JP4524674B2 - 無線タグ通信システムの質問器 - Google Patents

Description

本発明は、外部と情報の無線通信が可能な無線タグ回路素子に対し情報の読み取りを行う無線タグ通信システムの質問器に関する。

無線通信を介し送受信を行う無線通信機においては、送信アンテナと受信アンテナとの間の電波の減衰量(送受信分離度)は有限であるので、必然的に送信波が直接受信アンテナから受信系により受信され混入するので干渉信号となって通信相手からの応答信号の受信に妨害を与えることとなる。

ここで、このような送受信の干渉を解決するため、例えばレーダ・トランスポンダ係わる従来技術として、特許文献１に記載のものが既に提唱されている。この従来技術では、アンテナとして送受信兼用のものを用いるとともに、この送受信兼用のアンテナにサーキュレータを接続している。そして、サーキュレータの受信側に、サーキュレータから見て送信時には接地側に受信時には受信回路側に接続される単極双頭スイッチを設け、受信回路がこの単極双頭スイッチの受信時接続側から受信信号を取る構成とすることにより、送信信号の受信回路への漏洩を低減するとともに、スイッチから送信側への反射を少なくして安定な動作が得られるように図られている。
特開平８−３２０３７３号公報

ところで、近年、小型の無線タグに対し、リーダ／ライタより非接触で問い合わせの送信及び返答の受信を行うことで、無線タグの情報の読み取り／書き込みを行うＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムが知られている。

例えばラベル状の無線タグに備えられた無線タグ回路素子は、所定の無線タグ情報を記憶するＩＣ回路部とこのＩＣ回路部に接続されて情報の送受信を行うアンテナとを備えている。質問器としてのリーダ／ライタの送信アンテナより応答器としての無線タグに対し送信波の送信を行うと、無線タグ回路素子はその送信波の電波のもつエネルギを利用して応答の送信を行う。この場合も、リーダ／ライタにおいて上記と同様の送信波から受信系への干渉が発生する。

しかしながら、このように質問器としてのリーダ／ライタと応答器としての無線タグ回路素子との間の無線通信の場合、リーダ／ライタが電波を送信するとほぼ同時に返信された無線タグからの電波をリーダ／ライタで受信することとなるため、レーダ・トランスポンダに係わる上記従来技術では対応することができなかった。また、送受を共用するアンテナにおいても反射波が発生し、受信系に混入するために無線タグ回路素子からの受信波に干渉を与えて受信精度が低下するという問題点があった。

本発明の目的は、応答器としての無線タグ回路素子との間で通信を行う場合であっても、送信側から受信側への漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる無線タグ通信システムの質問器を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、質問対象の無線タグ回路素子と非接触で情報の送受信を行うための送受兼用のアンテナ手段と、波長λの搬送波を少なくとも含む送信信号を前記アンテナ手段を介し非接触で前記無線タグ回路素子に送信し、アクセスを行う情報送信手段と、この情報送信手段により送信された送信信号に応じて前記無線タグ回路素子より返信された返答信号を前記アンテナ手段を介し非接触で受信する情報受信手段と、前記情報送信手段又は前記情報受信手段と前記アンテナ手段とを接続する送受分離器とを有し、ｎを０以上の整数として、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４としたことを特徴とする。

情報送信手段からの送信信号が送受分離器より送受兼用のアンテナ手段を介し質問対象の無線タグ回路素子へと送信され、非接触で当該無線タグ回路素子へのアクセスが行われる。そして、その信号に応じて返信された返答信号はアンテナ手段を介し情報受信手段で受信され、これによって無線タグ回路素子との間で情報の送受が行われる。すなわち、送信信号を送信するとほぼ同時に無線タグ回路素子からの返答信号が受信される。このとき、送受分離器における送信側と受信側との間の送受信分離度は有限であるので、送信側から情報受信手段側に回り込む漏れ成分が生じる。この漏れ成分が情報受信手段へ混入した場合、干渉信号となって無線タグ回路素子からの返答信号の受信に妨害を与える懼れがある。

本願第１発明においては、送受分離器からアンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とすることにより、情報送信手段から発生され送受分離器からアンテナ手段で反射した送信信号の反射成分は、送受分離器からアンテナ手段で反射して往復し再び送受分離器まで戻ってくる間に（２ｎ＋１）λ／２だけの電気長を伝播することとなるため、前述のように情報送信手段から発生され送受分離器から回り込もうとする送信信号の漏れ成分とは逆位相となる。これにより、この反射成分が上記漏れ成分を低減することができるので、上記情報受信手段への混入による受信妨害を低減することができ、情報送受信精度を向上することができる。

