(57)【要約】【課題】設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減するアレイアンテナ及びそのアレイアンテナを有する無線タグ通信装置を提供する。【解決手段】複数のアンテナ素子３０から構成されるアレイアンテナ１６において、それらアンテナ素子３０のうち少なくとも一部が空気よりも高い誘電率を有する固体誘電体１８に被覆されていることから、複数のアンテナ素子３０相互間の電気長を長くすることができ、実質的にそれらアンテナ素子３０相互間の距離を長くとった場合と同等の効果が得られる。すなわち、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を軽減するアレイアンテナ１６を提供することができる。【選択図】図４
2007336305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子から構成されるアレイアンテナであって、
それらアンテナ素子のうち少なくとも一部が空気よりも高い誘電率を有する固体誘電体に被覆されていることを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ素子は、１直線上に配置された直線状エレメントから成るものである請求項１のアレイアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ素子は、１直線上に配置された１対の直線状エレメントから成るダイポールアンテナである請求項２のアレイアンテナ
【請求項４】
前記アンテナ素子は、１対の直線状エレメントの長さが、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２となるように構成されたものである請求項３のアレイアンテナ。
【請求項５】
前記固体誘電体は、前記アンテナ素子の周囲を円筒状に被覆するものであり、それら固体誘電体に被覆された複数のアンテナ素子が互いに平行を成すように配列されて構成される請求項２から４の何れかのアレイアンテナ。
【請求項６】
前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２となるように配列されたものである請求項５のアレイアンテナ。
【請求項７】
前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２となるように配列されたものである請求項５のアレイアンテナ。
【請求項８】
前記固体誘電体は、隣接する円筒状の固体誘電体相互間で一部が重なるように一体的に構成されたものである請求項５のアレイアンテナ。
【請求項９】
前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２となるように配列されたものであり、前記円筒状の固体誘電体における底面半径は、前記隣接するアンテナ素子相互間の距離と等しいものである請求項８のアレイアンテナ。
【請求項１０】
前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２となるように配列されたものであり、前記円筒状の固体誘電体における底面半径は、前記隣接するアンテナ素子相互間の距離と等しいものである請求項８のアレイアンテナ。
【請求項１１】
前記固体誘電体は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子を一体的に且つ矩形平板状に被覆するものである請求項２から４の何れかのアレイアンテナ。
【請求項１２】
前記矩形平板状の固体誘電体の厚さは、前記アンテナ素子のエレメントの直径以下である請求項１１のアレイアンテナ。
【請求項１３】
前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２以上となるように配列されたものである請求項１２のアレイアンテナ。
【請求項１４】
前記矩形平板状の固体誘電体の厚さは、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２以上である請求項１１のアレイアンテナ。
【請求項１５】
前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電対中における波長の１／２以上となるように配列されたものである請求項１４のアレイアンテナ。
【請求項１６】
前記矩形平板状の固体誘電体における前記複数のアンテナ素子によって張られる平面と平行を成す２つの平面部について、一方の平面部と前記平面との距離は前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２以上であり、他方の平面部と前記平面との距離は該波長の１／２未満である請求項１１のアレイアンテナ。
【請求項１７】
前記矩形平板状の固体誘電体における前記複数のアンテナ素子によって張られる平面と平行を成す２つの平面部について、少なくとも一方の平面部と前記平面との距離は前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２以上であり、該平面部を覆うように金属板が固設されたものである請求項１１のアレイアンテナ。
【請求項１８】
前記固体誘電体は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子によって張られる平面と垂直な方向に光軸を有する凸レンズ状に被覆するものである請求項２から４の何れかのアレイアンテナ。
【請求項１９】
前記固体誘電体は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子によって張られる平面と垂直な方向に光軸を有する凹レンズ状に被覆するものである請求項２から４の何れかのアレイアンテナ。
【請求項２０】
前記固体誘電体は、セラミックスを主材料とするものである請求項１から１９の何れかのアレイアンテナ。
【請求項２１】
無線通信を介して情報の書き込み及び／又は読み出しが可能な無線タグに向けて所定の送信信号を送信アンテナから送信すると共に、該送信信号に応答して該無線タグから返信される返信信号を受信アンテナにより受信することで該無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、
請求項１から２０の何れかのアレイアンテナを備え、該アレイアンテナは前記送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方として用いられることを特徴とする無線タグ通信装置。
【請求項２２】
前記固体誘電体の性状に基づいて前記アレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部を備えたものである請求項２１の無線タグ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線にて情報の書き込みや読み出しができる無線タグとの間で通信を行う無線タグ通信装置等に好適に適用されるアレイアンテナ及びそのアレイアンテナを有する無線タグ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の情報が記憶された小型の無線タグ（応答器）から所定の無線タグ通信装置（質問器）により非接触にて情報の読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。このＲＦＩＤシステムは、無線タグが汚れている場合や見えない位置に配置されている場合であっても無線タグ通信装置との通信によりその無線タグに記憶された情報を読み出すことが可能であることから、商品管理や検査工程等の様々な分野において実用が期待されている。
【０００３】
斯かる無線タグ通信装置の一例として、複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナを備えたものが知られている。例えば、特許文献１に記載された無線装置がそれである。この無線装置によれば、複数のアンテナ素子から成るアレイアンテナと、それら複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれにウェイトを乗算するアダプティブ処理部とを、備えていることから、上記複数のアンテナ素子相互間の位相差を利用して上記アレイアンテナの指向性を好適に定めることができ、通信対象である無線タグから送信される信号を好適に受信することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８３４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述したような従来のアレイアンテナでは、隣接するアンテナ素子相互間の結合量が比較的大きくなることから、特にそのアレイアンテナにより送信信号の送信及び受信信号の受信を同時に行う場合において、送信側からの回り込み信号が受信信号に混入し易くなるという弊害があった。そのように隣接するアンテナ素子相互間の影響に起因する弊害を抑制するための一方法として、それらアンテナ素子相互間の距離を長くとることが考えられるが、そのためにアレイアンテナの設置に要するスペースが大きくなってしまい、延いては装置が大型化するという新たな問題を生じさせる。このため、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減するアレイアンテナの開発が求められていた。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減するアレイアンテナ及びそのアレイアンテナを有する無線タグ通信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】
