JP4605318B2 - アンテナ及び無線ｉｃデバイス - Google Patents

Description

本発明は、無線通信機器、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられるアンテナ及び無線ＩＣデバイスに関する。

近年、物品の管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付され、所定の情報を記憶したＩＣタグ（以下、無線ＩＣデバイスと称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。

このＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイスは、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、無線信号の送受信を行う放射電極パターンとを備えており、例えば国際公開番号ＷＯ２００７／０８３５７４（特許文献１）に記載のものが知られている。そして、文献１において放射電極パターンの実施例としてパッチ電極を備えた構造が開示されている。

しかし、前記パッチ電極を備えた放射電極では、パッチ電極に給電するための給電ピンを例えば絶縁性基板の内部に配置したり、基板の側面に給電用電極を形成する必要があり、給電部形成が難しく、製造工程が複雑になったり、誘電体基板縁端部において放射電極との接続不良が発生するなどの問題があった。

国際公開番号ＷＯ２００７／０８３５７４

そこで、本発明の目的は、製造工程が簡単で、給電部と放射電極との間で接続不良が発生する可能性の少ないアンテナ及び前記アンテナを備えた無線ＩＣデバイスを提供することにある。

本発明の第１の形態であるアンテナは、絶縁体基板の一方主面に形成された放射電極と、前記放射電極に接続された磁界電極と、前記磁界電極に接続された給電部と、を備え、前記放射電極は前記磁界電極の周囲に配置されていること、を特徴としている。

本発明の第２の形態であるアンテナは、絶縁体基板の一方主面に形成された放射電極と、前記放射電極と対向するように前記絶縁体基板の他方主面側に配置された接地電極と、前記放射電極に接続された磁界電極と、前記磁界電極に接続された給電部と、を備えたことを特徴としている。

本発明の第３の形態であるアンテナは、絶縁体基板の一方主面に形成された放射電極と、前記放射電極と対向するように前記絶縁体基板の他方主面側に配置され、かつ、前記放射電極と容量を介して結合している対向電極と、前記放射電極に接続された磁界電極と、前記磁界電極に接続された給電部と、を備えたことを特徴としている。このアンテナにおいては、さらに、前記対向電極と対向するように配置された接地電極を備えていてもよい。

前記第１、第２及び第３の形態であるアンテナにおいては、放射電極と給電部との間にアンテナとして機能する磁界電極を備えている。このような構造にすることにより、従来のパッチアンテナで必要であった給電ピンや側面電極が不要になり、アンテナの製造工程を簡略化でき、放射電極と給電部との接続信頼性も向上する。

本発明の第４の形態である無線ＩＣデバイスは、前記アンテナと無線ＩＣとを備え、給電部と結合するように無線ＩＣを配置したことを特徴としている。このような構造にすることにより、小型で簡単な製造方法で無線ＩＣデバイスを作製することができる。

本発明の第５の形態である無線ＩＣデバイスは、アンテナと、無線ＩＣと、該無線ＩＣと結合され、インダクタンス素子を含む共振回路及び／又は整合回路を有する給電回路を備えた給電回路基板とで構成される電磁結合モジュールと、を備え、給電部と結合するように電磁結合モジュールを配置したことを特徴としている。このような構造にすることにより、給電回路基板においてアンテナと無線ＩＣとのインピーダンス整合を行うことができ、従来は放射電極と無線ＩＣとの間に必要であった整合回路を形成する領域をなくすことができ、無線ＩＣデバイスを小型化することができる。

本発明によれば、放射電極と給電部とを磁界電極（磁界アンテナ）を介して接続するため、従来必要であった複雑な構成の接続部をなくすことができ、アンテナの製造工程を簡略化でき、給電部と放射電極との接続不良を低減することができる。

