JP6107203B2 - 増幅回路、アンテナモジュール及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、送受信手段が受信した搬送波を増幅する増幅回路、アンテナモジュール及び無線通信装置に関する。

近年では、二次電池等により駆動し、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）等を用いた近距離の無線通信を行う携帯機器が普及されている（特許文献１）。この携帯機器等では、機器内に内蔵するアンテナの小型化が望まれている。しかしながらアンテナを小型化すると、ゲイン低下により通信性能が低下する。そのため近年の携帯機器では、アンテナの通信性能を維持しつつ省スペースで携帯機器に格納する工夫が成されている。

例えば従来では、アンテナを薄いフィルム状にして二次電池を含む電池パックに貼り付けたり、アンテナを細長く作り、携帯機器の横隅や下隅に配置するような技術が既に知られている。

しかしながら上記従来の技術では、アンテナは携帯機器の空きスペースから考え出された形状となる場合が多い。したがって携帯機器の大きさや形状に合わせて、アンテナの形状や配置場所が変わる場合が多い。

このため従来では、携帯機器毎にアンテナの形状や配置場所を考慮する必要があった。またアンテナの配置場所が変われば、アンテナの後段の回路との間のインピーダンスが変化する。このため携帯機器毎にインピーダンスの調整等が必要であり、アンテナを取り付ける際の工程が煩雑であった。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、通信性能を維持しつつアンテナを小型化することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成すべく以下の如き構成を採用した。

本発明の増幅回路は、入力された信号から搬送波を検出する搬送波検出部と、前記搬送波の振幅値の変化に基づき、前記搬送波が所定の通信信号が載せられた所定の搬送波であることを検出する振幅検出部と、前記搬送波に重畳される前記搬送波と位相が同期した重畳波を生成する重畳波生成部と、前記搬送波に前記重畳波を加算した増幅搬送波を出力する増幅部と、を有し、前記所定の搬送波が検出されたとき、前記増幅搬送波を出力する。

本発明によれば、通信性能を維持しつつアンテナを小型化することができる。

第一の実施形態のアンテナモジュールを説明する図である。 第一の実施形態の搬送波の増幅を説明する図である。 第一の実施形態の増幅回路を説明する図である。 増幅回路に入力される変調搬送波を説明する図である。 第二の実施形態の増幅回路を説明する図である。

本発明では、アンテナから受信した搬送波に、搬送波と位相が同期しており且つ所定周波数の重畳波を重畳させて無線通信装置へ出力することで、通信性能を維持しつつアンテナの小型化を可能とする。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態のアンテナモジュールを説明する図である。

本実施形態のアンテナモジュール１０は、増幅回路１００と、アンテナ２００とを有し、無線チップ１１と接続されている。

本実施形態のアンテナモジュール１０は、アンテナ２００が受信した搬送波に、振幅値の変化により表される通信信号が載せられていたとき、搬送波を増幅し、振幅変化を広げて無線チップ１１に供給する。本実施形態のアンテナモジュール１０では、この構成によりアンテナ２００を小型化した場合でも通信性能を維持することができる。

以下に図２を参照して本実施形態における搬送波の増幅を説明する。図２は、第一の実施形態の搬送波の増幅を説明する図である。

本実施形態では、重畳波生成部１１０において所定周波数の信号（重畳波）が生成され、高調波除去部１２０において生成された信号の高調波成分が除去される。重畳波は搬送波と位相が同期した信号である。そして高調波成分が除去された信号は、ドライバ１３０を介してアンテナ２００が受信した搬送波に加算される。このため本実施形態では、搬送波の振幅を広げることができ、アンテナ２００の小型化によりゲインが低下した場合でも通信性能を維持することができる。

図３は、第一の実施形態の増幅回路を説明する図である。

本実施形態の増幅回路１００は、重畳波生成部１１０、高調波除去部１２０、ドライバ１３０、スイッチ部１４０、減算部１５０、アッテネータ１６０、振幅検出部１７０を有する。また本実施形態の増幅回路１００は、端子Ｔ１〜Ｔ４を有する。本実施形態の増幅回路１００において、端子Ｔ１，Ｔ２は入力端子であり、端子Ｔ３，Ｔ４は出力端子である。

本実施形態の増幅回路１００において、端子Ｔ１，Ｔ２はアンテナ２００と接続されており、端子Ｔ３，Ｔ４は無線チップ１１と接続されている。またアンテナ２００は、インピーダンス調整回路１２を介して無線チップ１１と接続されている。インピーダンス調整回路１２は、アンテナ２００と無線チップ１１との間のインピーダンスを調整する回路である。

