JP4239205B2 - 携帯通信端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触型ＩＣカード機能（電磁誘導方式のＲＦＩＤ機能）を有する無線通信端末装置、及び無線通信端末装置に搭載された非接触型ＩＣカード用アンテナの共振周波数を調整する方法に関するものである。

近年、交通定期券、会社の出退勤管理、電子マネー、クレジットカード等の各種用途に利用できる非接触ＩＣカードも普及してきており、さらには、このような非接触ＩＣカードの機能を携帯電話機に内蔵し、携帯電話機に決済機能を持たせるようにしている。

このような非接触型ＩＣカードでは、リーダライタ（以下Ｒ／Ｗ）からの搬送波受信の際に、ループアンテナの持つ自己インダクタンス値（以下Ｌ値）と、ループアンテナと並列に接続したコンデンサによって並列共振を行うことで、受信効率を高めるのが一般的である。この並列共振周波数（以下Ｆ０）は搬送波周波数（１３．５６ＭＨｚ）付近が最適値となるが、様々な要因によってＦ０のばらつきが発生する。

まず、上記並列接続したコンデンサの容量のばらつきに起因するものがある。つまり、並列共振周波数とコンデンサ容量の関係はＦ０＝１／２π√（ＬＣ）で決まるため、コンデンサ容量のばらつきがＦ０のばらつきに直結するのである。

また、アンテナと周辺金属との位置関係に起因するものがある。つまり、非接触型ＩＣカードを内蔵した携帯端末では回路基板のベタパターンや電池パック、筐体の強度を確保するためのマグネシウム合金、シールドのＳＵＳ板等、一般的に金属が多く使われている。この金属は交流磁界中に存在しており、その金属の表面では、磁界の変化を打ち消す方向に渦電流が発生する。そして、この渦電流によってアンテナの自己インダクタンスを形成する磁束変化が打ち消され、金属物が接近するとアンテナのＬ値が低下するため、金属物とアンテナの位置関係のばらつきは、Ｆ０のばらつきに直結するのである。

さらに、磁性体の透磁率ばらつき（アンテナ付近に磁性体を使用している場合）に起因するものもある。つまり、上述の渦電流による磁束変化の打ち消しは、Ｒ／Ｗからの搬送波を減衰させ通信性能の劣化を引き起こすが、これを軽減するために非接触ＩＣカード機能内蔵の携帯端末ではアンテナと金属の間に透磁率の高い磁性体を挿入することが多い。これによって金属に当たる磁束が減少し、渦電流の影響が軽減されるが、その一方で透磁率に応じてアンテナ周辺の磁束密度が上昇してしまう。そして、自己インダクタンスを形成する磁束密度が上昇するとＬ値が上昇するため、透磁率のばらつきはＦ０のばらつきにつながる。

また、アンテナと磁性体の位置関係やアンテナの寸法精度によってもＦ０のばらつきが生じる。つまり、前者は、磁性体がアンテナに近づけばＬ値が上昇し、離れればＬ値は低下することに要因するものであり、後者はループアンテナのパターン長やパターン間隔のばらつきによるＬ値のばらつきが要因となるものである。

以上のようなばらつき要素によりＦ０が搬送波周波数から離れた値になった場合、通信距離が著しく低下する。また、Ｆ０と搬送波周波数の差はＲ／Ｗの送信波と受信波の位相差となって現れるため、ある特定の位相差となった時にＲ／Ｗのアンテナ上でＡＳＫ変調幅が消失し、ｎｕｌｌと呼ばれる不感帯が発生する。この状態では、カード機能側は十分な強さの搬送波を受けているためパワーオンリセットは発生せず、ユーザが一度搬送波圏外に非接触型ＩＣカードを離すまでエラー状態から復帰できない場合がある。

特に金属が多用される携帯端末では、Ｒ／Ｗ側に携帯機器の金属が与えてしまう影響分を加味する必要があるため、携帯端末のＦ０は出来るだけ狭帯域に管理されなければならない。このため、Ｆ０を狭帯域内に絞り込むための調整が必要となるが、特に上述のばらつき要因のうち位置関係によるばらつき要素を排除するためには、製造工程で携帯端末の筐体を組んだ後に共振周波数を調整できる仕組みが必要となってくる。

