JP2004274744A

JP2004274744A - 単一アンテナを備えたＲＦチップとリーダー機の一対一対応方式ＲＦ通信システムおよびそのＲＦチップとアンテナの構成物（ＲＦｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆａｏｎｅ‐ｔｏ‐ｏｎｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄｂｅｔｗｅｅｎｅａｃｈＲＦｃｈｉｐｈａｖｉｎｇａｓｉｎｇｌｅａｎｔｅｎｎａａｎｄａｒｅａｄｅｒ，ａｎｄａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｎＲＦＩＤｃｈｉｐａｎｄａｎａｎｔｅｎｎａｔｈｅｒｅｆｏｒｅ）

Info

Publication number: JP2004274744A
Application number: JP2004053719A
Authority: JP
Inventors: Won Gyu Hyun; ウェオン−ギュヒュン; Byeong Uk Chun; ビユン−ウクチェオン
Original assignee: 3B System Inc
Current assignee: 3B System Inc
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-09-30
Also published as: JP4481952B2; KR100425067B1; JP2006203944A

Abstract

【課題】単一リーダー機またはリード／ライト機に連結された複数個のリモートアンテナを通じてそのリモートアンテナに対応するRFチップとアンテナで構成された構成物の一対一通信のための電気的・物理的な接続と配置構成を有する単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システムの提供。
【解決手段】夫々単一のループ型第2アンテナとRFチップを有する多数のRFチップとアンテナの構成物が第2アンテナが一定の間隔で隣接するよう少なくとも1列に配置される収容部と、収容部にそのRFチップとアンテナの構成物が配置されたときにその各単一の第2アンテナとRF通信が可能になるよう各第2アンテナに対向して夫々配置されるループ型多数の第1アンテナと、第1、第2アンテナ間の通信干渉を最小化する常磁性体と、信号大きさ調節回路と、電源部からノイズを除去するノイズフィルターと、第1、第2アンテナ分離駆動のためのスイッチング手段を有す。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的に単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システムおよびそのRFチップとアンテナの構成物に関し、より詳細には互いに接続された複数個のRFアンテナ構成物と単一リーダーの個別的なRF通信が必要な場合または複数個のRFアンテナ構成物らが互いに隣接した領域に対してこれに対応する複数個のリーダーアンテナの隣接した適用が必要な場合についてのシステム構成方法と形態に関する。

RF通信を要求する交通カードや出入統制システムなどの大部分の適用分野において、リーダーとRFタイプのチップとアンテナを含むカードまたはその他の形態の最小限の構成物が用いられる。大部分の場合は、RFアンテナを有するカードなどの構成物とリーダー機が一対一の通信を必要とするようになり、互いに離れた区間内に適用されるのが一般的である。

前記の場合において、リーダー機とRFアンテナを有する構成物は、相互間共振特性の符合が必要になる。この際、共振特性が合わなくなると望む通信距離に足らない結果を得たり，甚だしい場合には相互間の通信が不可能になることもある。共振特性に影響を与える外部要因としては、図１に図示された一例において、リーダー機１とRFアンテナ２の周辺の磁性を帯びたりまたは一般的なリーダー機１の金属構造物、RF通信モジュール３(RFM)からの電磁気波などがあり得るし、その強度や近接条件に影響を受けるようになる。従って、リーダー機とRFアンテナ間の共振特性を最大限符合させるための作業と周辺の環境による影響を避けるためのリーダー機１とRFアンテナ２の配置を必要とするようになる。

単一のリーダー機の共振特性と機能に符合する複数個のRFアンテナが同時に用いられる場合に、一般的には該当リーダー機１が複数個のRFアンテナや構成物５に対応する自身固有の作業を同時に遂行し得なく、複数個のRFアンテナ構成物５のうち一つだけを選択して行うようになる。選択されて作業された構成物とは別途に複数個の構成物内の残余構成物のうち他の一つの構成物に対応する作業がなされ、対応する全ての構成物らに対して同一の作業過程が遂行される。

