(57)【要約】  第１の周波数帯と、この第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、平板状物体と、第１の周波数帯の通信機能を有する第１の集積回路と、第１の集積回路の２つの入出力端子の一方に接続された第１の導電性物体と、複数の第２の導電性物体から構成され、少なくとも１つが第１の集積回路の２つの入出力端子の他方に接続された導電性物体群と、第２の周波数帯の通信機能を有する第２の集積回路と、第２の集積回路の２つの入出力端子の一方に巻き始め側が接続され、かつ２つの入出力端子の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを設け、導電性物体群と渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに平板状物体の反対面に形成され、平板状物体の法線方向から透視したとき、渦巻状導電性物体の半分以上が導電性物体群に重なるものである。
2010150614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１の周波数帯の通信機能を有する第１の集積回路と、
前記第１の集積回路の２つの入出力端子の一方に接続された第１の導電性物体と、
複数の第２の導電性物体から構成され、少なくとも１つが前記第１の集積回路の２つの入出力端子の他方に接続された導電性物体群と、
前記第２の周波数帯の通信機能を有する第２の集積回路と、
前記第２の集積回路の２つの入出力端子の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記第２の集積回路の２つの入出力端子の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なる
無線通信装置。
【請求項２】
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記第１の導電性物体が前記渦巻状導電性物体の外側に位置する
請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
第３の導電性物体をさらに備え、
前記第３の導電性物体の一端は、前記第１の導電性物体に接続され、前記第３の導電性物体の他端は、前記導電性物体群のうち前記第１の集積回路の２つの入出力端子の他方に接続された前記第２の導電性物体に接続された
請求項１又は２記載の無線通信装置。
【請求項４】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１の周波数帯の通信機能を有する第１の集積回路と、
前記平板状物体の一方の面に形成された第１の導電性物体と、
複数の第２の導電性物体から構成され、少なくとも１つが前記第１の導電性物体に接続された導電性物体群と、
前記第１の集積回路の２つの入出力端子間に接続された閉ループ状の第４の導電性物体と、
前記第２の周波数帯の通信機能を有する第２の集積回路と、
前記第２の集積回路の２つの入出力端子の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記第２の集積回路の２つの入出力端子の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なり、
前記第４の導電性物体は、前記第１の導電性物体及び前記渦巻状導電性物体の少なくとも一方に近接配置された
無線通信装置。
【請求項５】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１の周波数帯の通信機能を有する第１の集積回路と、
複数の第２の導電性物体から構成された導電性物体群と、
前記第１の集積回路の２つの入出力端子の一方と前記導電性物体群のうちの少なくとも１つの間に接続された第５の導電性物体と、
前記第１の集積回路の２つの入出力端子の他方と前記導電性物体群のうちの少なくとも１つの間に接続された第６の導電性物体と、
前記第２の周波数帯の通信機能を有する第２の集積回路と、
前記第２の集積回路の２つの入出力端子の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記第２の集積回路の２つの入出力端子の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なる
無線通信装置。
【請求項６】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１の周波数帯の通信機能を有する第１の集積回路と、
複数の第２の導電性物体から構成された導電性物体群と、
前記第１の集積回路の２つの入出力端子間に接続された閉ループ状の第４の導電性物体と、
前記第２の周波数帯の通信機能を有する第２の集積回路と、
前記第２の集積回路の２つの入出力端子の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記第２の集積回路の２つの入出力端子の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なり、
前記第４の導電性物体は、前記渦巻状導電性物体の少なくとも１つに近接配置された
無線通信装置。
【請求項７】
前記第２の集積回路の２つの入出力端子間に接続された第１のキャパシタをさらに備えた
請求項１から請求項６までのいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項８】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１及び第２の周波数帯の通信機能、前記第１の周波数帯の信号を入出力する第１の入出力端子対、並びに前記第２の周波数帯の信号を入出力する第２の入出力端子対を有する集積回路と、
複数の第２の導電性物体から構成された導電性物体群と、
前記集積回路の第１の入出力端子対間に接続された閉ループ状の第４の導電性物体と、
前記集積回路の第２の入出力端子対の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記集積回路の第２の入出力端子対の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なり、
前記第４の導電性物体は、前記渦巻状導電性物体の少なくとも１つに近接配置された
無線通信装置。
【請求項９】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１及び第２の周波数帯の通信機能、並びに前記第１及び第２の周波数帯の信号を入出力する入出力端子対を有する集積回路と、
複数の第２の導電性物体から構成された導電性物体群と、
前記集積回路の入出力端子対間に接続された閉ループ状の第４の導電性物体と、
前記集積回路の入出力端子対の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記集積回路の入出力端子対の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なり、
前記第４の導電性物体は、前記渦巻状導電性物体の少なくとも１つに近接配置された
無線通信装置。
【請求項１０】
前記第４の導電性物体の閉ループの途中に挿入された第２のキャパシタをさらに備えた
請求項９記載の無線通信装置。
【請求項１１】
第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、
平板状物体と、
前記第１及び第２の周波数帯の通信機能、並びに前記第１及び第２の周波数帯の信号を入出力する入出力端子対を有する集積回路と、
複数の第２の導電性物体から構成された導電性物体群と、
前記集積回路の入出力端子対の一方と前記導電性物体群のうちの少なくとも１つの間に接続された第５の導電性物体と、
前記集積回路の入出力端子対の他方と前記導電性物体群のうち前記第５の導電性物体が接続されない第２の導電性物体の間に接続された第６の導電性物体と、
前記集積回路の入出力端子対の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記集積回路の入出力端子対の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを備え、
前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、
前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なる
