JP2010093692A - Rfid用アンテナ装置およびrfid管理システム - Google Patents

Rfid用アンテナ装置およびrfid管理システム Download PDF

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Abstract

【課題】RFID用アンテナ装置およびRFID管理システムに関し、ループ型アンテナを有するRFIDタグとダイポール型アンテナを有するRFIDタグの両方を読み取る場合であっても、RFID用アンテナ装置の交換を不要にし、これにより管理の作業効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】RFID用アンテナ装置6は、アンテナ7の基板13の上面にループ状に形成されている配線パターン7aに電気的に直列接続した位相調整部14を設け、この位相調整部14により、アンテナ7の位相成分を調整するようにした。この位相調整部14によりアンテナ7の電気長を調整し、給電部15から給電される電波が重なって打ち消し合うのを抑え、これにより磁束を強くすることができる。この結果、離れた位置でも磁束を強めることができ、この磁束により電界を発生させてダイポール型アンテナを有するRFIDタグも読み取ることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、RFID用アンテナ装置およびRFID管理システムに関する。
近年、物流、商品などの管理を効率化するために、RFID(Radio Frequency IDentification)タグが利用されている。
例えば、病院内にある薬剤瓶にRFIDタグを貼付し、このRFIDタグのタグ情報を使って薬剤の使用量を管理するRFID管理システムが提案されている。
従来のRFID管理システムでは、病院内における薬剤、特に劇薬などの危険薬剤を保管する薬剤保管庫から薬剤瓶が出し入れされるときに、リーダライタによりRFID用アンテナ装置を介して薬剤瓶に貼付されているRFIDタグを読み取り、使用量を管理していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−315813号公報
従来のRFID管理システムでは、薬剤瓶が薬剤保管庫から出し入れされるごとに薬剤保管庫の前面内周部に配置されたループ型のRFID用アンテナ装置の近くを通過させるようにし、薬剤瓶に貼付されているループ型アンテナを有するRFIDタグを読み取るようにしていた。すなわち、ループ型のRFID用アンテナ装置ではループの近傍に磁束が発生するため、ループ型アンテナを有するRFIDタグを近づけて読み取っていた。このように、薬剤瓶にはループ型アンテナを有するRFIDタグが貼付されるが、薬剤袋にはダイポール型アンテナを有するRFIDタグが貼付されている場合もある。
しかしながら、ループ型のRFID用アンテナ装置から少し離れた位置では磁束が弱くなるため、ほとんど電界も発生せず、よって、ループ型のRFID用アンテナ装置では、ダイポール型アンテナを有するRFIDタグを読み取ることができなかった。このため、ループ型のアンテナ装置とダイポール型のアンテナ装置の両方を用意して、薬剤の保管形態に合わせて、その都度アンテナ装置を交換するなどして管理する必要があり、管理の作業効率が低くなるという課題があった。
そこで本発明は、ループ型アンテナを有するRFIDタグとダイポール型アンテナを有するRFIDタグの両方を管理する場合であっても、RFID用アンテナ装置の交換を不要にし、これにより管理の作業効率を向上させることを目的とする。
この目的を達成するために本発明のRFID用アンテナ装置は、本体部に内設された基板上の第1の接続端子と第2の接続端子が配線パターンにより接続されていると共に配線パターンがループ状に形成されているアンテナと、アンテナの位相成分を調整する位相調整部とを備え、位相調整部はアンテナの配線パターンと電気的に直列接続されていることを特徴とする。これにより、所期の目的を達成するものである。
また、本発明のRFID管理システムは、上記したRFID用アンテナ装置と、RFID用アンテナ装置の本体部に載置される管理物品に貼付されているRFIDタグのタグ情報をRFID用アンテナ装置を介して読み取るリーダライタと、リーダライタと接続されると共にRFIDタグのタグ情報に基づいて管理物品を管理する管理装置とを備えていることを特徴とする。これにより、所期の目的を達成するものである。
