JPS6037675Y2 - 電子式保安システムのためのアンテナシステム - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電子式保安システムに関するものであり、そし
て特にそのためのアンテナシステムに関する。

電子式保安システムは共振タグ回路を含んでいる品物の
不当な持ち出しを検出するものとして知られている。

そのような保安システムは、監視領域内に電磁場を作る
送信機と、監視領域内にタグが存在することによって生
じる共振タグ周波数を検出して、タグの存在を指示する
警報出力を発生するように動作する受信機とを採用して
いる。

好ましい電子式保安システムは米国特許第３８１０１４
７号、第３８６３２４４号および第３９６７１６１号に
記載されている。

上述の特許に記載されているような電子式保安システム
では、通常は２個の同じ平面状単一ループアンテナが採
用されていて、一方は送信用に、他方は受信用に使用さ
れている。

送信用ループアンテナは電磁場を発生するが、この電磁
場はシステムの作動に必要な保安システムの近傍の領域
をはるかに越えた所まで拡がる。

さらに受信アンテナは、システムの作動の対象となる狭
い領域に比べて受信機から相当離れた位置で発生した外
部雑音にも感する。

米国特許第４０１６５５３号に記載されているアンテナ
システムは、電子式保安システムにおける単一ループア
ンテナに固有の問題を、少なくとも２つの同じ平行ルー
プアンテナを互いに位相が逆になるように、すなわち反
撥し合うように結合することによって、最小にしようと
するものである。

このアンテナシステムは位相が逆になるように接続され
た同じ寸法の、少なくとも２個の平行な導電性ループの
群から戒る。

したがって電流はつねに各ループの対応する部分を互い
に逆向きに流れる。

この結果、ループは磁気的に反撥し合う関係に配列され
る。

ループの長さおよびループ間の距離は送信または受信さ
れる信号の波長に比較すると短く、普通は波長の１１１
０である。

平行なループ間の距離は、保安システム中の検出可能な
共振回路が通らなければならない出口通路の幅のたとえ
ば１ハ程度である。

逆位相になった平行なループから成る別々のアンテナ群
がそれぞれシステムの送信機と受信機に接続される。

あるいはただ１個のアンテナ群を送信機と受信機の両方
に対して採用することもできる。

送信アンテナの寸法に比べて大きい距離の位置では、発
生した電磁場はループの逆位相接続のために相殺される
。

送信アンテナと送信アンテナの間の短い距離の位置では
、隣り合う平行なアンテナ導体中の信号は互いに相殺し
合うことがなく、このために検出可能な正味信号が発生
する。

アンテナの寸法に比べて大きい距離の位置から受信アン
テナに届く電磁波は検知可能なアンテナ信号を生じない
が、アンテナに近い位置から受信アンテナに届く電磁波
は検知されて、受信アンテナ信号を生じる。

このように米国特許第４０１６５５３号に記載されたア
ンテナシステムは監視領域内に電磁場を生じるとともに
、監視領域の外側に強い電磁場が生じないようにするも
のである。

このアンテナシステムは監視領域内で共振回路から発生
する、選択された電磁場を検出するとともに、監視領域
の外側から発生する場の検出は避けることができる。

上述の米国特許第４０１６５５３号に記載されたアンテ
ナシステムは実際にはいくつかの欠点を有する。

反撥し合うループアンテナは送信アンテナ群と受信アン
テナ群の間の距離に比べて相当大きい距離だけ離さなけ
ればならない。

さらに反撥ループアンテナは最適な効果を得るためには
注意深く位置合わせをして、平衡させなければならない
。

アンテナ群の中のループは出口通路の幅の１７４に相当
する距離だけ互いに隔てられているのが普通である。

通路の幅は大きい方が都合が良いので、アンテナ群がこ
のような寸法であることは困る。

たとえば通路の幅が６フイート（１８０ｃｍ ）の場合
は、アンテナ群はループ間隔が１８インチ（４５ｃｍ）
になるように十分に大きくなければならない。

簡単に言えば、本考案は、電子式保安システムのための
アンテナシステムにして、保安システムの送信機と受信
機とにそれぞれ接続された一対の実質的に同じである平
面状多重ループアンテナから戒り、システムの監視領域
に強度の高い電磁場を作るとともに、アンテナの寸法に
比べて十分の距離だけ離れた、監視領域の外部の位置に
は強度の高い場ができないようにするアンテナシステム
を提供する。

