(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カード状ケースにアンテナ基板が収容されており、
前記アンテナ基板は、アンテナ面とその裏面の回路面とを有し、
前記アンテナ面には、放射素子とこの放射素子と同心環状のグランド素子とが形成されており、
前記回路面には、前記放射素子に対して所定位相差で２点給電する電子回路が形成されており、
前記電子回路の回路グランドが前記グランド素子と電気的に分離されている、
カード型電子装置。
【請求項２】
前記放射素子の外周の少なくとも一部は円弧状又は略円弧状であり、
前記グランド素子は、その内周と前記放射素子の外周との間隙以上で当該間隙の２倍未満の幅を持つ同心環状導体である、
請求項１に記載のカード型電子装置。
【請求項３】
前記電子回路は、前記グランド素子の電位よりも高電位を基準に動作する変調回路を含む、請求項２に記載のカード型電子装置。
【請求項４】
前記グランド素子の所定部位に舌片状パターンが一体形成されており、
前記変調回路は、前記回路面において前記舌片状パターンと対向する部位に実装されており、
前記変調回路のうち前記放射素子と導通する端子には第１給電線が接続され、この第１給電線は第２給電線と第３給電線とに分岐されており、分岐された前記第２給電線及び前記第３給電線は、それぞれ前記回路面上で前記グランド素子に沿う形状で形成され、所定の位相差を持って前記放射素子の外周と導通接続する、
請求項３に記載のカード型電子装置。
【請求項５】
前記第２給電線及び前記第３給電線は、前記第１給電線の特性インピーダンスに対してその２倍の特性インピーダンスで分岐しており、分岐点からの長さが９０度の位相差となる長さの割合で形成されている、
請求項４に記載のカード型電子装置。
【請求項６】
前記第２給電線及び前記第３給電線は、それぞれ前記グランド素子に沿って形成された部分から前記放射素子の中央部に向けて曲折して前記放射素子の外周部とスルーホール導体を介して導通接続されており、該中央部から各曲折部分までの角度が９０度となる、
請求項５に記載のカード型電子装置。
【請求項７】
前記第１給電線、前記第２給電線及び前記第３給電線がマイクロストリップ線路で構成されている、
請求項６に記載のカード型電子装置。
【請求項８】
前記変調回路は、アンテナグランド端子、給電端子、信号端子、電源端子及びスイッチング素子を備えており、
前記アンテナグランド端子は前記グランド素子と導通接続され、前記給電端子は前記第１給電線と接続され、前記信号端子は前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路に接続されており、前記電源端子は前記グランド素子よりも高電位の電圧の供給源と接続されている、
請求項７に記載のカード型電子装置。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、ゲート、ソース及びドレインを有する電圧制御素子であり、前記ゲートは前記信号端子と接続され、前記ソース及び前記ドレインの一方は、直流遮断用の受動素子と変調又は復調の方式を複数種類のいずれかに切り替えるためのインピーダンス調整素子を介して前記アンテナグランド端子に接続され、前記ソース及び前記ドレインの他方は、直流遮断用の受動素子と変調又は復調の方式を複数種類のいずれかに切り替えるためのリアクタンス調整素子を介して前記給電端子に接続されている、
請求項８に記載のカード型電子装置。
【請求項１０】
前記変調回路は、前記インピーダンス調整素子の電気定数に応じて、ＡＳＫ変調方式又はＢＰＳＫ変調方式で動作する、
請求項９に記載のカード型電子装置。
【請求項１１】
前記放射素子は、２．５ＧＨｚ帯の電磁波を、前記アンテナ基板を挟んで双方向で送受信する円偏波アンテナである、
