WO2017150648A1 - Ｒｆタグ - Google Patents

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詩朗 杉浦
達次 庭田
準登 鍋島
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株式会社フェニックスソリューション
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    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome

Definitions

  • the present invention relates to an RF tag, and in particular, an object of the present invention is to provide an RF tag that can be attached to a conductor member having a gap inside and has a high communication performance.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • the RF tag used in the RFID system contains an antenna and an IC chip.
  • the carrier wave transmitted from the reader / writer antenna is received by the RF tag antenna and the identification data recorded on the IC chip is reflected. It communicates in a non-contact manner by returning it to the reader / writer on the wave.
  • Patent Document 1 discloses an article manufacturing system in which an RF tag is attached to each component such as a display, a power supply, and a battery in a computer manufacturing factory and the like, and is assembled while reading various information stored in the RF tag at each work table.
  • Patent Document 2 discloses a number management system in which an RF tag is attached to a part of the surface of a luggage transport box.
  • JP 2008-181557 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-226434
  • both technologies increase the reading accuracy by attaching the RF tag exposed on the surface of the parts and the box for carrying goods.
  • the RF tag if the RF tag is exposed on the surface, other parts, boxes, etc. may collide with the RF tag during assembling or transporting and may be damaged.
  • the resonance frequency will shift and this will interfere with communication, and radio waves will be irradiated to the back side of the surface where the RF tag is attached. In such a case, there was a problem that communication was not possible.
  • the present invention has an object to provide an RF tag that can be attached to a conductor member having a gap inside and has a high communication performance. To do.
  • the RF tag of the present invention is an RF tag attached in the gap of a conductor member having a gap inside, and includes a free space antenna, a resonance circuit, an IC chip, a closed space antenna, and the closed space antenna.
  • the substrate includes at least a supporting substrate, a part of the free space antenna is exposed to the outside from the gap, and the substrate supports the closed space antenna without contacting the inner surface of the conductor member. It is characterized by.
  • the free space antenna is a helical antenna. Further, when the wavelength of the received radio wave is ⁇ , the electrical length of the portion where the free space antenna is exposed to the outside is ⁇ / 4.
  • the free space antenna may include a cap that covers a portion exposed to the outside, and the cap is made of a material that transmits radio waves.
  • the closed space antenna, the substrate, and the conductor member constitute a capacitor portion, and the resonance frequency is adjusted by adjusting the capacitance of the capacitor portion.
  • the substrate supports the closed space antenna located in the gap of the conductor member.
  • the capacitor portion is formed by the closed space antenna, the substrate and the conductor member.
  • the closed space antenna and the conductor member are electrically connected.
  • the IC chip connected to the closed space antenna and the conductor member are electrically connected, and the entire conductor member is used as the antenna. Available.
  • the resonance frequency can be adjusted by changing the length of the closed space antenna to adjust the capacitance of the capacitor unit.
  • the closed space antenna and the conductor member are in direct contact except for the case where they are connected via the capacitor portion as described above. It is also possible to do this.
  • the capacitor portion is not formed, so that adjustment of the resonance frequency is difficult and communication performance is inferior, but it can function as an RF tag.
  • the helical antenna when a helical antenna is used as a free space antenna, the helical antenna has both horizontal and vertical polarization components, and therefore communication can be reliably performed utilizing the characteristic of omnidirectionality.
  • the reception / transmission sensitivity of the RF tag can be improved, and stable communication can be performed even if the conductor member attached with the RF tag moves.
