JP4516029B2 - リーダライタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線識別システムを構成するリーダライタ装置に関する。

従来の無線識別システムのリーダライタ装置において、送信信号が受信回路に漏洩した場合に生じる受信感度劣化を防ぐために、漏洩信号相殺回路を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この漏洩信号相殺回路は、カプラで送信信号の一部を取り出し、送信部から受信部に漏れ込む漏洩信号と等振幅、逆相になるように、取り出した信号の振幅と位相を可変減衰器と移相器で調整し、生成した相殺信号を受信信号と合成して漏洩信号を相殺するものである。

また、取り出した信号の振幅と位相を直交変調器で調整することにより、漏洩信号と等振幅、逆相の相殺信号を生成し、受信信号と合成して漏洩信号を相殺する漏洩信号相殺回路も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。さらに、この非特許文献１では、漏洩信号の変動に追従するように帰還ループを構成することにより、安定して漏洩信号を相殺できる回路も提案されている。

この提案された回路は、次のような動作を行うものである。まず、相殺信号を生成して漏洩信号を相殺した後の受信信号を、直交ミクサで直交復調する。この直交ミクサのＬＯ（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：局部発振）端子には、送信信号の一部を取り出した信号が入力されている。直交ミクサが出力するベースバンドＩ、Ｑ信号の利得を調整し、直交変調器のＩ、Ｑ端子に入力する。すると、相殺信号の合成で相殺しきれなかった漏洩信号は、送信信号の一部を取り出した信号により直交ミクサでＩ、Ｑ信号に分解される。

送信信号の一部を取り出した同じ信号から相殺信号を生成している直交変調器のＩ、Ｑ信号に、相殺しきれなかった漏洩信号のＩ、Ｑ信号を加えることで、漏洩信号がさらに相殺されるようになる。漏洩信号の振幅や位相が変化して漏洩信号が十分に相殺できなくなったときも、同様の動作により漏洩信号の変動に追従して、漏洩信号がさらに相殺される。

非特許文献１に示された従来の漏洩信号相殺回路は、帰還制御によって漏洩信号の変動には追従できる。しかしながら、このような回路では、相殺信号を求めるためには必ず直交ミクサを介することが必要である。ここで、帰還制御が働いて漏洩信号を十分に相殺するまでは大きな漏洩信号が直交ミクサに入力されることから、非特許文献１に示された構成では、大電力の入力に耐えるような高価な直交ミクサを使わなければならない。

また、このような大電力の入力に耐える必要があるという点においては、非特許文献１の図１に示された回路におけるミクサや、特許文献１における受信機を構成する増幅器および復調器(ミクサ)においても同様であり、装置が高価となる。そこで、漏洩信号相殺回路と、直交ミクサ、周波数変換用ミクサ、増幅器あるいは復調器との間に保護用スイッチを設けた構成が考えられる。このような構成を有することにより、帰還制御が働いて、後段の回路を破壊しない程度に漏洩信号を相殺するまでは、保護用スイッチを開放して入力する漏洩信号電力を低く抑え、その後に、保護用スイッチを短絡することができる。

また、従来のリーダライタ装置においては、２つのホモダイン検波を行う復調用ミクサを設けている（例えば、非特許文献２参照）。これは、ホモダイン検波において入力信号とＬＯ波の位相関係によっては、検波信号が出力されない場合があるためである。そこで、２つの復調用ミクサに入力する受信信号の位相は、同相とし、ＬＯ波を９０度の位相差を設けることで、どちらか一方の復調用ミクサから、必ず出力が得られるようにしている。

２つの復調用ミクサの出力信号レベルを、入力信号のレベルに応じた直流電圧を出力するＲＳＳＩ回路を用いて検出する。そして、この検出結果を制御部に取り込んで、レベルの高い方の復調ミクサの出力を選択して信号復調部に入力させる。これにより、どちらか一方の復調用ミクサから、復調により適した出力を得ることができる。

特開平１０−６２５１８号公報（第１頁、図１） Beasley他著「Solving the problems of a single antenna frequency modulated CW radar」Record of the IEEE 1990 International Radar Conference, 7-10 May 1990, P391〜395, Figure 1, Figure 2. 高山他著「ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダライタ装置のヌル点回避回路の効果」２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、講演番号Ｂ−５−１６６、図２。

上述の保護用スイッチは、後段の回路を保護するとともに、コストを低減するためには非常に有効な手段である。しかしながら、保護用スイッチを設けたリーダライタ装置には、以下のような課題がある。この従来装置において、アナログ回路で構成された漏洩信号相殺回路は、漏洩信号を完全に相殺することは困難である。このため、少なくとも保護用スイッチの後段の回路が破壊されないレベルまで低減されているとはいえ、保護用スイッチを短絡した瞬間に後段の回路へ入力する漏洩電力が一挙に増加する。

従って、非特許文献１の直交ミクサあるいはミクサ、そして、特許文献１における復調回路（ミクサ）に入力する漏洩電力は、一挙に増加する。図１６は、従来技術におけるリーダライタ装置内のミクサおよびＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：広域通過フィルタ）の出力電圧波形を示した図である。図１６（ａ）に示すように、保護用スイッチを短絡することにより、ミクサ出力における直流電圧の値、すなわち、ＤＣオフセットの値は、ステップ状に変化する。

