WO2013011865A1 - アンテナモジュール、アンテナ装置、ｒｆｉｄタグおよび通信端末装置 - Google Patents

アンテナモジュール、アンテナ装置、ｒｆｉｄタグおよび通信端末装置 Download PDF

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WO2013011865A1
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loop
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planar conductor
antenna
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加藤登
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株式会社村田製作所
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    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/77—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for interrogation

Definitions

  • the present invention relates to an antenna module, an antenna device, an RFID tag, and a communication terminal device used for near field communication.
  • An RFID system that communicates between a reader / writer and an RFID (Radio Frequency Identification) tag in a non-contact manner and transmits information between the reader / writer and the RFID tag has become widespread.
  • an HF band RFID system using a 13 MHz band and a UHF band RFID system using a 900 MHz band are generally used.
  • the RFID system for article management has a long communication distance, and a large number of tags can be read and written in a lump. Therefore, the RFID system in the UHF band is considered promising.
  • the RFID tag used in the RFID system includes an RFIC chip for processing a radio signal and an antenna element for transmitting and receiving the radio signal.
  • a dipole antenna or a loop antenna is used as an antenna element.
  • the loop antenna is a magnetic field radiation type antenna and has a short communication distance, but can be reduced in size, and thus is useful as an antenna for a small RFID tag.
  • the opening surface of the loop antenna faces a metal body, for example, if the article to be attached is a metal body, a vortex that cancels the magnetic field change of the loop antenna on the metal body. Since current is generated, it is difficult to secure a sufficient communication distance.
  • FIG. 1A is a perspective view of a reader / writer antenna disclosed in Patent Document 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the A-A ′ portion in FIG.
  • a soft magnetic material 5 is disposed between an antenna coil 4 whose both ends are connected to an electronic circuit 8 and a metal surface 6.
  • the magnetic flux 9 generated in the antenna coil 4 passes through the soft magnetic material 5 and hardly reaches the inside of the metal surface 6 as shown in FIG. A change in resonance frequency and an increase in loss are suppressed.
  • the present invention provides an antenna module, an antenna device, an RFID tag, and a communication terminal device in which an increase in loss due to eddy current generated on a metal surface and a change in resonance frequency are suppressed without increasing the size. It is aimed.
  • the antenna device of the present invention A loop conductor to which the feed circuit is connected or coupled; A magnetic sheet arranged in parallel with the loop-shaped conductor; An antenna module disposed opposite to a planar conductor having a larger area than the loop-shaped conductor, The loop-shaped conductor has a first portion facing the planar conductor through the magnetic sheet and a direct conduction (DC direct coupling) or electromagnetic coupling to the planar conductor without the magnetic sheet. And two parts.
  • the planar conductor acts as a radiating element.
  • the loop-shaped conductor has a feeding point connected to or coupled to the feeding circuit and a current maximum point formed at a position (on the opposite side) away from the feeding point, and the second portion is the current A region including the maximum point is preferable.
  • the magnetic sheet has a first main surface and a second main surface facing each other, and the second main surface faces the planar conductor,
  • the first portion of the loop-shaped conductor is provided on the first main surface of the magnetic sheet, and the second portion of the loop-shaped conductor is provided on the second main surface of the magnetic sheet. It is preferable.
  • the loop-shaped conductor is composed of a first auxiliary conductor and a second auxiliary conductor that are coupled via a capacitance at at least two locations.
  • An antenna device includes the antenna module according to any one of (1) to (4) and a planar conductor, and the loop conductor has a plane formed by the loop conductor. It is characterized in that it is disposed close to the planar conductor along the surface.
  • the loop-shaped conductor is disposed at a position where the second portion is closer to the edge side than the center (center of gravity) of the planar conductor.
  • the second portion of the loop-shaped conductor is linear, and the loop-shaped conductor is parallel to the linear edge of the planar conductor. It is preferable to arrange so that.
  • the planar conductor is preferably a ground conductor formed on a printed wiring board.
  • An RFID tag includes the antenna module according to any one of (1) to (4) above and an RFIC element that is directly connected to or electromagnetically coupled to the loop conductor.
  • a communication terminal device includes the antenna device according to any one of (5) to (8) above and an RFIC element that is directly connected or electromagnetically coupled to the loop-shaped conductor. It is a feature.
  • planar conductor is preferably a ground conductor formed on a printed wiring board.
  • the RFIC element is preferably used in a UHF band RFID system that matches the loop conductor in the UHF band.
  • an antenna device, an RFID tag, a communication terminal device, and the like in which an increase in loss due to eddy current generated on a metal surface and a change in resonance frequency are suppressed can be configured without increasing the size.
  • FIG. 1A is a perspective view of a reader / writer antenna disclosed in Patent Document 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 2A is an external perspective view of the antenna module 101 according to the first embodiment
  • FIG. 2B is an exploded perspective view thereof.
  • 3A is a perspective view of the RFID tag 301
  • FIG. 3B is an exploded perspective view thereof.
  • FIG. 4 is a perspective view of the antenna device 201.
  • 5A is a perspective view of the communication terminal device 401
  • FIG. 5B is an exploded perspective view thereof.
  • 6A is a plan view of the communication terminal device 401
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the B-B ′ portion of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is an equivalent circuit diagram of the RFID tag 301.
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the feeding point of the loop conductor 11 and the maximum current point.
  • FIG. 7C is a diagram illustrating a state of current flowing through the loop-shaped conductor 11 of the RFID tag and current flowing through the planar conductor 12.
  • FIG. 8A shows an example in which the second portion SP facing the planar conductor without the magnetic sheet 13 is only one side of the rectangular shape of the loop-shaped conductor 11, and FIG. 8B shows the second portion. In this example, the SP is further narrowed so that the first part FP extends to both sides of one side of the rectangle.
  • FIG. 8A shows an example in which the second portion SP facing the planar conductor without the magnetic sheet 13 is only one side of the rectangular shape of the loop-shaped conductor 11, and FIG. 8B shows the second portion. In this example, the SP is further narrowed so that the first part FP extends to both sides of one side of the rectangle.
  • FIG. 8C shows an example in which a magnetic sheet is interposed (covered) on only one side of the rectangle that is the shape of the loop-shaped conductor 11 and the remaining three sides are the second portion SP.
  • FIG. 9 is a diagram showing characteristics of each RFID tag in the state shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C.
  • FIG. 10 is a perspective view of the communication terminal device 403 of the third embodiment.
  • FIG. 11A is an enlarged view of a mounting portion of the RFID tag 303, and FIG. 11B is a left side view thereof.
  • FIG. 12 is a perspective view of a communication terminal device 404 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the RFID tag portion shown in FIG. FIG.
  • FIG. 14 shows the return loss characteristic viewed from the power feeding circuit of the RFID tag portion shown in FIG.
  • FIG. 15A is a plan view of a communication terminal device 405 according to the fifth embodiment
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state of current flowing through the loop-shaped conductor 11 of the RFID tag and current flowing through the planar conductor 12.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of the RFID tag 306A of the sixth embodiment.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of another RFID tag 306B of the sixth embodiment.
  • FIG. 2A is an external perspective view of the antenna module 101 according to the first embodiment
  • FIG. 2B is an exploded perspective view thereof.
  • the antenna module 101 includes a loop conductor 11 and a magnetic sheet 13.
  • the loop-shaped conductor 11 is a rectangular loop-shaped conductor pattern formed on the base sheet 10. As shown later, the antenna module 101 is configured by being affixed, abutted on, or placed close to a planar conductor.
  • the magnetic sheet 13 is disposed between the loop conductor 11 and the planar conductor.
