JP4681506B2

JP4681506B2 - Ｉｃタグ

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Publication number: JP4681506B2
Application number: JP2006149118A
Authority: JP
Inventors: 功坂間
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: KR20070115703A; CN101082960A; EP1862951A1; CN101082960B; JP2007324638A; TW200822448A

Description

本発明は、情報が記録されたＩＣ（Integrated Circuit）チップと小型アンテナとを搭載したＩＣタグ（以下、代表して「ＩＣカード」ともいう。）に関し、特に、異なる周波数帯域で動作する２つのＩＣチップとデュアルバンドで動作する２つのアンテナとを搭載したＩＣタグに関する。

近年、ＩＣチップと小型アンテナとを搭載したカードサイズのＩＣタグ、すなわちＩＣカードが、例えば、Ｓｕｉｃａ（登録商標）やＥｄｙ（登録商標）などという商品名で普及し始めている。このようなＩＣカードでは、例えば、使用周波数が２.４５ＧＨｚの場合、長さが５２ｍｍ程度の細長い送信アンテナの中央部付近に幅０.４ｍｍ×奥行き０.４ｍｍ×高さ０.１ｍｍ程度の小さなＩＣチップが搭載されている。したがって、このＩＣカードをリーダライタ（読取端末）にかざせば、ＩＣチップに記録されている情報を非接触で読み取ることができる。このとき、ＩＣカードの通信距離はできるだけ長いことが望ましいので、ＩＣカードに搭載されるアンテナは、電波強度と指向性が良好となるように、様々な形状のループアンテナやダイポールアンテナにするなどの工夫がなされている。

ところで、ＩＣカードの流通事情により、ユーザは、例えば、Ｓｕｉｃａ（登録商標）とＥｄｙ（登録商標）を使い分けるというように、２枚またはそれ以上の枚数のＩＣカードを所持しなければならないことがある。そこで、このような不便さを解消するために、２枚のＩＣカードの機能を１枚のＩＣカードにまとめたハイブリッド型非接触ＩＣカードに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、異なる周波数帯域で動作する２つのアンテナと２つのＩＣチップを１枚のＩＣカードに搭載することにより、２枚のＩＣカードの機能を１枚のＩＣカードで実現させることができる。
特開２００４−２４０８９９号公報（段落番号００１２〜００２１および図１参照）

しかしながら、１枚のＩＣカードの同一平面上に２つのアンテナを配置する場合、異なる周波数帯域のアンテナを任意に配置すると相互に周波数干渉を起こしてアンテナ性能が低下してしまい、ＩＣカードの情報を読み取ることができなくなってしまう場合がある。このことは、実際に異なる周波数帯域で動作する２枚のＩＣカードを重ねてリーダライタにかざした場合、相互に干渉を起こして、少なくともいずれかのＩＣカードも通信特性が低下して読み取り不良が発生することからも容易に理解できる。

つまり、１枚のＩＣカードに搭載された２つのＩＣチップを異なる周波数帯域で動作させる場合、各々の周波数帯域で動作する２つのアンテナを装着する必要があるが、異なる周波数帯域で動作する２つのアンテナ相互の配置パターンは限定される。しかし、どのような配置パターンにすれば２つのアンテナは相互干渉を起こさないかについては、これまで解明されていなかった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、１枚のカードに周波数帯域の異なる２つのアンテナと２つのＩＣチップを配置しても相互に周波数干渉を起こしにくいＩＣタグを提供すること目的とする。

本発明は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、異なる周波数帯域で動作する少なくとも２個のＩＣチップを搭載したＩＣタグであって、相対的に動作波長が長い第１のアンテナ、および該第１のアンテナに搭載された第１のＩＣチップからなる第１のインレットと、第１のアンテナより動作波長が短く、該第１のアンテナのラインに対して自己の両端が乗らないように所定の角度をもって交差して配置された第２のアンテナ、および、該第２のアンテナに搭載された第２のＩＣチップからなる第２のインレットとを備えている。その他の手段については後記する。

本発明によれば、１枚のカードに周波数帯域の異なる２つのアンテナと２つのＩＣチップを配置しても相互に周波数干渉を起こしにくいＩＣタグを提供することができる。

《発明の概要》
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という。）に係るＩＣカード（ＩＣタグの代表例）について好適な例をあげて説明する。本実施形態に係るＩＣカードは、相対的に動作波長の長いループ状の第１のアンテナ上に、相対的に動作波長の短い第２のアンテナを短縮して交差させるように配置したアンテナ構成となっている。

例えば、第１のアンテナである１３．５６ＭＨｚのループアンテナ上に、第２のアンテナである２．４５ＧＨｚのアンテナを交差させて配置する。すなわち、第１のアンテナのラインに対して第２のアンテナの両端が乗らないように交差させて配置する。なお、最適な配置方法は、第１のアンテナに対して第２のアンテナを直角に交差（以下、直交という。）して配置することである。

また、第２のアンテナがダイポールアンテナである場合、その動作波長をλとしたときは通常では第２のアンテナはλ／２の長さが必要であるが、本実施形態では第２のアンテナの長さは０．２λ以下とする。つまり、第１のアンテナが第２のアンテナに対して補助アンテナの役目を果たすので、第２のアンテナを０．２λ以下にまで短縮化することができる。さらに、第２のアンテナ上には、自己に搭載されたＩＣチップとの間でインピーダンスマッチングを行うためにスリットを形成する。そして、第１のアンテナおよび第２のアンテナの各々に個別のｌＣチップを搭載して、各アンテナと各ＩＣチップとを接続している。

