(第1の実施の形態)
 図1は、本発明の第1の実施の形態における� �グ用パッチアンテナ及びそれを用いたRFID用� ��グの平面図である。尚、図1は、本発明のタ グ用パッチアンテナの基本形を示している。

 図1に示すように、本例のRFID用タグ1は、� ��脂基板2aと、この樹脂基板2aの上に形成され たタグ用パッチアンテナ3(以下、アンテナパ� ��ーンともいう)と、このタグ用パッチアンテ ナ3の給電点に接続されたタグ用LSI4を備えて� ��る。

 このRFID用タグ1におけるタグ用パッチア� �テナ3は、その縁(図1では4辺のうちの上辺の� ��)の一部(図1では上辺の左方約1/4強)に沿って 、その縁の近傍にスリット5を形成されてい� �。

 このスリット5によって、スリット5の幅� �けアンテナ本体から隔てられた縁の一部6の� ��間部分が切り欠かれて給電点が形成され、� ��の給電点にタグ用LSI4が接続されている。

 上記のスリット5によって形成された縁の 一部6は、詳しくは後述するが、タグ用パッ� �アンテナ3のインダクタンスとして動作し、� ��のインダクタンスによって、給電点に実装� ��れるタグ用LSI4の容量を打ち消すように構成 されている。

 図2は、図1に示すRFID用タグを図1の矢印Aの� �向に見た側面図である。
 図2に示すように、このRFID用タグ1は、上部� ��、タグ用パッチアンテナ3と、このタグ用パ ッチアンテナ3の給電点に接続されたタグ用LS I4とをカード状にモールドした樹脂体2bとで� �成されている。

 この樹脂体2bによりタグ用パッチアンテ� �3及びタグ用LSI4をカード状にモールドする方 法は、カードの型内の中空に樹脂基板2a(既に タグ用パッチアンテナ3が形成され、給電点� �はタグ用LSI4が実装されている)を保持し、溶 融した樹脂体2bをカードの型内に注入して冷� ��するという通常のインレット方式と同様に� ��造できる。

 樹脂体2bは、誘電体樹脂であり、上述した� �脂基板2aは、モールドによって見た目には判 別困難なほど樹脂体2bと一体化されている。
 また、上部のカード状のモールドの樹脂体2 bの下部には、汎用樹脂基板7が、貼り付けら� ��ている。この貼り付け面の反対面となる汎� ��樹脂基板7の外面(図2では下面)には、導体膜 8が貼り付けられている。

 上記の樹脂体2bと汎用樹脂基板7との貼り� ��けには、両面テープ又は適宜の接着剤9が用 いられる。樹脂体2bには、例えばPET(polyethylene  terephthalate)が用いられ、汎用樹脂基板7には� ��例えば誘電体ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene)樹� ��などの汎用材料が用いられる。

 また、導体膜8には、例えば接着剤付きのア ルミニュームテープなどが使用される。この 導体膜8は、タグ用パッチアンテナ3に対する� ��地部を形成している。
 この状態で、図2に示すように、カード状の 樹脂体2bは、タグ用LSI4の外部電極配置面(図2� ��は上面)の反対面(図2では下面)が、貼り付け 面方向(接着剤9方向)を向くようにして汎用樹 脂基板7に貼り付けられている。これにより� �タグ用LSI4の配置構造が、衝撃などに耐性の� ��い構造となる。
(第2の実施の形態)
 図3は、本発明の第2の実施の形態における� �グ用パッチアンテナ及びそれを用いたRFID用� ��グの平面図である。

 図4は、図3に示すRFID用タグを図3の矢印B� �方向に見た側面図である。なお、図3及び図4 には、図1又は図2と同一の構成又は機能を有� ��る部分には、図1又は図2と同一の番後を付� �して示している。

