JP3654235B2

JP3654235B2 - Loop antenna structure and RFID system antenna having the structure

Info

Publication number: JP3654235B2
Application number: JP2001339806A
Authority: JP
Inventors: 信一郎乾; 秀晃堀内; 康弘生方
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003142927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のループで構成されるループアンテナの構造に関し、特に、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおいて使用されるリーダ／ライタ用アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトラスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トラスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トラスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでは電磁誘導又は電磁結合を利用してデータの交信を行うため、アンテナで発生する磁界を大きくする必要があるが、一方、ＲＦＩＤシステムを免許不要で使用するためには、測定対象から３ｍ離れた位置で測定される電界強度又はアンテナ利得とアンテナへの供給（空中線）電力を電波法により定められた値にする必要がある。
【０００４】
アンテナ近傍の磁界を弱めることなく遠方における電界を弱める方法として、８字型のアンテナ（又は双ループアンテナ）を用いる方法がある。この８字型アンテナは、図１３に示すように、２つのループアンテナを直列又は並列に接続し、それらを同一の高周波電源で駆動するものであり、この８字型アンテナ２ａでは、８字を構成する２つのループ（ループＡ及びループＢ）により各々発生する磁束が互いに反対向きであり、遠方ではこれらが相殺して見えるために、遠方の電界強度を弱める効果があり、通常の単ループアンテナと比べると、同利得でサイズの大きなアンテナを作製することが出来るという利点がある。
【０００５】
そして、アンテナサイズが大きくなることによって近傍磁界強度が向上し、トランスポンダとの通信距離を伸ばすことができる。また、遠方電界が弱まることから、他の通信機器や電子機器に与える電磁的影響を抑えることが出来る。
【０００６】
しかし、８字型アンテナは、同時にアンテナ中心部でアンテナ軸方向の磁界成分が０になるという欠点を持っている。この問題を解決するために、図１４に示すように、８字型アンテナ２ａの中心部に給電しない別の単ループのアンテナ（無給電中央ループアンテナ２ｃ）を配置することで経時的に磁界分布を変化させ、通常の８字型アンテナの持つ欠点である磁界成分が０となる点を無くすことができる（ＵＳＰ６，１６６，７０６号等）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この無給電中央ループアンテナ２ｃを機能させるためには、並列接続された８字型アンテナ２ａを構成する２つのループのどちらかと交差させる必要があるが、無給電中央ループアンテナ２ｃと交差した方のループは、相互インダクタンスによりアンテナコイルのインダクタンスが変化し、共振点が離調してしまう。その結果、両ループの片方のみが容量性、若しくは誘導性になり、印加電圧と電流値の間に位相差が発生してしまう。
【０００８】
これによって、ループＡ及びループＢでは、逆位相の印加電圧に対して完全な逆位相の電流は流れず、８字型アンテナ２ａの特徴である対称性を失ってしまう。そして、この電流位相のずれにより、遠方における電界強度が増加するとともに、近傍磁界強度の減少も引き起こしてしまうという問題がある。
【０００９】
また、ゲートアンテナ等の用途として８字型アンテナ２ａを地面に立てて設置した場合、図１３に示すように、２つのループＡ、Ｂと床等との間隔の違いによりインダクタンスが変化し、やはり対称性を失う原因になる。また、床等の接地領域以外にも８字型アンテナ２ａ近傍に設置される金属体等によっても容量６が形成されて同様の問題が生じる。
【００１０】
このように、近傍磁界を向上させ遠方電界を抑制するためには、８字型アンテナ２ａや更に無給電中央ループアンテナ２ｃを用いる方法は有効であるが、実際には、８字型アンテナ２ａと無給電中央ループアンテナ２ｃとの相互作用又は８字型アンテナ２ａと床や金属体との相互作用により、８字型アンテナ２ａを構成する各々のループアンテナの対称性が崩れ、遠方電界が増加してしまう。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、８字型アンテナ等の複数のループで構成されるループアンテナの各々のループで発生する磁界の対称性を確保することができるリーダ／ライタ用アンテナを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のループアンテナは、高周波電源により駆動される、並列に接続された複数のループを有するループアンテナにおいて、前記複数のループの中の一部のループに、該一部のループに供給される電流の位相を制御するためのコンデンサ又はコイルからなる位相制御手段を備え、該位相制御手段により、各々のループで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電界強度が低減されるものである。
【００１３】
本発明においては、前記ループアンテナは２つのループを有する８字型アンテナであり、前記位相制御手段により、前記２つのループで発生する磁界の位相差が略１８０°に設定される構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明のループアンテナは、高周波電源により駆動される、並列に接続された複数のループと、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される１以上の無給電中央ループとを有するループアンテナにおいて、前記複数のループの中の一部のループに、該一部のループに供給される電流の位相を制御するためのコンデンサ又はコイルからなる位相制御手段を有し、該位相制御手段により、各々のループで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電界強度が低減されるものである。
【００１５】
本発明においては、前記ループアンテナは２つのループを有する８字型アンテナであり、前記位相制御手段により、前記２つのループで発生する磁界の位相差が略１８０°に設定され、かつ、前記無給電中央ループから放射される磁界の位相差が前記２つのループに対して略９０°に設定される構成とすることができる。
【００１８】
また、本発明のループアンテナは、高周波電源により駆動される、並列に接続された複数のループと、前記複数のループの中心部近傍に設置され、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループとを有するループアンテナであって、前記給電ループに電源位相補正回路が接続され、該電源位相補正回路では、前記電源を用いて、前記複数のループと位相が相異なる電流を生成し、前記給電ループに給電するものである。
【００１９】
また、本発明においては、前記給電ループは、前記複数のループの間、かつ、各々の前記ループの主たるアンテナ面に重ならない位置に形成されている構成とすることができる。
【００２０】
また、本発明のループアンテナは、高周波電源により駆動される複数のループを少なくとも有するループアンテナにおいて、前記ループアンテナの外周に、各々のループと略等しい間隔をおいて該ループアンテナを取り囲み、かつ、ＧＮＤに接続される導線を備えるものである。
【００２３】
このように、本発明のループアンテナの構造によれば、８字型アンテナのような複数のループで構成されるアンテナや、更にその中央に近傍磁界の減少を補償する中央ループアンテナを設けたループアンテナにおいて、相互インダクタンスの影響による電流位相のずれを調整する手段を設けたり、８字型アンテナを交差させて各ループを直列に接続して電流位相を略等しくしたり、無給電中央ループアンテナと各々のループとの重なり部の鎖交磁束（面積×磁束密度）を略等しくしたり、また、中央ループアンテナを２つのループアンテナの中央に設置し、８字型アンテナの高周波電源から生成した位相を略９０°ずらした電流を給電する等の方法を用いることにより、８字型アンテナの２つのループアンテナにより発生する磁界の対称性を確保することができる。
