(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイポールアンテナを形成するプリント基板と、該プリント基板と平行に配設する長方形の反射板とを備えてなり、前記プリント基板上には、前記ダイポールアンテナの給電点に接続するループを形成するとともに、該ループに並列接続する共振用のコンデンサを設け、前記反射板は、長辺方向の中心線を前記ダイポールアンテナと平行にして前記ダイポールアンテナの給電点上に中心を置き、前記プリント基板との間隔ｄ＝（０．０４〜０．２３）λ（ただし、λは、使用電波の波長）に配置することを特徴とする無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナ。
【請求項２】
前記ダイポールアンテナは、各エレメント長ａ＝（０．１６〜０．２８）λに設定することを特徴とする請求項１記載の無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナ。
【請求項３】
前記ループは、円形ループとして周長ｂ＝０．０６６πλに設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナ。
【請求項４】
前記反射板は、長さｃ1 ＝０．５６λ以上、幅ｃ2 ＝０．０４λ以上に設定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波により無接触形のＩＣタグと通信し、必要なデータの書込み、読取りをするための無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナに関する。ただし、この発明において、リーダライタとは、データの読取りだけを目的とするリーダを含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
無接触形のＩＣタグと通信するためのリーダライタ用アンテナは、利得を高くして通信距離を大きくするとともに、全体構造を単純にして小形軽量化を図るために、各種の提案がなされている。
【０００３】
たとえば、整合回路を介して２組のダイポールアンテナを基板上に形成することにより、２段スタックアンテナを構成することができる（特許文献１）。また、アンテナ軸が異方向の２組のアンテナを立体的に配置することにより、広範囲に存在するＩＣタグとの間に安定な通信を実現することができる（特許文献２）。さらに、多数のＩＣタグとの同時通信を目的として、ＩＣタグを挟むようにしてアンテナと対向する反射板を配置する方法も知られている（特許文献３、４）。
【特許文献１】特開２００３−２４２４５１号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４９４２号公報
【特許文献３】特開２００５−９４４７４号公報
【特許文献４】特開２００５−１８４２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来技術によるときは、それぞれ一長一短があり、必ずしも高い利得を有し、しかも十分に小形化することができないという問題があった。すなわち、２段スタックアンテナは、必然的に表面積が過大になりがちであり、立体構造のアンテナは、指向性を広くすることができるが利得が十分でなく、ＩＣタグを挟むようにして反射板を設ける場合、全体サイズが極端に大きくなることが避けられない。なお、リーダライタ用アンテナは、一定限度以上に小形化すると、外装ケースや取付用の構造材などの金属部材の影響を受け、いわゆるボディーエフェクトを生じることが知られている。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ダイポールアンテナにループを付加し、さらに反射板を組み合わせることによって、高利得化、小形化を図り、有害なボディーエフェクトを排除することができる無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、ダイポールアンテナを形成するプリント基板と、プリント基板と平行に配設する長方形の反射板とを備えてなり、プリント基板上には、ダイポールアンテナの給電点に接続するループを形成するとともに、ループに並列接続する共振用のコンデンサを設け、反射板は、長辺方向の中心線をダイポールアンテナと平行にしてダイポールアンテナの給電点上に中心を置き、プリント基板との間隔ｄ＝（０．０４〜０．２３）λ（ただし、λは、使用電波の波長）に配置することをその要旨とする。
【０００７】
