JP2006129431A - ループアンテナユニット及び無線通信媒体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、設置場所の制限、特に金属構造物の影響を受けず、アンテナの共振周波数やインピーダンスの調整が不要で、設置時の利便性、拡張性に優れ、周囲からの不要なノイズに強い安定した性能を有する無線通信媒体処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】給電ループアンテナユニットに関して、給電ループアンテナの概同一平面上の外側にそれを囲むように無給電ループアンテナをドーナツ状に配置する事により、給電ループアンテナユニットに隣接して無給電ループアンテナユニットが直線状・放射状・配列状に設置された際の無給電ループアンテナユニットによる給電ループアンテナユニットへのアンテナ特性に関わる影響を抑える事ができ、無給電ループアンテナユニットを拡張・増設する際の給電ループアンテナユニットのアンテナ調整を不要とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、商品棚などに収納される商品や書籍に貼付された非接触ＩＣカードやＩＣタグなどの無線通信媒体に電力と送信データを供給し、無線通信媒体から受信データを負荷変動により取得する無線通信媒体処理装置であって、特に自動で商品管理、書籍管理等が可能となる収納棚、展示棚などに好適に用いられるループアンテナユニット及び無線通信媒体処理装置に関する。

従来、ＩＣカードを用いたリーダライタシステムは、一般に非接触ＩＣカードシステムと呼ばれ、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯を利用した物流システム、交通システム、商品管理、書籍管理システム等に実用化されつつある。このシステムは、１枚の樹脂製カード上にＩＣチップとアンテナコイルを備えたＩＣカードと、このＩＣカードとの通信を行う読み書き部とを備え、この読み書き部にはループアンテナが備えられている。このループアンテナにより電力と送信データを常時または間欠に送信し、この電力と送信データを受信できる範囲内にあるＩＣカードからの受信データを得るものである。

従来の読み書き部の通信範囲を広げる手段として、一つのループアンテナでそのサイズを大きくする事が考えられるが、アンテナサイズの大型化に伴いアンテナの感度が増加し、これにより周辺からの不要なノイズの影響を受けやすくなり更に、遠方への電界の放射の増加による他の電子機器等への影響が大きくなるという課題があった。更にアンテナサイズの大型化によりそれ自身が周辺の金属等構造物の影響を受けやすく、また機構面での強度向上が求められ結果的に重量が重たくなる等電気的性能、機械的性能面での課題があった。

また、通信範囲を広げる別手段として、ループアンテナの近傍に閉ループ回路（共振回路）を配置し、電磁的に結合してループアンテナで生じた磁束がその閉ループ回路（共振回路）を貫く事で、この閉ループ回路がループアンテナのように振る舞い、通信範囲を広げるという工夫が提案されている。

この一例として、（特許文献１）に記載の従来の技術におけるアンテナユニットの斜視図を図１９に示す。図１９において、発振器１０８に接続されたドライバ１０７を経由してアンテナ基板１０２上に設けられたループアンテナ１１１が接続され、その周囲に閉ループ回路１１２、１２１が配置された構成のアンテナユニット１０１である。ループアンテナ１１１から生じた磁束１１３により電磁的に結合した閉ループ回路１１２、１２１がループアンテナ１１１のように振る舞うと言うものである。
特開２００１−８５９２７号公報

しかしながら、従来のアンテナユニット及び通信エリア拡大方法は、以下のような複数の課題を有していた。

即ち、（特許文献１）に記載のアンテナユニット及び通信エリア拡大方法の場合では、図１９で示した様に、アンテナユニット１０１はアンテナ基板１０２上に設けられたループアンテナ１１１と閉ループ回路（共振回路）１１２、１２１からのみなる構成であり、このアンテナユニット１０１が自由空間（アンテナが設置される周囲に金属等の構造物が無い広い空間）に設置される場合は所望の動作（ＩＣカード等との通信）を行うものの、これを商品管理や書籍管理等を行う収納棚や展示棚等に応用する場合、収納棚等を構成する木製、樹脂製あるいは金属製の構造物と極めて近接した所にアンテナユニット１０１を配置する必要性が生じる。この場合アンテナユニット１０１と収納棚等を構成する木製、樹脂製、あるいは金属製の構造物との距離が極めて短くなるためにアンテナ性能が著しく低下する。特に金属製の構造物の場合影響が大きく、ループアンテナ１１１および閉ループ回路（共振回路）１１２、１２１のアンテナインピーダンスが金属製の構造物からの影響を大きく受けて変動し、共振周波数の変動が生じたりリーダー／ライタ装置の入出力インピーダンスとインピーダンス整合が取れなくなったりし、そのたびに調整を余儀なくされる必要性が生じた。また通常のループアンテナ１１１すなわち平衡型ループアンテナが、特に金属製の構造物に近接するとアンテナが高周波的にショート（短絡状態）に近い特性となりアンテナのインピーダンスが零に限りなく近づき調整範囲を逸脱し、後続の回路側のインピーダンス整合が取れなくなりアンテナユニット１０１からＩＣカードに対して十分な電力供給ができなくなる。その結果、通信距離が極端に短くなったり、通信できなくなったり、最悪の場合リーダー／ライタ装置の送信回路が壊れてしまう等の障害を生じると言う致命的な課題があった。

