JP5204032B2 - Ｒｆｉｄタグ用ブースタアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグシステムにおける質問器のリーダと応答器のＲＦＩＤタグ間の通信距離を延長させるためのＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナに関するものである。

近年、製品や部品等の物品の情報を自動認識する手段として、物品や物品を収納したケースにＲＦＩＤタグを装着し、ＲＦＩＤタグに記録された物品情報を、リーダから電波で電力を供給して読み取るＲＦＩＤタグシステムが実用化されている。このＲＦＩＤタグシステムは、物品情報をバーコードから光学的に読み取るバーコードシステムに較べて、多くの情報を記録でき、情報を書き換えることもできるので、製造業、流通サービス業等の広い分野に普及しつつある。

リーダのアンテナから電波で電力を供給するＲＦＩＤタグシステムの通信方式には、周波数が１３５ｋＨｚ以下の長波や４．９１５ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ等の短波を使用する電磁誘導方式と、周波数が数百ＭＨｚ以上の極超短波や２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を使用する電波方式とがある。電波方式でリーダのアンテナから放射される電波には、回転する円偏波、回転しない直線偏波、およびこれらを合成した楕円偏波としたものがある。

波長の長い電波を使用する電磁誘導方式は、アンテナの指向性が広く、水を透過する特徴を有するが、通常、その通信距離は数十ｃｍ以下である。これに対して、波長の短い電波を使用する電波方式は、水の透過性が悪いが、アンテナの指向性が高く、通常、その通信距離は０．２〜５ｍ程度である。これらの通信方式は、使用環境や物品が水等の液体を含むものであるか否か等によって使い分けられている。

前記電磁誘導方式のＲＦＩＤタグシステムには、ＲＦＩＤタグの前方に、リーダからの電波のキャリア周波数と同調させたブースタアンテナをリーダと対面させて配置し、通信距離を延長するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたものでは、ＲＦＩＤタグを取り付けた商品を収納するキャビネットの前扉の周囲にブースタアンテナを取り付けている。

また、前記電波方式のＲＦＩＤタグシステムに用いられるＲＦＩＤタグには、半導体回路に接続したアンテナ素子の他に、導波用や反射用のアンテナ素子を配列し、これらのアンテナ素子の長さをリーダからの電波の半波長λ／２の整数倍として、通信距離を延長するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３２３０１９号公報 特開２００２−１５１９４７号公報

特許文献２に記載された電波方式のＲＦＩＤタグは、半導体回路に接続したアンテナ素子の他に導波用や反射用のアンテナ素子を配列する必要があるので、個々の物品またはその包装物に装着されるＲＦＩＤタグが高価で寸法の大きなものとなる問題がある。また、ＲＦＩＤタグに配列できる導波用や反射用のアンテナ素子の本数は制約されるので、通信距離もそれほど延長することはできない。

そこで、本発明の課題は、電波方式のＲＦＩＤタグシステムにおける通信距離を大幅に延長できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナは、質問器であるリーダのアンテナからの回転する円偏波、回転しない直線偏波またはこれらを合成した楕円偏波の電波を受けて応答する電波方式のＲＦＩＤタグのアンテナと離間させて、前記リーダのアンテナに対してＲＦＩＤタグのアンテナと同じ側に配置される少なくとも１個の直線、開曲線、閉曲線またはこれらの直線もしくは曲線が交叉したものとした線状のアンテナ素子からなり、この線状のアンテナ素子の長さＬ、幅Ｗおよび重心Ｇ、ならびに前記電波の回転成分の割合を表す回転パラメータｒ、および前記アンテナ素子の形状を表す形状パラメータｓを下記のように定義し、このように定義したアンテナ素子の長さＬと前記リーダのアンテナからの電波の波長λとの比Ｌ／λが０．３６〜０．６４の範囲に入るようにして、下記の長さＬの定義におけるアンテナ素子の長さ方向の両端の点ａ１、ａ２が１組だけ存在する場合には、これらの点ａ１、ａ２を結ぶ直線を前記リーダのアンテナからの電波の放射方向と直角に対向する電波対向面に投影したときの、投影された直線の電波対向面内での電波の回転方向への傾斜角度をアンテナ素子の傾斜角度θ°とし、前記ＲＦＩＤタグのアンテナが長手方向の向きを有する場合には、このアンテナを前記電波対向面に投影したときの、投影されたアンテナの長手方向の向きの電波対向面内での電波の回転方向への傾斜角度を前記ＲＦＩＤタグのアンテナの傾斜角度φ°として、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心から前記アンテナ素子を配置した面に下ろした垂線の足から、下記のように定義したアンテナ素子の重心Ｇまでの距離ｄと、前記リーダのアンテナからの電波の波長λとの比ｄ／λが、下記の（１）式を満足するようにした。
ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋０．９７≦ｄ/λ
≦ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋１．３７ （１）
（定義）
・長さＬ：線状のアンテナ素子上に任意の２点ｉ、ｊを選び、点ｉから点ｊに向かうベクトルＶijに対して、アンテナ素子に沿う点ｉから点ｊへの経路の進行方向の向きとベクトルＶijの向きのなす角度が経路内の全ての点で±９０°以内であるときに、点ｉと点ｊは戻らずに繋がっているとし、このように戻らずに繋がっている任意の２点ｉ、ｊの組み合わせのうち、２点ｉ、ｊ間の直線距離が最も長くなる２点を長さ方向の両端の点ａ１、ａ２として、これらの点ａ１、ａ２間のアンテナ素子に沿う最短経路の長さをアンテナ素子の長さＬとする。
・幅Ｗ：長さＬの定義における両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線と垂直方向（幅方向）に平行な任意の直線上にアンテナ素子の複数の点があるときに、これらの複数の点のうちの幅方向の距離が最も長くなる２点を幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２として、これらの点ｂ１、ｂ２間のアンテナ素子に沿う最短経路の長さ、点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さ、および長さＬのうちの最小値をｗ１とし、両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線と平行で、アンテナ素子と交わる任意の２本の直線について、これらの２直線間の距離の最大値と長さＬのうちの小さい方の値をｗ２としたときに、ｗ１とｗ２のうちの大きい方の値をアンテナ素子の幅Ｗとする。
・重心Ｇ：長さＬの定義における両端の点ａ１、ａ２間の全ての最短経路に存在する素線の重心をアンテナ素子の重心Ｇとする。
・回転パラメータｒ：リーダのアンテナからの電波における回転する円偏波の割合を回転パラメータｒとする。電波が円偏波のときはｒ＝１、直線偏波のときはｒ＝０、楕円偏波のときは０＜ｒ＜１となる。
・形状パラメータｓ：上記のように定義したアンテナ素子の長さＬと幅Ｗとの比Ｌ／Ｗ（≧１）によって決まる形状に関するパラメータで、Ｌ≧２Ｗのときはｓ＝１、Ｌ＝Ｗのときはｓ＝０、Ｗ＜Ｌ＜２Ｗのときはｓ＝（Ｌ−Ｗ）／Ｗとする。
なお、ＲＦＩＤタグのアンテナの重心と長手方向については、ＲＦＩＤタグのＩＣチップとアンテナ素線を含めたものに対して、ブースタアンテナのアンテナ素子と同様に定義することができる。

