JP5218251B2 - Ｒｆｉｄタグ読取装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＲＦＩＤタグに記憶されている情報を読取るＲＦＩＤタグ読取装置に関する。

ＲＦＩＤタグ読取装置は、ＲＦＩＤタグと無線で通信するためのアンテナを備えており、そのアンテナから電波をＲＦＩＤタグへ送信し、そのＲＦＩＤタグから返信された電波に重畳されている情報を読取る。このようなＲＦＩＤタグ読取装置として、たとえば、ダイポールアンテナを備えたものが知られている（特許文献１）。また、チップアンテナとして、導体をメアンダ状（蛇行状）にしたものが知られている（特許文献２）。

特開２００６−３０３９０７号公報（第３５〜３７段落、図１，３，６）。 特開２０００−２７８０３７号公報（第４５段落、図５）。

ダイポールアンテナを備えたＲＦＩＤタグ読取装置では、ダイポールアンテナが装置の幅方向に配置されているため、装置を幅方向に小型化しようとすると、ダイポールアンテナが装置からはみでるため、小型化が難しい。そこで、図２５に示すように、ダイポールアンテナ６０の両端をそれぞれ内側に２回屈曲させて、ダイポールアンテナの幅を短くする構造が考えられる。しかし、ダイポールアンテナ６０の直線状部６１と、屈曲により形成された直線状部６２との間に自己結合が発生するため、アンテナの利得が低下してしまう。

また、２素子の八木アンテナを備えたＲＦＩＤタグ読取装置において、図２６に示すように、放射素子７１および反射素子７２の各両端部を屈曲させた場合も、直線状部７１ａ，７１ｂ間および直線状部７２ａ，７２ｂ間に自己結合が発生するため、アンテナの利得が低下してしまう。
そこで、本願発明者は、図２７（ａ）に示すように、ダイポールアンテナ６０の屈曲した部分６２ａをメアンダ状に形成することにより、アンテナの利得を上げる構造を考えたが、所望の利得を得ることができなかった。また、図２７（ｂ）に示すように、放射素子７１および反射素子７２の直線状部７１ｂ，７２ｂをメアンダ状に形成することにより、アンテナの利得を上げる構造を考えたが、所望の利得を得ることができなかった。

そこでこの発明は、上述の諸問題を解決するためになされたものであり、アンテナの利得を高めることができ、かつ、装置の小型化を図ることのできるＲＦＩＤタグ読取装置を実現することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明の第１の特徴は、ダイポールアンテナ（３０）を介して電波でＲＦＩＤタグ（５０）と通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記ダイポールアンテナを構成する素子は、給電線に接続された直線状部（３０ａ）と、前記直線状部の両端から互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部（３０ｃ）とを備えており、前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、メアンダ状の部分（３０ｄ）のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分の、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置しているＲＦＩＤタグ読取装置である。

また、この発明の第２の特徴は、放射素子（２１）、導波素子（２３）および反射素子（２２）を有するアンテナ（２０）を介して電波でＲＦＩＤタグ（５０）と通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記放射素子、導波素子および反射素子の少なくとも１つが、直線状部（２１ａ，２３ａ，２２ａ）と、前記直線状部の両端から他のいずれかの素子に向けて互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部（２１ｃ，２３ｃ，２２ｃ）とを備えており、前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分（２１ｄ，２３ｄ，２２ｄ）が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分の、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置しているＲＦＩＤタグ読取装置である。

また、この発明の第３の特徴は、放射素子（２１）および導波素子（２３）を有するアンテナ（２０）を介して電波でＲＦＩＤタグ（５０）と通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記放射素子および導波素子の少なくとも一方が、直線状部（２１ａ，２３ａ）と、前記直線状部の両端から他方の素子に向けて互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部（２１ｃ，２３ｃ）とを備えており、前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分（２１ｄ，２３ｄ）が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分の、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置しているＲＦＩＤタグ読取装置である。

また、この発明の第４の特徴は、放射素子（２１）および反射素子（２２）を有するアンテナ（２０）を介して電波でＲＦＩＤタグ（５０）と通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記放射素子および反射素子の少なくとも一方が、直線状部（２１ａ，２２ａ）と、前記直線状部の両端から他方の素子に向けて互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部（２１ｃ，２２ｃ）とを備えており、前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分（２１ｄ，２２ｄ）が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分の、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置しているＲＦＩＤタグ読取装置である。

さらに、この発明の第５の特徴は、前述の第３または第４の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記放射素子（２１）および放射素子以外の素子（２２，２３）が、前記直線状部（２２ａ，２３ａ）および一対の屈曲部（２２ｃ，２３ｃ）をそれぞれ備えており、前記各屈曲部は、それぞれ複数回折り返されてメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分（２２ｄ，２３ｄ）が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなることにある。

この発明の第６の特徴は、前述の第１ないし第５の特徴のいずれか１つを有するＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、少なくとも前記所定範囲において、前記折り返された部分（２１ｄ，２３ｄ，２２ｄ）が前記直線状部（２１ａ，２３ａ，２２ａ）から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、前記直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成されてなることにある。

