NOGAMI HIDEKATSU (JP)
| JP2008048077A | 2008-02-28 | |||
| JP2006295966A | 2006-10-26 | |||
| JP2006060771A | 2006-03-02 | |||
| JPH06326510A | 1994-11-25 | |||
| JP2006020083A | 2006-01-19 | |||
| JP2007303935A | 2007-11-22 |
Wada 成 rule (JP)
| 電波のビームの指向方向を電気的に制御可能なアレーアンテナであって、 第1の仮想直線上に離間して配置された第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子と、第1の仮想直線と直交する第2の仮想直線上に第1の仮想直線を挟むように離間して配置された第1のアンテナ素子及び第4のアンテナ素子と、 各アンテナ素子の給電位相を可変に設定する可変移相器と、 電波のビームの指向方向が第1の仮想直線に沿って変更されるよう可変移相器を制御する制御手段と、を備えること を特徴とするアレーアンテナ。 |
| 各アンテナ素子の給電位相を、第2のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素子はφ3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテナ素子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の仮想直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及び原点を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とした際における各アンテナ素子のXY座標を、それぞれ、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテナ素子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4のアンテナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θとした場合に、 制御手段は、可変移相器に対し、次の条件式 φ1=φ4 φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1 φ3=φ1-2π・X2・sin(θ)/λ を全て満たすように各給電位相を設定させることにより、電波のビームの指向方向をXZ平面上Z軸からθ方向に向けさせること を特徴とする請求項1に記載のアレーアンテナ。 |
| 電波のビームの指向方向を電気的に制御可能なアレーアンテナであって、 第1の仮想直線上に離間して配置された第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子と、第1の仮想直線と直交する第2の仮想直線上に第1の仮想直線を挟むように離間して配置された第1のアンテナ素子及び第4のアンテナ素子と、 各アンテナ素子の給電位相を可変に設定する可変移相器と、 電波のビームの指向方向が第1の仮想直線あるいは第2の仮想直線に沿って選択可能に変更されるよう可変移相器を制御する制御手段と、を備えること を特徴とするアレーアンテナ。 |
| 各アンテナ素子の給電位相を、第2のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素子はφ3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテナ素子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の仮想直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及び原点を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とした際における各アンテナ素子のXY座標を、それぞれ、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテナ素子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4のアンテナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θとした場合に、 制御手段は、可変移相器に対し、次の条件式 φ1=φ4 φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1 φ3=φ1-2π・X2・sin(θ)/λ を全て満たすように各給電位相を設定させることにより、電波のビームの指向方向をXZ平面上Z軸からθ方向に向けることができ、 一方、次の条件式 φ2=φ3 φ1=2π・Y1・sin(θ)/λ+φ2 φ4=φ2-2π・Y2・sin(θ)/λ を全て満たすように各給電位相を設定させることにより、電波のビームの指向方向をYZ平面上Z軸からθ方向に向けさせること を特徴とする請求項3に記載のアレーアンテナ。 |