なお、ダイポールアンテナは、各エレメント長ａ＝（０．１６〜０．２８）λに設定することができ、ループは、円形ループとして周長ｂ＝０．０６６πλに設定することができ、反射板は、長さｃ1 ＝０．５６λ以上、幅ｃ2 ＝０．０４λ以上に設定することができる。
【発明の効果】
【０００８】
かかる発明の構成によるときは、反射板は、プリント基板上のダイポールアンテナからの電波を反射させ、反射板に近接する金属部材がプリント基板側と反対方向に存在しても、それによる影響を有効に排除してボディーエフェクトを最少に抑えることができる上、ダイポールアンテナの指向特性を改善し、利得を向上させることができる。なお、反射板は、たとえばアルミニウム板のような導電性の金属板を使用し、プリント基板との間隔ｄ＝０．１３１λとするのが最良であるが、間隔ｄ＝（０．０４〜０．２３）λとしても十分であることが確かめられている。
【０００９】
一方、ダイポールアンテナに付加するループは、ダイポールアンテナと給電用の同軸ケーブルとを整合させるマッチング用のインダクタンスを実現するとともに、並列接続するコンデンサにより使用電波に共振させ、ＩＣタグのアンテナと電磁結合するブースタアンテナとしても作動する。なお、ループは、プリント基板の片面に対し、ダイポールアンテナと連続する回路パターンとして形成することができ、共振用のコンデンサは、たとえばチップ形のディスクリート部品としてプリント基板上に搭載してもよく、微少間隔の平行線パターンとしてプリント基板上に形成してもよい。
【００１０】
ダイポールアンテナは、各エレメント長ａ＝０．２０４λとするのが最良であるが、ａ＝（０．１６〜０．２８）λとしても十分であることが確かめられている。すなわち、ダイポールアンテナは、周波数特性がブロードであり、調整も簡便である。一方、ループは、円形ループ、長方形ループ、正方形ループなどのいずれであってもよいが、周長を一定にして有効面積を最大にし得る点で、円形ループが好ましい。なお、周長ｂ＝０．０６６πλの円形ループは、共振用のコンデンサ１pFとして２４５０MHz の使用電波に共振させることができ、直径約８mmであるから、サイズ的にも好適である。
【００１１】
反射板は、長さｃ1 ＝０．５７２λ、幅ｃ2 ＝０．３６９λとするのが最良であるが、長辺方向の中心線をダイポールアンテナと平行にしてダイポールアンテナの給電点上に中心を置き、ダイポールアンテナとの相対関係を正しく配置することにより、長さｃ1 ＝０．５６λ以上、幅ｃ2 ＝０．０４λ以上とすれば、ボディーエフェクトの防止効果を十分に発揮することが確認されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
無接触形ＩＣタグのリーダライタ用アンテナは、ダイポールアンテナ１２を形成するプリント基板１１と、プリント基板１１と平行に配設する長方形の反射板２１とを備えてなる（図１）。
【００１４】
プリント基板１１は、たとえばガラスエポキシ樹脂製の片面プリント板であり、ダイポールアンテナ１２は、プリント基板１１上の銅箔をエッチング処理することによりプリント基板１１上に所定の回路パターンとして形成されている。ダイポールアンテナ１２は、直線状に配置するエレメント１２ａ、１２ａを有し、エレメント１２ａ、１２ａの中間の給電点には、１ターンのループ１２ｂが付加されている。また、ループ１２ｂは、円形ループであり、共振用のコンデンサＣが並列接続されている。ダイポールアンテナ１２の各エレメント長ａは、使用電波の波長λとして、ａ＝（０．１６〜０．２８）λに設定され、ループ１２ｂの周長ｂは、ｂ＝０．０６６πλに設定されている。なお、ダイポールアンテナ１２は、たとえば導電性塗料を使用してプリント基板１１上に印刷してもよい。
【００１５】
反射板２１は、たとえば長方形のアルミニウム板である。反射板２１は、長辺方向の中心線Ｌ1 をダイポールアンテナ１２と平行にするとともに、中心Ｌo をダイポールアンテナ１２の給電点上に置くようにして配置されている。ただし、ここでいう給電点上とは、中心Ｌo を通る反射板２１、プリント基板１１の共通垂線Ｌ2 が給電点を通ることを意味している。反射板２１の長さｃ1 、幅ｃ2 は、それぞれｃ1 ≧０．５６λ、ｃ2 ≧０．０４λに設定されている。また、反射板２１は、プリント基板１１との間隔ｄ＝（０．０４〜０．２３）λに配置されている。
【００１６】
プリント基板１１、反射板２１は、処理回路３２用のプリント基板３１とともに一体に組み立て、リーダライタ用のアンテナユニットとしてコンパクトにまとめることができる（図２、図３）。ただし、図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれアンテナユニットの平面図、正面図である。