各平面状アンテナは共通平面内に位置する少なくとも２
つのループを有しており、各ループは隣り合う各ループ
に対して逆位相になるように１８０°捩られている。

送信アンテナと受信アンテナはその少なくとも２つのル
ープの個数と大きさの点で同じ、あるいは近似点に同じ
であり、そして受信アンテナの捩られたループが送信ア
ンテナの捩られたループの隣り合った位相関係を逆転す
なわち復合化するという意味で協働する。

各アンテナについて、ある位相の全ループ面積は逆位相
の全ループ面積に等しくなっていて最適性能を遠戚する
ようになっている。

本考案は従来のループアンテナより共振タグ検出感度が
高い。

本考案は添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読
むことによって一層よく理解されるであろう。

第１図に示す本考案の電子式保安システムは、所定の周
波数範囲で反復掃引される所定の監視領域の内部に電磁
場を生じるように動作するアンテナ１２に結合された送
信機１０を含む。

監視領域の受信アンテナ１４はアンテナ１２から電磁的
に結合されたエネルギーを受取るようになっていて、Ｒ
Ｆ帯域フィルタとＲＦ増幅器とを含むＲＦフロントエン
ド１６に結合されている。

フロントエンド１６の出力は検出器１８およびビデオ帯
域フィルタ２０に供給される。

フィルタ２０の出力端では所定の周波数帯域だけが通過
し、搬送波周波数成分と高周波雑音は除去される。

フィルタ２０の出力はビデオ増幅器２２に供給され、次
に信号処理装置２４に供給される。

信号処理装置２４の出力信号は、監視領域の中に共振タ
グ１５が存在することを検出したことを指示するための
警報装置または他の出力利用装置に供給される。

第１図に示したシステムは上述の米国特許第３８１０１
４７号、第３８６３２４４号および第３９６７１６１号
に従うものであって、監視された領域の中にタグが存在
するとそれを検出して、そのことを警報によって指示す
るようになっている。

信号処理装置２４は、上述の米国特許に記載されている
ように、真実のタグ信号と、まちがってタグとそして検
出されると偽の警報を発生することになる偽の信号とを
弁別するように動作する雑音除去回路を含んでいる。

従来のシステムで採用されてきた単一ループ型アンテナ
を第２図に模式的に示す。

送信アンテナ１２と受信アンテナ１４はどちらも同じ寸
法および同じ形状の単一長方形ループから威る。

送信アンテナ１２は送信器１０に接続されてエネルギー
の供給を受け、受信アンテナ１４は第２図に示したよう
な受信機３０に接続されている。

アンテナ１２と１４は通路の両側に隔てて設置されて、
この両者の間が、不当な持出しの検査を受けるために品
物が通過する検査領域になっている。

アンテナ１２と１４の間には比較的強い相互磁気結合鳩
がある。

システムの検査領域の中に共振タグ回路１５が存在する
と、送信アンテナ１２からタグ回路１５までの間に磁気
結合Ｍ１が生じ、タグ回路１５から受信アンテナ１４ま
での間に磁気結合Ｍ２が生じる。

送信された電磁場がタグ回路１５の共振周波数で掃引さ
れると、共振回路に誘導された電流はよく知られている
ように周波数の関数として変化する。

送信アンテナ１２から受信アンテナ１４に直接結合され
る信号に加えて、受信アンテナ１４には共振タグ１５か
らもその誘導電流が結合される。

受信機３０の中で共振タグ信号は検出、処理されて、真
のタグ信号が雑音から弁別され、そして監視領域の中に
共振夕を検出したことを示す警報装置または他の出力利
用装置に出力信号が送られる。

代表的な電子式保安システムでは、ループアンテナ１２
および１４は非常に大きく、たとえば幅１フィート（約
３０ｃｍ）、高さ５フイート （約１５０ｃｍ）もあり
、そして送信アンテナ１２はアンテナ１２と１４の間隔
（これは普通は３〜６フイート（約９０〜１８０ｃｍ）
である）に比べて大きい距離の位置に比較的強い電磁場
を作る。

さらに受信アンテナ１４はアンテナ間の間隔に比べて大
きい距離の位置からの磁気的および電磁気的干渉に感す
る。

従来のループアンテナのもつこれらの欠点は本考案の新
しいアンテナシステムでは排除されているか、または実
質的に最小になっている。

第３図では、送信アンテナ３２は一つの平面内にあって
、上側または第１ループ３４と下側または第２ループ３
６とから成る対称形の８の字模様を形成するように捩ら
れている。

