JPH06204922A - 双方向通信システム - Google Patents

双方向通信システム

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JPH06204922A
JPH06204922A JP5274968A JP27496893A JPH06204922A JP H06204922 A JPH06204922 A JP H06204922A JP 5274968 A JP5274968 A JP 5274968A JP 27496893 A JP27496893 A JP 27496893A JP H06204922 A JPH06204922 A JP H06204922A
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circuit
parallel
frequency
communication system
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JP5274968A
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David F Everett
フランク エバレット デイビッド
Daniel C Buck
クリフォード バック ダニエル
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Westinghouse Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定局と、コード化情報を蓄え送信する回路
を備えた可搬性の受動局とより成る双方向通信システム
を提供する。 【構成】 固定局２２は第１の周波数の信号を磁界の形
で送信し、可搬性の受動局２８は蓄えたコード化情報を
第２の周波数の信号として磁界の形で送信する。受動局
は、受信周波数で並列共振し、送信周波数で直列共振す
るアンテナ回路を具備する。並列共振回路は固定局の送
信信号から動作電力を取り出す。直列共振回路は第１の
周波数とは異なる第２の周波数でコード化情報を送信す
る。直列共振により受信信号に対する送信信号の影響が
最小限に抑えられるため、受動局は同一のアンテナ回路
により送受信を同時に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は一方の局が受動的な双方
向通信システムに関し、さらに詳細には一方の局が固定
局でもう一方の局が可搬性の受動局である双方向通信シ
ステムに関する。
【従来の技術】固定局と可搬性の受動局とより成る双方
向通信システムは周知である。かかる可搬性の受動局は
一般的に無線周波数（ＲＦ）タッグ（ｔａｇ）である。
このようなＲＦタッグはタッグ読取装置へ遠隔位置から
そのＩＤを表わす無線周波数エネルギーを送信するが、
読取装置までの距離は数インチから数フィート離れてい
る場合がある。このタッグは積荷を管理するためにコン
テナに取り付けるか或いは検問のため人間が身に着ける
ことがある。このようなタッグは安価であるだけでなく
堅牢で高い信頼性をもつことが望ましい。図１は従来技
術において知られた典型的なＲＦタッグシステムであ
る。ここでは読取装置１０とタッグ１２が双方向の通信
を行う。読取装置１０へは電力１４が印加されＲＦエネ
ルギー信号１６としてタッグ１２へ送られる。タッグ１
２はこのエネルギー信号を処理した後ＲＦ変調信号１８
を送信し、これを読取装置１０が受信する。読取装置１
０はこのＲＦ変調信号１８からタッグのＩＤコード２０
を取り出し、これによりタッグ１２の識別を行う。検問
に用いる場合、１ＭＨｚより低い周波数の低周波数タッ
グが好ましい。かかるタッグは信号が身体を通過すると
いう利点の他にクロック信号の形成が容易であるという
長所を有する。３フィート以下のオーダーの短いレンジ
では、かかるタッグはバッテリーを使用せずに読取装置
からのＲＦエネルギーだけにより動作する。このエネル
ギーは読取装置からタッグへ静磁結合により送られる。
この結合は非常に低い結合係数を有する空芯変圧器に類
似する近磁界現象である。読取装置のアンテナからタッ
グを経て読取装置へ返る回路へは外部からの給電はない
ため、タッグから読取装置へ戻って来る信号のレベルは
読取装置の送信信号に比べると格段に低い。３フィート
