JP2010118814A - アンテナ装置およびこれを用いたｒｆｉｄシステム - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置およびこれを用いたＲＦＩＤシステムに関し、床面などからの電波の反射があった場合でも、ＲＦＩＤタグの読み取り精度の低下を抑えることを目的とする。
【解決手段】アンテナ装置７は、本体１４のアンテナ設置部１６に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子８を設置し、この第１アンテナ素子８の後方に第２アンテナ素子９を配置し、第２アンテナ素子９の高さを第１アンテナ素子８よりも高くした。これにより、アンテナ装置７は、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９とを遠近方向および上下方向の異なる位置に配置することができ、床面からの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えることにより電界強度の低下を抑えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナ装置およびこれを用いたＲＦＩＤシステムに関する。

近年、物流、物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、商品を保管する倉庫の在庫管理を行うＲＦＩＤシステムなどが提案されている。

従来のＲＦＩＤシステムでは、倉庫の天井にアンテナ装置を配設し、倉庫内に保管する各管理物品に貼付されているＲＦＩＤタグをこのアンテナ装置を介してリーダライタで読み取り、管理物品の搬入搬出の管理を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１９３４４８号公報

従来のＲＦＩＤシステムでは、リーダライタが１つのアンテナ素子を有するアンテナ装置を介して管理物品に貼付されているＲＦＩＤタグを読み取っていた。このため、リーダライタから発信された電波が床面で反射し、この反射波により直接波が打ち消されたり強められたりするので、電界強度に強弱が発生していた。このため、例えば、多数の管理物品をパレットに載せてフォークリフトにより倉庫に搬入または搬出する場合、パレット上の各管理物品の位置により電波の電界強度は大きく変動し、電界強度が弱い位置ではＲＦＩＤタグの読み取り精度が低下するという課題があった。

そこで、本発明は、床面からの電波の反射があった場合でも、ＲＦＩＤタグの読み取り精度の低下を抑え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アンテナ装置は、本体のアンテナ設置部に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子を設置し、この第１アンテナ素子の後方に第２アンテナ素子を配置し、第２アンテナ素子の高さを第１アンテナ素子よりも高くしたことを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。

次に、本発明のＲＦＩＤシステムは、上記したアンテナ装置と、アンテナ装置の第１アンテナ素子または第２アンテナ素子との接続を切り替える切り替え部を有し、第１アンテナ素子または第２アンテナ素子を介して目的物に貼付されたＲＦＩＤタグを読み取るリーダライタとを備えたことを特徴とする。このような構成により、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アンテナ装置は、本体のアンテナ設置部に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子を設置し、この第１アンテナ素子の後方に第２アンテナ素子を配置し、第２アンテナ素子の高さを第１アンテナ素子よりも高くしたので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とを遠近方向および上下方向の異なる位置に設置することができ、床面からの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を切り替えることにより電界強度の強弱の位相を互いにずらし、電界強度の低下を抑えることができる。これにより、例えば、このアンテナ装置にリーダライタを接続し、リーダライタがアンテナ装置を介してＲＦＩＤタグを読み取るようにすれば、床面からの電波の反射があった場合でもＲＦＩＤタグの読み取り精度の低下を抑えることができる。

次に、本発明のＲＦＩＤシステムは、上記したアンテナ装置と、アンテナ装置の第１アンテナ素子または第２アンテナ素子との接続を切り替える切り替え部を有し、第１アンテナ素子または第２アンテナ素子を介して目的物に貼付されたＲＦＩＤタグを読み取るリーダライタとを備えたので、アンテナ装置は第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とを遠近方向および上下方向の異なる位置に設置することができ、リーダライタは床面からの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を切り替えることにより電界強度の低下を抑え、ＲＦＩＤタグを読み取ることができる。これにより、ＲＦＩＤシステムは、床面からの電波の反射があった場合でも、ＲＦＩＤタグの読み取り精度の低下を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１〜図４を参照しながら、本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１について説明する。ここでは管理物品２として、例えば、倉庫に保管されている製品を例にして説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１の概略図、図２は本発明の実施の形態における第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９の配置に基づく電界強度の強弱を示すものであり、図２（ａ）は第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９の配置に基づく電界強度の強弱を示す側面図、図２（ｂ）は第１アンテナ素子８（第２アンテナ素子９）の比較例を示す側面図、図２（ｃ）は第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９の他の比較例を示す側面図、図３は本発明の実施の形態におけるアンテナ装置７の構成を示すものであり、図３（ａ）はその上面図、図３（ｂ）はその正面図、図３（ｃ）はその側面図、図４は同アンテナ装置７の斜視図である。

