JP3832363B2 - ゲートアンテナ及び該ゲートアンテナを備えたｒｆｉｄシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおいて使用されるリーダ／ライタ用ゲートアンテナに関し、特に、８字型アンテナを含むループアンテナが対向配置されるゲートアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトランスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トランスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トランスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでは電磁誘導又は電磁結合を利用してデータの交信を行うため、リーダ／ライタアンテナで発生する磁界を大きくする必要があるが、一方、ＲＦＩＤシステムを使用するためには、測定対象から３ｍ離れた位置で測定される電界強度又はアンテナ利得とアンテナへの供給（空中線）電力を電波法により定められた値にする必要がある。
【０００４】
アンテナ近傍の磁界を弱めることなく遠方における電界を弱める方法として、８字型のアンテナ（又は双ループアンテナ）を用いる方法がある。この８字型アンテナは、図１６に示すように、２つのループアンテナを直列又は並列に接続し、それらを同一の高周波電源で駆動するものであり、この８字型アンテナ５では、８字を構成する２つのループ（８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂ）により各々発生する磁束が互いに反対向きであり、遠方ではこれらが相殺して見えるために、遠方の電界強度を弱める効果があり、通常の単ループアンテナと比べると、同利得でサイズの大きなアンテナを作製することが出来るという利点がある。
【０００５】
一方、ＲＦＩＤシステムを入退室管理用に用いる場合、２機またはそれ以上のアンテナを対向配置したゲートアンテナが用いられる。このような用途では、ゲート間を通過するトランスポンダと確実に交信するために、ゲートアンテナにはゲート間の各位置、各方向成分において均一な磁界強度が要求される。このため、それぞれのアンテナは、単ループではなく８字型あるいはそれを応用した形状が採用され、これにより複雑な磁界分布を形成し、ゲートアンテナ間を通過するトランスポンダとの通信状態を良好に保つことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したゲートを構成する両側のゲート型アンテナを構成する各々のアンテナを個別のリーダ／ライタ用高周波電源で駆動する場合、各アンテナから放射される磁界の位相は、電源投入のタイミングによりランダムに決定される。その結果、２機のアンテナから放射される磁界で形成されるゲートアンテナ間の磁界はうなりにより経時的に変化し、場所、時間により相乗される場合と、相殺される場合が考えられる。これは、均一磁界の生成に悪影響を与えることとなる。
【０００７】
このようなゲートアンテナにおける磁界の不均一性の問題に対して、各々のアンテナの位置をずらして設置する方法がある。例えば、特開平９−６４６３３号公報には、矩形の第１及び第２のループアンテナをトランスポンダの移動方向に沿ってほぼ平行に設け、第１のループアンテナの導体が形成する形状と第２のループアンテナの導体が形成する形状との中心線を上下にずらすことにより、相互に不感帯を補完する方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記公報記載の方法は、ゲートアンテナが単ループのアンテナで構成される場合の方法であり、単ループアンテナでは磁界分布が比較的単純なため互いの位置をずらすことにより磁界分布の均一性を向上させることができるが、上述した８字ループアンテナは磁界の分布が複雑であり、単純に互いの位置をずらす方法では磁界分布の均一性を向上させることは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、アンテナ間で発生する磁界の均一性を確保することができるゲートアンテナ、特に、８字型アンテナと中央ループとで構成されるアンテナを対向配置したゲートアンテナ及び該ゲートアンテナを備えたＲＦＩＤシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のゲートアンテナは、対向配置される一対のアンテナで構成され、前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略−９０°となるように制御されるものである。
【００１２】
また、本発明のゲートアンテナは、対向配置される一対のアンテナで構成され、前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略−９０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略＋９０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略０°となるように制御されるものである。
【００１３】
また、本発明のゲートアンテナは、対向配置される一対のアンテナで構成され、前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略＋９０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略−９０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°となるように制御されるものである。
【００１４】
本発明においては、前記第３ループを、前記第１ループ及び前記第２ループの少なくとも一つとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ、又は、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループとし、前記第６ループを、前記第４ループ及び前記第５ループの少なくとも一つとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ、又は、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループとすることができる。
【００２０】
