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JP6658974B1 - Ｒｆｉｄタグ読み取り用アンテナ - Google Patents

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Abstract

ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ（１０１）は、周囲長が通信周波数における１／４波長より短い第１ループ状導体（１２）で構成されるスモールループアンテナ（１０）と、スモールループアンテナ（１０）の第１ループ状導体（１２）の開口より開口が小さな第２ループ状導体（２２）を有し、第１ループ状導体（１２）が形成する面から所定距離離れた位置に配置されるスプリットリング共振器（２０）と、を備える。そして、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ（１０１）は、通信相手であるＲＦＩＤタグからスプリットリング共振器（２０）までの距離が、スモールループアンテナ（１０）からスプリットリング共振器（２０）までの距離より短い状態で、ＲＦＩＤタグと結合する。

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグと結合してＲＦＩＤタグの情報を読み取るため等に用いられるＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナに関する。
特許文献１には、小型の磁界結合型ＲＦＩＤタグと、ループアンテナを用いたリーダーライターアンテナが開示されている。具体的には、ＲＦＩＤタグには複数のコイル状導体が積層されてなるコイルアンテナが用いられ、ループアンテナにおけるループ状導体の導体幅がコイルアンテナにおけるコイル状導体の導体幅よりも大きくして、ループアンテナにおける導体損失を抑えながら、磁束をループアンテナにおける巻回軸の中心線上に集中させるように構成されている。また、ＲＦＩＤタグのコイルアンテナのコイル状導体と金属物との間に生じる浮遊容量を最小限にして、ＲＦＩＤタグとリーダーライターとの結合度を向上させるように構成されている。
国際公開２０１１／１１８３７９号
ＲＦＩＤタグの使用形態として、ＲＦＩＤタグから比較的離れた位置で、ＲＦＩＤタグの記録情報を読み取ったり、ＲＦＩＤタグに所定の情報を書き込んだりする場合と、ＲＦＩＤタグに接して、又は極近接して読み取り／書き込みを行う場合がある。
また、物品に対するＲＦＩＤタグの取り付け構造として、絶縁体又は誘電体の部材の表面に貼付されるか内部に埋め込まれる場合と、金属部材の表面に貼付されるか内部に配置される場合とがある。
特許文献１に記載のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナは、スモールループアンテナであるので、磁界結合型のＲＦＩＤタグと結合するアンテナであるものの、金属部材の表面に貼付又は内部に配置された磁界結合型のＲＦＩＤタグと通信できない場合がある。これは、スモールループアンテナがＲＦＩＤタグに近接すると、このスモールループアンテナは金属にも近接することになって、スモールループアンテナの共振周波数が所定の周波数から大きく変位してしまって、磁界を介して通信するための電力が低下するからである。
そこで、本発明の目的は、金属部材の表面又は内部に配置されたＲＦＩＤタグと近接しても通信を行えるようにしたＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナを提供することにある。
本開示の一例としてのＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナは、
周囲長が通信周波数における１／４波長より短い第１ループ状導体で構成されるスモールループアンテナと、
ループの一部を開口させる開口部を有し、前記スモールループアンテナの前記第１ループ状導体の開口径より開口径が小さな第２ループ状導体で構成され、前記第１ループ状導体が形成する面から所定距離離れた位置に配置される複数の共振器と、を備え、
前記複数の共振器のうち互いに隣接する共振器の前記第２ループ状導体の向きは、当該隣接する共振器が有する前記第２ループ状導体の開口部同士が近接しないように定められている。
そして、このＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナは、前記スモールループアンテナから前記共振器までの距離より、通信相手であるＲＦＩＤタグから前記共振器までの距離が短い状態で、前記ＲＦＩＤタグと結合する。
上記構成のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナによれば、スモールループアンテナは、ＲＦＩＤタグが設けられている金属部材の影響を大きく受けること無く、したがって共振周波数が殆ど変位しない。一方、前記共振器は金属部材に近接するものの、スモールループアンテナに比較して開口径が小さいので、金属部材の影響を受け難い状態でＲＦＩＤタグと結合する。前記共振器はスモールループアンテナと結合するので、結局、スモールループアンテナは共振器を介してＲＦＩＤタグと通信可能となる。
また、隣接する第２ループ状導体の開口同士が近接しないことで、隣接するスプリットリング共振器同士の不要結合が抑制される。
