JP4789064B2 - 無線タグ通信装置 - 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に対し情報の読み取り又は書き込みを行う無線タグ通信装置に関する。

小型の無線タグとリーダ（読みとり装置）／ライタ（書き込み装置）との間で非接触で情報の読みとり／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部とを備えており、無線タグが汚れている場合や見えない位置に配置されている場合であっても、リーダ／ライタ側よりＩＣ回路部に対して情報の読み取り／書き込みが可能であり、物品管理や物流等の様々な分野において実用化されている。

このような無線タグに対する通信において、通信距離の増大を図った従来技術として、例えば特許文献１に記載のものが既に提唱されている。

この従来技術は、２個のリーダ／ライタと１つの無線タグ回路素子（非接触タグ）との間で電磁誘導結合により無線通信を行うシステムにおいて、一方のリーダ／ライタの内部磁束と他方のリーダ／ライタの内部磁束の極性が時間的に常に反転するように、かつ当該一方のリーダ／ライタの外部磁束と他方のリーダ／ライタの外部磁束の極性が時間的に常に反転するように同一情報の時間信号を発生することにより、無線タグ回路素子のコイルに鎖交する磁束密度を強くし、これによって通信距離の拡大を図るものである。

特開２００１−２９７３０８号公報

一般に、無線通信における磁束や電波の到達距離は有限であるため一定の通信限界距離（通信可能範囲）が存在し、上記従来技術はこの有限である通信可能範囲をなるべく大きくすることを主眼としている。しかしながら、この通信可能範囲の境界位置付近にある無線タグ回路素子については、上記通信限界近傍であるがゆえに、例えば周囲の磁気的・電波的環境や他の妨害要素等の存在により、リーダ／ライタからの磁束や電波は到達し、無線タグ回路素子が起動したものの、これに応じた無線タグ回路素子からの返信信号を含む磁束や電波はリーダ／ライタへ到達できない畏れがある。この場合、当該無線タグ回路素子は一応通信可能範囲内に存在し無線タグ回路素子への情報送信は可能であるにもかかわらず、無線タグ回路素子からの情報受信は不可能であり、情報送受信の確実性・信頼性に乏しくなるという問題がある。

本発明の目的は、無線タグ回路素子との情報送受信の確実性・信頼性を向上することができる無線タグ通信装置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、所定の情報を記憶するＩＣ回路部及びこのＩＣ回路部に接続されたタグ側アンテナを備えた無線タグ回路素子に対し、少なくとも搬送波を含む信号を非接触で送信し、前記ＩＣ回路部にアクセスを行う送信アンテナ手段と、この送信アンテナ手段により送信された前記信号に応じて前記ＩＣ回路部より返信された返答信号を非接触で受信する受信アンテナ手段と、この受信アンテナ手段の受信時における受信半値角を前記送信アンテナ手段の送信時における送信半値角よりも小さくし、かつ、前記受信アンテナ手段によるメインローブ方向を前記送信半値角範囲内で一つの方向のみ強くなるように保持しつつその方向を順次変化させるフェイズドアレイ制御により、当該受信アンテナ手段を制御する受信制御手段と、前記送信アンテナ手段による送信メインローブ方向を、一つの方向のみ強くなるように保持しつつその方向を順次変化させるフェイズドアレイ制御により、当該送信アンテナ手段を制御する送信制御手段と、を有し、前記送信制御手段が前記送信アンテナ手段の前記送信メインローブ方向を順次変化させながら、前記受信制御手段が前記送信半値角範囲内で前記受信アンテナ手段の前記受信メインローブ方向を順次変化させていくとき、前記順次変化する前記送信メインローブ方向の１つと、前記順次変化する前記受信メインローブ方向の１つとが略同一の方向となるように、前記送信制御手段及び前記受信制御手段がそれぞれ制御を行い、前記送信アンテナ手段は、複数の送信用アンテナ素子を備えたアレイ型の送信アンテナであり、前記受信アンテナ手段は、複数の受信用アンテナ素子を備えたアレイ型の受信アンテナであり、前記受信アンテナの前記受信用アンテナ素子の数を、前記送信アンテナの前記送信用アンテナ素子の数よりも多くしたことを特徴とする。

送信アンテナ手段より搬送波を含む信号がその電波到達範囲内の無線タグ回路素子へと送信されて、非接触で当該無線タグ回路素子のＩＣ回路部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受信アンテナ手段で非接触で受信され、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。このとき、本願第１発明においては、受信制御手段が受信アンテナ手段をフェイズドアレイ制御し、その受信半値角を、送信アンテナ手段の送信半値角より小さくなるようにする。受信半値角をこのようにより狭く絞ることで、受信アンテナ手段による電波受信可能範囲の最大距離を、上記送信アンテナ手段による電波到達範囲の最大距離よりも大きくすることができる。さらにこのとき、受信制御手段が、受信アンテナ手段の受信時のメインローブ方向を、送信時の上記電波到達範囲の所定範囲内に位置させることで、受信アンテナ手段の電波受信可能範囲を、少なくとも上記送信アンテナ手段の電波到達範囲の当該所定範囲を含み、その所定範囲の最大距離よりも遠い範囲まで到達させることができる。

この結果、少なくとも上記所定範囲に存在する無線タグ回路素子の返答信号については、その所定範囲よりも遠い範囲までカバーできる受信特性の受信アンテナ手段により、もれなく確実に受信することができる。したがって、受信アンテナ手段の受信メインローブ方向を適宜に設定することで、実質的に送信アンテナ手段による送信可能範囲よりも受信アンテナ手段の受信可能範囲を広く設定することが可能となり、情報送受信の確実性・信頼性を向上することができる。

特に、送受信ともに通信可能範囲を広げようとする場合には、送信側における法的規制の存在により送信電力が制限されるため十分に当該範囲を広げられず、範囲境界位置付近に位置する無線タグ回路素子との情報送受信の確実性に乏しいという制約がある。これに対し本願第１発明においては、上記のようにして受信側の通信可能範囲を送信側の通信可能範囲よりも大きくしていることにより、上記送信側における法的規制の制約の下でも、受信側の通信範囲はそれを超えて大きく設定することができ、上記範囲境界位置付近の無線タグ回路素子とも確実に情報送受信を行うことができる。

また、送信可能範囲より受信可能範囲が広いことにより、他の無線タグ通信装置と混信することなく無線タグ回路素子と通信できる効果もある。すなわち、通信可能範囲が広い場合には他の無線タグ通信装置の送信範囲に位置する無線タグ回路素子からの応答が受信されて混信する可能性があるが、本願第１発明のように送信可能範囲より受信可能範囲を広くすることにより、送信範囲が重ならないように配置することで混信することなく正常に無線タグ回路素子との通信を行うことができる。

また、所定範囲よりも遠い範囲までカバーできる受信特性の受信アンテナ手段の受信メインローブ方向を、送信手段の送信半値角範囲内となるようにフェイズドアレイ制御することで、少なくとも、当該所定範囲に存在する無線タグ回路素子の返答信号についてもれなく確実に受信することができる。

また、所定範囲よりも遠い範囲までカバーできる受信特性の受信アンテナ手段の受信メインローブ方向を送信半値角範囲内で順次変化させることにより、少なくとも送信半値角範囲に存在する無線タグ回路素子の返答信号については、その範囲よりも遠い範囲までカバーできる受信アンテナ手段でもれなく確実に受信することができる。この結果、実質的に送信アンテナ手段による送信可能範囲よりも受信アンテナ手段の受信可能範囲を広く設定することができる。

