JP4406736B1 - Antenna device mounted on furniture and furniture with antenna device - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的広いエリアに配置された物品の管理に好適なアンテナ装置を実現する。
【解決手段】アンテナ装置は、誘電体基板(1)と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナパターンとを有する。アンテナパターンは、第1の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群(2)と、フローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されていると共にそれぞれ給電点(P1,P2)を有する第1及び第2のアンテナパターン(3,4)とを具える。第1及び第2のアンテナパターンは、第2の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第1の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持され、複数の細条状でなり、交互に繰り返し形成される、フローティング電極(10)と放射電極(11)とを含む。
【選択図】 図1An antenna device suitable for managing articles placed in a relatively wide area is realized.
An antenna device includes a dielectric substrate (1) and an antenna pattern composed of a conductive material layer formed on the dielectric substrate. The antenna pattern extends in parallel with each other in the first direction, and includes a floating electrode group (2) including a plurality of strip-shaped floating electrodes that are maintained in an electrically floating state, and the floating electrode group. The first and second antenna patterns (3, 4) are formed so as to face each other and are electrically connected to each other and have feeding points (P1, P2), respectively. The first and second antenna patterns are periodically formed at predetermined intervals along the second direction, extend in parallel with each other in the first direction, and are maintained in an electrically floating state. It includes a floating electrode (10) and a radiating electrode (11) which are formed in a strip shape and are alternately and repeatedly formed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、無線ICタグと通信を行うリーダライタに用いられるアンテナ装置であって家具に装着されるものに関するものである。
また、本発明は、アンテナ装置が装着されている家具に関するものである。
The present invention relates to an antenna device used in a reader / writer that communicates with a wireless IC tag, which is attached to furniture.
The present invention also relates to furniture on which an antenna device is mounted.
書籍、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル多用途ディスク)等の各種物品の管理に無線ICタグシステムが用いられている(例えば、特許文献1参照)。無線ICタグシステムでは、リーダライタと、リーダライタに接続したアンテナ装置とを有し、リーダライタから出力される電力はアンテナ装置を介して無線ICタグに向けて電波として放射されている。無線ICタグは、アンテナ装置から放射される電波を受信して駆動電力を得て、リーダライタに対してアンテナ装置を介してデータを送信するように構成されている。この無線ICタグシステムでは、無線ICタグを動作させるためには、アンテナ装置から所定の電力密度以上の電力が放射される交信領域内に無線ICタグが位置しなければならず、大きな交信エリアが形成されるアンテナ装置の開発が要請されている。 A wireless IC tag system is used for managing various articles such as books, CDs (compact discs), DVDs (digital versatile discs) (see, for example, Patent Document 1). The wireless IC tag system includes a reader / writer and an antenna device connected to the reader / writer, and power output from the reader / writer is radiated as a radio wave toward the wireless IC tag via the antenna device. The wireless IC tag is configured to receive radio waves radiated from the antenna device, obtain drive power, and transmit data to the reader / writer via the antenna device. In this wireless IC tag system, in order to operate the wireless IC tag, the wireless IC tag must be located within a communication area where power of a predetermined power density or higher is radiated from the antenna device, and a large communication area is required. Development of the antenna device to be formed is required.
比較的大きな交信領域が形成されるアンテナ装置として、誘電体基板上に金属膜の2個の導体部が形成された平面アンテナが既知である(例えば、特許文献2参照)。この平面アンテナでは、基板上に比較的面積の大きな2個の導体パターンが形成され、2個の導体パターン間に導体層が存在していない領域が形成されている。
上述した特許文献2に記載された平面アンテナは、比較的大きな交信エリアが形成される旨記載されている。しかしながら、基板の中央に導体パターンの形成されていない領域が存在するため、当該エリアには磁界が形成されず、広い交信エリアにわたって均一な磁界分布を必要とする用途には不向きである。特に、書庫等の家具においては、書庫内に多数の無線ICタグが装着された書籍が収納されるため、局所的に磁界分布が低下する部位が存在することは致命的な欠陥である。さらに、ショウウインドウやショウケース等においても、無線ICタグが装着された多数の物品が陳列されているため、局所的に磁界分布が低下する部位が発生するアンテナ装置では、物品の管理に不向きである。
The planar antenna described in
本発明の目的は、書庫やショウケース等の家具に装着され、家具内に収納されている物品の管理に好適なアンテナ装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、無線ICタグシステムを利用して収納されている物品の管理を行うことができるアンテナ装置付きの家具を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an antenna device suitable for management of articles that are mounted on furniture such as a library or a showcase, and are stored in the furniture.
