(57)【要約】【課題】小型のアンテナでありながら通信時の偏波面の方向を可変とする。【解決手段】誘電体基板２３と、誘電体基板２３の一方側に形成されたマイクロストリップアンテナパターン２１と、誘電体基板２３の他方側に設けた地板２２とを有し、マイクロストリップアンテナパターン２１に給電を行うマイクロストリップアンテナ１１であって、給電線に接続するための１つの給電点Ｐｓと、接地線に接続するための２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２とを、マイクロストリップアンテナパターン２１に設けている。【選択図】図５
2009065318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる基板に、
前記基板の一方側に形成されたマイクロストリップアンテナパターンと、
前記基板の他方側に設けた地板とを有し、
前記マイクロストリップアンテナパターンに給電可能なマイクロストリップアンテナであって、
給電線に接続するための１つの給電点と、前記地板に接続するための２つの接地点を、前記マイクロストリップアンテナパターンに設けたことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記１つの給電点及び前記２つの接地点は、前記マイクロストリップアンテナパターンの外縁部に設けられ、
前記２つの接地点は、前記１つの給電点を夾むようにして当該給電点の一方側と他方側とにそれぞれ配置されている
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
請求項２記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記２つの接地点は、前記１つの給電点からの距離が互いに略等しくなるように配置されている
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記２つの接地点のうちいずれか一方を選択的に前記地板に接続する切替手段を有する
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記切替手段は、
１入力１出力方式のスイッチ２個を備えたスイッチ回路である
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項６】
請求項４又は請求項５記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記切替手段は、
複数のダイオード又はＦＥＴを備えたスイッチ回路である
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記マイクロストリップアンテナパターンは、略四角形形状を備えており、
前記２つの接地点は、前記四角形の一辺の両端部に設けられ、
前記１つの給電点は、その一辺の中間部に設けられている
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項８】
請求項７記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記マイクロストリップアンテナパターンは、略正方形形状を備えている
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記マイクロストリップアンテナパターンは、略円形形状を備えており、
前記２つの接地点は、前記円形の中心から見てそれら２つの接地点方向どうしのなす角度が略９０°となるように、配置されている
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項１０】
情報を記憶するＩＣ回路部及びこのＩＣ回路部に接続されたタグ側アンテナを備えた複数の無線タグ回路素子と情報送受信を行うための装置側アンテナと、
前記装置側アンテナを介した通信の偏波面を制御する制御手段と
を有する無線タグ情報読み取り装置であって、
前記装置側アンテナは、
誘電体からなる基板と、
前記基板の一方側に形成され、給電線に接続するための１つの給電点、及び、地板に接続するための２つの接地点を有するマイクロストリップアンテナパターンと、
前記基板の他方側に設けた地板と
を備えたマイクロストリップアンテナであることを特徴とする無線タグ情報読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信対象と無線通信を行うためのマイクロストリップアンテナ、及び、これを用いて無線タグから情報読み取りを行う無線タグ情報読み取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信対象と無線通信を行う際に用いるアンテナにおいて、偏波面を切り替える機能を持たせたものとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
上記従来技術では、送信機（又は受信機）と分岐点の間を伝送線路で接続し、さらに分岐点からは複数の高周波伝送線路を分岐させて設け、各高周波伝送線路を、それぞれ異なる方向から放射パッチの複数の給電点に到達させる。そして、各高周波伝送路の中間部に設けたスイッチング素子を作動させて１つの中間部のみを短絡させることにより、水平偏波・垂直偏波の偏波面切り替えを行うようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８６８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、パッチアンテナ等の平面アンテナを小形化する方法の一つとして、平面逆Ｆアンテナが知られつつある。この平面逆Ｆアンテナは、半波長共振方形マイクロストリップアンテナの一頂点を接地し、その頂点を含む一辺上、もしくは当該頂点を含む一辺の近くに給電点を設ける構造である。これにより、同じ周波数のマイクロストリップアンテナに対してパッチ面積を１／４程度に小さくすることができる。
【０００６】