一般に、これらのミクサの後段には、直流電圧を除去するためのＨＰＦが設けられている。このため、図１６（ｂ）に示すように、ＨＰＦ出力のＤＣオフセットの値は、瞬時的に大きな値となり、その後、少しずつ小さくなっていく。そして、図１６（ｃ）に示すように、このＤＣオフセットにリーダライタ装置の受信信号の復調結果が重畳した場合には、正しく復調できなくなる問題があった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、ミクサに入力する漏洩信号電力が大きく変化した場合にも、ミクサから出力されるＤＣオフセットの値を抑制し、受信信号であるＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：振幅シフトキーイング変調）変調波を正しく復調できるリーダライタ装置を得ることを目的とする。

本発明に係るリーダライタ装置は、ベースバンド信号を局部発振波により変調した送信信号を送信する送信部と、受信した受信信号と局部発振波とを乗算するホモダイン検波器を有し、ホモダイン検波器により抽出した検波出力信号を復調する受信部と、送信信号を送信するとともに受信信号を受信する送受信アンテナと、送信部で生成された送信信号を送受信アンテナに供給するとともに、送受信アンテナで受信された受信信号を取り出すサーキュレータとを備えたリーダライタ装置において、サーキュレータの前段の送信部内、またはサーキュレータの後段の受信部内に設けられ、送信信号の送信時に受信部へ漏洩する漏洩信号の位相を調整する位相調整手段をさらに備えたものである。

本発明のリーダライタ装置は、漏洩信号の位相を調整可能とする位相調整手段を設け、復調用ミクサに入力する漏洩信号の位相を調整することにより、ミクサに入力する漏洩信号電力が大きく変化した場合にも、ミクサから出力されるＤＣオフセットの値を抑制し、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調できるリーダライタ装置を得ることができる。

以下、本発明のリーダライタ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明のリーダライタ装置は、漏洩信号の位相を調整可能とする位相調整手段を設けることにより、安価でかつ漏洩信号の影響を抑制した復調性能を得ることができることを特徴とするものである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の構成図である。図１のリーダライタ装置は、従来装置と比較すると、移相器２０１および移相器制御回路２０２をさらに備えている点が異なっている。この移相器２０１および移相器制御回路２０２は、位相調整手段に相当する。

次に、図１の構成を有するリーダライタ装置の各構成要素について説明する。
まず始めに、送信部について説明する。局部発振器１０１は、搬送波である局部発振波を発振する発振器である。また、信号生成部１０２は、ベースバンド信号を出力する。ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：低域通過フィルタ）１０３は、信号生成部１０２からのベースバンド信号をろ波するためのフィルタである。

変調器１０４は、局部発振器１０１が出力する局部発振波と、ＬＰＦ１０３を通過後のベースバンド信号とを乗算して、変調信号を生成する。ＨＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：高出力増幅器）１０５は、変調器１０４で生成された変調信号を電力増幅する増幅器である。

移相器２０１は、後述するカプラ１０６ａを通過した増幅後の送信信号を受信し、その送信信号の位相を可変するための移相器である。移相器制御回路２０２は、移相器２０１の移相量を制御する回路である。さらに、サーキュレータ１０７は、アンテナ１０８に対して送信信号を供給するとともに、そのアンテナ１０８で受信した受信信号を受信部へ出力するためのサーキュレータである。

次に、受信部について説明する。アンテナ１０８およびサーキュレータ１０７を介して受信されたＡＳＫ変調波である受信信号は、漏洩信号相殺回路１０６に入力される。この漏洩信号相殺回路１０６は、カプラ１０６ａ、１０６ｂ、ベクトル変調器１０６ｃ、および制御回路１０６ｄで構成される。

カプラ１０６ａは、送信部におけるＨＰＡ１０５と移相器２０１との間に設けられており、増幅後の送信信号を取り出す。そして、ベクトル変調器１０６ｃは、カプラ１０６ａにより取り出された送信信号の振幅と位相を変えて相殺信号を生成し、カプラ１０６ｂに出力する。ここで、制御回路１０６ｄは、ベクトル変調器１０６ｃの振幅と位相の変化量を制御する。

カプラ１０６ｂは、サーキュレータ１０７を介して受信する、漏洩信号が含まれた受信信号と、ベクトル変調器１０６ｃからの相殺信号とを合成するカプラである。

保護用スイッチ１１０は、漏洩信号相殺回路１０６が動作を開始後、その後段の回路が破壊されない程度に漏洩信号が相殺されるまでの間、漏洩信号の通過を阻止する働きをする。ここで、スイッチ制御回路１１１は、保護用スイッチ１１０の切り換え制御を行う制御回路である。

次に、復調用ミクサ１１２は、受信信号であるＡＳＫ変調波を復調するためのホモダイン検波用のミクサであり、ホモダイン検波器に相当する。この復調用ミクサ１１２は、保護用スイッチ１１０を介して受信した信号の位相と、局部発振器１０１からの局部発振波の位相とを比較して、検波出力信号を出力する。

ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：高域通過フィルタ）１１３は、復調用ミクサ１１２から出力される直流電圧を除去するための高域通過フィルタである。ＬＰＦ１１４は、不要波を除去するための低域通過フィルタである。ベースバンド増幅器１１５は、ベースバンド信号を増幅する増幅器である。さらに、信号復調部１１６は、増幅後のベースバンド信号から、送信されたデータを復調する。

次に、実施の形態１におけるリーダライタの一連の動作について説明する。タグからリーダライタへ向かってデータを送信する場合には、まず始めに、リーダライタ装置がタグに向かって無変調キャリアを送信する。これに対して、無変調キャリアを受信したタグは、受信信号を整流してタグ自体の電源とするとともに、タグ上のアンテナに接続された負荷変調器を動作させてＡＳＫ変調波を作り、これをリーダライタ装置に向けて送信する。

したがって、リーダライタ装置の受信部には、サーキュレータ１０７を介して送信部から受信部に漏洩する漏洩信号と、アンテナ１０８からサーキュレータ１０７を経て入力するタグからの受信信号とが加わる。このうち、漏洩信号は、漏洩信号相殺回路１０６により、ある程度まで相殺されてレベルが弱くなる。

ここで、相殺しきれずに保護用スイッチ１１０を経て復調用ミクサ１１２に入力する漏洩信号Ｖｔｘと、局部発振器１０１から復調用ミクサ１１２に加えられるＬＯ（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ：局部発振）波Ｖｌｏとをそれぞれ、次式で与える。
Ｖｔｘ＝Ａ１・ｃｏｓ（ωｃ・ｔ＋θ１） （１）
Ｖｌｏ＝Ａ２・ｃｏｓ（ωｃ・ｔ＋θ２） （２）

θ１、θ２は、それぞれ、漏洩信号およびＬＯ波の位相である。このとき、復調用ミクサ１１２から出力される信号Ｖｏｕｔは、次式で表される。
Ｖｏｕｔ＝１／２・Ａ１・Ａ２［ｃｏｓ（２ωｃ・ｔ＋θ１＋θ２） ＋ｃｏｓ（θ１−θ２）］ （３）

このうち、右辺［］内の第２項は、ωｃ成分を持たない直流電圧であり、その大きさはθ１とθ２に依存する。そして、θ１、θ２が
θ１＝θ２ （４）
となる場合は、直流電圧Ｖｏｕｔ ｄｃは、最大となり、その値は、
Ｖｏｕｔ ｄｃ＝１／２・Ａ１・Ａ２ （５）
となる。

保護用スイッチ１１０を短絡すると、復調用ミクサ１１２に入力する漏洩信号Ｖｔｘの振幅Ａ１が一挙に増加するので、復調用ミクサ１１２から出力される直流電圧Ｖｏｕｔ ｄｃも増加する。この結果、従来のリーダライタ装置において問題であったＤＣオフセットによる受信ＡＳＫ信号の復調誤りが生じる。

ところが、本実施の形態１では、送信側に設けた移相器２０１により、上記θ１、θ２を、下式（６）の関係を有するように移相器制御回路２０２を用いて制御することができる。
θ１＝θ２＋π／２ （６）

図１の構成において、漏洩信号の発生要因としては、次の２つが考えられる。第１の発生要因は、サーキュレータ１０７を介して送信部から受信部へ漏洩するものである。そして、第２の発生要因は、送信部からサーキュレータ１０７を介してアンテナ１０８へ出力された送信信号が、アンテナ１０８の反射係数が大きいために、リーダライタ装置に戻ってきてサーキュレータ１０７を経由して受信部へ漏洩するものである。

これらの発生要因は、リーダライタ装置の設置環境と、送信信号自身の位相に依存していることとなる。従って、リーダライタ装置を設置した環境において、送信側に設けた移相器２０１を、移相器制御回路２０２を用いて制御することにより、送信信号の位相を調整することにより、結果として、漏洩信号の位相θ１を調整できることとなる。

一方、局部発振器１０１からの局部発振波の位相θ２は、固有の値である。従って、上式（６）の関係を満たすように、漏洩信号の位相θ１を調整することにより、復調用ミクサ１１２から出力される直流電圧Ｖｏｕｔ ｄｃは、下式（７）となり、常に０となる。
Ｖｏｕｔ ｄｃ＝１／２・Ａ１・Ａ２ｃｏｓ（π／２）＝０ （７）

したがって、保護用スイッチ１１０の状態に関係なく、漏洩信号によって生じるＤＣオフセットをなくすことができる。これにより、復調用ミクサ１１２およびＨＰＦ１１３の出力におけるＤＣオフセットの変動がなくなるので、信号復調部１１６は、受信信号を正しく復調することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、送信部の信号経路に移相器を設け、その移相量を制御することにより、復調用ミクサに入力する漏洩信号の位相を適当な値に設定することができる。この結果、復調用ミクサから出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制することができる。これにより、保護用スイッチの状態に関係なく、ＨＰＦから出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

