JP5065951B2

JP5065951B2 - Impedance matching method in antenna device and antenna device

Info

Publication number: JP5065951B2
Application number: JP2008061920A
Authority: JP
Inventors: 隆義小西; 幸浩沼田; 融三浦; 篤志真田
Original assignee: NEC Tokin Corp; Yamaguchi University NUC
Current assignee: Tokin Corp; Yamaguchi University NUC
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009218967A

Description

本発明は、ＥＢＧ構造体を備えるアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device including an EBG structure.

近年の機器の小型化により、例えば、グランド電極プレーン等の金属面とアンテナとの距離が短くなってきており、それによるアンテナ特性の劣化が懸念されている。また、無線タグ又はＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグを金属面に貼付すると、無線タグに含まれるアンテナの特性が著しく劣化し、無線タグが適切に機能しなくなることも知られている。これらの問題は、いずれも金属面の表面インピーダンスが低いことに起因している。 With recent downsizing of devices, for example, the distance between a metal surface such as a ground electrode plane and an antenna is shortened, and there is a concern about deterioration of antenna characteristics due to this. It is also known that when a wireless tag or an RFID (Radio Frequency Identification) tag is attached to a metal surface, the characteristics of the antenna included in the wireless tag are significantly deteriorated and the wireless tag does not function properly. These problems are all due to the low surface impedance of the metal surface.

金属面の低い表面インピーダンスが、入射電界と１８０度位相の異なる反射電界を生成し、逆相の反射波を生じさせることにより、金属近傍では合成電界が小さくなり、金属近傍に配置されたアンテナや無線タグの性能が著しく劣化することとなっている。 The low surface impedance of the metal surface generates a reflected electric field that is 180 degrees out of phase with the incident electric field, and generates a reflected wave that is opposite in phase, resulting in a smaller combined electric field in the vicinity of the metal. The performance of the wireless tag is significantly deteriorated.

逆に、表面インピーダンスの高いものをアンテナ近傍に配置することができれば、その高い表面インピーダンスによりインピーダンス面に入射した電磁波が同相反射され、アンテナ性能を向上させることが知られている。すなわち、金属とアンテナの間に、高い表面インピーダンスを持つものを挿入することにより、金属によるアンテナ特性の劣化を防止できる。 On the other hand, it is known that if an object having a high surface impedance can be arranged in the vicinity of the antenna, the electromagnetic wave incident on the impedance surface is reflected in the same phase by the high surface impedance and the antenna performance is improved. That is, by inserting a metal having a high surface impedance between the metal and the antenna, it is possible to prevent deterioration of the antenna characteristics due to the metal.

高いインピーダンスを有するシート状構造体としては、ＥＢＧ(Electromagnetic Band Gap)構造体があり、その代表例として、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体の周期構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。これに対して、電気的回路は変えないようにビアに相当する部位をパターンに埋め込むことでビアを形成する工程を省略して製造工程の簡略化を図ろうとする技術（例えば、特許文献２参照）も提案されている。 As a sheet-like structure having high impedance, there is an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure, and a typical example thereof is a periodic structure of a so-called mushroom-like conductor having vias (for example, Patent Document 1). reference). On the other hand, a technique for simplifying the manufacturing process by omitting the step of forming the via by embedding a portion corresponding to the via in the pattern so as not to change the electrical circuit (for example, see Patent Document 2). ) Has also been proposed.

特開２００１−２６７３１９号公報JP 2001-267319 A 特開２００６−２４５９８４号公報JP 2006-245984 A

ＥＢＧ構造体の同相反射特性を利用してアンテナ利得の向上を目的とする場合、ＥＢＧ構造体上に絶縁体からなるアンテナ支持体を設け、その上面にアンテナや無線タグを配置してアンテナ装置を構成する。 When the objective gain is improved by utilizing the common-phase reflection characteristics of the EBG structure, an antenna support made of an insulator is provided on the EBG structure, and an antenna or radio tag is arranged on the upper surface of the antenna device. Constitute.

しかしながら、上記構成を有するアンテナ装置において、自由空間でマッチングを取ったアンテナを配置すると、アンテナ特性が劣化する場合がある。 However, in the antenna device having the above configuration, when an antenna that is matched in free space is arranged, antenna characteristics may be deteriorated.

そこで、本発明は、ＥＢＧ構造体を備えるアンテナ装置において、アンテナ形状の変更や整合回路によるマッチングを取らなくても、アンテナ特性の劣化を招くことなく、所望とするアンテナ利得の向上を図ることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can improve a desired antenna gain in an antenna device including an EBG structure without causing deterioration of antenna characteristics without changing the antenna shape or matching with a matching circuit. An object of the present invention is to provide an antenna device that can be used.

