JP2010136304A

JP2010136304A - アンテナ装置及びアンテナ装置付きの家具

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Publication number: JP2010136304A
Application number: JP2008312718A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kajino; 義幸梶野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: JP4340717B1; WO2010067462A1

Abstract

【課題】比較的広いエリアに配置された物品の管理に好適なアンテナ装置を実現する。
【解決手段】アンテナ装置は、誘電体基板（１）と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナパターンとを有する。アンテナパターンは、第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群（２）と、フローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されていると共にそれぞれ給電点（Ｐ１，Ｐ２）を有する第１及び第２のアンテナパターン（３，４）とを具える。第１及び第２のアンテナパターンは、第２の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持され、複数の細条状でなり、交互に繰り返し形成される、フローティング電極（１０）と放射電極（１１）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線ICタグと通信を行うリーダライタに用いられるアンテナ装置に関するものである。
また、本発明は、アンテナ装置が装着されている家具に関するものである。

書籍、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）等の各種物品の管理に無線ICタグシステムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。無線ICタグシステムでは、リーダライタと、リーダライタに接続したアンテナ装置とを有し、リーダライタから出力される電力はアンテナ装置を介して無線ICタグに向けて電波として放射されている。無線ICタグは、アンテナ装置から放射される電波を受信して駆動電力を得て、リーダライタに対してアンテナ装置を介してデータを送信するように構成されている。この無線ICタグシステムでは、無線ICタグを動作させるためには、アンテナ装置から所定の電力密度以上の電力が放射される交信領域内に無線ICタグが位置しなければならず、大きな交信エリアが形成されるアンテナ装置の開発が要請されている。

比較的大きな交信領域が形成されるアンテナ装置として、誘電体基板上に金属膜の２個の導体部が形成された平面アンテナが既知である（例えば、特許文献２参照）。この平面アンテナでは、基板上に比較的面積の大きな２個の導体パターンが形成され、２個の導体パターン間に導体層が存在していない領域が形成されている。
特開２００６−１４０６１１公報特開２００７−１８１１７３公報

上述した特許文献２に記載された平面アンテナは、比較的大きな交信エリアが形成される旨記載されている。しかしながら、基板の中央に導体パターンの形成されていない領域が存在するため、当該エリアには磁界が形成されず、広い交信エリアにわたって均一な磁界分布を必要とする用途には不向きである。特に、書庫等の家具においては、書庫内に多数の無線ICタグが装着された書籍が収納されるため、局所的に磁界分布が低下する部位が存在することは致命的な欠陥である。さらに、ショウウインドウやショウケース等においても、無線ICタグが装着された多数の物品が陳列されているため、局所的に磁界分布が低下する部位が発生するアンテナ装置では、物品の管理に不向きである。

本発明の目的は、比較的広いエリアに配置された物品の管理に好適なアンテナ装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、書庫やショウケース等の家具に装着され、家具内に収納されている物品の管理に好適なアンテナ装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、無線ICタグシステムを利用して収納されている物品の管理を行うことができるアンテナ装置付きの家具を提供することにある。

本発明によるアンテナ装置は、誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
フローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されていると共にそれぞれ給電点を有する第１及び第２のアンテナパターンとを具え、
前記第１及び第２のアンテナパターンのうち少なくとも一方のアンテナパターンは、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極、又は前記第１の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向と直交する第２の方向に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、フローティング電極と平行に延在する細条状の複数の放射電極と、前記複数の放射電極を給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第１の方向又は第２の方向に沿って交互に繰り返し形成されていることを特徴とする。

本発明では、タグを励振させるための電磁波を放出する放射電極とフローティング電極とが並列した構造を有し、フローティング電極とタグ側のアンテナとの間に補完された同調作用が行われるため、アンテナ装置の受信感度が改善される。また、フローティング電極を設けることにより、アンテナ装置とタグ側のアンテナとの間の共振周波数が調整されるので、アンテナ装置とタグ間の共振周波数を目標とする所望の共振周波数に近づけることが可能であり、アンテナ装置の受信感度の改善に寄与する。さらに、細条状の放射電極とフローティング電極とを交互に繰り返し配列しているので、電極本数及び電極の長さを調整することにより、所望の広さの交信エリアを形成することが可能である。従って、例えば書庫やショウケースのように広い交信エリアを必要とする用途に好適なアンテナ装置が実現される。また、アンテナ装置に要求される電気的特性については、フローティング電極や放射電極の幅及び長さ等を適切に設計することにより、所望の電気的特性のアンテナ装置を得ることが可能である。

