(57)【要約】【課題】ＲＦＩＤタグに問い合わせ信号を送信し、ＲＦＩＤタグからの応答信号を読み取るＲＦＩＤリーダ装置に関するものであり、ＲＦＩＤタグとの通信品質を維持しながら、消費電力を抑えることを目的とする。【解決手段】ＲＦＩＤリーダ装置は、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部７２と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部７２の動作領域を切り替えるバイアス制御回路７４とを備え、バイアス制御回路７４は、変調期間では電力増幅部７２の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部７２の非直線増幅領域に動作領域を設定する。【選択図】図５
2010020381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤタグにデータ信号および搬送波を含む問い合わせ信号を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答信号を受信するＲＦＩＤリーダ装置であって、
前記問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、
前記データ信号で前記搬送波を変調して送信する変調期間と前記搬送波を無変調で送信する無変調期間とで前記電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、
前記動作領域切替部は、前記変調期間では前記電力増幅部の直線増幅領域に前記動作領域を設定し、前記無変調期間では前記電力増幅部の非直線増幅領域に前記動作領域を設定することを特徴とするＲＦＩＤリーダ装置。
【請求項２】
前記動作領域切替部は、前記電力増幅部のバイアス電圧を変えて前記動作領域を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤリーダ装置。
【請求項３】
前記データ信号の帯域を制限する第１のフィルタを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤリーダ装置。
【請求項４】
前記電力増幅部の出力の帯域を制限する第２のフィルタを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＲＦＩＤリーダ装置。
【請求項５】
前記電力増幅部の出力の振幅を一定にする振幅制御部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤリーダ装置。
【請求項６】
前記振幅制御部は、前記電力増幅部の前記直線増幅領域または前記非直線増幅領域の増幅率に応じて前記第２のフィルタの出力を増幅する増幅部の増幅率を制御することを特徴とする請求項５に記載のＲＦＩＤリーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤタグに問い合わせ信号を送信し、ＲＦＩＤタグからの応答信号を読み取るＲＦＩＤリーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物流、物品などの管理を効率化するために、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグが利用されている。例えば、製造工場や運送倉庫での製品管理や配送先毎の振り分けなどに使用されていた。この用途では物品に品番や送り先などのタグ情報を記憶したＲＦＩＤタグを取り付けておき、この物品をコンベアなどで搬送していた。そして、コンベアの搬送途中にＲＦＩＤリーダ装置を設け、このＲＦＩＤリーダ装置によりＲＦＩＤタグのタグ情報を読み取り物品を管理していた。
【０００３】
ＲＦＩＤタグは、タグアンテナ部とタグＩＣチップとを備えている。このＲＦＩＤタグの中でも、パッシブ型と呼ばれるＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤリーダ装置のアンテナから出力される問い合わせ信号（電波）をタグアンテナ部で受けて電力を発生させ、この電力によりタグＩＣチップを動作させていた。
