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JP5112192B2 - Antenna and RFID reader - Google Patents

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JP5112192B2
JP5112192B2 JP2008172206A JP2008172206A JP5112192B2 JP 5112192 B2 JP5112192 B2 JP 5112192B2 JP 2008172206 A JP2008172206 A JP 2008172206A JP 2008172206 A JP2008172206 A JP 2008172206A JP 5112192 B2 JP5112192 B2 JP 5112192B2
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antenna
communication device
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power feeding
line
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謙一 手塚
直也 浅村
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Cell Cross Corp
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Description

本発明は、他の通信装置と近接させることによって通信可能となるアンテナ、ならびに、当該アンテナを利用したRFIDリーダに関する。   The present invention relates to an antenna that can communicate with another communication device when close to the communication device, and an RFID reader using the antenna.

従来から、無線通信においては、各種のアンテナが利用されており、当該アンテナを利用したRF(Radio Frequency)タグも提案されている。このような技術については、たとえば以下の文献に開示されている。
特開2007−150654号公報
Conventionally, various antennas are used in wireless communication, and RF (Radio Frequency) tags using the antennas have also been proposed. Such techniques are disclosed in the following documents, for example.
JP 2007-150654 A

ここで[特許文献1]には、シート状の信号伝達装置の表面近傍に配置して当該信号伝達装置に各種の測定結果を送信するセンサ装置として、RFタグを利用する技術が開示されている。   [Patent Document 1] discloses a technique that uses an RF tag as a sensor device that is arranged near the surface of a sheet-like signal transmission device and transmits various measurement results to the signal transmission device. .

また、RFタグとしては、上記のようなセンサ情報ではなく、識別情報を送信するRFID(RF IDentification)タグも広く利用されている。このほか、RFIDタグに格納されている識別情報を読み取るRFIDリーダも普及しつつある。   In addition, as an RF tag, an RFID (RF IDentification) tag that transmits identification information is widely used instead of the sensor information as described above. In addition, RFID readers that read identification information stored in RFID tags are becoming widespread.

ここで、現在広く用いられているRFIDリーダでは、意図しない領域にまで電磁波が飛び、目的とするRFIDタグ以外とも通信可能に接続されてしまう場合がある。具体的には、複数のRFIDリーダが干渉したり、意図したものと異なるRFIDリーダがRFIDタグを読み込んでしまったりする場合等である。   Here, in the RFID reader that is widely used at present, the electromagnetic wave may fly to an unintended region, and may be connected so as to be communicable with other than the target RFID tag. Specifically, there are cases where a plurality of RFID readers interfere with each other, or an RFID reader different from the intended one reads an RFID tag.

このため、発明者らは、通信対象にアンテナを近接させて初めて通信が可能となる通信機器の研究開発を進めている。   For this reason, the inventors are advancing research and development of a communication device that can communicate only when an antenna is brought close to a communication target.

この際、通常のアンテナの空中線電力を小さくしたり、アンテナ利得を小さくするという手法も考えられる。しかしながら、これらの手法では、アンテナ同士を近接させた場合にアンテナのVSWR(Voltage Standing Wave Ratio)が変動してしまったり、アンテナ表面の電場変化のために、アンテナ位置がわずかに変化しただけで、アンテナ間の伝送損失S21が大きくなる。このため、安定した通信が不可能になってしまう。   At this time, a method of reducing the antenna power of a normal antenna or reducing the antenna gain is also conceivable. However, in these methods, when the antennas are brought close to each other, the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) of the antennas fluctuates or the antenna position slightly changes due to a change in the electric field on the antenna surface. Transmission loss S21 between antennas becomes large. For this reason, stable communication becomes impossible.

したがって、アンテナ同士が近接している場合にのみ、伝送損失S21が小さく、かつ、安定した通信が可能なシステムが強く求められている。   Therefore, only when the antennas are close to each other, there is a strong demand for a system with a small transmission loss S21 and capable of stable communication.

本発明は、このような課題を解決するためのもので、他の通信装置と近接させることによって通信可能となるアンテナ、ならびに、当該アンテナを利用したRFIDリーダを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an antenna that can communicate with another communication device when close to the communication device, and an RFID reader using the antenna.

以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。   In order to achieve the above object, the following invention is disclosed in accordance with the principle of the present invention.