以上のように本発明のRFID用アンテナ装置は、本体部に内設された基板上の第1の接続端子と第2の接続端子が配線パターンにより接続されていると共に配線パターンがループ状に形成されているアンテナと、アンテナの位相成分を調整する位相調整部とを備え、位相調整部はアンテナの配線パターンと電気的に直列接続されている構造にしたので、位相調整部によりアンテナの電気長を調整し、第1の接続端子と第2の接続端子に給電される電波が重なって打ち消し合うのを抑え、ループ状に形成されているアンテナであっても磁束を強くすることができる。このため、アンテナから少し離れている場所でも磁束を強くすることができ、この磁束により電界も発生するため、ダイポール型アンテナを有するRFIDタグも読み取ることができる。これにより、ループ型アンテナを有するRFIDタグとダイポール型アンテナを有するRFIDタグの両方を読み取る場合であっても、RFID用アンテナ装置の交換が不要になり、これにより管理の作業効率を向上させることができる。
また、本発明のRFID管理システムは、上記したRFID用アンテナ装置と、RFID用アンテナ装置の本体部に載置される管理物品に取り付けられているRFIDタグのタグ情報をRFID用アンテナ装置を介して読み取るリーダライタと、リーダライタと接続されると共にRFIDタグのタグ情報に基づいて管理物品を管理する管理装置とを備えているので、位相調整部によりアンテナの電気長を調整し、給電された電波が重なって打ち消し合うのを抑え、ループ状に形成されているアンテナであっても磁束を強くすることができる。このため、アンテナから少し離れている場所でも磁束を強くすることができ、この磁束により電界も発生するため、ダイポール型アンテナを有するRFIDタグも読み取ることができる。これにより、ループ型アンテナを有するRFIDタグとダイポール型アンテナを有するRFIDタグの両方を読み取り、管理する場合であっても、アンテナの交換が不要になり、これにより作業効率を向上させることができる。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
(実施の形態)
まず、図1から図5を参照しながら、本発明の実施の形態におけるRFID管理システム1について説明する。
図1は本発明の実施の形態におけるRFID管理システム1の概要図、図2は本発明の実施の形態におけるRFIDタグ4、5を示すものであり、図2(a)はダイポール型アンテナ部4aで構成されるRFIDタグ4の正面図、図2(b)はループ型アンテナ部5aで構成されるRFIDタグ5の正面図、図3は本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置6の斜視図、図4は本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置6の位相調整部14を説明するものであり、図4(a)は位相調整部14の正面図、図4(b)は位相調整部14の断面図、図5は本発明の実施の形態におけるRFID管理システム1のブロック図である。
ここでは、薬剤保管庫2に保管されている薬剤などの管理物品を管理する場合を例にして説明する。
図1に示すように、RFID管理システム1は、複数のRFID用アンテナ装置6と、各RFID用アンテナ装置6を介して管理物品3に貼付されているRFIDタグ4、5を読み取るリーダライタ10と、管理物品3の情報を管理している管理装置12とを備えている。
RFID用アンテナ装置6は本体部6aを有し、この本体部6aを棚状にして管理物品3を載置できるようにし、例えば、薬剤保管庫2の内部に複数段配設されている。これにより、この本体部6aの上面に管理物品3が載置される。
RFID用アンテナ装置6は、本体部6aの内部の上面側にアンテナ7と、本体部6aの内部の下面側に金属製の遮蔽板8とを備えている。このように構成することにより、RFID用アンテナ装置6を上下に複数設置しても、遮蔽板8により、磁束100が下側の棚に漏れるのを抑えている。このアンテナ7の詳細な構成については後述する。
本体部6aは、例えば、樹脂製のプラスチックを用いることができる。各アンテナ7の給電部15それぞれに同軸ケーブル9a、9bを介してリーダライタ10が接続されている。