第２の発明は、上記第１発明において、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長（２ｎ＋１）λ／４に対し、さらに前記送受分離器による位相変化を補償する電気長ΔＬを加味し、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬとしたことを特徴とする。

送受分離器における位相の進みや遅れに応じて電気長をさらに増減させることにより、さらに確実に漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第３の発明は、上記第１発明において、可変に設定される前記波長λに対応し、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を前記（２ｎ＋１）λ／４となるように変化させるための第１電気長調整手段を有することを特徴とする。

これにより、送信信号の波長λが変化した場合であっても、これに対応して第１電気長調整手段が送受分離器からアンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とすることができ、確実に受信妨害を低減することができる。

第４の発明は、上記第２発明において、可変に設定される前記波長λに対応し、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を前記（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬとなるように変化させるための第２電気長調整手段を有することを特徴とする。

第２電気長調整手段が、送受分離器における位相の進みや遅れに応じ電気長をさらに±ΔＬだけ増減させることにより、さらに確実に漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第５の発明は、上記第１又は第３発明において、前記送受分離器と前記アンテナ手段との間に設けられ、前記アンテナ手段側と前記情報送信手段側又は前記情報受信手段側とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路を含めた前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とするために、電気長を補正する第１補正手段とを有することを特徴とする。

アンテナを用いる際には、通信効率を向上するために、アンテナ側のインピーダンスとこれに接続する回路側のインピーダンスとの整合をとるインピーダンス整合回路を設ける場合があるが、この場合、送受分離器からアンテナ手段までの電気長がインピーダンス整合回路設置前に比べて変化する。本願第５発明においては、これに対応して第１補正手段を設け、上記変化した電気長を補正して、送受分離器からアンテナ手段までのトータルの電気長を（２ｎ＋１）λ／４に維持する。これにより、インピーダンス整合回路を設ける場合であっても、確実に受信妨害を低減することができる。

第６の発明は、上記第２又は第４発明において、前記送受分離器と前記アンテナ手段との間に設けられ、前記アンテナ手段側と前記情報送信手段側又は前記情報受信手段側とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路を含めた前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬとするために、電気長を補正する第２補正手段とを有することを特徴とする。

第２補正手段が、送受分離器における位相の進みや遅れに応じ電気長をさらに±ΔＬだけ増減させる補正を行うことにより、さらに確実に漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第７の発明は、上記第１、第３、第５のいずれかの発明において、前記アンテナ手段は、複数の前記送受分離器を介し前記情報送信手段又は前記情報受信手段にそれぞれ接続される複数のアンテナ素子を備えており、前記送受分離器から対応する前記アンテナ素子までの各経路の電気長がそれぞれ前記（２ｎ＋１）λ／４であることを特徴とする。

これにより、複数のアンテナ素子それぞれに対応した送受分離器における送信信号の漏れ成分をいずれも低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第８の発明は、上記第２、第４、第６発明のいずれかにおいて、前記アンテナ手段は、複数の前記送受分離器を介し前記情報送信手段又は前記情報受信手段にそれぞれ接続される複数のアンテナ素子を備えており、前記送受分離器から対応する前記アンテナ素子までの各経路の電気長がそれぞれ前記（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬであることを特徴とする。

これにより、複数のアンテナ素子それぞれに対応した送受分離器における位相の進みや遅れに応じ電気長をさらに±ΔＬだけ増減させ、さらに確実に漏れ成分をいずれも低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第９の発明は、上記第７又は第８発明において、ｍを正の整数として、前記送受分離器から対応する前記アンテナ素子までの各経路どうしの電気長の差をｍλ／２としたことを特徴とする。

各経路の電気長にλ／２のｍ倍の差を設けることにより、情報送受信精度を維持したまま、複数のアンテナ素子の配置の自由度を向上することが可能となり、質問器自体を小型化することが可能となる。

第１０の発明は、上記第１乃至第９発明のいずれかにおいて、前記送受分離器は、前記情報送信手段と前記アンテナ手段、若しくは、前記情報受信手段と前記アンテナ手段を、選択的に接続するサーキュレータであることを特徴とする。

サーキュレータからアンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とすることにより、情報送信手段から発生され送受分離器からアンテナ手段で反射した送信信号の反射成分が、情報送信手段から発生され送受分離器から回り込もうとする送信信号の漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第１１の発明は、上記第１乃至第９発明のいずれかにおいて、前記送受分離器は、前記情報送信手段と前記アンテナ手段、若しくは、前記情報受信手段と前記アンテナ手段を、選択的に接続する方向性結合器であることを特徴とする。

方向性結合器からアンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とすることにより、情報送信手段から発生され送受分離器からアンテナ手段で反射した送信信号の反射成分が、情報送信手段から発生され送受分離器から回り込もうとする送信信号の漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる。

第１２の発明は、上記第１乃至第１１発明において、前記送受分離器を介すことなく前記情報送信手段と前記情報受信手段とを接続するようにアッテネータ回路を設けたことを特徴とする。

これにより、アッテネータ回路のレベルを適宜調整することで、互いに逆位相である、情報送信手段から発生され送受分離器からアンテナ手段で反射した送信信号の反射成分と、情報送信手段から発生され送受分離器から回り込もうとする送信信号の漏れ成分とのレベルを略同一とすることが可能となる。これにより、反射成分と漏れ成分をほぼ打ち消すことができるので、上記情報受信手段への混入による受信妨害をさらに確実に低減することができる。

本発明によれば、応答器としての無線タグ回路素子との間で通信を行う場合であっても、送信側から受信側への漏れ成分を低減し、情報送受信精度を向上することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態の適用対象である無線タグ通信システムの全体概略を表すシステム構成図である。

図１において、この無線タグ通信システムＳは、本実施形態による質問器１００と、これに対応する応答器としての無線タグＴとから構成される。

無線タグＴは、アンテナ５１とＩＣ回路部５２とを備えた無線タグ回路素子Ｔoを有している（詳細は後述）。

質問器１００は、無線タグ回路素子Ｔoの上記アンテナ５１との間で無線通信により信号の授受を行う送受兼用のアンテナ１と、このアンテナ１を介し上記無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部５２へアクセスする（読み取り又は書き込みを行う）ための高周波回路２と、無線タグ回路素子Ｔoから読み出された信号を処理するための信号処理回路３と、制御回路４とを有する。

制御回路４は、いわゆるマイクロコンピュータであり、詳細な図示を省略するが、中央演算処理装置であるＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成され、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。

図２は、上記無線タグＴに備えられた無線タグ回路素子Ｔoの機能的構成を表す機能ブロック図である。

図２において、無線タグ回路素子Ｔoは、質問器１００側のアンテナ１とＵＨＦ帯等の高周波を用いて非接触で信号の送受信を行う上記アンテナ５１と、このアンテナ５１に接続された上記ＩＣ回路部５２とを有している。

ＩＣ回路部５２は、アンテナ５１により受信された搬送波を整流する整流部５３と、この整流部５３により整流された搬送波のエネルギを蓄積し駆動電源とするための電源部５４と、上記アンテナ５１により受信された搬送波からクロック信号を抽出して制御部５５（後述）に供給するクロック抽出部５６と、所定の情報信号を記憶し得る情報記憶手段として機能するメモリ部５７と、上記アンテナ５１に接続された変復調部５８と、上記クロック抽出部５６及び変復調部５８等を介して上記無線タグ回路素子Ｔoの作動を制御するための上記制御部５５とを備えている。

変復調部５８は、アンテナ５１により受信された上記質問器１００のアンテナ１からの通信信号の復調を行うと共に、上記制御部５５からの応答信号に基づき、アンテナ５１より受信された搬送波を変調反射する。

制御部５５は、上記変復調部５８により復調された受信信号を解釈し、上記メモリ部５７において記憶された情報信号に基づいて返答信号を生成し、上記変復調部５８により返信する制御等の基本的な制御を実行する。

図３は、上記質問器１００に備えられた高周波回路２の詳細機能を表す機能ブロック図である。

図３において、高周波回路２は、アンテナ１を介し無線タグ回路素子Ｔoに対して信号を送信する送信部１１と、アンテナ１により受信された無線タグ回路素子Ｔoからの返答信号を入力する受信部１２と、送信部１１とアンテナ１、若しくは、受信部１２とアンテナ１を選択的に接続する送受分離器であるサーキュレータ１３とから構成される。サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長Ｄは、ｎを０以上の整数として（２ｎ＋１）λ／４（但しλ：通信に用いる電波の波長）となっている。この理由については、後で詳述する。なお、送受分離器としては、上記のサーキュレータ１３の代わりに、方向性結合器を用いても良い。

