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JP2001344574A - 質問器のアンテナ装置 - Google Patents

質問器のアンテナ装置

Info

Publication number
JP2001344574A
JP2001344574A JP2000160900A JP2000160900A JP2001344574A JP 2001344574 A JP2001344574 A JP 2001344574A JP 2000160900 A JP2000160900 A JP 2000160900A JP 2000160900 A JP2000160900 A JP 2000160900A JP 2001344574 A JP2001344574 A JP 2001344574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
interrogator
antenna device
resonance frequency
predetermined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000160900A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Uozumi
学司 魚住
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2000160900A priority Critical patent/JP2001344574A/ja
Priority to US09/866,722 priority patent/US6963729B2/en
Priority to EP01112823A priority patent/EP1160915A3/en
Publication of JP2001344574A publication Critical patent/JP2001344574A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2216—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in interrogator/reader equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/005—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with variable reactance for tuning the antenna

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  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振周波数可変機能の付加によって、周囲条
件に関わらず同調周波数を所定値付近に維持することが
できる質問器のアンテナ装置を提供する。 【解決手段】 認識対象物品に添付したＩＣタグとの間
で電磁結合により情報の授受を行って自動認識システム
を構成する質問器のアンテナ装置であって、アンテナ素
子と直列に接続したキャパシタの容量を可変として所定
の共振周波数を保つことを特徴とする。また、アンテナ
コイルのタップ切換によって所定の共振周波数を保つこ
とを特徴とする。また、アンテナコイルに直列に介挿し
たタップ付インダクタのタップ切換または可変インダク
タによって所定の共振周波数を保つことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、物品に添付した
ＩＣタグとの電磁結合により情報の授受を行って自動認
識システムを構成する質問器のアンテナ装置の改良に関
し、特にアンテナの背面に金属体がある場合でも同調周
波数を所定値に保ち、通信可能距離を確保するための技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より対象物を非接触で識別する自動
認識手段としてバーコードを使った認識システムが広く
使用されている。バーコードシステムは、被認識媒体が
安価で信頼性が高く、国際的に規格が標準化されている
など使用環境が整っている。しかし、バーコードシステ
ムは、被認識媒体が保持可能なデータ量が少なく、基本
的にデータの読みとり専用システムであり、データの書