無線通信装置。
【請求項１２】
前記集積回路の入出力端子対間に接続された第１のキャパシタをさらに備えた
請求項１１項記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記第１のキャパシタあるいは前記第２のキャパシタは、平行平板キャパシタ、インターディジタルキャパシタ、コンデンサ部品のいずれかである
請求項７、１０又は１２記載の無線通信装置。
【請求項１４】
全ての導電性物体が形成された前記平板状物体の表面及び裏面は、樹脂で被覆された
請求項１から請求項１３までのいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記第１の周波数帯は、３００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚであり、
前記第２の周波数帯は、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、あるいは３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚである
請求項１から請求項１４までのいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記渦巻状導電性物体と前記導電性物体群とを、少なくとも１か所で短絡する短絡手段をさらに備える
請求項１から請求項１５までのいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記渦巻状導電性物体と前記導電性物体群とを、少なくとも１か所で接続するインピーダンスをさらに備える
請求項１から請求項１５までのいずれか１項記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記インピーダンスは、平行平板キャパシタ、コンデンサ部品、インターディジタルキャパシタ、インダクタ部品、スパイラルインダクタのいずれかである
請求項１７記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムで使用されるタグのアンテナ構成を備えた無線通信装置に関し、特に多周波共用可能な無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人や物品を自動的に認識および管理するＲＦＩＤシステムの普及が急速に進んでいる。ＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナから放射される電磁界には、準静電界、誘導界、及び放射界の３つの界がある。これらの界強度は、それぞれ、アンテナからの距離の３乗、アンテナからの距離の２乗、及びアンテナからの距離の１乗に反比例する。【０００３】
この観点からＲＦＩＤシステムの通信方式を分類すると、ＬＦ帯やＨＦ帯の誘導界を用いる誘導界結合方式と、数百ＭＨｚ以上（ＵＨＦ帯、マイクロ波帯など）の放射界を用いる放射界結合方式とに大別される。【０００４】
前者の誘導界結合方式については、ＬＦ帯の１２５ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚ帯を利用するＲＦＩＤシステムが、１９８０年代頃から工場のＦＡ（Factory Automation）分野などで利用されている。また、ＨＦ帯の１３．５６ＭＨｚ帯を使用したＲＦＩＤシステムは、入退室、入退場セキュリティー管理や、バス、鉄道などの公共交通機関における料金精算などに広く実用化されている。【０００５】
一方、後者の放射界結合方式は、４３３ＭＨｚ帯、８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ帯の周波数を使用し、前者に比べて通信距離が長く、主に物流管理、生産工場における部品管理などの用途に実用化されつつある。ただし、現在では、前者の誘導界結合方式、特にＨＦ帯ＲＦＩＤシステムが最も広く普及している。【０００６】
このような状況のなか、既存のＨＦ帯ＲＦＩＤシステムをそのまま保持し、これに加えて、新たにＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムを導入したいという要望がある。この場合、ユーザの利便性を考慮すると、ユーザがそれぞれのＲＦＩＤシステム用の複数のＲＦＩＤタグを所有することは望ましくなく、１つのタグで複数のＲＦＩＤシステムに対応できることが望ましい。【０００７】
このような背景から、近年、ＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとの双方で利用可能なカード型ＲＦＩＤタグの研究開発が進められている。一例として、カード上に形成されたＨＦ帯通信用コイル導体の内側に、ＵＨＦ帯通信用ダイポールアンテナを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。【０００８】
すなわち、１枚のカード内にＨＦ帯通信用コイルおよびＵＨＦ帯通信用アンテナを配置する方法としては、特許文献１および非特許文献１に記載のように、ＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法と、これとは別に、ＨＦ帯用コイルの外側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法の２つの配置法に大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２４０８９９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】K. S. Leong, M. L. Ng, and P.H.Cole,"Miniaturization of dual frequency RFID antenna with high frequency ratio"2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Digest,pp.5475-5478,July 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の無線通信装置では、特許文献１および非特許文献１のように、ＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法に関しては、非特許文献１中に、ＵＨＦ帯の通信距離が約２ｍである点が記載されている。例えば、このタグを車両入退場管理に使用することを考えた場合、その通信距離は必ずしも十分ではなく、通信距離の改善が必要であり、実用に際して十分な通信距離を達成するのは容易ではないという問題点があった。【００１２】
ただし、非特許文献１ではＵＨＦ帯の通信距離が約２ｍである点のみが記載されており、利得あるいは放射効率などアンテナそのものの性能は記載されていない。通信距離はタグアンテナに接続するタグ集積回路（以下、ＩＣと記す）の性能にも大きく依存する。仮に、非特許文献１の通信試験に使用されたアンテナの性能は良好だが使用したＩＣの性能が悪かったということであれば、非特許文献１のようにＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法は、ＨＦ帯用コイルの開口面積を限られたカードサイズ内で最大にできる利点を有する。従って、本発明が目指す高性能ＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用カード型タグに対するアンテナ方式として非常に有効であると考えられる。【００１３】
そこで、本発明者らは、この方法の有効性を見極めるために、ＨＦ帯用コイルの内側に配置されたＵＨＦ帯用ダイポールアンテナの放射効率を測定する基礎実験を行った。【００１４】
図３１は、実験に使用した無線通信装置の構成を示す平面図である。誘電体基板９１上にコイル９２を形成し、メアンダリングと先端容量装荷により小形化したダイポールアンテナ９３を配置した。ダイポールアンテナ９３の長さは０．１７６λｃ、幅は０．０３３λｃである。ここで、λｃはパッシブＵＨＦ−ＲＦＩＤの世界帯域（８６０ＭＨｚ−９６０ＭＨｚ）の中心周波数９１０ＭＨｚにおける空気中波長である。また、コイル巻線の線幅と線間隔については、実用化されている非接触ＩＣカード（ＨＦ帯カード型ＲＦＩＤタグ）を参考に選定し、巻き数も実用化されている非接触ＩＣカードを参考に３巻から６巻とした。【００１５】