ここで、図１２を参照しながら、前記した第２のアンテナについて説明する。図１２（ａ）は、第２のアンテナと第２のＩＣチップの分解図である。
図１２（ａ）に示すように、第２のアンテナ６１の中央部における給電部分には、第２のＩＣチップ６２と第２のアンテナ６１との間でインピーダンス整合を行うためのかぎ状のスリット６１ａ、スタブ６１ｂが形成されている。

また、図１２（ｂ）に示すように、第２のＩＣチップ６２の信号入出力電極６２ａおよび６２ｂが、スリット６１ａをまたいで第２のアンテナ６１に接続されるので、スリット２ａの幅はＩＣチップ３の端子（電極）間隔よりも狭くなっている。第２のアンテナ６１と第２のＩＣチップ６２は、スリット６１ａの形成によりできるスタブ部分６１ｂをアンテナ６１とＩＣチップ６２の間に直列に接続することで、スタブ部分６１ｂが、直列に接続したインダクタ成分として働く。このインダクタ成分により、第２のＩＣチップ６２内のキャパシティブ成分を相殺し、第２のアンテナ６１と第２のＩＣチップ６２のインピーダンス整合をとることができる。

図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）において、第２のアンテナと第２のＩＣチップを矢印Ａの方向から見た場合の断面図である。第２のＩＣチップ６２の信号入出力電極６２ａ，６２ｂは金バンプで、第２のＩＣチップ６２は、第２のアンテナ６１と超音波接合、または、金属共晶結合などにより結合する。
また、図１２（ｄ）に示すように、アンテナを形成するスリットをＴ字型に形成し、スタブ部分６１ｄ，６１ｅを第２のＩＣチップ６２に直列に接続することにより、同様の効果を得るようにしてもよい。

つまり、本実施形態で用いる第２のＩＣチップ６２は、パッシブ型の無線ＩＣチップである。第２のアンテナ６１は、図示しない無線ＩＣチップ読取装置から電波を受け、その長手方向に生じる電位差を給電部分経由で第２のＩＣチップ６２に供給し、この電位差により第２のＩＣチップ６２が動作する。

なお、波長の長い１３．５６ＭＨ帯域の第１のアンテナと、波長の短い２．４５ＧＨｚの第２のアンテナは絶縁体を介して交差させる。このときの絶縁体の材料は樹脂、樹脂の発泡体、紙などとする。あるいは、絶縁体は、第１のアンテナおよび第１のＩＣチップを構成する第１のインレットと、第２のアンテナおよび第２のＩＣチップを構成する第２のインレットとを接着する粘着材又は接着剤であってもよいし、上記絶縁体の各材料と粘着材または接着剤との積層構造であってもよい。

または、カードを形成する外装材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グリコール変性共重合ＰＥＴ樹脂（ＰＥＴ−Ｇ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）などによって第１のインレットをラミネートして収納し、その外装材料の表面または裏面に第２のインレットを貼付してもよい。つまり、絶縁体にはカードを形成する外装材料を利用してもよい。なお、いずれの場合においても絶縁体の厚さは０．０１ｍｍ以上とする。

《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら、第１実施形態におけるＩＣカードについて詳細に説明するが、まず、理解を容易にするために動作周波数の異なる２枚のＩＣカードを重ね合わせたときの通信特性について説明する。

図１３は、動作周波数の異なる２枚のＩＣカード（ＲＦ（Radio Frequency）ＩＣカード）を重ね合わせたときの概略図である。図１３（ａ）に示すように、動作周波数が１３．５６ＭＨｚの第１のＩＣカード１の内部には、動作波長の長いループアンテナ１ａとこのループアンテナ１ａに接続された第１のＩＣチップ１ｂが実装されている。このループアンテナ１ａは第１のＩＣカード１の外周付近にループ状に配置されている。

なお、第１のＩＣカードの大きさは、幅が５４ｍｍで、長さが８４ｍｍ程度である。また、動作周波数が２．４５ＧＨｚの第２のＩＣカード２の内部には、動作波長の短いダイポールアンテナ２ａとこのダイポールアンテナ２ａの中央部分に搭載された第２のＩＣチップ２ｂが実装されている。ダイポールアンテナ２ａは、その動作波長をλとしたとき、λ／２の長さである。例えば、動作周波数が２．４５ＧＨｚのときのダイポールアンテナ２ａの長さは約５２ｍｍである。なお、第２のＩＣカードの大きさも、幅が５４ｍｍで、長さが８４ｍｍ程度である。

次に、図１３（ｂ）に示すように、動作周波数の異なる２枚のＩＣカード、つまり、動作周波数が１３．５６ＭＨｚの第１のＩＣカード１と、動作周波数が２．４５ＧＨｚの第２のＩＣカード２を重ねると、第１のＩＣカード１のループアンテナ１ａと第２のＩＣカード２のダイポールアンテナ２ａが平行するラインにおいて電波が相互に干渉し、いずれのＩＣカードも通信性能が低下してしまう。