さらに（特許文献１）に記載のアンテナユニット及び通信エリア拡大方法の場合では、閉ループ回路（共振回路）はコイルとコンデンサとを接続して構成した閉ループ回路であると記述されている。すなわちコイルとコンデンサから成る並列共振回路（閉回路）そのものであり、並列共振回路のインピーダンスは通常数百〜数ＫΩのハイ・インピーダンスと高いものになっている。閉ループ回路（共振回路）がハイ・インピーダンスである事から、この閉ループ回路を流れる電流の値が小さくなる事は言うまでもない。またこの回路には、整合負荷が接続されていない為、不整合により定在波が生じ、これにより動作が不安定となりまた不整合損失が生じる事でさらに電流が小さくなり、閉ループ回路から再放射される磁束の密度もより小さいものとなり、アンテナユニット全体の効率が非常に低くなる。

また、より通信範囲を広げる必要がある場合、さらに連続して閉ループ回路を配置しても末端の閉ループ回路へ殆んど磁束が届かなくなると言う致命的な課題があった。

そこで、本発明は上記のような課題を解決し、取り付ける場所の周囲の金属等の構造物影響を大幅に低減し安定した読み取りと書き込み特性を満足すると共に、通信範囲を簡単な方法で広げられると言う拡張性と利便性に優れた非接触ＩＣカード読み書き部に関する。

本発明は、複数のループアンテナから構成されるループアンテナユニットであって、給電される第１のループアンテナと、第１のループアンテナを囲み、給電されない第２のループアンテナとを有することを主要な特徴とする、ループアンテナユニットである。

本発明の構成により、無給電ループアンテナを、ループアンテナユニットに隣接して設置した状態で、第１のループアンテナのみに給電した場合に、第１のループアンテナと無給電ループアンテナとが、第２のループアンテナがバッファとして機能しながら、相互誘導により電磁結合させることが出来る。これにより、たとえ無給電ループアンテナを複数増設した場合であっても、第１のループアンテナの共振周波数の変動を抑制することが出来るので、ループアンテナユニットのインピーダンス整合の調整を不要とすることが出来る。

本発明に係る第１の発明は、複数のループアンテナから構成されるループアンテナユニットであって、給電される第１のループアンテナと、第１のループアンテナを囲み、給電されない第２のループアンテナとを有するループアンテナユニットである。この構成によれば、無給電ループアンテナを、ループアンテナユニットに隣接して設置した状態で、第１のループアンテナのみに給電した場合に、第１のループアンテナと無給電ループアンテナとが、第２のループアンテナがバッファとして機能しながら、相互誘導により電磁結合させることが出来る。これにより、たとえ無給電ループアンテナを複数増設した場合であっても、第１のループアンテナの共振周波数の変動を抑制することが出来るので、ループアンテナユニットのインピーダンス整合の調整を不要とすることが出来る。

本発明に係る第２の発明は、上記第１の発明であるループアンテナユニットであって、更に、接地された金属部材を有し、第１のループアンテナ及び第２のループアンテナが金属部材と接続されたループアンテナユニットである。この構成によれば、ループアンテナユニットの設置場所の近辺に存在する（例えば金属製、木製、樹脂製からなる）構造物や、周辺からの不要なノイズによる、アンテナ特性に対する影響を低減させることが出来るので、基準電位（接地電位）の変動を小さくすることが出来る。

本発明に係る第３の発明は、上記第２の発明であるループアンテナユニットであって、更に、第１のループアンテナ及び第２のループアンテナと、金属部材とを接続する、単一の接地線路を有するループアンテナユニットである。この構成によれば、基準電位（接地電位）の変動を小さくするものでありながら、ループアンテナユニットの部品点数を抑制することが出来る。

本発明に係る第４の発明は、上記第２ないし第３いずれかのループアンテナユニットであって、更に、第１のループアンテナ及び第２のループアンテナと、金属部材との間に配置された磁性部材を有するループアンテナユニットである。この構成によれば、内側ループアンテナを給電した場合に、生じた磁束の多くを、磁性部材に通過させることで、金属部材に通過させないようにすることが出来、磁束の通過による渦電流を、金属部材に生じさせないようにすることが出来る。その結果、周囲の金属による影響を受けにくくしながら、磁界の損失を少なくさせることで、磁界強度を向上させることが出来る。