斯かる目的を達成するために、本第１発明の要旨とするところは、複数のアンテナ素子から構成されるアレイアンテナであって、それらアンテナ素子のうち少なくとも一部が空気よりも高い誘電率を有する固体誘電体に被覆されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記目的を達成するために、本第２発明の要旨とするところは、無線通信を介して情報の書き込み及び／又は読み出しが可能な無線タグに向けて所定の送信信号を送信アンテナから送信すると共に、その送信信号に応答してその無線タグから返信される返信信号を受信アンテナにより受信することでその無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、上記第１発明のアレイアンテナを備え、そのアレイアンテナは前記送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方として用いられることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
このように、前記第１発明によれば、複数のアンテナ素子から構成されるアレイアンテナにおいて、それらアンテナ素子のうち少なくとも一部が空気よりも高い誘電率を有する固体誘電体に被覆されていることから、前記複数のアンテナ素子相互間の電気長を長くすることができ、実質的にそれらアンテナ素子相互間の距離を長くとった場合と同等の効果が得られる。すなわち、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減するアレイアンテナを提供することができる。
【００１０】
ここで、前記第１発明において、好適には、前記アンテナ素子は、１直線上に配置された直線状エレメントから成るものである。このようにすれば、複数の直線状エレメントから成るアレイアンテナを小型化できると共に、隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減することができる。
【００１１】
また、好適には、前記アンテナ素子は、１直線上に配置された１対の直線状エレメントから成るダイポールアンテナである。このようにすれば、複数のダイポールアンテナから成るアレイアンテナを小型化できると共に、隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減することができる。
【００１２】
また、好適には、前記アンテナ素子は、１対の直線状エレメントの長さが、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２となるように構成されたものである。このようにすれば、固体誘電体を備えない通常のアンテナ素子より短いエレメント長で構成することができることに加え、アンテナ素子を共振状態で使用することができる。
【００１３】
また、好適には、前記固体誘電体は、前記アンテナ素子の周囲を円筒状に被覆するものであり、それら固体誘電体に被覆された複数のアンテナ素子が互いに平行を成すように配列されて構成されるものである。このようにすれば、円筒状の固体誘電体によりアンテナ素子を被覆することで、アレイアンテナに到来する電波のアンテナ法線方向の成分を垂直に固体誘電体に入射させる構成が実現でき、その固体誘電体の誘電率や入射角等による屈折の影響を無視することができる。
【００１４】
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２となるように配列されたものである。このようにすれば、隣接するダイポールアンテナ相互間の結合を固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等に確保しつつ、より小型のアレイアンテナを実現できる。
【００１５】
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２となるように配列されたものである。このようにすれば、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置で、隣接するダイポールアンテナ相互間の結合を小さくすることができる。
【００１６】
また、好適には、前記固体誘電体は、隣接する円筒状の固体誘電体相互間で一部が重なるように一体的に構成されたものである。このようにすれば、前記複数のアンテナ素子を被覆する固体誘電体を一体的に構成して厚みを持たせることで、その固体誘電体による隣接するアンテナ素子相互間の影響の軽減効果を高めることができる。
【００１７】
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２となるように配列されたものであり、前記円筒状の固体誘電体における底面半径は、前記隣接するアンテナ素子相互間の距離と等しいものである。このようにすれば、アレイアンテナに垂直な方向から±３０°の範囲で到来する電波のアンテナ法線方向の成分を垂直に固体誘電体に入射させる構成が実現でき、その固体誘電体の誘電率や入射角等による屈折の影響を無視することができることに加え、可及的に小型のアレイアンテナを実現できる。
【００１８】
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２となるように配列されたものであり、前記円筒状の固体誘電体における底面半径は、前記隣接するアンテナ素子相互間の距離と等しいものである。このようにすれば、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置で、隣接するアンテナ素子相互間の結合を小さくすることができる。
【００１９】
また、好適には、前記固体誘電体は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子を一体的に且つ矩形平板状に被覆するものである。このようにすれば、隣接するアンテナ素子相互間の影響を更に軽減することができる。
【００２０】
また、好適には、前記矩形平板状の固体誘電体の厚さは、前記アンテナ素子のエレメントの直径以下である。このようにすれば、前記矩形平板状の固体誘電体の厚さを可及的に薄くすることで電波の入射乃至射出時における屈折の影響を小さくできると共に、隣接するアンテナ素子相互間の結合量を小さくできる。
【００２１】
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２以上となるように配列されたものである。このようにすれば、隣接するダイポールアンテナ相互間の結合を固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等に確保しつつ、より小型のアレイアンテナを実現できる。
【００２２】
また、好適には、前記矩形平板状の固体誘電体の厚さは、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２である。このようにすれば、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の通信特性を保証しつつ、より小型のアレイアンテナを実現できる。
【００２３】
また、好適には、前記複数のアンテナ素子は、互いに隣接するアンテナ素子相互間の距離が、前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の空気中における波長の１／２以上となるように配列されたものである。このようにすれば、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置で、隣接するアンテナ素子相互間の結合を小さくすることができる。
【００２４】
また、好適には、前記矩形平板状の固体誘電体における前記複数のアンテナ素子によって張られる平面と平行を成す２つの平面部について、一方の平面部と前記平面との距離は前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２以上であり、他方の平面部と前記平面との距離はその波長の１／２未満である。このようにすれば、前記複数のアンテナ素子に対する前記２つの平面部までの厚さに偏りをつけることで、アレイの前後で別々のパターンを形成することができ、何れか一方の面のみにビームを形成すること等が可能とされる。
【００２５】
また、好適には、前記矩形平板状の固体誘電体における前記複数のアンテナ素子によって張られる平面と平行を成す２つの平面部について、少なくとも一方の平面部と前記平面との距離は前記アレイアンテナによる通信に用いられる電波の前記固体誘電体内における波長の１／２以上であり、その平面部を覆うように金属板が固設されたものである。このようにすれば、金属面等に取り付けた際に好適に機能するアレイアンテナを実現できる。
【００２６】
また、好適には、前記固体誘電体は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子によって張られる平面と垂直な光軸を有する凸レンズ状に被覆するものである。このようにすれば、前記固体誘電体を凸レンズ状とすることで、各アンテナ素子に対応して固体誘電体中を通過する電波の距離が異なり、到来方向から遠いほど固体誘電体中を通過する距離が大きくなることから、指向性方向制御が容易となり、ビーム幅を狭くすることができる。
【００２７】
