专利名称：阵列天线、标签通信装置、标签通信系统、及阵列天线的波束控制方法
技术领域：
本发明涉及一种能够改变电波的波束的方向的阵列天线、具有该阵列天线的标签 通信装置及标签通信系统、和阵列天线的波束控制方法。
背景技术：
以往，作为指向性天线的一种有阵列天线。该阵列天线排列多个天线元件(阵列) 而成，能够控制流向各天线元件的信号的相位(Phase)，并电子地改变电波的波束的指向方 向。通过改变各天线元件的供电相位，能够改变电波的波束的指向方向，所以例如像专利文 献1公开的标签通信用天线那样，通过扫描电波的波束来实现通信区域的扩大，另外像专 利文献2公开的标签移动方向检测系统那样，能够用于检测标签的移动方向。另外，在本说 明书及附图中，存在以度(°或deg)为单位来表示角度的情况、和以弧度为单位表示角度 的情况，当在数学式中具有以度为单位来表示角度的部分时，解释为在该数学式中以度为 单位来处理角度。并且，当在数学式中具有以弧度为单位来表示角度的部分时，解释为在该 数学式中以弧度为单位来处理角度。另一方面，存在阵列天线的小型化需求，为了使阵列天线小型化，削减构成的天线 元件数量是最有效的。本申请人在试制时使用了如图7(a)所示的由水平方向(X轴)3个 元件和垂直方向(Y轴)2个元件的3X2 = 6个元件(210a 210f)构成的阵列天线200。 本申请人在试制时使用该阵列天线200，按照专利文献2所述进行了物品的移动方向检测。 即，如图7 (b)所示，改变各天线元件的供电相位，使从阵列天线200发射的电波的波束即主 瓣(Main lobe) (ML α、ML^ )的指向方向按照扫描角α、β (水平方向相对于垂射方向的 倾斜角)反复变化，由此检测物品等移动体的移动方向。该移动方向检测方法在专利文献 2中有具体说明，下面参照图7(c)进行简要说明。在主瓣的指向方向相对于垂射方向是图中的+方向时(主瓣MLa)，在扫描角β 侧不与粘贴在(未图示的)物品上的RFID标签进行通信，而只在扫描角α侧进行通信。同 样，在主瓣的指向方向相对于垂射方向是图中的-方向时(主瓣MLi3)，在扫描角α侧不与 粘贴在(未图示的)物品上的RFID标签进行通信，而只在扫描角β侧进行通信。因此，通 过按照扫描角α、β反复切换主瓣的指向方向，与RFID标签进行通信，由此根据通过主瓣 MLa通信的多个数据(绘制数据(Plot data) P)和通过主瓣ML β通信的多个数据(绘制 数据P)的分布，求出线性近似直线L，并计算其斜率，从而进行移动方向的检测。参照该图 7(c)可知，为了提高移动方向检测的精度，在切换为主瓣MLa时，在-侧不与RFID标签进 行通信，在切换为主瓣ML β时，在+侧不进行通信，这非常重要。另一方面，为了实现小型化，削减天线元件的数量是最有效的，另外从供应商库存 管理(VMI =Vendor Managed Inventory)等库存管理和物流管理的角度出发，优选纵向横 向是相同的指向性。因此，纵横(垂直水平方向)的指向性良好而且最小的阵列天线，是如 图8(a)所示的由水平方向(X轴)2个元件和垂直方向(Y轴)2个元件的2X2 = 4个元件(211a 21 Id)构成的阵列天线201。但是，在把天线元件的数量设为2X2 = 4个元件时，根据本申请人的实验判明产 生新的问题。该新的问题是旁瓣(Side lobe)、栅瓣(Gratinglobe)的问题。即，如图8(b) 所示，在切换为主瓣ML α时旁瓣SL α过大(同样在切换为主瓣ML β时旁瓣SL β过大)， 产生移动方向的检测精度下降的问题。这样在旁瓣过大时，如图8(c)所示，在切换为扫描 角α时，在+侧产生主瓣MLa，同时在-侧产生的旁瓣SL α (同样在切换为扫描角β时， 在-侧产生主波束ML β，同时在+侧产生的旁瓣SL β)与(未图示的)RFID标签进行通信。 结果，通过实验判明不能求出线性近似直线的斜率，移动方向的检测精度明显下降。为了降低这种旁瓣，如图9所示，一般是变更对各天线元件的功率分配比。S卩，在 多个天线元件(212a 212e)中，对中央的天线元件212 α提供高功率，越到边缘越降低功 率。但是，这种方法导致控制变复杂。专利文献1 日本特开2006-020083号公报专利文献2 日本特开2007-303935号公报