なお、移相器２０１を制御する移相器制御回路２０２を設けているのは、アンテナ１０８を設置する環境に応じて、送信信号の位相を最適値に調整しやすくするためである。すなわち、リーダライタ装置とアンテナ１０８とを接続するケーブル長やアンテナそのものの反射係数は、設置環境によって変化する。そして、アンテナ１０８で反射してリーダライタ装置に戻ってくる送信信号の位相が変化するのに伴い、受信部に入力する漏洩信号の位相も変化する。

そこで、移相器制御回路２０２を設けて、設置環境に応じて送信信号の位相を調整することにより、漏洩信号の位相を調整している。したがって、漏洩信号の位相が変化しない場合には、移相器制御回路２０２を削除したうえで、移相量が固定の移相器２０１のみを位相調整手段として用いてもよい。

また、アンテナ１０８で反射して受信部へ入力する信号が低レベルの場合には、受信部へ漏洩する漏洩信号の位相は、送信部とサーキュレータ１０７および受信部の接続経路の長さに依存し、リーダライタ装置の固有の値となる。このため、あらかじめこの固有の値を求めておけば、復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制するように、送信信号の位相を制御できる。このように、移相量が固定の移相器を位相調整手段として用いた場合でも、同様な効果を奏することができる。

また、実施の形態１におけるリーダライタ装置は、送信部と受信部を、サーキュレータ１０７を介して接続し、アンテナ１０８は、送信と受信で共用する構成を有している。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。送信と受信のアンテナが異なる場合にも適用できる。

図２は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。図２におけるリーダライタ装置は、送信用アンテナ１０９ａと、受信用アンテナ１０９ｂとを別々に備えている。送信部と受信部との間のアイソレーションは、送信用アンテナ１０９ａと受信用アンテナ１０９ｂとを離して配置することで確保している。しかしながら、設置環境による送信用アンテナ１０９ａと受信用アンテナ１０９ｂとの位置関係によっては、送信用アンテナ１０９ａからの送信信号の一部が漏洩信号として受信用アンテナ１０９ｂから取り込まれることとなる。

このような場合でも、送信部の移相器２０１の移相量を移相器制御回路２０２によって制御して、漏洩信号の位相を適当な値に設定することができる。この結果、復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制できる。これにより、保護用スイッチ１１０の状態に関係なく、ＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

なお、図１において、位相調整手段である移相器２０１および移相器制御回路２０２は、漏洩信号相殺回路１０６とサーキュレータ１０７との間に設けているが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。図３は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。図３に示すように、位相調整手段は、変調器１０４と漏洩信号相殺回路１０６との間に設けてもよく、この場合も同様の効果を奏する。

同様に、位相調整手段は、変調器１０４とＨＰＡ１０５との間に設けても同様の効果を奏する。このように、ＨＰＡ１０５の前段に位相調整手段を設けた場合には、ＨＰＡ１０５において増幅される前の比較的低いレベルの送信信号が位相調整手段を通過することとなる。従って、位相調整手段として用いる移相器２０１の耐電力を大きくする必要がなく、コストの低減も可能である。

また、図４は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。図４に示すように、位相調整手段である移相器２０１および移相器制御回路２０２は、局部発振器１０１と変調器１０４との間に設けてもよく、この場合も同様の効果を奏する。図１〜図３に示したような、ＨＰＡ１０５の後段に位相調整手段を設けた場合に比べて、移相器２０１を通過する電力は小さいので、耐電力を大きくする必要がなく、コストの低減も可能である。

また、図５は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。図５に示すように、位相調整手段である移相器２０１および移相器制御回路２０２は、送信部ではなく受信部に設けてもよく、この場合も同様の効果を奏する。ただし、移相器２０１を受信部に設けた場合には、漏洩信号の位相とともに受信信号の位相も変化する。このため、漏洩信号と同様、受信信号の位相とＬＯ波の位相との関係によっては、復調用ミクサ１１２から出力されるべき受信信号まで抑圧される恐れがある。

受信信号の位相は、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８とを接続するケーブルの長さや、アンテナ１０８と通信相手であるタグとの距離に依存する。このため、一般には、受信信号の位相は、任意の値となる。しかしながら、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８とを接続するケーブルの長さや、アンテナ１０８と通信相手であるタグとの距離が固定されていれば、受信信号の位相も一定の値となる。

また、漏洩信号の位相も、アンテナ１０８で反射して受信部へ入力する信号が低レベルの場合には、送信部とサーキュレータ１０７および受信部の接続経路の長さに依存し、リーダライタ装置の固有の値となる。

したがって、復調用ミクサ１１２に入力するＬＯ波の位相θ２と、受信信号の位相θ３が
θ３≠θ２＋π／２ （８）
を満たすことにより、受信信号が抑圧されることを防止できる。さらに、ＬＯ波の位相θ２と漏洩信号の位相θ１が式（６）を満たすように移相器２０１の移相量を設定することで、復調用ミクサ１１２から出力される漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制できる。

