JP2010068379A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低電圧かつ簡単な構成でキャンセル信号を生成できるとともに、迅速な感度改善処理を行うことができる無線通信装置を提供すること。
【解決手段】 アンテナ２０に供給される送信信号を分配器１６１により分配し、レベル調整器１６４および位相調整器１６５により分配信号のレベルおよび位相を調整してキャンセル信号を生成し、合成器１６３によりアンテナ２０の受信信号と合成する。このようにレベル調整器１６４および位相調整器１６５によりキャンセル信号のレベルおよび位相が調整される間、レベル測定器１７により測定される信号のレベルと所定の閾値とを比較する。そして、比較結果に基づき分配信号の調整を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電波を介して無線タグと交信を行うＲＦＩＤリーダなどの無線通信装置に関する。

無線通信機能を備えたリーダ・ライタを使用して、固有のＩＤを記憶してなる無線タグからデータを非接触で読み取ったり、データを非接触で書き込んだりするシステムは、一般にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムと称され、物流・流通などの様々な分野で利用されている。

ＲＦＩＤシステムのリーダ・ライタとして機能する無線通信装置は、リーダ部とアンテナとから構成される。リーダ部は、無線タグに対する送信信号をアンテナに供給する送信部と、アンテナで受信した信号から無線タグの信号を取り込む受信部と、上記送信部及び受信部を制御する制御部とを備えている。また、アンテナが送受信共用である場合、リーダ部は、送信信号と受信信号とを分離するための方向性結合器をさらに備えている。

方向性結合器は、送信部からの信号をアンテナに出力し、アンテナで受信した信号を受信部に出力する。このような方向性結合器として、サーキュレータが知られている。サーキュレータの場合、信号の分離度は、一般に、１：０．０１〜１：０．００１である。このため、送信部側から受信部側に信号が回り込むことは避けられない。

一方、無線タグには、電池を内蔵し、自らデータを送信する機能を有しているアクティブ型と、自らデータを送信する機能を有しておらず、無線通信装置から送られてきた搬送波の電力を利用してデータの送信や書き込みを行うパッシブ型とがある。物流や流通の分野では、電池が不要なパッシブ型の無線タグが適している。

パッシブ型の無線タグと無線通信装置との通信方式には、バックスキャッタと呼ばれる方式が採用されている。この通信方式は、無線通信装置が無線タグに対して無変調の搬送波を送信し、この搬送波を受信した無線タグが搬送波を直流電力に変換して動作電源にし、さらにアンテナのインピーダンスを変化させることによって受信電波の反射と吸収を行い、無線通信装置は、無線タグからの反射波を受信することにより、この無線タグとの通信を行う、というものである。

したがって、無線通信装置は、無線タグに対して電波を送出しながら無線タグからの反射波を受信するという動作となる。このため、前述した送信部側から受信部側への回り込み信号は、アンテナで受信した信号の妨害波となり得る。しかも、無線タグからの反射波は、アンテナからの送信波に比べて微弱である。このため、アンテナからの送信波がその周囲で反射するような使用環境下にあっては、このアンテナ周囲からの反射波も無線タグからの反射波の妨害波になり得る。

従来、送信信号の一部から妨害波の逆位相を有するキャンセル信号を生成し、アンテナからの受信信号にこのキャンセル信号を合成することによって、受信信号から妨害波成分を打ち消す感度改善処理に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１５８５９９号公報

ところで、各国ごとに無線通信装置が発する電波の連続送信時間および電波の送信後の送信停止時間が定められている。我が国では電波法において、高出力のパッシブタグシステムの場合、上記連続送信時間は４ｍｓ以内、上記送信停止時間は５０ｍｓ以上としなければならない旨が定められている。そのため、無線通信装置は、連続送信時間４ｍｓ以内に無線タグのインベントリや無線タグへのデータのリード・ライトを行う必要がある。上記感度改善処理は、電波送信開始後、無線タグのインベントリを開始する前に実行することが理想的であるため、やはり当該処理も連続送信時間４ｍｓ以内に行う必要がある。

このように、連続送信時間４ｍｓの間に感度改善処理を行うことにより、１度の電波送信により通信できる無線タグの枚数が減少することや、無線タグとの通信時間が短くなってしまうという問題が生じる。この場合には、無線通信装置の読み取り範囲内にある全ての無線タグにアクセスするためには、連続送信時間４ｍｓの読み取り動作の後、送信停止時間５０ｍｓを待機し、そして再度連続送信時間４ｍｓの読み取り動作を行うといった処理を繰り返さなければならないため、全ての無線タグへのアクセス完了が大幅に遅延する蓋然性がある。

また、上記回り込み信号などを有効に打ち消すキャンセル信号を生成するためには、キャンセル信号の位相を３６０°の範囲で調整するための可変移相器が必要である。可変移相器としては、シリコンバラクタダイオードを用いたものが知られている。シリコンバラクタダイオードを用いた可変移相器の場合、１２ボルト程度の制御電圧を加えれば略９０度の位相調整が可能である。したがって、この種の可変移相器を４段階に接続すれば、３６０度の範囲で位相を調整することができる。

しかしながら、この種の可変移相器は、制御電圧が低いとその電圧に応じて位相の可変範囲が小さくなる。このため、例えば５ボルト程度の低電圧で３６０度の位相調整が可能なキャンセル信号を生成しようとした場合には、必要となる可変移相器の数が増加するため、構成が複雑化してしまう。

