５２に給電する場合であった。しかし、微小モノポールアンテナ５３の代わりに所定線幅のループパターンを配置し、該ループパターンよりパッチアンテナに給電するように構成することもできる。
（ａ）構造
図２２は第５実施例のRFIDタグの平面図である。第５実施例のRFIDタグでは、両面プリント基板６１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ６２と給電パターンとしてのループパターン６３がそれぞれ形成され、基板の裏面の導電パターン（図示せず）がグランドとして使用される。
パッチアンテナ６２の左側端部には浅い切り欠き６２ａが形成され、この切り欠きに所定線幅のループパターン６３が配置されている。該切り欠きを介してループパターン６３とパッチアンテナ６２間が高周波的に接続され、ループパターン６３よりパッチアンテナ６２に高周波的に給電するようになっている。ループパターン下端部にはRFIDタグのLSIチップ６４がチップボンディング技術により実装されている。ループパターン６３の長さs2はタグアンテナがLSIチップ６４とインピーダンスマッチングするように調整される。
パッチアンテナ６２の１辺の長さをλ／２にし、所定周波数で該パッチアンテナを共振させると、すなわち、電流Ｊをパッチアンテナ表面で往復させると、第１、第２実施例の場合と同様に電波がパッチアンテナに垂直方向に放射する。この電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第５実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
図２２の第５実施例では、パッチアンテナ６２とループパターン６３を同一誘電体表面に形成したが、積層して構成することもでき、それぞれの製造方法は後述する。
図２３（Ａ），（Ｂ）は図２２のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性を示すものである。また、ループパターン６３の線幅は１．０ｍｍ、切り欠き６２ａとループパターン６３間のスペース間隔は0.5mmである。
【００２８】
（ｂ）各種特性
図２３の寸法および基板特性を備える第５実施例のRFIDタグにおいて、パッチアンテナに加える周波数を840MHzから980MHzまで変化したときの各種特性をシミュレーションした。
・整合特性
図２４はタグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートであり、周波数を840MHzから980MHzまで変化するとタグアンテナのインピーダンスはIPTで示すように小丸を描くように変化する。そして、953MHz付近におけるタグアンテナのインピーダンスがLSIチップ６４の入力インピーダンスにほぼ整合する値となる。
【００２９】
・利得特性及びＳ１１特性
図２５は周波数を840ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得を示しており、パッチアンテナが953MHz近傍で共振しており、そこで高い利得（ゲイン）が得られている。
図２６は周波数を840MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。SパラメータS11はLSIチップとのインピーダンスマッチングの度合を表わし、953MHz付近において最小値を示し、−20dB以下になっている。
・通信距離
図２７は周波数を840MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示し、リーダライターのアンテナに直線偏波のアンテナを使った場合で、953MHz近傍で最大になっている。ただし、通信距離は、LSIチップが動作するために必要な最小パワーを−10.00dBm、LSIチップの並列抵抗Rcを800Ω、LSIチップの並列容量Ccを1.2pF、リーダライターのパワーを27.00dBm、利得を9.00dBiとして計算している。
・整合調整
ループパターン６３の寸法によってはインピーダンスマッチングを取れない場合がある。かかる場合にはループパターン６３の寸法s2を調整する。寸法s2を小さくすると、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPT（図２４参照）が描く円が反時計回りに回転する。そこで、寸法s2を調整してインピーダンス軌跡IPTの円を回転させ所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるようにする。
【００３０】
（ｃ）効果
第５実施例によれば、放射する電波はパッチアンテナのグランド側の物資の特性に影響されない。このため、第１実施例のRFIDタグを金属や液体を含む物体に貼り付けても通信距離が劣化しない。
また、パッチアンテナの利得はループアンテナなどより高く、しかも、厚みや金属の導電率、誘電体の損失等を調整することにより利得を大きくできるため、第５実施例のRFIDタグのサイズを小型にできる。
また、第５実施例のRFIDタグでは、LSIチップが搭載されたループパターンとパッチアンテナ間をＤＣ的に接続せず、高周波結合するだけでよいため、パッチアンテナに孔を明けたりする必要がなく、しかも、ＤＣ接続が不要のためRFIDタグを簡単に加工することができ、加工コストを下げることができる。
また、ループパターンの寸法s2を調整することにより、あるいはs3などを調整することにより、インピーダンス変換回路を使用しないでLSIチップとインピーダンスマッチングを取ることができる。
【００３１】
（Ｆ）第６実施例
第６実施例はパッチアンテナの一辺とグランド間を短絡することによりRFIDタグのサイズを小型化する実施例である。
（ａ）構造
図２８は第６実施例のRFIDタグの説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡＡ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）においてＢ矢視方向からみた場合の斜視図である。
第５実施例のRFIDタグ(図２２)においてパッチアンテナ６２の１辺の長さをλ／２にして所定周波数で該パッチアンテナを共振させると、Y軸方向の電界Ｅが図２９に示すように変化し、中央部で電界が零になる。これは、中央部でパッチアンテナとグランドを短絡しても電界分布が変化せず、第５実施例と同様に電波をパッチアンテナと垂直な方向に放射できることを意味して入る。
図２８の第６実施例のRFIDタグは、かかる原理に基づいてパッチアンテナ６２の一辺とグランド６５間を短絡部６６により基板６１の側面において短絡し、これにより、パッチアンテナ６２のサイズを第５実施例のRFIDタグに比べて約１／２にしている。すなわち、Ｙ軸方向の長さをλ／４にしている。
