(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号をアンテナ側へ通すとともに、前記アンテナで受信された受信信号を受信側へ通す第１のカプラと、
前記第１のカプラより送信側に当該第１のカプラと従属接続され、前記送信信号の一部の信号を抽出する第２のカプラと、
前記第２のカプラで抽出された前記送信信号の一部の信号と前記第１のカプラを通して受信側へ回り込む送信信号の回り込み信号とを結合する結合器と、
前記第２のカプラで抽出された前記送信信号の一部の信号の信号レベルを前記回り込み信号の信号レベルまで減衰させる減衰器と、
前記減衰器を通して前記第２のカプラの前記送信信号の一部の信号を出力する出力端と前記結合器の一方の入力端とを電気的に接続し、前記結合器に入る直前の前記送信信号の一部の信号が前記第２のカプラを通過した後の前記送信信号の信号波形と位相差が生じない線長の第１の線路と、
前記第１のカプラの前記受信信号を出力する出力端と前記結合器の他方の入力端とを電気的に接続し、前記回り込み信号の位相が前記第２のカプラで抽出された前記送信信号の一部の信号の位相に対して１８０度反転する線長の第２の線路と、
を備えた回り込みキャンセラ回路。
【請求項２】
前記第１，第２のカプラのそれぞれは、方向性結合器である請求項１に記載の回り込みキャンセラ回路。
【請求項３】
前記減衰器は、減衰量の調整が可能である請求項１又は請求項２に記載の回り込みキャンセラ回路。
【請求項４】
前記減衰器の減衰量を調整する減衰量調整部を備えた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回り込みキャンセラ回路。
【請求項５】
前記第１，第２の線路のそれぞれは、回路基板の配線パターンとして形成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回り込みキャンセラ回路。
【請求項６】
アンテナと、
送信部と、
受信部と、
前記送信部から出力される送信信号をアンテナ側へ通すとともに、前記アンテナで受信された受信信号を前記受信部側へ通す第１のカプラと、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回り込みキャンセラ回路と、
を備えた無線通信装置。
【請求項７】
アンテナ共用器として用いられる第１のカプラと、
前記第１のカプラより送信部側に当該第１のカプラと従属接続する第２のカプラと、
を設け、
前記第２のカプラで送信信号の一部の信号を抽出し、
抽出した前記送信信号の一部の信号の信号レベルを前記第１のカプラで抽出される受信信号の信号レベルまで減衰させ、
前記第１のカプラを通過する受信信号を受信部側へ伝送するための導線の線長を調整して、前記第１のカプラを通過して前記受信部側へ回り込む回り込み信号の位相が前記送信信号の一部の信号の位相と１８０度異なるようにし、
前記送信信号の一部の信号と、該信号と逆位相の前記回り込み信号とを結合する、
回り込みキャンセル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信信号の受信回路への回り込みを低減する回り込みキャンセラ回路及び該回り込みキャンセラ回路を用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信信号の送信と受信信号の受信を１つのアンテナで同時に行っている無線回路では、カプラもしくはサーキュレータを用いて、アンテナへ向かう送信信号とアンテナから戻ってくる受信信号とを分離している。しかしながら、カプラは、送信信号の受信回路への回り込みが大きく、本来欲しいアンテナからの受信信号が埋もれてしまうという課題がある。一方、サーキュレータは、カプラと比較して回り込みを低減できるが、カプラと比較して部品単価が高いという課題がある。
【０００３】
