JP4170554B2

JP4170554B2 - 非接触型情報読取装置用アンテナ

Info

Publication number: JP4170554B2
Application number: JP2000047380A
Authority: JP
Inventors: 正人早川; 勤井野; 誠一本間
Original assignee: Maspro Denkoh Corp; Toenec Corp
Current assignee: Maspro Denkoh Corp; Toenec Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP2001237638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型情報記憶装置との間で無線信号を送受信することにより、非接触型情報記憶装置から情報を読み取るのに好適な非接触型情報読取装置用アンテナ、及び、このアンテナを用いて情報を読み取れるようにした非接触型情報記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、非接触型情報記憶装置から情報を読み取る際には、これと無線通信可能な非接触型情報読取装置が使用される。そして、非接触型情報記憶装置は、通常、非接触型情報読取装置から送信されてくる直線偏波の電波を受けて起動し、情報を送信するように構成されている。従って、これら各装置間でのデータ通信には、同一周波数又は周波数が近接した２種類の電波が使用されることになる。
【０００３】
しかし、このようなデータ通信では、非接触型情報読取装置側で、送信電波と受信電波とが互いに干渉し合い、非接触型情報読取装置において、非接触型情報記憶装置からの送信データを良好に受信できないことがあった。
また、直線偏波では、読取装置及び記憶装置相互のアンテナ偏波面を合わせないと良好なデータ送・受信ができない。
【０００４】
そこで、従来では、非接触型情報読取装置側での送受信電波の干渉を軽減するために、非接触型情報読取装置側では、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離を大きくすることにより、各アンテナを物理的に離すとか、或いは、これら各アンテナ間にアイソレータを設けて、各アンテナの送受信特性を電気的に補正するといったことが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の対策では、非接触型情報読取装置に設ける送・受信用アンテナの全体の容積（換言すれば体積）が大きくなるため、非触型情報読取装置を持ち歩くような場合には、極めて使い勝手が悪いといった問題があった。
【０００６】
つまり、例えば、従来より、電柱に架設された各種ケーブルやそのケーブルに接続された変圧器等の各種機器のメンテナンスを容易にするために、工事や点検の履歴を記憶した非接触型情報記憶装置（所謂タグ）を、ケーブルを収容するクロージャ等に収容しておき、必要に応じて、その非接触型情報記憶装置に記憶された情報を読み取ったり、更には、新たな情報を書き込んだりできるようにしたシステムが考えられている。
【０００７】
そして、このようなシステムでは、電柱の点検等を行う作業者は、非接触型情報読取装置（或いは非接触型情報読取／書込装置）を持って、非接触型情報記憶装置が設置された場所に赴く必要があるが、従来の非接触型情報読取装置（或いは非接触型情報読取／書込装置）では、通信精度を確保するために、送信用アンテナと受信用アンテナとを離したり、或いは、各アンテナ間にアイソレータを設けていたため、アンテナ全体の容積が大きくなってしまい、作業者にとっては使い勝手が極めて悪く、点検作業を行う際の作業性が低下する、といった問題があった。
【０００８】
尚、各アンテナ間にアイソレータを設けた場合、アイソレータを設けない場合に比べて、アンテナ全体の容積を小さくすることはできるものの、送信信号や受信信号がアイソレータを通過するため、アイソレータでは各信号の通過損失（約３ｄＢ）が生じ、電波の到達距離が短くなる（約１／１．４）といった問題がある。