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、低電圧かつ簡単な構成でキャンセル信号を生成できるとともに、迅速な感度改善処理を行うことができる無線通信装置を提供することである。

本発明は、アンテナから送信信号を送信し、この送信信号を受信した通信対象からの応答信号を前記アンテナで受信する無線通信装置において、前記アンテナに供給される送信信号を分配する分配手段と、この分配手段により前記送信信号から分配された分配信号に基づいて応答信号の受信を妨害する妨害波を打ち消すキャンセル信号を生成する生成手段と、この生成手段により生成されたキャンセル信号を前記アンテナの受信信号と合成する合成手段と、前記生成手段により生成されるキャンセル信号を調整する調整手段と、前記合成手段により合成された信号のレベルを測定するレベル測定手段と、前記調整手段により前記キャンセル信号が調整される間、前記レベル測定手段により測定される信号のレベルと所定の閾値とを比較する比較手段と、この比較手段による比較結果に基づき、前記調整手段によるキャンセル信号の調整を停止せしめる停止手段とを備えてなることを特徴としている。

かかる手段を講じた本発明によれば、低電圧かつ簡単な構成でキャンセル信号を生成できるとともに、迅速な感度改善処理を行うことができる無線通信装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
なお、この実施の形態は、パッシブ型の無線タグを用いたＲＦＩＤシステムのＲＦＩＤリーダとして機能する無線通信装置１に、本発明を適用した場合である。

本実施の形態に係る無線通信装置１の概略構成を、図１のブロック図で示す。無線通信装置１は、リーダ部１０とアンテナ２０とからなる。アンテナ２０は、送受信共用であり、送信時には、リーダ部１０から与えられた高周波信号を電波として放射する。受信時には、アンテナ２０で受信した電波を高周波信号に変換して、リーダ部１０に出力する。

リーダ部１０は、通信インターフェイス１１、制御部１２、送信部１３、受信部１４、サーキュレータ１５、キャンセル信号生成装置１６およびレベル測定器１７から構成している。通信インターフェイス１１は、ホスト装置（不図示）との間のデータ通信を司る。制御部１２は、リーダ部１０の全体を統轄制御するものであり、ＣＰＵ、メモリ１２１等を備えている。

送信部１３は、無線タグ（不図示）への信号を送信するものであり、変調器１３１とアンプ１３２とを備えている。変調器１３１は、無線タグに対して電力を供給するときは、無変調信号をアンプ１３２に送出する。また、無線タグにデータを送るときは、制御部１２からのベースバンド信号によって搬送波を変調し、変調信号をアンプ１３２に送出する。アンプ１３２は、変調器１３１から送られてきた無変調信号及び変調信号の電力増幅を行う。増幅された信号は、サーキュレータ１５を介してアンテナ２０に供給される。

受信部１４は、アンテナ２０で受信した信号から無線タグの信号を取り込むものであり、復調器１４１とアンプ１４２とを備えている。復調器１４１は、受信信号からベースバンド信号を復調する。アンプ１４２は、復調されたベースバンド信号の電力増幅を行う。増幅されたベースバンド信号は、制御部１２に送られて処理され、無線タグのデータに復号される。

サーキュレータ１５は、送信部１３からの信号をアンテナ２０に導くとともに、アンテナ２０で受信した信号を受信部１４に出力する。

レベル測定器１７は、本実施の形態におけるレベル測定手段であり、入力された高周波信号の電力に基づいて入力信号のレベルを測定し、その測定値を制御部１２に出力するとともに、入力された高周波信号を受信部１４に伝達する。

キャンセル信号生成装置１６は、分配手段としての分配器１６１と、生成手段としてのキャンセル信号生成部１６２と、合成手段としての合成器１６３とからなる。さらにキャンセル信号生成部１６２は、レベル調整手段としてのレベル調整器１６４と、位相調整手段としての位相調整器１６５とからなる。これらレベル調整器１６４と位相調整器１６５とは、調整手段を構成する。

分配器１６１は、送信部１３から送信された信号を、所定の比率で２つに分配する。この分配器１６１で２つに分配された信号の一方は、サーキュレータ１５を介してアンテナ２０に送られ、電波として放射される。分配信号の他方は、レベル調整器１６４に送られる。

レベル調整器１６４は、例えば入力された信号のレベルを減衰させる可変ＡＴＴ（アッテネータ）であり、分配器１６１によって分配された送信信号のレベルを調整する。レベル調整器１６４によってレベルが調整された信号は、位相調整器１６５へと送られる。位相調整器１６５は、レベル調整器１６４から送られてきた信号の位相を調整する。以下、このようにキャンセル信号生成部１６２によってレベルと位相とが調整された信号を、キャンセル信号と称す。

上記のごとく生成されたキャンセル信号は、合成器１６３に送られる。なお、妨害波とは、送信部１３側からサーキュレータ１５を介して受信部１４側に回り込む信号と、アンテナ２０から放射された電波の反射波を該アンテナ２０で受信したときの信号とを示す。これらの信号は、パッシブ型の無線タグからバックスキャッタ方式により反射された信号の妨害波となる。

合成器１６３は、アンテナ２０からの受信信号に上記キャンセル信号を合成する。受信信号にキャンセル信号を合成することにより、受信信号に含まれる妨害波成分のうち、キャンセル信号と逆位相の成分が除去される。

