JP5169329B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣタグ用アンテナとして、金属部材へ貼り付けても好適に用いることができる平面アンテナに関する。

アンテナ回路とＩＣ回路から構成されるＩＣタグは、電波を利用し、離れた場所から複数のタグを一括して読み取りが出来るなど、バーコードには無い特徴を有し、流通、物流分野への応用に多くの関心が寄せられ、開発、実用化が進んでいる。

このようなＩＣタグは、貼り付け部材による通信特性への影響が大きく、特に、金属部材に貼り付けた際は、貼り付けたＩＣチップとアンテナのインピーダンスの整合が大きくずれて、アンテナにより受信した電力を効率よくＩＣチップに供給されない。そのため、ＩＣチップが駆動するために必要な電力が不足し、通信が不可能となってしまう。

したがって、金属部材に貼り付けてもＩＣチップが駆動するのに必要な電力を供給出来るようなＩＣタグ用平面アンテナが要望される。

このような平面アンテナについては、第１の絶縁材料上に形成された第１のアンテナ上に第２の絶縁状材料を介して第２のアンテナを形成し、第２のアンテナの長さを所望の長さに調整することで、金属部材上でも通信可能なアンテナが公開されている（特許文献１）。
特開２００５−２１０６７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＩＣタグの構成では金属以外の部材に貼り付けて使用する際でも、第２のアンテナの影響により、金属以外の部材に貼り付ける為に設計されたＩＣタグに比較して、通信距離がかなり短くなってしまう。

本発明は、上記のような従来技術を鑑み、金属以外の部材に貼り付ける為に設計された平面アンテナを用いて、前記アンテナの設計変更無しに金属部材に貼り付けても通信を可能とする平面アンテナを提供する。

本発明は、かかる課題を解決するために、以下のような構成をとる。すなわち、
第１の絶縁基板と、
第１の絶縁基板の一方の面側にＴ字型整合回路付きダイポールアンテナと、
第１の絶縁基板の他方の面側に第１のループ回路とを備え、
前記第１の絶縁基板の一方の面から見たときの、前記ダイポールアンテナの投影像の整合回路部分と前記第１のループ回路の投影像とが交差しており、
前記第１の絶縁基板の第１のループ回路が存在する他方の面側に、さらに第２のループ回路を備え、
前記第１のループ回路に第２のループ回路が接触しており、
前記第１の絶縁基板のダイポールアンテナが存在する一方の面側から見たときの、前記ダイポールアンテナの投影像の両端部分と第２のループ回路の投影像とが重なっている平面アンテナである。

本発明によれば、ダイポールアンテナの形状を変えることなく、第１のループ回路で、ダイポールアンテナのインピーダンスを制御できるようになる。そのため、ダイポールアンテナが金属物品以外の貼り付けを目的に設計されたものであっても、第１のループ回路を設けるだけで、金属物品に貼り付けて使用可能なダイポールアンテナとなる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

平面アンテナは、第１の絶縁基板と、第１の絶縁基板の一方の面側（以下、Ａ面とする）にＴ字型整合回路付きダイポールアンテナと、第１の絶縁基板の他方の面側（以下、Ｂ面とする）に第１のループ回路とを備え、第１の絶縁基板の一方の面（Ａ面）から見たときの、ダイポールアンテナの投影画像の整合回路部分と第１のループ回路の投影像とが交差していることを特徴としている。

Ｔ字型整合回路付きダイポールアンテナとは、図１に示すように、給電点（ＩＣタグのときはＩＣチップ）とアンテナ間の電力の授受を適切に行うため、ダイポールアンテナにＴ字型整合回路が付加された構成のアンテナである。本発明のダイポールアンテナは、電気伝導体を左右に２本付けたもので、メアンダラインにより構成されるなど公知のダイポールアンテナを用いることができる。また、Ｔ字整合回路はダイポールアンテナの２本の電気伝導体を接続するように設けられた回路であり、給電点とアンテナ間の電力の授受を適切に行うため、インピーダンスの整合を目的とし付加される回路である。