リーダライタ10は、各RFID用アンテナ装置6それぞれと同軸ケーブル9a、9bを介して接続され、アンテナ7により棚ごとに管理物品3に貼付されているRFIDタグ4またはRFIDタグ5を読み取る。
また、管理装置12は、病院内のネットワーク11を介してリーダライタ10に接続され、薬剤保管庫2から出し入れされる薬剤などの管理物品3の情報を管理している。
このように構成された薬剤保管庫2では、例えば、本体部6aに設置された重量センサ(図示せず)などと連動して薬剤使用量の計測を行い、薬剤の使用量が管理される。
次に、薬剤である管理物品3の薬剤保管庫2における保管形態について説明する。
薬剤は、薬剤瓶、薬剤袋または薬剤箱などの様々な形態により保管される。このため、各種の保管形態に合わせて、それぞれ貼付しやすいRFIDタグ4、5が用いられる。
例えば、薬剤袋または薬剤箱では、図2(a)に示すように、ダイポール型アンテナ部4aで構成されるRFIDタグ4が貼付されている。また、薬剤瓶の底は丸くて、小さいため、図2(b)に示すように、ループ型アンテナ部5aで構成されるRFIDタグ5が貼付されている。
RFIDタグ4は、ダイポール型アンテナ部4aとタグ回路部4bとを備えている。また、同様に、RFIDタグ5は、ループ型アンテナ部5aとタグ回路部5bとを備えている。
リーダライタ10は、本体部6aの棚の上面に載置された管理物品3のRFIDタグ4、5をアンテナ7を介して読み取る。ループ型アンテナ部5aで構成されるRFIDタグ5を読み取るには、磁束100を発生しやすいループ型アンテナが適する。一方、ダイポール型アンテナ部4aで構成されるRFIDタグ4は、電界を発生しやすいダイポール型アンテナが適する。ここでは、アンテナ7としてループ型アンテナを用いている。
しかしながら、1波長以上のループ型アンテナで磁束100を強くするのは困難であった。すなわち、1波長以上のループ型アンテナでは、ループ状の磁界位相分布がλ/2ごとに位相が反転するために磁束100を強くするのが難しかった。特に、UHF帯(例えば、950MHz)では波長が短いため1波長以上のループ型アンテナでは位相が打ち消されるため、磁束100はさらに弱いものであった。このため、離れた位置での磁束100も弱く、電界もほとんど発生しないため、RFIDタグ4に対して十分な電界を与えることができず、RFIDタグ4のタグ情報を読み取ることができなかった。
このような理由から、従来のRFID管理システムでは、薬剤保管庫2に保管される管理物品3の保管形態に適したRFIDタグ4またはRFIDタグ5の使用に合わせて、RFID用アンテナ装置6の交換を行うようにしていた。これにより、管理するときの作業効率が低下するといった問題があった。
そこで、図3に示すように、本実施の形態のRFID用アンテナ装置6では、アンテナ7の基板13の上面にループ状に形成されている配線パターン7aと電気的に直列接続した位相調整部14を設け、この位相調整部14により、アンテナ7の位相成分を調整する構造とした。
すなわち、RFID用アンテナ装置6は、本体部6aの上面側に樹脂製の基板13を設け、この基板13のパターン面にある給電部15の第1の接続端子15aと第2の接続端子15bを配線パターン7aで接続すると共に配線パターン7aがループ状に形成されたアンテナ7を設けている。そして、本体部6aの内部の下面側に金属の遮蔽板8とを備えている。
配線パターン7aは、位相調整部14と電気的に直列接続され、この位相調整部14は、λ/2以下の電気長を有するコイルで構成されている。この位相調整部14の電気長により、アンテナ7の配線パターン7aに重畳される電波の電界成分の位相を調整する。基板13は、FR4、ビスマレイミド・トリアジン、テフロン(登録商標)などの樹脂を用いることができる。
このような構成により、RFID用アンテナ装置6では位相調整部14によりアンテナ7の電気長が調整され、給電部15から供給される逆位相の電波の重なりを調整(位相調整)して磁界成分が打ち消し合うのを抑え、これにより磁束100を強くすることができる。この結果、離れた位置でも磁束100を強めることができ、この磁束100により電界を発生させてダイポール型アンテナを有するRFIDタグ4も読み取ることができる。
従って、薬剤保管庫2に保管される管理物品3の保管形態によって、ループ型アンテナを有するRFIDタグ5とダイポール型アンテナを有するRFIDタグ4の両方を管理する場合であっても、RFID用アンテナ装置6の交換が不要になり、これにより管理の作業効率を向上させることができる。
