專利名稱：陣列天線、標(biāo)簽通信裝置、標(biāo)簽通信系統(tǒng)、及陣列天線的波束控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠改變電波的波束的方向的陣列天線、具有該陣列天線的標(biāo)簽 通信裝置及標(biāo)簽通信系統(tǒng)、和陣列天線的波束控制方法。
背景技術(shù)：
以往，作為指向性天線的一種有陣列天線。該陣列天線排列多個(gè)天線元件(陣列) 而成，能夠控制流向各天線元件的信號(hào)的相位(Phase)，并電子地改變電波的波束的指向方 向。通過改變各天線元件的供電相位，能夠改變電波的波束的指向方向，所以例如像專利文 獻(xiàn)1公開的標(biāo)簽通信用天線那樣，通過掃描電波的波束來實(shí)現(xiàn)通信區(qū)域的擴(kuò)大，另外像專 利文獻(xiàn)2公開的標(biāo)簽移動(dòng)方向檢測(cè)系統(tǒng)那樣，能夠用于檢測(cè)標(biāo)簽的移動(dòng)方向。另外，在本說 明書及附圖中，存在以度(°或deg)為單位來表示角度的情況、和以弧度為單位表示角度 的情況，當(dāng)在數(shù)學(xué)式中具有以度為單位來表示角度的部分時(shí)，解釋為在該數(shù)學(xué)式中以度為 單位來處理角度。并且，當(dāng)在數(shù)學(xué)式中具有以弧度為單位來表示角度的部分時(shí)，解釋為在該 數(shù)學(xué)式中以弧度為單位來處理角度。另一方面，存在陣列天線的小型化需求，為了使陣列天線小型化，削減構(gòu)成的天線 元件數(shù)量是最有效的。本申請(qǐng)人在試制時(shí)使用了如圖7(a)所示的由水平方向(X軸)3個(gè) 元件和垂直方向(Y軸)2個(gè)元件的3X2 = 6個(gè)元件(210a 210f)構(gòu)成的陣列天線200。 本申請(qǐng)人在試制時(shí)使用該陣列天線200，按照專利文獻(xiàn)2所述進(jìn)行了物品的移動(dòng)方向檢測(cè)。 即，如圖7 (b)所示，改變各天線元件的供電相位，使從陣列天線200發(fā)射的電波的波束即主 瓣(Main lobe) (ML α、ML^ )的指向方向按照掃描角α、β (水平方向相對(duì)于垂射方向的 傾斜角)反復(fù)變化，由此檢測(cè)物品等移動(dòng)體的移動(dòng)方向。該移動(dòng)方向檢測(cè)方法在專利文獻(xiàn) 2中有具體說明，下面參照?qǐng)D7(c)進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。在主瓣的指向方向相對(duì)于垂射方向是圖中的+方向時(shí)(主瓣MLa)，在掃描角β 側(cè)不與粘貼在(未圖示的)物品上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信，而只在掃描角α側(cè)進(jìn)行通信。同 樣，在主瓣的指向方向相對(duì)于垂射方向是圖中的-方向時(shí)(主瓣MLi3)，在掃描角α側(cè)不與 粘貼在(未圖示的)物品上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信，而只在掃描角β側(cè)進(jìn)行通信。因此，通 過按照掃描角α、β反復(fù)切換主瓣的指向方向，與RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信，由此根據(jù)通過主瓣 MLa通信的多個(gè)數(shù)據(jù)(繪制數(shù)據(jù)(Plot data) P)和通過主瓣ML β通信的多個(gè)數(shù)據(jù)(繪制 數(shù)據(jù)P)的分布，求出線性近似直線L，并計(jì)算其斜率，從而進(jìn)行移動(dòng)方向的檢測(cè)。參照該圖 7(c)可知，為了提高移動(dòng)方向檢測(cè)的精度，在切換為主瓣MLa時(shí)，在-側(cè)不與RFID標(biāo)簽進(jìn) 行通信，在切換為主瓣ML β時(shí)，在+側(cè)不進(jìn)行通信，這非常重要。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)小型化，削減天線元件的數(shù)量是最有效的，另外從供應(yīng)商庫存 管理(VMI =Vendor Managed Inventory)等庫存管理和物流管理的角度出發(fā)，優(yōu)選縱向橫 向是相同的指向性。因此，縱橫(垂直水平方向)的指向性良好而且最小的陣列天線，是如 圖8(a)所示的由水平方向(X軸)2個(gè)元件和垂直方向(Y軸)2個(gè)元件的2X2 = 4個(gè)元件(211a 21 Id)構(gòu)成的陣列天線201。但是，在把天線元件的數(shù)量設(shè)為2X2 = 4個(gè)元件時(shí)，根據(jù)本申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)判明產(chǎn) 生新的問題。該新的問題是旁瓣(Side lobe)、柵瓣(Gratinglobe)的問題。即，如圖8(b) 所示，在切換為主瓣ML α?xí)r旁瓣SL α過大(同樣在切換為主瓣ML β時(shí)旁瓣SL β過大)， 產(chǎn)生移動(dòng)方向的檢測(cè)精度下降的問題。