JP5928188B2

JP5928188B2 - アンテナおよびｒｆｉｄタグ

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Publication number: JP5928188B2
Application number: JP2012140989A
Authority: JP
Inventors: 甲斐　学; 学甲斐; 照尚二宮
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: US20130341411A1; US9010648B2; JP2014007504A; EP2677597A1

Description

本発明は、アンテナおよびRadio Frequency Identification（ＲＦＩＤ）タグに関する。

近年、ＲＦＩＤと称される個体の識別管理技術が研究および開発されている。ＲＦＩＤおいて、ＲＦＩＤタグと称される媒体は、Large Scale Integration（ＬＳＩ）チップ等のIntegrated Circuit（ＩＣ）チップおよびアンテナを含む。ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップに記録された個体の識別データ等の情報をアンテナによって電磁波を介して送受信する機能を有する。ＲＦＩＤタグのＩＣチップに記録された情報は、リーダライタと称される装置によって電磁波を介して読み書きされる。

上述したＲＦＩＤタグの種類は、電源方式の違いによってパッシブ型とアクティブ型に大別することができる。

パッシブ型のＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤタグ内に電池を実装するアクティブ型のＲＦＩＤタグと比較して、安価に製造が可能であり、電池の寿命を考慮した保守の必要がないという利点を有する。しかしながら、パッシブ型のＲＦＩＤタグは、動作電力となる電池を実装しないため、ＩＣチップの駆動に必要な電力の伝送を通信と同時にリーダライタからＲＦＩＤタグに行なう必要がある。このため、リーダライタとパッシブ型のＲＦＩＤタグとの間で通信可能な距離は、リーダライタからパッシブ型のＲＦＩＤタグへ電力の伝送が可能な距離に従って決定され得る。

このように、パッシブ型のＲＦＩＤタグが用いられるＲＦＩＤでは、搬送波は、電力伝送に必要な出力を伴うことから、搬送波に使用可能な周波数帯域は、法律等によって規制されている。例えば、日本の電波法による規制では、８６０〜９６０ＭＨｚ帯といったUltra-High Frequency（ＵＨＦ）帯の送信出力は、１３．５６ＭＨｚ帯といったHigh Frequency（ＨＦ）帯の送信出力と比較して大きい。そこで、ＲＦＩＤタグの利用分野の内、課金、プリペイド、およびセキュリティ管理といった通信可能な距離を限定したい利用分野では、送信出力が小さくてもよいので、ＨＦ帯が利用され得る。一方、物品や物流の管理といった通信可能な距離を延伸したい利用分野では、送信出力を大きくできるため、ＵＨＦ帯が利用され得る。

また、ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤタグを貼付する対象物のサイズに適応するように設計される必要がある。

例えば、貼付対象物が小さい場合には、ＲＦＩＤタグのサイズも貼付対象物のサイズに従って小型化する必要がある。特に、ＲＦＩＤタグの実装面積の多くをアンテナが占め得るため、アンテナを小型化する必要がある。

しかしながら、ＲＦＩＤタグ中のアンテナを小型化すると、所望周波数に対応する波長と比較してアンテナ長が短くなり、アンテナの放射効率が低下し得るため、リーダライタとＲＦＩＤタグとの間の通信可能な距離が短くなり得る。

なお、ＲＦＩＤタグ用ＬＳＩチップが接続された給電端子と、給電端子に接続されたループアンテナと、ループアンテナのループをバイパスするバイパス導電路とを有するようにＲＦＩＤタグ用アンテナを構成する従来技術がある。

また、ループアンテナを構成するアンテナ導体の両端側に設けた給電点以外の位置に、ループアンテナの２点間を短絡する短絡線を具備するループアンテナによって、所要帯域内において異なる共振周波数を有する複数のループアンテナを並列接続した多重ループアンテナ等と比較して、所要帯域内のＶＳＷＲ特性を改善する従来技術がある。