本実施形態の増幅回路１００は、端子Ｔ１，Ｔ２から入力された搬送波の振幅値に基づき所定の通信信号が載せられた搬送波を検出する。そして増幅回路１００は、検出した搬送波に、搬送波と位相が同期した所定周波数の信号（以下、重畳波）を重畳して増幅し、インピーダンス調整回路１２及び無線チップ１１へ出力する。

以下に本実施形態の無線チップ１１についてさらに説明する。本実施形態の無線チップ１１は、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）チップ等であり、無線チップ１１が搭載された携帯機器を識別する識別情報等が格納されたメモリを有していても良い。また本実施形態の無線チップ１１は、ＲＦＩＤチップで無くても良く、例えばＲＦＩＤリーダ／ライタにもなり得るＲＦＩＤコントローラであっても良い。

無線チップ１１は、例えばＲＦＩＤリーダ等に接近すると、ＲＦＩＤリーダから送信される所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の搬送波をアンテナモジュール１０を介して受信する。

本実施形態のアンテナモジュール１０は、アンテナ２００が受信した搬送波に振幅値の変化により表される通信信号が載せられていたとき、増幅回路１００により搬送波を増幅して無線チップ１１へ供給する。以下の本実施形態の説明では、通信信号が載せられた搬送波を変調搬送波と呼ぶ。

無線チップ１１は、変調搬送波が供給されると、無線チップ１１内の負荷（図示せず）を切り換える負荷変調により、アンテナモジュール１０を介して応答信号を返送する。尚無線チップ１１が応答信号を返送する期間は、アンテナ２００が振幅値が変化しない搬送波を受信している期間である。

尚本実施形態では、アンテナモジュール１０は無線チップ１１に供給される変調搬送波を増幅するものとして説明するが、これに限定されない。アンテナモジュール１０は無線チップ１１が負荷変調により搬送波の振幅値を変化させた応答信号を増幅し、アンテナ２００に供給しても良い。

図４は、増幅回路に入力される変調搬送波を説明する図である。図４は、ＲＦＩＤリーダから送信される変調搬送波の一例を示している。本実施形態では、例えば所定周波数で振幅値Ｈ１の波形と振幅値Ｈ２の波形とが交互に出現する信号を、ＲＦＩＤリーダから送信される変調搬送波とした。

本実施形態の増幅回路１００では、変調搬送波を受信したことを検出し、この変調搬送波に重畳波を重畳して増幅した変調搬送波を無線チップ１１へ出力する。無線チップ１１は増幅回路１００から受けた増幅された変調搬送波をエネルギー源として動作し、メモリに格納された識別情報等を増幅された変調搬送波の無変調区間の振幅を変えて、ＲＦＩＤリーダへ返送する。

以下に図３を参照して本実施形態の増幅回路１００について説明する。

本実施形態の重畳波生成部１１０は、アンテナ２００が受信した変調搬送波に重畳される重畳波を生成する。本実施形態の重畳波は、例えばＲＦＩＤリーダから送信される変調搬送波と位相が同期しており、同じ周波数である。また本実施形態の重畳波生成部１１０は、例えばＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等により実現されても良い。

本実施形態の高調波除去部１２０は、生成された重畳波の高調波成分を除去する。

本実施形態のドライバ１３０は、変調搬送波と重畳波とを加算（重畳）して変調搬送波を増幅した信号を出力する。以下の本実施形態の説明では、変調搬送波に重畳波を加算して増幅した信号を増幅変調搬送波と呼ぶ。

スイッチ部１４０は、ドライバ１３０と端子Ｔ３，Ｔ４の接続を制御するものであり、振幅検出部１７０から供給される制御信号によりオン／オフが制御される。

本実施形態の減算部１５０は、端子Ｔ１，Ｔ２とアッテネータ１６０との間に設けられており、端子Ｔ１，Ｔ２からの入力からドライバ１３０の出力を減算する。

アッテネータ１６０は、減算部１５０から出力された搬送波を減衰させる。振幅検出部１７０は、端子Ｔ１，Ｔ２から入力される搬送波から変調搬送波を検出し、検出した変調搬送波をドライバ１３０へ供給する。また本実施形態の振幅検出部１７０は、変調搬送波を検出するとスイッチ部１４０に対し、スイッチ部１４０をオンさせる制御信号を出力する。振幅検出部１７０の詳細は後述する。