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种实现旁瓣和栅瓣 的降低并实现阵列天线自身的小型化的阵列天线、具有该阵列天线的标签通信装置及标签 通信系统、和阵列天线的波束控制方法。为了达到上述目的，本发明的一种阵列天线，能够电气地控制电波的波束的指向 方向，其特征在于，具有第2天线元件和第3天线元件，在第1假想直线上分离配置；第1 天线元件和第4天线元件，在与第1假想直线正交的第2假想直线上隔着第1假想直线分 离配置；可变移相器，能够改变并设定各天线元件的供电相位；和控制单元，控制可变移相 器以使电波的波束的指向方向沿着第1假想直线变更。并且，将各天线元件的供电相位设为第2天线元件的供电相位是Φ2、第3天线元 件的供电相位是Φ3、第1天线元件的供电相位是Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4， 将第1假想直线设为X轴，将第2假想直线设为Y轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0， 0)，将通过原点并与XY平面正交的轴设为Z轴，将如此设定时的各天线元件的XY坐标分 别设为第1天线元件(0，Υ1)、第2天线元件(_Χ1，0)、第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件 (0，-Υ2)，并将波长设为λ，将指向方向设为θ，在这种情况下，控制单元使可变移相器将 各供电相位设定为满足下面所有的条件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = -Xl · 8 η(θ)/λ+φΚ Φ3 = Φ 1-2 π ·Χ2· η(θ)/λ，由此使电波的波束的指向方向在XZ平面上从Z轴朝向 θ方向。并且，本发明的一种阵列天线，能够电气地控制电波的波束的指向方向，其特征在 于，具有第2天线元件和第3天线元件，在第1假想直线上分离配置；第1天线元件和第4 天线元件，在与第1假想直线正交的第2假想直线上隔着第1假想直线分离配置；可变移相 器，能够改变并设定各天线元件的供电相位；和控制单元，控制可变移相器以使电波的波束 的指向方向能够选择性地沿着第1假想直线或第2假想直线变更。并且，将各天线元件的供电相位设为第2天线元件的供电相位是Φ2、第3天线元 件的供电相位是Φ3、第1天线元件的供电相位是Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直线设为X轴，将第2假想直线设为Y轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0， 0)，将通过原点并与XY平面正交的轴设为Z轴，将如此设定时的各天线元件的XY坐标分 别设为第1天线元件(0，Y1)、第2天线元件(_Χ1，0)、第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件 (0，-Υ2)，并将波长设为λ，将指向方向设为θ，在这种情况下，控制单元使可变移相器将 各供电相位设定为满足下面所有的条件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = -Xl · 8 η(θ)/λ+φΚ Φ3 = Φ 1-2 π ·Χ2· η(θ)/λ，由此使电波的波束的指向方向在XZ平面上从Z轴朝向 θ方向，另一方面，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式Φ2= Φ3、 Φ1 = 231 ·Υ1 · sin( θ )/λ+φ2、Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin ( θ ) / λ，由此使电波的波束的 指向方向在YZ平面上从Z轴朝向θ方向。这里，第1天线元件、第2天线元件、第3天线元件及第4天线元件的序号是为了 明确具有4个天线元件以及它们的关系而标注的，它们的配置关系与条件式的关系在本发 明中是非常重要的部分。并且，第1假想直线及第2假想直线是为了明确各第1 第4天线元件的配置关系 而假想使用的线，不是实线。其中，配置在第1假想直线或第2假想直线上，是指各第1 第4天线元件的中心点被配置在各假想直线上，但并不严格地要求中心部位于各假想直线 上，只要大致位于假想直线上即可。也可以由各第1 第4天线元件形成正方形状，但不一定是正方形状，例如也可以 是菱形形状，并且形成四边形的各边(天线元件之间的间隔)不一定相同。上述第1天线元件、第2天线元件、第3天线元件及第4天线元件也可以由平板式 天线构成。如果由平板式天线构成多个天线元件，则能够制造薄薄的扫描天线，也能够将制 造成本抑制得比较低，所以比较适合。并且，本发明的一种标签通信装置的特征在于，与所述阵列天线连接，并且通过该 阵列天线与RFID标签进行无线通信。这里，标签通信装置指读取器、写入器或读写器。并且，本发明的一种标签通信系统的特征在于，从所述标签通信装置或终端装置 向所述阵列天线发送用于确定电波的波束的指向方向的指向角度指令信号，由此能够以预 定的间隔反复改变所述电波的波束的指向方向。指向角度指令信号是用于确定电波的波束 的方向的信号，该指向角度指令信号也可以从标签通信装置直接发送。