WO2016208737A1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置は、ＲＦＩＤタグとの間で遠方界通信を行うための第１アンテナ部と、前記ＲＦＩＤタグとの間で近傍界通信を行うための第２アンテナ部と、を備え、前記各アンテナ部が共通の基板上の導電体パターンにて形成されている。

Description

アンテナ装置 関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１５年６月２６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１５－１２８８５７号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５－１２８８５７号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

　本開示は、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取るのに好適なアンテナ装置に関する。

　従来、物品に付与されたＲＦＩＤタグから無線送信される識別情報を、アンテナ装置を介して読み取ることで、物品の位置や移動を管理するように構成されたＲＦＩＤシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

　ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うためのアンテナ装置（平面アンテナ）と、アンテナ装置を介してＲＦＩＤタグから識別情報を読み取る読み取り装置（一般にリーダライタ）とにより構成される。

　また、ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤタグが付与された物品を識別できることから、単に物品の位置や移動を管理するだけでなく、商店のキャッシュレジスターにて、商品の販売額を計算する際の入力装置として利用することが考えられる。

　この場合、アンテナ装置は、店員がアンテナ装置の上に商品を乗せることで識別情報を読み取ることができるように、シート状にするとよい。このようにすれば、アンテナ装置を商店のレジ（cash register）台に設置して、ＲＦＩＤタグから識別情報を簡単に読み取ることができるようになる。

　一方、こうしたシート状のアンテナ装置としては、ループ状のアンテナパターンを可撓性プラスチックシートで挟んだものや、直線形状のアンテナパターンを基板に形成したものなど、非導電性の基板にアンテナパターンを形成したものが知られている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００４－２９５５９９号公報 特開２００６－３３３７２号公報 特開２００４－２１４８５５号公報

　特許文献２に記載のアンテナ装置は、ＲＦＩＤタグを接近させることにより識別情報の読み取りが可能な近傍界型である。また、特許文献３に記載のアンテナ装置は、アンテナ装置から離れた位置に存在するＲＦＩＤタグから識別情報の読み取りが可能な遠方界型である。このように、従来のシート状アンテナ装置は、近傍界型であるか、或いは、遠方界型であり、近傍界から遠方界まで広範囲に識別情報の読み取りが可能なアンテナ装置は存在しなかった。

　このため、レジ台で商品に付与されたＲＦＩＤタグから識別情報を読み取る際には、上記２種類のアンテナ装置を用意する必要があった。
　つまり、レジ台で商品に付与されたＲＦＩＤタグから識別情報を読み取る際には、ＲＦＩＤタグがレジ台に載置されることもあるし、商品が大きく、ＲＦＩＤタグがレジ台から離れた位置に配置されることもある。

　従って、従来のアンテナ装置を用いて、何れの条件下でもＲＦＩＤタグから識別情報を読み取ることができるようにするには、上記２種類のアンテナ装置が必要になる。
　しかし、このように２種類のアンテナ装置を用いてＲＦＩＤタグから識別情報を読み取るようにすると、読み取り装置側で、識別情報を読み取るのに利用するアンテナ装置を自動で切り換えなければならない。

　そして、そのためには、アンテナ装置切り換え用の切換回路や制御回路が必要になり、回路構成が複雑になって、読み取り装置のコストアップを招くという問題が生じる。
　本開示の一局面では、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取るためのアンテナ装置において、ＲＦＩＤタグとの間で遠方界通信及び近傍界通信を実施できるようにすることが望ましい。

　本開示の一局面のアンテナ装置は、ＲＦＩＤタグとの間で遠方界通信を行うための第１アンテナ部と、ＲＦＩＤタグとの間で近傍界通信を行うための第２アンテナ部とを備える。そして、これら各アンテナ部は、共通の基板上の導電体パターンにて形成されている。

　このため、本開示の一局面のアンテナ装置は、ＲＦＩＤタグがアンテナ装置の放射面に載置されても、また、ＲＦＩＤタグがアンテナ装置から離れた位置に配置されても、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取ることができるようになる。このため、このアンテナ装置は、レジ等でＲＦＩＤタグが付与された物品を識別するのに好適なアンテナ装置となる。

　また、特に本開示の一局面のアンテナ装置は、基板上に２種類のアンテナ部を構成する導電体パターンを形成することにより、シート状の平面アンテナとして構成される。このため、レジ台に載置して使用することが可能となり、レジ台に容易に設置することができる。

　ところで、上記のように２種類のアンテナ部を、共通の基板上の導電体パターンにて構成する場合、基板上に各アンテナ部をそれぞれ独立して配置すると、アンテナ装置が大型化する。

　このため、本開示の一局面のアンテナ装置は、一方の基板面に、第１アンテナ部としてのパッチを構成するアンテナパターンが形成され、他方の基板面に、グランドとなる導電体層が形成された、両面基板を利用して構成されていてもよい。

　この場合、パッチを構成するアンテナパターンには、複数のスリットを設ける。そして、その複数のスリットの間隔を、各スリットにて区切られるアンテナパターンの幅が、ＲＦＩＤタグに設けられている通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなるように設定する。