Another object of the present invention is to provide furniture with an antenna device capable of managing articles stored using a wireless IC tag system.
本発明によるアンテナ装置は、誘電体基板と、誘電体基板上に形成した導電性材料層により構成されるアンテナ構造体とを有し、無線ICタグとの間で通信するためのアンテナ装置であって、前記アンテナ構造体は、
第1の方向に互いに平行に延在し、電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群と、
フローティング電極群をはさんで対向するように形成され、電気的に相互接続されていると共にそれぞれ給電点を有する第1及び第2のアンテナパターンとを具え、
前記第1及び第2のアンテナパターンのうち少なくとも一方のアンテナパターンは、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第1の方向に互いに平行に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極、又は前記第1の方向に沿って所定の間隔で周期的に形成され、第1の方向と直交する第2の方向に延在すると共に電気的にフローティング状態に維持される複数の細条状のフローティング電極と、フローティング電極と平行に延在する細条状の複数の放射電極と、前記複数の放射電極を給電点に接続するループ電極とを含み、
前記フローティング電極と放射電極は、前記第1の方向又は第2の方向に沿って交互に繰り返し形成されていることを特徴とする。
An antenna device according to the present invention includes a dielectric substrate and an antenna structure composed of a conductive material layer formed on the dielectric substrate, and is an antenna device for communicating with a wireless IC tag. The antenna structure is
A floating electrode group including a plurality of strip-shaped floating electrodes extending parallel to each other in a first direction and maintained in an electrically floating state;
The first and second antenna patterns are formed so as to face each other across the floating electrode group, are electrically interconnected and each have a feeding point,
At least one of the first and second antenna patterns is periodically formed at a predetermined interval along a second direction orthogonal to the first direction, and is parallel to the first direction. A plurality of strip-shaped floating electrodes that extend in the direction and are maintained in an electrically floating state, or are formed periodically at predetermined intervals along the first direction, and are perpendicular to the first direction. A plurality of strip-shaped floating electrodes extending in the direction of 2 and maintained in an electrically floating state, a plurality of strip-shaped radiation electrodes extending in parallel with the floating electrode, and the plurality of radiation electrodes A loop electrode that connects to the feed point,
The floating electrode and the radiation electrode are alternately and repeatedly formed along the first direction or the second direction.
本発明では、タグを励振させるための電磁波を放出する放射電極とフローティング電極とが並列した構造を有し、フローティング電極とタグ側のアンテナとの間に補完された同調作用が行われるため、アンテナ装置の受信感度が改善される。また、フローティング電極を設けることにより、アンテナ装置とタグ側のアンテナとの間の共振周波数が調整されるので、アンテナ装置とタグ間の共振周波数を目標とする所望の共振周波数に近づけることが可能であり、アンテナ装置の受信感度の改善に寄与する。さらに、細条状の放射電極とフローティング電極とを交互に繰り返し配列しているので、電極本数及び電極の長さを調整することにより、所望の広さの交信エリアを形成することが可能である。従って、例えば書庫やショウケースのように広い交信エリアを必要とする用途に好適なアンテナ装置が実現される。また、アンテナ装置に要求される電気的特性については、フローティング電極や放射電極の幅及び長さ等を適切に設計することにより、所望の電気的特性のアンテナ装置を得ることが可能である。 In the present invention, a radiation electrode that emits electromagnetic waves for exciting a tag and a floating electrode are arranged in parallel, and a complementary tuning operation is performed between the floating electrode and the antenna on the tag side. The receiving sensitivity of the device is improved. In addition, since the resonant frequency between the antenna device and the tag-side antenna is adjusted by providing the floating electrode, it is possible to bring the resonant frequency between the antenna device and the tag closer to the desired desired resonant frequency. Yes, it contributes to the improvement of the reception sensitivity of the antenna device. Further, since the strip-shaped radiation electrodes and the floating electrodes are alternately and repeatedly arranged, it is possible to form a communication area having a desired width by adjusting the number of electrodes and the length of the electrodes. . Therefore, an antenna device suitable for an application requiring a wide communication area such as a library or a showcase is realized. As for the electrical characteristics required for the antenna device, it is possible to obtain an antenna device having desired electrical characteristics by appropriately designing the width and length of the floating electrode and the radiation electrode.
