JP2003142927A

JP2003142927A - ループアンテナの構造及び該構造のｒｆｉｄシステム用アンテナ

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Publication number: JP2003142927A
Application number: JP2001339806A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Inui; 信一郎乾; Hideaki Horiuchi; 秀晃堀内; Yasuhiro Ubukata; 康弘生方
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP3654235B2

Abstract

(57)【要約】【課題】８字型アンテナ等の複数のループで構成される
ループアンテナの各々のループで発生する磁界の対称性
を確保することができるリーダ／ライタ用アンテナの提
供。【解決手段】高周波電源により駆動される複数のループ
と、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れ
る誘導電流により駆動される１以上の無給電ループとを
有し、ループアンテナ外周に導線を配置する構造、コン
デンサ等を接続して電流位相のずれを調整する構造、８
字型アンテナを直列かつひねりを加えて接続し、電流位
相を略等しくする構造、各々のループとの重なり部の鎖
交磁束が略等しくなる形状の無給電ループを用いる構
造、中央ループを２つのループの中央に設置し、８字型
アンテナの高周波電源と位相が９０°ずれた電流を生成
し給電する構造等を設け、８字型アンテナの２つのルー
プの電流位相を制御して磁界の対称性を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のループで構
成されるループアンテナの構造に関し、特に、ＲＦＩＤ
（Radio Frequency Identification）システムにおいて
使用されるリーダ／ライタ用アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣチップを備えたトラスポンダ
とリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信
を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤ
システムは、トラスポンダ及びリーダ／ライタの各々に
備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トラ
スポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離し
ても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いとい
う長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理
等の様々な分野に利用されるようになってきている。

【０００３】このＲＦＩＤシステムでは電磁誘導又は電
磁結合を利用してデータの交信を行うため、アンテナで
発生する磁界を大きくする必要があるが、一方、ＲＦＩ
Ｄシステムを免許不要で使用するためには、測定対象か
ら３ｍ離れた位置で測定される電界強度又はアンテナ利
得とアンテナへの供給（空中線）電力を電波法により定
められた値にする必要がある。

【０００４】アンテナ近傍の磁界を弱めることなく遠方
における電界を弱める方法として、８字型のアンテナ
（又は双ループアンテナ）を用いる方法がある。この８
字型アンテナは、図１３に示すように、２つのループア
ンテナを直列又は並列に接続し、それらを同一の高周波
電源で駆動するものであり、この８字型アンテナ２ａで
は、８字を構成する２つのループ（ループＡ及びループ
Ｂ）により各々発生する磁束が互いに反対向きであり、
遠方ではこれらが相殺して見えるために、遠方の電界強
度を弱める効果があり、通常の単ループアンテナと比べ
ると、同利得でサイズの大きなアンテナを作製すること
が出来るという利点がある。

【０００５】そして、アンテナサイズが大きくなること
によって近傍磁界強度が向上し、トランスポンダとの通
信距離を伸ばすことができる。また、遠方電界が弱まる
ことから、他の通信機器や電子機器に与える電磁的影響
を抑えることが出来る。

【０００６】しかし、８字型アンテナは、同時にアンテ
ナ中心部でアンテナ軸方向の磁界成分が０になるという
欠点を持っている。この問題を解決するために、図１４
に示すように、８字型アンテナ２ａの中心部に給電しな
い別の単ループのアンテナ（無給電中央ループアンテナ
２ｃ）を配置することで経時的に磁界分布を変化させ、
通常の８字型アンテナの持つ欠点である磁界成分が０と
なる点を無くすことができる（ＵＳＰ６，１６６，７０
６号等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この無給電中央ループ
アンテナ２ｃを機能させるためには、並列接続された８
字型アンテナ２ａを構成する２つのループのどちらかと
交差させる必要があるが、無給電中央ループアンテナ２
ｃと交差した方のループは、相互インダクタンスにより
アンテナコイルのインダクタンスが変化し、共振点が離
調してしまう。その結果、両ループの片方のみが容量
性、若しくは誘導性になり、印加電圧と電流値の間に位
相差が発生してしまう。