本発明の第1の観点に係るアンテナは、電磁波長λの周波数帯で通信する通信装置に接続されるべきアンテナであって、当該通信装置は他の通信装置と通信し、給電部、線路部、終端抵抗部を備え、以下のように構成する。   The antenna according to the first aspect of the present invention is an antenna to be connected to a communication device that communicates in the frequency band of the electromagnetic wave length λ, and the communication device communicates with other communication devices, and includes a power feeding unit and a line unit. The terminal resistance unit is provided and configured as follows.

すなわち、給電部は、当該通信装置が接続される信号端子と接地端子を有する。   That is, the power feeding unit has a signal terminal and a ground terminal to which the communication device is connected.

一方線路部は、給電部の信号端子に一端が接続され、当該他の通信装置に接続される他のアンテナと近接して容量結合もしくは電磁誘導結合する導体線からなる。   On the other hand, one end of the line portion is connected to the signal terminal of the power feeding portion, and is composed of a conductor wire that is capacitively coupled or electromagnetically coupled in proximity to another antenna connected to the other communication device.

さらに、終端抵抗部は、給電部の接地端子と、線路部の他端と、の間を接続する。   Furthermore, the termination resistance unit connects between the ground terminal of the power feeding unit and the other end of the line unit.

そして、当該信号端子と接地端子との間の入力インピーダンスZi、線路部の特性インピーダンスZo、終端抵抗部のインピーダンスZrについて、
Zi = Zo = Zr
である。
And, regarding the input impedance Zi between the signal terminal and the ground terminal, the characteristic impedance Zo of the line portion, the impedance Zr of the termination resistor portion,
Zi = Zo = Zr
It is.

本発明の第2の観点に係るアンテナは、電磁波長λの周波数帯で通信する通信装置に接続されるべきアンテナであって、当該通信装置は他の通信装置と通信し、給電部、線路部、終端抵抗部を備え、以下のように構成する。   The antenna according to the second aspect of the present invention is an antenna to be connected to a communication device that communicates in the frequency band of the electromagnetic wave length λ, and the communication device communicates with other communication devices, and includes a power feeding unit and a line unit. The terminal resistance unit is provided and configured as follows.

すなわち、給電部は、当該通信装置が接続される信号端子と接地端子を有する。   That is, the power feeding unit has a signal terminal and a ground terminal to which the communication device is connected.

一方、線路部は、給電部の信号端子に一端が接続され、当該他の通信装置に接続される他のアンテナと近接して容量結合もしくは電磁誘導結合する導体線からなる。   On the other hand, the line portion is composed of a conductor wire having one end connected to the signal terminal of the power feeding portion and capacitively coupling or electromagnetically coupling in close proximity to another antenna connected to the other communication device.

さらに、終端抵抗部は、給電部の接地端子と、線路部の他端と、の間を接続する。   Furthermore, the termination resistance unit connects between the ground terminal of the power feeding unit and the other end of the line unit.

そして、当該信号端子と接地端子との間の入力インピーダンスZi、終端抵抗部のインピーダンスZr、当該線路部の当該一端から当該他端までの経路長L、1以上の整定数nについて、
Zi = Zr;
L = nλ/2
である。
And, for the input impedance Zi between the signal terminal and the ground terminal, the impedance Zr of the termination resistor part, the path length L from the one end to the other end of the line part, an integer constant n of 1 or more,
Zi = Zr;
L = nλ / 2
It is.

また、本発明のアンテナにおいて、線路部の特性インピーダンスZoについて、
Zi = Zo = Zr
であり、当該通信装置が、当該他の通信装置と、当該電磁波長λ以外の周波数帯で通信するように構成することができる。
In the antenna of the present invention, the characteristic impedance Zo of the line portion,
Zi = Zo = Zr
Therefore, the communication device can be configured to communicate with the other communication device in a frequency band other than the electromagnetic wave length λ.

また、本発明のアンテナにおいて、線路部は、渦巻き状の形状をなし、当該渦巻きの中心側および周縁側の端のうち、一方の端に終端抵抗部が接続され、他方の端に給電部が接続されるように構成することができる。   In the antenna of the present invention, the line portion has a spiral shape, and a termination resistor is connected to one of the ends on the center side and the peripheral side of the spiral, and a power feeding portion is connected to the other end. It can be configured to be connected.

また、本発明のアンテナにおいて、線路部は、メッシュ状の形状をなすメッシュ状導体であり、当該メッシュ状導体のある位置に給電部が接続され、当該メッシュ状導体の他の位置に終端抵抗部が接続されるように構成することができる。   Further, in the antenna of the present invention, the line portion is a mesh-like conductor having a mesh shape, a power feeding portion is connected to a position where the mesh-like conductor is located, and a termination resistor portion is located at another position of the mesh-like conductor. Can be configured to be connected.

