JP6476096B2 - 受信装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触通信により送信装置から電力を受電する受信装置およびその制御方法に関する。

近年、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）やＦｅｌｉｃａ（登録商標）などの非接触通信技術を用いた非接触通信システムの普及が著しい。このような非接触通信システムでは、送信装置（Ｒ／Ｗ（Ｒｅａｄｅｒ／Ｗｒｉｔｅｒ）装置）に内蔵されているコイルアンテナと、受信装置（カード型／タグ型）に内蔵されているコイルアンテナとを磁界結合させることで通信（電力やデータの授受）が行われる。

電磁誘導を利用して送信装置と受信装置との間の通信距離を長くするために、送信装置および受信装置のアンテナとして、コイルアンテナに共振コンデンサを接続した共振アンテナ（共振回路）を用いる技術が一般的に知られている。この技術は、ＷＰＣ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍｕ）やＰＭＡ（Ｐｏｗｅｒ Ｍａｔｔｅｒｓ Ａｌｌｉａｎｃｅ）などの標準化団体で仕様が策定されるワイヤレス給電にも用いられる。

送信装置および受信装置のコイルアンテナ間の距離や各装置のアンテナサイズにより、アンテナ間の磁気的結合の大きさ（結合係数（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ｋ）が変化する。上述したように、送信装置と受信装置との間の通信は、各装置のコイルアンテナの磁気的結合によるため、結合係数ｋが変化すると通信特性も変化してしまう。

そこで、特許文献１には、Ｒ／Ｗ装置（送信装置）が、コイルアンテナを備える送信部から信号を送信しつつ、コイルアンテナに流れる電流に関する情報をモニタし、モニタした情報に基づいて通信状態を判定し、判定した通信状態に基づいて送信部の通信特性を補正する技術が開示されている。

特許文献１には、Ｒ／Ｗ装置単独で使用した場合にコイルアンテナに流れる電流値を１とした場合、Ｒ／Ｗ装置と非接触ＩＣカード（受信装置）とを対向させると、Ｒ／Ｗ装置のコイルアンテナに流れる電流が減少すること、また、コイルアンテナに流れる電流の減少の割合と、Ｒ／Ｗ装置と非接触ＩＣカードとの間の距離との間には相関関係があることが開示されている。さらに、特許文献１には、Ｒ／Ｗ装置のコイルアンテナに流れる電流の相対値が１〜０．５までの間は、Ｒ／Ｗ装置のコイルアンテナに流れる電流の減少に伴い、非接触ＩＣカードに誘起される電圧（誘起電圧）は増加し、相対値が０．５で誘起電圧は最大となり、相対値が０．５より小さくなると、誘起電圧は減少することが開示されている。

Ｒ／Ｗ装置のコイルアンテナに流れる電流の減少は、アンテナサイズや共振回路のＱ値に依存しない。そこで、特許文献１に開示されている技術においては、コイルアンテナに流れる電流に関する情報に基づいて通信状態（通信距離が遠距離／中距離／近距離／密接であるか）を判定し、判定した通信状態に基づき送信部の通信特性（共振回路の共振周波数やＱ値）を補正することで、通信状態に応じて送信部の通信特性を最適化し、安定的な通信を可能としている。

また、特許文献２には、非接触ＩＣカード（受信装置）が、Ｒ／Ｗ装置（送信装置）と非接触通信を行うための共振回路を備え、非接触ＩＣカードの誘起電圧に応じて、共振回路の特性（共振回路の静電容量）を変化させる技術が開示されている。

また、特許文献３には、情報処理端末（受信装置）が、読み書き装置（送信装置）と非接触通信を行うための共振回路部を備え、情報処理端末の誘起電圧と基準電圧とに応じて、共振回路部の共振周波数を変化させる技術が開示されている。

特許文献２および特許文献３に開示されている技術においては、受信装置において、受信装置の誘起電圧に応じて共振回路の特性を変化させることで、通信特性の改善を図ることができる。

また、特許文献４には、情報処理装置（送信装置）が、Ｑ値および同調周波数の少なくとも一方が可変の、非接触通信を行うための通信アンテナを備え、通信アンテナにかかる電圧を検出し、検出した電圧と閾値とを比較することにより、情報処理装置とＩＣカードなどの通信装置（受信装置）との距離を推定し、推定の結果に応じて、通信アンテナのＱ値や同調周波数を設定する技術が開示されている。

一般に、送信装置と受信装置とが近づきすぎると、送信装置のアンテナと受信装置のアンテナとが密結合となり、変調率が低下して、通信障害が発生してしまう。そこで、特許文献４に開示されている技術においては、通信アンテナにかかる電圧が閾値を下回ると、情報処理装置と通信装置とが近づきすぎていると判定し、通信アンテナのＱ値や同調周波数を制御することで、通信障害の発生を抑制している。

特開２０１３−５８１７０号公報 特開平５−１２８３１９号公報 特許第４３８２０６３号 特開２０１１−０２４１０１号公報

上述したように、特許文献１に開示されている技術は、送信装置が信号を送信しつつ、コイルアンテナに流れる電流に関する情報をモニタして送信部の通信特性を補正するものである。一方、受信装置は自装置からは信号を送信することはできないため、特許文献１に開示されている技術を受信装置に適用することはできない。

また、特許文献２および特許文献３に開示されている技術は、受信装置の誘起電圧に応じて共振回路の特性を変化させるものである。ここで、上述したように、誘起電圧と通信距離との間には、送信装置と受信装置とが近づくにつれて誘起電圧が大きくなり、ある通信距離で誘起電圧が最大となった後、さらに送信装置と受信装置とが近づくにつれて誘起電圧が小さくなるという関係があるため、単に誘起電圧の検出値に応じて共振回路の特性を変化させるだけでは、十分に通信特性の向上を図ることができないという問題がある。

また、特許文献４に開示されている技術は、送信装置と受信装置とが近づき過ぎているか否かを判定するだけのものであり、通信距離に応じて最適なアンテナ特性に制御することはできない。

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、通信距離に応じてアンテナ特性を制御し、通信特性の改善を図ることができる受信装置およびその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る受信装置は、非接触通信により送信装置から電力を受電するアンテナを含む共振回路を備えたアンテナ部と、前記共振回路のＱ値を変化させ、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の変化に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する制御部と、を備える。

また、本発明に係る受信装置において、前記制御部は、前記アンテナに電気的に接続された抵抗の抵抗値を変化させることで、前記共振回路のＱ値を変化させることが望ましい。

また、本発明に係る受信装置において、前記制御部は、前記共振回路のＱ値を第１のＱ値から第２のＱ値に変化させ、前記共振回路のＱ値が前記第１のＱ値である場合の受信電力である第１の受信電力と、前記共振回路のＱ値が前記第２のＱ値である場合の受信電力である第２の受信電力との差の極性に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御することが望ましい。

また、本発明に係る受信装置において、前記第１のＱ値は、前記受信装置と前記送信装置とが非接触通信を行う場合に設定される所定値であり、前記第２のＱ値は、前記第１のＱ値よりも大きな値であることが望ましい。

また、本発明に係る受信装置において、前記制御部は、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値である場合には、前記送信装置と前記受信装置との間の通信距離が第１の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御し、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値でない場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御することが望ましい。

また、本発明に係る受信装置において、前記制御部は、前記第１の受信電力と第２の受信電力との差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きい場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短く、かつ、前記第２の距離よりも長い第３の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御することが好ましい。

また、本発明に係る受信装置において、前記制御部は、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きくなるように前記抵抗の抵抗値を変化させることが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る受信装置の制御方法は、非接触通信により送信装置から電力を受電するアンテナを含む共振回路を備えたアンテナ部を有する受信装置の制御方法であって、前記共振回路のＱ値を変化させるステップと、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の変化に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する制御ステップと、を含む。

また、本発明に係る受信装置の制御方法において、前記制御ステップでは、前記アンテナに電気的に接続された抵抗の抵抗値を変化させることで、前記共振回路のＱ値を変化させることが好ましい。

また、本発明に係る受信装置の制御方法において、前記制御ステップでは、前記共振回路のＱ値を第１のＱ値から第２のＱ値に変化させ、前記共振回路のＱ値が前記第１のＱ値である場合の受信電力である第１の受信電力と、前記共振回路のＱ値が前記第２のＱ値である場合の受信電力である第２の受信電力との差の極性に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御することが好ましい。