【０００９】
また、作業者は読取装置のアンテナと記憶装置のアンテナの偏波面を常に意識してデータの送・受信を行わなくてはならないなど、作業性が低下していた。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、非接触型情報記憶装置から情報の読み取り（或いは読み取り及び書き込み）を行うための送・受信用アンテナを小型化し、延いては、非接触型情報読取装置の使い勝手を向上することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、非接触型情報記憶装置から情報を読み取るための非接触型情報読取装置用アンテナであって、左旋円偏波用のアンテナ放射器と右旋円偏波用のアンテナ放射器とを、各アンテナ放射器が干渉しないように、送受信する信号の波長をλとした場合に略λ／４又はその奇数倍となる所定間隔を空けて同軸上に配置すると共に、各アンテナ放射器を配置した軸方向の一端側にアンテナ固定部を設け、該アンテナ固定部側から前記各アンテナ放射器に接続された給電線を引き出すことにより、一方のアンテナ放射器を送信用アンテナ、他方のアンテナ放射器を受信用アンテナとして使用できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このように、本発明の非接触型情報読取装置用アンテナ（以下単に読取用アンテナという）は、旋回方向が互いに異なる円偏波の電波を送受信可能な一対のアンテナ放射器を、各アンテナ放射器が干渉しない所定間隔を空けて同軸上に配置したものであり、一方のアンテナ放射器を送信用アンテナ、他方のアンテナ放射器を受信用アンテナとして使用できることから、送信用アンテナと受信用アンテナとの交差偏波特性が向上し、各アンテナ間での電波の干渉による影響を受けることなく、良好なデータ通信を行うことが可能となる。
【００１２】
よって、従来のように、良好なデータ通信を実現するために、送信用アンテナと受信用アンテナとの間の距離を大きくしたり、各アンテナ間にアイソレータを設ける必要はなく、送受信一体型の小型アンテナを提供することが可能となる。また、このように本発明の読取用アンテナは、従来のアンテナに比べて小型にすることができるので、非接触型情報読取装置（或いは非接触型情報読取／書込装置）を持ち運ぶ際にアンテナが邪魔になるようなことはなく、非接触型情報読取装置の使い勝手を向上できる。
【００１３】
また、上記一対のアンテナ放射器の間隔Ｌは、送受信する信号（電波）の波長をλとすれば、概ね、Ｌ＝（λ／４）×（２ｎ＋１）に設定すればよい（但し、ｎ＝０，１，２，３…）。従って、送受信信号の周波数が、例えば２．４５ＧＨｚであるとすれば、Ｌ＝３ｃｍ程度にすることができ、アンテナ全体を極めて小型にすることができる。
【００１４】
そして、アンテナを小型・軽量化するのに好適なアンテナ放射器としては、請求項２に記載のような、ヘリカルアンテナ或いは誘電体アンテナを挙げることができ、本発明の読取用アンテナを実際に作製する際には、アンテナ放射器にこれらのアンテナ素子を使用するとよい。つまり、このようにすれば、読取用アンテナの小型・軽量化を容易に図ることができる。
【００１５】
ここで、本発明（請求項１又は請求項２）の読取用アンテナを用いて非接触型情報記憶装置から情報を読み取る（或いは書き込む）には、非接触型情報記憶装置側の送・受信用アンテナも、円偏波の電波を送受信可能にする必要があり、そのためには、例えば、直線状のプローブを直交するように配置し（導電体パターンで基板上に形成してもよい）、各プローブに、位相を９０°ずらして合成する位相合成装置（所謂ハイブリッド）を接続するようにすればよい。
【００１６】
しかし、このような対策では、本発明（請求項１又は請求項２）の読取用アンテナを用いて、直線偏波の電波を送受信するように構成された従来の非接触型情報記憶装置から情報を読み取る（或いは書き込む）ことができない。
