JPH10224277A

JPH10224277A - リーダ・ライタ用アンテナ回路

Info

Publication number: JPH10224277A
Application number: JP9025591A
Authority: JP
Inventors: Shoshichi Saito; 昭七斉藤; Katsuhisa Orihara; 勝久折原; Susumu Yanagihori; 進柳掘
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: JP3834666B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リーダ・ライタと受動式のカードからなる非
接触式データキャリアシステムの当該リーダ・ライタに
おいて、受信器の検出端子における待受時信号を抑圧
し、それによりカードからの返送信号が弱くてもリーダ
・ライタでは確実に読み取れるようにする。【解決手段】リーダ・ライタRW及び受動式のカードCD
からなる非接触式データキャリアの当該リーダ・ライタ
用アンテナ回路２において、カードCDへの送信信号の強
度に比例する電圧を発生させる第１の電圧発生手段と、
該第１の電圧発生手段により発生した電圧と逆極性の相
殺電圧を発生させる第２の電圧発生手段とを設け、該相
殺電圧が受信器３に供給されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リーダ・ライタ
（質問器）とカード（応答器）との間で、電磁誘導によ
り近距離通信を行う非接触式データキャリアシステムの
当該リーダ・ライタに使用するアンテナ回路に関する。
さらに詳しくは、カードが電池などの電源を持たず、リ
ーダ・ライタからの信号電力により動作する受動型カー
ドであり、かつ、カードが送信器を持たず、カードから
リーダ・ライタへの返信信号は、カードにおけるリーダ
・ライタからの信号の反射量を変えることにより形成さ
れる非接触式データキャリアシステムのリーダ・ライタ
に使用するアンテナ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】リーダ・ライタ（質問器）とカード（応
答器）との間で、近距離通信を行う非接触式データキャ
リアシステムは、自動改札や入退室管理システム等で使
用されている。非接触式データキャリアシステムには種
々の方式があるが、その一つに、図７に示したように、
リーダ・ライタRWを送信器１、アンテナ回路２及び受信
器３から構成し、一方、カードCDにはアンテナ回路２_CD
と受信器は形成するが、送信器は形成せず、また電池等
の電源も付与せず、リーダ・ライタRWからの信号電力に
よって動作する受動式カードとしたものが知られてい
る。またこの場合の信号の送信と返信の態様としては、
リーダ・ライタRWが数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚの周波数の情
報信号あるいは電力信号をカードCDに送信し、電磁誘導
によってカードCDを動作させ、カードCDはそのアンテナ
用共振容量を切り替えることによりリーダ・ライタRWか
らの信号のカードCDによる反射量を変え、それをリーダ
・ライタRWが返送情報として検出するものが知られてい
る。

【０００３】非接触式データキャリアシステムには、質
問器だけでなく応答器も印刷電池等の電源で動作し、ま
た、応答器も送信器を有し、応答器は、質問器から応答
器への信号と異なる周波数で応答器へ返信信号を送信す
る方式のものも知られている。

【０００４】しかし、この方式によると、電池の寿命が
つきると、カ−ドも新しいものに交換する必要がある。
これに反し、前述の受動式カードを用いる方式は、特に
電池寿命を気にすることがないので、最近、広く普及し
ている。

【０００５】ところで、受動式カードを使用する非接触
式データキャリアシステムのリーダ・ライタにおいて
は、図８に示したように、リーダ・ライタRWからカード
CDへ信号を送るための送信アンテナと、カードからの返
送信号を受けるための受信アンテナとの兼用アンテナと
して、アンテナ近傍でエネルギー授受効率が高いループ
アンテナＬが使用されている（同図（ａ））。また、カ
ードCDにおいても、例えば、同図（ｂ）に示したように
印刷回路からなるループアンテナＬ_CDが使用されてい
る。

