JP2022173416A - ケーブルアンテナ、ゲートアンテナ、アンテナユニット、自動搬送棚、および無人レジ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、周囲全体にわたって電磁波を放出することができる無線通信用リーダ装置を提供する。【解決手段】本発明のケーブルアンテナは、高周波電流を供給する発振器が一端部に接続されるケーブルアンテナであって、ケーブル状に延びる内側導体と、内側導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する外側導体と、を有し、ケーブルアンテナの長手方向における中間部には、少なくとも外側導体が除去された露出部が１つだけ形成され、ケーブルアンテナの先端部と、露出部における先端部側の端部と、の間の距離Ｌは、高周波電流の波長λの１／４の３以上の奇数倍であり、露出部の長手方向の幅寸法Ｇは、下記式（１）を満たしていることを特徴とするケーブルアンテナ。λ／２０≦Ｇ＜λ／４・・・（１）λ：高周波電流の波長（ｍｍ）【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルアンテナ、ゲートアンテナ、アンテナユニット、自動搬送棚、および無人レジに関する。

従来、社員証等のＩＤカードや、在庫管理用のタグに用いられる無線通信タグとして、ＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）システムを用いた非接触型の無線通信システムが知られている。
このような無線通信システムとして、下記特許文献１には、ハンディタイプの無線通信用リーダ装置から、電磁波を無線通信タグに向けて放出するとともに、無線通信タグから放出された電磁波を、無線通信用リーダ装置で読み取る構成が開示されている。

特開２０１７－２２４３０２号公報

しかしながら、このようなハンディタイプの無線通信用リーダ装置では、放出する電磁波に指向性がある場合があり、無線通信用リーダ装置の周囲全体にわたって電磁波を放出することに改善の余地があった。また、ハンディタイプの無線通信用リーダ装置では、構造が比較的複雑になる傾向があった。

そこで本発明は、簡易な構成により、周囲全体にわたって電磁波を放出することができる無線通信用リーダ装置を提供することを目的とする。

本発明のケーブルアンテナは、高周波電流を供給する発振器が一端部に接続されるケーブルアンテナであって、ケーブル状に延びる内側導体と、内側導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する外側導体と、を有し、ケーブルアンテナの長手方向における中間部には、少なくとも外側導体が除去された露出部が形成されている。

また、ケーブルアンテナの先端部と、露出部における先端部側の端部と、の間の距離Ｌは、高周波電流の波長λの１／４の奇数倍であってもよい。

また、露出部の長手方向の幅寸法Ｇは、下記式（１）を満たしてもよい。
λ／２０≦Ｇ＜Ｌ・・・（１）
λ：高周波電流の波長（ｍｍ）、Ｌ：ケーブルアンテナの先端部と、露出部における先端部側の端部と、の間の距離Ｌ（ｍｍ）

また、複数の屈曲点が形成されながら、屈曲点を挟む両側が互いに並行とならないように屈曲していてもよい。

また、４つの辺の長さが全て、波長λの半分となる四角形の開口部を１つ以上構成してもよい。

また、四角形は正方形であってもよい。

また、開口部を２つ以上構成し、互いに隣り合う四角形それぞれの対角線の一方同士が、平面視で同一直線状に並ぶように配置されてもよい。

また、本発明のゲートアンテナは、導電性の反射板と、反射板に対して、反射板の表裏面と直交する直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の第１スペーサ部材と、第１スペーサ部材に対して、直交方向のうちの一方向側に積層された請求項５から６のいずれか１項に記載のケーブルアンテナと、ケーブルアンテナに対して、直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の第２スペーサ部材と、第２スペーサ部材に対して、直交方向のうちの一方向側に積層された導電性の寄生素子と、を備えている。

また、反射板は幅方向と長手方向に延びる矩形状を成し、寄生素子は、幅方向に延びるとともに、長手方向に間隔をあけて配置された複数の第１部材と、長手方向に延びるとともに、複数の第１部材の幅方向の端部同士を、長手方向に沿って片側ずつ交互に接続する複数の第２部材と、を備えてもよい。

また、ケーブルアンテナは、前記開口部を３つ以上構成し、ケーブルアンテナの長手方向の両端に位置する四角形と、その長手方向に隣り合う四角形と、の接続部が位置する部分を起点として、長手方向の外側の部分が立設するように折り曲げて構成されてもよい。

また、本発明のアンテナユニットは、前述のゲートアンテナを複数有し、複数のゲートアンテナは、それぞれの姿勢を互いに異ならせて配置されてもよい。

また、本発明のゲートアンテナは、前述のケーブルアンテナを有する。

また、本発明の自動搬送棚は、前述のゲートアンテナと、自動搬送ロボットと、を有する。

また、本発明の無人レジは、前述のゲートアンテナを有している。

本発明のケーブルアンテナによれば、長手方向の中間部に、外側導体が除去された露出部が形成されている。このため、露出部において、外側導体から電磁波が発生しないことで、内側導体から発生する電磁波が相殺されることなく、露出部から外部に向けて放出されることになる。これにより、ケーブルアンテナの周囲に配置された無線通信タグと、ケーブルアンテナと、の間での通信が可能となる。このようにして、簡易な構成により、ケーブルアンテナの周囲全体にわたって電磁波を放出することができる。