本発明によれば、金属部材の表面又は内部に配置されたＲＦＩＤタグと近接しても通信を行えるようにしたＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナが得られる。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１の斜視図である。図１（Ｂ）はＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１の正面図である。 図２はスプリットリング共振器２０の平面図である。 図３はＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１と、物品に付されたＲＦＩＤタグ２００との位置関係の例を示す正面図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、ＲＦＩＤタグ２００が付された物品の例を示す断面図である。 図５はスモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２の構成を示す斜視図である。 図６はスモールループアンテナ１０の入出力ポート部分の構成を示す部分平面図である。 図７はスプリットリング共振器２０の斜視図である。 図８は、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１における、位置と磁界強度との関係を示す図である。 図９はスモールループアンテナ１０、スプリットリング共振器２０、及び金属部材３００の位置関係を示す図である。 図１０は、スモールループアンテナ１０の入出力部からみた反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。 図１１は、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔を変化させたときの、スモールループアンテナ１０の入出力部からみた反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。 図１２は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０２の正面図である。 図１３はスプリットリング共振器２０の平面図である。 図１４は第２の実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナが備えるスプリットリング共振器アレイ２０Ａの平面図である。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、第３の実施形態に係るスプリットリング共振器２０の斜視図である。 図１６は、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示したスプリットリング共振器２０の等価回路図である。 図１７は、第３の実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナが備えるスプリットリング共振器アレイ２０Ａの平面図である。 図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、第３の実施形態に係る別のスプリットリング共振器２０の平面図である。
まず、本発明に係る無線通信デバイスにおける各種態様の構成について記載する。
本発明に係る第１の態様のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナは、スモールループアンテナと、共振器とを備える。上記スモールループアンテナは、周囲長が１／４波長より短い第１ループ状導体で構成される。上記共振器は、開口がスモールループアンテナの第１ループ状導体の開口より小さな第２ループ状導体を有し、スモールループアンテナの第１ループ状導体が形成する面から所定距離離れた位置に配置される。そして、スモールループアンテナから共振器までの距離より、共振器から通信相手であるＲＦＩＤタグまでの距離が短い状態で、ＲＦＩＤタグと結合する。
本発明に係る第２の態様のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナでは、スモールループアンテナの第１ループ状導体の形成面に対して垂直でかつ第１ループ状導体の中心を通る線上に共振器が配置される。つまり、スモールループアンテナの第１ループ状導体と共振器の第２ループ状導体とは同軸関係に配置される。
本発明に係る第３の態様のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナでは、共振器は複数あって、共振器の第２ループ状導体が形成する面が、スモールループアンテナの第１ループ状導体が形成する面に対して平行となる関係で配置される。
本発明に係る第４の態様のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナでは、第２ループ状導体の概形は、直交する二軸方向に沿った辺を有する四角形であり、この二軸方向に複数の共振器は配列される。
本発明に係る第５の態様のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナでは、上記第２ループ状導体は、一部にスリットが入ったリング状の導体であり、上記共振器はスプリットリング共振器である。
本発明に係る第６の態様のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナでは、上記共振器の位置での磁界強度は、スモールループアンテナの中心位置での磁界強度より高い状態となるように、スモールループアンテナと共振器との間隔を定める。
