CN101079518A - 通信天线及天线内置杆 - Google Patents

Abstract

提供一种可以用少数台天线与处于较大区域中的RFID标签进行通信的通信天线和天线内置杆。构成通信天线的天线阵列部由多个天线元件构成，该多个天线元件排列配置在圆弧上。由此，在天线阵列部的正横方向上也放射电波，可以与位于正横方向上的RFID标签进行通信。此外，通过错开向各天线元件提供的高频信号的相位，或调整其振幅，来改变从天线阵列部放射的电波束的方向，或扩大该电波束的幅宽，从而可以与更大区域中的RFID标签进行通信。

Description

通信天线及天线内置杆

技术领域

本发明涉及一种使用于RFID读写器等标签通信装置的通信天线和内置有该通信天线的天线内置杆。

背景技术

用于RFID读写器的通信天线，安装在墙壁等上而使用，因此一般优选平面天线。这是由于例如在通信天线被安装在工厂内的运输装置两侧时，该运输装置上的商品会与该通信天线碰撞，此外，在通信天线被安装在发货时的船坞通道上时，卡车等会与该通信天线碰撞。

作为这种平面天线经常使用接线天线。从接线天线放射的电波束幅宽约为60°，因此电波很难到达比60°宽的区域，难以与较大区域的RFID标签进行通信。

因此，以往例如通过设置多台通信天线，或者移动一台通信天线，才可以与较大区域的RFID标签进行通信(关于设置多台通信天线的技术，例如参照专利文献1；关于移动通信天线的技术，例如参照专利文献2、3)。

然而，根据上述设置多台通信天线的现有方式，除了由于增加通信天线的台数而引起成本增加外，还需要确保多台天线对应的设置空间，在无法充分确保上述设置空间时缺少天线台数，无法避免产生不能通信的RFID标签，存在无法对应于较大区域的问题点。

此外，根据上述移动一台通信天线的现有方式，需要移动通信天线的单元，除了引起成本增加外，还需要确保该通信天线的移动路径，在不能确保上述移动路径从而在物理上不能移动通信天线时，产生多个无法通信的RFID标签，存在无法对应于较大区域的问题点。

专利文献1：特开2003-072919号公报

专利文献2：特开2005-157919号公报

专利文献3：特开2004-280414号公报

发明内容

本发明用于解决上述问题点，其目的在于提供一种可以用少数台天线与处于较大区域中的RFID标签进行通信的通信天线和天线内置杆。

为了实现上述目的，本发明的通信天线，使用于经由电波与RFID标签进行无线通信的标签通信装置，其特征在于，具有：天线阵列部，在圆弧上排列配置有多个天线元件；和可变单元，使得向上述各天线元件提供的高频信号的相位及/或振幅可变。

上述本发明的通信天线，例如可以构成为：经由上述可变单元错开向上述各天线元件提供的高频信号的相位，从而改变从上述天线阵列部放射的电波束的方向。

在采用如上改变波束的方向的结构时，例如上述本发明的通信天线，可以构成为：具有多个移动体检测传感器，其排列配置在上述电波束改变的方向上，上述移动体检测传感器对上述天线阵列部前方的移动体进行检测，并且上述电波束的方向根据该检测结果而改变。

上述本发明的通信天线，例如也可以构成为：经由上述可变单元对向上述各天线元件提供的高频信号的振幅进行调节，从而扩大从上述天线阵列部放射的电波束的幅宽。

上述天线阵列部也可以由接线天线构成，该接线天线由多个天线元件构成。一般而言，接线天线是指如下平面天线：在电介质基板上方放置金属板，将另一面作为接地板(金属板)。

为了实现上述目的，本发明的天线内置杆是内置有上述通信天线的杆。

此外，在上述本发明的天线内置杆中，例如可以构成为：构成上述通信天线的上述多个天线元件沿着上述杆的圆周方向在圆弧上排列配置。

上述“多个天线元件在圆弧上排列配置”，例如包括如下情况：在配置多个天线元件的部件的外形为曲面时，各天线元件沿着该曲面的圆弧排列。

上述“杆”，包括其剖面为圆形、椭圆形、多边形等各种剖面形状的杆。此外，上述“多个天线元件沿着上述杆的圆周方向在圆弧上配列配置”，例如包括如下情况：在剖面为圆形的杆中多个天线元件沿着该圆的圆弧排列；在剖面为椭圆的杆中该多个天线元件沿着该椭圆的圆弧排列；进而在剖面为多边形的杆中多个天线元件沿着与该多边形内切的圆的圆弧排列。

