JP2011217178A

JP2011217178A - 導波管および電波の制御方法

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Publication number: JP2011217178A
Application number: JP2010084305A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Manei; 正信万永; Keiichi Masuda; 景一増田; Satoshi Kobayashi; 智小林
Original assignee: Kyocera Communication Systems Co Ltd
Current assignee: Kyocera Communication Systems Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP5033213B2

Abstract

【課題】導波管を用いてパッシブ型ＲＦＩＤに対して電波を与える場合、電波の伝播を効率良く制御でき且つコストを増大させずに済む導波管等を提供する。
【解決手段】導波管２０は、一端面に電波発射アンテナ等の電波源２６が配設され、側面に電波放射口２２が設けられている。内面且つ断面方向にはフィレット２１が形成されており、フィレット２１は導波管２０を塞がない所定の形状を有し且つ導波管２０の軸方向に位置を調整可能である。電源部２６から発射された電波Ｅにより、フィレット２１を固定端とするような定常波が合成される。フィレット２１の軸方向の位置を調整して電波Ｅの位相を変え、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２の位置に合わせることにより、導波管の管長および電波放射口２２の位置を変えることなく、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電波放射口から導波管外へ放射する電波を制御可能な導波管等に関する。

近年、無線自動識別（Radio Frequency IDentification : ＲＦＩＤ）タグの利用が盛んに行なわれている。ＲＦＩＤタグには電池を内蔵するアクティブ型と電池を内蔵しないパッシブ型との２種類がある。アクティブ型は内蔵する電池により送受信を行なうものであり、交信距離は長いが電池を内蔵するため小型化は難しく価格は高めである。一方、パッシブ型は外部のＲＦＩＤリーダから非接触電力伝送により電波を受け取り、そのエネルギにより送受信を行なうものであり、交信距離は限られるものの、小型化および低価格化は可能である（非特許文献１参照）。非接触電力伝送としては、距離にもよるが、一般に電磁誘導方式が用いられている。例えば、電波発射アンテナを配設した導波管を用いて、当該導波管に開口された電波放射口を介しＲＦＩＤ側へ電波を送信することが考えられる。

上述した導波管を用いた場合、パッシブ型ＲＦＩＤに対して電波を強く与える必要があるため、ＲＦＩＤ以外の場所に電波が出てしまうことがあり、電波の伝播効率が悪くなるという問題があった。電波発射アンテナは一般に高価であるため、多くの電波発射アンテナを配設するとコストが増大してしまうという問題があった。そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、導波管を用いて対象物、例えばパッシブ型ＲＦＩＤに対して電波を与える場合、電波の伝播を効率良く制御でき且つコストを増大させずに済む導波管等を提供することにある。

この発明の導波管は、一端面に電波源が配設された閉じた導波管であって、前記導波管の側面に開口された電波放射口と、前記導波管の内面且つ断面方向に形成された該導波管を塞がない所定の形状を有し且つ該導波管の軸方向に位置を調整可能な電波制御部とを備え、前記電波源から前記導波管内へ放射された電波と調整された位置に置かれた前記電波制御部とに基づき、該電波制御部を端部とし電波の変位の最大位置が該電波放射口の位置に合う波動を発生させることにより、該電波放射口から該導波管外へ放射する電波を制御することを特徴とする。

ここで、この発明の導波管において、前記電波放射口は前記導波管の軸方向に位置を調整可能とすることができる。

ここで、この発明の導波管において、前記電波放射口を複数設けることができる。

この発明の電波の制御方法は、この発明のいずれかに記載の導波管を用いて、ＲＦＩＤタグを付した対象へ所定の電波を発信することを特徴とする。

本発明の導波管は、一端面に電波発射アンテナ等の電波源が導波管の内面向きに配設された閉管である。導波管の側面には開口された電波放射口が設けられている。導波管の内面且つ断面方向にはフィレットが形成されており、フィレットは導波管を塞がない所定の形状を有し且つ導波管の軸方向に位置を調整可能となっている。

電源部から発射された電波は導波管の内面およびフィレットの材質が導電性材質であることにより反射を繰り返す。この結果、以下のシミュレーションの結果が示すように、フィレットを固定端とするような定常波が合成されることを確認した。即ち、現実には、フィレットおよび導波管の終端（壁）がそれぞれ固定端のような振舞をするため、波動は複雑な現象を生じることになる。従って、閉管内に理想的な定常波が生じる訳ではないが、そのような場合でもシミュレーションの結果、定常的に電波の強度が強い部分と弱い部分とが偏在することを確認した。