従来の共振数端数を調整する方法としては、まずパターンカットによる方法が挙げられる。これは、例えば、図１に示す様に１ｐＦ、２ｐＦ、４ｐＦ・・・２^ｎｐＦのコンデンサを並列に並べておき、コンデンサーアンテナ間のパターンを切断することにより０ｐＦ〜（２^ｎ−１）ｐＦの範囲で１ｐＦ刻みに容量値を選択する方法である。しかしながら、この方法では、作業工数または設備コストが多く掛かり、また、カット後はパターンを元に戻せないため、別項目の製造検査で落ちた場合や保守対応等の際に、基板を再利用することができなくなるという欠点がある。また、非接触型ＩＣカードを携帯端末の筐体に組んだ後にカットを行うための穴が筐体に必要となるため、機構設計やデザインの制約につながるという欠点もある。さらに、切断箇所の周囲に部品を置けず、また多層基板の場合、切断箇所の内層パターンまでダメージを受ける場合があるという欠点もある。

また、別の方法として、機械的な調整方法がある。これは、図２に示す様に、パターンカットの換わりにＤｉｐ−ＳＷによって並列コンデンサのＯＮ／ＯＦＦを行う方法や、トリマコンデンサを回してＦ０調整を行う方法である。この方法は、作業工数が多く掛かり、また、筐体を組んだ後に行う場合には調整操作のための穴が必要であるため、機構設計やデザインの制約につながるという欠点がる。また、Ｄｉｐ−ＳＷやトリマコンデンサは人が操作出来るサイズのものが一般的であり、大きな実装面積を必要とするという欠点もある。

そこで、スイッチ素子を用いる方法が考えられている。これは、図３の様に、Ｄｉｐ−ＳＷの換わりにＦＥＴ等のスイッチ素子を用いる方法である。

大学講義 最新電気機器学 改訂増補版（１９９６年１０月、著者：宮入庄太、出版社：丸善）

しかしながら、この方法であっても完全な解決方法を提供するものではない。つまり、非接触型ＩＣカード用のループアンテナには、一般的に高電圧（数十Ｖ）が掛かる場合があり、使用可能な素子が限定される。このような高電圧が掛かるとＦＥＴ等のスイッチ素子が破壊されて折角調整した共振周波数に再度ずれが生じてしまう。また、スイッチ素子の寄生容量が新たなばらつき要素となるため、調整精度が悪い（ＯＮ抵抗がロスの発生につながるため、ＯＮ抵抗の低い素子を使うことが望ましいが、一般にＯＮ抵抗の低い素子は内部で多数のスイッチを並列に繋げているため寄生容量が大きい）。さらに、アンテナの両端が平衡となる方式の非接触型ＩＣカード機能ＬＳＩでは、２つの端子に対象に回路を追加しなければ平衡が崩れてしまうため、部品点数が増加する。もしくは平衡を崩して使用した場合、外来ノイズの影響を受けやすくなる。平衡方式を用いなければ問題は解決されるが、選択できるＬＳＩの種類が限定されてしまう。さらに、スイッチ素子のコントロール端子（例えばＦＥＴのゲート）とスイッチ素子のＧＮＤ（例えばＦＥＴのソース）の電位差を安定させなければ制御できないため、必然的に図３の様にＧＮＤを経由した共振ループとなる（メカニカルリレーを使用した場合はこれに当てはまらないが、消費電流と部品サイズの点で現実的ではない）。アンテナの少なくとも一方の端子とＧＮＤの間にコンデンサを挿入することになるため、この非接触型ＩＣカード機能用ＬＳＩがＲ／Ｗ機能（搬送波送出機能）を備えている場合、搬送波送信時にパワーロスが発生するという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、共振周波数Ｆ０の調整が簡単にできると共に、調整用の設備のコストを削減することのできる構成を備えた非接触型ＩＣカード機能付携帯通信端末装置および、その共振周波数の調整方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明による携帯通信端末装置は、外部端末装置との間で非接触通信を行う非接触通信部を備える携帯通信端末装置であって、前記非接触通信部は、前記外部端末装置との間との通信を制御する制御部とメインアンテナとを有する実行するメインアンテナ部と、前記メインアンテナのコイル巻数よりも少ない巻数のコイルを有するサブアンテナと共振周波数を調整するための調整部とを有するサブアンテナ部と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記調整部は、少なくとも１つの調整用コンデンサと、それぞれの調整用コンデンサと直列に接続されたスイッチ素子と、このスイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを制御するＳＷ制御部とを備え、前記制御部は、前記非接触通信部の測定された共振周波数と目標とする共振周波数とのずれ量によって決定された前記スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦパターンに基づいて、前記スイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを制御する。
なお、前記メインアンテナと前記サブアンテナとの結合係数はほぼ１であり、前記メインアンテナと前記サブアンテナのコイルの巻数比は２以上３以下であることが望ましい。

