JP2016158047A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ特性を簡易に調整でき、製品の歩留まりを改善することができるアンテナを開発すること。
【解決手段】アンテナは、グランド板金と、電波を空間へ放射する放射器とを有する。また、給電点から給電された高周波信号により放射器を励振させる給電部材が、このグランド板金と、この放射器との間に設けられる。また、グランド板金、放射器、及び、給電部材を覆うカバーが、この放射器のグランド板金から離間した側に配置される。そして、本実施形態に係るアンテナは、放射器と給電部材との間の距離を調節する第１調節手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、例えば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ通信装置に用いられるアンテナに関する。

昨今、ＲＦＩＤタグの普及により、様々な環境において容易に取り扱うことができるハンディータイプのＲＦＩＤタグ通信装置が知られている。このようなＲＦＩＤタグ通信装置は、作業者の負担を軽減するため、装置の軽量化、及び小型化が求められている。そして、このようなＲＦＩＤタグ通信装置に対する小型化・軽量化の要求に伴い、アンテナの軽量化及び小型化の要求も高まりつつある。

特開２０１３−７０３４１号公報

このため、例えば、アンテナの小型化及び軽量化のため、放射器等のアンテナ部品を薄くすると、部品の取り付け位置に誤差を生じ易くなり、アンテナ特性にばらつきを生じ易くなる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、アンテナ特性を簡易に調整でき、製品の歩留まりを改善することができるアンテナを提供することである。

一実施形態に係るアンテナは、グランド板金と、電波を空間へ放射する放射器とを有する。また、給電点から給電された高周波信号により放射器を励振させる給電部材が、このグランド板金と、この放射器との間に設けられる。また、グランド板金、放射器、及び、給電部材を覆うカバーが、この放射器のグランド板金から離間した側に配置される。そして、本実施形態に係るアンテナは、放射器と給電部材との間の距離を調節する第１調節手段を備える。

図１は、実施形態に係るパッチアンテナを含むＲＦＩＤタグ通信装置の斜視図である。 図２は、図１のパッチアンテナの背面カバーを取り外した状態を示す斜視図である。 図３は、図１のパッチアンテナの前面及び背面カバーを取り外した状態を示す斜視図である。 図４は、図２の構造を矢印Ｆ４の方向からみた図である。 図５は、図４のパッチアンテナをＦ５−Ｆ５で切断した状態を示す断面図である。 図６は、図１のパッチアンテナのアンテナ特性の調節方法を説明するための図である。 図７は、図２のパッチアンテナのＶＳＷＲと周波数との関係を示す図である。 図８は、図１に示すパッチアンテナのＶＳＷＲ値の調整方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係るアンテナの実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施形態は、ＲＦＩＤタグ通信装置に備えられるパッチアンテナを例示し、詳細を説明する。

まず初めに、ＲＦＩＤタグ通信装置１について説明する。図１は、ＲＦＩＤタグ通信装置１の全体斜視図である。

ＲＦＩＤタグ通信装置１は、例えば、店舗や倉庫に置いてある商品の棚卸をする場合において、個々の商品に添付されたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグと無線通信し、ＲＦＩＤタグのＥＰＣ（Electronic Product Code）データを読取る装置である。

ＲＦＩＤタグ通信装置１は、ハンドル２と、パッチアンテナ１００と、クリップ３と、端末Ｓとを有する。

ハンドル２は、略筒状の棒状部材である。棒状部材は、一箇所で折り曲げられ肩部２１を形成する。ハンドル２の先端には、パッチアンテナ１００が、所定の角度回動可能に取り付けられている。パッチアンテナ１００は、略方形の所定の厚みを有する板状の部材である。具体的には、パッチアンテナ１００は、前面カバー１１０と背面カバー１２０と後述するアンテナ部２００とを有している。前面カバー１１０及び背面カバー１２０は、アンテナ部２００の両面を覆うように配置され、アンテナ部２００を外部環境から保護する。

クリップ３は、ハンドル２の肩部２１に取り付けられる。クリップ３は、ハンドル２の長手方向に沿って離間して配置される２つの爪３１を有する。２つの爪３１は、互いに離接可能に設けられる。

