JP2020099012A - アンテナユニット、及びｒｆｉｄリーダ - Google Patents

Abstract

【課題】物品に付されたＲＦタグとの関係で偏波方向の整合性を向上させるアンテナユニットを提供する。【解決手段】ＲＦＩＤリーダ２のアンテナユニット８であって、少なくとも３つの指向性アンテナ複数のアンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを備え、前記指向性アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各々が、互いに前記電波の進行方向Ｆが同一となるように配置され、前記進行方向Ｆに対する偏波面の傾きが互いに異なるように配置されていることを特徴とする、アンテナユニット８。【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤリーダに関し、特にアンテナユニットに関する。

例えば、商品管理や物流管理において、ＲＦタグと携帯型ＲＦＩＤリーダを備えたＲＦＩＤ通信システムが用いられる。当該ＲＦタグが有するＩＣチップには商品の識別情報が予め記憶されている。そして、当該識別情報を読み取るためにＲＦＩＤリーダのアンテナから信号が電波として送信され、当該電波がＲＦタグのアンテナで受信されることで、ＩＣチップに電力と信号が供給され、ＩＣチップが信号に基づいて識別情報をＲＦＩＤリーダに対して電波として送信する。

ここで、上記のアンテナとして直線偏波方式のもの（以下、直線偏波アンテナという。）が用いられているが、電波の偏波方向が整合しない場合には通信距離が著しく短くなったり、通信そのものが成立しない場合があった。

上記のような偏波方向の不整合を解決する発明が特許文献に記載されている。特許文献に記載の発明では、ＲＦＩＤリーダに設けられた直線偏波アンテナが常に一定の姿勢になるように、電波の進行方向に向かって伸びる軸をリーダ本体に設け、アンテナが当該軸周りに回転自在に吊り下げられた構成となっている。当該特許文献によれば、アンテナがリーダ本体に対して常に吊り下げられた姿勢となるため、当該アンテナの偏波方向と整合するようにＲＦタグのアンテナを設けることで上記の不整合を解消することができる。

特開２００９−１２４５３６号公報

しかしながら、商品管理や物流管理においては、ＲＦタグが付された物品（商品）の姿勢は一様ではなく、また物品（商品）におけるＲＦタグの取り付け位置や向きも一様ではないため、ＲＦＩＤリーダのアンテナの姿勢を一定にするだけでは偏波方向の整合性を担保することは困難である。

上記した課題に鑑み、本発明は、物品に付されたＲＦタグとの関係で偏波方向の整合性を向上させるアンテナユニットを提供することを目的とする。

ＲＦＩＤリーダのアンテナユニットであって、少なくとも３つの指向性アンテナを備え、前記指向性アンテナの各々が、互いに同一の進行方向に対して電波を出力し、前記進行方向に対する偏波面の傾きが互いに異なるように配置されていることを特徴とする。

また、互いに隣接する前記偏波面同士の成す角度が均等であることを特徴とする。

また、上記記載のアンテナユニットと、前記指向性アンテナの各々との間で信号を送受信する送受信回路と、前記少なくとも３つの指向性アンテナと前記送受信回路の間に設けられた切替部と、を備え、前記切替部は、前記指向性アンテナのいずれかを択一的に切り替えて前記送受信回路に接続させることを特徴とする。

また、前記切替部は、前記少なくとも３つの指向性アンテナのうち一の指向性アンテナを他の指向性アンテナよりも長い間前記送受信回路に接続させるよう切り替えることを特徴とする。

また、前記一の指向性アンテナの偏波面は垂直であることを特徴とする。

本発明は、偏波面が異なるように複数のアンテナがアンテナユニットに組み込まれているため、複数の偏波方向の電波を出力することができる。このため、例え物品に付されたＲＦタグの位置や方向が一定でない場合であっても、いずれかのアンテナから出力された電波の偏波面が当該物品のＲＦタグと整合することとなり、読み取り効率を向上させることができる。

（ａ）本実施形態に係るＲＦＩＤリーダの側面図、（ｂ）当該ＲＦＩＤリーダが有するアンテナユニットの正面図。 上記ＲＦＩＤリーダのリーダ本体とアンテナユニットのブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係るアンテナユニットを備えたＲＦＩＤリーダを図面に基づいて説明する。

図１に示すように、ＲＦＩＤリーダ２は、携帯情報端末である公知のスマートフォン４、リーダ本体６、及びアンテナユニット８が一体化されたハンディ型のＲＦＩＤリーダ２である。スマートフォン４には、物品（商品）に付された不図示のパッシブ型のＲＦタグの情報を取得し、当該取得した情報をネットワークを介して物品の管理サーバ（不図示）に送信するアプリケーションが組み込まれている。当該アプリケーションがスマートフォン４のＣＰＵ（不図示）によって実行されることで、リーダ本体６およびアンテナユニット８による読み取り処理が実行される。なお、当該スマートフォン４は、タッチパネルディスプレイを露出させた状態でケース１０に収納されており、当該ケース１０の背面に設けられた磁石（不図示）によりリーダ本体６に取り付けられている。

