JP5558922B2 - Ｒｆｉｄトランスポンダ、ｒｆｉｄトランスポンダを含むｒｆｉｄ通信システム、ｒｆｉｄトランスポンダの製造方法、ならびにそれらの使用 - Google Patents

Description

本発明はＲＦＩＤトランスポンダと、ＲＦＩＤトランスポンダの相応の製造方法とに関する。本発明のＲＦＩＤトランスポンダはとりわけ、８６５〜８６８ＭＨｚ（欧州）、９０２〜９２８ＭＨｚ（カナダおよびＵＳＡ）および９５０〜９５６ＭＨｚ（日本）のうちいずれかのＵＨＦ（ultra high frequency）帯域で使用されるように構成されたＲＦＩＤトランスポンダである。

現在、多くの分野で、とりわけロジスティック分野で、非常に集中的かつ有効にＲＦＩＤが活用されている。その際には、非常にコンパクトなフラット形状のＲＦＩＤトランスポンダ（いわゆるタグ）が必要とされることが多い。

たとえばいわゆるＰＩＦＡアンテナ（英語：Printed Inverted F-Antenna）等のこのようなＲＦＩＤトランスポンダアンテナ（すなわちタグアンテナ）の大部分の公知の基本的構成は、完全にはプレーナ形ではない。このようなＲＦＩＤトランスポンダアンテナの構成は、導電性の接着膜上に製造され、複数の位置で折り畳まれる。さらに、このような構成は非常に面倒かつ高コストであり、さらには、（たとえば別のチップを使用する場合、または、タグを別の周波数領域に適合しなければならない場合）相応の構造を良好に変更することもできない。このような構成の再現性も良好でないので、このようなＲＦＩＤトランスポンダの到達範囲はごく小さくなってしまうことが多い。

したがって本発明の課題は、（所定のアンテナ体積で）可能な限り大きな到達範囲と可能な限り良好なパワーマッチングを行うことができる、コンパクトかつ可能な限り完全にプレーナ形であり技術的に良好に再現することができるＲＦＩＤトランスポンダを提供することである。

前記課題は、
誘電体支持エレメントの第１の表面を被覆する第１のメタライジングと該誘電体支持エレメントの第２の表面を被覆する第２のメタライジングとを導電接続することによってアンテナが構成され、該第１のメタライジングは、該誘電体支持エレメントの第１の表面上に配置された前記アンテナの２つの電気的端子を形成するようにパターニングされており、該２つの電気的端子を介してチップにコンタクト可能であるかまたはコンタクトされており、該チップは、前記第１の表面においてかつ／または少なくとも局所的に該第１の表面内に組み込まれるように配置することができるかまたは配置されており、アンテナとチップとを複素共役マッチングするマッチングネットワークは少なくとも部分的に、第１のメタライジングのパターニングによって形成されている構成によって解決される。

タグループアンテナおよびマッチング素子を有する本発明のＲＦＩＤトランスポンダの概略図である。 マッチング素子を有する本発明のＲＦＩＤトランスポンダの等価回路図である。 １つの集中容量および１つの分布容量を有する本発明のＲＦＩＤトランスポンダと、２つの分布容量を有する本発明の別のＲＦＩＤトランスポンダとを示す。 本発明のＲＦＩＤトランスポンダのループアンテナのマッチングを示す。 本発明のＲＦＩＤトランスポンダを示す。 本発明のＲＦＩＤトランスポンダにおける反射係数の特性と、アンテナゲインの特性とを示す。 従来技術による他のトランスポンダと比較した場合の本発明のＲＦＩＤトランスポンダで得られた測定結果を示す。

以下で、本発明の一般的な説明を行い、その後に個々の実施例に基づいて本発明を説明する。これらの有利な実施例において組み合わされて実施される本発明の有利な個々の特徴は、（従属請求項によって保護範囲が定義された）本発明の枠内では、各実施例に示された特別な組合せで実施する必要はなく、本発明の枠内では別の組合せで個々の特徴を実施することもできる。換言すると、各実施例において組み合わされて示された有利な特徴は、相互に独立して実施することもできる。

すべてのＲＦＩＤトランスポンダのように、本発明のＲＦＩＤトランスポンダはアンテナと少なくとも１つの送受信回路と、メモリを含むチップとを有し、該チップは該アンテナに電気的に接続されている。このような本発明のＲＦＩＤトランスポンダは、当業者に公知であるように、パッシブ、セミパッシブまたはアクティブなＲＦＩＤトランスポンダとして構成することができる。

本発明の重要な側面は、アンテナと、該アンテナ構造に統合されるマッチングネットワークとの組合せである。マッチングネットワークはアンテナの入力インピーダンスを、使用されるチップのインピーダンスに複素共役マッチングする。アンテナは、少なくとも一巻きを有するアンテナであり、とりわけ有利には、当業者に公知であるように（ほぼ完全に）閉じられた電気導体ループから成るかまたはこのような電気導体ループを含むループアンテナが使用される。

