(57)【要約】【課題】  通信不能領域を減少させることが出来るループアンテナを提供する。【解決手段】  磁界を発生することによって、無線通信媒体との通信を非接触で行う無線送受信装置に使用されるループアンテナであって、キャリアが印加される送信用ループアンテナの同一平面上内側に前記送信用ループアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数に設定されている受信用ループアンテナを２つの並列回路を構成してかつループの形状を長方形に配置した。【選択図】  図３
2008182528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発生することによって、無線通信媒体との通信を非接触で行う無線送受信装置に使用されるループアンテナであって、
キャリアを印加される送信用ループアンテナと、
前記送信用ループアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数に設定されており、前記送信用ループアンテナの同一平面上の内側に前記受信用ループアンテナのループの形状が長方形である２つのループコイルを並列に配置して構成した並列回路である受信用ループアンテナと、
を有することを特徴とするループアンテナ。
【請求項２】
電磁波を発生することによって、無線通信媒体との通信を非接触で行う無線通信装置に使用されるループアンテナであって、
キャリアを印加することにより情報を送信する送信用ループアンテナと、
前記送信用ループアンテナの同一平面上の内側に配置された第１の自己共振ループコイルと、
前記第１の自己共振ループコイルの同一平面上の内側に配置された第２の自己共振ループコイルと、
前記第２の自己共振ループコイルの同一平面上の内側に配置されたそれぞれ形状の異なる複数の第３の自己共振ループコイルと、
前記第３の自己共振ループコイルのいずれか２つの自己共振ループコイルの外側に巻回して配置した、無線通信媒体より送られてきた情報を受信し受信回路に送る受信用ループアンテナと、
を有することを特徴とするループアンテナ。
【請求項３】
前記第３の自己共振ループコイルの数が３つであることを特徴とする請求項３記載のループアンテナ。
【請求項４】
電磁波を発生することによって、無線通信媒体との通信を非接触で行う無線送受信装置に使用されるループアンテナであって、
キャリアを印加される送信用ループアンテナと、
前記送信用ループアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数に設定されており、前記送信用ループアンテナの同一平面上の内側に前記受信用ループアンテナのループの形状が長方形である２つのループコイルを並列に配置して構成した並列回路である受信用ループアンテナと、
前記送信用ループアンテナに接続された、無線送信を行うための電気信号を出力する送信回路と、
前記受信用ループアンテナに接続され、前記受信用ループアンテナが受けた電磁波からの電気信号を受けとる受信回路と、
前記送信回路と前記受信回路を制御する中央処理装置と、
を有することを特徴とする無線送受信装置。
【請求項５】
電磁波を発生することによって、無線通信媒体との通信を非接触で行う無線送受信装置に使用されるループアンテナであって、
キャリア印加することにより情報を送信する送信用ループアンテナと、
前記送信用ループアンテナの同一平面上の内側に配置された第１の自己共振ループコイルと、
前記第１の自己共振ループコイルの同一平面上の内側に配置された第２の自己共振ループコイルと、
前記第２の自己共振ループコイルの同一平面上の内側に配置されたそれぞれ形状の異なる複数の第３の自己共振ループコイルと、
前記第３の自己共振ループコイルのいずれか２つの自己共振ループコイルの外側に巻回して配置した、無線通信媒体より送られてきた情報を受信し前記受信回路に送る受信用ループアンテナと、
前記送信用ループアンテナに接続された、無線送信を行うための電気信号を出力する送信回路と、
前記受信用ループアンテナに接続され、前記受信用ループアンテナが受けた電磁波からの電気信号を受けとる受信回路と、
前記送信回路と前記受信回路を制御する中央処理装置と、
を有することを特徴とする無線送受信装置。
【請求項６】
前記第３の自己共振ループコイルの数が３つであることを特徴とする請求項６記載の無線送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動改札システムなどにおいて、定期券などとして用いられるＩＣカードと非接触で通信を行う無線送受信装置に使用されるループアンテナおよびそのループアンテナを備えた無線送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば自動改札システムなどで用いられている定期券には、磁気的に情報が記録されており、自動改札機では、定期券が挿入されると、その磁気記録がなされている部分に磁気ヘッドを接触させて、情報を読み取るようになされている。