例えば、無線タグに対し情報送受信を行う場合、偏波面を切り替えることで通信感度を増大できることが知られている。しかしながら、上記平面逆Ｆアンテナを用いる場合、偏波面の切換を行うのが困難である。一方、上記従来技術を通常の平面パッチアンテナに対して適用すれば、偏波面の切り替えを実行することは可能であるが、上記平面逆Ｆアンテナのような小型化を行うのは困難となる。
【０００７】
本発明の目的は、通信時の偏波面切り替えが可能で、かつ小型化を図れる、マイクロストリップアンテナ及びこれを備えた無線タグ情報読み取り装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明は、誘電体からなる基板に、前記基板の一方側に形成されたマイクロストリップアンテナパターンと、前記基板の他方側に設けた地板とを有し、前記マイクロストリップアンテナパターンに給電可能なマイクロストリップアンテナであって、給電線に接続するための１つの給電点と、地板に接続するための２つの接地点を、前記マイクロストリップアンテナパターンに設けたことを特徴とする。
【０００９】
基板の一方側にマイクロストリップアンテナパターンを設け他方側に地板を設けたマイクロストリップアンテナでは、一般に、アンテナパターンにおいてある基準線を中心に電流分布は略線対称の分布となり、電圧分布はその線より一方側が正の値、他方側が負の値の分布となる。本願第１発明では、地板に接続可能な接地点を備えている。これにより、この接地点を上記の基準線の位置に配置し、その接地点をアンテナパターンの端部とすることで、同等の機能を確保したままアンテナパターンの電流流れ方向の長さ寸法を半減させることが可能となる。また、１つの給電点に対し上記接地点を２つ備えることにより、それら接地点を選択的に切り替えて使用することで、アンテナパターン上を流れる電流の向きを切り替えることが可能となる。この結果、（給電点を２つ設けなくても）偏波面の方向を変化させることができる。
【００１０】
以上のようにして、通信時の偏波面の方向が可変である小型のアンテナを実現することができる。
【００１１】
第２発明は、上記第１発明において、前記１つの給電点及び前記２つの接地点は、前記マイクロストリップアンテナパターンの外縁部に設けられ、前記２つの接地点は、前記１つの給電点を夾むようにして当該給電点の一方側と他方側とにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００１２】
接地点を外縁部に設けることで、接地点のある外縁部から反対側の外縁部に向かって電流を流すことができる。このとき、２つの接地点を１つの給電点を夾むように設けることで、上記各接地点のある外縁部から反対側の外縁部に向かって電流が流れるときその方向を大きく異ならせ、略９０°近くの角度にて交差させることも可能となる。この結果、互いに略直交する２つの偏波面方向を切り替えて使用することが可能となる。
【００１３】
第３発明は、上記第２発明において、前記２つの接地点は、前記１つの給電点からの距離が互いに略等しくなるように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
２箇所の接地点の中点に給電点を設けることにより、いずれでの接地を選んだ場合でも、アンテナのインピーダンスの変化が少なく、同じマッチング回路を使用することが可能となる。
【００１５】
第４発明は、上記第２又は第３発明において、前記２つの接地点のうちいずれか一方を選択的に前記地板に接続する切替手段を有することを特徴とする。
【００１６】
１つの給電点に対し切替手段で２つの接地点を選択的に切り替えて使用することで、アンテナパターン上を流れる電流の向きを切り替え、偏波面の方向を切り替えることができる。このとき、２つの接地点のうち他方を開放、一方を地板へ接続することで、アンテナパターン上において対応する方向へ確実に電流を流すことができる。
【００１７】
第５発明は、上記第４発明において、前記切替手段は、１入力１出力方式のスイッチ２個を備えたスイッチ回路であることを特徴とする。
【００１８】
これにより、簡素な構造で容易に切替手段を実現することができる。またスイッチを２つの接地点近傍に配置することで、接地点付近の電位を高周波的にも確実にグランド電位とすることができる。
【００１９】
第６発明は、上記第４又は第５発明において、前記切替手段は、複数のダイオード又はＦＥＴを備えたスイッチ回路であることを特徴とする。
【００２０】
これにより、小型で安価な切替手段を実現することができる。
【００２１】
第７発明は、上記第１乃至第６発明のいずれかにおいて、前記マイクロストリップアンテナパターンは、略四角形形状を備えており、前記２つの接地点は、前記四角形の一辺の両端部に設けられ、前記１つの給電点は、その一辺の中間部に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
これにより、小型の方形アンテナを実現することができる。
【００２３】
第８発明は、上記第７発明において、前記マイクロストリップアンテナパターンは、略正方形形状を備えていることを特徴とする。
【００２４】
正方形の一辺の両端部に２つの接地点を設け、正方形の一辺の中間部に１つの給電点を設ける。これにより、２つの接地点を選択的に切り替え、直交する２つの直線偏波を切り替えて用いることができる。
【００２５】
第９発明は、上記第１乃至第６発明のいずれかにおいて、前記マイクロストリップアンテナパターンは、略円形形状を備えており、前記２つの接地点は、前記円形の中心から見てそれら２つの接地点方向どうしのなす角度が略９０°となるように、配置されていることを特徴とする。
【００２６】
これにより、小型の円形アンテナを実現することができる。また一方の接地点と円形中心とを結んだ線と、他方の接地点と円形中心とを結んだ線とが略９０°で交差することにより、２つの接地点を選択的に切り替え、直交する２つの直線偏波を切り替えて用いることができる。
【００２７】