位相調整器１６５の回路構成を、図２に示す。図示するように、入力端子３１と出力端子３２との間に、位相遅延量が９０度の固定移相器４０と、位相遅延量が４５度の固定移相器５０と、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０と、少なくとも４５度以上の位相調整が可能な可変移相器７０とを直列に接続することで、位相調整器１６５を構成している。上記固定移相器４０，５０，６０は本実施の形態における固定位相部を構成し、上記可変移相器７０は本実施の形態における可変移相部である。

位相遅延量が９０度の固定移相器４０は、３ｄＢハイブリッドカプラ４１と、単極双投（Single Pole Double Throw:ＳＰＤＴ）スイッチＳ１とで構成している。具体的には、入力端子３１を、３ｄＢハイブリッドカプラ４１の第１ポートＰ１に接続している。さらに、この３ｄＢハイブリッドカプラ４１の第２ポートＰ２を、ＳＰＤＴスイッチＳ１の双投端子ｂに接続し、第３ポートＰ３を、同ＳＰＤＴスイッチＳ１の双投端子ａに接続している。

３ｄＢハイブリッドカプラ４１は、伝送路を伝達する信号の位相を９０度遅延させることができる固定移相器である。すなわち、第１ポートＰ１に入力された信号が第２ポートＰ２と第３ポートＰ３とに半分（３ｄＢ）ずつ分離されて出力され、このとき、第３ポートＰ３の出力信号は、第２ポートＰ２の出力信号に対して位相が９０度遅延する。したがって、入力端子３１からＳＰＤＴスイッチＳ１の双投端子ａまでの伝送経路Ａ１は、入力端子３１からＳＰＤＴスイッチＳ１の双投端子ｂまでの伝送経路Ａ２よりも位相が９０度遅延する。

位相遅延量が４５度の固定移相器５０は、位相遅延量が４５度の積層チップフェーズシフタ５１と、一対のＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３とで構成している。具体的には、入力端子３１側に位置するＳＰＤＴスイッチＳ２の単極端子ｃを、固定移相器４０におけるＳＰＤＴスイッチＳ１の単極端子ｃと接続している。また、両ＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３の双投端子ａ，ｂ間を並列に接続している。そして、双投端子ａ間を結ぶ伝送路のみに、上記積層チップフェーズシフタ５１を介在させている。したがって、ＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３の双投端子ａ間の伝送経路Ｂ２は、双投端子ｂ間の伝送経路Ｂ１よりも位相が４５度遅延する。

位相遅延量が１８０度の固定移相器６０は、３ｄＢハイブリッドカプラ６１と、それぞれ位相遅延量が４５度の積層チップフェーズシフタ６２，６３と、ＳＰＤＴスイッチＳ４とで構成している。具体的には、ＳＰＤＴスイッチＳ４の単極端子ｃを、固定移相器５０におけるＳＰＤＴスイッチＳ３の単極端子ｃと接続している。また、ＳＰＤＴスイッチＳ４の双投端子ａ，ｂを、それぞれ３ｄＢハイブリッドカプラ６１の第２ポートＰ２と第３ポートＰ３とに並列で接続している。そして、ＳＰＤＴスイッチＳ４の双投端子ｂと３ｄＢハイブリッドカプラ６１の第３ポートＰ３との間を結ぶ伝送路のみに、上記積層チップフェーズシフタ６２，６３を２個直列に介在させている。したがって、ＳＰＤＴスイッチＳ４の双投端子ｂから３ｄＢハイブリッドカプラ６１の第３ポートＰ３までの伝送経路Ｃ２は、同ＳＰＤＴスイッチＳ４の双投端子ａから３ｄＢハイブリッドカプラ６１の第２ポートＰ２までの伝送経路Ｃ１よりも位相が１８０度遅延する。

可変移相器７０は、その入力ポートを、固定移相器６０における３ｄＢハイブリッドカプラ６１の第１ポートＰ１と接続し、出力ポートを、出力端子３２に接続している。可変移相器７０は、シリコンバラクタダイオードを用いたもので、供給電圧の制御により最低でも４５度の位相を調整できるものである。すなわち、キャンセル信号に必要な位相の調整範囲である３６０度から、各固定移相器４０，５０，６０の位相遅延量合計値（９０°＋４５°＋１８０°＝３１５度）を減算した値以上の位相を調整できるものである。このときの位相調整の分解能は、可変移相器７０に供給される電圧レベルの変化量によって決まる。

かかる構成の位相調整器１６５においては、レベル調整器１６４でレベルが調整された送信信号が入力端子３１に入力される。そして、この送信信号が、各固定移相器４０，５０，６０及び可変移相器７０を通過することによって、妨害波の逆位相を有するキャンセル信号が生成される。生成されたキャンセル信号は、出力端子３２から合成器１６３に出力されて、アンテナ２０からの受信信号と合成される。

ここで、キャンセル信号の位相は、各固定移相器４０，５０，６０と可変移相器７０との組合せによって決定される。この組合せについて、図３のデータテーブル８０を参照しながら説明する。

因みに、データテーブル８０は、キャンセル信号の位相範囲に対する各ＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の選択データ（“ａ”は双投端子ａを選択し、“ｂ”は双投端子ｂを選択することを意味する）を記憶したもので、制御部１２内のメモリ１２１に保存されている。制御部１２は、データテーブル８０の選択データに基づいて、位相調整器１６５の各ＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４を切換制御することができる。