図１４（ａ）〜（ｈ）は、各種の例の線状のアンテナ素子について、前記長さＬと幅Ｗの定義と重心Ｇの位置を具体的に説明する。図１４（ａ）は、最も単純な直線のアンテナ素子であり、両端の点が長さ方向の両端の点ａ１、ａ２となって、直線の長さがそのままアンテナ素子の長さＬとなり、幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２間の距離、すなわち、直線素子の幅がアンテナ素子の幅Ｗとなる。また、重心Ｇの位置は、１つの最短経路を形成する全素線の重心と合致し、点ａ１、ａ２間の中点となる。

図１４（ｂ）は、円弧の開曲線のアンテナ素子であり、両端の点が長さ方向の両端の点ａ１、ａ２となって、円弧曲線に沿った長さがアンテナ素子の長さＬとなる。また、幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２間の距離、すなわち、円弧のアンテナ素子のｗ１は十分小さいので、点ａ１、ａ２を結ぶ直線ｍ０と、これと平行で円弧曲線の接線となる直線ｍ１との２直線間の距離ｗ２がアンテナ素子の幅Ｗとなる。この場合も、重心Ｇの位置は、１つの最短経路を形成する全素線の重心と合致し、点ａ１、ａ２間の中点から円弧曲線側へ偏った位置となる。

図１４（ｃ）は、振幅が一定な波状の開曲線のアンテナ素子であり、両端の点が長さ方向の両端の点ａ１、ａ２となって、波状曲線に沿った長さがアンテナ素子の長さＬとなる。また、幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２間の距離、すなわち、波状のアンテナ素子のｗ１は十分小さいので、点ａ１、ａ２を結ぶ直線ｍ０と平行で、波状曲線の両側の波の頂点を通る２本の直線ｍ１、ｍ２間の距離ｗ２がアンテナ素子の幅Ｗとなる。この場合も、重心Ｇの位置は、１つの最短経路を形成する全素線の重心と合致する。

図１４（ｄ）は、Ｌ字状の開曲線のアンテナ素子であり、Ｌ字の両端の２点が点ａ１、ａ２となって、点ａ１からＬ字に沿って点ａ２に至る経路の長さがアンテナ素子の長さＬとなる。この例でも、幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２間の距離、すなわち、Ｌ字状のアンテナ素子のｗ１は十分小さいので、点ａ１、ａ２を結ぶ直線ｍ０と、これと平行なＬ字のコーナ点を通る接線ｍ１との２直線間の距離ｗ２がアンテナ素子の幅Ｗとなる。この場合も、重心Ｇの位置は、１つの最短経路を形成する全素線の重心と合致し、点ａ１、ａ２間の中点近傍からＬ字のコーナ点側へ偏った位置となる。

図１４（ｅ）は、Ｕ字状の開曲線のアンテナ素子であり、Ｕ字の両端の２点が点ａ１、Ｕ字の底の点が点ａ２となって、いずれかの点ａ１からＵ字の片側に沿って点ａ２に至る経路の長さがアンテナ素子の長さＬとなる。幅Ｗについては、点ａ１、ａ２を結ぶ直線ｍ０と垂直方向に平行な任意の直線のうち、Ｕ字の平行部を通る直線ｎ１上にある２点が点ｂ１、ｂ２となり、これらの点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さ、すなわち、線分ｂ１ｂ２を直径とする半円弧の長さが、点ｂ１、ｂ２間の最短経路の長さと長さＬよりも小さくなってｗ１となる。また、直線ｍ０と平行で、Ｕ字状開曲線の曲線部と接する直線ｍ１と、点ｂ１と反対側の平行部の端の点ａ１を通る直線ｍ２との距離が、長さＬより小さいので、ｗ２となる。この場合は、ｗ２よりも大きくなるｗ１がアンテナ素子の幅Ｗとなる。重心Ｇの位置は、２つの最短経路を形成する全素線の重心と合致し、Ｕ字の中心線上で底側へ偏った位置となる。

図１４（ｆ）は、円の閉曲線のアンテナ素子であり、１８０°の位相で対向する任意の２点がアンテナ素子の両端の点ａ１、ａ２となって、半円弧の長さがアンテナ素子の長さＬとなる。幅Ｗについては、円の中心を通る任意の直線ｎ１上にある円周上の２点が点ｂ１、ｂ２となって、点ｂ１、ｂ２間の最短経路の長さ、点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さおよび長さＬが全て等しくなってｗ１となる。また、円の平行な接線となる２本の直線ｍ１、ｍ２間の距離が、長さＬより小さいので、ｗ２となり、ｗ２よりも大きいｗ１がアンテナ素子の幅Ｗとなって長さＬと等しくなる。重心Ｇの位置は、多数の最短経路を形成する全素線の重心と合致し、円の中心となる。

図１４（ｇ）は、長円の閉曲線のアンテナ素子であり、長円の長軸上の２点がアンテナ素子の両端の点ａ１、ａ２となって、点ａ１から点ａ２に至る２つの等しい経路の長さがアンテナ素子の長さＬとなる。幅Ｗについては、点ａ１、ａ２を結ぶ直線ｍ０と垂直方向に平行な任意の直線のうち、長円の平行部を通る直線ｎ１上にある２点が点ｂ１、ｂ２となって、点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さが、点ｂ１、ｂ２間の最短経路の長さと比べて等しいかまたは小さく、長さＬよりも小さくなってｗ１となる。また、直線ｍ０と平行で点ｂ１、ｂ２を通る２本の直線ｍ１、ｍ２間の距離が、長さＬより小さいので、ｗ２となり、ｗ２よりも大きいｗ１がアンテナ素子の幅Ｗとなる。重心Ｇの位置は、２つの最短経路を形成する全素線の重心と合致し、長円の中心となる。

図１４（ｈ）は、３本の同じ長さの直線を６０°の交叉角で交叉させた雪の結晶状のアンテナ素子であり、各直線の両端がアンテナ素子の両端の点ａ１、ａ２となり、各直線の点ａ１から点ａ２に至る３つの等しい経路の長さがアンテナ素子の長さＬとなる。幅Ｗについては、１組の点ａ１、ａ２を結ぶ直線ｍ０と垂直方向に平行な任意の直線のうち、直線ｎ１、ｎ２上にある他の組の点ａ１同士および点ａ２同士が、それぞれ点ｂ１、ｂ２となって、これらの点ｂ１、ｂ２間の最短経路の長さと長さＬが互いに等しく、点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さよりも小さくなってｗ１となる。また、直線ｍ０と平行で異なる他の組の点ａ１、ａ２を通る２本の直線ｍ１、ｍ２間の距離が、長さＬより小さいので、ｗ２となり、ｗ２よりも大きいｗ１がアンテナ素子の幅Ｗとなって長さＬと等しくなる。重心Ｇの位置は、３つの最短経路を形成する全素線の重心と合致し、雪の結晶状の中心となる。