本発明の発明者らは、検証の結果、ＥＢＧ構造体の存在によりアンテナの入力インピーダンスに生じる変化が、自由空間でマッチングを取ったアンテナを実装したＥＢＧ構造のアンテナ装置において、十分な性能が出ない原因の一つであることを、見出した。 As a result of the verification, the inventors of the present invention have demonstrated that sufficient performance can be obtained in an EBG structure antenna device in which a change that occurs in the input impedance of the antenna due to the presence of the EBG structure is mounted in a free space. I found out that it was one of the causes.

詳しくは、ＥＢＧ構造体を備えるアンテナ装置においては、アンテナ支持体の厚みが薄いことから、アンテナとＥＢＧ構造体との間に相関が生じ、そのため、ＥＢＧ構造体の存在によってアンテナの入力インピーダンスが影響を受ける場合がある。 Specifically, in an antenna device including an EBG structure, since the antenna support is thin, there is a correlation between the antenna and the EBG structure. Therefore, the presence of the EBG structure affects the input impedance of the antenna. May receive.

そのため、自由空間でマッチングを取ったアンテナや無線タグをＥＢＧ構造体近傍に配置した場合、ＥＢＧ構造体の影響を受け、アンテナの入力インピーダンスに変化が生じ、その結果、例えば給電線の特性インピーダンスや無線タグのＩＣの入力インピーダンスとアンテナの入力インピーダンスがミスマッチとなり、それによってアンテナ特性が劣化することとなる。 Therefore, when an antenna or a wireless tag that is matched in free space is placed near the EBG structure, the input impedance of the antenna changes due to the influence of the EBG structure. The input impedance of the IC of the wireless tag and the input impedance of the antenna are mismatched, thereby deteriorating the antenna characteristics.

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、既存のアンテナや既存の無線タグとＥＢＧ構造体とを用いてアンテナ装置を製造する場合に、既存のアンテナ自体の形状に直接変更を加えずとも、また整合回路を用いずとも、アンテナの入力インピーダンスの調整を可能とする手段として、以下に掲げる方法及び装置を提供する。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and when an antenna apparatus is manufactured using an existing antenna or an existing wireless tag and an EBG structure, the shape of the existing antenna itself is directly changed. The following method and apparatus are provided as means for enabling adjustment of the input impedance of an antenna without using a matching circuit.

即ち、本発明によれば、同相反射特性を有するＥＢＧ構造体と、該ＥＢＧ構造体上に設けられた絶縁体からなるアンテナ支持体と、該アンテナ支持体により支持されたアンテナと、該アンテナに接続されたＩＣとを備えるアンテナ装置において、導電体を前記アンテナ近傍に配置して前記アンテナと前記ＩＣとのインピーダンスマッチングを図るインピーダンスマッチング方法が得られる。 That is, according to the present invention, an EBG structure having in-phase reflection characteristics, an antenna support made of an insulator provided on the EBG structure, an antenna supported by the antenna support, and the antenna In an antenna device including a connected IC, an impedance matching method can be obtained in which a conductor is disposed in the vicinity of the antenna to perform impedance matching between the antenna and the IC.

また、本発明によれば、前記インピーダンスマッチング方法において、前記導電体を前記アンテナと機械的に離間した状態（物理的に離間した状態又は直流的に絶縁された状態）となるように配置する、インピーダンスマッチング方法が得られる。 Further, according to the present invention, in the impedance matching method, the conductor is mechanically separated from the antenna (a physically separated state or a DC insulated state). An impedance matching method is obtained.