本発明に係るケーブルアンテナの外観図である。 図１に示すケーブルアンテナの断面構造を説明する図である。 図１に示すケーブルアンテナの先端側を示す図である。 図３に示すケーブルアンテナの先端側の拡大図である。 検証試験における損失係数の評価結果を示す図である。 検証試験における電流分布の評価結果を示す図である。 図１に示すケーブルアンテナに流れる電流の波形を示す図である。 図１に示すケーブルアンテナを配置して複数の開口部を形成した際の平面図である。 図８に示すケーブルアンテナに電流を流した際の状態を説明する図である。 本発明に係るゲートアンテナにおける（ａ）斜視模式図、（ｂ）正面模式図である。 本発明のゲートアンテナの変形例の斜視模式図である。 本発明のゲートアンテナの使用例における（ａ）１つでの使用例を示す図、（ｂ）２つでの使用例を示す図、（ｃ）３つでの使用例を示す図である。 本発明のケーブルアンテナの配置を変更した状態を説明する図である。 本発明の自動搬送棚の斜視図である。 本発明の自動搬送棚を使用する際の動きを説明する第１図である。 本発明の自動搬送棚を使用する際の動きを説明する第２図である。

本発明の一実施形態に係るケーブルアンテナ１について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るケーブルアンテナ１は、無線通信タグ２に搭載された無線ＩＣチップ３と、電磁波の授受による無線通信を行う通信リーダの一部を構成する。図１は、本実施形態に係るケーブルアンテナ１の外観図である。

このような無線通信として、本実施形態では、周波数が３００ＭＨｚ～３ＧＨｚといったＵＨＦ帯の電磁波を用いたＲＦＩＤシステムを例に挙げて説明する。
無線ＩＣチップ３としては、ＲＦＩＤシステムにおいて一般的に用いられるものを採用することができる。

ケーブルアンテナ１の一端部には、高周波電流を供給する発振器４が接続される。
ケーブルアンテナ１は、複数の屈曲点１Ａが形成されながら、屈曲点１Ａを挟む両側が互いに並行とならないように屈曲している。図示の例では、ケーブルアンテナ１は、いわゆる九十九折状態となっている。
図１では、ケーブルアンテナ１の周囲に、複数の無線通信タグ２が、無作為な向きに配置されている。

図２に示すように、ケーブルアンテナ１は、内側導体１１と、絶縁層１２と、外側導体１３と、を有している。図２は、ケーブルアンテナ１の断面構造を説明する図である。内側導体１１および外側導体１３には、図２において直線矢印で示すように、互いに逆行する電流が流れている。発振器４は、内側導体１１および外側導体１３それぞれと接続され、内側導体１１および外側導体１３が、ひとつの連続した電流の経路を構成している。

内側導体１１は、ケーブル状に延びる導線であり、材質としては例えば軟銅線等を採用することができる。なお、内側導体１１の材質は、導線として使用できる材質であれば、任意に変更することができる。

絶縁層１２は、内側導体１１を径方向の外側から被覆する絶縁部材であり、材料としては例えば発泡ポリウレタン等を採用することができる。なお、絶縁層１２の材質は、絶縁部材として使用できる材質であれば、任意に変更することができる。

外側導体１３は、絶縁層１２を径方向の外側から被覆する導電性の導体であり、材料としてはアルミニウム箔やアルミニウム製の編組体等を採用することができる。なお、外側導体１３の材質は、導体として使用できる材質であれば、任意に変更することができる。外側導体１３は、絶縁性の外被１４により被覆されている。

そして図３に示すように、ケーブルアンテナ１の長手方向における中間部には、少なくとも外側導体１３が除去された露出部１５が形成されている。図３は、ケーブルアンテナ１の先端側を示す図である。
図示の例では、露出部１５において、外側導体１３とともに絶縁層１２が除去され、内側導体１１が露出している。すなわち、露出部２５とは、外側導体１３よりも径方向の内側にある部分が露出している部分という意味である。

露出部１５において、外側導体１３および絶縁層１２は、ケーブルアンテナ１の中心軸線周りに周回する周方向の全周にわたって除去されている。
図３に示すように、ケーブルアンテナ１のうち、露出部１５よりも先端部側にある部分は、露出部１５から真っすぐ延びている。露出部１５は、ケーブルアンテナ１に一つだけ設けられている。

このようなケーブルアンテナ１として、いわゆる同軸ケーブルと呼ばれる電気通信に使われる被覆電線に追加工を施して用いることができる。
同軸ケーブルは、図２に示す内部構造をしており、同軸ケーブルの外側導体を所定の幅寸法Ｇだけ除去することで、本発明のケーブルアンテナ１を得ることができる。
例えば、同軸ケーブルから外被１４を所定の幅寸法だけ除去し、その後に外側導体１３を同じ幅寸法だけ除去する。最後に絶縁層１２を同じ幅寸法だけ除去することで、ケーブルアンテナ１が得られる。なおここで、幅寸法とは長手方向の寸法を指す。