また、送信制御手段が送信メインローブ方向を順次変化させることで、より広い範囲にわたってまんべんなく送信した電波を到達させ、電波到達範囲を大きくすることができる。

また、送信と受信のメインローブ方向を同じにした時に最も送受信感度が高くなることから、その送信指向性で送信することで通信距離をより長くすることができる。
また、送信アンテナ又は受信アンテナの各アンテナ素子における位相制御因子（ゲイン）を変化させることで、容易に送信指向性又は受信指向性を変化させることが可能となる。
また、受信アンテナの受信用アンテナ素子の数を、送信アンテナの送信用アンテナ素子の数よりも多くしたことにより、受信アンテナの受信半値角を容易に送信アンテナの送信半値角よりも小さくし、狭く絞ることができる。

第２発明は、上記第１発明において、前記送信制御手段が前記送信アンテナ手段の前記送信メインローブ方向を順次変化させながら、前記受信制御手段が前記送信半値角範囲内で前記受信アンテナ手段の前記受信メインローブ方向を順次変化させていくとき、前記送信メインローブ方向の１つにおいて前記順次変化する前記受信メインローブ方向の１つと、前記送信メインローブ方向の他の１つにおいて前記順次変化する前記受信メインローブ方向の１つとが、略同一の方向となるように、前記送信制御手段及び前記受信制御手段がそれぞれ制御を行うことを特徴とする。

これにより、当該略同一の方向となる受信メインローブ同士については、例えば指向性制御における位相制御因子（ウェイト）等の制御要素についても共有することができるので、装置に備えられた制御手段の制御負担や当該位相制御因子の記憶手段の容量負担等を軽減することができる。

第３発明は、上記第１又は第２発明において、前記受信アンテナは、４つの前記受信用アンテナ素子を備えており、前記送信アンテナは、２つの前記送信用アンテナ素子を備えていることを特徴とする。

送信アンテナの送信用アンテナ素子数２つに対し、受信アンテナの受信用アンテナ素子数をそれよりも多く２倍相当の４つにすることにより、受信アンテナの受信半値角を確実に送信アンテナの送信半値角よりも小さくすることができる。

第４発明は、上記第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記複数の送信用アンテナ素子及び前記複数の受信用アンテナ素子のうち、少なくとも一部を送受信兼用のアンテナ素子としたことを特徴とする。

少なくとも一部のアンテナ素子を送受信兼用アンテナ素子として共有することにより、例えば送信アンテナと受信アンテナとをそれぞれ別個のアンテナとして構成する場合に比べ、アンテナ構成を簡素化することができる。

第５発明は、上記第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、それぞれ別個のアンテナとして構成したことを特徴とする。

送信アンテナ及び受信アンテナを別個に構成することにより、例えば一部のアンテナ素子を共有化する場合に比べ、装置に設けられる制御手段による制御を簡素化することができるとともに、相互の影響や干渉等を防止し通信精度を向上することができる。

第６発明は、上記第５発明において、前記送信用アンテナ素子と前記受信用アンテナ素子とを、互いに放射指向性が略最小となる領域に位置するように、配置したことを特徴とする。

送信用アンテナ素子及び受信用アンテナ素子を、互いに放射指向性がほとんどないいわゆるヌル領域に配置することにより、送信アンテナからの送信時における受信アンテナからの影響や干渉、受信アンテナでの受信時における送信アンテナからの影響や干渉等を防止し、通信精度を向上することができる。

本発明によれば、無線タグ回路素子との情報送受信の確実性・信頼性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装置の全体概略を表すシステム構成図である。

図１において、本実施形態による無線タグ通信装置１００は質問器として機能するものであり、応答器として機能する複数の無線タグＴに対して無線通信を介した情報の送受を行うものである。

無線タグＴは、アンテナ(タグ側アンテナ)１５１とＩＣ回路部１５０とを備えた無線タグ回路素子Ｔoを有している。

無線タグ通信装置１００は、アレイ型のアンテナユニット１と、このアンテナユニット１を介して無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部１５０へアクセスする（この例では読み取りを行う）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、上記アンテナ１と高周波回路２を介して無線タグ回路素子Ｔoから読み取った情報等を表示する表示部４と、読み取った情報等を格納保持するデータベース（図中ではＤＢと省略）５と、上記信号処理回路３を介し無線タグ回路素子Ｔoから読み出された信号を処理するとともに表示部４及びデータベース５を介し無線タグ通信装置１００全体を制御するための中央制御部６とを有する。

アレイ型アンテナユニット１は、無線タグ回路素子Ｔoの上記アンテナ１５１との間で無線通信により搬送波を含む信号（質問波）の送信と受信を兼用して行う複数（この例では２つ）の送受信アンテナ素子（送信アンテナ手段、受信アンテナ手段、送受信兼用のアンテナ素子）１Ｂ，１Ｃと、信号の受信のみを行う複数（この例では２つ）の受信アンテナ素子（受信アンテナ手段）１Ａ，１Ｄとを備えている。

全てのアンテナ素子（図１中では斜視で表している）１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄはそれぞれ例えば略直線状のダイポールアンテナで構成されており、そのうち２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃが内側に平行に配置され、さらに他の２つの受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄがそれら２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃの外側を挟んで略平行に配置されて略同じ所定の間隔で並設されている。これら４つのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄが特に図示しない基板上に固定設置されてアンテナユニット１を構成する。送信時には内側の２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃが送信アンテナとして機能し、受信時には４つ全てのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄが受信アンテナとして機能するようになっており、それぞれの場合で後述する指向性制御によりアンテナユニット１全体としての指向性方向（メインローブの方向）が電子的に制御されるように構成されている。

中央制御部６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の機能的構成の一例を表すブロック図である。

図２において、無線タグ回路素子Ｔoは、上記無線タグ通信装置１００側の上記アンテナ１Ａ〜１Ｄ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１５１と、このアンテナ１５１に接続された上記ＩＣ回路部１５０とを有している。

ＩＣ回路部１５０は、アンテナ１５１により受信された搬送波を整流する整流部１５２と、この整流部１５２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１５３と、上記アンテナ１５１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１５７に供給するクロック抽出部１５４と、無線タグＴの識別情報（以下、タグＩＤという）などの所定の情報信号を記憶し得る情報記憶部として機能するメモリ部１５５と、上記アンテナ１５１に接続されて信号の変調及び復調を行う変復調部１５６と、上記整流部１５２、クロック抽出部１５４、及び変復調部１５６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制御部１５７とを備えている。

変復調部１５６は、アンテナ１５１により受信された上記無線タグ通信装置１００のアンテナ１Ａ〜１Ｄからの通信信号の復調を行うと共に、上記制御部１５７からの返信信号に基づき、アンテナ１Ａ〜１Ｄより受信された搬送波を反射変調する。

この制御部１５７は、無線タグ通信装置１００と通信を行うことにより上記メモリ部１５５に上記所定の情報を記憶する制御や、上記アンテナ１５１により受信された質問波を上記変復調部１５６において上記メモリ部１５５に記憶された情報信号に基づいて変調したうえで応答波として上記アンテナ１５１から反射返信する制御等の基本的な制御を実行する。

クロック抽出部１５４は受信した信号からクロック成分を抽出して制御部１５７にクロックを抽出するものであり、受信した信号のクロック成分の速度に対応したクロックを制御部１５７に供給する。

図３は、無線タグ通信装置１００の詳細構成を表す機能ブロック図である。この図３に示すように、信号処理回路３は、無線タグＴへの送信信号に対応するコマンドビット列を生成するコマンドビット列生成部２０と、そのコマンドビット列生成部２０から出力されたディジタル信号をパルス幅変調等の所定の公知の手法により符号化する符号化部２２とを有している。