ここで、キャンセル信号の位相範囲は４５度単位に設定されている。この４５度とは、可変移相器７０が少なくとも調整可能な位相の値である。

キャンセル信号の位相範囲が０〜４５°の場合、可変移相器７０のみによって調整が可能である。すなわち各固定移相器４０，５０，６０は、いずれも位相の遅延が不要である。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３はいずれも双投端子ｂを選択し、ＳＰＤＴスイッチＳ４は双投端子ａを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、各固定移相器４０，５０，６０において位相の遅延が生じることなく可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、０〜４５°の範囲で調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が４５〜９０°の場合、位相遅延量が４５度の固定移相器５０を選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１は双投端子ｂを選択し、ＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４はいずれも双投端子ａを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器５０において位相が４５度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、４５〜９０°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が９０〜１３５°の場合、位相遅延量が９０度の固定移相器４０を選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１，Ｓ４は双投端子ａを選択し、ＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３は双投端子ｂを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器４０において位相が９０度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、９０〜１３５°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が１３５〜１８０°の場合、位相遅延量が９０度の固定移相器４０と位相遅延量が４５度の固定移相器５０とを選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はいずれも双投端子ａを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器４０において位相が９０度遅延され、さらに固定移相器５０において位相が４５度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、１３５〜１８０°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が１８０〜２２５°の場合、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０を選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はいずれも双投端子ｂを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器６０において位相が１８０度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、１８０〜２２５°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が２２５〜２７０°の場合、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０と位相遅延量が４５度の固定移相器５０とを選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１，Ｓ４は双投端子ｂを選択し、ＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３は双投端子ａを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器５０において位相が４５度遅延され、さらに固定移相器６０において位相が１８０度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、２２５〜２７０°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が２７０〜３１５°の場合、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０と位相遅延量が９０度の固定移相器４０とを選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１は双投端子ａを選択し、ＳＰＤＴスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４はいずれも双投端子ｂを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器４０において位相が９０度遅延され、さらに固定移相器６０において位相が１８０度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、２７０〜３１５°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

キャンセル信号の位相範囲が３１５〜３６０°の場合、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０と位相遅延量が９０度の固定移相器４０と位相遅延量が４５度の固定移相器５０とを選択し、可変移相器７０で残りの０〜４５°の範囲の位相を調整すれば対応できるようになる。そこで、ＳＰＤＴスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３はいずれも双投端子ａを選択し、ＳＰＤＴスイッチＳ４は双投端子ｂを選択する。こうすることにより、分配器１６１で分配された送信信号は、固定移相器４０において位相が９０度遅延され、さらに固定移相器５０において位相が４５度遅延され、さらに固定移相器６０において位相が１８０度遅延された後、可変移相器７０に入力されるので、この可変移相器７０によって０〜４５°の範囲で位相を遅延させることにより、３１５〜３６０°の範囲で位相が調整されたキャンセル信号を生成することができる。

次に、上記のような無線通信装置１の構成による作用について説明する。
無線通信装置１は、無線タグとの無線通信を行うに際して、キャンセル信号を調整して無線タグとの通信感度を改善するための感度改善処理を実行する。なお、当該処理で使用される第１の閾値である閾値ｂ１と第２の閾値である閾値ｂ２は、予めその値が決定されてメモリ１２１に記憶されている。これら閾値ｂ１，ｂ２は、妨害波の影響が十分小さくなったかどうかを判断するための比較用であり、その値は無線通信装置１の回路構成や使用環境などを考慮し、実験値に基づいて定められる。

図４および図５は、感度改善処理において制御部１２が実行する処理の流れ図である。なお、この処理は、メモリ１２１に記憶された動作プログラムに基づいて実行される。
先ず、制御部１２は、ＳＴ１としてレベル調整器１６４の設定値ａを前回の感度改善処理にて設定した設定値ａ´に調整し、ＳＴ２として位相調整器１６５の設定値θを前回の感度改善処理にて設定した設定値θ´に調整することで、キャンセル信号生成部１６２に前回の感度改善処理において生成されたキャンセル信号と同レベルかつ同位相のキャンセル信号を生成させる（調整制御手段）。これらレベル調整器１６４の設定値ａ´および位相調整器１６５の設定値θ´は、前回の感度改善処理における後述のＳＴ１８の処理にてメモリ１２１に記憶されたものである。

このようにレベル調整器１６４および位相調整器１６５の設定値を前回の感度改善処理の設定値に設定したならば、制御部１２は、ＳＴ３としてレベル測定器１７から合成信号のレベルＬを取得し、メモリ１２１に記憶する。しかる後、ＳＴ４として合成信号のレベルＬと閾値ｂ２とを比較する（第２の比較手段）。ＳＴ４の処理にて合成信号のレベルＬの値が閾値ｂ２以下であると判断したときには（ＳＴ４の“Ｌ≦ｂ２”）、レベル調整器１６４および位相調整器１６５によるキャンセル信号のレベルおよび位相の調整を停止して、当該感度改善処理を終了する（第２の停止手段）。

一方、ＳＴ４の処理にて合成信号のレベルＬの値が閾値ｂ２よりも大きいと判断したときには（ＳＴ４の“Ｌ＞ｂ２”）、ＳＴ５としてキャンセル信号の生成を停止して、レベル測定器１７から妨害波のみのレベルＬ１を取得する。なお、キャンセル信号は、そのレベルが０となるようにレベル調整器１６４の設定値ａを調整することによって生成を停止することができる。