このように、本発明のゲートアンテナによれば、ゲートアンテナを構成する２機のアンテナの各々を８字ループと中央ループとで構成し、各々のアンテナに入力されるキャリアを専用同期信号で同期させ、更に、同期状態に任意の遅延時間を生じさせることにより、両アンテナから放射される磁界に位相差を生じさせる。その結果、従来のゲートアンテナでは通信不可能とされていた磁束密度の微小な地点を無くし、ゲートアンテナ間において均一な磁界を生成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るゲートアンテナは、その好ましい一実施の形態において、高周波電源により駆動される８字ループと、８字ループの中心部近傍に設置され、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ又は異なる電源により駆動される給電ループとで構成されるアンテナが対向配置されているものであり、各々のアンテナにおいて、８字の上下ループの位相を１８０°ずらし、中央部近傍に設置するループの位相を８字上下のループに対して９０°ずらし、かつ、各々のアンテナの位相を同期させるか若しくは９０°ずらすことにより、ゲートアンテナ間の磁界分布の均一性を高めることができる。
【００２２】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について、図１乃至図１５を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係るＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図であり、図２は、ゲートアンテナ間の磁界分布を計算するためのシミュレーションモデルを示す図である。また、図３は、シミュレーション結果の見方を説明するための図であり、図４乃至図１１はシミュレーション結果を示すグラフである。また、図１２乃至図１５は、本願出願人の先願に係る８字型アンテナの構造を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシステム１は、内部にアンテナ及びＩＣを備えるトランスポンダ４と、トランスポンダ４への電力供給と信号を送受信するためのゲートアンテナ２と、トランスポンダ４からの信号を処理するリーダ／ライタ３とからなり、リーダ／ライタ３は、更に、各々のゲートアンテナ２に供給する電力の位相を制御する位相制御部３ａと、高周波電源部３ｂと、送受信信号を変換するための通信回路部３ｃと、送受信信号をデコードするための演算処理部３ｄとから構成される。この位相制御部３ａには、各々のゲートアンテナ２に供給する電力の位相を同期させる同期手段と、一方のゲートアンテナの位相を遅延させる遅延手段とが含まれている。
【００２４】
まず、本実施例のゲートアンテナ２の位相制御方法について説明する前に、ゲートアンテナ２を構成する８字型アンテナの特徴について説明する。従来例で示したように、８字型アンテナ５では、８字を構成する２つのループ（８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂ）により各々発生する磁束が互いに反対向きであり、遠方ではこれらが相殺して見えるために、遠方の電界強度を弱める効果があるが、８字型アンテナ５は、同時に８字型アンテナ５中心部でアンテナ軸方向の磁界成分が０になるという欠点を持っている。
【００２５】
この欠点を解決するために、図１７に示すように、８字型アンテナ５の中心部に、給電しない別の単ループのアンテナ（無給電中央ループアンテナ６ａ）を配置することにより、経時的に磁界分布を変化させ、通常の８字型アンテナ５の持つ欠点である磁界成分が０となる点を無くすことができる（ＵＳＰ６，１６６，７０６号等参照）。
【００２６】
しかしながら、この無給電中央ループアンテナ６ａを機能させるためには、並列接続された８字型アンテナ５を構成する２つのループのどちらかと交差させる必要があるが、無給電中央ループアンテナ６ａと交差した方のループは、相互インダクタンスによりアンテナコイルのインダクタンスが変化し、共振点が離調してしまう。その結果、両ループの片方のみが容量性、若しくは誘導性になり、印加電圧と電流値の間に位相差が発生してしまう。
【００２７】
これによって、８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂでは、逆位相の印加電圧に対して完全な逆位相の電流は流れず、８字型アンテナ５の特徴である対称性を失ってしまう。そして、この電流位相のずれにより、遠方における電界強度が増加するとともに、近傍磁界強度の不均一性も引き起こしてしまうという問題がある。
【００２８】
そこで、本願出願人は先願（特願２００１−３３９８０６号）において、上記問題を解決するリーダ／ライタ用アンテナの構造を提案している。この先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造について、図１２乃至図１５を参照して概説する。
【００２９】
先願では、リーダ／ライタ用アンテナの一つとして、図１２に示すような構造を開示している。このリーダ／ライタ用アンテナは、対称な形状の２つのループアンテナ（８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂ）が接続されてなる８字型アンテナ５と、８字型アンテナ５の周囲を一定の間隔で包囲する導線７と、８字型アンテナの少なくとも一方のループに鎖交する無給電中央ループアンテナ６ａとからなり、更に、８字型アンテナ上部５ａ又は８字型アンテナ下部５ｂの一方又は双方にコンデンサ９等の位相調整手段を設けている。
【００３０】
上記構造では、８字型アンテナ５及び無給電中央ループアンテナ６ａの周囲を導線７で包囲することにより、８字型アンテナ上部５ａ又は８字型アンテナ下部５ｂと床面や金属体との間隔の違いによるインダクタンスのずれを解消することができ、また、無給電中央ループアンテナ６ａと重なるループにコンデンサ９やコイル等の位相調整手段を接続することにより、相互インダクタンスの影響による誘導成分を打ち消し、発生した電圧と同位相の電流が流れるようにしている。
【００３１】
また、先願では、リーダ／ライタ用アンテナの他の例として、図１３に示すような構造を開示している。このリーダ／ライタ用アンテナは、８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂとを直列かつひねりを加えて接続するものであり、上下ループに流れる電流の位相を略等しくすることにより、個々のループの位相調整を不要とし、８字ループアンテナ５の高さ方向の磁束密度の分布を平坦にしている。
【００３２】
また、先願記載の他の例として、図１４に示すような構造もある。このリーダ／ライタ用アンテナは、無給電中央ループアンテナ６ａを８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂの双方に重なるように配置し、重なり部（領域Ａ及び領域Ｂ）の面積が等しくなるようにして相互インダクタンスを同等にし、かつ、重なり部の間の任意の地点においてアンテナ線を交差させることにより、鎖交磁束が相殺しないような形状とするものである。このような構造によっても、両ループの位相の対称性を確保することができるとともに、無給電中央ループアンテナ６ａによりアンテナ中央部における磁束の減少を抑制することができる。