送信部１１は、無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部５２にアクセスするための搬送波を発生させる水晶振動子２１、ＰＬＬ（Phase Locked
Loop）２２、及びＶＣＯ（Voltage
Controlled Oscillator）２３と、上記信号処理回路３から供給される信号に基づいて上記発生させられた搬送波を変調（この例では信号処理回路３からの「ＴＸ＿ＡＳＫ」信号に基づく振幅変調）する送信乗算回路２４（但し振幅変調の場合は増幅率可変アンプ等を用いてもよい）と、その送信乗算回路２４により変調された変調波を、制御回路４からの「ＴＸ＿ＰＷＲ」信号によって増幅率を決定し増幅する可変送信アンプ２５とを備えている。そして、上記発生される搬送波は、好適にはＵＨＦ帯又はマイクロ波帯等の周波数を用いており、上記送信アンプ２５の出力は、サーキュレータ１３を介してアンテナ１に伝達されて無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部５２に供給される。

受信部１２は、アンテナ１により受信された無線タグ回路素子Ｔoからの反射波と上記発生させられた搬送波とを乗算して復調する受信第１乗算回路３１と、その受信第１乗算回路３１の出力から必要な帯域の信号のみを取り出すための第１バンドパスフィルタ３２と、この第１バンドパスフィルタ３２の出力を増幅して第１リミッタ３３に供給する受信第１アンプ３４と、上記アンテナ１により受信された無線タグ回路素子Ｔoからの反射波と上記発生された後に位相が９０°遅れた搬送波とを乗算する受信第２乗算回路３５と、その受信第２乗算回路３５の出力から必要な帯域の信号のみを取り出すための第２バンドパスフィルタ３６と、この第２バンドパスフィルタ３６の出力を増幅して第２リミッタ３７に供給する受信第２アンプ３８とを備えている。そして、上記第１リミッタ３３から出力される信号「ＲＸＳ−Ｉ」及び第２リミッタ３７から出力される信号「ＲＸＳ−Ｑ」は、上記信号処理回路３に入力されて処理される。

また、受信第１アンプ３４及び受信第２アンプ３８の出力は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）回路３９にも入力され、それらの信号の強度を示す信号「ＲＳＳＩ」が信号処理回路３に入力されるようになっている。このようにして、本実施形態では、Ｉ−Ｑ直交復調によって無線タグ回路素子Ｔoからの返答信号の復調が行われる。

上記の基本構成において、質問器１００の高周波回路２の送信部５２で生成した問い合わせ（問いかけ）信号が、サーキュレータ１３を介してアンテナ１から送信されて、無線タグ回路素子Ｔoのアンテナ５１で受信される。すると、無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部５２により生成された返答信号が、アンテナ５１から送信（返信）されて、質問器１００のアンテナ１で受信される。そして、これに基づいて無線タグ回路素子Ｔoと質問器１００との間で情報の読み取り／書き込みが行われる。つまり、質問器１００では、アンテナ１から送信信号が送信されると、ほぼ同時に無線タグ回路素子Ｔoからの返答信号がアンテナ１で受信されるようになる。

このとき、サーキュレータ１３における送信部１１側と受信部１２側との間の送受信分離度は有限であるので、送信部１１側からの搬送波（送信信号）の一部が受信部１２側に回り込む漏れ成分が生じる。この送信信号の漏れ成分が受信部１２へ混入すると、無線タグ回路素子Ｔoからの返答信号への干渉信号となって、受信感度が低下したり、受信部１２の回路が飽和して受信信号（返答信号）の利得が下がってしまう可能性がある。また、サーキュレータ１３からアンテナ１に向かう送信信号の一部は、アンテナ１で反射して再びサーキュレータ１３まで戻ってくる。