作为上述“RFID标签”，例如包括：被动式RFID标签，没有电池等电源，电路依靠从RFID读写器等标签通信装置用电波供给的电力而动作，并与该标签通信装置进行无线通信；及主动式RFID标签，具有电池等电源。

作为上述“标签通信装置”，可以经由电波与RFID标签进行无线通信的装置即可，例如包括RFID读写器、RFID阅读器、以及RFID写入器。

在本发明中，作为天线阵列部的结构，采用将多个天线元件排列配置在圆弧上的结构，因此在天线阵列部的正横方向上也能放射电波，可以与位于正横方向上的RFID标签进行通信，可以省略用于与该位置上的RFID标签进行通信的通信天线，得到能以少数台的天线与处于较大区域中的RFID标签进行通信的作用效果。

此外，根据本发明，采用了具有可变单元的结构，上述可变单元可以改变向各天线元件提供的高频信号的相位及/或振幅。因此，经由可变单元错开向各天线元件提供的高频信号的相位，从而改变从天线阵列部放射的电波束的方向，或调节上述高频信号的振幅，而扩大从天线阵列部放射的电波束的幅宽，由此得到可以与处于更大区域中的RFID标签进行通信的作用效果。

附图说明

图1是适用本发明的通信天线的框图。

图2是由3个天线元件构成天线阵列部的例子的说明图。

图3(1)至(5)表示在由3个天线元件构成天线阵列部时从该天线阵列部放射的电波束的形状图案。

图4(A)(B)是表示所有天线元件以相同相位发送电波时的波束图案的说明图。

图5是从天线阵列部放射的电波的传输方向与相位的偏移的关系的说明图。

图6是利用可变移相器改变电波束的方向的动作原理的说明图。

图7(A)(B)是宽幅的波束图案的说明图。

图8是天线阵列部的具体的结构例的说明图，图8(A)是天线阵列部的俯视图，(B)是其主视图，(C)是从(A)的天线阵列部放射的电波束的说明图，(D)是可以向正横方向放射电波的天线阵列部的结构例的说明图。

图9是天线内置杆的剖面图。

图10是在天线内置杆中添加了移动体检测传感器的结构例的说明图，图10(A)是该杆的透视说明图，(B)是包括移动体检测传感器的通信天线的框图。

图11是在控制电路中根据来自移动体检测传感器的检测信号来转换波束图案的处理动作的流程图。

图12(A)(B)(C)是根据图11的处理动作而转换的波束图案的说明图。

图13是对波束图案进行转换并与RFID标签进行通信的处理动作的流程图。

图14是假设移动体的进入方向不明确时杆结构例的说明图，图14(A)是该杆的俯视剖面图，(B)是该杆的侧视剖面图。

图15是假设预先知道移动体的进入方向为特定方向时杆结构例的说明图，图15(A)是该杆的俯视剖面图，(B)是该杆的侧视剖面图。

图16是假设移动体在杆的正面方向和其背后经过时杆结构例的说明图，图16(A)是该杆的俯视剖面图，(B)是该杆的侧视剖面图。

图17是使用感应范围大的移动体检测传感器时的杆结构例的说明图，图17(A)是该杆的俯视剖面图，(B)是该杆的侧视剖面图。

图18是使用感应范围大的移动体检测传感器时的杆结构例的说明图，图18(A)是该杆的俯视剖面图，(B)是该杆的侧视剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1是适用本发明的通信天线的框图，本通信天线1，是在经由电波与RFID标签2进行无线通信的RFID读写器等标签通信装置3中使用的天线，该通信天线1包括天线阵列部4和可变单元5，天线阵列部4具有多个天线元件6。另外，在后文中对多个天线元件6的排列结构进行说明。

在各天线元件6上分别连接有一个构成上述可变单元5的可变移相器7和可变衰减器8，该可变移相器7和可变衰减器8与控制电路9连接。控制电路9，通过向可变移相器7输出控制信号，而改变从标签通信装置3经由合成分配器10向天线元件6提供的高频信号的相位。此外，该控制电路9，通过向可变衰减器8输出控制信号，而改变如上向天线元件6提供的高频信号的振幅。