また、本発明に係る受信装置の制御方法において、前記第１のＱ値は、前記受信装置と前記送信装置とが非接触通信を行う場合に設定される所定値であり、前記第２のＱ値は、前記第１のＱ値よりも大きな値であることが好ましい。

また、本発明に係る受信装置の制御方法において、前記制御ステップでは、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値である場合には、前記送信装置と前記受信装置との間の通信距離が第１の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御し、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値でない場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御することが好ましい。

また、本発明に係る受信装置の制御方法において、前記制御ステップでは、前記第１の受信電力と第２の受信電力との差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きい場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短く、かつ、前記第２の距離よりも長い第３の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御することが好ましい。

また、本発明に係る受信装置の制御方法において、前記制御ステップでは、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きくなるように前記抵抗の抵抗値を変化させることが好ましい。

本発明に係る受信装置およびその制御方法によれば、通信距離に応じてアンテナ特性を制御し、通信特性の改善を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る非接触通信システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの他の構成例を示す図である。 図１および図２に示す受信装置の構成例をより詳細に示す図である。 通信距離と受信装置の誘起電圧との関係を示す図である。 結合係数と受信装置の誘起電圧との関係を示す図である。 通信距離と結合係数との関係を示す図である。 共振回路の共振周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。 負荷抵抗と共振回路のＱ値との関係を示す図である。 負荷抵抗と受信装置の誘起電圧との関係を示す図である。 負荷抵抗と受信装置の受信電力との関係を示す図である。 負荷抵抗と受信電力の変化の傾きとの関係を示す図である。 負荷抵抗と受信電力の変化の傾きとの関係を示す図である。 図３に示す受信装置の動作の一例を示すフローチャートである。 通信距離と誘起電圧との関係を示す図である。 通信距離と誘起電圧との関係を示す図である。 図３に示す受信装置の動作の別の一例を示すフローチャートである。 図３に示す受信装置の動作のさらに別の一例を示すフローチャートである。 図３に示すＲＸ端子の受信信号のタイミングチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはもちろんである。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触通信システム１の構成例を示す図である。本実施形態に係る非接触通信システム１は、磁気的結合を利用した非接触通信により、データの授受を行うシステム、あるいは、ＷＰＣでリリースされた標準規格Ｑｉなどで規定された非接触給電を行うシステムに適用されるものである。図１において、各ブロック間における情報の入出力に関する配線を実線矢印で示し、電力の供給に関する配線を破線矢印で示す。

図１に示す非接触通信システム１は、送信装置１０と、受信装置２０とを備え、非接触通信により、送信装置１０と受信装置２０との間でデータの授受を行う送受信システムである。

送信装置１０は、受信装置２０に対して非接触通信によりデータを読み書きする機能を有するＲ／Ｗ装置である。受信装置２０は、送信装置１０からデータを受信し、受信したデータに応じて動作する、いわゆるカードモードで動作する装置である。受信装置２０の具体例としては、非接触ＩＣカード、ＩＣタグ、非接触通信機能を備えた携帯電話、スマートフォンなどの電子機器などがある。

次に、送信装置１０および受信装置２０の構成について説明する。

まず、送信装置１０の構成について説明する。

図１に示す送信装置１０は、変調部１１と、送信信号部１２と、アンテナ部１３と、送信制御部１４と、復調部１５と、システム制御部１６とを備える。

変調部１１は、システム制御部１６から出力された送信データにより所定のキャリア周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）のキャリア信号を変調して送信信号部１２に出力する。

送信信号部１２は、変調部１１から出力されたキャリア信号をアンテナ部１３に出力する。

アンテナ部１３は、アンテナコイルおよび共振コンデンサを備える共振回路（不図示）を備え、送信信号部１２の出力に応じて、磁気的結合を利用した非接触通信により、受信装置２０に信号（データ）を送信する。また、アンテナ部１３は、受信装置２０から信号を受信し、受信した信号を復調部１５に出力する。

送信制御部１４は、システム制御部１６の制御に従い、アンテナ部１３の共振回路の共振周波数を調整する信号を生成し、生成した信号を送信信号部１２に出力する。送信信号部１２は、送信制御部１４からの出力信号に応じて、アンテナ部１３の共振回路の共振周波数を調整する。

復調部１５は、アンテナ部１３から出力された信号（受信信号）を復調してシステム制御部１６に出力する。より具体的には、送信信号部１２によってアンテナ部１３を介して受信装置２０に送信された信号は、受信装置２０の負荷変調により変調されて送信装置１０に送信される。受信装置２０からの信号はアンテナ部１３により受信され、復調部１５は、アンテナ部１３の受信信号を復調してシステム制御部１６に出力する。

システム制御部１６は、送信装置１０全体の動作を制御する。例えば、システム制御部１６は、外部からの指令信号に対応した送信データを生成し、生成した送信データを変調部１１に出力する。また、システム制御部１６は、外部からの指令や内蔵するプログラムなどに従い、変調部１１および送信制御部１４を制御する。また、システム制御部１６は、復調部１５から出力された信号に従い、外部とのデータの送受信など所定の処理を行う。

次に、受信装置２０の構成について説明する。

図１に示す受信装置２０は、アンテナ部２１と、復調部２２と、整流部２３と、電圧測定部２４と、記憶部２５と、受信制御部２６と、システム制御部２７と、バッテリー２８とを備える。

アンテナ部２１は、アンテナコイル（アンテナ）および共振コンデンサを備える共振回路（図１においては不図示）を備え、磁気的結合を利用した非接触通信により、送信装置１０から送信されてきた信号を受信する。そして、アンテナ部２１は、受信した信号を、復調部２２および整流部２３に出力する。また、アンテナ部２１は、受信制御部２６の制御に従い、送信装置１０に信号を送信する。

復調部２２は、アンテナ部２１から出力された信号を復調して受信制御部２６に出力する。

整流部２３は、例えば、整流用ダイオードおよび整流用コンデンサからなる整流回路で構成され、アンテナ部２１で受信した信号（交流電力）を直流電力に整流して電圧測定部２４に出力する。

電圧測定部２４は、整流部２３から出力された信号（直流信号）の電圧（誘起電圧）を測定し、測定結果を受信制御部２６に出力する。

記憶部２５は、送信装置１０と受信装置２０との間の距離（通信距離）に応じてアンテナ部２１のアンテナ特性（共振回路の共振周波数やＱ値）を制御するための設定値などを記憶する。

受信制御部２６は、通信距離を推定し、推定した通信距離に応じてアンテナ部２１のアンテナ特性（共振回路の周波数特性やＱ値）を制御して、通信時におけるアンテナ部２１のアンテナ特性の最適化を図る。

具体的には、受信制御部２６は、整流部２３（整流回路）に接続する、図１においては不図示の抵抗（負荷抵抗）の抵抗値を変化させるためのＬｏａｄ信号を負荷抵抗に出力し、その変化の前後での受信電力の変化に応じて通信距離を推定する。整流部２３に接続する抵抗（負荷抵抗）の抵抗値を変化させると、詳細は後述するように、アンテナ部２１の備える共振回路のＱ値が変化する。受信制御部２６は、アンテナ部２１の備える共振回路のＱ値を変化させ、その変化の前後の受信電力の変化に応じて通信距離を推定する。なお、受信制御部２６は、電圧測定部２４により測定された誘起電圧と負荷抵抗の抵抗値とに基づき受信電力を算出する。

そして、受信制御部２６は、推定した通信距離に対応して記憶部２５に記憶されている設定値に従い、アンテナ部２１が備える可変容量のコンデンサの静電容量を制御するための制御電圧Ｂｉａｓをアンテナ部２１に出力する。アンテナ部２１が備える可変容量のコンデンサの静電容量を変化させることで、共振回路の共振周波数が変化する。また、受信制御部２６は、アンテナ部２１のアンテナに電気的に接続する抵抗の抵抗値を変化させることで、共振回路のＱ値を変化させる。

なお、受信制御部２６は、上述した通信距離の推定の際に、必要に応じて、アンテナ部２１のアンテナに接続する抵抗の抵抗値を変化させるために、Ｌｏａｄ信号をアンテナ部２１に出力することがある。