 図3及び図4に示すように、本例のRFID用タ� ��10は、スリット5の形状、つまり縁の一部6(6a 、6b)の形状が異なっている。すなわち、本例 では、縁の一部6の中間部分はスリット5と共� ��アンテナパターン3の本体内側に傾斜して形 成され、給電点つまりタグ用LSI4の搭載位置� �、アンテナパターン3の本体縁の延長線11よ� �も距離dだけ内側に形成されている(図4も参� �)。

 また、本例のスリット5は、給電点つまり タグ用LSI4の搭載位置より一方側(図3では右側 )の長さが他方側(図3では左側)の長さよりも� �く形成されている。尚、図3い示すスリット5 の長さS、及びアンテナパターン3の長さLとの 関係については詳しくは後述する。

 図5は、図3及び図4における給電点の近傍の� ��成を詳しく示す図である。
 一般に、アンテナパターン3の給電部12a及び 12bが対向して形成される給電点13にタグ用LSI4 を搭載して、タグ用LSI4の外部電極である裏� �の2個のバンプを給電部12a及び12bに接続して� ��タグ用LSI4をアンテナパターン3に実装する� �は、専用の実装機が用いられる。

 専用の実装機は、特には図示しないが、� ��電点13を挟んで給電点の内外近傍に形成さ� �ている2個の実装用マーク14(14a、14b)を画像認 識しながら、給電点13の正しい位置にタグ用L SI4を実装する。

 したがって、アンテナパターン3の給電点13� ��内外には、予め実装用マーク14(14a、14b)を形 成しておく必要がある。
 通常、これらの実装用マーク14は、タグ用� �ッチアンテナ3と同じ材質で形成される。す� ��わち、タグ用パッチアンテナ3を樹脂基板2a� ��に形成する際には、設計上では実装用マー� ��14はアンテナパターンの形状の中に含まれ� �いる。

 この給電点13の内外2箇所に形成される実� ��用マーク14(14a、14b)のうち外側の実装用マー ク14bは、上記のように給電点13がアンテナパ� ��ーン3の縁の延長線11よりも距離dだけ内側に 在ることにより、外側の実装用マーク14bもア ンテナパターン3の縁の延長線11よりも内側で 、縁の延長線11と給電点13との間に形成され� �いる。

 ここで、もし、アンテナパターン3の給電 点13がアンテナパターン3の本体縁の延長線11� ��りも距離dだけ内側に形成されている構成で ないと、つまり、図5に破線で示す構成であ� �と、スリット5によって形成される縁の一部6 ´と、この切り欠き部に搭載されるタグ用LSI4 ´は、アンテナパターン3の縁の延長線11に沿� ��て配置されることになる。

 そうすると、給電点13の内外2箇所に形成� ��れる実装用マーク14(14a、14b)のうち外側の実 装用マーク14b´は、アンテナパターン3に対し てタグ用LSI4´の外側に配置されるから、樹脂 基板2aのダイシングライン15に半分掛かるか� �はダイシングライン15の完全に外側に出てし まうか、いずれかになる。

 実装用マーク14b´が、樹脂基板2aのダイシ ングライン15に掛かるか外に出るかいずれに� ��ても、ダイシングラインソーでカード状の� ��脂体2bをダイシングライン15に沿って切り出 した後に、樹脂基板2aの切り屑と共に金属屑� ��発生する。

 また、実装用マーク14b´が樹脂基板2aのダイ シングライン15に掛かる場合には
カード状の樹脂体2bを切り出す際に、マーク1 4b´部分をカットするから、ダイシングライ� �ソーの刃の寿命を縮める心配がある。

 しかし、本例のように実装用マーク14(14a� ��14b)も含めてアンテナパターン3全体を所定� �面積内、すなわちカード状の樹脂体2bの面積 内に収めるので、ダイシングラインソーでカ ード状の樹脂体2bをダイシングライン15に沿� �て切り出す際に金属屑が発生しない。また� �実装用マーク14部分を切ることもないので、 刃の寿命を縮める心配がない。