従って、本発明の導波管によれば、フィレットの軸方向の位置を調整して電波の位相を変え、電波の腹の位置を電波放射口の位置に合わせることにより、導波管の管長および電波放射口の位置を変えることなく、電波放射口から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。即ち、電波源から導波管内へ放射された電波と調整された位置に置かれたフィレットとに基づき、フィレットを端部とし電波の変位の最大位置（腹）が電波放射口の位置に合う波動を発生させることにより、電波放射口から導波管の外へ放射する電波を制御することができる。この結果、電波の伝播を効率良く制御でき且つコストを増大させずに済む導波管を提供することができるという効果がある。

発明者が実験等に用いた実験装置１の写真を示す図である。導波管１０ａの内部構造を示す図である。本発明の導波管２０の内部構造を示す図である。得られた知見を説明するための図である。周期Ｔ＝１、波長λ＝１、振幅Ａ＝１、入射点ｘ＝０、反射点ｘ＝Ｌ＝λとした場合におけるｔ＝０での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す図である。図５と同条件におけるｔ＝１／６＝０．１６６６６６７での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す図である。図５と同条件におけるｔ＝１／４＝０．２５での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す図である。図５と同条件におけるｔ＝１／２＝０．５での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す図である。図５と同条件におけるｔ＝３／５＝０．６での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す図である。図５と同条件におけるｔ＝７／８＝０．８７５での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す図である。図５〜図１０までの合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図１０に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図５と同条件で、一周期Ｔの時刻を８等分した場合における合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図１３に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図５と同条件の場合（但し、閉管長Ｌ＝√２λとした場合）における合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図１５に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１５と同条件で、一周期Ｔの時刻を８等分した場合における合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図１７に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１３と同条件の場合における合成波（ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３）のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図１９に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１９と同条件で、閉管長Ｌ＝√２λとし一周期Ｔの時刻を２４等分した場合における合成波（ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３）のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図１９と同条件で、閉管長Ｌ＝√２λとし一周期Ｔの時刻を２４等分した場合における合成波（ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３）のシミュレーションを纏めた結果を示す図である。図２１に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。本発明の実施例１における導波管を示す図である。本発明の実施例１における導波管を示す図である。本発明の実施例２における導波管を示す図である。本発明の実施例２における導波管を示す図である。本発明の実施例２における別の導波管を示す図である。本発明の実施例３における導波管を示す図である。本発明の実施例４における実際に製作した導波管例を示す図である。図２７に示された導波管２０の実物写真を示す図である。

発明者は、導波管を用いて対象物、例えばパッシブ型ＲＦＩＤに対して電波を与える実験を繰り返し、その結果、得られた知見を基に本願発明の導波管等に到達した。以下では、まず本願発明の導波管等に至る際の一実験について説明し、次に得られた知見について説明する。続いて当該知見を説明するための種々のシミュレーションを示した後、本願発明の各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

実験．
図１は、発明者が実験等に用いた実験装置１の写真を示す図であり、図１（Ａ）は実験装置１の正面図、図１（Ｂ）は実験装置１の斜視図を示す。図１（Ａ）、（Ｂ）で、符号２はパッシブ型ＲＦＩＤタグが貼付された物品を複数個入れたケース、３はケース２が載せられた棚、１０ａは導波管(左ゲート)、１２ａおよび１２ｂは導波管１０ａに開口された電波放射口、１０ｂは導波管(右ゲート)、１２ｃおよび１２ｄは導波管１０ｂに開口された電波放射口である。導波管１０ａおよび１０ｂの上部には各々１個の伝播発射アンテナ（不図示）が配設されている。導波管１０ａと棚３の中央との間の距離は８８．５ｃｍ、導波管１０ａと１０ｂとの間の距離は１７７ｃｍとした。導波管１０ａおよび１０ｂからは、棚３に載せられたケース２へ各々電波放射口１２ａおよび１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄを介して電波が放射される。発明者は、パッシブ型ＲＦＩＤタグが貼付された物品を複数個入れたケース２によりどれ位の範囲で電波が受信できるかを計測する実験を繰り返した。実験装置１から導波管１０ａおよび１０ｂを除いた構成は、本願発明の導波管の実験にも用いられる。