このことから、図１３（ｃ）に示すように、１枚のＩＣカード３に動作周波数の異なる２つのＲＦＩＣタグのインレット（つまり、ループアンテナ１ａと第１のＩＣチップ１ｂからなる第１のインレットと、ダイポールアンテナ２ａと第２のＩＣチップ２ｂからなる第２のインレット）を実装すると、通信性能が低下して通信できない場合が生じる。このように通信性能が劣化する原因は、ループアンテナ１ａの長手方向のラインに発生する電波の波長とダイポールアンテナ２ａの長手方向のラインに発生する電波の波長とが相互干渉を起こして電波を弱めるためである。
なお、本明細書中で「平行」という場合は、「角度が数度ずれた略平行」も含むものとする。

そこで、第１実施形態では、本発明に適用される最良のＩＣカードの形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るＩＣカードの平面構成図である。
図１に示すように、ＰＥＴ、ＰＥＴ−Ｇ、またはＰＶＣを外装材料としたＩＣカード１３は、１３．５６ＭＨｚの周波数帯域のループアンテナを第１のアンテナ１１として、この第１のアンテナ１１の一部（以下、単に「第１のアンテナ１１」という。）に直角に交差（直交）するように２．４５ＧＨｚの周波数帯域の第２のアンテナ１２（図１２の第２のアンテナ６１に対応）を配置した構成となっている。つまり、波長の長い第１のアンテナ１１に対して波長の短い第２のアンテナ１２が直交するように配置されている。

さらに詳しくは、前記したように、第１のアンテナ１１のラインに対して、第２のアンテナ１２の両端が乗らないように交差させて配置すればよいが、最適な配置方法は、図１に示すように、ループ状の第１のアンテナ１１に対して第２のアンテナ１２を直交させて配置することである。

また、第１のアンテナ１１には第１のＩＣチップ１１ａが搭載され、第２のアンテナ１２には第２のＩＣチップ１２ａ（図１２の第２のＩＣチップ６２に対応）が搭載されている。なお、動作周波数が２．４５ＧＨｚの第２のアンテナ１２は、一般的にはλ／２の長さが必要であるので５２ｍｍ程度の長さとなるが、本実施形態のような配置の場合は、第１のアンテナ１１が補助アンテナとなって第２のアンテナ１２の実効アンテナ長が延びるので、第２のアンテナ１２は０．２λ、つまり２０ｍｍ程度の長さの微小アンテナでよい。なお、第２のアンテナ長は、インピーダンスマッチング回路であるスリット形成部とＩＣチップを実装できる最小限の大きさまで小型化が可能である。具体的には、第２のアンテナ長は４ｍｍ、つまり、約０．０３λが可能である。

また、第２のアンテナ１２における第２のＩＣチップ１２ａが搭載された部分には、第２のアンテナ１２と第２のＩＣチップ１２ａとのインピーダンスマッチングを行うためのスリットが、整合回路１２ｂとして形成されている。以下、第１のアンテナ１１と第１のＩＣチップ１１ａとの構成を第１のインレットといい、第２のアンテナ１２と第２のＩＣチップ１２ａと整合回路１２ｂと含めた構成を小型インレット（第２のインレット）１４という。

図１に示す第１実施形態のＩＣカード１３を製造工程の面から説明すると、第１のＩＣチップ１１ａを搭載した第１のアンテナ１１がＩＣカード１３の外周付近にループ状にパターニングされて第１のインレットが形成され、その第１のインレットの両面がＰＥＴ、ＰＥＴ−Ｇ、ＰＶＣなどの外装材料によってラミネートされてカードが構成されている。そして、ループ状の第１のアンテナ１１に対して直交するように、第２のアンテナ１２と第２のＩＣチップ１２ａと整合回路１２ｂからなる小型インレット（第２のインレット）１４がカードの表面または裏面に貼付された構成となっている。

つまり、動作周波数が２．４５ＧＨｚであって本来はλ／２の長さが必要なダイポールアンテナを０．２λ以下に短縮した第２のアンテナ１２と、この第２のアンテナ１２に形成された整合回路１２ｂにまたぐように搭載された第２のＩＣチップ１２ａとからなる小型インレット（第２のインレット）１４が、ＩＣカード１３にあらかじめループ状にパターニングされた動作周波数が１３・５６ＭＨｚの第１のアンテナ１１に対して直交するように配置されている。また、第２のアンテナ１２には、自己と第２のＩＣチップ１２ａとのインピーダンスマッチングを行うための整合回路１２ｂが形成されている。この整合回路１２ｂは、第２のアンテナ１２のアンテナエレメントの中央部付近にＬ字型またはＴ字型のスリットを形成し、このスリットをまたいで第２のＩＣチップを実装することによって実現することができる。

また、小型インレット１４とループ状の第１のアンテナ１１は絶縁体を介して直交するように固定されている。このときの絶縁体は、小型インレット１４と第１のアンテナ１１を構成する第１のインレット（つまり、ＩＣカード１３の外装）とを接着するためのアクリル系の粘着材または接着剤や、樹脂製の基材に粘着材を貼付したり接着剤を塗布したりしたものなどを使用して実現することができる。

なお、樹脂製の基材としては、カードの外装材料となるＰＥＴ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＶＣ、紙などを用いることができる。あるいは、ＩＣカード１３を構成するプラスチックカードを絶縁体として用いることもできる。この場合は、ＩＣカード１３を構成するプラスチックカードの表面または裏面において、ループ状の第１のアンテナ１１に直交するように小型インレット１４を配置し、粘着材、接着材、またはシールなどによって小型インレット１４を接着して固定する。

