JP3120288U - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】平面配置の状態でタグとの接触状態又は離隔した状態でのデータ交信を無指向性で良好に行うことができる平面アンテナを提供する。
【解決手段】平面アンテナ１は、平面基板５と、この平面基板５上に設けた平面並列配置で中間に無導体部４を有し、導体接続部３により隅部が接続された対称形状で各々給電点７を設けた一対の平面導体部２Ａ、２Ｂとを有し、各平面導体部２Ａ、２Ｂに設けた給電点７への給電により平面状の電磁界を生成して各平面導体部２Ａ、２Ｂ上に密着又は近接されるタグとの間で無指向性の無線交信を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本考案は、平面アンテナに関し、詳しくは、例えば無線ＩＣタグ等と無指向性で無線交信を行う平面アンテナに関するものである。

近年、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）タグ）が各分野で普及し始めている。

例えば、人や物に無線ＩＣタグが付き、何時、何処で、誰が、というような種々の情報を保持し、これらを随時やり取りできるというシステムが実現すると言われている。

また、例えば、物に無線ＩＣタグが付き、機械に無線ＩＣタグ用のリーダが付けば、様々な場所で必要な情報をタイムリリー取得することが可能となる。

無線ＩＣタグの方式としては幾つも存在するが、現時点で最も多用されているのが電磁誘導式の無線ＩＣタグである。電磁誘導式の無線ＩＣタグ及びこの無線ＩＣタグと交信するリーダライタの基本概念を、図１４を参照して説明する。

詳細は後述するリーダライタ５０の送信アンテナコイル５１に電流が流れると、電磁波が空中に放射され、無線ＩＣタグ６０のアンテナコイル６１と鎖交し、電磁誘導により誘起電力が発生する。

パッシブ型の無線ＩＣタグ６０は、リーダライタ５０の送信アンテナコイル５１から放射された電磁波と交信可能な領域に入ることにより、アンテナコイル６１に誘起電力が生じ、その誘起電力によってＩＣチップ６２が活性化され、リーダライタ５０と交信可能な状態になる。換言すれば、無線ＩＣタグ６０は、ＩＣチップ６２が活性化するための十分な誘起電力が供給されないとリーダライタ５０と交信できないことになる。従来においては、リーダライタ５０の送信アンテナコイル５１は、電線をループ状の形状にした構成のものが多い。

次に、リーダライタ５０と無線ＩＣタグ６０とを用いた一般的な無線データ伝送システムの概要を、図１５を参照して説明する。

この無線データ伝送システムは、送信アンテナコイル５１及び受信アンテナコイル５２を備えたリーダ５０と、アンテナコイル６１及びＩＣチップ６２を備えた無線ＩＣタグ６０とにより構成している。

リーダライタ５０は、前記送信アンテナコイル５１及び受信アンテナコイル５２と、このリーダライタ５０動作制御を行う制御部５３と、無線データ伝送システムの動作に必要な電力伝送を行う電源部（ＡＣ電源部）５４と、無線ＩＣタグ６０へのデータ送信時に符号化処理を行う符号化処理部５５と、送信、受信の切り替えを行うスイッチ部５６と、無線ＩＣタグ６０からのデータ受信時に復号化処理を行う復合化処理部５７と、を有している。

前記無線ＩＣタグ６０は、前記アンテナコイル６１と、ＩＣチップ６２とを有し、ＩＣチップ６２に、この無線ＩＣタグ６０の動作制御を行う制御部６３と、コンデンサ６４と、送信、受信の切り替えを行うスイッチ部６５と、データ受信時に復号化処理を行う復合化処理部６６と、データ送信時に符号化処理を行う符号化処理部６７と、各種データを記憶するメモリ６８と、を具備している。

