(57)【要約】【課題】  十分な負荷変調度を得ることができるアンテナ回路を実現する。【解決手段】  アンテナ回路１００では、アンテナコイルＬ２の接地側に近接した位置にタップＴｐを設け、当該タップに負荷変調用抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｔｒを直列接続する。これにより、負荷変調時にアンテナコイルＬ２のインダクタンス成分が減少する為、負荷変調時のアンテナ回路の共振周波数が高く設定される。したがって、リーダ・ライタ装置１０側のアンテナコイルＬ１とアンテナ回路１００のアンテナコイルＬ２との間の結合度が高く（結合状態が密）なり、アンテナ回路１００の共振周波数が下がったとしても、負荷変調時にそれを補うように強制的に共振周波数を上げ、搬送周波数（１３．５６ＭＨｚ）におけるインピーダンス変化（負荷変調度）を大きくとることが可能になる。【選択図】  図１
2007058381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナコイルを備えた外部からのキャリア信号に共振し、このキャリア信号に応答して負荷変調信号を出力する第２のアンテナコイルと同調容量からなる共振部を備えるアンテナ回路において、
前記キャリア信号に応答して負荷変調信号を出力する際の負荷変調時に前記共振部の共振周波数を変化させて大きなインピーダンス変移を発生するインピーダンス変移部を具備することを特徴とするアンテナ回路。
【請求項２】
前記インピーダンス変移部は、前記第２のアンテナコイルの接地側に設けたタップと、このタップに直列接続された抵抗およびスイッチング素子とからなることを特徴とする請求項１記載のアンテナ回路。
【請求項３】
前記インピーダンス変移部は、前記共振部に並列接続されるコイルと、このコイルに直列接続された抵抗およびスイッチング素子とからなることを特徴とする請求項１記載のアンテナ回路。
【請求項４】
前記インピーダンス変移部は、前記共振部に並列接続されるコンデンサと、このコンデンサに直列接続された抵抗およびスイッチング素子と、このスイッチング素子をオンオフ駆動させる駆動信号を極性反転させるインバータとからことを特徴とする請求項１記載のアンテナ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカード等のウェアラブル情報通信機器に用いて好適なアンテナ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子マネーや電子乗車券等の機能を備えるウェアラブル情報通信機器として非接触ＩＣカードが実用化されている。図７は、電磁結合方式による非接触ＩＣカードシステムの構成を示すブロック図である。この図において、リーダ・ライタ装置１０（読み取り装置）は、キャリア発生部Ｅが発生するデータやコマンドを振幅変調（ＡＳＫ変調）してなる１３．５６ＭＨｚのキャリア（搬送波）を、負荷抵抗Ｒ１およびインピーダンス整合用の容量Ｃ１が並列接続されるアンテナコイルＬ１を介して無線送信する。つまり、リーダ・ライタ装置１０は電力伝送とデータ送信とを同時に行う１３．５６ＭＨｚの搬送波を出力する。
【０００３】
電磁結合方式でリーダ・ライタ装置１０とデータ授受する非接触ＩＣカード２０は、アンテナ回路１００およびＩＣチップ２００を備える。アンテナ回路１００は、共振部１０１、整流部１０２および負荷変調部１０３を備える。共振部１０１は、アンテナコイルＬ２および同調容量Ｃ２から構成され、リーダ・ライタ装置１０からのキャリア電波（磁界）に同調して誘起電圧を発生する。整流部１０２は、整流素子Ｄおよび平滑コンデンサＣ３から構成され、上記共振部１０１が発生する誘起電圧を整流して整流電圧を出力する。負荷変調部１０３は、共振部１０１に並列接続される負荷変調用抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｔｒから構成され、後述する変調回路の出力によりスイッチング素子Ｔｒをオンオフ駆動することで上記共振部１０１の負荷を変化させ、これにより受信したキャリアを再変調（負荷変調）して共振部１０１のアンテナコイルＬ２から送信する。
【０００４】
ＩＣチップ２００は、電源回路２０１、復調回路２０２、クロック再生回路２０３、変調回路２０４、ＣＰＵ２０５およびメモリ２０６を備える。電源回路２０１では、上記整流部１０２が発生する整流電圧を一定の駆動電圧に変換してチップ内部の各回路に電力供給する。復調回路２０２は、受信したキャリアを復調検波および波形整形して当該キャリアに含まれるデータやコマンド検出をする。クロック再生回路２０３は、受信したキャリアから伝送クロックを抽出する。
【０００５】
ＣＰＵ２０５は、復調されたデータやコマンドに従ってメモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ）にデータ書き込み又はデータ読み出しを行う。変調回路２０４は、ＣＰＵ２０５が読み出すデータを所定の符号化方式で変調して出力する。この変調回路２０４の出力によりスイッチング素子Ｔｒがオンオフ駆動されてキャリアが負荷変調されてリーダ・ライタ装置側へ送信される。なお、こうした非接触ＩＣカードシステムについては、例えば特許文献１又は特許文献２に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１４５９８７号公報
