JP2014135084A - 無線通信装置、及び該無線通信装置に用いられる非接触通信用アンテナ - Google Patents
無線通信装置、及び該無線通信装置に用いられる非接触通信用アンテナ Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】非接触通信用アンテナは、ICカード処理装置に対して第1の領域内で無線接続される第1のループアンテナ(送受信アンテナ21)と、ICカード処理装置に対して第1の領域よりも距離の短い第2の領域内で無線接続され、ICカード処理装置に対する通信特性が第1のループアンテナ(送受信アンテナ21)よりも良好な第2のループアンテナ(送信アンテナ23)とを有している。第2のアンテナ(送信アンテナ23)は、ループ面がかざし面Kから第1の距離の位置に平行に配置され、第1のループアンテナ(送受信アンテナ21)は、ループ面がかざし面Kに対して第2のアンテナ(送信アンテナ23)よりも離れた第2の距離の位置に平行に配置されている。
【選択図】図3
Description
この携帯電話端末10では、内部の電池11を囲む態様でケーブルアンテナ12が施されている。しかしながら、ケーブルアンテナ12は、1つのアンテナで構成されているため、通信不能領域が大きく、また、リーダ/ライタ機能を用いる場合、十分な通信特性を確保することができないという問題点がある。
この非接触ICカードでは、改札機などに設けられているリーダ/ライタなどの通信対象機器との間の無線通信用に設けられた小型アンテナ及び同小型アンテナよりもアンテナ長の長い大型アンテナが設けられている。小型アンテナは、上記通信対象機器のアンテナと通信する際、同アンテナの内周側に位置するように配置される一方、大型アンテナは、上記通信対象機器のアンテナと通信する際、同アンテナの外周側に位置するように配置される。小型アンテナから得られる第1受信電圧と大型アンテナから得られる第2受信電圧とが合成され、合成電圧が比較手段により基準電圧と比較される。アンテナ切換手段により、通信対象機器との距離に応じて変化する合成電圧が基準電圧よりも大きいとき、大型アンテナの機能が停止する一方、合成電圧が基準電圧よりも小さいとき、大型アンテナの機能が動作する。そして、制御手段により、大型アンテナのアンテナ機能を停止させるときの基準電圧と、大型アンテナの機能を動作させるときの基準電圧との間で電圧差を設けるように制御される。
すなわち、特許文献1に記載された非接触ICカードでは、大型アンテナの幅がリーダ/ライタ(通信対象機器)側のアンテナの幅よりも大きい。ところが、リーダ/ライタのアンテナの幅は、一般的に携帯電話端末の筐体の幅よりも大きい。このため、大型アンテナの幅は、携帯電話端末の筐体の幅よりも大きくなり、非接触ICカードと同様のアンテナを携帯電話端末に対して実装することは困難である。また、携帯電話端末に対して非接触ICカードの機能を搭載する場合、アンテナのサイズが異なる種々のリーダ/ライタに対して良好な通信特性が得られるようにする必要があるが、リーダ/ライタにおけるアンテナのサイズが一定でない場合には、2つのアンテナの受信電圧の合成電圧を基準電圧と比較することによってアンテナを切り換えることは困難である。なぜなら、非接触ICカードとリーダ/ライタとの間の距離を変えた場合の合成電圧は、非接触ICカード側の2つのアンテナ及びリーダ/ライタ側のアンテナのサイズの大小関係に依存して、複雑な振る舞いを示すからである。そこで、携帯電話端末などの無線通信装置で、リーダ/ライタに対する通信特性を良好に保ちつつ、アンテナサイズの小型化及び面積の削減を行う必要があるという課題がある。
この形態の無線通信装置は、同図に示すように、携帯電話端末20であり、非接触型ICカード又は同非接触型ICカードと同等の機能を有する電子機器と通信を行うためのリーダ/ライタ(ICカード処理装置)に対して、ユーザが非接触通信用アンテナを携帯電話端末20の筐体の非接触通信用のかざし面を介してかざすことにより無線接続されて通信を行う。すなわち、この携帯電話端末20は、送受信アンテナ21と、容量調整回路22と、送信アンテナ23と、容量調整回路24と、アンテナ制御回路25と、リーダ/ライタ制御回路26と、制御部27とを備えている。上記送受信アンテナ21と送信アンテナ23とで、上記非接触通信用アンテナが構成されている。