  • the term “conductor” is “generic name for substances having a relatively large electrical conductivity” (Kojien), as well as the general meaning. For example, metal, carbon fiber, human body, animal body, vegetation, Although water, the ground, etc. are mentioned, it is not necessarily limited to these.
  • the free space antenna is covered with a cap made of a material that transmits radio waves such as plastic, the waterproof and dustproof performance of the RF tag can be enhanced.
  • the RF tag 1 performs various management such as identification of the conductor member 100 by being attached in the gap 101 of the conductor member 100 having the gap 101 therein. It is. In the present embodiment, it is assumed that a metal pipe is used as the conductor member 100 having the gap 101 therein.
  • the conductor member 100 may be a member having a gap 101 therein, and the cross-sectional shape in a plane orthogonal to the longitudinal direction is not limited to a circle but may be a polygon.
  • the RF tag 1 is generally composed of a free space antenna 10, a resonance circuit 20, an IC chip 30, a closed space antenna 40, a substrate 50, and a cap 60. In FIG. 3, the cap 60 is not shown.
  • the free space antenna 10 is generally composed of a first conductor 11 and a second conductor 12.
  • the substrate 50 is provided with a plurality of rows of through holes 13 on the left and right sides at regular intervals along the front-rear direction.
  • the first conductor connects the left and right through holes 13 in a state inclined with respect to the left and right direction of the substrate 50 on the surface side of the substrate 50.
  • the second conductor connects the left and right through holes 13 in a state of being inclined with respect to the left and right direction of the substrate 50 on the back surface side of the substrate 50.
  • the first conductor 11 and the second conductor 12 are electrically connected through the through hole 13 to constitute a coil having a predetermined length as a whole.
  • a land 14 is provided in the vicinity of the through hole 13 provided on the rear side of the substrate 50.
  • the jumper wire 15 can be used, and the resonance frequency of the free space antenna 10 can be finely adjusted.
  • a part of the free space antenna 10 is exposed to the outside from the gap 101 of the conductor member 100, and the electrical length of the exposed part is 1/4 of the operating frequency ⁇ .
  • a helical antenna or a bar antenna may be used as the free space antenna 10.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the RF tag 1 of the present embodiment.
  • a symbol L indicates a coil, and constitutes the first capacitor C1 and the resonance circuit 20.
  • the resonance circuit 20 may be configured using a capacitor in the IC chip 30 without providing the first capacitor C1.
  • the IC chip 30 rectifies a part of the carrier wave W (see FIG. 5) transmitted from the reader / writer and generates a power supply voltage necessary for operation.
  • the generated power supply voltage operates a memory in which a control logic circuit or the like in the IC chip 30 is stored, a communication circuit for transmitting / receiving data to / from the reader / writer, and the like.
  • the IC chip 30 may be operated by inputting an external power supply.
  • the closed space antenna 40 extends in the front-rear direction on the substrate 50 with one end thereof connected to the IC chip 30.
  • the substrate 50 supports the closed space antenna 40 so as not to contact the inner surface of the conductor member 100.
  • the closed capacitor antenna 40, the substrate 50, and the conductor member 100 constitute a second capacitor C2.
  • the closed space antenna 40 and the conductor member 100 are electrically connected, and the entire conductor member 100 can be used as an antenna.
  • the closed space antenna 40 may have a meander shape in addition to the rod shape, or may have a coil shape.
  • the spacer 16 may be interposed between the substrate 50 and the inner surface of the conductor member 100 so that the closed space antenna 40 does not contact the inner surface of the conductor member 100.
  • the cap 60 is a member for covering a portion where the free space antenna 10 is exposed to the outside, and is made of a material that transmits radio waves.
  • the RF tag 1 can obtain waterproof and dustproof performance.
  • the substrate 50 is fixed inside the cap 60, and the cap 60 is fixed to the conductor member 100, whereby the RF tag 1 itself is fixed to the conductor member 100.
  • the RF tag 1 itself may be fixed to the conductor member 100 by fixing the side surface of the free space substrate 50 to the inner surface of the conductor member 100.
  • the present invention relates to an RF tag that can be attached to a conductor member having a gap inside and has a high communication performance, and has industrial applicability.