一般に、同軸ケーブルでは、内側導体１１に流れる電流により発生する磁界と、外側導体１３に流れる電流により発生し、かつ内側導体１１により発生する磁界とは逆向きとなる磁界と、が互いに相殺している。このため、外部に電磁波エネルギーを放出することなく、効率的に信号伝送できるように構成されている。

そして図４に示すように、同軸ケーブルの外側導体１３の一部を除去すると、除去される前の状態で相殺されていた外側導体１３の周辺の周回磁界と、内側導体１１の周辺の周回磁界と、のバランスが崩れることとなる。ここで、図４は、ケーブルアンテナ１の先端側の拡大図である。
これにより、露出部１５では内側導体１１の周辺の周回磁界が相殺されず、ケーブルアンテナ１全体としては、露出部１５にのみ、円環状の磁界が発生したのと同じ状態となる。

この状態は、実際のケーブルアンテナ１と発振器４との位置関係に依らず、露出部１５に電源が接続され、その前後に電圧が印加されるのと同等の働きをする。このため、図３に示すようにケーブルアンテナ１全体には、先端部が少なく、露出部１５で多くなるように電流が分布する。電流は、ケーブルアンテナ１の外被１４をつたって長手方向に流れることとなる。

ここで、図４に示すように、ケーブルアンテナ１の先端部と、露出部１５における先端部側の端部と、の間の距離Ｌ（ｍｍ）は、高周波電流の波長λの１／４の奇数倍とすることが好ましい。これにより、電流の振幅を大きくできるからである。また、使用するケーブルアンテナ１全体の直径に応じて、露出部１５の幅寸法Ｇを調節すれば、放射電界強度を調整可能することができる。

ここで、露出部１５の長手方向の幅寸法Ｇは、下記式（１）を満たしている。
λ／２０≦Ｇ＜Ｌ・・・（１）
この式において、λは高周波電流の波長（ｍｍ）を示し、Ｌは、前述の通り、ケーブルアンテナ１の先端部と、露出部１５における先端部側の端部と、の間の距離Ｌ（ｍｍ）を指している。

露出部１５の長手方向の幅寸法Ｇがあまりにも小さい場合には、露出部１５を形成した効果が得られにくくなることが懸念される。
露出部１５の幅寸法Ｇが微小である場合には、物理的には外側導体１３が除去されていても、露出部１５を長手方向に挟む外側導体１３同士の間が、電気的には導通している状態となるためである。このため、式（１）のλ／２０≦Ｇが要求される。

また、露出部１５の長手方向の幅寸法Ｇが大きすぎる場合には、外部に放出される電磁波は弱くなることが懸念される。露出部１５の寸法が大きいことで、露出部１５で発生した円環状の磁界が発散し、その影響が小さくなるためである。このため、式（１）のＧ＜Ｌが要求される。

（検証試験）
次に、本実施形態に係るケーブルアンテナ１におけるアンテナ入力特性の評価結果について説明する。この試験では、ケーブルアンテナ１における先端部から露出部１５までの距離Ｌを変更した場合におけるアンテナ特性の変化を評価した。

まず、第１検証試験では、露出部１５から先端部までの距離Ｌ＝１０ｍｍ、８０ｍｍ、１６０ｍｍ、２４０ｍｍの４つのサンプルについて、反射損失Ｓ １１の推移を評価した。
ここで、反射損失Ｓ １１とは、ケーブルへの入力電力に対するケーブルから電源への反射電力の比をデシベル表示した値であり、下記式（２）により算出され、その値が小さいほど、ケーブルアンテナ１の効率が良いとされる値である。

そしてこの検証試験では、周波数が８５０ＭＨｚから１０００ＭＨｚの電磁波を入力した。その結果として、反射損失Ｓ １１の推移を図５に示す。

図５に示すように、Ｌ＝１０ｍｍおよびＬ＝１６０ｍｍでは、Ｓ １１が大きな値を示している。これは、電源からケーブルに電力を送り込む場合、反射電力が極めて大きいことを意味している。この場合、電力が効率的にケーブルアンテナ１に注入されないことにより、ケーブルアンテナ１からの電磁波放射も減退していることが確認できる。

一方、Ｌ＝８０ｍｍおよびＬ＝２４０ｍｍでは、Ｓ １１が小さな値を示している。この場合、入力電力が効率的にケーブルアンテナ１に注入され、ケーブルアンテナ１からの電磁波放射も増進されていることが確認できる。ここで、Ｌ＝８０ｍｍは、顕著にＳ １１が減少した周波数において、電磁波の波長λのほぼ１／４に相当する。したがって、Ｌを１／４の奇数倍にするとケーブルアンテナ１と発振器４の整合状態は良好となることが確認できる。ここで、整合状態が良好であるとは、インピーダンスマッチングが取れるという意味である。