【００２４】
また、８字型アンテナの外周に導体の配線を設置することにより、各々のループに位相差が生じた場合、それを打ち消すように外周の導体配線に電流が流れ、結果的に両者の位相ずれを補償するように機能するため、上記と同様に各々のループで発生する磁界の対称性を確保することができる。そして、８字型アンテナの各々のループの対称性を確保することによって、近傍磁界の向上を図りつつ、遠方における電界強度を弱めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るループアンテナは、その好ましい一実施の形態において、高周波電源により駆動される複数のループと、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される１以上の無給電ループとを有し、ループアンテナに、例えば、ループアンテナ外周に導線を配置する構造、コンデンサやコイル等を接続して電流位相のずれを調整する構造、８字型アンテナを直列かつひねりを加えて接続し、電流位相を略等しくする構造、各々のループとの重なり部の鎖交磁束が略等しい形状の無給電ループを用いる構造、中央ループアンテナを２つのループアンテナの中央に設置し、８字型アンテナの高周波電源と位相が９０°ずれた電流を生成し給電する構造等を設け、８字型アンテナの２つのループアンテナの電流位相を制御して各々のループで発生する磁界の対称性を維持し、近傍磁界の向上を図りつつ、遠方における電界強度を弱めるものである。
【００２６】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施例では、８字型アンテナをＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナとして用いる場合について記載するが、本発明は、リーダ／ライタ用アンテナに限定されるものではなく、トランスポンダのアンテナや、他の通信機器、通信装置で用いられるアンテナに適用することができる。
【００２７】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナのついて、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明のＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図であり、図２は、第１の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。また、図３は、本実施例のリーダ／ライタ用アンテナのバリエーションを示す図である。なお、本実施例は、８字型アンテナの各々のループ近傍の所定の電位面との相互作用を緩和し、発生磁界の対称性を確保するための構造について記載するものである。
【００２８】
図１に示すように、本発明のＲＦＩＤシステム１は、内部にアンテナ４ａ及びＩＣ４ｂを備えるトランスポンダ４と、トランスポンダ４からの信号を処理するリーダ／ライタ３とからなり、リーダ／ライタ３は、更に、トランスポンダ４への電力供給と信号を送受信するためのリーダ／ライタ用アンテナ２と、送受信信号を変換するための通信回路部３ａと、送受信信号をデコードするための演算処理部３ｂとから構成される。
【００２９】
また、図２に示すように、本実施例のリーダ／ライタ用アンテナ２は、対称な形状の２つのループアンテナ（ループＡ及びループＢ）が接続されてなる８字型アンテナ２ａと、８字型アンテナ２ａの周囲を一定の間隔で包囲する導線２ｂとから構成され、８字型アンテナ２ａの中央に給電線を介して高周波電源から電流が供給され、２つのループアンテナには互いに逆向きの電流が流れ、反対方向の磁界が発生する。
【００３０】
ここで、８字型アンテナ２ａを床や金属体等の所定の電位面に近接して設置した場合、上部のループＡ又は下部のループＢと電位面との間隔が異なる場合があり、この間隔の違いにより、両ループのアンテナインダクタンス（インピーダンス）にずれが生じる。そこで、本実施例では、このずれを低減するために切れ目のない導線２ｂを８字型アンテナ２ａの外周に設置している。
【００３１】
すなわち、従来の８字型アンテナ２ａでは、図１３に示すように、ループＡ又はループＢと床面や金属体との間隔の違いによりインダクタンスにずれが生じ、その結果として遠方における磁界を相殺することができなかったが、本実施例のリーダ／ライタ用アンテナ２では、導線２ｂを設置することよって、各々のループに位相差が生じた場合、それを打ち消すように外周の導体配線に電流が流れ、結果的に両者の位相ずれを補償するように機能するため、両ループの対称性を維持することができる。
【００３２】
そして、この導線２ｂを設置することにより、８字型アンテナ２ａと所定の電位面とが近接した場合であっても、所定の電位面との相互作用も上下のループで等しくなるように制御することができる。これにより、リーダ／ライタ用アンテナ２の設置場所の自由度が増し、本ＲＦＩＤシステムの適用範囲を広げることができる。
【００３３】
なお、８字型アンテナ２ａは、同一形状の矩形のループアンテナを繋げた構造としているが、各々のループアンテナで発生する磁界が等しければよく、各々のループは、円形（図３（ａ）参照）、楕円形、多角形等、任意の形状とすることができる。また、導線２ｂは、８字型アンテナ２ａの各々のループに対して略等しい距離で包囲する形状、又は、各々のループとの平均的な距離が略等しくなる形状等であればよく、図に示す矩形状に限らず、ループアンテナと同様に円形、楕円形、多角形としたり、８字型アンテナ２ａと相似形の８字型（図３（ｂ）参照）とする等、任意の形状とすることができる。
【００３４】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナについて、図４及び図１５、図１６を参照して説明する。図４は、第２の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。また、図１５は、アンテナ近傍磁界のシミュレーションの様子を示す図であり、図１６は、シミュレーションの結果を示す図である。
【００３５】
図４に示すように、本実施例のリーダ／ライタ用アンテナ２は、８字型アンテナ２ａの外周に導線２ｂを設ける第１の実施例の構造に、アンテナ中心部でアンテナ軸方向の磁界成分が０になるという８字型アンテナの問題を解消する無給電中央ループアンテナ２ｃを設け、更に、ループＡ又はループＢの一方は双方にコンデンサ８等の位相調整手段を設けたことを特徴とするものである。
【００３６】
ここで、従来の８字型アンテナ２ａの問題点について説明すると、図１４において、ループＢを基準（０°）に考えると、ループＡから発生する磁束はループＢに対して１８０°ずれる。また、無給電中央ループアンテナ２ｃは鎖交磁束φ₈による誘導起電力により、式１のようにループＡから位相が９０°ずれた磁束を発生する。
【００３７】

【００３８】
しかし、実際には、ループＡに無給電中央ループアンテナ２ｃを鎖交させることで、双方の間に相互インダクタンスが発生し、ループＡのインダクタンスは変化する。これにより、本来、印加した電圧から１８０°ずれているはずのループＡの発生磁界は数１０°ずれてしまう。
【００３９】
各々のループの対称性を確保することの重要性を確認するために、ループＡとループＢの位相が正確に１８０°ずれている場合と、相互インダクタンスの影響で１５０°（実験値）になった場合のアンテナ近傍の発生磁界のシミュレーションを図１５に示す条件で行った。また、リーダ／ライタ用アンテナ２から５０ｃｍ離れたシミュレーション面１０の中心線における磁束密度の経時的最大値を図１６に示す。
【００４０】
図１６のシミュレーション結果から、ループＡとループＢの位相差が１８０°の場合（実線）では、無給電中央ループアンテナ２ｃにより８字型アンテナ２ａの中央部における磁束密度の減少を抑制することができるが、ループＡとループＢの位相差が１５０°の場合（破線）では、アンテナ高さ方向で磁界密度が低減する領域が生じてしまう。
【００４１】
このように、８字型アンテナ２ａに無給電中央ループアンテナ２ｃを設ける構造では、無給電中央ループアンテナ２ｃと重なるループは相互インダクタンスの影響で誘導性にシフトし、両ループの位相差がずれることによって、発生磁界に経時的に不均一な分布が生じ、遠方での電界強度が増加する。従って、このような構造では、上下のループの位相差を正確に制御することが重要である。
【００４２】