第１実施例であるアンテナを示し、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図。 第１実施例であるアンテナの動作を示す斜視図。 第１実施例であるアンテナの結合部を示す拡大図。 第１実施例であるアンテナを含む無線ＩＣデバイスの等価回路図。 第２実施例であるアンテナを示す分解斜視図。 第２実施例であるアンテナの結合部を示す拡大図。 第３実施例であるアンテナを示す分解斜視図。 第３実施例であるアンテナを含む無線ＩＣデバイスの等価回路図。 第４実施例である無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 第４実施例である無線ＩＣデバイスの給電部を示し、（Ａ）は給電部の端子電極配置を示す拡大図、（Ｂ）は給電部に無線ＩＣチップを搭載した状態を示す拡大図。 第４実施例である無線ＩＣデバイスを構成する無線ＩＣチップの斜視図。 第５実施例である無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図。 第５実施例である無線ＩＣデバイスの給電回路を示す等価回路図。 第５実施例である無線ＩＣデバイスを構成する給電回路基板上に無線ＩＣチップを搭載した状態を示す斜視図。 第５実施例である無線ＩＣデバイスを構成する給電回路基板の積層構造を示す平面図。 第６実施例であるアンテナを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は斜視図、（Ｃ）は金属板上に搭載した状態を示す斜視図。 第７実施例であるアンテナを示す斜視図。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ第６実施例の変形例１，２，３を示す平面図。 第８実施例であるアンテナを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は該アンテナを含む無線ＩＣデバイスの等価回路図。 第９実施例であるアンテナを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は該アンテナを含む無線ＩＣデバイスの等価回路図。 第１０実施例であるアンテナを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は該アンテナを含む無線ＩＣデバイスの等価回路図。

以下、本発明に係るアンテナ及び無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１から図４参照）
図１に第１実施例であるアンテナ２０を示す。このアンテナ２０は、絶縁体基板１の一方主面１１上に開口部３を備えた放射電極２と、放射電極２の開口部３の内周部に接続された第１の線状電極５及び第２の線状電極６とから構成される磁界電極７と、第１の線状電極５の他方端８と第２の線状電極６の他方端９とを対向させることにより構成した給電部１０にて構成されている。また、絶縁体基板１の一方主面１１側には、放射電極２を覆うように絶縁体材料１６が配置されている。なお、貫通穴１５は、アンテナ２０を金属板などの所定の物品にネジ止めするためのネジ穴である。ネジ固定に代えて、両面テープや絶縁性あるいは導電性の接着剤を使用して接続しても構わない。

放射電極２はいわゆるパッチアンテナの放射電極として機能するものであり、絶縁体基板１の長辺方向の両側に幅広部を形成するように配置されている。この放射電極２と磁界電極７とを備えた絶縁体基板１は、例えばガラスエポキシ基板などの樹脂基板の表面に形成されたＣｕやＡｌなどの金属箔をエッチングすることにより形成することができる。そして、その放射電極２を形成した一方主面１１上に絶縁性樹脂などの絶縁体材料１６を塗布することによりアンテナ２０を形成することができる。また、ＣｕやＡｌなどの金属箔を打ち抜き加工して形成した金属パターンにポリエーテルイミドなどの樹脂を射出成型することによりアンテナ２０を一体的に形成してもよい。なお、本実施例におけるアンテナ２０のサイズは、長辺方向が６８ｍｍ、短辺方向が４０ｍｍ、厚みが３ｍｍであり、絶縁体材料１６の厚みは２００μｍである。

第１の線状電極５及び第２の線状電極６の一部は、それぞれミアンダ形状をしており、放射電極２の近傍で両者が接続されて磁界電極７を構成し、さらに接続部１３を介して放射電極２に接続されている。なお、第１の線状電極５及び第２の線状電極６はミアンダ形状に限定されるものではなく、所望の特性を得るために種々の形状に変更しても構わない。

本第１実施例におけるアンテナ２０の動作について説明する。まず送信時においては、給電部１０から信号が印加されると磁界電極７を構成する第１の線状電極５及び第２の線状電極６にその信号による電流が流れる。第１の線状電極５及び第２の線状電極６は所定の長さを有しているため、給電部１０から接続部１３までの間で電位差が発生する。アンテナ２０を金属物品（図４の等価回路において符号４２で示す）などに取り付けた場合、その金属物品４１が放射電極２と容量Ｃ１にて結合し、接地電極として機能する。そして、磁界電極７は、第１の線状電極５と第２の線状電極６とで発生した電位差により接地電極である金属物品に対しても電位差を持つことになり、第１の線状電極５及び第２の線状電極６と導通するように接続されている放射電極２も金属物品と電位差を持つことになる。この放射電極２と金属物品（接地電極）との間の電位差により放射電極２がパッチアンテナとして動作し、放射電極２から外部へ信号を放射することができる。

また、受信時においては、アンテナ２０の外部から送信された信号を磁界電極７で受信する。このとき、磁界電極７では、空間を伝搬する信号の磁界と結合することにより受信を行うため、受けた磁界に伴う電流が磁界電極７に発生する。この電流により第１の線状電極５及び第２の線状電極６どうしの接続部と給電部１０との間で電位差が発生する。この電位差により、送信時と同様に、放射電極２はアンテナ２０を取り付けた金属物品との間に電位差を持つことになる。さらに、磁界電極７と導通接続されている放射電極２とも同様な電位差が発生し、放射電極２がパッチアンテナとして動作し、外部からの信号を放射電極２で受信することができる。