并且，也可以从与该 标签通信装置连接的PC(计算机)等终端装置通过标签通信装置发送，还可以不经过标签 通信装置而直接从终端装置发送。并且，本发明的一种阵列天线的波束控制方法，该阵列天线具有第2天线元件和 第3天线元件，在第1假想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想 直线正交的第2假想直线上隔着第1假想直线分离配置；和可变移相器，能够改变并设定各 天线元件的供电相位，所述阵列天线能够电气地控制电波的波束的指向方向，所述波束控 制方法的特征在于，控制可变移相器以使电波的波束的指向方向沿着第1假想直线变更。并且，在上述阵列天线的波束控制方法中，将各天线元件的供电相位设为第2天 线元件的供电相位是Φ2、第3天线元件的供电相位是Φ3、第1天线元件的供电相位是 Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直线设为X轴，将第2假想直线设为Y 轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0，0)，将通过原点并与XY平面正交的轴设为Z轴，将如 此设定时的各天线元件的XY坐标分别设为第1天线元件(0，Yl)、第2天线元件(_Χ1，0)、
7第3天线元件(X2，0)、第4天线元件(0，-Y2)，并将波长设为λ，将指向方向设为Θ，在这 种情况下，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = 2 31 ·Χ1 · sin( θ )/λ+φ1、φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin ( θ )/λ，使电波的波束的指向方向在 XZ平面上从Z轴朝向θ方向。并且，本发明的一种阵列天线的波束控制方法，该阵列天线具有第2天线元件和 第3天线元件，在第1假想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想 直线正交的第2假想直线上隔着第1假想直线分离配置；和可变移相器，能够改变并设定各 天线元件的供电相位，所述阵列天线能够电气地控制电波的波束的指向方向，所述波束控 制方法的特征在于，控制可变移相器以使电波的波束的指向方向能够选择性地沿着第1假 想直线或第2假想直线变更。并且，在上述阵列天线的波束控制方法中，将各天线元件的供电相位设为第2天 线元件的供电相位是Φ2、第3天线元件的供电相位是Φ3、第1天线元件的供电相位是 Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直线设为X轴，将第2假想直线设为Y 轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0，0)，将通过原点并与XY平面正交的轴设为Z轴，将如 此设定时的各天线元件的XY坐标分别设为第1天线元件(0，Yl)、第2天线元件(_Χ1，0)、 第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件(0，-Υ2)，并将波长设为λ，将指向方向设为Θ，在这 种情况下，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式ΦΙ = Φ4、Φ2 = 2 31 · Xl · sin( θ )/λ+φ1、φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，使电波的波束的指向方向 在XZ平面上从Z轴朝向θ方向，另一方面，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所 有的条件式 Φ 2 = Φ 3、Φ 1 = 2 π · Yl · sin ( θ ) / λ + φ 2、Φ 4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin ( θ ) / λ，使电波的波束的指向方向在YZ平面上从Z轴朝向θ方向。根据以上说明的本发明，阵列天线具有第2天线元件和第3天线元件，在第1假 想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想直线正交的第2假想直线 上隔着第1假想直线分离配置；和可变移相器，能够改变并设定各天线元件的供电相位，该 阵列天线能够电气地控制电波的波束的指向方向，并控制可变移相器以使电波的波束的指 向方向沿着第1假想直线变更。由此，能够降低栅瓣、旁瓣，实现天线整体的小型化。