このように妨害波のレベルＬ１を測定した後、ＳＴ６として妨害波のレベルＬ１と閾値
ｂ１とを比較する。ＳＴ６の処理にて妨害波のレベルＬ１の値が閾値ｂ１以下であると判断したときには（ＳＴ６の“Ｌ１≦ｂ１”）、レベル調整器１６４および位相調整器１６５によるキャンセル信号のレベルおよび位相の調整を停止して、当該感度改善処理を終了する。

一方、ＳＴ６の処理にて妨害波のレベルＬ１が閾値ｂ１よりも大きいと判断したときには（ＳＴ６の“Ｌ１＞ｂ１”）、ＳＴ７としてキャンセル信号のレベルＬ２が妨害波のレベルＬ１と同程度になるようにレベル調整器１６４の設定値ａを調整する。

このようにレベル調整器１６４の設定値ａを調整した後、図５に示した“Ａ”の処理に移る。すなわち、制御部１２は、ＳＴ８としてデータテーブル８０に従い、位相調整器１６５の各固定移相器４０，５０，６０が備えるＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４を切り換える。例えば、データテーブル８０中の位相範囲の昇順（０°〜４５°，４５°〜９０°，９０°〜１３５°，１３５°〜１８０°，１８０°〜２２５°，２２５°〜２７０°，２７０°〜３１５°，そして３１５°〜３６０°の順）にＳＴ８の処理を行う度に切り換えるようにする。

ＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４を切り換えた後、制御部１２は、ＳＴ９として可変移相器７０により位相調整器１６５の設定値θを０°〜４５°の範囲で調整して、現在のＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の設定で合成信号のレベルLが最小になる設定値θminを探す。そして、ＳＴ１０として位相調整器１６５の設定値θをＳＴ９の処理にて特定した設定値θminに設定する。

このように位相調整器１６５の設定値θをθminに設定した後、制御部１２は、ＳＴ１１としてレベル測定器１７から合成信号のレベルＬを取得し、ＳＴ１２として合成信号のレベルＬと閾値ｂ１とを比較する。合成信号のレベルＬが閾値ｂ１よりも大きいと判断したときには（ＳＴ１２の“Ｌ＞ｂ１”）、ＳＴ１３としてキャンセル信号の位相調整が終了したか否かを判断する。具体的には、データテーブル８０に設定されたＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の全ての組合せを設定し終えているか否かを判断する。

データテーブル８０に設定されたＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の全ての組合せを設定し終えていない場合には位相調整が終了していないと判断し（ＳＴ１３のＮｏ）、ＳＴ８の処理に戻って未だ設定していないＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の組合せを実現する。このとき、前回のＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の組み合せにおけるθminと合成信号のレベルＬとを対応つけてメモリ１２１に記憶しておく。

一方、データテーブル８０に設定されたＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の全ての組合せを設定し終えている場合には位相調整が終了したと判断し（ＳＴ１３のＹｅｓ）、メモリ１２１に記憶した各回のＳＰＤＴスイッチＳ１〜Ｓ４の組み合せにおける合成信号のレベルＬの中から、最小となるものを特定し、そのレベルＬに対応つけられたθminを設定値θに設定する。

しかる後、ＳＴ１４としてレベル調整器１６４の設定値ａを再調整する。このようにレベル調整器１６４の設定値ａを再調整するのは、ＳＴ８〜ＳＴ１３の処理にて位相を調整した際に生じた位相調整器１６５内の経路差に起因して、位相の調整前と調整後とでキャンセル信号のレベルが変化するためである。このようにレベルを再調整するので、ＳＴ７の処理では、厳密にキャンセル信号のレベルＬ２が妨害波のレベルＬ１と同一になるように調整する必要はなく、大まかに調整すればよい。なお、ＳＴ１４の処理における設定値ａの調整方法については、図６の説明にて後述する。

ＳＴ１４の処理にてレベル調整器１６４の設定値ａを調整した後、制御部１２は、ＳＴ１５としてレベル測定器１７から合成信号のレベルＬを取得し、ＳＴ１６として合成信号のレベルＬと閾値ｂ１とを比較する。合成信号のレベルＬが閾値ｂ１よりも大きいと判断したときには（ＳＴ１６の“Ｌ＞ｂ１”）、ＳＴ１７としてキャンセル信号のレベル調整が終了したか否かを判断する。具体的には、ＳＴ１４の処理における設定値ａの調整が所定の終了回数ｎ（整数；ｎ＞０）に達したか否かを判断する。この終了回数ｎは、予め定められてメモリ１２１に記憶されている。ＳＴ１４の処理における設定値ａの調整回数が終了回数ｎに達していないときには、キャンセル信号のレベル調整が終了していないと判断し（ＳＴ１７のＮｏ）、ＳＴ１４の処理に戻って再度設定値ａを調整することになる。

一方、ＳＴ１７の処理にて設定値ａの調整回数が終了回数ｎに達したためレベル調整が終了したと判断したときには（ＳＴ１７のＹｅｓ）、レベル調整器１６４および位相調整器１６５によるキャンセル信号のレベルおよび位相の調整を停止する。

また、ＳＴ１２あるいはＳＴ１６の処理にて合成信号のレベルＬが閾値ｂ１よりも小さいと判断したときにも（ＳＴ１２またはＳＴ１６の“Ｌ≦ｂ１”）、レベル調整器１６４および位相調整器１６５によるキャンセル信号のレベルおよび位相の調整を停止する（停止手段または第１の停止手段）。

