JP5020161B2

JP5020161B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP5020161B2
Application number: JP2008129930A
Authority: JP
Inventors: 泰弘西岡; 英征大橋; 友宏水野; 拓郎佐々木; 弘勝桶川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: JP2009278550A

Description

本発明は、ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＦＩＤ）システムで使用されるタグのアンテナ構成を備えた無線通信装置に関する。

近年、人や物品を自動的に認識、管理するＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＦＩＤ）システムの普及が急速に進んでいる。アンテナが発する電磁界には、準静電界、誘導界、放射界の３つの界がある。そして、これらの界強度は、それぞれ、アンテナからの距離の３乗、アンテナからの距離の２乗、アンテナからの距離に反比例する。

この観点からＲＦＩＤシステムの通信方式を分類すると、ＨＦ帯の誘導界を用いる誘導界結合方式と、ＵＨＦ帯の放射界を用いる放射界結合方式とに大別される。前者は、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数を使用し、入退室、入退場セキュリティー管理や、バス、鉄道等の公共交通機関における料金精算などに広く実用されている。

一方、後者は、４３３ＭＨｚ帯、８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ帯の周波数を使用し、前者に比べて通信距離が長く、主に物流管理、生産工場における部品管理などの用途に実用されつつある。現在のところは、前者の誘導界結合方式の方が広く普及している。

このような状況のなか、既存のＨＦ帯ＲＦＩＤシステムをそのまま保持し、これに加えて新たにＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムを導入したいという要望がある。この場合、ユーザの利便性を考慮すると、ユーザがそれぞれのＲＦＩＤシステム用のＲＦＩＤタグを複数所有することは望ましくなく、１つのタグで複数のＲＦＩＤシステムに対応できることが望ましい。

このような背景から、近年、ＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムの双方で利用可能なカード型ＲＦＩＤタグの研究開発が進められている。一例として、カード上に形成されたＨＦ帯通信用コイル導体の内側に、ＵＨＦ帯通信用ダイポールアンテナを形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１と類似の構成もある（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００４−２４０８９９号公報 K. S. Leong, M. L. Ng, and P. H. Cole，"Miniaturization of dual frequency RFID antenna with high frequency ratio，"2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Digest，pp.5475-5478, July 2007.

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
１枚のカード内にＨＦ帯通信用コイルとＵＨＦ帯通信用アンテナを配置する方法は、上述した２つの引用文献のように、ＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法と、ＨＦ帯用コイルの外側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法の２つの配置法に大別される。

前者の方法に関して、非特許文献１中には、ＵＨＦ帯の通信距離が約２ｍである点が記載されている。従って、例えば、このタグを車両入退場管理に使用することを考えた場合、その通信距離は、必ずしも十分ではなく、通信距離の改善が必要である。しかしながら、実用に際して十分な通信距離を達成するのは、容易ではない。

一方、後者の配置法では、ＵＨＦ帯用アンテナを配置するために、ＨＦ帯用コイルの実装面積を小さくする必要がある。しかしながら、ＨＦ帯の通信距離は、大まかにはコイルの面積に比例するので、ＨＦ帯用コイルの実装面積を小さくすることは、ＨＦ帯通信距離の低下を招く。

さらに、いずれの配置法においても、ＨＦ帯用コイルとＵＨＦ帯用アンテナとの相互干渉が発生する。そして、この相互干渉による通信距離低下を軽減するためには、両アンテナ導体間の距離を、ある程度離すことが必要になると考えられる。これにより、さらに各アンテナの実装面積が小さくなり、通信距離の低下を招くと考えられる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることを目的とする。

本発明に係る無線通信装置は、第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路が接続された第１の導体と、第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路が接続された第２の導体とを備えた無線通信装置であって、第２の導体は、渦巻形状の巻線導体で構成され、巻線導体の隣接する巻線間の複数箇所に設けられ、巻線間を容量性リアクタンスにより接続する容量性結合手段をさらに備え、容量性結合手段は、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有するものである。

本発明に係る無線通信装置によれば、ＨＦ帯用コイル導体をＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用する構成を備えることにより、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。

