JP2009225310A - リーダライタ - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤ用アンテナと無線ＬＡＮ用アンテナとが近接して配置される構成であっても、互いの電波が影響を及ぼし合うことを未然に回避する。
【解決手段】ＲＦＩＤ用のダイポールアンテナ５を１／２波長ダイポール型アンテナにより構成し、ダイポールアンテナ５の帯域内周波数の最高周波数が無線ＬＡＮで使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つダイポールアンテナ５の帯域内周波数の最低周波数が無線ＬＡＮで使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるようにエレメント８を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ用アンテナにより電波を送受信してＲＦＩＤタグとの間でデータ通信を行うＲＦＩＤ通信手段と、近距離無線通信用アンテナにより電波を送受信して外部機器との間でデータ通信を行う近距離無線通信手段とが同一筐体内に設けられてなるリーダライタに関する。

近年より、ＲＦＩＤ用アンテナにより電波を送受信してＲＦＩＤタグとの間でデータ通信を行うＲＦＩＤ回路と、近距離無線通信用アンテナにより電波を送受信して外部機器との間でデータ通信を行う無線ＬＡＮ回路とが同一筐体内に設けられてなるリーダライタが供されている。ところで、この種のリーダライタにおいては、小型化を実現するためにＲＦＩＤ用アンテナと近距離無線通信用アンテナとが近接して配置されることにより、互いの電波が影響を及ぼし合い、各々のアンテナ性能（通信距離や安定性など）を犠牲にしてしまうという問題があった。一方、下記の特許文献１には複数の帯域内周波数を共用する多周波共用アンテナが開示されている。
特開２００５−３０３６３７号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されている技術は、ＲＦＩＤ用アンテナと近距離無線通信用アンテナとが近接して配置されることに起因する各々のアンテナ性能を犠牲にするという問題を解決するには至らない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＲＦＩＤ用アンテナと近距離無線通信用アンテナとが近接して配置される構成であっても、互いの電波が影響を及ぼし合うことを未然に回避することができ、各々のアンテナ性能を適切に確保することができるリーダライタを提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、ＲＦＩＤ用アンテナを１／２波長ダイポール型アンテナにより構成し、ＲＦＩＤ用アンテナの帯域内周波数の最高周波数が近距離無線通信で使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つＲＦＩＤ用アンテナの帯域内周波数の最低周波数が近距離無線通信で使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるように当該ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントを形成した。

上記した構成によれば、電圧分布について、ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントの両端は開放端になるが、一端は振幅の腹になり、他端は振幅の節になるので、ＲＦＩＤ用アンテナの帯域内周波数を近距離無線通信で使用される周波数範囲で共振しないか或いは僅かに共振するに留めることができる。これにより、ＲＦＩＤ用アンテナと近距離無線通信用アンテナとが近接して配置される構成であっても、互いの電波が影響を及ぼし合うことを未然に回避することができ、各々のアンテナ性能を適切に確保することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、リーダライタの構成を概略的に示している。リーダライタ１は、その筐体２が携帯型の形状をなしており、筐体２の一端側（図１では左側）にはＲＦＩＤ回路３（本発明でいうＲＦＩＤ通信手段）及び無線ＬＡＮ回路４（本発明でいう近距離無線通信手段）が搭載されている。ＲＦＩＤ回路３は、ダイポールアンテナ５（本発明でいうＲＦＩＤ用アンテナ）を接続しており、給電線６を介してダイポールアンテナ５に給電した状態で電波をダイポールアンテナ５により送受信し、ＲＦＩＤタグ７との間でデータ通信を行う。ダイポールアンテナ５のエレメント８は、電波の波長の２分の１の全長を有する長さにエレメント長が形成されている。

無線ＬＡＮ回路４は、基板９上に搭載されており、その基板上に導体パターンにより形成されているパターンアンテナ１０及びパターンアンテナ１１（本発明でいう近距離無線通信用アンテナ）を接続しており、パターンアンテナ１０及びパターンアンテナ１１に給電した状態で電波をパターンアンテナ１０及びパターンアンテナ１１により送受信し、外部機器（図示せず）との間でデータ通信を行う。無線ＬＡＮ回路４は、データ通信を行う周波数範囲として２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲と５１５０〜５３５０［ＭＨｚ］の周波数範囲との２つの周波数範囲を有しており、パターンアンテナ１０は２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲の電波を送受信し、パターンアンテナ１１は５１５０〜５３５０［ＭＨｚ］の周波数範囲の電波を送受信する。