【０００４】
ＲＦＩＤリーダ装置は、ＲＦＩＤタグに十分な電力を供給するために送信部に電力増幅部を設け、この電力増幅部により問い合わせ信号の出力を大きくしていた。このため、電力増幅部の消費電力は大きく、発熱も大きいので、大型のヒートシンクで熱を放熱するなどしてＲＦＩＤリーダ装置が大きなものになっていた。
【０００５】
このような中で、送信部の電力増幅部を間欠動作させることにより消費電力を抑え、これにより発熱を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１２６２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＲＦＩＤリーダ装置は、送信部を間欠動作させているため、送信部からの出力が停止した期間にＲＦＩＤタグの電力が不足する場合もあり、電力が不足した場合には動作が不安定になり通信品質が劣化するという課題があった。
【０００７】
そこで本発明は、ＲＦＩＤタグとの通信品質を維持しながら、消費電力を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明のＲＦＩＤリーダ装置は、ＲＦＩＤタグにデータ信号および搬送波を含む問い合わせ信号を送信し、ＲＦＩＤタグからの応答信号を受信するＲＦＩＤリーダ装置であって、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、動作領域切替部は、変調期間では電力増幅部の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部の非直線増幅領域に動作領域を設定することを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明は、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、動作領域切替部は、変調期間では電力増幅部の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部の非直線増幅領域に動作領域を設定する。
【００１０】
これにより、変調期間では問い合わせ信号を直線性の良いＡ級の増幅領域で増幅して信号の品質を維持しつつ、無変調期間では問い合わせ信号をＡＢ級の増幅領域で増幅して電力増幅部の効率を向上させることができるので、ＲＦＩＤタグとの通信品質を維持しながら消費電力を抑え、発熱も抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態）
まず、図１から図４を参照しながら、本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置が用いられるＲＦＩＤシステムの概要を説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置およびＲＦＩＤタグを含むＲＦＩＤシステム８の構成を示す概略図、図２は同ＲＦＩＤシステム８に用いられる信号の周波数割り当て状態を示す説明図、図３は同ＲＦＩＤシステム８に用いられるＲＦＩＤリーダ装置５から送信される信号の波形図、図４は同ＲＦＩＤシステム８の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１は本実施の形態におけるＲＦＩＤシステム８を物品１の製造工程に用いた例を示している。この製造工程において、ＲＦＩＤタグ４が取り付けられた物品１が図示しないベルトコンベアなどの搬送装置によって矢印の方向に搬送される。そして、この製造工程の全体を制御する中央制御装置２が設けられ、通信回線３を介してＲＦＩＤリーダ装置５を制御し、ＲＦＩＤリーダ装置５がＲＦＩＤタグ４と交信することにより、物品１の管理番号を読み取るなどして、製造工程の管理を行う。
【００１５】
物品１の各々にはＲＦＩＤタグ４が取り付けられており、製造工程における搬送装置の所定の位置にＲＦＩＤリーダ装置５が設置されている。ＲＦＩＤリーダ装置５は、物品１に取り付けられたＲＦＩＤタグ４が交信可能な領域内に入ったときにＲＦＩＤタグ４のタグ情報を読み取る。ＲＦＩＤリーダ装置５は、送信アンテナ６によってＲＦＩＤタグ４に問い合わせ信号を電波で送信し、ＲＦＩＤタグ４から返信されてきた応答信号を受信アンテナ７によって受信する。図１中に破線で示した領域はそれぞれのＲＦＩＤリーダ装置５が交信可能な領域の範囲を示す。複数のＲＦＩＤリーダ装置５が近接しても受けられている場合には、それぞれの交信可能な領域どうしが重複することもある。
