JPH11266176A - 受動型トランスポンダ装置およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で遠方の質問器に対し、安定して
応答できる受動型トランスポンダ装置を提供する。 【解決手段】 受動型トランスポンダ１００では、第１
のアンテナ１０１、第２のアンテナ１１１からの質問信
号の受信電力を比較することで、第１、第２のアンテナ
１０１、１１１の中から質問器２００に対して電磁的結
合の強いものを選択し、そのアンテナで応答信号を送出
することにより、トランスポンダ１００が質問器２００
に対してどのような向きに位置していても、安定して質
問器２００に対して応答信号を到達させることができ
る。また、２本のアンテナで得られた電力を合成してい
るので、多くの電気エネルギーを得ることができ、遠方
に位置する質問器に対しても応答信号を到達させること
ができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、質問信号を発生す
る質問器の近傍を通過する際、この質問信号に対してコ
ンタクト無しに応答すると共に、それ自体がエネルギー
源を持たずに受信した質問信号のエネルギーによって動
作する受動型トランスポンダ装置およびその動作方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ある範囲内で非接触方法で物体を
検出し、あるいは識別できるシステムとしてトランスポ
ンダ装置（単にトランスポンダともいう）が知られてい
る。これは、例えば自動化された工場内で工作機械を通
過する部品に対し、どのような作業を施せばよいかを、
この工作機械が自動的に判定して作業を行う場合などに
有効な手段である。

【０００３】また、部屋や構内への人間のアクセスを制
限する場合、入口ゲートに質問器を備え、それぞれ個人
の持っているトランスポンダのＩＤコードを認識してア
クセス制限をかけるなどの利用例も知られている。

【０００４】このようなトランスポンダは、自ら電源を
持ち、そのエネルギーによって動作する能動型トランス
ポンダと、質問器から発せられる質問信号である電磁波
を受信し、そのエネルギーによって動作する受動型トラ
ンスポンダとに分けられる。

【０００５】能動型トランスポンダは内蔵されたバッテ
リから得られる電力によって安定した動作が可能である
反面、バッテリ寿命によってその使用時間が限られ、寿
命後はバッテリの交換あるいは充電などの保守作業が必
要となる。

【０００６】一方、外部からの電磁波エネルギーによっ
て動作する受動型トランスポンダは、内部バッテリの交
換などの保守作業は不要であり、非常に簡便に使用でき
る長所がある。

【０００７】図６は従来の受動型トランスポンダの構成
を示すブロック図である。質問器３００はある空間領域
内で質問信号としての電磁波を送信している。この領域
内にトランスポンダが進入すると、トランスポンダは具
備されたアンテナ３０１によって質問信号である電磁波
を受信する。この電磁波は高周波信号であり、整流部３
０２によって直流電流に変換される。このトランスポン
ダはこの直流電流によって得られる電気エネルギーを用
いて動作する。

【０００８】また、トランスポンダは高周波信号を復調
部３０３によって復調する。復調されたデータは受信デ
ータ信号としてデータ処理部３０５に送られる。そし
て、データ処理部３０５はこの受信データを解析し、必
要である場合、自らのＩＤ（識別子）情報等を含んだ送
信データ信号を変調部３０４に送出する。

【０００９】変調部３０４は搬送波に対してこの送信デ
ータによるデータ変調を行い、このようにして得られた
送信高周波信号をアンテナ３０１から質問器３００に向
けて電磁波として送出する。こうしてトランスポンダは
質問器３００からの質問信号に対して応答する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
受動型トランスポンダでは、復調、データ処理、変調、
送信などの機能において必要となるエネルギーは、全て
受信した質問信号である電磁波から変換された電気エネ
ルギーによって賄わなければならず、利用できる電気エ
ネルギーが限られているために、十分な強さの送信出力
が得られず、遠方にある質問器に対して応答信号が到達
しないなどの問題があった。

【００１１】また、利用形態によっては、トランスポン
ダが使用される際、トランスポンダに具備されているア
ンテナの指向性が正しく質問器の方向に向いていないこ
とから、受信した電磁波から十分な電気エネルギーを得
られなかったり、本来到達可能である距離に位置する質
問器に対しても、十分な信号強度で応答できない等の問
題があった。