以下、本発明の無線通信装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における無線通信装置の構成図である。この図１の無線通信装置は、平板状物体１、渦巻状導電性物体２、導電性物体３、集積回路４、５、回路素子６、および導電性物体７、８を備えている。なお、図１（ａ）と図１（ｂ）の相違は、導電性物体３と渦巻状導電性物体２とが接しているか否かのみである。

平板状物体１は、任意の物質からなる。また、集積回路４は、第１の周波数帯での通信に必要な機能を備えており、集積回路５は、第２の周波数帯での通信に必要な機能を備えている。また、回路素子６は、渦巻状導電性物体２の巻線間に接続されており、容量性結合手段に相当する。また、導電性物体７は、渦巻状導電性物体２と集積回路５の入出力端子とを接続する導電性物体であり、導電性物体８は、平板状物体１の表面に形成された導電性物体７と平板状物体１の裏面に形成された導電性物体７とを接続する導電性物体である。

図１のような構成で、導電性物体３と渦巻状導電性物体２を、第１の周波数帯において基本アンテナの１つであるループアンテナとして動作させることを考える。図２は、本発明の実施の形態１における無線通信装置の数値電磁界解析による検証を行うための解析モデルである。この図２において、導電性物体９は、渦巻状導電性物体２の巻線間を接続する導電性物体であり、導電性物体１０は、内形と外形が渦巻状導電性物体２のそれらと概ね一致する導電性物体である。

図２（ａ）は、渦巻状導電性物体２の代わりに、導電性物体１０を用いた解析モデルである。また、図２（ｂ）〜図２（ｅ）は、渦巻状導電性物体２の巻線間に接続された導電性物体９を、それぞれ、８箇所、６箇所、４箇所、２箇所に設けた解析モデルである。

また、図３は、本発明の実施の形態１における無線通信装置のスミスチャートであり、より具体的には、先の図２中の集積回路４を取り除き、その位置に給電したときの入力インピーダンス周波数特性解析結果をスミスチャート上にプロットした図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）は、それぞれ先の図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）に対する解析結果である。

図３（ｂ）〜（ｄ）のそれぞれについて比較すると、渦巻状導電性物体２の巻線間を接続する導電性物体９の数が減少するに従って、図３（ａ）のインピーダンス特性との差異が大きくなる傾向が見られる。しかしながら、導電性物体９の数を４つとした図２（ｄ）のインピーダンス特性（図３（ｄ））と、図２（ａ）のインピーダンス特性（図３（ａ））との間に、それほど大きな差異は認められない。

図示していないが、図２（ｅ）に示すように導電性物体９の数を２つにしたときのインピーダンス特性は、図２（ａ）のインピーダンス特性とは大きく異なる特性であった。この検証結果から、少なくとも図２（ｄ）のように渦巻状導電性物体２の巻線間を接続する導電性物体９を設ければ、図２（ａ）に示したアンテナと同等特性が得られることがわかる。すなわち、導電性物体９を適切に設けることによって、渦巻状導電性物体２をループアンテナとして動作させることが可能となる。

しかしながら、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、図２（ｂ）〜図２（ｄ）のように渦巻状導電性物体２の巻線間を電気的にほぼ短絡とした場合には、第１の周波数帯では良好に通信できるが、第２の周波数帯では良好な通信が行えなくなる。

これを解決する１つの方策としては、図１に示した回路素子６が、第１の周波数帯では略短絡、第２の周波数帯では略開放となるような特性を有していればよい。これを実現する１つの手段としては、回路素子６をキャパシタにすることが考えられる。キャパシタの静電容量値をＣ、周波数をｆとすると、キャパシタのインピーダンスＺは、よく知られているように、下式（１）で与えられる。

上式（１）からわかるように、キャパシタのインピーダンスの比は、周波数比の逆数となる。ここで、第１の周波数帯の中心周波数をｆ１、第２の周波数帯の中心周波数をｆ２とし、ｆ１でのインピーダンス値をＺ１、ｆ２でのインピーダンス値をＺ２とする。この場合、ｆ１>>ｆ２なる条件が成立しているときには、｜Ｚ１｜<<｜Ｚ２｜となる。従って、静電容量値Ｃを適切に選定すれば、ｆ１において電気的に略短絡、ｆ２において電気的に略開放とすることが可能となる。