また、好適には、前記固体誘電体は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子によって張られる平面と垂直な光軸を有する凹レンズ状に被覆するものである。このようにすれば、前記固体誘電体を凹レンズ状すなわち両端部に近付くほど厚みが厚くなるように構成することで、その両端部におけるアンテナ素子を近接させてもそれら隣接するアンテナ素子相互間の影響を可及的に軽減することができる。
【００２８】
また、好適には、前記固体誘電体は、セラミックスを主材料とするものである。このようにすれば、比較的高い誘電率を有する実用的な材料を用いて設置スペースが小さくて済み且つ隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減するアレイアンテナを提供することができる。
【００２９】
また、前記第２発明によれば、前記第１発明のアレイアンテナを備え、そのアレイアンテナは前記送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方として用いられるものであることから、無線タグ通信装置による無線タグとの通信に用いられるアレイアンテナに関して、複数のアンテナ素子相互間の電気長を長くすることができ、実質的にそれらアンテナ素子相互間の距離を長くとった場合と同等の効果が得られる。すなわち、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子相互間の影響を軽減するアレイアンテナを備えた無線タグ通信装置を提供することができる。
【００３０】
ここで、前記第２発明は、好適には、前記固体誘電体の性状に基づいて前記アレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部を備えたものである。このようにすれば、前記アレイアンテナに備えられた固体誘電体の誘電率、形状、及びアンテナ素子との相対位置関係等に合わせて、それらによる電波の屈折や電気長の変化等の影響を考慮した指向性制御を行うことができる。
【００３１】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
図１は、本発明が好適に用いられる無線タグ通信システム１０について説明する図である。この無線タグ通信システム１０は、本発明の一実施例である無線タグ通信装置１２と、その無線タグ通信装置１２の通信対象である単数乃至は複数（図１では単数）の無線タグ１４とから構成される所謂ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムであり、上記無線タグ通信装置１２はそのＲＦＩＤシステムの質問器として、上記無線タグ１４は応答器としてそれぞれ機能する。すなわち、上記無線タグ通信装置１２から質問波Ｆｃ（送信信号）が上記無線タグ１４に向けて送信されると、その質問波Ｆｃを受信した上記無線タグ１４において所定の情報信号（データ）によりその質問波Ｆｃが変調され、応答波Ｆｒ（返信信号）として上記無線タグ通信装置１２に向けて返信されることで、その無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間で情報の通信が行われる。この無線タグ通信システム１０は、例えば、所定の通信領域内における物品の管理等に用いられるものであり、上記無線タグ１４は、好適には、管理対象である物品に貼られる等してその物品と一体的に設けられている。
【００３３】
図２は、上記無線タグ通信装置１２の電気的構成を説明する図である。この図２に示すように、上記無線タグ通信装置１２は、上記送信信号の主搬送波を発生させるための主搬送波発生部２０と、その主搬送波発生部２０により発生させられた主搬送波を後述する送信データ生成部４２により生成される送信情報信号（送信データ）により変調して上記送信信号を生成する送信信号変調部２１と、その送信信号変調部２１により変調された送信信号を上記無線タグ１４に向けて送信すると共に、その送信信号に応じてその無線タグ１４から返信される返信信号を受信するための送受信共用の複数（図２では３本）のアンテナ素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ（以下、特に区別しない場合には単にアンテナ素子３０と称する）と、それら複数のアンテナ素子３０から送信される送信信号の送信指向性を制御すると共に、それら複数のアンテナ素子３０により受信される受信信号の受信指向性を制御するための指向性処理部２２と、その指向性処理部２２から供給される送信信号をアンテナ素子３０に供給すると共に、それらアンテナ素子３０により受信された受信信号をその指向性処理部２２に供給する複数（図２では３つ）の送受信分離部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送受信分離部２４と称する）と、所定の周波数の局所信号を発生させる局部発振器２６と、上記指向性処理部２２から供給される受信信号それぞれにその局部発振器２６により発生させられる局所信号を掛け合わせることでダウンコンバートする複数（図２では３つ）のダウンコンバータ２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、それらダウンコンバータ２８によりダウンコンバートされた受信信号の復調処理をはじめとする上記無線タグ通信装置１２の動作を制御する制御部４０とを、備えて構成されている。ここで、上記送受信分離部２４としては、サーキュレータ若しくは方向性結合器等が好適に用いられる。
【００３４】
上記指向性処理部２２は、上記送信信号変調部２１から供給される送信信号それぞれの位相を制御する複数（図２では３つ）の送信信号位相制御部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号位相制御部３２と称する）と、それぞれの振幅を制御する複数（図２では３つ）の送信信号振幅制御部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号振幅制御部３４と称する）とを、備えており、それら送信信号位相制御部３２及び送信信号振幅制御部３４を介して上記複数のアンテナ素子３０から送信される送信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでその送信信号の送信指向性を制御する。また、上記複数の送受信分離部２４から供給される受信信号それぞれの位相を制御する複数（図２では３つ）の受信信号位相制御部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号位相制御部３６と称する）と、それぞれの振幅を制御する複数（図２では３つ）の受信信号振幅制御部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号振幅制御部３８と称する）とを、備えており、それら受信信号位相制御部３６及び受信信号振幅制御部３８を介して上記複数のアンテナ素子３０により受信された受信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでその受信信号の受信指向性を制御する。
【００３５】
前記制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含んで構成され、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータであり、送信データの生成、送信信号位相制御部３２及び送信信号振幅制御部３４の制御量の決定、受信信号位相制御部３６及び受信信号振幅制御部３８の制御量の決定、前記無線タグ１４に向けて前記送信信号を送信する送信制御、その送信信号に応じて前記無線タグ１４から返信される返信信号を受信する受信制御、及び受信された受信信号を復調する復調制御等を実行する。斯かる制御を実行するため、送信データ生成部４２、ＰＡＡウェイト制御部４６、受信信号合成部５２、及び受信信号復調部５４を機能的に含んでいる。
【００３６】
上記送信データ生成部４２は、前記送信信号を変調するための所定の送信情報信号である送信データを生成して前記送信信号変調部２１に供給する。その送信信号変調部２１では、上記送信データ生成部４２から供給される送信データに基づいて送信信号の変調が行われる。
【００３７】
前記ＰＡＡウェイト制御部４６は、送信制御部４８及び受信制御部５０を含んでおり、前記複数のアンテナ素子３０から送信される送信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御することで送信指向性を制御する。また、前記複数のアンテナ素子３０により受信される受信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御することで受信指向性を制御する。すなわち、前記アレイアンテナ１６の送受信指向性を制御する指向性制御部として機能する。
【００３８】
上記送信制御部４８は、前記指向性処理部２２を介して各送信信号の位相を制御することにより前記複数のアンテナ素子３０から成る送信アンテナを送信用フェイズドアレイアンテナ（Phased Array Antenna）として制御する。或いは、前記指向性処理部２２を介して各送信信号の位相及び振幅を受信信号の品質が向上するように制御することにより前記複数のアンテナ素子３０から成る送信アンテナを送信用アダプティブアレイアンテナ（Adaptive Array Antenna）として制御する。好適には、後述する受信信号合成部５２における前記受信信号の合成量が可及的に大きくなるように前記送信信号の送信指向性を定める。
【００３９】