また、受信制御部２６は、復調部２２から出力された信号をシステム制御部２７に出力する。また、受信制御部２６は、システム制御部２７の制御に従い、送信装置１０から送信されてきた信号への応答信号をアンテナ部２１に送信させる。応答信号のアンテナ部２１による送信は、アンテナ部２１のアンテナに電気的に接続する抵抗の抵抗値を変化させる負荷変調により行われる。

システム制御部２７は、受信制御部２６から出力された信号の内容に応じて必要な処理を行う。また、システム制御部２７は、外部からの指令や内蔵するプログラムなどに従い、受信制御部２６を制御する。

バッテリー２８は、システム制御部２７を動作させるため電力をシステム制御部２７に供給する。

図１においては、非接触通信システム１が、送信装置１０と受信装置２０との間でデータの授受が行われる送受信システムである例を用いて説明したが、これに限られるものではない。上述したように、非接触通信システム１は、非接触給電を行うシステムに適用することもできる。以下では、非接触通信システム１が、送信装置１０から受信装置２０に非接触給電が行われる非接触給電システムである場合の構成例を、図２を参照して説明する。図２において、各ブロック間において情報の入出力に関する配線を実線矢印で示し、電力の供給に関する配線を破線矢印で示す。

非接触通信システム１が、非接触給電システムである場合にも、送信装置１０と受信装置２０との間でデータの授受は行われるので、この点は、図１に示す非接触通信システム１と同様である。したがって、図２において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。ただし、図１に示す非接触通信システム１と図２に示す非接触通信システム１とでは、使用する周波数、電圧、電流などには違いがあるが、これは、各システムの機能を果たすための設定条件の相違に起因するものである。

図２に示す非接触通信システム１は、図１に示す非接触通信システム１と比較して、受信装置２０に充電制御部２９を追加した点が異なる。

充電制御部２９は、外部電源２や整流部２３から電力（直流電力）が供給され、供給された電力によりバッテリー２８を充電したり、復調部２２や受信制御部２６などに電力を供給したりする。また、充電制御部２９は、外部電源２から電力供給を受けるモードであるか、整流部２３から電力供給を受けるモードであるかを区別するためのモード信号をシステム制御部２７に出力する。

図２に示す非接触通信システム１における給電方式としては、電磁誘導や磁界共鳴などの方式が適用可能であり、給電方式は特に限定されない。例えば、給電方式として、Ｑｉフォーマットとして知られる電磁誘導方式を用いた場合、送信装置１０（例えば、給電送信パッド）に受信装置２０（例えば、携帯電話デバイス）を載置することで給電が行われる。この場合、送信装置１０に受信装置２０を載置する位置が略一定であれば、通信距離は略一定となる。しかしながら、通常、送信装置１０および受信装置２０がそれぞれ、非接触通信のための共振回路を備えており、載置する位置のずれや給電される機器の機種などに応じて、共振周波数がずれてしまうことがある。

具体的には、通常、送信装置１０のアンテナ部１３（一次側アンテナ部）および受信装置２０のアンテナ部２１（二次側アンテナ部）は、効率的な伝送を行うために、キャリア周波数で共振するように共振回路の共振周波数が調整されている。一般に、エネルギー効率は、電磁誘導結合の結合係数ｋとアンテナのＱ値との掛け算により決まるため、大きなｋおよび高いＱ値であることが望ましい。しかしながら、共振回路のＱ値を高くすると、定数のばらつきにより共振周波数が大きくずれてしまうため、高精度の部品を使うか、共振周波数を調整する必要がある。

したがって、図２に示す非接触通信システム１においても、通信特性の改善を図るためには、通信距離に応じて、受信装置２０のアンテナ部２１のアンテナ特性を制御する必要がある。

なお、通常、非接触通信においては、送信装置１０のアンテナが設けられた面と受信装置２０のアンテナが設けられた面とを対向させるようにして、通信が行われる。ここで、送信装置１０と受信装置２０とが対向する方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交する方向をＸ方向およびＹ方向とすると、送信装置１０のアンテナコイルの中心と受信装置２０のアンテナコイルの中心との間のＺ方向の間隔だけでなく、Ｘ方向の間隔およびＹ方向の間隔も通信特性に影響を与える。したがって、本実施形態における通信距離とは、送信装置１０のアンテナコイルの中心のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置と受信装置２０のアンテナコイルの中心のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置との間の距離を指すものである。

上述したように、非接触給電の場合、送信装置１０上に受信装置２０が載置されるため、受信装置２０の機種が同じであれば、Ｚ方向の距離は同じとなる。しかし、受信装置２０の載置位置がＸ方向あるいはＹ方向にずれると、通信距離が変化するため、上述したように、通信距離に応じて受信装置２０のアンテナ部２１のアンテナ特性を制御する必要がある。

図３は、受信装置２０の構成例をより詳細に示す図である。図３は、受信装置２０がモバイル用ＮＦＣ ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を備えたスマートフォンである場合の構成例を示している。なお、図３においては、図１および図２に示す受信装置２０の各構成のうち、本発明とは直接的には関係しない構成、例えば、バッテリー２８および充電制御部２９などは記載を省略している。

図３に示す受信装置２０は、アンテナ部２１と、ＬＳＩ３０とを備える。

アンテナ部２１は、アンテナコイルＬ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、可変容量のコンデンサＣ１と、固定容量のコンデンサＣ２〜Ｃ４，Ｃ７とを備える。

アンテナコイルＬ１は、アンテナ２１１を構成する。抵抗Ｒ１は、アンテナコイルＬ１の内部抵抗を示しており、実際には部品としては存在しないが、計算上必要なため、図３に示す回路図に示している。抵抗Ｒ１がアンテナコイルＬ１（アンテナ２１１）のＱ値を決定するためである。したがって、アンテナコイルＬ１は、一端が抵抗Ｒ２の一端と接続され、他端が抵抗Ｒ３の一端と接続される。

抵抗Ｒ２は、一端がアンテナコイルＬ１と接続され、他端がコンデンサＣ１の一端、コンデンサＣ２の一端およびコンデンサＣ３の一端と接続される。抵抗Ｒ３は、一端がアンテナコイルＬ１の他端と接続され、他端がコンデンサＣ１の他端およびコンデンサＣ７の一端と接続される。コンデンサＣ１は、一端が抵抗Ｒ２の他端、コンデンサＣ２の一端およびコンデンサＣ３の一端と接続され、他端が抵抗Ｒ３の他端およびコンデンサＣ７の一端と接続される。また、コンデンサＣ１は、ＬＳＩ３０のＢＩＡＳ端子と接続されており、ＢＩＡＳ端子を介して制御電圧Ｂｉａｓが入力される。コンデンサＣ１は、制御電圧Ｂｉａｓの電圧値に応じて静電容量が変化する。コンデンサＣ２は、一端が抵抗Ｒ２の他端、コンデンサＣ１の一端およびコンデンサＣ３の一端と接続され、他端がＬＳＩ３０のＴＸ１端子と接続される。コンデンサＣ７は、一端が抵抗Ｒ３の他端およびコンデンサＣ１の他端と接続され、他端がＬＳＩ３０のＴＸ２端子と接続される。なお、コンデンサＣ７は、コンデンサＣ２と同じ静電容量を有する。

このように、アンテナ部２１は、内部抵抗Ｒ１を含むアンテナコイルＬ１に抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ２が直列に接続され、アンテナコイルＬ１に抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ７が直列に接続され、また、アンテナコイルＬ１にコンデンサＣ１が並列に接続された共振回路（直並列共振回路）２１２を備える。なお、抵抗Ｒ２，Ｒ３は、アンテナ２１１のＱ値を下げるために挿入されたダンプ抵抗である。

コンデンサＣ３は、一端が抵抗Ｒ２の他端、コンデンサＣ１の一端およびコンデンサＣ２の一端と接続され、他端が抵抗Ｒ４の一端と接続される。抵抗Ｒ４は、一端がコンデンサＣ３の他端と接続され、他端が抵抗Ｒ５の一端およびＬＳＩ３０のＲＸ端子と接続される。抵抗Ｒ５は、一端が抵抗Ｒ４の他端およびＲＸ端子と接続され、他端がコンデンサＣ４の一端と接続される。コンデンサＣ４は、一端が抵抗Ｒ５の他端と接続され、他端がグランドに接続される。コンデンサＣ３，Ｃ４および抵抗Ｒ４，Ｒ５は、分圧回路を構成し、この分圧回路により、アンテナ２１１の受信信号（ＲＦ信号）が分圧されて、ＲＸ端子に入力される。