図２は、導波管１０ａの内部構造（導波管１０ａの正面図）を示す。図２で図１と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２で、符号１６ａは電波発射アンテナ、Ｅは電波発射アンテナ１６ａから導波管１０ａの内部へ発射された電波である。

以上、図２を用いて導波管１０ａについて説明した。導波管１０ｂの内部構造は導波管１０ａの内部構造と同様であるため、説明は省略する。

得られた知見．
発明者は、種々の実験を重ねる中で、以下のような知見を発見した。図３は、本発明の導波管２０の内部構造（導波管２０の側面Ｘ方向（図１（Ａ）参照）の断面図）を示す。図３で、符号２６は電波発射アンテナ、Ｅは電波発射アンテナ２６から導波管２０の内部へ発射された電波、２２および２２’は導波管２０の側面に開口された電波放射口、２１は電波放射口２２の近傍に設けられた電波制御板（以下、「フィレット」と呼ぶ。）である。発明者は、図３に示される構造で電波発射アンテナ２６から電波Ｅを発射すると、導波管２０の軸方向Ｘにおけるフィレット２１の位置により、電波放射口２２等から放射される電波の強度等を制御することができるという知見を得ることができた。

図４は、得られた知見を説明するための図を示す。図４で図２と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図４に示されるように、電波発射アンテナ２６の面とフィレット２１との間にフィレット２１を端部（固定端）とするような定常波（定在波）ＳＷが生じるものと考えられる。図４に示されるように、定常波ＳＷには腹が３つ（ａｎ１、ａｎ２およびａｎ３）あるものとすると、腹ａｎ１の位置と電波放射口２２との位置とが合った場合、電波放射口２２からＤ１方向へ最大強度の電波Ｅａｎ１を放射させることができる。Ｄ２方向へは、電波放射口２２から腹ａｎ１の部分に基づき、Ｄ１方向とＤ２方向との間の角度に応じた強度の電波を放射させることができる。以上より、発明者は、フィレット２１の軸方向（Ｘ方向）の位置により定常波ＳＷの位相を変えることができるため、当該位相による腹ａｎ１等の位置に応じて電波放射口２２から放射する電波を制御することができるという知見を得ることができた。本発明の導波管は当該知見に基づき構成されたものである。

シミュレーション．
発明者は、閉管（導波管）の一方の端から電波を発射し、他方の端で反射する場合における波形のシミュレーションを行なった。シミュレーションの目的は、閉管内に理想的な定常波が生じなくても、２回以上の反射が生じた場合を含め、定常波における腹および節に相当する部分が形成されることの確認である。これが確認されると、腹に相当する箇所にある電波放射口から放射される電波の強度は強いことになり、節に相当する箇所にある電波放射口から放射される電波の強度は弱いことになる。言い換えれば、電波強度が偏在することになる。上述したように、電波発射アンテナ２６の面とフィレット２１と間にフィレット２１を端部（固定端）とするような定常波ＳＷが生じるものと考えられる。従って、フィレット２１の軸方向（Ｘ方向）の位置を調整して定常波ＳＷの位相を変え、腹ａｎ１等の位置を電波放射口２２の位置に合わせることにより、閉管の管長および電波放射口２２の位置を変えることなく、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。この結果、伝播の効率の良い導波管を得ることができる。

以下、発明者が行なったシミュレーションについて詳細に説明する。シミュレーションは簡易な例で行なった。一次元単振動の波動の方程式は、原点での初期位相を０とすると、式１で与えられる。

ここで、ｘは位置、ｔは時刻、Ａは振幅、Ｔは周期、λは波長である。今回、単純な閉管の一端に電波源（電波発射アンテナ）を配設し、その場所をｘ＝０とすると、式１は閉管内の位置ｘにおける時刻ｔでの電波の変位ｙ_１（ｘ、ｔ）を意味する。但し、閉管の反対側の端で反射した電波については考慮していない。

