JP4843103B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムで使用されるタグのアンテナ構成を備えた無線通信装置に関し、特に多周波共用可能な無線通信装置に関するものである。

近年、人や物品を自動的に認識および管理するＲＦＩＤシステムの普及が急速に進んでいる。
ＲＦＩＤシステムに用いられるアンテナから放射される電磁界には、準静電界、誘導界、放射界の３つの界があり、これらの界強度は、それぞれ、アンテナからの距離の３乗、アンテナからの距離の２乗、アンテナからの距離の１乗に反比例する。

この観点からＲＦＩＤシステムの通信方式を分類すると、ＬＦ帯やＨＦ帯の誘導界を用いる誘導界結合方式と、ＵＨＦ帯の放射界を用いる放射界結合方式とに大別される。

前者の誘導界結合方式については、ＬＦ帯の１２５ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚ帯を利用するＲＦＩＤシステムが１９８０年代頃から工場のＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）分野などで利用されている。また、ＨＦ帯の１３．５６ＭＨｚ帯を使用したＲＦＩＤシステムは、入退室、入退場セキュリティー管理や、バス、鉄道などの公共交通機関における料金精算などに広く実用されている。

一方、後者の放射界結合方式は、４３３ＭＨｚ帯、８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ帯の周波数を使用し、前者に比べて通信距離が長く、主に物流管理、生産工場における部品管理などの用途に実用されつつある。
ただし、現在では、前者の誘導界結合方式、特にＨＦ帯ＲＦＩＤシステムが最も広く普及している。

このような状況のなか、既存のＨＦ帯ＲＦＩＤシステムをそのまま保持し、これに加えて、新たにＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムを導入したいという要望がある。この場合、ユーザの利便性を考慮すると、ユーザがそれぞれのＲＦＩＤシステム用の複数のＲＦＩＤタグを所有することは望ましくなく、１つのタグで複数のＲＦＩＤシステムに対応できることが望ましい。

このような背景から、近年、ＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとの双方で利用可能なカード型ＲＦＩＤタグの研究開発が進められている。一例として、カード上に形成されたＨＦ帯通信用コイル導体の内側に、ＵＨＦ帯通信用ダイポールアンテナを形成する方法が提案されている（たとえば、特許文献１、非特許文献１参照）。

すなわち、１枚のカード内にＨＦ帯通信用コイルおよびＵＨＦ帯通信用アンテナを配置する方法としては、特許文献１および非特許文献１に記載のように、ＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法と、これとは別に、ＨＦ帯用コイルの外側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法と、の２つの配置法に大別される。

特開２００４−２４０８９９号公報

Ｋ．Ｓ．Ｌｅｏｎｇ，Ｍ．Ｌ．Ｎｇ，ａｎｄ Ｐ．Ｈ．Ｃｏｌｅ，"Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＲＦＩＤ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｔｉｏ"２００７ ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．５４７５−５４７８，Ｊｕｌｙ ２００７

従来の無線通信装置では、特許文献１および非特許文献１のように、ＨＦ帯用コイルの内側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法に関しては、非特許文献１中に、ＵＨＦ帯の通信距離が約２ｍである点が記載されており、たとえばこのタグを車両入退場管理に使用することを考えた場合、その通信距離は必ずしも十分ではなく、通信距離の改善が必要であるが、実用に際して十分な通信距離を達成するのは容易ではないという課題があった。

一方、別の従来技術として、ＨＦ帯用コイルの外側にＵＨＦ帯用アンテナを配置する方法では、ＵＨＦ帯用アンテナを配置するために、ＨＦ帯用コイルの実装面積を小さくする必要があるが、ＨＦ帯の通信距離は、大まかにはコイルの面積に比例するので、ＨＦ帯用コイルの実装面積を小さくすることは、ＨＦ帯通信距離の低下を招くという課題があった。

さらに、２つの配置法のいずれにおいても、ＨＦ帯用コイルとＵＨＦ帯用アンテナとの相互干渉が発生することから、相互干渉による通信距離低下を軽減するためには、両アンテナ導体間の距離を、ある程度離すことが要求されるので、さらに各アンテナの実装面積が小さくなって通信距離の低下を招く可能性があるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯ＲＦＩＤシステムまたはＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとに共用可能なＲＦＩＤタグ機能を備えた無線通信装置を得ることを目的とする。

この発明に係る無線通信装置は、第１の周波数帯と、第１の周波数帯に比べて十分低い第２の周波数帯と、を含む少なくとも高低２つの周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信するアンテナからなる無線通信装置であって、第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路と、第１の集積回路の入出力端子の一方に接続された第１の導電性物体と、第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路と、第２の集積回路の入出力端子間に接続された第２の導電性物体とを備え、第２の導電性物体は、渦巻状導電性物体により構成され、第１の集積回路の入出力端子の他方は、渦巻状導電性物体の一部に接続されたものである。

この発明によれば、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯ＲＦＩＤシステムまたはＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとに共用可能なＲＦＩＤタグ機能を備えた無線通信装置を得ることができる。

この発明の実施例１に係る無線通信装置の第１の構成例を示す平面図である。（実施例１） 図１内のＡ−Ａ’線による断面図である。（実施例１） 図１内の平行平板キャパシタを削除した構成例を示す平面図である。（実施例１） 図１内の集積回路の入出力端子からアンテナ側を見たインピーダンス周波数特性を示す特性図である。（実施例１） 図１のアンテナ構成におけるｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の放射パターン計算結果を示す説明図である。（実施例１） 図１内の集積回路および平行平板キャパシタを渦巻状導電性物体の外側に配置した構成例を示す平面図である。（実施例１） 図１内の集積回路を渦巻状導電性物体の外側に配置した構成例を示す平面図である。（実施例１） この発明の実施例１に係る無線通信装置の第２の構成例を示す平面図である。（実施例１） 図８内の集積回路の入出力端子からアンテナ側を見たインピーダンス周波数特性を示す特性図である。（実施例１） この発明の実施例１に係る無線通信装置の第３の構成例を示す平面図である。（実施例１） 図１０のアンテナ構成によって得られたインピーダンス周波数特性の計算結果を示す特性図である。（実施例１） 図１０内の集積回路および導電性物体を渦巻状導電性物体の内側に配置した構成例を示す平面図である。（実施例１） 図１内の渦巻状導電性物体を方環状導電性物体に置換したアンテナ構成を示す平面図である。（実施例２） 図１３のアンテナ構成におけるインピーダンス周波数特性の計算結果を示す特性図である。（実施例２） 図１３のアンテナ構成に対するｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の放射パターン計算結果を示す説明図である。（実施例２） 図１のアンテナ構成に巻線間短絡部を設けた場合の短絡数と放射効率との関係を示す特性図である。（実施例２） 第１の中心周波数における巻線間短絡部の数とアンテナインピーダンスとの関係を示す特性図である。（実施例２） この発明の実施例２に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例２） 図１８内のキャパシタの静電容量値と第１の中心周波数における放射効率との関係を示す特性図である。（実施例２） 図１８内のキャパシタの静電容量値と第１の中心周波数におけるアンテナインピーダンスとの関係を示す特性図である。（実施例２） 図１８のアンテナ構成における第１の周波数帯のインピーダンス周波数特性を示す特性図である。（実施例２） 図１８内の渦巻状導電性物体のインピーダンスと静電容量値との関係を示す特性図である。（実施例２） この発明の実施例２による効果を詳述するための説明図であり、渦巻状導電性物体の巻数を「３」とした場合において放射効率の周波数特性を計算した結果を示している。（実施例２） この発明の実施例２による効果を詳述するための説明図であり、渦巻状導電性物体の巻数を「６」とした場合において放射効率の周波数特性を計算した結果を示している。（実施例２） この発明の実施例３に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例３） 図２５内のＢ−Ｂ’線による断面図である。（実施例３） この発明の実施例４に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例４） 図２７内のインターディジタルキャパシタを拡大して示す平面図である。（実施例４） この発明の実施例５に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例５） 図２９内の巻線間容量性結合手段を拡大して示す平面図およびＣ−Ｃ’線による断面図である。（実施例５） この発明の実施例５による第１の中心周波数の放射効率を示す特性図である。（実施例５） この発明の実施例５のアンテナ構成に対する第２の中心周波数における渦巻状導電性物体の入力インピーダンスを示す特性図である。（実施例５） この発明の実施例５に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図である。（実施例５） この発明の実施例６に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例６） この発明の実施例６に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図である。（実施例６） この発明の実施例７に係る無線通信装置を示す平面図である。（実施例７） この発明の実施例８に係る無線通信装置を示す平面図であり、設計されたタグの表面構成を示している。（実施例８） 図３７に示すタグの裏面構成を表面側から透視した平面図である。（実施例８） 図３７および図３８の回路構成に対する設計結果を示す説明図である。（実施例８） この発明の実施例８に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図であり、図３７内の閉ループ状導電性物体に代えてショートスタブを用いた場合を示している。（実施例８） この発明の実施例８に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図であり、図３７内の導電性物体に代えてチップコンデンサを用いた場合を示している。（実施例８） この発明の実施例８に係る無線通信装置の他の構成例を示す平面図であり、図４０内の導電性物体に代えてチップコンデンサを用いた場合を示している。（実施例８）

