JP6747585B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関する。

近年、無線信号（電波）から電力を受けて動作する非接触型の無線通信装置が増加している。中でも、無線通信装置のタグとしてＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた無線通信システムの開発が進められている。

ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップなどの半導体集積回路装置と、リーダ／ライタと呼ばれる無線送受信機と通信するためのアンテナとを有している。ＲＦＩＤタグは、タグ内に設置されたアンテナが、リーダ／ライタから送信される電波を受信し、受信した電波を整流回路で整流して内部電源電圧を生成する。この内部電源電圧が、ＩＣチップ内の内部回路に供給され、タグが動作する。

ＲＦＩＤタグからリーダ／ライタ間への通信は、例えば、ＲＦＩＤタグの入力インピーダンスを変化させることにより、リーダ／ライタへ反射する電波の電力量を変化させることで行われる。この際、ＲＦＩＤタグ内に、短絡状態と開放状態を切り替えることができるスイッチ部を設け、このスイッチの動作状態を変動させることにより、ＲＦＩＤタグのアンテナインピーダンスを変化させる技術が知られている。

例えば、特許文献１では、アンテナに接続された電力受電整合回路部と電力受電部からなる電力系と、前記電力系と並列に接続された２つのコンデンサとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ部と、前記スイッチ部と接続したアンテナで受信した受信信号の周波数を検出する周波数検出回路が設けられている。周波数検出回路がアンテナで受信した受信信号の周波数を検出することでスイッチの動作状態が変わり、それによってアンテナを含む回路構成が変わることでアンテナインピーダンスが変化する。

また、特許文献２では、ＲＦＩＤタグ内において、リーダ／ライタへ送信される送信データを変調する変調部がダイオードスイッチとして構成され、アンテナと接続している。送信データに応じてスイッチをオン／オフに切り替えることで、アンテナがアンテナインピーダンスで終端されるかオープン状態の終端となるかが変化する。

特開２０１５−１５９６５６号公報 特開２００４−５４５１５号公報

しかしながら、特許文献１では、コンデンサの他端が通信回路とも接続しており、スイッチを短絡状態とすることで、通信系統と電力系統とが切り離され、相互に影響を与えることがなくなる。このような技術では、応答信号の送信処理時は、内部回路に電流を供給する動作が停止してしまうことになる。ＲＦＩＤタグには、キャパシタなどの容量が含まれており、内部回路への電流供給が低下すると、容量に蓄えられた電荷が内部回路に供給されるが、内部回路の動作電圧以下になると、内部回路の動作が停止してしまうという問題があった。

また、特許文献２では、ＲＦＩＤタグからリーダ／ライタに応答信号を送信する際、導通状態としたスイッチがＲＦＩＤタグの内部回路の電源電圧供給用の電流を引き抜いてしまうことになる。そのため、電源電圧として供給する電流を捨てることになり、受信した電波からの電力を効率よく利用できないという問題があった。

本発明は、ＲＦＩＤタグからリーダ／ライタに応答信号を送信する際、アンテナで受信した電波からＲＦＩＤタグ内部回路に対し安定して電源電圧を供給できる無線通信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち、本発明は、
電波を送受信するアンテナと、
前記アンテナに接続され、前記アンテナが受信した電波を整流して電圧を生成する整流回路と、
前記整流回路で生成した電圧により動作する内部回路と、
前記アンテナと非接触で配置され、前記内部回路の出力信号に基づき動作するスイッチ回路と、を備え、
前記スイッチ回路は、配線とスイッチ素子とを含み、
前記スイッチ素子の動作により、前記アンテナのインピーダンスを変化させることを特徴とする無線通信装置である。