ＬＳＩ３０は、復調部２２と、電圧測定部２４と、記憶部２５と、制御部３１と、ダイオードＤ１と、可変抵抗である抵抗Ｒ６，Ｒ７と、コンデンサＣ５，Ｃ６とを備える。制御部３１は、図１および図２に示す受信制御部２６およびシステム制御部２７に相当するものである。

ＬＳＩ３０のＲＸ端子は復調部２２およびダイオードＤ１に接続され、アンテナ部２１の受信信号は、復調部２２およびダイオードＤ１に入力される。復調部２２は、ＲＸ端子から入力された信号を復調して制御部３１に出力する。

ダイオードＤ１は、一端（アノード）がＲＸ端子と接続され、他端（カソード）が電圧測定部２４、コンデンサＣ５の一端および抵抗Ｒ６の一端と接続される。コンデンサＣ５は、一端が電圧測定部２４、ダイオードＤ１の他端および抵抗Ｒ６の一端と接続され、他端がグランドに接続される。ダイオードＤ１およびコンデンサＣ５は、平滑回路を構成し、ＲＸ端子から出力されたアンテナ部２１の受信信号（ＲＦ信号）を整流する（直流信号に変換する）ものであり、図１および図２における整流部２３に相当する。電圧測定部２４は、整流部２３から出力された直流信号の電圧（誘起電圧）を測定し、測定結果を制御部３１に出力する。抵抗Ｒ６は、整流部２３に接続された負荷抵抗であり、一端がダイオードＤ１の他端およびコンデンサＣ５の一端と接続され、他端がグランドに接続される。上述したように、抵抗Ｒ６は、可変抵抗であり、制御部３１から出力されるＬｏａｄ信号に応じて、抵抗値が変化する。抵抗Ｒ６を可変抵抗とすることで、小さな信号が大きな信号まで受信可能な高ダイナミックレンジ化を図ることができる。また、最適な受電電力を得ることができる。

抵抗Ｒ７は、一端がコンデンサＣ６の一端およびＴＸ１端子に接続され、他端がコンデンサＣ６の他端およびＴＸ２端子に接続されている。抵抗Ｒ７は、制御部３１から出力されたＬｏａｄ Ｍｏｄ信号に応じて抵抗値が変化する。

記憶部２５は、通信距離に対応して、その通信距離に適したアンテナ部２１のアンテナ特性が得られる設定値を記憶している。記憶部２５が記憶する設定値としては、コンデンサＣ１の静電容量、アンテナ２１１に電気的に接続する抵抗Ｒ７の抵抗値などがある。

制御部３１は、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御するセンシングモード時には、抵抗Ｒ６（負荷抵抗ＲＬ）にＬｏａｄ信号を出力して、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を変化させる。負荷抵抗ＲＬは、抵抗やコンデンサなどを介してアンテナ２１１と電気的に接続されており、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値が変化する。

制御部３１は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化（共振回路２１２のＱ値の変化）の前後で電圧測定部２４により測定された誘起電圧と負荷抵抗ＲＬの抵抗値とに基づき受信電力を計算する。また、制御部３１は、受信電力の変化の傾き（極性）から通信距離を推定し、推定した通信距離に対応して記憶部２５に記憶されている設定値を読み出す。そして、制御部３１は、読み出した設定値に従い、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御する。

例えば、制御部３１は、設定値に示されるコンデンサＣ１の静電容量が得られるような制御電圧Ｂｉａｓを、ＢＩＡＳ端子を介してコンデンサＣ１に出力する。また、制御部３１は、抵抗Ｒ７の抵抗値が設定値に示される抵抗値となるようなＬｏａｄ Ｍｏｄ信号を抵抗Ｒ７に出力する。なお、制御部３１は、Ｄ／Ａコンバータ（不図示）を備えており、Ｄ／Ａコンバータによる制御電圧Ｂｉａｓを出力する。

上述したように、共振回路２１２は、コンデンサＣ２，Ｃ７がアンテナコイルＬ１に直列に接続され、コンデンサＣ１がアンテナコイルＬ１に並列に接続された構成である。また、上述したように、コンデンサＣ７は、コンデンサＣ２と同じ静電容量を有している。したがって、共振回路２１２の共振周波数ωは、以下の式（１）で表わされる。ただし、共振周波数ω＝２×π×ｆであり、正しくは、ｆが周波周であり、ωは角周波数である。
ω＝１／√（Ｌ１×（Ｃ１＋Ｃ２／２）） ・・・式（１）

また、コンデンサＣ１は、制御電圧Ｂｉａｓの電圧値に応じて静電容量が変化するため、コンデンサＣ１の静電容量の変化に応じて共振回路２１２の共振周波数ωも変化する。そのため、共振回路２１２の共振周波数を通信距離に適した値とすることができる。

また、抵抗Ｒ７は、抵抗やコンデンサを介して電気的にアンテナ２１１と接続されており、コンデンサＣ１とアンテナコイルＬ１とは、抵抗Ｒ７を介して並列に接続されている。したがって、コンデンサＣ１のＱ値（Ｑｃ１）は、ω０＝２×π×１３．５６ＭＨｚとして、以下の式（２）で表わされる。
Ｑｃ１＝ω０Ｃ１×Ｒ７ ・・・式（２）

また、共振回路２１２のＱ値（Ｑ）は、以下の式（３）で表わされる。
１／Ｑ＝１／ＱＬ＋１／Ｑｃ１ ・・・式（３）

式（３）において、ＱＬは、アンテナ２１１のＱ値であり、ＱＬ＝ω０Ｌ１／Ｒ１である。したがって、共振回路２１２のＱ値は、抵抗Ｒ７の抵抗値で変化する。例えば、抵抗Ｒ７の抵抗値を小さくすれば、共振回路２１２のＱ値を上げることができる。したがって、抵抗Ｒ７の抵抗値が通信距離に応じた設定値となるようなＬｏａｄ Ｍｏｄ信号を抵抗Ｒ７に出力することで、共振回路２１２のＱ値を通信距離に適した値とすることができる。

このように、通信距離を推定し、推定した通信距離に応じてアンテナ２１１のアンテナ特性（共振回路２１２の共振周波数やＱ値）を制御することで、通信距離に関わらず、通信特性の改善を図ることができる。

送信装置１０と通信を行う通信モード（カードモード）では、制御部３１は、復調部２２から信号が出力されると、その信号から送信装置１０の要求内容を把握し、要求内容に対する応答信号により受信信号を変調して、アンテナ部２１により送信装置１０に送信させる。

具体的には、制御部３１は、応答信号に応じて受信信号を変調（負荷変調）するためにＬｏａｄ Ｍｏｄ信号を抵抗Ｒ７に出力する。上述したように、抵抗Ｒ７は、Ｌｏａｄ Ｍｏｄ信号に応じて抵抗値が変化し、抵抗Ｒ７の抵抗値に応じて受信信号が分圧される。これにより、アンテナコイルＬ１に流れる電流が変化し、その変化により、送信装置１０により応答信号が受信される。したがって、Ｌｏａｄ Ｍｏｄ信号により抵抗Ｒ７の抵抗値を変更することで、受信信号を変調することができる。コンデンサＣ６は、ＴＸ１端子よびＴＸ２端子の内部容量を示しており、基本動作への影響は無視できるものである。

このように、抵抗Ｒ７は、応答信号を送信装置１０に送信するための負荷変調用の抵抗であり、例えば、ＯＮ／ＯＦＦの２つ値に相当する抵抗を有するものである。しかしながら、上述したように、抵抗Ｒ７の抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値を制御することもできる。共振回路２１２のＱ値の制御に抵抗Ｒ７を用いる場合、所望のＱ値に対応して、ＯＮ／ＯＦＦの２つの値に相当する抵抗値も変更すればよい。また、抵抗Ｒ７に並列に抵抗を接続し、その抵抗を共振回路２１２のＱ値の制御に用いてもよい。

なお、通信距離の推定、あるいは、推定した通信距離に応じたアンテナ部２１のアンテナ特性の制御の際に、共振回路２１２のＱ値を変化させる方法は、上述した抵抗Ｒ６あるいは抵抗Ｒ７の抵抗値を変化させる方法に限られるものではない。例えば、アンテナ２１１に直接的に接続された抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の少なくとも一方を可変抵抗とし、その可変抵抗を変化させることでも、共振回路２１２のＱ値を変化させることができる。すなわち、アンテナ２１１に直接または間接に接続する、つまり、アンテナ２１１に電気的に接続する抵抗の抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値を変化させることができる。