なお、上述した各例のアンテナ素子は、いずれも重心Ｇの位置が全素線の重心と合致するものであるが、例えば、ト字形状のように、長さＬと無関係の分岐経路等を有するものでは、重心Ｇの位置が全素線の重心と合致しないこともある。

前記リーダのアンテナに対して、ブースタアンテナをＲＦＩＤタグのアンテナと離間させて同じ側に配置する場合は、リーダのアンテナから直接ＲＦＩＤタグのアンテナに到達する１次電波と、ブースタアンテナを経由してＲＦＩＤタグのアンテナに到達する２次電波との間には位相ずれδが生じ、この位相ずれδが電波の周期の整数倍±０．２倍、より好ましくは、整数倍±０．１倍程度の範囲であれば、１次電波と２次電波の山同士の重なり代が多くなって電波が強められ、通信距離が長くなると考えられる。位相ずれδがこの範囲を越えると、１次電波と２次電波の山と谷の重なり代が多くなって次第に電波が弱められると考えられ、位相ずれδが電波の周期の±０．５倍になると、１次電波と２次電波の山と谷が完全に重なり合う。

前記１次電波と２次電波の間に生じる位相ずれδの要因としては、アンテナ素子の長さＬによるブースタアンテナの受信波と発信波の位相ずれδ１、電波の光路差による位相ずれδ２、および、リーダのアンテナから送信される電波が円偏波や楕円偏波のように回転する成分を含む場合における、電波の放射方向と直角に対向する電波対向面におけるアンテナ素子の傾斜角度θと、ＲＦＩＤタグのアンテナの傾斜角度φとの差による位相ずれδ３とが考えられる。なお、図１４（ｆ）、（ｈ）に示したように、長さＬと幅Ｗが等しくなるアンテナ素子では、電波の回転に伴う位相ずれδ３はほとんど問題とならない。

本発明者は、種々の長さＬのアンテナ素子を、電波方式のＲＦＩＤタグのアンテナと離間させて、リーダのアンテナに対して同じ側に配置し、アンテナ素子の傾斜角度θとＲＦＩＤタグのアンテナの傾斜角度φとが等しい場合の通信実験を行い、アンテナ素子の長さＬによるブースタアンテナの受信波と発信波の位相ずれδ１を調査した。この結果、位相ずれδ１は長さＬに対して双曲線状に変化するが、電波の波長λとの比Ｌ／λを０．３６〜０．６４となる範囲に限定すれば、（２）式に示すように、長さＬに対して直線近似できることを確認した。
δ１＝１．２×Ｌ／λ−０．１７ （０．３６≦Ｌ／λ≦０．６４） （２）

また、電波の光路差による位相ずれδ２は、アンテナ素子からＲＦＩＤタグのアンテナまでの距離に対して、アンテナ素子からリーダのアンテナまでの距離は十分に長いので、ＲＦＩＤタグのアンテナの重心からアンテナ素子を配置した面に下ろした垂線の足から、アンテナ素子の重心Ｇまでの距離をｄとすると、（３）式で近似的に表すことができる。
δ２＝ｄ／λ （３）

さらに、電波の回転に伴う位相ずれδ３は、電波の放射方向と直角に対向する電波対向面に投影したアンテナ素子の電波の回転方向への傾斜角度θ°、および同じく投影したＲＦＩＤタグのアンテナの電波の回転方向への傾斜角度φ°、ならびに、先に定義した回転パラメータｒと形状パラメータｓを用いて、（４）式で表すことができる。
δ３＝ｒ×ｓ×（θ−φ）／３６０ （４）
なお、電波が回転しない直線偏波である場合はｒ＝０、アンテナ素子の長さＬと幅Ｗが等しい場合はｓ＝０となり、いずれの場合もδ３＝０となる。

このような考え方に基づいて、前記１次電波と２次電波が強め合って、通信距離が延長されるように、位相ずれδ（＝δ１＋δ２＋δ３）が電波の周期の整数倍±０．２倍の範囲、すなわち、０．８〜１．２の範囲に入るように、（５）式を設定した。
０．８≦δ１＋δ２＋δ３≦１．２ （５）
この（５）式に（２）〜（４）式を代入し、δ１とδ３を不等式の両外側へ移項して、電波の光路差による位相ずれδ２（＝ｄ／λ）の範囲を、つぎに再掲する（１）式のように設定し、電波方式のＲＦＩＤタグシステムにおける通信距離を大幅に延長できるようにした。
ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋０．９７≦ｄ/λ
≦ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋１．３７ （１）
より好ましくは、位相ずれδが電波の周期の整数倍±０．１倍の範囲、すなわち、０．９〜１．１の範囲に入るように設定すると、（１）式は下記の（１‘ ）式となる。
ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋１．０７≦ｄ/λ
≦ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋１．２７ （１‘ ）

なお、電波の波長λとの比Ｌ／λは０．３６〜０．６４の範囲であればよく、好ましくは０．４０〜０．６０、さらに好ましくは０．４４〜０．５６の範囲とするとよい。また、アンテナ素子の個数は特に限定せず、１個あれば通信距離が向上するが、好ましくは２個以上、さらに好ましくは４個以上とするとよい。

前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心と前記アンテナ素子の重心Ｇとを結ぶアンテナ重心線と、前記点ａ１、ａ２を結ぶ線分ａ１ａ２とを含む平面内における、前記アンテナ重心線と前記線分ａ１ａ２とのなす角の余角ξを０〜６０°の範囲、好ましくは０〜４５°、さらに好ましくは０〜３０°の範囲とすることにより、ブースタアンテナを経由してＲＦＩＤタグのアンテナに到達する２次電波の強度を高めて、通信距離をより延長することができる。

前記ＲＦＩＤタグのアンテナが長手方向の向きを有するものとし、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心と前記アンテナ素子の重心Ｇとを結ぶアンテナ重心線と、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの長手方向に沿ったアンテナ長手直線とを含む平面内における、前記アンテナ重心線と前記アンテナ長手直線とのなす角の余角ηを０〜６０°の範囲、好ましくは０〜４５°、さらに好ましくは０〜３０°の範囲とすることにより、ＲＦＩＤタグのアンテナで受信される２次電波の強度を高めて、通信距離をより延長することができる。

前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心から、前記アンテナ素子を配置した面までの距離ｚと、前記リーダのアンテナからの電波の波長λとの比ｚ／λが、０〜０．３の範囲に入るようにすることにより、上述した（３）式における位相ずれδ２の近似精度を高めて、より確実に通信距離を延長することができる。

