JP4142523B2 - ２周波共用アンテナ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、２つの周波数に対応する近距離通信用の２周波共用アンテナ装置に関する。
従来、商品や物品等に無線ＩＤタグ（応答器）を取り付け、この無線ＩＤタグに予め設定されている固有の識別データをＩＤリーダにより無線で読取る無線タグシステムが実用化されている。また、上記ＩＤタグの他、例えば自動改札システムなど、ＩＣカードなどに記憶されたデータをリーダにより無線で読出すシステムも実用化されている。
図３は、無線タグシステムの一般的な構成例について示したものである。ＩＤリーダ１０は、送信部１１及び受信・復調部１２を備えている。送信部１１は、送信搬送波を問い合わせ信号及びクロックで振幅変調して出力する。上記送信部１１から出力される送信信号は、方向性結合器１３及びサーキュレータ１４を介してアンテナ１５に入力し、このアンテナ１５から無線ＩＤタグ２０に送信する。上記ＩＤリーダ１０のアンテナ１５としては、例えばループアンテナが使用される（例えば、特許文献１参照。）。また、上記送信部１１の出力信号の一部は、方向性結合器１３を介して受信・復調部１２に入力される。
上記無線ＩＤタグ２０は、一般にＩＣチップを用いて構成されており、ＩＤリーダ１０のアンテナ１５から送信される電波をタグアンテナ２１で受信し、その受信電波から駆動電力を生成して内部の論理回路を動作させ、メモリに予め記憶されている固有の識別データを読出してＩＤリーダ１０からの送信搬送波を振幅変調し、ＩＤリーダ１０へ返送波として再放射する。
ＩＤリーダ１０は、無線ＩＤタグ２０からの返送波をアンテナ１５で受信し、サーキュレータ１４を介して受信・復調部１２に入力する。受信・復調部１２は、方向性結合器１３を介して入力される送信部１１の出力信号からクロック信号を抽出して無線ＩＤタグ２０からの識別データを復調し、デジタルデータに変換してホスト機器例えばパーソナルコンピュータ（図示せず）へ送出する。
上記のようにしてＩＤリーダ１０は、無線ＩＤタグ２０の識別データを読出し、そのデータ内容を確認することができる。
上記図３ではＩＤリーダ１０により無線ＩＤタグ２０の識別データを確認する場合について示したが、最近では１台のＩＤリーダ１０で無線ＩＤタグ２０だけでなく、その他の媒体、例えばＩＣカードの識別データを確認できるようにしたシステムも考えられている。この場合、無線ＩＤタグ２０のデータ識別には例えば２．４ＧＨｚの周波数が使用され、ＩＣカードのデータ識別には例えば１３．５６ＭＨｚの周波数が使用される。このためＩＤリーダ１０のアンテナ１５としては、２．４ＧＨｚ用のものと、１３．５６ＭＨｚ用のものを用意する必要がある。
特開平９−９８０１４号公報
上記のようにＩＤリーダ１０に無線ＩＤタグ２０だけでなく、他の使用周波数が異なる媒体のデータ識別を行なう場合には、それぞれの使用周波数に対応する２つのアンテナが必要となり、機器の小型化を図る場合の障害となっている。また、最近では、携帯情報端末にＩＤリーダ１０の機能を持たせる試みもなされており、アンテナの小型化が要望されている。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、１つのアンテナ基板に２つのアンテナ素子を装着してそれぞれ異なる周波数に対応させることができ、小型化を図りながら所望の特性が得られる２周波共用アンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明に係る２周波共用アンテナ装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一側面の中央部に形成される第１の周波数用のパッチアンテナと、前記誘電体基板の一側面に前記パッチアンテナより外側に形成される第２の周波数用のコイルアンテナと、前記誘電体基板の他側面に前記パッチアンテナに対向して形成されるパッチアンテナ用グランド面とを具備し、前記パッチアンテナ用グランド面は、前記パッチアンテナより大きく、かつ前記コイルアンテナより小さく形成したことを特徴とする。
また、本発明は、上記パッチアンテナからグランド面外周までの最小間隔及びコイルアンテナからグランド面外周までの最小間隔をそれぞれ誘電体基板の厚みの約２倍以上に設定することを特徴とする。
本発明によれば、誘電体基板上にパッチアンテナとコイルアンテナとを組み合わせて形成することにより、２周波に対応させることができると共に誘電体基板の面積を有効に利用でき、小型化を図ることができる。更に、パッチアンテナ用グランド面に対するパッチアンテナ及びコイルアンテナとの最小間隔を適度に選択することにより、アンテナ特性の両立を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明に係る２周波共用アンテナ装置の正面図、図２は同裏面図である。図１および図２において、３１は四角形のアンテナ基板、すなわち誘電体基板で、例えば厚さが約１．６ｍｍ、短辺が約６５ｍｍ、長辺が約７５ｍｍに形成される。上記誘電体基板３１の上面には、エッチング等の処理により周辺部に沿って四角形状のコイルアンテナ３２が形成されると共に、中央部に円偏波放射素子例えば円形のパッチアンテナ３４が形成される。
コイルアンテナ３２は、第１の周波数例えば１３．５６ＭＨｚ用のアンテナで、マイクロストリップ線路により４ターン程度形成され、その両先端部は給電端子３３ａ、３３ｂによ接続される。この給電端子３３ａ、３３ｂは、例えばコイルアンテナ３２の下側中央部に設けられる。
また、上記パッチアンテナ３４は、第２の周波数例えば２．４ＧＨｚ用のアンテナで、中心部の近傍に給電点３５が設けられると共に、外周縁に１対の円偏波用の切欠き３６が設けられる。上記パッチアンテナ３４の直径は、約λｇ／２に設定される。上記λｇ（波長）の値は、誘電体基板３１による波長短縮率を考慮したものである。