また、本発明による共振周波数の調整方法は、外部端末装置との間で非接触通信を行う非接触通信部における共振周波数の調整方法であって、前記非接触通信部は、前記外部端末装置との間との通信を制御する制御部とメインアンテナとを有する実行するメインアンテナ部と、前記メインアンテナのコイル巻数よりも少ない巻数のコイルを有するサブアンテナと共振周波数を調整するための調整部とを有するサブアンテナ部と、を備え、前記調整方法は、前記非接触通信部の共振周波数を測定する工程と、前記測定した共振周波数と目標とする共振周波数とのずれ量を算出する工程と、前記ずれ量に基づいて前記非接触通信部の共振周波数を調整する工程と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記調整部は、少なくとも１つの調整用コンデンサと、それぞれの調整用コンデンサと直列に接続されたスイッチ素子と、前記ずれ量に対応して前記スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦパターンを記憶するテーブル部と、前記スイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを制御するＳＷ制御部とを備え、前記調整する工程では、前記ずれ量と対応して前記テーブル部より前記スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦパターンを取得して前記スイッチ素子をＯＮ及びＯＦＦに設定し、前記共振周波数を調整する。

さらに、本発明による共振周波数の調整方法は、外部端末装置との間で非接触通信を行う非接触通信部における共振周波数の調整方法であって、前記非接触通信部は、前記外部端末装置との間の通信を制御する制御部とメインアンテナとを有するメインアンテナ部と、前記メインアンテナのコイル巻数よりも少ない巻数のコイルを有するサブアンテナと、共振周波数を調整するための調整部であって、少なくとも１つの調整用コンデンサと、それぞれの調整用コンデンサと直列に接続されたスイッチ素子と、共振周波数の目標値と初期設定値とのずれ量に対応して前記スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦパターンを記憶するテーブル部と、前記スイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを制御するＳＷ制御部とを有するサブアンテナ部と、を備え、前記調整方法は、前記ずれ量に対応した前記スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦパターンを前記テーブル部から読み出す工程と、前記読み出したＯＮ／ＯＦＦパターンに基づいて前記スイッチをＯＮ或いはＯＦＦにする工程と、を備えることを特徴とする。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明の非接触型ＩＣカード機能付無線通信端末装置及びその共振周波数の調整方法によれば、共振周波数Ｆ０の調整が簡単にできると共に、調整用の設備のコストを削減することができるようになる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
＜携帯通信端末装置の構成＞
図４は、本発明の実施形態による非接触ＩＣカード機能を実装した携帯通信端末１００のブロック構成を示す図である。図４において、携帯通信端末１００は、制御部（制御手段）５を中心とし、これに対してデジタル信号処理部３、表示部６、操作部７、外部Ｉ／Ｆ部８、電源部９、ＲＴＣ１６、非接触ＩＣカード部２０が接続されて構成される。制御部５は、携帯通信端末の機能を実現するための主要部であり、図示しないが、ＣＰＵ、ＥＥＰＲＯＭ、Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ、ＲＡＭ、等で構成される。制御部５は、本実施の形態では、さらに非接触ＩＣカード部２０との間でコマンドやデータの授受を行うためのカードインタフェースモジュール５１を含む。