前記ＲＦＩＤタグが電波を透過するケースに収納された物品または前記ケースに装着される場合は、前記アンテナ素子を前記ケースに装着されて配置されるものとすることができる。

前記電波を透過するケースは段ボール箱とすることができる。

前記アンテナ素子を、前記段ボール箱を形成する段ボールシートのフラップ部、継ぎ代部または継ぎ代の延長部の、段ボールシートとの重ね面側に装着することにより、アンテナ素子が製函後の段ボール箱の段ボールシートで挟まれる位置に配置されるようにし、物品等との接触や摩擦による剥がれを防止することができる。

前記アンテナ素子は、前記ケースの封緘用テープ等の副資材に装着することもできる。

前記アンテナ素子は、導電インクまたは導電ペーストを塗工して形成したものとすることができる。

本発明のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナは、質問器であるリーダのアンテナからの電波を受けて応答する電波方式のＲＦＩＤタグのアンテナと離間させて、リーダのアンテナに対してＲＦＩＤタグのアンテナと同じ側に配置される少なくとも１個の直線、開曲線、閉曲線またはこれらの直線もしくは曲線が交叉したものとした線状のアンテナ素子からなり、この線状のアンテナ素子の長さＬ、幅Ｗおよび重心Ｇ、ならびに電波の回転成分の割合を表す回転パラメータｒ、およびアンテナ素子の形状を表す形状パラメータｓを下記のように定義し、このように定義したアンテナ素子の長さＬとリーダのアンテナからの電波の波長λとの比Ｌ／λが０．３６〜０．６４の範囲に入るようにして、下記の長さＬの定義におけるアンテナ素子の長さ方向の両端の点ａ１、ａ２が１組だけ存在する場合には、これらの点ａ１、ａ２を結ぶ直線をリーダのアンテナからの電波の放射方向と直角に対向する電波対向面に投影したときの、投影された直線の電波対向面内での電波の回転方向への傾斜角度をアンテナ素子の傾斜角度θ°とし、ＲＦＩＤタグのアンテナが長手方向の向きを有する場合には、このアンテナを電波対向面に投影したときの、投影されたアンテナの長手方向の向きの電波対向面内での電波の回転方向への傾斜角度をＲＦＩＤタグのアンテナの傾斜角度φ°として、ＲＦＩＤタグのアンテナの重心からアンテナ素子を配置した面に下ろした垂線の足から、下記のように定義したアンテナ素子の重心Ｇまでの距離ｄと、リーダのアンテナからの電波の波長λとの比ｄ／λが、下記の（１）式を満足するようにしたので、電波方式のＲＦＩＤタグシステムにおける通信距離を大幅に延長することができる。
ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋０．９７≦ｄ/λ
≦ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋１．３７ （１）
（定義）
・長さＬ：線状のアンテナ素子上に任意の２点ｉ、ｊを選び、点ｉから点ｊに向かうベクトルＶijに対して、アンテナ素子に沿う点ｉから点ｊへの経路の進行方向の向きとベクトルＶijの向きのなす角度が経路内の全ての点で±９０°以内であるときに、点ｉと点ｊは戻らずに繋がっているとし、このように戻らずに繋がっている任意の２点ｉ、ｊの組み合わせのうち、２点ｉ、ｊ間の直線距離が最も長くなる２点を長さ方向の両端の点ａ１、ａ２として、これらの点ａ１、ａ２間のアンテナ素子に沿う最短経路の長さをアンテナ素子の長さＬとする。
・幅Ｗ：長さＬの定義における両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線と垂直方向（幅方向）に平行な任意の直線上にアンテナ素子の複数の点があるときに、これらの複数の点のうちの幅方向の距離が最も長くなる２点を幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２として、これらの点ｂ１、ｂ２間のアンテナ素子に沿う最短経路の長さ、点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さ、および長さＬのうちの最小値をｗ１とし、両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線と平行で、アンテナ素子と交わる任意の２本の直線について、これらの２直線間の距離の最大値と長さＬのうちの小さい方の値をｗ２としたときに、ｗ１とｗ２のうちの大きい方の値をアンテナ素子の幅Ｗとする。
・重心Ｇ：長さＬの定義における両端の点ａ１、ａ２間の全ての最短経路に存在する素線の重心をアンテナ素子の重心Ｇとする。
・回転パラメータｒ：リーダのアンテナからの電波における回転する円偏波の割合を回転パラメータｒとする。電波が円偏波のときはｒ＝１、直線偏波のときはｒ＝０、楕円偏波のときは０＜ｒ＜１となる。
・形状パラメータｓ：上記のように定義したアンテナ素子の長さＬと幅Ｗとの比Ｌ／Ｗ（≧１）によって決まる形状に関するパラメータで、Ｌ≧２Ｗのときはｓ＝１、Ｌ＝Ｗのときはｓ＝０、Ｗ＜Ｌ＜２Ｗのときはｓ＝（Ｌ−Ｗ）／Ｗとする。

第１の実施形態のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナを配置したＲＦＩＤタグシステムの概略図 図１のブースタアンテナを拡大して示す平面図 図１のアンテナの重心からアンテナ素子を配置したケースの前面までの距離ｚを示す模式図 第２の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 ａ〜ｃは、それぞれ図４のアンテナ素子の傾斜角度θを０°として、アンテナとの相対配置位置を変えたときの余角ξ、ηを示す模式図 ａ〜ｅは、それぞれ図４のアンテナ素子の傾斜角度θを４５°として、アンテナとの相対配置位置を変えたときの余角ξ、ηを示す模式図 第３の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 第４の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 第５の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 第６の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 ａ、ｂは、それぞれ第７の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 第８の実施形態のブースタアンテナを拡大して示す平面図 ａ〜ｄは、それぞれ図１の段ボール箱のケースへのブースタアンテナの装着位置の変形例を示す模式図 ａ〜ｈは、それぞれ線状のアンテナ素子の例を示す平面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態を示す。図１は、ＲＦＩＤタグ１が装着された物品１１を収納したケース１２に、本発明に係るＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ２を配置した電波方式のＲＦＩＤタグシステムの概略図である。この概略図は、説明を分かりやすくするために、ケース１２の中に１つの物品１１のみを表示し、ＲＦＩＤタグ１のアンテナ１ａは、リーダ３のアンテナ３ａからの電波の放射方向と直角に対向する電波対向面としての物品１１の前面１１ａに装着され、ブースタアンテナ２は、同じく電波の放射方向と直角に対向する電波対向面としてのケース１２の前面１２ａに配置されている。リーダ３のアンテナ３ａからは、周波数が２．４ＧＨｚのマイクロ波の電波が、反時計回りに回転する円偏波または回転しない直線偏波としてＲＦＩＤタグ１に向けて送信される。

