WO2006049068A1 - アンテナ装置およびそれを用いた無線通信システム - Google Patents

Abstract

　基体と、基体の裏面に設けられた接地導体と、基体の表面に設けられた一部をくり抜いた放射導体と、放射導体のくり抜き部分に設けられた接地端子と、接地導体と接地端子に接続された導体と、放射導体に接続されている給電端子とを備え、接地端子と給電端子をＩＣチップに接続したアンテナ装置を提供する。このようにして、ＩＣチップによる給電が可能で、金属板上で十分に動作するアンテナ装置を実現できる。さらに、このアンテナ装置を用いた無線通信システムを提供する。

Description

明 細 書

アンテナ装置およびそれを用いた無線通信システム

技術分野

[0001] 本発明は無線通信システムに用いられるアンテナ装置に関する。

背景技術

[0002] 無線通信システムの一例である RFID (Radio Frequency Identification)は、 電波を利用した認証技術の総称であり、最近では電波による非接触通信と ICチップ を利用した認証の組合せが主流となっている。具体的には、タグやラベル状に力卩ェさ れた ICチップ付きアンテナを人や物に付与し、そこに記憶された情報をリーダライタ と呼ばれる装置で読み取ることで、物体認識や個人認証を行うものである。

[0003] この RFIDに使用されるタグ用アンテナの例力 特開 2004— 104344号公報に開 示されている。図 9を用いて従来のダイポールアンテナについて説明する。図 9のダ イポールアンテナは、誘電体シート 100と放射エレメント 101と ICチップ 102で構成さ れ、 ICチップ 102によって放射エレメント 101に電力が供給されている。

[0004] し力しながら、金属板上にタグを貼付し通信を行おうとした場合、タグ用アンテナが 金属板の影響により十分に機能しないという課題があった。具体的には、図 10のよう にダイポールアンテナに金属板 103を近づけた場合には、放射エレメント 101に流れ る電流に対して金属板 103を介して逆相の電流が発生する。そのため、この電流同 士が遠方界にて打ち消し合ってしまうので、放射エレメント 101からの放射が妨げら れ特性が劣化するという課題になる。

発明の開示

[0005] 本発明は、基体と、基体の裏面に設けられた接地導体と、基体の表面に設けられ 一部をくり抜いた放射導体と、放射導体のくり抜き部分に設けられた接地端子と、接 地導体と接地端子に接続された導体と、放射導体に接続されて ヽる給電端子とを備 え、接地端子と給電端子を ICチップで接続したアンテナ装置を提供する。この構成 により、アンテナ装置表面に ICチップを実装することが容易となり、 ICチップによる給 電が可能となる。さらに、基体の裏面に接地導体があることで、金属板上にアンテナ 装置を貼付した場合においても、金属板の影響を受けにくくなり、特性劣化を抑制す ることが可能となる。その結果、金属板上でも十分に動作するアンテナ装置を得るこ とがでさる。

[0006] さらに、本発明は上記アンテナ装置を金属上に配置して使用する無線通信システ ムを提供する。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1A]図 1Aは本発明の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 1B]図 1Bは図 1Aに示す ICチップ実装部の拡大図である。

[図 2A]図 2Aは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 2B]図 2Bは図 2Aに示す ICチップ実装部の拡大図である。

[図 3]図 3は本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 4A]図 4Aは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 4B]図 4Bは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 5]図 5は本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 6A]図 6Aは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 6B]図 6Bは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 7]図 7は本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 8A]図 8Aは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 8B]図 8Bは本発明の別の一実施の形態を示すアンテナ装置の斜視図である。

[図 9]図 9は従来のアンテナ装置の構成図である。

[図 10]図 10は従来のアンテナ装置の動作原理を説明する図である。

符号の説明

[0008] 1 アンテナ装置

2 基体

3 接地導体

4 放射導体

5 接地端子

6 導体 7 給電端子

8 ICチップ

発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明の実施の形態の一例について図面を参照しながら説明する。なお、図面は 模式図であり、各位置を寸法的に正しく示すものではない。また、本発明は本実施の 形態に限定されるものではな 、。

