JP2008167144A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電磁誘導によってICタグと双方向通信を行う際に通信不能領域が発生しない、小口径の複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置の設置手段を提供する。
【解決手段】 アンテナ装置21のアンテナ回路の内部にスイッチ24a,24bおよび整合回路25a,25bをそれぞれ設ける。さらに隣り合うアンテナ素子のループコイル23a,23bが互いに一部で重なり合うように各アンテナ素子を配置して、この互いに重なり合う領域を、各ループコイル23a,23bの内側の面積に対して30%ないし50%の範囲となるようにする。これにより、通信を行うアンテナ素子の共振点がずれる現象や、隣り合うアンテナ素子への誘導電流によって通信の際の消費電力が増加する現象を防止し、さらに通信不能領域が発生することのない、アンテナ素子の設置手段を提供することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は複数のアンテナを有し、電磁誘導によりICタグと通信する機能を有するアンテナ装置、およびそのアンテナ装置を用いてなるICタグリーダライタに関する。
近年、商品管理などのための個体識別に際して、その商品の管理情報を記憶し、非接触でデータの書き込みおよび読み出しを行う非接触通信媒体である、いわゆるICタグの使用が普及しつつある。ICタグは無線タグ、RFID(Radio Frequency Identification)、もしくはデータキャリアとも呼称されている。ICタグの通信方式にはいくつかの種類があるが、125kHz帯や13.56MHz帯におけるICタグによる通信では、主に電磁誘導方式を用いて行われている。電磁誘導方式はとくに通信距離が数cm以内の近接場での非接触通信に適した方法であり、送受信装置の近傍に発生する磁界を伝送媒体とする方式である。ICタグ側に誘導起電力が誘起されるのでこれを電源とすることができ、そのためICタグは他に電源が不要であるという特徴がある。
ICタグに対してデータの読み出しおよび書き込みを行う装置は、ICタグリーダライタと呼ばれている。電磁誘導方式による通信では、ICタグリーダライタはICタグと相互通信を行うためのアンテナを備えていて、このアンテナに信号を重畳した磁界を発生させる。アンテナの通信可能範囲内にICタグが存在する場合には、ICタグが内蔵するアンテナでこの磁界を受信し、磁界によってICタグ側のアンテナに誘起される誘導起電力により電力を得て、内蔵するICチップを動作させる。同時に受信した磁界に重畳された信号を検出してICチップにより処理し、ICタグリーダライタに対して応答信号を磁界として送信する。
電磁誘導方式のICタグリーダライタに用いられるアンテナとしては、ループコイルが一般的である。ループコイルは、プリント基板などの表面や内部に導体線を数ターン程度巻回したパターンを形成したもので、このパターンの形状は円形や四角形などが多い。巻回は1ターンのみでもよい。このループコイルによる通信可能範囲は、ループコイルの口径がさほど大きくない場合には、このパターンの両側の、パターンの差し渡し径を直径としてループコイルを貫く概ね球状の領域である。つまりこの領域の内部にICタグが存在する場合に、ICタグリーダライタとICタグとは安定した通信を行うことができる。なおICタグが内蔵するアンテナも、一般にループコイルにより構成されている。
ICタグリーダライタのアンテナとしてループコイルを用いた場合に、ICタグと安定した通信を行うことのできる範囲を拡大するためには、用いるループコイルの口径を大きくすればよい。ところが大口径のアンテナでは大きな信号電流が必要となる上に、小口径のアンテナとは異なり、均一な磁界分布を得ることが一般に困難であるという特徴がある。とくにアンテナが大口径になるにつれて、アンテナの中央領域と周辺領域との磁界強度の差が大きくなって、中央領域の磁界強度が小さくなってしまい、単に大口径のアンテナを使用した場合ではこの領域にて安定した通信を行うことができない。この問題は、クレジットカードなどの一般的なカードサイズよりも小さなICタグを用いる場合には、ICタグの側のアンテナサイズの要因により、一層顕著となる。
以上の問題は、ICタグリーダライタ側のアンテナに印加する信号電流を単純に大きくして、ループコイルに大きな磁界を発生させるようにすれば解決可能である。しかしこの場合にはICタグリーダライタの消費電力が大きくなって可搬型のICタグリーダライタの実現が困難である上に、電波法などの法規制を遵守することが難しくなってしまう。
