JPH0738463A

JPH0738463A - 移動体識別システムに用いられる質問装置

Info

Publication number: JPH0738463A
Application number: JP17664393A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nanbu; 賢南部; Masao Miyazaki; 正夫宮崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】応答装置と質問装置との距離に関係なく正確
に情報交換し得る移動体識別システムを提供することを
目的とする。【構成】質問装置と応答装置とを必要とする移動体識
別システムに用いられる質問装置（１）は、ホモダイン
検波に用いられる局発信号と応答装置からの応答信号の
うちのいずれか一方を位相のずれ量が０゜と９０゜との
間で位相変調するための位相変調器（５Ａ）と、局発信
号と応答信号を用いてホモダイン検波するためのミキサ
ー（７）とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的近距離に配置さ
れる質問装置と応答装置との間で非接触でデータの送受
信を行う移動体識別システムに関し、特に、そのシステ
ムに用いられる質問装置の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動する物体に特殊な機器を取り付けて
電波や光を介して非接触で移動体を識別する移動体識別
システムは、近年の電子技術の進歩とともに急速に発達
しており、製造分野や物流分野のみならず、鉄道におけ
る運行列車の管理，人の入退室管理，家畜の健康管理等
の分野で広く利用されるようになってきている。

【０００３】図４に示されているように、移動体識別シ
ステムは、移動物体２０に取り付けられた応答装置１０
と固定側の質問装置１とからなっている。質問装置１
は、送受信アンテナ１０２，送受信機１０３，および制
御部１０４を含んでおり、外部の入出力端末装置９によ
って制御される。応答装置１０は予め固有の識別（Ｉ
Ｄ）コードが書き込まれており、質問装置１からの質問
信号を受信したときには、その固有の識別コードに従っ
て変調された応答信号として反射して、再放射する。質
問装置１は、この応答信号を受信して識別コードを復調
することによって、移動物体２０が何であるかを識別す
る。最近のシステムでは、応答装置１０内のコードを非
接触で書き替えることも可能である。

【０００４】この様な移動体識別システムは、近年、生
産ラインの自動化や無人化による生産時間の短縮やコス
トダウンの要求が強い製造分野、さらには市場ニーズの
多様化による多品種少量生産や品質の向上等の要求が高
い製造分野において、特に注目を集めている。それらの
製造分野においては、生産工程中に移動する商品やそれ
を乗せるパレットに応答装置１０を取り付けておき、各
工程で応答装置１０内のデータを読み出すことによって
それらの移動物体を識別し、そしてロボット，自動機，
または作業者に対して、それらの移動物体に関する作業
指示を与える。また、各工程で発生した情報（検査デー
タなど）を応答装置１０に書き込んでおいて、後でまと
めてデータを収集することもできる。したがって、各工
程でホストコンピュータにアクセスする必要がなくなる
ので、ホストコンピュータの負担が著しく軽減される。
このように、物と情報を一体化することによって、能率
的な生産管理が行いやすくなる。

【０００５】図５において、移動体識別システムのより
具体的な一例が概略的なブロック図で示されている。こ
の移動体識別システムにおいては、ホモダイン検波方式
が用いられている。質問装置１は、アンテナ２，キャリ
ア発生装置３，カプラー４，ミキサ７およびローパスフ
ィルタ８を含んでおり、ローパスフィルタ８は外部の出
力端末装置９に接続されている。一方、応答装置１０
は、送受信アンテナ１１，インピーダンス変換器１２，
ダイオード１３，バイアス回路１４およびコード発生器
１５を含んでいる。ここで、カプラー４は方向性結合器
であり、キャリア発生装置３から出力されたキャリア信
号をアンテナ２とミキサー７へ分配する役割を果たす。
たとえば、キャリア発生装置３からのキャリア信号の出
力レベルが１０ｄＢ落されたものがアンテナ２へ供給さ
れ、残りのすべてがミキサー７へ局発信号として送られ
る。逆に、アンテナ２で受信された応答信号はキャリア
発生装置３へは伝えられず、ミキサー７へ送られる。