き換えが不可能であるという欠点がある。
【０００３】そこで、ＩＣ技術の進歩と相まって、電波
信号を受発信するＩＣタグと質問器（ Interrogater ）
の組み合わせによるデータキャリア（ RF-ID）自動認識
システムが脚光を浴びるようになっている。この自動認
識システムでは、被認識媒体であるＩＣタグに内蔵され
たＩＣチップのメモリの書き換えが可能で、より大きな
データを扱えるという利点がある。特に、質問器との電
磁結合によって供給された電力によってＩＣタグの内部
回路が活性化する方式では、ＩＣタグに電池を搭載する
必要がなく、ＩＣタグは半永久的に使用することができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが質問器のアン
テナ装置の背面に金属体が接近していると、アンテナと
金属体との相互誘導作用によってアンテナのインダクタ
ンス成分が減少することによりアンテナ共振周波数が高
周波側にずれてしまうという現象ならびに、金属体表面
に誘起される渦電流によってアンテナの抵抗成分が増加
してアンテナのＱ値が減少してしまうという現象があっ
た。これらの現象によってＩＣタグのコイルに誘導され
る起電力が減少して通信不能となるという不具合があっ
た。
【０００５】このため特開平０７−２６３９３６号のア
ンテナ装置は、アンテナの背面に強磁性体が接近したと
きの影響を軽減するために、箱枠を構成するケース内に
ループアンテナを収納し、このループアンテナの背面に
所定厚みの空気層等を隔てて導電率が高い非磁性材料を
配置する構成としていた。このような構成とすることに
よってアンテナ背面に強磁性体があってもアンテナ全面
の電波放射パターンは、アンテナ単体の場合とほぼ同等
となるため、ＩＣタグのコイルに誘導される起電力が減
少することなく、アンテナ単体の場合と同等の通信距離
を確保できる。
【０００６】ところがアンテナ装置を上述のような構成
とすることは、構造が複雑で製造工数がかかり、コスト
が高くなってしまうという課題があった。さらに、アン
テナ設置場所の環境に応じてアンテナ特性を調節できな
いため、常にアンテナの同調を最適化できるとは限らな
いという課題があった。すなわち、アンテナ設置場所の
近傍に金属板などの強磁性体がなかったときは、上述の
構造が無意味であるばかりか、アンテナのＱ値を低下さ
せてしまう。
【０００７】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、共振周波数可変機能を付加することによって、ア
ンテナ設置場所の環境に関わらず同調周波数を所定値付
近に維持することができる質問器のアンテナ装置を提供
することを目的とする。また、金属体の近接によってア
ンテナのＱ値が低下し、ＩＣタグのコイルに誘導される
起電力が減少したとき、アンテナの駆動電圧を上げて、
ＩＣタグのコイルに誘導される起電力を増加させ、所定
の通信距離を確保することができる質問器のアンテナ装
置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、認識対象物品に添付したＩＣタグとの間で電磁結合
により情報の授受を行って自動認識システムを構成する
質問器のアンテナ装置であって、アンテナ素子と直列に
接続したキャパシタの容量を可変として所定の共振周波
数を保つことを特徴とする質問器のアンテナ装置を提供
する。この発明によれば、アンテナ素子と直列に接続し
たキャパシタの容量を変化させることによって金属体の
接近等でずれた共振周波数を所定の周波数に戻し、ＩＣ
タグとの電磁結合を復元して通信不能を回避することが
できる。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の質問器のアンテナ装置において、前記キャパシタの容
量は、スイッチの切換によって可変としたことを特徴と
する。この発明によれば、キャパシタの容量をスイッチ
で段階的に切り換え、共振周波数を段階的に変化させる
ことができる。
【００１０】請求項３に記載の発明は、認識対象物品に
添付したＩＣタグとの間で電磁結合により情報の授受を
行って自動認識システムを構成する質問器のアンテナ装
置であって、アンテナコイルのタップ切換によって所定
の共振周波数を保つことを特徴とする質問器のアンテナ
装置を提供する。この発明によれば、アンテナコイルに
複数の中間タップを設け、どれか１つのタップを選択し
て接続することによって所定の共振周波数を保持するこ
とができる。
【００１１】請求項４に記載の発明は、認識対象物品に
添付したＩＣタグとの間で電磁結合により情報の授受を
