JP2012124572A - アンテナ切替システム - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの交信領域を特定領域内に限定しつつも、同特定領域内に所在する無線タグの確実な読み取りを可能とすること。
【解決手段】一実施形態におけるアンテナ切替システムはａ個（ａ≧３）のアンテナ１と各アンテナ１の中から複数のアンテナ１を選択する選択切替器２と、を有する。選択切替器２は、第１のタイミングにおいてｂ１（２≦ｂ１＜ａ）個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナ１のうちのｃ（１≦ｃ＜ｂ１）個を含むｂ２（２≦ｂ２＜ａ）個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成されるようにアンテナ１を時分割で切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、複数のアンテナを用いて通信対象と無線通信する技術に関する。

近年、アパレル業界における販売店等において、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ等の無線タグを商品に貼り付け、商品の入出荷、棚卸、在庫管理などの情報収集や分析を行うシステムが利用されている。

この種のシステムの一例として、顧客が手に取った商品や在庫の情報をリアルタイムに取得可能な商品棚（スマートシェルフとも称される）を、ＲＦＩＤに関する技術を用いて実現したものが知られている。このシステムでは、商品棚の下方に設置したアンテナから電波を放射して商品棚に置かれた商品に付された無線タグを随時読み取り、読み取れなくなった無線タグが有るならばその無線タグが付された商品が顧客の手に取られ、商品棚から外れたと判別するよう構成されている。

特開２００６−３１８０７８号公報

上記商品棚の判別精度を向上させるためには、アンテナから放射される電波が商品棚の外に漏れず、且つ棚内の無線タグを確実に読み取れるようにする必要がある。アンテナから放射される電波が商品棚の外に漏れないようにするためには、アンテナの放射指向性を鋭くする必要があるが、放射指向性が鋭いと商品棚内に無線タグの読み取れない不感地帯が出来てしまうという問題がある。このような問題に対しては、例えば複数置かれたアンテナを切り替えつつ無線タグを読み取る方法やアレイアンテナを用いて各アレイアンテナ素子への信号の位相を制御することでアンテナの放射方向を制御する方法を用いて対処することも考えられる。

しかしながら、上記アンテナを切り替える方法では、アンテナから放射された電波が広がりきらないアンテナから近い距離において、切り替えを行うアンテナ同士の中間付近に不感地帯ができてしまうとの問題がある。アンテナを密に敷き詰めることでこの問題を解決することができるが、アンテナ自身が占有するスペースのために、十分密に敷き詰めることはできないといった問題も生じる。また、アンテナの放射方向を制御する方法では、商品棚の外に電波が漏れてしまうといった問題がある。

このような事情から、アンテナの交信領域を特定領域内に限定しつつも、同特定領域内に所在する無線タグの確実な読み取りを可能とするための手段を講じる必要があった。

一実施形態におけるアンテナ切替システムは、ａ個（ａ≧３）のアンテナと、各アンテナの中から複数のアンテナを選択する選択切替器と、を有している。選択切替器は、第１のタイミングにおいてｂ１（２≦ｂ１＜ａ）個のアンテナにてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナのうちのｃ（１≦ｃ＜ｂ１）個を含むｂ２（２≦ｂ２＜ａ）個のアンテナにてアレイアンテナが構成されるように、アンテナを時分割で切り替える。

第１の実施形態における無線通信システムの構成図。 同実施形態におけるアレイアンテナの構成例を示す図。 同実施形態におけるアンテナ切替タイミングを説明するための図。 同実施形態におけるアンテナ切替のタイムチャート。 第２の実施形態における無線通信システムの構成図。 同実施形態におけるアレイアンテナの構成例を示す図。 同実施形態における列毎のサブアレイの構成例を示す図。 同実施形態における行毎のサブアレイの構成例を示す図。

以下、各実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
［システム構成］
図１は、第１の実施形態におけるアンテナ切替システムとして機能する無線通信システムの構成図である。
この無線通信システムは、同一形状のａ（自然数，ａ≧３）個のアンテナ１（１−１，１−２，１−３，・・・１−ａ）と、選択切替器２と、制御機３と、リーダ装置４とを備えている。

各アンテナ１は、略等間隔かつ直線状に配列され、それぞれケーブル５を介して選択切替器２と接続されている。ケーブル５としては、例えば同軸ケーブルを採用し得る。

選択切替器２および制御機３はケーブル６を介して接続され、選択切替器２およびリーダ装置４はケーブル７を介して接続され、制御機３およびリーダ装置４はケーブル８を介して接続されている。ケーブル６，７，８としては、例えばＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルを採用し得る。

リーダ装置４は、アンテナ１に電波を送信させるための電力（高周波信号）を供給する送信部と、アンテナ１が通信対象物から受信した電波に応じて出力する電力に基づいて応答データを復調する受信部とを有している。このように復調される応答データは、リーダ装置４に接続された上位機器（不図示）に出力され、各種の情報処理が行われる。

制御機３は、リーダ装置４から通信対象物との通信開始が指示されたことに応じ、各アンテナ１の中から電波の送受信に使用するアンテナを選択するための制御信号を選択切替器２に出力する。

