JP2005039756A

JP2005039756A - アンテナ装置

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Publication number: JP2005039756A
Application number: JP2003356573A
Authority: JP
Inventors: Takehito Noro; 岳仁野呂; Takeshi Hashidate; 毅橋立; Yoshiichi Wakao; 伊市若生
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】直線偏波アンテナの偏波方向を複数の方向に切替えることができ、相手方の直線偏波アンテナの偏波方向が変化する場合でも通信可能状態に保持できるようにする。
【解決手段】例えば六角形に形成されたパッチアンテナ３１は、中心点に対して等角度の間隔で設けられた３つの給電点を備え、グランド板３３上に所定の間隔で保持される。グランド板３３は、パッチアンテナ３１に設けられた各給電点に対向する位置に給電端子３４ａ〜３４ｃを備え、両者間を給電ピン３５ａ〜３５ｃにより接続する。給電端子３４ａ〜３４ｃは、スイッチ回路３６を介して入出力端子３７に接続される。上記スイッチ回路３６は、スイッチ制御部３８からの制御指令に従って動作し、給電端子３４ａ〜３４ｃを順次切替えて、相手方の直線偏波アンテナの偏波方向が変化する場合でも通信できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直線偏波の偏波方向を切替えるアンテナ装置に関する。

従来、商品や物品等に無線ＩＤタグ（応答器）を取り付け、この無線ＩＤタグに予め設定されている固有の識別データをＩＤリーダにより無線で読取る無線タグシステムが実用化されている。また、上記ＩＤタグの他、ＩＣカードなどに記憶されたデータをリーダにより無線で読出すシステムも実用化されている。

図９は、無線タグシステムの一般的な構成例について示したものである。ＩＤリーダ１０は、送信部１１及び受信・復調部１２を備えている。送信部１１は、マイクロ波例えば２．４５ＧＨｚの送信搬送波を問い合わせ信号及びクロックで振幅変調して出力する。上記送信部１１から出力される送信信号は、方向性結合器１３及びサーキュレータ１４を介してアンテナ１５に入力され、このアンテナ１５から無線ＩＤタグ２０に送信される。また、上記送信部１１の出力信号の一部は、方向性結合器１３を介して受信・復調部１２に入力される。

上記無線ＩＤタグ２０は、一般にＩＣチップを用いて構成されており、ＩＤリーダ１０のアンテナ１５から送信される電波をタグアンテナ２１で受信し、その受信電波から駆動電力を生成して内部の論理回路を動作させ、メモリに予め記憶されている固有の識別データを読出してＩＤリーダ１０からの送信搬送波を振幅変調し、ＩＤリーダ１０へ返送波として再放射する。

ＩＤリーダ１０は、無線ＩＤタグ２０からの返送波をアンテナ１５で受信し、サーキュレータ１４を介して受信・復調部１２に入力する。受信・復調部１２は、方向性結合器１３を介して入力される送信部１１の出力信号からクロック信号を抽出して無線ＩＤタグ２０からの識別データを復調し、デジタルデータに変換してホスト機器例えばパーソナルコンピュータ（図示せず）へ送出する。

上記データ検出システムにおいて、ＩＤリーダ１０のアンテナ１５及びタグアンテナ２１に直線偏波を用いた場合、アンテナ１５、２１の電界面を並行状態に保つことができず、通信ができなくなることがある。すなわち、無線ＩＤタグ２０は、商品や物品等に取り付けられるので、その取付け状態や商品や物品の搬送状態等によってタグアンテナ２１の向きが変化し、アンテナ１５と並行状態に保つことができない場合がある。

このような場合、上記ＩＤリーダ１０のアンテナ１５またはタグアンテナ２１のどちらかを円偏波とすることで、通信できないといった問題を解決することができる。

しかし、送信側であるＩＤリーダ１０のアンテナ１５として直線偏波アンテナを使用し、受信側のタグアンテナ２１として円偏波アンテナを使用した場合、円偏波アンテナの利得は３ｄＢ無駄になる。例えば３ｄＢｉのダイポールアンテナを２つ使用して同一面上に直交配置し、位相差が９０°で同じ出力の信号ｅ１、ｅ２により給電すると、６ｄＢｉの円偏波を発生することができ、円偏波アンテナとして利用できる。この円偏波アンテナを受信側に設置し、直線偏波アンテナから送信される信号を受信すると、２つのダイポールアンテナのうち、何れか一方のアンテナのみが送信アンテナと偏波が一致することになるので、結果的に３ｄＢｉしか受信できず、利得が３ｄＢ落ちてしまう。