  • the loop-shaped conductor 11 has a first portion FP that faces the planar conductor via the magnetic sheet 13 and a second portion SP that is electromagnetically coupled to the planar conductor 12 without the magnetic sheet 13. That is, the magnetic sheet 13 is interposed between the first portion FP of the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor, and the magnetic sheet 13 is not interposed between the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor.
  • the base sheet 10 is a flexible base sheet such as a PET film or a polyimide film, and the loop conductor 11 is obtained by patterning a metal foil such as a copper foil.
  • the magnetic sheet 13 is, for example, a ferrite ceramic formed in a thin plate shape. Or the resin sheet formed by disperse
  • FIG. 3A is a perspective view of the RFID tag 301
  • FIG. 3B is an exploded perspective view thereof.
  • the RFID tag 301 is obtained by mounting the RFIC element 14 on the base sheet 10 of the antenna module 101 shown in FIG.
  • the RFIC element 14 includes at least two terminals, the first terminal is connected to the first end of the loop-shaped conductor 11, and the second terminal is connected to the second end of the loop-shaped conductor 11.
  • the RFID tag 301 is affixed or placed close to a planar conductor.
  • the magnetic sheet 13 is disposed between the loop conductor 11 and the planar conductor. This constitutes an article with an RFID tag and a communication terminal device having an RFID function.
  • FIG. 4 is a perspective view of the antenna device 201.
  • the antenna device 201 includes the antenna module 101 and the planar conductor 12 shown in FIG.
  • the planar conductor 12 has a larger area than the loop conductor 11, and the loop conductor 11 is within the range of the planar conductor 12 in plan view.
  • the magnetic sheet 13 is disposed between the loop conductor 11 and the planar conductor 12.
  • the magnetic material sheet 13 is interposed between the first portion FP of the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12, and the magnetic material sheet 13 is not interposed between the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12.
  • the planar conductor 12 is a ground conductor of a printed wiring board, a metal plate, a metal member of an electronic component or a structural component, or the like.
  • FIG. 5A is a perspective view of the communication terminal device 401
  • FIG. 5B is an exploded perspective view thereof.
  • the communication terminal device 401 includes a planar conductor 12 and an RFID tag 301.
  • the planar conductor 12 is a ground conductor formed on a printed wiring board, for example. That is, the printed wiring board accommodated in the housing of the communication terminal device can also be used as a planar conductor.
  • planar conductor 12 is a metal article or an article having a planar conductor
  • an article with an RFID tag is configured by sticking to the article.
  • FIG. 6A is a plan view of the communication terminal device 401
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the B-B ′ portion of FIG. 6A.
  • the circuit symbol of the capacitor in FIG. 6B symbolizes the capacitance generated between the second portion SP of the loop conductor 11 and the planar conductor 12.
  • FIG. 7A is an equivalent circuit diagram of the RFID tag 301.
  • the RFIC element 14 includes a capacitor Ci, and the inductors L1, L2, L3 by the loop conductor 11 and the capacitor Ci constitute an LC resonance circuit.
  • the inductances of the inductors L1 and L3 in the portion shielded by the magnetic sheet 13 in the loop conductor 11 are relatively small, and the inductance of the inductor L2 in the portion not shielded by the magnetic sheet 13 is relatively large.
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the feeding point of the loop conductor 11 and the maximum current point.
  • An RFIC element 14 (a power feeding circuit of the RFIC element 14) is connected to the first end and the second end of the loop conductor 11.
  • a differential potential is applied to the loop conductor 11 from the power supply circuit at a resonance frequency at which the loop conductor 11 is impedance-matched to the power supply circuit, and the center position between the first end and the second end of the loop conductor 11 (the power supply circuit). The position farthest from) is the maximum current point.
  • This current maximum point is also a virtual ground potential.
  • the resonance frequency is a frequency in the UHF band such as the 900 MHz band.
  • FIG. 7C is a diagram showing a state of current flowing in the loop-shaped conductor 11 of the RFID tag and current flowing in the planar conductor 12.
  • the loop conductor 11 and the planar conductor 12 are electromagnetically coupled by the current IL flowing through the loop conductor 11, An induced current IA flows through the planar conductor 12.
  • the RFID tag 301 is arranged on the planar conductor 12 so that the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 is along one edge of the planar conductor 12.
  • the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 only needs to be disposed at a position closer to one edge side than the center (center of gravity) of the planar conductor 12. Moreover, about the longitudinal direction of a planar conductor, it should just be arrange
  • the propagation of the induced current IA through the planar conductor 12 causes the planar conductor 12 to act as a radiating element.
  • the planar conductor 12 acts as a half-wave radiation element (dipole antenna).
  • the length L in the longitudinal direction of the planar conductor 12 is about a half wavelength of the operating frequency, the direction of the current flowing through the two edge portions OE is the same direction, and the current that circulates around the outer periphery of the planar conductor 12 Does not flow.
  • the planar conductor 12 disposed in the vicinity of the loop-shaped conductor 11 can be used as an antenna element, and is small and thin without increasing the size of the loop-shaped conductor 11 and has a large communication distance.
  • a communication terminal device 401 having an RFID tag is obtained.
  • the second portion SP of the loop conductor 11 includes the maximum current point. It is preferable that the planar conductor 12 is electromagnetically coupled in a region including the maximum current point. That is, the loop conductor 11 has a low current density in the vicinity of the feeding point and a high current density at a position farthest from the feeding point. Therefore, if the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12 are coupled by the second portion SP including the portion of the loop-shaped conductor 11 having the highest current density, the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12 are unnecessary. The coupling (coupling in which the current flowing through the planar conductor 12 due to coupling does not contribute to radiation) is suppressed, and the RFID tag with a small insertion loss and the communication terminal device 401 including the RFID tag can be obtained.
  • the loop-shaped conductor 11 is preferably arranged so that the surface of the loop-shaped conductor 11 is arranged close to the planar conductor 12 along the plane of the planar conductor 12. In other words, it is preferable that the loop-shaped conductor 11 has its central axis facing the normal direction of the planar conductor 12. According to the present invention, since such an arrangement is possible, the RFID tag can be arranged along the surface of the planar conductor 12, and the entire thickness can be reduced.
  • the loop-shaped conductor 11 is preferably disposed close to the planar conductor 12 so that the second portion SP is in the vicinity of the edge of the planar conductor 12, and in particular, the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 is It is preferable that the loop-shaped conductor 11 is formed in a straight line and is disposed close to the flat conductor 12 so as to be substantially parallel to the straight edge of the flat conductor 12. By arranging in this way, the distance between one of the main radiation sites (the edge of the planar conductor 12) and the maximum current point of the loop conductor 11 is minimized while suppressing eddy current loss in the loop conductor 11. Thus, power loss can be reduced.
  • the RFID tag 301 is disposed in the vicinity of the battery pack, and the metal casing of the battery pack or shield case is used as the planar conductor. be able to. Moreover, if it is an electronic device provided with the metal housing, the metal housing can also be utilized as a planar conductor.
  • FIG. 8A shows an example in which the second portion SP facing the planar conductor without the magnetic sheet 13 is only one side of the rectangular shape of the loop-shaped conductor 11, and FIG. 8B shows the second portion.
  • the SP is further narrowed so that the first part FP extends to both sides of one side of the rectangle.
  • 8C contrary to FIG. 8A, a magnetic sheet is interposed (covered) on only one side of the rectangular shape of the loop-shaped conductor 11, and the remaining three sides are placed on the first side.
  • FIG. 8C shows an example in which the second portion SP facing the planar conductor without the magnetic sheet 13 is only one side of the rectangular shape of the loop-shaped conductor 11, and FIG. 8B shows the second portion.
