JP4688726B2 - Non-contact IC tag reader / writer antenna - Google Patents
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Description
この発明は、電波により無接触形のICタグと通信し、必要なデータの書込み、読取りをするための無接触形ICタグのリーダライタ用アンテナに関する。ただし、この発明において、リーダライタとは、データの読取りだけを目的とするリーダを含むものとする。 The present invention relates to a reader / writer antenna of a contactless IC tag for communicating with a contactless IC tag by radio waves and writing and reading necessary data. However, in the present invention, the reader / writer includes a reader intended only for reading data.
無接触形のICタグと通信するためのリーダライタ用アンテナは、利得を高くして通信距離を大きくするとともに、全体構造を単純にして小形軽量化を図るために、各種の提案がなされている。 Various proposals have been made for a reader / writer antenna for communicating with a non-contact type IC tag in order to increase the gain and increase the communication distance, and to simplify the overall structure and reduce the size and weight. .
たとえば、整合回路を介して2組のダイポールアンテナを基板上に形成することにより、2段スタックアンテナを構成することができる(特許文献1)。また、アンテナ軸が異方向の2組のアンテナを立体的に配置することにより、広範囲に存在するICタグとの間に安定な通信を実現することができる(特許文献2)。さらに、多数のICタグとの同時通信を目的として、ICタグを挟むようにしてアンテナと対向する反射板を配置する方法も知られている(特許文献3、4)。
かかる従来技術によるときは、それぞれ一長一短があり、必ずしも高い利得を有し、しかも十分に小形化することができないという問題があった。すなわち、2段スタックアンテナは、必然的に表面積が過大になりがちであり、立体構造のアンテナは、指向性を広くすることができるが利得が十分でなく、ICタグを挟むようにして反射板を設ける場合、全体サイズが極端に大きくなることが避けられない。なお、リーダライタ用アンテナは、一定限度以上に小形化すると、外装ケースや取付用の構造材などの金属部材の影響を受け、いわゆるボディーエフェクトを生じることが知られている。 The conventional techniques have the advantages and disadvantages, have a high gain, and cannot be sufficiently miniaturized. That is, the two-stage stack antenna inevitably tends to have an excessive surface area, and the three-dimensional structure antenna can increase the directivity, but the gain is not sufficient, and the reflector is provided so as to sandwich the IC tag. In this case, it is inevitable that the overall size becomes extremely large. It is known that when a reader / writer antenna is miniaturized to a certain limit or more, it is affected by a metal member such as an exterior case or a structural material for attachment, and a so-called body effect is produced.
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ダイポールアンテナにループを付加し、さらに反射板を組み合わせることによって、高利得化、小形化を図り、有害なボディーエフェクトを排除することができる無接触形ICタグのリーダライタ用アンテナを提供することにある。 Therefore, in view of the problems of the prior art, the object of the present invention is to add a loop to a dipole antenna and further combine a reflector to increase the gain and reduce the size and eliminate harmful body effects. An object of the present invention is to provide a reader / writer antenna for a contactless IC tag that can be used.
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、ダイポールアンテナを形成するプリント基板と、プリント基板と平行に配設する長方形の反射板とを備えてなり、プリント基板上には、ダイポールアンテナの給電点に接続するループを形成するとともに、ループに並列接続する共振用のコンデンサを設け、反射板は、長辺方向の中心線をダイポールアンテナと平行にしてダイポールアンテナの給電点上に中心を置き、プリント基板との間隔d=(0.04〜0.23)λ(ただし、λは、使用電波の波長)に配置することをその要旨とする。 In order to achieve this object, the configuration of the present invention comprises a printed circuit board on which a dipole antenna is formed and a rectangular reflector disposed in parallel with the printed circuit board. In addition to forming a loop connected to the point, a resonance capacitor connected in parallel to the loop is provided, and the reflector is placed on the feeding point of the dipole antenna with the center line in the long side direction parallel to the dipole antenna, The gist is to arrange it at a distance d = (0.04 to 0.23) λ (where λ is the wavelength of the used radio wave) with the printed circuit board.
なお、ダイポールアンテナは、各エレメント長a=(0.16〜0.28)λに設定することができ、ループは、円形ループとして周長b=0.066πλに設定することができ、反射板は、長さc1 =0.56λ以上、幅c2 =0.04λ以上に設定することができる。 The dipole antenna can be set to each element length a = (0.16-0.28) λ, and the loop can be set as a circular loop with a peripheral length b = 0.066πλ. Can be set such that the length c1 = 0.56λ or more and the width c2 = 0.04λ or more.
