JP2005503704A - 非接触送信／受信システムにより伝送された電磁信号の変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触送信／受信システムにおいて非接触目標物へ電磁波放射によりデータを伝送する装置。
【解決手段】伝送されたデータビットが、電磁波が周期的搬送周波数で発射される最初の間時間間隔および周期的搬送周波数での電磁波の伝送が切断される第２番目の切断時間間隔の変化に対応するが、この第２番目の切断時間間隔の間、発生手段（４０，４２，４４，４６，４８）を使用して周期的搬送周波数の２倍の周波数を有する電磁波を発生し、それによってアンテナによって放射された電磁場の、例えば３０ｄＢの所定値より大きい減衰を生じさせる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は非接触型トランシーバシステム読取装置に配置されかつ携帯型非接触目標物に向かって電磁信号を発射するように作られた電磁信号送信アンテナに関し、さらに詳細には非接触型トランシーバシステムによって発射される電磁信号に用いる変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触目標物と非接触型トランシーバシステム間の情報の交換は、一般に非接触目標物に配置された第１アンテナと非接触型トランシーバシステムに配置された第２アンテナ間の遠隔電磁結合によって行われる。さらに、目標物には、それらの要素の間に、無線周波数（ＲＦ）部品、マイクロプロセッサおよび／またはメモリを含む電子チップへ接続される第１アンテナを特徴とする電子モジュールが装着され、メモリでは、非接触型トランシーバシステムに提供すべき情報と論理機能は送信すべき情報を編集し、かつ受信した情報を処理する必要がある。
【０００３】
チケットまたはクレジット形式カードである非接触目標物は様々な分野でますます使用されつつあるシステムである。例えば、輸送部門において使い捨て非接触チケットおよび非接触スマートカードは一時的な利用者および常用利用者両者に対する支払い手段として発達した。同じことが電子財布にもいえる。多くの企業が非接触スマートカードを利用する社員の確認手段として開発してきた。
【０００４】
現在、通常、読取装置と呼ばれる非接触型トランシーバシステムと非接触スマートカード間のデータ伝送は、ＩＳＯ（国際標準化機構）標準に従っている。最も広く行き渡っている標準化の中で、標準化ＩＳＯ１４４４３はスマートカードから読取装置の間およびその逆の間の無線通信を介するデータ伝送に関係する。この標準は形式「Ａ」伝送プロトコルおよび形式「Ｂ」伝送プロトコルとして知られている２つの伝送プロトコルをー網羅している。これらの２つのデータ非接触データ伝送プロトコルＡおよびＢは、一方では読取装置からカードへ、および他方ではカードから読取装置へとの間の無線周波数（ＲＦ）通信に使用される形式または変調における観点からみて異なっている。ここでは読取装置からカードへ伝送された信号のみを取り扱う。
【０００５】
読取装置からカードへの方向のデータ伝送では、プロトコルＢが発射された信号の１０パーセントまたは伝送されたデータによる電磁搬送波の１０パーセントの変調率に伴う振幅変調をもたらす。一方、プロトコルＡでは、電磁搬送波が伝送されたデータによって、その振幅の１００パーセントで変調される。いずれの場合においても、発射された周期的電磁搬送波の振幅が第１の時間間隔ｔ１の間、初期設定で最大になり、次に、第２の時間間隔の間は、第１の場合に対して変調の間、最大振幅がほぼ８２パーセントに等しくなるのに対して、第２の場合では変調時間の間、最大振幅が０パーセントに等しくなる。
【０００６】
現在、ますます増大する数の標準化は、非接触読取装置が両伝送プロトコル型ＡおよびＢと互換性があることが求められている。標準電磁搬送周波数は両プロトコルに対して共通であり、１３．５６ＭＨｚにほぼ等しい。
【０００７】
読取装置に対する主要性能基準の１つは電磁放射場の範囲ができるだけ大きくなければならないことである。このように、製造業者は電源の増大以外の手段によってそれらの伝送システムの範囲を広げるよう試みている。ただし、範囲の増大によって読取装置の近くに置いた場合、カードを飽和状態にしたり、あるいは破壊する危険性があってはならない。