本発明によれば、ＲＦＩＤタグからリーダ／ライタに応答信号を送信する際、アンテナで受信した電波からＲＦＩＤタグ内部回路に対し安定して電源電圧を供給することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る無線通信装置が備える倍電圧整流回路を示す回路図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る無線通信装置が備えるダイオード接続された電界効果型トランジスタの構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置が備える電界効果型トランジスタの構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置が備える電界効果型トランジスタの構成を示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態２の変形例１に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図１０Ａは、本発明の実施の形態２の変形例２に係る無線通信装置の構造の第１例を示す模式図である。 図１０Ｂは、本発明の実施の形態２の変形例２に係る無線通信装置の構造の第２例を示す模式図である。 図１１Ａは、本発明の実施の形態２の変形例３に係る無線通信装置の構造の第１例を示す模式図である。 図１１Ｂは、本発明の実施の形態２の変形例３に係る無線通信装置の構造の第２例を示す模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態２の変形例４に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態２の変形例５に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図１４は、本発明の実施の形態２の変形例６に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図１５は、本発明の実施の形態２の変形例７に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。 図１６は、本発明の実施の形態３に係る無線通信装置の構造を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面は模式的なものである。また、本発明は以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置を示す模式図である。無線通信装置１は、アンテナ２、整流回路３、内部回路４、および、スイッチ素子５と配線６を含むスイッチ回路７から構成されている。アンテナ２は整流回路３の入力側に接続され、整流回路３の出力側は、内部回路４の入力側に接続され、内部回路４の出力側は、スイッチ素子５に接続されている。配線６はカップリング配線であり、スイッチ素子５に接続しており、アンテナ２とは非接触である。カップリング配線６は、少なくともその一部がアンテナ２の近傍に非接触で配置した導体で、アンテナ２と静電または誘導結合を通じて高周波エネルギーの伝授を行うものである。さらにカップリング配線６は、少なくとも一部がアンテナ２の近傍に略平行に配置されていることが好ましい。カップリング配線６は、その片側または両端をショートすることで、アンテナ２の共振またはインピーダンス特性を変化させる目的で使用される。スイッチ素子５とカップリング配線６の接続方法は、電気的に導通を取ることができれば、いかなる方法でもよい。接続に用いられる材料は、一般的に使用されうる導電材料であればいかなるものでもよい。接続部の幅、厚みは任意である。

アンテナ２は、リーダ／ライタとの間で電波を送受信するものである。アンテナ２は、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、パッチアンテナなど、一般的に使用されうるものであればいかなるものでもよい。図１に示すアンテナ２はＣ字状をなしているが、これは一例であり、アンテナ２を構成する材料や、アンテナ２の形状は、特に限定はされない。

アンテナ２の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、メッキ、ＣＶＤ、イオンプレーティングコーティング、インクジェット、印刷などの公知技術を用いた方法が挙げられる。

また、アンテナを構成する材料からなる塗布液を利用する塗布法も挙げられる。塗布法の具体例としては、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法などの技術で、絶縁基板上に塗布液を塗布し、オーブン、ホットプレート、赤外線などを用いて乾燥を行い形成する方法などが挙げられる。塗布法は、製造コストや大面積への適合性の観点から、好ましい。

さらに、上記方法で作製した導電膜を公知のフォトリソグラフィー法などで所望の形状にパターン形成してもよいし、あるいは蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターン形成してもよい。

整流回路３は、アンテナ２が受信した電波を整流して電圧を生成する。この電圧は、内部回路電源電圧として内部回路４などに供給される。

整流回路３は、いわゆる半波整流回路や全波整流回路など、公知の整流回路であればいかなる構成でも良い。例えば、図２に示す倍電圧整流回路１０を用いても良い。倍電圧整流回路１０は、ダイオード１１、１２、およびキャパシタ１３、１４、１５から構成されている。倍電圧整流回路１０の入力端子Ａ、Ｂには、図示しないアンテナが接続されており、出力端子Ｃ、Ｄは、図示しない内部回路に接続されている。また倍電圧整流回路１０では、アンテナ２に接続される整流回路の入力（Ａ及びＢ）と内部回路４とスイッチ素子５に接続される整流出力（Ｃ及びＤ）は異なる電位で動作する。