【０００６】このリーダ・ライタRWのループアンテナＬ
は、カードCDへの命令時には情報信号を送信し、またカ
ードCDからの返送信号の待受時には待受時信号を送信し
つつカードCDからの返送信号を検出する。この場合、カ
ードCDへの情報信号及び待受時信号の送信電流を流しや
すくすると共に、カードCDへの待受時信号の送信電流
が、カードCDからの返送信号を検出する受信器３の検出
端子に漏れないようにするため、図７に示したように、
コンデンサーＣが送信器１及びループアンテナＬに直列
に挿入されている。このようにコンデンサーＣを直列に
挿入すると、コンデンサーＣの電圧降下とループアンテ
ナＬのインダクタンスによる電圧降下とが逆向きなの
で、これらは互いに相殺し、カードCDへ送信する待受時
信号の固定分による電圧が受信器３の検出端子に電圧Ｖ
_rとして現れることが抑制される。

【０００７】即ち、リーダ・ライタRWがカードCDからの
返送信号を受信するとき、リーダ・ライタRWは無変調の
待受時信号を送り、カードCDはそのアンテナ回路２_CDの
コンデンサーＣ_datを入／切してリーダ・ライタRWから
の待受時信号の反射量を変え、それをリーダ・ライタRW
は返送情報として検出するが（ＰＳＫ方式）、ここで図
７のリーダ・ライタRWのアンテナ回路２に、コンデンサ
ーＣがない場合とある場合の受信器３の検出端子におけ
る信号電圧Ｖ_r1とＶ_r2とを比較すると、それぞれ次式
(1),(2) で表される。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【数２】

【００１０】式中、Ｒ_aは、ループアンテナＬの内部抵
抗、Ｌ_aは、ループアンテナＬのインダクタンス、Ｉ_a
は、ループアンテナＬに流れる信号電流、ｊＸ_S2は、カ
ードCDのコンデンサーＣ_datのｏｎ／ｏｆｆによってリ
ーダ・ライタRWに現れるインピーダンスの変化分、であ
る。

【００１１】また、ループアンテナＬとコンデンサーＣ
とが共振するように設定すると、

【００１２】

【数３】

【００１３】となるから、式(2) は

【００１４】

【数４】

【００１５】となる。

【００１６】通常、リーダ・ライタRWのループアンテナ
Ｌの損失率１／Ｑは、

【００１７】

【数５】

【００１８】程度であるから、受信器３の検出端子にお
ける信号電圧Ｖ_rの固定分につき、コンデンサーＣを設
けた場合の信号電圧Ｖ_r2を、コンデンサーＣを設けない
場合の信号電圧Ｖ_r1の１／３０程度に圧縮できることと
なる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにリーダ・ライタRWのアンテナ回路２にコンデンサ
ーＣを挿入することにより、受信器３の検出端子におけ
る信号電圧Ｖ_rの固定分を圧縮しても、ループアンテナ
Ｌの内部抵抗Ｒ_aによる電圧降下分は圧縮されない。こ
のため、カードCDがリーダ・ライタRWに極端に近付かな
い限り返送信号は非常に微弱なので、強烈な待受時信号
に埋もれてしまい、結果として非接触とは名ばかりの通
信距離が極めて短いデータキャリアシステムにしかなら
ないという問題があった。

【００２０】なお、リーダ・ライタと受動式カードから
なる非接触式データキャリアシステムに関するものでは
ないが、ａ地点とｂ地点との双方向通信において、双方
の地点で送信器、アンテナ及び受信器からなる送受信機
を使用し、ａ地点からｂ地点への送信には周波数Ａを使
用し、ｂ地点からａ地点への送信には周波数Ｂを使用す
るものがある。この通信システムでは、送受信地点で周
波数Ａと周波数Ｂとの干渉による自己妨害が生じ、受信
品質の低下が問題となる。そこでこれに対し、自局の送
信出力の一部を受信回路に注入し、自局の送信信号の受
信信号に対する干渉作用をキャンセルすることが提案さ
れている（特開昭５８−９６４３１号公報）。また、同
様の双方向通信システムにおいて、送信アンテナと受信
アンテナとの相互干渉を抑制するため、送信アンテナと
受信アンテナとのアンテナ結合により生じた信号で、送
信信号をキャンセルすることも提案されている（特公昭
６３−５０２３９５号公報）。送信アンテナと受信アン
テナとの相互干渉を抑制するため、干渉波と同振幅、逆
位相の相殺信号を生成し、これを受信アンテナからの受
信信号と重畳させることも提案されている（特開平６−
３３４５５６号公報）。