また、本発明のアンテナにおいて、当該電磁波長λは、5cm〜35cmであるように構成することができる。   In the antenna of the present invention, the electromagnetic wave length λ can be configured to be 5 cm to 35 cm.

本発明のその他の観点に係るRFIDリーダは、上記のアンテナと、当該アンテナの給電部に通信装置として接続され、アンテナを介して当該他の通信装置であるRFID(Radio Frequency IDentification)タグと当該電磁波長λの周波数帯で通信するRF通信部と、を備えるように構成する。   An RFID reader according to another aspect of the present invention is connected to the antenna and a power feeding unit of the antenna as a communication device as an RFID (Radio Frequency IDentification) tag that is the other communication device and the electromagnetic wave via the antenna. And an RF communication unit that communicates in the long λ frequency band.

本発明によれば、他の通信装置と近接させることによって通信可能となるアンテナ、ならびに、当該アンテナを利用したRFIDリーダを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the antenna which can be communicated by making it close to another communication apparatus, and the RFID reader using the said antenna can be provided.

以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。   Embodiments of the present invention will be described below. The embodiments described below are for explanation, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art can employ embodiments in which each of these elements or all of the elements are replaced with equivalent ones, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.

図1は、本実施形態に係るアンテナの回路図を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing a circuit diagram of the antenna according to the present embodiment. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

アンテナ101は、通信装置と接続される給電部102、他のアンテナと近接して通信を行う線路部103、線路部103の終端でインピーダンスを調整する終端抵抗部104を有する。   The antenna 101 includes a power supply unit 102 connected to a communication device, a line unit 103 that performs communication in proximity to another antenna, and a termination resistor unit 104 that adjusts impedance at the end of the line unit 103.

給電部102は、信号端子111と接地端子112とを有し、信号端子111は、通信装置の信号線と線路部103の一端を接続する役割を担い、接地端子112は通信装置の接地線を接地する役割を担う。   The power feeding unit 102 includes a signal terminal 111 and a ground terminal 112. The signal terminal 111 plays a role of connecting the signal line of the communication device and one end of the line unit 103, and the ground terminal 112 serves as a ground wire of the communication device. Play the role of grounding.

終端抵抗部104は、線路部103の一端と、通信装置の接地線との間のインピーダンスを調整するものである。   Termination resistor 104 adjusts the impedance between one end of line 103 and the ground line of the communication device.

線路部103は、典型的には線状、帯状、網状の導体からなり、上記のように、一端は給電部102の信号端子111に、他端は終端抵抗部104に、それぞれ接続される。   The line portion 103 is typically made of a linear, strip-like, or net-like conductor, and as described above, one end is connected to the signal terminal 111 of the power feeding portion 102 and the other end is connected to the terminating resistor portion 104, respectively.

ここで、以下のように、各部の諸元を定めるものとする。
(a)当該信号端子111と接地端子112との間の入力インピーダンスZi。すなわち、通信装置のインピーダンス。
(b)線路部103の特性インピーダンスZo。
(c)終端抵抗部104のインピーダンスZr。
(d)当該線路部103の当該一端から当該他端までの経路長L。
(e)通信装置が通信する周波数帯の電磁波長λ。
Here, the specification of each part shall be defined as follows.
(A) Input impedance Zi between the signal terminal 111 and the ground terminal 112. That is, the impedance of the communication device.
(B) Characteristic impedance Zo of the line portion 103.
(C) The impedance Zr of the termination resistor 104.
(D) A path length L from the one end of the line portion 103 to the other end.
(E) The electromagnetic wave length λ in the frequency band with which the communication device communicates.

このように諸元を定めることとすると、給電部102から見たアンテナ101全体のインピーダンスZは、jを虚数単位として、以下のように計算できる。
Z = Zo(Zr + j Zo tan βL)/(Zo + j Zr tan βL);
β = 2π/λ
If the specifications are determined in this way, the impedance Z of the entire antenna 101 viewed from the power feeding unit 102 can be calculated as follows with j as an imaginary unit.
Z = Zo (Zr + j Zo tan βL) / (Zo + j Zr tan βL);
β = 2π / λ

本実施形態のアンテナ101においては、通信を行っていない間は、電力の反射や共振を生じさせないことで、電磁波の放射を抑え、利得を低くする、という通常のアンテナとはまったく逆の思想に基づいて設計をすることとしている。   In the antenna 101 of this embodiment, while communication is not being performed, reflection of power and resonance are not generated, thereby suppressing radiation of electromagnetic waves and reducing gain, which is completely opposite to a normal antenna. Based on the design.

