WO2010001987A1 - 無線icデバイス - Google Patents
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- H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
- H01Q9/285—Planar dipole
Definitions
- the present invention relates to a wireless IC device, and more particularly to a wireless IC device using an RFID (Radio Frequency Identification) system that performs non-contact data communication using electromagnetic waves.
- RFID Radio Frequency Identification
- an RFID system that transmits information by performing non-contact communication between a reader / writer that generates an induction electromagnetic field and an RFID tag that stores predetermined information attached to the article has been used.
- Patent Document 1 discloses an RFID antenna that can cope with 13.56 MHz, 950 MHz, and 2.45 GHz, which are frequencies used in RFID.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a non-contact type IC tag to which the RFID antenna of Patent Document 1 is applied.
- antenna portions 111, 112, 113 and land portions 103a, 103b are formed on a base substrate 102 made of resin, paper, or the like.
- the antenna unit 111 has a coil shape made of a conductive material.
- the antenna unit 112 includes two L-shaped conductors 112a and 112b that are formed at a predetermined interval so as to surround the antenna unit 111.
- the antenna unit 113 includes two conductors 113a and 113b formed at a predetermined interval outside the antenna unit 112.
- the land portions 103a and 103b are connected to the antenna portions 111 to 113.
- An IC chip 101 is mounted on the land portions 103a and 103b.
- the RFID antenna having the structure as shown in Patent Document 1 has a problem that the antenna size increases because three different antennas need to be arranged on the same substrate.
- the RFID antenna having the structure as shown in Patent Document 1 has a problem that the antenna size increases because three different antennas need to be arranged on the same substrate.
- the RFID antenna having the structure as shown in Patent Document 1 has a problem that the antenna size increases because three different antennas need to be arranged on the same substrate.
- a plurality of antennas are arranged close to each other and wireless communication is performed using one antenna, there is a problem that communication is disturbed due to the influence of the remaining antennas and communication becomes unstable.
- an object of the present invention is to provide a wireless IC device that can use RF signals of a plurality of frequency bands for an RFID tag and is small in size and excellent in radiation characteristics.
- the present invention is configured as follows. (1) a radiation electrode; A first wireless IC that receives an RF signal for an RFID tag by conducting or electromagnetically coupling to the radiation electrode; A second wireless IC that conducts or electromagnetically couples to the radiation electrode and transmits and receives an RF signal for the RFID tag; The first wireless IC has means for rectifying the RF signal and supplying power to the second wireless IC.
- the first wireless IC and the second wireless IC are configured, for example, in the same package. Thereby, the mounting cost can be reduced.
- the first wireless IC receives an RF signal in a first frequency band
- the second wireless IC transmits and receives an RF signal in a second frequency band
- the radiation electrode serves for both reception of the RF signal in the first frequency band and transmission / reception of the RF signal in the second frequency band.
- the first frequency band is lower than the second frequency band
- the radiation electrode has a resonance frequency higher than the first frequency
- the magnetic field radiation electrode is an RF signal in the first frequency band.
- Including a magnetic field radiating electrode portion With this configuration, the magnetic field radiation electrode acts as a magnetic field antenna in the first frequency band, and acts as an electric field antenna in the second frequency band, so that there is no deterioration in radiation characteristics due to interference between antennas.
- An excellent wireless IC device can be configured.
- the magnetic field radiation electrode unit serves for both reception of the RF signal in the first frequency band and transmission / reception of the RF signal in the second frequency band.
- the resonance frequency of the radiation electrode portion is lower than the second frequency band.
- the radiation electrode includes a line electrode and a capacitor electrode that forms a capacitance between both ends of the line electrode.
- the capacitive electrode portion has a very small impedance at the frequency for the second RFID tag, so the entire radiation electrode Acts as a single radiation electrode spread in a plane at the frequency for the second RFID tag, and the radiation characteristics as the second RFID tag can be further improved.
- the capacitor electrode includes a first electrode and another electrode facing each other in the thickness direction with a dielectric layer interposed therebetween, and the line electrode has a spiral-shaped portion that circulates around the capacitor electrode, and the spiral
- the one-side electrode is electrically connected to the inner peripheral end of the line electrode forming the shape portion, and the cross-line electrode is provided to connect between the outer peripheral end of the line electrode forming the spiral-shaped portion and the other side electrode.
- the impedance of the crossing line electrode part is reduced at the frequency for the second RFID tag, and the line electrode part is equivalently integrally connected at the crossing line electrode part despite the spiral shape. It can be regarded as a radiation electrode with high radiation efficiency.
- the line electrode has an electrode removal portion
- the first wireless IC is mounted so as to be coupled to both ends of the line electrode of the electrode removal portion
- the second wireless IC is mounted so as to be coupled in the vicinity.
- a pair of the radiation electrodes is provided, and the first and second wireless ICs are electrically connected or electromagnetically coupled to each of the pair of radiation electrodes.
- the pair of radiation electrodes can act as two first RFID tag radiation antennas having different frequencies.
- the radiation electrode can be used as an RFID tag having a different frequency in the HF band.
- a radio IC for the second RFID tag so that a pair of radiation electrodes are connected as a dipole antenna, it can function as a radiation electrode for a relatively large area of the RFID tag, thus realizing excellent radiation characteristics. it can.
- the radiation electrode further includes an electric field radiation electrode part that forms an equivalent dipole antenna together with the magnetic field radiation electrode part in a pair with the magnetic field radiation electrode part, and the second wireless IC includes the magnetic field radiation electrode part. Conduction or magnetic field coupling is performed to the radiation electrode section and the field radiation electrode section. With this configuration, high radiation characteristics can be obtained.
- the capacitor electrode is disposed inside the line electrode forming the spiral shape portion, and the field emission electrode portion is disposed outside the line electrode forming the spiral shape.
- This configuration can maintain high radiation characteristics because the radiation electrode is not shielded by the spiral line electrode portion.
- the first or second wireless IC is a wireless IC chip that is electrically connected to the radiation electrode.
- the wireless IC portion can be made extremely small, and the overall size and thickness can be reduced.
- the first or second wireless IC includes a power supply circuit board including a matching circuit including at least one inductor, and a wireless IC chip mounted on an upper surface of the power supply circuit board and conducting to the matching circuit. And an electromagnetic coupling module.
- the characteristic change caused by the mounting position shift of the wireless IC can be eliminated, and the antenna efficiency can be improved by improving the matching with the radiation electrode.
- a battery or a capacitor for storing the power output from the first wireless IC may be further provided.
- the reception of the RF signal in the first frequency band and the transmission / reception of the RF signal in the second frequency band are not necessarily simultaneous. That is, power reception and communication can be performed at different timings. For this reason, the reader / writer using the first frequency band and the reader / writer using the second frequency band can be provided independently.
- the wireless IC device includes, for example, a sensor, and the first wireless IC or the second wireless IC includes means for transmitting a detection result by the sensor. With this configuration, sensor information can also be transmitted and received.
- the radiation electrode acts as a radiation electrode at the first and second RFID frequencies, and it is necessary to provide an antenna for the RFID tag of the first frequency and an antenna for the RFID tag of the second frequency separately. Since there is no, it can be downsized overall.
- the radiation electrode acts as a magnetic field antenna for the first RFID tag and an electric field antenna for the second RFID tag, and there is no deterioration of the radiation characteristics due to interference between the antennas, so that a wireless IC device having excellent radiation characteristics is configured. it can.
- FIG. It is the top view and sectional drawing of the radio
- FIG. 10 is a plan view of a wireless IC device according to a tenth embodiment and an internal configuration diagram of an RFID tag wireless IC.
- FIG. 15A is a plan view of the wireless IC device 111 according to the eleventh embodiment.
- FIG. 15B is a plan view showing a state in which an electrode pattern is formed on the base material 21 which is one of the constituent elements 111 of the wireless IC device.
- FIG. 15C is a diagram illustrating an internal configuration of the wireless IC chip 62.
- FIG. 16A is a plan view of the wireless IC device 112 according to the twelfth embodiment.
- FIG. 16B is a diagram showing an internal configuration of the wireless IC chip 63.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the wireless IC device according to the first embodiment.
- 2A is a plan view
- FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line ab in FIG. 2A.
- FIG. 3 is a diagram showing an electrode pattern on the base material 21 and its operation.
- the wireless IC device 101 is formed by forming predetermined various electrodes on a base material 21 and mounting an RFID tag wireless IC 31 and an RFID tag wireless IC 51 made of an IC chip.
- a wireless IC device 101 is obtained by forming a desired electrode pattern made of a conductor such as copper or aluminum on a base material 21 made of a resin film such as PET or PP. Specifically, a copper foil or an aluminum foil is used to pattern a copper foil or an aluminum foil by etching.
- a spiral-shaped line electrode portion 22 and one side electrode 23 connected to the inner peripheral end thereof are formed on the upper surface of the base material 21.
- the other side electrode 24 is formed at a position facing the one side electrode 23, and the other side electrode 24 and the position facing the outer peripheral end of the line electrode portion 22 (front and back connection portion)
- the crossing line electrode 25 which crosses the line electrode part 22 in the middle of the circuit and bridge-connects is formed.
- the end portion of the crossing line electrode 25 and the outer peripheral end of the line electrode portion 22 are electrically connected by a front / back connection portion 26.
- the first RFID tag wireless IC 51 is mounted in the middle of the line electrode portion 22 so as to be inserted.
- a linear field emission electrode portion 33 is further formed on the upper surface of the base material 21.
- the second RFID tag wireless IC 31 is mounted so that the terminal electrodes are connected to the vicinity of one end of the field emission electrode portion 33 and the front and back connection portion 26, respectively.
- the wireless IC device 101 shown in FIG. 2 acts as an RFID tag in a first frequency band (for example, 13.56 MHz HF band) and an RFID tag in a second frequency band (for example, 900 MHz band UHF band).
- a first frequency band for example, 13.56 MHz HF band
- an RFID tag in a second frequency band
- the operation as an HF band RFID tag is as follows.
- the line electrode portion 22 functions as a loop (spiral) magnetic field radiation electrode in the portion from the outer peripheral end to the inner peripheral end of the spiral shape, and acts as an inductor
- the other electrode 24 acts as a capacitor.
- the magnetic field radiation electrode portion 20 is configured by the line electrode portion 22, the electrodes 23 and 24 of the capacitive electrode portion, and the crossing line electrode 25.
- the inductor L and the capacitor C of the magnetic field radiation electrode unit 20 constitute an LC resonance circuit. This resonance frequency is set higher than the frequency for the first RFID tag. Therefore, the magnetic field radiation electrode unit 20 is used on the lower frequency side than the resonance frequency, that is, operates in an induction type (magnetic field type), and acts as a magnetic field radiation electrode at the frequency for the first RFID tag. .
- FIG. 3A shows a state before the first RFID tag wireless IC 51 and the second RFID tag wireless IC 31 are mounted.
- a portion B is a mounting portion of the first RFID tag wireless IC 51
- the first RFID tag wireless IC 51 is mounted on the electrode removal portion of the line electrode portion 22.
- the first RFID tag wireless IC 51 operates using a voltage generated between both ends of the electrode removal portion of the line electrode portion 22 as a power source, and simultaneously changes the impedance connected between both ends of the electrode removal portion of the line electrode portion 22 ( By responding to a question from the reader / writer.
