JP2005102101A - ゲートアンテナ装置 - Google Patents

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祐明 春山
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Abstract

【課題】本発明は、消費電力と漏洩電界を抑えた上で、ＩＣ搭載媒体との通信距離、通信範囲を拡張し、さらに通信精度を向上させるゲートアンテナ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力と送信データを供給し、ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する複数のループアンテナを有するゲートアンテナ装置１であって、複数のループアンテナには、信号電流が給電される給電ループアンテナ２と、信号電流が非給電の無給電ループアンテナ３が含まれる構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触ＩＣカードなどのＩＣ搭載媒体に電力と送信データを供給し、非接触ＩＣカードから受信データを負荷変動により取得するＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライターなどに好適に用いられる、ゲートタイプのゲートアンテナ装置を提供することを目的とする。
認証や荷物の行き先振り分けなどのために、ＩＣカードやＩＣタグなどのＩＤコードをもったＩＣ搭載媒体と、このＩＣ搭載媒体のＩＤコード認証を行うためのＩＣ搭載媒体リーダー、ＩＣ搭載媒体リーダーライターが用いられることが多くなっている。ＩＣ搭載媒体がＩＣ搭載媒体リーダーのアンテナの通信範囲に入り込むと、アンテナからの電磁波によりＩＣ搭載媒体が有するアンテナに誘起電圧が発生しこの電圧が整流され電力と送信データがＩＣに供給される。電力が供給されたＩＣ搭載媒体では搭載されたメモリ内から読み出されたデータに応じて、例えばアンテナに接続された負荷抵抗とスイッチとからなる変調回路にて、データの１、０に応じて、スイッチがオン、オフされる。このオン、オフにより、ＩＣ搭載媒体の有するアンテナに対する負荷変動が生じ、この負荷変動が信号としてＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライター側のアンテナへ伝達される。伝達された信号は、ＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライターで復調され、そのＩＤコード認証が実行される（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
このとき、例えば空港の手荷物ゲートや商店の出入り口などに、ＩＣ搭載媒体の付された荷物や商品を通して、そのＩＣ搭載媒体のもつＩＤコードの認証などを行うことが望まれている。あるいは商品の陳列棚などに置かれたＩＣ搭載媒体の付された商品の在庫確認などのために、ＩＣ搭載媒体のもつＩＤコード認証なども求められている。このため、誤った読み取りや書き込みが行われないように、安定した特性を有するアンテナを用いることが望まれる。このため、給電レベルが非常に高く放射電磁波の強力なアンテナを用いてＩＣ搭載媒体とのデータのやり取りを確実にすることが行われている。
特開平１−１２６７８５号公報 特開２０００−１６３５２３号公報
しかしながら、電磁波法において誘導式読み書き通信設備の漏洩電界強度は１０ｍの距離に規定されており、これを超えるような強力な給電を行うアンテナを用いることは制限されている。このため、ＩＣ搭載媒体との通信を確実にするためにアンテナに対する給電強度を上げることには限界があった。
一方、アンテナへの給電レベルを下げると通信範囲が減少し、ＩＣ搭載媒体との通信が不十分となる問題があった。
また、ＩＣ搭載媒体への通信範囲を広げるために、多数のアンテナを設置する場合もあるが、多数のアンテナを設置する場合には、それだけ消費電力が増加する問題もあり、低消費電力が望まれるシステムの構築にはデメリットがあった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、送信電力の削減と通信距離、通信範囲の拡大ならびに、通信範囲の抜けを防止した上で、漏洩電界強度を低減できる、ＩＣ搭載媒体リーダー、ＩＣ搭載媒体リーダーライターに好適に用いられるゲートアンテナ装置を提
供することを目的とする。
本発明は、ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力を供給し、ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する２つのループアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、ループアンテナのうち一方が給電される給電ループアンテナであり、他方は給電されない無給電ループアンテナである構成とする。
本発明では、２つのループアンテナを配置し、一方を給電される給電ループアンテナ、他方を給電されない無給電ループアンテナとすることで、給電ループアンテナの発する電磁波により無給電ループアンテナに誘導電流が発生し、無給電ループアンテナには直接ＩＣ搭載媒体リーダーライターからの給電なしで電流を、特に通信に最適な高周波電流を発生させることができる。
この誘導電流の発生した無給電ループアンテナにおいて、発生した電流により放射電磁波が発生して、無給電であっても電磁波を放射するアンテナとして動作することができ、ＩＣ搭載媒体に対しての通信距離、通信範囲を拡大させることが可能となり、ＩＣ搭載媒体からの読み出し、ＩＣ搭載媒体への書き込み精度を向上させることが可能となる。
また、無給電ループアンテナに共振回路を設けたことで、所望の周波数に同調が取られるため、欲する周波数による送受信が無給電ループアンテナにおいても実現され、ＩＣ搭載媒体との通信範囲を延長、拡大することが可能となる。また、無給電ループアンテナと給電ループアンテナとを交互に配置して、ゲートアンテナ装置を構成することで、電力に比して効率的なＩＣ搭載媒体との通信範囲の拡大を実現することができる。
更に、無給電ループアンテナに整合回路を設けたことで、インピーダンス整合を取ることができ、無給電ループアンテナでの送受信電磁波のエネルギー損失を最小化し、信号の効率的な受信、送信が実現できる。また、終端抵抗が設けられることで、整合回路端における反射波を消失させ、エネルギー損失を低下させることが可能となり、無給電ループアンテナでの効率的な電磁波の送受信が可能となる。
また、Ｘ、Ｙ、Ｚ空間上に、給電ループアンテナと無給電ループアンテナにより囲まれた空間を構成することで、内部に存在するＩＣ搭載媒体の傾き角度などに依存する通信漏れが生じるヌルポイントを殆ど消滅させることができ、内部に存在、あるいは内部を通過するＩＣ搭載媒体との通信を確実に行うことが可能となる。
また、一面が開口している棚の各面に無給電ループアンテナと給電ループアンテナとを配置することで、棚に収納されるＩＣ搭載媒体が付された物品のＩＤ認識などがＩＣ搭載媒体の傾き角度に依存せず確実になる。
また、無給電ループアンテナは無給電であるため、消費電力を削減することができ、ゲートアンテナ装置を用いたＩＣ搭載媒体リーダー、リーダーライターシステム全体の低消費電力化が可能となる。
本発明の請求項１に記載の発明は、複数のアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、複数のアンテナには、信号電流が給電される給電アンテナと、信号電流が非給電の無給電アンテナとが含まれることを特徴とするゲートアンテナ装置であって、給電アンテナからの電磁波放射による誘導電流で、無給電アンテナも送受信動作を行う作用を有する。
本発明の請求項２に記載の発明は、ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力と送信データを供給し、ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する複数のループアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、複数のループアンテナには、信号電流が給電される給電ループアンテナと、信号電流が非給電の無給電ループアンテナが含まれることを特徴とするゲートアンテナ装置であって、給電アンテナからの電磁波放射による誘導電流で、無給電アンテナも送受信動作を行う作用を有する。
