JP2005236705A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電波の受信範囲内において無線タグがいかなる位置にあっても受信した電波から十分に電力を取り出せる無線通信装置を提供する。
【解決手段】 無線通信装置本体１３は、主制御部からテスト指示命令が入力されると、テスト条件として基本モードで第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂと、１１Ａ，１１Ｂと、１２Ａ，１２Ｂに給電して、無線タグ３に電波を送信する。電波を受信した無線タグ３は、電波の搬送波を電力として利用し、受信した制御信号に基づいて無線通信装置本体１３に向けてデータの送信を行う。無線タグ３から送信された電波の受信信号レベルと無線通信装置本体１３に記憶されている基準信号レベルとを比較し、受信信号レベルが基準信号レベルより大きくなるように第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂと、１１Ａ，１１Ｂと、１２Ａ，１２Ｂへの給電パターンを変える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置に関し、特に、電波の受信範囲内において無線タグがいかなる位置にあっても受信した電波から十分に電力を取り出せる無線通信装置に関する。

従来、移動体に無線タグを取付け、この無線タグに予め設定されている固有の識別データを非接触で読み取る移動体識別装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された移動体識別装置は、移動体識別装置本体と無線タグとを備える。移動体識別装置本体は、搬送波に無線タグを制御する信号を含ませて送信する送信部と、無線タグからの電波を受信して復調する受信部と、電波の送受信を行うアンテナと、受信データ信号から無線タグの識別信号を読み出して無線タグを識別する処理部とを備える。無線タグは、移動体識別装置本体と電波の送受信を行うアンテナと、移動体識別装置本体と送受信を行う送受信部と、無線タグの識別データ信号を格納する記憶部と、受信した電波から無線タグの各部を駆動する電力を取り出す電力取出し部を備える。

図７は、従来の移動体識別装置本体のアンテナと無線タグとの位置関係を示す。移動体識別装置本体は、略λ／４の第１および第２のモノポールアンテナ６０，６１を所定の間隔で平行に配置している。第１のモノポールアンテナ６０は、送信出力端子６２を介して送信データ信号を含む搬送波を入力して大気中に送信するものである。第２のモノポールアンテナ６１は、後述の無線タグ７０のタグアンテナ７１から送信された電波を受信するものであり、受信信号は、受信入力端子６３を介して受信部に送られる。無線タグ７０は、第１および第２のモノポールアンテナ６０，６１から所定の距離離れた位置にタグアンテナ７１を配置している。

従来の移動体識別装置は、以下のように動作する。まず、移動体識別装置のスイッチをオンにすると、送信部は、無線タグ７０に対して送信要求を行い、無線タグ７０から通信ＯＫの信号が送られてきたのを確認して、無線タグ７０を制御する信号を搬送波に含めて送信出力端子６２を介して、第１のモノポールアンテナ６０から無線タグ７０に送信する。無線タグ７０のタグアンテナ７１は、第１のモノポールアンテナ６０から送信された電波を受信すると、電力取出し部は、電力を取出して内部回路を駆動する。無線タグ７０は、記憶部から識別データ信号を読み出して搬送波に含めてタグアンテナ７１から電波を送信する。

移動体識別装置本体は、無線タグ７０のタグアンテナ７１から送信される識別データ信号を第２のモノポールアンテナ６１で受信し、この信号からクロック信号を抽出して無線タグからの識別データ信号を復調し、識別データ信号を生成して処理部へ出力する。処理部は、識別データ信号に基づいて無線タグ７０を識別する。

この移動体識別装置によれば、無線タグを非接触で識別することができるため、操作が簡単であり、確実に識別することができる。
特開平２００３−１８０４２号公報（図２）

しかし、従来の移動体識別装置によると、図７に示すように無線タグ７０が第１および第２のモノポールアンテナ６０，６１に対して、Ｘ−Ｘ’方向、Ｙ−Ｙ’方向、Ｚ−Ｚ’方向から離れた場合には、第１および第２のモノポールアンテナ６０，６１の指向性や第１および第２のモノポールアンテナ６０，６１からの距離あるいはタグアンテナ７１の向きなどによっては、電波の受信状態が悪くなることがあるため、電波から十分に電力を取り出せないので、無線タグ７０から電波を送信できないという問題があった。

従って、本発明の目的は、電波の受信範囲内において無線タグがいかなる位置にあっても受信した電波から十分に電力を取り出せる無線通信装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、所定の向きで所定の位置に配置される通信対象との間で電波を送受波する無線通信装置において、前記通信対象に対し、その電源となる電波を送信するとともに、前記通信対象から送信される電波を受信する複数のアンテナと、前記通信対象から送信される電波を前記複数のアンテナにより受信したときの受信信号レベルが所定の基準レベル以上となるように前記複数のアンテナにより構成される複合アンテナの指向性を変更する指向性変更手段とを備えることを特徴とする無線通信装置を提供する。