上記目的を達成するために、第１０発明は、情報を記憶するＩＣ回路部及びこのＩＣ回路部に接続されたタグ側アンテナを備えた複数の無線タグ回路素子と情報送受信を行うための装置側アンテナと、前記装置側アンテナを介した通信の偏波面を制御する制御手段とを有する無線タグ情報読み取り装置であって、前記装置側アンテナは、誘電体からなる基板と、前記基板の一方側に形成され、給電線に接続するための１つの給電点、及び、地板に接続するための２つの接地点を有するマイクロストリップアンテナパターンと、前記基板の他方側に設けた地板とを備えたマイクロストリップアンテナであることを特徴とする。
【００２８】
本願第１１発明においては、装置側アンテナを介し無線タグ回路素子と情報送受信を行うとき、装置側アンテナを、１つの給電点と２つの接地点とを有するマイクロストリップアンテナパターンで構成する。これにより、制御手段で２つの接地点を選択的に切り替えて使用することで、アンテナパターン上を流れる電流の向きを切り替え、偏波面の方向を変化させることができる。以上のようにして、アンテナの小型化を図りつつ、通信時の偏波面の方向を可変とすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、通信時の偏波面切り替えを行うことができるとともに、小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態の無線タグ情報読み取り装置を、例えばそれぞれ無線タグが貼付されている多数の物品の管理に適用した場合の一例を表す図である。
【００３２】
図１において、この例では、整列せずにランダムに配置された多数の物品Ｂにそれぞれ無線タグＴが貼付されている。それぞれの無線タグＴは後に詳述するようにこの例では略直線形状で形成されたタグ側アンテナ１５１を有しており、そのタグ側アンテナ１５１の長手方向の向きが縦方向と横方向のいずれかの方向に向く姿勢で各物品Ｂに貼付されている。このタグ側アンテナ１５１の長手方向の向きが電波の電位が変化する方向であり、いわゆる偏波面の方向となる。
【００３３】
本実施形態の無線タグ情報読み取り装置であるリーダ１は、携帯型（いわゆるハンディタイプ）のものであり、略直方体形状の筐体に収容された本体制御部２を有している。この本体制御部２の筐体には、長手方向の一方の端部に偏波面が縦方向と横方向とで切り替え可能なリーダアンテナユニット（具体的な構成については後に詳述する）３が設けられているとともに、筐体の一方の平面部に操作部７と表示部８が設けられている。
【００３４】
使用者（物品Ｂの管理者；操作者）は、このリーダ１を用いて、各物品Ｂに貼付されている無線タグＴから無線通信を介して対応する物品Ｂに関する情報を読み取ることで、各物品Ｂの保管状況を管理する。ここで、リーダ１の通信可能領域２０（図中の破線で示す範囲）はリーダアンテナユニット３を基点として広がる領域である。そして、この通信可能領域２０内に存在する無線タグのうちで、タグ側アンテナ１５１の偏波面の向きがリーダアンテナユニット３の偏波面の向きと一致する無線タグＴだけが、リーダ１と良好な無線通信を行うことができる。
【００３５】
このため、図示する例のように、多数個ある無線タグＴのタグ側アンテナ１５１の偏波面の方向が一律でなく、縦方向と横方向のいずれかの方向にある場合には、リーダ１が通信可能領域２０内に存在する全ての無線タグＴから情報を読み取るには、リーダアンテナユニット３の偏波面を縦方向と横方向とに切り替えてそれぞれで無線通信による情報の読み取りを行う。
【００３６】
図２は、本実施形態のリーダ１の概略システム構成を表す機能ブロック図である。
【００３７】
図２において、上述したようにこのリーダ１は、各物品Ｂに貼付した無線タグＴから無線通信を介してその無線タグＴに記憶されている情報を読み取るものである。リーダ１は、上述したように、本体制御部２と、リーダアンテナユニット３とを有している。
【００３８】
本体制御部２は、ＣＰＵ４と、ハードディスク装置やフラッシュメモリからなり物品Ｂの管理状況などの各種情報を記憶する不揮発性記憶装置５と、例えばＲＡＭやＲＯＭ等からなるメモリ６と、使用者からの指示や情報が入力される上記操作部７と、各種情報やメッセージを表示する表示部８と、リーダアンテナユニット３を介し無線タグＴとの無線通信の制御を行うＲＦ通信制御部９とを備えている。
【００３９】
リーダアンテナユニット３は、全体が略平面形状に形成されているマイクロストリップアンテナ（いわゆるパッチアンテナ；具体的な構成については後述する）１１（装置側アンテナ）と、このマイクロストリップアンテナ１１の偏波面方向を切り替えるための切り替えスイッチ回路（切替手段、制御手段）１２とを有している。
【００４０】
ＣＰＵ４は、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行い、それによってリーダ１全体の各種制御を行うものである。
【００４１】
無線タグＴは、タグ側アンテナ１５１とＩＣ回路部１５０とを備える無線タグ回路素子Ｔoを有しており、この無線タグ回路素子Ｔoを特に図示しない基材などに設けて上記物品Ｂに貼付可能にしたものである（無線タグ回路素子Ｔoについては後に詳述する）。なお、タグ側アンテナ１５１は全体が略直線的な形状のダイポール型アンテナで構成されており、その長手方向が偏波面を形成する方向となる。
【００４２】
図３は、上記リーダ１におけるＣＰＵ４、ＲＦ通信制御部９、及びリーダアンテナユニット３の詳細構成を表す機能ブロック図である。
【００４３】
図３において、ＣＰＵ４は、無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部１５０から読み出された信号を処理して情報を読み出すとともに無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部１５０へアクセスするための各種コマンド等を生成するものである。
【００４４】
ＲＦ通信制御部９は、上記リーダアンテナユニット３を介し上記無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部１５０の情報(タグＩＤを含む無線タグ情報)へアクセスするものである。このＲＦ通信制御部９は、リーダアンテナユニット３を介し無線タグ回路素子Ｔoに対して信号を送信する送信部２１２と、リーダアンテナユニット３により受信された無線タグ回路素子Ｔoからの応答波を入力する受信部２１３と、送受分離器２１４とから構成される。