【００３３】
更に、先願記載の他の例として、図１５に示すような構造もある。このリーダ／ライタ用アンテナは、８字型アンテナ５中央部に無給電中央ループアンテナ６ａに代えて給電中央ループアンテナ６ｂを設け、この給電中央ループアンテナ６ｂに位相を調整した電流を給電するための位相補正回路１０（例えば、図に示す構成の回路）を接続したものである。
【００３４】
すなわち、中央に設置する給電中央ループアンテナ６ｂを８字型アンテナ５との電磁結合で動作させるのではなく、位相補正回路１０から直接給電して動作させるものであり、その際、給電中央ループアンテナ６ｂの位相を８字型アンテナ５から９０°ずらしている。このような構造によっても、８字型アンテナ５の中央部における磁束密度の減少を抑制することができ、また、給電中央ループアンテナ６ｂを８字型アンテナ５に重ねる必要がないため、８字型アンテナ５の両ループの位相にずれを抑制することができる。
【００３５】
上記図１２乃至図１５に示した先願記載の構造により、８字型アンテナの２つのループアンテナによる発生磁界の対称性を確保することができ、磁界が０となる領域の発生を防止することができるが、上記構造の８字型アンテナを対向配置させてゲートアンテナ２を構成する場合には、各々のゲートアンテナ２を独立して駆動するとゲートアンテナ２同士の相互作用により磁界にうなりが発生し、ゲートアンテナ２間の磁界の均一性が崩れてしまう。なお、このうなりは両リーダ／ライタの発振器の性能によって決まり、完全に発振周波数が同じ発振器を用いればうなりは無くなるが、電源投入のタイミングにより両アンテナから発生する磁束の位相が決まるため、実質的には各々のゲートアンテナ２を独立して駆動すると均一性は崩れることになる。
【００３６】
この磁界のうなりを抑制してゲートアンテナ間の磁界の均一性を向上させるためには、各々のゲートアンテナ２の位相を制御することが有効であるが、それぞれのゲートアンテナの位相のずらし方で発生する磁界分布は異なる。特に、本実施例のゲートアンテナ２は、８字型アンテナ上部５ａ、８字型アンテナ下部５ｂ及び中央ループアンテナ６の組を対向させた６つのループから構成され、これら６つのループの位相を独立して設定して最適な位相を求めることは困難である。そこで、本願発明者は、片側のゲートアンテナ２を上述した先願記載の構造とし、対向するゲートアンテナ２の位相を変化させた場合のゲートアンテナ間の磁界分布をシミュレーションにより明らかにし、最適な位相差を検討することとした。
【００３７】
具体的には、図２に示すように、８字型アンテナ５と中央ループアンテナ６とからなるゲートアンテナ２の構造を単純化して、８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂと（共に、幅３２ｃｍ、高さ４２ｃｍ）を独立したループとし、その間に同一幅の中央ループアンテナ６（幅３２ｃｍ、高さ３８ｃｍ）を設ける構造とし、このゲートアンテナ２を１ｍ離して対向配置し、各ループに同電流（絶対値）を流したモデルでシミュレーションした。なお、８字型アンテナ上部５ａと中央ループアンテナ６との重なりは２ｃｍとし、ゲートアンテナ２ａと２ｂの中央（ｚ＝５０ｃｍの平面）内における磁界成分の高さ方向の分布をシミュレーションにより求めた。
【００３８】
シミュレーションにあたって、ゲートアンテナ２ａの８字型アンテナ上部５ａを基準（０°）として、８字型アンテナ下部５ｂの位相を＋１８０°、中央ループアンテナ６の位相を＋９０°に設定し、対向するゲートアンテナ２ｂの各ループの位相を表１に示すように８つのタイプ（タイプａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ）に分類した。すなわち、タイプａ〜ｄまでが対応するループの位相差は同位相か逆位相であり、タイプａａ〜ｄｄはタイプａ〜ｄのゲートアンテナＢに＋９０°の位相差を加えたものである。なお、パラメータとして、各々のループのターン数は１ターンとし、ループに流す電流を１Ａとした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
シミュレーションの手順は、まず、ゲートアンテナ２ａ、２ｂの各ループの発生する磁束密度を各成分について、両ゲートアンテナの中心（Ｚ＝５０ｃｍ）のアンテナ面と平行平面で計算し、その結果を各ループが発生する最大磁束とし、正弦波を掛け合わせて経時変化させる。そして、各ポイントの時間的最大値を算出し、ｘ方向（トランスポンダの進行方向）の最大値を算出した。
【００４１】
上記方法でシミュレーションした結果の一例とゲートアンテナ２との位置関係を図３に示す。図の右側が床面（ＧＮＤ８）であり、図の横軸は高さ方向（ｙ方向）の位置を、縦軸は磁束密度を表している。例えば、図３では、８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂの中間（高さ方向が０の位置）を中心として、磁束密度はほぼ対称かつ平坦な分布をしている。
【００４２】
表１に示す８つのタイプについて同様にシミュレーションした結果を図４乃至図１１に示す。なお、各々の図の（ａ）はｘ成分、（ｂ）はｙ成分、（ｃ）はｚ成分を示している。
【００４３】
ここで、ゲートアンテナ２には、▲１▼磁束密度が大きいこと、▲２▼磁束密度が均一であることの２つの性能が求められる。上記観点からシミュレーションの結果を考察すると、磁束密度の大きさでは、タイプｂ（図５）、タイプｃ（図６）、タイプｂｂ（図９）、タイプｃｃ（図１０）は、他のタイプに比べて磁束密度のピーク値は大きいが、一方、磁束密度の分布は均一ではなく、特に、磁束密度がほぼ０になる地点が存在していることがわかる。この磁束密度の分布では、トランスポンダ４と交信できない領域が生じてしまう恐れがある。
【００４４】
これに対して、タイプａａ（図８）及びタイプｄｄ（図１１）は磁束密度のピーク値は上記タイプに比べて大きくないものの、ｘ、ｙ、ｚ各成分とも磁束密度が０になる地点が存在せず、かつその分布も比較的平坦である。また、タイプａ（図４）及びタイプｄ（図７）では、測定点がゲートアンテナ２の中間地点であるためにｚ又はｘ、ｙ成分の磁束密度がほぼ０であるが、他の成分に関しては形状も比較的平坦である。
【００４５】
このように、各々のタイプで磁束密度の大きさや均一性は異なるが、同角度で平行にゲートアンテナ間を通過するトランスポンダ４と安定して交信することを前提とすると、磁束密度のピーク値は大きく、極小値がない形状が好ましい。従って、総合的に判断すると、２つのゲートアンテナ２間の各位置、各磁界成分で比較的均一な磁界強度が得られる位相の組み合わせは、片側のゲートアンテナ２ａの８字型アンテナ上部５ａを０°、８字型アンテナ下部を＋１８０°、中央ループアンテナ６を＋９０°としたときに、他側のゲートアンテナ２ｂのループの各々が、対向するループに対して９０°ずれた組み合わせ（タイプａａ又はタイプｄｄ）が好ましいと考えられる。