高周波回路２は、上記符号化部２２により符号化された信号をＡＭ方式で変調して送信メモリ部２６に供給（記憶）するＡＭ変調部２４と、その送信メモリ部２６に記憶された送信信号を随時読み出して所定の送信ＰＡＡウェイトを掛算する送信ＰＡＡ（Phased Array
Antenna）処理部としての送信ウェイト掛算部２８とを有している。

また、高周波回路２は、所定の局発信号を出力する局部発振器３２と、その局部発振器３２から出力される局発信号に応じて上記送信ウェイト掛算部２８から出力される送信信号をアップコンバートして所定の増幅率で増幅し上記２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃから上記質問波として送信すると共に、各送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃによりそれぞれ受信される受信信号を上記送信時の場合と異なる増幅率で増幅し上記局部発振器３２から出力される局発信号に応じてダウンコンバートして受信メモリ部３６に供給（記憶）する２つの高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃと、２つの受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄによりそれぞれ受信される受信信号を上記高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃにおける受信時の場合と同じ増幅率で増幅し上記局部発振器３２から出力される局発信号に応じてダウンコンバートして受信メモリ部３６に供給（記憶）する２つの高周波受信部３４Ａ，３４Ｄも有している。

また、一方、信号処理回路３は、上記受信メモリ部３６に記憶された受信信号を随時読み出して所定の受信ＰＡＡウェイトを掛算する受信ＰＡＡ処理部としての受信ウェイト掛算部３８と、その受信ウェイト掛算部３８から出力される受信信号をＡＭ方式で復調してＡＭ復調波を検出するＡＭ復調部４０と、送信ウェイト掛算部２８において掛算される送信ＰＡＡウェイト、受信ウェイト掛算部３８において掛算される受信ＰＡＡウェイト、及び、高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃにおいて送信信号及び受信信号を増幅する増幅率を個別に制御（算出）するＰＡＡウェイト制御部（指向性制御手段）４６も有している。

さらに、信号処理回路３は、上記ＡＭ復調部４０により復調されたＡＭ復調波を所定の公知の手法により復号する復号部４２と、その復号部４２により復号された復号信号を解釈して上記無線タグＴの変調に関する情報信号を読み出す返答ビット列解釈部４４も有している。

図４は、送信ウェイト掛算部２８の詳細機能を表す機能ブロック図である。この図４に示すように、送信ウェイト掛算部２８は、送信メモリ部２６から読み出される送信信号に上記ＰＡＡウェイト制御部４６から供給される送信ＰＡＡウェイトをそれぞれ掛算して各高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃに供給する複数（図４では２つ）の掛算器４８ｂ，４８ｃを備えている。ここで、上記掛算器４８ｂが高周波送受信部３４Ｂに、掛算器４８ｃが高周波送受信部３４Ｃに、それぞれ対応しており、各掛算器４８ｂ，４８ｃからの出力が対応する高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃに供給されるようになっている。

図５は、高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃの詳細機能を表す機能ブロック図である。この図５に示すように、高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃは、送信ウェイト掛算部２８から供給される送信信号をアナログ信号に変換する送信信号Ｄ／Ａ変換器５０と、その送信信号Ｄ／Ａ変換器５０によりアナログ変換された送信信号の周波数を上記局部発振器３２から出力される局発信号の周波数だけ高くするアップコンバータ５２と、そのアップコンバータ５２によりアップコンバートされた送信信号を後述するＰＡＡウェイト制御部４６から設定される増幅率で増幅する送信信号増幅器５４と、その送信信号増幅器５４から出力される送信信号を対応する送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃに供給すると共に、その送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃから供給される受信信号を受信信号増幅器５８に供給する方向性結合器５６と、その方向性結合器５６から供給される受信信号を後述するＰＡＡウェイト制御部４６から設定される増幅率で増幅する受信信号増幅器５８と、その受信信号増幅器５８から出力される受信信号の周波数を局部発振器３２から出力される局発信号の周波数だけ低くするダウンコンバータ６０と、そのダウンコンバータ６０によりダウンコンバートされた受信信号をディジタル信号に変換して上記受信メモリ部３６に供給する受信信号Ａ／Ｄ変換器６２とを有している。

図６は、高周波受信部３４Ａ，３４Ｄの詳細機能を表す機能ブロック図である。この図６に示すように、高周波受信部３４Ａ，３４Ｄは、受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄから供給される受信信号を上記同様ＰＡＡウェイト制御部４６から設定される増幅率で増幅する受信信号増幅器５９と、その受信信号増幅器５９から出力される受信信号の周波数を局部発振器３２から出力される局発信号の周波数だけ低くするダウンコンバータ６１と、そのダウンコンバータ６１によりダウンコンバートされた受信信号をディジタル信号に変換して上記受信メモリ部３６に供給する受信信号Ａ／Ｄ変換器６３とを有している。

図７は、受信ウェイト掛算部３８の詳細機能を表す機能ブロック図である。この図７に示すように、受信ウェイト掛算部３８は、受信メモリ部３６から読み出される受信信号それぞれにＰＡＡウェイト制御部４６から供給される所定の受信ＰＡＡウェイトを掛算する複数（図７では４つ）の掛算器６４ａ、６４ｂ、６４ｃと、それら掛算器６４ａ〜６４ｄから出力される信号を合成してＡＭ復調部４０に供給する合成器６６とを有している。ここで、上記掛算器６４ａが高周波受信部３４Ａに、掛算器６４ｂが高周波送受信部３４Ｂに、掛算器６４ｃが高周波送受信部３４Ｃに、掛算器６４ｄが高周波受信部３４Ｄに、それぞれ対応している。

以上の構成の無線タグ通信装置１００においては、中央制御部６が設定した送信ＰＡＡウェイトを順次変化させながらＰＡＡウェイト制御部４６に出力することによって送信時における最大指向性方向（以下、送信メインローブ方向という）を順次対応する角度に変化させ、２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃによる送信メインローブ方向を、上記送信ＰＡＡウェイトに対応する一つの方向のみ強くなるように保持しつつその方向を順次変化させる、いわゆるフェイズドアレイ制御を行うことができる。

また、中央制御部６は送信時と受信時とで異なる通信電力を設定し、それぞれに対応する増幅制御信号（増幅率）がＰＡＡウェイト制御部４６から高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃに出力され、これに応じてそれら高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃの前述の送信信号増幅器５４又は受信信号増幅器５８で電波信号を増幅することで、アンテナユニット１からの有効通信距離（電波到達範囲の最大距離、電波受信可能範囲の最大距離；詳細は後述する）を送信時と受信時で個別に制御できるようになっている。また、前述したように高周波受信部３４Ａ，３４Ｂの受信信号増幅器５９においては、上記高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃの受信信号増幅器５８が受信する時にＰＡＡウェイト制御部４６により設定される増幅率と同じ増幅率となるように制御され、結果として４つのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄから供給される受信信号がそれぞれ同じ増幅率で増幅される。

ここで、上述したフェイズドアレイ制御のように指向性を持たせた場合（＝指向性制御時）の電波通信の一般的な特性として、送信時及び受信時のどちらにおいても通信電力を大きく設定して電波信号を大きく増幅するほど、アンテナユニット１からの有効通信距離が長くなり、一方、通信電力を小さく設定して電波信号を小さく増幅するほど、アンテナユニット１からの有効通信距離が短くなる。

また、同様に指向性制御実行時においては、アンテナ素子が多いほど半値角が狭くなるとともにアンテナユニット１からの有効通信距離が長くなり、逆にアンテナ素子が少ないほど半値角が広くなるとともにアンテナユニット１からの有効通信距離が短くなる性質がある。このため、上記構成のアンテナユニット１では２つのアンテナ素子（送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ）を使用する送信時の場合よりも４つのアンテナ素子（送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃと受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄ）を使用する受信時の場合の方が容易に半値角を狭く絞ることができる。