《第１の実施形態》
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１の斜視図である。図１（Ｂ）はＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１の正面図である。
ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１は、スモールループアンテナ１０と、スプリットリング共振器２０とを備える。スモールループアンテナ１０は、絶縁体又は誘電体の基板１１と、この基板１１に形成された第１ループ状導体１２とで構成される。この第１ループ状導体１２は周囲長が通信周波数の１／４波長より短い円環状の導体である。第１ループ状導体１２のループの始端及び終端は、スモールループアンテナ１０の入出力ポートＰである。
スプリットリング共振器２０は、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２が形成する面、つまり基板１１の主面、に対して垂直でかつ第１ループ状導体１２の中心Ｏを通る線上に配置されている。
図２はスプリットリング共振器２０の平面図である。スプリットリング共振器２０は、絶縁性の基板２１と、基板２１に形成された第２ループ状導体２２とを備える。この第２ループ状導体２２は方形環状の導体である。第２ループ状導体２２の始端及び終端は容量装荷部ＣＰである。この例では、容量装荷部ＣＰにキャパシタ２３が接続されている。つまり、第２ループ状導体２２の始端と終端とがキャパシタ２３を介して接続されている。
スプリットリング共振器２０の基板２１の主面とスモールループアンテナ１０の基板１１の主面とは平行である。また、スプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２の中心Ｏと、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２の中心Ｏには、基板１１の主面に対する垂線が通る。つまり、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２とスプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２とは同軸関係にある。
図３はＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１と、物品に付されたＲＦＩＤタグ２００との位置関係の例を示す正面図である。典型的には、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２の中心Ｏ（図１（Ａ）参照）と、スプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２の中心Ｏ（図２参照）とを結ぶ線上にＲＦＩＤタグ２００が位置するように、ＲＦＩＤタグ２００とスプリットリング共振器２０とが近接される。ＲＦＩＤタグ２００の典型的な構成は特許文献１に開示されているとおりである。
ここで、スモールループアンテナ１０からスプリットリング共振器２０までの距離をｄｚ２、スプリットリング共振器２０からＲＦＩＤタグ２００までの距離をｄｚ１で表すと、スモールループアンテナ１０、スプリットリング共振器２０、及びＲＦＩＤタグ２００の位置関係は、ｄｚ１＜ｄｚ２の関係にある。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、ＲＦＩＤタグ２００が付された物品の例を示す断面図である。図４（Ａ）に示す物品３０１は、金属部材３００の表面にＲＦＩＤタグ２００が貼付されている。図４（Ｂ）に示す物品３０２は、金属部材３００の凹部にＲＦＩＤタグ２００が配置されている。つまり、ＲＦＩＤタグ２００が金属部材３００の内部に配置されている。
上記構成のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１のスモールループアンテナ１０は、ＲＦＩＤタグ２００が設けられている金属部材３００から充分に離れた位置にあるので、その金属部材３００の影響を大きく受けること無く、したがってスモールループアンテナ１０の共振周波数は所定周波数を保つ。一方、スプリットリング共振器２０は金属部材３００に近接するものの、スプリットリング共振器２０は、スモールループアンテナ１０に比較して第２ループ状導体２２の開口径が小さいので、金属部材３００の影響を受け難い状態でＲＦＩＤタグ２００と結合する。そして、スプリットリング共振器２０はスモールループアンテナ１０と磁界結合するので、結局、スモールループアンテナ１０はスプリットリング共振器２０を介してＲＦＩＤタグ２００と通信可能となる。
このように、金属部材３００を有する物品３０１，３０２であっても、本実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１は、その物品３０１，３０２に付されたＲＦＩＤタグ２００と通信可能である。