また、図３においては、Ｌｏａｄ信号は、抵抗Ｒ６に対して出力され、ＬＳＩ３０内に閉じた信号として示されている。ただし、これに限られるものではなく、例えば、上述したように、アンテナ部２１が備える抵抗Ｒ２あるいは抵抗Ｒ３の抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値を制御する場合には、図１および図２に示すように、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の抵抗値を制御するために、Ｌｏａｄ信号がアンテナ部２１に出力される。

次に、本発明における通信距離の推定の原理について説明する。

図４Ａは、通信距離と受信装置２０の誘起電圧（受信直流電圧）との関係を示す図である。図４Ａにおいて、横軸は通信距離を示し、縦軸は誘起電圧を示す。また、図４Ｂは、結合係数ｋと受信装置２０の誘起電圧との関係を示す図である。図４Ｂにおいて、横軸は結合係数ｋを示し、縦軸は誘起電圧を示す。図４Ａ，４Ｂにおいては、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を１８０Ωから１８００Ωの間で変化させている。

結合係数ｋは０〜１の値をとり、アンテナサイズ、通信距離などにより変化する変数である。通信距離と結合係数ｋとの関係の一例を図５に示す。図５に示すように、通信距離が大きくなるほど、反比例的に結合係数ｋは小さくなる。ただし、図５に示す例では、アンテナサイズや通信距離が理想的な状態ではない例を示しており、この状態では、通信距離がゼロであっても、結合係数ｋは１にはならない。

図４Ａに示すように、通信距離が０から増加していくと、通信距離の増加に応じて誘起電圧も増加する。そして、通信距離がある距離に達すると誘起電圧は最大となり、その後は、通信距離の増加に応じて誘起電圧は減少するという特性がある。この特性は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の大小にかかわりなく同じである。ただし、負荷抵抗ＲＬの抵抗値に応じて、誘起電圧の大きさは異なり、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きいほど、誘起電圧は大きくなる。

また、誘起電圧が最大となる通信距離は負荷抵抗ＲＬの抵抗値により変化し、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が小さいほど、より近い距離で誘起電圧が最大となる。図４Ａに示す例では、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が１８００Ωである場合には、通信距離が約１８ｍｍで誘起電圧が最大となるのに対し、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が１８０Ωである場合には、通信距離が約５ｍｍで誘起電圧が最大となる。

一般に、受信装置の受電効率は、結合係数ｋとＱ値（送信装置１０のアンテナ部１３が備える共振回路のＱ値と受信装置２０が備える共振回路２１２のＱ値との積の平方根）との積（ｋＱ）に比例し、ｋＱが大きいほど効率のよい通信が可能である。受信装置２０の誘起電圧が最大となるのは、送信装置１０の共振回路のインピーダンスと受信装置２０の共振回路のインピーダンスとがマッチングしたときと考えられ、ｋＱ＝１となる距離である。上述したように、受電電力が最大となるのは、ｋＱ＝１の状態、つまり、マッチングが取れた状態である。このとき、効率は、原理的に送信電力の５０％を超えることはない。効率を上げるためには、ｋＱを上げればよいが、ｋＱを上げると、受電電力は下がってしまう。したがって、必要な電力を得るためには、送信電力を上げる必要がある。

上述したように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値が変化する。例えば、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を小さくすると、Ｑ値が小さくなる（後述する図６Ｂ）。その結果、図５に示す通信距離と結合係数ｋとの関係からも分かるように、誘起電圧が最大となる通信距離は小さくなる（近距離側にシフトする）。

また、図４Ｂに示すように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の大小にかかわらず、誘起電圧は、ある結合係数ｋで最大となる。ただし、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が小さくなるに従い、誘起電圧は、なだらかに増加および減少する。また、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が小さいほど、誘起電圧は小さく、また、誘起電圧が最大となる結合係数ｋは大きくなる。

図６Ａは、アンテナ２１１のＱ値が６８である場合の、共振回路２１２の共振周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。図６Ａにおいて、横軸は共振周波数を示し、縦軸はインピーダンスを示す。また、図６Ａにおいては、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を８２Ωから１０ｋΩまで変化させている。図６Ｂは、アンテナ２１１のＱ値が６８である場合の、負荷抵抗ＲＬと共振回路２１２のＱ値との関係を示す図である。図６Ｂにおいて、横軸は負荷抵抗ＲＬを示し、縦軸はＱ値を示す。

図６Ａに示すように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きいほど、共振特性は鋭くなり、また、センター周波数が上がる。また、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きくなるほど、インピーダンスも大きくなる。また、図６Ｂに示すように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きいほど、Ｑ値も大きくなる。すなわち、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きいほど、Ｑ値が大きくなり、共振周波数も上がる。また、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を小さいほど、Ｑ値が小さくなり、共振周波数も下がる。

図７Ａは、負荷抵抗ＲＬと誘起電圧との関係を示す図であり、図７Ｂは、負荷抵抗ＲＬと受信電力との関係を示す図である。図７Ａにおいて、横軸は負荷抵抗ＲＬを示し、縦軸は誘起電圧を示す。また、図７Ｂにおいて、横軸は負荷抵抗ＲＬを示し、縦軸は受信電力を示す。図７Ａおよび図７Ｂにおいては、通信距離を０から５０ｍｍまで変化させている。

図７Ａに示すように、通信距離が大きい場合（図７Ａの例では、通信距離が４０ｍｍ〜５０ｍｍである場合）には、誘起電圧は、負荷抵抗ＲＬの増加に応じて略直線的に増加している。通信距離が小さくなると、その直線性が悪くなり、誘起電圧の増加は、２次曲線で近似されるような緩やかなものとなっている。つまり、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化に対して、誘起電圧の増加の直線性が高い場合は通信距離が大きく、誘起電圧の増加の直線性が低くなるに従って、通信距離が近くなることが分かる。このように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化、すなわち共振回路２１２のＱ値の変化に起因する誘起電圧の変化は、通信距離に依存していることが分かる。このような依存性は、図７Ｂに示す受信電力ではより明確となる。

図７Ｂに示すように、通信距離が大きい場合（図７Ｂの例では、通信距離が４０ｍｍ〜５０ｍｍである場合）には、受信電力は、負荷抵抗ＲＬの増加に応じて略直線的に増加している。通信距離が小さくなると、その直線性が低下し、受信電力の増加は、２次曲線で近似されるような緩やかなものとなる。ここで、図７Ａと図７Ｂとを比較すると、通信距離の増加に応じた直線性の低下は、図７Ａに示す誘起電圧よりも図７Ｂに示す受信電力の方がより顕著となっている。

さらに通信距離が小さくなると（図７Ｂの例では、通信距離が１０ｍｍ以下になると）、受信電力は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きくなるにつれて、減少している。このように、通信距離が小さい場合には、受信電力の変化の傾きがプラスからマイナスに転じている。つまり、ｋＱ＜１の場合（通信距離が大きい場合）には、Ｑを大きくすると（負荷抵抗ＲＬの抵抗値を大きくすると）、Ｑの増加に伴って受信電力は増加するために、傾きはプラスになる。一方、ｋＱ＞１の場合（通信距離が小さい場合）には、Ｑを大きくすると、受信電力は減少するために、傾きはマイナスとなる。

したがって、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化、すなわち、共振回路２１２のＱ値の変化に起因する受信装置２０の受信電力（および誘起電圧）の変化は、通信距離に依存していることが分かる。このことから、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化（共振回路２１２のＱ値の変化）に起因する受信電力の変化に基づいて、通信距離を推定することができることが分かる。ここで、通信距離を推定するために、負荷抵抗ＲＬの抵抗値、すなわち、共振回路２１２のＱ値を変化させる場合に、Ｑ値が大きくなる方向に変化させるか、Ｑ値が小さくする方向に変化させるかという二通りの方法が考えられる。以下では、Ｑ値を大きくする方向に変化させるものとして説明する。

なお、以下では、受信電力の変化の傾きとして、以下に示す式（４）に従って計算される傾き１と、式（５）に従って計算される傾き２という、２つの傾きを考える。式（４）および式（５）において、ＲＬ（ｎ）およびＰ（ＲＬ＿ｎ）はそれぞれ、ある時点ｎにおける負荷抵抗ＲＬの抵抗値と、その時点における受信電力とを示す。