更に、本発明によれば、同相反射特性を有するＥＢＧ構造体と、該ＥＢＧ構造体上に設けられた絶縁体からなるアンテナ支持体と、該アンテナ支持体により支持されたアンテナと、該アンテナに接続されたＩＣと、前記アンテナと前記ＩＣとのインピーダンスマッチングを図るために前記アンテナ近傍に配置されたインピーダンスマッチング用導体とを備えるアンテナ装置が得られる。 Furthermore, according to the present invention, an EBG structure having in-phase reflection characteristics, an antenna support made of an insulator provided on the EBG structure, an antenna supported by the antenna support, and the antenna An antenna device including a connected IC and an impedance matching conductor arranged in the vicinity of the antenna to obtain impedance matching between the antenna and the IC is obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記インピーダンスマッチング用導体は、前記アンテナと機械的に離間される（物理的に離間される又は直流的に絶縁される）ようにして、配置されている、アンテナ装置が得られる。 Further, according to the present invention, in the antenna device, the impedance matching conductor is mechanically separated from the antenna (physically separated or galvanically isolated). An antenna device is obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記インピーダンスマッチング用導体は、前記アンテナ支持体上に前記アンテナと離間して設けられた一つ以上の導体パターン若しくは導体箔からなるアンテナ支持体上導体を備えている、アンテナ装置が得られる。 According to the present invention, in the antenna device, the impedance matching conductor is on the antenna support made of one or more conductor patterns or conductor foils provided on the antenna support so as to be separated from the antenna. An antenna device having a conductor is obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記インピーダンスマッチング用導体は、付加的絶縁体と該付加的絶縁体上に設けられた導体パターン又は導体箔からなる絶縁体付導電体であって、ＥＢＧ構造体、前記アンテナ支持体又は前記アンテナ上に配置された絶縁体付導電体を更に備えている、アンテナ装置が得られる。 According to the invention, in the antenna device, the impedance matching conductor is a conductor with an insulator including an additional insulator and a conductor pattern or a conductor foil provided on the additional insulator. The antenna device further comprising an EBG structure, the antenna support, or a conductor with an insulator disposed on the antenna is obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記絶縁体付導電体は、前記導体パターン又は導体箔の少なくとも一部が前記付加的絶縁体を介して前記アンテナ上に位置するように配置されている、アンテナ装置が得られる。 According to the present invention, in the antenna device, the conductor with an insulator is disposed such that at least a part of the conductor pattern or the conductor foil is positioned on the antenna via the additional insulator. An antenna device is obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記インピーダンスマッチング用導体は、長方形、Ｌ字形状、Ｔ字形状、正方形、三角形、コの字形状、その他の多角形、又はループ形状を有する、アンテナ装置が得られる。 According to the invention, in the antenna device, the impedance matching conductor has a rectangular shape, an L shape, a T shape, a square shape, a triangular shape, a U shape, another polygonal shape, or a loop shape. An antenna device is obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記アンテナ支持体は、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの発泡材、テフロン（登録商標）やＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)など当該アンテナ装置の使用周波数帯域において誘電率が４以下且つｔａｎδが０．０１以下の低誘電率且つ低損失の樹脂、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材若しくはＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材などの基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、リネンなどの繊維、ハニカム構造など空気層を含む樹脂構造体、又はそれらの組み合わせのいずれかからなる、アンテナ装置が得られる。 According to the invention, in the antenna device, the antenna support is made of foamed material such as foamed polyethylene, acrylic foam or urethane, Teflon (registered trademark), PET (Polyethylene terephthalate), or PET-G (Polyethylene).
terephthalate Glycol), etc., a low dielectric constant, low loss resin having a dielectric constant of 4 or less and tan δ of 0.01 or less, a glass epoxy-based substrate material, a Teflon (registered trademark) -based substrate material, or BT. (Bismaleimide Triazine) From any of substrate materials such as resin-based substrate materials, polyetheretherketone (PEEK) -based thermoplastic resin films, fibers such as linen, resin structures containing an air layer such as a honeycomb structure, or combinations thereof An antenna device can be obtained.

また、本発明によれば、前記アンテナ装置において、前記ＥＢＧ構造体は、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、又は、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、リネンなどの繊維又はそれらの複合体からなる誘電体層を含んでいる、アンテナ装置が得られる。 According to the present invention, in the antenna device, the EBG structure includes ceramics such as LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), glass epoxy-based substrate materials such as FR-4 (Flame retardant-4), and Teflon. (Registered trademark) base material, BT (Bismaleimide Triazine) resin base material, polyether ether ketone (PEEK) thermoplastic resin film, or PET (Polyethylene terephthalate) or PET-G (Polyethylene)
terephthalate Glycol) and a dielectric layer made of a fiber such as linen or a composite thereof can be obtained.

本発明によれば、アンテナ近傍に導電パターンや導体箔などの導電体を配置してアンテナの入力インピーダンスを調整することとしたため、既存のアンテナに何らの変更を加えることなく、また整合回路を付加することもなく、ＥＢＧ構造体の影響を受けて給電線の特性インピーダンスや無線タグのＩＣの入力インピーダンスからズレたアンテナの入力インピーダンスを調整して、給電線の特性インピーダンスや無線タグのＩＣの入力インピーダンスとアンテナの入力インピーダンスとのマッチングを図ることが可能となる。 According to the present invention, since the input impedance of the antenna is adjusted by arranging a conductor such as a conductive pattern or a conductive foil near the antenna, a matching circuit is added without any change to the existing antenna. Without adjusting the input impedance of the antenna shifted from the characteristic impedance of the feeder line and the input impedance of the wireless tag IC under the influence of the EBG structure, the characteristic impedance of the feeder line and the input of the wireless tag IC are adjusted. Matching between the impedance and the input impedance of the antenna can be achieved.

図１に示されるように、本発明の実施の形態によるアンテナ装置３００は、図２に示されるようなＥＢＧ構造シート１００上に、図３に示されるような無線タグ２００を搭載してなるものである。 As shown in FIG. 1, an antenna device 300 according to an embodiment of the present invention is obtained by mounting a wireless tag 200 as shown in FIG. 3 on an EBG structure sheet 100 as shown in FIG. It is.

