JP2009089221A - 無線タグ通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線タグが配置される位置に係らず，送信アンテナから無線タグまでの間，及び無線タグから受信アンテナまでの間で安定した通信状態を確保できる無線タグ通信システムを提供すること。
【解決手段】無線タグ１に向けて電波信号Ｗを送信するために用いられ，円偏波特性を有する送信アンテナ２１と，無線タグ１から発信された電波信号Ｒを受信するために用いられ，前記送信アンテナとは逆旋回の円偏波特性を有し，受信アンテナ２１との間に無線タグ１が配置される一定の範囲Ｓを介して配置された受信アンテナ２２と，無線タグ１に具備されており，無線タグ１から送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２に向けて電波信号を送受信するために用いられ，直線偏波特性を有するタグ用アンテナとを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は，信号を無線タグに送信し，また，無線タグから発信された信号を受信して無線タグに記録された情報を読み取る無線タグ通信システムに関するものである。

無線タグ（ＲＦＩＤ）に記録された情報を，無線信号を用いて読み取る無線タグ通信システムにおいては，従来，１２５ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚ帯，１３.５６ＭＨｚ帯の信号を用いた電磁誘導方式，或いは２.４５ＧＨｚ帯の周波数の電波信号を用いたマイクロ波方式が採用されていた。近年，マイクロ波方式の９５０ＭＨｚ帯の利用が解禁されたことによって，無線タグ通信システムの需要が急速に拡大している。
９５０ＭＨｚ帯や２.４５ＧＨｚ帯の周波数の電波信号を用いるマイクロ波方式によれば，１２５ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚ帯や１３.５６ＭＨｚ帯の周波数の信号を用いる電磁誘導による通信方式に比べて，通信範囲の拡大が可能となる。

ところで，無線タグ通信システムは，無線タグに向けて信号を発信する送信アンテナと，無線タグから発信された信号を受信する受信アンテナを具備している。このような無線タグ通信システムにおいては，受信アンテナが送信アンテナから発信された信号を直接受信してしまうと，受信信号に対するノイズとなったり，受信アンテナにより受信した信号を処理するための受信回路が飽和してしまう等の問題が生じてしまう。
そこで，一般的な無線タグ通信システムにおいては，図７に示すように，無線タグ９１に向けて信号を発信するための送信アンテナ９３と，無線タグ９１から発信された信号を受信するための受信アンテナ９２とが並設されており，送信アンテナ９３から発信された信号が受信アンテナ９２により直接受信されないようになっている（例えば，特許文献１）。
特開２００６−１１３８６９号公報

しかしながら，上記のように受信アンテナ９２と送信アンテナ９３とを並設した構成においては，無線タグ９１が送信アンテナ９３，及び受信アンテナ９２から離れて配置された場合，送信アンテナ９３から無線タグ９１までの間，及び無線タグ９１から受信アンテナ９２までの間において通信エラーが生じ易い。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，無線タグが配置される位置に係らず，送信アンテナから無線タグまでの間，及び無線タグから受信アンテナまでの間で安定した通信状態を確保できる無線タグ通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，無線タグと，該無線タグとの間で信号を送受信するための送受信装置とを有する無線タグ通信システムであって，以下（１）〜（３）の構成要素を備えている。
（１）前記無線タグに向けて信号を送信するために用いられ，円偏波特性を有する送信アンテナ。
（２）前記無線タグから発信された信号を受信するために用いられる受信アンテナ。該受信アンテナは，前記送信アンテナとは逆旋回の円偏波特性を有し，前記受信アンテナとの間に前記無線タグが配置される一定の範囲を介して配置されている。
（３）前記無線タグに設けられており，該無線タグと前記送受信装置との送受信のために用いられるべく直線偏波特性を有するタグ用アンテナ。