このようにして第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２を直交させることにより、第１のアンテナ１１の電波と第２のアンテナ１２の電波は相互干渉を起こすことがなくなるので、第１のアンテナ１１および第２のアンテナ１２はそれぞれの動作周波数において、効率よく電波を放射することができる。さらに、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２は静電結合により接続されるため、短縮された第２のアンテナ１２の実効アンテナ長が長くなるため、より効率的に動作することができる。

次に、動作波長の長いループ状の第１のアンテナ１１に対して動作波長の短い第２のアンテナ１２（つまり、小型インレット１４）を直交して配置する場合、第２のアンテナ１２（小型インレット１４）をいずれの位置に配置するのが最適であるかについて説明する。図２は、ＩＣカードにおける第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナの配置位置を示す概略図である。また、図３は、図２に示すＩＣカードにおける第２のアンテナの配置位置と第１のアンテナの通信距離の関係を示す特性図であり、横軸は第２のアンテナの配置位置（Ｎｏ．）を示し、縦軸は第１のアンテナの通信距離を示している。さらに、図４は、図２に示すＩＣカードにおける第２のアンテナの配置位置と第２のアンテナの通信距離の関係を示す特性図であり、横軸は第２のアンテナの配置位置（Ｎｏ．）を示し、縦軸は第２のアンテナの通信距離を示している。

すなわち、第２のアンテナ１２の配置位置と通信距離の関係を調べるために、図２に示すように、ループ状の第１のアンテナ１１に対して、第２のアンテナ１２を図の数字で示すそれぞれの位置に直交して配置する。言い換えれば、図２は、１３．５６ＭＨｚの動作波長のループ状の第１のアンテナ１１上において、図の左下の隅の位置から反時計回りに順に２．４５ＭＨｚの第２のアンテナ１２を直交して配置させる位置を示している。したがって、図中の数字１〜１６は第２のアンテナ１２を第１のアンテナ１１上に順に配置したときの位置を示している。

図３に示す第２のアンテナ１２の配置位置と第１のアンテナ１１の通信距離との特性から分かるように、第１のアンテナ１１における数字１〜１６のいずれの位置に第２のアンテナ１２を配置しても、第１のアンテナ１１に実装されたＩＣチップの通信距離は約１８０ｍｍと安定している。したがって、波長の短い第２のアンテナ１２を任意の位置に配置しても、波長の長い第１のアンテナ１１に実装されたＩＣチップは安定的に通信距離を維持できることが分かる。つまり、動作周波数が１３．５６ＭＨｚである波長の長い第１のアンテナ１１の通信距離は、動作周波数が２．４５ＭＨｚである波長の短い第２のアンテナ１２の配置位置に依存されることなく安定した通信距離を維持している。言い換えれば、第２のアンテナ１２を如何なる位置に配置しても、第１のアンテナ１１の通信特性に影響を与えることはない。

しかし、図４に示す第２のアンテナ１２の配置位置と第２のアンテナ１２の通信距離との特性から分かるように、第２のアンテナ１２を配置した各測定点における第２のアンテナ１２に実装されたＩＣチップの通信距離は５〜６５ｍｍの範囲で大きくばらついている。すなわち、第２のアンテナ１２の配置位置がＮｏ．２，Ｎｏ．３およびＮｏ．１０，Ｎｏ．１１における第２のアンテナ１２の通信距離は５５〜６５ｍｍと良好であるが、第２のアンテナ１２がそれ以外の位置に配置されているときは第２のアンテナ１２の通信距離は短い。すなわち、動作周波数が２．４５ＭＨｚである波長の短い第２のアンテナ１２の通信距離は、動作周波数が１３．５６ＭＨｚである波長の長い第１のアンテナ１１への配置位置によって大きく変化する。

これらのことから、第２のアンテナ１２は、ループ状の第１のアンテナ１１の長辺（つまり、図の上下の横方向の辺）の中央部付近において良好な通信特性を示している。言い換えると、第２のアンテナ１２は、第１のアンテナ１１のラインと平行になる位置から遠いところにおいて第１のアンテナ１１と直交させれば良好な通信特性が得られることが分かる。その理由は、第１のアンテナ１１のラインと第２のアンテナ１２の長手方向のラインとが平行する間隔を離すことにより、第１のアンテナ１１のラインに発生する電波の波長と第２のアンテナ１２の長手方向のラインに発生する電波の波長との相互干渉が弱まることにより容易に理解できる。

このようなアンテナの配置関係について図１を用いて説明すると、小型インレット１４は、図１に示すように第１のアンテナ１１の上辺の中央部付近に配置するか、特に図示しないが、第１のアンテナ１１の下辺の中央部付近に配置することが望ましい。なお、電波特性は若干低下するが、小型インレット１４を第１のアンテナ１１の左辺または右辺の中央部付近に配置することもできる。

《第２実施形態》
第２実施形態では、波長の長い第１のアンテナ１１に対して波長の短い第２のアンテナ１２（つまり、小型インレット１４）を直交させて配置する幾つかのバリエーションについて説明する。図５は、第２実施形態のＩＣカードにおいて、第１のアンテナと小型インレットが直交するように配置された幾つかのバリエーションを示す図である。つまり、図５は、図１に示すようなＩＣカード１３において第１のアンテナ１１と小型インレット１４の配置部分を拡大して示した部分拡大図である。