この構成によれば、通信対象がどのような状態にあっても、通信対象から発信された電波を受信するときの受信信号レベルを所定の基準レベル以上とすることができるように、複数のアンテナの合成波の指向性を変えて通信対象に電波を送信する。

本発明の無線通信装置によれば、通信対象がどのような状態にあっても、通信対象から発信された電波を受信するときの受信信号レベルを所定の基準レベル以上とすることができるように、複数のアンテナの合成波の指向性を変えて通信対象に電波を送信するため、通信対象の駆動に必要な電力を安定供給することが可能となる。また、通信対象と無線通信装置との間で無線通信が不可能となることがない。

図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信装置が適用された保冷倉庫を示す。この保冷倉庫１は、内部に空間を有し、１面が開口している保冷倉庫本体１Ａと、保冷倉庫本体１Ａと扉支持具１Ｃにより開閉自在に支持されて前記の開口を覆う保冷扉１Ｂと、冷媒を利用して保冷倉庫１の内部を冷却する冷却ユニット２と、第１のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ、第２のアンテナ部１１Ａ，１１Ｂ、および第３のアンテナ部１２Ａ，１２Ｂを有し、その第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂにより保冷倉庫１の内部に電波を送信し、その電波を受信して駆動する電源として所定のデータを送信する無線タグ３と交信する無線通信装置と、保冷倉庫１の内部に収容可能な荷物４に付され、無線通信装置と交信してデータのやりとりを行うする無線タグ３とを有する。

保冷倉庫本体１Ａは、略直方体形状であり、各面が断熱材で覆われている。また、保冷倉庫本体１Ａと保冷扉１Ｂとにより形成された箱状体を有する保冷倉庫の相対する各面は、それぞれ平行に形成されている。

冷却ユニット２は、適宜の冷媒を用いて保冷倉庫１の内部の空気を循環しながら冷却することにより保冷倉庫１の内部を所定の温度に保つようになっている。

無線通信装置は、後述するように、第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂと、無線通信装置本体１３とを備える。

第１のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂは、保冷扉１Ｂ側から見て左右の壁にそれぞれ形成されている。第１のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂは、左の壁に形成された第１のアンテナ部１０Ａの給電部Ａにおいて無線通信装置本体１３から延びる給電線１３ａにより給電され、右の壁に形成された第１のアンテナ部１０Ｂの給電部Ｃにおいて無線通信装置本体１３から延びる給電線１３ｂにより給電され、左の壁に形成された第１のアンテナ部１０Ａの終端部Ｂと右の壁に形成された第１のアンテナ部１０Ｂの終端部Ｂ’とが接続されている。第１のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂはループアンテナを形成している。

第２のアンテナ部１１Ａ，１１Ｂは、保冷扉１Ｂ側から見て後の壁および保冷扉にそれぞれ形成されており、第３のアンテナ部１２Ａ，１２Ｂは、保冷扉１Ｂ側から見て天井および床にそれぞれ形成されている。第２および第３のアンテナ部１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂは、図１において、その位置を破線で描いた矩形枠で表わしている。第２および第３のアンテナ部１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂは、第１のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂと同様に接続および給電される。

第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂは、構成するループアンテナの相対する方向に磁界が生ずるようになっている。すなわち、第１のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂにあっては、磁界が形成される方向がＺ方向であり、第２のアンテナ部１１Ａ，１１Ｂにあっては、磁界が形成される方向がＹ方向であり、第３のアンテナ部１２Ａ，１２Ｂにあっては、磁界が形成される方向がＸ方向である。ここで、磁界形成方向のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向というのは、３次元座標軸のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を意味する。

図２は、無線タグの構成を示すブロック図である。無線タグ３は、電波の送受信を行うアンテナ３０と、アンテナ３０から受信信号を受け取り、データ信号を含む搬送波をアンテナ３０に送る無線部３１と、ＩＣに含まれるダイオードの順方向電圧特性に基づいて温度測定を行う温度センサにより無線タグ３が付された荷物４の温度を測定する温度測定部３２と、受信した電波から搬送波と信号成分とを分離するフィルタ部３４と、無線タグ３内で使用する電力を発生する整流部３５と、温度測定部３２により測定した温度データ、送受信に関するプログラムおよびＩＤ等の無線タグ３固有のデータを記憶する記憶部３６と、無線部３１と、温度測定部３２と、フィルタ部３４と、整流部３５と、記憶部３６と、受信した電波を電源として記憶部３６に記憶され温度データ、無線タグ３の固有データ等の検出信号を電波として送信するタグ制御部３３とを接続するバス３７とを備える。

