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JP7238098B2 - Rfidタグ - Google Patents

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Description

本開示は、複数の機能モジュールを備えたRFID(Radio Frequency Identifier)タグに関する。
特開2002-65418号公報には、太陽電池及び液晶表示装置などの複数の機能モジュールを備えたRFIDタグが示されている。
アンテナ導体及び一続きのグラウンド面を有し、制御回路及びRFID用ICが搭載された回路基板と、
前記回路基板に接続された複数の機能モジュールと、
を備え、
前記回路基板は、
前記制御回路の搭載面及び前記グラウンド面を含む1つの主部と、
前記アンテナ導体を含み前記主部と一体化された1つの延在部と、
からなり
前記主部は、前記アンテナ導体を含まず、
前記延在部は、前記搭載面及び前記グラウンド面を含まず、
前記延在部及び前記アンテナ導体は、前記主部の一つの縁部よりも長く、かつ、前記一つの縁部に沿って位置する。
本開示に係るもう一つのRFIDタグは、
アンテナ導体及びグラウンド面を有し、制御回路及びRFID用ICが搭載された回路基板と、
前記回路基板に接続された第1機能モジュール、第2機能モジュール及び第3機能モジュールと、
を備え、
前記回路基板は、
前記制御回路の搭載面及び一続きのグラウンド面を含む1つの主部と、
前記アンテナ導体を含み前記主部と一体化された1つの延在部と、
からなり
前記主部は、前記アンテナ導体を含まず、
前記延在部は、前記搭載面及び前記グラウンド面を含まず、
前記第1機能モジュールが前記主部と基板面に垂直な方向に重なりかつ前記延在部と前記垂直な方向に重ならず、
前記第2機能モジュール及び前記第3機能モジュールが前記第1機能モジュールを挟んだ両側に配置され、
前記延在部及び前記アンテナ導体が、前記垂直な方向から見て、前記主部の一つの縁部と、前記第1機能モジュールと前記第2機能モジュールとの間と、前記第1機能モジュールと前記第3機能モジュールとの間とに、沿って延在している。
本開示の実施形態1に係るRFIDタグの分解斜視図である。 実施形態1のRFIDタグの回路構成を示すブロック図である。 筐体に回路基板と機能モジュールとが搭載された構成の平面図である。 実施形態1のRFIDタグを示す縦断面図である。 実施形態1のRFIDタグのシミュレーション構成を示す図である。 実施形態1のRFIDタグのアンテナ特性を示す図である。 比較例のRFIDタグのシミュレーション構成を示す図である。 比較例のRFIDタグのアンテナ特性を示す図である。 実施形態2のRFIDタグを示す平面図である。 実施形態2の回路基板を示す平面図である。 実施形態2のRFIDタグのシミュレーション構成を示す図である。 実施形態2のRFIDタグのアンテナ特性を示す図である。
以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下、図面に示された、互いに直交するX、Y、Zの三軸方向を用いて各方向を説明する。また、X方向を左右の横方向、Y方向を上下方向、Z方向を前後方向として、各方向を表わすときもある。しかし、各方向はRFIDタグ1の使用時の方向と一致していなくてもよい。Z方向は、回路基板20の基板面に垂直な方向に相当する。
(実施形態1)
図1は、本開示の実施形態1に係るRFIDタグの分解斜視図である。実施形態1のRFIDタグ1は、筐体10と、回路基板20と、光発電パネル31、32及び表示器33と、蓋体40とを備える。表示器33は、本開示に係る第1機能モジュールの一例に相当する。光発電パネル31、32は、本開示に係る第2機能モジュール及び第3機能モジュールの一例に相当する。
