JP2006101080A - 無線タグ通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 無線タグとの相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置を提供する。
【解決手段】 所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子18から成り、送信信号の偏波面及び指向性を制御し得るアンテナ54と、そのアンテナ54から送信される送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信ウェイト制御部36とを、有することから、通信対象である無線タグ14がどのような相対位置に配置された場合であっても、その無線タグ14に対して送信信号の偏波面及び指向性を合わせることができる。すなわち、無線タグ14との相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置12を提供することができる。
【選択図】 図2
【解決手段】 所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子18から成り、送信信号の偏波面及び指向性を制御し得るアンテナ54と、そのアンテナ54から送信される送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信ウェイト制御部36とを、有することから、通信対象である無線タグ14がどのような相対位置に配置された場合であっても、その無線タグ14に対して送信信号の偏波面及び指向性を合わせることができる。すなわち、無線タグ14との相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置12を提供することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、無線にて情報の書き込みや読み出しができる無線タグとの間で通信を行う無線タグ通信装置の改良に関する。
所定の情報が記憶された小型の無線タグ(応答器)から所定の無線タグ通信装置(質問器)により非接触にて情報の読み出しを行うRFID(Radio Frequency Identification)システムが知られている。このRFIDシステムは、無線タグが汚れている場合や見えない位置に配置されている場合であっても無線タグ通信装置との通信によりその無線タグに記憶された情報を読み出すことが可能であることから、商品管理や検査工程等の様々な分野において実用が期待されている。
ところで、通常、前記無線タグ通信装置は、前記無線タグに向けて所定の送信信号(搬送波)を送信アンテナにより送信すると共に、その送信信号を受信した無線タグから返信される返信信号(反射波)を受信アンテナ(送信アンテナと共通の態様もある)により受信することでその無線タグとの間で情報の通信を行うが、その無線タグとの相対位置関係によっては通信感度が著しく低下するという不具合があった。すなわち、前記無線タグ通信装置に備えられた受信アンテナの偏波面(電界成分の振動する面)が前記無線タグからの反射波の偏波面に対して垂直を成す場合には、その反射波をほとんど受信することができなかった。この不具合に関して、例えば、特許文献1に記載されたアレイアンテナ装置が提案されている。この技術によれば、複数の垂直偏波及び水平偏波アンテナにより受信された受信信号をディジタル信号に変換し、ウェイト設定値を乗算して位相を調整し且つ乗算値を加算して複数の偏波ビームを形成することで、受信時に同時に複数の偏波を形成できることから、通信対象のアンテナの偏波への整合が可能とされ、その偏波面の相対角度に関係なく高感度の通信が実現できるとされている。
しかし、前記従来の技術は、レーダー装置等に組み込まれることを前提としたものであり、相対位置関係による通信感度の変動が著しい無線タグを通信対象とするRFID通信では、その無線タグからの反射波の偏波面に対して前記アレイアンテナの偏波面が必ずしも好適な角度をとらないことから、通信感度が低下する可能性を解消できなかった。このため、前記無線タグとの相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置の開発が求められていた。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、無線タグとの相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置を提供することにある。
斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、所定の無線タグに向けて送信信号を送信すると共に、その送信信号に応じてその無線タグから返信される返信信号を受信してその無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子から成り、前記送信信号の偏波面及び指向性を制御し得る送信アンテナと、その送信アンテナから送信される前記送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信制御部とを、有することを特徴とするものである。
このようにすれば、所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子から成り、前記送信信号の偏波面及び指向性を制御し得る送信アンテナと、その送信アンテナから送信される前記送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信制御部とを、有することから、通信対象である無線タグがどのような相対位置に配置された場合であっても、その無線タグに対して前記送信信号の偏波面及び指向性を合わせることができる。すなわち、無線タグとの相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置を提供することができる。
ここで、好適には、所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子から成り、前記無線タグからの返信信号に適するように偏波面及び指向性を制御して受信し得る受信アンテナと、その受信アンテナの偏波面及び指向性をアダプティブアレイ処理により制御する受信制御部とを、有するものである。このようにすれば、通信対象である無線タグの返信信号に最適な偏波面及び指向性で受信できる。