すなわち、以下の条件のいずれかが成立していれば、
(1)Zi = Zo = Zr。
(2)Zi = ZrかつL = nλ/2 (nは1以上の整定数)。
給電部102におけるインピーダンスの不整合が生じないため、反射や共振が発生しない。
That is, if any of the following conditions is met:
(1) Zi = Zo = Zr.
(2) Zi = Zr and L = nλ / 2 (n is an integer constant of 1 or more).
Since no impedance mismatch occurs in the power supply unit 102, no reflection or resonance occurs.

上記の条件(1)は、電磁波長が数百メートル以上の低周波通信の分野で用いられるビバレッジアンテナの設計仕様に類似するものである。ここで、ビバレッジアンテナは、主に受信用アンテナとして用いられ、受信効率を高くするために、全体の大きさは電磁波長の1倍乃至3倍程度とする必要がある。   The above condition (1) is similar to the design specification of a beverage antenna used in the field of low frequency communication having an electromagnetic wave length of several hundred meters or more. Here, the beverage antenna is mainly used as a receiving antenna, and in order to increase the reception efficiency, the overall size needs to be about 1 to 3 times the electromagnetic wave length.

一方、本実施形態では、通信周波数帯の電磁波長は、50cm以下、典型的には、5cm乃至35cm程度を想定しており、アンテナの大きさは小型であることが強く望まれている。   On the other hand, in this embodiment, the electromagnetic wave length in the communication frequency band is assumed to be 50 cm or less, typically about 5 cm to 35 cm, and the size of the antenna is strongly desired to be small.

すなわち、ビバレッジアンテナを単純に適用するのでは、その全体の大きさが数百cm程度となってしまい、本実施形態の周波数帯での利用には適さない。   That is, if the beverage antenna is simply applied, the overall size is about several hundreds cm, which is not suitable for use in the frequency band of the present embodiment.

本実施形態では、アンテナ101の線路部が他のアンテナと近接して容量結合または電磁誘導結合することが可能な形状をしていることによって、効率良く電磁波の送受信を行うことができる。しかも、アンテナ101の全体の大きさを数cm〜十数cm程度とすることは容易である。したがって、現実の利用に適合するのである。   In this embodiment, since the line portion of the antenna 101 has a shape that can be capacitively coupled or electromagnetically inductively coupled with another antenna, electromagnetic waves can be efficiently transmitted and received. Moreover, it is easy to set the overall size of the antenna 101 to about several centimeters to several tens of centimeters. Therefore, it is suitable for actual use.

ここで、上記の条件(1)は、通信周波数帯を限定されない条件であり、条件(2)は、特定の通信周波数帯での通信に好適な条件である。したがって、条件(1)(2)を両方満たすように設計を行うことで、アンテナ101を、特定の通信周波数帯での通信に特に好適であり、かつ、他の通信周波数帯での通信にも適用できるようにすることができる。   Here, the condition (1) is a condition that does not limit the communication frequency band, and the condition (2) is a condition suitable for communication in a specific communication frequency band. Therefore, designing the antenna 101 to satisfy both the conditions (1) and (2) makes the antenna 101 particularly suitable for communication in a specific communication frequency band and also for communication in other communication frequency bands. Can be applied.

また、特定の通信周波数帯での通信のみを目的とする場合には、条件(2)を採用すると、線路部103の幅、太さ、材質、全体形状、アンテナ101の各部が配置される基板の比誘電率などの自由度を大きくすることができるため、アンテナ101の利得の設計変更が容易に行える。   Further, in the case where only communication in a specific communication frequency band is intended, if the condition (2) is adopted, the width, thickness, material, overall shape of the line portion 103, and the substrate on which each portion of the antenna 101 is arranged Therefore, the design of the gain of the antenna 101 can be easily changed.

なお、一般に、アンテナに他の物体を近接させると、アンテナのVSWR(Voltage Standing Wave Ratio)は変化するが、本実施形態では、終端抵抗部104を設けることによって、給電部102から見たVSWRの変化が小さくなる。このため、動作が安定する、という利点もある。   In general, when another object is brought close to the antenna, the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) of the antenna changes. However, in the present embodiment, the termination resistance unit 104 is provided, so that Change is smaller. For this reason, there is also an advantage that the operation is stabilized.

