(57)【要約】【課題】電波送信物体より送信される電波の到来方向を検知する。【解決手段】水平方向に配列する受信アンテナ素子２−３，２−４の対及び受信アンテナ素子２−５，２−６の対を備える。合成回路１２は、受信アンテナ素子２−３，２−４の受信信号を同相及び逆相で合成し、合成回路１３は、受信アンテナ素子２−５，２−６の受信信号を同相及び逆相で合成する。演算回路１４は、合成回路１２から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比と、合成回路１３から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比とを演算する。判定回路１５は、演算された各合成信号比と、メモリ１６に格納された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求め、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する。【選択図】図７
2014122838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信アンテナ素子を水平方向に並置して構成した受信アンテナ素子対を水平方向に複数対配列し、電波送信物体から到来する電波に基づく前記各受信アンテナ素子対の受信信号を用いて該電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置であって、
前記各受信アンテナ素子対に対応して設けられ、それぞれ該当受信アンテナ素子対を構成する前記各受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する合成回路と、
前記各合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比をそれぞれ演算する演算回路と、
前記各合成信号比と、それらの合成信号比に対してそれぞれ予め設定された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、前記各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求めるとともに、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する判定回路と、
を備えることを特徴とする電波到来方向検知装置。
【請求項２】
水平方向に配列するｎ（ｎは３以上の整数）個の前記受信アンテナ素子を備え、前記各受信アンテナ素子対には、前記ｎ個の受信アンテナ素子の内のｉ（ｉは２以上でｎ−１以下の整数）番目の受信アンテナ素子とｉ−１番目の受信アンテナ素子の対と、前記ｉ番目の受信アンテナ素子とｉ＋１番目の受信アンテナ素子の対とが含まれることを特徴とする請求項１に記載の電波到来方向検知装置。
【請求項３】
受信アンテナ素子を水平方向に並置して構成した受信アンテナ素子対を垂直方向に複数対配列し、電波送信物体から到来する電波に基づく前記各受信アンテナ素子対の受信信号を用いて該電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置であって、
前記各受信アンテナ素子対に対応して設けられ、それぞれ該当受信アンテナ素子対を構成する前記各受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する合成回路と、
前記各合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比をそれぞれ演算する演算回路と、
前記各合成信号比と、それらの合成信号比に対してそれぞれ予め設定された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、前記各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求めるとともに、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する判定回路と、を備え、
前記各受信アンテナ素子対は、水平面内における指向方向が互いに相違されていることを特徴とする電波到来方向検知装置。
【請求項４】
第１の偏波を受信する第１偏波受信アンテナ素子と第２の偏波を受信する第２偏波受信アンテナ素子とを備える偏波共用アンテナを水平方向に配列し、前記各偏波共用アンテナに設けられた前記第１偏波受信アンテナ素子同士及び第２偏波受信アンテナ素子同士によってそれぞれ第１偏波受信アンテナ素子対及び第２偏波受信アンテナ素子対を構成し、電波送信物体から到来する電波に基づく前記第１偏波受信アンテナ素子対及び前記第２偏波受信アンテナ素子の受信信号を用いて該電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置であって、
前記第１偏波受信アンテナ素子対を構成する前記各第１偏波受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する第１の合成回路と、
前記第２偏波受信アンテナ素子対を構成する前記各第２偏波受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する第２の合成回路と、
前記第１の合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比及び前記第２の合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比をそれぞれ演算する演算回路と、
前記各合成信号比と、それらの合成信号比に対してそれぞれ予め設定された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、前記各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求めるとともに、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する判定回路と、を備え、
前記第１、第２偏波受信アンテナ素子対は、水平面内における指向方向が互いに相違されていることを特徴とする電波到来方向検知装置。
【請求項５】
前記第１の偏波及び第２の偏波は、それぞれ左旋回偏波及び右旋回偏波、あるいは、水平偏波及び垂直偏波であることを特徴とする請求項４に記載の電波到来方向検知装置。
【請求項６】
前記真の電波到来方向を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電波到来方向検知装置。
【請求項７】
前記電波送信物体がＲＦＩＤタグであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電波到来方向検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤタグ等の電波送信物体より送信される電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置に関するものである.