また、好適には、前記送信制御部は、前記送信アンテナから送信される送信信号が垂直偏波、水平偏波、及び円偏波の何れかとなるように制御するものである。このようにすれば、通信対象である無線タグがどのような相対位置に配置された場合であっても、その無線タグに対する前記送信信号の偏波面による感度変動を減少させることができる。
また、好適には、前記受信アンテナにより受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部を有し、前記送信制御部は、先ず、前記送信アンテナにより送信される送信信号の指向性を広角とし、前記受信品質判定部の判定が否定される場合には、前記受信信号のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換えるものである。このようにすれば、前記送信信号を通信対象である無線タグに適した偏波面及び指向性で送信することができる。
また、好適には、前記受信アンテナにより受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部を有し、前記送信制御部は、先ず、前記送信アンテナにより送信される送信信号を第1の偏波とし、前記受信品質判定部の判定が否定される場合には、前記送信アンテナにより送信される送信信号を第2の偏波とするように切り換えるものである。このようにすれば、通信対象である無線タグとの間で更に高感度の通信を実現できる。
また、好適には、前記第1の偏波は、水平偏波及び垂直偏波の何れか一方であり、前記第2の偏波は、水平偏波及び垂直偏波のうち前記第1の偏波とは異なるものである。このようにすれば、前記送信制御部により、前記送信アンテナから送信される送信信号を水平偏波から垂直偏波へ、或いは垂直偏波から水平偏波へ切り換えることができ、実用的な態様で通信対象である無線タグとの間で高感度の通信を実現できる。
また、好適には、前記受信アンテナにより受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部を有し、前記送信制御部は、先ず、前記送信アンテナにより送信される送信信号を円偏波とし、前記受信品質判定部の判定が否定される場合には、前記受信信号のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換えるものである。このようにすれば、前記通信に要する処理時間を短縮することができる。
また、好適には、前記アンテナ素子は、直線偏波アンテナであり、直交するように配設された1対の直線偏波アンテナから成るアンテナ素子セットを複数組有するものである。このようにすれば、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができる。
また、好適には、前記複数の組のアンテナ素子セットは、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ同一平面内に配設されたものである。このようにすれば、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができる。
また、好適には、前記複数組のアンテナ素子セットは、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる直線偏波アンテナが他のアンテナ素子セットに含まれる対応する直線偏波アンテナと平行を成すように且つ同一平面内に配設されたものである。このようにすれば、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができる。
また、好適には、前記複数組のアンテナ素子セットは、所定数の第1アンテナ素子セット群が、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ同一の第1平面内に配設されると共に、所定数の第2アンテナ素子セット群が、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ前記第1平面と直交する同一の第2平面内に配設されたものである。このようにすれば、前記偏波面及び広い角度範囲で好適に指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができる。
また、好適には、前記アンテナ素子は、直線偏波アンテナであり、所定数の第1直線偏波アンテナ群が、第1平面内において互いに交差する1対の直線それぞれに沿って並ぶように配設されると共に、所定数の第2直線偏波アンテナ群が、前記第1平面と直交する第2平面内に互いに平行を成すように且つその第1平面に垂直を成すように配設されたものである。このようにすれば、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができ、特に前記第1平面に平行な偏波面での指向性制御範囲を広げることができる。
また、好適には、前記アンテナ素子は、直線偏波アンテナであり、所定数の第1直線偏波アンテナ群が、所定の第1直線に沿って並ぶように配設されると共に、所定数の第2直線偏波アンテナ群が、その第1直線と直交する平面内において互いに交差する第2直線及び第3直線それぞれに沿って並ぶように且つ配設されたものである。このようにすれば、前記偏波面及び第1直線と第2直線を含む平面で広い角度範囲で好適に指向性を制御でき、更に第3直線を含む平面でも指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができる。
また、好適には、前記アンテナ素子は、直線状のダイポールアンテナである。このようにすれば、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナを構成することができる。
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、前記送信アンテナ及び受信アンテナに共有される送受信共用のアンテナ素子である。このようにすれば、前記無線タグ通信装置のアンテナ構成を可及的に簡単なものとすることができる。
