JP4641849B2 - 無線通信装置及び携帯端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触型のＩＣカード等と称される近距離無線通信機能を備えた無線通信装置、及びその近距離無線通信機能が内蔵又は装着された無線電話端末などの携帯端末装置に関する。

近年、交通機関の乗車券、会員証や社員証、店での代金決済手段用のカード等として、非接触型のＩＣカードの利用が急速に広まっている。非接触型のＩＣカードは、近接したリーダ・ライタとの間で無線通信を行って、認証処理を行うので、財布やパスケースなどの中に入れたままで使用でき、磁気カードなどに比べて使い勝手がよい。

一方、このような非接触型のＩＣカード（或いはＩＣカードと同等の機能の回路部品）を、携帯電話端末などの携帯用の電子機器に内蔵させて、これらの機器を使用して、同様の認証や決済を行えるようにすることが提案されている。携帯電話端末などの携帯端末にＩＣカードを内蔵させる構成とする場合には、携帯端末からの取り出しができない状態でＩＣカードとしての機能部を組み込む場合と、携帯端末に用意されたカードスロットに、ＩＣカードを装着させる場合とが想定されるが、携帯端末に取り付けられた状態では、いずれの場合も同じように使用できる。なお、携帯端末にＩＣカード機能部を組み込む場合などには、ＩＣカード機能部が必ずしもカード型の形状をしているとは限らないが、以下の説明ではＩＣカードと称した場合、特に説明がない限りはＩＣカード機能を有する部分を含むものである。また、この種の非接触型のＩＣカードは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）や無線ＩＣタグなどとも称され、単体で使用される場合でもカード型以外にラベル型、コイン型、スティック型など、種々の形状のものがあるが、ここでは便宜上ＩＣカードと称する。

ＩＣカード機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合には、リーダ・ライタからの電磁誘導で、ＩＣカード機能部が作動するようにしてある。即ち、ＩＣカード側では、リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波に同調させる処理を行って、その検出された搬送波をＡＳＫ(Amplitude shift keying)変調などで変調して、リーダ・ライタ側にデータを送るようしてある。

特許文献１には、非接触型のＩＣカードが備える同調回路についての開示がある。
特願２００３−６７６９３号公報（図２）

ＩＣカード機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合には、リーダ・ライタからの電磁誘導で、ＩＣカード機能部が作動するので、基本的には、ＩＣカードに組み込まれたアンテナとリーダ・ライタとが、出来るだけ近接した状態である方が、正しく無線通信ができる。ところが、ＩＣカード機能部とリーダ・ライタとが非常に近接した状態の場合に、あるポイントで通信ができない状態が発生することがある。

この通信が出来ない状態の発生について説明すると、ＩＣカード機能部とリーダ・ライタとの無線通信は、それぞれが備える専用のアンテナ間で行われるが、両アンテナは搬送周波数に合わせて同調を取っており、伝送特性が最適になるように調整されている。しかし、それぞれのアンテナは、自由空間上で共振周波数の調整がされているので、距離が近づいてアンテナ同士、又はアンテナと金属体が結合してしまうと、本来の特性を出すことができなくなってしまう。結合状態によっては、アンテナの同調周波数がずれることで、送受信波形間の位相ずれが大きくなり、あるポイントで位相が反転してしまう現象が起こる。非接触型のＩＣカードで広く使用されているＡＳＫ変調の場合、送受信波形の合成波のデータ振幅で通信を行うので、波形間の位相が中途半端な状態になってしまうと、データ振幅変化がキャンセルされてしまう。このようにキャンセルされるポイントは通信が成立しないので、ヌル（Ｎｕｌｌ）状態と称される。

図９、図１０、図１１は、ＩＣカード機能部とリーダ・ライタとの無線通信状態の例を示した図である。この図９〜図１１の各図において、（ａ）はリーダ・ライタが送信する搬送波波形を示し、（ｂ）はＩＣカード機能部からのＡＳＫ変調された応答波形を示し、（ｃ）は両波形の合成波を示し、この合成波がリーダ・ライタで検出されて、ＩＣカードから送信されたデータを受信できる。

ここで、図９は、リーダ・ライタからの搬送波とＩＣカード機能部からの応答波とが同相状態の場合であり、図１１は、リーダ・ライタからの搬送波とＩＣカード機能部からの応答波とが逆相状態の場合であり、図１０は、図９の状態と図１１の状態の中間の中途半端な位相差の状態を示してある。

