WO2019159839A1 - Ｒｆタグリーダライタ - Google Patents

Abstract

共振周波数を容易に調整してＲＦタグと無線通信することができるＲＦタグリーダライタを提供する。ＲＦタグリーダライタ（１０）は、ＲＦタグとの間で無線通信を行うＲＦタグリーダライタ（１０）である。ＲＦタグリーダライタ（１０）は、アンテナ（１００）と、アンテナ（１００）を格納するケース（１１０）と、を含み、アンテナ（１００）は、ケース（１１０）に固定されたグランド板（１３０）と、グランド板（１３０）に所定の間隙を隔てて配置された放射板（１２０）と、放射板（１２０）とグランド板（１３０）の少なくともいずれか一方に設けられた、アンテナ（１００）の共振周波数を調整可能な調整部材（１４０）と、を有する。ＲＦタグリーダライタ（１０）が金属製の基台（２００）に取り付けられた場合に、アンテナ（１００）が基台（２００）と電気的に結合する。

Description

ＲＦタグリーダライタ

　本発明は、ＲＦタグとの間で無線通信を行うＲＦタグリーダライタに関し、詳しくは、基地局のボックス内などに設置されたＲＦタグとの間で無線通信を行うＲＦタグリーダライタに関する。

　通常、基地局に設けられた架台には、基地局制御盤、配電盤、整流器などの様々な機器が取り付けられており、それらの機器がボックス内に収容されている。さらに、架台にはそれら基地局および機器の識別情報等を記憶するＲＦタグも取り付けられている。

　このＲＦタグとの間で無線通信を行うＲＦタグリーダライタをボックス内の架台に固定する際に、ＲＦタグリーダライタのアンテナの共振周波数がずれ、ＲＦタグとの間で良好な無線通信が行えないことがある。また、ＲＦタグリーダライタのアンテナを合成樹脂製のケースで被覆する場合に、アンテナの共振周波数が変動する場合がある。

　さらに、アンテナ製造時のばらつきがあるため、適正な周波数帯域内に共振周波数が納まるようにアンテナを製造することはできない。
　このような理由から、アンテナの共振周波数を適正周波数帯域内に調整する技術が従来から提案されている。

　例えば、特許文献１（特開平１０－２５６８２５号公報）には、表面実装型アンテナの共振周波数を調整する方法、ならびに、共振周波数の調整によりインピーダンスの不整合が生じた場合に、インピーダンス整合を取る方法について開示されている。

　特許文献１に記載の発明おいては、表面実装型アンテナ１０において、放射電極２、もしくは第２のグランド電極５をトリミングして切り欠き９ａ、９ｂ、９ｃを形成することにより、共振周波数を調整する。また、共振周波数調整のトリミングによってインピーダンスが不整合となった場合、給電電極４をトリミングしたり、給電電極４の一端に連続して金属箔を貼付したりすることにより、インピーダンス整合を取るものである。

　特許文献２（特開２０１１―７７８３４号公報）には、共振周波数を微調整しやすく、歩留まりを向上しやすい構成をより簡易に実現する、携帯型ＲＦタグリーダライタの発明について開示されている。

　特許文献２記載の発明においては、携帯型ＲＦタグリーダライタ１は、電波を放射或いは受信するアンテナ５０を備えてなるものであり、このアンテナ５０は、給電点を介して電力供給を受ける給電層５１と、給電層５１から所定距離隔てて配置されたグランド層５２と、給電層５１とグランド層５２とに挟まれた誘電体層５３とを備えた積層構造をなしている。更に、グランド層５２には、導電性の調整部材６０が接続され、この調整部材６０がグランド層５２の外側に延出するように配置されているものである。

　特許文献３（特開２０００－２６９７２８号公報）には、屋内設置用中継増幅器等に使用して好適な平面アンテナとしての、板状逆Ｆ型アンテナにおいて、同調を簡便に行う発明について開示されている。

　特許文献３に記載の発明では、接地導体板１又は放射導体板２のいずれか一方に、対向する導体板との間の距離ｈを調整可能な同調用素子４（金属性）を設け、また、２共振形でも、上下の放射導体板２と接地導体板２１とのそれぞれに、同調用素子４Ａ、４Ｂを設け、同調用素子４、４Ａ、４Ｂの配置位置、対向導体板との距離ｈの大きさによって、同調周波数を調整決定するものである。