【００４６】
また、タイプａａ又はタイプｄｄに比べて磁束密度は小さいが、比較的平坦な分布が得られる位相の組み合わせは、他側のゲートアンテナ２ｂのループの各々が、対向するループに対して同位相又は逆位相の組み合わせ（タイプａ又はタイプｄ）であり、この組み合わせでもトランスポンダ４と安定して交信することが可能である。
【００４７】
このように、８字型アンテナ５と中央ループアンテナ６とが対向配置されるゲートアンテナ２において、一方のゲートアンテナ２ａを、先願記載の構造と同様に８字型アンテナ上部を基準として８字型アンテナ下部２ｂを＋１８０°、中央ループアンテナを＋９０°とし、他方のゲートアンテナ２ｂの各々のループを対向するループに対して９０°ずらす構成又は同位相とすることによって、ゲートアンテナ間の磁束密度の分布を平坦にすることができ、ゲートアンテナ２間の位置によらず安定してトランスポンダ４と交信することが可能となる。
【００４８】
なお、以上の説明では、２機のゲートアンテナ２を対向配置した場合について記載したが、３機以上のゲートアンテナを設置する構成においても適用することができ、その場合は各々対向するゲートアンテナの位相が上述した関係を満たすように位相を調整すればよい。また、上記実施例では、ゲートアンテナをＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナとして用いる場合について記載したが、本発明は、リーダ／ライタ用アンテナに限定されるものではなく、他の通信機器、通信装置で用いられるアンテナに適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のゲートアンテナ及び該ゲートアンテナを用いたＲＦＩＤシステムによれば、ゲートアンテナ間の磁界分布の制御が可能となり、従来のゲートアンテナの問題点であった磁界分布の場所的な不均一性を改善することができる。
【００５０】
その理由は、各々のゲートアンテナを８字型アンテナと中央ループアンテナとで構成し、一方のゲートアンテナの位相を、先願記載の構造と同様に、８字型アンテナ上部を基準として８字型アンテナ下部を＋１８０°、中央ループアンテナを＋９０°に設定し、他方のゲートアンテナの各々のループを対向するループに対して９０°ずらすか若しくは同位相とすることによって、両ゲートアンテナの合成磁界を均一にすることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係るゲートアンテナのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果とゲートアンテナの位置との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプａ）を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｂ）を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｃ）を示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｄ）を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプａａ）を示す図である。
【図９】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｂｂ）を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｃｃ）を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｄｄ）を示す図である。
【図１２】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１３】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１４】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１５】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１６】従来のリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１７】従来のリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ ＲＦＩＤシステム
２ ゲートアンテナ
２ａ ゲートアンテナＡ
２ｂ ゲートアンテナＢ
３ リーダ／ライタ
３ａ 位相制御部
３ｂ 高周波電源部
３ｃ 通信回路部
３ｄ 演算処理部
４ トランスポンダ
５ ８字型アンテナ
５ａ ８字型アンテナ上部
５ｂ ８字型アンテナ下部
６ 中央ループアンテナ
６ａ 無給電中央ループアンテナ
６ｂ 給電中央ループアンテナ
７ 導線
８ ＧＮＤ
９ 容量
１０ 位相補正回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおいて使用されるリーダ／ライタ用ゲートアンテナに関し、特に、８字型アンテナを含むループアンテナが対向配置されるゲートアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトランスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トランスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トランスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでは電磁誘導又は電磁結合を利用してデータの交信を行うため、リーダ／ライタアンテナで発生する磁界を大きくする必要があるが、一方、ＲＦＩＤシステムを使用するためには、測定対象から３ｍ離れた位置で測定される電界強度又はアンテナ利得とアンテナへの供給（空中線）電力を電波法により定められた値にする必要がある。
【０００４】
アンテナ近傍の磁界を弱めることなく遠方における電界を弱める方法として、８字型のアンテナ（又は双ループアンテナ）を用いる方法がある。この８字型アンテナは、図１６に示すように、２つのループアンテナを直列又は並列に接続し、それらを同一の高周波電源で駆動するものであり、この８字型アンテナ５では、８字を構成する２つのループ（８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂ）により各々発生する磁束が互いに反対向きであり、遠方ではこれらが相殺して見えるために、遠方の電界強度を弱める効果があり、通常の単ループアンテナと比べると、同利得でサイズの大きなアンテナを作製することが出来るという利点がある。