リーダ本体６は、ユーザによって把持可能に形成されたガン型の筐体１２を備えている。当該筐体１２の上面には磁石（不図示）が設けられており、当該筐体１２の磁石とケース１０の磁石が互いに吸着する。これによりスマートフォン４が筐体１２に保持される。筐体１２内には、図２に示すように、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール１４、ＣＰＵ１６、メモリ１８、ＲＦＩＤモジュール２０などの電子部品が基板に実装されており、これらの電子部品に電力を供給するための電源が内蔵されている。また、筐体１２には、トリガースイッチ２２が設けられており、当該トリガースイッチ２２の出力がＣＰＵ１６の入力端子に電気的に接続されている。

リーダ本体６のメモリ１８には読取プログラムが記憶されており、当該読取プログラムをＣＰＵ１６が実行することで、ＣＰＵ１６は、トリガースイッチ２２からの入力を定期的に確認し、トリガースイッチ２２が押されたことを検出すると、ＲＦＩＤモジュール２０に読取命令を送信し、ＲＦＩＤモジュール２０から取得した情報をＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール１４を介してスマートフォン４へと送信する。

ＲＦＩＤモジュール２０は、コネクタ２４を介してアンテナユニット８に電気的に接続された送受信回路２６と、ＣＰＵ１６からの読取命令に基づいて送受信回路２６を制御して、ＲＦタグから情報を読み取る制御部（制御回路２８）を有している。

アンテナユニット８は３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有している。これら３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、指向性アンテナであって、同一の進行方向Ｆ（図１）に電波が進行するように設けられている。さらに、これら３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、進行方向に対する偏波面の傾きが互いに異なるように設けられている。本実施形態では、図１（ａ）に示すように、アンテナユニット８が接続部２４によりリーダ本体６に接続されており、図１（ｂ）に示すように当該接続部２４を中心とした周りに１２０度ずつ角度をつけて３つの平板状のアンテナ体３４ａ，３４ｂ，３４ｃが設けられている。第１アンテナ体３４ａは接続部２４から鉛直方向に延出するように設けられており、当該第１アンテナ体３４ａには垂直偏波の電波を出力する第１直線偏波アンテナ３０ａ（図２）が内蔵されている。当該第１アンテナ体３４ａから左右に１２０度回転した位置には第２アンテナ体３４ｂおよび第３アンテナ体３４ｃが延出しており、第２アンテナ体３４ｂには、第１直線偏波アンテナ３０ａの偏波面に対して時計回りに１２０度（反時計回りに６０度）の角度をつけた偏波面で電波を出力する第２直線偏波アンテナ３０ｂが内蔵されている。また、第３アンテナ体３４ｃには、第１直線偏波アンテナ３０ａの偏波面に対して反時計回りに１２０度（時計回りに６０度）の角度をつけた偏波面で電波を出力する第３直線偏波アンテナ３０ｃが内蔵されている。すなわち、３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、互いに隣接する偏波面同士の成す角度が均等となるように設けられている。

ここで、上記のような角度をつけて３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを設けたのは、事前に行った実測結果に基づくものである。当該測定は一つのＲＦタグに対して一つの直線偏波アンテナから読み取りを行い、読み取ることができた距離を測定した。先ず、ＲＦタグと偏波方向が最も整合するように一の直線偏波アンテナを設けた場合には、当該ＲＦタグから１０ｍ離れた位置において読み取ることができた（以下、読み取ることができた距離を「読取可能距離」という）。また、当該偏波方向が最も整合した位置から、電波の進行方向を変えないで直線偏波アンテナを１５度回転させた場合には、読取可能距離は９.２ｍであった。以下同様に、直線偏波アンテナを３０度回転させた場合には読取可能距離が８.２ｍ、直線偏波アンテナを４５度回転させた場合には読取可能距離が５.４ｍ、直線偏波アンテナを６０度回転させた場合には読取可能距離は２.８ｍ、直線偏波アンテナを７５度回転させた場合には読取可能距離が１.２ｍ、直線偏波アンテナを９０度回転させた場合には読取可能距離が０.６ｍとなった。上記の実測結果によれば、偏波方向が最も整合する位置（０度）では読取可能距離が最も長く、当該位置から３０度回転させる間は比較的長い読取可能距離を得ることができた。また、３０度回転させた位置から９０度回転させた位置までの間では比較的短い読取可能距離となった。したがって、当該実測結果に基づけば、第１アンテナ体３４ａの直線偏波アンテナ３０ａは、図１（ｂ）において破線で示される範囲（アンテナ体の接続部２４の上下において、接続部２４を中心とする６０度の範囲）で長い読取可能距離を発揮する。第２アンテナ体３４ｂの直線偏波アンテナ３０ｂおよび第３アンテナ体３４ｃの直線偏波アンテナ３０ｃも同様に、接続部２４の左右において当該接続部２４を中止とする６０度の範囲で長い読取距離を発揮する。したがって、少なくとも３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを互いに１２０度ごとに設けることにより、アンテナユニット８の接続部２４を中心とする３６０度の範囲で長い読取距離を確保することができる。

