(57)【要約】【課題】アンテナ装置を設置する周囲の環境変化や、データキャリアの位置変化等によって発生するバランス変化による悪影響を最小限に抑えることができるようにする。【解決手段】送信用アンテナＬ１と複数個の受信用アンテナＬ２〜Ｌ６とによりアンテナ装置を構成する際に、上記複数個の受信用アンテナコイルＬ２〜Ｌ６のうち、所定の受信用アンテナコイルＬ２を上記送信用アンテナコイルＬ１と重ねて配設するとともに、他の受信用アンテナコイルＬ３〜Ｌ６を上記送信用アンテナコイルＬ１の周囲に配設するようにして、上記送信用アンテナコイルＬ１から放射される交番磁界によって誘導される電圧に関して、上記受信用アンテナコイルＬ２に誘導される電圧を、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設した受信用アンテナコイルＬ３〜Ｌ６に誘導される電圧で打ち消すようにする。【選択図】        図１
2004312431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用アンテナコイルと複数個の受信用アンテナコイルとが配設されているアンテナ装置であって、
上記複数個の受信用アンテナコイルのうち、所定の受信用アンテナコイルを上記送信用アンテナコイルと重ねて配設するとともに、他の受信用アンテナコイルを上記送信用アンテナコイルの周囲に配設したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記送信用アンテナコイルの周囲に配設した上記受信用アンテナコイルの少なくとも１つを複数の小コイルに分割するとともに、上記複数個に分割した小コイルのそれぞれにタップを接続し、上記複数個のタップの何れかを選択することにより、上記送信用アンテナコイルと重ねて配設した受信用アンテナコイルに誘導される送信信号電圧と、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設される受信用アンテナコイルに誘導される送信信号電圧とをバランスさせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記送信用アンテナコイルの周囲に配設される受信用アンテナコイルの結合位相を、上記送信用アンテナコイルと同相にしたり、逆相にしたりする切り替えが可能なスイッチング手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナ装置に関し、特に、リーダ／ライタ装置から送信される交番磁界に変調をかけてデータキャリアにコマンドやデータを送り、上記データキャリアが内蔵するコイルで上記交番磁界を受けることにより誘導される起電力を上記データキャリアが動作電源とするとともに、上記交番磁界にかけられた変調を復調して上記コマンドやデータを上記データキャリアが受信するようにしたデータキャリアシステムに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リーダ／ライタ装置にはサービスエリア内のデータキャリアにコマンドやデータを送信したり、上記データキャリアから送信される信号を受信したりするためのアンテナ装置が備えられている。
【０００３】
また、上記リーダ／ライタ装置の中には、送受信を同時に行なうことができるようにするために、送信アンテナ及び受信アンテナを独立的に設ける場合もある。そして、通信距離を延ばすために上記送信用アンテナを大きめにするとともに、データキャリアに大きな駆動信号を供給することにより強い磁界を発生させるようにするのが一般的である。
【０００４】
しかし、このような構成にすると、上記送信用アンテナに隣接して配置されている受信用アンテナにも強力な磁界が供給されてしまい、受信回路で増幅や検波できないくらい大きな電圧が誘導されることになる。上記のような大きな電圧が誘導されると、駆動信号中に含まれるノイズが受信のＳ／Ｎ比を悪化してしまう不都合が生じる。
【０００５】
このような不都合を防止するために、例えば、特許文献１においては、データキャリアにおいて、上記送信用アンテナと受信用アンテナとで互いにバランスを取ることにより上記２つのアンテナにおける相互の干渉を軽減するようにしたアンテナ装置が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６１５３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通信距離を限界まで延ばすようにするデータキャリアシステムの応用の場合、上記データキャリアが遠くに存在するため、上記遠くのデータキャリアに送信するための駆動磁界を可及的に強くする必要がある。
【０００８】
一方、上記データキャリアは遠くから返事を返すため、上記リーダ／ライタ装置には微小な信号しか返ってこない。よって、上記リーダ／ライタ装置においては、上記送信用アンテナから送信した信号が上記受信用アンテナへ飛び込む問題が非常にシビアになっている。