次に、電波源が配設された閉管の一端とは反対側の端（ｘ＝Ｌ。Ｌは閉管長）で反射した電波の波動の方程式は、ｘ＝Ｌが固定端であることから式２で与えられる。

従って、電波が電波源から発射されてから閉管内を１往復した分だけを考慮した電波の波動の方程式は、ｙ_１＋ｙ_２で与えられる。図５（Ａ）、（Ｂ）は、周期Ｔ＝１、波長λ＝１、振幅Ａ＝１、入射点ｘ＝０、反射点ｘ＝Ｌ＝λとした場合におけるｔ＝０での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す。図面の都合上、図５（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図５（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。例えば、ｘ＝０．１００における入射波ｙ_１＝−０．５８８、反射波ｙ_２＝０．５８８、合成波ｙ_１＋ｙ_２＝−１．１７６となった。なお、Ｌ＝λは周波数をｆとし電波の速度をｃとすると、ｆ＝ｃ／Ｌの例となる。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、図５と同条件におけるｔ＝１／６＝０．１６６６６６７での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す。図面の都合上、図６（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図６（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、図５と同条件におけるｔ＝１／４＝０．２５での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す。図面の都合上、図７（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図７（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。

図８（Ａ）、（Ｂ）は、図５と同条件におけるｔ＝１／２＝０．５での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す。図面の都合上、図８（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図８（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、図５と同条件におけるｔ＝３／５＝０．６での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す。図面の都合上、図９（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図９（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、図５と同条件におけるｔ＝７／８＝０．８７５での入射波（ｙ_１：式１）、反射波（ｙ_２：式２）、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を数値で示す。図面の都合上、図１０（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図１０（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。

図１１は、図５〜図１０までの合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す。図面の都合上、図１１（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図１１（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。図１１（Ａ）、（Ｂ）で列方向は時間ｔ＝０〜７／８である。

図１２は、図１１に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１２で、横軸はｘ、縦軸はｙ_１＋ｙ_２である。図１２で、原図では時間ｔ＝０は赤四角、ｔ＝１／６は黄三角、ｔ＝１／４は青楔、ｔ＝１／２は紫四角、ｔ＝３／５は橙丸、ｔ＝７／８は青縦線の各グラフで示してある（以下、他のグラフでも原図では各グラフが色分けされているが、色分けの説明は省略する）。図１２に示されるように、閉管内に閉管の両端（ｘ＝０、Ｌ）および中点（ｘ＝０．５００）を節とする定常波の発生を確認することができた。即ち、節に相当する箇所（ｘ＝０．０００および０．５００近傍）にある電波の強度は弱く、一方、腹に相当する箇所（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）では電波の強度は強いことになる。従って、フィレット２１の位置を調整して、腹に相当する箇所（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）と電波放射口２２の位置とを合わせれば、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

図１３は、図５と同条件で、一周期Ｔの時刻を８等分した場合における合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す。図面の都合上、図１３（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図１３（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。図１３（Ａ）、（Ｂ）で列方向は時間ｔ＝０／８〜８／８である。

図１４は、図１３に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１４で、横軸はｘ、縦軸はｙ_１＋ｙ_２である。図１４に示されるように、閉管内に閉管の両端（ｘ＝０、Ｌ）および中点（ｘ＝０．５００）を節とする定常波の発生を確認することができた。即ち、節に相当する箇所（ｘ＝０．０００および０．５００近傍）にある電波の強度は弱く、一方、腹に相当する箇所（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）では電波の強度は強いことになる。従って、フィレット２１の位置を調整して、腹に相当する箇所（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）と電波放射口２２の位置とを合わせれば、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

以上のシミュレーションでは、Ｌ＝λという特殊性があったとも考えられる。そこで、別の例としてＬ＝√２λとしてシミュレーションを行なった。Ｌ＝λは周波数をｆとし電波の速度をｃとすると、ｆ＝√２（ｃ／Ｌ）の例となる。即ち、一般的なｆ＝ｎｃ／２Ｌ（ｎ：１以上の整数）の関係に限定されない場合の例である。図１５は、図５と同条件の場合（但し、閉管長Ｌ＝√２λとした場合）における合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す。図面の都合上、図１５（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図１５（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。図１５（Ａ）、（Ｂ）で列方向は図１１の場合と同様に時間ｔ＝０〜７／８である。

図１６は、図１５に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１６で、横軸はｘ、縦軸はｙ_１＋ｙ_２である。図１６に示されるように、閉管内にｘ＝０．４００および０．９００近傍を節とする定常波の発生を確認することができた。但し、ｘ＝０および１．０００では節にはなっていない。従って、節に相当する箇所（ｘ＝０．４００および０．９００近傍）にある電波の強度は弱く、一方、腹に相当する箇所（ｘ＝０．１５０および０．６５０近傍）では電波の強度は強いことになる。従って、フィレット２１の位置を調整して、腹に相当する箇所（ｘ＝０．１５０および０．６５０近傍）と電波放射口２２の位置とを合わせれば、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

