JP4990858B2 - 逆ｆアンテナおよびこれを備えた非接触型データ受送信体 - Google Patents

Description

本発明は、逆Ｆアンテナおよびこれを備えた非接触型データ受送信体に関し、さらに詳しくは、異なる複数の周波数帯域において、通信を可能とする逆Ｆアンテナおよびこれを備えた非接触型データ受送信体に関するものである。

近年、携帯電話機や、ＩＣチップとアンテナを備えた無線タグなどに用いられる通信機用アンテナとしては、モノポールアンテナ、ループアンテナまたは逆Ｆアンテナなどが挙げられる。通信機の小型化に対する要求が高まるにつれて、これらの通信機用アンテナの中でも、小型かつ薄型であり、比較的高利得であるとともに、筐体などの内部に内臓可能な逆Ｆアンテナが多用されている。

このような逆Ｆアンテナとしては、図９に示すようなものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
この逆Ｆアンテナ１００は、誘電体基材１０１と、誘電体基材１０１の一方の面１０１ａに設けられた放射導体１０２と、誘電体基材１０１の他方の面１０１ｂに設けられ、放射導体１０２と間隔を隔てて対向するアース導体１０３と、誘電体基材１０１を貫通し、放射導体１０２とアース導体１０３とを接続する短絡線１０４と、誘電体基材１０１を貫通し、短絡線１０４と間隔を隔て対向するとともに、放射導体１０２の一端１０２ａとアース導体１０３とを接続し、放射導体１０２に給電する給電線１０５とから概略構成されている。
放射導体１０２は、各種の導電体からなり、使用周波数の波長の１／２波長以内の長さをなしている。
特開２００５−１０９６３６号公報

ところが、通信に使用できる電波の周波数とその出力レベルに関しては、国ごとに定められた規制値があり、それぞれの国で定められた規制値の範囲で、最大の効果が得られるような周波数、送信電力が選ばれて、例えば、無線タグと、読取／書込装置（リーダ／ライタ）との通信系が設計される。そのため、従来の無線タグは、ＩＣチップとアンテナについて、ある１つの周波数帯のみで整合が図られている。
従って、ある国の規制に従って使用されている無線タグが、別の国では規制の問題により使用できないという事態が起きる。例えば、２００３年１月時点において、ＵＨＦ帯に関しては、９１５ＭＨｚ帯は、米国において使用可能であるが、日本（９５３ＭＨｚ帯）や欧州（８６８ＭＨｚ帯）では使用できない。

ゆえに、国際輸送貨物や国際郵便など（これらを総称して、「輸送物」と言う。）の管理などに無線タグを使用する場合、国ごとに定められた電波の周波数帯域に応じて、複数の無線タグを用意する必要があった。そのため、輸送物の取扱いが煩雑になり、不具合が生じるおそれがあるだけでなく、輸送コストが増加するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、異なる３つの周波数帯域における通信を可能とし、１つの非接触型データ受送信体により国際間物流を可能とする逆Ｆアンテナおよびこれを備えた非接触型データ受送信体を提供することを目的とする。

本発明の逆Ｆアンテナは、誘電体基材と、該誘電体基材の一方の面に設けられた放射導体と、前記誘電体基材の他方の面に設けられ、前記放射導体と間隔を隔てて対向するアース導体と、前記誘電体基材を貫通し、前記放射導体と前記アース導体とを接続する短絡線と、前記誘電体基材を貫通し、前記短絡線と間隔を隔て対向するとともに、前記放射導体の一端部と前記アース導体とを接続し、前記放射導体に給電する給電線とを備えた逆Ｆアンテナであって、前記放射導体の一端部は、前記給電線と前記放射導体との接点よりも、前記放射導体の長手方向の外側に突設され、前記放射導体の一端から前記給電線と前記放射導体との接点までの長さをａ、前記給電線と前記放射導体との接点から前記短絡線と前記放射導体との接点までの長さをｂ、前記短絡線と前記放射導体との接点から前記放射導体の他端までの長さをｃとすると、前記ａ、前記ｂおよび前記ｃは、ｃ＞ｂ＋ａの関係を満たし、前記アース導体側に、給電点が設けられたことを特徴とする。

本発明の非接触型データ受送信体は、本発明の逆Ｆアンテナと、前記誘電体基材の他方の面に実装され、前記アース導体に接続されたＩＣチップとを備えたことを特徴とする。

本発明の逆Ｆアンテナは、誘電体基材と、該誘電体基材の一方の面に設けられた放射導体と、前記誘電体基材の他方の面に設けられ、前記放射導体と間隔を隔てて対向するアース導体と、前記誘電体基材を貫通し、前記放射導体と前記アース導体とを接続する短絡線と、前記誘電体基材を貫通し、前記短絡線と間隔を隔て対向するとともに、前記放射導体の一端部と前記アース導体とを接続し、前記放射導体に給電する給電線とを備えた逆Ｆアンテナであって、前記放射導体の一端部は、前記給電線と前記放射導体との接点よりも、前記放射導体の長手方向の外側に突設されたので、異なる３つの周波数帯域における通信が可能となる。したがって、３つの国または地域（例えば、日本、米国、欧州）において、それぞれ異なる周波数帯域における通信が可能となり、１つの非接触型データ受送信体による国際間物流が可能となる。