　この結果、パッチを構成するアンテナパターンにおいては、スリットで区切られた幅の狭い部分が第２アンテナ部として機能することになり、遠方界及び近傍界兼用のアンテナ装置を実現できる。

　つまり、パッチアンテナ自体は遠方界用のアンテナ装置である。そして、パッチの全域が導電体パターン（アンテナパターン）にて形成されていると、パッチ近傍に通信対象アンテナが配置されたときに、ＲＦＩＤタグに設けられている通信対象アンテナの共振周波数がずれてしまう。この結果、読み取り装置にて識別情報を読み取ることができなくなる。

　しかし、上記のようにパッチを構成するアンテナパターンにスリットを設けて、アンテナパターンの幅を通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くすると、パッチ近傍に通信対象アンテナが配置されても、通信対象アンテナの共振周波数がずれ難くなる。

　この結果、本開示の一局面のアンテナ装置によれば、ＲＦＩＤタグに設けられた通信対象アンテナとの間で、通信対象アンテナの共振周波数を大きく変化させることなく、近傍界通信を実施できるようになる。

　なお、複数のスリットは、アンテナパターンを構成する導電体パターンの幅が通信対象アンテナの外形の最短幅よりも短くすることができれば良い。このため、複数のスリットは、直線状のスリット、自由曲線を含む曲線状のスリット、若しくは、直線と曲線を組み合わせた任意形状のスリットを、間隔を空けて設けるようにしてもよい。また、各スリット同士は平行に配置されてもよいし、任意の傾きを持たせて配置されてもよい。

　ところで、ＲＦＩＤタグには、通常、直線偏波のアンテナ装置が設けられるが、このアンテナ装置の向きは、ＲＦＩＤタグ（換言すればＲＦＩＤタグが付与された物品）の配置状態によって変化する。

　従って、本開示の一局面のアンテナ装置を用いて、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取る際には、本開示の一局面のアンテナ装置を円偏波アンテナにして、ＲＦＩＤタグがどの様に配置されてもＲＦＩＤタグとの間で無線通信できるようにされていてもよい。

　そして、このためには、パッチを構成するアンテナパターンは、当該アンテナパターンの２点を給電とし、各給電点を信号合成回路に接続するようにしてもよい。
　このようにすれば、２点給電方式の円偏波アンテナを、両面基板上のアンテナパターンにて構成することができる。

　また、この場合、パッチの内部で所望のインピーダンス（一般に５０Ω若しくは７５Ω）特性が得られる位置に給電点を設定できなくてもよい。つまり、この場合、給電点を、マイクロストリップラインにて構成されるインピーダンス変換器を介して、信号合成回路に接続するようにすればよい。

　このようにしても、インピーダンス変換器は、両面基板上に導電体パターンにて構成できることから、薄いシート状のアンテナ装置を、容易に実現できることになる。
　またこの場合、インピーダンス変換器は、通信対象アンテナとの間で無線通信される電波の中心周波数の波長に対し４分の１の長さを有するマイクロストリップラインを、複数直列に接続することにより構成されていてもよい。

　このようにすれば、インピーダンス変換器が直列接続された複数のマイクロストリップラインにて構成されることにより、共振点が増え、遠方界アンテナとして機能するときに送受信される電波の周波数帯域を広帯域化することができる。

　一方、信号合成回路は、インピーダンス変換器のパッチとは反対側に接続される２つの入力端と、２つの出力端とを有するハイブリッドリングにて構成されていてもよい。このように、信号合成回路をハイブリッドリングにて構成すれば、信号合成回路を、両面基板に形成される導電体パターンにて構成することができるようになり、より構成が簡単なシート状のアンテナ装置を実現できるようになる。

　なお、信号合成回路は、ウィルキンソン電力分配合成器を利用しても、導電体パターンにて構成することができる。
　但し、この場合、パッチに近い箇所に抵抗を設ける必要があることから、両面基板の基板面の中央に膨らみができてしまい、アンテナ装置全体を扁平な薄型にすることが難しい。

　これに対し、信号合成回路をハイブリッドリングにて構成すれば、両面基板の基板面の中央に膨らみが形成されることはないので、シート状のアンテナ装置を容易に実現できる。

　なお、ハイブリッドリングは、必ずしも両面基板の基板面に導電体パターンにて形成する必要はなく、例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）等の電子部品を用いて構成してもよい。

　また、信号合成回路をハイブリッドリングにて構成した場合、ハイブリッドリングの２つの出力端のうちの一方は、終端抵抗を介してグランドに接地するようにしてもよい。
　このようにすれば、もう一方の出力端を給電点として、アンテナ装置には１本の給電用ケーブルを接続するだけでよくなり、その給電点から右旋又は左旋の円偏波の受信信号を取り出すことができるようになる。

　また、両面基板に実装する電子部品は、ハイブリッドリングの出力端付近に配置される終端抵抗だけでよく、その終端抵抗は、両面基板の外周部分に配置すればよいので、終端抵抗がアンテナ装置の薄型化の妨げになるのを抑制できる。

　また、このように、ハイブリッドリングの一方の出力端に終端抵抗を設ける場合、両面基板には、終端抵抗を埋め込むための凹部若しくは貫通孔を形成しておき、終端抵抗は、その凹部若しくは貫通孔に収納するとよい。