  • the SP is further narrowed so that the first part FP extends to both sides of one side of the rectangle.
  • 8C contrary to FIG. 8A, a magnetic sheet is interposed (covered) on only one side of the rectangular shape of the loop-shaped conductor 11, and the remaining three sides are placed on the first
  • FIG. 9 is a diagram showing the characteristics of each RFID tag in the state shown in FIG. 8 (A), FIG. 8 (B), and FIG. 8 (C).
  • the ratio of the second portion SP is smaller than the first portion FP of the loop conductor 11, the Q value is high, and the gain is maximum at the center frequency.
  • the electric field coupling between the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12 becomes stronger as the ratio of the second portion SP becomes larger than the first portion FP of the loop-shaped conductor 11.
  • electric field coupling is performed even in a portion where the potential difference of the loop conductor 11 is large, and electric field coupling is performed at two points having different potential differences in the loop conductor 11, so that the pass band is widened and the gain peak is descend. Therefore, what is necessary is just to determine the ratio of 2nd part SP with respect to 1st part FP of the loop-shaped conductor 11 according to a required frequency bandwidth and gain.
  • FIG. 10 is a perspective view of the communication terminal device 403 of the third embodiment.
  • FIG. 11A is an enlarged view of a mounting portion of the RFID tag 303
  • FIG. 11B is a left side view thereof.
  • the communication terminal device 403 includes a planar conductor 12 and an RFID tag 303.
  • the structure of the RFID tag 303 is different from the RFID tag 301 shown in the first and second embodiments.
  • a part of the base sheet 10 on which the loop-shaped conductor 11 having a rectangular loop shape is patterned is folded from the first main surface (upper surface) of the magnetic material sheet 13 to the second main surface (lower surface). .
  • the RFID tag 303 is attached to the planar conductor 12 with an adhesive layer 15.
  • the other part is a first part FP in which the magnetic sheet 13 is interposed when viewed from the planar conductor 12.
  • the portion along the magnetic sheet can constitute the second portion SP of the loop conductor.
  • the entire base sheet 10 is disposed so as to surround the magnetic sheet, it is easy to handle the RFID tag and mount it on the planar conductor 12.
  • FIG. 12 is a perspective view of a communication terminal device 404 according to the fourth embodiment.
  • the loop-shaped conductor is composed of a first auxiliary conductor 11A and a second auxiliary conductor 11B.
  • the first auxiliary conductor 11A and the second auxiliary conductor 11B are coupled by capacitors C1 and C2.
  • the capacitances C1 and C2 in the figure are merely represented by symbols in a lumped constant circuit, and are actually distributed capacitances.
  • the second portion SP is visible from the planar conductor 12 because the magnetic sheet 13 is not interposed, but the first portion FP is not the magnetic sheet 13. Due to the interposition, the planar conductor 12 does not look equivalent.
  • FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the RFID tag portion shown in FIG.
  • the first auxiliary conductor 11A is represented by inductors L1, L2, and L3
  • the second auxiliary conductor 11B is represented by inductors L4, L5, and L6.
  • a first LC resonance circuit is configured by the capacitor Ci in the RFIC element 14 and the inductors L1, L2, and L3 of the first auxiliary conductor 11A.
  • the capacitors C1 and C2 between the first auxiliary conductor 11A and the second auxiliary conductor 11B and the inductors L4, L5 and L6 of the second auxiliary conductor 11B constitute a second LC resonance circuit.
  • the resonance frequency f1 of the first LC resonance circuit and the resonance frequency f2 of the second LC resonance circuit can be expressed as follows.
  • f1 1 / [2 ⁇ ⁇ (Ci (L1 + L2 + L3) ⁇ ]
  • f2 1 / [2 ⁇ ⁇ (C1 + C2) (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6) ⁇ ] Since there is a mutual inductance between the inductance (L1, L2, L3) of the first auxiliary conductor 11A and the inductance (L4, L5, L6) of the second auxiliary conductor 11B, the first LC resonance circuit and the second The LC resonant circuits are coupled to each other.
  • FIG. 14 shows a return loss characteristic viewed from the power feeding circuit of the RFID tag portion shown in FIG.
  • there are two resonance frequencies f1 and f2 and f1 and f2 are different from each other, so that a wide band can be obtained as shown in FIG.
  • the frequency interval between the two poles of the return loss characteristic further increases due to the mutual inductance.
  • the mutual inductance can be adjusted by changing the shapes of the first auxiliary conductor and the second auxiliary conductor, shifting the position, or partially sandwiching the magnetic material sheet between them.
  • the frequency interval of the poles may be determined.
  • FIG. 15A is a plan view of the communication terminal device 405 of the fifth embodiment
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of the BB ′ portion of FIG. 15A.
  • the loop-shaped conductor 11 is patterned on the lower surface of the base sheet 10.
  • the loop-shaped conductor 11 includes a first portion FP that faces the planar conductor via the magnetic sheet 13 and a second portion SP that is directly connected to the planar conductor 12 without the magnetic sheet 13.
  • the RFIC element 14 (the power supply circuit of the RFIC element 14) is connected to the first end and the second end of the loop conductor 11.
  • the RFIC element includes a capacitance, and this capacitance and the inductance of the loop conductor 11 constitute an LC resonance circuit.
  • a differential potential is applied to the loop conductor 11 from the power supply circuit at a resonance frequency at which the loop conductor 11 is impedance-matched to the power supply circuit, and the center position between the first end and the second end of the loop conductor 11 (the power supply circuit). The position farthest from) is the maximum current point. This current maximum point is also a virtual ground potential.
  • the resonance frequency is a frequency in the UHF band such as the 900 MHz band.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state of current flowing through the loop-shaped conductor 11 of the RFID tag and current flowing through the planar conductor 12.
  • the resonance frequency UHF band
  • the current IA flows through the planar conductor 12 due to the current IL flowing through the loop conductor 11. Since it is not the inductive coupling shown in FIG. 7C but direct coupling, the direction of the current IA is the same direction as the current IL flowing through the loop conductor 11.
  • the current density of the edge portion OE of the planar conductor 12 is high due to the edge effect.
  • the RFID tag 301 is arranged on the planar conductor 12 so that the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 is along one edge of the planar conductor 12.
  • the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 only needs to be disposed at a position closer to one edge side than the center (center of gravity) of the planar conductor 12.
  • the planar conductor 12 acts as a radiating element.
  • planar conductor 12 disposed in the vicinity of the loop-shaped conductor 11 can be used as an antenna element, and is small and thin and has a large communication distance without increasing the size of the loop-shaped conductor 11.
  • a communication terminal device 405 provided with an RFID tag is obtained.
  • the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 includes the maximum current point and is directly connected (directly connected) to the planar conductor 12 in a region including the maximum current point. That is, the loop conductor 11 has a low current density in the vicinity of the feeding point and a high current density at a position farthest from the feeding point. Therefore, if the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12 are coupled by the second portion SP including the portion of the loop-shaped conductor 11 having the highest current density, the loop-shaped conductor 11 and the planar conductor 12 are unnecessary. The coupling (coupling in which the current flowing through the planar conductor 12 due to the coupling does not contribute to radiation) is suppressed, and the RFID tag with a small insertion loss and the communication terminal device 405 including the RFID tag can be obtained.
