JP5526383B2 - アンテナユニット - Google Patents
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Description
リーダライタが出力する搬送波は、例えばループアンテナから成るリーダライタのアンテナ(リーダライタアンテナ)の近傍に磁界を発生させることにより送信される。また、リーダライタアンテナで発生した磁界がICタグ等のループアンテナ部のループ開口面を鎖交することにより、当該ICタグ等の回路に駆動電力が供給され、通信することが可能となる。
そこで、このような問題を解消するために、読み取り等していないリーダライタアンテナの共振周波数を読み取り等に影響しない別の共振周波数に変更し、また、読み取り等する時には所望の共振周波数に切り替え制御することで、互いのリーダライタアンテナの読み取り等を妨害することが無いシステムの構築と読み取り等の動作を実現することができる。
本例のアンテナユニットは、無線周波数(RF:Radio Frequency)の信号を入力するRF入力部201と、複数であるn個のループアンテナ部G1〜Gnを備えている。
各ループアンテナ部G1〜Gnは、スイッチH1〜Hn、インピーダンスマッチング回路I1〜In、可変な共振容量J1〜Jn、バイアスにより制御されるpinダイオードSW回路K1〜Kn、ループアンテナコイルM1〜Mnを備えている。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば部品を少なくすることができるなど、効率的な構成で実現することが可能なアンテナユニットを提供することを目的とする。
すなわち、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナについて共通のインピーダンスマッチング部を備え、前記複数のアンテナの各々について共振周波数を変更するためのpinダイオードスイッチを備え、そして、各々のアンテナのpinダイオードスイッチのバイアスが個々のアンテナ毎にインピーダンスマッチングが実現されるように調整される。
本例では、非接触通信システムにおいて、ICタグ等のループアンテナとリーダライタのアンテナユニットに設けられた複数のループアンテナとの間で非接触通信を行うことにより、リーダライタがICタグ等との間で読み取り等を行う。また、リーダライタ側には、制御部などが設けられる。
一例として、ICタグ等を物品に付して、リーダライタ側で当該ICタグ等(物品)を管理する物品管理システムを構築することができる。
本例のアンテナユニットは、RF入力部1と、インピーダンスマッチング回路2と、複数であるn個のループアンテナ部A1〜Anを備えている。
各ループアンテナ部A1〜Anは、同様な構成を有しており、可変な共振容量B1〜Bn、バイアスにより制御されるpinダイオードSW回路C1〜Cn、ループアンテナコイルD1〜Dnを備えている。
本例では、リーダライタからRF入力部1に入力されるRF信号(例えば、電圧)がインピーダンスマッチング回路2を介して所望のループアンテナ部A1〜Anに印加され、これによりループアンテナコイルD1〜Dnから磁界が発生し、この磁界によりICタグ等との間で読み取り等を行うことができる。
また、アンテナを切り替えるスイッチ(SW)としては、アンテナの共振周波数をpinダイオードSW回路C1〜Cnのみで切り替えるようになっている。
また、インピーダンスマッチング回路2と各ループアンテナ部A1〜Anとの間の線路長Li(i=1、2、・・・、n)は、それぞれの回路配置により異なる長さになってもよい。
また、本例のリーダライタは、例えばそれぞれ異なる位置に配置された複数のループアンテナを切り替えて用いることにより、出力(送信)する信号をICタグ等が所望の方位で受信、応答返信できる空間(平面)的範囲を拡張するリーダライタアンテナの構成を有する。そして、本例では、複数のICタグ等が、任意の範囲内に配置された複数のリーダライタアンテナによって決定される空間(平面)内で通信可能である。
一構成例として、リーダライタに接続されるリーダライタアンテナは、限られた空間(平面)内に、隣接又は近接に複数配置される。
また、本例では、リーダライタとリーダライタアンテナの構成台数として、1対nの形態を持つ。
また、本例では、複数のリーダライタアンテナのそれぞれの特性が、リーダライタアンテナ自体の形状、サイズや設置環境によって異なる場合に、任意の特性に統一する補正機能を持つ制御やアンテナの回路を有している。