しかし、この際、単一リーダー機に対応する複数個の構成物は、同時に適用するとき構成物内のチップとリーダー機によってその数量に制限を有するようになり、一般的には可能な数量の再現性がなくなる。即ち、或る場合には三つの構成物が同時にリーダー機との接続が可能であるが、同一の構成物らに対して夫々の試図に二つなどの他の個数の接続を現すようになるという問題がある。

また、複数個のアンテナと接続された単一リーダー機(またはリード／ライト機)と複数個のリーダー機アンテナに一対一で対応する複数個のRFチップとアンテナで構成された構成物との通信において、構成物夫々に対する情報入出力と構成物自体についての区分が要求される場合において前記の通信方法は構成物自体についての個別区分が不可能であるため、夫々を区分するための別途の電気的な措置が必要になり、単一リーダー機に対する複数個のアンテナの設計された形状と相互間の隣接性、リーダー機からの伝達される電圧と電流特性によってアンテナ間の相互干渉性を帯びるようになる。前記因子らについての考慮がない限り、そのような干渉性は避け難く、このような干渉性は通信データの遺失や通信の不規則的な中断のようなRF通信における深刻な信頼性問題を惹き起こすようになる。

単一リーダー機またはリード／ライト機(以下、リーダー機と略称する)に対して連結された複数個のリモートアンテナとこれに対応するRFチップとアンテナで構成された構成物の一対一通信のためには各リモートアンテナ間または各構成物ら間の干渉性およびリモートアンテナと対応構成物以外の他の構成物のRFアンテナ間の干渉性を除去しなければならなく、また，複数個の各構成物を単一のリーダー機が個別位置や自体属性を区分するためには各構成物に対応するリモートリーダー機とアンテナ間の電気的な区分が要求される。

本発明は、このような要求を勘案して前記問題らを解決するためのもので、単一リーダー機またはリード／ライト機に連結された複数個のリモートアンテナを通じてその各リモートアンテナに対応するRFチップとアンテナで構成されたRFチップとアンテナの構成物の一対一通信のための電気的・物理的な接続と配置構成を有する単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RFD通信システムおよびそのRFチップとアンテナの構成物を提供することにその目的がある。

また、本発明の別の目的は、前記複数個のリモートアンテナと接続されたリーダー機またはリード／ライト機を複数個で構成して、その多数のリーダー機またはリード／ライト機の多数セットのリモートアンテナを通じて一対一対応してRFチップとアンテナの構成物らとのRF通信を実現させるための単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信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に、本発明の1実施例による単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システムは、RF通信モジュールおよび多数のRFチップとアンテナの構成物間のRF通信システムにおいて；夫々単一のループ型第2アンテナとRFチップを有する多数のRFチップとアンテナの構成物がその各第2アンテナが一定な間隔で隣接するよう少なくとも1列に配置されるよう設けられる収容部；その収容部にそのRFチップとアンテナの構成物が配置されたときにその各単一の第2アンテナとRF通信が可能になるよう各第2アンテナに対向して対応するように夫々配置されるループ型多数の第1アンテナ；隣接する第1アンテナと第2アンテナ間の通信干渉を最小化し、互いに対応する各第1アンテナと各第2アンテナ間にRF通信が可能になるよう少なくとも前記アンテナの下部に配置される常磁性体；前記常磁性体と共に、隣接する第1アンテナと第2アンテナ間の通信干渉を最小化し、互いに対応する各第1アンテナと各第2アンテナ間にRF通信が可能になるようシステムの特性によって前記第1アンテナにおける出力の大きさを調節させてやるための信号の大きさ調節回路；電源部からノイズを除去して電源部をRF通信モジュールに連結させるためのノイズフィルター；および前記夫々の対応する第1アンテナと第2アンテナが分離されて駆動できるよう前記各第1アンテナとRF通信モジュール間に電気的に分離されるように連結させるスイッチング手段を含み構成されることを特徴とする。