図１７は、図１５と同条件で、一周期Ｔの時刻を８等分した場合における合成波のシミュレーションを纏めた結果を示す。図面の都合上、図１７（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．６００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図１７（Ｂ）はｘ＝０．６５０〜１．４００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。図１７（Ａ）、（Ｂ）で列方向は時間ｔ＝０／８〜８／８である。

図１８は、図１７に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図１８で、横軸はｘ、縦軸はｙ_１＋ｙ_２である。図１８に示されるように、閉管内にｘ＝０．４００および０．９００近傍を節とする定常波の発生を確認することができた。但し、ｘ＝０および１．０００では節にはなっていない。従って、節に相当する箇所（ｘ＝０．４００および０．９００近傍）にある電波の強度は弱く、一方、腹に相当する箇所（ｘ＝０．１５０および０．６５０近傍）では電波の強度は強いことになる。このため、フィレット２１の位置を調整して、腹に相当する箇所（ｘ＝０．１５０および０．６５０近傍）と電波放射口２２の位置とを合わせれば、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

以上、合成波（ｙ_１＋ｙ_２）のシミュレーション結果を示した。ここで、さらに反射波ｙ_２がｘ＝０の点でもう一度反射した場合を考えると、その波動の方程式は式３で与えられる。

従って、電波が電波源から発射されてから閉管内を１．５往復した分だけを考慮した電波の波動の方程式は、ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３で与えられる。図１９は、図１３と同条件の場合における合成波（ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３）のシミュレーションを纏めた結果を示す。図面の都合上、図１９（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図１９（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．２００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。図１９（Ａ）、（Ｂ）で列方向は時間ｔ＝０／８〜８／８である。

図２０は、図１９に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図２０で、横軸はｘ、縦軸はｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３である。図２０に示されるように、閉管内には厳密にｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３＝０となる節は生じていない。しかし、定常的に電波の強度が強い部分（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）と、定常的に電波の強度が弱い部分（ｘ＝０．０００、０．５００および１．０００近傍）とが生じていることがわかる。従って、上述した図５〜図１８までの電波が電波源から発射されてから閉管内を１往復した分だけを考慮した議論は、１．５往復した場合にも適用可能である。

なお、電波源から発射される電波ｙ１と反射波ｙ２、ｙ３とは位相が異なるため、電波源側の一端は固定端であっても変位の合計であるｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３は０とはならないのが通常である。より詳しくは、原点ｘ＝０において、反射波ｙ２と再反射波ｙ３との変位の合計ｙ_２＋ｙ_３は０になる。しかし、それに更に電波源からの電波ｙ１が加わるため、ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３≠０となる。以上より、ほぼ節に相当する箇所（ｘ＝０．０５０、０．５００および０．９５０近傍）にある電波の強度は弱く、一方、ほぼ腹に相当する箇所（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）では電波の強度は強いことになる。このため、フィレット２１の位置を調整して、ほぼ腹に相当する箇所（ｘ＝０．２５０および０．７５０近傍）と電波放射口２２の位置とを合わせれば、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

図２１（Ａ）、（Ｂ）は、図１９と同条件で、閉管長Ｌ＝√２λとし一周期Ｔの時刻を２４等分した場合における合成波（ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３）のシミュレーションを纏めた結果を示す。図面の都合上、図２１（Ａ）はｘ＝０．０００〜０．５００（行方向）までのシミュレーション結果を示し、図２１（Ｂ）はｘ＝０．５５０〜１．４００（行方向）までのシミュレーション結果を示す。図２１（Ａ）、（Ｂ）で列方向は時間ｔ＝０／２４〜２４／２４である。

図２２は、図２１（Ａ）、（Ｂ）に纏められた合成波のシミュレーション結果を描いたグラフである。図２２で、横軸はｘ、縦軸はｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３である。図２２に示されるように、閉管内には厳密にｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３＝０となる節は生じていない。しかし、定常的に電波の強度が強い部分（ｘ＝０．２００および０．７００近傍）と、定常的に電波の強度が弱い部分（ｘ＝０．０００、０．４５０および０．９５０近傍）とが生じていることがわかる。従って、図２０の場合と同様に、上述した図５〜図１８までの電波が電波源から発射されてから閉管内を１往復した分だけを考慮した議論は、１．５往復した場合にも適用可能である。即ち、ほぼ節に相当する箇所（ｘ＝０．０００、０．４５０および０．９５０近傍）にある電波の強度は弱く、一方、ほぼ腹に相当する箇所（ｘ＝０．２００および０．７００近傍）では電波の強度は強いことになる。このため、フィレット２１の位置を調整して、ほぼ腹に相当する箇所（ｘ＝０．２００および０．７００近傍）と電波放射口２２の位置とを合わせれば、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