また、ダイオード１１、１２は、公知のダイオード素子であればいかなるものでも良く、例えば図３に示すダイオード接続された電界効果型トランジスタ２０が挙げられる。ダイオード接続された電界効果型トランジスタ２０は、ソース電極２１、ゲート電極２２、ドレイン電極２３、基板２４、絶縁層２５および半導体層２６を有する。ゲート電極２２は、絶縁層２５によりソース電極２１と電気的に絶縁されており、ドレイン電極２３とは、例えば配線２７により電気的に接続されている。半導体層２６は、ソース電極２１およびドレイン電極２３の間に形成されている。

図３に示すダイオード接続された電界効果型トランジスタ２０は、いわゆるボトムコンタクトボトムゲート型構造であるが、ボトムコンタクトトップゲート型、トップコンタクトボトムゲート型、トップコンタクトトップゲート型など他の構造でも良い。各電極、基板、絶縁層の材料は、いかなるものでも良く、それぞれ膜厚、幅などは任意である。

各電極形成方法としては、特に制限はないが、上述のアンテナの形成方法と同様の方法が利用できる。

絶縁層の形成方法としては、特に制限はないが、例えば、絶縁層を形成する材料を含む組成物を基板に塗布し、乾燥することで得られたコーティング膜を必要に応じ熱処理する方法が挙げられる。塗布方法としては、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などの公知の塗布方法が挙げられる。コーティング膜の熱処理の温度としては、１００〜３００℃の範囲にあることが好ましい。

また、半導体層の材料も特に限定されず、単体半導体、化合物半導体、有機半導体、ナノカーボン材料など、何であっても良いが、良好な電気特性や応答性の速さ、塗布形成による低コスト化が可能なことなどから、有機半導体やナノカーボン材料が好ましい。

また、本発明者が鋭意検討を行った結果、本技術の適用により、整流特性がシリコンよりも低い半導体塗布層を有する整流素子においても、内部回路に対し安定して電源電圧を供給することができた。よって、塗布形成による低コスト化が可能なことなどから、整流回路３が半導体塗布層を有する整流素子を含むことが好ましく、さらには表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含む半導体層を有する整流素子を含むことが好ましい。ＣＮＴの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着した状態とは、ＣＮＴの表面の一部、あるいは全部を共役系重合体が被覆した状態を意味する。共役系重合体がＣＮＴを被覆できるのは、両者の共役系構造に由来するπ電子雲が重なることによって相互作用が生じるためと推測される。ＣＮＴが共役系重合体で被覆されているか否かは、被覆されたＣＮＴの反射色が被覆されていないＣＮＴの色から共役系重合体の色に近づくことで判断できる。定量的にはＸ線光電子分光（ＸＰＳ）などの元素分析によって、付着物の存在とＣＮＴに対する付着物の重量比を同定することができる。

また、ＣＮＴへの付着のしやすさから、共役系重合体の重量平均分子量が１０００以上であることが好ましい。ここで、共役系重合体とは、繰り返し単位が共役構造をとり、重合度が２以上の化合物を指す。

ＣＮＴの表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着させることにより、ＣＮＴの保有する高い電気的特性を損なうことなくＣＮＴを溶液中に均一に分散することが可能になる。また、ＣＮＴが均一に分散した溶液から塗布法により、均一に分散したＣＮＴ膜を形成することが可能になる。これにより、高い半導体特性を実現できる。

ＣＮＴに共役系重合体を付着させる方法は、（Ｉ）溶融した共役系重合体中にＣＮＴを添加して混合する方法、（ＩＩ）共役系重合体を溶媒中に溶解させ、この中にＣＮＴを添加して混合する方法、（ＩＩＩ）ＣＮＴを溶媒中に超音波等で予備分散させておき、そこへ共役系重合体を添加し混合する方法、（ＩＶ）溶媒中に共役系重合体とＣＮＴを入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、複数の方法を組み合わせてもよい。

共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ−ｐ−フェニレン系重合体、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン系重合体などが挙げられるが、特に限定されない。共役系重合体は単一のモノマーユニットが並んだものが好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したものも用いられる。また、グラフト重合したものも用いることができる。