したがって本発明のＲＦＩＤトランスポンダは、アンテナと、少なくとも１つの送受信回路と、メモリを含むチップとを含み、該チップは、当業者に公知のような送受信過程を実施するために該アンテナに電気的に接続されている。本発明のＲＦＩＤトランスポンダはさらに、誘電体支持エレメントを有し、該誘電体支持エレメントは第１の表面（以下では択一的に上面とも称される）において少なくとも局所的に、パターニングされた第１のメタライジング（たとえば金属層）によって被覆され、この第１の表面に対向する第２の表面（以下で択一的に下面とも称される）において少なくとも局所的に、第２のメタライジング（たとえばこの第２のメタライジングも金属層）によって被覆される。この誘電体支持エレメントは、直方体形の扁平なプレートとすることができる（ここでは「扁平」とは、プレートの高さないしは第１の表面と第２の表面との間の間隔が、該高さないしは該間隔に対して垂直な寸法、ないしは誘電体支持エレメントの幅および／または長さより格段に小さいことを意味する）。

本発明では、第１のメタライジングと第２のメタライジングとの電気的な接続によってＲＦＩＤトランスポンダのアンテナが構成される。このことはたとえば、誘電体支持エレメントの開口によって行われる。この開口は、第１の表面から第２の表面にまで及び、この開口にはその後、導電性材料（たとえば金属）が（たとえば電気メッキで）充填される。このことは、以下で詳細に説明する。導電性材料が充填された開口によって第１のメタライジングと第２のメタライジングとが導電接続され、該開口の充填物と両メタライジングとがアンテナを構成する。

第１の表面上の第１のメタライジングのパターニングは、（たとえば切欠および／または中断部を設けることによって）該第１の表面上において相互に電気的に絶縁された２つの導電性端子が形成され、該２つの導電性端子を介してアンテナに電気的にコンタクトできるかないしはアンテナとチップとが電気的に接続されるように形成される。このような電気的接続を実施するために、チップを誘電体支持エレメントの第１の表面において適切に方向決めし、選択された位置において両端子に電気的にコンタクトするように接着固定することができる。また、第１の表面にたとえばチップに対する凹入部を設け、該凹入部内にチップを挿入し、両端子と電気的にコンタクトさせることもできる。

最後に、本発明ではさらに、第１の表面に形成された第１のメタライジングは、アンテナの入力インピーダンスをチップのインピーダンスに対して複素共役マッチングするためのマッチングネットワークの少なくとも一部ないしは１区分（たとえば容量区分）を構成するようにパターニングされる。

有利にはこのマッチングネットワークは少なくとも２つの容量を有し、該容量のうち少なくとも１つ、特に有利なケースでは２つの容量ともに、第１の表面の第１のメタライジングのパターニングによって形成される。第１のメタライジングのパターニングによって形成される容量は、空気が充填された（場合によっては誘電体材料が充填された）スリット形の欠落部または中断部として該第１のメタライジングに形成することができる。このような欠落部ないしは中断部は、第１の表面を完全に被覆している金属層を後で処理することによって形成することができ、また、すでに第１のメタライジングの形成時に該第１のメタライジングに適切なパターンを設けることもできる。特に有利には、このようにスリット形に形成された容量（ないしは、このようなスリットの両側のメタライジング区分ないしは相互に対向する端部）は、直方体形に形成された誘電体支持エレメントの長手軸に対して平行または垂直に配置される。

特に有利な実施形態ではマッチングネットワークは、第１の表面上に配置されたチップに直列接続された第１の容量（以下ではＣ_ｓｅｒとも称する）と、該チップと該第１の容量との直列接続体に対して並列接続された第２の容量（以下ではＣ_{ｓｈｕｎｔ}とも称する）とを有する。このような並列接続体は、アンテナの両端子ないしは該アンテナに接続される。

以下でさらに詳細に説明するように、両容量のうち１つまたは双方の容量を（とりわけ適切なスリットによって形成する場合）、分布容量および／またはインターデジタルコンデンサとして形成することができる。分布容量とはここでは、ＲＦＩＤトランスポンダがマッチングされた波長（すなわちたとえば、８６５〜８６８ＭＨｚのＵＨＦ帯域に相応する波長）の１／４より大きい寸法（すなわち長さ、幅または高さ、とりわけ長さ、幅および高さ）を有する容量を指す。とりわけこの寸法は、１／４波長の整数倍である。インターデジタルコンデンサとは、相互に係合する複数の平行な導体を含むコンデンサを指す。

また、このような構成に対して択一的に、前記容量のうち１つ（または両容量）を集中容量として形成することもできる。この集中容量とは、空間的寸法が動作波長より無視できる程度に下回る容量を指す。すなわち、上記波長の１／４より少なくとも１／５小さく、有利には１／１０小さく、有利には少なくとも１／２５小さい寸法を有する（上記参照）容量を指す。このような分布容量は、とりわけＳＭＤコンデンサである。