国際公開第２００６／０７７６４５号特開２００５‐３４７７９８号公報

本発明の課題は、ＲＦＩＤタグに含まれるアンテナを小型化しつつ、リーダライタとＲＦＩＤタグとの通信可能距離を延伸することである。

一実施形態に従ったアンテナは、第１ループと、第１ループの外側を取り囲む第２ループであって、第１ループとスリットを隔てて分離され、第１のループの両端と第２ループの両端とが結合された第２ループと、第１のループと第２ループとの結合部分に設けられたＩＣチップ接続部とを含む。また、第１ループのループ長および第２ループのループ長は、ＩＣチップ接続部に接続されたＩＣチップと共振する所望の周波数に対応する波長の３分の１以下である。また、第１ループのインダクタンスは、当該ＩＣチップのキャパシタンス成分とで構成される共振回路が当該所望の周波数において共振条件を満たす。

一実施形態に従ったＲＦＩＤタグは、ＩＣチップと、ＩＣチップと接続されたアンテナを含む。アンテナは、第１ループと、第１ループの外側を取り囲む第２ループであって、第１ループとスリットを隔てて分離され、第１のループの両端と第２ループの両端とが結合された第２ループと、第１のループと第２ループとの結合部分に設けられたＩＣチップ接続部とを含む。また、第１ループのループ長および第２ループのループ長は、ＩＣチップ接続部に接続されたＩＣチップと共振する所望の周波数に対応する波長の３分の１以下である。また、第１ループのインダクタンスは、当該ＩＣチップのキャパシタンス成分とで構成される共振回路が当該所望の周波数において共振条件を満たす。

実施形態に従えば、ＲＦＩＤタグに含まれるアンテナを小型化しつつ、リーダライタとＲＦＩＤタグとの通信可能距離を延伸することができる。

第１の実施形態に従ったループアンテナの概略的構成図である。実施形態に従ったループアンテナの等価回路図である。第１の実施形態に従ったループアンテナのサイズの一例である。比較対象とした従来技術のアンテナの形状およびサイズである。第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグおよび従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグの通信可能距離に関する周波数特性を示す図である。第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグの電流密度分布図である。従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグの電流密度分布図である。第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグのアンテナ指向特性を示す図である。従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグのアンテナ指向特性を示す図である。タグ基材を含む実施形態のＲＦＩＤタグの例示的構成図である。実施形態のＲＦＩＤタグの使用例の説明図である。第２の実施形態に従ったループアンテナの概略的構成図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態に従ったループアンテナの概略的構成図である。
図１に示すように、第１の実施形態に従ったループアンテナ１０は、第１ループ１１、第２ループ１２、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂ、およびスリット１４を含む。

第１ループ１１は、ループアンテナ１０の内側のループ部分であり、第２ループ１２は、ループアンテナ１０の外側のループ部分である。第１ループ１１は、第２ループ１２の内側に存在し、第２ループ１２は、第１ループ１１の外側を取り囲む。第１ループ１１および第２ループ１２によって、ループアンテナ１０は、２重のループアンテナを構成する。

第１ループ１１および第２ループ１２は、スリット１４を隔てて分離しており、第１ループ１１および第２ループ１２の両端に位置するＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂにおいて結合する。すなわち、第１ループ１１および第２ループ１２は、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂから見て並列に接続される。

ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂは、ＲＦＩＤタグに搭載されるＩＣチップの端子が接続されるループアンテナ１０の部分である。

スリット１４は、第１ループ１１と第２ループ１２との間隙に存在するループアンテナ１０の部分であり、第１ループ１１および第２ループ１２が分離された部分である。

第１の実施形態では、ループアンテナ１０中の第１ループ１１および第２ループ１２の形状は、分離して存在するＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂを除外すると、正方形または長方形の矩形である。

例えば、所望の周波数を９５３ＭＨｚとしたとき、矩形の形状を有する第２ループ１２の辺の長さは、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在する辺を除いて、１９ｍｍであり得る。したがって、ループアンテナ１０およびループアンテナ１０に搭載されたＩＣチップを含む第１の実施形態ＲＦＩＤタグ全体のサイズは、１９ｍｍ×１９ｍｍであり得る。

