JP4696923B2

JP4696923B2 - アンテナとそれを用いた無線タグ装置および無線タグ通信装置

Info

Publication number: JP4696923B2
Application number: JP2006011336A
Authority: JP
Inventors: 敏長谷川
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP2007194924A

Description

本発明は、アンテナと、このアンテナを用い、固有の識別記号を記憶したメモリと通信回路を含む電磁誘導型の無線タグ装置およびこの無線タグ装置と通信を行う無線タグ通信装置に関し、特に悪ノイズ環境下でも使用することができるアンテナ、無線タグ装置および無線タグ通信装置に関するものである。

図６に電磁誘導型の無線タグ装置および無線タグ通信装置の構成を示す。無線タグ装置は固有の識別記号を記憶したメモリと通信機能を内蔵した電子回路、およびコイル状のアンテナを具備したものであり、このアンテナに発生する電力を用いてメモリに格納されているデータの読み出しや書き込み、あるいは通信を行うものである。

図６において、無線タグ装置１０には、無線タグ用ＩＣ１１およびアンテナ１２が内蔵されている。この無線タグ用ＩＣ１１には、メモリ１１ａおよび通信部１１ｂが内蔵されている。

２０は、無線タグ装置１０と通信を行う無線タグ通信装置であり、アンテナ２１、このアンテナ２１が接続される通信部２２、この通信部２２を制御する制御部２３、この制御部２３によって読み書きされるメモリ２４、外部から制御部２３にデータを入力する入力部２５、外部にデータを出力する出力部２６および電源２７で構成されている。

制御部２３は、識別記号要求信号またはメモリ２４に格納されたデータ、あるいは入力部２５を介して取り込んだデータを通信部２２およびアンテナ２１を介して無線タグ装置１０に送信する。３０は送信された無線タグ信号電磁波を表している。

この電磁波３０はアンテナ１２によって受信される。アンテナ２１とアンテナ１２は電磁的に結合し、そのためアンテナ１２には誘導起電力が発生し、この誘導起電力によって起電力電流が発生する。この起電力電流によって通信部１１ｂはメモリ１１ａに対してデータの読み出し、書き込みを行い、書き込み完了信号あるいは読み出しデータを無線タグ通信装置２０に送信する。制御部２３は所望の処理を実行し、出力部２６を介して操作者に識別記号あるいは読み出しデータを通知する。

特許文献１には、無線機能を備えた防爆型端末装置が記載されている。

特開２００５−２７６０４５号公報

しかし、このような無線タグ装置および無線タグ通信装置は、電磁界ノイズが大きい環境では誤動作するという課題があった。このことを図７を用いて説明する。なお、図６と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図７において、実線３０は無線タグ通信装置２０から出力される電磁波であり、２点鎖線３１は近くにある電動機や回転機から出力される電磁界ノイズである。図７に示すように、電磁波３０と電磁界ノイズ３１はいずれもアンテナ１２を交差するので、アンテナ１２には電磁波３０に起因する起電力電流と、電磁界ノイズ３１に起因するノイズ電流の両方が流れ、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の低い電流になる。通信部１１ｂはこのＳ／Ｎ比の低い電流で駆動されるので、データ欠損や受信エラーなどの通信障害を招いてしまうという課題があった。

従って本発明の目的は、電磁界ノイズが大きい環境でも正常に通信を行うことが出来るアンテナ、およびこのアンテナを用いた無線タグ装置および無線タグ通信装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
第１のコイルと、
この第１のコイルと直列に接続され、かつ隔離して配置されて、前記第１のコイルの巻き方向と反対方向に巻かれた第２のコイルと、
前記第２のコイルに直列に接続され、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルと隔離して配置されて、前記第２のコイルの巻き方向と反対方向に巻かれた第３のコイルと、
を具備し、かつ前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび第３のコイルは、その中心が１つの直線上にあるように配置したものである。近傍の電磁波のみ検知することが出来る。

