JP4962190B2 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ帯）の周波数を利用し、複数のＲＦ−ＩＤタグとの通信を行うＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信システムに関する。

従来、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ帯）の周波数を利用したＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナとして、一般的に同一平面上に構成された一回巻きもしくは複数回巻きの円形または矩形のループアンテナが実用に供されている。

このＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用ループアンテナは、その開口面Ｓに垂直な方向（中心軸方向）の磁界強度が最も大きい。よって、ＲＦ−ＩＤタグ側のループアンテナとＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用ループアンテナの位置関係は、お互いの開口面Ｓが平行になる様に配置されるのが一般的であった。

また、複数のＲＦ−ＩＤタグとの通信を行う場合においても、同一平面上に複数のＲＦ−ＩＤタグを開口面Ｓが重ならないように並べ、ＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用ループアンテナに対して開口面Ｓが平行になるように配置していた。

しかし、書籍管理用途やＣＤ／ＤＶＤ管理用途等の極めて厚さの薄い物品管理などに供するときには、ＲＦ−ＩＤタグのサイズと、前記物品の厚さの物理的関係により、書籍やＣＤ／ＤＶＤケースの背表紙にＲＦ−ＩＤタグを貼り付けできないという問題が生じていた。この解決策として、複数のＲＦ−ＩＤタグを狭間隔（物品の厚さ＋α）でタグアンテナの中心軸が一致するように重なり合わせるように、管理物品の表表紙面もしくは裏表紙面に貼り付けざるを得なかった。

また、従来の一般的な同一平面上に構成された一回巻きもしくは複数回巻きの円形または矩形のループアンテナを用いて、重なり合わせるように配置した複数のＲＦ−ＩＤタグとの通信を行う場合、タグ間の干渉やタグとリーダーライター装置用のアンテナとの干渉によるアンテナ共振周波数のズレや、基本的に磁界強度の距離減衰によりタグの読取数が極めて少なく、全てのタグと通信できないという欠点があった。

この解決策として既に出願している（特許文献１）に記載の、多巻きループアンテナについて説明する。図５（ａ）は、従来のアンテナ装置の主要構造体の側面図、図５（ｂ）は、この従来例の外周側面の面上の高さ一定の距離における磁界強度の分布を示す。図５（ａ）において、第１のアンテナ部である給電素子部１１と第２のアンテナ部である無給電素子部１２は、その対向部において、接地用金属性ピン１３を介して接地用の導体板８に電気的に設置されている。

第１のアンテナ部である給電素子部１１は、複数（ｎ）巻きのループアンテナで構成され、ループの巻き始め部が、前記の接地用金属性ピン１３に、ループの巻き終わり部が、前記の共振／整合回路部１０に接続され、同軸ケーブル４を介してリーダーライター装置５より高周波電力を給電されている。

また、第２のアンテナ部である無給電素子部１２は、１回巻きのループアンテナで構成され、ループの巻き始め部が、前記の接地用金属性ピン１３に、ループの巻き終わり部が、前記の共振／整合回路部１０に接続され所望の周波数に共振すると共に、整合負荷（図示せず）に接続されている。この場合の磁界分布Ｈｘを図５（ｂ）に示す。

第１のアンテナ部である給電素子部１１に比べ、第２のアンテナ部である無給電素子部１２の素子数がアンバランスであるため、アンテナの長さ方向（Ｘ軸方向）の磁界Ｈｘの磁界分布は、図５（ｂ）に示すように、アンバランスであった。この場合、給電素子部に比べ無給電素子部及び給電素子部の第１の素子部（図中（１））付近の磁界Ｈｘが高いことが判る。

複数のタグとの通信においては、タグの最低動作磁界Ｈｘ（ｍｉｎ）を上回る磁界強度を供給することができているものの、無給電素子部及び給電素子部の第１の素子部（図中（１））付近の磁界Ｈｘが不要に高く、リーダーライター装置から供給する送信電力利用効率を低下させるという欠点があった。
特開２００７−４３５３５号公報

このように、従来の技術においては、第１のアンテナ部である給電素子部に比べ、第２のアンテナ部である無給電素子部の素子数がアンバランスであるため、磁界強度分布が、部分的に高低差が顕著に生じることで、それによりリーダーライター装置から供給する送信電力利用効率が低下するという欠点があった。