 図6は、図2又は図4に示したRFID用タグ1又� �10の層構造を説明する図である。尚、同図に は、図1乃至図5に示した部分と同一の構成又� ��機能部分には図1乃至図5と同一の番号を付� �して示している。また、タグ用LSI4の図示は� ��略している。

 図6に示すように、本発明のRFID用タグ1又� ��10の層構造は、先ずアンテナパターン3をモ� ��ルドした例えばPET等からなる樹脂体2bは、� �測によれば、厚さ1.5mm、誘電率εr は3.5、ま� ��誘電損失tanδは0.01である。

 この形状において、アンテナパターン3は、 樹脂体2bの表面から0.75のところに形成されて いる。
 また、樹脂体2bの下面に接着剤9で接着され� ��いる汎用樹脂基板7は、販売用カタログによ れば、厚さ4.0mmのもで、誘電率εr は5.1、誘� �損失tanδは0.003である。

 他方、市販のセラミック基板は、誘電率εr� �は20~30で極めて高いが、価格もまた汎用樹脂 基板7よりも10倍ほど高価である。
 本例では、汎用樹脂基板を用いるので、格� ��で且つ量産が可能である。この構成におい� ��図6に示すように、アルミニュームテープ等 から成る導体膜8の側を、金属、水入りペッ� �ボトル、人体等の導体16の表面に添付する。 これで、通信距離に劣化のないRFID用タグが� �現する。

 図7は、三次元電磁界シミュレータにより 上記のRFID用タグ1及び10の通信距離を計算し� �結果を示す特性図である。尚、RFID用タグ1と 10では給電点近傍の形状が異なるが、後述す� ��ように、スリット長が同一であれば、同一� ��結果が得られる。

 図7は、横軸に周波数(MHz)を900MHzから1000MHz (1GHz)までの範囲で示し、縦軸に距離(m)を0.0m� �ら3.5mまでの範囲で示している。また、同図� ��示すプロットは、周波数を5MHz刻みに変化さ せたときの通信可能距離を示している。

 図7示す通信距離シミュレーションの結果 からも分かるように、日本で使用する周波数 帯(952MHz~954MHz)において、約3mという実用上十� ��な通信距離が得られており、本発明のRFID用 タグの構成が有効であることが分かる。

 図8は、同じく三次元電磁界シミュレータ により、RFID用タグ1又は10のタグ用LSI4のイン� ��ーダンスと、アンテナパターン3のインピー ダンスとの関係を、周波数帯域900MHz~1000MHz(1GH z)の範囲においてシミュレーションした結果� ��示す図である。尚、このシミュレーション� ��は、50ωを基準として「1」で表している。

 図8のスミスチャートに示されるように、 アンテナパターン3のインピーダンス17の虚数 部は950MHzを起点にして、プラス2からプラス3. 5の間でほぼ円形を描いて変化する。これに� �して、タグ用LSI4のインピーダンス(本例では マイナス30-j110ω前後)はX軸19を挟んで、ほぼ� �称な位置にある。

 すなわち、アンテナパターン3とタグ用LSI 4は整合がとれている。一般に、タグ用アン� �ナのインピーダンスとタグ用LSIのインピー� �ンスとは複素共役の関係にあるため、上記� �ように双方がスミスチャートのX軸に対して� ��称な位置にあると、タグ用アンテナはタグ� ��LSIに対して効率よく電波エネルギーを供給� ��ることが可能となる。

 次に示す式(1)及び(2)は、上記のシミュレー� ��ョンで用いられた通信距離の計算方法を示� ��ている。

 上記の式(1)及び(2)において、λは波長、Pt はRW(リーダライタ)の送信パワー、GtはRWのア� ��テナ利得(ゲイン)、qは整合係数、Pthはタグ� ��LSIの最小動作パワー、Grはタグ用アンテナ� �利得、Rcはタグ用LSIの抵抗、Xcはタグ用LSIの� ��アクタンス、Raはタグ用パッチアンテナの� �抗、Xaはタグ用パッチアンテナのリアクタン スである。