図８Ａは、負荷抵抗ＲＬと受信電力の変化の傾き１との関係を示す図である。図８Ａにおいて、横軸は負荷抵抗ＲＬを示し、縦軸は傾き１を示す。図８Ｂは、負荷抵抗ＲＬと受信電力の変化の傾き２との関係を示す図である。図８Ｂにおいて、横軸は負荷抵抗ＲＬを示し、縦軸は傾き２を示す。図８Ａおよび図８Ｂにおいては、通信距離を０から５０ｍｍの間で変化させている。

図８Ａに示すように、共振回路２１２のＱ値を大きくした（負荷抵抗ＲＬの抵抗値を大きくした）時の電力の増減、つまり、傾き（傾き１）は、通信距離が大きい場合には（図８Ａの例では、通信距離が３５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には）、符号がプラスで（つまり、電力が増加する）、その値は小さく、また、負荷抵抗ＲＬに対して略直線的に右肩下がりとなっている。しかし、通信距離が短くなるにつれて、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が小さい領域では傾き１は大きくなり、また、傾き１の変化の直線性が悪くなっている。

負荷抵抗ＲＬの抵抗値が１２００Ωである場合に着目すると、通信距離が５０ｍｍから小さくなっていくと、傾き１の値は増加していくが、通信距離が３０ｍｍで飽和する。そして、通信距離が３０ｍｍである場合と、通信距離が２５ｍｍである場合とでは、傾き１の値は略同等となっている。さらに、通信距離が２５ｍｍより小さくなっていくと、傾き１の値は小さくなっていく。

例えば、通信距離が１５ｍｍである場合には、通信距離が５０ｍｍである場合よりも傾き１の値は小さく、略ゼロとなっている。さらに、通信距離が１０ｍｍである場合には、通信距離が１５ｍｍである場合と比べて、傾き１の値は、絶対値は略同等だが、極性はマイナスに転じている。すなわち、通信距離の減少に伴って受信電力が減少している。このことは、図４Ａにおいて、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が１２００Ωである場合に、通信距離が１５ｍｍである場合に誘起電圧が最大となり、通信距離が１０ｍｍになると誘起電圧が減少していることと一致している。

同様に、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が８２０Ωである場合に着目すると、図８Ａにおいては、通信距離が１０ｍｍで傾き１は略ゼロとなり、通信距離が５ｍｍで極性がマイナスに転じている。一方、図４Ａにおいては、通信距離が約１２ｍｍで誘起電圧が最大となり、通信距離が１０ｍｍで誘起電圧が減少している。図８Ａから電圧が減少する通信距離を推定すると５ｍｍとなり、図４Ａとは僅かにずれが生じた。

これに対し、図８Ｂにおいては、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が８２０Ωである場合に、通信距離が１０ｍｍで傾き２が略ゼロとなり、また、傾き２の値がプラスからマイナスに転じる通信距離は１０ｍｍから１５ｍｍの間となっており、図４Ａに示す特性と一致している。

図８Ａに示す傾き１と図８Ｂに示す傾き２との違いは、受信電力の差を計算する際に、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化が小さい２点間の値を使用するか（図８Ａ）、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化が大きい２点間の値を使用するか（図８Ｂ）の違いである。

したがって、本発明において、通信距離を正確に推定するためには、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が抵抗値ＲＡである場合、および、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が抵抗値ＲＡよりも大きいＲＢである場合それぞれにおいて（すなわち、共振回路２１２のＱ値が、抵抗値ＲＡに対応するＱ値（第１のＱ値）および抵抗値ＲＢに対応するＱ値（第２のＱ値）である場合それぞれにおいて）、受信電力を測定し、測定された受信電力の差異を計算することが好ましい。さらに、本発明において、通信距離の正確な推定のためには、抵抗値ＲＡは、受信装置２０が通常の通信を行う（カードモードで動作する）場合の受信電力が得られる値（通常の通信時に設定されるＱ値が得られる値）とし、抵抗値ＲＢは、できるだけ大きい値である、すなわち、抵抗値ＲＡと抵抗値ＲＢとの差ができるだけ大きいことが好ましい。

なお、共振回路２１２のＱ値を下げる（抵抗値ＲＢを抵抗値ＲＡよりも小さくする）方法により、通信距離を推定することも可能である。また、Ｑ値が上げる方法とＱ値を下げる方法とを組み合わせ、Ｑ値を上げた場合の電力差およびＱ値を下げた場合の電力差を計算することで、より大きな負荷抵抗ＲＬの抵抗値の変化量で通信距離を推定することも可能である。ただし、Ｑ値を下げる場合には注意が必要である。この理由について、図７Ａを参照して説明する。

図７Ａに示すように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を大きくする（Ｑ値を大きくする）場合、どの通信距離、どの抵抗値でも誘起電圧は増加している。そのため、通信距離の推定のために負荷抵抗を変化させても、電圧低下により受信装置２０が機能しなくなるおそれはない。

一方、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を小さくする（Ｑ値を小さくする）場合、誘起電圧が低下してしまうため、設定によっては、受信装置２０が正常に動作するのに必要な電圧（例えば、ＬＳＩの動作に必要な２〜２．５Ｖ）を維持できなくおそれがある。そのため、Ｑ値を上げる方が、通信距離を安全に推定することができる。

次に、図３に示す受信装置２０の動作について説明する。

図９は、受信装置２０の動作の一例を示すフローチャートである。

制御部３１は、センシングモードを開始すると、アンテナ部２１のアンテナ特性、例えば、共振回路２１２の共振周波数やＱ値などを、予め定められた初期値に設定する（ステップＳ１０１）。

次に、制御部３１は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を抵抗値ＲＡに設定する（ステップＳ１０２）。上述したように、抵抗値ＲＡは、共振回路２１２のＱ値が、受信装置２０がカードモードで正常に動作する際のＱ値となるような値である。

電圧測定部２４は、抵抗値ＲＡでの誘起電圧ＶＡを測定し、測定結果を制御部３１に出力する。制御部３１は、電圧測定部２４により測定された誘起電圧ＶＡと、抵抗値ＲＡとから受信電力ＰＡ（＝ＶＡ²／ＲＡ）（第１の受信電力）を計算し（ステップＳ１０３）、記憶部２５に記憶させる。

次に、制御部３１は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を抵抗値ＲＢ（ＲＢ＞ＲＡ）に設定する（ステップＳ１０４）。すなわち、制御部３１は、共振回路２１２のＱ値を増加させる。

電圧測定部２４は、抵抗値ＲＢでの誘起電圧ＶＢを測定し、測定結果を制御部３１に出力する。制御部３１は、電圧測定部２４により測定された誘起電圧ＶＢと、抵抗値ＲＢとから受信電力ＰＢ（＝ＶＢ²／ＲＢ）（第２の受信電力）を計算し（ステップＳ１０５）、記憶部２５に記憶させる。

次に、制御部３１は、記憶部２５に記憶されている受信電力ＰＡと受信電力ＰＢとの差（傾きΔ）を計算する（ステップＳ１０６）。

次に、制御部３１は、計算した傾きΔがゼロより大きいか否か（傾きΔが正の値であるか否か）を判定する（ステップＳ１０７）。

図８Ｂに示したように、通信距離が短い場合（図８Ｂの例では、通信距離が０〜１０ｍｍである場合）、傾きΔは概ね、ゼロ以下となる。したがって、制御部３１は、傾きΔがゼロ以下であると判定した場合には（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、通信距離が短い（ｋＱ＞１）と推定する。そして、制御部３１は、記憶部２５に記憶されている、通信距離が近距離（第２の距離）である場合（通信距離がｋＱ＞１の範囲に含まれる場合）に対応する設定値（近距離用パラメータ）を読み出し、読み出した近距離用パラメータに従い、アンテナ部２１のアンテナ特性、例えば、共振回路２１２の共振周波数やＱ値を制御する（ステップＳ１０８）。

近距離用の設定の具体例としては、例えば、共振回路２１２のＱ値を初期値（抵抗値ＲＡの場合のＱ値）よりも下げる、共振回路２１２の共振周波数を１３．５６ＭＨｚよりも大きくするなどがある。