アンテナ３２の高さはｈ１幅はＷで、各ループ３４およ
び３６の高さはそれぞれをである。

受信機３０に結合された受信アンテナ３８は送信アンテ
ナ３２と同一のものであって、第３ループ４０と第４ル
ープ４２とから戒る。

各アンテナ３２と３８はそれぞれ単一平面内にあって、
互いに実質的に同一の形状および同一の寸法を有する。

アンテナの寸法が動作波長に比べて小さい場合は、放射
によエネルギーの損失はほとんどなく、８の字模様のす
べての分枝を流れる電流は同じになる。

送信アンテナ３２では上側電流ループ（＃１）は下側電
流ループ（＃２）と同じであるが、位相は互いに逆にな
っている。

したがってアンテナの寸法に比べて大きい距離だけ送信
アンテナから離れている位置では、アンテナは位相が正
反対の２個の等価なループのように見える。

この結果、そのような大きい距離の位置では、電流ルー
プが互いに相殺される効果が生じる。

同様に、受信アンテナ３８から大きい距離だけ離れた位
置に発生する信号は上側ループ（＃３）および下側ルー
プ（＃４）にほとんど同等に結合される。

この受信アンテナの上側ループと下側ループは互いに“
反撥する°゛ように（位相が１８０゜ずれるように）捩
られているので、両方のループに同等に結合された信号
は互いに相殺される。

このために受信ループアンテナは受信アンテナから大き
に距離だけ離れた位置で発生する信号に対しては非常に
低い感度しかもたない。

８の字形アンテナのこのような性質はよく知られており
、文献にも記載されている。

第６図はその代表的ケースを示すものである。

点Ｂは一方のアンテナから長い距離の位置にある点を示
しており、たとえばアンテナの高さのｍ倍の距離にある
。

その結果、点Ｂから下側ループまでの距離ｄ３は点Ｂか
ら上側ループまでの距離へに実質的に等しい。

このために送信アンテナの上側および下側ループによっ
て発生した、大きさが等しく位相が反対の信号は点Ｂで
は互いに相殺される。

同様に点Ｂに発生した信号は受信アンテナの上側および
下側ループにほぼ等しく結合されて、互いに相殺される
。

アンテナに近い位置、たとえばアンテナの高さに等しい
距離にある位置では、相殺効果はそれほど有効ではない
。

たとえば第６図の点Ａはアンテナに近い点を表わしてい
る。

明らかに点Ａから下側ループまでの距離ｄ□は点Ａから
上側ループまでの距ｉ１Ｍよりずっと短い。

したがって点Ａでは下側ループから来る信号は上側ルー
プから来る信号よりずっと強い。

このために点Ａでは正味受信機信号が存在することにな
る。

同じことは逆の場合にも言える。

すなわち点Ａで発生した全ての信号は上側ループでより
も下側ループの方テ強イ。

このために点Ａからアンテナ全体への正味信号が存在す
ることになる。

受信アンテナ３８は送信アンテナ３２が設置されている
平面と平行な単一平面内に、送信アンテナ３２とほぼ位
置が向かい合わせになるように設置される。

アンテナ３８の８の字形状は送信アンテナ３２の向かい
合った各ループの位相を逆転させるように配置されてい
るために、受信機３０に正味信号が発生する。

アンテナ３２と３８の結合関係は第４図に図示されてい
る。

送信ループ３４が受信ループ４０に対して正の結合状態
になっており、送信ループ３６が受信ループ４２に対し
て正の結合状態になっている。

ループ３４および３６の中を流れる電流の向きが逆であ
るために、ループ４０の中に誘起される電圧がループ４
２に誘起される電圧と逆向きになるが、ループ４２がル
ープ４０に対して物理的に１８０°逆になっているので
、正味の効果は、ループ３４および３６からループ４０
および４２に誘起された直流電圧を直列的に加え合わせ
ることになる。

実際に受信アンテナの捩れは送信アンテナの捩れを相殺
する。

送信アンテナのそれぞれのループと受信アンテナの対応
するループとの間の直接結合に加えて、ループ３４はル
ープ４２に対して負の結合状態になり、ループ３６はル
ープ４０に対して負の結合状態になっている。