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグは、管理システムとの間で電波を用いて通信する機能を有し、例えば、バーコードに代わる商品識別手段として該商品に添付して使用される。
このＲＦＩＤタグは、通常、ＩＣ（集積回路）を用いて構成されるので、ＩＣタグとも称されている。このＲＦＩＤタグの内、ＵＨＦ帯を用いたパッシブ型ＲＦＩＤタグの応答範囲は〜２ｍ程度である。
【０００３】
特許文献１には、所定の間隔をおいて配設した第１、第２の素子アンテナの放射パターンをハイブリッド結合器を用いて同相合成及び逆相合成し、それらの合成によって形成される各合成放射パターンに基づいてある特定の範囲に存在するＲＦＩＤタグのみを検知する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６５２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
物流、物品管理などの分野では、倉庫等における物品の検索作業が実施されるが、その場合、必要とする物品がどのような方向に存在しているかということを検知できれば、検索作業に要する時間及び労力の削減が可能になる。しかし、上記特許文献１に記載の装置は、特定範囲の外に存在する物品の誤認識を防止できるものの、該物品に添付されたＲＦＩＤタグから送信される電波の到来方向、つまり、該物品の存在方向を検知するという機能は有していないので、上記検索作業の負担軽減には寄与しない。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、電波送信物体より送信される電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、受信アンテナ素子を水平方向に並置して構成した受信アンテナ素子対を水平方向に複数対配列し、電波送信物体から到来する電波に基づく前記各受信アンテナ素子対の受信信号を用いて該電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置を提供する。この電波到来方向検知装置は、
前記各受信アンテナ素子対に対応して設けられ、それぞれ該当受信アンテナ素子対を構成する前記各受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する合成回路と、
前記各合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比をそれぞれ演算する演算回路と、
前記各合成信号比と、それらの合成信号比に対してそれぞれ予め設定された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、前記各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求めるとともに、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する判定回路と、
を備える。
【０００８】
一実施形態として、水平方向に配列するｎ（ｎは３以上の整数）個の前記受信アンテナ素子を備えることができる。この場合、前記各受信アンテナ素子対には、前記ｎ個の受信アンテナ素子の内のｉ（ｉは２以上でｎ−１以下の整数）番目の受信アンテナ素子とｉ−１番目の受信アンテナ素子の対と、前記ｉ番目の受信アンテナ素子とｉ＋１番目の受信アンテナ素子の対とが含まれる。
【０００９】
本発明は、受信アンテナ素子を水平方向に並置して構成した受信アンテナ素子対を垂直方向に複数対配列し、電波送信物体から到来する電波に基づく前記各受信アンテナ素子対の受信信号を用いて該電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置も提供する。この電波到来方向検知装置は、
前記各受信アンテナ素子対に対応して設けられ、それぞれ該当受信アンテナ素子対を構成する前記各受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する合成回路と、
前記各合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比をそれぞれ演算する演算回路と、
前記各合成信号比と、それらの合成信号比に対してそれぞれ予め設定された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、前記各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求めるとともに、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する判定回路と、を備え、
前記各受信アンテナ素子対は、水平面内における指向方向が互いに相違される。
【００１０】