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Abstract

内部に空隙を有する導体製の部材に対して、当該空隙内に取り付けることができ、且つ高い通信性能を有するRFタグを提供する。　本発明のRFタグ1は、内部に空隙101を有する導体製部材100の当該空隙内に取り付けられるRFタグであり、自由空間アンテナ10と、共振回路20と、ICチップ30と、閉鎖空間アンテナ40と、当該閉鎖空間アンテナを支持する基板50を少なくとも備えており、自由空間アンテナはその一部が空隙から外部に露出しており、基板は前記閉鎖空間アンテナを前記導体製部材の内面に接触させずに支持する。閉鎖空間アンテナ、基板及び導体製部材でコンデンサ部C2が形成される。これにより、閉鎖空間アンテナと導体製部材とが電気的に接続されることになり、閉鎖空間アンテナに接続するICチップと導体製部材とを電気的に接続して、導体製部材全体をアンテナとして利用できる。

Description

ＲＦタグ
　本発明はRFタグに関し、特に、内部に空隙を有する導体製の部材に対して、当該空隙内に取り付けることができ、且つ高い通信性能を有するRFタグを提供することを目的とする。
　近年、RFID(Radio Frequency Identification)が利用されている。
　RFIDシステムで使用するRFタグにはアンテナ及びICチップが格納されており、リーダ・ライタのアンテナから送信された搬送波をRFタグのアンテナで受信し、ICチップに記録されている識別データ等を反射波に乗せてリーダ・ライタへ返送することで非接触で交信する仕組みになっている。
　RFタグの用途の一つとして、各種部材に取り付けることで当該部材の個数管理、廃棄管理、位置管理等を行うことが挙げられる。
　例えば特許文献1には、コンピュータの製造工場等において、ディスプレイ、電源、バッテリー等の部品それぞれにRFタグを取り付け、各作業台でRFタグに格納された各種情報を読み取りながら組み立てていく物品製造システムが開示されている。
　また、特許文献2には、荷物搬送用ボックスの表面の一部にRFタグを取り付ける個数管理システムが開示されている。
特開2008－181557号公報 特開2003－226434号公報
　ところが、上記従来技術では以下のような問題がある。
　すなわち、いずれの技術もRFタグを部品や荷物搬送用ボックスの表面に露出させた状態で取り付けることで読み取り精度を高めている。
　しかし、RFタグが表面に露出していると、組み立て時や搬送時に他の部品やボックス等がRFタグに衝突し、破損してしまうおそれがある。
　また、RFタグ全般の問題として、RFタグを導体（金属物等）に近づけると共振周波数がずれてしまい通信に支障が出るという問題や、RFタグを取り付けた面の裏側の面に電波を照射した場合には通信できないという問題もあった。
　本発明は、このような問題を考慮して、内部に空隙を有する導体製の部材に対して、当該空隙内に取り付けることができ、且つ高い通信性能を有するRFタグを提供することを目的とする。
　本発明のRFタグは、内部に空隙を有する導体製部材の当該空隙内に取り付けられるRFタグであり、自由空間アンテナと、共振回路と、ICチップと、閉鎖空間アンテナと、当該閉鎖空間アンテナを支持する基板を少なくとも備えており、前記自由空間アンテナはその一部が前記空隙から外部に露出しており、前記基板は前記閉鎖空間アンテナを前記導体製部材の内面に接触させずに支持することを特徴とする。
　また、前記自由空間アンテナがヘリカルアンテナであることを特徴とする。
　また、受信電波の波長をλとした場合に、前記自由空間アンテナが外部に露出している部分の電気的長さがλ/4であることを特徴とする。
　また、前記自由空間アンテナが外部に露出している部分を覆うキャップを備えており、当該キャップが電波を透過する素材から成ることを特徴とする。
　また、前記閉鎖空間アンテナ、前記基板及び前記導体製部材でコンデンサ部が構成され、当該コンデンサ部の容量を調整することで共振周波数を調整することを特徴とする。
　本発明では、RFタグの大部分が導体製部材の空隙内に位置することになるので、RFタグが衝突等により破損する事態を防止できる。
　また、本発明のRFタグでは、導体製部材の空隙内に位置する閉鎖空間アンテナを基板が支持する。その際に基板は閉鎖空間アンテナを導体製部材の内面に接触させずに支持するので、閉鎖空間アンテナ、基板及び導体製部材でコンデンサ部が形成される。これにより、閉鎖空間アンテナと導体製部材とが電気的に接続されることになり、閉鎖空間アンテナに接続するICチップと導体製部材とを電気的に接続して、導体製部材全体をアンテナとして利用できる。リーダ・ライタから送信された搬送波を導体製部材で受信することができるので、高い通信性能を得ることができる。
　また、閉鎖空間アンテナの長さを変えることでコンデンサ部の容量を調整し、共振周波数を調整することができる。
　なお、「閉鎖空間アンテナと導体製部材とが電気的に接続される」場合としては、上述のようにコンデンサ部を介して接続される場合以外に、閉鎖空間アンテナと導体製部材とを直接接触させる場合も挙げられる。閉鎖空間アンテナと導体製部材とを直接接触させるとコンデンサ部が形成されないので共振周波数の調整が難しくなり通信性能は劣るが、RFタグとして機能を果たすことはできる。
　また、自由空間アンテナとしてヘリカルアンテナを用いる場合、ヘリカルアンテナは水平垂直の両偏波の成分をもつため、無指向性という特徴を活かして確実に通信できる。この特徴を利用すればRFタグの受信・送信感度を向上できると共に、RFタグを取り付けた導体製部材が移動しても安定した通信ができる。