筐体10は、一方が開放された凹状の形態を有し、回路基板20と表示器33とを重ねかつ表示器33の左右に2つの光発電パネル31、32を並べて収容できる。筐体10は、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)、PC(ポリカーボネート)、POM(ポリアセタール)、PP(ポリプロピレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイト)、PA(ポリアミド)、EVA(エチレン酢酸ビニル共重合)、PE(ポリエチレン)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PS(ポリスチレン)、EP(エポキシ樹脂)、PF(フェノール樹脂)などのエンジニアリングプラスチックを主材とし、例えば射出成形により形成される。筐体10は、上記の材料のいずれかを主材とし、他の材料を混合した混合材により形成されてもよいし、さらに無機フィラーが含有された材料により形成されてもよい。
表示器33は、例えば液晶表示パネルであり、回路基板20と配線(フィルム配線等)33hを介して電気的に接続される。光発電パネル31、32は、外部から光を受けて発電する。表示器33及び光発電パネル31、32の各々は、矩形板状であってもよい。光発電パネル31、32は、回路基板20に配線(リード線等)31h、32hを介して電気的に接続される。配線31h~33hは、回路基板20においてコネクタを介して着脱自在に接続されていてもよい。
蓋体40は、光発電パネル31、32及び表示器33に対向する範囲に透明窓41a~41cを有し、筐体10の内枠10aに接合されて筐体10内を封止する。
図2は、実施形態1のRFIDタグの回路構成を示すブロック図である。RFIDタグ1は、光発電パネル31、32から発電電力を入力し電力管理を行うPMIC(Power Management Integrated Circuit)21と、PMIC21から電力を受けて制御系の電源電圧を生成する第1電源IC22と、PMIC21から電力を受けて表示器33の駆動電圧を生成する第2電源IC23とを備える。さらに、RFIDタグ1は、電波を介してリーダライタと無線通信を行うRFID用IC25と、RFID用IC25との通信及び表示器33の表示制御を行う制御回路24とを備える。制御回路24と、RFID用IC25とは、第1電源IC22から電源電圧を受けて動作する。RFID用IC25は、例えばUHF(Ultra High Frequency)帯の電波を用いて無線通信を行う。RFID用IC25は、リーダライタから読み書きが可能な記憶部を有し、記憶部に識別情報又は管理情報等が格納される。制御回路24は、例えばマイクロコンピュータであり、RFID用IC25と通信を行ってRFID用IC25の記憶部の情報を読み出すことができる。制御回路24は、読み出した情報に基づいて、表示器33の表示内容を制御する。PMIC21、第1電源IC22、第2電源IC23、制御回路24、RFID用IC25は、回路基板20に搭載されている。
図3は、筐体に回路基板と機能モジュールとが搭載された構成の平面図である。図3において、表示器33は二点鎖線で表している。回路基板20は、XY方向に拡がる主部20Aと、主部20Aの上辺(縁部)に沿って延在し、かつ、主部20AのX方向の両側に長く延在する延在部20Bとを有する。すなわち、延在部20Bの長手方向の一端部と他端部とが、主部20Aよりも主部20Aの上辺に沿った一方と他方と突出している。図3において、境界線E1により、主部20Aと延在部20Bとの仮想的な境界を示している。主部20Aは平面が矩形状であってもよい。
主部20Aには、グラウンド面27が含まれる。グラウンド面27は、回路基板20の一面又は中間層に形成され、XY平面に沿った方向において主部20Aの大部分を占める。図3では、グラウンド面27は、回路基板20の裏面(後面)に形成されており、破線で示している。主部20Aには、制御回路24、PMIC21、第1電源IC22、第2電源IC23、表示パネル接続用コネクタ、光発電パネル用コネクタなどの搭載面を有し、これらの部品が搭載されている。これらは、図3の回路基板20の裏側(後方、後面)に搭載されており、図3において図示を省略している。RFID用IC25は、主部20Aと延在部20Bとの境界の近傍で、アンテナ導体28に接続されれば、主部20Aに搭載されていても、延在部20Bに搭載されていても、これらの境界に搭載されていてもよい。主部20Aは、表示器33と横幅が略同一であってもよい。
延在部20Bは、アンテナ導体28を含み、主部20Aと一体化されている。アンテナ導体28は、回路基板20の一面(例えば図3では後面)に形成される。アンテナ導体28から放射される電磁界は、アンテナ導体28の長手方向(X方向)に垂直なYZ面において、全方位的に放射される。アンテナ導体28は、回路基板20の中間層に形成されていてもよい。