終端抵抗部104は、抵抗素子そのものを利用することができるが、インピーダンスが所望の値となっていれば、各種の電子素子や電子回路、電気回路などを採用しても良い。たとえば、LED(Light Emitting Diode)を終端抵抗部104として採用すると、通信中か否かをユーザが容易に知得できるようになる。   Although the resistance element itself can be used as the termination resistance unit 104, various electronic elements, electronic circuits, electric circuits, and the like may be adopted as long as the impedance has a desired value. For example, when an LED (Light Emitting Diode) is employed as the termination resistor unit 104, the user can easily know whether or not communication is in progress.

図2は、アンテナ101の第1の態様の表面の外観を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the appearance of the surface of the first mode of the antenna 101. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

本図に示すように、アンテナ101の線路部103は、基板151の表面に配置されたマイクロストリップラインからなる導体線である。基板151の裏面には、導体箔152が配置されており、接地の役割を果たしている。   As shown in the figure, the line portion 103 of the antenna 101 is a conductor wire composed of a microstrip line disposed on the surface of the substrate 151. A conductor foil 152 is disposed on the back surface of the substrate 151 and plays a role of grounding.

線路部103の長さLは、通信周波数帯の電磁波長λの半分の整数倍となっており、本図の線路部103は、直線状の形状をしているため、アンテナ101全体の大きさは、典型的にはλ/2程度となる。   The length L of the line portion 103 is an integral multiple of half of the electromagnetic wave length λ in the communication frequency band, and the line portion 103 in this figure has a linear shape. Is typically about λ / 2.

本実施形態では、同軸ケーブル用コネクタが基板151の裏面に配置されており、その中心線は信号端子111に相当し、基板151を貫通して線路部103の一端に接続され、被覆線は接地端子112に相当し、裏面の接地用導体箔152に接続されていて、給電部102として機能する。   In the present embodiment, the coaxial cable connector is disposed on the back surface of the substrate 151, the center line thereof corresponds to the signal terminal 111, passes through the substrate 151, is connected to one end of the line portion 103, and the covered wire is grounded. It corresponds to the terminal 112, is connected to the grounding conductor foil 152 on the back surface, and functions as the power feeding unit 102.

線路部103の他端から基板151の裏面の導体箔152との間を、終端抵抗が接続しており、終端抵抗部104として機能している。   A terminating resistor is connected between the other end of the line portion 103 and the conductor foil 152 on the back surface of the substrate 151, and functions as the terminating resistor portion 104.

マイクロストリップラインの幅a、基板151の厚さb、基板151の(比)誘電率εを変化させることによって、このアンテナの利得をコントロールすることが出来る。   By changing the width a of the microstrip line, the thickness b of the substrate 151, and the (relative) dielectric constant ε of the substrate 151, the gain of this antenna can be controlled.

たとえば、a=1.0mm,b=0.5mm,ε=4、および、誘電正接tanδ=0.01の場合を考えると、伝送線路の2.4GHz帯での特性インピーダンスは50Ωとなり、同軸ケーブルに接続される通信装置のインピーダンスZiおよび終端抵抗部104のインピーダンスZrと一致させることができる。   For example, considering the cases of a = 1.0mm, b = 0.5mm, ε = 4, and dielectric loss tangent tanδ = 0.01, the characteristic impedance of the transmission line in the 2.4GHz band is 50Ω, and communication connected to the coaxial cable The impedance Zi of the device and the impedance Zr of the termination resistor 104 can be matched.

当該アンテナ101によって通信が可能であることを確認するため、上記諸元に加え、線路部103の全長L = 50mm、基板151の大きさを20mm×70mmとし、線路部103を基板151の中央に配置して、アンテナ101の上にダイポールアンテナを近接させた場合の、通信周波数2.45GHzでのアンテナ間の伝送損失S21をシミュレーションによって計算してみた。   In order to confirm that communication is possible by the antenna 101, in addition to the above specifications, the total length L of the line portion 103 is 50 mm, the size of the substrate 151 is 20 mm × 70 mm, and the line portion 103 is placed at the center of the substrate 151. The transmission loss S21 between the antennas at the communication frequency of 2.45 GHz when the dipole antenna is placed close to the antenna 101 was calculated by simulation.

なお、理解を容易にするため、本図に示すように、線路部103の中央を原点とし、線路部103の長手方向をy軸、線路部103に直交する方向をx軸、基板151の厚さ方向をz軸とする。   For ease of understanding, as shown in the figure, the center of the line portion 103 is the origin, the longitudinal direction of the line portion 103 is the y axis, the direction orthogonal to the line portion 103 is the x axis, and the thickness of the substrate 151 The vertical direction is the z axis.