【０００５】
一方、ＲＦＩＤシステムを入退室管理用に用いる場合、２機またはそれ以上のアンテナを対向配置したゲートアンテナが用いられる。このような用途では、ゲート間を通過するトランスポンダと確実に交信するために、ゲートアンテナにはゲート間の各位置、各方向成分において均一な磁界強度が要求される。このため、それぞれのアンテナは、単ループではなく８字型あるいはそれを応用した形状が採用され、これにより複雑な磁界分布を形成し、ゲートアンテナ間を通過するトランスポンダとの通信状態を良好に保つことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したゲートを構成する両側のゲート型アンテナを構成する各々のアンテナを個別のリーダ／ライタ用高周波電源で駆動する場合、各アンテナから放射される磁界の位相は、電源投入のタイミングによりランダムに決定される。その結果、２機のアンテナから放射される磁界で形成されるゲートアンテナ間の磁界はうなりにより経時的に変化し、場所、時間により相乗される場合と、相殺される場合が考えられる。これは、均一磁界の生成に悪影響を与えることとなる。
【０００７】
このようなゲートアンテナにおける磁界の不均一性の問題に対して、各々のアンテナの位置をずらして設置する方法がある。例えば、特開平９−６４６３３号公報には、矩形の第１及び第２のループアンテナをトランスポンダの移動方向に沿ってほぼ平行に設け、第１のループアンテナの導体が形成する形状と第２のループアンテナの導体が形成する形状との中心線を上下にずらすことにより、相互に不感帯を補完する方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記公報記載の方法は、ゲートアンテナが単ループのアンテナで構成される場合の方法であり、単ループアンテナでは磁界分布が比較的単純なため互いの位置をずらすことにより磁界分布の均一性を向上させることができるが、上述した８字ループアンテナは磁界の分布が複雑であり、単純に互いの位置をずらす方法では磁界分布の均一性を向上させることは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、アンテナ間で発生する磁界の均一性を確保することができるゲートアンテナ、特に、８字型アンテナと中央ループとで構成されるアンテナを対向配置したゲートアンテナ及び該ゲートアンテナを備えたＲＦＩＤシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のゲートアンテナは、対向配置される一対のアンテナで構成され、前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略−９０°となるように制御されるものである。
【００１２】
また、本発明のゲートアンテナは、対向配置される一対のアンテナで構成され、前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略−９０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略＋９０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略０°となるように制御されるものである。
【００１３】
また、本発明のゲートアンテナは、対向配置される一対のアンテナで構成され、前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略＋９０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略−９０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°となるように制御されるものである。
【００１４】
本発明においては、前記第３ループを、前記第１ループ及び前記第２ループの少なくとも一つとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ、又は、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループとし、前記第６ループを、前記第４ループ及び前記第５ループの少なくとも一つとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ、又は、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループとすることができる。
【００２０】
このように、本発明のゲートアンテナによれば、ゲートアンテナを構成する２機のアンテナの各々を８字ループと中央ループとで構成し、各々のアンテナに入力されるキャリアを専用同期信号で同期させ、更に、同期状態に任意の遅延時間を生じさせることにより、両アンテナから放射される磁界に位相差を生じさせる。その結果、従来のゲートアンテナでは通信不可能とされていた磁束密度の微小な地点を無くし、ゲートアンテナ間において均一な磁界を生成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るゲートアンテナは、その好ましい一実施の形態において、高周波電源により駆動される８字ループと、８字ループの中心部近傍に設置され、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ又は異なる電源により駆動される給電ループとで構成されるアンテナが対向配置されているものであり、各々のアンテナにおいて、８字の上下ループの位相を１８０°ずらし、中央部近傍に設置するループの位相を８字上下のループに対して９０°ずらし、かつ、各々のアンテナの位相を同期させるか若しくは９０°ずらすことにより、ゲートアンテナ間の磁界分布の均一性を高めることができる。
【００２２】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について、図１乃至図１５を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係るＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図であり、図２は、ゲートアンテナ間の磁界分布を計算するためのシミュレーションモデルを示す図である。また、図３は、シミュレーション結果の見方を説明するための図であり、図４乃至図１１はシミュレーション結果を示すグラフである。また、図１２乃至図１５は、本願出願人の先願に係る８字型アンテナの構造を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシステム１は、内部にアンテナ及びＩＣを備えるトランスポンダ４と、トランスポンダ４への電力供給と信号を送受信するためのゲートアンテナ２と、トランスポンダ４からの信号を処理するリーダ／ライタ３とからなり、リーダ／ライタ３は、更に、各々のゲートアンテナ２に供給する電力の位相を制御する位相制御部３ａと、高周波電源部３ｂと、送受信信号を変換するための通信回路部３ｃと、送受信信号をデコードするための演算処理部３ｄとから構成される。この位相制御部３ａには、各々のゲートアンテナ２に供給する電力の位相を同期させる同期手段と、一方のゲートアンテナの位相を遅延させる遅延手段とが含まれている。