この発明の第７の特徴は、前述の第１ないし第６の特徴のいずれか１つを有するＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、少なくとも前記所定範囲において内側を向いて山状に形成されている部分（２１ｄ，２３ｄ，２２ｄ）の頂部が、その頂部を成す辺と前記直線状部とが成す角度が鋭角になるテーパ状に形成されてなることにある。

この発明の第８の特徴は、前述の第７の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、少なくとも前記所定範囲における前記頂部が、前記内側に膨らんだテーパ曲面状に形成されてなることにある。

この発明の第９の特徴は、前述の第１ないし第８の特徴のいずれか１つを有するＲＦＩＤタグ読取装置（１）において、前記各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、少なくとも前記所定範囲が前記直線状部に対して非平行に形成されてなることにある。

なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１の特徴は、ダイポールアンテナにおいて、直線状部の両端の屈曲部に形成されたメアンダ状の部分のうち、少なくとも直線状部の両端から所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなることにある。
したがって、上記の第１の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置によれば、折り返された部分間の自己結合を小さくすることができるため、ダイポールアンテナの利得を高めることができ、かつ、装置の小型化を図ることができる。

第２の特徴は、放射素子、導波素子および反射素子を有するアンテナにおいて、放射素子、導波素子および反射素子の少なくとも１つが、直線状部の両端の屈曲部に形成されたメアンダ状の部分のうち、少なくとも直線状部の両端から所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなることにある。
したがって、上記の第２の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置によれば、折り返された部分間の自己結合を小さくすることができるため、放射素子、導波素子および反射素子を有するアンテナの利得を高めることができ、かつ、装置の小型化を図ることができる。

第３の特徴は、放射素子および導波素子を有するアンテナにおいて、放射素子および導波素子の少なくとも一方が、直線状部の両端の屈曲部に形成されたメアンダ状の部分のうち、少なくとも直線状部の両端から所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなることにある。
したがって、上記の第３の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置によれば、折り返された部分間の自己結合を小さくすることができるため、放射素子および導波素子を有するアンテナの利得を高めることができ、かつ、装置の小型化を図ることができる。

特に、第５の特徴によれば、放射素子および導波素子の両素子におけるメアンダ状の部分のうち、少なくとも直線状部の両端から所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるようにそれぞれ形成されてなるため、アンテナの利得をより一層高めることができる。

第４の特徴は、放射素子および反射素子を有するアンテナにおいて、放射素子および反射素子の少なくとも一方が、直線状部の両端の屈曲部に形成されたメアンダ状の部分のうち、少なくとも直線状部の両端から所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなることにある。
したがって、上記の第４の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置によれば、折り返された部分間の自己結合を小さくすることができるため、放射素子および反射素子を有するアンテナの利得を高めることができ、かつ、装置の小型化を図ることができる。

特に、第５の特徴によれば、放射素子および反射素子の両素子におけるメアンダ状の部分のうち、少なくとも直線状部の両端から所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるようにそれぞれ形成されてなるため、アンテナの利得をより一層高めることができる。

第６の特徴は、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、少なくとも前記所定範囲において、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成されてなることにある。

したがって、上記の第６の特徴を有するＲＦＩＤタグ読取装置によれば、折り返された部分と直線状部との自己結合を小さくすることができる。

特に、素子を相対向して配置してなるアンテナにおいて、各直線状部の両端から相対向する方向に屈曲部が延びている場合に、各屈曲部に形成されたメアンダ状の部分を、折り返された部分が直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成すると、折り返された部分のうち、直線状部から最も離れた部分が最も長くなる。
したがって、相対向する素子において最も長い折り返し部分同士が接近するため、折り曲げた部分間の自己結合が大きくなる。

そこで、各素子のメアンダ状の部分を第６の特徴のように形成することにより、最も長い折り返し部分同士が接近しないようにすることができるため、折り曲げた部分間の自己結合を小さくすることができる。

第７の特徴によれば、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、少なくとも前記所定範囲において内側を向いて山状に形成されている部分の頂部が、その頂部を成す辺と直線状部とが成す角度が鋭角になるテーパ状に形成されてなるため、エレメント長を長くすることができるので、より一層アンテナの利得を高めることができる。

第８の特徴によれば、少なくとも前記所定範囲における前記頂部が、前記内側に膨らんだテーパ曲面状に形成されてなるため、直線状部および他の折り返された部分間の自己結合を小さくすることができる。

第９の特徴によれば、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、少なくとも前記所定範囲が直線状部に対して非平行に形成されてなるため、メアンダ状の部分と直線状部との自己結合を小さくすることができる。