次に、第２検証試験では、露出部１５から先端部までの距離Ｌを変化させた場合の、ケーブルアンテナ１上に誘導する電流の分布を評価した。評価サンプルは、第１検証試験と同様にＬ＝１０ｍｍ、８０ｍｍ、１６０ｍｍ、２４０ｍｍの４つである。その結果として、ケーブル上に誘導する電流の分布を図６に示す。なお、図６では、Ｌの大きさによって変動する誘導電流の最大振幅を１とした場合において、ケーブルアンテナ１の先端部からの距離Ｄにおける相対的な電流分布が示されている。

図６に示すように、Ｌをλ／４の奇数倍にすると、ケーブルアンテナ１と発振器４との整合状態が改善するばかりでなく、電磁波放射の源となる誘導電流も大きくなることが確認された。このことから、ケーブルアンテナ１の先端部と、露出部１５における先端部側の端部と、の間の距離Ｌを、使用したい電磁波の波長λの１／４の奇数倍に設定することが望ましいと考えられる。

以上説明したように、本実施形態に係るケーブルアンテナ１によれば、長手方向の中間部に、外側導体１３が除去された露出部１５が形成されている。このため、露出部１５において、外側導体１３から電磁波が発生しないことで、内側導体１１から発生する電磁波が相殺されることなく、露出部１５から外部に向けて放出されることになる。これにより、ケーブルアンテナ１の周囲に配置された無線通信タグ２と、ケーブルアンテナ１と、の間での通信が可能となる。このようにして、簡易な構成により、ケーブルアンテナ１の周囲全体にわたって電磁波を放出することができる。

そして、本発明のケーブルアンテナ１では、図１のような構成で配置した場合には、ケーブル総延長で数ｍから十数ｍ程度の沿線で通信可能となり、無線通信タグ２の識別・管理に使用した場合、極めて低コストのＲＦＩＤタグシステムの構築を可能にすると考えられる。

また、ケーブルアンテナ１の先端部と、露出部１５における先端部側の端部と、の間の距離Ｌが、高周波電流の波長λの１／４の奇数倍となっているので、露出部１５から放出される電流の振幅を大きくすることができる。
また、露出部１５の長手方向の幅寸法Ｇが、式（１）を満たしているので、露出部１５から実効的に電磁波を放出させることができる。

また、ケーブルアンテナ１が、九十九折状態に配置され、複数の屈曲点１Ａが形成されながら、屈曲点１Ａを挟む両側が互いに並行とならないように屈曲している。これにより、ケーブルアンテナ１の周辺には、露出部１５に発生した円環状磁界によって励振された電流による電磁波が放射される。

このとき放射される電磁波は、ケーブルアンテナ１近傍ではある程度のレベルに達するが、ケーブルアンテナ１から離れた位置では、例えばハンディリーダのように、特定の方向に効率的に電磁波を放射するためのアンテナに信号を注入した場合と異なり、微弱となる。

一方、ケーブルアンテナ１から発生する磁界（電界）は一律とはならない。このため、ケーブルアンテナ１近傍に無作為な向きで配置された無線通信タグ２それぞれから発生する電磁波の向きにばらつきがあっても、そのばらつきを吸収し、ケーブルアンテナ１近傍に配置された多数の無線通信タグ２からの情報を、包括的に識別することが期待される。
そこで、このような特性を持つケーブルアンテナ１を、例えば商品棚などに配置し、商品棚に陳列された商品に無線通信タグ２を付した場合には、効率的な商品管理に供することが期待される。

ここで、図７は、図６に示すケーブルアンテナ１上の電流を、便宜上、区間ごと（＃１、＃２・・・）に色分けした図である。
図７に示すように、ケーブルアンテナ１に流れる実効的な電流分布は正弦波状となり、ケーブル上で周期的に変化する。そして、実効的な電流の向きは、時間とともに変化するが、ある瞬間では奇数番号区間または偶数番号区間では、実効的な電流の方向が一致することになる。

次に、ケーブルアンテナ１により構成されるゲートアンテナ５０（図１０参照）について説明する。まず、ゲートアンテナ５０に用いられるケーブルアンテナ１の形状について図８を用いて説明する。図８は、ケーブルアンテナ１を配置して複数の開口部３０を形成した際の平面図である。

図８に示すように、本発明のゲートアンテナ５０は、ケーブルアンテナ１により複数の四角形の開口部３０を形成するように屈曲されて配置されている。
詳述すると、ケーブルアンテナ１は、互いに隣り合う四角形それぞれの対角線の一方同士が、平面視で同一直線状に並ぶように構成されている。

そして、図示の例では、ケーブルアンテナ１により構成される四角形は、４つの辺の長さが全て同じ長さとなる正方形状の開口部３０となっている。四角形の辺の長さ（図７に示す寸法Ｓ）は、波長λの半分、すなわち、電流の振幅が極小となる位置となっている。
なお、図示の例では開口部３０は正方形状となっているが、４つの辺の長さが全て同じ長さであれば、菱形状であってもよい。

また、四角形は、４つの辺の長さが全て同じではない、長方形や平行四辺形であってもよい。また、開口部３０の形状は、四角形に限られず、電流分布形状が変移しない配置であれば、三角形や円形等でもよい。