このため円偏波アンテナの利得を最初から高めに設計しなければならない。しかし、アンテナの利得の上限が決まっているシステムでは、上記のように円偏波アンテナを使用する方法では対処することができない。例えば特定小電力無線局に関する標準規格では、アンテナ利得が６ｄＢｉ、ＩＤリーダの出力が１０ｍＷ／ＭＨｚ以下、あるいは３ｍＷ／ＭＨｚ以下に定められている。

また、従来では、水平偏波と垂直偏波とを切替えて送受信できるアンテナ装置が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。このようなアンテナ装置をＩＤリーダ１０のアンテナ１５として使用することにより、無線ＩＤタグ２０との間で、偏波方向の不一致により生じる通信不能の状態を軽減することが可能となる。
特開平１１−２２０３２５号公報

しかし、無線ＩＤタグ２０は、商品や物品等に取り付けられるので、その取付け状態や商品や物品の搬送状態等によってタグアンテナ２１の向き（偏波方向）が変化するので、上記のように水平偏波と垂直偏波とを切替えるだけのアンテナ装置では、偏波方向を切替えてもタグアンテナ２１の向きに対応できない場合が発生し、通信不能の状態となる。

また、上記従来の水平偏波と垂直偏波とを切替えるアンテナ装置は、多層印刷配線板を用いて構成したものであり、その構成が非常に複雑である。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、直線偏波アンテナの偏波方向を複数の方向に切替えることができ、送信及び受信の双方に直線偏波のアンテナを使用し、且つアンテナの偏波方向が変化する場合でも通信可能状態に保持でき、しかも構成が簡易なアンテナ装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係るアンテナ装置は、金属板により形成したパッチアンテナに複数の給電点あるいはショート点を中心点に対して略等角度の間隔で設けて１パッチ直線偏波アンテナを構成したことを特徴とする。

第２の発明に係るアンテナ装置は、金属板により形成したパッチアンテナに複数の給電点を中心点に対して略等角度の間隔で設けてなる１パッチ直線偏波アンテナと、前記複数の給電点を順次選択して給電する高周波スイッチとを具備したことを特徴とする。

第３の発明に係るアンテナ装置は、金属板により形成したパッチアンテナに複数の給電点を中心点に対して略等角度の間隔で設けてなる１パッチ直線偏波アンテナと、前記直線偏波アンテナに所定の間隔で対向して設けられる誘電体基板と、誘電体基板に設けられるアース板と、前記誘電体基板に設けられ、前記複数の給電点を順次切替えて給電する高周波スイッチと、前記高周波スイッチを切替え制御するスイッチ制御手段とを具備したことを特徴とする。

第４の発明に係るアンテナ装置は、パッチアンテナと、前記パッチアンテナに対向して設けられるアース板と、前記パッチ素子の中央部に設けられる給電点と、前記パッチアンテナに中心点に対して略等角度の間隔で設けられる複数のショート点と、前記パッチアンテナに設けられたショート点を順次切替えて前記アース板に接続する高周波スイッチとを具備し、前記ショート点の切替えにより直線偏波の偏波面を切替えることを特徴とする。

本発明によれば、パッチ素子に複数の給電点あるいはショートを設け、上記複数の給電点あるいはショートを高周波スイッチにて切替えることにより、簡易な構成で偏波方向を複数の方向に任意に切替えることができ、送信及び受信の双方に直線偏波のアンテナを使用し、且つ相手側のアンテナの状態によって偏波方向が変化する場合でも常に通信可能状態に保持することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の基本的な構成を示したものである。また、図２は、同実施形態で使用されるパッチアンテナの上面図である。