図９に示すように、リーダ・ライタからの搬送波とＩＣカード機能部からの応答波とが同相状態の場合には、図９（ｃ）に示す合成波には、ＡＳＫ変調された応答波形に対応したレベル変化が現れ、リーダ・ライタで正しくデータを受信できる。また、図１１に示すように、リーダ・ライタからの搬送波とＩＣカード機能部からの応答波とが逆相状態の場合には、図１１（ｃ）に示す合成波には、ＡＳＫ変調された応答波形と逆のレベル変化が現れ、波形変化が図９の同相状態とは逆であるが、この場合にもリーダ・ライタで正しくデータを受信できる。

これに対して、図１０の中途半端な位相差の状態の場合には、図１０（ｃ）に示す合成波として、ほとんどレベル変化がなく、リーダ・ライタでデータを受信不可能な状態となってしまう。この図１０の状態が上述したヌル状態である。

このような図９〜図１１の状態の変化は、ＩＣカード側のアンテナとリーダ・ライタ側のアンテナとの距離によって変化し、例えばある程度ＩＣカードとリーダ・ライタとの距離がある場合には、図９に示す同相状態となり、ＩＣカードとリーダ・ライタとの距離が極めて接近した場合には、図１１に示す逆相状態となり、その途中の特定のポイントで、図１０に示したヌル状態が発生する。

図１２は、ＩＣカード（タグ）の同調周波数ｆ０とリーダ・ライタの同調周波数ｆ０との関係の例を示した図で、両周波数が一定の関係となる範囲で、通信が出来ないヌル領域が発生している。

このようなヌル状態の発生を防止するためには、位相反転が起こらないようにアンテナ形状を工夫するか、或いはＩＣカード機能部を携帯端末に組み込む際に、金属体を出来るだけ使用しない構造にする等が考えられるが、アンテナ形状などでの対処には限りがあり、ヌル状態の発生を完全に防ぐことは困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、リーダ・ライタと非接触で無線通信を行う際に、ヌル状態の発生を効果的に防止することを目的とする。

本発明は、リーダ・ライタと近距離無線通信を行う無線通信装置において、リーダ・ライタと無線通信を行う第１のアンテナと、第１のアンテナに接続された同調手段と、同調手段で同調された信号を処理する通信処理手段とを備えた無線通信装置とする。その上で、第１のアンテナと近接して配置され、通信処理手段には接続されていない第２のアンテナと、第２のアンテナで受信したリーダ・ライタが出力する搬送波の検出レベルが閾値を超えた場合に、第２のアンテナに同調周波数シフト用コンデンサを接続させて、同調手段で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト手段とを備えたものである。

このようにしたことで、ヌル状態が発生するリーダ・ライタとの位置関係となったことが推定された場合に、周波数シフト手段で同調周波数がシフトして、結果的にヌル状態が回避される。

本発明によると、ヌル状態が発生するリーダ・ライタとの位置関係となったことが推定された場合に、同調手段で同調する周波数がシフトして、結果的にヌル状態が回避される。従って、リーダ・ライタとある程度近接した状態で通信が出来ない状態となることがなく、リーダ・ライタに短時間近接させるだけで、確実に無線通信が行える。また、近距離無線通信を行う無線通信機能を内蔵した携帯端末装置の場合には、電気的にヌル状態を回避するようにしたので、アンテナの形状や金属部の配置などを、ヌル状態を回避する形状などに考慮する必要がなくなり、それだけ端末装置の設計の自由度が向上する。

特に本発明によると、通信処理手段に接続された第１のアンテナと近接して配置された第２のアンテナを備え、この第２のアンテナを周波数シフト手段に接続し、周波数シフト手段を作動させるようにしたことで、近距離無線通信を行う回路とは切り離された回路で周波数シフト処理が行われ、近距離無線通信を行う回路での送受信への影響を最小限に抑えることができる。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。

本例においては、携帯電話端末装置に、非接触型のＩＣカード機能を内蔵させた例としてある。図１に示した構成について説明すると、リーダ・ライタと近距離無線通信を行うためのループアンテナ１１を備え、携帯電話端末装置を構成する筐体と近接した位置に配置してある。ループアンテナ１１の一端（ａ点）及び他端（ｂ点）は、ＲＦＩＤ回路ブロック１４に接続してあり、ループアンテナ１１とＲＦＩＤ回路ブロック１４との間に、同調用コンデンサ１２及び整流用ダイオード１３が接続してあり、ループアンテナ１１と同調用コンデンサ１２で設定される同調周波数ｆ０で、リーダ・ライタからの信号の搬送波周波数に共振させる構成としてある。リーダ・ライタからの搬送波周波数としては、ここでは１３．５６ＭＨｚとしてある。整流用ダイオード１３は、アンテナ上の電圧波形を接地電位よりもプラス側にシフトさせ、ＲＦＩＤ回路ブロック１４が扱いやすい電位にすると共に、受信した搬送波から直流電圧を取り出すために接続してある。

