WO2020184639A1 - ケーブルアンテナ、ゲートアンテナ、アンテナユニット、自動搬送棚、および無人レジ - Google Patents
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Abstract
Description
このような無線通信システムとして、下記特許文献1には、ハンディタイプの無線通信用リーダ装置から、電磁波を無線通信タグに向けて放出するとともに、無線通信タグから放出された電磁波を、無線通信用リーダ装置で読み取る構成が開示されている。
λ/20≦G<L・・・(1)
λ:高周波電流の波長(mm)、L:ケーブルアンテナの先端部と、露出部における先端部側の端部と、の間の距離L(mm)
図1に示すように、本実施形態に係るケーブルアンテナ1は、無線通信タグ2に搭載された無線ICチップ3と、電磁波の授受による無線通信を行う通信リーダの一部を構成する。図1は、本実施形態に係るケーブルアンテナ1の外観図である。
無線ICチップ3としては、RFIDシステムにおいて一般的に用いられるものを採用することができる。
ケーブルアンテナ1は、複数の屈曲点1Aが形成されながら、屈曲点1Aを挟む両側が互いに並行とならないように屈曲している。図示の例では、ケーブルアンテナ1は、いわゆる九十九折状態となっている。
図1では、ケーブルアンテナ1の周囲に、複数の無線通信タグ2が、無作為な向きに配置されている。
図示の例では、露出部15において、外側導体13とともに絶縁層12が除去され、内側導体11が露出している。すなわち、露出部25とは、外側導体13よりも径方向の内側にある部分が露出している部分という意味である。
図3に示すように、ケーブルアンテナ1のうち、露出部15よりも先端部側にある部分は、露出部15から真っすぐ延びている。露出部15は、ケーブルアンテナ1に一つだけ設けられている。
同軸ケーブルは、図2に示す内部構造をしており、同軸ケーブルの外側導体を所定の幅寸法Gだけ除去することで、本発明のケーブルアンテナ1を得ることができる。
例えば、同軸ケーブルから外被14を所定の幅寸法だけ除去し、その後に外側導体13を同じ幅寸法だけ除去する。最後に絶縁層12を同じ幅寸法だけ除去することで、ケーブルアンテナ1が得られる。なおここで、幅寸法とは長手方向の寸法を指す。
これにより、露出部15では内側導体11の周辺の周回磁界が相殺されず、ケーブルアンテナ1全体としては、露出部15にのみ、円環状の磁界が発生したのと同じ状態となる。
λ/20≦G<L・・・(1)
この式において、λは高周波電流の波長(mm)を示し、Lは、前述の通り、ケーブルアンテナ1の先端部と、露出部15における先端部側の端部と、の間の距離L(mm)を指している。
露出部15の幅寸法Gが微小である場合には、物理的には外側導体13が除去されていても、露出部15を長手方向に挟む外側導体13同士の間が、電気的には導通している状態となるためである。このため、式(1)のλ/20≦Gが要求される。
次に、本実施形態に係るケーブルアンテナ1におけるアンテナ入力特性の評価結果について説明する。この試験では、ケーブルアンテナ1における先端部から露出部15までの距離Lを変更した場合におけるアンテナ特性の変化を評価した。
ここで、反射損失S11とは、ケーブルへの入力電力に対するケーブルから電源への反射電力の比をデシベル表示した値であり、下記式(2)により算出され、その値が小さいほど、ケーブルアンテナ1の効率が良いとされる値である。
また、露出部15の長手方向の幅寸法Gが、式(1)を満たしているので、露出部15から実効的に電磁波を放出させることができる。
そこで、このような特性を持つケーブルアンテナ1を、例えば商品棚などに配置し、商品棚に陳列された商品に無線通信タグ2を付した場合には、効率的な商品管理に供することが期待される。
図7に示すように、ケーブルアンテナ1に流れる実効的な電流分布は正弦波状となり、ケーブル上で周期的に変化する。そして、実効的な電流の向きは、時間とともに変化するが、ある瞬間では奇数番号区間または偶数番号区間では、実効的な電流の方向が一致することになる。
詳述すると、ケーブルアンテナ1は、互いに隣り合う四角形それぞれの対角線の一方同士が、平面視で同一直線状に並ぶように構成されている。
なお、図示の例では開口部30は正方形状となっているが、4つの辺の長さが全て同じ長さであれば、菱形状であってもよい。
このため、開口部30における各辺の電流の向きが、ケーブルアンテナ1を直線上に配置した場合と、各辺単位で同じになる。
なお、図8は正方形の開口部30が4つの場合の例であるが、正方形の開口部30の数量は、1つ以上であれば任意に選択することができる。
図9に示すように、正方形の開口部30の対向する2辺をA-A’で参照した場合の電流と、これによる電磁波放射の様子は、吹き出し部分に示す断面図のようになる。