【００１６】
このような製造工程において、物品１が所定の位置に搬送されてくると、ＲＦＩＤリーダ装置５から物品１のＲＦＩＤタグ４に向けて管理番号を問い合わせる問い合わせ信号を送信する。
【００１７】
ＲＦＩＤタグ４は、この問い合わせ信号を受信すると、問い合わせ内容を復調し、問い合わせに対応して、例えば物品１の管理番号などの応答信号を返信する。
【００１８】
ＲＦＩＤリーダ装置５は、ＲＦＩＤタグ４から返信されてきた応答信号を受信して、その物品１の管理番号を識別する。その識別した管理番号に応じて中央制御装置２で製造工程中の図示しない製造装置などを制御するなどして、物品１に対して所定の加工、組み立てなどを行う。
【００１９】
図２に、ＲＦＩＤリーダ装置５で交信用に用いられる周波数の使用例を示す。ここでは、９５２ＭＨｚ〜９５４ＭＨｚがＲＦＩＤ用に割り当てられ、その中にＣＨ１〜ＣＨ９までの９チャンネルが２００ｋＨｚ間隔で設定されている。複数のＲＦＩＤリーダ装置５が近接して設けられていてそれらの交信可能領域が重複するような場合には、相互に信号が混信しないように各ＲＦＩＤリーダ装置５で異なったチャンネルの信号が使用される。例えば、第１のＲＦＩＤリーダ装置５ではＣＨ１を使い、隣接する第２のＲＦＩＤリーダ装置５ではＣＨ３を使うというように設定される。この使用するチャンネルは、例えば中央制御装置２で制御することができる。
【００２０】
所定の搬送波として、上記のようなＵＨＦ帯（例えば９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚ）以外にも、マイクロ波帯（例えば２．４５ＧＨｚ）、ＨＦ帯（例えば１３．５６ＭＨｚ）の周波数を利用することもできる。
【００２１】
図３に、ＲＦＩＤシステム８においてＲＦＩＤリーダ装置５からＲＦＩＤタグ４に向けて送信される問い合わせ信号の一例を示す。この問い合わせ信号は、ＲＦＩＤタグ４に管理番号などを問い合わせる期間Ｄと、ＲＦＩＤタグ４から返信されてくる応答信号を受信するために待機するとともにＲＦＩＤタグ４に電力を供給するための搬送波を送る期間Ｓとによって構成されている。
【００２２】
期間Ｄ（以下、「変調期間Ｄ」という）では、ＲＦＩＤリーダ装置５は、データ信号で所定のチャンネルの搬送波を変調した問い合わせ信号をＲＦＩＤタグ４に向けて送信する。
【００２３】
待機などの期間Ｓ（以下、「無変調期間Ｓ」という）では、ＲＦＩＤリーダ装置５は、変調されていない連続した無変調の搬送波をＲＦＩＤタグ４に向けて送信する。通常、変調期間Ｄと無変調期間Ｓとの時間長は後者の方が５倍程度以上と相当に長く、１０ｍｓｅｃ程度に設定されている。ＲＦＩＤタグ４では、この無変調期間Ｓに応答するデータに応じてタグアンテナ部から反射する無変調搬送波の反射状態（バックスキャッタ）を変化させることにより、応答信号をＲＦＩＤリーダ装置５に返信する。この応答信号の詳細は後述する。
【００２４】
次に、図４を参照しながら、ＲＦＩＤタグ４とＲＦＩＤリーダ装置５が含まれるＲＦＩＤシステム８の構成および動作について説明する。
【００２５】
まず、ＲＦＩＤリーダ装置５がＲＦＩＤタグ４と交信を開始する状態から説明する。ＲＦＩＤリーダ装置５は、ＲＦＩＤタグ４に、例えば「管理番号を返答せよ」という問い合わせ信号を送信するように中央制御装置２から制御される。その制御信号は通信回線３を介してＲＦＩＤリーダ装置５のインターフェース５１から制御部５２に伝えられる。
【００２６】
これにより、制御部５２はメモリ部５３から問い合わせのために必要なデータを読み出す。この問い合わせのためのデータにより変調部５４で所定のチャンネルの搬送波をＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調し、送信部５５で増幅し、送信アンテナ６を介して、ＲＦＩＤタグ４に向けて電波として送信する。
【００２７】