第１のループ回路は、図１，３に示すように、第１の絶縁基板の一方の面（Ａ面）から見たときに、Ｔ字型整合回路付きダイポールアンテナの投影像の整合回路部分と第１のループ回路の投影像とが交差するように構成されている。これにより、ダイポールアンテナの設計を変更することなしに、第１のループ回路の形状のみを変更することでダイポールアンテナのインピーダンスを変更することが可能となる。第１のループ回路の形状はインピーダンスが整合できれば良く、好ましくは方形または円形であれば、設計のシミュレーションを簡便に行うことができ、迅速な設計変更を行うことが可能となる。

本発明の平面アンテナは、図４〜６に示すように、第１の絶縁基板の他方の面（Ｂ面）側にさらに第２のループ回路を備え、記第１のループ回路に第２のループ回路が接触しており、第１の絶縁基板の一方の面（Ａ面）から見たときの、前記ダイポールアンテナの投影画像の両端部分と第２のループ回路の投影像とが重なっていることが好ましい。このように第２のループ回路を備えることにより、第１のループ回路で整合させたインピーダンスを、より厳密に整合させることが可能となる。第１のループ回路と第２のループ回路が接触している状態を図７に示す。本発明において第１のループ回路と第２のループ回路が「接触」しているとは、図７（ａ）のように一方のループ回路の線が他方のループ回路の線に完全に隠れるような状態や、図７（ｂ）のように２つのループ回路が部分的に重なっている状態や、図７（ｃ）のように２つのループ回路が接している状態 のいずれも含むものである。つまり、第１のループ回路と第２のループ回路が電気的な接続状態にあればよい。なお、図６，７においては、便宜的に第１のループ回路と第２のループ回路との境界線が明確になるように図示しているが、実際には第１のループ回路と第２のループ回路とは一体となって形成されることが多く、この場合境界性は明確には現れない。第２のループ回路の形状はインピーダンスが整合できればよく、第１のループ回路と同様に好ましくは方形または円形であれば、設計のシミュレーションを簡便に行うことができ、迅速な設計変更を行うことが可能となる。

本発明における第２のループ回路の投影像は、ダイポールアンテナの投影像の両端部分と重なっていればよく、所望のインピーダンス整合に合わせて、重なる割合を適宜調整すばよい。

本発明におけるＴ字型整合回路付きダイポールアンテナ、第１のループ回路、第２のループ回路は電気伝導体により形成される。電気伝導体としては、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、錫などの少なくとも１種の金属を含む金属、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレンなど導電性高分子、金、銀、銅、アルミニウム、白金、鉄、ニッケル、錫、亜鉛、ハンダ、ステンレス、ＩＴＯ、フェライトなどの金属、合金類、金属酸化物などの金属系粒子や、導電性カーボン（グラファイトを含む）粒子、あるいは前記粒子をメッキした樹脂粒子などの導電性粒子を含有させたポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などを主成分とする熱硬化性樹脂や、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂などを主成分とする、ＵＶ硬化性樹脂などの光硬化性樹脂からなる導電性インクなど公知のものを使用できる。

また、Ｔ字型整合回路付きダイポールアンテナ、第１のループ回路、第２のループ回路の形成方法としては、金属箔、金属蒸着層をエッチングし形成するエッチング法、金属箔を回路上に切り出し基板に貼り付ける転写法、導電性インクを用いて印刷により形成する印刷法など公知のものが使用できる。

本発明の平面アンテナは、図８，９に示すように、記第１の絶縁基板の他方の面（Ｂ面）側にさらに第２の絶縁基板が積層されることが好ましい。第２の絶縁基板を積層することにより、本発明の平面アンテナを他の物品に貼り付けた場合に、第１のループ回路及び第２のループ回路と貼り付け物品の絶縁が保たれ、回路として良好な機能が発揮できる。

本発明における第１、第２の絶縁基板は、Ｔ字整合回路付ダイポールアンテナ、第１のループ回路、貼り付け物品の電気的絶縁を確保できる基板であればよい。好ましくは、樹脂フィルムが価格、重量の面から好ましい。樹脂フィルムとは、ポリエステル、発泡性ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ（メタ）アクリル酸エステル等の溶融押し出し成型が可能な素材を加工して得られるフィルムで、未延伸フィルム、１軸延伸フィルム、２軸延伸フィルムの何れであっても良い。この中でも、価格と機械的特性の点からポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリフェニレンスルフィドフィルムが好ましく、特に、２軸延伸ポリエステルフィルムが価格、耐熱性、機械的特性のバランスに優れており好ましい。