そこで、従来の非接触型情報記憶装置からでも本発明（請求項１又は請求項２）の読取用アンテナを用いて情報を読み取る（或いは書き込む）ことができるようにするには、直線偏波の電波を送・受信可能な記憶装置本体に対して、一対の直線−円偏波変換器を設けるようにすればよい。
【００１７】
即ち、非接触型情報記憶装置は、従来と同じ直線偏波の電波を送受信可能な記憶装置本体に対して、外部の非接触型情報読取装置から請求項１又は請求項２記載のアンテナを介して送信されてきた特定旋回方向の円偏波の電波を直線偏波に変換して記憶装置本体に導く第１の直線−円偏波変換器と、記憶装置本体から放射された直線偏波の電波を、第１の直線−円偏波変換器が直線偏波に変換する円偏波と同じ旋回方向の円偏波に変換して、非接触型情報読取装置とは反対方向に放射する第２の直線−円偏波変換器とを設け、更に、第２の直線−円偏波変換器の記憶装置本体とは反対側には、第２の直線−円偏波変換器から放射された円偏波の電波を非接触型情報読取装置側に反射するパラボラ反射器を設けるようにすればよい。
【００１８】
そして、非接触型情報記憶装置をこのように構成すれば、非接触型情報読取装置から請求項１又は請求項２記載のアンテナから放射された特定旋回方向の円偏波（例えば、右旋円偏波）の電波が、第１の直線−円偏波変換器で直線偏波に変換されて、記憶装置本体に導かれることから、記憶装置本体側では、その信号を受信することができる。また、記憶装置本体から放射された直線偏波の電波は、第２の直線−円偏波変換器で、第１の直線−円偏波変換器が直線偏波に変換する円偏波と同じ旋回方向の円偏波（例えば、右旋円偏波）に変換され、更にパラボラ反射器にて非接触型情報読取装置側に反射されることから、非接触型情報読取装置側には、非接触型情報読取装置が送信してきた信号とは異なる旋回方向の円偏波（例えば、左旋円偏波）の電波が送信されることになり、非接触型情報読取装置側のアンテナ（請求項１又は請求項２記載のアンテナ）にて、その信号を受信できることになる。
【００１９】
また、非接触型情報記憶装置は、従来と同じ直線偏波の電波を送受信可能な記憶装置本体に対して、外部の非接触型情報読取装置から請求項１又は請求項２記載のアンテナを介して送信されてきた特定旋回方向の円偏波の電波を直線偏波に変換して記憶装置本体に導く第３の直線−円偏波変換器と、記憶装置本体から放射された直線偏波の電波を、第３の直線−円偏波変換器が直線偏波に変換する円偏波とは旋回方向が異なる円偏波に変換して、非接触型情報読取装置側に放射する第４の直線−円偏波変換器とを設けるようにしてもよい。
【００２０】
そして、非接触型情報記憶装置をこのように構成すれば、非接触型情報読取装置から請求項１又は請求項２記載のアンテナから放射された特定旋回方向の円偏波（例えば、右旋円偏波）の電波を、第３の直線−円偏波変換器にて、記憶装置本体側で受信可能な直線偏波に変換することができ、記憶装置本体から放射された直線偏波の電波を、第３の直線−円偏波変換器にて、非接触型情報読取装置側のアンテナで受信可能な円偏波に変換することができ、記憶装置本体は、外部の非接触型情報読取装置との間で、良好なデータ通信を行うことが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用された非接触型情報読取装置のブロック図である。
図１に示すように、本実施例の非接触型情報読取装置２は、前述のクロージャ等、所定の物品に収納又は固定された非接触型情報記憶装置（以下単にタグという）４に対して、情報読取用のデータを、例えば２．４５ＧＨｚの搬送波を使って送信し、この送信によりタグ４から送信されてくる応答信号（送信信号と同じ周波数）を受信することにより、タグ４との間でデータ通信を行い、タグ４に記憶された情報を読み取るためのものである。
【００２２】