これにより、受信部に位相調整手段を設けた場合にも、保護用スイッチ１１０の状態に関係なく、ＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。さらに、受信部に設けられた位相調整手段を通過する電力は小さいので、耐電力を大きくする必要がなく、コストの低減も可能である。

なお、図２〜図５において、移相器２０１の移相量は、移相器制御回路２０２を用いて制御しているが、本発明は、これに限定されるものではない。漏洩信号の位相がリーダライタ装置の固有の値となる場合には、移相量が固定の移相器のみを位相調整手段として用いることができ、この場合にも同様の効果を得ることができる。

また、図５において、位相調整手段である移相器２０１は、サーキュレータ１０７と漏洩信号相殺回路１０６を構成するカプラ１０６ｂとの間に設けているが、本発明は、これに限定されるものではない。位相調整手段は、カプラ１０６ｂと保護用スイッチ１１０との間、保護用スイッチ１１０と復調用ミクサ１１２との間、あるいは、局部発振器１０１と復調用ミクサ１１２との間に設けてもよく、この場合にも同様な効果を得ることができる。

また、上述した図１〜図５の構成においては、漏洩信号相殺回路１０６および保護用スイッチ１１０がある場合について示したが、本発明は、これに限定されるものではない。漏洩信号相殺回路１０６および保護用スイッチ１１０がない場合にも、本発明の位相調整手段を適用することができる。図６は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。図６の構成は、図１の構成から、漏洩信号相殺回路１０６、保護用スイッチ１１０、およびスイッチ制御回路１１１を取り除いたものである。

この図６の構成において、サーキュレータ１０７は、アイソレーションが十分高いものを用いることとする。さらに、復調用ミクサ１１２は、耐電力を高めて、漏洩信号が復調用ミクサ１１２に入力しても壊れないものを用いることとする。図７は、本発明の実施の形態１における図６の構成を有するリーダライタ装置の漏洩信号に関する説明図である。図７（ａ）に示すように、送信開始時において受信部に入力する漏洩信号のレベルは、一挙に増加する。

これにより、復調用ミクサ１１２から出力されるＤＣオフセットの値は、図７（ｂ）に示すように、ステップ状に変化する。この結果、ＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットも変動するため、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調できなくなる。

このような場合にも、送信側に設けた移相器２０１の移相量を制御することにより、復調用ミクサ１１２に入力する漏洩信号の位相θ１と、ＬＯ波の位相θ２を、式（６）を満たすようにすることができる。この結果、復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制できる。これにより、送信開始時にＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

なお、上述の図３〜図６において、送信部と受信部は、サーキュレータ１０７で接続されているが、本発明は、これに限定されるものではない。図２で説明したように、サーキュレータを用いずに、送信部と受信部で個別のアンテナを用いることも可能である。図８は、本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。この図８の構成は、図６の構成におけるサーキュレータ１０７およびアンテナ１０８の代わりに、個別の送信用アンテナ１０９ａ、受信用アンテナ１０９ｂを用いた場合を示している。

図８に示すように、送信部と受信部において異なるアンテナを用いる場合にも、本発明の位相調整手段を適用することができる。この場合にも、漏洩信号の位相θ２を調整することにより、復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制できる。これにより、送信開始時にＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

また、移相器２０１の位置は、送信部と受信部の高周波信号が通過する経路、あるいは、局部発振器１０１の出力経路のいずれでもよく、この場合も、同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、位相調整手段として移相器２０１および移相器制御回路２０２を用いる場合について、種々のバリエーションを説明した。本実施の形態２では、移相器２０１および移相器制御回路２０２に代えて、送信信号を伝達するケーブルあるいは基板上の線路を位相調整手段として用いる場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２におけるリーダライタ装置の構成図である。この図９の構成は、図１の構成における移相器２０１および移相器制御回路２０２の代わりに、ケーブル２１０を用いた場合を示している。図９において、ケーブル２１０は、送信部において漏洩信号相殺回路１０６とサーキュレータ１０７との間に設けられた位相調整用線路であり、位相調整手段に相当する。

本実施の形態２では、ケーブル２１０の通過位相により、漏洩信号の位相を調整する。アンテナ１０８で反射して受信部へ入力する信号が低レベルの場合には、送信部から受信部へ漏洩する漏洩信号の位相は、送信部とサーキュレータ１０７および受信部の接続経路の長さに依存し、リーダライタ装置の固有の値となる。

このため、あらかじめこの固有の値を求めて復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制するように、ケーブル２１０の長さを変えることにより、漏洩信号の位相を制御できる。これにより、保護用スイッチ１１０の状態に関係なく、ＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、送信部の信号経路に位相調整用線路を設け、その経路長を変えて移相量を制御することにより、復調用ミクサに入力する漏洩信号の位相を適当な値に設定することができる。この結果、復調用ミクサから出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制することができる。これにより、ＨＰＦから出力されるＤＣオフセットの変動が抑制され、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