行って自動認識システムを構成する質問器のアンテナ装
置であって、アンテナコイルに直列に介挿したタップ付
インダクタのタップ切換によって所定の共振周波数を保
つことを特徴とする質問器のアンテナ装置を提供する。
この発明によれば、アンテナコイルに直列に介挿したタ
ップ付インダクタのどれか１つのタップを選択して接続
することによって所定の共振周波数を保持することがで
きる。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項３または
４に記載の質問器のアンテナ装置において、前記タップ
切換は、スイッチの切換によって行うことを特徴とす
る。この発明によれば、アンテナコイルの中間タップの
選択またはタップ付インダクタのタップ選択をスイッチ
の切換によって行うことができる。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の質問器のアンテナ装置において、前
記スイッチは、共振周波数のずれを検出して所定周波数
に制御する制御回路によって制御される半導体スイッチ
であることを特徴とする。この発明によれば、キャパシ
タの切換またはアンテナコイルの中間タップの切換は半
導体スイッチによって行い、この半導体スイッチは周波
数ずれを検出して動作する制御回路によって制御され
る。
【００１４】請求項７に記載の発明は、認識対象物品に
添付したＩＣタグとの間で電磁結合により情報の授受を
行って自動認識システムを構成する質問器のアンテナ装
置であって、アンテナ素子に直列に介挿した可変インダ
クタによって所定の共振周波数を保つことを特徴とする
質問器のアンテナ装置を提供する。この発明によれば、
アンテナ素子と直列に接続された可変インダクタのイン
ダクタンスを調整することによって共振周波数を所定値
に維持することができる。
【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の質問器のアンテナ装置において、前記可変インダクタ
は、共振周波数のずれを検出して所定周波数に制御する
制御装置によって制御されることを特徴とする。この発
明によれば、可変インダクタンスは制御装置によって制
御されて共振周波数を所定値に維持する。
【００１６】請求項９に記載の発明は、請求項１から８
のいずれかに記載の質問器のアンテナ装置において、駆
動電圧を可変として所定の通信距離を確保したことを特
徴とする。この発明によれば、質問器のアンテナ装置を
駆動する電圧を変化させてＩＣタグとの所定の結合状態
を維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図を参照しながら説明する。図１はデータキャリア
（ RF-ID）自動認識システムの構成を示す図である。こ
の図において、符号１は質問器で、アンテナ装置２を介
して高周波電力を被認識物体（不図示）に添付されたＩ
Ｃタグ３に供給して、このＩＣタグ３の内部回路を活性
化するとともに、認識情報の授受を行う。質問器１は、
取得した認識情報によって被認識物体の認識を行い、外
部コンピュータ（不図示）等に制御情報を提供して所定
の制御を行う。
【００１８】図２は、図１のアンテナ装置２の等価回路
を示す図である。この図において、符号Ｌはアンテナの
インダクタンス成分を示す。また、Ｒはアンテナの抵抗
成分である。また、Ｃはキャパシタであり、アンテナ装
置２を任意の周波数に同調するためにアンテナと直列に
接続されている。
【００１９】アンテナ装置２の例としてサイズが７６ｃ
ｍ×７６ｃｍ、２１回巻きのアンテナでは、インダクタ
ンス成分Ｌ＝９７６．３μＨ、抵抗成分Ｒ＝２０．３８
Ω、キャパシタンスＣ＝１６３８ｐＦが挙げられる。図
２の等価回路で表されるアンテナ装置２に金属体が接近
すると、両者間の相互誘導作用によって、アンテナのイ
ンダクタンス成分Ｌのインダクタンス値が減少し、アン
テナの共振周波数が増加するとともに、金属体表面に誘
起される渦電流によってアンテナの抵抗成分Ｒの値が増
加してアンテナのＱ値の低下を招く。
【００２０】アンテナの共振周波数の増加によって、Ｉ
Ｃタグ３との同調がとれなくなってこのＩＣタグ３のコ
イルの誘起起電力が低下して通信距離が低下し、場合に
よっては通信不能となることもある。また、アンテナの
Ｑ値の減少によってアンテナの放射効率が低下するため
アンテナの輻射電力が低下し、ＩＣタグ３のコイルの誘
起起電力が低下して通信距離が低下し、場合によっては
通信不能となることもある。
【００２１】したがって、質問器１のアンテナ装置２と