図４は、本発明の実施の形態１における無線通信装置のスミスチャートであり、より具体的には、先の図１（ｂ）の構成から集積回路４を除去して、その位置に給電し、回路素子６のインピーダンスを（ａ）０−ｊ９Ω、（ｂ）０−ｊ１８Ω、（ｃ）０−ｊ３６Ω、（ｄ）０−ｊ７２Ωとしたときの入力インピーダンス周波数特性を示している。回路素子６のインピーダンス値が０−ｊ３６Ωまで（すなわち、図４（ａ）〜（ｃ）まで）は、短絡したときの特性である先の図３（ｄ）と、ほぼ同等の入力インピーダンス周波数特性が得られていることが確認できる。

そこで、ｆ１におけるインピーダンス値を０−ｊ３６Ωとし、ｆ１＝２．４５ＧＨｚ、ｆ２＝１３．５６ＭＨｚとした場合には、ｆ１／ｆ２≒１８１であるから、ｆ２におけるインピーダンス値は、０−ｊ６５１６Ωとなり、ほぼ電気的に開放状態となる。

また、ｆ１におけるインピーダンス値を０−ｊ３６Ωとし、ｆ１＝９５３ＭＨｚ、ｆ２＝１３．５６ＭＨｚとした場合には、ｆ１／ｆ２≒７０であるから、ｆ２におけるインピーダンス値は、０−ｊ２５２０Ωとなり、この場合もほぼ電気的に開放状態となる。

従って、図１に示したアンテナの特性は、第１の周波数帯では、先の図２（ａ）に示したアンテナの特性とほぼ同等になり、第２の周波数帯では、先の図１の回路構成から回路素子６を物理的に除去したときの特性とほぼ同等になる。すなわち、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体２をアンテナ導体として共用することが可能となる。

なお、図１（ａ）と図１（ｂ）の相違は、導電性物体３と渦巻状導電性物体２とが接しているか否かのみである。導電性物体３を渦巻状導電性物体２に近接させた極限が図１（ｂ）であり、アンテナとしての動作原理には両者の間に本質的な差異はない。

また、導電性物体３の形状、大きさ、あるいは導電性物体３と渦巻状導電性物体２との距離などは、集積回路とのインピーダンス整合特性に大きな影響を与えるパラメータであり、所望の特性を得るように選定される設計パラメータである。そして、このような物理寸法は、ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１０規格あるいはＪＩＳＸ６３０１規格で規定できる。

また、先の図１では、渦巻状導電性物体２の巻数を３とし、渦巻状導電性物体２の外形を平板状物体１の外形に概ね沿った矩形としている。しかしながら、本発明における渦巻状導電性物体２の巻数や形状は、これらに限定されるものではなく、所望の特性が得られれば、任意の巻数、任意の形状でよい。

また、回路素子６を装荷する位置と数は、先の図１、図２に限定されるものではなく、なるべく少ない数で所望の特性が得られるように適宜、設計される。

また、渦巻状導電性物体２の１巻当たりの長さは、所望の特性が得られれば任意でよい。しかしながら、周波数ｆ１において１λｅ程度の長さに選定することが望ましい。ここで、λｅは、平板状物体１など渦巻状導電性物体２の近傍に配置される物体の電気定数、磁気定数により決定される周波数ｆ１における実効波長である。

また、回路素子６は、チップキャパシタに限定されるものではない。本発明における回路素子６は、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有していれば、別の手段であってもよい。従って、フィルタに使用されている誘電体共振器、セラミック共振器、圧電共振器など、任意の共振器が使用可能である。

ここで、圧電共振器は、圧電薄膜の表裏に電極を形成し、薄膜の振動を利用したフィルタである。圧電共振器をはしご状に接続したものは、ＦＢＡＲ（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタと呼ばれ、低損失で急峻な特性を有するバンドパスフィルタとして知られている。

図１のアンテナを実用に供する形態とするには、平板状物体１をポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタノール（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）などとし、これらの表面、裏面にエッチングで導電性物体を形成すればよい。あるいは、インクジェット印刷技術を応用し、金属粒子を含んだ液体を平板状物体１に吹き付けて渦巻状導電性物体２、導電性物体３、導電性物体７を形成してもよい。