ここで、一般的なＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)リーダライタ装置として用いられている無線通信装置における送受信信号の流れについて説明する。図３は、当該装置の概略構成と送受信信号の流れを示す図である。同図に示す無線通信装置１００は、送受信機能を有するＬＳＩ(Large Scale Integration)１０１と、方向性結合器であるカプラ１０２と、送受信共用のアンテナ１０３と、を備えている。ＬＳＩ１０１の送信端子Ｔｘから送信信号Ｓ１（図示せぬＲＦタグへ送信される信号）が出力され、カプラ１０２を通ってアンテナ１０３より送信される。同時にＲＦＩＤタグ（図示略）からの応答がアンテナ１０３で受信されて、受信信号Ｓ２としてカプラ１０２を通り、ＬＳＩ１０１の受信端子Ｒｘより入力される。また、送信信号Ｓ１の送信とともに本来必要としない送信信号Ｓ１からの回り込み信号Ｓ３がカプラ１０２の特性上僅かに発生し、この回り込み信号Ｓ３もＬＳＩ１０１の受信端子Ｒｘより入力される。
【０００４】
一般に、ＲＦＩＤリーダライタ装置とＲＦＩＤタグで構成されるＲＦＩＤシステムにおいては、ＲＦＩＤタグからの応答信号が微弱な信号であることから、回り込み信号Ｓ３があまりにも大きいと、本来必要とする受信信号Ｓ２が得られても受信に影響を及ぼすことになる。このようなことから、ＲＦＩＤリーダライタ装置のような送信と受信を同時に行う無線通信装置には、送信信号の受信回路への回り込みをキャンセルする手段が必要となる。
【０００５】
送信信号の受信回路への回り込みをキャンセルする手段を備えた装置の一例として、例えば特許文献１〜３に記載されたものがある。特許文献１に記載された無線通信装置は、ベースバンド送信を変調して送信する送信部と、前記送信部と同期と取りながら信号を受信する受信部と、サーキュレータを介して前記送信部及び前記受信部に接続され、送受信に兼用されるアンテナと、前記送信部及び前記受信部による送受信を制御する制御部と、前記送信部と前記サーキュレータとの間に設けられ、前記送信部から送信される信号の位相を変化させる位相器と、を備え、前記制御部が、前記送信部から前記受信部へ回り込む信号の電圧レベルを、前記受信部の構成要素を利用して検出する回り込み信号レベル検出手段と、前記回り込み信号の電圧レベルに応じて、前記送信部から送信される信号の位相を自動的に調整する位相自動調整手段と、を備える。
【０００６】
特許文献２に記載の無線通信装置は、無線タグに第１のアンテナから読取要求するための送信信号を送信すると共に、該無線タグから送信される応答信号を第２のアンテナで受信し、受信信号を直交復調部で復調して前記無線タグの応答情報を解読する無線通信装置であって、読取要求するための信号を変調した後の信号を増幅する増幅部と、前記増幅部と前記第１のアンテナの間に設けられ前記増幅部の出力信号と比例したレベルの信号を取り出すための分波部と、前記直交復調部で復調した後の位相差９０°の２信号を負帰還し、前記分波部で取り出した信号の信号レベルをこの２信号で調整する可変アッテネータ部と、を備え、前記受信信号を前記可変アッテネータ部からの出力と結合器で混合し、前記受信信号に混入した干渉信号を前記可変アッテネータ部からの出力で低減する。
【０００７】
特許文献３に記載のＲＦＩＤリーダライタ装置は、送信時に、ＲＦＩＤに向けてアンテナから所定の送信信号を送信し、受信時に、電力供給用の無変調搬送波をアンテナを介して前記ＲＦＩＤへ供給し、該ＲＦＩＤから前記送信信号に応じて返信される返信信号をアンテナを介して受信機により受信することで該ＲＦＩＤとの間で通信を行うＲＦＩＤリーダライタ装置であって、受信時に送信する電力供給用の無変調搬送波の前記受信機への回り込みを、回り込み信号と等振幅で逆位相のキャンセル信号を加えることでキャンセルするキャリアキャンセラと、前記キャンセル信号の振幅を補正する振幅補正手段と、前記キャンセル信号の位相を補正する位相補正手段と、振幅補正値と位相補正値とを前記無変調搬送波の位相状態毎に保持し、前記振幅補正手段と前記位相補正手段とにそれぞれ出力する補正値保持手段と、前記電力供給用の無変調搬送波の位相状態を予測する位相予測手段と、を備え、前記補正値保持手段が、前記位相予測手段により予測された位相状態に基づき、当該位相状態により生ずる振幅補正値と位相補正値とを、前記振幅補正手段と前記位相補正手段とにそれぞれ出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−０８７１３７号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１１８０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２４３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１，２に記載された無線通信装置及び特許文献３に記載されたＲＦＩＤリーダライタ装置では、回り込み信号を低減させるために、多くの部品を設ける必要があり、このため、回路構成が複雑になるとともに、製造コストが上昇するという課題がある。