そして、制御部１２は、ＳＴ１８として上記設定値ａ´を現在のレベル調整器１６４の設定値ａに変更し、上記設定値θ´を現在の位相調整器１６５の設定値θに変更してメモリ１２１に記憶する。しかして当該感度改善処理を終了し、無線タグの読み取りを開始する。

なお、上記ＳＴ１２およびＳＴ１６の処理は、レベル調整器１６４および位相調整器１６５により分配器１６１からの分配信号が調整される間、レベル測定器１７により測定される合成信号のレベルＬと閾値ｂ１とを比較する比較手段または第１の比較手段を構成する。

続いて、図６を用いて上記ＳＴ１４の処理における設定値ａの調整方法の一例について説明する。レベル調整器１６４の設定値ａの可変範囲が下限値ａmin〜上限値ａmaxであるとする。感度改善処理が開始された後、第1回目のＳＴ１４の処理においては、先ず図示したように下限値ａmin〜上限値ａmaxの範囲を４等分し、各境界値をａ１（＝ａmin），ａ２，ａ３，ａ４，ａ５（＝ａmax）とする。

次に、レベル調整器１６４の設定値ａを境界値ａ１〜ａ５のそれぞれに設定し、レベル測定器１７から各境界値ａ１〜ａ５に対する合成信号のレベルＬa1，Ｌa2，Ｌa3，Ｌa4，Ｌa5を取得する。そして、境界値ａ１〜ａ３を設定値ａとした場合のそれぞれについて取得した合成信号のレベルＬの加算値Ｌa1＋Ｌa2＋Ｌa3と、境界値ａ２〜ａ４のそれぞれについて取得した合成信号のレベルＬの加算値Ｌa2＋Ｌa3＋Ｌa4と、境界値ａ３〜ａ５のそれぞれについて取得した合成信号のレベルＬの加算値Ｌa3＋Ｌa4＋Ｌa5とを比較し、これら３つの加算値の中で最も値が小さいものを特定する。このように特定した最小の加算値に対する境界値の範囲の中間値が第１回目のＳＴ１４の処理における設定値ａの調整値となる。

例えば、境界値ａ２〜ａ４のそれぞれについて取得した合成信号のレベルＬの加算値Ｌa2＋Ｌa3＋Ｌa4が、上記３つの加算値の中で最小であったとする。かかる場合には、境界値ａ２〜ａ４の範囲における中間値であるａ３に設定値ａが調整される。

このように第１回目の処理にて設定値ａが調整された後、ＳＴ１５の処理にて合成信号Ｌのレベルが取得され、ＳＴ１６の処理にて取得したレベルと閾値ｂ１とが比較され、ＳＴ１７の処理にて調整回数が上記終了回数ｎに達したか否かが判断され、終了回数ｎに達していない場合には、第２回目のＳＴ１４の処理が行われる。

第２回目のＳＴ１４の処理では、前回の処理にて合成信号のレベルＬの加算値Ｌa1＋Ｌa2＋Ｌa3，Ｌa2＋Ｌa3＋Ｌa4，Ｌa3＋Ｌa4＋Ｌa5の中から特定された最小の加算値に対する境界値の範囲を、第1回目の処理と同様に４等分し、各境界値の値を新たなａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５とする。例えば、第１回目の処理にて境界値ａ２〜ａ４における合成信号のレベルＬの加算値が最小であったとする。かかる場合には、図示したように、境界値ａ２〜ａ４の範囲を４等分し、第２回目のａ１（＝第１回目のａ２），ａ２，ａ３（＝第１回目のａ３），ａ４，ａ５（＝第１回目のａ４）とする。以降、第１回目の処理と同様の処理を行い、ＳＴ１５およびＳＴ１６の処理を経て、ＳＴ１７の処理にて未だ終了回数ｎに達していないと判断されたならば、第３回目のＳＴ１４の処理を実行する。このように設定値ａの調整を繰り返し、終了回数ｎに達したならば、設定値ａの調整処理を終了してＳＴ１８の処理に移ることとなる。しかして、レベル調整器１６４の設定値ａは、合成信号のレベルＬが最小となるような値に設定される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、上記感度改善処理においてキャンセル信号生成部１６２にて分配器１６１からの分配信号の調整が行われている間、適宜合成信号のレベルＬと閾値ｂ１とを比較し、合成信号のレベルＬが閾値ｂ２以下になった場合には、分配信号の調整を停止して感度改善処理を終了する。このように感度改善処理に閾値を用いた終了判定を導入したことにより、良好な通信状態を確保するとともに感度改善処理の迅速化を図ることができる。

また、キャンセル信号生成部１６２は、レベル調整器１６４と位相調整器１６５とを備えている。制御部１２は、これら調整器を制御して分配器１６１からの分配信号のレベルと位相とを調整することにより、妨害波を打ち消すに最適なキャンセル信号を生成することができる。

また、位相調整器１６５は、固定移相器４０，５０，６０と可変移相器７０とを備えている。これら各固定移相器４０，５０，６０と可変移相器７０との組合せにより、０°〜３６０°の範囲で位相の調整が可能なキャンセル信号を生成することができる。この場合において、可変移相器７０で必要な位相の調整量は最大で４５度であるので、３〜５ボルト程度の低電圧で３６０度の位相調整を実現することができる。しかも、必要な移相器は、固定移相器４０，５０，６０と可変移相器７０の４段であるので、９０度の位相調整が可能な可変移相器を４段階に接続した場合と同等の規模である。また、可変移相器７０を複数持つ必要も無い。したがって、位相調整器１６５の構成が複雑化することなく、位相調整に要する電力の低電圧化を図ることができる。