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のカード型電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用時の姿勢や動作環境が変化しても安定した電波の送受信が可能なカード型電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カード型電子装置の一例となるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier；以下、「タグ」と略する場合がある）には、電池を使用せずに、アンテナ素子で受信した電波から起電した電力で動作するパッシブ方式のものと、電池によって動作するアクティブ方式のものとがある。アクティブ方式のタグ（「アクティブタグ」）は、通常、ケース内に、アンテナ素子のほか、電池で動作する制御回路や制御回路の制御で変調動作を行う変調部などの電子回路が内蔵されている。ケースがカード状の場合、アンテナ素子は、薄型化のために平面アンテナが用いられているのが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、裏面にグランド導体が設けられた誘電体基板の表面に、パッチ導体が形成されたＲＦＩＤ用の平面アンテナが開示されている。この平面アンテナでは、グランド導体は電池の低電位電圧Ｖ−と接続される。このグランド導体は、電子回路のグランド（接地板）としても用いられる。これにより、電子回路におけるノイズの影響を抑制し、動作を安定にしている。つまり、電子回路は低電位電圧Ｖ−を基準電位として動作している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１７２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アクティブタグは、９００［ＭＨｚ］で動作するものが多用されているが、使用する周波数が２．４５［ＧＨｚ］のような高周波になると波長が短すぎて、電子回路のグランドの影響を受けやすくなる。そのため、動作の基準電位としたグランド導体の電位（低電位電圧Ｖ−）が２．４５［ＧＨｚ］では必ずしも適切な電位とならず、平面アンテナの指向性が、使用時の姿勢に過敏に変化する問題があった。
具体的には、グランド導体の大きさや形状によって平面アンテナの指向性に歪みなどの変化が発生しやすくなる問題があった。このような問題は、グランド導体の構造を適切に設計したり、平面アンテナのグランド素子と電子回路のグランドとの間をインダクタンス素子や共振回路などで高周波的に分離させることで一応の解決は図れるのであるが、そのようにすると、使用できる周波数帯域が狭くなったり、カード状ケースに収容するための設計が困難になり、コスト上昇を招くという新たな問題が生じる。
【０００６】
このような問題は、アクティブタグに限らず、動作の基準電位をグランド導体の電位とする電子回路及びアンテナ素子を有するカード型電子装置において共通に生じる。
【０００７】
本発明は、使用時の姿勢に関わらず安定的に動作し、量産にも適した、簡易な構造のカード型電子装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のカード型電子装置は、カード状ケースにアンテナ基板が収容されており、前記アンテナ基板は、アンテナ面とその裏面の回路面とを有し、前記アンテナ面には、放射素子とこの放射素子と同心環状のグランド素子とが形成されており、前記回路面には、前記放射素子に対して所定位相差で２点給電する電子回路が形成されており、前記電子回路の回路グランドが前記グランド素子と電気的に分離されていることを主たる特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用時の姿勢に関わらず安定的に動作し、量産にも適した、簡易な構造のカード型電子装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係るアクティブタグの分解斜視図。
【図２】（ａ）は基板の正面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は断面図。
【図３】リターンロス特性図。
【図４】変調部の構成図。
【図５】変調部の回路構成図。
【図６】（ａ）は比較タグの基板の表面図、（ｂ）は裏面図。
【図７】（ａ）は比較タグの放射特性、（ｂ）はアクティブタグの放射特性、（ｃ）は姿勢の変化の比較説明図。
【図８】（ａ），（ｂ）は利得特性比較図。