[0010] (実施の形態）

図 1Aに本発明のアンテナ装置 1の構成を示す。アンテナ装置 1は、基体 2と、基体 2の裏面に設けられた接地導体 3と、基体 2の表面に設けられ一部をくり抜いた放射 導体 4と、放射導体 4のくり抜き部分に設けられた接地端子 5と、接地端子 5と接地導 体 3に接続された導体 6と、放射導体 4に接続されている給電端子 7とから構成されて いる。導体 6は接地導体 3と接地端子 5を電気的に接続するものであり、例えばスル 一ホールなどで形成されて ヽる。

[0011] 接地端子 5と給電端子 7との間には ICチップ 8が実装される。図 1Bに示すように、 例えばワイヤーボンディングなどによって、 ICチップ 8の接地電極 8a、 8bが接地端子 5へ、接地電極 8c、 8dが給電端子 7へそれぞれ接続される。このようにして、放射導 体 4へ電力が供給される。 ICチップ 8と実装部とを保護するために、 ICチップ 8の外 周部分を榭脂製の誘電体など覆うことが好ましい。また、図 2Aに示すように、接地端 子 5と給電端子 7との間に凹部 15を形成し、凹部 15内に ICチップ 8を埋め込んでもよ い。このようにして、図 2Bのように放射導体 4上の突起物となる ICチップ 8を基体 2内 に収納することができるため、平坦なアンテナ装置 1を得ることができる。さらに、 ICチ ップ 8のみを基体 2内に収納することで、アンテナ特性に寄与する接地導体 3と放射 導体 4との間の距離を変える必要がないので、特性の良いアンテナ装置 1が実現でき る。一般的にアンテナは、放射導体 4の長さによって共振周波数が決定される。本発 明のアンテナ装置 1においては、放射導体 4の長さが約 λ Ζ2の時に動作するモード を利用している。なお、ここでえは共振周波数における波長を表している。放射導体 4の幅は共振周波数への寄与は小さ 、が、幅が広 、ほど電波が放射しやす!/、構成と なるため、放射導体 4の幅を広くすることが望ましい。また、本構成のアンテナ装置 1 は、接地導体 3と放射導体 4の間に発生する磁流を利用して動作している。接地導体 3を金属板上に配置した場合には接地導体 3のサイズが変化したように作用するため 、アンテナ特性に対する影響は少ない。さらに、放射導体 4側に指向性を持たせるこ とが可能となるため、通信エリアを限定しやす 、特徴を持って 、る。

[0012] 図 3に示すように、放射導体 4と給電端子 7の間にスリット 16を設けると、給電端子 7 と放射導体 4間に等価的にインダクタンス素子が装荷されることになるため、スリット部 分が整合回路として動作することになる。そのため、チップ部品を用いることなく ICチ ップ 8とのインピーダンス整合が可能となり、効率よく放射導体に電力を供給すること ができるので、特性の良いアンテナ装置を得ることが可能となる。なお、スリット幅とし ては 0. 5mm程度あればよい。

[0013] また、図 4A、 4Bに示すように、基体 2の表面に放射導体 4とは絶縁状態にある無給 電導体 9を配置することにより、放射導体 4と無給電導体 9との間に電磁界結合が発 生するため、広帯域ィ匕を図ることが可能となる。さらに、無給電導体 9を反射器として 動作させることにより、指向性制御が可能となる。

[0014] 接地導体 3と放射導体 4とは対向配置されているため、アンテナ装置 1はコンデンサ と等価的な働きをする。そのため、基体 2を高誘電率の材料で形成してしまうと、接地 導体 3と放射導体 4との間の Q値 (共振回路における Q値)が増大し、帯域幅の減少 や指向性の劣化を招いてしまう。そのため基体 2には低誘電率の材料を用いるか、 図 5のように基体 2にキヤビティ（cavity) 10を設けることが望ましい。キヤビティ 10に より基体 2の実効誘電率が低下するため、特性の劣化を抑制することが可能となる。

[0015] また、基体 2を可撓性のある材料で形成することにより、曲面形状の金属板にも貼 付することができるため、例えば車のボンネットなどにも取付けし易いアンテナ装置 1 を得ることができる。金属材料の例としては鉄板以外にアルミ板や銅板でも同様な効 果が得られる。なお、可撓性のある材料とは、折り曲げて破壊しない柔軟性材料であ ればよい。さらに、高周波領域における損失が少ない材料が好ましい。例えば、ふつ 素榭脂等が好ましい。

