JP2015198372A - アンテナ - Google Patents

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Abstract

【課題】十分な強度の電波を線状に放射することができ、ひいては細い柱や穴などの狭所に配置することが可能なアンテナを提供する。
【解決手段】本アンテナは、所定の方向に延びる基板1と、基板1上に設けられた給電部2と、基板1上に設けられた終端抵抗部3と、基板1上に設けられ、給電部2と終端抵抗部3を通電可能な状態で接続するストリップライン部4とを備える。ストリップライン部4は、基板1の長さ方向に延び、かつ基板1の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様に形成された複数のストリップライン43a、43bを備える。各ストリップライン43a、43bの間において、基板1の長さ方向に延び、かつ各ストリップライン43と所定距離を隔てる態様で無給電電極部5が設けられる。無給電電極部5はストリップライン43a、43bを流れる電流の周波数の半波長程度の長さを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、他の通信装置と近接させることによって通信可能となるアンテナに関するものである。
従来より無線通信において、各種のアンテナが使用されている。このアンテナとは高周波エネルギーを電波として空間に放射、あるいは逆に空間の電波を高周波エネルギーへ相互に変換する装置のことである。アンテナは、その用途などから送信用アンテナと受信用アンテナに分けられることがあるが、可逆性があり送受信を兼用することができるものが多い。
このアンテナには、代表的なものとしてダイポールアンテナがある。ダイポールアンテナは、ケーブルの先の給電点に2本の直線状の導線を左右対称につけたアンテナである。このダイポールアンテナは、導線に垂直な方向で電波の放射が最大になり、導線に平行な方向には放射がゼロになる性質を有する。具体的には、放射の角度と強度の関係を図示すると、「8」の字のように円を2個連ねた形になる。このため、ダイポールアンテナは、特定の狭い方向の電波だけを受信する性質(指向性)が大きく、この特定の方向から方向がずれると急激に感度が低下する。
したがって、ダイポールアンテナは、通信方向が定まった遠距離用のアンテナとして利用することは有効であるが、通信先がわずかに移動するだけで通信方向が大きく変化する近距離用のアンテナとして利用することは有効ではなかった。
そこで、従来、近距離用のアンテナとして、特許文献1に示すアンテナが提案されていた。このアンテナは、電波長λの周波数帯で通信する通信装置と、電波長λ以外の周波数帯で通信する通信装置とのいずれにも接続可能なアンテナであって、前記アンテナに接続された通信装置は他の通信装置と通信し、当該通信装置が接続される信号端子と接地端子を有する給電部、 前記給電部の信号端子に一端が接続され、当該他の通信装置に接続される他のアンテナと近接して容量結合もしくは電磁誘導結合する導体線からなる線路部、前記給電部の接地端子と前記線路部の他端との間を接続する終端抵抗部を備えるものである。
特開2010−16445号公報
しかしながら、上記アンテナは、線路部の一端(給電部側)から他端(終端抵抗部側)に向かうに従って、放射される電波の強度が急激に減衰するものであった。このため上記アンテナの実際の使用に際しては、渦巻き状に巻いた状態にしなければならないため(上記特許文献1の図10参照)、十分な強度の電波を線状に放射することができず、細い柱や穴などの狭所に配置することは困難であるという問題があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、十分な強度の電波を線状に放射することができ、ひいては細い柱や穴などの狭所に配置することが可能なアンテナを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、所定の方向に延びる基板と、該基板上に設けられた給電部と、前記基板上に設けられた終端抵抗部と、前記基板上に設けられ、前記給電部と前記終端抵抗部を通電可能な状態で接続するストリップライン部とを備えるアンテナであって、前記ストリップライン部は、前記基板の長さ方向に延び、かつ前記基板の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様に形成された複数のマイクロストリップラインを備え、各マイクロストリップラインの間において、前記基板の長さ方向に延び、かつ各マイクロストリップラインと所定距離を隔てる態様で無給電電極部が設けられ、該無給電電極部は前記マイクロストリップラインを流れる電流の周波数の半波長の整数倍の長さを有することを特徴とする。