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例である無線タグ通信装置12を用いた通信システム10を説明する図である。この通信システム10は、本実施例の無線タグ通信装置12と、その無線タグ通信装置12の通信対象である単数乃至は複数(図1では単数)の無線タグ14とから構成される所謂RFID(Radio Frequency IDentification)システムであり、上記無線タグ通信装置12はそのRFIDシステムの質問器として、上記無線タグ14は応答器としてそれぞれ機能する。すなわち、上記無線タグ通信装置12から質問波Fc(送信信号)が上記無線タグ14に向けて送信されると、その質問波Fcを受信した上記無線タグ14において所定の情報信号(データ)によりその質問波Fcが変調され、応答波Fr(返信信号)として上記無線タグ通信装置12に向けて返信されることで、その無線タグ通信装置12と無線タグ14との間で情報の通信が行われる。
図2は、上記無線タグ通信装置12の構成を説明する図である。この図2に示すように、本実施例の無線タグ通信装置12は、上記無線タグ14に対する情報の読み書き等を実行するためにその無線タグ14との間で情報の通信を行うものであり、送信信号をディジタル信号として出力したり、上記無線タグ14からの返信信号を復調する等のディジタル信号処理を実行するDSP(Digital Signal Processor)16と、そのDSP16により出力された送信信号を上記無線タグ14に向けて送信すると共に、その送信信号に応じてその無線タグ14から返信される返信信号を受信するための複数(図2では6本)のアンテナ素子18a乃至18f(以下、特に区別しない場合には単にアンテナ素子18と称する)と、上記DSP16により出力された送信信号をアナログ信号に変換する等して対応するアンテナ素子18に供給すると共に、そのアンテナ素子18により受信された受信信号をディジタル信号に変換する等して第2メモリ部26に供給する複数(図2では6個)の高周波送受信部20a乃至20f(以下、特に区別しない場合には単に高周波送受信部20と称する)と、それら高周波送受信部20に所定の周波数変換信号を供給する周波数変換信号出力部22と、上記DSP16によりAM変調された送信信号を一時的に記憶すると共に、上記DSP16からの指令に応じてそのDSP16にそれら受信信号を出力させる記憶装置である第1メモリ部24と、上記複数の高周波送受信部20から供給される受信信号を一時的に記憶すると共に、上記DSP16からの指令に応じてそのDSP16にそれら受信信号を出力させる記憶装置である第2メモリ部26とを、備えて構成されている。
上記DSP16は、CPU、ROM、及びRAM等から成り、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータシステムであり、前記無線タグ14への送信信号に対応するコマンドビット列を生成する送信ビット列生成部28と、その送信ビット列生成部28から出力されたディジタル信号をFSK方式で符号化するFSK符号化部30と、そのFSK符号化部30により符号化された信号をAM方式で変調して上記第1メモリ部24に供給するAM変調部32と、その第1メモリ部24から読み出される信号に所定の送信ウェイトを掛算して上記複数の高周波送受信部20に供給する送信ウェイト掛算部34と、その送信ウェイト掛算部34において掛算される送信ウェイトを制御する送信ウェイト制御部36と、上記メモリ部26から読み出される受信信号それぞれに所定の受信ウェイトを掛算する受信ウェイト掛算部38と、その受信ウェイト掛算部38において掛算される受信ウェイトを制御すると共に必要に応じて上記送信ウェイト制御部36に収束した受信ウェイトを供給する受信ウェイトアダプティブ制御部40と、その受信ウェイトアダプティブ制御部40に所定の参照信号を供給する参照信号生成部42と、上記受信ウェイト掛算部38により所定の受信ウェイトが掛算された受信信号をAM方式で復調してAM復調波を検出するAM復調部44と、そのAM復調部44により復調されたAM復調波をFSK方式で復号するFSK復号部46と、そのFSK復号部46により復号された復号信号を解釈して前記無線タグ14の変調に関する情報信号を読み出す返答ビット列解釈部48と、上記AM復調部44から出力されるAM復調波に基づいて受信信号強度を検出する受信信号強度検出部50とを、機能的に備えている。この受信信号強度検出部50は、後述するアンテナ54により受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部として機能し、例えば、受信信号強度が所定値以上である場合には、その受信信号が所定の品質を有すると判断する。
図3は、前記アンテナ素子18が組み合わされて構成されたアンテナ素子セット52を例示する図である。前記アンテナ素子18は、例えば、所定の偏波面を有する電波を効率よく受信する直線偏波アンテナであり、好適には、直線状のダイポールアンテナである。図3に示すように、前記無線タグ通信装置12では、1対のアンテナ素子18である前記アンテナ素子18a及び18bが互いに直交するように十字型に組み合わされたアンテナ素子セット52aとして配設されている。このような相対位置関係にて配設されることで、水平方向に配設されたアンテナ素子18aが水平偏波を送信する一方、垂直方向に配設されたアンテナ素子18bが垂直偏波を送信する。また、前記アンテナ素子18aが水平偏波を効率よく受信する一方、前記アンテナ素子18bが垂直偏波を効率よく受信する。
図4は、前記無線タグ通信装置12に備えられた送受信共用のアンテナ54を例示する図である。本実施例の無線タグ通信装置12では、上述した図3に示すように、互いに直交するように配設された前記アンテナ素子18a及び18bからアンテナ素子セット52aが、前記アンテナ素子18c及び18dからアンテナ素子セット52bが、前記アンテナ素子18e及び18fからアンテナ素子セット52cがそれぞれ構成され、それらアンテナ素子セット52a、52b、52c(以下、特に区別しない場合には単にアンテナ素子セット52と称する)それぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナすなわち水平方向に配設されたアンテナ素子18a、18c、18eが一直線に沿って並ぶように且つ同一平面内に配設されることで、前記送信信号の偏波面及び指向性を制御し得る送信アンテナとして機能すると共に、前記無線タグ14からの返信信号に適するように偏波面及び指向性を制御して受信し得る受信アンテナとして機能するアンテナ54を構成している。