前記ケース１２は電波を透過する段ボール箱とされ、ブースタアンテナ２は、その前面１２ａの内面または外面に導電インクまたは導電ペーストの塗工で形成された線状のアンテナ素子２ａで形成されている。アンテナ素子２ａは、アルミニウム等の導電性の金属線で形成してもよく、後述するように、段ボール箱のフラップ部、継ぎ代部、継ぎ代の延長部等に装着して配置してもよい。

この実施形態では、図２に拡大して示すように、前記アンテナ素子２ａは、２個の同じ長さＬと幅Ｗの直線状のアンテナ素子２ａで形成され、その後方のＲＦＩＤタグ１の直線状のアンテナ１ａに対して両側に近接して、互いに平行に配置されている。前述したようにアンテナ素子２ａの両端の点ａ１、ａ２間の最短経路の長さとして定義される長さＬは、リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波の波長λ（＝１２５ｍｍ）に対する比Ｌ／λが０．３６〜０．６４の範囲に設定され、前述したように定義される幅Ｗは、素線の幅として０．５ｍｍとされている。各アンテナ素子２ａのケース１２の前面１２ａ内での電波の回転方向への傾斜角度θは、図中に実線で示す０°と、一点鎖線で示す±４５°に設定され、アンテナ１ａの物品１１の前面１１ａ内での電波の回転方向への傾斜角度φは０°に設定されている。

図３は、前記アンテナ１ａの重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置したケース１２の前面１２ａまでの距離ｚを説明する模式図である。この実施形態では、距離ｚは０ｍｍ、すなわち、アンテナ１ａが装着された物品１１の前面１１ａがケース１２の前面１２ａに重ね合わされている。このように距離ｚを０ｍｍとしたときは、アンテナ１ａの重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置したケース１２の前面１２ａに下ろした垂線の足からアンテナ素子２ａの重心Ｇ２までの距離ｄは、重心Ｇ１、Ｇ２間の距離と等しくなる。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）とし、前記距離ｄを変化させて、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第１通信試験を行った。２個のアンテナ素子２ａの長さＬ（≧２Ｗ、形状パラメータｓ＝１）は、マイクロ波の波長λとの比Ｌ／λが０．３６〜０．６４となる範囲で４段階に変化させ、アンテナ素子２ａの傾斜角度θは、−４５°、０°、４５°の３段階に変化させた。通信距離は、ブースタアンテナがない場合に対する向上率で評価した。

表１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に、上記第１通信試験の結果を示す。表１（ａ）はＬ／λ＝０．４０、表１（ｂ）はＬ／λ＝０．４８、表１（ｃ）はＬ／λ＝０．５６、表１（ｄ）はＬ／λ＝０．６４の場合であり、いずれの表にも、前記（１）式で求められる距離ｄとマイクロ波の波長λとの比ｄ／λの下限値と上限値、および比ｄ／λの試験値が、（１）式を満足するか否かの判定を○×で表示した。比ｄ／λの下限値と上限値は、前記（１‘ ）式で求められる値もカッコ内に併記した。

この試験結果より、比ｄ／λが（１）式を満足する判定が○の実施例は、通信距離が顕著に延長されている。比ｄ／λが（１‘ ）式も満足するものは、より顕著に通信距離が延長されている。また、比Ｌ／λが０．４４〜０．５６の範囲に入る表１（ｂ）、（ｃ）に示した実施例のものは、通信距離の向上率がより大きい。これに対して、（１）式を満足しない判定が×の比較例は、通信距離が延長されず、ほとんどのものが却って短くなっている。これにより、前記位相ずれδが電波の周期の±０．２倍の範囲に入るように規定した（１）式を満足させることにより、通信距離を延長できることが確認された。なお、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚについては、０〜０．３λの範囲で変化させたが、表１（ａ）〜（ｄ）の結果と同様の傾向が認められた。

つぎに、前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を回転しない直線偏波（回転パラメータｒ＝０）として、アンテナ素子２ａの長さＬとマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λを０．４８一定とし、前記距離ｄを変化させた第２通信試験を行った。第２通信試験では、前記ＲＦＩＤタグ１のアンテナ１ａの代わりに、スペクトラムアナライザのアンテナを配置して、このアンテナが受信する電波の強さを測定し、ブースタアンテナがない場合に対する電波の強さの向上率を調査した。その他の試験条件は第１通信試験と同じである。

表２に、上記第２通信試験の結果を示す。表２にも、（１）式で求められる比ｄ／λの下限値と上限値、および比ｄ／λの試験値が、（１）式を満足するか否かの判定を併記した。この試験結果より、電波を回転しない直線偏波とした場合も、比ｄ／λが（１）式を満足する判定が○の実施例は、電波の強さが顕著に強くなり、（１）式を満足しない判定が×の比較例は、電波の強さが却って弱くなることが確認された。この場合も、距離ｚを０〜０．３λの範囲で変化させたが、表２の結果と同様の傾向が認められた。

図４乃至図６は、第２の実施形態を示す。この実施形態では、図４に示すように、前記前面１２ａに、１個の直線状のアンテナ素子２ａが配置されている。その他は第１の実施形態と同じであり、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚは０ｍｍとされ、重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置した前面１２ａに下ろした垂線の足からアンテナ素子２ａの重心Ｇ２までの距離ｄは、重心Ｇ１、Ｇ２間の距離と等しくなっている。また、アンテナ素子２ａの前面１２ａ内での傾斜角度θは、図中に実線で示す０°と、一点鎖線で示す±４５°に設定され、アンテナ１ａの前面１１ａ内での傾斜角度φは０°に設定されている。

図５および図６は、前記前面１１ａ内でのアンテナ１ａと前面１２ａ内でのアンテナ素子２ａの相対配置位置を変えたときの、アンテナ１ａの重心Ｇ１とアンテナ素子２ａの重心Ｇ２とを結ぶアンテナ重心線ｇと、アンテナ素子２ａの両端の点ａ１、ａ２を結ぶ線分ａ１ａ２とを含む平面内における、アンテナ重心線ｇと線分ａ１ａ２とのなす角αの余角ξ、および、アンテナ重心線ｇとアンテナ１ａの長手方向に沿ったアンテナ長手直線とを含む平面内における、アンテナ重心線ｇとアンテナ長手直線とのなす角βの余角ηを説明する模式図である。なお、距離ｚが０ｍｍでない場合は、各余角ξ、ηはｚ方向の成分を含むものとなるが、図５および図６は、説明を分かりやすくするために、距離ｚが０ｍｍの場合について示す。

