JP4499650B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば無線ＩＤタグに対してデータの読み出し及び書き込みを行うリーダライタに組み込むのに好適するものであって、２つの周波数の電波に対応可能なアンテナ装置に関する。

無線ＩＤタグのリーダライタに組み込むものであって、２つの周波数の電波に対応可能なアンテナ装置の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１のアンテナ装置では、誘電体基板の上面の中央部に２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナ（平面アンテナ）を配設すると共に、誘電体基板の上面の外周部に１３．５６ＭＨ用のコイルアンテナを配設している。
特開２００５−５１５３６号公報

上記従来構成のアンテナ装置の場合、パッチアンテナとコイルアンテナが互いに影響することから、各アンテナの送信電力が低下したり、受信感度が低下したりするおそれがある。このため、２つのアンテナが影響しないように、２つのアンテナの設置間隔を広く構成する必要がある。この結果、誘電体基板の外形の大きさ、即ち、アンテナ装置の外形の大きさをかなり大きく構成する必要があることから、アンテナ装置の構成が大型化してしまうという不具合があった。

そこで、本発明の目的は、２つの周波数の電波に対応可能な構成でありながら、全体の構成を小形化することができるアンテナ装置を提供するにある。

本発明のアンテナ装置は、ケースと、基板の一方の面に設けられた低周波の電波を送受信するコイルアンテナと、平面アンテナ素子及びグランドプレーンから構成された高周波の電波を送受信する平面アンテナとを備え、前記ケース内において、上部に前記コイルアンテナを配設し、中間部に前記平面アンテナ素子を配設し、下部に前記グランドプレーンを配設して３層構造をなすように構成すると共に、前記コイルアンテナの基板の外形を、前記平面アンテナ素子の外形よりも小さくするように構成したところに特徴を有する。

上記構成によれば、ケース内において、上部に低周波の電波を送受信するコイルアンテナを配設し、中間部に高周波の電波を送受信する平面アンテナ素子を配設し、下部にグランドプレーンを配設して３層構造をなすように構成したので、２つの周波数の電波に対応可能な構成でありながら、全体の構成を小形化することができる。また、上記構成によれば、低周波の電波を送受信するコイルアンテナが設けられた基板の外形を、高周波の電波を送受信する平面アンテナ素子の外形よりも小さくするように構成したので、アンテナ装置の外形の大きさを小形化することができる。

更に、前記コイルアンテナと前記平面アンテナ素子の間隔が、３ｍｍ以上となるように構成することがより一層好ましい。更にまた、前記コイルアンテナへの電力及び信号供給線を、前記平面アンテナ素子の中心部を貫通させるように構成することが良い。

本発明の他のアンテナ装置は、ケースと、基板の一方の面に設けられた低周波の電波を送受信するコイルアンテナと、平面アンテナ素子及びグランドプレーンから構成された高周波の電波を送受信する平面アンテナとを備え、前記ケース内において、上部に前記コイルアンテナを配設し、中間部に前記グランドプレーンを配設し、下部に前記平面アンテナ素子を配設して３層構造をなすように構成すると共に、前記コイルアンテナの基板の外形を、前記平面アンテナ素子の外形よりも小さくするように構成したところに特徴を有する。

以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、本実施例のアンテナ装置の全体構成を示す縦断面図である。この図１に示すように、アンテナ装置１は、矩形箱状のケース（筐体）２と、このケース２内の上部に配設されたコイルアンテナ３と、ケース２内の中間部に配設されたパッチアンテナ素子（平面アンテナ素子）４と、ケース２内の下部に配設されたグランドプレーン５とを備えて構成されている。この構成の場合、コイルアンテナ３と、パッチアンテナ素子４と、グランドプレーン５は、ケース２内において３層構造を構成している。

そして、パッチアンテナ素子４とグランドプレーン５とからパッチアンテナ（平面アンテナ）６が構成されている。このパッチアンテナ６の具体的構成について、図２を参照して説明する。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、グランドプレーン５は、矩形状の誘電体基板７の上面のほぼ全体に設けられた導体パターンまたは導体板（金属板）から構成されている。パッチアンテナ素子４は、図２（ａ）に示すような形状の導体板（金属板）で構成されており、上記グランドプレーン５上に絶縁材製のスペーサ８を介して配設されている。

尚、スペーサ８により、パッチアンテナ素子４とグランドプレーン５と間隔が例えば１５ｍｍ程度となるように構成されている。このような構成のパッチアンテナ６は、高周波であるＵＨＦ（例えば９００ＭＨｚ）の電波を送受信するアンテナである。パッチアンテナ６の誘電体基板７は、ケース２の下壁部に取付部材（図示しない）を介して例えばねじ止めされている。