図５はスモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２の構成を示す斜視図である。図５においては、基板１１の厚み方向（Ｚ軸方向）の倍率を面方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の倍率より１０倍高めて表している。基板１１は例えば厚さ0.8mmのガラスエポキシ基板である。基板１１の上面に第１ループ状導体１２Ａが形成されていて、基板１１の下面に第１ループ状導体１２Ｂが形成されている。第１ループ状導体１２Ａ，１２ＢはいずれもＣｕ箔がパターンニングされたものであり、外径30.5mm、内径24.5mmの円環状である。第１ループ状導体１２Ａ，１２Ｂは基板１１を平面視して（Ｚ軸方向に視て）全体的に重なる。
第１ループ状導体１２Ａ，１２Ｂは複数の層間接続導体１２Ｖを介して電気的に接続されている。これら層間接続導体１２Ｖは、例えば貫通孔と、その内面に形成されたＣｕめっき膜とで構成されるスルーホールである。
図６はスモールループアンテナ１０の入出力ポートＰ部分（図１（Ａ）参照）の構成を示す部分平面図である。第１ループ状導体１２Ａの始端と終端とはキャパシタ１３を介して接続されている。この第１ループ状導体１２Ａの始端及び終端に平衡伝送線路の一端が接続される。スモールループアンテナ１０と通信回路との間は上記平衡伝送線路を介して接続される。図６においては、インピーダンス整合用のインダクタＬ０，Ｌ１，Ｌ２が接続されている。配線Ｗ，Ｗの端部には、シミュレーションのための５０Ωの終端抵抗Ｒが接続されている。例えば、キャパシタ１３は1pFであり、インダクタＬ０は2nH、インダクタＬ１，Ｌ２はそれぞれ23nHである。
第１ループ状導体１２Ａ，１２Ｂ、層間接続導体１２Ｖ、及びキャパシタ１３によってスモールループアンテナ１０が構成されている。このスモールループアンテナ１０の共振周波数は例えば864MHzである。
なお、図５に示した例では、スモールループアンテナ１０が、円環状の第１ループ状導体１２を備える例を示したが、長方形環状、菱形環状、楕円環状、長円環状等、各種形状のループ状導体を備えてもよい。
図７はスプリットリング共振器２０の斜視図である。図７においては、基板２１の厚み方向（Ｚ軸方向）の倍率は面方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の倍率と同じである。図７において、基板２１は例えば厚さ0.8mmのガラスエポキシ基板である。基板２１の上面に第２ループ状導体２２Ａが形成されていて、基板２１の下面に第２ループ状導体２２Ｂが形成されている。第２ループ状導体２２Ａ，２２ＢはいずれもＣｕ箔がパターンニングされたものであり、外幅3mm、内幅2mmの方形環状である。第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂは基板２１を平面視して（Ｚ軸方向に視て）全体的に重なる。
第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂは複数の層間接続導体２２Ｖを介して電気的に接続されている。これら層間接続導体２２Ｖは、例えば貫通孔と、その内面に形成されたＣｕめっき膜とで構成されるスルーホールである。
第２ループ状導体２２Ａの始端と終端とはキャパシタ２３を介して接続されている。第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂ、層間接続導体２２Ｖ、及びキャパシタ２３によってスプリットリング共振器２０が構成されている。キャパシタ２３は例えば11pFであり、このスプリットリング共振器２０の共振周波数は例えば864MHzである。
なお、図２、図７に示した例では、スプリットリング共振器２０が、方形環状の第２ループ状導体２２を備える例を示したが、長方形環状、菱形環状、円環状、楕円環状、長円環状等、各種形状のループ状導体を備えてもよい。
図８は、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１を以上に示したとおり構成した場合の、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１における、位置と磁界強度との関係を示す図である。図８の横軸は、図３に示したスモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２の中心Ｏと、スプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２の中心Ｏとを通る直線上の（Ｚ軸に沿った方向の）位置であり、スモールループアンテナ１０の位置を０、スプリットリング共振器２０への方向を正の方向として表している。以降、Ｚ軸方向の位置を“Ｚ”で表す。図８の縦軸は磁界強度である。この例では、スモールループアンテナ１０の位置（Ｚ＝０）で約20A/mとなる条件としている。また、スプリットリング共振器２０はスモールループアンテナ１０から19.2mmだけ離れた位置に配置している。つまり、スプリットリング共振器２０の下部の第２ループ状導体２２Ｂはスモールループアンテナ１０から19.2mmだけ離れていて、スプリットリング共振器２０の上部の第２ループ状導体２２Ａはスモールループアンテナ１０から20mmだけ離れている。
仮に、スプリットリング共振器２０が存在しないとすると、スモールループアンテナ１０による磁界の強度はZ=0でピークとなり、そこから離れるほど、磁界強度は低下する。これに対し、スプリットリング共振器２０を設けることで、スプリットリング共振器２０の近傍で磁界強度が向上する。つまり、図８に表れているように、Z=19.5mmを中心とする前後で磁界強度は向上する。図８に示す例では、Z=19.5mmでの磁界強度は35A/mであり、Z=0での磁界強度のピーク値20A/mより高い。このように、スプリットリング共振器２０は、スモールループアンテナ１０から離れた位置で、スモールループアンテナの磁界を増強するように作用する。