の読取りレンジでは、タッグから読取装置へ返る信号は
読取装置からタッグへの送信信号よりも８０ｄＢ低い。
この大きな信号電力差により読取装置の受信機は大きな
ダイナミックレンジをもつ必要があるか或いはタッグに
おいて周波数変換を行ってタッグの受信信号周波数が送
信信号周波数と異なるようにする必要がある。周波数変
換を用いるとタッグにおいて読取装置からの送信信号周
波数をフロントエンドでフィルタリングすることができ
る。ＲＦタッグの動作にとって望ましい低周波数では、
周波数変換はデジタル回路で簡単に行うことができる。
従って、二重周波数ＲＦタッグシステムが望ましい。タ
ッグが読取装置から受信する電力は極端に小さいもので
ある。この電力は１００マイクロワット以下である場合
も珍しくない。しかしながら、このレベルの電力でも３
ボルト以上の比較的高い電圧を発生できればデジタルＣ
ＭＯＳ集積回路を十分に作動可能である。タッグの電力
を節約するため、タッグからの信号の送信に必要な電圧
をできるだけ低く抑える必要がある。従って、読取装置
の信号から大きな電圧を取り出すことができ、しかも読
取装置への送信信号電力を節約できるアンテナ回路が必
要とされる。
【発明の概要】本発明は、固定局と、コード化情報を蓄
え送信する回路を備えた可搬性の受動局とより成る双方
向通信システムを提供する。固定局は第１の周波数の信
号を磁界の形で送信する。可搬性の受動局はその回路に
蓄えたコード化情報を第２の周波数の信号として磁界の
形で送信する。可搬性の受動局は、受信周波数で並列共
振し、また送信周波数で直列共振するアンテナ回路を具
備している。アンテナ回路の並列共振回路は固定局の送
信信号から動作電力を取り出す。並列共振回路は高いイ
ンピーダンスをもつため電流は小さいが大きな電圧を発
生することができる。直列共振回路は第１の周波数とは
異なる第２の周波数でコード化情報を送信する。直列共
振回路は低いインピーダンスをもつため印加電圧は小さ
くても大きな電流を発生することができる。直列共振に
より受信信号に対する送信信号の影響が最小限に抑えら
れるため、可搬性の受動局は同一のアンテナ回路により
送信及び受信の両方を同時に行うことができる。以下、
添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明す
る。
【実施例】図２は本発明による典型的な読取装置の送信
回路及びタッグの受信／送信回路を示す。図２の読取装
置２２は第１の周波数で信号を送信する。読取回路の送
信機２４は所望周波数の電流を発生する。コイルより成
るアンテナ２６は所望周波数の磁界を発生させる。タッ
グ２８が読取装置２２に接近すると、コイルアンテナ２
６が発生する磁界にインダクタより成るアンテナ３０が
感応する。タッグ２８の回路はこの磁界から電力を取り
出し、Ｖｒで表される受信電圧を発生させる。この受信
電圧により作動されるタッグの送信機３２は第２の周波
数の信号を発生する。この信号はインダクタアンテナ３
０を介して送信される。図３及び４は本発明による二重
周波数共振アンテナ回路の２つの実施例を示す。図３に
示したタッグ３４は第１のキャパシター３８に並列接続
した送受信アンテナ３６を備えている。アンテナ３６と
キャパシター３８は受信信号周波数で並列共振するよう
に設計されている。第２のキャパシター４０はこのキャ
パシター３８とインダクタアンテナ３６の並列回路に直
列に接続してある。受信信号周波数における負荷インピ
ーダンス４２がキャパシター４０のインピーダンスより
も実質的に大きい限り、キャパシター４０の両端間での
電圧のロスはほとんどない。受信信号は送信機４４を駆
動するに十分な大きさを有する。これにより送信機４４
はタッグ３４の受信信号周波数よりも低い周波数でコー
ド化情報を含む信号を発生する。図３の二重周波数共振
アンテナ回路では、インダクタアンテナ３６と第１のキ
ャパシター３８により形成される並列共振回路のインピ
ーダンスが高いため、タッグの受信周波数において電流
値は小さいが大きな電圧が発生する。インダクタアンテ
ナ３６とキャパシター３８の並列回路がキャパシター４
０と直列接続された直列共振回路は低いインピーダンス
をもつため、印加電圧は小さくともタッグの送信周波数
において大きな電流が発生する。図３の二重周波数共振
アンテナ回路を用いると、インダクタアンテナ３６はタ
ッグの受信信号周波数よりも低い周波数でコード化情報