【０００６】今、質問装置１が応答装置１０内の識別コ
ードまたはデータコードを読み取る場合を考える。質問
装置１内のキャリア発生装置３から出力されたキャリア
信号は、カプラー４を介してアンテナ２から空中に放射
される。このキャリア信号は応答装置１０のアンテナ１
１に到達する。そして、応答装置１０内のコード発生器
１５から出力されるコード信号に対応してアンテナ１１
の反射率が変化し、質問装置１からアンテナ１１に到達
したキャリア信号は変調を受けて反射される。

【０００７】ここで、応答装置１０における変調方法を
説明する。応答装置１０内のコード発生器１５から出力
されたコード信号に対応して、バイアス回路１４の出力
バイアス、すなわちダイオード１３に印加される電圧が
変化する。この印加電圧の変化に対応して、ダイオード
１３の障壁容量が変化する。さらに、この障壁容量の変
化に対応して、インピーダンス変換器１２のインピーダ
ンスが変化し、その結果アンテナ１１の反射率が変化す
ることになる。したがって、コード発生器１５からの出
力信号に対応にしてアンテナ１１の反射率が変化し、質
問装置１からのキャリア信号が変調を受けて反射される
ことになる。

【０００８】応答装置１０のアンテナ１１によって変調
されて反射された応答信号は、質問装置１のアンテナ２
によって受信され、カプラー４を通過してミキサー７内
に入力される。ミキサー７内において、応答信号はキャ
リア発生装置３の出力である局発信号と混合され、応答
信号のキャリア周波数とこの局発信号の周波数とが同一
であるので、ホモダイン検波が行われる。したがって、
ミキサー７の出力として、応答装置１０内のコード発生
器１５内の出力コードが検知されることになる。ローパ
スフィルタ８は、検知された信号からＡＫＳ変調などの
高周波成分を除去し、再生されたコード信号を外部の入
出力端末９へ送る。

【０００９】図６において、応答装置１０内における変
調動作の一例が波形変化として表されている。図６
（Ａ）において、数値“１”と“０”によるデジタルコ
ードが表されている。このようなデジタルコードは図６
（Ｂ）のように電圧によるコード波形に変換される。こ
のコード波形は、図６（Ｃ）に示されているように振幅
変調（ＡＳＫ変調）され、コード発生器１５から出力さ
れる。このようなＡＳＫ変調されたコード信号に対応し
て、アンテナ１１から、図６（Ｄ）に示されているよう
な反射変調出力が放射される。この反射変調出力である
応答信号は質問装置１のアンテナ２に達し、ミキサ７に
おいてホモダイン検波される。これによって、ミキサー
７から図６（Ｃ）に対応する波形が出力され、ローパス
フィルー８によってＡＫＳ変調成分を除去すれば図６
（Ｂ）の対応する波形が得られ、この波形が入出力端末
９内に入力される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】キャリア信号は、質問
装置１のアンテナ２から発せられて空中を伝播し、応答
装置１０のアンテナ１１によって反射変調を受ける。そ
の反射変調された応答信号は再度空中を伝播して、質問
装置１のアンテナ２によって受信され、ミキサー７に入
力される。この応答信号と局発信号（キャリア信号）と
によってミキサー７内でホモダイン検波が行われ、検波
された信号はミキサー７から出力される。この検波され
た信号の振幅と位相は、ミキサー７に入力される応答信
号と局発信号との位相差に依存した影響を受ける。これ
らの信号間における位相関係は、質問装置１のアンテナ
２から応答装置１０のアンテナ１１に到達してから質問
装置１のアンテナ２へ戻るまでに信号が通過する距離に
よって決定される。その距離には、アンテナ２からミキ
サー７までの接続距離も含まれる。この距離が変化すれ
ば、ミキサー７内に入力される応答信号と局発信号との
間の位相関係が変化する。ここで、重大な問題は、応答
信号と局発信号が直交、すなわちそれらの間の位相が９
０゜ずれれば、ミキサー７の出力は０になってしまうこ
とである。すなわち、上述の距離が或る特定の値の場合
に、ミキサー７の出力が“ヌル”状態になる。