送受信アンテナ21及び送信アンテナ23は、図2(a)に示すように、非接触通信アンテナ40に施されている。すなわち、送受信アンテナ21及び送信アンテナ23は、可撓性の基板、すなわちFPC(Flexible Printed Circuit、フレキシブル・プリント基板)41の表面上に銅線のパターンとして形成されている。この場合、送受信アンテナ21は、たとえば4本の銅線がFPC41上に形成されることにより、4ターンのループアンテナとして形成される。また、送信アンテナ23は、たとえば2本の銅線がFPC41上に形成されることにより、2ターンのループアンテナとして形成される。送受信アンテナ21と送信アンテナ23との間には、上記間隔として、一定の距離g(たとえば、1mm)が確保されている。
非接触通信アンテナ40では、FPC41の表面Fに送受信アンテナ21及び送信アンテナ23が形成され、また、同図2(b)に示すように、FPC41の裏面Mに磁性シート42,…,42が貼付されている。
非接触通信アンテナ40は、同図2(c)に示すように、携帯電話端末20の内部の所定の構成部品を包囲し、表面Fが外側、及び裏面Mが内側になる態様で設けられている。基板43は、携帯電話端末20の面方向に対して水平に位置するプリント基板である。コネクタ44は、基板43と非接触通信アンテナ40とを、ループアンテナが構成されるように接続する。
非接触通信アンテナ40は、同図2(d)に示すように、基板43及び非接触通信アンテナ40を介して、電池45を包囲するループアンテナを構成している。この場合、非接触通信アンテナ40は、FPC41の表面Fが携帯電話端末20の面方向に対して垂直になっている。また、通信特性の劣化の原因となる電池45とFPC41との間に磁性シート42,…,42が挟まれる態様となり、特性劣化を軽減する構成となる。近年の磁性シートは、透磁率が高くなっているため、薄いものであっても、特性劣化を軽減する性能が良好である。
この携帯電話端末20では、同図3に示すように、FPC41は、その表面Fが非接触通信用のかざし面Kに対して垂直になるように配置されている。また、送信アンテナ23は、かざし面Kから近い位置(すなわち、上記第1の距離の位置)、及び、送受信アンテナ21が、かざし面Kから離れた位置(すなわち、上記第2の距離の位置)に配置されている。
これらの図を参照して、この形態の携帯電話端末20の動作について説明する。
非接触ICカード機能時では、たとえば交通機関の改札機などで使用されるリーダ/ライタと通信する場合、同リーダ/ライタから出力された変調データは、送受信アンテナ21で受信され、アンテナ制御回路25では、この変調データが受信データ復調回路31により復調され、復調データが制御部27へ送出される。また、アンテナ制御回路25から外部のリーダ/ライタに対する応答は、アンテナ切替回路33により選択された負荷変調回路及びアンテナによって行う。この場合、アンテナ制御回路25により、リーダ/ライタから電磁誘導を受けた送受信アンテナ21の受信電圧rvが検出され、同受信電圧rvが所定の閾値以下のときに、上記リーダ/ライタに対する送信信号mが同送受信アンテナ21を介して送信される一方、同受信電圧rvが上記閾値よりも大きいときに、同送信信号mを送信アンテナ23を介して送信される。また、リーダ/ライタ機能時では、リーダ/ライタ制御回路26は、制御部27の送信命令に従い、送信アンテナ23を経て対向する非接触ICカードに対して送信データを送信する。
たとえば、第1のループアンテナ及び第2のループアンテナは、それぞれ所定の線材を有するケーブルで構成されていても良い(請求項6に対応)。この場合、たとえば図6に示すように、第1のループアンテナが送受信アンテナ51、及び第2のループアンテナが送信アンテナ52で構成され、これらの間に距離dが確保されている。送受信アンテナ51は4ターンの線材51a、及び送信アンテナ52が2ターンの線材52aで構成されている。距離dは、送受信アンテナ51で返信する領域と送信アンテナ52で返信する領域とが図5に示す特性と同様に連続可能な値に設定されている。また、アンテナ制御回路25は、図1中の構成に限定されず、たとえば、アンテナ切替回路33を切替スイッチ33Sのみの構成とし、電圧検出回路32が受信電圧rvを閾値と比較し、その比較結果に基づいて同切替スイッチ33Sを制御するようにしても良い。
21 送受信アンテナ(第1のループアンテナ、非接触通信用アンテナの一部)
23 送信アンテナ(第2のループアンテナ、非接触通信用アンテナの一部)
25 アンテナ制御回路(アンテナ選択手段)
26 リーダ/ライタ制御回路(送信制御手段)
31 受信データ復調回路(アンテナ選択手段の一部)
32 電圧検出回路(アンテナ選択手段の一部)
33 アンテナ切替回路(アンテナ選択手段の一部)
34 負荷変調回路(アンテナ選択手段の一部)
35 負荷変調回路(アンテナ選択手段の一部)
41 FPC(Flexible Printed Circuit)(可撓性の基板)
51 送受信アンテナ(第1のループアンテナ、非接触通信用アンテナの一部)