を送信する。図３の二重周波数共振アンテナ回路とは対
照的に、図４の二重周波数共振アンテナ回路は受信信号
よりも高い周波数でコード化情報を含む信号を送信す
る。図４に示したタッグ４６の二重周波数共振アンテナ
回路は、アンテナ４８により読取装置からの信号を受信
する。このアンテナ４８はキャパシター５０と並列に接
続されて並列共振回路を形成する。キャパシター５０と
アンテナ４８の並列回路は送信アンテナ５２と直列接続
されて二重周波数共振アンテナ回路の直列部分を形成す
る。図４の構成では、全ての送信電流がアンテナ５２を
流れる。しかしながら、その電流の一部はアンテナ４８
を通過する。受信電圧の大部分はアンテナ４８の両端間
に発生するため、アンテナ４８及び５２はそれぞれ受信
機能及び送信機能を別々に担う。受信負荷インピーダン
ス５４がアンテナ５２のインピーダンスよりも実質的に
大きい場合に限り、アンテナ５２の両端間での電圧のロ
スはほとんどない。アンテナ４８とキャパシター５０に
より形成される並列共振回路は高いインピーダンスをも
つため、タッグの受信周波数において電流は小さいが大
きな電圧がが発生する。受信アンテナ４８とキャパシタ
ー５０の並列共振回路にアンテナ５２を直列接続した直
列共振回路は低いインピーダンスをもつため、印加電圧
は小さいがタッグの送信周波数において大きい電流が発
生する。これにより送信機５６は読取装置からの受信信
号よりも高い周波数で信号を送信する。図３及び４のい
ずれの構成においても、負荷インピーダンス４２，５４
が並列共振回路の両端間に直接接続されるようにこのア
ンテナ回路の設計を変更することが可能である。このよ
うに設計変更すると直列素子に生じる電圧降下がなくな
る。しかしながら、受信信号は強力な送信成分をもつた
め、かかる構成を適正に動作させるにはこの送信成分を
フィルタリングにより除く必要がある。本発明の二重周
波数共振アンテナ回路はタッグの製造コストを減少させ
るだけでなくタッグの小型化を可能にする。タッグは一
般的に平べったいものであるため、単一のアンテナ回路
を用いてほぼクレジットカードの大きさにすることが可
能である。二重周波数共振アンテナ回路及び単一のアン
テナを用いると、受信アンテナと送信アンテナが互いに
混信するという問題を回避することができる。図２の二
重周波数共振アンテナ回路のシミュレーションを行っ
た。その結果、タッグの送信機３２からの送信電流は受
信電圧Ｖｒにほとんど影響を及ぼさないことが判明し
た。これは、送信機によるアンテナコイルの電流が受信
信号からのアンテナコイルの電流とほぼ同じ大きさであ
る場合もそうである。シミュレーションしたアンテナ回
路では、読取装置の送信機２４は５０ミリアンペアの電
流を発生させ、周波数は１７５ｋＨｚであった。タッグ
の送信機３２は５００マイクロアンペアの電流を発生さ
せ、動作周波数は８７．５ｋＨｚであった。シミュレー
ションに用いた残りの素子の値は図２の各素子の横に示
した。図２の二重周波数共振アンテナ回路のシミュレー
ションにおいて、送信電流による受信電圧の変動は５％
以下であった。従って、同一回路に送信及び受信機能を
もたせることは実際的である。本発明の二重周波数共振
アンテナ回路は、能動局と少なくとも１つの受動局より
成る任意の通信システムに利用可能である。かかる通信
システムでは、受動局が能動局が発生する磁界から動作
電力を取り出す。受動局に設けた並列共振回路が能動局
の送信周波数で共振することにより能動局の磁界から動
作電力を取り出す。受動局はこの動作電力を用いて直列
共振回路により信号を送信する。本発明の二重周波数共
振アンテナ回路は能動局が２つの通信システムにも利用
可能である。かかる通信システムでは、各能動局の並列
共振回路は他方の能動局の送信周波数の送信周波数に共
振する。二重周波数共振アンテナ回路を用いると、各局
の単一のアンテナにより送受信を同時に行うことが可能
である。かかる通信システムはウオーキートーキー装置
及びおもちゃに用いるには理想的である。以上、本発明
をある特定の好ましい実施例につき説明したが、本発明
は頭書した特許請求の範囲内において種々の変形及び設
計変更が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＲＦタッグシステムの概略図。
【図２】読取装置の送信機及びタッグの受信／送信回路
を示す双方向通信システムの概略図。
【図３】本発明による二重周波数共振アンテナ回路の第