図３２は、図３１に示したＵＨＦ帯用ダイポールアンテナ９３の放射効率の測定結果を示す図である。横軸は中心周波数９１０ＭＨｚで規格化された周波数、縦軸は放射効率の測定値をｄＢ単位で表示しており、例えば、放射効率−１０ｄＢは放射効率１０％に相当する。ダイポールアンテナ９３の周囲にコイル９２がある場合の放射効率は、巻き数を３（３−ｔｕｒｎ）から６（６−ｔｕｒｎ）まで変化しても、−７ｄＢ以下であり、ダイポールアンテナ９３の周囲にコイル９２がないダイポール単体（ｗ／ｏ  ｃｏｉｌ）の放射効率に比べて、５ｄＢ以上劣化する。【００１６】
この実験結果から、特許文献１および非特許文献１のように、ＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法では、高性能な、すなわち通信距離の長いＵＨＦ帯タグを実現するのは困難であることが分かった。この原因は、ダイポールアンテナ９３とコイル９２との電磁結合によりコイル導体上にＵＨＦ帯電流が誘起され、その誘起電流からの放射界がダイポールアンテナ９３に流れる電流のうち、遠方への放射に寄与する電流（図３１のｚ方向の電流成分）からの放射界を打ち消すことにより、放射抵抗が大幅に減少することである。【００１７】
一方、別の従来技術として、ＨＦ帯用コイルの外側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法では、ＵＨＦ帯用アンテナを配置するために、ＨＦ帯用コイルの実装面積を小さくする必要がある。しかしながら、ＨＦ帯の通信距離は、大まかにはコイルの面積に比例するので、ＨＦ帯用コイルの実装面積を小さくすることは、ＨＦ帯通信距離の低下を招くという問題点があった。【００１８】
さらに、２つの配置法のいずれにおいても、ＨＦ帯用コイルとＵＨＦ帯用アンテナとの相互干渉が発生する。その相互干渉による通信距離低下を軽減するためには、両アンテナ導体間の距離を、ある程度離すことが要求されるので、さらに各アンテナの実装面積が小さくなって通信距離の低下を招く可能性があるという問題点があった。【００１９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＬＦ帯ＲＦＩＤシステム（またはＨＦ帯ＲＦＩＤシステム）とＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムの各単体の通信距離と同等の通信距離を有し、ＬＦ帯ＲＦＩＤシステム（またはＨＦ帯ＲＦＩＤシステム）とＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに共用可能なＲＦＩＤタグ機能を備えたカード型の無線通信装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明に係る無線通信装置は、第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯より周波数が低い第２の周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信する無線通信装置であって、平板状物体と、前記第１の周波数帯の通信機能を有する第１の集積回路と、前記第１の集積回路の２つの入出力端子の一方に接続された第１の導電性物体と、複数の第２の導電性物体から構成され、少なくとも１つが前記第１の集積回路の２つの入出力端子の他方に接続された導電性物体群と、前記第２の周波数帯の通信機能を有する第２の集積回路と、前記第２の集積回路の２つの入出力端子の一方に巻き始め側が接続され、かつ前記第２の集積回路の２つの入出力端子の他方に巻き終り側が接続された渦巻状導電性物体とを設け、前記導電性物体群と前記渦巻状導電性物体は、それぞれ互いに前記平板状物体の反対面に形成され、前記平板状物体の法線方向から透視したとき、前記渦巻状導電性物体の半分以上が前記導電性物体群に重なるものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る無線通信装置は、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保することができ、ＬＦ帯ＲＦＩＤシステム（またはＨＦ帯ＲＦＩＤシステム）とＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムの各単体の通信距離と同等の通信距離を有し、ＬＦ帯ＲＦＩＤシステム（またはＨＦ帯ＲＦＩＤシステム）とＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに共用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施例１に係るカード型の無線通信装置の上面の構成を示す平面図である。
【図２】この発明の実施例１に係るカード型の無線通信装置の下面の構成を示す平面図である。
【図３】図１及び図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】この発明の実施例１に係る無線通信装置の導電性物体６と渦巻状導電性物体２の電磁結合の様子を示す図である。
【図５】この発明の実施例１に係る無線通信装置の集積回路４の入出力端子からアンテナ側を見たインピーダンス周波数特性Ｚ１を示す特性図である。
【図６】この発明の実施例１に係る無線通信装置の放射効率を示す図である。
【図７】この発明の実施例１に係る無線通信装置のｘ−ｚ面及びｙ−ｚ面の放射パターンの計算結果を示す図である。
【図８】この発明の実施例１に係る無線通信装置の第２の周波数における渦巻状導電性物体２の入力インピーダンスの計算結果を示す表である。
【図９】この発明の実施例１に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を上面からみた平面図である。
【図１０】この発明の実施例１に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を下面からみた平面図である。
【図１１】図９及び図１０の無線通信装置のインピーダンス周波数特性Ｚ２を示す特性図である。
【図１２】この発明の実施例１に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を上面からみた平面図である。
【図１３】この発明の実施例１に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を下面からみた平面図である。
【図１４】図１２及び図１３の無線通信装置のインピーダンス周波数特性Ｚ３を示す特性図である。
【図１５】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の上面の構成を示す平面図である。
【図１６】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の下面の構成を示す平面図である。
【図１７】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を上面からみた平面図である。
【図１８】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を下面からみた平面図である。
【図１９】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を上面からみた平面図である。
【図２０】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を下面からみた平面図である。
【図２１】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の第３の別の構成を上面からみた平面図である。
【図２２】この発明の実施例２に係るカード型の無線通信装置の第３の別の構成を下面からみた平面図である。
【図２３】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の上面の構成を示す平面図である。
【図２４】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の下面の構成を示す平面図である。
【図２５】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を上面からみた平面図である。
【図２６】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を下面からみた平面図である。