また、本発明は、第1アンテナを有するRF通信モジュールとRF通信のための第２アンテナを有するRFチップとアンテナの構成物において；前記第2アンテナがRFチップとアンテナの構成物の少なくとも二つの面に形成された単一ループで構成されて一つのRFチップに連結されることを特徴とするRFチップとアンテナの構成物を提供し、この場合，RFチップとアンテナの構成物の外形を構成するケースカバー乃至ケースの一部を開封または破損するときにRFチップと第2アンテナの結線が自動的に切れるようにRFチップおよび／または第2アンテナの線の一部がケースおよび／またはケースカバーに取り付けられるのが望ましい。

以上で説明した本発明の実施例による単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システムおよびそのRFチップとアンテナの構成物の構成と適用によれば、通信データの遺失や通信の不規則的な中断などの問題を惹き起こさせる各リモートアンテナ間または各構成物ら間の干渉性およびリモートアンテナと対応構成物以外の他の構成物のRFアンテナ間の干渉性を除去することができるのみならず、RF通信における信頼性を保障することができるようになり、前記複数個のリモートアンテナと接続されたリーダー機またはリード／ライト機を複数個に構成してその多数のリーダー機またはリード／ライト機の多数セットのリモートアンテナを通じて一対一に対応してRFチップとアンテナの構成物らとのRF通信を実現させることができ、延いては、ループアンテナが形成されたRFチップとアンテナの構成物20の両面のうちいずれ一面を通じてもRF通信がなされることができるので、RFチップとアンテナの構成物20の取り扱いが容易になるなどの効果がある。これによって使用上の便利性と迅速性に対する要求によりRF通信を利用したデータのトランザクションが急速度で拡散されている状況下で、本発明により複数個のリモートアンテナを有する単一リーダー機と複数個のRFチップとアンテナ構成物との通信における通信の信頼性を確保し得る方法を提案することにより、多様なRFアプリケーションが可能になるものと判断され、システムの統合側面から前記リモートアンテナ等を含むリーダー機と複数個のRFチップとアンテナ構成物を一つのモジュールと仮定するとき、各モジュールらの結合と各モジュール機能におけるRF通信の信頼性を得られる方法が現実的に提案されることにより、今後多様なアプリケーションの統合がなされられる展望である。

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明すると次の通りである。

本発明は前記の干渉性を除去するために実験による干渉要因を考察して見て、要因の効果的な抑制のための方法を提示する。

実験のためにRFアンテナと連結されるチップは、13．56MHzの共振周波数を有するフィリップス(Philips)社のマイフェアスタンダード(Mifare Standard)を用い、チップと関連して単一アンテナのリーダー機のRF通信モジュールとしては、Philips社のRC500チップを適用した製品を用いた。

RFチップ21と第2アンテナ22aを有するRFチップとアンテナの構成物20は、図２のような形状に製作され、リーダー機のためのRF通信システム1は、従来と同じ構成でRF通信モジュール3とこれに連結されたリモートアンテナである第1アンテナ2で図1のような形状に製作されるが、単一リーダー機と単一のリモートアンテナを接続して実験した結果、RFチップとアンテナの構成物20とのRF通信時に10mm程度の通信距離上で通信がなされることを確認した。ここで、第2アンテナ22aは図２に図示されたような本発明のRFチップとアンテナの構成物20では両側の面23，24に単一ループで形成される構造であるが、本発明のRF通信時のシステムだけのためには一側の側面にのみ形成することもでき、両面23，24に形成されたアンテナが互いにアンテナの性能を異にするものであることもあり、外形を含み製品の形態によって多様に構成することもできる。図2におけるとおり、本発明のRFチップとアンテナの構成物20においては、第2アンテナ22aが両側の面23，24に単一ループで形成することにより、ループアンテナが形成されたRFチップとアンテナの構成物20の両面のうちいずれの一面によってもRF通信がなされられるので、RFチップとアンテナの構成物20を二つの方向のうち一つの方向へ図３のように収容部16に設置するのが可能になり、その取り扱いが容易になる。

