JP2007251589A - アレイアンテナ装置及びｒｆｉｄシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに適用されるＥＩＲＰを満たし、しかも漏れのない広範囲のタグ認証走査が可能なアレイアンテナ装置及びＲＦＩＤシステムを提供する。
【解決手段】アレイアンテナ装置１はアンテナ素子２−１，２−２と分岐回路３と可変位相回路４−１，４−２とを備える。具体的には、伝送線路１０から供給される給電電力Ｗを分岐回路３によって電力Ｗ１，Ｗ２に分岐し、可変位相回路４−１，４−２によって電力Ｗ１，Ｗ２に位相差Δを設けて、アンテナ素子２−１，２−２に給電する。そして、アンテナ素子２−１，２−２に対する電力Ｗ１，Ｗ２の給電状態を制御信号によって切り換える。アンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈを、使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍〜０．５倍に設定しておく。好ましくは、電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δの絶対値を８０°〜１２０°に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナ装置及びＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムに関し、特に、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムのアンテナとして用いるためのアレイアンテナ装置及びＲＦＩＤシステムに関するものである。

パッチアンテナ等のアンテナ素子を複数備え且つその指向性を切り換えることができるアレイアンテナをＲＦＩＤシステムに用いた技術は存在しない。
一般に、指向性を切り換え可能なアレイアンテナは、非特許文献１に記載のごとく、複数のアンテナ素子の位相を異ならせることで、アレイアンテナ全体の一方向への指向性を決定する。そして、複数のアンテナ素子同士の位相を変更することで、アレイアンテナ全体の指向性を上記一方向から他の方向へ切り換える構造になっている。

青木和男、他、「アンテナ工学ハンドブック」オーム社出版、１９８９年１２月３０日発行、「第５章アレーアンテナ」、ｐ１９７−２２１

上記一般の可変指向性を有するアレイアンテナでは、指向性を鋭くして利得をあげたり、ビーム到来角の空間分解能をあげることを目的としている。このため、アレイを構成するアンテナ素子の間隔を、グレーティングローブやスキャンブラインドネスが出ない範囲で比較的広く設定している。具体的には、アンテナ素子間隔を送受信信号の波長の０．５倍〜０．７倍という広い値に設定する。
ところで、ＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ等に適用するアンテナに関しては、ＥＩＲＰ（実効輻射電力）の上限値が電波法令で規定されている。
しかし、上記のようなアレイアンテナでは、アンテナ素子間隔を広くして、アンテナ利得をあげているため、その電力が電波法令で定められたＥＩＲＰの上限値を大きく超えてしまい、ＲＦＩＤシステムのアンテナとして使用することができなかった。さらに、指向性を鋭くするため、ビーム幅が狭くなり、広範囲で漏れのないタグ認証走査が困難であった。
このような理由から、可変指向性を有した既存のアレイアンテナを、ＲＦＩＤシステムのアンテナとして設計することが行われてこず、ＲＦＩＤシステムに適した可変指向性のアレイアンテナの登場が期待されていた。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに適用されるＥＩＲＰを満たし、しかも、漏れのない広範囲のタグ認証走査が可能なアレイアンテナ装置及びＲＦＩＤシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムのリーダ，ライタ又はリーダ／ライタのいずれかからの給電電力をほぼ同振幅の第１及び第２の電力に分岐する分岐手段と、この分岐手段で分岐された第１及び第２の電力の給電位相に差を設ける位相差生成手段と、この位相差生成手段を経た第１及び第２の電力がそれぞれ給電される第１及び第２のアンテナ素子と、これら第１及び第２のアンテナ素子に対する第１及び第２の電力の給電状態を切り換える切換手段とを具備するアレイアンテナ装置であって、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間隔を、使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍以上で０．５倍以下の距離に設定した構成とする。
かかる構成により、分岐手段によって、ＲＦＩＤシステムのリーダ，ライタ又はリーダ／ライタのいずれかからの給電電力がほぼ同振幅の第１及び第２の電力に分岐され、位相差生成手段によって、それぞれの給電位相に差が設けられる。そして、これらの第１及び第２の電力が第１及び第２のアンテナ素子にそれぞれ給電され、電波が第１及び第２のアンテナ素子から放射される。このとき、第１及び第２の電力に給電位相差があるため、第１及び第２のアンテナ素子からの電波がアンテナ中心から傾いた状態で放射され、所定方向への指向性を有する。そして、切換手段によって、これら第１及び第２のアンテナ素子に対する第１及び第２の電力の給電状態が切り換えられ、指向性が逆方向に切り換えられる。かかる指向性の切換を繰り返し行うことで、第１及び第２のアンテナ素子からの電波が広範囲に放射されるため、広範囲のタグを認識することが可能となる。しかも、第１及び第２のアンテナ素子の間隔が、使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍以上に設定されているので、タグ認識を行うに十分な利得を得ることができ、また、当該間隔が、上記波長の０．５倍以下に設定されているので、電波法令で決められた範囲内で十分な利得を得ることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のアレイアンテナ装置において、位相差生成手段による第１及び第２の電力の給電位相差の絶対値が、８０°以上で１２０°以下である、
かかる構成により、第１及び第２の電力の給電位相差の絶対値が、８０°以上に設定されているので、第１及び第２のアンテナ素子から放射されるビームの幅が必要以上に狭くなることはない。また、当該給電位相差が、１２０°以下に設定されているので、所望範囲内のビーム幅を得ることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のアレイアンテナ装置において、分岐手段と位相差生成手段とを、９０度ハイブリッド回路で構成した構成とする。
かかる構成により、第１及び第２の電力の給電位相差を９０°にすることができる。