本発明の請求項３に記載の発明は、複数のループアンテナにおいて、そのループにより囲まれて作られる主面が相互に略平行の関係になるように配置されることを特徴とする請求項２に記載のゲートアンテナ装置であって、給電ループアンテナによる電磁波放射での無給電ループアンテナにおける誘導電流の発生が効果的となる作用を有する。
本発明の請求項４に記載の発明は、複数のループアンテナにおいて、ループアンテナの作る外周面の外側であって、少なくとも給電ループアンテナの外側に電磁波漏洩防止板が設置されていることを特徴とする請求項２乃至３に記載のゲートアンテナ装置であって、電磁波の外界への漏洩を低減する作用を有する。
本発明の請求項５に記載の発明は、複数のループアンテナが２つであって、ループアンテナ同士の対向する領域の外側であって、少なくとも給電ループアンテナの外側に電磁波漏洩防止板が設置されていることを特徴とする請求項４に記載のゲートアンテナ装置であって、ゲートアンテナ装置を大型化することなく、電磁波の外界への漏洩を低減する作用を有する。
本発明の請求項６に記載の発明は、電磁波漏洩防止板がループアンテナのループにより囲まれて作られる主面の面積の１．１倍以上の面積を有する金属板または導電板であることを特徴とする請求項４乃至５のいずれかに記載のゲートアンテナ装置であって、磁束をゲート領域に集中させる作用を有する。
本発明の請求項７に記載の発明は、ループアンテナと電磁波漏洩防止板との間に磁性体板を配置したことを特徴とする請求項４〜６いずれか１に記載のゲートアンテナ装置であって、ＩＣ搭載媒体とゲートアンテナ装置との通信距離を拡大する作用を有する。
本発明の請求項８に記載の発明は、無給電ループアンテナに、終端抵抗が接続されていることを特徴とする請求項２〜７いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、終端での反射波を低減させる作用を有する。
本発明の請求項９に記載の発明は、無給電ループアンテナに、所望の周波数へ共振する共振回路が接続されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、所望の共振周波数を得る作用を有する。
本発明の請求項１０に記載の発明は、共振回路が、無給電ループアンテナと直列に接続される可変容量であることを特徴とする請求項９に記載のゲートアンテナ装置であって、容易に共振条件を生じさせる作用を有する。
本発明の請求項１１に記載の発明は、無給電ループアンテナに、整合回路が接続されることを特徴とする請求項２〜１０いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、インピーダンス整合を確保する作用を有する。
本発明の請求項１２に記載の発明は、整合回路が、終端抵抗と並列に接続された容量で
あることを特徴とする請求項１１に記載のゲートアンテナ装置であって、インピーダンス整合の確保を容易とする作用を有する。
本発明の請求項１３に記載の発明は、給電ループアンテナが、くし型の配列を有する袋状くし型配列導電線路で囲まれることを特徴とする請求項２〜１２いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、遠方電界漏洩を低減する作用を有する。
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３いずれか１記載の給電ループアンテナと、請求項１〜１３いずれか１記載の無給電ループアンテナとが隣り合わせで配置される一対のループアンテナセットを有し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間において、少なくともＸ、Ｙ、Ｚ軸のいずれか２軸以上の軸上において、少なくとも一対以上のループアンテナセットが配置されていることを特徴とするゲートアンテナ装置であって、ある領域内でのＩＣ搭載媒体との通信を確実にする作用を有する。
本発明の請求項１５に記載の発明は、ループアンテナセットが相互におよそ９０度ずつの角度をもってＸ、Ｙ、Ｚ軸に構成される４面に配置されている場合において、９０度の角度をもって隣接するループアンテナセットに含まれる給電ループアンテナに給電電流が、４面のうち面が変わる毎に順次９０度ずつ位相差を有するように給電されることを特徴とする請求項１４に記載のゲートアンテナ装置であって、ゲート領域内での合成された磁界が時間的／空間的に回転して、ＩＣ搭載媒体の傾き角度に関係なくＩＤ認識などの通信率が向上するという作用を有する。
本発明の請求項１６に記載の発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間において、少なくとも１軸に最大の開口部を有する少なくとも一つの無給電アンテナと、残りの軸に少なくとも一つ以上のループアンテナセットが配置されていることを特徴とする請求項１４乃至１５に記載のゲートアンテナ装置であって、ＩＣ搭載媒体の向き、位置にかかわらず通信が可能となる作用を有する。
本発明の請求項１７に記載の発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間上に構成される６面において、少なくとも一以上の面に請求項１〜１３いずれか１記載の給電ループアンテナを少なくとも一つ配置し、残りの面に請求項１〜１３に記載の無給電ループアンテナを少なくとも一つ配置したことを特徴とするゲートアンテナ装置であって、ゲート領域内に存在するＩＣ搭載媒体の向きや位置にかかわらず通信が可能となる作用を有する。
本発明の請求項１８に記載の発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間上に構成される６面において、少なくとも一つ以上の面を除いた上で、給電アンテナと無給電アンテナが配置されることを特徴とする請求項１７に記載のゲートアンテナ装置であって、ゲート領域内に存在するＩＣ搭載媒体の向きや位置にかかわらず通信が可能となる作用を有する。
本発明の請求項１９に記載の発明は、６面体の内、少なくとも一つ以上の面体が開放されている箱状体と、箱状体の有する残りの面体の内、少なくとも一つ以上の面体に請求項１〜１３いずれか１記載の給電ループアンテナが配置され、残りの面体に請求項１〜１３いずれか１記載の無給電ループアンテナが配置されることを特徴とするゲートアンテナ装置であって、陳列棚などに並べられる商品に付されたＩＣ搭載媒体との通信を確実にする作用を有する。
本発明の請求項２０に記載の発明は、箱状体が物品を陳列する陳列棚であることを特徴とするゲートアンテナ装置であって、陳列棚などに並べられる商品に付されたＩＣ搭載媒体との通信を確実にする作用を有する。
本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項１〜２０いずれか１記載のゲートアンテナ装置と、ゲートアンテナで受信したＩＣ搭載媒体からの受信信号をデータ復調する復調手段と、復調手段で復調された復調データの誤りを検出する誤り検出手段と、誤り検出手段で誤りが無いと判断された復調データを認証する認証手段を有することを特徴とするゲートアンテナ型ＩＣ搭載媒体リーダーであって、消費電力を抑え、漏洩電界を低減し、広い通信領域を確保したＩＣ搭載媒体からの読み出しを確実にする作用を有する。
本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項１〜２１いずれか１記載のゲートアンテナ装置と、ゲートアンテナで受信したＩＣ搭載媒体からの受信信号をデータ復調する復調手段と、復調手段で復調された復調データの誤りを検出する誤り検出手段と、誤り検出手段で誤りが無いと判断された復調データを認証する認証手段と、ＩＣ搭載媒体に対して供給する送信データを変調する送信データ変調部を有することを特徴とするゲートアンテナ型ＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライターであって、消費電力を抑え、漏洩電界を低減し、広い通信領域を確保したＩＣ搭載媒体からの読み出しおよびＩＣ搭載媒体への書き込みを確実にする作用を有する。
本発明の請求項２３に記載の発明は、ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力と送信データを供給し、ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する複数のループアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、複数のループアンテナには、給電ループアンテナと、無給電ループアンテナが含まれ、給電ループアンテナの両外側に無給電ループアンテナが配置されたことを特徴とするゲートアンテナ装置であって、少ない消費電力でＩＣ搭載媒体との広い通信範囲を実現することができる。