そこで、1基の大口径のアンテナを備える代わりに、複数の小口径のアンテナを並べることで、ICタグとの通信可能な範囲を拡大する方法が提案されている。この場合にはアンテナ回路の一部にスイッチを設け、ICタグとの通信が確立しているアンテナのみを残し、他のアンテナのスイッチを開放とすることで、ICタグとの通信に必要な最小限のアンテナにだけ信号電流を供給する構成とすることができる。この方法によってアンテナ装置の消費電力を抑えるとともに、同時に電波法などの法規制の遵守の問題もクリアすることが可能である。
特許文献1ないし3は、いずれもアンテナ装置が複数の小口径のアンテナを並べて非接触IC媒体との双方向通信を行う場合の従来例である。これらの従来例について、図5ないし図7に基づいて説明する。このうち図5は特許文献1におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図5において、アンテナ装置51はアンテナ部52、スイッチ53、整合回路54、検出器55、制御部56、送信部57および増幅部59、受信部58などから構成されている。ここでアンテナ部52は複数のアンテナ素子により構成されており、図5では例として3台のアンテナ素子52a〜52cを図示している。
アンテナ部の後段にはスイッチ53があり、さらにその後段には整合回路54が設けられている。整合回路54はアンテナ素子52a〜52cのインピーダンスの整合を図る回路であり、この回路におけるインピーダンスの整合が保たれているかどうかを検出器55により検出し、その結果はスイッチ53の切り換えを行う制御部56に入力される。整合回路54には送信部57および増幅部59を経由した送信信号が入力されてアンテナ部52に送られるとともに、アンテナ部52にて受信された非接触IC媒体からの受信信号が受信部58に送られる。なお特許文献1では非接触IC媒体として非接触ICカードが想定されている。
検出器55は整合回路54においてインピーダンス整合が保たれているかどうかを検知する素子であり、非接触IC媒体がアンテナ素子52a〜52cのいずれの近傍にも存在しない場合には、スイッチ53がどのアンテナ素子を選択していてもインピーダンス整合が保たれている。非接触IC媒体との双方向通信を確立する場合には、スイッチ53は制御部56からの指示によってアンテナ素子52a〜52cを順に切り換えて、その都度整合回路54におけるインピーダンス整合が保たれているかどうかを監視する。
ここで規定値以上のインピーダンス整合のずれが検出された場合には、対応するアンテナ素子の近傍に非接触IC媒体が存在すると見なしてスイッチ53の切り換えを停止し、そのアンテナの選択を固定して非接触IC媒体との双方向通信を実施する。即ちスイッチ53は非接触IC媒体と通信可能なアンテナ素子を選択するための素子であって、通信が確立されたアンテナ素子のみに信号電流を流すことにより、大口径のアンテナを使用した場合よりもアンテナ装置の消費電力を抑えることができる。
一方、図6は特許文献2におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。特許文献1では複数のアンテナ素子に対して整合回路が1基しか設けられていないが、その場合はアンテナ素子ごとのインピーダンスの違いを整合回路が吸収することができない。一般にアンテナ素子のインピーダンスはその設置された周囲の状況、使用される結線の長さなどの影響によりアンテナ素子ごとにかなり異なるため、各アンテナ素子のインピーダンスを同一に保ち、1基の整合回路のみで十分なマッチングを図ることは設計上困難である。
特許文献2ではスイッチと整合回路をアンテナ素子ごとに1基ずつ設け、かつスイッチを整合回路と一体化することにより、この問題を解決している。図6において、アンテナ装置61はアンテナ部62、スイッチ63a〜63cおよび整合回路64a〜64c、制御部66、送信部67および増幅部69、受信部68などから構成されている。ここでアンテナ部62は特許文献1の場合と同様に複数のアンテナ素子により構成されており、図6では例として3台のアンテナ素子62a〜62cを図示している。各アンテナ素子62a〜62cの後段にはそれぞれ整合回路64a〜64cおよびスイッチ63a〜63cが存在するが、ここでスイッチ63a〜63cは整合回路64a〜64cの内部に設けられており、両者は一体となっている。