この断面図において、実線は左側の電流により生じる電磁波の放射、破線は、右側の電流により生じる電磁波の放射を示している。
このため、仮にA’側から放射された正弦波状の電磁波はAの位置にたどりつく頃には位相が180°変移し、Aから放射された正弦波状電磁波と逆位相となり、相殺関係が成立する。
例えば、商品棚等に、このケーブルアンテナ1による正方形の開口部30の配列を設置した場合、正方形の開口部30の配列面上に平行に、任意の方向でおかれた無線タグであれば良好に識別可能となる。
ケーブルアンテナ1による開口部30の配列からの電磁波の放射は、基本的に開口面と直交する直交方向のうちの両方向に向けた放射となる。これを商品棚等に適用する場合、棚上の無線タグ付き商品のみを識別するには、商品が位置する片方のみの放射であることが望ましい。
このため、図10に示すように、ケーブルアンテナ1による開口部30の配列の直下に反射板51を配置することが有効である。
また、図10(b)に示すように、反射板51とケーブルアンテナ1との間には、非導電性の第1スペーサ部材53が直交方向に挟まれて積層されている。また、ケーブルアンテナ1と寄生素子52との間には、非導電性の第2スペーサ部材54が直交方向に挟まれて積層されている。
なお、図10(a)および図11では、第1スペーサ部材53および第2スペーサ部材54の図示を省略している。
第1スペーサ部材53は、反射板51に対して、直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の板状部材である。
ケーブルアンテナ1は、第1スペーサ部材53に対して直交方向のうちの一方向側に積層されている。このように、第1スペーサ部材53が設けられていることで、ケーブルアンテナ1は、反射板51に直接接触することなく、反射板51に対して直交方向に間隔を開けて配置されている。
第2スペーサ部材54が設けられていることで、ケーブルアンテナ1は、寄生素子52に直接接触することなく、ケーブルアンテナ1に対して直交方向に間隔を開けて配置されている。
第1部材52Aは、幅方向に延びるとともに、長手方向に間隔をあけて複数配置されている。
第2部材52Bは、長手方向に延びるとともに、複数の第1部材52Aの幅方向の端部同士を接続している。第2部材52Bは、複数の第1部材52Aを長手方向に沿って片側ずつ交互に接続している。
ケーブルアンテナ1による開口部30の配列と反射板51を組み合わせた場合、開口部30の配列形成に関わらない線状ケーブル部と反射板51との相互作用によって、放射される電界強度の均等性が崩れることがある。これにより、反射板51の長手方向、または短辺方向に偏った放射が形成される場合が生じる。
これにより、放射電界強度の均等性を修正し、さらに片面放射を補強することが可能となる。放射電界は、図10(a)に示す第2部材52Bの寸法比(M1:M2)によって、反射板51の長手方向の放射が強化するか、または短辺方向の放射が強化するかを調整可能となる。
また、無人レジに用いるゲートアンテナとしては、前述したU字型を成していない平板状に形成されたゲートアンテナ50であってもよい。この場合にも、同様の効果を奏することができる。
すなわち、U字型の受け皿部分は、図12(b)に示すように、平面視でU字型となる向きで使用してもよい。
そして、本発明のゲートアンテナ50、50Bでは、従来のアンテナと比較して、構成がシンプルになるので、製造コストを大幅に抑えることができる。
これは位相角に換算すると90°に近い差異となるため、白抜き矢印で示される電界と黒塗り矢印で示される電界の合成電界は時間的にも空間的にも旋回する電界を構成することになる。
ケーブルアンテナ1を、例えば平面視で円形状をなすループ状に配置してもよいし、並行する2辺が一定の距離を置くように、平面視で矩形状をなすように配置してもよい。
また、ケーブルアンテナ1をらせん状に配置した場合には、立体的に配置した無線通信タグ2に対して、効率的に無線通信を行うことができる。
そして、このような廉価版のゲートアンテナを、無人レジに採用することで、無人レジの製造コストを抑えることができる。
図14に示すように、自動搬送棚60は、棚本体61と、自動搬送ロボット62(AGV:Automatic Guided Vehicle)と、ケーブルアンテナ1と、を備えている。棚本体61には、上下方向および左右方向に複数の棚部63が並ぶように設けられている。棚部63の内部には、各種の商品や備品が収容される。
図15は、自動搬送棚60を使用する際の動きを説明する第1図である。図16は、自動搬送棚60を使用する際の動きを説明する第2図である。
この状態で、図16に示すように、自動搬送ロボット62が棚本体61とともに、ユーザが位置するピックアップスペースまで移動する。
そして、ユーザが所望する商品を棚本体61の棚部63から取出す。
複数の棚部63それぞれの底部にケーブルアンテナが配置され、棚部63に保管される商品にRFIDタグを取り付けることで、それぞれの棚部63に商品が保管されているかどうかを自動で瞬時に把握することができる。