（実施例１）
以下、図面を参照しながら、この発明の無線通信装置の好適な実施例について説明する。
図１はこの発明の実施例１に係る無線通信装置を示す平面図であり、図２は図１内のＡ−Ａ’線による断面図である。

図１において、無線通信装置は、平板状物体１と、外形寸法Ｌ、Ｗを有する渦巻状導電性物体２と、Ｌ字状（延長形状）の導電性物体３と、集積回路４、５と、導電性物体７ａ、７ｂと、スルーホールなどの異層間接続部８と、１対の平板３０ａ、３０ｂ（図２参照）からなる平行平板キャパシタ３０とを備えている。平行平板キャパシタ３０の一方（上面側）の平板３０ａは、導電性物体７ａに導通され、平行平板キャパシタ３０の他方（下面側）の平板３０ｂは、導電性物体７ｂに導通されている。

平板状物体１は、任意の物質からなる。集積回路４は、第１の周波数帯での通信に必要な機能を備えており、集積回路５は、第２の周波数帯での通信に必要な機能を備えている。導電性物体７ａ、７ｂは、渦巻状導電性物体２と集積回路５の入出力端子とを接続する。異層間接続部８は、平板状物体１の表面に形成された任意の導電性物体と、平板状物体１の裏面に形成された任意の導電性物体とを接続する。

平行平板キャパシタ３０は、集積回路５に対して電気的に並列に接続される。平行平板キャパシタ３０の容量値は、通常、渦巻状導電性物体２とともにＬＣ並列共振回路を構成して、第２の周波数帯の所望周波数において共振するように、設計される。または、平行平板キャパシタ３０の容量値は、第２の周波数帯の所望周波数において、渦巻状導電性物体２が形成する回路と集積回路５とのインピーダンス整合が良好になるように、設計される。したがって、第１の周波数帯が第２の周波数帯に比べて十分大きい場合には、平行平板キャパシタ３０は、第１の周波数帯において電気的にほぼ短絡構造となる場合が多い。

導電性物体３の電気長は、第１の周波数帯で良好な通信性能が得られれば任意でよいが、第１の周波数帯の実効波長１λ_1e程度以下に選定されることが多い。ここで、第１の周波数帯の実効波長λ_1eは、平板状物体１やその他の周囲物体など（図示せず）の、導電性物体３の周囲に配置される物体の電気的影響を考慮した値である。また、ここでは導電性物体３を細線として例示したが、楕円形、多角形など任意の形状でよい。

図１の構成から集積回路４および導電性物体３を除去した構成は、現在において広く普及している非接触ＩＣカードの最も基本的な公知構成である。
導電性物体３上の定在波電流分布は、導電性物体３の先端の電流振幅が零である、という境界条件によって決定される。
したがって、第１の周波数帯の所望周波数が第２の周波数帯の所望周波数に比べて十分大きい場合、すなわち、第２の周波数帯の実効波長λ_2eが第１の周波数帯の実効波長λ_1eに比べて十分長い場合には、第２の周波数帯の電流は、導電性物体３上にはほとんど流れない。

この結果、渦巻状導電性物体２の任意の位置に集積回路４および導電性物体３を接続しても、集積回路５、平行平板キャパシタ３０および渦巻状導電性物体２によって、外部機器との間で行われる第２の周波数帯の通信特性にほとんど影響を与えることはない。

一方、第１の周波数帯のアンテナ動作を考えた場合、集積回路４の入出力端子部がいわゆる給電部に相当し、導電性物体３および渦巻状導電性物体２の全体に電流が流れ、アンテナとして動作する。
このとき、上述したように、第１の周波数帯においては、平行平板キャパシタ３０が、電気的にはほぼ短絡構造となる場合が多いので、第１の周波数帯の動作は、集積回路５の入力インピーダンスに無関係となる。

もし、第２の周波数帯で良好な通信を行うために平行平板キャパシタ３０が必要でない場合には、基本的には、集積回路５の入出力端子部が、第１の周波数帯においてはほぼ電気的短絡状態となり、第２の周波数帯においてはほぼ電気的開放状態となるように、平行平板キャパシタ３０の静電容量値を決定することが望ましい。

しかしながら、電磁界解析や実験の結果、第１の周波数帯においてもキャパシタ３０が不要と判断された場合には、図３に示すように削除可能である。
つまり、アンテナの特性は、渦巻状導電性物体のサイズ、巻数、アンテナ近傍媒質の特性に大きく依存するのであって、これらの物理的条件および電気的条件と、要求される通信距離とによっては、キャパシタ３０は除去可能な場合もあり、この発明において必ずしも必要不可欠な構成要素ではない。以下、集積回路５の入出力端子間にキャパシタが接続される場合を例にとって説明するが、前述のように削除可能な場合もある。

一般に、キャパシタの静電容量値をＣとし、交流電源の周波数をｆとすると、キャパシタのインピーダンス値Ｚは、周知のように、以下の式（１）で与えられる。

Ｚ＝−ｊ／（２πｆＣ） ・・・（１）

式（１）から明らかなように、キャパシタのインピーダンス値Ｚの比は、周波数ｆの比の逆数となる。
ここで、第１の周波数帯の第１の中心周波数をｆ₁、第２の周波数帯の第２の中心周波数をｆ₂とし、第１の中心周波数ｆ₁でのインピーダンス値をＺ₁、第２の中心周波数ｆ₂でのインピーダンス値をＺ₂とすると、ｆ₁＞＞ｆ₂なる条件が成立している場合には、以下の式（２）が成立する。

｜Ｚ₁｜＜＜｜Ｚ₂｜ ・・・（２）

よって、静電容量値Ｃを適切に選定すれば、第１の中心周波数ｆ₁においては電気的にほぼ短絡とし、第２の中心周波数ｆ₂においては電気的にほぼ開放とすることが可能となる。
たとえば、第１および第２の中心周波数ｆ₁、ｆ₂が、
ｆ₁＝２．４５［ＧＨｚ］
ｆ２＝１３．５６［ＭＨｚ］
であれば、中心周波数比ｆ₁／ｆ₂は、以下の式（３）で与えられる。

ｆ₁／ｆ₂≒１８１ ・・・（３）

また、第１および第２の中心周波数ｆ₁、ｆ₂が、
ｆ₁＝９６０［ＭＨｚ］
ｆ₂＝１３．５６［ＭＨｚ］
であれば、中心周波数比ｆ₁／ｆ₂は、以下の式（４）で与えられる。

ｆ₁／ｆ₂≒７１ ・・・（４）

さらに、第１および第２の中心周波数ｆ₁、ｆ₂が、
ｆ₁＝８６０［ＭＨｚ］
ｆ₂＝１３．５６［ＭＨｚ］
であれば、中心周波数比ｆ₁／ｆ₂は、以下の式（５）で与えられる。

ｆ₁／ｆ₂≒６３ ・・・（５）

なお、上記条件では、第２の中心周波数ｆ₂を１３．５６［ＭＨｚ］としたが、仮に、ｆ₂＝１３５［ｋＨｚ］であれば、中心周波数比ｆ₁／ｆ₂を、式（３）〜（５）の値の１００倍にすればよい。