また、本例では、各ループアンテナの分岐において、長い伝送路を必要としない(例えば、各リーダライタアンテナ内での短い伝送路を実現することが可能である)ため、例えば、システム構成のユニット間を接続する同軸ケーブルに伝送路の長さを割り当てることができ、システム設置の制限を緩和することができる。
また、本例では、複数のループアンテナの切り替え動作が行われるのと同時に、複数のループアンテナが距離、角度的に影響し合う位置関係に配置(設置)されていても、非選択の(つまり、選択されていない)ループアンテナが選択中のループアンテナに影響(例えば、干渉、結合)しない構成としてある。
まず、図2、図3を参照して、アンテナユニットへの制御信号及びバイアス電源信号の入力に関する構成例を示す。
図2には、例えばリーダライタや制御部から成る上位装置21と、アンテナユニットZ1の構成例を示してある。
本例のアンテナユニットZ1は、入力部として、RF入力部1と、制御バイアス入力部11を備えている。そして、上位装置21から出力されるRF信号がRF入力部1に入力されてインピーダンスマッチング回路2に入力され、上位装置21から出力される制御信号及びバイアス電源信号(例えば、これらがまとまった制御バイアス信号)が制御バイアス入力部11に入力されて各pinダイオードSW回路C1〜Cnにバイアス電圧として入力される。
また、本例では、バイアスのラインが、上位装置21から各アンテナ(各pinダイオードSW回路C1〜Cn)において、独立(セパレート)している。
なお、図2では、バイアス値を調整するバイアス調整部を省略してある。
本例のアンテナユニットZ2は、入力部として、RF入力部1と、制御入力部12と、バイアス入力部13を備えており、また、バイアス制御処理部14を備えている。そして、上位装置22から出力されるRF信号がRF入力部1に入力されてインピーダンスマッチング回路2に入力され、上位装置22から出力される制御信号が制御入力部12に入力されてバイアス制御処理部14に入力され、バイアス電源23から出力されるバイアス電源信号がバイアス入力部13に入力されてバイアス制御処理部14に入力される。また、バイアス制御処理部14は、入力された制御信号及びバイアス電源信号に基づいて制御バイアス信号を各pinダイオードSW回路C1〜Cnへバイアス電圧として出力する。
また、本例では、上位装置22からの制御信号により、アンテナユニットZ2の内部で所望のアンテナ(所望のpinダイオードSW回路C1〜Cn)にバイアスを印加する構成となっている。
なお、図3では、バイアス値を調整するバイアス調整部を省略してある。
この変形例におけるアンテナユニットZ2は、入力部として、RF入力部1を備えており、また、電源・制御分離部と、バイアス制御処理部14を備えている。そして、上位装置22からRF信号と制御信号とバイアス電源信号が重畳された信号(重畳信号)が出力され、当該重畳信号がRF入力部1に入力されて電源・制御分離部に入力される。電源・制御分離部は、入力された重畳信号に含まれるRF信号を分離してインピーダンスマッチング回路2へ出力するとともに、入力された重畳信号に含まれる制御信号及びバイアス電源信号(これらが重畳された信号)を分離してバイアス制御処理部14へ出力する。本変形例では、このように、バイアス源と切り替えのための制御信号が重畳されたものがバイアス制御処理部14に入力される。バイアス制御処理部14は、入力された制御信号及びバイアス電源信号(これらが重畳された信号)に基づいて制御バイアス信号を各pinダイオードSW回路C1〜Cnへバイアス電圧として出力する。
また、本変形例では、RF信号から制御信号及びDC電源(バイアス)を分離する処理部(電源・制御分離部)や、制御信号を処理する処理部(バイアス制御処理部14)を有している。
ここで、共通するシステム構成として、制御部(例えば、PC)がリーダライタ(或いは、リーダライタの側)にあり、所望のアンテナにアクセスして読み取り等/切り替えや調整などの制御を行い、また、切り替えの順番などの具体的な指示(命令)は制御部により行われる。また、1個のアンテナユニットが複数のアンテナを備える場合があり、本例では、このような構成を採用している。
また、図4において、切替バイアスは、アンテナの切り替え用のスイッチを直接オン/オフする信号である。なお、バイアス源は、例えば、それぞれのアンテナで別に備えていてもよく、或いは、切替バイアスとともに供給されてもよい。
アンテナの切り替えのためのアンテナのオン/オフ制御は、例えば、リーダライタからの指示により行われ、また、ICタグ等の読み取り等などの運用動作では、上位の制御PCからの操作(アプリケーションを含む)によりアンテナのオン/オフ制御が行われる。また、メンテナンスなどではアンテナ単体で手動により設定できることが望まれるため、メンテナンス用のバイアス入力部やアンテナのオン/オフ制御部が別に備えられてもよい。