この無線データ伝送システムにおいて、リーダライタの送信アンテナ５１から電磁波を放射すると、この電磁波は無線ＩＣタグ６０のアンテナコイル６１により受信され、誘起電力が発生してＩＣチップ６２が活性化され、リーダライタ５０と無線ＩＣタグ６０との間の交信が可能となる。

この場合、リーダライタ５０の送信アンテナ５１から放射される電磁波における電磁界構造は線状で、このため無線ＩＣタグ５０のアンテナコイル６１は水平面のみで前記電磁波を感知し、垂直面での感知は不可能かあるいは非常に限られた範囲若しくは限られた位置でしかできない。

特許文献１には、フレキシブルシートに、フレキシブル構造のアンテナ素子を設けて屈曲可能なアンテナとし、このアンテナを支持部材により支持してコンベア上の荷物に付したタグと屈曲した状態で交信を行うようにした無線ＩＤタグシステム用アンテナが提案されている。

しかし、この特許文献１のアンテナの場合、アンテナ素子を支持するシートとしてフレキシブルなシートを用い、また、このアンテナを門型の支持部材により垂直方向の配置で支持しなければならず、平面配置で無指向性の交信特性を得ることは難しい。
特開平１１−３０１８４３号公報

本考案が解決しようとする問題点は、平面配置の状態で無線ＩＣタグとの接触状態又は離隔した状態でのデータ交信を無指向性で良好に行うことができる平面アンテナが存在しない点である。

本考案の平面アンテナは、平面基板と、この平面基板上に設けた平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により隅部が接続された対称形状で各々給電点を設けた一対の平面導体部とを有し、各平面導体部に設けた給電点への給電により平面状の電磁界を生成して前記各平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を行うことを最も主要な特徴とする。

本考案によれば、以下の効果を奏する。
請求項１記載の考案によれば、平面基板に、平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により隅部が接続された対称形状で各々給電点を設けた一対の平面導体部を、給電点に電力供給を行うことで、一対の平面導体部から平面状の電磁界を生成でき、これにより、平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を良好に行うことができる平面アンテナを提供できる。

請求項２記載の考案によれば、請求項１記載の考案の場合と同様な構成の基に、平面導体部の送信出力４Ｗとして、無線ＩＣタグとの交信距離が、無線ＩＣタグと各平面導体部とが平行配置の条件で５ｍｍ乃至３００ｍｍ、無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記平面アンテナに対して前記無導体部と交差する方向に移動する条件で０ｍｍ乃至２００ｍｍ、無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記無導体部の長さ方向に移動する条件で０ｍｍ乃至２０５ｍｍ、を確保できる無指向性の平面アンテナを提供できる。

請求項３記載の考案によれば、請求項１記載の考案の場合と同様な構成の基に、平面導体部の送信出力１Ｗとして、無線ＩＣタグとの交信距離が、無線ＩＣタグと各平面導体部とが平行配置の条件で１１ｍｍ乃至２８０ｍｍ、無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記平面アンテナに対して前記無導体部と交差する方向に移動する条件で０ｍｍ乃至１７５ｍｍ、無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記無導体部の長さ方向に移動する条件で０ｍｍ乃至１８５ｍｍ、を確保できる無指向性の平面アンテナを提供できる。

請求項４記載の考案によれば、平面基板と、この平面基板上に設けた平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により両端隅部が各々接続されるとともに、前記無導体部を挟んで対向する中心部分に各々給電点を設けた一対の対称形状の平面導体部とを有する構成で、請求項１記載の考案の場合と同様な効果を奏する平面アンテナを提供できる。

