(57)【要約】【課題】２の無線装置が互いのループアンテナを対向させて通信を行う無線通信システムにおいて、アンテナどうしが近接した場合に生じる周波数スプリットに起因する通信の不調を改善する。【解決手段】無線通信装置１０のループアンテナ１１は無線部１３により給電され、図示しない非接触ＩＣカードのループアンテナと近接、対向して通信を行う。制御部１８は、無線通信装置１０のＲＦＩＤシステムにおける非接触ＩＣカードとしての機能とリーダライタ装置としての機能を切り換えることができる。制御部１８は、無線通信装置１０が非接触ＩＣカードとして用いられる場合にスイッチ素子１５を閉状態、無線通信装置１０がリーダライタ装置として用いられる場合にスイッチ素子１５を開状態にすることができる。リーダライタ装置の場合にリアクタンス素子１６をループアンテナ１１に非接続として共振周波数を所定周波数より高い値に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触ＩＣカードとの間で所定の周波数において通信を行うことのできる無線通信装置において、
前記所定の周波数又はその近傍の固有共振周波数を有すると共に、前記固有共振周波数より高い共振周波数を持つように切り換えることのできるアンテナを備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
非接触ＩＣカードとの間で通信を行う動作モードに切り換えたときに、前記アンテナの共振周波数を切り換えることができる切り換え手段をさらに備えた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】
さらに動作モードの選択により非接触ＩＣカードとして通信を行うことができ、非接触ＩＣカードとの間で通信を行う動作モードに切り換えたときに、前記アンテナの共振周波数を切り換えることができる切り換え手段をさらに備えた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】
前記所定の周波数が１３．５６メガヘルツのとき、前記アンテナの共振周波数を１４メガヘルツ以上１８メガヘルツ以下に設定することができ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５】
非接触ＩＣカードとリーダライタ手段が対向して所定の周波数において通信を行うことのできる無線通信システムにおいて、
前記リーダライタ手段は、前記所定の周波数又はその近傍の固有共振周波数を有すると共に、前記固有共振周波数より高い共振周波数を持つように切り換えることのできるアンテナを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
前記リーダライタ手段は、非接触ＩＣカードとの間で通信を行う動作モードに切り換えたときに、前記アンテナの共振周波数を切り換えることができる切り換え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記リーダライタ手段はさらに動作モードの選択により非接触ＩＣカードとして通信を行うことができ、非接触ＩＣカードとの間で通信を行う動作モードに切り換えたときに、前記アンテナの共振周波数を切り換えることができる切り換え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記リーダライタ手段は、前記所定の周波数が１３．５６メガヘルツのとき、前記アンテナの共振周波数を１４メガヘルツ以上１８メガヘルツ以下に設定することができることを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信装置及び無線通信システムに係り、特に非接触ＩＣカードとの間で通信を行うことのできる無線通信装置及びこれを含む無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線を利用した個体識別（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ、以下ＲＦＩＤと略す。）の技術が、鉄道の自動出改札、企業や事務所の出退勤管理、各種の電子マネー等に広く用いられている。ＲＦＩＤの一形態においては、リーダライタと呼ばれる装置と非接触ＩＣカード（以下、カードという。）と呼ばれる情報媒体との間の無線通信を介して情報がやり取りされる。リーダライタの内蔵するループアンテナとカードの内蔵するループアンテナを対向させて通信可能な状態におくことにより、リーダライタがカードに対して情報を書き込み、またカードから情報を読み取ることができる。
【０００３】
携帯電話にも、このようなＲＦＩＤに対応する機能が搭載された機種がある。当初は携帯電話にカード機能が搭載され、最近ではリーダライタ機能も搭載されるようになっており、携帯電話の多機能・多用途化の一端を示している。
【０００４】
さて、従来のＲＦＩＤのシステムにおいては、リーダライタの内蔵するループアンテナとカードの内蔵するループアンテナはそれぞれ共振器を構成し、それらの共振周波数は公称値が等しく設定されている。ところが、このような設定では、カードとリーダライタが極めて接近した場合に通信ができなくなるという現象の起きることが知られている。
【０００５】
上記の現象については、２つの理由が考えられる。第１の理由は、ＲＦＩＤシステムにおいて送受信される振幅偏移変調（ＡＳＫ）された信号の復調特性の搬送波周波数依存性にある（例えば、特許文献１参照。）。より具体的にいうと、ＡＳＫオン信号の復調電圧対搬送波周波数の特性曲線とＡＳＫオフ信号の復調電圧対搬送波周波数の特性曲線はある搬送波周波数の値において交差するため、この値が実際に使用される搬送波周波数の値に近いとＡＳＫオン／オフの区別ができなくなる。
【０００６】
第２の理由は、一般に共振周波数が等しい２つの共振器を相互に近づけていくと、周波数が徐々に分離してｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２）の２つの周波数が現れる周波数スプリットと呼ばれる現象にある（例えば、非特許文献１又は非特許文献２参照。）。周波数スプリットは、上記のリーダライタ及びカード間でも相互の間隔がある程度以上狭まって結合が強まったときに発生する。周波数スプリットの値が限度を超えて大きくなると、リーダライタ及びカード間の通信ができなくなる場合がある。
【０００７】
