(57)【要約】【課題】簡易な構成で、消費電力を犠牲にすることなく、広範な送信電力制御や変調度の変化に対応することができる非接触ICリーダライタに好適な送信装置を提供する。【解決手段】局部発振器(Lo)１３の出力は、２系統の位相器１４，１５において、送信電力の設定６、変調度７および変調信号５の符号に応じて、それぞれ基準位相(= 0)に対して、正負が逆になるような位相変化(=±θ)が加えられて送信電力増幅器(PA)１６，１７に入力される。２系統の送信電力増幅器(PA)１６，１７の出力はそれぞれ整合回路１８，１９を経由してアンテナコイル２０，２１に供給され、ここでそれぞれのアンテナで発生される磁界がベクトル合成されることにより、アンテナコイル２０，２１へ供給される２系統の信号の位相差に応じて発生する磁界の強さを変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触ICカードリーダライタに用いる送信装置において、位相器、送信電力増幅器および整合回路を各別にこの順に接続して２系統となし、前記整合回路に各別に接続される同一平面上に配置された２つのアンテナと、前記２系統の位相器に局部発振信号を印加する局部発振器と、前記２系統の位相器に印加された前記局部発振信号の位相変化を正負逆に制御する制御部と、を備え、
前記２つのアンテナに各別に出力される信号が同一振幅で位相のみを異ならせることにより、前記２つのアンテナで合成される磁界の振幅を前記位相により制御することを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記系統のそれぞれの位相器の位相を、送信電力の設定、振幅変調の変調度の設定、および変調信号の符号により制御することを特徴とする請求項１記載の送信装置。
【請求項３】
非接触ICカードリーダライタに用いる送信装置において、位相器、送信電力増幅器および整合回路を各別にこの順に接続して２系統となし、前記２系統の整合回路の出力にアンテナコイルの両端が接続されるアンテナと、前記２系統の位相器に局部発振信号を印加する局部発振器と、前記２系統の位相器に印加された前記局部発振信号の位相変化を負側に対して正側を１８０度ずらして制御する制御部と、を備え、
前記アンテナのコイル両端への入力となる信号が同一振幅で位相のみを異ならせることにより、前記アンテナで合成される磁界の振幅を前記位相により制御することを特徴とする送信装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記系統のそれぞれの位相器の位相を、送信電力の設定、振幅変調の変調度の設定、および変調信号の符号により制御することを特徴とする請求項３記載の送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易な構成で、消費電力を犠牲にすることなく、広範な送信電力制御や変調度の変化に対応することができる非接触IC(Integrated Circuit)カードリーダライタ(Reader/Writer)に好適な送信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子マネーや電子乗車券などの分野において、非接触IC(Integrated Circuit)カードの普及が進んでいる。非接触ICカードシステムは、リーダライタ(Reader/Writer)と非接触ICカードから構成され、リーダライタから放射される磁界により非接触ICカードは内蔵するIC(Integrated Circuit)を起動する。放射する磁界の振幅に変調をかけることによりリーダライタから非接触ICカードへの通信を実現し、非接触ICカードからリーダライタへの通信は、リーダライタが放射する磁界に対して非接触ICカード内の負荷を切り替え、これをリーダライタが検出することにより行われる（負荷変調）。
【０００３】
リーダライタの送信装置は、非接触ICカードへ駆動電力を供給する必要があることから、特に近接型の場合、１〜４ワットと言う比較的大きな出力電力を必要とする。それに伴い送信装置、特に送信装置の最終段に接続される送信電力増幅器には、消費電力および熱対策の問題から、高効率であることが望まれる。高効率である送信電力増幅器を実現するためには、一般的には、能動素子を非線形領域で駆動することになるが、この非線形増幅により振幅変調の信号は歪んでしまう恐れがある。しかも、近年のリーダライタは、例えばISO 14443のType AとType Bの複数の変調方式に対応することが要求されており、これらの振幅変調における変調度は異なるため、線形性への要求は厳しい。