本発明の請求項２４に記載の発明は、給電ループアンテナの両外側にそれぞれ一つずつの無給電ループアンテナが配置されたことを特徴とする請求項２３に記載のゲートアンテナ装置であって、給電ループアンテナの両外側において、広い範囲でのＩＣ搭載媒体との通信を可能とする。
本発明の請求項２５に記載の発明は、無給電ループアンテナに挟まれて、給電ループアンテナが配置されたことを特徴とする請求項２３に記載のゲートアンテナ装置であって、少ない消費電力で、給電ループアンテナの周囲におけるＩＣ搭載媒体との通信範囲を拡大することを実現する。
本発明の請求項２６に記載の発明は、給電ループアンテナの両外側に複数の無給電ループアンテナが配置されたことを特徴とする請求項２３に記載のゲートアンテナ装置であって、ＩＣ搭載媒体との通信範囲を更に拡大することが可能となる。
本発明の請求項２７に記載の発明は、給電ループアンテナの両外側に配置された無給電ループアンテナの開口面が、給電ループアンテナの開口面と略平行であることを特徴とする請求項２３〜２５いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、ＩＣ搭載媒体の位置や向きなどの違いに対応し、給電ループアンテナから無給電ループアンテナへの磁界付与による相互インダクタンスの発生力を向上させることができる。
本発明の請求項２８に記載の発明は、無給電ループアンテナに、終端抵抗が接続されていることを特徴とする請求項２３〜２７いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、インピーダンス整合を容易に取ることができる。
本発明の請求項２９に記載の発明は、無給電ループアンテナに、所望の周波数へ共振する共振回路が接続されていることを特徴とする請求項２３〜２８いずれか１記載のゲートアンテナ装置であって、所望の共振周波数を得ることができる。
以下、実施の形態について図面を用いて説明する。
なお、ＩＣ搭載媒体としては非接触ＩＣカードやＩＣタグなどがある。
また、給電ループアンテナとは自己給電が行われるループアンテナであり、ループアンテナの給電部に給電回路が接続されることにより信号電流が入力され、自ら周囲に対して電磁波を放射するループアンテナを言う。
また、無給電ループアンテナとは自己給電が行われないループアンテナであり、自己給電が行われないとは、ループアンテナの給電部に直接、電気的に信号電流が供給されないことをいい、たとえば、他のループアンテナなどから発生する電磁波による相互インダクタンスに基づいて電流が供給されるものは含まない。本明細書での無給電ループアンテナは、給電回路が接続されていないか、もしくは接続されていても、電気的に直接信号電流が供給されていないかであって、他のループアンテナ（給電、無給電を問わない）からの磁界供給などによる電流の発生が行われうるものを言う。
なお、ループアンテナの導体に形成された給電部に給電回路と電源を接続することを差し替えることで、容易に給電ループアンテナと無給電ループアンテナを切り替えることが可能である。
（実施の形態１）
図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８は本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図である。
１はゲートアンテナ装置、２は給電ループアンテナ、３無給電ループアンテナ、４は給電部、５は終端抵抗、７は電磁波漏洩防止板、８は磁性体板、９は共振回路、１０は整合回路である。
まず、図１を用いてゲートアンテナ装置１の基本的な構成について説明する。
給電ループアンテナ２、無給電ループアンテナ３はそれぞれ中央に開口部を備えた巻き数が１回もしくはそれ以上の巻き数を有するループアンテナであればよく、給電部４が存在するか否か（あるいは給電されるか否か）で給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３とに区別される。また、ループの形状は、円形、楕円形または略矩形または多角形のいずれであってもよい。更に、ループアンテナの材質としては、導電性の金属製線材、金属製板材、金属製箔材または金属製筒材等から適宜選択することができる。なお、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３とはそれぞれ同一の形状、材料から構成されてもよく、異なる材料が用いられてもよい。
図１から明らかな通り、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３が隣り合うように配置されており、そのループが作る主面である開口面同士が略平行関係となるように配置されることが望ましい。略平行である場合には、給電ループアンテナ２の放射電磁波により無給電ループアンテナ３で発生する誘導電流が大きくなり、無給電ループアンテナ３で効果的に電流と放射電磁波を発生させることが可能となるからである。また、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３との間隔は、無給電ループアンテナ３で十分な誘導電流が発生するだけの距離を保つことが望ましい。この距離間隔は給電ループアンテナ２で給電される電流の強度によって、発生する磁界や電界の強さによって決まるため、これらを考慮したうえで調整することが望ましい。なお、略平行でなくとも多少の角度をもって配置されても所望の動作を得ることは可能である。
給電ループアンテナ２には給電部４が接続され、所望の周波数を持つ信号電流が供給されて、給電ループアンテナ２から電磁波が放射される。給電部４は独立した信号源により構成されてもよく、通信装置に接続された送受信回路に接続されても良い。無給電ループアンテナ３には給電部４が接続されておらず、あるいは、接続されていても実際の給電動作が行われない。
次に、ゲートアンテナ装置１の動作について説明する。
給電ループアンテナ２に対して、給電部４から信号電流が供給されると、時間的に変化する高周波電流が発生することになる。この時間的に変化する高周波電流Ｉ１により、右ネジの法則に従い給電ループアンテナ２内に磁束が生じる。給電ループアンテナ２内で時間的に変化する磁束は、無給電ループアンテナ３内も貫き、相互インダクタンスによって、無給電ループアンテナ３に誘起電圧を生じ、無給電ループアンテナ３に存在する負荷抵抗に高周波電流Ｉ２を流す。さらに、この時間的に変化する高周波電流Ｉ２により、右ネジの法則に従い無給電ループアンテナ３内に磁束が生じる。すなわち、無給電ループアンテナ３からも電磁波の放射が可能となり、無給電ループアンテナ３が給電ループアンテナ２と同様に、アンテナとしての動作を行うことが可能となる。
また、この状態で給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３の間の領域内に、ＩＣ搭載媒体が存在する場合、ＩＣ搭載媒体が有するアンテナにも誘起電圧が発生し、電力と送信データがＩＣに供給される。電力が供給されたＩＣ搭載媒体では搭載メモリからのデータに応じてスイッチと負荷回路からなる変調回路において負荷変動が発生し、この負荷変動が相互インダクタンスにより給電ループアンテナ２へ直接的に伝達される。もしくは無給電ループアンテナ３を経由して給電ループアンテナ２へ伝達され、受信回路での復調が行われＩＤコード認証などが実現される。
これにより、給電ループアンテナ２に加えて、無給電ループアンテナ３も有効な通信範囲を有することになるため、全体として通信距離、通信範囲が拡大することになる。更に、無給電ループアンテナは自ら給電されるわけではないため、必要とされる電力も少なくて済む。このため、ゲートアンテナ装置１、ならびにこれを用いたＩＣ搭載媒体リーダーライターシステムなどの電力も低減できるメリットがある。更に、給電ループアンテナ２のみで通信範囲を拡大する必要が無いので、給電ループアンテナ２に対する給電量も低減することが可能である。結果として、消費電力を更に低下させ、電波法に定められる漏洩電界強度を抑えることにも有効に働くメリットがある。
