JP4087859B2 - 無線タグ - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップとダイポールアンテナを誘電体基材上に保持した無線タグに関する。

従来、無線通信部や記憶部を含むＩＣチップとアンテナを備えた無線タグの製造は、ＩＣチップの微細化に伴い、専用の製造装置が必要になってきている。そして、無線タグの製造方法としては、基材にアンテナパターンを印刷した後にこのアンテナパターンにＩＣチップを装着して製造する方法や、基材にＩＣチップを実装した後にアンテナパターンを印刷する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。
特開２００３−２４２４７１号公報

ところで、無線タグは、アンテナとＩＣチップのインピーダンス整合を取ることで、アンテナからＩＣチップへ信号を入力したときにインピーダンスの不整合のために入力した信号が反射して戻ってくる量が少なくなるようにしている。また、アンテナの長さにより共振する周波数を決めることでアンテナの共振により効率よくアンテナに入力された信号をＩＣチップに伝達することができる。このため、アンテナの長さは、通信に使用する周波数で共振するように設計されている。

アンテナは、周囲の状態により共振する周波数が変化し、インピーダンスも大きく変化する。従って、無線タグにおいては、仕様状態に合わせてアンテナの長さを変えることが望ましい。
しかしながら、無線タグを製造する専用装置で、無線タグを数百個あるいは数千個単位でアンテナの長さを異ならせて製造するには、アンテナの長さの種類の増加に伴い、製造装置の設定変更や製造した無線タグの管理が難しくなる。

本発明は、ＩＣチップとこのＩＣチップに接続したダイポールアンテナを誘電体基材上に保持した無線タグにおけるダイポールアンテナの長さを、この無線タグを使用するときにこの無線タグを取り付ける物質を伝搬する電波の波長に合うように調整して使用でき、これにより無線タグをダイポールアンテナの長さを１種類にして製造することが可能になる無線タグを提供する。

本発明は、無線通信部や記憶部を含むＩＣチップと、このＩＣチップを間にして両側にアンテナパターンを形成し、その各アンテナパターンの一端を前記ＩＣチップに接続して給電点としたダイポールアンテナと、このダイポールアンテナに対向して配置した反射素子と、ＩＣチップ，ダイポールアンテナ及び反射素子を保持した誘電体基材と、各アンテナパターンの給電点からの距離が等しい複数の位置を示す表示体を備え、表示体は、ダイポールアンテナの各アンテナパターンから該ダイポールアンテナに対向して配置された反射素子を横切るまで延伸されている無線タグにある。

本発明によれば、ＩＣチップとこのＩＣチップに接続したダイポールアンテナを誘電体基材上に保持した無線タグにおけるダイポールアンテナの長さを、この無線タグを使用するときにこの無線タグを取り付ける物質を伝搬する電波の波長に合うように調整して使用でき、これにより無線タグをダイポールアンテナの長さを１種類にして製造することが可能になる無線タグを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、無線タグを使用した読み取りシステムの構成を示すブロック図で、１は無線タグ、２は無線タグ読み取り装置である。

前記無線タグ１は、ＩＣチップ１１と電波を受けるダイポールアンテナ１２を設け、互いに接続されている。前記ＩＣチップ１１は通信制御を行う通信制御部１３とデータを格納する記憶部１４を含んでいる。

前記無線タグ読み取り装置２は、送受信を制御する送受信部２１とこの送受信部２１を制御する制御部２２を設け、前記送受信部２１を、同軸ケーブル３を介して前記無線タグ１のアンテナ１２と電波の送受信を行うアンテナ４に接続している。

このシステムにおいて無線タグ読み取り装置２から無線タグ１に送信データを送る場合は、まず、無線タグ読み取り装置２の制御部２２から送信データが送受信部２１に伝達される。送受信部２１では、送信データを変調して高周波信号に変換し、同軸ケーブル３に出力される。同軸ケーブル３に出力された高周波信号は、アンテナ４から無線信号として空間に放射される。

放射された無線信号は、無線タグ１のアンテナ１２によって受信され、高周波信号としてＩＣチップ１１に伝達される。ＩＣチップ１１は、無線通信部１３で受信した高周波信号を復調してデータに戻し、データを記憶部１４に記憶するとともにデータの内容に従った処理を行う。

また、無線タグ１から無線タグ読み取り装置２に応答データを送り返す場合は、ＩＣチップ１１の無線通信部１３からアンテナ１２に応答データを変調した高周波信号が伝達され、アンテナ１２から無線信号として空間に放射される。空間に放射された無線信号は、アンテナ４によって受信され、高周波信号として同軸ケーブ３を介して送受信部２１に伝達される。送受信部２１は受信した高周波信号を復調し、復調した応答データを制御部２２に伝達する。