スプリットリング共振器２０がスモールループアンテナ１０から離れるほど、スモールループアンテナ１０はスプリットリング共振器２０の近傍の金属部材３００の影響を受け難くなるが、スモールループアンテナ１０とスプリットリング共振器２０との結合係数は、スプリットリング共振器２０がスモールループアンテナ１０から離れるほど低下する。したがって、スプリットリング共振器２０の位置における磁界強度は、スモールループアンテナ１０からスプリットリング共振器２０が離れるほど低下し、上記増強効果はスプリットリング共振器２０がスモールループアンテナ１０から離れるほど低下する。
したがって、スプリットリング共振器２０の位置での磁界強度が、スモールループアンテナ１０の中心位置での磁界強度より高い状態となるように、スモールループアンテナ１０とスプリットリング共振器２０との間隔を定めることが好ましい。このことにより、スモールループアンテナ１０が金属部材３００から離れることによってスモールループアンテナの共振周波数が安定化するだけでなく、スプリットリング共振器２０を介する、スモールループアンテナ１０とＲＦＩＤタグ２００との結合を高めることもでき、通信性能がより向上する。
次に、上述のスモールループアンテナ１０に対する金属部材３００の近接による影響について例示する。
図９はスモールループアンテナ１０、スプリットリング共振器２０、及び金属部材３００の位置関係を示す図である。スモールループアンテナ１０とスプリットリング共振器２０との間隔をdz2、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔をdz3で表すと、dz2=18.2mm、dz3=20mm、である。また、金属部材３００は40mm×40mmの方形のCu板である。
図１０は、スモールループアンテナ１０の入出力部からみた反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。スモールループアンテナ１０及びスプリットリング共振器２０の構成は以上に示したとおりである。図１０において、特性曲線Ａは、金属部材３００及びスプリットリング共振器２０が無く、スモールループアンテナ１０単体での特性である。特性曲線Ｂは、金属部材３００が無く、スプリットリング共振器２０が図９に示した位置に存在する状態での特性である。特性曲線Ｃはスプリットリング共振器２０を備え、金属部材３００が存在する状態での特性であり、特性曲線Ｄはスプリットリング共振器２０が無くて、金属部材３００が存在する状態での特性である。
金属部材３００が無い状態では、特性曲線Ａ，Ｂに表れているように、スモールループアンテナ１０の共振周波数は864MHzである。スプリットリング共振器２０が無くて、金属部材３００が存在する状態、つまり、従来構造のアンテナでは、スモールループアンテナ１０の共振周波数は特性曲線Ｄに表れているように、866.3MHzである。これに対し、本実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１では、スモールループアンテナ１０の共振周波数は、特性曲線Ｃに表れているように、864.7MHzである。
図１０に示したように、金属部材３００の近接によって、スモールループアンテナ１０の共振周波数は上昇（高域にシフト）する。これは、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２の周囲に生じる磁力線が、金属部材３０に流れる渦電流による磁力線で打ち消されることによって、第１ループ状導体１２のインダクタンスが低下するためである。しかし、本実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０１によれば、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔が、特性曲線Ｄが得られる場合と同じ条件でありながら、スプリットリング共振器２０の存在によって、スモールループアンテナ１０の共振周波数のシフト量は少ない。これは、スモールループアンテナ１０が、単体での共振周波数が864MHzのスプリットリング共振器２０と磁界結合するからである。
このように、スモールループアンテナ１０が金属部材３００から離れることで、スモールループアンテナ１０の共振周波数の上昇が抑制されるだけでなく、スプリットリング共振器２０の存在によって、スモールループアンテナ１０の共振周波数の上昇が抑制される。
なお、スプリットリング共振器２０が金属部材３００に近接することによって、スプリットリング共振器２０の共振周波数は上昇するので、この上昇量を予め見越して、スプリットリング共振器２０の共振周波数をスモールループアンテナ１０の共振周波数に合わせておくことが好ましい。つまり、金属部材３００がスプリットリング共振器２０に近接する状態でのスモールループアンテナ１０の共振周波数をf10で表し、金属部材３００がスプリットリング共振器２０に近接する状態でのスプリットリング共振器２０の共振周波数をf20で表すと、f20 = f10 の関係となるように、スプリットリング共振器２０単体での共振周波数を定めておくことが好ましい。
次に、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔による、スモールループアンテナ１０の共振周波数の変化の例を示す。