　このようにすれば、両面基板の基板面から終端抵抗が大きく突出されるのを抑制でき、アンテナ装置をより良好に薄型化することができる。
　また、このように終端抵抗を設けた場合、アンテナパターンが形成された識別情報の読み取り面（つまり両面基板の一方の基板面）側から終端抵抗に物品が当接され、その衝撃にて終端抵抗が破損することが考えられる。

　このため、両面基板の一方の基板面には、終端抵抗を覆い保護するための衝撃吸収材を設けるようにしてもよい。
　また、ハイブリッドリングは、一方の基板面のアンテナパターンの周囲に、当該アンテナパターンの一つの角部に沿ってＬ字形状に屈曲して設けるとよい。

　つまり、このようにすれば、ハイブリッドリングを、アンテナパターン周囲で裏面のグランドパターンに対向する空き領域に形成することができる。この場合、ハイブリッドリングを形成するために両面基板の基板面積を広げる必要がないので、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

　また、両面基板において、一方の基板面には、パッチを構成するアンテナパターンの周囲に、通信対象アンテナとの間で近傍界通信を行うためのマイクロストリップラインを形成してもよい。また、この近傍界通信用のマイクロストリップラインは、信号合成回路を介して、パッチと並列若しくは直列に接続するようにしてもよい。

　このようにすれば、パッチを構成するアンテナパターン周囲で、裏面のグランドパターンに対向する空き領域でも、通信対象アンテナとの間で近傍界通信を行うことができるようになる。

　このため、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取る場合、ＲＦＩＤタグを、アンテナ装置の片面のどこに配置しても、近傍界通信にてＲＦＩＤタグから識別情報を取得できるようになる。

　なお、近傍界通信用のマイクロストリップラインは、パッチに対し並列接続しても直列接続してもよいが、指向特性は変えずに利得を下げたい場合は、パッチに対し直列接続し、利得を下げたくない場合は、並列接続するとよい。

　また、近傍界通信用のマイクロストリップラインは、当該マイクロストリップライン同士の間隔が通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなるように、屈曲して形成されているとよい。

　このようにすれば、パッチを構成するアンテナパターン周囲で近傍界通信を実施し得る領域を広げることができ、両面基板の一方の基板面の略全域で、ＲＦＩＤタグから識別情報を取得できるようになる。

　本開示の一局面のアンテナ装置は、遠方界通信用の第１アンテナ部と近傍界通信用の第２アンテナ部とを、基板上の導電体パターンにて形成することで構成されるが、このように構成されるアンテナ装置本体は、合成樹脂製の保護シートで被覆されていてもよい。

　そして、両面基板を保護シートで被覆すれば、アンテナ装置を薄型（換言すればシート状）にすることができるだけでなく、アンテナ装置が経年変化によって劣化したり、外部からの衝撃により電気的特性（放射特性）が変化したりするのを抑制することができる。

　なお、両面基板を保護シートで被覆すると、保護シートの材質（誘電特性）によって、アンテナ装置の放射特性が変化することがある。このため、保護シートを設ける場合には、保護シートによる特性変化を考慮して、アンテナ装置（詳しくは両面基板の導電体パターン）を設計することが望ましい。

アンテナ装置を両面基板の外周端縁側から見た状態を表す説明図である。 アンテナ装置の両面基板に形成された導電体パターンを表す説明図である。 識別情報の読み取り対象となるＲＦＩＤタグの例を表す説明図である。 図４Ａは、アンテナ装置への同軸ケーブルの接続部を両面基板のアンテナパターン側から見た平面図であり、図４Ｂは、その接続部にて終端抵抗が収納された凹部の断面を表す断面図であり、図４Ｃは、その接続部を両面基板のアンテナパターンとは反対側から見た裏面図である。 アンテナ装置の出力端で測定したＶＳＷＲを表す特性図である。 アンテナ装置の利得を表す特性図である。 インピーダンス変換器を構成するマイクロストリップラインの段数とＶＳＷＲとの関係を表す説明図である。 両面基板に形成される導電体パターンの変形例１を表す説明図である。 両面基板に形成される導電体パターンの変形例２を表す説明図である。 両面基板に形成される導電体パターンの変形例３を表す説明図である。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、それぞれ、スリットを設けたパッチの変形例を表す説明図である。 信号合成回路の他の構成例を表す説明図である。

　２…アンテナ装置、１０…両面基板、１０ａ…誘電体基板、１２…アンテナパターン、１４…スリット、１６…インピーダンス変換器、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２６…マイクロストリップライン、１８…信号合成回路、２０…凹部、２２…接続部、２４…貫通孔、２８…グランドパターン、３０…同軸ケーブル、３２…中心導体、３４…外部導体、３６…９０度移相器、３８…分配・混合器、４０…導電体層（グランドパターン）、４２…圧着端子、４４…終端抵抗、４６…鳩目、５０…保護シート、５２…衝撃吸収材、６２，６６…アンテナ（通信対象アンテナ）、６４，６８…ＲＦＩＤタグ。

　以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
　本実施形態のアンテナ装置２は、商店等のレジ台に載置されて、商品等の物品に添付されたＲＦＩＤタグから識別情報を読み取るのに利用されるものであり、図１に示すように、アンテナ装置本体となる両面基板１０を備える。