図５（ａ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の短辺である左辺側の複数のラインに対して、小型インレット１４を直交させて配置する。この場合、小型インレット１４の両端が第１のアンテナ１１のラインに乗らないように、小型インレット１４の半分程度の長さを第１のアンテナ１１の複数のラインに乗せるようにする。もちろん、ループ状の第１のアンテナ１１の右辺側の複数のラインに対して小型インレット１４を直交させて配置してもよい。図５（ａ）のような配置の場合、小型インレット１４の配置位置がループの角に近いと、小型インレット１４と第１のアンテナ１１の上辺の内側ラインとの平行間隔が狭くなるので、相互干渉によって小型インレット１４内の第２のアンテナの電波が弱くなる。したがって、小型インレット１４の配置位置をループの角からできるだけ離した方がよい。

また、図５（ｂ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の長辺である上辺側の複数のラインに対して、小型インレット１４を直交させて配置する。この場合、小型インレット１４の両端が第１のアンテナ１１のラインに乗らないように、小型インレット１４の半分程度の長さを第１のアンテナ１１の複数のラインに乗せるようにする。もちろん、ループ状の第１のアンテナ１１の下辺側の複数のラインに対して小型インレット１４を直交させて配置してもよい。図５（ｂ）のような配置の場合、小型インレット１４の配置位置がループの角に近いと、小型インレット１４と第１のアンテナ１１の左辺の内側ラインとの平行間隔が狭くなるので、相互干渉によって小型インレット１４内の第２のアンテナの電波が弱くなる。したがって、小型インレット１４の配置位置をループの角からできるだけ離した方がよい。

さらに、図５（ｃ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の上辺（長辺）の中央部付近の複数のラインに対して、小型インレット１４を直交させて配置する。この場合、小型インレット１４の両端が第１のアンテナ１１のラインに乗らないように、小型インレット１４の半分程度の長さを第１のアンテナ１１の複数のラインに乗せるようにする。もちろん、ループ状の第１のアンテナ１１の下辺の中央部付近の複数のラインに対して小型インレット１４を直交させて配置してもよい。このようにして、第１のアンテナ１１の上辺または下辺の中央部付近で小型インレット１４を直交して配置すれば、小型インレット１４内の第２のアンテナは第１のアンテナ１１のいずれのラインとも平行する間隔が広くなるので、相互干渉によって小型インレット１４内の第２のアンテナの電波が弱くなるおそれはない。

また、図５（ｄ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１ａのコーナが直角でない場合においても、第１のアンテナ１１ａの複数のラインに対して小型インレット１４を直交させて配置する。この場合も小型インレット１４の両端が第１のアンテナ１１ａのラインに乗らないように、小型インレット１４の半分程度の長さを第１のアンテナ１１ａの複数のラインに乗せるようにする。

《第３実施形態》
第３実施形態では、波長の長い第１のアンテナ１１に対して波長の短い第２のアンテナ１２を半分だけ平行させて配置する幾つかのバリエーションについて説明する。図６は、第３実施形態のＩＣカードにおいて、第１のアンテナに対して小型インレットが半分平行して配置された幾つかのバリエーションを示す図である。つまり、図６は、図１に示すようなＩＣカードにおいて第１のアンテナと小型インレット１４の配置部分を拡大して示した部分拡大図である。

図６（ａ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の短辺である左辺側の複数のラインのうちの１本のラインに対して小型インレット１４を半分だけ平行させ、小型インレット１４のあとの半分は、第１のアンテナ１１の長辺である上辺側の複数のラインのうちの少なくとも１本のラインに対して直交するように配置する。このようなアンテナ配置によっても、小型インレット１４内の第２のアンテナは相互干渉を起こすことなく有効に電波を放射させることができる。

また、図６（ｂ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１ａのコーナが直角でない場合においても、第１のアンテナ１１ａの複数のラインのうちの１本のラインに対して小型インレット１４を半分だけ平行させ、小型インレット１４のあとの半分は、第１のアンテナ１１ａの複数のラインのうちの少なくとも１本のラインに対して所定の角度を設けて配置する。このようなアンテナ配置によっても、小型インレット１４内の第２のアンテナは相互干渉を起こすことなく有効に電波を放射させることができる。図６（ａ）、（ｂ）のように配置することにより小型インレット１４の取り付けの自由度を広げることができる。

《第４実施形態》
第４実施形態では、波長の長い第１のアンテナ１１に対して波長の短い第２のアンテナ１２を所定の傾斜角度で配置する形態について説明する。図７は、第４実施形態のＩＣカードにおいて、第１のアンテナに対して小型インレットが所定の傾斜角度で配置された状態を示す図である。つまり、図７は、図１に示すようなＩＣカードにおいて第１のアンテナと小型インレットの配置部分を拡大して示した部分拡大図である。

図７に示すように、第４実施形態の場合は、小型インレット１４の両端がループ状に形成されたアンテナ１１の同じラインに乗らなければ、小型インレット１４内の第２のアンテナは、第１のアンテナ１１に対して相互干渉を受けることなく有効に電波を放射することができることを示している。つまり、ループ状に形成された第１のアンテナ１１に対して、小型インレット１４が非平行に（つまり、所定の角度をもって）配置されていれば、小型インレット１４の両端は第１のアンテナ１１の同じラインに乗ることがないので、小型インレット１４内の第２のアンテナは第１のアンテナ１１に対して相互干渉を受けることがない。