図１１は、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔を変化させたときの、スモールループアンテナ１０の入出力部からみた反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。ここで金属部材３００は40mm×40mmの方形のCu板である。スモールループアンテナ１０の構成は以上に示したとおりである。
図１１に表れているように、金属部材３００が無い状態での共振周波数は図１０にも示したとおり864MHzである。スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔（図９に示したdz3）が20mmであるとき、スモールループアンテナ１０の共振周波数は866.5MHzであり、dz3が15mmであるとき、スモールループアンテナ１０の共振周波数は869.5MHzであり、dz3が10mmであるとき、スモールループアンテナ１０の共振周波数は877.5MHzである。
このように、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との間隔が小さいほど、スモールループアンテナ１０の共振周波数は上昇する。この間隔dz3が10mmであるとき、スモールループアンテナ１０の共振周波数は(877.5 - 864) / 864 = 0.0156、つまり約16%も変位するが、間隔dz3が大きくなるに従い、スモールループアンテナ１０の共振周波数の上昇量は次第に小さくなる。このことは、dz3が10mmから15mmへの5mmの変化に対する共振周波数の変位量より、dz3が15mmから20mmへの5mmの変化に対する共振周波数の変位量が小さいことからも明らかである。したがって、物品に金属部材３００が存在する場合と存在しない場合とで、通信性能に実質的な差が無いように、スモールループアンテナ１０と金属部材３００との最小間隔、つまり、スモールループアンテナ１０とスプリットリング共振器２０との間隔を定めればよい。例えば、スモールループアンテナ１０とスプリットリング共振器２０との間隔は20mmに定める。
以上に述べた作用効果以外に、本実施形態によれば、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２とスプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２とは同軸関係に配置されているので、かつ、第１ループ状導体１２の形成面と第２ループ状導体２２の形成面とは平行であるので、スモールループアンテナ１０とスプリットリング共振器２０との結合を最も効果的に高めることができる。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、複数のスプリットリング共振器を備えるＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナの例を示す。
図１２は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０２の正面図である。図１３はスプリットリング共振器２０の平面図である。
ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ１０２は、一つのスモールループアンテナ１０と、複数のスプリットリング共振器２０とを備える。スモールループアンテナ１０は、絶縁性の基板１１と、基板１１に形成された第１ループ状導体１２とで構成される。このスモールループアンテナ１０の構成は第１の実施形態で示したスモールループアンテナ１０と同じである。
複数のスプリットリング共振器２０それぞれは、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２が形成する面（Ｘ−Ｙ面）に対して平行な面上に配列されている。各スプリットリング共振器２０の構成は第１の実施形態で示したスプリットリング共振器２０と同じである。
図１３に示す例では、縦方向に５個、横方向に５個、計２５個のスプリットリング共振器２０が二次元アレイ状に配置されている。これら複数のスプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２とスモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２とは平行関係にある。また、これら複数のスプリットリング共振器２０のうち、配置位置の中央にあるスプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２の中心Ｏと、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２（図１（Ａ）参照）の中心Ｏには、基板１１の主面に対する垂線が通る。つまり、複数のスプリットリング共振器２０のうち最も多くのスプリットリング共振器２０がスモールループアンテナ１０と平行に対向する関係に、複数のスプリットリング共振器２０が配置されている。
上記複数のスプリットリング共振器２０はそれぞれスモールループアンテナ１０と磁界結合する。また、上記複数のスプリットリング共振器２０のうちＲＦＩＤタグ２００と近接するスプリットリング共振器２０がＲＦＩＤタグ２００と結合する。