また、請求項４の発明に係るＲＦＩＤシステムは、請求項１から請求項３のいずれかに記載のアレイアンテナ装置を備える構成とした。

以上詳しく説明したように、この発明のアレイアンテナ装置によれば、第１及び第２のアンテナ素子からの電波の指向性を切換手段によって切り換えることができるので、広範囲のタグ認証が可能となり、しかも、第１及び第２のアンテナ素子の間隔が、使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍以上で０．５倍以下の距離に設定されているので、ＲＦＩＤシステムに適用される電波法令で決められた範囲内で十分なＥＩＲＰを得ることができるという優れた効果がある。
さらに、請求項２の発明に係るアレイアンテナ装置によれば、第１及び第２の電力の給電位相差の絶対値を、８０°以上で１２０°以下に設定しているので、必要以上に狭くなく且つ所望範囲内のビーム幅を得ることができ、この結果、漏れのない広範囲のタグ認証走査が可能となるという効果がある。
特に、請求項３の発明に係るアレイアンテナ装置によれば、分岐手段と位相差生成手段とを、９０度ハイブリッド回路で構成したので、第１及び第２の電力の給電位相差を９０°にすることができ、この結果、広帯域の整合を得ることができるという効果がある。

また、請求項４の発明によれば、ＲＦＩＤシステムとして、上記発明のアレイアンテナ装置を備えているので、電波法令で決められた範囲内で十分なＥＩＲＰを得ることができ、さらに、漏れのない広範囲のタグ認証走査が可能な機能を備えたＲＦＩＤシステムを提供することができるという効果がある。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るアレイアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図２は、図１に示すアレイアンテナ装置の概略平面図である。
図１に示すように、この実施例のアレイアンテナ装置１は、第１，第２のアンテナ素子としてのアンテナ素子２−１，２−２と、分岐手段としての分岐回路３と、位相差生成手段及び切換手段としての可変位相回路４−１，４−２とを備えている。

図２に示すように、アンテナ素子２−１，２−２は、平面系のアンテナであり、この実施例ではパッチアンテナとしての円偏波アンテナを適用する。具体的には、アンテナ素子２−１，２−２のそれぞれは、誘電体２０上に放射電極２１を設けた構成を成し、共にグランド板２２を地板としている。そして、後述する理由により、アンテナ素子２−１，２−２の間隔即ち中心間距離Ｈを１２０ｍｍに設定している。

分岐回路３は、伝送線路１０を通じて図示しないＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタから供給された給電電力Ｗを第１及び第２の電力としての電力Ｗ１，Ｗ２に分岐する回路である。具体的には、分岐回路３は、給電電力Ｗを電力Ｗ１，Ｗ２に分岐するものであり、同振幅で同位相の電力Ｗ１，Ｗ２を、分岐回路３から伝送線路１１，１２に分配する。なお、この実施例では、分岐回路３として単純な構成のＴ分岐回路を採用するが、これに限らず、ウイルキンソンタイプ分岐回路等、各種構成の分岐回路を適用することができることは勿論である。また、給電電力Ｗをリーダ／ライタから伝送線路１０に供給する場合を例示したが、リーダ，ライタ又はリーダ／ライタのいずれから伝送線路１０に供給するものであればよいことは明らかである。