ここで整合回路64a〜64cは回路に対して直列および並列に設けられた一連のコンデンサからなる回路であり、それぞれアンテナ素子62a〜62cのインピーダンスの整合を図っている。しかしICタグである非接触IC媒体との通信に用いられていないアンテナ素子の整合回路では、内部に設けられたスイッチを切り換えることによってアンテナ素子をアンテナ装置61の回路から切り離し、送受信回路とは独立した閉ループとすることでそのインピーダンスを変更している。これにより、通信が確立されているアンテナ素子の共振点が、隣り合うアンテナ素子との相互インダクタンスによってずれる現象を防止して、非接触IC媒体との通信ロスを防止することが可能になり、また非接触IC媒体との通信可能な範囲を拡大しても、受信感度の偏りの少ないアンテナ装置を実現することができる。
さらに図7は特許文献3におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図7において、アンテナ装置71はICカードやICタグである非接触IC媒体との双方向通信を行う装置であり、アンテナ部72、スイッチ73a〜73dおよび整合回路74a,74b、制御部76、送信部77および増幅部79、受信部78などから構成されている。アンテナ部72は特許文献1および特許文献2と同様に複数のアンテナ素子により構成されていて、図7では例として2台のアンテナ素子72a,72bについて図示している。
各アンテナ素子72a,72bの後段にはそれぞれスイッチ73a〜73dおよび整合回路74a,74bが設けられているが、このうちスイッチ73a,73cおよび整合回路74a,74bはそれぞれアンテナ装置71の送信用回路の側に設けられており、受信用回路にはスイッチ73b,73dのみが設けられている。整合回路は送信用回路の側にしか設けられていないものの、実際の使用時にはスイッチ73aとスイッチ73b、スイッチ73cとスイッチ73dの切り換えが同時に行われるので、非接触IC媒体からの信号受信時であってもアンテナ素子のインピーダンス整合は保持されている。
特許文献3ではスイッチと整合回路とをアンテナ素子ごとに1基ずつ設けている点は特許文献2に開示された従来例と同様であるが、スイッチと整合回路とは一体化されておらず、回路上に互いに分離して設けられている。特許文献2では通信が確立したアンテナ素子に隣り合うアンテナ素子は、スイッチの切り換えによって送受信回路とは独立した閉ループを構成する。しかし双方向通信の際の誘導磁界によってこの閉ループには多少の誘導電流が発生することになるため、それによる二次的な誘導磁界が非接触IC媒体との双方向通信を妨げることとなり、結果として通信の際にはより多くの消費電力が必要となってしまう。一方、特許文献3におけるアンテナ装置ではスイッチを整合回路から独立させており、スイッチを開放とした場合にはアンテナ素子は閉ループを構成しないので、誘導磁界による誘導電流の発生がなく、それによる消費電力の増加も起こらないため、この点において特許文献2に開示された従来例の問題点の改善を図った構成となっている。
しかしながら以上記した従来のアンテナ装置においては、互いに隣り合う小口径のアンテナ素子どうしの相対的な位置についてはとくに記載されていない。ところが発明者らの検討の結果、小口径のアンテナ素子を配置する際にはその相対位置によっては非接触IC媒体との通信が不能となる領域が発生する場合があることが明らかになっている。特許文献3にはアンテナ素子どうしを互いに一部が重なり合うように配置する旨の記述があるが、その重なり量やアンテナ素子どうしの位置関係についてはとくに記述がない。つまり、アンテナ素子どうしが具体的にどのような位置関係にあれば通信不能領域が発生せず、良好な通信の維持が可能であるのかについては具体的な検討がなされていなかった。
本発明は前記の課題を解決するものであって、小口径の複数のアンテナ素子を有し、電磁誘導によりICタグと通信する機能を有するアンテナ装置において、アンテナ回路の内部にスイッチおよび整合回路をともに設けるとともに、隣り合う小口径のアンテナ素子どうしを配置する際の互いに重なり合う量を規定することにより、ICタグとの双方向通信において、通信不能領域が発生することのない、アンテナ素子の設置手段を提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明においては、ICタグとの双方向通信を行うアンテナ装置として1基の大口径のループコイルの代わりに複数の小口径のループコイルを用い、アンテナ回路の内部にスイッチおよび整合回路をそれぞれ設ける。これにより、通信を実施しているアンテナ素子の共振点が、隣り合うアンテナ素子との相互インダクタンスによってずれる現象や、隣り合うアンテナ素子への誘導電流の発生によって通信の際の消費電力が増加する現象を防止する。それとともに、隣り合うアンテナ素子を構成するループコイルが互いに一部で重なり合うよう前記各アンテナ素子を配置して、さらにその互いに重なり合う領域を、前記ループコイルの内側の領域の面積に対して30%ないし50%の範囲となるように規定する。またこの際に用いるアンテナ素子としては、四角形状のコイルループを使用する場合が好適である。