這樣在旁瓣過大時(shí)，如圖8(c)所示，在切換為掃描 角α?xí)r，在+側(cè)產(chǎn)生主瓣MLa，同時(shí)在-側(cè)產(chǎn)生的旁瓣SL α (同樣在切換為掃描角β時(shí)， 在-側(cè)產(chǎn)生主波束ML β，同時(shí)在+側(cè)產(chǎn)生的旁瓣SL β)與(未圖示的)RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信。 結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)判明不能求出線性近似直線的斜率，移動(dòng)方向的檢測(cè)精度明顯下降。為了降低這種旁瓣，如圖9所示，一般是變更對(duì)各天線元件的功率分配比。S卩，在 多個(gè)天線元件(212a 212e)中，對(duì)中央的天線元件212 α提供高功率，越到邊緣越降低功 率。但是，這種方法導(dǎo)致控制變復(fù)雜。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-020083號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-303935號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于，提供一種實(shí)現(xiàn)旁瓣和柵瓣 的降低并實(shí)現(xiàn)陣列天線自身的小型化的陣列天線、具有該陣列天線的標(biāo)簽通信裝置及標(biāo)簽 通信系統(tǒng)、和陣列天線的波束控制方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種陣列天線，能夠電氣地控制電波的波束的指向 方向，其特征在于，具有第2天線元件和第3天線元件，在第1假想直線上分離配置；第1 天線元件和第4天線元件，在與第1假想直線正交的第2假想直線上隔著第1假想直線分 離配置；可變移相器，能夠改變并設(shè)定各天線元件的供電相位；和控制單元，控制可變移相 器以使電波的波束的指向方向沿著第1假想直線變更。并且，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天線元件的供電相位是Φ2、第3天線元 件的供電相位是Φ3、第1天線元件的供電相位是Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4， 將第1假想直線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0， 0)，將通過原點(diǎn)并與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分 別設(shè)為第1天線元件(0，Υ1)、第2天線元件(_Χ1，0)、第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件 (0，-Υ2)，并將波長(zhǎng)設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為θ，在這種情況下，控制單元使可變移相器將 各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = -Xl · 8 η(θ)/λ+φΚ Φ3 = Φ 1-2 π ·Χ2· η(θ)/λ，由此使電波的波束的指向方向在XZ平面上從Z軸朝向 θ方向。并且，本發(fā)明的一種陣列天線，能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，其特征在 于，具有第2天線元件和第3天線元件，在第1假想直線上分離配置；第1天線元件和第4 天線元件，在與第1假想直線正交的第2假想直線上隔著第1假想直線分離配置；可變移相 器，能夠改變并設(shè)定各天線元件的供電相位；和控制單元，控制可變移相器以使電波的波束 的指向方向能夠選擇性地沿著第1假想直線或第2假想直線變更。并且，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天線元件的供電相位是Φ2、第3天線元 件的供電相位是Φ3、第1天線元件的供電相位是Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0， 0)，將通過原點(diǎn)并與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分 別設(shè)為第1天線元件(0，Y1)、第2天線元件(_Χ1，0)、第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件 (0，-Υ2)，并將波長(zhǎng)設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為θ，在這種情況下，控制單元使可變移相器將 各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = -Xl · 8 η(θ)/λ+φΚ Φ3 = Φ 1-2 π ·Χ2· η(θ)/λ，由此使電波的波束的指向方向在XZ平面上從Z軸朝向 θ方向，另一方面，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式Φ2= Φ3、 Φ1 = 231 ·Υ1 · sin( θ )/λ+φ2、Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin ( θ ) / λ，由此使電波的波束的 指向方向在YZ平面上從Z軸朝向θ方向。