アンテナ導体28は、無線信号の周波数で共振する長さを有する電波放射用の帯状部28aと、インピーダンス整合用のパターン部28bとを含む。帯状部28aは、X方向において光発電パネル31、32が配置される範囲まで延在されていてもよい。帯状部28aは、主部20A及びグラウンド面27の横幅よりも長く、主部20A及びグラウンド面27よりもX方向の一方と他方とに長く延在している。帯状部28aは、電気長がRFID用IC25の無線信号のほぼ半波長の長さを有するダイポールアンテナを構成していてもよい。帯状部28aと、グラウンド面27との最小距離L1は、帯状部28aの短手方向の幅L2よりも長い。パターン部28bは、例えばループ状のパターンを有し、帯状部28aとRFID用IC25の給電点との間に設けられ、両者の間でインピーダンスを整合させる。
図3に示すように、表示器33は、回路基板20の主部20AとZ方向に重なり、延在部20BとZ方向に重ならない。なお、表示器33は、アンテナ導体28の帯状部28aに重ならなければ、パターン部28b及び延在部20Bの一部と重なってもよい。光発電パネル31、32は、回路基板20の主部20Aと延在部20Bとに二方が仕切られる両方の脇部W1、W2に配置される。具体的には、光発電パネル31の一角31aが脇部W1内に収まり、光発電パネル31の2つの辺31e1、31e2が、二方を仕切る延在部20Bの下辺と主部20Aの左辺とにそれぞれ沿っている。もう一方の光発電パネル32についても同様である。
図4は、実施形態1のRFIDタグを示す縦断面図である。図4は、図3の矢印A-A線の位置における断面を示している。図4において表示器33は仮想線で示している。図4に示すように、表示器33と回路基板20とはZ方向に重なるように配置されている。光発電パネル31、32は、XY平面に沿った方向に見たとき、表示器33と重なるように配置され、回路基板20と重ならないように配置されている。なお、光発電パネル31、32は、XY平面に沿った方向に見たときに、表示器33と重ならない高さに配置されていてもよいし、回路基板20と重なる高さに配置されていてもよい。
<アンテナ特性>
図5A及び図5Bは、実施形態1のRFIDタグのシミュレーション構成とアンテナ特性とを示す図である。図6A及び図6Bは、比較例のRFIDタグのシミュレーション構成とアンテナ特性とを示す図である。シミュレーション構成を示す図5Aにおいてはアンテナ導体28及びグラウンド面27は見やすいように細実線で示している。図6Aにおいてはアンテナ導体828及びグラウンド面827は見やすいように光発電パネル31、32と重ならない範囲において細実線で示している。アンテナ特性グラフにおいて、図5Aの+Z方向がXZ面放射パターン及びYZ面放射パターンの0°に相当し、図5Aの-X方向がXZ面放射パターンの-90°に相当し、図5Aの-Y方向がYZ面放射パターンの-90°に相当する。
実施形態1のRFIDタグ1について、図5Aに示すように、アンテナ導体28の長さを114mm、グラウンド面27の横幅を59.4mmとして、アンテナ放射特性についてシミュレーションを行った。その結果、図5Bに示すように、Z方向(0°方向)のアンテナ利得として高い値(1.6dBi)が得られた。また、YZ面におけるアンテナ利得として方向に依存しない良好な値(最低で0.4dBi)が得られた。
一方、図6Aの比較例についてシミュレーションを行ったところ、図6Bに示すように、Z方向(0°方向)のアンテナ利得が-5.8dBiと低い値となった。さらに、YZ面におけるアンテナ利得として-Y方向(-90°方向)の値が高く、Y方向(90°方向)の値が非常に低くなった。比較例は、アンテナ導体828の長さが114mm、回路基板820の主部820Aの横幅が延在部820Bの横幅と一致、グラウンド面827の横幅がアンテナ導体828の長さと一致とし、他の構成要素を実施形態1の図5Aと同様に構成した例である。