　両面基板１０には、基材となる誘電体基板１０ａ（図４Ｂ参照）の一方の基板面（図１における上面）に、パッチアンテナの放射器（パッチ）等を構成する導電体パターン（図２参照）が形成されている。また、他方の基板面（図１における下面）の略全域に、グランドとなる導電体層４０（換言すればグランドパターン、図４Ｃ参照）が形成されている。このため、両面基板１０は、一方の基板面から電波を放射可能な平面アンテナとして機能する。

　また、両面基板１０の基板面は略正方形であり（図２参照）、４つの角部の１つには、同軸ケーブル３０の接続部２２が形成されている。そして、その接続部２２には、圧着端子４２を介して、送受信信号を入出力するための同軸ケーブル３０が固定されている。

　同軸ケーブル３０の中心導体３２は、一方の基板面に形成された導電体パターンの出力端に接続（半田付け）され、外部導体３４は、一方の基板面の外周部分に形成されたグランドパターン２８に接続（半田付け）されている（図４Ａ参照）。

　また、両面基板１０において、同軸ケーブル３０の接続部２２には、パッチアンテナの放射器（パッチ）が形成される一方の基板面側から、シート状の衝撃吸収材５２が被せられており、更に、両面基板１０全体は、合成樹脂製の保護シート５０で被覆されている。

　なお、本実施形態では、衝撃吸収材５２は、高機能ウレタンフォーム（マイクロセルポリマーシート）にて構成され、保護シート５０は、塩化ビニールシートにて構成されている。

　そして、保護シート５０は、２枚のシート材にて両面基板１０を両面側から覆い、両面基板１０の外周部分で、２枚のシート材を圧着することにより、両面基板１０全体を収納して保護するようになっている。

　また、２枚のシート材を圧着する際、両面基板１０の他方の面（下面）側に配置されるシート材は、その基板面に沿って配置され、もう一方のシート材は、両面基板１０の一方の面（上面）側から被せられる。このため、２枚のシート材の圧着部分は、両面基板１０の厚み方向の中心よりも下方になっている。
　これは、アンテナ装置２をレジ台に載置した際に、保護シート５０の圧着部分がレジ台の板面に沿うようにするためであり、これによって、レジ台で作業者が商品を移動させる際に、保護シート５０の圧着部分が邪魔になるのを抑制している。

　次に、両面基板１０の一方の基板面に形成された導電体パターンについて説明する。
　図２に示すように、両面基板１０の一方の基板面には、略中央に、パッチアンテナの放射器となる略正方形のアンテナパターン１２が形成されている。

　このアンテナパターン１２は、第１アンテナ部としてのパッチを構成するものであるが、このアンテナパターン１２には、その外周で互いに平行な２辺の中心部をそれぞれ接続する＋形状のクロス部分を除いて、各辺に平行な複数のスリット１４が設けられている。

　この複数のスリット１４は、スリット１４にて区切られるアンテナパターン１２の幅Ｌが、識別情報を読み取るＲＦＩＤタグに設けられた通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅Ｌｍｉｎ（図３参照）よりも短くなるようにするためのものである。このため、複数のスリット１４は、アンテナパターン１２内に所定の間隔を空けて配置されている。

　つまり、アンテナパターン１２にて構成されるパッチアンテナは遠方界用のアンテナである。このため、パッチの全域が導電体パターンにて形成されていると、パッチ近傍にＲＦＩＤタグが配置されたときに、ＲＦＩＤタグに設けられている通信対象アンテナの共振周波数がずれてしまう。このように共振周波数がずれると、同軸ケーブル３０を介して接続される読み取り装置（リーダライタ）側では、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取ることができなくなってしまう。

　そこで、本実施形態では、上記のようにパッチアンテナのパッチを構成するアンテナパターン１２に、複数のスリット１４を設けることにより、各スリット１４にて区切られるアンテナパターン１２の幅を狭くしている。具体的には、アンテナパターン１２の幅を、通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅Ｌｍｉｎよりも短くしている。この結果、アンテナパターン１２は、近傍界通信用の第２アンテナ部としても機能することになる。

　なお、本実施形態のアンテナ装置２において、通信対象アンテナは、ＲＦＩＤタグに設けられたアンテナであるが、図３に例示するように、ＲＦＩＤタグには、大きさの異なる多数のＲＦＩＤタグ６４，６８，…がある。従って、これらのＲＦＩＤタグ６４，６８，…に設けられるアンテナ６２，６６，…の大きさも異なる。

　このため、スリット１４にて区切られるアンテナパターン１２の幅は、これら各種通信対象アンテナ６２，６６，…の内、アンテナサイズ（開口面）が小さく、特に、開口面の外形の長さが最も小さいアンテナ６２の幅Ｌｍｉｎよりも狭くなるよう設定されている。

　この結果、アンテナ装置２は、アンテナパターン１２によって、識別情報の読み取り対象となるＲＦＩＤタグに設けられた全ての通信対象アンテナとの間で遠方界通信及び近傍界通信を実施し得るアンテナ装置となる。

