JP2011091500A - アンテナユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するアンテナユニットにおいて、例えば部品を少なくすることができるなど、効率的な構成で実現する。
【解決手段】ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するアンテナユニットにおいて、複数のアンテナＤ１〜Ｄｎを備え、複数のアンテナＤ１〜Ｄｎについて共通のインピーダンスマッチング部２を備え、複数のアンテナＤ１〜Ｄｎの各々について共振周波数を変更するためのｐｉｎダイオードスイッチＣ１〜Ｃｎを備え、各々のアンテナＤ１〜ＤｎのｐｉｎダイオードスイッチＣ１〜Ｃｎのバイアスが個々のアンテナＤ１〜Ｄｎ毎にインピーダンスマッチングが実現されるように調整される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するアンテナユニットに関し、特に、例えば部品を少なくすることができるなど、効率的な構成で実現することが可能なアンテナユニットに関する。

例えば、非接触通信システムでは、ＩＣタグやＩＣカードなどの移動体（以下で、「ＩＣタグ等」と略す。）とリーダライタとの間で互いのループアンテナを用いて非接触で通信することが行われている。
リーダライタが出力する搬送波は、例えばループアンテナから成るリーダライタのアンテナ（リーダライタアンテナ）の近傍に磁界を発生させることにより送信される。また、リーダライタアンテナで発生した磁界がＩＣタグ等のループアンテナ部のループ開口面を鎖交することにより、当該ＩＣタグ等の回路に駆動電力が供給され、通信することが可能となる。

ここで、複数のリーダライタアンテナを互いに結合するような距離や方向で設置して、これらを順次切り替えて読み取りや書き込みの通信（以下で、「読み取り等」と略す。）を行う場合には、アンテナ同士の結合によりアンテナ特性が変化して読み取りできなくなってしまうことが考えられる。
そこで、このような問題を解消するために、読み取り等していないリーダライタアンテナの共振周波数を読み取り等に影響しない別の共振周波数に変更し、また、読み取り等する時には所望の共振周波数に切り替え制御することで、互いのリーダライタアンテナの読み取り等を妨害することが無いシステムの構築と読み取り等の動作を実現することができる。

具体例として、アンテナ回路への給電の前に伝送路上において、伝送路の切り替えのスイッチ（本願で、ＳＷとも言う）を配し、且つアンテナ回路内に、共振周波数を切り替えるｐｉｎダイオードＳＷ回路（ｐｉｎダイオードへのバイアスの印加により開閉するＳＷ回路）を挿入して、伝送路（若しくは、給電部）と共振周波数の切り替えを同時に行う方式が考えられる。このような方式では、各々のリーダライタアンテナのループアンテナコイルの間の距離が無い状態（例えば、互いに重なり合った状態）であっても、個々のリーダライタアンテナは妨害されること無く、あたかもその周辺には読み取り等の動作中であるリーダライタアンテナだけが存在しているかの如く、ＩＣタグに対して読み取り等を行うことができる。

また、１つの筐体に複数のループアンテナを内蔵し、上述のような伝送路／共振周波数の切替回路を持つ複合切替型のリーダライタアンテナがある。このようなリーダライタアンテナでは、１つのループアンテナが必ず持つ読み取り等の不可範囲を、各々のループアンテナの読み取り等の可能範囲が補完して、１つの所望の読み取り等の範囲として確保する性能を実現している。

図１２には、従来例に係る複数のループアンテナを切り替える方式を採用したアンテナユニットの回路の構成例（例えば、制御やバイアスの入力に関する部分は省略してある。）を示してある。
本例のアンテナユニットは、無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の信号を入力するＲＦ入力部２０１と、複数であるｎ個のループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎを備えている。
各ループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎは、スイッチＨ１〜Ｈｎ、インピーダンスマッチング回路Ｉ１〜Ｉｎ、可変な共振容量Ｊ１〜Ｊｎ、バイアスにより制御されるｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｋ１〜Ｋｎ、ループアンテナコイルＭ１〜Ｍｎを備えている。

ここで、各ループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎの構成は同じである。例えば、分岐伝送路には、ハイ／ロウ（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）の制御信号で開閉するスイッチＨ１〜Ｈｎ（例えば、ＲＦライン［入出力インピーダンス５０オーム（Ω）］用の部品）が実装されており、また、ＲＦ入力部２０１から各ループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎの入力までの各々の線路長Ｌｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）は全て同じ長さである。

リーダライタからの搬送波を入力するＲＦ入力部２０１から分岐や切り替えにより、１つ１つのアンテナ回路（ループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎ）に順次切り替えながら給電する。アンテナ回路にはｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｋ１〜Ｋｎを組み込んでおり、給電の切り替えと同時に所望の共振周波数に切り替えて、ＩＣタグ等に対する読み取り等を行う。１つ１つのループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎで読み取り等したＩＣタグ等の情報では、それぞれのループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎでのみ読み取り等ができたＩＣタグ等の情報や、２個以上のループアンテナ部Ｇ１〜Ｇｎで重複して読み取り等ができたＩＣタグ等の情報が混在するが、リーダライタの上位のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などでＡＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ）により精査することで、広範囲な読み取り等の範囲を持つリーダライタアンテナを実現することができる。

