(57)【要約】【課題】  高周波搬送波を送信し、その搬送波が変調されて戻ってきたときこれを復調してデータを取り出す読出し装置と、受信した搬送波信号をデータで変調して再送信する応答装置とで構成される信号送受信システムにおいて、搬送波を位相変調するには複雑な回路を必要とするため、応答装置を小型化することが困難であった。【解決手段】  アンテナ１０７に接続されたインピーダンス変換回路１０６の出力端子にトランジスタ１０５のエミッタとコレクタとを接続する。トランジスタ１０５のベースにデータ信号を入力し、その信号レベルを調整してこのトランジスタのエミッタ・コレクタ間インピーダンスの変化により、アンテナ１０７からインピーダンス変換回路１０６を見たインピーダンスが変化して不整合となり、アンテナ１０７からデータ信号に対応した位相変調された第２の高周波信号が反射されるようにした。【選択図】図１
2005124092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１高周波信号を発生する高周波発生手段と、この第１高周波信号を空間に送信する送信手段と、送信した前記第１高周波信号が反射されて第２高周波信号としてもどってきたときこの第２高周波信号をＰＳＫ復調して変調データを取り出す受信機とを含む読出し装置、  
前記読出し装置が送信した前記第１高周波信号を受信するとともに、供給された第２高周波信号を放射するアンテナと、
前記アンテナに接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記アンテナが受信した前記第１高周波信号をその位相を制御しつつ反射して第２高周波信号として前記アンテナに供給するインピーダンス変換回路と、
前記インピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、ベース電圧によってコレクタ／エミッタ間のインピーダンスを制御することにより、前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御するトランジスタと、
前記ベース電圧を任意のデータに基づいて制御する制御回路とを含む信号応答装置を備えたことを特徴とする信号送受信システム。
【請求項２】
第１高周波信号を発生する高周波発生手段と、この第１高周波信号を高周波伝送線に送信する接続器を含む送信手段と、送信した前記第１高周波信号が反射されて第２高周波信号としてもどってきたときこの第２高周波信号をＰＳＫ復調して変調データを取り出す受信機とを含む読出し装置、  
前記高周波伝送線に接続され前記読出し装置が送信した前記第１高周波信号を受信するとともに供給された第２高周波信号を前記高周波伝送線へ送出する接続器と、
この接続器に接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記接続器が受信した前記第１高周波信号をその位相を制御しつつ反射して第２高周波信号として前記接続器に供給するインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、ベース電圧によってコレクタ／エミッタ間のインピーダンスが制御されることにより、前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御するトランジスタと、
前記ベース電圧を任意のデータにもとづいて制御する制御回路とを含む信号応答装置を備えたことを特徴とする信号送受信システム。
【請求項３】
前記ベース電圧の値は前記アンテナから放射される前記第２高周波信号の位相の差がほぼ３６０°／ｎとなるｎ個の電流値に調整されていることにより、前記第２高周波信号の位相はｎ値の位相変調が行われたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の信号送受信システム。
【請求項４】
前記インピーダンス変換回路は、少なくとも一つのコイルとこのコイルに接続されたコンデンサとを含み、前記トランジスタは前記コイルに並列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の信号送受信システム。
【請求項５】
前記読出し装置の前記受信機は、前記送信手段から信号線を通じて得た前記第１高周波信号と、受信した前記第２高周波信号とを乗算する乗算手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の信号送受信システム。
【請求項６】
前記インピーダンス変換回路と前記トランジスタは、前記インピーダンス変換回路と前記トランジスタとの総合インピーダンスの変化により、前記第２高周波信号の振幅が変化するように調整されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の信号送受信システム。
【請求項７】
前記信号応答装置は、前記任意のデータを記憶するデータ記憶手段、
前記読出し装置から送信された前記第１高周波信号を復調し、復調して得たデータにもとづき前記データ記憶手段に記憶された前記データを書き換えるデータ書き換え手段を備えたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の信号送受信システム。
【請求項８】
前記信号応答装置は鉄道線路に沿って配置され、前記読出し装置は前記鉄道線路を走行する車両に搭載されていることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載の信号送受信システム。
【請求項９】
他の装置から送信された前記第１高周波信号を受信するとともに供給された第２高周波信号を放射するアンテナと、