图1是示意地表示本发明的标签通信系统的结构概况的框图。图2(a)是表示本发明的阵列天线的结构概况的俯视图，图2(b)是存储在控制器 中的内部表。图3是用于说明本发明的阵列天线的指向方向的示意图。图4(a)和图4(b)是用于说明本发明的阵列天线的各天线元件的供电相位的原理 的概念图。图5是用于说明本发明的阵列天线的各天线元件的供电相位的原理的概念图。图6是表示本发明的阵列天线的旁瓣的降低效果的坐标图。图7(a)是表示现有的阵列天线的结构概况的俯视图，图7(b)是表示扫描的状态 的示意图，图7(c)是表示移动方向检测原理的坐标图。图8(a)是表示现有的阵列天线的结构概况的俯视图，图8(b)是表示扫描的状态
8的示意图，图8(c)是表示移动方向检测原理的坐标图。图9是表示现有的旁瓣的降低方法的一例的概念图,标号说明10标签通信系统20阵列天线21a、21b、21c、21d 天线元件22a、22b、22c、22d 可变移相器23a、23b、23c 分配器24控制板25控制器30读写器(标签通信装置)40计算机Ll第1假想直线L2第2假想直线TB内部表ΦΙ、Φ2、Φ3、Φ4 供电相位θ表示阵列天线的指向方向的角度
具体实施例方式下面，关于用于实施本发明的最佳方式，参照附图进行具体说明。图1是示意地表示本发明的标签通信系统的结构概况的框图，图2(a)表示从背 面侧观看本发明的阵列天线的结构概况时的俯视图，图2(b)表示存储在控制器中的内部 表，图3是用于说明本发明的阵列天线的指向方向的示意图，图4(a)和图4(b)是用于说 明本发明的阵列天线的各天线元件的供电相位的原理的概念图，图5是用于说明本发明的 阵列天线的各天线元件的供电相位的原理的概念图，图6是表示本发明的阵列天线的旁瓣 (Side lobe)的降低效果的坐标图。如图1所示，本发明的标签通信系统10包括阵列天线20、与阵列天线20连接的读 写器30、与读写器30连接的计算机(以下称为“PC”) 40。阵列天线20包括4个天线元件21a 21d、与各天线元件21a 21d连接的可变 移相器22a 22d、和安装了与各可变移相器22a 22d连接的控制器25的控制板24。4个天线元件21a 21d在这里是圆形平板式天线(Patch antenna)，S卩，把由铜 等构成的导体板作为底板，在底板上层叠电介质，再在电介质上层叠圆形的导体而形成的 薄型的平面天线。这里，把圆形平板式天线用作天线元件，但不限于此，例如也可以适用方 形状的平板式天线、偶极天线等。天线元件21b和天线元件21c分别设在假想直线Ll上，天线元件21a和天线元件 21d分别设在假想直线L2上。该假想直线Ll和假想直线L2是如图2 (a)所示，在把水平方 向设为X轴、把垂直方向设为Y轴的情况下，为了说明各天线元件21a 21d被设在各轴线 上而使用的假想的线，不是实际的线。“天线元件21b和天线元件21c被设在假想直线Ll上(天线元件21a和天线元件21d被设在假想直线L2上)”，指各天线元件21a 21d的中心位于各假想直线Li、L2上， 但并不严格地要求中心部位于各假想直线L1、L2上，只要大致位于假想直线L1、L2上即可。 另外，这里所说的水平方向(X轴)和垂直方向(Y轴)指后面叙述的扫描主波束时的方向 和轴。这里，各天线元件21a 21d形成正方形状，但不一定是正方形状，例如也可以是 菱形形状，并且形成四边形的各边(天线元件之间的间隔d)不一定相同。4个可变移相器22a 22d是发挥改变各天线元件的供电相位的作用的元件，能够 适用各种可变移相器。例如，关于这种可变移相器，有在导体线路和接地之间输入液晶而构 成的可变移相器。在向导体线路和接地之间施加控制信号时，液晶的介质常数变化，结果， 在传输线路中传播的微波的传播速度变化。控制器25发挥根据从读写器30发送的角度指令信号，控制提供给各可变移相器 22a 22d的DC电压的作用，在内部存储有图2 (b)所示的内部表TB。这里，角度指令信号 是指示用于确定从阵列天线20发射的电波的波束(主瓣(Main lobe))的指向方向的角度 θ的信号。在内部表TB中，按照每个指向方向θ，将各天线元件21a 21d的供电相位 Φ1 Φ4与DC电压建立对应而存储。例如，在使指向方向θ =10°的角度指令信号从 读写器30发送来的情况下，如果向各天线元件21a 21d分别施加V1A、V1B、Vic, V1D[V]的 DC电压，则电波的波束的指向方向为θ = 10°。读写器30在PC40的控制下，向控制器25发送角度指令信号，并向各天线元件 21a 21d发送射频(RF:Radio Frequency)信号。RF信号首先通过分配器23b被分配成 天线元件21a及21b侧、和天线元件21c及21d侧两部分，被分配后的RF信号再通过分配 器23a分配给天线元件21a和21b，通过分配器23c分配给天线元件21c和21d。另外，此处是在PC40的控制下发送角度指令信号并发送RF信号，但也可以适用将 PC40的控制功能取入到读写器30中而不需要PC40的结构。