なお、本第１実施例におけるパッチアンテナにおいては、放射電極２が閉じたループ形状を有しているので、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波信号を送受信する場合、図２の矢印で示すように縁端効果により放射電極２の外周縁端部に電流が集中する。このため、放射電極２の中央付近にはほとんど電流が流れず、放射電極２の中央付近に開口部３を設けたとしてもパッチアンテナとしての周波数特性にほとんど影響はない。このような構造にすることにより、給電部１０及び磁界電極７を開口部３に配置することができ、パッチアンテナを小型化することができる。また、磁界電極７を介して給電部１０と放射電極２とが接続することにより、給電部１０と放射電極２とを絶縁体基板１の同一平面上に配置することができる。これにより、これまで必要であった給電部と放射電極とを接続する給電ピンや基板の側面電極が不要になり、アンテナの製造工程を簡略化できるとともに、給電部と放射電極との接続信頼性を向上することができる。

また、図３に示す接続部１３の幅Ｗと磁界電極７（線状電極５，６）と放射電極２との間隔Ｌにより、磁界電極７と放射電極２との結合度を調整することができる。接続部１３の幅Ｗ及び間隔Ｌが大きくなると結合度は小さくなり、逆にすれば結合度は大きくなる。

前記アンテナ２０の等価回路は図４に示すとおりである。図４では、給電部１０（他方端８，９）に以下に説明する無線ＩＣチップ５１（図１１参照）を接続した無線ＩＣデバイスの等価回路として示している。なお、このアンテナ２０では、放射電極２と対向するように配置される接地電極（金属物品４２）は必ずしも必要ではない。接地電極（金属物品４２）が配置されない場合であっても、放射電極２は磁界電極７に発生した電位差によってアンテナ（ループアンテナ又は折返しダイポールアンテナ）として動作する。

（第２実施例、図５、図６参照）
図５に第２実施例であるアンテナ３０を示す。このアンテナ３０は、前記第１実施例であるアンテナ２０とは、接続部１３の構造と放射電極２の形状が異なっており、第１の接続部３１と第２の接続部３３とを備えている。アンテナ３０においても第１の線状電極５と第２の線状電極６とで磁界電極７を構成している。本第２実施例のように、磁界電極７と放射電極２との接続部３１，３３を分けて配置することにより、磁界電極７と放射電極２との結合度を細かく調整することができる。磁界電極７と放射電極２の結合度は、図６に示す幅Ｗ’が大きくなると結合度は大きくなり、間隔Ｌ’が大きくなると結合度は小さくなる。

また、アンテナ３０は、放射電極２の長辺方向の中央付近に放射電極２の一部を開口部３側へ突出させて凹部３５を形成している。このように放射電極２の一部を変形させることにより、放射電極２の長辺方向の長さを固定したまま、アンテナ３０のサイズを小型化することができる。本第２実施例におけるアンテナ３０のサイズは、長辺方向が６０ｍｍ、短辺方向が４０ｍｍ、厚みが３ｍｍである。

（第３実施例、図７、図８参照）
図７に第３実施例であるアンテナ４０を示す。このアンテナ４０は、絶縁体基板１の他方主面１２に接地電極４１を配置した点で前記第２実施例と異なっており、他の構成は第２実施例と同様である。

前記第１実施例や第２実施例においては、放射電極２とアンテナ２０，３０を取り付ける金属物品との間で発生する電位差により放射電極２がアンテナとして動作する。金属物品は放射電極２に対して接地電極として機能するが、放射電極２と接地電極とは絶縁して配置されているため、両者の間には容量（Ｃ１、図４参照）が発生する。その容量は、アンテナで受信可能な送受信信号の周波数に影響する。つまり、放射電極２と接地電極との間の容量が変動すると、アンテナで送受信可能な信号の周波数も変動するため、通信が不安定になるという問題が生じる。なお、放射電極２と接地電極である金属物品との間の容量変化の原因としては、絶縁体基板１と金属物品を接続する際の接着剤の厚みバラツキや接着時に生じる絶縁体基板１と金属物品との隙間などが挙げられる。

その問題を改善するために、本第３実施例であるアンテナ４０においては、絶縁体基板１の他方主面１２側に接地電極４１を配置している。このような構造にすることにより、図８に等価回路で示すように、絶縁体基板１の厚みで放射電極２と接地電極４１との間の容量Ｃ２を決定することができ、容量の変動を抑えることによりアンテナ４０で送受信可能な信号の周波数変動を抑えることができる。なお、接地電極４１は、第１実施例におけるガラスエポキシ基板などにおいて裏面電極を備えたものを使用したり、樹脂の射出成型により形成する場合は放射電極２の金属箔とは別の接地電極のための金属箔を同時に配置しておくことで形成することができる。