請求項２記載の発明は、
請求項１に記載のアンテナと、
少なくとも固有の識別情報が格納されたメモリと、
前記アンテナが接続され、前記固有の識別情報を送信する通信部と、
を具備したものである。ノイズが大きい環境でも使用できる。

請求項３記載の発明は、
請求項１に記載のアンテナと、
前記アンテナが接続され、請求項２に記載の無線タグ装置と通信を行う通信部と、
前記無線タグ装置が送信したデータを出力する出力部と、
前記無線タグ装置から受信し、および／または前記無線タグ装置に送信するデータが格納されるメモリと、
を具備したものである。ノイズが大きい環境でも使用できる。

請求項４記載の発明は、
複数のコイルを有するアンテナと、
前記複数のコイルを、その巻方向が逆になるように接続し、または切り離すスイッチと、
前記スイッチを制御して、前記複数のコイルのうち選択されたコイルを接続する制御部と、
前記アンテナが接続され、請求項２に記載の無線タグ装置と通信を行う通信部と、
前記無線タグ装置が送信したデータを出力する出力部と、
前記無線タグ装置から受信し、および／または前記無線タグ装置に送信するデータが格納されるメモリと、
を具備したものである。周囲ノイズ環境などに応じて特性を変更できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３、および４の発明によれば、巻き方向が互いに逆のコイルでアンテナを構成した。また、このアンテナを無線タグ装置およびこの無線タグ装置と通信する無線タグ通信装置に用いた。

両方のコイルを鎖交する電磁波に起因する起電力はキャンセルされるため正味の起電力電流は発生しないため、片方のコイルを通過した電磁波に対してのみ感度を有する。そのため、ノイズが大きい環境でも、このノイズの影響を受けずに通信を行うことができるという効果がある。

また、無線タグ装置と無線タグ通信装置の配置を換えることにより、特定の無線タグ装置とのみ通信することができるという効果もある。さらに、複数のコイルを選択して用いることにより、周囲環境に応じて特性を動的に変化させることができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る電磁誘導型の無線タグ装置およびこの無線タグ装置と通信を行う無線タグ通信装置の構成を示したものである。なお、図６と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、４０は無線タグ装置であり、メモリ１１ａと通信部１１ｂを内蔵した無線タグ用ＩＣ１１およびアンテナ４１で構成されている。アンテナ４１は、図６従来例と同様に、通信部１１ｂに接続されている。

アンテナ４１は、同心円上の離れた位置に配置され、直列に接続された４１ａと４１ｂの２つのコイルで構成されている。このアンテナ４１は、図１に示すように巻き方向が互いに逆方向になるように巻かれた微分型コイル構造を有している。

５０は無線タグ通信装置であり、アンテナ５１、このアンテナ５１が接続される通信部２２、この通信部２２を制御する制御部２３、この制御部２３によって読み書きが実行されるメモリ２４、外部から制御部２３にデータを入力する入力部２５、外部にデータを出力する出力部２６、これら通信部２２、制御部２３、メモリ２４、入力部２５、出力部２６に電力を供給する電源２７で構成される。

アンテナ５１は、アンテナ４１と同様に同心円上の離れた位置に配置され、直列接続された５１ａと５１ｂの２つのコイルで構成されている。このアンテナ５１は、図１に示すように巻き方向が互いに逆方向になるように巻かれた微分型コイル構造を有している。

アンテナ４１と５１は、互いに逆方向に巻かれた２つのコイルで構成される微分型コイル構造を有しているので、片方のコイルのみ鎖交する電磁波に対しては起電力電流を生じるが、両方のコイルを鎖交する電磁波に対しては、２つのコイルの起電力がうち消し合い、起電力電流は生じない。

無線タグ通信装置５０と無線タグ装置４０を適当な位置に配置すると、無線タグ通信装置５０が発信した電磁波はコイル４１ｂのみを通過し、また無線タグ装置４０が発信した電磁波はコイル５１ａのみを通過する。そのため、起電力電流を発生させる。