上記誘電体基板３１は、縦長の長方形に形成することによって、下側部を他の機器への取付部としており、この取付部の左右の角部に取付用の穴３７を設けている。
また、誘電体基板３１の裏面には、パッチアンテナ３４に対応させて例えば四角形のパッチアンテナ用グランド面４１がエッチング等の処理により形成される。このパッチアンテナ用グランド面４１の大きさは、コイルアンテナ３２より小さく、かつパッチアンテナ３４より大きく形成する。例えばコイルアンテナ３２からパッチアンテナ用グランド面４１の外周までの最小間隔ｄ１、及びパッチアンテナ３４からパッチアンテナ用グランド面４１の外周までの最小間隔ｄ２を共に誘電体基板３１の厚みの少なくとも２倍以上に設定する。
また、上記パッチアンテナ用グランド面４１には、パッチアンテナ３４の給電点３５に対応する位置に、給電点３５より大きい窓４２を形成し、この窓の中心に給電部４３を形成する。上記給電点３５と給電部４３との間は、例えばスルーホールにより電気的に接続される。上記給電部４３には、必要に応じて給電用コネクタが設けられる。
上記コイルアンテナ３２は、パッチアンテナ用グランド面４１があると渦電流により逆向きの磁界が発生するため、パッチアンテナ用グランド面４１が無い方が特性が良い。このためコイルアンテナ３２からパッチアンテナ用グランド面４１を誘電体基板３１の厚みの少なくとも２倍以上離すことが望ましい。本実施例では、コイルアンテナ３２からパッチアンテナ用グランド面４１までの間隔を４ｍｍ程度離すことにより、コイルアンテナ３２の特性を良好に保持することができた。
一方、パッチアンテナ３４は、パッチアンテナ用グランド面４１が大きい方が特性が良いので、パッチアンテナ３４よりパッチアンテナ用グランド面４１を誘電体基板３１の厚みの少なくとも２倍以上大きく形成することが望ましい。本実施例では、パッチアンテナ３４よりパッチアンテナ用グランド面４１を４ｍｍ以上大きく形成することにより、パッチアンテナ３４の特性を保持することができた。
また、誘電体基板３１は、小型化を図る上で小さい方が望ましいので、上記のようにパッチアンテナ用グランド面４１に対するコイルアンテナ３２及びパッチアンテナ３４の最小間隔ｄ１、ｄ２をアンテナ特性を損なわない程度の値、すなわち誘電体基板３１の厚みの少なくとも２倍以上に設定することにより、コイルアンテナ３２とパッチアンテナ３４の特性両立を図っている。
上記のように１枚の誘電体基板３１上にコイルアンテナ３２とパッチアンテナ３４を形成することにより、１３．５６ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの２周波に対応させることができる。また、コイルアンテナ３２とパッチアンテナ３４とを組み合わせることにより、誘電体基板３１の面積を有効に利用でき、小型化を図ることができる。更に、パッチアンテナ用グランド面４１に対するコイルアンテナ３２及びパッチアンテナ３４の最小間隔ｄ１、ｄ２を適度に選択することにより、アンテナ特性の両立を図ることができる。
なお、上記実施形態では、１３．５６ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの周波数に対応させた場合について示したが、その他の周波数であっても良いことは勿論である。
また、上記実施形態では、円形のパッチアンテナ３４を用いた場合について示したが、その他、例えば矩形パッチアンテナ、リング型パッチアンテナ等を用いた場合でも同等の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、コイルアンテナ３２及びパッチアンテナ用グランド面４１をそれぞれ四角形に形成した場合について示したが、円形に形成しても良い。また、誘電体基板３１も四角形に限らず、円形等に形成しても良い。
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
上記実施形態で示した２周波共用アンテナ装置をＩＤリーダのアンテナとして使用することにより、例えば無線ＩＤタグ、ＩＣカード、ＩＤカード等の使用周波数の異なる複数種の機器に対応させることができ、かつＩＤリーダの小型化を図ることができ。また、上記実施形態で示した２周波共用アンテナ装置は、ＩＤリーダに限らず例えば携帯用情報端末等の小形情報機器に使用でき、それにより機器の多用途化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る２周波共用アンテナ装置の正面図である。 同実施形態における２周波共用アンテナ装置の裏面図である。 無線タグシステムの一般的な構成例を示す図である。
符号の説明
１０…ＩＤリーダ、１１…送信部、１２…受信・復調部、１３…方向性結合器、１４…サーキュレータ、１５…ＩＤリーダのアンテナ、２０…ＩＤタグ、２１…タグアンテナ、３１…誘電体基板、３２…コイルアンテナ、３３ａ、３３ｂ…コイルアンテナの給電端子、３４…パッチアンテナ、３５…パッチアンテナの給電点、３６…円偏波用の切欠き、３７…穴、４１…パッチアンテナ用グランド面、４２…窓、４３…パッチアンテナの給電部。

Claims (1)

  1. 誘電体基板と、前記誘電体基板の一側面の中央部に形成される第１の周波数用のパッチアンテナと、前記誘電体基板の一側面に前記パッチアンテナより外側に形成される第２の周波数用のコイルアンテナと、前記誘電体基板の他側面に前記パッチアンテナに対向して形成されるパッチアンテナ用グランド面とを具備し、
    前記パッチアンテナ用グランド面は、前記パッチアンテナより大きく、かつ前記コイルアンテナより小さく形成し、パッチアンテナからグランド面外周までの最小間隔及びコイルアンテナからグランド面外周までの最小間隔をそれぞれ誘電体基板の厚みの約２倍以上に設定することを特徴とする２周波共用アンテナ装置。
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