アンテナ導体28、828においては、端部に強い電界が現れる。グラウンド面27、827は、電波に対して反射器として作用する一面がある。比較例の構成では、アンテナ導体828のうち強い電界が生じる端部の近くに、反射器として作用するグラウンド面827があることで、YZ面におけるアンテナ利得に指向性が生じることに加えて、Z方向のアンテナ利得を低下させている。一方、実施形態1の構成では、アンテナ導体28のうち強い電界が生じる端部から、反射器として作用するグラウンド面27が離れていることで、YZ面放射特性が方向によらず一様となることに加えて、Z方向のアンテナ利得が向上している。
以上のように、実施形態1のRFIDタグ1によれば、回路基板20の延在部20B及びアンテナ導体28が、回路基板20の主部20Aの上辺(縁部)に沿って、主部20A及びグラウンド面27よりも長く延在している。したがって、強い電界が生じるアンテナ導体28の端部が、グラウンド面27から離れるので、端部とグラウンド面27との間に無線信号の電界が集中してしまうことが抑制される。さらに、グラウンド面27が反射器として作用することによる特定方向(Z方向)のアンテナ利得の低下が抑制される。これらによって、アンテナ利得を向上でき、かつ、表示機能付きのRFIDタグ1に対して好適なアンテナ特性(表示面の方向にアンテナ利得が高い特性)を得ることができる。
さらに、実施形態1のRFIDタグ1によれば、延在部20B及びアンテナ導体28は、回路基板20の主部20Aよりも左右両方に長く延在している。したがって、アンテナ導体28の両方の端部をグラウンド面27から離すことができる。よって、アンテナ利得をより向上でき、より好適なアンテナ特性を得ることができる。この構成は、ダイポールアンテナのように両端に強い電界が生じるアンテナ導体28に対して、特に有効である。
さらに、実施形態1のRFIDタグ1によれば、アンテナ導体28は電波放射用の帯状部28aを含み、帯状部28aとグラウンド面27との最小距離L1が、帯状部28aの短手方向の幅L2よりも大きい(図3)。このように、帯状部28aの端部以外の範囲においても、帯状部28aがグラウンド面27から離れることで、この範囲の帯状部28aに対して、グラウンド面27の反射器としての作用が、特定方向(Z方向)のアンテナ特性を低下させてしまうことを抑制できる。
さらに、実施形態1のRFIDタグ1によれば、光発電パネル31、32が、回路基板20の主部20Aと延在部20Bとの二方が仕切られる脇部W1、W2に配置されている。このような構成により、光発電パネル31、32がアンテナ導体28と前後方向に重なってしまうことを回避しつつ、光発電パネル31、32の有効な配置スペースを確保できる。
さらに、実施形態1のRFIDタグ1によれば、表示器33が回路基板20の主部20Aと重なり、2つの光発電パネル31、32が、両方の脇部W1、W2に配置されている。このような構成によれば、筐体10の限られたスペース内で、表示器33と2つの光発電パネル31、32とを一列に並べて配置することができ、かつ、アンテナ導体28がこれらと前後方向に重ならならずに良好なアンテナ特性を得ることができる。
(実施形態2)
図7A及び図7Bは、実施形態2のRFIDタグを示す平面図と、回路基板の平面図である。図7Aにおいて、表示器33は仮想線で表し、蓋体40の図示を省略している。実施形態2のRFIDタグ101は、回路基板120の延在部120B及びアンテナ導体128の形状が異なる一方、他の構成要素は実施形態1とほぼ同様である。同様の構成要素については実施形態1と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
回路基板120は、XY方向に拡がる主部20Aと、主部20Aの左辺、上辺及び右辺(左方の縁部、上方の縁部及び右方の縁部)に沿って延在する延在部120Bとを有する。図7A及び図7Bにおいて、境界線E2により主部20Aと延在部120Bとの仮想的な境界を表わす。延在部120Bは、Z方向に見たとき、表示器33の上方、表示器33の左方(表示器33と光発電パネル31との間)、並びに、表示器33の右方(表示器33と光発電パネル32との間)に位置し、Z方向に見て表示器33及び光発電パネル31、32と重ならない。なお、アンテナ導体128を除く延在部120Bの一部が表示器33に重なっていてもよい。主部20Aは、実施形態1と同様にグラウンド面27を含み、実施形態1と同様の部品が搭載されている。