かかる発明の構成によるときは、反射板は、プリント基板上のダイポールアンテナからの電波を反射させ、反射板に近接する金属部材がプリント基板側と反対方向に存在しても、それによる影響を有効に排除してボディーエフェクトを最少に抑えることができる上、ダイポールアンテナの指向特性を改善し、利得を向上させることができる。なお、反射板は、たとえばアルミニウム板のような導電性の金属板を使用し、プリント基板との間隔d=0.131λとするのが最良であるが、間隔d=(0.04〜0.23)λとしても十分であることが確かめられている。 In such a configuration, the reflector reflects the radio wave from the dipole antenna on the printed board, and even if a metal member close to the reflector exists in the opposite direction to the printed board side, the effect of this is effective. In addition to minimizing the body effect, the directional characteristics of the dipole antenna can be improved and the gain can be improved. It is best to use a conductive metal plate such as an aluminum plate as the reflecting plate, and set the distance d = 0.131λ to the printed circuit board, but the distance d = (0.04 to 0. 23) It has been confirmed that λ is sufficient.
一方、ダイポールアンテナに付加するループは、ダイポールアンテナと給電用の同軸ケーブルとを整合させるマッチング用のインダクタンスを実現するとともに、並列接続するコンデンサにより使用電波に共振させ、ICタグのアンテナと電磁結合するブースタアンテナとしても作動する。なお、ループは、プリント基板の片面に対し、ダイポールアンテナと連続する回路パターンとして形成することができ、共振用のコンデンサは、たとえばチップ形のディスクリート部品としてプリント基板上に搭載してもよく、微少間隔の平行線パターンとしてプリント基板上に形成してもよい。 On the other hand, the loop added to the dipole antenna realizes a matching inductance for matching the dipole antenna and the feeding coaxial cable, resonates with the radio wave used by a capacitor connected in parallel, and is electromagnetically coupled to the antenna of the IC tag. Also works as a booster antenna. The loop can be formed as a circuit pattern continuous with the dipole antenna on one side of the printed circuit board, and the resonance capacitor may be mounted on the printed circuit board as a chip-type discrete component, for example. You may form on a printed circuit board as a parallel line pattern of a space | interval.
ダイポールアンテナは、各エレメント長a=0.204λとするのが最良であるが、a=(0.16〜0.28)λとしても十分であることが確かめられている。すなわち、ダイポールアンテナは、周波数特性がブロードであり、調整も簡便である。一方、ループは、円形ループ、長方形ループ、正方形ループなどのいずれであってもよいが、周長を一定にして有効面積を最大にし得る点で、円形ループが好ましい。なお、周長b=0.066πλの円形ループは、共振用のコンデンサ1pFとして2450MHz の使用電波に共振させることができ、直径約8mmであるから、サイズ的にも好適である。
The dipole antenna is best to have each element length a = 0.204λ, but it has been confirmed that a = (0.16-0.28) λ is also sufficient. That is, the dipole antenna has a broad frequency characteristic and is easy to adjust. On the other hand, the loop may be any of a circular loop, a rectangular loop, a square loop, and the like, but a circular loop is preferable in that the effective area can be maximized by keeping the circumference constant. Note that the circular loop having the circumference b = 0.066πλ can resonate with the used radio wave of 2450 MHz as the
反射板は、長さc1 =0.572λ、幅c2 =0.369λとするのが最良であるが、長辺方向の中心線をダイポールアンテナと平行にしてダイポールアンテナの給電点上に中心を置き、ダイポールアンテナとの相対関係を正しく配置することにより、長さc1 =0.56λ以上、幅c2 =0.04λ以上とすれば、ボディーエフェクトの防止効果を十分に発揮することが確認されている。 The reflector is best to have a length c1 = 0.572λ and a width c2 = 0.369λ, but the center line in the long side direction is parallel to the dipole antenna and the center is placed on the feeding point of the dipole antenna. It has been confirmed that the effect of preventing the body effect is sufficiently exhibited when the length c1 = 0.56λ or more and the width c2 = 0.04λ or more by properly arranging the relative relationship with the dipole antenna. .