デジタル信号処理部３は、マイク１５を接続した音声入力部１、スピーカ１０を接続した音声出力部２、アンテナ１２を接続したＲＦ入出力部４１、アンテナ１３を接続したＲＦ入出力部４２とそれぞれ接続され、デジタル音声信号のエンコード、および、デジタル音声信号へのデコード等を行うための部位であり、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を中心とした畳み込み符号化、スロットインターリーブ、遅延検波、畳み込み復号化、等の専用回路で構成される。本実施の形態の携帯通信端末は少なくとも無線通信システムを利用可能であり、アンテナとＲＦ入出力部とは、無線通信システム毎に内蔵されるのが通常なので、図の例では２系統図示してある。音声入力部１は、マイク１５からのアナログ音声信号をデジタル信号に変換する部位であり、マイクアンプ、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器、等で構成される。音声出力部２は、受信したデジタル音声信号をスピー力駆動するための部位であり、Ｄ／Ａ変換器、フィルタ、スピーカアンプ、等で構成される。ＲＦ入出力部４は、高周波送受信を行う部位であり、直交変調器、ゲインアンプ、パワーアンプ、ダイバーシティー、ミキサー、ＩＦ復調器、等で構成される。

表示部６は、ユーザに対して情報を表示出力する部位であり、ＬＣＤドライバ、ＬＣＤ表示デバイス、等で構成される。操作部７は、ユーザが携帯通信端末１００に対して操作情報を入力するための部位であり、キーボード、ＪＯＧダイヤル、ＪＯＹスティック、等で構成される。外部Ｉ／Ｆ部８は、外部装置との間のインタフェースを提供する部位であり、通信インタフェース回路、１６ピンコネクタ、等で構成される。電源部９は、バッテリ電源を基に各ブロックに必要な電力を供給する部位であり、電源回路、バッテリヘの充電回路、および、過電流過電圧保護回路、等で構成される。ＲＴＣ（Real Time Clock）部１６はクロック信号に基づき、制御部５に日付および時刻情報を提供する。

非接触ＩＣカード部２０（通常ＩＣ化されている）は、制御部５のカードインタフェースモジュール５１と接続され、例えば、内部に専用のＣＰＵ、データやプログラム等を保持する不揮発性メモリであるＦｌａｓｈ ＲＯＭ（ＭＥＭ）、無線通信部、その他図示しないインタフェース等を備える。非接触ＩＣカード部２０は、非接触型ＩＣカード機能の無線通信のためのアンテナ１１を介してＩＣカード対応の外部端末３００との間でデータ等の授受を行う。

カードインタフェースモジュール５１は、制御部５の一部として組み込まれたものであり、ユーザと非接触ＩＣカード部２０との間でのユーザインターフェースと、非接触ＩＣカードインターフェースを兼ね備えたソフトウェアモジュールである。

外部端末３００のリーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）モジュール３１は、非接触ＩＣカード部２０との間でコマンドやデータを授受するためのものである。本実施の形態における外部端末３００は、例えば、打刻機、改札機、オートロック対応ドアの開閉ゲート等であり、非接触ＩＣカード部をかざす部分（アンテナ）を備えている。また、外部端末３００は、リーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）モジュール３１およびアンテナ３８の他、通常のコンピュータ装置と同様、ＣＰＵ３２、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ（ＭＥＭ）３３、表示部３４、操作部３５、外部装置との通信を制御する外部Ｉ／Ｆ部３６、時計機能（タイマ）３７等を備えている。通常、外部端末３００は、外部Ｉ／Ｆ３６を介して、サービスプロバイダに接続されている。

図４において、電話機機能は非接触ＩＣカード部２０とは別個に完結し、ＩＣカード機能は非接触ＩＣカード部２０で完結している。ただし、非接触ＩＣカード部２０から携帯通信端末の制御部５に信号線が接続されており、この信号線がゲート通過情報を伝えるものである、なお、本実施の形態の非接触ＩＣカード部２０の動作電力は電源部９から供給することができる例を示しているが、単体の非接触ＩＣカードのように外部端末からの電波により誘起される起電力を利用して動作してもよい。

＜共振周波数調整のための非接触型ＩＣカード部の構成及び動作原理＞
図５は、本発明の実施形態による非接触型ＩＣカード部２０の詳細な回路構成を示す図である。図５のような構成を採ることにより容易にかつ廉価に共振周波数の調整を実行することができるようになる。なお、図５の構成は、図３の調整部をサブアンテナとして分離した構成にしている。