図３に示されるように、無線タグ２００は、薄いＰＥＴシートからなる基体２１０と、基体２１０上に貼付されたアルミ箔からなるアンテナ２２０と、アンテナ２２０の長手方向中央部に配置されたＩＣ２３０とを備えるものであり、９５０ＭＨｚ帯、より具体的には９５３ＭＨｚにおいて使用されるものである。図示された無線タグ２００においては、アンテナ２２０に設けられた梁部２２２により、自由空間でアンテナ２２０とＩＣ２３０とのインピーダンスマッチングが図られている。ここで、基体２１０の材料は他のものであってもよく、また、アンテナ２２０の剛性が高い場合などにおいては基体２１０を省略することとしても良い。 As shown in FIG. 3, the wireless tag 200 includes a base 210 made of a thin PET sheet, an antenna 220 made of aluminum foil affixed on the base 210, and an IC 230 disposed at the center in the longitudinal direction of the antenna 220. And used in the 950 MHz band, more specifically 953 MHz. In the illustrated wireless tag 200, impedance matching between the antenna 220 and the IC 230 is achieved in a free space by a beam portion 222 provided on the antenna 220. Here, the base 210 may be made of other materials, and the base 210 may be omitted when the antenna 220 has high rigidity.

図２に示されるように、ＥＢＧ構造シート１００は、ＥＢＧ構造体１１０と、ＥＢＧ構造体上に設けられたアンテナ支持体１２０と、アンテナ支持体上導体１３０とを備えるものであり、図１に示されるように無線タグ２００を搭載するだけで、その無線タグ２００を金属対応タグとして機能させるものである。 As shown in FIG. 2, the EBG structure sheet 100 includes an EBG structure 110, an antenna support 120 provided on the EBG structure, and an antenna support upper conductor 130. As shown in the figure, simply mounting the wireless tag 200 causes the wireless tag 200 to function as a metal-compatible tag.

本実施の形態によるＥＢＧ構造体１１０は、浮遊キャパシタ電極により単位セルのサイズを小形化したマッシュルーム構造のものであり、９５３ＭＨｚ用のものである。図示されたＥＢＧ構造体１１０の単位セルのサイズは、２５ｘ２５ｘ０．７ｍｍであり、その単位セルを５ｘ５となるように配列してＥＢＧ構造体１１０を構成していることから、ＥＢＧ構造体１１０のサイズは、１２５ｘ１２５ｘ０．７ｍｍとなっている。詳しくは、ＥＢＧ構造体１１０は、単位セル毎に、トップ電極１１１と、グランド電極と、トップ電極１１１及びグランド電極間を連結するビアと、トップ電極１１１及びグランド電極間に満たされた誘電体と、誘電体内にフローティング状態で保持された浮遊キャパシタ電極とを備えるものである。このうち、トップ電極１１１、グランド電極、ビア及び浮遊キャパシタ電極は、導体からなるものである。また、グランド電極はベタ電極であり、ＥＢＧ構造体１１０の下面を覆っている。なお、図１及び図２においては、アンテナ支持体１２０を透明なものとして描いてあるため、アンテナ支持体１２０の下に位置しているＥＢＧ構造体１１０のトップ電極１１１が（即ち、単位セルも）周期的に配列されている様子を確認することができる。 The EBG structure 110 according to the present embodiment has a mushroom structure in which the size of a unit cell is reduced by a floating capacitor electrode, and is for 953 MHz. The size of the unit cell of the illustrated EBG structure 110 is 25 × 25 × 0.7 mm, and the unit cell is arranged so as to be 5 × 5 to form the EBG structure 110. Therefore, the size of the EBG structure 110 is shown in FIG. Is 125 × 125 × 0.7 mm. Specifically, the EBG structure 110 includes, for each unit cell, a top electrode 111, a ground electrode, a via connecting the top electrode 111 and the ground electrode, and a dielectric filled between the top electrode 111 and the ground electrode. And a floating capacitor electrode held in a floating state in the dielectric. Among these, the top electrode 111, the ground electrode, the via, and the floating capacitor electrode are made of a conductor. The ground electrode is a solid electrode and covers the lower surface of the EBG structure 110. In FIG. 1 and FIG. 2, the antenna support 120 is depicted as being transparent, so that the top electrode 111 of the EBG structure 110 positioned under the antenna support 120 (that is, the unit cell is also ) It can be confirmed that they are periodically arranged.

但し、ＥＢＧ構造体１１０は、上に例示した浮遊キャパシタ付マッシュルーム構造のものに限られず、例えば、浮遊キャパシタ電極を有しないものとしても良いし、また、特許文献２に示されるような所謂ビアなし構造のものとしても良い。 However, the EBG structure 110 is not limited to the above-illustrated mushroom structure with a floating capacitor. For example, the EBG structure 110 may not have a floating capacitor electrode, or may have no so-called via as shown in Patent Document 2. It may be structured.

