JPH0393302A - 磁気アンテナおよびアンテナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は一般にアンテナに係り、特に、電子璽品監視シ
ステム、あるいは他の同様な用途に適井できるアンテナ
に関するものである。

（従来の技術〉 このようなシステムでは、保護すべき製品は、共振回路
あるいは他の電子的に検出できる装置を含むタグをつけ
ている。典型的には、そのタグの共振周波数を通って掃
引される周波数掃引式質Ｍ送信器には、保護領域の出口
近くに送信アンテナが設けられている。また受信アンテ
ナは、送信アンテナの近くに置かれ、送信アンテナと共
に通銘を形威して、保護領域から出るものは、その通行
路を通らねばならない．受信アンテナは、受信器に接続
されていて、送信器周波数がタグの共振周波数を通ると
き、タグから放射される信号を検出する。

このような電子製品監視システムに用いられるアンテナ
としては種々のものが知られている。その１つは、Ｊｏ
ｈｎ　Ｒ．　Ｆｅｌｔｚおよびその他によって１９８７
年８月３１日に出願された米国特許出願第０７／０９２
，０５２号に開示されている．また同様な他のアンテナ
が、Ｌｉｃｈｔｂｌａｕへの米国特許第４．２５１，８
０８号、および同第４，７５１，５１６号に開示されて
いる．上記の出願および特許は、電子製晶監視用として
設計されたツイストされたループアンテナを開示してい
る，　Ｆｅｌｔｚの特許出願に開示されたアンテナは、
同軸ケーブルのツイストされた２つのループから作られ
、互にインタリーブして多重ループアンテナを形威して
いるが、これに対してＬｉｃｈｔｂｌａｕの特許に開示
されているアンテナは、金属チューブに入れた多重ツイ
ストループ構造の形で作られている。ここでＬｉｃｈｔ
ｂｌａｕの金属チューブ、およびＦｅｌｔｚの同軸ケー
ブルは電場シールドとして作用する。

（発明が解決しようとするＲＨ’１ ｐｅｌｔｚの出願およびＬｉｃｈｔｂｌａｕの特許に開
示されたアンテナは、保護領域の出口を通過するタグを
検出する方法を与えているが、この両つのシステムはア
ンテナのそばを、ある方位で通過するときタグの検出が
困難であり、また両方のシステムは、タグ以外の外部の
信号源から発生する或る種の余計な信号にも応答するこ
とが判明した．従って本発明の目的は、電子製品監視シ
ステムへの利用に特に適した改良されたアンテナシステ
ムを提供することである。

本発明のも・う１つの目的は、従来のアンテナシステム
の欠点の大部分を克服した、電子製品監視システム用の
アンテナを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、特に電子製品監視システム
に好適の高性能アンテナシステムを提供することである
。， 本発明のさらに他の目的は、アンテナが近くを通る磁気
放射源に対しては敏感で、遠くにある放射源に対しては
全体として不感応であるようにする、バランスのよい磁
気応答を行う改良された磁気アンテナを提供することで
ある． 本発明のさらに他の目的は、電場に対してよくシールド
された磁気アンテナを提供することである。

さらに本発明の他の目的は、その磁場応答と電場応答と
を別々に制御できるアンテナシステムを提供することで
ある。

（課題を解決するための手段と作用） 本発明によるアンテナは、簡単に言えば、共通の面内に
ある２つの間隔をおいたループ部分を有する２つのツイ
ストされたループを用い、互に反対位相の磁場を発生す
るようになっている。この２つのツイストループは、共
通な面内に、２つのツイストループのループ部分が互に
インタリーブして配置されている．好ましくは２つのツ
イストループは直角位相で接続され、２つのループの近
接したループ部分が回転磁場を発生するようになってい
る．またシールド構造が、アンテナを形威しているツイ
ストルーブを囲み、アンテナの周囲にファラデーシール
ドを構威し、アンテナが電場を放射したり、電場に応答
したりするのを防止している。このシールド構造は、ル
ープ部分の所定の部位を囲む導体チューブから構或され
て電場シ一ルドを行っており、さらにチューブの所定の
部分にギャップを設けてループとシールドチューブ間を
結合する磁場の制御を行っている。また、導体のジャン
バ線が一部のギャップを橋絡するように接続され、静電
シールドに対する電気的な連続性をあたえると共に、磁
場に対するバランス用のループをあたえ、これによって
アンテナの電場シールドと磁場バランスとが別々に制御
できるようにしている。