なお、図１では給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３がそれぞれ１つずつの場合が示されたが、それぞれ２以上で全体として３以上であってもよく、この場合には、効果的に通信距離を拡大するために、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３を交互に配置することが好適であるが、連続して配置されてもよい。交互に配置することで、無給電ループアンテナ３へ、給電ループアンテナ２から効果的に誘導電流が誘起される。また、ＩＣ搭載媒体の読み取りだけを行うＩＣ搭載媒体リーダに応用する場合でも、ＩＣへの書き込みを行うＩＣ搭載媒体リーダーライターに応用する場合であっても同様に効果的なゲートアンテナ装置である。
図２には、電磁波漏洩防止板７が給電ループアンテナ２の外側に設置されている状態が表されている。電磁波漏洩防止板７は、２つのループアンテナが対向する領域の外側に設置され、図２にあるように、少なくとも給電ループアンテナ２の外側に設置される。なお、図３に表されるように、無給電ループアンテナ３の外側にも設置されてもよい。また、電磁波漏洩防止板７は通常金属板が用いられる。
なお、電磁波漏洩防止板７とループアンテナとは一定の間隔をもって設置されるのが望ましい。１３．５６ＭＨｚ帯域を用いるＲＦ−ＩＤシステムにおいては、３ｃｍていどにまで間隔が近づくと、ループアンテナのインピーダンスが短絡状態に近づいてしまい、電磁波の放射が殆どなくなる場合があるためである。これは、アンテナから生じた磁束が電磁波漏洩防止板７を突き抜け、電磁波漏洩防止板７上に渦電流が発生し、この渦電流により逆向きの磁束が発生して元の磁束が打ち消されてしまうからである。このとき、電磁波漏洩防止板７とループアンテナとの間隔が非常に狭いと、電磁波漏洩防止板７を突き抜ける磁束が大きくなり、これに合わせて渦電流も大きくなってしまうため、一定の間隔をもって配置されることが望ましい。
電磁波漏洩防止板７は金属板や導体板などで形成されており、ループアンテナから発生する電磁波が漏洩するのを防止する。電磁波が漏洩することで、ゲートアンテナ装置１の近隣に存在する他の無線機器や電子機器への悪影響を回避できるとともに、他の無線機器や電子機器からの電磁波の影響も回避することができる。また、無給電ループアンテナ３も電磁波を発生するため、この電磁波の影響を回りに及ぼすのを防止することは更に望ましいので、設置状況やコストに応じて図３のように電磁波漏洩防止板７を、無給電ループアンテナ３の外側に設置することは好適である。無給電ループアンテナ３は給電ループアンテナ２の電磁波による誘導電流によりアンテナとして動作するため、別の無線機器などの電磁波の影響を受けることは回避すべきであるので、電磁波漏洩防止板７が設置されるのは望ましい。
特に、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３の組み合わせを交互に配置して、多数のゲートを構成する場合には、それぞれのゲートを個別独立させて動作させることが望ましい場合がある。例えば、ゲート毎に使用するＩＣ搭載媒体の種類や変復調方式、周波数帯域が異なる場合などである。このような場合には、異なるゲート同士の相互干渉を防止することが重要であるので、それぞれのゲートの間に電磁波漏洩防止板７を設置することが望ましい。この構成にする事により、あらかじめアンテナ近傍に金属板を配置しこの時のアンテナインピーダンスに整合調整する事により、周囲の影響特に金属製の壁やその他の構造物の近くにアンテナを設置する場合の調整が不要となり設置が容易に出来るという利便性の向上が図れる。
次に、図４には電磁波漏洩防止板７と給電ループアンテナ２との間に磁性体板８が設置されている場合が示されている。給電ループアンテナ２の側面に磁性体板８を配置したことにより、磁束密度が密な部分が給電ループアンテナ２の側面の磁性体板８に集中し、効率的に磁束のループ（閉回路）を作ることができる。さらに磁性体板８と電磁波漏洩防止板７の間に任意の間隔を設けることで、この間隔内を磁束の一部が通過することができ、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３に囲まれる領域内に、効率良く磁束が到達する。更に、任意の間隔を設けることで、磁束が集中している部分で電磁波漏洩防止板７が存在することが無いため、電磁波漏洩防止板７上に発生する渦電流を減少させて、磁束を妨げる力を低減させることが可能となる。
次に、図４には電磁波漏洩防止板７と給電ループアンテナ２との間に磁性体板８が設置されている場合が示されている。磁性体板８により、給電ループアンテナ２から発生する磁束が磁性体板８で反射され、給電ループアンテナ２の内側、すなわち給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３との間に磁束が集中する。更に、図５に示されるように無給電ループアンテナ３の外側にも磁性体板８を設置することで、更にゲート内部に磁束を集中させることが可能となる。特に、磁性体板８の更なる外側に、電磁波漏洩防止板７を設置することで、電磁波の漏洩を防止しつつ、磁束のみをゲート内部に集中させることができる効果がある。勿論、磁性体板８のみを設置してもよい。
このように磁束をゲート内部に集中させることで、給電ループアンテナ２の磁束を用いて、無給電ループアンテナ３に対して効果的に誘導電流を励起させることができるため、給電ループアンテナ２による無給電ループアンテナ３のアンテナ動作を効率よく生じさせることができる。
これにより、通信範囲の更なる拡大が図られ、ＩＣ搭載媒体からの読み出しなどの誤りの低下を実現できる。また、給電ループアンテナでの給電電力の低減も実現される。
なお、電磁波漏洩防止板７、ならびに磁性体板８は、ループアンテナの開口面の面積の約１．１倍とするのが望ましい。これにより、確実な電磁波の漏洩の防止および磁束の集中が実現される面積と、ゲートアンテナ装置１の大型化を防止することとのバランスが図られる。
また、図１〜図５では給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３が一つずつで一対となるようにゲートが構成される、ゲートアンテナ装置１を説明したが、構成したいゲートの形状や大きさに合わせて、縦方向に２以上のループアンテナを設置して、縦方向が大きい形態のゲートに対してのゲートアンテナ装置を実現することができる。
次に、図６には無給電ループアンテナ３に、共振回路９が接続されている状態が示されている。共振回路９が接続されることで、無給電ループアンテナ３において、共振条件を生じさせることで所望の周波数で効率よく送受信を実現することができるようになる。このとき共振条件は（数１）で表される。
Figure 2005102101
ループアンテナは、そのループ形状により発生するインダクタ成分と、ループアンテナを形成する金属材料などの持つ抵抗成分とを含んでいる。このため、容量成分をインダクタ成分に対して直列に接続することで、容易に共振条件を実現することができる。特に、容量成分としてボリューム付の可変コンデンサ（例えばトリマーコンデンサ）を用いることで、共振周波数を可変とすることができるのでより効果的である。
勿論、並列にコンデンサやインダクタを接続することで、共振回路９を構成してもよい。
次に、図７には無給電ループアンテナ３に整合回路１０が接続されている場合が示されている。整合回路１０はインピーダンス整合に用いられる。具体的には５０Ωや７５Ωなどのインピーダンスに整合するように、インダクタンス、コンデンサなどを用いて整合回路１０が構成される。このとき、終端抵抗５との合成抵抗を考慮して整合回路１０のインピーダンスを決定することが望ましい。また、可変容量、可変インダクタンスなどを効果的に用いて、インピーダンス整合のフレキシビリティを高めることも好適である。特に、終端抵抗５の持つ抵抗成分、ループアンテナの持つインダクタンス成分、共振回路９のもつ容量成分を考慮したうえで、整合回路１０のインピーダンス成分を決定することが望ましい。
この整合回路１０により、終端抵抗５における余分な反射波がほぼなくなり、エネルギ
ー損失が減少し、無給電ループアンテナ３からの電磁波放射がより効率的になり、ＩＣ搭載媒体との通信範囲の拡大や通信レベルの向上が図られるメリットがある。
なお、整合回路１０は共振回路９とともに接続されるのが望ましいが、状況に応じて単体で接続されてもよい。また、図３〜図５で示したように、電磁波漏洩防止板７や磁性体板８などと共に用いられても好適である。
次に、図８には、くし型導電線路で給電ループアンテナ２が囲まれた状態が示されている。