これによれば、電流が給電部から各マイクロストリップラインを通じて終端抵抗部まで流れると、各マイクロストリップラインの周囲に電界および磁界が生じ、各マイクロストリップラインと無給電電極部が電磁的に結合するため、無給電電極部の内部に電流が発生して、無給電電極部から電波が放射される。このとき無給電電極部は、マイクロストリップラインを流れる電流の周波数の半波長の整数倍の長さを有しているため、無給電電極部から放射される電波が共振することにより、十分な強度の電波を線状に放射することができる。
また、前記ストリップライン部は、一つの前記給電部から前記基板の幅方向に複数のマイクロストリップラインに分岐したあと、各マイクロストリップラインが前記基板の長さ方向に延び、かつ前記基板の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並び、いずれも一つの前記終端抵抗部に収束しながら到達する態様に形成されているのが好ましい。
これによれば、各マイクロストリップラインには一つの給電部から分岐した電流が流れるため、各マイクロストリップラインを流れる電流の周波数が同一となる。このため、各マイクロストリップラインの間に設けられた無給電電極部は、各ストリップライン部から同一の周波数の電界および磁界を両側から受けるため、無給電電極部から放射される電波を効率的に共振させることができる。
また、前記無給電電極部は、互いに所定距離を隔てながら複数設けられていてもよい。これによれば電波の放射量、放射方向および放射長さを容易に設計変更することができる。
また、前記無給電電極部は、前記基板の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様で設けられている場合、横列状態に並ぶ態様で設けられた各無給電電極部から電波が放射されるため、強度の大きな電波を効率良く線状に放射することができる。
また、前記無給電電極部は、前記基板の長さ方向に互いに所定距離を隔てながら縦列状態に並ぶ態様で設けられている場合、縦列状態に並ぶ態様で設けられた各無給電電極部から電波を線状に放射されるため、基板の長さ方向に沿って十分な強度の電波を線状に放射することができる。
また、前記無給電電極部は、前記基板の長さ方向に沿って前記給電部から前記終端抵抗部に向かうに従って、前記基板の幅方向の横列数が段階的に増加する態様で設けられてもよい。これによれば、基板の長さ方向に沿って給電部から終端抵抗部に向かうに従って十分な強度の電波をバランス良く線状に放射することができる。
また、前記無給電電極部は、前記基板の長さ方向に沿って前記給電部から前記終端抵抗部に向かうに従って、前記基板の幅方向の長さが段階的に長くなる態様で設けられてもよい。これによれば、基板の長さ方向に沿って給電部から終端抵抗部に向かうに従って十分な強度の電波をバランス良く線状に放射することができる。
また、本発明に係るRFID読取システムは、上記アンテナと、該アンテナと通信を行うRFIDタグと、該アンテナに接続されたリーダ装置とを備え、アンテナによりRFIDタグの情報を受信してリーダ装置により読み取ることを特徴とする。
本発明によれば、電流が給電部から各マイクロストリップラインを通じて終端抵抗部まで流れると、各マイクロストリップラインの周囲に電界および磁界が生じ、各マイクロストリップラインと無給電電極部が電磁的に結合するため、無給電電極部の内部に電流が発生して、無給電電極部から電波が放射される。このとき無給電電極部は、各マイクロストリップラインを流れる電流の周波数の半波長の整数倍の長さを有しているため、無給電電極部から放射される電波が共振することにより、十分な強度の電波を線状に放射することができる。
また、本アンテナは、各マイクロストリップラインの間に無給電電極部が設けられる構造であるため、無給電電極部から放射される電波が基板の幅方向に対称なバランスの良い状態となる。
また、無給電電極部を設けるだけなので、簡易な構成にして製造コストを抑えることができる。
また、本アンテナは、無給電電極部の長さを変更することにより、放射される電波の周波数を容易に設計変更することができる。
また、本アンテナは、無給電電極部5の本数や配置を変更することにより、利得や電波の指向性を容易に設計変更することができる。