とりわけ、前記マッチングネットワークの少なくとも１つの容量、有利には前記第２の容量は、所定の周波数帯域の最小波長の１／４より少なくとも１／５短い長さおよび／または幅および／または高さを有する容量として形成されており、前記少なくとも１つの容量、有利には前記第２の容量の長さおよび／または幅および／または高さは有利には、前記所定の周波数帯域の最小波長の１／４より少なくとも１／１０短く、有利には少なくとも１／２５短く、前記所定の周波数帯域は有利には、８６５〜８６８ＭＨｚのＵＨＦ帯域、９０２〜９２８ＭＨｚのＵＨＦ帯域および９５０〜９５６ＭＨｚのＵＨＦ帯域の３つのＵＨＦ帯域のうち少なくとも１つである。

また有利には、前記マッチングネットワークの少なくとも１つの容量、有利には前記第１の容量および／または前記第２の容量は、所定の周波数帯域の最小波長の１／４より大きいかつ／または小さい長さおよび／または幅および／または高さを有する容量として、とりわけインターデジタルコンデンサとして形成されており、前記所定の周波数帯域は有利には、８６５〜８６８ＭＨｚのＵＨＦ帯域、９０２〜９２８ＭＨｚのＵＨＦ帯域および９５０〜９５６ＭＨｚのＵＨＦ帯域の３つのＵＦＨ帯域のうち少なくとも１つのＵＨＦ帯域である。

有利には、前記誘電体支持エレメントは直方体形および／または２０００〜７０００μｍの前記第１の表面と前記第２の表面との間の間隔で形成されており、かつ／または導体板材料を含むか、または導体板材料から成り、かつ／または、前記第１のメタライジングおよび／または前記第２のメタライジングは前記誘電体支持エレメントを１０〜１００μｍの厚さで被覆し、かつ／または、該第１のメタライジングおよび／または該第２のメタライジングはＣｕおよび／またはＡｇを含むかまたはＣｕおよび／またはＡｇから成り、前記第１の表面と前記第２の表面との間の間隔は有利には２０００〜４０００μｍであり、前記第１のメタライジングおよび／または前記第２のメタライジングは前記誘電体支持エレメントを有利には１８〜３５μｍの厚さで被覆する。

また本発明は、ＲＦＩＤトランスポンダとＲＦＩＤ読取りユニットとを含むＲＦＩＤ通信システムにも関する。当該ＲＦＩＤ通信システムは、前記ＲＦＩＤ読取りユニットによって、８６５〜８６８ＭＨｚおよび／または９０２〜９２８ＭＨｚおよび／または９５０〜９５６ＭＨｚの周波数間隔のうち少なくとも１つの周波数間隔で交流電磁場が生成されるように構成されており、前記アンテナおよび／または前記誘電体支持エレメントおよび／または前記チップのパターニングおよび／または配置および／または構成が、前記少なくとも１つの周波数間隔にマッチングされるように構成されている。

以下で詳細に説明するように、本発明では材料およびジオメトリは有利には、以下の式が成り立つように選択される：
この式では、ε_{ｆ＿ｅｆｆ}は誘電体支持エレメントの材料の実効誘電率であり、Ｌはアンテナの全長であり（この全長は、たとえばループアンテナの場合、誘電体支持エレメントの長手方向の両メタライジングの長さと、該誘電体支持エレメントの長手方向で見て相互に対向する端部にそれぞれ形成された２つのスルーホールの寸法を含む）。

マイクロストリップ線路上の波長λは、自由空間中の波長λ_０より
短い。同式においてε_{ｒ−ｅｆｆ}は基板材料のε_ｒより小さいので、電界は基板内だけでなく、その一部は空気中にも存在する。実効誘電率ε_{ｒ−ｅｆｆ}のこのような定義は、誘電体がコーティングされた線路上において、誘電率ε_{ｒ−ｅｆｆ}を有する均質な誘電体中のＴＥＭ波と等しい位相速度で波動が伝搬したことを意味する（O. Zinke, H. Brunswig による Hochfrequenztechnik 1, Springer-Verlag, 6. Auflage、第１５９頁を参照されたい）。

ここではλ_０は所定の波長であり、有利には上記３つのＵＨＦ帯域のうちいずれかの帯域から選択された波長である。

既述のように、誘電体支持エレメントの上面から下面まで延在し導電性材料が充填された２つのスルーホールを介して、第１のメタライジングと第２のメタライジングとを電気的に接続することができる。さらに、このことに対して択一的に、第１の表面および第２の表面に対して垂直に延在する誘電体支持エレメントの２つの相互に対向する端面（有利には、直方体形の誘電体支持エレメントの長手軸の方向で見て相互に対向する２つの端面）にメタライジングを被覆し、該メタライジングが該誘電体支持エレメントの両端において、第１のメタライジングと第２のメタライジングとを電気的に接続するように構成することもできる。

本発明において特に有利には、（第１のメタライジングと第２のメタライジングと両メタライジングの導電接続部とによって）形成されたループアンテナが使用されるが、基本的には、（第１のメタライジングおよび第２のメタライジングを適切にパターニングすることによって）誘電体支持エレメントに適切に相互にずらして複数の巻数の巻線を設け、該巻線にマッチングネットワークおよびチップを上記のように接続することもできる。