半導体層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、ＣＶＤなど乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から、塗布法を用いることが好ましい。具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などを好ましく用いることができ、塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択できる。また、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下または窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下でアニーリング処理を行ってもよい。

キャパシタ１３、１４、１５は、一般的に使用されるものであればよく、用いられる材料、形状は特に限定はされない。キャパシタの形成方法としては、特に制限はないが、例えば、前記電極および絶縁層の形成方法と同一のものが挙げられる。また、各キャパシタの容量値は適宜選択すれば良い。

整流回路３は、レギュレーターなどを含む電源電圧制御回路をさらに備えていても良い。電源電圧制御回路は、整流回路３で整流された電圧を安定化させ、内部電源電圧を安定化させるものであり、回路構成、材料、形状などは一般的に使用されるものであればいかなるものでも良い。

内部回路４は、制御回路、記憶回路、復調回路などを含む。整流回路３から供給される電源電圧により駆動し、リーダ／ライタから送信されるコマンドに応じた動作を行う。例えば、リーダ／ライタから送信される各種コマンドなどを復調してデジタル信号に変換し、コマンド判定を行い、必要に応じて記憶回路からデータの読み出し／書き込みを行う。その応答データに応じてスイッチ素子５を動作させる。

制御回路、記憶回路、復調回路などの回路構成は、一般的に使用されるものであればよく、用いられる材料、形状は特に限定はされない。なお、記憶回路は、たとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリからなり、各種データなどが格納されている。

スイッチ回路７は、少なくともスイッチ素子５およびカップリング配線６を含む。スイッチ素子５は、内部回路４とカップリング配線６との間に設けられる。カップリング配線６は、スイッチ素子５と接続している箇所以外は、図１に示すように、アンテナ２や他のいずれの回路、配線とも接続や接触はしていない。

スイッチ素子５は、内部回路４の動作に応じてＯＮ状態とＯＦＦ状態が切り替わるものであればよく、たとえば電界効果型トランジスタから構成される。図４に、電界効果型トランジスタ３０から構成されるスイッチ素子を示す。電界効果型トランジスタ３０は、ソース電極３１、ゲート電極３２、ドレイン電極３３、基板３４、絶縁層３５および半導体層３６を有する。ゲート電極３２は、絶縁層３５によりソース電極３１およびドレイン電極３３と電気的に絶縁されている。半導体層３６は、ソース電極３１およびドレイン電極３３の間に形成されている。ゲート電極３２は、内部回路４の出力側と電気的に接続し、ドレイン電極３３は、カップリング配線６と電気的に接続している。ソース電極３１は、基準電位に接続されている。

図４に示す電界効果型トランジスタ３０は、いわゆるボトムコンタクトボトムゲート型構造であるが、ボトムコンタクトトップゲート型、トップコンタクトボトムゲート型、トップコンタクトトップゲート型など他の構造でも良い。各電極、基板、絶縁層の材料は、いかなるものでも良く、それぞれ膜厚、幅などは任意である。

また、半導体層３６の材料も特に限定されず、単体半導体、化合物半導体、有機半導体、ナノカーボン材料など、何であっても良いが、良好な電気特性や応答性の速さ、塗布形成による低コスト化が可能なことなどから、有機半導体やナノカーボン材料が好ましい。

その他、電界効果型トランジスタ３０に用いられる材料や、電界効果型トランジスタ３０を構成する各層の形成方法は、電界効果型トランジスタ２０におけるものと共通する。

カップリング配線６に用いられる材料は、導電材料であればいかなるものでもよい。材料の使用効率向上の観点や、使用する材料の種類が少なくなる観点から、カップリング配線６に用いられる材料はアンテナ２に用いられる材料と同一であることが好ましい。

カップリング配線６の形状は、例えば図１に示すようなＬ字状が挙げられるが、リーダ／ライタとの通信が効率的に行えるように適宜調整することができる。この際の配線幅、長さなども適宜調整できる。