- the second RFID tag wireless IC 31 and the field emission electrode portion 33 exist outside the closed circuit of the LC resonance circuit, they do not affect the first RFID tag.
- FIG. 3A shows a state before the second RFID tag wireless IC 31 and the first RFID tag wireless IC 51 are mounted.
- a capacitance is generated between the intersecting line electrode 25 and the line electrode portion 22 that intersects with the substrate 21 (A portion), but the impedance due to the capacitance is very low in the second frequency band.
- the capacitance between the one-side electrode 23 and the other-side electrode 24 is very low in the RFID frequency band.
- the impedance of the portion B can be lowered if the distance between the end portions is made as narrow as several hundred ⁇ m.
- the line electrode part 22, the electrodes 23 and 24 of the capacitive electrode part, and the crossing line electrode 25 are continuously radiated as shown in FIG. Acts as an electrode (field emission electrode) 20.
- the resonance frequency of one continuous radiation electrode 20 is lower than the second frequency band. Therefore, this one continuous radiation electrode 20 acts as a field radiation electrode in the second frequency band. And one continuous radiation electrode 20 and the field radiation electrode part 33 act as a dipole antenna.
- the field emission electrode portion 33 has a length substantially equal to a quarter wavelength in the second frequency band.
- the line length of one continuous radiation electrode 20 corresponds to a quarter wavelength in the second frequency band.
- the length and size of the electric field radiation electrode portion 33 and the one continuous radiation electrode 20 are not limited to the 1 ⁇ 4 wavelength, but as a radiation electrode in the second frequency band, particularly as a radiation electrode of a dipole antenna. Any size can be used.
- the second frequency band is 10 times higher than the first frequency band.
- the capacities of the A part and the B part shown in FIG. 3B are about several pF, and are several in the UHF band. It becomes a low impedance of about 10 ⁇ and acts as a single electrode as shown in FIG. 3C, and the characteristic is a directivity close to that of a dipole antenna.
- the radiation electrode for the first and second RFID tags can be made one. Further, since the distance between the first RFID tag radiation electrode and the second RFID tag radiation electrode is not required, the area can be reduced. Furthermore, since there is no equivalent of, for example, an HF band RFID tag that has been blocked to prevent radiation of, for example, a UHF band RFID tag, a decrease in gain can be eliminated.
- the one side electrode 23 of the capacitive electrode portion and the other side electrode 24 of the capacitive electrode portion are not limited to the structure facing each other with the base material 21 interposed therebetween, and the one side electrode and the other side electrode are disposed on one surface of the base material. And a dielectric layer may be formed between the one side electrode and the other side electrode.
- FIG. 4 is a plan view of the wireless IC device according to the second embodiment.
- the linear field emission electrode portion 33 is formed along one side of the spiral line electrode portion 22 and one side of the base material 21, but in the example shown in FIG. 4, the field emission electrode portion 33 is formed.
- the shape of is different from that.
- the field emission electrode portion 33 a is folded so as to reciprocate along one side of the line electrode portion 22 and one side of the base material 21.
- the electric field radiation electrode portion 33b is formed linearly along the one side of the substrate 21 and away from the magnetic field radiation electrode portion 20.
- the field emission electrode portion 33c is formed in an L shape along the two sides of the substrate 21.
- an equivalent line length (electric length) of the field emission electrode portion 33a can be obtained without substantially increasing the area of the base material 21, and a necessary frequency of the RFID tag can be obtained.
- the area of the base material 21 required for this can be reduced accordingly.
- the magnetic field radiation electrode portion 20 and the field radiation electrode portion 33b extend in directions away from each other, so that the radiation efficiency as a dipole antenna is increased. Therefore, the sensitivity of the RFID tag can be increased.
- the field emission electrode portion 33c having a required line length (electric length) can be formed by effectively using the area of the base material 21, so that the sensitivity as an RFID tag can be improved.
- the overall size can be reduced while increasing.
- FIG. 5 is a plan view of a wireless IC device according to the third embodiment
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a first RFID tag electromagnetic coupling module 50 used in the wireless IC device 104
- FIG. It is sectional drawing of the electromagnetic coupling module 30 for the 2nd RFID tag used.
- the first RFID tag electromagnetic coupling module 50 is composed of a power supply circuit board 52 and a wireless IC chip 54 mounted thereon.
- the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 includes a power supply circuit board 32 and a wireless IC chip 34 mounted thereon.
- the two connection terminals formed on the wireless IC 51 are directly connected to the electrode removal part of the magnetic field radiation electrode part 20, but in the example shown in FIG.
- the first RFID tag electromagnetic coupling module 50 is electromagnetically coupled.
- the two connection terminals formed in the wireless IC 31 are directly connected to the magnetic field radiation electrode unit 20 and the electric field radiation electrode unit 33, respectively.
- the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 is electromagnetically coupled to the magnetic field radiation electrode section 20 and the field radiation electrode section 33.
- capacitor electrodes 14c and 14d and inductor conductors 13c, 13d and 13e are formed inside the power supply circuit board 52, respectively. Electrode pads to which the inductor conductors 13c and 13d are respectively connected are formed on the upper surface of the power supply circuit board 52, and the solder bumps 6c and 6d of the wireless IC chip 54 are joined to the electrode pads, respectively.
- the wireless IC chip 54 includes a circuit that supplies power to the solder bumps 6c and 6d.
- the inductor conductors 13c, 13d, and 13e constitute a matching circuit, and the capacitor electrodes 14c and 14d and the end of the line electrode portion 22 are capacitively coupled to each other.
- impedance matching is performed between the wireless IC chip 54 and the loop antenna, and capacitive coupling is performed with a capacitance of about several pF.
- the characteristic change caused by the displacement of the mounting position of the wireless IC can be eliminated, and the antenna efficiency can be increased by improving the matching with the radiation electrode.
- the matching circuit performs matching at the frequency used in the first RFID tag, a broad band can be achieved without being affected by the resonance frequency of the magnetic field radiation electrode unit 20 alone.
- capacitor electrodes 14aa, 14ab, 14ba, 14bb and inductor conductors 13a, 13b are formed inside the power supply circuit board 32, respectively. Electrode pads to which the capacitor electrodes 14aa and 14ba are connected are formed on the upper surface of the power supply circuit board 32, and the solder bumps 6a and 6b of the wireless IC chip 34 are joined to the electrode pads, respectively.
- the wireless IC chip 34 includes a circuit for supplying power to the solder bump 6a and a circuit for supplying power to 6b. Therefore, a matching circuit is constituted by an LC circuit of the capacitor between the capacitor electrodes 14aa and 14ab and the inductor by the inductor conductor 13a.
- the inductor conductors 13a and 13b are magnetically coupled to the front / back connection part 26 and the field emission electrode part 33, respectively.
- impedance matching is performed between the wireless IC chip 34 and the dipole antenna, and electromagnetic coupling is performed.
- the characteristic change caused by the displacement of the mounting position of the wireless IC can be eliminated, and the antenna efficiency can be increased by improving the matching with the radiation electrode.
- the matching circuit performs matching at the frequency used in the second RFID tag, the bandwidth can be increased without being affected by the resonance frequency of the antenna by the magnetic field radiation electrode section 20 and the field radiation electrode section 33.
- the capacitance of several pF between the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 and the front / back connection portion 26 has a high impedance of about 10 k ⁇ . Therefore, the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 and the field emission electrode portion 33 hardly affect the resonance frequency of the first RFID tag (HF band RFID tag).
- the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 when operating as the second RFID tag (UHF band RFID tag), has a capacitance of several pF between the front and back connection portion 26 and the field emission electrode portion 33 and the second
- the matching circuit inside the RFID tag electromagnetic coupling module 30 is designed so that impedance matching between the wireless IC chip 34, the magnetic field radiation electrode unit 20, and the electric field radiation electrode unit 33 can be achieved.
- the frequency of signals transmitted and received by the magnetic field radiation electrode unit 20 and the field radiation electrode unit 33 can be substantially determined.
- the electromagnetic coupling modules 30 and 50 By using the electromagnetic coupling modules 30 and 50 in this way, it is not necessary to set the length of the radiation electrode, the electrode interval, etc. according to the frequency, the shape of the radiation electrode can be variously changed, and the design of radiation characteristics is free. The degree is improved.
- the feeder circuit board since the feeder circuit board may be mounted at a position where it can be electromagnetically coupled to the radiation electrode, the mounting accuracy can be relaxed.
- FIG. 8 is a plan view of a wireless IC device according to the fourth embodiment.
- the wireless IC device 104 according to the fourth embodiment includes two magnetic field radiation electrode portions 20a and 20b.
- the upper surface of the base 21 is formed with two spiral line electrode portions 22a and 22b and one-side electrodes 23a and 23b connected to the inner peripheral ends thereof. Further, the other side electrodes 24a and 24b are respectively formed on the lower surface of the base material 21 at positions facing the one side electrodes 23a and 23b, and a line is provided between the other side electrodes 24a and 24b and the front and back connection portions 26a and 26b. Crossing line electrodes 25a and 25b that cross-connect the electrode portions and are bridge-connected are formed. The front and back connection portions 26a and 26b electrically connect the ends of the crossing line electrodes 25a and 25b and the outer peripheral ends of the line electrode portions 22a and 22b, respectively.
- a first RFID tag electromagnetic coupling module or wireless IC chip 50a, 50b is mounted in the middle of the line electrode portions 22a, 22b, respectively.
- the magnetic field radiation electrode unit 20a including the line electrode unit 22a, the electrodes 23a and 24a, and the cross line electrode 25a functions as a resonance circuit for the first RFID tag
- the magnetic field radiation electrode portion 20b composed of 25b functions as another resonance circuit for the first RFID tag.
- the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 is mounted so that the connection terminals are connected to the front and back connection portions 26a and 26b, respectively.
- the two magnetic field radiating electrode portions 20a and 20b function as field radiating electrodes in the second frequency band in the second frequency band, as in the above-described embodiments, and their length and size are as follows. Since it corresponds to almost 1 ⁇ 4 wavelength in the second frequency band, a structure in which a dipole antenna is connected to the wireless IC 31 is obtained.
- This structure can be used as two HF band RFID tags having different frequencies.
- the symmetry of the two magnetic field radiation electrode portions 20a and 20b is good, so that the radiation characteristic as the second RFID tag is further improved.
- FIG. 9 is a plan view of the wireless IC device 105 according to the fifth embodiment.
- the line electrode lead-out portion 28 is pulled out from the middle of the line electrode portion 22 so that the impedance of the mounting portion of the electromagnetic coupling module 30 is inductive (L property). That is, as viewed from the mounting part of the electromagnetic coupling module 30, a loop is formed by a part of the line electrode part 22 and the line electrode lead part 28, so that the impedance is not capacitive but inductive. Become. This facilitates impedance matching with the capacitive electromagnetic coupling module 30.
- FIG. 10 is a partial plan view of a wireless IC device according to the sixth embodiment.
- a sheet-like base material is configured and used by attaching it to an article.
- the wireless IC device 106 according to the sixth embodiment is used. Is configured on a mounting board of a terminal device (mobile phone) of a mobile communication system, for example.