端末Ｓは、商品に付されたＲＦＩＤタグから受信したデータを表示するディスプレーを備えた、タブレット端末やスマートフォンを用いることができる。端末Ｓは、クリップ３の２つの爪３１の間に挟まれて固定される。

次に、パッチアンテナ１００の内部構造について、図２乃至図５を用いて説明する。図２は、図１のＲＦＩＤタグ通信装置１のパッチアンテナ１００の背面カバー１２０を取り外した状態を示している。なお、図２においては、パッチアンテナ１００の内部構造を見やすくするため、後述するグランド板金３００の輪郭を破線で示している。図３は、アンテナ部２００を前面カバー１１０側から見た構造を示す斜視図である。図４は、図２の構造を矢印Ｆ４の方向からみた図である。また、グランド板金３００は、図２と同様に、内部構造を見やすくするため、その輪郭を破線で示している。図５は、図４のＦ５−Ｆ５で示した箇所でアンテナ部２００及び前面カバー１１０を切断した図である。

アンテナ部２００は、図２及び図３に示すように、グランド板金３００と、放射器４００と、給電部材５００と調節機構６００（第１ネジ６１０及び第２ネジ６２０）とを備えている。

グランド板金３００は、金属板を折り曲げて形成される一面が開放した箱状の部材である。具体的には、グランド板金３００は、後述する放射器４００等が固定される略矩形板状の底壁３２０と、底壁３２０の周囲に曲げ加工により形成された側壁３１０とを備える。グランド板金３００の側壁３１０の内側には、放射器４００及び給電部材５００が配置される。そして、グランド板金３００は、側壁３１０の底壁３２０から離間した縁により形成される開口部３３０を塞ぐように前面カバー１１０に取り付けられる。

放射器４００は、図２及び図３に示すように略円環状の薄板である。放射器４００は、その外周の互いに対向する位置に２つの切欠き部４１０を備える。なお、２つの切欠き部４１０を有することにより放射器４００は、円偏波を出力することができる。放射器４００の前面カバー１１０側の面を第１面４２０とし、その裏側面を第２面４４０とする。放射器４００は、グランド板金３００の底壁３２０と略平行に配置される。放射器４００は、グランド板金３００の略中心に放射器４００の中心が重なるように複数のスペーサ４３０を介してグランド板金３００の底壁３２０に固定される。本実施形態においては、放射器４００は、３ヶ所に配置したスペーサ４３０を介して底壁３２０に固定される。スペーサ４３０は、放射器４００のアンテナ性能に影響を与えない樹脂製のものを用いた。

給電部材５００は、帯状の薄板形状を有している。給電部材５００は、図５に示すように、グランド板金３００の底壁３２０と放射器４００との間に配置される。給電部材５００の放射器４００側の面を第１面５３０とし、その裏側面を第２面５４０とする。給電部材５００は、放射器４００の外周の外側から中心へ向かって延び、放射器４００と給電部材５００の一部が重なる位置に配置される。すなわち給電部材５００は、グランド板金３００の内側において、グランド板金３００の一つの角から底壁３２０の対向する角に向かって延設される。そして、給電部材５００の長手方向の両端部は、グランド板金３００の底壁３２０にスペーサ５１０を介して、それぞれネジで固定される。また、給電部材５００は、第２面５４０の放射器４００の外周の外側に給電点５２０を有する。なお、給電点５２０は、ケーブル（図示せず）を介してＲＦＩＤタグ通信装置１の給電回路（図示せず）と接続され、給電部材５００に電力を供給する。そして、給電部材５００は、給電点５２０から給電された高周波信号により放射器４００を励振させる。