たとえば、第１の中心周波数ｆ₁におけるインピーダンス値Ｚ₁を０−ｊ３６［Ω］とし、ｆ₁＝８６０ＭＨｚ、ｆ₂＝１３．５６ＭＨｚとした場合には、式（５）のように、ｆ₁／ｆ₂≒６３であるから、第２の中心周波数ｆ₂におけるインピーダンス値Ｚ₂は、０−ｊ２２６８［Ω］となる。
したがって、第１の中心周波数ｆ₁においては電気的にほぼ短絡、第２の中心周波数ｆ₂においては電気的にほぼ開放状態となる。

以上の考察から、図１のように、渦巻状導電性物体２を第１の周波数帯のアンテナ導体の一部として利用することにより、第１および第２の周波数帯のそれぞれのアンテナの実装面積を、第１の周波数帯のアンテナと第２の周波数帯のアンテナとのそれぞれを並設した場合よりも、広く確保することが可能となる。
この結果、図１の構成により、各アンテナが単体で存在した場合と同等の通信性能を確保することが可能となる。

図１のアンテナ構成の有効性を検証するために、発明者は、数値電磁界解析および実験を行い、図４の結果を得た。
図４は集積回路４の入出力端子からアンテナ側を見たインピーダンス周波数特性Ｚｆ１を示す特性図である。

図４において、円内の数値は、インピーダンスＺを５０［Ω］で正規化した値を示しており、第１の中心周波数ｆ₁の空気中波長λ₁を基準として、渦巻状導電性物体２のｚ、ｘ方向の外形寸法Ｌ、Ｗを、それぞれ、Ｌ＝０．１９λ₁、Ｗ＝０．１４λ₁とし、導電性物体３の幅および長さを、それぞれ、０．００３２λ₁、０．２５４λ₁としたときの計算結果を示している。

図４において、インピーダンス周波数特性Ｚｆ１は、０．８９４ｆ₁から１．１０６ｆ₁まで、０．０５３ｆ₁刻みで、５ポイントにわたってスミスチャートにプロットされている。
図４のインピーダンス周波数特性Ｚｆ１から明らかなように、図１のアンテナ構成の場合、自由空間に置かれた半波長ダイポールアンテナと比べると、リアクタンス変化量が大きく狭帯域ではあるが、類似のインピーダンス特性（直列共振特性）を示していることが分かる。

図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の放射パターン計算結果を示す説明図であり、主偏波（Ｅθ成分）と交差偏波（Ｅφ成分）とを示している。
図５から明らかなように、図１のアンテナ構成により、半波長ダイポールアンテナと同様の放射パターンが得られており、放射効率は、−１．１ｄＢ、利得は、１．３ｄＢｉである。
なお、図５（ｂ）において、ｙ−ｚ面に交差偏波（Ｅφ成分）が生じているが、主偏波（Ｅθ成分）の利得低下を招くレベルではなく、タグアンテナとしては実用上問題ない。

実際に、上記計算モデルと同等のアンテナを試作して測定した結果、インピーダンス周波数特性および放射パターンとして、図４および図５の計算結果に良く対応する結果が得られた。また、放射効率測定値は、−１．９ｄＢであり、図１のアンテナ構成の有効性が確認できた。

なお、図１においては、集積回路５および平行平板コンデンサ３０を、渦巻状導電性物体２の内側に配置したが、集積回路５および平行平板コンデンサ３０の配置は、渦巻状導電性物体２の内側に限定されるものではない。
すなわち、図６に示すように、両者を渦巻状導電性物体２の外側に配置してもよいし、図７に示すように、集積回路５を渦巻状導電性物体２の外側に、平行平板コンデンサ３０を渦巻状導電性物体２の内側に配置してもよい。また、図示しないが、集積回路５を渦巻状導電性物体２の内側に配置し、平行平板コンデンサ３０を渦巻状導電性物体２の外側に配置してもよい。

これらの配置は、第１の周波数帯の通信距離性能、第２の周波数帯の通信距離性能、機械による集積回路５の製造性（実装）など、を総合的に考慮して適宜設計される。
以下、集積回路５および平行平板コンデンサ３０を、渦巻状導電性物体２の内側に配置した場合を例にとって説明するが、これらを渦巻状導電性物体２の外側に配置しても、この発明に係るアンテナの動作が原理的に損なわれるものではない。

ところで、一般に、ＲＦＩＤタグに用いられる集積回路４のインピーダンスは、概して低抵抗であって高容量性リアクタンスを有している。したがって、アンテナと集積回路４とのインピーダンス整合を考えた場合、図４のようなアンテナインピーダンスでは不都合な場合がある。

上記不都合な場合に対処するためには、たとえば図８の平面図に示すように、平板状物体１上に導電性物体１０を設け、導電性物体１０の一端を導電性物体３に接続し、導電性物体１０の他端を渦巻状導電性物体２に接続して、いわゆるショートスタブを構成すればよい。
図８において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。この場合、導電性物体１０が追加された点を除けば、前述（図１参照）と同様の構成である。

図８のアンテナ構成により、図９のインピーダンス周波数特性Ｚｆ２に示すように、集積回路４のインピーダンスに対して複素共役の関係となるインピーダンスの付近に、所望帯域インピーダンスを変位させることができ、アンテナと集積回路４とのインピーダンス整合を確保することが可能になる。
なお、図９において、インピーダンス周波数特性Ｚｆ２のプロット周波数は、０．９６ｆ₁から１．０４ｆ₁まで、０．０１ｆ₁刻みで、９ポイントにわたって示されている。

また、インピーダンス整合方法は、図８に示したショートスタブに限られず、他の手段として、たとえば図１０の平面図に示すように、平板状物体１上に閉ループ状の導電性物体を設け、導電性物体１１の一部に集積回路４を挿入したアンテナ構成が考えられる。

図１０において、集積回路４は、導電性物体３から隔離されている。
導電性物体１１は、渦巻状導電性物体２および／または導電性物体３（渦巻状導電性物体２および導電性物体３の少なくとも一方）の近傍に配置されており、導電性物体１１の一端は集積回路４の端子の一端に接続され、導電性物体１１の他端は集積回路４の端子の他端に接続されている。また、導電性物体３は渦巻状導電性物体２に接続されている。

図１０のアンテナ構成においては、渦巻状導電性物体２および導電性物体３に流れる電流によって生じる磁界が導電性物体１１のループ内の空間を貫くことにより、集積回路４および導電性物体１１からなる回路と、導電性物体３および渦巻状導電性物体２からなるアンテナとが、上記磁界を介して結合されている。

図１１は図１０のアンテナ構成によって得られたインピーダンス周波数特性Ｚｆ３の計算結果を示す特性図である。
図１１において、インピーダンス周波数特性Ｚｆ３のプロット周波数は、０．９５ｆ₁から１．０５ｆ₁まで、０．００５ｆ₁刻みで、２１ポイントにわたって示されている。

図１１から明らかなように、図１０のアンテナ構成とすることにより、集積回路４とのインピーダンス整合を確保するのに好適なアンテナインピーダンス特性が得られる。
なお、導電性物体１１は、導電性物体３および／または渦巻状導電性物体２に接していてもよい。この状態は、導電性物体１１と導電性物体３および／または渦巻状導電性物体２との距離を零にした極限であり、アンテナとして上述と同様の動作をすると考えられる。

なお、図１０においては、集積回路４および導電性物体１１を、渦巻状導電性物体２の外側に配置したが、集積回路４および導電性物体１１の配置は、渦巻状導電性物体２の外側に限定されるものではなく、図１２に示すように、両者を渦巻状導電性物体２の内側に配置してもよい。集積回路４および導電性物体１１の配置は、第１の周波数帯の通信距離性能、第２の周波数帯の通信距離性能、機械による集積回路４の製造性（実装）など、を総合的に考慮して適宜設計される。

以下、集積回路４および導電性物体１１を、渦巻状導電性物体２の外側に配置した場合を例にとって説明するが、これらを渦巻状導電性物体２の内側に配置しても、この発明に係るアンテナの動作が原理的に損なわれるものではない。

以上のように、この発明の実施例１に係る無線通信装置は、図１のように、第１の周波数帯での通信機能を有する集積回路４（第１の集積回路）と、集積回路４の入出力端子の一方に接続された導電性物体３（第１の導電性物体）と、第２の周波数帯での通信機能を有する集積回路５（第２の集積回路）と、集積回路５の入出力端子間に接続された渦巻状導電性物体２（第２の導電性物体）とを備えており、集積回路４の入出力端子の他方は、渦巻状導電性物体２の一部に接続されている。
また、図８のように、導電性物体１０（第３の導電性物体）をさらに備え、導電性物体１０の一端は、導電性物体３に接続され、導電性物体１０の他端は、渦巻状導電性物体２に接続されている。