【図９】（ａ）は使用状態説明図、（ｂ）は感度特性比較図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。この実施形態では、カード型電子装置を２．４５ＧＨｚ帯の電磁波の送受信を行うカード型のアクティブタグとして実施する場合の例を示す。図１は、本実施形態のアクティブタグ１の分解斜視図である。アクティブタグ１は、樹脂製のカード型ケース１０の実装空間１２に、円偏波アンテナ及び電子回路を設けたアンテナ基板２０を装着した後、蓋体３０で封止する構造を有する。
【００１２】
アクティブタグ１のサイズは、縦８５．６０［ｍｍ］、縦５３．９８［ｍｍ］、厚み（高さ）４．５［ｍｍ］のいわゆる一般的なカードサイズであり、これはカード型ケース１０のサイズと同じである。アンテナ基板２０は、ＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）、すなわちガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理を施した材質のものを板状にした低導電率のカードである。このアンテナ基板２０のサイズも、カードサイズよりも一回りほど小型のものとなる。蓋体３０は、その厚みが約０．５［ｍｍ］の樹脂製平板である。アンテナ基板２０はその厚みが約０．５［ｍｍ］のプリント基板であり、両面を有する。アンテナ基板２０の外形サイズは、縦８０．０［ｍｍ］×横４９．０［ｍｍ］×厚さ０．５［ｍｍ］である。
【００１３】
本明細書では、便宜上、アンテナ基板２０の表面をアンテナ面、裏面を回路面と称する。アンテナ面は誘電損失の影響の少ない平面であり、アンテナ素子が形成されている。回路面には実装部品がパターン配線された電子回路が形成されている。図２（ａ）はアンテナ面の正面図（アンテナ基板２０の正面図）、図２（ｂ）は回路面の正面図（アンテナ基板２０の裏面図）、図２（ｃ）はＡ−Ａ断面図（アンテナ基板２０の断面図）である。図２（ａ）を参照すると、アンテナ基板２０には、孔部２０ａが形成されている。また、アンテナ面には回路用グランド導体（「回路ＧＮＤ」と称する）２４と円偏波アンテナとが形成されている。回路ＧＮＤ２４は電子回路全体のグランドとなる導体であり、図示の例では矩形状であるが、形状は任意である。
【００１４】
円偏波アンテナは、２．４５［ＧＨｚ］で共振するサイズの円形（又は略円形）の放射素子２１と、この放射素子２１の外側に、放射素子と同心環状のアンテナグランド素子（「アンテナＧＮＤ素子」と称する）２２とを配して構成される。放射素子２１とアンテナＧＮＤ素子２２とを同一平面上で構成したので、アンテナ基板２０の一方の面にアンテナ素子、他方の面にアンテナＧＮＤ素子を設けた場合に比べて誘電損失の影響を受けにくくなり、放射効率を高めることができる。
アンテナＧＮＤ素子２２は、その内周及び外周の幅が均等な曲線であり、不連続エッジが無いため、給電線の給電箇所の調整が容易であり、予期しない再放射を抑制することもできる。なお、このような機能を実現する上で、放射素子２１は、その外周の少なくとも一部が円弧状又は略円弧状であれば良い。アンテナＧＮＤ素子２２の一部からは、その外方に舌片状パターン２３が一体に形成されている。舌片状パターン２３の端部は、回路ＧＮＤ２４を指向している。
【００１５】
放射素子２１は、直径が２．４５［ＧＨｚ］の波長λの略１／４となる直径３１．０［ｍｍ］である。放射素子２１の外周とアンテナＧＮＤ素子２２の内側との間隙（ギャップ）Ｗ１は、リターンロスが−２０［ｄＢ］以上、好ましくは−１０［ｄＢ］になる幅に設定している。リターンロスを２０ｄＢ以上に設定することにより、動作環境の影響に強くなる。例えば環境の影響で円偏波アンテナの共振周波数にズレが生じても、−１０ｄＢのリターンロスが確保されることにより、受信感度は影響を受けにくくなる。上記のとおり、アンテナ基板２０はＦＲ−４製なので、リターンロスが−１０［ｄＢ］になるのは２．０［ｍｍ］以上となる。本実施形態では、ギャップＷ１を３.０［ｍｍ］とした。
【００１６】
放射素子２１に電流が誘起されるとアンテナＧＮＤ素子２２に電流（「ＧＮＤ電流」と称する。）が流れるが、このＧＮＤ電流は、アンテナＧＮＤ素子２２の内周と外周とでそれぞれ逆向きとなる。そのため、幅Ｗ２が狭すぎるとＧＮＤ電流が互いに影響し合う。また、幅Ｗ２がギャップＷ１より狭くなると接地抵抗が急激に大きくなり、アンテナ性能、時に利得を悪化させる。接地抵抗を小さくするためには、Ｗ２≧Ｗ１の関係になることが望ましい。そこで、本実施形態では、幅Ｗ２を３．０［ｍｍ］以上とした。これにより、ＧＮＤ電流のゆらぎやムラが格段に少なくなり、円偏波アンテナを安定に動作させることができる。