【００４５】
送信部２１２は、無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部１５０の無線タグ情報にアクセスする(この例では読み取り)ための質問波を生成するブロックである。すなわち、送信部２１２は、基準周波数を発生する水晶振動子２１５Ａと、水晶振動子２１５Ａにより発生した周波数を元に、所定周波数の搬送波をＣＰＵ４の制御により発生させるＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）２１５Ｂ、及びＶＣＯ（Voltage  Controlled  Oscillator）２１５Ｃと、上記ＣＰＵ４から供給される信号に基づいて上記発生させられた搬送波を変調（この例ではＣＰＵ４からの「ＴＸ＿ＡＳＫ」信号に基づく振幅変調）する送信乗算回路２１６（但し振幅変調の場合は増幅率可変アンプ等を用いてもよい）と、その送信乗算回路２１６により変調された変調波を増幅（この例ではＣＰＵ４からの「ＴＸ＿ＰＷＲ」信号によって増幅率が決定される増幅）する可変送信アンプ２１７とを備えている。そして、上記発生される搬送波は、例えばＵＨＦ帯、マイクロ波帯、あるいは短波帯の周波数を用いており、上記送信アンプ２１７の出力は、送受分離器２１４を介しリーダアンテナユニット３のマッチング回路３４１、マイクロストリップアンテナ１１に伝達されて無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部１５０に供給される。なお、質問波は上記のように変調した信号（変調波）に限られず、単なる搬送波のみの場合もある。
【００４６】
受信部２１３は、リーダアンテナユニット３のマイクロストリップアンテナ１１で受信されてマッチング回路３４１と送受分離器２１４とを介して入力された無線タグ回路素子Ｔoからの応答波と上記発生させられた搬送波とを乗算して復調する受信第１乗算回路２１８と、その受信第１乗算回路２１８の出力から必要な帯域の信号のみを取り出すための第１バンドパスフィルタ２１９と、この第１バンドパスフィルタ２１９の出力を増幅する受信第１アンプ２２１と、この受信第１アンプ２２１の出力をさらに増幅してデジタル信号に変換する第１リミッタ２２０と、上記リーダアンテナユニット３で受信された無線タグ回路素子Ｔoからの応答波と上記発生された後に移相器２２７により位相を９０°遅らせた搬送波とを乗算する受信第２乗算回路２２２と、その受信第２乗算回路２２２の出力から必要な帯域の信号のみを取り出すための第２バンドパスフィルタ２２３と、この第２バンドパスフィルタ２２３の出力を増幅する受信第２アンプ２２５と、この受信第２アンプ２２５の出力をさらに増幅してデジタル信号に変換する第２リミッタ２２４とを備えている。そして、上記第１リミッタ２２０から出力される信号「ＲＸＳ−Ｉ」及び第２リミッタ２２４から出力される信号「ＲＸＳ−Ｑ」は、上記ＣＰＵ４に入力されて処理される。
【００４７】
また、受信第１アンプ２２１及び受信第２アンプ２２５の出力は、強度検出手段としてのＲＳＳＩ（Received  Signal  Strength  Indicator)回路２２６にも入力され、それらの信号の強度を示す信号「ＲＳＳＩ」がＣＰＵ４に入力されるようになっている。このようにして、リーダ１では、Ｉ−Ｑ直交復調によって無線タグ回路素子Ｔoからの応答波の復調が行われる。
【００４８】
マッチング回路３４１は、マイクロストリップアンテナ１１を送受分離器２１４を介し送信部２１２（又は受信部２１３）に接続した際に、マイクロストリップアンテナ１１とそれまでの経路の接続回線（給電線）におけるエネルギーの伝達損失を抑えるためのインピーダンス整合を行うものである（後述の図７参照）。
【００４９】
切り替えスイッチ回路１２は、例えば、公知の高周波用ＦＥＴやダイオードを用いたスイッチ回路であり、ＣＰＵ４からの制御信号によりマイクロストリップアンテナ１１に設けられた２つの接地点のいずれかを地板に接続するものである。この切り替えスイッチ回路１２による接続切り替え動作により、マイクロストリップアンテナ１１はその偏波面方向が直交する２方向（例えば図２、図３中に破線で示す上下方向と左右方向）のいずれかに切り替えられる（後述の図８参照）。
【００５０】
図４（ａ）は、上記マイクロストリップアンテナ１１の詳細構造を表す側面図であり、図４（ｂ）は接地点における断面図、図４（ｃ）はその給電点における断面図である。これら図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）において、マイクロストリップアンテナ１１は、全体が略平板形状に形成されており、一方側（図中上側）の平面にマイクロストリップアンテナパターン２１を備え、他方側（図中下側）の平面に地板２２を備え、それらに挟まれるように中間に誘電体基板（基板）２３を備えている。
【００５１】
マイクロストリップアンテナパターン２１は、全体が導電性材料で構成されており、略正方形の薄板形状に形成されている。誘電体基板２３は、全体が誘電率の高い高誘電体材料で構成されており、マイクロストリップアンテナパターン２１より面方向寸法が大きい略正方形の薄板形状に形成されている。地板２２は全体が導電性材料で構成されており、誘電体基板２３の他方側平面の略全体を覆う薄板形状に形成されている（配線が形成されている一部においては誘電体基板２３の表面を露呈する）。
【００５２】
地板２２及び誘電体基板２３の３箇所にはそれぞれ貫通孔２５ｓ，２５ｅ１，２５ｅ２が形成されている。そのうちの一箇所に形成されている貫通孔２５ｓを介してマイクロストリップアンテナパターン２１が地板２２上に形成されるマッチング回路３４１（後述の図５（ｂ）や図６参照）に接続されており、この接続点が給電点Ｐｓとなる（図４（ｃ）参照）。
【００５３】
また、他の二箇所に形成されている貫通孔２５ｅ１，２５ｅ２を介してマイクロストリップアンテナパターン２１が、地板２２表面に設けた切り替えスイッチ回路１２に接続されている。これらの接続点が、接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２となる（図４（ｂ）はこれら２つの貫通孔２５ｅ１，２５ｅ２において共通する断面図となっている）。