- a non-ground region 42 where the ground electrode 41 is not formed is provided at the end of the mounting substrate 40, and the spiral line electrode portion 22 and one continuous from the inner peripheral end are formed on the upper surface of the non-ground region 42.
- a side electrode 23 is formed.
- the other side electrode 24 is formed at a position facing the one side electrode 23, and the other side electrode 24 and a position facing the outer peripheral end of the line electrode portion 22 (front and back connection portion)
- the crossing line electrode 25 which crosses the line electrode part 22 in the middle of the circuit and bridge-connects is formed.
- the end portion of the crossing line electrode 25 and the outer peripheral end of the line electrode portion 22 are electrically connected by a front / back connection portion 26.
- the first RFID tag electromagnetic coupling module 50 is mounted in the middle of the line electrode portion 22 so as to be inserted.
- the line electrode portion 22 and the electrodes 23 and 24 act as a radiation electrode for the first RFID tag.
- the electromagnetic coupling module 30 is mounted so as to be coupled to the front / back connection part 26 and the ground electrode 41, respectively.
- the magnetic field radiation electrode unit 20 and the ground electrode 41 including the line electrode unit 22, the electrodes 23 and 24, and the crossing line electrode 25 function as a radiation electrode for the second RFID tag. That is, since one terminal electrode of the wireless IC 31 is connected to the magnetic field radiation electrode portion 20 and the other terminal electrode is connected to the ground electrode 41, the whole acts as a monopole antenna.
- Such a structure can be configured on a mounting substrate such as a mobile phone, and it is not necessary to form another radiation electrode for forming a dipole antenna, so that the entire occupied area can be reduced.
- wireless IC devices shown as the fourth and fifth embodiments may be provided on the upper surface of the non-ground region 42 of the mounting substrate.
- FIG. 11 is a plan view of a wireless IC device according to the seventh embodiment.
- the capacitive electrode portion is disposed inside the spiral line electrode portion.
- the capacitive electrode is disposed outside the spiral line electrode portion.
- the part is arranged. That is, the spiral line electrode portion 22 and the one side electrode 23 continuous from the outer peripheral end thereof are formed on the upper surface of the base material 21, and the other side electrode 24 is formed on the lower surface of the base material 21 at a position facing the one side electrode 23.
- the crossing line electrode 25 extending to a position facing the other side electrode 24 and the inner peripheral end of the line electrode part 22 is formed.
- the end portion of the crossing line electrode 25 and the inner peripheral end of the line electrode portion 22 are electrically connected to each other.
- the magnetic field radiation electrode unit 20 including the line electrode unit 22, the electrodes 23 and 24, and the crossing line electrode 25 functions as a resonance circuit of the first RFID tag.
- a field emission electrode portion 33 is formed on the upper surface of the base material 21, and the second RFID tag electromagnetic wave is connected so that the terminal electrode is coupled to the end portion of the field emission electrode portion 33 and the one side electrode 23, respectively.
- a coupling module 30 is mounted.
- both the capacitance generated at the position where the line electrode portion 22 and the crossing line electrode 25 face each other and the capacitance generated at the position where the electrodes 23 and 24 face each other have a very low impedance in the frequency band of the RFID tag. Therefore, the magnetic field radiation electrode unit 20 can be regarded as one continuous electrode in the frequency band of the RFID tag, and acts as a radiation electrode. Also in this case, since the wireless IC is mounted in the vicinity of the crossing line electrode 25 and the electrodes 23 and 24, the effect as a uniform metal plate radiation electrode is enhanced.
- FIG. 12 is a plan view of a wireless IC device according to the eighth embodiment.
- a magnetic field radiation electrode portion 20 formed in a loop shape and partially in a meander shape is formed. Further, an L-shaped field emission electrode portion 33 is formed on the upper surface of the base material 21.
- a first RFID tag electromagnetic coupling module 50 is mounted in the middle of the magnetic field radiation electrode section 20.
- the second RFID tag electromagnetic coupling module 30 is mounted between the end of the field emission electrode portion 33 and a part of the magnetic field emission electrode portion 20.
- the magnetic field radiation electrode unit 20 acts as a loop antenna for the first RFID tag.
- the magnetic field radiating electrode portion 20 is equivalent to a uniform metal plate-shaped radiating electrode, so that the magnetic field radiating electrode portion 20 and the electric field radiating electrode portion 33 serve as a dipole antenna for the second RFID tag. Works.
- the magnetic field radiation electrode unit 20 is configured to form a closed loop in the same plane instead of a spiral shape, the magnetic field radiation electrode unit 20 can be configured only on one side of the substrate 21.
- FIG. 13A is a plan view of a wireless IC device 109 according to the ninth embodiment.
- FIG. 13B is a plan view showing a state in which an electrode pattern is formed on the base material 21 which is one of the constituent elements 109 of the wireless IC device.
- the wireless IC device 109 is obtained by mounting an RFID tag wireless IC 31 made of an IC chip and a first wireless IC chip 61 on a base material 21.
- a spiral-shaped line electrode portion 22 and one side electrode 23 connected to the inner peripheral end thereof are formed on the upper surface of the base material 21.
- the other side electrode 24 is formed at a position facing the one side electrode 23, and the other side electrode 24 and the position facing the outer peripheral end of the line electrode portion 22 (front and back connection portion)
- the crossing line electrode 25 which crosses the line electrode part 22 in the middle of the circuit and bridge-connects is formed.
- the end portion of the crossing line electrode 25 and the outer peripheral end of the line electrode portion 22 are electrically connected by a front / back connection portion 26.
- the first wireless IC chip 61 is mounted in the middle of the line electrode portion 22 so as to be inserted.
- a linear field emission electrode portion 33 is further formed on the upper surface of the base material 21.
- the second RFID tag wireless IC 31 is mounted so that the terminal electrodes are connected to the vicinity of one end of the field emission electrode portion 33 and the front and back connection portion 26, respectively.
- the wireless IC device 109 illustrated in FIG. 13 has a function of receiving power of an RF signal in a first frequency band (eg, 13.56 MHz HF band) and a second frequency band (eg, 300 MHz band or 900 MHz UHF band). ) And an RFID tag function for transmitting and receiving RF signals.
- a first frequency band eg, 13.56 MHz HF band
- a second frequency band eg, 300 MHz band or 900 MHz UHF band.
- an RFID tag function for transmitting and receiving RF signals.
- the line electrode portion 22 functions as a loop (spiral) magnetic field radiation electrode in the portion from the outer peripheral end to the inner peripheral end of the spiral shape, and acts as an inductor,
- the other electrode 24 acts as a capacitor.
- the magnetic field radiation electrode portion 20 is configured by the line electrode portion 22, the electrodes 23 and 24 of the capacitive electrode portion, and the crossing line electrode 25.
- the inductor L and the capacitor C of the magnetic field radiation electrode unit 20 constitute an LC resonance circuit.
- the magnetic field radiation electrode section 20 functions as an antenna that receives (power receiving) an RF signal in the first frequency band.
- the first wireless IC chip 61 rectifies the voltage generated across the electrode removal portion of the line electrode portion 22 and supplies the power to the RFID tag wireless IC 31 via the power supply lines 35 and 36.
- the first wireless IC chip 61 may be a simple rectifying element.
- the RFID tag wireless IC 31 is a wireless IC for causing the wireless IC device 109 to function as an RFID.
- the RFID tag radio IC 31 operates using a voltage applied between the power supply lines 35 and 36 as a power source. In this way, by receiving power from the first wireless IC chip 61, the wireless IC device 109 can also function as an RFID using the first frequency band. Further, by receiving power from the first wireless IC chip 61 and further receiving power from the electromagnetic field by the second wireless IC chip 31 itself, both the first frequency band and the second frequency band are used.
- the wireless IC device 109 can also function as an RFID tag.
- the RFID tag radio IC 31 transmits and receives an RF signal having a second frequency by using the magnetic field radiation electrode unit 20 and the field radiation electrode unit 33 as a dipole antenna.
- the principle that the magnetic field radiation electrode part 20 and the field radiation electrode part 33 act as a dipole antenna in the second frequency band is as already described in the first embodiment.
- the first wireless IC chip 61 is directly connected to the line electrode unit 22, but an electromagnetic coupling module such as the electromagnetic coupling module 50 shown in FIG. 5 is configured and arranged. You may do it.
- the second RF tag wireless IC 31 may be an electromagnetic coupling module. However, the supply of the power supply voltage is conducted in a DC manner.
- the wireless IC device 109 can function efficiently as an RFID tag.
- FIG. 14 is a plan view of the wireless IC device 110 according to the tenth embodiment.
- a capacitor 71 is connected in parallel between the power supply paths 35 and 36. Therefore, the capacitor 71 smoothes and stores the power rectified by the first wireless IC chip 61. Even if the electric power excited by the magnetic field radiation electrode unit 20 is reduced and the electric power output from the first wireless IC chip 61 is reduced, the RFID tag wireless IC 31 has a stable power supply due to the storage action of the capacitor 71. Voltage is supplied.
- the capacitance of the capacitor 71 is determined according to the required operating time of the RFID tag wireless IC 31 in a state where the magnetic field radiation electrode unit 20 does not receive the RF signal in the first frequency band.
- a rechargeable battery may be provided.
- the RF signal in the first frequency band (HF band) can be transmitted. Transmission and reception can be performed in the second frequency band even if reception and transmission and reception of RF signals in the second frequency band (UHF band) are not necessarily simultaneous. For this reason, the reader / writer using the first frequency band and the reader / writer using the second frequency band can be provided independently. Further, since the RF signal of the first frequency band and the RF signal of the second frequency band are transmitted at different timings, it is not necessary to match the transmission timings of the first frequency band and the second frequency band. , Control becomes easy.
- FIG. 15A is a plan view of a wireless IC device 111 according to the eleventh embodiment.
- FIG. 15B is a plan view showing a state in which an electrode pattern is formed on the base material 21 which is one of the constituent elements 111 of the wireless IC device.
- the RFID tag wireless IC 31 and the first wireless IC chip 61 are individually mounted on the substrate 21, but in the example shown in FIG. 15, a single wireless IC chip 62 is mounted. ing.
- the wireless IC chip 62 is a one-chip wireless IC chip having the function of the RFID tag wireless IC 31 and the function of the first wireless IC chip 61.
- FIG. 15C is a diagram showing an internal configuration of the wireless IC chip 62.
- the wireless IC chip 62 includes a functional unit 31B equivalent to the RFID tag wireless IC 31 and a functional unit 61B equivalent to the first wireless IC chip 61.
- the ports P11 and P12 are connected so as to be inserted in the middle of the line electrode part 22.
- the port P ⁇ b> 21 is connected to a line connected to the front / back connection part 26, and the port P ⁇ b> 22 is connected to a line connected to the field emission electrode part 33.
- the two functional units may be configured on a single semiconductor chip, or may be configured on separate chips and contained in a single package.
- FIG. 16A is a plan view of the wireless IC device 112 according to the twelfth embodiment.
- the wireless IC device 112 includes a wireless IC chip 63 and a sensor chip 81.
- the sensor chip is a thermistor for detecting temperature, for example, and the wireless IC chip 63 measures the temperature using the sensor chip 81 and transmits the temperature information together with the unique information of the RFID tag.