 また、計算条件は、タグ用LSIの最小動作パ� ��ーPthを「Pth=-9dBm」、RWのアンテナ利得(ゲイ� ��)Gtを「Gt=8dBi」、RWの送信パワーPtを「Pt=26dBm 」(ここではケーブルロスも考慮している)と� ��、そして、Zc=Rc+jXc、Za=Ra+jXaとしている。尚� ��jは虚数を表わしている。
(第3の実施の形態)
 ところで、図1又は図3に示したタグ用パッ� �アンテナ3の構成において(以下、代表的に図 3を参照)、アンテナの全長Lを変えることによ って、共振周波数を変化させることができる 。この場合、スリット5の長さSを、例えばS=23 .5mmに固定して、Lを変化させる。

 図9は、スリット5の長さSを「S=23.5mm」に固� �してアンテナの全長Lを変化させた場合のLと 共振周波数との関係を示す特性図である。
 図9に示す特性図は、横軸にタグ用パッチア ンテナ3の全長L(mm)を70mmから84mmまで示し、縦� ��に共振周波数(MHz)を840MHzから1000MHzまで示し� ��いる。

 図9に示すように、共振周波数(MHz)は、タ� ��用パッチアンテナ3の全長L(mm)に逆比例して� ��線的に変化する。そして、日本で使用する� ��波数帯(952MHz~954MHz)に対応するタグ用パッチ� ��ンテナ3の全長L(mm)は74mmであれば良いことが 分かる。

 また、図9からは、EUで使用する865MHzには� ��タグ用パッチアンテナ3の全長L(mm)を約81.5mm� ��すれば対応できることがわかる。同様に、� ��9から、USで使用する915MHzには、タグ用パッ� ��アンテナ3の全長L(mm)を約76.5mmとすれば対応� ��きることがわかる。

 図9に示すように、タグ用パッチアンテナ 3の全長L(mm)を71mmから83mmまで変化させるに応� ��て、共振周波数が約990MHzから850MHzまで直線� ��に変化することが判る。

 このように、本発明のタグ用パッチアンテ� ��3は、アンテナの全長Lを変えるだけで広帯� �に対応することができる。
(第4の実施の形態)
 ところで、タグ用LSI4は、製造会社や品番に よって内部のキャパシタンスの値は様々であ る。本発明のタグ用パッチアンテナ3は、広� �域に対応することができるだけでなく、ス� �ット5によって縁の一部6とアンテナ本体とで ループ状に形成される交流回路をインダクタ ンスとして作用させることにより、タグ用LSI 4との整合を容易に調整することができる。� �下、これについて説明する。

 図10は、上記RFID用タグ1及び10(以下、代表 的に図3のRFID用タグ10を用いて説明する)のタ� ��用LSI4とタグ用パッチアンテナ3の等価回路� �示図である。尚、同図には、図3の構成に対� ��する回路部分に、図3に示した番号を括弧付 きで示している。

 本例のタグ用LSI4に限らず、一般にLSIチップ は内部に並列抵抗Rc(約200~2000ω)と並列容量Cc(� ��0.2~2pF)を持っている。
 ところで、上記のようなLSIチップとインダ� ��タンスを有するアンテナが所定の共振周波� ��f0 に対して整合する条件を算出するための 式「f0 =1/2π√LC」は良く知られている。

 ここで、図3に示すRFID用タグ10とタグ用パ ッチアンテナ3が整合するには、図10に示すタ グ用パッチアンテナ3の並列抵抗Raが、タグ用 LSI4の並列抵抗Rcと同じ値を持ち、且つタグ用 パッチアンテナ3の並列インダクタンスLaが、 上記の式に示す関係にあるとすれば、タグ用 パッチアンテナ3の並列インダクタンスLaとタ グ用LSI4の並列キャパシタンスCcがキャンセル し合うと良いことが知られている。