図３は、本発明の実施の形態に係る無線通信装置を示す。この無線通信装置１０は、第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂにより合成される磁界の方向を切り替えるとともに、受信信号レベルと基準信号レベルとを比較する比較回路を備えたアンテナ制御部１４と、アンテナ制御部１４を動作させるために一時的に必要なデータを記憶する一時メモリとして使用され、また、基準信号データを記憶する記憶部１５と、無線タグ３から発信される電波を受信して得られた温度データの解析を行う温度情報解析部１６と第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂから送信する電波の搬送波となる周波数（１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ）の信号を発信させる発信部１７と、アンテナ制御部１４と、記憶部１５と、温度情報解析部１６、発信部１７を制御する主制御部１８と、これら各部を接続するバス１９とを備える。

図４は、アンテナ制御部１４により発生する磁界の方向を切り替える場合の出力波形図を示す。（ａ）は基本モードであり、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向ともにプラス側に給電するものである。（ｂ）は、モード１であり、Ｘ方向がマイナス側、Ｙ方向およびＺ方向がプラス側に給電するものである。（ｃ）は、モード２であり、Ｘ方向およびＺ方向がプラス側、Ｙ方向がマイナス側に給電するものである。

なお、基本モードからモード２について説明したが、これだけではなくモードＮまでの給電パターンを設定することができる。例えば、Ｘ方向のみプラス側に給電してもよい。なお、図４ではＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位相が一致した状態についての給電パターンを示しているが、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位相を任意の量でずらすことも可能である。この場合にはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のベクトル合成に基づく任意の方向に磁界の方向を設定することができる。

図５は、アンテナ制御部１４により発生する磁界の方を示す。（ａ）は、基本モードの場合を示す。すなわち、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向ともにプラス側に給電する場合を示す。この場合、合成されて生ずる磁界の方向は、図１の保冷倉庫１において左下奥から右上方手前に至る方向となる。（ｂ）は、モード１の場合を示す。すなわち、Ｘ方向がマイナス側、Ｙ方向およびＺ方向がプラス側に給電するものである。この場合、合成されて生ずる磁界の方向は、図１の保冷倉庫１において右下奥から左上方手前に至る方向となる。（ｃ）は、モード２の場合を示す。すなわち、Ｘ方向およびＺ方向がプラス側、Ｙ方向がマイナス側に給電するものである。この場合、合成されて生ずる磁界の方向は、図１の保冷倉庫１において左下手前から右上奥に至る方向となる。

図６は、本実施の形態の動作を示す図である。本実施の形態の動作を図１〜５を参照しながら説明する。まず、作業者は、保冷倉庫１の内部に無線タグ３が付された荷物４を運び入れ、保冷扉１Ｂを閉じて密閉状態とする。次に、オペレータは、無線タグ３と通信を行うスイッチを押下すると、アンテナ制御部１４は主制御部１８からテスト指示命令が入力される。次に、オペレータは、テスト条件として基本モードでアンテナ部１０Ａ，１０Ｂと、１１Ａ，１１Ｂと、１２Ａ，１２Ｂに給電することを設定する（Ｓ１００）。次に、主制御部１８は、発信部１７で発信された信号を搬送波とし、無線タグ３との交信に必要な信号を含む信号をアンテナ制御部１４に送ると、アンテナ制御部１４は、基本モードで第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ、１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂに給電し、保冷倉庫１内に電波を送信する（Ｓ１０１）。

無線タグ３は、第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂから送信された電波をアンテナ３０を介して受信し、この受信信号は無線部３１に送られる。無線部３１は、受信信号をフィルタ部３４に送り、フィルタ部３４は、受信信号を搬送波成分と信号成分とに分ける。次に、フィルタ部３４は、搬送波成分を整流部３５に送る。整流部３５は、送られてきた搬送波成分を整流し，変圧して直流電圧に変換し、無線タグ３の内部に収容された各部に直流電圧を供給する。次に、タグ制御部３３は、温度測定部３２により測定された温度データ信号、記憶部３６に記憶されている温度データ信号および無線タグ３のＩＤに関する固有データ信号を無線部３１に送り、それらのデータ信号を電波としてアンテナ３０を介して保冷倉庫１内に送信する。