【０００８】これによって、ループＡ及びループＢで
は、逆位相の印加電圧に対して完全な逆位相の電流は流
れず、８字型アンテナ２ａの特徴である対称性を失って
しまう。そして、この電流位相のずれにより、遠方にお
ける電界強度が増加するとともに、近傍磁界強度の減少
も引き起こしてしまうという問題がある。

【０００９】また、ゲートアンテナ等の用途として８字
型アンテナ２ａを地面に立てて設置した場合、図１３に
示すように、２つのループＡ、Ｂと床等との間隔の違い
によりインダクタンスが変化し、やはり対称性を失う原
因になる。また、床等の接地領域以外にも８字型アンテ
ナ２ａ近傍に設置される金属体等によっても容量６が形
成されて同様の問題が生じる。

【００１０】このように、近傍磁界を向上させ遠方電界
を抑制するためには、８字型アンテナ２ａや更に無給電
中央ループアンテナ２ｃを用いる方法は有効であるが、
実際には、８字型アンテナ２ａと無給電中央ループアン
テナ２ｃとの相互作用又は８字型アンテナ２ａと床や金
属体との相互作用により、８字型アンテナ２ａを構成す
る各々のループアンテナの対称性が崩れ、遠方電界が増
加してしまう。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、８字型アンテナ等の複
数のループで構成されるループアンテナの各々のループ
で発生する磁界の対称性を確保することができるリーダ
／ライタ用アンテナを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のループアンテナは、高周波電源により駆動
される複数のループを有するループアンテナにおいて、
該ループアンテナに、各々のループに供給される電流の
位相を制御する手段を備え、該手段により、各々のルー
プで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電界強
度が低減されるものである。

【００１３】また、本発明のループアンテナは、高周波
電源により駆動される複数のループと、少なくとも一つ
のループとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆
動される１以上の無給電中央ループとを有するループア
ンテナにおいて、該ループアンテナに、各々の前記ルー
プに供給される電流の位相を制御する手段を有し、該手
段により、各々のループで発生する磁界の対称性が維持
され、遠方での電界強度が低減されるものである。

【００１４】本発明においては、前記複数のループの少
なくとも一つに、コンデンサ又はコイルの少なくとも一
方が接続され、該コンデンサ又はコイルにより、電流の
位相制御が行われる構成とすることができる。

【００１５】また、本発明においては、前記複数のルー
プが直列に接続され、かつ、少なくとも対を成すループ
の電流が逆向きとなるように、前記ループアンテナが形
成され、各々のループの電流位相を略等しくすることに
より、電流の位相制御が行われる構成とすることもでき
る。

【００１６】また、本発明においては、前記無給電中央
ループが、前記複数のループの各々との鎖交磁束が略等
しくなるように相重なって形成され、かつ、各々の重な
り部における磁気的結合により流れる電流が同一の方向
になるように接続されており、前記重なり部の面積を略
等しくすることにより、前記無給電ループと鎖交する前
記ループのインダクタンスの変化が補償され、電流の位
相制御が行われる構成とすることもできる。

【００１７】また、本発明においては、更に、前記複数
のループのいずれか一と相重なる無給電ループを備え、
重なり部の位置又は面積を設定することにより、前記無
給電ループと鎖交する前記ループのインダクタンスが調
整され、電流の位相制御が行われる構成とすることもで
きる。

【００１８】また、本発明のループアンテナは、高周波
電源により駆動される複数のループと、前記複数のルー
プの中心部近傍に設置され、異なる電源により駆動され
る給電ループとを有するループアンテナにおいて、前記
給電ループに電源位相補正回路が接続され、該電源位相
補正回路では、前記高周波電源を用いて、前記複数のル
ープと位相が相異なる電流を生成し、前記給電ループに
給電するものである。

【００１９】また、本発明のループアンテナは、前記ル
ープアンテナの外周に、各々のループと略等しい間隔を
おいて該ループアンテナを取り囲む導線を備え、前記導
線により、前記導線外部の所定の電位領域との相互作用
により生じる各々のループのインダクタンスのずれが抑
制され、各々のループで発生する磁界の対称性が維持さ
れるものである。