| 上記第1のアンテナ素子、第2のアンテナ素子、第3のアンテナ素子及び第4のアンテナ素子は、パッチアンテナからなることを特徴する請求項1~4いずれか1項に記載のアレーアンテナ。 |
| 請求項1~5のいずれか1項に記載のアレーアンテナに接続されるとともに、このアレーアンテナを介してRFIDタグと無線通信を行うことを特徴とするタグ通信装置。 |
| 電波のビームの指向方向を決定する指向角度指令信号を、上記請求項6に記載のタグ通信装置あるいは端末装置から上記アレーアンテナに対し発信することにより、上記電波のビームの指向方向を所定のピッチで繰り返し可変可能であることを特徴とするタグ通信システム。 |
| 第1の仮想直線上に離間して配置された第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子と、第1の仮想直線と直交する第2の仮想直線上に第1の仮想直線を挟むように離間して配置された第1のアンテナ素子及び第4のアンテナ素子と、各アンテナ素子の給電位相を可変に設定する可変移相器と、を有するとともに、電波のビームの指向方向を電気的に制御可能なアレーアンテナのビーム制御方法であって、 電波のビームの指向方向が第1の仮想直線に沿って変更されるよう可変移相器を制御すること を特徴とするアレーアンテナのビーム制御方法。 |
| 各アンテナ素子の給電位相を、第2のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素子はφ3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテナ素子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の仮想直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及び原点を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とした際における各アンテナ素子のXY座標を、それぞれ、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテナ素子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4のアンテナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θとした場合に、 可変移相器に対し、次の条件式 φ1=φ4 φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1 φ3=φ1-2π・X2・sin(θ)/λ を全て満たすように各給電位相を設定させ、電波のビームの指向方向をXZ平面上Z軸からθ方向に向けさせること を特徴とする請求項8に記載のアレーアンテナのビーム制御方法。 |
| 第1の仮想直線上に離間して配置された第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子と、第1の仮想直線と直交する第2の仮想直線上に第1の仮想直線を挟むように離間して配置された第1のアンテナ素子及び第4のアンテナ素子と、各アンテナ素子の給電位相を可変に設定する可変移相器と、を有するとともに、電波のビームの指向方向を電気的に制御可能なアレーアンテナのビーム制御方法であって、 電波のビームの指向方向が第1の仮想直線あるいは第2の仮想直線に沿って選択可能に変更されるよう可変移相器を制御すること を特徴とするアレーアンテナのビーム制御方法。 |
| 各アンテナ素子の給電位相を、第2のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素子はφ3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテナ素子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の仮想直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及び原点を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とした際における各アンテナ素子のXY座標を、それぞれ、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテナ素子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4のアンテナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θとした場合に、 