受信アンテナにおけるこれらの交差結合された電圧も互
いに加算されて、交差結合電圧の合計が直接結合電圧の
合計から差し引かれる。

受信機における正味電圧Ｖｒは次の方程式によって表わ
される。

Ｖｒ” （Ｖ１３＋Ｖ２４） （Ｖｌ４ ＋Ｖ２３）
ここでＶ１３はループ１，３４によってループ３．４０
に誘起された電圧、■２４はループ２，３６によってル
ープ４，４２に誘起された電圧、Ｖｌ、はループ１によ
ってループ４に誘起された電圧、Ｖ２３はループ２によ
ってループ３に誘起された電圧である。

ループ間の直接の距離ｄ１３およびら、は交差結合ルー
プ間の距離ｄ□、およびｄ２３より必ず短いから、送信
アンテナから受信アンテナへの磁気結合は必ず存在する
。

送信および受信アンテナ間の交差結合要素の相殺効果の
ために、一巻きアンテナの場合に比べて８の字形アンテ
ナの場合は、受信アンテナに同じ全電圧を得るためによ
り多くの電流を流すことが望ましい。

第５図に示す本考案の好ましい実施例は、共通平面内に
ある３個の全体的に長方形の捩られたループ５２，５４
および５６を有する、送信機１０に結合された送信アン
テナと、共通平面内にある３個の捩られたループ５８，
６０および６２を有する、受信機３０に結合された、実
質的に同じ受信アンテナとから戊る。

各アンテナは幅がＷ１全体的高さがｈであり、中央のル
ープ５４および６０の高さがｈで、外側のループ５２，
５６，５８２ および６２の高さの２倍になっている。

したがって外側ループ５２および５６はどちらも中央ル
ープ５４の面積の半分になっている。

同様に外側ループ５８および６２はどちらも中央ループ
６０の面積の半分になっている。

各アンテナについて、各ループは隣り合うループに対し
て捩られていて、位相が反対になっている。

外側ループは互いに同相になっていて、中央ループに対
しては位相が１８０°ずれている。

受信機における正味電圧Ｖｒは、第５図の実施例の場合
は次の方程式によって表わされる。

Ｖｒ ＝ （Ｖｌ４ ＋Ｖ２５ ＋Ｖ３Ｂ ＋Ｖ１６
＋Ｖ３４）（■１５＋Ｖ２４＋Ｖ２６＋Ｖあ） ここで電圧の記号は上述したものと同じである。

たとえばＶｌ、はループ１によってループ４に誘起され
た電圧を指す。

第３図の実施例の場合と同様に、送信アンテナから受信
アンテナへ向けて正味磁気結合が必ず存在する。

アンテナの寸法に比べて長に距離の位置では、ループ１
および３（５２および５６）の効果がループ２，５４の
効果を相殺し、このために送信アンテナからの電磁場は
距離とともに急激に降下する。

さらに受信アンテナに対する外部干渉の効果もアンテナ
の寸法に比べて長い距離の位置で発生したものは、ルー
プ４および６（５８および６２）の効果がループ５．６
０の効果を相殺するために、無視できる。

最適な外部相殺を遠戚するためには、互いに逆のアンテ
ナ位相を有するすべてのループの面積の代数和か零にな
ればよい。

すなわち、ある位相をもつループの面積の総和が反対の
位相をもつループの面積の総和に等しくなければならな
い。

場合によっては送信アンテナと受信アンテナは同一であ
る必要はないが、近似的に同一のものにすることができ
る。

たとえば共振タグ回路が存在する場合は、アンテナは不
平衡状態になり、そしてタグ回路の検出帯域に合わせる
ように一方のアンテナを他方のアンテナに対して僅かに
不平衡にすることが場合によっては望ましい。

本考案は第２図に示すような単一ループアンテナに比べ
てさらに利点を有する。

すなわちこの新しいアンテナシステムは共振タグ回路が
存在する場合に受信アンテナの中により大きい信号を誘
起する。

受信アンテナの中に誘起された信号は実質的には、送信
アンテナから受信アンテナに直接結合された信号と、送
信アンテナから磁気的に結合された共振タグ回路を介し
て受信アンテナに結合された信号とを加えたものである
。

送信アンテナから受信アンテナに直接結合された信号に
対する、共振タグ回路を介して結合された信号の割合は
アンテナシステムの形状とその共振タグ回路への結合の
状態とに依存する。