本実施の形態１に係る無線通信装置においては、スイッチ素子５がＯＮ状態になると、アンテナ２とカップリング配線６との間の静電結合の効果などによりアンテナ２のインピーダンスが変動し、リーダ／ライタへ反射する電波の電力量が変化することで通信が行われる。この際、アンテナ２とスイッチ回路７とを非接触で配置していることにより、整流回路３からスイッチ素子５が電源電圧供給用の電流を引き抜くこと、すなわち電源電圧の低下を低減することができる。よって、リーダ／ライタに応答信号を送信する際も、アンテナ２で受信した電波から内部回路４に安定して電源電圧を供給することができる。

この際、アンテナ２とスイッチ回路７との最短距離、すなわちアンテナ２とカップリング配線６との最短距離Ｘが、通信する電波の半波長程度以下の距離であれば、アンテナ２のインピーダンスに効率よく変化を与える。また、通信感度の観点から、最短距離Ｘは短いほど好ましい。具体的には、１ｃｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがなお好ましい。例えば、通信する電波の周波数が９２０ＭＨｚの場合には、最短距離Ｘが３００μｍ以下であればさらに好ましい。一方で、アンテナ２の受電性能の観点から、最短距離Ｘとして適度な距離が保たれていることが好ましく、例えば、１０μｍ以上が好ましい。

（変形例１）
図５は、実施の形態１の変形例１に係る構成を示す図である。図５に示す無線通信装置１−１の場合、スイッチ回路７−１のカップリング配線６−１は、アンテナ２に沿ってアンテナ２と略相似なＣ字状になっている。この際のカップリング配線６−１の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。

（変形例２）
図６は、実施の形態１の変形例２に係る構成を示す図である。図６に示す無線通信装置１−２の場合、スイッチ回路７−２のスイッチ素子５とカップリング配線６の間にキャパシタ１６が挿入されている。この際の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。またキャパシタ１６は、容量成分であればよく、一般的に使用されるものに限定はされず、用いられる材料、形状も特に限定はされない。キャパシタの形成方法としては、特に制限はないが、例えば、前記電極および絶縁層の形成方法と同一のものが挙げられる。また挿入されるキャパシタは１つに限定されず、２つ以上でもよく、その容量値は適宜選択すれば良い。

これらはあくまで一例であり、カップリング配線の形状は、任意であり、スイッチ素子５と接続している一箇所以外は、アンテナ２や他のいずれの回路または配線とも接続や接触をしていない構成であれば良い。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る無線通信装置は、図７に示す構造を有している。図７に示す無線通信装置１ａは、アンテナ２ａ、整流回路３ａ、内部回路４ａ、およびスイッチ回路７ａを備える。スイッチ回路７ａは、スイッチ素子５ａと、カップリング配線６ａとを有する。整流回路３ａおよび内部回路４ａの構成は、実施の形態１で説明した整流回路３および内部回路４の構成とそれぞれ同様の構成である。

無線通信装置１ａにおいて、スイッチ回路７ａのカップリング配線６ａの形状は、ループ状である。すなわち、カップリング配線６ａは、両端ともにスイッチ素子５ａと接続している。なお、カップリング配線６ａは、スイッチ素子５ａ以外、Ｃ字状をなすアンテナ２ａや他のいずれの回路、配線とも接続や接触はしていない。

スイッチ素子５ａは、内部回路４ａの動作に応じてＯＮ状態とＯＦＦ状態が切り替わるものであればよく、たとえば電界効果型トランジスタから構成される。図８に、電界効果型トランジスタ４０から構成されるスイッチ素子５ａを示す。電界効果型トランジスタ４０は、ソース電極４１、ゲート電極４２、ドレイン電極４３、基板４４、絶縁層４５および半導体層４６を有する。ゲート電極４２は、絶縁層４５によりソース電極４１およびドレイン電極４３と電気的に絶縁されている。半導体層４６は、ソース電極４１およびドレイン電極４３の間に形成されている。ゲート電極４２は、内部回路４ａの出力側と電気的に接続し、ドレイン電極４３は、カップリング配線６ａと電気的に接続している。カップリング配線６ａの他端は、ソース電極４１と電気的に接続している。