調節機構６００は、第１ネジ６１０（第１調節手段）と第２ネジ６２０（第２調節手段）とを有する。また、第１ネジ６１０に対応して、グランド板金３００には、第１ネジ６１０をグランド板金３００の底壁３２０に取り付けるナット６３０が設けられている。また、第２ネジ６２０に対応して、グランド板金３００には、第２ネジ６２０を底壁３２０に取り付けるナット６５０が設けられている。図４及び図５に示すように、第１ネジ６１０は、放射器４００と給電部材５００とが交差する位置に配置される。第１ネジ６１０は、底壁３２０の外側からグランド板金３００を貫通してねじ込まれる。第１ネジ６１０は、底壁３２０からねじ込まれ、第１ネジ６１０の先端が給電部材５００を放射器４００に向けて押す。すなわち、第１ネジ６１０の長さは、給電部材５００を所定量撓ますことができる長さに設計されている。また、第１ネジ６１０は、例えば、樹脂材料により作製されており、アンテナ性能に影響を与えることがない。

第２ネジ６２０は、放射器４００の内側の給電部材５００と重ならない位置に配置される。第２ネジ６２０は、底壁３２０の外側からグランド板金３００を貫通してねじ込まれる。第２ネジ６２０は、底壁３２０からねじ込まれ、第２ネジ６２０の先端が前面カバー１１０を放射器４００から離間する方向に押す。すなわち、第２ネジ６２０の長さは、前面カバー１１０を所定量撓ますことができる長さに設計されている。また、第２ネジ６２０は、例えば、樹脂材料により作製されており、アンテナ性能に影響を与えることがない。

なお、本実施形態においては、ナット６３０、６５０を用いて、グランド板金３００の底壁３２０に第１ネジ６１０及び第２ネジ６２０を取り付けているが、取り付け構造はこれに限らない。例えば、底壁３２０にネジ孔を設けて、固定することも可能である。また、本実施形態において、第１ネジ６１０及び第２ネジ６２０として、径の大きな頭部を持たない止めネジを用いた。止めネジを用いることにより、底壁３２０の背面カバー１２０側に第１ネジ６１０及び第２ネジ６２０の頭部が大きく突出することを防止でき、背面カバー１２０とグランド板金３００との間の隙間を薄くすることができる。

図６は、給電部材５００に沿って、アンテナ部２００及び前面カバー１１０を図４に示すＦ６−Ｆ６で切断した断面図である。

以下、図６を用いて、調節機構６００についてさらに説明する。
第１ネジ６１０は、グランド板金３００の底壁３２０の背面カバー１２０側からナット６３０にねじ込まれ、第１ネジ６１０の先端が給電部材５００の第２面５４０に当接する。第１ネジ６１０の先端を給電部材５００に当接した状態からさらに第１ネジ６１０をねじ込むと、第１ネジ６１０の先端が給電部材５００を放射器４００に向けて押圧する。第１ネジ６１０が給電部材５００を放射器４００に向けて押圧して撓ませた状態を破線で示す。

本実施形態において、給電部材５００が第１ネジ６１０の押圧力により、底壁３２０から遠ざかる方向、すなわち放射器４００へ接近する方向へ撓むと、パッチアンテナ１００のアンテナ特性に変化が生じる。具体的には、給電部材５００と放射器４００との距離が近接するに従い、パッチアンテナ１００のＶＳＷＲ（電圧定在波比）が最小となる周波数が高くなる。

第１ネジ６１０の配置位置については、特に限定されないが、給電部材５００の撓みの頂点が放射器４００と最も接近する位置、すなわち両部材が交差する地点に配置することが好ましい。

一方、第２ネジ６２０は、グランド板金３００の底壁３２０の背面カバー１２０側からナット６５０にねじ込まれ、第２ネジ６２０の先端が前面カバー１１０の裏面１１１に当接する。第２ネジ６２０の先端を当接した状態からさらに第２ネジ６２０をねじ込むと、第２ネジ６２０の先端が前面カバー１１０を放射器４００から離間する方向に押圧する。第２ネジ６２０が前面カバー１１０を放射器４００から離間する方向に押圧して撓ませた状態を破線で示す。

本実施形態において、前面カバー１１０が第２ネジ６２０の押圧力により、底壁３２０から遠ざかる方向、すなわち、放射器４００から離間する方向へ撓むと、パッチアンテナ１００のアンテナ特性に変化が生じる。具体的には、前面カバー１１０と放射器４００との距離が遠ざかるに従い、パッチアンテナ１００のＶＳＷＲが最小となる周波数が低くなる。