次に、ＲＦＩＤタグ４は、タグアンテナ部４１とタグＩＣチップ４２とを有し、タグアンテナ部４１で電波の問い合わせ信号を受信する。すると、まず、この受信した信号をダイオード４３で整流して直流電圧（以下、「ＤＣ電圧」という）を生成する。このＤＣ電圧をコンデンサ４４に充電して動作用の電源としてタグＩＣチップ４２の各部に供給し、タグＩＣチップ４２を起動する。これによって、タグＩＣチップ４２の制御部４５、復調部４６、変調部４７、メモリ部４８が起動する。このように、パッシブ型のＲＦＩＤタグ４では電池などの電源を搭載しなくてもタグＩＣチップ４２を動作させることができる。
【００２８】
なお、パッシブ型のＲＦＩＤタグ４はタグアンテナ部４１で受信した信号から生成した電力を利用するので、その電源容量は小さい。このため、タグＩＣチップ４２では各部の消費電力が極力抑えられている。
【００２９】
次に、ＲＦＩＤタグ４において制御部４５からの指示で、復調部４６が受信した電波から「管理番号を返答せよ」という問い合わせデータを復調すると、制御部４５はメモリ部４８から記憶保持している管理番号のタグ情報を読み出す。
【００３０】
メモリ部４８に記憶保持されたタグ情報、すなわち、物品１の管理番号が「管理番号Ａ」であった場合には、制御部４５はその問い合わせに対して「管理番号Ａ」という応答データを作成し、これにより変調部４７を介してスイッチ４９（例えば、トランジスタなどのスイッチ素子）をオン、オフさせることにより応答信号を返信する。
【００３１】
すなわち、スイッチ４９がオンすればタグアンテナ部４１の端子が短絡され、スイッチ４９がオフされればタグアンテナ部４１の端子が開放される。これによって、ＲＦＩＤリーダ装置５から送信されてきた無変調搬送波の電波を反射する（バックスキャッタ）か否かを「整理番号Ａ」という応答データに応じて制御し、その応答データの内容をＲＦＩＤリーダ装置５に返信することができる。
【００３２】
なお、ＲＦＩＤタグ４では、タグアンテナ部４１の端子を開放させたときに反射がおきないように、インピーダンスをマッチングさせるためのコンデンサ５０を有している。
【００３３】
次に、このようにしてＲＦＩＤタグ４から応答信号が返信されてくると、ＲＦＩＤリーダ装置５では、受信アンテナ７で受信した応答信号を受信部５６を介して復調部５７に伝達し応答データを復調する。この復調した応答データにより制御部５２で「管理番号Ａ」の存在を確認する。ＲＦＩＤリーダ装置５は、この「管理番号Ａ」の情報を制御部５２を介してメモリ部５３に記憶する。
【００３４】
そして、メモリ部５３に記憶した「管理番号Ａ」の情報を中央制御装置２に転送する。中央制御装置２は、「管理番号Ａ」の情報に基づいて記憶部に記憶されているデータベース（図示せず）から製品情報を検索し、物品１に対する加工、組み立てなどを管理、制御する。なお、データベースには、物品１の製造に係る諸情報が管理情報として記憶されている。
【００３５】
また、ＲＦＩＤリーダ装置５は、制御部５２からＲＦＩＤタグ４に「管理番号を応答せよ」と問い合わせが行われたにもかかわらず「管理番号」を記憶したＲＦＩＤタグ４が存在しない場合には所定の応答がないので、制御部５２はこの「応答なし」からＲＦＩＤタグ４が存在しないと判断する。
【００３６】
また、ＲＦＩＤリーダ装置５は、変調、同期を行うためのクロック信号を発生するクロック部５８と、各部に電源を供給するための電源部５９も備えている。電源部５９は、例えば、ＤＣ電圧を発生させるバッテリーや商用電源からＤＣ電圧を作成する電源回路などを有する。
【００３７】
なお、以上の説明では製造工程におけるＲＦＩＤシステム８を例にして説明したが、この他にも、販売店における入出庫管理、レジ精算などの各種の用途に使用することが可能である。
【００３８】
以上のようにして、ＲＦＩＤリーダ装置５によりＲＦＩＤタグ４のタグ情報を読み取るＲＦＩＤシステム８が構成されるが、ＲＦＩＤリーダ装置５とＲＦＩＤタグ４との交信距離を大きくしようとするとＲＦＩＤリーダ装置５から高出力の問い合わせ信号を送信しなければならず、送信部５５における消費電力が問題となる。すなわち、消費電力が大きいと電源部５９の消耗が激しいとともに、送信部５５における発熱が多くなり、放熱のための構造を大きくしなければならないという問題が生じる。
【００３９】