ここで、ダイポールアンテナ５と無線ＬＡＮで使用される電波の周波数範囲との関係について、図２ないし図７を参照して説明する。
ＲＦＩＤ通信で使用する９５３［ＭＨｚ]の周波数に適するダイポールアンテナ５の全長（エレメント長）は以下のようにして導出することができる。すなわち、９５３［ＭＨｚ]の周波数の真空中の波長λは約３１５［ｍｍ］であるので、ダイポールアンテナ５が実効比誘電率εｒ＝２の基板に形成される構成では、基板内波長λｇは、λｇ＝λ／√（εｒ）＝約２２３［ｍｍ］になり、ダイポールアンテナ５の全長Ｌは、Ｌ＝λｇ／２＝約１１１［ｍｍ］と導出することができる。

９５３［ＭＨｚ]の周波数の電波の電圧分布は、図２（ａ）に示すように、エレメントの両端が開放端で振幅の腹になるので、９５３［ＭＨｚ]の周波数では共振する。また、９５３［ＭＨｚ]の周波数の２倍に相当する１９０６［ＭＨｚ]の周波数の電波の電圧分布は、図２（ｂ）に示すように、この場合も、エレメントの両端が開放端で振幅の腹になるので、１９０６［ＭＨｚ]の周波数でも共振する。同様に、９５３［ＭＨｚ]の周波数の３倍に相当する２８５９［ＭＨｚ]の周波数の電波の電圧分布は、図２（ｃ）に示すように、この場合も、エレメントの両端が開放端で振幅の腹になるので、２８５９［ＭＨｚ]の周波数でも共振する。

一方、９５３［ＭＨｚ]の周波数の２．５倍に相当する２３８３［ＭＨｚ]の周波数の電波の電圧分布は、図２（ｄ）に示すように、エレメントの両端は開放端になるが、一端は振幅の腹になり、他端は振幅の節になるので、２３８３［ＭＨｚ]の周波数では共振しないか或いは僅かに共振する程度である。また、９５３［ＭＨｚ]の周波数の５．５倍に相当する５２４２［ＭＨｚ]の周波数の電波の電圧分布は、図２（ｅ）に示すように、この場合も、エレメントの両端は開放端になるが、一端は振幅の腹になり、他端は振幅の節になるので、５２４２［ＭＨｚ]の周波数でも共振しないか或いは僅かに共振する程度である。つまり、９５３［ＭＨｚ]の周波数の（ｎ（ｎは正数）＋０．５）倍の周波数では共振しないか或いは僅かに共振する程度である
次に、周波数範囲の帯域幅が広い場合と狭い場合とにおける２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲に対する共振の影響について説明する。

図３に示すように、周波数範囲が９００〜１０００［ＭＨｚ］（帯域幅が１００［ＭＨｚ］）の場合は、その周波数範囲の２倍の前後で０．２ずつの幅を持たせて１．８〜２．２倍で計算し、その周波数範囲の３倍の前後で０．２ずつ幅を持たせて２．８〜３．２倍で計算すると、
９００［ＭＨｚ］×１．８＝１６２０［ＭＨｚ］
１０００［ＭＨｚ］×２．２＝２２００［ＭＨｚ］
９００［ＭＨｚ］×２．８＝２５２０［ＭＨｚ］
１０００［ＭＨｚ］×３．２＝３２００［ＭＨｚ］
になり、共振の影響が大きい範囲として１６２０〜２２００［ＭＨｚ］の周波数範囲及び２５２０〜３２００［ＭＨｚ］の周波数範囲を導出することができる。

一方、その周波数範囲の２．５倍の前後で０．２ずつの幅を持たせて２．３〜２．７倍で計算すると、
９００［ＭＨｚ］×２．７＝２４３０［ＭＨｚ］
１０００［ＭＨｚ］×２．３＝２３００［ＭＨｚ］
になり、共振の影響が小さい範囲（共振しないか或いは僅かに共振するに留めることができる範囲）として２３００〜２４３０［ＭＨｚ］の周波数範囲を導出することができる。しかしながら、このようにして導出した２３００〜２４３０［ＭＨｚ］の周波数範囲は、無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲の全てをカバーしていない（全てを含まない）ので、無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲のうち共振の影響が小さい範囲から外れた２４３０〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲ではチャネルの特性が低下する。