特開平１０－２５６８２５号公報 特開２０１１―７７８３４号公報 特開２０００－２６９７２８号公報

　しかし、特許文献１の発明では、共振周波数を調整するために、電極をトリミングし、あるいは金属箔を貼付けており、このような作業は非常に手間がかかり、しかも正確に調整することはできない。

　特許文献２の発明では、グランド層から延出された調整部材の延出の程度によって共振周波数を変化させているため、正確に共振周波数を調整することはできない。

　特許文献３には、接地導体板１又は放射導体板２のいずれか一方に、対向する導体板との間の距離ｈを調整可能な同調用素子４を設けることによって、同調周波数を調整することができると記載されている。

　しかし、特許文献３では、接地導体板に同軸給電線を貫通させ、この同軸給電線の先端部を放射導体板に接続する構成としている。そのため、同軸給電線が接地導体板１と放射導体板２との間の容量に影響を及ぼすため、同調用素子によっても同調周波数を所望のとおりに調整することはできない。

　さらに、板状逆Ｆ型アンテナがケース内に格納される場合、およびそのケースが架台などに取り付けられる場合におけるアンテナの共振周波数が変動した場合の調整を考慮していない。

　本発明の目的は、共振周波数を容易に調整してＲＦタグと無線通信することができるＲＦタグリーダライタを提供することにある。
　本発明の他の目的は、ＲＦタグリーダライタを基地局の架台などに取り付ける場合でも、共振周波数を容易に調整してＲＦタグと無線通信することができるＲＦタグリーダライタを提供することにある。

（１）
　一局面に従うＲＦタグリーダライタは、ＲＦタグとの間で無線通信を行うＲＦタグリーダライタであって、アンテナと、アンテナを格納するケースと、を含み、アンテナは、ケースに固定されたグランド板と、グランド板に所定の間隙を隔てて配置された放射板と、放射板とグランド板の少なくともいずれか一方に設けられた、アンテナの共振周波数を調整可能な調整部材と、を有し、ＲＦタグリーダライタが金属製の基台に取り付けられた場合に、アンテナが基台と電気的に結合するものである。

　この場合、調整部材によってアンテナの共振周波数を変化させることができるため、複雑な構成を用いることなく共振周波数の調整が可能となる。
　さらに、ＲＦタグリーダライタが金属製の基台に取り付けられた場合に、アンテナが基台と電気的に結合するものであるので、アンテナと基台とがケース（絶縁層または誘電層）を介して容量結合するため、基台がアンテナとしても機能する。従って、広帯域な周波数特性を実現することができる。

　また、この構成により、調整部材とグランド板または放射板との距離（空隙）を調整することで、調整部材とグランド板または放射板とで構成されるコンデンサの容量を制御できるため、インピーダンス整合を容易に調整することができる。

（２）
　第２の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、一局面の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、調整部材が、調整部材とグランド板との間隔を調整可能に、放射板に取り付けられているのが好ましい。

　この場合、調整部材を放射板に取り付けるだけでその調整部材の調整によってアンテナの共振周波数を調整できるので、ＲＦタグリーダライタの構成が簡略化できる。

（３）
　第３の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、一局面の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、調整部材が、調整部材と放射板との間隔を調整可能に、グランド板に取り付けられていてもよい。

　この場合、調整部材をグランド板に取り付けるだけでその調整部材の調整によってアンテナの共振周波数を調整できるので、ＲＦタグリーダライタの構成が簡略化できる。

（４）
　第４の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、一局面から第３の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、調整部材が、絶縁体、誘電体または導体であってもよい。

　この場合、絶縁体、誘電体または導体である調整部材が、放射板とグランド板の少なくともいずれか一方に設けられ、調整部材とグランド板または放射板との間隔を調整することにより、インピーダンス整合を容易に調整することができる。

（５）
　第５の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、一局面から第４の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、調整部材がネジ部材であり、放射板に設けられたネジ孔に螺進、螺退自在に螺合されていてもよい。
　この場合、調整部材をネジ部材で構成して放射板のネジ孔に螺合するだけでよいので、ＲＦタグリーダライタの構造を非常に簡略化することができる。

（６）
　第６の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、一局面から第５の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、放射板とグランド板との間に誘電体が配設され、放射板とグランド板との間隔を一定に維持するように構成されてもよい。
　この場合、誘電体によって放射板とグランド板との間の容量結合の増加が期待できるため、アンテナを小型化することができる。