しかしながら、このような構成では、ＲＦ入力部２０１以降に分岐する伝送路とＳＷ回路を持つため、所望とするループアンテナの数だけ、アンテナのインピーダンスマッチング回路Ｉ１〜Ｉｎが必要となる。更に、複数のループアンテナのそれぞれを同じ特性にしなければ、リーダライタ側において個々の調整が必要となり、これでは、調整や制御が複雑になってしまうため、リーダライタアンテナ側から見て、個々のループアンテナの特性を同一にしておけば利便性が高い。

だが、複数のループアンテナの特性を同一にするためには、リーダライタアンテナの設置環境、サイズ、形状によって、ＲＦ入力部２０１の配置や分岐伝送路の伝送路長を統一するなど、構造や配置に制限が発生する。つまり、多くの部品、余分な伝送路が必要となるだけでなく、リーダライタアンテナに接続するケーブルのケーブル長が短くなる等の不都合が生じる可能性がある。

特開２００７−６８００５号公報

上述のように、図１２に示されるようなアンテナユニットの構成では、不十分な点があり、更なる開発が要求されていた。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば部品を少なくすることができるなど、効率的な構成で実現することが可能なアンテナユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するアンテナユニットにおいて、次のような構成とした。
すなわち、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナについて共通のインピーダンスマッチング部を備え、前記複数のアンテナの各々について共振周波数を変更するためのｐｉｎダイオードスイッチを備え、そして、各々のアンテナのｐｉｎダイオードスイッチのバイアスが個々のアンテナ毎にインピーダンスマッチングが実現されるように調整される。

従って、各アンテナのｐｉｎダイオードスイッチのバイアスの調整により、インピーダンスマッチングの調整及びアンテナの共振周波数の調整を行うことができ、また、例えば、各アンテナのｐｉｎダイオードスイッチのバイアスのオン／オフの切り替えにより、各アンテナを使用するか否かのオン／オフを切り替えることができる。このように、例えば部品を少なくすることができるなど、効率的な構成でアンテナユニットを実現することが可能である。

以上説明したように、本発明に係るアンテナユニットによると、効率的な構成で実現することが可能である。

本発明の一実施例に係るアンテナユニットの構成例を示す図である。 アンテナユニットへの制御信号及びバイアス電源信号の入力に関する構成例を示す図である。 アンテナユニットへの制御信号及びバイアス電源信号の入力に関する構成例を示す図である。 （ａ）はリーダライタシステムの構成例を示す図であり、（ｂ）はリーダライタシステムの他の構成例を示す図であり、（ｃ）及び（ｄ）はリーダライタシステムの更に他の構成例を示す図である。 バイアス値の設定に関する構成例を示す図である。 バイアス値の設定に関する構成例を示す図である。 ｐｉｎダイオードＳＷ回路の構成例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はｐｉｎダイオードＳＷ回路の構成例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はアンテナユニットの入力部に関する構成例を示す図である。 インピーダンスマッチングの調整処理及びアンテナの共振周波数の調整処理を共に行う場合の手順の一例を示す図である。 リーダライタシステムにおけるインピーダンスマッチングの判定や調整に関する構成例を示す図である。 従来例に係るアンテナユニットの構成例を示す図である。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
本例では、非接触通信システムにおいて、ＩＣタグ等のループアンテナとリーダライタのアンテナユニットに設けられた複数のループアンテナとの間で非接触通信を行うことにより、リーダライタがＩＣタグ等との間で読み取り等を行う。また、リーダライタ側には、制御部などが設けられる。
一例として、ＩＣタグ等を物品に付して、リーダライタ側で当該ＩＣタグ等（物品）を管理する物品管理システムを構築することができる。

図１には、本発明の一実施例に係る複数のループアンテナを切り替える方式を採用したアンテナユニットの回路の構成例（例えば、制御やバイアスの入力に関する部分は省略してある。）を示してある。
本例のアンテナユニットは、ＲＦ入力部１と、インピーダンスマッチング回路２と、複数であるｎ個のループアンテナ部Ａ１〜Ａｎを備えている。
各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎは、同様な構成を有しており、可変な共振容量Ｂ１〜Ｂｎ、バイアスにより制御されるｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎ、ループアンテナコイルＤ１〜Ｄｎを備えている。

本例のアンテナユニットでは、ＲＦ入力部１とインピーダンスマッチング回路２とが接続されており、インピーダンスマッチング回路２の端子１が各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎの端子ａｉ−１（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）と接続されており、インピーダンスマッチング回路２の端子２が各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎの端子ａｉ−２（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）と接続されている。