【００２０】本発明においては、前記ループアンテナ
が、２つのループを有する８字型アンテナからなること
が好ましい。

【００２１】また、本発明においては、前記位相制御手
段により、前記８字型アンテナの２つのループで発生す
る磁界の位相差が略１８０°に設定され、また、前記位
相制御手段により、前記８字型アンテナの２つのループ
で発生する磁界の位相差が略１８０°に設定され、か
つ、前記無給電中央ループから放射される磁界の位相差
が前記２つのループに対して略９０°に設定されること
が好ましい。

【００２２】本発明のＲＦＩＤシステムのリーダ／ライ
タ用アンテナは、上記構造のループアンテナを用いるこ
とを特徴とするものである。

【００２３】このように、本発明のループアンテナの構
造によれば、８字型アンテナのような複数のループで構
成されるアンテナや、更にその中央に近傍磁界の減少を
補償する中央ループアンテナを設けたループアンテナに
おいて、相互インダクタンスの影響による電流位相のず
れを調整する手段を設けたり、８字型アンテナを交差さ
せて各ループを直列に接続して電流位相を略等しくした
り、無給電中央ループアンテナと各々のループとの重な
り部の鎖交磁束（面積×磁束密度）を略等しくしたり、
また、中央ループアンテナを２つのループアンテナの中
央に設置し、８字型アンテナの高周波電源から生成した
位相を略９０°ずらした電流を給電する等の方法を用い
ることにより、８字型アンテナの２つのループアンテナ
により発生する磁界の対称性を確保することができる。

【００２４】また、８字型アンテナの外周に導体の配線
を設置することにより、各々のループに位相差が生じた
場合、それを打ち消すように外周の導体配線に電流が流
れ、結果的に両者の位相ずれを補償するように機能する
ため、上記と同様に各々のループで発生する磁界の対称
性を確保することができる。そして、８字型アンテナの
各々のループの対称性を確保することによって、近傍磁
界の向上を図りつつ、遠方における電界強度を弱めるこ
とができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係るループアンテナは、
その好ましい一実施の形態において、高周波電源により
駆動される複数のループと、少なくとも一つのループと
の磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される１
以上の無給電ループとを有し、ループアンテナに、例え
ば、ループアンテナ外周に導線を配置する構造、コンデ
ンサやコイル等を接続して電流位相のずれを調整する構
造、８字型アンテナを直列かつひねりを加えて接続し、
電流位相を略等しくする構造、各々のループとの重なり
部の鎖交磁束が略等しい形状の無給電ループを用いる構
造、中央ループアンテナを２つのループアンテナの中央
に設置し、８字型アンテナの高周波電源と位相が９０°
ずれた電流を生成し給電する構造等を設け、８字型アン
テナの２つのループアンテナの電流位相を制御して各々
のループで発生する磁界の対称性を維持し、近傍磁界の
向上を図りつつ、遠方における電界強度を弱めるもので
ある。

【００２６】

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。なお、以下の各実施例では、８字型アン
テナをＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナと
して用いる場合について記載するが、本発明は、リーダ
／ライタ用アンテナに限定されるものではなく、トラン
スポンダのアンテナや、他の通信機器、通信装置で用い
られるアンテナに適用することができる。

【００２７】［実施例１］まず、本発明の第１の実施例
に係るＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナの
ついて、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本
発明のＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図であり、図
２は、第１の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナの
構造を示す図である。また、図３は、本実施例のリーダ
／ライタ用アンテナのバリエーションを示す図である。
なお、本実施例は、８字型アンテナの各々のループ近傍
の所定の電位面との相互作用を緩和し、発生磁界の対称
性を確保するための構造について記載するものである。

【００２８】図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシス
テム１は、内部にアンテナ４ａ及びＩＣ４ｂを備えるト
ランスポンダ４と、トランスポンダ４からの信号を処理
するリーダ／ライタ３とからなり、リーダ／ライタ３
は、更に、トランスポンダ４への電力供給と信号を送受
信するためのリーダ／ライタ用アンテナ２と、送受信信
号を変換するための通信回路部３ａと、送受信信号をデ
コードするための演算処理部３ｂとから構成される。

【００２９】また、図２に示すように、本実施例のリー
ダ／ライタ用アンテナ２は、対称な形状の２つのループ
アンテナ（ループＡ及びループＢ）が接続されてなる８
字型アンテナ２ａと、８字型アンテナ２ａの周囲を一定
の間隔で包囲する導線２ｂとから構成され、８字型アン
テナ２ａの中央に給電線を介して高周波電源から電流が
供給され、２つのループアンテナには互いに逆向きの電
流が流れ、反対方向の磁界が発生する。