【００２１】しかしながら、これらの方法は、各局が受
信器と送信器との双方を有し、各局に送信アンテナと受
信アンテナとが別個に形成されている点で、前述のリー
ダ・ライタRWと受動式のカードCDからなるデータキャリ
アシステムとは異なり、また、これらの方法は送信周波
数と受信周波数とが異なることから、受信品質を向上さ
せるには送信周波数の成分が受信器に入らないようにす
ればよい点でも異なり、これらの方法をリーダ・ライタ
RWと受動式のカードCDとからなるデータキャリアシステ
ムにそのまま適用することはできない。

【００２２】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決しようとするものであり、リーダ・ライタと受動式
のカードからなる非接触式データキャリアシステムの当
該リーダ・ライタにおいて、受信器の検出端子における
待受時信号を抑圧し、それによりカードからの返送信号
が弱くてもリーダ・ライタでは確実に読み取れるように
し、通信距離を延ばし、かつ読取り間違いのない良好な
通信システムを提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するため、リーダ・ライタのアンテナ回路にお
いて、ループアンテナに直接にインダクタンス、キャパ
シタンス又は抵抗の少なくとも一つを挿入することによ
りカードへの送信信号に比例する電圧を発生させ、さら
にこの電圧と逆極性の電圧（即ち、相殺電圧）をトラン
ス、差動アンプ、微分回路等により発生させ、この相殺
電圧を受信器に供給することにより、受信器の検出端子
における待受時信号を定率的にあるいは自動的に抑圧で
きることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【００２４】すなわち本発明は第１の発明として、送信
器、ループアンテナ及び受信器を有し、カードに情報信
号あるいは待受時信号を送信し、待受時信号の送信時に
カードからの反射信号を受信するリーダ・ライタ、及び
ループアンテナ及び受信器を有し、リーダ・ライタから
の信号電力によって動作し、リーダ・ライタからの信号
を反射量を変えて当該リーダ・ライタに反射するカード
からなる非接触式データキャリアの当該リーダ・ライタ
用アンテナ回路において、該アンテナ回路が、カードへ
の送信信号の強度に比例する電圧を発生させる第１の電
圧発生手段と、該第１の電圧発生手段により発生した電
圧と逆極性の相殺電圧を発生させる第２の電圧発生手段
とを有し、該相殺電圧が受信器に供給されるようにした
ことを特徴とするリーダ・ライタ用アンテナ回路を提供
する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一
又は同等の構成要素を表している。

【００２６】本発明は、図７に示した従来のリーダ・ラ
イタRWとカードCDとのデータキャリアシステムと同様
に、リーダ・ライタが、送信器、ループアンテナ及び受
信器からなり、カードCDに情報信号あるいは待受時信号
（電力信号）を送信し、カードCDからの反射信号を受信
するものであり、カードCDが、ループアンテナＬ_CD及び
受信器からなり、リーダ・ライタRWからの信号電力によ
って受動式に動作し、リーダ・ライタRWからの信号を反
射量を変えて当該リーダ・ライタRWに反射するものであ
る。第１の本発明においては、このリーダ・ライタRWの
アンテナ回路２に、カードCDへの送信信号に比例する電
圧を発生させる第１の電圧発生手段と、この第１の電圧
発生手段により発生した電圧と逆極性の相殺電圧を発生
させる第２の電圧発生手段とを設け、この相殺電圧が受
信回路に供給されるようにしていることを特徴としてい
る。