【図２７】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を上面からみた平面図である。
【図２８】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を下面からみた平面図である。
【図２９】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の第３の別の構成を上面からみた平面図である。
【図３０】この発明の実施例３に係るカード型の無線通信装置の第３の別の構成を下面からみた平面図である。
【図３１】実験に使用した無線通信装置の構成を示す平面図である。
【図３２】図３１に示したＵＨＦ帯用ダイポールアンテナの放射効率の測定結果を示す図である。
【図３３】この発明の実施例４と実施例１に係る無線通信装置の放射効率周波数特性の計算結果を示す図である。
【図３４】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の上面の構成を示す平面図である。
【図３５】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の下面の構成を示す平面図である。
【図３６】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を上面からみた平面図である。
【図３７】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の第１の別の構成を下面からみた平面図である。
【図３８】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を上面からみた平面図である。
【図３９】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の第２の別の構成を下面からみた平面図である。
【図４０】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の第３の別の構成を上面からみた平面図である。
【図４１】この発明の実施例４に係るカード型の無線通信装置の第３の別の構成を下面からみた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施例１〜実施例４について以下説明する。
【実施例１】
【００２４】
この発明の実施例１に係る無線通信装置について図１から図１４までを参照しながら説明する。図１、図２及び図３は、この発明の実施例１に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。【００２５】
図１は、カード型の無線通信装置の上面の構成を示す平面図、図２は、カード型の無線通信装置の下面の構成を示す平面図、図３は、図１及び図２のＡ−Ａ’線断面である。【００２６】
図１〜図３において、この発明の実施例１に係る無線通信装置は、誘電体や磁性体などの平板状物体１と、外形寸法Ｌ（長さ）、Ｗ（幅）を有する渦巻状導電性物体２と、導電性物体（第１の導電性物体）３と、集積回路（第１の集積回路）４と、集積回路（第２の集積回路）５と、導電性物体（導電性物体群）６（導電性物体（第２の導電性物体）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）と、導電性物体７ａ、７ｂと、スルーホールなどの異層間接続部８（８ａ、８ｂ）と、１対の平板状導電性物体３０ａ、３０ｂ（図３参照）から構成される平行平板キャパシタ（第１のキャパシタ）３０とが設けられている。【００２７】
なお、平行平板キャパシタ３０の一方（上面側）の平板３０ａは、導電性物体７ａに導通され、平行平板キャパシタ３０の他方（下面側）の平板３０ｂは、導電性物体７ｂに導通されている。【００２８】
図１〜図３の構成から導電性物体３、集積回路４、及び導電性物体６を除去したものは、現在において広く普及している非接触ＩＣカードの最も基本的な公知の構成である。【００２９】
集積回路４は、第１の周波数帯での通信に必要な機能を備えている。集積回路５は、第２の周波数帯での通信に必要な機能を備えている。通常、集積回路４、５はそれぞれ２つの入出力端子（１端子対）を備えている。導電性物体７ａ、７ｂは、渦巻状導電性物体２と集積回路５の２つ入出力端子とを接続する。つまり、集積回路５は、２つの入出力端子の一方に渦巻状導電性物体２の巻き始め側が接続され、かつ２つの入出力端子の他方に渦巻状導電性物体２の巻き終り側が接続されている。異層間接続部８は、平板状物体１の上面に形成された導電性物体２、７ｂと、平板状物体１の下面に形成された導電性物体７ｂとを接続する。【００３０】
つぎに、この実施例１に係る無線通信装置の動作について図面を参照しながら説明する。【００３１】
平行平板キャパシタ３０は、集積回路５に対して電気的に並列に接続される。平行平板キャパシタ３０は、通常、渦巻状導電性物体２とともにＬＣ並列共振回路を構成し、その容量値は、第２の周波数帯の所望周波数において共振するように設計される。または、平行平板キャパシタ３０の容量値は、第２の周波数帯の所望周波数において、渦巻状導電性物体２が形成する回路と集積回路５とのインピーダンス整合が良好になるように設計される。【００３２】
一般に、キャパシタの静電容量値をＣとし、交流電源の周波数をｆとすると、キャパシタのインピーダンス値Ｚは、周知のように、以下の式（１）で与えられる。【００３３】
Ｚ＝−ｊ／（２πｆＣ）                                ・・・（１）【００３４】
式（１）から明らかなように、キャパシタのインピーダンス値Ｚの比は、周波数ｆの比の逆数となる。第１及び第２の中心周波数ｆ1、ｆ2が、ｆ1＝２．４５［ＧＨｚ］、ｆ2＝１３．５６［ＭＨｚ］であれば、中心周波数比ｆ1／ｆ2は、以下の式（２）で与えられる。【００３５】
ｆ1／ｆ2≒１８１                                        ・・・（２）【００３６】
また、第１及び第２の中心周波数ｆ1、ｆ2が、ｆ1＝９６０［ＭＨｚ］、ｆ2＝１３．５６［ＭＨｚ］であれば、中心周波数比ｆ1／ｆ2は、以下の式（３）で与えられる。【００３７】
ｆ1／ｆ2≒７１                                          ・・・（３）【００３８】
さらに、第１及び第２の中心周波数ｆ1、ｆ2が、ｆ1＝８６０［ＭＨｚ］、ｆ2＝１３．５６［ＭＨｚ］であれば、中心周波数比ｆ1／ｆ2は、以下の式（４）で与えられる。【００３９】
ｆ1／ｆ2≒６３                                          ・・・（４）【００４０】
なお、上記の条件では、第２の中心周波数ｆ2を１３．５６［ＭＨｚ］としたが、仮に、ｆ2＝１３５［ｋＨｚ］であれば、中心周波数比ｆ1／ｆ2を、式（２）〜（４）の値の１００倍にすればよい。【００４１】
多くの実用されている非接触ＩＣカード（ＨＦ帯カード型ＲＦＩＤタグ）では、図１〜図３の平行平板キャパシタ３０に対応する静電容量値は十数［ｐＦ］〜数十［ｐＦ］に選定されている。例えば、キャパシタの静電容量値を１０［ｐＦ］、周波数ｆ1を８６０ＭＨｚとしてキャパシタのインピーダンスＺ1を見積もると、Ｚ1＝０−ｊ１８．５［Ω］である。また、第２の中心周波数ｆ2を１３．５６［ＭＨｚ］とするとＺ2≒０−ｊ１１６６［Ω］となる。【００４２】
このように、第１の周波数帯が第２の周波数帯に比べて周波数が十分高い場合には、平行平板キャパシタ３０は、第１の周波数帯において電気的にほぼ短絡構造となる。従って、第１の周波数帯のアンテナ特性は集積回路５の電気特性にほとんど依存しなくなる。【００４３】
一方、渦巻状導電性物体２のみで第２の周波数帯のリーダーライターが発する磁気エネルギーを効率良く集積回路５に伝送できる場合には、平行平板キャパシタ３０は必ずしも必要ではなく、省略可能である。このとき、第１の周波数帯のアンテナ特性は集積回路５の電気特性に依存する場合が生じる。集積回路５の電気特性によって第１の周波数帯のアンテナ性能が大幅に劣化する場合には、第１の周波数帯のアンテナ性能の劣化を防ぐ目的で、図１のように、平行平板キャパシタ３０を集積回路５に対して並列に装荷すればよい。この際、平行平板キャパシタ３０が無いときの共振周波数を保持するためには、渦巻状導電性物体２が有するインダクタンスを低減する必要がある。これは、渦巻状導電性物体２の外形寸法ＬやＷ、渦巻状導電性物体２の巻線幅、渦巻状導電性物体２の巻線間隔を適宜変更することで容易に実現できる。【００４４】