　なお、複数のスリット１４は、アンテナパターン１２の外周の角部の２辺に沿ってＬ字状に形成されているが、アンテナパターン１２の縦方向及び横方向に横切る＋形状のクロス部分にはスリット１４は形成されない。

　これは、このクロス部分にもスリット１４を形成すると、アンテナパターン１２がループアンテナとなってしまい、パッチアンテナとして機能しなくなるためである。つまり、本実施形態では、この構成により、パッチアンテナにおいて互いに直交する垂直方向及び水平方向の放射性能を確保している。

　なお、図２に示すアンテナパターン１２において、中心部分には導電体パターンがなく、開口部とされている。これは、パッチアンテナにおいて、放射器を構成するパッチの中心部分は、開口させても、アンテナ特性に与える影響が少ないからであり、この中心部分に＋形状の導電体パターンを設けてもよいのは、いうまでもない。

　次に、アンテナ装置２は、ＲＦＩＤタグに設けられた直線偏波のアンテナとの間で通信を行うためのものであり、そのアンテナの向きは、ＲＦＩＤタグの配置状態によって変化する。

　そこで、本実施形態では、アンテナパターン１２によって実現されるパッチアンテナが円偏波アンテナとして機能し、ＲＦＩＤタグがどの様に配置されてもＲＦＩＤタグのアンテナとの間で遠方界通信ができるようにされている。

　具体的には、アンテナパターン１２は、その外周で隣接する２辺の中心部をそれぞれ給電点Ｐとし、各給電点Ｐを、一対のインピーダンス変換器１６を介してそれぞれ信号合成回路１８に接続することにより、円偏波アンテナとして機能するようにされている。

　ここで、各インピーダンス変換器１６は、アンテナパターン１２と同じ基板面に形成されたマイクロストリップラインにて構成されている。具体的には、各給電点Ｐに接続されるハイインピーダンスのマイクロストリップライン１６ａと、信号合成回路１８に接続される特定インピーダンス（例えば５０Ω）のマイクロストリップライン１６ｃと、これらを接続するマイクロストリップライン１６ｂとを備える。なお、マイクロストリップライン１６ｂは、マイクロストリップライン１６ａ、１６ｃの中間のインピーダンスを有する。

　そして、これら各マイクロストリップライン１６ａ～１６ｃの長さは、ＲＦＩＤタグとの通信周波数（本実施形態では９００ＭＨｚ帯）の中心周波数の波長λに対し、４分の１の長さ（λ／４）に設定されている。なお、波長λは、波長短縮率を考慮した値であり、本明細書で長さを規定するのに用いる波長も同様である。

　一方、信号合成回路１８は、上記一対のインピーダンス変換器１６（詳しくは特定インピーダンスのマイクロストリップライン１６ｃ）が接続される２つの入力端Ｔｉと、２つの出力端Ｔｏとを有するハイブリッドリングにて構成されている。

　信号合成回路１８を構成するハイブリッドリングは、アンテナパターン１２と同じ基板面に形成された導電体パターン（マイクロストリップライン）にて形成されている。この種のハイブリッドリングは、通常、矩形に形成されるが、本実施形態では、アンテナパターン１２の周囲の基板面を有効利用し、且つ、両面基板１０の角部に同軸ケーブル３０の接続部２２を形成するため、Ｌ字形状に変形させている。

　そして、ハイブリッドリングの一方の出力端Ｔｏは、後述の終端抵抗４４（図４Ａ参照）を介して、両面基板１０の同一基板面の外周部分に形成されたグランドパターン２８に接地される。このため、この出力端Ｔｏは、グランドパターン２８との間に設けられた終端抵抗４４収納用の凹部２０に向けて開放されている。なお、グランドパターン２８は、他方の基板面の導電体層４０（つまりグランドパターン）に接続されている。

　また、ハイブリッドリングの他方の出力端Ｔｏは、アンテナパターン１２と同一基板面に、アンテナパターン１２の周囲を囲むように形成されたマイクロストリップライン２６を介して、同軸ケーブル３０の接続部２２まで延設されている。なお、終端抵抗４４収納用の凹部２０も、この接続部２２付近に形成されている。

　このマイクロストリップライン２６は、アンテナパターン１２の周囲の基板面でも、通信対象アンテナとの間で近傍界通信ができるようにするためのものである。そして、本実施形態では、マイクロストリップライン２６同士の間隔が、通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなるように、パルス状に繰り返し屈曲させることで、アンテナパターン１２周囲の空き領域全域に形成されている。

　この結果、本実施形態のアンテナ装置２によれば、パッチアンテナの放射器であるパッチを構成するアンテナパターン１２だけでなく、その周囲の空き領域でも、近傍界通信を実施できることになる。

　次に、両面基板１０の角部に形成された同軸ケーブル３０の接続部２２について、図４Ａ～図４Ｃに基づき説明する。
　図４Ａ、図４Ｃに示すように、両面基板１０の角部のグランドパターン２８、４０部分には、圧着端子４２を固定するための貫通孔２４が形成されており、この貫通孔２４には、鳩目４６を介して、圧着端子４２が固定されている。

　接続部２２は、同軸ケーブル３０を、圧着端子４２を介して固定できるように、両面基板１０の角部を切り欠くことにより形成されており、圧着端子４２にて同軸ケーブル３０を固定した状態で、先端の外部導体３４を通すための切り欠きも設けられている。