【００１１】図７（Ａ）において、ローパスフィルタ８
の出力の振幅が、応答信号と局発信号との間の位相差、
すなわち質問装置１と応答装置１０との間の距離の２倍
に依存する様子を示している。このグラフにおいて、横
軸は位相差を表し、それは質問装置１と応答装置１０と
の間の距離の２倍に直接的に依存する。一方、縦軸は、
ローパスフィルタ８からの出力の振幅を表している。図
７（Ａ）から分かるように、ローパスフィルタ８の出力
振幅は、応答信号と局発信号との位相差が半波長（位相
角π）変化する毎に０に落ち込む。すなわち、質問装置
１と応答装置１０との間の距離が１／４波長（位相角π
／２）だけ変化する毎にローパスフィルタ８の出力振幅
が０になる。このような関係は、以下の数式によって表
すことができる。ここで、変調方式は両側波帯変調であ
るとする。

【００１２】まず、キャリア信号をｆ₁（ｔ）＝ｃｏｓ
ω_Cｔとおく。ここで、ｔは時間を表し、ω_cは定数を
表す。そして、反射されて戻ってくる応答信号を両側波
帯変調信号とすれば、その応答信号ｆ₂（ｔ）は次式の
ようになる。ｆ₂（ｔ）＝｛Ａ_C＋Ａ_Sｃｏｓ（ω_Sｔ＋θ）｝ｃｏｓ（ω_Cｔ＋φ）ここで、Ａ_C，Ａ_S，ω_S，ω_C，θ，およびφは定数
である。また、ｃｏｓ（ω_Sｔ＋θ）が検波されるべき
信号波であり、φはｆ₁（ｔ）局発信号と応答信号ｆ₂
（ｔ）との間の位相差を表す。

【００１３】このとき、ミキサー７の出力Ｉは、次式の
ようになる。Ｉ＝ｆ₁（ｔ）×ｆ₂（ｔ）＝ｃｏｓω_Cｔ×｛Ａ_C＋Ａ_Sｃｏｓ（ω_Sｔ＋ θ）｝ｃｏｓ（ω_Cｔ＋φ）＝（Ａ_C＋Ａ_Sｃｏｓ（ω_Sｔ＋θ）｝×｛ｃｏｓ（２ω_Cｔ＋φ）＋ｃｏｓφ｝×（１／２）ここで、Ａ_Cはキャリア成分，Ａ_Sｃｏｓ（ω_Sｔ＋
θ）は検波信号成分，ｃｏｓ（２ω_Cｔ＋φ）はキャリ
ア２倍波成分，そしてｃｏｓφは位相差成分を表す。

【００１４】検波信号中のキャリア成分ω_Sとキャリア
２倍波成分は、フィルタ８によって除去されるので、フ
ィルタ８の出力信号Ｉ′は次式のようになる。Ｉ′＝（１／２）×（Ａ_c＋Ａ_S）ｃｏｓφ…（１）ここで、φ＝π／２，３π／２…においてｃｏｓφ＝０
となるので、位相差のπ毎、すなわち半波長毎に出力信
号Ｉ′の振幅は０になる（図７（Ａ）を参照）。

【００１５】すなわち、質問装置１と応答装置１０がこ
のように出力振幅Ｉ′が０になるような位置関係にある
とき、質問装置１は応答装置１０のコードを認識できな
いことを意味している。

【００１６】上述のような先行技術の課題に鑑み、本発
明は、質問装置と応答装置がどのような位置関係にあろ
うとも、応答装置のコードを認識することができる質問
装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】質問装置と応答装置とを
必要とする本発明による移動体識別システムに用いられ
る質問装置は、応答装置へ質問信号を送信しかつ応答装
置からの応答信号を受信するための送受信アンテナと、
受信された応答信号をホモダイン検波するために用いら
れる局発信号を発生する局発信号手段と、局発信号と応
答信号のうちのいずれか一方を位相のずれ量が０゜と９
０゜との間で位相変調するための位相変調手段と、その
位相変調手段の後で応答信号をホモダイン検波するため
に応答信号と局発信号とを混合するためのミキサーを含
んでいることを特徴としている。