そこで、本実施例では、８字型アンテナ２ａのループＡ又はループＢのいずれか一方、又は双方に、コンデンサ８、コイル等の位相調整手段を直列に接続し、コンデンサ８の容量を調整することにより、位相を独立して制御可能にしている。図４の例では、無給電中央ループアンテナ２ｃと重なるループＡ側にコンデンサ８を接続し、相互インダクタンスの影響による誘導成分を打ち消し、発生した電圧と同位相の電流が流れるようにしている。
【００４３】
このように、無給電中央ループアンテナ２ｃを設ける構造において、無給電中央ループアンテナ２ｃと重なるループに誘導成分を打ち消すコンデンサ８を接続することによって両ループの位相の対称性を確保することができる。
【００４４】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナについて、図５及び図６を参照して説明する。図５は、第３の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図であり、図６は、その製造方法を一例を示す図である。
【００４５】
前記した第２の実施例で示した８字型アンテナ２ａは、それぞれのループＡ、ループＢは並列に接続されているため、印加電圧に対して発生する電流位相はアンテナコイルのインダクタンスに比例する。そして各々のループのインダクタンスは、無給電中央ループアンテナ２ｃとの相互作用により変化するため、コンデンサ８を設けて位相の調整を行った。
【００４６】
上記方法によっても位相の調整は可能であるが、リーダ／ライタ用アンテナ２を製造するにあたって、８字型アンテナ２ａと無給電中央ループアンテナ２ｃの位置関係に応じてコンデンサ８の容量を調整する必要がある。そこで、本実施例では、図５に示すように、ループＡとループＢの接続を直列にして、流れる電流の位相を略等しくすることにより、個々のループの位相の調整を不要としている。なお、単に直列に接続するのみでは両ループの電流の向きが同じになってしまうため、ループＡとループＢの接続部にひねりを加えて形成している。
【００４７】
このように、ループＡとループＢを直列かつひねりを加えて接続することにより、発生磁界を１８０°ずらすことができ、８字型ループアンテナ２ａの高さ方向の磁束密度の分布を平坦にすることができる。この場合において、アンテナサイズ（線長）が大きくなると位相にずれが生じるため、アンテナサイズは波長（λ）に対して、略１／１０乃至１／２０以下となるように設定することが好ましい。
【００４８】
なお、このような構造の直列８字型アンテナ２ｄでは、アンテナ線が交差する部分が生じるが、２層以上の導体層が積層された基板を用い、例えば、一方の導体層に図６（ａ）に示すようなパターンを形成し、他方の導体層に図６（ｂ）に示すようなパターンを形成し、両パターンをスルーホールを介して接続することにより容易に製造することができる。
【００４９】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例に係るリーダ／ライタ用について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、第４の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図であり、図８は、そのバリエーションを示す図である。
【００５０】
８字型アンテナ２ａのそれぞれのループＡ、ループＢの位相のずれは、無給電中央ループアンテナ２ｃとループＡ又はループＢとの相互インダクタンスの違いにより発生する。前記した第２の実施例では、この位相のずれをコンデンサ８を用いて調整したが、元々ずれが生じないように無給電中央ループアンテナ２ｃを形成することもできる。
【００５１】
具体的には、この無給電中央ループアンテナ２ｃの影響を相殺するには、無給電中央ループアンテナ２ｃとループＡ又はループＢとの重なり部分（領域Ａ及び領域Ｂ）を同じにすればよいが、その場合、両ループの鎖交磁束が相殺してしまい、無給電中央ループアンテナ２ｃに流れる電流値は０になり、無給電中央ループアンテナ２ｃを設ける意味がなくなってしまう。
【００５２】
そこで、本実施例では、図７に示すように、無給電中央ループアンテナ２ｃをループＡとループＢの双方に重なるように配置し、重なり部（領域Ａ及び領域Ｂ）の面積が等しくなるようにして相互インダクタンスを同等にし、かつ、重なり部の間の任意の地点においてアンテナ線を交差させることにより、鎖交磁束が相殺しないような形状としている。このような構造によっても、両ループの位相の対称性を確保することができるとともに、無給電中央ループアンテナ２ｃによりアンテナ中央部における磁束の減少を抑制することができる。
【００５３】
なお、無給電中央ループアンテナ２ｃの形状は図７の形状に限定されるものではなく、領域Ａと領域Ｂの面積が等しく、かつ、ひねりを有する形状であればよく、例えば、図８（ａ）に示すような形状とすることもできる。
【００５４】
また、前記した第２乃至第４の実施例では、８字型アンテナ２ａの周囲に導線２ｂを設ける例について記載したが、導線２ｂを設けない構成であってもよい。また、第２乃至第４の実施例の各々の構造を組み合わせた構成とすることもできる。また、図８（ｂ）に示すように、無給電中央ループアンテナ２ｃが鎖交する領域Ａ、Ｂを、磁束密度の分布の傾きが緩やかなループＡ、Ｂの中央付近に設ける構成とすることもできる。
【００５５】
［実施例５］
次に、本発明の第５の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナについて、図９乃至図１２を参照して説明する。図９は、第５の実施例に係るリーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。また、図１０は、本発明のリーダ／ライタ用アンテナの遠方電界強度を測定するシステムの構成を示す図であり、図１１は、本実施例の補正の効果を説明するための図である。また、図１２は、本発明のリーダ／ライタ用アンテナのバリエーションを示す図である。
【００５６】
前記した第２乃至第４の実施例では、８字型アンテナ２ａの中央に設けるループアンテナは無給電アンテナとしたが、本実施例では、図９に示すように、８字型アンテナ２ａ中央部の給電中央ループアンテナ２ｅを設け、この給電中央ループアンテナ２ｅには位相を調整した電流を給電するための位相補正回路９が接続されている。
【００５７】
すなわち、本実施例では、中央に設置するアンテナを８字型アンテナ２ａとの電磁結合で動作させるのではなく、給電中央ループアンテナ２ｅに位相補正回路９から直接給電して動作させることを特徴としている。この時、給電中央ループアンテナ２ｅの位相を８字型アンテナ２ａから９０°ずらす必要がある。そこで、給電中央ループアンテナ２ｅは、バランをもう一段介して接続することで、８字型アンテナ２ａの両側のループＡ、Ｂの中間位相（９０°）を作り出している。
【００５８】
このように、８字型アンテナ２ａの中央に給電中央ループアンテナ２ｅを配置することによっても、８字型アンテナ２ａの中央部における磁束密度の減少を抑制することができ、また、この構造では、給電中央ループアンテナ２ｅを８字型アンテナ２ａに重ねる必要がないため、８字型アンテナ２ａの両ループの位相にずれが生じることはない。なお、位相補正回路９としては、図９に示す構成に限定されず、８字型アンテナ２ａに対して９０°位相のずれた電流を発生することができる任意の回路を用いることができる。
【００５９】
以上、８字型アンテナ２ａの両ループの位相を調整する種々の方法について記載したが、この位相補正の効果を確認するために、位相の補正を行わない８字型アンテナ（位相差約１５０°）と、前記した各実施例の方法により位相差を１８０°に調整した８字型アンテナの各々に対して、図１０に示す測定システムを用いて、遠方におけるアンテナの電界強度を測定した。その結果を図１１に示す。なお、測定は、電波暗室内で３ｍ法によりそれぞれのアンテナの面が平行になる状態で行った。
【００６０】
図１１から分かるように、位相の補正を行わない８字型アンテナ（破線及び三角マーカー）に比べて、各種方法で位相を補正した８字型アンテナ（実線及び丸マーカー）は、３ｍの遠方における電界強度が１ｄＢμＶ／ｍ以上小さくなっており、位相を正確に調整することによって遠方電界強度を小さくできることが確認できた。そして、遠方電界強度を小さくすることにより、他の通信機器や電子機器に与える電磁的影響を軽減することができ、ＲＦＩＤシステム１の適用範囲を広げることができる。
【００６１】
なお、以上説明した各実施例では、８字型のアンテナを例にして説明したが、アンテナの形状は８字に限定されるものではなく、複数のループから構成される任意の形状のアンテナに適用することができ、例えば、図１２に示すような４つのループを備えるアンテナ（（ａ）は８字アンテナを並列に接続した構成、（ｂ）は４つのループを直列に接続した構成）に各実施例の各種構造を適用してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のループアンテナの構造及び該構造により形成したＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ用アンテナによれば下記記載の効果を奏する。