選択切替器２は、制御機３から送信される制御信号を受信し、受信した制御信号に基づき、各アンテナ１の中から電波の送受信に使用する複数のアンテナ１を選択する。選択切替器２は、リーダ装置４から供給される電力を当該選択したアンテナ１に分配して給電し、当該選択したアンテナ１が応答信号を受信した際に出力する電力を合成してリーダ装置４に出力する。すなわち、選択切替器２において選択された複数のアンテナ１にて、アレイアンテナが構成される。

［アンテナの切り替え］
制御機３および選択切替器２によるアンテナ１の切り替えについて説明する。
アレイアンテナの構成に用いるアンテナ１は、リーダ装置４から電波の送受信開始が指示されたことに応じ、予め定められた組み合せおよび順序にて切り替えられる。そして、最初の組み合せから再び最初の組み合せに戻るまでを１サイクルとすると、リーダ装置４から電波の送受信停止が指示されるまで、上記サイクルにてアンテナ１の切替動作が継続される。

本実施形態では、上記１サイクル内の第１のタイミングにおいてｂ１（自然数，２≦ｂ１＜ａ）個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成され、上記１サイクル内の第２のタイミング（第１のタイミングと異なる）において第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナ１のうちのｃ（自然数，１≦ｃ＜ｂ１）個を含むｂ２（自然数，２≦ｂ２＜ａ）個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成されるように、選択切替器２によって選択されるアンテナ１を時分割で切り替える。

ここで、具体例として、ａ＝５、ｂ１＝ｂ２＝２、ｃ＝１であり、かつ隣り合う２個のアンテナ１をアンテナ１−１側から順次選択してアレイアンテナを構成する場合につき、図２を用いて説明する。この条件下においては、５個のアンテナ１（１−１〜１−５）が選択切替器２に接続され、制御機３は隣り合う２個のアンテナ１を選択する制御信号を順次出力することになる。また、各タイミングにおいて形成されるアレイアンテナは、全て同一形状となる。

図２中のＳ（Ｓ１２，Ｓ２３，Ｓ３４，Ｓ４５）は、アンテナから放射される電波で通信可能な領域を示している。制御機３からアンテナ１−１とアンテナ１−２を選択する制御信号が選択切替器２に送信されると、選択切替器２は、受信した制御信号に従ってアンテナ１−１とアンテナ１−２を選択し、アレイアンテナを構成する。構成したアレイアンテナによる通信可能領域Ｓは領域Ｓ１２となる。制御機３からアンテナ１−２とアンテナ１−３を選択する制御信号が選択切替器２に送信されると、選択切替器２は、受信した制御信号に従ってアンテナ１−２とアンテナ１−３を選択し、アレイアンテナを構成する。構成したアレイアンテナによる通信可能領域Ｓは領域Ｓ２３となる。制御機３からアンテナ１−３とアンテナ１−４を選択する制御信号が選択切替器２に送信されると、選択切替器２は、受信した制御信号に従ってアンテナ１−３とアンテナ１−４を選択し、アレイアンテナを構成する。構成したアレイアンテナによる通信可能領域Ｓは領域Ｓ３４となる。制御機３からアンテナ１−４とアンテナ１−５を選択する制御信号が選択切替器２に送信されると、選択切替器２は、受信した制御信号に従ってアンテナ１−４とアンテナ１−５を選択し、アレイアンテナを構成する。構成したアレイアンテナによる通信可能領域Ｓは領域Ｓ４５となる。このようにアレイアンテナの構成に使用されるアンテナ１の選択が切り替わる間、リーダ装置４から選択切替器２に電波送信用の電力が供給される。したがって、この無線通信システムの通信可能領域は、領域Ｓ１２〜Ｓ４５の和集合となる。

なお、アレイアンテナを隣り合う２個のアンテナ１を選択して構成するのではなく、ｄ（自然数，ｄ≧１）個おきにアンテナ１を選択して構成してもよい。例えば、ｄ＝１として、アンテナ１−１とアンテナ１−３の組み合せのように１個おきにアレイアンテナを構成するアンテナ１を選択してもよいし、ｄ＝２以上として複数個おきにアレイアンテナを構成するアンテナ１を選択してもよい。通常、選択するアンテナ１間の距離が短いほど、構成されるアレイアンテナの指向性が弱まるとともにサイドローブも弱まり、選択するアンテナ１間の距離が長いほど、構成されるアレイアンテナの指向性が強まるとともにサイドローブも強まる。これを考慮し、本実施形態における構成を適用するシステムに応じて、各アンテナ１の配列間隔やアンテナ１の選択態様を決定すればよい。

また、アンテナ１−１、アンテナ１−２およびアンテナ１−３の組み合わせのように、ｂ１，ｂ２＝３以上として同時に３個以上のアンテナ１を選択してアレイアンテナを構成してもよい。これにより、構成したアレイアンテナの放射指向性を鋭くし、利得を高くすることができる。