なお、アンテナ装置を構成する際に、互いに隣り合うアンテナ素子を一部重ね合わせることによってICタグの通信不能領域を解消する方法は従来も検討されてきたが、その場合にはアンテナ素子どうしが接近していることにより生じる両者の相互インダクタンスによってアンテナ素子の共振点のずれが生じる問題があり、そのため実際にはアンテナ素子どうしを重ね合わせて設置することはできなかった。本発明における、アンテナ素子の一部を互いに重ね合わせる配置は、アンテナ回路の内部にスイッチおよび整合回路をそれぞれ設けることにより、アンテナ素子どうしを接近させてもその共振のずれや誘導電流の発生による消費電力の増加が起きない構成を実現したことによって、はじめて実施可能となったものである。
即ち、本発明は、ICタグとの通信を行う機能を有するアンテナ装置であって、前記アンテナ装置には、ループコイルと、前記ループコイルと通信装置とのインピーダンスを合致させる整合回路とを有する配線パターンをそれぞれ備えるアンテナ素子が複数配置されており、前記各アンテナ素子がそれぞれ備える配線パターンにおいて、前記ループコイルを構成する配線パターンの途中にスイッチ回路が設けられていて、前記各アンテナ素子のうち、互いに隣り合うアンテナ素子の前記ループコイルが互いに一部で重なり合うよう前記各アンテナ素子が配置されており、前記互いに隣り合う各アンテナ素子の前記ループコイルの互いに重なり合う領域が、前記ループコイルの内側の領域の面積の30%ないし50%であることを特徴とする、アンテナ装置である。
また、本発明は、前記各ループコイルが四角形状であることを特徴とする、アンテナ装置である。
さらに、本発明は、前記スイッチ回路が半導体リレーにより構成されていることを特徴とする、アンテナ装置である。
さらに、本発明は、前記スイッチ回路が半導体トランジスタにより構成されていることを特徴とする、アンテナ装置である。
さらに、本発明は、前記スイッチ回路がラッチングリレーにより構成されていることを特徴とする、アンテナ装置である。
さらに、本発明は、前記アンテナ装置を備えてなることを特徴とする、ICタグリーダライタである。
本発明によれば、小口径の複数のアンテナ素子を有し、電磁誘導によりICタグと通信する機能を有するアンテナ装置において、アンテナ回路の内部にスイッチおよび整合回路をともに設けるとともに、互いに隣り合う小口径のアンテナ素子どうしが重なり合う量を、前記アンテナ素子のループコイルの内側の面積の30%ないし50%に規定する。これによりICタグとの双方向通信において、通信不能領域が発生することがなく、かつ無駄なアンテナ素子を含まない、アンテナ素子の設置手段を提供することができる。
これは、アンテナ回路ごとにスイッチおよび整合回路をそれぞれ設け、ICタグとの通信が確立されたアンテナ素子のスイッチのみを導通とすることによって、隣り合うアンテナ素子どうしの相互インダクタンスによるアンテナ素子の共振点のずれの問題や、隣りのアンテナ素子への誘導電流の発生による消費電力の増加の問題が解決したことにより、隣り合うアンテナ素子どうしを重ね合わせて配置することが可能となったものである。このアンテナ素子どうしが互いに重なり合う量を規定することにより、ICタグの位置にかかわらず安定した双方向通信を行うことができ、かつ小口径のアンテナ素子の必要数を抑えることで低コストを実現したアンテナ装置を提供することが可能である。これによって本発明にて構成されたICタグリーダライタは、広い通信範囲にて安定してICタグとの双方向通信を行うことができる。
本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について、図1に基づいて以下に説明する。
図1は本発明におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図1において、アンテナ装置11はICタグである非接触IC媒体との双方向通信を行う装置であり、アンテナ部12、スイッチ13a〜13cおよび整合回路14a〜14c、制御部16、送信部17および増幅部19、受信部18などから構成されている。アンテナ部12は複数のアンテナ素子により構成されていて、図1では例として3台のアンテナ素子12a〜12cについて図示している。
