JP4202393B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は，アンテナに関し，特にアンテナ接続端子におけるインピーダンス調整の容易な構造を有するアンテナ構造に関する。

近時，ＲＦＩＤタグと呼ばれる読み取り対象物からのコード情報等を，無線を介して読み取るシステムの導入が広まっている。

かかるシステムにおいて，ＲＦＩＤタグからコード情報等を読み取る装置をＲＦＩＤリーダライタという。ＲＦＩＤタグは，コード情報を記憶したＩＣメモリを有するが，小型化を目的として電源は搭載されていない。したがって，ＩＣメモリからコード情報を読み出し，ＲＦＩＤリーダライタに無線を介して送信するための電力の供給が必要である。

ＲＦＩＤリーダライタは，ＲＦＩＤタグからコード情報等を読み取る際は，連続無変調波（ＣＷ）をＲＦＩＤタグに送信する。ＲＦＩＤタグは，連続無変調波を受信して，これを電流に変換して電力の供給を受ける。かかる電力によりＩＣメモリからコード情報を読み出し，前記連続無変調波を変調してＲＦＩＤリーダライタに返送する。これによりＲＦＩＤリーダライタは，ＲＦＩＤタグのコード情報等を読み取ることができる。

図１は，かかるＲＦＩＤリーダライタの構成例を示す概念図である。図１において，アンテナ１と同軸ケーブル２を介して情報読み取り処理回路３が接続されている。アンテナ１は，平板の放射導体１０が，テフロン等の絶縁体支柱１１ａ〜１１ｄにより接地板１２に平行に対向して配置されている。

図１に示す例では絶縁体支柱１１ａ〜１１ｄによりパッチアンテナ（平板放射導体）１０と接地板１２との間に空気が介在するように構成されているが，テフロン等の絶縁板を介在させるように構成することも可能である。平板放射導体１０には，更に電磁波放射窓１３を有している。

情報読み取り処理回路３は，その送受信部にサーキュレータ３０を通して送信用アンプＳＰＡと，受信用アンプＲＡＰが接続されている。送信用アンプＳＰＡと，受信用アンプＲＡＰの先に処理回路が接続されるが，本発明と直接関係を有しないので図示省略されている。

平板放射導体１０の給電点Ｐとサーキュレータ３０とは同軸ケーブル２で接続されている。送信用アンプＳＰＡから出力される連続無変調波（ＣＷ）は，同軸ケーブル２を通り，給電点に供給され，平板放射導体１０からＲＦＩＤタグに向けて放射される。連続無変調波（ＣＷ）がＲＦＩＤタグから変調されて反射された電波を平板放射導体１０が受け，同軸ケーブルを通して，情報読み取り処理回路３で受信され，サーキュレータ３０により受信用アンプＲＰＡで受信される。

ここで，同軸ケーブル２の特性インピーダンスは５０Ωである。この時，給電点Ｐのインピーダンスが同軸ケーブル２の特性インピーダンスと異なる場合は，送信用アンプＳＰＡから供給された連続無変調波（ＣＷ）が給電点で反射される。

一方，ＲＦＩＤリーダライタは，ＲＦＩＤタグからの微小な返答信号を受信するために、アンテナ１０からの反射があると妨害波となって感度が低下する。通常のアンテナは反射特性が−１０ｄＢ程度でも十分であるが、ＲＦＩＤリーダライタでは−２０ｄＢ以下の反射特性が望ましい。

アンテナの反射特性の改善に関し，従来技術として種々提案されている（例えば，特許文献１，特許文献２）。特許文献１に記載の発明では，図２に平面図，図３にＡ−Ａ’線に沿う断面図が示されるように，接地板１２に誘電体基板１４を介して平板放射導体１０が対向して配置される。平板放射導体１０の中心Ｏから給電点Ｐの配置される位置を調整し，給電点Ｐに同軸ケーブルの中心導体１６，接地板１２に外部導体１７を接続する構成である。

特徴として，平板放射導体１０の給電点Ｐから所定角度の位置における平板放射導体１０の外周縁部に突起１５あるいは，切欠き部（特許文献１，図３）を設け，それらの大きさを調整することが示されている。

また，特許文献２に記載の発明では，図４に示すように，基板２０に切欠き部９を有する放射導体１０を形成し，更に給電線２１と，放射導体１０との間にスリット２２を設けている。そして，このスリット２２の幅及び長さでアンテナの動作モード，長さの調整で所望のインピーダンス整合を得るようにしている。
特公平８−８４４６号公報 特開２００１−２０３５２９号公報