ＲＦＩＤ回路ブロック１４内では、リーダ・ライタから２１２ｋｂｐｓでＡＳＫ変調されて伝送された受信データを復調する処理を行うとともに、そのリーダ・ライタからの電磁波を受信している状態で、リーダ・ライタに対して送信するデータを、ＡＳＫ変調により送信する処理を行う構成としてある。リーダ・ライタとの無線通信プロトコルの上位レイヤを実現するＭＰＵ(Micro Processing Unit)システム、クロック抽出回路、不揮発性メモリなどもＲＦＩＤ回路ブロック１４に備わる。このＲＦＩＤ回路ブロック１４は、例えば集積回路で構成され、メモリにはＲＦＩＤとして機能するために必要なデータが記憶させてあり、固有のＩＤなども登録されている。

そして本例においては、同調用コンデンサ１２と並列に、半導体スイッチ１６と同調シフト用コンデンサ１７との直列回路が接続してある。半導体スイッチ１６は、レベル検出部１５によりオン・オフが制御される。レベル検出部１５は、ループアンテナ１１の一端（ａ点）に得られる受信信号レベルを基準レベルとの比較で検出する回路であり、そのレベル検出部１５で所定レベル以上の受信レベルを検出した場合に、半導体スイッチ１６をオン状態にして、同調シフト用コンデンサ１７が同調用コンデンサ１２と並列に接続される構成としてある。レベル検出部１５で検出される受信信号レベルが所定レベル未満の場合には、半導体スイッチ１６がオフ状態であり、同調シフト用コンデンサ１７が接続されていない状態となる。レベル検出部１５でオン・オフを切換える所定レベルの設定としては、後述するヌル領域を回避するためのレベルとしてある。なお、半導体スイッチ１６をオフ状態からオン状態に変化させる信号レベルと、オン状態からオフ状態に変化させる信号レベルは若干変化させて、スイッチの動作にある程度のヒステリシスを持たせるようにしてもよい。また、半導体スイッチと同調シフト用コンデンサを複数用意し、多段に同調をシフトさせる構成としてもよい。

ＲＦＩＤ回路ブロック１４は、無線電話用回路ブロック２１とデータ転送可能な構成としてある。無線電話用回路ブロック２１は、無線電話通信用のアンテナ２２が接続してあり、通話やメールデータなどの伝送、インターネットへのアクセスなどのための無線電話通信が行われる。表示部２３で電話機としての表示が行われ、操作部２４で発信や着信などの操作が行える。表示部２３でＲＦＩＤ回路ブロック１４での通信状態（認証状態）に関する表示を行うようにしてもよい。

なお、ＲＦＩＤ回路ブロック１４は、リーダ・ライタからの電磁波を蓄積させてダイオード１３で整流された電源を作動用電源として使用しても良いが、無線電話側の電源回路から供給される電源で作動させてもよい。

次に、図１の構成でＩＣカード機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合の処理例について説明する。本例の端末装置は、リーダ・ライタとの距離が離れた状態では、半導体スイッチ１６がオフ状態であり、そのオフ状態での動作について説明すると、ＩＣカード機能部では、ループアンテナ１１と同調用コンデンサ１２とで、いわゆるＬＣ並列共振回路を構成して、リーダ・ライタからの信号の搬送波周波数に共振させる構成としてあり、同調（共振）周波数ｆ０を搬送波周波数１３．５６ＭＨｚに設定してあり、リーダ・ライタとの間で無線通信が行える。この同調周波数ｆ０は、次式で設定される。次式におけるＬは、リーダ・ライタのアンテナの自己インダクタンスである。

この［数１］式に示されるように、共振周波数はインダクタンスＬのルートに反比例する関係にあり、インダクタンスの低下により共振周波数ｆ０は上昇する。ここで、磁束とインダクタンスＬとの関係を次式に示す。次式におけるＮはリーダ・ライタのアンテナの巻数であり、Φはリーダ・ライタのアンテナに作用する磁束であり、Iはリーダ・ライタのアンテナを流れる電流である。