図3は、ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナ101のx = y = 0mmにおいて、両者の距離zを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the value of the transmission loss S21 when the center position (x, y, z) of the dipole antenna is x = y = 0 mm of the antenna 101 and the distance z between them is changed.

図4は、ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナ101のy = 0mm,z = 0.5mmにおいて、xを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing the value of transmission loss S21 when x is changed when the center position (x, y, z) of the dipole antenna is y = 0 mm and z = 0.5 mm of the antenna 101.

図5は、ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナ101のx = 0mm,z = 0.5mmにおいて、yを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the value of the transmission loss S21 when y is changed when the center position (x, y, z) of the dipole antenna is x = 0 mm and z = 0.5 mm of the antenna 101.

図6は、ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナ101のx = y = 0mm,z = 0.5mmにおいて、両者のなす角度θを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。   FIG. 6 shows the value of the transmission loss S21 when the angle θ formed by the antenna 101 is changed when the center position (x, y, z) of the dipole antenna is x = y = 0 mm and z = 0.5 mm of the antenna 101. It is a graph.

これらの結果を見ると、両者を近接させることで通信は十分で可能であること、両者の長手方向を平行に配置するほど、通信電力が大きくなることがわかる。これは、アンテナ同士の相互インダクタンスが大きい状態であるためである。   From these results, it can be seen that communication is sufficiently possible by bringing both close together, and that the communication power increases as the longitudinal directions of the two are arranged in parallel. This is because the mutual inductance between the antennas is large.

なお、両者が十分に離れている場合の伝送損失S21は、その利得から予測が可能であり、十分に小さいことがわかっている。   It is known that the transmission loss S21 when both are sufficiently separated can be predicted from the gain and is sufficiently small.

ダイポールアンテナ以外の形状のアンテナを使用した場合には、これらとは性能が異なると考えられるが、ループアンテナなど、相互インダクタンスが大きくなるものを利用した場合には、伝送損失S21の値も大きくなり、通信は十分可能である。   If an antenna with a shape other than a dipole antenna is used, the performance may be different from these. However, if a loop antenna or the like having a large mutual inductance is used, the value of the transmission loss S21 also increases. Communication is possible enough.

上記実施形態では、線路部103を直線状のマイクロストリップラインとしていたが、この形状は任意に変更が可能である。以下では、線路部103をさまざまな形状とした実施例について説明する。   In the above embodiment, the line portion 103 is a linear microstrip line, but this shape can be arbitrarily changed. Hereinafter, embodiments in which the line portion 103 has various shapes will be described.

図7は、渦巻き状の線路部103の形状を示す説明図である。以下、本図(符号は図示を省略している。)を参照して説明する。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the shape of the spiral line portion 103. Hereinafter, description will be given with reference to this figure (reference numerals are omitted).

本図に示すように、線路部103は渦巻き状の形状をしており、上記実施形態と同様に、その一端は給電部102、他端は終端抵抗部104に接続されている。   As shown in the figure, the line portion 103 has a spiral shape, and one end thereof is connected to the power feeding portion 102 and the other end is connected to the terminating resistor portion 104 as in the above embodiment.

このような渦巻き状の形状とすることで、相手側アンテナとの相互インダクタンスが大きくなると予想される。そこでこれを確認するため、ダイポールアンテナとの伝送損失S21をシミュレーションにより求めてみた。   With such a spiral shape, it is expected that the mutual inductance with the counterpart antenna will increase. Therefore, in order to confirm this, the transmission loss S21 with the dipole antenna was obtained by simulation.

図8は、渦巻き状の線路部103とダイポールアンテナとの位置関係を示す説明図である。以下、本図(符号は図示を省略している。)を参照して説明する。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the spiral line portion 103 and the dipole antenna. Hereinafter, description will be given with reference to this figure (reference numerals are omitted).

本図に示すように、渦巻き状の線路部103と中心を共通するようにダイポールアンテナを配置し、両者の角度を回転させる。   As shown in the figure, a dipole antenna is arranged so as to share the center with the spiral line portion 103, and the angle between the two is rotated.