可変位相回路４−１，４−２は、分岐回路３で分岐された電力Ｗ１，Ｗ２の位相（給電位相）に差を設ける回路であり、伝送線路１１，１２上にそれぞれ挿入されている。具体的には、可変位相回路４−２から出力される電力Ｗ２を、可変位相回路４−１から出力される電力Ｗ１に対してΔ（度）だけ遅らせるように可変位相回路４−１，４−２が調整される。そして、ＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタからの図示しない制御信号によって、可変位相回路４−１から出力される電力Ｗ１を、可変位相回路４−２から出力される電力Ｗ２に対してΔだけ遅らせるように可変位相回路４−１，４−２が調整されるようになっている。つまり、可変位相回路４−１，４−２は、電力Ｗ１，Ｗ２間に位相差Δを生成する位相差生成手段としての機能を有すると共に、及び電力Ｗ１，Ｗ２の位相差を逆転させて、アンテナ素子２−１，２−２に対する電力Ｗ１，Ｗ２の給電状態を切り換える切換手段としての機能も有している。この実施例では、後述する理由により、位相差Δを９０°に設定している。

ところで、アレイアンテナ装置１をＲＦＩＤシステムのアンテナとして用いるためには、アンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈが、ＲＦＩＤシステムの使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍以上で０．５倍以下であり、電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δの絶対値が、８０°以上で１２０°以下であることが好ましいことを、発明者は見い出した。
ここで、アンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈ及び電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δについて、詳しく説明する。
図３は、単一のアンテナ素子によるタグ認証範囲を示す概略図である。
図３において、アンテナ素子２は、上記アンテナ素子２−１，２−２と同様の素子であり、複数のタグ２０１が付された梱包物２００の正面から距離Ｄだけ離れた位置に配されている。一般に、アンテナ素子２によって走査可能なタグ認証範囲Ｓ１は、アンテナ素子２から梱包物２００に付されたタグ２０１迄の距離Ｄと、アンテナ素子２の放射電力と、アンテナ素子２からのビームパターンＱ０によって決定される。
一般に、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに対する電波法令は、アンテナの最大放射電力が１Ｗで、ＥＩＲＰが４Ｗ（６ｄＢＷ）以下でなければならない旨規定している。ＥＩＲＰが４Ｗで認証できる距離Ｄは、最大５ｍである。
しかし、アンテナとして円偏波アンテナを用い、タグとして直線偏波のタグを用いる通常のＲＦＩＤシステムでは、円偏波の偏波損を考慮すると、直線偏波に換算したＥＩＲＰは２Ｗ（３ｄＢＷ）以下でなければならない。また、ＲＦＩＤシステムにおける実際の使用では、距離Ｄを０．５ｍ〜３ｍに設定することが最も多い。
したがって、ＲＦＩＤシステムでは、最大放射電力が１Ｗであって且つＥＩＲＰが２Ｗ（３ｄＢＷ）以下のアンテナであって、最大３ｍ離れた距離Ｄに存在するタグを認証する能力があるアンテナが必要であると考えられる。

図４は、単一のアンテナ素子のＥＩＲＰと各距離にあるタグを認証するに必要なＥＩＲＰとの関係を示す線図である。
図４において、横軸は、図３に示すアンテナ素子２の中心軸Ｍからの角度θを示し、縦軸は、ＥＩＲＰ（ｄＢＷ）を示す。そして、曲線Ｌ１は、距離Ｄが０．５ｍの場合に、角度θの位置にあるタグ２０１（図３参照）を認証するのに必要なＥＩＲＰを示す曲線であり、曲線Ｌ２は、距離Ｄが３ｍの場合に、角度θの位置にあるタグ２０１を認証するのに必要なＥＩＲＰを示す曲線である。
したがって、アンテナのＥＩＲＰが、それぞれ曲線Ｌ１，Ｌ２より高く且つ３ｄＢＷ以下であるならば、電波法令を満たした状態で、距離Ｄがそれぞれ０．５ｍ及び３ｍの位置のタグを認証することができる。
曲線Ｅ１は、平面系円偏波アンテナであるアンテナ素子２の直線偏波ビームパターンの実測値を、１Ｗ入力時のＥＩＲＰに換算して示した曲線である。曲線Ｅ１が曲線Ｌ１を上回っている角度θの範囲は、−６６°〜＋６６°である。すなわち、距離Ｄが０．５ｍである場合には、タグ認証範囲Ｓ１は、アンテナ素子２の中心軸Ｍから左右に約１ｍの計約２ｍ範囲となる。また、曲線Ｅ１が曲線Ｌ２を上回っている角度θの範囲は、−３０°〜＋３０°である。すなわち、距離Ｄが３ｍである場合には、タグ認証範囲Ｓ１は、アンテナ素子２の中心軸Ｍから左右に約１．７ｍの計約３．５ｍの範囲となる。
したがって、直線偏波のタグ２０１を用いた通常のＲＦＩＤシステムに使用される円偏波の単一アンテナ素子２では、タグ認証範囲Ｓ１を広く確保することができない。