第６実施例のRFIDタグは、パッチアンテナの一辺とグランド間が短絡されている点及びサイズが異なる点を除けば、第５実施例のRFIDタグとほぼ同様の構成を備えている。両面プリント基板６１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ６２と給電パターンとしてのループパターン６３がそれぞれ形成され、該基板６１の裏面の導電パターン６５（（Ｂ）参照）がグランドとして使用され、パッチアンテナの一辺とグランド間が短絡部６６により基板側面で短絡されている。この短絡部６６は例えばメッキ加工により形成することができる。
【００３２】
パッチアンテナ６２の端部には切り欠き６２ａが形成され、この切り欠きに所定線幅のループパターン６３が配置されている。該切り欠きを介してループパターン６３とパッチアンテナ６２間が高周波的に接続され、ループパターン６３よりパッチアンテナ６２に高周波的に給電するようになっている。ループパターン６３の端部にはRFIDタグのLSIチップ６４がチップボンディング技術により実装されている。ループパターン６３の長さs2はタグアンテナがLSIチップ６４とインピーダンスマッチングするように調整される。また、切り込み６７の深さs5を調整することにより共振周波数を調整することができる。
各種調整は、第１〜第５実施例と同様な方法で調整可能である。例えば、上面パッチアンテナ６２に設けた切込み６７の深さs5を変えることで、パッチの共振周波数を調整することができる。また、給電パターン６３の長さs2を変えることで、タグアンテナの入力インピーダンスを調整することが可能である。具体的な例として、インピーダンスおよび通信距離の周波数特性をシミュレーションした結果をそれぞれ図３０、図３１に示す。
図３０は、基板（誘電体）の比誘電率を8.0、誘電損失を0.002、誘電体の大きさを30mm×30mm×2.5mmとしたRFIDタグを無限導体板上に置いたときのインピーダンスを、スミスチャート上にプロットしている。ループパターン６３の寸法s2によってはインピーダンスマッチングを取れない場合があるいが、その場合には該寸法s2を調整する。寸法s2を小さくすると、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡IPTが、矢印方向に反時計回りに回転するから、所望の周波数でインピーダンスマッチングが取れるように寸法s2を調整する。
図３１は周波数を900MHzから980MHzまで変化したときの通信距離を示す。通信距離の算出に当たっては、搭載されるタグLSIおよびリーダライタ（RW）アンテナの特性を次のように仮定した。すなわち、953MHzでのタグLSIインピーダンスを32−ｊ109[Ω]、RWアンテナへの供給パワー0.5[W]、RWアンテナゲイン[9dBi]と仮定した。この通信距離のシミュレーション結果より明らかなように、UHF帯RFIDタグとしての周波数帯域（952-954MHz）において実用上十分な飛距離(約、2.6m)が得られている。
第６実施例によれば、第１〜第５実施例の利点に加えてRFIDタグのサイズを半減できるという利点がある。
なお、第６実施例は、パッチアンテナとグランドを短絡してサイズを半減するという原理を第５実施例のRFIDタグに適用した例であるが、該原理を第１〜第４実施例のRFIDタグにも適用してサイズを半減することができる。
【００３３】
（Ｇ）変形例
第１〜第６実施例のタグアンテナは、図２に示すようにＹ軸方向に直線偏波する電波を水平面（パッチアンテナ面）に垂直方向に放射するものであり、当然、Ｙ軸方向に直線偏波し、かつ、パッチアンテナ面に垂直方向から入射する電波を最も効率よく受信できる。しかし、Ｘ軸方向に直線偏波する電波が入射した場合には受信できない。そこで、円偏波の電波を発射し、かつ、任意の方向に直線偏波する電波が入射しても受信できるようにする。
図３２は円偏波の電波の放射及び受信が可能なパッチアンテナの構成例である。図３２（Ａ）は電流Ｊが往復する方向に斜めにパッチアンテナPATTの一部７１，７２を切断した例、図３２（Ｂ）は電流Ｊが往復する方向に斜めにパッチアンテナPATTにスロット７３を形成した例である。
【００３４】
（Ｈ）RFIDタグの製造方法
（ａ）第１の製造方法
図３３はRFIDタグの第１の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
両面に導電パターンが被着されている両面プリント基板４１を準備し、該両面プリント基板４１の表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６形成する。しかる後、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装してRFIDタグを作成する。なお、両面プリント基板４１の裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。
【００３５】
（ｂ）第２の製造方法
図３４はRFIDタグの第２の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６を形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。
ついで、片面に導電パターンが被着されている片面プリント基板４１ｂを用意し、該片面プリント基板４１ｂの導電パターンが形成されていない面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付け、RFIDタグを作成する。
なお、片面プリント基板４１ｂの裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。また、片面プリント基板４１ｂ上に窪み４８を形成し、該窪みにLSIチップが嵌るようにすれば、絶縁フィルム４１ａが凸凹することはない。
【００３６】
（ｃ）第３の製造方法
図３５はRFIDタグの第３の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２と、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。
ついで、PETなどの誘電体４１ｃと銅やアルミなどの導電シート４１ｄを用意し、該誘電体４１ｃの一面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付け、ついで、誘電体４１ｃの他面に導電シート４１ｄを貼り付けてRFIDタグを作成する。
なお、絶縁体４１ｃ上に窪み４８を形成し、該窪みにLSIチップが嵌るようにすれば、絶縁フィルム４１ａが凸凹することはない。
【００３７】
（ｄ）第４の製造方法
図３６はRFIDタグの第４の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第１、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と、並列インダクタ４６形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。