この性能基準を満たす要因の１つは高い過電圧比を有するアンテナの使用である。共振周波数でインダクタンス、の端子のｒｍｓ電圧、電磁搬送波の源、が回路端子での電圧のＱ倍にほぼ等しい。ここで、Ｑは過電圧係数である。この方法では、アンテナの高過電圧比が高いほど、その放射場の範囲は広くなる。
その振幅の１００パーセントで発射された信号の変調を行うため、現在、通常使用される方法は、電磁搬送波が伝送されるのを停止する目的でプロトコルＡにより電磁場のスプリットに対応する時間の間、回路の端子の電圧源を切ることである。
【０００８】
実際には、発電機を切ることはアンテナの駆動回路のインピーダンスを著しく増大させるが、電圧はゼロに降下させる。これは回路に蓄積された負荷のためアンテナは発射を継続することになり、スプリットタイムより長い時間の間緩衝されかつ揺動する発射電磁搬送波を生ずる。その結果、信号のスプリットの間、カードに向かって放射された電磁場の振幅はゼロにはならず、かつこのようにしてアンテナによって発射された電磁場は、電磁搬送波の振幅の１００パーセントの振幅に対応しない。これは理論的スプリットタイムより短い時間の間に起き、振幅は放射信号の最大振幅の５パーセント以下に等しい。
【０００９】
従って、高い過電圧比を有するアンテナの使用はＢ型読取装置に適合する。このような読取装置に対して、電磁搬送波はその振幅の１０パーセントで変調され、一方で、Ａ型読取装置とは十分な互換性がないため、つねに能動的である。さらに、高い過電圧比のアンテナで得られる小さな緩衝効果がその振幅の１０パーセントで変調される波動形にわずかに影響を与える。
【００１０】
両形式の読取装置に適合するアンテナを使用するための第１の解決法は、低減過電圧比を有し、かつ標準Ｂ以下の性能特性を犠牲にするが標準Ａの要件に適合し得る減衰を備えるアンテナを使用することにある。
【００１１】
第２の解決法は、アンテナの発射信号を、スプリットタイムの間放射電磁場がゼロになるよう減衰することの出来る、バイポーラトランスジスタの付いた線形増幅器の使用を含む。この解決法により、歩留まりを犠牲にして予期した減衰が得られる。大きな分極電流が必要であるけれども、回路の出力インピーダンスは定常である。回路の作製は複雑である。
【００１２】
第３の解決法は、損失を低減しかつＢ型読取装置の範囲を損なわないため、切換用電磁場効果トランジスタの使用を含む。このようなトランスジスタを使用して、回路を「開放」と「閉鎖」の位置の間で切換えると、回路が継続的に開放である場合に示されるインピーダンスを増大することにより最大放射電磁場を得ることが出来るが、形式Ａプロトコルの場合の波形は犠牲になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
これは、本発明の第１の目的が、読取装置のアンテナから非接触型スマートカードに向かう電磁搬送波の伝送を、形式Ａプロトコル信号の放射中最大性能状態のもとで、可能にする装置を提供することにある理由である。
この発明の第２の目的は、読取装置のアンテナから非接触型スマートカードに向かう電磁搬送波の伝送を、形式ＡおよびＢプロトコル信号の放射中最大性能状態のもとで、可能にする装置を提供することである。
それ故、この発明の目的は、 非接触型トランシーバシステムにおいて、非接触目標物に向かう電磁波放射を使用するデータ伝送装置であって、データビットが、その間電磁波が周期的搬送周波数で発射される第１の時間間隔と、その間周期的搬送周波数での電磁波伝送にスプリットが存在する第２のスプリットタイム間隔との交替に合致して、伝送されるデータ伝送装置に関わる。装置には、第２のスプリットタイム間隔の間、スプリットの基本周波数より高い周波数を有する電磁波を発生し、その結果アンテナによる放射電磁場に所定値より大きい減衰を生じさせるための、発生手段が含まれる。
この発明の目的、対象および特徴は添付図面とともに取り上げた時以下の記述によりいっそう明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