図9は、両者の角度θに対する伝送損失S21の値を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。   FIG. 9 is a graph showing the value of the transmission loss S21 with respect to both angles θ. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

本図に示すように、上記実施形態に比べて、θを変化させても伝送損失S21の変化が小さいことがわかる。したがって、スパイラル形状とすることで、通信相手との角度依存性を小さくすることができる。   As shown in this figure, it can be seen that the change in the transmission loss S21 is small even when θ is changed as compared with the above embodiment. Therefore, the angle dependency with the communication partner can be reduced by adopting a spiral shape.

以下では、他の線路形状を説明する。   Hereinafter, other line shapes will be described.

図10は、竜紋状の線路部103の形状を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing the shape of the dragon-shaped line portion 103. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

竜紋は、渦巻きを略四角形形状に構成したものであり、プリント基板をエッチングすることで容易に構成することができる。本形状を採用した場合にも、線路部103の端部901の一方に給電部102を接続し、端部901の他方に終端抵抗部104を配置する。   A dragon crest is a spiral having a substantially square shape, and can be easily formed by etching a printed circuit board. Even when this shape is adopted, the power feeding unit 102 is connected to one of the end portions 901 of the line portion 103, and the terminating resistor portion 104 is disposed on the other end portion 901.

図11は、メッシュ状の線路部103の形状と終端抵抗部104の形状と示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing the shape of the mesh-shaped line portion 103 and the shape of the terminating resistor portion 104. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

本図に示すように、格子状のメッシュやハニカム状のメッシュを導体により構成すると、伝送線路とみなすことができる。そこで、基板の表面にメッシュを配置し、裏面は導体箔として、基板の側面全体を囲むように抵抗体を配置し、メッシュと導体箔との間を接続すれば、終端抵抗部104として機能させることができ、メッシュの任意の場所に、給電部102を配置することができる。   As shown in this figure, when a lattice-like mesh or a honeycomb-like mesh is formed of a conductor, it can be regarded as a transmission line. Therefore, if a mesh is disposed on the surface of the substrate, the back surface is a conductor foil, a resistor is disposed so as to surround the entire side surface of the substrate, and the mesh and the conductor foil are connected to each other, the terminal resistor section 104 is caused to function. The power feeding unit 102 can be arranged at an arbitrary location on the mesh.

もちろん、メッシュの特定の点とその裏面との間を抵抗で接続することで、終端抵抗部104として機能させることも可能である。   Of course, it is also possible to function as the terminating resistance unit 104 by connecting a specific point of the mesh and the back surface thereof with a resistor.

このほか、上記のような渦巻きや竜紋形状の線路部103を複数アレー状に配置することとしても良い。   In addition, a plurality of spiral or dragon-shaped line sections 103 as described above may be arranged in an array.

上記のアンテナ101の給電部102に、RFIDタグと通信するRF通信機器を接続することで、RFIDリーダを実現することができる。   An RFID reader can be realized by connecting an RF communication device that communicates with an RFID tag to the power feeding unit 102 of the antenna 101.

上記のように、このRFIDリーダは、近接したRFIDタグと通信することができるが、離間したRFIDタグとの利得は極めて小さいため、電磁波の放射を抑制し、混信などが生じることを防止することができる。   As described above, this RFID reader can communicate with a nearby RFID tag, but since the gain with a separated RFID tag is extremely small, it suppresses the emission of electromagnetic waves and prevents interference and the like from occurring. Can do.

以上説明したように、本発明によれば、他の通信装置と近接させることによって通信可能となるアンテナ、ならびに、当該アンテナを利用したRFIDリーダを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an antenna that can communicate with another communication device and an RFID reader using the antenna.

本実施形態に係るアンテナの回路図を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the circuit diagram of the antenna which concerns on this embodiment. アンテナの第1の態様の表面の外観を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the external appearance of the surface of the 1st aspect of an antenna. ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナのx = y = 0mmにおいて、両者の距離zを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the transmission loss S21 when changing the distance z of both in the center position (x, y, z) of a dipole antenna and x = y = 0mm of an antenna. ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナのy = 0mm,z = 0.5mmにおいて、xを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the transmission loss S21 when x is changed when the center position (x, y, z) of the dipole antenna is y = 0 mm and z = 0.5 mm of the antenna. ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナのx = 0mm,z = 0.5mmにおいて、yを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of transmission loss S21 when changing the center position (x, y, z) of a dipole antenna, when x = 0 mm of the antenna and z = 0.5 mm. ダイポールアンテナの中心位置(x,y,z)をアンテナのx = y = 0mm,z = 0.5mmにおいて、両者のなす角度θを変化させたときの伝送損失S21の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the transmission loss S21 when changing the angle (theta) which both make the center position (x, y, z) of a dipole antenna x = y = 0mm and z = 0.5mm of antenna. 渦巻き状の線路部の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a spiral line part. 渦巻き状の線路部とダイポールアンテナとの位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of a spiral track | line part and a dipole antenna. 渦巻き状の線路部とダイポールアンテナとの角度θに対する伝送損失S21の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the transmission loss S21 with respect to angle (theta) of a spiral line part and a dipole antenna. 竜紋状の線路部の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a dragon-shaped track part. メッシュ状の線路部の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a mesh-shaped track part.