【０００３】
このため、利用者は、定期券をケースに収納している場合には、そこから取り出して、自動改札機に挿入する必要があり、面倒であった。
【０００４】
そこで、非接触カードシステムが開発された。この非接触カードシステムによれば、非接触で情報のやりとり（データ通信）などを行うことができるので、これを、上述したような自動改札システムに適用した場合には、利用者は、定期券をケースに収納したままでも、自動改札機を出入りすることが可能となる。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平８−１９４７８５号公報  (第３貢、図１３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非接触カードシステムにおいては、ＩＣカードとリーダライタとの間の通信距離を伸ばすことが望まれているが、通信距離を長くするにはたとえばリーダライタのループアンテナから発生された電磁波の強度を上げるために磁界の強度を上げる事が考えられる。しかしながら、ループアンテナ駆動回路が直接接続されている場合に、そのループアンテナから発生させる磁界の強度を上げるためには、駆動回路の出力電圧を高くし、ループアンテナに変化の大きな電流を流す必要があるが、駆動回路の出力電圧値はそこに印加されている電源電圧Ｖｃｃ以上にすることはできず、駆動回路の出力電圧は電源電圧Ｖｃｃにより制限される。また駆動回路は大きな出力電流を流す方法では、その構成や回路素子が制限され、装置が大型化、高コスト化する課題があった。
【０００６】
そこで上記の従来の技術で記した手段があるが、この手段では近年多メーカーにより特性の異なる非接触ＩＣカードが出回っており、ＩＣカードによっては通信不能領域（ヌル領域）が発生してしまい上述のように自動改札システム等で利用する上で課題となっていた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、通信不能領域を減少させることが出来るループアンテナ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によるループアンテナは、電磁波を発生することによって、無線通信媒体との通信を非接触で行う無線送受信装置に使用されるループアンテナであって、キャリアを印加される送信用ループアンテナと、前記送信用ループアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数に設定されており、前記送信用ループアンテナの同一平面上の内側に前記受信用ループアンテナのループの形状が長方形である２つのループコイルを並列に配置して構成した並列回路である受信用ループアンテナと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、通信不能領域の減少させることを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、非接触カードシステムの構成例を示している。この非接触カードシステムは、例えば、上述した定期券に相当するＩＣカードと、そのＩＣカードに対して、電磁波を媒体として、非接触で電源となる電力を供給するとともに、データの読み書きやその他必要な処理を行うリーダライタとで構成されている。
【００１２】
リーダライタにおいては、コイルの断面形状が、長方形とされているループアンテナ１０００から、コマンドおよび必要書き込みに応じてデータが、電磁波として放射される。
【００１３】
即ち、まずＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔの略、以下ＣＰＵ）1において、所定のプログラムにしたがい、所定の変調波に対応した電圧をループアンテナ１０００に印加するように送信回路２が制御される。
【００１４】
無線送信を行うために電気信号を出力する送信回路２は、所定の周波数（例えば、超短波帯、あるいはそれ以下の周波数）のキャリアを発生するキャリア発生器２１と、キャリア発生器２１からキャリアを受け取り情報を記録、伝送するにあたり、情報及び記録・伝送媒体の性質に応じて最適な電気信号に変換する変調回路２２と、変調回路２２からキャリアを受け取り、ＣＰＵ１の制御にしたがって増幅率が変化する増幅回路２３と、増幅回路２３から受け取ったキャリアの送り出し側である増幅回路２３の出力インピーダンスと受け側であるループアンテナ１０００の入力インピーダンスをあわせる整合回路２４から構成されている。
【００１５】
増幅回路２３の増幅率は、ＩＣカードに対して送信すべきコマンドや書き込みデータなどに対応して、ＣＰＵ１に制御され、従って変調回路２２を経由して増幅回路２３では、キャリアが、ＩＣカードに対して送信すべきコマンドや書き込みデータなどにしたがって振幅変調波が出力される。増幅回路２３の出力端子は、整合回路２４を経て、ループアンテナ１０００に接続されており、従って変調回路２２を経由して増幅回路２３より出力された振幅変調波は、ループアンテナ１０００に供給される。即ち、ループアンテナ１０００には、振幅変調波に対応する電圧が印加される。これにより、ループアンテナ１０００では、その電圧に対応した電流が流れ、その電流の変化に対応した磁束（磁界）が発生する。