さらに、図１０のように、第１の周波数帯での通信機能を有する集積回路４と、導電性物体３と、第２の周波数帯での通信機能を有する集積回路５と、集積回路５の入出力端子間に接続された渦巻状導電性物体２と、集積回路４の入出力端子間に接続された閉ループ状の導電性物体１１（第３の導電性物体）とを備えており、導電性物体３の一端は、渦巻状導電性物体２の一部に接続され、導電性物体１１は、導電性物体３および渦巻状導電性物体２の少なくとも一方に近接配置されている。

これにより、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯ＲＦＩＤシステム、または、ＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムとに共用可能なＲＦＩＤタグ機能を備えた無線通信装置を得ることができる。

（実施例２）
上記実施例１（図１、図８、図１０）のアンテナ構成では、動作帯域があまり広くないという問題が生じる場合がある。また、動作帯域幅と渦巻状導電性物体２上の電流分布とは相関があると考えられる。
これを確認するために、まず便宜的に、図１３の平面図に示すように、渦巻状導電性物体２を方環状導電性物体１２に置換して、図１３のアンテナ構成において、第１の周波数帯のアンテナ特性を計算した。

図１４は図１３のアンテナ構成におけるインピーダンス周波数特性Ｚｆ４の計算結果を示す特性図である。
図１４において、インピーダンス周波数特性Ｚｆ４のプロット周波数は、図４と同一であって５ポイントにわたって示されているが、図４のインピーダンス周波数特性Ｚｆ１よりもリアクタンス変化量が少なく、広帯域になっていることが分かる。

図１５（ａ）、（ｂ）は図１３のアンテナ構成に対するｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の放射パターン計算結果を示す説明図である。
図１３のアンテナ構成による図１５では、図１のアンテナ構成による図５と比べてパターン形状に大きな差異はないが、わずかではあるが利得が高い。

また、図１３のアンテナ構成による図１５の放射効率の計算値は、−０．２ｄＢであり、図１のアンテナ構成による図５の放射効率（＝−１．１ｄＢ）に比べて約１ｄＢ高い。
以上の検討から、図１３のように、渦巻状導電性物体２を方環状導電性物体１２に置換することにより、帯域幅と放射効率とを同時に改善可能であることが分かった。

ただし、当然ながら、第２の周波数帯の通信性能を考えると、渦巻状導電性物体２を、図１３のように方環状導電性物体１２に置換することはできない。
そこで、実際には、図１のアンテナ構成において、渦巻状導電性物体２の隣り合う巻線間を容量結合させることにより、第２の周波数帯の通信特性に影響を与えることなく、第１の周波数帯のアンテナ性能を改善することを試みる。

まず、渦巻状導電性物体２の隣り合う巻線間を短絡する数ｎを調べる。
図１６は巻線間短絡部の数ｎと放射効率との関係を示す特性図であり、巻線間を短絡する巻線間短絡部１３の数ｎ（ｎ＝１、・・・、６）に対する放射効率の違いを示している。
図１６において、渦巻状導電性物体２の巻線間短絡部１３は、隣り合う巻線間を短絡する複数の導電性物体１４から構成されており、渦巻状導電性物体２に対して等間隔になるように配置されている。

図１６から明らかなように、放射効率は、巻線間短絡部１３の数ｎとはほぼ無関係であり、巻線間短絡部１３は、渦巻状導電性物体２と導電性物体３または集積回路４との結合部付近に１つ配置するのみでよいことが分かる。

図１７は第１の中心周波数ｆ₁における巻線間短絡部１３の数ｎとアンテナインピーダンス（抵抗値Ｒ［Ω］、リアクタンス値Ｘ［Ω］）との関係を示す特性図である。
図１７からも明らかなように、巻線間短絡部１３の数ｎによるアンテナインピーダンスの変化は、抵抗値Ｒおよびリアクタンス値Ｘのいずれも１［Ω］以下であり、ほとんど生じないことが分かる。

図１８はこの発明の実施例２の構成例を示す平面図であり、図１６内の巻線間短絡部１３に代えて回路素子１５を設けた場合を示している。
図１８において、回路素子１５は、渦巻状導電性物体２と導電性物体３または集積回路４との結合部付近で、渦巻状導電性物体２の巻線間を接続している。

次に、回路素子１５をキャパシタとしたときのキャパシタ静電容量値と特性との関係について調べる。
図１９はキャパシタの静電容量値（集中定数）Ｃ［ｐＦ］と第１の中心周波数ｆ₁における放射効率との関係を示す特性図である。
図１９から明らかなように、静電容量値Ｃが小さくなるにつれて放射効率が劣化する傾向にあるが、Ｃ≧２ｐＦであれば、放射効率の劣化量は０．２ｄＢ以内であり、実用上ほとんど問題ないことが分かる。

図２０はキャパシタの静電容量値Ｃと第１の中心周波数ｆ₁におけるアンテナインピーダンス（抵抗値Ｒ、リアクタンスＸ）との関係を示す特性図であり、図１９と同様の傾向を示すことが分かる。

図２１は第１の周波数帯のインピーダンス周波数特性をスミスチャート上にプロットした特性図であり、図２１（ａ）は静電容量値Ｃが２ｐＦの場合のインピーダンス周波数特性Ｚｆ５を示し、図２１（ｂ）は静電容量値Ｃが８ｐＦの場合のインピーダンス周波数特性Ｚｆ６を示している。
図２１において、プロット周波数は、０．９５ｆ₁から１．０５ｆ₁まで、０．０２５ｆ₁刻みで、５ポイントにわたって示されている。

図２１（ｂ）のインピーダンス周波数特性Ｚｆ６（Ｃ＝８ｐＦ）と、図２１（ａ）のインピーダンス周波数特性Ｚｆ５（Ｃ＝２ｐＦ）とを比較して分かるように、静電容量値Ｃが小さくなるとアンテナインピーダンスが容量性に変位する傾向にあるが、これは、導電性物体３の電気長を長く設定することにより補償することができるので、大きな問題にはならない。

一方、図２２は渦巻状導電性物体２のインピーダンス（抵抗値Ｒ、リアクタンスＸ）と静電容量値Ｃとの関係を示す特性図であり、第２の中心周波数ｆ₂において、図１内のＡ−Ａ’から渦巻状導電性物体２を見たインピーダンスの特性を示している。
図２２から明らかなように、第２の中心周波数ｆ₂のインピーダンス特性も、静電容量値Ｃにほとんど依存しないことが分かる。

以下、図２３および図２４を参照しながら、渦巻状導電性物体２の巻数、外形サイズ、静電容量値Ｃを変化させて、数値電磁界解析により放射効率の周波数特性を求めた場合を例にとって、巻線間容量結合の効果についてさらに詳細に考察する。なお、各図中の特性曲線に示されている数値の単位は［λｃ］である。

図２３（ａ）〜（ｃ）は、巻数を「３」とし、渦巻状導電性物体２のｘ方向の長さＷを０．１３３λｃとし、渦巻状導電性物体２のｚ方向の長さＬ（＝Ｌｃ）をパラメータとして、放射効率の周波数特性を計算した結果を示す説明図である。

図２３（ａ）〜（ｃ）において、横軸は、ｆｃ＝９１０ＭＨｚで規格化された周波数であり、λｃは９１０ＭＨｚの電波の空気中波長である。
図２３（ａ）は、Ｃ＝０ｐＦ（電気的に開放）のときの特性であり、図２３（ｂ）は、Ｃ＝２ｐＦのときの特性であり、図２３（ｃ）は、Ｃ＝４ｐＦのときの特性である。

図２３から明らかなように、放射効率の渦巻状導電性物体サイズへの依存性は、Ｃ＝２ｐＦにおいても大幅に抑圧され、Ｃ＝４ｐＦになると、すべての渦巻状導電性物体サイズに対して広帯域にわたって、−１．５ｄＢ以上の高い放射効率が得られることが分かる。