閉管（導波管）の両端を固定端とし、２往復分以上の合成波の干渉を考慮する必要が考えられる。しかし、上記シミュレーションの結果、定常波ではないものの、定常的に電波の強度が強い部分と弱い部分とが偏在していることがわかった。従って、２往復分以上の合成波の干渉があった場合にも、上述した図５〜図１８までの電波が電波源から発射されてから閉管内を１往復した分だけを考慮した電波放射口１２ａ等に関する議論を適用することができる。

実際の電波は、上記シミュレーションで想定したように単振動ではない。加えて、閉管の壁でも電波の反射が起きる。つまり、現実には、フィレット２１等および導波管２０の終端（壁）がそれぞれ固定端のような振舞をするため、波動は複雑な現象を生じることになる。従って、閉管内に理想的な定常波が生じる訳ではないが、そのような場合でも干渉の結果、上記と同様に定常的に電波の強度が強い部分と弱い部分とが偏在すると考えられる。このため、上述した図５〜図１８までの電波が電波源から発射されてから閉管内を１往復した分だけを考慮した議論を適用することができる。即ち、フィレット２１等と電波放射口２２との位置関係を調整することにより、好適な導波管２０を構成することができる。

導波管を用いて対象物、例えばパッシブ型ＲＦＩＤに対して電波を与える場合、パッシブ型ＲＦＩＤ等で求められる電波の周波数（従って、波長）と電波放射口２２の位置とに応じてフィレット２１等の位置を調整することにより、用途に適した導波管２０を得ることができる。ＵＨＦ帯のＲＦＩＤ（９５２〜９５４ＭＨｚ）を選択すれば、電波の波長は３１．４２〜３１．４９ｃｍとほとんど変化がない。このため、電波放射口およびフィレットの位置（ｘ方向）を固定として考えてもよい。

以上のシミュレーション結果に基づき、本願発明の各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図２３（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１における導波管を示す。図２３（Ａ）、（Ｂ）で図３と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２３（Ａ）に示されるように、導波管２０は、一端面（図上、左側）に電波発射アンテナ等の電波源２６が導波管２０の内面向きに配設された閉管である。導波管２０は全体として導電性材質により形成されているか、あるいは、導電性の材質ではない木材等の材質により形成され、導波管２０の内面全面が導電性材質の被覆部２７により被覆されている構造であってもよい。いずれにしても、導電性材質としてはＵＨＦ帯（９５２〜９５４ＭＨｚ）の電波を反射する機能を有している材料を用いることが好適である。図２３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、導波管２０の側面には開口された電波放射口２２が設けられている。導波管２０の内面且つ断面方向（ｙ方向）にはフィレット（電波制御部）２１が形成されており、フィレット２１は導波管２０を塞がない所定の形状を有し且つ導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能となっている。フィレット２１の位置の調整は、例えばスライド式にｘ方向へ移動させて調整するようにすればよい。フィレット２１の材質も上記導電性材質となっている。フィレット２１の所定の形状としては矩形が好適であるが、これに限定されるものではなく、他の形状、例えばＵ字型のように矩形と比較して中央部が空いている形状、三角形のように矩形と比較して周囲部が空いている形状であってもよい。図２３（Ａ）に示されるように、電源部２６から発射された電波Ｅは導波管２０の内面およびフィレット２１の材質が導電性材質であることにより反射を繰り返す。この結果、上述したシミュレーションの結果が示すように、フィレット２１を固定端とするような定常波が合成される。但し、図２３（Ａ）に示される電波Ｅの腹の位置は電波放射口２２の位置とは合っていないため、電波放射口２２からは最大強度の電波が放射されていない。

そこで、図２３（Ｂ）に示されるように、フィレット２１の軸方向（ｘ方向）の位置をｘ１からｘ２へと調整して電波Ｅの位相を変え、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２の位置に合わせることにより、導波管の管長（Ｌとする。）および電波放射口２２の位置を変えることなく、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。フィレット２１の軸方向（ｘ方向）の位置を調整可能とすることにより、幅の広い電波帯に対応することができる。