図5は、前記高周波送受信部20の構成を説明する図である。この図5に示すように、前記高周波送受信部20は、前記DSP16から供給されるディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部56と、そのD/A変換部56によりアナログ信号に変換された信号に前記周波数変換信号出力部22から供給される周波数変換信号を掛け合わせることでアップコンバートするアップコンバータ58と、そのアップコンバータ58から出力される信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる送信信号BPF(Band Pass Filter)60と、その送信信号BPF60から出力される送信信号を対応するアンテナ素子18に供給すると共に、そのアンテナ素子18により受信された受信信号をダウンコンバータ64に供給する送受信分離部62と、その送受信分離部62から供給される受信信号に前記周波数変換信号出力部22から供給される周波数変換信号を掛け合わせることでダウンコンバートするダウンコンバータ64と、そのダウンコンバータ64から出力される信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる受信信号BPF66と、その受信信号BPFから出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して前記DSP16に供給するA/D変換部68とを、備えて構成されている。このような高周波送受信部20を介して対応するアンテナ素子18による送信信号の送信及びその送信信号に応じた前記無線タグ14からの返信信号の受信が行われるようになっている。
図6は、前記送信ウェイト掛算部34の構成を説明する図である。この図6に示すように、前記送信ウェイト掛算部34は、前記メモリ部24から読み出される信号に送信ウェイトWTXH0を掛算して水平偏波アンテナ出力TXDH0として前記高周波送受信部20aに供給する掛算部70aと、送信ウェイトWTXH1を掛算して水平偏波アンテナ出力TXDH1として前記高周波送受信部20cに供給する掛算部70cと、送信ウェイトWTXH2を掛算して水平偏波アンテナ出力TXDH2として前記高周波送受信部20eに供給する掛算部70eと、送信ウェイトWTXV0を掛算して垂直偏波アンテナ出力TXDV0として前記高周波送受信部20bに供給する掛算部70bと、送信ウェイトWTXV1を掛算して垂直偏波アンテナ出力TXDV1として前記高周波送受信部20dに供給する掛算部70dと、送信ウェイトWTXV2を掛算して垂直偏波アンテナ出力TXDV2として前記高周波送受信部20fに供給する掛算部70fとを、備えて構成されている。ここで、上記水平偏波アンテナ出力TXDH0、TXDH1、TXDH2は、それぞれ前記アンテナ素子18a、18c、18eから出力される。また、上記垂直偏波アンテナ出力TXDV0、TXDV1、TXDV2は、それぞれ前記アンテナ素子18b、18d、18fから出力される。
図7は、前記送信ウェイト掛算部34において掛け算される送信複素ウェイト設定値を例示する図である。この図7に示すように、前記送信ウェイト制御部36には、前記アンテナ54から送信される送信信号を垂直偏波、水平偏波、+45度方向の偏波、−45度方向の偏波、或いは円偏波とするための送信ウェイトWTXH0、WTXH1、WTXH2、WTXV0、WTXV1、WTXV2が予め記憶されており、前記アンテナ54から送信が所望される送信信号の態様にあわせて所定の送信ウェイトが読み出されて前記送信ウェイト掛算部34に供給されるようになっている。また、前記受信ウェイトアダプティブ制御部40において収束した受信AAAウェイトWRXH0、WRXH1、WRXH2、WRXV0、WRXV1、WRXV2が記憶されるようになっており、その収束した受信AAAウェイトに基づいて送信ウェイトを設定し得るようになっている。前記第1の偏波及び第2の偏波は、これら垂直偏波、水平偏波、+45度方向の偏波、−45度方向の偏波、及び円偏波のうちから任意の組み合わせで選択され、例えば、垂直偏波、+45度方向の偏波、水平偏波、−45度方向の偏波と順番に切り換えてゆくことで、前記無線タグ14を確実に検出することができる。このように、前記送信ウェイト制御部36は、送信アンテナとしての前記アンテナ54から送信される前記送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信制御部として機能する。
図8は、前記受信ウェイト掛算部38の構成を説明する図である。この図8に示すように、前記受信ウェイト掛算部38は、前記メモリ部26から読み出されるアンテナ素子18aからの水平偏波アンテナ入力RXDH0に受信ウェイトWRXH0を掛け合わせる掛算部72aと、アンテナ素子18cからの水平偏波アンテナ入力RXDH1に受信ウェイトWRXH1を掛け合わせる掛算部72cと、アンテナ素子18eからの水平偏波アンテナ入力RXDH2に受信ウェイトWRXH2を掛け合わせる掛算部72eと、アンテナ素子18bからの垂直偏波アンテナ入力RXDV0に受信ウェイトWRXV0を掛け合わせる掛算部72bと、アンテナ素子18dからの垂直偏波アンテナ入力RXDV1に受信ウェイトWRXV1を掛け合わせる掛算部72dと、アンテナ素子18fからの垂直偏波アンテナ入力RXDV2に受信ウェイトWRXV2を掛け合わせる掛算部72fと、上記掛算部72a乃至72fによりそれぞれ受信ウェイトが掛算された受信信号を合成して前記AM復調部44に供給する合成部74とを、備えて構成されている。この受信ウェイト掛算部38において掛算される受信ウェイトWRXH0、WRXH1、WRXH2、WRXV0、WRXV1、WRXV2は、前記参照信号生成部42から供給される参照信号に基づいて前記受信ウェイトアダプティブ制御部40によりAAA(Adaptive Array Antenna)処理によって求められる。すなわち、前記受信ウェイトアダプティブ制御部40は、受信アンテナとしての前記アンテナ54の偏波面及び指向性をアダプティブアレイ処理により制御する受信制御部として機能する。