【００５４】
図５（ａ）はマイクロストリップアンテナパターン２１及び誘電体基板２３の上面概略構造を表す斜視図であり、図５（ｂ）は地板２２の下面概略構造を表す斜視図である。また図６はマイクロストリップアンテナ１１及びＲＦ通信制御部９の電気的接続関係を表す説明図である。
【００５５】
これら図５（ａ）、図６（ｂ）、及び図６に示すように、上記マイクロストリップアンテナパターン２１上において、上記無線タグ回路素子Ｔoへの通信に対応した偏波面での電波をマイクロストリップアンテナ１１に生じさせるための上記給電点Ｐｓが、略正方形に形成されたマイクロストリップアンテナパターン２１の外縁部（この例では所定の一辺のほぼ中央）に設けられている。この給電点Ｐｓがリーダアンテナユニット３のマッチング回路３４１を介し、ＲＦ通信制御部９に接続されている。
【００５６】
また前述した２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２は、略正方形に形成されたマイクロストリップアンテナパターン２１の外縁部に（この例では上記給電点Ｐｓの設けられているマイクロストリップアンテナパターン２１の一辺の両端、給電点Ｐｓを挟むような角部に）それぞれ設けられている。このとき２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２から給電点Ｐｓまでの距離はそれぞれ互いに略等しくなっている。そして、それぞれの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２が接続線を介して切り替えスイッチ回路１２に接続されている。そしてこの切り替えスイッチ回路１２は、ＣＰＵ４からの切替制御信号によって２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のいずれかを地板に接続し、この接続の切り替えによってマイクロストリップアンテナ１１における偏波面の方向が切り替えられるようになっている（この偏波面方向の切り替えに関する具体的な原理については後で詳述する）。
【００５７】
図７は、上記マッチング回路３４１の詳細構成の一例を表す回路図である。図７において、この例では、マッチング回路３４１は公知のいわゆるΠ型の構成のものである。すなわち送受分離器２１４からマイクロストリップアンテナ１１の給電点Ｐｓへ接続する給電線にコイルＬを直列接続しており、さらにそのコイルＬの両端の接続点においてそれぞれコンデンサＣを介して接地するよう接続した構成となっている。なお、マッチング回路３４１としては、上記以外にも、公知のＴ型、Ｌ型、誘導結合型、及びそれらを組み合わせたもの（いずれも図示省略）なども用いることもできる。
【００５８】
図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）は、上記切り替えスイッチ回路１２の詳細構成の例を表す回路図である。
【００５９】
図８（ａ）に示す例では、切り替えスイッチ回路１２は、１入力１出力方式のいわゆるＳＰＳＴスイッチを２つ備えた構成のものである。すなわちＣＰＵ４から制御信号が入力される信号線を２つに分岐して一方の信号をそのままＳＰＳＴスイッチ３１ａ（図中上側）の制御端子に入力し、他方を否定論理回路Ｎ（いわゆるＮＯＴ回路）を介してＳＰＳＴスイッチ３１（図中下側）の制御端子に入力して、それぞれのＳＰＳＴスイッチ３１ａ，３１ｂの開閉制御を行わせている。そしてこれら２つのＳＰＳＴスイッチ３１ａ，３１ｂの開閉制御によって、上記マイクロストリップアンテナ１１に設けられた２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のいずれか一方を接地させ、他方を非接地とするよう接続制御する。
【００６０】
この構成においては、ＣＰＵ４から入力信号線に１又は０のいずれかの信号が入力され、例えば１が入力された場合には、図中上側のＳＰＳＴスイッチ３１ａにそのままの１の制御信号が入力されるためスイッチ３１ａが閉じて閉回路となり、マイクロストリップアンテナ１１の接地点Ｐｅ１が接地されることになる。一方、図中下側のＳＰＳＴスイッチ３１ｂには否定論理回路Ｎを介して反転された０の制御信号が入力されるためスイッチ３１ｂが開いて開回路（開放状態）となり、マイクロストリップアンテナ１１の接地点Ｐｅ２は非接地の状態となる。また、ＣＰＵ４から０が入力された場合にはそれぞれのスイッチ３１ａ，３１ｂが逆の接続動作を行う。このようにして、マイクロストリップアンテナ１１の２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のいずれか一方だけが接地されるよう接続制御されることになる。
【００６１】
図８（ｂ）に示す切り替えスイッチ回路１２は、ダイオードＤを利用した構成のものである。これは、２つに分岐した入力信号線のうち一方にバッファ回路Ｂｆを、他方に否定論理回路Ｎを接続して、それぞれの出力に順に抵抗ＲとコイルＬを直列に接続している。また、マイクロストリップアンテナ１１の２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２にはそれぞれ順にコンデンサＣとダイオードＤ（順方向）を直列接続して地板が接続されている。そして、上記の２つのコイルＬの出力がそれぞれ上記のコンデンサＣとダイオードＤの間に接続されており、バッファ回路Ｂｆ、否定論理回路Ｎの何れか片方より上記コイルＬに電流を流すことでダイオードをＯＮし、接地させている。このように構成された切り替えスイッチ回路１２においても、上記図８（ａ）の回路と同じ接続制御が行われることになる。
【００６２】
図８（ｃ）に示す切り替えスイッチ回路１２は、ＦＥＴを利用した構成のものである。これは、上記図８（ｂ）のスイッチ回路１２におけるダイオードの代わりにＦＥＴ３２ａ，３２ｂをドレインとソースの端子で接地し、各コイルＬの出力をそれぞれＦＥＴ３２ａ，３２ｂのゲート端子に接続する構成となる。バッファ回路Ｂｆ、否定論理回路Ｎの何れか片方によりＦＥＴ３２ａ、３２ｂの片方をＯＮし、接地させる事ができる。このように構成された切り替えスイッチ回路１２においても、上記図８（ａ）、図８（ｃ）の回路と同じ接続制御が行われることになる。なお、この切り替えスイッチ回路１２においては２つのコイルを省略してもよい。