【０００９】
そこで、従来においても送受信アンテナのバランスを追求するとともに、各アンテナに電界シールドを被せる等の対策を講じることで６０ｄＢ程度を達成できるようにしている。しかし、バランス調整を実施した後で固定してしまう方法では、アンテナ装置を設置する周囲の環境変化や、データキャリアが近づいた時にバランスが崩れてしまい、４０ｄＢ程度まで直ぐに低下してしまう問題点があった。
【００１０】
本発明は上述の問題点にかんがみ、アンテナ装置を設置する周囲の環境変化や、データキャリアの位置変化等によって発生する受信用アンテナコイルのバランス変化による悪影響を最小限に抑えることができるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は、送信用アンテナコイルと複数個の受信用アンテナコイルとが配設されているアンテナ装置であって、上記複数個の受信用アンテナコイルのうち、所定の受信用アンテナコイルを上記送信用アンテナコイルと重ねて配設するとともに、他の受信用アンテナコイルを上記送信用アンテナコイルの周囲に配設したことを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設した上記受信用アンテナコイルの少なくとも１つを複数の小コイルに分割するとともに、上記複数個に分割した小コイルのそれぞれにタップを接続し、上記複数個のタップの何れかを選択することにより、上記送信用アンテナコイルと重ねて配設した受信用アンテナコイルに誘導される送信信号電圧と、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設される受信用アンテナコイルに誘導される送信信号電圧とをバランスさせてキャンセルさせるようにしたことを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設される受信用アンテナコイルの結合位相を、上記送信用アンテナコイルと同相にしたり、逆相にしたりする切り替えが可能なスイッチング手段を設けたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図１を参照しながら本発明によるアンテナ装置の実施の形態を説明する。
図１に示したように、本実施の形態のアンテナ装置は、１つの送信用アンテナＬ１と、５つの受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６とに構成されている。上記５つの受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の内、第１の受信用アンテナＬ２は上記送信用アンテナＬ１と重ねて配設されている。
【００１３】
図５に示すように、或る送信用アンテナＡに対して受信用アンテナＢを配設する場合、上記受信用アンテナＢに誘導される信号の位相は、上記送信用アンテナＡに重ねられた部分を基準の位相として「＋」と表現すると、上記送信用アンテナＡの外側の部分は逆相であり「−」と表現される。
【００１４】
したがって、本実施の形態のアンテナ装置においては、図２のアンテナ特性説明図に示すように、上記送信用アンテナＬ１が放射する信号位相と、上記第１の受信用アンテナＬ２に誘導される信号電圧の位相とは同じ位相「＋」となっている。
【００１５】
また、上記第１の受信用アンテナＬ２以外の受信用アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、上記送信用アンテナＬ１の周囲に配設されているので、これら４つの受信用アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６に誘導される信号電圧の位相は、上記送信用アンテナＬ１が放射する信号位相とは逆位相「−」となっている。
【００１６】
また、本実施の形態においては、上記受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の内、第５の受信用アンテナＬ６は、複数のアンテナコイルに分割され、それぞれのアンテナコイルに対応してタップが引き出されている。
【００１７】
上述のように構成された本実施の形態のアンテナ装置は、リーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗの送受信用のアンテナ装置として使用される。図１に示したように、本実施の形態のリーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗは、搬送波の基本信号を発生する発振回路１１と、上記発振回路１１からの基本信号をそれぞれ異なる分周比で分周して第１及び第２の搬送波を発生する分周回路１２、１３と、上記第１及び第２の搬送波から１つの搬送波を選択して出力する選択回路１４と、出力増幅器１５とを送信系に有している。