51a,52a 線材
52 送信アンテナ(第2のループアンテナ、非接触通信用アンテナの一部)
K かざし面
Claims (10)
- 非接触型ICカード又は該非接触型ICカードと同等の機能を有する電子機器と通信を行うためのICカード処理装置に対して、非接触通信用アンテナを当該無線通信装置の筐体のかざし面を介してかざすことにより無線接続されて通信を行う無線通信装置であって、
前記非接触通信用アンテナは、
前記ICカード処理装置に対して所定の第1の領域内で無線接続される第1のループアンテナと、
前記ICカード処理装置に対して前記第1の領域よりも距離の短い第2の領域内で無線接続され、前記ICカード処理装置に対する通信特性が前記第1のループアンテナよりも良好な第2のループアンテナとを有し、
前記第2のアンテナは、
ループ面が前記かざし面から所定の第1の距離の位置に平行に配置され、
前記第1のループアンテナは、
ループ面が前記かざし面に対して前記第2のアンテナよりも離れた第2の距離の位置に平行に配置されていることを特徴とする無線通信装置。 - 前記第1のループアンテナの受信電圧を検出し、該受信電圧が所定の閾値以下のときに、前記ICカード処理装置に対する送信信号を前記第1のループアンテナを介して送信する一方、前記受信電圧が前記閾値よりも大きいときに、前記送信信号を前記第2のループアンテナを介して送信するアンテナ選択手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記第1のループアンテナと前記第2のループアンテナとの間隔は、
前記第1の領域と前記第2の領域とが連続可能な距離に設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載の無線通信装置。 - 前記非接触型ICカード又は該非接触型ICカードと同等の機能を有する電子機器に向けて、前記第2のループアンテナを介して所定の送信を行う送信制御手段が設けられていることを特徴とする請求項1、2又は3記載の無線通信装置。
- 前記第1のループアンテナ及び第2のループアンテナは、
可撓性の基板の表面上にパターンとして形成され、
該基板は、
前記表面が前記かざし面に対して垂直になるように配置され、かつ、当該無線通信装置の内部の所定の構成部品を包囲する態様で設けられていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の無線通信装置。 - 前記第1のループアンテナ及び第2のループアンテナは、
それぞれ所定の線材を有するケーブルで構成されていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の無線通信装置。 - 非接触型ICカード又は該非接触型ICカードと同等の機能を有する電子機器と通信を行うためのICカード処理装置に対して、当該無線通信装置の筐体の非接触通信用のかざし面をかざすことにより無線接続されて通信を行う無線通信装置に用いられる非接触通信用アンテナであって、
前記ICカード処理装置に対して所定の第1の領域内で無線接続される第1のループアンテナと、
前記ICカード処理装置に対して前記第1の領域よりも距離の短い第2の領域内で無線接続され、前記ICカード処理装置に対する通信特性が前記第1のループアンテナよりも良好な第2のループアンテナとから構成され、
前記第2のアンテナは、
ループ面が前記かざし面から所定の第1の距離の位置に平行に配置され、
前記第1のループアンテナは、
ループ面が前記かざし面に対して前記第2のアンテナよりも離れた第2の距離の位置に平行に配置されていることを特徴とする非接触通信用アンテナ。 - 前記無線通信装置は、
前記第1のループアンテナの受信電圧を検出し、該受信電圧が所定の閾値以下のときに、前記ICカード処理装置に対する送信信号を前記第1のループアンテナを介して送信する一方、前記受信電圧が前記閾値よりも大きいときに、前記送信信号を前記第2のループアンテナを介して送信するアンテナ選択手段が設けられていることを特徴とする請求項7記載の非接触通信用アンテナ。 - 前記第1のループアンテナと前記第2のループアンテナとの間隔は、
前記第1の領域と前記第2の領域とが連続可能な距離に設定されていることを特徴とする請求項7又は8記載の非接触通信用アンテナ。 - 前記無線通信装置は、
前記非接触型ICカード又は該非接触型ICカードと同等の機能を有する電子機器に向けて、前記第2のループアンテナを介して所定の送信を行う送信制御手段が設けられていることを特徴とする請求項7、8又は9記載の非接触通信用アンテナ。
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