JP2011250252A - Ｒｆｉｄ用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】不感領域をなくして広い範囲でＩＣタグを認識することができるＲＦＩＤ用アンテナを提供する。
【解決手段】本発明のＲＦＩＤ用アンテナは、第１誘電体基板１と、第１誘電体基板１の表面に設けられる膜状電極２と、第１誘電体基板１の裏面に設けられるグランド電極３と、膜状電極２の表面に接して設けられる第２誘電体基板４と、第２誘電体基板４の表面に設けられるループ状電極５とを備え、ループ状電極５の一端に給電点７を設け、ループ状電極５の他端と膜状電極２とを電気的に接続する接続線６を設け、接続線６によってループ状電極５と接続されていないグランド電極３と膜状電極２とを容量結合したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣタグの読み取りなどに用いられるＲＦＩＤ用アンテナに関するものである。

ＲＦＩＤ（電波による固体識別）に関する技術を利用してＩＣタグからデータを読み取ったり、あるいはＩＣタグにデータを書き込んだりする際に用いられるアンテナとして、例えば、下記特許文献１に記載されたパッチアンテナが知られている。

このパッチアンテナは、誘電体基板の表面に膜状電極を設け、前記誘電体基板の裏面にグランド電極を設けたものであり、前記誘電体基板の裏面側からその内部に挿入された給電ピンと前記膜状電極とを前記誘電体基板を介して容量結合することによって、前記膜状電極に電力を供給するものである。

しかしながら、この種のアンテナでは、膜状電極の周縁部付近を電磁波が伝播するため、アンテナ本体中央の直上部分に電磁界の強度が極めて弱い領域（不感領域）が存在する。したがって、この不感領域にＩＣタグが置かれた場合には、ＩＣタグからの反射波が弱いためにそのＩＣタグを認識できないという不具合があった。

また、特許文献１には、２．５ＧＨｚ帯用の膜状電極と１．５ＧＨｚ帯用の膜状電極とを組み合わせたパッチアンテナが記載されているが、それらの膜状電極にそれぞれ給電点を設けた構成であるため、２つの給電点にそれぞれ付随する構成を必要とし、装置のハードウェア及びソフトウェアの両面で構造が複雑になるという問題があった。

特開２００４−０３２０１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、不感領域をなくして広い範囲でＩＣタグを認識することができ、また、装置のハードウェア及びソフトウェアの両面で構造の簡素化を実現し得るＲＦＩＤ用アンテナを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、第１誘電体基板と、第１誘電体基板の表面に設けられる膜状電極と、第１誘電体基板の裏面に設けられるグランド電極と、前記膜状電極の表面に接して設けられる第２誘電体基板と、第２誘電体基板の表面に設けられるループ状電極とを備え、前記ループ状電極の一端に給電点を設け、前記ループ状電極の他端と前記膜状電極又は前記グランド電極とを電気的に接続する接続線を設け、前記接続線によって前記ループ状電極と接続されていない前記グランド電極と前記膜状電極とを容量結合し又は前記接続線によって前記ループ状電極と接続されていない前記膜状電極と前記ループ状電極とを容量結合したことを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナを提供する。

本発明のＲＦＩＤ用アンテナは、膜状電極の表面に接して設けられる第２誘電体基板の表面にループ状電極が設けられているため、ループ状電極に電力を供給することによって、ループ状電極の下から上へと向かう磁界が発生し、この領域（すなわち、アンテナ本体中央の直上部分）に置かれたＩＣタグに対して、そのＩＣタグが反射可能な磁場エネルギーを供給することが可能となる。また、ループ状電極に供給された電力が接続線を介して膜状電極又はグランド電極に供給されるとともに、接続線によってループ状電極と接続されていないグランド電極と膜状電極とを容量結合し又は接続線によってループ状電極と接続されていない膜状電極とループ状電極とを容量結合した構成であるため、膜状電極の周縁部付近を電磁波が伝播する。したがって、アンテナ本体の周囲にＩＣタグが置かれた場合でも、そのＩＣタグを認識することができる。
また、本発明のＲＦＩＤ用アンテナは、ループ状電極の一端にのみ給電点を設けた構成であり、給電点が１つで足りる。したがって、１つの給電点に付随する構成しか必要としないため、装置のハードウェア及びソフトウェアの両面で構造の簡素化を実現し得る。
さらに、本発明のＲＦＩＤ用アンテナは、給電点が１つでありながら、ループ状電極と膜状電極の両方を有しているため、それらの電極をそれぞれ対応する周波数帯に適するよう設定することにより、異なる周波数帯にも適用可能である。