【００３０】ここで、８字型アンテナ２ａを床や金属体
等の所定の電位面に近接して設置した場合、上部のルー
プＡ又は下部のループＢと電位面との間隔が異なる場合
があり、この間隔の違いにより、両ループのアンテナイ
ンダクタンス（インピーダンス）にずれが生じる。そこ
で、本実施例では、このずれを低減するために切れ目の
ない導線２ｂを８字型アンテナ２ａの外周に設置してい
る。

【００３１】すなわち、従来の８字型アンテナ２ａで
は、図１３に示すように、ループＡ又はループＢと床面
や金属体との間隔の違いによりインダクタンスにずれが
生じ、その結果として遠方における磁界を相殺すること
ができなかったが、本実施例のリーダ／ライタ用アンテ
ナ２では、導線２ｂを設置することよって、各々のルー
プに位相差が生じた場合、それを打ち消すように外周の
導体配線に電流が流れ、結果的に両者の位相ずれを補償
するように機能するため、両ループの対称性を維持する
ことができる。

【００３２】そして、この導線２ｂを設置することによ
り、８字型アンテナ２ａと所定の電位面とが近接した場
合であっても、所定の電位面との相互作用も上下のルー
プで等しくなるように制御することができる。これによ
り、リーダ／ライタ用アンテナ２の設置場所の自由度が
増し、本ＲＦＩＤシステムの適用範囲を広げることがで
きる。

【００３３】なお、８字型アンテナ２ａは、同一形状の
矩形のループアンテナを繋げた構造としているが、各々
のループアンテナで発生する磁界が等しければよく、各
々のループは、円形（図３（ａ）参照）、楕円形、多角
形等、任意の形状とすることができる。また、導線２ｂ
は、８字型アンテナ２ａの各々のループに対して略等し
い距離で包囲する形状、又は、各々のループとの平均的
な距離が略等しくなる形状等であればよく、図に示す矩
形状に限らず、ループアンテナと同様に円形、楕円形、
多角形としたり、８字型アンテナ２ａと相似形の８字型
（図３（ｂ）参照）とする等、任意の形状とすることが
できる。

【００３４】［実施例２］次に、本発明の第２の実施例
に係るリーダ／ライタ用アンテナについて、図４及び図
１５、図１６を参照して説明する。図４は、第２の実施
例に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図であ
る。また、図１５は、アンテナ近傍磁界のシミュレーシ
ョンの様子を示す図であり、図１６は、シミュレーショ
ンの結果を示す図である。

【００３５】図４に示すように、本実施例のリーダ／ラ
イタ用アンテナ２は、８字型アンテナ２ａの外周に導線
２ｂを設ける第１の実施例の構造に、アンテナ中心部で
アンテナ軸方向の磁界成分が０になるという８字型アン
テナの問題を解消する無給電中央ループアンテナ２ｃを
設け、更に、ループＡ又はループＢの一方は双方にコン
デンサ８等の位相調整手段を設けたことを特徴とするも
のである。

【００３６】ここで、従来の８字型アンテナ２ａの問題
点について説明すると、図１４において、ループＢを基
準（０°）に考えると、ループＡから発生する磁束はル
ープＢに対して１８０°ずれる。また、無給電中央ルー
プアンテナ２ｃは鎖交磁束φ ₈による誘導起電力によ
り、式１のようにループＡから位相が９０°ずれた磁束
を発生する。

【００３７】

【００３８】しかし、実際には、ループＡに無給電中央
ループアンテナ２ｃを鎖交させることで、双方の間に相
互インダクタンスが発生し、ループＡのインダクタンス
は変化する。これにより、本来、印加した電圧から１８
０°ずれているはずのループＡの発生磁界は数１０°ず
れてしまう。

【００３９】各々のループの対称性を確保することの重
要性を確認するために、ループＡとループＢの位相が正
確に１８０°ずれている場合と、相互インダクタンスの
影響で１５０°（実験値）になった場合のアンテナ近傍
の発生磁界のシミュレーションを図１５に示す条件で行
った。また、リーダ／ライタ用アンテナ２から５０ｃｍ
離れたシミュレーション面１０の中心線における磁束密
度の経時的最大値を図１６に示す。