上記本発明の無線タグ通信システムによれば，無線タグが，送信アンテナと受信アンテナの間に配置されることとなり，例えば，送信アンテナから無線タグまでの距離が長い場合には無線タグから受信アンテナまでの距離が短くなり，逆に，送信アンテナから無線タグまでの距離が短い場合には無線タグから受信アンテナまでの距離が長くなる。

従って，無線タグが，送信アンテナと受信アンテナの間で何れの位置に配置された場合にも，送信アンテナから無線タグまでの距離と無線タグから受信アンテナまでの距離との和に大きなバラツキを生じることがないので，無線タグが配置される位置に係らず，送信アンテナから無線タグまでの間，及び無線タグから受信アンテナまでの間で安定した通信状態を確保することができる。

また，円偏波特性を有する送信アンテナからの信号は，直線偏波特性を有する無線タグのタグ用の受信アンテナにより受信され，直線偏波特性を有する無線タグのタグ用の送信アンテナからの信号は，円偏波特性を有する受信アンテナにより受信されるが，受信アンテナとは逆旋回の円偏波特性を有する送信アンテナからの信号は，受信アンテナにより受信されない。従って，送信アンテナからの信号が受信アンテナにより受信されることによる障害が生じない。

望ましい具体的な構成において，前記受信アンテナと前記送信アンテナとの対を複数有し，少なくとも２つの前記対について，一方の前記対の前記送信アンテナと前記受信アンテナを結ぶ直線と，他方の前記対の前記送信アンテナと前記受信アンテナを結ぶ直線が交わっている。更に，前記一方の対の前記送信アンテナと前記受信アンテナにより前記無線タグと送受信を行う状態と，前記他方の対の前記送信アンテナと前記受信アンテナにより前記無線タグと送受信を行う状態とを，時分割で切り替える切替え手段を有している。

このような構成によれば，無線タグアンテナの電界励起方向が，一方の対の送信アンテナから発信される信号の伝播方向と平行に配置され通信出来ない場合にも，該無線タグは，他方の対の送信アンテナから発信された信号を受信することができる。
従って，無線タグの配置方向に殆ど影響されることなく，送信アンテナからの信号を安定して無線タグに受信させることが可能となる。

例えば，四角形のゲート形状内に前記無線タグが配置される範囲を有する場合には，前記一方の対，及び前記他方の対の前記受信アンテナと前記送信アンテナを，四角形の形状の角部付近に配置することが望ましい。
この場合，上記四角形の範囲を限定して，四角形領域外の無線タグを検知しないように前記受信アンテナの放射パターンを偏平なものとすることが出来る。このことによって，所定の限定された範囲に配置された無線タグのみと通信を行い，所定の範囲外に配置された無線タグからの干渉を抑制することができる無線タグ通信システムとすることができる。
具体的には，前記受信アンテナに，アレー化したパッチアンテナを用いることが出来る。

受信アンテナの放射パターンを偏平なものとした構成においては，更に，前記送信アンテナと前記受信アンテナとの対から構成される組を複数有し，各前記組に含まれる前記受信アンテナにより前記無線タグが認識される範囲を，前記受信アンテナの放射パターンが偏平な方向に並設してなる構成とすることも可能である。
このような構成によれば，受信アンテナの放射パターンが偏平な方向について，どの組の受信アンテナが無線タグを認識したのかを知ることによって，無線タグの位置を検出することが可能となる。

本発明の無線タグ通信システムによれば，無線タグが配置される位置に係らず，送信アンテナから無線タグを経由して受信アンテナまでの間で安定した通信状態を確保することができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は，本発明の第１の実施形態を示す平面図，図２は，本発明の第２の実施形態を示す平面図，図３は，無線タグが受信アンテナにより認識される範囲を示す斜視図，図４は，ゲートアンテナシステムの斜視図，図５は，アンテナの放射パターンを示すグラフ，図６は，第２の実施形態の応用例を示す斜視図である。