図5には、アンテナユニットの内部の1個のループアンテナに関する構成例として、バイアスの供給源となるバイアス源と、バイアスをオン/オフするスイッチ(SW)41を示してあるとともに、バイアスを調整するための可変抵抗器(VR:Variable Resistance)42と、共振容量Bと、バイアスが入力されるpinダイオードSW回路Cと、ループアンテナコイルDを示してある。
図5について、具体的には、SW41がオンとされてバイアスが通電された(オンとされた)場合には、それに接続されるアンテナのpinダイオードSW回路CがオンとなってRF信号を通過させ、当該アンテナにより非接触通信が可能な状態(オンの状態)となる一方、SW41がオフとされてバイアスが遮断された(オフとされた)場合には、それに接続されるアンテナのpinダイオードSW回路CがオフとなってRF信号を遮断し、当該アンテナにより非接触通信が不可能な状態(オフの状態)となる。
この場合、バイアス値の調整はデジタルポテンショメータにより行われ、装置(システム)の設置後に、自装置により自動的に又はユーザ(人)や外部装置からの指示に基づいて、デジタルポテンショメータの設定を変更して、アンテナの状態が最適になるように、ソフトウエアで調整する。また、例えば、インピーダンスの状態を検出する検出部と、合否の判定を行う判定処理部を備えて、調整時には、調整の合否を判定するために、当該検出部及び当該判定処理部により、デジタルポテンショメータの設定を行う。
また、本例では、可変出力機能及び出力オン/オフ機能を有するDC−DCコンバータ(又は、レギュレータ)47によりバイアス値の設定を行い、この調整を、手動(マニュアル)で設定や調整する可変抵抗器45や、ソフトウエアにより設定や調整するデジタルポテンショメータ46により行う。
図7には、RF入力部51、インピーダンスマッチング回路52、共振容量53、pinダイオードSW回路54、ループアンテナコイル55、SW56、可変抵抗器57を示してある。
本例のpinダイオードSW回路54は、基本的な構成例として、可変抵抗器57と共振容量53との間に接続されたコイル61と、共振容量53及びコイル61の接続点とループアンテナコイル55との間に接続されたpinダイオード62と、pinダイオード62とループアンテナコイル55との間の点と接地点との間に接続されたコイル63から構成されている。
図8(a)に示される構成では、コイル64、pinダイオード65、抵抗器66から構成されており、図7に示される構成と比べて、接地点と接続されるコイル63の代わりに抵抗器66へ置き換えられている。
図8(b)に示される構成では、コイル67、pinダイオード68、コイル69及び抵抗器70から構成されており、図7に示される構成と比べて、接地点と接続されるコイル63の代わりにコイル69及び抵抗器70を直列に接続したものへ置き換えられている。
なお、図8(b)や図8(c)に示される構成についても、2個のpinダイオードを並列に接続する構成とすることが可能である。
図9(a)に示される構成例では、上位装置91からバイアス電源信号、制御信号、RF信号が出力され、アンテナユニットでは、バイアス入力部81によりバイアス電源信号を入力し、制御入力部82により制御信号を入力し、RF入力部83によりRF信号を入力する。本例では、上位装置91(例えば、リーダライタや切替器など)からそれぞれの信号が独立したライン(ケーブル)で接続して供給される。
インピーダンスマッチングの調整処理では、ステップS11〜S16を行い、ステップS17〜S24については行わない。
本例では、装置の設置が終了した後に(ステップS11)、インピーダンスマッチングの調整処理を開始する(ステップS12)。インピーダンスマッチングの調整処理においては、インピーダンスマッチングの確認をして(ステップS13)、マッチングの有無を判定し(ステップS14)、この結果、マッチングが取れた場合には、インピーダンスマッチングの調整処理を完了し(ステップS16)、マッチングが取れなかった場合には、バイアスを変更して(ステップS15)、再び、インピーダンスマッチングの確認、判定を行う(ステップS13、ステップS14)。
本例では、装置の設置が終了した後に(ステップS11)、インピーダンスマッチングの調整処理を開始する(ステップS12)。インピーダンスマッチングの調整処理においては、インピーダンスマッチングの確認をして(ステップS13)、マッチングの有無を判定し(ステップS14)、この結果、マッチングが取れた場合には、インピーダンスマッチングの調整処理を完了し(ステップS16)、マッチングが取れなかった場合には、バイアスを変更して(ステップS15)、再び、インピーダンスマッチングの確認、判定を行う(ステップS13、ステップS14)。