また、第１ループ１１および第２ループ１２のループ長は、７６ｍｍ（１９ｍｍ×４）以下であり得、所望の周波数９５３ＭＨｚに対応する波長λである３１５ｍｍの約１／４（約０．２４λ）、すなわち１／３以下であり得る。すなわち、実施形態のループアンテナ１０中の第１ループ１１および第２ループ１２は、所望の周波数に対応する波長よりも十分に短いループ長を有する微小ループである。このため、第１ループ１１および第２ループ１２は、インダクタとして働く。

また、第２ループ１２のループ長は、第１ループ１１のループ長よりも長い。このため、第１ループ１１および第２ループ１２のインダクタをそれぞれＬａ１およびＬａ２とすると、インダクタＬａ２の値は、インダクタＬａ１の値よりも大きく、関係式Ｌａ２＞Ｌａ１が成立する。

図２は、実施形態に従ったＲＦＩＤタグの等価回路図である。
図２に示した実施形態のＲＦＩＤタグ３０の等価回路図のように、第１の実施形態のループアンテナ１０は、抵抗Ｒａ、インダクタＬａ１、インダクタＬａ２が並列接続された回路により等価的に表すことができる。また、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂに接続されて実施形態のＲＦＩＤタグ３０に搭載されるＩＣチップ２０は、抵抗ＲｃおよびキャパシタＣｃが並列接続された回路により等価的に表すことができる。

このように、実施形態に従ったＲＦＩＤタグの等価回路は、並列共振回路として表されるので、実施形態に従ったＲＦＩＤタグの共振条件は、図２に示した等価回路のアドミタンスＹの虚数成分がゼロ（０）となること、すなわち、次の式（１）を満足することである。

ここで、式（１）中のωは、ループアンテナ１０が受信した電磁波の角周波数であり、周波数をｆとすると関係式ω＝２πｆが成立する。

例えば、ＩＣチップ２０において、抵抗Ｒｃの値を２０００Ω、キャパシタＣｃの値を１．０ｐＦとする。また、ループアンテナ１０において、抵抗Ｒａの値を２００００Ω、インダクタＬａ１の値を３５ｎＨ、インダクタＬａ２の値を１４０ｎＨとする。このような設定値である場合、インダクタＬａ１およびインダクタＬａ２の合成インダクタンスは、２８ｎＨであり、周波数９５３ＭＨｚにおいて１．０ｐＦのキャパシタＣｃとの共振条件を満たす。

前述したように、インダクタＬａ２の値は、インダクタＬａ１の値よりも大きく、関係式Ｌａ２＞Ｌａ１が成立する。このため、式（１）で示した共振条件は、主としてインダクタＬａ１の値によって決定し得る。したがって、第１ループ１１は、ループアンテナ１０内においてＩＣチップ２０との整合用の部分として機能し得る。

また、ループアンテナは、ループアンテナの１周のループ長が所望周波数に対応する１波長λに等しいときに放射効率ηが最も高く、ループアンテナの１周のループ長が１波長λよりも短くなると、放射効率が低下し、アンテナゲインが下がる特徴を有する。図１に示したように、第１の実施形態に従ったループアンテナ１０では、第２ループ１２のループ長は、第１ループ１１のループ長よりも長い。このため、第２ループ１２は、第１ループ１１と比較して放射効率が高く、アンテナゲインが高い。したがって、第２ループ１２は、ループアンテナ１０内においてアンテナゲイン増大用の部分として機能し得る。

このような第１ループ１１および第２ループ１２の機能から、第１ループ１１の形状およびサイズは、搭載されるＩＣチップのキャパシタＣｃの値と共振するようなインダクタンスを持つように決定される。例えば、前述の式（１）で表される共振条件を満たすように、第１ループ１１のループ長は決定される。

一方、第２ループ１２の形状およびサイズは、アンテナゲインを増大するように決定される。例えば、アンテナの放射効率ηを高めるために、第２ループ１２の１周のループ長は、ＲＦＩＣタグの貼付対象物のサイズ等による制約の範囲内でできる限り長くされ得る。また、導体損失を減らすことによりアンテナの放射効率ηを高めるために、第２ループ１２の線路幅は、制約の範囲でできる限り太くされ得る。