【００６３】
本発明の第１の効果は、遠方における電界強度を減少させることができるということである。
【００６４】
その理由は、８字型アンテナを構成するループに位相調整手段を設けたり、８字型アンテナの各々のループを直列に接続して位相を同相にしたり、各々のループとの重なり部分の面積が略等しくなるように中央ループアンテナの形状を設定したり、また、中央ループアンテナへの給電回路に位相補正機能を持たせるなどの方法により、８字型アンテナの２つのループアンテナによる発生磁界の対称性を確保することができるからである。
【００６５】
また、本発明の第２の効果は、８字型アンテナ近傍の床面や金属体等の所定の電位面との間隔に起因する各々のループアンテナの非対称性を軽減することができるということである。
【００６６】
その理由は、８字型アンテナの外周に導線を設置することにより、各々のループに位相差が生じた場合、それを打ち消すように外周の導線に電流が流れ、結果的に両者の位相ずれを補償するように機能するため、発生磁界の対称性を保つことができるからである。
【００６７】
このように、本発明により、従来のアンテナが抱えていた磁束の弱まる部分が発生するという問題を解決することができた。また、発生磁界が経時的に均一になることによって、遠方での電界強度が減少するため、他の通信機器や電子機器等への外乱要因となりにくくなることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＦＩＤシステムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナのバリエーションを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナの製造方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナのバリエーションを示す図である。
【図９】本発明の第５の実施例に係る８字型リーダ／ライタ用アンテナの構造を示す図である。
【図１０】リーダ／ライタ用アンテナの遠方電界強度を測定するシステムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の位相補正の効果を示す図である。
【図１２】本発明に係るリーダ／ライタ用アンテナのバリエーションを示す図である。
【図１３】従来の８字型アンテナの構造を示す図である。
【図１４】従来の８字型アンテナと中央ループアンテナとを組み合わせた構造を示す図である。
【図１５】近傍磁界測定のシミュレーション方法を示す図である。
【図１６】８字型アンテナにおける上下ループの位相ずれの影響を示す図である。
【符号の説明】
１ＲＦＩＤシステム
２アンテナ
２ａ８字型アンテナ
２ｂ導体線
２ｃ無給電中央ループアンテナ
２ｄ直列８字型アンテナ
２ｅ給電中央ループアンテナ
３リーダ／ライタ
３ａ通信回路部
３ｂ演算処理部
４トランスポンダ
４ａアンテナ
４ｂＩＣ
５ＧＮＤ
６容量
７ａ測定用ループアンテナ
７ｂ電界強度計
８コンデンサ
９位相補正回路
１０シミュレーション面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a loop antenna composed of a plurality of loops, and more particularly to an antenna for a reader / writer used in an RFID (Radio Frequency Identification) system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, RFID systems that perform data communication between a transponder equipped with an IC chip and a reader / writer (or reader) have become widespread. Since this RFID system performs data communication using the antennas provided in each of the trussponder and reader / writer, communication is possible even if the trussponder is several centimeters to tens of centimeters away from the reader / writer. Due to its strength against static electricity, it has been used in various fields such as factory production management, logistics management, and entrance / exit management.
[0003]
Since this RFID system uses electromagnetic induction or electromagnetic coupling to exchange data, it is necessary to increase the magnetic field generated by the antenna. On the other hand, to use the RFID system without a license, it is necessary to It is necessary to set the electric field strength or antenna gain measured at a position 3 m away and the power (aerial) power supplied to the antenna to a value determined by the Radio Law.
[0004]
As a method of weakening the electric field in the distance without weakening the magnetic field in the vicinity of the antenna, there is a method of using an 8-shaped antenna (or a double loop antenna). As shown in FIG. 13, this 8-shaped antenna connects two loop antennas in series or in parallel, and drives them with the same high-frequency power source. In this 8-shaped antenna 2a, The magnetic fluxes generated by the two loops (loop A and loop B) are opposite to each other, and they appear to cancel each other at a distance, so that there is an effect of weakening the electric field strength at a distance, and a normal single loop antenna In comparison with, there is an advantage that a large antenna with the same gain can be manufactured.
[0005]
Then, the near magnetic field strength is improved by increasing the antenna size, and the communication distance with the transponder can be extended. In addition, since the far electric field is weakened, electromagnetic influences on other communication devices and electronic devices can be suppressed.