　そして、両面基板１０には、その切り欠きを挟むようにグランドパターン２８が形成され、同軸ケーブル３０の外部導体３４は、切り欠き周囲のグランドパターン２８に半田付けされている。

　また、このように両面基板１０の角部に固定される同軸ケーブル３０の更に先端部分には、マイクロストリップライン２６の先端が配置されており、そのマイクロストリップライン２６には、同軸ケーブル３０の中心導体３２が半田付けされている。

　また、図４Ｂに示すように、終端抵抗４４収納用の凹部２０は、このマイクロストリップライン２６の先端付近に形成されており、その内部に終端抵抗４４が収納されている。本実施形態では、終端抵抗４４はチップ部品（チップ抵抗）にて構成されており、凹部２０の深さは、そのチップ部品の板厚よりも深く、終端抵抗４４全体を凹部２０内に収納できるようになっている。

　そして、凹部２０において、信号合成回路１８（ハイブリッドリング）の出力端Ｔｏ側及びグランドパターン２８側の側壁は、金属メッキが施されている。終端抵抗４４は、この金属メッキに半田付けすることで、信号合成回路１８の出力端Ｔｏとグランドパターン２８とを接続している。

　なお、この構成は一例であり、凹部２０に代えて、終端抵抗４４を収納可能な貫通孔を設けてもよい。また、終端抵抗４４は、リード線を有する抵抗器であってもよい。
　上記のように構成された本実施形態のアンテナ装置２の特性を測定したところ、同軸ケーブル３０の接続部２２で測定した電圧定在波比（ＶＳＷＲ）及び利得（アンテナゲイン）は、それぞれ、図５、図６に示す測定結果が得られた。

　また、図６において、実線は、本実施形態のように、アンテナパターン１２周囲のマイクロストリップライン２６を信号合成回路１８に直列接続したときの利得を表し、点線は、マイクロストリップライン２６を信号合成回路１８に並列接続したときの利得を表す。

　この測定結果から、マイクロストリップライン２６を直列接続した場合には、並列接続した場合に比べ、利得が０．５ｄＢ程度低くなることが判った。このため、必要な利得に応じて直列接続と並列接続の何れかを選択すればよい。

　そして、何れの場合にも、アンテナパターン１２だけでなく、マイクロストリップライン２６でも近傍界通信を実施できるので、放射面の略全域で近傍界通信ができるアンテナ装置２を実現できることになる。

　なお、マイクロストリップライン２６とアンテナパターン１２を並列接続する際には、アンテナ装置２からの出力（同軸ケーブル３０の中心導体３２への接続部）を、信号合成回路１８の出力端Ｔｏの内、終端抵抗４４にて接地しない側の出力端Ｔｏから取り出す。そして、マイクロストリップライン２６の信号合成回路１８への接続部とは反対側を開放するようにすればよい。

　以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置２によれば、パッチアンテナの放射器（パッチ）を構成するアンテナパターン１２に複数のスリット１４を設けることで、アンテナパターン１２にて、遠方界通信及び近傍界通信の両方を実施できるようにしている。

　また、アンテナパターン１２の周囲にパルス状に屈曲させたマイクロストリップライン２６を設けることで、このマイクロストリップライン２６でも、近傍界通信を実施できるようにしている。

　このため、本実施形態のアンテナ装置２は、レジ台に設置して、商品に添付されたＲＦＩＤタグから識別情報を読み込むアンテナ装置として利用すれば、ＲＦＩＤタグの位置に影響されることなく、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取ることができるようになる。

　また、本実施形態では、インピーダンス変換器１６を、λ／４の長さを有するマイクロストリップライン１６ａ～１６ｃを、直列接続することにより構成していることから、送受信可能な周波数帯域幅を広げることができる。このため、ＲＦＩＤタグ側のアンテナの共振点が多少ずれても、識別情報を読み取ることができる。

　つまり、図７は、パッチアンテナ単体、インピーダンス変換器２段、インピーダンス変換器３段、というように、アンテナパターン１２に接続するインピーダンス変換用のマイクロストリップラインの接続段数を変化させたときの、ＶＳＷＲの測定結果を表している。そして、この測定結果から、マイクロストリップラインの接続段数が多いほど、通信可能帯域幅を広くできることが判る。

　なお、これは、マイクロストリップラインの段数を多くすれば、インピーダンス変換器１６の共振周波数を少しずつずらすことで、共振点が増えるためである。従って、インピーダンス変換器１６を構成するマイクロストリップラインの接続段数は、必要な通信帯域幅に応じて適宜設定すればよいことになる。

　一方、本実施形態では、アンテナ装置本体を構成する両面基板１０を、塩化ビニールにて構成される保護シート５０で覆うことから、保護シート５０の特性（誘電率）の影響を受けて、アンテナ装置２の周波数特性が変化する。

　具体的には、保護シート５０を塩化ビニールで構成した場合、その厚みにもよるが、図７に示すＶＳＷＲのピーク周波数（ＶＳＷＲが最も１に近い最良点の周波数）が、約３ＭＨｚ低周波数側にシフトする。