そこで、本実施の形態のＲＦＩＤリーダ装置５では、ＲＦＩＤタグ４との通信品質を維持しながら送信部５５における消費電力を抑えている。このため、ＲＦＩＤリーダ装置５は、送信部５５内にある問い合わせ信号を増幅する電力増幅部の動作領域を変調期間Ｄと無変調期間Ｓとで切り替えることによって消費電力を低減するようにした。すなわち、問い合わせ信号のうち、データ信号で変調された搬送波を増幅するときには、消費電力は大きいが波形歪みを生じ難い直線増幅領域で電力増幅部を動作させ、無変調の搬送波を増幅するときには、波形歪みを生じるが効率が良くて消費電力の小さい非直線増幅領域で電力増幅部を動作させるように切り替えることにより、総合的な消費電力を削減するようにしたことを特徴とする。この電力増幅部の詳細については後述する。
【００４０】
このように電力増幅部の動作領域を切り替えて電力低減することができるのは、送信する問い合わせ信号の特性を利用しているためである。すなわち、占有時間の長い無変調期間Ｓでは、増幅される問い合わせはデータ信号により変調されていない高周波の搬送波だけであるので、電力増幅部で波形歪みを生じても、発生する高調波成分をローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタで容易に除去することができる。従って、この無変調期間Ｓでは電力増幅部の動作を効率の良いＡＢ級あるいはＢ級に設定することができ、消費電力を低減することができる。
【００４１】
ただし、変調期間Ｄでは、データ信号で搬送波が変調されるので波形歪みを生じないようにする必要があり、この変調期間Ｄには電力増幅部を効率は良くないが直線性の良いＡ級での増幅に切り替える必要がある。
【００４２】
以下、図５〜図１１を参照しながら、本実施の形態のＲＦＩＤリーダ装置５の要部について詳細に説明する。
【００４３】
図５は本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置５に用いられる送信部５５と変調部５４のブロック図、図６は同ＲＦＩＤリーダ装置５に用いられる送信部５５中の電力増幅部７２の回路図、図７は同ＲＦＩＤリーダ装置５における電力増幅部７２の動作領域の切り替え状態を説明する特性図、図８は同ＲＦＩＤリーダ装置５における電力増幅部７２の動作領域切替のタイミングを説明する波形図である。
【００４４】
図９は同ＲＦＩＤリーダ装置５における電力増幅部７２の動作領域の違いによる出力信号の歪み状態を説明するためのものであり、図９（Ａ）出力信号に搬送波成分と変調用のデータ信号の周波数成分とを含む場合の例を示す周波数スペクトラム図、図９（Ｂ）は、（Ａ）の出力信号に雑音成分を含む場合の例を示す周波数スペクトラム図である。図１０は同ＲＦＩＤリーダ装置５における電力増幅部７２の出力信号の歪み状態を説明するためのものであり、図１０（Ａ）は出力信号が単一周波数である場合の例を示す周波数スペクトラム図、図１０（Ｂ）は出力信号の基本波成分と高調波成分の例を示す特性図である。図１１は同ＲＦＩＤリーダ装置５における高調波の発生を少なくする方法を説明するための波形図である。
【００４５】
まず、図５において、変調部５４では、搬送波発生回路６１で９５３ＭＨｚ帯の所定のチャンネルの搬送波１００を作成する。一方、データ信号発生回路６２で制御部５２からの指示に基づきＲＦＩＤタグ４に伝達すべきデータ信号、例えば「管理番号を返答せよ」というデータ信号１０１を作成する。変調部５４は、このデータ信号を帯域制限フィルタ６３で帯域制限した帯域制限信号１０２を生成し、この帯域制限信号１０２を増幅率を可変可能な増幅回路６６で増幅した後、変調回路６４で搬送波をＡＳＫ変調して、図３に示すような問い合わせ信号１０３を作成する。
【００４６】
そして、送信部５５は、電力増幅部７２により問い合わせ信号を増幅する。送信部５５は、電力増幅部７２で問い合わせ信号を増幅した後、マッチング回路７９またはローパスフィルタ７３で問い合わせ信号に含まれる搬送波の高調波成分を除去し、送信アンテナ６からＲＦＩＤタグ４に向けて送信する。振幅制御部６５およびゲイン制御回路６７については後述する。
【００４７】