　なお、本発明において「導体」とは一般的な意味と同様に「電気の伝導率が比較的大きな物質の総称」（広辞苑）であり、例えば金属、炭素繊維、人体、動物の体、草木、水、地面などが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。
　また、プラスチック等の電波を透過する素材から成るキャップを用いて自由空間アンテナが外部に露出している部分を覆うことにすればRFタグの防水・防塵性能を高めることができる。
RFタグを取り付けた状態の導体製部材の内部を示す図 自由空間アンテナの構造を示す拡大図 RFタグを取り付けた状態の導体製部材の透視図 RFタグの等価回路図 電波の受信状態及びコンデンサ部を模式的に示す図 RFタグの他の構成例を示す図
　本発明のRFタグの実施の形態について図面を用いて説明する。
　図1～図3に示すように、RFタグ1は、内部に空隙101を有する導体製部材100の当該空隙101内に取り付けられることで、当該導体製部材100の識別等の各種管理を行うものである。
　本実施の形態では内部に空隙101を有する導体製部材100として金属製のパイプを用いるものとする。導体製部材100は内部に空隙101を有する部材であればよく、長手方向に直交する平面における断面形状は円形に限らず、多角形であってもよい。
　RFタグ1は自由空間アンテナ10、共振回路20、ICチップ30、閉鎖空間アンテナ40、基板50及びキャップ60から概略構成されている。なお、図3ではキャップ60の図示を省略している。
　自由空間アンテナ10は第1の導体11及び第2の導体12で概略構成される。
　基板50には多数の透孔13の列を前後方向に沿って一定間隔で左右2本設けている。
　第1の導体は基板50の表面側において当該基板50の左右方向に対して傾斜した状態で左右の透孔13を繋いでいる。
　第2の導体は基板50の裏面側において当該基板50の左右方向に対して傾斜した状態で左右の透孔13を繋いでいる。
　そして、これら第1の導体11と第2の導体12を、透孔13を通して電気的に接続することで全体として所定長さのコイルを構成している。
　基板50の後方側に設けた透孔13の近傍にランド14を設けている。ランド14同士を電気的に接続することでジャンパー線15とし、自由空間アンテナ10の共振周波数を微調整することができる。
　自由空間アンテナ10はその一部が導体製部材100の空隙101から外部に露出しており、露出している部分の電気的長さが使用周波数λの1/4になっている。
　なお、自由空間アンテナ10として、他にもヘリカルアンテナやバーアンテナを使用してもよい。
　共振回路20とICチップ30は基板50の表面に形成されている。
　図4は本実施の形態のRFタグ1の等価回路図である。符号Lはコイルを指しており、第1コンデンサC1と共振回路20を構成している。なお、第1コンデンサC1を設けずにICチップ30内のコンデンサを利用して共振回路20を構成することにしてもよい。
　ICチップ30はリーダ・ライタから送信される搬送波W（図5参照）の一部を整流し、動作するために必要な電源電圧を生成する。そして、生成した電源電圧によってICチップ30内の制御用の論理回路等が格納されたメモリ、及びリーダ・ライタとのデータの送受信を行うための通信回路等を動作させる。なお、ICチップ30に対して外部電源を入力して作動させてもよい。
　閉鎖空間アンテナ40はその一方の端部がICチップ30に接続された状態で基板50上を前後方向にのびている。
　基板50は閉鎖空間アンテナ40を導体製部材100の内面に接触させないように支持している。
　図5に示すように、閉鎖空間アンテナ40、基板50及び導体製部材100で第2コンデンサC2が構成される。これにより、閉鎖空間アンテナ40と導体製部材100とが電気的に接続されることになり、導体製部材100全体をアンテナとして利用することができる。また、閉鎖空間アンテナ40の長さを変えることで第2コンデンサC2の容量を調整し、共振周波数を調整することができる。
　なお、閉鎖空間アンテナ40としては棒形状以外にメアンダ形状であってもよいし、或いはコイル形状であってもよい。
　また、図6に示すように、基板50と導体製部材100の内面との間にスペーサー16を介在させることで閉鎖空間アンテナ40を導体製部材100の内面に接触させないようにしてもよい。
　キャップ60は自由空間アンテナ10が外部に露出している部分を覆うための部材であり、電波を透過する素材から成る。キャップ60を使用することでRFタグ1が防水・防塵性能を得ることができる。
　本実施の形態では基板50をキャップ60の内側に固定し、キャップ60を導体製部材100に固定することでRFタグ1自体を導体製部材100に固定している。なお、自由空間基板50の側面を導体製部材100の内面に固定することでRFタグ1自体を導体製部材100に固定することにしてもよい。
　本発明は、内部に空隙を有する導体製の部材に対して、当該空隙内に取り付けることができ、且つ高い通信性能を有するRFタグに関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
L コイル
W 搬送波
1 RFタグ
10 自由空間アンテナ
11 第1の導体
12 第2の導体
13 透孔
14 ランド
15 ジャンパー線
16 スペーサー
20 共振回路
30 ICチップ
40 閉鎖空間アンテナ
50 基板
60 キャップ
101 空隙
100 導体製部材
 