【００１８】
また、受信系には、上記受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６で受信するデータキャリア（図示せず）からの信号を復調する復調回路１６と、上記復調回路１６で復調された受信信号に所定の処理を施す内部処理回路１７とを備えている。
【００１９】
上記内部処理回路１７は、一般的な信号処理回路と同様に、命令の実行などの処理を行なうＣＰＵ、随時書き込み読み出し可能なＲＡＭ、プログラム等を記憶したＲＯＭ、電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ及びインタフェース等からなるコンピュータシステムにより構成されている。
【００２０】
また、本実施の形態のリーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗの大きな特徴として、タップ選択回路２０、制御回路２１、位相検出回路２２等を有している。上記タップ選択回路２０は、上述した第５の受信用アンテナＬ６に設けられている複数のタップの中から１つのタップを選択するためのものであり、選択動作は上記制御回路２１によって制御される。
【００２１】
上記制御回路２１は、位相検出回路２２の位相検出出力に基づいて上記タップ選択回路２０の選択動作を制御する。また、上記位相検出回路２２は、上記受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６全体の受信信号電圧ＶＴの位相と、上記受信用アンテナＬ２の信号電圧Ｖ１の位相とを比較検出し、これらの信号電圧ＶＴ、Ｖ１の位相が同相か逆相になっているかを制御回路２１に出力する。
【００２２】
上述のようなタップ選択を行なう場合、まず、信号振幅が目標に入っていて十分にキャンセルされて小さいか否かを判断する（バランスが取れているか）。この判断の結果、信号振幅が目標に入っていない場合は上記受信用アンテナＬ２の信号電圧Ｖ１と、上記受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６全体の受信信号電圧ＶＴとの位相を比較する。この比較の結果が同位相の場合は接続タップを上げるように制御し、逆位相の場合は接続タップを下げるように制御する。なお、タップ位置を順次切り替えて最小振幅の位置に設定するようにする。
【００２３】
上述したリーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗの構成において、上記発振回路１１は、例えば、４ＭＨｚの基準信号を生成する。この基準信号は第１の分周回路１２及び第２の分周回路１３に供給され、第１の分周回路１２で１／３２に分周された信号（１２５ＫＨｚ）が得られるとともに、第２の分周回路１３で１／３４に分周された信号（１１７．６４７０５８８ＫＨｚ）が得られる。
【００２４】
例えば、内部処理回路１７が論理値”Ｈ”のデータの送信を指示する場合には、選択回路１４で第１の分周回路１２の出力を選択して１２５ＫＨｚの信号が出力増幅器１５を介して送信用アンテナＬ１に送られる。
【００２５】
一方、内部処理回路１７が論理値”Ｌ”のデータの送信を指示する場合には、選択回路１４で第２の分周回路１３の出力が選択されて１１７．６４７０５８８ＫＨｚの信号が出力増幅器１５を介して送信用アンテナＬ１に送られる。
【００２６】
図示しないデータキャリアとリーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗとで通信を行なう場合には、上記データキャリアのアンテナ装置と上記リーダ／ライタ装置のアンテナ装置との間の磁界結合を介して情報データの送受信が行われる。
【００２７】
リーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗの復調回路１６は、データキャリアから送られる情報データを復調する際に、上記出力増幅器１５から出力される１２５ＫＨｚの信号を、図示しないバンドパスフィルタで除いて、データキャリアより送られて来た信号の振幅及び位相の変化をとらえて復調動作を行なう。
【００２８】
上述したようにして送受信を行う際に、本実施の形態のアンテナ装置は、送信用アンテナＬ１と受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６との結合に工夫を施している。すなわち、上述したように、送信用アンテナＬ１と第１の受信用アンテナＬ２とは重ねて配置されている。
【００２９】