[0006]
However, the 8-shaped antenna has a drawback that the magnetic field component in the antenna axial direction becomes zero at the center of the antenna at the same time. In order to solve this problem, as shown in FIG. 14, the distribution of the magnetic field over time can be achieved by arranging another single-loop antenna (non-feed central loop antenna 2c) that does not feed the central portion of the 8-shaped antenna 2a. Can be eliminated, and the point where the magnetic field component, which is a drawback of a normal 8-shaped antenna, becomes zero (USP 6,166,706, etc.) can be eliminated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order for this parasitic central loop antenna 2c to function, it is necessary to intersect with one of the two loops constituting the 8-shaped antenna 2a connected in parallel. In the loop, the inductance of the antenna coil changes due to the mutual inductance, and the resonance point is detuned. As a result, only one of the two loops becomes capacitive or inductive, and a phase difference occurs between the applied voltage and the current value.
[0008]
Thereby, in the loop A and the loop B, a current having a completely opposite phase does not flow with respect to an applied voltage having an opposite phase, and the symmetry which is a characteristic of the 8-shaped antenna 2a is lost. The current phase shift increases the electric field strength at a distance and causes a decrease in the near magnetic field strength.
[0009]
In addition, when the 8-shaped antenna 2a is installed on the ground for use as a gate antenna or the like, as shown in FIG. 13, the inductance changes due to the difference in the distance between the two loops A and B and the floor. It causes the loss of symmetry. In addition to the grounding area such as the floor, the capacitor 6 is formed by a metal body or the like installed in the vicinity of the 8-shaped antenna 2a, and the same problem occurs.
[0010]
As described above, in order to improve the near magnetic field and suppress the far electric field, the method using the 8-shaped antenna 2a and further the parasitic central loop antenna 2c is effective. Due to the interaction with the parasitic central loop antenna 2c or the interaction between the 8-shaped antenna 2a and the floor or a metal body, the symmetry of each loop antenna constituting the 8-shaped antenna 2a is lost, and the far electric field increases. End up.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to ensure the symmetry of the magnetic field generated in each loop of a plurality of loop antennas such as an 8-shaped antenna. An object of the present invention is to provide a reader / writer antenna that can be used.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the loop antenna of the present invention is driven by a high frequency power source.Connected in parallelIn a loop antenna having a plurality of loops,A part of the plurality of loops,Control the phase of the current supplied to the loopPhase control consisting of capacitors or coils forMeans comprisingPhase controlBy means, the symmetry of the magnetic field generated in each loop is maintained, and the electric field strength at a distance is reduced.
[0013]
  In the present invention, the loop antenna is an eight-shaped antenna having two loops, and the phase control means sets the phase difference between the magnetic fields generated in the two loops to approximately 180 °. Can do.
[0014]
  Further, the loop antenna of the present invention includes one or more parasitic central loops driven by an induction current flowing by magnetic coupling between a plurality of loops connected in parallel and driven by a high frequency power source and at least one loop. A loop antenna having a phase control means including a capacitor or a coil for controlling a phase of a current supplied to the partial loop in the loop of the plurality of loops, The phase control means maintains the symmetry of the magnetic field generated in each loop and reduces the electric field strength at a distance.
[0015]
  In the present invention, the loop antenna is an 8-shaped antenna having two loops, and the phase control means sets a phase difference between magnetic fields generated in the two loops to about 180 °, and The phase difference of the magnetic field radiated from the feeding central loop may be set to approximately 90 ° with respect to the two loops.
[0018]
  The loop antenna of the present invention is driven by a high frequency power source.Connected in parallelA plurality of loops are installed near the center of the plurality of loops,What is the high frequency power supply?Loop antenna having feeding loop driven by different power sourcesBecauseA power phase correction circuit is connected to the power supply loop, and the power phase correction circuitPower supplyIs used to generate a current having a phase different from that of the plurality of loops, and to supply power to the power feeding loop.
[0019]
  In the present invention,The feeding loop is formed between the plurality of loops and at a position that does not overlap the main antenna surface of each of the loops.It can be configured.
[0020]
  Further, the loop antenna of the present invention is a loop antenna having at least a plurality of loops driven by a high-frequency power supply, and surrounds the loop antenna at an outer periphery of the loop antenna with an interval substantially equal to each loop, and A conductive wire connected to the GND is provided.
[0023]
Thus, according to the structure of the loop antenna of the present invention, an antenna composed of a plurality of loops such as an 8-shaped antenna, and a loop provided with a central loop antenna for compensating for a decrease in the near magnetic field at the center thereof. In the antenna, means for adjusting the current phase shift due to the influence of mutual inductance is provided, the current phases are made substantially equal by crossing the eight-shaped antennas in series, Phases generated from the high-frequency power supply of an 8-shaped antenna by making the interlinkage magnetic flux (area x magnetic flux density) of the overlapping part of each loop substantially equal, or by installing a central loop antenna in the center of the two loop antennas By using a method such as feeding a current that is shifted by approximately 90 °, the symmetry of the magnetic field generated by the two loop antennas of the 8-shaped antenna is confirmed. Can be kept.
[0024]
In addition, by installing conductor wiring on the outer periphery of the 8-shaped antenna, if a phase difference occurs in each loop, current flows through the outer conductor wiring so as to cancel it, resulting in a phase shift between the two. Therefore, the symmetry of the magnetic field generated in each loop can be ensured similarly to the above. And by ensuring the symmetry of each loop of the 8-shaped antenna, it is possible to weaken the electric field strength in the distance while improving the near magnetic field.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a preferred embodiment of the loop antenna according to the present invention, a plurality of loops driven by a high frequency power supply and one or more parasitic loops driven by an induced current flowing by magnetic coupling with at least one loop For example, a structure in which a conducting wire is arranged on the outer periphery of the loop antenna, a structure in which a capacitor or coil is connected to adjust a current phase shift, and an 8-shaped antenna connected in series and with a twist In addition, a structure in which current phases are substantially equal, a structure using a parasitic loop having a shape in which the interlinkage magnetic flux in the overlapping portion with each loop is substantially equal, a central loop antenna is installed at the center of two loop antennas, and an 8-character type A structure that generates and feeds current that is 90 ° out of phase with the high frequency power supply of the antenna is provided, and the current phase of the two loop antennas of the 8-shaped antenna Maintaining the symmetry of the magnetic field generation control is made in each loop, while improving near magnetic field, it is intended to weaken the electric field strength in the distance.
[0026]
【Example】
In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a case where an 8-shaped antenna is used as a reader / writer antenna of an RFID system is described. However, the present invention is not limited to a reader / writer antenna, and a transponder antenna. It can also be applied to antennas used in other communication devices and communication devices.
[0027]
[Example 1]
First, the reader / writer antenna of the RFID system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an RFID system according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a structure of a reader / writer antenna according to a first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a variation of the reader / writer antenna of this embodiment. This embodiment describes a structure for relaxing the interaction with a predetermined potential surface near each loop of the 8-shaped antenna and ensuring the symmetry of the generated magnetic field.