  • the loop-shaped conductor 11 is preferably disposed on the planar conductor 12 so that the second portion SP is in the vicinity of the edge of the planar conductor 12, and in particular, the second portion SP of the loop-shaped conductor 11 is a straight line. It is preferable that the loop-shaped conductor 11 is disposed in the vicinity of the planar conductor 12 so as to be substantially parallel to the linear edge of the planar conductor 12. By arranging in this way, the distance between one of the main radiation sites (the edge of the planar conductor 12) and the maximum current point of the loop conductor 11 is minimized while suppressing eddy current loss in the loop conductor 11. Thus, power loss can be reduced.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of the RFID tag 306A of the sixth embodiment.
  • a part (three sides) 11-1 of the loop conductor is formed on the upper surface of the ferrite sheet 13A, and a part (one side) 11-2 of the loop conductor is formed on the lower surface of the ferrite sheet 13B.
  • the loop conductors 11-1 and 11-2 are connected via via conductors formed in the ferrite sheets 13A, 13B, and 13C.
  • An RFIC element 14 is connected to a part 11-1 of the loop conductor. Usually, after a laminated body composed of three ferrite sheets 13A, 13B, and 13C is formed, the RFIC element 14 is mounted on the laminated body.
  • the ferrite sheet is interposed between the loop conductor portion 11-1 and the planar conductor. 13C will intervene. That is, the part 11-1 of the loop conductor is the first part FP of the loop conductor. Since the ferrite sheet 13C is not interposed between the loop-shaped conductor portion 11-2 and the planar conductor, the loop-shaped conductor portion 11-2 is the second portion SP of the loop-shaped conductor.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of another RFID tag 306B of the sixth embodiment.
  • a part (three sides) 11-1 of a loop conductor is formed on the upper surface of the dielectric (nonmagnetic) sheet 16A, and a part of the loop conductor (on the upper surface of the dielectric (nonmagnetic) sheet 16B ( One side) 11-2 is formed.
  • a mounting electrode 17 is formed on the lower surface of the dielectric sheet 16B.
  • the loop conductors 11-1 and 11-2 are connected via via conductors formed in the dielectric sheet 16A and the ferrite sheet 13C.
  • An RFIC element 14 is connected to a part 11-1 of the loop conductor.
  • the loop-shaped conductor portion 11-1 is the first portion FP of the loop-shaped conductor
  • the loop-shaped conductor portion 11-2 is the second portion SP of the loop-shaped conductor.
  • the RFID tag 306B is mounted on the planar conductor by the mounting electrode 17, the loop-shaped conductor portion 11-2 is opposed to the planar conductor via the dielectric sheet 16B.
  • -2 is electromagnetically coupled to the planar conductor.
  • a part 11-2 of the loop conductor is formed in the same plane as the mounting electrode 17, a via conductor is formed on the dielectric sheet 16B, and a part of the loop conductor 11-2 is looped through the via conductor. If the configuration is such that it is connected to the part 11-1 of the conductor, the part 11-2 of the loop conductor can be directly conducted (DC directly connected) to the planar conductor.
  • the RFIC element shown in each of the above embodiments is a circuit including a memory circuit and a logic circuit, but may be an IC element including only a high-frequency circuit. Further, an RFIC chip and a matching circuit such as a resonance circuit connected to the chip may be provided. Then, the matching circuit may be configured such that a loop conductor is electromagnetically coupled.
  • the antenna module of the present invention can be used not only as an RFID tag in a UHF band RFID system but also as an antenna module for a reader / writer. Moreover, it can also be used in other frequency bands, such as HF band, and can also be used in communication systems other than an RFID system.