また、両面に導電パターンが被着されている両面プリント基板４１ｅを準備し、該両面プリント基板４１ｅの表面をエッチングすることにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２を形成し、両面プリント基板４１ｅの裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。
ついで、両面プリント基板４１ｅのパッチアンテナ４２が形成されている面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付けてRFIDタグを作成する。
尚、両面プリント基板４１ｅ上に窪み４８を形成し、該窪みにLSIチップが嵌るようにすれば、絶縁フィルム４１ａが凸凹することはない。
この第４の製造方法によれば、国によって使用する周波数帯域が異なる場合であっても、両面プリント基板として１種類のパッチアンテナ４２が形成された両面プリント基板４１ｅを全ての国に共通に設けるだけでよい。
【００３８】
（ｅ）第５の製造方法
図３７はRFIDタグの第５の製造方法の説明図であり、第２実施例のRFIDタグの製造に適用した例であるが、第１、第３、第４実施例のRFIDタグの製造にも適用ができる。
PET等の絶縁フィルム４１a上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナ４２を形成する。
また、両面に導電パターンが被着されている両面プリント基板４１ｅを準備し、該両面プリント基板４１ｅの表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される微小ダイポールアンテナ４３と並列インダクタ４６を形成し、LSIチップ４５をチップボンディングにより微小ダイポールアンテナ４３上に実装する。ただし、両面プリント基板４１ｅの裏面の導電パターンをタグアンテナのグランドＧＮＤとして使用する。
ついで、両面プリント基板４１ｅの微小ダイポールアンテナ４３が形成されている面に前記絶縁フィルム４１ａを接着剤、両面テープなどで貼り付けてRFIDタグを作成する。
この第５の製造方法によれば、国によって使用する周波数帯域が異なる場合であっても、絶縁フィルムとして１種類のパッチアンテナ４２が形成された絶縁フィルム４１ａを全ての国に共通に設けるだけでよい。
【００３９】
・付記
(付記１)
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグにおいて、
LSIチップが搭載された給電用パターン、
タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、
前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
(付記２）
一方の側に前記給電用パターン、パッチアンテナ、高周波結合部が形成され、他方の側にグランドとしての導電パターンが形成された誘電体、
該パッチアンテナの一辺とグランド間を誘電体の側面において短絡する短絡部、
を備えたことを特徴とする付記１記載のRFID。
(付記３）
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作する線状アンテナパターンを備えている、
ことを特徴とする付記１または２記載のRFIDタグ。
(付記４）
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作するループパターンを備えている、
ことを特徴とする付記１または２記載のRFIDタグ。
(付記５）
前記パッチアンテナにスロットが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする付記３記載のRFIDタグ。
(付記６）
前記パッチアンテナに切り欠きが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該切り欠きに高周波的に結合され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする付記３記載のRFIDタグ。
(付記７）
前記微小ダイポールアンテナの中央に前記LSIチップが搭載され、該LSIチップを中心に前記パッチアンテナと左右対称となるように別のパッチアンテナが設けられ、
前記パッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの一端の位置関係と、該別のパッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの他端の位置関係が同じである、
ことを特徴とする付記５または６記載のRFIDタグ。
(付記８）
前記微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンが接続されてなることを特徴とする付記５乃至７記載のRFIDタグ。
(付記９）
該RFIDタグは、更に、並列インダクタとして動作するループパターンを備え、
該ループパターンの中間に前記LSIチップが搭載され、該ループパターンの端部と線状アンテナ部の端部を接続してモノポールアンテナが形成され、該モノポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする付記1または２記載のRFIDタグ。
(付記１０）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
両面プリント基板の表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ基板の表面に形成し、かつ、該給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成し、
前記プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装してRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
(付記１１）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
絶縁フィルム上に印刷により、あるいはエッチングにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ形成し、かつ、給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成し、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装し、
該絶縁フィルムを片面プリント基板の上に接着し、該プリント基板裏面の導電パターンをグランドとする、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
(付記１２）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