ここで、好適には、前記送信ウェイト制御部36は、先ず、前記アンテナ54により送信される送信信号の指向性を広角とする。例えば、前記アンテナ54に備えられた3組のアンテナ素子セット52のうち、中央に配設されたアンテナ素子セット52bのアンテナ素子18dから垂直偏波である送信信号を送信するように制御する。この際、アンテナ素子18c及び残りの2組のアンテナ素子セット52a及び52cから送信信号は送信されない。この送信動作により送信された送信信号に応じて前記無線タグ14から返信された返信信号が受信され、その受信信号に関して受信品質判定部の判定が否定される場合、すなわち前記受信信号強度検出部50により検出される受信信号強度が所定値未満である場合には、前記アンテナ54により送信される送信信号の偏波面を切り替える。例えば、前記アンテナ54に備えられた3組のアンテナ素子セット52のうち、中央に配設されたアンテナ素子セット52bのアンテナ素子18cから水平偏波である送信信号を送信するように制御する。この際、アンテナ素子18d及び残りの2組のアンテナ素子セット52a及び52cから送信信号は送信されない。この送信動作により送信された送信信号に応じて前記無線タグ14から返信された返信信号が受信され、その受信信号に関して更に判定が否定される場合には、上記受信ウェイトアダプティブ制御部40のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換える。例えば、1回目の送信と2回目の送信とで前記受信信号強度検出部50により検出される受信信号強度が高かった方のAAA収束ウェイトが送信ウェイトとして設定され、前記アンテナ54に備えられた3組のアンテナ素子セット52a、52b、52cを用いて所定の偏波面及び指向性を有する送信信号を送信するように制御する。
図9は、前記無線タグ14の構成を説明する図である。この図9に示すように、前記無線タグ14は、前記無線タグ通信装置12との間で信号の送受信を行うためのアンテナ部76と、そのアンテナ部76により受信された信号を処理するためのIC回路部78とを、備えて構成されている。そのIC回路部78は、上記アンテナ部76により受信された質問波Fcを整流する整流部80と、その整流部80により整流された質問波Fcのエネルギを蓄積するための電源部82と、上記アンテナ部76により受信された搬送波からクロック信号を抽出して制御部90に供給するクロック抽出部84と、所定の情報信号を記憶し得る情報記憶部として機能するメモリ部86と、上記アンテナ部76に接続されて信号の変調及び復調を行う変復調部88と、上記整流部80、クロック抽出部84、及び変復調部88等を介して上記無線タグ14の作動を制御するための制御部90とを、機能的に含んでいる。この制御部90は、前記無線タグ通信装置12との間で通信を行うことにより上記メモリ部86に上記所定の情報を記憶する制御や、上記アンテナ部76により受信された質問波Fcを上記変復調部88において上記メモリ部86に記憶された情報信号に基づいて変調したうえで応答波Frとして上記アンテナ部76から反射返信する制御等の基本的な制御を実行する。
図10は、前記無線タグ通信装置12による前記無線タグ14とのRFID(Radio Frequency Identification)通信制御について説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。
先ず、前記送信ビット列生成部28及びFSK符号化部30の動作に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S1において、前記無線タグ14への送信信号に対応するコマンドビット列が生成され、そのコマンドビット列がFSK方式(パルス幅変調等であってもよく、FSK方式には限定されない)で符号化される。次に、前記AM変調部32の動作に対応するS2において、S1にて生成され符号化された信号がAM方式で変調される。次に、S3において、S2にて変調された信号が前記第1メモリ部24に書き込まれる。次に、前記送信ウェイト制御部36の動作に対応するSAにおいて、図11に示す送信ウェイト設定制御が行われる。次に、前記受信ウェイトアダプティブ制御部40の動作に対応するSBにおいて、図12に示すAAA処理制御が行われる。次に、S4において、図12に示すSB7にて正常な復号が行われたか否かが判断される。このS4の判断が否定される場合には、SA以下の処理が再び実行されるが、S4の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられる。
図11に示す送信ウェイト設定制御では、先ず、SA1において、1回目の処理であるか否かが判断される。このSA1の判断が肯定される場合には、SA2において、前記送信信号を無指向性の垂直偏波とする送信ウェイトが設定された後、図10に示す制御に復帰させられるが、SA1の判断が否定される場合には、SA3において、2回目の処理であるか否かが判断される。このSA3の判断が肯定される場合には、SA4において、前記送信信号を比較的幅広の指向性を有する水平偏波とする送信ウェイトが設定された後、図10に示す制御に復帰させられるが、SA3の判断が否定される場合には、SA5において、3回目の処理であるか否かが判断される。このSA5の判断が肯定される場合には、SA6において、1回目の処理と2回目の処理とで前記受信信号強度検出部50により検出される受信信号強度が大きかった方におけるAAA収束ウェイトが送信ウェイトとして設定された後、図10に示す制御に復帰させられるが、SA5の判断が否定される場合には、それをもってエラー終了させられる。
図12に示すAAA処理制御では、先ず、SB1において、前記第2メモリ部26から受信信号が読み出される。次に、SB2において、SB1にて読み出された受信信号に前記受信ウェイト掛算部38により所定の受信ウェイトが掛算され、合成出力Yが計算される。次に、SB3において、誤差信号すなわちSB2にて計算された合成出力Yと前記参照信号生成部42から出力される参照信号との差が求められる。次に、SB4において、SB3にて求められた誤差信号等がウェイト更新のための所定の漸化式に代入され、受信ウェイトの設定値が更新される。次に、SB5において、ウェイトが収束したか否かが判断される。このSB5の判断が否定される場合には、SB1以下の処理が再び実行されるが、SB5の判断が肯定される場合には、前記AM復調部44の動作に対応するSB6において、SB2にて出力された合成信号がAM方式で復調される。そして、前記FSK復号部46の動作に対応するSB7において、収束したウェイトが掛算された受信信号がFSK方式で復号された後、図10に示す制御に復帰させられる。
