JP2005323019A

JP2005323019A - Ｒｆｉｄタグ用ブースターアンテナ

Info

Publication number: JP2005323019A
Application number: JP2004138014A
Authority: JP
Inventors: Akinari Sugiyama; 晃也杉山; Akira Shinoi; 侃篠井; Hiroichi Sugiyama; 博一杉山
Original assignee: Pegasusnet Co Ltd
Current assignee: Pegasusnet Co Ltd
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】リーダとRＦＩＤタグ間の通信距離を延長させることができる、ＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナを得る。
【解決手段】リーダのアンテナとＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグの前方に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナをリーダのアンテナと対面させて配置する。又は、リーダのアンテナとＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグの前方及び略同一面に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナをリーダのアンテナと対面させて配置する。上記ブースターアンテナは、ＲＦＩＤタグのアンテナより大きな角型又は丸型形状等のループアンテナ及び同調キャパシタで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification)タグシステムにおいて、質問器と称されるリーダと応答器と称されるＲＦＩＤタグ間の通信距離を延長させるための、ＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナに関するものである。

近年、個体のＩＤ識別による自動認識は、多くのサービス業，製造業，流通業，販売業及び物流などの分野で広範囲に普及している。該ＩＤ識別の手段として、従来からバーコードシステムが一般的であるが、情報の記憶容量が低いこと及び情報の書き換えができないこと等の欠点を補うため、ＲＦＩＤタグシステムが注目され、普及しつつある。なお、ＲＦＩＤタグには電子タグ，無線タグ，ＩＣタグ等の呼称があるが、本願においてはＲＦＩＤタグに統一する。

上記ＲＦＩＤタグシステムの通信方式として、キャリア周波数がマイクロ波より低い周波数帯では、質問器及び応答器の各アンテナの誘導結合によりデータ伝送が行われる。そして、応答器は受動素子として質問器から電力供給を受け、該電力によりＲＦＩＤタグ内のＩＣを動作させている。例えば、４．９１５ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚ等のキャリア周波数を使用したＲＦＩＤタグシステムでは、質問器側のアンテナから送信されたキャリアを応答器側のアンテナで受信し、磁界又は電磁界の誘導結合により当該アンテナに発生した誘導起電力を整流及び平滑してＩＣ電源とするため、応答器側はバッテリーを持たなくても動作可能となる。即ち、前記質問器と応答器による誘導結合は、空間を介したトランスを構成するものと言える。

上記ＲＦＩＤタグシステムの通信距離として、数ｍｍ程度の密着型（国際標準：ＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６）と、数ｃｍ〜１０ｃｍ程度の近接型（国際標準：ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３）と、５０ｃｍ〜１ｍ程度の近傍型（国際標準：ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３）がある。また、キャリア周波数は密着型で４．９１５ＭＨｚ、近接型及び近傍型で１３．５６ＭＨｚ等が一般的に使用されている。

上記密着型や近接型及び近傍型の各ＲＦＩＤタグシステムは、各通信距離に適応した用途において使用されているものの、１ｍ以上好ましくは３ｍ程度の遠方までの通信距離を有するバッテリーレスのＲＤＩＤタグシステムは実現されていないため、質問器側の送信電力を一定にした場合において応答器側の受信感度を高めて通信距離の延長を図ることによる用途の拡大が望まれていた。

上記目的を解決するためには、応答器側のアンテナにおいて面積を大きくすると共に指向性を高め、遠方における電力供給能力の向上が必要である。このため、特開２００２−１５１９４７号公報では応答器側のアンテナに導波器と反射器を設けて八木アンテナ形状のアンテナ構成として指向性を高め、特開２００３−２４９８１３号公報では応答器のアンテナの外周部に大きなループアンテナを設けて相対的にアンテナの面積を大きくすることが開示されている。
特開２００２−１５１９４７号特開２００３−２４９８１３号ＲＦＩＤハンドブック，Klaus Finkenzeller著、ソフト工学研究所訳、日刊工業新聞社発行

しかしながら、上記例前者においてはＲＦＩＤタグのＩＣに接続されたアンテナの前段部に複数の導波器を配置すると共に後段部に反射器を配置した構造であり、アンテナ自体の面積は大きくない。該方式は、キャリア周波数が２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波においては有効かと思われるが、磁界又は電磁界による誘導結合により応答器側に電力供給を行うシステムではアンテナの面積が小さいために電力供給が十分に行えないという欠点がある。また、上記例後者においてはＲＦＩＤタグと同一面の外周部に１０ｃｍ角〜３０ｃｍ角のループアンテナを配置した構造であり、路面又は壁面に設置することを目的としたものである。該方式は、アンテナの面積は大きくなるもののＲＦＩＤタグ自体も大きくなってしまい、用途が限定されてしまうという欠点がある。