これに対して、この実施例では、図１及び図２に示したように、アンテナ素子２と同構造の一対のアンテナ素子２−１，２−２を中心間距離Ｈを持たせて並設し、可変位相回路４−１，４−２を用いて電力Ｗ１，Ｗ２に位相差Δを持たせているので、広いタグ認証範囲を確保することができる。
図５は、この実施例のアレイアンテナ装置１の指向性と指向性の切換状態を示す概略平面図であり、図６は、この実施例のアレイアンテナ装置によるタグ認証範囲を示す概略図である。
図５に示すように、可変位相回路４−２から出力される電力Ｗ２を、可変位相回路４−１から出力される電力Ｗ１に対して位相差Δだけ遅らせると、アンテナ素子２−２から電波がアンテナ素子２−１からの電波よりも位相差Δだけ遅れる。この結果、放射されるビームが、波線Ｑ１で示すように、アンテナ素子２−１，２−２の中心軸Ｍに対して位相差Δに対応した角度θだけ傾き、アレイアンテナ装置１は、角度θ方向への指向性を持つ。そして、図示しない制御信号によって、可変位相回路４−１から出力される電力Ｗ１を、可変位相回路４−２から出力される電力Ｗ２に対して位相差Δだけ遅らせるように可変位相回路４−１，４−２を制御すると、放射されるビームが、波線Ｑ２で示すように、中心軸Ｍに対して角度−θだけ傾き、アレイアンテナ装置１の指向性が、角度−θ方向に切り換わる。この結果、図６に示すように、広範囲のタグ認証範囲Ｓ２を確保することができる。

このようなアレイアンテナ装置１において、ビームパターンがアンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈと位相差Δとに対応してどのように変化するかを、発明者が計算したところ、図７〜図１０に示す結果を得た。
図７は、中心間距離Ｈをλ×０．３に固定し、位相差Δを変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図であり、図８は、中心間距離Ｈをλ×０．４に固定し、位相差Δを変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図であり、図９は、中心間距離Ｈをλ×０．５に固定し、位相差Δを変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図であり、図１０は、中心間距離Ｈをλ×０．６に固定し、位相差Δを変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図である。なお、λは、ＲＦＩＤシステムで使用されるＵＨＦ帯の中心周波数における波長であり、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60，Ｅ90，Ｅ120，Ｅ150は、位相差Δを６０°，９０°，１２０°，１５０°にそれぞれ設定した場合の角度θとＥＩＲＰとの関係を示す曲線である。

図７に示すように、実線で示すＥＩＲＰ曲線Ｅ60のビーム幅（図の左右方向の全体幅）が最も狭い。二点鎖線で示すＥＩＲＰ曲線Ｅ90及び一点鎖線で示すＥＩＲＰ曲線Ｅ120のように、位相差Δが大きくなるに従ってビーム幅が広くなる。そして、破線で示すＥＩＲＰ曲線Ｅ150のビーム幅が最大となる。
図１１は、指向性を切り換えて得た幅広のビームを示す概略図である。
図７に示したアンテナ素子２−１，２−２によるビームの指向性を切り換えると、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60，Ｅ90，Ｅ120，Ｅ150と中心軸Ｍで線対称なビームパターンを得るので、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60，Ｅ90，Ｅ120，Ｅ150の各場合について、図１１の（ａ）〜（ｄ）に示すような広範囲のビームパターンを得る。
ところで、図７を見ると、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60〜Ｅ120では、正面である角度０°で、そのＥＩＲＰが曲線Ｌ１と曲線Ｌ２との双方を上回っている。したがって、図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、指向性切り換え状態における曲線Ｌ１〜Ｌ２の間のビームパターンに走査漏れ部分は生じない。しかし、ＥＩＲＰ曲線Ｅ150では、図７で示すように、正面である角度０°で、そのＥＩＲＰが曲線Ｌ１を上回っているが、曲線Ｌ２に対しては下回っている。このため、図１１の（ｄ）に示すように、指向性切り換え状態における曲線Ｌ１〜Ｌ２の間のビームパターンに欠損部Ｓが生じ、走査漏れ部分が発生する。
また、図７に示すように、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60のビーム幅は、最も狭く、走査範囲が−４０°〜＋４０°の範囲しか得られない。これに対して、ＥＩＲＰ曲線Ｅ90及びＥＩＲＰ曲線Ｅ120では、−４５°〜＋４５°より広い走査範囲を得ることができる。
かかる点を考慮して、発明者は、位相差Δが８０°〜１２０°である場合に形成されるビームパターンが最適であると決定した。