この発明の第１実施形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置の外観を示す上面図である。 図１に示すタグリーダの左側面図である。 図１に示すタグリーダの正面図である。 アンテナの説明図であり、（ａ）はアンテナの平面図、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナの部分拡大図である。 タグリーダの主な電気的構成を示す説明図である。 メアンダ構造の検討１におけるシミュレーションで使用したアンテナの平面説明図である。 メアンダ構造の検討２におけるシミュレーションで使用したアンテナの平面説明図である。 メアンダ構造の検討２におけるシミュレーションの結果を示すグラフである。 シミュレーション１に用いた従来のアンテナの平面図である。 発明１のアンテナの平面図である。 従来のアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性を示すグラフである。 発明１のアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 シミュレーション２に用いた発明２のアンテナの平面図である。 発明２のアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 従来のアンテナの測定結果をまとめて示す図表である。 発明２のアンテナの測定結果をまとめて示す図表である。 第１実施形態の変更例に係るタグリーダに備えられたアンテナの説明図である。 アンテナの変更例を示す説明図である。 アンテナの変更例を示す説明図である。 アンテナの変更例を示す説明図である。 ３素子の八木アンテナを示す説明図である。 第２実施形態に係るタグリーダに備えられたダイポールアンテナの平面説明図である。 アンテナの変更例を示す説明図である。 アンテナの変更例を示す説明図である。 従来のダイポールアンテナの説明図である。 従来の八木アンテナの説明図である。 （ａ）は屈曲部がメアンダ状に形成されたダイポールアンテナの説明図であり、（ｂ）は屈曲部がメアンダ状に形成された八木アンテナの説明図である。

〈第１実施形態〉
この発明に係る第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、この第１実施形態に係るＲＦＩＤタグ読取装置（以下、タグリーダと称する）の外観を示す上面図である。図２は、図１に示すタグリーダの左側面図である。図３は、図１に示すタグリーダの正面図である。図４はアンテナの説明図であり、（ａ）はアンテナの平面図、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナの部分拡大図である。

［タグリーダの主要構成］
図１に示すように、タグリーダ１は、ケース１３を備えており、そのケース１３の上面には、表示部１１と、キー操作部１２とが備えられており、ケース１３の先端には、タグ５０と通信を行うためのアンテナ２０が内蔵されている。図２および図３に示すように、アンテナ２０は放射素子２１および反射素子２２の２素子、つまり、八木アンテナから導波素子を省略した構成になっている。

図３に示すように、タグリーダ１を正面から見ると、放射素子２１の上方に反射素子２２が配置されており、アンテナ２０の指向性は下向きになっている。このため、タグ５０の情報を読取るときは、図２に示すように、タグリーダ１の先端裏面をタグ５０と対向させた状態で使用する。

図４（ａ）に示すように、放射素子２１および反射素子２２は、導電性材料により、基板１４の基板面に膜状にパターニングされており、さらに、その基板面は、基板１４と同じ基板の基板面で覆われている。つまり、アンテナ２０は、基板間に挾持されている。
導電性材料としては銅などを用いることができ、基板は、エラストマーなどの樹脂やセラミックなどの誘電性材料により形成することができる。放射素子２１は、給電線（図示省略）と接続されている。

放射素子２１は、直線状に形成された直線状部２１ａと、直線状部２１ａの屈曲点（両端）２１ｂ，２１ｂからそれぞれ反射素子２２に向けて直角に屈曲された相対向する一対の屈曲部２１ｃ，２１ｃとから構成されている。各屈曲部２１ｃは、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、少なくとも屈曲点２１ｂから所定範囲において、折り返された部分が直線状部２１ａから遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、直線状部２１ａから遠ざかるに従って短くなるように形成されている。以下、メアンダ状の部分のうち、内側を向いて山状に形成されている部分をメアンダ部という。

各メアンダ部２１ｄは直線状部と平行に均等の間隔で配置されている。ここで、図４（ｂ）を参照し、左側のメアンダ部２１ｄを例にして説明する。中央のメアンダ部２１ｄ３の頂部２１ｅは、その頂部を成す辺と直線状部２１ａとが成す角度が垂直になるように平坦に形成されている。その中央のメアンダ部２１ｄ３以外の各メアンダ部２１ｄの各頂部２１ｅは、頂部２１ｅを成す辺と直線状部２１ａとが成す角度が鋭角になるようにテーパ状に形成されている。

中央のメアンダ部２１ｄ３と直線状部２１ａとの間に配置されたメアンダ部２１ｄ２，２１ｄ１の各頂部２１ｅは、直線状部２１ａの屈曲点２１ｂに向けて傾斜したテーパ状に形成されており、それらのメアンダ部と中央のメアンダ部２１ｄ３を挾んで反対側のメアンダ部２１ｄ４，２１ｄ５の各頂部２１ｅは、中央のメアンダ部２１ｄ３の頂部２１ｅに向けて傾斜したテーパ状に形成されている。この実施形態では、メアンダ部２１ｄ１，２１ｄ２およびメアンダ部２１ｄ４，２１ｄ５は、中央のメアンダ部２１ｄ３を対称軸として線対称に形成されている。

反射素子２２は、仮想線１４ａを対称軸とした場合に、放射素子２１と線対称の形状に形成されている。反射素子２２は、直線状に形成された直線状部２２ａと、直線状部２２ａの屈曲点（両端）２２ｂ，２２ｂからそれぞれ放射素子２１に向けて直角に屈曲された相対向する一対の屈曲部２２ｃ，２２ｃとから構成されている。各屈曲部２２ｃは、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、少なくとも屈曲点２２ｂから所定範囲において、折り返された部分が直線状部２２ａから遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、直線状部２２ａから遠ざかるに従って短くなるように形成されている。また、各メアンダ部２２ｄの形状、大きさおよび配置間隔は、放射素子２１のメアンダ部２１ｄと同じである。