以下に本実施形態のアンテナモジュール１０の動作を説明する。まず本実施形態のアンテナモジュール１０が変調搬送波を受信した場合の動作を説明する。

本実施形態のアンテナモジュール１０において、端子Ｔ１，Ｔ２を介してアンテナ２００が受信した信号が入力されると、入力された信号は減算部１５０に供給される。本実施形態の減算部１５０は、入力された信号からドライバ１３０の出力を減算した信号を搬送波としてアッテネータ１６０へ出力する。搬送波は、アッテネータ１６０を介して振幅検出部１７０へ供給される。

本実施形態の振幅検出部１７０は、アッテネータ１６０を介して供給された搬送波の振幅に基づき、この信号が変調搬送波であるか否かを判断する。具体的には例えば本実施形態の振幅検出部１７０は、例えば搬送波除去フィルタを含むコンパレータ等の二値化回路等である。振幅検出部１７０は、例えばアッテネータ１６０から供給された搬送波の振幅値がＨ１の場合はハイレベル（以下、Ｈレベル）の出力し、振幅値がＨ２の場合はローレベル（以下、Ｌレベル）を出力しても良い。以下の説明では、振幅検出部１７０が検出した振幅に基づき出力する２値の信号を変調２値信号と呼ぶ。

本実施形態では、例えば変調２値信号がＨレベルである期間ｔ１、出力がＬレベルの期間ｔ２、出力がＨレベルの期間ｔ３というように（図４参照）、変調２値信号が変化したとき、端子Ｔ１，Ｔ２に入力される搬送波を変調搬送波として検出する。尚本実施形態の振幅検出部１７０における変調搬送波の検出方法は、上述したパターンに限定されない。本実施形態の振幅検出部１７０は、例えば変調２値信号の変化が予め決められた所定パターンとなった場合に、入力された信号を変調搬送波として検出しても良い。

本実施形態の振幅検出部１７０は、変調２値信号を検出すると、スイッチ部１４０に対し、スイッチ部１４０をオン／オフさせる制御信号を出力する。具体的には振幅検出部１７０は、変調搬送波を検出すると、制御信号によりスイッチ部１４０をオンさせる。また本実施形態の振幅検出部１７０は、検出された変調搬送波をドライバ１３０へ出力する。

また本実施形態では、入力された搬送波はアッテネータ１６０を介して重畳波生成部１１０に供給される。重畳波生成部１１０では、搬送波と重畳波との位相を合わせる位相補正を行うことが好ましい。

スイッチ部１４０が制御信号によりオンされると、ドライバ１３０と端子Ｔ３，Ｔ４とが接続される。

本実施形態ではドライバ１３０には、重畳波生成部１１０で生成された重畳波と、振幅検出部１７０を介して供給される変調搬送波とが入力される。本実施形態のドライバ１３０において変調搬送波は、重畳波が加算された増幅変調搬送波となる。増幅変調搬送波は、端子Ｔ３，Ｔ４を介して無線チップ１１へ供給される。

ここで本実施形態の減算部１５０の役割について説明する。本実施形態の減算部１５０は、端子Ｔ１，Ｔ２から入力される信号から搬送波を高精度に検出するために設けられた搬送波検出部である。

本実施形態の増幅回路１００の端子Ｔ１，Ｔ２は、インピーダンス調整回路１２を介して端子Ｔ３，Ｔ４と接続されている。このため増幅回路１００では、端子Ｔ１，Ｔ２から入力される搬送波に、端子Ｔ３，Ｔ４から出力される増幅回路１００自身の出力信号が加算される場合がある。

このような場合、増幅回路１００は、自身の出力信号の影響により搬送波の振幅値が変動して所定パターンとならず、変調搬送波であるか否かを正しく検出できない可能性がある。

そこで本実施形態の減算部１５０は、端子Ｔ１，Ｔ２から入力される信号から、ドライバ１３０の出力信号を減算する。このように減算を行うことで、減算部１５０の出力はアンテナ２００から受信された搬送波のみとなる。

よって本実施形態では、アンテナ２００を介して受信された搬送波を高精度に検出することができる。よって本実施形態の振幅検出部１７０は、搬送波の振幅値の変化を正確に検出することができる。また本実施形態の重畳波生成部１１０は、搬送波と位相が同期しており、同じ周波数である重畳波を生成することができる。

次に本実施形態のアンテナモジュール１０が無線チップ１１から出力された応答信号を送信する場合の動作を説明する。

本実施形態のアンテナモジュール１０において増幅回路１００の端子Ｔ１，Ｔ２は、無線チップ１１とも接続されている。したがってアンテナモジュール１０には、無線チップ１１から出力された応答信号も入力される場合がある。この場合も、端子Ｔ１，Ｔ２から入力される搬送波の振幅値が変動し所定パターンとならない。よってスイッチ部１４０はオフのままであり、ドライバ１３０と端子Ｔ３，Ｔ４とは接続されず、アンテナモジュール１０からは信号は出力されない。