【００１７】
舌片状パターン２３は、その存在が円偏波アンテナの特性に影響を与えないようにすることが望ましい。本発明者らによる実験では、舌片状パターン２３の面積がアンテナＧＮＤ素子２２の面積よりも小さく、幅はアンテナＧＮＤ素子２２の幅Ｗ２以上、幅Ｗ２の２倍未満であれば、どのような形状であっても円偏波アンテナの特性への影響を無視し得ることが判明している。本例では、一例として、幅５．５［ｍｍ］、長さ６．０［ｍｍ］の矩形状の舌片状パターン２３をアンテナＧＮＤ素子２２と一体形成した。
【００１８】
次に、回路面の構造について説明する。図２（ｂ），（ｃ）を参照すると、回路面のうち、舌片状パターン２３とアンテナ基板２０を挟んで対向する部位（裏側）に変調回路２５が実装され、回路ＧＮＤ２４とアンテナ基板２０を挟んで対向する部位（裏側）に制御回路２８が実装されている。
【００１９】
制御回路２８は、孔部２０ａに収容された電池２７により駆動され、変調回路２５の動作を制御する。制御回路２８は、受動部品や制御用プログラムを格納したメモリー等を含んだＩＣ（Integrated Circuit）とＩＣ電源（共に図示省略）を含んで構成される。電池２７は、その高電位Ｖ＋がＩＣ電源と接続され、低電位Ｖ−が回路ＧＮＤ２４と接続される。制御回路２８は図示しないグランド部を有する。このグランド部はビアホール導体を介して回路ＧＮＤ２４と導通接続される。制御回路２８は、ＩＣのメモリーから読み取ったＩＤ（識別情報）を含む対象情報を表す信号を、通信が行われる適切なタイミングで、変調回路２５にデジタル信号として出力する。つまり、変調回路２５への信号の供給源となる。
【００２０】
変調回路２５は、放射素子２１へ伝達する信号の変調又は放射素子２１から伝達された信号の復調を行う回路である。詳細動作については、後述する。変調回路２５は、制御回路２８と高電位Ｖ＋で接続され、また、図示しない信号線を介して信号の受け渡しを行う。送信時は制御回路２８から受領した信号を変調し、これにより生成された変調波を円偏波アンテナへ給電する。受信時は、円偏波アンテナから受信した信号を復調し、制御回路２８へ伝達する。変調回路２５は、回路ＧＮＤ２４の低電位Ｖ−ではなく、電池２７の高電位Ｖ＋を基準電位として動作する。つまり、回路ＧＮＤ２４の影響を受けることなく動作する。そのため、動作時にはアンテナＧＮＤ素子２２と回路ＧＮＤ２４とが電気的に分離されているので、アンテナＧＮＤ素子２２に生じたＧＮＤ電流が回路ＧＮＤ２４に流れ込むことがない。
【００２１】
変調回路２５と円偏波アンテナとは、給電線２６を介して接続される。本実施形態では、放射導体２１と変調回路２５との接続を、所定位相差を持つ２点で行っている。つまり、互いに９０度の位相差をもって給電する２点給電方式を採用している。これは、１点だけの給電（１点給電方式）よりも、２点給電方式の方が、負荷変動があっても安定的に９０度の位相差が得られるためである。
【００２２】
２点給電方式を低損失でかつ安定した特性（例えばリターンロスが−２０［ｄＢ］以下）が得られる部品として「９０度ハイブリッド」（Branch-Line Coupler）が存在する。「９０度ハイブリッド」は、分波回路や位相調整回路で構成される。しかし、このような部品では、面積が大きくなり小型化が問題となる。そこで、本実施形態では、位相調整を給電線２６の長さ（遅延線）で調整し、分波回路と等価の機能を直列分岐のＴ型分配器で実現した。すなわち、変調回路２５と放射素子２１とを繋ぐ給電線２６を、第１給電線２６ｃと、この第１給電線２６ｃから２分岐された第２給電線２６ａ及び第３給電線２６ｂとで構成した。給電線２６（２６ａ〜２６ｃ）は、マイクロストリップ線路で構成した。そのため、放射素子２１やアンテナＧＮＤ素子２２の形状を変えること無く、また、多大な面積を要することなく、「９０度ハイブリッド」と同様の効果を奏する２点給電を簡易に実現することができた。
【００２３】
