WO2011055702A1 - 無線icタグ、リーダライタ及び情報処理システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wireless IC tag, in particular, a wireless IC tag used in an RFID (Radio Frequency Identification) system, a reader / writer that communicates with the wireless IC tag, and an information processing system including the wireless IC tag.
- RFID Radio Frequency Identification
- Patent Document 1 describes a wireless IC tag including two coiled antennas connected in series so as to draw a figure 8.
- an object of the present invention is to provide a wireless IC tag, a reader / writer, and an information processing system capable of increasing energy transmission efficiency and extending a communication distance.
- the wireless IC tag comprises: A wireless IC chip and at least two coiled antennas; One end of each of the at least two coiled antennas is electrically connected to the wireless IC chip, and the other end is electrically connected to each other,
- the at least two coiled antennas are arranged at different positions on the respective winding axes, and have the same winding direction; It is characterized by.
- the reader / writer is An antenna and an information processing unit;
- the antenna includes a first coiled antenna part and a second coiled antenna part, One end of each of the first and second coiled antenna units is electrically connected to the information processing unit, and the other end is electrically connected to each other,
- the first and second coiled antenna portions are arranged at positions where the respective winding axes are different, and the winding direction is the same, It is characterized by.
- An information processing system is A wireless IC tag according to the first embodiment; and a reader / writer. Processing the wireless IC tag information in the reader / writer; It is characterized by.
- the information processing system that is the third form may include the reader / writer that is the second form.
- a plurality of coiled antennas that transmit and receive high-frequency signals (for example, UHF band, HF band) at relatively short distances have respective winding axes. Since they are arranged at different positions and have the same winding direction, currents generated in the respective antennas (antenna portions) do not cancel each other, and energy transmission efficiency is improved.
- the energy transfer efficiency between the antenna of the reader / writer and the antenna of the wireless IC tag can be improved, and the communication distance can be increased.
- FIG. 1 is a perspective view showing an information processing system including a wireless IC tag according to a first embodiment.
- wireless IC tag shown in FIG. The perspective view which shows the laminated structure of the coiled antenna of the radio
- FIG. 11A is a perspective view of a reader / writer side antenna
- FIG. 11B is a block diagram of a circuit.
- FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of the wireless IC tag illustrated in FIG. 14.
- FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of a modification of the wireless IC tag shown in FIG. 14.
- (A), (B), (C) is a perspective view showing a wireless IC tag according to a sixth embodiment.
- (A), (B) is a perspective view which shows the radio
- the wireless IC tag 1A includes a wireless IC chip 10 that processes a transmission / reception signal having a predetermined frequency, and two coiled antennas 20A and 20B.
- the wireless IC chip 10 includes a clock circuit, a logic circuit, a memory circuit, etc., stores necessary information, and has a pair of input / output terminal electrodes (not shown) on the back surface.
- the coiled antennas 20A and 20B are obtained by winding a conductor in a coil shape, and one end of each is electrically connected to the input / output terminal electrode of the wireless IC chip 10 and the other end is electrically connected to each other. ing. These antennas 20A and 20B have their winding axes arranged at different positions in plan view, and have the same winding direction so that the directions of the magnetic fields due to currents flowing at a certain moment are the same. As will be described below with reference to FIG. 3, the antennas 20 ⁇ / b> A and 20 ⁇ / b> B are configured by stacking a plurality of coil conductors formed on the substrate 21, and the wireless IC chip 10 is mounted on the substrate 21.
- the wireless IC tag 1A can communicate with the reader / writer 50, and both constitute an information processing system.
- the reader / writer 50 includes a known information processing circuit 51 and an antenna 52.
- the antenna 52 is a magnetic field type antenna having a loop shape having an area substantially equal to the combined area of the antennas 20A and 20B of the wireless IC tag 1A.
- the coiled antennas 20A and 20B have the same winding direction, currents generated in the antennas 20A and 20B do not cancel each other, and energy transmission efficiency is improved. That is, the communication distance between the antenna 52 and the antennas 20A and 20B becomes long. Further, the antennas 20A and 20B are formed in a laminated structure, and the coil conductors are formed at positions overlapping each other in plan view, so that the opening area of the coil can be increased and the crossing magnetic flux increases, so that the communication distance Increases more.
- a small loop-shaped antenna is used as the antenna 52 of the reader / writer 50, and communication with the wireless IC tag 1A is mainly performed by a magnetic field. Since the magnetic field has a greater attenuation with respect to the distance than the electric field, communication is performed in a relatively close state. For this reason, communication can be performed only with the wireless IC tag to be read by the reader / writer 50, and there is no possibility of erroneous communication with the wireless IC tag that is not to be read in the vicinity.
- the imaginary part of the impedance of the wireless IC chip 10 and the imaginary part of the impedance of the coiled antennas 20A and 20B have a conjugate relationship with the frequency of the signal used for communication. That is, it is desirable that the resonance frequencies of the coiled antennas 20A and 20B are in the vicinity of the use frequency. It is further desirable that the real parts of the impedance match.
- the wireless IC tag 1A can be summarized into, for example, a size of 3.2 mm in length, 1.6 mm in width, and 0.5 mm in height.
- a double-sided tape or an adhesive may be used, or it may be attached with a seal, a label, a tape, or the like.
- either the wireless IC chip 10 side or the antenna 20A, 20B side may be directed to the surface of the article.
- the wireless IC chip 10 may be sealed by providing a sealing member 22 made of resin or ceramic on the substrate 21.
- the sealing member 22 may be the same material as the material of the substrate 21 described below.
- the wireless IC chip 10 can be protected by the sealing member 22, and the surface of the sealing member 22 can be flattened to be easily attached to an article.
- the substrate 21 is formed by stacking electrodes, conductors, and via-hole conductors on a plurality of sheets. Electrodes 31a and 31b connected to the input / output terminal electrodes of the wireless IC chip 10 are formed in the first layer, and coil conductors 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, and the like are formed in the second to fourth layers. 34b is formed, and the connecting coil conductor 35 is formed in the fifth layer.