それに対して、第２の受信用アンテナＬ３〜第５のＬ６は、上記送信用アンテナＬ１の外側の周辺に配置されている。これにより、図２のアンテナ位相説明図に示すように、リーダ／ライタ装置Ｒ／Ｗから送信する信号の位相に関して、送信用アンテナＬ１及び第１の受信用アンテナＬ２の結合位相とは同相「＋」であるが、上記送信用アンテナＬ１と上記第２の受信用アンテナＬ３〜第５のＬ６との結合位相は反転して逆相「−」となっている。
【００３０】
このような位相関係により、図２に示したように、送信用アンテナＬ１から受信用アンテナＬ２に誘導される電圧「＋」に対して、受信用アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６に誘導される電圧は反転して「−」となるので、これらの受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の全てに誘導される電圧の絶対値を合わせると、上記送信用アンテナＬ１から放射される信号により上記第１の受信用アンテナＬ２に誘導される電圧をキャンセルすることができる。
【００３１】
一方、遠方に位置するデータキャリアから送られる信号に対しては、上記受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６のそれぞれに誘導される信号電圧は同じ位相で加算されるので、全て受信に寄与することができる。
【００３２】
特に、本実施の形態においては、上記第５の受信用アンテナＬ６を複数個に分割し、各分割コイルに設けられたタップの中から最適な１つを選択するようにしたので、アンテナ装置を設置する周囲の環境の変化に対応することができる。例えば、タグ等の共振回路や金属板等がアンテナ装置に近づくことによってバランスが崩れた場合においても、上記第５の受信用アンテナＬ６のタップ位置を変更することにより、容易に且つ確実にバランスさせることができ、最適なバランス状態で受信することができる。
【００３３】
図３は、本実施の形態のアンテナ装置を配設する態様の一例を示した図である。図３に示したように、上記送信用アンテナＬ１はシールドパイプＰ１によってその大部分を被覆されている。また、上記受信用アンテナＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、同じくシールドパイプＰ２〜Ｐ６によって被覆されている。
【００３４】
上記シールドパイプＰ１〜Ｐ６は、各アンテナＬ１〜Ｌ６が電界結合するのを防止するためのシールドとして配設されたものであり、それぞれのシールドパイプＰ１〜Ｐ６においては、磁界結合するためのスリットＳ１〜Ｓ６が形成されていて、各アンテナＬ１〜Ｌ６において電界をシールドするとともに、磁界を自由に出入りできるようにしている。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に、図４を参照しながら本発明の第２の本実施の形態を説明する。
上述した実施の形態においては、第５の受信用アンテナＬ６のコイルを複数の小コイルに分割して、上記分割した小コイルの何れかを選択することによりバランス調整を行なうようにした。
【００３６】
それに対して、本実施の形態においては、主としてバランス調整用として配設されている小アンテナである受信用アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の出力を、上記第１の受信用アンテナＬ２の出力に加算（例えばシリーズに接続）するか、或いは減算（位相反転してシリーズに接続）するかして、バランス調整を行なうようにした例を示している。
【００３７】
上記バランス調整用の受信アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の接続状態を切り替える場合には、始めは駆動出力を下げて決めるようにする。これは、いきなりフルパワーが印加されると受信回路が危険であるからである。なお、実際には保護回路を入れているので、受信回路が破壊されることは無いが、バランスが取れてからフルパワーにするようにするのが安全である。
【００３８】
上記バランス調整用の受信アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の受信電圧を上記第１の受信用アンテナＬ２に加算するように接続にするか、或いは減算するように接続するかは種々の方法が考慮されるが、図４に一例を示す。
【００３９】
図４に示したスイッチング手段の例は、上記バランス調整用の受信アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６毎に５個のスイッチング素子Ｒ１〜Ｒ５を設けた例を示している。
このような構成において、同相で加算する場合には図４の（ａ）において破線で示すように、第２のスイッチング素子Ｒ２と第３のスイッチング素子Ｒ３とを閉じるようにする。これにより、図４（イ）に示すように、該当するコイルは他のバランス調整用の受信アンテナに対して順方向に接続されるので、誘導される信号電圧は同相に加算される。