本発明によるアンテナ装置付きの家具は、請求項1から8までのいずれか1項に記載のアンテナ装置が装着されているアンテナ付きの家具であって、前記アンテナ装置に接続されているリーダライタを介して、当該家具上に配置され又は当該家具内に収納され、無線ICタグが装着されている物品が管理され又は識別されることを特徴とする。本発明によるアンテナ装置は平面構造体であるから、家具の天板や底板に容易に取り付けることが可能である。また、家具は比較的広い収納エリアを必要とする。本発明によるアンテナ装置は交信エリアを自在に設定することが可能であるため、家具の大きさや収納される物品の大きさに適合したアンテナ装置を家具に設置することが可能である。従って、収納される物品を管理するのに適合したアンテナ装置付きの家具が実現される。
A furniture with an antenna device according to the present invention is a furniture with an antenna to which the antenna device according to any one of
本発明によるアンテナ装置は、タグを励振させるための電磁波を放出する放射電極とフローティング電極とが並列した構造を有し、フローティング電極の補完的な同調作用によりアンテナ装置の受信感度が改善される。また、アンテナパターンは、放射電極とフローティング電極とを交互に繰り返し配列した構造を有するので、所望の広さの交信エリアを形成することが可能である。この結果、広い交信エリアを必要とする用途に好適なアンテナ装置が実現される。 The antenna device according to the present invention has a structure in which a radiation electrode that emits electromagnetic waves for exciting a tag and a floating electrode are arranged in parallel, and the reception sensitivity of the antenna device is improved by a complementary tuning action of the floating electrode. In addition, since the antenna pattern has a structure in which radiation electrodes and floating electrodes are alternately and repeatedly arranged, it is possible to form a communication area having a desired area. As a result, an antenna device suitable for applications requiring a wide communication area is realized.
本発明によるアンテナ装置を具える無線ICタグシステムは、情報入出力装置(コンピュータ)と、リーダライタと、アンテナ装置と、各種物品に装着された無線ICタグとを具え、無線ICタグが装着された物品を識別し又は管理するために利用される。リーダライタは、アンテナ装置を介して無線ICタグへの電力の供給及び信号の送信を無線により行うと共にアンテナ装置を介して無線ICタグから送信された信号の受信を無線により行う。本発明によるアンテナ装置は、比較的広い交信エリアを有し、各種家具に収納されている物品を管理するのに有効であり、特に図書館等に設置されている書庫に収納されている書籍やCD等の識別及び管理に有益である。 A wireless IC tag system comprising an antenna device according to the present invention comprises an information input / output device (computer), a reader / writer, an antenna device, and a wireless IC tag attached to various articles, and the wireless IC tag is attached. Used to identify or manage the goods. The reader / writer wirelessly supplies power and transmits a signal to the wireless IC tag via the antenna device, and wirelessly receives a signal transmitted from the wireless IC tag via the antenna device. The antenna device according to the present invention has a relatively wide communication area, and is effective for managing articles stored in various furniture. In particular, a book or CD stored in a library installed in a library or the like. It is useful for identification and management.