図１に，本発明の無線タグ情報通信システムの基本的な構成である第１の実施形態を示す。まず，この第１の実施形態について説明する。
＜＜第１の実施形態＞＞
第１の実施形態おいて，無線タグ１（ＲＦＩＤ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に記録された情報を，ＵＨＦ帯の周波数の電波信号により読み取り，また，無線タグ１に情報を書き込むための送受信装置として，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の対を１つ用いる。

一対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２は，読み取り書込装置２に接続され，上記送受信装置（送信アンテナ２１と受信アンテナ２２）と通信すべき無線タグ１が配置される一定の範囲Ｓを介して，その信号送信面と信号受信面とを互いに対向させるように配置されている。
図１（ａ）に示すように，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の間に配置された無線タグ１は，送信アンテナ２１から発信された電波信号Ｗを，内蔵するタグ用アンテナ（図示省略）により受信することにより起動され，上記タグ用アンテナから受信アンテナ２２に向けて電波信号Ｒを発信する。そして，受信アンテナ２２により受信された無線タグ１からの電波信号Ｒが情報読取り書込装置２に送信され，無線タグ１に記録された情報が情報読取り書込装置２により読み取られる。
尚，送信アンテナ２１から発信される電波信号Ｗには，無線タグ１を起動するための信号だけではなく，無線タグ１に情報を記録するための信号も含まれている。

この実施形態の場合，図１（ｂ）に示すように，無線タグ１が，図１（ａ）に示す場合に比べて，受信アンテナ２２から離れて配置された場合，送信アンテナ２１から無線タグ１までの距離は，図１（ａ）に示す場合に比べて短くなる。従って，送信アンテナ２１から無線タグ１に向かう電波信号Ｗの伝播距離と，無線タグ１から受信アンテナ２２に向かう電波信号Ｒの伝播距離との和は，図１（ａ）に示す場合と略同じである。また，図１（ｃ）に示すように，無線タグ１が，図１（ａ）に示す場合に比べて，受信アンテナ２２に接近して配置された場合も同様である。

このように，無線タグ１が，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２との間で何れの位置に配置された場合にも，送信アンテナ２１から無線タグ１に向かう電波信号Ｗの伝播距離と，無線タグ１から受信アンテナ２２に向かう電波信号Ｒの伝播距離との和に大きなバラツキを生じず，無線タグ１と送受信装置（送信アンテナ２１と受信アンテナ２２）との間の安定した通信状態を確保することができる。

ところで，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の間に無線タグ１が配置されるような構成では，送信アンテナ２１に対して，無線タグ１と受信アンテナ２２が同じ方向に配置されている。従って，送信アンテナ２１から無線タグ１に向けて発信された電波信号Ｗは，受信アンテナ２２にも向かう。送信アンテナ２１から発信された電波信号Ｗは，受信アンテナ２２により直接受信された場合，受信アンテナ２２により受信されるべき無線タグ１からの電波信号Ｒを妨害するノイズとなる。

そこで，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２とを，互いに逆旋回の円偏波特性を有するものとし，且つ無線タグ１の上記タグ用アンテナを直線偏波特性とした。このことによって，図１（ｄ）に示すように，円偏波特性を有する送信アンテナ２１から発信された電波信号Ｗは，直線偏波特性である無線タグ１の上記タグ用アンテナにより受信可能であるが，送信アンテナ２１とは逆旋回の円偏波特性を有する受信アンテナ２２によっては受信されない。また，無線タグ１の上記タグ用アンテナから発信された電波信号Ｒは，該タグ用アンテナの送信モードが直線偏波特性となっているので，円偏波特性を有する受信アンテナ２２により受信される。
なお，通常のタグ用アンテナは，小型化のために送信，受信共用であり偏波特性も送受とも同じ特性である。

上記第１の実施形態によれば，無線タグ１が，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の間で何れの位置に配置された場合にも，送信アンテナ２１から無線タグ１，及び無線タグ１から受信アンテナ２２までの間の安定した通信状態を確保することができる。

