(57)【要約】【課題】  より高いビットレートの変調処理を取り入れて高い伝送レートを持つバック・スキャッタ方式のデータ通信を行なう。【解決手段】  アンテナと高周波スイッチで構成されるバックススキャッタ方式において、片道でλ／８の位相差を与える第１乃至第３の位相器をアンテナに対し直列的に接続し、送信データに応じていずれかの信号路を選択することにより、反射点毎に４通りの位相の異なる反射波を形成することから、ＱＰＳＫ変調を実現する。さらに、各スイッチ素子の遅延時間を考慮して各位相器の長さを調整し高精度なＱＰＳＫ変調を実現する。【選択図】  図１
2005323267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信電波の吸収と反射を利用したバック・スキャッタ方式によりデータ通信を行なう無線通信装置であって、
転送先から到来する電波を受信するアンテナと、
前記アンテナに対し直列的に順次接続された第１、第２、及び第３の位相器と、
前記アンテナと前記第１の位相器の間に接続された第１のスイッチと、
前記第１の位相器と前記第２の位相器の間に接続された第２のスイッチと、
前記第２の位相器と前記第３の位相器の間に接続された第３のスイッチと、
前記第１乃至第３のスイッチのオン／オフの組み合わせにより位相差の異なる４つの反射点を得るバック・スキャッタ型位相変調手段と、
所望の位相差が得られるように前記第１乃至第３の位相器の長さを調整する位相差調整手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記第１乃至第３の位相器はストリップライン又はその他の線路で構成され、
受信電波が、前記第１乃至第３の位相器のいずれも通過せずに反射する場合と前記第１の位相器のみを通過して反射する場合の時間差、前記第１の位相器のみを通過して反射する場合と前記第１及び第２の位相器を通過して反射する場合の時間差、前記第１及び第２の位相器を通過して反射する場合と前記第１乃至第３の位相器を通過して反射する場合の時間差が、それぞれ到来する電波の周期Ｔに対しＴ／４になるように、前記位相差調整手段は前記ストリップラインの長さを調節する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第１のスイッチは、一方が前記アンテナと前記第１の位相器間に接続され、他方がグランドに接地され、
前記第２のスイッチは、一方が前記第１の位相器と前記第１の位相器間に接続され、他方がグランドに接地され、
前記第３のスイッチは、一方が前記第２の位相器と前記第２の位相器間に接続され、他方がグランドに接地され、前記第３の位相器は、一方が前記第２の位相器に接続され、他方がグランドに接地されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第１、第２、第３のスイッチのオフ時の端子間容量と並列共振するインダクタンス素子を、前記第１、第２、第３のスイッチに並列にそれぞれ接続した、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１のスイッチの一方がアンテナ側に接続され、他方が前記第１の位相器側に接続され、
前記第２のスイッチは、一方が前記第１の位相器側に接続され、他方が前記第２の位相器側に接続され、
前記第３のスイッチは、一方が前記第２の位相器側に接続され、他方が前記第３の位相器側に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第１、第２、第３のスイッチのオン時に寄生するインダクタンス成分と直列共振するキャパシタ素子を、前記第１のスイッチと第１の位相器間、前記第２のスイッチと前記第２の位相器間、及び前記第３のスイッチと前記第３の位相器間に直列にそれぞれ接続した、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定周波数帯のマイクロ波を用いた電波通信方式による無線通信装置に係り、特に、比較的近距離の機器間において低消費電力の通信動作を実現する無線通信装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、読取装置側からの無変調搬送波の送信と、送信装置側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用したバック・スキャッタ方式によりデータ通信を行なう無線通信装置に係り、特に、より高いビットレートの変調処理を取り入れて高い伝送レートを持つバック・スキャッタ方式のデータ通信を行なう無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
局所でのみ適用可能な無線通信手段の一例として、ＲＦＩＤを挙げることができる。ＲＦＩＤとは、タグとリーダとから構成されるシステムで、タグに格納された情報をリーダで非接触に読み取るシステムである。他の呼び方として、「ＩＤシステム、データ・キャリヤ・システム」などがあるが、世界的に共通なのが、このＲＦＩＤシステムである。略してＲＦＩＤという場合もある。日本語に訳すると「高周波（無線）を使用した認識システム」となる。タグとリーダライタの間の通信方法には、電磁結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる（例えば、非特許文献１を参照のこと）。
【０００４】
ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤのタグと、タグ・リーダで構成される。タグは、タグ・リーダより送信された無変調の電波ｆoを受信すると、整流され、直流電源に変換され、この直流電源を動作電源に用いることができる。そして、タグ側では、送信データのビット・イメージに従ってアンテナの終端操作を行ない、受信電波の吸収と反射を利用してデータを表現する。すなわち、データが１の場合は、アンテナをアンテナ・インピーダンスで終端し、タグ・リーダからの電波を吸収される。また、データが０の場合は、アンテナの終端をオープン状態とすることで、タグ・リーダからの電波を反射する。タグからは、受信電波の反射により、タグ・リーダからの送信信号と同一周波数の信号が戻されることになる。このように到来した電波の反射又は吸収のパターンによってデータを表現する通信方法は「バック・スキャッタ方式」と呼ばれる。このようにして、タグは無電源で内部の情報をリーダ側に送ることが可能となる。
【０００５】
図９には、従来のＲＦＩＤシステムの構成例を示している。参照番号１は、ＲＦＩＤのタグ側に相当し、タグ・チップ２とアンテナ３で構成される。アンテナ３には、半波長のダイポール・アンテナなどが使用される。タグ・チップ２は、変調部１０と、整流・復調部１２、メモリ部１３で構成される。
【０００６】
タグ・リーダ２１より送信された電波ｆoは、アンテナ３で受信され、整流・復調部１０に入力される。ここで、受信電波ｆoは整流され、直流電源に変換されると同時に、この直流電源により復調機能が動作開始し、タグ１に対する読み取り信号であることが認識される。電波ｆoの受信により発生した電源は、メモリ部１３及び変調部１０にも供給される。
【０００７】
メモリ部１３は、あらかじめ内部に格納されているＩＤ情報を読み出し、変調部１０に送信データとして送る。変調部１０は、ダイオード・スイッチ１１で構成され、送信データのビット・イメージに従ってダイオード・スイッチ１１のオン／オフ動作を繰り返す。すなわち、データが１の場合は、スイッチがオン状態となり、アンテナはアンテナ・インピーダンス（例えば５０オーム）で終端される。このとき、タグ・リーダ２１からの電波は吸収される。また、データが０の場合は、スイッチがオフとなり、ダイオード・スイッチ１１はオープン状態となり、同時にアンテナの終端もオープン状態となる。このとき、タグ・リーダ２１からの電波は反射され、送信元に戻ることになる。このようにして、タグ１は無電源で内部の情報をリーダ側に送ることが可能となる。
【０００８】
一方のタグ・リーダ２１は、携帯情報端末などのホスト機器６と、タグ・リーダ・モジュール４と、タグ・リーダ・モジュール４に接続されたアンテナ５で構成される。
【０００９】
ホスト機器６は、タグ１のリード指示をホスト・インターフェース部２０経由で通信制御部１９に通知する。通信制御部１９は、ホスト・インターフェース部２０からのタグのリード・コマンドを受け取ると、送信データに対して所定の編集処理を施し、さらにフィルタリングを行なった後、ベースバンド信号としてＡＳＫ変調部１７に送る。ＡＳＫ変調部１７は、周波数シンセサイザ１６の周波数ｆoを用いてＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：振幅シフト・キーイング）変調を行なう。
【００１０】
周波数シンセサイザ１６の周波数設定は、通信制御部２０により行なわれる。一般に、ＲＦタグからの信号の定在波やマルチパスの軽減のために、タグへの送信周波数はホッピングして用いられる。このホッピングの指示も通信制御部２０により行なわれる。ＡＳＫ変調が施された送信信号は、サーキュレータ１４を経由し、アンテナ５よりタグ１に向けて放射される。
【００１１】
タグ１からは、バック・スキャッタ変調された反射波として（前述）、タグ・リーダ２１からの送信信号と同一周波数の送信信号が戻される。この信号は、タグ・リーダ２１のアンテナ５で受信され、ミキサ１５に入力される。ミキサ１５には送信と同じローカル周波数ｆoが入力されるので、ミキサ１５の出力にはタグ１側で変調を施した信号が現れることになる。復調部１８は、この信号から１／０のデータを復調し、通信制御部１９に送る。通信制御部１９では、データをデコードし、タグ１内のメモリ１３に格納されていたデータ（ＩＤ）を取り出し、ホスト・インターフェース部２０からホスト機器６に転送する。
【００１２】
上述したような仕組みにより、タグ・リーダ２１はタグ１内の情報を読み出すことができる。タグ・リーダは、一般的にはタグ・ライタとしても使用することが可能で、ホスト機器６側の指定データをタグ１内のメモリ１３に書き込むことができる。
【００１３】
従来、このようなバック・スキャッタ方式の無線通信システムは、通信範囲が比較的近距離に限定されることから、ＲＦＩＤタグに代表されるように、物品や人などの識別や認証に適用されることが多かった。
【００１４】
例えば、送受信及びメモリ機能を備えたＩＣチップと、該チップの駆動源と、アンテナとをパッケージ化して無線識別装置を小型に製作することができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。この無線識別装置によれば、物品などに関するさまざまのデータをアンテナ経由でＩＣチップの受信手段に送信し、その出力をメモリに蓄積しておくとともに、必要に応じてメモリ内のデータを読み出して、アンテナを介して無線で外部に供給することができる。したがって、物品などの存在や位置を迅速且つ容易に確認したり追跡したりすることが可能である。