このアンテナに接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記アンテナが受信した前記第１高周波信号の位相を制御しつつ反射して第２高周波信号として前記アンテナに供給するインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、入力される光信号によってコレクタ／エミッタ間のインピーダンスが制御されることにより、前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御するホトトランジスタとを備え、前記第２高周波信号の位相を前記光信号により変調して放射することを特徴とする信号応答装置。
【請求項１０】
他の装置から送信された第１高周波信号を受信するとともに供給された第２高周波信号を放射するアンテナと、
このアンテナに接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記アンテナが受信した前記第１高周波信号をその位相を制御しつつ反射して前記第２高周波信号として前記アンテナに供給するインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、入力される圧力信号によってインピーダンスが変化して前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御する圧力検出素子とを備え、前記第２高周波信号の位相を前記圧力信号により変調して反射することを特徴とする信号応答装置。
【請求項１１】
伝送線を介して他の装置から送信された第１高周波信号を受信するとともに供給された第２高周波信号を送出する接続器と、
この接続器に接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記接続器が受信した前記第１高周波信号をその位相を制御しつつ前記第２高周波信号として反射するインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、入力される光信号によってコレクタ／エミッタ間のインピーダンスが制御されることにより、前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御するホトトランジスタとを備え、前記第２高周波信号の位相を前記光信号により変調して反射することを特徴とする信号応答装置。
【請求項１２】
伝送線を介して他の装置から送信された第１高周波信号を受信するとともに供給された第２高周波信号を送出する接続器と、
この接続器に接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記接続器が受信した前記第１高周波信号をその位相を制御しつつ第２高周波信号として反射するインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、入力される圧力信号によってインピーダンスが変化することにより前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御する圧力検出素子とを備え、前記第２高周波信号の位相を前記圧力信号により変調して送出することを特徴とする信号応答装置。
【請求項１３】
前記圧力検出素子はコンデンサーマイクロホンであることを特徴とする請求項１０又は１２に記載の信号応答装置。
【請求項１４】
前記第１高周波信号から電力を得る電力回収手段を備え、前記電力回収手段から得た電力により動作することを特長とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の信号応答装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、読出し装置から発射された搬送波を、応答装置で反射させる際、この搬送波を任意の信号で変調して反射させ、前記読出し装置、または他の受信装置でこの変調波を受信する信号送受信システムと、このシステムに用いる応答装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
駅の改札口を乗客が手にかざすだけで情報が読取られて通過できる、いわゆる無接触型定期券のように、例えばカード型の記憶媒体（応答装置）に記憶した情報を、外部機器（読出し装置）からアクセスして読み出す信号送受信システムが普及しつつある。
この信号送受信システムで用いる応答装置には、少なくとも、外部機器からの無線でのアクセスを受けて、このアクセスに対して記憶している情報を付加して応答する機能がふくまれている。しかし、このような応答装置はその形状をカード型とするかいなかに関係なく、少なくとも携帯可能であることが必要な場合が多いので、その形状あるいは重量的な制約から、収容可能な回路の大きさには制約があり、また電子回路を動作させるための電池を収納することが難しいか、収納できたとしても大容量のものは収納できないので、受信や送信機能を達成するための回路構成は、極めて単純で、かつ、消費電流が極めて少なくなるように工夫することが必須技術であり、種々の発明が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、応答装置内に装着されたアンテナ回路（９）に半導体スイッチ（１４）が接続され、この半導体スイッチ（１４）をＯＮの状態にするか、ＯＦＦの状態にするかを電気的に選択できる構造を持っている。半導体スイッチ（１４）をＯＮの状態にするとアンテナ（９）から受信した電波はこのスイッチを通過して後段へ送られるので、アンテナからは何も放射されないが、ＯＦＦの状態にするとアンテナから受信した電波はここでインピーダンスが不整合となるため、反射し再びアンテナで再放射される構成を持っている。このＯＮとＯＦＦの状態の切り替えを送信したいデータビットに従って切り替えることで、アンテナから電波を再放射するか、しないかを切り替えることができる。このようにして、例えばデータビットが1のときは再放射する。データビットが０のときは再放射しないという要領でデータを送信する。このようにしてＯＯＫ（ＯＮ−ＯＦＦ Keying）変調やＡＳＫ（AmplitudeShift Keying）変調の送信を行うことが可能となる。