そして、この非接触型情報読取装置２は、本発明の非接触型情報読取装置用アンテナとしての送受信一体型アンテナ１０と、この送受信一体型アンテナ１０から出力される受信信号を増幅するプリアンプ１２と、送受信一体型アンテナ１０から情報読取用のデータを送信させると共に、プリアンプ１２を介して受信信号を取り込み、タグ４からの送信データ（タグに記憶された情報等）を復元する送・受信機１４とから構成されている。
【００２３】
次に、本発明の主要部である送受信一体型アンテナ１０は、図２に示すように、右旋円偏波用のアンテナ放射器２２と、左旋円偏波用のアンテナ放射器２４とを備える。これら各アンテナ放射器２２，２４は、同一周波数（本実施例では、２．４５ＧＨｚ）で共振するように（換言すれば同一周波数の電波を送受信可能なように）構成されたヘリカルアンテナからなり、その中心軸が一致するように、同軸上に間隔を空けて配置されている。
【００２４】
また、これら各アンテナ放射器２２，２４の間隔Ｌは、アンテナ放射器２２，２４が互いに干渉することのないように、送受信する信号（電波）の波長をλとした場合に、略Ｌ＝λ／４（又はその奇数倍）となるように設定されている。そして、本実施例では、右旋円偏波用のアンテナ放射器２２が送信用アンテナ、左旋円偏波用のアンテナ放射器２４が受信用アンテナとして使用される。
【００２５】
また、図示しないが、これら各アンテナ放射器２２，２４は、例えば、円筒状の合成樹脂或いは円柱状の発泡材からなる共通の芯材の周囲に、導電線をコイル状に巻回するか、或いは、メッキ等によりコイル状の導電パターンを形成することにより作製されている。
【００２６】
そして、その芯材の一端（図ではアンテナ放射器２４側の一端）を、合成樹脂等の絶縁材からなるアンテナ固定部２６に固定し、アンテナ固定部２６に穿設された給電線引出用の孔から、各アンテナ放射器２２，２４に接続された給電線を引き出すことにより、各アンテナ放射器２２，２４と送・受信機１４又はプリアンプ１２とを接続できるようにされている。
【００２７】
尚、アンテナ固定部２６には、各アンテナ放射器２２，２４に対して共通の接地導体となるグランドプレーン２８が組み込まれており、このグランドプレーン２８も、図示しない給電線を介してプリアンプ１２及び送・受信機１４のグランドに接続される。
【００２８】
そして、上記各アンテナ放射器２２，２４は、一端が閉塞した筒状の樹脂ケース２９で覆い、その樹脂ケース２９の開口端側をアンテナ固定部２６に固定することにより、樹脂ケース２９とアンテナ固定部２６とにより形成される空間内に密封されている。
【００２９】
このように、本実施例の非接触型情報読取装置２においては、送受信用のアンテナとして、右旋円偏波の電波を送受信可能なアンテナ放射器２２と左旋円偏波の電波を送受信可能なアンテナ放射器２４とからなる送受信一体型アンテナ１０を備え、右旋円偏波用のアンテナ放射器２２を送信用アンテナ、左旋円偏波用のアンテナ放射器２４を受信用アンテナとして使用することで、タグ４から情報を読み取るようにされている。
【００３０】
このため、従来のように、良好なデータ通信を実現するために、送信用アンテナと受信用アンテナとの間の距離を大きくしたり、各アンテナ間にアイソレータを設ける必要はなく、タグ４との間で良好にデータ通信を行うことができる。
つまり、送受信一体型アンテナ１０において、送信用アンテナ（アンテナ放射器２２）及び受信用アンテナ（アンテナ放射器２４）は、互いに異なる旋回方向の円偏波の電波を送受信可能であり、これら各アンテナの交差偏波特性が高いことから、各アンテナ間での電波の干渉による影響を受けることなく、良好なデータ通信を行うことができるようになるのである。
【００３１】
また、送受信一体型アンテナ１０は、２つのアンテナ間の距離を大きくしたり、アイソレータを設けることなく、良好な送受信特性が得られることから、従来の送・受信用アンテナに比べて小型化することができ、非接触型情報読取装置２を持ち運ぶ際にアンテナが邪魔になるようなことはない。よって、本実施例によれば、非接触型情報読取装置２の使い勝手を向上することもできる。
【００３２】