以上において、本実施形態の最も大きな特徴は、受信時における受信半値角を送信時における送信半値角より狭く絞ることで、受信時での電波受信可能範囲の最大距離を送信時での電波到達範囲の最大距離よりも大きくすることにある。以下、その詳細を順次説明する。

図８は、上記構成の無線タグ通信装置１００の中央制御部６によって実行される制御手順を表すフローチャートである。なお、このフローチャートの例では、指定した１つのタグＩＤに対応する無線タグＴを探索対象としてその存在方向を探索する制御手順を表している。

この図８において、特に図示しない操作手段またはＰＣなどの上位の制御手段により、タグＩＤの指定とそれに対応する無線タグＴの探索の開始が指令されるとこのフローが開始される。

まずステップＳ５において、探索対象の無線タグＴが存在しているか否か（応答があったか否か）を示す応答フラグＦを０にリセットし、次のステップＳ１０へ移る。

ステップＳ１０では、指定タグＩＤを含む「Scroll ID」（指定したタグの応答を求めるコマンド）などのコマンドを信号処理回路３のコマンドビット列生成部２０へ出力する。これにより、信号処理回路３において、入力したコマンドに対応するコマンドビット列が生成されて符号化部２２により符号化され、その符号化情報が信号処理回路３のＡＭ変調部２４によりＡＭ変調されて送信メモリ部２６に記憶される。

次にステップＳ１５へ移り、送信ＰＡＡウェイトを送信開始時の初期値に設定する。この例では、送信時のフェイズドアレイ制御における送信メインローブ方向θtxを最初の−３０°に設定し（後述の図１０参照）、それに対応する送信ＰＡＡウェイトを算出し設定する。

次にステップＳ２０へ移り、送信ＰＡＡウェイトを信号処理回路３の送信ウェイト掛算部２８に出力する。これにより、送信ウェイト掛算部２８において送信メインローブ方向がθtx方向になるよう各送信信号の位相を制御し、各高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃが送信メモリ２６に記憶されている送信信号を所定の増幅率で増幅し、実際に２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃから発信される送信信号（質問波）が合成されて、主に送信メインローブ方向θtxを中心とした電波到達範囲に向けて送信される。このときの増幅率と送信ウェイトによって電波到達範囲内の最大距離と送信半値角（後述の図１１参照）が決定する。なお、この電波到達範囲については、無線タグＴを起動させるために必要な電力供給を行える強さの電波が到達できる範囲とする。

ここで、探索対象の無線タグＴが上記発信された送信信号を受信した場合それに応答するリプライ信号（返答信号）が発信されるが、そのリプライ信号は４つのアンテナ素子（２つの送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃと２つの受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄ）でそれぞれ受信される。このとき、各アンテナ素子１Ａ〜１Ｄから受信されたリプライ信号は所定の増幅率で増幅され、受信メモリ３６に記憶される。

そして次のステップＳ１００の探索演算処理により、受信メモリ３６に記憶されている４つのリプライ信号に基づいてフェイズドアレイ制御の演算により無線タグＴの存在方向を探索する。この例では、上記ステップＳ２０で送信信号送信した際の送信メインローブ方向θtxを中心とした送信半値角範囲内で受信メインローブ方向θrxを３回変化させるよう演算した場合のそれぞれのリプライ信号の有無と受信信号強度を検出する（後述の図９、図１０、図１１参照）。

次にステップＳ３０へ移り、送信メインローブ方向θtxにこの例でのきざみ角である３０°を加算するよう（後述の図１０参照）送信ＰＡＡウェイトを更新し、ステップＳ３５へ移る。

ステップＳ３５では、送信メインローブ方向θtxがこの例で最後に取るべき値である３０°を超えているか否か、すなわち探索すべき全ての送信メインローブ方向θtxに対して探索が終了したか否かを判定する。なおこの判定は、送信ＰＡＡウェイトが送信メインローブ方向θtx＝３０°の場合に対応する値を超えているか否かで判定してもよい。送信メインローブ方向θtxが３０°を超えていない場合、判定が満たされず、すなわちその時点の送信メインローブ方向θtxでも無線タグＴの探索を行う必要があるとしてステップＳ２０に戻り同様の手順を繰り返す。一方、送信メインローブ方向θtxが３０°を超えている場合、判定が満たされ、すなわち探索が終了したとして次のステップＳ４０へ移る。

ステップＳ４０では、応答フラグＦが１となっているか否か、すなわち探索対象の無線タグＴからのリプライ信号を受信してその存在が確認できたか否かを判定する（後述の図９におけるステップＳ１２０参照）。応答フラグＦが１である場合、判定が満たされ、すなわち探索対象の無線タグＴが存在していたとして次のステップＳ４５へ移り、データベース５に記録されているリプライ信号の受信信号強度のうち最大強度に対応する受信メインローブ方向θrxを無線タグＴの存在方向として表示部４に表示させ、このフローを終了する。一方、応答フラグＦが１ではない場合（＝０のままの場合）、判定が満たされず、すなわち探索対象の無線タグＴが探索対象範囲に存在していなかったとしてステップＳ５０へ移り、表示部４に無線タグＴが存在していなかった旨の表示を行わせ、このフローを終了する。

図９は、上記図８におけるステップＳ１００の探索演算処理の詳細手順を表すフローチャートである。

この図９において、まずステップＳ１０５において、受信ＰＡＡウェイトを初期値に設定する。この例では、その時点における送信メインローブ方向θtxから１５°引いた値を最初の受信メインローブ方向θrxとして設定し（後述の図１０参照）、それに対応する受信ＰＡＡウェイトを算出し設定する。

次にステップＳ１１０へ移り、受信ＰＡＡウェイトを信号処理回路３の受信ウェイト掛算部３８に出力する。これにより、受信ウェイト掛算部３８が受信メモリ３６に記憶されている４つのリプライ信号のそれぞれの位相を制御し、受信メインローブ方向θrxを中心とした電波受信可能範囲で受信した場合の受信信号として合成することができる。このときの受信信号増幅器５８の増幅率と受信ウェイトによって電波受信可能範囲の最大距離と受信半値角（後述の図１１参照）が決定する。そして、この受信信号がＡＭ復調部４０によりＡＭ復調され、この復調化情報が信号処理回路３の復号部４２により復号されて返答ビット列解釈部４４により中央制御部６で判別可能なリプライ信号となって、中央制御部６に入力される。

次にステップＳ１１５へ移り、入力されたリプライ信号が探索対象の無線タグＴからのリプライ信号として正常な状態であるか否かを（例えばＣＲＣ符号等を用いた）公知の誤り検出の手法により判定する。入力されたリプライ信号が正常である場合、判定が満たされ、すなわち探索対象の無線タグＴが検出されたとみなされて、次のステップＳ１２０へ移る。

ステップＳ１２０では、探索対象の無線タグＴの存在が確認されたことを示すよう応答フラグＦを１に更新し、次のステップＳ１２５でその時点での受信メインローブ方向θrxとＡＭ復調部４０から得られるリプライ信号の受信信号強度をデータベース５に保存する（なお図３においてＡＭ復調部４０から中央制御部６へ受信信号強度を入力する信号線については図示省略している）。そしてステップＳ１３０へ移る。

なお、一方、上記ステップＳ１１５の判定において、入力されたリプライ信号が正常でない場合、判定が満たされず、すなわち探索対象の無線タグＴは検出されなかったとみなされて、そのままステップＳ１３０へ移る。