図１４は、本実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナが備えるスプリットリング共振器アレイ２０Ａの平面図である。図１３に示したスプリットリング共振器２０とは異なり、共通の基板２１に複数の第２ループ状導体２２が形成されている。図１４に示す例では、縦方向に５個、横方向に５個、計２５個の第２ループ状導体２２が二次元アレイ状に配置されている。各第２ループ状導体２２及びキャパシタ２３の構成は、図２に示したとおりである。このように、単一の基板に複数のスプリットリング共振器２０を構成してもよい。
なお、図１３、図１４に示した例では、各第２ループ状導体２２の容量装荷部（キャパシタ接続部）の位置を同方向に揃えて複数の第２ループ状導体２２を配置したが、各第２ループ状導体２２の容量装荷部（図２に示すＣＰ）の位置は、隣接する第２ループ状導体２２について異なる方向にあってもよい。また、隣接するスプリットリング共振器２０の容量装荷部同士が対向しないように複数のスプリットリング共振器２０を配置すると、隣接するスプリットリング共振器同士の不要結合を抑制できる。
また、図２、図１３、図１４では、一つの第２ループ状導体２２の両端に一つのキャパシタ２３が接続されて構成されたスプリットリング共振器２０を例示したが、例えばＣ字型やコ字型の半分の第２ループ状導体２２の両端部同士を向かい合わせて、両端部同士を、キャパシタを介してそれぞれ接続することで、一つのスプリットリング共振器を構成してもよい。つまり、一つのリング状の導体に二つ又はそれ以上の数のキャパシタを挿入してスプリットリング共振器を構成してもよい。
本実施形態によれば、複数のスプリットリング共振器２０の第２ループ状導体２２が形成する面が、スモールループアンテナ１０の第１ループ状導体１２が形成する面に対して平行であるので、各スプリットリング共振器２０とスモールループアンテナ１０とが強く結合する。また、結果的に、スモールループアンテナ１０の全周が、ＲＦＩＤタグ２００が付された金属部材３００から効果的に離れるので、金属部材３００の近接によるスモールループアンテナ１０の共振周波数の変位を効果的に抑制できる。
また、本実施形態によれば、第２ループ状導体２２の概形は、直交する二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に沿った辺を有する四角形であり、この二軸方向に複数のスプリットリング共振器２０が配列されるので、複数のスプリットリング共振器２０を高密度に配置でき、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナを小型化できる。
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナが備えるスプリットリング共振器の他の例を示す。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、第３の実施形態に係るスプリットリング共振器２０の斜視図である。図１６は、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示したスプリットリング共振器２０の等価回路図である。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示すように、基板２１の上面には第２ループ状導体２２Ａが形成されていて、基板２１の下面には第２ループ状導体２２Ｂが形成されている。基板２１は例えばガラスエポキシ基板であり、第２ループ状導体２２Ａ，２２ＢはいずれもＣｕ箔がパターンニングされたものである。図７に示したスプリットリング共振器２０とは異なり、第２ループ状導体２２Ａと第２ループ状導体２２Ｂとは層間接続導体では接続されていない。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示すいずれのスプリットリング共振器２０も、平面視で、第２ループ状導体２２Ａと第２ループ状導体２２Ｂとは全体的に重なり、重なった全体形状は方形環状である。そして、第２ループ状導体２２Ａの開口部ＯＰと第２ループ状導体２２Ｂの開口部ＯＰとは、上記方形の四辺のうち互いに反対の辺に形成されている。
したがって、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示したスプリットリング共振器２０の等価回路図は図１６のように表される。図１６において、インダクタＬＡは第２ループ状導体２２Ａに生じるインダクタンスに相当し、インダクタＬＢは第２ループ状導体２２Ｂに生じるインダクタンスに相当する。また、キャパシタＣＡ，ＣＢは第２ループ状導体２２Ａと第２ループ状導体２２Ｂとの対向部分に生じるキャパシタンスに相当する。このようにしてスプリットリング共振器２０が構成される。
図１７は、本実施形態のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナが備えるスプリットリング共振器アレイ２０Ａの平面図である。各スプリットリング共振器２０の構造は図１５（Ａ）に示したとおりである。つまり、図１５（Ａ）に示した構造の第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂが一つの基板２１に配列されている。
図１７に示す例では、第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂの開口部ＯＰの位置が、隣接する第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂの開口部ＯＰの位置に近接しないように各第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂの向きが定められている。