【００１５】
他方、ＲＦＩＤのタグは一般的に無電源で、電力はリーダからの電波により供給される。この電力を装置内のバッテリから供給することにより、バック・スキャッタ方式による低消費電力の無線データ伝送を実現することができる。すなわち、バック・スキャッタ方式の無線通信は、通信距離を限定するならば、極めて消費電力の低い無線伝送路を確立することができるという特徴も備えている。最近では、実装技術の向上とも相俟ってメモリ機能を搭載したＩＣチップが出現し、さらにこのメモリ容量が増大してきている。したがって、識別・認証情報のように比較的短いデータの通信を行なうだけでなく、一般的なデータ伝送にもバック・スキャッタ方式の通信を採り入れたいという要望がある。例えば、デジタル・カメラ、携帯電話から、ＰＣ、プリンタ、ＴＶなどへの画像伝送に有効である。
【００１６】
ところが、これまでのバック・スキャッタ方式の通信システムにおいては、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）やＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）などの比較的ビットレートの低い変調方式が採用されていることから、伝送速度の面で問題がある。
【００１７】
【特許文献１】特開平６−１２３７７３号公報
【非特許文献１】クラウス・フィンケンツェラー著（ソフト工学研究所訳）「ＲＦＩＤハンドブック  非接触ＩＣカードの原理と応用」（日刊工業新聞社）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、読取装置側からの無変調搬送波の送信と、送信装置側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用したバック・スキャッタ方式によりデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、より高いビットレートの変調処理を取り入れて高い伝送レートを持つバック・スキャッタ方式のデータ通信を行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、受信電波の吸収と反射を利用したバック・スキャッタ方式によりデータ通信を行なう無線通信装置であって、
転送先から到来する電波を受信するアンテナと、
前記アンテナに対し直列的に順次接続された第１、第２、及び第３の位相器と、
前記アンテナと前記第１の位相器の間に接続された第１のスイッチと、
前記第１の位相器と前記第２の位相器の間に接続された第２のスイッチと、
前記第２の位相器と前記第３の位相器の間に接続された第３のスイッチと、
前記第１乃至第３のスイッチのオン／オフの組み合わせにより位相差の異なる４つの反射点を得るバック・スキャッタ型位相変調手段とを備え、
前記第１乃至第３の位相器は所望の位相差が得られるように長さが調整されている、
ことを特徴とする無線通信装置である。
【００２１】
本発明によれば、アンテナと高周波スイッチで構成されるバック・スキャッタ方式において、片道でλ／８の位相差を与える第１乃至第３の位相器をアンテナに対し直列的に接続し、いずれの位相器も通過せずに受信電波を直接反射する第１の反射波を得る第１の信号路と、第１の位相器のみを往復し第１の反射波と比較してπ／２だけ位相がシフトした第２の反射波を得る第２の信号路と、第１及び第２の位相器を往復し第１の反射波と比較してπだけ位相がシフトした第３の反射波を得る第３の信号路と、これら第１乃至第３の位相器を往復し第１の反射波と比較して３π／２だけ位相がシフトした第４の反射波を得る第４の信号路を備えることにより、反射点毎に位相差の異なる４値を得ることから、ＱＰＳＫ変調を実現することができる。
【００２２】
ここで、前記第１乃至第３の位相器はストリップ・ライン又はその他の線路で構成されるが、実際にはスイッチ自体が遅延時間を持つ遅延素子としても作用することから、反射点毎に正確な位相差が得られず、ＱＰＳＫ変調における各信号点へ正確なマッピングを行なうことができなくなる、という問題がある。
【００２３】
そこで、本発明では、受信電波が、前記第１乃至第３の位相器のいずれも通過せずに反射する場合と前記第１の位相器のみを通過して反射する場合の時間差、前記第１の位相器のみを通過して反射する場合と前記第１及び第２の位相器を通過して反射する場合の時間差、前記第１及び第２の位相器を通過して反射する場合と前記第１乃至第３の位相器を通過して反射する場合の時間差が、それぞれ到来する電波の周期Ｔに対しＴ/４になるよう、前記第１乃至第３の位相器を構成する各ストリップ・ラインの長さを調節するようにしている。
【００２４】
このように、第１乃至第３の位相器の長さを、各スイッチ素子の遅延時間を考慮して調整されているので、高精度なＱＰＳＫ変調が可能なバック・スキャッタ方式のＱＰＳＫ変調を実現することができる。
【００２５】
また、前記第１乃至第３のスイッチの遅延特性のため、各位相器を通過する度に受信信号が劣化してしまう、という問題がある。スイッチ素子は、例えばピンダイオードで構成されるが、オン時にはリアクタンス及びインダクタンスの等価回路（ＲＬ）、オフ時にはキャパシタンスの等価回路（Ｃ）として作動する遅延素子である。
【００２６】