一方、図２４（ａ）〜（ｅ）は、巻数を「６」とした場合の計算結果を示す説明図であり、図２４（ａ）は、Ｃ＝０ｐＦ（電気的に開放）のときの特性を示す。
また、図２４（ｂ）は、Ｃ＝２ｐＦのときの特性であり、図２４（ｃ）は、Ｃ＝４ｐＦのときの特性であり、図２４（ｄ）は、Ｃ＝８ｐＦのときの特性であり、図２４（ｅ）は、Ｃ＝∞ｐＦ（電気的に短絡）のときの特性である。

図２４から明らかなように、図２３（３巻）の場合と比べて、必要な静電容量値は大きくなる傾向にあるものの、渦巻状導電性物体２の巻線間を容量結合することにより、放射効率の渦巻状導電性物体サイズへの依存性を大幅に抑圧するとともに、広帯域にわたって高い放射効率を確保することが可能なことが分かる。

以上のように、この発明の実施例２（図１６、図１８）に係る無線通信装置によれば、渦巻状導電性物体２の巻線間を容量結合する回路素子１５を設けて、その容量値を適切に選定することにより、第２の中心周波数ｆ₂の通信特性にほとんど影響を与えることなく、第１の周波数帯のアンテナ性能を改善することが可能となる。

なお、回路素子１５は、チップキャパシタに限定されることはなく、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有していれば、別の手段であってもよい。
したがって、回路素子１５としては、周波数選択性結合手段として、たとえば、フィルタに使用されている誘電体共振器、セラミック共振器、圧電共振器など、任意の共振器が使用可能である。

ここで、圧電共振器は、圧電薄膜の表裏に電極を形成し、薄膜の振動を利用したフィルタである。圧電共振器をはしご状に接続したものは、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタと呼ばれ、低損失で急峻な特性を有するバンドパスフィルタとして知られている。

以上のように、この発明の実施例２に係る無線通信装置は、図１８のように、渦巻状導電性物体の一部の隣接する巻線間に設けられ、巻線間を容量性リアクタンスによって接続するための回路素子１５（周波数選択性結合手段、たとえば容量性結合手段）をさらに備えており、回路素子１５は、たとえば共振器により構成されている。
これにより、回路素子１５の電気特性を適切に選定し、第２の中心周波数ｆ₂の通信特性にほとんど影響を与えることなく、第１の周波数帯のアンテナ性能を改善することが可能となる。

（実施例３）
上記実施例１、２（図１、図８、図１０、図１６、図１８）に示したアンテナ構成を実用に供する形態に仕上げることを考えた場合、平板状物体１上に必ずしも任意の回路素子部品が実装できるとは限らず、また、部品点数の増加は、一般に製造コスト増加を招くことになる。
したがって、図１８の構成に代えて、図２５および図２６のように、導電性物体２ａ、２ｂのみで渦巻状導電性物体２の巻線間を容量結合する構成を考える。

図２５はこの発明の実施例３に係る無線通信装置を示す平面図であり、図２６は図２５内のＢ−Ｂ’線による断面図である。
図２５および図２６は、渦巻状導電性物体２の巻線間を第１の周波数帯で容量結合する１つの構成例を示している。
図２５において、渦巻状導電性物体２の一部（異層間接続部８ａから異層間接続部８ｂまでの区間）は、平板状物体１の裏面に配置された導電性物体となっている。

この場合、図２６のように、容量結合させたい位置において、巻線の存在面を、外から順に、平板状物体１の表、裏、表、となるように構成するとともに、望ましくは当該部位において隣接する巻線と重なるように、導電性物体２ａ、２ｂの巻線形状を局所的に変形している。
すなわちこの例では、容量結合部位において、平板状物体１の表側の導電性物体２ａの幅は、他の部位の幅よりも大きく形成されるとともに、平板状物体１の裏側の導電性物体２ｂの幅は、導電性物体２ａの幅の２倍以上に形成されている。

図２５および図２６のアンテナ構成とすることにより、渦巻状導電性物体２の巻線間の静電容量を部分的に大きく形成ことができるので、前述の実施例２（図１８）において回路素子１５をキャパシタにした場合と同等の効果を得るとともに、部品点数を低減することが可能になる。

以上のように、この発明の実施例３に係る無線通信装置の容量性結合手段は、図２５、図２６のように、渦巻状導電性物体２の巻線幅を部分的に大きく形成することにより構成されている。
すなわち、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する構造として、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面および裏面の両面上に形成するとともに、渦巻状導電性物体２ａ、２ｂの巻線幅を部分的に大きく形成している。

これにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体２をアンテナ導体として共用することが可能となる。
この結果、前述の実施例１、２と同様に、ＬＦ帯用またはＨＦ帯用のコイル導体を、ＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯の各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。
さらに、前述の実施例２（図１８）の構成と比較して、部品点数を低減するとともに、より高性能な無線通信装置を得ることができる。

（実施例４）
上記実施例３では、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面および裏面の両面上に形成するとともに、容量結合部位の渦巻状導電性物体２ａ、２ｂの巻線幅を部分的に大きくしたが、図２７および図２８のように、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面のみに形成し、容量性結合手段として、渦巻状導電性物体２の巻線形状を部分的に変形してもよい。

図２７はこの発明の実施例４に係る無線通信装置を示す平面図であり、渦巻状導電性物体２の巻線間を第１の周波数帯で容量結合する他の構成例として、容量結合させたい位置にインターディジタルキャパシタ１６を形成した場合を示している。
図２８はインターディジタルキャパシタ１６を拡大して示す平面図である。図２８において、インターディジタルキャパシタ１６は、渦巻状導電性物体２の一部がクシ歯状に形成されて、相互に挿入しあうことにより容量結合された構成を有している。

図２７、図２８のアンテナ構成により、渦巻状導電性物体２の巻線間の静電容量を部分的に高めることができる。
また、前述の実施例３（図２５）の構成と比較して、平板状物体１の表面に形成された導電性物体２ａと平板状物体１の裏面に形成された導電性物体２ｂとを接続する異層間接続部８ａ、８ｂを省略することができ、製作コストを低減することが可能となる。

以上のように、この発明の実施例４に係る無線通信装置の容量性結合手段は、図２７、図２８のように、渦巻状導電性物体２の巻線形状を部分的に変形して巻線間に形成されたインターディジタルキャパシタ１６により構成されている。
すなわち、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有する構造として、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面のみに形成し、渦巻状導電性物体２の巻線形状を部分的に変形し、巻線間に部分的にインターディジタルキャパシタ１６を形成した構成を備えている。

これにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体２をアンテナ導体として共用することが可能となる。
この結果、前述の実施例１〜３と同様に、ＬＦ帯またはＨＦ帯用のコイル導体を、ＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きくし、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の各単体の通信距離と同等の通信距離を有する、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。
また、前述の実施例３（図２５）の構成と比較して、製作コストを低減することが可能になる。

（実施例５）
上記実施例４（図２７、図２８）のインターディジタルキャパシタ１６は、渦巻状導電性物体２の容量結合部位をクシ歯状に形成したが、少ない面積で十分な静電容量を得られない可能性があるので、図２９および図３０のように、平板状物体１の裏面に導電性物体１９を設けて巻線間容量性結合手段１８を構成してもよい。
図２９はこの発明の実施例５に係る無線通信装置を示す平面図である。また、図３０（ａ）、（ｂ）は図２９内の巻線間容量性結合手段１８を拡大して示す平面図およびＣ−Ｃ’線による断面図である。

図２９、図３０において、巻線間容量性結合手段１８は、平板状物体１の表面に形成された渦巻状導電性物体２の各巻線を部分的に大きく形成するとともに、当該部位の裏面に導電性物体１９を形成することによって構成されている。
また、図３０（ａ）、（ｂ）において、容量結合部位の導電性物体２ｃは、他の部位よりも幅が大きく形成され、平板状物体１の裏面側の導電性物体１９は、複数の導電性物体２ｃをすべて覆う大きさに形成されている。

図２９、図３０のアンテナ構成によれば、前述（図２５）の異層間接続部８ａ、８ｂを不要として、異層間接続部の数を増やすことなく平行平板形式で巻線間キャパシタを構成することが可能となる。

図３１はこの発明の実施例５（図２９、図３０）による第１の中心周波数ｆ₁の放射効率を示す特性図であり、巻線間容量性結合手段１８（容量結合部位）による容量結合状態での放射効率を、巻線間を短絡した場合での放射効率と比較して示している。
図３１から明らかなように、巻線間容量性結合手段１８により、巻線間短絡時と同等の放射効率が得られることが分かる。