一方、図７〜図１０に示すように、アンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈが大きくなると、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60，Ｅ90，Ｅ120，Ｅ150のビーム幅が狭くなっていく。したがって、中心間距離Ｈがλ×０．６である図１０の状態では、切り換え時におけるビーム幅（図１１に示すように、線対称のビームを重ねて得たビームの幅）が狭くなり、十分な広さのタグ認証範囲Ｓ２（図６参照）を得ることができない。また、中心間距離Ｈが小さくなると、ＥＩＲＰ曲線Ｅ60，Ｅ90，Ｅ120，Ｅ150のビーム幅は広がるが、ＥＩＲＰの値が小さくなり、２Ｗ（３ｄＢＷ）に近い利得を得ることが困難になる。
かかる点を考慮して、発明者は、中心間距離Ｈがλ×０．３〜λ×０．５である場合に形成されるビームパターンが最適であると決定した。
以上から、発明者は、アレイアンテナ装置１をＲＦＩＤシステムのアンテナとして用いるためには、アンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈが、ＲＦＩＤシステムの使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍以上で０．５倍以下であり、電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δの絶対値が、８０°以上で１２０°以下であることが好ましいと考えた。そして、この実施例では、日本国内向けのＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムの中心周波数９５３ＭＨｚを使用することとして、その波長の０．３８倍を採用し、中心間距離Ｈを１２０ｍｍに設定すると共に、電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δを９０°に設定した。勿論、これに限定されるものではなく、中心間距離Ｈをλ×０．３〜λ×０．５の範囲で設定し、位相差Δの絶対値を、８０°以上で１２０°以下の範囲で設定することができる。

次に、この実施例のアレイアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図１２は、この実施例の作用及び効果を説明するための概略平面図である。
図１２に示すように、電力Ｗが、図示しないＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタから伝送線路１０に供給されると、電力Ｗが分岐回路３で分岐され、同振幅で同位相の電力Ｗ１，Ｗ２が分岐回路３から伝送線路１１，１２に出力される。そして、これら電力Ｗ１，Ｗ２が可変位相回路４−１，４−２にそれぞれ入力されると、電力Ｗ１，Ｗ２が位相差Δを持って可変位相回路４−１，４−２から出力される。例えば、可変位相回路４−２から出力される電力Ｗ２が、可変位相回路４−１から出力される電力Ｗ１に対して位相差Δだけ遅らされると、アンテナ素子２−２から電波の放射がアンテナ素子２−１からの電波の放射よりも位相差Δだけ遅れ、放射されるビームが、アンテナ素子２−１，２−２の中心軸Ｍに対して位相差Δに対応した角度θだけ傾く。そして、図示しない制御信号によって、可変位相回路４−１から出力される電力Ｗ１が、可変位相回路４−２から出力される電力Ｗ２に対して位相差Δだけ遅らされると、放射されるビームが、中心軸Ｍに対して角度−θだけ傾き、アレイアンテナ装置１の指向性が、角度−θに切り換わる。かかる指向性の切換を繰り返しに行うことで、斜線で示すような幅広の範囲Ｑに交互にビームパターンが形成され、梱包物２００に対して、タグ認証範囲Ｓ２を確保することができる。
しかも、アンテナ素子２−１，２−２の中心間距離Ｈ（図２参照）が、日本国内向けのＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムの中心周波数９５３ＭＨｚにおける波長の０．３倍以上で０．５倍以下の範囲内である１２０ｍｍに設定され、且つ電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δの絶対値が、８０°以上で１２０°以下の範囲内である９０°に設定されているので、ＲＦＩＤシステムに適用される電波法令で決められた範囲内で十分なＥＩＲＰを得ることができるだけでなく、所望範囲内のビーム幅を得ることができ、この結果、広範囲のタグ認証範囲Ｓ２内において、漏れのないタグ認証走査が可能である。