各アンテナを構威している２つのツイストルーブは、そ
れぞれ対応する送信器または受信器に接続され、かつ２
つのツイストループの一方が他方のループよりも、より
ホット、すなわちより敏感になるようにしている。２つ
のアンテナの各ツイストルーブは、一方のアンテナのホ
ットな方、すなわちより敏感な方のツイストループが、
他方のアンテナのクールな方、すなわちより感度の低い
方のループに向き合うように配置される。これによって
、送信アンテナと受信アンテナ間の結合効果を低減させ
、受信アンテナで受信される送信器ノイズの大きさを、
タグ信号に対する感度を減らすこと無く低減させ、これ
によって受信信号の信号雑音比を改善し、タグの検出度
を改善することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。図
は本発明によるアンテナシステムを示すもので、全体と
して記号１０で表わしている。システム１０は送信アン
テナ１２と受信アンテナ１４を含んでいる。アンテナ１
０および１２はそれぞれ部分的に重り合った２つのツイ
ストルーブを有し、このループは前記Ｆｅｌｔｚの特許
出願第０　７／０　９　２．０　５　２号に示されてい
る構造と類似の構造になっている。但しＦｅｌｔｚの出
願では同軸ケーブルを用いてシールドを行っているのに
対し、本発明ではシールドに別個のシールド構造を用い
ている。すなわち、送信アンテナ１２は、上部ループ部
分１８と下部ループ部分２０から或る上部ツイストルー
プ１６を有し、これが、上部ループ部分２４と下部ルー
プ部分２６から成る下部ツイストル＝プ２２とインタリ
ープしている。金属のパイプまたはチューブで作られた
、導体チューブ構造形式のシールド構造がツイストルー
プを囲んでいる。シールド構造は、垂直部分２８と３０
、および水平部分３２、３４、３６、３８を含んでいる
。１対の接続ワイヤ４０および４２がシールド構造の垂
直部２８および３０を電気的に接続し、さらに全体のシ
ールド構造がワイヤ４２に接続されたワイヤ４６によっ
て接地されている。

受信アンテナｌ４は送信アンテナ１２と同様であるが、
以下に述べる理由によって、正確に同じではない。受信
アンテナは、上部ツイストルーブ５０および下部ツイス
トルーブ５２を有し、これはそれぞれ送信アンテナ１２
の上部および下部のツイストループｌ６および２２と同
様である。上部ツイストルーブ５０は上部ループ部分５
４と下部ループ部分５６を有し、一方、下部ツイストル
ープ５２は上部ループ部分５８、下部ループ部分６０を
もっている。ツイストループ５０および５２は、送信ア
ンテナのシールドと同じように、ツイストループの所定
の部位を囲むパイプ、チューブ、または導体メッシュの
形をした導体チューブ構造によってシールドされている
。受信アンテナ１４は１対の垂直パイプ６２および６４
と、水平シールドパイプ６６、６８、７０，および７２
を有する。送信アンテナの場合と同じようにシールド構
造の垂直部分はｌ対のワイヤ７４および７６によって電
気的に接続され、さらにシールド構造全体が、ワイヤ７
６に接続されたワイヤ７８によって接地されている。

電子製品監視システムにおいては、送信アンテナおよび
受信アンテナは共に、磁気アンテナでなければならず、
また他の電子装置に干渉する恐れのある電場を放射する
のを防ぐと共に、システムが無用の信号によって誤って
作動されるのを防止するために、電場を発射したり、あ
るいは電場に感応したりしてはならない。さらに、送信
アンテナおよび受信アンテナの両者の磁場応答はバラン
スする必要があり、すなわち各アンテナの４つのループ
部分のそれぞれの磁場応答かは一゛同じであって、送信
アンテナのループ部分によって放射される磁場が、アン
テナに極く近い所以外の距離では消されて他の電子装置
に干渉するのを防止する必要がある。同時に、受信アン
テナの各ループ部分の応答をバランスして、遠方から放
射される磁場信号に対して受信アンテナが応答しないよ
うにする必要がある。