図５（ａ）〜（ｃ）は、アンテナ素子２ａの傾斜角度θとアンテナ１ａの傾斜角度φを０°とした場合について、アンテナ１ａとアンテナ素子２ａの相対配置位置を変化させた例を示す。図５（ａ）は、重心Ｇ１、Ｇ２を結ぶアンテナ重心線ｇと、アンテナ１ａおよびアンテナ素子２ａが角α（＝β）で交叉する一般的な例であり、各余角ξ、ηは、いずれも（９０−α）°となる。図５（ｂ）は、アンテナ素子２ａをアンテナ１ａの真横に平行に配置した例であり、角α、βが９０°となって各余角ξ、ηは０°となる。図５（ｃ）は、アンテナ素子２ａがアンテナ１ａと同一直線状に載るように配置した例であり、角α、βが０°となって各余角ξ、ηは９０°となる。

図６（ａ）〜（ｅ）は、アンテナ素子２ａの傾斜角度θを±４５°、アンテナ１ａの傾斜角度φを０°とした場合について、アンテナ１ａとアンテナ素子２ａの相対配置位置を変化させた例を示す。図６（ａ）は、重心Ｇ１、Ｇ２を結ぶアンテナ重心線ｇが、アンテナ素子２ａと角α、アンテナ１ａと角βで交叉する一般的な例であり、角αの余角ξは（９０−α）°、角βの余角ηは（９０−β）°となる。図６（ｂ）は、アンテナ１ａの重心Ｇ１での法線上にアンテナ素子２ａの重心Ｇ２を配置した例であり、角αの余角ξは４５°、角βの余角ηは０°となる。図６（ｃ）は、アンテナ素子２ａの重心Ｇ２での法線上にアンテナ１ａの重心Ｇ１を配置した例であり、角αの余角ξは０°、角βの余角ηは４５°となる。図６（ｄ）は、アンテナ１ａの延長線上にアンテナ素子２ａの重心Ｇ２を配置した例であり、角αの余角ξは４５°、角βの余角ηは９０°となる。図６（ｅ）は、アンテナ素子２ａの延長線上にアンテナ１ａの重心Ｇ１を配置した例であり、角αの余角ξは９０°、角βの余角ηは４５°となる。なお、これらの各図は、傾斜角度θが４５°の場合を示すが、傾斜角度θが−４５°の場合も、相対配置位置の分類パターンは図６（ａ）〜（ｅ）のいずれかに該当するので、図示を省略する。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、アンテナ素子２ａの長さＬとマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λを０．４８一定とし、前記比ｄ／λが（１）式を満足する範囲で、図５および図６に示したように、アンテナ１ａとアンテナ素子２ａの相対配置位置を変化させて、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第３通信試験を行った。その他の試験条件と通信距離向上率の評価方法は第１通信試験と同じである。

表３に、上記第３通信試験の結果を示す。表３には、図５および図６における相対配置位置と、各余角ξ、ηが０〜６０°の範囲にあるか否かの判定を併記した。傾斜角度θが−４５°の場合は、図６（ａ）〜（ｅ）に示した傾斜角度θが４５°の場合の該当する分類パターンで表記した。この試験結果より、各余角ξ、ηが０〜６０°の範囲にある判定が○のものは、通信距離を顕著に延長できることが分かる。また、各余角ξ、ηが０〜３０°の範囲にあるものは、より顕著に通信距離が延長されている。これに対して、いずれかの余角ξ、ηがこの範囲を外れる判定が×のものは、通信距離が延長されていない。この理由は、余角ξ、ηが６０°を越えると、アンテナ素子２ａからの２次電波の発信方向からアンテナ１ａの位置がずれ、アンテナ１ａに到達する２次電波の強度が弱くなるためと考えられる。

図７は、第３の実施形態を示す。この実施形態では、前記前面１２ａに、２個のＬ字状の開曲線のアンテナ素子２ａが、アンテナ１ａの重心Ｇ１に点対称にＬ字のコーナを外向きにして、長さ方向、すなわちアンテナ素子２ａ両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線の向きが、アンテナ１ａと９°の角度をなすように配置されており、アンテナ素子２ａ両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線の傾斜角度θは９°、アンテナ１ａの傾斜角度φは０°に設定されている。その他は第１の実施形態と同じであり、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚは０ｍｍとされ、アンテナ１ａの重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置した前面１２ａに下ろした垂線の足からアンテナ素子２ａの重心Ｇ２までの距離ｄは、重心Ｇ１、Ｇ２間の距離と等しくなっている。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、前記距離ｄを変化させ、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第４通信試験を行った。アンテナ素子２ａのＬ字状の経路に沿った長さＬ（≧２Ｗ、形状パラメータｓ＝１）とマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λを０．４８一定とした。その他の試験条件と通信距離向上率の評価方法は第１通信試験と同じである。

表４に、上記第４通信試験の結果を示す。表４には、前記（１）式で求められる距離ｄとマイクロ波の波長λとの比ｄ／λの下限値と上限値、および比ｄ／λの試験値が、（１）式を満足するか否かの判定を併記した。この試験結果より、アンテナ素子２ａがＬ字状の開曲線の場合も、比ｄ／λが（１）式を満足する判定が○の実施例は、通信距離が顕著に延長され、（１）式を満足しない判定が×の比較例は、通信距離が却って短くなっている。この場合も、距離ｚを０〜０．３λの範囲で変化させたが、表４の結果と同様の傾向が認められた。

図８は、第４の実施形態を示す。この実施形態では、前記前面１２ａに、２個の円の閉曲線のアンテナ素子２ａがアンテナ１ａの両側に近接して配置されている。その他は第１の実施形態と同じであり、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚは０ｍｍとされ、アンテナ１ａの重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置したケース１２の前面１２ａに下ろした垂線の足からアンテナ素子２ａの重心Ｇ２までの距離ｄは、重心Ｇ１、Ｇ２間の距離と等しくなっている。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、前記距離ｄを変化させて、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第５通信試験を行った。アンテナ素子２ａの長さＬ（＝Ｗ、形状パラメータｓ＝０）とマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λは、０．３６と０．５０の２段階に変化させた。その他の試験条件と通信距離向上率の評価方法は第１通信試験と同じである。

表５に、上記第５通信試験の結果を示す。表５にも、前記（１）式で求められる距離ｄとマイクロ波の波長λとの比ｄ／λの下限値と上限値、および比ｄ／λの試験値が、（１）式を満足するか否かの判定を併記した。この試験結果より、アンテナ素子２ａが円の閉曲線の場合も、比ｄ／λが（１）式を満足する判定が○の実施例は通信距離が顕著に延長され、（１）式を満足しない判定が×の比較例は、通信距離が却って短くなっている。この場合も、距離ｚを０〜０．３λの範囲で変化させたが、表５の結果と同様の傾向が認められた。