【００１２】そこで、本発明は上記問題に鑑みなされた
ものであり、簡単な構成で遠方の質問器に対し、安定し
て応答できる受動型トランスポンダ装置およびその動作
方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の受動型トランスポンダ装
置は、受信した電磁波をエネルギー源として動作する受
動型トランスポンダ装置において、複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、該アンテナで受信した
電磁波の電力を合成する電力合成手段と、前記複数のア
ンテナにより受信した信号の品質に基づき、該複数のア
ンテナにより受信した複数の信号の中から１つを選択す
る第１の切替手段と、該選択された信号を処理するデー
タ処理手段と、該データ処理手段の出力に応じた送信信
号を送出するアンテナを、前記品質に基づいて前記複数
のアンテナの中から選択する第２の切替手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載の受動型トランスポンダ装
置は、請求項１に係る受動型トランスポンダ装置におい
て前記複数のアンテナの各々の受信信号レベルを判定す
るレベル判定手段を備え、前記信号の品質は前記受信信
号レベルの大きさであることを特徴とする。

【００１５】請求項３に記載の受動型トランスポンダ装
置は、請求項１に係る受動型トランスポンダ装置におい
て、前記複数のアンテナに接続され、各々の受信信号を
復調する複数の復調手段を備えたことを特徴とする。

【００１６】請求項４に記載の受動型トランスポンダ装
置は、請求項１に係る受動型トランスポンダ装置におい
て前記複数のアンテナに接続され、該アンテナに送出さ
れる前記送信信号を変調する複数の変調手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００１７】請求項５に記載の受動型トランスポンダ装
置は、請求項１に係る受動型トランスポンダ装置におい
て前記データ処理手段は前記電力合成手段から供給され
る電力により動作することを特徴とする。

【００１８】請求項６に記載の受動型トランスポンダ装
置は、請求項１に係る受動型トランスポンダ装置におい
て前記第２の切替手段は、前記第１の切替手段によって
信号が選択されたアンテナと同じアンテナを選択するこ
とを特徴とする。

【００１９】請求項７に記載の受動型トランスポンダ装
置は、請求項１に係る受動型トランスポンダ装置におい
て前記複数のアンテナの各々に接続された複数の整流手
段を備え、該複数の整流手段に前記電力合成手段が接続
されたことを特徴とする。

【００２０】請求項８に記載の受動型トランスポンダ装
置の動作方法は、受信した電磁波をエネルギー源として
動作する受動型トランスポンダ装置の動作方法におい
て、複数のアンテナで受信した電磁波の電力を合成し、
該合成された電力により動作する一方、前記複数のアン
テナにより受信した信号の品質に基づき、該複数のアン
テナにより受信した複数の信号の中から１つを選択し、
該選択された信号を処理し、該処理結果の出力に応じた
送信信号を送出するアンテナを、前記品質に基づいて前
記複数のアンテナの中から選択することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の受動型トランスポンダ装
置およびその動作方法の実施の形態について説明する。

【００２２】［第１の実施形態］図１は第１の実施形態
における受動型トランスポンダの構成を示すブロック図
である。図２はトランスポンダの筐体を示す図である。

【００２３】このトランスポンダ１００はカード型の筐
体を有しており、このカード型の筐体の中には、第１の
アンテナ１０１および第２のアンテナ１１１として２個
のダイポールアンテナが図２に示すような配置で組み込
まれている。

【００２４】これら２個のアンテナはダイポールアンテ
ナとしての指向性を持ち、カード型の筐体を平面から見
た場合、第１のアンテナ１０１は図２の矢印Ａ、Ａ’の
向きに指向性を持ち、第２のアンテナ１１１は矢印Ｂ、
Ｂ’の向きに指向性を持つ。

【００２５】このため、図２に示す質問器２００とトラ
ンスポンダ１００の位置関係では、第１のアンテナ１０
１で受信する質問信号の方が第２のアンテナ１１１で受
信する質問信号よりも強い信号レベルを有する。

【００２６】この受動型トランスポンダ１００が質問器
２００の発信領域に進入すると、トランスポンダ１００
は質問器２００からの質問信号である電磁波を第１のア
ンテナ１０１および第２のアンテナ１１１によって受信
する。

【００２７】第１および第２のアンテナ１０１、１１１
によって受信した電磁波は高周波信号であり、これらの
高周波信号は電力合成部１２１で合成され、さらに整流
部１２２によって直流の電気エネルギーに変換される。

【００２８】このようにして得られた電気エネルギーの
供給により、トランスポンダ１００内のデータ処理部１
２６等の各デバイスは動作する。

【００２９】本実施形態では、２本のアンテナで得られ
た電力を合成しているので、従来のトランスポンダのよ
うに１本のアンテナによって得られるエネルギーよりも
多くの電気エネルギーを得ることができる。その結果、
従来のトランスポンダよりも大きな信号電力で応答信号
を送出することができ、遠方に位置する質問器に対して
も応答信号を到達させることができるようになる。