図５において、非接触型ＩＣカード部２０は、メインアンテナ部とサブアンテナ部とで構成される。メインアンテナ部は、非接触型ＩＣカード機能ＬＳＩ２０１と、メインアンテナコイル２０２と、同調コンデンサ２０３とを有している。コイル２０２と同調コンデンサ２０３は、並列共振によりアンテナの受信効率を高めるためのものである。非接触型ＩＣカードＬＳＩ２０１は、例えば外部端末装置３００と通信をしたときに認証を行ったり、認証後外部端末装置３００との通信によって所定の情報を取得し、図示しないメモリにその情報を格納したりする。

サブアンテナ部は、サブアンテナコイル２０４と、調整部２０５とを有しており、さらに、調整部２０５は、それぞれ容量の異なる複数の調整用コンデンサが並列接続されてなる調整用コンデンサ群２０６と、それぞれの調整用コンデンサと直列に接続されたスイッチ素子が並列に接続されてなるスイッチ素子（ＦＥＴ）群２０７と、ＳＷ（スイッチ）制御部２０８とを有している。調整用コンデンサ群２０５の容量は、１０ｐＦ、２０ｐＦ、４０ｐＦ・・・となっており、スイッチ素子群２０７のＯＮ／ＯＦＦのパターンを決めることによって様々な調整用コンデンサの容量を実現できるようにしているが、これはあくまで１例であり、ＦＥＴの寄生容量のばらつきに対して十分に大きい値であれば、調整に必要な共振周波数のシフト量に合わせて選定して良い。

ＳＷ制御部２０８は、実際の共振周波数Ｆ０が目標値とずれている場合には、そのずれを調整するためにスイッチ素子群２０７のＯＮ／ＯＦＦのパターンを決定する（例えば、ずれ量とパターンがテーブルとなっていてずれ量から一意にパターンが決定されるようになっている。）。なお、本実施形態では、ＳＷ制御部２０８として、例えばｎ−ｃｈ ＦＥＴを使用しているが、十分に耐圧が高いこと、寄生容量が低いこと（もしくは寄生容量のばらつきが少ないこと）、ＯＮ抵抗が低いことを満たしていれば他の素子を用いても良い。また、ＳＷ制御部２０８は、この例ではＭＰＵのＩＯポートを想定しているが、スイッチ素子のコントロール端子を駆動できるものであれば、他のデバイスを使用しても良い。

メインアンテナコイル２０２とサブアンテナコイル２０４の巻数については、サブアンテナ側がメインアンテナよりも少ない巻数となる様にし、本実施形態ではメイン側を４巻、サブ側を２巻としている。ただし、これはあくまで１例であり、例えばメイン側を３巻、サブ側を１巻とする関係でも良い。なお、あまり巻数比を大きく取りすぎると調整用コンデンサの容量を大きくしなければならず、実装スペース上問題が生じる可能性があるので、巻数比については実装スペースとの関係において限界はある。そこで、本実施形態では、例えばメイン側とサブ側との巻数比を２以上３以下とすることが望ましいとする。

このようにサブ側巻数をメイン側巻数よりも少なくすると、メイン側とサブ側はトランスの関係である（図７参照）ので、巻き数の少ないサブ側は励起電圧が小さくなり、耐圧の低いＦＥＴが使用可能となる。これにより、用いることのできるスイッチ素子（ＦＥＴ）の選択肢は増えるのである。つまり、上述のように、用いることのできるＦＥＴとしてはＯＮ抵抗が小さく、寄生容量がなるべく小さいものが好ましいが、サブ側の電圧条件が緩和されるので適合するＦＥＴを見つけやすくなるのである。

また、メインアンテナコイル２０２とサブアンテナコイル２０４はなるべく結合係数が１に近づく様に、密に磁気結合させることが望ましい。というのは、互いのコイルのループの描く磁界パターンが重なり合っていないと漏れ磁束を発生させ、この漏れ磁束が外部端末装置３００のＲ／Ｗ３１との間の通信の不安定化の要因となってしまう可能性があるからである。そこで、漏れ磁束をなるべくなくすため、図６の様に、サブアンテナコイル２０４とメインアンテナコイル２０２の縦及び横の寸法を同じにし、同一基板の表裏等を使って配線することで位置関係のばらつきを抑える（これによって結合係数を１に近づけることができる）と共に、実装スペースに殆ど影響なく配置することが出来るようにしている。また、通常のプリント基板やフレキシブル基板の他に、互いに寄り合わせたワイヤーによるアンテナで構成してもよい。