なお、この実施例では、２つの可変位相回路４−１，４−２を用いて、位相差生成手段及び切換手段を構成したが、可変位相回路４−１，４−２の一方のみを用いても、位相差生成手段及び切換手段を構成することができる。例えば、可変位相回路４−１を伝送線路１１に挿入して、可変位相回路４−２を伝送線路１２に挿入せず、可変位相回路４−１だけで、電力Ｗ１，Ｗ２間の位相差Δを生成すると共に電力Ｗ１，Ｗ２の位相差を逆転させて、アンテナ素子２−１，２−２に対する電力Ｗ１，Ｗ２の給電状態を切り換えるように構成することもできる。

次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１３は、この発明の第２実施例に係るアレイアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図１４は、図１３に示すアレイアンテナ装置の概略平面図である。
これらの図に示すように、この実施例では、３つのスイッチ回路３０，３１−１，３１−２と遅延線路４０とによって、分岐手段，位相差生成手段，切換手段を構成する点が、上記第１実施例と異なる。
具体的には、スイッチ回路３０を伝送線路１０と伝送線路１１，１２との間に介設し、スイッチ回路３１−１，３１−２を伝送線路１１，１２にそれぞれ挿入した。そして、伝送線路１１，１２を伝送線路１３，１４に接続すると共に、伝送線路１３，１４をアンテナ素子２−１，２−２に接続し、遅延線路４０を接続点Ｐ１，Ｐ２間に接続した。
すなわち、伝送線路１１を接続点Ｐ１で伝送線路１３と遅延線路４０とに分岐することにより、伝送線路１１側の分岐手段を形成する。そして、伝送線路１２を接続点Ｐ２で伝送線路１４と遅延線路４０とに分岐することにより、伝送線路１２側の分岐手段を形成する。そして、位相差生成手段を遅延線路４０によって形成すると共に、切換手段をスイッチ回路３０によって形成している。

かかる構成により、図１４に示すように、伝送線路１０をスイッチ回路３０を介して伝送線路１１に接続し、スイッチ回路３１−１をオン状態にしておくと、伝送線路１０に供給された電力Ｗは、スイッチ回路３０とスイッチ回路３１−１とを通じて接続点Ｐ１に至り、電力Ｗ１，Ｗ２に分岐される。そして、電力Ｗ１は、伝送線路１３を通じてそのままアンテナ素子２−１に給電されるが、電力Ｗ２は、遅延線路４０によって遅延された後、伝送線路１４を通じてアンテナ素子２−２に供給される。この結果、アンテナ素子２−１，２−２に供給される電力Ｗ１，Ｗ２の間に位相差が生じ、図５に示したような右に傾いたビームがアンテナ素子２−１，２−２から放射される。
そして、スイッチ回路３０を破線で示すように切り換え、伝送線路１０をスイッチ回路３０によって伝送線路１２に接続し、スイッチ回路３１−２を破線で示すようにオン状態にすると、伝送線路１０に供給された電力Ｗが、スイッチ回路３０とスイッチ回路３１−２とを通じて接続点Ｐ２に至り、電力Ｗ１，Ｗ２に分岐される。すると、電力Ｗ２が、伝送線路１４を通じてそのままアンテナ素子２−２に給電され、電力Ｗ１は、遅延線路４０によって遅延された後、伝送線路１３を通じてアンテナ素子２−１に供給される。この結果、電力Ｗ１，Ｗ２の間に上記とは逆の位相差が生じ、図５に示したような左に傾いたビームがアンテナ素子２−１，２−２から放射される。かかる切り換えを繰り返し行うことで、図１２に示したような幅広の範囲に交互にビームパターンを生成することができ、この結果、広範囲のタグ認証が可能となる。