図３２はこの発明の実施例５のアンテナ構成に対する第２の中心周波数ｆ₂における渦巻状導電性物体２の入力インピーダンス（抵抗値Ｒ、リアクタンスＸ）を示す特性図であり、巻線間容量性結合手段１８が存在しない場合の入力インピーダンス値と比較して示している。
図３２から明らかなように、巻線間容量性結合手段１８の有無によるインピーダンス変化量はほとんど生じず、問題ない範囲内であることが分かる。

したがって、図２９、図３０のアンテナ構成により、渦巻状導電性物体２の巻線間の静電容量を部分的に高めることができ、さらに、前述の実施例４（図２７）の構成と比較して、より少ない面積でより高い巻線間静電容量を得ることが可能となる。

以上のように、この発明の実施例５に係る無線通信装置は、図２９のように、渦巻状導電性物体２の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置された導電性物体１９（第４の導電性物体）を備えている。
すなわち、第１の周波数帯の電流を通し、第２の周波数帯の電流を遮断する周波数特性を有するアンテナ構成として、渦巻状導電性物体２を平板状物体１の表面のみに形成した上で、渦巻状導電性物体２の巻線形状を部分的に変形するとともに、当該部位の裏面に導電性物体１９を有する巻線間容量性結合手段１８を備えている。

これにより、第１の周波数帯と第２の周波数帯の両周波数帯において、渦巻状導電性物体２をアンテナ導体として共用することが可能となる。
この結果、前述の実施例１〜４と同様に、ＬＦ帯またはＨＦ帯用のコイル導体を、ＵＨＦ帯用アンテナ導体として利用することができ、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の各単体の通信距離と同等の通信距離を有する、ＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。

なお、巻線間容量性結合手段１８は、図２９、図３０の構成に限定されることはなく、たとえば、導電性物体１９としては、方形、円形、楕円形など任意の形状を選択可能であり、また、図３３の平面図に示すように、導電性物体１９のみならず集積回路４を平板状物体１の裏面に配置して、集積回路４の端子の一端を導電性物体１９に接続する構成としてもよい。
さらに、所望の巻線間容量結合が得られれば、必ずしも渦巻状導電性物体２の巻線形状を部分的に変形する必要はない。

図３３において、無線通信装置は、第１の周波数帯での通信機能を有する集積回路４と、集積回路４の入出力端子の一方に接続された導電性物体３と、第２の周波数帯での通信機能を有する集積回路５と、集積回路５の入出力端子間に接続された渦巻状導電性物体２と、導電性物体１９（第３の導電性物体）とを備えており、導電性物体１９は、渦巻状導電性物体２の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置されている。また、集積回路４の入出力端子の他方は、導電性物体１９に接続されている。
図３３のアンテナ構成においても、前述と同様の作用効果を奏する。

（実施例６）
上記実施例１〜５では、渦巻状導電性物体２に対して導電性物体３のみを設けたが、図３４のように、渦巻状導電性物体２に接続された導電性物体２０をさらに設けてもよい。
図３４はこの発明の実施例６に係る無線通信装置を示す平面図であり、たとえば前述の実施例５（図２９）の構成に導電性物体２０を追加した場合を示している。

図３４においては、アンテナ主要構成導体として、前述の渦巻状導電性物体２および導電性物体３に加えて、Ｌ字形状の導電性物体２０が設けられており、導電性物体２０の一端は、渦巻状導電性物体２に接続されている。
図３４のアンテナ構成により、第１の周波数帯において、導電性物体３および渦巻状導電性物体２の形状で決定される共振モードと、導電性物体２０および渦巻状導電性物体２の形状で決定される共振モードと、導電性物体３、２０および渦巻状導電性物体２（３つの導電性物体）の形状で決定される共振モードとからなる複数の共振モードを生じさせることができる。

したがって、各導電性物体３、２０および渦巻状導電性物体２の形状を最適化することにより、前述の作用効果のみならず、第１の周波数帯において、広帯域化または多周波共用化を図ることができ、実用性を高めることが可能となる。
また、導電性物体２０は、必ずしも渦巻状導電性物体２に接続される必要はなく、たとえば図３５の平面図に示すように、導電性物体２０を平板状物体１の裏面に形成してもよい。この場合、導電性物体２０の一端は、渦巻状導電性物体２の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置され、渦巻状導電性物体２と容量性結合している。図３５の構成においても、前述と同様の作用効果を奏する。

以上のように、この発明の実施例６に係る無線通信装置は、図３４のように、導電性物体２０（第５の導電性物体）をさらに備えており、導電性物体２０の一端は、渦巻状導電性物体２の一部に接続されている。
また、図３５のように、導電性物体２０の一端は、渦巻状導電性物体２の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置されている。

これにより、複数の共振モードを生じさせるとともに、各導電性物体３、２０および渦巻状導電性物体２の形状を最適化し、前述の作用効果に加えて、第１の周波数帯において、広帯域化または多周波共用化を図ることができ、実用性を高めることが可能となる。

（実施例７）
前述の実施例１における図１０のアンテナ構成を参照し、第２の周波数帯において、集積回路４および導電性物体１１からなる閉回路内を貫く磁界が発生した場合、第２の周波数帯の電力の一部が、第１の周波数帯における通信用の集積回路４の抵抗成分によって消費され、第２の周波数帯の通信距離が低下するという問題が生じる可能性がある。

そこで、この問題を回避するために、図３６の平面図に示すように、集積回路４の入出力端子と導電性物体１１との間に、平行平板キャパシタ３１、３２を電気的に直列に挿入することが望ましい。
図３６のアンテナ構成において、平行平板キャパシタ３１、３２の静電容量を適切な値に選定すれば、第１の周波数帯の通信性能に悪影響を与えることなく、集積回路４による第２の周波数帯の電力消散を回避することができ、第２の周波数帯の通信性能を良好に保つことが可能となる。

また、第２の周波数帯の通信性能への悪影響がない場合でも、集積回路４の入出力端子と導電性物体１１との間に平行平板キャパシタ３１、３２を電気的に直列に挿入することにより、平行平板キャパシタ３１、３２を第１の周波数帯に対するインピーダンス整合回路として使用することができ、第１の周波数帯における設計の自由度が増す効果を奏する。

以上のように、この発明の実施例７に係る無線通信装置は、図３６のように、集積回路４の入出力端子と、入出力端子に接続される導電性物体（渦巻状導電性物体２、導電性物体３、１１、１９のいずれか）との間に、直列にチップキャパシタ、平行平板キャパシタ、またはインターディジタルキャパシタが挿入されており、集積回路４の入出力端子に対して、電気的に直列に容量性リアクタンス（平行平板キャパシタ３１、３２）が挿入されている。

これにより、集積回路４での第２の周波数帯の電力消散を回避することができ、通信距離低下の問題を解消することができる。
また、容量性リアクタンス（周波数選択性結合手段）を、第１の周波数帯に対するインピーダンス整合回路として使用することができ、第１の周波数帯における設計の自由度を増大させることができる。
この結果、前述の実施例１〜６で説明した無線通信装置の通信性能を向上させることが可能となる。

なお、図３６では、集積回路４と導電性物体１１との間に電気的に直列に挿入された容量性リアクタンスの一例として、平行平板キャパシタ３１、３２を示したが、これに限定されることはなく、平行平板キャパシタ３１、３２と同様の作用効果が得られれば、チップキャパシタまたはインターディジタルキャパシタなど、任意の構成を適用することができる。また、前述の共振器（誘電体共振器、セラミック共振器、圧電共振器など）を用いてもよい。

また、図３６においては、前述の図１０のアンテナ構成に適用した場合を示したが、他の任意のアンテナ構成においても、集積回路４の入出力端子に容量性リアクタンスを挿入することにより、同様の作用効果を奏することができる。

（実施例８）
なお、上記実施例１〜７では具体的に言及しなかったが、実施例１〜７を統合することにより、第１および第２の周波数帯の両方で良好な通信が可能なカードタイプのＲＦＩＤタグを設計することができる。

以下、図３７〜図４２を参照しながら、実施例１〜７を統合したこの発明の実施例８に係る無線通信装置について説明する。
ここでは、第１の周波数帯の中心周波数を９５３ＭＨｚとし、第２の周波数帯の中心周波数を１３．５６ＭＨｚとする。