図１は本発明の実施例１に係るＲＦＩＤ用アンテナを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部断面図である。 図２は本発明の実施例１に係るＲＦＩＤ用アンテナの作動状態を模式的に示す図であり、（ａ）はループ状電極を流れる電流の向きを示す概念図、（ｂ）ループ状電極に電力を供給したときに発生する磁界を示す概念図である。 図３は本発明の実施例１に係るＲＦＩＤ用アンテナを用いた実験を説明するための図である。 図４は本発明の実施例２に係るＲＦＩＤ用アンテナを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下に述べる実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナを示す図であり、この図に示したように、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナは、第１誘電体基板１、膜状電極２、グランド電極３、第２誘電体基板４、ループ状電極５及び接続線６を有して構成される。

第１誘電体基板１及び第２誘電体基板４は、誘電性を有する物質から形成された基板である。本実施例では、第１誘電体基板１として、ガラスエポキシ材から成る基板を用いており、その厚さは３ｍｍである。他方、第２誘電体基板４として、第１誘電体基板１と同じ材料から成る基板を用いており、その厚さは１ｍｍである。

膜状電極２は、金属から成り、第１誘電体基板１の表面に設けられている（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）。本実施例では、膜状電極２として、３５ｍｍ×２５ｍｍの大きさを有する四角形の電極が用いられているが、その形状や大きさは適宜設定することができる。

グランド電極３は、金属から成り、第１誘電体基板１の裏面に設けられている（図１（ｂ）参照）。グランド電極３としては、表面の面積が第１誘電体基板１の裏面の面積とほぼ同じで、膜状電極２よりも寸法が大きいものが用いられている。

ループ状電極５は、金属から成り、膜状電極２の表面に接して設けられる第２誘電体基板４の表面に設けられている（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）。ループ状電極５としては、互いに接触しない２つの端部を有するものであればその形状は限定されるものではない。本実施例では、ループ状電極５として、略円形のものが用いられているが、例えば、渦巻き状のものであっても良い。ループ状電極５は、その巻き数が多いほど強い磁界を発生させることができる。

ループ状電極５が有する互いに接触しない２つの端部のうちの一方、すなわち、ループ状電極５の一端には、ループ状電極５に電力を供給するための給電点７が設けられる（図１（ａ）参照）。給電点７は、ループ状電極５の一端にのみ設けられ、他の電極には設けられていない。すなわち、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナでは、給電点７が１つしかない。

ループ状電極５が有する互いに接触しない２つの端部のうちの他方、すなわち、ループ状電極５の他端には、ループ状電極５と膜状電極２とを電気的に接続するための金属から成る接続線６が設けられている（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）。

上記のように構成されるＲＦＩＤ用アンテナは、ループ状電極５に対して、給電点７から電力が供給されると、その電力は、ループ状電極５の一端から他端へと流れ、さらに、接続線６を流れて膜状電極２まで供給される。そして、膜状電極２に電力が供給されることによって、第１誘電体基板１を介して膜状電極２とグランド電極３とが容量結合ＣＣする（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。

このように電力がループ状電極５の一端から他端へと流れる時には、図２（ａ）に示したようなループ電流ＬＣが生じ、それによって、ループ状電極５の下から上へと向かう磁界ＭＦが発生する（図２（ｂ）参照）。このため、従来のパッチアンテナでは不感領域であったアンテナ本体中央の直上部分に強度が強い電磁界が発生することになる。また、同時に、膜状電極２の周縁部付近に電磁波が伝播するため、アンテナ本体の周囲にも電磁界ＥＦが発生することになる（図２（ｂ）参照）。したがって、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナによれば、不感領域なしに広い範囲でＩＣタグを認識することが可能になる。

図３は、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナを実装したアンテナ本体８の斜視図である。表１及び表２は、このアンテナ本体８を用いてＵＨＦ帯（９５２〜９５５ＭＨｚ）のＩＣタグ（直径２１ｍｍ）の読み取り実験を行った結果を示す。