また、各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎでは、端子ａｉ−１（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）と共振容量Ｂ１〜Ｂｎが接続されており、続いて、ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎ、ループアンテナコイルＤ１〜Ｄｎが接続されており、ループアンテナコイルＤ１〜Ｄｎと端子ａｉ−２（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）が接続されている。
本例では、リーダライタからＲＦ入力部１に入力されるＲＦ信号（例えば、電圧）がインピーダンスマッチング回路２を介して所望のループアンテナ部Ａ１〜Ａｎに印加され、これによりループアンテナコイルＤ１〜Ｄｎから磁界が発生し、この磁界によりＩＣタグ等との間で読み取り等を行うことができる。

ここで、本例では、各ループアンテナは、共通のインピーダンスマッチング回路２に接続されており、インピーダンスマッチング回路２以降において各ループアンテナ回路（各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎ）に分岐接続している。
また、アンテナを切り替えるスイッチ（ＳＷ）としては、アンテナの共振周波数をｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎのみで切り替えるようになっている。
また、インピーダンスマッチング回路２と各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎとの間の線路長Ｌｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）は、それぞれの回路配置により異なる長さになってもよい。

このような構成により、例えば、それぞれ異なり得る各ループアンテナの共振周波数については、各共振容量Ｂ１〜Ｂｎの調整により、所望の周波数への統一調整が可能である。また、それぞれ異なり得る各ループアンテナのインピーダンスについては、各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎに印加するバイアスを個々の値に調整することでインピーダンスマッチングが可能である。

また、本例では、一構成例として、複数のループアンテナ部Ａ１〜Ａｎについて、アンテナ間の干渉が起きないようにするために、読み取り等に用いるループアンテナの共振周波数を所望の周波数とし、読み取り等に用いないループアンテナの共振周波数を所望の周波数とは異なる周波数（例えば、予め設定された所定の周波数）とするように、アンテナユニットの上位装置（例えば、リーダライタや制御部）から切り替え制御を行う構成とする。

ここで、例えば、１台のリーダライタアンテナに組み込まれた複数のループアンテナとしては、サイズ、ターン数、等が同じものでなくてもよく、また、それに伴い、実装する共振容量についても同じものでなくてもよい。

以上のように、本例の非接触通信システムでは、例えば誘導式書き込み通信装置として用いられるリーダライタと、リーダライタに接続される複数のループアンテナ（リーダライタアンテナ）と、リーダライタの出力により起動されるＩＣタグ等を備える。
また、本例のリーダライタは、例えばそれぞれ異なる位置に配置された複数のループアンテナを切り替えて用いることにより、出力（送信）する信号をＩＣタグ等が所望の方位で受信、応答返信できる空間（平面）的範囲を拡張するリーダライタアンテナの構成を有する。そして、本例では、複数のＩＣタグ等が、任意の範囲内に配置された複数のリーダライタアンテナによって決定される空間（平面）内で通信可能である。
一構成例として、リーダライタに接続されるリーダライタアンテナは、限られた空間（平面）内に、隣接又は近接に複数配置される。
また、本例では、リーダライタとリーダライタアンテナの構成台数として、１対ｎの形態を持つ。

また、本例では、複数のリーダライタアンテナが結合するような距離、方向で設置されており、それぞれのリーダライタアンテナがＩＣタグ等に対する読み取り等を行うときに、互いの通信を妨害しないようにする制御やアンテナの回路を有している。
また、本例では、複数のリーダライタアンテナのそれぞれの特性が、リーダライタアンテナ自体の形状、サイズや設置環境によって異なる場合に、任意の特性に統一する補正機能を持つ制御やアンテナの回路を有している。

このように、本例では、ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成する、複数のアンテナを備えたループアンテナユニットにおいて、前記複数のアンテナについて、共通のインピーダンスマッチング部（本例では、インピーダンスマッチング回路２）が設けられ、また、各アンテナに、共振周波数の切り替えを行うためのｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎが設けられて、各アンテナの共振周波数の切り替えが当該ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎの切り替え（バイアスの切り替え）により行われ、また、各アンテナのｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎのバイアスは、個々のアンテナ毎にインピーダンスマッチングが行われるように調整される。これにより、例えば、従来のように各アンテナ個別にインピーダンスマッチング部を設けることなく、更に、各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎのバイアス調整を個別に行うことで、高精度のマッチング調整が可能となる。

上述のように、本例では、少ない部品構成で、複数のループアンテナを切り替える方式のリーダライタアンテナを実現することが可能である。
また、本例では、各ループアンテナの分岐において、長い伝送路を必要としない（例えば、各リーダライタアンテナ内での短い伝送路を実現することが可能である）ため、例えば、システム構成のユニット間を接続する同軸ケーブルに伝送路の長さを割り当てることができ、システム設置の制限を緩和することができる。

また、本例では、インピーダンスマッチング回路２による粗調整と、ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎのバイアス制御による微調整により、精度の高いインピーダンスマッチングを実現することができる。
また、本例では、複数のループアンテナの切り替え動作が行われるのと同時に、複数のループアンテナが距離、角度的に影響し合う位置関係に配置（設置）されていても、非選択の（つまり、選択されていない）ループアンテナが選択中のループアンテナに影響（例えば、干渉、結合）しない構成としてある。