上記の周波数スプリットに関して、ＲＦＩＤシステムを例にとって図１１ないし図１３を参照して説明する。図１１は、ＲＦＩＤシステム用のカード単体のリターンロスの周波数特性の実測例である。図１１の横軸は周波数を表し、中央が１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）に、一目盛りが１ＭＨｚにそれぞれ対応する。図１１の縦軸はリターンロスを表し、最大値が０デシベル（ｄＢ）、一目盛りが１ｄＢにそれぞれ対応する。
【０００８】
図１２は、ＲＦＩＤシステム用の従来のリーダライタ装置単体のリターンロスの周波数特性の実測例である。図１２の横軸は図１１の横軸と同じである。図１２の縦軸はリターンロスを表し、最大値が０ｄＢ、一目盛りが０．２ｄＢにそれぞれ対応する。
【０００９】
図１３は、図１１に単体の特性を表したカードと、図１２に単体の特性を表したリーダライタ装置のループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例である。図１３の横軸、縦軸は、図１２の横軸、縦軸とそれぞれ同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれリーダライタ装置、カードの共振点を表す。この場合は前述した周波数スプリットの値が約５．５ＭＨｚであると共に、カードの共振周波数が１８．０ＭＨｚ程度まで上がり、カードとリーダライタ装置の間で通信を行うことが難しくなる。
【特許文献１】特開第２００３−６７６８９号公報（第２ないし６ページ、図５）
【非特許文献１】河口、小林、馬、「分布定数共振器間電磁結合の等価回路表示に関する研究」、電子情報通信学会技術研究報告ＥＭＣＪ２００３−７８／ＭＷ２００３−１７５、２００３年１０月
【非特許文献２】伊藤、峯邑、天野、「ＨＦ帯ＲＦＩＤにおける不感領域と結合係数の関係」、電子情報通信学会総合大会Ｂ−１−１４３、２００７年３月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１に開示された従来の技術は、上記の第１の理由によるカードとリーダライタ間の通信不調の問題を、カード側アンテナの固有共振周波数の設定値を下げる（公称値１３．５６ＭＨｚに対して、１３．０±０．３ＭＨｚにする。明細書の段落「００７２」及び「００７３」参照。）という手段によって解決しようとする。しかしこの解決手段は、固有共振周波数をほぼ公称値に合わせたカードが多数頒布されている実情に合うものとはいえない。また、特許文献１においては上記の第２の理由が考慮されていない。
【００１１】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、カードとリーダライタのループアンテナどうしの近接によって生じる周波数スプリットに起因する通信の不調を改善することのできる無線通信装置及び無線通信システム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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の無線通信装置は、非接触ＩＣカードとの間で所定の周波数において通信を行うことのできる無線通信装置において、前記所定の周波数又はその近傍の固有共振周波数を有すると共に、前記固有共振周波数より高い共振周波数を持つように切り換えることのできるアンテナを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の無線通信システムは、非接触ＩＣカードとリーダライタ手段が対向して所定の周波数及びその近傍において通信を行うことのできる無線通信システムにおいて、前記リーダライタ手段は、前記所定の周波数又はその近傍の固有共振周波数を有すると共に、前記固有共振周波数より高い共振周波数を持つように切り換えることのできるアンテナを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リーダライタ側アンテナの固有共振周波数の調整により、非接触ＩＣカードと対向させたときのループアンテナどうしの近接によって生じる周波数スプリットに起因する通信不調の問題を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１ないし図１０を参照して、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係る無線通信システム１の構成を表すブロック図である。無線通信システム１は、無線通信装置１０と非接触ＩＣカード２０を備えている。無線通信システム１は例えば無線周波数１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）又はその近傍の周波数を利用した個体識別（ＲＦＩＤ）システム、無線通信装置１０は例えばＲＦＩＤシステム用のリーダライタ機能内蔵の携帯電話機とすることができる。さらに無線通信装置１０は、ＲＦＩＤシステム用のカード機能とリーダライタ機能を切り換えて設定することができ、ある時にはカードとして、別の時にはリーダライタ装置として用いられるようにすることができる。
【００１６】
無線通信装置１０は、ループアンテナ１１を内蔵している。非接触ＩＣカード２０は、ループアンテナ２１を内蔵している。無線通信装置１０は、ループアンテナ１１をループアンテナ２１に対向させて非接触ＩＣカード２０との間で通信を行うことができる。なお、ここでいう通信には、ＲＦＩＤシステムに代表される情報媒体に対する情報の書き込み又は情報媒体からの情報の読み出しのような情報のやり取りを含む。
【００１７】
図２（ａ）は、無線通信装置１０におけるループアンテナ１１に対する接続の一例を表す図である。無線通信装置１０に内蔵された無線部１３はループアンテナ１１に接続され、ループアンテナ１１に対して給電することができる。無線部１３に対してループアンテナ１０と並列に、スイッチ素子１５を直列に接続したリアクタンス素子１６が接続される。無線通信装置１０に内蔵された制御部１８は、スイッチ素子１５の開閉を制御することができる。
【００１８】