第１ループ１１および第２ループ１２のサイズは、例えば、図３を参照しながら説明する以下のような過程を経て設定される。

図３は、第１の実施形態に従ったループアンテナのサイズの一例である。
例えば、所望の周波数を９５３ＭＨｚであると仮定する。ループアンテナ１０に要求されるサイズを１９ｍｍ×１９ｍｍであると仮定する。ループアンテナ１０の製造時に生じ得るばらつきを±０．１ｍｍであると仮定する。ループアンテナ１０に接続されるＩＣチップ２０のサイズを考慮して、ＩＣチップ接続部１３ａとＩＣチップ接続部１３ｂとの間隔を１ｍｍであると仮定する。

上記のような仮定から、まず、図３に示すように、第２ループ１２の辺の長さを、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが設定された辺を除いて１９ｍｍに設定する。すなわち、第２ループ１２の各辺に対応する第２ループ１２の線路部分の内、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在しない横方向（図３のＸ軸方向）の線路の長さを１９ｍｍに設定し、縦方向（図３のＹ軸方向）の線路の各長さを１９ｍｍに設定する。また、ＩＣチップ接続部１３ａが存在する横方向の線路の長さ、およびＩＣチップ接続部１３ｂが存在する横方向の線路の長さを９ｍｍ（（１９−１）／２ｍｍ）にそれぞれ設定する。こうした設定によって、ループアンテナ１０に要求されるサイズの制約の範囲内で、第２ループ１２の１周のループ長を可能な限り長くする。

また、ループアンテナ１０の製造時の精度を考慮して、ループアンテナ１０の各辺に対応するループアンテナ１０の線路部分の内、ループアンテナ１０の横方向の線路内のスリット１４の幅を０．５ｍｍに設定する。そして、ＩＣチップ接続部１３ａに近接する線路内のスリット１４とＩＣチップ接続部１３ｂに近接する線路内のスリット１４との間隔を５ｍｍに設定する。このように間隔が５ｍｍに設定されることによって、第１ループ１１および第２ループ１２が結合する部分の横方向の長さは、２ｍｍ（（５−１）／２ｍｍ）に設定される。

そして、第１ループ１１の各辺に対応する第１ループ１１の線路部分の内、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在しない第１ループ１１の横方向の線路の長さを１３ｍｍに設定する。また、ＩＣチップ接続部１３ａが存在する第１ループ１１の横方向の線路の長さ、およびＩＣチップ接続部１３ｂが存在する第１ループ１１の横方向の線路の長さを６ｍｍ（（１３−１）／２ｍｍ）にそれぞれ設定する。そして、これらの第１ループ１１の横方向の線路の各幅を１ｍｍに設定する。

上記のような第１ループ１１の横方向の線路に対する設定結果を基に、ＩＣチップ接続部１３ａが存在する第２ループ１２の横方向の線路の幅、およびＩＣチップ接続部１３ｂが存在する第２ループ１２の横方向の線路の幅を制約の範囲内で可能な限り太く設定する。すなわち、これらの線路の幅を２．５ｍｍ（（１９−１３−０．５×２）／２ｍｍ）にそれぞれ設定する。

次に、図３に示すように、ループアンテナ１０の製造時の精度を考慮して、ループアンテナ１０の縦方向の線路内に存在するスリット１４の各幅を０．５ｍｍに設定する。

また、第１ループ１１の縦方向の線路の各幅を１ｍｍに設定する。そして、ＩＣチップ接続部１３ａまたは１３ｂが存在する第２ループ１２の横方向の線路の幅と同様に、第２ループ１２の縦方向の線路の各幅を２．５ｍｍに設定する。

最後に、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂ側から見たループアンテナ１０のインダクタンス、すなわちインダクタＬａ１およびインダクタＬａ２の合成インダクタンスが２８ｎＨになるように、第１ループ１１の縦方向の線路の長さを調整する。また、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在しない第２ループ１２の横方向の線路の幅を調整する。

具体的には、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂに近接するループアンテナ１０の横方向の線路内のスリット１４の縁の内、第２ループ１２と接しない縁に第１ループ１１の縦方向の線路の基点をそれぞれ設定する。そして、設定された起点からＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在しない第１ループ１１の横方向の線路へ向かって、第１ループ１１の縦方向の各線路の長さを伸縮する。また、伸縮される第１ループ１１の縦方向の各線路の長さに従って、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在しない第２ループ１２の横方向の線路の幅を制約の範囲内で可能な限り太くする。