第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂは、無線タグ３からの電波を受信し、アンテナ制御部１４に受信信号を送る。アンテナ制御部１４は、受信信号から搬送波成分を除去し、信号成分を取り出す。このとき、アンテナ制御部１４は、受信信号レベルと記憶部３６に記憶されている基準信号レベルとを比較し（Ｓ１０２）、受信信号レベルが基準信号レベルより大きいときは、基本モードの給電パターンで給電し、無線タグ３からデータを受信する（Ｓ１０３）。すなわち、アンテナ制御部１４は、信号成分から温度データ信号および固有データ信号を取り出し、それらのデータ信号を無線通信装置１０の記憶部１５および温度情報解析部１６に送る。

ステップＳ１０２において、受信信号レベルが基準信号レベルより低い場合は、アンテナ制御部１４は、第１〜第３のアンテナ部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂによって保冷倉庫内に発生する磁界の方向を、例えば、モード１により発生する方向に切り替えて電波を送信する（Ｓ１０１）。無線通信装置１０は、無線タグ３から送信される電波を受信して、前回と同様に受信信号レベルと記憶部に記憶されている基準信号レベルとを比較し（Ｓ１０２）、受信信号レベルが基準信号レベルより大きいときは、モード１の給電パターンで給電し、無線タグ３からデータを受信する（Ｓ１０４）。アンテナ制御部１４は、受信信号レベルが基準信号レベルより大きくなるモードが選択されるまで上記操作を繰り返す。

この実施の形態によれば、無線タグ３が保冷倉庫１の内部のどの位置にどのような向きに置かれていても、無線タグ３から送信された電波の受信信号レベルが一定以上である場合に信号のやりとりを行うため、無線タグ３からの信号を確実に受信することができる。

なお、位相制御を行う場合、基本モードにより給電して送信して、そのときの無線タグからの受信信号レベルが基準信号レベル以下であるときに、基本モードからモード１、モード１からモード２等のモード変更を一定時間毎に行ってもよい。

また、温度測定部は、所定時間毎に温度を測定し、測定結果のデータ信号を記憶部に順次記憶しておき、一定時間毎に送信するようにしてもよい。また、温度を測定する度に測定結果のデータ信号を送信するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る無線通信装置が適用された保冷倉庫を示す図である。 無線タグの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る無線通信装置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線通信装置のアンテナ制御部により発生する磁界の方向を変化させる場合の出力波形図である。 本発明の実施の形態に係る無線通信装置のアンテナ制御部により発生する磁界の方を示す図であり、（ａ）は、基本モードの場合、（ｂ）は、モード１の場合、（ｃ）は、モード２の場合を示す図である。。 本実施の形態の動作を示す図である。 従来の移動体識別装置のアンテナと無線タグとの位置関係を示す図である。

符号の説明

１ 保冷倉庫
１Ａ 保冷倉庫本体
１Ｂ 保冷扉
１Ｃ 扉支持具
２ 冷却ユニット
３ 無線タグ
４ 荷物
１０ 無線通信装置
１０Ａ，１０Ｂ 第１のアンテナ部
１１Ａ，１１Ｂ 第２のアンテナ部
１２Ａ，１２Ｂ 第３のアンテナ部
１３ 無線通信装置本体
１３ａ，１３ｂ 給電線
１４ アンテナ制御部
１５ 記憶部
１６ 温度情報解析部
１７ 発信部
１８ 主制御部
１９ バス
３０ アンテナ
３１ 無線部
３２ 温度測定部
３３ タグ制御部
３４ フィルタ部
３５ 整流部
３６ 記憶部
３７ バス
６０，６１ モノポールアンテナ
６２ 送信出力端子
７０ 無線タグ
７１ タグアンテナ
Ａ，Ｃ 給電部
Ｂ 終端部

Claims (4)

1. 所定の向きで所定の位置に配置される通信対象との間で電波を送受波する無線通信装置において、
   前記通信対象に対し、その電源となる電波を送信するとともに、前記通信対象から送信される電波を受信する複数のアンテナと、
   前記通信対象から送信される電波を前記複数のアンテナにより受信したときの受信信号レベルが所定の基準レベル以上となるように前記複数のアンテナにより構成される複合アンテナの指向性を変更する指向性変更手段とを備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記指向性変更手段は、前記複数のアンテナへの給電パターンを変化させて前記受信信号レベルが前記基準レベル以上となるときの給電パターンを探索し、その給電パターンで前記複数のアンテナへの給電を行うことを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
3. 前記複数のアンテナは、それぞれの指向性が直交するように配置されていることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
4. 前記通信対象は、保冷庫本体内の空間の前記所定の位置に前記所定の向きで配置され、保冷対象の温度を測定してその温度測定信号を電波により送信し、
   前記複数のアンテナは、前記保冷庫本体内の前記空間を構成する板部材の表面あるいは板部材内に設けられたことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。