なお、集積回路５に対して電気的に並列に接続される容量を平行平板キャパシタ３０で例示したが、チップコンデンサやインターディジタルキャパシタなど、電気的に容量性リアクタンスを有する部品、構造であればよい。【００４５】
次に、図１〜図３に示した無線通信装置を第１の周波数帯で良好に動作させる方法を説明する。【００４６】
上に述べたように、第１の周波数帯での通信に必要な機能を備えた集積回路４は、通常、２つの入出力端子（１端子対）を有している。本実施例では、図２に示すように、一方の端子を導電性物体３に、他方の端子を導電性物体６ａに接続する。更に、導電性物体３の端部Ｂから導電性物体６ａの端部Ｃまでの長さを第１の周波数帯の半波長程度に選定し、第１の周波数帯で共振特性が得られるようにする。このような構成とすることによって、第１の周波数帯において、導電性物体３と導電性物体６ａを腕とする半波長非対称ダイポールアンテナが構成でき、両導体間に集積回路４を接続することによってタグとして動作させることが可能になる。導電性物体３の端部Ｂから導電性物体６ａの端部Ｃまでの長さは所望の通信性能が得られれば半波長以外でもよいが、第１の周波数帯の半波長程度に選定するのが望ましい。また、第１の周波数帯において共振特性を得るという観点からは、導電性物体６ａの配置は図２のとおりである必要はなく、導電性物体６ｂ〜６ｄは不必要である。【００４７】
しかしながら、導電性物体６ａが図２以外に配置された場合や、導電性物体６ｂ〜６ｄが配置されない場合には、上記の［発明が解決しようとする課題］において示した図３１のアンテナと同様の問題が生じる可能性が高いと考えられる。即ち、導電性物体３と導電性物体６ａから構成される非対称ダイポールアンテナから放射された第１の周波数帯の電磁波が渦巻状導電性物体２に結合して、渦巻状導電性物体２上に第１の周波数帯の電流が流れる。その誘起電流からの放射界が上記非対称ダイポールアンテナに流れる電流からの放射界を相殺し、その結果、放射効率が低下する恐れがある。【００４８】
上記の問題を解消するための一つの方法は、渦巻状導電性物体２上に誘起される電流が遠方に電磁波を放射しないようにすることである。以下に、その方法を簡素な構成で実現するアイデアを説明する。【００４９】
渦巻状導電性物体２を平板状物体１の上面に形成し、導電性物体３と導電性物体６（６ａ〜６ｄ）を平板状物体１の下面に形成する。この際、平板状物体１の法線方向（真上）から透視的に本無線通信装置を見たとき、渦巻状導電性物体２の大部分（半分以上）が導電性物体６ａ〜６ｄに重なるように、導電性物体６を配置する。【００５０】
ここで、図４に示すように、導電性物体６と渦巻状導電性物体２との電磁結合、両導電性物体に流れる電流、およびその電流からの放射を考える。ｚ方向を向いたモーメントＩｌの微小電流素によって生じる電界はよく知られているように、通常の極座標において次の式（５）、式（６）で与えられる。【００５１】
【数１】
2010150614.tif 000003
【００５２】
ここで、Ｅrは電界ベクトルのｒ方向成分、Ｅθは電界ベクトルのθ方向成分、ｊは虚数単位、ηは波動インピーダンス、ｋ＝２π／λは波数、λは波長、ｒは微小電流素から観測点までの距離、θはｚ軸と観測方向ベクトルｒとの成す角である。式（５）及び式（６）において、１／（ｋｒ）、１／（ｋｒ）2、及び１／（ｋｒ）3に比例する項はそれぞれ放射界、誘導界、及び準静電界と呼ばれ、ｋｒ＝１のときこれら３種の界強度は等しくなり、ｋｒ＞＞１の領域では放射界が、ｋｒ＜＜１の領域では準静電界が支配的になる。【００５３】
本無線通信装置をカード化して実用に供する形態とする場合、平板状物体１の厚さｔは規格で定められた厚さ以下にする必要があり、実用化されている非接触ＩＣカードではｔ＝１００μｍ以下に選定されている。一方、ＵＨＦ帯パッシブＲＦＩＤタグで使用される世界的周波数帯の中心周波数は約９１０ＭＨｚであるから、ｋｔ＝１．９×１０-3＜＜１となり、準静電界が支配的となる。【００５４】
従って、導電性物体６に流れる電流Ｊ6が渦巻状導電性物体２上につくる電界は近似的に以下の式（７）のように表される。【００５５】
【数２】
2010150614.tif 000004
【００５６】
一方、渦巻状導電性物体２が完全導体（導電率∞の導体）であると考えた場合、渦巻状導電性物体２の表面において電界の接線成分は零にならなければならないから、渦巻状導電性物体２の表面にはこの境界条件を満足させるような電流、即ち、図４にＪ2として示す電流が誘起され流れる。【００５７】
渦巻状導電性物体２上に誘起された電流Ｊ2からの放射を考えると、導電性物体６の幅が平板状物体１の厚さｔに比べて比較的広い場合には、近似的にイメージセオリー（鏡像定理）が適用できると考えられる。つまり、導電性物体６に関して、図４のＪ2の位置（ｙ＝ｔ）と対称な位置（ｙ＝−ｔ）に−Ｊ2のイメージ電流を配置し、オリジナル電流Ｊ2からの放射界Ｅａとイメージ電流−Ｊ2からの放射界Ｅｂとの重ね合わせと考える。オリジナル電流Ｊ2とイメージ電流−Ｊ2との距離２ｔは波長に比べて十分に短いので、ＥａとＥｂは全方向でほぼ相殺される。【００５８】
以上の考察から、導電性物体６と渦巻状導電性物体２との電磁結合によって渦巻状導電性物体２に電流は誘起されるが、その電流からの放射界が導電性物体６に流れるアンテナ電流からの放射界を相殺することはなく、その結果、良好な放射効率が達成できると考えられる。【００５９】
なお、導電性物体６の幅が狭く、例えば渦巻状導電性物体２の導体幅と同程度である場合には、上記イメージセオリーは近似的にも適用できなくなる。この場合、導電性物体６と渦巻状導電性物体２は平行２線のように動作すると考えられ、導電性物体６に流れる電流からの放射界を渦巻状導電性物体２に流れる電流からの放射界が相殺し、放射効率が大幅に低下すると考えられる。従って、導電性物体６の幅は渦巻状導電性物体２の幅に比べて十分大きい方が望ましいと考えられる。【００６０】
なお、図２では、導電性物体６が６ａから６ｄまでの４つに物理的に分割されているが、これらは第１の周波数帯および第２の周波数帯において所望の通信性能が得られれば、適宜、相互に接続されてよい。例えば、導電性物体７ｂを迂回して導電性物体６ｃと６ｄを接続してもよいし、導電性物体６ｂと６ｃを接続してもよい。但し、導電性物体６ａから導電性物体６ｄまでをすべて接続して電気的閉回路を形成することは、第２の周波数帯への影響が大きくなるので好ましくない。【００６１】
また、導電性物体３の配置は第１の周波数帯で所望の通信性能が得られれば図２以外でもよいが、平板状物体１の法線方向から透視的に本無線通信装置を見たとき、導電性物体３が渦巻状導電性物体２の外側に位置するように、導電性物体３を配置することが望ましい。【００６２】
また、導電性物体３を必ずしも平板状物体１の下面に形成する必要はなく、導電性物体３を平板状物体１の上面の渦巻状導電性物体２の外側に形成しても電気特性の観点からは何ら問題ないことは明白である。つまり、平板状物体１の上面の導電性物体３の一端を、異層間接続部８ａや８ｂと同じ、異層間接続部を通じて、平板状物体１の下面の集積回路４の一方の端子に接続すればよい。導電性物体３を平板状物体１の上面に形成するか、平板状物体１の下面に形成するかは、製造性を考慮して適宜選定すればよい。【００６３】
さらに、図２では導電性物体３を細線として例示したが、円形、楕円形、多角形など細線以外の形状でもよい。【００６４】
図１〜図３のアンテナ構成の有効性を検証するために、発明者は、数値電磁界解析を行った。図１〜図３に示す構成を簡易化した基礎検討モデルを作成し、渦巻状導電性物体２の巻数を６、導電性物体３の幅および長さをそれぞれ０．００３２λ1および０．２５４λ1、渦巻状導電性物体２のＷを０．１４λ1、渦巻状導電性物体２のＬを０．１２１λ1、０．１４３λ1、０．１６８λ1、及び０．１９４λ1として第１の周波数におけるアンテナ特性を計算した。【００６５】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、集積回路４の入出力端子からアンテナ側を見たインピーダンス周波数特性Ｚ１を示す特性図である。図５（ａ）〜（ｄ）においては、インピーダンスを５０［Ω］で正規化した値を示している。【００６６】
図５（ａ）〜（ｄ）において、インピーダンス周波数特性Ｚ１は、０．８９４ｆ1から１．１０６ｆ1まで、０．０５３ｆ1刻みで、５ポイントにわたってスミスチャートにプロットされている。図５（ａ）〜（ｄ）のインピーダンス周波数特性Ｚ１から明らかなように、図１〜図３のアンテナ構成の場合、自由空間に置かれた半波長ダイポールアンテナと比べると、抵抗が小さいとともにリアクタンス変化量が大きい。つまり、上記のアンテナ構成は狭帯域ではあるが、類似のインピーダンス特性（直列共振特性）を示していることが分かる。【００６７】