そこで、本発明は、送信電力利用効率を向上できるＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。

本願発明のアンテナ装置は、条形状の磁性体を有する基板体と、前記基板体の長手方向と直交する方向に前記基板体の周に巻かれた複数のアンテナ素子とを有し、前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受ける第１のアンテナ部と、前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受けていない第２のアンテナ部とよりなり、前記第１のアンテナ部と前記第２のアンテナ部とが前記基板体の長手方向に対称に隣接して配置された構成とした。

また、少なくとも表面が絶縁物質からなるほぼ条形状の基板体と、当該基板体の表面に当該基板体の長手方向と直行する方向に巻かれかつ互いに電気的に連結する複数のアンテナ素子と、当該アンテナ素子と電気的に連結しかつ当該アンテナ素子に給電する給電部と、を備え、前記アンテナ素子は、前記給電部からの給電を受ける第１のアンテナ部と、前記給電部から給電を受けない第２のアンテナ部とに分割されており、前記第１アンテナ部が前記給電部から給電されることにより、前記第２のアンテナ部がアンテナ機能を作動させるアンテナ装置において、前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離が中心部よりも端部がそれぞれ短いように構成した。

更に、本願が示す無線通信装置は、無線タグからの情報を取得するアンテナ装置と、当該アンテナ装置から上記無線タグの情報を受信して当該情報を解読する読取書込装置とを備える無線通信装置であって、条形状の磁性体を有する基板体と、前記基板体の長手方向と直交する方向に前記基板体の周に巻かれた複数のアンテナ素子とを有し、前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受ける第１のアンテナ部と、前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受けていない第２のアンテナ部とよりなり、前記第１のアンテナ部と前記第２のアンテナ部とが前記基板体の長手方向に対称に隣接して配置されるように構成した。

本発明により、金属製の棚や木製の棚などにアンテナを設置する場合、棚板の材質に影響されずアンテナインピーダンス調整が不要で設置時の利便性に富み、尚且つ重なり合うように狭間隔に配置した複数のＲＦ−ＩＤタグとの通信を良好に行うことができると共に、磁界の分布を均一化することにより送信電力利用効率を向上させることが可能となる。

本発明のＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置は、少なくとも表面が絶縁物質からなるほぼ条形状の基板体と、当該基板体の表面に当該基板体の長手方向と直行する方向に巻かれかつ互いに電気的に連結する複数のアンテナ素子と、当該アンテナ素子と電気的に連結しかつ当該アンテナ素子に給電する給電部と、を備え、上記アンテナ素子は、上記給電部からの給電を受ける第１のアンテナ部と、上記給電部から給電を受けない第２のアンテナ部とに分割されており、上記第１アンテナ部が上記給電部から給電されることにより、上記第２のアンテナ部がアンテナ機能を作動させるアンテナ装置において、上記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離がほぼ同じであるように構成した。

この構成により、磁界の分布を均一化することにより送信電力利用効率を向上させることが可能となる。

以下に、本発明のアンテナ装置における実施の形態１について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線通信システムを示す斜視図である。図１において、１はアンテナ装置、２は物品、３はＲＦ−ＩＤタグ、４は同軸ケーブルを示す。更に、５は読取／書込装置、６は通信ケーブル、７は入力設定装置（ＰＣ）である。

図２は、本実施の形態のアンテナ装置１の筐体蓋を取り除いた状態の斜視図を示す。図２に示すように、接地型多巻きループアンテナを構成する接地用の導体板８及び多巻きループアンテナ１Ａは本発明のＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用アンテナであり、樹脂製の筐体９に収納されている。また、多巻きループアンテナ１Ａは共振／整合回路部１０及び同軸ケーブル４を介してリーダーライター装置５に接続されている。

そして、リーダーライター装置（無線通信装置）５に接続された多巻きループアンテナ１Ａは、タグ側アンテナ（図示せず）を備えた複数のＲＦ−ＩＤタグ３に電磁誘導により電力と送信データを供給し、ＲＦ−ＩＤタグ（無線タグ）３から受信データを負荷変動により取得する。

また、図１に示すように、接地型多巻きループアンテナ装置１の外周側面の面上に、略一直線上に複数のＲＦ−ＩＤタグ３を狭間隔に配置させている。

このような配置によって、接地型多巻きループアンテナ１Ａの外周側面の面上の全てのＲＦ−ＩＤタグ３との通信を実現することが可能となる。

そして、本発明はＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用アンテナに、接地型多巻きループアンテナ１Ａを使用したことにより、重なり合うように狭間隔に配置した複数のＲＦ−ＩＤタグ３との通信を良好に行うことができる。