第２ネジ６２０の配置位置については、特に限定されないが、前面カバー１１０の中心付近で、給電部材５００に当たらない位置に配置することが好ましい。

続いて、組み立て後のパッチアンテナ１００のアンテナ特性の調整手順を図８に示すフローチャートに沿って説明する。なお、以下で、組み立て後のパッチアンテナ１００とは、図２に示すようにアンテナ部２００と前面カバー１１０が組み付けられた状態をいう。言い換えれば、組み立て後のパッチアンテナ１００とは、背面カバー１２０を取り付ける前のパッチアンテナ１００のことである。

まず、作業者は、組み立て後のパッチアンテナ１００を計測装置（例えば、ネットワークアナライザ）に取り付けてＶＳＷＲを計測する（Ａｃｔ１）。測定結果は、図示しないモニターに表示する。計測結果の例を図７に示す。図７は、縦軸をＶＳＷＲ（１が最小値）、横軸をアンテナに給電する高周波信号の周波数として表している。パッチアンテナのＶＳＷＲは、特定の給電周波数で最小値のピークを示す。言い換えると、ＶＳＷＲのピークを示す周波数は、組み立て後のパッチアンテナ１００毎に微妙に異なる。横軸の中央部に示す領域Ｘは、ＶＳＷＲのピークを示す周波数の許容範囲を示す。すなわち、組み立て後のパッチアンテナ１００のＶＳＷＲのピークの周波数が領域Ｘ内に収まっていれば、パッチアンテナ１００が略設計通りの性能を備えているアンテナであることがわかる。

図７の実線Ｏは、アンテナ特性が許容範囲（領域Ｘ）に収まっているアンテナのＶＳＷＲの一例を示す。点線Ｐは、ＶＳＷＲのピークの周波数が領域Ｘより低い方に外れている場合の一例を示す。二点鎖線Ｑは、ＶＳＷＲのピークの周波数が領域Ｘより高い方に外れている場合の一例を示す。

Ａｃｔ１でアンテナのＶＳＷＲを計測した後、作業者は、ＶＳＷＲのピークを示す周波数が領域Ｘより低い周波数であるか否かを判断する（Ａｃｔ２）とともに、ＶＳＷＲのピークを示す周波数が領域Ｘより高い周波数であるか否かを判断する（Ａｃｔ３）。ＶＳＷＲのピークを示す周波数が領域Ｘより低い周波数である場合の一例を図７に点線Ｐで示し、ＶＳＷＲのピークを示す周波数が領域Ｘより高い周波数である場合の一例を図７に二点鎖線Ｑで示す。

Ａｃｔ１で計測したＶＳＷＲのピークを示す周波数が領域Ｘより低い周波数である場合（Ａｃｔ２においてＹｅｓ）、作業者は、第１ネジ６１０をねじ込んで（Ａｃｔ４）給電部材５００を放射器４００に僅かに近付け、再び、ＶＳＷＲを計測する（Ａｃｔ５）。作業者が第１ネジねじ６１０をねじ込むと、例えば、図７に点線矢印Ｌで示す方向にＶＳＷＲのピークが移動する。作業者は、Ａｃｔ５で計測するＶＳＷＲのピークが領域Ｘ内に収まるまで（Ａｃｔ６においてＹｅｓ）、Ａｃｔ４、５の手順を繰り返す。

一方、Ａｃｔ１で計測したＶＳＷＲのピークを示す周波数が領域Ｘより高い周波数である場合（Ａｃｔ２においてＮｏ、Ａｃｔ３においてＹｅｓ）、作業者は、第２ネジ６２０をねじ込んで（Ａｃｔ７）前面カバー１１０を放射器４００から僅かに遠ざけ、再び、ＶＳＷＲを計測する（Ａｃｔ８）。作業者が第２ネジ６２０をねじ込むと、例えば図７に二点鎖線矢印Ｒで示す方向にＶＳＷＲのピークが移動する。作業者は、Ａｃｔ８で計測するＶＳＷＲのピークが領域Ｘ内に収まるまで（Ａｃｔ９においてＹｅｓ）、Ａｃｔ７、８の手順を繰り返す。