なお、位相調整器１６５の構成は、図２に示すものに限定されるものではない。そこで次に、位相調整器１６５の他の構成例について、図７，図８，図９を用いて説明する。

図７に示した位相調整器１６５は、ＳＰＤＴスイッチが異なる。すなわち、直列に接続されているＳＰＤＴスイッチＳ１とＳＰＤＴスイッチＳ２、及びＳＰＤＴスイッチＳ３とＳＰＤＴスイッチＳ４とを、それぞれデュアル式のＳＰＤＴスイッチ９１，９２に置き換えたものである。こうすることにより、図２のキャンセル信号生成部１６２よりも部品点数を少なくできるメリットがある。

図８に示した位相調整器１６５は、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０の他の構成例である。積層チップフェーズシフタには、位相遅延量が４５度のものだけではなく、９０度のものも存在する。そこで、３ｄＢハイブリッドカプラ６１の代わりに、ＳＰＤＴスイッチＳ５を用い、このＳＰＤＴスイッチＳ５の双投端子ａ，ｂと、ＳＰＤＴスイッチＳ４の双投端子ａ，ｂとの間を並列に接続する。そして、各双投端子ｂ間を結ぶ伝送路のみに、位相遅延量が９０度の積層チップフェーズシフタ６４，６５を直列に介在させる。

このような構成を採用しても、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０を実現することができる。積層チップフェーズシフタやＳＰＤＴスイッチは、３ｄＢハイブリッドカプラと比較すると価格が非常に安い。したがって、キャンセル信号生成装置１６の低価格化、ひいては無線通信装置の低価格化を図ることができる。

なお、図２に示した位相調整器１６５の固定移相器６０において、直列接続された２つのフェーズシフタ６２，６３の代わりに、位相遅延量が９０度の積層チップフェーズシフタ６６を用いることも可能である。

図９に示した位相調整器１６５は、可変移相器７０の代わりに位相遅延量が２２．５度の固定移相器１００を用いることによって、０〜３６０度の位相範囲に対し、２２．５度の間隔で位相調整が可能なキャンセル信号を生成するようにしたものである。

この例では、位相遅延量が９０度の固定移相器４０と、４５度の固定移相器５０は，図２と同一である。固定移相器５０の次段に、位相遅延量が２２．５度の固定移相器１００を接続している。

すなわち、ＳＰＤＴスイッチＳ４の双投端子ａ，ｂを、それぞれＳＰＤＴスイッチＳ５の双投端子ａ，ｂに並列に接続している。そして、ＳＰＤＴスイッチＳ４，Ｓ５の各双投端子ｂ間を結ぶ伝送路のみに、位相遅延量が２２．５度の積層チップフェーズシフタ１０１を介在させている。

また、位相遅延量が１８０度の固定移相器６０は、前述した位相遅延量が９０度の積層チップフェーズシフタ６６を用いたものが示されている。さらに、直列に接続されるＳＰＤＴスイッチＳ５とＳ６は、デュアル式のＳＰＤＴスイッチ９３を用いている。

積層チップフェーズシフタは、可変移相器７０と比較して非常に安価である。したがって、位相調整量の分解能は低いものの、低価格の簡易な位相調整器１６５を提供することができる。

図２，図７，図８および図９に示したように、位相調整器１６５の固定移相器の構成は、様々な組み合せが想定できる。かかる位相調整器１６５を用いて分配器１６１により送信信号から分配された分配信号の位相を調整する際には、固定移相器の組み合せが変更されたことに応じて合成信号のレベルＬと閾値ｂ１とが比較される（ＳＴ８〜ＳＴ１２）。こうすることにより、０°〜３６０°までの全ての位相について合成波のレベルＬを調べることなく、閾値ｂ１以下になった時点で位相の調整を終了することができるので、一層感度改善処理の迅速化を図ることができる。

また、無線通信装置１の部品やアンテナケーブルを交換したなどの特段の事情がない場合には、前回の感度改善処理にて生成したキャンセル信号と同レベルかつ同位相のキャンセル信号により妨害波を打ち消すことができる可能性が高い。これに鑑み、上記実施の形態においては、感度改善処理を開始した後、先ずレベル調整器１６４の設定値ａを設定値ａ´に設定し（ＳＴ１）、位相調整器１６５の設定値θを設定値θ´に設定する（ＳＴ２）ことで、前回の感度改善処理にて生成したキャンセル信号と同レベルかつ同位相のキャンセル信号を生成するようにしている。そして、このときの合成信号のレベルＬと閾値ｂ２とを比較し、合成信号のレベルＬが閾値ｂ２以下であれば調整を停止して感度改善処理を終了する（ＳＴ４）。こうすることにより、無駄なレベル調整や位相調整を省略することができるので、感度改善処理が著しく迅速化される。

また、このように前回の設定値を用いることで感度改善処理が著しく迅速化されることに鑑み、閾値ｂ２を閾値ｂ１よりも大きい値に設定することで、感度改善処理の迅速化により重点を置いた設定を実現することができる。

なお、この発明は前記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲内にて各構成要素を適宜変形して具体化することができる。

例えば、感度改善処理においてキャンセル信号の位相を調整する際、固定移相器４０，５０，６０のＳＰＤＴスイッチをデータテーブル８０に従って順次切り替え、可変移相器７０の設定値θを調整するとしたが、０°〜３６０°の範囲でバイナリサーチを行うなど、他の調整方法を採用してもよい。