従来は、電場を低減させるためのアンテナのシールドは
、同軸ケーブルまたは導体のパイプまたはチューブを用
いて、ほ奮゛全体のアンテナを囲んで電場応答を低減さ
せている．しかしながら、従来技術によるシールドでは
ツイストループとの間の磁場結合すなわちカンプリング
によって、磁場パターンのアンバランスを招く．従って
、本発明の重要な特徴の１つは、電場シールドシステム
のシール部位の一部を、ツイストループとの磁場カップ
リングから外すことである。このことは、送信アンテナ
１２のワイヤ４０および４２と受信アンテナｌ４のワイ
ヤ７４および７６によって達威される．上記のワイヤは
、アンテナ１２およびｌ４の周辺に電気的な連続を構成
し、これによって、電場シールドが接地されてファラデ
ーシールドとして作用できるようにしながら、より良好
な磁気バランスをあたえる。しかしながらワイヤ４０、
４２、７４、および７６を各ループ部分に対して合理的
に配置し、かつ各ワイヤをシールド構造上の適切な点に
接続することによって、シールド構造の所定の部位が、
電場作用に悪影響を与えることなく、ツイストループか
ら磁気的に切り放すことが可能となる． 例えば、送信アンテナｌ２の最下部の水平部分３６およ
び３８を物理的に、または部分３６と３８間のギャップ
を通して接続されたワイヤを用いて結合し、さらに部分
３６および３８を接地すると、効果的な電場シールドが
得られる。しかしながら、シールドとループ部分２６間
の磁気結合は、ループ部分２６と水平部分３６および３
８間のスペースによ毛て固定され、磁場バランスのため
の調整ができなくなる．しかしながら、磁場バランスは
、ワイヤ４２を適当な位置におくことによって、電場シ
ールドプロセスとは無関係に行うことができる。すなわ
ち、ワイヤ４２を、シールド構造の水平部分２８と３０
との間に接続することによって、シールド構造を流れる
磁気的に誘導された電流は、すべてワイヤ４２を通って
流れ、水平部分３６および３８には流れない。すなわち
、水平部分３６および３８は閉回路の一部を構威しない
ので、ループ部分２６による誘導電流は流れない。ルー
プ部分２６による誘導電流は代りにすべてワイヤ４２を
流れ、従ってループ部分２６とワイヤ４２との間のスペ
ースを調整することによってループ部分２６によってワ
イヤ４２に誘導される電流の値が制御できる．このよう
に、ループ部分２６とワイヤ４２との間のスペース関係
を調整することによって、アンテナは磁気応答を調整し
て磁気バランスを得ることができる。同様な磁気バラン
スは受信アンテナについても可能であり、この場合はワ
イヤ７４をシールドの垂直部分６２と６４の間に接続す
ると共にワイヤ７４をループ部分５４に対して適正なス
ペース関係に調整する．また、ツイストループは必ずし
も全部をシールドしなくてもよい。例えば、ワイヤ４０
を送信アンテナ１２の垂直部分２８と３０との間に接続
することによって、ループ部分ｌ８の上方部分にはシー
ルドが不要となる。ワイヤ４０をループ部分ｌ８の上方
部分に近接した適当な位置に設けることによって、電場
シールドを行うと共に、磁場応答バランスの制御が可能
となり、これはワイヤ４０とループ部分１８の上方部分
との間のスペース関係の調整によって得られる。

同様に、受信アンテナ１４の垂直部分６２と６４との間
にワイヤ７６を接続することによって、電場シールドと
磁場バランスの両方を行うことができる．ツイストルー
ブによってシールド内に誘導された電流は、バランスさ
れていると、アンテナの磁場を安定化し、またワイヤ４
０および７６とループ部分１８および６０との間のそれ
ぞれのスペース関係はシールド内に誘導される電流の大
きさに影響する．これらの電流は、アンテナの磁気バラ
ンスに影響し、また図示のアンテナ構造の？適なバラン
スに対しては、８８ＭＨｚ台の周波数で動作するアンテ
ナのシールド部を磁気的なカップリングから外すのに少
くとも１インチ（２５ｍ）程度、好ましくは２インチ（
５０ｍ）のスペースが必要である。

送信アンテナ１２は周波数掃引式信号送信器１００で駆
動され、この送信器は掃引周波数信号を、一方のツイス
トループに直接に印加すると共に、他方のツイストルー
ブには、一次巻線１０６と二次巻線１０８を有する変圧
器１０４を含むネットワーク１０２を介して印加してい
る。ネットワーク１０２はまた、１対の抵抗器１１０お
よび１１２と、１対のコンデンサ１１４および１１６を
含む位相シフトネットワークを含んでいる。

受信アンテナ１４で受信された信号は受信器１２０に印
加される。送信器１００の場合と同じように、受信器１
２０は一方のツイストルーブに直接■に結合されると共
に、他方のツイストループにネットワーク１２２を介し
て結合されている．ネットワーク１２２は、一次巻線１
２６および二次巻＆’！　１　２　Ｂを有する変圧器１
２４と、巻線１２６に接続された１対の抵抗器１３０お
よび１３２、およびｌ対のコンデンサ１３４および１３
６から構威されている。