図１に示すように、管理物品２は不特定多数の場所から集荷され、フォークリフトなどの車両５を使って多数の管理物品２が倉庫の搬入口または搬出口から一度に搬入される。また、不特定多数の場所に向けて多数の管理物品２が一度に出荷される。このように、管理物品２の管理は非常に煩雑となる。

そこで本実施の形態では、図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１で管理している。ＲＦＩＤシステム１は、複数または単数（図１中では複数）のＲＦＩＤタグ３と、アンテナ装置７を介してＲＦＩＤタグ３を読み取るリーダライタ１０とを備え、各管理物品２それぞれにＲＦＩＤタグ３を貼付し、リーダライタ１０でＲＦＩＤタグ３を読み取る。リーダライタ１０は、さらに、ネットワーク１１を介して管理装置１２に電気的に接続されている。このようにして、管理装置１２は、リーダライタ１０で読み取られたＲＦＩＤタグ３のタグ情報である識別情報を管理している。

車両５が搬入口または搬出口に設けられたアンテナ装置７の前を通過するときに、リーダライタ１０はアンテナ装置７を介してＲＦＩＤタグ３を読み取り、管理装置１２に送信する。

ＲＦＩＤタグ３は、内部のメモリ（図示せず）に管理物品２ごとの識別情報が記憶保持されている。この管理物品２ごとの識別情報として、例えば、商品名、製品番号、製造日、出荷日、出荷先、出荷元などが記憶されている。これにより、例えば、「商品名Ａの製品番号Ｂが搬入されたか」などが、管理装置１２で管理される。リーダライタ１０は、アンテナ装置７を介してＲＦＩＤタグ３と通信し、ＲＦＩＤタグ３の識別情報を受信する。そして、リーダライタ１０は、読み取りして得た識別情報をネットワーク１１を介して管理装置１２に伝送する。管理装置１２は、リーダライタ１０から得た識別情報を内部のデータベース（図示せず）に記憶し、商品名、製品番号、製造日、出荷日、出荷先、出荷元などの情報を管理する。管理装置１２は、ネットワーク１１を介して、さらに他の場所にある管理装置（図示せず）とも接続されていて、管理物品２に係る情報、例えば、出荷先、出荷日、出荷元、伝票などが送受信される。これにより、管理物品２が多数あっても、効率よく管理することができる。

ところで、ＲＦＩＤシステム１では、離れた場所からリーダライタ１０により多数の管理物品２に貼付されているＲＦＩＤタグ３を一度に読み取る。このとき、リーダライタ１０から送信された電波（直接波）がＲＦＩＤタグ３から反射されるだけでなく、倉庫内における床６の床面６ａなどからも反射（反射波）され、リーダライタ１０により読み取られる。

このため、リーダライタ１０から発信された電波の直接波が反射波により打ち消されたり強められたりするので、電界強度に強弱が発生していた。例えば、図２（ｂ）の比較例のように、多数の管理物品２をパレット４に載せて車両５により倉庫に搬入または倉庫から搬出する場合、パレット４上にある各管理物品２の位置により電波の電界強度は大きく変動し、電界強度が弱くなる領域３０の位置ではＲＦＩＤタグ３を読み取ることができない場合もあった。また、従来から知られているダイバーシチ技術により２つのアンテナ素子を設けても、図２（ｂ）および図２（ｃ）の比較例に示すように、電界強度が弱くなる領域３０が発生する。すなわち、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を横（図１中のＺ方向）に並べて配置しても図２（ｂ）に示すように、領域３０が発生する。さらに、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を上下（図１中のＹ方向）に配置しても、図２（ｃ）に示すように、領域３０が発生する。ここで、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、第１アンテナ素子８（後述する値Ｈで「５」の高さ）と第２アンテナ素子９とを所定の時間を空けて切り替えたときの電界強度の強弱（図１中のＸＹ面から見たもの）を示しており、図中の濃淡の濃い部分は電界強度の強い領域、淡い部分は電界強度の弱い領域を示している。所定の時間は、例えば、数ｍｓ〜数十ｍｓである。