［アンテナ切り替えタイミング］
次に選択するアンテナ１を切り替えるタイミングについて説明する。アンテナ１を切り替えるタイミングとしては、一定間隔にてアンテナ１を切り替える場合と、不定間隔にてアンテナ１を切り替える場合のいずれかを採用し得る。

一定間隔の場合は、常に一定の時間間隔でアレイアンテナを構成するアンテナ１を切り替える。この場合には、制御機３に予め定めた一定間隔で上記制御信号を出力させる。その結果、例えば図２に示した具体例であれば、領域Ｓ１２，Ｓ２３，Ｓ３４，Ｓ４５の順で、一定時間間隔にてアレイアンテナの通信可能領域Ｓが形成される。このように通信可能領域Ｓの形成時間が各アレイアンテナで一定となるため、アレイアンテナ毎の通信時間に差が出ない。これは、各アレイアンテナの通信可能領域Ｓ内にある通信対象物が同数程度である場合や通信可能領域Ｓに入ってくる通信対象物を監視する場合などに有効である。

次に、選択するアンテナ１を切り替えタイミングが不定間隔の場合について、図３と図４を用いて説明する。図３は、図２に示した具体例における各アレイアンテナの通信可能領域Ｓに通信対象物１００が置かれた状況の一例を示した図である。通信対象物１００としては、ＲＦＩＤタグなどの無線タグが想定される。

図４は、図３に示した状態においてアンテナ１が切り替えられるタイミングを示したタイムチャートである。図中のｔは、選択されたアンテナ１でアレイアンテナを構成し、次のアンテナに切り替えるまでの時間である。すなわち、ｔ１２はアンテナ１−１とアンテナ１−２でアレイアンテナを構成している時間であり、ｔ２３はアンテナ１−２とアンテナ１−３でアレイアンテナを構成している時間であり、ｔ３４はアンテナ１−３とアンテナ１−４でアレイアンテナを構成している時間であり、ｔ４５はアンテナ１−４とアンテナ１−５でアレイアンテナを構成している時間である。不定間隔でアンテナ１を切り替える場合には、構成したアレイアンテナの通信可能領域Ｓの中にある通信対象物１００と通信を行うのに要する時間によって時間ｔを決定する。

リーダ装置４は、いずれかのアンテナ１を用いてアレイアンテナが構成されている際に、そのアレイアンテナの通信可能領域Ｓ内にある全ての通信対象物１００との通信が完了すると、制御機３に対して通信完了を示す情報を出力する。通信可能領域Ｓ内にある全ての通信対象物１００との通信が完了したか否かを判定する手法としては、周知の手法を採用し得る。例えば、予め定められた待ち時間を経過しても新たな通信対象物１００からの応答が得られなくなったことに応じて、通信可能領域Ｓ内にある全ての通信対象物１００との通信が完了したと判定するようにすればよい。

制御機３は、リーダ装置４が出力する上記通信完了を示す情報を受信すると、次のアレイアンテナの構成に使用するアンテナ１を選択するための制御信号を選択切替器２に出力する。この制御信号を受信したことに応じて、選択切替器２は、同制御信号で示されるアンテナ１を選択してアレイアンテナを構成する。図３に示した通信可能領域Ｓ２３のように通信対象物１００が多く存在する領域においてはリーダ装置４との通信量が多く通信完了までに要する時間が長くなり、それに伴いアレイアンテナを構成している時間ｔ２３は図４に示したように長くなる。一方で、図３に示した通信可能領域Ｓ４５のように通信対象物１００が少ない領域においては、リーダ装置４との通信量が少なく通信完了までに要する時間が短くなり、それに伴いアレイアンテナを構成している時間ｔ４５は図４に示したように短くなる。

このようにアレイアンテナを構成している時間ｔを不定間隔、特に通信に要する時間とすることで、通信の最中にアンテナ１が切り替わり通信が切断されることを防ぐことができる。さらに、通信量が多い場合の時間ｔが長く、通信量が少ない場合の時間ｔが短くなるので、効率的な通信が可能となる。

アンテナ１の切り替えタイミングを一定間隔または不定間隔のいずれに設定するかについては、本無線通信システムの使用用途等を勘案して適切な一方を選択し、当該選択した一方に応じた制御信号を制御機３が出力するように予め設定しておけばよい。

［電力の重み付け］
次に、アレイアンテナを構成する各アンテナ１に給電する電力および各アンテナ１から出力される電力を合成する際の重み付けについて説明する。

重み付けは、選択切替器２によって行われる。電波の送信時において、選択切替器２は、制御機３からの制御信号に基づいて選択した各アンテナ１に給電する電力を、予め定められた重み付けの比率に応じて分配する。電波の受信時において、選択切替器２は、制御機３からの制御信号に基づいて選択した各アンテナ１が受信した電波に応じて出力する電力を、上記重み付けの比率に応じて合成する。

重み付けの比率としては、例えば等比率を採用し得る。等比率の場合は、リーダ装置４から供給される電力を等分配して選択した各アンテナ１に供給し、同各アンテナ１が受信した電波に応じて出力する電力を等比率で合成し、リーダ装置４に出力する。