このようにケーブルアンテナ１が配置されると、正方形の開口部３０を形成するケーブルの隣接辺同士は、互いに平行にならないので、互いの電磁干渉は小さく抑えられる。
このため、開口部３０における各辺の電流の向きが、ケーブルアンテナ１を直線上に配置した場合と、各辺単位で同じになる。

一方、互いに並行に並ぶ辺同士は、必ず図７に示す偶数番号区間または奇数番号区間（図７における白抜き正弦波同士または黒塗り正弦波同士）の組み合わせとなるため、互いに補完の関係が成立し、正方形の開口部３０の配列に沿って、安定的に強い電磁波放射を作り出すことが可能となる。

また、開口部３０の各辺からの電磁波の放射は、概ね互いに直交する形となるため、図８の紙面上に平行におかれた小型アンテナや無線タグがどの方向を向いていても、安定的な通信が可能となることが期待される。
なお、図８は正方形の開口部３０が４つの場合の例であるが、正方形の開口部３０の数量は、１つ以上であれば任意に選択することができる。

さらに、本発明のケーブルアンテナ１による正方形の開口部３０を流れる電流による電磁波放射を詳細に説明する。
図９に示すように、正方形の開口部３０の対向する２辺をＡ－Ａ’で参照した場合の電流と、これによる電磁波放射の様子は、吹き出し部分に示す断面図のようになる。
この断面図において、実線は左側の電流により生じる電磁波の放射、破線は、右側の電流により生じる電磁波の放射を示している。

図９（ａ）に示すように、Ａ－Ａ’の各々から上方（正方形の開口部３０面で考えれば、紙面に直角に裏面から表面、または表面から裏面の方向）へは互いに補完関係を保って放射される。

一方吹き出し部分（ｂ）に示すように、ＡからＡ’、またはその逆の方向（正方形の開口部３０面に対して平行な方向）では、１辺の長さ、すなわち、ＡとＡ’との間の距離が、λ／２程度となっている。
このため、仮にＡ’側から放射された正弦波状の電磁波はＡの位置にたどりつく頃には位相が１８０°変移し、Ａから放射された正弦波状電磁波と逆位相となり、相殺関係が成立する。

そしてケーブルアンテナ１により、図８、図９のような正方形の開口部３０の配列を形成した場合、紙面に直角な方向には良好な放射が形成されるが、紙面に平行な放射は抑圧される。
例えば、商品棚等に、このケーブルアンテナ１による正方形の開口部３０の配列を設置した場合、正方形の開口部３０の配列面上に平行に、任意の方向でおかれた無線タグであれば良好に識別可能となる。

一方、正方形の開口部３０の配列の外に置かれた無線タグは、たとえ同じ棚に置かれていても識別困難となるため、棚上の無線タグ付き商品の収納位置判定に有益な特性を発揮させることが可能となる。

次に、このように開口部３０が配置されたケーブルアンテナ１を備えたゲートアンテナ５０の構成について説明する。
ケーブルアンテナ１による開口部３０の配列からの電磁波の放射は、基本的に開口面と直交する直交方向のうちの両方向に向けた放射となる。これを商品棚等に適用する場合、棚上の無線タグ付き商品のみを識別するには、商品が位置する片方のみの放射であることが望ましい。
このため、図１０に示すように、ケーブルアンテナ１による開口部３０の配列の直下に反射板５１を配置することが有効である。

すなわち、図１０に示すように、本発明のゲートアンテナ５０では、導電性の反射板５１と、ケーブルアンテナ１と、導電性の寄生素子５２と、が反射板５１の表裏面と直交する直交方向に積層されている。
また、図１０（ｂ）に示すように、反射板５１とケーブルアンテナ１との間には、非導電性の第１スペーサ部材５３が直交方向に挟まれて積層されている。また、ケーブルアンテナ１と寄生素子５２との間には、非導電性の第２スペーサ部材５４が直交方向に挟まれて積層されている。
なお、図１０（ａ）および図１１では、第１スペーサ部材５３および第２スペーサ部材５４の図示を省略している。

反射板５１は、幅方向と長手方向に延びる矩形状を成している。
第１スペーサ部材５３は、反射板５１に対して、直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の板状部材である。
ケーブルアンテナ１は、第１スペーサ部材５３に対して直交方向のうちの一方向側に積層されている。このように、第１スペーサ部材５３が設けられていることで、ケーブルアンテナ１は、反射板５１に直接接触することなく、反射板５１に対して直交方向に間隔を開けて配置されている。

第２スペーサ部材５４は、ケーブルアンテナ１に対して、直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の板状部材である。
第２スペーサ部材５４が設けられていることで、ケーブルアンテナ１は、寄生素子５２に直接接触することなく、ケーブルアンテナ１に対して直交方向に間隔を開けて配置されている。

寄生素子５２は、第２スペーサ部材５４に対して、直交方向の一方向側に積層されている。寄生素子５２は、第１部材５２Ａと第２部材５２Ｂとにより構成されている。
第１部材５２Ａは、幅方向に延びるとともに、長手方向に間隔をあけて複数配置されている。
第２部材５２Ｂは、長手方向に延びるとともに、複数の第１部材５２Ａの幅方向の端部同士を接続している。第２部材５２Ｂは、複数の第１部材５２Ａを長手方向に沿って片側ずつ交互に接続している。