本発明は、更に、第１の偏波を受信する第１偏波受信アンテナ素子と第２の偏波を受信する第２偏波受信アンテナ素子とを備える偏波共用アンテナを水平方向に配列し、前記各偏波共用アンテナに設けられた前記第１偏波受信アンテナ素子同士及び第２偏波受信アンテナ素子同士によってそれぞれ第１偏波受信アンテナ素子対及び第２偏波受信アンテナ素子対を構成し、電波送信物体から到来する電波に基づく前記第１偏波受信アンテナ素子対及び前記第２偏波受信アンテナ素子の受信信号を用いて該電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置を提供する。この電波到来方向検知装置は、
前記第１偏波受信アンテナ素子対を構成する前記各第１偏波受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する第１の合成回路と、
前記第２偏波受信アンテナ素子対を構成する前記各第２偏波受信アンテナ素子の受信信号を同相及び逆相で合成する第２の合成回路と、
前記第１の合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比及び前記第２の合成回路から出力される同相合成信号と逆相合成信号の比をそれぞれ演算する演算回路と、
前記各合成信号比と、それらの合成信号比に対してそれぞれ予め設定された電波到来方向−合成信号比特性とに基づいて、前記各合成信号比に対応する電波到来方向の候補を求めるとともに、それらの電波到来方向の候補の中から真の電波到来方向を判定する判定回路と、を備え、
前記第１、第２偏波受信アンテナ素子対は、水平面内における指向方向が互いに相違される。
【００１１】
前記第１の偏波及び第２の偏波には、それぞれ左旋回偏波及び右旋回偏波、あるいは、水平偏波及び垂直偏波が適用される。
上記の電波到来方向検知装置は、前記真の電波到来方向を表示する表示手段を備えることができる。また、上記の電波到来方向検知装置では、前記電波送信物体として例えばＲＦＩＤタグが使用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電波送信物体より送信される電波の到来方向を比較的簡単な構成を用いて短時間に検知することができるので、電波送信物体が電波の送信時間が短いＲＦＩＤタグ等であったとしても、その電波の到来方向を検知することができる。したがって、ＲＦＩＤタグ等を使用するシステムに適用すれば、このＲＦＩＤタグ等の電波送信物体が付された物品の検索作業に要する時間及び労力の削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＲＦＩＤタグと２つの受信アンテナ素子の配置形態を例示した模式図である。
【図２】ＲＦＩＤタグからの電波が２つの受信アンテナ素子に対して同じ方向で入来する状況を説明する模式図である。
【図３】２つの受信アンテナ素子に対する電波の伝播距離の相違を利用して電波の到来方向を検知する装置の一例を示すブロック図である。
【図４】ハイブリッド方向結合器を用いた電波到来方向検知装置の基本構成を示すブロック図である。
【図５】指向性係数の変化特性の一例を示すグラフである。
【図６】同相合成受信電界、逆相合成受信電界及び合成受信電界比の変化形態を例示したグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示すブロック図である。
【図８】第１の実施形態における受信アンテナ素子の配置形態を示す模式図である。
【図９】一方の受信アンテナ素子の対に係る合成受信電界比及び他方の受信アンテナ素子の対に係る合成受信電界比の変化形態を例示したグラフである。
【図１０】３つの受信アンテナ素子の対を水平方向に配列させた状態を示す模式図である。
【図１１】３つの受信アンテナ素子の対に係る合成受信電界比の変化形態を例示したグラフである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示すブロック図である。
【図１３】第２の実施形態における受信アンテナ素子の配置形態を示す模式図である。
【図１４】３つの受信アンテナ素子の対を垂直方向に配列させた状態を示す模式図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施形態における受信アンテナ素子の配置形態を示す模式図である。
【図１７】第３の実施形態に共用受信アンテナ素子及び１８０°ハイブリッド方向結合器を追設した構成を示すブロック図である。
【図１８】図７の電波到来方向検知装置における受信アンテナ素子の配置形態を示す模式図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示すブロック図である。
【図２０】第４の実施形態における偏波受信アンテナ素子の配置形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１において、電波送信物であるＲＦＩＤタグ１は受信アンテナ素子２−１から距離ｄ１だけ離隔して配置され、また、受信アンテナ素子２−２は受信アンテナ素子２−１から距離ｄ２だけ水平方向に離隔して配置されている。ここで、上記距離ｄ１が距離ｄ２よりも十分に大きいとすると、図２に示すように、ＲＦＩＤタグ１からの電波が受信アンテナ素子２−１，２−２に同じ方向で入来すると見做すことができる。