【００６３】
なお、切り替えスイッチ回路１２としては、以上の３つの回路以外にも各種のスイッチ回路の類型が適宜適用できる。
【００６４】
図９は、上記無線タグＴに備えられた無線タグ回路素子Ｔoの機能的構成を表す機能ブロック図である。
【００６５】
図９において、無線タグ回路素子Ｔoは、上述したようにリーダ１のリーダアンテナユニット３と無線通信により非接触で信号の送受信を行う上記タグ側アンテナ１５１と、このタグ側アンテナ１５１に接続された上記ＩＣ回路部１５０とを有している。
【００６６】
ＩＣ回路部１５０は、タグ側アンテナ１５１により受信された質問波を整流する整流部１５２と、この整流部１５２により整流された質問波のエネルギーを蓄積し駆動電源とするための電源部１５３と、上記タグ側アンテナ１５１により受信された質問波からクロック信号を抽出して制御部１５７に供給するクロック抽出部１５４と、所定の情報信号を記憶し得るメモリ部１５５と、上記タグ側アンテナ１５１に接続された変復調部１５６と、上記メモリ部１５５、クロック抽出部１５４、及び変復調部１５６等を介して上記無線タグ回路素子Ｔoの作動を制御するための上記制御部１５７とを備えている。
【００６７】
変復調部１５６は、タグ側アンテナ１５１により受信された上記リーダ１のリーダアンテナユニット３からの通信信号の復調を行い、また、上記制御部１５７からの返信信号を変調し、タグ側アンテナ１５１より応答波（タグＩＤを含む信号）として送信する。
【００６８】
制御部１５７は、上記変復調部１５６により復調された受信信号を解釈し、上記メモリ部１５５において記憶された情報信号に基づいて返信信号を生成し、この返信信号を上記変復調部１５６により上記タグ側アンテナ１５１から返信する制御等の基本的な制御を実行する。
【００６９】
ここで、本実施形態のリーダ１の最も大きな特徴は、リーダアンテナユニット３に設けられているマイクロストリップアンテナ１１において、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のいずれかを接地線に接続するよう切り替えることで、アンテナの小型化を実現しつつ、無線通信時の偏波面の方向を切り替え可能とすることにある。以下、その詳細を順次説明する。
【００７０】
（Ａ）小型化への原理
図１０は、大型のマイクロストリップアンテナパターン２１を備えたマイクロストリップアンテナ１１における電荷と電圧の分布を説明する図である。
【００７１】
図１０において、この例では、誘電体基板２３の表面に、一辺が無線通信における波長λの略半分、つまり一辺が約半波長（λ／２）の長さとなっている正方形形状のマイクロストリップアンテナパターン２１Ａが設けられている。そして、給電点Ｐｓ（白抜き点で図示、以下同様）がそのマイクロストリップアンテナパターン２１Ａの中心位置から所定の一辺（図示する例では左横側の一辺）側へ寄っている位置に設けられている。
【００７２】
このように、ある一辺側に寄った位置で給電点Ｐｓを設けた構成で、この給電点Ｐｓに高周波信号を供給すると、マイクロストリップアンテナパターン２１Ａの給電点Ｐｓに最も近い辺（図中左横側の辺）からそれに対向する反対側の辺に向かう方向で電流が流れるようになり、その方向に沿った電荷の分布については中央位置において最大となり、両端位置においては略０となる。また、同じ方向に沿った電圧の分布については、両端位置において互いに逆の符号（正と負）で最大となり、中央位置においては０となる（図１０中のグラフ参照）。
【００７３】
ここで、上記電圧分布が０となる位置（点）ではもともと電位が０であることから、その点で接地してもマイクロストリップアンテナパターン２１Ａ全体の電磁波特性には影響がなく、さらにそのような電圧分布が０となる全ての点（つまりその集合は略直線となる）を接地しても同様となる。そして、このように接地点の集合である線で分断されたマイクロストリップアンテナパターン２１Ａの２つの領域のうちで給電点Ｐｓを設けていない側の領域には電流が流れなくなるため、図１１に示すようにこの領域を削除してもマイクロストリップアンテナ１１はその機能が維持されることになる（図１１中のグラフ参照）。この状態では、マイクロストリップアンテナパターン２１Ｂの短辺の長さは、無線通信における約４分の１波長（λ／４）となる。
【００７４】
そしてさらに、上記接地点の集合の線をその両端のいずれか一方（つまり角部）で一点に集中するよう設けると、上記と同様の理由により略長方形形状のマイクロストリップアンテナパターン２１Ｂをその長手方向で面積を半減することができる。この構成では、接地点Ｐｅ１を設けた角部からその対角線上で対向する角部に向かう方向で電流が流れることになる。このため、その電流の流れる経路が最も長くなる対角線が無線通信における約４分の１波長（λ／４）の長さとなるようマイクロストリップアンテナパターン２１を形成することができる。図１２は、そのような寸法設定で形成されたマイクロストリップアンテナパターン２１を示しており（図１２中のグラフ参照）、図１０に示したもとの大きさのマイクロストリップアンテナパターン２１Ａ（一辺が半波長）と比較して格段に小型化が図られていることがわかる。なお、この場合には、給電点Ｐｓを設置点Ｐｅ１を設けている角部に隣接する一辺の外縁部に設けることができる。
【００７５】
（Ｂ）本実施形態での構成
本実施形態では、上記（Ａ）での考察に基づき、図１３に示すように、正方形形状に形成されたマイクロストリップアンテナパターン２１の一辺（図中の下側の一辺）における両端にそれぞれ接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２を設け、同じ一辺の中間位置に給電点Ｐｓを設けている（図６参照）。つまり、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２は１つの給電点Ｐｓからの距離が互いに略等しくなっている。このように構成された本実施形態におけるマイクロストリップアンテナ１１では、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のいずれか一方を地板に接続して給電点Ｐｓに高周波無線信号を入力した場合、接地線に接続された接地点Ｐｅ１から対角線上に電流が流れ、つまりこの電流の流通方向（対角線方向）が電波における電位の変化する方向すなわち偏波面方向となる。