第１給電線２６ｃは、舌片状パターン２３に沿って形成される。第２給電線２６ａ及び第３給電線２６ｂは、それぞれアンテナＧＮＤ素子２２の幅の中央部に沿って（同じ曲率で）、アンテナＧＮＤ素子２２と対向する回路面上に形成され、所定の位相差を持って放射素子２１の外周部２１ａおよび２１ｂと導通するように構成される。より具体的には、第２給電線２６ａ及び第３給電線２６ｂは、それぞれアンテナＧＮＤ素子２２に沿って形成された部分から、放射素子２１の中央部に向けて曲折し、その端部が放射素子２１とビアホール導体を介して外周部２１ａおよび２１ｂに導通接続される。このようにすることで、アンテナＧＮＤ素子２２のエッジに流れるＧＮＤ電流の影響を最小にすることができる。
【００２４】
放射素子２１の中央部から第２給電線２６ａ及び第３給電線２６ｂの各曲折部分までの角度は概ね９０度となる。２点給電間の位相差を所定の位相差、例えば９０度にするためには、分岐点からの長さが９０度の位相差となる長さの割合で形成されるようにする。具体的には、第２給電点２１ｂの特性インピーダンスを第１給電点２１ａの特性インピーダンスＺｏの約２倍になるようにする。本実施形態では、幅０．２［ｍｍ］のマイクロストリップ線路の分岐点からの長さの場合、第１給電線２６ａを１２．０［ｍｍ］、第２給電線２６ｂを２９．５［ｍｍ］とした。なお、放射素子２１とマイクロストリップとを導通接続するためのスルーホール導体は、インピーダンス整合を良好に維持するために、インピーダンスが相対的に高い放射素子２１の外周部に配置した。図３は、給電線２６をこのように構成した場合の給電線特性図（リターンロス特性図）である。図３から明らかなように、２．４５［ＧＨｚ］付近で安定した給電特性が得られている。図に示すように使用周波数帯で−２５［ｄＢ］以下のリターンロスが得られ、「９０度ハイブリッド」と遜色なく安定した特性が得られている。
【００２５】
＜変調方式＞
次に、変調回路２５の具体的な構成例とその動作例について詳しく説明する。図４は、変調回路２５の構成図である。変調回路２５は、アンテナグランド端子（アンテナＧＮＤ端子）２５１、給電端子２５２、信号端子２５３、電源端子２５４及びスイッチング素子２５５を有する。アンテナＧＮＤ端子２５１は、スルーホール導体を介して舌片状パターン２３と導通接続されている。給電端子２５２は、上述した２点給電方式で放射素子２１と導通接続される。信号端子２５３は制御回路２８と図示しない信号線を介して接続される。電源端子２５４は、制御回路２８の電源（電池２７）と高電位Ｖ＋で接続される。
【００２６】
スイッチング素子２５５は、入力インピーダンスが高い電圧制御素子で構成することが望ましい。電圧制御素子は、消費電流が非常に少ないので消費電流を抑え、電池寿命を延ばすことができる。電圧制御素子としては、例えば電界効果トランジスタや高速化（立ち上がりが早い）に適したＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）がある。スイッチング素子２５５は、アンテナＧＮＤ端子２５１とは後述する変調方式を定めるインピーダンス調整素子である抵抗Ｒ１と直流遮断用の受動素子であるコンデンサＣ１とを介して電気的に接続されている。また、給電端子２５２とは、リアクタンス調整素子であるリアクタンス回路Ｌａと直流遮断用の受動素子であるコンデンサＣ２とを介して電気的に接続されている。リアクタンス回路Ｌａは、主に誘導性リアクタンス素子を直列又は並列に構成する。もちろん、直列及び並列を組み合わせても構わない。また、信号端子２５３とは直接電気的に接続されている。また、電源端子２５４とは、受信波への影響回避用の高抵抗Ｒ２を介して接続されている。
【００２７】
図５は、スイッチング素子２５５として電界効果トランジスタを用いた場合の例を示す。ソースＳは、源流素子である高抵抗Ｒ２及び電源端子２５４を介して制御回路２８の高電位Ｖ＋と接続され、かつ、コンデンサＣ２、リアクタンス回路Ｌａ及び給電端子２５２を介して給電線２６と接続されている。ドレインＤは、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１及びアンテナＧＮＤ端子２５１を介してアンテナＧＮＤ素子２２に接続される。ゲートＧは、制御回路の信号出力端子と接続され、情報信号（変調信号）がデジタル信号  （“Ｌ”，”Ｈ”）で入力される。
【００２８】