本発明を以下で、実施例に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明のＲＦＩＤトランスポンダの基本的構成を示す。ループアンテナを構成する第１のメタライジング、第２のメタライジング、および両メタライジング間の電気的コンタクトは、ここでは概略的にのみ示されている。また、アンテナ１を支持する誘電体支持エレメント３も概略的に示されている。第１のメタライジングの２つのメタライジング端部によって誘電体支持エレメントの上面に形成された電気的端子Ａ１，Ａ２（図３参照）は、チップ２と該チップ２に直列接続された第１の容量５とから成る並列回路に接続されており、かつ、該直列回路に並列接続された第２の容量６に接続されている。

同図に示されているように、チップ２は単に、オーム抵抗Ｒと電圧源と容量Ｃとの直列回路として見なすことができる。

具体的にはこの実施例では、８６０〜９６０ＭＨｚの周波数領域において使用するために構成されたエイリアンテクノロジー社の Alien-H3 チップを使用した。このチップは比較的低抵抗（入力抵抗Ｒ_ｃｈｉｐ＝２７Ω）であり、非常に高容量である（入力容量Ｃ_ｃｈｉｐ＝０．８７ｐＦ）。以下でさらに詳細に説明するように、図中のマッチングネットワークのパラメータを適切に選択すると、このマッチングネットワークによってアンテナ１の入力インピーダンスはチップ２のインピーダンスに複素共役マッチングされ、最大アンテナゲインひいては最大到達範囲を実現することができる。

寸法が比較的短く選択された場合（ループアンテナの長さないしは誘電体支持エレメントの長手方向の長さ（図３参照）が上記の周波数領域内の波長の半分より格段に短い）、ループアンテナのインピーダンスは誘導性になるので、すなわちＲＦＩＤトランスポンダの外寸は制限されるので、アンテナの長さはチップの容量を補償するのに十分な長さでない。

それゆえ、アンテナ１は両容量５および６によって、上記のように複素共役マッチングされる。容量６（集中容量）は、いわゆるＳＭＤコンデンサ（英語：surface mount device）とすることができ、容量５は層キャパシタンス（インターデジタル）として構成することができる。このことの利点はとりわけ、タグを完全にプレーナ形にし、良好な再現性にできることである。層キャパシタンスないしはインターデジタルコンデンサは有利には、相互に係合する複数の平行な導体区分を含む。

本発明ではまた、トランスポンダを広帯域で（８６５〜８６８ＭＨｚの周波数帯域、９０２〜９２８ＭＨｚの周波数帯域および９５０〜９５６ＭＨｚの周波数帯域のうち複数またはすべての周波数帯域で動作するように）マッチングすることもできる。こうするためには、容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ}のみを使用すればよく、容量Ｃ_ｓｅｒは必要ない。しかしこの場合には、あまり良好なパワーマッチングを行えなくなる。このように構成されたタグでは、ＶＳＷＲ値（定在波比）は約９〜４５である。

３７×７×３．３ｍｍ^３の寸法を有する（ケーシングを除く）トランスポンダの場合、以下の実施が可能である：欧州／米国およびカナダ／日本の到達範囲［ｍ］：
・２．５／１．６／１．１
・２．０／２．０／１．３
・１．６／２．５／１．６
したがってこの場合には、このようなマッチングネットワーク４は、図中に示した２つの容量５，６を使用して、チップ２およびアンテナ１に図中のように接続して構成される（図２の等価回路図も参照されたい）。

図３に、図１に示した構成を実施するための２つの具体的な実施例を示す。両実施例ともに直方体形の誘電体支持エレメント３を使用し、該誘電体支持エレメント３の高さ（図中の誘電体支持エレメントの上面Ｏ１と下面Ｏ２との間の間隔）はここでは約３ｍｍであり（図中では誇張して示されている）、幅はここでは約７ｍｍであり、長さはここでは約３７ｍｍである（ケーシングを除いた寸法）。

誘電体支持エレメント３の上面Ｏ１に、パターニングされた第１のメタライジングＭ１が設けられている。誘電体支持エレメント３には、上面Ｏ１と反対側の下面Ｏ２に第２のメタライジングＭ２が設けられており、この第２のメタライジングＭ２はここではパターニングされておらず、誘電体支持エレメント３の下面を完全に被覆する。誘電体支持エレメント３には、長手方向で見て相互に対向する両端面近傍に、上面Ｏ１から下面Ｏ２の方向で見て該誘電体支持エレメント３を完全に貫通するビア（開口）が設けられており、該ビアに金属が電気メッキで充填されている。金属充填されたこれら２つの開口８ａ，８ｂは、第１のメタライジングＭ１と第２のメタライジングＭ２とを（長手方向で見て）相互に対向する両端で導電接続するように形成される。このようにしてこの実施例では、第１のメタライジングＭ１と第２のメタライジングＭ２と金属充填された両開口８ａ，８ｂとがアンテナ１を構成する。開口ないしはスルーコンタクト８ａ，８ｂは可能な限り細く（誘導性に）選択され、誘電体支持エレメント３の短辺に可能な限り近くに配置される（このようにして、ループの全長が最大になるようにされる）。