本発明に係る第５の発明は、上記第１ないし第４いずれかのループアンテナユニットであって、更に、第１のループアンテナに接続された、共振回路及び整合回路を含む第１の回路ユニットと、第２のループアンテナに接続された、共振回路、整合回路、及び整合負荷を含む第２の回路ユニットとを有するループアンテナユニットである。この構成によれば、整合負荷の定数（例えば抵抗値）を設定することによって、共振周波数が通信周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）から変動しないようにすることが出来る。これにより、不整合による定在波の発生を抑制することが出来るので、安定した動作で損失の少ないアンテナを安定して動作させることが出来、その結果、電磁誘導により電磁界を再放射する、効率の高い安定した性能を確保することが出来る。

本発明に係る第６の発明は、上記第１ないし第５いずれかのループアンテナユニットと、ループアンテナユニットが有する第１のループアンテナに接続され、無線通信媒体に格納された情報の読み及び書きの少なくとも一方の処理を第１のループアンテナを介して行う、読み書き部とを備え、読み書き部からの信号電流が、第１のループアンテナのみに給電される無線通信媒体処理装置である。この構成によれば、共振周波数の変動を抑制することが出来るループアンテナユニットを提供することが出来る。

本発明に係る第７の発明は、上記第６の無線通信媒体処理装置であって、更に、給電されない第３のループアンテナを備え、第３のループアンテナは、第１ないし第５いずれかのループアンテナユニットに隣接して配列された無線通信媒体処理装置である。この構成によれば、ループアンテナユニットのインピーダンス整合の調整を不要としながら、通信範囲を拡張することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１８を用いて説明する。なお、本発明における無線通信媒体とは、例えば、非接触ＩＣカード、ＩＣタグ、ＩＤタグ、識別ラベル、ＲＦ−ＩＤタグ等の非接触で処理装置との通信を行うことができる媒体であり、その処理装置とは、これら無線通信媒体と通信を行う装置であり、いわゆる、リーダー、リーダーライターをいう。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における第一のループアンテナユニットの斜視図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１における第一のループアンテナユニットの断面図である。

図１において、１はループアンテナ、２は金属部材である。３はループアンテナ１の開放端部の一端、４はループアンテナ１の開放端部の他端であり、５は導電性の線材、板材、または棒材であり、ループアンテナ１の開放端部付近と金属部材を電気的に接地している。またループアンテナ１と金属部材２は所望の間隔ｔ１を隔てて略平行に配置されている。なお、ループアンテナ１としては、中央に開口部を備えたループ形状であればよく、その形状は、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１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。また、ループアンテナ１と金属部材２は略平行であることが好ましいが、略平行でなくてもよいものである。

図２（ａ）は本発明の実施の形態１における第二のループアンテナユニットの斜視図、図２（ｂ）は本発明の実施の形態１における第二のループアンテナユニットの断面図である。

図２において６は磁性部材であり、磁性部材６はループアンテナ１の背面からｔ２、金属部材２の前面からｔ３の位置に配置され、その材質としては、シート状または板状の磁性体が用いられる。これらシート状または板状の磁性体としては、フェライトコア等を用いることもできるが、例えば、軟磁性体粉末を樹脂材料等の有機結合体内に混練した磁性体シートを用いることが軽量化を図ることができ好ましい。また、フェライト系粉末に有機溶剤などを混合させた磁性部材６とすることで、柔軟性を確保し、耐衝撃性や耐久性を向上させることができるものである。磁性部材６の形状は、ループアンテナ１の開口部に相当する領域を含めて全面に配置されていてもよいが、ループアンテナ１の形状と一致させて、ループ形状（ドーナツ形状）とすることで、磁性体の使用量を削減できる。これは、価格的に高価な磁性体シートを用いる場合では、特に好ましい。金属部材２は、金属製の平板を用いることができる。金属部材２は、ループアンテナ１よりも大きいことが好ましい。

更に、金属部材２は、ループアンテナ１に比べ、略１．１倍以上のサイズ（面積：Ｗ１×Ｗ３）であれば、金属部材２が在る状態で事前にアンテナのインピーダンス調整を行うことにより、アンテナの基準電位（グランド電位）を安定化することが可能となり、設置場所の周囲の金属による影響でアンテナのインピーダンスの変化や共振周波数のズレ（変移）が生じる事が無く共振周波数の調整が不要となる。よって、金属部材２のサイズを、ループアンテナ１のサイズの少なくとも１．１倍程度とすれば、これらの性能を保持しつつ、そのサイズを最小とすることが可能となり、装置の小型化を図ることができる。

図３は本発明の実施の形態１における第一の給電ループアンテナユニットの斜視図を示す。図中プリント基板７上に共振回路８、整合回路９を設けた構成である。ループアンテナ１の開放端部の内、導電性の線材、板材、または棒材５の接地端子側が共振回路８、整合回路９のグランド側に接続され、またループアンテナ１の開放端部の他端４は共振回路８、整合回路９の信号側に接続された給電ループアンテナユニットである。その後同軸ケーブル１１等の伝送線路を経由して、読み書き部１２の送受信回路へ接続される。この構成にした事により、読み書き部１２の基準電位（接地電位）の変動を大幅に小さくする事が可能となり、周辺からの不要なノイズに強い安定した性能を確保する事ができる。