【００４０】
また、図４（ｂ）において破線で示すように、第４のスイッチング素子Ｒ４と第５のスイッチング素子Ｒ５とを閉じると、該当するコイルは図４（ロ）に示すように、該当するコイルは他のバランス調整用の受信アンテナに対して逆方向に接続されるので、誘導される信号電圧は逆相に加算されることになる。
【００４１】
さらに、図４（Ｃ）に示すように、第１のスイッチング素子Ｒ１を閉じるようにし、他のスイッチング素子Ｒ２，３，４，５、を開放すると、図４（ハ）に示すようにコイルは切り離されるので、該当するコイルは他のバランス調整用の受信アンテナに対して影響を与えないようになる。上述のように、本実施の形態においては、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設される受信用アンテナコイルの結合位相を、上記送信用アンテナコイルと同相にしたり、逆相にしたりする切り替えが可能なスイッチング手段を設けたので、上記受信用アンテナコイルのバランス調整の幅を大きくすることができる。
【００４２】
図６に、アンテナコイルの配置態様の変形例を示す。上述した図１の例では、上記バランス調整用の受信アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を上記送信用アンテナＬ１とは離して配置した例を示したが、これらのバランス調整用の受信アンテナＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を、図６に示すように、一部を重ねて配置するようにしてもよい。このようにすることにより、上記バランス調整と受信信号を誘導する機能の両方を満足させるようにすることが容易となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、送信用アンテナコイルと複数個の受信用アンテナコイルとによりアンテナ装置を構成する際に、上記複数個の受信用アンテナコイルのうち、所定の受信用アンテナコイルを上記送信用アンテナコイルと重ねて配設するとともに、他の受信用アンテナコイルを上記送信用アンテナコイルの周囲に配設したので、上記送信用アンテナコイルから放射される交番磁界によって上記受信用アンテナコイルに誘導される電圧に関して、上記送信用アンテナコイルに重ねて配設された受信用アンテナコイルに誘導される電圧を、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設した受信用アンテナコイルに誘導される電圧で打ち消すことができる。これにより、上記送信用アンテナコイルから大きな駆動磁界を放射しても受信系に対する影響を可及的に軽減することができる。
【００４４】
また、本発明の他の特徴によれば、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設した受信用アンテナコイルを複数の小コイルに分割するとともに、上記複数個に分割した小コイルのそれぞれにタップを接続し、上記複数個のタップの何れかを選択するようにしたので、上記受信用アンテナコイルのバランス調整を高精度に行なうことができる。
【００４５】
また、本発明のその他の特徴によれば、上記送信用アンテナコイルの周囲に配設される受信用アンテナコイルの結合位相を、上記送信用アンテナコイルと同相にしたり、逆相にしたりする切り替えが可能なスイッチング手段を設けたので、上記受信用アンテナコイルのバランス調整の幅を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、送信用アンテナコイル及び受信用アンテナコイルの配置状態を説明する図である。
【図２】各受信用アンテナコイルに誘導される信号電圧の位相状態を説明する図である。
【図３】各アンテナコイルにシールドパイプを配設した例を示す図である。
【図４】受信用アンテナコイルの結合位相を、上記送信用アンテナコイルと同相にしたり、逆相にしたりする手段の一例を示す図である。
【図５】送信用アンテナコイルと受信用アンテナコイルとが重なっている部分に誘導される電圧の位相と、重なっていない部分に誘導される電圧の位相の違いを説明する図である。
【図６】アンテナコイルの配置態様の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１１  発振回路
１２  第１の分周回路
１３  第２の分周回路
１４  選択回路
１５  出力増幅器
１６  復調回路
１７  内部処理回路
２０  タップ選択回路
２１  制御回路
２２  位相検出回路
Ｌ１  送信用アンテナ
Ｌ２〜Ｌ６  受信用アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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