［タグリーダの電気的構成］
図５は、タグリーダの主な電気的構成を示す説明図である。同図に示すように、タグリーダ１は、主制御部２と、送信回路３と、受信回路４と、メモリ５と、増幅回路６と、フィルタ回路７と、サーキュレータ８と、電源回路９と、電池１０とを備える。サーキュレータ８には、アンテナ２０が接続されており、主制御部２には、表示部１１と、キー操作部１２とが接続されている。

キー操作部１２は、テンキー、ＲＦＩＤタグ（以下、タグと称する）５０からデータの読取りを開始するときに操作するトリガースイッチ（図示省略）などから構成されている。表示部１１は、液晶表示装置などにより構成されており、タグリーダ１の動作状態やタグ５０から読取ったデータなどを表示する。

主制御部２は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどから構成されており、キー操作部１２から与えられる操作信号に応じてタグリーダ１の動作を制御する。また、主制御部２は、送信回路３へデータを出力する処理、受信回路４から入力したデータをメモリ５に記憶する処理などを実行する。

送信回路３は、その詳細な構成については図示しないが、主制御部２から出力されたデータを変調用の信号に変換する変換回路と、この変換回路からの信号をＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変調する変調回路とを備える。増幅回路６は、変調回路からの信号を所定の増幅率で増幅する。フィルタ回路７は、増幅回路６からの信号のうち必要な周波数の信号だけを通過させる。

サーキュレータ８は、フィルタ回路７から出力された高周波信号の逆方向への流れを防止する。つまり、フィルタ回路７側から入力した高周波信号をアンテナ２０へ出力し、アンテナ２０から入力した高周波信号を受信回路４側に出力する。そして、アンテナ２０は、高周波信号を無線信号としてタグ５０へ送信し、また、タグ５０からの無線信号を受信する。

受信回路４は、その詳細な構成については図示しないが、アンテナ２０によって受信され、サーキュレータ８から出力された信号を復調する復調回路と、この復調回路からの信号を２値化する２値化回路と、この２値化回路からのデジタルデータに基づいてタグ５０からの応答信号を復元する復元回路とを備える。電源回路９は、電池１０から供給される電源に基づいて、表示部１１および各回路へ動作電源を供給する。

メモリ５は、図３に示す制御コマンド記憶領域５ａを備えており、その制御コマンド記憶領域５ａは、主制御部２が制御コマンドテーブル２ａから選択した制御コマンドを更新可能に記憶する。また、メモリ５は、読み取りたいタグ数として操作者が入力したタグ数と、実際に読取ったタグ数とを記憶する。この実施形態では、メモリ５は、格納されたデータを書換え可能なメモリであり、たとえば、ＥＥＰＲＯＭなどのフラッシュメモリ、または、ＲＡＭである。

また、この実施形態では、タグリーダ１およびタグ５０は、ＥＰＣ(Electronic Product Code)のＧｅｎ２（Global Class1 Generation2)通信規格に従って通信を行う。また、通信周波数は、ＵＨＦ帯（０．９５ＧＨｚ帯）である。

［メアンダ構造の検討１］
本願発明者は、アンテナのメアンダ構造の違いによるアンテナ利得の変化を調べるためのシミュレーションを行った。図６は、このシミュレーションで使用したアンテナの平面説明図である。このシミュレーションは、アンテナの上面および下面を誘電率ε＝３の誘電体と誘電率ε＝１０の誘電体とで挾んで行った。

図６（ａ）に示すように、アンテナ４０は、放射素子４１および反射素子４２を備えている。放射素子４１は、直線状に形成された直線状部４１ａと、直線状部４１ａの屈曲点（両端）４１ｂ，４１ｂからそれぞれ反射素子４２に向けて直角に屈曲された相対向する一対の屈曲部４１ｃ，４１ｃとから構成されている。

反射素子４２は、直線状に形成された直線状部４２ａと、直線状部４２ａの屈曲点（両端）４２ｂ，４２ｂからそれぞれ放射素子４１に向けて直角に屈曲された相対向する一対の屈曲部４２ｃ，４２ｃとから構成されている。符号４２ｄで示す破線からなる部分は、反射素子４２の一部をコ字状に屈曲形成してなるメアンダ部である。

そして、本願発明者は、アンテナの両側に誘電体を配置し、メアンダ部４２ｄの形成位置を変えたときのメアンダ部４２ｄに流れる電流値を測定した。そして、電流の小さい位置が損失の小さい位置であると評価した。

その結果、メアンダ部４２ｄを直線状部４２ａの中央Ｐ１の両側に２個形成した場合のＰ１における電流値は、１５Ａ／ｍであった。また、メアンダ部４２ｄを直線状部４２ａの屈曲点４２ｂの近傍Ｐ２，Ｐ２にそれぞれ１個ずつ形成した場合の各Ｐ２における電流値は、それぞれ１０Ａ／ｍであった。また、メアンダ部４２ｄを屈曲部４２ｃ，４２ｃの各先端Ｐ３，Ｐ３にそれぞれ１個ずつ形成した場合の各Ｐ３における電流値は、それぞれ２．５Ａ／ｍであった。