【０００４】
ＯＯＫやＡＳＫでは外部ノイズによる影響を受けやすいという面があるので、信号の誤り率を改善するためには、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調（以下位相変調という）の方がすぐれている場合がある。そこで、特許文献１の段落［００５５］〜［００６２］には、特許文献１の図５の説明として、前述の半導体スイッチとアンテナの間に2つの経路を切り替えられる第３のスイッチングトランジスタ（４０）と、これら２つの経路のそれぞれに接続された位相回路（インダクタ４１と４２およびコンデンサ４４によって構成された位相器セル３９）とを配置する。そして、２つの経路は、それぞれを通過するときの位相変化量が互いに異なるように調整しておく。このようにすると、このスイッチ（４０）を切り替えて、電波の通過する経路を変化させることにより位相が変化するようにできるので、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調にも対応できるようになる技術が開示されている。
【０００５】
しかし、ＰＳＫ変調をするために前述のように2つの経路を用意し、スイッチにより切り替える構成を持たせると、回路が膨大になって、前述のカードのような構造物には収納が難しくなるとともに消費電流も増え、更に、調整要素が増えるという欠点が生じる。また、一般的に前述のスイッチは高周波回路の切り替え、特にマイクロ波を通過させる回路では、その漏れが無視できない程度になるため、位相の完全な切替は不可能であるという課題がある。また、スイッチの切替時には位相が瞬間的に切り替わるため波形ひずみが増大し高調波が発生するという課題があった。
【０００６】
また、特許文献２の第１図には、アンテナ（３０１）にインピーダンス変換（３０２ａ）を介して接続されたダイオード（３０２ｂ）と、このダイオードの容量を制御するバイアス回路３０２ｃが開示されている。しかし、特許文献２ではこのダイオード（３０２ｂ）は質問装置（１）から送信される信号の復調器としても使用されている（同書第４頁右欄第３行から第７行）ため、ダイオード以外のものを使用することはできない。しかるにインピーダンスを変化させる素子としてのバリキャップダイオードは、主としてその容量成分が変化する。ところがインピーダンス変換回路を容量成分の変化だけで位相変調ができるように設計するのは難しいので、ダイオードを用いると設計が難しくなるという課題があった。
【特許文献１】特開平０４−２６８４７９号公報
【特許文献２】特許公報  第２６３２０７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような信号送受信システムでは、信号伝送の誤り率を改善するためにはＰＳＫ変調を行うことが望まれるが、従来のように位相量の異なる複数の回路をスイッチで選択することにより位相を切り替えるものでは、位相の切り替え時に波形ひずみが増大するとか、回路構成が複雑となりその形状あるいは重量的な制約から収容が困難であるとか、電流消費も大きくなるなどから、実用化が困難であるという課題があった。また、ダイオードを用いるとインピーダンス変換回路の設計が難しいという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決し、ＰＳＫ変調を行うとともに、回路構成が単純で消費電流も少ない信号送受信システムとこのシステムに用いる応答装置を提供することを目的とする。  
また、電源用電池を必要としない応答装置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】
【０００９】
この発明による信号送受信システムは、第１高周波信号を発生する高周波発生手段と、この第１高周波信号を空間に送信する送信手段と、送信した前記第１高周波信号が反射されて第２高周波信号としてもどってきたときこの第２高周波信号をＰＳＫ復調して変調データを取り出す受信機とを含む読出し装置、  
前記読出し装置が送信した前記第１高周波信号を受信するとともに、供給された第２高周波信号を放射するアンテナと、
前記アンテナに接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記アンテナが受信した前記第１高周波信号をその位相を制御しつつ反射して第２高周波信号として前記アンテナに供給するインピーダンス変換回路と、
前記インピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、ベース電圧によってコレクタ／エミッタ間のインピーダンスを制御することにより、前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御するトランジスタと、
前記ベース電圧を任意のデータに基づいて制御する制御回路とを含む信号応答装置を備えたものである。
また、この発明による信号応答装置は、他の装置から送信された前記第１高周波信号を受信するとともに供給された第２高周波信号を放射するアンテナと、
このアンテナに接続されそのインピーダンスを変化させることにより前記アンテナが受信した前記第１高周波信号の位相を制御しつつ反射して第２高周波信号として前記アンテナに供給するインピーダンス変換回路と、