これに対して、図４に示すように、周波数範囲が９２０〜１０００［ＭＨｚ］（帯域幅が８０［ＭＨｚ］）の場合は、その周波数範囲の２倍の前後で０．２ずつの幅を持たせて１．８〜２．２倍で計算し、その周波数範囲の３倍の前後で０．２ずつ幅を持たせて２．８〜３．２倍で計算すると、
９２０［ＭＨｚ］×１．８＝１５６５［ＭＨｚ］
１０００［ＭＨｚ］×２．２＝２２００［ＭＨｚ］
９２０［ＭＨｚ］×２．８＝２５７６［ＭＨｚ］
１０００［ＭＨｚ］×３．２＝３２００［ＭＨｚ］
になり、共振の影響が大きい範囲として１５６５〜２２００［ＭＨｚ］の周波数範囲及び２５７６〜３２００［ＭＨｚ］の周波数範囲を導出することができる。

一方、その周波数範囲の２．５倍の前後で０．２ずつの幅を持たせて２．３〜２．７倍で計算すると、
９２０［ＭＨｚ］×２．７＝２４８４［ＭＨｚ］
１０００［ＭＨｚ］×２．３＝２３００［ＭＨｚ］
になり、共振の影響が小さい範囲として２３００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲を導出することができる。この場合は、上記した帯域幅が１００［ＭＨｚ］の場合とは異なって、このようにして導出した２３００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲は、無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲の全てをカバーしている（全てを含む）ので、無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲ではチャネルの特性が低下することはない。

したがって、無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲に対する共振の影響が小さいダイポールアンテナ５の帯域内周波数として、
２４８４［ＭＨｚ］／２．７＝９２０［ＭＨｚ］
２４００［ＭＨｚ］／２．３＝１０４３［ＭＨｚ］
により、９２０〜１０４３［ＭＨｚ］の周波数範囲を導出することができる。

同様に、無線ＬＡＮで使用される５１５０〜５３５０［ＭＨｚ］の帯域内周波数に共振の影響が小さいダイポールアンテナ５の帯域内周波数として、
５１５０［ＭＨｚ］／５．７＝９３９［ＭＨｚ］
５３５０［ＭＨｚ］／５．３＝９７２［ＭＨｚ］
により、９３９〜９７２［ＭＨｚ］の周波数範囲を導出することができる。

すなわち、上記したリーダライタ１において、ダイポールアンテナ５を９３９〜９７２［ＭＨｚ］を帯域内周波数とするように形成することにより、ダイポールアンテナ５が無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲及び５１５０〜５３５０［ＭＨｚ］の周波数範囲の双方に対して共振しないか或いは僅かに共振するに留めることができる。

ダイポールアンテナ５の帯域幅を狭く調整するにはエレメント８の幅を細くすることで実現することができる。図５は、共振帯域幅とエレメント幅との関係を示すもので、エレメント幅を５［ｍｍ］以下にすることにより、共振する帯域幅を８０［ＭＨｚ］以下にすることができる。また、この共振帯域幅とエレメント幅との関係は、図６に示す折返しダイポールアンテナでも同様である。

無線ＬＡＮで使用される２４００〜２４８４［ＭＨｚ]の周波数範囲の真空中の波長λは約１２３±２［ｍｍ］であるので、パターンアンテナ１０が実効比誘電率εｒ＝２の基板に形成される構成では、基板内波長λｇは、λｇ＝λ／√（εｒ）＝約８７［ｍｍ］になり、この波長の共振の影響が小さい長さＬａは、Ｌａ＝（ｎ／２＋０．２５）×λｇと導出することができる。

ところで、図７（ａ）に示すように、マッチングを向上させるために、エレメント８に幅が不連続となる不連続部８ａを形成し、エレメント８の端側を幅狭に且つ中心側を幅広に形成する場合がある。この場合、幅が不連続となる箇所が存在すると、基本の共振周波数よりも高い周波数で共振する所謂副共振が形成されることになるが、それら不連続部８ａ間の幅広部分の長さを上記した計算式でｎ＝１とし、Ｌａ＝（１／２＋０．２５）×λｇ＝約６５［ｍｍ］にすることにより、副共振が形成されても、無線ＬＡＮで使用される周波数範囲に対して共振の影響を小さくすることができる。

また、図７（ｂ）に示すように、筐体サイズなどの制約により、エレメント８に屈曲部８ｂを形成する場合がある。この場合も、それら屈曲部８ｂ間の直線部分の長さを上記した計算式でｎ＝１とし、Ｌａ＝（１／２＋０．２５）×λｇ＝約６５［ｍｍ］にすることにより、副共振が形成されても、無線ＬＡＮで使用される周波数範囲に対して共振の影響を小さくすることができる。