端末装置とリーダ・ライタとの距離の接近で、金属体の渦電流によりリーダ・ライタのアンテナから放射される磁束の一部が打ち消されるため、磁束と比例関係を持っている自己インダクタンスも低下する。この自己インダクタンスの低下で、［数１］式からリーダ・ライタの共振周波数ｆ０が上昇する。従って、端末装置とリーダ・ライタとの距離の接近で、リーダ・ライタのアンテナ部の共振周波数ｆ０が上昇し、さらにＩＣカード機能部内の共振周波数ｆ０についても上昇することになる。図２に示されるように、リーダ・ライタ側の共振周波数の上昇の方が大きい。

ここで本例においては、端末装置がリーダ・ライタに接近して、同調周波数ｆ０がヌル領域に近づいたときに、スイッチ１６をオン状態に変化させるようにしてある。このスイッチ１６がオン状態に変化することで、図１に示した同調シフト用コンデンサ１７が同調用コンデンサ１２と並列に接続された状態となり、［数１］式に示した容量Ｃが高くなる。リーダ・ライタ側で上昇した共振周波数ｆ０による位相の変化が、端末側で補正される。

図２は、端末装置（ＩＣカード）の同調周波数ｆ０とリーダ・ライタの同調周波数ｆ０との関係の例を示した図で、両周波数が一定の関係となる範囲で、通信が出来ないヌル領域が発生している点は、既に図１２で説明したとおりである。端末装置とリーダ・ライタとの距離が十分に離れている場合には、それぞれの同調周波数ｆ０は、設定された値（図２中の丸印）であり、その状態から両者の距離が接近すると、リーダ・ライタの同調周波数ｆ０が上昇していき、三角印で示す状態となり、同調シフトがない状態では、ヌル領域に入ってしまうが、本例においては端末装置（ＩＣカード）側で周波数シフト処理が行われて、ヌル領域に入らないような処理が行われる。

同調シフト処理は、リーダ・ライタからの受信レベルで設定される。即ち、リーダ・ライタからの受信レベルが、レベル検出部１５で検出されて、例えば図３に示すように、その検出レベルが所定レベル以上になると、スイッチ１６をオン状態に変化させ、共振周波数ｆ０を低下させる処理が行われる。レベル検出部１５で検出される受信レベルは、リーダ・ライタと端末装置のアンテナ１１との距離に応じて変化する。従って、レベル検出部１５で受信強度を検出することは、リーダ・ライタとの距離を推定（検出）することになる。そして、この推定（検出）される距離が、ヌル状態となることが発生し得る距離となる直前に、スイッチ１６をオン状態に変化させるように、検出レベルの閾値を設定することで、リーダ・ライタとの通信で、それ以上リーダ・ライタに接近しても、ヌル領域に入ることを阻止することができ、ヌル状態となって通信ができない状態が発生することを防止することができる。

このように本例によると、端末装置のＩＣカード機能部のアンテナがリーダ・ライタと近接した際に、端末装置内での回路での処理で、図１０に示したヌル状態の発生が回避され、認証や課金などのための近距離無線通信ができない状態が発生することがなく、端末装置をリーダ・ライタに近づけることで確実な通信が行える。

なお、図２、図３に示した動作例では、端末装置がリーダ・ライタと離れた状態で、同調シフト用コンデンサ１７が接続されていない状態とし、リーダ・ライタと接近した状態となったとき、同調シフト用コンデンサ１７を接続させて、同調周波数ｆ０を低下させるようにしたが、逆に、端末装置がリーダ・ライタと離れた状態で、同調シフト用コンデンサ１７を接続させ、リーダ・ライタと接近した状態となったとき、同調シフト用コンデンサ１７を接続されてない状態として、リーダ・ライタと接近したときに、同調周波数ｆ０を高くシフトさせるようにしてもよい。この場合のシフトとしては、ヌル領域を越えるようにシフトさせれば良い。

また、図１に示した例では、リーダ・ライタとの接近を、受信強度から推定（検出）するようにしたが、その他の処理でリーダ・ライタとの距離を推定又は測定して、その推定又は測定された距離に応じて、同調周波数ｆ０をシフトさせるようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図４〜図６を参照して説明する。本実施の形態においても、携帯電話端末装置に、非接触型のＩＣカード機能を内蔵させた例としてあり、第１の実施の形態で説明した図１などと同一部材には同一符号を付してある。