また、感度改善処理においてキャンセル信号のレベルを調整する際、図６を用いて説明した手順でレベル調整器１６４の設定値ａを調整するとしたが、ａmin〜ａmaxの範囲でバイナリサーチを行うなど、他の調整方法を採用してもよい。

このように、感度改善処理における位相の調整方法やレベルの調整方法を変更する場合には、合成波のレベルＬと閾値ｂ１とを比較するタイミングを、バイナリサーチの１ステップごとなどに適宜変更すればよい。

また、各固定移相器４０，５０，６０，１００と可変移相器７０との配列順は、図２，図７，図８，図９に示したものに限定されるものではない。例えば、図２において、固定移相器４０と固定移相器５０とを入れ替えてもよい。また、可変移相器７０を、入力端子３１と固定移相器４０との間に介在させてもよい。また、配列順が異なることによって、データテーブル８０の選択データが変化するのは言うまでもないことである。

ところで、前記各実施の形態では、固定移相器４０，５０，６０のばらつきについては考慮されていない。ばらつきを考慮した場合、可変移相器７０の位相調整範囲は、４５度よりも広いものが好ましい。

この他、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全体構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合せてもよい。

本発明の一実施の形態である無線通信装置の概略構成を示すブロック図。 同実施形態におけるキャンセル信号生成部の具体的な回路構成を示す図。 同実施の形態において、制御部のメモリに記憶されるデータテーブルの一例を示す図。 同実施形態における感度改善処理にて制御部が実行する処理の流れ図。 同実施形態における感度改善処理にて制御部が実行する処理の流れ図。 同実施形態におけるレベル調整器の設定値の調整方法を説明するための図。 キャンセル信号生成部の他の回路構成例を示す図。 キャンセル信号生成部の他の回路構成例を示す図。 キャンセル信号生成部の他の回路構成例を示す図。

符号の説明

１…無線通信装置、１０…リーダ部、１１…通信インターフェイス、１２…制御部、１３…送信部、１４…受信部、１５…サーキュレータ、１６…キャンセル信号生成装置、１７…レベル測定器、２０…アンテナ、１２１…メモリ、１３１…変調器、１３２，１４２…アンプ、１４１…復調器、１６１…分配器、１６２…キャンセル信号生成部、１６３…合成器、１６４…レベル調整器、１６５…位相調整器

Claims (10)

1. アンテナから送信信号を送信し、この送信信号を受信した通信対象からの応答信号を前記アンテナで受信する無線通信装置において、
   前記アンテナに供給される送信信号を分配する分配手段と、
   この分配手段により前記送信信号から分配された分配信号に基づいて応答信号の受信を妨害する妨害波を打ち消すキャンセル信号を生成する生成手段と、
   この生成手段により生成されたキャンセル信号を前記アンテナの受信信号と合成する合成手段と、
   前記生成手段により生成されるキャンセル信号を調整する調整手段と、
   前記合成手段により合成された信号のレベルを測定するレベル測定手段と、
   前記調整手段により前記キャンセル信号が調整される間、前記レベル測定手段により測定される信号のレベルと所定の閾値とを比較する比較手段と、
   この比較手段による比較結果に基づき、前記調整手段によるキャンセル信号の調整を停止せしめる停止手段とを備えてなることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記調整手段は、
   前記分配信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
   前記分配信号の位相を調整する位相調整手段とを備え、
   これらレベル調整手段および位相調整手段により前記キャンセル信号のレベルおよび位相を調整することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記位相調整手段は、
   位相遅延量がそれぞれ異なる複数の固定移相部と、
   ３６０度から前記各固定移相部の位相遅延量合計値を減算した値以上の位相調整が可能な可変移相部とを備え、
   これら固定移相部と可変移相部との組合せにより、３６０度の範囲で前記分配信号の位相調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記固定移相部は、位相遅延量が４５度の固定移相器と、９０度の固定移相器と、１８０度の固定移相器とからなることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記位相遅延量が９０度の固定移相器は、３ｄＢハイブリッドカプラであることを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記位相調整手段は、位相遅延量がそれぞれ異なる複数の固定移相部の組合せにより、３６０度の範囲で前記分配信号の位相調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
7. 前記固定移相部は、位相遅延量が２２．５度の固定移相器と、４５度の固定移相器と、９０度の固定移相器と、１８０度の固定移相器とからなることを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記比較手段は、前記固定移相部の組合せが変更されたことに応じて前記レベル測定手段により測定される信号のレベルと前記閾値とを比較することを特徴とする請求項３乃至７のうちいずれか１に記載の無線通信装置。
9. 前記閾値を第１の閾値とし、前記比較手段を第１の比較手段とし、前記停止手段を第１の停止手段とし、
   前記調整手段によりキャンセル信号の調整を行うに際して、前回生成されたキャンセル信号と同レベルかつ同位相のキャンセル信号に調整させる調整制御手段と、
   この調整制御手段の制御により前記調整手段がキャンセル信号を前回生成されたキャンセル信号と同レベルかつ同位相に調整したとき、前記レベル測定手段により測定される信号のレベルと第２の閾値とを比較する第２の比較手段と、
   この第２の比較手段による比較結果に基づき、前記調整手段によるキャンセル信号の調整を停止せしめる第２の停止手段と、
   をさらに備えてなることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１に記載の無線通信装置。
10. 前記第２の閾値は、前記第１の閾値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。

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