本発明によるアンテナ装置付きの家具は、請求項１から８までのいずれか１項に記載のアンテナ装置が装着されているアンテナ付きの家具であって、前記アンテナ装置に接続されているリーダライタを介して、当該家具上に配置され又は当該家具内に収納され、無線ICタグが装着されている物品が管理され又は識別されることを特徴とする。本発明によるアンテナ装置は平面構造体であるから、家具の天板や底板に容易に取り付けることが可能である。また、家具は比較的広い収納エリアを必要とする。本発明によるアンテナ装置は交信エリアを自在に設定することが可能であるため、家具の大きさや収納される物品の大きさに適合したアンテナ装置を家具に設置することが可能である。従って、収納される物品を管理するのに適合したアンテナ装置付きの家具が実現される。

本発明によるアンテナ装置は、タグを励振させるための電磁波を放出する放射電極とフローティング電極とが並列した構造を有し、フローティング電極の補完的な同調作用によりアンテナ装置の受信感度が改善される。また、アンテナパターンは、放射電極とフローティング電極とを交互に繰り返し配列した構造を有するので、所望の広さの交信エリアを形成することが可能である。この結果、広い交信エリアを必要とする用途に好適なアンテナ装置が実現される。

本発明によるアンテナ装置を具える無線ICタグシステムは、情報入出力装置（コンピュータ）と、リーダライタと、アンテナ装置と、各種物品に装着された無線ICタグとを具え、無線ICタグが装着された物品を識別し又は管理するために利用される。リーダライタは、アンテナ装置を介して無線ICタグへの電力の供給及び信号の送信を無線により行うと共にアンテナ装置を介して無線ICタグから送信された信号の受信を無線により行う。本発明によるアンテナ装置は、比較的広い交信エリアを有し、各種家具に収納されている物品を管理するのに有効であり、特に図書館等に設置されている書庫に収納されている書籍やＣＤ等の識別及び管理に有益である。

図１は本発明によるアンテナ装置の一例を示す平面図である。アンテナ装置は、誘電体基板１を有し、基板上にアンテナパターン（アンテナ構造体）が形成されている。誘電体基板１として、PVC、PET、PC、ABS、アクリル樹脂等の各種樹脂材料の基板、ガラスエポキシ基板、フッ素樹脂基板等を用いることができる。基板１の表面上には、銅層と半田層とを含む導電性材料層が形成され、エッチング処理により又は罫書き処理によりアンテナパターンを形成する。従って、本発明によるアンテナ装置は平面状のアンテナ装置であり、各種家具に装着することにより家具の内部に収納され又は家具上に配置され無線ICタグが装着されている物品を管理し識別することが可能である。また、家具の一種である書庫やショウケースの底板や天板に装着することにより、書庫内に収納され無線ICタグが装着された書籍、ＣＤ、ＤＶＤ等の各種物品の識別管理に有益である。

アンテナパターンは、第１の方向（ｙ方向）に互いに平行に延在する複数の（本例の場合４本）細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群２を有し、フローティング電極群２をはさんで一方の側に第１のアンテナパターン３を形成し、他方の側に第２のアンテナパターン４を形成する。第１のアンテナパターンと第２のアンテナパターンとは、接続部５を介して電気的に相互接続する。また、第１のアンテナパターンには第１の給電点Ｐ１を形成し、第２のアンテナパターンには第２の給電点Ｐ２を形成する。これら給電点を介して無線ICタグを励振させるための電力を供給する。また、アンテナパターンを形成するために用いた導電性材料層を利用して、感度調整を行うためのカップラ回路６を形成する。

フローティング電極は、幅が例えば０．２ｍｍの絶縁トラック（導電性材料層が除去され、誘電体基板の表面が露出したトラック領域）により周囲の導電性材料層から電気的に絶縁され、電気的にフローティング状態に維持されている電極である。これらフローティング電極は、フローティング電極が形成される予定の領域の周囲を、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の幅でエッチングにより除去することにより形成される。尚、本例では、４本のフローティング電極を形成したが、４本に限定されず、２本又は３本等でもよい。フローティング電極群が形成されている位置には磁界がほとんど形成されないため、物品を管理するための位置決めの基準位置として設定することができる。

第１のアンテナパターン３は、第１の方向と直交する第２の方向（ｘ方向）に所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向に延在する細条状のフローティング電極１０ａ〜１０ｅを有する。フローティング電極１０ａ〜１０ｅは、絶縁トラックを介して周囲の導電性材料層から絶縁され、電気的にフローティング状態に維持される。尚、アンテナパターンを製造する場合、フローティング電極は、フローティング電極が形成される領域の周囲の導電性材料層を例えば０．２ｍｍの幅でエッチングにより除去することにより形成され、或いは、導電性材料層を機械的手段により除去することにより形成される。隣接するフローティング電極間には、第１の方向に延在する細条状の放射電極１１ａ〜１１ｄを形成する。従って、フローティング電極と放射電極は、ｘ方向に沿って交互に繰り返し形成される。フローティング電極及び放射電極の第２の方向（ｘ方向）の幅は互いに等しくなるように設定され、本例ではそれぞれ１０ｍｍに設定する。従って、フローティング電極の占める面積と放射電極の占める面積はほぼ等しくなる。基板１の周縁に沿ってループ電極１２を形成する。このループ電極１２は、放射電極を電気的に相互接続すると共に放射電極を第１の給電点Ｐ１に接続する。