上記の調整の結果、図３に示すように、第１ループ１１の縦方向の線路の長さは、１１ｍｍに設定される。また、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂが存在しない第２ループ１２の横方向の線路の幅は、４．５ｍｍ（（１９−１１−０．５×２）−２．５ｍｍ）に設定される。

第１ループ１１および第２ループ１２のサイズを以上の説明のように設定することによって、実施形態では、第１ループ１１をＩＣチップ２０との整合用の部分として機能させ、第２ループ１２をアンテナゲイン増大用の部分として機能させる。なお、図３を参照しながら説明したループアンテナ１０のサイズおよびサイズ設定方法は一例にすぎず、実施形態のループアンテナ１０のサイズおよびサイズ設定方法がこれに限定されることを意味しない。

第１の実施形態に従ったループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグの性能と従来技術に従ったアンテナを含むＲＦＩＤタグの性能との比較の一例を以下に説明する。

比較対象とする第１の実施形態に従ったループアンテナ１０の形状およびサイズは、図３を用いて前述した形状およびサイズと同じである。また、ループアンテナ１０の材質は、導電率σが５×１０^６Ｓ／ｍの導体であり、その厚さは、３０μｍである。

図４は、比較対象とした従来技術のアンテナの形状およびサイズである。図４に示すように、比較対象とした従来技術のアンテナ４０は、ＩＣチップ２０が接続されるＩＣチップ接続部４３ａおよび４３ｂ、ＩＣチップ接続部４３ａおよび４３ｂと接する略矩形のループ部４１、およびループ部４１をバイパスする直線状のバイパス導電路４２を含む。バイパス導電路４２は、ループ部４１の縦方向（図４のＹ軸方向）を２等分する位置に存在する。

ループ部４１およびバイパス導電路４２は、導電率σが５×１０^６Ｓ／ｍの導体であり、その厚さは、３０μｍである。また、ループ部４１の各辺に対応する各線路およびバイパス導電路４２の幅は、２ｍｍである。ＩＣチップ接続部４３ａおよびＩＣチップ接続部４３ｂの間隔は、１ｍｍである。

ループ部４１の線路の長さは、ＩＣチップ接続部４３ａおよびＩＣチップ接続部４３ｂが存在する線路を除いて、１９ｍｍであり、ＩＣチップ接続部４３ａが存在する線路およびＩＣチップ接続部４３ｂが存在する線路の長さは、それぞれ９ｍｍである。すなわち、従来技術のアンテナ４０の実装面積は、比較対象とする第１の実施形態に従ったループアンテナ１０の実装面積と同じである。また、アンテナ４０を含むＲＦＩＤタグの実装面積は、ループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグの実装面積と同じである。

上述したような第１の実施形態に従ったループアンテナ１０とＩＣチップ２０とを含むＲＦＩＤタグと、従来のアンテナ４０とＩＣチップ２０とを含むＲＦＩＤタグについて、リーダライタの出力を１Ｗ（すなわち、３０ｄＢｍ）、リーダライタのアンテナゲインを６ｄＢｉ、ＩＣチップの最小動作電力Ｐ_mimを−１７ｄＢｍとして電磁界シミュレーションを用いて解析する。解析結果を用いて両タグの性能を比較した結果を図５〜図９を参照しながら以下に説明する。

図５は、第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグおよび従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグの通信可能距離に関する周波数特性を示す図である。

図５に示すように、第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグおよび従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグは、何れも９５３ＫＨｚにおいて共振条件を満たし、リーダライタとの通信可能距離が最長となる。

しかしながら、図５に示すように、共振条件を満たす９５３ＫＨｚにおいて、従来のアンテナ４０を含むＲＦＩＤタグの通信可能距離が約２ｍであるのに対して、第１の実施形態のループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグの通信可能距離は、約２．５ｍである。したがって、第１の実施形態のループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグは、従来のアンテナ４０を含むＲＦＩＤタグと実装面積が同じであっても通信可能距離を約２５％延伸することができることがわかる。