- the coil conductors 32a, 32b to 34a, 34b are connected in a coil shape via via-hole conductors 36a, 36b to form antennas 20A, 20B, and the other ends of both ends of the coil conductor 35 via via-hole conductors 37a, 37b. It is connected to the. Further, one ends of the antennas 20A and 20B are connected to the electrodes 31a and 31b via via-hole conductors 38a and 38b.
- Each sheet of the substrate 21 may be formed of a general resin having a relative dielectric constant of 3 to 4, but is preferably formed of a material having a higher dielectric constant.
- the stability of operation can be achieved in addition to increasing the opening. That is, since the capacitance between the coil conductors is determined by the material (sheet material) between the coil conductors, the influence of the dielectric constant of the article to which the wireless IC tag 1A is attached is small (floating capacitance is less likely to fluctuate), and the coil There is little change in the inductance value. Therefore, the change in the resonance frequency is small and the communication distance is stabilized. In particular, by using a high dielectric constant material for the substrate 21, the impedance of the coil in the substrate 21 is almost determined, and it is difficult to be affected by the use environment.
- the wireless IC tag 1A is used by being attached to various articles, but can also be used by being attached on a metal plate 81 as shown in FIG.
- the wireless IC tag 1A can perform reliable communication with the reader / writer 50 by directing the wireless IC chip 10 side toward the metal plate 81 side.
- the sealing member 22 serves as a magnetic flux passage path. Even when the antennas 20A and 20B are attached to the metal plate 81 side, by arranging the antennas 20A and 20B on the upper side of the substrate 21 as much as possible, a magnetic flux passage path is ensured with the metal plate 81. can do.
- the wireless IC tag 1 ⁇ / b> A may be embedded in the recess 82 a of the metal body 82. Even if the antenna 52 of the reader / writer 50 is as small as the wireless IC tag 1A, the magnetic field can be concentrated on the tag 1A, and reliable communication is possible. In this case, it is preferable to provide a gap as a magnetic flux passage path in the wall portion between the wireless IC tag 1A and the recess 82a.
- the antenna of the reader / writer 50 may not be a loop shape but may be electric field antennas 53A and 53B having a flat plate shape as shown in FIG. Since the coiled antennas 20A and 20B of the wireless IC tag 1A are divided into two, an electric field is generated by generating a potential difference between the antennas 20A and 20B. For this reason, even if it is antenna 53A, 53B which makes the reader / writer 50 the electric field type flat plate shape, it can be operated.
- the antenna of the reader / writer 50 may be a multi-turn loop-shaped magnetic field antenna 54 as shown in FIG. Since the strength of the magnetic field is increased, the communication distance can be increased.
- the antenna of the reader / writer 50 may be composed of a first coiled antenna portion 55A and a second coiled antenna portion 55B, similar to the coiled antennas 20A and 20B. .
- One end of each of the coiled antenna portions 55A and 55B is electrically connected to the information processing circuit 51, and the other end is electrically connected to each other.
- antenna part 55A, 55B is arrange
- the coiled antenna portions 55A and 55B have the same winding direction, the same effects as the coiled antennas 20A and 20B can be obtained, and the energy transmission efficiency during communication with the wireless IC tag can be improved.
- the communication distance can be increased. In addition, this contributes to miniaturization of the reader / writer 50.
- a matching circuit including inductances L ⁇ b> 1 and L ⁇ b> 2 and a capacitance C may be provided between the antenna 52 of the reader / writer 50 and the information processing circuit 51. Since impedance matching at the operating frequency can be achieved, the energy transfer efficiency between the information processing circuit 51 and the antenna 52 can be improved, and the communication distance can be increased even with a small amount of power.
- the matching circuit may have a circuit configuration other than that shown in FIG.
- FIG. 10 and FIG. 11 Next, another example of an information processing system using the wireless IC tag 1A will be described.
- other wireless IC tags other than the wireless IC tag 1A can be used.
- this information processing system is a system that transmits information in a non-contact manner between the reader / writer and the wireless IC tag 1A, and performs transmission and reception of high-frequency signals in the UHF band or the SHF band.
- the reader / writer includes an antenna head 60 in which a loop antenna 62 is provided on the surface of a support member 61 made of a hard member such as an epoxy resin.
- the loop antenna 62 is formed of a one-turn loop conductor having both ends of power feeding portions 62a and 62b.
- the power feeding portions 62a and 62b are connected to an information processing circuit (not shown) of the reader / writer via a coaxial cable 65. ing.
- the power feeding portions 62a and 62b are connected to an electrode on the surface opposite to the formation surface of the antenna 62 through a through hole, and the electrode and the coaxial cable 65 are connected.
- the wireless IC tag 1A has been described with reference to FIGS. 2 and 3 as the first embodiment.
- a matching circuit composed of a capacitance element C and an inductance element L is interposed between the coaxial cable 65 and the loop antenna 62, and the power feeding part 62 a is an inner conductor of the coaxial cable 65.
- the power feeding portion 62b is connected to the outer conductor 67 of the coaxial cable 65 via a matching circuit.
- Capacitance element C and inductance element L can be secured on the surface opposite to the antenna formation surface to ensure a distance from antenna 62, and do not interfere with the magnetic field generated from antenna 62 and form a matching circuit with antenna 62 in a small area. can do.
- the coaxial cable 65 is configured as a 50 ⁇ line, and matching between the impedance of the coaxial cable 65 and the impedance of the loop antenna 62 is achieved by a matching circuit.
- the antenna head 60 is attached to the grip portion 70 via a coaxial cable 65 and is configured as a pen-type head that can be used while being gripped by a human hand.
- the reader / writer antenna and the wireless IC tag are used close to each other, and communication can be performed only for the target wireless IC tag.