各アンテナ素子12a〜12cの後段にはそれぞれスイッチ13a〜13cおよび整合回路14a〜14cが設けられている。これらの各素子は送信用回路および受信用回路に共用となっている。整合回路14a〜14cは、回路に対して直列および並列に設けられた一連のコンデンサからなる回路であり、それぞれアンテナ素子12a〜12cのインピーダンスの整合を図っている。ここでICタグとの通信が確立している1基のアンテナ素子以外では、アンテナ装置11の回路からの各アンテナ素子の切り離しを各スイッチによって行っている。これによって、通信が確立しているアンテナ素子の共振点が隣り合うアンテナ素子との相互インダクタンスによってずれる現象を防止するとともに、隣り合うアンテナ素子への誘導電流の発生を防ぎ、各アンテナ素子が互いに重なり合う領域を有する場合であってもアンテナ装置における消費電力の増加が起きないよう構成している。
ここで、一般に小口径のアンテナ素子としてループコイルを用いる場合の安定した通信範囲は、前記のようにループコイルのパターンの両側の、パターンの差し渡し径を直径としてループコイルを貫く概ね球状の領域の内側に限定される。とくに通信相手であるICタグが小型形状の場合にはこの特徴は顕著に現れる傾向があり、一般的なICカードより小型の形状のICタグと双方向通信を行う場合には、通信可能領域はアンテナ素子の配線パターンの直上の位置も除いた、それより内側の領域に限定される。まずアンテナ装置に複数のループコイルを重なり合う領域なしに設けた場合の、一般的な通信可能領域の形状について図8に基づいて説明する。
図8は重なり合う領域を設けずに、ループコイルを2基ずつ並べて配置した場合を示した図であり、図8(a)はその上面図、図8(b)は図8(a)のB−B’における断面図である。図8において、アンテナ装置81はアンテナ基板82a,82b、スイッチ84a,84b、整合回路85a,85bおよび制御部86からなり、アンテナ基板82a,82b内にはそれぞれループコイル83a,83bが設けられている。なお制御部86は制御回路だけではなく、送信回路、受信回路、増幅回路などを含む。図示しないICタグがループコイル83a,83bの通信範囲88a,88b内に存在する場合には、ICタグはアンテナ装置81と双方向通信を行うことが可能である。この通信範囲88a,88bは各ループコイル83a,83bに対応して形成され、ループコイルが小口径の場合にはその中心部が最も高い山形となる。
ここでアンテナ装置81の規格として図8(b)に示すように、ICタグとの通信を保証する最大距離である距離hが定められている場合には、ICタグとの通信領域は図8に示す通信保証領域87a,87bの領域に限定されることになる。通信範囲88a,88b内の領域であれば通信保証領域87a,87bの外側であっても実際にはICタグとの双方向通信が可能であるが、その位置ではアンテナ装置81から距離hだけ離した場合の双方向通信が保証されないために、通信保証領域には含まれない。ここで図8(b)から明らかなように、通信保証領域87a,87bは連続しておらず、その中間の領域はICタグとの通信が保証されない領域となってしまう。つまりループコイルを図8のように重なり合う領域を設けずに敷き詰めた場合には、アンテナ装置81の面上に通信が保証されない領域が網目状に残ってしまうことになり、ICタグとの連続的な通信を行うことができない場合が存在してしまう。
なおアンテナ装置81におけるループコイル83a,83bの通信範囲88a,88bは本来はアンテナ基板82a,82bの両面に存在するが、図8ではそのうち片面側の領域についてのみ図示している。実際にアンテナ装置を実施する際にもICタグとの通信にはその片面のみしか使用しない場合が多く、アンテナ装置の裏側にはICタグリーダライタ装置の本体などが設置されている構成が一般的である。
各アンテナ素子に、互いに重なり合う領域を設けて平面状に設置する構成を実現するには、図1に示した本発明のアンテナ装置のように、構成内にスイッチおよび整合回路を設けて、同時に1基のアンテナ素子しかICタグとの双方向通信に参加しない構成とする必要がある。その上で、隣り合うアンテナ素子のループコイルをスイッチにより開放して、通信が確立しているアンテナ素子の共振点のずれを防止するとともに、隣り合うアンテナ素子への誘導電流の発生を防ぐ措置を実施する。このような、各アンテナ素子のループコイルに互いの重なり合う領域が設けられた場合の通信可能領域の形状およびその動作について、図2および図3に基づいて説明する。