また、ｂ１＝ｂ２＝３とした場合のように、３個以上のアンテナ１を用いてアレイアンテナを構成する場合には、選択した各アンテナ１のうち中央に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよい。この場合の一例を、図２に示した具体例を用いて説明する。選択したアンテナ１がアンテナ１−１，アンテナ１−２，アンテナ１−３の場合、重み付けの比率を例えば１：２：１のように中央に位置するアンテナ１−２の比率を他のアンテナの２倍とする。そして、リーダ装置４から供給される電力を１：２：１の比率で分配してアンテナ１−１，アンテナ１−２，アンテナ１−３に供給し、アンテナ１−１，アンテナ１−２，アンテナ１−３が受信した電波に応じて出力する電力を１：２：１の比率で合成してリーダ装置４に出力する。また、選択したアンテナ１がアンテナ１−１，アンテナ１−２，アンテナ１−３，アンテナ１−４の場合、重み付けの比率を１：２：２：１のように設定する。このように選択した各アンテナ１のうち中央に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くすることで、アレイアンテナのサイドローブを抑えることができ、特定領域内に対する限定的な通信可能領域の形成が可能となる。

以上説明したように、本実施形態においては、第１のタイミングにおいてｂ１個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナ１のうちのｃ個を含むｂ２個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成されるように、選択切替器２によって選択されるアンテナ１を時分割で切り替える構成とした。このように異なるタイミングでアンテナ１を共有し、アレイアンテナを構成することで、特に各アンテナ１に近い位置において従来各アンテナ１間に形成されていた不感地帯を解消し、アレイアンテナを密に敷き詰めたのと同様の効果を得ることができ、安定した通信を行うことができる。また、各アンテナ１の特性や送信する電波の周波数を調整することで、各アンテナ１によって形成される通信可能領域を特定領域内に限定することが可能となる。したがって、特定領域内に所在する無線タグの確実な読み取りが可能となる。

なお、本実施形態では、配列された複数のアンテナ１の中から、端から順にアレイアンテナを構成する複数のアンテナ１を選択する場合について説明したが、順不同にしてもよい。例えば図２に示した具体例において、最初にアンテナ１−２とアンテナ１−３でアレイアンテナを構成し、次にアンテナ１−１とアンテナ１−２でアレイアンテナを構成してもよい。

また、１サイクル内において、各アレイアンテナを構成する回数が等しくなくてもよい。例えば、配列されたアンテナ１の中央付近に通信対象物である無線タグが多くなる場合に、配列されたアンテナ１の中央から端に向けてアレイアンテナが構成されるようにアンテナ１を切り替え、その後、中央から他端に向けてアレイアンテナが構成されるようにアンテナ１を切り替えるなどして、１サイクル内で中央のアレイアンテナほど構成される回数が多くなるようにしてもよい。これにより、確実かつ効率的な通信対象物との通信が可能となる。また、配列されたアンテナ１の端部付近でアレイアンテナを構成する回数が減るために、配列したアンテナ１の外側（例えば図２における領域Ｓ１２の左方や領域Ｓ４５の右方）にある通信対象物と通信してしまう虞が低減される。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態では、アンテナ１をマトリクス状に配列した点で、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［システム構成］
図５は、第２の実施形態におけるアンテナ切り替えシステムとして機能する無線通信システムの構成図である。

この無線通信システムは、アンテナ群９と、選択切替器２と、制御機３と、リーダ装置４とを備えている。アンテナ群９は、ｍ（自然数，ｍ≧２）行×ｎ（自然数，ｎ≧２）列のマトリクス状に略等間隔で配列されたａ（ａ＝ｍ×ｎ）個のアンテナ１で構成されている。各アンテナ１は、それぞれケーブル５を介して選択切替器２と接続されている。

制御機３は、リーダ装置４から通信対象物との通信開始が指示されたことに応じ、各アンテナ１の中から電波の送受信に使用するアンテナ１を選択するための制御信号を選択切替器２に出力する。

選択切替器２は、制御機３から送信される制御信号を受信し、受信した制御信号に基づき、各アンテナ１の中から電波の送受信に使用する複数のアンテナ１を選択する。選択切替器２は、リーダ装置４から供給される電力を当該選択したアンテナ１に分配して給電し、当該選択したアンテナ１が応答信号を受信した際に出力する電力を合成してリーダ装置４に出力する。すなわち、選択切替器２において選択された複数のアンテナ１にて、アレイアンテナが構成される。

［アンテナの切り替え］
制御機３および選択切替器２によるアンテナ１の切り替えについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、上記１サイクル内の第１のタイミングにおいてｂ１（自然数，２≦ｂ１＜ａ）個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成され、上記１サイクル内の第２のタイミング（第１のタイミングと異なる）において第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナ１のうちのｃ（自然数，１≦ｃ＜ｂ１）個を含むｂ２（自然数，２≦ｂ２＜ａ）個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成されるように、選択切替器２によって選択されるアンテナ１を時分割で切り替える。