[0028]
As shown in FIG. 1, the RFID system 1 of the present invention includes a transponder 4 having an antenna 4a and an IC 4b therein, and a reader / writer 3 for processing a signal from the transponder 4, and the reader / writer 3 further includes A reader / writer antenna 2 for transmitting and receiving power to the transponder 4 and transmitting / receiving signals, a communication circuit unit 3a for converting transmitted / received signals, and an arithmetic processing unit 3b for decoding transmitted / received signals. The
[0029]
As shown in FIG. 2, the reader / writer antenna 2 of the present embodiment includes an 8-shaped antenna 2a in which two symmetrical loop antennas (loop A and loop B) are connected, and an 8-character antenna. Is formed of a conducting wire 2b that surrounds the periphery of the type antenna 2a at regular intervals, and a current is supplied from a high-frequency power source via a feeder to the center of the 8-shaped antenna 2a. A current flows and a magnetic field in the opposite direction is generated.
[0030]
Here, when the 8-shaped antenna 2a is installed close to a predetermined potential surface such as a floor or a metal body, the distance between the upper loop A or the lower loop B and the potential surface may be different. Due to the difference, a difference occurs in the antenna inductance (impedance) of both loops. Therefore, in this embodiment, in order to reduce this deviation, the continuous conductor 2b is installed on the outer periphery of the 8-shaped antenna 2a.
[0031]
That is, in the conventional 8-shaped antenna 2a, as shown in FIG. 13, the inductance is shifted due to the difference in the distance between the loop A or the loop B and the floor surface or the metal body, and as a result, the magnetic field in the distance is canceled. However, in the reader / writer antenna 2 of this embodiment, when the lead wire 2b is installed, if a phase difference occurs in each loop, a current is applied to the outer conductor wiring so as to cancel it. As a result, it functions to compensate for the phase shift between the two, so that the symmetry of both loops can be maintained.
[0032]
By installing this conducting wire 2b, even when the 8-shaped antenna 2a and the predetermined potential surface are close to each other, the interaction with the predetermined potential surface is controlled to be equal between the upper and lower loops. be able to. Thereby, the freedom degree of the installation place of the antenna 2 for reader / writers increases, and the applicable range of this RFID system can be expanded.
[0033]
The 8-shaped antenna 2a has a structure in which rectangular loop antennas having the same shape are connected to each other. However, the magnetic fields generated by the loop antennas only have to be equal, and each loop has a circular shape (see FIG. 3A). ), An elliptical shape, a polygonal shape or the like. In addition, the conductor 2b may have a shape that surrounds each loop of the 8-shaped antenna 2a at a substantially equal distance, or a shape in which an average distance from each loop is approximately equal. It is not limited to the rectangular shape shown, but can be any shape, such as a circular, elliptical, polygonal shape similar to the loop antenna, or an 8-character shape similar to the 8-character antenna 2a (see FIG. 3B). can do.
[0034]
[Example 2]
Next, a reader / writer antenna according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, FIG. 15, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the structure of the reader / writer antenna according to the second embodiment. FIG. 15 is a diagram showing a simulation of the magnetic field in the vicinity of the antenna, and FIG. 16 is a diagram showing the result of the simulation.
[0035]
As shown in FIG. 4, the reader / writer antenna 2 of this embodiment has a magnetic field component in the antenna axial direction at the center of the antenna in the structure of the first embodiment in which the conductor 2b is provided on the outer periphery of the 8-shaped antenna 2a. There is provided a parasitic central loop antenna 2c that solves the problem of the 8-shaped antenna that becomes zero, and further, one of the loop A and the loop B is provided with phase adjusting means such as a capacitor 8 on both sides. Is.
[0036]
Here, the problem of the conventional 8-shaped antenna 2a will be described. In FIG. 14, when the loop B is considered as a reference (0 °), the magnetic flux generated from the loop A is shifted by 180 ° with respect to the loop B. The parasitic central loop antenna 2c has a linkage flux φ₈Due to the induced electromotive force generated by, a magnetic flux whose phase is shifted from the loop A by 90 ° is generated as shown in Equation 1.
[0037]

[0038]
However, in practice, when the parasitic central loop antenna 2c is linked to the loop A, mutual inductance is generated between the two, and the inductance of the loop A changes. As a result, the magnetic field generated in the loop A, which should have been shifted by 180 ° from the applied voltage, is shifted by several tens of degrees.
[0039]
In order to confirm the importance of ensuring the symmetry of each loop, the phase of Loop A and Loop B is exactly 180 ° shifted and 150 ° (experimental value) due to the mutual inductance. The simulation of the generated magnetic field in the vicinity of the antenna was performed under the conditions shown in FIG. In addition, FIG. 16 shows the maximum value of the magnetic flux density over time at the center line of the simulation surface 10 50 cm away from the reader / writer antenna 2.
[0040]
From the simulation results of FIG. 16, when the phase difference between Loop A and Loop B is 180 ° (solid line), the parasitic center loop antenna 2c can suppress the decrease in magnetic flux density at the center of the 8-shaped antenna 2a. However, when the phase difference between loop A and loop B is 150 ° (broken line), a region where the magnetic field density decreases in the antenna height direction is generated.
[0041]
Thus, in the structure in which the parasitic central loop antenna 2c is provided in the 8-shaped antenna 2a, the loop overlapping the parasitic central loop antenna 2c shifts to inductivity due to the mutual inductance, and the phase difference between both loops shifts. As a result, a non-uniform distribution occurs over time in the generated magnetic field, and the electric field strength in the distance increases. Therefore, in such a structure, it is important to accurately control the phase difference between the upper and lower loops.
[0042]
Therefore, in this embodiment, phase adjusting means such as a capacitor 8 and a coil is connected in series to either one or both of the loop A and the loop B of the 8-shaped antenna 2a, and the capacitance of the capacitor 8 is adjusted. Thus, the phase can be controlled independently. In the example of FIG. 4, a capacitor 8 is connected to the loop A side that overlaps the parasitic central loop antenna 2c to cancel the inductive component due to the influence of mutual inductance so that a current having the same phase as the generated voltage flows.
[0043]
Thus, in the structure in which the parasitic central loop antenna 2c is provided, the symmetry of the phases of both loops can be ensured by connecting the capacitor 8 that cancels the inductive component to the loop that overlaps the parasitic central loop antenna 2c.
[0044]
[Example 3]
Next, a reader / writer antenna according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a view showing the structure of the reader / writer antenna according to the third embodiment, and FIG. 6 is a view showing an example of the manufacturing method thereof.
[0045]
In the 8-shaped antenna 2a shown in the second embodiment, the loop A and the loop B are connected in parallel, so that the current phase generated with respect to the applied voltage is proportional to the inductance of the antenna coil. . Since the inductance of each loop changes due to the interaction with the parasitic central loop antenna 2c, a capacitor 8 is provided to adjust the phase.