【０００４】
さらに、非接触ICカードが近接した場合には、過大な電力を非接触ICカードに供給することや、インピーダンス不整合から送信電力増幅器に反射される電力を抑えるために、送信電力を抑える制御を行うことがあるが、非線形な電力増幅器にて送信電力制御を行うのは、一般的には複雑な制御や構成が必要とされる。
【０００５】
上記の課題を解決する方策として様々な方式が提案されているが、この中で特に複数のアンテナおよび送信電力増幅器を用いるものとして、以下に示す特許文献１および特許文献２を挙げることができる。
【０００６】
特許文献１は、複数の送信電力増幅器およびアンテナを同一平面状に配置することにより、同一平面上のアンテナの数だけ大きな磁界を発生させようとするものである。
特許文献２は、非接触ICカードが近接した場合に、これを検出して、補助送信機から磁界を打ち消すような信号を送信するものである。
【特許文献１】特開平０８−１９４７８５号公報
【特許文献２】特開２００７−０７４１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１は、複数の送信電力増幅器およびアンテナを同一平面状に配置することにより、同一平面上のアンテナの数だけ大きな磁界を発生させようとするものであるが、振幅変調された信号を電力増幅器に入力する構成であるため、振幅変調の信号が歪まないようにする必要性から非線形増幅とすることができないという課題があった。
【０００８】
また上記した特許文献２は、非接触ICカードが近接した場合に、これを検出して、補助
送信機から磁界を打ち消すような信号を送信するものであるが、補助送信機は、単に発生している磁界と位相の反転した搬送波を送信するものであり、広範囲な送信電力制御や、変調度の変化に対応できないという課題があった。
【０００９】
したがって、これらの従来技術では、線形増幅器を用いて送信電力制御や変調度の制御に対応することにより、消費電力または電力効率のいずれかを犠牲にするもので、これらを両立させることはできない、と言う問題があった。
【００１０】
上記の課題に鑑み、本発明は、簡易な構成で、消費電力を犠牲にすることなく、広範な送信電力制御や変調度の変化に対応することができる非接触ICリーダライタに好適な送信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】
【００１１】
本発明の送信装置は、非接触ICカードリーダライタに用いる送信装置において、位相器、送信電力増幅器および整合回路を各別にこの順に接続して２系統となし、前記整合回路に各別に接続される同一平面上に配置された２つのアンテナと、前記２系統の位相器に局部発振信号を印加する局部発振器と、前記２系統の位相器に印加された前記局部発振信号の位相変化を正負逆に制御する制御部と、を備え、前記２つのアンテナに各別に出力される信号が同一振幅で位相のみを異ならせることにより、前記２つのアンテナで合成される磁界の振幅を前記位相により制御することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の送信装置は、非接触ICカードリーダライタに用いる送信装置において、位相器、送信電力増幅器および整合回路を各別にこの順に接続して２系統となし、前記２系統の整合回路の出力にアンテナコイルの両端が接続されるアンテナと、前記２系統の位相器に局部発振信号を印加する局部発振器と、前記２系統の位相器に印加された前記局部発振信号の位相変化を負側に対して正側を１８０度ずらして制御する制御部と、を備え、前記アンテナのコイル両端への入力となる信号が同一振幅で位相のみを異ならせることにより、前記アンテナで合成される磁界の振幅を前記位相により制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成で、広範な送信電力制御や変調度の変化に対応することができる非接触ICカードリーダライタに好適な送信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る送信装置の構成を示す図である。図１に示す送信装置において符号器１１は、変調信号(データ)５に応じて、実際に振幅変調をかける信号(符号により振幅変調する信号)を制御部１２へ出力する。本実施形態の符号器１１で用いる符号としては、マンチェスタ符号や変形ミラー符号などであるが、これらはいずれも公知の符号である。そして制御部１２は、上記符号と、送信電力の設定６と、振幅変調の変調度７とに応じて、後述するような位相変化量(=θ)を算出し、２系統の位相器１４，１５に対して、それぞれの位相変化が−θおよび＋θとなるような制御信号８，９を出力する。