延在部120Bは、アンテナ導体128を含み、主部20Aと一体化されている。アンテナ導体128は、無線信号の周波数で共振する長さを有する電波放射用の帯状部128aと、インピーダンス整合用のパターン部28bとを含む。パターン部28bは、実施形態1のものと同様である。
帯状部128aは、主部20Aの上方でX方向に延在する中央帯状部128a0と、Z方向に見たときに表示器33と光発電パネル31との間でY方向に延在する第1帯状部128a1と、Z方向に見たときに表示器33と光発電パネル32との間でY方向に延在する第2帯状部128a2とを含む。帯状部128aは、電気長がRFID用IC25の無線信号のほぼ半波長の長さを有するダイポールアンテナを構成していてもよい。中央帯状部128a0とグラウンド面27との最小距離L1は、中央帯状部128a0の短手方向の幅L2よりも大きい。第1帯状部128a1とグラウンド面27との最小距離L3は、第1帯状部128a1の短手方向の幅L4よりも大きい。第2帯状部128a2とグラウンド面27との最小距離L5は、第2帯状部128a2の短手方向の幅L6よりも大きい。
<アンテナ特性>
図8A及び図8Bは、実施形態2のRFIDタグのシミュレーション構成とアンテナ特性とを示す図である。シミュレーション構成を示す図8Aにおいてはアンテナ導体128及びグラウンド面27は見やすいように細実線で示している。アンテナ特性グラフにおいて、図8Aの+Z方向がXZ面放射パターン及びYZ面放射パターンの0°に相当し、図8Aの-X方向がXZ面放射パターンの-90°に相当し、図8Aの-Y方向がYZ面放射パターンの-90°に相当する。
実施形態2のRFIDタグ101について、図8Aに示すように、第1帯状部128a1及び第2帯状部128a2とグラウンド面27との最小距離L3、L5を6mm、帯状部128aの短手方向の幅を1.2mmとして、アンテナ放射特性についてシミュレーションを行った。その結果、図8Bに示すように、Z方向(0°)のアンテナ利得として、図6A及び図6Bの比較例と比べて高い値(0.5dBi)が得られ、さらに、±X方向においても、ある程度(-10dBi)のアンテナ利得が得られた。また、YZ面におけるアンテナ利得として方向に依存しない良好な値(0~2dBi)が得られた。
実施形態2のアンテナ導体128においては、Y方向に延在する第1帯状部128a1及び第2帯状部128a2があることで、実施形態1と比べて、±X方向のアンテナ利得が上昇している。さらに、アンテナ導体128のうち強い電界が生じる端部が、グラウンド面27から大きく離れていることで、端部とグラウンド面27との間に電界が集中せず、アンテナ利得の低下が回避されている。加えて、アンテナ導体128の第1帯状部128a1に対してグラウンド面27が反射器として作用することで、-X方向のアンテナ利得が上昇し、第2帯状部128a2に対してグラウンド面27が反射器として作用することで、X方向のアンテナ利得が上昇している。これらによって、XZ面においてもアンテナ特性が無指向に近づき、RFIDタグとして好適な放射特性が得られている。
以上のように、本開示の実施形態2のRFIDタグ101によれば、回路基板120の延在部120B及びアンテナ導体128が、主部20Aの上辺(縁部)に加えて、Z方向に見て、表示器33と2つの光発電パネル31、32との間に、延在している。このような構成により、表示器33と2つの光発電パネル31、32とが一列に並ぶ配置を実現でき、かつ、アンテナ導体28がこれらと前後方向に重ならならずに良好なアンテナ特性を得ることができる。さらに、アンテナ導体28は、X方向に延在する部分と、Y方向に延在する部分とを含むので、実施形態1の構成と比較して、XZ面におけるアンテナ特性を無指向に近づけることができる。
さらに、本開示の実施形態2のRFIDタグ101によれば、アンテナ導体28の第1帯状部128a1とグラウンド面27との最小距離L3は、第1帯状部128a1の短手方向の幅L4よりも大きい(図7A)。同様に、第2帯状部128a2とグラウンド面27との最小距離L5は、第2帯状部128a2の短手方向の幅L6よりも大きい(図7A)。このように、無線信号の伝送時に強い電界が生じるアンテナ導体128の端部が、グラウンド面27から大きく離れて配置されることで、アンテナ導体128の端部とグラウンド面27との間に、強い電界が集中してしまうことを抑制できる。したがって、アンテナ特性の劣化を抑制できる。さらに、グラウンド面27の反射器としての作用が、±X方向の電波に対してアンテナ利得を向上させる方向に働き、XZ面におけるアンテナ特性をより無指向に近づけることができる。