次に、図4(a)および図4(b)に示すように、位相調整部14は基板13の上面の配線パターン14aと下面の配線パターン14cとがスルーホール14bを介して接続され、螺旋状に形成されている。これにより、アンテナ7の電気長を調整して電界成分の位相を合わせることができる。
次に、図1および図5を参照しながら、RFID管理システム1の動作について説明する。
図5に示すように、RFID管理システム1では、リーダライタ10により、同軸ケーブル9a、9bで接続されている各RFID用アンテナ装置6を介して、管理物品3に貼付されているRFIDタグ4またはRFIDタグ5を読み取る。
リーダライタ10は、RFIDタグ4、5のタグ情報(ID情報)を読み取ると、病院内のネットワーク11を介して接続されている管理装置12に送信する。これにより、管理装置12は、薬剤保管庫2から出し入れされる管理物品3の情報を管理することができる。
例えば、病院内で医師や看護婦が薬剤を使用したい場合は、その医師や看護婦が勤務している室内のパーソナルコンピュータから管理装置12を介して、予め設定されている申請様式に基づいて、使用薬剤名、使用量、使用時間などの情報を薬剤管理責任者宛てに申請書を送信する。薬剤管理責任者は、受け取った申請書を認証し、申請者である医師や看護婦に管理装置12を介して許可を与える。このようにして、管理装置12には、薬剤の使用に係る情報の履歴が保存される。
医師や看護婦は、許可された内容に従い、薬剤保管庫2から薬剤を取り出して使用することができる。管理装置12から許可が与えられると薬剤保管庫2の扉(図示せず)が開錠される。
リーダライタ10は、薬剤保管庫2の扉が開錠されると、信号処理部22、RFフロントエンド部23、パワーアンプ24、サーキュレータ25、切り替え部26、RFID用アンテナ装置6を介して、RFIDタグ4またはRFIDタグ5を読み取る。
リーダライタ10は、切り替え部26により、薬剤保管庫2に装着されている2つの棚であるRFID用アンテナ装置6それぞれを適宜切り替え、棚の上に載置さている薬剤(管理物品3)に貼付されているRFIDタグ4またはRFIDタグ5に向けて質問信号を送信する。なお、RFID用アンテナ装置6は2つに限定されない。
リーダライタ10が「識別番号を返答せよ」という質問信号を送信すると、RFIDタグ4、5は「識別番号」を応答信号として返信する。例えば、RFIDタグ4、5は、5桁のコードで、識別情報、薬剤の種類を記述した識別番号を返す。例えば、RFIDタグ4、5は識別情報(例えば、2進表記で11)、胃腸薬(例えば、2進表記で100)などを含む識別番号を2進表記「11 100」で返信する。
リーダライタ10は、信号処理部22、RFフロントエンド部23、サーキュレータ25、切り替え部26、RFID用アンテナ装置6を介して、RFIDタグ4のID情報4cまたはRFIDタグ5のID情報5cの応答信号を受信し、復調してタグ情報を取得する。そして、無線制御部21は、この取得したタグ情報(ID情報4cまたはID情報5c)をネットワーク11を介して管理装置12に送信する。なお、同時に、薬剤保管庫2では、棚(本体部6a)に設置された重量センサ(図示せず)などと連動して薬剤使用量の計測を行い、薬剤の使用量を送信する。
このようにして、医師や看護婦が薬剤保管庫2から取り出して使用する薬剤を管理することができる。なお、使用後は、再び、薬剤保管庫2の扉はロックされる。
以上のように本実施の形態のRFID用アンテナ装置6によれば、アンテナ7の基板13の上面にループ状に形成されている配線パターン7aに電気的に直列接続した位相調整部14を設け、この位相調整部14により、アンテナ7の位相成分を調整するように構造にしたので、位相調整部14によりループ状に形成されているアンテナ7の電気長を調整し、給電部15に給電される電波が重なって打ち消し合うのを抑え、これにより磁束100を強くすることができる。この結果、離れた位置でも磁束100を強めることができ、この磁束100により電界を発生させてダイポール型アンテナ部4aを有するRFIDタグ4も読み取ることができる。これにより、ループ型アンテナ部5aを有するRFIDタグ5とダイポール型アンテナ部4aを有するRFIDタグ4の両方を読み取る場合であっても、RFID用アンテナ装置6の交換が不要になり、これにより作業効率を向上させることができる。