そこで、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を様々な配置にしてリーダライタ１０から第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えて各ＲＦＩＤタグ３の読み取りを行った結果、床面６ａからの電波の反射があった場合でも、電界強度が弱くなる領域３０が発生しなくなり、読み取り精度の低下を抑えることができる配置を得た。

すなわち、本実施の形態のアンテナ装置７は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、本体１４のアンテナ設置部１６に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子８を設置し、この第１アンテナ素子８の後方に第２アンテナ素子９を配置し、第２アンテナ素子９の高さを第１アンテナ素子８よりも高くした。

これにより、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９とを遠近方向および上下方向の異なる位置に配置することができ、床面６ａからの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えることにより、図２（ａ）に示すように、読み取り時に電界強度が弱くなる領域３０が発生しない。このため、リーダライタ１０は、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えて各ＲＦＩＤタグ３を読み取ることにより、ＲＦＩＤタグ３の読み取り精度の低下を抑えることができる。ここで、図２（ａ）は第１アンテナ素子８（後述する値Ｈで「５」の高さ）と第２アンテナ素子９とを所定の時間で切り替えたときの電界強度の強弱（図１中のＸＹ面から見たもの）を示しており、図２（ｂ）および図２（ｃ）と同様に、図中の濃淡の濃い部分は電界強度の強い領域、淡い部分は電界強度の弱い領域を示している。また、所定の時間は、回路の切り替え速度やＲＦＩＤタグ３の数などに応じて設定されるものであり、例えば、数ｍｓ〜数十ｍｓである。

さらに、本体１４に第１アンテナ素子８の高さを調整する高さ調整部１５と、この高さ調整部１５から出入自在な支柱１５ａとを設け、支柱１５ａの上端部にアンテナ設置部１６を取り付けている。この支柱１５ａを設置する場所に応じて上下させ、高さ調整部１５により固定させる。これにより、第１アンテナ素子８および第２アンテナ素子９の高さを調整することができる。また、支柱１５ａに、第１アンテナ素子８の高さを電波長λで正規化した値Ｈを目盛りの単位とした高さ目盛り１５ｂを設けている。また、高さ調整部１５は支柱１５ａを締め付けて固定する。

このような構成により、アンテナ装置７を搬入口または搬出口の近くに設置し、支柱１５ａを上下させて第１アンテナ素子８の高さを調整した後固定する。そして、第１アンテナ素子８に対する第２アンテナ素子９の相対位置を第１アンテナ素子８の高さ値Ｈに基づいて、下記の（数１）、（数２）のように設定する。ここで、第１アンテナ素子８の位置を基準として管理物品２（目的物）に対して遠近方向（図１中のＸ方向）の変位量をΔＸ、上下方向（図１中のＹ方向）の変位量をΔＹとしている。また、ｌｎ（Ｈ）は自然対数であり、値Ｈは、実際の高さｈ（ｍ）を電波長λ（ｍ）で正規化した値、すなわちｈ／λである。

なお、電界強度の強弱は所定の距離間隔で変化するため、２番目に強くする相対位置を、下記の（数３）、（数４）に基づいて設定してもよい。

また、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との相対位置の調整において、第１アンテナ素子８に対して第２アンテナ素子９の移動すべき所定の経路を、（数１）と（数２）とから、下記の（数５）のように導くことができる。ここで、管理物品２（目的物）に対して遠近方向（図１中のＸ方向）をＸ、上下方向（図１中のＹ方向）をＹとする。

この（数５）に基づく所定の経路に沿って第２アンテナ素子９を移動させれば、図２（ａ）に示すように、電界強度が弱くなる領域３０は発生しない。すなわち、図４に示すように、アンテナ設置部１６の位置調整部１６ａに、予め（数５）に基づく所定の経路に沿ったガイド部である孔部１６ｂを形成し、孔部１６ｂに沿って位置の変更と固定ができる移動部１６ｃを設けた。そして、この移動部１６ｃに第２アンテナ素子９を取り付け、第２アンテナ素子９の位置を調整させる。これにより、移動部１６ｃを孔部１６ｂに沿って移動させれば、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との相対位置を容易に調整することができると共に、電界強度が弱くなる領域３０を発生させない。なお、ガイド部を孔部１６ｂに代えて、溝でもよい。この場合、移動部１６ｃを溝に沿って移動させることとなる。