続いて、上述のような構成を有する非接触型ＩＣカードの動作原理について説明する。図７は、図５の回路の等価回路を示しており、ここでは磁気結合をさせている部分をトランス（変圧器）とみなしている。但し、実際のアンテナではメインアンテナコイル２０２とサブアンテナコイル２０４の間の結合係数が１になることは無いため、図７の回路では漏れリアクタンスωＬ_１、ωＬ_２を考慮している（ω＝２πｆ）。また、実際のアンテナでは２次側が無負荷でも電流が流れるため、励磁リアクタンスωＬ_０も考慮している。

ここで、巻数比をＮ_１：Ｎ_２とし、ａ＝Ｎ_１／Ｎ_２と置き、理想変圧器部分に着目すると、Ｉ_１：Ｉ_２＝Ｎ_２：Ｎ_１、Ｖ_１：Ｖ_２＝Ｎ_１：Ｎ_２、Ｖ_１／Ｉ_１＝（Ｎ_１／Ｎ_２）^２・Ｖ_２／Ｉ_２なので、メインアンテナ側から見たサブアンテナ側のインピーダンスは、ａの２乗を掛けた値に見えるので、図８の様に変換できる。ここで、ＬＳＩ２０１端子部から見たアンテナのインピーダンスＺ_ａｎｔを次の様に表すことができる。
Ｉ_ａｎｔ＝Ｉ_１ ＋ Ｉ_ｅ
Ｖ_ａｎｔ＝ωＬ_１・（Ｉ_１＋Ｉ_ｅ） ＋ Ｉ_１・ａ^２・ωＬ_２ ＋ Ｉ_１・ａ^２・１／ωＣ_ａｄｊ
Ｚ_ａｎｔ＝Ｖ_ａｎｔ／Ｉ_ａｎｔ
＝ωＬ_１ ＋ Ｉ_１・ａ^２／（Ｉ_１＋Ｉ_ｅ）・ωＬ_２
＋ Ｉ_１・ａ^２／（Ｉ_１＋Ｉ_ｅ）・１／ωＣ_ａｄｊ

上式から、励磁電流Ｉ_ｅ及び漏れリアクタンスωＬ_１、ωＬ_２をなるべく小さくすることによって、１／ωＣ_ａｄｊが支配的となり、またＩ_１・ａ^２／（Ｉ_１＋Ｉ_ｅ）を１よりも大きくすることによって１／ωＣ_ａｄｊが大きく見えるようになる。すなわち、Ｃ_ａｄｊが小さく見えることが分かる。

この性質を利用すれば、共振周波数を一定にする場合、メインアンテナ側のＬ値（図７参照）を大きく取りつつ、サブアンテナ側に大きな容量値の調整用コンデンサをつけることが可能になる。そして、スイッチング素子（ＦＥＴ）の寄生容量よりも十分に大きな容量値を調整用コンデンサに用いることで、相対的にＦＥＴの寄生容量の影響を小さくすることができるようになる。また、巻数比ａが１よりも大きく、漏れリアクタンスが小さいとき、巻数比に応じてサブアンテナの励起電圧はメインアンテナよりも低くなるので、この性質を利用すれば、スイッチング素子の耐圧の問題をカバーすることもできるようになる。

＜自動調整システムの構成＞
次に、図９を用いて携帯通信端末１００における共振周波数の自動調整システムについて説明する。図９は当該共振周波数の自動調整システムの構成を示す図であり、上述の原理を自動調整システムに適用した例を示している。