このインピーダンス変換回路にコレクタとエミッタが接続され、入力される光信号によってコレクタ／エミッタ間のインピーダンスが制御されることにより、前記インピーダンス変換回路のインピーダンスを制御するホトトランジスタとを備え、前記第２高周波信号の位相を前記光信号により変調して放射するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の信号送受信システム及び応答装置は、インピーダンス変換回路に接続されたトランジスタのインピーダンスを送信したいデータ信号にもとづいて変化させることにより、受信した搬送波をＰＳＫ変調して反射させることができるので、回路構成が単純で信頼性の高い信号送信が可能となり、消費電流も少なく、小型化可能であるという効果を有する。
また、応答装置のインピーダンス変換回路に接続された半導体は外部から入力される光信号により動作するホトトランジスタとしたので、電源用電池を必要としない応答装置が構成できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１の信号送受信システムの構成を示す。図１においてビーコン又はリーダと呼ばれる読出し装置１と、この読出し装置１との間で信号を送受信するバッジまたはレスポンダと呼ばれる応答装置２がある。読出し装置１と応答装置２とは、互いに接近したとき動作し、十分に離れて配置されているときは動作しない。この場合、２つの装置のどちらを固定／移動させるかは問題ではない。読出し装置１は高周波（一般にはマイクロ波であり、説明の都合上、第１高周波信号という）の搬送波を発振する高周波発生器（搬送波発生器とも言う）１０１と、この高周波発生器１０１の第１高周波信号を外部に送信するアンテナ１０２を有する。またアンテナ１０８とこのアンテナに接続され高周波発生器１０１が発振したのと同じ周波数の電波を受信する受信機１０９も有する。
なお、図１では読出し装置１内に高周波発生器１０１と受信機１０９とを有しているが、これらは互いに別の装置に分離されていてもよい。また、図示しないが受信機１０９は高周波発生器１０１からアンテナ１０２を経由して送信された第１高周波信号が直接アンテナ１０８から入り込んで受信機１０９が飽和してしまうことのないよう、アンテナの方向等に配慮がなされているものとする。
応答装置２は、図示しない記憶回路にあらかじめ記憶したデータを出力する送信データ発生器１０３と、出力された送信データに基づいて電流または電圧（以後電圧として説明するが電圧に限定するものではない）を調整する電圧調整器１０４と、この電圧に応じて動作するトランジスタ１０５と、トランジスタ１０５のコレクタ／エミッタに接続されたアンテナインピーダンス変換回路１０６と、アンテナインピーダンス変換回路１０６（単にインピーダンス変換回路という場合もある）に接続されたアンテナ１０７とを有する。また、理解を助けるため図１のシステムでは、応答装置２は図示しない電池電源により動作しているものとするが、電池を必要としない応答装置について、他の実施の形態で説明する。
【００１２】
トランジスタ１０５は必ずしもトランジスタである必要はなく、外部からの信号によりインピーダンスを変化させることのできる可変インピーダンス素子であればよいが、実施の形態１ではトランジスタであるとして説明する。
ただし、性能的にはトランジスタを用いる場合には、他の素子を用いる場合に比べて次のような特徴がある。例えば、インピーダンスを変化させる素子としてはバリキャップダイオードが知られている。バリキャップダイオードでは主としてその容量成分が変化する。ところがインピーダンス変換回路を容量成分の変化だけで位相変調ができるように設計するのは難しいので、バリキャップダイオードを用いるのは不可能ではないが困難を伴う。一方、トランジスタの場合にはコレクターエミッタ間の高周波的リアクタンス成分が、ベース電流の増減変化に対して誘導性であったり容量性であったり幅広い成分変化を示す。従ってインピーダンス変換回路の設計がより容易となる。
【００１３】
読出し装置１の高周波発生器１０１はマイクロ波周波数の搬送波（第１高周波信号）を発生させる。第１高周波信号はアンテナ１０２から空間に送信される。空間中に放射された搬送波は、数センチ〜数メートルの近距離にある応答装置２のアンテナ１０７で受信され、アンテナインピーダンス変換回路１０６を経てトランジスタ１０５に入力される。
送信データ発生器１０３は図示しない記憶装置（メモリ）を有しており、このメモリには、出力すべきデータがあらかじめ入力されている。送信データ発生器１０３は記憶しているこの送信データを出力する。この送信データは電圧調整器１０４で適切な電圧に調整され、トランジスタ１０５のベース端子に入力される。
【００１４】
アンテナ１０７とインピーダンス変換回路１０６の間、及びインピーダンス変換回路１０６の出力側と出力側に接続された回路（即ちトランジスタ１０５）との整合がとれていないときには、その程度に応じてアンテナ１０７からインピーダンス変換回路１０６に送られた第１高周波信号は反射され、アンテナ１０７へ再び供給される。
例えば、データビットが0のときはＶ１ボルト、データビットが１のときはＶ２ボルトをトランジスタ１０５のベースに印加したとする。
このとき、トランジスタ１０５のコレクタ・エミッタ間のインピーダンスが、それぞれＺ１とＺ２であったとする。
Ｚ１、Ｚ２について理解を助けるため、具体的な数値を例示して説明すると、
Ｚ１＝２．８＋ｊ１２．６Ω
Ｚ２＝１．８−ｊ３１．２２Ωとした場合、（ｊは虚数単位とする。）
インピーダンス変換回路１０６の出力インピーダンス、及びインピーダンス変換回路１０６からトランジスタ１０５の側への伝送線路の特性インピーダンスをそれぞれ５０Ωとすると、トランジスタのインピーダンスZと反射係数Γの関係は、
Γ=（Ｚ−５０）／（Ｚ＋５０）となる。
よって、トランジスタのインピーダンスがＺ１、またはＺ２である場合に対する反射係数Γ1、Γ2は