絶縁フィルム上に印刷により、あるいはエッチングにより、LSIチップが搭載される給電用パターンを形成し、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装し、
両面プリント基板の表面をエッチングすることによりタグアンテナとして動作するパッチアンテナを形成し、かつ、プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記絶縁フィルムを前記プリント基板の表面に接着することによりRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
(付記１３）
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
絶縁フィルム上に印刷により、あるいはエッチングにより、タグアンテナとして動作するパッチアンテナを形成し、
両面プリント基板の表面をエッチングすることによりLSIチップが搭載される給電用パターンを形成し、かつ、プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装し、
前記絶縁フィルムを前記プリント基板の表面に接着することによりRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施例のRFIDタグの説明図である。
【図２】パッチアンテナより放射する電波の説明図である。
【図３】第２実施例のRFIDタグの平面図である。
【図４】第２実施例のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性である。
【図５】周波数を８５０ＭＨｚから９８０ＭＨｚまで変化したときの各種シミュレーション結果である。
【図６】タグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図７】LSIチップとタグアンテナで構成されるRFIDタグの等価回路である。
【図８】周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得特性である。
【図９】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。
【図１０】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離特性である。
【図１１】並列インダクタの寸法s2を調整し、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡説明図である。
【図１２】第３実施例のRFIDタグの平面図である。
【図１３】第１実施例のタグアンテナを並列に接続した場合の平面図である。
【図１４】第４実施例のRFIDタグの平面図である。
【図１５】第４実施例のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性である。
【図１６】第４実施例において周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの各種シミュレーション結果である。
【図１７】タグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図１８】周波数を850ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得特性である。
【図１９】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。
【図２０】周波数を850MHzから980MHzまで変化したときの通信距離特性である。
【図２１】並列インダクタの寸法s2を調整し、スミスチャート上で周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡説明図である。
【図２２】第５実施例のRFIDタグの平面図である。
【図２３】第５実施例のRFIDタグの実際の寸法及び基板特性である。
【図２４】タグアンテナのインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図２５】周波数を840ＭＨｚから980ＭＨｚまで変化したときのタグアンテナの利得特性である。
【図２６】周波数を840MHzから980MHzまで変化したときのSパラメータS11の特性図である。
【図２７】周波数を840MHzから980MHzまで変化したときの通信距離特性である。
【図２８】第６実施例のRFIDタグの説明図である。
【図２９】パッチアンテナにおけるY軸方向の電界Eの説明図である。
【図３０】第６実施例のインピーダンスをスミスチャート上にプロットしたインピーダンス/周波数特性である。
【図３１】通信距離の周波数特性である。
【図３２】円偏波の電波の放射及び受信が可能なパッチアンテナの構成例である。
【図３３】RFIDタグの第１の製造方法の説明図である。
【図３４】RFIDタグの第２の製造方法の説明図である。
【図３５】RFIDタグの第３の製造方法の説明図である。
【図３６】RFIDタグの第４の製造方法の説明図である。
【図３７】RFIDタグの第５の製造方法の説明図である。
【図３８】RFIDタグの説明図である。
【図３９】従来のRFIDタグの不具合発生の説明図である。
【図４０】従来のRFIDタグの斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
３１ 絶縁フィルム
３２ パッチアンテナ
３３ 両面プリント基板
３４ 微小ダイポールアンテナ
３５ グランド
３６ スロット
３７ LSIチップ
３８ａ，３８ｂ 並列インダクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグにおいて、
LSIチップが搭載された給電用パターン、
タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、
前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
【請求項２】
一方の側に前記給電用パターン、パッチアンテナ、高周波結合部が形成され、他方の側にグランドとしての導電パターンが形成された誘電体、
該パッチアンテナの一辺とグランド間を誘電体の側面において短絡する短絡部、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のRFID。
【請求項３】
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作する線状アンテナパターンを備えている、
ことを特徴とする請求項１または２記載のRFIDタグ。
【請求項４】
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作するループパターンを備えている、