本実施の形態によるＥＢＧ構造体１１０の誘電体は、ＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系の低損失基板材料からなる。ＥＢＧ構造体１１０の誘電体に適用可能な他の材料としては、誘電損失（ｔａｎδ）の小さいものが望ましく、例えば、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramics)などのセラミックス、ＦＲ−４(Flame retardant-4)などのガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)若しくはＰＥＴ−Ｇ(Polyethylene
terephthalate Glycol)などの樹脂、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、プラスチック、リネンなどの繊維又はそれらの複合体が挙げられる。プラスチックについて更に詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。 The dielectric of the EBG structure 110 according to the present embodiment is made of a BT (Bismaleimide Triazine) resin-based low-loss substrate material. Other materials applicable to the dielectric of the EBG structure 110 are preferably those having a small dielectric loss (tan δ), such as ceramics such as LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), FR-4 (Flame retardant- 4) glass epoxy substrate material, Teflon (registered trademark) substrate material, PET (Polyethylene terephthalate) or PET-G (Polyethylene)
terephthalate Glycol), polyether ether ketone (PEEK) thermoplastic resin film, plastic, fiber such as linen, or a composite thereof. More specifically, the plastic may be a thermoplastic plastic such as vinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polystyrene, or ABS resin, or a thermosetting plastic such as melamine resin, polyurethane, phenol resin, or unsaturated polyester resin.

アンテナ支持体１２０は、厚み１．１ｍｍの発泡ポリエチレンシートからなるものである。アンテナ支持体１２０の材料は、例示した発泡ポリエチレンシートには限られないが、ＥＢＧ構造体１１０と無線タグ２００のアンテナ２２０との相関を低減するため、低誘電率のものが好ましく、且つ、損失低減のため、低損失のものが好ましい。より具体的には、アンテナ支持体１２０の材料としては、アンテナ装置３００の使用周波数帯域において誘電率が４以下であり且つｔａｎδが０．０１以下であるような樹脂等の材料が好ましい。例えば、発泡ポリエチレン、アクリルフォーム若しくはウレタンなどの空気を含む発泡材やハニカム構造など空気層を含む樹脂構造体は誘電率が低いため好ましいが、テフロン（登録商標）やＰＥＴ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂であっても良い。更には、ガラスエポキシ系基板材、テフロン（登録商標）系基板材若しくはＢＴ(Bismaleimide Triazine)レジン系基板材などの基板材やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系熱可塑性樹脂フィルム、プラスチック、又はリネンなどの繊維であっても良い。このうち、プラスチックについて更に詳しくは、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性プラスチックでも、メラミン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性プラスチックでも良い。 The antenna support 120 is made of a foamed polyethylene sheet having a thickness of 1.1 mm. The material of the antenna support 120 is not limited to the exemplified foamed polyethylene sheet. However, in order to reduce the correlation between the EBG structure 110 and the antenna 220 of the wireless tag 200, a material having a low dielectric constant is preferable, and loss Low loss is preferred for reduction. More specifically, the material of the antenna support 120 is preferably a material such as a resin having a dielectric constant of 4 or less and a tan δ of 0.01 or less in the use frequency band of the antenna device 300. For example, a foamed material containing air such as foamed polyethylene, acrylic foam or urethane, or a resin structure including an air layer such as a honeycomb structure is preferable because of its low dielectric constant. It may be. Furthermore, substrate materials such as glass epoxy substrate materials, Teflon (registered trademark) substrate materials or BT (Bismaleimide Triazine) resin substrate materials, polyetheretherketone (PEEK) thermoplastic resin films, plastics, linen, etc. May be used. Among these, in more detail regarding plastics, thermoplastic plastics such as vinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polystyrene, and ABS resin, and thermosetting plastics such as melamine resin, polyurethane, phenol resin, and unsaturated polyester resin may be used.

アンテナ支持体上導体１３０は、無線タグ２００のアンテナ２２０とＩＣ２３０との間のインピーダンスマッチングを図るためのインピーダンスマッチング用導体として機能するものである。より具体的には、本実施の形態によるアンテナ支持体上導体１３０は、アンテナ支持体１２０上に直接形成された導体パターンである。但し、アンテナ支持体上導体１３０は、かかる導体パターンには限定されず、他の方法により配置された導体パターンであっても良いし、アンテナ支持体１２０上に貼付された導体箔などであっても良い。また、本実施の形態におけるアンテナ支持体上導体１３０の形状は、長方形形状であるが、アンテナ支持体上導体１３０の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｌ字形状、Ｔ字形状、正方形、三角形若しくはコの字形状その他の多角形、又はループ形状などであっても良い。加えて、図示されたアンテナ支持体上導体１３０は、一つのみであるが、アンテナ２２０のインピーダンス調整に適するのであれば数的限定はなく、複数個設けられていても良い。更には、アンテナ支持体上導体１３０を保護材等で覆ってから、ＥＢＧ構造シート１００上に無線タグ２００を搭載することとしても良い。 The antenna support upper conductor 130 functions as an impedance matching conductor for impedance matching between the antenna 220 and the IC 230 of the wireless tag 200. More specifically, the antenna support upper conductor 130 according to the present embodiment is a conductor pattern formed directly on the antenna support 120. However, the antenna support body conductor 130 is not limited to such a conductor pattern, and may be a conductor pattern arranged by another method, or a conductor foil attached on the antenna support body 120. Also good. In addition, the shape of the antenna support upper conductor 130 in the present embodiment is a rectangular shape, but the shape of the antenna support upper conductor 130 is not limited to this, for example, an L-shape or a T-shape. , A square, a triangle, a U-shape, other polygons, or a loop shape. In addition, although the illustrated antenna support upper conductor 130 is only one, there is no numerical limitation as long as it is suitable for impedance adjustment of the antenna 220, and a plurality of conductors may be provided. Furthermore, the radio tag 200 may be mounted on the EBG structure sheet 100 after covering the antenna support upper conductor 130 with a protective material or the like.