- the wireless IC tag 1B In the wireless IC tag 1B according to the second embodiment, as shown in FIG. 12, external electrodes 23A and 23B facing the antennas 20A and 20B are formed on the surface (lower surface) of the substrate 21 in which the antennas 20A and 20B are built. Is. Other configurations are the same as those of the wireless IC tag 1A. By providing the external electrodes 23A and 23B, the wireless IC tag 1B can be soldered to an article such as a printed wiring board.
- the wireless IC tag 1B can be operated by bringing a probe (not shown) in contact with or in proximity to the external electrodes 23A and 23B. It is desirable that the probe has an impedance that is a conjugate of the impedance between the external electrodes 23A and 23B. As described above, a potential difference is generated in each of the antennas 20A and 20B, and a potential difference is also generated in the external electrodes 23A and 23B that are capacitively coupled or electromagnetically coupled thereto. Therefore, the wireless IC tag 1B can be operated by applying a potential difference by bringing a probe into contact with or in proximity to the external electrodes 23A and 23B.
- the reading by the antenna 52 it is necessary to stabilize the distance between the antenna 52 and the wireless IC tag 1B.
- the reading by the probe does not have such a problem and can be surely read.
- the wireless IC tag 1B may connect meandering boost antennas 24A and 24B to the external electrodes 23A and 23B.
- the boost antennas 24A and 24B are a field emission type, but may be a loop-shaped magnetic field emission type boost antenna.
- the wireless IC tag is operated by the probe, It is possible to communicate with the reader / writer in a relatively remote state.
- the wireless IC tag 1C according to the third embodiment is one in which external electrodes 23A and 23B provided on the wireless IC tag 1B are electrically connected to the coiled antennas 20A and 20B.
- the equivalent circuit is shown in FIG. Further, capacitors C1 and C2 may be interposed between the external electrodes 23A and 23B and the coiled antennas 20A and 20B (see FIG. 16).
- the external electrodes 23A and 23B when the external electrodes 23A and 23B are electrically directly connected to the coiled antennas 20A and 20B, the relationship between the potentials of the external electrodes 23A and 23B can be easily determined. Can be easily designed. Also, as shown in FIG. 16, when connected via capacitors C1 and C2, the external electrodes 23A and 23B are not directly connected to the wireless IC chip 10, and thus protect the wireless IC chip 10 against intrusion of static electricity. be able to.
- the wireless IC tag 1D according to the fourth embodiment is different in the number of turns of the two coiled antennas 20A and 20B. Is the same as the wireless IC tag 1A. In this way, even if the number of turns is varied between the left and right, the effect is basically the same as that of the wireless IC tag 1A. Furthermore, the degree of freedom in designing the antennas 20A and 20B is increased, and the inductance values are different between the antennas 20A and 20B. Therefore, when the external electrodes 23A and 23B are provided, the impedance design is facilitated.
- the wireless IC tag 1E according to the fifth embodiment has two coiled antennas 20A and 20B of different sizes, and the other configurations are the same as those of the wireless IC tag 1A. .
- the effect is basically the same as that of the wireless IC tag 1A.
- the degree of freedom in designing the antennas 20A and 20B is increased, and the inductance values are different between the antennas 20A and 20B. Therefore, when the external electrodes 23A and 23B are provided, the impedance design is facilitated.
- the wireless IC tag 1H includes a coiled large-diameter antenna 20C wound over substantially the entire area of the substrate 21. And the coiled small-diameter antenna 20D, and other configurations are the same as those of the wireless IC tag 1A.
- FIG. 19A shows an arrangement in which a coiled small-diameter antenna 20D is arranged directly below the coiled large-diameter antenna 20C with different winding axes.
- FIG. 19B shows an arrangement in which a coiled small-diameter antenna 20D is arranged directly above the coiled large-diameter antenna 20C with different winding axes.
- FIG. 19C shows a structure in which two coiled small-diameter antennas 20D are arranged directly below the coiled large-diameter antenna 20C with different winding axes.
- the two coiled small-diameter antennas 20D may be arranged directly above the coiled large-diameter antenna 20C.
- the large-diameter antenna 20C functions as a main antenna for communication, and the communication distance can be increased.
- the small-diameter antenna 20D functions as a sub-antenna for communication and functions as an element for adjusting impedance matching. Further, as shown in FIG. 19B, when the small-diameter antenna 20D is arranged on the side close to the wireless IC chip 10, the impedance adjustment by the small-diameter antenna 20D becomes easier.
- the number of coiled antennas may be three or more.
- another coiled antenna may be interposed between the coiled antennas 20A and 20B.
- the wireless IC tag 1F has a ferrite sheet 25 attached to the lower surface of the substrate 21, and the other configuration is the same as that of the wireless IC tag 1A. is there.
- the ferrite sheet 25 may be attached to the upper surface of the substrate 21 as shown in FIG.
- the ferrite sheet 25 is provided on the upper surface of the substrate, it also functions as a protective layer of the wireless IC chip 10.
- a ferrite sheet 25 may be provided on the upper surface of the sealing member 22 shown in FIG.
- the metal plate 81 When the wireless IC tag is attached on the metal plate 81 as shown in FIG. 4, the metal plate 81 does not pass a magnetic field, so the communication distance is shortened. However, by providing the ferrite sheet 25 on the lower surface of the substrate 21, the magnetic field passes through the ferrite sheet 25, and the communication distance can be increased.
- the wireless IC tag 1G is one in which a chip component 29 (inductance, capacitance, etc.) is mounted on a substrate 21, and in terms of circuit, either one of the coiled antennas 20A and 20B. It may be inserted. Other configurations are the same as those of the wireless IC tag 1A. A capacitance may be mounted in parallel with the wireless IC chip 10.
- a chip component 29 inductance, capacitance, etc.
- the wireless IC tag, reader / writer, and information processing system according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the gist.
- the wireless IC chip is mounted on the substrate on which the antenna is formed, but the wireless IC chip may be mounted in the substrate.
- An antenna may be formed in the rewiring layer of the wireless IC chip.
- the present invention is useful for a wireless IC tag, a reader / writer, and an information processing system.