１１はくし型導電線路であり、給電ループアンテナ２を囲むように覆っている。くし型導電線路１１が給電ループアンテナ２を囲むように設置されることで、給電ループアンテナ２から放射される遠方電磁界が低減される。ゲートアンテナ装置１においては、電界の漏洩が制限されており、アンテナ性能に悪影響を及ぼさず、この漏洩を効率的に制限することが望まれている。
以上のように、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３を隣接させて設置することで、無給電ループアンテナ３についても、その発生する誘導電流を用いて電磁波の送受信が可能であるアンテナとしての動作を実現させることができ、アンテナに供給する電力を抑えたままＩＣ搭載媒体との通信距離、通信範囲、通信レベルの拡張、拡大を実現することができる。結果として、少ない消費電力で、効率的にＩＣ搭載媒体に対する読みだし、書き込みが可能となる。
（実施の形態２）
図９、図１０、図１１、図１２は本発明の実施の形態２におけるゲートアンテナ装置の構成図である。
１５はゲートアンテナ装置、１６はループアンテナセットであり、ループアンテナセット１６は給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３との組み合わせからなるアンテナセットである。図９に記載されている通り、３次元空間をＸ、Ｙ、Ｚの３軸で表しており、各ループアンテナセット１６はＸ軸とＹ軸に構成される４面に配置されている。すなわち、Ｘ、Ｙ平面に対して略垂直、すなわちＺ軸上に沿って作られる線に対して、その周囲側面が囲まれている状態となっている。なお、このとき周囲の４側面に配置されるループアンテナセット１６は各々約９０度の交差角をもって配置される、すなわちＺ軸方向から見て正方形、長方形の配置形状となっていてもよく、９０度以外の交差角をもって配置される、すなわちＺ軸方向から見てひし形の配置形状となっていてもよい。これらは、ゲートアンテナ装置１５の設置場所や、通信仕様などから決められれば良い。
図９では、ループアンテナセット１６は、それぞれ４側面に１セットずつ配置されている。また、ループアンテナセット１６はそれぞれ給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３とのくみあわせにより構成される。このとき、隣り合うループアンテナセット１６同士において、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３とが隣り合うように配置されることが望ましい。すなわち、４側面に配置されるループアンテナは、交互に給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３とが配置される状態になる。これにより、実施の形態１で説明したとおり、給電ループアンテナ２から放射される電磁波により誘起される誘導電流が、各無給電ループアンテナ３で効率的に発生し、無給電ループアンテナ３での電磁波の送受信性能が高まる効果がある。すなわち、無給電ループアンテナ３においては、同じループアンテナセット１６に含まれる給電ループアンテナ２から放射される電磁波により誘導電流が発生する。更に、隣接する別のループアンテナセット１６に含まれる給電ループアンテナ２の電磁波からも誘導電流が発生する。これにより無給電ループア
ンテナ３においても、電磁波の送受信が可能となり、ＩＣ搭載媒体との通信が可能となる。勿論、このとき無給電ループアンテナ３には、実施の形態１で説明したとおり、終端抵抗５、共振回路９、整合回路１０が接続されていることで、所望の周波数での送受信や、反射波の減衰が可能となるメリットがある。また、給電ループアンテナ２、無給電ループアンテナ３の外側、すなわちループアンテナセット１６で囲まれる領域の外側側面に、電磁波漏洩防止板７や磁性体板８を設けることで、電磁波の無用な漏洩を防止し、ループアンテナセット１６で囲まれる領域内に効果的に磁束を集中させることができるメリットがある。このとき、電磁波漏洩防止板７や磁性体板８をループアンテナ１６全体を覆うように形成してもよい。
このように、４側面に給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３とから構成されるループアンテナセット１６が配置されることで、それぞれの給電ループアンテナ２での電磁波の送受信と、給電ループアンテナ２からの誘導電流により動作する無給電ループアンテナ３の電磁波の送受信により、これらに囲まれる範囲においては非常に効率的にＩＣ搭載媒体との通信が実現される。すなわち、ループアンテナセット１６で囲まれる領域内部にＩＣ搭載媒体の付された物品などが存在する場合は、４側面に存在する、給電ループアンテナ２、無給電ループアンテナ３のいずれかとの通信が確立され、ＩＣ搭載媒体との通信がより確実になるメリットがある。更に、実施の形態１で説明したように、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３を対向して配置させた場合に比べてより広範囲での確実なＩＣ搭載媒体との通信が可能になる。更に、無給電ループアンテナ３を効率的に活用することで消費電力を抑えたままにすることも可能であり、個々の給電ループアンテナ２に対する電力も抑えることが可能で、電磁波法に規定される漏洩電磁波の防止も実現することができる。
なお、図９では４側面にループアンテナセット１６を配置するものとして説明したが、３側面であっても、５以上の面を使って配置してもよい。また、各側面には一つの給電ループアンテナ２と一つの無給電ループアンテナ３とでループアンテナセット１６としたが、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３をそれぞれ２以上としてもよい。また、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３の数を同数にする必要はなく、通信仕様などに応じて、無給電ループアンテナ３の数を増やして消費電力をより抑えることも好適である。
なお、図中と説明で使われたＸ、Ｙ、Ｚ軸は３次元空間を説明するために便宜的に用いたものであって、絶対的な位置尺度の基準となるものではないことは言うまでも無い。
図１０にはＸ、Ｙ軸平面上の４側面にループアンテナセットが配置されており、それぞれのループアンテナセットでの給電される信号の位相差が異なっている場合が表されている。１７、１８、１９、２０はループアンテナセットである。ループアンテナセット１７に含まれる給電ループアンテナ２に給電される信号の位相差を基準とすると、ループアンテナセット１８の給電ループアンテナ２に給電される信号の位相は９０度、ループアンテナセット１９の給電ループアンテナ２に給電される信号の移送は１８０度、ループアンテナセット２０の給電ループアンテナ２に給電される信号の位相は２７０度差分がある。すなわち、４側面に配置されるループアンテナセット１７〜２０はそれぞれ９０度ずつの位相差を有しており、１周することで元の位相に戻る。
このように、４側面に配置されるループアンテナセット１７〜２０に対して給電される信号の位相差を９０度ずつとすることで、対向するループアンテナセット間で放射される磁界の位相が、ループアンテナセット１７〜２０で囲まれる領域内において、合成された磁界が時間的／空間的に回転して、ＩＣ搭載媒体の傾き角度に関係なくＩＤ認識などの通信率が向上する。
図１１には、Ｘ、Ｙ軸面に構成される４側面に囲まれる領域のＺ軸方向の面に生じる開口部に大型無給電ループアンテナが配置されているゲートアンテナ装置１５が示されている。
２１は大型無給電ループアンテナであり、Ｘ、Ｙ軸面の４側面に配置されるループアンテナ１６により囲まれて作られる領域を覆うだけの開口部を有するループアンテナとなっている。このとき、大型無給電ループアンテナ２１には、他の給電ループアンテナからの電磁波により誘導電流が発生し、アンテナとしての送受信動作が実現される。なお、大型無給電ループアンテナ２１はループアンテナセット１６により作られる領域を覆う開口部を有しているために、「大型」との便宜的な名称を付しているが、ループアンテナ自体が通常の概念で大型である必要がないのは勿論である。また、図１１においては説明の便宜上、Ｚ軸上に大型無給電ループアンテナ２１を配置したが、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の位置関係は、図１１に限定されるものではなく、Ｘ、Ｚ軸を基準とする４側面にループアンテナセット１６を配置した場合には、Ｙ軸上に大型無給電ループアンテナ２１が配置されても良い。また４側面には給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３の組み合わせからなるループアンテナセット１６を配置したが、組み合わせは限られず、例えば４側面には給電ループアンテナ２を一つ以上ずつ配置してもよい。このようなゲートアンテナ装置１５により、ループアンテナにより囲まれる領域内での電磁波の指向性がほぼ全方位に渡って確保され、漏れのない通信領域が構成される。