図２において、受信アンテナ素子２−２までの電波の伝播距離は、受信アンテナ素子２−１までの電波の伝播距離よりもｄ３だけ長い。この場合、受信アンテナ素子２−２の受信電界は、受信アンテナ素子２−１のそれに比して距離差ｄ３に相当する分だけ位相が遅れることになる。
【００１５】
図３に上記位相の遅れを利用して電波の到来方向を検知する装置の一例を示す。この検知装置において、可変移相器３は、受信アンテナ素子２−２の受信電界の位相を調整するために設けられている。なお、可変移相器３の移相量は、制御用機器４からの制御信号によって制御される。
処理部５は、受信アンテナ素子２−１の受信電界と、可変移相器３によって位相が調整された受信アンテナ素子２−２の受信電界とを合成する。そして、可変移相器３の移相量変化に対応する上記合成電界の変化を記録し、その記録した変化特性を用いて合成電力が最大になる可変移相器３の移相量を求める。この移相量は、受信アンテナ素子２−２の受信電界の位相を上記距離差ｄ３に相当する分だけ進める移相量である。そこで、処理部５は、この移相量に対応する上記距離差ｄ３から電波到来方向を推定する。
【００１６】
ところで、ＲＦＩＤタグ１は、返信要求の受信後に数ミリ秒間だけ返信信号を送信することが可能である。しかし、上記のような電波到来方向推定処理は比較的時間を要するので、上記送信可能期間にこの処理を完了することが困難になる場合がある。
図４は、処理時間の短縮化を図ることが可能な電波到来方向検知装置の構成例を示す。この電波到来方向検知装置は、２つの受信アンテナ素子２−１，２−２の受信信号を同相合成及び逆相合成する１８０°ハイブリッド方向結合器８を備えている。
【００１７】
ここで、上記受信アンテナ素子２−１，２−２に作用する受信電界Ｅｔａ，Ｅｔｂは以下のように表される。
Ｅｔａ＝Ｔ（θａ１）・Ａ（θａ２）／Ｄ（ｄ）          （１）
Ｅｔｂ＝Ｔ（θｂ１）・Ｂ（θｂ２）／Ｄ（ｄ）          （２）
ただし、
Ｔ（θａ１）  タグ１の受信アンテナ素子２−１方向の指向性係数
θａ１    タグ１から見た受信アンテナ素子２−１の方向
Ｔ（θｂ１）  タグ１の受信アンテナ素子２−２方向の指向性係数
θｂ１    タグ１から見た受信アンテナ素子２−２の方向
Ａ（θａ２）  受信アンテナ素子２−１のタグ１方向の指向性係数
θａ２    受信アンテナ素子２−１の正対方向を基準としたタグ１の
方向
Ｂ（θｂ２）  受信アンテナ素子２−２のタグ１方向の指向性係数
θｂ２    受信アンテナ素子２−２の正対方向を基準としたタグ１の
方向
Ｄ（ｄ）  タグ１と受信アンテナ素子２−１，２−２との間の距離に
よる減衰量
【００１８】
ここで、受信アンテナ素子２−１，２−２間の距離よりもタグ１と受信アンテナ素子２−１，２−２間の距離が十分大きいとすると、図２に示すように、受信アンテナ素子２−１，２−２には同じ方向からの電波が入来すると見做すことができるので、θａ１＝θｂ１となる。そこで、θａ１＝θｂ１＝θとすると、以下の関係が成立する。
Ｔ（θａ１）＝Ｔ（θｂ１）＝Ｔ（θ）        （３）
その結果、２つの受信アンテナ素子２−１，２−２の受信信号を同相合成した同相合成信号及び逆相合成した逆相合成信号は、該アンテナ素子２−１，２−２の受信電界Ｅｔａ，Ｅｔｂを用いてそれぞれ下式（４）及び（５）のように表される。
Ｅｔａ＋Ｅｔｂ＝Ｔ（θ）／Ｄ（ｄ）｛Ａ（θａ２）＋Ｂ（θｂ２）｝    （４）
Ｅｔａ−Ｅｔｂ＝Ｔ（θ）／Ｄ（ｄ）｛Ａ（θａ２）−Ｂ（θｂ２）｝    （５）
これより、同相合成信号と逆相合成信号の比（以下、合成信号比という）は、下式（６）のようになる。
｛Ｅｔａ−Ｅｔｂ｝／｛Ｅｔａ＋Ｅｔｂ｝
＝｛Ａ（θａ２）−Ｂ（θｂ２）｝／｛Ａ（θａ２）＋Ｂ（θｂ２) ｝    （６）
【００１９】
この式（６）から明らかなように、合成信号比は、受信アンテナ素子２−１，２−２の指向性係数Ａ（θａ２），Ｂ（θｂ２）のみを用いて表される。
すなわち、式（４）、（５）に含まれる電波減衰項Ｄ（ｄ）は、式（６）において相殺される。したがって、合成信号比は、タグ１と受信アンテナ素子２−１，２−２との間の距離に依存せず、指向性係数Ａ（θａ２），Ｂ（θｂ２）のみに依存することになる。この指向性係数Ａ（θａ２），Ｂ（θｂ２）は、電波到来方向によって変化する。図５には、この指向性係数Ａ（θａ２），Ｂ（θｂ２）のいずれか一方の変化特性が例示されている。
【００２０】
例えば、上記同相合成信号Ｅｔａ＋Ｅｔｂ及び逆相合成信号Ｅｔａ−Ｅｔｂが到来電波方向に応じて図６の一点鎖線及び点線で示す形態でそれぞれ変化する場合、上記合成信号比は同図に実線で示す形態で変化することになる。
このような電波到来方向と合成信号比の関係は、実測あるいはシミュレーションによって得ることができる。図４に示す処理部９では、この電波到来方向と合成信号比の関係を内蔵メモリにテーブルとして予め記憶させている。
【００２１】
図４において、１８０°ハイブリッド方向結合器８は、受信アンテナ素子２−１，２−２の受信信号を同相合成して前記式（４）に示す同相合成信号Ｅｔａ＋Ｅｔｂを出力し、また、上記受信アンテナ素子２−１，２−２の受信信号を逆相合成して前記式（５）に示す逆相合成信号Ｅｔａ−Ｅｔｂを出力する。