本考案は、平面配置の状態で無線ＩＣタグとの接触状態又は離隔した状態でのデータ交信を無指向性で良好に行うことができる平面アンテナを提供するという目的を、平面基板と、この平面基板上に設けた平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により隅部が接続された対称形状で各々給電点を設けた一対の平面導体部とを有し、各平面導体部に設けた給電点への給電により平面状の電磁界を生成して前記各平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を行う平面アンテナであって、前記平面導体部の送信出力４Ｗ時に無線ＩＣタグとの交信距離が、無線ＩＣタグと各平面導体部とが平行配置の条件で５ｍｍ乃至３００ｍｍ、無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記平面アンテナに対して前記無導体部と交差する方向に移動する条件で０ｍｍ乃至２００ｍｍ、無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記無導体部の長さ方向に移動する条件で０ｍｍ乃至２０５ｍｍである特性を有する構成により実現した。

以下に、本考案の実施例を詳細に説明する。
本実施例に係る平面アンテナ１は、図１に示すように、平面基板５と、例えば横２６０ｍｍ×縦２２０ｍｍの長方形状の薄板状の導体板（例えば銅箔）を基にして、この導体板の中央部を図１において縦方向に２０ｍｍの間隔を有し、かつ、隅部に接続導体部３を有するように形成した無導体部４を挟んで平面並列構造とした左右対称配置の一対の平面導体部（アンテナ素子）２Ａ、２Ｂと、一対の平面導体部２Ａ、２Ｂにおける前記接続導体部３とは反対側で無導体部４を挟んで対向する隅部に同軸ケーブル（例えばＲＧ５８Ａ／Ｕ ２．５ｍ）６が接続される給電点７、７を設けている。これにより、図１に示す平面アンテナ１における前記平面導体部２Ａ、２Ｂの寸法は、各々横１２０ｍｍ×縦２２０ｍｍとなっている。

次に、上述した構成の平面アンテナ１と、既述した場合と同様な構成からなるタグ（無線ＩＣタグ）２０とのＸ、Ｙ、Ｚ３方向の交信距離の測定例について説明する。

本実施例における平面アンテナ１の測定条件としては、図２に示すように、リーダライタ１１、ＳＷＲメータ１２、チューニング機１３を直列接続し、更にチューニング機１３を平面アンテナ１に接続する。

そして、これらは例えば以下の機器を使用し、以下のように調整する。
リーダライタ１１：（例えば、Ｖ７２０Ｓ−ＢＣ５Ｄ４）、ＲＦコマンドにて送信出力４Ｗと１Ｗを切り替える。４Ｗ時：ＲＦコマンド：００５Ｂ４４、１Ｗ時：ＲＦコマンド：００３３４５。また、調整方法は、平面アンテナ１を接続し、１５分通電後ＲＦコマンドを変化させながらパワーメータで送信出力が４Ｗ又は１Ｗとなるように調整する。

ＳＷＲ（定在波比）メータ１２（例えばＤＡＩＷＡ：ＣＮ−１０１Ｌ）、ＳＷＲ値：１．２０に調整。チューニング機１３（例えばＭＦＪ ＭＯＤＥＤＬ ＭＦＪ−９０２）、チューニング機１３のダイヤル設定は、インダクタンス：Ｊ、Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ：０、Ａｎｔｅｎｎａ：１０。タグ２０（例えばＩＣＯＤＥ２）：カードサイズ、１３．５６ＭＨｚに共振周波数を合わせたものを使用する。

図３に平面アンテナ１とタグ２０とのＸ、Ｙ、Ｚ３方向の位置関係を示す。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は、図３に示すように、定義して以下の説明を行う。そして、Ｘ、Ｙ、Ｚ各方向の測定原点Ｏは、平面アンテナ１の中央部とし、各測定点は、Ｘ、Ｙ、Ｚ各方向で交信距離が最大となるポイントとした。

上述したような測定条件及び平面アンテナ１とタグ２０との配置関係で、各々測定したＸ、Ｙ、Ｚ各方向の交信領域図を図４乃至図６に各々示す。

平面アンテナ１に対して、タグ２０を平行配置（ＹＺ面方向）とし、タグ２０の位置を平面アンテナ１上で移動し、また、送信出力を４Ｗと１Ｗとに切り替えた場合の前記タグ２０の平面アンテナ１に対するＸ方向の交信領域の測定結果（平面アンテナ右半分）は、図４に示す通りである。この場合の交信距離は、送信出力４Ｗ時で５〜３００ｍｍ、送信出力１Ｗ時で１１〜２８０ｍｍであった。