図2は本発明における2基のループコイルを互いに一部重なり合う領域を設けて配置した場合について示した図であり、図2(a)はその上面図、図2(b)は図2(a)のA−A’における断面図である。図2において、アンテナ装置21はアンテナ基板22a,22b、スイッチ24a,24b、整合回路25a,25bおよび制御部26からなり、アンテナ基板22a,22b内にはそれぞれループコイル23a,23bが形成されている。スイッチ24a,24bおよび整合回路25a,25bはそれぞれループコイル23a,23bの配線パターンの途中に設けられている。なお図8の場合と同様に、制御部26は制御回路だけではなく、送信回路、受信回路、増幅回路などを含んでいる。図示しないICタグがループコイル23a,23bの通信範囲28a,28b内に存在する場合には、ICタグはアンテナ装置21と双方向通信を行うことが可能である。スイッチ24a,24bはいずれか一方が導通している場合には他方は必ず開放となっており、ICタグは2基のループコイル23a,23bと同時に通信を確立することはない。
ここでアンテナ装置21の規格として、図8の場合と同様にICタグとの通信を保証する最大距離である図2(b)に示す距離hが定められている場合には、ICタグとの通信領域は図2に示す通信保証領域27に限定されることになる。通信範囲28a,28b内の領域であれば通信保証領域27に含まれない領域であっても実際にはICタグとの双方向通信が可能であるが、その位置ではアンテナ装置21から距離hだけ離した場合の双方向通信が保証されず、通信保証領域には含まれない。また図2(b)に示されるように、通信保証領域27は2基のループコイル23a,23bの上方に広がる連続した領域である。つまり図2に示すようにループコイルを一定量の重なり合う領域を設けて平面内に敷き詰めた場合には、アンテナ装置21の面上の距離hの範囲の領域は、その周辺部を除いて全てが通信が保証された領域となって、そこには通信不能領域を含まないことになる。従ってこの領域内にICタグが存在する場合には、アンテナ装置21との間で連続的な通信を行うことが可能である。
図2(a)では図の上下方向に連続して2基のループコイルを設けた場合を記載しているが、このループコイルはいくつ連続して設けてもよく、また上下方向だけではなく、図2(a)の左右方向に連続して設けてもよい。しかしこのループコイルによるアンテナ素子をいくつ設けた場合であっても、1基のICタグと同時に双方向通信を行うアンテナ素子は1基のみである。
図3は、図2に示した本発明におけるアンテナ装置において、ICタグとの通信を試みるアンテナ素子を切り換える方法についての説明図である。図3(a)は図の上方の1基のアンテナ素子のループコイルによって通信を試みる場合、図3(b)は図の下方の1基のアンテナ素子による場合をそれぞれ示したものであり、アンテナ基板は省略している。図3において、アンテナ装置31には2基のループコイル33a,33bが設けられており、各ループコイルにはスイッチ34a,34bおよび整合回路35a,35bが設けられていて、それぞれ制御部36に接続されている。図3(a)ではスイッチ34aが導通、スイッチ34bが開放となるよう操作されているので、図の上側のループコイル33aによって図示しないICタグとの双方向通信が試みられている。その際にICタグとの通信が可能な領域は通信保証領域37aの範囲であり、ICタグがこの範囲に存在する場合にはアンテナ装置31との双方向通信が可能である。
スイッチ34a,34bをともに切り換えて、スイッチ34aが開放、スイッチ34bが導通となるように操作すれば、図3(b)に示すように図の下方のアンテナ素子のループコイル33bによってICタグとの通信が試みられることとなる。その際にICタグとの通信が可能な領域は通信保証領域37bの範囲であり、ICタグがこの範囲に存在する場合にアンテナ装置31との双方向通信が可能となる。スイッチ34aとスイッチ34bは同時に導通となることはなく、アンテナ装置31は通信保証領域を順次切り換えながら、ICタグとの通信を試みて行くこととなる。ICタグとの通信が確立したら、その時に導通しているアンテナ素子によってICタグとの双方向通信が実施される。
ここで、各アンテナ素子を構成するループコイルのパターン上に設けられるスイッチとしては、半導体リレー、半導体トランジスタ、ラッチングリレーのいずれかにより構成されたスイッチ回路を用いることが好ましい。