可変移相器に対し、次の条件式 φ1=φ4 φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1 φ3=φ1-2π・X2・sin(θ)/λ を全て満たすように各給電位相を設定させ、電波のビームの指向方向をXZ平面上Z軸からθ方向に向けさせ、 一方、次の条件式 φ2=φ3 φ1=2π・Y1・sin(θ)/λ+φ2 φ4=φ2-2π・Y2・sin(θ)/λ を全て満たすように各給電位相を設定させ、電波のビームの指向方向をYZ平面上Z軸からθ方向に向けさせること を特徴とする請求項10に記載のアレーアンテナのビーム制御方法。 |
本発明は、電波のビームの方向を可変可 なアレーアンテナと、該アレーアンテナを するタグ通信装置及びタグ通信システムと アレーアンテナのビーム制御方法に関する のである。
従来から、指向性アンテナの1つとしてア レーアンテナがある。このアレーアンテナは 、アンテナ素子を複数個配列(アレー)して、 アンテナ素子に流れる信号の位相(フェーズ )を制御しながら、電波のビームの指向方向 電子的に変化させることができる。各アン ナ素子の給電位相を変化させることにより 波のビームの指向方向を可変可能であるこ から、例えば、特許文献1に記載のタグ通信 アンテナのように電波のビームをスキャン ることにより通信領域の拡大を図ったり、 許文献2に記載のタグ移動方向検知システム のように、タグの移動方向の検知に使用した りすることが可能である。なお、本明細書及 び図において、角度を度(°あるいはdeg)を単 として表示する場合と、ラジアンを単位と て表示する場合があるが、数式中に度を単 として角度を表記した部分があるときは、 の数式では角度を度を単位として取り扱う 解釈する。また、数式中にラジアンを単位 して角度を表記した部分があるときは、そ 数式では角度をラジアンを単位として取り うと解釈する。
一方、アレーアンテナの小型化の要請が り、アレーアンテナを小型化するためには 成するアンテナ素子数を削減することが最 効果的である。本出願人においては、試作 して図7(a)に示すような水平方向(X軸)に3素 、垂直方向(Y軸)に2素子の3×2=6素子(210a~210f) らなるアレーアンテナ200を使用している。 出願人は、このアレーアンテナ200を試作と て使用して、特許文献2に記載のように荷物 移動方向の検知を行っている。すなわち、 7(b)に示すように、各アンテナ素子の給電位 相を変化させ、アレーアンテナ200から発射す る電波のビームであるメインローブ(MLα、MLβ )の指向方向を、スキャン角α、β(ブロードサ イド方向に対する水平方向の傾斜角)と繰り し変化させることにより、荷物などの移動 の移動方向を検知している。この移動方向 知の方法は、特許文献2に詳細に説明されて るが、図7(c)を参照して概要を説明すると次 のようになる。
メインローブの指向方向が、ブロードサ ド方向に対し図中+方向のときは(メインロ ブMLα)、スキャン角β側では(図示しない)荷 に貼付されたRFIDタグと通信せずスキャン角 側でのみ通信する。同様に、メインローブ 指向方向が、ブロードサイド方向に対し図 -方向のときは(メインローブMLβ)、スキャン α側では(図示しない)荷物に貼付されたRFID グと通信せずスキャン角β側でのみ通信する 。このことから、メインローブの指向方向を スキャン角α、βと繰り返し切り換えてRFIDタ と通信を行うことにより、メインローブMLα で通信した複数のデータ(プロットデータP)と メインローブMLβで通信した複数のデータ(プ ットデータP)の分布から線形近似直線Lを求 、この傾きを算出することにより移動方向 検知を行っている。この図7(c)を参照すれば 分かる通り、移動方向検知の精度を向上させ るためには、メインローブMLαに切り換えた には-側ではRFIDタグとは通信をせず、メイン ローブMLβに切り換えた際には+側では通信を ないことが重要である。
一方、小型化するためには、アンテナ素 の数を削減することが最も効果的であり、 た、VMI(Vendor Managed Inventory)などの在庫管理 や物流管理の観点では、縦方向横方向が同じ 指向性が望ましい。すると、縦横(垂直水平 向)の指向性が良好であり、かつ最小のアレ アンテナは、図8(a)に示すような水平方向(X )に2素子、垂直方向(Y軸)に2素子の2×2=4素子( 211a~211d)からなるアレーアンテナ201というこ となる。