ＩＣタグとアンテナ本体８とのｚ方向における相対距離（すなわち、アンテナ本体８の表面中央からＩＣタグまでの距離）が０ｍｍの場合では、このアンテナ本体８を用いることによって、ＩＣタグとアンテナ本体８とのｘ及びｙ方向の相対距離が−２０〜２０ｍｍの全範囲でＩＣタグからデータを読み取ることができた（表１参照）。また、ＩＣタグとアンテナ本体８とのｚ方向における相対距離が１０ｍｍの場合でも、このアンテナ本体８を用いることによって、ＩＣタグとアンテナ本体８とのｘ及びｙ方向の相対距離が−２０〜２０ｍｍの全範囲でＩＣタグからデータを読み取ることができた（表２参照）。

本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナは、ループ状電極５の一端にのみ給電点７を設けた構成であり、給電点７が１つで足りるため、ＩＣタグの読み取りなどを行うにあたって、１つの給電点７に付随する構成しか必要としない。したがって、装置のハードウェア及びソフトウェアの両面で構造の簡素化を実現し得るという利点がある。

なお、上記の実験によって、ＵＨＦ帯のＩＣタグへの適応が実証されたが、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナは、２．４ＧＨｚのＩＣタグにも適用可能である。また、本実施例では、同一の周波数帯に適用し得るように、その周波数帯に適したループ状電極５と膜状電極２を用いているが、例えば、ループ状電極５を９５３ＭＨｚバンドに適したものとし、膜状電極２を２．４５ＧＨｚバンドに適したものに設定することによって、給電点７が１つでありながら、異なる周波数帯のＩＣタグをそれぞれ認識することも可能である。

図４は、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナを示す図であり、この図に示したように、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナは、ループ状電極５の他端とグランド電極３とを接続線６によって電気的に接続し、接続線６によってループ状電極５と接続されていない膜状電極２とループ状電極５とを容量結合ＣＣした点で、実施例１に係るＲＦＩＤ用アンテナと異なる。

本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナは、ループ状電極５に対して、給電点７から電力が供給されると、その電力は、ループ状電極５の一端から他端へと流れ、さらに、接続線６を流れてグランド電極３まで供給される。そして、ループ状電極５に電力が供給されることによって、第２誘電体基板４を介してループ状電極５と膜状電極２とが容量結合ＣＣする（図４（ｂ）参照）。

このように電力がループ状電極５の一端から他端へと流れる時には、ループ状電極５の下から上へと向かう磁界が発生するため、従来のパッチアンテナでは不感領域であったアンテナ本体中央の直上部分に強度が強い電磁界が発生することになる。また、同時に、膜状電極２の周縁部付近に電磁波が伝播するため、アンテナ本体の周囲にも電磁界が発生することになる。したがって、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナも、実施例１に係るＲＦＩＤ用アンテナと同様に、不感領域をなくして広い範囲でＩＣタグを認識することが可能である。

本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナも、ループ状電極５の一端にのみ給電点７を設けた構成であり、給電点７が１つで足りるため、ＩＣタグの読み取りなどを行うにあたって、１つの給電点７に付随する構成しか必要としない。したがって、装置のハードウェア及びソフトウェアの両面で構造の簡素化を実現し得るという利点がある。

さらに、本実施例に係るＲＦＩＤ用アンテナも、給電点７が１つでありながら、ループ状電極５と膜状電極２の両方を有しているため、それらの電極をそれぞれ対応する周波数帯に適するよう設定することにより、異なる周波数帯のＩＣタグをそれぞれ認識することが可能である。

１ 第１誘電体基板
２ 膜状電極
３ グランド電極
４ 第２誘電体基板
５ ループ状電極
６ 接続線
７ 給電点
８ アンテナ本体

Claims (1)

1. 第１誘電体基板と、第１誘電体基板の表面に設けられる膜状電極と、第１誘電体基板の裏面に設けられるグランド電極と、前記膜状電極の表面に接して設けられる第２誘電体基板と、第２誘電体基板の表面に設けられるループ状電極とを備え、前記ループ状電極の一端に給電点を設け、前記ループ状電極の他端と前記膜状電極又は前記グランド電極とを電気的に接続する接続線を設け、前記接続線によって前記ループ状電極と接続されていない前記グランド電極と前記膜状電極とを容量結合し又は前記接続線によって前記ループ状電極と接続されていない前記膜状電極と前記ループ状電極とを容量結合したことを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ。

Images