前記受信制御部５０は、前記複数のアンテナ素子３０により受信される受信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御することによりその受信信号の受信指向性を制御する。すなわち、前記指向性処理部２２を介して各受信信号の位相を制御することにより前記複数のアンテナ素子３０から成る受信アンテナを受信用フェイズドアレイアンテナとして制御する。或いは、前記指向性処理部２２を介して各受信信号の位相及び振幅を受信信号の品質が向上するように制御することにより前記複数のアンテナ素子３０から成る受信アンテナを受信用アダプティブアレイアンテナとして制御する。好適には、後述する受信信号合成部５２における前記受信信号の合成量が可及的に大きくなるように前記受信信号の受信指向性を定める。
【００４０】
前記受信信号合成部５２は、前記複数のアンテナ素子３０によりそれぞれ受信される受信信号を合成する。前記受信制御部５０により前記指向性処理部２２を介してそれぞれ位相及び振幅が制御された受信信号がこの受信信号合成部５２により合成されることで、前記複数のアンテナ素子３０から成る受信アンテナの受信指向性が定まる。
【００４１】
前記受信信号復調部５４は、上記受信信号合成部５２により合成された前記複数のアンテナ素子３０からの受信信号を復調する。好適には、ＡＭ方式により受信信号をＡＭ復調した後、その復調信号をＦＭ復号化して前記無線タグ１４による変調に関する情報信号を読み出す。
【００４２】
図３は、前記無線タグ１４に備えられた無線タグ回路素子７０の構成を説明する図である。この図３に示すように、上記無線タグ回路素子７０は、前記無線タグ通信装置１２との間で信号の送受信を行うためのアンテナ部７２と、そのアンテナ部７２により受信された信号を処理するためのＩＣ回路部７４とを、備えて構成されている。そのＩＣ回路部７４は、上記アンテナ部７２により受信された前記無線タグ通信装置１２からの質問波Ｆｃを整流する整流部７６と、その整流部７６により整流された質問波Ｆｃのエネルギを蓄積するための電源部７８と、上記アンテナ部７２により受信された搬送波からクロック信号を抽出して制御部８６に供給するクロック抽出部８０と、所定の情報信号を記憶し得る情報記憶部として機能するメモリ部８２と、上記アンテナ部７２に接続されて信号の変調及び復調を行う変復調部８４と、上記整流部７６、クロック抽出部８０、及び変復調部８４等を介して上記無線タグ回路素子７０の作動を制御するための制御部８６とを、機能的に含んでいる。この制御部８６は、前記無線タグ通信装置１２と通信を行うことにより上記メモリ部８２に上記所定の情報を記憶する制御や、上記アンテナ部７２により受信された質問波Ｆｃを上記変復調部８４において上記メモリ部８２に記憶された情報信号に基づいて変調したうえで応答波Ｆｒとして上記アンテナ部７２から反射返信する制御等の基本的な制御を実行する。
【００４３】
図４は、前記無線タグ通信装置１２に備えられた、本第１発明の一実施例であるアレイアンテナ１６の外観を概略的に示す斜視図である。この図４に示すように、本実施例のアレイアンテナ１６を構成するアンテナ素子３０は、好適には、それぞれ１直線上に配置された１対の直線状エレメントから成るダイポールアンテナであり、それら複数のダイポールアンテナが互いに平行を成すように配列されて前記アレイアンテナ１６が構成されている。また、以下に詳述するように、それら複数のアンテナ素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃそれぞれの周囲が底面半径を同じくする円筒状の固体誘電体１８ａ、１８ｂ、１８ｃ（以下、特に区別しない場合には単に固体誘電体１８と称する）に被覆されている。なお、この図４において、各アンテナ素子３０の中央から紙面下方に向かい延びている部分は給電用ケーブルである。後述する図面においても同様であり、以下、その説明を省略する。
【００４４】
図５は、前記アレイアンテナ１６に備えられたアンテナ素子３０（ダイポールアンテナ）の外観を概略的に示す斜視図であり、図６は、その寸法を説明する正面図（側面図）である。これらの図に示すように、１対の直線状エレメントから成るダイポールアンテナである前記アンテナ素子３０は、上記円筒状の固体誘電体１８における軸心に配設され、そのアンテナ素子３０における任意の箇所（直線上における任意の位置）から円筒の側面までの距離ｒが常に一定（＝円筒の底面半径）となるように構成されている。また、好適には、上記円筒状の固体誘電体１８の長手寸法Ｌcはアンテナ素子３０の長手寸法（エレメント全長）Ｌeよりも長く、前記アンテナ素子３０は前記円筒状の固体誘電体１８中に埋設されている。
【００４５】
図７及び図８は、前記固体誘電体１８の物性（電気特性）について説明する図である。本実施例のアンテナ素子３０を被覆する固体誘電体１８は、例えば、セラミックス材料（ファインセラミックス）、合成樹脂材料、絶縁材料の粉体を含む混合材料等、少なくとも空気よりも高い誘電率を有する固体材料から成るものであり、その比誘電率εrは、好適には２乃至１００程度である。また、その比透磁率μrは、好適には空気に近い１程度である。比誘電率がεr、比透磁率がμrである誘電体内における電波の速度ｖrは、光速をｃとして次の（１）式で表せることから、前記固体誘電体１８内における所定の電波の波長λrは、空気中におけるその電波の波長をλ0として次の（２）式で表すことができる。また、前記固体誘電体１８が無損失であると仮定すると、比透磁率μr＝１であり、図８に示すように角度θiで到来する信号が前記固体誘電体１８と空気との境界面において角度θｔで入射する場合、この２つの角度は次の（３）式で表すような関係を持つ。すなわち、前記固体誘電体１８内では空気中よりも電波の波長が短くなり、物理的には同じ距離だけ離れている二点に対する電気長は前記固体誘電体１８内では空気中よりも長くなる。ここで、前記固体誘電体１８に被覆されたダイポールアンテナとしてのアンテナ素子３０は、斯かる固体誘電体１８に被覆されない空気中で用いられる通常のダイポールアンテナに比べてその長手寸法（エレメント全長）Ｌeが短いものとされている。すなわち、直線状ダイポールアンテナのエレメント全長Ｌは、通常、通信に用いられる電波の波長をλとしてＬ＝λ／２（各直線状エレメントの長さがλ／４）とされるが、前記アンテナ素子３０ように比誘電率εrの固体誘電体１８に被覆されたダイポールアンテナでは、斯かる通常のダイポールアンテナよりもエレメント全長がεr1/2だけ短いことが好ましく、本実施例のアンテナ素子３０ではそのように構成されている。
【００４６】
ｖr＝ｃ／（εr・μr）1/2      ・・・（１）
【００４７】
λr＝λ0／（εr・μr）1/2      ・・・（２）
【００４８】
ｓｉｎθi／ｓｉｎθt＝εr1/2      ・・・（３）
【００４９】
図９は、前記アレイアンテナ１６に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体１８の相対位置関係と、それら複数のアンテナ素子３０による前記無線タグ１４との間の通信について説明する図である。この図９に示すように、前記アレイアンテナ１６に備えられた複数のアンテナ素子３０は、それら複数のアンテナ素子３０が互いに平行を成すように配列されている。また、隣り合って設けられた円筒状の固体誘電体１８同士が接するように、すなわち相互に隣接する円筒状の固体誘電体１８が同一の直線上に位置する母線により接触するように配設されている。斯かる構成により、本実施例のアレイアンテナ１６に備えられた前記複数のアンテナ素子３０は、互いに隣接するアンテナ素子３０相互間の距離が、前記固体誘電体１８の底面半径ｒの２倍（＝直径）に等しくなるように配設されている。このような構成によれば、前記アレイアンテナ１６に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）からアンテナ素子３０の軸心まわりに±６０°の範囲で到来する電波のアンテナ法線方向の成分を前記固体誘電体１８に垂直に入射させることができ、また誘電体内を通る経路長が各アンテナ素子で等しくなるため、前記アレイアンテナ１６の指向性制御に際して前記固体誘電体１８に関係する補正を行う必要が特に生じない。
【００５０】
ここで、好適には、前記アレイアンテナ１６におけるアンテナ素子３０相互間の距離２ｒは、そのアレイアンテナ１６による通信に用いられる電波すなわち前記無線タグ１４との間の通信に用いられる搬送波の前記固体誘電体１８内における波長λgrの１／２に略等しくなるように定められている。一般に、複数のダイポールアンテナを備えたアレイアンテナでは、それら複数のダイポールアンテナが互いに平行を成すように且つ隣接するダイポールアンテナ相互間の間隔が通信に用いられる電波の波長の１／２に略等しくなるように配置されるが、上記構成では、アンテナ素子間結合量を固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等程度に保証できると共に、アンテナ素子３０相互間の距離（物理的距離）を可及的に短くすることができ、小型のアレイアンテナ１６を実現できる。
【００５１】
また、好適には、前記アレイアンテナ１６におけるアンテナ素子３０相互間の距離２ｒは、そのアレイアンテナ１６による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２に略等しくなるように定められている。斯かる構成では、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置となるため、ビーム幅等を同じ条件で設計できることに加え、隣接するアンテナ素子３０相互間の結合を小さくすることができ、その結合に起因する弊害を好適に抑制できる。
【００５２】