本実施の形態におけるアンテナ支持体上導体１３０のアンテナ支持体上における位置は、ＥＢＧ構造シート１００上に無線タグ２００を配置した際に無線タグ２００（少なくともアンテナ２２０）と離間するような位置である。アンテナ支持体上導体１３０がかかる位置に配置されると、主として、アンテナ２２０の入力インピーダンスがスミスチャート上の等抵抗円に沿って時計回りに移動することとなる。即ち、アンテナ支持体上導体１３０の存在によりアンテナ２２０の入力インピーダンスが調整されることとなっている。 In the present embodiment, the position of the conductor 130 on the antenna support on the antenna support is such that the radio tag 200 (at least the antenna 220) is separated from the radio tag 200 when the radio tag 200 is disposed on the EBG structure sheet 100. . When the antenna support upper conductor 130 is disposed at such a position, the input impedance of the antenna 220 mainly moves clockwise along the isoresistance circle on the Smith chart. That is, the input impedance of the antenna 220 is adjusted by the presence of the conductor 130 on the antenna support.

図４は、ＥＢＧ構造シート１００上に搭載する前の無線タグ２００におけるアンテナ２２０の入力インピーダンスＺ_{ｉｎ＿ＡＮＴ}（動作周波数が９５３ＭＨｚの場合）が示されたスミスチャートである。図６に示されたアンテナ２２０の入力インピーダンスＺ_{ｉｎ＿ＡＮＴ}は、ＩＣ２３０の入力インピーダンスの複素共役位置に一致しており、アンテナ２２０とＩＣ２３０とは自由空間においてインピーダンスマッチングが図られている。 FIG. 4 is a Smith chart showing the input impedance Z _{in_ANT} (when the operating frequency is 953 MHz) of the antenna 220 in the wireless tag 200 before being mounted on the EBG structure sheet 100. The input impedance Z _{in_ANT} of the antenna 220 shown in FIG. 6 matches the complex conjugate position of the input impedance of the IC 230, and the antenna 220 and the IC 230 are impedance-matched in free space.

例えばアンテナ支持体上導体１３０のようなインピーダンスマッチング用導体を有しないＥＢＧ構造シート上に、上記のような無線タグ２００を搭載すると、アンテナ２２０の９５３ＭＨｚにおける入力インピーダンスＺ_{ｉｎ＿ＡＮＴ}は、図５に示されるようにズレてしまう。 For example, when the wireless tag 200 as described above is mounted on an EBG structure sheet having no impedance matching conductor such as the conductor 130 on the antenna support body, the input impedance Z _{in_ANT} of the antenna 220 at 953 MHz is shown in FIG. Will be misaligned.

これに対して、上記のような無線タグ２００を本実施の形態によるＥＢＧ構造シート１００上に搭載すると、アンテナ支持体上導体１３０の働きによりアンテナ２２０の入力インピーダンスＺ_{ｉｎ＿ＡＮＴ}の位置を図５に示された状態から図６に示された状態へと移動させて、ＩＣ２３０の入力インピーダンスの複素共役の値に一致させることができる（図４参照）。 On the other hand, when the wireless tag 200 as described above is mounted on the EBG structure sheet 100 according to the present embodiment, the position of the input impedance Z _{in_ANT} of the antenna 220 is shown in FIG. It is possible to move from the generated state to the state shown in FIG. 6 to match the complex conjugate value of the input impedance of the IC 230 (see FIG. 4).

なお、本実施の形態においては、アンテナ支持体上導体１３０のみによってアンテナ２２０の入力インピーダンス_{ｉｎ＿ＡＮＴ}の調整を図ることとしているが、例えば、アンテナ支持体上導体１３０のみによるインピーダンス調整では不十分な場合には、他のインピーダンスマッチング用導体を用いて更なる調整を行うこととしても良い。 In the present embodiment, the input impedance _{in_ANT} of the antenna 220 is adjusted only by the antenna support upper conductor 130. For example, when the impedance adjustment only by the antenna support upper conductor 130 is insufficient. May be further adjusted using another impedance matching conductor.