そこで、処理部９は、この同相合成信号Ｅｔａ＋Ｅｔｂ及び逆相合成信号Ｅｔａ−Ｅｔｂを用いて前記式（６）に示す合成信号比を算出す。そして、この算出した合成信号比に対応する到来電波方向を上記メモリのテーブルの内容を参照して求め、それをＲＦＩＤタグ１から到来する電波の方向として決定する。この到来電波方向は、表示端末１０において表示される。
【００２２】
図４に示した電波到来方向検知装置は、構成が簡素化されかつ処理が迅速化される点において有用であるが、反面、次のような欠点がある。
すなわち、図６に実線で例示したように、合成信号比は０°を中心として対称に変化する。従って、このような合成信号比の変化特性に基づいてタグ１からの電波の到来方向を推定する図４の装置では、例えばその到来方向が＋５°なのか−５°なのかを識別できないことになる。
【００２３】
図７に上記の問題を解決すべく構成した本発明の第１の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示す。この電波到来方向検知装置では、図８に示すように、受信アンテナ素子２−３，２−４の対と受信アンテナ素子２−５，２−６の対が同一の水平面内に位置するように所定の間隔をおいて設置されている。
受信アンテナ素子２−３，２−４は１８０°ハイブリッド方向結合器１２の入力端子に接続され、受信アンテナ素子２−５，２−６は１８０°ハイブリッド方向結合器１３の入力端子に接続されている。したがって、１８０°ハイブリッド方向結合器１２の出力端子からは、受信アンテナ素子２−３，２−４の各受信信号を同相合成した同相合成信号と、該各受信信号を逆相合成した逆相合成信号とが出力され、また、１８０°ハイブリッド方向結合器１３からは、受信アンテナ素子２−５，２−６の各受信信号を同相合成した同相合成信号と、該各受信信号を逆相合成した逆相合成信号とが出力される。
【００２４】
演算回路１４は、上記受信アンテナ素子２−３，２−４に係る同相合成信号と逆相合成信号の比である信号合成比を演算するとともに、上記受信アンテナ素子２−５，２−６に係る同相合成信号と逆相合成信号の比である合成信号比を演算する。
受信アンテナ素子２−３，２−４に係る合成信号比及び受信アンテナ素子２−５，２−６に係る合成信号比は、電波到来方向に応じてそれぞれ例えば図９の曲線Ｃ１及びＣ２に示すように変化する。実測あるいはシミュレーションによって得られるこの電波到来方向−合成信号比特性の関係は、メモリ１６にテーブルとして予め記憶される。
【００２５】
判定回路１５は、上記演算回路１４から与えられる受信アンテナ素子２−３，２−４に係る合成信号比と、メモリ１６に記憶された上記曲線Ｃ１の関係とに基づいて受信アンテナ素子２−３，２−４に対する到来電波方向の候補を求め、同様に、演算回路１４から与えられる受信アンテナ素子２−５，２−６に係る合成信号比とメモリ１６に記憶された上記曲線Ｃ２の関係とに基づいて受信アンテナ素子２−５，２−６に対する到来電波方向の候補を求める。
すなわち、受信アンテナ素子２−３，２−４に係る合成信号比が例えば０ｄＢであるとすると、図９の曲線Ｃ１上のＰ１点及びＰ１’点に対応する２つの到来電波方向を受信アンテナ素子２−３，２−４に係る到来電波方向の候補として求める。また、受信アンテナ素子２−５，２−６に係る合成信号比が例えば−１０ｄＢであるとすると、図９の曲線Ｃ２上のＰ２点及びＰ２’点に対応する２つの到来電波方向を受信アンテナ素子２−５，２−６に係る到来電波方向の候補として求める。
【００２６】
上記Ｐ１点及びＰ１’点に対応する上記候補としての到来電波方向をそれぞれθＰ１及びθＰ１’とし、上記Ｐ２点及びＰ２’点に対応する上記候補としての到来電波方向をそれぞれθＰ２及びθＰ２’とすると、判定回路１５は、角度差|θＰ１−θＰ２|、|θＰ１−θＰ２’|、|θＰ１’−θＰ２|及び|θＰ１’−θＰ２’|を演算する。そして、最小角度差をもたらす|θＰ１’−θＰ２’|に基づいてθＰ１’とθＰ２’が最も近似していると判断し、それらの方向の中間（平均）の方向が最終的な到来電波方向であると判定する。なお、このようにして決定された到来電波方向は、表示端末１７において例えば矢印等のマークで表示される。
受信アンテナ素子２−３，２−４の対と受信アンテナ素子２−５，２−６の対を用いるこの第１実施形態に係る電波到来方向検知装置によれば、到来電波方向が不確定になる場合があるという図４の装置の問題を生じない。
【００２７】
上記実施形態では、水平方向に配列する２つの受信アンテナ素子の対を用いているが、同方向に配列する３つ以上の受信アンテナ素子の対を用いることも可能である。
すなわち、例えば、図１０に示す受信アンテナ素子２−３，２−４の対、受信アンテナ素子２−７，２−８の対及び受信アンテナ素子２−５，２−６の対からなる３つのアンテナ素子対を用いることも可能である。この場合、追加した受信アンテナ素子２−７，２−８の対に対応する１８０°ハイブリッド方向結合器も追設される。そして、各受信アンテナ素子の対に対応する１８０°ハイブリッド方向結合器によってそれらの受信アンテナ素子の対についての同相合成信号と逆相合成信号がそれぞれ求められ、それらの同相合成信号と逆相合成信号から該各受信アンテナ素子の対に係る信号合成比が演算される。