しかし、多数のRFチップとアンテナの構成物20と通信をすることができるように図3と類似であるが、常磁性体12とノイズフィルター14がない状態で、即ち、リモートアンテナを多数で構成した第1アンテナ11a，11b・・11n、スイッチング手段13およびRF通信モジュール15だけを含み第1アンテナ11a，11b・・11nの夫々にスイッチング手段13を介して互いに分離された時点にいずれ一つだけRF通信モジュール15に連結してRF通信がなされるようにRF通信システムを構成し、収容部16に2点鎖線で図示したように多数の対応するRFチップとアンテナの構成物20を配置して実験した結果、10mm程度の通信距離dで通信が不可能であることを確認し、より短い通信距離上でも通信ができなかったり，全体の通信エラー率が施行回数の増加に従って継続的に増加するのを確認した。従って、単にスイッチング手段13を介したRF通信システムの構成のみでは単一の第2アンテナ22a，22b・・22nを夫々備えたRFチップ21夫々とリーダー機の多数の第1アンテナ11a，11b・・11n夫々が一対一対応方式でRF通信が不可能であることが分かった。

前記の結果は根本的に図2のとおりRFチップとアンテナの構成物20の第1アンテナ11a，11b・・11nとリーダー機のRF通信システム10の第1アンテナ11a，11b・・11n間の干渉性に基因するものと判断され、このような干渉性はRF通信時にリモートアンテナに供給される電圧と電流の強度、即ち、出力の強度が高まるに従って増加し、第1アンテナ11a，11b・・11nないし第2アンテナ22a，22b・・22n間の隣接距離(図３で‘D’)が短くなるに従って増加するようになる。従って、このような干渉性を減らすためには前記の電圧と電流を低めアンテナ間の距離を広くしてやるのが必要になるが、アンテナに供給されるパワーが適正値以下である場合、RFアンテナを通じて誘起される電圧が微弱になることにより、RFチップ21が動作しないことがあり、通信距離dが短縮されることもあるようになる。また、適用分野によって各第1アンテナ11a，11b・・11nおよび／または対応する第2アンテナ22a，22b・・22n間の距離をそれ以上広くし得ない場合があり得るようになるため、この場合、適正な通信距離を設定し、最小の電気的なパワーを用いて通信が可能になるようにするリモートアンテナである第1アンテナ11a，11b・・11nとRFアンテナである第2アンテナ22a，22b・・22nの設計と補完が要求される。

リーダー機のリモートアンテナから最小限の電気的なパワーでRFアンテナから誘起される電圧で駆動されるRFチップが動作しえるようにするためにリモートアンテナの面積、即ち、通信有効面を減らし、アンテナのターン(turn)数を調整した後にリモートアンテナである第1アンテナ11a，11b・・11n)の下端に図３ないし図５における通りフェライトのような常磁性体12を配置し、システムの特性によって信号大きさ(出力)を微細に調整してセッティングし得る信号大きさ調節回路18をRF通信モジュール15と第１アンテナ11a，11b・・11n間に適用させ、RF通信モジュール15と電源部17間にはノイズフィルター14を適用して多くの実験をした結果、低い電気的なパワーに対する通信距離の拡張効果、即ち、電力対比した通信の効率を高めることができるようになって本発明を完成するに至った。

即ち、図3または図6に図示された通り、単一リーダー機またはリードライト機のRF通信モジュール15に連結された複数個のリモートアンテナである第1アンテナ11a，11b・・11nと、これに対応するRFチップ21および第2アンテナ22a，22b・・22nで構成された多数のRFチップとアンテナの構成物20間に一対一通信のために図3ないし図5に示したような構成を介在させることにより、望む通信の信頼性を最終的に得ることができるようになった。即ち、RF通信リーダー機(単一のチャンネルと言える)である単一のRF通信モジュール15に多数の第1アンテナ11a，11b・・11nが夫々時間的に分離されて駆動できるようにスイッチング手段13を介して連結され、その各第1アンテナ11a，11b・・11nに対応するよう多数のRFチップとアンテナの構成物20の第2アンテナ22a，22b・・22nが夫々配置されるよう収容部16(単純な接続面でありえる)が形成されて構成される。さらに、隣接する第1アンテナ11a，11b・・11nと第2アンテナ22a，22b・・22n間の通信干渉を最小化し、互いに対応する各第1アンテナ11a，11b・・11nと各第2アンテナ22a，22b・・22n間にRF通信が可能になるように少なくとも前記アンテナ11a，11b・・11nの下部に常磁性体12が配置される。さらに、その常磁性体12と共に隣接する第1アンテナ11a，11b・・11nと第2アンテナ22a，22b・・22n間の通信干渉を最小化し、互いに対応する各第1アンテナ11a，11b・・11nと各第2アンテナ22a，22b・・22n間にRF通信が可能になるようシステムの特性によって前記第1アンテナ11a，11b・・11nにおける出力の大きさを調節させてやるための信号大きさ調節回路18が第1アンテナ11a，11b・・11nとRF通信モジュール15間に設置される。そして、通常AC電源からDC電源が得られる電源部からノイズを除去して電源部をRF通信モジュール15に連結させるためのノイズフィルター14が配置されている。図4ではRF通信モジュール15とスイッチング手段13が分離されて構成されるが、図5ではスイッチング手段13などの構成がRF通信モジュール15に合体されて構成される点に差異がある。具体的な説明は省略するが、そのスイッチング手段13の制御のための手段もRF通信モジュール15のRF通信のコントローラーを変更させたり追加することにより、図5における通り一体とすることもでき、図4における通りRF通信モジュール15とは分離して構成することもできる。