図1は本発明によるアンテナ装置の一例を示す平面図である。アンテナ装置は、誘電体基板1を有し、基板上にアンテナパターン(アンテナ構造体)が形成されている。誘電体基板1として、PVC、PET、PC、ABS、アクリル樹脂等の各種樹脂材料の基板、ガラスエポキシ基板、フッ素樹脂基板等を用いることができる。基板1の表面上には、銅層と半田層とを含む導電性材料層が形成され、エッチング処理により又は罫書き処理によりアンテナパターンを形成する。従って、本発明によるアンテナ装置は平面状のアンテナ装置であり、各種家具に装着することにより家具の内部に収納され又は家具上に配置され無線ICタグが装着されている物品を管理し識別することが可能である。また、家具の一種である書庫やショウケースの底板や天板に装着することにより、書庫内に収納され無線ICタグが装着された書籍、CD、DVD等の各種物品の識別管理に有益である。
FIG. 1 is a plan view showing an example of an antenna device according to the present invention. The antenna device includes a
アンテナパターンは、第1の方向(y方向)に互いに平行に延在する複数の(本例の場合4本)細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群2を有し、フローティング電極群2をはさんで一方の側に第1のアンテナパターン3を形成し、他方の側に第2のアンテナパターン4を形成する。第1のアンテナパターンと第2のアンテナパターンとは、接続部5を介して電気的に相互接続する。また、第1のアンテナパターンには第1の給電点P1を形成し、第2のアンテナパターンには第2の給電点P2を形成する。これら給電点を介して無線ICタグを励振させるための電力を供給する。また、アンテナパターンを形成するために用いた導電性材料層を利用して、感度調整を行うためのカップラ回路6を形成する。
The antenna pattern has a
フローティング電極は、幅が例えば0.2mmの絶縁トラック(導電性材料層が除去され、誘電体基板の表面が露出したトラック領域)により周囲の導電性材料層から電気的に絶縁され、電気的にフローティング状態に維持されている電極である。これらフローティング電極は、フローティング電極が形成される予定の領域の周囲を、例えば0.1mm〜1.0mm程度の幅でエッチングにより除去することにより形成される。尚、本例では、4本のフローティング電極を形成したが、4本に限定されず、2本又は3本等でもよい。フローティング電極群が形成されている位置には磁界がほとんど形成されないため、物品を管理するための位置決めの基準位置として設定することができる。 The floating electrode is electrically insulated from the surrounding conductive material layer by an insulating track having a width of, for example, 0.2 mm (a track region where the conductive material layer is removed and the surface of the dielectric substrate is exposed). The electrode is maintained in a floating state. These floating electrodes are formed by removing the periphery of a region where the floating electrode is to be formed by etching with a width of about 0.1 mm to 1.0 mm, for example. In this example, four floating electrodes are formed. However, the number is not limited to four, and may be two or three. Since a magnetic field is hardly formed at the position where the floating electrode group is formed, it can be set as a positioning reference position for managing the article.