本発明は、以上のような欠点を解決するために成されたものであり、ＲＦＩＤタグ自体のアンテナを大きくしなくとも電力供給能力及び指向性が向上し、リーダとＲＦＩＤタグ間の通信距離を延長させることができる、ＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナにおいては、質問器であるリーダのアンテナと応答器であるＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグの前方に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナをリーダのアンテナと対面させて配置する。

又は、質問器であるリーダのアンテナと応答器であるＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグの前方及び略同一面に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナをリーダのアンテナと対面させて配置する。

上記ブースターアンテナは、ＲＦＩＤタグのアンテナより大きな角型又は丸型形状等のループアンテナ及び同調キャパシタで構成する。

本発明のブースターアンテナを、リーダのアンテナとＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上のＲＦＩＤタグの前方に、又は前方及び略同一面に配置することにより、リーダのアンテナから放射された磁界を相互誘導により効率的に誘導することができ、更には当該ブースターアンテナ回路がキャリア周波数と同調しているため磁界が密になり、ＲＤＩＤタグへの電力供給能力も増加する。このため、ＲＦＩＤタグ自体のアンテナを大きくしなくともアンテナの面積が相対的に大きくなると共に指向性も向上した効果が得られ、リーダとＲＦＩＤタグ間の通信距離を飛躍的に延長することができるという絶大な効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図１は本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの配置模式図であり、図６は図１においてＲＦＩＤタグと略同一面にもブースターアンテナを配置した図である。

図１に示すように、質問器であるリーダ３のアンテナ４と応答器であるＲＦＩＤタグ１のアンテナ２が対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグ１の僅か前方の距離Ｌの位置に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数、例えば４．９１５ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚ等と同調したブースターアンテナ５をリーダ３のアンテナ４と対面させて配置する。また、図６に示すように、質問器であるリーダ３のアンテナ４と応答器であるＲＦＩＤタグ１のアンテナ２が対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグ１の僅か前方の距離Ｌの位置及びＲＦＩＤタグ１と略同一面の両位置に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナ５，５’をリーダ３のアンテナ４と対面させて配置する。また、リーダ３のアンテナ４とＲＦＩＤタグ１のアンテナ２及びブースターアンテナ５，５’は、互いのアンテナ面が略中心軸上で対面するように平行に配置するのが磁界又は電磁界の相互誘導によるＲＦＩＤタグ２内のＩＣへの電力供給の観点から好適である。なお、上記２つの実施形態において、後者のブースターアンテナ５及びブースターアンテナ５’の２つを配置した方が、前者のブースターアンテナ５のみを配置したものと比べて相互誘導が大きくなり通信距離の延長がより効果的となる。

また、図２は本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの構成回路図であり、ブースターアンテナ５は、ＲＦＩＤタグ１のアンテナ２より大きなループアンテナ６及び同調キャパシタ７で構成する。該ループアンテナ６の形状は角型のものを描いているが、丸型など用途に応じた他の形状であっても構わない。また、ループアンテナ６の大きさやＲＦＩＤタグ１からの距離Ｌも使用するシステムに応じて任意に設定して構わない。

製造手段としては、銅線でループアンテナ６を基盤上に巻いたり銅箔をエッチング処理してループアンテナ６をパターン化して基盤上に作成し、単体のチップコンデンサ及び／又はトリマコンデンサを同調キャパシタ７として半田付けすることなどにより製作される。また、同調キャパシタ７もエッチング処理によるパターン化したものであっても構わない。なお、基盤の材質は如何なるものであっても構わない。

また、図３は本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの動作原理図であり、リーダ３がＲＦＩＤタグ１とデータ伝送を行う場合、リーダ３のアンテナ４はデータをキャリアに重畳した変調信号を出力する。該変調信号は磁界となって発生し、ループアンテナであるアンテナ４より放射される。この時、アンテナ４の近傍における磁界８は密であり、遠方における磁界８’は粗となる。ＲＦＩＤタグ１の僅か前方に配置したブースターアンテナ５は当該ブースターアンテナ回路が変調信号のキャリア周波数と同調しているため、前記粗な磁界８’を相互誘導により効率的に誘導することができる。このため、ブースターアンテナ５は磁界８’により共振し、増加した磁界９が発生する。該磁界９は元の磁界８と同一の変調信号であるため、ＲＤＩＤタグ１のアンテナ２への電力供給能力も向上し、通信距離も延長されることになる。

相互誘導により発生する誘導起電力を原理的に求めてみる。図７は２個のコイル間に働く相互インダクタンスＭを求めるための条件を表した図である。ここで、リーダ３のアンテナ４が丸型ループアンテナで半径をａ（ｍ）とし、ＲＦＩＤタグ１のアンテナ２も丸型ループアンテナで半径をｂ（ｍ）とし、該２個のアンテナ間の距離をｄ（ｍ）とすると、２個のコイル間に働く相互インダクタンスＭは数１で表される。なお、μ_０は真空中の透磁率、Ｎ_１はリーダ３のアンテナ４の巻数、Ｎ_２はＦＩＤタグ１のアンテナ２の巻数を示す。