- the energy transmission efficiency between the reader / writer antenna and the antenna of the wireless IC tag can be improved, and the communication distance can be increased. Excellent in terms.
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Abstract
エネルギー伝達効率を高め、通信距離を長くすることのできる無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムを得る。 無線ICチップ(10)と、二つのコイル状アンテナ(20A),(20B)とを備えた無線ICタグ。コイル状アンテナ(20A),(20B)のそれぞれの一端は無線ICチップ(10)と電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続されている。また、コイル状アンテナ(20A),(20B)はそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じである。また、リーダライタ(50)は情報処理回路(51)に接続されたアンテナ(52)を備え、このアンテナ(52)とコイル状アンテナ(20A),(20B)とが電磁結合して通信する。
Description
本発明は、無線ICタグ、特に、RFID(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ICタグ、該無線ICタグと通信するリーダライタ、及び、該無線ICタグを備えた情報処理システムに関する。
従来、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品に付された所定の情報を記憶した無線タグとを非接触方式で通信し、情報を伝達するRFIDシステムが開発されている。この種のRFIDシステムに使用される無線タグとして、特許文献1には、8の字を描くように直列に接続された二つのコイル状アンテナを備えた無線ICタグが記載されている。
しかしながら、前記無線ICタグでは、二つのコイル状アンテナは巻回方向が互いに逆であるため、リーダライタのループアンテナから放射された高周波磁界を受けた場合に発生する電流が互いに打ち消し合うという不具合を有している。それゆえ、無線ICタグとリーダライタとのエネルギー伝達効率が低下し、通信距離が短くなってしまうという問題点を生じている。
そこで、本発明の目的は、エネルギー伝達効率を高め、通信距離を長くすることのできる無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の第1の形態である無線ICタグは、
無線ICチップと、少なくとも二つのコイル状アンテナと、を備え、
前記少なくとも二つのコイル状アンテナのそれぞれの一端は前記無線ICチップと電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続され、
前記少なくとも二つのコイル状アンテナはそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであること、
を特徴とする。
無線ICチップと、少なくとも二つのコイル状アンテナと、を備え、
前記少なくとも二つのコイル状アンテナのそれぞれの一端は前記無線ICチップと電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続され、
前記少なくとも二つのコイル状アンテナはそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであること、
を特徴とする。
本発明の第2の形態であるリーダライタは、
アンテナと、情報処理部と、を備え、
前記アンテナは第1のコイル状アンテナ部及び第2のコイル状アンテナ部を含み、
前記第1及び第2のコイル状アンテナ部のそれぞれの一端は前記情報処理部と電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続され、
前記第1及び第2のコイル状アンテナ部はそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであること、
を特徴とする。
アンテナと、情報処理部と、を備え、
前記アンテナは第1のコイル状アンテナ部及び第2のコイル状アンテナ部を含み、
前記第1及び第2のコイル状アンテナ部のそれぞれの一端は前記情報処理部と電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続され、
前記第1及び第2のコイル状アンテナ部はそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであること、
を特徴とする。
本発明の第3の形態である情報処理システムは、
前記第1の形態である無線ICタグと、リーダライタと、を備え、
前記リーダライタにて前記無線ICタグの情報を処理すること、
を特徴とする。
前記第1の形態である無線ICタグと、リーダライタと、を備え、
前記リーダライタにて前記無線ICタグの情報を処理すること、
を特徴とする。
第3の形態である情報処理システムは、第2の形態であるリーダライタを備えていてもよい。
前記無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムにおいて、高周波信号(例えば、UHF帯、HF帯)を比較的近距離で送受信する複数のコイル状アンテナ(コイル状アンテナ部)はそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであるため、各アンテナ(アンテナ部)に生じた電流が打ち消し合うことはなく、エネルギー伝達効率が向上する。
本発明によれば、リーダライタのアンテナと無線ICタグのアンテナとのエネルギー伝達効率が向上し、通信距離を長くすることができる。
以下に、本発明に係る無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムの実施例について添付図面を参照して説明する。
(第1実施例、図1~図5参照)
第1実施例である無線ICタグ1Aは、図1に示すように、所定周波数の送受信信号を処理する無線ICチップ10と、二つのコイル状アンテナ20A,20Bと、を備えている。
第1実施例である無線ICタグ1Aは、図1に示すように、所定周波数の送受信信号を処理する無線ICチップ10と、二つのコイル状アンテナ20A,20Bと、を備えている。
無線ICチップ10は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、裏面に図示しない一対の入出力端子電極が設けられている。