這里，第1天線元件、第2天線元件、第3天線元件及第4天線元件的序號(hào)是為了 明確具有4個(gè)天線元件以及它們的關(guān)系而標(biāo)注的，它們的配置關(guān)系與條件式的關(guān)系在本發(fā) 明中是非常重要的部分。并且，第1假想直線及第2假想直線是為了明確各第1 第4天線元件的配置關(guān)系 而假想使用的線，不是實(shí)線。其中，配置在第1假想直線或第2假想直線上，是指各第1 第4天線元件的中心點(diǎn)被配置在各假想直線上，但并不嚴(yán)格地要求中心部位于各假想直線 上，只要大致位于假想直線上即可。也可以由各第1 第4天線元件形成正方形狀，但不一定是正方形狀，例如也可以 是菱形形狀，并且形成四邊形的各邊(天線元件之間的間隔)不一定相同。上述第1天線元件、第2天線元件、第3天線元件及第4天線元件也可以由平板式 天線構(gòu)成。如果由平板式天線構(gòu)成多個(gè)天線元件，則能夠制造薄薄的掃描天線，也能夠?qū)⒅?造成本抑制得比較低，所以比較適合。并且，本發(fā)明的一種標(biāo)簽通信裝置的特征在于，與所述陣列天線連接，并且通過該 陣列天線與RFID標(biāo)簽進(jìn)行無線通信。這里，標(biāo)簽通信裝置指讀取器、寫入器或讀寫器。并且，本發(fā)明的一種標(biāo)簽通信系統(tǒng)的特征在于，從所述標(biāo)簽通信裝置或終端裝置 向所述陣列天線發(fā)送用于確定電波的波束的指向方向的指向角度指令信號(hào)，由此能夠以預(yù) 定的間隔反復(fù)改變所述電波的波束的指向方向。指向角度指令信號(hào)是用于確定電波的波束 的方向的信號(hào)，該指向角度指令信號(hào)也可以從標(biāo)簽通信裝置直接發(fā)送。并且，也可以從與該 標(biāo)簽通信裝置連接的PC(計(jì)算機(jī))等終端裝置通過標(biāo)簽通信裝置發(fā)送，還可以不經(jīng)過標(biāo)簽 通信裝置而直接從終端裝置發(fā)送。并且，本發(fā)明的一種陣列天線的波束控制方法，該陣列天線具有第2天線元件和 第3天線元件，在第1假想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想 直線正交的第2假想直線上隔著第1假想直線分離配置；和可變移相器，能夠改變并設(shè)定各 天線元件的供電相位，所述陣列天線能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，所述波束控 制方法的特征在于，控制可變移相器以使電波的波束的指向方向沿著第1假想直線變更。并且，在上述陣列天線的波束控制方法中，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天 線元件的供電相位是Φ2、第3天線元件的供電相位是Φ3、第1天線元件的供電相位是 Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y 軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0，0)，將通過原點(diǎn)并與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如 此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分別設(shè)為第1天線元件(0，Yl)、第2天線元件(_Χ1，0)、
7第3天線元件(X2，0)、第4天線元件(0，-Y2)，并將波長(zhǎng)設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為Θ，在這 種情況下，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = 2 31 ·Χ1 · sin( θ )/λ+φ1、φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin ( θ )/λ，使電波的波束的指向方向在 XZ平面上從Z軸朝向θ方向。并且，本發(fā)明的一種陣列天線的波束控制方法，該陣列天線具有第2天線元件和 第3天線元件，在第1假想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想 直線正交的第2假想直線上隔著第1假想直線分離配置；和可變移相器，能夠改變并設(shè)定各 天線元件的供電相位，所述陣列天線能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，所述波束控 制方法的特征在于，控制可變移相器以使電波的波束的指向方向能夠選擇性地沿著第1假 想直線或第2假想直線變更。