ここで、寄生素子５２の役割について説明する。
ケーブルアンテナ１による開口部３０の配列と反射板５１を組み合わせた場合、開口部３０の配列形成に関わらない線状ケーブル部と反射板５１との相互作用によって、放射される電界強度の均等性が崩れることがある。これにより、反射板５１の長手方向、または短辺方向に偏った放射が形成される場合が生じる。

このため、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、ケーブルアンテナ１とは電気的に接触しない導体で構成された寄生素子５２を近接させる。
これにより、放射電界強度の均等性を修正し、さらに片面放射を補強することが可能となる。放射電界は、図１０（ａ）に示す第２部材５２Ｂの寸法比（Ｍ１：Ｍ２）によって、反射板５１の長手方向の放射が強化するか、または短辺方向の放射が強化するかを調整可能となる。

ケーブルアンテナ１による開口部３０の配列形成と反射板５１、さらに寄生素子５２等の積層により構成されたゲートアンテナ５０では、反射板５１と平行におかれた無線タグは、どの方向を向いていても概ね識別可能となる。しかし、反射板５１と直角におかれた無線タグでは識別が困難となることが懸念される。

この場合には、図１１に示すようにケーブルアンテナ１本来の柔軟性を生かし、ゲートアンテナ５０Ｂの端部を跳ね上げるように成形することが考えられる。このようにすれば、３次元的に任意の方向を向く無線タグを安定的に識別可能となる。なお、図１１では、寄生素子５２、第１スペーサ部材５３、および第２スペーサ部材５４の図示を省略している。

すなわち、変形例に係るゲートアンテナ５０Ｂは、ケーブルアンテナ１の長手方向の両端に位置する四角形と、その長手方向に隣り合う四角形と、の接続部が位置する部分を起点として、長手方向の外側の部分が立設するように折り曲げて構成されている。これにより、ゲートアンテナ５０Ｂは、正面視でＵ字型を成している。

そして、このようなゲートアンテナ５０Ｂを用いて、図１２（ａ）に示すように、無線タグ付き商品が収納された買い物かご１００やコンテナを、板状電磁放射素子の端部を跳ね上げることで成形されたＵ字型の受け皿部分に置くことで、タグの貼り付け方向の差異によらず、識別し管理可能となる。すなわち、ゲートアンテナ５０Ｂを有する無人レジでは、精度よく、買い物かご１００の内部の商品を検出することができる。
また、無人レジに用いるゲートアンテナとしては、前述したＵ字型を成していない平板状に形成されたゲートアンテナ５０であってもよい。この場合にも、同様の効果を奏することができる。

また、このようなゲートアンテナ５０Ｂを複数用いて、アンテナユニットを構成することができる。図１２（ｂ）に示すように、本発明のアンテナユニットは、ゲートアンテナ５０Ｂを複数有し、複数のゲートアンテナ５０Ｂは、それぞれの姿勢を互いに異ならせて配置されている。
すなわち、Ｕ字型の受け皿部分は、図１２（ｂ）に示すように、平面視でＵ字型となる向きで使用してもよい。

また、図１２（ｂ）に示すように、２つのＵ字型の受け皿部分が、互いに逆の向きになって対向するように配置する。そして、その空洞部分に買い物かご１００やコンテナを投入することで、四方から電磁波を放射し、買い物かご１００やコンテナ内部の無線タグ付き商品の識別確度を向上させることができる。

また、図１２（ｃ）に示すようにＵ字型の受け皿部分を３つ以上利用し、底部、前左右の５方向から電磁波放射することで、その空洞に挿入された買い物かご１００やコンテナに収納された無線タグ付き商品の識別確度を向上させてもよい。
そして、本発明のゲートアンテナ５０、５０Ｂでは、従来のアンテナと比較して、構成がシンプルになるので、製造コストを大幅に抑えることができる。

このように、ケーブルアンテナ１を折り曲げて、正方形の開口部３０の配列を形成する場合、白い正弦波状電流の組み合わせによって形成される放射電界（同図中の白抜き矢印）と、黒塗り正弦波状電流の組み合わせによって形成される放射電界（同図中の黒塗り矢印）は互いに直交する形となる。そして、ケーブルアンテナ１の屈曲部を概ねλ／２程度にすると、これらは、ほぼ同じタイミングで振動的に変化する。

一方、図１３に示すように、ケーブルアンテナ１の屈曲周期をさらに０．１λ程度延長すると、すなわち、正方形の１辺が０．６λとなるようにすると、白抜き矢印の振動タイミングに対し、黒塗り矢印の振動タイミングは０．２周期程度遅れる形となる。
これは位相角に換算すると９０°に近い差異となるため、白抜き矢印で示される電界と黒塗り矢印で示される電界の合成電界は時間的にも空間的にも旋回する電界を構成することになる。