このように、この実施例のアレイアンテナ装置によれば、安価で簡単な構造の３つのスイッチ回路３０，３１−１，３１−２と遅延線路４０とによって、分岐手段，位相差生成手段，切換手段を構成しているので、アレイアンテナ装置を安価且つ簡単に製造することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１５は、この発明の第３実施例に係るアレイアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図１６は、図１５に示すアレイアンテナ装置の概略平面図である。
これらの図に示すように、この実施例では、スイッチ回路３０と９０度ハイブリッド回路４１とによって、分岐手段，位相差生成手段，切換手段を構成する点が、上記第１及び第２実施例と異なる。
具体的には、図１６に示すように、伝送線路１０と伝送線路１１，１２とをスイッチ回路３０を介して接続し、９０度ハイブリッド回路４１を伝送線路１１，１２の間に組み込んで、伝送線路１１，１２をアンテナ素子２−１，２−２に接続した。
９０度ハイブリッド回路４１は、位相差生成手段として用いる回路である。また、９０度ハイブリッド回路４１は、端子４１ａ，４１ｂを入力端とし且つ端子４１ｃ，４１ｄを出力端とした２入力２出力の回路であり、前段の伝送線路１１，１２が端子４１ａ，４１ｂにそれぞれ接続され、後段の伝送線路１１，１２が端子４１ｃ，４１ｄにそれぞれ接続されている。これにより、分岐手段を前段の伝送線路１１，１２と９０度ハイブリッド回路４１とによって形成し、切換手段をスイッチ回路３０によって形成している。

かかる構成により、伝送線路１０をスイッチ回路３０によって９０度ハイブリッド回路４１の端子４１ａに接続して、給電電力Ｗを端子４１ａに給電すると、９０度ハイブリッド回路４１によって、電力Ｗ１，Ｗ２が、端子４１ｃと端子４１ｄとに、位相差９０°で分配されて出力される。
そして、スイッチ回路３０を破線で示すように切り換え、伝送線路１０を端子４１ｂに接続して、給電電力Ｗを端子４１ｂに給電すると、電力Ｗ１，Ｗ２が、端子４１ｃと端子４１ｄとに、位相差−９０°で分配されて出力される。

このように、この実施例のアレイアンテナ装置によれば、９０度ハイブリッド回路４１を用いて、位相差生成手段と分岐手段とを形成したので、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムのリーダ／ライタ等とアンテナ素子２−１，２−２との間で、広帯域の整合が可能となり、この結果、アンテナ素子２−１，２−２近傍での反射波がリーダ／ライタ等のパワーアンプ側に戻るという不具合の発生を防止することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。

次に、この発明の第４実施例について説明する。
図１７は、この発明の第４実施例に係るＲＦＩＤシステムの要部を示すブロック図である。
図１７に示すように、この実施例のＲＦＩＤシステムは、ＵＨＦ帯の電波を使用するＲＦＩＤシステムであり、信号の送受信を行うＲＦ部５にアレイアンテナ装置１を設けた構成になっている。
アレイアンテナ装置１としては、９０度ハイブリッド回路４１を用いた上記第３実施例のアレイアンテナ装置を適用した。勿論、第１実施例や第２実施例のアレイアンテナ装置１、又は他のアレイアンテナ装置を適用することもできる。
ＲＦ部５は、図示しないリーダ，ライタ又はリーダ／ライタ等のシステム本体の高周波送受信を行う部分であり、送信回路６と受信回路７とサーキュレータ８と制御回路９とを有する。

送信回路６は、ＡＳＫ変調器６１において、制御回路９からの信号を、ＰＬＬモジュール８０からディバイダ８１を介して送られてきた局所発振信号でＡＳＫ変調を行い、このＡＳＫ変調された信号を、帯域通過フィルタ６２，パワーアンプ６３及び低域通過フィルタ６４を通じてサーキュレータ８に出力する機能を有する。
これにより、給電電力Ｗの信号が、サーキュレータ８を介してアレイアンテナ装置１の伝送線路１０に供給される。

一方、受信回路７は、アレイアンテナ装置１からサーキュレータ８を介して受信した信号を、帯域通過フィルタ７１及び低雑音増幅器７２を通じてディバイダ７３に入力し、ディバイダ７３で分離した信号を、ミキサ７４，７５において、ＰＬＬモジュール８０からディバイダ８１，９０度ハイブリッド回路７６を介して送られてきた局所発振信号で直交復調し、復調されたＩ信号及びＱ信号を制御回路９に送る機能を有する。