図６は放射効率を示している。放射効率の渦巻状導電性物体２の長さＬへの依存性は非常に小さく、約−０．４ｄＢ以上の非常に高い放射効率が得られることがわかる。【００６８】
図７はｘ−ｚ面及びｙ−ｚ面の放射パターンの計算結果を示す図であり、主偏波（Ｅθ成分）と交差偏波（Ｅφ成分）とを示している。図７から明らかなように、図１〜図３のアンテナ構成により、半波長ダイポールアンテナと同様の放射パターンが得られており、平板状物体１に垂直な方向の利得は、約２ｄＢｉである。なお、ｙ−ｚ面に交差偏波（Ｅφ成分）が生じているが、主偏波（Ｅθ成分）の利得低下を招くレベルではなく、タグアンテナとしては実用上問題ない。これらの検討結果から、第１の周波数に対する本実施例の有効性が確認できる。【００６９】
一方、図８に示す表１は、第２の周波数における渦巻状導電性物体２の入力インピーダンスの計算結果を示しており、第１の周波数のために配置する導電性物体６の有無によるインピーダンス計算結果を比較している。この結果から、導電性物体６の有無によって、渦巻状導電性物体２の入力インピーダンスは変化するが、その変化量は比較的小さく、大きな悪影響はないことがわかる。導電性物体６が無いときの共振周波数を保持する必要がある場合には、渦巻状導電性物体２が有するインダクタンスを低減する必要がある。これは、渦巻状導電性物体２の外形寸法ＬやＷ、渦巻状導電性物体２の巻線幅、渦巻状導電性物体２の巻線間隔を適宜変更することで容易に実現できる。【００７０】
以上の考察および検討結果から、図１〜図３に示した無線通信装置は、第１および第２の周波数帯のそれぞれのアンテナの実装面積を、第１の周波数帯のアンテナと第２の周波数帯のアンテナのそれぞれを同じ面に並設した場合よりも、広く確保できる。この結果、本無線通信装置は、各アンテナが単体で存在した場合と同等の通信性能を確保することが可能となる。【００７１】
なお、導電性物体３の電気長は、第１の周波数帯で良好な通信性能が得られれば第１の周波数帯の実効波長以外でもよいが、第１の周波数帯の実効波長λ1e程度以下に選定されることが多い。ここで、第１の周波数帯の実効波長λ1eは、平板状物体１やその他の周囲物体など（図示せず）の、導電性物体３の周囲に配置される物体の電気的影響を考慮した値である。【００７２】
ところで、一般に、ＲＦＩＤタグに用いられる集積回路４のインピーダンスは、概して低抵抗であって高容量性リアクタンスを有している。したがって、アンテナと集積回路４とのインピーダンス整合を考えた場合、図５のようなアンテナインピーダンスでは不都合な場合がある。【００７３】
上記の不都合な場合に対処するためには、例えば、図１０の平面図に示すように、平板状物体１の下面上に導電性物体（第３の導電性物体）９を設ける。そして、導電性物体９の一端を導電性物体３に接続し、導電性物体９の他端を導電性物体６ｂに接続し、更に導電性物体６ａと導電性物体６ｂを接続して、いわゆるショートスタブを構成すればよい。図９及び図１０において、前述（図１〜図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。この場合、導電性物体９が追加され、導電性物体６ａと導電性物体６ｂが接続された点を除けば、前述（図１〜図３参照）と同様の構成である。【００７４】
図９及び図１０のアンテナ構成とし、導電性物体３の形状、長さや、導電性物体６の長さを適宜選定することにより、図１１のインピーダンス周波数特性Ｚ２に示すように、集積回路４のインピーダンスに対して複素共役の関係となるインピーダンスの付近に、所望帯域インピーダンスを変位させることができる。そして、アンテナと集積回路４とのインピーダンス整合を確保することが可能になる。なお、図１１において、インピーダンス周波数特性Ｚ２のプロット周波数は、０．９６ｆ1から１．０４ｆ1まで、０．０１ｆ1刻みで、９ポイントにわたって示されている。【００７５】
また、インピーダンス整合方法は、図１０に示したショートスタブに限られない。他の手段として、例えば、図１３の平面図に示すように、平板状物体１の下面上に閉ループ状の導電性物体（第４の導電性物体）１０を設け、導電性物体１０の一部に集積回路４を挿入したアンテナ構成が考えられる。【００７６】
図１３において、集積回路４は、導電性物体３から隔離されている。導電性物体１０は、導電性物体６および／または導電性物体３（導電性物体３および導電性物体６の少なくとも一方）の近傍に配置されている。導電性物体１０の一端は集積回路４の一方の端子に接続され、導電性物体１０の他端は集積回路４の他方の端子に接続されている。また、導電性物体３は、導電性物体６ａに接続されている。【００７７】
図１２及び図１３のアンテナ構成においては、導電性物体６および導電性物体３に流れる電流によって生じる磁界が導電性物体１０のループ内の空間を貫くことにより、集積回路４および導電性物体１０からなる回路と、導電性物体３および導電性物体６からなるアンテナとが、上記の磁界を介して結合される。【００７８】
図１４は、図１２及び図１３のアンテナ構成によって得られたインピーダンス周波数特性Ｚ３の計算結果を示す特性図である。図１４において、インピーダンス周波数特性Ｚ３のプロット周波数は、０．９５ｆ1から１．０５ｆ1まで、０．００５ｆ1刻みで、２１ポイントにわたって示されている。図１４から明らかなように、図１２及び図１３のアンテナ構成とすることにより、集積回路４とのインピーダンス整合を確保するのに好適なアンテナインピーダンス特性が得られる。【００７９】
なお、導電性物体１０は、導電性物体３および／または導電性物体６に接していてもよい。この状態は、導電性物体１０と導電性物体３および／または導電性物体６との距離を零にした極限であり、アンテナとして上述と同様の動作をすると考えられる。【００８０】
以上のように、この発明の実施例１により、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＬＦ帯ＲＦＩＤシステムまたはＨＦ帯ＲＦＩＤシステムと、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムの各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯ＲＦＩＤシステムまたはＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムに共用可能なＲＦＩＤタグ機能を備えた無線通信装置を得ることができる。
【実施例２】
【００８１】
この発明の実施例２に係る無線通信装置について図１５から図２２までを参照しながら説明する。図１５及び図１６は、この発明の実施例２に係る無線通信装置の構成を示す図である。【００８２】
第２の周波数帯の通信性能を高めるためには、基本的に、渦巻状導電性物体２の開口面積が広いことが好ましい。一方、上記の実施例１（図１−図２、図９−図１０、図１２−図１３）のアンテナ構成では、第１の周波数帯の通信性能を高めるためには、導電性物体３を渦巻状導電性物体２の外側に配置する方が望ましい。これらの制約は相反する要求であり、両要求をともに実現するのは困難である。即ち、上記の実施例１では、渦巻状導電性物体２の開口面積を平板状物体１内で最大にできないので、第２の周波数帯の通信性能を最大限に高めることが難しくなる。【００８３】
しかしながら、上記の実施例１で考察した原理により、第１の周波数帯、第２の周波数帯ともに良好な通信性能が得られるのであれば、渦巻状導電性物体２の開口面積を平板状物体１内で最大しても、両周波数帯ともに良好な通信性能が得られるアンテナ構成が考えられる。その方法を以下に説明する。【００８４】
図１５及び図１６において、上記の実施例１と同一または同様の役割をする要素に対しては、上記の実施例１と同一または同様の番号で示す。以下に実施例１と異なる事項を説明する。【００８５】
図１５では、渦巻状導電性物体２の開口面積が平板状物体１内で最大となるように設けられている。実施例１と同様に、平板状物体１の法線方向（真上）から透視的に本無線通信装置を見たとき、渦巻状導電性物体２の大部分が導電性物体６ａ〜６ｄに重なるように、導電性物体６を配置する。このように配置する理由は、上記の実施例１で述べたとおりである。そして、複数に分割された導電性物体６のうちの２つの導電性物体（図１６では導電性物体６ａと導電性物体６ｂ）の間に、導電性物体（第５の導電性物体）１０ａと、導電性物体（第６の導電性物体）１０ｂを介して集積回路４を接続する。このように構成して、導電性物体６ａと導電性物体６ｂの長さを適当に選定すれば、両導電性物体を腕とするダイポールアンテナとして動作させることができる。【００８６】