【特許文献２】特開平１１−３５５１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成による非接触ＩＣカードシステムでは、リーダ・ライタ装置１０側のアンテナコイルＬ１と非接触ＩＣカード２０側のアンテナコイルＬ２との相互インダクタンスがアンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度で決まる。アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度は、両コイルの離間距離やコイルサイズ等によって変化し、概ね「０．０５」〜「０．５」程度の範囲で変化することが知られている。非接触ＩＣカード２０側では、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が変化しても、リーダ・ライタ装置１０に対して安定した応答をするためになるべく大きなインピーダンス変化（負荷変調度）が要求されるが、上述した従来のアンテナ回路１００では、負荷変調用抵抗Ｒ２によるインピーダンス変化だけなので、十分な負荷変調度を得ることが出来ず、非接触ＩＣカード２０がリーダ・ライタ装置１０に応答できない弊害も起こり得る。
【０００８】
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、十分な負荷変調度を得ることができるアンテナ回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１のアンテナコイルを備えた外部からのキャリア信号に共振し、このキャリア信号に応答して負荷変調信号を出力する第２のアンテナコイルと同調容量からなる共振部を備えるアンテナ回路において、
前記キャリア信号に応答して負荷変調信号を出力する際の負荷変調時に前記共振部の共振周波数を変化させて大きなインピーダンス変移を発生するインピーダンス変移部を具備することを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１に従属する請求項２に記載の発明では、前記インピーダンス変移部は、前記第２のアンテナコイルの接地側に設けたタップと、このタップに直列接続された抵抗およびスイッチング素子とからなることを特徴とする。
【００１１】
上記請求項１に従属する請求項３に記載の発明では、前記インピーダンス変移部は、前記共振部に並列接続されるコイルと、このコイルに直列接続された抵抗およびスイッチング素子とからなることを特徴とする。
【００１２】
上記請求項１に従属する請求項４に記載の発明では、前記インピーダンス変移部は、前記共振部に並列接続されるコンデンサと、このコンデンサに直列接続された抵抗およびスイッチング素子と、このスイッチング素子をオンオフ駆動させる駆動信号を極性反転させるインバータとからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、キャリア信号に応答して負荷変調信号を出力する際の負荷変調時に前記共振部の共振周波数を変化させて大きなインピーダンス変移を発生するので、十分な負荷変調度を得ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、第２のアンテナコイルの接地側の所定位置に設けたタップに、少なくとも抵抗およびスイッチング素子を直列接続することによって、負荷変調時に第２のアンテナコイルのインダクタンス成分が減少する為、負荷変調時のアンテナ回路の共振周波数が高く設定される。したがって、リーダ・ライタ装置１０側の第１のアンテナコイルとアンテナ回路の第２のアンテナコイルとの間の結合度が高く（結合状態が密）なり、アンテナ回路の共振周波数が下がったとしても、負荷変調時にそれを補うように強制的に共振周波数を上げ、搬送周波数におけるインピーダンス変化を大きくする結果、十分な負荷変調度を得ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、前記共振部に並列接続されるコイルを設け、このコイルに少なくとも抵抗およびスイッチング素子を直列接続することによって、負荷変調時に共振部の合成インダクタンス成分が減少する為、負荷変調時のアンテナ回路の共振周波数が高く設定される。したがって、リーダ・ライタ装置１０側の第１のアンテナコイルＬとアンテナ回路の第２のアンテナコイルとの間の結合度が高く（結合状態が密）なり、アンテナ回路の共振周波数が下がったとしても、負荷変調時にそれを補うように強制的に共振周波数を上げ、搬送周波数におけるインピーダンス変化を大きくする結果、十分な負荷変調度を得ることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、前記共振部に並列接続されるコンデンサを設け、このコンデンサに負荷変調用の抵抗およびスイッチング素子を直列接続すると共に、当該スイッチング素子をオンオフ駆動させる駆動信号を極性反転させるインバータを備えることによって、スイッチング素子の状態によって共振部の合成キャパシタンス成分を増減することにより、アンテナ回路の共振周波数を変化させることができる。