これにより、任意の方向を向く無線タグを識別するのに優位であるとして、ＲＦＩＤシステムで一般に使用される識別用アンテナと同じ円偏波を放射可能なアンテナを形成可能となる。ケーブルアンテナ１による開口部３０の配列は円偏波を形成する都合上、回転対称であることが望まれるが、正方形で以外の多角形や円形でもよい。

なお、上述の実施形態は、本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に対して種々の変形を行ってもよい。

例えば、上記実施形態では、図１に示すようにケーブルアンテナ１が九十九折状態となっている構成を示したが、このような態様に限られない。
ケーブルアンテナ１を、例えば平面視で円形状をなすループ状に配置してもよいし、並行する２辺が一定の距離を置くように、平面視で矩形状をなすように配置してもよい。
また、ケーブルアンテナ１をらせん状に配置した場合には、立体的に配置した無線通信タグ２に対して、効率的に無線通信を行うことができる。

また、上記実施形態では、ケーブルアンテナ１として、ＵＨＦ帯の電磁波を用いたＲＦＩＤシステムを例に挙げて説明したが、このような態様に限られない。無線通信として使用する電磁波の周波数は任意に変更することができる。

また、上記実施形態では、露出部１５において、外側導体１３とともに絶縁層１２が除去されている構成を示したが、このような態様に限られない。露出部１５において、絶縁層１２を残したまま、外側導体１３のみが除去されてもよい。また、露出部１５は屈曲点１Ａに設けられてもよい。

また、上記実施形態では、ゲートアンテナ５０が、反射板５１と、第１スペーサ部材５３と、ケーブルアンテナ１と、第２スペーサ部材５４と、寄生素子５２とを備えて構成を説明したが、このような態様に限られない。すなわち、ゲートアンテナは、反射板５１と、第１スペーサ部材５３と、第２スペーサ部材５４と、寄生素子５２と、を備えていなくてもよい。

具体的には、廉価版のゲートアンテナとして、本発明のケーブルアンテナ１を、互いに隣り合う四角形それぞれの対角線の一方同士が、平面視で同一直線状に並ぶように配置するとともに、このケーブルアンテナの周りを保護材で覆った構成を採用してもよい。このような構成であっても、充分にゲートアンテナとしての機能を発揮することができる。
そして、このような廉価版のゲートアンテナを、無人レジに採用することで、無人レジの製造コストを抑えることができる。

次に、ケーブルアンテナ１の応用例について図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の自動搬送棚６０の斜視図である。自動搬送棚６０は、倉庫内を自動で搬送される棚である。
図１４に示すように、自動搬送棚６０は、棚本体６１と、自動搬送ロボット６２（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と、ケーブルアンテナ１と、を備えている。棚本体６１には、上下方向および左右方向に複数の棚部６３が並ぶように設けられている。棚部６３の内部には、各種の商品や備品が収容される。

自動搬送ロボット６２は、内部電源を有するとともにＡＩ（人工知能）が塔載され、棚本体６１が設置された倉庫内を自動制御により走行する。そして、図示の例では自動搬送ロボット６２は、棚の下方に配置されている。この自動搬送ロボット６２の動きについて、図１５および図１６を用いて説明する。
図１５は、自動搬送棚６０を使用する際の動きを説明する第１図である。図１６は、自動搬送棚６０を使用する際の動きを説明する第２図である。

図１５に示すように、自動搬送ロボット６２は、ユーザが所望する商品が保管された棚の下方まで走行する。次に、自動搬送ロボット６２は、その上部を上方に向けて突き出すことで、棚本体６１の底部を上方に向けて押し上げる。これにより、棚本体６１の脚部が倉庫の床から少し浮き上がる。
この状態で、図１６に示すように、自動搬送ロボット６２が棚本体６１とともに、ユーザが位置するピックアップスペースまで移動する。
そして、ユーザが所望する商品を棚本体６１の棚部６３から取出す。

その後、自動搬送ロボット６２は、棚本体６１を既定の保管位置まで案内し、棚本体６１の上方への押し上げを解除する。これにより、棚本体６１は既定の保管位置に載置される。そして、自動搬送ロボット６２は、既定の充電ステーションに戻り、充電される。

そして、図１４に示すように、ケーブルアンテナ１は、自動搬送棚６０に設けられた複数の棚部６３の底部にそれぞれ設けられている。
複数の棚部６３それぞれの底部にケーブルアンテナが配置され、棚部６３に保管される商品にＲＦＩＤタグを取り付けることで、それぞれの棚部６３に商品が保管されているかどうかを自動で瞬時に把握することができる。

ケーブルアンテナ１は、前述した廉価版のゲートアンテナの構造を成してもよい。複数の棚部６３の底部にそれぞれ設けられた複数のケーブルアンテナ１の端部は、棚本体６１の底部に配置されている。
そして、自動搬送ロボット６２が棚本体６１の底部を押し上げる際に、自動搬送ロボット６２の上面に設けられたコネクタと、複数のケーブルアンテナ１の端部に接続されたコネクタとが連結することで、自動搬送ロボット６２に内蔵された内部電源から、ケーブルアンテナに電流が供給される。