[0046]
Although the phase can be adjusted also by the above method, when the reader / writer antenna 2 is manufactured, it is necessary to adjust the capacitance of the capacitor 8 according to the positional relationship between the 8-shaped antenna 2a and the parasitic central loop antenna 2c. There is. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the loop A and the loop B are connected in series so that the phases of the flowing currents are substantially equal, thereby eliminating the need for adjusting the phase of each loop. In addition, since the direction of the current of both loops becomes the same simply by connecting them in series, the connection part between the loop A and the loop B is formed with a twist.
[0047]
Thus, by connecting the loop A and the loop B in series and with a twist, the generated magnetic field can be shifted by 180 °, and the distribution of the magnetic flux density in the height direction of the 8-shaped loop antenna 2a is flattened. be able to. In this case, since the phase shifts as the antenna size (line length) increases, the antenna size is preferably set to be approximately 1/10 to 1/20 or less of the wavelength (λ).
[0048]
In addition, in the serial 8-shaped antenna 2d having such a structure, a portion where the antenna lines intersect is generated, but a substrate in which two or more conductor layers are stacked is used, for example, one conductor layer shown in FIG. ), A pattern as shown in FIG. 6B is formed on the other conductor layer, and both patterns are connected through a through hole.
[0049]
[Example 4]
Next, a reader / writer according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing the structure of the reader / writer antenna according to the fourth embodiment, and FIG. 8 is a diagram showing a variation thereof.
[0050]
The phase shift between the respective loops A and B of the 8-shaped antenna 2a is caused by a difference in mutual inductance between the parasitic central loop antenna 2c and the loop A or loop B. In the second embodiment described above, this phase shift is adjusted using the capacitor 8. However, the parasitic central loop antenna 2c may be formed so that the shift does not occur originally.
[0051]
Specifically, in order to cancel the influence of the parasitic central loop antenna 2c, the overlapping portion (region A and region B) between the parasitic central loop antenna 2c and loop A or loop B may be the same. In this case, the interlinkage magnetic flux of both loops cancels out, the value of the current flowing through the parasitic central loop antenna 2c becomes 0, and the meaning of providing the parasitic central loop antenna 2c is lost.
[0052]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the parasitic central loop antenna 2c is arranged so as to overlap both the loop A and the loop B so that the areas of the overlapping portions (region A and region B) are equal. Thus, the mutual inductance is made equal, and the antenna wires are crossed at an arbitrary point between the overlapping portions so that the interlinkage magnetic flux does not cancel out. Even with such a structure, the symmetry of the phases of both loops can be ensured, and the decrease of the magnetic flux in the central portion of the antenna can be suppressed by the parasitic central loop antenna 2c.
[0053]
The shape of the parasitic central loop antenna 2c is not limited to the shape shown in FIG. 7, but may be any shape as long as the areas of the regions A and B are equal and have a twist, for example, FIG. ) As shown in FIG.
[0054]
In the second to fourth embodiments described above, the example in which the conducting wire 2b is provided around the 8-shaped antenna 2a has been described. However, a configuration in which the conducting wire 2b is not provided may be employed. Moreover, it can also be set as the structure which combined each structure of the 2nd thru | or 4th Example. Further, as shown in FIG. 8B, the regions A and B where the parasitic central loop antenna 2c is linked are provided near the center of the loops A and B where the gradient of the magnetic flux density distribution is gentle. You can also.
[0055]
[Example 5]
Next, a reader / writer antenna according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing the structure of the reader / writer antenna according to the fifth embodiment. FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a system for measuring the far field intensity of the reader / writer antenna of the present invention, and FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of correction of this embodiment. FIG. 12 is a diagram showing variations of the reader / writer antenna of the present invention.
[0056]
In the second to fourth embodiments described above, the loop antenna provided in the center of the 8-shaped antenna 2a is a parasitic antenna. However, in this embodiment, as shown in FIG. The feeding central loop antenna 2e is provided, and a phase correction circuit 9 for feeding a current whose phase is adjusted is connected to the feeding central loop antenna 2e.
[0057]
That is, the present embodiment is characterized in that the centrally installed antenna is not operated by electromagnetic coupling with the 8-shaped antenna 2a, but is operated by directly feeding the feeding central loop antenna 2e from the phase correction circuit 9. Yes. At this time, it is necessary to shift the phase of the feeding central loop antenna 2e by 90 ° from the 8-shaped antenna 2a. Therefore, the feeding central loop antenna 2e creates an intermediate phase (90 °) between the loops A and B on both sides of the 8-shaped antenna 2a by connecting the balun through another stage.
[0058]
Thus, by arranging the feeding central loop antenna 2e in the center of the 8-shaped antenna 2a, it is possible to suppress a decrease in magnetic flux density at the center of the 8-shaped antenna 2a. Since it is not necessary to superimpose the feeding central loop antenna 2e on the 8-shaped antenna 2a, the phase of both loops of the 8-shaped antenna 2a does not shift. The phase correction circuit 9 is not limited to the configuration shown in FIG. 9, and any circuit that can generate a current that is 90 ° out of phase with respect to the 8-shaped antenna 2a can be used.
[0059]
Although various methods for adjusting the phase of both loops of the 8-shaped antenna 2a have been described above, in order to confirm the effect of this phase correction, an 8-shaped antenna (phase difference of about 150 °) without phase correction is described. ) And the eight-shaped antenna whose phase difference was adjusted to 180 ° by the method of each of the above-described embodiments, the electric field strength of the antenna in the distance was measured using the measurement system shown in FIG. The result is shown in FIG. The measurement was performed in a anechoic chamber in a state where the surfaces of the respective antennas were parallel by the 3 m method.
[0060]
As can be seen from FIG. 11, the 8-shaped antenna (solid line and round marker) whose phase has been corrected by various methods compared to the 8-shaped antenna (dashed line and triangular marker) that does not perform phase correction is far away from 3 m. The electric field strength was reduced by 1 dBμV / m or more, and it was confirmed that the far field strength could be reduced by accurately adjusting the phase. Then, by reducing the far field intensity, the electromagnetic influence on other communication devices and electronic devices can be reduced, and the application range of the RFID system 1 can be expanded.
[0061]
In each of the embodiments described above, an eight-shaped antenna has been described as an example. However, the shape of the antenna is not limited to eight, and an antenna having an arbitrary shape including a plurality of loops can be used. For example, an antenna having four loops as shown in FIG. 12 ((a) is a configuration in which 8-character antennas are connected in parallel, (b) is a configuration in which four loops are connected in series) Various structures of each embodiment may be applied.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, the structure of the loop antenna of the present invention and the RFID reader / writer antenna of the RFID system formed by the structure have the following effects.
[0063]
The first effect of the present invention is that the electric field strength at a distance can be reduced.