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Abstract

　ＲＦＩＣ素子（１４）の内部にはキャパシタンスを含んでいて、このキャパシタンスとループ状導体（１１）のインダクタンスとによってＬＣ共振回路が構成される。ＲＦＩＣ素子（１４）からループ状導体（１１）にＵＨＦ帯の高周波電力が供給されたとき、ループ状導体（１１）に流れる電流ＩＬにより、このループ状導体（１１）と平面導体（１２）は電磁界結合し、平面導体（１２）に誘導電流ＩＡが流れる。誘導電流ＩＡが平面導体（１２）を伝搬することにより、平面導体（１２）が放射素子として作用する。平面導体（１２）の長手方向の寸法は使用周波数帯の半波長であることが好ましい。そのことにより平面導体（１２）は半波長の放射素子として作用する。

Description

アンテナモジュール、アンテナ装置、ＲＦＩＤタグおよび通信端末装置
　本発明は、近距離通信に用いられるアンテナモジュール、アンテナ装置、ＲＦＩＤタグおよび通信端末装置に関する。
　リーダライタとＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグとを非接触方式で通信し、リーダライタとＲＦＩＤタグとの間で情報を伝達するＲＦＩＤシステムが普及している。ＲＦＩＤシステムとしては、１３ＭＨｚ帯を利用したＨＦ帯ＲＦＩＤシステムおよび９００ＭＨｚ帯を利用したＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムが一般的である。特に、物品管理用のＲＦＩＤシステムでは、通信距離が大きく、多数のタグを一括して読み書きが可能なことから、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムが有望視されている。
　ＲＦＩＤシステムで利用されるＲＦＩＤタグは、無線信号を処理するためのＲＦＩＣチップや無線信号を送受するためのアンテナ素子を備える。ＵＨＦ帯用のＲＦＩＤタグでは、アンテナ素子としてダイポールアンテナやループアンテナが利用される。特に、ループアンテナは、磁界放射型のアンテナであって、通信距離がやや短いものの、小型化が可能であることから、小型のＲＦＩＤタグ用のアンテナとして有用である。
　ループアンテナを用いる場合、ループアンテナの開口面が金属体に対面するような状況であれば、例えば貼り付け対象物品が金属体であると、この金属体にループアンテナの磁界変化を打ち消すような渦電流が生じてしまうため、十分な通信距離を確保することが難しい。
　渦電流の問題を解消するために、たとえば特許文献１等に記載されているように、ループアンテナと貼り付け対象物との間にフェライト等の磁性体を挟みこんでおく、という手法が知られている。
　図１（Ａ）は特許文献１に示されているリーダライタ用アンテナの斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ－Ａ’部分の断面図である。このリーダライタ用アンテナは、両端が電子回路８に接続されるアンテナコイル４と金属面６との間に軟磁性材５が配置されている。アンテナコイル４で発生する磁束９は図１（Ｂ）に示すように、軟磁性材５内部を通過し、金属面６の内部にほとんど到達しないため、金属面６で発生する渦電流に起因する共振周波数の変化や損失の増加が抑制される。
特開２００４－１６６１７５号公報
　しかしながら、図１に示される構造のアンテナにおいては、使用周波数帯や磁性体の厚み等によっては、金属体に磁束が入るのを十分に遮断することは難しい。すなわち、金属体の影響を抑えようとすると、磁性体を厚くする必要があり、そうすると、アンテナ装置およびそれを備えた装置が大型化してしまう。
　そこで、本発明は、大型化することなく、金属面で発生する渦電流に起因する損失の増加および共振周波数の変化を抑制したアンテナモジュール、アンテナ装置、ＲＦＩＤタグおよび通信端末装置を提供することを目的としている。
（１）本発明のアンテナ装置は、
　給電回路が接続または結合されるループ状導体と、
　前記ループ状導体に対して並設された磁性体シートと、
を備え、前記ループ状導体より面積の大きな平面導体に対向配置されるアンテナモジュールであって、
　前記ループ状導体は、前記磁性体シートを介して前記平面導体に対向する第１部分と、前記磁性体シートを介さずに前記平面導体に対して直接導通（ＤＣ直結）または電磁界結合する第２部分とを有することを特徴とする。
　この構成により、給電回路からループ状導体に所定の電力が供給されたとき、ループ状導体に流れた電流の一部が第２部分を介して平面導体に導かれ、この電流が平面導体を伝搬することにより、平面導体が放射素子として作用する。
（２）前記ループ状導体は、前記給電回路に接続または結合される給電点および前記給電点から離れた位置（反対側）に形成される電流最大点を有し、前記第２部分は前記電流最大点を含む領域であることが好ましい。
（３）前記磁性体シートは互いに対向する第１主面および第２主面を有し、前記第２主面は前記平面導体に対面し、
　前記ループ状導体の前記第１部分は、前記磁性体シートの前記第１主面に設けられていて、前記ループ状導体の前記第２部分は前記磁性体シートの前記第２主面に設けられていることが好ましい。
（４）前記ループ状導体は、少なくとも二箇所で容量を介して結合する第１補助導体および第２補助導体で構成されていることが好ましい。
（５）本発明のアンテナ装置は、（１）～（４）のいずれかに記載のアンテナモジュールおよび平面導体で構成され、前記ループ状導体は、このループ状導体が構成する面が前記平面導体の面に沿って前記平面導体に近接配置されていることを特徴とする。
（６）上記（５）のアンテナ装置において、前記ループ状導体は、前記第２部分が前記平面導体の中心（重心）より縁端部側に近くなる位置に配置されていることが好ましい。
（７）上記（５）または（６）のアンテナ装置において、前記ループ状導体の前記第２部分は直線状であり、前記ループ状導体は前記平面導体の直線状の縁端部に対して平行になるように配置されていることが好ましい。
（８）上記（５）～（７）のいずれかのアンテナ装置において、前記平面導体は、プリント配線板に形成されたグランド導体であることが好ましい。
（９）本発明のＲＦＩＤタグは、上記（１）～（４）のいずれかに記載のアンテナモジュールと、前記ループ状導体に直接接続または電磁界結合されたＲＦＩＣ素子とを備えたことを特徴とする。
（１０）本発明の通信端末装置は、上記（５）～（８）のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記ループ状導体に直接接続または電磁界結合されたＲＦＩＣ素子とを備えたことを特徴としている。
（１１）上記（１０）において、前記平面導体はプリント配線板に形成されたグランド導体であることが好ましい。
（１２）上記（１０）または（１１）において、前記ＲＦＩＣ素子は前記ループ状導体にＵＨＦ帯で整合する、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに用いられることが好ましい。
　この発明によれば、大型化することなく、金属面で発生する渦電流に起因する損失の増加や共振周波数の変化が抑制されたアンテナ装置、ＲＦＩＤタグおよび通信端末装置などが構成できる。
図１（Ａ）は特許文献１に示されているリーダライタ用アンテナの斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ－Ａ’部分の断面図である。 図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナモジュール１０１の外観斜視図、図２（Ｂ）はその分解斜視図である。 図３（Ａ）はＲＦＩＤタグ３０１の斜視図、図３（Ｂ）はその分解斜視図である。 図４はアンテナ装置２０１の斜視図である。 図５（Ａ）は通信端末装置４０１の斜視図、図５（Ｂ）はその分解斜視図である。 図６（Ａ）は通信端末装置４０１の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ－Ｂ’部分の断面図である。 図７（Ａ）はＲＦＩＤタグ３０１の等価回路図である。図７（Ｂ）はループ状導体１１の給電点と電流最大点との関係を示す図である。図７（Ｃ）は、ＲＦＩＤタグのループ状導体１１に流れる電流および平面導体１２に流れる電流の様子を示す図である。 図８（Ａ）は磁性体シート１３を介さずに平面導体に対向する第２部分ＳＰをループ状導体１１の形状である矩形のほぼ一辺のみとした例、図８（Ｂ）は第２部分ＳＰをさらに狭めて、矩形の一辺の両側まで第１部分ＦＰとした例である。図８（Ｃ）はループ状導体１１の形状である矩形のほぼ一辺のみに対して磁性体シートを介在させ（覆い）、残りの三辺を第２部分ＳＰとした例である。 図９は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示した状態での各ＲＦＩＤタグの特性を示す図である。 図１０は第３の実施形態の通信端末装置４０３の斜視図である。 図１１（Ａ）はＲＦＩＤタグ３０３の搭載部の拡大図、図１１（Ｂ）はその左側面図である。 図１２は第４の実施形態の通信端末装置４０４の斜視図である。 図１３は図１２に示したＲＦＩＤタグ部分の等価回路図である。 図１４は図１２に示したＲＦＩＤタグ部分の給電回路から見たリターンロス特性である。 図１５（Ａ）は第５の実施形態の通信端末装置４０５の平面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のＢ－Ｂ’部分の断面図である。 図１６は、ＲＦＩＤタグのループ状導体１１に流れる電流および平面導体１２に流れる電流の様子を示す図である。 図１７は第６の実施形態のＲＦＩＤタグ３０６Ａの分解斜視図である。 図１８は第６の実施形態のもう一つのＲＦＩＤタグ３０６Ｂの分解斜視図である。