【００２４】
まず、本実施例のゲートアンテナ２の位相制御方法について説明する前に、ゲートアンテナ２を構成する８字型アンテナの特徴について説明する。従来例で示したように、８字型アンテナ５では、８字を構成する２つのループ（８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂ）により各々発生する磁束が互いに反対向きであり、遠方ではこれらが相殺して見えるために、遠方の電界強度を弱める効果があるが、８字型アンテナ５は、同時に８字型アンテナ５中心部でアンテナ軸方向の磁界成分が０になるという欠点を持っている。
【００２５】
この欠点を解決するために、図１７に示すように、８字型アンテナ５の中心部に、給電しない別の単ループのアンテナ（無給電中央ループアンテナ６ａ）を配置することにより、経時的に磁界分布を変化させ、通常の８字型アンテナ５の持つ欠点である磁界成分が０となる点を無くすことができる（ＵＳＰ６，１６６，７０６号等参照）。
【００２６】
しかしながら、この無給電中央ループアンテナ６ａを機能させるためには、並列接続された８字型アンテナ５を構成する２つのループのどちらかと交差させる必要があるが、無給電中央ループアンテナ６ａと交差した方のループは、相互インダクタンスによりアンテナコイルのインダクタンスが変化し、共振点が離調してしまう。その結果、両ループの片方のみが容量性、若しくは誘導性になり、印加電圧と電流値の間に位相差が発生してしまう。
【００２７】
これによって、８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂでは、逆位相の印加電圧に対して完全な逆位相の電流は流れず、８字型アンテナ５の特徴である対称性を失ってしまう。そして、この電流位相のずれにより、遠方における電界強度が増加するとともに、近傍磁界強度の不均一性も引き起こしてしまうという問題がある。
【００２８】
そこで、本願出願人は先願（特願２００１−３３９８０６号）において、上記問題を解決するリーダ／ライタ用アンテナの構造を提案している。この先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造について、図１２乃至図１５を参照して概説する。
【００２９】
先願では、リーダ／ライタ用アンテナの一つとして、図１２に示すような構造を開示している。このリーダ／ライタ用アンテナは、対称な形状の２つのループアンテナ（８字型アンテナ上部５ａ及び８字型アンテナ下部５ｂ）が接続されてなる８字型アンテナ５と、８字型アンテナ５の周囲を一定の間隔で包囲する導線７と、８字型アンテナの少なくとも一方のループに鎖交する無給電中央ループアンテナ６ａとからなり、更に、８字型アンテナ上部５ａ又は８字型アンテナ下部５ｂの一方又は双方にコンデンサ９等の位相調整手段を設けている。
【００３０】
上記構造では、８字型アンテナ５及び無給電中央ループアンテナ６ａの周囲を導線７で包囲することにより、８字型アンテナ上部５ａ又は８字型アンテナ下部５ｂと床面や金属体との間隔の違いによるインダクタンスのずれを解消することができ、また、無給電中央ループアンテナ６ａと重なるループにコンデンサ９やコイル等の位相調整手段を接続することにより、相互インダクタンスの影響による誘導成分を打ち消し、発生した電圧と同位相の電流が流れるようにしている。
【００３１】
また、先願では、リーダ／ライタ用アンテナの他の例として、図１３に示すような構造を開示している。このリーダ／ライタ用アンテナは、８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂとを直列かつひねりを加えて接続するものであり、上下ループに流れる電流の位相を略等しくすることにより、個々のループの位相調整を不要とし、８字ループアンテナ５の高さ方向の磁束密度の分布を平坦にしている。
【００３２】
また、先願記載の他の例として、図１４に示すような構造もある。このリーダ／ライタ用アンテナは、無給電中央ループアンテナ６ａを８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂの双方に重なるように配置し、重なり部（領域Ａ及び領域Ｂ）の面積が等しくなるようにして相互インダクタンスを同等にし、かつ、重なり部の間の任意の地点においてアンテナ線を交差させることにより、鎖交磁束が相殺しないような形状とするものである。このような構造によっても、両ループの位相の対称性を確保することができるとともに、無給電中央ループアンテナ６ａによりアンテナ中央部における磁束の減少を抑制することができる。
【００３３】
更に、先願記載の他の例として、図１５に示すような構造もある。このリーダ／ライタ用アンテナは、８字型アンテナ５中央部に無給電中央ループアンテナ６ａに代えて給電中央ループアンテナ６ｂを設け、この給電中央ループアンテナ６ｂに位相を調整した電流を給電するための位相補正回路１０（例えば、図に示す構成の回路）を接続したものである。
【００３４】
すなわち、中央に設置する給電中央ループアンテナ６ｂを８字型アンテナ５との電磁結合で動作させるのではなく、位相補正回路１０から直接給電して動作させるものであり、その際、給電中央ループアンテナ６ｂの位相を８字型アンテナ５から９０°ずらしている。このような構造によっても、８字型アンテナ５の中央部における磁束密度の減少を抑制することができ、また、給電中央ループアンテナ６ｂを８字型アンテナ５に重ねる必要がないため、８字型アンテナ５の両ループの位相にずれを抑制することができる。
【００３５】
上記図１２乃至図１５に示した先願記載の構造により、８字型アンテナの２つのループアンテナによる発生磁界の対称性を確保することができ、磁界が０となる領域の発生を防止することができるが、上記構造の８字型アンテナを対向配置させてゲートアンテナ２を構成する場合には、各々のゲートアンテナ２を独立して駆動するとゲートアンテナ２同士の相互作用により磁界にうなりが発生し、ゲートアンテナ２間の磁界の均一性が崩れてしまう。なお、このうなりは両リーダ／ライタの発振器の性能によって決まり、完全に発振周波数が同じ発振器を用いればうなりは無くなるが、電源投入のタイミングにより両アンテナから発生する磁束の位相が決まるため、実質的には各々のゲートアンテナ２を独立して駆動すると均一性は崩れることになる。
【００３６】