なお、本例のアンテナユニットは、ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するものであり、複数のアンテナ（本例では、ループアンテナコイルＤ１〜Ｄｎから成るループアンテナ）を備え、複数のアンテナについて共通のインピーダンスマッチング部（本例では、インピーダンスマッチング回路２）を備え、前記複数のアンテナの各々について共振周波数を変更するためのｐｉｎダイオードスイッチ（本例では、ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎ）を備え、各々のアンテナのｐｉｎダイオードスイッチのバイアスが個々のアンテナ毎にインピーダンスマッチングが実現されるように調整される。

以下で、更に、図２〜図１１を参照して、非接触通信システムの様々な構成例を示す。これらの構成例は、図１に示される本例のアンテナユニットに適宜適用されてもよい。
まず、図２、図３を参照して、アンテナユニットへの制御信号及びバイアス電源信号の入力に関する構成例を示す。
図２には、例えばリーダライタや制御部から成る上位装置２１と、アンテナユニットＺ１の構成例を示してある。
本例のアンテナユニットＺ１は、入力部として、ＲＦ入力部１と、制御バイアス入力部１１を備えている。そして、上位装置２１から出力されるＲＦ信号がＲＦ入力部１に入力されてインピーダンスマッチング回路２に入力され、上位装置２１から出力される制御信号及びバイアス電源信号（例えば、これらがまとまった制御バイアス信号）が制御バイアス入力部１１に入力されて各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎにバイアス電圧として入力される。

ここで、制御信号及びバイアス電源信号（例えば、これらがまとまった制御バイアス信号）は、直接的に各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎの切り替えを行う切り替えバイアスとなっている。
また、本例では、バイアスのラインが、上位装置２１から各アンテナ（各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎ）において、独立（セパレート）している。
なお、図２では、バイアス値を調整するバイアス調整部を省略してある。

図３には、例えばリーダライタや制御部から成る上位装置２２と、外部の装置又は上位装置２２から構成されるバイアス電源２３と、アンテナユニットＺ２の構成例を示してある。
本例のアンテナユニットＺ２は、入力部として、ＲＦ入力部１と、制御入力部１２と、バイアス入力部１３を備えており、また、バイアス制御処理部１４を備えている。そして、上位装置２２から出力されるＲＦ信号がＲＦ入力部１に入力されてインピーダンスマッチング回路２に入力され、上位装置２２から出力される制御信号が制御入力部１２に入力されてバイアス制御処理部１４に入力され、バイアス電源２３から出力されるバイアス電源信号がバイアス入力部１３に入力されてバイアス制御処理部１４に入力される。また、バイアス制御処理部１４は、入力された制御信号及びバイアス電源信号に基づいて制御バイアス信号を各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎへバイアス電圧として出力する。

ここで、本例のアンテナユニットＺ２では、バイアス入力として、切り替えバイアスのバイアス源が入力され、また、制御入力として、オン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御のための制御信号が入力され、そして、これらに基づいて、バイアス制御処理部１４で切り替えバイアスが生成される。
また、本例では、上位装置２２からの制御信号により、アンテナユニットＺ２の内部で所望のアンテナ（所望のｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎ）にバイアスを印加する構成となっている。
なお、図３では、バイアス値を調整するバイアス調整部を省略してある。

ここで、図３に示す構成例における３つの入力を１つに重畳して入力する構成としてもよい。
この変形例におけるアンテナユニットＺ２は、入力部として、ＲＦ入力部１を備えており、また、電源・制御分離部と、バイアス制御処理部１４を備えている。そして、上位装置２２からＲＦ信号と制御信号とバイアス電源信号が重畳された信号（重畳信号）が出力され、当該重畳信号がＲＦ入力部１に入力されて電源・制御分離部に入力される。電源・制御分離部は、入力された重畳信号に含まれるＲＦ信号を分離してインピーダンスマッチング回路２へ出力するとともに、入力された重畳信号に含まれる制御信号及びバイアス電源信号（これらが重畳された信号）を分離してバイアス制御処理部１４へ出力する。本変形例では、このように、バイアス源と切り替えのための制御信号が重畳されたものがバイアス制御処理部１４に入力される。バイアス制御処理部１４は、入力された制御信号及びバイアス電源信号（これらが重畳された信号）に基づいて制御バイアス信号を各ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎへバイアス電圧として出力する。

ここで、本変形例では、上位装置２２からのＲＦラインに、制御信号及びＤＣ電源（バイアス）を重畳している。
また、本変形例では、ＲＦ信号から制御信号及びＤＣ電源（バイアス）を分離する処理部（電源・制御分離部）や、制御信号を処理する処理部（バイアス制御処理部１４）を有している。

次に、図４を参照して、リーダライタシステムの構成例を示す。
ここで、共通するシステム構成として、制御部（例えば、ＰＣ）がリーダライタ（或いは、リーダライタの側）にあり、所望のアンテナにアクセスして読み取り等／切り替えや調整などの制御を行い、また、切り替えの順番などの具体的な指示（命令）は制御部により行われる。また、１個のアンテナユニットが複数のアンテナを備える場合があり、本例では、このような構成を採用している。