図６はこの電力増幅部７２の具体的な回路例を示すもので、増幅素子としてＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ（以下、「トランジスタ」という）Ｑを用いている。変調部５４からの問い合わせ信号を結合コンデンサＣａとマッチング回路７６（コンデンサＣｂ、ＣｃおよびコイルＬａ）を介して増幅用のトランジスタＱのゲートに加える。なお、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴに代えて、バイポーラのトランジスタを用いてもよい。
【００４８】
また、動作領域切替部としてのバイアス制御回路７４からの動作領域切替信号２０２を抵抗Ｒａと高周波分離回路７７（コンデンサＣｇおよび抵抗Ｒｂ）を介してトランジスタＱのゲートにバイアス電圧として加える。そして、トランジスタＱのドレインに高周波分離回路７８（コンデンサＣｈ、ＣｉおよびコイルＬｂ）を介してＤＣ電源を供給するとともに、増幅出力をマッチング回路７９（コンデンサＣｄ、ＣｅおよびコイルＬｃ）、コンデンサＣｆを介して出力する。
【００４９】
なお、バイポーラのトランジスタを用いる場合には、ベース電流を制御するためのバイアス電圧を制御することとなる。また、バイアス電圧の制御に相当するように、ゲートに接続される抵抗値を変化させるようにしてもよい。
【００５０】
バイアス制御回路７４は、図５および図７に示すように、動作領域切替信号２０２により、電力増幅部７２の動作領域を変調期間Ｄ、無変調期間Ｓに応じて切り替える。すなわち、バイアス制御回路７４は、電力増幅部７２の動作領域を変調期間Ｄでは直線増幅領域ｓ、無変調期間Ｓでは非直線増幅領域ｄに設定する。
【００５１】
図８に示すように、ＲＦＩＤリーダ装置５が送信すべき問い合わせ信号２０１には、データ信号で変調した搬送波を送信する変調期間Ｄと、無変調の搬送波を送信する無変調期間Ｓとを有している。このうち、変調期間Ｄでは、変調部５４で作成された信号の波形を忠実に維持して増幅しなければ問い合わせのためのデータ信号を正しくＲＦＩＤタグ４に送信することができない。すなわち、この変調期間Ｄの出力信号の周波数スペクトラムは図９（Ａ）のようなものでなければならない。図９（Ａ）に示す信号は、搬送波成分と、変調用のデータ信号の周波数成分（高調波成分を含む）とを含むものである。
【００５２】
もし、電力増幅部７２の直線性が悪くて波形が歪むと、図９（Ｂ）に示すように、雑音成分を多く含む信号となってしまい、問い合わせのためのデータ信号を正しく伝達できなくなる。
【００５３】
そこで、本実施の形態のＲＦＩＤリーダ装置５は、制御部５２からの制御に従って、図８に示すように、変調期間Ｄに高レベルになり無変調期間Ｓに低レベルになる動作領域切替信号２０２をバイアス制御回路７４からトランジスタＱのゲートにバイアス電圧として加える。これにより、動作領域切替信号２０２が高レベルの期間はトランジスタＱの動作領域を図７中のｄで示した直線性の良いＡ級の増幅領域（直線増幅領域）に設定し、入力の変調波Ｄｉｎを直線性良く増幅して波形歪みを生じない状態で出力変調波Ｄｏｕｔを出力することができる。
【００５４】
一方、無変調期間Ｓには、低レベルの動作領域切替信号２０２をトランジスタＱのゲートに印加する。これにより、トランジスタＱのゲートバイアスを低電圧にして、その動作領域を図７中のｓで示したＡＢ級に設定し、無変調搬送波の入力信号Ｓｉｎを増幅して出力信号Ｓｏｕｔを出力する。このときは非直線増幅領域ｓで増幅するため、図１０（Ａ）に示すように、単一周波数の周波数スペクトラムの入力無変調搬送波Ｓｉｎを増幅しても、増幅出力信号Ｓｏｕｔは、図１０（Ｂ）に示すように、基本波成分Ｓ１以外に高調波成分Ｓ２、Ｓ３・・・をも含む出力となる。しかし、この高調波成分Ｓ２、Ｓ３・・・は基本波成分Ｓ１に対して周波数が大きく離れたものであるので、ローパスフィルタ７３により容易に除去することができ、基本波成分Ｓ１の無変調搬送波Ｓｏｕｔのみを取り出して送信することができる。
【００５５】
そして、図７から理解されるように、非直線増幅領域ｓは直線増幅領域ｄに比べてトランジスタＱのバイアス電圧を低くすることによってそのドレイン電流を大幅に少なくすることができる。このドレイン電流は、変調波Ｄｉｎまたは入力信号Ｓｉｎが０でもバイアス電圧によって常に流れる（アイドル電流）ため、トランジスタＱにおける消費電力、すなわち電力増幅部７２の消費電力を大幅に低減することができる。例えば、図７に示すように、アイドル電流を０．６（Ａ）から０．１１（Ａ）に低減することができる。これにより、全体としての消費電力を低減することができ、発熱も抑制することができるという効果が得られる。