上記の各電流値をアンテナ利得（アンテナ単体）に換算すると、直線状部４２ａのＰ１が１．７ｄＢｉであり、Ｐ２が２．９ｄＢｉであり、屈曲部４２ｃのＰ３が３．２ｄＢｉであった。
つまり、図３（ｂ）に示すように、メアンダ部４２ｄを屈曲部４２ｃ，４２ｃの各先端にそれぞれ１個ずつ形成した場合のアンテナ利得が最も高いことが分かった。

［メアンダ構造の検討２］
次に、本願発明者は、メアンダ部および直線状部間の自己結合と、放射素子および反射素子の素子間結合との関係を調べるためのシミュレーションを行った。図７は、このシミュレーションで用いたアンテナの平面図である。図８は、このシミュレーションの結果を示すグラフである。

このシミュレーションは、放射素子４１の屈曲部４１ｃの先端と、反射素子４２の直線状部４２との間隔Ｄ１を２０ｍｍに保って行った。そして、放射素子４１の屈曲部４１ｃの先端と、反射素子４２のメアンダ部４２ｄとの間隔Ｄ２を変化させたときのアンテナ利得（送信方向の利得）を測定した。

その結果、図８に示すように、アンテナ利得は、間隔Ｄ２が３ｍｍのときに約０．５ｄＢｉであり、間隔Ｄ２が長くなるに従って上昇し、間隔Ｄ２が１１ｍｍのときに３ｄＢｉを超えた。そして、アンテナ利得は、間隔Ｄ２が１３ｍｍに達したときも３ｄＢｉを維持しており、１３ｍｍを超えてから１５ｍｍになると、３ｄＢｉを下回った。

つまり、放射素子４１の屈曲部４１ｃの先端と、反射素子４２のメアンダ部４２ｄとの間隔Ｄ２を１１〜１３ｍｍに設定すれば、３ｄＢｉ以上のアンテナ利得を獲得できることが分かった。換言すると、アンテナ利得は、反射素子４２のメアンダ部４２ｄおよび直線状部４２ａ間の自己結合Ｆ１による影響よりも、放射素子４１の屈曲部４１ｃの先端およびメアンダ部４２ｄ間の素子間結合Ｆ２による影響の方が支配的であることが分かった。

［結論］
上述した検討１および検討２の各結果から、放射素子４１および反射素子４２の各メアンダ部は、各屈曲部４２ｃの先端にそれぞれ形成し、かつ、放射素子４１および反射素子４２の間隔を１１〜１３ｍｍに設定することにより、３ｄＢｉ以上のアンテナ利得を確保できることが分かった。

［シミュレーション１］
次に、本願発明者は、上記の結論を基にアンテナ（以下、発明１のアンテナという）を作成し、従来のアンテナと性能を比較した。図９は、このシミュレーション１に用いた従来のアンテナの平面図である。図１０は、発明１のアンテナの平面図である。図１１は、従来のアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性を示すグラフであり、図１２は、発明１のアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

このシミュレーションは、アンテナの上面および下面を誘電体で挾んで行った。その誘電体は、６０×９０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍおよび誘電率ε＝３、誘電正接（誘電損失）ｔａｎδ＝０．００４＠０．９５３ＧＨｚである。また、放射素子および反射素子の全長Ｗは８０ｍｍに統一し、両素子の配置間隔Ｌは５０ｍｍに統一した。また、メアンダ部の間隔ＭＬは２ｍｍに統一し、放射素子および反射素子の線幅は１ｍｍに統一した。

図９に示すように、従来のアンテナ４０の放射素子４１は、直線状部４１ａと、この直線状部４１ａの屈曲点４１ｂから反射素子４２に向けて屈曲され、相対向する一対の屈曲部４１ｃとを備える。各屈曲部４１ｃは、直線状部４１ａと平行な複数のメアンダ部４１ｄを有する。反射素子４２は、放射素子４１と線対称の形状を呈しており、直線状部４２ａと、この直線状部４２ａの屈曲点４２ｂから放射素子４１に向けて屈曲され、相対向する一対の屈曲部４２ｃとを備えており、各屈曲部４２ｃは、直線状部４２ａと平行な複数のメアンダ部４２ｄを有する。

図１０に示すように、発明１のアンテナ２０の放射素子２１は、直線状部２１ａと、この直線状部２１ａの屈曲点２１ｂから反射素子２２に向けて屈曲され、相対向する一対の屈曲部２１ｃとを備える。各屈曲部２１ｃは、直線状部２１ａと平行なメアンダ部２１ｄ１，２１ｄ２，２１ｄ６を有する。反射素子２２は、放射素子２１と線対称の形状に形成されており、直線状部２２ａと、この直線状部２２ａの屈曲点２２ｂから放射素子２１に向けて屈曲され、相対向する一対の屈曲部２２ｃとを備える。各屈曲部２２ｃは、直線状部２２ａと平行なメアンダ部２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ６を有する。