しかしながら、アンテナ素子の数を2×2=4 子とすると、新たな問題が生ずることが本 願人による実験により判明した。その新た 問題とは、サイドローブ、グレーティング ーブの問題である。すなわち、図8(b)に示す ように、メインローブMLαに切り替えたとき 、サイドローブSLαが大きくなり過ぎて(同様 にメインローブMLβに切り換えたときに、サ ドローブSLβが大きくなり過ぎる)、移動方向 の検知の精度が落ちると言う問題が発生した 。このようにサイドローブが大きくなり過ぎ ると、図8(c)に示すように、スキャン角αに切 り替えたときに+側でメインローブMLαが発生 るのと同時に-側で発生したサイドローブSL (同様に、スキャン角βに切り替えたときに- でメインローブMLβが発生するのと同時に+ で発生したサイドローブSLβ)が(図示しない)R FIDタグと通信してしまう。その結果、線形近 似直線の傾きが求まらず移動方向の検知の精 度が著しく落ちるということが実験により判 明した。
このようなサイドローブを低減させるた には、図9に示すように各アンテナ素子への 電力分配比を変更させるのが一般的である。 すなわち、複数個のアンテナ素子(212a~212e)で 、中央のアンテナ素子212cに高い電力を与え 、端に行くほど電力を低くする。しかしなが ら、このような方法では制御が複雑になって しまう。
本発明は、上記問題を解決すべくなされ ものであり、その目的は、サイドローブ、 レーティングローブの低減を図りつつ、ア ーアンテナ自体の小型化も図れるアレーア テナと、このアレーアンテナを有するタグ 信装置及びタグ通信システムと、アレーア テナのビーム制御方法を提供することにあ 。
上記目的を達成するために、本発明は、 波のビームの指向方向を電気的に制御可能 アレーアンテナであって、第1の仮想直線上 に離間して配置された第2のアンテナ素子及 第3のアンテナ素子と、第1の仮想直線と直交 する第2の仮想直線上に第1の仮想直線を挟む うに離間して配置された第1のアンテナ素子 及び第4のアンテナ素子と、各アンテナ素子 給電位相を可変に設定する可変移相器と、 波のビームの指向方向が第1の仮想直線に沿 て変更されるよう可変移相器を制御する制 手段と、を備えることを特徴とする。
また、各アンテナ素子の給電位相を、第2 のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素子はφ 3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテナ素 子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の仮想 直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及び原 を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とした際 おける各アンテナ素子のXY座標を、それぞ 、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテナ素 子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4のアン テナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θとした 合に、制御手段は、可変移相器に対し、次 条件式φ1=φ4、φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1、φ3=φ1 -2π・X2・sin(θ)/λを全て満たすように各給電 相を設定させることにより、電波のビーム 指向方向をXZ平面上Z軸からθ方向に向けさせ るようにしてもよい。
また、本発明は、電波のビームの指向方 を電気的に制御可能なアレーアンテナであ て、第1の仮想直線上に離間して配置された 第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子と 第1の仮想直線と直交する第2の仮想直線上 第1の仮想直線を挟むように離間して配置さ た第1のアンテナ素子及び第4のアンテナ素 と、各アンテナ素子の給電位相を可変に設 する可変移相器と、電波のビームの指向方 が第1の仮想直線あるいは第2の仮想直線に沿 って選択可能に変更されるよう可変移相器を 制御する制御手段と、を備えることを特徴と する。