【００７６】
これにより、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のいずれかを地板に接続するよう切り替えることで、偏波面方向が切り替えられることになり、特に図示するように正方形形状に形成されている本実施形態におけるマイクロストリップアンテナパターン２１においては、それら切り替えられる２つの偏波面方向は互いに直交する配置関係となっている。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態においては、マイクロストリップアンテナパターン２１において電圧分布が０となる基準線の位置に接地点Ｐｅ１を配置し、その接地点Ｐｅ１をアンテナパターン２１の端部とすることで、通常の無線通信機能を確保したままアンテナパターン２１の電流流れ方向の長さ寸法を半減させることができる。また、１つの給電点Ｐｓに対し上記接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２を２つ備えることにより、それら接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２を選択的に切り替えて使用することで、アンテナパターン２１上を流れる電流の向きを切り替えることができる。この結果、給電点を２つ設けなくても偏波面の方向を変化させることができる。以上のようにして、通信時の偏波面の方向が可変である小型のマイクロストリップアンテナを実現することができる。
【００７８】
また、この実施形態では特に、接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２をマイクロストリップアンテナパターン２１の外縁部に設けることで、接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のある外縁部から反対側の外縁部に向かって電流を流すことができる。このとき、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２を１つの給電点Ｐｓを夾むように設けているので、各接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２のある外縁部から反対側の外縁部に向かって電流が流れるときその方向を大きく異ならせ、略９０°近くの角度にて交差させることができる。この結果、互いに略直交する２つの偏波面方向を切り替えて使用することができる。
【００７９】
特に、この実施形態では、マイクロストリップアンテナパターン２１が四角形（この例では正方形）形状に形成されており、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２がその四角形の一辺の両端部に、１つの給電点Ｐｓがその一辺の中間部に設けられている。これにより小型の方形アンテナを実現でき、２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２を選択的に切り替えることで直交する２つの直線偏波を切り替えて用いることができる。
【００８０】
なお、このようにマイクロストリップアンテナパターン２１を正方形形状に形成して直交する２つの直線偏波面を切り替えて用いる場合には、図１４に示すように誘電体基板２３に対してオフセット角度を持たせるようにストリップアンテナパターン２１を形成してもよい。この場合、誘電体基板２３の各辺と２つの偏波面方向とが平行となるようにすることで、実際には目に見えない偏波面方向の基準が明確となり、マイクロストリップアンテナ１１の取り扱いを簡便にする効果がある。
【００８１】
また、この実施形態では特に、２箇所の接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２の中点に給電点Ｐｓを設けることにより、いずれでの接地点を選んだ場合でも、アンテナのインピーダンスの変化が少なく、同じマッチング回路３４１を使用することができる。
【００８２】
また、この実施形態では特に、切り替えスイッチ回路１２が１入力１出力方式のスイッチ２個を備えたスイッチ回路である（図８（ａ）参照）ことにより、簡素な構造で容易に切替手段を実現することができる。またスイッチ回路１２を２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２近傍に配置することで、接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２付近の電位を高周波的にも確実にグランド電位（０電位）とすることができる。また、切り替えスイッチ回路１２を複数のダイオードＤ又はＦＥＴ３２を備えたスイッチ回路１２（図８（ｂ）、図８（ｃ）参照）で構成した場合には、より小型で安価な切替手段を実現することができる。
【００８３】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
【００８４】
（１）円形形状に形成されたマイクロストリップアンテナパターンを用いる場合
上記実施形態では、マイクロストリップアンテナ１１において正方形形状のマイクロストリップアンテナパターン２１を設けた構成を説明したが、本発明はこれに限られず、他にも例えば円形形状に形成されたマイクロストリップアンテナパターンを用いてもよい。
【００８５】
図１５は、このような変形例のマイクロストリップアンテナの原理を説明する説明図であり、上記実施形態における図１２に対応する図である。また図１６は、本変形例のマイクロストリップアンテナの構成を表す平面図であり、上記実施形態における図１３に対応する図である。上記実施形態におけるマイクロストリップアンテナ２１の構成と同等の部分については同じ符号を付して適宜説明を省略する（以下に示す各図に対しても同様）。