また、任意の両面基板を用いて、エッチング加工により平板状物体１、渦巻状導電性物体２、導電性物体３、導電性物体７を形成してもよい。また、導電性物体８については、スルーホール加工技術などを用いて形成すればよい。集積回路４、５、回路素子６については、半田や導電性接着剤を用いて、各導電性物体と電気的に結合すればよい。

さらに、ここでは図示していないが、図１に示した電気電子回路の表面を樹脂等で覆えば、実用可能な形態となる。この場合、コーティング樹脂は、印刷／印字が可能な材料、あるいはラベルを貼付しても容易には剥がれない材料であることが好ましい。

以上のように、実施の形態１によれば、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する回路素子を渦巻状導電性物体の巻線間に配置する構成を備えることにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体をアンテナ導体として共用することが可能となる。

この結果、ＨＦ帯用コイル導体をＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における無線通信装置の構成図である。先の実施の形態１では、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する容量性結合手段として、回路素子６を適用する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、容量性結合手段として回路素子６の代わりに平板状物体１１を用いる場合について説明する。

本実施の形態２の無線通信装置において、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する手段として用いられる平板状物体１１は、誘電体や磁性体からなる平板状物体１２と導電性物体１３とで形成されている。

渦巻状導電性物体２と導電性物体１３との間に静電容量が発生し、その静電容量値は、渦巻状導電性物体２の巻線幅、平板状物体１２の厚さ、導電性物体１３の大きさで概ね決定される。静電容量値を高くしたい場合には、平板状物体１２を誘電体とすることが望ましいが、所望の静電容量値が得られれば、平板状物体１２の材質は任意でよい。

以上のように、実施の形態２によれば、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する平板状物体を渦巻状導電性物体の巻線間に配置する構成を備えることにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体をアンテナ導体として共用することが可能となる。

この結果、先の実施の形態１と同様に、ＨＦ帯用コイル導体をＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。さらに、先の実施の形態１の構成と比較して、部品点数を低減することが可能になる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における無線通信装置の構成図である。先の実施の形態２では、渦巻状導電性物体２を一方の面に形成するとともに、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する容量性結合手段として、平板状物体１１を適用する場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面および裏面の両面上に形成するとともに、容量性結合手段として平板状物体１１の代わりに、渦巻状導電性物体２の巻線幅を部分的に太くした場合について説明する。

このような構成とすることにより、渦巻状導電性物体２の巻線間の静電容量を部分的に大きくすることができる。従って、先の実施の形態１において回路素子６をキャパシタにした場合と同等の効果を得るとともに、部品点数を低減することが可能になる。

以上のように、実施の形態３によれば、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する構造として、渦巻状導電性物体を平板状物体の表面および裏面の両面上に形成するとともに、渦巻状導電性物体の巻線幅を部分的に太くした構成を備えることにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体をアンテナ導体として共用することが可能となる。

この結果、先の実施の形態１、２と同様に、ＨＦ帯用コイル導体をＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。さらに、先の実施の形態１の構成と比較して、部品点数を低減することが可能になる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４における無線通信装置の構成図である。先の実施の形態３では、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面および裏面の両面上に形成するとともに、容量性結合手段として平板状物体１１の代わりに、渦巻状導電性物体２の巻線幅を部分的に太くした場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面のみに形成し、容量性結合手段として、渦巻状導電性物体２の巻線形状を部分的に変形し（図７の下段参照）、巻線間に部分的にインターディジタルキャパシタ１４を形成した場合について説明する。

このような構成とすることにより、渦巻状導電性物体２の巻線間の静電容量を部分的に高めることができる、さらに、先の実施の形態３に比べて、平板状物体１の表面に形成された導電性物体と平板状物体１の裏面に形成された導電性物体とを接続する導電性物体８の数を低減することができ、製作コストを低減することが可能となる。

以上のように、実施の形態４によれば、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する構造として、渦巻状導電性物体を平板状物体の表面のみに形成し、渦巻状導電性物体の巻線形状を部分的に変形し、巻線間に部分的にインターディジタルキャパシタを形成した構成を備えることにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体をアンテナ導体として共用することが可能となる。