図３ａ（左側）に示された本発明の第１の実施例のＲＦＩＤトランスポンダでは、誘電体支持エレメント３の上面Ｏ１に形成された第１のメタライジング層Ｍ１は、チップ２とアンテナ１とを電気的にコンタクトさせるための２つの電気的端子Ａ１およびＡ２を形成し、該チップ２に直列接続された第１の容量Ｃ_ｓｅｒ ５を形成するようにパターニングされる。こうするためにこの金属層Ｍ１は、細いスリット形の中断部７を有する。したがって、この電気的な中断部の領域において金属層Ｍ１は、誘電体支持エレメント３の上面Ｏ１から完全に除去される。この細いスリット形の中断部７の区分は長手軸方向に対して垂直であり、すなわち上面Ｏ１の幅方向に延在し、開口８ｂから開口８ａまでの方向で見て、メタライジングＭ１を第１のメタライジング区分Ｍ１−１と中央の第２のメタライジング区分Ｍ１−２とに分割する。

同じ方向で見て、別の電気的中断部９と、チップ２に対する中断部とが設けられる。このチップ２に対する中断部は（長手軸方向で見て）、第１のメタライジングＭ１の第１のメタライジング区分Ｍ１−１と第２のメタライジング区分Ｍ１−２との間のスリット形の中断部７の約３倍の幅を有する。このようにして、チップ２に対して設けられたこの別の比較的広幅の中断部９も第１のメタライジングＭ１を２つの区分に分割し、中央の第２のメタライジング区分Ｍ１−２を第３のメタライジング区分Ｍ１−３から分離し、該第３のメタライジング区分Ｍ１−３はスルーホール８ａに導電接続されている。第１のメタライジング区分Ｍ１−１はスルーホール８ｂに導電接続されている。したがってこれら２つの中断部７，９が、長手方向に沿ってメタライジングＭ１を、相互に電気的に絶縁された３つの区分Ｍ１−１〜Ｍ１−３に分割する。

第１のチップ電気的端子が第３のメタライジング区分Ｍ１−３に導電接続され、かつチップ中断部９を越えて向こう側において、第２のチップ電気的端子が中央の第２のメタライジング区分Ｍ１−２に導電接続されるように、チップ２は第１の表面Ｏ１上に配置される。第２のメタライジング区分Ｍ１−２と第１のメタライジング区分Ｍ１−１との間の細いスリット形の溝部分７が、誘電体支持エレメント３の長手方向に対して垂直に延在して、第１の容量Ｃ_ｓｅｒ ５を形成する。

この溝７をまずは長手方向に対して（すなわち第２の開口８ｂから第１の中断部８ａへの方向で見て）平行に適切に延長した後に、誘電体支持エレメント３の長手方向に対して垂直に延長することにより（スリット形の溝区分７がこの延長部分とともに、比較的広幅のチップ中断部とともに、電気的に完全に相互に絶縁された３つの上記の表面区分Ｍ１−１〜Ｍ１−３に第１のメタライジングＭ１を分割するように構成することによって）、この実施例では上記の３分割された部分Ｍ１−１〜Ｍ１−３に対して平行に、メタライジング区分Ｍ１−３とメタライジング区分Ｍ１−１との間に別のスリット形の溝区分が形成され、図１に示した並列回路が実現されるように、該溝区分の上方に第２の容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ} ６が配置されて両メタライジング区分Ｍ１−３およびＭ１−１に電気的に接続されている。

図３ｂに、本発明の第２の実施例のＲＦＩＤトランスポンダを示す。このＲＦＩＤトランスポンダも基本的には、図３ａに示した実施例と同様に構成されている。それゆえ、以下では相違点のみを説明する。

図３ａに示した実施例では、分布容量である１つの第１の容量５と集中容量である１つの第２の容量６とが形成されているのに対し、図３ｂに示した実施例では、第１の容量５のみが（スリット形の溝区分によって）分布容量として形成されているだけでなく、第２の容量６も分布容量として形成されている。このように構成するためには、第１のメタライジングＭ１が、横方向に延在する（第１の容量５を形成する）溝区分７に接続され誘電体支持エレメント３の長手軸方向に延在する別のスリット形の溝区分を有する。この溝区分は、ここでは参照番号７ａを有する。この溝区分７ａは長手軸方向で見て、第２の開口８ｂの方を向くチップの側から該チップ２を越えて、第１の開口８ａの方を向く該チップの側にまで達してこの側を越えて延在する。このことにより、第１のメタライジングＭ１の第１のメタライジング区分Ｍ１−１は誘電体支持エレメントの長辺側の縁辺において（ないしは、横方向にチップ２の隣に）狭幅のウェブ形の区分Ｍ１−Ｓを有するようになり、該ウェブ形区分Ｍ１−Ｓは、第１のメタライジングＭ１の横方向で見て対向する第３のメタライジング区分Ｍ１−３とともに第２の容量６を構成する。