本発明の非接触型データ受送信体は、本発明の逆Ｆアンテナと、前記誘電体基材の他方の面に実装され、前記アース導体に接続されたＩＣチップとを備えたので、異なる３つの周波数帯域における通信が可能となり、１つの非接触型データ受送信体による国際間物流が可能となる。

本発明の逆Ｆアンテナおよびこれを備えた非接触型データ受送信体の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

（逆Ｆアンテナ）
図１は、本発明の逆Ｆアンテナの一実施形態を示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２は、本発明の逆Ｆアンテナの一実施形態を示す概略平面図である。図３は、本発明の逆Ｆアンテナの一実施形態を示す概略底面図である。
この実施形態の逆Ｆアンテナ１０は、長方形状の誘電体基材１１と、放射導体１２と、アース導体１３と、短絡線１４と、給電線１５とから概略構成されている。

誘電体基材１１は、外形が長方形状の誘電体からなる基板である。
放射導体１２は、外形が長方形状をなす導電体からなり、その長辺が誘電体基材１１の長手方向に沿うように、誘電体基材１１の一方の面１１ａに設けられている。
アース導体１３は、外形が長方形状をなす導電体からなり、その長辺が誘電体基材１１の長手方向に沿うように、誘電体基材１１の他方の面１１ｂに設けられている。
また、放射導体１２とアース導体１３とは、誘電体基材１１を介することにより間隔を隔てて対向して配置されている。

短絡線１４は、誘電体基材１１を厚み方向に貫通する貫通孔に充填された導電体からなり、放射導体１２とアース導体１３とを接続している。
給電線１５は、誘電体基材１１を厚み方向に貫通する貫通孔に充填された導電体からなり、短絡線１４と間隔を隔て対向するとともに、短絡線１４よりも放射導体１２の一端部１２ａとアース導体１３とを接続されている。そして、給電線１５は、給電点１３ａ、１３ｂを介してアース導体１３に実装されるＩＣチップ２０から放射導体１２に給電するためのものである。

また、放射導体１２の一端部１２ａは、給電線１５と放射導体１２との接点１５ａよりも、放射導体１２の長手方向の外側、すなわち、誘電体基材１１の一端１１ｃ側に突設されている。

放射導体１２の一端部（給電線１５と放射導体１２との接点１５ａから、放射導体１２の一端までの部分）１２ａの接点１５ａからの突出長ａ（以下、「一端部１２ａの長さａ」と言う。）は、通信に使用する電波の周波数帯域に応じて適宜設定されるが、この一端部１２ａの長さａを長くすることにより、逆Ｆアンテナ１０によって通信可能な電波の周波数帯域を３つにすることができる。

誘電体基材１１をなす誘電体としては、各種のプラスチック、セラミックスなどが挙げられる。
放射導体１２およびアース導体１３をなす導電体としては、ポリマー型導電インクを硬化してなるもの、導電性箔、金属メッキなどが挙げられる。

ポリマー型導電インクとしては、例えば、銀粉末、金粉末、白金粉末、アルミニウム粉末、パラジウム粉末、ロジウム粉末、カーボン粉末（カーボンブラック、カーボンナノチューブなど）などの導電微粒子が、熱硬化型樹脂または光硬化性樹脂に配合されたものが用いられる。
導電性箔としては、銅箔、銀箔、金箔、白金箔、アルミニウム箔などが用いられる。
金属メッキとしては、銅メッキ、銀メッキ、金メッキ、白金メッキなどが用いられる。

短絡線１４および給電線１５をなす導電体としては、上記のポリマー型導電インクを硬化してなるもの、上記の金属メッキなどが挙げられる。

この逆Ｆアンテナ１０によれば、放射導体１２の一端部１２ａが、給電線１５と放射導体１２との接点１５ａよりも、放射導体１２の長手方向の外側に突設されているので、異なる３つの周波数帯域における通信が可能となる。したがって、この逆Ｆアンテナ１０を用いれば、３つの国または地域（例えば、日本、米国、欧州）において、それぞれ異なる周波数帯域における通信が可能となる。ゆえに、この逆Ｆアンテナ１０を用いれば、１つの非接触型データ受送信体による国際間物流が可能となる。

（非接触型データ受送信体）
図４は、本発明の非接触型データ受送信体の一実施形態を示す概略断面図である。
この実施形態の非接触型データ受送信体３０は、逆Ｆアンテナ１０と、逆Ｆアンテナ１０の誘電体基材１１の他方の面１１ｂに実装され、給電点１３ａ、１３ｂを介してアース導体１３に電気的に接続されたＩＣチップ２０とから概略構成されている。

ＩＣチップ２０としては、特に限定されず、逆Ｆアンテナ１０を介して非接触状態にて情報の書き込みおよび読み出しが可能なものであれば、非接触型ＩＣタグや非接触型ＩＣラベル、あるいは非接触型ＩＣカードなどのＲＦＩＤメディアに適用可能なものであればいかなるものでも用いられる。