また、本アンテナは、ストリップライン部および無給電電極部が設けられた基板を幅狭に形成し得るため、本アンテナを細い柱や穴などの狭所に設置することができ、アンテナの用途を広げることが可能となる。例えば、該アンテナは、試着室の鏡枠に設置され、被服に取り付けられたRFIDタグと通信することにより、該被服が試着室に持ちこまれた回数などを計測することができる。このため、販売者は、この計測の結果を被服の陳列方法に反映させたり、商品開発に反映させたりすることが可能となる。
本発明に係るアンテナを示す平面図および正面図である。 図1のII部の要部拡大図である。 図1のIII(a)-III(a)線およびIII(b)-III(b)線の断面矢視図である。 図1のアンテナの電波の放射状況を示す分布図である。 第2の実施形態に係るアンテナを示す平面図および正面図である。 図5のVI(a)(b)部の要部拡大図である。 図5のVII(a)-VII(a)線、VII(b)-VII(b)線およびVII(c)-VII(c)線の断面矢視図である。 図5のアンテナの電波の放射状況を示す分布図である。 第3の実施形態に係るアンテナを示す平面図および正面図である。 第4の実施形態に係るアンテナを示す平面図である。
<第1の実施形態>
次に、本発明に係るアンテナの第1の実施形態について図1〜図4を参照しつつ説明する。以下、「右側」および「左側」の語は、図1に正対した場合における右側および左側を指すものとして用いる。
本アンテナは、図1に示すように、所定の方向に延びる基板1と、基板1上に設けられた給電部2と、基板1上に設けられた終端抵抗部3と、基板1上に設けられ、給電部2と終端抵抗部3を通電可能な状態で接続するストリップライン部4と、基板1上に設けられ、電波を線状に放射する無給電電極部5と、基板1の裏面に設けられた金属板6を備えている。
前記基板1は、アンテナの基材であって、ガラス繊維とエポキシ樹脂とを含むプリント基板である。この基板1は、長さ275mm、幅15mm、厚み3mmの幅狭な板状に形成されている。
前記給電部2は、本アンテナのストリップライン部4に電流を供給するためのものであって、基板1の表面の左端部1aに設けられている。この給電部は、左側に図示略の無線機器のケーブル端子が接続されるとともに、右側にストリップライン部4が接続されている。このため無線機器からケーブルを介して給電部に電磁波が入力されると、ストリップライン部に電流を供給することができる。
前記終端抵抗部3は、ストリップライン部4を流れた電流の不要な反射が発生することを防止するためのものであって、基板1の表面の右端部1cに設けられている。この終端抵抗部3は、左側にストリップライン部4が接続されている。なお、終端抵抗部3は、ストリップライン部4の線路インピーダンスと同じインピーダンスの抵抗である。
前記ストリップライン部4は、給電部2から供給された電流が流れる導体の線路であって、基板1の長さ方向に延びる態様に形成されている。具体的には、このストリップライン部4は、給電部2に接続されている給電接続部41と、終端抵抗部3に接続されている終端抵抗接続部42と、給電接続部41と終端抵抗接続部42とを接続するマイクロストリップライン本体43とを備える。なお、ストリップライン部4は、表面が絶縁性の塗料で塗装されている。
前記給電接続部41は、基板1の表面の左端部1aにおいて、大きさが長さ5mm、幅5.5mm程度に形成されている。
前記終端抵抗接続部42は、基板1の表面の右端部1cにおいて、大きさが長さ5mm、幅5.5mm程度に形成されている。
前記マイクロストリップライン本体43は、基板1の表面の中間部1bにおいて、給電接続部41から基板1の幅方向に2つのマイクロストリップライン43a、43bに分岐したあと、基板1の長さ方向に延び、かつ基板1の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並び、いずれも終端抵抗接続部42に収束しながら到達する態様に形成されている。このマイクロストリップライン43a、43bは、いずれも幅2mmで基板1の長さ方向に延び、互いに7mm程の距離を隔てながら横列状態に並んでいる。
なお、マイクロストリップライン43a、43bは、上記した幅に限定されるものではないが、線路インピーダンスが無線機器の出力インピーダンス(本実施形態では50Ω)となるような幅であるのが好ましい。
前記無給電電極部5は、マイクロストリップライン本体43のマイクロストリップライン43a、43bの間において、基板1の長さ方向に延び、かつ前記マイクロストリップライン43a、43bと所定距離を隔てる態様で設けられた複数の無給電電極部5a〜5dからなる。