それに対して、電動機や回転機などのノイズ源は通常離れた位置に置かれているので、発生する電磁波（ノイズ）は周囲環境に充満している。そのため、４１ａと４１ｂ、あるいは５１ａと５１ｂの２つのコイルと鎖交する。従って、２つのコイルの起電力がうち消し合い、正味の起電力電流は発生しない。このため、電動機が近くにある等劣悪なノイズ環境であってもノイズの影響が自動的に除去され、無線タグ通信装置５０と無線タグ装置４０の間で正常な通信を確保することができる。

図２に本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図２において、６０は無線タグ装置であり、無線タグ用ＩＣ１１と、通信部１１ｂに接続されたアンテナ６１で構成されている。アンテナ６１は、同一平面上に配置され、互いに逆方向に巻かれたコイル６１ａ、６１ｂで構成されている。すなわち、アンテナ６１は微分型コイル構造を構成している。

このような構成において、この無線タグ装置６０と通信する無線タグ通信装置が発信する電磁波が、コイル６１ａまたは６１ｂのいずれか一方を鎖交するように、無線タグ装置６０と無線タグ通信装置を配置する。一方、ノイズは周囲環境に充満しているので、両方のコイル６１ａ、６１ｂを鎖交する。このため、図１実施例と同じ理由でノイズを除去することができる。この実施例では、２次元平面の空間分解能を向上させた無線タグ装置を実現することができる。なお、この実施例では無線タグ装置６０にアンテナ６１を用いたが、無線タグ通信装置に用いてもよい。

図３に他の実施例を示す。なお、図１と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。図３において、７０は無線タグ装置であり、無線タグ用ＩＣ１１および、同一円心上に配置された３つのコイル７１ａ、７１ｂ、７１ｃで構成されるアンテナ７１で構成されている。コイル７１ａと７１ｂ、７１ｂと７１ｃは互いに逆方向に巻かれており、２次微分型コイル構造を構成している。この場合も３つのコイル７１ａ、７１ｂ、７１ｃに鎖交する電磁波の起電力はキャンセルされるので、ノイズを除去することができる。このように２次微分型コイル構造を用いることにより、より近傍の電磁波のみを検出することが出来、性能を向上させることができる。なお、このアンテナ７１を無線タグ通信装置に用いることもできる。

図４に、本発明の応用例を示す。図４において、８１〜８３は無線タグ装置である。これら無線タグ装置８１〜８３は、図１実施例の無線タグ装置４０と同様の構成を有している。無線タグ装置８１にはコイル８１ａ、８１ｂで構成されるアンテナが内蔵されている。同様に、無線タグ装置８２、８３には、それぞれコイル８２ａと８２ｂ、８３ａと８３ｂで構成されるアンテナが内蔵されている。これらのアンテナは微分型コイル構造を有している。８４は無線タグ通信装置であり、図６従来例の無線タグ通信装置２０と同様の構成を有している。

図４において、無線タグ通信装置８４が発信する電磁波（点線）はコイル８１ａと８１ｂ、コイル８３ａと８３ｂ、およびコイル８２ｂと鎖交し、コイル８２ａとは鎖交しない。従って、無線タグ装置８１と８３は２つのコイルの起電力がキャンセルして無線タグ通信装置８４と交信できず、無線タグ装置８２のみが交信することができる。

すなわち、無線タグ装置と無線タグ通信装置の配置を調整することにより、特定の無線タグ装置とのみ交信することが出来る。なお、アンテナとして図２あるいは図３の構成のアンテナを用いることも出来る。

アンテナを構成する複数のコイル間の配置や巻き数、大きさを変えることにより、アンテナの特性を変えることができる。この特性を利用した無線タグ通信装置の実施例を図５に示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図５において、９０は無線タグ通信装置であり、アンテナ９１、スイッチ９２、スイッチ制御部９３、通信部２２、制御部２３、メモリ２４、入力部２５、出力部２６および電源２７で構成されている。