このような構成により図6における通リ実験した結果、本発明によれば前記ループ型第1アンテナ11a，11b・・11nおよび第2アンテナ22a，22b・・22nの有効通信面の夫々の幅Wと長さLを横20mm以内、縦80mm以内にし、隣接第1アンテナ11a，11b・・11nまたは隣接第2アンテナ22a，22b・・22n間の間隔Dを3mm以内にし、通信距離dを10mm以内に構成することが可能になる。即ち、前記構成により干渉を最小化させ、通信エラーを発生させないようにして、スムーズに１；１対応方式でRF通信がなされられるようになった。

また、複数個の第1アンテナ11a，11b・・11nとその夫々にスイッチング手段13を介して接続されたRF通信モジュール15を図7と類似に複数個で構成して対応するように複数セットのRFチップとアンテナの構成物20を配置し、単一のノイズフィルター14を介して電源部17に連結して、RF通信を試図した結果、各モジュール間、即ち、多数のRF通信モジュール15間の干渉性が更に現れるに従ってRF通信上のエラー率が増加するのが確認された。これによってその原因を調査・分析し、これに対する解決方案を取り合わせて多様な実験を重ねた結果、次のような結果を得た。

即ち、図７の構造は各モジュールに供給される電源を共有して分配する構造であって各モジュールらが同時に作動する場合、各RF通信モジュール15に連結された第1アンテナ11a，11b・・11nへの電圧が一定でなく多くのノイズを含んでいるのが調査・分析され、これに対する対策としてノイズフィルター14を分離して各RF通信モジュール15に印加される電源部17に連結し、その各RF通信モジュール15は夫々の信号大きさ調節回路18を介して夫々の信号の大きさを調整して設定することにより、複数個のRF通信モジュール15を含むRF通信システムの構成において現れる問題点を解決して通信の信頼性を改善するようになった。

また、RFチップの変更ないし改ざんを防止できるようRFチップとアンテナの構成物20の形状が物体内に適用時に物体の開封または破損に対しRFチップと第2アンテナ22a，22b・・22nまたは第2アンテナ22a，22b・・22nの中間の結線が自動的に切れるように構成するのが望ましい。1例として、図8における通り、ケース26内に内部設置部材25を介して第2アンテナ22a，22b・・22nおよびRFチップ21が設置され、ケースカバー27が設置される場合、ケース26内に内部設置部材25を設置した後、ケースカバー27の一部に接着剤などを介してRFチップ21や第2アンテナ22a，22b・・22nの一部に付着させて設置することにより、そのケースカバー27をケース26から開封させるときに第2アンテナ22a，22b・・22nが断線されるようになる。

また、図9におけるとおり、平面の内部設置部材25を介してその複数面23，24夫々に単一ループを形成して折り曲げてケース26に挿し込むことにより、RFチップとアンテナの構成物20を簡単に製造することができるようになる。