なお、本実施の形態２では、漏洩信号の位相調整用のケーブル２１０は、漏洩信号相殺回路１０６を構成するカプラ１０６ａとサーキュレータ１０７との間に設けたが、本発明は、これに限定されない。漏洩信号の位相調整用のケーブル２１０は、送信部と受信部の高周波信号が通過する経路および局部発振器１０１の出力のいずれかに設けてもよく、この場合も、同様な効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１および２では、送信部または受信部に移相器またはケーブルを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。送信部および受信部に共用で用いられているサーキュレータとアンテナとの間に位相調整手段を設けてもよい。図１０は、本発明の実施の形態３におけるリーダライタ装置の構成図である。図１の構成と比較すると、図１０の構成は、位相調整手段である移相器２０１および移相器制御回路２０２が、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８との間に設けられている点が異なる。

漏洩信号の経路としては、サーキュレータ１０７を介して送信部から受信部へ漏洩する場合と、送信部からサーキュレータ１０７を介してアンテナ１０８へ出力された送信信号がアンテナ１０８の反射係数が大きいために、リーダライタ装置に戻ってきてサーキュレータ１０７を経由して受信部へ漏洩する場合がある。ここで、アンテナ１０８の反射係数が大きい場合は、後者の漏洩信号が支配的となる。

このような後者の場合に発生する漏洩信号の位相を変化させるには、移相器２０１をサーキュレータ１０７とアンテナ１０８との間に設ければよい。そして、復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制するように、移相器２０１の移相量を制御すればよい。これにより、保護用スイッチ１１０の状態に関係なく、ＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動が抑制でき、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、サーキュレータとアンテナとの間に位相調整手段として移相器を設け、その移相量を制御することにより、特に、アンテナの反射係数が大きい場合に、復調用ミクサに入力する漏洩信号の位相を適当な値に設定することができる。この結果、復調用ミクサから出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制することができる。これにより、ＨＰＦから出力されるＤＣオフセットの変動が抑制され、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

なお、図１０において、移相器２０１の移相量は、移相器制御回路２０２を用いて制御しているが、本発明は、これに限定されるものではない。漏洩信号の位相が固有の値となる場合には、移相量が固定の移相器のみを位相調整手段として用いることができ、この場合にも同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態３では、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８との間に、位相調整手段として移相器２０１および移相器制御回路２０２を設けた場合について説明した。本実施の形態４では、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８との間に、移相器２０１および移相器制御回路２０２に代えて、送信信号を伝達するケーブルあるいは基板上の線路を位相調整手段として用いる場合について説明する

図１１は、本発明の実施の形態４におけるリーダライタ装置の構成図である。この図１１の構成は、図１０の構成における移相器２０１および移相器制御回路２０２の代わりに、ケーブル２１０を用いた場合を示している。図１１において、ケーブル２１０は、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８との間に設けられた位相調整用線路であり、位相調整手段に相当する。

本実施の形態４では、移相器の代わりに、ケーブル２１０の通過位相により、漏洩信号の位相を調整する。受信部に入力する漏洩信号の大部分が、アンテナ１０８で反射し、サーキュレータ１０７を介して受信部へ入力する送信信号であるとした場合には、この漏洩信号の位相を変えるためには、サーキュレータ１０７とアンテナ１０８との間の通過位相を制御すればよく、ケーブル２１０を設けることでこれを実現できる。

従って、あらかじめ復調用ミクサ１１２から出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制するように、ケーブル２１０の長さを変えれば、漏洩信号の位相を制御できる。これにより、保護用スイッチ１１０の状態に関係なく、ＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動が抑制でき、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、サーキュレータとアンテナとの間の位相調整手段として位相調整用線路を設け、経路長により移相量を制御することにより、特に、アンテナの反射係数が大きい場合に、復調用ミクサに入力する漏洩信号の位相を適当な値に設定することができる。この結果、復調用ミクサから出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制することができる。これにより、ＨＰＦから出力されるＤＣオフセットの変動が抑制され、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、復調用ミクサ１１２を１台用いる場合について説明した。通常、リーダライタ装置において、復調用ミクサ１１２は、１個である。しかしながら、非特許文献２にあるように、２つの復調用ミクサを設ける場合がある。本発明のおける位相調整手段は、このようなリーダライタ装置にも適用できる。

図１２は、本発明の実施の形態５におけるリーダライタ装置の構成図である。実施の形態１における図１の構成と比較すると、この図１２の構成は、復調用ミクサ以降の構成が２系統ある点が異なっている。具体的には、図１２の構成は、２個の復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂを有するとともに、２つのホモダイン検波結果の中から適したものを選択して復調する構成を有している。

図１２のリーダライタ装置において、２台の復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ、保護用スイッチ１１０を介して受信した信号と、局部発振器１０１からの局部発振波とを乗算して、検波出力信号を出力する。この際、復調用ミクサ１１２ｂは、９０度移相器１１７を介して局部発振器１０１からの局部発振波を受ける。

この結果、２台の復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂは、位相が９０度異なる局部発振波に基づいてそれぞれ検波出力信号を求めることができ、受信した信号の位相に関係なく、どちらか一方の復調用ミクサから、必ず出力が得られるようにしている。