続いて、本第１発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、以下に説明する各実施例に適用される固体誘電体としては、前述した実施例と同等の材質及び物性（電気特性）を有するものが好適に用いられる。
【００５３】
図１０は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の他の実施例であるアレイアンテナ８８の外観を概略的に示す斜視図であり、図１１は、そのアレイアンテナ８８に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体９０の相対位置関係を説明する正面図である。これらの図に示すように、本実施例のアレイアンテナ８８では、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が固体誘電体９０により一体的に被覆されている。この固体誘電体９０は、図１１に示すように、前記複数のアンテナ素子３０それぞれに対応して設けられた複数（アンテナ素子３０と同数）の、底面半径を同じくする円筒状の固体誘電体９０ａ、９０ｂ、９０ｃ（それぞれ固体誘電体９０の一部であり、特に区別しない場合には固体誘電体９０と称する）が、隣接する円筒相互間で一部が重なるように、すなわち円筒の一部を共有するように一体的に構成されたものである。また、前記複数のアンテナ素子３０は、それぞれ対応する円筒状の固体誘電体９０ａ、９０ｂ、９０ｃにおける軸心に配設されており、上記固体誘電体９０は、それら複数のアンテナ素子３０が同一平面内において互いに平行を成すように形成されている。
【００５４】
また、図１１に示すように、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離は一定とされており、好適には、その距離は上記円筒状の固体誘電体９０ａ、９０ｂ、９０ｃに共通の底面半径ｒと等しいものとされている。このような構成によれば、前記アレイアンテナ８８に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）からアンテナ素子３０の軸心まわりに±３０°の範囲で到来する電波のアンテナ法線方向の成分を前記固体誘電体９０に垂直に入射させることができ、また誘電体内を通る経路長が各アンテナ素子３０で等しくなるため、前記アレイアンテナ８８の指向性制御に際して前記固体誘電体９０に関係する補正を行う必要が特に生じない。
【００５５】
ここで、好適には、上記アレイアンテナ８８におけるアンテナ素子３０相互間の距離ｒは、そのアレイアンテナ８８による通信に用いられる電波すなわち前記無線タグ１４との間の通信に用いられる搬送波の前記固体誘電体９０内における波長λgrの１／２に略等しくなるように定められている。斯かる構成では、アンテナ素子間結合量を固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等程度に保証できると共に、アンテナ素子３０相互間の距離（物理的距離）を可及的に短くすることができ、小型のアレイアンテナ８８を実現できる。
【００５６】
また、好適には、前記アレイアンテナ８８におけるアンテナ素子３０相互間の距離ｒは、そのアレイアンテナ８８による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２に略等しくなるように定められている。斯かる構成では、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置となるため、ビーム幅等を同じ条件で設計できることに加え、隣接するアンテナ素子３０相互間の結合を小さくすることができ、その結合に起因する弊害を好適に抑制できる。
【００５７】
図１２は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ９２の外観を概略的に示す斜視図である。この図１２に示すように、本実施例のアレイアンテナ９２では、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が矩形平板状の固体誘電体９４により一体的に被覆されている。この固体誘電体９４の厚さ寸法ｔは、好適には、上記アレイアンテナ９２による通信に用いられる電波の上記固体誘電体９４内における波長λgrの１／２程度であり、前記複数のアンテナ素子３０は、その固体誘電体９４の厚み方向に関して略中央に、それら複数のアンテナ素子３０が同一平面内において互いに平行を成すように埋設されている。また、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離ｄは一定とされており、好適には、その距離ｄは、上記アレイアンテナ９２による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２以上とされる。斯かる構成では、前記アレイアンテナ９２の指向性制御に際して上記固体誘電体９４の電気特性等の性状に基づく補正を行う必要がある。このため、上記アレイアンテナ９２が前記無線タグ通信装置１２に適用される場合、前記ＰＡＡウェイト制御部４６に備えられたバッファ等の記憶部には、上記固体誘電体９４の性状すなわち寸法、形状、比誘電率εr、比透磁率μr、及びアンテナ素子３０との相対位置関係等に応じて、上記アレイアンテナ９２に対する入射乃至射出角度（指向方向）に対応する電波の屈折量（屈折角度）及び誘電体を通過する距離を示す関係（所定のマップ等）が予め記憶され、前記ＰＡＡウェイト制御部４６は、その関係に基づいて上記アレイアンテナ９２の指向性を制御する。
【００５８】
図１３は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ９６の外観を概略的に示す斜視図であり、図１４は、そのアレイアンテナ９６に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体９８の相対位置関係を説明する正面図である。これらの図に示すように、本実施例のアレイアンテナ９６では、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が矩形平板状の固体誘電体９８により一体的に被覆されており、それら複数のアンテナ素子３０が同一平面内において互いに平行を成すように埋設されている。また、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離ｄは一定とされており、好適には、その距離ｄは、上記アレイアンテナ９６による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２以上とされる。上記固体誘電体９８は、前記複数のアンテナ素子３０相互間の電気長を長くするという効果を奏し得る範囲内において可及的に薄く構成されたものであり、その厚さ寸法ｔは、好適には、ダイポールアンテナとしての前記アンテナ素子３０の直径以下である。すなわち、各アンテナ素子３０の一部が平面部９８ｐから外部に露出していてもよい。斯かる構成では、上記アレイアンテナ９６に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）以外の方向からの入射については屈折により入射角が変わるが、上記固体誘電体９８の厚み寸法ｔが可及的に薄く構成されており、特に、その固体誘電体９８における前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と平行を成す２つの平面部９８ｐと、それらアンテナ素子３０との間の厚みはほとんど無視できることから、上記アレイアンテナ９６の指向性制御に際して前記固体誘電体９８に関係する補正を行う必要が特に生じない。
【００５９】
図１５は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ１００の外観を概略的に示す斜視図であり、図１６は、そのアレイアンテナ１００に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体１０２の相対位置関係を説明する正面図である。これらの図に示すように、本実施例のアレイアンテナ１００では、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が矩形平板状の固体誘電体１０２により一体的に被覆されている。この固体誘電体１０２の厚さ寸法ｔは、好適には、上記アレイアンテナ１００による通信に用いられる電波の上記固体誘電体１０２内における波長λgrの１／２以上であり、更に好適には、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離ｄ以上である。前記複数のアンテナ素子３０は、その固体誘電体１０２の厚み方向に関して略中央に、それら複数のアンテナ素子３０が同一平面内において互いに平行を成すように埋設されている。また、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離ｄは一定とされており、好適には、その距離ｄは、上記固体誘電体１０２の厚み寸法ｔ以下であり、且つ上記アレイアンテナ１００による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２以上とされる。斯かる構成では、上記固体誘電体１０２における前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と平行を成す２つの平面部１０２ｐと、それらアンテナ素子３０との間に十分な厚みが存在するため、各アンテナ素子３０周辺の誘電体の効果が十分に奏される一方、図１６に示すように、上記アレイアンテナ１００に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）以外の方向からの入射については屈折により入射角が変わるため、そのアレイアンテナ１００の指向性制御に際して上記固体誘電体１０２の電気特性等の性状に基づく補正を行う必要がある。このため、上記アレイアンテナ１００が前記無線タグ通信装置１２に適用される場合、前記ＰＡＡウェイト制御部４６に備えられたバッファ等の記憶部には、上記固体誘電体１０２の性状に応じて上記アレイアンテナ１００に対する入射乃至射出角度（指向方向）に対応する電波の屈折量及び誘電体を通過する距離を示す関係が予め記憶され、前記ＰＡＡウェイト制御部４６は、その関係に基づいて上記アレイアンテナ１００の指向性を制御する。