コイル状アンテナ20A,20Bは、導体をコイル状に巻回したもので、それぞれの一端は無線ICチップ10の入出力端子電極に電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続されている。これらのアンテナ20A,20Bはそれぞれの巻回軸が平面視で異なる位置に配置され、かつ、ある瞬間に流れた電流による磁界の向きが同じになるよう巻回方向が同じである。アンテナ20A,20Bは、図3を参照して以下に説明するように、基板21に形成されたコイル導体を複数積層して構成され、無線ICチップ10は基板21上に実装されている。
前記無線ICタグ1Aはリーダライタ50と通信可能であり、両者で情報処理システムを構成している。リーダライタ50は、周知の情報処理回路51とアンテナ52とを備えている。アンテナ52は無線ICタグ1Aのアンテナ20A,20Bを合わせた面積とほぼ等しい面積のループ形状をなす磁界型アンテナである。
この情報処理システムにおいて、リーダライタ50のアンテナ52を無線ICタグ1Aに近接させることによって、アンテナ52から放射された所定周波数の信号に基づく磁束がコイル状アンテナ20A,20Bを貫通することにより、該アンテナ20A,20Bに電流が流れる。即ち、アンテナ52とアンテナ20A,20Bが電磁結合する。この電流が無線ICチップ10に供給されて無線ICチップ10を動作させる。一方、無線ICチップ10からの応答信号がコイル状アンテナ20A,20Bからアンテナ52に放射され、リーダライタ50の情報処理回路51で読み取られる。
前記コイル状アンテナ20A,20Bは互いの巻回方向が同じであるため、各アンテナ20A,20Bに生じた電流が打ち消し合うことはなく、エネルギー伝達効率が向上する。即ち、アンテナ52とアンテナ20A,20Bとの通信距離が長くなる。また、アンテナ20A,20Bを積層構造で形成し、それぞれのコイル導体を平面視で重なる位置に形成することにより、コイルの開口面積を大きくすることができ、交差する磁束が多くなるため、通信距離がより増加する。
ところで、本第1実施例では、リーダライタ50のアンテナ52として、小型のループ形状のアンテナを使用しており、無線ICタグ1Aとの通信は主に磁界で行われる。磁界は距離に対する減衰が電界よりも大きいため、比較的近接した状態で通信が行われる。このため、リーダライタ50にて読取り対象となる無線ICタグのみに限定して通信を行うことができ、周辺にある読取り対象外の無線ICタグと誤って通信を行うおそれはない。
無線ICチップ10のインピーダンスの虚数部と、コイル状アンテナ20A,20Bのインピーダンスの虚数部は、通信に使用する信号の周波数で共役の関係になるようにすることが望ましい。つまり、コイル状アンテナ20A,20Bの共振周波数が使用周波数付近にあることが望ましい。インピーダンスの実部が一致することはさらに望ましい。
特に、コイル状アンテナ20A,20Bを積層タイプで大きな開口部とすると、小型で大きいインダクタンス値を得ることができ、ひいては、無線ICタグ1A自体が小型化される。使用周波数を950MHz近辺の短波長とすることで、より小型になる。通信にUHF帯の周波数を用いる場合、無線ICタグ1Aとしては、例えば、縦3.2mm、横1.6mm、高さ0.5mmのサイズにまとめることができる。
また、無線ICタグ1Aを物品に取り付けるには、両面テープや接着剤を用いてもよく、シール、ラベル、テープなどで貼着してもよい。この場合、無線ICチップ10側あるいはアンテナ20A,20B側のいずれを物品の表面に向けてもよい。
また、図2に示すように、基板21上に樹脂あるいはセラミックからなる封止部材22を設けて無線ICチップ10を封止してもよい。封止部材22は以下に説明する基板21の材料と同じ材料であってもよい。封止部材22にて無線ICチップ10を保護できるとともに、封止部材22の表面を平坦にすることによって物品への貼着が容易になる。
ここで、コイル状アンテナ20A,20Bの積層構造の一例を図3を参照して説明する。基板21は複数枚のシートに電極や導体、ビアホール導体を形成して積層したものである。第1層目には無線ICチップ10の入出力端子電極に接続される電極31a,31bが形成され、第2層目から第4層目にはコイル導体32a,32b,33a,33b,34a,34bが形成され、第5層目には接続用コイル導体35が形成されている。コイル導体32a,32b~34a,34bはビアホール導体36a,36bを介してコイル状に接続してアンテナ20A,20Bを形成し、それぞれの他端はビアホール導体37a,37bを介してコイル導体35の両端に接続されている。また、アンテナ20A,20Bの一端はビアホール導体38a,38bを介して電極31a,31bに接続されている。
基板21の各シートは、一般的な比誘電率3~4の樹脂で形成してもよいが、それよりも高い誘電率の材料で形成することが好ましい。例えば、比誘電率が7以上のセラミックである。
コイル状アンテナ20A,20Bを積層タイプとすることで、開口部を大きくできる以外に、動作の安定性を図ることができる。即ち、前記コイル導体間の容量がコイル導体間の材質(シートの材質)によって決まるため、無線ICタグ1Aの貼着対象物品の誘電率の影響が少なく(浮遊容量の変動が生じにくい)、コイルのインダクタンス値の変化が少ない。それゆえ、共振周波数の変化が少なく、通信距離が安定することになる。特に、基板21に高誘電率の材料を用いることで、基板21内でのコイルのインピーダンスがほぼ決定され、使用環境からの影響が受けにくくなる。
前記無線ICタグ1Aは種々の物品に貼着して使用されるが、図4に示すように、金属板81上に貼着しても使用することができる。この場合、無線ICタグ1Aは無線ICチップ10側を金属板81側に向けることで、リーダライタ50との確実な通信を行うことができる。この場合、前記封止部材22が磁束の通過経路となる。アンテナ20A,20Bを金属板81側に向けて貼着する場合であっても、アンテナ20A,20Bをできるだけ基板21の上側に配置することで、金属板81との間で磁束の通過経路を確保することができる。
また、図5に示すように、金属体82の凹部82aに無線ICタグ1Aを埋設するようにしてもよい。リーダライタ50のアンテナ52が無線ICタグ1Aと同じサイズの小型であっても、磁界をタグ1Aに集中させることができ、確実な通信が可能となる。この場合、無線ICタグ1Aと凹部82aとの壁部には磁束の通過経路として隙間を設けることが好ましい。
(リーダライタのアンテナの変形例1、図6参照)
リーダライタ50のアンテナは、ループ形状ではなく、図6に示すように、平板状をなす電界型のアンテナ53A,53Bであってもよい。無線ICタグ1Aのコイル状アンテナ20A,20Bは二つに分かれているため、それぞれのアンテナ20A,20Bで電位差を生じて電界が発生する。このため、リーダライタ50に電界型の平板状をなすアンテナ53A,53Bであっても動作させることができる。