[0064]
The reason for this is that phase adjusting means is provided in the loops constituting the 8-shaped antenna, the phases of the 8-shaped antennas are connected in series so that the phases are in phase, or the area of the overlapping portion with each loop is The shape of the central loop antenna is set so as to be substantially equal, and the magnetic field generated by the two loop antennas of the 8-shaped antenna is symmetrical by a method such as providing a phase correction function in the power feeding circuit to the central loop antenna. This is because the sex can be secured.
[0065]
In addition, the second effect of the present invention is that the asymmetry of each loop antenna due to a distance from a predetermined potential surface such as a floor surface or a metal body in the vicinity of the 8-shaped antenna can be reduced. is there.
[0066]
The reason for this is that if a phase difference occurs in each loop by installing a conductor on the outer periphery of the 8-shaped antenna, a current flows through the outer conductor to cancel it, resulting in a phase shift between the two. This is because the symmetry of the generated magnetic field can be maintained because it functions to compensate.
[0067]
As described above, according to the present invention, it was possible to solve the problem that the magnetic flux weakening portion of the conventional antenna occurs. In addition, since the generated magnetic field becomes uniform over time, the electric field strength at a distance is reduced, so that it is expected that the generated magnetic field is less likely to cause disturbance to other communication devices and electronic devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an RFID system.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of an antenna for an 8-character reader / writer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a variation of the antenna for an 8-character reader / writer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the structure of an 8-character reader / writer antenna according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a structure of an antenna for an 8-character reader / writer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a method for manufacturing an 8-character reader / writer antenna according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the structure of an antenna for 8-character reader / writer according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a variation of an 8-character reader / writer antenna according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a structure of an antenna for 8-character reader / writer according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a system for measuring a far field intensity of a reader / writer antenna.
FIG. 11 is a diagram showing the effect of phase correction of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing variations of the reader / writer antenna according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing the structure of a conventional 8-shaped antenna.
FIG. 14 is a diagram showing a structure in which a conventional 8-shaped antenna and a central loop antenna are combined.
FIG. 15 is a diagram showing a simulation method of near magnetic field measurement.
FIG. 16 is a diagram showing the influence of the phase shift of the upper and lower loops in the 8-shaped antenna.
[Explanation of symbols]
1 RFID system
2 Antenna
2a 8-shaped antenna
2b Conductor wire
2c Parasitic central loop antenna
2d series 8-shaped antenna
2e Feed center loop antenna
3 Reader / Writer
3a Communication circuit section
3b arithmetic processing unit
4 Transponder
4a antenna
4b IC
5 GND
6 capacity
7a Loop antenna for measurement
7b Field strength meter
8 capacitors
9 Phase correction circuit
10 Simulation surface

Claims

高周波電源により駆動される、並列に接続された複数のループを有するループアンテナにおいて、
前記複数のループの中の一部のループに、該一部のループに供給される電流の位相を制御するためのコンデンサ又はコイルからなる位相制御手段を備え、該位相制御手段により、各々のループで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電界強度が低減されることを特徴とするループアンテナ。In a loop antenna having a plurality of loops connected in parallel, driven by a high-frequency power source,
Phase control means comprising a capacitor or a coil for controlling the phase of the current supplied to the partial loop is provided in a part of the plurality of loops, and each loop is controlled by the phase control means. The loop antenna is characterized in that the symmetry of the magnetic field generated in is maintained and the electric field strength in the distance is reduced.

前記ループアンテナは２つのループを有する８字型アンテナであり、前記位相制御手段により、前記２つのループで発生する磁界の位相差が略１８０°に設定されることを特徴とする請求項１記載のループアンテナ。 2. The loop antenna according to claim 1, wherein the loop antenna is an 8-shaped antenna having two loops, and the phase control means sets a phase difference between magnetic fields generated in the two loops to approximately 180 degrees. Loop antenna.

高周波電源により駆動される、並列に接続された複数のループと、少なくとも一つのループとの磁気的結合により流れる誘導電流により駆動される１以上の無給電中央ループとを有するループアンテナにおいて、
前記複数のループの中の一部のループに、該一部のループに供給される電流の位相を制御するためのコンデンサ又はコイルからなる位相制御手段を有し、該位相制御手段により、各々のループで発生する磁界の対称性が維持され、遠方での電界強度が低減されることを特徴とするループアンテナ。In a loop antenna having a plurality of loops connected in parallel and driven by a high-frequency power source and one or more parasitic central loops driven by an induced current flowing by magnetic coupling with at least one loop,
Phase control means comprising a capacitor or a coil for controlling the phase of the current supplied to the partial loop is provided in a part of the plurality of loops. A loop antenna characterized in that symmetry of a magnetic field generated in a loop is maintained and electric field strength at a distance is reduced.

前記ループアンテナは２つのループを有する８字型アンテナであり、前記位相制御手段により、前記２つのループで発生する磁界の位相差が略１８０°に設定され、かつ、前記無給電中央ループから放射される磁界の位相差が前記２つのループに対して略９０°に設定されることを特徴とする請求項３記載のループアンテナ。 The loop antenna is an 8-shaped antenna having two loops, and the phase control means sets a phase difference between magnetic fields generated in the two loops to approximately 180 °, and radiates from the parasitic central loop. The loop antenna according to claim 3, wherein a phase difference between the magnetic fields is set to approximately 90 ° with respect to the two loops.

高周波電源により駆動される、並列に接続された複数のループと、前記複数のループの中心部近傍に設置され、前記高周波電源とは異なる電源により駆動される給電ループとを有するループアンテナであって、
前記給電ループに電源位相補正回路が接続され、該電源位相補正回路では、前記電源を用いて、前記複数のループと位相が相異なる電流を生成し、前記給電ループに給電することを特徴とするループアンテナ。A loop antenna having a plurality of loops connected in parallel and driven by a high-frequency power source, and a power feeding loop installed near the center of the plurality of loops and driven by a power source different from the high-frequency power source. ,
A power supply phase correction circuit is connected to the power supply loop, and the power supply phase correction circuit generates a current having a phase different from that of the plurality of loops using the power supply, and supplies the power to the power supply loop. Loop antenna.

前記給電ループは、前記複数のループの間、かつ、各々の前記ループの主たるアンテナ面に重ならない位置に形成されていることを特徴とする請求項５記載のループアンテナ。 6. The loop antenna according to claim 5, wherein the feeding loop is formed between the plurality of loops and at a position not overlapping with a main antenna surface of each of the loops.

高周波電源により駆動される複数のループを少なくとも有するループアンテナにおいて、
前記ループアンテナの外周に、各々のループと略等しい間隔をおいて該ループアンテナを取り囲み、かつ、ＧＮＤに接続される導線を備えることを特徴とするループアンテナ。In a loop antenna having at least a plurality of loops driven by a high-frequency power source,
A loop antenna, comprising: a lead wire that surrounds the loop antenna and is connected to GND on the outer periphery of the loop antenna at an interval substantially equal to each loop.