ｂ１，ｂ２個のアンテナ１としては、列方向または行方向に配列された複数個を選択させてもよいし、ｘ（自然数，ｘ≧２）行×ｙ（自然数，ｙ≧２）列のマトリクス状に選択させてもよい。

ここで、具体例として、ｍ＝ｎ＝３、ｂ１＝ｂ２＝４、ｃ＝２であり、隣接する２行×２列（ｘ＝ｙ＝２）のマトリクス状にアンテナ１を選択してアレイアンテナを構成する場合につき、図６を用いて説明する。この条件下においては、９個のアンテナ１が選択切替器２に接続され、制御機３は隣接する２行×２列のアンテナ１を選択する制御信号を順次出力することになる。また、各タイミングにおいて形成されるアレイアンテナは、全て同一形状となる。

図６は、上記条件下においてアンテナ１が切り替えられる様子を示す模式図であり、（ａ）〜（ｄ）で１サイクルを示す。図中の１０（１０−１，１０−２，１０−３，１０−４）は、選択切替器２にて選択されたアンテナ群である。制御機３は、アンテナ群１０−１に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、アンテナ群１０−２に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、アンテナ群１０−３に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、アンテナ群１０−４に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号を、この順で出力する。これにより、１サイクル内においては、アンテナ群１０−１，アンテナ群１０−２，アンテナ群１０−３，アンテナ群１０−４の順でアレイアンテナが構成される。このサイクルにおいては、（ａ）と（ｂ），（ｂ）と（ｃ），（ｃ）と（ｄ），（ｄ）と（ａ）のそれぞれにおいて、２個のアンテナ１が共有されている。

なお、ｘ列×ｙ行のマトリクス状にアンテナ１を選択してアレイアンテナを構成するのではなく、直線状にアンテナ１を選択してアレイアンテナを構成してもよいし、その際にｄ（自然数，ｄ≧１）個おきにアンテナ１を選択してもよい。

また、選択するアンテナ１の切り替え順序は、図６（ａ）〜（ｄ）に示したものに限られず、最初にアンテナ群１０−２でアレイアンテナを構成し、次にアンテナ群１０−１、アンテナ群１０−４のように順不同に切り替えてもよい。また、各アンテナ群１０を選択する回数が等しくならなくてもよい。

なお、アンテナ１を切り替えるタイミングについては、第１の実施形態と同様に一定間隔または不定間隔のいずれかを採用すればよい。

［電力の重み付け］
次に、アレイアンテナを構成する各アンテナ１に給電する電力および各アンテナ１から出力される電力を合成する際の重み付けについて説明する。

重み付けは、選択切替器２によって行われる。電波の送信時において、選択切替器２は、制御機３からの制御信号に基づいて選択した各アンテナ１に給電する電力を、予め定められた重み付けの比率に応じて分配する。電波の受信時において、選択切替器２は、制御機３からの制御信号に基づいて選択した各アンテナ１が受信した電波に応じて出力する電力を、上記重み付けの比率に応じて合成する。

重み付けの比率としては、例えば等比率を採用し得る。等比率の場合は、リーダ装置４から供給される電力を等分配して選択した各アンテナ１に供給し、同各アンテナ１が受信した電波に応じて出力する電力を等比率で合成し、リーダ装置４に出力する。

また、選択したアンテナ群が３行以上（ｘ≧３）のアンテナ１により構成されている場合は、中央の行に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよいし、選択したアンテナ群が３列以上（ｙ≧３）のアンテナ１で構成されている場合は、中央の列に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよい。例えば３行×３列のアンテナ群を選択する場合、中央の行に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くするならば、１行目、２行目、３行目のアンテナ１に対し、１：２：１の比率で重み付けし、中央の列に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くするならば、１列目、２列目、３列目のアンテナ１に対し、１：２：１の比率で重み付けする。
また、アンテナ群が３行以上かつ３列以上のアンテナ１で構成されている場合には、当該選択されたアンテナ１で構成されるマトリクスの中心に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよい。例えば３行×３列のアンテナ群を選択する場合、２行２列目のアンテナ１と他のアンテナ１に対し、２：１の比率で重み付けする。
このようにすることで、構成したアレイアンテナのサイドローブを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態においては、第１のタイミングにおいてマトリクス状にアンテナ１が配列されたアンテナ群９に含まれるｂ１個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナ１のうちのｃ個を含むｂ２個のアンテナ１にてアレイアンテナが構成されるように、選択切替器２によって選択されるアンテナ１を時分割で切り替える構成とした。このように１サイクル内における２つのタイミングでアンテナ群を構成するアンテナ１の一部を共有し、アンテナ群をアレイアンテナとして動作させることで、アレイアンテナを密に配置したことと同様の効果を得ることができ、通信可能領域をアンテナ群９の正面方向に隈なく作成できる。
その他、第１の実施形態と同様の効果を奏すことは勿論である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態では、アンテナ１をｍ行×ｎ列のマトリクス状に配列し、かつ行毎または列毎のアンテナ１にてサブアレイを構成し、このサブアレイの組み合せにてアレイアンテナを構成する点で、第１，第２の実施形態と異なる。第１，第２の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