このようにして、無線タグ読み取り装置２は無線タグ１と無線通信を行い、無線タグ１の記憶部１４に記憶しているデータを取得し、また、無線タグ１の記憶部１４にデータを記憶させることができる。

このようなシステムに使用される無線タグ１としては、図２の(a)に示すように、誘電体基材１５の上に、前記ＩＣチップ１１と、このＩＣチップ１１の両側に同一形状で直線状に形成されたアンテナパターン１２ａ，１２ｂを接続したダイポールアンテナ１２を配置している。前記ダイポールアンテナ１２は、導電性の物質であり、ＩＣチップ１１の端子と各アンテナパターン１２ａ，１２ｂを接着し、この接着点をダイポールアンテナの給電点１６ａ，１６ｂとしている。前記誘電体基材１５としては、ポリプロピレン等からなるシート状の基材であっても、基板のような厚みを持った硬い素材からなる基材であってもよい。

図２の(a)におけるダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ,１２ｂの長さは、ＩＣチップ１１とダイポールアンテナ１２の整合が空気中で良好となる長さに設定している。すなわち、無線タグ１の近傍に空気以外の物質が無い状態で良好な整合特性が得られるようになっている。ＩＣチップ１１とダイポールアンテナ１２の整合特性が良好であるということは、ダイポールアンテナ１２からＩＣチップ１１へ電力を効率よく伝達できることになり、これにより、無線タグ１と無線タグ読み取り装置２のアンテナ４との通信距離を長くすることが可能になる。

また、無線タグ１を何らかの物質に取り付けると、無線タグ１に送信される電波はその物質の影響を受ける。電波は誘電率の高い物質の中では波長が短くなる。すなわち、誘電体中の波長λは、下記式で表される。

ここで、λ_０は自由空間の波長、μ_Ｒは比透磁率、ε_Ｒは比誘電率である。
通常の誘電体は、比透磁率μ_Ｒは１である。誘電体中の波長λは、比誘電率ε_Ｒによって決まる。空気の比誘電率ε_Ｒは１であり、固体となっている物質の比誘電率ε_Ｒは１よりも大きい。そのため、電波は誘電率の高い物質中ほど波長が短くなる。

また、誘電率が同じ物質で厚さが異なるものをアンテナから同じ距離に置いたときには、厚さが厚いものほどアンテナの共振周波数を低くする傾向がある。また、同じ物質であっても、アンテナに近づけるほどアンテナの共振周波数を低くする傾向がある。そのため、実際に無線タグ１を使用する際に近接する物質の誘電率や厚さや予想されるアンテナとの距離により、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを決定することが望ましい。また、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さは多少異なっても動作はするが、同じ長さにする方が効率を良くするので望ましい。

そこで、無線タグ１をある物質に取り付けて使用する場合には、図２の(b)に示すように、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂにおける給電点１６ａ,１６ｂとは反対側の両端部（点線部分）を削除し、各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを、無線タグ１を取り付ける物質を伝搬する電波の波長に合うように調整する。削除方法としては、パターンを削り取る方法、剥がす方法、エッチングで溶かす方法などがある。

なお、ここでは、アンテナパターンの端部のみを削除するようにしたが、誘電体基材１５がシート状のものであればアンテナパターンの端部をシートと一緒に切り取って削除してもよい。また、アンテナパターンの端部を誘電体基材１５とともに打ち抜くことで削除してもよい。

このようにして、無線タグ１のダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを、無線タグ１を取り付ける物質を伝搬する電波の波長に合うように調整することで、ＩＣチップ１１とダイポールアンテナ１２の整合特性を良好にできる。すなわち、アンテナパターンの端部を削除するのみで使用状態に適した無線タグ１を作ることができる。

しかも、最初に用意する無線タグ１はダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを、比誘電率が最も小さい空気中の比誘電率に合わせて設定したものを１種類だけでよく、従って、予めこの無線タグを大量に製造しておくことができる。すなわち、各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを空気中の比誘電率に合わせた１種類の無線タグ１を大量に製造して用意しておき、実際の使用時には、無線タグ１を取り付ける物質を伝搬する電波の波長に合わせてアンテナパターンの端部を削除すればよく、無線タグの製造コストを低く抑えることが可能になる。