図９は、第５の実施形態を示す。この実施形態では、前記前面１２ａに、２個の雪の結晶状のアンテナ素子２ａがアンテナ１ａの両側に近接して配置されている。その他は第１の実施形態と同じであり、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚは０ｍｍとされ、アンテナ１ａの重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置したケース１２の前面１２ａに下ろした垂線の足からアンテナ素子２ａの重心Ｇ２までの距離ｄは、重心Ｇ１、Ｇ２間の距離と等しくなっている。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、前記距離ｄを変化させて、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第６通信試験を行った。アンテナ素子２ａの長さＬ（＝Ｗ、形状パラメータｓ＝０）とマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λは０．４８一定とした。その他の試験条件と通信距離向上率の評価方法は第１通信試験と同じである。

表６に、上記第６通信試験の結果を示す。表６にも、（１）式で求められる距離ｄとマイクロ波の波長λとの比ｄ／λの下限値と上限値、および比ｄ／λの試験値が、（１）式を満足するか否かの判定を併記した。この試験結果より、アンテナ素子２ａが雪の結晶状の場合も、比ｄ／λが（１）式を満足する判定が○の実施例は通信距離が顕著に延長され、（１）式を満足しない判定が×の比較例は、通信距離が却って短くなっている。

図１０は、第６の実施形態を示す。この実施形態では、前記前面１２ａに、１個の波状の開曲線のアンテナ素子２ａがアンテナ１ａと並列に配置されており、アンテナ素子２ａの傾斜角度θは、図中に実線で示す０°と、一点鎖線で示す−４５°に設定され、アンテナ１ａの傾斜角度φは０°に設定されている。その他は第１の実施形態と同じであり、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚは０ｍｍとされ、アンテナ１ａの重心Ｇ１からアンテナ素子２ａを配置したケース１２の前面１２ａに下ろした垂線の足からアンテナ素子２ａの重心Ｇ２までの距離ｄは、重心Ｇ１、Ｇ２間の距離と等しくなっている。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、前記距離ｄを変化させて、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第７通信試験を行った。アンテナ素子２ａの波状の経路に沿った長さＬ（≧２Ｗ、形状パラメータｓ＝１）とマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λは０．４８一定とした。その他の試験条件と通信距離向上率の評価方法は第１通信試験と同じである。

表７に、上記第７通信試験の結果を示す。表７にも、（１）式で求められる距離ｄとマイクロ波の波長λとの比ｄ／λの下限値と上限値、および比ｄ／λの試験値が、（１）式を満足するか否かの判定を併記した。この試験結果より、アンテナ素子２ａが波状の開曲線の場合も、比ｄ／λが（１）式を満足する判定が○の実施例は通信距離が顕著に延長され、（１）式を満足しない判定が×の比較例は、通信距離が延長されていない。

図１１（ａ）、（ｂ）は、第７の実施形態を示す。この実施形態では、前記前面１２ａに、６個または１０個の円の閉曲線のアンテナ素子２ａが、アンテナ１ａの重心Ｇ１の周りの同心円上に配置されている。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、アンテナ素子２ａの長さＬとマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λを０．５０一定とし、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚ＝０ｍｍのときの距離ｄと波長λとの比ｄ／λが前記（１）式を満足するように０．６８一定として、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第８通信試験を行った。なお、距離ｚを０〜５ｍｍまたは０〜３７．５ｍｍ（＝０．３λ）の範囲で変化させたり、アンテナ１ａの傾斜角度φも０〜９０°の範囲で変化させた通信試験も行い、これらの距離ｚや傾斜角度φを変化させたときは、通信距離の平均値で通信距離向上率の評価をした。

表８に、上記第８通信試験の結果を示す。表８には、図１１に示した配置パターンと、距離ｚおよび傾斜角度φの変化範囲も併記した。この試験結果より、アンテナ素子２ａの個数を６個としたものは、第５通信試験で２個のアンテナ素子２ａを配置し、表５に示した比ｄ／λが０．６８に近いものと比較すると通信距離が向上し、アンテナ素子２ａの個数を１０個としたものは、通信距離がさらに向上している。

図１２は、第８の実施形態を示す。この実施形態では、前記前面１２ａに、傾斜角度φが０°とされたアンテナ１ａの両側に、それぞれ傾斜角度θが４５°と−４５°とされた２個ずつの同じ長さＬと幅Ｗの直線状のアンテナ素子２ａ（Ｌ≧２Ｗ、形状パラメータｓ＝１）が配置されている。

前記リーダ３のアンテナ３ａからのマイクロ波を反時計回りに回転する円偏波（回転パラメータｒ＝１）として、アンテナ１ａの重心Ｇ１から前面１２ａまでの距離ｚを０〜３７．５ｍｍ（＝０．３λ）の範囲で変化させ、リーダ３とＲＦＩＤタグ１間の通信距離を調査する第９通信試験を行った。参考例として、傾斜角度θが４５°の２個のみのアンテナ素子２ａを配置したもの、傾斜角度θが−４５°の２個のみのアンテナ素子２ａを配置したものについても通信試験を行った。なお、各アンテナ素子２ａの長さＬとマイクロ波の波長λとの比Ｌ／λは０．４８一定とした。また、距離ｚ＝０ｍｍのときに、傾斜角度θが４５°のアンテナ素子２ａは、距離ｄとマイクロ波の波長λとの比ｄ／λを０．５４として、前記（１）式の範囲（０．３０〜０．６７）を満足するようにし、前記余角ξは１８°、余角ηは２７°とした。傾斜角度θが−４５°のアンテナ素子２ａは、比ｄ／λを０．８４として、（１）式の範囲（０．５２〜０．９２）を満足するようにし、余角ξは２８°、余角ηは１７°とした。

表９に、上記第９通信試験の結果を示す。表９には、前記距離ｚを０〜３７．５ｍｍの範囲で変化させたときの通信距離向上率の平均値のほかに、距離ｚを０ｍｍとしたときの通信距離向上率も表示した。傾斜角度θが４５°と−４５°の２個ずつ、合計４個のアンテナ素子２ａを配置した実施例は、通信距離が大幅に延長されており、傾斜角度θが４５°または−４５°の２個のみのアンテナ素子２ａを配置した参考例の各通信距離向上率を加算した通信距離向上率と近くなっている。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ前記段ボール箱のケース１２へのブースタアンテナ２の装着位置の変形例を示す。図１３（ａ）は、ブースタアンテナ２を段ボール箱を形成する段ボールシート１３のフラップ部１３ａに装着した例、図１３（ｂ）は、段ボールシート１３の継ぎ代部１３ｂに装着した例、図１３（ｃ）は、段ボールシート１３の継ぎ代の延長部１３ｃに装着した例であり、いずれも段ボール箱が形成されたときの重ね面側に装着されている。図１３（ｂ）、（ｃ）の段ボールシート１３に点線で示したように、継ぎ代部１３や継ぎ代の延長部１３ｃが重ね合わされる部分にブースタアンテナ２を装着することもできる。また、図１３（ｄ）は、段ボール箱のケース１２の副資材としての封緘テープ１２ｂの裏面または表面側に装着した例である。