図７及び図８を参照すると、図示されたアンテナ装置３００ａは、上述した実施の形態によるアンテナ装置の構成に加えて、更なるインピーダンスマッチング用導体として、絶縁体付導電体４００を備えている。この絶縁体付導電体４００は、付加的絶縁体と、その付加的絶縁体上に設けられた導体パターン又は導体箔からなるものである。図７及び図８に示された例においては、絶縁体付導電体４００は、コの字形状を有している。また絶縁体付導電体４００は、導体パターン又は導体箔のコの字形状の両端が付加的絶縁体を介してアンテナ２２０上に位置するように、配置されている。かかる配置により、図示された絶縁体付導電体４００は、シャントキャパシタとして機能することになり、アンテナ２２０の入力インピーダンスをアドミタンスチャート上の等コンダクタンス線上を時計回りに移動させることができ、それによって、アンテナ２２０の入力インピーダンスの更なる調整を行うことができる。 7 and 8, the illustrated antenna device 300a includes a conductor 400 with an insulator as a further impedance matching conductor in addition to the configuration of the antenna device according to the above-described embodiment. The insulator-attached conductor 400 is composed of an additional insulator and a conductor pattern or a conductor foil provided on the additional insulator. In the example shown in FIGS. 7 and 8, the insulator-attached conductor 400 has a U-shape. In addition, the insulator-attached conductor 400 is disposed such that the U-shaped ends of the conductor pattern or conductor foil are positioned on the antenna 220 via the additional insulator. With such an arrangement, the illustrated insulator-equipped conductor 400 functions as a shunt capacitor, and the input impedance of the antenna 220 can be moved clockwise on the isoconductance line on the admittance chart, thereby Further adjustment of the input impedance of the antenna 220 can be made.

図７及び図８に示される絶縁体付導電体４００は、コの字形状を有するものであったが、本発明はそれに限定されるものではなく、長方形、ループ形状、Ｌ字形状、Ｔ字形状又は正方形等の形状を有するものであっても良い。また、図示された絶縁体付導電体４００は、シャントキャパシタとして機能させるため、上方から見た場合にアンテナ２２０と重なるようにして設けられているが、例えば、前述したアンテナ支持体上導体１３０と同等の機能を持たせるため、アンテナ支持体１２０上においてアンテナ２２０から離間させるようにして配置しても良い。更に、絶縁体付導電体４００は、必ずしもアンテナ２２０に重ねなければならないわけではなく、アンテナ２２０に重ねずにアンテナ２２０の近傍に配置することとしても良い。その場合であっても、絶縁体付導電体４００によるシャントキャパシタとしての機能をある程度得ることができる。加えて、絶縁体付導電体４００のみによるインピーダンス調整で十分な場合には、アンテナ支持体上導体１３０を省略することとしても良い。 The conductor with insulator 400 shown in FIGS. 7 and 8 has a U-shape, but the present invention is not limited thereto, and is rectangular, loop-shaped, L-shaped, T-shaped. It may have a shape or a shape such as a square. In addition, the illustrated conductor with insulator 400 is provided so as to overlap the antenna 220 when viewed from above in order to function as a shunt capacitor. In order to provide the same function, the antenna support 120 may be arranged so as to be separated from the antenna 220. Furthermore, the insulator-attached conductor 400 does not necessarily have to be overlaid on the antenna 220, and may be disposed in the vicinity of the antenna 220 without being overlaid on the antenna 220. Even in that case, the function as a shunt capacitor by the insulator-attached conductor 400 can be obtained to some extent. In addition, when the impedance adjustment using only the conductor with insulator 400 is sufficient, the antenna support upper conductor 130 may be omitted.

また、上述した実施の形態においては、ＥＢＧ構造体１１０の全面をアンテナ支持体１２０で覆う構成としていたが、アンテナ支持体１２０は、ＥＢＧ構造体１１０の上面のうち、アンテナ若しくは無線タグ２００の下部に相当する部分のみを覆うこととしても良い。その場合、アンテナ支持体１２０で覆われていないＥＢＧ構造体１２０の上に絶縁体付導電体４００を直接配置することによりインピーダンスマッチングを図ることとしても良い。 In the above-described embodiment, the entire surface of the EBG structure 110 is covered with the antenna support 120. However, the antenna support 120 is the lower part of the antenna or the wireless tag 200 on the upper surface of the EBG structure 110. It is good also as covering only the part corresponded to. In that case, impedance matching may be achieved by arranging the insulator-attached conductor 400 directly on the EBG structure 120 that is not covered with the antenna support 120.