図１において、３１はパッチアンテナで、グランド板（アース板）３３上に所定の間隔例えば約λ／２０（λ：自由空間波長）の間隔で対向して設けられる。上記グランド板３３は、パッチアンテナ３１より大きな面積を有し、中心部において支持棒（図示せず）によりパッチアンテナ３１を保持している。

上記パッチアンテナ３１は、図２に示すように金属板により多角形例えば六角形に形成され、３つの給電点３２ａ〜３２ｃが中心点に対して略等角度θの間隔、すなわち１２０°の間隔で設けられて１パッチ直線偏波アンテナを構成している。また、パッチアンテナ３１の対角線の長さは、例えば約λ／２に設定される。

上記グランド板３３には、パッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃに対向する位置に給電端子３４ａ〜３４ｃが設けられ、上記給電点３２ａ〜３２ｃと給電端子３４ａ〜３４ｃとの間は給電ピン３５ａ〜３５ｃにより接続される。

上記給電端子３４ａ〜３４ｃは、スイッチ回路３６を介して入出力端子３７に接続される。上記スイッチ回路３６は、例えば半導体スイッチ（高周波スイッチ）により構成したもので、スイッチ制御部３８からの制御指令に従って動作し、給電端子３４ａ〜３４ｃを順次切替えて入出力端子３７に接続する。この入出力端子３７には、処理装置例えば図９に示したＩＤリーダ１０が接続される。

上記の構成において、スイッチ制御部３８は、常に所定の速度でスイッチ回路３６を切替え制御している。このスイッチ制御部３８による切替え周期は、ＩＤリーダ１０が無線ＩＤタグ２０（図９参照）に問い合わせ信号を送ってから、その応答信号を受信するまでの時間間隔より遅い周期、例えば１００ミリ秒等に設定される。

上記スイッチ回路３６によりパッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃが順次切替えられると、それに伴ってパッチアンテナ３１の直線偏波の方向が３方向に順次切替えられる。従って、例えば無線ＩＤタグ２０が取り付けられている物品の搬送状態等によってタグアンテナ２１の偏波方向がどの方向に変化しても、パッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃの何れかにおいてパッチアンテナ３１の偏波方向とタグアンテナ２１の偏波方向が一致し、ＩＤリーダ１０と無線ＩＤタグ２０との間で無線通信を行なうことができる。

このためＩＤリーダ１０は、タグアンテナ２１の状態に拘わらず、問い合わせ信号に対する無線ＩＤタグ２０からの応答信号を確実に受信して処理することができる。

なお、上記第１実施形態では、スイッチ制御部３８の制御信号によりスイッチ回路３６を常に切替える場合について示したが、その他、例えばＩＤリーダ１０により受信した無線ＩＤタグ２０からの応答信号、あるいはスイッチ回路３６により選択した信号をスイッチ制御部３８に入力し、無線ＩＤタグ２０からの応答信号を受信できない状態ではスイッチ回路３６の切替えを継続して行ない、上記応答信号を受信するとスイッチ回路３６の切替えをその位置で停止するようにしても良い。スイッチ回路３６の切替えを停止した後、無線ＩＤタグ２０からの応答信号を受信できなくなった場合は、スイッチ制御部３８によるスイッチ回路３６の切替えを再度実行する。

また、上記実施形態では、パッチアンテナ３１を六角形として３つの給電点３２ａ〜３２ｃを設けた場合について示したが、更に六角形以上の多角形として４つ以上の給電点を設けて切替えるようにしても良い。

また、上記実施形態では、パッチアンテナ３１を多角形に形成した場合について示したが、円形に形成しても良い。

また、上記実施形態では、パッチアンテナ３１に複数の給電点３２ａ〜３２ｃを設けた場合について示したが、給電点３２ａ〜３２ｃに代えて複数のショート点、すなわちパッチアンテナ３１をグランド板３３にショートするショート点を設けても良い。この場合、給電点は、パッチアンテナ３１の中心部に設ける。そして、上記複数のショート点をスイッチ回路により切替えることにより、上記給電点３２ａ〜３２ｃの場合と同様にして直線偏波の方向を切替えることができる。