この結果、先の実施の形態１〜３と同様に、ＨＦ帯用コイル導体をＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。さらに、先の実施の形態３の構成と比較して、製作コストを低減することが可能になる。

実施の形態５．
本実施の形態５では、第１の周波数帯の通信距離の低下を防止する構成について説明する。図８は、本発明の実施の形態５における無線通信装置の構成図であり、先の実施の形態４における図７の構成を改良した構成を例示している。

先の実施の形態１〜４において、集積回路５の入出力端子と渦巻状導電性物体２とは、導電性物体７によって電気的に接続されている。また、導電性物体７と渦巻状導電性物体２との接続点近傍において、渦巻状導電性物体２の巻線間が部分的にインターディジタルキャパシタ１４などの容量性リアクタンスによって接続されている。

ここで、容量性リアクタンスの絶対値は、第１の周波数帯で低く、第２の周波数帯において高くなるように設計される。従って、導電性物体７と渦巻状導電性物体２との接続点間の電圧は、零にはならない。また、導電性物体７自身が有するインダクタンス成分によっても集積回路５の入出力端子間に電圧が発生する。

このように、第１の周波数帯において、集積回路５の入出力端子間に電圧が発生し、集積回路５に第１の周波数帯の電流が流入してしまう。この結果、集積回路５の抵抗成分によって、第１の周波数帯の電力が消費されてしまい、第１の周波数帯の通信距離が低下するという問題が生じる。

これを防ぐためには、図８に示すように、集積回路５の入出力端子に対して、電気的に並列に容量性リアクタンスを挿入すればよい。図８では、容量性リアクタンスの一形態として、平行平板キャパシタ１５が挿入されている場合を例示している。この平行平板キャパシタ１５は、第２の容量性結合手段に相当する。

このような構成とし、平行平板キャパシタ１５の静電容量を適当な値に選定すれば、導電性物体７と渦巻状導電性物体２との接続点から集積回路５をみた第２の周波数帯におけるインピーダンスにほとんど影響を与えることなく、第１の周波数帯において集積回路５の入出力端子を略短絡状態にすることができる。従って、集積回路５での第１の周波数帯の電力消費は、ほとんどなくなり、通信距離低下の問題を解消できる。

以上のように、実施の形態５によれば、集積回路の入出力端子に対して、電気的に並列に容量性リアクタンスを挿入することにより、集積回路での第１の周波数帯の電力消費ほとんどなくなり、通信距離低下の問題を解消することができる。この結果、先の実施の形態１〜４で説明した無線通信装置の通信性能向上を図ることが可能となる。

なお、先の図８では、電気的に並列に挿入される容量性リアクタンスの一例として、平行平板キャパシタ１５を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。平行平板キャパシタ１５と同様の効果が得られれば、チップキャパシタやインターディジタルキャパシタなど任意の構成でよい。また、先の実施の形態１でも述べたような共振器を、電気的に並列に挿入される容量性リアクタンスとしてもよい。

実施の形態６．
先の実施の形態５では、第１の周波数帯の通信距離の低下を防止する構成について説明した。これに対して、本実施の形態６では、第２の周波数帯の通信距離の低下を防止する構成について説明する。図９は、本発明の実施の形態６における無線通信装置の構成図であり、先の実施の形態４における図７の構成を改良した構成を例示している。

先の実施の形態１〜５において、第２の周波数帯の通信性能を考えた場合、渦巻状導電性物体２に流れる第２の周波数帯の電流によって、渦巻状導電性物体２の内側に紙面垂直方向の磁界が生成される。この磁界は、当然ながら、導電性物体３の内側にも存在するので、第２の周波数帯において、集積回路４と集積回路５とが磁界を介して結合されることになる。従って、第２の周波数帯の電力の一部が第１の周波数帯通信用の集積回路４の抵抗成分によって消費され、第２の周波数帯の通信距離が低下するという問題が生じる。

これを防ぐためには、図９に示すように、集積回路４の入出力端子と導電性物体３との間に平行平板キャパシタ１６を電気的に直列に挿入すればよい。この平行平板キャパシタ１６は、第３の容量性結合手段に相当する。このような構成とし、平行平板キャパシタ１６の静電容量を適当な値に選定すれば、第１の周波数帯の通信性能に悪影響を与えることなく、集積回路４による第２の周波数帯の電力の消散を防ぐことができ、第２の周波数帯の通信性能を良好に保つことが可能となる。