そこで本実施形態では、上述したようにサーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長Ｄを（２ｎ＋１）λ／４（λ：通信電波の波長）としている。これにより、アンテナ１で反射された送信信号の反射成分は、サーキュレータ１３からアンテナ１で反射して往復し再びサーキュレータ１３まで戻ってくる間に（２ｎ＋１）λ／２だけの電気長を伝播することとなる。このため、送信信号の反射成分は、サーキュレータ１３において受信部１２側に回り込もうとする送信信号の漏れ成分とは逆位相となる。これにより、送信信号の反射成分と送信信号の漏れ成分とが相殺され、反射成分によって漏れ成分が低減するようになる。

図４は、アンテナ１による反射成分がサーキュレータ１３での漏れ成分を低減する具体例を示すための概念図である。

図４において、Ｐｔは送信部１１で発生した送信電力であり、Ｐａはアンテナ１に供給されるアンテナ給電電力であり、Ｐｒはアンテナ１からの反射電力であり、Ｐｉは受信部１２に入力される受信入力電力である。例えばアンテナマッチングにおいて定在波比（ＶＳＷＲ＝（１＋γ）／（１−γ））が２である場合、γ＝０．３３となり、電力反射係数は０．１１（０．３３×０．３３）となる。これは、アンテナ１からの反射電力Ｐｒは送信電力Ｐａに対して−９．５ｄＢの大きさということである。

ここで、例えばサーキュレータ１３の順方向損失が０．５ｄＢ、サーキュレータ１３の逆方向損失が１０ｄＢ（サーキュレータ１３での漏れ成分）であると、受信入力電力Ｐｉは、アンテナ１からの反射電力Ｐｒと、これと逆相の漏れ成分（逆方向損失）との差であり、それぞれ
Ｐｔ−０．５−９．５ ＝ Ｐｔ−１０
と同じ値となるので、アンテナ１からの反射電力とサーキュレータ１３での漏れ成分とが互いに打ち消しあうこととなる。従って、受信部１２に入力される信号成分は、無線タグＴからの返答信号などアンテナ１からの入力電力のみとなる。

以上のように本実施形態によれば、サーキュレータ１３からアンテナ１までの電気長Ｄを（２ｎ＋１）λ／４としたので、アンテナ１で反射した送信信号の反射成分とサーキュレータ１３での送信信号の漏れ成分とが逆位相となり、送信信号の反射成分が送信信号の漏れ成分を低減するようになる。これにより、受信部１２への漏れ成分の混入による受信妨害が抑えられるため、受信利得が大きくなり、無線タグＴからの返答信号の受信感度が高くなる。その結果、情報送受信精度を向上することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られず、その技術的思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例について順を追って説明する。

（１）アッテネータ回路を設ける場合
図５は、この変形例による質問器の要部構成図である。図５において、質問器１００Ａの高周波回路２には、サーキュレータ１３から受信部１２側に回り込もうとする送信信号の漏れ成分のレベルを調整するための減衰量を調整できる可変アッテネータ回路４０が設けられている。可変アッテネータ回路４０は、サーキュレータ１３を介さずにバイパスするように、サーキュレータ１３の送信端と受信端との間に接続されている。

このような構成では、可変アッテネータ回路４０の振幅レベルを適宜調整することにより、アンテナ１で反射した送信信号の反射成分の振幅レベルとサーキュレータ１３から受信部１２側に回り込もうとする送信信号の漏れ成分の振幅レベルとを略同一とすることが可能となる。これにより、サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長Ｄを（２ｎ＋１）λ／４とすることで逆位相となる反射成分と漏れ成分とを十分打ち消すことができるので、受信部１２への漏れ成分の混入による受信妨害をさらに確実に低減することができる。

（２）複数種類の周波数（波長）に対応可能とした場合
図６は、この変形例による質問器の要部構成図である。図６において、質問器１００Ｂは、可変に設定される波長λに対応し、サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長を（２ｎ＋１）λ／４となるように変化させるための経路切替部４５を有している。経路切替部４５は、線路長の異なる複数（ここでは３つ）の経路を有している。これらの経路は、搬送波の周波数の変化に応じて、例えば制御回路４から送信部１１のＰＬＬ２２（図３参照）に送られる信号に連動して選択的に切り替えられる。

例えば周波数ホッピングにより搬送波の周波数を変化させながら通信を行う場合、設定されている周波数に応じて経路切替部４５により線路長を切り替えて、サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長を（２ｎ＋１）λ／４となるように変化させる。このとき、波長λは、下記式で表される。