ネットワーク１０２および１２２の作用は、各アンテナ
のそれぞれ２つのツイストループ間の位相関係を調整す
ることである。さらに、各アンテナの各ツイストルーブ
間の相対的な駆動または感度は、ネットワーク１０２お
よび１２２によって調整される。

システムが運転状態にあると、所定の範囲で掃引される
掃引周波数信号が送信器１００からアンテナ１２へ印加
される。保護される製品は、送信器ｌＯＯの周波数範囲
内の共振周波数を有する共振回路を含むタグ１４０のよ
うなタグを付けている。このような用途に適したタグは
、米国特許第４，８１８．３１２号および同第４，８４
６，９２２号に開示されている。このようなタグが、図
に示すようにアンテナ１２と１４との間を通過すると、
タグ１４０は、アンテナ１２と１４との間の磁場内に摂
動（　ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ　）を発生させ、これ
によって送信器１００の周波数がタグ１４０の共振周波
数を通過するごとに検出可能なタグ信号が発生する。

この摂動すなわちタグ信号は受信器１２０で検出され、
これによってアラーム１４２が音を発する。

タグ１４０で発生され、受信器１２０で検出される、タ
グ信号を発生するための磁場摂動の大きさは、アンテナ
１２と１４との間のタグの位置と、タグのアンテナに関
しての方位とに依存している。

従って、アンテナｌ２の２つのツイストルーブを直角位
相で駆動し、これによってアンテナ１２を構戒する４つ
のループ部分のそれぞれから放射される磁場が、各隣接
するループごとに互に直角位相になるようにしている。

このため、隣接するループ部分から放射される合或磁場
は回転磁場となり、その磁場線はタグ１４０の方位に関
係なくこれと鎖交し、これによって検出性能を改善する
。

従って、抵抗器１１０および１１２、コンデンサ１１４
および１１６の値は、アンテナ１２の２つのツイストル
ーブが直角位相で駆動されるように調整される。同様に
、ネットワーク１２２の抵抗器１３０および１３２、コ
ンデンサ１３４および１３６の値も、アンテナ１４の２
つのツイストルーブの各出力が、受信器１２０に印加さ
れる前に、互に直角位相で結合されるように調整される
。これによって、受信器１２０によるタグ１４０の検出
可能度がタグ１４０の方位にあまり関係しなくなる。

送信器１００の周波数がタグ１４０の共振周波数を通過
するときにタグ１４０が発生する信号は明確な波形を有
し、これが受信器１２０で検出され、分析されて、アラ
ーム１４２に音を発生させる。しかしながら、タグで発
生する明確信号の振幅は非常に小さく、受信器１２０で
受信する、送信アンテナ１２からの信号を含む他の信号
よりもかなり小さいことが多い。送信アンテナ１２から
受信される信号は、一般にアンテナ１４が受信する信号
の中の最大のものであり、送信器１００で発生する掃引
周波数と共に送信器１００で発生するノイズを含んでい
る。最近の送信器の信号対ノイズ比は極めて良好である
が、送信器１００からの信号の振幅は、タグ１４０で発
生する信号の振幅に比べて非常に大きいので、信号対ノ
イズ比が良好な場合でも、送信器１００で発生するノイ
ズの振幅が、タグ１４０からの低振幅信号の振幅に比し
て有意な値になることがある。従って、本発明のもう１
つの重要な特徴によれば、受信アンテナｌ４を、タグ１
４０からの信号に対する応答性を損なうことなく、送信
アンテナ１２から受信される信号に対しては応答性が小
さくなるようにすることが必要である。

アンテナｌ２と１４間の結合度、従ってアンテナｌ４に
よってアンテナ１２から受信される信号の大きさを、タ
グ１４０から受信される信号の大きさを著しく低減させ
ることなく低減することが、例えば変圧器１０４および
１２４の巻数比を調整して、ツイストループ１６および
２２に印加される相対駆動、およびアンテナ１４のツイ
ストループ５０および５２の相対感度を変えることによ
って可能である．例えば、変圧器１０４が逓昇変圧器で
あれば、変圧器１０４を介して駆動されるループは、送
信器１００で直接に駆動されるループより高い駆動をも
つことになる。従って、変圧器１０４の巻数比を、変圧
器１０４が２＝１の逓昇比をもつように（二次巻線１０
８が一次巻線１０６の２倍の巻数をもつように）選定す
ると、ツイストループｌ６は、送信器１０Ｂで直接に駆
動されるツイストループ２２よりもはるかに大きな駆動
を受信することになる。この変圧器の比はスタガ比と呼
ばれており、上記の例ではスタガ比は２となる。