また、孔部１６ｂには、第１アンテナ素子８の高さ値Ｈに応じた位置調整目盛り１６ｄを設けている。この位置調整目盛り１６ｄは、高さ目盛り１５ｂと同様に、第１アンテナ素子８の高さｈを電波長λで正規化した値Ｈを目盛りの単位として目盛りを形成している。例えば、第１アンテナ素子８の実際の高さｈが１．５ｍの場合、ＵＨＦ帯（９５０ＭＨｚ）であれば電波長λは約０．３ｍとなることから、値Ｈは「５」となる。これにより、高さ調整部１５の高さ目盛り１５ｂの値Ｈは「５」となる。よって、移動部１６ｃを位置調整目盛り１６ｄの値Ｈが「５」となる位置に変更し、移動部１６ｃをボルトおよびナットなどにより固定する。

このように、本実施の形態のアンテナ装置７は、第１アンテナ素子８の高さを高さ調整部１５により設置場所に合わせて調整した後、高さ目盛り１５ｂの値Ｈと同じ値に位置調整目盛り１６ｄの値Ｈを合わせるだけなので、調整する際の負担が少なく、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との相対位置を容易に調整することができる。さらに、この調整された第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９とを切り替えることにより、電界強度が弱くなる領域３０（図２（ａ））は発生しないという、優れた効果を発揮するものである。

次に、ＲＦＩＤシステム１の構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１のブロック図である。

図５に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、複数のＲＦＩＤタグ３と、アンテナ装置７を介して各ＲＦＩＤタグ３を読み取るリーダライタ１０とを備えている。なお、ＲＦＩＤタグ３を複数としたが、１個でもよい。

リーダライタ１０は、サーキュレータ２１、電力を増幅するパワーアンプ２２、ＲＦフロントエンド部２３、質問データの変調または応答データの復調を行う信号処理部２４、各部を制御する無線制御部２５、第１アンテナ素子８または第２アンテナ素子９との接続を切り替える切り替え部２６を備えている。

切り替え部２６は、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９とを所定の時間内に切り替え、第１アンテナ素子８または第２アンテナ素子９をサーキュレータ２１に接続する。これにより、リーダライタ１０は、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えて各ＲＦＩＤタグ３の識別情報３ａを読み取ることができる。所定の時間は、例えば、数ｍｓ〜数十ｍｓである。

ＲＦフロントエンド部２３は、コマンド（命令）やデータを搬送する搬送波として、ＵＨＦ帯（例えば、９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚ）、マイクロ波帯（例えば、２．４５ＧＨｚ）、ＨＦ帯（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の周波数などを利用する。また、無線制御部２５は、ネットワーク１１を介して管理装置１２に接続されている。そして、無線制御部２５は管理装置１２と交信し、読み取りして得た各識別情報３ａを管理装置１２に送信する。

このような構成により、ＲＦＩＤシステム１は、第１アンテナ素子８または第２アンテナ素子９との接続を切り替え、各ＲＦＩＤタグ３の識別情報３ａを読み取ることができる。

以上のように本実施の形態によれば、アンテナ装置７は、本体１４のアンテナ設置部１６に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子８を設置し、この第１アンテナ素子８の後方に第２アンテナ素子９を配置し、第２アンテナ素子９の高さを第１アンテナ素子８よりも高くしたので、第２アンテナ素子９が第１アンテナ素子８に邪魔されることなく、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９とを遠近方向（図１中のＸ方向）および上下方向（図１中のＹ方向）の異なる位置に配置することができ、床面６ａからの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えることにより電界強度の強弱の位相を互いにずらし、電界強度の低下を抑えることができる。これにより、例えば、リーダライタ１０が第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えて各ＲＦＩＤタグ３を読み取れば、各ＲＦＩＤタグ３の読み取り精度の低下を抑えることができる。