具体的には、無給電電極部5は、マイクロストリップライン本体43の左側の第1のエリアA1に1本の無給電電極部5aが設けられている。この第1のエリアA1の無給電電極部5aは、幅1.5mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bから距離D1を隔てて設けられている。
また、マイクロストリップライン本体43の右側の第2のエリアA2に3本の無給電電極部5b、5c、5dが設けられている。これら無給電電極部5b、5c、5dは、基板1の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様、かつ第1のエリアA1の無給電電極部5aと所定距離を隔てながら縦列状態に並ぶ態様で設けられている。このうち第2のエリアA2の外側の無給電電極部5b、5dは、幅1.5mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bから距離D2を隔てて設けられている。また第2のエリアA2の内側の無給電電極部5cは、幅1mm程度に形成され、無給電電極部5b、5cの間において、両側のマイクロストリップライン43a、43bのいずれからも距離D3を隔てて設けられている。
なお、この無給電電極部5は、いずれも各マイクロストリップライン43a、43bを流れる電流の周波数の半波長程度の長さを有している。例えば、各マイクロストリップライン43a、43bを流れる電流の周波数が920MHzの場合は長さ80〜100mm程、2.45GHzの場合は長さが30〜40mm程、5GHzの場合は長さが10〜20mm程にそれぞれ形成されるのが好ましい。
前記金属板6は、ストリップライン部4を構成するためのグランド電極である。この金属板6は、長さが放射される電波の一波長程度とされるのが好ましい。なお、金属板6は、表面が絶縁性の塗料で塗装されている。
而して、電流が給電部2から各マイクロストリップライン43a、43bを流れて終端抵抗部3に到達すると、マイクロストリップライン43a、43bの周囲に電界および磁界が生じ、各マイクロストリップライン43a、43bと無給電電極部5が電磁的に結合するため、無給電電極部5の内部に電流が発生して、無給電電極部5から電波が放射される。このとき無給電電極部5は、各マイクロストリップライン43a、43bを流れる電流の周波数の半波長程度の長さを有しているため、無給電電極部5から放射される電波が共振することにより、十分な強度の電波を線状に放射することができる。
また、第2のエリアA2には本の無給電電極部5b、5c、5dが基板1の幅方向に横列状態に並ぶ態様で設けられているため、強度の大きな電波を効率良く線状に放射することができる。
また、一般に各マイクロストリップライン43a、43bを流れる電流は給電部2から終端抵抗部3にかけて次第に微弱となることから、各マイクロストリップライン43a、43bの周囲の電界および磁界も狭くなっていく。このため通常では無給電電極部5を流れる電流も次第に微弱となって、無給電電極部5から放射される電界の強度も次第に弱まっていく。しかしながら、本実施形態では、無給電電極部5は、基板1の長さ方向に沿って給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って、基板1の幅方向の横列数が2段階で増加する態様で設けられているため、図4に示すように、基板1の長さ方向に沿って給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って十分な強度の電波をバランス良く線状に放射することができる。
<第2の実施形態>
次に、本発明に係るアンテナの第2の実施形態について図5〜図8を参照しつつ説明する。なお、本実施形態のアンテナは、給電部2および終端抵抗部3は第1の実施形態に示すものと同一のため、同一の符号を付して、その説明を省略する。また、基板1およびストリップライン部4は、長さが異なるのみであり、形状が同一のため、同一の符号を付して、その説明を省略する。
前記無給電電極部5は、マイクロストリップライン本体43のマイクロストリップライン43a、43bの間において、基板1の長さ方向に延び、かつ前記マイクロストリップライン43a、43bと所定距離を隔てる態様で設けられた複数の無給電電極部5e〜5jからなる。
具体的には、マイクロストリップライン本体43の左側の第1のエリアB1に、1本の無給電電極部5eが設けられている。この第1のエリアB1の無給電電極部5eは、幅1.5mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bから距離D1を隔てて設けられている。