- FIG. 16B is a diagram showing an internal configuration of the wireless IC chip 63.
- the RFID tag wireless IC function unit 31B measures the temperature by directly or indirectly detecting the resistance value of the sensor chip 81 connected to the ports P31 and P32. Then, the RFID tag wireless IC function unit 31B transmits the RFID tag information and the measured temperature information by the RF signal in the second frequency band.
- the first wireless IC chip functional unit 61B may measure the temperature by directly or indirectly detecting the resistance value of the sensor chip 81. Further, the RFID tag information and the measured temperature information may be transmitted by the RF signal in the first frequency band.
- FIG. 17 is a plan view of a wireless IC device 113 according to the thirteenth embodiment.
- the magnetic field radiation electrode unit 20 is also used as one side of the dipole antenna in the second frequency band.
- Field emission electrode portions 33 and 37 that function as dipole antennas are provided.
- the field emission electrode portions 33 and 37 for transmitting and receiving the RF signal in the second frequency band are provided independently of the magnetic field radiation electrode portion 20 for receiving (power receiving) the RF signal in the first frequency band.
- the antenna of the first frequency band and the antenna of the second frequency band can be set independently.
- FIG. 18 is a plan view of the wireless IC device 114 according to the fourteenth embodiment.
- the magnetic field radiation electrode unit 20 is also used as one side of the dipole antenna in the second frequency band.
- Field emission electrode portions 33 and 37 that function as dipole antennas are provided.
- the lines 38 and 39 between the wireless IC chip 62 and the field emission electrode portions 33 and 37 serve as impedance matching and resonance frequency setting inductors connected to the base of the dipole antenna.
- the field emission electrode portions 33 and 37 for transmitting and receiving the RF signal in the second frequency band are provided independently of the magnetic field radiation electrode portion 20 for receiving (power receiving) the RF signal in the first frequency band.
- the antenna of the first frequency band and the antenna of the second frequency band can be set independently.
- FIG. 19 is a plan view of the wireless IC device 115 according to the fifteenth embodiment.
- the field emission electrode portions 91 and 92 function as a first dipole antenna
- the field emission electrode portions 93 and 94 function as a second dipole antenna.
- the configuration of the wireless IC chip 62 is the same as that shown in FIG. 15C, and a function unit that receives the RF signal in the first frequency band and obtains power, and transmits and receives the RF signal in the second frequency band. And a functional unit that functions as an RFID tag.
- the first dipole antenna is used for receiving an RF signal in the first frequency band
- the second dipole antenna is used for transmitting / receiving an RF signal in the second frequency band.
- either of the two antennas may be configured by a field emission electrode portion.
- the RF signal in the first frequency band is used for power reception.
- the RF signal in the second frequency band may be used for power reception.
- the first frequency band and the second frequency band are different from each other.
- the first frequency band and the second frequency band may be the same frequency band. Good.
- First RFID tag wireless IC 52 ... feed circuit board 54 ... wireless IC chip 61 ... first wireless IC chip 62 ... wireless IC chip 71 ... capacitor 81 ... sensor chips 91, 92, 93, 94 ... field emission electrode portions 101-115 ... wireless IC devices
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Abstract
RFIDタグ用の複数の周波数帯で用いることができ、小型且つ放射特性に優れた無線ICデバイスを構成する。 シート状の基材(21)の上面に、スパイラル状の線路電極部(22)、その内周端から連続する容量電極部の一方側電極(23)がそれぞれ形成されていて、基材(21)の下面に、一方側電極(23)に対向する他方側電極(24)及び交差線路電極(25)が形成されている。線路電極部(22)の途中には第1の無線ICチップ(61)が実装されていて、表裏接続部(26)と電界放射電極部(33)の端部とにそれぞれ結合するように第2のRFIDタグ用無線IC(31)が実装されている。無線ICチップ(61)は第1の周波数帯のRF信号を整流して電力を出力し、第2のRFIDタグ用無線IC(31)に対して電源供給を行う。
Description
この発明は、無線ICデバイス、特に電磁波により非接触でデータ通信を行うRFID(Radio Frequency Identification)システムを利用した無線ICデバイスに関するものである。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダ・ライタと物品に付された所定の情報を記憶したRFIDタグとで非接触通信し、情報を伝達するRFIDシステムが利用されている。
RFIDで使用される周波数である13.56MHz、950MHz、2.45GHzに対してそれぞれ対応できるようにしたRFID用アンテナが特許文献1に開示されている。
図1は、特許文献1のRFID用アンテナが適用された非接触型ICタグの構成を示す図である。図1に示すように、樹脂や紙等からなるベース基材102上に、アンテナ部111,112,113、及びランド部103a,103bが形成されている。アンテナ部111は導電性材料からなるコイル状を成している。アンテナ部112は、アンテナ部111を取り囲むように互いに所定の間隔を有して形成された2つのL字型の導体112a,112bからなる。アンテナ部113は、アンテナ部112の外部にて所定の間隔を有して形成された2つの導体113a,113bからなる。ランド部103a,103bは、アンテナ部111~113に接続されている。このランド部103a,103bにICチップ101が搭載されている。
ところが特許文献1に示されているような構造のRFIDアンテナでは、同一基板上に3つの異なるアンテナを配置する必要があるため、アンテナサイズが大きくなるという問題がある。また、複数のアンテナを近接配置した場合に1つのアンテナを使用して無線通信を行う場合に、残りのアンテナの影響により通信が妨害されて通信が不安定になるという問題がある。
そこで、この発明の目的は、RFIDタグ用の複数の周波数帯のRF信号を用いることができ、小型且つ放射特性に優れた無線ICデバイスを提供することにある。
前記課題を解決するためにこの発明は次のように構成する。
(1)放射電極と、
前記放射電極に導通または電磁界結合してRFIDタグ用のRF信号を受信する第1の無線ICと、
前記放射電極に導通または電磁界結合してRFIDタグ用のRF信号の送受信を行う第2の無線ICとを備え、
第1の無線ICは、前記RF信号を整流して電力を第2の無線ICへ供給する手段を有する。
(1)放射電極と、
前記放射電極に導通または電磁界結合してRFIDタグ用のRF信号を受信する第1の無線ICと、
前記放射電極に導通または電磁界結合してRFIDタグ用のRF信号の送受信を行う第2の無線ICとを備え、
第1の無線ICは、前記RF信号を整流して電力を第2の無線ICへ供給する手段を有する。
この構成により、RFIDタグ用の複数の周波数帯のRF信号を用いて電力受電と通信を行うことができ、高効率な通信が可能となる。
(2)前記第1の無線IC及び前記第2の無線ICは、例えば同一のパッケージ内に構成されている。
これにより、実装コストを削減することができる。
これにより、実装コストを削減することができる。
(3)前記第1の無線ICは第1の周波数帯のRF信号を受信し、前記第2の無線ICは第2の周波数帯のRF信号を送受信し、
前記放射電極は、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信に兼ねる。
これにより全体に小型化することができる。
前記放射電極は、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信に兼ねる。
これにより全体に小型化することができる。
(4)前記第1の周波数帯は前記第2の周波数帯より低く、前記放射電極は、前記第1の周波数より高い共振周波数を有し、前記第1の周波数帯のRF信号で磁界放射電極として作用する磁界放射電極部を含む。