図８に示す電界効果型トランジスタ４０は、いわゆるボトムコンタクトボトムゲート型構造であるが、ボトムコンタクトトップゲート型、トップコンタクトボトムゲート型、トップコンタクトトップゲート型など他の構造でも良い。

（変形例１）
図９は、実施の形態２の変形例１に係る構成を示す図である。図９に示す無線通信装置１ａ−１の場合、スイッチ回路のカップリング配線６ａの辺のうちアンテナ２ａと向かい合う２辺とアンテナ２ａとの距離は、最短距離Ｘである。なお、カップリング配線６ａの配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。なお、アンテナやカップリング配線の形状は図９に限られるわけではない。例えば、カップリング配線が３辺以上を有しており、そのうちアンテナと向かい合う辺の数が３以上である場合もありうる。このような場合にも、アンテナと向かい合う辺とアンテナとの距離が最短距離Ｘとなっていればよい。

（変形例２）
図１０Ａ、図１０Ｂは、実施の形態２の変形例２に係る構成を示す図である。図１０Ａに示す無線通信装置１ａ−２の場合、スイッチ回路７ａ−２のカップリング配線６ａ−２は、楕円形になっている。さらに、図１０Ｂに示す無線通信装置１ａ−３のように、アンテナ２ａ−３の内側面の一部がカップリング配線６ａ−２と同様の楕円形の一部をなすように穿設されており、カップリング配線６ａ−２がその内側面の一部に沿って向かい合っている場合がより好ましい。なお、カップリング配線６ａ−２の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。

（変形例３）
図１１Ａ、図１１Ｂは、実施の形態２の変形例３に係る構成を示す図である。図１１Ａに示す無線通信装置１ａ−４の場合、スイッチ回路７ａ−４のカップリング配線６ａ−４は、三角形なっている。さらに、図１１Ｂに示す無線通信装置１ａ−５のように、アンテナ２ａ−５の内側面の一部がカップリング配線６ａ−４と同様の三角形の一部をなすように穿設されており、カップリング配線６ａ−４がその内側面の一部に沿って向かい合っている場合がより好ましい。なお、カップリング配線６ａ−４の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。

（変形例４）
図１２は、実施の形態２の変形例４に係る構成を示す図である。図１２に示す無線通信装置１ａ−６の場合、スイッチ回路７ａ−６のカップリング配線６ａ−６は、アンテナ２ａ−６が有するジグザグ形状の一辺に沿うメアンダ状になっている。カップリング配線６ａ−６の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。

（変形例５）
図１３は、実施の形態２の変形例５に係る構成を示す図である。図１３に示す無線通信装置１ａ−７の場合、スイッチ回路７ａ−７のカップリング配線６ａ−７は、アンテナ２ａに沿うループ状をなすとともに、その外観が略Ｌ字形状をなしている。このような形状のカップリング配線６ａ−７を用いることにより、スイッチ回路７ａ−７の面積を低減することができる。カップリング配線６ａ−７の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。

（変形例６）
図１４は、実施の形態２の変形例６に係る構成を示す図である。図１４に示す無線通信装置１ａ−８の場合、スイッチ回路７ａ−７のカップリング配線６ａ−７の辺のうちアンテナ２ａと向かい合う２辺とアンテナ２ａとの距離は最短距離Ｘである。なお、アンテナやカップリング配線の形状は図１４に限られるわけではない。例えば、カップリング配線が３辺以上を有しており、そのうちアンテナと向かい合う辺の数が３以上である場合もありうる。このような場合にも、アンテナと向かい合う辺とアンテナとの距離が最短距離Ｘとなっていればよい。