図４は、本実施の形態における構成を示した図である。図４に基づいて構成を説明すると、リーダ・ライタと近距離無線通信を行うためのループアンテナ１１を備え、ループアンテナ１１の一端（ａ点）及び他端（ｂ点）は、ＲＦＩＤ回路ブロック１４に接続してあり、ループアンテナ１１とＲＦＩＤ回路ブロック１４との間に、同調用コンデンサ１２及び整流用ダイオード１３が接続してあり、ループアンテナ１１と同調用コンデンサ１２で設定される同調周波数ｆ０で、リーダ・ライタからの信号の搬送波周波数に共振させる構成としてある。リーダ・ライタからの搬送波周波数としては、ここでは１３．５６ＭＨｚとしてある。整流用ダイオード１３は、アンテナ上の電圧波形を接地電位よりもプラス側にシフトさせ、ＲＦＩＤ回路ブロック１４が扱いやすい電位にすると共に、受信した搬送波から直流電圧を取り出すために接続してある。

ここまで説明した構成は、ＲＦＩＤタグとしての一般的な構成であり、第１の実施の形態で説明した構成と同じである。ＲＦＩＤ回路ブロック１４は、無線電話用回路ブロック２１とデータ転送可能な構成であるとしてある点も、第１の実施の形態で説明した構成と同じである。

そして本実施の形態においては、ループアンテナ１１に近接して、補助ループアンテナ３１を設けてあり、その補助ループアンテナ３１に、同調周波数をシフトさせる回路を接続してある。ループアンテナ１１と補助ループアンテナ３１とは、電気的には接続されていない独立した回路としてあり、例えば図５に示すように、ループアンテナ１１が形成された回路基板１１ａと、補助ループアンテナ３１が形成された回路基板３１ａとを、重ねるようにして配置して、２つのアンテナ１１，３１で同じようにリーダ・ライタからの搬送波の磁界変化に応じた電位差を生じるようにしてある。

図４の説明に戻って、補助ループアンテナ３１に接続される構成について説明すると、補助ループアンテナ３１の一端は、コンデンサＣ１の一端に接続してあると共に、ダイオード３２及び抵抗器Ｒ１を介して、Ｎ型の電界効果トランジスタＦＥＴ１のドレインに接続してあり、このトランジスタＦＥＴ１のソースを接地させてある。コンデンサＣ１は、電位安定用のコンデンサである。電界効果トランジスタＦＥＴ１のドレインと抵抗器Ｒ１の接続点は、Ｐ型の電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートに接続してあり、このトランジスタＦＥＴ２のソースが、ダイオード３２と抵抗器Ｒ１との接続点に接続してある。また、ダイオード３２と抵抗器Ｒ１との接続点は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の直列回路を介して接地させてあり、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続点を、トランジスタＦＥＴ１のゲートに接続させてある。

また、トランジスタＦＥＴ２のドレインを、抵抗器Ｒ６，Ｒ７の直列回路を介して接地させてあり、トランジスタＦＥＴ２のドレインを、抵抗器Ｒ５を介してトランジスタＦＥＴ１のゲートに接続させてある。このように接続されたトランジスタＦＥＴ１とトランジスタＦＥＴ２は、同調シフト動作にヒステリシスを持たせるためのスイッチ手段である。

補助ループアンテナ３１の他端は、コンデンサＣ２の一端に接続してあると共に、ダイオード３３を介して接地させてあり、コンデンサＣ２の他端は、同調シフトのオン・オフ動作を行うスイッチ手段を構成するＮ型の電界効果トランジスタＦＥＴ３のドレインに接続してあり、このトランジスタＦＥＴ３のソースを接地させてあり、ゲートを抵抗器Ｒ６，Ｒ７の接続中点に接続してある。トランジスタＦＥＴ３のソース・ドレイン間には、整流用ダイオード３４が接続してある。

このように構成される補助ループアンテナ３１に接続される回路の動作について説明すると、端末装置がリーダ・ライタに近づき、リーダ・ライタからの搬送波で、ダイオード３２のカソード側の電位が上昇すると、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で分圧されたトランジスタＦＥＴ１のゲート電圧が閾値を越え、トランジスタＦＥＴ１がオン状態となる。トランジスタＦＥＴ１がオン状態になると、トランジスタＦＥＴ２のゲート電位が低下し、トランジスタＦＥＴ２もオン状態となる。