Claims (5)

  1. 　内部に空隙を有する導体製部材の当該空隙内に取り付けられるRFタグであり、
    　自由空間アンテナと、共振回路と、ICチップと、閉鎖空間アンテナと、当該閉鎖空間アンテナを支持する基板を少なくとも備えており、
    　前記自由空間アンテナはその一部が前記空隙から外部に露出しており、
    　前記基板は前記閉鎖空間アンテナを前記導体製部材の内面に接触させずに支持することを特徴とするRFタグ。
     
  2. 　前記自由空間アンテナがヘリカルアンテナであることを特徴とする請求項1に記載のRFタグ。
     
  3. 　受信電波の波長をλとした場合に、
    　前記自由空間アンテナが外部に露出している部分の電気的長さがλ/4であることを特徴とする請求項1又は2に記載のRFタグ。
     
  4. 　前記自由空間アンテナが外部に露出している部分を覆うキャップを備えており、当該キャップが電波を透過する素材から成ることを特徴とする請求項1～3のいずれか一項に記載のRFタグ。
     
  5. 　前記閉鎖空間アンテナ、前記基板及び前記導体製部材でコンデンサ部が構成され、当該コンデンサ部の容量を調整することで共振周波数を調整することを特徴とする請求項1～4のいずれか一項に記載のRFタグ。
     
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