并且，在上述陣列天線的波束控制方法中，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天 線元件的供電相位是Φ2、第3天線元件的供電相位是Φ3、第1天線元件的供電相位是 Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y 軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0，0)，將通過原點(diǎn)并與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如 此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分別設(shè)為第1天線元件(0，Yl)、第2天線元件(_Χ1，0)、 第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件(0，-Υ2)，并將波長(zhǎng)設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為Θ，在這 種情況下，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = 2 31 · Xl · sin( θ )/λ+φ1、φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，使電波的波束的指向方向 在XZ平面上從Z軸朝向θ方向，另一方面，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所 有的條件式 Φ 2 = Φ 3、Φ 1 = 2 π · Yl · sin ( θ ) / λ + φ 2、Φ 4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin ( θ ) / λ，使電波的波束的指向方向在YZ平面上從Z軸朝向θ方向。根據(jù)以上說明的本發(fā)明，陣列天線具有第2天線元件和第3天線元件，在第1假 想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想直線正交的第2假想直線 上隔著第1假想直線分離配置；和可變移相器，能夠改變并設(shè)定各天線元件的供電相位，該 陣列天線能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，并控制可變移相器以使電波的波束的指 向方向沿著第1假想直線變更。由此，能夠降低柵瓣、旁瓣，實(shí)現(xiàn)天線整體的小型化。


圖1是示意地表示本發(fā)明的標(biāo)簽通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖2(a)是表示本發(fā)明的陣列天線的結(jié)構(gòu)概況的俯視圖，圖2(b)是存儲(chǔ)在控制器 中的內(nèi)部表。圖3是用于說明本發(fā)明的陣列天線的指向方向的示意圖。圖4(a)和圖4(b)是用于說明本發(fā)明的陣列天線的各天線元件的供電相位的原理 的概念圖。圖5是用于說明本發(fā)明的陣列天線的各天線元件的供電相位的原理的概念圖。圖6是表示本發(fā)明的陣列天線的旁瓣的降低效果的坐標(biāo)圖。圖7(a)是表示現(xiàn)有的陣列天線的結(jié)構(gòu)概況的俯視圖，圖7(b)是表示掃描的狀態(tài) 的示意圖，圖7(c)是表示移動(dòng)方向檢測(cè)原理的坐標(biāo)圖。圖8(a)是表示現(xiàn)有的陣列天線的結(jié)構(gòu)概況的俯視圖，圖8(b)是表示掃描的狀態(tài)
8的示意圖，圖8(c)是表示移動(dòng)方向檢測(cè)原理的坐標(biāo)圖。圖9是表示現(xiàn)有的旁瓣的降低方法的一例的概念圖,標(biāo)號(hào)說明10標(biāo)簽通信系統(tǒng)20陣列天線21a、21b、21c、21d 天線元件22a、22b、22c、22d 可變移相器23a、23b、23c 分配器24控制板25控制器30讀寫器(標(biāo)簽通信裝置)40計(jì)算機(jī)Ll第1假想直線L2第2假想直線TB內(nèi)部表ΦΙ、Φ2、Φ3、Φ4 供電相位θ表示陣列天線的指向方向的角度
具體實(shí)施例方式下面，關(guān)于用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，參照附圖進(jìn)行具體說明。圖1是示意地表示本發(fā)明的標(biāo)簽通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概況的框圖，圖2(a)表示從背 面?zhèn)扔^看本發(fā)明的陣列天線的結(jié)構(gòu)概況時(shí)的俯視圖，圖2(b)表示存儲(chǔ)在控制器中的內(nèi)部 表，圖3是用于說明本發(fā)明的陣列天線的指向方向的示意圖，圖4(a)和圖4(b)是用于說 明本發(fā)明的陣列天線的各天線元件的供電相位的原理的概念圖，圖5是用于說明本發(fā)明的 陣列天線的各天線元件的供電相位的原理的概念圖，圖6是表示本發(fā)明的陣列天線的旁瓣 (Side lobe)的降低效果的坐標(biāo)圖。如圖1所示，本發(fā)明的標(biāo)簽通信系統(tǒng)10包括陣列天線20、與陣列天線20連接的讀 寫器30、與讀寫器30連接的計(jì)算機(jī)(以下稱為“PC”) 40。