図1に示すアンテナ装置を作製し、アンテナ部のループコイルの一部が互いに重なり合うように四角形状の各アンテナ素子を配置し、ICタグとの通信を保証する最大距離である距離hの位置に設置して、ICタグとの双方向通信が確立するかどうかの実験を行った。実験では、隣り合うループコイルの重なり量の比率を変えて、通信の成功確率を調査した。ICタグのアンテナサイズは28mm×12mm、各アンテナ素子の基板の形状は100mm×100mmの正方形である。この基板内に形成したループコイルは銅箔を数ターン巻回したものであって、内側が80mm×80mmの正方形となるようにした。ICタグの通信周波数は13.56MHz帯、ICタグとの通信を保証する最大距離である距離hは30mmと規定しており、各ループコイル上にはスイッチおよび整合回路が設けられている。なおスイッチとしてはラッチングリレーを用いている。
以上示した形状のアンテナ素子を16枚作製し、各ループコイルの一部を重ね合わせて4枚×4枚の正方形に貼り合わせてアンテナ部を作製した。このアンテナ部から通信保証距離である30mm離れた位置にICタグを設置し、ICタグとの双方向通信が確立するかどうかを測定した。次いで隣り合うアンテナ素子のループコイルの重なり量を変えて再び16枚のアンテナ素子を貼り合わせ、同様に通信の成功確率を測定した。このようにしてアンテナ部の各ループコイルの重なり量を変えて、ICタグとの通信成功確率を測定した結果を図4にグラフとして示す。測定ではICタグの設置位置を変えながらアンテナ部ごとに100回実施して、各設置位置での成功確率を計算した。
図4より、ループコイルの重なり量が0%の場合には通信成功確率が70%程度であるが、この重なり量を増加させると通信成功確率は向上し、ループコイルの内側の面積の重なり量が30%の場合には通信成功確率が100%となる。それ以降はループコイルの重なり量が増加しても通信成功確率は100%のままで変わらないが、この重なり量が大きくなると同じ面積のアンテナ部を構成するために必要なアンテナ素子の数がより多く必要となる上に、アンテナ素子どうしを縦横に貼り合わせる作業が困難になるという問題が生じる。そのため、ループコイルの内側の面積の重なり量は30%〜50%の範囲とした場合が好適である。
なお、上記実施例の説明は、本発明の実施形態に係る各アンテナ素子の配線パターンの途中にスイッチおよび整合回路を設けて、隣り合うアンテナ素子のループコイルが互いに一部で重なり合うように各アンテナ素子を配置し、しかもこの互いに重なり合う領域がループコイルの内側の領域の面積の30%ないし50%となるようにした場合の効果について説明するためのものであって、これによって特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは請求の範囲を減縮するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
11,51,61,71 アンテナ装置
12,52,62,72 アンテナ部
12a〜12c,52a〜52c,62a〜62c,72a,72b アンテナ素子
13a〜13c,53,63a〜63c,73a〜73d スイッチ
14a〜14c,54,64a〜64c,74a,74b 整合回路
55 検出器
16,56,66,76 制御部
17,57,67,77 送信部
18,58,68,78 受信部
19,59,69,79 増幅部
21,31,81 アンテナ装置
22a,22b,82a,82b アンテナ基板
23a,23b,33a,33b,83a,83b ループコイル
24a,24b,34a,34b,84a,84b スイッチ
25a,25b,35a,35b,85a,85b 整合回路
26,36,86 制御部
27,37a,37b,87a,87b 通信保証領域
28a,28b,88a,88b 通信範囲
h ICタグとの通信を保証する最大距離
12,52,62,72 アンテナ部
12a〜12c,52a〜52c,62a〜62c,72a,72b アンテナ素子
13a〜13c,53,63a〜63c,73a〜73d スイッチ
14a〜14c,54,64a〜64c,74a,74b 整合回路
55 検出器
16,56,66,76 制御部
17,57,67,77 送信部
18,58,68,78 受信部
19,59,69,79 増幅部
21,31,81 アンテナ装置
22a,22b,82a,82b アンテナ基板
23a,23b,33a,33b,83a,83b ループコイル
24a,24b,34a,34b,84a,84b スイッチ
25a,25b,35a,35b,85a,85b 整合回路
26,36,86 制御部
27,37a,37b,87a,87b 通信保証領域
28a,28b,88a,88b 通信範囲
h ICタグとの通信を保証する最大距離
Claims (6)