本実施形態におけるシステム構成は、図５に示したものと同様であり、アンテナ群９と、選択切替器２と、制御機３と、リーダ装置４とで無線通信システムが構成され、アンテナ群９は、ｍ（自然数，ｍ≧２）行×ｎ（自然数，ｎ≧２）列のマトリクス状に略等間隔で配列された複数のアンテナ１で構成されている。これらのアンテナ１を列毎または行毎に組み合せ、ｎ個またはｍ個のサブアレイを構成する。

［アンテナの切り替え］
本実施形態では、上記１サイクル内の第１のタイミングにおいてｂ１´個のサブアレイにてアレイアンテナが構成され、上記１サイクル内の第２のタイミング（第１のタイミングと異なる）において第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたサブアレイのうちのｃ´（自然数，１≦ｃ´＜ｂ１´）個を含むｂ２´個のサブアレイにてアレイアンテナが構成されるように、選択切替器２によって選択されるアンテナ１を時分割で切り替える。

なお、アンテナ１を列毎に組み合わせてサブアレイを構成する場合には、２≦ｂ１´＜ｎおよび２≦ｂ２´＜ｎとなり、アンテナ１を行毎に組み合わせてサブアレイを構成する場合には、２≦ｂ１´＜ｍおよび２≦ｂ２´＜ｍとなる。

ここで、具体例として、列毎にサブアレイを構成し、ｍ＝３、ｎ＝５、ｂ１´＝ｂ２´＝２、ｃ´＝１であり、かつ隣り合う２個のサブアレイをｎ＝１の列から順次選択してアレイアンテナを構成する場合のアンテナ１の切り替えにつき、図７を用いて説明する。この条件下においては、１５個のアンテナ１が選択切替器２に接続され、制御機３は、隣り合う２列のサブアレイに属するアンテナ１を選択する制御信号を順次出力することになる。また、各タイミングにおいて形成されるアレイアンテナは、全て同一形状となる。

アンテナ１を列毎に組み合わせてサブアレイを構成すると、図７に示すように３個のアンテナ１を有する５列のサブアレイ１１（１１−１，１１−２，１１−３，１１−４，１１−５）が構成される。制御機３は、サブアレイ１１−１，１１−２に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、サブアレイ１１−２，１１−３に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、サブアレイ１１−３，１１−４に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、サブアレイ１１−４，１１−５に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号を、この順で出力する。これにより、１サイクル内においては、サブアレイ１１−１とサブアレイ１１−２、サブアレイ１１−２とサブアレイ１１−３、サブアレイ１１−３とサブアレイ１１−４、サブアレイ１１−４とサブアレイ１１−５の順でアレイアンテナが構成される。

次に、図７とは別の具体例として、行毎にサブアレイを構成し、ｍ＝３、ｎ＝５、ｂ１´＝ｂ２´＝２、ｃ´＝１であり、かつ隣り合う２個のサブアレイをｍ＝１の行から順次選択してアレイアンテナを構成する場合のアンテナ１の切り替えにつき、図８を用いて説明する。この条件下においては、１５個のアンテナ１が選択切替器２に接続され、制御機３は、隣り合う２行のサブアレイに属するアンテナ１を選択する制御信号を順次出力することになる。また、各タイミングにおいて形成されるアレイアンテナは、全て同一形状となる。

アンテナ１を行毎に組み合わせてサブアレイを構成すると、図８に示すように５個のアンテナ１を有する３行のサブアレイ１２（１２−１，１２−２，１２−３）が構成される。制御機３は、サブアレイ１２−１，１２−２に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号、サブアレイ１２−２，１２−３に含まれる各アンテナ１を選択する制御信号を、この順で出力する。これにより、１サイクル内においては、サブアレイ１２−１とサブアレイ１２−２、サブアレイ１２−２とサブアレイ１２−３の順でアレイアンテナが構成される。

なお、列毎，行毎にサブアレイを構成するいずれの場合においても、アレイアンテナを隣り合う２個のサブアレイを選択して構成するのではなく、ｄ（自然数，ｄ≧１）個おきにサブアレイを選択して構成してもよい。例えば、図７の具体例において、ｄ＝１として、サブアレイ１１−１とサブアレイ１１−３の組み合わせのように１個おきにアレイアンテナを構成するサブアレイ１１を選択してもよいし、ｄ＝２以上として複数個おきにアレイアンテナを構成するサブアレイ１１を選択してもよい。

また、列毎，行毎にサブアレイを構成するいずれの場合においても、ｂ１´，ｂ２´＝３以上として同時に３個以上のサブアレイを選択してアレイアンテナを構成してもよい。これにより、構成したアレイアンテナの放射指向性を鋭くし、利得を高くすることができる。

また、列毎，行毎にサブアレイを構成するいずれの場合においても、選択するサブアレイの切り替え順序は、端のサブアレイから順にアレイアンテナを構成する複数のサブアレイを選択するものに限られず、順不同であってもよい。例えば、図７の具体例において、サブアレイ１１−１とサブアレイ１１−２、サブアレイ１１−３とサブアレイ１１−４、サブアレイ１１−２とサブアレイ１１−３のように順不同に切り替えてもよい。