【００４０】図１６のシミュレーション結果から、ルー
プＡとループＢの位相差が１８０°の場合（実線）で
は、無給電中央ループアンテナ２ｃにより８字型アンテ
ナ２ａの中央部における磁束密度の減少を抑制すること
ができるが、ループＡとループＢの位相差が１５０°の
場合（破線）では、アンテナ高さ方向で磁界密度が低減
する領域が生じてしまう。

【００４１】このように、８字型アンテナ２ａに無給電
中央ループアンテナ２ｃを設ける構造では、無給電中央
ループアンテナ２ｃと重なるループは相互インダクタン
スの影響で誘導性にシフトし、両ループの位相差がずれ
ることによって、発生磁界に経時的に不均一な分布が生
じ、遠方での電界強度が増加する。従って、このような
構造では、上下のループの位相差を正確に制御すること
が重要である。

【００４２】そこで、本実施例では、８字型アンテナ２
ａのループＡ又はループＢのいずれか一方、又は双方
に、コンデンサ８、コイル等の位相調整手段を直列に接
続し、コンデンサ８の容量を調整することにより、位相
を独立して制御可能にしている。図４の例では、無給電
中央ループアンテナ２ｃと重なるループＡ側にコンデン
サ８を接続し、相互インダクタンスの影響による誘導成
分を打ち消し、発生した電圧と同位相の電流が流れるよ
うにしている。

【００４３】このように、無給電中央ループアンテナ２
ｃを設ける構造において、無給電中央ループアンテナ２
ｃと重なるループに誘導成分を打ち消すコンデンサ８を
接続することによって両ループの位相の対称性を確保す
ることができる。

【００４４】［実施例３］次に、本発明の第３の実施例
に係るリーダ／ライタ用アンテナについて、図５及び図
６を参照して説明する。図５は、第３の実施例に係るリ
ーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図であり、図６
は、その製造方法を一例を示す図である。

【００４５】前記した第２の実施例で示した８字型アン
テナ２ａは、それぞれのループＡ、ループＢは並列に接
続されているため、印加電圧に対して発生する電流位相
はアンテナコイルのインダクタンスに比例する。そして
各々のループのインダクタンスは、無給電中央ループア
ンテナ２ｃとの相互作用により変化するため、コンデン
サ８を設けて位相の調整を行った。

【００４６】上記方法によっても位相の調整は可能であ
るが、リーダ／ライタ用アンテナ２を製造するにあたっ
て、８字型アンテナ２ａと無給電中央ループアンテナ２
ｃの位置関係に応じてコンデンサ８の容量を調整する必
要がある。そこで、本実施例では、図５に示すように、
ループＡとループＢの接続を直列にして、流れる電流の
位相を略等しくすることにより、個々のループの位相の
調整を不要としている。なお、単に直列に接続するのみ
では両ループの電流の向きが同じになってしまうため、
ループＡとループＢの接続部にひねりを加えて形成して
いる。

【００４７】このように、ループＡとループＢを直列か
つひねりを加えて接続することにより、発生磁界を１８
０°ずらすことができ、８字型ループアンテナ２ａの高
さ方向の磁束密度の分布を平坦にすることができる。こ
の場合において、アンテナサイズ（線長）が大きくなる
と位相にずれが生じるため、アンテナサイズは波長
（λ）に対して、略１／１０乃至１／２０以下となるよ
うに設定することが好ましい。

【００４８】なお、このような構造の直列８字型アンテ
ナ２ｄでは、アンテナ線が交差する部分が生じるが、２
層以上の導体層が積層された基板を用い、例えば、一方
の導体層に図６（ａ）に示すようなパターンを形成し、
他方の導体層に図６（ｂ）に示すようなパターンを形成
し、両パターンをスルーホールを介して接続することに
より容易に製造することができる。

【００４９】［実施例４］次に、本発明の第４の実施例
に係るリーダ／ライタ用について、図７及び図８を参照
して説明する。図７は、第４の実施例に係るリーダ／ラ
イタ用アンテナの構造を示す図であり、図８は、そのバ
リエーションを示す図である。