【００６０】
図１７は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ１０４の外観を概略的に示す斜視図であり、図１８は、そのアレイアンテナ１０４に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体１０６の相対位置関係を説明する正面図である。これらの図に示すように、本実施例のアレイアンテナ１０４では、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が矩形平板状の固体誘電体１０６により一体的に被覆されており、それら複数のアンテナ素子３０が同一平面内において互いに平行を成すように埋設されている。また、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離ｄは一定とされており、好適には、その距離ｄは、上記アレイアンテナ１０４による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２以上とされる。また、図１８に示すように、上記固体誘電体１０６における前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と平行を成す２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′について、一方の平面部１０６ｐ′と前記平面との距離は上記アレイアンテナ１０４による通信に用いられる電波の上記固体誘電体１０６内における波長λgrの１／２以上であり、他方の平面部１０６ｐと前記平面との距離はその波長λgrの１／２未満とされている。斯かる構成では、前記複数のアンテナ素子３０が上記固体誘電体１０６の厚み方向に関して中央から偏った位置に配設されており、上記２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′のうち何れに対して電波が入射乃至射出するかにより上記固体誘電体１０６の影響が異なるため、それら２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′それぞれに対応して個別の指向性制御を行うことができ、片側のみにビームを形成すること等が可能とされる一方、上記アレイアンテナ１０４に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）以外の方向からの入射については屈折により入射角が変わるため、そのアレイアンテナ１０４の指向性制御に際して上記固体誘電体１０６の電気特性等の性状に基づく補正を行う必要がある。このため、上記アレイアンテナ１０４が前記無線タグ通信装置１２に適用される場合、前記ＰＡＡウェイト制御部４６に備えられたバッファ等の記憶部には、上記固体誘電体１０６の性状に応じて上記アレイアンテナ１０４に対する入射乃至射出角度（指向方向）に対応する電波の屈折量及び誘電体を通過する距離を示す関係が予め記憶され、前記ＰＡＡウェイト制御部４６は、その関係に基づいて上記アレイアンテナ１０４の指向性を制御する。
【００６１】
図１９は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ１０８の外観を概略的に示す斜視図であり、図２０は、そのアレイアンテナ１０８に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体１０６の相対位置関係を説明する正面図である。これらの図に示すように、本実施例のアレイアンテナ１０８は、上記アレイアンテナ１０４の固体誘電体１０６における前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と平行を成す２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′のうち上記平面との距離が離れている方の平面部１０６ｐ′を覆うように金属板１１０が固設されたものである。すなわち、前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面とその金属板１１０との距離は、上記アレイアンテナ１０８による通信に用いられる電波の上記固体誘電体１０６内における波長λgrの１／２以上とされる。この金属板１１０の材料としては、鉄、銅、アルミニウム等が好適に用いられ、その厚み寸法は、例えば、使用周波数帯における金属の表皮効果の厚み以上あれば十分（９００ＭＨｚ帯を用いる場合１０μｍ以上あれば十分）である。なお、上記金属板１１０は、必ずしも上記平面部１０６ｐ′の全面を被覆するものでなくともよい。斯かる構成では、上記アレイアンテナ１０８の背面に金属や他の誘電体が存在する場合にその影響を抑えられることに加え、上記金属板１１０により上記アレイアンテナ１０８を壁面等に取り付けることが容易とされる一方、上記アレイアンテナ１０４と同様に、上記アレイアンテナ１０８に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）以外の方向からの入射については屈折により入射角が変わるため、そのアレイアンテナ１０８の指向性制御に際して上記固体誘電体１０６の電気特性等の性状に基づく補正を行う必要がある。この補正を踏まえた指向性制御については、上記アレイアンテナ１０４と同様である。
【００６２】
図２１は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ１１２の外観を概略的に示す斜視図であり、図２２は、そのアレイアンテナ１１２に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体１１４の相対位置関係を説明する正面図である。これらの図に示すように、本実施例のアレイアンテナ１１２では、同一平面内に互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が固体誘電体１１４により一体的に被覆されている。この固体誘電体１１４は、前記複数のアンテナ素子３０を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と垂直な方向に光軸を有する凸レンズ状（楕円柱状）に被覆するものである。また、隣接するアンテナ素子３０相互間の距離ｄは一定とされており、好適には、その距離ｄは、上記アレイアンテナ１１２による通信に用いられる電波の上記固体誘電体１１４内における波長λgrの１／２に略等しくなるように定められている。なお、上記固体誘電体１１４は、必ずしも厳密な凸レンズ状を成すものでなくともよく、また、通信に用いられる電波の入射乃至射出が想定される方向のみが部分的に凸レンズ状とされたものであってもよい。更には、必ずしも光学的なレンズとして機能しなくともよいことは言うまでもない。斯かる構成では、上記アレイアンテナ１１２に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）以外の方向からの入射については、各アンテナ素子３０に対応して上記固体誘電体１１４中を通過する電波の距離が異なり、図２２に示すように、到来方向から遠いほど固体誘電体１１４中を通過する距離が大きくなることから、前記アンテナ素子３０相互間の距離ｄを比較的短くしても上記アレイアンテナ１１２がフェイズドアレイアンテナとして機能するために十分な位相差が得られる一方、上記アレイアンテナ１１２に垂直な方向以外の方向からの入射については屈折により入射角が変わるため、そのアレイアンテナ１１２の指向性制御に際して上記固体誘電体１１４の電気特性等の性状に基づく補正を行う必要がある。このため、上記アレイアンテナ１１２が前記無線タグ通信装置１２に適用される場合、前記ＰＡＡウェイト制御部４６に備えられたバッファ等の記憶部には、上記固体誘電体１１４の性状に応じて上記アレイアンテナ１１２の各エレメントに対し入射乃至射出角度（指向方向）に対応する電波の屈折量及び誘電体を通過する距離を示す関係が予め記憶され、前記ＰＡＡウェイト制御部４６は、その関係に基づいて上記アレイアンテナ１１２の指向性を制御する。
【００６３】