【００１７】
プリント基板１１、反射板２１は、それぞれの四隅部のスペーサ１３、１３…の上下の止めねじ１４、１４…を介して一体に組み立てられている。ただし、図２において、プリント基板１１は、便宜的に反射板２１と同形同大に形成されている。また、処理回路３２用のプリント基板３１は、別のスペーサ２２、２２…を介し、取付脚２３、２３…とともに反射板２１の下面にねじ止めされている。なお、プリント基板１１、反射板２１の各長辺側には、取付脚２３、２３…の下端の取付孔を利用して図示しない構造材に全体をねじ止めして固定するために、同形同大の切欠き１１ａ、１１ａ、２１ａ、２１ａが同位置に形成されている。
【００１８】
プリント基板１１上において、ダイポールアンテナ１２の給電点は、線路１２ｃ、１２ｃを介して同軸コネクタ１５に引き出されている。また、処理回路３２用のプリント基板３１上には、処理回路３２に接続する別の同軸コネクタ３３が搭載されており、同軸コネクタ１５、３３間は、同軸ケーブル１６を介して接続されている。なお、処理回路３２は、外部からのデータにより使用電波を変調してダイポールアンテナ１２から図示しないＩＣカードに送信する送信部と、インピーダンス変調によってダイポールアンテナ１２に到来するＩＣカードからの応答データを受信し、それを複調して外部に送出する受信部とを含んでいる。
【００１９】
ダイポールアンテナ１２のエレメント１２ａ、１２ａを含み、プリント基板１１に垂直な面内における指向特性の一例を図４に示す。ただし、図４（Ａ）〜（Ｄ）の角度、スケール（ｄＢｄ）は、同図（Ｅ）に示すとおりであり、同図（Ａ）〜（Ｅ）の０°方向は、図１の矢印方向に一致している。すなわち、通信対象のＩＣカードは、０°方向に置くものとする。
【００２０】
反射板２１を設けないダイポールアンテナ１２のみの指向特性は、典型的な８字特性であり（図４（Ｃ））、０°方向、１８０°方向の利得差（ＦＢ比）は認められない。なお、このとき、１８０°方向に接地金属が近接すると（同図（Ｄ））、０°方向の利得も減少し、明らかなボディーエフェクトが認められる。これに対し、反射板２１を設けると（同図（Ａ））、０°方向の利得が増加するとともに、明確なＦＢ比が認められ、１８０°方向に接地金属が近接しても（同図（Ｂ））、０°方向の利得が却って増加し、ボディーエフェクトによる通信性能の劣化が生じない。
【００２１】
また、反射板２１の有無による周波数特性の変化を図５に示す。反射板２１を設けないときの周波数特性（図５（Ｃ））は、１８０°方向に接地金属が近接するに従って大きく変化するが（同図（Ｄ）〜（Ｆ））、反射板２１を設けると（同図（Ａ））、接地金属を近接させても、殆ど影響がない（同図（Ｂ））。
【００２２】
なお、図４、図５において、使用電波の周波数２４５０MHz （λ＝１２２mm）とし、ダイポールアンテナ１２の各エレメント長ａ＝２７．５mm＝０．２２５λ、ループ１２ｂの周長ｂ＝８．０５πmm＝０．０６６πλ、反射板２１の長さｃ1 ＝７０mm＝０．５７４λ、幅ｃ2 ＝４５mm＝０．３６９λ、プリント基板１１と反射板２１との間隔ｄ＝１６mm＝０．１３１λとした。また、図４、図５において、ダイポールアンテナ１２に近接させる接地金属は、プリント基板１１と平行の１５０×１５０mmのアルミニウム板とし、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）では、反射板２１の下４mmの位置に配置した。また、図４（Ｄ）では、同様のアルミニウム板をプリント基板１１の下２０mmの位置に配置し、図５（Ｄ）〜（Ｆ）では、同様のアルミニウム板をそれぞれプリント基板１１の下２０mm、１０mm、５mmの位置に配置した。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】模式構成斜視図
【図２】使用状態説明図
【図３】図２のブロック系統図
【図４】動作特性線図（１）
【図５】動作特性線図（２）
【符号の説明】
【００２４】
Ｃ…コンデンサ
Ｌo …中心
Ｌ1 …中心線
ａ…エレメント長
ｂ…周長
ｃ1 …長さ
ｃ2 …幅
ｄ…間隔
１１…プリント基板
１２…ダイポールアンテナ
１２ｂ…ループ
２１…反射板
特許出願人          株式会社  エフ・イー・シー
代理人  弁理士                  松  田  忠  秋
【図１】
0004688726.tif 000002
【図２】
0004688726.tif 000003
【図３】
0004688726.tif 000004
【図４】
0004688726.tif 000005
【図５】
0004688726.tif 000006