次に、上記アンテナ装置の具体的な構成例について図３〜図５を参照して説明する。図３は、３点給電六角形アンテナに実施した場合の具体的な構成例を示したもので、（ａ）は表面側に設けられるアンテナ面の構成図、（ｂ）は同裏面側に設けられる基板上の線路図（線路パターン）である。なお、上記図３（ａ）、（ｂ）は、何れもアンテナ面側から見た状態を示している。図４は、図３（ｂ）に示した線路パターン及び電子部品からなる回路構成図である。図５は、スイッチ回路の切替え動作を説明するためのタイミングチャートである。

図３において、４１は誘電体基板で、上側面にグランド板３３が形成され、下側面に線路パターン４２がエッチング等により形成される。上記誘電体基板４１には、グランド板３３より例えばλ／２０の間隔を保ってパッチアンテナ３１が設けられる。上記誘電体基板４１は、中心部において支持棒（図示せず）によりパッチアンテナ３１を保持する。

上記パッチアンテナ３１は、で、金属板により正六角形に形成され、３つの給電点３２ａ〜３２ｃが１２０°の角度で設けられる。上記パッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃは、図１に示した給電ピン３５ａ〜３５ｃを介して上記線路パターン４２に接続される。

上記誘電体基板４１の下側面に形成される線路パターン４２には、スイッチ及び該スイッチを駆動するインバータ等の電子部品が装着され、図４に示す回路が構成される。

図４において、５１は第１のスイッチ、５２は第２のスイッチで、これらのスイッチ５１、５２により、図１に示したスイッチ回路３６を構成している。上記スイッチ５１、５２は、例えば半導体ＩＣによる高周波スイッチを用いて構成され、何れもの固定の接点ａ、ｂと切替接点ｃを備え、接点ａ、ｂを切替接点ｃにより切替えるようになっている。

上記第１のスイッチ５１は、切替接点ｃが入出力端子３７に接続され、接点ａが線路Ｄにより第２のスイッチ５２の切替接点ｃに接続される。第２のスイッチ５２は、接点ａが線路Ａによりパッチアンテナ３１の給電点３２ａに接続され、接点ｂが線路Ｂにより給電点３２ｂに接続される。また、第１のスイッチ５１の接点ｂは、線路Ｃにより給電点３２ｃに接続される。

また、上記スイッチ５１、５２は、それぞれ２つの制御端子ｄ１、ｄ２を備えており、一方の制御端子ｄ１に駆動電圧が与えられた時に切替接点ｃが接点ａ側に切替えられ、他方の制御端子ｄ２に駆動電圧が与えられた時に切替接点ｃが接点ｂ側に切替えられるようになっている。

上記スイッチ５１、５２の制御端子ｄ１、ｄ２には、スイッチ制御部３８から制御信号が与えられる。このスイッチ制御部３８は、第１のインバータ５３と第２のインバータ５４からなり、外部から与えられるパルス信号Ｐ１、Ｐ２に応じてスイッチ５１、５２を切替え制御する。

上記第１のインバータ５３には、外部から端子５５を経由してパルス信号Ｐ１が入力され、第２のインバータ５４には、外部から端子５６を経由してパルス信号Ｐ２が入力される。上記パルス信号Ｐ１は、パルス信号Ｐ２の２倍の周期に設定される。また、インバータ５３、５４には、外部から端子５７を経由して電源電圧が与えられる。

上記第１のインバータ５３は、入力信号すなわちパルス信号Ｐ１を反転した信号を出力端子Ｏから出力する。この第１のインバータ５３の出力端子Ｏから出力される信号は、第１のスイッチ５１の制御端子ｄ２に供給される。また、第１のスイッチ５１の制御端子ｄ１には、外部から上記端子５５に入力されるパルス信号Ｐ１が直接与えられる。

また、第２のインバータ５４は、２つの出力端子Ｏ１、Ｏ２を備えており、出力端子Ｏ１からは入力信号すなわちパルス信号Ｐ２と同相の信号を出力し、出力端子Ｏ２からはパルス信号Ｐ２を反転した信号を出力する。上記出力端子Ｏ１から出力される信号は、第２のスイッチ５２の制御端子ｄ１に供給され、出力端子Ｏ２から出力される信号は、第２のスイッチ５２の制御端子ｄ２に供給される。