なお、図８に示す等価回路は、図４と同様に、給電部１０（他方端８，９）に以下に説明する無線ＩＣチップ５１（図１１参照）を接続した無線ＩＣデバイスの等価回路として示している。

（第４実施例、図９から図１１参照）
図９は前記アンテナ３０を使用した第４実施例である無線ＩＣデバイス５０を示す。この無線ＩＣデバイス５０は給電部１０に無線ＩＣチップ５１を配置している。無線ＩＣチップ５１は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣチップ５１は、図１１に示すように、裏面に入出力用端子電極５２、５２及び実装用端子電極５３，５３が設けられている。入出力用端子電極５２、５２が給電部１０（線状電極５，６の他方端８，９）に金属バンプ等を介して電気的に接続されている。なお、金属バンプの材料としては、Ａｕ、半田などを用いることができる。

本第４実施例における無線ＩＣデバイス５０の動作を説明する。無線ＩＣチップ５１から発信された所定の周波数を有する送信信号を磁界電極７及び放射電極２を介して無線ＩＣデバイス５０の外部へ伝達し、かつ、図示しないリーダライタからの信号を磁界電極７及び放射電極２で受信し、無線ＩＣチップ５１へ供給する。それゆえ、この無線ＩＣデバイス５０は、磁界電極７及び放射電極２で受信した信号によって無線ＩＣチップ５１が動作され、該無線ＩＣチップ５１からの応答信号が磁界電極７及び放射電極２から外部へ放射される。

なお、無線ＩＣチップ５１と磁界電極７及び放射電極２とのインピーダンス整合を行うために、給電部１０と磁界電極７との間にインピーダンス整合回路を配置しても構わない。また、無線ＩＣデバイス５０を樹脂の射出成型により作製する場合、無線ＩＣチップ５１を無線ＩＣデバイス５０の厚み方向の中央側に向けて配置することにより、無線ＩＣデバイス５０に衝撃が加わった際や曲げなどの機械的応力が加わった際の無線ＩＣチップ５１の破壊を防ぐことができる。

（第５実施例、図１２から図１５参照）
図１２は前記アンテナ３０を使用した第５実施例である無線ＩＣデバイス６０を示す。この無線ＩＣデバイス６０は、無線ＩＣチップ５１と、該無線ＩＣチップ５１を搭載した給電回路基板６５とからなる電磁結合モジュール６７、及び、磁界電極７と放射電極２にて構成されている。

本第５実施例においては、給電回路基板６５を備えている点で第４実施例と異なっている。給電回路基板６５は、図１３に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに逆相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２を含む整合回路を有する給電回路６６（詳細は図１５を参照して以下に示す）を備えている。そして、給電回路６６は無線ＩＣチップ５１のインピーダンスと磁界電極７及び放射電極２のインピーダンスとのマッチングを図っている。

従って、給電回路６６は、無線ＩＣチップ５１から発信された所定の周波数を有する送信信号を磁界電極７を介して放射電極２に伝達し、かつ、放射電極２及び磁界電極７で受信した信号を無線ＩＣチップ５１に供給する。それゆえ、この無線ＩＣデバイス６０は、放射電極２及び磁界電極７で受信した信号によって無線ＩＣチップ５１が動作され、該無線ＩＣチップ５１からの応答信号が磁界電極７及び放射電極２から外部に放射される。

次に、給電回路基板６５の構成について図１４と図１５とを参照して説明する。図１４に示すように、無線ＩＣチップ５１の入出力用端子電極は、給電回路基板６５上に形成した給電端子電極１４２ａ、１４２ｂに、実装用端子電極は、実装端子電極１４３ａ、１４３ｂに金属バンプなどを介して接続される。

給電回路基板６５は、図１５に示すように、誘電体あるいは磁性体からなるセラミックシート１４１ａ〜１４１ｈを積層、圧着、焼成したものである。但し、給電回路基板６５を構成する絶縁層はセラミックシートに限定されるものではなく、例えば、液晶ポリマなどのような熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のような樹脂シートであってもよい。最上層のシート１４１ａには、給電端子電極１４２ａ，１４２ｂ、実装端子電極１４３ａ，１４３ｂ、ビアホール導体１４４ａ，１４４ｂ，１４５ａ，１４５ｂが形成されている。２層目〜８層目のシート１４１ｂ〜１４１ｈには、それぞれ、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を構成する配線電極１４６ａ，１４６ｂが形成され、必要に応じてビアホール導体１４７ａ，１４７ｂ，１４８ａ，１４８ｂが形成されている。