Γ1＝ −０．９０＋ｊ０．３５＝０．８７∠１５２°
Γ2＝ −０．９４−ｊ０．８１＝０．９０∠２４４°
となる。
即ち、
入力電圧がＶ１ボルトのときは反射係数はΓ1、その絶対値は|Γ1|=０．８７、角度θ１＝１５２°となり、入力電圧がＶ２ボルトのときは反射係数はΓ2となって、その絶対値は|Γ2|＝０．９０、角度θ２＝２４４°となる。
このように、トランジスタ１０５はインピーダンス変換回路１０６から出力された高周波信号に対し反射係数の位相角度を変化させることができる。
【００１５】
この様子を、ある周波数を例にスミスチャート上に表すと図2の様になる。図2は特性インピーダンス５０Ωで正規化している。スミスチャートで表すと中心からの距離と角度が反射係数となる。
例えば２値の位相変調をするためには１８０°の位相差が必要となるが、図２の状態ではθ1とθ２の角度差は９２°しかなく不十分である。
このためインピーダンス変換回路１０６を用いて、インピーダンス変換回路１０６とトランジスタ１０５を併せた反射係数の位相差を１８０°となるようにする。
例えば、インピーダンス変換回路１０６の構成を図3に示すように構成する。
図３のインピーダンス変換回路１０６はコンデンサ１１０と、コイル１１１を有する。コイル１１１をトランジスタ１０５のコレクタとエミッタ間に接続し、コンデンサ１１０をトランジスタ１０５のコレクタとアンテナ１０７の間に接続した構成となっている。
コンデンサ１１０の値をＣ、コイル１１１の値をＬとし、先の例の値を用いて動作を説明する。まず、トランジスタ１０５のコレクタ・エミッタ間のインピーダンスをZとおく。
すると、アンテナ１０７側から見た、トランジスタ１０５とインピーダンス変換回路１０６を併せたインピーダンスＺＴは、
ＺＴ＝ １／（ｊ２πＦＣ） ＋ （２πＦＬＺ）／（ ２πＦＬ＋Ｚ）
と表される。ここで、πは円周率、Fは使用する周波数である。
このときの反射係数ΓTは
ΓＴ＝（ＺＴ−５０）／（ＺＴ＋５０）となる。
【００１６】
例えば周波数を１ＧＨｚとして、コンデンサを１８ｐＦ、コイルを５ｎＨとすると、
先のトランジスタ１０５のインピーダンスＺ１、Ｚ２に対する、アンテナ１０７側からインピーダンス変換回路１０６を見たインピーダンスＺＴ１、ＺＴ２はそれぞれ、
ＺＴ１＝１．４２＋ｊ０．２４Ω
ＺＴ２＝５４０−ｊ３６Ω
となる。また、反射係数ΓＴ１、ΓＴ２はそれぞれ、
ΓＴ１＝０．９４∠１７９°
ΓＴ２＝０．８３∠−１°
となり、2つの反射係数の位相差は１８０°となる。
よって、ベースに供給する電圧のＶ１とＶ２をデータビットで切り替えることで、反射係数を１８０°反転させることができる。これをスミスチャートで表すと図４のようになり、それぞれの反射係数が中心点を挟んで対角に来ていることがわかる。なお、２値位相変調を行う場合、図４において反射係数の位相角をそれぞれ０°、１８０°のちょうどの値にする必要はなく、位相角の差が１８０°となればよい。
【００１７】
このように構成すれば、アンテナ１０７側からインピーダンス変換回路１０６に入力される第１高周波信号は上記反射係数に従って反射され第２高周波信号としてアンテナ１０７から放射される。反射係数がΓＴ１の時は入力信号の０．９４倍の大きさの信号が１７９°位相がずれて反射される。反射係数がΓＴ２の時は入力信号の０．８３倍の大きさの信号がマイナス１°位相がずれて反射される。よって、データビットによってベース電流を所定の値に変化させることで、反射波の位相を１７９°と−１°の１８０°差をもって変化させることができるので、ＢＰＳＫ変調が実現できる。
アンテナ１０７で受信した第１高周波信号は以上に示した動作により、送信データ発生器１０３の出力したデータ信号に基づいて位相変調され、アンテナ１０７から位相変調信号（アンテナ１０２から送信された第１高周波信号と区別するためこの反射波をその変調形式にかかわらず第２高周波信号と言う）として放射（反射とも言う）される。この放射された変調波を読出し装置１のアンテナ１０８で受信し、受信機１０９で位相復調してデータを得る。
【００１８】
以上の説明では２値位相変調を行う例について説明したが、同様の原理を用いて、ベースに供給する電圧値を４種類用意し、位相角の差が９０°づつの４つの反射係数が選択できるように、適切な構成をインピーダンス変換回路１０６でとることで、4相位相変調が可能となる。8相の場合も同様の原理で実現できる。一般的にｎ相の場合には３６０°／ｎずつのｎ個の反射係数が選択できるようにすればよい。
４相位相変調については実施の形態８で改めて詳細に説明する。
実施の形態１では、トランジスタ１０５には送信データ発生器１０３の信号が入力されると説明したが、送信したい信号であればアナログ／ディジタルに関係なく入力することができる。即ち、アナログ信号を入力すれば、アナログPM変調が可能となる。
また、データで搬送波を直接に変調して送信でき、スイッチング回路を用いていないので、極めて低消費電力で動作させることができる。またトランジスタ１０５のインピーダンス変化動作はトランジスタの応答可能な周波数に対応する速さで行われるのでスイッチにより回路を切り替える場合に比して、波形歪みが少なくなる。即ち、位相を切り替えるときはある位相から別の位相にスムーズに切り替わるため高調波が発生しない。
先行技術ではＱＰＳＫなど多値位相変調を行おうとした場合、位相数に相当する数の経路切替が必要で、複数の位相器を構成するために複数の回路部品を必要とするが、この実施の形態ではトランジスタへの入力信号レベルを調節するだけで多値位相変調へも対応できる。この構成により位相変調しているにもかかわらず回路規模が小さく応答装置の小型化ができる。
【００１９】
なお、上記動作説明において各角度を正確に記載したが、実際の電子回路では１度程度の誤差は発生するので、各角度表示はほぼそこに記載した程度の角度を意味するものとする。