このようにして図３ｂに示した実施例では、メタライジングＭ１ないしは該メタライジングＭ１の３つの区分（Ｍ１−１〜Ｍ１−３）のパターニングはスリット形の溝区分７，７ａによって、両容量５，６が分布容量として形成されるように構成される。

図３に示しているように、容量５，６を集中素子（すなわち、寸法が１／４波長より非常に小さい素子）によっても、分布素子によっても形成することができる。図３に挙げられた本発明のトランスポンダの両アンテナ１はそれぞれ、両面がメタライジングされた誘電体支持材料（ＨＦ基板）３から成る。

誘電体支持エレメント３の上面Ｏ１はチップ２に対する中断部９を有し、スルーコンタクト８ａ，８ｂによって下面に電気的に接続されている。図３ａ中のアンテナ１のマッチングは、容量結合（容量５）と、プリント基板ないしはメタライジング層Ｍ１に埋め込まれたコンデンサ（容量６）とによって行われる。

ＲＦＩＤトランスポンダは短いほど、コンデンサ６の容量のばらつき（Streuung）に影響を受けやすくなるので、図３ａに示した実施例では再現性は、図３ｂに示した実施例より困難になる。図３ｂの実施形態のアンテナ１は、図３ａ中のアンテナ１と対照的に集中マッチング素子を有さない。両スリット７，７ａによって、技術的に再現性が良好なマッチングが実現される。

アンテナの入力インピーダンスをチップのインピーダンスに複素共役マッチングするために必要な容量５，６の具体的な大きさは、以下のように調整することができる。

図２にまず、図１ないしは図３に示した構成の等価回路図を示す。この等価回路図は以下の考察を基礎としている（回路の入力インピーダンス；Ｚはインピーダンスであり、Ｒは実効抵抗であり、Ｘはリアクタンスである。「ｉｎ」は回路の入力インピーダンスに関連することを表し、「ｓｈｕｎｔ」は容量６に関連することを表し、「ｃｈｉｐ」はチップ２に関連することを表し、「ループ」は上記のループアンテナ１に関連することを表す）。

それによれば、
または、
Ｚ_ｉｎ＝Ｒ_ｉｎ＋ｊＸ_ｉｎ
ただし同式では、

複素共役出力マッチングの条件は、以下のようになる：

このことから、

したがって

かつ

ここでｆ_０は共振周波数、すなわち、ＲＦＩＤトランスポンダがマッチングする周波数である。

容量５，６の容量値に基づいて、スリット７，７ａの幅および長さを決定することもできる。このようなスリットの容量はスリット長さに比例し、スリット幅に反比例する。

図４に、容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ} ６およびＣ_ｓｅｒ ５がアンテナの入力インピーダンスに与える影響をスミスチャートで示す。図中のマッチングネットワーク４の実効抵抗Ｒ_ｉｎは容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ} ６によって決定され、残りの他の正のリアクタンスＸ_ｉｎは容量Ｃ_ｓｅｒ ５によって補償される。

特に有利には、到達範囲を最適化すると同時に良好な出力マッチングを実現するために、以下の条件を満たすべきである：

同式においてＬはアンテナループ１の全長であり、λ_０は共振周波数ｆ_０の場合の波長であり（Ｃ＝λ_０×ｆ_０）、ε_{ｒ＿ｅｆｆ}は誘電体支持エレメント３の材料の実効誘電率である。ループアンテナ１の全長Ｌが短いほど容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ} ６を大きくしなければならず、容量Ｃ_ｓｅｒ ５は小さくなる。ループアンテナの幅および高さ（すなわち結局は、メタライジングＭ１，Ｍ２および誘電体支持エレメント３の形状および寸法の実施形態）が、アンテナ１の効率を決定する。ループアンテナの幅が大きくなり、かつ該ループアンテナの全長Ｌが長くなるほど、ループアンテナの効率は高くなる。

図５に、欧州の８６５〜８６８ＭＨｚに使用される本発明の具体的な実施形態のＲＦＩＤトランスポンダを示す。チップ２は導電性接着材によって、図３に示されているようにアンテナ１に接着される。同図中の実施例では、ケーシングを除く寸法は３７×７×３．３ｍｍ^３である。ケーシングを含めると、この寸法は４５×１５×５ｍｍ^３になる（基板は、ε_ｒ＿＝３．３８およびｔａｎδ＝０．００２７を有する誘電体であり、ｔａｎδは誘電体の損失係数である）。ケーシングはポリカーボネートから製造されている。