また、コイルアンテナ３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、プリント配線基板または誘電体基板からなる矩形状の基板９の上面に設けられたコイルアンテナパターン１０で構成されている。尚、基板９の下面には、例えばフェライトからなる電磁波吸収材１１が取り付けられている。このような構成のコイルアンテナ３は、低周波である短波（例えば１３．５６ＭＨｚ）の電波を送受信するアンテナである。コイルアンテナ３の基板９は、ケース２の上壁部に取付部材（図示しない）を介して例えばねじ止めされている。

更に、上記アンテナ装置１のケース２内においては、コイルアンテナ３とパッチアンテナ素子４との間隔が例えば３ｍｍ程度以上となるように構成されている。また、コイルアンテナ３の基板９の外形は、パッチアンテナ素子４の外形よりも小さくなるように構成されている。

ここで、上記構成のアンテナ装置１を組み込んだリーダライタの電気的構成の一例を図４のブロック図に示す。この図４に示すように、リーダライタ１２は、上位制御装置１３と、コントローラ１４と、アンテナ装置１とを備えて構成されている。アンテナ装置１は、ＵＨＦアンテナであるパッチアンテナ６と、短波アンテナであるコイルアンテナ３とを備えており、これらパッチアンテナ６及びコイルアンテナ３は上記コントローラ１４により制御される構成となっている。上位制御装置１３は、リーダライタ１２の動作全般を制御する装置である。

上記リーダライタ１２は、アンテナ装置１を備えているので、ＵＨＦ（高周波）のタグ（データキャリア）とデータの読み出し及び書き込みを実行することができると共に、この動作と平行して（同時に）、短波（低周波）のタグ（データキャリア）とデータの読み出し及び書き込みを実行することができる。

そして、上記構成の場合、短波（第１の周波数）のタグ（データキャリア）は、図１中の２点鎖線Ａ１で示すように、ケース２の上方に位置させて、読取（書き込み）を実行する。また、ＵＨＦ（第２の周波数）のタグ（データキャリア）も、図１中の２点鎖線Ａ２で示すように、ケース２の上方に位置させて、読取（書き込み）を実行する。

更に、上記実施例の場合、アンテナ装置１のケース２内に、第１の周波数（短波）用のコイルアンテナ３と、第２の周波数（ＵＨＦ）用のパッチアンテナ６（これはパッチアンテナ素子４及びグランドプレーン５から構成されている）とを配設するに際して、ケース２内において、上部にコイルアンテナ３を配設し、中間部にパッチアンテナ素子４を配設し、下部にグランドプレーン５を配設して３層構造をなすように構成した。これにより、２つの周波数の電波に対応可能な構成としながら、アンテナ装置１全体の構成、特には、アンテナ装置１の外形の大きさを小形化することができる。

また、上記実施例においては、コイルアンテナ３が設けられた基板９の外形を、パッチアンテナ素子４の外形よりも小さくするように構成したので、パッチアンテナ６がコイルアンテナ３から受ける悪影響をほとんどなくすことができる。特に、本実施例においては、コイルアンテナ３とパッチアンテナ素子４の間隔が、３ｍｍ以上となるように構成したので、パッチアンテナ６がコイルアンテナ３から受ける悪影響をより一層低減することができる。

尚、コイルアンテナ３とパッチアンテナ素子４の間隔を、３ｍｍ以上とするように構成するだけで、コイルアンテナ３が設けられた基板９の外形を、パッチアンテナ素子４の外形よりも小さくしなくても、パッチアンテナ６がコイルアンテナ３から受ける悪影響を実用上十分低減することができる。

図５は、本発明の第２の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同じ構成には、同じ符号を付している。この第２の実施例では、図５に示すように、１枚の誘電体基板７の両面に、パッチアンテナ素子４とグランドプレーン５を設けるように構成した。この構成の場合、パッチアンテナ素子４とグランドプレーン５は、導体パターンで構成しても良いし、金属板で構成しても良い。

上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の実施例と同じ構成となっている。従って、第２の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２の実施例では、１枚の誘電体基板７の両面にパッチアンテナ素子４とグランドプレーン５を設けるように構成したので、アンテナ装置１の上下方向の寸法を、第１の実施例に比べて一層小さくすることができる。

図６は、本発明の第３の実施例を示すものである。尚、第２の実施例と同じ構成には、同じ符号を付している。この第３の実施例では、図６に示すように、コイルアンテナ３への電力及び信号供給線１５を、パッチアンテナ素子４の中心部を貫通させるように構成している。具体的には、パッチアンテナ素子４の中心部に、電力及び信号供給線１５の外径よりも一回り大きい内径の孔を設け、この孔内に電力及び信号供給線１５を貫通させるようにしている。