【００２０】
実施の形態２．
図５に本発明の実施の形態２の構成を説明する図を示す。図の読出し装置１は実施の形態１の図１の読出し装置１と同じものである。
図において、光入力応答装置２ａ内のインピーダンス変換回路１０６にはフォトトランジスタ１２０のコレクタ／エミッタが接続されている。図５には図１の送信データ発生器１０３を記載していないが用いてもよい。フォトトランジスタ１２０に光が当るとコレクタ・エミッタ間のインピーダンスが変化する。フォトトランジスタ１２０には実施の形態１の図１に示した送信データ発生器１０３から例えば図示しない発光ダイオードを介して信号を入力してもよいし、その他の光信号で入力されるデータを入力してもよい。光信号の入力のオン・オフあるいは光強度の変化により、フォトトランジスタ１２０のエミッタ・コレクタ間のインピーダンスが変化した後の動作は、実施の形態１と同じなので詳細な説明は省略する。
この変化を利用してアンテナ１０７から位相変調波（第２高周波信号）を送出できる。照射される光が図示しない他の装置から入力される場合、光入力応答装置２ａには送受信動作のための電源は必要でなくなるという効果が得られるので、光入力応答装置を極めて簡単な構成とすることができる。フォトトランジスタ１２０はこの発明に言う単一可変インピーダンス素子である。
【００２１】
実施の形態３．
図６に本発明の実施の形態３の構成を説明する。図６には図１の送信データ発生装置１０３を記載していないが用いてもよい。図の読出し装置１は実施の形態１の図１の読出し装置１と同じものである。
音波入力応答装置２ｂ内のアンテナインピーダンス変換回路１０６には、コンデンサマイクロホン１２１が接続されている。コンデンサマイクロホン１２１の電極間は気体の振動が容量の変化、即ち、インピーダンスの変化として現れる。この変化を利用して実施の形態１で説明したように、受信した搬送波を音で入力されるデータにより位相変調してアンテナ１０７から送信（反射）することができる。図６の音波入力応答装置２ｂは送受信動作のための電源を必要としないという効果が得られるので極めて簡単な装置構成とすることができる。
ここで、音波入力応答装置２ｂのコンデンサマイクロホン１２１は音波が入力されるものに限るというものではなく、気体／液体の圧力変化を得る圧力センサを用いてもよい。
コンデンサマイクロホン１２１はこの発明に言う圧力検出素子であり、また単一可変インピーダンス素子である。
【００２２】
実施の形態４．
図７に実施の形態４の説明図を示す。
図７において、使用者９９は実施の形態２の図６で説明した音入力応答装置２ｂと同じものを使用しているので、その部分の内部の構成については図示説明を省略する。送受一体型読出し装置１ａはその内部に、高周波発生器１０１の出力を受ける信号分配器１３１、及び信号分配器１３１に接続されたアンテナ１０２、高周波発生器１０１の出力から信号線を介して入力された高周波信号と、アンテナ１０２から受信して信号分配器１３１を通過した受信信号とが入力され互いに乗算される乗算器１３２と、乗算器１３２の出力信号を復調する位相変調用復調器１３４（以下復調器）と、復調器１３４の出力により駆動されるスピーカ１３５とを備えている。
【００２３】
高周波発生器１０１で発生させた第１高周波信号は信号分配器１３１を経て、アンテナ１０２から送信される。音入力応答装置２ｂはこの信号を受信し、実施の形態４で説明した動作に従って、入力される音により位相変調した変調搬送波信号（第２高周波信号）を再放射する。この第２高周波信号は送受一体型読出し装置１ａのアンテナ１０２で受信され、信号分配器１３１を経て（図示説明の都合上、信号Ａという）乗算機１３２に入力される。一方、高周波発生器１０１から出力された搬送波の一部（図示説明の都合上、信号Ｂという）は信号線を経由して直接、乗算器１３２へ入力され、信号Ａと信号Ｂとが互いに乗算されることによりその搬送波成分が除去されて、信号Ａは復調器１３４で位相復調される。ここで信号Ａと信号Ｂはもともと同じ高周波発生器１０１から出力された信号であるから、到達時刻の差にもとづく位相の差はあるとはいうものの、周波数差はないのできわめて良好な復調が可能となる。
通常、位相復調する受信機はＰＬＬ（フェイズ・ロック・ループ）などを用いて変調信号に含まれる搬送波と同一の周波数を作り出す機構を用意する必要があり、しかもそのように同一周波数の信号をつくることには相当な困難を伴うが、本実施の形態の構成ではその必要がない。
復調器１３４の出力はスピーカ１３５から音として再現される。
【００２４】
実施の形態４の音入力応答装置２ｂは、実施の形態３で説明したとおり電池を必要としないので、電池無しの無線マイクロホンとして使用することができる。電池を持たないため小型、軽量に構成でき、使用者９９のポケットに入れたり、襟元にピンで止めておくなどという使い方ができる。
送受一体型読出し装置１ａは、復調に利用する信号と、受信信号とが同じ高周波発生器１０１から発生された信号なので、変調波に含まれる搬送波と全く同一周波数の信号で復調できるため、このような簡単な構成で搬送波を完全に除去することが可能となる。この特長はここで示すように、受信した搬送波を反射して変調信号を作り出す応答装置２ｂがあってはじめて成り立つものである。
本実施の形態で説明した送受一体型読出し装置１ａは、音を変調信号源として送信する音入力応答装置２ｂと組み合わせる例を説明したが、実施の形態１で説明した応答装置２と、あるいは、実施の形態３で説明した光入力応答装置２ａと組み合わせることでも構わない。
【００２５】
実施の形態５．
図８に実施の形態５のシステム構成説明図を示す。本実施の形態では移動体３００に送受一体型読出し装置１ａを設置し、応答装置２を地上設備として配置したものである。