基本的には、導電性物体６ａと導電性物体６ｂの長さの和Ｌabを約λ1／２に選定すれば、第１の周波数帯で共振させることができる。しかしながら、Ｌabを約λ1／２に選定すると、集積回路４と、導電性物体６ａ及び６ｂから構成されるダイポールアンテナとのインピーダンス整合を確保できない可能性がある。このような場合には、導電性物体６ａと導電性物体６ｂの長さ、および導電性物体１０ａと導電性物体１０ｂの長さや間隔を適宜選定することにより、集積回路４とのインピーダンス整合を確保すればよい。【００８７】
導電性物体６を第１の周波数帯においてダイポールアンテナとして動作させる構成は、図１６に図示した構成に限定されるわけではない。【００８８】
図１７及び図１８は、この発明の実施例２に係る無線通信装置の第１の別の構成を示す平面図である。【００８９】
図１８では、図１６の導電性物体６ａと導電性物体６ｂとを接続し、その導電性物体が改めて導電性物体６ａと定義されている。そして、図１８の導電性物体６ａの近傍に、集積回路４が接続された導電性物体１０を配置する。【００９０】
図１７及び図１８の構成とすることにより、実施例１と同様に、導電性物体６ａに流れる電流によって生じる磁界が導電性物体１０のループ内の空間を貫くことにより、集積回路４および導電性物体１０からなる回路と、導電性物体６ａからなるアンテナとが、上記の磁界を介して結合される。そして、上記の構成は、第１の周波数帯においてタグアンテナとして動作させることができる。【００９１】
基本的には、導電性物体６ａの長さＬaを約λ1／２に選定すれば、第１の周波数帯で共振させることができる。集積回路４とのインピーダンス整合は、長さＬaと、導電性物体１０の形状、大きさ及び位置とを最適化することにより達成される。【００９２】
集積回路４が接続された導電性物体１０は、図１８では平板状物体１の下面に配置されているが、図１９に示すように、平板状物体１の上面に配置してもアンテナとしての動作は変わらない。このような構成とすることによって、集積回路４と集積回路５を平板状物体１の同一面に形成することができ、製造が容易になる。【００９３】
また、上記の実施例１でも述べたように、図１８に示した導電性物体１０は導電性物体６ａから分離されている必要はなく、動作原理的には、図２２に示すように、導電性物体１０（１０ａ、１０ｂ）が導電性物体６ａに接続されていても問題ない。【００９４】
図１５−図１６、図１７−図１８、図１９−図２０及び図２１−図２２の構成については、設計性、製造性、通信性能など全体を勘案して、最適な形態を選択すればよい。
【実施例３】
【００９５】
この発明の実施例３に係る無線通信装置について図２３から図３０までを参照しながら説明する。図２３及び図２４は、この発明の実施例３に係る無線通信装置の構成を示す図である。【００９６】
上記の実施例１及び実施例２では、第１の周波数帯での通信に必要な機能を備えた集積回路４と、第２の周波数帯での通信に必要な機能を備えた集積回路５の、各周波数帯に１つずつ、集積回路を必要とした。近年、各周波数帯それぞれに必要な通信機能を兼ね備えた多周波共用集積回路が実用化されつつある。本実施例では、上記の多周波共用集積回路に対応するためのアンテナ構成を説明する。【００９７】
図２３及び図２４は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の双方の通信に必要な機能を有する集積回路１１を使用するためのアンテナ構成を示している。ここでは、集積回路１１は、第１の周波数帯の信号を送受するための２つの入出力端子（１端子対）と、第２の周波数帯の信号を送受するための２つの入出力端子（１端子対）の、合計４つの入出力端子を備えている。導電性物体１０が第１の周波数帯の入出力端子対（第１の入出力端子対）に、導電性物体７（７ａ、７ｂ）が第２の周波数帯の入出力端子対（第２の入出力端子対）に接続される。集積回路１１の内部において、第１の周波数帯に関する回路と第２の周波数帯に関する回路とのアイソレーションが高ければ、図２３及び図２４の構成によって、１つの集積回路１１だけで、第１および第２の周波数帯で良好に通信することが可能となる。【００９８】
一方、第１の周波数帯の入出力端子対と第２の周波数帯の入出力端子対が同一である場合、即ち、集積回路１１が２つの端子（１端子対）しか備えていない場合も想定される。この場合、単純に図２５のように接続して両周波数帯ともに良好に通信できればよいが、必ずしも良好な通信が行えるとは限らない。【００９９】
例えば、図２５及び図２６に示す回路構成を考える。図２５では、渦巻状導電性物体２に接続される導電性物体７と、第１の周波数帯の給電回路として働く導電性物体１０がともに集積回路１１の入出力端子対に接続されている。【０１００】
第１の周波数帯において、集積回路１１の入出力端子対から渦巻状導電性物体２の方をみたインピーダンスは、集積回路１１の入出力端子対から平行平板キャパシタ３０までの距離が約λ1／４の奇数倍であればほぼ無限大（電気的に開放）となる。従って、第２の周波数帯の回路特性が第１の周波数帯のアンテナ特性に与える悪影響は小さいと考えられる。【０１０１】
一方、第２の周波数帯において、集積回路１１の入出力端子対から導電性物体１０の方をみたインピーダンスはほぼ零（電気的に短絡）となる。従って、このままでは第２の周波数帯において良好な通信を行うことが困難となる。【０１０２】
このような場合には、第１の周波数帯のアンテナ構成として図１６の構成を選択し、図２７及び図２８のように構成すればよい。図２７及び図２８では、集積回路１１の入出力端子対と導電性物体１０（１０ａ、１０ｂ）とが異層間接続部８ｃ及び８ｄとで接続されている。第１の周波数帯が第２の周波数帯に対して十分に高い場合には、導電性物体１０と導電性物体６は第２の周波数帯の波長λ2に比べて十分に短いので、第２の周波数帯において集積回路１１の入出力端子対から導電性物体１０の方をみたインピーダンスはほぼ無限大（電気的に開放）となる。従って、導電性物体１０と導電性物体６で形成される第１の周波数帯のアンテナが集積回路１１に接続されても、第２の周波数帯の通信特性に悪影響を与えることはない。【０１０３】
図１７−図１８、図１９−図２０に示す構成をベースにして２周波共用の集積回路１１に対応するには、図２９及び図３０に示す構成も考えられる。図２９及び図３０では、第１の周波数帯においてダイポールアンテナとなる導電性物体６ａと磁界結合する導電性物体１０が１０ａ、１０ｂ及び１０ｃの３つに分割されている。導電性物体１０ａと１０ｂを平板状物体１の上面に配置し、導電性物体１０ｃを平板状物体１の下面に配置している。導電性物体１０ａと１０ｂはそれぞれの一端が集積回路１１の端子に接続され、それぞれの他端が１０ｃと容量結合されている。【０１０４】
即ち、導電性物体１０ａの一部である円形導体と導電性物体１０ｃの一部である円形導体、および導電性物体１０ｂ一部である円形導体と導電性物体１０ｃの一部である円形導体がそれぞれ平行平板キャパシタ（第２のキャパシタ）を形成している。上記の実施例１で述べたように、第１の周波数帯が第２の周波数帯に対して十分に高い場合には、上記の平行平板キャパシタのインピーダンスの絶対値は極めて大きくなり、電気的にはほぼ開放となる。その結果、第２の周波数帯において、集積回路１１の入出力端子対から導電性物体１０の方をみたインピーダンスをほぼ電気的に開放とすることができ、第２の周波数帯において良好な通信性能を確保することが可能となる。【０１０５】
この際、導電性物体１０ａの一部と導電性物体１０ｃの一部、および導電性物体１０ｂの一部と導電性物体１０ｃの一部がそれぞれ形成する平行平板キャパシタの静電容量値については、第１の周波数において、集積回路１１と、導電性物体１０および導電性物体６ａから成る第１の周波数帯のアンテナとのインピーダンス整合が確保できるように選定すればよい。
【実施例４】
【０１０６】
この発明の実施例４に係る無線通信装置について図３３から図４１までを参照しながら説明する。図３３は、この発明の実施例４と実施例１に係る無線通信装置の放射効率周波数特性の計算結果を示す図である。また、図３４、図３５、図３６、図３７、図３８、図３９、図４０及び図４１は、この発明の実施例４に係る無線通信装置の構成を示す図である。【０１０７】