しかしながら，図２のように，無線タグ１の受信アンテナの電界励起方向１ａが送信アンテナ２１から発信される電波信号Ｗの伝播方向と平行に配置される無線タグ１′では，送信アンテナ２１からの電波信号Ｗを受信し難い。
そこで，無線タグ１の受信アンテナの励起方向１ａがどのような向きに配置された場合にも，送信アンテナ２１からの電波信号Ｗを無線タグ１に受信させることができるように，以下に説明する第２の実施形態の構成とすることも可能である。

＜＜第２の実施形態＞＞
図２に示す第２の実施形態においては，無線タグ１と通信を行う送受信装置として，第１の実施形態に示した送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の対と，更に，他の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４の対とが設けられている。また，該送受信装置を構成する送信アンテナ２１，２３，及び受信アンテナ２２，２４は，該送受信装置（送信アンテナ２１，２３と受信アンテナ２２，２４）と通信を行うべき無線タグ１が配置される一定の範囲Ｓの角部に設置されており，且つ，一方の対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２とを結ぶ直線と，他方の対の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４を結ぶ直線とが互いに直交している。

更に，２つの送信アンテナ２１，２３の何れか一方が情報読取り書込装置２に接続されるように接続の切り替えを行う第１のスイッチ回路３１と，及び２つの受信アンテナ２２，２４の何れか一方が情報読取り書込装置２に接続されるように接続の切り替えを行う第２のスイッチ回路３２とから構成される切り替え装置（切替え手段の一例）が設けられている。この切替え装置によって，情報読取り書込装置２に一方の対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２が接続された状態と，他方の対の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４が接続された状態とが，時分割で切り替えられる。

図２（ａ）に示すように，一方の対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２が情報読取り書込装置２に接続されている状態においては，無線タグ１のアンテナの電界励起方向１ａが他方の対の送信アンテナ２３から発信される電波信号Ｗの伝播方向と平行に配置されている場合であっても，この無線タグ１は，一方の対の送信アンテナ２１から発信された電波信号Ｗを受信することができる。

しかしながら，この状態においては，一方の対の送信アンテナ２１から発信される電波信号Ｗの伝播方向と平行にそのアンテナの電界励起方向１ａが配置された無線タグ１′では，送信アンテナ２１から発信される電波信号Ｗを受信できない。
このような状況は，上記切り替え装置による時分割の切替えが行われ，図２（ｂ）に示すように，他方の対の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４が，情報読取り書込装置２に接続された状態になることにより解消され，無線タグ１′のアンテナの電界励起方向１ａが一方の対の送信アンテナ２１から発信される電波信号Ｗの伝播方向と平行に配置されている場合であっても，この無線タグ１は，他方の対の送信アンテナ２３から発信された電波信号Ｗを受信できるようになる。
このように，第２の実施形態の構成によれば，送信アンテナ２１，２３と受信アンテナ２２，２４から構成される送受信装置と通信を行うべき無線タグ１が配置される一定の範囲Ｓ内において，無線タグ１のアンテナの電界励起方向１ａがどのような向きに配置された場合にも，送信アンテナ２１，２３からの電波信号Ｗを無線タグ１に受信させることができる。

尚，上記第２の実施形態においては，一方の対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２を結ぶ直線と，他方の対の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４を結ぶ直線とを互いに直交させるように配置したが，一方の対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２を結ぶ直線と，他方の対の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４を結ぶ直線とは，交わっていればよい。また，その交わる角度も９０°である必要はなく，例えば，４５°〜９０°の角度で交わっていれば，無線タグ１のアンテナの電界励起方向１ａの配置方向に殆ど影響されることなく，一方の対の送信アンテナ２１，或いは他方の対の送信アンテナ２３からの電波信号Ｗを安定して無線タグ１に受信させることが可能となる。