図４（ａ）には、リーダライタとアンテナとが一体型である場合におけるリーダライタシステムの構成例を示してあり、具体的には、制御ＰＣ（ＡＰなど）３１と、リーダライタとアンテナユニットが一体となったリーダライタアンテナユニット３２が接続されている。そして、制御ＰＣ３１からリーダライタアンテナユニット３２へ、通信に使用するアンテナを切り替えるための切替制御命令が出力される。

図４（ｂ）には、リーダライタとアンテナとが分離型である場合におけるリーダライタシステムの構成例を示してあり、具体的には、制御ＰＣ（ＡＰなど）３３と、リーダライタ３４と、アンテナユニット３５が直列に接続されている。そして、図４（ｂ）に示される場合には、制御ＰＣ３３からリーダライタ３４へ、通信に使用するアンテナを切り替えるための切替制御命令が出力され、これに応じて、リーダライタ３４からアンテナユニット３５へ切替制御命令又は切替バイアスが出力される。

図４（ｃ）、（ｄ）には、リーダライタとアンテナとが分離型である場合におけるリーダライタシステムの他の構成例を示してあり、具体的には、制御ＰＣ（ＡＰなど）３６と、リーダライタ３７と、例えば切替器などから成る中継器３８が直列に接続されており、中継器３８に複数のアンテナユニットＥ１、Ｅ２、・・・のそれぞれが接続されている。そして、図４（ｃ）に示される場合には、制御ＰＣ３６からリーダライタ３７へ、通信に使用するアンテナを切り替えるための切替制御命令が出力され、これに応じて、リーダライタ３７から中継器３８へ切替制御命令が出力され、これに応じて、中継器３８から各アンテナユニットＥ１、Ｅ２、・・・へ切替制御命令又は切替バイアスが出力される。

また、図４（ｄ）に示される場合には、制御ＰＣ３６からリーダライタ３７へ、通信に使用するアンテナを切り替えるための切替制御命令が出力され、これに応じて、リーダライタ３７から中継器３８へ切替バイアスが出力され、これに応じて、中継器３８から各アンテナユニットＥ１、Ｅ２、・・・へ切替バイアスが出力される。

ここで、図４において、切替制御信号（例えば、切替制御命令）については、制御信号を受信した側でそれを解釈するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの制御部が必要となり、制御部ではこの制御信号を基に切り替え用のスイッチのオン／オフを制御する。
また、図４において、切替バイアスは、アンテナの切り替え用のスイッチを直接オン／オフする信号である。なお、バイアス源は、例えば、それぞれのアンテナで別に備えていてもよく、或いは、切替バイアスとともに供給されてもよい。

次に、アンテナの切り替え制御、及びインピーダンスマッチングのためのｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎに対するバイアス制御について説明する。
アンテナの切り替えのためのアンテナのオン／オフ制御は、例えば、リーダライタからの指示により行われ、また、ＩＣタグ等の読み取り等などの運用動作では、上位の制御ＰＣからの操作（アプリケーションを含む）によりアンテナのオン／オフ制御が行われる。また、メンテナンスなどではアンテナ単体で手動により設定できることが望まれるため、メンテナンス用のバイアス入力部やアンテナのオン／オフ制御部が別に備えられてもよい。

インピーダンスマッチングのためのｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎに対するバイアスの調整を行う機能は、例えば、アンテナユニットの内部の各アンテナループ毎に設けられる。具体例として、上位の制御ＰＣからの操作（アプリケーションを含む）があったこと、或いは、予め設定されたインピーダンスマッチングの許容範囲を超えたという条件が満たされたこと、などを判断して、ソフトウエアによるバイアス調整制御を行うことができる構成とするのが好ましい。また、より簡易な構成例としては、設置調整時に、可変抵抗器（ボリューム抵抗）などを手動（マニュアル）で調整してバイアスを固定する方法を用いることができる。また、ソフトウエアによる調整とマニュアルによる調整の両方の機能が備えられてもよい。

次に、図５、図６を参照して、バイアス値の設定に関する構成例を示す。
図５には、アンテナユニットの内部の１個のループアンテナに関する構成例として、バイアスの供給源となるバイアス源と、バイアスをオン／オフするスイッチ（ＳＷ）４１を示してあるとともに、バイアスを調整するための可変抵抗器（ＶＲ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）４２と、共振容量Ｂと、バイアスが入力されるｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃと、ループアンテナコイルＤを示してある。

本例では、アンテナのオン／オフを切り替えるためのＳＷ４１が、バイアスの供給源からのライン上に配置されており、上位装置（例えば、リーダライタや制御ＰＣなど）からの制御信号により制御される。
図５について、具体的には、ＳＷ４１がオンとされてバイアスが通電された（オンとされた）場合には、それに接続されるアンテナのｐｉｎダイオードＳＷ回路ＣがオンとなってＲＦ信号を通過させ、当該アンテナにより非接触通信が可能な状態（オンの状態）となる一方、ＳＷ４１がオフとされてバイアスが遮断された（オフとされた）場合には、それに接続されるアンテナのｐｉｎダイオードＳＷ回路ＣがオフとなってＲＦ信号を遮断し、当該アンテナにより非接触通信が不可能な状態（オフの状態）となる。