《第５実施形態》
第５実施形態では、第２のアンテナを構成する小型インレットとして、Ｌ字型に形成されたＬ字型インレットを用いた場合について説明する。図８は、第５実施形態のＩＣカードにおいて、Ｌ字型インレットを用いた場合のアンテナ配置の幾つかのバリエーションを示す図である。

図８（ａ）に示すように、Ｌ字型インレット２４は、Ｌ字型の第２のアンテナ２２と第２のＩＣチップ２２ａと整合回路を実現するスリット２２ｂとによって構成されている。

図８（ｂ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の長辺である上辺側の複数のラインに対して、Ｌ字型インレット２４の片方の辺（以下、単に「Ｌ字型インレット２４」という。）を直交させて配置する。この場合、Ｌ字型インレット２４の両端が第１のアンテナ１１のラインに乗らないように、Ｌ字型インレット２４の半分を第１のアンテナ１１の複数のラインに乗せるようにする。もちろん、ループ状の第１のアンテナ１１の下辺側の複数のラインに対してＬ字型インレット２４の半分を直交させて配置してもよい。図８（ｂ）のような配置の場合、Ｌ字型インレット２４の配置位置がループの角に近いと、Ｌ字型インレット２４と第１のアンテナ１１の左辺の内側ラインとの平行間隔が狭くなるので、相互干渉によってＬ字型インレット２４内の第２のアンテナの電波が弱くなる。したがって、Ｌ字型インレット２４の配置位置をループの角からできるだけ離した方がよい。

図８（ｃ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の短辺である左辺側の複数のラインに対して、Ｌ字型インレット２４を直交させて配置する。この場合、Ｌ字型インレット２４の両端が第１のアンテナ１１のラインに乗らないように、Ｌ字型インレット２４の半分を第１のアンテナ１１の複数のラインに乗せるようにする。もちろん、ループ状の第１のアンテナ１１の右辺側の複数のラインに対してＬ字型インレット２４の半分を直交させて配置してもよい。図８（ｃ）のような配置の場合、Ｌ字型インレット２４の配置位置がループの角に近いと、Ｌ字型インレット２４と第１のアンテナ１１の上辺の内側ラインとの平行間隔が狭くなるので、相互干渉によってＬ字型インレット２４内の第２のアンテナの電波が弱くなる。したがって、Ｌ字型インレット２４の配置位置をループの角からできるだけ離した方がよい。

図８（ｄ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１の上辺（長辺）の中央部付近の複数のラインに対して、Ｌ字型インレット２４を直交させて配置する。この場合、Ｌ字型インレット２４の両端が第１のアンテナ１１のラインに乗らないように、Ｌ字型インレット２４の半分を第１のアンテナ１１の複数のラインに乗せるようにする。もちろん、ループ状の第１のアンテナ１１の下辺の中央部付近の複数のラインに対してＬ字型インレット２４を直交させて配置してもよい。このようにして、第１のアンテナ１１の上辺または下辺の中央部付近でＬ字型インレット２４を直交に配置すれば、Ｌ字型インレット２４内の第２のアンテナは第１のアンテナ１１のいずれのラインとも平行間隔が広くなるので、相互干渉によってＬ字型インレット２４内の第２のアンテナの電波が弱くなるおそれはない。

図８（ｅ）に示すように、ループ状に形成された第１のアンテナ１１ａのコーナが直角でない場合においても、第１のアンテナ１１ａの複数のラインに対してＬ字型インレット２４を直交させて配置する。この場合もＬ字型インレット２４の両端が第１のアンテナ１１ａのラインに乗らないように、Ｌ字型インレット２４の半分を第１のアンテナ１１ａの複数のラインに乗せるようにする。

すなわち、小型インレットをＬ字型インレット２４にすることにより、第２のアンテナをよりコンパクトに配置することができる。そのため、第１のアンテナ１１ａに対するＬ字型インレット２４の配置の自由度が大きくなるので、結果的に、ＩＣカードをさらに小型化することが可能となる。

《第６実施形態》
第６実施形態では、１枚のＩＣカードに同一周波数で動作するＩＣチップを複数個配置する場合のアンテナの配置方法について説明する。図９は、第６実施形態のＩＣカードにおいて、同一周波数で動作するＩＣチップを２個配置する場合のアンテナの配置を示す図である。なお、この図では、２個のアンテナの配置関係のみが描かれていてＩＣカードは省略されている。

図９（ａ）は第１のアンテナに対して直線型の小型インレットを配置した例を示している。すなわち、図９（ａ）に示すように、２．４５ＭＨｚの周波数帯で動作する第１のアンテナ３１が長さ５２ｍｍのダイポールアンテナとして配置されている。なお、第１のアンテナ３１には第１のＩＣチップ３１ａが搭載されている。また、第１のアンテナ３１に対して、第２のＩＣチップ３２ａを搭載した第２のアンテナ３２の一部が直交するように配置されている。第２のアンテナ３２は第１のアンテナ３１を補助アンテナとしているので、第２のアンテナ３２は２０ｍｍ以下の直線型の微小アンテナである。２つのアンテナをこのように配置することにより、第１のアンテナ３１に搭載された第１のＩＣチップ３１ａと第２のアンテナ３２に搭載された第２のＩＣチップ３２ａは同じ周波数で動作することができる。