一方、非接触型情報読取装置２は、送受信一体型アンテナ１０を使用することにより、右旋円偏波の電波を送信し、左旋円偏波の電波を受信するよう構成されていることから、この非接触型情報読取装置２を用いてタグ４から情報を読み取るには、タグ４を、右旋円偏波の電波を受信し、左旋円偏波の電波を送信できるように構成する必要がある。
【００３３】
そして、このためには、タグ４に組み込むアンテナを、円偏波の電波を送受信可能なアンテナにすればよいのであるが、従来より通常用いられているタグには、直線偏波の電波を送受信可能なアンテナが組み込まれており、こうしたタグからは情報を読み取ることができない。
【００３４】
そこで、本実施例では、タグ４を、図３に示す如く構成することにより、直線偏波の電波を送受信可能なアンテナが組み込まれたタグをそのまま利用できるようにしている。
即ち、図３に示す如く、タグ４は、直線偏波の電波を送受信可能なアンテナが組み込まれたタグ本体（記憶装置本体）３０を挟んで、右旋円偏波の電波を直線偏波、或いはその逆に変換可能な一対の直線−円偏波変換器３２及び３４を配置し、一方の直線−円偏波変換器３４の後方（タグ本体３０とは反対側）に、タグ本体３０から直線−円偏波変換器３４を介して放射されてくる右旋円偏波の電波を反射するパラボラ反射器３６を設けることにより構成されている。
【００３５】
このため、タグ４においては、非接触型情報読取装置２の送受信一体型アンテナ１０から送信されてきた右旋円偏波の電波は、直線−円偏波変換器３２にて直線偏波に変換されて、タグ本体３０の送受信アンテナ（図示せず）に入力され、逆に、タグ本体３０の送受信アンテナから放射された直線偏波の電波は、後方の直線−円偏波変換器３４にて右旋円偏波に変換された後、パラボラ反射器３６で反射されて、非接触型情報読取装置２側に放射される。そして、円偏波の電波は、反射によって旋回方向が反転するため、パラボラ反射器３６から非接触型情報読取装置２側に放射される電波は、左旋円偏波となり、非接触型情報読取装置２の送受信一体型アンテナ１０にて受信できるようになる。
【００３６】
従って、本実施例のタグ４によれば、従来より一般に使用されているカード化或いはチップ化されたタグをそのまま利用して、本実施例の非接触型情報読取装置２にて情報を読み取ることができるタグを構成できる。
尚、タグ４に設ける直線−円偏波変換器３２，３４としては、誘電体板やヘリカル素子を用いて構成してもよいが、特に、フィルム又は基板上に設けたパッチやスロット等からなる周知の円偏波変換素子を用いるようにすれば、直線−円偏波変換器３２，３４を薄型化して、タグ４の小型化を図ることができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、送受信一体型アンテナ１０のアンテナ放射器２２，２４は、軽量化を図るために、合成樹脂からなる中空筒状の芯材、或いは、筒状に形成した発泡材からなる芯材に、導電線又は導電パターンにてコイル状のアンテナ素子（ヘリカルアンテナ）を形成することにより作製されるものとして説明したが、上記実施例のようにアンテナ放射器２２，２４としてヘリカルアンテナを用いる場合には、例えば、一部が切断された中空円形の導電パターンを形成した複数の基板を積層し、各基板に形成された導電パターンの先端を順に接続することによってヘリカルアンテナを構成するようにしてもよく、或いは、フレキシブル基板に、コイルを軸方向に切断した展開図に沿った導電パターンを形成し、そのフレキシブル基板を中空円筒状に丸めて、各導電パターンの先端同士を接続することにより、ヘリカルアンテナを構成するようにしてもよい。そして、このようにフレキシブル基板を用いてヘリカルアンテナを構成する場合、複数のフレキシブル基板を順に巻き付けることにより、例えば２線，４線といった多線のヘリカルアンテナを容易に形成することができる。
【００３８】