また、本例では、バイアス値の調整は可変抵抗器４２により行われ、例えば、装置（システム）の設置時に、アンテナの状態が最適になるように、手動（マニュアル）で、可変抵抗器４２に印加するバイアスを設定して、可変抵抗器４２の抵抗値を調整する。また、調整時には、調整の合否を判定するために、インピーダンスを測定するための測定器や測定治具が用いられる。

更に、図５に示す構成例における可変抵抗器４２に換えて、バイアスを調整するためのデジタルポテンショメータ（ＤＰ）を用いても良い。
この場合、バイアス値の調整はデジタルポテンショメータにより行われ、装置（システム）の設置後に、自装置により自動的に又はユーザ（人）や外部装置からの指示に基づいて、デジタルポテンショメータの設定を変更して、アンテナの状態が最適になるように、ソフトウエアで調整する。また、例えば、インピーダンスの状態を検出する検出部と、合否の判定を行う判定処理部を備えて、調整時には、調整の合否を判定するために、当該検出部及び当該判定処理部により、デジタルポテンショメータの設定を行う。

また、デジタルポテンショメータによるインピーダンスの調整を最適に設定するための方法としては、例えば、最適な設定状態をプログラムにより探索する方法や、或いは、予めメモリに記憶させたデジタルポテンショメータの設定状態とインピーダンスの状態との関係を示すテーブル（設定値テーブル）から適した設定状態（例えば、設定値）を呼び出す方法などを用いることができる。

図６には、アンテナユニットの内部の１個のループアンテナに関する構成例として、バイアスの供給源となるバイアス源を示してあるとともに、可変抵抗器４５とデジタルポテンショメータ４６の一方又は両方と、バイアスをオン／オフする機能及びバイアスを調整する機能を有する可変出力タイプのＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣコンバータ（又は、レギュレータ）４７と、共振容量Ｂと、バイアスが入力されるｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃと、ループアンテナコイルＤを示してある。

本例では、アンテナのオン／オフを切り替えるためのＤＣ−ＤＣコンバータ（又は、レギュレータ）４７が、上位装置（例えば、リーダライタや制御ＰＣなど）からの制御信号により制御される。
また、本例では、可変出力機能及び出力オン／オフ機能を有するＤＣ−ＤＣコンバータ（又は、レギュレータ）４７によりバイアス値の設定を行い、この調整を、手動（マニュアル）で設定や調整する可変抵抗器４５や、ソフトウエアにより設定や調整するデジタルポテンショメータ４６により行う。

次に、図７、図８を参照して、ｐｉｎダイオードＳＷ回路の構成例を示す。
図７には、ＲＦ入力部５１、インピーダンスマッチング回路５２、共振容量５３、ｐｉｎダイオードＳＷ回路５４、ループアンテナコイル５５、ＳＷ５６、可変抵抗器５７を示してある。
本例のｐｉｎダイオードＳＷ回路５４は、基本的な構成例として、可変抵抗器５７と共振容量５３との間に接続されたコイル６１と、共振容量５３及びコイル６１の接続点とループアンテナコイル５５との間に接続されたｐｉｎダイオード６２と、ｐｉｎダイオード６２とループアンテナコイル５５との間の点と接地点との間に接続されたコイル６３から構成されている。

図８（ａ）〜（ｄ）には、ｐｉｎダイオードＳＷ回路５４の他の構成例を示してある。
図８（ａ）に示される構成では、コイル６４、ｐｉｎダイオード６５、抵抗器６６から構成されており、図７に示される構成と比べて、接地点と接続されるコイル６３の代わりに抵抗器６６へ置き換えられている。
図８（ｂ）に示される構成では、コイル６７、ｐｉｎダイオード６８、コイル６９及び抵抗器７０から構成されており、図７に示される構成と比べて、接地点と接続されるコイル６３の代わりにコイル６９及び抵抗器７０を直列に接続したものへ置き換えられている。

図８（ｃ）に示される構成では、コイル７１、ｐｉｎダイオード７２、コイル７３及び可変抵抗器７４から構成されており、図７に示される構成と比べて、接地点と接続されるコイル６３の代わりにコイル７３及び可変抵抗器７４を直列に接続したものへ置き換えられている。ここで、可変抵抗器７３は、インピーダンスマッチングの調整を可能としており、バイアス値の調整と同様な働きをする。

図８（ｄ）に示される構成では、コイル７５、２個のｐｉｎダイオード７６、７７、抵抗器７８から構成されており、図８（ａ）に示される構成と比べて、２個のｐｉｎダイオード７６、７７が並列に接続された構成となっている。
なお、図８（ｂ）や図８（ｃ）に示される構成についても、２個のｐｉｎダイオードを並列に接続する構成とすることが可能である。