図９（ｂ）は第１のアンテナに対してＬ字型インレットを配置した例を示している。すなわち、図９（ｂ）に示すように、２．４５ＭＨｚの周波数帯で動作する第１のアンテナ３１が、長さ５２ｍｍのダイポールアンテナとして配置されている。なお、第１のアンテナ３１には第１のＩＣチップ３１ａが搭載されている。また、第１のアンテナ３１に対して、第２のＩＣチップ３３ａを搭載したＬ字型の第２のアンテナ３３の一部が直交するように配置されている。Ｌ字型第２のアンテナ３３は第１のアンテナ３１を補助アンテナとしているので、Ｌ字型の第２のアンテナ３２は全体の長さが２０ｍｍ以下の微小アンテナである。２つのアンテナをこのように配置することにより、第１のアンテナ３１に搭載された第１のＩＣチップ３１ａとＬ字型の第２のアンテナ３３に搭載された第２のＩＣチップ３３ａは同じ周波数で動作することができる。

《第７実施形態》
第７実施形態では、９００ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの２つの周波数帯で動作するＩＣカードのアンテナ配置について説明する。図１０は、９００ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの２つの周波数帯で動作するＲＦＩＤタグのアンテナ配置を示す図であり、（ａ）は９００ＭＨｚのアンテナ長を蛇行配置して短縮した場合、（ｂ）は９００ＭＨｚのアンテナをダイポールにした場合のアンテナ配置を示している。なお、９００ＭＨｚのＲＦＩＤタグは工場における資材の物流管理などにおいて使用され、２．４５ＧＨｚのＲＦＩＤタグは入場券などに使用される。

図１０（ａ）に示すように、９００ＭＨｚの第１のアンテナ４１は、インレットの長さを短くするためにアンテナラインが蛇行した配置となっている。そして、第１のアンテナ４１に対して直交するように第２のアンテナ４２が配置されている。なお、第２のアンテナ４２の長さは２０ｍｍ以下である。

図１０（ｂ）に示すように、９００ＭＨｚの第１のアンテナ５１は、ダイポールアンテナによって構成されているためにλ／２が１５ｃｍであり、やや長いインレットになっている。そして、第１のアンテナ５１に対して直交するように第２のアンテナ５２が配置されている。なお、第２のアンテナ５２の長さは２０ｍｍ以下である。

《第８実施形態》
第８実施形態では、第１のアンテナが設けられた携帯電話に小型インレットを搭載する場合について説明する。図１１は、第１のアンテナと小型インレットを搭載した携帯電話の概略を示した斜視図である。

図１１に示すように、携帯電話Ｐの一面に第１のアンテナ１１が設けられており、その第１のアンテナ１１のラインに対して自己の両端が乗らないように小型インレット１４が配置されている。なお、この第１のアンテナ１１と小型インレット１４が搭載された面を覆うカバーなどは、図示を省略している。
このようにすれば、周波数帯域の異なる２つのアンテナと２つのＩＣチップを配置しても相互に周波数干渉を起こしにくい携帯電話を実現することができる。

《まとめ》
以上説明したように、通常は、１枚のＩＣカードに異なる周波数帯域のアンテナを有するインレット（詳しくはＲＦＩＤインレット）を実装すると電波が相互に干渉していずれかあるいは両方のインレットの通信特性が劣化するが、第１実施形態のように、２つの周波数帯域のインレットを直交させるようにして配置すれば、いずれのインレットも通信特性があまり劣化しない。これによって、例えば、１３．５６ＭＨｚで使用するＩＣカードに対して２．４５ＧＨｚで動作するインレットを貼付すれば、容易に、２つの周波数帯域で動作するＩＣカードに変更して使用することができる。したがって、２枚のＩＣカードを用いることなく、１枚のＩＣカードによって２周波数帯域化を実現することができるため、ＩＣカードの付加価値を高めることができると共に、ＩＣカードの更なる低価格化を実現することが可能となる。

また、本発明を応用すれば、携帯電話などの小型モバイル機器に対して複数の周波数帯域のＲＦＩＤタグを容易に実装することができるので、複数の周波数帯域で動作する小型モバイル機器を容易に実現することができる。さらには、国内と外国で使用される周波数帯域が異なっていても、国内で使用しているＩＣカードに対して外国の周波数帯域で動作するインレットを貼付すれば、そのＩＣカードを国内でも外国でも使用することができる。つまり、プロトコル等の詳細が不明なＲＦＩＣタグであっても、適用できる周波数帯域のアンテナを備えたインレットを付加すれば容易に再利用することができる。

さらに、既存のＩＣカードに対して新たに他の周波数帯域のインレットを装着することにより、既存のデータシステムを変更することなく新規のデータシステムを構築することができる。例えば、Ａ鉄道会社の１３．５６ＭＨｚで動作するＳｕｉｃａ（登録商標）を使用しているとき、そのカードに対して２．４５ＧＨｚで動作する小型インレット（ＲＦＩＤタグ）を貼付することにより、１枚のカードでＳｕｉｃａ（登録商標）と小型インレットに対応した社員証の２通りの利用を行うことが容易に可能となる。