以上に説明したように本実施形態によれば、ＲＦＩＤ用のダイポールアンテナ５を１／２波長ダイポール型アンテナにより構成し、ダイポールアンテナ５の帯域内周波数の最高周波数が無線ＬＡＮで使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つダイポールアンテナ５の帯域内周波数の最低周波数が無線ＬＡＮで使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるようにエレメント８を形成したので、電圧分布について、そのエレメント８の両端は開放端になるが、一端は振幅の腹になり、他端は振幅の節になり、ダイポールアンテナ５が無線ＬＡＮで使用される周波数範囲で共振しないか或いは僅かに共振するに留めることができる。これにより、ＲＦＩＤ用のダイポールアンテナ５と無線ＬＡＮ用のパターンアンテナ１０及びパターンアンテナ１１とが近接して配置される構成であっても、互いの電波が影響を及ぼし合うことを未然に回避することができ、各々のアンテナ性能を適切に確保することができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
無線ＬＡＮ回路４がデータ通信を行う周波数範囲として２４００〜２４８４［ＭＨｚ］の周波数範囲と５１５０〜５３５０［ＭＨｚ］の周波数範囲との２つの周波数範囲のうちいずれかを有する構成であっても良い。
エレメント８に湾曲部を形成し、その湾曲部間の直線部分の長さをＬａ＝（１／２＋０．２５）×λｇ＝約６５［ｍｍ］にすることにより、副共振が形成されても、無線ＬＡＮで使用される周波数範囲に対して共振の影響を小さくするように構成しても良い。

本発明の一実施形態の構成を概略的に示す図 ダイポールアンテナにおける電波の電圧分布を示す図 ダイポールアンテナにおける電波の電圧分布を示す図及び共振の影響を示す図 図３相当図 共振帯域幅とエレメント幅との関係を示す図 折返しダイポールアンテナにおける電波の電圧分布を示す図 図２相当図

符号の説明

図面中、１はリーダライタ、２は筐体、３はＲＦＩＤ回路（ＲＦＩＤ通信手段）、４は無線ＬＡＮ回路（近距離無線通信手段）、５はダイポールアンテナ（ＲＦＩＤ用アンテナ）、８はエレメント、８ａは不連続部、８ｂは屈曲部、１０，１１はパターンアンテナ（近距離無線通信用アンテナ）である。

Claims (4)

1. ＲＦＩＤ用アンテナにより電波を送受信してＲＦＩＤタグとの間でデータ通信を行うＲＦＩＤ通信手段と、近距離無線通信用アンテナにより電波を送受信して外部機器との間でデータ通信を行う近距離無線通信手段とが同一筐体内に設けられてなるリーダライタであって、
   前記ＲＦＩＤ用アンテナを１／２波長ダイポール型アンテナにより構成し、
   前記ＲＦＩＤ用アンテナの帯域内周波数の最高周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つ前記ＲＦＩＤ用アンテナの帯域内周波数の最低周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるように当該ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントを形成したことを特徴とするリーダライタ。
2. 請求項１に記載したリーダライタにおいて、
   前記ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントに幅が不連続となる不連続部を形成し、前記ＲＦＩＤ用アンテナのうち前記不連続部間の帯域内周波数の最高周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つ当該不連続部間の帯域内周波数の最低周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるように当該ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントを形成したことを特徴とするリーダライタ。
3. 請求項１に記載したリーダライタにおいて、
   前記ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントに屈曲部を形成し、前記ＲＦＩＤ用アンテナのうち前記屈曲部間の帯域内周波数の最高周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つ当該屈曲部間の帯域内周波数の最低周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるように当該ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントを形成したことを特徴とするリーダライタ。
4. 請求項１に記載したリーダライタにおいて、
   前記ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントに湾曲部を形成し、前記ＲＦＩＤ用アンテナのうち前記湾曲部間の帯域内周波数の最高周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最低周波数を（ｎ（ｎは正数）＋０．３）で除した値以下であり且つ当該湾曲部間の帯域内周波数の最低周波数が前記近距離無線通信で使用される周波数範囲の最高周波数を（ｎ（前記ｎと同値）＋０．７）で除した値以上であるように当該ＲＦＩＤ用アンテナのエレメントを形成したことを特徴とするリーダライタ。

Images