次に、図９を参照して、アンテナユニットの入力部に関する構成例を示す。なお、図２や図３の変形例に示されるようなアンテナユニットの入力部の構成を用いることも可能である。
図９（ａ）に示される構成例では、上位装置９１からバイアス電源信号、制御信号、ＲＦ信号が出力され、アンテナユニットでは、バイアス入力部８１によりバイアス電源信号を入力し、制御入力部８２により制御信号を入力し、ＲＦ入力部８３によりＲＦ信号を入力する。本例では、上位装置９１（例えば、リーダライタや切替器など）からそれぞれの信号が独立したライン（ケーブル）で接続して供給される。

図９（ｂ）に示される構成例では、図９（ａ）に示される構成例と比べて、外部電源９２からバイアス電源信号が出力され、上位装置９３から制御信号、ＲＦ信号が出力される点が異なっている。本例では、バイアスのみについて、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）アダプタなどによる外部電源９２から供給する。

図９（ｃ）に示される構成例では、上位装置９４からバイアス電源信号と制御信号とＲＦ信号が重畳された信号（重畳信号）が出力され、アンテナユニットでは、入力部８４により重畳信号を入力した後に、ＲＦ信号が分離され、また、この残りの信号から分離部８５によりバイアス電源信号と制御信号が分離される。本例では、ＲＦラインにＲＦ信号以外の信号を重畳して、アンテナユニットの内部で分離している。

図９（ｄ）に示される構成例では、外部電源９５からバイアス電源信号が出力され、上位装置９６から制御信号とＲＦ信号が重畳された信号（重畳信号）が出力され、アンテナユニットでは、バイアス入力部８６によりバイアス電源信号を入力し、また、ＲＦ／制御入力部８７により重畳信号を入力した後に、ＲＦ信号が分離され、この残りの信号から分離部８８により制御信号が分離される。本例では、バイアスのみについて、ＡＣアダプタなどによる外部電源９５から供給し、また、ＲＦ信号に制御信号を重畳している。

次に、図１０を参照して、インピーダンスマッチングの調整処理の手順の一例を示す。
インピーダンスマッチングの調整処理では、ステップＳ１１〜Ｓ１６を行い、ステップＳ１７〜Ｓ２４については行わない。
本例では、装置の設置が終了した後に（ステップＳ１１）、インピーダンスマッチングの調整処理を開始する（ステップＳ１２）。インピーダンスマッチングの調整処理においては、インピーダンスマッチングの確認をして（ステップＳ１３）、マッチングの有無を判定し（ステップＳ１４）、この結果、マッチングが取れた場合には、インピーダンスマッチングの調整処理を完了し（ステップＳ１６）、マッチングが取れなかった場合には、バイアスを変更して（ステップＳ１５）、再び、インピーダンスマッチングの確認、判定を行う（ステップＳ１３、ステップＳ１４）。

次に、図１０を参照して、インピーダンスマッチングの調整処理及びアンテナの共振周波数の調整処理を共に行う場合の手順の一例を示す。
本例では、装置の設置が終了した後に（ステップＳ１１）、インピーダンスマッチングの調整処理を開始する（ステップＳ１２）。インピーダンスマッチングの調整処理においては、インピーダンスマッチングの確認をして（ステップＳ１３）、マッチングの有無を判定し（ステップＳ１４）、この結果、マッチングが取れた場合には、インピーダンスマッチングの調整処理を完了し（ステップＳ１６）、マッチングが取れなかった場合には、バイアスを変更して（ステップＳ１５）、再び、インピーダンスマッチングの確認、判定を行う（ステップＳ１３、ステップＳ１４）。

そして、インピーダンスマッチングの調整処理を完了した後に、アンテナの共振周波数の調整処理を開始する（ステップＳ１７）。アンテナの共振周波数の調整処理においては、共振周波数の確認をして（ステップＳ１８）、共振周波数の適否を判定し（ステップＳ１９）、この結果、適した共振周波数に調整された場合には、アンテナの共振周波数の調整処理を完了し（ステップＳ２１）、適した共振周波数に調整されていない場合には、共振容量を変更して（ステップＳ２０）、再び、アンテナの共振周波数の確認、判定を行う（ステップＳ１８、ステップＳ１９）。

続いて、アンテナの共振周波数の調整処理を完了した後に、インピーダンスマッチングの再確認をして（ステップＳ２２）、マッチングの有無を判定し（ステップＳ２３）、この結果、マッチングが取れた場合には、調整処理を完了し（ステップＳ２４）、マッチングが取れなかった場合には、再び、バイアスを変更する処理（ステップＳ１５）へ移行して、インピーダンスマッチングの確認、判定を行う処理（ステップＳ１３、ステップＳ１４）から、処理を続行する。

次に、図１１を参照して、リーダライタシステムにおけるインピーダンスマッチングの判定や調整に関する構成例を示す。
図１１には、リーダライタ１０１とアンテナユニット１０２の構成例を示してある。
本例のリーダライタ１０１は、マッチング検出部１１１、マッチング判定処理部１１２、ＲＦ出力部（ＲＦ出力コネクタ）１１３を備えている。