この非接触型データ受送信体３０によれば、上記の逆Ｆアンテナ１０を備えているので、異なる３つの周波数帯域における通信が可能となり、１つの非接触型データ受送信体３０による国際間物流が可能となる。

以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

（実験例１）
図１および図２に示した逆Ｆアンテナ１０と、この逆Ｆアンテナ１０に実装されたＩＣチップとを備えた非接触型データ受送信体を作製した。
逆Ｆアンテナ１０の放射導体１２において、短絡線１４と放射導体１２との接点から、放射導体１２の他端までの長さｃを４５ｍｍとした。
また、短絡線１４と放射導体１２との接点から、給電線１５と放射導体１２との接点１５ａまでの長さｂを２５ｍｍとした。
また、放射導体１２の一端部１２ａの長さａを０ｍｍとした。
この実験例１の非接触型データ受送信体について、三次元電界シュミレータＨＦＳＳ（アンソフト社製）を用いて周波数特性を評価したところ、図５に示すグラフのような結果が得られた。
このグラフの結果から、２つの周波数ピーク（２）、（３）が観察され、この非接触型データ受送信体は、２つの周波数帯域において通信可能であることが確認された。

（実験例２）
放射導体１２の一端部１２ａの長さａを９ｍｍとした以外は、実験例１と同様にして、非接触型データ受送信体を作製した。
この実験例２の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして周波数特性を評価したところ、図６に示すグラフのような結果が得られた。
このグラフの結果から、３つの周波数ピーク（１）、（２）、（３）が観察され、この非接触型データ受送信体は、３つの周波数帯域において通信可能であることが確認された。

（実験例３）
放射導体１２の一端部１２ａの長さａを１２ｍｍとした以外は、実験例１と同様にして、非接触型データ受送信体を作製した。
この実験例３の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして周波数特性を評価したところ、図７に示すグラフのような結果が得られた。
このグラフの結果から、３つの周波数ピーク（１）、（２）、（３）が観察され、この非接触型データ受送信体は、３つの周波数帯域において通信可能であることが確認された。

（実験例４）
放射導体１２の一端部１２ａの長さａを１５ｍｍとした以外は、実験例１と同様にして、非接触型データ受送信体を作製した。
この実験例４の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして周波数特性を評価したところ、図８に示すグラフのような結果が得られた。
このグラフの結果から、３つの周波数ピーク（１）、（２）、（３）が観察され、この非接触型データ受送信体は、３つの周波数帯域において通信可能であることが確認された。

以上、実験例２〜４の結果から、逆Ｆアンテナ１０の放射導体１２の一端部１２ａの長さａを長くしていくと、３つの周波数ピーク（１）、（２）、（３）が観察されることが分かった。これにより、このような逆Ｆアンテナを備えた非接触型データ受送信体は、３つの周波数帯域において通信可能であることが分かった。

本発明の逆Ｆアンテナの一実施形態を示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の逆Ｆアンテナの一実施形態を示す概略平面図である。 本発明の逆Ｆアンテナの一実施形態を示す概略底面図である。 本発明の非接触型データ受送信体の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の非接触型データ受送信体の実験例１における周波数特性の評価結果を示すグラフである。 本発明の非接触型データ受送信体の実験例２における周波数特性の評価結果を示すグラフである。 本発明の非接触型データ受送信体の実験例３における周波数特性の評価結果を示すグラフである。 本発明の非接触型データ受送信体の実験例４における周波数特性の評価結果を示すグラフである。 従来の逆Ｆアンテナの一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０・・・逆Ｆアンテナ、１１・・・誘電体基材、１２・・・放射導体、１３・・・アース導体、１４・・・短絡線、１５・・・給電線、２０・・・ＩＣチップ、３０・・・非接触型データ受送信体。

Claims (2)

1. 誘電体基材と、該誘電体基材の一方の面に設けられた放射導体と、前記誘電体基材の他方の面に設けられ、前記放射導体と間隔を隔てて対向するアース導体と、前記誘電体基材を貫通し、前記放射導体と前記アース導体とを接続する短絡線と、前記誘電体基材を貫通し、前記短絡線と間隔を隔て対向するとともに、前記放射導体の一端部と前記アース導体とを接続し、前記放射導体に給電する給電線とを備えた逆Ｆアンテナであって、
   前記放射導体の一端部は、前記給電線と前記放射導体との接点よりも、前記放射導体の長手方向の外側に突設され、
   前記放射導体の一端から前記給電線と前記放射導体との接点までの長さをａ、前記給電線と前記放射導体との接点から前記短絡線と前記放射導体との接点までの長さをｂ、前記短絡線と前記放射導体との接点から前記放射導体の他端までの長さをｃとすると、前記ａ、前記ｂおよび前記ｃは、ｃ＞ｂ＋ａの関係を満たし、
   前記アース導体側に、給電点が設けられたことを特徴とする逆Ｆアンテナ。
2. 請求項１に記載の逆Ｆアンテナと、前記誘電体基材の他方の面に実装され、前記アース導体に接続されたＩＣチップとを備えたことを特徴とする非接触型データ受送信体。

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