并且，此处是将控制器25安装 在阵列天线20上的结构，但也可以适用将该控制器25的功能设在外部，不在阵列天线20 上安装控制器25的结构，还可以适用将该功能取入到读写器30中的结构。在本发明中，其 特征在于，将各天线元件21a 21d的排列结构、各天线元件21a 21d的供电相位设定成 满足下述数学式，除此之外的结构可以适用各种结构。在本发明中，按照上面所述设置阵列天线20的各天线元件21a 21d，即在把水平 方向设为X轴、把垂直方向设为Y轴、把与XY平面正交的轴设为Z轴的情况下，把各天线元 件的坐标分别设为天线元件21a(0，Yl)、天线元件21b (-Χ ,ο)、天线元件21c (X2，0)、天线 元件21d(0，-Y2)，并把波长设为λ、把指向方向设为θ，通过将各供电相位设定成满足下 面所有的条件式(数学式1)φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/ λ + φ 1Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/ λ能够使电波的波束的指向方向在XZ平面上从Z轴朝向θ方向。下面，参照图3 5说明该原理。图3是用于说明阵列天线的指向方向的控制原理的示意图。具体地讲，表示如下状态在存在隔开距离d并列配置的天线元件21a和天线元件21b的情况下，在把各自的供 电相位设为Φ 1、Φ 2时，电波的波束的指向方向相对于垂射方向沿θ方向倾斜。各天线元 件21a、21b的供电相位Φ1、Φ2根据期望的指向方向(指向角度θ )、天线元件21a、21b的 间隔d而确定，在把期望的指向角度设为θ时，可以将θ方向的波面对准。因此，获得下 面的数学式2。(数学式2)d · sin( θ ) = (φ 1-Φ2) · λ /2 π ... (1)然后，本发明的由4个天线元件21a 21d构成的将各天线元件21a 21d配置 成正方形状的阵列天线20如图所示，在把表示间隔d的线与X轴形成的夹角设为Θ，把原 点设为0(0，0)时，原点0与天线元件21b的间隔d’如数学式(3)所示。(数学式3)d，= d · cos( )· · · (2)在沿水平方向观看该阵列天线20时，看起来就好像天线元件21e位于原点0(0， 0)，如果沿水平方向观看，与3个天线元件21b、21e、21c隔着间隔d’配置在X轴上时相同。 另外，此处是正方形状，所以Θ =45°，即d，= d/V^。这里，如图5所示，对各天线元件21a 21d标以1 4的序号，把各天线元件 21a 21d的供电相位设为Φ1 Φ 4，如图所示，在采取X轴、Y轴时的各天线元件21a 21d 的 XY 坐标分别是天线元件 21a (0，Yl)、21b (_X2，0)、21c (X2，0)、21d(0，-Y2)。因此，在 本发明中，在如图7(b)所示把X轴设为指向方向的轴并朝向主瓣的方向时，即，在把垂射方 向设为Z轴并使主波束在XZ平面上从Z轴朝向θ方向的情况下，供电相位Φ1和Φ4需 要满足ΦΙ = Φ4... (3)，根据该式(3)和上述式(1)，各供电相位Φ1 Φ 4需要满足下 面所有的条件式⑶ (5)。(数学式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)对于这样构成的本发明的阵列天线20的相位差、和如图8(a)所示构成的阵列天 线201(以下称为“现有的阵列天线”)的相位差，代入具体的数值并进行比较如下。例如， 把图4(a)所示的天线元件的间隔d设为150mm(0. 15m)，由天线元件21a 21d整体形成1 边设为150mm的正方形状的阵列天线20，把使用频率设为950MHz (波长λ = 0. 31m)，在这 种情况下，为了使指向方向成为-35°，根据上述式(1)得到Φ1_Φ2 = 99°。另一方面， 在本发明的阵列天线20中，Φ 2-Φ1 = 70°，Φ1-Φ3 = 70°。通过构成以上说明的本发明的阵列天线20，能够获得如图6所示的效果。该图6 将指向方向被设定为-35°时的旁瓣的产生状态与普通阵列天线进行比较示出。把纵轴设 为增益[dBi]、把横轴设为θ [deg]，实线表示图8(a)所示的阵列天线，虚线表示本发明的 阵列天线，图中左侧的第1峰表示主瓣的增益，右侧的第2峰表示各阵列天线的旁瓣的增 益。根据该图6可以判明，与现有的普通阵列天线相比，旁瓣急剧降低。这样，在本发明中， 按照图2 (a)、图5所示设置各天线元件21a 21d，而且将各天线元件21a 21d的供电相位Φ1 Φ 4设定成为满足所有上述条件式(3) (5)，由此降低旁瓣，并实现阵列天线自 身的小型化。并且，如果把这种小型化的阵列天线用于前面叙述的物品等移动体的移动方 向的检测，则能够实现阵列天线自身的小型化，而且移动体检测的精度不会下降。另外，以上说明了把水平方向设为轴的情况，但在把垂直方向(Y轴)设为轴的情 况下，与上述说明相同，通过将各供电相位Φ1 Φ4设定成为满足下面所有的条件式，(数学式5)Φ 2 = Φ 3Φ 1 = 2 π · Yl · sin ( θ ) / λ + φ 2Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin( θ )/ λ能够使电波的波束的指向方向在YZ平面上从Z轴朝向θ方向。另外，也可以通 过控制器25沿着水平方向或垂直方向选择性地设定电波的波束的指向方向。