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
無接触形ICタグのリーダライタ用アンテナは、ダイポールアンテナ12を形成するプリント基板11と、プリント基板11と平行に配設する長方形の反射板21とを備えてなる(図1)。
The reader / writer antenna of the contactless IC tag includes a printed
プリント基板11は、たとえばガラスエポキシ樹脂製の片面プリント板であり、ダイポールアンテナ12は、プリント基板11上の銅箔をエッチング処理することによりプリント基板11上に所定の回路パターンとして形成されている。ダイポールアンテナ12は、直線状に配置するエレメント12a、12aを有し、エレメント12a、12aの中間の給電点には、1ターンのループ12bが付加されている。また、ループ12bは、円形ループであり、共振用のコンデンサCが並列接続されている。ダイポールアンテナ12の各エレメント長aは、使用電波の波長λとして、a=(0.16〜0.28)λに設定され、ループ12bの周長bは、b=0.066πλに設定されている。なお、ダイポールアンテナ12は、たとえば導電性塗料を使用してプリント基板11上に印刷してもよい。
The printed
反射板21は、たとえば長方形のアルミニウム板である。反射板21は、長辺方向の中心線L1 をダイポールアンテナ12と平行にするとともに、中心Lo をダイポールアンテナ12の給電点上に置くようにして配置されている。ただし、ここでいう給電点上とは、中心Lo を通る反射板21、プリント基板11の共通垂線L2 が給電点を通ることを意味している。反射板21の長さc1 、幅c2 は、それぞれc1 ≧0.56λ、c2 ≧0.04λに設定されている。また、反射板21は、プリント基板11との間隔d=(0.04〜0.23)λに配置されている。
The reflecting
プリント基板11、反射板21は、処理回路32用のプリント基板31とともに一体に組み立て、リーダライタ用のアンテナユニットとしてコンパクトにまとめることができる(図2、図3)。ただし、図2(A)、(B)は、それぞれアンテナユニットの平面図、正面図である。
The printed
プリント基板11、反射板21は、それぞれの四隅部のスペーサ13、13…の上下の止めねじ14、14…を介して一体に組み立てられている。ただし、図2において、プリント基板11は、便宜的に反射板21と同形同大に形成されている。また、処理回路32用のプリント基板31は、別のスペーサ22、22…を介し、取付脚23、23…とともに反射板21の下面にねじ止めされている。なお、プリント基板11、反射板21の各長辺側には、取付脚23、23…の下端の取付孔を利用して図示しない構造材に全体をねじ止めして固定するために、同形同大の切欠き11a、11a、21a、21aが同位置に形成されている。
The printed
プリント基板11上において、ダイポールアンテナ12の給電点は、線路12c、12cを介して同軸コネクタ15に引き出されている。また、処理回路32用のプリント基板31上には、処理回路32に接続する別の同軸コネクタ33が搭載されており、同軸コネクタ15、33間は、同軸ケーブル16を介して接続されている。なお、処理回路32は、外部からのデータにより使用電波を変調してダイポールアンテナ12から図示しないICカードに送信する送信部と、インピーダンス変調によってダイポールアンテナ12に到来するICカードからの応答データを受信し、それを複調して外部に送出する受信部とを含んでいる。
On the printed
ダイポールアンテナ12のエレメント12a、12aを含み、プリント基板11に垂直な面内における指向特性の一例を図4に示す。ただし、図4(A)〜(D)の角度、スケール(dBd)は、同図(E)に示すとおりであり、同図(A)〜(E)の0°方向は、図1の矢印方向に一致している。すなわち、通信対象のICカードは、0°方向に置くものとする。
An example of directivity characteristics in a plane perpendicular to the printed
反射板21を設けないダイポールアンテナ12のみの指向特性は、典型的な8字特性であり(図4(C))、0°方向、180°方向の利得差(FB比)は認められない。なお、このとき、180°方向に接地金属が近接すると(同図(D))、0°方向の利得も減少し、明らかなボディーエフェクトが認められる。これに対し、反射板21を設けると(同図(A))、0°方向の利得が増加するとともに、明確なFB比が認められ、180°方向に接地金属が近接しても(同図(B))、0°方向の利得が却って増加し、ボディーエフェクトによる通信性能の劣化が生じない。
The directivity characteristic of only the
また、反射板21の有無による周波数特性の変化を図5に示す。反射板21を設けないときの周波数特性(図5(C))は、180°方向に接地金属が近接するに従って大きく変化するが(同図(D)〜(F))、反射板21を設けると(同図(A))、接地金属を近接させても、殆ど影響がない(同図(B))。
FIG. 5 shows changes in frequency characteristics depending on the presence / absence of the reflecting
なお、図4、図5において、使用電波の周波数2450MHz (λ=122mm)とし、ダイポールアンテナ12の各エレメント長a=27.5mm=0.225λ、ループ12bの周長b=8.05πmm=0.066πλ、反射板21の長さc1 =70mm=0.574λ、幅c2 =45mm=0.369λ、プリント基板11と反射板21との間隔d=16mm=0.131λとした。また、図4、図5において、ダイポールアンテナ12に近接させる接地金属は、プリント基板11と平行の150×150mmのアルミニウム板とし、図4(B)、図5(B)では、反射板21の下4mmの位置に配置した。また、図4(D)では、同様のアルミニウム板をプリント基板11の下20mmの位置に配置し、図5(D)〜(F)では、同様のアルミニウム板をそれぞれプリント基板11の下20mm、10mm、5mmの位置に配置した。
4 and 5, the frequency of the used radio wave is 2450 MHz (λ = 122 mm), each element length a of the
C…コンデンサ
Lo …中心
L1 …中心線
a…エレメント長
b…周長
c1 …長さ
c2 …幅
d…間隔
11…プリント基板
12…ダイポールアンテナ
12b…ループ
21…反射板
特許出願人 株式会社 エフ・イー・シー
代理人 弁理士 松 田 忠 秋
C: Capacitor Lo ... Center L1 ... Center line a ... Element length b ... Circumference c1 ... Length c2 ... Width d ...
Patent Applicant FCE Co., Ltd.
Attorney Tadaaki Matsuda, Attorney
Claims (4)
4. The non-contact type IC tag reader / writer according to claim 1, wherein the reflector is set to have a length c1 = 0.56λ or more and a width c2 = 0.04λ or more. antenna.
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