【００１５】
図２は、本発明の送信装置における位相器の第１の構成例を示す図である。図２に示す構成の位相器１４，１５は、制御信号８，９として直流電圧を可変容量ダイオード２５に印加して位相を制御するものである。図２に示される位相器の第１構成例は、従来から知られているもので特に目新しいものではない。
【００１６】
図３は、本発明の送信装置における位相器の第２の構成例を示す図である。図３に示す構成の位相器１４，１５は、制御信号８，９によりマルチプレクサ(Multiplexer)３１の出力をディジタルに制御、すなわち抵抗３２及び容量３３，・・抵抗３６及び容量３７のようにＲ(resistor)Ｃ(capacitor)がカスケードに接続されたＲＣ結合の縦続位置の選択により得られる位相制御量を出力するようにしている。図３に示される位相器の第２の構成例は従来から知られているもので特に目新しいものではない。
【００１７】
図１に示す２系統の位相器１４，１５では、局部発振器(Ｌｏ：local oscillator)１３の出力である正弦波(=A cosωt、ω=角周波数)の位相をそれぞれ−θおよび＋θだけ変化させる。つまり位相器１４，１５の出力はそれぞれA cos(ωt−θ)とA cos(ωt＋θ)になる。これらは、それぞれ２系統の送信電力増幅器(PA：power amplifier)１６，１７に入力される。ここで２系統の送信電力増幅器１６，１７の利得をGとすると、出力信号はそれぞれAG cos(ωt−θ)とAG cos(ωt＋θ)になる。これら２系統の信号は、それぞれ整合回路１８，１９を経由して、アンテナコイル２０，２１に入力される。アンテナコイル２０，２１は、例えば図４に示されるように、同一平面上にループ状に巻かれたもので、それぞれループアンテナを構成する。
【００１８】
ループアンテナからそれぞれ発生する磁界は、これら２系統の送信電力増幅器１６，１７および整合回路１８，１９から出力される信号の和(図５に示されるベクトル和)になることから、
AG cos(ωt−θ)＋AG cos(ωt＋θ)＝2・AG cosθcosωt        （１）
となる。
【００１９】
ここで得たい振幅変調信号V(t)を、以下の式（２）を満たすようにする。
V(t) = P(１+md)cosωt          （２）
ただし、Pは所望の送信電力（送信電力の設定で決まる）、mは振幅変調の変調度（0＜m≦1）、さらにdは変調信号の符号（= 1, - 1 ）である。
【００２０】
ここで、P，m，dの任意の組合せに対して、
P(１+md) = AG cosθ          （３）
となるような位相θは、一意に決めることができる。したがって、上記の式（３）を満たすように、制御部１２は位相θを制御することにより、搬送波位相の連続性を保持したまま、振幅を制御できることになる（図５参照）。ここで、２系統の送信電力増幅器１６，１７への入力信号の振幅は常にAとすることができるので、送信電力増幅器１６，１７への線形性に関する制約は緩和される。言い換えると、２系統の送信電力増幅器１６，１７は、例えばD級やE級などの線形性に関する制約が緩い電力増幅器であって、線形性は良くなくても高効率であるものを使用することができる。
【００２１】
なお、位相器１４，１５における位相変化量(=θ)が大きければ大きいほど、送信電力増幅器１６，１７における消費電力は変わらなくとも、合成されて出力される磁界の強さ（振幅）は小さくなる(図５参照)ため、効率は低下することになるが、(１)非接触ICカードシステムは、無通信状態においても非接触ICカードに所望の電力を供給するために、大きな磁界を発生させておく必要がある、つまり、無変調状態、即ち最も大きな送信電力を出力している時間が一番長いこと、また(２)非接触ICカードが近接していることによる送信電力制御を必要とする期間は、総体的に非常に短い期間であること、の経験則から、全体的にみた時の電力効率は非常に高いと言える。
【００２２】
このように本発明の第１の実施形態に係る送信装置は、送信電力増幅器(PA)、整合回路および位相器を各別に接続して２系統となし、これらの系統に各別に接続される同一平面上に配置された２つのアンテナ、さらに送信電力の設定、変調度の設定および変調信号の