ＩＣタグ３との間の電磁結合を密にして良好な通信状態
を保つために、金属体が近接したときのアンテナのイン
ダクタンス成分Ｌのインダクタンス値の低下に対応して
キャパシタＣを増加させるか、またはアンテナのインダ
クタンス成分Ｌのインダクタンス値を増加させて共振周
波数を所定値に保つことが必要になる。さらに、アンテ
ナの入力電力を増加させて、アンテナの輻射電力を所定
値に保つことが必要となる。
【００２２】以下、上述のアンテナのインダクタンス成
分Ｌのインダクタンス値の低下に対応してキャパシタＣ
を増加させるか、またはアンテナのインダクタンス成分
Ｌのインダクタンス値を増加させて共振周波数を所定値
に保つためのいくつかの実施形態について説明する。
【００２３】＜第１の実施形態＞図３は、この発明の第
１の実施形態を示す構成図である。この図において、ア
ンテナのインダクタンス成分Ｌおよびアンテナの抵抗成
分Ｒは図２と同一の構成要素であり、図２のキャパシタ
Ｃの代わりにキャパシタＣ０、Ｃ１、Ｃ２、・・・Ｃｎ
が設けられ、それぞれ一端が共通に接続されている。キ
ャパシタＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎの他端はロータリース
イッチＳＲの選択接点側にそれぞれ接続され、このロー
タリースイッチの共通接点側はキャパシタＣ０の他端側
と接続されている。
【００２４】このような構成によってキャパシタＣ０
と、Ｃ１、Ｃ２、・・・Ｃｎのうちどれか１つとが並列
接続されることになり、Ｃ１、Ｃ２、・・・Ｃｎを互い
に相異なる容量としておけば合成容量を可変とすること
ができる。したがって、アンテナのインダクタンス成分
Ｌのインダクタンス値の変化をキャンセルするように、
例えば、インダクタンス値が減少したときはロータリー
スイッチＳＲを操作してキャパシタンスを増加させるよ
うに操作すればアンテナ装置の共振周波数を段階的に所
定値に維持することができる。
【００２５】＜第２の実施形態＞図４は、この発明の第
２の実施形態を示す図である。この図のキャパシタＣ
０、Ｃ１、Ｃ２、・・・Ｃｎは、図３の同一符号の要素
にそれぞれ対応し、ロータリースイッチＳＲに変えて半
導体スイッチＳ１、Ｓ２、・・・Ｓｎが設けられ、これ
らの半導体スイッチはアンテナ装置の共振周波数を所定
値に維持するように制御回路ＣＣ１によって開閉制御さ
れる。この場合の半導体スイッチＳ１、Ｓ２、・・・Ｓ
ｎは、１つのみをＯＮにしても良いし、複数のスイッチ
をＯＮにして合成容量を増加させても良い。
【００２６】＜第３の実施形態＞図５は、この発明の第
３の実施形態を示す図である。この実施形態では、キャ
パシタＣは固定して、回路に直列に介挿したタップ付イ
ンダクタＬＴのインダクタンスをタップ切り替えによっ
て変化させ、Ｌのインダクタンス変動を補正する。ここ
で、半導体スイッチＳ１、Ｓ２、・・・Ｓｎは、アンテ
ナ装置の共振周波数を所定値に維持するように制御回路
ＣＣ２によって開閉制御される。ただし第２の実施形態
とは異なり、これらの半導体スイッチのうちどれか１つ
のみがＯＮとなる制御を行う。
【００２７】また、この実施形態の変形としてタップ付
インダクタＬＴを設ける代わりにアンテナコイルに中間
タップを設け、このタップを切り換えて周波数調整を行
うようにしても良い。
【００２８】＜第４の実施形態＞図６は、この発明の第
４の実施形態を示す図である。この図に示す第４の実施
形態では、タップ付インダクタＬＴに換えて連続してイ
ンダクタンス値を変えることができる可変インダクタＬ
Ｖを使用している。この可変インダクタＬＶは、磁性体
をコイルの中に挿入する位置を変えることによってイン
ダクタンス値を可変とし、磁性体の位置制御はアンテナ
装置の共振周波数を所定値に維持するように制御装置Ｃ
Ｄ１によって行われる。
【００２９】なお、いずれの実施形態においても金属体
がアンテナ装置の近傍にあればアンテナのＱ値が減少す
るため輻射電力の低下を避けることはできず、質問器側
においてアンテナの入力電力を増加させて所定の輻射電
力を確保することが必要となるケースが多い。
【００３０】以上、本発明の実施形態の動作を図面を参
照して詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
変更等があっても本発明に含まれる。例えば、図５に示
す第３の実施形態では、半導体スイッチによってタップ
付インダクタを切り換えているが、当然ながらロータリ
ースイッチによってタップを切り換えるようにしても良
い。
【００３１】
【発明の効果】これまでに説明したように、この発明に