权利要求
一种阵列天线，能够电气地控制电波的波束的指向方向，其特征在于，具有第2天线元件和第3天线元件，在第1假想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想直线正交的第2假想直线上隔着第1假想直线分离配置；可变移相器，可变地设定各天线元件的供电相位；和控制单元，控制可变移相器以使电波的波束的指向方向沿着第1假想直线变更。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，将各天线元件的供电相位设为第2天线元件的供电相位是Φ 2、第3天线元件的供电相 位是Φ 3、第1天线元件的供电相位是Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直 线设为X轴，将第2假想直线设为Y轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0，0)，将通过原点并 与XY平面正交的轴设为Z轴，将如此设定时的各天线元件的XY坐标分别设为第1天线元 件(0，Υ1)、第2天线元件(_Χ1，0)、第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件(0，_Υ2)，并将波长 设为λ，将指向方向设为Θ，在这种情况下，控制单元使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式 Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1 Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，由此使电波的波束的指向方向在XZ平面上从ζ轴朝向θ方向。
3.一种阵列天线，能够电气地控制电波的波束的指向方向，其特征在于，具有 第2天线元件和第3天线元件，在第1假想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想直线正交的第2假想直线上隔着第1假 想直线分离配置；可变移相器，可变地设定各天线元件的供电相位；和控制单元，控制可变移相器以使电波的波束的指向方向能够选择性地沿着第1假想直 线或第2假想直线变更。
4.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，将各天线元件的供电相位设为第2天线元件的供电相位是Φ 2、第3天线元件的供电相 位是Φ3、第1天线元件的供电相位是Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直 线设为X轴，将第2假想直线设为Y轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0，0)，将通过原点并 与XY平面正交的轴设为Z轴，将如此设定时的各天线元件的XY坐标分别设为第1天线元 件(0，Υ1)、第2天线元件(_Χ1，0)、第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件(0，_Υ2)，并将波长 设为λ，将指向方向设为Θ，在这种情况下，控制单元使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式 Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1 Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，由此使电波的波束的指向方向在XZ平面上从ζ轴朝向θ方向， 另一方面，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式 Φ2 = Φ3Φ 1 = 2 π · Yl · sin( θ )/λ +Φ2Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin( θ )/λ，由此使电波的波束的指向方向在YZ平面上从Z轴朝向θ方向。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的阵列天线，其特征在于，所述第1天线元件、第2天线元件、第3天线元件及第4天线元件由平板式天线构成。