この構成により、前記磁界放射電極は第1の周波数帯で磁界アンテナとして作用するとともに、第2の周波数帯で電界アンテナとして作用して、アンテナ同士の干渉による放射特性の劣化がないので放射特性に優れた無線ICデバイスが構成できる。
この構成により、前記磁界放射電極は第1の周波数帯で磁界アンテナとして作用するとともに、第2の周波数帯で電界アンテナとして作用して、アンテナ同士の干渉による放射特性の劣化がないので放射特性に優れた無線ICデバイスが構成できる。
(5)前記磁界放射電極部は、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信を兼ねる。
この構成により、第1の周波数のRFIDタグ用のアンテナと第2の周波数のRFIDタグ用のアンテナとを個別に設ける必要がないので全体に小型化できる。
この構成により、第1の周波数のRFIDタグ用のアンテナと第2の周波数のRFIDタグ用のアンテナとを個別に設ける必要がないので全体に小型化できる。
(6)前記放射電極部の共振周波数は前記第2の周波数帯より低い周波数とする。
この構成により、放射電極を第2のRFIDタグ用の周波数で等価的な単一の放射電極として作用させることができ、RFIDタグとしての放射特性が高められる。
この構成により、放射電極を第2のRFIDタグ用の周波数で等価的な単一の放射電極として作用させることができ、RFIDタグとしての放射特性が高められる。
(7)前記放射電極は、線路電極と、当該線路電極の両端間に容量を形成する容量電極とから構成する。
この構成により、線路電極部のインダクタンスLと容量電極部のキャパシタンスCとの集中定数化によって第1のRFIDタグ用放射電極の占有面積当たりの共振周波数を低くできる。逆に所定の共振周波数当たりの占有面積を縮小化できる。そのため全体に小型化できる。しかも、第2のRFIDタグ用の周波数が第1のRFIDタグ用の周波数より10倍以上高い場合、容量電極部は第2のRFIDタグ用の周波数で非常に小さなインピーダンスとなるので、放射電極全体が第2のRFIDタグ用の周波数で面状に広がった単一の放射電極として作用し、第2のRFIDタグとしての放射特性が更に改善できる。
この構成により、線路電極部のインダクタンスLと容量電極部のキャパシタンスCとの集中定数化によって第1のRFIDタグ用放射電極の占有面積当たりの共振周波数を低くできる。逆に所定の共振周波数当たりの占有面積を縮小化できる。そのため全体に小型化できる。しかも、第2のRFIDタグ用の周波数が第1のRFIDタグ用の周波数より10倍以上高い場合、容量電極部は第2のRFIDタグ用の周波数で非常に小さなインピーダンスとなるので、放射電極全体が第2のRFIDタグ用の周波数で面状に広がった単一の放射電極として作用し、第2のRFIDタグとしての放射特性が更に改善できる。
(8)前記容量電極は、誘電体層を介して厚み方向に対向する一方側電極及び他方側電極から成り、前記線路電極は前記容量電極の周囲を周回するスパイラル形状部を有し、前記スパイラル形状部を成す線路電極の内周端に前記一方側電極が導通し、前記スパイラル形状部を成す線路電極の外周端と前記他方側電極との間をつなぐ交差線路電極を備える。
この構成により、第2のRFIDタグ用の周波数において交差線路電極部分のインピーダンスが小さくなり、線路電極部がスパイラル形状をなすにも拘わらず交差線路電極部分で等価的に一体に接続されたものと見なすことができ、放射効率の高い放射電極として作用する。
(9)前記線路電極は電極除去部分を有し、前記電極除去部分の線路電極両端部に結合するように前記第1の無線ICを実装し、前記交差線路電極の前記線路電極の外周端側近傍に結合するように前記第2の無線ICを実装する。
この構成により、交差電極部及び容量電極部はRFID用の周波数で非常に小さなインピーダンスとなり、放射電極全体の放射電極としての効果が高まり、RFIDタグアンテナの放射特性が改善できる。
この構成により、交差電極部及び容量電極部はRFID用の周波数で非常に小さなインピーダンスとなり、放射電極全体の放射電極としての効果が高まり、RFIDタグアンテナの放射特性が改善できる。
(10)前記放射電極を一対備え、前記第1・第2の無線ICが一対の前記放射電極のそれぞれに導通又は電磁界結合させる。
この構成により、一対の放射電極が周波数の異なった2つの第1のRFIDタグ用放射アンテナとして作用させることができ、例えばHF帯のさらに周波数の異なったRFIDタグとして用いることができる。また、一対の放射電極をダイポールアンテナとして接続するように第2のRFIDタグ用の無線ICを実装することにより、比較的広い面積のRFIDタグ用の放射電極として作用するので優れた放射特性が実現できる。
この構成により、一対の放射電極が周波数の異なった2つの第1のRFIDタグ用放射アンテナとして作用させることができ、例えばHF帯のさらに周波数の異なったRFIDタグとして用いることができる。また、一対の放射電極をダイポールアンテナとして接続するように第2のRFIDタグ用の無線ICを実装することにより、比較的広い面積のRFIDタグ用の放射電極として作用するので優れた放射特性が実現できる。
(11)前記放射電極は、前記磁界放射電極部と対をなして前記磁界放射電極部とともに等価的なダイポールアンテナを構成する電界放射電極部をさらに有し、前記第2の無線ICは前記磁界放射電極部及び前記電界放射電極部に導通又は磁界結合する。
この構成により、高い放射特性が得られる。
この構成により、高い放射特性が得られる。
(12)前記スパイラル形状部を成す前記線路電極の内側に前記容量電極を配置し、前記スパイラル形状を成す前記線路電極の外側に前記電界放射電極部を配置する。
この構成により放射電極がスパイラル形状の線路電極部でシールドされることがないので高い放射特性が維持できる。
(13)前記第1又は第2の無線ICは、前記放射電極に導通する無線ICチップとする。
この構成により、無線IC部分を極めて小さく構成でき、全体に小型化及び薄型化できる。
(14)前記第1又は第2の無線ICは、少なくとも1つのインダクタを含む整合回路を備えた給電回路基板と、当該給電回路基板の上面に搭載されて前記整合回路に導通する無線ICチップと、から成る電磁結合モジュールとする。
この構成により、無線ICの実装位置ずれによって生じる特性変化が解消でき、また放射電極との整合性を高めてアンテナ効率を高めることができる。
(15)前記第1の無線ICから出力される前記電力を蓄電する電池またはキャパシタをさらに備えてもよい。
これにより、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信とが必ずしも同時でなくてもよい。すなわち、電力の受電と通信とを別々のタイミングで行うことができる。このため、第1の周波数帯を利用するリーダ・ライタと、第2の周波数帯を利用するリーダ・ライタとを独立に設けることができる。
これにより、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信とが必ずしも同時でなくてもよい。すなわち、電力の受電と通信とを別々のタイミングで行うことができる。このため、第1の周波数帯を利用するリーダ・ライタと、第2の周波数帯を利用するリーダ・ライタとを独立に設けることができる。
(16)前記無線ICデバイスには、例えばセンサを備え、前記第1の無線ICまたは前記第2の無線ICは前記センサによる検出結果を送信する手段を有する。
この構成により、センサ情報も送受信することができる。
この構成により、センサ情報も送受信することができる。
この発明によれば、RFIDタグ用の複数の周波数帯のRF信号を用いて電力受電と通信を行うことができ、高効率な通信が可能となる。また、放射電極は第1・第2のRFID用の周波数でそれぞれ放射電極として作用し、第1の周波数のRFIDタグ用のアンテナと第2の周波数のRFIDタグ用のアンテナとを個別に設ける必要がないので全体に小型化できる。しかも上記放射電極は第1のRFIDタグ用の磁界アンテナと第2のRFIDタグ用の電界アンテナとして作用し、アンテナ同士の干渉による放射特性の劣化がないので放射特性に優れた無線ICデバイスが構成できる。
《第1の実施形態》
図2は第1の実施形態に係る無線ICデバイスの構成を示す図である。図2(A)はその平面図、図2(B)は図2(A)におけるa-b部分の断面図である。また、図3は基材21上の電極パターン及びその作用について示す図である。この無線ICデバイス101は、基材21に所定の各種電極を形成するとともに、ICチップからなるRFIDタグ用無線IC31及びRFIDタグ用無線IC51を搭載したものである。
図2は第1の実施形態に係る無線ICデバイスの構成を示す図である。図2(A)はその平面図、図2(B)は図2(A)におけるa-b部分の断面図である。また、図3は基材21上の電極パターン及びその作用について示す図である。この無線ICデバイス101は、基材21に所定の各種電極を形成するとともに、ICチップからなるRFIDタグ用無線IC31及びRFIDタグ用無線IC51を搭載したものである。
図2において、無線ICデバイス101は、PET,PP等の樹脂フィルムからなる基材21に銅又はアルミニウム等の導体からなる所望の電極パターンを形成したものである。具体的には、銅箔又はアルミニウム箔を帖着した樹脂シートを用い、銅箔又はアルミニウム箔をエッチングによりパターンニングする。
図2に示すように、基材21の上面にはスパイラル形状の線路電極部22及びその内周端につながる一方側電極23を形成している。基材21の下面(裏面)には、一方側電極23に対向する位置に他方側電極24を形成するとともに、この他方側電極24と線路電極部22の外周端に対向する位置(表裏接続部26の位置)との間を、周回途中の線路電極部22と交差してブリッジ接続する交差線路電極25を形成している。
上記交差線路電極25の端部と線路電極部22の外周端との間は表裏接続部26で電気的に導通させている。
線路電極部22の途中には第1のRFIDタグ用無線IC51が挿入されるように実装している。
線路電極部22の途中には第1のRFIDタグ用無線IC51が挿入されるように実装している。
また、基材21の上面には更に直線状の電界放射電極部33を形成している。そして電界放射電極部33の一方の端部付近と表裏接続部26に対してそれぞれ端子電極が接続されるように第2のRFIDタグ用無線IC31を実装している。
図2に示した無線ICデバイス101は、第1の周波数帯(例えば13.56MHzのHF帯)のRFIDタグ、及び第2の周波数帯(例えば900MHz帯のUHF帯)のRFIDタグとして作用する。HF帯のRFIDタグとしての作用は次のとおりである。
線路電極部22はそのスパイラル状の外周端から内周端までの部分でループ(スパイラル)状の磁界放射電極として作用するとともにインダクタとして作用し、基材21を挟んで対向する一方側電極23と他方側電極24とはキャパシタとして作用する。この線路電極部22、容量電極部の電極23,24、及び交差線路電極25によって磁界放射電極部20を構成している。この磁界放射電極部20のインダクタLとキャパシタCとによってLC共振回路を構成している。この共振周波数は第1のRFIDタグ用の周波数より高く設定している。そのため、磁界放射電極部20は、その共振周波数より低域側で使用する、すなわち誘導型(磁界型)で動作する、ことになり、第1のRFIDタグ用の周波数において磁界放射電極として作用する。
図3(A)は第1のRFIDタグ用無線IC51及び第2のRFIDタグ用無線IC31を実装する前の状態を示している。図3(A)においてB部は第1のRFIDタグ用無線IC51の実装部であり、この第1のRFIDタグ用無線IC51は上記線路電極部22の電極除去部分に実装する。
第1のRFIDタグ用無線IC51は、上記線路電極部22の電極除去部分の両端間に生じる電圧を電源として作動し、同時に上記線路電極部22の電極除去部分の両端間につながるインピーダンスを変化(変調)させることによってリーダ・ライタからの質問に応答する。
なお、第2のRFIDタグ用無線IC31及び電界放射電極部33は上記LC共振回路の閉回路の外部に存在することになるので、これらは第1のRFIDタグに影響を与えない。
次に第2のRFIDタグとしての作用について図3を参照して説明する。
図3(A)は第2のRFIDタグ用無線IC31及び第1のRFIDタグ用無線IC51を実装する前の状態を示している。交差線路電極25と、基材21を介してそれに交差する線路電極部22との間(A部)に容量が生じているが、第2の周波数帯ではその容量によるインピーダンスが非常に低い。また一方側電極23と他方側電極24との間の容量についても同様にRFIDの周波数帯ではそのインピーダンスが非常に低い。さらに、B部についても、その端部同士の間隔を数100μmと狭くしておけば、インピーダンスを低くすることができる。そのため、RFIDタグの周波数帯(たとえばUHF帯である900MHz)においては図3(B)のように線路電極部22、容量電極部の電極23,24、及び交差線路電極25が連続した1つ放射電極(電界放射電極)20として作用する。