本実施形態では、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調方式と、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式の２種類の変調方式を選択的に行う場合の例を示す。２種類の変調方式は、抵抗Ｒ１の定数を変更することで実現が可能である。
例えば、抵抗Ｒ１＝０Ωのとき、スイッチング素子２５５により、その入力インピーダンスは略ＯＰＥＮ（ＯＮ時）／ＳＨＯＲＴ（ＯＦＦ時）と切り替わるが、スイッチング素子２５５の入力インピーダンスは、ほぼ同等で位相が変化するので、ＢＰＳＫ変調方式となる。他方、抵抗Ｒ１＝５０Ωのとき、スイッチング素子２５５の入力インピーダンスは、スイッチング素子２５５により略全反射（ＯＦＦ時）／終端（ＯＮ時）と切り替わるが、位相はほぼ同等で、インピーダンスが変化することにより振幅が変化するので、ＡＳＫ変調方式となる。リアクタンス回路Ｌａは、ＢＰＳＫ変調方式では位相、ＡＳＫ変調方式ではインピーダンスの変化が最適になるようにリアクタンス調整を行うことができる。
このように、抵抗Ｒ１の定数を変えるという簡単な構成で２つの変調方式に柔軟に対応できるので、設計に自由度が増し、汎用性の高いアクティブタグを提供することができる。
【００２９】
変調回路２５では、スイッチング素子２５５の基準電位を高電位Ｖ＋とし、ゲート（Ｇ）に入力されるデジタル信号（信号出力）によりスイッチング素子２５５をＯＮ／ＯＦＦして変調をかけている。また、ドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）が直流遮断用コンデンサＣ１，Ｃ２で直流成分を遮断されている。そのため、スイッチング素子２５５は、高電位Ｖ＋を基準電位として、回路ＧＮＤ２４の影響を受けることなく安定して動作する。回路ＧＮＤ２４を考慮する必要が無いので、変調回路２５をアンテナＧＮＤ素子２２の舌片状パターン２３の裏に配置することができ、特性に影響を与える変調回路２５の損失（伝送損失等）も小さくなり、且つアンテナＧＮＤ素子２２の形状も変えることがないので、良好なアンテナ特性を得ることができる小型のアクティブタグの量産が容易になる。
【００３０】
＜特性比較＞
本実施形態のアクティブタグ１における円偏波アンテナの特性の実験結果について説明する。比較のため、本実施形態と同じサイズ及び材質の基板を用いた２．４５［ＧＨｚ］で動作する円偏波アンテナを作成し、これを本実施形態のカード型ケース１０と蓋体３０とで封止して、外観はほぼ同様となるアクティブタグを構成した。このような円偏波アンテナを比較アンテナ、アクティブタグを比較タグ８と称する。図６（ａ）は比較タグ８が有するアンテナ基板８０の表面図、図６（ｂ）は裏面図である。比較アンテナは、アンテナ基板８０の表面に本実施形態の放射素子２１と同じサイズの放射素子８１を形成し、アンテナ基板８０の裏面に、放射素子８１よりもギャップＷ１だけ大きい部分８２と電池を収容するための孔部８０ａを除く部分をアンテナＧＮＤ素子としたものである。円偏波アンテナを搭載した従来のこの種のアクティブタグの多くは、図６（ｂ）のように、アンテナＧＮＤ素子の面積を大きく確保している。これはＧＮＤ全体のインピーダンスを下げて変調回路などの動作の基準電位を安定にするためである。
【００３１】
図６において変調回路と制御回路及び給電線は省略されているが、本実施形態の変調回路２５と制御回路２８と同じ回路構成（但し、動作の基準電位が異なる）とがアンテナ基板８０のアンテナ面に実装されている。グランド部は、スルーホール導体を介して、裏面のアンテナＧＮＤ素子に導通接続されている。つまり、変調回路及び制御回路は低電位Ｖ−を基準電位としている。変調回路から放射素子８１へは、本実施形態と同様の２点給電方式を採用した。このような比較タグ８と本実施形態のアクティブタグ１を、それぞれリーダー装置と通信させて、アンテナ特性などを比較した。アクティブタグ１の場合は、受信した電波を利用して制御回路２８から出力する信号をアンテナＧＮＤ素子２２の裏側に実装された変調回路２５で変調をかけ、円偏波アンテナから再送信している。変調方式は、ＢＰＳＫ変調を選択し、リアクタンス回路Ｌａはインダクタンスを直列に挿入して構成した。
【００３２】