陣列天線20包括4個(gè)天線元件21a 21d、與各天線元件21a 21d連接的可變 移相器22a 22d、和安裝了與各可變移相器22a 22d連接的控制器25的控制板24。4個(gè)天線元件21a 21d在這里是圓形平板式天線(Patch antenna)，S卩，把由銅 等構(gòu)成的導(dǎo)體板作為底板，在底板上層疊電介質(zhì)，再在電介質(zhì)上層疊圓形的導(dǎo)體而形成的 薄型的平面天線。這里，把圓形平板式天線用作天線元件，但不限于此，例如也可以適用方 形狀的平板式天線、偶極天線等。天線元件21b和天線元件21c分別設(shè)在假想直線Ll上，天線元件21a和天線元件 21d分別設(shè)在假想直線L2上。該假想直線Ll和假想直線L2是如圖2 (a)所示，在把水平方 向設(shè)為X軸、把垂直方向設(shè)為Y軸的情況下，為了說明各天線元件21a 21d被設(shè)在各軸線 上而使用的假想的線，不是實(shí)際的線?！疤炀€元件21b和天線元件21c被設(shè)在假想直線Ll上(天線元件21a和天線元件21d被設(shè)在假想直線L2上)”，指各天線元件21a 21d的中心位于各假想直線Li、L2上， 但并不嚴(yán)格地要求中心部位于各假想直線L1、L2上，只要大致位于假想直線L1、L2上即可。 另外，這里所說的水平方向(X軸)和垂直方向(Y軸)指后面敘述的掃描主波束時(shí)的方向 和軸。這里，各天線元件21a 21d形成正方形狀，但不一定是正方形狀，例如也可以是 菱形形狀，并且形成四邊形的各邊(天線元件之間的間隔d)不一定相同。4個(gè)可變移相器22a 22d是發(fā)揮改變各天線元件的供電相位的作用的元件，能夠 適用各種可變移相器。例如，關(guān)于這種可變移相器，有在導(dǎo)體線路和接地之間輸入液晶而構(gòu) 成的可變移相器。在向?qū)w線路和接地之間施加控制信號(hào)時(shí)，液晶的介質(zhì)常數(shù)變化，結(jié)果， 在傳輸線路中傳播的微波的傳播速度變化?？刂破?5發(fā)揮根據(jù)從讀寫器30發(fā)送的角度指令信號(hào)，控制提供給各可變移相器 22a 22d的DC電壓的作用，在內(nèi)部存儲(chǔ)有圖2 (b)所示的內(nèi)部表TB。這里，角度指令信號(hào) 是指示用于確定從陣列天線20發(fā)射的電波的波束(主瓣(Main lobe))的指向方向的角度 θ的信號(hào)。在內(nèi)部表TB中，按照每個(gè)指向方向θ，將各天線元件21a 21d的供電相位 Φ1 Φ4與DC電壓建立對(duì)應(yīng)而存儲(chǔ)。例如，在使指向方向θ =10°的角度指令信號(hào)從 讀寫器30發(fā)送來的情況下，如果向各天線元件21a 21d分別施加V1A、V1B、Vic, V1D[V]的 DC電壓，則電波的波束的指向方向?yàn)棣?= 10°。讀寫器30在PC40的控制下，向控制器25發(fā)送角度指令信號(hào)，并向各天線元件 21a 21d發(fā)送射頻(RF:Radio Frequency)信號(hào)。RF信號(hào)首先通過分配器23b被分配成 天線元件21a及21b側(cè)、和天線元件21c及21d側(cè)兩部分，被分配后的RF信號(hào)再通過分配 器23a分配給天線元件21a和21b，通過分配器23c分配給天線元件21c和21d。另外，此處是在PC40的控制下發(fā)送角度指令信號(hào)并發(fā)送RF信號(hào)，但也可以適用將 PC40的控制功能取入到讀寫器30中而不需要PC40的結(jié)構(gòu)。并且，此處是將控制器25安裝 在陣列天線20上的結(jié)構(gòu)，但也可以適用將該控制器25的功能設(shè)在外部，不在陣列天線20 上安裝控制器25的結(jié)構(gòu)，還可以適用將該功能取入到讀寫器30中的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，其 特征在于，將各天線元件21a 21d的排列結(jié)構(gòu)、各天線元件21a 21d的供電相位設(shè)定成 滿足下述數(shù)學(xué)式，除此之外的結(jié)構(gòu)可以適用各種結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，按照上面所述設(shè)置陣列天線20的各天線元件21a 21d，即在把水平 方向設(shè)為X軸、把垂直方向設(shè)為Y軸、把與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸的情況下，把各天線元 件的坐標(biāo)分別設(shè)為天線元件21a(0，Yl)、天線元件21b (-Χ ,ο)、天線元件21c (X2，0)、天線 元件21d(0，-Y2)，并把波長(zhǎng)設(shè)為λ、把指向方向設(shè)為θ，通過將各供電相位設(shè)定成滿足下 面所有的條件式(數(shù)學(xué)式1)φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/ λ + φ 1Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/ λ能夠使電波的波束的指向方向在XZ平面上從Z軸朝向θ方向。下面，參照?qǐng)D3 5說明該原理。圖3是用于說明陣列天線的指向方向的控制原理的示意圖。