また、マイクロストリップライン本体43の中間の第2のエリアB2に、2本の無給電電極部5f、5gが設けられている。この第2のエリアB2の無給電電極部5f、5gは、基板1の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様、かつ第1のエリアB1の無給電電極部5eと所定距離を隔てながら縦列状態に並ぶ態様で設けられている。また、この第2のエリアB2の無給電電極部5f、5gは、幅1.5mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bから距離D2を隔てて設けられている
また、マイクロストリップライン本体43の右側の第3のエリアB3に、3本の無給電電極部5h、5i、5jが設けられている。この無給電電極部5h、5i、5jは、基板1の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様、かつ第2のエリアB2の無給電電極部5f、5gと所定距離を隔てながら縦列状態に並ぶ態様で設けられている。このうち第3のエリアB3の無給電電極部5h、5jは、幅1.5mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bから距離D2を隔てて設けられている。一方、第3のエリアB3の無給電電極部5iは、無給電電極部5h、5jの間において、幅1mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bのいずれからも距離D3を隔てて設けられている。
なお、この無給電電極部5は、いずれもマイクロストリップライン43a、43bを流れる電流の周波数の半波長程度の長さを有している。
本実施形態では、無給電電極部5は、基板1の長さ方向に沿って給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って、基板1の幅方向の横列数が3段階で増加する態様で設けられているため、図8に示すように、基板1の長さ方向に沿って給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って十分な強度の電波をより一層バランス良く線状に放射することができる。
<第3の実施形態>
次に、本発明に係るアンテナの第3の実施形態について図9を参照しつつ説明する。なお、本実施形態のアンテナは基板1、給電部2、終端抵抗部3およびストリップライン部4は、第1の実施形態に示すものと同一のため、同一の符号を付して、その説明を省略する。
マイクロストリップライン本体43の第2のエリアA2に、幅広の無給電電極部5kが設けられている。この無給電電極部5kは、第1のエリアA1の無給電電極部5aと所定距離を隔てながら縦列状態に並ぶ態様で設けられている。また、無給電電極部5kは、幅5mm程度に形成され、両側のマイクロストリップライン43a、43bのいずれからも距離1mm程度を隔てて設けられている。
而して、マイクロストリップライン43a、43bと無給電電極部5kの距離が近くなることから、マイクロストリップライン43a、43bと無給電電極部5kが電磁的に強く結合することとなり、幅狭の無給電電極部に比べて放射される電波の強度を大きくすることができる。よって、本実施形態のように、基板1の長さ方向に沿って給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って、基板1の幅方向の長さが段階的に長くなる態様で設けられると、基板1の長さ方向に沿って給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って十分な強度の電波をバランス良く線状に放射することができる。
<第4の実施形態>
次に、本発明に係るアンテナの第4の実施形態について図10を参照しつつ説明する。なお、本実施形態のアンテナは基板1、給電部2、終端抵抗部3および無給電電極部5は、第1の実施形態に示すものと同一のため、同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態では、ストリップライン部4の形状を変更している。例えば、図10(a)に示すアンテナでは、ストリップライン部4は、一つの給電部2から複数の各マイクロストリップライン43a、43bに分岐したあと、基板1の長さ方向に延びかつ基板1の幅方向に所定間隔を隔てる態様で横列状態に並び、互いに異なる終端抵抗部3、3に接続する。