図２３は、前述したアレイアンテナ１６に替えて前記無線タグ通信装置１２に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナ１１６の外観を概略的に示す斜視図であり、図２４は、そのアレイアンテナ１１６に備えられた複数のアンテナ素子３０及び固体誘電体１１８の相対位置関係を説明する正面図である。なお、これらの図では、前述した図２に示す構成よりも２本多い５本のアンテナ素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅを備えた構成を示しているが、前記無線タグ通信装置１２には、これらのうち３本のアンテナ素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃを備えたものが好適に適用される。本実施例のアレイアンテナ１１６では、同一平面内に互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０が固体誘電体１１８により一体的に被覆されている。この固体誘電体１１８は、前記複数のアンテナ素子３０を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と垂直な方向に光軸を有する凹レンズ状（逆アーチ状）に被覆するものである。また、前記複数のアンテナ素子３０相互間の距離は、上記固体誘電体１１８の両端部に寄るにつれ短くなる（接近する）ように構成されている。なお、この固体誘電体１１８は、必ずしも厳密な凹レンズ状を成すものでなくともよく、また、通信に用いられる電波の入射乃至射出が想定される方向のみが部分的に凹レンズ状とされたものであってもよい。更には、必ずしも光学的なレンズとして機能しなくともよいことは言うまでもない。斯かる構成では、上記固体誘電体１１８が両端部に近づくほど厚み寸法が大きくなるように形成されており、その両端部に寄るにつれ前記アンテナ素子３０相互間の距離が接近するように配設されているため、ビームを絞りサイドローブを小さくすることが可能とされる。また、図２３及び図２４に示すように、アンテナ素子３０の本数を増やすことで斯かるサイドローブを可及的に小さくすることができる。一方、上記アレイアンテナ１１６に垂直な方向（複数のアンテナ素子３０によって張られる平面に垂直な方向）以外の方向からの入射については屈折により入射角が変わるため、そのアレイアンテナ１１６の指向性制御に際して上記固体誘電体１１８の電気特性等の性状に基づく補正を行う必要がある。このため、上記アレイアンテナ１１６が前記無線タグ通信装置１２に適用される場合、前記ＰＡＡウェイト制御部４６に備えられたバッファ等の記憶部には、上記固体誘電体１１８の性状に応じて上記アレイアンテナ１１６の各エレメントに対し入射乃至射出角度に対応する電波の屈折量及び誘電体を通過する距離を示す関係が予め記憶され、前記ＰＡＡウェイト制御部４６は、その関係に基づいて上記アレイアンテナ１１６の指向性を制御する。
【００６４】
このように、本実施例によれば、複数のアンテナ素子３０から構成されるアレイアンテナ１６等において、それらアンテナ素子３０のうち少なくとも一部が空気よりも高い誘電率を有する固体誘電体１８等に被覆されていることから、前記複数のアンテナ素子３０相互間の電気長を長くすることができ、実質的にそれらアンテナ素子３０相互間の距離を長くとった場合と同等の効果が得られる。すなわち、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を軽減するアレイアンテナ１６等を提供することができる。
【００６５】
また、前記アンテナ素子３０は、１直線上に配置された１対の直線状エレメントから成るダイポールアンテナであるため、複数のダイポールアンテナから成るアレイアンテナ１６等を小型化できると共に、隣接するダイポールアンテナ相互間の影響を軽減することができる。
【００６６】
また、前記アンテナ素子３０は、一対の直線状エレメントの長さが、前記アレイアンテナ１６等による通信に用いられる電波の前記固体誘電体１８内における波長の約１／２となるように構成されたものであるため、固体誘電体を備えない通常のアンテナ素子より短いエレメント長で構成することができる上、アンテナ素子を共振状態で使用することができる。
【００６７】
また、前記固体誘電体１８は、前記アンテナ素子３０の周囲を円筒状に被覆するものであり、それら固体誘電体１８に被覆された複数のアンテナ素子３０が互いに平行を成すように配列されて構成されるものであるため、円筒状の固体誘電体１８によりアンテナ素子３０を被覆することで、アレイアンテナ１６に到来する電波のアンテナ法線方向の成分を垂直に固体誘電体１８に入射させることができ、その固体誘電体１８の誘電率や入射角等による屈折の影響を無視することができる。
【００６８】
また、前記複数のアンテナ素子３０は、互いに隣接するアンテナ素子３０相互間の距離が、前記アレイアンテナ１６等による通信に用いられる電波の前記固体誘電体１８等内における波長λgrの１／２となるように配列されたものであるため、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等のアンテナ素子３０相互間の結合を保証しつつ、より小型のアレイアンテナ１６等を実現できる。
【００６９】
また、前記複数のアンテナ素子３０は、互いに隣接するアンテナ素子３０相互間の距離が、前記アレイアンテナ１６等による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２となるように配列されたものであるため、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置で、隣接するアンテナ素子３０相互間の結合を小さくすることができる。
【００７０】
また、前記固体誘電体９０は、隣接する円筒状の固体誘電体９０ａ、９０ｂ、９０ｃ相互間で一部が重なるように一体的に構成されたものであるため、前記複数のアンテナ素子３０を被覆する固体誘電体９０を一体的に構成して厚みを持たせることで、その固体誘電体９０による隣接するアンテナ素子３０相互間の影響の軽減効果を高めることができる。
【００７１】
また、前記複数のアンテナ素子３０は、互いに隣接するアンテナ素子３０相互間の距離が、前記アレイアンテナ８８による通信に用いられる電波の前記固体誘電体９０内における波長λgrの１／２となるように配列されたものであり、前記円筒状の固体誘電体９０ａ、９０ｂ、９０ｃにおける底面半径ｒは、前記隣接するアンテナ素子３０相互間の距離と等しいものであるため、アレイアンテナ８８に垂直な方向から±３０°の範囲で到来する電波のアンテナ法線方向の成分を垂直に固体誘電体９０に入射させることができ、その固体誘電体９０の誘電率や入射角等による屈折の影響を無視することができることに加え、可及的に小型のアレイアンテナ８８を実現できる。
【００７２】
また、前記複数のアンテナ素子３０は、互いに隣接するアンテナ素子３０相互間の距離が、前記アレイアンテナ８８による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２となるように配列されたものであり、前記円筒状の固体誘電体９０ａ、９０ｂ、９０ｃにおける底面半径ｒは、前記隣接するアンテナ素子３０相互間の距離と等しいものであるため、固体誘電体を備えない通常の１／４波長間隔のアレイアンテナと同等の配置で、隣接するアンテナ素子３０相互間の結合を小さくすることができ、ビーム幅等を同じ条件で設計できることに加え、より小型のアレイアンテナ８８を実現できる。
【００７３】
また、前記固体誘電体９４等は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０を一体的に且つ矩形平板状に被覆するものであるため、隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を更に軽減することができる。
【００７４】
また、前記矩形平板状の固体誘電体９８の厚さｔは、前記アンテナ素子３０のエレメントの直径以下であるため、前記矩形平板状の固体誘電体９８の厚さｔを可及的に薄くすることで電波の入射乃至射出時における屈折の影響を小さくできると共に、隣接するアンテナ素子３０相互間の結合量を小さくできる。
【００７５】
また、前記矩形平板状の固体誘電体１０２の厚さｔは、前記アレイアンテナ１００による通信に用いられる電波の前記固体誘電体１０２内における波長λgrの１／２以上であるため、隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を可及的に軽減することができる。
【００７６】
また、前記矩形平板状の固体誘電体１０２の厚さｔは、前記アレイアンテナ１００による通信に用いられる電波の前記固体誘電体１０２内における波長λgrの１／２であるため、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の通信特性を保証しつつ、より小型のアレイアンテナ１００を実現できる。
【００７７】
また、前記複数のアンテナ素子３０は、互いに隣接するアンテナ素子３０相互間の距離が、前記アレイアンテナ９２等による通信に用いられる電波の空気中における波長λg0の１／２以上となるように配列されたものであるため、固体誘電体を備えない通常の１／２波長間隔のアレイアンテナと同等の配置で、隣接するアンテナ素子３０相互間の結合を小さくすることができ、ビーム幅等を同じ条件で設計できることに加え、より小型のアレイアンテナ９２等を実現できる。
【００７８】
また、前記矩形平板状の固体誘電体１０６における前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と平行を成す２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′について、一方の平面部１０６ｐ′と前記平面との距離は前記アレイアンテナ１０４による通信に用いられる電波の前記固体誘電体１０６内における波長λgrの１／２以上であり、他方の平面部１０６ｐと前記平面との距離はその波長λgrの１／２未満であるため、前記複数のアンテナ素子３０に対する前記２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′までの厚さに偏りをつけることで、アレイの前後で別々のパターンを形成することができ、片側のみにビームを形成すること等が可能とされる。
【００７９】