１の好ましい実施例の概略図。
【図４】本発明による二重周波数共振アンテナ回路の第
２の好ましい実施例の概略図。
【符号の説明】
２２ 読取装置 ２４ 送信機 ２６ コイルアンテナ ２８ タッグ ３０ インダクタアンテナ ３２ 送信機 ３４ タッグ ３６ 受信アンテナ ３８ 第１のキャパシター ４０ 第２のキャパシター ４２ 負荷インピーダンス ４４ 送信機 ４６ タッグ ４８ アンテナ ５０ キャパシター ５２ アンテナ ５４ 負荷インピーダンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル クリフォード バック アメリカ合衆国 メリーランド州 ハノー バー テインバー リッジ ドライブ 916

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定局と可搬性の受動局とより成り、可
    搬性の受動局はコード化された情報を蓄えて送信する回
    路を有し、固定局は第１の周波数の信号を磁界の形で送
    信し、可搬性の受動局は前記回路に蓄えたコード化情報
    を第２の周波数で磁界の形で送信する、双方向通信シス
    テムにおいて、 可搬性の受動局に設けたアンテナ回路は、 可搬性の受動局の前記回路の作動に必要な電力を第１の
    周波数の前記信号からの取り出す並列共振回路と、 可搬性の受動局の前記回路が蓄えたコード化情報を第２
    の周波数で送信する直列共振回路とより成り、 第２の周波数は第１の周波数とは異なることを特徴とす
    る通信システム。
  2. 【請求項２】 前記並列共振回路はインダクタコイル及
    びそれと並列接続の第１のキャパシタとより成り、イン
    ダクタコイルは可搬性の受動局のアンテナとして働くこ
    とを特徴とする請求項１の通信システム。
  3. 【請求項３】 前記直列共振回路はインダクタコイルと
    第１のキャパシタの並列回路と、それと直列に接続した
    第２のキャパシタとより成ることを特徴とする請求項２
    の通信システム。
  4. 【請求項４】 前記直列共振回路は第１のキャパシタ
    と、それと直列接続した第２のキャパシタとインダクタ
    コイルの並列回路とより成り、前記インダクタコイルは
    可搬性の受動局のアンテナとして働くことを特徴とする
    請求項１の通信システム。
  5. 【請求項５】 前記並列共振回路は第１のインダクタコ
    イルと、それ並列接続したキャパシタとより成り、第１
    のインダクタコイルは可搬性の受動局の受信アンテナと
    して働くことを特徴とする請求項１の通信システム。
  6. 【請求項６】 前記直列共振回路は第１のインダクタコ
    イルとキャパシタの並列回路と、それと直列接続した第
    ２のインダクタコイルとより成り、第２のインダクタコ
    イルは可搬性の受動局の送信アンテナとして働くことを
    特徴とする請求項５の通信システム。
  7. 【請求項７】 前記直列共振回路は第１のインダクタコ
    イルと、それと直列接続した第２のインダクタコイルと
    キャパシタの並列回路とより成り、第１のインダクタコ
    イルは可搬性の受動局の送信アンテナとして働くことを
    特徴とする請求項１の通信システム。
  8. 【請求項８】 第１の周波数の信号を磁界の形で送信す
    る能動局と、第２の周波数の信号を磁界の形で送信する
    少なくとも１つの受動局とより成る通信システムであっ
    て、 少なくとも１つの受動局に設けたアンテナ回路は、 受動局の作動に必要な電力を第１の周波数の前記信号か
    ら取り出す並列共振回路と、 前記信号を第２の周波数で送信する直列共振回路とより
    成り、 第２の周波数は第１の周波数とは異なることを特徴とす
    る通信システム。
  9. 【請求項９】 前記並列共振回路はインダクタコイル及
    びそれと並列接続の第１のキャパシタとより成り、イン
    ダクタコイルは可搬性の受動局のアンテナとして働くこ
    とを特徴とする請求項の通信システム。
  10. 【請求項１０】 前記直列共振回路はインダクタコイル
    と第１のキャパシタの並列回路と、それと直列に接続し
    た第２のキャパシタとより成ることを特徴とする請求項
    ９の通信システム。