本発明の接地型多巻きループアンテナの実施の形態について、更に詳しく述べる。

本発明の実施の形態１におけるＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置を示す。

図３（ａ）において、第１のアンテナ部である給電素子部１１と第２のアンテナ部である無給電素子部１２は、その対向部において、接地用金属性ピン１３を介して接地用の導体板８に電気的に設置されている。

第１のアンテナ部である給電素子部１１は、複数（ｎ）巻きのループアンテナで構成され、ループの巻き始め部が、上記の接地用金属性ピン１３に、ループの巻き終わり部が、上記の共振／整合回路部１０に接続され、同軸ケーブル４を介してリーダーライター装置５より高周波電力を給電されている。

また、第２のアンテナ部である無給電素子部１２は、複数（ｎ）巻きのループアンテナで構成され、ループの巻き始め部が、上記の接地用金属性ピン１３に、ループの巻き終わり部が、上記の共振／整合回路部１０に接続され所望の周波数に共振すると共に、整合負荷（図示せず）に接続されている。この場合の磁界分布Ｈｘを図３（ｂ）に示す。

上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２は、各アンテナ素子の離隔距離がほぼ同じであることを特徴とするアンテナ装置であり、更に、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の各アンテナ素子の配列は、当該両アンテナ部の連結位置を中心にほぼ対称であることを特徴とするアンテナ装置である。

第１のアンテナ部である給電素子部１１と、第２のアンテナ部である無給電素子部１２の素子数がバランスをとることができたため、アンテナの長さ方向（Ｘ軸方向）の磁界Ｈｘの磁界分布は、左右のバランスをとることができ、リーダーライター装置から供給する送信電力利用効率を大幅に改善できる。

（実施の形態２）
次に、本発明のアンテナ装置における実施の形態２について詳細に説明する。

尚、当該実施の形態２のアンテナ装置は、上記実施の形態１の読取／書込装置と連結されるものであり、図面は共有する。

図３（ｃ）は、本発明の実施の形態２におけるＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置を示す。図３（ｃ）において、第１のアンテナ部である給電素子部１１と第２のアンテナ部である無給電素子部１２は、その対向部において、接地用金属性ピン１３を介して接地用の導体板８に電気的に設置されている。

第１のアンテナ部である給電素子部１１は、複数（ｎ）巻きのループアンテナで構成され、ループの巻き始め部が、上記の接地用金属性ピン１３に、ループの巻き終わり部が、上記の共振／整合回路部１０に接続され、同軸ケーブル４を介してリーダーライター装置５より高周波電力を給電されている。

また、第２のアンテナ部である無給電素子部１２は、複数（ｎ）巻きのループアンテナで構成され、ループの巻き始め部が、上記の接地用金属性ピン１３に、ループの巻き終わり部が、上記の共振／整合回路部１０に接続され所望の周波数に共振すると共に、整合負荷（図示せず）に接続されている。この場合の磁界分布Ｈｘを図３（ｄ）に示す。

図４に実施の形態２のアンテナ装置の詳細図を示す。図４において、（ａ−１）は、筐体蓋を取り除いた状態での平面図、（ａ−２）はその正面図、（ａ−３）はその側面図を示す。図４（ｂ）は部分正面断面図、（ｃ）は、部分側面断面図を示す。

上記第１のアンテナ部１１及び第２のアンテナ部１２の互いに最も近接するアンテナ素子の離隔距離ｐ０は、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の各アンテナ素子の離隔距離（ｐ１からｐｎ）より短くすることにより、各素子を流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることが可能となる。

更に、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の各アンテナ素子の離隔距離が中心部（ｐ３）よりも端部（ｐ１、ｐｎ）がそれぞれ短くすることにより、各素子を流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることが可能となる。

更に、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の各アンテナ素子の離隔距離（ｐ１〜ｐｎ）が中心部から端部に向かうにつれてそれぞれ次第に短くすることにより、各素子を流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることが可能となる。

更に、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の各アンテナ素子の配列は、当該両アンテナ部の連結位置を中心にほぼ対称にすることにより、左右のバランスをとることが可能となる。

更に、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の互いに最も近接するアンテナ素子間の離隔距離（ｐ０）は、上記第１及び第２のアンテナ部１１、１２の各最端部の各アンテナ素子間の離隔距離（ｐ１、ｐｎ）より短くすることにより、各素子を流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることが可能となる。

更に、第１及び第２のアンテナ部１１、１２のアンテナ素子幅（ｗ１からｗｎ）が各アンテナ素子の中心部（ｗ３）が広く、端部（ｗ１、ｗｎ）がそれぞれ狭くすることにより、各素子を流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることが可能となる。