ループアンテナ１１は、固有共振周波数が例えばＲＦＩＤシステムの所定周波数である１３．５６ＭＨｚ又はその近傍に設定されたものとする。制御部１８は、例えば無線通信装置１０が図示しない操作入力手段を通して操作されることにより、ＲＦＩＤシステムの非接触ＩＣカードとしての機能とリーダライタ装置としての機能を切り換えることができる。制御部１８は、無線通信装置１０が非接触ＩＣカードとして用いられる場合にスイッチ素子１５を閉状態とし、無線通信装置１０がリーダライタ装置として用いられる場合にスイッチ素子１５を開状態とすることができる。
【００１９】
図２（ｂ）は、無線通信装置１０におけるループアンテナ１１に対する接続の他の例を表す図である。図２（ｂ）の図２（ａ）との相違は、ループアンテナ１１と並列に接続されるリアクタンス素子１７が追加された点である。その他の構成はそれぞれ図２（ａ）に表したものと同じであるから、同じ符号を付して表す。
【００２０】
図２（ｂ）においては、リアクタンス素子１６及び１７の定数を、ループアンテナ１１と並列に合成されて使用周波数（例えば上記の１３．５６ＭＨｚ）における共振が得られるように選ぶことができる。制御部１８は、無線通信装置１０が非接触ＩＣカードとして用いられる場合にスイッチ素子１５を閉状態とし、無線通信装置１０がリーダライタ装置として用いられる場合にスイッチ素子１５を開状態とすることができる。
【００２１】
以上に説明した構成及び接続により、ループアンテナ１１は無線通信装置１０が非接触ＩＣカードとして用いられる場合に上記の固有共振周波数において共振し、無線通信装置１０がリーダライタ装置として用いられる場合にリアクタンス素子１６が非接続となるために上記の固有共振周波数よりも高い周波数において共振する。固有共振周波数よりも高い周波数の値は、リアクタンス素子１６の定数値により選んで設定することが可能である。
【００２２】
図３ないし図１０は、無線通信装置１０がリーダライタ装置として用いられる場合のループアンテナ１１の共振周波数の設定値をパラメータとして、無線通信装置１０のループアンテナ１１と非接触ＩＣカード２０のループアンテナ２１を互いに対向、近接させた場合のそれぞれのリターンロスの周波数特性の実測例を表す。
【００２３】
図３におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１４ＭＨｚである。図３の横軸は周波数を表し、中央が１３．５６ＭＨｚに、一目盛りが１ＭＨｚにそれぞれ対応する。図３の縦軸はリターンロスを表し、最大値が０デシベル（ｄＢ）、一目盛りが０．２ｄＢにそれぞれ対応する。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００２４】
図３に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１４ＭＨｚに設定してループアンテナ２１に対向、近接させたときのループアンテナ２１の共振点は、周波数スプリットを生じるために所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）より低下するが、ループアンテナ１１の共振周波数を所定周波数より高めたことの効果により、約１２．５ＭＨｚまでの低下にとどまる。したがって、前述した図１３の場合に比べて所定周波数との差が縮まり、通信を行える可能性が高くなる。
【００２５】
図４におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１４．５ＭＨｚである。図４の横軸は周波数を表し、中央が１５．７６ＭＨｚに、一目盛りが１ＭＨｚにそれぞれ対応する。図４の縦軸は、図３の縦軸と同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００２６】
図４に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１４．５ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１２．８ＭＨｚであって、上述した図３の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差がさらに縮まり、通信を行える可能性がより高くなる。
【００２７】
図５におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１５ＭＨｚである。図５の横軸、縦軸は、図４の横軸、縦軸とそれぞれ同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００２８】
図５に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１５ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１２．９ＭＨｚであって、上述した図４の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差がさらに縮まり、通信を行える可能性がより高くなる。
【００２９】
図６におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１５．５ＭＨｚである。図６の横軸、縦軸は、図４の横軸、縦軸とそれぞれ同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００３０】
図６に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１５．５ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１３．２ＭＨｚであって、上述した図５の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差がさらに縮まり、通信を行える可能性がより高くなる。
【００３１】
図７におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１６ＭＨｚである。図７の横軸、縦軸は、図４の横軸、縦軸とそれぞれ同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００３２】
図７に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１６ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１３．４ＭＨｚであって、上述した図６の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差がさらに縮まり、通信を行える可能性がより高くなる。