【００１８】

【作用】本発明によれば、質問装置と応答装置とを必要
とする移動体識別システムに用いられる質問装置は、局
発信号と応答信号のうちのいずれか一方を位相のずれ量
が０゜と９０゜との間で位相変調するための位相変調手
段を備えているので、質問装置と応答装置とがどのよう
な距離関係にあろうとも質問装置が応答装置内のコード
を認識することがきる。。

【００１９】

【実施例】図１において、本発明の一実施例による移動
体識別システムが概略的なブロック図で示されている。
この移動体識別システムにおける質問装置１は、送受信
アンテナ２、キャリア信号を出力するキャリア発生装置
３、カプラー４、信号切り替えスイッチ５、９０゜移相
器６、ミキサー７およびローパスフィルタ８を含んでお
り、ローパスフィルタ８の出力は外部の入力端末装置９
に接続されている。

【００２０】信号切り替えスイッチ５は、キャリア発生
装置３からカプラー４を通して供給される局発信号をミ
キサー７へ直接（０゜移相）伝送するか、または９０゜
移相器６を通して伝送するかを切替えるためのものであ
り、その切替速度はデータ速度より高く設定される。一
方、９０゜移相器６は、局発信号の元の位相に対して９
０゜だけ位相をシフトさせる移相器である。

【００２１】ローパスフィルタ８は、データより高い周
波数をカットして、データのみを抽出する。すなわち、
ＡＫＳ変調の周波数、ミキサー７から漏れているローカ
ル周波数、および信号切替スイッチ５によって発生する
周波数をローパスフィルタ８によって除去している。

【００２２】他方、応答装置１０は従来のものと同様で
あり、送受信アンテナ１１，インピーダンス変換器１
２，ダイオード１３，バイアス回路１４，およびコード
発生器１５を含んでいる。コード発生器１５は応答装置
の識別コードまたはデータコードを発生する。そのコー
ドはバイアス回路１４へ送られ、バイアス回路１４はそ
のコードに従ってダイオード１３に印加されるバイアス
を変化させる。このバイアスの変化、すなわち印加電圧
の変化に対応してダイオード１３の障壁容量が変化し、
それに対応してインピーダンス変換器１２におけるイン
ピーダンスが変化し、送受信アンテナ１１の反射率が変
化する。すなわち、質問装置１から発せられたキャリア
信号が応答装置１０のアンテナ１１に到達すれば、その
キャリア信号は応答装置１０のコードに基づくアンテナ
１１の反射率の変化によって変調され、アンテナ１１か
ら反射されて放射される。

【００２３】本実施例による移動体識別システムにおけ
る信号の流れを説明すれば、まず、キャリア発生装置３
から出力されたキャリア信号はカプラ４を介して一部が
アンテナ２から空中に放射される。他方、カプラ４を通
過したキャリア信号は、信号切替スイッチ５に与えられ
る。このスイッチ５は、キャリア信号の伝送径路を高速
で切替え、１つの径路として、そのキャリア信号を局発
信号として直接ミキサー７内へ入力し、他方の径路とし
て９０゜移相器６内へ入力させる。９０゜移相器６内に
入力されたキャリア信号は、その位相が９０゜シフトさ
せられ、その後に局発信号としてミキサー７内へ入力さ
れる。

【００２４】図２は、これらの信号の相互関係を表して
いる。図２（Ａ）は、キャリア発生装置３から出力され
た元のキャリア信号の位相を表している。図２（Ｂ）
は、９０゜移相器６によって位相がシフトさせられた９
０゜移相信号の位相を表している。図２（Ｃ）は、切替
スイッチ５に供給される０゜／９０゜切替信号を表して
いる。すなわち、切替信号が０゜を表しているとき、切
替スイッチ５はキャリア信号を直接ミキサー７内へ入力
する。他方、切替信号が９０゜を表しているとき、切替
スイッチ５はキャリア信号を９０゜移相器６内へ入力す
る。