以上のシート１４１ａ〜１４１ｈを積層することにより、配線電極１４６ａがビアホール導体１４７ａにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ１が形成され、配線電極１４６ｂがビアホール導体１４７ｂにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ２が形成される。また、配線電極１４６ａ，１４６ｂの線間にキャパシタンスが形成される。

シート１４１ｂ上の配線電極１４６ａの端部１４６ａ−１はビアホール導体１４５ａを介して給電端子電極１４２ａに接続され、シート１４１ｈ上の配線電極１４６ａの端部１４６ａ−２はビアホール導体１４８ａ，１４５ｂを介して給電端子電極１４２ｂに接続される。シート１４１ｂ上の配線電極１４６ｂの端部１４６ｂ−１はビアホール導体１４４ｂを介して給電端子電極１４２ｂに接続され、シート１４１ｈ上の配線電極１４６ｂの端部１４６ｂ−２はビアホール導体１４８ｂ，１４４ａを介して給電端子電極１４２ａに接続される。

以上の給電回路６６において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ逆方向に巻かれているため、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界が相殺される。磁界が相殺されるため、所望のインダクタンス値を得るためには配線電極１４６ａ，１４６ｂをある程度長くする必要がある。これにてＱ値が低くなるので共振特性の急峻性がなくなり、共振周波数付近で広帯域化することになる。

インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は、給電回路基板６５を平面透視したときに、左右の異なる位置に形成されている。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界はそれぞれ逆向きになる。これにて、給電回路６６を給電部１０（線状電極５，６）に結合させたとき、線状電極５，６には逆向きの電流が励起され、磁界電極７に電流を発生させることができ、その電流による電位差で放射電極２をパッチアンテナとして動作させることができる。本第５実施例のように給電回路基板６５に整合回路を内蔵することにより、絶縁体基板１上に別に設ける必要のあった整合回路のスペースをなくすことができ、アンテナの小型化による無線ＩＣデバイスの小型化を達成することができる。また、整合回路６６が基板６５に内蔵されるため、外部の物品の影響による整合回路の特性変動を抑えることができ、通信品質の劣化を防ぐことができる。なお、本第５実施例についても、電磁結合モジュール６７における無線ＩＣチップ５１を無線ＩＣデバイス６０の厚み方向の中央側に向けて配置することにより、無線ＩＣチップ５１の破壊を防ぐことができ、無線ＩＣデバイスとしての機械的強度を向上させることができる。

図１２に示す無線ＩＣデバイス６０の構成により、通信周波数が９５０ＭＨｚ帯のＲＦ-ＩＤを作製し、そのＲＦ-ＩＤをＡｌ製金属板上に配置して放射特性を調べたところ、９５０ＭＨｚにおいて−０.６ｄＢの放射利得を得ることができた。なお、前記実験においてはＡｌ金属板から放射電極２までの距離は３ｍｍであったが、その距離を４ｍｍにすることにより+１ｄＢまで放射特性が改善された。

（第６実施例、図１６参照）
図１６に第６実施例であるアンテナ７０を示す。このアンテナ７０は、絶縁体基板１の一方主面１１上に設けた放射電極１０２に、開口部１０３と該開口部１０３から放射電極１０２の縁部１０３ａに連通するスリット１０４を形成したものである。開口部１０３に突出した一端部１０２ａは他端部１０２ｂと対向しており、一端部１０２ａ及び他端部１０２ｂが給電部とされている。そして、本第６実施例では、一端部１０２ａ及び他端部１０２ｂを含む開口部１０３の周囲に磁界電極１０７が形成されている。即ち、本第６実施例では、前記第１〜第５実施例と異なり、放射電極１０２が、スリット１０４により開いたループ形状を有しているので、放射電極１０２の内周縁端部（開口部１０３の周囲）に電流が集中する。そして、この内周縁端部が磁界電極１０７として機能する。この場合（以下に示す実施例や変形例でも同様に）、放射電極と磁界電極とは見かけ上一体的に形成されていることになる。

本第６実施例では、給電部からの信号が磁界電極１０７に伝わり、その磁界電極１０７と一体となった放射電極１０２から、外部へ信号が放射される。このように、磁界電極１０７と放射電極１０２とが一体となっているので、給電部からの信号の特性（例えば広帯域な周波数特性）を、そのまま外部へ伝えることができる。なお、受信の場合も同様である。