【００１６】
即ち、ループアンテナ１０００からは、変調回路２２を経由して増幅回路２３より出力された振幅変調波が、電磁波として放射される。
【００１７】
その後、リーダライタでは、ＣＰＵ１によって、増幅回路２３の増幅率が一定値になるように制御され、これにより無変調波が、上述した振幅変調波と同様にして、電磁波として放射される。
【００１８】
そして、アンテナとＩＣを持つ図示しないＩＣカードから応答があったか否かが判定される。
【００１９】
ＣＰＵ１において、ＩＣカードから応答がなかったと判定された場合、即ちＩＣカードと無線通信装置とが、図示しないICカードの持つループコイルとループアンテナ１０００との間で相互誘導を生じる距離にない場合、ＩＣカードから応答があるまで、上述したようにして振幅変調波と無変調波とを放射する処理が繰り返される。
【００２０】
次に本発明の無線送受信装置のループアンテナ１０００について説明する。
【００２１】
図２に示されるように、本発明のリーダライタのループアンテナは送信用ループアンテナ１００と受信用ループアンテナ２００により構成される。
【００２２】
送信用ループアンテナ１００は送信回路２と接続されており、送信回路２から送られてきたキャリア周波数が輻射する。また送信用ループアンテナ１００は、コンデンサ１０１が並列に接続され、共振回路を構成している。この共振回路の共振周波数はキャリア発生器２１から印加される周波数と同一周波数もしくはその周辺周波数に設定する。送信用ループアンテナ１００は２ターンのプリント板配線で同一基板上に構成されており、送信用ループアンテナ１００のループの形状は長方形となっている。
【００２３】
受信用ループアンテナ２００は、受信回路３に接続されており、ＩＣカードから情報を受け取り、そして受信回路３に流す。さらにコンデンサ２０１が並列に接続されており共振回路を構成している。ここで設定される共振周波数は上述したアンテナ１００の共振周波数（キャリア周波数またはキャリア周波数の近傍周波数）に対して数MHz単位で高い方向にずれた周波数である。この周波数により、送信用の共振周波数に影響されること無く受信特性を得る事が可能である。
【００２４】
また受信用ループアンテナ２００は送信用ループアンテナ１００の内側に配置され、さらに受信用ループアンテナ２００自体で送信用ループアンテナ１００の長方形ループ内を小さな長方形のループで３分割に分けるよう一筆書きで１ターンのプリント板配線で並列回路を同一基板上に構成している。
【００２５】
そして全てのアンテナの巻き方向は同一である。
【００２６】
また、全てのアンテナ及びコイルは互いに相互誘導の効果を及ぼす範囲内で構成されている。
【００２７】
この実施例を行うことにより、さまざまな共振周波数をもったＩＣカードの通信性能を向上させることができる。なおアンテナの共振周波数はこのアンテナに接続されたコンデンサ１０１または２０1の要領により一意に決定する。
【実施例２】
【００２８】
図３には本発明の実施例２にかかる無線送受信装置の構成を示す。この実施例２の各構成要素について、図１の実施例１の無線送受信装置の各部と同一部分は同一符号で示す。この実施例２が実施例１と異なる点は、ループアンテナ１００１の構成である。
【００２９】
図４に示されるように、本発明のリーダライタンテナは７つのループコイルにより構成される。
【００３０】
送信用ループアンテナ３００は、送信回路２に接続されており、送信回路２からおくられてきたキャリア周波数を輻射する。送信用ループアンテナ３００は１ターンのプリント板配線で同一基板上に構成されており、送信用ループアンテナ３００によって全てのアンテナの囲む構成となっている。また送信用ループアンテナ３００のループの形状は長方形に巻かれている。送信用ループアンテナ３００は、送信用コンデンサ３０１が並列に接続されており共振回路を構成している。
【００３１】
第１の自己共振ループコイル４００は送信用ループアンテナ３００の内側に配置され、送信用ループアンテナ３００から輻射される磁界を受け相互誘導によりさらに磁界の輻射を行うことにより送信回路２で制限されている電源出力を一定にしたまま磁界をより強く輻射する事が可能となる。
【００３２】
この第１の自己共振ループコイル４００は２ターンのプリント板配線で同一基板上に構成されており、コンデンサ４０１が直列に接続されている。共振周波数は前述のアンテナの共振周波数とは別の周波数（数ＭＨz単位で高い値とする）に設定されている。また第１の自己共振ループコイル４００のコイルのループの形状は長方形である。
【００３３】
また第１の自己共振ループコイル４００は送信用ループアンテナ３００と異なる共振周波数に設定されていることにより、互いのアンテナの共振周波数に影響されることがほとんどない。
【００３４】