しかし，このような従来例における給電点の位置を調整する方法では調整加工が容易でなく，更に給電点の位置によって発生する偏波状態も変わってしまう問題があった。

したがって，本発明の目的は，インピーダンス調整の容易なアンテナを提供することにある。

かかる本発明の目的を達成するアンテナは，第１の形態として，接地板と，前記接地板に並行して配置される平板放射導体と，前記平板放射導体の給電点に一端が接続され，他端がアンテナ端子として同軸ケーブルの内導体に接続され，前記平板放射導体に垂直である給電線導体と，前記給電線導体と電気的に接続され，前記接地板に平行に対向して配置される導電体ディスクを有し，前記導電体ディスクは，前記接地板との間の距離を調整可能とされていることを特徴とする。

上記本発明の目的を達成するアンテナは，第２の形態として，第１の形態において，前記給電線導体の少なくとも一部の外周にネジ山が形成され，前記導電体ディスクは，前記給電線導体が貫通する中央部を有し，前記中央部の内側面に前記給電線導体の前記ネジ山に結合するネジ溝が形成され，前記導電体ディスクの回転により，前記ネジ山に沿って前記接地板との間の距離が調整可能とされていることを特徴とする。

上記本発明の目的を達成するアンテナは，第３の形態として，接地板と，前記接地板に平行して配置される平板放射導体と，前記平板放射導体の給電点に一端が接続され，前記平板放射導体に垂直である第１の給電線導体と，一端がアンテナ端子として同軸ケーブルの内導体に接続される第２の給電線導体とを有し，前記第１の給電線導体の他端と前記第２の給電線導体の他端が対向するように配置され，対向する面積の大きさが調整可能とされていることを特徴とする。

上記本発明の目的を達成するアンテナは，第４の形態として，第３の形態において，前記第１の給電線導体は，導電体のネジ柱であり，前記第２の給電線導体は，導電体中空管と，前記導電体中空管の少なくとも一部に挿入された中空の誘電体が挿入され，前記中空の誘電体の内側面に前記ネジ柱の結合するネジ溝を有することを特徴とする。

上記本発明の目的を達成するアンテナは，第５の形態として，接地板と，前記接地板に平行して配置される平板放射導体と，前記平板放射導体の給電点に一端が接続され，前記平板放射導体に垂直である第１の給電線導体と，一端がアンテナ端子として同軸ケーブルの内導体に接続される第２の給電線導体とを有し，前記第１の給電線導体の他端と前記第２の給電線導体の他端が対向するように配置され，対向する面積の大きさが調整可能とされ，且つ前記第２の給電線導体と電気的に接続され，前記接地板に平行に対向して配置される導電体ディスクを有し，前記導電体ディスクは，前記接地板との間の距離を調整可能とされていることを特徴とする。

本発明の特徴は，以下に図面に従い説明する発明の実施例から更に明らかになる。

図１は，ＲＦＩＤリーダライタの構成例を示す概念図である。 図２は，特許文献１に記載の発明の平面図を示す図である。 図３は，図におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図を示す図である。 図４は，特許文献２に記載の発明を説明する図である。 図５は，本発明に従うアンテナの第１の実施例原理図である。 図６は，図５の原理図に対する等価回路である。 図７は，図５の原理図に対応する実施例構成である。 図８は，図７の丸で囲った部分Ａを拡大して模式的に示す図である。 図９は，本発明による効果を，Ｓ−パラメータスミスチャートを使用して示す図である。 図１０は，本発明に従う第２の実施例の原理図である。 図１１は，図１０の原理図に対応する等価回路である。 図１２は，図１１，図１２に示した第２の実施例の原理を実現する実施例の形態を横断面図で示す図である。 図１３は，本発明の第３の実施例の原理図である。 図１４は，図１３の実施例の等価回路である。

以下に本発明の好ましい実施の形態例を図面に従い説明する。なお，以下に説明する本発明の実施の形態例は本発明の理解のためのものであり，本発明の技術的範囲は，これに限定されるものではない。

図５は本発明に従うアンテナの第１の実施例原理図であり，横断面図を示している。パッチアンテナ（平板放射導体）１０と接地板１２とは，図１の構成と同じように空気を介して平行に対向している。