データは、読取装置からスマートカードに対し、現行基準に制約されて２通りのデータ伝送プロトコル型ＡおよびＢにしたがう高周波信号により伝送される。形式Ａプロトコルは、読取装置の放射電磁波を、その振幅の１００パーセントで変調する。搬送周波数の周期波の振幅は、第１の時間間隔の間最大かつ一定となり、次いで第２の時間間隔の間ゼロになる。形式Ｂプロトコルは、読取装置の放射電磁波をその振幅の１０パーセントで変調する。搬送周波数の周期波の振幅は、最初の時間間隔の間最大かつ一定となり、次いで第２の時間間隔の間その最大振幅の１０パーセントに等しくなる。事実上の規格として、搬送電磁波の周波数は現在１３．５６ＭＨｚで、これがこの文書でこの値を基準値として選んだ理由である。しかし、搬送電磁波の周波数が異なってもこの発明の範囲から逸脱するものではない。
【００１５】
形式Ａデータ伝送プロトコルにしたがって、１３．５６ＭＨｚの伝送周波数のスプリットを用い、時間間隔ｔの間だけ、搬送電磁波がスプリットされる。
読取装置のアンテナがこうして放射した電磁場の包絡線を図１に示す。搬送周波の周波数が１３．５６ＭＨｚに等しい間、放射電磁場１０は最大になる。周波数がスプリットされると、放射電磁場は、時間間隔ｔの終わりにゼロ以外の最小値に達するまで曲線１２に従って次第に減少する。時間間隔ｔの終わりに搬送波の周波数は再び１３．５６ＭＨｚに等しくなり、放射電磁場の振幅は周波数がその最大値１０達するまで曲線１４に従って増大する。このように、搬送波の振幅から得られる変調は、最大振幅の１００パーセントにおける変調であるときは十分ではない。このような変調が得られるのは、放射電磁場の振幅の最小値（規格は現在、最大振幅の５パーセント未満を要求する）が時間間隔ｔ内の一定時期の間に得られる場合である。さて、曲線１２によって表わされた搬送周波数がスプリットされるとき、放射電磁場の低下は、最大振幅の１００パーセントにおける変調の見地から満足な波形を得るには、余り重要ではない。
【００１６】
図２は、この発明にしたがった装置を用いた読取装置のアンテナが放射する電磁場の包絡線を示す。搬送周波数が１３．５６ＭＨｚに等しい間、放射電磁場２０は最大である。時間ｔの間搬送波の振幅のスプリットを得るため、アンテナに向かって送信される信号の周波数は時間ｔの間共振周波数の２倍になる。こうして、アンテナは２７．１２ＭＨｚの周波数を有する信号を受信するが、この周波数範囲はアンテナの帯域幅の外になるように定められているため、アンテナからは電磁場が放射されない。実際には、周波数変化の間に得られた放射電磁場は、有効時間ｔ¢の間激しく減衰する曲線２２に沿って、無視できる値に達するまで、急速に減少する。搬送電磁波の周波数が１３．５６ＭＨｚである場合、アンテナが放射する電磁場２４は、その最大値２０に達するまで増大する。得られる波形は、このようにして、最大振幅の１００パーセントでの変調の見地から、満足なものとなる。この結果は、アンテナの帯域幅の外側で、スプリットの基本周波数より高い周波数で放射される信号を用いて得ることができる。
【００１７】
アンテナが放射する電磁場を、そのアンテナが受信する信号の周波数にしたがって図３に示す。この電磁場は共振周波数ｆ_Ｒで最大になる。周波数ｆ_１未満又は同等の周波数に対しては、放射電磁場の振幅は共振周波数ｆ_Ｒにおける放射電磁場の振幅の５パーセント未満である。同様に、ｆ_２は、それより上では放射電磁場の振幅が共振周波数で放射された電磁場の振幅の５パーセント未満となる周波数を示す。プロトコルＡによって可変電磁場スプリットを得るのに十分なスプリットの間に発生した周波数において、アンテナが放射する電磁場の振幅は、放射電磁場の最大振幅の５パーセント未満でなければならない。それ故、中断の間に発生する周波数は、所定値に等しい放射電磁場減衰を生ずるようなものでなければならない。この値は３０ｄＢに等しいことが好ましい。スプリット中に発生する周波数はｆ_１未満でゼロ以外か、又はｆ_２より大きいかのいずれかである。好適実施例においては、共振周波数ｆ_Ｒの２倍以上又は同等である。本発明の好適実施例においては、スプリット中に発生する周波数は共振周波数の２倍、即ち、２７．１２０ＭＨｚに等しい。
【００１８】