具體地講，表示如下狀態(tài)在存在隔開距離d并列配置的天線元件21a和天線元件21b的情況下，在把各自的供 電相位設(shè)為Φ 1、Φ 2時(shí)，電波的波束的指向方向相對(duì)于垂射方向沿θ方向傾斜。各天線元 件21a、21b的供電相位Φ1、Φ2根據(jù)期望的指向方向(指向角度θ )、天線元件21a、21b的 間隔d而確定，在把期望的指向角度設(shè)為θ時(shí)，可以將θ方向的波面對(duì)準(zhǔn)。因此，獲得下 面的數(shù)學(xué)式2。(數(shù)學(xué)式2)d · sin( θ ) = (φ 1-Φ2) · λ /2 π ... (1)然后，本發(fā)明的由4個(gè)天線元件21a 21d構(gòu)成的將各天線元件21a 21d配置 成正方形狀的陣列天線20如圖所示，在把表示間隔d的線與X軸形成的夾角設(shè)為Θ，把原 點(diǎn)設(shè)為0(0，0)時(shí)，原點(diǎn)0與天線元件21b的間隔d’如數(shù)學(xué)式(3)所示。(數(shù)學(xué)式3)d，= d · cos( )· · · (2)在沿水平方向觀看該陣列天線20時(shí)，看起來就好像天線元件21e位于原點(diǎn)0(0， 0)，如果沿水平方向觀看，與3個(gè)天線元件21b、21e、21c隔著間隔d’配置在X軸上時(shí)相同。 另外，此處是正方形狀，所以Θ =45°，即d，= d/V^。這里，如圖5所示，對(duì)各天線元件21a 21d標(biāo)以1 4的序號(hào)，把各天線元件 21a 21d的供電相位設(shè)為Φ1 Φ 4，如圖所示，在采取X軸、Y軸時(shí)的各天線元件21a 21d 的 XY 坐標(biāo)分別是天線元件 21a (0，Yl)、21b (_X2，0)、21c (X2，0)、21d(0，-Y2)。因此，在 本發(fā)明中，在如圖7(b)所示把X軸設(shè)為指向方向的軸并朝向主瓣的方向時(shí)，即，在把垂射方 向設(shè)為Z軸并使主波束在XZ平面上從Z軸朝向θ方向的情況下，供電相位Φ1和Φ4需 要滿足ΦΙ = Φ4... (3)，根據(jù)該式(3)和上述式(1)，各供電相位Φ1 Φ 4需要滿足下 面所有的條件式⑶ (5)。(數(shù)學(xué)式4)φ 1 = Φ 4. · · (3)Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/ λ + φ 1· · · (4)Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/ λ . . . (5)對(duì)于這樣構(gòu)成的本發(fā)明的陣列天線20的相位差、和如圖8(a)所示構(gòu)成的陣列天 線201(以下稱為“現(xiàn)有的陣列天線”)的相位差，代入具體的數(shù)值并進(jìn)行比較如下。例如， 把圖4(a)所示的天線元件的間隔d設(shè)為150mm(0. 15m)，由天線元件21a 21d整體形成1 邊設(shè)為150mm的正方形狀的陣列天線20，把使用頻率設(shè)為950MHz (波長(zhǎng)λ = 0. 31m)，在這 種情況下，為了使指向方向成為-35°，根據(jù)上述式(1)得到Φ1_Φ2 = 99°。另一方面， 在本發(fā)明的陣列天線20中，Φ 2-Φ1 = 70°，Φ1-Φ3 = 70°。通過構(gòu)成以上說明的本發(fā)明的陣列天線20，能夠獲得如圖6所示的效果。該圖6 將指向方向被設(shè)定為-35°時(shí)的旁瓣的產(chǎn)生狀態(tài)與普通陣列天線進(jìn)行比較示出。把縱軸設(shè) 為增益[dBi]、把橫軸設(shè)為θ [deg]，實(shí)線表示圖8(a)所示的陣列天線，虛線表示本發(fā)明的 陣列天線，圖中左側(cè)的第1峰表示主瓣的增益，右側(cè)的第2峰表示各陣列天線的旁瓣的增 益。根據(jù)該圖6可以判明，與現(xiàn)有的普通陣列天線相比，旁瓣急劇降低。這樣，在本發(fā)明中， 按照?qǐng)D2 (a)、圖5所示設(shè)置各天線元件21a 21d，而且將各天線元件21a 21d的供電相位Φ1 Φ 4設(shè)定成為滿足所有上述條件式(3) (5)，由此降低旁瓣，并實(shí)現(xiàn)陣列天線自 身的小型化。并且，如果把這種小型化的陣列天線用于前面敘述的物品等移動(dòng)體的移動(dòng)方 向的檢測(cè)，則能夠?qū)崿F(xiàn)陣列天線自身的小型化，而且移動(dòng)體檢測(cè)的精度不會(huì)下降。另外，以上說明了把水平方向設(shè)為軸的情況，但在把垂直方向(Y軸)設(shè)為軸的情 況下，與上述說明相同，通過將各供電相位Φ1 Φ4設(shè)定成為滿足下面所有的條件式，(數(shù)學(xué)式5)Φ 2 = Φ 3Φ 1 = 2 π · Yl · sin ( θ ) / λ + φ 2Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin( θ )/ λ能夠使電波的波束的指向方向在YZ平面上從Z軸朝向θ方向。另外，也可以通 過控制器25沿著水平方向或垂直方向選擇性地設(shè)定電波的波束的指向方向。
權(quán)利要求