図２３（Ｂ）では、フィレット２１の図上左側のみに定常波Ｅを示した。しかし、上述のようにフィレット２１は導波管２０を塞がない所定の形状を有しているため、フィレット２１の図上右側にもフィレット２１を固定端とする定常波が発生する。この場合、別の電波放射口２２がフィレット２１の図上右側に存在していると、当該右側の電波放射口２２からも電波を放射することができる。当該右側の電波の腹の位置と当該右側の電波放射口２２の位置とが合っている場合、当該右側の電波放射口２２から最大強度の電波を放射することができる。即ち、フィレット２１の形状を導波管２０を塞がない所定の形状とすることにより、フィレット２１の左右の複数の電波放射口から電波を放射することができる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、導波管２０は、一端面に電波発射アンテナ等の電波源２６が導波管２０の内面向きに配設された閉管である。導波管２０の側面には開口された電波放射口２２が設けられている。導波管２０の内面且つ断面方向（ｙ方向）にはフィレット（電波制御部）２１が形成されており、フィレット２１は導波管２０を塞がない所定の形状を有し且つ導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能となっている。電源部２６から発射された電波Ｅは導波管２０の内面およびフィレット２１の材質が導電性材質であることにより反射を繰り返す。この結果、上述したシミュレーションの結果が示すように、フィレット２１を固定端とするような定常波が合成される。フィレット２１の軸方向（ｘ方向）の位置を調整して電波Ｅの位相を変え、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２の位置に合わせることにより、導波管の管長（Ｌとする。）および電波放射口２２の位置を変えることなく、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。即ち、電波源２６から導波管２０内へ放射された電波Ｅと調整された位置に置かれたフィレット２１とに基づき、フィレット２１を端部とし電波Ｅの変位の最大位置（腹）が電波放射口２２の位置に合う波動を発生させることにより、電波放射口２２から導波管２０の外へ放射する電波を制御することができる。この結果、電波Ｅの伝播を効率良く制御でき且つコストを増大させずに済む導波管２０を提供することができる。

図２４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２における導波管を示す。図２４（Ａ）、（Ｂ）で図２３（Ａ）、（Ｂ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２４（Ａ）に示されるように、電源部２６から発射された電波Ｅは導波管２０の内面およびフィレット２１の材質が導電性材質であることにより反射を繰り返す。この結果、上述したシミュレーションの結果が示すように、フィレット２１を固定端とするような定常波が合成される。但し、図２４（Ａ）に示される電波Ｅの腹の位置は電波放射口２２の位置とは合っていないため、電波放射口２２からは最大強度の電波が放射されていない。

そこで、電波放射口２２の位置を導波管２０の軸方向（ｘ方向）に調整可能とし、図２４（Ｂ）に示されるように、電波放射口２２の位置をｘ３からｘ４へと調整することにより、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２の位置に合わせる。以上により、導波管の管長（Ｌとする。）およびフィレット２１の位置を変えることなく、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。電波放射口２２の軸方向（ｘ方向）の位置を調整可能とすることにより、例えばＲＦＩＤの検知の目的に応じた場所へ電波を放射することができる。電波放射口２２の位置の調整は、例えばスライド式にｘ方向へ移動させて調整するようにすればよい。

図２５は、本発明の実施例２における別の導波管を示す。図２５で図２４（Ａ）、（Ｂ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２５に示されるように、導波管２０は実施例１で説明した導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能なフィレット２１と、上述した導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能な電波放射口２２とを備えたものとしてもよい。

以上のように、本発明の実施例２によれば、電波放射口２２の位置を導波管２０の軸方向（ｘ方向）に調整可能とすることができる。この結果、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２の位置に合わせることができるため、導波管の管長（Ｌとする。）およびフィレット２１の位置を変えることなく、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。このため、電波Ｅの伝播を効率良く制御でき且つコストを増大させずに済む導波管２０を提供することができる。

図２６は本発明の実施例３における導波管を示す。図２６で図２３（Ａ）、（Ｂ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２６に示されるように、導波管２０は実施例１で説明した導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能なフィレット２１と、実施例２で説明した導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能な複数の電波放射口２２ａおよび２２ｂとを備えたものとしてもよい。