ステップＳ１３０では、受信メインローブ方向θrxにこの例でのきざみ角である１５°を加算するよう（後述の図１０参照）受信ＰＡＡウェイトを更新し、ステップＳ１３５へ移る。

ステップＳ１３５では、受信メインローブ方向θrxがこの例で送信メインローブ方向θtxに１５°を加算した値を超えているか否か、すなわちこの探索演算処理で探索すべき全ての受信メインローブ方向θrxに対して探索演算が終了したか否かを判定する。なおこの判定は、受信ＰＡＡウェイトが受信メインローブ方向θrx＝θtx＋１５°の場合に対応する値を超えているか否かで判定してもよい。受信メインローブ方向θrxがθtx＋１５°を超えていない場合、判定が満たされず、すなわちその時点での受信メインローブ方向θrxについても無線タグＴの探索演算を行う必要があるとしてステップＳ１１０に戻り同様の手順を繰り返す。一方、受信メインローブ方向θrxがθtx＋１５°を超えている場合、判定が満たされ、すなわち探索演算が終了したとしてこのフローを終了する。

図１０は、上記図８、図９の制御手順により送信時の電波到達範囲と受信時の電波受信可能範囲の変化を概念的に表す図であり、図１０（ａ）は送信メインローブ方向θtxが−３０°の場合の例を表し、図１０（ｂ）は送信メインローブ方向θtxが０°の場合の例を表し、図１０（ｃ）は送信メインローブ方向θtxが３０°の場合の例を表している。

まず、アンテナユニット１全体の中央位置Ｏよりその正面方向をメインローブ方向の０°とする。そして、その０°から時計方向に向かう角度を正の角度、反時計方向に向かう角度を負の角度とする。そして、図８のフローにおいて、ステップＳ２０〜ステップＳ３５のループ中のフェイズドアレイ制御により送信メインローブ方向θtxを３通りに変化させるうち、最初の−３０°の方向の場合には図１０（ａ）中の破線部に表すような電波到達範囲Ｈt０で送信信号の送信が行われる。この時に、探索対象の無線タグＴが電波到達範囲Ｈt０内に存在した場合、１回送信される送信信号に応答して無線タグＴがリプライ信号を発信し、４つのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄがそれぞれ受信する。

そして、このように送信メインローブ方向θtxが−３０°の場合に行われる図９の探索演算処理のフローにおいて、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３５のループ中では受信メインローブ方向θrxが順に−４５°、−３０°、−１５°の３通りに変化し、これら受信メインローブ方向θrxに対してそれぞれフェイズドアレイ制御の演算により図１０（ａ）中の点線部に表すような電波受信可能範囲Ｈr０，Ｈr１，Ｈr２が設定される。そして、上記４つのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄでそれぞれ受信した受信信号に基づいて、各電波受信可能範囲Ｈr０，Ｈr１，Ｈr２にそれぞれ対応したリプライ信号とその受信信号強度が演算される。

また、送信メインローブ方向θtxを０°に設定した場合には、図１０（ｂ）中の破線部に表すような電波到達範囲Ｈt１で送信信号の送信が行われ、それに対応して受信メインローブ方向θrxが順に−１５°、０°、１５°の３通りに変化し、これら受信メインローブ方向θrxに対してそれぞれフェイズドアレイ制御の演算により図１０（ｂ）中の点線部に表すような電波受信可能範囲Ｈr２，Ｈr３，Ｈr４が設定される。

また、送信メインローブ方向θtxを３０°に設定した場合には、図１０（ｃ）中の破線部に表すような電波到達範囲Ｈt２で送信信号の送信が行われ、それに対応して受信メインローブ方向θrxが順に１５°、３０°、４５°の３通りに変化し、これら受信メインローブ方向θrxに対してそれぞれフェイズドアレイ制御の演算により図１０（ｃ）中の点線部に表すような電波受信可能範囲Ｈr４，Ｈr５，Ｈr６が設定される。

なお、送信メインローブ方向θtxがそれぞれ異なる図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０（ｃ）の場合においても、受信メインローブ方向θrxが一致する場合には略同一の電波受信可能範囲が設定される。例えば図１０（ａ）と図１０（ｂ）のそれぞれの場合で、同じ受信メインローブ方向θrx＝−１５°に対応する電波受信可能範囲Ｈr２が同一となり、又は図１０（ｂ）と図１０（ｃ）のそれぞれの場合で、同じ受信メインローブ方向θrx＝１５°に対応する電波受信可能範囲Ｈr４が同一となる。

なお、上記フェイズドアレイ制御による各メインローブ方向θtx，θrxの変化は、上記のように角度の小さい方向順に変化させるだけでなく、角度の大きい方向順やランダムに変化させてもよい。

上述したように、実際に送信が行われた一つの電波到達範囲に対して３つの電波受信可能範囲が設定されるが、本実施形態におけるそれら電波到達範囲及び電波受信可能範囲の配置関係について、以下に図１１を参照しつつ説明する。

図１１は、一例として送信メインローブ方向θtxが０°である場合の電波到達範囲Ｈt１と電波受信可能範囲Ｈr２，Ｈr３，Ｈr４の配置関係を表す図であり、図１１（ａ）は電波到達範囲Ｈt１と電波受信可能範囲Ｈr２，Ｈr３，Ｈr４を重ね合わせて表し、図１１（ｂ）は電波到達範囲Ｈt１だけを表し、図１１（ｃ）は受信メインローブ方向θrxが−１５°である場合の電波受信可能範囲Ｈr２だけを表し、図１１（ｄ）は受信メインローブ方向θrxが０°である場合の電波受信可能範囲Ｈr３だけを表し、図１１（ｅ）は受信メインローブ方向θrxが１５°である場合の電波受信可能範囲Ｈr４だけを表している。

まず図１１（ａ）は、上記図１０（ｂ）中から送信時における一つの電波到達範囲Ｈt１（破線部）と受信時における３つの電波受信可能範囲Ｈr２，Ｈr３，Ｈr４（点線部）だけを抜き出して表しており、各範囲はアンテナユニット（特に図示せず）の中央位置Ｏから有効通信距離である最大距離Ｌt，Ｌrの長さで放射状に伸びるように展開し、さらに互いに所定範囲で重なり合う配置となっている。

そのうち図１１（ｂ）に示す電波到達範囲Ｈt１については、送信メインローブ方向θtx＝０°に向けて伸びるよう展開しており、そのうち本発明において実際に通信が有効に行われる範囲とみなせるのは、送信メインローブ方向θtxを中心とした送信半値角Ｋtの範囲の領域（図１１（ｂ）中斜線部分；以下、送信半値角領域という）である。そして本実施形態においては、中央位置Ｏからの最大距離Ｌtが電波法上の規定距離以内に設定されており、またこれに対応する送信半値角Ｋtが３０°より少し大きくなっている。

なお前述したように、この電波到達範囲の最大距離Ｌtと送信半値角Ｋtは相関関係にあり、有効アンテナ素子数および高周波送信部での増幅率を変えることで最大距離Ｌtと送信半値角Ｋtの両方を同時に変化させることができるが、本実施形態では、フェイズドアレイ制御により最大距離Ｌtと送信半値角Ｋtをそれぞれ略一定に維持したまま（送信半値角領域の形状を略維持したまま）、送信メインローブ方向θtxのみを変化させるように各送信ウェイトを設定している（図８のフローのステップＳ２０）。