【００３０】また同時に、トランスポンダ１００は第１
のレベル判定部１０２および第２のレベル判定部１１２
によって第１のアンテナ１０１および第２のアンテナ１
１１で得られたそれぞれの受信信号レベルを判定する。
これら複数のレベル判定値は、比較部１２３によってど
ちらの受信信号レベルの方が大きいか否かの比較に用い
られる。

【００３１】トランスポンダ１００は、第１の復調部１
０４により第１のアンテナ１０１で受信した質問信号を
復調し、第１の受信データを得る。同様に、第２の復調
部１１４により第２のアンテナ１１１で受信した質問信
号を復調し、第２の受信データを得る。

【００３２】一般に、定常的な自然雑音下での無線通信
では、受信端において強い電界強度で受信した信号ほど
信号雑音比（ＳＮ比）が大きく、信号品質がよいと考え
られ、デジタル通信の場合、誤りが少なく信頼性の高い
データ受信が可能である。

【００３３】本実施形態では、比較部１２３により受信
信号レベルがより大きいと判定された方のアンテナで受
信した受信データを採用するものとし、第１の切替部１
２４は、第１の受信データおよび第２の受信データの中
から比較部１２３によって信号レベルの大きいと判定さ
れた方のアンテナで受信した受信信号の復調データを、
データ処理部１２６に送出する。尚、受信信号レベルの
代わりに、ＳＮ比を実際に比較して品質のよい方のアン
テナを選択してもよい。

【００３４】このようにして、トランスポンダ１００は
質問器２００からの質問信号を受信して復調し、データ
処理部１２６により解析する。その結果、質問器２００
に対して応答を行うべきであると判断すると、データ処
理部１２６は第２の切替部１２５に送信データを送出す
る。

【００３５】ここで、受信時、より大きな信号レベルで
質問信号を受信したアンテナは、質問器のアンテナに対
して適した方向を向いており、電磁的結合が強いので、
送信においても同じアンテナから応答信号を送出した方
が、質問器に対して効率的に信号を伝達することができ
る。

【００３６】したがって、第２の切替部１２５は比較部
１２３の比較結果を参照し、第１の変調部１０３および
第２の変調部１１３のうち、受信時に採用されたアンテ
ナに接続されている方に送信データを送る。

【００３７】この後、選択された第１の変調部１０３あ
るいは第２の変調部１１３は、受け取った送信データに
したがって搬送波にデータ変調を行い、アンテナから質
問器２００に向けて応答信号である電磁波を送出する。

【００３８】このように、第１の実施形態における受動
型トランスポンダでは、質問信号の受信電力を比較する
ことで、複数のアンテナの中から質問器に対して電磁的
結合の強いものを選択し、そのアンテナで応答信号を送
出することにより、トランスポンダが質問器に対してど
のような向きに位置していても、安定して質問器に対し
て応答信号を到達させることができる。

【００３９】しかも、２本のアンテナで得られた電力を
合成しているので、多くの電気エネルギーを得ることが
でき、遠方に位置する質問器に対しても応答信号を到達
させることができるようになる。

【００４０】［第２の実施形態］前記第１の実施形態で
は、トランスポンダを動作させるために、複数のアンテ
ナで受信した電磁波エネルギーを合成することでより大
きな電気エネルギーを得る効果があった。すなわち、複
数のアンテナ間の距離が電磁波の波長に比べ小さく、質
問器からの伝搬経路差が無視できる場合など、受信した
電磁波の位相が同相に近い場合、位相差の小さい図３
（Ａ）に示すように電力合成時に大きな効果が得られ
る。図３は合成された電磁波を示す図である。

【００４１】一方、質問信号の電磁波の波長が短く、複
数のアンテナへの質問器からの伝搬経路差によって電磁
波の位相がずれてしまう場合、電力合成時にそれぞれの
位相差によって電磁波が相殺され、位相が逆相である図
３（Ｂ）に示すように得られる電気エネルギーが低減さ
れてしまい、前記第１の実施形態では十分な効果が得ら
れないこともある。

【００４２】しかし、このような場合であっても、第２
の実施形態として示すようにトランスポンダの構成を変
更することにより本発明は適用可能であり、十分な効果
を得ることができる。