このアンテナ７０は、図１６（Ｃ）に示すように、金属板７５上に配置され、該金属板７５を接地電極として放射電極１０２がパッチアンテナとして機能し、通信を行う。アンテナ７０の動作及び作用効果は前記第１実施例と基本的に同様である。特に、放射電極１０２にスリット１０４を形成することによって、放射電極１０２と磁界電極１０７を一体的に構成することができ、極めてシンプルな構造のアンテナを得ることができる。なお、金属板７５が必ずしも必要でないことは第１実施例と同様である。

（第７実施例、図１７参照）
図１７に第７実施例であるアンテナ８０を示す。このアンテナ８０は、絶縁体基板１の他方主面１２に接地電極８５を配置した点で前記第６実施例と異なっており、他の構成は第６実施例と同様である。接地電極８５を設けた作用効果は前記第３実施例で説明したとおりである。

（第６実施例の変形例、図１８参照）
図１８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に前記第６実施例の変形例１，２，３，４を示す。図１８（Ａ）に示す変形例１（アンテナ７０Ａ）は、放射電極１０２の開口部１０３を比較的広い面積とし、一端部１０２ａ及び他端部１０２ｂを放射電極１０２の縁部に形成したものである。図１８（Ｂ）に示す変形例２（アンテナ７０Ｂ）は、磁界電極１０７を構成する一端部１０２ａと他端部１０２ｂを開口部１０３に突出して形成したものである。図１８（Ｃ）に示す変形例３（アンテナ７０Ｃ）は、磁界電極１０７を構成する一端部１０２ａと他端部１０２ｂをスリット１０４を介して対向させたものである。図１８（Ｄ）に示す変形例４（アンテナ７０Ｄ）は、開口部１０３を円形としたものであり、楕円形であってもよい。

前記変形例１〜４として示したアンテナ７０Ａ〜７０Ｄの動作及び作用効果は前記第６実施例と同様である。特に、アンテナ７０Ａ，７０Ｂのように、給電部（１０２ａ，１０２ｂ）を絶縁体基板１の短辺方向に対向して配置することにより、該給電部に搭載される無線ＩＣチップ又は電磁結合モジュール（給電回路基板）を強固に固定することができる。即ち、矩形形状の絶縁体基板１は長辺方向に曲げられやすく短辺方向には曲がりにくい。絶縁体基板１が長辺方向に曲げられても、無線ＩＣチップ又は給電回路基板は短辺方向に給電部に結合されているため、給電部から外れにくく、信頼性が向上する。このような利点は前記第６及び第７実施例でも同様に有している。

（第８実施例、図１９参照）
図１９（Ａ）に第８実施例であるアンテナ９０を示す。このアンテナ９０は、絶縁体基板１の表面から一端面を介して裏面に渡ってその長辺方向に沿って導体を配置したものである。この導体の表面部分は放射電極１０２として、一端部１０２ａ及び他端部１０２ｂを含む開口部１０３が形成されており、開口部１０３の周囲が磁界電極１０７となる。導体の裏面部分は対向電極１０５とされ、この対向電極１０５は放射電極１０２と一端部で容量Ｃ３を介して結合している。また、放射電極１０２と対向電極１０５との他端直結部分にはインダクタンスＬ５（図１９（Ｂ）参照）が形成される。

本第８実施例においては、磁界電極１０７で発生した電位差が放射電極１０２に伝達され、対向電極１０５との電位差により、放射電極１０２がパッチアンテナとして動作する。放射電極１０２と対向電極１０５との間に形成される容量Ｃ３は比較的小さく、この容量Ｃ３によって送受信可能な信号の周波数が決定される。

さらに、図１９（Ｂ）に示すように、アンテナ９０の裏面側に対向電極１０５と対向するように接地電極（金属物品）４３を配置してもよい。対向電極１０５と接地電極４３とは比較的大きな容量Ｃ５を介して結合されており、対向電極１０５を介して接地電極４３が励振される。なお、容量Ｃ５は無限大であってもよく、換言すれば、接地電極４３は対向電極１０５と直接導通していてもよい。

（第９実施例、図２０参照）
図２０（Ａ）に第９実施例であるアンテナ１００を示す。このアンテナ１００は、前記第８実施例であるアンテナ９０の対向電極１０５を放射電極１０２とは分離し、放射電極１０２と対向電極１０５とを両端部分に形成される容量Ｃ３，Ｃ４を介して結合させたものである。他の構成は前記アンテナ９０と同様である。