このように、本実施例によれば、所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子18から成り、前記送信信号の偏波面及び指向性を制御し得る送信アンテナとして機能するアンテナ54と、そのアンテナ54から送信される前記送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信制御部として機能する送信ウェイト制御部36(SA)とを、有することから、通信対象である無線タグ14がどのような相対位置に配置された場合であっても、その無線タグ14に対して前記送信信号の偏波面及び指向性を合わせることができる。すなわち、無線タグ14との相対位置関係によらず高感度の通信を実現する無線タグ通信装置12を提供することができる。
また、所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子18から成り、前記無線タグ14からの返信信号に適するように偏波面及び指向性を制御して受信し得る受信アンテナとして機能するアンテナ54と、そのアンテナ54の偏波面及び指向性をアダプティブアレイ処理により制御する受信制御部として機能する受信ウェイトアダプティブ制御部40(SB)とを、有するものであるため、通信対象である無線タグ14の返信信号に最適な偏波面及び指向性で受信できる。
また、前記送信ウェイト制御部36は、前記アンテナ54から送信される送信信号が垂直偏波、水平偏波、及び円偏波の何れかとなるように制御するものであるため、通信対象である無線タグ14がどのような相対位置に配置された場合であっても、その無線タグ14に対する前記送信信号の偏波面による感度変動を減少させることができる。
また、前記アンテナ54により受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部として機能する受信信号強度検出部50を有し、前記送信ウェイト制御部36は、先ず、前記アンテナ54により送信される送信信号の指向性を広角とし、前記受信信号強度検出部50により検出される受信信号強度が所定値未満であると判定される場合には、前記受信信号のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換えるものであるため、前記送信信号を通信対象である無線タグ14に適した偏波面及び指向性で送信することができる。
また、前記送信ウェイト制御部36は、先ず、前記アンテナ54により送信される送信信号を第1の偏波である垂直偏波とし、前記受信信号強度検出部50により検出される受信信号強度が所定値未満であると判定される場合には、前記アンテナ54により送信される送信信号を第2の偏波である水平偏波とするように切り換えるものであるため、通信対象である無線タグ14との間で更に高感度の通信を実現できる。
また、前記アンテナ素子18は、直線偏波アンテナであり、直交するように配設された1対の直線偏波アンテナから成るアンテナ素子セット52を複数組有するものであるため、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナ54を構成することができる。
また、前記アンテナ素子18は、直線状のダイポールアンテナであるため、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナ54を構成することができる。
また、前記複数の組のアンテナ素子セット52は、それらアンテナ素子セット52それぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ同一平面内に配設されたものであるため、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナ54を構成することができる。
また、前記複数のアンテナ素子18は、送信アンテナ及び受信アンテナとして機能するアンテナ54において送受信に共有される送受信共用のアンテナ素子であるため、前記無線タグ通信装置12のアンテナ構成を可及的に簡単なものとすることができる。
続いて、本発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述の実施例と重複する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。また、前記無線タグ通信装置12の基本的な構成は共通するため、その説明を省略する。
図13は、前述した図10に示すRFID通信制御において、図11に示す制御の代替として実行される送信ウェイト設定制御を説明するフローチャートである。この図13に示す送信ウェイト設定制御では、先ず、SA7において、1回目の処理であるか否かが判断される。このSA7の判断が肯定される場合には、SA8において、前記送信信号を円偏波とする送信ウェイトが設定された後、図10に示す制御に復帰させられるが、SA7の判断が否定される場合には、SA9において、2回目の処理であるか否かが判断される。このSA9の判断が肯定される場合には、SA10において、先の受信信号処理におけるAAA収束ウェイトが送信ウェイトとして設定された後、図10に示す制御に復帰させられるが、SA10の判断が否定される場合には、それをもってエラー終了させられる。
このように、本第2実施例によれば、前記送信ウェイト制御部36は、先ず、前記アンテナ54により送信される送信信号を円偏波とし、前記受信信号強度検出部50により検出される受信信号強度が所定値未満であると判定される場合には、前記受信ウェイトアダプティブ制御部40による前記受信信号のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換えるものであるため、前記通信に要する処理時間を短縮することができる。