λ＝ｋＣ／ｆ
ただし、ｋは短縮率（同軸ケーブルの場合は１／√ε）、εは同軸ケーブルの絶縁体の誘電率、Ｃは光速、ｆは周波数である。

このような構成では、例えば周波数の異なる海外で使用する場合であっても、周波数（波長）に応じて、サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とすることができる。従って、広い周波数に対処することが可能となる。

（３）マッチング回路を備える場合
図７は、この変形例による質問器の要部構成図である。図７において、質問器１００Ｃは、アンテナ１とサーキュレータ１３との間に設けられたマッチング回路６０及び位相調整回路６１を有している。マッチング回路６０は、通信効率を向上するために、アンテナ１側のインピーダンスと送信部１１側又は受信部１２側のインピーダンスとを整合させる回路である。

位相調整回路６１は、このマッチング回路６０を含めたサーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とするために、線路長を補正する回路である。位相調整回路６１は、例えば上述した経路切替部４５（図６参照）と同じような構成を有し、制御回路４から送信部１１のＰＬＬ２２（図３参照）に送られる信号に連動して制御される。

アンテナ１とサーキュレータ１３との間にマッチング回路６０を設けただけでは、サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点までの電気長がマッチング回路６０の接続前に比べて変化するが、線路長を補正する位相調整回路６１を更に設けたので、サーキュレータ１３からアンテナ１の給電点Ｓまでのトータルの電気長を（２ｎ＋１）λ／４に維持することができる。

（４）アレイアンテナを用いる場合
図８は、この変形例による質問器の構成図である。図８において、質問器１００Ｄは、無線タグ回路素子Ｔoの上記アンテナ５１（図１参照）との間で無線通信により信号の授受を行う送受兼用の複数（この例では３つ）のアンテナ素子１Ａ〜１Ｃと、このアンテナ素子１Ａ〜１Ｃを介し上記無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部５２へアクセスするための高周波回路７０とを有している。

アンテナ素子１Ａ〜１Ｃは所定の間隔を持って配置されており、後述の指向性制御によりアンテナ全体としての指向性は電子的に制御されるように構成されている。

高周波回路７０は、上記の送信部１１及び受信部１２に加え、アンテナ素子１Ａ〜１Ｃに接続された指向性切替制御部７１を有している。

指向性切替制御部７１は、送信部１１とアンテナ素子１Ａ〜１Ｃ、若しくは、受信部１２とアンテナ素子１Ａ〜１Ｃを選択的に接続する送受分離器であるサーキュレータ１３Ａ〜１３Ｃと、アンテナ素子１Ａ〜１Ｃに係わる送信位相制御ユニット７２Ａ〜７２Ｃと、アンテナ素子１Ａ〜１Ｃに係わる受信位相制御ユニット７３Ａ〜７３Ｃと、受信位相制御ユニット７３Ａ〜７３Ｃからの出力を加算する加算器７４とを有している。加算器７４からの出力は、受信部１２の受信第１乗算回路３１及び受信第２乗算回路３５にそれぞれ入力される。

また、サーキュレータ１３Ａ〜１３Ｃからアンテナ素子１Ａ〜１Ｃの給電点Ｓまでの電気長Ｄは、いずれもｎを０以上の整数として（２ｎ＋１）λ／４（λ：通信電波の波長）となっている。

送信位相制御ユニット７２Ａ〜７２Ｃは、制御回路４からの送信位相制御信号を入力しこれに応じてアンテナ素子１Ａ〜１Ｃにおける送信電波信号の位相を可変にそれぞれ設定する移相器７５Ａ〜７５Ｃと、制御回路４からの送信移相制御信号に含まれる振幅制御信号を入力しこれに応じて移相器７５Ａ〜７５Ｃから入力した信号を増幅し上記サーキュレータ１３Ａ〜１３Ｃにそれぞれ出力する送信側可変ゲインアンプ７６Ａ〜７６Ｃとを備えている。

受信位相制御ユニット７３Ａ〜７３Ｃは、制御回路４からの受信位相制御信号を入力しこれに応じてアンテナ素子１Ａ〜１Ｃにおける受信電波信号の位相を可変に設定する移相器７７Ａ〜７７Ｃと、制御回路４からの受信位相制御信号に含まれる振幅制御信号を入力しこれに応じて移相器７７Ａ〜７７Ｃから入力した信号を増幅し上記加算器７４に出力する受信側可変ゲインアンプ７８Ａ〜７８Ｃとを備えている。