【００８６】
図１５に示す例のマイクロストリップアンテナパターン２１Ｃは、略円形形状に形成されており、その直径の寸法が、前述の原理に沿って無線通信における約４分の１波長（λ／４）の長さに設定されている。そして、給電点Ｐｓは外縁部の近傍位置に設けられており、一つの接地点Ｐｅ１が円形の中心から見て上記給電点Ｐｓと約４５°の角度をなす方向の外周縁部に設けられている。このように構成することで、接地点Ｐｅ１から中心点を介した直径方向に向けて電流が流れる（図１５中のグラフ参照）ことになる。この結果、小型の円形形状でありながら通常のマイクロストリップアンテナの機能を確保することができる。
【００８７】
そして、図１６に示す本変形例のマイクロストリップアンテナパターン２１Ｃのように、接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２を２つ設け、上記実施形態と同様にそれら２つのいずれか一方だけを接地線に接続するよう切り替えることで、２つの偏波面方向を切り替え制御することができる。この場合、一方の接地点Ｐｅ１と円形中心とを結んだ線と、他方の接地点Ｐｅ２と円形中心とを結んだ線とが略９０°で交差し、給電点Ｐｓをそれら２つの接地点Ｐｅ１，Ｐｅ２の中間に位置するよう設けることで、上記２つの偏波面方向を互いに直交する配置関係とすることができる。すなわち、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
なお、図１４に対応する図１７に示すように、四角形形状に形成されている誘電体基板２３に対し、誘電体基板２３の各辺と２つの偏波面方向とが平行となるようにオフセット角度を持たせて円形のストリップアンテナパターン２１Ｃを形成してもよい。この場合、図１４と同様、偏波面方向の基準が明確となり取り扱いを簡便にすることができる。
【００８９】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００９０】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施形態のリーダを無線タグが貼付されている多数の物品の管理に適用した場合の一例を表す図である。
【図２】リーダの概略を表すシステム構成図である。
【図３】リーダにおけるＣＰＵ、ＲＦ通信制御部、及びリーダアンテナユニットの詳細構成を表す機能ブロック図である。
【図４】マイクロストリップアンテナの詳細構造を表す側面図及び断面図である。
【図５】マイクロストリップアンテナの構造を表す斜視図である。
【図６】マイクロストリップアンテナとＲＦ通信制御部の電気的接続関係を表す説明図である。
【図７】マッチング回路の詳細な構成例を表す回路図である。
【図８】切り替えスイッチ回路の詳細な構成例を表す回路図である。
【図９】無線タグに備えられた無線タグ回路素子の機能的構成の一例を表すブロック図である。
【図１０】大型のマイクロストリップアンテナパターンを備えたマイクロストリップアンテナにおける電荷と電圧の分布を説明する図である。
【図１１】大型のマイクロストリップアンテナパターンを半減させたマイクロストリップアンテナにおける電荷と電圧の分布を説明する図である。
【図１２】大型のマイクロストリップアンテナパターンを小型化したマイクロストリップアンテナにおける電荷と電圧の分布を説明する図である。
【図１３】２つの偏波面方向が直交するよう２つの接地点を設けた場合のマイクロストリップアンテナの平面図である。
【図１４】誘電体基板とマイクロストリップアンテナパターンとをオフセット回転させて設けた場合のマイクロストリップアンテナの平面図である。
【図１５】小型円形形状のマイクロストリップアンテナパターンを備えたマイクロストリップアンテナにおける電荷と電圧の分布を説明する図である。
【図１６】円形形状のマイクロストリップアンテナパターンを備えた変形例のマイクロストリップアンテナの平面図である。
【図１７】誘電体基板と円形形状のマイクロストリップアンテナパターンとをオフセット回転させて設けた場合のマイクロストリップアンテナの平面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１                リーダ（無線タグ情報読み取り装置）
２                本体制御部
３                リーダアンテナユニット
４                ＣＰＵ
５                不揮発性記憶装置
６                メモリ
７                操作部
８                表示部
９                ＲＦ通信制御部
１１              マイクロストリップアンテナ（装置側アンテナ）
１２              切り替えスイッチ回路（切替手段、制御手段）
２１              四角形形状マイクロストリップアンテナパターン
２１Ｃ            円形形状マイクロストリップアンテナパターン
２２              地板
２３              誘電体基板（基板）
３１              ＳＰＳＴスイッチ
３２              ＦＥＴ
１５０            ＩＣ回路部
１５１            タグ側アンテナ
３４１            マッチング回路
Ｐｓ              給電点
Ｐｅ１，Ｐｅ２    接地点
Ｂ                物品
Ｔ                無線タグ
Ｔo               無線タグ回路素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2009065318.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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