 そのようにタグ用パッチアンテナ3の並列 インダクタンスLaとタグ用LSI4の並列キャパシ タンスCcがキャンセルし合うと、タグ用パッ� ��アンテナ3で受けた電波の誘起電力の全てが タグ用LSI4に供給される。またタグ用LSI4から� ��電力が全てタグ用パッチアンテナ3に供給さ れ、外部に放射される。

 そこで、タグ用パッチアンテナ3の並列イン ダクタンスLaを種々に変化させて、タグ用LSI4 の並列キャパシタンスCcとの整合性を見るこ� ��にする。
 図11は、図3に示すタグ用パッチアンテナ3の 全長Lを「L=73.0mm」に固定して、スリット5の� �さSを変化させた場合のSと、そのときのタグ 用パッチアンテナ3と整合するタグ用LSI4のキ� ��パシタンスCcとの関係を示す特性図である� �

 図11は、横軸にスリット5の長さS(mm)を15mm� ��ら35mmまで示し、縦軸にタグ用LSI4のキャパ� �タンスCc(pF)を0.8pFから2.0pFまで示している。

 また、同図は、スリット5の長さS(mm)を20mm 、25mm、30mm、35mmと5mmずつ順次長くしたモデル をシミュレートした値のプロットを結んで得 られた特性曲線である。

 図11に示すように、本発明の図3に示すRFID用 タグ10において、タグ用パッチアンテナ3の全 長Lを「L=73.0mm」に固定したとき、スリット5� �長さS(mm)を17.5mmから35mmまで変化させること� �より、2.0pFから0.85pFまでのキャパシタンスを 持つタグ用LSI4のいずれとも整合させること� �出来ることが分かる。
(第5の実施の形態)
 ところで、第3の実施の形態で説明したタグ 用パッチアンテナ3とタグ用LSI4とが整合する� ��振周波数を調整する方法は、タグ用パッチ� ��ンテナの全長を変更することに限るもので� ��ない。

 図12は、第5の実施の形態におけるタグ用� ��ッチアンテナの全長を一定にしたままタグ� ��LSIと整合する共振周波数を調整することが� ��きるタグ用パッチアンテナの形状を示す図� ��ある。

 図12に示すように、本例のタグ用パッチ� �ンテナ20は、図3に示したタグ用パッチアン� �ナ3のスリット5が形成されている縁と対向す る縁側に切り欠き部21が形成されている。

 この切り欠き部21の深さCを変えることによ� ��共振周波数を調整することが可能であるこ� ��がシミュレーションおよび実験の結果によ� ��判明した。
 すなわち、タグ用パッチアンテナの全長Lを 一定にしたまま、切り欠き部21の深さCを変え るだけで、タグ用パッチアンテナの全長Lを� �くするのと同様の作用・効果が得られる。

 尚、上記いずれの実施の形態においても� ��特には図示しないが、タグ用パッチアンテ� ��の一辺を適宜の導体を介して接地部の導体� ��に短絡させる構成にすると、タグ用パッチ� ��ンテナの全長を1/2にすることができる。

 この場合、有効帯域幅は狭くなるが、その� ��の性能は、上述した各実施の形態の場合と� ��様である。
 以上詳細に説明したように、本発明によれ� ��、液体を含む物質や金属に貼り付けても通� ��距離が劣化しないRFID用タグを提供すること が可能となる。

 また、タグ用LSIのインピーダンスを「数1 0+j数百ω」(jは虚数)として、タグ用LSIとの整� ��が容易に調整可能なタグ用パッチアンテナ� ��提供することが可能となる。

 また、高周波用基板などの高価な材料を� ��用せず、市販のPET樹脂や市販の汎用樹脂基� ��を誘電体として用いるので、簡単な構造で� ��ることに加えて安価に量産ができ、これに� ��り、今後想定される市場の大量需要に容易� ��対処することができる。

 また、通常のパッチアンテナのように、� ��グの表と裏を繋ぐ場合に、誘電体基板に貫� ��孔を開けてタグの表と裏を導通させる必要� ��ないので、簡単な工程で生産が可能となる� ��