さらに、第２の絶縁基板が電波吸収体を含んでいると、貼り付け物品が金属でもダイポールアンテナに対する金属物品の影響がより小さくなるため、良好な通信特性を維持することが可能となり好ましい。第２の絶縁基板が電波吸収体を含む構成とは、第２の絶縁基板全体が電波吸収体の場合や、第２の絶縁基板が電波吸収体の層を含む積層体の場合がある。電波吸収体としては、軟磁性材料、軟磁性酸化金属、磁性金属及び磁性酸化金属のうちの少なくともいずれか１つからなる磁性体に、樹脂、ＴＰＥ、ゴムなどの結合材を配合させて形成したシート、フィルムなど公知のものが使用できる。

本発明における第１の絶縁基板の厚さは、屈曲性と機械的強度の点から、好ましくは１〜２５０μm、より好ましくは１０〜１２５μm、更に好ましくは、２０〜７５μmである。また、本発明における第２の絶縁基板の厚さは、貼り付け物品の影響抑制と薄型化の点から、好ましくは０．０５〜３mm、より好ましくは０．５〜２mmである。

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。各実施例、比較例および参考例で作成したサンプルの評価方法を以下に示す。
［評価方法］
１．ＩＣタグの通信距離
サンプルはＩＣチップを実装したＩＣタグの状態とし、９５０ＭＨｚにおいて通信距離の測定を行う。
測定器としては、オムロン株式会社製リーダライタ（形式：V750-BA50CO4-JP）とオムロン社製アンテナ（型式：V750-HS01CA-JP）を用いた。３ｍ法電波暗室内で、アンテナを床より９０ｃｍの位置に固定、ＩＣタグを同高さで正対する様に位置し、リーダライタに対しＩＣタグの距離を前後させることで測定を行い、リーダライタとＩＣタグとの通信をエラーなく読み取り出来る距離を通信距離とした。

２．各部材の厚み
サンプルをミクロトームにて厚み方向に切断し、この断面を１万倍のＳＥＭを用いて観察し、各部材の厚みを測定した。測定は、各項目に対し１サンプルで行い、１サンプルあたり１視野５点の測定を行い、平均値を本発明における各部材の厚みとした。

（参考例１）
厚さ０．０７５ｍｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ株式会社製、ルミラーＳ１０）の一方の面に、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法を用いて、厚さ０．００１ｍｍのアルミニウム層を形成し金属化フィルムとした。得られた金属化フィルムを湿式エッチングにて、図３において、ａ＝５３ｍｍ、ｂ＝２１ｍｍ、ｃ＝４７ｍｍ、ｄ＝７ｍｍとなるようにエッチングを行い、第１のループ回路を形成した。第1の絶縁基板にT字型整合回路付ダイポールアンテナを形成したＡｌｉｅｎ社製ＵＨＦタグ（ALN-9540 - Squiggle）を用意した。２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの第１のループ回路を形成した面と、ＵＨＦタグのダイポールアンテナが形成されていない面とが向かい合うようにし、ダイポールアンテナの投影像の整合回路部と第１のループ回路の投影像とが交差するように貼り付けた。次いで、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの第１のループ回路が形成されていない面に厚さ１．０ｍｍ電波吸収体（ＮＥＣトーキン株式会社製バスタレイド 型式：ＥＦＲ）を貼り付けた。この２軸延伸ポリエチレンテレフタレートと電波吸収体との積層体を第２の絶縁基板とした。このようにして平面アンテナを使用したＩＣタグとした。

上記、ＩＣタグを金属箔に貼り付け、通信距離を測定したところ、通信距離は６００ｍｍであった。また、平面アンテナの厚みは１．２ｍｍと、金属に貼り付け可能なＩＣタグとしては充分に薄いものであった。