平面アンテナ１に対して、タグ２０を垂直配置（ＸＺ面方向）とし、タグ２０の位置を平面アンテナ１上で移動し、また、送信出力を４Ｗと１Ｗとに切り替えた場合の前記タグ２０の平面アンテナ１に対するＹ方向の交信領域の測定結果を図５に示す。この場合の交信距離は、送信出力４Ｗ時で０〜２００ｍｍ、送信出力１Ｗ時で０〜１７５ｍｍであった。

平面アンテナ１に対して、タグ２０を垂直配置（ＸＹ面方向）とし、タグ２０の位置を平面アンテナ１上で移動し、また、送信出力を１Ｗとした場合の前記タグ２０の平面アンテナ１に対するＺ方向の交信距離（平面アンテナ手前半分）の測定結果を図６に示す。

この場合の交信距離は、送信出力１Ｗ時で０〜１８５ｍｍであった。なお、送信出力４Ｗ時の場合は、図６に図示していないが０〜２０５ｍｍであった。また、平面アンテナ１に対してタグ２０を移動した場合、タグ２０が平面アンテナ１の平面導体部２Ａ又は２Ｂから外に出ると抜けのエリアが発生した。上述したＸ、Ｙ、Ｚ各方向の測定結果を図７に一覧表として示す。

なお、図８に概念的に示すように、タグ２０の平面アンテナ１に対する配置がＸＺ面方向で、かつ、平面アンテナ１のＹ方向中心部をＺ方向（点線ｚ方向）に移動した場合、及び、タグ２０の平面アンテナ１に対する配置がＸＹ面方向で、かつ、平面アンテナ１のＺ方向中心部をＹ方向（点線ｙ方向）に移動した場合には、タグ２０と平面アンテナ１とが交信できない（抜け部分がある）ことに留意する必要が有る。

図９は、本実施例の他例としての平面アンテナ１Ａを示すものである。
この平面アンテナ１Ａは、既述した平面アンテナ１と略同様な構成であるが、平面基板２５上に、無導体部２４を挟んで平面並列構造の一対の対称形状で銅箔からなる平面導体部２２Ａ、２２Ｂを配置し、これら平面導体部２２Ａ、２２Ｂにおける無導体部２４の両端隅部に各々接続導体部２３Ａ、２３Ｂを設け、かつ、平面導体部２２Ａ、２２ＢにおけるＹ方向中心部で、無導体部２４を挟んで対向する部分に給電点２７、２７を設けたことが特徴である。

図９に示す平面アンテナ１Ａの場合においても、上述した平面アンテナ１の場合と同様なＹ、Ｚ各方向の交信領域、すなわち、無指向性の交信領域を得ることができる。

次に、前記平面アンテナ１の下に金属板を密着又は離隔して置いた場合の前記交信距離の変化について説明する。

金属板はアルミ板で、厚さ１．０ｍｍ、３５０×６００ｍｍの寸法で、平面アンテナ１の面積に比べ、十分大きいものを使用した。また、金属板を平面アンテナ１の下側で、密着、１５ｍｍ間隔、５０ｍｍ間隔とした条件で既述した場合と同様にして送信出力１Ｗと４Ｗとに切り替え、タグ２０と平面アンテナ１との交信距離の変化を各々測定した。

なお、チューニングなしでは、ＳＷＲ値が無限大となり、通信不能となるため、金属板と平面アンテナ１との間の間隔を変えた場合にはＳＷＲ値の再チューニングを行った。また、測定点は、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸上で交信距離が最大となるポイントとした。