【００２５】図２（Ｄ）は、０゜／９０゜切替信号に基
づいてミキサー７内へ入力される局発信号の位相を表し
ている。

【００２６】ここで、上述の数式におけるキャリア信号
を９０゜移相すれば、その移相されたキャリア信号はｆ
₁′（ｔ）＝ｃｏｓ（ωｔ＋９０゜）＝ｓｉｎωｔで表
される。したがって、このときのミキサー７の出力Ｑ
は、次式のようになる。

【００２７】Ｑ＝ｆ₁′（ｔ）×ｆ₂（ｔ）＝ｓｉｎωｔ×｛Ａ_C＋Ａ_Sｃｏｓ（ω_Sｔ＋ θ）｝ｃｏｓ（ω_Cｔ＋φ）＝｛Ａ_C＋Ａ_Sｃｏｓ（ω_Sｔ＋θ）｝×｛ｓｉｎ（２ω_Cｔ＋φ）＋ｓｉｎφ ）×（１／２）ここで、フィルタ８によって検波信号中のキャリア成分
ω_Sと２倍波成分を除去すれば、フィルタ８の出力Ｑ′
は次式のようになる。

【００２８】Ｑ′＝（１／２）×（Ａ_C＋Ａ_S）ｓｉｎφ…（２）すなわち、φ＝π／２，３π／２，…においてｓｉｎφ
＝１となるので、フィルタ８の出力Ｑ′は０にならな
い。図７（Ｂ）は図７（Ａ）に類似しているが、キャリ
ア信号が９０゜移相された場合におけるフィルタ８の出
力振幅を表している。図７（Ｂ）から分かるように、φ
＝０，π，…においてｓｉｎφ＝０となるので、フィル
タ８の出力Ｑ′がヌル状態になる。

【００２９】図７（Ａ）および（Ｂ）と式（１）および
（２）から分かるように、１データ内でキャリア信号を
元のｃｏｓω_Cｔと移相されたｓｉｎω_Cｔとの間で切
替えることによって、元の信号または移相された信号の
いずれか一方が局発信号として用いられた場合にヌル状
態が生じる場合にも、他方の局発信号は有効なホモダイ
ン検波出力を生じさせることができる。すなわち、質問
装置１と応答装置１０との間の距離に依存してフィルタ
８の出力がヌル状態になることを防止することができ
る。

【００３０】ところで、１データを転送する間に局発信
号として用いられるキャリア信号をｃｏｓω_Cｔとｓｉ
ｎω_Cｔとの間で切替えることは、その局発信号を０゜
／９０゜位相変調することであり、これはミキサー７へ
の局発信号入力端子の前段に０゜／９０゜位相変調器６
を挿入することによって達成される。

【００３１】図３は、応答装置１０がたとえば図７にお
ける位置Ｘにある場合の信号波形を示している。図３
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は応答装置１０内
の信号波形を表し、それぞれ図６（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）および（Ｄ）に対応している。応答装置１０は図
７における位置Ｘにある場合、局発信号が９０゜移相さ
れることなく直接ミキサー７に入力されれば、ミキサー
７の出力は図７（Ａ）に示されているように０レベルと
なる。

【００３２】一方、局発信号が９０゜移相器を通してミ
キサー７に入力されれば、ミキサー７からは図３（Ｆ）
に示されているような波形が出力される。図３（Ｆ）の
波形は、図３（Ｃ）の波形に対応していることがわか
る。

【００３３】図３（Ｇ）に示された切替信号は、スイッ
チ５に与えられる。すなわち、切替信号が０゜を示すと
き、スイッチ５は局発信号を移相することなく直接ミキ
サー７へ入力させる。他方、切替信号が９０゜を示して
いるとき、スイッチ５は局発信号を９０゜移相器６を通
してミキサー７へ入力させる。従って、図３（Ｇ）に示
されているような切替信号がスイッチ５に与えられれ
ば、ミキサー７からは図図３（Ｈ）に示されているよう
な信号が出力される。