リーダライタ50のアンテナは、ループ形状ではなく、図6に示すように、平板状をなす電界型のアンテナ53A,53Bであってもよい。無線ICタグ1Aのコイル状アンテナ20A,20Bは二つに分かれているため、それぞれのアンテナ20A,20Bで電位差を生じて電界が発生する。このため、リーダライタ50に電界型の平板状をなすアンテナ53A,53Bであっても動作させることができる。
(リーダライタのアンテナの変形例2、図7参照)
リーダライタ50のアンテナは、図7に示すように、複数ターンのループ形状の磁界型のアンテナ54であってもよい。磁界の強度が強まるため、通信距離を長くすることができる。
リーダライタ50のアンテナは、図7に示すように、複数ターンのループ形状の磁界型のアンテナ54であってもよい。磁界の強度が強まるため、通信距離を長くすることができる。
(リーダライタのアンテナの変形例3、図8参照)
リーダライタ50のアンテナは、図8に示すように、前記コイル状アンテナ20A,20Bと同様に、第1のコイル状アンテナ部55A及び第2のコイル状アンテナ部55Bにて構成されていてもよい。コイル状アンテナ部55A,55Bのそれぞれの一端は情報処理回路51と電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続されている。そして、アンテナ部55A,55Bはそれぞれの巻回軸が平面視で異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じである。
リーダライタ50のアンテナは、図8に示すように、前記コイル状アンテナ20A,20Bと同様に、第1のコイル状アンテナ部55A及び第2のコイル状アンテナ部55Bにて構成されていてもよい。コイル状アンテナ部55A,55Bのそれぞれの一端は情報処理回路51と電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続されている。そして、アンテナ部55A,55Bはそれぞれの巻回軸が平面視で異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じである。
このコイル状アンテナ部55A,55Bは、巻回方向が同じとされているため、前記コイル状アンテナ20A,20Bと同様の作用効果を奏し、無線ICタグとの通信時におけるエネルギー伝達効率を向上させ、通信距離を長くすることができる。また、リーダライタ50の小型化にも寄与する。なお、変形例3のアンテナを用いる場合、無線ICタグとしては、必ずしも、二つのコイル状アンテナを用いる必要はない。
(リーダライタのアンテナの変形例4、図9参照)
図9に示すように、リーダライタ50のアンテナ52と情報処理回路51との間に、インダクタンスL1,L2とキャパシタンスCとからなる整合回路を設けてもよい。使用周波数でのインピーダンスの整合をとることができるので、情報処理回路51とアンテナ52とのエネルギー伝達効率が向上し、小さな電力でも通信距離を長くすることができる。なお、整合回路としては、図9に示すもの以外の回路構成であってもよい。
図9に示すように、リーダライタ50のアンテナ52と情報処理回路51との間に、インダクタンスL1,L2とキャパシタンスCとからなる整合回路を設けてもよい。使用周波数でのインピーダンスの整合をとることができるので、情報処理回路51とアンテナ52とのエネルギー伝達効率が向上し、小さな電力でも通信距離を長くすることができる。なお、整合回路としては、図9に示すもの以外の回路構成であってもよい。
(情報処理システムの他の例、図10及び図11参照)
次に、前記無線ICタグ1Aを用いた情報処理システムの他の例を説明する。なお、無線ICタグ1A以外の他の無線ICタグを用いることも勿論可能である。
次に、前記無線ICタグ1Aを用いた情報処理システムの他の例を説明する。なお、無線ICタグ1A以外の他の無線ICタグを用いることも勿論可能である。
図10に示すように、この情報処理システムは、リーダライタと無線ICタグ1Aとの間で、非接触方式で情報を伝達するシステムであり、UHF帯又はSHF帯の高周波信号の送受信を行う。図11(A)に示すように、リーダライタは、エポキシ樹脂などの硬質部材からなる支持部材61の表面にループアンテナ62を設けたアンテナヘッド60を備えている。このループアンテナ62は両端を給電部62a,62bとした1ターンのループ状導体にて形成されており、給電部62a,62bは同軸ケーブル65を介してリーダライタの図示しない情報処理回路に接続されている。この例では給電部62a,62bは、アンテナ62の形成面と反対面の電極とスルーホールを介して接続されており、その電極と同軸ケーブル65とが接続されている。無線ICタグ1Aは前記第1実施例として図2及び図3を参照して説明したものである。
図11(B)に示すように、同軸ケーブル65とループアンテナ62との間には、キャパシタンス素子Cとインダクタンス素子Lからなる整合回路が介在されており、給電部62aが同軸ケーブル65の内部導体66に、給電部62bが同軸ケーブル65の外部導体67に、それぞれ整合回路を介して接続されている。キャパシタンス素子Cとインダクタンス素子Lは、アンテナ形成面の反対面に配置することでアンテナ62との距離を確保でき、アンテナ62から発生する磁界を妨げず、小さい面積でアンテナ62との整合回路を形成することができる。同軸ケーブル65は、50Ω線路として構成されており、整合回路にて同軸ケーブル65のインピーダンスとループアンテナ62のインピーダンスとの整合が図られている。図10に示すように、アンテナヘッド60は同軸ケーブル65を介して把持部70に取り付けられ、人の手で把持しながら使用可能なペン型ヘッドとして構成されている。
本情報処理システムではリーダライタのアンテナと無線ICタグとを近接させた形態で用いられ、対象となる無線ICタグのみに限定して通信を行うことができる。
(第2実施例、図12及び図13参照)
第2実施例である無線ICタグ1Bは、図12に示すように、アンテナ20A,20Bを内蔵した基板21の表面(下面)にアンテナ20A,20Bにそれぞれ対向する外部電極23A,23Bを形成したものである。他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。外部電極23A,23Bを設けることで、無線ICタグ1Bをプリント配線基板などの物品にはんだ付けすることができる。
第2実施例である無線ICタグ1Bは、図12に示すように、アンテナ20A,20Bを内蔵した基板21の表面(下面)にアンテナ20A,20Bにそれぞれ対向する外部電極23A,23Bを形成したものである。他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。外部電極23A,23Bを設けることで、無線ICタグ1Bをプリント配線基板などの物品にはんだ付けすることができる。