  11. 【請求項１１】 前記直列共振回路は第１のキャパシタ
    と、それと直列接続した第２のキャパシタとインダクタ
    コイルの並列回路とより成り、前記インダクタコイルは
    可搬性の受動局のアンテナとして働くことを特徴とする
    請求項８の通信システム。
  12. 【請求項１２】 前記並列共振回路は第１のインダクタ
    コイルと、それ並列接続したキャパシタとより成り、第
    １のインダクタコイルは可搬性の受動局の受信アンテナ
    として働くことを特徴とする請求項８の通信システム。
  13. 【請求項１３】 前記直列共振回路は第１のインダクタ
    コイルとキャパシタの並列回路と、それと直列接続した
    第２のインダクタコイルとより成り、第２のインダクタ
    コイルは可搬性の受動局の送信アンテナとして働くこと
    を特徴とする請求項１２の通信システム。
  14. 【請求項１４】 前記直列共振回路は第１のインダクタ
    コイルと、それと直列接続した第２のインダクタコイル
    とキャパシタの並列回路とより成り、第１のインダクタ
    コイルは可搬性の受動局の送信アンテナとして働くこと
    を特徴とする請求項８の通信システム。
  15. 【請求項１５】 ２つの能動局の一方が第１の周波数の
    信号を磁界の形で送信し、もう一方が第２の周波数の信
    号を磁界の形で送信する双方向通信システムであって、 各能動局に設けたアンテナ回路は、 もう一方の能動局の送信信号の周波数で共振する信号受
    信用並列共振回路と、 受信信号周波数とは異なる周波数で共振し、この周波数
    で信号を送信する直列共振回路とより成ることを特徴と
    する通信システム。
  16. 【請求項１６】 前記並列共振回路はインダクタコイル
    及びそれと並列接続の第１のキャパシタとより成り、イ
    ンダクタコイルは可搬性の受動局のアンテナとして働く
    ことを特徴とする請求項１５の通信システム。
  17. 【請求項１７】 前記直列共振回路はインダクタコイル
    と第１のキャパシタの並列回路と、それと直列に接続し
    た第２のキャパシタとより成ることを特徴とする請求項
    １６の通信システム。
  18. 【請求項１８】 前記直列共振回路は第１のキャパシタ
    と、それと直列接続した第２のキャパシタとインダクタ
    コイルの並列回路とより成り、前記インダクタコイルは
    可搬性の受動局のアンテナとして働くことを特徴とする
    請求項１５の通信システム。
  19. 【請求項１９】 前記並列共振回路は第１のインダクタ
    コイルと、それ並列接続したキャパシタとより成り、第
    １のインダクタコイルは可搬性の受動局の受信アンテナ
    として働くことを特徴とする請求項１５の通信システ
    ム。
  20. 【請求項２０】 前記直列共振回路は第１のインダクタ
    コイルとキャパシタの並列回路と、それと直列接続した
    第２のインダクタコイルとより成り、第２のインダクタ
    コイルは可搬性の受動局の送信アンテナとして働くこと
    を特徴とする請求項１９の通信システム。
  21. 【請求項２１】 前記直列共振回路は第１のインダクタ
    コイルと、それと直列接続した第２のインダクタコイル
    とキャパシタの並列回路とより成り、第１のインダクタ
    コイルは可搬性の受動局の送信アンテナとして働くこと
    を特徴とする請求項１５の通信システム。
JP5274968A 1992-10-07 1993-10-05 双方向通信システム Pending JPH06204922A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/957,119 US5317330A (en) 1992-10-07 1992-10-07 Dual resonant antenna circuit for RF tags
US957119 1992-10-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06204922A true JPH06204922A (ja) 1994-07-22

Family

ID=25499098

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