以上のような質問器１００Ｄにおいては、サーキュレータ１３Ａ〜１３Ｃからアンテナ素子１Ａ〜１Ｃの給電点Ｓまでの電気長Ｄを全て（２ｎ＋１）λ／４としたので、上記実施形態と同様、サーキュレータ１３Ａ〜１３Ｃにおける送信信号の漏れ成分をいずれも低減し、情報送受信精度を向上することができる。

このとき、図９に示すように、サーキュレータ１３Ａ〜１３Ｃから対応するアンテナ１Ａ〜１Ｃまでの各経路どうしの電気長の差Ｌ_１，Ｌ_２を、いずれもｍを正の整数としてｍλ／２としてもよい。この場合には、情報送受信精度を維持したまま、アンテナ素子１Ａ〜１Ｃの配置の自由度を向上することが可能となる。特に、図示のようにアンテナ素子１Ａ〜１Ｃの位置を図中水平方向に揃えるように配置することで、（図中上下方向にアンテナ素子１Ａ〜１Ｃを重畳配置する場合に比べれば、質問器の図中上下方向寸法を低減し、小型化することができる。

（５）サーキュレータにおける位相遅れを考慮する場合
上述したサーキュレータ１３，１３Ａ〜Ｃにおいて漏れ成分が発生するときに位相の変化（進みや遅れ）が発生する場合がある。そこで、さらにこの補償も考慮したい場合には、上記実施形態及び各変形例（１）〜（４）において設定した、上記サーキュレータ１３等からアンテナ給電点Ｓまでの電気長、
（２ｎ＋１）λ／４
に対し、さらに上記位相変化△θを補償するための電気長ΔＬを加える（又は減じる）ようにし、サーキュレータ１３等からアンテナ給電点Ｓまでの電気長を、
（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬ
とすればよい。

図１０は、そのような一例として、前述の図４に示した構成において、上記ΔＬを電気長に加え、
（２ｎ＋１）λ／４＋ΔＬ
とした場合を示している。この補償電気長ΔＬは、詳細には、
ΔＬ＝λ・Δθ／２π
で表すことができる。

なお、図１０のように補償電気長ΔＬを加えて最適な電気長を実現するのには限られず、位相の変化（進むか遅れるか）に応じて、
（２ｎ＋１）λ／４−ΔＬ
として最適な電気長を実現してもよい。

（６）実装時等に選択可能とする場合
上記（５）のように補償電気長ΔＬ＝λ・Δθ／２πを設けてサーキュレータ１３等の位相変化を補償する場合、最適な電気長の値を予め算出しておいて新規に回路を構成するようにしてもよいが、予め複数の補償電気長ΔＬを選択可能なように構成しておいて、製造時の所定の段階（例えば実装時）において適宜選択して用いるようにしてもよい。

図１１は、そのような構成の一例として、上記図１０に示した構成において、補償電気長ΔＬについて、それぞれ異なる電気長ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３を備えた複数（この例では３種類）の補償回路を選択可能に用意しておいた場合を示している。そして、回路実装時等において、各補償回路の両端部とこれに対応するサーキュレータ１３側及びアンテナ１側の接続端子との間の、ソルダーポイントＡ１，Ａ２、若しくはソルダーポイントＢ１，Ｂ２、又はソルダーポイントＣ１，Ｃ２のいずれかを例えば半田を用いて導通形成することにより、最適な補償電気長ΔＬを、ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３の中から選択できるようにしている。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

本発明の一実施形態の適用対象である無線タグ通信システムの全体概略を表すシステム構成図である。 図１に示した無線タグに備えられた無線タグ回路素子の機能的構成を表す機能ブロック図である。 図１に示した質問器に備えられた高周波回路の詳細機能を表す機能ブロック図である。 アンテナによる反射成分がサーキュレータでの漏れ成分を低減する具体例を示すための概念図である。 アッテネータ回路を追加した変形例による質問器の要部構成図である。 経路切替部を追加した変形例による質問器の要部構成図である。 マッチング回路及び位相調整回路を追加した変形例による質問器の要部構成図である。 アンテナ及びサーキュレータを複数設けた変形例による質問器の構成図である。 図８に示した各アンテナ素子の好適な配置状態を表す概略図である。 サーキュレータにおける位相遅れを補償する補償回路を設けた変形例を表す図である。 サーキュレータにおける位相遅れを補償する補償回路を選択可能に複数設けた変形例を表す図である。