【００４３】図４は第２の実施形態における受動型トラ
ンスポンダの構成を示すブロック図である。図５はトラ
ンスポンダの筐体を示す図である。前記第１の実施形態
と同一の構成要素については同一の符号を付すことによ
りその説明を省略する。前記第１の実施形態と比べて第
２の実施形態では、複数の整流部を具備したことに大き
な特徴を有する。また、第２の実施形態では、第１、第
２のアンテナ２０３、２０４は前記第１の実施形態にお
ける第１、第２のアンテナ１０１，１１１に比べて短
く、また、質問信号の電磁波の波長が短く、複数のアン
テナへの質問器からの伝搬経路差によって電磁波の位相
がずれてしまう場合を想定する。

【００４４】第１のアンテナ２０３には第１の整流部１
０５が接続され、同様に第２のアンテナ２０４には第２
の整流部１１５が接続されている。これら複数の整流部
は、それぞれ接続されたアンテナで受信した電磁波を高
周波信号として整流し、直流の電気エネルギーを得る。
そして、整流された電気エネルギーは、直流の電力合成
部１２７で合成される。

【００４５】このように、複数のアンテナで受信した電
磁波を、一旦それぞれの整流部で整流し、直流に変換し
た後で電力合成を行うことにより、アンテナ毎に受信し
た高周波信号に位相差があったとしても、位相差による
合成電力エネルギーの減少を防ぎ、効率的に大きな電気
エネルギーを得ることができる。

【００４６】したがって、質問信号の電磁波の波長が短
く、複数のアンテナへの質問器からの伝搬経路差によっ
て電磁波の位相がずれてしまう場合（図３（Ｂ）参照）
でも、前記第１の実施形態と同様に本発明の効果を得る
ことができる。

【００４７】尚、上記実施形態では、カード型の筐体に
２本のアンテナを備えたトランスポンダを示したが、他
のいかなる形状の筐体、あるいはアンテナの数も２本に
限定せず、多数のアンテナを用いた場合であっても、本
発明を適用することが可能である。

【００４８】また、上記実施形態では、アンテナの種類
としてダイポール型のアンテナを示したが、ダイポール
型に限らず、グランドプレーンアンテナ、ホイップアン
テナ、八木アンテナなど一般にいかなる種類、形状のア
ンテナであっても、本発明を適用することは可能であ
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の受動型トラン
スポンダ装置によれば、受信した電磁波をエネルギー源
として動作する際、電力合成手段により前記複数のアン
テナで受信した電磁波の電力を合成し、前記複数のアン
テナにより受信した信号の品質に基づき、第１の切替手
段により該複数のアンテナにより受信した複数の信号の
中から１つを選択し、データ処理手段により該選択され
た信号を処理し、第２の切替手段により該データ処理手
段の出力に応じた送信信号を送出するアンテナを、前記
品質に基づいて前記複数のアンテナの中から選択するの
で、簡単な構成で遠方の質問器に対し、安定して応答で
きる。

【００５０】すなわち、質問信号である電磁波の受信
時、複数のアンテナからの受信電力を合成することによ
り、より大きな電気エネルギーを得ることができ、ま
た、送信時、質問器に対して最適な指向性位置にあるア
ンテナを選択し、そのアンテナから応答信号を送出する
ことによって質問器に対して十分な信号レベルの応答信
号を伝えることができる。

【００５１】このように、複数のアンテナによって受信
した電磁波から得られるエネルギーを合成することによ
り、受動型トランスポンダを動作させるためのより大き
な電気エネルギーを得ることが可能となり、さらに、複
数のアンテナから質問器と電磁的結合の強いものを選ん
で応答信号の送出に用いることによって、遠方に位置す
る質問器に対し、トランスポンダがどのような向きに位
置していても、安定して応答信号を到達させることがで
きるという効果を奏する。尚、請求項８に記載の受動型
トランスポンダ装置の動作方法においても同様の効果を
得ることができる。

【００５２】請求項２に記載の受動型トランスポンダ装
置によれば、前記複数のアンテナの各々の受信信号レベ
ルを判定するレベル判定手段を備え、前記信号の品質は
前記受信信号レベルの大きさであるので、受信信号レベ
ルの高いアンテナを選択することができる。

【００５３】請求項３に記載の受動型トランスポンダ装
置によれば、前記複数のアンテナに接続され、各々の受
信信号を復調する複数の復調手段を備えたので、データ
処理手段は復調データを処理することができる。