以上のように、実施の形態６によれば、集積回路の入出力端子に対して、電気的に並列に容量性リアクタンスを挿入することにより、集積回路での第２の周波数帯の電力の消散を防ぐことができ、通信距離低下の問題を解消することができる。この結果、先の実施の形態１〜５で説明した無線通信装置の通信性能向上を図ることが可能となる。

なお、図９では、電気的に並列に挿入された容量性リアクタンスの一例として、平行平板キャパシタ１６を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。平行平板キャパシタ１６と同様の効果が得られれば、チップキャパシタやインターディジタルキャパシタなど任意の構成でよい。また、先の実施の形態１でも述べたような共振器を、電気的に並列に挿入される容量性リアクタンスとしてもよい。

また、本実施の形態１〜６で説明した無線通信装置は、クレジット機能または認証機能を有する無線通信に適用することができる。そして、第１の周波数帯をＵＨＦ帯（３００ＭＨｚから３０００ＭＨｚ）に、第２の周波数帯をＨＦ帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）に含めることで、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＨＦ帯／ＵＨＦ帯共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における無線通信装置の構成図である。本発明の実施の形態１における無線通信装置の数値電磁界解析による検証を行うための解析モデルである。本発明の実施の形態１における無線通信装置のスミスチャートである。本発明の実施の形態１における無線通信装置のスミスチャートである。本発明の実施の形態２における無線通信装置の構成図である。本発明の実施の形態３における無線通信装置の構成図である。本発明の実施の形態４における無線通信装置の構成図である。本発明の実施の形態５における無線通信装置の構成図である。本発明の実施の形態６における無線通信装置の構成図である。

符号の説明

１平板状物体、２渦巻状導電性物体（第２の導体）、３導電性物体（第１の導体）、４集積回路（第１の集積回路）、５集積回路（第２の集積回路）、６回路素子（容量性結合手段）、７、８、９、１０導電性物体、１１平板状物体（容量性結合手段）、１２平板状物体、１３導電性物体、１４インターディジタルキャパシタ（容量性結合手段）、１５平行平板キャパシタ（第２の容量性結合手段）、１６平行平板キャパシタ（第３の容量性結合手段）。

Claims

第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路が接続された第１の導体と、
第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路が接続された第２の導体と
を備えた無線通信装置であって、
前記第２の導体は、渦巻形状の巻線導体で構成され、
前記巻線導体の隣接する巻線間の複数箇所に設けられ、前記巻線間を容量性リアクタンスにより接続する容量性結合手段をさらに備え、
前記容量性結合手段は、前記第１の周波数帯の電流を通し、前記第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記容量性結合手段は、キャパシタであることを特徴とする無線通信装置。
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記容量性結合手段は、共振器であることを特徴とする無線通信装置。
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記容量性結合手段は、平板状物体と導電性物体を前記巻線間上に積層して構成され、前記導電性物体と前記巻線との間に前記平板状物体が配置されることを特徴とする無線通信装置。
請求項４に記載の無線通信装置において、
前記平板状物体は、誘電体であることを特徴とする無線通信装置。
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記容量性結合手段は、前記第２の導体の巻線幅を部分的に太くして巻線間距離を小さくすることにより構成されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記容量性結合手段は、前記第２の導体の巻線形状を部分的に変形して前記巻線間に形成されたインターディジタルキャパシタで構成されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記第２の集積回路の入出力端子間を容量性リアクタンスにより接続する第２の容量性結合手段をさらに備えることを特徴とする無線通信装置。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記第１の集積回路の入出力端子間を容量性リアクタンスにより接続する第３の容量性結合手段をさらに備えることを特徴とする無線通信装置。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記第１の導体と前記第２の導体とが接していることを特徴とする無線通信装置。
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記第１の周波数帯は、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚから３０００ＭＨｚ）に含まれ、
前記第２の周波数帯は、ＨＦ帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）に含まれる
ことを特徴とする無線通信装置。