図６の左側に、図５に示したＲＦＩＤトランスポンダの反射係数Ｓ１１を示す。インピーダンス曲線の直径は、約０．３％の相対的な帯域幅でも比較的大きく、本発明のアンテナ１が狭帯域でありかつ高感度であることを示唆する。効率は約１７％のみと低いにもかかわらず、アンテナゲインは約−３．５ｄＢｉであり（図６右側を参照されたい）、これは最大５ｍの到達範囲に相当する（送信出力が２Ｗである場合）。図７に、実施した測定結果をまとめており、上記のことによってもこの測定結果を確認することができる（第２行に本発明のＲＦＩＤトランスポンダを従来技術の他のトランスポンダと対比して示している。リーダ：シリット社（Sirit）、出力：２７ｄＢｍ、送信アンテナ６のゲイン：６ｄＢｉ、金属板：２５０×１０００ｍｍ^２）。

本発明はとりわけ、アンテナ１ないしはＲＦＩＤトランスポンダの構成を完全にプレーナ形に、比較的小形で低コストで実現できるという利点を有する。特に有利には、トランスポンダを金属上で動作させるのに使用することができるが、非導電性の表面上でトランスポンダを動作させることもできる。アンテナ１を簡単なトポロジーで構成することができ（方形の端子Ａ１，Ａ２および方形のスリットないしは容量）、本発明のＲＦＩＤトランスポンダを簡単に、使用される周波数帯に最適化することができる。（誘電体支持エレメントの）外寸が固定されている場合には、スリット長およびスリット幅を調整するだけでよい（上記の計算式を参照されたい）。別のチップ２を使用する場合、またはアンテナ１を別の周波数領域に対して適合しなければならない場合にも、同じことが当てはまる。

１ アンテナ
２ チップ
３ 誘電体支持エレメント
４ マッチングネットワーク
５ 第１の容量
６ 第２の容量
Ｍ１ 第１のメタライジング
Ｍ２ 第２のメタライジング
７ 第１のメタライジングＭ１の中断部
８ａ，８ｂ 開口
９ 別の電気的中断部
Ａ１，Ａ２ アンテナ１の電気的端子
Ｍ１−１ 第１のメタライジングＭ１の第１のメタライジング区分
Ｍ１−２ 第１のメタライジングＭ１の第２のメタライジング区分
Ｍ１−３ 第１のメタライジングＭ１の第３のメタライジング区分
Ｏ１ 誘電体支持エレメント３の第１の表面
Ｏ２ 誘電体支持エレメント３の第２の表面

Claims (10)