本第９実施例においても、磁界電極１０７で発生した電位差が放射電極１０２に伝達され、対向電極１０５との電位差により、放射電極１０２がパッチアンテナとして動作する。放射電極１０２と対向電極１０５との間に形成される容量Ｃ３，Ｃ４は比較的小さく、この容量Ｃ３，Ｃ４によって送受信可能な周波数が決定される。

さらに、図２０（Ｂ）に示すように、アンテナ１００の裏面側に対向電極１０５と対向するように接地電極（金属物品）４３を配置してもよく、両者を容量Ｃ５によって結合させても、あるいは、直接導通させてもよい。

（第１０実施例、図２１参照）
図２１（Ａ）に第１０実施例であるアンテナ１１０を示す。このアンテナ１１０は、前記第８実施例であるアンテナ９０の対向電極１０５を短くしたものである。他の構成は前記アンテナ９０と同様である。

本第１０実施例においては、図２１（Ｂ）に示すように、放射電極１０２の一端部と接地電極（金属物品）４３との間には比較的小さな容量Ｃ６が形成され、対向電極１０５と接地電極４３との間には比較的大きな容量Ｃ５が形成される。従って、放射電極１０２及び対向電極１０５と容量Ｃ６，Ｃ５を介して結合する接地電極４３が励振されることになる。小さな容量Ｃ６によって送受信可能な周波数が決定される。従って、対向電極１０５と接地電極４３とは直接導通させてもよいことは、前記第８実施例及び第９実施例と同様である。

（実施例のまとめ）
前記アンテナにおいては、放射電極と給電部との間に磁界電極を備えている。換言すれば、放射電極と磁界電極とが一体的に形成されている。このような構造にすることにより、従来のパッチアンテナで必要であった給電ピンや側面電極が不要になり、アンテナの製造工程を簡略化でき、放射電極と給電部との接続信頼性も向上することができる。

放射電極と対向して対向電極や接地電極を配置してもよく、該対向電極にさらに接地電極を対向させて配置してもよい。放射電極と接地電極とは容量を介して結合していることが好ましい。また、放射電極と対向電極とはそれぞれ一端部にて直接導通していてもよい。対向電極と接地電極とは、容量を介して結合していてもよく、あるいは、直接導通していてもよい。

また、前記アンテナにおいては、放射電極には開口部が形成され、磁界電極は放射電極の開口部側の内周部に接続されていることが好ましい。このような構造にすることにより、放射電極の内部に磁界電極を配置することができ、アンテナを小型化することができる。

また、前記アンテナにおいて、磁界電極は絶縁体基板の一方主面上に形成された複数の線状電極により構成され、複数の線状電極の一方端は放射電極と接続され、複数の線状電極の他方端どうしは対向して配置され、それら他方端に給電部が形成されていることが好ましい。このような構造にすることにより、送受信信号に伴う電流が磁界電極に発生する。そして、その電流により生じた電位差により放射電極の外周形状に伴う共振が発生し、放射電極をアンテナとして動作させることができる。

また、前記アンテナにおいては、複数の線状電極の一方端が互いに接続され、該接続部にて放射電極に接続されていてもよい。

また、前記アンテナにおいて、複数の線状電極の他方端は絶縁体基板の短辺方向に対向して配置されていることが好ましい。無線ＩＣチップあるいは給電回路基板がこの他方端に結合された場合、絶縁体基板は短辺方向には曲がりにくいので、無線ＩＣチップあるいは給電回路基板の脱落のおそれがなくなる。

前記アンテナにおいては、放射電極には開口部と該開口部から放射電極の縁部に連通するスリットが形成され、磁界電極は該スリットの周囲に形成されていてもよい。アンテナを簡単な構造とすることができる。

また、前記アンテナにおいて、放射電極は長辺方向と短辺方向とを備えた平面電極で構成され、長辺方向の電極長が送受信する信号の周波数帯におけるほぼ１／２波長の電気長に相当することが好ましい。このような構造にすることにより、放射電極を１／２波長で共振するアンテナとして動作させることができる。

また、前記アンテナにおいては、絶縁体基板の一方主面上に放射電極を覆うように絶縁体材料を配置することが好ましく、放射電極の耐環境性能を向上することができる。絶縁体材料の厚みは前記絶縁体基板の厚みよりも薄いことが好ましい。

また、前記アンテナにおいては、絶縁体基板及び／又は絶縁体材料は樹脂を射出成型することにより形成してもよい。放射電極を絶縁体材料で覆うように一体的に形成することができ、簡単にアンテナを形成することができる。