また、各アンテナ素子の給電位相を、第2 のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素子はφ 3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテナ素 子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の仮想 直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及び原 を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とした際 おける各アンテナ素子のXY座標を、それぞ 、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテナ素 子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4のアン テナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θとした 合に、制御手段は、可変移相器に対し、次 条件式φ1=φ4、φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1、φ3=φ1 -2π・X2・sin(θ)/λを全て満たすように各給電 相を設定させることにより、電波のビーム 指向方向をXZ平面上Z軸からθ方向に向けるこ とができ、一方、次の条件式φ2=φ3、φ1=2π・Y 1・sin(θ)/λ+φ2、φ4=φ2-2π・Y2・sin(θ)/λを全て たすように各給電位相を設定させることに り、電波のビームの指向方向をYZ平面上Z軸 らθ方向に向けさせるようにしてもよい。
ここで、第1のアンテナ素子、第2のアン ナ素子、第3のアンテナ素子及び第4のアンテ ナ素子における番号は、4つのアンテナ素子 有することと、それぞれにおける関係を明 にすべく付けたものであり、それぞれの配 関係と条件式との関係が本発明においては 要な要素となる。
また、第1の仮想直線及び第2の仮想直線 は、各第1~4のアンテナ素子の配置関係を明 にすべく仮想的に用いた線であり実線では い。ここで、第1の仮想直線上あるいは第2の 仮想直線上に配置されているとは、それぞれ の第1~4のアンテナ素子の中心点がそれぞれの 仮想直線上に配置されていることを意味する ものであるが、厳密に中心部がそれぞれの仮 想直線上に位置することまでは要求しておら ず略仮想直線上に位置していればよい。
各第1~4のアンテナ素子により正方形状を 成していてもよいが、正方形状である必要 なく、例えば、ひし形状であってもいいし また、四方形を形成する各辺(アンテナ素子 間の間隔)は同一である必要もない。
上記第1のアンテナ素子、第2のアンテナ 子、第3のアンテナ素子及び第4のアンテナ素 子は、パッチアンテナから構成してもよい。 パッチアンテナから複数のアンテナ素子を構 成すれば、スキャンアンテナを薄く製造でき るし、製造コストも低く抑えられるので好適 である。
また、本発明のタグ通信装置は、上記ア ーアンテナに接続されるとともに、このア ーアンテナを介してRFIDタグと無線通信を行 うことを特徴とする。ここで、タグ通信装置 とは、リーダ、ライタあるいはリーダライタ を意味するものである。
また、本発明のタグ通信システムは、電 のビームの指向方向を決定する指向角度指 信号を、上記タグ通信装置あるいは端末装 から上記アレーアンテナに対し発信するこ により、上記電波のビームの指向方向を所 のピッチで繰り返し可変可能であることを 徴とする。指向角度指令信号とは、電波の ームの方向を決めるための信号であり、こ 指向角度指令信号は、タグ通信装置から直 発信されるようにしてもよい。また、この グ通信装置に接続されるPC(パーソナルコン ュータ)などの端末装置からタグ通信装置を 介して発信されるようにしてもよい。更に、 タグ通信装置を介さずに端末装置から直接発 信されるようにしてもよい。
また、本発明のアレーアンテナのビーム 御方法は、第1の仮想直線上に離間して配置 された第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ 子と、第1の仮想直線と直交する第2の仮想 線上に第1の仮想直線を挟むように離間して 置された第1のアンテナ素子及び第4のアン ナ素子と、各アンテナ素子の給電位相を可 に設定する可変移相器と、を有するととも 、電波のビームの指向方向を電気的に制御 能なアレーアンテナのビーム制御方法であ て、電波のビームの指向方向が第1の仮想直 に沿って変更されるよう可変移相器を制御 ることを特徴とする。
また、上記アレーアンテナのビーム制御 法において、各アンテナ素子の給電位相を 第2のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素 はφ3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテ ナ素子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の 仮想直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及 原点を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とし 際における各アンテナ素子のXY座標を、そ ぞれ、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテ ナ素子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4の アンテナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θと た場合に、可変移相器に対し、次の条件式 1=φ4、φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1、φ3=φ1-2π・X2・ sin(θ)/λを全て満たすように各給電位相を設 させ、電波のビームの指向方向をXZ平面上Z からθ方向に向けさせるようにしてもよい。