また、列毎，行毎にサブアレイを構成するいずれの場合においても、１サイクル内において各サブアレイを選択する回数が等しくならなくてもよい。

なお、選択するサブアレイを切り替えるタイミングについては、第１の実施形態と同様に一定間隔または不定間隔のいずれかを採用すればよい。

［電力の重み付け］
次に、アレイアンテナを構成する各アンテナ１に給電する電力および各アンテナ１から出力される電力を合成する際の重み付けについて説明する。

本実施形態における重み付けは、選択切替器２によって、選択したサブアレイ毎またはサブアレイを構成するアンテナ１毎に行われる。電波の送信時において、選択切替器２は、制御機３からの制御信号に基づいて選択した各サブアレイに属する各アンテナ１に給電する電力を重み付けの比率に応じて分配する。電波の受信時において、選択切替器２は、制御機３からの制御信号に基づいて選択した各サブアレイに属する各アンテナ１から受信する電力を重み付けの比率に応じて合成する。

重み付け比率としては、例えば等比率を採用し得る。等比率の場合は、リーダ装置４から供給される電力を等分配して選択した各サブアレイに属するアンテナ１に供給し、同各アンテナ１が受信した電波に応じて出力する電力を等比率で合成し、リーダ装置４に出力する。

また、選択されるサブアレイが３個以上（ｂ１´，ｂ２´≧３）の場合は、中央に近い位置に配置されたサブアレイを構成するアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよいし、サブアレイを構成するアンテナ１が３個以上（列毎の場合にはｍ≧３，行毎の場合にはｎ≧３）の場合には、選択された各サブアレイにおいて中央に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよい。例えば列毎にサブアレイを構成し、３個のサブアレイを選択する場合、一端から順に１列目、２列目、３列目のアンテナ１に対し、１：２：１の比率で重み付けする。

さらに、選択されるサブアレイが３個以上（ｂ１´，ｂ２´≧３）かつサブアレイを構成するアンテナ１が３個以上（列毎の場合にはｍ≧３，行毎の場合にはｎ≧３）の場合には、選択された各サブアレイに含まれるアンテナ１で構成されるマトリクスの中央に近い位置に配置されたアンテナ１ほど重み付けの比率を高くしてもよい。
このようにすることで、アレイアンテナのサイドローブを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態においては、第１のタイミングにおいてマトリクス状にアンテナ１が配列されたアンテナ群９に含まれるｂ１´個のサブアレイにてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたサブアレイのうちのｃ´個を含むｂ２´個のサブアレイにてアレイアンテナが構成されるように、選択切替器２によって選択されるアンテナ１を時分割で切り替える構成とした。このように１サイクル内における２つのタイミングでアレイアンテナを構成するサブアレイの一部を共有することで、アレイアンテナを密に配置したことと同様の効果を得ることができ、通信可能領域をアンテナ群９の正面方向に隈なく作成できる。
本実施形態の構成を上記スマートシェルフを有するシステムに応用すれば、商品棚に陳列された商品のＲＦＩＤタグを隈なく読み取ることができる。さらに、サブアレイを商品棚の幅方向に沿って並べた場合には、アレイアンテナから放射される電波は商品棚の奥行き方向の中央に強く集中し、商品棚から取り出された商品のＲＦＩＤタグを読み取らなくなるため、商品棚から商品が取り出されたことを検知できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｓ１２〜４５…通信可能領域、１…アンテナ、２…選択切替器、３…制御機、４…リーダ装置、５〜８…ケーブル、９，１０…アンテナ群、１１，１２…サブアレイ

Claims (16)