第２の自己共振ループコイル５００は第１の自己共振ループコイル４００の内側に配置され、送信用ループアンテナ３００から輻射される磁界を受け相互誘導によりさらに磁界の輻射を行うことにより送信回路２で制限されている電源出力を一定にしたまま磁界をより強く輻射する事が可能となる。
【００３５】
この第２の自己共振ループコイル５００は２ターンのプリント板配線で同一基板上に構成されており、コンデンサ５０１が直列に接続されている。共振周波数は前述のアンテナの共振周波数とは別の周波数（数ＭＨz単位で高い値とする）に設定されている。また第２の自己共振ループコイル５００のコイルのループの形状は長方形である。
【００３６】
また第２の自己共振ループコイル５００は送信用ループアンテナ３００と第１の自己共振ループコイル４００と異なる共振周波数に設定されていることにより、互いのアンテナの共振周波数に影響されることがほとんどない。
【００３７】
受信用ループアンテナ６００は、受信回路３に接続されており、ＩＣカードから情報を受け取り、そして受信回路３に流す。さらにコンデンサ６０１が並列に接続されており共振回路を構成している。
【００３８】
また受信用ループアンテナ６００は第２の自己共振ループコイル５００の内側に配置され、さらに受信用ループアンテナ６００自体で第２の自己共振ループコイル５００の長方形ループ内を小さな長方形のループで３分割に分けるよう一筆書きで１ターンのプリント板配線で並列回路を同一基板上に構成している。
【００３９】
受信用ループアンテナ６００の共振周波数をキャリア周波数に対して数ＭＨz単位で高い方向にずらした周波数に設定することで、キャリア周波数の位相に影響されることがほとんど無く受信特性を得る事が可能である。
【００４０】
第３の自己共振ループコイル７００にはコンデンサ７０１が、第３の自己共振ループコイル８００にはコンデンサ８０１が、第３の自己共振ループコイル９００にはコンデンサ９０１が直列に接続されている。共振周波数は送信用ループアンテナ３００、受信用ループアンテナ６００の共振周波数とは別の周波数に設定されるものであり、第１の自己共振ループコイル４００、第２の自己共振ループコイル５００に近い値とする。第３の自己共振ループコイル７００、８００、９００は第２の自己共振ループコイル５００の内側に配置され、さらに第３の自己共振ループコイル７００、９００は受信用ループアンテナ６００の内側であって、受信用ループアンテナ６００が形成する２つの小さな長方形の内側に各１つずつ６ターンのプリント板配線で同一基板上に構成されている。第３の自己共振ループコイル８００は受信ループアンテナ６００の外側であって受信用ループアンテナ６００が形成する２つの小さな長方形の間に小さな長方形のループの形で、６ターンのプリント板配線で同一基板上に構成されている。この第３の自己共振アンテナの大きさは必ずしも同一の大きさでなくて良い。
【００４１】
なおコンデンサの容量の大きさは、６０１＞３０１＞５０１＞４０１＝７０１＝８０１＝９０１の順に大きい。
【００４２】
受信用ループアンテナ６００、第一の自己共振ループコイル５００が輻射した磁界をさらに受けて相互誘導による磁界の輻射を行い、ＩＣカードと通信可能距離をさらに向上することが可能となる。
【００４３】
また全てのアンテナ及びコイルはと同じ方向に巻かれており、巻き数は送信用ループアンテナ３００に対して同数または多ければよい。
【００４４】
自己共振ループコイル７００、８００、９００については巻き方向は送信用ループアンテナ３００、自己共振ループコイル４００及び自己共振ループコイル５００と同じ方向に巻かれており、巻き数は自己共振ループコイル４００よりも多いものとする。自己共振ループコイル６００、７００、８００の巻き数は同一でなくてもよい。また図４（ａ）、（ｂ）に示すように、自己共振ループコイル６００、７００、８００の形状や大きさは必ずしも同一でなくてよい。
【００４５】
また、全てのアンテナ及びコイルは互いに相互誘導の効果を及ぼす範囲内で構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による無線送受信装置の第１の実施例構成図。
【図２】本発明による無線送受信装置に備えられたループアンテナの第１の実施例の平面図。
【図３】本発明による無線送受信装置の第２の実施例の構成図。
【図４】本発明による無線送受信装置に備えられたループアンテナの第２の実施例の平面図。
【符号の説明】
【００４７】
１  ＣＰＵ
２  送信回路
３  受信回路
１００、３００  送信用ループアンテナ
２００、６００  受信用ループアンテナ
４００  第１の自己共振ループコイル
５００  第２の自己共振ループコイル
７００、８００、９００  第３の自己共振ループコイル
【図１】
2008182528.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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