また、本発明のアレーアンテナのビーム 御方法は、第1の仮想直線上に離間して配置 された第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ 子と、第1の仮想直線と直交する第2の仮想 線上に第1の仮想直線を挟むように離間して 置された第1のアンテナ素子及び第4のアン ナ素子と、各アンテナ素子の給電位相を可 に設定する可変移相器と、を有するととも 、電波のビームの指向方向を電気的に制御 能なアレーアンテナのビーム制御方法であ て、電波のビームの指向方向が第1の仮想直 あるいは第2の仮想直線に沿って選択可能に 変更されるよう可変移相器を制御することを 特徴とする。
また、上記アレーアンテナのビーム制御 法において、各アンテナ素子の給電位相を 第2のアンテナ素子はφ2、第3のアンテナ素 はφ3、第1のアンテナ素子はφ1、第4のアンテ ナ素子はφ4とし、第1の仮想直線をX軸、第2の 仮想直線をY軸、X軸とY軸の交点を原点(0,0)及 原点を通過しXY平面と直交する軸をZ軸とし 際における各アンテナ素子のXY座標を、そ ぞれ、第1のアンテナ素子(0,Y1)、第2のアンテ ナ素子(-X1,0)、第3のアンテナ素子(X2,0)、第4の アンテナ素子(0,-Y2)、波長λ及び指向方向θと た場合に、可変移相器に対し、次の条件式 1=φ4、φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1、φ3=φ1-2π・X2・ sin(θ)/λを全て満たすように各給電位相を設 させ、電波のビームの指向方向をXZ平面上Z からθ方向に向けさせ、一方、次の条件式φ2 =φ3、φ1=2π・Y1・sin(θ)/λ+φ2、φ4=φ2-2π・Y2・si n(θ)/λを全て満たすように各給電位相を設定 せ、電波のビームの指向方向をYZ平面上Z軸 らθ方向に向けさせるようにしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、第1 の仮想直線上に離間して配置された第2のア テナ素子及び第3のアンテナ素子と、第1の仮 想直線と直交する第2の仮想直線上に第1の仮 直線を挟むように離間して配置された第1の アンテナ素子及び第4のアンテナ素子と、各 ンテナ素子の給電位相を可変に設定する可 移相器と、を有するとともに、電波のビー の指向方向を電気的に制御可能なアレーア テナにおいて、電波のビームの指向方向が 1の仮想直線に沿って変更されるよう可変移 器を制御するようにした。これにより、グ ーティングローブ、サイドローブを低減さ つつ、アンテナ全体の小型化が図れる。
以下、本発明を実施するための最良の形 について、添付した図面を参照しながら詳 に説明する。
図1は本発明のタグ通信システムの概略構 成を模式的に示すブロック図、図2(a)は本発 のアレーアンテナの概略構成を裏面側から た平面図、(b)はコントローラに記憶された 部テーブル、図3は本発明のアレーアンテナ 指向方向を説明するための模式図、図4(a)及 び(b)は、本発明のアレーアンテナの各アンテ ナ素子への給電位相の原理を説明するための 概念図、図5は本発明のアレーアンテナの各 ンテナ素子への給電位相の原理を説明する めの概念図、図6は本発明のアレーアンテナ おけるサイドローブの低減効果を示すグラ をそれぞれ示す。
図1に示すように、本発明のタグ通信シス テム10は、アレーアンテナ20と、アレーアン ナ20に接続されたリーダライタ30と、リーダ イタ30に接続されたパーソナルコンピュー (以下「PC」と称する)40とからなる。
アレーアンテナ20は、4つのアンテナ素子2 1a~21dと、それぞれのアンテナ素子21a~21dに接 された可変移相器22a~22dと、各可変移相器22a~ 22dに接続されたコントローラ25を搭載した制 ボード24からなる。
4つのアンテナ素子21a~21dは、ここでは円 パッチアンテナ、すなわち、銅などからな 導体板を地板としてその上に誘電体を積層 更にこの上に円形状の導体を積層してなる 型の平面アンテナである。ここでは円形パ チアンテナをアンテナ素子として使用して るが、これに限定するものではなく例えば 形状のパッチアンテナや、ダイポールアン ナなども適用可能である。