以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、機能モジュールとして、2つの光発電パネル31、32と表示器33とを適用した例を示したが、機能モジュールとしては、例えば、温度、湿度、照度、振動、加速度などを検出するセンサモジュール、集音器、拡声器など、様々なモジュールが適用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本開示は、複数の機能モジュールを備えたRFIDタグに利用できる。

Claims (7)

  1. アンテナ導体及び一続きのグラウンド面を有し、制御回路及びRFID用ICが搭載された回路基板と、
    前記回路基板に接続された複数の機能モジュールと、
    を備え、
    前記回路基板は、
    前記制御回路の搭載面及び前記グラウンド面を含む1つの主部と、
    前記アンテナ導体を含み前記主部と一体化された1つの延在部と、
    からなり
    前記主部は、前記アンテナ導体を含まず、
    前記延在部は、前記搭載面及び前記グラウンド面を含まず、
    前記延在部及び前記アンテナ導体は、前記主部の一つの縁部よりも長く、かつ、前記一つの縁部に沿って位置する、
    RFIDタグ。
  2. 前記延在部及び前記アンテナ導体の一端部と他端部とが、前記一つの縁部に沿って前記主部よりも一方と他方とに突出している、
    請求項1記載のRFIDタグ。
  3. 前記アンテナ導体は電波放射用の帯状部を含み、
    前記帯状部と前記グラウンド面との最小距離が、前記帯状部の短手方向の幅よりも長い、
    請求項1又は請求項2記載のRFIDタグ。
  4. 前記延在部と前記主部とに二方が仕切られた脇部に、前記複数の機能モジュールのいずれかが配置されている、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のRFIDタグ。
  5. 前記複数の機能モジュールは第1機能モジュール、第2機能モジュール及び第3機能モジュールを含み、
    前記第1機能モジュールが、前記主部と基板面に垂直な方向に重なりかつ前記延在部と前記垂直な方向に重ならず、
    前記第2機能モジュール及び前記第3機能モジュールが、前記延在部と前記主部とに二方が仕切られた一方の脇部及び他方の脇部にそれぞれ配置されている、
    請求項2記載のRFIDタグ。
  6. アンテナ導体及びグラウンド面を有し、制御回路及びRFID用ICが搭載された回路基板と、
    前記回路基板に接続された第1機能モジュール、第2機能モジュール及び第3機能モジュールと、
    を備え、
    前記回路基板は、
    前記制御回路の搭載面及び一続きのグラウンド面を含む1つの主部と、
    前記アンテナ導体を含み前記主部と一体化された1つの延在部と、
    からなり
    前記主部は、前記アンテナ導体を含まず、
    前記延在部は、前記搭載面及び前記グラウンド面を含まず、
    前記第1機能モジュールが前記主部と基板面に垂直な方向に重なりかつ前記延在部と前記垂直な方向に重ならず、
    前記第2機能モジュール及び前記第3機能モジュールが前記第1機能モジュールを挟んだ両側に配置され、
    前記延在部及び前記アンテナ導体が、前記垂直な方向から見て、前記主部の一つの縁部と、前記第1機能モジュールと前記第2機能モジュールとの間と、前記第1機能モジュールと前記第3機能モジュールとの間とに、沿って延在している、
    RFIDタグ。
  7. 前記アンテナ導体は、前記第1機能モジュールと前記第2機能モジュールとの間に延在する第1帯状部と、前記第1機能モジュールと前記第3機能モジュールとの間に延在する第2帯状部とを含み、
    前記第1帯状部と前記グラウンド面との最小距離が、前記第1帯状部の短手方向の幅よりも大きく、
    前記第2帯状部と前記グラウンド面との最小距離が、前記第2帯状部の短手方向の幅よりも大きい、
    請求項6記載のRFIDタグ。
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