また、これらの装置では、アンテナ共用器として比較的単価の高いサーキュレータを用いており、これも製造コストを上昇させる一因となっている。
【００１０】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、簡単且つ安価な回路構成で送信信号の受信回路への回り込みを低減できる回り込みキャンセラ回路及び該回り込みキャンセラ回路を備えた無線通信装置、回り込みキャンセル方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回り込みキャンセラ回路は、送信信号をアンテナ側へ通すとともに、前記アンテナで受信された受信信号を受信側へ通す第１のカプラと、前記第１のカプラより送信側に当該第１のカプラと従属接続され、前記送信信号の一部の信号を抽出する第２のカプラと、前記第２のカプラで抽出された前記送信信号の一部の信号と前記第１のカプラを通して受信側へ回り込む送信信号の回り込み信号とを結合する結合器と、前記第２のカプラで抽出された前記送信信号の一部の信号の信号レベルを前記回り込み信号の信号レベルまで減衰させる減衰器と、前記減衰器を通して前記第２のカプラの前記送信信号の一部の信号を出力する出力端と前記結合器の一方の入力端とを電気的に接続し、前記結合器に入る直前の前記送信信号の一部の信号が前記第２のカプラを通過した後の前記送信信号の信号波形と位相差が生じない線長の第１の線路と、前記第１のカプラの前記受信信号を出力する出力端と前記結合器の他方の入力端とを電気的に接続し、前記回り込み信号の位相が前記第２のカプラで抽出された前記送信信号の一部の信号の位相に対して１８０度反転する線長の第２の線路と、を備えた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、簡単且つ安価な回路構成で送信信号の受信回路への回り込みを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の無線通信装置の各部における信号波形を示す図である。
【図３】一般的なＲＦＩＤリーダライタ装置として用いられている無線通信装置の概略構成と送受信信号の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の概略構成と送受信信号の流れを示す図である。同図において、本実施の形態に係る無線通信装置１は、ＲＦＩＤリーダライタ装置とＲＦＩＤタグで構成されるＲＦＩＤシステムのＲＦＩＤリーダライタ装置として用いられるものであり、信号の送受信と減衰量の調整を行う機能を持ったＬＳＩ（(Large Scale Integration)２と、方向性結合器である第１，第２のカプラ３，４と、送受信共用のアンテナ５と、信号の振幅を減衰させる減衰器６と、入力される２つの信号を結合する結合器７と、を備える。
【００１５】
ＬＳＩ２は、送信部２１、受信部２２及び減衰量調整部２３を有し、送信部２１は送信信号Ｓ１を出力し、受信部２２は、アンテナ５で受信された受信信号Ｓ２を復調する。減衰量調整部２３は、減衰器６を制御して減衰器６の減衰量を調整する。第１，第２のカプラ３，４は、ＬＳＩ２の送信部側に従属接続される。第２のカプラ４は、１番端子がＬＳＩ２の送信部２１の出力端Ｔｘと接続され、２番端子が第１のカプラ３の１番端子と接続される。また、３番端子が接地され、４番端子が減衰器６の入力端（図示略）と接続される。第１のカプラ３は、アンテナ共用器として用いられるものであり、２番端子がアンテナ５と接続され、３番端子が結合器７の２つの入力端の一方と接続される。また、４番端子が接地される。第１，第２のカプラ３，４のそれぞれの１番端子に信号を入力することで当該信号が２番端子から出力される。
【００１６】