図３７はこの発明の実施例８に係る無線通信装置を示す平面図であり、設計されたタグの表面構成を示している。また、図３８は図３７のように設計されたタグの裏面構成を表面側から透視した平面図である。

図３７において、無線通信装置は、平板状物体１と、外形寸法Ｌ、Ｗを有する渦巻状導電性物体２と、Ｌ字状（延長形状）の導電性物体３と、集積回路４、５と、導電性物体７ａ、７ｂと、スルーホールなどの異層間接続部８ａ、８ｂと、閉ループ状導電性物体１１と、チップコンデンサ（以下、単に「コンデンサ」という）２５と、導電性物体１９、４０とを備えている。
コンデンサ２５は、機能的に前述（図１８）の回路素子１５に対応しており、導電性物体４０は、機能的に前述（図３４、図３５）の導電性物体２０に対応している。

コンデンサ２５は、機能的に前述（図１８）の平行平板コンデンサ３０に対応している。また、導電性物体４０は、対向する渦巻状導電性物体２の部位とともに平行平板コンデンサを形成しており、機能的に前述（図１８）の平行平板コンデンサ３０に対応している。
導電性物体１９は、対向する渦巻状導電性物体２の部位とともに平行平板コンデンサを形成し、機能的に前述（図１８）の回路素子１５に対応している。

渦巻状導電性物体２、導電性物体３、導電性物体７ａおよび導電性物体１１は、平板状物体１の表面に配置されている。また、導電性物体１９、４０は、平板状物体１の裏面に配置されている。さらに、導電性物体７ｂは、異層間接続部８を介して、平板状物体１の表面および裏面に形成されている。

平板状物体１の外形寸法は、実用されているカードサイズ規格に準じており、図３７内のｚ方向の長さを８５．４ｍｍとし、ｘ方向の長さを５４ｍｍとしている。
また、渦巻状導電性物体２の外形寸法Ｌ、Ｗは、上記カードサイズ規格に加えて、製造性と、第１および第２の周波数帯の両方のアンテナ性能とを総合的に考慮して、Ｌ＝６４ｍｍ、Ｗ＝４６ｍｍとしている。さらに、渦巻状導電性物体２の巻数は「３」である。

平板状物体１は、誘電体フィルム基板により構成されている。
集積回路４、５のうちの一方の集積回路４は、８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの周波数範囲において、外部通信機器（リーダ／ライタ）との間で良好に通信できる特性および機能を備えている。
また、他方の集積回路５は、１３．５６ＭＨｚ帯において、外部通信機器との間で良好に通信できる特性および機能を備えている。

導電性物体７ａ、７ｂは、渦巻状導電性物体２と集積回路５の入出力端子とを接続している。
異層間接続部８ａは、渦巻状導電性物体２と導電性物体７ｂとを接続しており、異層間接続部８ｂは、表裏の導電性物体７ｂを接続するとともに、導電性物体７ｂと導電性物体４０とを接続している。導電性物体１１の両端は集積回路４の入出力端子に接続される。

また、前述の実施例５（図２９）に示したように、導電性物体３と渦巻状導電性物体２との接続部近傍においては、渦巻状導電性物体２の巻線間を容量結合させるために、当該部位において渦巻状導電性物体２の巻線の幅を部分的に大きくするとともに、対向する平板状物体１の裏面部位に導電性物体１９を配置して、平行平板コンデンサを構成している。
同様に、渦巻状導電性物体２の右方においても、導電性物体４０を用いて平行平板コンデンサが構成されており、これは前述の実施例１〜７における平行平板３０に相当している。

集積回路４の動作インピーダンスは、２０−ｊ１９０［Ω］である。
集積回路４とアンテナとのインピーダンス整合をとる方法としては、前述の実施例１で述べたように、微小ループを用いた電磁結合給電方式としている。

アンテナの入力インピーダンス、すなわち集積回路４の端子からアンテナ側をみたインピーダンスは、閉ループ状導電性物体１１の形状、大きさおよび位置と、導電性物体３の長さとを調整することによって、所望インピーダンス、すなわち集積回路４の動作インピーダンス値の複素共役値に設計される。

この発明の実施例８（図３７）において、集積回路５の端子間には、渦巻状導電性物体２と導電性物体４０とにより形成される平行平板コンデンサ以外に、コンデンサ２５も接続されている。

上記構成は、ＵＨＦ帯のアンテナ設計とＨＦ帯のアンテナ設計とを、ほぼ独立に実行することを意図したものである。
すなわち、渦巻状導電性物体２と導電性物体４０とにより形成される平行平板コンデンサの静電容量値は、ＵＨＦ帯のアンテナ特性が良好となるように設計されており、コンデンサ２５の静電容量値は、ＨＦ帯のアンテナ特性が良好となるように設計されている。

図３９は、図３７および図３８の回路構成に対する設計結果を示す説明図であり、ＵＨＦ帯アンテナの動作利得の周波数特性を示している。
図３９において、横軸は、９６０ＭＨｚで規格化された周波数であり、縦軸は、動作利得［ｄＢｉ］である。

縦軸に示す動作利得は、放射パターンのみで決定される指向性利得から、放射効率（導体損、誘電体損などのアンテナ構成物体による損失）と不整合損（アンテナと集積回路４とのインピーダンス不整合による損失）を差し引いた値で定義されている。また、利得は、図３７に示すｙ方向（平板状物体１の法線方向）の値で評価している。

図３９から明らかなように、動作利得が１ｄＢｉ以上の比帯域幅は、約１１％（０．９５〜１．０６）であり、動作利得が０ｄＢｉ以上の比帯域幅は、約１６％（０．９２〜１．０８）であり、広帯域にわたって高い動作利得が得られていることが分かる。
この発明の実施例８による設計結果に基づき試作評価した結果、ＵＨＦ帯において、６．２ｍの通信距離が得られ、実用に十分な性能を有することが確認された。

なお、一般には、図３７に示した微小ループ（閉ループ状導電性物体１１）を用いた電磁結合給電の方が広帯域の特性が得られるが、この給電方法が実現困難な場合には、図４０に示すように、閉ループ状導電性物体１１の代わりにショートスタブ１０を用いて、集積回路４とのインピーダンス整合をとるようにしてもよい。

また、図３７、図４０では、平行平板コンデンサ（導電性物体４０）を用いたが、チップコンデンサが容易に実装可能な場合には、図４１、図４２に示すように、平行平板コンデンサ（導電性物体４０）の代わりにコンデンサ２５を用いることも可能である。
逆に、チップコンデンサなどのコンデンサ部品が実装困難な場合には、コンデンサ２５を平行平板コンデンサ（導電性物体４０）に置き換えればよい。

また、上記実施例１〜８で説明した無線通信装置を実用に供する形態とするには、平板状物体１として、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）などを用いればよい。

また、各種導電性物体２、２ａ、２ｂ、２ｃ、３、１０、１１、１９、４０は、平板状物体１の表面または裏面に形成されるが、たとえばエッチングで形成することができる。また、インクジェット印刷やシルクスクリーン印刷などの印刷技術を応用して、金属粒子を含んだ液体を平板状物体１に付着させることにより、形成することができる。

また、平板状物体１として任意の両面基板を用いて、エッチング加工により平板状物体１および各種導電性物体２、２ａ、２ｂ、２ｃ、３、１０、１１、１９、４０を形成してもよい。
また、異層間接続部８は、スルーホール加工技術などを用いて形成することができ、集積回路４、５および回路素子（コンデンサ２５）は、半田、導電性接着剤、または超音波を用いて、各種導電性物体と電気的に結合することができる。

また、特に図示するまでもなく、上記実施例１〜８で示した電気電子回路の表面（各種導電性物体が形成された平板状物体１の表面または裏面）をコーティング樹脂などで被覆することにより、さらに実用可能なアンテナ構成を実現することができる。この場合、コーティング樹脂としては、印刷／印字が可能な材料、または、ラベルを貼付しても容易には剥がれない材料を用いることが好ましい。