【００５０】８字型アンテナ２ａのそれぞれのループ
Ａ、ループＢの位相のずれは、無給電中央ループアンテ
ナ２ｃとループＡ又はループＢとの相互インダクタンス
の違いにより発生する。前記した第２の実施例では、こ
の位相のずれをコンデンサ８を用いて調整したが、元々
ずれが生じないように無給電中央ループアンテナ２ｃを
形成することもできる。

【００５１】具体的には、この無給電中央ループアンテ
ナ２ｃの影響を相殺するには、無給電中央ループアンテ
ナ２ｃとループＡ又はループＢとの重なり部分（領域Ａ
及び領域Ｂ）を同じにすればよいが、その場合、両ルー
プの鎖交磁束が相殺してしまい、無給電中央ループアン
テナ２ｃに流れる電流値は０になり、無給電中央ループ
アンテナ２ｃを設ける意味がなくなってしまう。

【００５２】そこで、本実施例では、図７に示すよう
に、無給電中央ループアンテナ２ｃをループＡとループ
Ｂの双方に重なるように配置し、重なり部（領域Ａ及び
領域Ｂ）の面積が等しくなるようにして相互インダクタ
ンスを同等にし、かつ、重なり部の間の任意の地点にお
いてアンテナ線を交差させることにより、鎖交磁束が相
殺しないような形状としている。このような構造によっ
ても、両ループの位相の対称性を確保することができる
とともに、無給電中央ループアンテナ２ｃによりアンテ
ナ中央部における磁束の減少を抑制することができる。

【００５３】なお、無給電中央ループアンテナ２ｃの形
状は図７の形状に限定されるものではなく、領域Ａと領
域Ｂの面積が等しく、かつ、ひねりを有する形状であれ
ばよく、例えば、図８（ａ）に示すような形状とするこ
ともできる。

【００５４】また、前記した第２乃至第４の実施例で
は、８字型アンテナ２ａの周囲に導線２ｂを設ける例に
ついて記載したが、導線２ｂを設けない構成であっても
よい。また、第２乃至第４の実施例の各々の構造を組み
合わせた構成とすることもできる。また、図８（ｂ）に
示すように、無給電中央ループアンテナ２ｃが鎖交する
領域Ａ、Ｂを、磁束密度の分布の傾きが緩やかなループ
Ａ、Ｂの中央付近に設ける構成とすることもできる。

【００５５】［実施例５］次に、本発明の第５の実施例
に係るリーダ／ライタ用アンテナについて、図９乃至図
１２を参照して説明する。図９は、第５の実施例に係る
リーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。ま
た、図１０は、本発明のリーダ／ライタ用アンテナの遠
方電界強度を測定するシステムの構成を示す図であり、
図１１は、本実施例の補正の効果を説明するための図で
ある。また、図１２は、本発明のリーダ／ライタ用アン
テナのバリエーションを示す図である。

【００５６】前記した第２乃至第４の実施例では、８字
型アンテナ２ａの中央に設けるループアンテナは無給電
アンテナとしたが、本実施例では、図９に示すように、
８字型アンテナ２ａ中央部の給電中央ループアンテナ２
ｅを設け、この給電中央ループアンテナ２ｅには位相を
調整した電流を給電するための位相補正回路９が接続さ
れている。

【００５７】すなわち、本実施例では、中央に設置する
アンテナを８字型アンテナ２ａとの電磁結合で動作させ
るのではなく、給電中央ループアンテナ２ｅに位相補正
回路９から直接給電して動作させることを特徴としてい
る。この時、給電中央ループアンテナ２ｅの位相を８字
型アンテナ２ａから９０°ずらす必要がある。そこで、
給電中央ループアンテナ２ｅは、バランをもう一段介し
て接続することで、８字型アンテナ２ａの両側のループ
Ａ、Ｂの中間位相（９０°）を作り出している。

【００５８】このように、８字型アンテナ２ａの中央に
給電中央ループアンテナ２ｅを配置することによって
も、８字型アンテナ２ａの中央部における磁束密度の減
少を抑制することができ、また、この構造では、給電中
央ループアンテナ２ｅを８字型アンテナ２ａに重ねる必
要がないため、８字型アンテナ２ａの両ループの位相に
ずれが生じることはない。なお、位相補正回路９として
は、図９に示す構成に限定されず、８字型アンテナ２ａ
に対して９０°位相のずれた電流を発生することができ
る任意の回路を用いることができる。