また図１１（ａ）〜図１１（ｃ）にそれぞれ示す電波受信可能範囲Ｈr２，Ｈr３，Ｈr４において、本発明ではそれぞれの受信半値角Ｋrが上記送信半値角Ｋtより小さく（３０°より小さい）設定されており、すなわち受信半値角領域は送信半値角領域よりも細長い形状となっている。また前述したように、送信時に用いる送信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃの数が２本で、受信時に用いる受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄの数の方が４本で多いことからも、受信半値角領域は送信半値角領域よりも細長い形状にしやすくなっている。そして、上記電波到達範囲Ｈt１と同様にフェイズドアレイ制御により最大距離Ｌrと送信半値角Ｋrを一定に維持したまま、受信メインローブ方向θrxのみを変化させて各受信半値角領域を設定するよう演算している（図９のフローのステップＳ１１０）。

そして図１１（ａ）に示されるように、各受信メインローブ方向θrx＝−１５°，０°，１５°はいずれも電波到達範囲Ｈt１内を通過する方向であり、対応する各受信半値角領域はいずれも送信半値角領域と部分的に重なる配置関係となっている。特に本実施形態においては各受信メインローブ方向θrx＝−１５°，０°，１５°が送信半値角Ｋtの角度範囲内に収まっている。

なお、以上のような１つの送信半値角領域とそれに対応する３つの受信半値角領域との間の配置関係は、他の送信メインローブ方向θtx＝−３０°，３０°の場合（図１０（ａ）、図１０（ｃ））でも同様である。

以上において、２つの高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃと２つの高周波受信部３４Ａ，３４Ｄと受信ウェイト掛算部３８とＰＡＡウェイト制御部４６とが、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄの受信時における受信半値角Ｋrを、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃの送信時における送信半値角Ｋtよりも小さくし、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄによる受信メインローブ方向θrxが送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃの電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２のうちの所定範囲内となるように受信指向性を制御する受信制御手段を構成する。

また、２つの高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃと送信ウェイト掛算部２８とＰＡＡとウェイト制御部４６とが、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃによる送信メインローブ方向θtxを順次変化させるように、送信指向性を制御する送信制御手段を構成する。

以上のように構成した本実施形態においては、２つの高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃと２つの高周波受信部３４Ａ，３４Ｄと受信ウェイト掛算部３８とＰＡＡウェイト制御部４６が、図９のステップＳ１１０の手順でフェイズドアレイ制御の演算により受信に使用される全ての送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄによる受信指向性を制御し、その受信半値角Ｋrを、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃの送信半値角Ｋtより小さくなるようにする。受信半値角Ｋrをこのようにより狭く絞ることで、全てのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄによる電波受信可能範囲の最大距離Ｌrを、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃによる電波到達範囲の最大距離Ｌtよりも大きくすることができる。さらにこのとき、高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃと高周波受信部３４Ａ，３４Ｄと受信ウェイト掛算部３８とＰＡＡウェイト制御部４６が、全てのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄの受信メインローブ方向θrxを、送信時の電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２の所定範囲内に位置させることで、送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄの電波受信可能範囲Ｈr０〜Ｈr６を、少なくとも送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃの電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２の当該所定範囲を含み、その所定範囲の最大距離Ｌtよりも遠い範囲まで到達させることができる。

この結果、少なくとも所定範囲に存在する無線タグＴのリプライ信号については、その所定範囲よりも遠い範囲までカバーできる受信特性の送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄにより、もれなく確実に受信することができる。したがって、実質的に送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃによる送信可能範囲よりも送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄの受信可能範囲を広く設定することが可能となり、情報送受信の確実性・信頼性を向上することができる。

特に、送受信ともに通信可能範囲を広げようとする場合には、送信側における法的規制の存在により送信電力が制限されるため十分に当該範囲を広げられず、範囲境界位置付近に位置する無線タグＴとの情報送受信の確実性に乏しいという制約がある。これに対し本実施形態においては、上記のようにして受信側の通信可能範囲を送信側の通信可能範囲よりも大きくしていることにより、上記送信側における法的規制の制約の下でも、受信側の通信範囲はそれを超えて大きく設定することができ、上記範囲境界位置付近の無線タグＴとも確実に情報送受信を行うことができる。

また、電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２よりも電波受信可能範囲Ｈr０〜Ｈr６が広く設定されているため、複数の無線タグ通信装置１００を配置する場合でも、それぞれの電波受信可能範囲Ｈr０〜Ｈr６どうしを重ねつつ電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２どうしの重なりを回避するレイアウトで無線タグ通信装置１００を配置することが容易となる。このような配置レイアウトで複数の無線タグ通信装置１００を設置することにより、電波受信可能範囲Ｈr０〜Ｈr６を広く確保して無線タグＴの探索のもれを少なくできるとともに電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２どうしの重なりによる混信を回避して確実に無線タグＴとの正常な通信を行うことができる。

また、この実施形態では特に、２つの高周波送受信部３４Ｂ，３４Ｃと送信ウェイト掛算部２８とＰＡＡウェイト制御部４６が図８のステップＳ２０の手順でフェイズドアレイ制御により送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃによる送信メインローブ方向θtxを順次変化させるよう制御することで、より広い範囲にわたってまんべんなく送信した電波を到達させ、電波到達範囲Ｈt０，Ｈt１，Ｈt２を大きくすることができる。

また、この実施形態では特に、送信メインローブ方向θtxを順次変化させながら、送信半値角範囲内で全てのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄの受信メインローブ方向θrxを演算により順次変化させていくとき、順次変化する送信メインローブ方向θtxの１つにおいて順次変化する受信メインローブ方向θrxの１つと、別の送信メインローブ方向θtxにおいて順次変化する受信メインローブ方向θrxの１つとが略同一の方向となるよう制御している。これは、本実施形態の例では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における−１５°、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）における１５°が相当する。当該略同一の方向となる送信メインローブ方向θtxと受信メインローブ方向θrxについては、例えば指向性制御における位相制御因子（この例ではＰＡＡウェイト）等の制御要素についても共有することができるので、装置に備えられた中央制御部６の制御負担や当該位相制御因子を記憶するＲＯＭなどのメモリの容量負担等を軽減することができる。

上記のことについて図１２を参照して具体的に説明する。図１２は、中央制御部６のＲＯＭに予め記憶される各ＰＡＡウェイトのテーブルを表す図であり、図１２（ａ）は送信メインローブ方向θtxの値と各送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃとに関連付けて記憶される送信ＰＡＡウェイトのテーブルであり、図１２（ｂ）は受信メインローブ方向θrxの値と各送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃ及び各受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄとに関連付けて記憶される送信ＰＡＡウェイトのテーブルである。

本実施形態の例では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における−１５°、図１０及び図１０（ｃ）における１５°でそれぞれ受信メインローブ方向θrxが一致するため、これらの場合に対応して受信時に使用する受信ＰＡＡウェイトは互いに同じ値（共通）となる（図１２（ｂ）中の太線枠の値）。これにより、受信ＰＡＡウェイトのテーブル中の容量負担を軽減することができる効果がある。

また、この実施形態では特に、送信メインローブ方向θtxを順次変化させながら、送信半値角範囲内で全てのアンテナ素子１Ａ〜１Ｄの受信メインローブ方向θrxを演算により順次変化させていくとき、順次変化する送信メインローブ方向θtxの１つと、順次変化する受信メインローブ方向θrxの１つとが略同一の方向となるよう制御している。これは、本実施形態の例では、図１０（ａ）における−３０°、図１０（ｂ）における０°、図１０（ｃ）における３０°が相当する。一般に、送信メインローブ方向θtxと受信メインローブ方向θrxが一致した際には最も送受信感度が高くなるため、上記３つの場合には当該メインローブ方向を用いることで通信距離をより長くすることができるという効果がある。

また、この実施形態では特に、４つ備えるアンテナ素子１Ａ〜１Ｄのうち２つを送受信兼用の送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃとして共有することにより、例えば送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とをそれぞれ別個のアンテナ素子として構成する場合に比べ、アンテナ構成を簡素化することができる。