符号に応じて２系統の位相器の位相変化量(=θ)を制御する制御部、および、局部発振器（Lo）から構成されるものであり、局部発振器（Lo）の出力は、上記２系統の位相器において、送信電力の設定、変調度の設定および変調信号の符号に応じて、それぞれ基準位相(= 0)に対して、正負が逆になるような位相変化(=±θ)が加えられて送信電力増幅器(PA)に入力され、そして上記２系統の送信電力増幅器(PA)の出力はそれぞれ整合回路を経由して上記したアンテナに供給されることでそれぞれのアンテナで発生される磁界がベクトル合成されることにより、アンテナへ供給される上記２系統の信号の位相差に応じて発生する磁界の強さを変化させている。
【００２３】
以上、本発明の第１の実施形態に係る送信装置によれば、複雑な制御や構成が必要とされない比較的簡易な構成で、消費電力を犠牲にすることなく、送信電力を広範に制御することが可能となる。
［実施形態２］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る送信装置の構成を示す図である。図６において図１と共通する部分には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２４】
図６に示す本発明の第２の実施形態に係る送信装置においては、１つのアンテナコイル２３の両端に２系統の送信電力増幅器１６，１７の出力が整合回路１８，１９を経由して入力される構成としている。このような構成とした場合には、制御部１１が位相器１４，１５における位相変化量(=θ)を−θおよびπ＋θとなるよう制御すること(図７参照)により、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
このように本発明の第２の実施形態に係る送信装置は、送信電力増幅器(PA)、整合回路および位相器を各別に接続して２系統となし、これらの系統の整合回路の出力にアンテナコイルの両端が接続されるアンテナ、さらに送信電力の設定、変調度の設定および変調信号の符号に応じて２系統の位相器の位相変化量(=θ+π，-θ)を制御する制御部、および、局部発振器（Lo）から構成されるものであり、局部発振器（Lo）の出力は、上記２系統の位相器において、送信電力の設定、変調度の設定および変調信号の符号に応じて、それぞれ基準位相(= 0)に対して、負側に対して正側を１８０度ずらすような位相変化(=θ+π，-θ)が加えられて送信電力増幅器(PA)に入力され、そして上記２系統の送信電力増幅器(PA)の出力はそれぞれ整合回路を経由して上記したアンテナに供給されることでアンテナで発生される磁界がベクトル合成されることにより、アンテナへ供給される上記２系統の信号の位相差に応じて発生する磁界の強さを変化させている。
【００２６】
以上、本発明の第２の実施形態に係る送信装置によれば、複雑な制御や構成が必要とされない比較的簡易な構成で、消費電力を犠牲にすることなく、送信電力を広範に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の送信装置における位相器の第１の構成例を示す図である。
【図３】本発明の送信装置における位相器の第２の構成例を示す図である。
【図４】本発明の送信装置におけるアンテナの構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る送信装置における２系統の送信信号とその合成信号のベクトル図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る送信装置における２系統の送信信号とその合成信号のベクトル図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１  符号器
１２  制御部
１３  局部発振器(Ｌｏ)
１４  位相器１
１５  位相器２
１６  送信電力増幅器(PA)１
１７  送信電力増幅器(PA)２
１８  整合回路１
１９  整合回路２
２０  アンテナコイル１
２１  アンテナコイル２
２３  アンテナコイル
２５  可変容量ダイオード
２６  抵抗
３１  マルチプレクサ(Multiplexer)
３２  抵抗
３３  容量(キャパシタ)
３４  抵抗
３５  容量(キャパシタ)
３６  抵抗
３７  容量(キャパシタ)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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