図４は本発明の実施の形態１における第一の無給電ループアンテナユニットの斜視図を示す。図中プリント基板７上に共振回路８、整合回路９及び整合負荷１０を設けた構成である。ループアンテナ１の開放端部の内、導電性の線材、板材、または棒材５の接地端子側が共振回路８、整合回路９のグランド側に接続され、その後整合負荷１０の一端に接続され、尚且つ、ループアンテナ１の二つの開放端部の内の他端が、共振回路８及び整合回路９の信号側に接続された後、整合負荷１０の他端に接続されたことにより、設置場所の周囲の金属等によるアンテナ特性への影響を受けにくくするとともに、不整合による定在波の発生を抑えることで動作の安定した損失の少ないアンテナとなり、電磁誘導により電磁界を再放射する効率の高い安定した性能を確保する事ができる。

図５は本発明の実施の形態１における第一の使用例を示す斜視図である。図中１３は、図３に示した第一の給電ループアンテナユニット、１４は図４に示した第一の無給電ループアンテナユニットである。給電ループアンテナユニット１３の両隣に無給電ループアンテナユニット１４を配置した一例を示す。

図６は本発明の実施の形態１における第二の給電ループアンテナユニットの斜視図である。

図７は本発明の実施の形態１における第二の無給電ループアンテナユニットの斜視図である。

図８は本発明の実施の形態１における第二の使用例を示す斜視図である。

図６〜図８において、６は磁性部材を示しループアンテナユニットの薄型化に効果を有している。

次に、本発明の実施の形態１における無線通信媒体処理装置のアンテナについて高周波電流の流れ、磁束の流れを含め詳しく説明する。

図９（ａ）は本発明の実施の形態１における無線通信媒体装置の斜視図であり、図９（ｂ）は本発明の実施の形態１における無線通信媒体装置の断面図である。

図９（ａ）において、給電ループアンテナユニット１３の両隣に無給電ループアンテナユニット１４を２個ずつ直線的に配置した場合を示している。ここで読み書き部１２の送信回路から出力された高周波の送信電力及び送信信号は、同軸ケーブル１１を経由して給電ループアンテナユニット１３の整合回路９へ供給される、その後共振回路８を経てループアンテナ１へと導かれる。このとき整合回路９の効果により、読み書き部１２の送信回路及び同軸ケーブル１１のインピーダンスと共振回路８とのインピーダンス整合が充分取られる事で、定在波の発生を抑え効率良くアンテナに給電される。給電ループアンテナユニット１３のループアンテナ１に流れる高周波電流ｉ１により生じた磁束Ｈ１及びＨ２は、それぞれ隣接する無給電ループアンテナユニット１４のループアンテナ１の開口面内を貫く、これにより、無給電ループアンテナユニット１４のループアンテナ１には各々、高周波電流ｉ２、ｉ４が流れ、さらに高周波電流ｉ２により磁束Ｈ３、高周波電流ｉ４により磁束Ｈ５が生じる。同様に磁束Ｈ３により高周波電流ｉ３、磁束Ｈ５により高周波電流ｉ５が生じる。さらに高周波電流ｉ３により磁束Ｈ４、高周波電流ｉ５により磁束Ｈ６が生じる。このように無給電ループアンテナユニット１４のループアンテナ１に、共振回路８、整合回路９、整合負荷１０を設け不整合による定在波の発生を抑えた事により反射波の存在を無くす事で効率良くループアンテナ１に高周波電流が流れることで、磁束の再放射が延々と続き、通信範囲の拡大に大きく寄与するものである。

図１０（ａ）は本発明の実施の形態１におけるループアンテナユニットの分解図であり、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるループアンテナユニットの側断面図である。

図１０（ｂ）から明らかなとおり、ループアンテナ（特に電子基板上に形成されると薄型化が更に促進される）１、磁性部材６、金属部材２が、ループアンテナ１と金属部材２との間に第一の隔離部材としてのスペーサ、ループアンテナ１と磁性部材６との間に第二の隔離部材としてのスペーサを積層することで、非常に薄型のループアンテナユニットを実現できるものである。

また、電子基板上にパターン導体などでループアンテナ１を形成する場合に、同じ電子基板上に整合回路９や共振回路８も形成することで、更なる薄型化を実現することができるものである。

更に、電子基板上に、共振回路８及び整合回路９を設ける構成により、無給電ループアンテナユニット１４においては、電子基板上に、不平衡型の共振回路８、整合回路９及び整合負荷１０を設ける構成にしたことにより小型化、薄型化、低価格化を図ることができると共に、給電ループアンテナユニット１３、無給電ループアンテナユニット１４とも共通の樹脂筐体が使用出来、低価格化が図れる。

また、電子基板上に作成した、ループアンテナ１、第一の隔離部材、磁性部材６、第二の隔離部材、金属部材２を、樹脂製筐体（本体）と樹脂製筐体（裏ブタ）で挟み込む構成にしたことにより、製造時の組み立ての容易さが増し、各素子の位置決め組み立て寸法精度が向上することによる性能のばらつきを低減することができる。

（実施の形態２）
図１１は本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の使用例の斜視図、図１２は本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の第二の使用例の斜視図である。

図１１は、その第一の使用例を示す。図中、木製、樹脂製または金属製の商品棚１７の上に、ＩＣタグ１９が添付された商品または書籍等１８等が置かれている。商品棚１７と商品または書籍等１８との間には、給電ループアンテナユニット１５と無給電ループアンテナユニット１６が１対Ｎ（Ｎ≦１）の関係で配置されている。図中上段の棚には中央付近に給電ループアンテナユニット１５が、図中下段の棚にはサイドに給電ループアンテナユニット１５が配置された配置の一例である。このように金属製の商品棚１７に置くだけで無調整と言う利便性に優れ、通信範囲の拡張性も優れた安定した特性を有する無線通信媒体装置である。

図１２は、その第二の使用例を示す。図１２（ａ）は両側面に無給電ループアンテナユニットが垂直に配置された一例、図１２（ｂ）は背面に無給電ループアンテナユニットが垂直に配置された一例を示し、このように通信範囲を平面状だけでなく立体状にも簡単に拡張できるという利点を有している。

（実施の形態３）
図１３（ａ）は、本発明の実施の形態３におけるループアンテナユニットの斜視図、図１３（ｂ）は、本発明の実施の形態３におけるループアンテナユニットの側面図である。

ループアンテナユニット２１は、図１３（ａ）に示すように、内側ループアンテナ２１ａ（第１のループアンテナ）、及び外側ループアンテナ２１ｂ（第２のループアンテナ）を有している。外側ループアンテナ２１ｂは、内側ループアンテナ２１ａの外周を周回している。なお、内側ループアンテナ２１ａと外側ループアンテナ２１ｂとは、図１３（ａ）に示すように同一平面上に配置されているが、外側ループアンテナ２１ｂが内側ループアンテナ２１ａを囲む、配置関係にあれば、必ずしも同一平面上に配置する必要はない。後述するように、内側ループアンテナ２１ａのみが給電される際に、内側ループアンテナ２１ａと外側ループアンテナ２１ｂとが磁気結合すれば、これらが異なる平面上に配置させることも可能である。

また、ループアンテナユニット２１は、図１３（ａ）に示すように、折り返し部２１ｃ、金属部材２、及び接地線路２５を有している。内側ループアンテナ２１ａが有する一方の端子と、外側ループアンテナ２１ｂが有する一方の端子とは、折り返し部２１ｃを介して接続されている。折り返し部２１ｃは、導電性の材質からなり、その形状としては、線状、板状、棒状、いずれの形状であってもよい。折り返し部２１ｃは、接地線路２５を介して、金属部材２に接続されている。接地線路２５は、折り返し部２１ｃと同様に、導電性の材質からなり、その形状としては、線状、板状、棒状、いずれの形状であってもよい。金属部材２は、矩形状の板材である。内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂと、金属部材２とは、図１３（ｂ）に示すように、所望の間隔ｔ１を隔てて略平行に配置されている。

なお、ループアンテナユニット２１を構成する、内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂとしては、中央部に開口部を備えたループ形状であればよく、その形状は、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。さらに、内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂ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。また、ループアンテナユニット２１の内側ループアンテナ２１ａと外側ループアンテナ２１ｂのループ長は、通信周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の波長の略１／１０〜１／１００であることが好ましい。ループアンテナ２１ａ、２１ｂの長さの大小関係が、内側ループアンテナ２１ａ＜外側ループアンテナ２１ｂの関係であることは言うまでもない。

また、内側ループアンテナ２１ａは、図１３（ａ）に示すように、２つの端子２３ａ、２４ａを有している。２つの端子２３ａ、２４ａとの間には、図示しない、共振回路及び整合回路（後述）が設けられている。具体的には、端子２３ａが、共振回路及び整合回路の接地側と接続され、端子２４ａが、共振回路及び整合回路の信号側と接続されている。共振回路及び整合回路は、図示しない、同軸ケーブル（後述）等の伝送線路を経由して、ＲＦ−ＩＤ（ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮ）や電子タグなどの無線通信媒体に格納された情報の読み及び書きの少なくとも一方の処理を行う、図示しない、読み書き部（後述）に接続される。

この構成にしたことにより、ループアンテナユニットの設置場所の近辺に存在する（例えば金属製、木製、樹脂製からなる）構造物や、周辺からの不要なノイズによる、アンテナ特性に対する影響を低減させることが出来るので、読み書き部の基準電位（接地電位）の変動を小さくすることが出来る。

さらに、外側ループアンテナ２１ｂは、内側ループアンテナ２１ａと同様に、２つの端子２３ｂ、２４ｂを有している。２つの端子２３ｂ、２４ｂとの間には、図示しない、共振回路、整合回路、及び整合負荷が設けられている。具体的には、端子２３ｂが、共振回路及び整合回路の接地側、及び整合負荷の一端に接続されている。端子２４ｂが、共振回路及び整合回路の信号側、及び整合負荷の他端に接続されている。

この構成において、図示しない、後述の無給電ループアンテナ（第３のループアンテナ）を、ループアンテナユニット２１に隣接して設置した状態で、内側ループアンテナ２１ａのみに給電した場合に、内側ループアンテナ２１ａと無給電ループアンテナとが、外側ループアンテナ２１ｂがバッファとして機能しながら、相互誘導により電磁結合させることが出来る。これにより、たとえ無給電ループアンテナを複数増設した場合であっても、第１のループアンテナの共振周波数の変動を抑制することが出来るので、通信範囲を簡単に拡大できるものでありながら、ループアンテナユニット２１のインピーダンス整合調整を不要とすることが出来る。

また、ループアンテナユニット２１では、折り返しループアンテナ構造にしたことにより、打ち抜き等の加工が可能となり製造、組み立ての容易さが増し、各素子の組み立て寸法精度の向上で性能ばらつきを低減できる。また、折り返し部２１ｃおよび接地線路２５の中央付近を二分割し、独立した二つの接地型ループを構成しても電気的な特性に変化が無いことは言うまでもない。

なお、外側ループアンテナ２１ｂは、内側ループアンテナ２１ａとしては、中央に開口部を備え、一対の開放端部を有するループ形状であればよく、その形状は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、内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂ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。

（実施の形態４）
図１４（ａ）は本発明の実施の形態４におけるループアンテナユニットを示す斜視図、図１４（ｂ）はその側面図である。図１４では、実施の形態４と同一の要素に同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１４のループアンテナユニット２１は、実施の形態３と異なり、独立した二つの接地型ループで構成されていると共に、内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂが、矩形状に構成されている。内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂそれぞれには、接地線路２５が設けられており、導電性の線材・板材または棒材である。なお、発明の理解を容易にするために、図１４（ｂ）では、後述する磁性部材６を支持する部材を省略している。

内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂの有する端子のうち、接地側の端子２４ａ、２４ｂが金属部材２と電気的に接続させることによって、設置場所の周囲の金属等によるアンテナ特性への影響を受けにくくすることが出来る。また、内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂと、金属部材２とは、所望の間隔を隔てて略平行に配置されている。内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂと、金属部材と２は、略平行であることが好ましいが、必ずしも略平行でなくてもよい。金属部材２は金属製の平板を用いることができ、外側ループアンテナ２１ｂよりも大きいことが好ましい。

また、ループアンテナユニット２１、図１４に示すように、磁性部材６を有している。磁性部材６は、内側ループアンテナ２１ａ及び外側ループアンテナ２１ｂと、金属部材２との間に配置されている。こうすることで、内側ループアンテナ２１ａを給電した場合に、生じた磁束の多くを、磁性部材６に通過させることで、金属部材２に通過させないようにすることが出来、磁束の通過による渦電流を、金属部材２に生じさせないようにすることが出来る。その結果、周囲の金属による影響を受けにくくしながら、磁界の損失を少なくさせることで、磁界強度を向上させることが出来る。

（実施の形態５）
図１５は本発明の実施の形態５におけるループアンテナユニットを示す斜視図である。

実施の形態５では、ループアンテナユニット２１は、接地側の端子２４ａ、２４ｂを接続する共通線路２１ｃを有している。共通線路２１ｃは、単一の接地線路２５を介して金属部材２に接続されている。これにより、内側ループアンテナ２１ａと外側ループアンテナ２１ｂとで、接地線路２５を共有することが出来るので、部品点数の増加を抑制しながら、基準電位（接地電位）の変動を小さくすることで、ループアンテナユニット２１は、周辺からの不要なノイズに強い安定した性能を有することが出来る。

（実施の形態６）
図１６は、本発明の実施の形態６におけるループアンテナユニットを示す斜視図である。図１６では、実施の形態３ないし５と同一の要素に同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１６のループアンテナユニット２１は、実施の形態４のループアンテナユニットに、共振回路、整合回路、整合負荷を接続した構成を有している。具体的には、内側ループアンテナ２１ａは、図１６に示すように、第１の回路ユニット３０を有している。第１の回路ユニット３０は、回路基板７を有しており、回路基板７には、共振回路８、及び整合回路９が実装されている。整合回路９は、マッチングのための回路であって、例えばコンデンサ及び抵抗の並列回路で構成される。共振回路８、及び整合回路９の接地側は、接地線路２５、及び端子２４ａに接続されている。一方、共振回路８、及び整合回路９の信号側は、端子２３ａに接続されている。

外側ループアンテナ２１ｂは、図１６に示すように、第２の回路ユニット３１を有している。第２の回路ユニット３１は、回路基板２２を有している。回路基板２２には、上述した回路基板７と同様に、共振回路８及び整合回路９が実装されている。共振回路８、及び整合回路９の接地側は、接地線路２５、及び端子２４ｂに接続されている。一方、共振回路８及び整合回路９の信号側は、端子２３ｂに接続されている。

また、回路基板２２には、上述した回路基板７と異なり、共振回路８及び整合回路９だけでなく、整合負荷１０が実装されている。整合負荷１０は、チップ抵抗素子などの抵抗である。整合負荷１０の抵抗値は、給電側となる内側ループアンテナ２１ａの共振周波数が通信周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）から変動しないように、予め、整合が可能な所定値（例えばｋΩオーダの値）に設定しておく。

例えば、ループアンテナユニットの出荷段階や設置直後に、このように抵抗値を設定しておくことで、共振周波数が通信周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）から変動しないようにすることが出来るので、インピーダンス整合の調整を行う必要がなくなる。これにより、不整合による定在波の発生を抑制することが出来るので、安定した動作で損失の少ないアンテナを安定して動作させることが出来、その結果、電磁誘導により電磁界を再放射する、効率の高い安定した性能を確保することが出来る。

なお、実施の形態６では、実施の形態４、５と異なり、ループアンテナ２１ａ、２１ｂと金属部材２との間に、磁性部材が設けられていない構成について説明したが、実施の形態４、５と同様に、磁性部材を設けることも可能である。こうすることで、実施の形態４、５と同様の効果を奏することが出来る。

（実施の形態７）
図１７は、本発明の実施の形態７における無線通信媒体装置を示す斜視図である。無線通信媒体処理装置４０は、図１７に示すように、ループアンテナユニット２１と、読み書き部１２とを有している。このループアンテナユニット２１は、実施の形態５に示したループアンテナユニット２１（図１５参照）に、実施の形態６に示した回路ユニット３０、３１が接続されている。回路基板７上に実装された共振回路８及び整合回路９の信号側は、同軸ケーブル等の伝送線路１１を経由して、読み書き部１２の送受信回路（図示せず）に接続されている。読み書き部１２は、ＲＦ−ＩＤや電子タグなどの無線通信媒体に格納された、情報の読み及び書きの少なくとも一方の処理を行う。

（実施の形態８）
図１８は、本発明の実施の形態８における無線通信媒体処理装置の使用例を示す斜視図である。無線通信媒体処理装置４１は、図１８に示すように、ループアンテナユニット２１と、給電されない無給電ループアンテナ（第３のループアンテナ）１４とを有している。無給電ループアンテナ１４は、２つ設けられており、ループアンテナユニット２１の両隣に隣接して配列されている。なお、無給電ループアンテナ１４は、図１６で示した外側ループアンテナ２１ｂと同様の構成であるので、その構成についての説明は省略する。

なお、図１８では、２つの無給電ループアンテナ１４が設けられているが、１つであってもよく、あるいは、ループアンテナユニット２１の左右それぞれに複数の無給電ループアンテナ１４を配列してもよい。複数の無給電ループアンテナ１４は、図１８のように直線状に配列してもよく、あるいは、同心円状に配列してもよい。また、図１８では、無給電ループアンテナ１４を平面状に配列しているが、隣り合う無給電ループアンテナ１４を近接して配置すれば、無給電ループアンテナ１４を立体的に配列することも可能である。

このような構成で、読み書き部１２の送受信回路（図示せず）が、高周波の送信電力及び送信信号を、同軸ケーブル１１を介して整合回路９に送信すると、高周波の送信電力及び送信信号が、共振回路８を介して、内側ループアンテナ２１ａに供給される。即ち、内側ループアンテナ２１ａが給電される一方、内側ループアンテナ２１は給電されない。

こうすることで、内側ループアンテナ２１ａと無給電ループアンテナ１４とは、外側ループアンテナ２１ｂがバッファとして機能しながら、相互誘導により電磁結合させることが出来る。これにより、たとえ無給電ループアンテナ１４を複数増設した場合であっても、内側ループアンテナの共振周波数の変動を抑制することが出来るので、通信範囲を簡単に拡張できるものでありながら、ループアンテナユニット２１のインピーダンス整合調整を不要とすることが出来る。従って、無給電ループアンテナ１４を複数増設した場合であっても、ループアンテナユニットのインピーダンス整合の調整を不要としないので、容易に通信範囲を拡張することが出来る。

また、無給電ループアンテナユニット１４は無給電であるので、余分な消費電力の原因とならず、省電力でありながら、他の電子機器に影響を与えないようにすることが出来る。

また、ループアンテナユニット及び無給電ループアンテナを積層構造にしてケースに格納することで、機器の薄型化、小型化を実現し、持ち運びや設置を容易とし、更に耐久性や耐候性を向上させて、簡単に置くだけで設置が可能となる。通信範囲を変えたい場合などには特に有効であり、通信範囲の拡大を最適化することが出来る。