一方、図８Ｂに示したように、通信距離が長い場合（例えば、通信距離が１５ｍｍ以上である場合）、傾きΔはゼロより大きくなる。したがって、制御部３１は、傾きΔがゼロより大きいと判定した場合には（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、通信距離が長いと推定する。そして、制御部３１は、記憶部２５に記憶されている、通信距離が遠距離（第１の距離）である場合（通信距離がｋＱ＜１の範囲に含まれる場合）に対応する設定値（遠距離用パラメータ）を読み出し、読み出した遠距離用パラメータに従い、アンテナ部２１のアンテナ特性、例えば、共振回路２１２の共振周波数やＱ値を制御する（ステップＳ１０９）。

遠距離用の設定の具体例としては、例えば、共振回路２１２のＱ値を初期値（抵抗値ＲＡの場合のＱ値）よりも上げる、共振回路２１２の共振周波数を１３．５６ＭＨｚよりも小さくするなどがある。ただし、遠距離用の設定の場合には、負荷抵抗ＲＬの抵抗値も考慮してアンテナ部２１のアンテナ特性を制御するのが望ましい。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、共振回路２１２の共振周波数による誘起電圧の変化を示す図である。図１０Ａは、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が８２０Ωである場合（Ｑ値が低い場合）を示し、図１０Ｂは、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が１８００Ω（Ｑ値が高い場合）を示している。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては、アンテナＬ値（共振周波数）を０．９〜１．１で変化させている。

図１０Ａに示すように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が８２０Ωである場合、遠距離（例えば、通信距離が５０〜６０ｍｍ）においては、アンテナＬ値が高いほど、すなわち、共振周波数が低いほど、誘起電圧が高くなる。

一方、図１０Ｂに示すよう、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が１８００Ωである場合、遠距離（例えば、通信距離が５０〜６０ｍｍ）においては、アンテナＬ値が１．０である場合が最も誘起電圧が高く、次いで、アンテナＬ値が０．９である場合、アンテナＬ値が１．１の場合という順になっている。これは、負荷抵抗ＲＬの抵抗値が大きい場合には、遠距離においては、共振回路２１２の共振周波数を初期値（例えば、１３．５６ＭＨｚ）よりも少し高めに設定した方が、負荷抵抗ＲＬを含めた状態での共振条件が最適条件となるためである。具体的には、例えば、共振回路２１２の共振周波数を、アンテナＬ値が０．９である場合に相当する１４．２ＭＨｚとした場合、共振回路２１２の共振周波数を１３．５６ＭＨｚとした場合よりも、誘起電圧が大きくなっている。このように、誘起電圧が最大となる共振周波数は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値によっても変化する。したがって、遠距離用の設定の場合には、負荷抵抗ＲＬの抵抗値も考慮してアンテナ部２１のアンテナ特性を制御するのが望ましく、例えば、受信装置２０の機種ごとに最適化すればよい。

図９を再び参照すると、制御部３１は、近距離用パラメータあるいは遠距離用パラメータに従いアンテナ部２１のアンテナ特性を制御した後、通信モードへ移行する。

図９においては、制御部３１は、通信距離を近距離と遠距離とに分けて、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。

制御部３１は、ｋＱ＝１あるいはｋＱが１の近傍の値である場合（以下では、まとめてｋＱ＝１の場合とする）には、通信距離が中距離であるとして判定し、中距離用パラメータに従い、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御してもよい。以下では、制御部３１が、通信距離が、近距離か、中距離か、あるいは長距離かの判定を行う場合の受信装置２０の動作について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。図１１において、図９と同様の処理については同じ符号を付し、説明を省略する。

なお、図１１においては、記憶部２５は、制御部３１が、ｋＱ＝１であるか否かを判定するための閾値Δｔｈを記憶しているものとする。閾値Δｔｈは、受信電力の変化の傾きに関する閾値であり、図８Ｂに示すように、０よりも若干小さい値である。より詳細には、閾値Δｔｈは、負の値であって、受信電力が最大となるあるいは略最大と見なせるような傾きの値である。また、記憶部２５は、通信距離が中距離（例えば、１５ｍｍ）である場合に適したアンテナ部２１のアンテナ特性が得られる設定値である中距離用パラメータを記憶している。なお、図７、８に示したように、負荷抵抗ＲＬの変化の大きさにより閾値Δｔｈは影響を受けるが、その値は概ね−０．０００００３となる。最適パワー点をより正確に見積もるためには、この値の半分の−０．０００００１５とするのが好適である。

制御部３１は、計算した傾きΔがゼロ以下であると判定すると（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、傾きΔが記憶部２５に記憶されている閾値Δｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

制御部３１は、傾きΔが閾値Δｔｈ以下であると判定した場合には（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理に進む。すなわち、制御部３１は、近距離用パラメータに従い、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御する。

傾きΔが閾値Δｔｈより大きい場合には、傾きΔはゼロであるか、あるいは、ゼロに非常に近い値である。この場合、ｋＱ＝１であると判定することができるため、制御部３１は、傾きΔが閾値Δｔｈより大きいと判定した場合には（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、通信距離が中距離である（ｋＱ＝１）と推定する。そして、制御部３１は、記憶部２５に記憶されている、通信距離が中距離（第３の距離）である場合に対応する設定値（中距離用パラメータ）を読み出し、読み出した中距離用パラメータに従い、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御する。

上述したように、閾値Δｔｈは、ゼロより小さく、受信電力が最大となるあるいは略最大と見なせるような傾きの値である。したがって、傾きΔがゼロより小さく、かつ、傾きΔが負の値である閾値Δｔｈよりも大きい場合には、通信距離が中距離である（ｋＱ＝１）と推定することができる。

このように、傾きΔが閾値Δｔｈより大きいか否かを判定することにより、通信距離が近距離であるか、中距離であるか、遠距離であるかを推定することができ、より細やかに通信距離に応じてアンテナ部２１のアンテナ特性を制御することができる。その結果、通信特性の改善を図ることができる。なお、本実施形態においては、閾値Δｔｈを負の値とし、受信電力の変化が、ゼロ以下であり、閾値Δｔｈ（例えば、−０．０００００１５）より大きい範囲に含まれる場合に、通信距離が中距離であるとしているが、これに限られるものではない。例えば、受信電力の変化が、０．０００００１５より小さく、−０．０００００１５より大きい範囲に含まれる場合に、通信距離が中距離であるとしてもよい。

図１２は、受信装置２０の動作のさらに別の一例を示すフローチャートである。図１２において、図１１と同様の処理については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、図１２に示す動作は、ワイヤレス給電のように、負荷電流を制御システムに好適なものである。

制御部３１は、傾きΔを計算すると（ステップＳ１０６）、計算した傾きΔがゼロより小さいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。

制御部３１は、傾きΔがゼロ以上であると判定した場合には（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、抵抗値ＲＡを所定値ΔＲだけ上げて（ステップＳ３０２）、ステップＳ１０２の処理に戻る。制御部３１は、ステップＳ１０２からステップＳ３０２までの処理を、傾きΔがゼロより小さいと判定するまで繰り返す。傾きΔがゼロ以上である場合、ｋＱ＜１である。そこで、傾きΔがゼロ以上である場合には、抵抗値ＲＡを上げることで、共振回路２１２のＱ値を上げ、ｋＱを１に近づけることができる。

制御部３１は、傾きΔがゼロより小さいと判定すると、傾きΔが閾値Δｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ３０３）。

制御部３１は、傾きΔが閾値Δｔｈ以下であると判定した場合には（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、抵抗値ＲＡを所定値ΔＲだけ下げて（ステップＳ３０３）、ステップＳ１０２の処理に戻る。制御部３１は、ステップＳ１０２からステップＳ３０４までの処理を、傾きΔが閾値Δｔｈより小さいと判定するまで繰り返す。傾きΔが閾値Δｔｈ以下である場合、ｋＱ＞１である。そこで、傾きΔが閾値Δｔｈ以下である場合には、抵抗値ＲＡを下げることで、共振回路２１２のＱ値を下げ、ｋＱを１に近づけることができる。

制御部３１は、傾きΔが閾値Δｔｈより小さいと判定すると（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、ｋＱ＝１となったと判定し、通信モードに移行する。