　このため、本実施形態のように、アンテナ装置本体を保護シート５０で覆う際には、保護シート５０による特性変化を考慮して、アンテナ装置（詳しくは導電体パターン）を設定するとよい。

　また、本実施形態では、信号合成回路１８をハイブリッドリングで構成し、２つの出力端Ｔｏの内の一方を、終端抵抗４４にてグランドパターン２８に接地するので、両面基板１０には、終端抵抗４４を実装する必要がある。

　しかし、この終端抵抗４４は、両面基板１０の角部で、同軸ケーブル３０の接続部２２付近に実装され、しかも、その実装部分は、両面基板１０に形成した凹部にて構成されている。このため、終端抵抗４４が両面基板１０の基板面から突出して、アンテナ装置２の薄型化の妨げになるのを抑制できる。

　また、終端抵抗４４が実装される両面基板１０の角部（同軸ケーブル３０の接続部２２）には、衝撃吸収材５２が設けられる。このため、アンテナ装置２の使用時に、終端抵抗４４や同軸ケーブル３０の接続部２２（特に半田付け部分）が、外部から衝撃を受けて、アンテナ装置２の特性が劣化するのを抑制できる。

　なお、グランドパターン２８は、基板の反りを防止するために設けたものであり、必要に応じて、設けても、設けなくてもよい。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

　例えば、図２に示すアンテナパターン１２において、スリット１４は、アンテナパターンの辺毎に２本（換言すれば、上下方向、左右方向にそれぞれ４本、中心の開口部分を含めれば、上下方向、左右方向にそれぞれ６本）設けられている。しかし、このスリット１４の本数は、図８に例示するように、パッチアンテナの所望の利得を確保し得る範囲内で、更に増加させてもよい。

　また、上記実施形態では、アンテナパターン１２の給電点Ｐは、アンテナパターン１２の外周の２点であるものとして説明した。これに対し、図９、図１０に示すように、パッチを構成するアンテナパターン１２への給電点Ｐは一点であってもよく、或いは、３点以上であってもよい。

　なお、図９に示すアンテナ装置において、アンテナパターン１２の形状（パッチ形状）は円形であり、アンテナパターン１２の外周部分には、アンテナパターン１２の中心を通る軸上の２箇所に、縮退素子１２ａとなる導電体パターンが設けられている。これは、１点給電で円偏波を送受信できるようにするためである。なお、縮退素子１２ａは、切り欠きでもよい。

　また、図９に示すアンテナパターン１２の給電点Ｐは、上述した実施形態と同様、ハイインピーダンスとなるパッチの外周に設定されているため、両面基板１０には、インピーダンス変換器１６を構成する導電体パターンが形成されている。

　そして、インピーダンス変換器１６には、アンテナパターン１２の周囲に形成されたマイクロストリップライン２６が接続されている。これは、一点給電の場合、信号合成回路が不要であるからである。

　また、マイクロストリップライン２６は、上記実施形態のような矩形（パルス状）ではなく、波形の曲線形状になっており、その先端は、同軸ケーブルの接続部２２まで延びている。そして、このようにマイクロストリップライン２６を曲線形状にしても、上記実施形態と同様に近傍界通信は可能である。

　また、この曲線を形成する波の間隔を、通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなるように設定することで、マイクロストリップライン２６が形成された基板面全体で近傍界通信を良好に実施できるようになる。

　また、一点給電の場合は、二点給電の場合に比べて、周波数帯域幅は狭くなるものの、信号合成回路が不要のため、信号合成回路での通過損失がなくなる。このため、アンテナ利得は高くなり、利得を必要とするシステムに向いている。

　一方、図１０に示すアンテナパターン１２は、図９に示したものと同様、円形になっているが、内部に形成されるスリット１４は、アンテナパターン１２の外周に平行な略半円の円弧形状になっている。そして、同径のスリット１４は、円を形成するように間隔を空けて対向配置されている。また、同径で対となるスリット１４の間の導電体パターンは、全てパッチの中心を通る直線状に配置されている。

　このため、図１０に示すアンテナパターン１２は、直線偏波用のパッチアンテナを構成するものとなる。そして、この場合にも、スリット１４の円弧の間隔を上記実施形態と同様に設定することで、スリット１４の円弧に沿った導電体パターンにて、近傍界通信を実施できることになる。

　なお、直線偏波用のアンテナ装置は、円偏波用に比べて、利得が高くなり（約３ｄＢ高くなる）、アンテナとの通信可能距離が長くなる。このため、図１０に示したアンテナパターン１２を有するアンテナ装置は、ＲＦＩＤタグの向きが略一定となる場所（例えば、図書館や書店の本棚等）で、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取るのに適している。

　また、図１０に示す両面基板１０には、アンテナパターン１２の周囲に、渦巻き状のマイクストリップライン２６が形成されている。そして、この間隔は、上記実施形態のパルスの間隔と同様、通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなるように設定されている。

　また、図１０に示すアンテナパターン１２において、給電点Ｐは、アンテナパターン１２の外周からアンテナパターン１２の内側に入った位置に設定されている。これは、給電点Ｐのインピーダンスを所定のインピーダンス（５０Ω若しくは７５Ω）にするためであり、この構成により、インピーダンス変換器を不要にすることができる。