（変形例７）
図１５は、実施の形態２の変形例７に係る構成を示す図である。図１５に示す無線通信装置１ａ−９の場合、スイッチ回路７ａ−９のスイッチ素子５ａとカップリング配線６ａの間にキャパシタ１６、１７が挿入されている。この際の配線幅、長さなどは任意であり、適宜調整できる。またキャパシタ１６、１７は、容量成分であればよく、一般的に使用されるものに限定はされず、用いられる材料、形状も特に限定はされない。キャパシタの形成方法としては、特に制限はないが、例えば、前記電極および絶縁層の形成方法と同一のものが挙げられる。また挿入されるキャパシタは２つに限定されず、１つまたは３つ以上でもよく、その容量値は適宜選択すれば良い。

これらの変形例はあくまで一例であり、カップリング配線の形状は、任意であり、スイッチ素子５ａと接続している２箇所以外はアンテナや他のいずれの回路または配線とも接続や接触をしていない構成であれば良い。これらの変形例では、カップリング配線に、アンテナと近い距離で略平行に走る部分が存在するため、誘導結合の効果などによりアンテナのインピーダンスをより変動させやすい。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１では、高周波電流のリターンパスが内部回路を通過するが、実施の形態２では、高周波電流パスはループ内で完結するため、基準電位や内部回路の配線パターンの設計を簡易化できる。以上より、実施の形態２がより好ましい。

なお通信感度の観点から、実施の形態２の変形例１のように、アンテナ２ａとカップリング配線６ａ−１との距離がほぼ最短距離Ｘの長さである部分が長い方が好ましく、実施の形態２の変形例６のように、スイッチ回路７ａ−７の面積を低減できる構成を有していればより好ましい。具体的には、カップリング配線の長さが通信する電波の１／６４波長以上の長さであることが好ましく、カップリング配線のうち最短距離Ｘにてアンテナと略並行に走る部分の長さが通信する電波の１／６４波長以上の長さであることが好ましい。また、上記各長さはそれぞれ１／１６波長以上の長さであればより好ましい。一方で、アンテナの受電性能の観点から、上記各長さが長すぎないことが好ましく、例えば、通信する電波の１／４波長以下の長さが好ましい。

通信する電波の好ましい波長領域としては、 ＨＦ帯、ＶＨＦ帯及びＵＨＦ帯、さらにはＵＨＦ帯がなお好ましい。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る無線通信装置は、図１６に示す構造を有している。図１６に示す無線通信装置１ｂは、アンテナ２ｂ、整流回路３ｂ、内部回路４ｂ、およびスイッチ回路７ｂを備える。アンテナ２ｂは、ＨＦ帯に適したコイル状をなしている。スイッチ回路７ｂは、スイッチ素子５ｂと、カップリング配線６ｂとを有する。整流回路３ｂ、内部回路４ｂ、およびスイッチ回路７ｂの構成は、実施の形態１、または実施の形態２で説明したいずれかの無線通信装置における整流回路、内部回路、およびスイッチ回路の構成とそれぞれ同様の構成である。図１６では、カップリング配線６ｂがループ形状をなしており、そのうちの２辺が、アンテナ２ｂの最内周の２辺に沿って最短距離Ｘ離れて配置されている。なお、カップリング配線６ｂの形状は、任意であり、スイッチ素子５ｂと接続している箇所以外はアンテナ２ｂや他のいずれの回路または配線とも接続や接触をしていない構成であれば良い。また、通信感度の観点から、アンテナ２ｂとカップリング配線６ｂとの距離がほぼ最短距離Ｘの長さである部分の長さは、アンテナ２ｂの長さの１割程度であることが好ましい。

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

なお、図１６ではアンテナ２ｂが四角のループ状をなしており、これに伴ってカップリング配線６ｂも四角形状をなしていたが、より一般にアンテナは多角形のループ状をなしていてもよい。その場合、カップリング配線の形状もアンテナの形状に応じて定められる。具体的には、カップリング配線が有する辺のうち、アンテナと向かい合う辺とアンテナとの距離が最短距離Ｘとなっていればよい。

（その他の実施の形態）
上述のように、いくつか例を挙げて説明したが、本発明の実施の形態はこれらに限られることなく、アンテナの形状、カップリング配線の形状、スイッチ回路の配置位置は任意である。