更に、第１及び第２のアンテナ部１１、１２が互いに最も近接するアンテナ素子間で、共通の接続部材（接地用金属性ピン１３）にて接地用導体板８に電気的に接地されることにより、木製の棚や金属製の棚に配置して、商品等に貼付したタグとの通信を行う場合、棚の材質に影響されること無く、設置時のアンテナインピーダンスの調整が不要となり設置時の利便性を、更に大幅に改善できる。

上記のように、各アンテナ素子の素子幅（ｗ）及び素子間の離隔距離（ｐ）を最適に選択することにより、各アンテナ素子を流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることが可能となり、第１のアンテナ部である給電素子部１１と、第２のアンテナ部である無給電素子部１２のアンテナ素子に流れる高周波電流の電流分布をコントロールすることにより、図３（ｄ）に示すようにアンテナの長さ方向（Ｘ軸方向）の磁界Ｈｘの磁界分布は、左右のバランスをとることができ、尚且つ、均一な磁界強度分布を示すことが可能となりリーダーライター装置から供給する送信電力利用効率を更に大幅に改善できる。

本発明のＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置は、狭間隔に重ね合わされた複数のタグに対し広範囲なタグ読取範囲が必要とされる、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ帯）の周波数を利用し、複数のＲＦ−ＩＤタグとの通信を行うＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用アンテナ及びそれを用いたＲＦ−ＩＤリーダーライター装置並びにＲＦ−ＩＤシステムの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における無線通信システムを示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるリーダーライター装置用のアンテナ装置を示す斜視図 本発明の実施の形態１及び２におけるＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置を示す説明図及び磁界分布図 本発明の実施の形態２におけるＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用のアンテナ装置を示す詳細説明図 従来のＲＦ−ＩＤリーダーライター装置用アンテナを示す説明図

符号の説明

１ アンテナ装置
１Ａ 接地型多巻きループアンテナ
２ 物品
３ ＲＦ−ＩＤタグ
４ 同軸ケーブル
５ 読取／書込装置（リーダーライター装置）
６ 通信ケーブル
７ 入力設定装置（ＰＣ）
８ 接地用導体板
９ 筐体
１０ 共振／整合回路部
１１ 第１のアンテナ部（給電素子部）
１２ 第２のアンテナ部（無給電素子部）
１３ 接地用金属性ピン
１４ 磁性材料
１５ 基板体
ｐ１〜ｐｎ アンテナ素子の離隔距離
ｗ１〜ｗｎ アンテナ素子幅

Claims (8)

1. 条形状の磁性体を有する基板体と、
   前記基板体の長手方向と直交する方向で前記基板体の周に巻かれた複数のアンテナ素子とを有し、
   前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受ける第１のアンテナ部と、
   前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受けていない第２のアンテナ部とよりなり、
   前記第１のアンテナ部と前記第２のアンテナ部とが前記基板体の長手方向に対称に隣接して配置されたアンテナ装置。
2. 前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離が
   前記アンテナ装置の中心部が広く両端部がそれぞれ狭くなっている請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離が中心部から端部に向かうにつれてそれぞれ次第に短くなっていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１及び第２のアンテナ部の最も近接するアンテナ素子の離隔距離が前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離より短く配置された
   請求項１乃至請求項３に記載されたアンテナ装置。
5. 無線タグからの情報を取得するアンテナ装置と、当該アンテナ装置から上記無線タグの情報を受信して当該情報を解読する読取書込装置とを備える無線通信装置であって、
   条形状の磁性体を有する基板体と、前記基板体の長手方向と直交する方向に前記基板体の周に巻かれた複数のアンテナ素子とを有し、
   前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受ける第１のアンテナ部と、前記アンテナ素子が電気的に連結されて給電を受けていない第２のアンテナ部とよりなり、
   前記第１のアンテナ部と前記第２のアンテナ部とが前記基板体の長手方向に対称に隣接して配置されたアンテナ装置を有する無線通信装置。
6. 前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離が前記アンテナ装置の中心部が広く両端部がそれぞれ狭くなっている請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離が中心部から端部に向かうにつれてそれぞれ次第に短くなっていることを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記第１及び第２のアンテナ部の最も近接するアンテナ素子の離隔距離が前記第１及び第２のアンテナ部の各アンテナ素子の離隔距離より短く配置された
   請求項５乃至請求項７に記載された無線通信装置。

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