さて、上記の実施例１〜３のアンテナ構成とすれば、コイルのサイズや誘電体基板の誘電率に依存せず常に良好な放射効率が得られるであろうか。発明者らはこれを確かめるために、コイル外形長Ｌと放射効率周波数特性との関係を電磁界解析で調べた。図３３の○印を線で結んだグラフは、上記の実施例１の図１及び図２に示したアンテナ構成においてコイル外形寸法をＷ＝０．１３３λｃ、Ｌ＝０．２０６λｃとしたときの放射効率周波数特性の計算結果である。中心周波数ｆｃを中心に広い帯域にわたって放射効率が低下していることがわかる。更に、この原因を明確にするために、電流分布と入力インピーダンスを計算した。その結果、巻かれているコイルの全長がおよそ波長の整数倍となるときに放射効率が大幅に低下することがわかった。これは、コイルの全長が波長の整数倍となるときにコイルが共振すること、共振器がエネルギーを吸い寄せ蓄える性質を有すること、および、アンテナ構成媒質（導体、誘電体）が有限の損失要因（抵抗、誘電正接）を有していることに起因すると考えられる。つまり、ＵＨＦ帯のアンテナ給電点（図２の集積回路４の位置に相当する）に供給した電力の大部分が共振器（コイル）に吸い寄せられ、その一部が導体と誘電体で熱損として消散し、給電電力に対する遠方への放射電力の割合（放射効率）が低下したと考えられる。【０１０８】
実際に、このアンテナを備えたタグを設計、製作することを考えた場合、コイルの巻数や寸法はＨＦ帯の通信特性が良好となるように決定される。従って、このままではＵＨＦ帯アンテナの放射効率が大幅に低下し、ＵＨＦ帯において良好な通信性能が得られない場合がある。【０１０９】
コイルの共振によってその共振周波数付近でＵＨＦ帯アンテナの放射効率が低下するのであれば、コイルの共振周波数をＵＨＦ帯アンテナの使用周波数帯域から遠ざければよい。その一つの方法は、導電性物体群６とコイルとを少なくとも１か所で短絡することである。【０１１０】
この方法の有効性を確認するために、数値電磁界解析を行った。図３３の△印を線で結んだグラフは、実施例１の図１及び図２に示したアンテナ構成に対して、図３４及び図３５に示すように、コイル２と導電性物体群６の一構成要素６ａとを短絡手段（スルーホールなどの異層間接続部）８ｅで短絡し、コイル外形寸法をＷ＝０．１３３λｃ、Ｌ＝０．２０６λｃとしたときの放射効率周波数特性の計算結果である。つまり、図３３のグラフは、図３４及び図３５の短絡手段８ｅの有無による放射効率周波数特性の変化を示している。コイル２と導電性物体群６の一構成要素６ａとを短絡手段８ｅで短絡することにより、ＵＨＦ−ＲＦＩＤ世界帯域内におけるコイル２の不要共振が消滅し、放射効率が大幅に向上していることがわかる。【０１１１】
短絡手段８ｅを設けることによって電気特性上の問題、あるいは製造上の問題が生じる場合には、例えば、図３６及び図３７に示すように、コイル２および導体６ａを部分的に太くし、あるいは部分的に突出させて平板状導電性物体３２ａおよび３２ｂを形成し、誘電体の平板状物体１の法線方向からみたとき平板状導電性物体３２ａと３２ｂが重なるようにする。こうすることによって平行平板キャパシタ３２が形成できる。キャパシタのリアクタンスＸｃは、Ｘｃ＝−１／ωＣだから、ＵＨＦ−ＲＦＩＤ世界帯域の中心周波数９１０ＭＨｚならば、３２ｐＦとすればＸｃ＝−５．５Ωとなり、ほぼ短絡と等価になる。また、その半分の１６ｐＦでも、Ｘｃ＝−１１Ωとなり、概ね短絡と同等になる。【０１１２】
なお、短絡（Ｘｃ＝０Ω）が必ずしも最適である理論的根拠はなく、コイル２および導体６を電気的に接続するリアクタンスの値は、設計において通信特性が良好となるように適宜定められる設計事項である。【０１１３】
また、これまでの実施例１〜３に示したすべての構成（図３０まで）に対しても本手法が有効であることは明白であり、例えば実施例２の図１７及び図１８に示した構成への適用例は図３８及び図３９と図４０及び図４１である。【０１１４】
また、コイル２および導体６を容量結合する方法として、図３６及び図３７では平行平板キャパシタ３２を用いたが、チップコンデンサ部品やインターディジタルキャパシタなどでコイル２と導体６とを容量結合してもよい。【０１１５】
また、コイルの共振特性を変化させる、即ち、コイルに流れるＵＨＦ帯電流の分布を変化させるという観点からは、コイル２と導体６とを結合するリアクタンスは必ずしも容量性である必要はないと考えられ、誘導性でもよいと考えられる。誘導性にした方が良好な通信性能となる場合には、コイル２と導体６とをチップインダクタやスパイラルインダクタで結合すればよい。【０１１６】
また、コイル２と導体６とを電気的に結合する位置と数は、図３４から図３７までに示した位置、数に限定されるものではなく、これらは良好な通信特性が得られるように適宜定められる設計事項である。【０１１７】
上記の実施例１〜４で説明した無線通信装置を実用に供する形態とするには、平板状物体１として、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）などを用いればよい。【０１１８】
また、各導電性物体２、３、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、７ａ、７ｂ、９、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、平板状物体１の上面または下面に形成されるが、例えば、エッチングで形成することができる。また、インクジェット印刷やシルクスクリーン印刷などの印刷技術を応用して、金属粒子を含んだ液体を平板状物体１に付着させることにより、形成することができる。【０１１９】
また、平板状物体１として両面基板を用いて、エッチング加工により平板状物体１と各導電性物体２、３、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、７ａ、７ｂ、９、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃを形成してもよい。【０１２０】
また、異層間接続部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅは、スルーホール加工技術などを用いて形成することができ、集積回路４、５、１１は、半田、導電性接着剤、または超音波を用いて、各導電性物体と電気的に結合することができる。【０１２１】
また、特に図示するまでもなく、上記の実施例１〜４で示した電気電子回路の表面（各導電性物体が形成された平板状物体１の上面または下面）をコーティング樹脂などで被覆することにより、さらに実用可能なアンテナ構成を実現することができる。この場合、コーティング樹脂としては、印刷／印字が可能な材料、または、ラベルを貼付しても容易には剥がれない材料を用いることが好ましい。【０１２２】
さらに、実施例１〜４に係る無線通信装置は、クレジット機能または認証機能を有する無線通信に適用することができる。【０１２３】
また、第１の周波数帯をＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚ）に含め、第２の周波数帯をＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）またはＨＦ帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）に含めることにより、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、各単体システムの通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯またはＨＦ帯とＵＨＦ帯の共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１  平板状物体、２  渦巻状導電性物体、３  導電性物体、４  集積回路、５  集積回路、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  導電性物体、７、７ａ、７ｂ  導電性物体、８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｅ  異層間接続部、９  導電性物体、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  導電性物体、１１  集積回路、３０  平行平板キャパシタ、３０ａ、３０ｂ  平板状導電性物体、３２  平行平板キャパシタ、３２ａ、３２ｂ  平板状導電性物体。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【国際調査報告】
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