[0016] 本実施の形態において放射導体 4は一定の幅を持つように構成した力 図 6Aに示 すように中央部分の幅が狭ぐ開放端部分の幅が広いような構成にしてもよい。放射 導体の幅が異なる部分でインピーダンスが変化し電気長の調整が可能となるため、 放射導体 4の小型化を図ることが可能となる。さらに図 6Bのように中央部分をメアン ダライン状にしたり、または螺旋状にすることでも同様な効果を得ることができる。

[0017] さらに、本実施の形態において放射導体 4は一定の高さを持つように、つまり平面 状に構成した。さらに、図 7に示すように、基体 2の表面に段差を設け、接地端子 5と 給電端子 7を含む ICチップ 8の実装部分と放射導体 4の一部を段差部分に形成して もよい。段差部分に沿って放射導体 4が形成されるため指向性制御が可能となり、さ らに放射に寄与する放射導体 4の開放端部分と接地導体 3の距離は最大活用できる ため、特性の良いアンテナ装置 1を得ることができる。また、この段差部分を誘電体 1 1でモールドすることで、 ICチップ 8や実装部分を保護することができる。

[0018] さらに、図 8Aに示すように接地導体 3の表面全体に絶縁体層 12を設けてもよい。

絶縁体層 12を介してアンテナ装置 1を金属上に配置することで放射導体 4カゝらだけ でなく接地導体 3からも電波の放射を得ることができるため、通信特性の向上を図る ことができる。また図 8Bのように接地導体 3の両端部分にのみ絶縁体層 12を設けて も同様の効果が得られる。例えばこの絶縁体層 12に粘着性のある材料を使用すれ ば、金属などへの貼付も容易となり利便性の向上を図ることができる。絶縁体層の材 料としては、 ABS榭脂ゃ FR4基板などを用いることができる。

産業上の利用可能性

[0019] 本発明は、アンテナ装置表面に ICチップを実装することが容易となり、さらに金属 板上にアンテナ装置を貼付した場合においても金属板の影響を受けにくいアンテナ 装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[I] 基体と、

前記基体の裏面に設けられた接地導体と、

前記基体の表面に設けられ、くり抜き部分を持つ放射導体と、 前記放射導体のくり抜き部分に設けられた接地端子と、 前記接地導体と前記接地端子とに接続された導体と、 前記放射導体に接続されて!ヽる給電端子と、

を有し、前記接地端子と前記給電端子とを ICチップに接続したアンテナ装置。

[2] 前記放射導体と前記給電端子との間にスリットを有する請求項 1に記載のアンテナ装 置。

[3] 前記放射導体の中央部分と開放端部分の幅が異なる請求項 1に記載のアンテナ装 置。

[4] 前記放射導体の中央部分をメアンダ状に形成し、開放端部分は平面構成とした請求 項 1に記載のアンテナ装置。

[5] 前記放射導体の中央部分を螺旋状に形成し、開放端部分は平面構成とした請求項

1に記載のアンテナ装置。

[6] 前記接地端子と前記給電端子との間に凹部を形成し、前記凹部内に前記 ICチップ を埋め込んだ請求項 1に記載のアンテナ装置。

[7] 前記基体の表面に段差部分を設け、前記接地端子と前記給電端子とを含む前記 IC チップ実装部分と前記放射導体の一部を前記段差部分に形成した請求項 1に記載 のアンテナ装置。

[8] 前記段差部分を誘電体でモールドした請求項 7に記載のアンテナ装置。

[9] 前記基体内部にキヤビティを設けた請求項 1に記載のアンテナ装置。

[10] 前記基体の表面に、前記放射導体とは非接触の無給電導体を配置した請求項 1に 記載のアンテナ装置。

[I I] 前記基体を可撓性材料で形成した請求項 1に記載のアンテナ装置。

[12] 前記接地導体の表面の全体と一部分のうちのいずれか一方に絶縁体層を設けた請 求項 1に記載のアンテナ装置。 請求項 1から 12のいずれか一つに記載のアンテナ装置を金属上に配置した無線通 信システム。