この場合のＸ方向の最大交信距離の測定結果を図１０に、Ｙ方向の最大交信距離の測定結果を図１１に、Ｚ方向の最大交信距離の測定結果を図１２に各々示す。図１０乃至図１２から明らかなように、１Ｗ時、４Ｗ時双方とも、前記平面アンテナ１と金属板との間隔が５０ｍｍの場合の方が、密着又は間隔が１５ｍｍの場合よりも良好な最大交信距離が得られるこことが判明した。

次に、本実施例の平面アンテナ１をスチール棚（図示せず）に密着又は近接した状態での交信距離の変化について図１３を参照して説明する。スチール棚は、実際のスチール棚（例えば、ウチダ製：ムービング書棚）を使用した。

また、測定条件は、平面アンテナ１Ａとスチール棚とを密着状態、平面アンテナ１Ａとスチール棚とを１５ｍｍ間隔、平面アンテナ１Ａとスチール棚とを５０ｍｍ間隔とし、送信出力は１Ｗとした。更に、タグ２０の配置はＹ方向（Ｚ＝０）とし、これらの測定条件の基で既述した場合と同様にして測定を行った。

この場合の交信距離の測定結果及びスチール棚が無い場合の各測定結果を、図１３に示す。図１３から明らかなように、前記平面アンテナ１と金属板との間隔が５０ｍｍの場合の方が、密着又は間隔が１５ｍｍの場合よりも良好な最大交信距離が得られることが判明した。

以上説明した本実施例の平面アンテナ１によれば、この平面アンテナ１自体を平面配置の状態で、給電点７に電力供給を行うことにより、一対の平面導体部２Ａ、２Ｂから平面状の電磁界を生成でき、これにより、平面導体部２Ａ、２Ｂ上に密着又は近接されるタグ２０との間で無指向性の無線交信を良好に行うことができる。

この場合に、平面導体部２Ａ、２Ｂの送信出力を４Ｗとすることで、タグ２０との交信距離としてＸ方向で５ｍｍ乃至３００ｍｍ、Ｙ方向で０ｍｍ乃至２００ｍｍ、０ｍｍ乃至２０５ｍｍの特性を確保できる。

また、平面導体部２Ａ、２Ｂの送信出力を１Ｗとすることで、Ｘ方向で１１ｍｍ乃至２８０ｍｍ、Ｙ方向で０ｍｍ乃至１７５ｍｍ、Ｚ方向で０ｍｍ乃至１８５ｍｍの特性を確保できる。

なお、前記平面アンテナ１の寸法例は、ほんの一例であり、平面アンテナ１の具体的用途に応じて種々の寸法設定で平面アンテナ１を構成し得ることは言うまでもない。

本考案の平面アンテナは、タグを付着又は内蔵する物品との間で無指向性の交信を行う場合に広範に適用することができ、具体的には、タグを付着した積層段ボールシートをコンベア搬送し方向転換、振り分け等を行う搬送システムにおいて、コンベア部分にこの平面アンテナを配置し、コンベア上を搬送される個々の積層段ボールシートに付着したタグと交信し、その方向転換、振り分け制御等を行う等の応用が可能である。