次に、このような２系統による検波出力結果の選択方法について説明する。ここで、図１２において、新たに追加されているＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１１９ａ、１１９ｂ、制御部１２０、および選択スイッチ１２１は、２系統のうちのいずれの検波出力信号が復調に適しているかを選択する復調選択部に相当する。

２台のＲＳＳＩ（Ｒｅｓｅｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信信号強度検出）回路１１８ａ、１１８ｂは、２台の復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂによる検波出力信号を、それぞれのＬＰＦ１１４ａ、１１４ｂを介して取得し、信号強度を求める。さらに、２台のＡ／Ｄ変換器１１９ａ、１１９ｂは、それぞれの信号強度をＡ／Ｄ変換する。

そして、制御部１２０は、Ａ／Ｄ変換後の２つの信号強度の比較結果に応じて、選択スイッチ１２１を切り替え、信号復調部１１６に与える検波出力信号を切り替える。

このとき、保護用スイッチ１１０を短絡した瞬間において、ＨＰＦ１１３ａおよびＨＰＦ１１３ｂの出力で観測されるＤＣオフセットの変動は、漏洩信号相殺回路１０６および移相器２０１の働きにより、十分抑圧されるはずである。しかし、実際には、アナログ回路の精度や温度特性により、漏洩信号相殺回路１０６の相殺量の低下や移相器２０１の移相量変動が原因となって、ＨＰＦ出力においてＤＣオフセットの変動が生じる場合がある。

一方、２台の復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂに入力する局部発振波の位相は、９０度異なるので、漏洩信号が原因で復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂから出力される直流電圧の値は、異なることとなる。また、当然のことながら、受信したＡＳＫ変調波を復調して得られる電圧も異なることとなる。

図１３は、本発明の実施の形態５における２つの検波出力結果の比較図であり、２台のＨＰＦ１１３ａ、１１３ｂの出力の電圧振幅を示したものである。図１３に示した例では、漏洩信号が原因で生じるＤＣオフセットは、ＨＰＦ１１３ａの出力（図１３（ａ）に相当）よりもＨＰＦ１１３ｂの出力（図１３（ｂ）に相当）の方が小さい。

受信したＡＳＫ変調波を復調して得られる電圧は、ＨＰＦ１１３ａの出力よりもＨＰＦ１１３ｂの出力の方が大きいが、受信信号開始時の電圧値は、ＤＣオフセットが大きいＨＰＦ１１３の方が高い。このため、受信信号開始時のＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂの出力電圧を元に選択スイッチ１２１を切り替えると、ＨＰＦ１１３ａの出力が選択されるので、復調に失敗する可能性が高くなる。

そこで、制御部１２０は、保護用スイッチ１１０を短絡した瞬間のＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂの出力電圧値、および受信信号開始時のＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂの出力電圧値の双方をもとに選択スイッチ１２１を制御することにより、上述した復調の失敗を回避することができる。

より具体的には、制御部１２０は、保護用スイッチ１１０の短絡時に漏洩信号が原因で生じるＤＣオフセットの値を、ＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂを用いて検出する。そしてどちらか一方において、その値があるレベル以上に高ければ、該当するＨＰＦ１１３ａ、１１３ｂの出力ではＤＣオフセットが大きく、復調に失敗する可能性が高いと判断する。そこで、制御部１２０は、もう一方のＨＰＦ出力を選択スイッチ１２１にて選択し、信号復調部１１６に入力させる。

また、制御部１２０は、２つの検波出力結果のそれぞれについて、ＤＣオフセットの値が同等であるか、または、値に差はあるものの、いずれの値もあるレベルよりも十分に小さい場合には、どちらを復調しても正しく復調できる可能性が高いと判断する。そして、このような場合には、制御部１２０は、さらに、受信信号開始時のＲＳＳＩ回路の出力電圧の比較を行う。

そして、制御部１２０は、受信信号開始時のＲＳＳＩ回路の出力電圧が高い方、つまり、ＡＳＫ変調波を復調して得られる電圧が高い方のＨＰＦ出力を選択スイッチ１２１にて選択し、信号復調部１１６に入力させる。

このように、保護用スイッチ１１０の短絡時、および受信信号開始時の２つの時刻において、制御部１２０は、２つのＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂの出力電圧を読み取り、これらの比較結果に応じて選択スイッチ１２１を制御することができる。この結果、漏洩信号相殺回路１０６の相殺量や移相器２０１の移相量が変動した場合にも、その影響を低減して、受信したＡＳＫ変調波を正しく復調する効果を得ることができる。

以上のように、実施の形態５によれば、２系統によるホモダイン検波結果から、復調に適したＡＳＫ変調波を選択して復調処理を行うことができる。これにより、復調用ミクサから出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制することができるとともに、アナログ回路の精度や温度特性による誤差要因を抑えた、より高精度な復調結果を得ることができる。

なお、本実施の形態５におけるリーダライタ装置では、漏洩信号相殺回路１０６と保護用スイッチ１１０を設けているが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の位相調整手段および２系統によるホモダイン検波回路を、漏洩信号相殺回路１０６や保護用スイッチ１１０を設けていないリーダライタ装置に適用してもよく、この場合にも、同様の効果を得ることができる。

