JP3139446U

JP3139446U - 平面アンテナ

Info

Publication number: JP3139446U
Application number: JP2007008619U
Authority: JP
Inventors: 博史橋野; 啓子樋口; 愼護宮
Original assignee: 株式会社グリフィン
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2017-10-12

Abstract

【課題】平面配置の状態でタグと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を設けた一対のストライプ状導体部２Ａ、２Ｂとを有し、インダクタもしくはコンデンサを併設し，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、平面形状を有するアンテナに関し、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形状を有するアンテナに関するものである。

近年、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）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、またＩＣタグが付与された物品もしくはサービス等の経歴等の情報を保持し，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、物品に無線ＩＣタグが付き、機械等に無線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ーに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５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６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課題は、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し，安定にかつ高感度で無線ＩＣタグとアンテナの無線通信を行いうるアンテナを提供することであり，且つ導体部の面積を大幅に削減して安価なアンテナを提供することである．

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，
および該平面導体部のストライプ状周辺部のみにより構成された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周辺部により構成された中心部を除去したストライプ状導体部より形成される平面導体部を有し、各周辺部より構成された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該各周辺部により構成された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、給電点に電一対の平面導体部から平面状の電磁界を生成させ、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、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、導体部のストライプ状周辺部のみを残置して平面部の中心部分を除去した形状に形成したストライプ状導体部により，給電点に給電することにより平面状の電磁界を生成させ、これにより、ストライプ状導体部により構成された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３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もしくはストライプ状の導体部より構成された導体部であって、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させ、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であって，平面アンテナと並列にコイルを形成付与することによって，該平面アンテナの周波数特性を劇的に改善することができる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もしくはストライプ状の導体部より構成された導体部であって、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させ、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であって，平面アンテナと直列および／もしくは並列に可変容量コンデンサおよび／もしくは可変容量のコイルを設置して該平面アンテナの周波数特性を劇的に改善することができ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するアンテナもしくは該平面導体部のストライプ状周辺部のみにより構成された一対の導体部を有し、各平面導体部もしくはストライプ状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もしくはストライプ状導体部により形成された平面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１５ｍｍ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該平面導体部の周辺部を残置して中心部を取り去った一対のストライプ状導体部により構成された導体部（アンテナ素子）２Ａ、２Ｂとし、該一対のストライプ状形状を有する平面導体部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／Ｕ２．５ｍ）６が接続される給電点７（一対）を設けている。これにより、図１に示す平面アンテナ１における前記該ストライプ状導体部により構成される平面導体部２Ａ、２Ｂの外寸法は、各々横１２２．５ｍｍ×縦２２０ｍｍとなっており，各ストライプ状導体部の幅は各々２０ｍｍとなっている。

本実施例に係る平面アンテナは，図１に示すようにストライプ状導体部より構成される平面アンテナ２Ａ，２Ｂに対してコイル８を付加的に構成した形状を有する．該コイル８はストライプ状導体部による平面アンテナ部２Ａ、２Ｂの周波数特性を劇的に向上させ，以下に示す交信距離を安定的に増大させ，無線ＩＣタグシステムの効率的動作に大きく寄与する．

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，リーダライタ１１：（例えば、Ｖ７２０Ｓ−ＢＣ５Ｄ４）を使用し、平面アンテナ１を接続し、１５分通電後にパワーメータで送信出力が適宜出力（例えば４Ｗ）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ＭＦＪＭＯＤＥＤＬＭＦＪ−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各方向の交信可能最大距離を測定したところ以下のようになった。

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に設定したときの交信可能最大距離（平面アンテナ右半分において測定）は、約２２０ｍｍとなった．

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に設定した時の交信可能最大距離は約１６０ｍｍ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４Ｗとした場合の前記タグ２０の平面アンテナ１に対するＺ方向の交信可能最大距離（平面アンテナ手前半分）は約１８０ｍｍであった。

なお、図４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。

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。

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。

また，前記平面アンテナ１の導体部について，それを構成する材料やストライプ形状の太さ，幅，厚さなどの物理的形状等はそのパターンとの兼ね合いによる最適なものが用いられるものであって，寸法等の設定や材質等により制限されるものではない．

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が交信ができない場合を示す説明図である。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
２Ａ平面導体部（ストライプ状導体部）
２Ｂ平面導体部（ストライプ状導体部）
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
８コイル
１１リーダライタ
１２ＳＷＲメータ
１３チューニング機
２０タグ

Claims

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の端部に給電点を設けた一対の平面導体部を有し、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ことを特徴とする平面アンテナ。
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の端部に給電点を設けた一対の平面導体部を有する平面アンテナにおいて、
平面導体部のストライプ状周辺部のみで形成され，平面部の中心部分を除去した形状であることを特徴とする請求項１に示す平面アンテナ。
平面導体部もしくは導体部のストライプ状周辺部により形成される部分的導体部に対して給電により平面状の電磁界を生成させ該各平面導体部もしくは部分的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であって，
該平面アンテナに対して並列にコイルを形成して該平面アンテナの周波数特性を劇的に改善することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に示す平面アンテナ．
平面導体部もしくは導体部のストライプ状周辺部により形成される部分的導体部に対して給電により平面状の電磁界を生成させ該各平面導体部もしくは部分的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であって，
該平面アンテナに対して直列および／もしくは並列に可変容量コンデンサおよび／もしくは可変容量のコイルを形成して該平面アンテナの周波数特性を劇的に改善することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に示す平面アンテナ．