このように、本実施形態に係るパッチアンテナ１００は、調節機構６００を備えている。このため、パッチアンテナ１００のＶＳＷＲのピークが領域Ｘから外れている場合であっても、調節機構６００を用いてパッチアンテナ１００のＶＳＷＲのピークを領域Ｘの範囲内、すなわち適正範囲に調節することができる。

また、本実施形態に係る調節機構６００は、ＶＳＷＲの計測結果に応じて、第１ネジ６１０または第２ネジ６２０を回動するだけの簡易な構成で、製品毎のインピーダンスのばらつきを解消することができ、パッチアンテナ１００のアンテナ特性の調整作業を簡単にできる。

また、本実施形態に示す調節機構６００は、既存のパッチアンテナに第１ネジ６１０及び第２ネジ６２０を付加するのみでよく、構成が簡単であり、改良コストを低減することができる。

これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、本実施形態では、第１ネジ６１０及び第２ネジ６２０は、いずれもグランド板金３００からねじ込まれ、給電部材５００や前面カバー１１０へ向かって略垂直に配置される構成としている。しかし、本実施形態の調節機構６００は、この構成に限られない。

例えば、調節機構６００の第１ネジ６１０、及び、第２ネジ６２０は、背面カバー１２０及びグランド板金３００を貫通する構成とすることも可能である。すなわち、背面カバー１２０の外側面に第１ネジ６１０、及び、第２ネジ６２０が露出して配置されることで、背面カバー１２０を組み付けた後においても、背面カバー１２０の外側からパッチアンテナのアンテナ特性の調整をすることが可能である。

また、本実施形態においては、アンテナ特性を測る指標として、ＶＳＷＲを用いているがアンテナ特性を測る指標はこれに限らない。例えば、反射率や電圧反射係数（ＳパラメータのＳ１１）であってもよい。

また、本実施形態に示すＲＦＩＤタグ通信装置１のパッチアンテナ１００は、円偏波を発生させるタイプのアンテナであるが、例えば、放射器４００の切欠き４１０を無くして垂直偏波を発生させるアンテナに本発明を適用することも可能である。

１…ＲＦＩＤタグ通信装置、２…ハンドル、３…クリップ、２１…肩部、３１…爪、１００…パッチアンテナ、１１０…前面カバー、１１１…裏面、１２０…背面カバー、２００…アンテナ部、３００…グランド板金、３１０…側壁、３２０…底壁、３３０…開口部、４００…放射器、４１０…切欠き部、４２０…第１面、４３０…スペーサ、第２面…４４０、５００…給電部材、５１０…スペーサ、５２０…給電点、５３０…第１面、５４０…第２面、６００…調節機構、６１０…第１ネジ、６２０…第２ネジ、６３０…ナット、６５０…ナット

Claims (5)

1. グランド板金と、
   電波を空間へ放射する放射器と、
   前記グランド板金と、前記放射器との間に設けられ、給電点から給電された高周波信号により前記放射器を励振させる給電部材と、
   前記放射器の前記グランド板金から離間した側に配置され、前記グランド板金、前記放射器、及び、前記給電部材を覆うカバーと、
   前記放射器と前記給電部材との間の距離を調節する第１調節手段と、を備えていることを特徴とするアンテナ。
2. 前記第１調節手段は、前記グランド板金の前記カバーから離間した側からねじ込まれ、前記給電部材を前記放射器に向けて押圧する第１ネジを含むことを請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記放射器は、外周上の互いに対向する位置に切欠きを有する円環状を有し、
   前記給電部材は、前記放射器の外側から中心へ向かって延びる帯状を有し、
   前記第１ネジは、前記放射器と前記給電部材とが交差する位置において、前記グランド板金の前記カバーから離間した側からねじ込まれ、前記給電部材を前記放射器に向けて押圧することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記カバーと前記放射器との間の距離を調節する第２調節手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のアンテナ。
5. 前記第２調節手段は、前記グランド板金の前記カバーから離間した側からねじ込まれ、前記カバーの前記放射器と対向する面を前記放射器から離れる方向に押圧する第２ネジを含むことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。