また、アンテナ放射器２２，２４は、円偏波の電波を送受信可能であればよいことから、例えば、図４に示す如く、誘電体４２の裏面にグランドプレーン４４を形成し、誘電体４２の表面に円形又は矩形の導電層からなるアンテナ部４６を形成し、アンテナ部４６の所定の給電点４６ａに給電線４８を接続することにより円偏波の電波を送受信できるように構成された円形又は矩形の誘電体アンテナを用いることもできる。尚、図４において、（ａ）は円形の誘電体アンテナの斜視図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は矩形の誘電体アンテナの斜視図、（ｄ）はアンテナ放射器２２，２４を誘電体アンテナにて構成した場合の送受信一体型アンテナ１０での各アンテナ放射器２２，２４の配置図である。
【００３９】
また、上記実施例では、本実施例の送受信一体型アンテナ１０を用いて、直線偏波の電波を送受信可能なタグ本体３０との間でデータ通信を行うことができるようにするには、タグ本体３０の両側に右旋円偏波用の直線−円偏波変換器３２，３４を配置し、その後方にパラボラ反射器３６を配置するものとして説明したが、例えば、図５に示す如くタグ本体３０の表面側に、右旋円偏波の電波を直線偏波或いはその逆に変換可能な直線−円偏波変換器３２と、左旋円偏波の電波を直線偏波或いはその逆に変換可能な直線−円偏波変換器３８とを設けることにより、非接触型情報読取装置２の送受信一体型アンテナ１０から送信されてきた右旋円偏波の電波は、直線−円偏波変換器３２にて直線偏波に変換して、タグ本体３０の送受信アンテナに入力し、逆に、タグ本体３０の送受信アンテナから放射された直線偏波の電波は、直線−円偏波変換器３８にて左旋円偏波に変換して、そのまま非接触型情報読取装置２側に放射するようにしてもよい。尚、図５において、３９は、タグ本体３０の裏面側に配置されて、タグ本体３０から後方に漏れ出した電波をタグ本体３０側に反射するための反射板である。
【００４０】
そして、この場合にも、直線−円偏波変換器３２，３８として、フィルム又は基板上に設けたパッチやスロット等からなる円偏波変換素子を用いるようにすれば、直線−円偏波変換器３２，３８を薄型化して、タグの小型化を図ることができる。また、特に、タグを図５に示すように構成した際には、直線−円偏波変換器３２，３８が、タグ本体３０の同一面（表面）側に配置され、図３に示したタグのように、タグ本体３０の裏面側に直線−円偏波変換器３４を設ける必要がないので、図３に示したものに比べて、タグをより小型化（薄型化）することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の非接触型情報読取装置のブロック図である。
【図２】実施例の送受信一体型アンテナの構成を表す断面図である。
【図３】実施例のタグの構成を表す説明図である。
【図４】送受信一体型アンテナの他の構成例を表す説明図である。
【図５】タグの他の構成例を表す説明図である。
【符号の説明】
２…非接触型情報読取装置、４…タグ（非接触型情報記憶装置）、１０…送受信一体型アンテナ、１２…プリアンプ、１４…送・受信機、２２，２４…アンテナ放射器、２６…アンテナ固定部、２８…グランドプレーン、２９…樹脂ケース、３０…タグ本体、３２，３４，３８…直線−円偏波変換器、３６…パラボラ反射器。

Claims

無線信号の送受信により非接触型情報記憶装置から情報を読み取るための非接触型情報読取装置用アンテナであって、
左旋円偏波用のアンテナ放射器と右旋円偏波用のアンテナ放射器とを、各アンテナ放射器が干渉しないように、送受信する信号の波長をλとした場合に略λ／４又はその奇数倍となる所定間隔を空けて同軸上に配置すると共に、各アンテナ放射器を配置した軸方向の一端側にアンテナ固定部を設け、該アンテナ固定部側から前記各アンテナ放射器に接続された給電線を引き出すことにより、一方のアンテナ放射器を送信用アンテナ、他方のアンテナ放射器を受信用アンテナとして使用できるようにしたことを特徴とする非接触型情報読取装置用アンテナ。
前記各アンテナ放射器は、ヘリカルアンテナ又は誘電体アンテナからなることを特徴とする請求項１記載の非接触型情報読取装置用アンテナ。