（７）
　第７の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、第６の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、誘電体が、発泡スチロールのブロックからなってもよい。
　この場合、発泡スチロールの比誘電率は非常に低いので、放射板とグランド板との間の容量結合の増加が期待できるため、アンテナをさらに小型化することができる。

（８）
　第８の発明にかかるＲＦタグリーダライタは、一局面から第７の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、アンテナが、板状逆Ｆ型アンテナであってもよい。

　この場合、板状逆Ｆアンテナの共振周波数を容易に設定することができる。また、共振回路によって、ＲＦタグリーダライタから送信された電波を板状逆Ｆアンテナが高感度で受信できるようになるため、ＲＦタグの読み取り性能を向上させることができる。

（９）
　第９の発明にかかる部品管理装置は、一局面から第８の発明にかかるＲＦタグリーダライタにおいて、基台が基地局のボックス内に設けられた架台であり、ＲＦタグが架台に取り付けられていてもよい。

　この場合、ＲＦタグリーダライタが金属製の架台に取り付けられた場合に、アンテナが基台と電気的に結合するものであるので、アンテナと基台とがケース（絶縁層または誘電層）を介して容量結合をするため、広帯域な周波数特性を実現することができる。

第１の実施形態にかかるＲＦタグリーダライタの模式的断面図である。 図１に示したＲＦタグリーダライタの模式的平面図である。 第２の実施形態にかかるＲＦタグリーダライタの模式的断面図である。 図２に示したＲＦタグリーダライタの模式的平面図である。 図１に示したＲＦタグリーダライタを基地局のボックス内に配設された架台に取り付けた状態を示す模式図である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
　以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。

（第１実施形態）
　以下、本発明に係るＲＦタグリーダライタの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、第１実施形態に係るＲＦタグリーダライタを模式的に示す断面図であり、図２は図１のＲＦタグリーダライタの平面図である。

　図１および図２に示すように、ＲＦタグリーダライタ１０は、主に、アンテナ１００と、アンテナ１００を格納するケース１１０と、を含む。

　ケース１１０は、合成樹脂など絶縁材料からなる上ケース１１２および下ケース１１４によって構成することができる。ケース１１０は、例えば金属製の基台上に固定することができる。
　下ケース１１４が基台上にビス、ボルトおよびナットなど公知の固定部材１６０によって固定され、この下ケース１１４に上ケース１１２をスナップ結合など公知の手段で結合させることにより箱状のケース１１０が構成される。
　箱状のケース１１０は、例えば、樹脂製品からなる。

（アンテナの構成）
　アンテナ１００は、主に、下ケース１１４に固定されたグランド板１３０と、グランド板１３０に所定の間隙を隔てて配置された放射板１２０と、を含む。

　グランド板１３０は、板状の金属材料から形成することができる。本実施の形態では、図２に示すように、グランド板１３０は、平面視で放射板１２０よりも大きいサイズで長方形状に形成されている。グランド板１３０の上に一定の間隙を介して放射板１２０が固定されている。

　本実施の形態では、放射板１２０は長方形状の金属板を折り曲げて形成されており、グランド板１３０に固定される固定部１２２と、グランド板１３０と間隙を介して平行に配設される放射部１２４と、固定部１２２および放射部１２４を接続する接続部１２６とを有する。

　つまり、放射板１２０は、固定部１２２と、接続部１２６と、放射部１２４とが直角に折り曲げられた、側面視で略クランク状に形成されている。
　放射板１２０の固定部１２２をグランド板１３０に固定するには、ビス、ボルトおよびナット、半田付け、など公知の固定部材によって固定することができる。

　放射板１２０の放射部１２４に、アンテナ１００の共振周波数を調整可能な調整部材が固定されている。

　この実施の形態では、調整部材は、合成樹脂など絶縁材料または誘電材料のネジ部材１４０から構成されている。
　ネジ部材１４０が放射板１２０とグランド板１３０との間隔を調整可能に、放射板１２０およびグランド板１３０に跨って取り付けられ、放射板１２０またはグランド板１３０に設けられたネジ孔に螺進、螺退自在に螺合されている。

　すなわち、図１に示すように、放射板１２０にネジ部材１４０を通すための通孔１２１が形成され、グランド板１３０にネジ溝を有するネジ孔１３８が形成されている。ネジ部材１４０が放射板１２０の通孔１２１に挿通され、ネジ部材１４０の先端がグランド板１３０のネジ孔１３８に螺合されている。