つまり、本実施形態のＩＣカードでは、１枚のＩＣカードに複数のＩＣチップと複数のアンテナを実装している。このとき、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）で動作するＩＣカードとして比較的普及している１３．５６ＭＨｚのアンテナで１つのＩＣチップを動作させると共に、１３．５６ＭＨｚのアンテナを補助アンテナとして２．４５ＧＨｚのアンテナでもう一つのＩＣチップを動作させている。このようにして１枚のＩＣカードで２つの周波数帯域のアンテナを配置することができるので、２枚のカードを所有することなく２種類のＩＣチップを使用すること可能となる。つまり、波長の長い第１のアンテナ上に波長の短い第２のアンテナを交差して配置することにより、相互のアンテナの干渉を低減させることができるので、１枚のＩＣカードに周波数帯域の異なる２つのアンテナと２つのＩＣチップを配置しても、周波数干渉を起こしにくいＩＣカードを実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、第１のアンテナが四角形の形状を構成するものとしたが、四角形以外に、三角形、五角形以上の多角形、円形など、別の形状を構成するものとしてもよい。
また、ＩＣタグは、ＩＣカードや携帯電話などに限定されず、荷札、商品の包装フィルムなど、無線作動のＩＣを搭載するものであって、第１のアンテナを補助アンテナとして利用できるものであれば、他のものであってもよい。

第１実施形態に係るＩＣカードの平面構成図である。ＩＣカードにおける第１のアンテナに対する第２のアンテナの配置位置を示す概略図である。図２に示すＩＣカードにおける第２のアンテナの配置位置と第１のアンテナの通信距離の関係を示す特性図である。図２に示すＩＣカードにおける第２のアンテナの配置位置と第２のアンテナの通信距離の関係を示す特性図である。第２実施形態のＩＣカードにおいて、第１のアンテナと小型インレットが直交するように配置された幾つかのバリエーションを示す図である。第３実施形態のＩＣカードにおいて、第１のアンテナに対して小型インレットが半分平行して配置された幾つかのバリエーションを示す図である。第４実施形態のＩＣカードにおいて、第１のアンテナに対して小型インレットが所定の傾斜角度で配置された状態を示す図である。第５実施形態のＩＣカードにおいて、Ｌ字型インレットを用いた場合のアンテナ配置の幾つかのバリエーションを示す図である。第６実施形態のＩＣカードにおいて、同一周波数で動作するＩＣチップを２個配置する場合のアンテナの配置を示す図である。９００ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの２つの周波数帯で動作するＲＦＩＤタグのアンテナ配置を示す図であり、（ａ）は９００ＭＨｚのアンテナ長を短縮した場合、（ｂ）は９００ＭＨｚのアンテナをダイポールにした場合のアンテナ配置を示す。第１のアンテナと小型インレットを搭載した携帯電話の概略を示した斜視図である。（ａ）は、第２のアンテナと第２のＩＣチップの分解図、（ｂ）は、第２のアンテナに第２のＩＣチップを搭載した図、（ｃ）は、第２のアンテナと第２のＩＣチップの接合部分の断面図、（ｄ）は、給電部分付近をＴ字型のスリットで形成した第２のアンテナの変形例を示す図である。動作周波数の異なる２枚のＩＣカードを重ね合わせたときの概略図である。

符号の説明

１１、３１、４１、５１第１のアンテナ
１１ａ、３１ａ第１のＩＣチップ
１２、３２、４２、５２、６１第２のアンテナ
１２ａ、２２ａ、３２ａ、３３ａ、６２第２のＩＣチップ
１２ｂ整合回路
１３ＩＣカード
１４小型インレット
２２、３３Ｌ字型の第２のアンテナ
２２ｂスリット
２４Ｌ字型インレット
６１ａ、６１ｃスリット
６１ｂ、６１ｄ、６１ｅスタブ
６２ａ、６２ｂ信号入出力電極

Claims

少なくとも２個のＩＣチップを搭載したＩＣタグであって、
直線部を有するループ状の第１のアンテナ、および、当該第１のアンテナに接続された第１のＩＣチップを有する第１のインレットと、
前記第１のアンテナに対して所定の角度をもって配置され、自身の一端が当該第１のアンテナの前記直線部の中央部と静電結合している第２のアンテナ、および、当該第２のアンテナに接続された第２のＩＣチップを有する第２のインレットと、
を備えることを特徴とするＩＣタグ。
前記所定の角度は、直角であることを特徴とする請求項１に記載のＩＣタグ。
前記第２のアンテナは、自己と前記第２のＩＣチップとの間のインピーダンスマッチングを行うための整合回路を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記整合回路は、前記第２のアンテナ上において、前記第２のＩＣチップの端子間に形成されたスリットであることを特徴とする請求項３に記載のＩＣタグ。
前記第２のアンテナの動作波長をλとしたとき、当該第２のアンテナの長さは０．２λ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記絶縁体は、樹脂、当該樹脂の発泡体、または紙のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記絶縁体は、前記第１のインレットと前記第２のインレットとを接着する粘着材または接着材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記絶縁体は、樹脂、樹脂の発泡体、または紙のいずれかと粘着材または接着材との積層構造となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記絶縁体の厚さは０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記第１のインレットはＩＣタグを構成する樹脂性の外装材料に収納され、前記第２のインレットは前記外装材料の表面または裏面に貼付されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。
前記外装材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グリコール変性共重合ＰＥＴ樹脂（ＰＥＴ−Ｇ）、または、塩化ビニル（ＰＶＣ）のいずれかであることを特徴とする請求項１０に記載のＩＣタグ。
前記第１のアンテナの動作周波数は１３．５６ＭＨｚであり、前記第２のアンテナの動作周波数は２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＣタグ。