JP2007306438A - アンテナ装置及び物品管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナを機械的に移動させることなく、複数の無線タグの情報を読み取ることができ、さらに不要な電波の放射を抑圧することができるアンテナ装置及び物品管理システムを提供する。
【解決手段】 一端が給電点１３３によって給電され、他端が終端素子１３４を介して地板１３０に接続された線状導体素子１３１に、素子長が１／４波長である分岐導体素子１３２−１，・・・の一端を接続し、他端を地板１３０に短絡する。これにより、分岐導体素子１３２−１，・・・と線状導体素子１３１との接続点が、線状導体素子１３１からみてハイインピーダンスとなり、分岐導体素子１３２−１，・・・から電波が放射されない。一方、分岐導体素子１３２−１，・・・の近くに無線タグが存在する場合、分岐導体素子１３２−１，・・・と無線タグの間で電磁界結合が生じ、分岐導体素子１３２−１，・・・から電波が放射される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、アンテナ装置及び物品管理システムに関する。

複数の物品に無線タグを貼り付け、この無線タグに書き込まれた情報を読み取ることで物品を管理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載されたシステムでは、無線タグが取り付けられた複数の物品をキャリアケースに収納し、アンテナ移動機構によってアンテナをキャリアケースに収納された物品の並び方向にそって機械的に移動させることで、複数の無線タグに書き込まれた情報を順次読み取る。このシステムは、無線タグのタグ番号と、この無線タグ番号を読み取ったときのアンテナの位置情報から無線タグの位置情報を生成する制御装置を備えている。
特開２００５−２４７５６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるシステムでは、アンテナを機械的に移動させる。このため、アンテナ移動機構やこれを制御する制御装置が必要となり、システム全体が複雑になるとともに大型化してしまう。また、アンテナ移動機構などの機械的な機構に故障が発生する可能性がある。

さらに、特許文献１に記載されるシステムでは、電波を放射しているアンテナを移動させながら無線タグの情報を読み取るため、アンテナ移動中は、他の無線機器との干渉を抑圧しなければならない。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、アンテナを機械的に移動させることなく、複数の無線タグの情報を読み取ることができ、さらに不要な電波の放射を抑圧できるアンテナ装置及び物品管理システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、一端が給電され、他端が終端抵抗を介して地板に接続された線状導体素子と、前記線状導体素子から分岐した１つ以上の分岐導体素子を備え、前記分岐導体素子は、素子長が動作周波数の四分の一波長程度であり、先端が前記地板に短絡されていることを特徴とする。

また、本発明のアンテナ装置は、一端が給電され、他端が終端抵抗を介して地板に接続された線状導体素子と、前記線状導体素子から分岐した１つ以上の分岐導体素子を備え、前記分岐導体素子は、素子長が動作周波数の二分の一波長程度であり、先端が開放されていることを特徴とする。

また、本発明の物品管理システムは、無線タグに書き込まれた情報を元に物品の管理を行う物品管理システムであって、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置を介して前記無線タグと信号の送受信を行う送受信手段を有した物品管理装置と、前記無線タグを有する物品とを備えることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置及び物品管理システムによれば、アンテナを機械的に移動させることなく、複数の無線タグの情報を読み取ることができ、さらに不要な電波の放射を抑圧することができる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１乃至図７を用いて、本発明の第１の実施例に係る物品管理システムを説明する。

図１は、本実施例に係る物品管理システムを示す図である。本実施例では、物品管理システムとして、書類管理装置１が、複数の書類１１−１，１１−２，・・・，１１−ｎそれぞれに貼り付けられた無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎに書き込まれた情報の読み書きを行うことで、各書類１１−１，１１−２，・・・，１１−ｎの管理を行う例を説明する。無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎには、例えば各無線タグ固有のＩＤや、書類のタイトルなどの情報が書き込まれている。以下、無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎに書き込まれている情報を書類情報と呼ぶ。書類管理装置１は、無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎに書き込まれた書類情報を読み取り、読み取った書類情報を元に物品の管理を行う。また、例えば新たな書類を追加する、書類のタイトルを書き換える場合などは、新たな書類情報を無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎに書き込む。

続いて、図２乃至図４を用いて、書類管理装置１の構成を説明する。
Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ（Ｒ／Ｗ）部１５は、書類情報を管理するコンピュータ（ＰＣ）１６と接続されており、アンテナ部１３を介して無線タグから読み取った書類情報をＰＣ１６へ出力し、またＰＣ１６から受け取った書類情報を無線タグに書き込む。

次に、図３を用いて、アンテナ部１３を説明する。図３は、図１に示すアンテナ部１３の内部の様子を示す斜視図である。アンテナ部１３は、地板１３０と、この地板１３０と所定の間隔を持って略平行に配置され、一端が給電点１３３によって給電された線状導体素子１３１と、線状導体素子１３１の他端と地板１３０の間に接続された終端抵抗１３４と、線状導体素子１３１と同一平面かつ垂直に接続された複数の分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎ（図３では、ｎ＝４）とこれらを内蔵する筐体（図示せず）を備えている。なお、線状導体素子１３１と分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの接続点をそれぞれ接続点１３２−１ａ，１３２−２ａ，・・・，１３２−ｎａと呼ぶ。

また終端素子１３４は、そのインピーダンスが給電点１３３を介して線状導体素子１３１に接続される給電線（図示せず）の特性インピーダンスと一致するように選択すればよい。

分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎは、その素子長が動作周波数の１／４波長程度で、一端が線状導体素子１１に垂直に接続されており、他端が地板１０上の接地点１３２−１ｂ，１３２−２ｂ，・・・，１３２−ｎｂで接地（短絡）されている。そのため、各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎと線状導体素子１１との接続点１３２−１ａ，１３２−２ａ，・・・，１３２−ｎａは、線状導体素子１１からみてハイインピーダンスとなっている。その結果、分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎには電流がほとんど流れない。

（アンテナ部１３の変形例）
図３では、各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの素子長が動作周波数の１／４波長程度である場合を示したが、これが１／２波長程度であってもよい。図４に、各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの素子長が動作周波数の１／２波長程度である場合のアンテナ部１３の構成を示す。この場合、各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎは、一端が線状導体素子１１に垂直に接続され、他端が開放された形状となっている。

次に、物品管理装置１の管理対象である書類１１−１，１１−２，・・・，１１−ｎの構成を説明する。書類１１−１，１１−２，・・・，１１−ｎには、それぞれ無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎが貼付されている。各無線タグ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎの構成及び動作は同じであるため、以下、無線タグ１２−１について説明する。

図５は、無線タグ１２−１の構成を示すブロック図である。◎。

無線タグ１２−１は、受信信号からＩＣ１２０を駆動するための直流電流ＤＣを取り出す検波・整流器１２２と、受信信号を復調する復調部１２３と、送信する信号を変調する変調部１２４と、書類１１−１の情報などを記憶するメモリ１２５と、各部を制御する制御部１２６を備えたＩＣ１２０がアンテナ１２１に直接実装された構成となっている。

アンテナ１２１には、例えばダイポールアンテナや八木宇田アンテナ、マイクロストリップアンテナなどが用いられる。アンテナ１２１は、例えばダイポールアンテナの場合、書類１１−１を書類管理装置１のアンテナ部１３近傍に置いたときに、アンテナ部１３の分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎ（図３参照。）とアンテナ１２１が略平行になるよう配置される。これにより、アンテナ１２１の偏波の向きと、アンテナ部１３の分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの偏波の向きが一致する。

次に、本実施例に係る物品管理システムの動作を説明する。ここでは、無線タグ１２−１を貼付した書類１１−１がアンテナ部１３の分岐導体素子１３２−１近傍に存在するものとして説明するが、別の書類１１−２，・・・，１１−ｎ及び分岐導体素子１３２−２，・・・，１３２−ｎの動作も同様である。

まず、図６を用いて、アンテナ部１３の動作を説明する。
図６（ａ）は、アンテナ部１３の近傍に無線タグ１２−１が存在しない場合の動作を説明する図である。上述したように、分岐導体素子１３２−１，１３２−２と線状導体素子１３１の接続点１３２−１ａ，１３２−２ａは、線状導体素子１３１からみてハイインピーダンスとなっているため、分岐導体素子１３２−１，１３２−２には電流がほとんど流れない。そのため、分岐導体素子１３２−１，１３２−２の近傍に無線タグが存在しない場合、電波は、分岐導体素子１３２−１，１３２−２から放射されない。

一方、図６（ｂ）は、アンテナ部１３の分岐導体素子１３２−１近傍に無線タグ１２−１が存在する場合の動作を説明する図である。この場合、無線タグ１２−１と分岐導体１３２−１，１３２−２の間に電磁界結合が生じる。そのため、無線タグ１２−１に内蔵されたアンテナ１２１に受信電圧が生じ、ＩＣ１２０に電力が供給される。無線タグ１２−１は、このＩＣ１２０に電力が供給されることで、メモリ１２５に記憶されている情報を送信し、アンテナ部１３がこの情報を受信する。

続いて図２及び図５を用いて、無線タグ１２−１がアンテナ部１３近傍にある場合の物品管理装置１及び無線タグ１２−１の動作を説明する。

分岐導体素子１３２−１が放射した電波（以下、受信信号と称する。）は、アンテナ１２１を介して検波・整流器１２２に入力される。検波・整流器１２２は、入力された受信信号から直流電流ＤＣを取り出し、ＩＣ１２０の各部に電力を供給する。一方、検波・整流器１２２は、受信信号を復調部１２３へ入力する。復調部１２３は、入力された受信信号に対して復調などを行い、結果を制御部１２６へ入力する。制御部１２６は、復調部から入力された結果をメモリ１２５に書き込む。復調結果、書類管理装置１が書類情報を読み取る場合は、制御部１２６は、メモリ１２５を参照し送信信号を生成する。制御部は、この送信信号を変調部１２４に出力する。変調部１２４は、入力された送信信号の符号化などを行い、変調部１２４内のスイッチ（図示せず）のオン／オフを切り替えアンテナ１２１のインピーダンスを変化させて信号を送信する。

無線タグ１２−１が送信する信号を、アンテナ部１３を介して受信したＲ／Ｗ部１５は、受信した信号に対して復調等の処理を施し書類情報を得る。次に、Ｒ／Ｗ部１５は、得られた書類情報をＰＣ１６に出力する。書類情報が入力されたＰＣ１６は、この書類情報を元に書類１１−１の管理を行う。

一方、無線タグ１２−１に書類情報を書き込む場合、書き込む書類情報がＲ／Ｗ装置１５にＰＣから入力される。Ｒ／Ｗ装置１５は、入力された書類情報に対して変調等の処理を施し送信信号を生成する。この送信信号は、アンテナ部１３を介して無線タグ１２−１へ送信される。

続いて、図７に本実施例に係る物品管理システムを、物品を収納する棚に適用した例を説明する。

図７に示す物品管理システムを適用した棚は、アンテナ部１３をそれぞれ備えた複数の棚板１７−１，１７−２，・・・と、棚の上部に設置したＲ／Ｗ装置１５を備えている。複数の棚板１７−１，１７−２，・・・それぞれに備えられたアンテナ部１３は、同軸ケーブル１４でＲ／Ｗ部１５と接続されている。

Ｒ／Ｗ部１５は、物品を管理するＰＣ１６（図７では、図示せず）と接続されており、アンテナ部１３を介して受信した物品（図７では、無線タグ１２が貼付された書類１１。）の情報をＰＣ１６へ出力する。

なお、棚に適用した物品管理システムを動作は、図１に示す物品管理システムと同じであるので説明を省略する。また、Ｒ／Ｗ部１５は、棚の上部に設置される必要はなく、棚の下部などに設置してもよい。

以上のように第１の実施例によれば、複数の分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎを一列に配置させ、各分岐導体素子近傍に存在する無線タグと通信を行うことで、アンテナ部１３を機械的に移動させることなく、複数の無線タグの情報を読み取ることができる。また、無線タグが近傍に存在しない分岐導体素子には電流が流れないため、分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎは、無線タグが近傍に存在する場合をのぞき不必要に電波を放射することがなく、アンテナ装置と他の無線機器との干渉を抑制することができる。

さらに、線状導体素子１３１と分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎを同一平面かつ垂直に接続することで、この線状導体素子１１と分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの間の不要な電磁界結合を抑制することができる。線状導体素子１３１と分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの間に不要な電磁界結合が生じてしまうと、分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの共振周波数が変化し、無線タグが送信する情報の読み取り能力が劣化する。この不要な電磁界結合まで予め考慮してアンテナ装置を設計する場合、設計に非常に大きなリソースが必要になるため、線状導体素子１３１と分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの間、又は各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎ間の不要な電磁界結合を予め抑制することは、非常に重要となる。

次に図８乃至図１１を用いて、本発明の第２の実施例に係る物品管理システムを説明する。本実施例に係る物品管理システムの構成及び動作は、アンテナ部１３の構成をのぞき、図１に示す物品管理システムと同じであるため、同一符号を付し説明を省略する。

図８は、本実施例に係るアンテナ部１３の構成を示す図である。図８に示すアンテナ装置は、図３に示すアンテナ１３とほぼ同じ構成であるが、線状導体素子１１をはさんで複数の分岐導体素子１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎ（図４では、ｎ＝６）を交互に配置した点が異なっている。

このため、隣り合う分岐導体素子同士の間隔が広くなり、分岐導体素子間の電磁界結合が弱まる。

続いて、図９乃至図１１を用いて、本実施例に係るアンテナ部１３の変形例を説明する。

（変形例１）
図９は、本実施例に係るアンテナ部１３の変形例を示す平面図である。
図９に示すアンテナ装置は、各分岐導体素子１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎの素子長Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎがわずかに異なる点をのぞき、図３に示すアンテナ装置とほぼ同じ構成である。

各素子長Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎの長さが互いに異なることにより、各分岐導体素子の共振周波数がそれぞれわずかに異なる。このため、分岐導体素子間の電磁界結合が弱まり、各分岐導体素子同士が互いに共振しにくくなる。しかしながら、各素子長Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎは、分岐導体素子１２−１，１２−２，・・・，１２−ｎの動作周波数の１／４波長からわずかに異なるだけであるため、動作周波数の電波と共振する。

（変形例２）
図１０は、本実施例に係るアンテナ部１３の変形例２を示す斜視図である。
図１０に示すアンテナ部１３は、図８に示すアンテナ部１３の線状導体素子１３１及び分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎをマイクロストリップ線路によって構成している。さらに、図１０に示すアンテナ部１３は、地板１３０に相当するグランド１３５と、グランド１３５と線状導体素子１３１の間に誘電体１３６を有している。

（変形例３）
図１１は、本実施例に係るアンテナ部１３の変形例３を示す斜視図である。
図１１に示すアンテナ部１３は、図８に示すアンテナ部１３の線状導体素子１３１及び分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎを共平面伝送線路（ＣＰＷ：ＣｏＰｌａｎｅｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）によって構成している。すなわち、線状導体素子１３１及び分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎとグランド１３５が同一導体板で構成されている。

以上のように第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎを線状導体素子１１をはさんで交互に配置することで、分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの数が増えても素子同士の間隔を広くとることが可能となり、分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎ間の不要な電磁界結合を抑制することができる。

また、変形例１に示すように、各分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎの素子長をわずかに異なるようにするで、各分岐導体素子の共振周波数がわずかに変化させ、各分岐導体素子間の共振を抑制することができる。このため、分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎ間の不要な電磁界結合を抑制することができる。

さらに、変形例２に示すように、線状導体素子１３１及び分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎをマイクロストリップ線路により構成することで、これらの素子をＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）等で作製することができ、製造性を向上させることができる。

同様に、変形例３に示すように、線状導体素子１３１及び分岐導体素子１３２−１，１３２−２，・・・，１３２−ｎを共平面伝送線路により構成することで、地板１３０と線状導体素子１３１及び各分岐導体素子を一枚の導体板で構成することが可能となり、製造性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施例に係る物品管理システムを示す図。 本発明の第１の実施例に係る書類管理装置１を示すブロック図。 本発明の第１の実施例に係るアンテナ部１３を示す斜視図。 本発明の第１の実施例に係るアンテナ部１３の変形例を示す平面図。 本発明の第１の実施例に係る無線タグ１２−１の構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施例に係るアンテナ部１３の動作を説明する図。 本発明の第１の実施例に係る物品管理システムを棚に適用した例を示す図。 本発明の第２の実施例に係るアンテナ部１３を示す斜視図。 本発明の第２の実施例に係るアンテナ部１３の変形例１を示す平面図。 本発明の第２の実施例に係るアンテナ部１３の変形例２を示す斜視図。 本発明の第２の実施例に係るアンテナ部１３の変形例３を示す斜視図。

符号の説明

１・・・書類管理装置
１１−１〜１１−ｎ・・・書類
１２−１〜１２−ｎ・・・無線タグ
１３・・・アンテナ部
１４・・・同軸ケーブル
１５・・・Ｒ／Ｗ部
１６・・・ＰＣ
１７−１〜１７−４・・・棚板
１２０・・・ＩＣ
１２１・・・アンテナ
１２２・・・検波・整流器
１２３・・・変調器
１２４・・・復調器
１２５・・・メモリ
１２６・・・制御部
１３０・・・地板
１３１・・・線状導体素子
１３２−１〜１３２−６・・・分岐導体素子
１３２−１ａ〜１３２−４ａ・・・接地点
１３３・・・給電点
１３４・・・終端抵抗
１３５・・・グランド
１３６・・・誘電体

Claims (8)

1. 一端が給電され、他端が終端抵抗を介して地板に接続された線状導体素子と、
   前記線状導体素子から分岐した１つ以上の分岐導体素子を備え、
   前記分岐導体素子は、素子長が動作周波数の四分の一波長程度であり、先端が前記地板に短絡されていること
   を特徴とするアンテナ装置。
2. 一端が給電され、他端が終端抵抗を介して地板に接続された線状導体素子と、
   前記線状導体素子から分岐した１つ以上の分岐導体素子を備え、
   前記分岐導体素子は、素子長が動作周波数の二分の一波長程度であり、先端が開放されていること
   を特徴とするアンテナ装置。
3. 前記線状導体素子及び前記１つ以上の分岐導体素子は、ほぼ同一平面内に配置され、かつ前記１つ以上の分岐導体素子は、前記線状導体素子から略垂直に分岐していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
4. 前記１つ以上の分岐導体素子は、前記線状導体素子をはさんで交互に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記１つ以上の分岐導体素子は、各素子長が異なり、前記１つ以上の分岐導体素子は、前記動作周波数の電波と共振し、各分岐導体素子同士は、互いの電磁界結合が弱く共振しにくいことを特徴とした請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記線状導体素子及び前記１つ以上の分岐導体素子は、マイクロストリップ線路で構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記線状導体素子及び前記１つ以上の分岐導体素子は、共平面伝送線路で構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 無線タグに書き込まれた情報を元に物品の管理を行う物品管理システムであって、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置を介して前記無線タグと信号の送受信を行う送受信手段を有した物品管理装置と、
   前記無線タグを有する物品とを備えること
   を特徴とする物品管理システム。

Images