第２のアンテナパターン４は第１のアンテナパターンとほぼ同様な構成を有し、第１の方向に延在する６本の細条状のフローティング電極１３ａ〜１３ｆを有する。隣接するフローティング電極間には、導体トラック１４ａ〜１５ｅを形成する。第２のアンテナパターンのフローティング電極及び導体トラックのｘ方向の幅は、それぞれ１０ｍｍに設定する。基板１の周縁に沿ってループ電極１５を形成する。このループ電極１５は、放射電極を電気的に相互接続すると共に放射電極を第２の給電点Ｐ２に接続する。

第１及び第２のアンテナパターンにおいて、フローティング電極及び放射電極の本数は、管理されるべき物品の特性や数量等に応じて設定され、広い交信エリアを必要とする場合、交互に繰り返し形成されるフローティング電極及び放射電極の本数を多くし、交信エリアが比較的狭い場合、本数を少なくする。また、第１のアンテナパターンと第２のアンテナパターンの面積についても、形成すべき交信エリアのサイズや管理される物品の特性や数量等に基づいて規定され、対称となるように設定してもよく、非対称となるように設定することも可能である。

動作中、第１及び第２の給電点Ｐ１及びＰ２を介して各放射電極に電力が供給され、各放射電極から電磁波が放出されて交信エリアが形成される。本例では、リーダライタから駆動周波数が１３．５６ＭＨｚの搬送波を放出する。

図２は、図１に示すアンテナ装置を用いて作動させた際の観測された磁界分布を模式的に示す。図２はｘ−ｚ面内の磁界分布を示す。観測された磁界分布の特徴として、アンテナ装置のほぼ中央に位置するフローティング電極群２が形成された位置において、磁界が終端する。また、中央位置からｘ方向に離れる方向にそってほぼ均一な強度の磁界が形成され、アンテナパターンのｘ方向の両端の位置まで十分な強度の磁界が形成されている。この観測結果によれば、フローティング電極及び導体トラックの本数及びその長さを適切に設定することにより、所望の広さの交信エアリを形成することができ、無線ICタグが装着された大量のＣＤや書籍等を管理するためのアンテナ装置が実現される。

尚、フローティング電極群２が形成された位置は、形成される磁界が極めて弱いため、フローティング電極群が形成された位置は、物品管理のための基準位置とすることができる。このように、物品管理のための基準位置が設定できるので、無線ICタグが装着された物品の管理が一層容易になる。例えば、図１に示すアンテナ装置においては、２個の交信エリアが形成されるので、各エリアごとに物品の管理を行うことも可能である。

図３は、図１に示すアンテナ装置の変形例を示す。図３において、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。図１に示す実施例では、磁界が形成されないフローティング電極群２の形成位置を誘電体基板１の中央に設定した。フローティング電極群２の配置位置は自在に設定することができ、本例では、フローティング電極群２の位置を基板のｘ方向の一端側に設定する。そして、第１のアンテナパターン３は、多数のフローティング電極と放射電極を有する平面電極構造とし、第２のアンテナパターンは、単一の放射電極だけで構成する。このように構成すれば、単一の広い面積の交信エリアを形成することが可能である。

図４は本発明によるアンテナ装置の別の変形例を示す図である。図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。アンテナパターンの中央に、ｙ方向に沿って延在する複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群２を形成する。フローティング電極群２をはさんで対向するように、第１及び第２のアンテナパターン３及び４を形成する。尚、第１のアンテナパターンと第２のアンテナパターンとは同一構成とする。第１のアンテナパターン３は、ｘ方向に沿って周期的に配列されｙ方向に沿って延在する細条状の４本のフローティング電極２０ａ〜２０ｄと、隣接するフローティング電極間に配置され、ｘ方向に沿って延在する３本の放射電極２１ａ〜２１ｃとを有する。さらに、第１のアンテナパターン３は、その外周に沿って形成したループ電極２２も有し、ループ電極２２により放射電極を第１の給電点Ｐ１に接続する。尚、第２のアンテナパターン４は、第１のアンテナパターンと同一構成であるため、その説明は省略する。このように、フローティング電極群の延在方向と直交する方向に延在するフローティング電極及び導体トラックを形成しても、良好な磁界分布を形成することができる。尚、フローティング電極及び導体トラックの長さ及び本数を適切に設定することにより、所望の広さの交信エリアを形成することが可能である。