また、外部電極23A,23Bにプローブ(図示せず)を接触又は近接させることで、無線ICタグ1Bを動作させることができる。プローブは、外部電極23A,23B間のインピーダンスの共役となるインピーダンスにしておくことが望ましい。前述のように、それぞれのアンテナ20A,20Bでは電位差が発生し、これらとそれぞれ容量結合もしくは電磁結合している外部電極23A,23Bにも電位差が発生する。このため、外部電極23A,23Bにプローブを接触又は近接させて電位差を与えることで、無線ICタグ1Bを動作させることができる。アンテナ52による読取りではアンテナ52と無線ICタグ1Bとの距離を安定させることが必要であるが、プローブによる読取りは、そのような問題はなく確実な読取りが可能である。さらに、外部電極23A,23B間のインピーダンスを測定することも可能であり、これにて無線ICタグ1Bの内部配線の異常を検知することができる。
また、無線ICタグ1Bは、図13に示すように、ミアンダ状のブーストアンテナ24A,24Bを外部電極23A,23Bに接続してもよい。ブーストアンテナ24A,24Bは電界放射型であるが、ループ形状の磁界放射型のブーストアンテナであってもよい。
即ち、本第2実施例のように基板21の表面に外部電極23A,23Bを形成すると、比較的近接した状態でのリーダライタとの通信に加えて、プローブで無線ICタグを動作させたり、比較的離れた状態でのリーダライタとの通信を行ったりすることができる。
(第3実施例、図14~図16参照)
第3実施例である無線ICタグ1Cは、図14に示すように、前記無線ICタグ1Bに設けた外部電極23A,23Bをコイル状アンテナ20A,20Bに電気的に接続したものである。その等価回路を図15に示す。さらに、外部電極23A,23Bとコイル状アンテナ20A,20Bとの間に容量C1,C2を介在させてもよい(図16参照)。
第3実施例である無線ICタグ1Cは、図14に示すように、前記無線ICタグ1Bに設けた外部電極23A,23Bをコイル状アンテナ20A,20Bに電気的に接続したものである。その等価回路を図15に示す。さらに、外部電極23A,23Bとコイル状アンテナ20A,20Bとの間に容量C1,C2を介在させてもよい(図16参照)。
図14に示すように、外部電極23A,23Bをコイル状アンテナ20A,20Bと電気的に直結すると、両者の電位の関係を簡単に決めることができ、外部電極23A,23Bのインピーダンスを様々な値に容易に設計することができる。また、図16に示すように、容量C1,C2を介して接続すると、外部電極23A,23Bは無線ICチップ10とは直結していないため、静電気の侵入に対して無線ICチップ10を保護することができる。
(第4実施例、図17参照)
第4実施例である無線ICタグ1Dは、図17(A)及び図17(B)に示すように、二つのコイル状アンテナ20A,20Bの巻回数を異ならせたものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。このように、左右で巻回数を異ならせても、その作用効果は基本的に無線ICタグ1Aと同様である。さらに、アンテナ20A,20Bの設計の自由度が上がり、アンテナ20A,20Bでインダクタンス値が異なるため、前記外部電極23A,23Bを設けた場合に、インピーダンスの設計が容易になる。
第4実施例である無線ICタグ1Dは、図17(A)及び図17(B)に示すように、二つのコイル状アンテナ20A,20Bの巻回数を異ならせたものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。このように、左右で巻回数を異ならせても、その作用効果は基本的に無線ICタグ1Aと同様である。さらに、アンテナ20A,20Bの設計の自由度が上がり、アンテナ20A,20Bでインダクタンス値が異なるため、前記外部電極23A,23Bを設けた場合に、インピーダンスの設計が容易になる。
(第5実施例、図18参照)
第5実施例である無線ICタグ1Eは、図18に示すように、二つのコイル状アンテナ20A,20Bのサイズを異ならせたものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。このように、左右でサイズを異ならせても、その作用効果は基本的に無線ICタグ1Aと同様である。さらに、アンテナ20A,20Bの設計の自由度が上がり、アンテナ20A,20Bでインダクタンス値が異なるため、前記外部電極23A,23Bを設けた場合に、インピーダンスの設計が容易になる。
第5実施例である無線ICタグ1Eは、図18に示すように、二つのコイル状アンテナ20A,20Bのサイズを異ならせたものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。このように、左右でサイズを異ならせても、その作用効果は基本的に無線ICタグ1Aと同様である。さらに、アンテナ20A,20Bの設計の自由度が上がり、アンテナ20A,20Bでインダクタンス値が異なるため、前記外部電極23A,23Bを設けた場合に、インピーダンスの設計が容易になる。
(第6実施例、図19参照)
第6実施例である無線ICタグ1Hは、図19(A)、図19(B)及び図19(C)に示すように、基板21の略全面積にわたって巻回したコイル状大径アンテナ20Cと、コイル状小径アンテナ20Dとを組み合わせたものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。
第6実施例である無線ICタグ1Hは、図19(A)、図19(B)及び図19(C)に示すように、基板21の略全面積にわたって巻回したコイル状大径アンテナ20Cと、コイル状小径アンテナ20Dとを組み合わせたものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。
図19(A)はコイル状大径アンテナ20Cの直下にコイル状小径アンテナ20Dを互いの巻回軸を異ならせて配置したものを示す。図19(B)はコイル状大径アンテナ20Cの直上にコイル状小径アンテナ20Dを互いの巻回軸を異ならせて配置したものを示す。図19(C)はコイル状大径アンテナ20Cの直下に二つのコイル状小径アンテナ20Dを互いの巻回軸を異ならせて配置したものを示す。なお、この二つのコイル状小径アンテナ20Dをコイル状大径アンテナ20Cの直上に配置してもよいことは勿論である。
本第6実施例のように、コイル状大径アンテナ20Cとコイル状小径アンテナ20Dとを組み合わせた場合、大径アンテナ20Cが通信用のメインアンテナとして機能し、通信距離を長くすることができる。小径アンテナ20Dは通信用のサブアンテナとして機能するとともにインピーダンスマッチングの調整用素子として機能する。また、図19(B)に示したように、小径アンテナ20Dを無線ICチップ10に近い側に配置すると、小径アンテナ20Dによるインピーダンスの調整がより容易になる。
なお、前記各実施例において、コイル状アンテナの個数は3以上であってもよい。例えば、コイル状アンテナ20A,20Bの間にいま一つのコイル状アンテナを介在させてもよい。