なお、上記においては、ＩＣチップ１１の両側に同一形状で直線状に形成されたアンテナパターン１２ａ，１２ｂを接続したダイポールアンテナ１２を配置した無線タグ１を使用したが、ダイポールアンテナの形状はこれに限定するものではなく、図３の(a)に示すように、ＩＣチップ１１の両側に同一形状で、かつ、途中で折り返して形成されたアンテナパターン１２１ａ，１２１ｂを接続したダイポールアンテナ１２１を誘電体基材１５１の上に配置した無線タグ３１を使用してもよい。このようにすれば、無線タグ３１の全体の長さを短くでき、コンパクトにできる。

そして、この無線タグ３１をある物質に取り付けて使用する場合には、図３の(b)に点線で示すように、アンテナパターン１２１ａ，１２１ｂの端部になる折り返し部分を削除して長さを調整すればよい。

(第２の実施の形態)
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図４に示すように、無線タグ４１を複数のファイル４２の下側にそれぞれ貼着するなどして取り付けている。そして、この無線タグ４１を取り付けた複数のファイル４２を容器４３に無線タグ４１が下側になるように収納して管理している。前記各ファイル４２に取り付けた無線タグ４１の記憶部にはそれぞれ異なる識別情報が記憶されている。

複数のファイル４２を収納した容器４３を無線タグ読み取り装置２のアンテナ４に近づけると、アンテナ４と無線タグ４１のアンテナとの間で無線通信が行われ、無線タグ読み取り装置２が各無線タグ４１から識別情報を読み取ることで容器４３に入っている各ファイル４２を管理する。前記アンテナ４は、容器４３が近づく上方向に強く電波を放射する特性を持っている。

前記無線タグ４１は、図５に示すように、誘電体基材１５２の上に、前記ＩＣチップ１１と、このＩＣチップ１１の両側に同一形状で直線状に形成されたアンテナパターン１２ａ，１２ｂを接続したダイポールアンテナ１２を配置している。そして、前記ダイポールアンテナ１２に対向して、このダイポールアンテナ１２と平行に長尺な反射素子４４を配置している。そして、前記ファイル４２に対して無線タグ４１をダイポールアンテナ１２が下側(アンテナ４側)で反射素子４４が上側になるようにして取り付けている。

図５の(a)は、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ,１２ｂの長さをＩＣチップ１１とダイポールアンテナ１２の整合が空気中で良好となる長さに設定するとともに、ダイポールアンテナ１２と反射素子４４との距離Ｄ及び反射素子４４の長さＬを空気中で無線タグ４１の送受信特性が良好となるように最適化した値に設定している。

図５の(b)は、ファイル４２に実際に取り付けるときの無線タグ４１を示し、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ,１２ｂの長さ及び反射素子４４の長さを共に点線の部分だけ短くなるように削除している。これは、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを、無線タグ４１を取り付けるファイル４２を伝搬する電波の波長に合うように調整したもので、これにより、ファイル４２に取り付けた状態での無線タグ４１の送受信特性が良好になり、アンテナ４からの電波を強く受信することができる。

ファイル４２を容器４３に収納すると、無線タグ４１は間に誘電体であるファイル４２を介して並べられることになる。従って、無線タグ４１は、ファイル４２の影響と隣り合った他の無線タグ４１の影響を受ける。この影響を極力低減するために、アンテナ４からの電波を強く受信する。

反射素子４４を使用しない場合でも無線タグ読み取り装置２は無線タグ４１の識別情報を読み取ることができるが、反射素子４４を使用することで、アンテナ４から放射された電波は無線タグ４１のダイポールアンテナ１２で受信する電波と反射素子４４で反射された電波を合わせて受信できるので、アンテナ４からの電波を強く受信できるとともに効率のよい受信ができる。

なお、この実施の形態においても、最初に用意する無線タグ４１はダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの長さを比誘電率が最も小さい空気中の比誘電率に合わせて設定し、かつ、反射素子４４として長さＬに設定したものを１種類だけでよく、従って、この無線タグを大量に製造しておくことができ、無線タグの製造コストを低く抑えることが可能になる。そして、無線タグ４１をファイル４２に取り付けるときに、ファイル４を伝搬する電波の波長に合わせてアンテナパターンの端部を削除すればよい。

（第３の実施の形態）
なお、この実施の形態は無線タグの変形例について述べる。
図６に示す無線タグ４５は誘電体基材１５２おける、ダイポールアンテナ１２の各アンテナパターン１２ａ，１２ｂの給電点１６ａ，１６ｂからの距離が等しい複数の位置に表示体として目印４６を印刷などによって表示している。