なお、上記本実施形態が備えるアンテナユニット１は、送受信兼用の送受信アンテナ素子１Ｂ，１Ｃと受信専用の受信アンテナ素子１Ａ，１Ｄをそれぞれ２本ずつの組合せで設けた構成となっているが、本発明はこのようなアンテナ素子の本数の組合せに限られるものではなく、例えば特に図示しないが受信アンテナ素子は２本のままで送受信アンテナ素子を３本設ける組合せで構成してもよい。この場合でも３本の送受信アンテナ素子を内側に平行に配置し、さらに他の２本の受信アンテナ素子を上記送受信アンテナ素子の列の外側を挟んで平行に配置し、全て同じ所定の間隔で並設するのが望ましい。このようにアンテナ素子の本数を増やすことで、容易に送信半値角Ｋt及び受信半値角Ｋrを小さくすることができ（各半値角領域を細長くできる）、無線タグＴの存在方向の探索精度を向上させることができる。

さらに、本発明は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）送信アンテナ素子と受信アンテナ素子をそれぞれ別個に設ける場合
上記実施形態では、複数の送信アンテナ素子及び複数の受信アンテナ素子のうち一部を送受信兼用の送受信アンテナ素子として共有する構成としていたが、本発明はこれに限らず、全ての送信アンテナ素子と受信アンテナ素子をそれぞれ別個に構成してもよい。

本変形例の構成は、上記実施形態の構成とアンテナユニットの周辺の構成のみが異なるだけであり、以下その相違する構成のみを説明し、同等の構成については同じ符号を付して適宜説明を省略する（以下の各変形例についても同様）。

図１３は、本変形例の場合の無線タグ通信装置のうちアンテナユニットの周辺の詳細構成を表す機能ブロック図である。なお、アンテナユニット２０１は各アンテナ素子２０１Ａ〜２０１Ｆ（いずれも直線状のダイポールアンテナ）の長手方向に直交する断面で表している。この図１３において、アンテナユニット２０１は２本の送信アンテナ素子２０１Ａ，２０１Ｂと４本の受信アンテナ素子２０１Ｃ，２０１Ｄ，２０１Ｅ，２０１Ｆを備えており、４本の受信アンテナ素子２０１Ｃ〜２０１Ｆが所定の間隔で平行に配置され、２本の送信アンテナ素子２０１Ａ，２０１Ｂどうしも同じ所定の間隔で平行でまた受信アンテナ素子２０１Ｃ〜２０１Ｆのうちの内側２本の受信アンテナ素子２０１Ｄ，２０１Ｅともそれぞれ平行となる配置で並設固定されている。

そして各送信アンテナ素子２０１Ａ，２０１Ｂはそれぞれ高周波送信部２３４Ａ，２３４Ｂに接続されており、これら高周波送信部２３４Ａ，２３４Ｂは送信ウェイト掛算部２８から出力される送信信号を局部発振器３２から出力される局発信号に応じてアップコンバートして所定の増幅率で増幅し各送信アンテナ素子２０１Ａ，２０１Ｂに出力している。また、各受信アンテナ素子２０１Ｃ〜２０１Ｆは、それぞれ上記実施形態の高周波受信部３４Ａ，３４Ｄと同等の構成の高周波受信部２３４Ｃ〜２３４Ｆに接続されている。

図１４は、高周波送信部２３４Ａ，２３４Ｂの詳細機能を表す機能ブロック図である。この図１４に示すように、高周波送信部２３４Ａ，２３４Ｂは、送信ウェイト掛算部２８から供給される送信信号をアナログ信号に変換する送信信号Ｄ／Ａ変換器５０と、その送信信号Ｄ／Ａ変換器５０によりアナログ変換された送信信号の周波数を上記局部発振器３２から出力される局発信号の周波数だけ高くするアップコンバータ５２と、そのアップコンバータ５２によりアップコンバートされた送信信号をＰＡＡウェイト制御部４６から設定される増幅率で増幅する送信信号増幅器５４とを有している。

なお、中央制御部６が実施する制御手順についても、上記実施形態と同じ図８、図９のフローチャートに従って同様の制御を行うことができる。

以上のように構成した本変形例においても、上記実施形態と同様に送信及び受信におけるフェイズドアレイ制御によって無線タグＴの探索を行うことができ、情報送受信の確実性・信頼性を向上することができる。さらに送信アンテナ素子２０１Ａ，２０１Ｂと受信アンテナ素子２０１Ｃ〜２０１Ｆとをそれぞれ別個のアンテナ素子として構成したことで、上記実施形態のように一部のアンテナ素子を共有化する場合に比べ、装置に設けられる中央制御部６及びＰＡＡウェイト制御部４６による制御を簡素化して動作の高速化を図ることができるとともに、相互の影響や干渉等を防止し通信距離や通信精度を向上することができる。

（２）送信アンテナ素子と受信アンテナ素子を別個に直列配置で設ける場合
上記第１の変形例では、別個に構成した複数の送信アンテナ素子２０１Ａ，２０１Ｂと複数の受信アンテナ素子２０１Ｃ〜２０１Ｆをそれぞれ異なる列で配置したが、本発明はこれに限られず、全てのアンテナ素子を直列に配置して設けてもよい。

図１５は、本変形例の場合の無線タグ通信装置のうちアンテナユニットの周辺の詳細構成を表す機能ブロック図である。なお、アンテナユニット３０１は各アンテナ素子３０１Ａ〜３０１Ｇの長手方向に直交する断面で表している。この図１５において、アンテナユニット３０１は３本の送信アンテナ素子３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃと４本の受信アンテナ素子３０１Ｄ，３０１Ｅ，３０１Ｆ，３０１Ｇを備えており、４本の受信アンテナ素子３０１Ｄ〜３０１Ｇが所定の間隔で平行に配置され、それら隣り合う受信アンテナ素子どうしの間の中間にそれぞれ送信アンテナ素子３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃが配置され、全てのアンテナ素子３０１Ａ〜３０１Ｇが平行かつ同一平面上に位置する配置で並設固定されている。

以上のように構成した本変形例によっても、上記第１の変形例と同様の効果を得る。

（３）送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とが互いの方向において利得が略最小となる領域に位置する場合
上記第２の変形例では、別個に構成した複数の送信アンテナ素子３０１Ａ〜３０１Ｃと複数の受信アンテナ素子３０１Ｄ〜３０１Ｇが全て直列に配置したが、本発明はこれに限られず、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とを互いの軸線延長方向に略沿った方向の領域に配置してもよい。

図１６は、本変形例の場合の無線タグ通信装置のうちアンテナユニットの周辺の詳細構成を表す機能ブロック図である。なお、アンテナユニット４０１は各アンテナ素子４０１Ａ〜４０１Ｆを配置した同一平面の正面から見て表している。この図１６において、アンテナユニット４０１は２本の送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂと４本の受信アンテナ素子４０１Ｃ，４０１Ｄ，４０１Ｅ，４０１Ｆを備えており、４本の受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆが所定の間隔で平行に配置され、それらのうちの内側の２本の受信アンテナ素子４０１Ｄ，４０１Ｅの軸線延長方向に沿った方向の領域にそれぞれ送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂを平行に配置され、全てのアンテナ素子４０１Ａ〜４０１Ｆが平行かつ同一平面上に位置する配置で並設固定されている。

このような配置構成において、送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂからの信号放射パターン(放射指向性；素子４０１のみ例示して図示)について、受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆは送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂの指向性の範囲Ｒ外であってほぼヌル方向Ｎにあることになる。また逆に、特に図示しないが受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆからの信号放射パターンと送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂとの位置関係についても同様の関係となる。