図14は、前述した図4に示すアンテナ54の代替として前記無線タグ通信装置12に設けられるアンテナ92を示す図である。本実施例の無線タグ通信装置12では、図14に示すように、1対の前記アンテナ素子18a及び18bが互いに直交するように×字型に組み合わされたアンテナ素子セット52aとして、前記アンテナ素子18c及び18dが互いに直交するように×字型に組み合わされたアンテナ素子セット52bとして、前記アンテナ素子18e及び18fが互いに直交するように×字型に組み合わされたアンテナ素子セット52cとして配設されており、それら3組のアンテナ素子セット52それぞれに含まれる直線偏波アンテナが他のアンテナ素子セット52に含まれる対応する直線偏波アンテナと平行を成すように且つ同一平面内に配設されて送受信共用のアンテナ92が構成されている。すなわち、前記アンテナ素子18a、18c、18eが互いに平行を成すように配設されると共に、前記アンテナ素子18b、18d、18fが互いに平行を成すように配設されている。このように構成されたアンテナ92では、前述した図4に示すように十字型に配設されたアンテナ54とは送信信号及び受信信号に掛算されるべきウェイトは異なるが、斯かるアンテナ54と同様に前記偏波面及び指向性を制御することができる。
このように、本第3実施例によれば、前記複数組のアンテナ素子セット52は、それらアンテナ素子セット52それぞれに含まれる直線偏波アンテナが他のアンテナ素子セット52に含まれる対応する直線偏波アンテナと平行を成すように且つ同一平面内に配設されたものであるため、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナ92を構成することができる。
図15は、前述した図4に示すアンテナ54の代替として前記無線タグ通信装置12に設けられる更に別のアンテナ94を示す図である。本実施例の無線タグ通信装置12に備えられたアンテナ94は、図15に示すように、6組のアンテナ素子セット52a乃至52fから構成されたものであり、それら6組のうち2組のアンテナ素子セット52b及び52eは、1本のアンテナ素子18を共有している。斯かるアンテナ94では、3組の第1アンテナ素子セット群すなわちアンテナ素子セット52a乃至52cが、それらアンテナ素子セット52それぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線(図15におけるy軸)に沿って並ぶように且つ同一の第1平面(図15におけるyz平面)内に配設されると共に、所定数の第2アンテナ素子セット群すなわちアンテナ素子セット52d乃至52fが、それらアンテナ素子セット52それぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線(図15におけるx軸)に沿って並ぶように且つ前記第1平面と直交する同一の第2平面(図15におけるxz平面)内に配設されたものである。また、図17は、図16に示すアンテナ94の変形例であり、上記6組のアンテナ素子セット52a乃至52fのうち2組のアンテナ素子セット52c及び52fが1本のアンテナ素子18を共有する態様である。このように、本第4実施例によれば、前記偏波面及び広い角度範囲で好適に指向性を制御し得る実用的なアンテナ94を構成することができる。
図17は、前述した図4に示すアンテナ54の代替として前記無線タグ通信装置12に設けられる更に別のアンテナ96を示す図である。本実施例の無線タグ通信装置12に備えられたアンテナ96は、図17に示すように、それぞれ直線状のダイポールアンテナである9本のアンテナ素子18a乃至18iから構成されるものであり、6本の第1ダイポールアンテナ群すなわちアンテナ素子18a乃至18fが、第1平面(図17ではxy平面)内において互いに交差する1対の直線それぞれに沿って並ぶように配設されている。具体的には、前記アンテナ素子18a乃至18cが一直線に沿って並ぶように配設されると共に、前記アンテナ素子18d乃至18fがその一直線に交差する他の直線に沿って並ぶように配設されている。また、3本の第2ダイポールアンテナ群すなわちアンテナ素子18g乃至18iが、前記第1平面と直交する第2平面(図17ではyz平面)内に互いに平行を成すように且つその第1平面に垂直を成すように配設されたものである。このように、本第5実施例によれば、前記偏波面及び指向性を制御し得る実用的なアンテナ96を構成することができ、特に前記第1平面に平行な偏波面での指向性制御範囲を広げることができる。
図18は、前述した図4に示すアンテナ54の代替として前記無線タグ通信装置12に設けられる更に別のアンテナ98を示す図である。本実施例の無線タグ通信装置12に備えられたアンテナ98は、図18に示すように、12組のアンテナ素子セット52a乃至52lから構成されたものであり、図15のアンテナ94を三次元的に拡張したものである。すなわち、第1直線(図18ではy軸)上、第2直線(図18ではx軸)上に加え、第3直線(図18ではz軸)上にもアンテナ素子セット52g乃至52lが配設される。それらのアンテナ素子セットのうち52hは第1直線上のアンテナ素子セット52bと共用であり、52kは第3直線上のアンテナ素子セット52eと共用である。また、アンテナ素子セット52g及び52j、52i及び52lは、それぞれ1本のアンテナ素子18を共有している。このように、本第6実施例によれば、前記偏波面及び第1直線と第2直線を含む平面で広い角度範囲で好適に指向性を制御でき、更に第3直線を含む平面でも指向性を制御し得る実用的なアンテナ98を構成することができる。
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
例えば、前述の実施例では、図4に示すように、1対のアンテナ素子18が十字型を成すように配設されたり、図14に示すように、1対のアンテナ素子18が×字型を成すように配設されたアンテナの構成例を説明したが、所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子から成り、前記偏波面及び指向性を制御し得るアンテナであればよく、例えば、T字型、ハの字型、或いは扇型を成すように配設された複数の直線偏波アンテナ素子から成るアンテナが本実施例の無線タグ通信装置に備えられていても構わない。
また、前述の実施例では、直線状のダイポールアンテナであるアンテナ素子18を用いた構成を説明したが、例えば、パッチアンテナ等の平面アンテナを備えたものであってもよく、アンテナ素子の態様は特に問わない。
また、前述の実施例において、前記送信ウェイト掛算部34、送信ウェイト制御部36、受信ウェイト掛算部38、及び受信ウェイトアダプティブ制御部40等は、前記DSP16の制御機能として設けられたものであったが、そのDSP16とは別体の制御装置として備えられるものであっても構わない。また、それらの制御部による処理は、ディジタル信号処理によるものであると、アナログ信号処理によるものであるとを問わない。