トランジスタＦＥＴ２がオン状態になると、トランジスタＦＥＴ１のゲート電圧が抵抗器Ｒ５を介して更に上昇し、ヒステリシスがかかる。それと同時に、同調シフト用のスイッチ手段であるトランジスタＦＥＴ３のゲート電位が上昇し、トランジスタＦＥＴ３がオン状態となって、同調シフト用コンデンサＣ２が補助ループアンテナ３１に接続された状態となる。

次に、端末装置がリーダ・ライタから遠ざかる場合の動作について説明すると、ダイオード３２のカソード側の電位が低下すると、トランジスタＦＥＴ１のゲート電圧が低下し、トランジスタＦＥＴ１がオフ状態となる。トランジスタＦＥＴ１がオフ状態になると、トランジスタＦＥＴ２のゲート電位が上昇し、トランジスタＦＥＴ２もオフ状態となる。

トランジスタＦＥＴ２がオフ状態になると、抵抗器Ｒ５を介してトランジスタＦＥＴ１のゲートに供給されていた電流が消え、トランジスタＦＥＴ１のゲート電位はさらに下降し、ヒステリシスがかかる。それと同時に、トランジスタＦＥＴ３のゲート電位が低下し、トランジスタＦＥＴ３がオフ状態となって、同調周波数シフト用コンデンサＣ２が補助ループアンテナ３１から切り離された状態となる。

この補助ループアンテナ３１に接続される回路の内、共振回路としての要素を抽出した回路を、図６に示す。この図６に示すように、補助ループアンテナ３１には、電位安定用のコンデンサＣ１が常時接続してあると共に、同調周波数シフト用コンデンサＣ２が、スイッチ手段であるトランジスタＦＥＴ３のオン・オフで選択的に接続され、補助ループアンテナ３１と隣接したループアンテナ１１に接続された回路での同調周波数ｆ０が低い方にシフトする。スイッチ手段であるトランジスタＦＥＴ３がオン・オフする電位を適切に選定することで、リーダ・ライタとの距離が所定状態となると、同調周波数シフト用コンデンサＣ２が接続されて、ヌル領域になるのを回避するように働く。

なお、図６に示したコンデンサＣ３は、トランジスタＦＥＴ３の寄生容量である。本例の回路の場合、トランジスタＦＥＴ３がオフの際には、ループが完全に切り離されるのが理想であるが、トランジスタＦＥＴ３の寄生容量Ｃ３があるために、メインのループアンテナ１１への影響を完全になくすことはできないが、損失が生じることはなく、通信可能距離の劣化にはつながらない。

このように、リーダ・ライタと無線通信を行う回路とは別の回路で、同調周波数ｆ０をシフトさせるようにしたことで、リーダ・ライタと無線通信を行う回路側への影響がない状態で、同調周波数シフト処理が行え、良好に同調周波数を制御できる。なお、図４の構成の場合にも、同調周波数のシフトを高い方にシフトさせる構成として、ヌル領域となるのを回避するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施の形態を、図７及び図８を参照して説明する。本実施の形態においても、携帯電話端末装置に、非接触型のＩＣカード機能を内蔵させた例としてあり、第１の実施の形態で説明した図１などと同一部材には同一符号を付してある。

図７は、本実施の形態における構成を示した図である。図７に基づいて構成を説明すると、リーダ・ライタと近距離無線通信を行うためのループアンテナ１１を備え、ループアンテナ１１の一端（ａ点）及び他端（ｂ点）は、ＲＦＩＤ回路ブロック１４に接続してあり、ループアンテナ１１とＲＦＩＤ回路ブロック１４との間に、同調用コンデンサ１２及び整流用ダイオード１３が接続してあり、ループアンテナ１１と同調用コンデンサ１２で設定される同調周波数ｆ０で、リーダ・ライタからの信号の搬送波周波数に共振させる構成としてある。リーダ・ライタからの搬送波周波数としては、ここでは１３．５６ＭＨｚとしてある。整流用ダイオード１３は、アンテナ上の電圧波形を接地電位よりもプラス側にシフトさせ、ＲＦＩＤ回路ブロック１４が扱いやすい電位にすると共に、受信した搬送波から直流電圧を取り出すために接続してある。

ここまで説明した構成は、ＲＦＩＤタグとしての一般的な構成であり、第１の実施の形態で説明した構成と同じである。ＲＦＩＤ回路ブロック１４は、無線電話用回路ブロック２１とデータ転送可能な構成であるとしてある点も、第１の実施の形態で説明した構成と同じである。