実施例１では、複数の電波放射口２２を有する場合の例として、図２３（Ｂ）を用い、フィレット２１の左右の複数の電波放射口から電波を放射する例について説明した。図２６に示されるように、複数の電波放射口２２ａおよび２２ｂは図上フィレット２１の左側（片側）に存在していてもよい。この場合、実施例１で説明したように、フィレット２１の軸方向（ｘ方向）の位置を調整して電波Ｅの位相を変え、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２ａおよび／または２２ｂの位置（２２ａおよび２２ｂの位置、あるいは２２ａまたは２２ｂのいずれか一方の位置）に合わせることにより、導波管の管長（Ｌとする。）および、電波放射口２２ａおよび２２ｂの位置を変えることなく、電波放射口２２ａおよび／または２２ｂから強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。あるいは、実施例２で説明したように、電波放射口２２ａおよび／または２２ｂの位置を調整することにより、電波Ｅの腹の位置を電波放射口２２ａおよび／または２２ｂの位置に合わせる。以上により、導波管の管長（Ｌとする。）およびフィレット２１の位置を変えることなく、電波放射口２２ａおよび／または２２ｂから強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。電波放射口２２ａ等は、フィレット２１の片側に少なくとも１個は存在するものとして、フィレット２１の左右にｎ個以上(ｎ≧０)設けることができる。

以上のように、本発明の実施例３によれば、導波管２０は実施例１で説明した導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能なフィレット２１と、実施例２で説明した導波管２０の軸方向（ｘ方向）に位置を調整可能な複数の電波放射口２２ａおよび２２ｂとを備えたものとしてもよい。この場合、実施例１および２で説明した効果と同様に、電波Ｅの伝播を効率良く制御でき且つコストを増大させずに済む導波管２０を提供することができる。

図２７は本発明の実施例４における実際に製作した導波管例を示す。図２７で図２５と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２７に示されるように、導波管２０の断面はｘ軸方向が３０ｃｍ、ｙ軸方向が２２ｃｍであり、フィレット２１のｙ軸方向の長さは６ｃｍ、フィレット２１の先端と導波管２０の壁との間の距離は１６ｃｍとした。

図２８は、本発明の実施例４における実際に製作した他の導波管２０の実物写真を示す。図２８で図２３と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２８は電波放射口２２とフィレット２１とを撮影した斜視図である。この導波管２０を図１で説明した実験装置１の導波管（左および右ゲート）として用いることにより、ＲＦＩＤタグが貼付された物品（ＲＦＩＤタグを付した対象）を複数個入れたケース２へ所定の電波（例えば、ＵＨＦ帯（９５２〜９５４ＭＨｚ））を発信する。上述したように、フィレット２１、電波放射口２２、電波放射口２２’（図３参照）のｘ軸方向の位置を適宜組合わせて調整することにより、電波放射口２２から強度の強い電波を放射するように電波を制御することができる。

本発明の活用例として、導波管を用いてパッシブ型ＲＦＩＤに対して電波を与える場合に適用することができる。

１実験装置、２ケース、３棚、１０ａ、１０ｂ、２０導波管、１１ａ、１１ｂ、２１フィレット、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、２２、２２’、２２ａ、２２ｂ電波放射口、１６ａ、２６電波源(電波発射アンテナ)、２７被覆部。

中嶋信生編、「無線技術とその応用４新世代ワイヤレス技術」、平成１６年３月２５日発行、丸善株式会社。

Claims

一端面に電波源が配設された閉じた導波管であって、
前記導波管の側面に開口された電波放射口と、
前記導波管の内面且つ断面方向に形成された該導波管を塞がない所定の形状を有し且つ該導波管の軸方向に位置を調整可能な電波制御部とを備え、
前記電波源から前記導波管内へ放射された電波と調整された位置に置かれた前記電波制御部とに基づき、該電波制御部を端部とし電波の変位の最大位置が該電波放射口の位置に合う波動を発生させることにより、該電波放射口から該導波管外へ放射する電波を制御することを特徴とする導波管。
請求項１記載の導波管において、前記電波放射口は前記導波管の軸方向に位置を調整可能であることを特徴とする導波管。
請求項１又は２記載の導波管において、前記電波放射口を複数設けたことを特徴とする導波管。
請求項１乃至３のいずれかに記載の導波管を用いて、ＲＦＩＤタグを付した対象へ所定の電波を発信することを特徴とする電波の制御方法。