このためアンテナ２００には無線チップ１１から出力される信号のみが供給され、送信される。

以上のように本実施形態では、アンテナ２００が受信した搬送波が、通信信号が載せられた変調搬送波である場合のみ、この変調搬送波に重畳波を加算した増幅変調搬送波として無線チップ１１へ供給することができる。よって本実施形態によれば、通信性能を維持しつつアンテナを小型化することができる。

尚本実施形態では、振幅検出部１７０は、変調搬送波を検出したときスイッチ部１４０によりオンさせてドライバ１３０と端子Ｔ３，Ｔ４とを接続させる構成としたが、これに限定されない。

振幅検出部１７０は、例えば搬送波の振幅値がＨ１のときのみ、スイッチ部１４０をオンさせてドライバ１３０と端子Ｔ３，Ｔ４とを接続させても良い。この場合、図４に示す期間Ｔ１と期間Ｔ３においてスイッチ部１４０がオンされ、搬送波に重畳波が加算される。よってドライバ１３０から出力される増幅変調搬送波は、期間Ｔ１，Ｔ３のみの振幅値が増幅されることとなり、より振幅変化を広げることができる。

さらには例えば重畳波を搬送波と逆位相とし、搬送波の振幅値がＨ２の期間のみ、搬送波と逆位相の重畳波を搬送波に加算しても良い。この場合搬送波の振幅値Ｈ２は、重畳波により相殺されるため、変調搬送波の振幅の変化を大きくすることでできる。

また本実施形態では、アンテナモジュール１０は増幅回路１００とアンテナ２００による構成としたが、アンテナモジュール１０の中に無線チップ１１が含まれる構成であっても良い。また本実施形態では、無線チップ１１と増幅回路１００とがアンテナ２００に並列に接続された形態としたが、これに限定されない。例えば無線チップ１１は、増幅回路１００の後段に接続されていても良い。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態は、搬送波検出手部の役割を果たすアンテナを設けた点が第一の実施形態と相違する。以下の本発明の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図５は、第二の実施形態の増幅回路を説明する図である。

本実施形態のアンテナモジュール１０Ａは、増幅回路１００Ａ、アンテナ２００、２１０を有する。

本実施形態の増幅回路１００Ａは、重畳波生成部１１０Ａ、高調波除去部１２０、ドライバ１３０、スイッチ部１４０、アッテネータ１６０、１８０、振幅検出部１７０、を有する。また本実施形態の増幅回路１００Ａは、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６を有する。

本実施形態のアンテナ２００とアンテナ２１０は、同様の特性を持つ同様のアンテナである。したがってアンテナ２００とアンテナ２１０は、それぞれが同様の搬送波を受信する。

本実施形態の増幅回路１００Ａにおいて、アンテナ２１０は、端子Ｔ５，Ｔ６を介してアッテネータ１８０と接続されている。アッテネータ１８０の出力は、重畳波生成部１１０Ａに供給される。

本実施形態の重畳波生成部１１０Ａは、振幅検出部１７０により、アンテナ２００から受信した搬送波が変調搬送波であることが検出されると、アンテナ２１０を介して受信される搬送波に基づき重畳波を生成する。本実施形態の重畳波生成部１１０Ａは、例えばＰＬＬ回路等で実現されており、アンテナ２１０を介して受信した搬送波と位相が同期し且つ周波数が同じ搬送波を生成する。

すなわち本実施形態では、重畳波生成部１１０Ａにアッテネータ１８０のみを介して接続され、且つアンテナ２００と同様の搬送波を受信するアンテナ２１０が受信した搬送波に基づき重畳波を生成する。よって重畳波生成部１１０Ａは、端子Ｔ１，Ｔ２から入力される搬送波に端子Ｔ３，Ｔ４から出力される増幅回路１００Ａ自身の出力信号が加算された場合でも、アンテナ２００が受信した搬送波を高精度に検出でき、搬送波と位相が一致した重畳波を生成することができる。

尚本実施形態の重畳波生成部１１０Ａは、振幅検出部１７０により変調搬送波が検出されると重畳波を生成する構成として説明したが、これに限定されない。例えば増幅回路１００Ａでは、振幅検出部１７０と重畳波生成部１１０Ａとは接続されておらず、重畳波生成部１１０Ａは常に重畳波を生成し、高調波除去部１２０へ供給していても良い。