在本通信天线1中，利用可变单元5改变向各天线元件6提供的高频信号的相位及振幅、或者只改变相位或只改变振幅，由此可以使从天线阵列部4放射的电波束变化成任意图案。

例如，如图2所示，在有3个天线元件6时，通过改变向各天线元件6提供的高频信号的相位，从天线阵列部4放射的电波的波束图案如图3(1)至(5)所示变化，该电波束的方向改变。

图3(1)及图4(A)表示所有天线元件6以相同相位发送电波时的波束图案。此时，如图4(B)及图5(1)所示，从天线阵列部4放射的电波，作为与天线元件6的排列方向垂直的方向的平面波进行传输。可以使各天线元件6发送的电波的相位以满足以下公式的方式相互错开，从而使向上述方向放射的电波束的方向如图5(2)至(5)所示变化。另外，图4(B)、图5(1)至(5)的虚线，表示可以与RFID标签2进行通信的区域。在图7(B)、图9、图12、图14至图18中也相同。

如图6所示，将发送或接收的电波的波长设为λ(m)，作为基准的天线元件6A与第k个天线元件6K的距离设为dk(m)，在图6中用虚线表示的等相位面中穿过作为基准的天线元件6A的等相位面、与第k个天线元件6K的距离设为lk(m)，则第k个天线元件6K的相位相对作为基准的天线元件6A的相位的偏移φk用以下公式表示。

[数学式1]

φk＝(lk/λ)×2π＝(dk×sinθ/λ)×2π。

然而，在图4所示的一个波束图案下，只能与进入到该波束图案的范围内的一个RFID标签2进行通信，但根据本通信天线1，上述电波的波束图案如图5(1)至(5)所示变化，该电波束的方向改变，从而可经由电波与RFID标签2进行通信的区域变大，可以利用一个天线与散布在较大的范围内的RFID标签2进行通信。在图5的例子中，将安装有RFID标签2的作为管理对象的物体(以下称为“管理对象物11”)多层层叠，因此多个RFID标签2散布在上下方向上较大的范围内，而此时在图5中，所有的RFID标签2都进入到波束图案的范围内，因此不能进行通信的RFID标签2一个也不存在，可以与所有的RFID标签2进行通信。

此外，如图2所示，在有3个天线元件6时，通过改变向各天线元件6提供的高频信号的振幅，从天线阵列部4放射的电波的波束图案，例如从图4所示的图案变成图7所示的图案，该电波束的幅宽变宽。

在图4所示的窄幅的波束图案中，如该图4所示，只能与一个RFID标签2A进行通信，但本通信天线1，使用图7所示的宽幅的波束图案，因此能与RFID标签2进行通信的区域变大，可以用一个通信天线1与散布在较大的范围内的RFID标签2进行通信。在图7的例子中，与图5同样地，多个RFID标签散布在上下方向上较大的范围内，而此时在图7中所有的RFID标签2都进入到宽幅的波束图案的范围内，因此不能进行通信的RFID标签2一个也不存在，可以与所有的RFID标签2进行通信。

图8是天线阵列部4的具体结构例的说明图。对于天线阵列部4，可以由如图8(A)所示的接线天线构成。此时，也可以通过改变向构成接线天线的多个天线元件6提供的高频信号的振幅，扩大从接线天线放射的电波束的幅宽，但这种扩大存在界限。即，从接线天线放射的电波束幅宽约为60°，不向正横方向放射电波。因此，如图8(C)所示，即使改变上述高频信号的振幅，也不从接线天线向正横方向(将天线阵列部4的正面设为0°方向，则正横为+90°、-90°方向)放射电波，不能与位于正横方向的RFID标签进行通信。

上述问题可以通过采用图8(C)所示结构的天线阵列部4来解决。该图8(C)的天线阵列部4也由接线天线构成，但构成该接线天线的多个天线元件6排列配置在圆弧上。通过这种天线元件6的圆弧状排列，从天线阵列部4向大致正横方向也可以放射电波，能与RFID标签进行通信的范围进一步扩大。另外，上述天线元件6的配置结构，也能适用于接线天线以外的天线。