また、図５に示すように、第１の実施形態のループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグは、従来のアンテナ４０を含むＲＦＩＤタグと比較して、測定対象とした８００ＭＨｚ〜１１００ＭＨｚの全ての周波数において通信可能距離を延伸している。したがって、共振条件を満たす９５３ＫＨｚの前後の周波数においても、第１の実施形態のループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグは、従来のアンテナ４０を含むＲＦＩＤタグと実装面積が同じであっても通信可能距離を延伸することができることがわかる。

図６は、第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグの電流密度分布図である。図７は、従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグの電流密度分布図である。

図６を参照すると、第１の実施形態のループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグでは、内側のループ部分である第１ループ１１に電流が集中し、第１ループ１１がインダクタとして機能していることがわかる。また、図７を参照すると、従来のアンテナ４０を含むＲＦＩＤタグでは、バイパス導電路４２を含む点線で表された内側ループ部４４に電流が集中し、内側ループ部４４がインダクタとして機能していることがわかる。

しかしながら、図７を参照すると、内側ループ部４４とループ部４１との電流経路の一部が共通化されているため、内側ループ部４４よりも１周のループ長が長いループ部４１に流れる電流は、内側ループ部４４に流れる電流によって妨げられている。一方、図６を参照すると、外側のループ部分である第２ループ１２の電流経路が内側のループ部分である第１ループ１１の電流経路から独立しているため、第２ループ１２に流れる電流は、第１ループ１１に流れる電流により妨げられていない。

前述したように、第１ループ１１よりも１周のループ長が長い第２ループ１２は、ループアンテナ１０内でアンテナゲイン増大用の部分として機能し得る。したがって、第１の実施形態に従ったループアンテナ１０では、アンテナゲイン増大用の第２ループ１２に流れる電流が妨げられずにスムーズに流れるため、従来のアンテナ４０と比較してアンテナゲインを増大させることができる。

このようなアンテナゲインの増加は、図８および図９を参照することからも理解できる。

図８は、第１の実施形態のループアンテナを含むＲＦＩＤタグのアンテナ指向特性を示す図である。図９は、従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグのアンテナ指向特性を示す図である。

図８および図９を参照すると、図３および図４に示した座標軸のＺＸ平面およびＹＺ平面の何れ角度においても、第１の実施形態のループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグは、従来のアンテナ４０を含むＲＦＩＤタグと比較して、アンテナゲインが約１．７ｄＢ増大していることがわかる。

したがって、図５〜図９を参照しながら上述したことからわかるように、第１の実施形態のループアンテナ１０をＲＦＩＤタグに用いれば、ＲＦＩＤタグのサイズの小型化を実現しつつ、リーダライタとの通信可能距離の延伸を実現できる。

また、第１の実施形態のループアンテナ１０をＲＦＩＤタグに用いれば、リーダライタの送信出力を抑制したとしても、従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグと同様の通信距離で、リーダライタとの間の通信を実現できる。したがって、ループアンテナ１０を含むＲＦＩＤタグは、例えば、病院等の不必要な電磁波を抑制することが要望される環境において用いるのに適する。

図１０は、タグ基材を含む実施形態のＲＦＩＤタグの例示的構成図である。図１１は、実施形態のＲＦＩＤタグの使用例の説明図である。

図１０に示すように、実施形態のＲＦＩＤタグ５０では、ループアンテナ１０のアンテナパターンがシート状のタグ基材６０上に形成され得、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂにＩＣチップ２０を搭載し得る。タグ基材６０は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（Polyethylene terephthalate、ＰＥＴ）や紙であり得る。ループアンテナ１０は、銀（ＡＧ）ペースト、銅（Ｃｕ）、およびアルミニウム（Ａｌ）のエッチングにより形成し得る。

図１０に示したように形成された実施形態のＲＦＩＤタグ５０は、例えば、図１１に示したような円柱状の貼付対象物７０に貼付し得る。図１１に示した貼付対象物７０は、例えば、内部に液体等が収容される検体容器であり得る。