図７（ａ）は比較タグ８の放射特性、同（ｂ）はアクティブタグ１の放射特性を示している。これらの図から明らかなように、比較タグ８の放射特性は、アンテナ面の方向のみであるのに対し、本実施形態のアクティブタグ１はアンテナ基板２０を挟んで双方向となる。また、図７（ｃ）は、使用時の姿勢変化への対応可能性を示した図表である。アクティブタグ１及び比較タグ８の短辺方向をＸ軸、長辺方向をＹ軸、Ｙ軸１８０°（正面を０°として±９０°）回転した時の回転軸をＺ軸とする。Ｙ軸を垂直方向にした縦置きでは、比較タグ８も本実施形態のアクティブタグ１も差異は無いが、Ｘ軸を垂直方向にした横置きでは、アクティブタグ１のみが実用的な感度で受信することができた。
【００３３】
図８（ａ）は、縦向きＹ軸１８０度（正面を０°として±９０°）回転時のＺ軸方向のアンテナ利得特性であり、同（ｂ）は、横向きＸ軸１８０度（正面を０°として±９０°）回転時のＺ軸方向のアンテナ利得特性である。図８（ａ），（ｂ）に示されるように比較タグ８では、アンテナＧＮＤ素子の影響を受け、アンテナの指向性のズレや歪み、落ち込みなどがある。これは、アンテナＧＮＤ素子に生じたＧＮＤ電流がＧＮＤ素子一面、特にエッジ付近に不連続に流れ、またエッジから不要な再放射があるためである。
【００３４】
本実施形態のアクティブタグ１では、ＧＮＤ電流がほぼ均一になり、アンテナ指向性のズレや歪み、落ち込みが抑えられている。つまり、本実施形態のアクティブタグ１は、放射素子２１とアンテナＧＮＤ素子２２とを同じ平面上に、同心状に形成したので、表／裏、縦／横の向きの制約が無い。また、回路ＧＮＤとは関係なく、高電位Ｖ＋を基準電位で動作する変調回路２５を円偏波アンテナの近傍に配置したので、アンテナＧＮＤ素子２２がアンテナ特性に最適なＧＮＤで動作し、且つ変調動作させることができる。また、指向性のズレや歪み、不要な落ち込みがない良好な感度特性を得ることができる。
【００３５】
放射素子２１は、垂直偏波及び水平偏波に対応でき、縦／横の向きの制約無く使用することができる。また、表／裏両方向に放射する。そのため、縦／横／表／裏の向きの制約が無く使用することができる。また、アンテナＧＮＤ素子２２を放射素子２１と同心環状としたので、動作環境の影響で円偏波アンテナの共振周波数がズレても、性能に必要なリターンロスが確保されるため、性能（感度）は影響を受けにくくなる。また、アンテナＧＮＤ素子２２において、幅Ｗ２とギャップＷ１とがＷ２≧Ｗ１の関係になるようにしたので、ＧＮＤ電流のゆらぎやムラが少なく、形状が曲線で不連続エッジが無いため、予期しない再放射を抑制することができる。そのため、円偏波アンテナの指向性に歪みや落ち込みが生じなくなり、良好なアンテナ特性が得られる。
【００３６】
以上のことから、ＧＮＤ（接地）によるアンテナ指向性への影響や不用な落ち込みが無く、使用の向きや角度の変化でも安定して動作することができる自由度の高いアクティブタグを提供することができる。
なお、図５の構成において、ソースＳとドレインＤとの接続は、逆であっても良い。すなわち、ソースＳを直流遮断用コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１を介してアンテナＧＮＤ素子に接続し、ドレインＤを直流遮断コンデンサＣ２とリアクタンス回路Ｌａを介して給電線２６と接続しても構わない。また、変調回路２５に復調回路を搭載しておき、復調した受信信号を制御回路２８のＩＣが認識して信号を出力しても構わない。この場合の復調回路ではバイアスを使用しないで動作するゼロバイアスのダイオードなどを使用して構成すると良い。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・アクティブタグ、１０・・・カード型ケース、１２・・・実装空間、２０・・・アンテナ基板、３０・・・蓋体、２０ａ・・・孔部、２１・・・放射素子、２２・・・アンテナＧＮＤ素子、２３・・・舌片状パターン、２４・・・回路ＧＮＤ、２５・・・変調回路、２６・・・給電線、２７・・・電池、２８・・・制御回路、Ｗ１・・・ギャップ、Ｗ２・・・幅。
【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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