1. ａ個（ａ≧３）のアンテナと、
   前記各アンテナの中から複数のアンテナを選択する選択切替器と、
   を有し、
   前記選択切替器は、第１のタイミングにおいてｂ１（２≦ｂ１＜ａ）個のアンテナにてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて前記第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナのうちのｃ（１≦ｃ＜ｂ１）個を含むｂ２（２≦ｂ２＜ａ）個のアンテナにてアレイアンテナが構成されるように、アンテナを時分割で切り替えることを特徴とするアンテナ切替システム。
2. 前記各アンテナは、いずれも同一形状であり、略等間隔かつ直線状に配列され、
   前記選択切替器は、前記第１および第２のタイミングで構成されるアレイアンテナが同一形状となるように同数のアンテナを選択することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ切替システム。
3. 前記選択切替器は、前記第１および第２のタイミングにおいて、隣り合うアンテナを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ切替システム。
4. 前記選択切替器は、前記第１および第２のタイミングにおいて、ｄ（ｄ≧１）個おきに配置されたアンテナを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ切替システム。
5. 前記選択切替器は、選択した各アンテナに給電する電力を予め定められた重み付けの比率に応じて分配するとともに、選択した各アンテナが受信した電波に応じて出力する電力を前記重み付けの比率に応じて合成する機能を有し、
   前記第１および第２のタイミングにおいて３個以上のアンテナを選択した場合、当該選択した各アンテナのうち中央に近い位置に配置されたアンテナほど前記重み付けの比率を大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１に記載のアンテナ切替システム。
6. ｍ（ｍ≧２）行×ｎ（ｎ≧２）列のマトリクス状に配列されたａ個（ａ≧４）のアンテナと、
   前記各アンテナの中から複数のアンテナを選択する選択切替器と、
   を有し、
   前記選択切替器は、第１のタイミングにおいてｂ１（２≦ｂ１＜ａ）個のアンテナにてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて前記第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたアンテナのうちのｃ（１≦ｃ＜ｂ１）個を含むｂ２（２≦ｂ２＜ａ）個のアンテナにてアレイアンテナが構成されるように、アンテナを時分割で切り替えることを特徴とするアンテナ切替システム。
7. 前記各アンテナは、いずれも同一形状であり、
   前記選択切替器は、前記第１および第２のタイミングで構成されるアレイアンテナが同一形状となるように同数のアンテナを選択することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ切替システム。
8. 前記選択切替器は、前記第１および第２のタイミングにおいて、ｘ（ｘ≧２）行×ｙ（ｙ≧２）列のマトリクス状に、アンテナを選択することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ切替システム。
9. 前記選択切替器は、選択した各アンテナに給電する電力を予め定められた重み付けの比率に応じて分配するとともに、選択した各アンテナが受信した電波に応じて出力する電力を前記重み付けの比率に応じて合成する機能を有し、
   前記第１および第２のタイミングにおいて３行以上のアンテナを選択した場合、当該選択した各アンテナのうち中央の行に近い位置に配置されたアンテナほど前記重み付けの比率を大きくすることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ切替システム。
10. 前記選択切替器は、選択した各アンテナに給電する電力を予め定められた重み付けの比率に応じて分配するとともに、選択した各アンテナが受信した電波に応じて出力する電力を前記重み付けの比率に応じて合成する機能を有し、
    前記第１および第２のタイミングにおいて３列以上のアンテナを選択した場合、当該選択した各アンテナのうち中央の列に近い位置に配置されたアンテナほど前記重み付けの比率を大きくすることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ切替システム。
11. 前記選択切替器は、選択した各アンテナに給電する電力を予め定められた重み付けの比率に応じて分配するとともに、選択した各アンテナが受信した電波に応じて出力する電力を前記重み付けの比率に応じて合成する機能を有し、
    前記第１および第２のタイミングにおいて３行以上かつ３列以上のマトリクス状にアンテナを選択した場合、当該選択した各アンテナで構成されるマトリクスの中心に近い位置に配置されたアンテナほど前記重み付けの比率を大きくすることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ切替システム。
12. 各列に並んだｍ個のアンテナからなるサブアレイをｎ個構成し、
    前記選択切替器は、第１のタイミングにおいてｂ１´（２≦ｂ１´＜ｎ）個のサブアレイにてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて前記第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたサブアレイのうちのｃ´（１≦ｃ´＜ｂ１´）個を含むｂ２´（２≦ｂ２´＜ｎ）個のサブアレイにてアレイアンテナが構成されるように、アンテナを時分割で切り替えることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ切替システム。
13. 各行に並んだｎ個のアンテナからなるサブアレイをｍ個構成し、
    前記選択切替器は、第１のタイミングにおいてｂ１´（２≦ｂ１´＜ｍ）個のサブアレイにてアレイアンテナが構成され、第２のタイミングにおいて前記第１のタイミングでアレイアンテナの構成に使用されたサブアレイのうちのｃ´（１≦ｃ´＜ｂ１´）個を含むｂ２´（２≦ｂ２´＜ｍ）個のサブアレイにてアレイアンテナが構成されるように、アンテナを時分割で切り替えることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ切替システム。
14. 前記選択切替器は、前記第１および第２のタイミングにおいて、隣り合うサブアレイに含まれるアンテナを選択することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のアンテナ切替システム。
15. 前記各サブアレイは、３個以上のアンテナによって構成され、
    前記選択切替器は、選択した各アンテナに給電する電力を予め定められた重み付けの比率に応じて分配するとともに、選択した各アンテナが受信した電波に応じて出力する電力を前記重み付けの比率に応じて合成する機能を有し、選択した各アンテナのうち各サブアレイの中央に近い位置に配置されたアンテナほど前記重み付けの比率を大きくすることを特徴とする請求項１２乃至１４のうちいずれか１に記載のアンテナ切替システム。
16. 前記選択切替器は、選択した各アンテナに給電する電力を予め定められた重み付けの比率に応じて分配するとともに、選択した各アンテナが受信した電波に応じて出力する電力を前記重み付けの比率に応じて合成する機能を有し、
    前記第１および第２のタイミングにおいて３個以上のサブアレイに属するアンテナを選択した場合、当該選択した各アンテナのうち当該３個以上のサブアレイのうち中央に近い位置に配置されたサブアレイに属するアンテナほど前記重み付けの比率を大きくすることを特徴とする請求項１２乃至１４のうちいずれか１に記載のアンテナ切替システム。

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