図８を参照すると、第１の実施形態に従ったループアンテナ１０は、Ｙ軸方向においてＺ軸からの角度が９０°および−９０°であるときに、最大のアンテナゲインを有することがわかる。また、第１の実施形態に従ったループアンテナ１０は、Ｘ軸方向においてＺ軸からの角度が９０°および−９０°であるときに、最大のアンテナゲインを有することがわかる。したがって、ループアンテナ１０を含む実施形態のＲＦＩＤタグ５０は、ＲＦＩＤタグ５０の平面方向に一定指向性を有し、垂直方向にヌル点を有するため、貼付対象物７０の影響を受けにくいという利点を有する。また、実施形態のＲＦＩＤタグ５０は、誘電率の高い液体が入れられた検体容器等の貼付対象物７０にも貼付できる利点を有する。

＜第２の実施形態＞
図１に示したように、第１の実施形態に従ったループアンテナ１０中の第１ループ１１および第２ループ１２の形状は、ＩＣチップ接続部１３ａおよび１３ｂを除外すると、正方形または長方形の矩形である。しかしながら、実施形態のループアンテナ中の第１ループおよび第２ループの形状は、矩形に限定されない。

図１２は、第２の実施形態に従ったループアンテナの概略的構成図である。
図１２に示すように、第２の実施形態に従ったループアンテナ１０´は、第１ループ１１´、第２ループ１２´、ＩＣチップ接続部１３ａ´および１３ｂ´、およびスリット１４´を含む。

第２の実施形態では、第１ループ１１´および第２ループ１２´の形状は、分離して存在するＩＣチップ接続部１３ａ´および１３ｂ´を除外すると、円形である。

第１ループ１１´は、ループアンテナ１０´の内側のループ部分であり、第２ループ１２´は、ループアンテナ１０´の外側のループ部分である。第１ループ１１´は、第２ループ１２´の内側に存在し、第２ループ１２´は、第１ループ１１´の外側を取り囲む。第１ループ１１´および第２ループ１２´によって、ループアンテナ１０´は、２重のループアンテナを構成する。

第１ループ１１´および第２ループ１２´は、スリット１４´を隔てて分離しており、第１ループ１１´および第２ループ１２´の両端に位置するＩＣチップ接続部１３ａ´および１３ｂ´において結合する。

前述した第１の実施形態に従ったループアンテナ１０と同様に、第１ループ１１´および第２ループ１２´は、所望の周波数に対応する波長よりも十分に短いループ長を有する微小ループである。

また、前述した第１の実施形態に従ったループアンテナ１０と同様に、第１ループ１１´は、ループアンテナ１０´に接続されるＩＣチップとの整合用の部分として機能し得る。第２ループ１２´は、ループアンテナ１０´内においてアンテナゲイン増大用の部分として機能し得る。このため、図７を参照しながらループアンテナ１０についての前述の説明と同様の理由から、ループアンテナ１０´は、従来のアンテナと比較して、アンテナゲインを増加させることができる。

したがって、第２の実施形態に従ったループアンテナ１０´をＲＦＩＤタグに用いれば、ＲＦＩＤタグのサイズの小型化を実現しつつ、リーダライタとの通信可能距離の延伸を実現できる。

また、第２の実施形態のループアンテナ１０´をＲＦＩＤタグに用いれば、リーダライタの送信出力を抑制したとしても、従来のアンテナを含むＲＦＩＤタグと同様の通信距離で、リーダライタとの通信を実現できる。