【００２７】ここで、第１の電圧発生手段としては、ア
ンテナに直接に挿入したインダクタンス、キャパシタン
ス又は抵抗の少なくとも一つをあげることができる。

【００２８】第２の電圧発生手段としては、トランス、
微分器、作動アンプ、積分器等の少なくとも一つをあげ
ることができる。

【００２９】また、リーダ・ライタRWのループアンテナ
Ｌとしては、必要に応じて送信用と受信用の兼用アンテ
ナを１つ設けてもよく、送信用ループアンテナと受信用
ループアンテナとを別個に設けてもよい。例えば、アン
テナの簡略化の点からは兼用アンテナを１つ設けること
が好ましく、また、より高い通信品質を得る点からは送
信用と受信用とを別個に設けることが好ましい。

【００３０】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例のアンテナ回路図である。同図に示したように、この
実施例のリーダ・ライタRWには、送信用と受信用の兼用
アンテナとして一つのループアンテナＬが設けられてい
る。また，第１の電圧発生手段として抵抗Ｒ_P及びイン
ダクタンスＬ_Pが、リーダ・ライタRWのループアンテナ
Ｌに直列に挿入され、これらの両端にカードCDへの送信
信号電流Ｉ_aに比例する電圧Ｖ₁

【００３１】

【数６】

【００３２】が発生するようにしている。そして、第２
の電圧発生手段としてトランスＴ_Pを使用し、抵抗Ｒ_P
及びインダクタンスＬ_Pの両端に発生させた電圧Ｖ₁と
逆極性で、この電圧Ｖ₁を相殺する相殺電圧Ｖ₂を発生
させ、これを、ループアンテナＬと受信器３の検出端子
との間に直列に供給している。この場合、抵抗Ｒ_Pやイ
ンダクタンスＬ_Pの大きさ、トランスＴ_Pの巻数比（Ｎ
₂／Ｎ₁）_TPには、概略次式(3) 、(4) の関係をもた
せ、これにより相殺電圧Ｖ₂を設定すればよい。

【００３３】

【数７】

【００３４】

【数８】

【００３５】

【数９】

【００３６】このように相殺電圧Ｖ₂を設定すると、抵
抗Ｒ_PやインダクタンスＬ_Pの大きさ、トランスＴ_Pの
巻数比（Ｎ₂／Ｎ₁)² により定まる定率的な比率で、
受信器の検出端子における待受時信号を抑圧することが
でき、次式(5) に示す信号電圧Ｖ_r3で、返送信号を良好
に検出することが可能となる。

【００３７】

【数１０】

【００３８】（式中、Ｖ_r2は、アンテナ回路２に図１の
ようにコンデンサーＣは挿入されているが、受信器３の
検出端子に相殺電圧Ｖ₂は供給しない場合の信号電圧、
ｊＸ_S2は、カードCDのコンデンサーＣ_datのｏｎ／ｏｆ
ｆによってリーダ・ライタRWに現れるインピーダンスの
変化分、である。）また、このように第１の電圧発生手段として抵抗Ｒ_P及
びインダクタンスＬ_Pを使用すると、カードCDのばらつ
きに対応するなどの目的で送信周波数を変えた場合や、
リーダ・ライタRWの送信周波数にジッター（周波数変
動）が生じた場合でも、リーダ・ライタRWのループアン
テナＬのインダクタンスＬ_aと第１の電圧発生手段とし
て使用するインダクタンスＬ_Pとは周波数変動が同方向
に効くので、リーダ・ライタRWの受信器３の検出端子に
おける待受時信号を抑圧することが可能となる。これに
対し、図７に示した従来例では、周波数変動が生じた場
合の待受時信号の抑圧効果が極端に低下する。

【００３９】（実施例２）図２は、第１の電圧発生手段
として設けた抵抗Ｒ_P及びインダクタンスＬ_Pのそれぞ
れに対して、相殺電圧Ｖ₂を発生させる第２の電圧発生
手段とするトランスＴ_p1，Ｔ_p2を設けた例である。この
ようにトランスＴ_p1，Ｔ_p2を別個に設けても、上述の実
施例１と同様にアンテナ回路２を動作させることができ
る。