そこで、本発明では、前記第１乃至第３のスイッチをそれぞれ、一端を該当する位相器に、他端をグランドに接地する場合には、前記第１乃至第３のスイッチのオフ時の端子間容量と並列共振するインダクタンス素子を各スイッチ素子に並列に接続することにより、反射波の電力の減衰を低減するようにしてもよい。
【００２７】
あるいは、前記第１乃至第３のスイッチをそれぞれ該当する位相器間に直列的に接続する場合には、前記第１乃至第３のスイッチのオン時に規制するインダクタンス成分と直接共振するキャパシタ素子をさらに各スイッチ素子に直列的に接続することにより、反射波の電力の減衰を低減するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、読取装置側からの無変調搬送波の送信と、送信装置側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用したバック・スキャッタ方式によりデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、より高いビットレートの変調処理を取り入れて高い伝送レートを持つバック・スキャッタ方式のデータ通信を行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することができる。
【００３０】
本発明によれば、アンテナと高周波スイッチで構成されるバックススキャッタ方式において、片道でλ／８の位相差を与える第１乃至第３の位相器をアンテナに対し直列的に接続し、送信データに応じていずれかの信号路を選択することにより、反射点毎に４通りの位相の異なる反射波を形成することから、ＱＰＳＫ変調を実現することができる。さらに、第１乃至第３の位相器の長さを、各スイッチ素子の遅延時間を考慮して調整することにより高精度なＱＰＳＫ変調が可能なバック・スキャッタ方式のＱＰＳＫ変調を実現することができる。
【００３１】
すなわち、本発明によれば、各位相器の長さが、スイッチ素子の遅延時間を考慮して調整することにより、高精度なＱＰＳＫ変調が可能なバック・スキャッタ方式の無線通信装置を提供することができる。また、スイッチ素子の導通時のインダクタ成分、又は非導通時のキャパシタ成分を打ち消すようにインダクタンス素子やキャパシタ素子を接続することで、反射波の電力の減衰を低減することが可能となる。
【００３２】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３４】
本発明は、比較的近距離に限定される機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することを目的とするものであり、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波を利用して無線伝送を行なう。ＲＦＩＤシステム自体は、局所で適用可能な無線通信手段の一例として当業界において広く知られている。
【００３５】
ＲＦＩＤは、タグとリーダとから構成されるシステムで、タグに格納された情報をリーダで非接触に読み取るシステムである。ＲＦＩＤタグは、特定周波数の電波を受信したことに応答して送信情報に相当する変調周波数の電波を発振する動作特性を持ち、読み取り装置側でＲＦＩＤタグの発振周波数を基にそれが何であるかを特定することができる。タグとリーダライタの間の通信方法には、電磁結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。本発明は、このうち、２．４ＧＨｚ帯などのマイクロ波を用いた電波通信方式に関連する。
【００３６】
また、本発明は、到来した電波の反射を利用するバック・スキャッタ変調方式により低電力でデータ伝送を行なう無線通信装置に関するものであるが、その１つの実施形態として、無線伝送モジュール部の反射波の変調方式として、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式を適用する。ＰＳＫからＱＰＳＫ方式に変更した目的は、データの高速化である。ＰＳＫ変調方式では１８０度だけずれた移相にそれぞれ０と１を割り当てる。これに対し、ＱＰＳＫ変調方式では、反射点毎に異なる位相差を得て４種類の値を得られることから、π／２だけずれた０相、π／２相、π相、３π／２相にそれぞれ（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）を割り当てることにより、バック・スキャッタ方式のＱＰＳＫ変調を実現し、ビットレートが向上することができる。
【００３７】
図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を模式的に示している。図示の無線通信装置１０９は、アンテナ１０１と、アンテナ１０１に直列に接続された３つの位相器１０２、１０３、１０４と、アンテナ１０１と位相器１０２の間、位相器１０２と１０３の間、及び位相器１０３と１０４の間にそれぞれ接続された高周波スイッチ１０５、１０６、１０７によって構成される。
【００３８】
位相器１０２、１０３、１０４は、受信電波１０８の波長λに対し、λ／８となるようなストリップ・ラインなどの線路によって構成される。このとき、ストリップ・ラインの長さＬは、基板の誘電率εを考慮して決定され、下式の通りとなる。但し、εeffは基板の実効誘電率である。
【００３９】
【数１】
2005323267.tif 000003
【００４０】
また、基板上での信号の伝送速度は下式の通りとなる。但し、Ｃ0は光速である。
【００４１】
【数２】
2005323267.tif 000004