また、本発明のRFID管理システム1は、RFID用アンテナ装置6と、RFID用アンテナ装置6の本体部6aに載置される管理物品3に貼付されているRFIDタグ4、5のタグ情報をRFID用アンテナ装置6を介して読み取るリーダライタ10と、リーダライタ10と接続されると共にRFIDタグ4、5のタグ情報に基づいて管理物品3を管理する管理装置12とを備えているので、位相調整部14によりアンテナ7の電気長を調整し、給電部15に給電された電波が重なって打ち消し合うのを抑え、これにより磁束100を強くすることができる。この結果、離れた位置でも磁束100を強めることができ、この磁束100により電界を発生させてダイポール型アンテナを有するRFIDタグ4も読み取ることができる。これにより、ループ型アンテナ部5aを有するRFIDタグ5とダイポール型アンテナ部4aを有するRFIDタグ4の両方を読み取ることができ、薬剤保管庫2に保管される管理物品3の保管形態に適するように、RFIDタグ4とRFIDタグ5の両方を管理物品3に貼付して管理する場合であっても、RFID用アンテナ装置6の交換が不要になり、これにより管理する作業効率を向上させることができる。
なお、図6に示すように、位相調整部14(図4)を位相調整部16のように構成するようにしてもよい。ここで、図6は本発明の実施の形態における位相調整部16の正面図である。
すなわち、位相調整部16は、メアンダ状に形成された配線パターン16aにより構成されている。配線パターン16aは、λ/2長以下の電気長を有する。これによっても、給電部15に給電される電波が重なって打ち消し合うのを抑え、アンテナの損失を少なくすることができる。
また、図7に示すように、RFID用アンテナ装置6(図3)をRFID用アンテナ装置17のように構成してもよい。ここで、図7は、本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置17の斜視図である。
すなわち、RFID用アンテナ装置17は、位相調整部14を複数設け、これらの位相調整部14のいずれか1つを含むようにアンテナ7の配線パターン7aを断続する複数のスイッチ18を備えている。これらのスイッチ18をオンまたはオフさせることにより、互いに方向が異なる複数の配線パターン7aの接続により、アンテナ7の指向方向を変えることができる。
また、図8に示すように、RFID用アンテナ装置6(図3)は、RFID用アンテナ装置19のように構成してもよい。ここで、図8は、本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置19の正面図である。
すなわち、RFID用アンテナ装置19は、位相調整部14の近傍に対向して配置された無給電素子19a、19bを備えている。無給電素子19a、19bは、アンテナ7のループ状に形成された配線パターン7aの内周側または外周側に設けられ、λ/4長以下の電気長を有する。これにより、共振周波数をずらすことができるので、アンテナ特性を広帯域化することができる。
なお、本実施の形態では、RFID用アンテナ装置6を薬剤保管庫2に応用する例について説明したが、食品売り場などのレジの横に配置した棚型アンテナとしても応用することができる。これにより、瓶詰めの食品や、箱詰めの食品など、食品の梱包形態に適するように、RFIDタグ4とRFIDタグ5の両方を管理する場合であっても、RFID用アンテナ装置6の交換を不要にし、これにより管理する作業効率を向上させることができる。
以上のように本発明は、アンテナのループ状に形成された配線パターンにアンテナの位相成分を調整する位相調整部を電気的に直列に接続する構造にしたので、位相調整部によりアンテナの電気長を調整し、給電される電波が重なり合って打ち消し合うのを抑え、磁束を強くすることができる。
従って、離れた位置でも磁束を強め、この磁束により電界を発生させてダイポール型アンテナを有するRFIDタグも読み取ることができる。
これにより、ループ型アンテナを有するRFIDタグとダイポール型アンテナを有するRFIDタグの両方を管理する場合であっても、RFID用アンテナ装置の交換が不要になり、これにより管理の作業効率を向上させることを可能とするRFID用アンテナ装置、RFID管理システムに有用である。