【００５９】以上、８字型アンテナ２ａの両ループの位
相を調整する種々の方法について記載したが、この位相
補正の効果を確認するために、位相の補正を行わない８
字型アンテナ（位相差約１５０°）と、前記した各実施
例の方法により位相差を１８０°に調整した８字型アン
テナの各々に対して、図１０に示す測定システムを用い
て、遠方におけるアンテナの電界強度を測定した。その
結果を図１１に示す。なお、測定は、電波暗室内で３ｍ
法によりそれぞれのアンテナの面が平行になる状態で行
った。

【００６０】図１１から分かるように、位相の補正を行
わない８字型アンテナ（破線及び三角マーカー）に比べ
て、各種方法で位相を補正した８字型アンテナ（実線及
び丸マーカー）は、３ｍの遠方における電界強度が１ｄ
ＢμＶ／ｍ以上小さくなっており、位相を正確に調整す
ることによって遠方電界強度を小さくできることが確認
できた。そして、遠方電界強度を小さくすることによ
り、他の通信機器や電子機器に与える電磁的影響を軽減
することができ、ＲＦＩＤシステム１の適用範囲を広げ
ることができる。

【００６１】なお、以上説明した各実施例では、８字型
のアンテナを例にして説明したが、アンテナの形状は８
字に限定されるものではなく、複数のループから構成さ
れる任意の形状のアンテナに適用することができ、例え
ば、図１２に示すような４つのループを備えるアンテナ
（（ａ）は８字アンテナを並列に接続した構成、（ｂ）
は４つのループを直列に接続した構成）に各実施例の各
種構造を適用してもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のループア
ンテナの構造及び該構造により形成したＲＦＩＤシステ
ムのリーダ／ライタ用アンテナによれば下記記載の効果
を奏する。

【００６３】本発明の第１の効果は、遠方における電界
強度を減少させることができるということである。

【００６４】その理由は、８字型アンテナを構成するル
ープに位相調整手段を設けたり、８字型アンテナの各々
のループを直列に接続して位相を同相にしたり、各々の
ループとの重なり部分の面積が略等しくなるように中央
ループアンテナの形状を設定したり、また、中央ループ
アンテナへの給電回路に位相補正機能を持たせるなどの
方法により、８字型アンテナの２つのループアンテナに
よる発生磁界の対称性を確保することができるからであ
る。

【００６５】また、本発明の第２の効果は、８字型アン
テナ近傍の床面や金属体等の所定の電位面との間隔に起
因する各々のループアンテナの非対称性を軽減すること
ができるということである。

【００６６】その理由は、８字型アンテナの外周に導線
を設置することにより、各々のループに位相差が生じた
場合、それを打ち消すように外周の導線に電流が流れ、
結果的に両者の位相ずれを補償するように機能するた
め、発生磁界の対称性を保つことができるからである。

【００６７】このように、本発明により、従来のアンテ
ナが抱えていた磁束の弱まる部分が発生するという問題
を解決することができた。また、発生磁界が経時的に均
一になることによって、遠方での電界強度が減少するた
め、他の通信機器や電子機器等への外乱要因となりにく
くなることが期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナの構造を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナのバリエーションを示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナの構造を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナの構造を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナの製造方法の一例を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナの構造を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナのバリエーションを示す図である。