また、前述の実施例では、前記受信信号強度検出部50を受信品質判定部として有するものであったが、例えば、前記FSK復号部46による前記受信信号の復号品質が所定範囲内であるか否かを判定するエラー判定部等を受信品質判定部として備えるものであっても構わない。
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
12:無線タグ通信装置
14:無線タグ
18:アンテナ素子
36:送信ウェイト制御部(送信制御部)
40:受信ウェイトアダプティブ制御部(受信制御部)
50:受信信号強度検出部(受信品質判定部)
52:アンテナ素子セット
54、92、94、96、98:アンテナ
14:無線タグ
18:アンテナ素子
36:送信ウェイト制御部(送信制御部)
40:受信ウェイトアダプティブ制御部(受信制御部)
50:受信信号強度検出部(受信品質判定部)
52:アンテナ素子セット
54、92、94、96、98:アンテナ
Claims (15)
- 所定の無線タグに向けて送信信号を送信すると共に、該送信信号に応じて該無線タグから返信される返信信号を受信して該無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、
所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子から成り、前記送信信号の偏波面及び指向性を制御し得る送信アンテナと、
該送信アンテナから送信される前記送信信号の偏波面及び指向性を制御する送信制御部と
を、有することを特徴とする無線タグ通信装置。 - 所定の相対位置関係にて配設された複数のアンテナ素子から成り、前記無線タグからの返信信号に適するように偏波面及び指向性を制御して受信し得る受信アンテナと、
該受信アンテナの偏波面及び指向性をアダプティブアレイ処理により制御する受信制御部と
を、有するものである請求項1の無線タグ通信装置。 - 前記送信制御部は、前記送信アンテナから送信される送信信号が垂直偏波、水平偏波、及び円偏波の何れかとなるように制御するものである請求項1又は2の無線タグ通信装置。
- 前記受信アンテナにより受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部を有し、
前記送信制御部は、先ず、前記送信アンテナにより送信される送信信号の指向性を広角とし、前記受信品質判定部の判定が否定される場合には、前記受信信号のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換えるものである請求項2又は3の無線タグ通信装置。 - 前記受信アンテナにより受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部を有し、
前記送信制御部は、先ず、前記送信アンテナにより送信される送信信号を第1の偏波とし、前記受信品質判定部の判定が否定される場合には、前記送信アンテナにより送信される送信信号を第2の偏波とするように切り換えるものである請求項2から4の何れかの無線タグ通信装置。 - 前記第1の偏波は、水平偏波及び垂直偏波の何れか一方であり、前記第2の偏波は、水平偏波及び垂直偏波のうち前記第1の偏波とは異なるものである請求項5の無線タグ通信装置。
- 前記受信アンテナにより受信される受信信号が所定の品質を有するか否かを判定する受信品質判定部を有し、
前記送信制御部は、先ず、前記送信アンテナにより送信される送信信号を円偏波とし、前記受信品質判定部の判定が否定される場合には、前記受信信号のアダプティブ処理の結果に基づき前記送信信号の偏波面及び指向性を制御するように切り換えるものである請求項2又は3の無線タグ通信装置。 - 前記アンテナ素子は、直線偏波アンテナであり、偏波面が直交するように配設された1対の直線偏波アンテナから成るアンテナ素子セットを複数組有するものである請求項1から7の何れかの無線タグ通信装置。
- 前記複数の組のアンテナ素子セットは、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ同一平面内に配設されたものである請求項8の無線タグ通信装置。
- 前記複数組のアンテナ素子セットは、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる直線偏波アンテナが他のアンテナ素子セットに含まれる対応する直線偏波アンテナと平行を成すように且つ同一平面内に配設されたものである請求項8の無線タグ通信装置。
- 前記複数組のアンテナ素子セットは、所定数の第1アンテナ素子セット群が、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ同一の第1平面内に配設されると共に、所定数の第2アンテナ素子セット群が、それらアンテナ素子セットそれぞれに含まれる一方の直線偏波アンテナが一直線に沿って並ぶように且つ前記第1平面と直交する同一の第2平面内に配設されたものである請求項8の無線タグ通信装置。
- 前記アンテナ素子は、直線偏波アンテナであり、所定数の第1直線偏波アンテナ群が、第1平面内において互いに交差する1対の直線それぞれに沿って並ぶように配設されると共に、所定数の第2直線偏波アンテナ群が、前記第1平面と直交する第2平面内に互いに平行を成すように且つ該第1平面に垂直を成すように配設されたものである請求項1から7の何れかの無線タグ通信装置。
- 前記アンテナ素子は、直線偏波アンテナであり、所定数の第1直線偏波アンテナ群が、所定の第1直線に沿ってに並ぶように配設されると共に、所定数の第2直線偏波アンテナ群が、該第1直線と直交する平面内において互いに交差する第2直線及び第3直線それぞれに沿って並ぶように且つ配設されたものである請求項1から7の何れかの無線タグ通信装置。
- 前記アンテナ素子は、直線状のダイポールアンテナである請求項1から13の何れかの無線タグ通信装置。
- 前記複数のアンテナ素子は、前記送信アンテナ及び受信アンテナに共有される送受信共用のアンテナ素子である請求項2から14の何れかの無線タグ通信装置。
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