【００５４】請求項４に記載の受動型トランスポンダ装
置によれば、前記複数のアンテナに接続され、該アンテ
ナに送出される前記送信信号を変調する複数の変調手段
を備えたので、変調された信号を送信できる。

【００５５】請求項５に記載の受動型トランスポンダ装
置によれば、前記データ処理手段は前記電力合成手段か
ら供給される電力により動作するので、データ処理手段
用の内部バッテリが不要であり、保守を簡便にすること
ができる。

【００５６】請求項６に記載の受動型トランスポンダ装
置によれば、前記第２の切替手段は、前記第１の切替手
段によって信号が選択されたアンテナと同じアンテナを
選択するので、質問器のアンテナに対して適した方向を
向いており、電磁的結合が強い受信時と同じアンテナか
ら応答信号を送出することにより、質問器に対して効率
的に信号を伝達することができる。

【００５７】請求項７に記載の受動型トランスポンダ装
置によれば、前記複数のアンテナの各々に接続された複
数の整流手段を備え、該複数の整流手段に前記電力合成
手段が接続されたので、質問信号の電磁波の波長が短
く、複数のアンテナへの質問器からの伝搬経路差によっ
て電磁波の位相がずれてしまう場合でも、電力合成によ
って低減することなく大きな電気エネルギーを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における受動型トランスポンダ
の構成を示すブロック図である。

【図２】トランスポンダの筐体を示す図である。

【図３】合成された電磁波を示す図である。

【図４】第２の実施形態における受動型トランスポンダ
の構成を示すブロック図である。

【図５】トランスポンダの筐体を示す図である。

【図６】従来の受動型トランスポンダの構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１００ トランスポンダ １０１、２０３ 第１のアンテナ １０５ 第１の整流部 １１１、２０４ 第２のアンテナ １１５ 第２の整流部 １２２ 整流部 １２３ 比較部 １２４ 第１の切替部 １２５ 第２の切替部 １２６ データ処理部 １２１、１２７ 電力合成部 ２００ 質問器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信した電磁波をエネルギー源として動
   作する受動型トランスポンダ装置において、 複数のアンテナと、 前記複数のアンテナに接続され、該アンテナで受信した
   電磁波の電力を合成する電力合成手段と、 前記複数のアンテナにより受信した信号の品質に基づ
   き、該複数のアンテナにより受信した複数の信号の中か
   ら１つを選択する第１の切替手段と、 該選択された信号を処理するデータ処理手段と、 該データ処理手段の出力に応じた送信信号を送出するア
   ンテナを、前記品質に基づいて前記複数のアンテナの中
   から選択する第２の切替手段とを備えたことを特徴とす
   る受動型トランスポンダ装置。
2. 【請求項２】 前記複数のアンテナの各々の受信信号レ
   ベルを判定するレベル判定手段を備え、 前記信号の品質は前記受信信号レベルの大きさであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の受動型トランスポンダ装
   置。
3. 【請求項３】 前記複数のアンテナに接続され、各々の
   受信信号を復調する複数の復調手段を備えたことを特徴
   とする請求項１記載の受動型トランスポンダ装置。
4. 【請求項４】 前記複数のアンテナに接続され、該アン
   テナに送出される前記送信信号を変調する複数の変調手
   段を備えたことを特徴とする請求項１記載の受動型トラ
   ンスポンダ装置。
5. 【請求項５】 前記データ処理手段は前記電力合成手段
   から供給される電力により動作することを特徴とする請
   求項１記載の受動型トランスポンダ装置。
6. 【請求項６】 前記第２の切替手段は、前記第１の切替
   手段によって信号が選択されたアンテナと同じアンテナ
   を選択することを特徴とする請求項１記載の受動型トラ
   ンスポンダ装置。
7. 【請求項７】 前記複数のアンテナの各々に接続された
   複数の整流手段を備え、 該複数の整流手段に前記電力合成手段が接続されたこと
   を特徴とする請求項１記載の受動型トランスポンダ装
   置。
8. 【請求項８】 受信した電磁波をエネルギー源として動
   作する受動型トランスポンダ装置の動作方法において、 複数のアンテナで受信した電磁波の電力を合成し、該合
   成された電力により動作する一方、 前記複数のアンテナにより受信した信号の品質に基づ
   き、該複数のアンテナにより受信した複数の信号の中か
   ら１つを選択し、 該選択された信号を処理し、 該処理結果の出力に応じた送信信号を送出するアンテナ
   を、前記品質に基づいて前記複数のアンテナの中から選
   択することを特徴とする受動型トランスポンダ装置の動
   作方法。