本発明の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
第１ループと、
前記第１ループの外側を取り囲む第２ループであって、前記第１ループとスリットを隔てて分離され、前記第１のループの両端と前記第２ループの両端とが結合された前記第２ループと、
前記第１のループと前記第２ループとの前記結合部分に設けられたＩＣチップ接続部とを含み、
前記第１ループのループ長および前記第２ループのループ長は、前記ＩＣチップ接続部に接続されたＩＣチップと共振する所望の周波数に対応する波長の３分の１以下であることを特徴とするアンテナ。
（付記２）
前記第１ループのインダクタンスと前記ＩＣチップのキャパシタンスとが前記所望の周波数において共振することを特徴とする、付記１に記載のアンテナ。
（付記３）
前記第２ループの線路長は、前記アンテナに要求されるサイズに従って長く形成され、前記第２ループの線路幅は、前記所望の周波数において共振する前記第１ループのサイズと前記スリットの所定幅とに従って太く形成されることを特徴とする、付記２に記載のアンテナ。
（付記４）
前記第１ループおよび前記第２ループの形状は、矩形であることを特徴とする、付記１〜３の何れか一項に記載のアンテナ。
（付記５）
ＩＣチップと、
前記ＩＣチップと接続されたアンテナであって、第１ループと、前記第１ループの外側を取り囲む第２ループであって、前記第１ループとスリットを隔てて分離され、前記第１のループの両端と前記第２ループの両端とが結合された前記第２ループと、前記第１のループと前記第２ループとの前記結合部分に設けられたＩＣチップ接続部とを含み、前記第１ループのループ長および前記第２ループのループ長は、前記ＩＣチップ接続部に接続された前記ＩＣチップと共振する所望の周波数に対応する波長の３分の１以下であるアンテナと
を含むことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
（付記６）
前記第１ループのインダクタンスと前記ＩＣチップのキャパシタンスとが前記所望の周波数において共振することを特徴とする、付記５に記載のＲＦＩＤタグ。
（付記７）
前記第２ループの線路長は、前記アンテナに要求されるサイズに従って長く形成され、前記第２ループの線路幅は、前記所望の周波数において共振する前記第１ループのサイズと前記スリットの所定幅とに従って太く形成されることを特徴とする、付記６に記載のＲＦＩＤタグ。
（付記８）
前記第１ループおよび前記第２ループの形状は、矩形であることを特徴とする、付記５〜７の何れか一項に記載のＲＦＩＤタグ。
（付記９）
前記ＲＦＩＤタグは、タグ基材をさらに含み、前記タグ基材上に前記アンテナのアンテナパターンが形成されることを特徴とする、付記６〜８の何れか一項に記載のＲＦＩＤタグ。

１０、１０´ ループアンテナ
１１、１１´ 第１ループ
１２、１２´ 第２ループ
１３ａ、１３ｂ、１３ａ´、１３ｂ´、４３ａ、４３ｂＩＣチップ接続部
１４、１４´ スリット
２０ＩＣチップ
３０、５０ＲＦＩＤタグ
４０アンテナ
４１ループ部
４２バイパス導電路
４４内側ループ部
６０タグ基材
７０貼付対象物

Claims

第１ループと、
前記第１ループの外側を取り囲む第２ループであって、前記第１ループとスリットを隔てて分離され、前記第１のループの両端と前記第２ループの両端とが結合された前記第２ループと、
前記第１のループと前記第２ループとの前記結合部分に設けられたＩＣチップ接続部とを含み、
前記第１ループのループ長および前記第２ループのループ長は、前記ＩＣチップ接続部に接続されたＩＣチップと共振する所望の周波数に対応する波長の３分の１以下であり、
前記第１ループのインダクタンスは、前記ＩＣチップのキャパシタンス成分とで構成される共振回路が前記所望の周波数において共振条件を満たすことを特徴とするアンテナ。
前記第２ループの線路長は、前記アンテナに要求されるサイズに従って長く形成され、前記第２ループの線路幅は、前記所望の周波数において共振する前記第１ループのサイズと前記スリットの所定幅とに従って太く形成されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
前記第１ループおよび前記第２ループの形状は、矩形であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアンテナ。
ＩＣチップと、
前記ＩＣチップと接続されたアンテナであって、第１ループと、前記第１ループの外側を取り囲む第２ループであって、前記第１ループとスリットを隔てて分離され、前記第１のループの両端と前記第２ループの両端とが結合された前記第２ループと、前記第１のループと前記第２ループとの前記結合部分に設けられたＩＣチップ接続部とを含み、前記第１ループのループ長および前記第２ループのループ長は、前記ＩＣチップ接続部に接続された前記ＩＣチップと共振する所望の周波数に対応する波長の３分の１以下であり、前記第１ループのインダクタンスは、前記ＩＣチップのキャパシタンス成分とで構成される共振回路が前記所望の周波数において共振条件を満たすアンテナと
を含むことを特徴とするＲＦＩＤタグ。