自動搬送ロボット６２には、ＲＦＩＤリーダが設けられている。このため、電流が供給されたアンテナが検出したＲＦＩＤタグの情報をＲＦＩＤリーダが読み取り、無線通信を用いて、外部に送信することができる。ＲＦＩＤリーダは、自動搬送ロボット６２に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。
これにより、ゲーブルアンテナ１が設けられた自動搬送棚６０では、棚部６３にどのような商品が保管されているのかを自動で検出することができるので、商品の自動棚卸しや、自動入出荷管理を可能とすることができる。

また、前述した変形例に限られず、これらの変形例を選択して適宜組み合わせてもよいし、その他の変形を施してもよい。
（付記）

自動搬送棚と、
自動搬送ロボットと、
請求項３に記載のケーブルアンテナ、あるいは請求項７、請求項１１に記載のゲートアンテナと、を有し、
前述のいずれかのアンテナと、無人自動搬送ロボットに設けられたリーダーライターとが、有線接続されることで、棚上に配置された商品、物品のＲＦＩＤ個品情報を自動で読み取り、読み取った商品・物品情報が無線システムにより、上位システムに転送され、入出荷や在庫の情報管理を自動的に行う自動搬送棚システム。

１ ケーブルアンテナ
１Ａ 屈曲点
２ 無線通信タグ
３ 無線ＩＣチップ
４ 発振器
１１ 内側導体
１２ 絶縁層
１３ 外側導体
１５ 露出部

Claims (15)

1. 高周波電流を供給する発振器が一端部に接続されるケーブルアンテナであって、
   ケーブル状に延びる内側導体と、
   前記内側導体を被覆する絶縁層と、
   前記絶縁層を被覆する外側導体と、を有し、
   前記ケーブルアンテナの長手方向における中間部には、少なくとも外側導体が除去された露出部が１つだけ形成され、
   前記ケーブルアンテナの先端部と、前記露出部における先端部側の端部と、の間の距離Ｌは、前記高周波電流の波長λの１／４の３以上の奇数倍であり、
   前記露出部の長手方向の幅寸法Ｇは、下記式（１）を満たしていることを特徴とするケーブルアンテナ。
   λ／２０≦Ｇ＜λ／４・・・（１）
   λ：高周波電流の波長（ｍｍ）
2. 内側導体、絶縁層、外側導体、および外被を有する同軸ケーブルから、外被、外側導体、および絶縁層が同じ幅寸法だけ除去されている請求項１に記載のケーブルアンテナ。
3. 複数の屈曲点が形成されながら、屈曲点を挟む両側が互いに並行とならないように屈曲していることを特徴とする請求項１又は２に記載のケーブルアンテナ。
4. ４つの辺の長さが全て、前記波長λの半分となる四角形の開口部を１つ以上構成することを特徴とする請求項１に記載のケーブルアンテナ。
5. 前記四角形は正方形であることを特徴とする請求項４に記載のケーブルアンテナ。
6. 前記開口部を２つ以上構成し、
   互いに隣り合う前記四角形それぞれの対角線の一方同士が、平面視で同一直線状に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のケーブルアンテナ。
7. 導電性の反射板と、
   前記反射板に対して、前記反射板の表裏面と直交する直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の第１スペーサ部材と、
   前記第１スペーサ部材に対して、前記直交方向のうちの一方向側に積層された請求項４から６のいずれか１項に記載のケーブルアンテナと、
   前記ケーブルアンテナに対して、前記直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の第２スペーサ部材と、
   前記第２スペーサ部材に対して、前記直交方向のうちの一方向側に積層された導電性の寄生素子と、を備えていることを特徴とするゲートアンテナ。
8. 前記反射板は幅方向と長手方向に延びる矩形状を成し、
   前記寄生素子は、
   前記幅方向に延びるとともに、前記長手方向に間隔をあけて配置された複数の第１部材と、
   前記長手方向に延びるとともに、複数の前記第１部材の幅方向の端部同士を、長手方向に沿って片側ずつ交互に接続する複数の第２部材と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載のゲートアンテナ。
9. 前記ケーブルアンテナは、前記開口部を３つ以上構成し、
   前記ケーブルアンテナの長手方向の両端に位置する四角形と、その長手方向に隣り合う四角形と、の接続部が位置する部分を起点として、長手方向の外側の部分が立設するように折り曲げて構成されることを特徴とする請求項７に記載のゲートアンテナ。
10. 請求項９に記載のゲートアンテナを複数有し、
    複数の前記ゲートアンテナは、それぞれの姿勢を互いに異ならせて配置されていることを特徴とするアンテナユニット。
11. 請求項４に記載のケーブルアンテナを有するゲートアンテナ。
12. 請求項１１に記載のゲートアンテナと、自動搬送ロボットと、を有する自動搬送棚。
13. 請求項７に記載のゲートアンテナを有する無人レジ。
14. 請求項９に記載のゲートアンテナを有する無人レジ。
15. 請求項１１に記載のゲートアンテナを有する無人レジ。
    

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