本例のアンテナユニット１０２は、ＲＦ入力部（ＲＦ入力コネクタ）１、インピーダンスマッチング回路２（本例では、粗調整、バランスを実現する）、複数のループアンテナ部Ａ１〜Ａｎを備えている。
各ループアンテナ部Ａ１〜Ａｎは、共振容量Ｂ１〜Ｂｎ、ｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎ、ループアンテナコイルＤ１〜Ｄｎ、バイアス値を調整するバイアス調整部Ｆ１〜Ｆｎを備えている。

本例では、リーダライタ１０１において、ＲＦ出力部１１３の直前にマッチング検出部１１１が備えられており、マッチング検出部１１１は任意のアンテナについてマッチングの状態を検出することができ、マッチング判定処理部１１２はマッチングの調整が必要である場合にはその調整を実行する。
具体的には、マッチング検出部１１１は、検出を行う時点で選択されている（読み取り等を行う）アンテナのみについてインピーダンスを検出することができ、そのアンテナのマッチング状態を検出することができる。また、マッチング判定処理部１１２は、マッチング検出部１１１による検出結果（検出内容）を入力して、それに基づいてマッチングの適否を判定し、マッチングが取れていないと判定した場合には、アンテナユニット１０２の（該当するアンテナの）バイアス調整部Ｆ１〜Ｆｎを制御して当該バイアス調整部Ｆ１〜Ｆｎによりバイアスを調整する処理を実行する。

ここで、種々な条件により、ループアンテナ毎にインピーダンスは異なり得るため、本例では、各ループアンテナのｐｉｎダイオードＳＷ回路Ｃ１〜Ｃｎの切り替えにより、任意のループアンテナについて個別に調整することを可能としている。
また、本例では、リーダライタ１０１側とアンテナユニット１０２側のいずれか一方又は両方において、調整の設定内容の情報をメモリ等に記憶することができる構成としてある。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

１、２０１・・ＲＦ入力部、 ２、Ｉ１〜Ｉｎ・・インピーダンスマッチング回路、 Ａ１〜Ａｎ、Ｇ１〜Ｇｎ・・ループアンテナ部、 Ｂ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｊ１〜Ｊｎ・・共振容量、 Ｃ、Ｃ１〜Ｃｎ、Ｋ１〜Ｋｎ・・ｐｉｎダイオードＳＷ回路、 Ｄ、Ｄ１〜Ｄｎ、Ｍ１〜Ｍｎ・・ループアンテナのコイル、 Ｈ１〜Ｈｎ・・スイッチ（ＳＷ）、
１１・・制御バイアス入力部、 １２・・制御入力部、 １３・・バイアス入力部、 １４・・バイアス制御処理部、 ２１、２２・・上位装置、 ２３・・バイアス電源、 Ｚ１〜Ｚ３・・アンテナユニット、
３１、３３、３６・・制御ＰＣ、 ３２・・リーダライタアンテナユニット、 ３４、３７・・リーダライタ、 ３５・・アンテナユニット、 ３８・・中継器、 Ｅ１〜Ｅ３・・アンテナユニット、
４１・・スイッチ（ＳＷ）、 ４２、４５・・可変抵抗器、 ４６・・デジタルポテンショメータ、 ４７・・ＤＣ−ＤＣコンバータ（又は、レギュレータ）、
５１・・ＲＦ入力部、 ５２・・インピーダンスマッチング回路、 ５３・・共振容量、 ５４・・ｐｉｎダイオードＳＷ回路、 ５５・・ループアンテナのコイル、 ５６・・スイッチ（ＳＷ）、 ５７、７４・・可変抵抗器、 ６１、６３、６４、６７、６９、７１、７３、７５・・コイル、 ６２、６５、６８、７２、７６、７７・・ｐｉｎダイオード、 ６６、７０、７８・・抵抗器、
８１、８６・・バイアス入力部、 ８２・・制御入力部、 ８３・・ＲＦ入力部、 ８４・・入力部、 ８５、８８・・分離部、 ８７・・ＲＦ／制御入力部、 ９１、９３、９４、９６・・上位装置、 ９２、９５・・外部電源、
１０１・・リーダライタ、 １０２・・アンテナユニット、 １１１・・マッチング検出部、 １１２・・マッチング判定処理部、 １１３・・ＲＦ出力部、 Ｆ１〜Ｆｎ・・バイアス調整部、

Claims (1)

1. ループアンテナを用いた非接触通信システムを構成するアンテナユニットであって、
   複数のアンテナを備え、
   前記複数のアンテナについて共通のインピーダンスマッチング部を備え、
   前記複数のアンテナの各々について共振周波数を変更するためのｐｉｎダイオードスイッチを備え、各々のアンテナのｐｉｎダイオードスイッチのバイアスが個々のアンテナ毎にインピーダンスマッチングが実現されるように調整される、
   ことを特徴とするアンテナユニット。

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