そして本実施の形態においては、同調用コンデンサ１２と並列に、コンデンサ４１と可変容量ダイオード４２の直列回路を接続してある。コンデンサ４１と可変容量ダイオード４２の接続点には、後述する制御部４４から容量を制御する電圧が供給される構成としてある。

ループアンテナ１１の一端（ａ点）に得られる受信信号レベルは、レベル検出部４３で検出される。レベル検出部４３で検出された受信レベルのデータは、制御部４４に送られる。制御部４４は、可変容量ダイオード４１，４２を制御するための回路であり、メモリ４５が接続してある。メモリ４５には、受信レベルと容量制御電圧との対応が記憶させてあり、制御部４４に受信レベルのデータが記憶されると、その受信レベルに対応した電圧データをメモリ４５から読み出して、その読み出した電圧を、コンデンサ４１と可変容量ダイオード４２の接続点に印加させる構成としてある。受信レベルに基づいた容量制御電圧の変化については、例えば２段階程度の少ない段数での変化でもよいが、受信レベルの微小な変化ごとに電圧を少しずつ変化させて、多い段数で変化させるようにしてもよい。但し、受信レベルがある一定レベルになるまでは、電圧を変化させない。

次に、図７の構成でＩＣカード機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合の処理例について説明する。本例の端末装置は、リーダ・ライタとの距離が離れた状態では、制御部４４からの制御電圧による可変容量ダイオード４２の容量設定で、同調（共振）周波数ｆ０を搬送波周波数１３．５６ＭＨｚに設定してあり、リーダ・ライタとの間で無線通信が行える。この同調周波数ｆ０は、既に説明した［数１］式で設定される。

そして、リーダ・ライタとの距離が接近するに従って、レベル検出部４３で検出される受信レベルが所定レベル以上となり、受信レベルに応じて制御部４４からの制御電圧の電圧値が変化するようになる。この制御電圧の変化があると、可変容量ダイオード４２の容量が変化して、同調（共振）周波数ｆ０が変化するようになる。

図８は、リーダ・ライタとの距離を横軸として、縦軸に受信パワー及び同調周波数ｆ０を示したものである。この図８に示すように、検出される受信パワーがある一定値を超えると、制御電圧が変化して、同調周波数ｆ０シフトありの特性として、ヌル領域を回避する同調周波数ｆ０が設定される。図８には、同調周波数ｆ０シフトなしの特性についても参考までに示してある。

このように同調周波数を変化させることで、端末装置がリーダ・ライタに接近しても、共振周波数ｆ０がヌル領域に近づかないように作用し、ヌル状態となって通信ができない状態が発生することを防止することができる。従って、認証や課金などのための近距離無線通信ができない状態が発生することがなく、端末装置をリーダ・ライタに近づけることで確実な通信が行える。ヌル状態が回避される原理については、既に第１の実施の形態で説明した原理と同様である。本例の場合には、容量を細かく変化させて、より細かく共振周波数を制御することが可能であり、より良好な制御が可能である。

なお、メモリ４５として、記憶データの書換え可能なメモリとして構成して、メモリ４５に記憶させる受信レベル（受信強度）と、制御電圧との対応値については、本例のＩＣカード機能付き端末装置の製造時、又は出荷時の調整時などに、実際のＩＣカード機能部の共振周波数ｆ０を測定して、その測定された共振周波数ｆ０に基づいて、制御電圧の記憶値を決定して、その値をメモリ４５に記憶させるようにしてもよい。このようにメモリ４５に記憶させる値を個々に設定することで、リーダ・ライタとの近接時のヌル状態の回避のみならず、ＩＣカード機能部の共振周波数ｆ０の不均一についても補正されて、端末装置に内蔵されたＩＣカード機能部の共振周波数ｆ０を、均一化することもできる。

また、図７に示した例では、リーダ・ライタとの接近を、受信強度から推定（検出）するようにしたが、その他の処理でリーダ・ライタとの距離を推定又は測定して、その推定又は測定された距離に応じて、同調周波数ｆ０をシフトさせるようにしてもよい。

また、図７の例では、同調用コンデンサ１２と並列に、周波数シフト用のコンデンサ４１と可変容量ダイオード４２を接続する構成としたが、同調用コンデンサ１２を省略した構成として、コンデンサ４１と可変容量ダイオード４２だけで、同調周波数ｆ０を設定させる構成としてもよい。