放射素子２１および反射素子２２において、各メアンダ部の内側へ突出している長さは、直線状部に最も近いメアンダ部および直線状部から最も遠いメアンダ部が最も短く、中央のメアンダ部が最も長くなっている。つまり、各メアンダ部の内側へ突出している長さは、直線状部から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成されている。最も短い相対向するメアンダ部間の間隔Ｗ１は６８ｍｍであり、最も長いメアンダ部間の間隔Ｗ２は５８ｍｍである。そして、従来のアンテナおよび発明１のアンテナの利得（損失含む）および放射効率を測定した。

［結果１］
その結果、アンテナの利得は、従来のアンテナが２．６２ｄＢｉであったのに対し、発明１は２．６８ｄＢｉであり、発明１のアンテナを使用すれば、従来よりも利得を０．０６ｄＢｉ高くすることができることが分かった。また、放射効率は、従来のアンテナが０．８５４１であったのに対し、発明１は０．８６０９であり、発明１のアンテナを使用すれば、従来よりも放射効率を０．００６８高くすることができることが分かった。

このようにアンテナ利得を高くすることができた要因は、直線状部に近いメアンダ部を短くすることにより、直線状部との自己結合を小さくすることができたからであると推定した。また、直線状部から遠ざかるに従ってメアンダ部を長くすることにより、素子長（エレメント長）を長くすることができたこともアンテナ利得向上の要因であると推定した。

さらに、放射素子２１の直線状部２１ａから最も遠いメアンダ部２１ｄ６と、反射素子２２の直線状部２２ａから最も遠いメアンダ部２２ｄ６とが接近した状態になるため、それらのメアンダ部２１ｄ６，２２ｄ６によって素子間結合が発生し易い。そこで、それらのメアンダ部２１ｄ６，２２ｄ６の突出長さを短くすることにより、素子間結合を小さくすることができたことも要因の一つであると推定した。

つまり、各メアンダ部は、その内側へ突出している長さが直線状部から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成することにより、アンテナ利得および放射効率を高めることができることが分かった。

［シミュレーション２］
次に、本願発明者は、メアンダ部の頂部をテーパ状に形成したアンテナ（以下、発明２のアンテナという）を作成し、シミュレーションを行った。図１３は、このシミュレーション２に用いた発明２のアンテナの平面図である。図１４は、発明２のアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。シミュレーションの条件は、シミュレーション１と同じである。

図１３に示すように、発明２のアンテナ２０の特徴は、発明１のアンテナ（図１０）の各メアンダ部の頂部をテーパ状に形成した点である。放射素子２１は、直線状部２１ａと、この直線状部２１ａの屈曲点２１ｂから反射素子２２に向けて屈曲され、相対向する一対の屈曲部２１ｃとを備える。各屈曲部２１ｃは、直線状部２１ａと平行なメアンダ部２１ｄ１，２１ｄ２，２１ｄ６を有する。直線状部２１ａから最も遠く、屈曲部２１ｃの先端に形成されたメアンダ部２１ｄ６は、線状に形成されており、内側へ突出している。メアンダ部２１ｄ６は、メアンダ部の中で最も短い。

直線状部２１ａに最も近いメアンダ部２１ｄ１の頂部は、屈曲点２１ｂに向けてテーパ状に形成されている。このメアンダ部２１ｄ１に隣接するメアンダ部２１ｄ２の内側へ突出する長さは、メアンダ部２１ｄ１よりも長く、その頂部は、メアンダ部２１ｄ６に向けてテーパ状に形成されている。反射素子２２は、放射素子２１と線対称に形成されており、直線状部２２ａと、一対の屈曲部２２ｃとを備えている。各屈曲部２２ｃは、直線状部２２ａと平行なメアンダ部２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ６を有する。

また、相対向するメアンダ部２２ｄ６（２１ｄ６）間の間隔Ｗ１が７４ｍｍであり、相対向するメアンダ部２２ｄ１（２１ｄ１）間の間隔Ｗ２が６４ｍｍであり、相対向するメアンダ部２２ｄ２（２１ｄ２）間の間隔Ｗ３が５４ｍｍである。

［結果２］
シミュレーションの結果、アンテナの利得は、２．７５ｄＢｉであり、従来よりも利得を０．１３ｄＢｉ高くすることができることが分かった。また、放射効率は、０．８７２４であり、従来よりも放射効率を０．０１８３高くすることができることが分かった。

このように、発明２のアンテナが、発明１のアンテナよりもアンテナ利得を高くすることができた要因は、各メアンダ部の頂部をテーパ状に形成することにより、素子長（エレメント長）を長くすることができたからであると推定した。

つまり、各メアンダ部は、その内側へ突出している長さが直線状部から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成し、かつ、各メアンダの頂部をテーパ状に形成すると、アンテナ利得および放射効率をより一層高めることができることが分かった。