第1のアンテナパターン3は、第1の方向と直交する第2の方向(x方向)に所定の間隔で周期的に形成され、第1の方向に延在する細条状のフローティング電極10a〜10eを有する。フローティング電極10a〜10eは、絶縁トラックを介して周囲の導電性材料層から絶縁され、電気的にフローティング状態に維持される。尚、アンテナパターンを製造する場合、フローティング電極は、フローティング電極が形成される領域の周囲の導電性材料層を例えば0.2mmの幅でエッチングにより除去することにより形成され、或いは、導電性材料層を機械的手段により除去することにより形成される。隣接するフローティング電極間には、第1の方向に延在する細条状の放射電極11a〜11dを形成する。従って、フローティング電極と放射電極は、x方向に沿って交互に繰り返し形成される。フローティング電極及び放射電極の第2の方向(x方向)の幅は互いに等しくなるように設定され、本例ではそれぞれ10mmに設定する。従って、フローティング電極の占める面積と放射電極の占める面積はほぼ等しくなる。基板1の周縁に沿ってループ電極12を形成する。このループ電極12は、放射電極を電気的に相互接続すると共に放射電極を第1の給電点P1に接続する。
The
第2のアンテナパターン4は第1のアンテナパターンとほぼ同様な構成を有し、第1の方向に延在する6本の細条状のフローティング電極13a〜13fを有する。隣接するフローティング電極間には、導体トラック14a〜15eを形成する。第2のアンテナパターンのフローティング電極及び導体トラックのx方向の幅は、それぞれ10mmに設定する。基板1の周縁に沿ってループ電極15を形成する。このループ電極15は、放射電極を電気的に相互接続すると共に放射電極を第2の給電点P2に接続する。
The
第1及び第2のアンテナパターンにおいて、フローティング電極及び放射電極の本数は、管理されるべき物品の特性や数量等に応じて設定され、広い交信エリアを必要とする場合、交互に繰り返し形成されるフローティング電極及び放射電極の本数を多くし、交信エリアが比較的狭い場合、本数を少なくする。また、第1のアンテナパターンと第2のアンテナパターンの面積についても、形成すべき交信エリアのサイズや管理される物品の特性や数量等に基づいて規定され、対称となるように設定してもよく、非対称となるように設定することも可能である。 In the first and second antenna patterns, the number of floating electrodes and radiating electrodes is set according to the characteristics and quantity of articles to be managed, and is repeatedly formed when a wide communication area is required. If the number of floating electrodes and radiation electrodes is increased and the communication area is relatively narrow, the number is reduced. Further, the areas of the first antenna pattern and the second antenna pattern are also defined based on the size of the communication area to be formed and the characteristics and quantity of articles to be managed, and may be set to be symmetric. It is also possible to set it to be asymmetric.
動作中、第1及び第2の給電点P1及びP2を介して各放射電極に電力が供給され、各放射電極から電磁波が放出されて交信エリアが形成される。本例では、リーダライタから駆動周波数が13.56MHzの搬送波を放出する。 During operation, electric power is supplied to each radiation electrode via the first and second feeding points P1 and P2, and electromagnetic waves are emitted from each radiation electrode to form a communication area. In this example, a carrier wave having a driving frequency of 13.56 MHz is emitted from the reader / writer.
図2は、図1に示すアンテナ装置を用いて作動させた際の観測された磁界分布を模式的に示す。図2はx−z面内の磁界分布を示す。観測された磁界分布の特徴として、アンテナ装置のほぼ中央に位置するフローティング電極群2が形成された位置において、磁界が終端する。また、中央位置からx方向に離れる方向にそってほぼ均一な強度の磁界が形成され、アンテナパターンのx方向の両端の位置まで十分な強度の磁界が形成されている。この観測結果によれば、フローティング電極及び導体トラックの本数及びその長さを適切に設定することにより、所望の広さの交信エアリを形成することができ、無線ICタグが装着された大量のCDや書籍等を管理するためのアンテナ装置が実現される。
FIG. 2 schematically shows a magnetic field distribution observed when the antenna apparatus shown in FIG. 1 is operated. FIG. 2 shows the magnetic field distribution in the xz plane. As a characteristic of the observed magnetic field distribution, the magnetic field terminates at the position where the floating
尚、フローティング電極群2が形成された位置は、形成される磁界が極めて弱いため、フローティング電極群が形成された位置は、物品管理のための基準位置とすることができる。このように、物品管理のための基準位置が設定できるので、無線ICタグが装着された物品の管理が一層容易になる。例えば、図1に示すアンテナ装置においては、2個の交信エリアが形成されるので、各エリアごとに物品の管理を行うことも可能である。
In addition, since the magnetic field to be formed is extremely weak at the position where the floating