ことを特徴とする請求項１または２記載のRFIDタグ。
【請求項５】
前記パッチアンテナにスロットが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする請求項３記載のRFIDタグ。
【請求項６】
前記パッチアンテナに切り欠きが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該切り欠きに高周波的に結合され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする請求項３記載のRFIDタグ。
【請求項７】
前記微小ダイポールアンテナの中央に前記LSIチップが搭載され、該LSIチップを中心に前記パッチアンテナと左右対称となるように別のパッチアンテナが設けられ、
前記パッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの一端の位置関係と、該別のパッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの他端の位置関係が同じである、
ことを特徴とする請求項５または６記載のRFIDタグ。
【請求項８】
前記微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンが接続されてなることを特徴とする請求項５乃至７記載のRFIDタグ。
【請求項９】
該RFIDタグは、更に、並列インダクタとして動作するループパターンを備え、
該ループパターンの中間に前記LSIチップが搭載され、該ループパターンの端部と線状アンテナ部の端部を接続してモノポールアンテナが形成され、該モノポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする請求項1または２記載のRFIDタグ。
【請求項１０】
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
両面プリント基板の表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ基板の表面に形成し、かつ、該給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成し、
前記プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装してRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
【請求項１】
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグにおいて、
LSIチップが搭載された給電用パターン、
タグアンテナとして動作するパッチアンテナ、
前記給電用パターンと前記パッチアンテナ間を高周波結合する高周波結合部、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
【請求項２】
一方の側に前記給電用パターン、パッチアンテナ、高周波結合部が形成され、他方の側にグランドとしての導電パターンが形成された誘電体、
該パッチアンテナの一辺とグランド間を誘電体の側面において短絡する短絡部、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のRFID。
【請求項３】
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作する線状アンテナパターンを備えている、
ことを特徴とする請求項１または２記載のRFIDタグ。
【請求項４】
該RFIDタグは、給電用パターンとして動作するループパターンを備えている、
ことを特徴とする請求項１または２記載のRFIDタグ。
【請求項５】
前記パッチアンテナにスロットが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該スロットと交叉するように積層配置され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする請求項３記載のRFIDタグ。
【請求項６】
前記パッチアンテナに切り欠きが形成され、前記線状アンテナとしての微小ダイポールアンテナの一端が該切り欠きに高周波的に結合され、該微小ダイポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする請求項３記載のRFIDタグ。
【請求項７】
前記微小ダイポールアンテナの中央に前記LSIチップが搭載され、該LSIチップを中心に前記パッチアンテナと左右対称となるように別のパッチアンテナが設けられ、
前記パッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの一端の位置関係と、該別のパッチアンテナと前記微小ダイポールアンテナの他端の位置関係が同じである、
ことを特徴とする請求項５または６記載のRFIDタグ。
【請求項８】
前記微小ダイポールアンテナに並列インダクタとして動作するループパターンが接続されてなることを特徴とする請求項５乃至７記載のRFIDタグ。
【請求項９】
該RFIDタグは、更に、並列インダクタとして動作するループパターンを備え、
該ループパターンの中間に前記LSIチップが搭載され、該ループパターンの端部と線状アンテナ部の端部を接続してモノポールアンテナが形成され、該モノポールアンテナよりパッチアンテナに給電が行なわれる、
ことを特徴とする請求項1または２記載のRFIDタグ。
【請求項１０】
タグアンテナとLSIチップを備えたRFIDタグの製造方法において、
両面プリント基板の表面をエッチングすることにより、LSIチップが搭載される給電用パターンとタグアンテナとして動作するパッチアンテナをそれぞれ基板の表面に形成し、かつ、該給電用パターンとタグアンテナ間が高周波結合するように形成し、
前記プリント基板裏面の導電パターンをグランドとし、
前記LSIチップを前記給電用パターンに実装してRFIDタグを製造する、
ことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２００８−６７３４２（Ｐ２００８−６７３４２Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９８９（Ｐ２００７−１９８９）
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【出願人】（０００２３７６３９）富士通フロンテック株式会社 (667)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【出願人】（０００２３７６３９）富士通フロンテック株式会社 (667)
【Ｆターム（参考）】
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