以上のような構成のゲートアンテナ装置により、ＩＣ搭載媒体が付された物品がＺ軸方向を移動する場合に、ＩＣ搭載媒体がいずれの方向を向いていても通信が可能となるメリットがある。例えば、手荷物チェックゲートや集配チェックシステムのように、ＩＣカードのようなＩＣ搭載媒体が付された荷物が次々と通過していくゲートアンテナ装置を、このような構成で実現した場合には、ＩＣ搭載媒体がどのような位置で、どのような方向を向いているかは千差万別である。このような場合であっても、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に配置されているループアンテナにより確実な通信ができ、チェック漏れが生じることが殆どなくなるメリットがある。特に、ＩＣ搭載媒体の付された荷物の移動方向に最大開口部を設けて、ここに大型無給電ループアンテナ２１を配置することで、効果的な通信範囲を確保することができるようになる。また、ループアンテナセット１６の一部は無給電ループアンテナ３であり、大型無給電ループアンテナ２１も無給電であるため、消費電力を非常に低減させることも可能となり、電磁波漏洩も低減できる。すなわち、周囲への影響を低減させて、消費電力の低いユーザーフレンドリーでありながら、ＩＣ搭載媒体との確実な通信を行うことのできるゲートアンテナ装置を構成することが可能となる。
なお、図１１ではＺ軸の一側面にのみ大型無給電ループアンテナ２１を配置したが、ループアンテナセット１６を基準として両側面に配置しても好適である。
図１２には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸により表される３次元空間に存在する６面体を基準としたゲートアンテナ装置が表されている。２２はゲートアンテナ装置であり、２３は開口面であり、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３により構成されている。
開口面２３は６面体のうち、いずれか１面以上に設けられる開口面である。例えば、このようなゲートアンテナ装置２２は商品の陳列棚などに組み込む場合が考えられる。なお、開口面２３はいずれかの１面であってもよく、２面以上であってもよい。
ゲートアンテナ装置２２は、少なくとも一つ以上の給電ループアンテナ２と残りの無給電ループアンテナ３が、６面体の開口面２３以外の面に配置されることで構成される。図１２においては、給電ループアンテナ２が１つで、残りの４つが無給電ループアンテナ３
となっている。なお、給電ループアンテナ２が２以上であってもよく、図１０などで説明されたループアンテナセット１６を６面体の各面に配置してもよい。
このように構成されたゲートアンテナ装置２２においては、給電ループアンテナ２から放射される電磁波により、無給電ループアンテナ３に誘導電流が発生し、無給電ループアンテナ３においても電磁波の送受信動作が可能となり、すべてのループアンテナがアンテナとして動作する。これによりこれらのループアンテナに囲まれた領域内に存在するＩＣ搭載媒体に対しては、その向きにかかわらず確実な通信が可能である。また、このとき各無給電ループアンテナ３に終端抵抗、整合回路、共振回路を接続することで、所望の周波数での送受信が可能となるので、ＩＣ搭載媒体との通信周波数が規定されている場合には、これに合わせた共振回路などを接続することで、さらに確実な通信が可能となる。
これらは、例えば商品陳列棚にこのゲートアンテナ装置２２を装着した場合には、中に陳列されている商品に付されているＩＣタグなどとの通信が確実に行うことができ、陳列棚から商品が取り出される毎に、通信によりこの状況が認識される。これにより、商品管理システムなどを容易に構成することができ、効率的な商品管理がよいとなる。勿論、無給電ループアンテナ３の活用により、非常に低消費電力を維持したまま実現することができるようになる。
なお、各ループアンテナの外側に電磁波漏洩防止板７や磁性体板８を設置することで、電磁波の漏洩を防止し、磁束を効率的にループアンテナで囲まれた内部に集中させることができる効果がある。陳列棚に装着する際に、棚板を電磁波漏洩防止板７で形成して内部にゲートアンテナ装置２２を装着することで、簡単に実現することもできる。
以上のような、３次元空間上において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに適宜ループアンテナやループアンテナセット１６を配置することで、その領域内に存在する、あるいは領域内を移動するＩＣ搭載媒体に対して、ヌル点の殆ど無い通信領域を構成することが可能となり、広い領域での確実なＩＣ搭載媒体との読み出し、書き込みが実現される。更に、無給電ループアンテナを活用することで、消費電力を非常に低減でき、漏洩する電磁波も低減することができる。
（実施の形態３）
図１３は本発明の実施の形態３におけるＩＣ搭載媒体リーダー／ライターの構成図である。
３０はＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライター、３１はゲートアンテナ装置、３２は給電ループアンテナ、３３は無給電ループアンテナ、３４はリーダー／ライター装置、３５は表示装置、３６はＩＣ搭載媒体である。ＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライター３０であるので、ＩＣ搭載媒体３６からの読み出しのみを実行する場合と、ＩＣ搭載媒体３６への書き込みも行う場合とがある。前者の場合には、ＩＣ搭載媒体３６から受信した信号を復調する動作があり、後者の場合には変調した信号を送信し、ＩＣ搭載媒体３６への書き込みを行う場合とがある。
ＩＣ搭載媒体３６は給電ループアンテナ３２と無給電ループアンテナ３３に挟まれた領域を通過する。無給電ループアンテナ３３は給電ループアンテナ３２の時間的に変化する高周波電流により、相互インダクタンスの作用により誘導電流を発生させ、結果としてアンテナとしての送受信動作が可能になる。このときＩＣ搭載媒体３６が領域内に存在すると、ＩＣ搭載媒体３６に対して給電ループアンテナ３２と無給電ループアンテナ３３とがそれぞれ電力と信号を供給する。すなわち、ＩＣ搭載媒体３６においても誘起電圧が発生し、この電圧が整流されて電力と送信データがＩＣ搭載媒体３６に供給される。
電力が供給されたＩＣ搭載媒体３６では、搭載メモリからのデータに応じて負荷変動を発生させ、この負荷変動が相互インダクタンスにより給電ループアンテナ３２へ直接、あるいは無給電ループアンテナ３３を経由して給電ループアンテナ２へ伝達される。給電ループアンテナ３２へ伝達された信号は伝送路を通じてリーダー／ライター装置３４に入力する。リーダー／ライター装置３４内部には、受信した信号からデータを復調する復調手段と、復調されたデータの誤りを検出する誤り検出手段、もしくは誤りを訂正する誤り訂正手段と復調データを認証する認証手段とが含まれている。また、必要に応じてＩＣ搭載媒体３６に対してデータ書き込みを実行するためのデータ変調手段も含まれている。
まず、書き込みでは、データ変調手段で変調されたデータが、ループアンテナからＩＣ搭載媒体３６に対して電力供給と共に送信され、ＩＣ搭載媒体内部のメモリに書き込みなどが実行される。これにより、例えば、ゲートアンテナ装置３１領域を通過するＩＣ搭載媒体３６へのＩＤコード付与などが無線により行える。
次に読み出しにおいては、復調手段では、振幅変調や周波数変調、位相変調などを用いて変調された信号に対して、同期検波や遅延検波を行った後、データを復調する。復調されたデータは、パリティチェックや巡回符号検査（以下「ＣＲＣ」）などの誤り検出が実行され、誤りが存在する場合にはデータの再取得が実行される。あるいは、ビタビ復号やリードソロモン復号などの誤り訂正を行うこともある。
復調され、誤りの排除されたデータについては、そのＩＤコードなどが正しいかが認証手段において判断される。例えば、通過したＩＣ搭載媒体３６の持つＩＤコードが正しいか否かを判断し、表示装置３５に対して出力する。これにより、ＩＣ搭載媒体３６の無線での認証が実現される。