鉄道線路１５０に沿って配置された各種の図示しないセンサから、この線路上を走行する移動体３００に直接データが送信できれば、輸送システムの安全性の向上などに寄与する点が多い。しかし、沿線に広く配置されたセンサの送信装置に電源を供給するための設備だけでも多額の費用を必要とするので、このような装置の設置は極めて重要なもののみに限定されていた。
図８において、応答装置２は、実施の形態１〜実施の形態４で説明した応答装置２または光入力応答装置２ａ又は音入力応答装置２ｂのいずれであっても構わない。変調信号が音信号である場合には、スピーカ１３５から、例えば運転手に音声情報を伝え、データである場合にはデータ出力１４０から、例えば車内の図示しない表示パネルにデータを表示する。
【００２６】
図に示すように、応答装置２は図示しない外部情報源からデータを受け取る構成となっている。図示するような鉄道の移動体３００の例では、外部情報源には例えば、鉄道の運行監視センターからの総合的な情報の他、局地的な情報例えば信号機からの情報、その場所の気温、地震震度計の情報、降水量情報などがある。
実施の形態５によれば、これらの外部情報を移動体３００が応答装置２の通信可能な範囲（一般には数ｍ）内を通過時に瞬時に受け取ることが可能となる。応答装置２は受信可能な範囲を限定できるため、移動体３００では受け取った情報と、その情報が発信された位置との対応をとることができる。即ち、情報の発信された絶対位置がわかるので、予め準備した地図上にデータを配置することで面データとして把握することができるようになる。
【００２７】
実施の形態６．
図９に本発明の実施の形態６の信号送受信システムの構成を示す。
図９は外部情報を光ファイバーで伝送して入力することにより、応答装置２への電源の供給を不要としたものである。鉄道沿線に配置された光出力データ発生器１４２から光ファイバー１４３を介して、光入力応答装置２ａにデータが入力される。光入力応答装置２ａの構成は実施の形態２の図５で説明したとおりである。
データ発生器１４２は外部情報源であり、情報は光情報で出力される。光出力データ発生器１４２は実施の形態５で説明したような監視センターからの情報、信号機、気温計、地震震度計、降水量センサなどであってもよいし、それらの複数のデータをまとめて発信するものであってもよい。本実施の形態によれば、光入力応答装置２ａは入力された光情報を直接電波として送信（反射）するものであるため動作用電力を必要とせず、簡素に構成でき、光伝送によって常に最新の大容量伝送が可能となる。
【００２８】
実施の形態７．
図１０に実施の形態７による信号送受信システムの動作説明用スミスチャートを示す。本実施の形態の信号送受信システムの構成は実施の形態１の図１で説明したものと同じであるが、インピーダンス変換回路１０６はその反射係数が図１０に×印で示す特性となるように調整する。即ち、図１０に示す反射係数はトランジスタ１０５の電流入力レベルを４種類に設定し、それぞれの反射係数が図１０の×印の位置となるように調整されている。図１０の各×印は９０°の位相差をもって設定されている。このようにすることで、９０°単位の位相を制御できる。これによりＱＰＳＫなどの4相位相変調が可能となる。また同様の原理で８相位相変調も可能となり、任意の多値位相変調が回路規模を大きくすることなく可能となる。
【００２９】
実施の形態８．
図１１に実施の形態８の信号送受信システムの動作説明用スミスチャートを示す。本実施の形態の信号送受信システムの構成は実施の形態１で説明した図１と同じであるが、アンテナインピーダンス変換回路１０６は、その反射係数が図１１に示す×印のようになるように調整したものである。即ち、図１１に×印で示す反射係数はトランジスタ１０５に2種類の入力電流レベルを設定し、それぞれの反射係数が図１１の×印の位置となるように調整されている。図１１の各×印は一つが反射係数がゼロに近くに設定され、もう一つがゼロとは十分に区別可能な反射係数が大きくなるように設定されている。このようにすることで反射レベルの強度を制御できる。これにより今まで説明した実施の形態の位相変調と同じ構成でありながらＡＳＫなどの振幅変調が可能となる。反射係数の大きさを適切な値に調整することで、任意の変調度を設定できる。
また、トランジスタ１０５にアナログ信号を入力すればアナログAM変調が可能となる。
【００３０】
実施の形態９．
図１２に実施の形態９の信号送受信システムの構成説明図を示す。図１２において、同軸ケーブル１５０上に適当な距離をおいて接続器１５２が３個設置されている。１つの接続器１５２には実施の形態１の図１で説明した読出し装置１の高周波発生器１０１が接続されている。もう一つの接続器１５２には実施の形態１の図１で説明した応答装置２の内、アンテナ１０７を除く部分（データ送信機１５３という）が接続されている。今一つの接続器１５２には図１の読出し装置１の受信機１０９が接続されている。
高周波発生器１０１の出力した第１高周波信号は接続器１５２を経由して同軸ケーブル１５０に流される。この高周波信号は同軸ケーブル１５０上を伝搬し、その一部はデータ送信機１５３に入る。データ送信機１５３のデータ入力の形式は、実施の形態１の応答装置２の構成のほか、実施の形態３の図５で説明した光入力応答装置２ａ、その他各実施の形態で説明した様々な構成をとることができる。
【００３１】
アンテナ１０７が同軸ケーブル１５０と接続器１５２とに置き代わっても、インピーダンス整合／不整合にともなう高周波信号の反射位相／反射振幅等についての実施の形態１での説明は全て同様に成り立つ。
データ送信機１５３で反射した変調波（第２高周波信号）は再び同軸ケーブル１５０上を伝搬し、その一部は受信機１０９で受信される。このように、同軸ケーブル１５０を用いてデータ通信が可能となる。
データ送信機１５３は、接続器１５２の数を増やした上、各データ送信機の送信時間が重ならないように適切に制御する、例えば時間差を設けるなどすることで同軸ケーブル上に複数台接続できる。また、受信機１０９は常に複数台設置できる。