この場合振幅検出部１７０は、変調搬送波を検出した場合にドライバ１３０に変調搬送波を出力し、スイッチ部１４０にスイッチ部１４０をオンさせる制御信号を出力すれば良い。このようにすれば、変調搬送波が検出された場合のみ、重畳波生成部１１０Ａがアンテナ２１０から受信した搬送波に基づき生成した重畳波が、振幅検出部１７０から出力された変調搬送波に重畳され、無線チップ１１へ供給される。

また本実施形態では、アンテナ２１０と重畳波生成部１１０Ａとの間にアッテネータ１８０を有する構成としたが、これに限定されない。例えばアンテナ２１０は、アッテネータ１８０を介さずに、重畳波生成部１１０Ａに直接接続されていても良い。

以上のように本実施形態では、通信性能を維持しつつアンテナを小型化することができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０、１０Ａ アンテナモジュール
１００、１００Ａ 増幅回路
１１０、１１０Ａ 重畳波生成部
１２０ 高調波除去部
１３０ ドライバ
１４０ スイッチ部
１５０ 減算部
１６０、１８０ アッテネータ
１７０ 振幅検出部
２００、２１０ アンテナ

特開２００９−６５４２６号公報

Claims (7)

1. 入力された信号から搬送波を検出する搬送波検出部と、
   前記搬送波の振幅値の変化に基づき、前記搬送波が所定の通信信号が載せられた所定の搬送波であることを検出する振幅検出部と、
   前記搬送波に重畳される前記搬送波と位相が同期した重畳波を生成する重畳波生成部と、
   前記搬送波に前記重畳波を加算した増幅搬送波を出力する増幅部と、を有し、
   前記所定の搬送波が検出されたとき、前記増幅搬送波を出力する増幅回路。
2. 前記搬送波を受信する送受信部と接続された入力端子と、
   前記入力端子と外部回路を介して接続されており、前記増幅搬送波が出力される当該増幅回路の出力端子と、を有し、
   前記搬送波検出部は、
   前記入力端子から入力される信号から前記増幅搬送波を減算する減算部である請求項１記載の増幅回路。
3. 搬送波を受信する第一の送受信部と接続された第一の入力端子と、
   前記搬送波を受信する第二の送受信部と接続された第二の入力端子と、
   前記第一の入力端子から入力される搬送波の振幅値の変化に基づき、前記搬送波が所定の通信信号が載せられた所定の搬送波であることを検出する振幅検出部と、
   前記第二の入力端子から入力される搬送波と位相が同期した重畳波を生成する重畳波生成部と、
   前記第一の入力端子から入力される搬送波に前記重畳波を加算した増幅搬送波を出力する増幅部と、を有し、
   前記所定の搬送波が検出されたとき、前記増幅搬送波を出力する増幅回路。
4. 前記増幅部の出力と、当該増幅回路の出力端子との接続を制御するスイッチ部を有し、
   前記振幅検出部は、
   前記所定の搬送波を検出したとき、前記増幅部の出力と前記出力端子とが接続されるように前記スイッチ部を制御する請求項２又は３に記載の増幅回路。
5. 前記増幅部の出力と前記出力端子との接続を遮断するオフ期間を設けるように前記スイッチ部を制御するスイッチ制御部を有し、
   前記重畳波生成部は、
   前記スイッチ部のオフ期間に受信された搬送波と逆位相の重畳波を生成する請求項４記載の増幅回路。
6. 無線による信号の送受信を行う送受信部と、
   入力された前記信号から搬送波を検出する搬送波検出部と、前記搬送波の振幅値の変化に基づき、前記搬送波が所定の通信信号が載せられた所定の搬送波であることを検出する振幅検出部と、前記搬送波に重畳される前記搬送波と位相が同期した重畳波を生成する重畳波生成部と、前記搬送波に前記重畳波を加算した増幅搬送波を出力する増幅部と、を有し、前記所定の搬送波が検出されたとき、前記増幅搬送波を出力する増幅回路と、
   を有するアンテナモジュール。
7. 無線による信号の送受信を行う送受信部と、
   前記信号による通信を行う無線通信部と、
   入力された前記信号から搬送波を検出する搬送波検出部と、前記搬送波の振幅値の変化に基づき、前記搬送波が所定の通信信号が載せられた所定の搬送波であることを検出する振幅検出部と、前記搬送波に重畳される前記搬送波と位相が同期した重畳波を生成する重畳波生成部と、前記搬送波に前記重畳波を加算した増幅搬送波を出力する増幅部と、を有し、前記所定の搬送波が検出されたとき、前記増幅搬送波を無線通信部へ出力する増幅回路と、
   を有する無線通信装置。

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