このとき、ゲートアンテナ装置３１が用いられることで、実施の形態１に説明したとおり、消費電力と漏洩電磁波を抑えた上で、ＩＣ搭載媒体３６との通信範囲が広く、また確実であるため、読み取り誤りや書き込み誤りが非常に低下する。
なお、ゲートアンテナ装置３１として一対の給電ループアンテナ３２と無給電ループアンテナ３３によるものであってもよく、複数の給電ループアンテナと無給電ループアンテナとを交互に配置したものであってもよい。あるいは、図１０に表したように３次元空間のＸ、Ｙ、Ｚ軸空間にループアンテナセットを配置したものであってもよく、図１２のように６面体にループアンテナを配置したものであっても良い。
また、表示装置３５は液晶画面やパソコンが面であってもよく、あるいは単なるＬＥＤ表示であってもよい。また、表示装置３５にパソコンを用いる場合には、リーダー／ライター装置３４に対して処理手順を与える処理装置として兼用してもよい。また、表示装置３５がリーダー／ライター装置３４と一体の装置であってもよい。あるいは、認証手段が表示装置３５を兼ねるパソコン内部にプログラムなどで存在してもよい。復調手段、変調手段、誤り検出手段、誤り訂正手段、認証手段の一部、もしくは全部は専用回路であってもよく、集積回路に集積されたものであってもよく、ソフトウェアで構成されたものであってもよい。
また、ゲートアンテナ装置３１も一体化された装置としてもよく、全体とこれを処理する処理手順をプログラム化したものを動作可能としたバイナリデータを含むシステムとしてもよい。
以上のようなゲートアンテナ装置３１を組み込んだＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーラ
イターを構成することで、通信範囲が広く、確実な通信のできるＩＣ搭載媒体との読み出し、書き込みが可能となる。
（実施の形態４）
図１４、図１５、図１６は本発明の実施の形態４におけるゲートアンテナ装置の構成図である。３ａ、３ｂは無給電ループアンテナである。
図１４、図１５には、給電ループアンテナ２の両外側に無給電ループアンテナ３が配置されている状態が示されている。即ち、無給電ループアンテナ３ａ、３ｂに給電ループアンテナ２が挟まれて配置されている状態である。また、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３ａ、３ｂはその開口面が相互に略平行になるように配置されていることが好ましいが、それ以外であっても良い。また、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３ａ、３ｂとの間隔は、給電ループアンテナ２が発生する磁界が十分に寄与して相互インダクタンスによる誘導電流が発生する距離以下であることが好ましく、さらには、ループアンテナの近傍に存在するＩＣ搭載媒体との通信が可能な距離を十分に確保できるだけの距離以内であることが好ましい。
実施の形態１で説明したとおり、無給電ループアンテナ３ａ、３ｂには給電ループアンテナ２が発生する磁界を受けて、相互インダクタンスにより有機電圧が生じ、無給電ループアンテナ３ａ、３ｂに電流が発生する。この電流により、無給電ループアンテナ３ａ、３ｂは磁界を発生させ、無給電ループアンテナ３ａ、３ｂも、ＩＣ搭載媒体に対しての電力とデータの供給が可能なアンテナとしての動作を行うことが可能となる。
ここで、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３ａのみの組み合わせによるゲートアンテナ装置では、給電ループアンテナ２と無給電ループアンテナ３ａとの間や、これらのゲートアンテナの近傍に存在するＩＣ搭載媒体に対しては、通信が可能となる。しかしながら、給電ループアンテナ２の、無給電ループアンテナ３ａと反対側方向に存在するＩＣ搭載媒体に対しては、その通信範囲が狭い。このような場合でも、無給電ループアンテナ３ａと反対側に無給電ループアンテナ３ｂを配置することで、ＩＣ搭載媒体との通信範囲が拡大する。即ち、図１４に示されるように、無給電ループアンテナ３ｂと給電ループアンテナ２に挟まれる空間や、無給電ループアンテナ３ｂの更に外側に存在するＩＣ搭載媒体との通信も可能となり、通信範囲が拡大される。即ち、無給電ループアンテナ３ａ、３ｂを給電ループアンテナ２の両外側に配置（即ち、給電ループアンテナ２が無給電ループアンテナ３ａ、３ｂに挟まれて配置）されることで、給電ループアンテナ２の両外側における広い範囲で、ＩＣ搭載媒体に対する磁界の付与による電力とデータの供給が可能となり、通信範囲が拡大することになる。
このとき、無給電ループアンテナには終端抵抗５や、共振回路９（図示せず）を接続して、インピーダンス整合を取ることも好適である。また、図には表していないが、無給電ループアンテナの外側に、電磁波漏洩防止板を配置することで、遠方電界の減衰を図ることも好適である。
また、図１５に示されるように、給電ループアンテナ２の両外側に配置される無給電ループアンテナを更に個数を増加させることで、通信範囲の更なる拡大を行うことも好適である。図１５のような構成により、無給電ループアンテナ３ｃ、３ｄの距離にまで通信範囲が拡大することになり、ＩＣ搭載媒体との通信が、広い範囲で行えるゲートアンテナ装置が実現される。
また、このような場合であっても、給電ループアンテナ２以外は、自己給電が行われない無給電ループアンテナであるため、給電ループアンテナ２に対する電力を低く抑えるこ
とも可能であり、また装置全体としての消費電力を抑えることも可能である。また、全てのアンテナを給電ループアンテナ２とした場合には、ループアンテナ間での信号電流の位相差を吸収するなどの処理が必要になるが、これが不要となるメリットもある。
なお、図１４、図１５では、それぞれ一つの給電ループアンテナ２の両外側に一つずつ、もしくは二つずつの無給電ループアンテナ３ａ〜３ｄを配置することを示したが、３以上であっても良く、両外側のそれぞれで、無給電ループアンテナの個数が異なってもよいものである。ゲートアンテナ装置１として、必要な仕様に応じて、適宜配置されればよいものである。また更に通信範囲を拡張したい場合には図１６に示されるように、給電ループアンテナを２以上配置して、複数の無給電ループアンテナの任意の位置に、給電ループアンテナを配置してもよい。
以上のように、給電ループアンテナの両外側に無給電ループアンテナを配置する、即ち、無給電ループアンテナで給電ループアンテナを挟んで配置することで、消費電力を上げることなく、ＩＣ搭載媒体との通信範囲を更に拡大することが可能となる。
また、このようなゲートアンテナ装置にＩＣ搭載媒体リーダー／ライターを接続し、例えば空港のゲートや商店のゲートにおいて、あるいは商品などの認証装置などにおいて、広い通信範囲で認証を実施することができる。
ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力を供給し、ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する２つのループアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、ループアンテナのうち一方が給電される給電ループアンテナであり、他方は給電されない無給電ループアンテナである構成により、給電ループアンテナの発する電磁波により無給電ループアンテナに誘導電流が発生し、無給電ループアンテナには給電なしで電流を発生させることができ、無給電ループアンテナも電磁波を放射するアンテナとして動作させることが可能となり、ＩＣ搭載媒体に対しての通信距離、通信範囲を拡大させ、ＩＣ搭載媒体からの読み出し、ＩＣ搭載媒体への書き込み精度を向上させることが必要な用途にも適用できる。
本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態３におけるＩＣ搭載媒体リーダー／ライターの構成図 本発明の実施の形態４におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態４におけるゲートアンテナ装置の構成図 本発明の実施の形態４におけるゲートアンテナ装置の構成図
符号の説明
１ ゲートアンテナ装置
２ 給電ループアンテナ
３ 無給電ループアンテナ
４ 給電部
５ 終端抵抗
７ 電磁波漏洩防止板
８ 磁性体板
９ 共振回路
１０ 整合回路
１１ くし型導電路
１５ ゲートアンテナ装置
１６、１７、１８、１９、２０ ループアンテナセット
２２ ゲートアンテナ装置
２３ 開口面
３０ ＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライター
３１ ゲートアンテナ装置
３２ 給電ループアンテナ