受信アンテナ素子２−３，２−４の対、受信アンテナ素子２−７，２−８の対及び受信アンテナ素子２−５，２−６の対に係る合成信号比は、それぞれ電波到来方向に応じて例えば図１１の曲線Ｃ１’，Ｃ０及びＣ２’に示すように変化する。そこで、上記実施形態の場合における到来電波方向の決定手法に準じた手法によって到来電波方向を検知する。すなわち、各受信アンテナ素子の対に係る合成信号比と、予めメモリに記憶させた図１１の電波到来方向−合成信号比特性の関係とに基づいて到来電波方向を検知する。
【００２８】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示す。
この第２の実施形態は、図１３に示すように、受信アンテナ素子２−３，２−４の対と受信アンテナ素子２−５，２−６の対が垂直方向に隣接配置されている点と、受信アンテナ素子２−３と１８０°ハイブリッド方向結合器１２との間に移相回路１８が接続され、受信アンテナ素子２−６と１８０°ハイブリッド方向結合器１３との間に移相回路１９が接続されている点において図７に示す第１の実施形態と相違する。
【００２９】
移相回路１８は、受信アンテナ素子２−３と１８０°ハイブリッド方向結合器１２との間に配したケーブルの長さを増して−α°の遅相を実現するように構成されており、この遅相作用によって受信アンテナ素子２−３，２−４の水平面内合成指向性を矢印方向にβ°変化させる。同様に、移相回路１９は、受信アンテナ素子２−６と１８０°ハイブリッド方向結合器１３との間に配したケーブルの長さを増して−α°の遅相を実現するように構成されており、その遅相作用によって受信アンテナ素子２−３，２−４の水平面内合成指向性を矢印方向にβ°変化させる。
この結果、この第２の実施形態によれば、受信アンテナ素子２−３，２−４の対と受信アンテナ素子２−５，２−６の対とが垂直方向に隣接配置されているにもかかわらず、図９に示した関係に準じた電波到来方向と合成信号比の関係が成立することになる。そこで、演算回路１４及び判定回路１６は、前記第１の実施形態の場合と同様にこの関係に基づいて電波到来方向を決定する。
【００３０】
上記第２の実施形態では、垂直方向に配列する２つの受信アンテナ素子の対を用いているが、同方向に配列する３つ以上の受信アンテナ素子の対を用いることも可能である。
すなわち、例えば、図１４に示す受信アンテナ素子２−３，２−４の対、受信アンテナ素子２−７，２−８の対及び受信アンテナ素子２−５，２−６の対からなる３つのアンテナ素子対を用いることも可能である。この場合、追加した受信アンテナ素子２−７，２−８の対に対応する１８０°ハイブリッド方向結合器が追設されるものの、このハイブリッド方向結合器と受信アンテナ素子２−７，２−８間には移相回路が設けられない。
この構成においても、各受信アンテナ素子の対に対応する１８０°ハイブリッド方向結合器によってそれらの受信アンテナ素子の対についての同相合成信号と逆相合成信号がそれぞれ求められ、それらの同相合成信号と逆相合成信号から該各受信アンテナ素子の対に係る信号合成比が演算される。
【００３１】
各受信アンテナ素子の対に係る合成信号比は、それぞれ電波到来方向に応じて例えば前述した図１１の曲線Ｃ１’，Ｃ０及びＣ２’に示すように変化する。そこで、前記第１の実施形態の場合における到来電波方向の決定手法に準じた手法によって到来電波方向を検知する。すなわち、各受信アンテナ素子の対に係る合成信号比と、予めメモリに記憶させた上記曲線Ｃ１’，Ｃ０及びＣ２’の関係とに基づいて到来電波方向を検知する。
【００３２】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示したものである。
この第３の実施形態は、図１６に示すように水平方向に所定の間隔をおいて設置した３つの受信アンテナ素子２−９〜２−１０を備えている点と、受信アンテナ素子２−９と１８０°ハイブリッド方向結合器１２の一方の入力端子との間に位相調整回路２０及び３ｄＢ固定減衰器２１を直列接続した点と、受信アンテナ素子２−１１と１８０°ハイブリッド方向結合器１３の一方の入力端子との間に位相調整回路２２及び３ｄＢ固定減衰器２３を直列接続した点と、受信アンテナ素子２−１０が２分配器２４を介してハイブリッド方向結合器１２，１３の他方の入力端子に接続されている点と、において図７に示した前記第１の実施形態と相違している。
【００３３】
位相調整回路２０は、受信アンテナ素子２−９から１８０°ハイブリッド方向結合器１２に至る線路の電気長を受信アンテナ素子２−１０から１８０°ハイブリッド方向結合器１２に至る線路の電気長に一致させるために設けたものである。また、固定減衰器２１は、上記各線路の信号レベルを一致させるために設けられている。位相調整回路２２及び３ｄＢ固定減衰器２３も同様の目的で設けられている。
【００３４】
この第３の実施形態においては、受信アンテナ素子２−９，２−１０が一方の受信アンテナ対を構成し、受信アンテナ素子２−１０，２−１１が他方の受信アンテナ対を構成する。すなわち、受信アンテナ素子２−１０が受信アンテナ素子２−９と受信アンテナ素子２−１１とによって共用される。換言すれば、受信アンテナ素子２−１０が図７に示す２つの受信アンテナ素子２−４，２−５の役目をする。