アンテナ９１はコイル９１ａ〜９１ｄで構成されている。これらコイル９１ａ〜９１ｄの両端は、スイッチ制御部９３で制御されるスイッチ９２に接続されている。スイッチ制御部９３でスイッチ９２を制御してコイル９１ａ〜９１ｄの接続を切り替えることにより、種々の特性を有するアンテナを動的に切り替えることができる。

例えば、コイル９１ａと９１ｂを巻方向が逆になるように直列に接続すると、図１のアンテナ５１になる。また、コイル９１ｃと９１ｄを巻き方向が逆になるように直列に接続すると、図２のアンテナ６１を構成できる。さらに、コイル９１ａ〜９１ｃを用いることにより、図３のアンテナ７１を構成できる。

すなわち、複数のコイルでアンテナを構成し、ノイズの状況あるいは交信したい無線タグ装置によって、スイッチ９２でこれらのコイルの接続を切り替えて最適な特性を有するアンテナに切り替えればよい。アンテナ９１を構成するコイルは、巻き数、大きさ、設置位置が同じか、異なるものを用いる。但し、巻き方向はコイルの始点と終点を入れ替えることにより変えることができるので、同一巻き方向のコイルのみでアンテナ９１を構成することもできる。

なお、これらの実施例では、アンテナ４１、５１、６１、７１を無線タグ装置および無線タグ通信装置に用いたが、これに限られることはなく、他の通信装置に用いることもできる。

本発明の一実施例を示す構成図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。本発明の応用を説明するための図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。従来の無線タグ装置および無線タグ通信装置の構成図である。従来の課題を説明するための構成図である。

符号の説明

１１無線タグ用ＩＣ
１１ａ、２４メモリ
１１ｂ、２２通信部
２３制御部
２６出力部
３０無線タグ信号電磁波
３１外来電磁界ノイズ
４０、６０、７０、８１〜８３無線タグ装置
５０、８４、９０無線タグ通信装置
４１、５１、６１、７１、９１アンテナ
４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂ、６１ａ、６１ｂコイル
７１ａ〜７１ｃ、９１ａ〜９１ｄコイル
９２スイッチ
９３スイッチ制御部

Claims

第１のコイルと、
この第１のコイルと直列に接続され、かつ隔離して配置されて、前記第１のコイルの巻き方向と反対方向に巻かれた第２のコイルと、
前記第２のコイルに直列に接続され、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルと隔離して配置されて、前記第２のコイルの巻き方向と反対方向に巻かれた第３のコイルと、
を具備し、かつ前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび第３のコイルは、その中心が１つの直線上にあるように配置されたことを特徴とするアンテナ。
請求項１に記載のアンテナと、
少なくとも固有の識別情報が格納されたメモリと、
前記アンテナが接続され、前記固有の識別情報を送信する通信部と、
を具備したことを特徴とする無線タグ装置。
請求項１に記載のアンテナと、
前記アンテナが接続され、請求項２に記載の無線タグ装置と通信を行う通信部と、
前記無線タグ装置が送信したデータを出力する出力部と、
前記無線タグ装置から受信し、および／または前記無線タグ装置に送信するデータが格納されるメモリと、
を具備したことを特徴とする無線タグ通信装置。
複数のコイルを有するアンテナと、
前記複数のコイルを、その巻方向が逆になるように接続し、または切り離すスイッチと、
前記スイッチを制御して、前記複数のコイルのうち選択されたコイルを接続するスイッチ制御部と、
前記アンテナが接続され、請求項２に記載の無線タグ装置と通信を行う通信部と、
前記無線タグ装置が送信したデータを出力する出力部と、
前記無線タグ装置から受信し、および／または前記無線タグ装置に送信するデータが格納されるメモリと、
を具備したことを特徴とする無線タグ通信装置。