図５は、図４に示すアンテナ装置の変形例を示す図である。本例では、ｘ方向の一端側にフローティング電極群２を形成する。第１のアンテナパターン３は、ｘ方向に長いフローティング電極３０ａ〜３０ｄと放射電極３１ａ〜３１ｃと、外周に形成したループ電極３２とを有する。第２のアンテナパターン４は、ループ電極３３により構成され、フローティング電極及び放射電極を有しない構成とする。

図６は、図５に示すアンテナ装置を用いて作動させた場合に観測されたｘ−ｚ面内の磁界分布を模式的に示す。ｘ方向の基板のほぼ全長にわたってほぼ均一な磁界分布が観測された。図６に示す観測結果に基づけば、本例のアンテナ装置を用いれば、一方向に長い交信エリアを必要とする用途に有益なアンテナ装置が実現される。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、フローティング電極及び放射電極の幅及び本数は、形成すべき交信エリアの大きさや管理される物品の特性、物品に装着される無線ICタグの特性及びサイズ、並びにアンテナ装置のインピダンス値等のアンテナ装置に要求される特性に応じて適切に設定することができる。

本発明によるアンテナ装置の一例を示す図である。図１に示すアンテナ装置により形成される磁界分布を模式的に示す図である。本発明によるアンテナ装置の変形例を示す図である。本発明によるアンテナ装置の変形例を示す図である。本発明によるアンテナ装置の変形例を示す図である。図５に示すアンテナ装置により形成される磁界分布を模式的に示す図である。

符号の説明

１誘電体基板
２フローティング電極群
３第１のアンテナパターン
４第２のアンテナパターン
５接続部
Ｐ１，Ｐ２給電点
６カップラ回路
１０ａ〜１０ｅフローティング電極
１１ａ〜１１ｄ放射電極
１２，１５，２２，３２ループ電極
１３ａ〜１３ｆフローティング電極
１４ａ〜１４ｅ放射電極
２０ａ〜２０ｄフローティング電極
２１ａ〜２１ｃ放射電極
３０ａ〜３０ｄフローティング電極
３１ａ〜３１ｃ放射電極

Claims

誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
フローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されていると共にそれぞれ給電点を有する第１及び第２のアンテナパターンとを具え、
前記第１及び第２のアンテナパターンのうち少なくとも一方のアンテナパターンは、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極、又は前記第１の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向と直交する第２の方向に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、フローティング電極と平行に延在する細条状の複数の放射電極と、前記複数の放射電極を給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第１の方向又は第２の方向に沿って交互に繰り返し形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
フローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されると共にそれぞれ給電点を有する第１及び第２のアンテナパターンとを具え、
前記第１及び第２のアンテナパターンは、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、前記複数の放射電極を給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第２の方向に沿って交互に繰り返し形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
第１のフローティング電極群をはさんで対向するように形成され、互いに電気的に接続されると共にそれぞれ給電点を有する第１及び第２のアンテナパターンとを具え、
前記第１のアンテナパターンは、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向に沿って互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、前記複数の放射電極を第１の給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第２の方向に沿って交互に繰り返し形成され、
前記第２のアンテナパターンは、給電点に接続され、フローティング電極群と隣接する単一の放射電極として形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
第１のフローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されると共にそれぞれ給電点を有する第１及び第２のアンテナパターンとを具え、
前記第１及び第２のアンテナパターンは、前記第１の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、フローティング電極と平行に延在する細条状の複数の放射電極と、前記複数の放射電極を給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第１の方向に沿って交互に繰り返し形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第１の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
第１のフローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されると共にそれぞれ給電点を有する第１及び第２のアンテナパターンとを具え、
前記第１のアンテナパターンは、前記第１の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、フローティング電極と平行に延在する細条状の複数の放射電極と、前記複数の放射電極を給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第１の方向に沿って交互に繰り返し形成され、
前記第２のアンテナパターンは、給電点に接続され、フローティング電極群と隣接する単一の放射電極として形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置において、前記アンテナパターンのフローティング電極と放射電極の幅は、互いにほぼ等しく設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１から６までのいずれか１項に記載のアンテナ装置において、前記アンテナパターンを形成するための導電性材料層を利用して、受信感度を調整するためのカップラ回路が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１から７までのいずれか１項に記載のアンテナ装置において、当該アンテナ装置は家具に装着され、無線ICタグが装着されると共に当該家具上に配置され又は家具内に収納されている物品を管理又は識別するために利用されることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１から８までのいずれか１項に記載のアンテナ装置が装着されているアンテナ付きの家具であって、前記アンテナ装置に接続されているリーダライタを介して、当該家具上に配置され又は当該家具内に収納され、無線ICタグが装着されている物品が管理され又は識別されることを特徴とするアンテナ装置付きの家具。
フローティング電極