次に、上記スイッチ５１、５２の切替え動作を図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。図５（ａ）はパルス信号Ｐ１の波形、同図（ｂ）はパルス信号Ｐ２の波形を示している。上記パルス信号Ｐ１の１周期Ｔの時間は、例えば４００ミリ秒であり、２００ミリ秒毎に信号レベルが反転する。また、パルス信号Ｐ２は、１周期の時間が２００ミリ秒であり、１００ミリ秒毎に信号レベルが反転する。

今、時刻ｔ１において、図５（ａ）に示すパルス信号Ｐ１及び同図（ｂ）に示すパルス信号Ｐ２が共にハイレベルに立上がったとすると、第１のインバータ５３の出力がローレベル、第２のインバータ５４のＯ１出力がハイレベル、Ｏ２出力がローレベルとなる。この結果、スイッチ５１、５２の制御端子ｄ１に与えられる信号が共にハイレベル、制御端子ｄ２側が共にローレベルとなり、スイッチ５１、５２は何れも切替接点ｃが接点ａ側に切替えられる。このため入出力端子３７が線路Ｄ及び線路Ａを経由してパッチアンテナ３１の給電点３２ａに接続される。

次に図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ２においてパルス信号Ｐ２がローレベルに立下がると、第２のインバータ５４のＯ１出力がローレベル、Ｏ２出力がハイレベルとなる。従って、第２のスイッチ５２の制御端子ｄ１側がローレベル、制御端子ｄ２側がハイレベルとなり、第２のスイッチ５２は切替接点ｃが接点ｂ側に切替えられる。このときパルス信号Ｐ１はハイレベルに保持されているので、第１のスイッチ５１は接点ａが選択された状態に保たれている。このため線路Ｄ及び線路Ｂを経由してパッチアンテナ３１の給電点３２ｂが選択される。

次に図５（ａ）に示すように、時刻ｔ３においてパルス信号Ｐ１がローレベルに立下がると、第１のスイッチ５１の制御端子ｄ１側がローレベル、制御端子ｄ２側がハイレベルとなり、第１のスイッチ５１は切替接点ｃが接点ｂ側に切替えられる。この結果、線路Ｃを経由してパッチアンテナ３１の給電点３２ｃが選択される。

上記時刻ｔ３では、パルス信号Ｐ２がハイレベルに立上がり、第２のスイッチ５２は接点ａ側に切替えられるが、このとき上記したように第１のスイッチ５１が接点ｂ側に切替えられるので、給電点３２ａが選択されることはない。

また、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ４においてパルス信号Ｐ２がローレベルに立下がると、第２のスイッチ５２は接点ｂ側に切替えられるが、パルス信号Ｐ１がローレベルとなっているので、第１のスイッチ５１により給電点３２ｃが選択された状態に保持される。

その後、時刻ｔ５になると、パルス信号Ｐ１、Ｐ２が共にハイレベルに立上がるので、上記時刻ｔ１の場合と同様にスイッチ５１、５２は何れも接点ａ側に切替えられて給電点３２ａが選択される。以下、同様にしてパルス信号Ｐ１、Ｐ２に基づいてスイッチ５１、５２が動作し、パッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃが順次切替えられる。

図６（ａ）は、上記図３及び図４に示した直線偏波のアンテナ装置において、中心周波数を２．４５ＧＨｚ、パッチアンテナ３１の対角線の長さをλ／２、パッチアンテナ３１と誘電体基板４１との間隔をλ／２０に設定した場合の利得特性（実測値）であり、横軸に直線偏波の回転角度［度］、縦軸に絶対利得［ｄＢｉ］をとって示した。また、図中ａはパッチアンテナ３１の給電点３２ａにおける特性、ｂは給電点３２ｂにおける特性、ｃは給電点３２ｃにおける特性を示している。

図６（ｂ）は、上記利得特性におけるパッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃの位置と偏波回転角度との関係を示したものである。この場合の例では、給電点３２ａの方向を基準（０°）としており、例えば回転角度９０°は給電点３２ｂの方向に該当する。