この磁界のうなりを抑制してゲートアンテナ間の磁界の均一性を向上させるためには、各々のゲートアンテナ２の位相を制御することが有効であるが、それぞれのゲートアンテナの位相のずらし方で発生する磁界分布は異なる。特に、本実施例のゲートアンテナ２は、８字型アンテナ上部５ａ、８字型アンテナ下部５ｂ及び中央ループアンテナ６の組を対向させた６つのループから構成され、これら６つのループの位相を独立して設定して最適な位相を求めることは困難である。そこで、本願発明者は、片側のゲートアンテナ２を上述した先願記載の構造とし、対向するゲートアンテナ２の位相を変化させた場合のゲートアンテナ間の磁界分布をシミュレーションにより明らかにし、最適な位相差を検討することとした。
【００３７】
具体的には、図２に示すように、８字型アンテナ５と中央ループアンテナ６とからなるゲートアンテナ２の構造を単純化して、８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂと（共に、幅３２ｃｍ、高さ４２ｃｍ）を独立したループとし、その間に同一幅の中央ループアンテナ６（幅３２ｃｍ、高さ３８ｃｍ）を設ける構造とし、このゲートアンテナ２を１ｍ離して対向配置し、各ループに同電流（絶対値）を流したモデルでシミュレーションした。なお、８字型アンテナ上部５ａと中央ループアンテナ６との重なりは２ｃｍとし、ゲートアンテナ２ａと２ｂの中央（ｚ＝５０ｃｍの平面）内における磁界成分の高さ方向の分布をシミュレーションにより求めた。
【００３８】
シミュレーションにあたって、ゲートアンテナ２ａの８字型アンテナ上部５ａを基準（０°）として、８字型アンテナ下部５ｂの位相を＋１８０°、中央ループアンテナ６の位相を＋９０°に設定し、対向するゲートアンテナ２ｂの各ループの位相を表１に示すように８つのタイプ（タイプａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ）に分類した。すなわち、タイプａ〜ｄまでが対応するループの位相差は同位相か逆位相であり、タイプａａ〜ｄｄはタイプａ〜ｄのゲートアンテナＢに＋９０°の位相差を加えたものである。なお、パラメータとして、各々のループのターン数は１ターンとし、ループに流す電流を１Ａとした。
【００３９】
【表１】
シミュレーションの手順は、まず、ゲートアンテナ２ａ、２ｂの各ループの発生する磁束密度を各成分について、両ゲートアンテナの中心（Ｚ＝５０ｃｍ）のアンテナ面と平行平面で計算し、その結果を各ループが発生する最大磁束とし、正弦波を掛け合わせて経時変化させる。そして、各ポイントの時間的最大値を算出し、ｘ方向（トランスポンダの進行方向）の最大値を算出した。
【００４１】
上記方法でシミュレーションした結果の一例とゲートアンテナ２との位置関係を図３に示す。図の右側が床面（ＧＮＤ８）であり、図の横軸は高さ方向（ｙ方向）の位置を、縦軸は磁束密度を表している。例えば、図３では、８字型アンテナ上部５ａと８字型アンテナ下部５ｂの中間（高さ方向が０の位置）を中心として、磁束密度はほぼ対称かつ平坦な分布をしている。
【００４２】
表１に示す８つのタイプについて同様にシミュレーションした結果を図４乃至図１１に示す。なお、各々の図の（ａ）はｘ成分、（ｂ）はｙ成分、（ｃ）はｚ成分を示している。
【００４３】
ここで、ゲートアンテナ２には、▲１▼磁束密度が大きいこと、▲２▼磁束密度が均一であることの２つの性能が求められる。上記観点からシミュレーションの結果を考察すると、磁束密度の大きさでは、タイプｂ（図５）、タイプｃ（図６）、タイプｂｂ（図９）、タイプｃｃ（図１０）は、他のタイプに比べて磁束密度のピーク値は大きいが、一方、磁束密度の分布は均一ではなく、特に、磁束密度がほぼ０になる地点が存在していることがわかる。この磁束密度の分布では、トランスポンダ４と交信できない領域が生じてしまう恐れがある。
【００４４】
これに対して、タイプａａ（図８）及びタイプｄｄ（図１１）は磁束密度のピーク値は上記タイプに比べて大きくないものの、ｘ、ｙ、ｚ各成分とも磁束密度が０になる地点が存在せず、かつその分布も比較的平坦である。また、タイプａ（図４）及びタイプｄ（図７）では、測定点がゲートアンテナ２の中間地点であるためにｚ又はｘ、ｙ成分の磁束密度がほぼ０であるが、他の成分に関しては形状も比較的平坦である。
【００４５】
このように、各々のタイプで磁束密度の大きさや均一性は異なるが、同角度で平行にゲートアンテナ間を通過するトランスポンダ４と安定して交信することを前提とすると、磁束密度のピーク値は大きく、極小値がない形状が好ましい。従って、総合的に判断すると、２つのゲートアンテナ２間の各位置、各磁界成分で比較的均一な磁界強度が得られる位相の組み合わせは、片側のゲートアンテナ２ａの８字型アンテナ上部５ａを０°、８字型アンテナ下部を＋１８０°、中央ループアンテナ６を＋９０°としたときに、他側のゲートアンテナ２ｂのループの各々が、対向するループに対して９０°ずれた組み合わせ（タイプａａ又はタイプｄｄ）が好ましいと考えられる。
【００４６】
また、タイプａａ又はタイプｄｄに比べて磁束密度は小さいが、比較的平坦な分布が得られる位相の組み合わせは、他側のゲートアンテナ２ｂのループの各々が、対向するループに対して同位相又は逆位相の組み合わせ（タイプａ又はタイプｄ）であり、この組み合わせでもトランスポンダ４と安定して交信することが可能である。
【００４７】
このように、８字型アンテナ５と中央ループアンテナ６とが対向配置されるゲートアンテナ２において、一方のゲートアンテナ２ａを、先願記載の構造と同様に８字型アンテナ上部を基準として８字型アンテナ下部２ｂを＋１８０°、中央ループアンテナを＋９０°とし、他方のゲートアンテナ２ｂの各々のループを対向するループに対して９０°ずらす構成又は同位相とすることによって、ゲートアンテナ間の磁束密度の分布を平坦にすることができ、ゲートアンテナ２間の位置によらず安定してトランスポンダ４と交信することが可能となる。
【００４８】
なお、以上の説明では、２機のゲートアンテナ２を対向配置した場合について記載したが、３機以上のゲートアンテナを設置する構成においても適用することができ、その場合は各々対向するゲートアンテナの位相が上述した関係を満たすように位相を調整すればよい。また、上記実施例では、ゲートアンテナをＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナとして用いる場合について記載したが、本発明は、リーダ／ライタ用アンテナに限定されるものではなく、他の通信機器、通信装置で用いられるアンテナに適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のゲートアンテナ及び該ゲートアンテナを用いたＲＦＩＤシステムによれば、ゲートアンテナ間の磁界分布の制御が可能となり、従来のゲートアンテナの問題点であった磁界分布の場所的な不均一性を改善することができる。
【００５０】