また、図10(b)に示すアンテナでは、ストリップライン部4は、異なる給電部2、2からマイクロストリップライン43a、43bが基板1の長さ方向に延びかつ基板1の幅方向に所定間隔を隔てる態様で横列状態に並び、いずれも同一の終端抵抗部3に接続する。
また、図10(c)に示すアンテナでは、ストリップライン部4は、異なる給電部2、2からマイクロストリップライン43a、43bが基板1の長さ方向に延びかつ基板1の幅方向に所定間隔を隔てる態様で横列状態に並び、互いに異なる終端抵抗部3、3に接続する。
なお、以上の実施形態では、ストリップライン部4は2列のマイクロストリップラインからなるとしたが、これに限られず、3列以上のマイクロスリットラインからなるものであってもよい。
また、同一エリアに並ぶ無給電電極部5の本数が1〜3本のものを示したが、これに限られず、同一エリアに並ぶ無給電電極部5の本数が4本以上であってもよい。
また、給電部2から終端抵抗部3に向かうに従って、無給電電極部5の本数が2段階または3段階に増加するものを示したが、これに限られず、1段階のみまたは4段階以上に増加するものであってもよい。
また、無給電電極部5の長さをマイクロストリップライン43a、43bを流れる電流の周波数の半波長程度としたが、半波長の整数倍であれば、その他の長さであってもよい。
以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
1…基板
2…給電部
3…終端抵抗部
4…ストリップライン部
41…給電接続部
42…終端抵抗接続部
43…マイクロストリップライン本体
43a、43b…マイクロストリップライン
5…無給電電極部
6…金属板

Claims (8)

  1. 所定の方向に延びる基板と、該基板上に設けられた給電部と、前記基板上に設けられた終端抵抗部と、前記基板上に設けられ、前記給電部と前記終端抵抗部を通電可能な状態で接続するストリップライン部とを備えるアンテナであって、
    前記ストリップライン部は、前記基板の長さ方向に延び、かつ前記基板の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様に形成された複数のマイクロストリップラインを備え、
    各マイクロストリップラインの間において、前記基板の長さ方向に延び、かつ各マイクロストリップラインと所定距離を隔てる態様で無給電電極部が設けられ、該無給電電極部は前記マイクロストリップラインを流れる電流の周波数の半波長の整数倍の長さを有することを特徴とするアンテナ。
  2. 前記ストリップライン部は、一つの前記給電部から前記基板の幅方向に複数のマイクロストリップラインに分岐したあと、各マイクロストリップラインが前記基板の長さ方向に延び、かつ前記基板の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並び、いずれも一つの前記終端抵抗部に収束しながら到達する態様に形成されている請求項1に記載のアンテナ。
  3. 前記無給電電極部は、互いに所定距離を隔てながら複数設けられている請求項1または請求項2に記載のアンテナ。
  4. 前記無給電電極部は、前記基板の幅方向に互いに所定距離を隔てながら横列状態に並ぶ態様で設けられている請求項3に記載のアンテナ。
  5. 前記無給電電極部は、前記基板の長さ方向に互いに所定距離を隔てながら縦列状態に並ぶ態様で設けられている請求項3または請求項4に記載のアンテナ。
  6. 前記無給電電極部は、前記基板の長さ方向に沿って前記給電部から前記終端抵抗部に向かうに従って、前記基板の幅方向の横列数が段階的に増加する態様で設けられている請求項5に記載のアンテナ。
  7. 前記無給電電極部は、前記基板の長さ方向に沿って前記給電部から前記終端抵抗部に向かうに従って、前記基板の幅方向の長さが段階的に長くなる態様で設けられている請求項5または請求項6に記載のアンテナ。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか記載のアンテナと、該アンテナと通信を行うRFIDタグと、該アンテナに接続されたリーダ装置とを備え、アンテナによりRFIDタグの情報を受信してリーダ装置により読み取ることを特徴とするRFID読取システム。
JP2014075867A 2014-04-02 2014-04-02 アンテナ Active JP6258105B2 (ja)

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