図3(A)は第2のRFIDタグ用無線IC31及び第1のRFIDタグ用無線IC51を実装する前の状態を示している。交差線路電極25と、基材21を介してそれに交差する線路電極部22との間(A部)に容量が生じているが、第2の周波数帯ではその容量によるインピーダンスが非常に低い。また一方側電極23と他方側電極24との間の容量についても同様にRFIDの周波数帯ではそのインピーダンスが非常に低い。さらに、B部についても、その端部同士の間隔を数100μmと狭くしておけば、インピーダンスを低くすることができる。そのため、RFIDタグの周波数帯(たとえばUHF帯である900MHz)においては図3(B)のように線路電極部22、容量電極部の電極23,24、及び交差線路電極25が連続した1つ放射電極(電界放射電極)20として作用する。
この連続した1つ放射電極20の共振周波数は第2の周波数帯より低い周波数である。そのため、この連続した1つ放射電極20は、第2の周波数帯では電界放射電極として作用する。そして、連続した1つ放射電極20と電界放射電極部33とがダイポールアンテナとして作用する。
上記電界放射電極部33は第2の周波数帯でほぼ1/4波長に等しい長さとしている。同様に、前記連続した1つ放射電極20の線路長も第2の周波数帯で1/4波長に相当する。但し、電界放射電極部33及び前記連続した1つ放射電極20の長さ・大きさは1/4波長に限るものではなく、第2の周波数帯で放射電極として、特にダイポールアンテナの放射電極として作用するサイズであればよい。
上記第1の周波数帯と第2の周波数帯とを比較した場合、第2の周波数帯が第1の周波数帯よりも10倍以上高い関係であることが望ましい。このような周波数関係にあれば、この無線ICデバイス101が第2のRFIDタグとして動作するとき、図3(B)に示したA部及びB部の容量は数pF程度となり、UHF帯では数10Ω程度の低インピーダンスとなって、図3(C)に示したとおりの単一の電極として作用し、特性はダイポールアンテナに近い指向性となる。
以上に示した構成により、第1・第2のRFIDタグ用の放射電極を1つにすることができる。また、第1のRFIDタグ用放射電極と第2のRFIDタグ用放射電極との間の距離が必要ないため面積を小さくできる。さらに、例えばUHF帯RFIDタグの放射を妨げる遮蔽となっていた例えばHF帯RFIDタグに相当するものがなくなるため利得の低下が解消できる。
なお、容量電極部の一方側電極23と容量電極部の他方側電極24とは、基材21を挟んで対向する構造に限らず、基材の一方の面に一方側電極と他方側電極とを配置し、一方側電極と他方側電極との間に誘電体層を形成してもよい。
《第2の実施形態》
図4は第2の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。図2に示した例ではスパイラル状の線路電極部22の一辺及び基材21の一辺に沿って直線状の電界放射電極部33を形成したが、この図4に示す例では電界放射電極部33の形状をそれとは異ならせたものである。図4(A)の無線ICデバイス102Aでは、電界放射電極部33aを線路電極部22の一辺及び基材21の一辺に沿って往復するように折り返した形状としている。
図4は第2の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。図2に示した例ではスパイラル状の線路電極部22の一辺及び基材21の一辺に沿って直線状の電界放射電極部33を形成したが、この図4に示す例では電界放射電極部33の形状をそれとは異ならせたものである。図4(A)の無線ICデバイス102Aでは、電界放射電極部33aを線路電極部22の一辺及び基材21の一辺に沿って往復するように折り返した形状としている。
また図4(B)の無線ICデバイス102Bでは、電界放射電極部33bを基材21の一辺に沿って且つ磁界放射電極部20から遠ざかる方向に直線状に形成している。
さらに図4(C)の無線ICデバイス102Cでは、電界放射電極部33cを基材21の2つの辺に沿ってL字型に形成している。
図4について上記以外の構成及び作用は第1の実施形態の場合と同様である。
図4(A)に示した構造では基材21の面積をほとんど増大させることなく電界放射電極部33aの等価的な線路長(電気長)を稼ぐことかでき、RFIDタグの必要な周波数を得るのに要する基材21の面積をその分縮小化できる。
図4(A)に示した構造では基材21の面積をほとんど増大させることなく電界放射電極部33aの等価的な線路長(電気長)を稼ぐことかでき、RFIDタグの必要な周波数を得るのに要する基材21の面積をその分縮小化できる。
図4(B)の構造では磁界放射電極部20と電界放射電極部33bとが互いに遠ざかる方向に延びることになるので、ダイポールアンテナとしての放射効率が高まる。そのためRFIDタグの感度を高めることができる。
また図4(C)の構造では、基材21の面積を有効に利用して、必要な線路長(電気長)の電界放射電極部33cを形成することができるので、RFIDタグとしての感度を高めつつ全体のサイズの縮小化が図れる。
《第3の実施形態》
図5は第3の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図、図6はこの無線ICデバイス104で用いる第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール50の断面図、図7はこの無線ICデバイス103で用いる第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30の断面図である。
図5は第3の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図、図6はこの無線ICデバイス104で用いる第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール50の断面図、図7はこの無線ICデバイス103で用いる第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30の断面図である。
第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール50は給電回路基板52とその上部に搭載した無線ICチップ54とで構成している。第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30は給電回路基板32とその上部に搭載した無線ICチップ34とで構成している。第1・第2の実施形態では、無線IC51に形成した2つの接続端子を磁界放射電極部20の電極除去部に対して直接接続したが、この図5に示す例では、磁界放射電極部20に対して第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール50を電磁結合させるものである。また、第1・第2の実施形態では、無線IC31に形成した2つの接続端子を磁界放射電極部20及び電界放射電極部33に対してそれぞれ直接接続したが、この図5に示す例では、磁界放射電極部20及び電界放射電極部33に対して第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30を電磁結合させるものである。
図6に示すように、給電回路基板52の内部にはキャパシタ電極14c,14d及びインダクタ導体13c,13d,13eをそれぞれ形成している。給電回路基板52の上面にはインダクタ導体13c,13dがそれぞれ接続される電極パッドを形成していて、無線ICチップ54の半田バンプ6c,6dを上記電極パッドにそれぞれ接合している。
無線ICチップ54は半田バンプ6c,6dに対して給電する回路を備えている。インダクタ導体13c,13d,13eは整合回路を構成し、キャパシタ電極14c,14dと線路電極部22の端部とがそれぞれ容量的に結合することになる。このようにして無線ICチップ54とループアンテナとの間をインピーダンス整合するとともに数pF程度の容量で容量結合させる。このことによって無線ICの実装位置ずれによって生じる特性変化が解消でき、また放射電極との整合性を高めてアンテナ効率を高めることができる。また、上記整合回路は第1のRFIDタグで用いる周波数で整合するため、磁界放射電極部20単独の共振周波数に影響を受けることなく広帯域化が図れる。
図7に示すように、給電回路基板32の内部にはキャパシタ電極14aa,14ab,14ba,14bb及びインダクタ導体13a,13bをそれぞれ形成している。給電回路基板32の上面にはキャパシタ電極14aa,14baがそれぞれ接続される電極パッドを形成していて、無線ICチップ34の半田バンプ6a,6bを上記電極パッドにそれぞれ接合している。
無線ICチップ34は半田バンプ6aに給電する回路と、6bに給電する回路とを備えている。したがってキャパシタ電極14aa-14ab間のキャパシタと、インダクタ導体13aによるインダクタとのLC回路で整合回路を構成することになる。そしてインダクタ導体13a,13bと表裏接続部26,電界放射電極部33とがそれぞれ磁気的に結合することになる。このようにして無線ICチップ34とダイポールアンテナとの間をインピーダンス整合するとともに電磁界結合させる。このことによって無線ICの実装位置ずれによって生じる特性変化が解消でき、また放射電極との整合性を高めてアンテナ効率を高めることができる。また、上記整合回路は第2のRFIDタグで用いる周波数で整合するため、磁界放射電極部20及び電界放射電極部33によるアンテナの共振周波数に影響を受けることなく広帯域化が図れる。
第1のRFIDタグ(HF帯RFIDタグ)として動作するとき、第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30と表裏接続部26との間にある数pFの容量は10kΩ程度の高インピーダンスとなる。このため第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30と電界放射電極部33は第1のRFIDタグ(HF帯RFIDタグ)の共振周波数にはほとんど影響を与えない。
一方、第2のRFIDタグ(UHF帯RFIDタグ)として動作するとき、第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30は、表裏接続部26及び電界放射電極部33との数pFの容量と第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30内部の整合回路で無線ICチップ34と磁界放射電極部20及び電界放射電極部33のインピーダンス整合がとれるよう設計している。
なお、給電回路基板32におけるLC回路において、磁界放射電極部20及び電界放射電極部33で送受信される信号の周波数を実質的に決定することもできる。
このように電磁結合モジュール30,50を用いることにより、放射電極の長さや電極間隔等を周波数に合わせて設定する必要がなくなり、放射電極の形状を種々変更することができ、放射特性の設計自由度が向上する。また、給電回路基板は放射電極と電磁界結合できる位置に実装すればよいため、実装精度を緩和できる。
《第4の実施形態》
図8は第4の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。この第4の実施形態に係る無線ICデバイス104は、2つの磁界放射電極部20a,20bを備えている。
図8は第4の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。この第4の実施形態に係る無線ICデバイス104は、2つの磁界放射電極部20a,20bを備えている。
基材21の上面にはスパイラル状の2つの線路電極部22a,22b、それらの内周端に繋がる一方側電極23a,23bをそれぞれ形成している。また基材21の下面には一方側電極23a,23bに対向する位置に他方側電極24a,24bをそれぞれ形成するとともに、この他方側電極24a,24bと表裏接続部26a,26bとの間を線路電極部に交差してブリッジ接続する交差線路電極25a,25bを形成している。そして表裏接続部26a,26bで交差線路電極25a,25bの端部と線路電極部22a,22bの外周端とをそれぞれ電気的に導通させている。
線路電極部22a,22bの途中には第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール又は無線ICチップ50a,50bをそれぞれ実装している。
線路電極部22a、電極23a,24a、及び交差線路電極25aからなる磁界放射電極部20aは第1のRFIDタグ用の共振回路として作用し、線路電極部22b、電極23b,24b、及び交差線路電極25bからなる磁界放射電極部20bはもう1つの第1のRFIDタグ用の共振回路として作用する。
線路電極部22a、電極23a,24a、及び交差線路電極25aからなる磁界放射電極部20aは第1のRFIDタグ用の共振回路として作用し、線路電極部22b、電極23b,24b、及び交差線路電極25bからなる磁界放射電極部20bはもう1つの第1のRFIDタグ用の共振回路として作用する。
さらに上記表裏接続部26a,26bにそれぞれ接続端子が接続されるように第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30を実装している。
この2つの磁界放射電極部20a,20bは第2の周波数帯では、既に述べた各実施形態の場合と同様に第2の周波数帯では電界放射電極として作用し、それらの長さ・大きさは第2の周波数帯でほぼ1/4波長に相当するので、結局、無線IC31にダイポールアンテナが接続された構造となる。