傾きΔがゼロより小さく、かつ、傾きΔが閾値Δｔｈよりも大きい状態は、ｋＱ＝１である状態である。このように、ｋＱ＝１となるまで抵抗値ＲＡを変化させることで、誘起電圧が最大となるｋＱ＝１の状態で常に通信を行うことができるので、通信特性の改善を図ることができる。なお、上述したように、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値も変化し、その結果、アンテナ部２１のアンテナ特性も変化する。したがって、図１２においても、制御部３１は、受信電力の変化に応じて、アンテナ部２１のアンテナ特性を変化させることになる。

図１３は、図３に示すＲＸ端子の受信信号のタイミングチャートである。図１３において、横軸は時間経過を示し、縦軸はＲＸ端子の受信信号の強度を示す。なお、図１３においては、図９に示す動作において、遠距離用パラメータが設定された場合のタイミングチャートを示すものとする。

受信装置２０がセンシングモードに移行すると（センシング期間が開始すると）、アンテナ特性が初期値に設定され（例えば、共振回路２１２の共振周波数が１３．５６ＭＨｚ、負荷抵抗ＲＬ＝１８００Ω）に設定され、その後、負荷抵抗ＲＬの抵抗値として抵抗値ＲＡが設定される（ステップＳ１０１およびＳ１０２）。ここで、抵抗値ＲＡは、負荷抵抗ＲＬの抵抗値の初期値（１８００Ω）と同じであるとする。

次に、抵抗値ＲＡでの受信電力ＰＡが計算される（ステップＳ１０３）。

次に、負荷抵抗ＲＬの抵抗値として抵抗値ＲＢ（ＲＢ＞ＲＡ）が設定される（ステップＳ１０４）。抵抗値ＲＢは抵抗値ＲＡよりも大きいため、ＲＸ端子の受信信号の強度は、抵抗値ＲＡが設定されている場合よりも大きくなる。なお、上述したように、抵抗値ＲＢと抵抗値ＲＡとの差はなるべく大きい方が、正確な通信距離の推定が可能となる。そのため、ＬＳＩ３０は、通信距離の推定のための省電力モードを有していることが望ましい。

次に、抵抗値ＲＢでの受信電力ＰＢが計算される（ステップＳ１０５）。

その後、受信電力ＰＡと受信電力ＰＢとの差（傾きΔ）が計算され、傾きΔに応じて通信距離が推定され、推定された通信距離に応じてアンテナ部２１にアンテナ特性が設定される（ステップＳ１０９）。ここで、通信距離が遠距離であると推定された場合には、例えば、共振周波数は初期値よりも高く（例えば、１４．２ＭＨｚ）し、負荷抵抗ＲＬの抵抗値は初期値（抵抗値ＲＡ）とするような制御が行われる

上述したセンシング期間が終了した後、受信装置２０は通常モードに移行する（通信期間が開始する）。センシング期間は、例えば、５０μｓ〜１００μｓ程度の期間である。

このように本実施形態によれば、受信装置２０は、非接触通信により送信装置１０から電力を受電するアンテナ２１１を含む共振回路２１２を備えたアンテナ部２１と、共振回路２１２のＱ値を変化させ、Ｑ値の変化の前後の受信電力の変化に応じて、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御する制御部３１とを備える。

通信距離（近距離であるか（ｋＱ＞１）、中距離であるか（ｋＱ＝１）、遠距離であるか（ＫＱ＜１））に応じて、Ｑ値の変化に応じた受信電力の変化の傾きΔが異なるため、Ｑ値の変化の前後の受信電力の変化に応じて、通信距離を推定することができる。そして、推定した通信距離に応じて、アンテナ部２１のアンテナ特性を制御することで、通信距離に応じたアンテナ特性の最適化を図ることができ、通信距離に関わらず、通信特性の改善を図ることができる。

また、本実施形態においては、傾きΔの極性により通信距離を推定するため、判定が容易で、通信距離を推定するための複雑な構成や処理が不要であるため、コストの増加を抑制することができる。

また、本実施形態においては、受信装置２０の誘起電圧と、負荷抵抗ＲＬの抵抗値（あるいは、負荷抵抗ＲＬを流れる電流（負荷電流ＩＬ））とを検出するだけで、通信距離を推定することができるので、モニタ対象が少なくて済み、コストの増加を抑制することができる。また、本発明をＬＳＩに実装する場合に、ＬＳＩに追加するピンの数の増加を抑制することができる。

また、本実施形態においては、アンテナ２１１に接続する抵抗の抵抗値を変化させることで、共振回路２１２のＱ値を変化させるため、共振回路２１２のＱ値を変化させるための複雑な構成や処理が不要であるため、コストの増加を抑制することができる。

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

１ 非接触通信システム
２ 外部電源
１０ 送信装置
１１ 変調部
１２ 送信信号部
１３ アンテナ部
１４ 送信制御部
１５ 復調部
１６ システム制御部
２０ 受信装置
２１ アンテナ部
２２ 復調部
２３ 整流部
２４ 電圧測定部
２５ 記憶部
２６ 受信制御部
２７ システム制御部
２８ バッテリー
２９ 充電制御部
３０ ＬＳＩ
３１ 制御部
Ｌ１ アンテナコイル
Ｃ１〜Ｃ７ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗

Claims (14)

1. 非接触通信により送信装置から電力を受電するアンテナを含む共振回路を備えたアンテナ部と、
   前記共振回路のＱ値を変化させ、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の変化に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する制御部と、
   を備える受信装置。
2. 前記制御部は、前記アンテナに電気的に接続された抵抗の抵抗値を変化させることで、前記共振回路のＱ値を変化させる、請求項１に記載の受信装置。
3. 前記制御部は、前記共振回路のＱ値を第１のＱ値から第２のＱ値に変化させ、前記共振回路のＱ値が前記第１のＱ値である場合の受信電力である第１の受信電力と、前記共振回路のＱ値が前記第２のＱ値である場合の受信電力である第２の受信電力との差の極性に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する、請求項１または２記載の受信装置。
4. 前記第１のＱ値は、前記受信装置と前記送信装置とが非接触通信を行う場合に設定される所定値であり、
   前記第２のＱ値は、前記第１のＱ値よりも大きな値である、請求項３に記載の受信装置。
5. 前記制御部は、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値である場合には、前記送信装置と前記受信装置との間の通信距離が第１の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御し、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値でない場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する、請求項３または４に記載の受信装置。
6. 前記制御部は、前記第１の受信電力と第２の受信電力との差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きい場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短く、かつ、前記第２の距離よりも長い第３の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する、請求項５に記載の受信装置。
7. 前記制御部は、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きくなるように前記抵抗の抵抗値を変化させる、請求項２記載の受信装置。
8. 非接触通信により送信装置から電力を受電するアンテナを含む共振回路を備えたアンテナ部を有する受信装置の制御方法であって、
   前記共振回路のＱ値を変化させるステップと、
   前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の変化に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する制御ステップと、
   を含む制御方法。
9. 前記制御ステップでは、前記アンテナに電気的に接続された抵抗の抵抗値を変化させることで、前記共振回路のＱ値を変化させる、請求項８に記載の制御方法。
10. 前記制御ステップでは、前記共振回路のＱ値を第１のＱ値から第２のＱ値に変化させ、前記共振回路のＱ値が前記第１のＱ値である場合の受信電力である第１の受信電力と、前記共振回路のＱ値が前記第２のＱ値である場合の受信電力である第２の受信電力との差の極性に応じて、前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する、請求項８または９に記載の制御方法。
11. 前記第１のＱ値は、前記受信装置と前記送信装置とが非接触通信を行う場合に設定される所定値であり、
    前記第２のＱ値は、前記第１のＱ値よりも大きな値である、請求項１０に記載の制御方法。
12. 前記制御ステップでは、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値である場合には、前記送信装置と前記受信装置との間の通信距離が第１の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御し、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差が正の値でない場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する、請求項１０または１１に記載の制御方法。
13. 前記制御ステップでは、前記第１の受信電力と第２の受信電力との差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きい場合には、前記通信距離が前記第１の距離よりも短く、かつ、前記第２の距離よりも長い第３の距離である場合に適したアンテナ特性となるように前記アンテナ部のアンテナ特性を制御する、請求項１２に記載の制御方法。
14. 前記制御ステップでは、前記Ｑ値の変化の前後の受信電力の差が正の値でなく、かつ、負の値である所定の閾値より大きくなるように前記抵抗の抵抗値を変化させる、請求項９記載の制御方法。

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