第１，第２のカプラ３，４は同一の機能を持つものであるが、本実施の形態に係る無線通信装置１における接続関係では、信号の流れは次のようになる。すなわち、第２のカプラ４では、１番端子に入力した信号の一部が４番端子から出力される。第１のカプラ３では、２番端子に入力した信号が３番端子から出力される。また、第１のカプラ３では、理論上１番端子に入力した信号が３番端子から出力されることはないものの、実際はカプラの持つアイソレーション量に応じた信号が出力される。このアイソレーション量に応じた信号が回り込み信号Ｓ３となる。
【００１７】
このように、第１，第２のカプラ３，４によって、ＬＳＩ２の送信部２１から出力された送信信号Ｓ１がアンテナ５に至り、また第２のカプラ４によって、送信信号Ｓ１の一部の信号Ｓ４が出力され、さらに、第１のカプラ３によって、アンテナ５で受信された受信信号Ｓ２が出力される。また、第１のカプラ３の３番端子から回り込み信号Ｓ３が出力される。
【００１８】
アンテナ５は、ＬＳＩ２の送信部２１から出力された送信信号Ｓ１を送信する。アンテナ５から送信された送信信号Ｓ１はＲＦＩＤタグ（図示略）にて受信される。ＲＦＩＤタグ（図示略）は、送信信号Ｓ１を受信した後、応答信号を送信する。アンテナ５は、ＲＦＩＤタグから送信された応答信号を受信する。なお、パッシブ型のＲＦＩＤタグは自ら電源を持っていないことから、ＬＳＩ２は送信信号Ｓ１を常時送信し、ＲＦＩＤタグに電力を供給しながらＲＦＩＤタグから送信される応答信号を受信する。減衰器６は、第２のカプラ４で抽出された送信信号Ｓ１の一部の信号Ｓ４の振幅を減衰させる。減衰器６は、外部からの信号によりダイナミックに減衰量の調整が可能となっており、制御信号入力端（図示略）がＬＳＩ２のＧＰＯＩ端を介して減衰量調整部２３に接続されている。結合器７は、減衰器６で振幅調整された信号Ｓ４と回り込み信号Ｓ３を結合する。
【００１９】
第２のカプラ４の４番端子から減衰器６を通って結合器７の入力端まで至る第１の線路８の長さ（”線長”と呼ぶ）Ｌ１は、結合器７に入る直前の信号Ｓ４が、第２のカプラ４を通過した後の送信信号Ｓ１の信号波形と位相差が生じない程度の線長となっている。一方、第１のカプラ３の３番端子と結合器７の入力端まで至る第２の線路９の線長Ｌ２は、結合器７に入る直前の回り込み信号Ｓ３の信号波形と位相が１８０度異なる線長となっている。第１の線路８及び第２の線路９は、例えば本装置１の各部品が実装される回路基板の配線パターン（回路基板及び配線パターンの図は省略する）として形成される。
【００２０】
このように、第２のカプラ４の４番端子と結合器７の２つの入力端の一方との間を信号Ｓ４が通る第１の線路８の線長をＬ１とし、第１のカプラ３の３番端子と結合器７の２つの入力端の他方との間を回り込み信号Ｓ３が通る第２の線路９の線長をＬ２とすることで、結合器７の２つの入力端における２つの信号Ｓ３，Ｓ４の位相が互いに１８０度異なることになる。そして、このとき信号Ｓ４の信号レベルが回り込み信号Ｓ３の信号レベルと合っていれば、信号Ｓ４は回り込み信号Ｓ３を相殺できることになる。この場合、回り込み信号Ｓ３の信号レベルは第１，第２のカプラ３，４の部品特性のばらつきや装置周りの周囲環境等により大きさが上下にぶれることが考えられるので、必ずしも１００％相殺できるとは限らないが、減衰器６の減衰量を調整することで相殺できる量を大きくすることが可能である。ＬＳＩ２の減衰量調整部２３は、減衰器６を制御して信号Ｓ４の信号レベルを調整する。なお、第１の線路８の線長Ｌ１と、第２の線路９の線長Ｌ２とは、信号の波長λとすると、｛（２ｎ−１）÷２｝λだけずれがある各線長とするのが好ましい。なおｎは正の整数である。
【００２１】
なお、上記第２のカプラ４、減衰器６、結合器７、第１線路８、第２の線路９及びＬＳＩ２の減衰量調整部２３は回り込みキャンセラ回路１５を構成する。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る無線通信装置１の動作について説明する。