さらに、実施例１〜８に係る無線通信装置は、クレジット機能または認証機能を有する無線通信に適用することができる。
また、第１の周波数帯をＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚ）に含め、第２の周波数帯をＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）またはＨＦ帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）に含めることにより、各アンテナの実装面積をできるだけ大きく確保し、各単体の通信距離と同等の通信距離を有するＬＦ帯またはＨＦ帯と、ＵＨＦ帯と、の共用ＲＦＩＤカード型タグによる無線通信装置を得ることができる。

１ 平板状物体１、２ 渦巻状導電性物体、３、７ａ、７ｂ、１０、１１、１９、２０、４０ 導電性物体、４、５ 集積回路、８ 異層間接続部、１５ 回路素子、２５ チップコンデンサ、３０ａ、３０ｂ 平板、３０ 平行平板キャパシタ。

Claims (22)

1. 第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯に比べて十分低い第２の周波数帯と、を含む少なくとも高低２つの周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信するアンテナからなる無線通信装置であって、
   前記第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路と、
   前記第１の集積回路の入出力端子の一方に接続された第１の導電性物体と、
   前記第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路と、
   前記第２の集積回路の入出力端子間に接続された第２の導電性物体と
   を備え、
   前記第２の導電性物体は、渦巻状導電性物体により構成され、
   前記第１の集積回路の入出力端子の他方は、前記渦巻状導電性物体の一部に接続されたことを特徴とする無線通信装置。
2. 第３の導電性物体をさらに備え、
   前記第３の導電性物体の一端は、前記第１の導電性物体に接続され、
   前記第３の導電性物体の他端は、前記渦巻状導電性物体に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯に比べて十分低い第２の周波数帯と、を含む少なくとも高低２つの周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信するアンテナからなる無線通信装置であって、
   前記第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路と、
   第１の導電性物体と、
   前記第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路と、
   前記第２の集積回路の入出力端子間に接続された第２の導電性物体と、
   前記第１の集積回路の入出力端子間に接続された閉ループ状の第３の導電性物体と
   を備え、
   前記第２の導電性物体は、渦巻状導電性物体により構成され、
   前記第１の導電性物体の一端は、前記渦巻状導電性物体の一部に接続され、
   前記第３の導電性物体は、前記第１の導電性物体および前記渦巻状導電性物体の少なくとも一方に近接配置されたことを特徴とする無線通信装置。
4. 前記第１の集積回路および前記第３の導電性物体は、前記渦巻状導電性物体の外側に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記第１の集積回路および前記第３の導電性物体は、前記渦巻状導電性物体の内側に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
6. 前記渦巻状導電性物体の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置された第４の導電性物体を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. 第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯に比べて十分低い第２の周波数帯と、を含む少なくとも高低２つの周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信するアンテナからなる無線通信装置であって、
   前記第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路と、
   前記第１の集積回路の入出力端子の一方に接続された第１の導電性物体と、
   前記第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路と、
   前記第２の集積回路の入出力端子間に接続された第２の導電性物体と、
   第３の導電性物体と
   を備え、
   前記第２の導電性物体は、渦巻状導電性物体により構成され、
   前記第３の導電性物体は、前記渦巻状導電性物体の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置され、
   前記第１の集積回路の入出力端子の他方は、前記第３の導電性物体に接続されたことを特徴とする無線通信装置。
8. 前記渦巻状導電性物体の一部の隣接する巻線間に設けられた周波数選択性結合手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
9. 前記周波数選択性結合手段は、コンデンサにより構成されたことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
10. 前記周波数選択性結合手段は、共振器により構成されたことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
11. 前記周波数選択性結合手段は、前記渦巻状導電性物体の巻線幅を部分的に大きく形成することにより構成されたことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
12. 前記周波数選択性結合手段は、前記渦巻状導電性物体の巻線形状を部分的に変形して前記巻線間に形成されたインターディジタルキャパシタにより構成されたことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
13. 第５の導電性物体をさらに備え、
    前記第５の導電性物体の一端は、前記渦巻状導電性物体の一部に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
14. 第５の導電性物体をさらに備え、
    前記第５の導電性物体の一端は、前記渦巻状導電性物体の一部に対し、所定間隔を隔てて重ね配置されたことを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
15. 前記第１の集積回路の入出力端子と前記第３の導電性物体との間に、直列にチップキャパシタ、平行平板キャパシタ、またはインターディジタルキャパシタが挿入されたことを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項または請求項７に記載の無線通信装置。
16. 前記第２の集積回路の入出力端子間に、並列にチップキャパシタ、平行平板キャパシタ、またはインターディジタルキャパシタが挿入されたことを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
17. 平板状物体をさらに備え、
    前記第１、第２、第３、第４または第５の導電性物体は、前記平板状物体の表面または裏面に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
18. 前記第１、第２、第３、第４または第５の導電性物体が形成された前記平板状物体の表面および裏面は、樹脂で被覆されたことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
19. 第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯に比べて十分低い第２の周波数帯と、を含む少なくとも高低２つの周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信するアンテナからなる無線通信装置であって、
    前記第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路と、
    前記第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路と、
    平板状誘電体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成された渦巻状導電性物体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成され、一端が前記渦巻状導電性物体に接続された第１の導電性物体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成され、両端が前記第１の集積回路に接続された閉ループ状の第２の導電性物体と、
    前記平板状誘電体の裏面に形成された第３および第４の導電性物体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成された導電性物体と裏面に形成された導電性物体とを接続する異層間接続構造と、
    コンデンサと
    を備え、
    前記第１の集積回路と前記第２の導電性物体は、前記第１の導電性物体と前記渦巻状導電性物体の間に配置され、
    前記渦巻状導電性物体を形成する各巻線の幅を、前記第１の導電性物体と前記渦巻状導電性物体との接続部近傍において部分的に大きくし、これらと対向する裏面部位に前記第３の導電性物体が配置され、
    前記渦巻状導電性物体の終端を部分的に大きくし、これと対向する裏面部位に前記第４の導電性物体が配置され、
    前記渦巻状導電性物体の終端は前記第２の集積回路の一方の端子に接続され、
    前記渦巻状導電性物体の始端は、前記異層間接続構造を介して前記第２の集積回路の他方の端子および前記第４の導電性物体に接続され、
    前記コンデンサは、前記第２の集積回路の端子間に接続されたことを特徴とする無線通信装置。
20. 第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯に比べて十分低い第２の周波数帯と、を含む少なくとも高低２つの周波数帯のそれぞれの信号に対応して通信するアンテナからなる無線通信装置であって、
    前記第１の周波数帯での通信機能を有する第１の集積回路と、
    前記第２の周波数帯での通信機能を有する第２の集積回路と、
    平板状誘電体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成された渦巻状導電性物体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成され、一端が前記渦巻状導電性物体に接続された第１の導電性物体と、
    前記平板状誘電体に形成され、両端が前記第１の集積回路に接続された閉ループ状の第２の導電性物体と、
    前記平板状誘電体の裏面に形成された第３および第４の導電性物体と、
    前記平板状誘電体の表面に形成された導電性物体と裏面に形成された導電性物体とを接続する異層間接続構造と、
    コンデンサと
    を備え、
    前記第１の集積回路と前記第２の導電性物体は、前記第１の導電性物体と前記渦巻状導電性物体の間に配置され、
    前記渦巻状導電性物体を形成する各巻線の幅を、前記第１の導電性物体と前記渦巻状導電性物体との接続部近傍において部分的に大きくし、これらと対向する裏面部位に前記第３の導電性物体が配置され、
    前記渦巻状導電性物体の終端を部分的に大きくし、これと対向する裏面部位に前記第４の導電性物体が配置され、
    前記渦巻状導電性物体の終端は前記第２の集積回路の一方の端子に接続され、
    前記渦巻状導電性物体の始端は、前記異層間接続構造を介して前記第２の集積回路の他方の端子および前記第４の導電性物体に接続され、
    前記コンデンサは、前記第２の集積回路の端子間に接続され、
    前記第１の集積回路の入出力端子と前記第２の導電性物体との間に、チップキャパシタ、平行平板キャパシタ、またはインターディジタルキャパシタが、直列に挿入されたことを特徴とする無線通信装置。
21. 前記第１、第２、第３および第４の導電性物体が形成された前記平板状物体の表面および裏面は、樹脂で被覆されたことを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の無線通信装置。
22. 前記第１の周波数帯は、３００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚに含まれ、
    前記第２の周波数帯は、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、または３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚに含まれることを特徴とする請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載の無線通信装置。

Images