【図９】本発明の第５の実施例に係る８字型リーダ／ラ
イタ用アンテナの構造を示す図である。

【図１０】リーダ／ライタ用アンテナの遠方電界強度を
測定するシステムの構成を示す図である。

【図１１】本発明の位相補正の効果を示す図である。

【図１２】本発明に係るリーダ／ライタ用アンテナのバ
リエーションを示す図である。

【図１３】従来の８字型アンテナの構造を示す図であ
る。

【図１４】従来の８字型アンテナと中央ループアンテナ
とを組み合わせた構造を示す図である。

【図１５】近傍磁界測定のシミュレーション方法を示す
図である。

【図１６】８字型アンテナにおける上下ループの位相ず
れの影響を示す図である。

【符号の説明】

１ＲＦＩＤシステム２アンテナ２ａ８字型アンテナ２ｂ導体線２ｃ無給電中央ループアンテナ２ｄ直列８字型アンテナ２ｅ給電中央ループアンテナ３リーダ／ライタ３ａ通信回路部３ｂ演算処理部４トランスポンダ４ａアンテナ４ｂＩＣ５ＧＮＤ６容量７ａ測定用ループアンテナ７ｂ電界強度計８コンデンサ９位相補正回路１０シミュレーション面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者生方康弘東京都文京区小石川１−12−14 三菱マテリアル株式会社ＲＦ−ＩＤ事業センター内Ｆターム(参考） 5B035 BA03 BB09 CA01 CA23 5B058 CA15 KA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源により駆動される複数のループ
を有するループアンテナにおいて、該ループアンテナに、各々のループに供給される電流の
位相を制御する手段を備え、該手段により、各々のルー
プで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電界強
度が低減されることを特徴とするループアンテナ。
【請求項２】高周波電源により駆動される複数のループ
と、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れ
る誘導電流により駆動される１以上の無給電中央ループ
とを有するループアンテナにおいて、該ループアンテナに、各々の前記ループに供給される電
流の位相を制御する手段を有し、該手段により、各々の
ループで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電
界強度が低減されることを特徴とするループアンテナ。
【請求項３】前記複数のループの少なくとも一つに、コ
ンデンサ又はコイルの少なくとも一方が接続され、該コ
ンデンサ又はコイルにより、電流の位相制御が行われる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のループアンテ
ナ。
【請求項４】前記複数のループが直列に接続され、か
つ、少なくとも対を成すループの電流が逆向きとなるよ
うに、前記ループアンテナが形成され、各々のループの
電流位相を略等しくすることにより、電流の位相制御が
行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
に記載のループアンテナ。
【請求項５】前記無給電中央ループが、前記複数のルー
プの各々との鎖交磁束が略等しくなるように相重なって
形成され、かつ、各々の重なり部における磁気的結合に
より流れる電流が同一の方向になるように接続されてお
り、前記重なり部の面積を略等しくすることにより、前
記無給電中央ループと鎖交する前記ループのインダクタ
ンスの変化が補償され、電流の位相制御が行われること
を特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載のルー
プアンテナ。
【請求項６】更に、前記複数のループのいずれか一と相
重なる無給電ループを備え、重なり部の位置又は面積を
設定することにより、前記無給電ループと鎖交する前記
ループのインダクタンスが調整され、電流の位相制御が
行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一
に記載のループアンテナ。
【請求項７】高周波電源により駆動される複数のループ
と、前記複数のループの中心部近傍に設置され、異なる
電源により駆動される給電ループとを有するループアン
テナにおいて、前記給電ループに電源位相補正回路が接続され、該電源
位相補正回路では、前記高周波電源を用いて、前記複数
のループと位相が相異なる電流を生成し、前記給電ルー
プに給電することを特徴とするループアンテナ。
【請求項８】前記ループアンテナの外周に、各々のルー
プと略等しい間隔をおいて該ループアンテナを取り囲む
導線を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
か一に記載のループアンテナ。
【請求項９】前記ループアンテナが、２つのループを有
する８字型アンテナからなることを特徴とする請求項１
乃至８のいずれか一に記載のループアンテナ。
【請求項１０】前記位相制御手段により、前記８字型ア
ンテナの２つのループで発生する磁界の位相差が略１８
０°に設定されることを特徴とする請求項９記載のルー
プアンテナ。
【請求項１１】前記位相制御手段により、前記８字型ア
ンテナの２つのループで発生する磁界の位相差が略１８
０°に設定され、かつ、前記無給電中央ループから放射
される磁界の位相差が前記２つのループに対して略９０
°に設定されることを特徴とする請求項９記載のループ
アンテナ。
【請求項１２】前記２つのループが直列に配置され、か
つ、該２つのループの接続領域において、接続線が１回
交差して各々のループに流れる電流が逆向きになるよう
に、前記８字型アンテナが形成されることを特徴とする
請求項９乃至１１のいずれか一に記載のループアンテ
ナ。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれか一に記載の
ループアンテナを用いることを特徴とするＲＦＩＤシス
テムのリーダ／ライタ用アンテナ。