ループアンテナユニットと無給電ループアンテナとが格納されるケースが、薄型ケースであることで、商品棚などに容易に設置でき、商品や書籍等に組み込まれた無線通信媒体と、外部の読み書き部との通信を行うことが出来るようになる。これらにより、例えば物流倉庫や販売店の在庫管理、スーパーマーケットや文具店等の陳列棚の商品管理、官公庁、事務所等の書類管理などを行うことができ、種々のシステム・アプリケーション・ビジネスに適用することが可能となる。

本発明は、商品棚などに収納される非接触ＩＣカードやＩＣタグなどの無線通信媒体に電力と送信データを供給し、無線通信媒体から受信データを負荷変動により取得する無線通信媒体処理装置であって、特に自動で商品管理、書籍管理等が可能となる収納棚、展示棚以外の医薬品管理、危険物管理、貴重品管理システム等々などの、通信範囲を拡大させることが必要な用途にも適用できる。

（ａ）本発明の実施の形態１における第一のループアンテナユニットの斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における第一のループアンテナユニットの断面図 （ａ）本発明の実施の形態１における第二のループアンテナユニットの斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における第二のループアンテナユニットの断面図 本発明の実施の形態１における第一の給電ループアンテナユニットの斜視図 本発明の実施の形態１における第一の無給電ループアンテナユニットの斜視図 本発明の実施の形態１における第一の使用例を示す斜視図 本発明の実施の形態１における第二の給電ループアンテナユニットの斜視図 本発明の実施の形態１における第二の無給電ループアンテナユニットの斜視図 本発明の実施の形態１における第二の使用例を示す斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における無線通信媒体装置の斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における無線通信媒体装置の断面図 （ａ）本発明の実施の形態１におけるループアンテナユニットの分解図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるループアンテナユニットの側断面図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の使用例の斜視図 本発明の実施の形態２における無線通信媒体処理装置の第二の使用例の斜視図 （ａ）本発明の実施の形態３におけるループアンテナユニットの斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるループアンテナユニットの側面図 （ａ）本発明の実施の形態４におけるループアンテナユニットを示す斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態４におけるループアンテナユニットの側面図 本発明の実施の形態５におけるループアンテナユニットを示す斜視図 本発明の実施の形態６におけるループアンテナユニットを示す斜視図 本発明の実施の形態７における無線通信媒体装置を示す斜視図 本発明の実施の形態８における無線通信媒体処理装置の使用例を示す斜視図 従来の技術におけるアンテナユニットの斜視図

符号の説明

２ 金属部材
６ 磁性部材
８ 共振回路
９ 整合回路
１０ 整合負荷
１２ 読み書き部
２１ ループアンテナユニット
２１ａ 第１のループアンテナ（内側ループアンテナ）
２１ｂ 第２のループアンテナ（外側ループアンテナ）
２５ 接地線路
３０ 第１の回路ユニット
３１ 第２の回路ユニット
４０ 無線通信媒体処理装置
４１ 無線通信媒体処理装置

Claims (7)

1. 複数のループアンテナから構成されるアンテナユニットであって、
   給電される第１のループアンテナと、
   前記第１のループアンテナを囲み、給電されない第２のループアンテナとを有するループアンテナユニット。
2. 請求項１に記載のループアンテナユニットであって、更に、
   接地された金属部材を有し、
   前記第１のループアンテナ及び前記第２のループアンテナが前記金属部材と接続されたループアンテナユニット。
3. 請求項２に記載のループアンテナユニットであって、更に、
   前記第１のループアンテナ及び前記第２のループアンテナと、前記金属部材とを接続する、単一の接地線路を有するループアンテナユニット。
4. 請求項２または３項記載のループアンテナユニットであって、更に、
   前記第１のループアンテナ及び前記第２のループアンテナと、前記金属部材との間に配置された磁性部材を有するループアンテナユニット。
5. 請求項１ないし４いずれか１項記載のループアンテナユニットであって、更に、
   前記第１のループアンテナに接続された、共振回路及び整合回路を含む第１の回路ユニットと、
   前記第２のループアンテナに接続された、共振回路、整合回路、及び整合負荷を含む第２の回路ユニットとを有するループアンテナユニット。
6. 請求項１ないし５いずれか１項記載のループアンテナユニットと、
   前記ループアンテナユニットが有する第１のループアンテナに接続され、無線通信媒体に格納された情報の読み及び書きの少なくとも一方の処理を前記第１のループアンテナを介して行う、読み書き部とを備え、
   前記読み書き部からの信号電流が、前記第１のループアンテナのみに給電される無線通信媒体処理装置。
7. 請求項６記載の無線通信媒体処理装置であって、更に、
   給電されない第３のループアンテナを備え、
   前記第３のループアンテナは、請求項１ないし５いずれか１項記載のループアンテナユニットに隣接して配列された無線通信媒体処理装置。

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