ところで，図３に示すように，所定の狭い範囲（図中において，ハッチングにより示す範囲）Ｋに配置された無線タグ１のみと通信を行うような無線タグ１通信システムにおいては，受信アンテナ２２，２４として放射パターンの広いものを用いると，所定の範囲Ｋの外に配置された無線タグ１ｘから発信された電波信号を受信してしまい，誤認識の問題を生じる場合がある。
そこで，受信アンテナ２２，２４として，図５に示すような偏平な放射パターン（この場合，Ｘ方向に偏平な放射パターン）を有するものを用いることによって，図３に示す所定の範囲Ｋの外に配置された無線タグ１ｘから発信された電波信号を受信しないようにすることが可能であり，位置精度の高い検出システムが実現できる。
図５（ａ）に示されその放射パターン（Ｘ方向の放射パターンが実線，Ｙ方向の放射パターンが点線であり，どちらもほぼ同じ特性となっている。）を示すようなパッチアンテナに比較して，アレー化したパッチアンテナでは，図５（ｂ）に示すように，所望の方向に扁平な放射パターン（Ｙ方向に対し，Ｘ方向の特性が狭くなっており，Ｘ方向に扁平である）を形成することが出来る。
なお，本発明でいう「扁平」「扁平な方向」とは，図３，４で示しているように，所定の範囲Ｋが直方体となる場合に，その縦，横（図３，４では図面の横方向と奥行き方向）の一方がうすい形状と同様な放射パターンを「扁平」，そのうすい側の方向（図３，４では，Ｘ方向）を「扁平な方向」という。

具体例として，偏平な放射パターンを有する受信アンテナ２２，２４を用いて，図４に示す如きゲートアンテナシステムを構成することも可能である。このゲートアンテナシステムにおいては，互いに対向する一対の壁８１，８２の間に形成されたゲートＧを，無線タグ１が通過することとなる。
このような一対の壁８１のうち，一方の壁８１の中に一方の対の送信アンテナ２１と他方の対の受信アンテナ２４が組み込まれ，他方の壁８２の中に一方の対の受信アンテナ２２と他方の対の送信アンテナ２３が組み込まれており，一対の壁８１，８２は，受信アンテナ２２，２４の放射パターンが偏平な方向（Ｘ方向）と略直交する方向に沿って配置されている。また，２つの送信アンテナ２１，２３と２つの受信アンテナ２２，２４は，一対の壁８１，８２の間に形成された四角形のゲートＧの角部付近に配置されている。
このような四角形ゲートは，必ずしもゲートとしての機能を持つものに限らない。例えば四角形の例としては，図４に示したような商店の盗難防止装置のようなものの他，通信エリアが略四角形でその周囲にリーダを設けて読み書きするようなもの全般を含むものである。例えば，四角形或は直方体の本棚などの棚の中にある本を検出するような場合や，廊下の出入り口のように四角い通路の周囲にセンサを設けて通過する人や物品をチェックするような場合，さらには四角い保管庫の中の物品や人を壁の中に埋め込んだセンサで検出するシステムなど，多様な分野に応用可能である。
無線タグ１が，一対の壁８１，８２の間に形成されたゲートＧを通過するとき，無線タグ１の進行方向は，受信アンテナ２２，２４の放射パターンが偏平な方向（Ｘ方向）となるので，受信アンテナ２２，２４は，ゲートＧを通過する無線タグ１のみを認識し，ゲートＧを通過する前後の無線タグ１ｘを認識しない。

更に，図６に示すように，送受信装置において，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の対と，他の送信アンテナ２３と受信アンテナ２４の対から構成される組を複数設け，各組に含まれる受信アンテナ２２，２４により無線タグ１が認識される範囲Ｋを，受信アンテナ２２，２４の放射パターンが偏平な方向（Ｘ方向）に並設してなる構成とすることもできる。
このような構成によれば，受信アンテナ２２，２４の放射パターンが，Ｙ方向は範囲Ｋを十分にカバーすると共に，Ｘ方向を偏平な特性とすること，無線タグ１から発信された電波信号をどの組の受信アンテナ２２，２４が受信したのかを知ることによって，無線タグ１の位置を検出することが可能となる。