【００４２】
また、受信電波が各位相器を通過するのに要する時間は下式の通りとなる。但し、Ｔは受信電波の周期である。
【００４３】
【数３】
2005323267.tif 000005
【００４４】
したがって、受信電波１０８は、各位相器１０２、１０３、１０４を通過することで３６０／Ｔ×Ｔ／８だけ位相が回り、それぞれ片道で４５度、往復で９０度の相違を得る。各位相器１０２、１０３、１０４は、アンテナ１０１から直列的に接続されており、高周波スイッチ１０５、１０６、１０７のオン／オフの組み合わせにより短絡点が設けられる。到来した受信電波は短絡点において反射し、然るにスイッチのオン／オフによって往復する信号路の相違を設け、反射波に対して４通りの位相差を与えることができる。
【００４５】
例えば、高周波スイッチ１０５のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ａ点で起こる。また、高周波スイッチ１０６のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ｂ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１０２を経由しているので、位相は９０度シフトすることになる。また、高周波スイッチ１０７のみがオンとなるとき、反射は図中１ｃ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１０２と１０３を経由しているので、位相は１８０度シフトすることになる。また、すべての高周波スイッチ１０５〜１０７がオフとなるとき、反射は図中１ｄ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１０２と１０３、１０４を経由しているので、位相は２７０度シフトすることになる。したがって、高周波スイッチ１０５、１０６、１０７を選択的にオンにすることにより、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることができる。
【００４６】
データ伝送を行なう場合、伝送データを２ビットずつに区切り、２ビットの０と１の組み合わせに応じた位相を割り当てることにより、ＱＰＳＫ変調を実現する。具体的には、送信データを２ビットずつに区切り、００のときは高周波スイッチ１０５のみをオンに、０１のときは高周波スイッチ１０６のみをオンに、１１のときは高周波スイッチ１０７のみをオンに、１０のときはすべての高周波スイッチ１０５〜１０７をオフにするように動作する。
【００４７】
ここで、データが００のときは、高周波スイッチ１０５のみがオンとなるため、反射は１a点で起こる。
【００４８】
また、データが０１のときは、高周波スイッチ１０６のみがオンとなるため、反射は１ｂ点で起こる。データ００のときの１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１０２を経由しているので、反射波の位相は９０度シフトすることになる。
【００４９】
また、データが１１のときは、高周波スイッチ１０７のみがオンとなるため、反射は１ｃ点で起こる。データ００のときの１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１０２と１０３を経由しているので、反射波の位相は１８０度シフトすることになる。
【００５０】
また、データが１０のときは、すべての高周波スイッチ１０５〜１０７がオフとなるため、反射は１ｄ点で起こる。データ００のときの１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１０２、１０３と１０４を経由しているので、反射波の位相は２７０度シフトすることになる。
【００５１】
このようして、データ２ビットの値に従い、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることが可能となり、ＱＰＳＫ変調された反射波を作ることができる。
【００５２】
図２には、送信周波数ｆ「Ｈｚ」の電波１０８が無線通信装置１０９に入射したとき、受信電波が位相器１０２、１０３、１０４をそれぞれ経由して反射するまでの時間を示している。
【００５３】
同図中の２ａ点は、受信電波が、図１において１ａ点で反射する場合の所要時間、２ｂ点は、位相器１０２を経由して１ｂ点で反射する場合の所要時間、２ｃ点は、位相器１０２と１０３を経由して１ｃ点で反射する場合の所要時間、２ｄ点は、位相器１０２と１０３と１０４を経由して１ｄ点で反射する場合の所要時間をそれぞれ示している。同図より、２ａ−２ｂ間の時間差と２ｂ−２ｃ間の時間差と２ｃ−２ｄ間の時間差がそれぞれＴ・４となり、位相差として９０度（３６０／Ｔ×Ｔ／４）の相違を持つ。
【００５４】