本発明の実施の形態におけるRFID管理システムの概要図 (a)は本発明の実施の形態におけるダイポール型アンテナ部で構成されるRFIDタグの正面図、(b)は本発明の実施の形態におけるループ型アンテナ部で構成されるRFIDタグの正面図 本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置の斜視図 (a)は同RFIDアンテナ装置の位相調整部の正面図、(b)は同RFIDアンテナ装置の位相調整部の断面図 本発明の実施の形態におけるRFID管理システムのブロック図 本発明の実施の形態における位相調整部の正面図 本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置の斜視図 本発明の実施の形態におけるRFID用アンテナ装置の正面図
符号の説明
1 RFID管理システム
2 薬剤保管庫
3 管理物品
4,5 RFIDタグ
4a ダイポール型アンテナ部
4b,5b タグ回路部
4c,5c ID情報
5a ループ型アンテナ部
6,17,19 RFID用アンテナ装置
6a 本体部
7 アンテナ
7a,14a,14c,16a 配線パターン
8 遮蔽板
9a,9b 同軸ケーブル
10 リーダライタ
11 ネットワーク
12 管理装置
13 基板
14,16 位相調整部
14b スルーホール
15 給電部
15a 第1の接続端子
15b 第2の接続端子
18 スイッチ
19a,19b 無給電素子
21 無線制御部
22 信号処理部
23 RFフロントエンド部
24 パワーアンプ
25 サーキュレータ
26 切り替え部
100 磁束

Claims (9)

  1. 本体部に内設された基板上の第1の接続端子と第2の接続端子が配線パターンにより接続されていると共に前記配線パターンがループ状に形成されているアンテナと、
    前記アンテナの位相成分を調整する位相調整部とを備え、
    前記位相調整部は前記アンテナの配線パターンと電気的に直列接続されていることを特徴とするRFID用アンテナ装置。
  2. 前記位相調整部は、前記基板の上面の配線パターンと下面の配線パターンとがスルーホールを介して接続され、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のRFID用アンテナ装置。
  3. 前記位相調整部は、メアンダ状に形成された前記配線パターンにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載のRFID用アンテナ装置。
  4. 前記配線パターンは、λ/2長以下の電気長を有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載のRFID用アンテナ装置。
  5. 前記位相調整部に対向して配置された無給電素子を備えていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のRFID用アンテナ装置。
  6. 前記無給電素子は、前記ループ状の配線パターンの内周側または外周側に設けられ、λ/4長以下の電気長を有する配線パターンで形成されていることを特徴とする請求項5に記載のRFID用アンテナ装置。
  7. 前記位相調整部を複数設け、これらの位相調整部のいずれか1つを含むように前記配線パターンを断続する複数のスイッチを備えていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のRFID用アンテナ装置。
  8. 基板の下面側に金属製の遮蔽板を設けていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のRFID用アンテナ装置。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のRFID用アンテナ装置と、
    前記RFID用アンテナ装置の本体部に載置される管理物品に貼付されているRFIDタグのタグ情報を前記RFID用アンテナ装置を介して読み取るリーダライタと、
    前記リーダライタと接続されると共に前記RFIDタグのタグ情報に基づいて前記管理物品を管理する管理装置とを備えていることを特徴とするRFID管理システム。
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