一種陣列天線，能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，其特征在于，具有第2天線元件和第3天線元件，在第1假想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想直線正交的第2假想直線上隔著第1假想直線分離配置；可變移相器，可變地設(shè)定各天線元件的供電相位；和控制單元，控制可變移相器以使電波的波束的指向方向沿著第1假想直線變更。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列天線，其特征在于，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天線元件的供電相位是Φ 2、第3天線元件的供電相 位是Φ 3、第1天線元件的供電相位是Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直 線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0，0)，將通過原點(diǎn)并 與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分別設(shè)為第1天線元 件(0，Υ1)、第2天線元件(_Χ1，0)、第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件(0，_Υ2)，并將波長(zhǎng) 設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為Θ，在這種情況下，控制單元使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式 Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1 Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，由此使電波的波束的指向方向在XZ平面上從ζ軸朝向θ方向。
3.一種陣列天線，能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，其特征在于，具有 第2天線元件和第3天線元件，在第1假想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想直線正交的第2假想直線上隔著第1假 想直線分離配置；可變移相器，可變地設(shè)定各天線元件的供電相位；和控制單元，控制可變移相器以使電波的波束的指向方向能夠選擇性地沿著第1假想直 線或第2假想直線變更。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陣列天線，其特征在于，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天線元件的供電相位是Φ 2、第3天線元件的供電相 位是Φ3、第1天線元件的供電相位是Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直 線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0，0)，將通過原點(diǎn)并 與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分別設(shè)為第1天線元 件(0，Υ1)、第2天線元件(_Χ1，0)、第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件(0，_Υ2)，并將波長(zhǎng) 設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為Θ，在這種情況下，控制單元使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式 Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1 Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，由此使電波的波束的指向方向在XZ平面上從ζ軸朝向θ方向， 另一方面，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式 Φ2 = Φ3Φ 1 = 2 π · Yl · sin( θ )/λ +Φ2Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin( θ )/λ，由此使電波的波束的指向方向在YZ平面上從Z軸朝向θ方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的陣列天線，其特征在于，所述第1天線元件、第2天線元件、第3天線元件及第4天線元件由平板式天線構(gòu)成。
6.一種標(biāo)簽通信裝置，其特征在于， 與權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的陣列天線連接，并且通過該陣列天線與RFID標(biāo)簽進(jìn) 行無線通信。
7.—種標(biāo)簽通信系統(tǒng)，其特征在于，從權(quán)利要求6所述的標(biāo)簽通信裝置或終端裝置向所述陣列天線發(fā)送用于確定電波的 波束的指向方向的指向角度指令信號(hào)，由此能夠以預(yù)定的間隔反復(fù)改變所述電波的波束的 指向方向。