図3は、図1に示すアンテナ装置の変形例を示す。図3において、図1で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。図1に示す実施例では、磁界が形成されないフローティング電極群2の形成位置を誘電体基板1の中央に設定した。フローティング電極群2の配置位置は自在に設定することができ、本例では、フローティング電極群2の位置を基板のx方向の一端側に設定する。そして、第1のアンテナパターン3は、多数のフローティング電極と放射電極を有する平面電極構造とし、第2のアンテナパターンは、単一の放射電極だけで構成する。このように構成すれば、単一の広い面積の交信エリアを形成することが可能である。
FIG. 3 shows a modification of the antenna device shown in FIG. In FIG. 3, the same components as those used in FIG. In the embodiment shown in FIG. 1, the formation position of the floating
図4は本発明によるアンテナ装置の別の変形例を示す図である。図1で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。アンテナパターンの中央に、y方向に沿って延在する複数の細条状のフローティング電極を含むフローティング電極群2を形成する。フローティング電極群2をはさんで対向するように、第1及び第2のアンテナパターン3及び4を形成する。尚、第1のアンテナパターンと第2のアンテナパターンとは同一構成とする。第1のアンテナパターン3は、x方向に沿って周期的に配列されy方向に沿って延在する細条状の4本のフローティング電極20a〜20dと、隣接するフローティング電極間に配置され、x方向に沿って延在する3本の放射電極21a〜21cとを有する。さらに、第1のアンテナパターン3は、その外周に沿って形成したループ電極22も有し、ループ電極22により放射電極を第1の給電点P1に接続する。尚、第2のアンテナパターン4は、第1のアンテナパターンと同一構成であるため、その説明は省略する。このように、フローティング電極群の延在方向と直交する方向に延在するフローティング電極及び導体トラックを形成しても、良好な磁界分布を形成することができる。尚、フローティング電極及び導体トラックの長さ及び本数を適切に設定することにより、所望の広さの交信エリアを形成することが可能である。
FIG. 4 is a diagram showing another modification of the antenna device according to the present invention. The same components as those used in FIG. 1 are described with the same reference numerals. A floating
図5は、図4に示すアンテナ装置の変形例を示す図である。本例では、x方向の一端側にフローティング電極群2を形成する。第1のアンテナパターン3は、x方向に長いフローティング電極30a〜30dと放射電極31a〜31cと、外周に形成したループ電極32とを有する。第2のアンテナパターン4は、ループ電極33により構成され、フローティング電極及び放射電極を有しない構成とする。
FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the antenna device illustrated in FIG. 4. In this example, the floating
図6は、図5に示すアンテナ装置を用いて作動させた場合に観測されたx−z面内の磁界分布を模式的に示す。x方向の基板のほぼ全長にわたってほぼ均一な磁界分布が観測された。図6に示す観測結果に基づけば、本例のアンテナ装置を用いれば、一方向に長い交信エリアを必要とする用途に有益なアンテナ装置が実現される。 FIG. 6 schematically shows a magnetic field distribution in the xz plane observed when the antenna apparatus shown in FIG. 5 is operated. A substantially uniform magnetic field distribution was observed over almost the entire length of the substrate in the x direction. Based on the observation result shown in FIG. 6, if the antenna device of this example is used, an antenna device useful for applications requiring a long communication area in one direction is realized.
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、フローティング電極及び放射電極の幅及び本数は、形成すべき交信エリアの大きさや管理される物品の特性、物品に装着される無線ICタグの特性及びサイズ、並びにアンテナ装置のインピダンス値等のアンテナ装置に要求される特性に応じて適切に設定することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, the width and number of floating electrodes and radiating electrodes are the size of the communication area to be formed, the characteristics of the managed article, the characteristics and size of the wireless IC tag attached to the article, and the impedance value of the antenna device. It can be set appropriately according to the characteristics required for the apparatus.
1 誘電体基板
2 フローティング電極群
3 第1のアンテナパターン
4 第2のアンテナパターン
5 接続部
P1,P2 給電点
6 カップラ回路
10a〜10e フローティング電極
11a〜11d 放射電極
12,15,22,32 ループ電極
13a〜13f フローティング電極
14a〜14e 放射電極
20a〜20d フローティング電極
21a〜21c 放射電極
30a〜30d フローティング電極
31a〜31c 放射電極
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