３３ 無給電ループアンテナ
３４ リーダー／ライター装置
３５ 表示装置

Claims (29)

  1. 複数のアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナには、給電アンテナと、無給電アンテナとが含まれることを特徴とするゲートアンテナ装置。
  2. ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力と送信データを供給し、前記ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する複数のループアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、
    前記複数のループアンテナには、給電ループアンテナと、無給電ループアンテナが含まれることを特徴とするゲートアンテナ装置。
  3. 前記複数のループアンテナにおいて、そのループにより囲まれて作られる主面が相互に略平行の関係になるように配置されることを特徴とする請求項２に記載のゲートアンテナ装置。
  4. 前記複数のループアンテナにおいて、ループアンテナの作る外周面の外側であって、少なくとも給電ループアンテナの外側に電磁波漏洩防止板が設置されていることを特徴とする請求項２乃至３に記載のゲートアンテナ装置。
  5. 前記複数のループアンテナが２つであって、ループアンテナ同士の対向する領域の外側であって、少なくとも給電ループアンテナの外側に電磁波漏洩防止板が設置されていることを特徴とする請求項４に記載のゲートアンテナ装置。
  6. 前記電磁波漏洩防止板が前記ループアンテナのループにより囲まれて作られる主面の面積の１．１倍以上の面積を有する金属板または導電板であることを特徴とする請求項４乃至５のいずれかに記載のゲートアンテナ装置。
  7. 前記ループアンテナと前記電磁波漏洩防止板との間に磁性体板を配置したことを特徴とする請求項４〜６いずれか１に記載のゲートアンテナ装置。
  8. 前記無給電ループアンテナに、終端抵抗が接続されていることを特徴とする請求項２〜７いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
  9. 前記無給電ループアンテナに、所望の周波数へ共振する共振回路が接続されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
  10. 前記共振回路が、前記無給電ループアンテナと直列に接続される可変容量であることを特徴とする請求項９に記載のゲートアンテナ装置。
  11. 前記無給電ループアンテナに、整合回路が接続されることを特徴とする請求項２〜１０いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
  12. 前記整合回路が、前記終端抵抗と並列に接続された容量であることを特徴とする請求項１１に記載のゲートアンテナ装置。
  13. 前記給電ループアンテナが、くし型の配列を有する袋状くし型配列導電線路で囲まれることを特徴とする請求項２〜１２いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
  14. 請求項１〜１３いずれか１記載の給電ループアンテナと、請求項１〜１３いずれか１記載
    の無給電ループアンテナとが隣り合わせで配置される一対のループアンテナセットを有し、
    Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間において、少なくとも前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のいずれか２軸以上の軸上において、少なくとも一対以上の前記ループアンテナセットが配置されていることを特徴とするゲートアンテナ装置。
  15. 前記ループアンテナセットが相互におよそ９０度ずつの角度をもってＸ、Ｙ、Ｚ軸に構成される４面に配置されている場合において、９０度の角度をもって隣接するループアンテナセットに含まれる給電ループアンテナに給電電流が、４面のうち面が変わる毎に順次９０度ずつ位相差を有するように給電されることを特徴とする請求項１４に記載のゲートアンテナ装置。
  16. 前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間において、少なくとも１軸に最大の開口部を有する少なくとも一つの無給電アンテナと、残りの軸に少なくとも一つ以上の前記ループアンテナセットが配置されていることを特徴とする請求項１４乃至１５に記載のゲートアンテナ装置。
  17. Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間上に構成される６面において、少なくとも一以上の面に請求項１〜１３いずれか１記載の給電ループアンテナを少なくとも一つ配置し、残りの面に請求項１〜１３に記載の無給電ループアンテナを少なくとも一つ配置したことを特徴とするゲートアンテナ装置。
  18. 前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる空間上に構成される６面において、少なくとも一つ以上の面を除いた上で、前記給電アンテナと無給電アンテナが配置されることを特徴とする請求項１７に記載のゲートアンテナ装置。
  19. ６面体の内、少なくとも一つ以上の面体が開放されている箱状体と、
    前記箱状体の有する残りの面体の内、少なくとも一つ以上の面体に請求項１〜１３いずれか１記載の給電ループアンテナが配置され、残りの面体に請求項１〜１３いずれか１記載の無給電ループアンテナが配置されることを特徴とするゲートアンテナ装置。
  20. 前記箱状体が物品を陳列する陳列棚であることを特徴とするゲートアンテナ装置。
  21. 請求項１〜２０いずれか１記載のゲートアンテナ装置と、
    前記ゲートアンテナで受信したＩＣ搭載媒体からの受信信号をデータ復調する復調手段と、
    前記復調手段で復調された復調データの誤りを検出する誤り検出手段と、
    前記誤り検出手段で誤りが無いと判断された復調データを認証する認証手段を有することを特徴とするゲートアンテナ型ＩＣ搭載媒体リーダー。
  22. 請求項１〜２１いずれか１記載のゲートアンテナ装置と、
    前記ゲートアンテナで受信したＩＣ搭載媒体からの受信信号をデータ復調する復調手段と、
    前記復調手段で復調された復調データの誤りを検出する誤り検出手段と、
    前記誤り検出手段で誤りが無いと判断された復調データを認証する認証手段と、
    前記ＩＣ搭載媒体に対して供給する送信データを変調する送信データ変調部を有することを特徴とするゲートアンテナ型ＩＣ搭載媒体リーダー／リーダーライター。
  23. ＩＣ搭載媒体に対して電磁誘導により電力と送信データを供給し、前記ＩＣ搭載媒体から受信データを負荷変動により取得する複数のループアンテナを有するゲートアンテナ装置であって、
    前記複数のループアンテナには、給電ループアンテナと、無給電ループアンテナが含まれ、
    前記給電ループアンテナの両外側に無給電ループアンテナが配置されたことを特徴とするゲートアンテナ装置。
  24. 前記給電ループアンテナの両外側にそれぞれ一つずつの無給電ループアンテナが配置されたことを特徴とする請求項２３に記載のゲートアンテナ装置。
  25. 前記無給電ループアンテナに挟まれて、給電ループアンテナが配置されたことを特徴とする請求項２３に記載のゲートアンテナ装置。
  26. 前記給電ループアンテナの両外側に複数の無給電ループアンテナが配置されたことを特徴とする請求項２３に記載のゲートアンテナ装置。
  27. 前記給電ループアンテナの両外側に配置された無給電ループアンテナの開口面が、前記給電ループアンテナの開口面と略平行であることを特徴とする請求項２３〜２５いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
  28. 前記無給電ループアンテナに、終端抵抗が接続されていることを特徴とする請求項２３〜２７いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
  29. 前記無給電ループアンテナに、所望の周波数へ共振する共振回路が接続されていることを特徴とする請求項２３〜２８いずれか１記載のゲートアンテナ装置。
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