符号の説明

１ アンテナ（アンテナ手段）
１Ａ〜１Ｃ アンテナ素子（アンテナ手段）
２ 高周波回路
３ 信号処理回路
４ 制御回路
１１ 送信部（情報送信手段）
１２ 受信部（情報受信手段）
１３ サーキュレータ（送受分離器）
１３Ａ〜１３Ｃ サーキュレータ（送受分離器）
４０ 可変アッテネータ回路
４５ 経路切替部（第１電気長調整手段）
６０ マッチング回路（インピーダンス整合回路）
６１ 位相調整回路（第１補正調整手段）
７０ 高周波回路
１００ 質問器
１００Ａ〜１００Ｄ 質問器
Ｓ 無線タグ通信システム
Ｔo 無線タグ回路素子

Claims (12)

1. 質問対象の無線タグ回路素子と非接触で情報の送受信を行うための送受兼用のアンテナ手段と、
   波長λの搬送波を少なくとも含む送信信号を前記アンテナ手段を介し非接触で前記無線タグ回路素子に送信し、アクセスを行う情報送信手段と、
   この情報送信手段により送信された送信信号に応じて前記無線タグ回路素子より返信された返答信号を前記アンテナ手段を介し非接触で受信する情報受信手段と、
   前記情報送信手段又は前記情報受信手段と前記アンテナ手段とを接続する送受分離器とを有し、
   ｎを０以上の整数として、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とした
   ことを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
2. 請求項１記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長（２ｎ＋１）λ／４に対し、さらに前記送受分離器による位相変化を補償する電気長ΔＬを加味し、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬ
   としたことを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
3. 請求項１記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   可変に設定される前記波長λに対応し、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を前記（２ｎ＋１）λ／４となるように変化させるための第１電気長調整手段を有することを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
4. 請求項２記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   可変に設定される前記波長λに対応し、前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を前記（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬとなるように変化させるための第２電気長調整手段を有することを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
5. 請求項１又は３記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   前記送受分離器と前記アンテナ手段との間に設けられ、前記アンテナ手段側と前記情報送信手段側又は前記情報受信手段側とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路と、
   このインピーダンス整合回路を含めた前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４とするために、電気長を補正する第１補正手段と
   を有することを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
6. 請求項２又は４記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   前記送受分離器と前記アンテナ手段との間に設けられ、前記アンテナ手段側と前記情報送信手段側又は前記情報受信手段側とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合回路と、
   このインピーダンス整合回路を含めた前記送受分離器から前記アンテナ手段までの電気長を（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬとするために、電気長を補正する第２補正手段と
   を有することを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
7. 請求項１，３，５のいずれか１項記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   前記アンテナ手段は、複数の前記送受分離器を介し前記情報送信手段又は前記情報受信手段にそれぞれ接続される複数のアンテナ素子を備えており、
   前記送受分離器から対応する前記アンテナ素子までの各経路の電気長がそれぞれ前記（２ｎ＋１）λ／４である
   ことを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
8. 請求項２，４，６のいずれか１項記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   前記アンテナ手段は、複数の前記送受分離器を介し前記情報送信手段又は前記情報受信手段にそれぞれ接続される複数のアンテナ素子を備えており、
   前記送受分離器から対応する前記アンテナ素子までの各経路の電気長がそれぞれ前記（２ｎ＋１）λ／４±ΔＬである
   ことを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
9. 請求項７又は８記載の無線タグ通信システムの質問器において、
   ｍを正の整数として、前記送受分離器から対応する前記アンテナ素子までの各経路どうしの電気長の差をｍλ／２としたことを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の無線タグ通信システムの質問器において、
    前記送受分離器は、前記情報送信手段と前記アンテナ手段、若しくは、前記情報受信手段と前記アンテナ手段を、選択的に接続するサーキュレータであることを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
11. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の無線タグ通信システムの質問器において、
    前記送受分離器は、前記情報送信手段と前記アンテナ手段、若しくは、前記情報受信手段と前記アンテナ手段を、選択的に接続する方向性結合器であることを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項記載の無線タグ通信システムの質問器において、
    前記送受分離器を介すことなく前記情報送信手段と前記情報受信手段とを接続するようにアッテネータ回路を設けたことを特徴とする無線タグ通信システムの質問器。
    

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