図１４は、本発明の実施の形態５におけるリーダライタ装置の別の構成図である。図１４の構成は、図１２の構成から、漏洩信号相殺回路１０６、保護用スイッチ１１０、およびスイッチ制御回路１１１を取り除いたものである。

先に、図６および図７を用いて説明したように、図１４の構成を有するリーダライタ装置においても、送信開始時に受信部に入力する漏洩信号のレベルは、一挙に増加する。この結果、ＨＰＦ１１３ａ、１１３ｂから出力されるＤＣオフセットも変動するため、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調できなくなる。

図１５は、本発明の実施の形態５の図１４の構成における２つの検波出力結果の比較図であり、２台のＨＰＦ１１３ａ、１１３ｂの出力の電圧振幅を示したものである。このような場合にも、位相調整手段を用いて移相量を制御することにより、復調用ミクサ１１２ａ、１１２ｂから出力される、漏洩信号に起因するＤＣオフセットを抑制できる。これにより、送信開始時にＨＰＦ１１３から出力されるＤＣオフセットの変動を抑制でき、信号復調部１１６は、受信信号であるＡＳＫ変調波を正しく復調することができる。

さらに、制御部１２０は、２系統によるホモダイン検波結果から、送信開始時および受信信号開始時のＲＳＳＩ回路１１８ａ、１１８ｂの出力電圧をもとに選択スイッチ１２１を制御することができる。この結果、信号復調部１１６は、漏洩信号によるＤＣオフセットの影響を低減して、受信したＡＳＫ変調波を正しく復調することができるとともに、アナログ回路の精度や温度特性による誤差要因を抑えた、より高精度な復調結果を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態１における図６の構成を有するリーダライタ装置の漏洩信号に関する説明図である。 本発明の実施の形態１におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態２におけるリーダライタ装置の構成図である。 本発明の実施の形態３におけるリーダライタ装置の構成図である。 本発明の実施の形態４におけるリーダライタ装置の構成図である。 本発明の実施の形態５におけるリーダライタ装置の構成図である。 本発明の実施の形態５における２つの検波出力結果の比較図である。 本発明の実施の形態５におけるリーダライタ装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態５の図１４の構成における２つの検波出力結果の比較図である。 従来技術におけるリーダライタ装置内のミクサおよび広域通過フィルタの出力電圧波形を示した図である。

符号の説明

１０１ 局部発振器、１０２ 信号生成部、１０３ ＬＰＦ、１０４ 変調器、１０５ ＨＰＡ、１０６ 漏洩信号相殺回路、１０６ａ、１０６ｂ カプラ、１０６ｃ ベクトル変調器、１０６ｄ 制御回路、１０７ サーキュレータ、１０８ アンテナ、１０９ａ 送信用アンテナ、１０９ｂ 受信用アンテナ、１１０ 保護用スイッチ、１１１ スイッチ制御回路、１１２、１１２ａ、１１２ｂ 復調用ミクサ（ホモダイン検波器）、１１３、１１３ａ、１１３ｂ ＨＰＦ、１１４、１１４ａ、１１４ｂ ＬＰＦ、１１５、１１５ａ、１１５ｂ ベースバンド増幅器、１１６ 信号復調部、１１７ ９０度移相器、１１８ａ、１１８ｂ ＲＳＳＩ回路、１１９ａ、１１９ｂ Ａ／Ｄ変換器、１２０ 制御部、１２１ 選択スイッチ、２０１ 移相器（位相調整手段）、２０２ 移相器制御回路（位相調整手段）、２１０ ケーブル（位相調整手段）。

Claims (4)

1. ベースバンド信号を局部発振波により変調した送信信号を送信する送信部と、
   前記送信信号に応じて受信した受信信号の位相と前記局部発振波の位相とを比較するホモダイン検波器を有し、前記ホモダイン検波器により抽出した検波出力信号を復調する受信部と、
   前記送信信号を送信するとともに前記受信信号を受信する送受信アンテナと、
   前記送信部で生成された送信信号を前記送受信アンテナに供給するとともに、前記送受信アンテナで受信された前記受信信号を取り出すサーキュレータと
   を備えたリーダライタ装置において、
   前記サーキュレータの前段の送信部内、または前記サーキュレータの後段の受信部内に設けられ、前記送信信号の送信時に前記受信部へ漏洩する漏洩信号の位相を調整する位相調整手段をさらに備えたことを特徴とするリーダライタ装置。
2. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
   前記位相調整手段は、前記漏洩信号の位相を調整可能な移相器であることを特徴とするリーダライタ装置。
3. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
   前記位相調整手段は、前記漏洩信号の位相を調整可能な位相調整用線路であることを特徴とするリーダライタ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリーダライタ装置において、
   前記ホモダイン検波器は、前記局部発振波の位相差を９０度とした２つのホモダイン検波器を有し、
   前記２つのホモダイン検波器のそれぞれで得られる前記受信信号の検波出力の強度を測定し、測定結果に応じていずれか一方のホモダイン検出器による検波出力信号を選択する復調選択部
   をさらに備えたことを特徴とするリーダライタ装置。

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