ここで、同軸ケーブル１５０は単純な単線、又は平行２線式フィーダを用いてもよく、これらを総称してこの発明では高周波伝送線という。
【００３２】
実施の形態１０．
図１３は実施の形態１０による電力自給型応答装置３の構成説明図である。電力検波器１６０により受信した第１高周波信号から電力を得て、応答装置の電力源とするものである。これにより応答装置は電池やバッテリーが不要となる。電力検波器１６０は電力回収手段ともいい、単純なダイオード検波回路を含む電源装置である。
この構成のデータ送信装置は実施の形態９で説明した同軸ケーブル１５０（有線路）を用いる場合にも適応できる。電源があるので回路設計の自由度が向上し、しかも電源を外部から供給する必要がないため、メンテナンスフリーで低コストなデータ送信手段が提供できる。
【００３３】
実施の形態１１．
図１４は実施の形態１１によるデータ書き換え型応答装置４の構成を示す説明図である。応答装置４はデータ受信装置１６１とデータ記録・再生装置１６２とを備えている。
データ受信装置１６１は第１高周波信号の受信と復調の機能を備え、アンテナ１０７で受信される受信信号を待ち受ける。データ書き換え型読取り装置２１には、データ書き込み変調装置２１が設置され、データ書き込み変調装置２１は高周波発生器１０１から出力される第１高周波信号を書き込みデータで例えば振幅変調して出力する。データ書き換え型応答装置４は、もし受信信号が無変調搬送波ならばデータ記録・再生装置１６２から事前に記録されているデータを読み出して送信する。また、受信信号がデータで変調された振幅変調波であり、適切にデータを復調できた場合は、そのデータによりデータ記録・再生装置１６２の記録データを更新する。
【００３４】
これにより、送信データの記録情報の更新が可能となる。
この構成のデータ送信装置は実施の形態８で説明した有線路にも適応できる。また、実施の形態１０のものとの組合せも可能である。
本実施の形態においてデータ書き込み装置２１は高周波信号を振幅変調すると説明したが他の変調方式であってもよい。ただし、応答装置４が反射する信号は位相変調されているものであるから、位相が変化しない変調方式を採用した方が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明の信号送受信システムは、駅の自動改札システム、高速道路の料金所の自動料金課金システム、商品に添付する自動清算システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の信号送受信システムのシステム構成を示す図である。
【図２】トランジスタ１０５のコレクタ・エミッタ間のインピーダンスの変化を示す特性図である。
【図３】インピーダンス変換回路１０６の構成を示す回路図である。
【図４】トランジスタ１０５とインピーダンス変換回路１０６を併せたインピーダンスの特性説明図である。
【図５】実施の形態２の信号送受信システムの構成図である。
【図６】実施の形態３の信号送受信システムの構成図である。
【図７】実施の形態４の信号送受信システムの構成図である。
【図８】実施の形態５の信号送受信システムの構成図である。
【図９】実施の形態６の信号送受信システムの構成図である。
【図１０】実施の形態７の信号送受信システムの動作を説明するスミスチャートである。
【図１１】実施の形態８の信号送受信システムの動作を説明するスミスチャートである。
【図１２】実施の形態９の信号送受信システムの構成図である。
【図１３】実施の形態１０の信号送受信システムの構成図である。
【図１４】実施の形態１１の信号送受信システムの構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  読出し装置（リーダ）、    １ｂ  送受一体型読出し装置、
２  応答装置（レスポンダ）、    ２ａ  光入力応答装置、    
２ｂ  音波入力応答装置、
３  電力自給型応答装置、    ４  データ書き換え型応答装置、
２０  データ書き換え型読出し装置、
１０１  高周波発生器、      １０２、１０７、１０８  アンテナ、
１０３  送信データ発生器、      １０４  電圧調整器、    １０５  トランジスタ、
１０６  インピーダンス変換回路、    １０９  受信機、    １１０  コンデンサ、
１１１  コイル、    １２０  フォトダイオード、
１２１  コンデンサマイクロホン、１３１  信号分配器、    １３２  乗算機、
１３４  位相復調器、
１３５  スピーカ、    １４０  データ出力端子、    １４２  光出力データ発生器、
１５０  同軸ケーブル、    １５２  接続機、    １６０  電力検波器、
１６１  データ受信装置、    １６２  データ記録・再生装置、
２０１  ダイオード、２０２  ＤＣカットコンデンサ、    ３００  移動体、
３０１  線路。
【図１】
2005124092.tif 000003
【図２】
2005124092.tif 000004
【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】
2005124092.tif 000009
【図８】
2005124092.tif 000010
【図９】
2005124092.tif 000011
【図１０】
2005124092.tif 000012
【図１１】
2005124092.tif 000013
【図１２】
2005124092.tif 000014
【図１３】
2005124092.tif 000015
【図１４】
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