よれば、アンテナのインダクタンス成分が変動しても、
直列に接続したキャパシタの容量を変えるようにしたの
で、アンテナの共振周波数を所定値に維持するようにア
ンテナ特性を容易に調節することができ、ＩＣタグとの
電磁結合を密に保ち、良好な通信状態を維持できるとい
う効果が得られる。
【００３２】また、アンテナのインダクタンス成分が変
動しても、直列に介挿したインダクタのインダクタンス
値を変えて合成インダクタンス値を所定値に保つように
したので、アンテナの共振周波数を所定値に維持するよ
うにアンテナ特性を容易に調節することができ、ＩＣタ
グとの電磁結合を密に保ち、要項な通信状態を維持でき
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 データキャリア（ RF-ID）自動認識システム
の構成を示す図。
【図２】 図１のアンテナ装置２の等価回路を示す図。
【図３】 この発明の第１の実施形態を示す構成図。
【図４】 この発明の第２の実施形態を示す構成図。
【図５】 この発明の第３の実施形態を示す構成図。
【図６】 この発明の第４の実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
１…質問器 ２…アンテナ装置 ３…ＩＣタグ Ｃ…キャパシタ Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、・・・Ｃｎ…キャパシタ ＣＣ１、ＣＣ２…制御回路 ＣＤ１…制御装置 Ｌ…アンテナのインダクタンス成分 ＬＶ…可変インダクタ ＬＴ…タップ付インダクタ Ｒ…アンテナの抵抗成分 ＳＲ…ロータリースイッチ Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎ…半導体スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 5/02 Ｈ０４Ｂ 5/02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 認識対象物品に添付したＩＣタグとの
    間で電磁結合により情報の授受を行って自動認識システ
    ムを構成する質問器のアンテナ装置であって、 アンテナ素子と直列に接続したキャパシタの容量を可変
    として所定の共振周波数を保つことを特徴とする質問器
    のアンテナ装置。
  2. 【請求項２】 前記キャパシタの容量は、 スイッチの切換によって可変としたことを特徴とする請
    求項１に記載の質問器のアンテナ装置。
  3. 【請求項３】 認識対象物品に添付したＩＣタグとの
    間で電磁結合により情報の授受を行って自動認識システ
    ムを構成する質問器のアンテナ装置であって、 アンテナコイルのタップ切換によって所定の共振周波数
    を保つことを特徴とする質問器のアンテナ装置。
  4. 【請求項４】 認識対象物品に添付したＩＣタグとの
    間で電磁結合により情報の授受を行って自動認識システ
    ムを構成する質問器のアンテナ装置であって、 アンテナコイルに直列に介挿したタップ付インダクタの
    タップ切換によって所定の共振周波数を保つことを特徴
    とする質問器のアンテナ装置。
  5. 【請求項５】 前記タップ切換は、 スイッチの切換によって行うことを特徴とする請求項３
    または４に記載の質問器のアンテナ装置。
  6. 【請求項６】 前記スイッチは、 共振周波数のずれを検出して所定周波数に制御する制御
    回路によって制御される半導体スイッチであることを特
    徴とする請求項１から５のいずれかに記載の質問器のア
    ンテナ装置。
  7. 【請求項７】 認識対象物品に添付したＩＣタグとの
    間で電磁結合により情報の授受を行って自動認識システ
    ムを構成する質問器のアンテナ装置であって、 アンテナコイルに直列に介挿した可変インダクタによっ
    て所定の共振周波数を保つことを特徴とする質問器のア
    ンテナ装置。
  8. 【請求項８】 前記可変インダクタは、 共振周波数のずれを検出して所定周波数に制御する制御
    回路によって制御されることを特徴とする請求項７に記
    載の質問器のアンテナ装置。
  9. 【請求項９】 アンテナ装置の駆動電圧を可変として
    所定の通信距離を確保したことを特徴とする請求項１か
    ら８のいずれかに記載の質問器。
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