上述した各実施形態では、リーダのアンテナからの電波をマイクロ波としたが、この電波は周波数が数百ＭＨｚ以上の極超短波とすることもできる。また、電波を反時計回りに回転する円偏波または回転しない直線偏波としたが、時計回りに回転する円偏波や、円偏波と直線偏波を合成した楕円偏波とすることもできる。

１ ＲＦＩＤタグ
１ａ アンテナ
２ ブースタアンテナ
２ａ アンテナ素子
３ リーダ
３ａ アンテナ
１１ 物品
１１ａ 前面
１２ ケース
１２ａ 前面
１２ｂ 封緘テープ
１３ 段ボールシート
１３ａ フラップ部
１３ｂ 継ぎ代部
１３ｃ 継ぎ代の延長部

Claims (9)

1. 質問器であるリーダのアンテナからの回転する円偏波、回転しない直線偏波またはこれらを合成した楕円偏波の電波を受けて応答する電波方式のＲＦＩＤタグのアンテナと離間させて、前記リーダのアンテナに対してＲＦＩＤタグのアンテナと同じ側に配置される少なくとも１個の直線、開曲線、閉曲線またはこれらの直線もしくは曲線が交叉したものとした線状のアンテナ素子からなり、この線状のアンテナ素子の長さＬ、幅Ｗおよび重心Ｇ、ならびに前記電波の回転成分の割合を表す回転パラメータｒ、および前記アンテナ素子の形状を表す形状パラメータｓを下記のように定義し、このように定義したアンテナ素子の長さＬと前記リーダのアンテナからの電波の波長λとの比Ｌ／λが０．３６〜０．６４の範囲に入るようにして、下記の長さＬの定義におけるアンテナ素子の長さ方向の両端の点ａ１、ａ２が１組だけ存在する場合には、これらの点ａ１、ａ２を結ぶ直線を前記リーダのアンテナからの電波の放射方向と直角に対向する電波対向面に投影したときの、投影された直線の電波対向面内での電波の回転方向への傾斜角度をアンテナ素子の傾斜角度θ°とし、前記ＲＦＩＤタグのアンテナが長手方向の向きを有する場合には、このアンテナを前記電波対向面に投影したときの、投影されたアンテナの長手方向の向きの電波対向面内での電波の回転方向への傾斜角度を前記ＲＦＩＤタグのアンテナの傾斜角度φ°として、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心から前記アンテナ素子を配置した面に下ろした垂線の足から、下記のように定義したアンテナ素子の重心Ｇまでの距離ｄと、前記リーダのアンテナからの電波の波長λとの比ｄ／λが、下記の（１）式を満足するようにしたＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
   ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋０．９７≦ｄ/λ
   ≦ｒ×ｓ×（φ−θ）／３６０−１．２×（Ｌ/λ）＋１．３７ （１）
   （定義）
   ・長さＬ：線状のアンテナ素子上に任意の２点ｉ、ｊを選び、点ｉから点ｊに向かうベクトルＶijに対して、アンテナ素子に沿う点ｉから点ｊへの経路の進行方向の向きとベクトルＶijの向きのなす角度が経路内の全ての点で±９０°以内であるときに、点ｉと点ｊは戻らずに繋がっているとし、このように戻らずに繋がっている任意の２点ｉ、ｊの組み合わせのうち、２点ｉ、ｊ間の直線距離が最も長くなる２点を長さ方向の両端の点ａ１、ａ２として、これらの点ａ１、ａ２間のアンテナ素子に沿う最短経路の長さをアンテナ素子の長さＬとする。
   ・幅Ｗ：長さＬの定義における両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線と垂直方向（幅方向）に平行な任意の直線上にアンテナ素子の複数の点があるときに、これらの複数の点のうちの幅方向の距離が最も長くなる２点を幅方向の両端の点ｂ１、ｂ２として、これらの点ｂ１、ｂ２間のアンテナ素子に沿う最短経路の長さ、点ｂ１、ｂ２間の直線距離のπ／２倍の長さ、および長さＬのうちの最小値をｗ１とし、両端の点ａ１、ａ２を結ぶ直線と平行で、アンテナ素子と交わる任意の２本の直線について、これらの２直線間の距離の最大値と長さＬのうちの小さい方の値をｗ２としたときに、ｗ１とｗ２のうちの大きい方の値をアンテナ素子の幅Ｗとする。
   ・重心Ｇ：長さＬの定義における両端の点ａ１、ａ２間の全ての最短経路に存在する素線の重心をアンテナ素子の重心Ｇとする。
   ・回転パラメータｒ：リーダのアンテナからの電波における回転する円偏波の割合を回転パラメータｒとする。電波が円偏波のときはｒ＝１、直線偏波のときはｒ＝０、楕円偏波のときは０＜ｒ＜１となる。
   ・形状パラメータｓ：上記のように定義したアンテナ素子の長さＬと幅Ｗとの比Ｌ／Ｗ（≧１）によって決まる形状に関するパラメータで、Ｌ≧２Ｗのときはｓ＝１、Ｌ＝Ｗのときはｓ＝０、Ｗ＜Ｌ＜２Ｗのときはｓ＝（Ｌ−Ｗ）／Ｗとする。
2. 前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心と前記アンテナ素子の重心Ｇとを結ぶアンテナ重心線と、前記点ａ１、ａ２を結ぶ線分ａ１ａ２とを含む平面内における、前記アンテナ重心線と前記線分ａ１ａ２とのなす角の余角ξを０〜６０°の範囲とした請求項１に記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
3. 前記ＲＦＩＤタグのアンテナが長手方向の向きを有するものとし、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心と前記アンテナ素子の重心Ｇとを結ぶアンテナ重心線と、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの長手方向に沿ったアンテナ長手直線とを含む平面内における、前記アンテナ重心線と前記アンテナ長手直線とのなす角の余角ηを０〜６０°の範囲とした請求項１または２に記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
4. 前記ＲＦＩＤタグのアンテナの重心から、前記アンテナ素子を配置した面までの距離ｚと、前記リーダのアンテナからの電波の波長λとの比ｚ／λが、０〜０．３の範囲に入るようにした請求項１乃至３のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
5. 前記ＲＦＩＤタグが電波を透過するケースに収納された物品または前記ケースに装着され、前記アンテナ素子が前記ケースに装着されて配置されるものである請求項１乃至４のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
6. 前記電波を透過するケースを段ボール箱とした請求項５に記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
7. 前記アンテナ素子を、前記段ボール箱を形成する段ボールシートのフラップ部、継ぎ代部または継ぎ代の延長部の、段ボールシートとの重ね面側に装着した請求項６に記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
8. 前記アンテナ素子を、前記ケースの副資材に装着した請求項５または６に記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。
9. 前記アンテナ素子を、導電インクまたは導電ペーストを塗工して形成したものとした請求項５乃至８のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ用ブースタアンテナ。

Images