この結果、この実施形態においても、図９に示した関係に準じた電波到来方向と合成信号比の関係が成立することになる。そこで、演算回路１４及び判定回路１６は、前記第１の実施形態の場合と同様にこの関係に基づいて電波到来方向を決定する。この実施形態によれば、受信アンテナ素子の使用個数が前記第１の実施形態におけるそれよりも少なくてすむ。
【００３５】
上記第３の実施形態では、水平方向に配列する３つの受信アンテナ素子２−９，２−１１，２−１０を用いているが、同方向に配列する３つ以上の受信アンテナ素子を用いることも可能である。
すなわち、例えば、図１7及び図１８に示す４つの受信アンテナ素子２−９，２−１０Ａ，２−１０Ｂ，２−１１を用いることも可能である。この場合、受信アンテナ素子２−１０Ａ，２−１０Ｂのそれぞれに対して２分配器２４Ａ，２４Ｂが設けられ、また、１８０°ハイブリッド方向結合器１９が追加配設される。
受信アンテナ素子２−１０Ａは、２分配器２４Ａを介してハイブリッド方向結合器１２の他方の入力端子とハイブリッド方向結合器２９の一方の入力端子に接続され、受信アンテナ素子２−１０Ｂは、２分配器２４Ｂを介してハイブリッド方向結合器２９の他方の入力端子とハイブリッド方向結合器１３の他方の入力端子に接続される。なお、ハイブリッド方向結合器２９の同相出力端子及び逆相出力端子は演算回路１４に接続される。
【００３６】
この例においては、受信アンテナ素子２−９，２−１０Ａが第１の受信アンテナ対を、受信アンテナ素子２−１０Ａ，２−１０Ｂが第２の受信アンテナ対を、また、受信アンテナ素子２−１０Ｂ，２−１１が第３の受信アンテナ対をそれぞれ構成する。それ故、受信アンテナ素子２−１０Ａが受信アンテナ素子２−９と受信アンテナ素子２−１０Ｂとによって共用され、受信アンテナ素子２−１０Ｂが受信アンテナ素子２−１０Ａと受信アンテナ素子２−１１とによって共用されることになる。
【００３７】
この構成においても、上記第１、第２及び第３の受信アンテナ素子の対にそれぞれ対応する１８０°ハイブリッド方向結合器１２，２９ 及び１３によってそれらの受信アンテナ素子対についての同相合成信号と逆相合成信号がそれぞれ求められ、それらの同相合成信号と逆相合成信号から該各受信アンテナ素子対に係る信号合成比が演算回路１４で演算される。
上記第１、第２及び第３の受信アンテナ素子対に係る合成信号比は、それぞれ電波到来方向に応じて例えば前述した図１１の曲線Ｃ１’，Ｃ０及びＣ２’に示すように変化する。そこで、前記第１の実施形態の場合における到来電波方向の決定手法に準じた手法によって到来電波方向を検知する。すなわち、上記第１、第２及び第３の受信アンテナ素子の対に係る合成信号比と、予めメモリに記憶させた上記曲線Ｃ１’，Ｃ０及びＣ２’の関係とに基づいて到来電波方向を検知する。
【００３８】
結局、図１５及び図１７に示す実施形態は、水平方向に配列するｎ（ｎは３以上の整数）個の前記受信アンテナ素子を備えている。そして、各受信アンテナ素子対には、このｎ個の受信アンテナ素子の内のｉ（ｉは２以上でｎ−１以下の整数）番目の受信アンテナ素子とｉ−１番目の受信アンテナ素子の対と、ｉ番目の受信アンテナ素子とｉ＋１番目の受信アンテナ素子の対とが含まれることになる。
すなわち、ｎが３である図１５の例ではｉ＝２である。この場合、ｉ−１番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−９、ｉ番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１０、ｉ＋１番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１１である。したがって、受信アンテナ素子対として、受信アンテナ素子２−９，２−１０の対と、受信アンテナ素子２−１０，２−１１の対とが含まれることになる。
【００３９】
また、ｎが４である図１７の例では、ｉ＝２，３である。ｉ＝２では、ｉ−１番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−９、ｉ番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１０Ａ、ｉ＋１番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１０Ｂである。また、ｉ＝３では、ｉ−１番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１０Ａ、ｉ番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１０Ｂ、ｉ＋１番目の受信アンテナ素子が受信アンテナ素子２−１１である。したがって、受信アンテナ素子対として、受信アンテナ素子２−９，２−１０Ａの対と、受信アンテナ素子２−１０Ａ，２−１０Ｂの対と、受信アンテナ素子２−１０Ｂ，２−１１の対とが含まれることになる。
【００４０】
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る電波到来方向検知装置を示す。この電波到来方向検知装置では、２つの偏波共用受信アンテナ２５，２６を用いている。偏波共用受信アンテナ２５は、左旋回偏波を受信するアンテナ素子２５ａ及び右旋回偏波を受信するアンテナ素子２５ｂを備え、同様に、偏波共用受信アンテナ２６は、左旋回偏波を受信するアンテナ素子２６ａ及び右旋回偏波を受信するアンテナ素子２６ｂを備えている。この偏波共用受信アンテナ２５，２６は、図２０に示すように水平方向に所定の間隔をおいて設置されている。