その理由は、各々のゲートアンテナを８字型アンテナと中央ループアンテナとで構成し、一方のゲートアンテナの位相を、先願記載の構造と同様に、８字型アンテナ上部を基準として８字型アンテナ下部を＋１８０°、中央ループアンテナを＋９０°に設定し、他方のゲートアンテナの各々のループを対向するループに対して９０°ずらすか若しくは同位相とすることによって、両ゲートアンテナの合成磁界を均一にすることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係るゲートアンテナのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果とゲートアンテナの位置との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプａ）を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｂ）を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｃ）を示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｄ）を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプａａ）を示す図である。
【図９】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｂｂ）を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｃｃ）を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例に係るシミュレーションの結果（タイプｄｄ）を示す図である。
【図１２】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１３】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１４】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１５】本発明の先願に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１６】従来のリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１７】従来のリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ ＲＦＩＤシステム
２ ゲートアンテナ
２ａ ゲートアンテナＡ
２ｂ ゲートアンテナＢ
３ リーダ／ライタ
３ａ 位相制御部
３ｂ 高周波電源部
３ｃ 通信回路部
３ｄ 演算処理部
４ トランスポンダ
５ ８字型アンテナ
５ａ ８字型アンテナ上部
５ｂ ８字型アンテナ下部
６ 中央ループアンテナ
６ａ 無給電中央ループアンテナ
６ｂ 給電中央ループアンテナ
７ 導線
８ ＧＮＤ
９ 容量
１０ 位相補正回路
Claims (4)
- 対向配置される一対のアンテナで構成され、
前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、
前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、
前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、
前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、
かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略−９０°となるように制御されることを特徴とするゲートアンテナ。 - 対向配置される一対のアンテナで構成され、
前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、
前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、
前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、
前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、
かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略−９０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略＋９０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略０°となるように制御されることを特徴とするゲートアンテナ。 - 対向配置される一対のアンテナで構成され、
前記一対のアンテナの一方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第１ループ及び第２ループと、前記第１ループ及び前記第２ループの中心部近傍に設置される第３ループとを備え、
前記一対のアンテナの他方に、高周波電源により駆動される、並列に接続された第４ループ及び第５ループと、前記第４ループ及び前記第５ループの中心部近傍に設置される第６ループとを備え、
前記第１ループと前記第４ループ、前記第２ループと前記第５ループ、及び、前記第３ループと前記第６ループ、の各々が、互いに略同一の形状で対向配置されるゲートアンテナにおいて、
前記第１ループで発生する磁界の位相を０°とした場合に、前記第２ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°、前記第３ループで発生する磁界の位相が略＋９０°に設定され、
かつ、位相制御手段により、前記第４ループで発生する磁界の位相が略＋９０°、前記第５ループで発生する磁界の位相が略−９０°、前記第６ループで発生する磁界の位相が略＋１８０°となるように制御されることを特徴とするゲートアンテナ。 - 前記第３ループは、前記第１ループ及び前記第２ループの少なくとも一つとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ、又は、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループであり、
前記第６ループは、前記第４ループ及び前記第５ループの少なくとも一つとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される無給電ループ、又は、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のゲートアンテナ。
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