また、アンテナとカップリング配線を同一平面上に記載しているが、必ずしも同一平面上である必要は無く、立体的な位置関係になっていても構わない。例えば、アンテナが含まれる層の上に絶縁層、または絶縁基板が設けられ、その上にスイッチ回路のカップリング配線が配置される構成等であってもよい。この場合、無線通信装置を上面側（図１等に示す側）から見たときにアンテナとカップリング配線との位置の少なくとも一部が重なっている構成であっても構わない。絶縁層、または絶縁基板の存在により、両者が非接触であることが保たれるからである。

なお、上記の実施の形態または変形例の構成図は、ここでは記載していないキャパシタ、抵抗、ダイオード、インダクタ、トランジスタなどの様々な素子や、それらを組み合わせた回路等をさらに含み得るものである。

１、１−１、１−２、１ａ、１ａ−１、１ａ−２、１ａ−３、１ａ−４、１ａ−５、１ａ−６、１ａ−７、１ａ−８、１ａ−９、１ｂ 無線通信装置
２、２ａ、２ａ―３、２ａ−５、２ａ−６、２ｂ アンテナ
３、３ａ、３ｂ 整流回路
４、４ａ、４ｂ 内部回路
５、５ａ、５ｂ スイッチ素子
６、６−１、６ａ、６ａ−２、６ａ−４、６ａ−６、６ａ−７、６ｂ カップリング配線
７、７−１、７−２、７ａ、７ａ−２、７ａ−４、７ａ−６、７ａ−７、７ａ−９、７ｂ スイッチ回路
１０ 倍電圧整流回路図
１１、１２ ダイオード
１３、１４、１５、１６，１７ キャパシタ
２０ ダイオード接続された電界効果型トランジスタ
２１ ソース電極
２２ ゲート電極
２３ ドレイン電極
２４ 基板
２５ 絶縁層
２６ 半導体層
２７ 配線
３０、４０ 電界効果型トランジスタ
３１、４１ ソース電極
３２、４２ ゲート電極
３３、４３ ドレイン電極
３４、４４ 基板
３５、４５ 絶縁層
３６、４６ 半導体層
Ａ、Ｂ 倍電圧整流回路の入力端子
Ｃ、Ｄ 倍電圧整流回路の出力端子
Ｘ アンテナとスイッチ回路のカップリング配線間距離

Claims (10)

1. 電波を送受信するアンテナと、
   前記アンテナに接続され、前記アンテナが受信した電波を整流して電圧を生成する整流回路と、
   前記整流回路で生成した電圧により動作するロジック回路と、
   前記アンテナと非接触で配置され、前記ロジック回路の出力信号に基づき動作するスイッチ回路と、を備え、
   前記スイッチ回路は、配線とスイッチ素子とを含み、
   前記スイッチ素子の動作により、前記配線が静電または誘導結合を通じて非接触で前記アンテナの共振またはインピーダンスを変化させる
   無線通信装置。
2. 前記スイッチ回路に含まれる前記配線はカップリング配線であり、当該カップリング配線は前記スイッチ素子と接続され、かつ少なくともその一部が前記アンテナの近傍に非接触に配置される請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記カップリング配線の少なくとも一部が前記アンテナと略平行に配置される請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記アンテナと前記スイッチ回路との最短距離が、１ｃｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
5. 前記スイッチ回路に含まれる前記配線の長さが、通信する電波の１／６４波長以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線通信装置。
6. 前記スイッチ回路に含まれる配線が、ループ状である請求項１〜５のいずれか一項に記載の無線通信装置。
7. 前記スイッチ回路に含まれる前記ループ状の配線の長さが、通信する電波の１／６４波長以上である請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記整流回路が、倍電圧整流回路である請求項１〜７のいずれか一項に記載の無線通信装置。
9. 前記整流回路が、半導体塗布層を有する整流素子を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の無線通信装置。
10. 前記整流回路が、半導体層を有する整流素子を含み、
    前記半導体層は、カーボンナノチューブを含み、
    前記カーボンナノチューブの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着した請求項１〜９のいずれか一項に記載の無線通信装置。

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