つまり、負荷変調時（スイッチング素子がオン/オフ）により共振周波数を変化させ、搬送周波数におけるインピーダンス変化を大きくする結果、スイッチング素子がオン状態に設定されている時に共振部の合成キャパシタンス成分の増加によりアンテナ回路の共振周波数が低くなるが、インバータにて変調極性を反転させる為、相対的に負荷変調時（スイッチング素子がオフ状態）の共振周波数が高く設定される。つまり、負荷変調時（スイッチング素子がオフ状態）に共振周波数が上がり、搬送周波数におけるインピーダンス変化を大きくする結果、十分な負荷変調度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では、最初に本発明の原理について述べた後、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（１）発明の原理
前述したように、非接触ＩＣカード２０のアンテナ回路１００では、アンテナコイルＬ１とリーダ・ライタ装置１０側のアンテナコイルＬ２間の結合度が変化しても、リーダ・ライタ装置に対して安定した応答をするためになるべく大きなインピーダンス変化（負荷変調度）が要求される。しかしながら、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が変化すると、それに応じて共振特性が変化する為、負荷変調用抵抗Ｒ２によるインピーダンス変化だけでは十分な負荷変調度が得られなくなる。具体的には、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が高く（結合状態が密）なると、アンテナ回路１００の共振周波数が下がり、これにより搬送周波数におけるインピーダンス変化が低下する。その為、本発明では、負荷変調時にアンテナ回路１００の共振周波数を変化させて大きなインピーダンス変移を発生させ、十分な負荷変調度を得るように制御する。
【００１８】
（２）第１実施形態
次に、図１〜図２を参照して第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態によるアンテナ回路１００の構成を示すブロック図である。この図において、図７に図示した従来例と共通する回路要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１に示すアンテナ回路１００が図７に図示した従来例と相違する点は、負荷変調部１０４として、共振部１０１のアンテナコイルＬ２の接地側に近接した位置にタップＴｐと、このタップＴｐに負荷変調用抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｔｒを直列接続した構成を備えるところにある。このような構成によれば、負荷変調時にアンテナコイルＬ２のインダクタンス成分が減少する為、負荷変調時のアンテナ回路１００の共振周波数が高く設定されるよう制御される。
【００１９】
こうしたアンテナ回路１００を用いた実験結果を図２に図示する。図２は、図１に図示した構成のアンテナ回路１００が負荷変調した時にリーダ・ライタ装置１０側に生じる電位Ｖ１を、アンテナ間結合度（ｋ＝０．１，０．２，０．５）別に計測した結果を表す。なお、この実験では、リーダ・ライタ装置１０側のキャリア発生部Ｅから±１５Ｖの振幅で１３．５６ＭＨｚのキャリアを出力させ、一方、アンテナ回路１００のスイッチング素子Ｔｒを実際にオンオフ駆動させる替わりに、スイッチング素子Ｔｒのオン状態に対応させて負荷変調用抵抗Ｒ２を１０Ω、スイッチング素子Ｔｒのオフ状態に対応させて負荷変調用抵抗Ｒ２を１ＭΩに設定した時のリーダ・ライタ装置１０側の電位Ｖ１を計測している。また、スイッチング素子Ｔｒのオン設定に対応した負荷変調度を括弧内に併記している。
【００２０】
図２に示す実験結果から明らかなように、アンテナ間結合度が上がる程、負荷変調度が高まる。つまり、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が高く（結合状態が密）なり、アンテナ回路１００の共振周波数が下がったとしても、負荷変調時にそれを補うように強制的に共振周波数を上げ、搬送周波数（１３．５６ＭＨｚ）におけるインピーダンス変化を大きくする。この結果、十分な負荷変調度が得られずに非接触ＩＣカードがリーダ・ライタ装置に応答できなくなる弊害を回避し得る。また、アンテナコイルＬ２の接地側に近接した位置に設けたタップＴｐに負荷変調用抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｔｒを直列接続する構成なので、回路素子を増やすことなく極めて簡便に実現できるという利点も得られる。なお、本実施形態では、負荷変調用抵抗Ｒ２を設けているが、これは必須ではなく、アンテナコイルＬ２の接地側に近接した位置に設けたタップＴｐにスイッチング素子Ｔｒを直接接続する態様としても構わない。