6.一种标签通信装置，其特征在于， 与权利要求1 5中任一项所述的阵列天线连接，并且通过该阵列天线与RFID标签进 行无线通信。
7.—种标签通信系统，其特征在于，从权利要求6所述的标签通信装置或终端装置向所述阵列天线发送用于确定电波的 波束的指向方向的指向角度指令信号，由此能够以预定的间隔反复改变所述电波的波束的 指向方向。
8.—种阵列天线的波束控制方法，所述阵列天线具有第2天线元件和第3天线元件， 在第1假想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想直线正交的第2 假想直线上隔着第1假想直线分离配置；和可变移相器，可变地设定各天线元件的供电相 位，所述阵列天线能够电气地控制电波的波束的指向方向，所述波束控制方法的特征在于，控制可变移相器以使电波的波束的指向方向沿着第1假想直线变更。
9.根据权利要求8所述的阵列天线的波束控制方法，其特征在于，将各天线元件的供电相位设为第2天线元件的供电相位是Φ 2、第3天线元件的供电相 位是Φ3、第1天线元件的供电相位是Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直 线设为X轴，将第2假想直线设为Y轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0，0)，将通过原点并 与XY平面正交的轴设为Z轴，将如此设定时的各天线元件的XY坐标分别设为第1天线元 件(0，Υ1)、第2天线元件(_Χ1，0)、第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件(0，_Υ2)，并将波长 设为λ，将指向方向设为Θ，在这种情况下，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，使电波的波束的指向方向在XZ平面上从ζ轴朝向θ方向。
10.一种阵列天线的波束控制方法，所述阵列天线具有第2天线元件和第3天线元 件，在第ι假想直线上分离配置；第1天线元件和第4天线元件，在与第1假想直线正交的第 2假想直线上隔着第1假想直线分离配置；和可变移相器，可变地设定各天线元件的供电相 位，所述阵列天线能够电气地控制电波的波束的指向方向，所述波束控制方法的特征在于，控制可变移相器以使电波的波束的指向方向能够选择性地沿着第1假想直线或第2假 想直线变更。
11.根据权利要求10所述的阵列天线的波束控制方法，其特征在于，将各天线元件的供电相位设为第2天线元件的供电相位是Φ 2、第3天线元件的供电相 位是Φ3、第1天线元件的供电相位是Φ 1、第4天线元件的供电相位是Φ4，将第1假想直 线设为X轴，将第2假想直线设为Y轴，将X轴与Y轴的交点设为原点(0，0)，将通过原点并与XY平面正交的轴设为Z轴，将如此设定时的各天线元件的XY坐标分别设为第1天线元 件(0，Y1)、第2天线元件(_Χ1，0)、第3天线元件(Χ2，0)、第4天线元件(0，_Υ2)，并将波长 设为λ，将指向方向设为Θ，在这种情况下，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式 Φ 1 = Φ4Φ2 = 2 π · Xl · sin( θ )/λ +φ 1Φ3 = Φ 1-2 π · Χ2 · sin( θ )/λ，使电波的波束的指向方向在XZ平面上从ζ轴朝向θ方向，另一方面，使可变移相器将各供电相位设定为满足下面所有的条件式Φ2 = Φ3Φ 1 = 2 π · Yl · sin( θ )/λ +Φ2Φ4 = Φ 2-2 π · Υ2 · sin( θ )/λ，使电波的波束的指向方向在YZ平面上从Z轴朝向θ方向。
全文摘要
提供一种降低旁瓣并实现阵列天线的小型化的阵列天线、具有该阵列天线的标签通信装置及标签通信系统、和阵列天线的波束控制方法。将各天线元件(21a～21d)的XY坐标及供电相位分别设为天线元件21a(0，Y1)/φ1、天线元件21b(-X1，0)/φ2、天线元件21c(X2，0)/φ3、天线元件21d(0，-Y2)/φ4，并将波长设为λ，将指向方向设为θ的情况下，将各供电相位设定为满足下面所有的条件式即<数学式>φ1＝φ4、φ2＝2π·X1·sin(θ)/λ+φ1、φ3＝φ1-2π·X2·sin(θ)/λ。
文档编号H01Q3/30GK101919116SQ200980102618
公开日2010年12月15日 申请日期2009年2月24日 优先权日2008年2月29日
发明者野上英克 申请人:欧姆龙株式会社