JP4668575B2

JP4668575B2 - Ｒｆ−ｉｄ質問器

Info

Publication number: JP4668575B2
Application number: JP2004272418A
Authority: JP
Inventors: 雅勝鈴木; 毅橋立; 新吾竹下
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: JP2006087040A

Description

本発明は、マイクロ波帯の電波を使用して例えばＩＤタグの応答信号を読取るＲＦ−ＩＤ質問器に関する。

従来、商品や物品等に非接触ＩＤタグ（応答器）を取り付け、このＩＤタグに予め設定されている固有の識別データをＲＦ−ＩＤ質問器により非接触で読取るシステムが実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。また、上記ＩＤタグの他、ＩＣカードなどに記憶されたデータをＲＦ−ＩＤ質問器により非接触で読出すシステムも実用化されている。

上記ＩＤタグの識別データを読取る従来のＲＦ−ＩＤ質問器は、図３に示すように構成されている。図３は、従来のＲＦ−ＩＤ質問器の外観構成図である。

図３において、１１は例えば方形状のアンテナ基板で、一方の面にはパッチアンテナ（図示せず）が設けられ、他方の面にはパッチアンテナ用グランド面１２が設けられる。そして、このグランド面１２上に質問器回路基板１３が両面テープにより接着される。上記質問器回路基板１３上には、例えば送受信用ＩＣや電力増幅器等からなる送受信部１４が設けられるが、この送受信部１４は金属シールド１５により外部の電界や磁界から遮蔽されている。

また、上記質問器回路基板１３には、電源及び制御用コネクタ１６が設けられ、上記送受信部１４における送受信用ＩＣ等に接続される。上記電源及び制御用コネクタ１６には、外部の電源部及び制御回路（図示せず）に接続される。上記送受信用ＩＣは、送信周波数が例えば２．４ＧＨｚの問い合わせ信号を出力すると共に、ＩＤタグからの応答信号を復調する等の処理を行なう。

また、上記質問器回路基板１３には、上記送受信部１４の信号入出力端子（コネクタ）が設けられ、この信号入出力端子に高周波同軸ケーブル１７の一方のコネクタ１８が装着される。上記高周波同軸ケーブル１７の他方のコネクタ１９は、上記パッチアンテナの給電点に接続される。パッチアンテナの給電点は、アンテナ基板１１に設けたスルーホールによりグランド面１２側に絶縁した状態で導出され、この導出部分に給電端子（コネクタ）が設けられる。そして、この給電端子に上記高周波同軸ケーブル１７のコネクタ１９が装着される。上記パッチアンテナは、送受信部１４から高周波同軸ケーブル１７を介して送られてくる２．４ＧＨｚの問い合わせ信号をＩＤタグに送信すると共に、ＩＤタグからの応答信号を受信し、高周波同軸ケーブル１７を介して送受信部１４に入力する。
特開２００３−３０８４９４号公報

上記従来のＲＦ−ＩＤ質問器は、質問器回路基板１３を両面テープによりアンテナ基板１１に接着しているので、その装着が面倒であると共に装着状態が不安定であり、かつ一定の位置に装着することが困難である。

また、上記質問器回路基板１３に設けた送受信部１４の信号入出力端子とアンテナ基板１１に設けたパッチアンテナの給電点との間を高周波同軸ケーブル１７により接続しているので、部品点数及び接続点が多いと共に電気長が長くなり、高周波電気特性が非常に不安定になるという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アンテナ基板に対して質問器回路基板を一定の位置に装着できると共に、部品点数及び接続点を少なくでき、かつ電気長を短くして高周波電気特性を安定化することができるＲＦ−ＩＤ質問器を提供することを目的とする。

本発明は、ＲＦ−ＩＤ質問器において、アンテナ基板と、前記アンテナ基板の一方の面に形成されたパッチアンテナと、前記アンテナ基板の他方の面にアンテナ基板より小さく前記パッチアンテナより大きく形成されたグランド面と、前記パッチアンテナが形成されたアンテナ基板のアンテナ面側のパッチアンテナの給電点と、前記グランド面の内部にグランド面と周囲を電気的に絶縁するための窓を設け、該窓の内部に前記アンテナ面側のパッチアンテナの給電点からスルーホールにより導出されたグランド面側の給電点と、両側の端部に設けられた複数の端面スルーホール端子が前記グランド面に半田付けされることにより固着される質問器送受信部が設けられた前記グランド面より小さい形状の質問器回路基板と、前記質問器回路基板の一端部に凹部を設け該凹部に形成される前記質問器送受信部の信号入出力端子に接続する端面スルーホール端子とを具備し、前記グランド面側の給電点と前記信号入出力端子に接続する端面スルーホール端子との間が半田付けで直接、電気的に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、質問器回路基板の信号入出力端子とアンテナの給電点の位置を合せ、両者間を半田付けして接続することにより、従来使用していた高周波同軸ケーブルが不要となり、部品点数及び接続点を少なくできると共に信号入出力端子と給電点との間の電気長を短くでき、高周波電気特性を安定化することができる。