例えば、高周波スイッチ１０５のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図１中の１ａ点で起こる。また、高周波スイッチ１０６のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ｂ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１０２を経由しているので、位相は９０度シフトする。また、高周波スイッチ１０７のみがオンとなるとき、反射は図中１ｃ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１０２と１０３を経由しているので、位相は１８０度シフトすることになる。また、高周波スイッチ１０５、１０６、１０７がすべてオフのとき、反射は図中１ｄ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１０２と１０３と１０４を経由しているので、位相は２７０度シフトすることになる。したがって、高周波スイッチ１０５、１０６、１０７を選択的にオン／オフにするにより、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることができ、受信電波の反射波に対し、ＱＰＳＫ変調をかけることができる。
【００５５】
図１に示したように構成された無線通信装置１０９は、高周波スイッチ１０５、１０６、１０７が理想的なオープン／ショートを実現できる場合には有効であるが、実際には、理想的に動作することはない。
【００５６】
反射点１ａ〜１ｃを切り替える高周波スイッチは、通常、図３に示されるように、ダイオードなど（例えばピンダイオード）によって実現され、ダイオードの導通／非導通によって切り替えられる。この種のスイッチ素子は、オン時にはリアクタンス及びインダクタンスの等価回路（ＲＬ）、オフ時にはキャパシタンスの等価回路（Ｃ）として作動する遅延素子である。
【００５７】
簡略化のため、図３においては、ダイオード３０１、３０２、３０３の導通／非導通を制御するバイアス回路は図示されていないが、実際には、バイアス回路（図示せず）によって、ダイオード３０１、３０２、３０３の導通／非導通を制御し、反射点の切り替えを行なう。
【００５８】
図４には、図３におけるダイオード３０３のみが導通の場合を等価的に表した回路を示している。
【００５９】
図４において、導通状態のダイオード３０３は等価的にインダクタ成分４０３と抵抗成分４０４によって示され、非導通状態のダイオード３０２、３０３は等価的にキャパシタ成分４０１と４０２で示されている。通常、キャパシタ成分は非常に小さい値であるが、それらが図４に示すように複数にわたって接続された場合、その影響が無視できなくなる。具体的には、図１におけるアンテナ１０１と位相器１０２の間、位相器１０２と位相器１０３の間で不整合が生じ、反射波の電力を減衰させる、という問題がある。
【００６０】
また、キャパシタ成分４０１、４０２やインダクタ成分４０３はそれぞれ遅延素子として動作する。図５には、図３において、受信電波が位相器３０４、３０５、３０６を経由して反射するまでの時間を示している。
【００６１】
同図中の５ａ点は受信電波が図３において点３ａで反射する場合の所要時間、５ｂ点は位相器３０４を経由して３ｂ点で反射する場合の所要時間、５ｃ点は位相器３０４と３０５を経由して３ｃ点で反射する場合の所要時間、５ｄ点は位相器３０４と３０５と３０６を経由して３ｄ点で反射する場合の所要時間を、それぞれ示している。
【００６２】
同図より、５ａ〜５ｂ間の時間差と５ｂ〜５ｃ間の時間差と５ｃ〜５ｄ間の時間差がそれぞれ異なるため、ダイオード３０１、３０２、３０３のいずれかを択一的に導通／非導通させた場合、各位相器３０４、３０５、３０６を経由する反射波の位相差が必ずしも９０度にならず、ＱＰＳＫの変調精度を劣化させる、という問題点があることが判る。
【００６３】
したがって、バック・スキャッタ型のＱＰＳＫ変調方式を実現するためには、反射は電力の減衰を低減するとともに、反射点毎により正確な位相差を得て、その変調精度を向上させる必要がある。
【００６４】
そこで、以下では、スイッチ素子の遅延時間を考慮して各位相器の長さを調整することにより、受信電波が各位相器を往復する時間がＴ／４、Ｔ／２、３／４Ｔ（Ｔ：受信電波の周期）になるように回路の構成方法した、本発明の第２の実施形態についてさらに説明する。
【００６５】
この実施形態では、スイッチ素子の端子間容量と並列共振するインダクタンス素子をスイッチ素子と並列に接続することで、スイッチ素子のオフ時のキャパシタ成分による不整合を抑制し、反射波の電力の減少を防ぐことができる。
【００６６】
また、この実施形態では、スイッチ素子が各位相器に直列に接続された場合であり、この場合、スイッチ素子のオン時に寄生するインダクタ成分と直列共振するキャパシタ素子を、スイッチ素子と直列に接続することで、スイッチ素子のオン時のインダクタ成分に起因する不整合を抑制し、反射波の電力の減少を防ぐことができる。
【００６７】
図６には、本発明の第２の実施形態に係るバック・スキャッタ型無線通信装置の構成を示している。無線通信装置６１３は、デジタル・カメラやカメラ付き携帯電話などの画像データの伝送元となる機器に内蔵され、例えばバッテリ（図示しない）を主電源として駆動する。
【００６８】
ＱＰＳＫ変調器６１２は、リーダ６１４から到来する電波６１５を受信するアンテナ６０１と、アンテナ６０１に直列に接続された３つの位相器６０２、６０３、６０４と、アンテナ６０１と位相器６０２の間、位相器６０２と６０３の間、及び位相器６０３と６０４の間にそれぞれ接続された、高周波スイッチとしてのダイオード６０５、６０６、６０７によって構成される。
【００６９】
ダイオード６０５の一方がアンテナ６０１と位相器６０２間に接続され、他方がグランドに接地され、ダイオード６０６の一方が位相器６０２と位相器６０３間に接続され、他方がグランドに接地され、ダイオード６０７の一方が位相器６０３と位相器６０４間に接続され、他方がグランドに接地されている。また、各ダイオード６０５、６０６、６０７の端子間容量と並列共振するインダクタ素子６０８、６０９、６１０が、ダイオード６０５、６０６、６０７のそれぞれに対し並列に接続されている。