尚，図１に示す送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の対を１つだけ用いる第１の実施形態においても，受信アンテナ２２として放射パターンが偏平なものを用い，送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の対を複数設け，各組に含まれる受信アンテナ２２により無線タグ１が認識される範囲を，受信アンテナ２２の放射パターンが偏平な方向に並設してなる構成とすることもできる。

尚，上記実施形態においては，一対の送信アンテナ２１と受信アンテナ２２について，その信号送信面と信号受信面を互いに対向させたが，これら信号送信面と信号受信面は，厳密に対向していない場合であっても，他方のアンテナが有する放射パターンの３ｄＢの範囲内に配置されていればよい。また，通信に用いる信号の周波数はＵＨＦ帯に限定されるものではなく，送信アンテナが起動のための信号のみを発信するものであってもよい。

本発明は，電波信号を用いた非接触方式の無線タグ通信システムに利用可能である。

本発明の第１の実施形態を示す平面図。 本発明の第２の実施形態を示す平面図。 無線タグが受信アンテナにより認識される範囲を示す斜視図。 ゲートアンテナシステムの斜視図。 アンテナの放射パターンを示すグラフ。 第２の実施形態の応用例を示す斜視図。 従来の無線タグ通信システムの平面図。

符号の説明

１…無線タグ
２…読み取り書込装置
２１…送信アンテナ
２２…受信アンテナ
２３…送信アンテナ
２４…受信アンテナ
３１…第１のスイッチ回路
３２…第２のスイッチ回路

Claims (6)

1. 無線タグと，該無線タグとの間で信号を送受信するための送受信装置とを有する無線タグ通信システムにおいて，
   前記無線タグに向けて信号を送信するために用いられ，円偏波特性を有する送信アンテナと，
   前記無線タグから発信された信号を受信するために用いられ，前記送信アンテナとは逆旋回の円偏波特性を有し，前記受信アンテナとの間に前記無線タグが配置される一定の範囲を介して配置された受信アンテナと，
   前記無線タグに設けられており，該無線タグと前記送受信装置との送受信のために用いられるべく直線偏波特性を有するタグ用アンテナと，
   を具備することを特徴とする無線タグ通信システム。
2. 前記受信アンテナと前記送信アンテナとの対を複数有し，少なくとも２つの前記対について，一方の前記対の前記送信アンテナと前記受信アンテナを結ぶ直線と，他方の前記対の前記送信アンテナと前記受信アンテナを結ぶ直線が交わっており，前記一方の対の前記送信アンテナと前記受信アンテナにより前記無線タグと信号の送受信を行う状態と，前記他方の対の前記送信アンテナと前記受信アンテナにより前記無線タグと信号の送受信を行う状態とを時分割で切り替える切替え手段を有する請求項１に記載の無線タグ通信システム。
3. 四角形のゲート形状内に前記無線タグが配置される範囲を有し，前記一方の対，及び前記他方の対の前記受信アンテナと前記送信アンテナが，前記ゲート形状の角部付近に配置された請求項１または請求項２の何れかに記載の無線タグ通信システム。
4. 前記受信アンテナの放射パターンを，偏平なものとした請求項３に記載の無線タグ通信システム。
5. 前記受信アンテナに，アレー化したパッチアンテナを用いた請求項３或は４のいずれかに記載の無線タグ通信システム。
6. 前記送信アンテナと前記受信アンテナとの対から構成される組を複数有し，各前記組に含まれる前記受信アンテナにより前記無線タグが認識される範囲を，前記受信アンテナの放射パターンが偏平な方向に並設してなる請求項１乃至請求項５の何れかに記載の無線タグ通信システム。

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