(第7実施例、図20参照)
第7実施例である無線ICタグ1Fは、図20(A)に示すように、基板21の下面にフェライトシート25を貼着したものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。フェライトシート25は図20(B)に示すように基板21の上面に貼着してもよい。フェライトシート25を基板の上面に設ける場合は、無線ICチップ10の保護層としても機能する。図2に示した封止部材22の上面にフェライトシート25を設けてもよい。
第7実施例である無線ICタグ1Fは、図20(A)に示すように、基板21の下面にフェライトシート25を貼着したものであり、他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。フェライトシート25は図20(B)に示すように基板21の上面に貼着してもよい。フェライトシート25を基板の上面に設ける場合は、無線ICチップ10の保護層としても機能する。図2に示した封止部材22の上面にフェライトシート25を設けてもよい。
無線ICタグを図4に示したように金属板81上に貼着した場合、金属板81は磁界を通過させないため、通信距離が短くなる。しかし、基板21の下面にフェライトシート25を設けることにより、磁界がフェライトシート25を通過することになり、通信距離を長くすることができる。
(第8実施例、図21参照)
第8実施例である無線ICタグ1Gは、図21に示すように、基板21にチップ部品29(インダクタンスやキャパシタンスなど)を搭載したもので、回路的にはコイル状アンテナ20A,20Bのいずれに挿入されていてもよい。他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。なお、無線ICチップ10と並列にキャパシタンスを搭載してもよい。
第8実施例である無線ICタグ1Gは、図21に示すように、基板21にチップ部品29(インダクタンスやキャパシタンスなど)を搭載したもので、回路的にはコイル状アンテナ20A,20Bのいずれに挿入されていてもよい。他の構成は前記無線ICタグ1Aと同様である。なお、無線ICチップ10と並列にキャパシタンスを搭載してもよい。
(他の実施例)
なお、本発明に係る無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
なお、本発明に係る無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
例えば、前記実施例では、アンテナが形成された基板上に無線ICチップを実装しているが、該基板内に無線ICチップを実装するようにしてもよい。また、無線ICチップの再配線層にアンテナを形成してもよい。
以上のように、本発明は、無線ICタグ、リーダライタ及び情報処理システムに有用であり、特に、リーダライタのアンテナと無線ICタグのアンテナとのエネルギー伝達効率が向上し、通信距離を長くできる点で優れている。
1A~1H…無線ICタグ
10…無線ICチップ
20A,20B…コイル状アンテナ
20C…コイル状大径アンテナ
20D…コイル状小径アンテナ
21…基板
22…封止部材
23A,23B…外部電極
24A,24B…ブーストアンテナ
25…フェライトシート
32a,32b~34a,34b…コイル導体
50…リーダライタ
51…情報処理回路
52,53A,53B,54,62…アンテナ
55A,55B…コイル状アンテナ部
10…無線ICチップ
20A,20B…コイル状アンテナ
20C…コイル状大径アンテナ
20D…コイル状小径アンテナ
21…基板
22…封止部材
23A,23B…外部電極
24A,24B…ブーストアンテナ
25…フェライトシート
32a,32b~34a,34b…コイル導体
50…リーダライタ
51…情報処理回路
52,53A,53B,54,62…アンテナ
55A,55B…コイル状アンテナ部
Claims (13)
- 無線ICチップと、少なくとも二つのコイル状アンテナと、を備え、
前記少なくとも二つのコイル状アンテナのそれぞれの一端は前記無線ICチップと電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続され、
前記少なくとも二つのコイル状アンテナはそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであること、
を特徴とする無線ICタグ。 - 前記少なくとも二つのコイル状アンテナは、基板に形成されたコイル導体を複数積層してなること、を特徴とする請求項1に記載の無線ICタグ。
- 前記コイル導体は巻回軸方向に平面視で重なる位置に形成されていること、を特徴とする請求項2に記載の無線ICタグ。
- 前記無線ICチップは前記基板上に搭載されるとともに封止部材にて覆われていること、を特徴とする請求項2又は請求項3に記載の無線ICタグ。
- 前記基板の上面又は下面にフェライト層が設けられていること、を特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の無線ICタグ。
- 前記少なくとも二つのコイル状アンテナは基板に形成され、該基板に外部電極が形成されていること、を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の無線ICタグ。
- 前記少なくとも二つのコイル状アンテナと前記外部電極とが電気的に接続していること、を特徴とする請求項6に記載の無線ICタグ。
- 前記外部電極と対向するブーストアンテナを備えたこと、を特徴とする請求項6又は請求項7に記載の無線ICタグ。
- アンテナと、情報処理部と、を備え、
前記アンテナは第1のコイル状アンテナ部及び第2のコイル状アンテナ部を含み、
前記第1及び第2のコイル状アンテナ部のそれぞれの一端は前記情報処理部と電気的に接続され、それぞれの他端は互いに電気的に接続され、
前記第1及び第2のコイル状アンテナ部はそれぞれの巻回軸が異なる位置に配置され、かつ、巻回方向が同じであること、
を特徴とするリーダライタ。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の無線ICタグと、リーダライタと、を備え、
前記リーダライタにて前記無線ICタグの情報を処理すること、
を特徴とする情報処理システム。 - 前記リーダライタのアンテナは前記無線ICタグのコイル状アンテナとほぼ同じサイズのループアンテナであること、を特徴とする請求項10に記載の情報処理システム。
- 前記リーダライタは請求項9に記載のリーダライタであること、を特徴とする請求項11に記載の情報処理システム。
- 前記リーダライタは前記ループアンテナに整合回路を有すること、を特徴とする請求項11又は請求項12に記載の情報処理システム。
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