【００２１】
（２）第２実施形態
次に、図３〜図４を参照して第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態によるアンテナ回路１００の構成を示す回路図である。この図に示すアンテナ回路１００が図７に図示した従来例と相違する点は、負荷変調部１０５として、アンテナコイルＬ２および同調容量Ｃ２からなる共振部１０１に並列接続されるコイルＬ３と、このコイルＬ３に負荷変調用抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｔｒを直列接続した構成を備えるところにある。この構成によれば、負荷変調時に共振部１０１の合成インダクタンス成分が減少する為、負荷変調時のアンテナ回路１００の共振周波数が高く設定されるよう制御される。
【００２２】
こうした第２実施形態においても、図４に示す実験結果から明らかなように、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が高く（結合状態が密）なり、アンテナ回路１００の共振周波数が下がったとしても、負荷変調時にそれを補うように強制的に共振周波数を上げ、搬送周波数（１３．５６ＭＨｚ）におけるインピーダンス変化を大きくする為、十分な負荷変調度が得られずに非接触ＩＣカードがリーダ・ライタ装置に応答できなくなる弊害を回避し得る。なお、本実施形態では、負荷変調用抵抗Ｒ２を設けているが、これは必須ではなく、アンテナコイルＬ３の接地側一端にスイッチング素子Ｔｒを直接接続する態様としても構わない。
【００２３】
（３）第３実施形態
次に、図５〜図６を参照して第３実施形態について説明する。図５は、第３実施形態によるアンテナ回路１００の構成を示す回路図である。この図に示すアンテナ回路１００が図７に図示した従来例と相違する点は、負荷変調部１０６として、アンテナコイルＬ２および同調容量Ｃ２からなる共振部１０１に並列接続されるコンデンサＣ３と、このコンデンサ３に負荷変調用抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｔｒを直列接続し、さらにスイッチング素子をオンオフ駆動させる駆動信号を極性反転させるインバータを備えるところにある。
【００２４】
上記構成では、スイッチング素子Ｔｒがオン状態に設定されている時に共振部１０１の合成キャパシタンス成分の増加によりアンテナ回路１００の共振周波数が低くなるが、インバータＩＮＶにて変調極性を反転させる為、相対的に負荷変調時（スイッチング素子Ｔｒがオフ状態）のアンテナ回路１００の共振周波数が高く設定されるよう制御される。したがって、図６に示す実験結果から明らかなように、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が高く（結合状態が密）なり、アンテナ回路１００の共振周波数が下がったとしても、負荷変調時（スイッチング素子Ｔｒがオフ状態）に共振周波数が上がり、搬送周波数（１３．５６ＭＨｚ）におけるインピーダンス変化を大きくとれる。この結果、十分な負荷変調度が得られずに非接触ＩＣカードがリーダ・ライタ装置に応答できなくなる弊害を回避し得る。
【００２５】
以上説明したように、本発明では、アンテナコイルＬ１、Ｌ２間の結合度が高くなり、搬送周波数におけるインピーダンス変化が低下しても、負荷変調時にアンテナ回路１００の共振周波数を高めるので、十分な負荷変調度を得ることができ、これ故、十分な負荷変調度が得られずに非接触ＩＣカードがリーダ・ライタ装置に応答できなくなるという従来の弊害を防止できる。
なお、上述した各実施形態では、非接触ＩＣカードのアンテナ回路１００について述べたが、本発明の要旨はこれに限定されず、例えばＲＦＩＤ（無線タグ）等の電磁結合方式でリーダ・ライタ装置１０とデータ授受するデータキャリア全般に適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】第１実施形態の実験結果を示す図である。
【図３】第２実施形態の構成を示す回路図である。
【図４】第２実施形態の実験結果を示す図である。
【図５】第３実施形態の構成を示す回路図である。
【図６】第３実施形態の実験結果を示す図である。
【図７】従来例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  リーダ・ライタ装置
２０  非接触ＩＣカード
１００  アンテナ回路
１０１  共振部
１０４、１０５、１０６  負荷変調部（制御部）
２００  ＩＣチップ
Ｌ１    アンテナコイル（第１のアンテナコイル）
Ｌ２    アンテナコイル（第２のアンテナコイル）
Ｃ２    コンデンサ（同調容量）
Ｔｐ    タップ
Ｔｒ    スイッチング素子
Ｌ３    コイル
Ｃ４    コンデンサ
ＩＮＶ  インバータ
【図１】
2007058381.tif 000003
【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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