この2つの磁界放射電極部20a,20bは第2の周波数帯では、既に述べた各実施形態の場合と同様に第2の周波数帯では電界放射電極として作用し、それらの長さ・大きさは第2の周波数帯でほぼ1/4波長に相当するので、結局、無線IC31にダイポールアンテナが接続された構造となる。
この構造により、互いに周波数の異なった2つのHF帯のRFIDタグとして利用できる。
また、このような構造によれば2つの磁界放射電極部20a,20bの対称性が良いので第2のRFIDタグとしての放射特性が更に良好となる。
また、このような構造によれば2つの磁界放射電極部20a,20bの対称性が良いので第2のRFIDタグとしての放射特性が更に良好となる。
《第5の実施形態》
図9は第5の実施形態に係る無線ICデバイス105の平面図である。この例では、線路電極部22の途中から線路電極引出部28を引き出し、電磁結合モジュール30の実装部のインピーダンスを誘導性(L性)にしている。すなわち、電磁結合モジュール30の実装部から見て、線路電極部22の一部と線路電極引出部28とでループが形成されていることになるため、インピーダンスは容量性にはならず誘導性となる。
このことにより、容量性の電磁結合モジュール30とのインピーダンス整合をとり易くなる。
図9は第5の実施形態に係る無線ICデバイス105の平面図である。この例では、線路電極部22の途中から線路電極引出部28を引き出し、電磁結合モジュール30の実装部のインピーダンスを誘導性(L性)にしている。すなわち、電磁結合モジュール30の実装部から見て、線路電極部22の一部と線路電極引出部28とでループが形成されていることになるため、インピーダンスは容量性にはならず誘導性となる。
このことにより、容量性の電磁結合モジュール30とのインピーダンス整合をとり易くなる。
《第6の実施形態》
図10は第6の実施形態に係る無線ICデバイスの部分平面図である。第1~第5のいずれの実施形態でもシート状の基材に構成して、それを物品に貼付すること等によって利用するように構成したが、この第6の実施形態に係る無線ICデバイス106は、たとえば移動体通信システムの端末装置(携帯電話)の実装基板に構成したものである。
図10は第6の実施形態に係る無線ICデバイスの部分平面図である。第1~第5のいずれの実施形態でもシート状の基材に構成して、それを物品に貼付すること等によって利用するように構成したが、この第6の実施形態に係る無線ICデバイス106は、たとえば移動体通信システムの端末装置(携帯電話)の実装基板に構成したものである。
図10において実装基板40の端部にはグランド電極41を形成しない非グランド領域42を設けていて、この非グランド領域42の上面にスパイラル状の線路電極部22及びその内周端から連続する一方側電極23を形成している。非グランド領域42の下面(裏面)には一方側電極23に対向する位置に他方側電極24を形成するとともに、この他方側電極24と線路電極部22の外周端に対向する位置(表裏接続部26の位置)との間を、周回途中の線路電極部22と交差してブリッジ接続する交差線路電極25を形成している。交差線路電極25の端部と線路電極部22の外周端との間は表裏接続部26で電気的に導通させている。
線路電極部22の途中には第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール50が挿入されるように実装している。線路電極部22及び電極23,24は第1のRFIDタグ用の放射電極として作用する。
表裏接続部26とグランド電極41に対してそれぞれ結合するように電磁結合モジュール30を実装している。線路電極部22、電極23,24、及び交差線路電極25からなる磁界放射電極部20及びグランド電極41は第2のRFIDタグ用の放射電極として作用する。すなわち、無線IC31の一方の端子電極をこの磁界放射電極部20に接続し、他方の端子電極をグランド電極41に接続しているので全体にモノポールアンテナとして作用する。
このような構造によれば、携帯電話等の実装基板に構成できるとともにダイポールアンテナを構成するためのもう1つの放射電極を形成する必要がないので全体の占有面積が縮小化できる。
なお、実装基板の非グランド領域42の上面には第4・第5の実施形態として示した無線ICデバイスを設けてもよい。
《第7の実施形態》
図11は第7の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。第1~第6の実施形態ではいずれも容量電極部を、スパイラル形状をなす線路電極部の内部に配置したが、この図10に示す例では、スパイラル形状をなす線路電極部の外部に容量電極部を配置している。すなわち基材21の上面にスパイラル状の線路電極部22及びその外周端から連続する一方側電極23を形成し、基材21の下面には、一方側電極23に対向する位置に他方側電極24を形成するとともに、その他方側電極24と線路電極部22の内周端に対向する位置まで延びる交差線路電極25を形成している。そしてこの交差線路電極25の端部と線路電極部22の内周端とを表裏導通させている。このような構成によって、線路電極部22、電極23,24、及び交差線路電極25からなる磁界放射電極部20が第1のRFIDタグの共振回路として作用する。
図11は第7の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。第1~第6の実施形態ではいずれも容量電極部を、スパイラル形状をなす線路電極部の内部に配置したが、この図10に示す例では、スパイラル形状をなす線路電極部の外部に容量電極部を配置している。すなわち基材21の上面にスパイラル状の線路電極部22及びその外周端から連続する一方側電極23を形成し、基材21の下面には、一方側電極23に対向する位置に他方側電極24を形成するとともに、その他方側電極24と線路電極部22の内周端に対向する位置まで延びる交差線路電極25を形成している。そしてこの交差線路電極25の端部と線路電極部22の内周端とを表裏導通させている。このような構成によって、線路電極部22、電極23,24、及び交差線路電極25からなる磁界放射電極部20が第1のRFIDタグの共振回路として作用する。
また基材21の上面には電界放射電極部33を形成していて、この電界放射電極部33の端部と一方側電極23とにそれぞれ端子電極が結合するように第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30を実装している。
このような構造によれば、線路電極部22と交差線路電極25とが対向する位置に生じる容量と電極23,24の対向位置に生じる容量のいずれもRFIDタグの周波数帯域で非常に低インピーダンスとなるので、磁界放射電極部20はRFIDタグの周波数帯では連続した1つの電極として見なすことができ、放射電極として作用する。この場合も交差線路電極25及び電極23,24の近傍に無線ICを実装することになるので、一様な金属板状放射電極としての効果が高まる。
《第8の実施形態》
図12は第8の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。基材21の上面には、全体にループ状で且つ部分的にメアンダ状に形成した磁界放射電極部20を形成している。また基材21の上面にはL字型の電界放射電極部33を形成している。
図12は第8の実施形態に係る無線ICデバイスの平面図である。基材21の上面には、全体にループ状で且つ部分的にメアンダ状に形成した磁界放射電極部20を形成している。また基材21の上面にはL字型の電界放射電極部33を形成している。
上記磁界放射電極部20の途中に第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール50を実装している。また、電界放射電極部33の端部と磁界放射電極部20の一部との間に第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール30を実装している。磁界放射電極部20は第1のRFIDタグ用のループアンテナとして作用する。第2の周波数帯では、磁界放射電極部20等価的に一様な金属板状の放射電極となるので、磁界放射電極部20と電界放射電極部33は第2のRFIDタグ用のダイポールアンテナとして作用する。
なお、磁界放射電極部20をスパイラル状ではなく、同一平面状で閉ループをなすように構成したので、磁界放射電極部20を基材21の片面でのみ構成することができる。
《第9の実施形態》
図13(A)は第9の実施形態に係る無線ICデバイス109の平面図である。図13(B)は前記無線ICデバイスの109の構成要素の一つである基材21に電極パターンを形成した状態を示す平面図である。無線ICデバイス109は、基材21に、ICチップからなるRFIDタグ用無線IC31及び第1の無線ICチップ61を搭載したものである。
図13(A)は第9の実施形態に係る無線ICデバイス109の平面図である。図13(B)は前記無線ICデバイスの109の構成要素の一つである基材21に電極パターンを形成した状態を示す平面図である。無線ICデバイス109は、基材21に、ICチップからなるRFIDタグ用無線IC31及び第1の無線ICチップ61を搭載したものである。
図13に示すように、基材21の上面にはスパイラル形状の線路電極部22及びその内周端につながる一方側電極23を形成している。基材21の下面(裏面)には、一方側電極23に対向する位置に他方側電極24を形成するとともに、この他方側電極24と線路電極部22の外周端に対向する位置(表裏接続部26の位置)との間を、周回途中の線路電極部22と交差してブリッジ接続する交差線路電極25を形成している。
上記交差線路電極25の端部と線路電極部22の外周端との間は表裏接続部26で電気的に導通させている。
線路電極部22の途中には第1の無線ICチップ61が挿入されるように実装している。
線路電極部22の途中には第1の無線ICチップ61が挿入されるように実装している。
また、基材21の上面には更に直線状の電界放射電極部33を形成している。そして電界放射電極部33の一方の端部付近と表裏接続部26に対してそれぞれ端子電極が接続されるように第2のRFIDタグ用無線IC31を実装している。
図13に示した無線ICデバイス109は、第1の周波数帯(例えば13.56MHzのHF帯)のRF信号を電力受信する機能と、第2の周波数帯(例えば300MHz帯または900MHz帯のUHF帯)のRF信号を送受信するRFIDタグの機能とを備える。
線路電極部22はそのスパイラル状の外周端から内周端までの部分でループ(スパイラル)状の磁界放射電極として作用するとともにインダクタとして作用し、基材21を挟んで対向する一方側電極23と他方側電極24とはキャパシタとして作用する。この線路電極部22、容量電極部の電極23,24、及び交差線路電極25によって磁界放射電極部20を構成している。この磁界放射電極部20のインダクタLとキャパシタCとによってLC共振回路を構成している。この磁界放射電極部20は第1の周波数帯のRF信号を受信(電力受電)するアンテナとして作用する。
第1の無線ICチップ61は、上記線路電極部22の電極除去部分の両端間に生じる電圧を整流し、その電力を電力供給線路35,36を介してRFIDタグ用無線IC31に供給する。第1の無線ICチップ61は単なる整流素子であってもよい。
RFIDタグ用無線IC31は、無線ICデバイス109をRFIDとして機能させるための無線ICである。RFIDタグ用無線IC31は、前記電力供給線路35,36の間に印加される電圧を電源として動作する。このように、第1の無線ICチップ61から電力を受け取ることで、第1の周波数帯を用いて、無線ICデバイス109をRFIDとして機能させることもできる。また、第1の無線ICチップ61から電力を受け取り、さらには第2の無線ICチップ31自身が電磁界から電力を受け取ることで、第1の周波数帯・第2の周波数帯の両方を用いて、無線ICデバイス109をRFIDタグとして機能させることもできる。RFIDタグ用無線IC31は、磁界放射電極部20と電界放射電極部33とをダイポールアンテナとして用いて、第2の周波数のRF信号を送受信する。
磁界放射電極部20と電界放射電極部33とが第2の周波数帯でダイポールアンテナとして作用する原理は、第1の実施形態で既に述べたとおりである。
なお、上記の例では前記第1の無線ICチップ61を線路電極部22に対して直接接続したが、図5に示した電磁結合モジュール50のような電磁結合モジュールを構成し、それを配置するようにしてもよい。また、第2のRFタグ用無線IC31についても、同様に電磁結合モジュールにしてもよい。但し、電源電圧の供給は直流的に導通させる。
このようにして周波数の低い第1の周波数帯で大きな電力を受け取ることができるので、効率よく無線ICデバイス109をRFIDタグとして機能させることができる。
《第10の実施形態》
図14は第10の実施形態に係る無線ICデバイス110の平面図である。第9の実施形態で図13(A)に示した無線ICデバイス109と異なり、キャパシタ71が電力供給経路35,36の間に並列に接続されている。したがって、キャパシタ71は第1の無線ICチップ61によって整流された電力を平滑するとともに蓄電する。磁界放射電極部20によって励起される電力が小さくなって、第1の無線ICチップ61から出力される電力が低下しても、キャパシタ71の蓄電作用によって、RFIDタグ用無線IC31には安定した電源電圧が供給される。キャパシタ71の容量は、磁界放射電極部20が第1の周波数帯のRF信号を受信しない状態でRFIDタグ用無線IC31の必要な動作時間に応じて定められる。