この構成の場合、パッチアンテナ素子４の中央部分には、電流が流れていないため、コイルアンテナ３への電力及び信号供給線１５を、パッチアンテナ素子４の中心部を貫通させるように構成しても、電力及び信号供給線１５が悪影響を受けるおそれがなく、このような構成が実現可能になる。

尚、上述した以外の第３の実施例の構成は、第２の実施例と同じ構成となっている。従って、第３の実施例においても、第２の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第３の実施例では、コイルアンテナ３への電力及び信号供給線１５をパッチアンテナ素子４の中心部を貫通させるように構成したので、電力及び信号供給線１５等の配線構造を簡単化することができる。

図７は、本発明の第４の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同じ構成には、同じ符号を付している。この第４の実施例では、図７に示すように、ケース２内において、上部にコイルアンテナ３を配設し、中間部にグランドプレーン５を配設し、下部にパッチアンテナ素子４を配設して３層構造をなすように構成したものである。

上記構成の場合、短波（第１の周波数）のタグ（データキャリア）は、図７中の２点鎖線Ｂ１で示すように、ケース２の上方に位置させて、読取（書き込み）を実行する。一方、ＵＨＦ（第２の周波数）のタグ（データキャリア）は、図７中の２点鎖線Ｂ２で示すように、ケース２の下方に位置させて、読取（書き込み）を実行する。

そして、上述した以外の第４の実施例の構成は、第１の実施例と同じ構成となっている。従って、第４の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

尚、上記各実施例においては、パッチアンテナ素子４の形状を、図２（ａ）に示すような形状としたが、これに限られるものではなく、円形や他の形状としても良い。また、コイルアンテナパターン１０の形状を、図３（ａ）に示すような四角形状としたが、これに限られるものではなく、円形や他の形状としても良い。更に、基板９の形状を、図３（ａ）に示すような四角形状としたが、これに限られるものではなく、円形や他の形状としても良い。

また、コイルアンテナ３の中心位置と、パッチアンテナ６の中心位置がずれるような場合、コイルアンテナ３がパッチアンテナ６の外形形状の内部であれば、どこに配置させるように構成しても良い。

更にまた、上記各実施例においては、コイルアンテナ３を短波用のアンテナとして構成したが、これに代えて、コイルアンテナ３を中波（例えば１３５ｋＨｚ）用のアンテナとして構成しても良い。

また、上記各実施例においては、平面アンテナの一例として、パッチアンテナ６に適用したが、これに限られるものではなく、板状逆Ｆアンテナ、スロットアンテナ、マイクロストリップアンテナ、プリント基板アンテナ、フィルムアンテナ等に適用しても良い。

本発明の第１の実施例を示すアンテナ装置の縦断面図 （ａ）はパッチアンテナの上面図、（ｂ）はパッチアンテナの側面図 （ａ）はコイルアンテナの上面図、（ｂ）はコイルアンテナの側面図 ブロック図 本発明の第２の実施例を示す図２相当図 本発明の第３の実施例を示すコイルアンテナ及びパッチアンテナの斜視図 本発明の第４の実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１はアンテナ装置、２はケース、３はコイルアンテナ、４はパッチアンテナ素子（平面アンテナ素子）、５はグランドプレーン、６はパッチアンテナ（平面アンテナ）、７は誘電体基板、８はスペーサ、９は基板、１０はコイルアンテナパターン、１１は電磁波吸収材、１２はリーダライタ、１５は電力及び信号供給線を示す。

Claims (4)

1. ケースと、
   基板の一方の面に設けられた低周波の電波を送受信するコイルアンテナと、
   平面アンテナ素子及びグランドプレーンから構成された高周波の電波を送受信する平面アンテナとを備え、
   前記ケース内において、上部に前記コイルアンテナを配設し、中間部に前記平面アンテナ素子を配設し、下部に前記グランドプレーンを配設して３層構造をなすように構成すると共に、
   前記コイルアンテナの基板の外形を、前記平面アンテナ素子の外形よりも小さくするように構成したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記コイルアンテナと前記平面アンテナ素子の間隔が、３ｍｍ以上となるように構成したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記コイルアンテナへの電力及び信号供給線を、前記平面アンテナ素子の中心部を貫通させるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. ケースと、
   基板の一方の面に設けられた低周波の電波を送受信するコイルアンテナと、
   平面アンテナ素子及びグランドプレーンから構成された高周波の電波を送受信する平面アンテナとを備え、
   前記ケース内において、上部に前記コイルアンテナを配設し、中間部に前記グランドプレーンを配設し、下部に前記平面アンテナ素子を配設して３層構造をなすように構成すると共に、
   前記コイルアンテナの基板の外形を、前記平面アンテナ素子の外形よりも小さくするように構成したことを特徴とするアンテナ装置。

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