本考案の実施例に係る平面アンテナを示す平面図である。 本実施例に係る平面アンテナのＩＣタグとの交信距離を測定するための機器接続構成図である。 本実施例に係る平面アンテナとタグとのＸ、Ｙ、Ｚ３方向の位置関係を示す説明図である。 本実施例に係る平面アンテナとタグとのＸ方向の交信領域を示す図である。 本実施例に係る平面アンテナとタグとのＹ方向の交信領域を示す図である。 本実施例に係る平面アンテナとタグとのＺ方向の交信領域を示す図である。 本実施例に係る平面アンテナとタグとのＸ、Ｙ、Ｚ各方向の交信領域の値を一覧で示す図である。 本実施例に係る平面アンテナとタグとが交信ができない場合を示す説明図である。 本実施例に係る平面アンテナの他例を示す平面図である。 本実施例に係る平面アンテナの下に金属板を密着又は離隔して置いた場合のＸ方向の交信距離の値の変化を示す図である。 本実施例に係る平面アンテナの下に金属板を密着又は離隔して置いた場合のＹ方向の交信距離の値の変化を示す図である。 本実施例に係る平面アンテナの下に金属板を密着又は離隔して置いた場合のＺ方向の交信距離の値の変化を示す図である。 本実施例に係る平面アンテナをスチール棚に密着又は近接した状態でのＹ方向の交信距離の変化を示す図である。 電磁誘導式の無線ＩＣタグ及びこの無線ＩＣタグと交信するリーダライタの基本概念を示す図である。 リーダライタと無線ＩＣタグとを用いた一般的な無線データ伝送システムの概要を示すブロック図である。

符号の説明

１ 平面アンテナ
１Ａ 平面アンテナ
２Ａ 平面導体部
２Ｂ 平面導体部
３ 接続導体部
４ 無導体部
５ 平面基板
６ 同軸ケーブル
７ 給電点
１１ リーダライタ
１２ ＳＷＲメータ
１３ チューニング機
２０ タグ
２２Ａ 平面導体部
２２Ｂ 平面導体部
２３Ａ 接続導体部
２３Ｂ 接続導体部
２４ 無導体部
２５ 平面基板
２７ 給電点

Claims (4)

1. 平面基板と、この平面基板上に設けた平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により隅部が接続された対称形状で各々給電点を設けた一対の平面導体部とを有し、
   各平面導体部に設けた給電点への給電により平面状の電磁界を生成して前記各平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を行うことを特徴とする平面アンテナ。
2. 平面基板と、この平面基板上に設けた平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により隅部が接続された対称形状で各々給電点を設けた一対の平面導体部とを有し、各平面導体部に設けた給電点への給電により平面状の電磁界を生成して前記各平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を行う平面アンテナであって、
   前記平面導体部の送信出力４Ｗ時に無線ＩＣタグとの交信距離が、
   無線ＩＣタグと各平面導体部とが平行配置の条件で５ｍｍ乃至３００ｍｍ、
   無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記平面アンテナに対して前記無導体部と交差する方向に移動する条件で０ｍｍ乃至２００ｍｍ、
   無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記無導体部の長さ方向に移動する条件で０ｍｍ乃至２０５ｍｍ、
   であるこことを特徴とする平面アンテナ。
3. 平面並列配置で中間に無導体部を設けるとともに、無導体部の一端側において導体接続部により隅部が接続された対称形状の一対で各々給電点を設けた平面導体部を有し、各平面導体部に設けた給電点への給電により平面状の電磁界を生成して前記各平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を行う平面アンテナであって、
   前記平面導体部の送信出力１Ｗ時に無線ＩＣタグとの交信距離が、
   無線ＩＣタグと各平面導体部とが平行配置の条件で１１ｍｍ乃至２８０ｍｍ、
   無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記平面アンテナに対して前記無導体部と交差する方向に移動する条件で０ｍｍ乃至１７５ｍｍ、
   無線ＩＣタグと各平面導体部とが垂直配置で、かつ、無線ＩＣタグが前記無導体部の長さ方向に移動する条件で０ｍｍ乃至１８５ｍｍ、
   であるこことを特徴とする平面アンテナ。
4. 平面基板と、この平面基板上に設けた平面並列配置で中間に無導体部を有し、導体接続部により両端隅部が各々接続されるとともに、前記無導体部を挟んで対向する中心部分に各々給電点を設けた一対の対称形状の平面導体部とを有し、
   各平面導体部に設けた給電点への給電により平面状の電磁界を生成して前記各平面導体部上に密着又は近接される無線ＩＣタグとの間で無指向性の無線交信を行うことを特徴とする平面アンテナ。

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