さらに、図７の例では、ＲＦＩＤ回路ブロック１４と別体の回路で、容量の制御手段である制御部４４を構成させるようにしたが、ＲＦＩＤ回路ブロック１４内の通信制御手段が、同様の制御を行うようにしてもよい。制御手段が発生させる制御電圧についても、メモリの記憶データに基づいて発生させる他に、受信強度などの検出値を変数として、予め設定された演算式の計算を行って、制御電圧値を得るようにしてもよい。

また、ここまで説明した各実施の形態では、携帯電話端末装置に無線ＩＣタグである非接触ＩＣカード機能を内蔵させるようにした例としたが、単体のＩＣカードやＩＣタグとして構成させてもよいことは勿論である。例えば図１の例の場合には、ＲＦＩＤ回路ブロック１４に接続された構成だけを設けて、無線電話用回路ブロック２１側の構成は備えない単体のＩＣカードとして構成させた場合に、同様の同調周波数シフトを行う構成としてもよい。

また、携帯電話端末装置以外の携帯端末装置（例えばＰＤＡ：Personal Digital Assistanceなどの携帯用情報処理端末）に、ＩＣカードやＩＣタグを内蔵又は装着させた場合にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態による端末をリーダ・ライタに近づけたときの共振周波数の振る舞いの例を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態による距離と受信パワーと同調周波数との関係の例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態による例を示す構成図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナの配置例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による共振回路としてのイメージ例を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態による例を示す構成図である。 本発明の第３の実施の形態による同調状態の例を示す特性図である。 リーダ・ライタと通信部との同相の場合の通信状態を示す波形図である。 リーダ・ライタと通信部との中途半端な位相差の場合の通信状態を示す波形図である。 リーダ・ライタと通信部との逆相の場合の通信状態を示す波形図である。 リーダ・ライタと通信部との通信が出来ない範囲を示す周波数特性図である。

符号の説明

１１…ループアンテナ、１２…同調用コンデンサ、１３…整流ダイオード、１４…ＲＦＩＤ回路ブロック、１５…レベル検出部、１６…半導体スイッチ、１７…同調シフト用コンデンサ、１８…バリスタ、２１…無線電話用回路ブロック、２２…アンテナ、２３…表示部、２４…操作部、３１…補助ループアンテナ、４１…コンデンサ、４２…可変容量ダイオード、４３…レベル検出部、４４…制御部、４５…メモリ

Claims (6)

1. リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波を検出して近距離無線通信を行う無線通信装置において、
   前記リーダ・ライタと無線通信を行う第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナに接続された同調手段と、
   前記同調手段で同調された信号を処理する通信処理手段と、
   前記第１のアンテナと近接して配置され、前記通信処理手段には接続されていない第２のアンテナと、
   前記第２のアンテナで受信した前記リーダ・ライタが出力する搬送波の検出レベルが閾値を超えた場合に、前記第２のアンテナに同調周波数シフト用コンデンサを接続させて、前記同調手段で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト手段とを備えた
   無線通信装置。
2. 請求項１記載の無線通信装置において、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、それぞれ別の基板上に形成されたループアンテナで構成し、
   それぞれのループアンテナが形成された基板を重ねるように配置した
   無線通信装置。
3. 請求項１又は２記載の無線通信装置において、
   前記同調周波数シフト用コンデンサを搬送波の検出レベルで接続させる同調周波数シフト動作にヒステリシスを持たせた
   無線通信装置。
4. リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波を検出して近距離無線通信を行う近距離無線通信機能部を備えた携帯端末装置において、
   前記近距離無線通信機能部として、
   前記リーダ・ライタと無線通信を行う第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナに接続された同調手段と、
   前記同調手段で同調された信号を処理する通信処理手段と、
   前記第１のアンテナと近接して配置され、前記通信処理手段には接続されていない第２のアンテナと、
   前記第２のアンテナで受信した前記リーダ・ライタが出力する搬送波の検出レベルが閾値を超えた場合に、前記第２のアンテナに同調周波数シフト用コンデンサを接続させて、前記同調手段で同調させる周波数をシフトさせる周波数シフト手段とを備えた
   携帯端末装置。
5. 請求項４記載の携帯端末装置において、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、それぞれ別の基板上に形成されたループアンテナで構成し、
   それぞれのループアンテナが形成された基板を重ねるように配置した
   携帯端末装置。
6. 請求項４又は５記載の携帯端末装置において、
   前記同調周波数シフト用コンデンサを搬送波の検出レベルで接続させる同調周波数シフト動作にヒステリシスを持たせた
   携帯端末装置。

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