　このため、図１０に示すアンテナパターン１２には、直接、周囲のマイクロストリップライン２６が接続されており、マイクロストリップライン２６の他端が、同軸ケーブルの接続部２２まで延びている。

　次に、アンテナパターン１２にて構成されるパッチの形状は、上述したような正方形若しくは円形でなくてもよい。
　具体的には、パッチを構成するアンテナパターン１２の形状は、図１１Ａに示すように長方形であってもよく、図１１Ｂに示すように楕円形であってもよく、図１１Ｃに示すような方形以外の多角形（図では６角形）であってもよい。

　但し、何れの形状であっても、遠方界通信用のパッチを構成するアンテナパターン１２を利用して、近傍界通信を実施できるようにするには、図１１Ａ～図１１Ｃに示すように、アンテナパターン１２にスリット１４を形成する必要はある。

　この場合、スリット１４は、必ずしも、図１１Ａ～図１１Ｃに示す形状にする必要はなく、直線状であっても、自由曲線を含む曲線状であっても、或いは、直線と曲線を組み合わせた任意形状であってもよい。

　また次に、上記説明では、正方形（若しくは円形）のアンテナパターン１２からなるパッチを、２点給電方式の円偏波アンテナとして機能させるために、基板上の導電体パターンにて構成されたハイブリッドリングを利用するものとした。しかし、ハイブリッドリングは、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）等の電子部品を用いて構成してもよい。

　また、本開示の信号合成回路としては、ハイブリッドリングに代えて、例えば、図１２に示すような９０度移相器３６と、分配・混合器３８とを用いて構成してもよい。この場合、９０度移相器３６は、両面基板に形成したマイクロストリップラインにて構成することができる。また、分配・混合器３９としては、例えば、ウィルキンソン電力分配合成器を利用することができる。

　また、上記実施形態では、アンテナ装置２は、レジ台で使用されるものとして説明したが、アンテナ装置２は、遠方界通信と近傍界通信との両方を実施可能であることから、こうした通信特性が必要な場所であれば、レジ台に限らず、どこでも利用することができる。

Claims (13)

1. 　アンテナ装置であって、
   　ＲＦＩＤタグとの間で遠方界通信を行うための第１アンテナ部と、
   　前記ＲＦＩＤタグとの間で近傍界通信を行うための第２アンテナ部と、
   　を備え、前記各アンテナ部が共通の基板上の導電体パターンにて形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 　前記基板は、一方の基板面に、前記第１アンテナ部としてのパッチを構成するアンテナパターンが形成され、他方の基板面に、グランドとなる導電体層が形成された両面基板にて構成されており、
   　前記パッチを構成するアンテナパターンには、複数のスリットが設けられ、
   　前記複数のスリットは、当該スリットにて区切られる前記アンテナパターンの幅が、前記ＲＦＩＤタグに設けられている通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなって、前記第２アンテナ部を構成するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 　前記パッチを構成するアンテナパターンは、当該アンテナパターンの２点が給電点とされ、
   　前記各給電点は、信号合成回路に接続され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. 　前記給電点は、前記アンテナパターンの外周に設定されており、
   　該各給電点は、マイクロストリップラインからなるインピーダンス変換器を介して、信号合成回路に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 　前記インピーダンス変換器は、前記通信対象アンテナとの間で無線通信される電波の中心周波数の波長に対し４分の１の長さを有するマイクロストリップラインを、複数直列に接続することにより構成されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 　前記信号合成回路は、前記インピーダンス変換器の前記パッチとは反対側に接続される２つの入力端と、２つの出力端とを有するハイブリッドリングにて構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 　前記ハイブリッドリングの２つの出力端のうちの一方は、終端抵抗を介して前記グランドに接地されていることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 　前記両面基板には、前記終端抵抗を埋め込むための凹部若しくは貫通孔が形成されており、前記終端抵抗は、該凹部若しくは貫通孔に収納されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 　前記両面基板の一方の基板面には、前記終端抵抗を覆い保護するための衝撃吸収材が設けられていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 　前記ハイブリッドリングは、前記一方の基板面の前記アンテナパターンの周囲に、当該アンテナパターンの一つの角部に沿ってＬ字形状に屈曲して配置されていることを特徴とする請求項６～請求項９の何れか１項に記載のアンテナ装置。
11. 　前記両面基板において、前記一方の基板面には、前記パッチを構成する前記アンテナパターンの周囲に、前記通信対象アンテナとの間で近傍界通信を行うためのマイクロストリップラインが形成されており、
    　該近傍界通信用のマイクロストリップラインは、前記信号合成回路を介して、前記パッチと並列若しくは直列に接続されていることを特徴とする請求項３～請求項１０の何れか１項に記載のアンテナ装置。
12. 　前記近傍界通信用のマイクロストリップラインは、当該マイクロストリップライン同士の間隔が前記通信対象アンテナの開口面の外形の最短幅よりも短くなるように、屈曲して形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ装置。
13. 　前記両面基板にて構成されるアンテナ装置本体は、合成樹脂製の保護シートで被覆されていることを特徴とする請求項１～請求項１２の何れか１項に記載のアンテナ装置。

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