このように、二つの第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂ間に分布する容量をＬＣ共振器のキャパシタとして用いる場合、隣接する第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂの開口ＯＰ同士が近接しないように配置することで、隣接するスプリットリング共振器同士の不要結合を抑制できる。
なお、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１７では、方形環状の第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂを備えるスプリットリング共振器の例を示したが、同様にして、Ｃ字型の円環状のループ状導体を備えるスプリットリング共振器を構成してもよい。
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、第３の実施形態に係る別のスプリットリング共振器２０の平面図である。基板２１の上面には第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂがそれぞれ形成されている。基板２１は例えばガラスエポキシ基板であり、第２ループ状導体２２Ａ，２２ＢはいずれもＣｕ箔がパターンニングされたものである。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示したスプリットリング共振器２０とは異なり、第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂは基板２１の一方の面にのみ形成されている。図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）のいずれの例も、第２ループ状導体２２Ｂは第２ループ状導体２２Ａの平面視での内部に同軸関係で配置されている。そして、第２ループ状導体２２Ａの開口部ＯＰと第２ループ状導体２２Ｂの開口部ＯＰとは、第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂの中心Ｏを中心として互いに反対方向の位置に形成されている。したがって、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示したスプリットリング共振器２０においても、その等価回路図は図１６のように表される。
このように、同一平面に二つの第２ループ状導体２２Ａ，２２Ｂを形成してスプリットリング共振器２０を構成してもよい。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
ＣＡ，ＣＢ…キャパシタ
ＣＰ…容量装荷部
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２…インダクタ
ＬＡ，ＬＢ…インダクタ
Ｏ…中心
ＯＰ…開口部
Ｐ…入出力ポート
Ｗ…配線
１０…スモールループアンテナ
１１…基板
１２…第１ループ状導体
１２Ａ，１２Ｂ…第１ループ状導体
１２Ｖ…層間接続導体
１３…キャパシタ
２０…スプリットリング共振器
２０Ａ…スプリットリング共振器アレイ
２１…基板
２２…第２ループ状導体
２２Ａ，２２Ｂ…第２ループ状導体
２２Ｖ…層間接続導体
２３…キャパシタ
１０１，１０２…ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ
２００…ＲＦＩＤタグ
３００…金属部材
３０１，３０２…物品

Claims (4)

  1. 周囲長が通信周波数における１／４波長より短い第１ループ状導体で構成されるスモールループアンテナと、
    ループの一部を開口させる開口部を有し、前記スモールループアンテナの前記第１ループ状導体の開口径より開口径が小さな第２ループ状導体で構成され、前記第１ループ状導体が形成する面から所定距離離れた位置に配置される複数の共振器と、を備え、
    前記複数の共振器のうち互いに隣接する共振器の前記第２ループ状導体の向きは、当該隣接する共振器が有する前記第２ループ状導体の開口部同士が近接しないように定められていて、
    前記スモールループアンテナから前記共振器までの距離より、通信相手であるＲＦＩＤタグから前記共振器までの距離が短い位置にある前記ＲＦＩＤタグと結合する、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ。
  2. 前記共振器の前記第２ループ状導体の形成する面が、前記スモールループアンテナの前記第１ループ状導体が形成する面に対して平行となる関係で配置される、請求項１に記載の、ＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ。
  3. 前記第２ループ状導体の概形は、直交する二軸方向に沿った辺を有する四角形であり、前記複数の共振器は、前記二軸方向に配列された、
    請求項２に記載のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ。
  4. 前記共振器の位置での磁界強度は、前記スモールループアンテナの中心位置での磁界強度より高い、請求項１から３のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ読み取り用アンテナ。
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