従って、リーダ３のアンテナ４に流れる共振電流ｉ_２によるＲＦＩＤタグ１のアンテナ２に誘導される起電力ｅ_１は数２で表される。なお、起電力ｅ_１は正負に関係なく絶対値である。

本発明においてはＲＦＩＤタグ１の前方にブースターアンテナ５を配置したり、ＲＦＩＤタグ１の前方及び略同一面にブースターアンテナ５’を配置するため、各ブースターアンテナ５，５’による相互インダクタンスが加算された値となるため起電力も大きくなり、ＲＦＩＤタグ１への電力供給能力が向上することになる。

本発明の実施例を図を用いて説明する。図４は本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの一使用実施例図である。

該図は、キャビネット１０内にある複数の商品１２に貼付されたＲＦＩＤタグ１のＩＤ情報を外部のリーダ（図示せず）より読み取るものである。近傍型のＲＦＩＤタグシステムでは通信距離が５０ｃｍ〜１ｍ程度あるため、リーダのアンテナを当該キャビネット１０の僅か前方にかざすことによりＩＤ情報を読み取ることができるが、キャビネット１０又は商品１２が比較的大きな場合や遠方よりＩＤ情報を読み取りたい場合には通信距離を延長する必要がある。このため、キャビネット１０の扉１１の外周部にループアンテナ６及び同調キャパシタ７で構成したブースターアンテナ５を配置することにより通信距離を延長することが可能となり、キャビネット１０又は商品１２が比較的大きな場合や遠方よりＩＤ情報を読み取りたい場合でもＩＤ情報を読み取ることができることになる。

上記実施例におけるキャビネット１０内の商品１２に貼付されたＲＦＩＤタグ１は、基本的にブースターアンテナ５と平行になるように配置する必要があるが、実際には垂直に配置される場合もある。図５は図４において他の面にもブースターアンテナを配置した図を示しており、前記のような場合の対処としている。

該図において、キャビネット１０内にはブースターアンテナ５とＲＦＩＤタグ１が平行方向に貼付された商品１２と、ブースターアンテナ５とＲＦＩＤタグ１’が垂直方向に貼付された商品１２’が混在している。このため、キャビネット１０の扉１１の外周部にブースターアンテナ５を配置すると共に上面の外周部にもブースターアンテナ５を配置することにより、両ブースターアンテナ５，５は誘導結合し、商品１２に貼付されたＲＦＩＤタグ１のＩＤ情報と商品１２’に貼付されたＲＦＩＤタグ１’のＩＤ情報のどちらも読み取ることができる。

なお、上記実施例は図１に示すブースターアンテナの配置例によるものであるが、図６に示すブースターアンテナの配置例を実施するためには、キャビネット１０の扉１１と対向した裏面にブースターアンテナ５を配置したり、商品１２，１２’に貼付されたＲＤＩＤタグ１，１’の同一面の外周部にブースターアンテナ５’を配置することで可能となる。

上記実施例における説明ではキャビネット内の商品に貼付されたＲＦＩＤタグのＩＤ情報の読み取り例を示したが、他にも例えばカバンの外周部にブースターアンテナを埋設しておき、遠方より当該カバンの中の品物に貼付したＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み取るシステムなど、如何なるＲＦＩＤタグシステムに応用しても構わないものである。

本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの配置模式図である。本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの構成回路図である。本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの動作原理図である。本発明のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナの一使用実施例図である。図４において他の面にもブースターアンテナを配置した図である。図１においてＲＦＩＤタグと略同一面にもブースターアンテナを配置した図である。２個のコイル間に働く相互インダクタンスＭを求めるための条件を表した図である。

符号の説明

１ＲＦＩＤタグ
２アンテナ
３リーダ
４アンテナ
５ブースターアンテナ
６ループアンテナ
７同調キャパシタ
８磁界
９磁界
１０キャビネット
１１扉
１２商品

Claims

質問器であるリーダのアンテナと応答器であるＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグの前方に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナをリーダのアンテナと対面させて配置したことを特徴とする、ＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナ。
質問器であるリーダのアンテナと応答器であるＲＦＩＤタグのアンテナが対向した空間における略中心軸上において、ＲＦＩＤタグの前方及び略同一面に当該ＲＦＩＤタグシステムで使用しているキャリア周波数と同調したブースターアンテナをリーダのアンテナと対面させて配置したことを特徴とする、ＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナ。
上記ブースターアンテナが、ＲＦＩＤタグのアンテナより大きな角型又は丸型形状等のループアンテナ及び同調キャパシタで構成したことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のＲＦＩＤタグ用ブースターアンテナ。