【００４１】
受信アンテナ２５は、左旋回偏波アンテナ素子２５ａが移相回路２７を介して１８０°ハイブリッド方向結合器１２の一方の入力端子に接続され、右旋回偏波アンテナ素子２５ｂが１８０°ハイブリッド方向結合器１３の一方の入力端子に直接接続されている。一方、受信アンテナ２６は、左旋回偏波アンテナ素子２６ａが１８０°ハイブリッド方向結合器１２の他方の入力端子に直接接続され、右旋回偏波アンテナ素子２６ｂが移相回路２８を介して１８０°ハイブリッド方向結合器１３の他方の入力端子に接続されている。
従って、１８０°ハイブリッド方向結合器１２には、受信アンテナ素子２５ａ，２６ａから左旋回偏波信号が入力され、また、１８０°ハイブリッド方向結合器１３には、受信アンテナ素子２５ｂ，２６ｂから右旋回偏波信号が入力される。
【００４２】
移相回路２７は、アンテナ素子２５ａと１８０°ハイブリッド方向結合器１２との間に配したケーブルの長さを増して−α°の遅相を実現するように構成されており、この遅相作用によって、左旋回偏波アンテナ素子２５ａ，２６ａの水平面内合成指向性が矢印方向にβ°変化される。また、移相回路２８は、アンテナ素子２６ｂと１８０°ハイブリッド方向結合器１２との間に配したケーブルの長さを増して−α°の遅相を実現するように構成されており、この遅相作用によって、右旋回偏波アンテナ素子２５ｂ，２６ｂの水平面内合成指向性が矢印方向にβ°変化される。
従って、この第４の実施形態においても、図９に示した関係に準じた電波到来方向と合成信号比の関係が成立することになる。そこで、演算回路１４及び判定回路１６は、前記第１の実施形態の場合と同様にこの関係に基づいて電波到来方向を決定する。
【００４３】
以上に説明した各実施形態に係る電波到来方向検知装置によれば、ＲＦＩＤタグから短時間送出されるバックスキャター信号波の到来方向を、比較的簡単な回路を用いて速やかに検知することができる。したがって、リーダ・ライタを含むＲＦＩＤシステムに組み込むことによって、このＲＦＩＤシステムにＲＦＩＤタグの存在方向を検知して表示する機能を付加することができる。
【００４４】
本発明は、上記実施の態様に限定されず、下記に例示するような種々の変型態様を含み得るものである。
［ａ］ＲＦＩＤタグではない電波送信物体から電波到来方向の検知にも適用可能である。
［ｂ］受信アンテナ素子の指向方向に視野を向けたカメラを設け、このカメラで撮影される画像に電波到来方向を示す矢印等のマークの画像を重ねた合成画像を表示端末に表示することも可能である。かくすれば、ＲＦＩＤタグ等の電波送信物体が付された物品の検索や発見が大幅に簡単になる。
［ｃ］本発明の電波到来方向検知装置は、カメラ付き携帯端末に組み込むことも可能である。この場合、受信アンテナの指向方向にカメラの視野方向を設定して、この携帯端末の画面上にカメラの画像と電波到来方向を示すマークの画像を重ねて表示すれば利便性が向上する。
［ｄ］表示端末は、画像を表示するものに限定されず、例えば、電波送信物体の方向にレーザ光を投射するレーザーボィンタ等を表示端末として適用することができる。
［ｅ］図１２に示す実施形態では、移相回路１８，１９を用いてアンテナ素子２−３，２−４の水平面内合成指向性とアンテナ素子２−５，２−６の水平面内合成指向性とを相違させているが、このアンテナ素子２−３，２−４とアンテナ素子２−５，２−６の水平面内における向きを互いに相違させて、アンテナ素子２−３，２−４の水平面内合成指向性とアンテナ素子２−５，２−６の水平面内合成指向性とを相違させても良い。
［ｆ］図１９に示す実施形態では、偏波共用受信アンテナ２５，２６に左旋回偏波と右旋回偏波を共用する構成をそれぞれ持たせているが、他の偏波を共用する構成、例えば、水平偏波と垂直偏波を共用する構成あるいは＋４５°偏波と−４５°偏波を共用する構成をそれぞれに持たせることも可能である。要するに共用する偏波の形式は固定されない。
また、図１９に示す実施形態では、２つの偏波共用受信アンテナ２５，２６と２つの１８０°ハイブリッド方向結合器１２，１３を用いているが、２つよりも多い偏波共用受信アンテナ及び１８０°ハイブリッド方向結合器を用いて構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ＲＦＩＤタグ
２−１〜２−１１  受信アンテナ素子
１２，１３、２９  １８０°ハイブリッド方向結合器
１４  演算回路
１５  判定回路
１６  メモリ
１７  表示端末
１８，１９，２７，２８  移相回路
２０，２２  位相調整回路
２１，２３  固定減衰器
２４  ２分配器
２５，２６  偏波共用受信アンテナ
２５ａ，２６ａ  左旋回偏波アンテナ素子
２５ｂ，２６ｂ  右旋回偏波アンテナ素子
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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