以上のように構成した本変形例によれば、上記第１の変形例と同様の効果が得られると共に、さらに送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂ及び受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆを互いにの方向において利得がほとんどない（送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂと受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆのそれぞれ互いの方向からの信号の電界強度が小さくなる）いわゆるヌル領域に配置することになり、送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂからの送信時における受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆからの影響や干渉、受信アンテナ素子４０１Ｃ〜４０１Ｆでの受信時における送信アンテナ素子４０１Ａ，４０１Ｂからの影響や干渉等を防止し、通信精度を向上することができる。

なお、以上で用いた「Scroll ID」信号等は、ＥＰＣ ｇｌｏｂａｌが策定した仕様に準拠しているものとする。ＥＰＣ ｇｌｏｂａｌは、流通コードの国際機関である国際ＥＡＮ協会と、米国の流通コード機関であるＵｎｉｆｏｒｍｅｄ Ｃｏｄｅ Ｃｏｕｎｃｉｌ（ＵＣＣ）が共同で設立した非営利法人である。なお、他の規格に準拠した信号でも、同様の機能を果たすものであればよい。

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装置の全体概略を表すシステム構成図である。 無線タグに備えられた無線タグ回路素子の機能的構成の一例を表すブロック図である。 無線タグ通信装置の詳細構成を表す機能ブロック図である。 送信ウェイト掛算部の詳細機能を表す機能ブロック図である。 高周波送受信部の詳細機能を表す機能ブロック図である。 高周波受信部の詳細機能を表す機能ブロック図である。 受信ウェイト掛算部の詳細機能を表す機能ブロック図である。 無線タグ通信装置の中央制御部によって実行される制御手順を表すフローチャートである。 図８におけるステップＳ１００の探索演算処理の詳細手順を表すフローチャートである。 送信時の電波到達範囲と受信時の電波受信可能範囲の変化を送信メインローブ方向別で概念的に表す図である。 送信メインローブ方向θtxが０°である場合の電波到達範囲と電波受信可能範囲の配置関係を表す図である。 中央制御部のＲＯＭに予め記憶される送信ＰＡＡウェイト及び受信ＰＡＡウェイトの各テーブルを表す図である。 送信アンテナ素子と受信アンテナ素子をそれぞれ別個に設ける変形例におけるアンテナユニットの周辺の詳細構成を表す機能ブロック図である。 高周波送信部の詳細機能を表す機能ブロック図である。 送信アンテナ素子と受信アンテナ素子を別個に直列配置で設ける変形例におけるアンテナユニットの周辺の詳細構成を表す機能ブロック図である。 送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とが互いに放射指向性が略最小となる領域に位置する変形例におけるアンテナユニットの周辺の詳細構成を表す機能ブロック図である。

符号の説明

１ アンテナユニット
１Ａ 受信アンテナ素子（受信アンテナ手段）
１Ｂ 送受信アンテナ素子（送信アンテナ手段、受信アンテナ手段、送受信兼用のアンテナ素子）
１Ｃ 送受信アンテナ素子（送信アンテナ手段、受信アンテナ手段、送受信兼用のアンテナ素子）
１Ｄ 受信アンテナ素子（受信アンテナ手段）
２ 高周波回路
３ 信号処理回路
４ 表示部
５ データベース
６ 中央制御部
２８ 送信ウェイト掛算部（送信制御手段）
３４Ａ 高周波受信部（受信制御手段）
３４Ｂ 高周波送受信部（受信制御手段、送信制御手段）
３４Ｃ 高周波送受信部（受信制御手段、送信制御手段）
３４Ｄ 高周波受信部（受信制御手段）
３８ 受信ウェイト掛算部（受信制御手段）
４６ ＰＡＡウェイト制御部（受信制御手段、送信制御手段）
１００ 無線タグ通信装置
Ｔ 無線タグ
Ｔo 無線タグ回路素子
Ｈt 電波到達範囲
Ｈr 電波受信可能範囲
Ｋt 送信半値角
Ｋr 受信半値角
Ｌt 電波到達範囲の最大距離
Ｌr 電波受信可能範囲の最大距離

Claims (6)

1. 所定の情報を記憶するＩＣ回路部及びこのＩＣ回路部に接続されたタグ側アンテナを備えた無線タグ回路素子に対し、少なくとも搬送波を含む信号を非接触で送信し、前記ＩＣ回路部にアクセスを行う送信アンテナ手段と、
   この送信アンテナ手段により送信された前記信号に応じて前記ＩＣ回路部より返信された返答信号を非接触で受信する受信アンテナ手段と、
   この受信アンテナ手段の受信時における受信半値角を前記送信アンテナ手段の送信時における送信半値角よりも小さくし、かつ、前記受信アンテナ手段によるメインローブ方向を前記送信半値角範囲内で一つの方向のみ強くなるように保持しつつその方向を順次変化させるフェイズドアレイ制御により、当該受信アンテナ手段を制御する受信制御手段と、
   前記送信アンテナ手段による送信メインローブ方向を、一つの方向のみ強くなるように保持しつつその方向を順次変化させるフェイズドアレイ制御により、当該送信アンテナ手段を制御する送信制御手段と、
   を有し、
   前記送信制御手段が前記送信アンテナ手段の前記送信メインローブ方向を順次変化させながら、前記受信制御手段が前記送信半値角範囲内で前記受信アンテナ手段の前記受信メインローブ方向を順次変化させていくとき、
   前記順次変化する前記送信メインローブ方向の１つと、前記順次変化する前記受信メインローブ方向の１つとが略同一の方向となるように、前記送信制御手段及び前記受信制御手段がそれぞれ制御を行い、
   前記送信アンテナ手段は、複数の送信用アンテナ素子を備えたアレイ型の送信アンテナであり、
   前記受信アンテナ手段は、複数の受信用アンテナ素子を備えたアレイ型の受信アンテナであり、
   前記受信アンテナの前記受信用アンテナ素子の数を、前記送信アンテナの前記送信用アンテナ素子の数よりも多くした
   ことを特徴とする無線タグ通信装置。
2. 請求項１記載の無線タグ通信装置において、
   前記送信制御手段が前記送信アンテナ手段の前記送信メインローブ方向を順次変化させながら、前記受信制御手段が前記送信半値角範囲内で前記受信アンテナ手段の前記受信メインローブ方向を順次変化させていくとき、
   前記送信メインローブ方向の１つにおいて前記順次変化する前記受信メインローブ方向の１つと、前記送信メインローブ方向の他の１つにおいて前記順次変化する前記受信メインローブ方向の１つとが、略同一の方向となるように、前記送信制御手段及び前記受信制御手段がそれぞれ制御を行うことを特徴とする無線タグ通信装置。
3. 請求項１又は２記載の無線タグ通信装置において、
   前記受信アンテナは、４つの前記受信用アンテナ素子を備えており、
   前記送信アンテナは、２つの前記送信用アンテナ素子を備えている
   ことを特徴とする無線タグ通信装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の無線タグ通信装置において、
   前記複数の送信用アンテナ素子及び前記複数の受信用アンテナ素子のうち、少なくとも一部を送受信兼用のアンテナ素子としたことを特徴とする無線タグ通信装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の無線タグ通信装置において、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、それぞれ別個のアンテナとして構成したことを特徴とする無線タグ通信装置。
6. 請求項５記載の無線タグ通信装置において、
   前記送信用アンテナ素子と前記受信用アンテナ素子とを、互いに放射指向性が略最小となる領域に位置するように、配置したことを特徴とする無線タグ通信装置。
   

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