《第１の実施形態》
　本発明の第１の実施形態のアンテナモジュール、アンテナ装置、ＲＦＩＤタグおよび通信端末装置について各図を参照して順に説明する。
　図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナモジュール１０１の外観斜視図、図２（Ｂ）はその分解斜視図である。
　アンテナモジュール１０１はループ状導体１１および磁性体シート１３を備えている。ループ状導体１１は基材シート１０に形成された矩形ループ状の導体パターンである。後に示すように、このアンテナモジュール１０１は平面導体に貼付、当接、または近接配置されることによりアンテナ装置が構成される。そして、磁性体シート１３はループ状導体１１と平面導体との間に配置される。
　ループ状導体１１は、磁性体シート１３を介して平面導体に対向する第１部分ＦＰと、磁性体シート１３を介さずに平面導体１２に対して電磁界結合する第２部分ＳＰとを有する。すなわち、ループ状導体１１の第１部分ＦＰと平面導体との間に磁性体シート１３が介在され、ループ状導体１１の第２部分ＳＰと平面導体との間に磁性体シート１３は介在されない。
　前記基材シート１０は例えばＰＥＴフィルムやポリイミドフィルムなどの可撓性基材シートであり、ループ状導体１１は銅箔などの金属箔をパターンニングしたものである。磁性体シート１３は例えば薄板状に形成されたフェライトセラミックである。または、フェライト等の磁性体粉末を樹脂中に分散してなる樹脂シートであってもよい。
　図３（Ａ）はＲＦＩＤタグ３０１の斜視図、図３（Ｂ）はその分解斜視図である。このＲＦＩＤタグ３０１は、図２（Ａ）に示したアンテナモジュール１０１の基材シート１０にＲＦＩＣ素子１４が実装されたものである。ＲＦＩＣ素子１４は少なくとも二つの端子を備え、第１端子がループ状導体１１の第１端に接続され、第２端子がループ状導体１１の第２端に接続されている。後に示すように、このＲＦＩＤタグ３０１が平面導体に貼付または近接配置される。その際、磁性体シート１３はループ状導体１１と平面導体との間に配置される。このことによってＲＦＩＤタグ付きの物品やＲＦＩＤ機能を備える通信端末装置が構成される。
　図４はアンテナ装置２０１の斜視図である。このアンテナ装置２０１は図２（Ａ）に示したアンテナモジュール１０１と平面導体１２とを備えている。平面導体１２はループ状導体１１より面積が大きく、平面視でループ状導体１１は平面導体１２の範囲内におさまっている。磁性体シート１３はループ状導体１１と平面導体１２との間に配置されている。
　ループ状導体１１の第１部分ＦＰと平面導体１２との間に磁性体シート１３が介在し、ループ状導体１１の第２部分ＳＰと平面導体１２との間に磁性体シート１３は介在しない。平面導体１２はプリント配線板のグランド導体、金属板、電子部品や構造部品の金属部材等である。
　図５（Ａ）は通信端末装置４０１の斜視図、図５（Ｂ）はその分解斜視図である。この通信端末装置４０１は平面導体１２とＲＦＩＤタグ３０１を備えている。平面導体１２は例えばプリント配線板に形成されているグランド導体である。すなわち通信端末装置の筐体内に収納されているプリント配線板を平面導体として兼用させることができる。
　また、例えば平面導体１２が金属物品または平面導体を有する物品である場合には、その物品に貼付することにより、ＲＦＩＤタグ付きの物品が構成される。
　図６（Ａ）は通信端末装置４０１の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ－Ｂ’部分の断面図である。図６（Ｂ）中のコンデンサの回路記号はループ状導体１１の第２部分ＳＰと平面導体１２との間に生じる容量を象徴している。
　図７（Ａ）はＲＦＩＤタグ３０１の等価回路図である。ＲＦＩＣ素子１４の内部には容量Ｃｉを含んでいて、ループ状導体１１によるインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３と前記容量ＣｉとによってＬＣ共振回路が構成される。ループ状導体１１のうち磁性体シート１３で遮蔽された部分のインダクタＬ１，Ｌ３のインダクタンスは相対的に小さく、磁性体シート１３で遮蔽されない部分のインダクタＬ２のインダクタンスは相対的に大きい。
　図７（Ｂ）はループ状導体１１の給電点と電流最大点との関係を示す図である。ループ状導体１１の第１端と第２端とにＲＦＩＣ素子１４（ＲＦＩＣ素子１４の給電回路）が接続される。そして、ループ状導体１１が給電回路にインピーダンス整合する共振周波数でループ状導体１１には給電回路から差動電位が掛かり、ループ状導体１１の第１端と第２端との中央位置（給電回路から最も遠い位置）が電流最大点となる。この電流最大点は仮想的なグランド電位でもある。前記共振周波数は例えば９００ＭＨｚ帯などのＵＨＦ帯の周波数である。
　図７（Ｃ）は、ＲＦＩＤタグのループ状導体１１に流れる電流および平面導体１２に流れる電流の様子を示す図である。ＲＦＩＣ素子１４からループ状導体１１に前記共振周波数（ＵＨＦ帯）の高周波電力が供給されたとき、ループ状導体１１に流れる電流ＩＬにより、このループ状導体１１と平面導体１２は電磁界結合し、平面導体１２に誘導電流ＩＡが流れる。このとき、縁端効果により平面導体１２のエッジ部ＯＥの電流密度が高い。そのため、ループ状導体１１の第２部分ＳＰが平面導体１２の一方の端縁に沿うように、ＲＦＩＤタグ３０１が平面導体１２に配置されている。一般的には、ループ状導体１１の第２部分ＳＰが平面導体１２の中心（重心）より一方の縁端部側に近づく位置に配置されていればよい。また、平面導体の長手方向については、その中央位置または中央付近に配置されていればよい。
　前記誘導電流ＩＡが平面導体１２を伝搬することにより、平面導体１２は放射素子として作用する。平面導体１２の長手方向の寸法Ｌは使用周波数帯の波長をλで表すと、Ｌ＝λ／２またはＬ≒λ／２であることが好ましい。そのことにより平面導体１２は半波長の放射素子（ダイポールアンテナ）として作用する。
　また、等価的にループ状導体の第２部分ＳＰのみが平面導体に対向するので、平面導体の大きさや平面導体に対するループ状導体の配置位置のばらつきがあっても、ループ状導体と給電回路とによる共振回路の共振周波数はあまり変化しない。そのため、共振周波数のずれによる利得の低下も回避できる。
　なお、平面導体１２の長手方向の長さＬは使用周波数の半波長程度であるので、二つのエッジ部ＯＥに流れる電流の向きは同方向であり、平面導体１２の外周を周回するような電流が流れるわけではない。
　以上に示した構造により、ループ状導体１１の近傍に配置された平面導体１２をアンテナ素子として利用することができ、ループ状導体１１のサイズを大きくすることなく、小型・薄型且つ通信距離の大きなＲＦＩＤタグを備えた通信端末装置４０１が得られる。
　ループ状導体１１の第２部分ＳＰは前記電流最大点を含んでいる。この電流最大点を含む領域で平面導体１２に電磁界結合していることが好ましい。すなわち、ループ状導体１１は、給電点の近傍では電流密度が低く、給電点から最も離れた位置で電流密度が高い。よって、ループ状導体１１と平面導体１２とが、ループ状導体１１のうち電流密度が最も高い部分を含む第２部分ＳＰで結合されていれば、ループ状導体１１と平面導体１２との不要な結合（結合により平面導体１２に流れる電流が放射に寄与しないような結合）が抑えられ、挿入損失の小さなＲＦＩＤタグおよびそれを備えた通信端末装置４０１を得ることができる。
　ループ状導体１１は、このループ状導体１１の構成する面が平面導体１２の面に沿って平面導体１２に近接配置されていることが好ましい。言い換えると、ループ状導体１１は、その中心軸が平面導体１２の法線方向を向くことが好ましい。本発明によれば、このような配置が可能であるため、平面導体１２の面に沿ってＲＦＩＤタグを配置することができ、全体の薄型化が可能となる。