【００７０】
位相器６０２、６０３、６０４は、受信電波６１５の波長λに対し、λ／８となるようなストリップ・ラインなどの線路によって構成され、それぞれ片道で４５度、往復で９０度の相違を得る。各位相器６０２、６０３、６０４は、アンテナ６０１から直列的に接続されているので、４通りの反射点６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ毎に往復路に異なる位相差を持つ。
【００７１】
無線通信装置６１３は、データを送る際、送るべきデータをデータ・デコード部６１１でビット・イメージに変換し、そのビット・イメージに従ってダイオード６０４、６０５、６０６の導通／非導通を制御する。このとき、到来した受信電波６１５は、ダイオードの導通／非導通によって形成される短絡点６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかで反射し、反射波６１６となってアンテナ６０１より放射される。ダイオード６０４、６０５、６０６の導通／非導通の状態により、反射波が往復する信号路が決定され、反射波に対して４通りの位相差が与えられることができる。
【００７２】
なお、ダイオード６０４、６０５、６０６の導通／非導通を制御するバイアス回路は図示されていないが、実際には、ダイオード６０４、６０５、６０６の導通／非導通を制御するバイアス回路（図示せず）が付加される。
【００７３】
また、位相器６０２、６０３、６０４はそれぞれ長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３のストリップ・ラインなどの線路で構成される。各位相器６０２、６０３、６０４の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、受信電波が６ａ点で反射する場合の所要時間ｔ１、位相器６０２を経由して６ｂ点で反射する場合の所要時間ｔ２、位相器６０２と６０３を経由して６ｃ点で反射する場合の所要時間ｔ３、位相器６０４と６０５と６０６を経由して６ｄ点で反射する場合の所要時間ｔ４を考慮して決定され、ｔ２−ｔ１、ｔ３−ｔ２、ｔ４−ｔ３がＴ／４（Ｔ：受信電波の周期）となるように調整される。
【００７４】
図７には、以上のように各位相器６０２、６０３、６０４の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を調整した結果、受信電波が位相器６０４、６０５、６０６を経由して反射するまでの時間の一例を示している。但し、同図では、図６において、リーダから到来する電波６１５の周波数を２．５Ｇ［Ｈｚ］とした場合、受信電波が位相器６０２、６０３、６０４を経由して反射するまでの時間を示している。
【００７５】
図７中の７ａ点は受信電波が図６において６ａ点で反射する場合の所要時間、７ｂ点は位相器６０２を経由して６ｂ点で反射する場合の所要時間、７ｃ点は位相器６０２と６０３を経由して６ｃ点で反射する場合の所要時間、７ｄ点は位相器６０２と６０３と６０４を経由して６ｄ点で反射する場合の所要時間を示している。７ａ−７ｂ間の時間差と７ｂ−７ｃ間の時間差と７ｃ−７ｄ間の時間差はそれぞれ１００ピコ秒となり、到来する電波の周期Ｔ＝１／２．５ＧＨｚ＝４００ピコ秒に対しＴ／４となる。すなわち、反射波は、各位相器６０２、６０３、６０４を経由する度に、Ｔ／４に相当する３６０／Ｔ×Ｔ／４＝９０度の位相差を得ることができる。
【００７６】
したがって、ダイオード６０５、６０６、６０７を選択的に導通／非導通にするで、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることができ、受信電波の反射波６１６に対し、高精度なＱＰＳＫ変調をかけることができる。
【００７７】
データ・デコード部６１１は、２ビットの０と１の組み合わせに応じた位相を割り当てることにより、ＱＰＳＫ変調を実現する。具体的には、データを２ビットずつに区切り、００のときはダイオード６０５のみを導通に、０１のときはダイオード６０６のみを導通に、１１のときはダイオード６０７のみを導通に、１０のときはすべてのダイオードを非導通にするように動作する。
【００７８】
ここで、データが００のときは、ダイオード６０５のみが導通となるため、受信した電波が６ａ点で反射し、ある位相を有する反射波としてアンテナ６０１より放射され、リーダ６１４で受信される。
【００７９】
また、データが０１のときは、ダイオード６０６のみが導通となるため、反射は６ｂ点で起こる。このとき、データ００のときの６ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器６０２を経由しているので、反射波の位相は９０度シフトすることになる。さらに、ダイオード６０５は、非導通時のキャパシタ成分を並列共振にてキャンセルするインダクタ素子６０８が並列に接続されていることから、非導通時のキャパシタ成分によるアンテナ６０１と位相器６０２の不整合を抑え、反射波電力の減少を低減することができる。
【００８０】