【００３３】
図８におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１６．５ＭＨｚである。図８の横軸、縦軸は、図４の横軸、縦軸とそれぞれ同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００３４】
図８に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１６．５ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１３．５ＭＨｚであって、上述した図７の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差がさらに縮まり、通信を行える可能性がより高くなる。
【００３５】
図９におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１７ＭＨｚである。図９の横軸、縦軸は、図４の横軸、縦軸とそれぞれ同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００３６】
図９に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１７ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１３．７ＭＨｚであって、上述した図８の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差がわずかに大きいが、通信を行える可能性は依然として高い。
【００３７】
図１０におけるループアンテナ１１の共振周波数の設定値は、１７．５ＭＨｚである。図１０の横軸は周波数を表し、中央が１７ＭＨｚに、一目盛りが１ＭＨｚにそれぞれ対応する。図１０の縦軸は、図４の縦軸と同じである。図中の左側、右側の共振点は、それぞれループアンテナ２１、ループアンテナ１１の共振点を表す。
【００３８】
図１０に示すように、ループアンテナ１１の共振周波数を１７．５ＭＨｚに設定したときのループアンテナ２１の共振点は約１３．７ＭＨｚであって、上述した図９の場合に比べて所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）との差はほぼ同じであり、通信を行える可能性は依然として高い。
【００３９】
図３ないし図１０について上述したように、ループアンテナ１１の共振周波数を１６ＭＨｚ以上１７ＭＨｚ以下の範囲に設定した場合に、対向する非接触ＩＣカード２０のループアンテナ２１の共振点が所定周波数（１３．５６ＭＨｚ）に最も近づくという望ましい結果が得られている。
【００４０】
以上説明した本発明の実施例によれば、無線通信装置１０と非接触ＩＣカード２０の間の無線通信の所定周波数が１３．５６ＭＨｚのとき、無線通信装置１０のループアンテナ１１の共振周波数を１４ＭＨｚ以上１８ＭＨｚ以下の範囲に設定した場合に非接触ＩＣカード２０のループアンテナ２１の共振点を上記所定周波数の近傍に維持して、通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係る無線通信システムのブロック図。
【図２】（ａ）は本発明の実施例に係る無線通信装置に含まれるループアンテナに対する接続の一例を表す図。（ｂ）は本発明の実施例に係る無線通信装置に含まれるループアンテナに対する接続の他の例を表す図。
【図３】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１４ＭＨｚ）。
【図４】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１４．５ＭＨｚ）。
【図５】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１５ＭＨｚ）。
【図６】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１５．５ＭＨｚ）。
【図７】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１６ＭＨｚ）。
【図８】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１６．５ＭＨｚ）。
【図９】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１７ＭＨｚ）。
【図１０】本発明の実施例に係る無線通信装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例（無線通信装置のループアンテナの共振周波数設定値は１７．５ＭＨｚ）。
【図１１】ＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのリターンロスの周波数特性の実測例。
【図１２】ＲＦＩＤシステム用の従来のリーダライタ装置単体のリターンロスの周波数特性の実測例。
【図１３】ＲＦＩＤシステム用の従来のリーダライタ装置とＲＦＩＤシステム用の非接触ＩＣカードのループアンテナどうしを対向、近接させた場合の、それぞれのリターンロスの周波数特性の実測例。
【符号の説明】
【００４２】
１  無線通信システム
１０  無線通信装置
１１、２１  ループアンテナ
２０  非接触ＩＣカード
１３  無線部
１５  スイッチ素子
１６、１７  リアクタンス素子
１８  制御部
【図１】
2009176027.tif 000003
【図２】
2009176027.tif 000004
【図３】
2009176027.tif 000005
【図４】
2009176027.tif 000006
【図５】
2009176027.tif 000007
【図６】
2009176027.tif 000008
【図７】
2009176027.tif 000009
【図８】
2009176027.tif 000010
【図９】
2009176027.tif 000011
【図１０】
2009176027.tif 000012
【図１１】
2009176027.tif 000013
【図１２】
2009176027.tif 000014
【図１３】
2009176027.tif 000015