また、ＲＦＩＤシステム１は、アンテナ装置７と、アンテナ装置７の第１アンテナ素子８または第２アンテナ素子９との接続を切り替える切り替え部２６を有し、第１アンテナ素子８または第２アンテナ素子９を介して目的物である管理物品２に貼付されたＲＦＩＤタグ３を読み取るリーダライタ１０とを備えたので、アンテナ装置７は第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９とを遠近方向（図１中のＸ方向）および上下方向（図１中のＹ方向）の異なる位置に配置することができ、リーダライタ１０は、床面６ａからの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を切り替えることにより電界強度の低下を抑え、各ＲＦＩＤタグ３を読み取ることができる。これにより、ＲＦＩＤシステム１は床面６ａからの電波の反射があった場合でも、各ＲＦＩＤタグ３の読み取り精度の低下を抑えることができる。

以上のように本発明は、本体のアンテナ設置部に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子を設置し、この第１アンテナ素子の後方に第２アンテナ素子を配置し、第２アンテナ素子の高さを第１アンテナ素子よりも高くしたので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とを遠近方向および上下方向の異なる位置に配置することができる。これにより、床面からの電波の反射波と直接波とが干渉しても第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を切り替えることにより電界強度の低下を抑えることを可能とするアンテナ装置およびこれを用いたＲＦＩＤシステムに有用なものである。

本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステムの概略図 （ａ）は本発明の実施の形態における第１アンテナ素子と第２アンテナ素子の配置に基づく電界強度の強弱を示す側面図、（ｂ）第１アンテナ素子（第２アンテナ素子）の比較例を示す側面図、（ｃ）は第１アンテナ素子と第２アンテナ素子の他の比較例を示す側面図 （ａ）は本発明の実施の形態におけるアンテナ装置の上面図、（ｂ）は同アンテナ装置の正面図、（ｃ）は同アンテナ装置の側面図 同アンテナ装置の斜視図 本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステムのブロック図

符号の説明

１ ＲＦＩＤシステム
２ 管理物品
３ ＲＦＩＤタグ
３ａ 識別情報
４ パレット
５ 車両
６ 床
６ａ 床面
７ アンテナ装置
８ 第１アンテナ素子
９ 第２アンテナ素子
１０ リーダライタ
１１ ネットワーク
１２ 管理装置
１４ 本体
１５ 高さ調整部
１５ａ 支柱
１５ｂ 高さ目盛り
１６ アンテナ設置部
１６ａ 位置調整部
１６ｂ 孔部（ガイド部）
１６ｃ 移動部
１６ｄ 位置調整目盛り
２１ サーキュレータ
２２ パワーアンプ
２３ ＲＦフロントエンド部
２４ 信号処理部
２５ 無線制御部
２６ 切り替え部

Claims (7)

1. 本体のアンテナ設置部に、目的物に対して近傍に第１アンテナ素子を設置し、この第１アンテナ素子の後方に第２アンテナ素子を配置し、前記第２アンテナ素子の高さを前記第１アンテナ素子よりも高くしたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ設置部に、前記第１アンテナ素子に対する前記第２アンテナ素子の相対位置を前記第１アンテナ素子の高さに応じて調整する位置調整部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記位置調整部は、前記第２アンテナ素子の位置を所定の経路に基づいて移動させるガイド部を備えていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記ガイド部に前記第１アンテナ素子の高さを電波長λで正規化した値を目盛りの単位とした位置調整目盛りを設けたことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記所定の経路は、前記第１アンテナ素子の位置を基準として前記目的物に対して遠近方向の変位量をＸ、上下方向の変位量をＹとした場合、
   Ｙ＝０．０００２Ｘ^２＋０．００３１Ｘ＋０．５８２９に基づく曲線であることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
6. 前記本体に、前記第１アンテナ素子の高さを調整する高さ調整部を設け、
   前記高さ調整部に前記第１アンテナ素子の高さを電波長λで正規化した値を目盛りの単位とした高さ目盛りを設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置の第１アンテナ素子または第２アンテナ素子との接続を切り替える切り替え部を有し、前記第１アンテナ素子または前記第２アンテナ素子を介して目的物に貼付されたＲＦＩＤタグを読み取るリーダライタとを備えたことを特徴とするＲＦＩＤシステム。