本発明のRFチップとアンテナの構成物20やRF通信システム10のためのRFチップとアンテナの構成物20は、図8または図9の構造に限定されることなく多様に変更ないし変化されることができ、また、RF通信システム10の構成においても1列でない多数の列で第1アンテナ11a、11b・・11nが構成されることができるなど、本発明の技術的思想の範囲内で多様に変更ないし変化が可能である。

単一アンテナを有するリーダー機および複数個のRFチップとアンテナの構成物の概略ブロック図である。本発明のRFチップとアンテナの構成物の1実施例を図示した概略斜視図である。本発明の単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システムの主要構成の1実施例を図示した概略断面構成図である。図３におけるRF通信システムの主要構成だけの互いに異なる実施例を概略的に図示した構成図である。図３におけるRF通信システムの主要構成だけの互いに異なる実施例を概略的に図示した構成図である。本発明による単一のリーダー機による一対一対応方式RF通信システムの動作状態を説明するための説明図である。本発明による複数のリーダー機によるまた別の構成の実施例をその動作状態と共に説明するために概略的に図示した構成図である。図２においてRFチップとアンテナの構成物の両面に配置されるアンテナの折り曲げ状態を示した概略分解斜視図である。図８の展開図である。

符号の説明

１，１０ RF通信システム
２，１１ａ，１１ｂ・・１１ｎ第１アンテナ
１２常磁性体
１３スイッチング手段
１４ノイズフィルター
３，１５ RF通信モジュール(リーダー用またはリード／ライト機用)
１６収容部
１７電源部
１８信号大きさ調節回路
２０ RFチップとアンテナの構成物
２１ RFチップ
２２ａ，２２ｂ・・２２ｎ第2アンテナ
２３，２４面
２５内部設置部材
２６ケース
２７ケースカバー

Claims

RF通信モジュールおよび多数のRFチップとアンテナの構成物間のRF通信システムにおいて：
夫々単一のループ型第２アンテナとRFチップを有する多数のRFチップとアンテナの構成物がその各第２アンテナが一定の間隔で隣接するように少なくとも１列に配置されるように設けられる収容部；
この収容部に前記RFチップとアンテナの構成物が配置されたときにその各単一の第２アンテナとRF通信が可能になるよう各第２アンテナに対向して対応するように夫々配置されるループ型多数の第１アンテナ；
隣接する第１アンテナと第２アンテナ間の通信干渉を最小化し、互いに対応する各第１アンテナと各第２アンテナ間にRF通信が可能になるよう少なくとも前記アンテナの下部に配置される常磁性体；
前記常磁性体と共に、隣接する第１アンテナと第２アンテナ間の通信干渉を最小化し、互いに対応する各第１アンテナと各第２アンテナ間にRF通信が可能になるようシステムの特性によって前記第１アンテナにおける出力の大きさを調節してやるための信号大きさ調節回路；
電源からノイズを除去して電源部をRF通信モジュールに連結するためのノイズフィルター；および
前記夫々の対応する第１アンテナおよび第２アンテナが分離されて駆動できるよう前記各第１アンテナとRF通信モジュール間に電気的に分離されるように連結させるスイッチ手段を含み構成されることを特徴とする；
単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システム。
前記RF通信モジュール、多数の第１アンテナ、スイッチング手段および信号大きさ調節回路が多数のセットで構成され、そのRF通信モジュールが、夫々分離されたノイズフィルターを通じて電源部に連結されることを特徴とする、請求項１記載の単一アンテナを備えたRFチップとリーダー機の一対一対応方式RF通信システム。
第１アンテナを有するRF通信モジュールとRF通信のための第２アンテナを有するRFチップとアンテナの構成物において；
前記第２アンテナがRFチップとアンテナの構成物の少なくとも二つの面に形成された単一ループで構成されて一つのRFチップに連結されることを特徴とする、RFチップとアンテナの構成物。
RFチップとアンテナの構成物の外形を構成するケースカバー乃至ケースの一部を開封または破損するときにRFチップと第２アンテナの結線が自動的に切れるようRFチップおよび／または第２アンテナ線の一部がケースおよび／またはケースカバーに取り付けられたことを特徴とする、請求項３記載のRFチップとアンテナの構成物。