また、前記矩形平板状の固体誘電体１０６における前記複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と平行を成す２つの平面部１０６ｐ、１０６ｐ′について、少なくとも一方の平面部１０６ｐ′と前記平面との距離は前記アレイアンテナ１０８による通信に用いられる電波の前記固体誘電体１０６内における波長λgrの１／２以上であり、その平面部１０６ｐ′を覆うように金属板１１０が固設されたものであるため、金属面等に取り付けた際に好適に機能するアレイアンテナ１０８を実現できる。
【００８０】
また、前記固体誘電体１１４は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と垂直な光軸を有する凸レンズ状に被覆するものであるため、前記固体誘電体１１４を凸レンズ状とすることで、各アンテナ素子３０に対応して固体誘電体１１４中を通過する電波の距離が異なり、到来方向から遠いほど固体誘電体１１４中を通過する距離が大きくなることから、指向性方向制御が容易となり、ビーム幅を狭くすることができる。
【００８１】
また、前記固体誘電体１１８は、互いに平行を成すように配列された前記複数のアンテナ素子３０を一体的に且つそれら複数のアンテナ素子３０によって張られる平面と垂直な光軸を有する凹レンズ状に被覆するものであるため、前記固体誘電体１１８を凹レンズ状すなわち両端部に近付くほど厚みが厚くなるように構成することで、その両端部におけるアンテナ素子３０を相互に近接させてもそれら隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を可及的に軽減することができる。
【００８２】
また、前記固体誘電体１８等は、セラミックスであるため、比較的高い誘電率を有する実用的な材料を用いて設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を軽減するアレイアンテナ１６等を提供することができる。
【００８３】
また、本実施例の無線タグ通信装置１２は、前述した本実施例のアレイアンテナ１６等を備え、そのアレイアンテナ１６等は前記送信アンテナ及び受信アンテナとして用いられるものであることから、その無線タグ通信装置１２による無線タグ１４との通信に用いられるアレイアンテナ１６等に関して、複数のアンテナ素子３０相互間の電気長を長くすることができ、実質的にそれらアンテナ素子３０相互間の距離を長くとった場合と同等の効果が得られる。すなわち、設置スペースが小さくて済み、且つ隣接するアンテナ素子３０相互間の影響を軽減するアレイアンテナ１６等を備えた無線タグ通信装置１２を提供することができる。
【００８４】
また、前記無線タグ通信装置１２は、前記固体誘電体９４等の性状に基づいて前記アレイアンテナ９２等の指向性を制御する指向性制御部であるＰＡＡウェイト制御部４６を備えたものであるため、前記アレイアンテナ９２等に備えられた固体誘電体９４等の誘電率、形状、及びアンテナ素子３０との相対位置関係等に合わせて、それらによる電波の屈折や電気長の変化等の影響を考慮した指向性制御を行うことができる。
【００８５】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００８６】
例えば、前述した実施例において、前記アレイアンテナ１６等に備えられたアンテナ素子３０は、１直線上に配置された１対の直線状エレメントから成るダイポールアンテナであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、一部が非直線状である線状エレメントから成るダイポールアンテナや単一の線状エレメントから成るモノポールアンテナ等であってもよく、アレイアンテナを構成するアンテナ素子として機能し得るものであればその態様は問わない。
【００８７】
また、前述した実施例では、無線通信を介して情報の書き込み及び／又は読み出しが可能な無線タグ１４に向けて所定の送信信号を送信すると共に、その送信信号に応答してその無線タグ１４から返信される返信信号を受信することでその無線タグ１４との間で情報の通信を行う無線タグ通信装置１２にアレイアンテナ１６等が適用された例を説明したが、本発明のアレイアンテナは、例えば、種々の移動体通信や無線ＬＡＮ通信等、ＲＦＩＤシステム以外の通信にも好適に用いられ得るものである。
【００８８】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明が好適に用いられる無線タグ通信システムについて説明する図である。
【図２】本第２発明の一実施例である無線タグ通信装置の構成を説明する図である。
【図３】図２の無線タグ通信装置の通信対象である無線タグに備えられた無線タグ回路素子の構成を説明する図である。
【図４】図２の無線タグ通信装置に備えられた、本第１発明の一実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図５】図４のアレイアンテナに備えられたアンテナ素子の外観を概略的に示す斜視図である。
【図６】図４のアレイアンテナに備えられたアンテナ素子の寸法を説明する正面図（側面図）である。
【図７】図５のアンテナ素子を被覆する固体誘電体の物性について説明する図である。
【図８】図５のアンテナ素子を被覆する固体誘電体の物性について説明する図である。
【図９】図４のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係と、それら複数のアンテナ素子による図３の無線タグとの間の通信について説明する図である。
【図１０】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の他の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図１１】図１０のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【図１２】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図１３】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１３のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【図１５】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図１６】図１５のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【図１７】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図１８】図１７のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【図１９】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図２０】図１９のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【図２１】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図２２】図２１のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【図２３】図２の無線タグ通信装置に好適に適用される、本第１発明の更に別の実施例であるアレイアンテナの外観を概略的に示す斜視図である。
【図２４】図２３のアレイアンテナに備えられた複数のアンテナ素子及び固体誘電体の相対位置関係を説明する正面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１２：無線タグ通信装置
１４：無線タグ
１６、８８、９２、９６、１００、１０４、１０８、１１２、１１６：アレイアンテナ
１８、９０、９４、９８、１０２、１０６、１１４、１１８：固体誘電体
３０：アンテナ素子（ダイポールアンテナ）
４６：ＰＡＡウェイト制御部（指向性制御部）
１０２ｐ、１０２ｐ′：平面部
１１０：金属板
【図１】
2007336305.tif 000003
【図２】
2007336305.tif 000004
【図３】
2007336305.tif 000005
【図４】
2007336305.tif 000006
【図５】
2007336305.tif 000007
【図６】
2007336305.tif 000008
【図７】
2007336305.tif 000009
【図８】
2007336305.tif 000010
【図９】
2007336305.tif 000011
【図１０】
2007336305.tif 000012
【図１１】
2007336305.tif 000013
【図１２】
2007336305.tif 000014
【図１３】
2007336305.tif 000015
【図１４】
2007336305.tif 000016
【図１５】
2007336305.tif 000017
【図１６】
2007336305.tif 000018
【図１７】
2007336305.tif 000019
【図１８】
2007336305.tif 000020
【図１９】
2007336305.tif 000021
【図２０】
2007336305.tif 000022
【図２１】
2007336305.tif 000023
【図２２】
2007336305.tif 000024
【図２３】
2007336305.tif 000025
【図２４】
2007336305.tif 000026