以上说明的本实施方式的通信天线1，例如如图9所示，可以内置在杆12内。在该图9的例子中，构成该通信天线1的天线阵列部4的多个天线元件6，沿着杆12的圆周方向在圆弧上排列配置。此外，在该图9的例子中，杆12的剖面为圆形，因此沿着该圆的圆弧排列有多个天线元件6，但例如在剖面为椭圆的杆中内置多个天线元件时，可以沿着该椭圆的圆弧排列该多个天线元件。根据这种结构，不仅如上所述可与RFID标签进行通信的范围得到进一步扩大，而且也可以得到保护通信天线的作用效果。

然而，若使用绝缘基板，则900MHz频带的天线元件能以纵横10cm×10cm的大小来实现。从而，例如在将图9所示的由3个天线元件6构成的接线天线内置于杆12中时，该杆12的半径若在30cm左右，则已足够。

在上述实施方式中，其结构为从天线阵列部4放射的电波的波束图案如图5(1)至(5)所示任意变化，该电波束的方向任意改变，但例如图10所示，也可以是如下结构：在上述杆12上设置多个移动体检测传感器13A、13B、13C，根据来自多个移动体检测传感器13A、13B、13C的检测信号来确定检测对象物的范围，并将该确定的范围作为对象来转换上述电波的波束图案。在图10的例子中，上述多个移动体检测传感器13A、13B、13C，沿着电波束改变的方向(杆12的高度方向)排列配置，并且将经过杆12的附近的叉车等移动体14作为检测对象物来进行检测，将其检测信号输出到控制电路9中。此外，在控制电路9中进行如下处理等：根据来自各移动体检测传感器13A、13B、13C的检测信号来确定检测对象物的范围，并将该确定的范围作为对象来转换上述电波的波束图案。另外，在图10中对与图1相同的部件标以相同标号，省略对相同部件的详细说明。

图11是在控制电路9中根据来自移动体检测传感器13A、13B、13C的检测信号来转换波束图案的处理动作的流程图。

根据图11的流程，例如通过按下未图示的监控开始按钮等，开始进行该处理动作，所有移动体检测传感器变成对天线阵列部前方的移动体进行监控的监控状态(ST10)，在控制电路9中，按照第3移动体检测传感器13C、第2移动体检测传感器13B、第1移动体检测传感器13A的顺序判断其是否有反应(ST11、ST12、ST13)。

即，在控制电路9中，首先，判断是否从第3移动体检测传感器13C输入有检测信号(ST11)，当存在该输入时，具有至少在比第3移动体检测传感器13C的设置位置附近低的位置上存在RFID标签2等的可能性，为了能与该位置上的RFID标签2进行通信，如图12(A)所示转换使用图5的波束图案1、2、3、4、5。即，如图13的ST20～ST29所示，依次选择图5的波束图案1、2、3、4、5，并且每次都与RFID标签2进行通信(ST11的是、ST14)。

在上述ST11中，当没有从第3移动体检测传感器13C输入检测信号时，判断是否从第2移动体检测传感器13B输入有检测信号(ST12)。在这里，当存在该输入时，具有至少在比第2移动体检测传感器13B的设置位置附近低的位置上存在RFID标签2等的可能性，由于只要能与该位置上的RFID标签2进行通信即可，因此如图12(B)所示转换使用图5的波束图案1、4、5。即，依次选择图5的波束图案1、4、5，并且每次都与RFID标签进行通信(ST12的是、ST15)。

在上述ST12中，当没有从第2移动体检测传感器13B输入检测信号时，进一步判断是否从第1移动体检测传感器13A输入有检测信号(ST13)。在这里，当存在该输入时，具有至少在比第1移动体检测传感器13A的设置位置附近低的位置上存在RFID标签2等的可能性，由于只要能与该位置上的RFID标签2进行通信即可，因此只选择图5的波束图案5(参照图12(C))，在与RFID标签进行通信后，返回上述ST11的处理。

另外，重复进行多次上述波束图案的选择和通信，在完成该重复处理后，返回ST10的处理即可。

图14至图16是内置有移动体检测传感器和通信天线的杆的说明图，特别是，图14表示假设移动体的进入方向不明确时的杆结构例，图15表示假设预先知道移动体的进入方向为特定方向时的杆结构例，图16表示假设移动体在杆的正面方向和其背后经过时的杆结构例。