（実施例１）
厚さ０．０７５ｍｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ株式会社製、ルミラーＳ１０）の一方の面に、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法を用いて、厚さ０．００１ｍｍのアルミニウム層を形成し金属化フィルムとした。得られた金属化フィルムを湿式エッチングにて、図６において、第１のループ回路は参考例１と同様、第２のループ回路は、ｅ＝５３ｍｍ、ｆ＝９６ｍｍ、ｇ＝４７ｍｍ、ｈ＝３１ｍｍとなるようにエッチングを行い、第１及び第２のループ回路を形成した。第1の絶縁基板にＴ字型整合回路付ダイポールアンテナを形成したＡｌｉｅｎ社製ＵＨＦタグ（ALN-9540-Squiggle）を用意した。２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの第１，２のループ回路を形成した面と、ＵＨＦタグのダイポールアンテナが形成されていない面とが向かい合うようにし、ダイポールアンテナの投影像の整合回路部と第１のループ回路の投影像とが交差するように貼り付けた。その際、ダイポールアンテナの投影像の両端部分が、第２のループアンテナの投影像の両端部分に、完全に隠れるように貼り付けた。その後、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの第１，２のループ回路が形成されていない面に厚さ１．０ｍｍ電波吸収体（ＮＥＣトーキン株式会社製バスタレイド 型式：ＥＦＲ）を貼り付けた。この２軸延伸ポリエチレンテレフタレートと電波吸収体との積層体を第２の絶縁基板とした。このようにして本発明の平面アンテナを使用したＩＣタグとした。

上記、ＩＣタグを金属箔に貼り付け、通信距離を測定したところ、通信距離は４２０ｍｍであった。また、平面アンテナの厚みは１．２ｍｍと、金属に貼り付け可能なＩＣタグとしては充分に薄いものであった。

（比較例１）
Ａｌｉｅｎ社製ＵＨＦタグ（ALN-9540-Squiggle）を、金属箔に貼り付け、通信距離を測定したところ、通信しなかった。

（比較例２）
Ａｌｉｅｎ社製ＵＨＦタグ（ALN-9540-Squiggle）を、厚さ１．０ｍｍ電波吸収体（ＮＥＣトーキン株式会社製バスタレイド 型式：ＥＦＲ）の一方の面に貼り付け、電波吸収体の他方の面に金属箔を張り付けて通信距離を測定したところ、通信しなかった。

本発明の平面アンテナを使用すれば、金属物品以外の貼り付けを想定し設計されたＩＣタグであっても、金属物品に貼り付けて使用可能なＩＣタグとして利用することが出来る。

平面アンテナのダイポールアンテナ面の概略平面図である。 図１に示す平面アンテナのＩ−Ｉ断面模式図である。 図１に示す平面アンテナの第１のループ回路面の概略平面図である。 本発明における１実施形態の平面アンテナのダイポールアンテナ面の概略平面図である。 図４に示す平面アンテナのＩ−Ｉ断面模式図である。 図４に示す平面アンテナ第１のループ回路及び第２のループ回路面の概略平面図である。 第１のループ回路と第２のループ回路の接触状態を示す図である。 図１に示す平面アンテナの第１のループ回路上に第２の絶縁基板を積層したときのＩ−Ｉ断面模式図である。 図４に示す平面アンテナの第１のループ回路及び第２のループ回路上に第２の絶縁基板を積層したときのＩ−Ｉ断面模式図である。

符号の説明

１ ダイポールアンテナ
２ 第１の絶縁基板
３ Ｔ字型整合回路
４ 第１のループ回路
５ 第２のループ回路
６ 第２の絶縁基板

Claims (5)

1. 第１の絶縁基板と、
   第１の絶縁基板の一方の面側にＴ字型整合回路付きダイポールアンテナと、
   第１の絶縁基板の他方の面側に第１のループ回路とを備え、
   前記第１の絶縁基板の一方の面側から見たときの、前記ダイポールアンテナの投影像の整合回路部分と前記第１のループ回路の投影像とが交差しており、
   前記第１の絶縁基板の第１のループ回路が存在する他方の面側に、さらに第２のループ回路を備え、
   前記第１のループ回路に第２のループ回路が接触しており、
   前記第１の絶縁基板のダイポールアンテナが存在する一方の面側から見たときの、前記ダイポールアンテナの投影像の両端部分と第２のループ回路の投影像とが重なっている平面アンテナ。
2. 前記第１のループ回路が、方形または円形である請求項１に記載の平面アンテナ。
3. 前記第２のループ回路が、方形または円形である請求項１または２に記載の平面アンテナ。
4. 前記第１の絶縁基板の第１のループ回路が存在する他方の面側に、さらに第２の絶縁基板が積層された請求項１から３のいずれかに記載の平面アンテナ。
5. 前記第２の絶縁基板が電波吸収体を含んでいる請求項４に記載の平面アンテナ。

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