本発明の実施の形態によるアンテナ装置を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an antenna device according to an embodiment of the present invention. 図１のアンテナ装置に含まれるＥＢＧ構造シートを概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the EBG structure sheet | seat contained in the antenna apparatus of FIG. 図１のアンテナ装置に含まれる無線タグを概略的に示す上面図である。It is a top view which shows roughly the radio | wireless tag contained in the antenna apparatus of FIG. 無線タグをＥＢＧ構造シートに搭載する前のアンテナの入力インピーダンスの位置を示すスミスチャートである。自由空間においては、図示された入力インピーダンスでＩＣの入力インピーダンスとのマッチングが図られている。It is a Smith chart which shows the position of the input impedance of the antenna before mounting a wireless tag on an EBG structure sheet. In free space, matching with the input impedance of the IC is achieved with the illustrated input impedance. インピーダンスマッチング用導体の設けられていないＥＢＧ構造シート上に無線タグを搭載した場合のアンテナの入力インピーダンス位置を示すスミスチャートである。It is a Smith chart which shows the input impedance position of the antenna at the time of mounting a wireless tag on the EBG structure sheet | seat in which the impedance matching conductor is not provided. 図２のＥＢＧ構造シート上に無線タグを搭載した場合のアンテナの入力インピーダンス位置を示すスミスチャートである。It is a Smith chart which shows the input impedance position of the antenna at the time of mounting a wireless tag on the EBG structure sheet | seat of FIG. 図１のアンテナ装置の変形例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the modification of the antenna apparatus of FIG. 図７の無線タグ周辺を拡大して概略的に示す上面図である。FIG. 8 is an enlarged top view schematically showing the periphery of the wireless tag in FIG. 7.

Explanation of symbols

１００ＥＢＧ構造シート
１１０ＥＢＧ構造体
１１１トップ電極
１２０アンテナ支持体
１３０アンテナ支持体上導体
２００無線タグ
２１０基体
２２０アンテナ
２２２梁部
２３０ＩＣ
３００，３００ａアンテナ装置
４００絶縁体付導電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 EBG structure sheet 110 EBG structure 111 Top electrode 120 Antenna support body 130 Antenna support body top conductor 200 Wireless tag 210 Base body 220 Antenna 222 Beam part 230 IC
300, 300a Antenna device 400 Conductor with insulator

Claims

An antenna comprising an EBG structure having in-phase reflection characteristics, an antenna support made of an insulator provided on the EBG structure, an antenna supported by the antenna support, and an IC connected to the antenna In an apparatus, in order to prevent impedance mismatch between the antenna and the IC due to the presence of the EBG structure , an impedance matching method for arranging impedance in the vicinity of the antenna and performing impedance matching between the antenna and the IC .

The impedance matching method according to claim 1, wherein the conductor is disposed so as to be mechanically separated from the antenna.

An EBG structure having in-phase reflection characteristics, an antenna support made of an insulator provided on the EBG structure, an antenna supported by the antenna support, an IC connected to the antenna, and the EBG An antenna device comprising: an impedance matching conductor disposed in the vicinity of the antenna to prevent impedance mismatch between the antenna and the IC while preventing impedance mismatch between the antenna and the IC due to the presence of a structure .

The antenna device according to claim 3, wherein the impedance matching conductor is disposed so as to be mechanically separated from the antenna.

The said impedance matching conductor is provided with the conductor on an antenna support body which consists of one or more conductor patterns or conductor foils spaced apart from the said antenna on the said antenna support body. The antenna device described.

The impedance matching conductor is a conductor with an insulator made of an additional insulator and a conductor pattern or a conductor foil provided on the additional insulator, and is provided on the EBG structure, the antenna support or the antenna. Further comprising a conductor with an insulator disposed in
The antenna device according to any one of claims 3 to 5.

The antenna device according to claim 6, wherein the conductor with an insulator is disposed such that at least a part of the conductor pattern or the conductor foil is positioned on the antenna via the additional insulator.

8. The impedance matching conductor according to claim 3, wherein the impedance matching conductor has a rectangular shape, an L shape, a T shape, a square shape, a triangular shape, a U shape, another polygonal shape, or a loop shape. Antenna device.

The antenna support has a dielectric constant in a use frequency band of the antenna device such as foamed material such as foamed polyethylene, acrylic foam or urethane, Teflon (registered trademark), PET (Polyethylene terephthalate), or PET-G (Polyethylene terephthalate Glycol). Low dielectric constant and low loss resin having 4 or less and tan δ of 0.01 or less, substrate material such as glass epoxy substrate material, Teflon (registered trademark) substrate material or BT (Bismaleimide Triazine) resin substrate material, polyether An ether ketone (PEEK) thermoplastic resin film, a fiber such as linen, a resin structure including an air layer such as a honeycomb structure, or a combination thereof,
The antenna device according to claim 3.

The EBG structure includes ceramics such as LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), glass epoxy-based substrate materials such as FR-4 (Flame retardant-4), Teflon (registered trademark) -based substrate materials, and BT (Bismaleimide Triazine). Resin base material, polyether ether ketone (PEEK) thermoplastic resin film, resin such as PET (Polyethylene terephthalate) or PET-G (Polyethylene terephthalate Glycol), fiber such as linen, or a composite thereof The antenna device according to claim 3, comprising a body layer.