なお、前記キャパシタ71に代えて、充電可能な電池を設けてもよい。
図14は第10の実施形態に係る無線ICデバイス110の平面図である。第9の実施形態で図13(A)に示した無線ICデバイス109と異なり、キャパシタ71が電力供給経路35,36の間に並列に接続されている。したがって、キャパシタ71は第1の無線ICチップ61によって整流された電力を平滑するとともに蓄電する。磁界放射電極部20によって励起される電力が小さくなって、第1の無線ICチップ61から出力される電力が低下しても、キャパシタ71の蓄電作用によって、RFIDタグ用無線IC31には安定した電源電圧が供給される。キャパシタ71の容量は、磁界放射電極部20が第1の周波数帯のRF信号を受信しない状態でRFIDタグ用無線IC31の必要な動作時間に応じて定められる。
なお、前記キャパシタ71に代えて、充電可能な電池を設けてもよい。
この第10の実施形態に係る無線ICデバイス110によれば、第1の周波数帯で蓄電した電力で第2の周波数帯の送受信ができるため、第1の周波数帯(HF帯)のRF信号の受信と第2の周波数帯(UHF帯)のRF信号の送受信とが必ずしも同時でなくても第2の周波数帯で送受信が行える。このため、第1の周波数帯を利用するリーダ・ライタと、第2の周波数帯を利用するリーダ・ライタとを独立に設けることができる。また、第1の周波数帯のRF信号と第2の周波数帯のRF信号とが別々のタイミングで送信されるため、第1の周波数帯と第2の周波数帯との送信タイミングを合わせる必要がなく、制御が簡単になる。
《第11の実施形態》
図15(A)は第11の実施形態に係る無線ICデバイス111の平面図である。図15(B)は前記無線ICデバイスの111の構成要素の一つである基材21に電極パターンを形成した状態を示す平面図である。
図15(A)は第11の実施形態に係る無線ICデバイス111の平面図である。図15(B)は前記無線ICデバイスの111の構成要素の一つである基材21に電極パターンを形成した状態を示す平面図である。
図13に示した例では、RFIDタグ用無線IC31及び第1の無線ICチップ61を個別に基材21上に搭載したが、図15に示す例では、単一の無線ICチップ62を搭載している。この無線ICチップ62はRFIDタグ用無線IC31の機能と第1の無線ICチップ61の機能を備えた1チップの無線ICチップである。
図15(C)は無線ICチップ62の内部の構成を示す図である。無線ICチップ62には、前記RFIDタグ用無線IC31と同等の機能部31B及び前記第1の無線ICチップ61と同等の機能部61Bを備えている。ポートP11,P12は線路電極部22の途中に挿入されるように接続される。ポートP21は、表裏接続部26に繋がる線路に接続され、ポートP22は、電界放射電極部33に繋がる線路に接続される。
前記二つの機能部は単一の半導体チップに構成してもよいし、別チップで構成し、単一のパッケージ内に納めてもよい。
《第12の実施形態》
図16(A)は第12の実施形態に係る無線ICデバイス112の平面図である。この無線ICデバイス112は、無線ICチップ63とセンサチップ81とを備えている。センサチップは例えば温度を検出するためのサーミスタであり、無線ICチップ63はセンサチップ81を用いて温度を計測し、RFIDタグの固有情報とともに温度情報を送信する。
図16(A)は第12の実施形態に係る無線ICデバイス112の平面図である。この無線ICデバイス112は、無線ICチップ63とセンサチップ81とを備えている。センサチップは例えば温度を検出するためのサーミスタであり、無線ICチップ63はセンサチップ81を用いて温度を計測し、RFIDタグの固有情報とともに温度情報を送信する。
図16(B)は無線ICチップ63の内部の構成を示す図である。RFIDタグ用無線IC機能部31Bは、ポートP31,P32に接続される前記センサチップ81の抵抗値を直接的または間接的に検出して温度を計測する。そして、RFIDタグ用無線IC機能部31Bは、第2の周波数帯のRF信号でRFIDタグの情報及び計測した温度情報を送信する。
なお、第1の無線ICチップ機能部61Bが、センサチップ81の抵抗値を直接的または間接的に検出して温度を計測してもよい。また、第1の周波数帯のRF信号でRFIDタグの情報、及び計測した温度情報を送信するようにしてもよい。
《第13の実施形態》
図17は第13の実施形態に係る無線ICデバイス113の平面図である。図13(A)に示した例では、磁界放射電極部20を第2の周波数帯でのダイポールアンテナの片側に兼用したが、図17に示した無線ICデバイス113では、第2の周波数帯でダイポールアンテナとして作用する電界放射電極部33及び37を設けている。
図17は第13の実施形態に係る無線ICデバイス113の平面図である。図13(A)に示した例では、磁界放射電極部20を第2の周波数帯でのダイポールアンテナの片側に兼用したが、図17に示した無線ICデバイス113では、第2の周波数帯でダイポールアンテナとして作用する電界放射電極部33及び37を設けている。
このように第1の周波数帯のRF信号を受信(電力受電)する磁界放射電極部20とは独立して、第2の周波数帯のRF信号を送受信する電界放射電極部33,37を設けたことにより、第1の周波数帯のアンテナと第2の周波数帯のアンテナを独立して設定できる。
《第14の実施形態》
図18は第14の実施形態に係る無線ICデバイス114の平面図である。図15(A)に示した例では、磁界放射電極部20を第2の周波数帯でのダイポールアンテナの片側に兼用したが、図18に示した無線ICデバイス114では、第2の周波数帯でダイポールアンテナとして作用する電界放射電極部33及び37を設けている。
図18は第14の実施形態に係る無線ICデバイス114の平面図である。図15(A)に示した例では、磁界放射電極部20を第2の周波数帯でのダイポールアンテナの片側に兼用したが、図18に示した無線ICデバイス114では、第2の周波数帯でダイポールアンテナとして作用する電界放射電極部33及び37を設けている。
無線ICチップ62と電界放射電極部33,37との間の線路38,39はダイポールアンテナの根元に接続されるインピーダンス整合用及び共振周波数設定用のインダクタとして作用する。
このように第1の周波数帯のRF信号を受信(電力受電)する磁界放射電極部20とは独立して、第2の周波数帯のRF信号を送受信する電界放射電極部33,37を設けたことにより、第1の周波数帯のアンテナと第2の周波数帯のアンテナを独立して設定できる。
《第15の実施形態》
図19は第15の実施形態に係る無線ICデバイス115の平面図である。図19に示した例では、電界放射電極部91,92が第1のダイポールアンテナとして作用し、電界放射電極部93,94が第2のダイポールアンテナとして作用する。
図19は第15の実施形態に係る無線ICデバイス115の平面図である。図19に示した例では、電界放射電極部91,92が第1のダイポールアンテナとして作用し、電界放射電極部93,94が第2のダイポールアンテナとして作用する。
無線ICチップ62の構成は図15(C)に示したものと同様であり、第1の周波数帯のRF信号を受信して電力を得る機能部と、第2の周波数帯のRF信号で送受信してRFIDタグとして作用する機能部を備えている。
前記第1のダイポールアンテナは第1の周波数帯のRF信号の受信に用い、前記第2のダイポールアンテナは第2の周波数帯のRF信号の送受信に用いる。
このように、二つのアンテナのいずれをも電界放射電極部で構成してもよい。
なお、第9~第15の実施形態では、いずれも第1の周波数帯のRF信号を電力受電用としたが、逆に第2の周波数帯のRF信号を電力受電用としてもよい。
また、第9~15の実施形態では、第1の周波数帯と第2の周波数帯とが異なるものとしたが、第1の周波数帯と第2の周波数帯とは同じ周波数帯であってもよい。
6…半田バンプ
13…インダクタ導体
14…キャパシタ電極
20…磁界放射電極部
21…基材
22…線路電極部
23…容量電極部の一方側電極
24…容量電極部の他方側電極
25…交差線路電極
26…表裏接続部
28…線路電極引出部
30…第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール
31…第2のRFIDタグ用無線IC
32…給電回路基板
34…無線ICチップ
33,37…電界放射電極部
35,36…電力供給線路
40…実装基板
41…グランド電極
42…非グランド領域
50…第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール
51…第1のRFIDタグ用無線IC
52…給電回路基板
54…無線ICチップ
61…第1の無線ICチップ
62…無線ICチップ
71…キャパシタ
81…センサチップ
91,92,93,94…電界放射電極部
101~115…無線ICデバイス
13…インダクタ導体
14…キャパシタ電極
20…磁界放射電極部
21…基材
22…線路電極部
23…容量電極部の一方側電極
24…容量電極部の他方側電極
25…交差線路電極
26…表裏接続部
28…線路電極引出部
30…第2のRFIDタグ用電磁結合モジュール
31…第2のRFIDタグ用無線IC
32…給電回路基板
34…無線ICチップ
33,37…電界放射電極部
35,36…電力供給線路
40…実装基板
41…グランド電極
42…非グランド領域
50…第1のRFIDタグ用電磁結合モジュール
51…第1のRFIDタグ用無線IC
52…給電回路基板
54…無線ICチップ
61…第1の無線ICチップ
62…無線ICチップ
71…キャパシタ
81…センサチップ
91,92,93,94…電界放射電極部
101~115…無線ICデバイス
Claims (16)
- 放射電極と、
前記放射電極に導通または電磁界結合してRFIDタグ用のRF信号を受信する第1の無線ICと、
前記放射電極に導通または電磁界結合してRFIDタグ用のRF信号の送受信を行う第2の無線ICとを備え、
第1の無線ICは、前記RF信号を整流して電力を第2の無線ICへ供給する手段を有する、無線ICデバイス。 - 前記第1の無線IC及び前記第2の無線ICは同一のパッケージ内に構成されている、請求項1に記載の無線ICデバイス。
- 前記第1の無線ICは第1の周波数帯のRF信号を受信し、前記第2の無線ICは第2の周波数帯のRF信号を送受信し、
前記放射電極は、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信に兼ねる、請求項1又は2に記載の無線ICデバイス。 - 前記第1の周波数帯は前記第2の周波数帯より低く、前記放射電極は、前記第1の周波数より高い共振周波数を有し、前記第1の周波数帯のRF信号で磁界放射電極として作用する磁界放射電極部を含む、請求項3に記載の無線ICデバイス。
- 前記磁界放射電極部が、第1の周波数帯のRF信号の受信と第2の周波数帯のRF信号の送受信を兼ねる、請求項4に記載の無線ICデバイス。
- 前記放射電極の共振周波数を前記第2の周波数帯より低い周波数とした、請求項3、4又は5に記載の無線ICデバイス。
- 前記磁界放射電極部は、線路電極と、当該線路電極の両端間に容量を形成する容量電極を含む、請求項4~6のいずれかに記載の無線ICデバイス。
- 前記容量電極は、誘電体層を介して厚み方向に対向する一方側電極及び他方側電極から成り、前記線路電極は前記容量電極の周囲を周回するスパイラル形状部を有し、前記スパイラル形状部を成す線路電極の内周端に前記一方側電極が導通し、前記スパイラル形状部を成す線路電極の外周端と前記他方側電極との間をつなぐ交差線路電極を備えた、請求項7に記載の無線ICデバイス。
- 前記線路電極は電極除去部分を有し、前記電極除去部分の線路電極両端部に結合するように前記第1の無線ICを実装し、前記交差線路電極の前記線路電極の外周端側近傍に結合するように前記第2の無線ICを実装した、請求項8に記載の無線ICデバイス。
- 前記磁界放射電極部を一対備え、前記第1・第2の無線ICが一対の前記磁界放射電極部のそれぞれに導通又は電磁界結合した、請求項4~9のうちいずれかに記載の無線ICデバイス。
- 前記放射電極は、前記磁界放射電極部と対をなして前記磁界放射電極部とともに等価的なダイポールアンテナを構成する電界放射電極部をさらに有し、前記第2の無線ICが前記磁界放射電極部及び前記電界放射電極部に導通又は磁界結合した、請求項4~9のうちいずれかに記載の無線ICデバイス。
- 前記電界放射電極部は、前記スパイラル形状部を成す前記線路電極の外側に配置された、請求項11に記載の無線ICデバイス。
- 前記第1又は第2の無線ICは、前記放射電極に導通する無線ICチップである、請求項1~12のうちいずれかに記載の無線ICデバイス。
- 前記第1又は第2の無線ICは、少なくとも1つのインダクタを含む整合回路を備えた給電回路基板と、当該給電回路基板の上面に搭載されて前記整合回路に導通する無線ICチップと、から成る電磁結合モジュールである、請求項1~12のうちいずれかに記載の無線ICデバイス。
- 前記第1の無線ICから出力される前記電力を蓄電する電池またはキャパシタを備える、請求項1~14のいずれかに記載の無線ICデバイス。
- センサを備え、
前記第1の無線ICまたは前記第2の無線ICは前記センサによる検出結果を送信する手段を有する、請求項1~15のいずれかに記載の無線ICデバイス。
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