【００５６】
ただし、図７に示されるように、非直線増幅領域ｓでは直線増幅領域ｄよりも増幅率が小さくなるので、トランジスタＱ、すなわち電力増幅部７２の動作領域の切り替えによっても両方の出力信号ＤｏｕｔとＳｏｕｔの振幅を同一に保つ制御が必要になる。
【００５７】
このため、本実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置５は、変調部５４に振幅制御部６５を設けている。振幅制御部６５は、増幅回路６６とゲイン制御回路６７とを有している。ゲイン制御回路６７は、制御用テーブルを記憶している。ゲイン制御回路６７は、入力した動作領域切替信号ＶＢと制御用テーブルとに基づいて増幅回路６６の増幅率を制御する。制御用テーブルには、電力増幅部７２の動作領域毎の増幅率に基づいて出力信号の振幅を同一にするための補正情報が記録されている。
【００５８】
これにより、非直線増幅領域ｓで動作するときの入力無変調波Ｓｉｎの振幅を直線増幅領域ｄで動作するときの入力無変調波Ｄｉｎの振幅よりも大きくするように制御して、トランジスタＱ、すなわち電力増幅部７２、の動作領域の切り替えによっても両方の出力信号Ｄｏｕｔ、Ｓｏｕｔの振幅を同一に保つように制御することができる。図８にゲイン制御回路６７から出力される増幅率を制御するゲイン信号２０３を示す。増幅回路６６はこのゲイン信号の電圧の高さにより増幅率を変更する。なお、ゲイン信号２０３を高くすると、増幅回路６６の増幅率は大きくなる。一方、ゲイン信号２０３を低くすると、増幅回路６６の増幅率は小さくなる。
【００５９】
また、変調期間Ｄと無変調期間Ｓとの切り替え時にトランジスタＱおよび増幅回路６６、すなわち電力増幅部７２の増幅率を急激に変化させると不要な波形歪み成分を発生してしまうので、図８に示すように、変調期間Ｄの前後の動作領域の切り替え時に動作領域切替信号２０２およびゲイン信号２０３の電圧を徐々に変化させるようにしている。
【００６０】
同様に、図１１に示すように、搬送波１００をデータ信号１０１で変調する場合にも不要な変調歪みを発生しないようにしている。すなわち、搬送波１００をデータ信号１０１により変調するときに、データ信号発生回路６２で作成されたデータ信号１０１を帯域制限フィルタ６３に通して広域性分を低減させた信号を生成する。これにより、データ信号１０１の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを緩やかにした帯域制限信号１０２が生成される。この帯域制限信号１０２により搬送波１００をＡＳＫ変調することにより、立ち上がりおよび立ち下がりの滑らかな問い合わせ信号１０３（搬送波をデータ信号で変調した信号）を作成することができる。ここで、増幅回路６６は帯域制限フィルタ６３の出力を増幅するようにしているため、帯域制限信号１０２の増幅に必要な周波数帯域は低く、例えば数１００ＫＨｚ程度の帯域を有すればよい。このように、増幅回路６６は容易に帯域制限信号１０２を増幅することができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置５によれば、送信部５５の電力増幅部７２の動作領域ｄ、ｓを変調期間Ｄと無変調期間Ｓとで切り替えるようにしたことにより、その消費電力を低減することができ、発熱を抑制することができる。
【００６２】
なお、電力増幅部７２の動作領域を切り替える手段は、本実施の形態のものに限定されるものではなく、任意の手段を用いればよい。
【００６３】
また、データ信号の符号化方式として、任意のものを使用することができる。例えば、ＦＭ０方式以外にミラーサブキャリア方式などを使用することができる。
【００６４】
また、本発明は、パッシブ型のＲＦＩＤタグを用いたＲＦＩＤシステム８だけでなく、アクティブ型のＲＦＩＤタグを使用するＲＦＩＤシステム８においても応用することができる。
【００６５】