（他の実施例）
なお、本発明に係るアンテナ及び無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、前記実施例においては、絶縁体基板の一方主面側の放射電極を覆うように絶縁体材料を配置したが、アンテナあるいは無線ＩＣデバイスの使用環境に応じて省略しても構わない。また、アンテナあるいは無線ＩＣデバイスの主面は矩形形状であるが、その形状に限定されるものではなく、円形、ひし形など何でも構わない。

以上のように、本発明は、アンテナ及び無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、製造工程が簡単で、給電部と放射電極との間で接続不良を発生する可能性が少ない点で優れている。

１ 絶縁体基板
２，１０２ 放射電極
３，１０３ 開口部
５ 第１の線状電極
６ 第２の線状電極
７，１０７ 磁界電極
１０ 給電部
１３ 接続部
１６ 絶縁体材料
２０，３０，４０，７０，８０，９０，１００，１１０ アンテナ
３１ 第１の接続部
３３ 第２の接続部
３５ 凹部
４１，４２，４３，７５，８５ 接地電極
５０，６０ 無線ＩＣデバイス
５１ 無線ＩＣチップ
６５ 給電回路基板
６６ 給電回路
６７ 電磁結合モジュール
１０２ａ，１０２ｂ 端部（給電部）
１０４ スリット

Claims (19)

1. 絶縁体基板の一方主面に形成された放射電極と、
   前記放射電極に接続された磁界電極と、
   前記磁界電極に接続された給電部と、
   を備え、
   前記放射電極は前記磁界電極の周囲に配置されていること、
   を特徴とするアンテナ。
2. 絶縁体基板の一方主面に形成された放射電極と、
   前記放射電極と対向するように前記絶縁体基板の他方主面側に配置された接地電極と、
   前記放射電極に接続された磁界電極と、
   前記磁界電極に接続された給電部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ。
3. 前記放射電極と前記接地電極とは容量を介して結合していること、を特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
4. 絶縁体基板の一方主面に形成された放射電極と、
   前記放射電極と対向するように前記絶縁体基板の他方主面に配置され、かつ、前記放射電極と容量を介して結合している対向電極と
   前記放射電極に接続された磁界電極と、
   前記磁界電極に接続された給電部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ。
5. さらに、前記対向電極と対向するように配置された接地電極を備えたこと、を特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記放射電極と前記対向電極とはそれぞれの一端部にて直接導通していること、を特徴とする請求項４又は請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記対向電極と前記接地電極とは容量を介して結合していること、を特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
8. 前記対向電極と前記接地電極とは直接導通していること、を特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
9. 前記放射電極には開口部が形成され、前記磁界電極は前記放射電極の前記開口部側の内周部に接続されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ。
10. 前記磁界電極は前記絶縁体基板の一方主面上に形成された複数の線状電極により構成され、前記複数の線状電極の一方端は前記放射電極と接続され、前記複数の線状電極の他方端どうしは対向して配置され、前記他方端に前記給電部が形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のアンテナ。
11. 前記複数の線状電極の一方端は互いに接続され、該接続部にて前記放射電極に接続されていること、を特徴とする請求項１０に記載のアンテナ。
12. 前記放射電極には開口部と該開口部から放射電極の縁部に連通するスリットが形成され、前記磁界電極は前記開口部の周囲に形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のアンテナ。
13. 前記給電部は前記絶縁体基板の短辺方向に対向して配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のアンテナ。
14. 前記放射電極は長辺方向と短辺方向とを備えた平面電極で構成され、前記長辺方向の電極長が送受信する信号の周波数帯におけるほぼ１／２波長の電気長に相当すること、を特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のアンテナ。
15. 前記絶縁体基板の一方主面上に前記放射電極を覆うように絶縁体材料を配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のアンテナ。
16. 前記絶縁体材料の厚みは前記絶縁体基板の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載のアンテナ。
17. 前記絶縁体基板及び／又は前記絶縁体材料は樹脂を射出成型することにより形成されていること、を特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載のアンテナ。
18. 請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のアンテナと、
    無線ＩＣと、
    を備えた無線ＩＣデバイスであって、
    前記給電部と結合するように前記無線ＩＣを配置したこと、
    特徴とする無線ＩＣデバイス。
19. 請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のアンテナと、
    無線ＩＣと、
    前記無線ＩＣと結合され、インダクタンス素子を含む共振回路及び／又は整合回路を有する給電回路を備えた給電回路基板とで構成される電磁結合モジュールと、
    を備え、
    前記給電部と結合するように前記電磁結合モジュールを配置したこと、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。

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