在图14的杆结构例中，移动体14从该杆12的正面的左右哪个方向进入、及其进入方向不明确，因此在杆12的左右两侧分别内置移动体检测传感器13A、13B、13C，如图14(A)所示，内置在该杆12的左侧的移动体检测传感器13A、13B、13C的感应方向朝向左斜前方，如该图14(A)所示，内置在该杆的右侧的移动体检测传感器13A、13B、13C的感应方向，与上述左侧的移动体检测传感器相反，朝向右斜前方。

在图15的杆结构例中，如图15(A)所示，可知移动体14的进入方向为杆12的左斜前方，因此仅在杆12的左侧内置移动体检测传感器13A、13B、13C，并且使该移动体检测传感器13A、13B、13C的感应方向朝向该杆12的左斜前方。

在图16的杆结构例中，移动体14在该杆12的正面和背后经过，因此再新设置一组图14所示左右一组的移动体检测传感器13A、13B、13C，在该新设置的左右一组的移动体检测传感器中，左侧的移动体检测传感器13A、13B、13C的感应方向如图16(A)所示朝向左斜后方，右侧的移动体检测传感器13A、13B、13C的感应方向如该图16(A)所示，与上述左侧的移动体检测传感器相反，朝向右斜后方。此外，在该图16的杆结构例中，不仅在杆12的前面侧，而且在其背面侧也另行设有通信天线阵列部4，因此可以与经过杆12的背后的移动体14上的RFID标签进行通信。

图17及图18是内置有移动体检测传感器和通信天线的杆结构的说明图，特别是，该图17和图18表示使用感应范围大的移动体检测传感器时的杆结构例。

在图17、图18的杆结构例中采用的移动体检测传感器13A、13B、13C的感应范围，例如是如下宽幅的范围：从图14所示的左侧的移动体检测传感器13C的感应方向线至右侧的移动体检测传感器13C的感应方向线。因此，在图17、图18的杆结构例中，如上所述将感应范围大的移动体检测传感器13A、13B、13C内置在杆12的前面，从而不论移动体14从杆12正面的左右哪个方向进入，都可以只用一个移动体检测传感器检测该移动体14，实现杆结构的简化。

此外，在图17的杆结构例中，为了避免对从天线阵列部4放射的电波造成影响，在该电波束的区域外设置移动体检测传感器13B，但若该移动体检测传感器13B非常小，不对电波束造成影响，则如图18所示，也可以将该移动体检测传感器13B设置在天线阵列部4的正面。这种天线阵列部4和移动体检测传感器13B的配置结构，不仅适用于经过杆12的正面的移动体14，而且如图16所示，还可以适用于经过杆12的背后的移动体14。

另外，在图1、图10中，在通信天线1侧设有控制电路9，但该控制电路9也可以设置在标签通信装置3侧。

Claims (7)

1.一种通信天线，使用于经由电波与RFID标签进行无线通信的标签通信装置，其特征在于，具有：

天线阵列部，在圆弧上排列配置有多个天线元件；和

可变单元，使得向上述各天线元件提供的高频信号的相位及/或振幅可变。

2.根据权利要求1所述的通信天线，其特征在于，

经由上述可变单元错开向上述各天线元件提供的高频信号的相位，从而改变从上述天线阵列部放射的电波束的方向。

3.根据权利要求2所述的通信天线，其特征在于，

具有多个移动体检测传感器，其排列配置在上述电波束改变的方向上，

上述移动体检测传感器对上述天线阵列部前方的移动体进行检测，并且上述电波束的方向根据该检测结果而改变。

4.根据权利要求1所述的通信天线，其特征在于，

经由上述可变单元对向上述各天线元件提供的高频信号的振幅进行调节，从而扩大从上述天线阵列部放射的电波束的幅宽。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的通信天线，其特征在于，

上述天线阵列部由接线天线构成，所述接线天线由多个天线元件构成。

6.一种天线内置杆，其特征在于，

内置有上述权利要求1至4的任意一项所述的通信天线。

7.根据权利要求6所述的天线内置杆，其特征在于，

构成上述通信天线的上述多个天线元件，沿着上述杆的圆周方向在圆弧上排列配置。

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