【００３４】次に図３（Ｈ）に示されているようなミキ
サー出力がローパスフィルタ８に入力されれば、ローパ
スフィルタ８は図３（Ｉ）に示されているような信号を
出力する。この図３（Ｉ）に示されているローパスフィ
ルタの出力は図３（Ｂ）に示されている原信号であるコ
ード波形に対応していることがわかる。

【００３５】図３（Ｈ）からわかるように、フィルタ７
の出力信号において、有効出力とヌル状態が交互に現れ
る。すなわち、スイッチ５の切替速度が高速になるほど
ヌル状態は短い時間で分散する事になり、現信号をより
忠実に再生することが可能になる。このとき、全体的な
出力電力は変わらない。

【００３６】図１の実施例において、切替スイッチ５と
９０゜移相器６は個別に示されているが、これらをまと
めて０゜／９０゜位相変調器５Ａとみなしてもよい。

【００３７】また、図１の実施例では０゜／９０゜位相
変調器５Ａが局発信号の径路上に設けられているが、こ
れはアンテナ２からミキサー７に至る応答信号径路中に
設けられても同様の効果を得ることができる。

【００３８】ところで、今日において、２系統のミキサ
ーを用いて、１本のミキサーに局発信号を直接入力し、
他方のミキサーに９０゜移相された局発信号を入力し、
それらのミキサーの出力を合成してヌル状態を生じさせ
ない質問装置が存在するようである。しかし、そのよう
な移動体識別システムでは、ミキサーが２系統必要であ
り、また出力を合成する手段も必要となるので、システ
ム全体が複雑なものとなる。これに対して、本発明の移
動体識別システムにおいては、ミキサーへの入力へ０゜
／９０゜位相変調器を挿入するだけの簡単な構造によっ
て、質問装置と応答装置との間の距離を考慮する必要の
ない移動体識別システムを提供することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ホモダ
イン検波を利用する質問装置と応答装置とを必要とする
移動体識別システムであって、その質問装置と応答装置
との距離の如何にかかわらず正確に情報を交換し得る移
動体識別システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による移動体識別システムの
概略的なブロック図である。

【図２】図１における０゜／９０゜位相変調器５Ａにお
ける波形を示す図である。

【図３】図１の実施例における種々の信号を示す波形図
である。

【図４】移動体識別システムの概念を示す概略的なブロ
ック図である。

【図５】ホモダイン検波を用いる従来の移動体識別シス
テムの一例を示す概略的なブロック図である。

【図６】図５における応答装置１０内の信号を示す波形
図である。

【図７】質問装置と応答装置との距離および応答信号と
局発信号との位相関係がミキサーの出力に及ぼす影響を
示すグラフである。

【符号の説明】

１質問装置２質問装置１の送受信アンテナ３キャリア発生装置４カプラー５切替スイッチ５Ａ０゜／９０゜位相変調器６９０゜移相器７ミキサー８ローパスフィルタ９入出力端末装置１０応答装置１１応答装置１０の送受信アンテナ１２インピーダンス変換器１３ダイオード１４バイアス回路１５コード発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質問装置と応答装置とを必要とする移動
体識別システムに用いられる質問装置であって、前記応答装置へ質問信号を送信しかつ前記応答装置から
の応答信号を受信するための送受信アンテナと、受信された前記応答信号をホモダイン検波するために用
いられる局発信号を発生する局発信号発生手段と、前記局発信号と前記応答信号のうちのいずれか一方を位
相のずれ量が０゜と９０゜との間で位相変調するための
位相変調手段と、前記応答信号をホモダイン検波するために前記位相変調
手段の後で前記応答信号と前記局発信号とを混合するた
めのミキサーとを含むことを特徴とする質問装置。