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、本発明の一実施形態に係るＲＦ−ＩＤ質問器の回路構成を示すブロック図である。

図１において、２１はアンテナ基板で、このアンテナ基板２１には、例えば２．４ＧＨｚ帯のパッチアンテナ２２が設けられる。
３１は質問器回路基板で、この質問器回路基板３１には、送受信用ＩＣ３２、バラン３３、電力増幅器３４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３５等からなる質問器送受信部３７が設けられる。この質問器送受信部３７は、外部の電界や磁界から遮蔽する金属シールド３８が施される。上記送受信用ＩＣ３２には、クロックパルスを発生するための例えば１３ＭＨｚの水晶振動子３９が接続される。

また、質問器回路基板３１には、外部接続用の電源及び制御用コネクタ４１が設けられる。送受信用ＩＣ３２は、上記電源及び制御用コネクタ４１を介して外部の電源部及び制御部（図示せず）に接続される。そして、上記電源部から電源及び制御用コネクタ４１を介して与えられる電源電圧ＶＣＣは、出力電圧を一定値に保持するレギュレータ４２を介して送受信用ＩＣ３２に供給される。また、上記電源部から電源及び制御用コネクタ４１を介して与えられる電源電圧ＶＣＣＰＡは、バイアス回路４３を介して電力増幅器３４に供給される。

上記送受信用ＩＣ３２は、上記外部の制御回路により制御され、例えば送信周波数が２．４ＧＨｚ帯の問い合わせ信号（ＴＸ）を発生する。この問い合わせ信号（ＴＸ）は、平衡／不平衡変換を行なうバラン３３を介して電力増幅器３４に入力され、この電力増幅器３４で増幅された後、バンドパスフィルタ３５を介して出力される。そして、このバンドパスフィルタ３５の出力が質問器送受信部３７の出力信号となり、電気特性測定用コネクタ４４を介してパッチアンテナ２２の給電点２３に給電される。

上記パッチアンテナ２２は、上記質問器送受信部３７からの問い合わせ信号を外部のＩＤタグ（図示せず）に送出する。また、パッチアンテナ２２は、上記ＩＤタグからの応答信号を受信し、電気特性測定用コネクタ４４を介して質問器送受信部３７に入力する。質問器送受信部３７は、ＩＤタグからの応答信号をバンドパスフィルタ３５及び抵抗３６を介して取出し、受信信号（ＲＸ）として送受信用ＩＣ３２に入力する。送受信用ＩＣ３２は、ＩＤタグからの応答信号を復調処理し、シリアルデータに変換して外部の制御部へ出力する。

次に、上記アンテナ基板２１と質問器回路基板３１との配置関係及び質問器送受信部３７の出力端子とパッチアンテナ２２との接続について図２を参照して説明する。図２（ａ）はアンテナ基板１１の一方の面に形成されるパッチアンテナの構成を示し、図２（ｂ）はアンテナ基板１１の他方の面に設けられる質問器回路基板３１の構成及び装着状態を示したものである。

図２（ａ）に示すように、アンテナ基板２１の一方の面には上記パッチアンテナ２２が設けられる。このパッチアンテナ２２は、例えば円偏波用のアンテナであり、中心部より少し偏位した位置に給電点２３が設けられると共に、外周縁上に円偏波用の１対の切欠き２４ａ、２４ｂが１８０°の間隔で形成される。

また、アンテナ基板２１の他方の面には、図２（ｂ）に示すようにパッチアンテナ２２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２５がエッチング等の処理により形成される。このグランド面２５の大きさは、パッチアンテナ２２より大きく形成する。また、上記グランド面２５側には、上記パッチアンテナ２２の給電点２３をスルーホールにより導出している。この場合、グランド面２５には、給電点２３の周囲に窓を形成し、グランド面２５と給電点２３との間を絶縁している。

そして、上記グランド面２５に、上記質問器回路基板３１が半田付けにより装着される。すなわち、質問器回路基板３１の左右の両側に複数例えば４つの端面スルーホール端子５１ａ〜５１ｄが設けられ、この端面スルーホール端子５１ａ〜５１ｄがパッチアンテナ用グランド面２５に半田付けされて固着される。この場合、質問器回路基板３１は、例えば治具あるいはマーカー等を使用し、パッチアンテナ用グランド面２５に対して予め定めた所定の位置に装着される。例えば質問器回路基板３１とパッチアンテナ用グランド面２５の左側部を一致させ、上下方向も所定の位置に一致させる。

上記質問器回路基板３１には、図１で説明した回路部品、すなわち、質問器送受信部３７、水晶振動子３９、電源及び制御用コネクタ４１、レギュレータ４２、バイアス回路４３、電気特性測定用コネクタ４４等が予め装着されている。なお、質問器送受信部３７は、上記したように金属シールド３８により外部の電界や磁界から遮蔽される。