　ループ状導体１１は、その第２部分ＳＰが平面導体１２の縁端部の近傍となるよう、平面導体１２に近接配置されていることが好ましく、特に、ループ状導体１１の第２部分ＳＰは直線状に形成されていて、ループ状導体１１は、平面導体１２の直線状の縁端部とほぼ平行になるよう、平面導体１２に近接配置されていることが好ましい。このように配置することで、ループ状導体１１における渦電流損を抑制しつつ、主な放射部位（平面導体１２の縁端部）の一方とループ状導体１１の電流最大点との距離を最短にして、電力の損失を低減できる。
　なお、プリント配線板にもともと設けられていたグランド導体を平面導体として利用すること以外に、バッテリーパックの近傍にＲＦＩＤタグ３０１を配置して、バッテリーパックやシールドケースの金属筺体を平面導体として利用することができる。また、金属筺体を備えた電子機器であれば、その金属筺体を平面導体として利用することもできる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態ではループ状導体の第１部分と第２部分の大きさに違いによる特性の違いについて示す。
　図８（Ａ）は磁性体シート１３を介さずに平面導体に対向する第２部分ＳＰをループ状導体１１の形状である矩形のほぼ一辺のみとした例、図８（Ｂ）は第２部分ＳＰをさらに狭めて、矩形の一辺の両側まで第１部分ＦＰとした例である。また、図８（Ｃ）は図８（Ａ）とは逆に、ループ状導体１１の形状である矩形のほぼ一辺のみに対して磁性体シートを介在させ（覆い）、残りの三辺を第２部分ＳＰとした例である。図８（Ｃ）の状態では、ループ状導体１１の電位差がある（電圧の高い）ところが平面導体１２に対向する。図８（Ｂ）の状態では、ループ状導体１１の電位差がある（電圧の高い）ところは平面導体１２にほとんど対向しないことになる。
　図９は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示した状態での各ＲＦＩＤタグの特性を示す図である。このようにループ状導体１１の第１部分ＦＰに比べて第２部分ＳＰの割合が小さい場合にはＱ値が高く、中心周波数で利得が最大となる。そして、ループ状導体１１の第１部分ＦＰに比べて第２部分ＳＰの割合が大きくなるほどループ状導体１１と平面導体１２との電界結合が強くなる。また、ループ状導体１１の電位差が大きい部分でも電界結合することになり、ループ状導体１１内の電位差の異なる２点で電界結合するような態様になるため、通過帯域が拡がり、利得のピークは低下する。したがって、必要な周波数帯域幅および利得に応じて、ループ状導体１１の第１部分ＦＰに対する第２部分ＳＰの割合を定めればよい。
《第３の実施形態》
　図１０は第３の実施形態の通信端末装置４０３の斜視図である。図１１（Ａ）はＲＦＩＤタグ３０３の搭載部の拡大図、図１１（Ｂ）はその左側面図である。この通信端末装置４０３は平面導体１２とＲＦＩＤタグ３０３を備えている。ＲＦＩＤタグ３０３の構造が第１・第２の実施形態で示したＲＦＩＤタグ３０１とは異なる。ＲＦＩＤタグ３０３は矩形ループ状のループ状導体１１がパターン形成された基材シート１０の一部が磁性体シート１３の第１主面（上面）から第２主面（下面）に折り返されている。ＲＦＩＤタグ３０３は接着層１５で平面導体１２に貼着されている。
　ループ状導体１１の形状である矩形のほぼ一辺のみが磁性体シート１３の第２主面（下面）に配置されている。この一辺は平面導体１２から見て磁性体シート１３が介在しない第２部分ＳＰである。それ以外の部分は平面導体１２から見て磁性体シート１３が介在する第１部分ＦＰである。
　このように磁性体シートに沿った部分であってもループ状導体の第２部分ＳＰを構成することができる。この第３の実施形態によれば、基材シート１０の全体が磁性体シートを取り巻くように配置されるので、ＲＦＩＤタグのハンドリングおよび平面導体１２に対する搭載が容易となる。
《第４の実施形態》
　図１２は第４の実施形態の通信端末装置４０４の斜視図である。ループ状導体は第１補助導体１１Ａおよび第２補助導体１１Ｂで構成されている。第１補助導体１１Ａと第２補助導体１１Ｂは容量Ｃ１，Ｃ２で結合する。但し、図中の容量Ｃ１，Ｃ２は集中定数回路的に記号で表しているだけであり、実際には分布容量である。この二つの補助導体１１Ａ，１１Ｂで構成されるループ状導体のうち、第２部分ＳＰは磁性体シート１３が介在していないので平面導体１２から見えるが、第１部分ＦＰは磁性体シート１３の介在によって、平面導体１２からは等価的に見えない。
　図１３は図１２に示したＲＦＩＤタグ部分の等価回路図である。ここでは第１補助導体１１ＡをインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３で表し、第２補助導体１１ＢをインダクタＬ４，Ｌ５，Ｌ６で表している。ＲＦＩＣ素子１４内の容量Ｃｉおよび第１補助導体１１ＡのインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３によって第１のＬＣ共振回路が構成されている。また、第１補助導体１１Ａと第２補助導体１１Ｂとの間の容量Ｃ１，Ｃ２および第２補助導体１１ＢのインダクタＬ４，Ｌ５，Ｌ６によって第２のＬＣ共振回路が構成されている。第１のＬＣ共振回路の共振周波数ｆ１および第２のＬＣ共振回路の共振周波数ｆ２は次のように表すことができる。
　ｆ１＝１／〔２π√｛（Ｃｉ（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）｝〕
　ｆ２＝１／〔２π√｛（Ｃ１＋Ｃ２）（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６）｝〕
　第１補助導体１１Ａのインダクタンス（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）と第２補助導体１１Ｂのインダクタンス（Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６）との間に相互インダクタンスがあるので、上記第１のＬＣ共振回路と第２のＬＣ共振回路は互いに結合する。
　図１４は図１２に示したＲＦＩＤタグ部分の給電回路から見たリターンロス特性である。上述のとおり二つの共振周波数ｆ１，ｆ２が存在し、ｆ１，ｆ２が異なるので、図１４に示したように広帯域化することができる。なお、前記相互インダクタンスの影響でこのリターンロス特性の二つの極の周波数間隔はさらに離れる。前記相互インダクタンスは第１補助導体と第２補助導体の形状を異ならせたり、位置をずれさせたり、間に部分的に磁性体シートを挟むこと等によって調整することができ、このことによって二つの極の周波数間隔を定めるようにしてもよい。
《第５の実施形態》
　図１５（Ａ）は第５の実施形態の通信端末装置４０５の平面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のＢ－Ｂ’部分の断面図である。この例では、基材シート１０の下面にループ状導体１１がパターン化されている。ループ状導体１１は、磁性体シート１３を介して平面導体に対向する第１部分ＦＰと、磁性体シート１３を介さずに平面導体１２に直接導通する第２部分ＳＰとを有する。
　ループ状導体１１の第１端と第２端とにＲＦＩＣ素子１４（ＲＦＩＣ素子１４の給電回路）が接続される。ＲＦＩＣ素子の内部にはキャパシタンスを含んでいて、このキャパシタンスとループ状導体１１のインダクタンスとによってＬＣ共振回路が構成される。そして、ループ状導体１１が給電回路にインピーダンス整合する共振周波数でループ状導体１１には給電回路から差動電位が掛かり、ループ状導体１１の第１端と第２端との中央位置（給電回路から最も遠い位置）が電流最大点となる。この電流最大点は仮想的なグランド電位でもある。前記共振周波数は例えば９００ＭＨｚ帯などのＵＨＦ帯の周波数である。
　図１６は、ＲＦＩＤタグのループ状導体１１に流れる電流および平面導体１２に流れる電流の様子を示す図である。ＲＦＩＣ素子１４からループ状導体１１に前記共振周波数（ＵＨＦ帯）の高周波電力が供給されたとき、ループ状導体１１に流れる電流ＩＬにより、平面導体１２に電流ＩＡが流れる。図７（Ｃ）に示した誘導結合ではなく直結であるので、電流ＩＡの向きはループ状導体１１に流れる電流ＩＬと同方向である。このとき、縁端効果により平面導体１２のエッジ部ＯＥの電流密度が高い。そのため、ループ状導体１１の第２部分ＳＰが平面導体１２の一方の端縁に沿うように、ＲＦＩＤタグ３０１が平面導体１２に配置されている。一般的には、ループ状導体１１の第２部分ＳＰが平面導体１２の中心（重心）より一方の縁端部側に近づく位置に配置されていればよい。
　前記誘導電流ＩＡが平面導体１２を伝搬することにより、平面導体１２が放射素子として作用する。平面導体１２の長手方向の寸法Ｌは使用周波数帯の波長をλで表すと、Ｌ＝λ／２またはＬ≒λ／２であることが好ましい。そのことにより平面導体１２は半波長の放射素子として作用する。
　以上に示した構造により、ループ状導体１１の近傍に配置された平面導体１２がアンテナ素子として利用することができ、ループ状導体１１のサイズを大きくすることなく、小型・薄型かつ通信距離の大きなＲＦＩＤタグを備えた通信端末装置４０５が得られる。