［シミュレーション３］
次に、本願発明者は、上記の結果２を基に、放射素子および反射素子の全長Ｗ、両素子の配置間隔Ｌおよびメアンダ部の間隔ＭＬを変更して再度シミュレーションを行った。図１５は、従来のアンテナの測定結果をまとめて示す図表であり、図１６は、発明２のアンテナの測定結果をまとめて示す図表である。

［結果３］
図１５および図１６に示すように、放射素子および反射素子の全長Ｗ、両素子の配置間隔Ｌおよびメアンダ部の間隔ＭＬを変更した場合でも、発明２のアンテナは、従来のアンテナよりもアンテナ利得および放射効率（ＶＳＷＲ）を高くすることができることが分かった。

［結論］
上述の結果１ないし３から、各メアンダ部は、その内側へ突出している長さが直線状部から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成し、かつ、各メアンダ部の頂部が、その頂部を成す辺と直線状部とが成す角度が鋭角になるテーパ状に形成することにより、アンテナ利得および放射効率を高めることができる。

その後、本願発明者は、さらに研究を重ね、発明２のアンテナにおけるメアンダ部の数を増やすことにより、素子長を長くし、アンテナ利得および放射効率をより一層高めることのできるアンテナ２０（図４）を開発した。

［変更例］
（１）図１７は、第１実施形態の変更例に係るタグリーダに備えられたアンテナの説明図である。このアンテナは、放射素子２１のメアンダ部２１ｄおよび反射素子２２のメアンダ部２２ｄの各頂部が、それぞれ内側に膨らんだテーパ曲面状に形成されてなることを特徴としている。メアンダ部の頂部以外は、前述した第１実施形態のアンテナ２０（図４）と同一である。

放射素子２１の左側の屈曲部２１ｃを例にして説明すると、図１７（ｂ）に示すように、メアンダ部２１ｄ１〜２１ｄ５の各頂部２１ｅは、内側に膨らんだテーパ曲面状に形成されている。
本願発明者は、上記のように、各メアンダ部の頂部を内側に膨らんだテーパ曲面状に形成することにより、直線状部およびメアンダ部間の自己結合を小さくすることができると推定した。

（２）図１８は、アンテナの変更例を示す説明図である。放射素子２１の各メアンダ部２１ｄは、直線状部２１ａに対して非平行に形成されており、反射素子２２に近付く方向に延びている。また、反射素子２２の各メアンダ部２２ｄは、直線状部２２ａに対して非平行に形成されており、放射素子２１に近付く方向に延びている。本願発明者は、上記のように、各メアンダ部を形成することにより、メアンダ部と直線状部との距離を長くすることができるため、メアンダ部および直線状部間の自己結合を小さくすることができると推定した。

（３）図１９は、アンテナの変更例を示す説明図である。各メアンダ部２１ｄ，２２ｄの頂部が、それぞれ平坦に形成されている他は、第１実施形態のアンテナ２０と同じ構成である。図１９に示すアンテナ２０を用いた場合でも、従来のアンテナよりもアンテナ利得および放射効率を高めることができる。

（４）また、図２０に示すように、直線状部から遠ざかるに従って長くなるメアンダ部を有するアンテナを用いることもできる。このアンテナを用いた場合でも、従来のアンテナよりもアンテナ利得および放射効率を高めることができる。

（５）さらに、図２１に示すように、３素子の八木アンテナを用いることもできる。アンテナ２０は、放射素子２１、導波素子２３および反射素子２２の３素子から構成されている。放射素子２１のメアンダ部２１ｄは、直線状部２１ａから遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、直線状部２１ａから遠ざかるに従って短くなるように形成されている。

反射素子２２のメアンダ部２２ｄは、直線状部２２ａから遠ざかるに従って長くなるように形成されている。導波素子２３は、直線状部２３ａと、この直線状部２３ａの両端の屈曲点２３ｂから放射方向（図中白抜きの矢印で示す方向）に向けて屈曲され、相対向する一対の屈曲部２３ｃとを備えている。各屈曲部２３ｃは、直線状部２３ａから遠ざかるに従って長くなる複数のメアンダ部２３ｄを有する。この３素子の八木アンテナを用いた場合も、従来のアンテナよりもアンテナ利得および放射効率を高めることができる。

（６）アンテナ２０は、放射素子および導波素子の２素子構成にすることもできる。この構成においても各素子のメアンダ部を上述した第１実施形態および各変更例のように形成することにより、従来のアンテナよりもアンテナ利得および放射効率を高めることができる。反射素子および導波素子を無給電素子とすると、その無給電素子および放射素子の２素子構成のアンテナでは、無給電素子の素子長が所定の長さ（たとえば、約０．４８λ）までは導波素子として動作し、所定の長さ以上になると、主放射方向が反転して反射素子として動作する。また、無給電素子を反射素子として動作させた方が、導波素子として動作させた場合よりも、利得およびＦＢ比を高くすることができる。

（７）前述した２素子構成または３素子構成において、各素子の屈曲部は、直線状部の両端から電波の送信方向へ向けて形成しても良いし、電波の受信方向へ向けて形成しても良い。この構成を用いた場合も第１実施形態および各変更例と同じ効果を奏することができる。