8.—種陣列天線的波束控制方法，所述陣列天線具有第2天線元件和第3天線元件， 在第1假想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想直線正交的第2 假想直線上隔著第1假想直線分離配置；和可變移相器，可變地設(shè)定各天線元件的供電相 位，所述陣列天線能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，所述波束控制方法的特征在于，控制可變移相器以使電波的波束的指向方向沿著第1假想直線變更。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列天線的波束控制方法，其特征在于，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天線元件的供電相位是Φ 2、第3天線元件的供電相 位是Φ3、第1天線元件的供電相位是Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直 線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0，0)，將通過原點(diǎn)并 與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分別設(shè)為第1天線元 件(0，Υ1)、第2天線元件(_Χ1，0)、第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件(0，_Υ2)，并將波長(zhǎng) 設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為Θ，在這種情況下，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，使電波的波束的指向方向在XZ平面上從ζ軸朝向θ方向。
10.一種陣列天線的波束控制方法，所述陣列天線具有第2天線元件和第3天線元 件，在第ι假想直線上分離配置；第1天線元件和第4天線元件，在與第1假想直線正交的第 2假想直線上隔著第1假想直線分離配置；和可變移相器，可變地設(shè)定各天線元件的供電相 位，所述陣列天線能夠電氣地控制電波的波束的指向方向，所述波束控制方法的特征在于，控制可變移相器以使電波的波束的指向方向能夠選擇性地沿著第1假想直線或第2假 想直線變更。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陣列天線的波束控制方法，其特征在于，將各天線元件的供電相位設(shè)為第2天線元件的供電相位是Φ 2、第3天線元件的供電相 位是Φ3、第1天線元件的供電相位是Φ 1、第4天線元件的供電相位是Φ4，將第1假想直 線設(shè)為X軸，將第2假想直線設(shè)為Y軸，將X軸與Y軸的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)(0，0)，將通過原點(diǎn)并與XY平面正交的軸設(shè)為Z軸，將如此設(shè)定時(shí)的各天線元件的XY坐標(biāo)分別設(shè)為第1天線元 件(0，Y1)、第2天線元件(_Χ1，0)、第3天線元件(Χ2，0)、第4天線元件(0，_Υ2)，并將波長(zhǎng) 設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為Θ，在這種情況下，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式 Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，使電波的波束的指向方向在XZ平面上從ζ軸朝向θ方向，另一方面，使可變移相器將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式Φ2 = Φ3Φ 1 = 2 π · Yl · sin( θ )/λ +Φ2Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin( θ )/λ，使電波的波束的指向方向在YZ平面上從Z軸朝向θ方向。
全文摘要
提供一種降低旁瓣并實(shí)現(xiàn)陣列天線的小型化的陣列天線、具有該陣列天線的標(biāo)簽通信裝置及標(biāo)簽通信系統(tǒng)、和陣列天線的波束控制方法。將各天線元件(21a～21d)的XY坐標(biāo)及供電相位分別設(shè)為天線元件21a(0，Y1)/φ1、天線元件21b(-X1，0)/φ2、天線元件21c(X2，0)/φ3、天線元件21d(0，-Y2)/φ4，并將波長(zhǎng)設(shè)為λ，將指向方向設(shè)為θ的情況下，將各供電相位設(shè)定為滿足下面所有的條件式即<數(shù)學(xué)式>φ1＝φ4、φ2＝2π·X1·sin(θ)/λ+φ1、φ3＝φ1-2π·X2·sin(θ)/λ。
文檔編號(hào)H01Q3/30GK101919116SQ200980102618
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者野上英克 申請(qǐng)人:歐姆龍株式會(huì)社