アンテナ素子21bとアンテナ素子21cは仮想 線L1上に、アンテナ素子21aとアンテナ素子21 dは仮想直線L2上にそれぞれ配設されている。 この仮想直線L1と仮想直線L2とは図2(a)のよう 水平方向をX軸、垂直方向をY軸とした場合 、それぞれの軸線上に各アンテナ素子21a~21d 配設されていることを説明するために用い 仮想的な線であり、実線ではない。
「アンテナ素子21bとアンテナ素子21cとが 想直線L1上(アンテナ素子21aとアンテナ素子2 1dが仮想直線L2上)に配設されている」とは、 アンテナ素子21a~21d中心がそれぞれの仮想直 線L1、L2に位置することを意味するが、厳密 中心部がそれぞれの仮想直線L1、L2上に位置 ることまでは要求しておらず略仮想直線L1 L2上に位置していればよい。なお、ここで言 う、水平方向(X軸)及び垂直方向(Y軸)とは、後 述するメインビームをスキャンする際の方向 及び軸である。
ここでは、各アンテナ素子21a~21dにより正 方形状を形成するとしているが、正方形状で ある必要はなく、例えば、ひし形状であって もいいし、また、四方形を形成する各辺(ア テナ素子間の間隔d)は同一である必要もない 。
4つの可変移相器22a~22dは、各アンテナ素 への給電位相を変えるように機能する素子 あり、種々の可変移相器が適用可能である 例えば、この可変移相器としては、導体線 とアースとの間に液晶を入れて構成される 変移相器がある。導体線路とアースの間に 御信号を加えると、液晶の誘電率が変化し その結果、伝送線路を伝わるマイクロ波の 搬速度が変化するように構成されている。
コントローラ25は、リーダライタ30から送信 される角度指令信号に応じて各可変移相器22a ~22dへのDC電圧を制御するように機能するもの であり、内部には図2(b)に示す内部テーブルTB が記憶されている。ここで、角度指令信号と は、アレーアンテナ20から発射する電波のビ ム(メインローブ)の指向方向を決める角度θ を指示する信号である。内部テーブルTBには 指向方向θごとに、各アンテナ素子21a~21dへ 給電位相φ1~φ4がDC電圧に対応づけられて記 されている。例えば、指向方向θ=10°にする との角度指令信号がリーダライタ30から送信 れてきた場合には、各アンテナ素子21a~21dに それぞれV 1A 、V 1B 、V 1C 、V 1D [V]のDC電圧を印加すれば、電波のビームの指 方向はθ=10°となる。
リーダライタ30は、PC40の制御のもと、コ トローラ25に対し角度指令信号を送信した 、各アンテナ素子21a~21dに対しRF(Radio Freqency) 信号を送信したりするように機能する。RF信 はまず分配器23bによりアンテナ素子21a及び2 1b側と、アンテナ素子21c及びアンテナ素子21d に2つに分配され、更に、分配されたRF信号 、分配器23aによりアンテナ素子21aと21bに、 配器23cによりアンテナ素子21cと21dにそれぞ 分配される。
なお、ここでは、PC40の制御のもと角度指 令信号を送信したりRF信号を送信するように たが、PC40の制御機能をリーダライタ30に取 込みPC40を不要とする構成も適用可能である 。また、コントローラ25をアレーアンテナ20 搭載する構成としているが、このコントロ ラ25の機能を外部に設けアレーアンテナ20に コントローラ25を搭載しないように構成し り、リーダライタ30に当該機能を取り込むと いう構成も適用可能である。本発明において は、各アンテナ素子21a~21dの配列構成と、各 ンテナ素子21a~21dへの給電位相を下記数式を たすように設定することを特徴とするもの あり、それ以外の構成は種々の構成が適用 能である。
本発明においては、上記のようにアレーア
テナ20の各アンテナ素子21a~21dを配設、すな
ち、水平方向をX軸、垂直方向をY軸、XY平面
に直交する軸をZ軸とした場合に、各アンテ
素子の座標をそれぞれアンテナ素子21a(0,Y1)
アンテナ素子21b(-X1,0)、アンテナ素子21c(X2,0)
アンテナ素子21d(0,-Y2)とし、波長λ及び指向
向θとした場合に、次の条件式
<数1>
φ1=φ4
φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1
φ3=φ1-2π・X2・sin(θ)/λ
を全て満たすように各給電位相を設定するこ
とにより、電波のビームの指向方向をXZ平面
Z軸からθ方向に向けることができる。以下
の原理について図3~5を参照して説明する。
図3は、アレーアンテナにおける指向方向の
制御の原理を説明するための模式図である。
具体的には、並列に距離d離間して配置され
アンテナ素子21aとアンテナ素子21bがある場
において、それぞれの給電位相φ1、φ2とす
と、電波のビームの指向方向がブロードサ
ド方向に対しθ方向に傾斜した状態が示され