1. アンテナ（１）と、少なくとも１つの送受信回路と、メモリを含むチップ（２）と、誘電体支持エレメント（３）と、該アンテナの入力インピーダンスと該チップのインピーダンスとを複素共役マッチングするマッチングネットワーク（４）とを含むＲＦＩＤトランスポンダであって、
   前記誘電体支持エレメント（３）は第１の表面（Ｏ１）において少なくとも局所的に、パターニングされた第１のメタライジング（Ｍ１）によって被覆されており、該第１の表面と対向する第２の表面（Ｏ２）において少なくとも局所的に第２のメタライジング（Ｍ２）によって被覆されており、
   前記第１のメタライジング（Ｍ１）と前記第２のメタライジング（Ｍ２）とは相互に導電接続されて前記アンテナ（１）が構成され、
   前記第１のメタライジングは、前記誘電体支持エレメントの第１の表面上に配置された前記アンテナの２つの電気的端子（Ａ１，Ａ２）を形成するようにパターニングされており、
   前記２つの電気的端子を介して前記チップに電気的にコンタクト可能であるかまたはコンタクトされており、該チップは、前記第１の表面においてかつ／または少なくとも局所的に該第１の表面内に組み込まれるように配置することができるかまたは配置されており、
   前記マッチングネットワーク（４）は少なくとも部分的に、前記第１のメタライジングのパターニングによって形成されており、
   前記マッチングネットワーク（４）は、前記チップ（２）に直列接続された第１の容量Ｃ _ｓｅｒ （５）と、該チップ（２）および該第１の容量Ｃ _ｓｅｒ （５）から成る直列接続体に並列接続された第２の容量Ｃ _{ｓｈｕｎｔ} （６）とを有する
   ことを特徴とする、ＲＦＩＤトランスポンダ。
2. 前記マッチングネットワーク（４）の前記２つの容量（５，６）は、前記第１のメタライジングのパターニングによって形成されている、請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
3. 前記第１のメタライジングのパターニングによって形成された前記２つの容量（５，６）は、該第１のメタライジングのスリット形の欠落部または中断部（７）によって形成されており、
   前記欠落部または中断部（７）は有利には、直方体形に形成された前記誘電体支持エレメント（３）の長手軸に対して平行または垂直に延在する、請求項２記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
4. 前記マッチングネットワーク（４）の少なくとも１つの容量、有利には前記第２の容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ}（６）は、所定の周波数帯域の最小波長の１／４より少なくとも１／５短い長さおよび／または幅および／または高さを有する容量として形成されており、
   前記少なくとも１つの容量、有利には前記第２の容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ}（６）の長さおよび／または幅および／または高さは有利には、前記所定の周波数帯域の最小波長の１／４より少なくとも１／１０短く、有利には少なくとも１／２５短く、
   前記所定の周波数帯域は有利には、８６５〜８６８ＭＨｚのＵＨＦ帯域、９０２〜９２８ＭＨｚのＵＨＦ帯域および９５０〜９５６ＭＨｚのＵＨＦ帯域の３つのＵＨＦ帯域のうち少なくとも１つである、請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
5. 前記マッチングネットワーク（４）の少なくとも１つの容量、有利には前記第１の容量Ｃ_ｓｅｒ（５）および／または前記第２の容量Ｃ_{ｓｈｕｎｔ}（６）は、所定の周波数帯域の最小波長の１／４より大きいかつ／または小さい長さおよび／または幅および／または高さを有する容量として、とりわけインターデジタルコンデンサとして形成されており、
   前記所定の周波数帯域は有利には、８６５〜８６８ＭＨｚのＵＨＦ帯域、９０２〜９２８ＭＨｚのＵＨＦ帯域および９５０〜９５６ＭＨｚのＵＨＦ帯域の３つのＵＦＨ帯域のうち少なくとも１つのＵＨＦ帯域である、請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
6. 請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダにおいて、
   前記誘電体支持エレメント（３）および前記アンテナ（１）は、
   が成り立つように形成されており、
   上記式においてε_{ｒ＿ｅｆｆ}は前記誘電体支持エレメント（３）の材料の実効誘電率であり、Ｌは前記アンテナ（１）の全長であり、λ_０は所定の波長であり、
   前記所定の波長は有利には、８６５〜８６８ＭＨｚのＵＨＦ帯域、９０２〜９２８ＭＨｚのＵＨＦ帯域または９５０〜９５６ＭＨｚのＵＨＦ帯域から選択された波長である、ＲＦＩＤトランスポンダ。
7. 前記第１のメタライジング（Ｍ１）と前記第２のメタライジング（Ｍ２）とは、導電性材料が充填された前記誘電体支持エレメントの少なくとも１つのスルーホール（８）を介して導電接続され、かつ／または、該誘電体支持エレメントの外側に設けられた少なくとも１つの線路区分を介して導電接続され、
   前記スルーホール（８）は有利には２つであり、前記線路区分は有利には２つであり、
   前記導電性材料は有利には電気メッキによって前記スルーホール（８）に充填される、請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
8. 前記アンテナ（１）は少なくとも１巻きを有するかまたはループを有し、有利にはちょうど１巻きまたは１つのループを有し、かつ／またはループアンテナとして形成されている、請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
9. 前記誘電体支持エレメント（３）は直方体形および／または２０００〜７０００μｍの前記第１の表面と前記第２の表面との間の間隔で形成されており、かつ／または導体板材料を含むか、または導体板材料から成り、
   かつ／または、
   前記第１のメタライジングおよび／または前記第２のメタライジングは前記誘電体支持エレメントを１０〜１００μｍの厚さで被覆し、かつ／または、該第１のメタライジングおよび／または該第２のメタライジングはＣｕおよび／またはＡｇを含むかまたはＣｕおよび／またはＡｇから成り、
   前記第１の表面と前記第２の表面との間の間隔は有利には２０００〜４０００μｍであり、
   前記第１のメタライジングおよび／または前記第２のメタライジングは前記誘電体支持エレメントを有利には１８〜３５μｍの厚さで被覆する、請求項１記載のＲＦＩＤトランスポンダ。
10. ＲＦＩＤトランスポンダの製造方法であって、
    アンテナ（１）を設け、
    少なくとも１つの送受信回路と、メモリを含むチップ（２）とを設け、
    誘電体支持エレメント（３）の第１の表面（Ｏ１）に第１のメタライジング（Ｍ１）を少なくとも局所的に被覆し、該第１の表面に対向する該誘電体支持エレメント（３）の第２の表面（Ｏ２）に第２のメタライジング（Ｍ２）を少なくとも局所的に被覆し、
    前記第１のメタライジング（Ｍ１）と前記第２のメタライジング（Ｍ２）とを導電接続して前記アンテナ（１）を形成し、該第１のメタライジングが、前記誘電体支持エレメントの第１の表面に配置される前記アンテナの２つの電気的端子（Ａ１，Ａ２）を形成するように、該第１のメタライジングをパターニングし、
    前記２つの電気的端子を介して前記チップに電気的にコンタクトし、該チップを前記第１の表面に配置し、かつ／または該チップを該第１の表面に少なくとも局所的に組み込み、
    前記アンテナの入力インピーダンスが前記チップのインピーダンスに複素共役マッチングされるように、マッチングネットワーク（４）を前記第１のメタライジングのパターニングによって少なくとも部分的に形成する
    製造方法において、
    前記チップ（２）に第１の容量Ｃ _ｓｅｒ （５）を直列接続し、該チップ（２）および該第１の容量Ｃ _ｓｅｒ （５）から成る直列接続体に第２の容量Ｃ _{ｓｈｕｎｔ} （６）を並列接続して、前記第１の容量Ｃ _ｓｅｒ （５）および前記第２の容量Ｃ _{ｓｈｕｎｔ} （６）を有する前記マッチングネットワーク（４）を構成する
    ことを特徴とする製造方法。