上記図６から明らかなように、受信電波（直線偏波）の偏波の方向がどの方向であっても、給電点３２ａ〜３２ｃの何れかで所定の利得が得られる。従って、受信電波の偏波の方向がどのように変化しても、パッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃを順次切替えることにより、確実に受信することができる。

このため本発明に係るアンテナ装置を図９に示した無線タグシステムにおけるＩＤリーダ１０のアンテナ１５として使用した場合、タグアンテナ２１の向き（偏波方向）が水平及び垂直方向だけでなく、その他の方向であっても、パッチアンテナ３１の給電点３２ａ〜３２ｃを順次切替えることで、ＩＤリーダ１０と無線ＩＤタグ２０との間における通信を確実に行なうことができる。
また、パッチアンテナ３１は、１枚の金属板に複数の給電点３２ａ〜３２ｃを設けただけであるので、きわめて簡単な構成となっている。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は第２実施形態に係るアンテナ装置の平面図、図７（ｂ）は同側面図、同底面図である。

図７において、６１は例えば方形状に形成された回路基板で、この回路基板６１の下面に後述する回路パターンが形成され、上面にアースパターン（アース板）６２が全面に設けられる。すなわち、回路基板６１の両面に回路パターンとアースパターン６２が分離して設けられる。

また、上記回路基板６１の上側にスペーサ６３を介してアンテナ基板６４が設けられる。アンテナ基板６４は、回路基板６１と同様に方形状に形成されるが、回路基板６１より少し小さく形成され、その上面に例えば円形のパッチアンテナ６５が設けられる。このパッチアンテナ６５には、中心部に給電点６６が設けられる。また、上記パッチアンテナ６５には、複数例えば３つのショート点６７ａ〜６７ｃが中心部より略等角度θの間隔、この場合には１２０°の間隔で設けられる。

そして、上記回路基板６１とアンテナ基板６４との間には、上記ショート点６７ａ〜６７ｃに対応させてショートピン６８ａ〜６８ｃが設けられる。上記ショートピン６８ａ〜６８ｃの上端は、アンテナ基板６４内を挿通してパッチアンテナ６５のショート点６７ａ〜６７ｃに電気的に接続される。また、ショートピン６８ａ〜６８ｃの下端は、アースパターン６２と絶縁した状態で回路基板６１に装着される。

上記回路基板６１の下側には、図７（ｃ）に示すように上記ショートピン６８ａ〜６８ｃに対応する位置に例えばピンダイオード等の偏波選択用の高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃが配設される。この高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃは、一端が上記ショートピン６８ａ〜６８ｃに接続され、他端がアースパターン６２に接続される。また、回路基板６１の下面には、高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃをオン／オフ制御するための制御信号線７０ａ〜７０ｃが回路パターンにより形成される。上記制御信号線７０ａ〜７０ｃは、高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃと偏波選択用のスイッチ制御部７１との間を接続する。

上記の構成において、パッチアンテナ６５の給電点６６は、処理装置例えば図９に示したＩＤリーダ１０が接続される。また、スイッチ制御部７１は、高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃを所定の速度で順次オン／オフ制御し、ショートピン６８ａ〜６８ｃを順次アースパターン６２に接続する。上記スイッチ制御部７１による高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの切替え周期は、上記第１実施形態におけるスイッチ制御部３８の場合と同様にＩＤリーダ１０が無線ＩＤタグ２０（図９参照）に問い合わせ信号を送ってから、その応答信号を受信するまでの時間間隔より遅い周期、例えば１００ミリ秒等に設定される。

上記スイッチ制御部７１の制御に基づいて高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃが動作し、ショートピン６８ａ〜６８ｃが順次切替えられると、それに伴ってパッチアンテナ６５の直線偏波の方向が３方向に順次切替えられる。高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃによってショートピン６８ａ〜６８ｃの何れかが選択されると、それに対応するパッチアンテナ６５のショート点６７ａ〜６７ｃがアースパターン６２にショートされて給電点６６と選択されたショート点との間に電流が流れ、その選択されたショート点の方向が直線偏波の方向となる。