また、データが１１のときは、ダイオード６０７のみが導通となるため、反射は６ｃ点で起こる。データ００のときの６ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器６０２と６０３を経由しているので、反射波の位相は１８０度シフトすることになる。さらに、ダイオード６０５、６０６は、それぞれ非導通時のキャパシタ成分を並列共振にてキャンセルするインダクタ素子６０８、６０９が並列に接続されていることから、ダイオード６０５、６０６の非導通時のキャパシタ成分によるアンテナ６０１と位相器６０２の不整合、位相器６０２と位相器６０３の不整合を抑え、反射波電力の減少を低減することができる。
【００８１】
また、データが１０のときは、ダイオード６０５、６０６、６０７がすべて非導通となるため、反射は６ｄ点で起こる。データ００のときの６ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器６０２、６０３、６０４を経由しているので、反射波の位相は２７０度シフトすることになる。さらに、ダイオード６０５、６０６、６０７は、それぞれ非導通時のキャパシタ成分を並列共振にてキャンセルするインダクタ素子６０８、６０９、６１０が並列に接続されていることから、ダイオード６０５、６０６、６０７の非導通時のキャパシタ成分によるアンテナ６０１と位相器６０２の不整合、位相器６０２と位相器６０３の不整合、位相器６０３と位相器６０４の不整合を抑え、反射波電力の減少を低減することができる。
【００８２】
このようして、データ２ビットの値に従い、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることが可能となり、ＱＰＳＫ変調された反射波を高精度で作ることができる。
【００８３】
また、図８には、図６に示したＱＰＳＫ変調器６１２についての変形例を示している。
【００８４】
図６に示した実施形態では、スイッチ素子の端子間容量と並列共振するインダクタンス素子をスイッチ素子と並列に接続することで、スイッチ素子の導通／非導通による短絡で反射点を作っている。この場合、スイッチ素子のオフ時のキャパシタ成分による不整合を抑制し、反射波の電力の減少を防ぐことができる。
【００８５】
これに対し、図８に示した実施形態では、スイッチ素子８０５、８０６、８０７が各位相器８０２，８０３，８０４に直列に接続された構成であり、スイッチ素子の導通／非導通による開放で反射点を作るように構成されている。この場合も、ダイオード８０５、８０６、８０７を選択的に導通／非導通にするで、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることができ、受信電波の反射波に対し、高精度なＱＰＳＫ変調をかけることができる。
【００８６】
また、図８に示した例では、ダイオード８０５、８０６、８０７には、導通時に寄生するインダクタ成分を直列共振にてキャンセルするキャパシタ素子８０８、８０９、８１０が直列に接続されており、インダクタ成分によるアンテナ８０１と位相器８０２間、位相器８０２と位相器８０３、位相器８０３と位相器８０４間の不整合を抑え、反射波電力の減少を低減することができる。
【００８７】
なお、上述した各実施形態では、スイッチ素子としてダイオードを用いているが、本発明の要旨はこれに限定されることなく、例えばガリウム砒素のＩＣを用いてもよい。一般にガリウム砒素のＩＣの消費電力は数１０μＷ以下であることから、この場合、超低消費でＱＰＳＫ変調を行なうことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、送信周波数ｆ［Ｈｚ］の電波１０８が無線通信装置１０９に入射したとき、受信電波が位相器１０２、１０３、１０４をそれぞれ経由して反射するまでの時間を示した図である。
【図３】図３は、図１に示したＱＰＳＫ変調器の現実の回路構成を示した図である。
【図４】図４は、図３に示したバック・スキャッタ型ＱＰＳＫ変調器において、ダイオード３０３のみが導通の場合の等価回路を示した図である。
【図５】図５は、図３に示したバック・スキャッタ型ＱＰＳＫ変調器において、受信電波が位相器３０４、３０５、３０６を経由して反射するまでの時間を示した図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係るバック・スキャッタ型無線通信装置の構成を示した図である。
【図７】図７は、各位相器６０２、６０３、６０４の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を調整した結果、受信電波が位相器６０４、６０５、６０６を経由して反射するまでの時間の一例を示した図である。
【図８】図８は、図６に示したＱＰＳＫ変調器６１２についての変形例を示した図である。
【図９】図９は、従来のＲＦＩＤシステムの構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００９０】
６０１…アンテナ
６０２，６０３，６０４…位相器
６０５，６０６，６０７…ダイオード
６０８，６０９，６１０…インダクタ素子
６１２…ＱＰＳＫ変調器
６１４…リーダ
【図１】
2005323267.tif 000006
【図２】
2005323267.tif 000007
【図３】
2005323267.tif 000008
【図４】
2005323267.tif 000009
【図５】
2005323267.tif 000010
【図６】
2005323267.tif 000011
【図７】
2005323267.tif 000012
【図８】
2005323267.tif 000013
【図９】
2005323267.tif 000014