　このネジ部材１４０を回すことにより、グランド板１３０と放射板１２０との間隔を調整することができる。それによって、グランド板１３０と放射板１２０によって生成する静電容量を正確かつ確実に微調整することができる。また、静電容量を正確かつ確実に設定できるため、振動等が生じやすい環境下においても、静電容量を所定の値に設定することができる。

　図１に示す実施の形態では、ネジ部材１４０を放射板１２０からグランド板１３０に螺合するようにしたが、これとは逆にグランド板１３０から放射板１２０に向けてネジ部材１４０を螺合するようにしてもよい。
　その場合には、グランド板１３０に通孔が形成され、放射板１２０にネジ孔が形成される。ネジ部材１４０を回すために、ドライバーなど工具の先端を通すための孔部をケース１１０に形成し、ケース１１０の外部からドライバーの先端をケース１１０内に入れてネジ部材１４０を調整するようにしてもよい。

　なお、図１で示す放射板１２０およびグランド板１３０の形状は一例であり、正方形など他の形状であってもよい。
　また、図１に示す実施の形態では、調整部材は放射板１２０の幅方向の中心位置において放射板１２０の先端部に設けられているが、調整部材は放射板１２０の基部側に設けられていてもよく、また放射板１２０の幅方向の一方にずれていてもよい。

　さらに、放射板１２０の固定部１２２に同軸ケーブル１５０が接続されている。この同軸ケーブル１５０は、同軸の芯線としての給電線１５２と、給電線１５２の外側に絶縁層を介して設けられたグランド線１５４とを含み、給電線１５２は放射板１２０の放射部１２４に半田などによって接続され、グランド線１５４はグランド板１３０に半田などによって接続されている。この給電線１５２の先端は接続部１２６の上部の放射部１２４に接続され、この接続箇所が給電点となっている。

　アンテナ１００は、この給電点におけるインピーダンスが設定の範囲となるように、その位置が設定されている。
　この構成によれば、同軸ケーブル１５０を放射板１２０の上面から外部へ導出させることができるため、アンテナ１００を架台２００などに取り付ける際に同軸ケーブル１５０が邪魔になることがない。

（ＲＦタグリーダライタ１０の使用方法）
　ＲＦタグリーダライタ１０は、図１に示すように、金属製の基台に取り付けることができる。そのような場合に、基台の一例として基地局のボックス９００内に設けられた架台２００（ラックなど）であってもよい（図５）。

　通常、基地局の架台２００には、基地局制御盤、配電盤、整流器などの機器が取り付けられており、さらに基地局および各種機器を識別し得る識別情報等を記憶するＲＦタグが取り付けられている。

　ＲＦタグリーダライタ１０をこの架台２００に取り付けると、架台２００に既に取り付けられているＲＦタグとの間で無線通信を行うことができる。
　その際に、アンテナ１００の調整部材を調整し、グランド板１３０と放射板１２０とによって生成する静電容量を調整することで、所望とする共振周波数を得ることができる。

　さらに、ＲＦタグリーダライタ１０が金属製の架台２００に取り付けられた場合、アンテナ１００と架台２００との間にはケース１１０よりなる電気絶縁層が形成されていることにより、アンテナ１００と基台との間に容量（コンデンサ）が生成され、ＲＦタグ１００のインダクタンスと共振回路を形成することができる。

　上記のように調整部材を調整することにより、アンテナ１００をケース１１０内に格納した後に、アンテナ１００の各構成部材の寸法誤差、取り付け誤差などに起因する周波数のずれがあった場合でも修正することができる。

（第２実施形態）
　図３および図４は、調整部材とグランド板１３０との間隔を調整できるように構成した実施形態を示す。

　この実施形態では、放射板１２０にネジ孔１２１が形成され、このネジ孔１２１内にネジ止めしたネジ部材１４０で調整部材を構成することができる。ネジ部材１４０を回すことによってネジ部材１４０の先端をグランド板１３０に近付け、あるいはネジ部材１４０を逆方向へ回すことによってネジ部材１４０の先端をグランド板１３０から離間させることができる。

　このように、ネジ部材１４０を回すことによって、ネジ部材１４０の先端とグランド板１３０との間の間隔ｈを調整することで、グランド板１３０と放射板１２０とによって生成する静電容量を調整することができる。