符号の説明Explanation of symbols

101 アンテナ
102 給電部
103 線路部
104 終端抵抗部
111 信号端子
112 接地端子
151 基板
152 接地用の導体箔
901 線路部の端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Antenna 102 Feed part 103 Line part 104 Termination resistor part 111 Signal terminal 112 Ground terminal 151 Substrate 152 Conductive foil for grounding 901 End part of line part

Claims (5)

電磁波長λの周波数帯で通信する通信装置と、電磁波長λ以外の周波数帯で通信する通信装置と、の、いずれにも接続可能なアンテナであって、前記アンテナに接続された通信装置は他の通信装置と通信し、
当該通信装置が接続される信号端子と接地端子を有する給電部、
前記給電部の信号端子に一端が接続され、当該他の通信装置に接続される他のアンテナと近接して容量結合もしくは電磁誘導結合する導体線からなる線路部、
前記給電部の接地端子と、前記線路部の他端と、の間を接続する終端抵抗部
を備え、
当該信号端子と接地端子との間の入力インピーダンスZi、前記終端抵抗部のインピーダンスZr、前記線路部の特性インピーダンスZo、当該線路部の当該一端から当該他端までの経路長L、1以上の整定数nについて、
Zi = Zr;
L = nλ/2
Zi = Zo = Zr
であることを特徴とするアンテナ。
An antenna that can be connected to any one of a communication device that communicates in a frequency band of the electromagnetic wave length λ and a communication device that communicates in a frequency band other than the electromagnetic wave length λ, and the communication device connected to the antenna is another Communicate with other communication devices,
A power feeding unit having a signal terminal and a ground terminal to which the communication device is connected;
One end connected to the signal terminal of the power feeding unit, a line unit made of a conductor wire that is capacitively coupled or electromagnetically coupled in proximity to another antenna connected to the other communication device,
A termination resistor for connecting between the ground terminal of the power supply unit and the other end of the line unit;
The input impedance Zi between the signal terminal and the ground terminal, the impedance Zr of the termination resistor unit, the characteristic impedance Zo of the line unit, the path length L from the one end of the line unit to the other end, and an adjustment of 1 or more For the constant n,
Zi = Zr;
L = nλ / 2 ;
Zi = Zo = Zr
An antenna characterized by being.
請求項1に記載のアンテナであって、
前記線路部は、渦巻き状の形状をなし、
当該渦巻きの中心側および周縁側の端のうち、一方の端に終端抵抗部が接続され、他方の端に給電部が接続される
ことを特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 1 ,
The line portion has a spiral shape,
Of the ends on the center side and the peripheral side of the spiral, a termination resistor is connected to one end, and a power feeding unit is connected to the other end.
請求項1に記載のアンテナであって、
前記線路部は、メッシュ状の形状をなすメッシュ状導体であり、
当該メッシュ状導体のある位置に給電部が接続され、当該メッシュ状導体の他の位置に終端抵抗部が接続される
ことを特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 1 ,
The line portion is a mesh conductor having a mesh shape,
An antenna, wherein a power feeding unit is connected to a position where the mesh-shaped conductor is present, and a termination resistor is connected to another position of the mesh-shaped conductor.
請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナであって、
当該電磁波長λは、5cm〜35cmである
ことを特徴とするアンテナ。
The antenna according to any one of claims 1 to 3 ,
The electromagnetic wave length λ is 5 cm to 35 cm.
請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナと、
前記アンテナの給電部に通信装置として接続され、前記アンテナを介して当該他の通信装置であるRFID(Radio Frequency IDentification)タグと当該電磁波長λの周波数帯で通信するRF通信部と、
を備えることを特徴とするRFIDリーダ。
The antenna according to any one of claims 1 to 3 ,
An RF communication unit that is connected as a communication device to the power feeding unit of the antenna and communicates in the frequency band of the electromagnetic wave length λ with an RFID (Radio Frequency IDentification) tag that is the other communication device via the antenna;
An RFID reader comprising:
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