- ICタグとの通信を行う機能を有するアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置には、ループコイルと、前記ループコイルと通信装置とのインピーダンスを合致させる整合回路とを有する配線パターンをそれぞれ備えるアンテナ素子が複数配置されており、
前記各アンテナ素子がそれぞれ備える配線パターンにおいて、前記ループコイルを構成する配線パターンの途中にスイッチ回路が設けられていて、
前記各アンテナ素子のうち、互いに隣り合うアンテナ素子の前記ループコイルが互いに一部で重なり合うよう前記各アンテナ素子が配置されており、
前記互いに隣り合う各アンテナ素子の前記ループコイルの互いに重なり合う領域が、前記ループコイルの内側の領域の面積の30%ないし50%であることを特徴とする、アンテナ装置。 - 前記各ループコイルが四角形状であることを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記スイッチ回路が半導体リレーにより構成されていることを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記スイッチ回路が半導体トランジスタにより構成されていることを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記スイッチ回路がラッチングリレーにより構成されていることを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載のアンテナ装置を備えてなることを特徴とする、ICタグリーダライタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006354237A JP2008167144A (ja) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | アンテナ装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105389605A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-09 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 异形天线的三维通道装置 |
WO2023199596A1 (ja) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | ソニーグループ株式会社 | 電子機器カバー、電子機器及び制御方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005347794A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Lintec Corp | ループアンテナシステム及び無線通信システム |
JP2006268627A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Seiko Epson Corp | リーダライタ |
-
2006
- 2006-12-28 JP JP2006354237A patent/JP2008167144A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005347794A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Lintec Corp | ループアンテナシステム及び無線通信システム |
JP2006268627A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Seiko Epson Corp | リーダライタ |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105389605A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-09 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 异形天线的三维通道装置 |
WO2023199596A1 (ja) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | ソニーグループ株式会社 | 電子機器カバー、電子機器及び制御方法 |
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