制御回路９は、アレイアンテナ装置１のスイッチ回路３０の切換を高速に行わせるための制御信号Ｃを送受信時にスイッチ回路３０に送る回路である。

かかる構成により、送信時には、給電電力Ｗの信号が、ＲＦ部５の送信回路６からサーキュレータ８を介してアレイアンテナ装置１の伝送線路１０に供給されると共に、制御信号Ｃが制御回路９からスイッチ回路３０に送られる。この結果、円偏波の電波がアレイアンテナ装置１のアンテナ素子２−１，２−２から放射され、所望ＥＩＲＰで幅広のビームパターンを照射する。そして、アンテナ素子２−１，２−２が、所望ＥＩＲＰで幅広のビーム範囲内のタグからの直線偏波の電波を受信すると、その信号がＲＦ部５の受信回路７で復調され、受信回路７に送られる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１から第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記第１実施例では、第１及び第２のアンテナ素子として、パッチアンテナの円偏波アンテナであるアンテナ素子２−１，２−２を適用したが、パッチアンテナ、円偏波アンテナ及び直線偏波アンテナに限らず、平面系のアンテナであれば、第１及び第２のアンテナ素子として適用することができる。
また、上記実施例では、アンテナ素子２−１，２−２への給電方法として、伝送線路１０による直接給電の例を示したが、給電方法は、このような直接給電に限るものではなく、電磁結合給電等、アンテナを励振することができるすべての給電方法が可能である。
さらに、上記実施例では、位相差生成手段による第１及び第２の電力の給電位相差の絶対値を、８０°以上で１２０以下に設定したアレイアンテナ装置を例示したが、かかる給電位相差の絶対値を、８０°以上で１２０以下以外の値に設定したアレイアンテナ装置を、この発明の範囲から除外する意ではない。

この発明の第１実施例に係るアレイアンテナ装置を示す概略斜視図である。 図１に示すアレイアンテナ装置の概略平面図である。 単一のアンテナ素子によるタグ認証範囲を示す概略図である。 単一のアンテナ素子のＥＩＲＰと各距離にあるタグを認証するに必要なＥＩＲＰとの関係を示す線図である。 この実施例のアレイアンテナ装置の指向性と指向性の切換状態を示す概略平面図である。 この実施例のアレイアンテナ装置によるタグ認証範囲を示す概略図である。 中心間距離をλ×０．３に固定し、位相差を変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図である。 中心間距離をλ×０．４に固定し、位相差を変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図である。 中心間距離をλ×０．５に固定し、位相差を変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図である。 中心間距離をλ×０．６に固定し、位相差を変化させた場合のＥＩＲＰ曲線を示す線図である。 指向性を切り換えて得た幅広のビームを示す概略図である。 この実施例の作用及び効果を説明するための概略平面図である。 この発明の第２実施例に係るアレイアンテナ装置を示す概略斜視図である。 図１３に示すアレイアンテナ装置の概略平面図である。 この発明の第３実施例に係るアレイアンテナ装置を示す概略斜視図である。 図１５に示すアレイアンテナ装置の概略平面図である。 この発明の第４実施例に係るＲＦＩＤシステムの要部を示すブロック図である。

符号の説明

１…アレイアンテナ装置、 ２，２−１，２−２…アンテナ素子、 ３…分岐回路、 ４−１，４−２…可変位相回路、 ５…ＲＦ部、 ６…送信回路、 ７…受信回路、 ８…サーキュレータ、 ９…制御回路、 １０〜１４…伝送線路、 ２０…誘電体、 ２１…放射電極、 ２２…グランド板、 ３０，３１−１，３１−２…スイッチ回路、 ４０…遅延線路、 ４１…９０度ハイブリッド回路、 ２００…梱包物、 ２０１…タグ、 Ｃ…制御信号、 Δ…位相差、 Ｈ…中心間距離、 Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…電力。

Claims (4)

1. ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムのリーダ，ライタ又はリーダ／ライタのいずれかからの給電電力をほぼ同振幅の第１及び第２の電力に分岐する分岐手段と、この分岐手段で分岐された第１及び第２の電力の給電位相に差を設ける位相差生成手段と、この位相差生成手段を経た第１及び第２の電力がそれぞれ給電される第１及び第２のアンテナ素子と、これら第１及び第２のアンテナ素子に対する上記第１及び第２の電力の給電状態を切り換える切換手段とを具備するアレイアンテナ装置であって、
   上記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間隔を、使用ＵＨＦ帯の中心周波数における波長の０．３倍以上で０．５倍以下の距離に設定した、
   ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
2. 上記位相差生成手段による第１及び第２の電力の給電位相差の絶対値が、８０°以上で１２０°以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
3. 上記分岐手段と位相差生成手段とを、９０度ハイブリッド回路で構成した、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアレイアンテナ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のアレイアンテナ装置を備える、
   ことを特徴とするＲＦＩＤシステム。

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