特徴として平板放射導体１０に繋がる導電体ディスク１００を，平板放射導体１０の給電点Ｐに繋がる同軸給電線導体１０１の途中に平行に配置している。なお，図５において，構造の理解を容易とするべく，平板放射導体１０と接地板１２との間隔は，平板放射導体１０の径に対し，拡大して示してある。例えば，中心周波数９５３ＭＨｚに対し，平板放射導体１０の直径１５ｃｍに対し，平板放射導体１０と接地板１２との間隔は，約１ｃｍである。このとき，導電体ディスク１００の経は１４ｍｍである。

図６は，図５の原理図に対する等価回路である。導電体ディスク１００は，接地板１２との間で容量Ｃを形成し，アンテナ１に並列に容量Ｃ１が接続された構成である。導電体ディスク１００と接地板１２との間隔を調整することにより，アンテナ端子である同軸給電線導体１０１と同軸線２の接続点の特性インピーダンス５０Ωに近づけることができる。これによりアンテナ１からの反射を小さくすることができる。

図７は，図５の原理図に対応する実施例構成であり，この図においても横断面によって構造が示される。図８は，図７の丸で囲った部分Ａを拡大して模式的に示す図である。同軸給電線導体１０１として，導体の軸を用いその先端部Ｂと下端部Ｃは，それぞれ形成されたネジにより平板放射導体１０と，接地板１２に固定して取り付けられている。

したがって，平板放射導体１０と接地板１２の間隔は，同軸給電線導体１０１の長さで規定される。同軸給電線導体１０１の下端部Ｃは，同軸ケーブル２の内導体と半田付け固定されている。また同軸ケーブル２の外導体は，接地板１２に同様に半田付けにより固定されている。

同軸給電線導体１０１の径を1/3φとすると，導電体ディスク１００の径はφの大きさを持ち，図８に示されるように同軸給電線導体１０１が貫通する内径側にネジ溝１０２ａが形成されている。一方，同軸給電線導体１０１の一部に導電体ディスク１００のネジ溝１０２ａ対応するネジ山１０１ａが形成されている。

したがって，導電体ディスク１００を回転することにより，同軸給電線導体１０１のネジ山１０１ａに沿って接地板１２との間隔Ｌを調整することができる。

図９は，本発明による効果を，Ｓ−パラメータスミスチャートを使用して示す図である。

図９において，Ａは図７において導電体ディスク１００を有しない従来例，Ｂは図７に示す本発明構成の特性を示している。ともに中心周波数９６５ＭＨｚ，周波数８００〜１．１ＧＨｚまで変動したときの特性である。そして，導電体ディスク１００を回転して，矢印の方向に容量Ｃを大きくしていくと，“１”に近づく特性が得られ，同軸ケーブル２の特性インピーダンスに近づけることができる。

図１０は，本発明に従う第２の実施例の原理図である。図１１は，図１０の原理図に対応する等価回路である。かかる第２の実施例は，同軸給電線導体１０１を平板放射導体１０に接続される一端を有する第１の同軸給電線導体１０１Ａと，同軸ケーブル２に接続される一端を有する第２の同軸給電線導体１０１Ｂとを有し，それぞれの他端側は，図１０において，破線丸１０１Ｃで囲ったように対向するように配置される。

この対向配置された部分で図１１の等価回路に示すように容量Ｃ２を形成し，アンテナ１に容量Ｃ２が直列挿入された状態となる。したがって，この同軸給電線導体１０１Ａと１０１Ｂの対向する面積の大きさを変えることにより容量Ｃ２を調整し，従って同軸ケーブル２の接続されるアンテナ側のインピーダンスを可変して，反射を低減することが可能である。

図１２は，かかる図１１，図１２に示した第２の実施例の原理を実現する実施例の形態を横断面図で示す図である。

図１２において，平板放射導体１０の給電点に接続される導電体のネジ柱１０１Ａを第１の同軸給電線導体１０１Ａとし，内部にテフロン等の誘電体の中空部材１０１Ｃが挿入された導体中空管１０１Ｂを第２の同軸給電線導体１０１Ｂとして形成している。

テフロン等の誘電体の中空部材１０１Ｃの内壁にはネジ柱１０１Ａのネジ山に対応するネジ溝が形成されている。

したがって，ネジ柱１０１Ａを回転し，中空部材１０１Ｃへの挿入量を調整することにより，第１の同軸給電線導体１０１Ａと第１の同軸給電線導体１０１Ｂの対向面積を変化することができる。

よって，図１２に示す構造において，アンテナ１の同軸ケーブル２との接続部のインピーダンスを同軸ケーブル２の特性インピーダンスに近づける調整を容易に行うことができる。