携帯通信端末１００の製造検査工程において、ネットワークアナライザ等、共振周波数Ｆ０を測定する測定器４００を用意し、携帯通信端末１００の外部Ｉ／Ｆ２１１を通じて測定結果が携帯通信端末１００のＭＰＵ２０９にフィードバックされるようにしておく。ＭＰＵ２０９は、測定された共振周波数Ｆ０と目標値とのずれ量を算出する。不揮発メモリ２１０はずれ量に対応したＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦパターンを格納しており、ＭＰＵ２０９は算出したずれ量に対応したパターンを読み出してＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。つまり、測定共振周波数Ｆ０が目標の共振周波数よりも高い場合には共振周波数Ｆ０を下げるような設定値（ＯＮ／ＯＦＦパターン）とし、目標値よりも低い場合には共振周波数Ｆ０をあげるような設定値とする。測定結果Ｆ０がある合格範囲に納まったときに正常終了する。正常終了したときの設定値は不揮発メモリに書き込まれ、以後携帯通信端末１００の起動時には不揮発メモリの値に従いＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦし、共振周波数が設定される。

以上のように、本実施形態によれば、電気的な調整が可能なため、ＤＩＰ−ＳＷ等人間の手で操作する必要がある部品に比べ非常にサイズの小さい部品で構成でき、よって携帯通信端末１００の小型化に貢献できるようになる。

また、本実施形態によれば電気信号で制御するため、共振周波数調整の自動化が容易である。さらに、携帯通信端末１００の筐体を組んだ後に共振周波数の調整を行うことができ、筐体に穴を開ける必要も無いため機構設計及びデザインの自由度が増すというメリットもある。

また、本実施形態によれば、サブアンテナコイルの巻き数比を小さくすることでＦＥＴの寄生容量の影響を相対的に下げることが出来き、共振周波数の調整の精度が向上する。そして、サブアンテナの巻き数比を小さくすることで、耐圧の低いスイッチング素子が選択可能になり、これにより、オン抵抗やリーク電流、価格など、素子の他のパラメータを優先させることができ、選択肢が広がる。

さらに、本実施形態によれば、サブアンテナを使用しているので、平衡型方式の非接触型ＩＣカード機能ＬＳＩに対しても平衡を崩さずに調整回路を追加することが容易になる。また、調整回路部分がメインアンテナから電気的に分離されることで、非接触型ＩＣカード機能ＬＳＩとその周辺回路に与える影響はほぼ磁気結合のみとなり、本来の非接触型ＩＣカード通信機能に弊害を与えることなく調整システムを導入することが容易になる。

パターンカットによる共振周波数の調整の例（従来）を示す図である。 機械的な共振周波数の調整の例（従来）を示す図である。 スイッチ素子を用いた共振周波数の調整の例（従来）を示す図である。 本発明による携帯通信端末１００及び外部端末装置３００の構成を示すブロック図である。 本発明による共振周波数の調整を行うための非接触型ＩＣカード部２０の回路構成を示す図である。 本発明による非接触型ＩＣカード部２０のアンテナ構成を示す図である。 図５による非接触型ＩＣカード部２０の等価回路の構成を示す図である。 メインアンテナ部側から見たインピーダンスを示す図である。 本発明による共振周波数の自動調整システムの構成を示す図である。

Claims (3)

1. 外部端末装置との間で非接触通信を行う非接触通信部を備える携帯通信端末装置であって、
   前記非接触通信部は、
   前記外部端末装置との間との通信を制御する制御部と、
   メインアンテナコイルと、
   前記メインアンテナコイルと略同じ寸法で、前記メインアンテナコイルの巻数よりも巻数が少なく、前記メインアンテナコイルに近接して配置され、結合係数が略１で前記メインアンテナコイルに磁気結合するサブアンテナコイルと、
   前記サブアンテナコイルに並列に接続された複数のコンデンサと、それら複数のコンデンサにそれぞれ直列接続された複数のスイッチ素子を有し、共振周波数を調整するための調整部と、
   前記複数のスイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを制御するＳＷ制御部と、
   を備えることを特徴とする携帯通信端末装置。
2. 前記ＳＷ制御部は、前記非接触通信部の測定された共振周波数と目標とする共振周波数とのずれ量によって決定された前記スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦパターンに基づいて、前記スイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１に記載の携帯通信端末装置。
3. 前記メインアンテナと前記サブアンテナのコイルの巻数比は２以上３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯通信端末装置。

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