　ループ状導体１１の第２部分ＳＰは前記電流最大点を含んでいて、この電流最大点を含む領域で平面導体１２に直結（直接導通）していることが好ましい。すなわち、ループ状導体１１は、給電点の近傍では電流密度が低く、給電点から最も離れた位置にて電流密度が高い。よって、ループ状導体１１と平面導体１２とが、ループ状導体１１のうち電流密度が最も高い部分を含む第２部分ＳＰで結合されていれば、ループ状導体１１と平面導体１２との不要な結合（結合により平面導体１２に流れる電流が放射に寄与しないような結合）が抑えられ、挿入損失の小さなＲＦＩＤタグおよびそれを備えた通信端末装置４０５を得ることができる。
　ループ状導体１１は、その第２部分ＳＰが平面導体１２の縁端部の近傍となるよう、平面導体１２に配置されていることが好ましく、特に、ループ状導体１１の第２部分ＳＰは直線状に形成されていて、ループ状導体１１は、平面導体１２の直線状の縁端部とほぼ平行になるよう、平面導体１２に近接配置されていることが好ましい。このように配置することで、ループ状導体１１における渦電流損を抑制しつつ、主な放射部位（平面導体１２の縁端部）の一方とループ状導体１１の電流最大点との距離を最短にして、電力の損失を低減できる。
《第６の実施形態》
　第６の実施形態では、複数のシートを積層して構成されたＲＦＩＤタグの例を示す。
　図１７は第６の実施形態のＲＦＩＤタグ３０６Ａの分解斜視図である。フェライトシート１３Ａの上面にループ状導体の一部（三辺）１１－１が形成されていて、フェライトシート１３Ｂの下面にループ状導体の一部（一辺）１１－２が形成されている。そして、ループ状導体１１－１と１１－２はフェライトシート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに形成されたビア導体を介して接続されている。これらのフェライトシート１３Ａ，１３Ｂは低透磁率（例えば比透磁率μｒ＝１）のフェライトであり、フェライトシート１３Ｃは高透磁率（例えば比透磁率μｒ＝１００）のフェライトである。ループ状導体の一部１１－１にはＲＦＩＣ素子１４が接続されている。通常は、３つのフェライトシート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃによる積層体が構成された後に、その積層体にＲＦＩＣ素子１４が搭載される。
　このＲＦＩＤタグ３０６Ａを、ループ状導体の一部１１－２が平面導体に直接導通するように平面導体に搭載した状態で、ループ状導体の一部１１－１と平面導体との間にフェライトシート１３Ｃが介在することになる。すなわちループ状導体の一部１１－１はループ状導体の第１部分ＦＰである。そして、ループ状導体の一部１１－２と平面導体との間にはフェライトシート１３Ｃが介在しないので、このループ状導体の一部１１－２はループ状導体の第２部分ＳＰである。
　図１８は第６の実施形態のもう一つのＲＦＩＤタグ３０６Ｂの分解斜視図である。誘電体（非磁性体）シート１６Ａの上面にループ状導体の一部（三辺）１１－１が形成されていて、誘電体（非磁性体）シート１６Ｂの上面にループ状導体の一部（一辺）１１－２が形成されている。誘電体シート１６Ｂの下面には実装用電極１７が形成されている。そして、ループ状導体１１－１と１１－２は誘電体シート１６Ａおよびフェライトシート１３Ｃに形成されたビア導体を介して接続されている。ループ状導体の一部１１－１にはＲＦＩＣ素子１４が接続されている。
　ＲＦＩＤタグ３０６Ａの場合と同様に、ループ状導体の一部１１－１はループ状導体の第１部分ＦＰであり、ループ状導体の一部１１－２はループ状導体の第２部分ＳＰである。このＲＦＩＤタグ３０６Ｂを、実装用電極１７によって平面導体に実装すると、ループ状導体の一部１１－２が平面導体に対して誘電体シート１６Ｂを介して対向することによりループ状導体の一部１１－２は平面導体と電磁界結合する。
　また、ループ状導体の一部１１－２を実装用電極１７と同じ平面に形成し、誘電体シート１６Ｂにビア導体を形成し、ループ状導体の一部１１－２をビア導体を介してループ状導体の一部１１－１に接続する構成とすれば、ループ状導体の一部１１－２を平面導体に対して直接導通（ＤＣ直結）させることができる。
《他の実施形態》
　以上の各実施形態で示したＲＦＩＣ素子は、メモリー回路やロジック回路を含んだ回路であるが、高周波回路のみを備えたＩＣ素子であってもよい。また、ＲＦＩＣチップとこのチップに接続された共振回路等の整合回路を有していてもよい。そして、この整合回路にループ状導体が電磁界結合するように構成してもよい。
　また、本発明のアンテナモジュールは、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムにおけるＲＦＩＤタグとしての使用だけでなく、リーダライタ用のアンテナモジュールとしても使用することができる。また、ＨＦ帯等の他の周波数帯で使用することもできるし、ＲＦＩＤシステム以外の他の通信システムで使用することもできる。
ＦＰ…第１部分
ＳＰ…第２部分
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…インダクタ
Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６…インダクタ
ＯＥ…エッジ部
１０…基材シート
１１…ループ状導体
１１Ａ…第１補助導体
１１Ｂ…第２補助導体
１２…平面導体
１３…磁性体シート
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…フェライトシート
１４…ＲＦＩＣ素子
１５…接着層
１６Ａ，１６Ｂ…誘電体シート
１７…実装用電極
１０１…アンテナモジュール
２０１…アンテナ装置
３０１，３０３…ＲＦＩＤタグ
３０６Ａ，３０６Ｂ…ＲＦＩＤタグ
４０１，４０３，４０４，４０５…通信端末装置

Claims (12)

  1. 　給電回路が接続または結合されるループ状導体と、
    　前記ループ状導体に対して並設された磁性体シートと、
    を備え、前記ループ状導体より面積の大きな平面導体に対向配置されるアンテナモジュールであって、
    　前記ループ状導体は、前記磁性体シートを介して前記平面導体に対向する第１部分と、前記磁性体シートを介さずに前記平面導体に対して直接導通または電磁界結合する第２部分とを有することを特徴とするアンテナモジュール。
  2. 　前記ループ状導体は、前記給電回路に接続または結合される給電点および前記給電点から離れた位置に形成される電流最大点を有し、前記第２部分は前記電流最大点を含む領域である、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 　前記磁性体シートは互いに対向する第１主面および第２主面を有し、前記第２主面は前記平面導体に対面し、
    　前記ループ状導体の前記第１部分は、前記磁性体シートの前記第１主面に設けられていて、前記ループ状導体の前記第２部分は前記磁性体シートの前記第２主面に設けられている、請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
  4. 　前記ループ状導体は、少なくとも二箇所で容量を介して結合する第１補助導体および第２補助導体で構成されている、請求項１～３のいずれかに記載のアンテナモジュール。
  5. 　請求項１～４のいずれかに記載のアンテナモジュールおよび平面導体で構成され、
    　前記ループ状導体は、このループ状導体が構成する面が前記平面導体の面に沿って前記平面導体に近接配置されている、アンテナ装置。
  6. 　前記ループ状導体は、前記第２部分が前記平面導体の中心より縁端部側に近くなる位置に配置されている、請求項５に記載のアンテナ装置。
  7. 　前記ループ状導体の前記第２部分は直線状であり、前記ループ状導体は前記平面導体の直線状の縁端部に対して平行になるように配置されている、請求項５または６に記載のアンテナ装置。
  8. 　前記平面導体は、プリント配線板に形成されたグランド導体である、請求項５～７のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9. 　請求項１～４のいずれかに記載のアンテナモジュールと、このアンテナモジュールの前記ループ状導体に直接接続または電磁界結合されたＲＦＩＣ素子とを備えたＲＦＩＤタグ。
  10. 　請求項５～８のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記ループ状導体に直接接続または電磁界結合されたＲＦＩＣ素子とを備えた通信端末装置。
  11. 　前記平面導体はプリント配線板に形成されたグランド導体である、請求項１０に記載の通信端末装置。
  12. 　前記ＲＦＩＣ素子は前記ループ状導体にＵＨＦ帯で整合する、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに用いられる、請求項１０または１１に記載の通信端末装置。
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