上記質問器回路基板３１に設けられる質問器送受信部３７は、信号入出力端がパッチアンテナ２２の給電点２３の近傍に位置するように設定され、その信号入出力端の近くに電気特性測定用コネクタ４４が配置される。

上記質問器回路基板３１は、例えば上側右端部分がパッチアンテナ２２の給電点２３と対応するように設け、この対応部分に凹部５２を形成すると共に、給電点２３に対応する部分に端面スルーホール端子５３を形成する。この端面スルーホール端子５３は、回路パターンにより電気特性測定用コネクタ４４に接続され、信号入出力端子として使用される。そして、上記端面スルーホール端子５３とパッチアンテナ２２の給電点２３とを半田付けして電気的に接続する。

この結果、質問器送受信部３７から出力される問い合わせ信号は、電気特性測定用コネクタ４４から端面スルーホール端子５３を介してパッチアンテナ２２の給電点２３に直接給電されるようになる。また、パッチアンテナ２２が受信したＩＤタグからの応答信号は、給電点２３から端面スルーホール端子５３及び電気特性測定用コネクタ４４を介して質問器送受信部３７に入力される。

上記のように送受信部３７の信号入出力端子とパッチアンテナ２２の給電点２３の位置を合せ、両者間を半田付けして接続することにより、従来使用していた高周波同軸ケーブルが不要となり、部品点数及び接続点を少なくできると共に、質問器回路基板３１に信号入出力端子として設けられる端面スルーホール端子５３と給電点２３との間の電気長を短くでき、高周波電気特性を安定化することができる。

また、質問器回路基板３１をアンテナ基板２１に対して半田付けにより装着することにより、質問器回路基板３１を常に一定の位置に装着でき、この点からも高周波電気特性を安定化することができる。

なお、上記実施形態では、質問器送受信部３７と端面スルーホール端子５３との間に電気特性測定用コネクタ４４を設けた場合について示したが、特に電気特性測定用コネクタ４４を介在させる必要はなく、質問器送受信部３７の信号入出力端子を端面スルーホール端子５３に直接接続するようにしても良い。

また、上記実施形態では、端面スルーホール端子５３をパッチアンテナ２２の給電点２３に直接半田付けした場合について示したが、例えば電子部品の配置上の関係等により、端面スルーホール端子５３がパッチアンテナ２２の給電点２３の位置から多少離れて設けられる場合であっても、アンテナ基板２１に給電点２３から端面スルーホール端子５３が設けられている位置まで回路パターンを形成することにより、端面スルーホール端子５３と給電点２３との間を半田付けにより確実に接続することができる。

また、上記実施形態では、ＲＦ−ＩＤ質問器によりＩＤタグのデータを読取る場合について示したが、その他、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質問器により無線で読出すシステムにおいても実施し得るものである。

なお、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。

本発明の一実施形態に係るＲＦ−ＩＤ質問器の回路構成を示すブロック図である。同実施形態におけるＲＦ−ＩＤ質問器の外観構成を示し、（ａ）はアンテナ基板の一方の面に形成されるパッチアンテナの構成図、（ｂ）は他方の面に設けられる質問器回路基板の構成及び装着状態を示す図である。従来のＲＦ−ＩＤ質問器の外観構成図である。

符号の説明

２１…アンテナ基板、２２…パッチアンテナ、２３…給電点、２４ａ、２４ｂ…切欠き、２５…パッチアンテナ用グランド面、３１…質問器回路基板、３２…送受信用ＩＣ、３３…バラン、３４…電力増幅器、３５…バンドパスフィルタ、３６…抵抗、３７…質問器送受信部、３８…金属シールド、３９…水晶振動子、４１…制御用コネクタ、４２…レギュレータ、４３…バイアス回路、４４…電気特性測定用コネクタ、５１ａ〜５１ｄ…端面スルーホール端子、５２…凹部、５３…端面スルーホール端子。

Claims

ＲＦ−ＩＤ質問器において、
アンテナ基板と、前記アンテナ基板の一方の面に形成されたパッチアンテナと、
前記アンテナ基板の他方の面にアンテナ基板より小さく前記パッチアンテナより大きく形成されたグランド面と、
前記パッチアンテナが形成されたアンテナ基板のアンテナ面側のパッチアンテナの給電点と、
前記グランド面の内部にグランド面と周囲を電気的に絶縁するための窓を設け、該窓の内部に前記アンテナ面側のパッチアンテナの給電点からスルーホールにより導出されたグランド面側の給電点と、
両側の端部に設けられた複数の端面スルーホール端子が前記グランド面に半田付けされることにより固着される質問器送受信部が設けられた前記グランド面より小さい形状の質問器回路基板と、
前記質問器回路基板の一端部に凹部を設け該凹部に形成される前記質問器送受信部の信号入出力端子に接続する端面スルーホール端子と
を具備し、前記グランド面側の給電点と前記信号入出力端子に接続する端面スルーホール端子との間が半田付けで直接、電気的に接続されることを特徴とするＲＦ−ＩＤ質問器。