図４にブロック図形式で示した電子装置は、本発明にしたがってデータ信号４２が２位置スイッチ４８を制御する好適実施例を示す。第１位置は、周波数がクロック４４の与えるスプリットの間に発生する２７．１２０ＭＨｚに等しい信号に該当する。第２位置は、周波数が分周器４６の生じる１３．５６ＭＨｚの標準周波数に等しい信号に該当する。上記手段は、プログラム可能な論理回路４０に含まれ、その出力信号５０は、２つの入力により電力切換ステージに加えられる。入力５２がプログラム可能な論理回路４０の出力信号に相当する一方で、他の入力５４は切換スイッチ５３を用いて逆転された同一出力信号である。電力切換ステージ５６には、両入力５２および５４に対しそれぞれ接続された電界効果トランジスタ２つが含まれる。これは、２つの入力のうち一方が受信した周波数に対し、トランスジスタの一方を「開放」にする一方、他のトランスジスタを「閉鎖」にする切換を目的とする。電力切換ステージからの両出力信号は、基本周波数信号のみが通過することの出来るローパスフィルタ６２によって濾波される前に、２つの抵抗器５８および６０を通過する。フィルタ６２の出力上で、２つの信号がアンテナ６４により非接触型カードに向かって放射される。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】
プロトコルＡにしたがって放射された電磁場の、搬送波周波数スプリットにより得られる包絡線を示す図。
【図２】
本発明に記載の放射電磁場の包絡線を示す図。
【図３】
アンテナの放射電磁場の振幅曲線を、受信信号の周波数に対して示す図。
【図４】
本発明に記載の装置の機能ブロック図。

Claims (9)

1. 非接触型トランシーバシステムにおいて非接触目標物に向けて電磁波放射を使用する伝送装置であり、電磁波が周期的搬送周波数で発射される第１の時間間隔と、前記周期的搬送周波数で電磁波の伝送にスプリットが存在する第２のスプリットタイム間隔と、の交替に対応してデータビットが伝送される伝送装置であって、
   前記第２のスプリットタイム間隔の間、所定値より大きなアンテナによる放射場の減衰をもたらすスプリットの基本周波数より高い周波数の電磁波を発生する発生手段を含むことを特徴とする伝送装置。
2. スプリットの間発生する前記周波数の放射場の前記減衰が３０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送装置。
3. スプリットの間発生する前記周波数が、前記周期的搬送周波数で放射される電磁場の振幅の５パーセント以上のアンテナによって放射される電磁場の振幅に対応する周波数範囲ｆ１〜ｆ２外であることを特徴とする請求項２に記載のデータ伝送装置。
4. スプリットの間発生する前記周波数が前記周期的搬送周波数の２倍に等しいことを特徴とする請求項３に記載のデータ伝送装置。
5. 前記周期的搬送周波数で第１の時間間隔の第１信号を供給するプログラム可能な論理（４０）を含み、かつ第２信号が第２の時間間隔の間、前記周期的搬送周波数の２倍の周波数を有し、前記第１信号および前記第２信号間の切換えがデータ信号（４２）によって制御されることを特徴とする請求項４に記載のデータ伝送装置。
6. 前記周期的搬送周波数が１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項５に記載のデータ伝送装置。
7. 前記プログラム可能な論理（４０）が、２７．１２ＭＨｚで動作するクロック（４４）および前記周期的搬送周波数（１３．５６ＭＨｚ）を供給する周波数分割器（４６）を含み、前記２倍周波数（２７．１２ＭＨｚ）が前記クロックによって供給されることを特徴とする請求項６に記載のデータ伝送装置。
8. 前記トランスジスタのうちの一方が「開放」であり、他方のトランスジスタが「閉鎖」となるように、前記前記プログラム可能な論理（４０）の出力によって制御される２つの電界効果トランジスタを特徴とする電力切換えステージ（５６）を含むことを特徴とする請求項７に記載のデータ伝送装置。
9. 伝送されるデータが、発射される電磁場のスプリットによってデータビットが発生する形式Ａプロトコルによるデータ伝送標準ＩＳＯ１４４４３に準拠することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデータ伝送装置。

Images