ている。各アンテナ素子21a、21bへの給電位相
φ1、φ2は、所望の指向方向(指向角度θ)、ア
テナ素子21a、21bの間隔dによって決まり、所
の指向角度をθとすると、θ方向の波面を合
わせればよい。従って、
<数2>
d・sin(θ)=(φ1-φ2)・λ/2π・・・(1) となる。
次に、本発明の4つのアンテナ素子21a~21dか
なり各アンテナ素子21a~21dを正方形状に配置
たアレーアンテナ20を、図のように間隔dを
す線とX軸との角度をθ、原点をO(0,0)とする
、原点Oとアンテナ素子21bとの間隔d´は、
<数3>
d´=d・cos(θ)・・・(2)
となる。このアレーアンテナ20を水平方向で
てみると、あたかも原点O(0,0)にアンテナ素
21eが存在するかのように見え、水平方向で
れば3つのアンテナ素子21b、21e、21cが間隔d´
を介してX軸上に配置されているのと等価で
る。なお、ここでは、正方形状であるので
θ=45°となり、
ここで、図5のように各アンテナ素子21a~21d
1~4の番号を付け、各アンテナ素子21a~21dへの
電位相をφ1~φ4とし、図のようにX軸、Y軸を
った場合の各アンテナ素子21a~21dのXY座標は
それぞれアンテナ素子21a(0,Y1)、21b(-X2,0)、21c
(X2,0)、21d(0,-Y2)とする。すると、本発明にお
て、図7(b)のようにX軸を指向方向の軸として
メインローブの方向を向ける場合、すなわち
、ブロードサイド方向をZ軸としてXZ平面上Z
からθ方向へメインビームを向ける場合、給
電位相φ1及びφ4は、φ1=φ4・・・(3)を満たす
要があり、この式(3)と上記式(1)から各給電
相φ1~φ4は、以下の条件式(3)~(5)を全て満たす
必要がある。
<数4>
φ1=φ4・・・(3)
φ2=2π・X1・sin(θ)/λ+φ1・・・(4)
φ3=φ1-2π・X2・sin(θ)/λ・・・(5)
このように構成された本発明のアレーア テナ20における位相差と、図8(a)のように構 されたアレーアンテナ201(以下「従来のアレ ーアンテナ」と言う)における位相差とを具 的な数値を入れて比較すると次のようにな 。例えば、図4(a)に示すアンテナ素子の間隔d を150mm(0.15m)とし、アンテナ素子21a~21d全体で1 を150mmとする正方形状のアレーアンテナ20を 形成し、使用周波数を950MHz(波長λ=0.31m)とし 場合において、指向方向を-35°にするために は、上記式(1)より、φ1-φ2=99°となる。一方、 本発明のアレーアンテナ20においては、φ2-φ1 =70°、φ1-φ3=70°となる。
上記説明したように本発明のアレーアン ナ20を構成することにより、図6に示すよう 効果が得られる。この図6は、指向方向を-35 °に設定した場合におけるサイドローブの発 状態を通常のアレーアンテナとの比較にお て示している。縦軸を利得[dBi]、横軸をθ[de g]にとり、実線が図8(a)に示すアレーアンテナ 、点線が本発明のアレーアンテナを使用した 場合であり、図中左側の第1の山はメインロ ブの利得を示し、右側の第2の山はそれぞれ アレーアンテナにおけるサイドローブの利 を示している。この図6から明らかなように 、従来の通常のアレーアンテナに比べて劇的 にサイドローブが低減されていることが分か る。このように、本発明においては、図2(a) 図5のように各アンテナ素子21a~21dを配設し、 かつ各アンテナ素子21a~21dへの給電位相φ1~φ4 、上記条件式(3)~(5)を全て満たすように設定 することにより、サイドローブを低減させつ つ、アレーアンテナ自体の小型化が図れる。 そして、この小型化されたアレーアンテナを 上述した荷物などの移動体の移動方向の検知 に使用すれば、アレーアンテナ自体の小型化 が図れつつ、移動体検知の精度も落ちること がない。
なお、上記においては、水平方向を軸とし
場合について説明したが、垂直方向(Y軸)を
とした場合においては、上記と同様に、以
の条件式
<数5>
φ2=φ3
φ1=2π・Y1・sin(θ)/λ+φ2
φ4=φ2-2π・Y2・sin(θ)/λ
を全て満たすように各給電位相φ1~φ4を設定
ることにより、電波のビームの指向方向をYZ
平面上Z軸からθ方向に向けることができる。
なお、コントローラ25により、電波のビーム
指向方向を、水平方向あるいは垂直方向に
って選択可能にしておくことも可能である
10 タグ通信システム
20 アレーアンテナ
21a、21b、21c、21d アンテナ素子
22a、22b、22c、22d 可変移相器
23a、23b、23c 分配器
24 制御ボード
25 コントローラ
30 リーダライタ(タグ通信装置)
40 パーソナルコンピュータ
L1 第1の仮想直線
L2 第2の仮想直線
TB 内部テーブル
φ1、φ2、φ3、φ4
給電位相
θ アレーアンテナの指向方向を示す角度