図11には、リーダライタ101とアンテナユニット102の構成例を示してある。
本例のリーダライタ101は、マッチング検出部111、マッチング判定処理部112、RF出力部(RF出力コネクタ)113を備えている。
各ループアンテナ部A1〜Anは、共振容量B1〜Bn、pinダイオードSW回路C1〜Cn、ループアンテナコイルD1〜Dn、バイアス値を調整するバイアス調整部F1〜Fnを備えている。
具体的には、マッチング検出部111は、検出を行う時点で選択されている(読み取り等を行う)アンテナのみについてインピーダンスを検出することができ、そのアンテナのマッチング状態を検出することができる。また、マッチング判定処理部112は、マッチング検出部111による検出結果(検出内容)を入力して、それに基づいてマッチングの適否を判定し、マッチングが取れていないと判定した場合には、アンテナユニット102の(該当するアンテナの)バイアス調整部F1〜Fnを制御して当該バイアス調整部F1〜Fnによりバイアスを調整する処理を実行する。
また、本例では、リーダライタ101側とアンテナユニット102側のいずれか一方又は両方において、調整の設定内容の情報をメモリ等に記憶することができる構成としてある。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
11・・制御バイアス入力部、 12・・制御入力部、 13・・バイアス入力部、 14・・バイアス制御処理部、 21、22・・上位装置、 23・・バイアス電源、 Z1〜Z3・・アンテナユニット、
31、33、36・・制御PC、 32・・リーダライタアンテナユニット、 34、37・・リーダライタ、 35・・アンテナユニット、 38・・中継器、 E1〜E3・・アンテナユニット、
41・・スイッチ(SW)、 42、45・・可変抵抗器、 46・・デジタルポテンショメータ、 47・・DC−DCコンバータ(又は、レギュレータ)、
51・・RF入力部、 52・・インピーダンスマッチング回路、 53・・共振容量、 54・・pinダイオードSW回路、 55・・ループアンテナのコイル、 56・・スイッチ(SW)、 57、74・・可変抵抗器、 61、63、64、67、69、71、73、75・・コイル、 62、65、68、72、76、77・・pinダイオード、 66、70、78・・抵抗器、
81、86・・バイアス入力部、 82・・制御入力部、 83・・RF入力部、 84・・入力部、 85、88・・分離部、 87・・RF/制御入力部、 91、93、94、96・・上位装置、 92、95・・外部電源、
101・・リーダライタ、 102・・アンテナユニット、 111・・マッチング検出部、 112・・マッチング判定処理部、 113・・RF出力部、 F1〜Fn・・バイアス調整部、
Claims (2)
- ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するアンテナユニットであって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナについて共通のインピーダンスマッチング部と、
前記複数のアンテナの各々について個別に設けたpinダイオードスイッチと、
当該アンテナユニットの外部からバイアス電源信号が入力される入力部と、を備え、
前記インピーダンスマッチング部により、前記複数のアンテナについて共通のインピーダンスマッチングを行い、更に、前記入力部に入力されるバイアス電源信号に基づいて前記pinダイオードスイッチに印加するバイアス電圧を個別に調整することにより、前記複数のアンテナの各々について個別にインピーダンスマッチングを行う、
ことを特徴とするアンテナユニット。 - 前記入力部には、当該アンテナユニットの外部からpinダイオードスイッチの切替制御信号が更に入力され、
前記入力部に入力される切替制御信号に基づいて前記pinダイオードスイッチに印加するバイアス電圧のオンとオフを個別に切り替えることにより、前記複数のアンテナの各々について個別に非接触通信が可能な状態と非接触通信が不可能な状態との切り替えを行う、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナユニット。
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