また、アンテナ１２のツイストループに印加される増大
された駆動を補償するために、アンテナ１２のループ１
６に対向した位置にあるアンテナ１４のツイストループ
５０の感度をそれに対応して低減している。これは、変
圧器１２４の巻数比を、変圧器１２４が逓降変圧器とし
て作動し、ツイストループ５０からの信号が低減されて
受信器１２０に印加されるように選定することによって
行われる．好ましくは、変圧器１２４の逓降比は変圧器
１０４の逓昇比、すなわち２：１に等しく（一次巻線１
２６が二次巻線１２８の２倍の巻数をもつように）、こ
の場合もスタガ比は２となる．さらに、それぞれ送信ア
ンテナおよび受信アンテナ１２および１４の駆動および
感度をスタガするのに加えて、ネットワーク１０２およ
び１２２を介して駆動されるループのＱ、すなわち品質
係数を調整することによって、性能のより一層の改善が
得られる。システムの性能は、それぞれのネットワーク
１０２および１２２に接続されたツイストルーブ１６お
よび５０のＱを、このＱがスタガ比の逆数になるように
調整することによって最適になる。例えば、スタガ比を
２とすると、位相シフトネットワークを介して駆動され
るアンテナの最適なＱは０．５になる．これは、抵抗器
１１０、１１２、１３０および１３２と、コンデンサ１
１４、１１６、１３２および１３６を最適Ｑが得られる
まで調整することによって行われる。同時に、スタガ比
３に対しては、最適なＱは０．３３となる。

好ましくは、スタガ比は２〜３の値にすればよい。

なお、本発明の多くの改良や変形が上述の技術から得ら
れることは自明である．従って本発明は前記特許請求の
範囲内で、上記した実施例以外の手法で実施できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明のアンテナシステムを、電子製品監視システ
ムに関連して示した図である。 ＩＯ・・・アンテナシステム、 １２・・・送信アンテナ、 ｌ４・・・受信アンテナ、 １６．５０・・・上部ツイストループ、１Ｂ．２４．５
４．５８・・・上部ループ部分、２０．２６．６０・・
・下部ループ部分、２２．５２・・・下部ツイストルー
プ、２Ｂ．３０，６２．６４・・・垂直シールド部分、 ３２．　　３４．　　３６．　　３８，　　６６，　　
６８．　　７０．７２・・・水平シールド部分、 ４０．４２，７４．７６・・・接続ワイヤ、４６．７８
・・・接地ワイヤ、 １００　　・　・　・　送イ言器、 １０２，１２２・・・ネットワーク、 １０４．１２４・・・変圧器、 １０６，１２６・・・一次巻線、 １０８、１２８・・・二次巻線、 １１０，１１２，１３０，１３２・・・抵抗器、１１４
，１１６，１３２，１３４・・・コンデンサ、 １２０・・・受信器、 １４０・・・タグ、 １４２・・・アラーム。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子製品監視システムに用いられる磁気アンテナ
   において、 細長い導体で作られると共に、互に１８０°ツイストさ
   れ、かつほゞ共通の面内にある２つのループ部分を有す
   るツイストされたループ、上記ツイストされたループの
   導体の一部を囲むと共に、その長さに沿って回路が開い
   ている、細長い導体シールドを有する、上記ツイストさ
   れたループの周りに電場シールドを形成する手段、およ
   び、 開いた回路の間で、該開いた回路の両側のシールドの所
   定部分に接続され、これによってシールドの一部を電気
   的にバイパスするバランス導体を有する、上記アンテナ
   の磁気応答をバランスさせる手段、 を備えたことを特徴とする磁気アンテナ。
2. （２）電子製品監視システムに用いられるアンテナシス
   テムにおいて、 ほゞ共通の面内に配置された２つのループを有すると共
   に、一方のループは他方のループよりも感度が高い送信
   アンテナ、および ほゞ共通の面内に配置された２つのループを有すると共
   に、一方のループは他方のループよりも感度が高く、か
   つ上記の送信アンテナに近接して、これとほゞ共面関係
   に配設されると共に、両者間に通行路を形成する受信ア
   ンテナ、を備え、さらに送信アンテナと受信アンテナの
   各ループは、一方のアンテナの感度の高い方のループが
   他方のアンテナの感度の低い方のループに対向して配置
   されるようになっていることを特徴とするアンテナシス
   テム。