そして、自動搬送ロボット62が棚本体61の底部を押し上げる際に、自動搬送ロボット62の上面に設けられたコネクタと、複数のケーブルアンテナ1の端部に接続されたコネクタとが連結することで、自動搬送ロボット62に内蔵された内部電源から、ケーブルアンテナに電流が供給される。
これにより、ゲーブルアンテナ1が設けられた自動搬送棚60では、棚部63にどのような商品が保管されているのかを自動で検出することができるので、商品の自動棚卸しや、自動入出荷管理を可能とすることができる。
(付記)
自動搬送ロボットと、
請求項3に記載のケーブルアンテナ、あるいは請求項7、請求項11に記載のゲートアンテナと、を有し、
前述のいずれかのアンテナと、無人自動搬送ロボットに設けられたリーダーライターとが、有線接続されることで、棚上に配置された商品、物品のRFID個品情報を自動で読み取り、読み取った商品・物品情報が無線システムにより、上位システムに転送され、入出荷や在庫の情報管理を自動的に行う自動搬送棚システム。
1A 屈曲点
2 無線通信タグ
3 無線ICチップ
4 発振器
11 内側導体
12 絶縁層
13 外側導体
15 露出部
Claims (15)
- 高周波電流を供給する発振器が一端部に接続されるケーブルアンテナであって、
ケーブル状に延びる内側導体と、
前記内側導体を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層を被覆する外側導体と、を有し、
前記ケーブルアンテナの長手方向における中間部には、少なくとも外側導体が除去された露出部が1つだけ形成され、
前記ケーブルアンテナの先端部と、前記露出部における先端部側の端部と、の間の距離Lは、前記高周波電流の波長λの1/4の3以上の奇数倍であり、
前記露出部の長手方向の幅寸法Gは、下記式(1)を満たしていることを特徴とするケーブルアンテナ。
λ/20≦G<λ/4・・・(1)
λ:高周波電流の波長(mm) - 内側導体、絶縁層、外側導体、および外被を有する同軸ケーブルから、外被、外側導体、および絶縁層が同じ幅寸法だけ除去されている請求項1に記載のケーブルアンテナ。
- 複数の屈曲点が形成されながら、屈曲点を挟む両側が互いに並行とならないように屈曲していることを特徴とする請求項1又は2に記載のケーブルアンテナ。
- 4つの辺の長さが全て、前記波長λの半分となる四角形の開口部を1つ以上構成することを特徴とする請求項1に記載のケーブルアンテナ。
- 前記四角形は正方形であることを特徴とする請求項4に記載のケーブルアンテナ。
- 前記開口部を2つ以上構成し、
互いに隣り合う前記四角形それぞれの対角線の一方同士が、平面視で同一直線状に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項4に記載のケーブルアンテナ。 - 導電性の反射板と、
前記反射板に対して、前記反射板の表裏面と直交する直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の第1スペーサ部材と、
前記第1スペーサ部材に対して、前記直交方向のうちの一方向側に積層された請求項4から6のいずれか1項に記載のケーブルアンテナと、
前記ケーブルアンテナに対して、前記直交方向のうちの一方向側に積層された非導電性の第2スペーサ部材と、
前記第2スペーサ部材に対して、前記直交方向のうちの一方向側に積層された導電性の寄生素子と、を備えていることを特徴とするゲートアンテナ。 - 前記反射板は幅方向と長手方向に延びる矩形状を成し、
前記寄生素子は、
前記幅方向に延びるとともに、前記長手方向に間隔をあけて配置された複数の第1部材と、
前記長手方向に延びるとともに、複数の前記第1部材の幅方向の端部同士を、長手方向に沿って片側ずつ交互に接続する複数の第2部材と、を備えていることを特徴とする請求項7に記載のゲートアンテナ。 - 前記ケーブルアンテナは、前記開口部を3つ以上構成し、
前記ケーブルアンテナの長手方向の両端に位置する四角形と、その長手方向に隣り合う四角形と、の接続部が位置する部分を起点として、長手方向の外側の部分が立設するように折り曲げて構成されることを特徴とする請求項7に記載のゲートアンテナ。 - 請求項9に記載のゲートアンテナを複数有し、
複数の前記ゲートアンテナは、それぞれの姿勢を互いに異ならせて配置されていることを特徴とするアンテナユニット。 - 請求項4に記載のケーブルアンテナを有するゲートアンテナ。
- 請求項11に記載のゲートアンテナと、自動搬送ロボットと、を有する自動搬送棚。
- 請求項7に記載のゲートアンテナを有する無人レジ。
- 請求項9に記載のゲートアンテナを有する無人レジ。
- 請求項11に記載のゲートアンテナを有する無人レジ。
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