上記直線偏波アンテナの各々３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、切替部として機能するスイッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃを介して送受信回路２６に対して電気的に接続されている。具体的には、第１直線偏波アンテナ３０ａは第１スイッチ３６ａを介して送受信回路２６に電気的に接続される。また、第２直線偏波アンテナは第２スイッチ３６ｂを介して送受信回路２６に電気的に接続される。また、第３直線偏波アンテナ３０ｃは、第３スイッチ３６ｃを介して送受信回路２６に電気的に接続される。これらの第１スイッチ３６ａから第３スイッチ３６ｃは、アンテナユニット８内に設けられたＣＰＵ３８によって開閉制御される。アンテナユニット８のＣＰＵ３８は、３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃのいずれかを択一的に送受信回路２６へと接続するよう各スイッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃに開閉信号を送信する。なお、本実施形態では、ＣＰＵ３８は、第１直線偏波アンテナ３０ａ、第２直線偏波アンテナ３０ｂ、第３直線偏波アンテナ３０ｃがこの順に交互に送受信回路２６に接続されるよう開閉信号を出力しており、なおかつ、垂直偏波を出力する第１直線偏波アンテナ３０ａが他の直線偏波アンテナ３０ｂ，３０ｃよりも長く送受信回路２６に接続されるように開閉信号を出力している。

本実施形態のアンテナユニット８を備えたＲＦＩＤリーダ２によれば、第１直線偏波アンテナ３０ａ、第２直線偏波アンテナ３０ｂ、及び第３直線偏波アンテナ３０ｃが、電波の進行方向Ｆ周りに偏波面をずらして設けられているため、これらの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃのいずれかが、物品に付されたＲＦタグのアンテナの偏波方向と整合しやすくなり、感度の良い通信を実現することが可能となる。

本発明のアンテナユニットを実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、例えば以下のように変形したものであっても構わない。

＜変形例＞
（１）上記の実施形態では、第１直線偏波アンテナ３０ａを他の直線偏波アンテナ３０ｂ，３０ｃよりも長く接続されるよう切替部の切り替えを行なっていたが、切り替えのタイミングは均等であっても構わない。

（２）また、上記の切替部は、アンテナユニット８内に設けられる態様に限定されず、リーダ本体内に設けても構わない。

（３）上記の実施形態では、アンテナユニット８は３つの直線偏波アンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有していたが、３つに限られず４つ以上の直線偏波アンテナを備えても構わない。この場合、電波の進行方向に対して偏波面が均等に傾斜する姿勢で各直線偏波アンテナが設けられる。

（４）また、アンテナユニット８が備える複数のアンテナは、全てが直線偏波アンテナである必要はなく、円偏波式のアンテナ（以下、円偏波アンテナという。）と直線偏波アンテナの両方を備えても構わない。このように、円偏波アンテナを備えることで、ＲＦタグに近づいた場合には、ＲＦタグとの通信を安定して行うことが可能となる。なお、このように偏波方式が異なるアンテナを用いた場合であっても、アンテナユニット内には、各々のアンテナを送受信回路２６に対して交互に切り替えて択一的に接続させる切替部を有する。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

２ … ＲＦＩＤリーダ
８ … アンテナユニット
２６ … 送受信回路
３０ａ … 第１直線偏波アンテナ（アンテナ）
３０ｂ … 第２直線偏波アンテナ（アンテナ）
３０ｃ … 第３直線偏波アンテナ（アンテナ）
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ … スイッチ（切替部）

Claims (5)

1. ＲＦＩＤリーダのアンテナユニットであって、
   少なくとも３つの指向性アンテナを備え、
   前記指向性アンテナの各々が、
   互いに同一の進行方向に対して電波を出力し、
   前記進行方向に対する偏波面の傾きが互いに異なるように配置されていることを特徴とするアンテナユニット。
2. 互いに隣接する前記偏波面同士の成す角度が均等であることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナユニット。
3. 前記請求項１または請求項２に記載のアンテナユニットと、
   前記指向性アンテナの各々との間で信号を送受信する送受信回路と、
   前記少なくとも３つの指向性アンテナと前記送受信回路の間に設けられた切替部と、
   を備え、
   前記切替部は、前記指向性アンテナのいずれかを択一的に切り替えて前記送受信回路に接続させることを特徴とする、ＲＦＩＤリーダ。
4. 前記切替部は、前記少なくとも３つの指向性アンテナのうち一の指向性アンテナを他の指向性アンテナよりも長い間前記送受信回路に接続させるよう切り替えることを特徴とする、請求項３に記載のＲＦＩＤリーダ。
5. 前記一の指向性アンテナの偏波面は垂直であることを特徴とする、請求項４に記載のＲＦＩＤリーダ。