図１３は，本発明の第３の実施例の原理図である。この実施例は，第１の実施例と第２の実施例を組み合わせた構造であり，導電体ディスク１００と第１の同軸給電線導体１０１Ａと第１の同軸給電線導体１０１Ｂの対向面積を変化する構造を有する。等価回路が図１４に示され，並列容量Ｃ１と直列容量Ｃ２の組み合わせによりアンテナ端子からの反射特性のより精密な調整が可能である。

ここで，上記実施例説明において，平板放射導体１０の形状が円形の例を示したが，本発明の適用はこれに限定されるものではなく，矩形上を成すものであってもよい。また，アンテナの利用をＲＦＩＤリーダライタについて説明したが，本発明の適用は，これに限定されるものでは無く，無線機器一般に適用可能なものである。

上記に実施例に従い説明したように，導電体ディスク１００又は，導電体ネジ１０１Ａの回転により容易に同軸ケーブル２と接続されるアンテナの接続部のインピーダンスを調整することが可能である。したがって，本発明に従うアンテナは，アンテナ端子からの反射特性の調整が容易で、給電点の位置を変えないため偏波特性に影響を与えないアンテナの調整方法が実現でき，アンテナの製造コストの低減に寄与するところ大である。

Claims (3)

1. 接地板と、
   前記接地板に並行して配置される平板放射導体と、
   前記平板放射導体の給電点に一端が接続され、他端がアンテナ端子として同軸ケーブルの内導体に接続され、前記平板放射導体に垂直である給電線導体と、
   前記給電線導体と電気的に接続され、前記接地板に平行に対向して配置される導電体ディスクを有し、
   前記給電線導体の少なくとも一部の外周にネジ山が形成され、
   前記導電体ディスクは、前記給電線導体が貫通する中央部を有し、前記中央部の内側面に前記給電線導体の前記ネジ山に結合するネジ溝が形成され、前記導電体ディスクの回転により、前記ネジ山に沿って前記接地板との間の距離が調整可能とされる
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 接地板と、
   前記接地板に平行して配置される平板放射導体と、
   前記平板放射導体の給電点に一端が接続され、前記平板放射導体に垂直である第１の給電線導体と、
   一端がアンテナ端子として同軸ケーブルの内導体に接続される第２の給電線導体とを有し、
   前記第１の給電線導体は、導電体のネジ柱であり、
   前記第２の給電線導体は、導電体中空管と、前記導電体中空管の少なくとも一部に挿入された中空の誘電体が挿入され、前記中空の誘電体の内側面に前記ネジ柱の結合するネジ溝を有し、
   前記導電体のネジ柱の前記中空の誘電体の内側面のネジ溝との結合により、前記第１の給電線導体の他端と前記第２の給電線導体の他端が対向し、前記導電体のネジ柱と前記中空の誘電体の内側面のネジ溝との結合量により、対向する面積の大きさが調整可能とされる
   ことを特徴とするアンテナ。
3. 接地板と、
   前記接地板に平行して配置される平板放射導体と、
   前記平板放射導体の給電点に一端が接続され、前記平板放射導体に垂直である第１の給電線導体と、
   一端がアンテナ端子として同軸ケーブルの内導体に接続される第２の給電線導体と、
   前記第２の給電線導体と電気的に接続され、前記接地板に平行に対向して配置される導電体ディスクを有し、
   前記第１の給電線導体は、導電体のネジ柱であり、
   前記第２の給電線導体は、導電体中空管と、前記導電体中空管の少なくとも一部に挿入された中空の誘電体が挿入され、前記中空の誘電体の内側面に前記ネジ柱の結合するネジ溝を有し、
   前記導電体のネジ柱の前記中空の誘電体の内側面のネジ溝との結合により、前記第１の給電線導体の他端と前記第２の給電線導体の他端が対向し、前記導電体のネジ柱と前記中空の誘電体の内側面のネジ溝との結合量により、対向する面積の大きさが調整可能とされ、更に
   前記第２の給電線導体の少なくとも一部の外周にネジ山が形成され、
   前記導電体ディスクは、前記第２の給電線導体が貫通する中央部を有し、前記中央部の内側面に前記第２の給電線導体の前記ネジ山に結合するネジ溝が形成され、前記導電体ディスクの回転により、前記ネジ山に沿って前記接地板との間の距離が調整可能とされる
   ことを特徴とするアンテナ。

Images