また、振幅制御部６５を変調部５４に設け、帯域制限フィルタ６３の出力を増幅する増幅回路６６の増幅率を変更して制御する場合の例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、変調回路６４の出力段に増幅回路を設け、この増幅回路の増幅率を制御してもよい。また、ゲイン制御回路６７は、電力増幅部７２の出力をモニターしておき、この電力増幅部７２の出力の振幅を一定にするように増幅回路を制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように本発明は、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、動作領域切替部は、変調期間では電力増幅部の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部の非直線増幅領域に動作領域を設定する。
【００６７】
このため、変調期間では問い合わせ信号を直線性の良いＡ級の増幅領域で増幅して信号の品質を維持しつつ、無変調期間では問い合わせ信号をＡＢ級の増幅領域で増幅して電力増幅部の効率を向上させることができるので、ＲＦＩＤタグとの通信品質を維持しながら消費電力を抑え、発熱も抑えることを可能とするＲＦＩＤリーダ装置として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置およびＲＦＩＤタグを含むＲＦＩＤシステムの構成を示す概略図
【図２】同ＲＦＩＤシステムに用いられる信号の周波数割り当て状態を示す説明図
【図３】同ＲＦＩＤシステムに用いられるＲＦＩＤリーダ装置から送信される信号の波形図
【図４】同ＲＦＩＤシステムの構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ装置に用いられる送信部と変調部のブロック図
【図６】同ＲＦＩＤリーダ装置に用いられる送信部中の電力増幅部の詳細な回路図
【図７】同ＲＦＩＤリーダ装置における電力増幅部の動作領域の切り替え状態を説明する特性図
【図８】同ＲＦＩＤリーダ装置における電力増幅部の動作領域の切替タイミングを説明する波形図
【図９】（Ａ）は同ＲＦＩＤリーダ装置における電力増幅部の出力信号に搬送波成分と変調用のデータ信号の周波数成分とを含む場合の例を示す周波数スペクトラム図、（Ｂ）は（Ａ）の出力信号に雑音成分を含む場合の例を示す周波数スペクトラム図
【図１０】（Ａ）は同ＲＦＩＤリーダ装置における電力増幅部の出力信号が単一周波数である場合の例を示す周波数スペクトラム図、（Ｂ）は同ＲＦＩＤリーダ装置における電力増幅部の出力信号の基本波成分と高調波成分の例を示す特性図
【図１１】同ＲＦＩＤリーダ装置における高調波の発生を少なくする方法を説明するための波形図
【符号の説明】
【００６９】
１    物品
２    中央制御装置
３    通信回線
４    ＲＦＩＤタグ
５    ＲＦＩＤリーダ装置
６    送信アンテナ
７    受信アンテナ
８    ＲＦＩＤシステム
４１    タグアンテナ部
４２    タグＩＣチップ
４３    ダイオード
４４，５０，Ｃａ〜Ｃｇ    コンデンサ
４５，５２    制御部
４６，５７    復調部
４７，５４    変調部
４８，５３    メモリ部
４９    スイッチ
５１    インターフェース
５５    送信部
５６    受信部
５８    クロック部
５９    電源部
６１    搬送波発生回路
６２    データ信号発生回路
６３    帯域制限フィルタ（第１のフィルタ）
６４    変調回路
６５    振幅制御部
６６    増幅回路
６７    ゲイン制御回路
７２    電力増幅部
７３    ローパスフィルタ（第２のフィルタ）
７４    バイアス制御回路
７６    マッチング回路
７９    マッチング回路（第２のフィルタ）
７７，７８    高周波分離回路
Ｌａ〜Ｌｃ    コイル
Ｑ    ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ（トランジスタ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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