タグ回路の面積はアンテナのどのループの面積に比べて
も小さく、送信アンテナと受信アンテナの間の代表的検
出位置では、タグ回路は多重ループ受信アンテナのどれ
か一つのループに主として結合される。

タグ回路が受信アンテナのすべてのループに一様に結合
されるように位置するということは実際には起こらず、
タグは受信アンテナのどれか一つのループに主として結
合される。

タグ回路を介して生じる信号が一定で、直接信号が減少
すると、直接信号に対するタグ信号の割合が増加し、こ
れは検出感度を高めることになる。

本考案を使用した場合は、与えられた送信機Ｎ流しベル
に対して、送信アンテナから受信アンテナに直接結合さ
れる正味信号は単一ループアンテナを使用した場合のそ
れに比べて小さくなる。

これは交差結合されたループの反撥効果のためである。

しかしタグ回路を介して受信アンテナに結合される信号
は送信および受信アンテナの交差結合効果と同じ割合で
減少ることばない。

したがって正味の結果は次のようになる。

タグ回路から来る信号の、送信および受信アンテナ間の
直接結合された信号に対する割合は、従来の単一ループ
アンテナの関係の場合に比べて増加する。

このように本考案は送信機から生じる外部電磁場を減少
させ、外部発生源から受信機の中に入る雑音を減少させ
、共振タグ検出感度を高める。

本考案の精神と真の範囲から離れることなしに種々の修
正形および態形が当業者には考えられるであろう。

本考案は請求の範囲に記載されている通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を使用する電子式保安システムのブロッ
ク線図である。 第２図は電子式保安システムに採用された従来のループ
アンテナの模式図である。 第３図は本考案に従ったアンテナシステムの一つの実施
例の模式図である。 第４図は第３図の実施例のアンテナの結合関係を表わす
図である。 第５図は本考案に従ったアンテナシステムの好ましい実
施例の模式図である。 第６図はアンテナの性能をアンテナからの距離の関数と
して表わした概略のグフフである。 １０・・・・・・送信機、１２および３２・・・・・・
送信アンテナ、１４および３８・・・・・・受信アンテ
ナ、１５・・・共振タグ回路、 ６・・・・・・ＲＦフロントエンド、 ８・・・・・・検出器、 ２０・・・・・・ビデオ帯域フィルタ、 ２・・・・・・ビデオ増幅器、 ２４・・・・・・信号処理装置、 ６・・・・・・警報装置、 ３０・・・・・・受信機、 ３４゜ ３６゜ ５２゜ ５４および５６・・・・・・送信アンテナループ、４０
゜ ４２゜ ５８゜ ６０および６２・・・・・・受信アン テナループ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 反復掃引される周波数帯域を発生する送信機と、掃
   引される帯域内に共振周波数を有する共振タグと、掃引
   された場によって発生したタグの共振周波数を検出して
   それを指示する警報を発する受信機とを有する電子式保
   安システムで使用するためのアンテナシステムにして、
   該送信機に結合されており、共通平面内に存在する少な
   くとも３つの捩られている、それぞれの軸線を有するル
   ープであって、そのループの各々が１８０°捩られてい
   て隣り合う各ループが逆位相になっているループを有す
   る送信アンテナと、 該受信機に結合されており、該送信アンテナと実質的に
   同一であり、共通平面に存在する少なくとも３つの捩ら
   れている、それぞれの軸線を有するループであって、そ
   のループの各々が１８０°捩られていて隣り合う各ルー
   プが逆位相になっているループを有する受信アンテナと
   を具備し、 該アンテナがこれらの間に相互磁気結合を有し且つ該ア
   ンテナの各々が一方の位相の有効全ループ面積と等しい
   逆位相の有効全ループ面積を有し、 該送信アンテナ及び該受信アンテナが、該タグが検出の
   ために通過しなければならない通路の両側にそれぞれ間
   隔を置いて実質上平行な関係で配置されている こトラ特徴とするアンテナシステム。 ２ 一方にアンテナのループが他方のアンテナに対応す
   るループに実質上整合している実用新案登録請求の範囲
   第１項記載ののアンテナシステム。 ３ 各アンテナにループが略矩形である実用新案登録請
   求の範囲第１項記載のアンテナシステム。 ４ 各アンテナに中央のループの有効面積が、両側の各
   ループの面積の２倍に等しい実用新案登録請求の範囲第
   １項記載のアンテナシステム。