〈第２実施形態〉
次に、この発明の第２実施形態について説明する。この実施形態に係るタグリーダは、ダイポールアンテナを備えたことを特徴とする。図２２は、ダイポールアンテナの平面説明図である。

ダイポールアンテナ３０は、給電線に接続された直線状部３０ａと、この直線状部３０ａの両端の屈曲点３０ｂから屈曲され、相対向する一対の屈曲部３０ｃとを備えている。各屈曲部３０ｃは、直線状部３０ａから遠ざかるに従って長く形成された複数のメアンダ部３０ｄを備えている。また、各メアンダ部３０ｄの頂部は、屈曲点３０ｂに向けて傾斜したテーパ状に形成されている。

本願発明者は、第１実施形態のシミュレーション１〜３の結果１〜３に基づき、上記のダイポールアンテナ３０の場合も同様に、従来のダイポールアンテナよりもアンテナ利得および放射効率を高めることができるものと推定した。

［変更例］
（１）図２３に示すように、メアンダ部３０ｄの頂部を、内側に膨らんだテーパ曲面状に形成することもできる。この構成のダイポールアンテナ３０を用いれば、直線状部３０ａおよび各メアンダ部３０ｄ間の自己結合を小さくすることができるため、アンテナ利得をより一層高くすることができる。

（２）図２４に示すように、各メアンダ部３０ｄの頂部を平坦に形成することもできる。この構成のダイポールアンテナ３０を用いた場合も、従来のアンテナよりもアンテナ利得および放射効率を高めることができる。また、各メアンダ部３０ｄを、直線状部３０ａから遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、直線状部３０ａから遠ざかるに従って短くなるように形成することもできる。この構成を用いれば、アンテナよりもアンテナ利得および放射効率をより一層高めることができる。

１・・タグリーダ（ＲＦＩＤタグ読取装置）、２０・・アンテナ、
２１・・放射素子、２２・・反射素子、２１ａ，２２ａ・・直線状部、
２１ｃ，２２ｃ・・屈曲部、２１ｄ，２２ｄ・・メアンダ部（折り返された部分）、
２３・・導波素子、３０・・ダイポールアンテナ、３０ａ・・直線状部、
３０ｃ・・屈曲部、３０ｄ・・メアンダ部（折り返された部分）。

Claims (9)

1. ダイポールアンテナを介して電波でＲＦＩＤタグと通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置において、
   前記ダイポールアンテナを構成する素子は、
   給電線に接続された直線状部と、
   前記直線状部の両端から互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部とを備えており、
   前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分は、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置していることを特徴とするＲＦＩＤタグ読取装置。
2. 放射素子、導波素子および反射素子を有するアンテナを介して電波でＲＦＩＤタグと通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置において、
   前記放射素子、導波素子および反射素子の少なくとも１つが、
   直線状部と、
   前記直線状部の両端から他のいずれかの素子に向けて互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部とを備えており、
   前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分は、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置していることを特徴とするＲＦＩＤタグ読取装置。
3. 放射素子および導波素子を有するアンテナを介して電波でＲＦＩＤタグと通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置において、
   前記放射素子および導波素子の少なくとも一方が、
   直線状部と、
   前記直線状部の両端から他方の素子に向けて互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部とを備えており、
   前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分は、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置していることを特徴とするＲＦＩＤタグ読取装置。
4. 放射素子および反射素子を有するアンテナを介して電波でＲＦＩＤタグと通信することにより、ＲＦＩＤタグに記録されている情報を読取るように構成されたＲＦＩＤタグ読取装置において、
   前記放射素子および反射素子の少なくとも一方が、
   直線状部と、
   前記直線状部の両端から他方の素子に向けて互いに同じ側に屈曲され、相対向する一対の屈曲部とを備えており、
   前記一対の屈曲部は、それぞれ複数回折り返されたメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなり、それら前記折り返された部分は、それぞれの外側の端部が、前記直線状部と直交し且つ当該直線状部の端部を通る直交線上に位置していることを特徴とするＲＦＩＤタグ読取装置。
5. 前記放射素子および放射素子以外の素子が、前記直線状部および一対の屈曲部をそれぞれ備えており、
   前記各屈曲部は、それぞれ複数回折り返されてメアンダ状に形成されており、かつ、各メアンダ状の部分のうち、少なくとも前記直線状部の両端から所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなるように形成されてなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
6. 前記各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、
   少なくとも前記所定範囲において、前記折り返された部分が前記直線状部から遠ざかるに従って長くなり、その途中からは、前記直線状部から遠ざかるに従って短くなるように形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
7. 前記各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、
   少なくとも前記所定範囲において内側を向いて山状に形成されている部分の頂部が、その頂部を成す辺と前記直線状部とが成す角度が鋭角になるテーパ状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
8. 少なくとも前記所定範囲における前記頂部が、前記内側に膨らんだテーパ曲面状に形成されてなることを特徴とする請求項７に記載のＲＦＩＤタグ読取装置。
9. 前記各メアンダ状の部分のうち、少なくとも１つのメアンダ状の部分は、
   少なくとも前記所定範囲が前記直線状部に対して非平行に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載のＲＦＩＤタグ読取装置。

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