従って、例えば無線ＩＤタグ２０が取り付けられている物品の搬送状態等によってタグアンテナ２１の偏波方向がどの方向に変化しても、ショートピン６８ａ〜６８ｃの何れかのショート動作によってパッチアンテナ６５の偏波方向とタグアンテナ２１の偏波方向が一致し、ＩＤリーダ１０と無線ＩＤタグ２０との間で無線通信を行なうことができる。

以上の説明では、スイッチ制御部７１の制御信号により高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃを常に切替えるようにしたが、その他、例えばＩＤリーダ１０により受信した無線ＩＤタグ２０からの応答信号、あるいはパッチアンテナ６５の給電点６６からの信号をスイッチ制御部７１に入力し、無線ＩＤタグ２０からの応答信号を受信できない状態では高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの切替えを継続して行ない、上記応答信号を受信すると高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの切替えを停止するようにしても良い。高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの切替えを停止した後、無線ＩＤタグ２０からの応答信号を受信できなくなった場合は、スイッチ制御部７１による高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの切替えを再度実行する。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置について、図８を参照して説明する。図８（ａ）は第３実施形態に係るアンテナ装置の平面図、図８（ｂ）は同側面図、図８（ｃ）は同底面図である。

この第３実施形態は、図８に示すように回路基板６１上にアンテナ基板６４を積層し、アンテナ装置の薄型化を図ったものである。上記アンテナ基板６４には、上記第２実施形態と同様に上面にアースパターン６２が設けられ、下面に高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃ及び制御信号線７０ａ〜７０ｃが設けられる。

また、アンテナ基板６４の上面にパッチアンテナ６５が設けられ、その中心部に給電点６６が設けられる。また、パッチアンテナ６５には、ショート点６７ａ〜６７ｃが中心部より略等角度θの間隔で設けられる。

そして、上記パッチアンテナ６５のショート点６７ａ〜６７ｃと高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの一端をショートピン６８ａ〜６８ｃによって接続し、高周波スイッチ６９ａ〜６９ｃの他端をアースパターン６２に接続する。その他の構成及び偏波切替え動作は、上記第２実施形態の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

なお、上記第２及び第３実施形態では、パッチアンテナ６５を円形に形成した場合について示したが、その他の形状例えば多角形に形成しても良い。

また、上記各実施形態では、無線タグシステムのアンテナとして使用する場合について示したが、その他、例えばＩＣカードに記憶されたデータを読出すカードシステムや移動無線等のアンテナとして利用し得るものである。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す図である。同実施形態におけるパッチアンテナ部分の平面図である。同実施形態におけるアンテナ装置の具体的な構成例を示すもので、（ａ）はアンテナ面の構成図、（ｂ）は基板裏面側に形成される線路図である。同実施形態におけるアンテナ装置の回路構成図である。同実施形態におけるスイッチの切替え動作を説明するためのタイミングチャートである。同実施形態における利得特性を示す図である。本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同底面図である。本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同底面図である。一般的な無線タグシステムの構成例を示す図である。

符号の説明

２０…無線ＩＤタグ、２１…タグアンテナ、３１…パッチアンテナ、３２ａ〜３２ｃ…給電点、３３…グランド板、３４ａ〜３４ｃ…給電端子、３５ａ〜３５ｃ…給電ピン、３６…スイッチ回路、３７…入出力端子、３８…スイッチ制御部、４１…誘電体基板、４２…線路パターン、５１…第１のスイッチ、５２…第２のスイッチ、５３…第１のインバータ、５４…第２のインバータ、５５〜５７…端子、６１…回路基板、６２…アースパターン、６３…スペーサ、６４…アンテナ基板、６５…パッチアンテナ、６６…給電点、６７ａ〜６７ｃ…ショート点、６８ａ〜６８ｃ…ショートピン、６９ａ〜６９ｃ…高周波スイッチ、７０ａ〜７０ｃ…制御信号線、７１…スイッチ制御部。

Claims

金属板により形成したパッチアンテナに複数の給電点あるいはショート点を中心点に対して略等角度の間隔で設けて１パッチ直線偏波アンテナを構成したことを特徴とするアンテナ装置。