　また、調整部材と放射板１２０との間隔が調整できるように構成することもできる。
　例えば、グランド板１３０にネジ孔を形成し、このネジ孔内にネジ止めしたネジ部材１４０で調整部材を構成することができる。ネジ部材１４０を回すことによって、ネジ部材１４０と放射板１２０との間の間隔を調整することで、グランド板１３０と放射板１２０とによって生成する静電容量を調整することができる。このようにして、ネジ部材１４０の先端と放射板１２０との距離ｈを調整することで所望の共振周波数を得ることができる。

　さらに、この実施の形態では、グランド板１３０と放射板１２０との間にスペーサー１７０が配設され、グランド板１３０と放射板１２０との間隔がスペーサー１７０によって一定に保たれている。

　スペーサー１７０は、発泡スチロールなどの比誘電率の低い誘電体から構成することができ、この実施の形態では直方体、正方体などのブロックにて形成されている。スペーサー１７０の誘電率は１．１以上７以下程度とすることができ、好ましくは、１．１以上２．０以下の範囲内である。

　以上のとおり、本実施の形態では、アンテナ１００の周波数を容易に微調整することができるため、アンテナ１００の周波数特性の共振周波数を、基地局ごとに規格の中心周波数に合わせることができる。従って、基地局の架台２００にアンテナ１００を取り付ける際に、アンテナ１００自身が持つ公差などにより発生する周波数のシフトを基地局に取り付けたＲＦタグに調整することができる。

　次に、図５は、図１に示したＲＦタグリーダライタを基地局のボックス内に配設された架台２００に取り付けた状態を示す模式図である。
　図５に示すように、基地局のボックス９００内には、種々の通信機器９１０，９２０，９３０および配線（図示省略）が配置されている。そして、ボックス９００内の架台２００の基台に、ＲＦタグリーダライタ１０が設けられている。
　ＲＦタグリーダライタ１０の同軸ケーブル１５０にリーダを接続することで、種々の通信機器９１０，９２０，９３０に取り付けられたＲＦタグの情報を一度に読取ることが可能となる。

　本発明においては、ＲＦタグリーダライタ１０が「ＲＦタグリーダライタ」に相当し、ケース１１０が「ケース」に相当し、アンテナ１００が「アンテナ」に相当し、グランド板１３０が「グランド板」に相当し、放射板１２０が「放射板」に相当し、調整部材、ネジ部材１４０が「調整部材」に相当し、基台、架台２００が「基台」に相当する。

　本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

　１０　ＲＦタグリーダライタ
　１００　アンテナ
　１１０　ケース
　１２０　グランド板
　１３０　放射板
　１４０　ネジ部材
　１５０　同軸ケーブル
　２００　架台
 

 
 

Claims (9)

1. 　ＲＦタグとの間で無線通信を行うＲＦタグリーダライタであって、
   　アンテナと、
   　前記アンテナを格納するケースと、を含み、
   　前記アンテナは、
   　前記ケースに固定されたグランド板と、
   　前記グランド板に所定の間隙を隔てて配置された放射板と、
   　前記放射板と前記グランド板の少なくともいずれか一方に設けられた、アンテナの共振周波数を調整可能な調整部材と、を有し、
   　前記ＲＦタグリーダライタが金属製の基台に取り付けられた場合に、前記アンテナが前記基台と電気的に結合する、ＲＦタグリーダライタ。
2. 　前記調整部材が、前記調整部材と前記グランド板との間隔を調整可能に、前記放射板に取り付けられている、請求項１に記載のＲＦタグリーダライタ。
3. 　前記調整部材が、前記調整部材と前記放射板との間隔を調整可能に、前記グランド板に取り付けられている、請求項１に記載のＲＦタグリーダライタ。
4. 　前記調整部材が、絶縁体、誘電体または導体である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＲＦタグリーダライタ。
5. 　前記調整部材がネジ部材であり、前記放射板に設けられたネジ孔に螺進、螺退自在に螺合されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＲＦタグリーダライタ。
6. 　前記放射板と前記グランド板との間に誘電体が配設され、前記放射板と前記グランド板との間隔を一定に維持する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＲＦタグリーダライタ。
7. 　前記誘電体が、発泡スチロールのブロックからなる、請求項６に記載のＲＦタグリーダライタ。
8. 　前記アンテナが、板状逆Ｆ型アンテナである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＲＦタグリーダライタ。
9. 　前記基台が基地局のボックス内に設けられた架台であり、前記ＲＦタグが前記架台に取り付けられている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＲＦタグリーダライタ。
    
    

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