このように左右のアンテナパターン１２ａ，１２ｂに対して給電点１６ａ，１６ｂからの距離が等しい複数の位置に目印４６を表示することで、この無線タグ４５をある部材に取り付けて使用するときに、その部材を伝搬する電波の波長に合わせてアンテナパターン１２ａ，１２ｂの端部を削除するときに、目印４６に合わせて削除すればよく、削除するときの位置決めが簡単になり、ダイポールアンテナ１２の調整が容易になる。

なお、ここではアンテナパターン１２ａ，１２ｂの給電点１６ａ，１６ｂからの距離が等しい複数の位置を示す表示体として誘電体基材１５２に表示した目印４６を使用したが、これに限定するものではなく、給電点１６ａ，１６ｂからの距離が等しい複数の位置を色の変化を使用して表示しても、また、模様の変化を使用して表示しても、あるいは誘電体基材１５１に付けた切り欠きを使用して表示しても良い。

（第４の実施の形態）
なお、この実施の形態は無線タグの変形例について述べる。
図７に示す無線タグ４７は、誘電体基材１５３の上に、左右対称の階段状のアンテナパターン１２２ａ，１２２ｂからなるダイポールアンテナ１２２をＩＣチップ１１に接続して配置している。すなわち、前記各アンテナパターン１２２ａ，１２２ｂは給電点からの距離が等しい複数の位置において直角に曲折するようにして階段状に形成している。

このように左右のアンテナパターン１２２ａ，１２２ｂを、給電点からの距離が等しい複数の位置において直角に曲折するようにして階段状に形成することにより、この無線タグ４７をある部材に取り付けて使用するときに、その部材を伝搬する電波の波長に合わせてアンテナパターン１２２ａ，１２２ｂの端部を削除するときに、各曲折部に合わせて削除すれば左右同じ長さに短くすることができ、削除するときの位置決めが簡単になり、ダイポールアンテナ１２２の調整が容易になる。

（第５の実施の形態）
なお、この実施の形態は無線タグの変形例について述べる。
図８に示す無線タグ４８は、誘電体基材１５３の上に、左右で形状が異なるアンテナパターン１２３ａ，１２３ｂからなるダイポールアンテナ１２３をＩＣチップ１１に接続して配置している。すなわち、一方のアンテナパターン１２３ａは階段状に形成され、他方のアンテナパターン１２３ｂは略蛇行状に形成されている。しかし、各アンテナパターン１２３ａ，１２３ｂは共に給電点からの距離が等しい複数の位置において直角に曲折する形状になっている。

このように左右のアンテナパターン１２３ａ，１２３ｂの形状が対象になっていなくても、給電点からの距離が等しい複数の位置において直角に曲折するように形成することにより、この無線タグ４８をある部材に取り付けて使用するときに、その部材を伝搬する電波の波長に合わせてアンテナパターン１２３ａ，１２３ｂの端部を削除するときに、各曲折部に合わせて削除すれば左右同じ長さに短くすることができ、削除するときの位置決めが簡単になり、ダイポールアンテナ１２３の調整が容易になる。

本発明の、第１の実施の形態に係る、無線タグを使用した読み取りシステムの構成を示すブロック図。 同実施の形態で使用する無線タグの構成を示すと共にダイポールアンテナの調整を説明するための図。 同実施の形態で使用する無線タグの変形例を示す図。 本発明の、第２の実施の形態に係る全体構成を示す斜視図。 同実施の形態で使用する無線タグの構成を示すと共にダイポールアンテナの調整を説明するための図。 本発明の、第３の実施の形態に係る無線タグの構成を示す図。 本発明の、第４の実施の形態に係る無線タグの構成を示す図。 本発明の、第５の実施の形態に係る無線タグの構成を示す図。

符号の説明

１…無線タグ、１１…ＩＣチップ、１２…ダイポールアンテナ、１２ａ，１２ｂ…アンテナパターン、１３…無線通信部、１４…記憶部、１５…誘電体基材、１６ａ，１６ｂ…給電点。

Claims (2)

1. 無線通信部や記憶部を含むＩＣチップと、
   このＩＣチップを間にして両側にアンテナパターンを形成し、その各アンテナパターンの一端を前記ＩＣチップに接続して給電点としたダイポールアンテナと、
   このダイポールアンテナに対向して配置した反射素子と、
   前記ＩＣチップ，ダイポールアンテナ及び反射素子を保持した誘電体基材と、
   前記各アンテナパターンの給電点からの距離が等しい複数の位置を示す表示体を備え、
   前記表示体は、前記ダイポールアンテナの各アンテナパターンから該ダイポールアンテナに対向して配置された前記反射素子を横切るまで延伸されていることを特徴とする無線タグ。
2. 前記表示体は、前記誘電体基材に設けられた目印であることを特徴とする請求項１記載の無線タグ。

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