ＬＳＩ２の送信部２１から出力された送信信号Ｓ１が第２，第１のカプラ４，３の１番端子−２番端子を順次通りアンテナ５から送信される。送信信号Ｓ１の送信に応答してＲＦＩＤタグ（図示略）から応答信号が送信されると、この応答信号がアンテナ５で受信され、受信信号Ｓ２が第１のカプラ３、結合器７を順次通りＬＳＩ２の受信部２２に入力される。一方、送信信号Ｓ１の送信に伴い、第２のカプラ４の４番端子から送信信号Ｓ１の一部の信号Ｓ４が出力され、この信号Ｓ４が減衰器６で減衰されて結合器７の２つの入力端の一方に入力される。また、第１のカプラ３の３番端子から回り込み信号Ｓ３が出力され、結合器７の２つの入力端の他方に入力される。信号Ｓ４と回り込み信号Ｓ３は略同じ信号レベルであり、また位相が互いに１８０度異なっていることから、結合器７で略相殺される。これにより、結合器７からは回り込み信号Ｓ３は出力されないか、信号レベルの極小さい信号が出力されるだけである。なお、結合器７から出力される受信信号とは別の信号をＳ５と呼ぶ。このように、送信信号Ｓ１の受信部２２への回り込みが低減するので、ＲＦＩＤタグ（図示略）からの応答内容を読み取る読取精度の向上が図れる。
【００２３】
図２は、本実施の形態に係る無線通信装置１の各部における信号波形を示す図である。同図において、第１のカプラ３の３番端子からは、本来必要としない送信信号Ｓ１の回り込み信号Ｓ３が出力される。この回り込み信号Ｓ３の信号波形をδとする。この回り込み信号Ｓ３を打ち消すための信号Ｓ４が第２のカプラ４の４番端子から出力される。この信号Ｓ４の信号波形をαとする。信号波形αの信号Ｓ４が減衰器６を通ることで、回り込み信号Ｓ３の信号レベルと同程度の信号レベルまで減衰する。減衰した後の信号波形をβとする。そして、結合器７の入力される直前の信号Ｓ４の信号波形をγとし、また結合器７の入力される直前の回り込み信号Ｓ３の信号波形をεとする。信号波形γの信号Ｓ４と信号波形εの回り込み信号Ｓ３は位相が１８０度異なり、かつ信号レベルが略同じであることから、結合器７で結合された際にお互いを打ち消し合い、結合器７からは信号レベルの低い信号波形ξの信号Ｓ５が出力される。
【００２４】
このように本実施の形態の無線通信装置１によれば、送信部２１、受信部２２及び減衰量調整部２３を有するＬＳＩ２と、第１，第２のカプラ３，４と、アンテナ５と、減衰器６と、結合器７とを備え、第２のカプラ４の４番端子から減衰器６を通って結合器７の入力端までの第１の線路８の線長Ｌ１を、結合器７に入る直前の信号Ｓ４が第２のカプラ４を通過した後の送信信号Ｓ１の信号波形と位相差が生じない程度の線長とするとともに、第１のカプラ３の３番端子と結合器７の入力端までの第２の線路９の線長Ｌ２を、結合器７に入る直前の回り込み信号Ｓ３の信号波形と位相が１８０度異なる線長とし、信号Ｓ４で回り込み信号Ｓ３を相殺するようにしたので、位相調整器が不要となり、構成の簡略化が図れるとともにコストの削減ができる。また、部品点数が少なくて済むことから装置の小型化も図れる。また、効果的に回り込み信号を低減できることから高価なサーキュレータを必要とせず、コスト削減に大きく寄与できる。
また従来は、送信信号の受信部２２への回り込み信号の大きさを考慮して、受信部２２付近に配置されている各素子（図示せず）の最大定格電力を大きなものとしなければならなかった。しかしながら上述の構成により、結合器７から出力される打ち消し合った後の信号Ｓ５は小さなものとなるため、当該各素子の最大定格電力を考慮することなく、回路を構成することが可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態に係る無線通信装置１では、減衰器６と結合器７をＬＳＩ２とは別体としたが、減衰器６及び結合器７をＬＳＩ２内で実現することも可能である。このようにすることで、更なるコストの削減と小型化が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、ＲＦＩＤリーダライタとＲＦＩＤタグで構成されるＲＦＩＤシステムへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  無線通信装置
２  ＬＳＩ
３  第１のカプラ
４  第２のカプラ
５  アンテナ
６  減衰器
７  結合器
８  第１の線路
９  第２の線路
１５  回り込みキャンセラ回路
２１  送信部
２２  受信部
２３  減衰量調整部
【図１】
0005817482.tif 000002
【図２】
0005817482.tif 000003
【図３】
0005817482.tif 000004