【００４０】（実施例３）図３は、第１の電圧発生手段
として抵抗Ｒ_Pを実施例１あるいは実施例２と同様にリ
ーダ・ライタRWのループアンテナＬと送信器との間に挿
入し、実施例１あるいは実施例２のインダクタンスＬ_P
に相当する第１の電圧発生手段、即ち抵抗Ｒ_Pの両端の
電圧に対して位相を９０°回転させた電圧を発生する電
圧発生手段として、積分器を抵抗Ｒ_Pと並列に設けた例
である。

【００４１】なお、本発明の実施例としては、積分器に
代えて微分器を設けてもよい。

【００４２】（実施例４）図４は、第１の電圧発生手段
としてインダクタンスＬ_Pを実施例１あるいは実施例２
と同様にリーダ・ライタRWのループアンテナＬと送信器
との間に挿入し、実施例１あるいは実施例２の抵抗Ｒ_P
に相当する第１の電圧発生手段として、即ちインダクタ
ンスＬ_Pの両端の電圧に対して位相を９０°回転させた
電圧を発生する電圧発生手段として、微分器を、インダ
クタンスＬ_Pと並列に設けた例である。

【００４３】なお、本発明の実施例としては、微分器に
代えて積分器を設けてもよい。

【００４４】（実施例５）上述の実施例１〜４のアンテ
ナ回路によると、周波数変動が生じた場合の待受時信号
の抑圧効果は、図７に示した従来例に比較すると極めて
向上するが、温度変化や経時変化の程度によっては待受
時信号の抑圧効果が安定しない場合が考えられる。これ
に対しては、例えば図５に示したように、図１の実施例
１のアンテナ回路に対して掛け算器からなる補償回路を
設け、受信器３の検出端子の電圧中、０位相分と９０°
位相分のいずれか又は双方をそれぞれ補償回路で検出
し、この値が限り無く小さくなるように０位相分と９０
°位相分のいずれか又は双方をそれぞれ逆相で受信器に
加え、自動的に送信信号が相殺されるようにしてもよ
い。これにより、温度変化や経時変化によらず、上述の
実施例１のアンテナ回路に比して一層安定的に待受時信
号を抑圧することができる。

【００４５】なお、この実施例では図１の実施例１のア
ンテナ回路に対して補償回路を使用する例を示したが、
図２〜図４の実施例２〜４のアンテナ回路に対しても、
同様に補償回路を使用し、温度変化や経時変化に対して
安定的に効果を発揮するアンテナ回路を構成することが
できる。

【００４６】（実施例６）図６は、リーダ・ライタに送
信用アンテナ及び受信用アンテナとして別個にループア
ンテナを設けた場合の実施例のアンテナ回路である。同
図の回路においては、この送信用ループアンテナＬ₁と
受信用ループアンテナＬ₂とを二本揃えて巻き、これら
に同様の位置感度を付与している（インダクタンス
Ｌ_a）。また、第１の電圧発生手段としてインダクタン
スＬ_Pがリーダ・ライタRWの送信用ループアンテナＬ₁
と送信器１との間に挿入され、その両端に送信信号電流
Ｉ_aに比例する電圧Ｖ₁

【００４７】

【数１１】

【００４８】を発生させている。そして、第２の電圧発
生手段としてトランスＴ_P（巻数比（Ｎ₂／Ｎ₁)² _TP）
を使用し、インダクタンスＬ_Pの両端に発生させた電圧
Ｖ₁と逆極性で、この電圧Ｖ₁を相殺する相殺電圧Ｖ₂
を発生させ、これを、受信用ループアンテナＬ₂と受信
器３の検出端子との間に直列に供給する。この場合、相
殺電圧Ｖ₂を発生させる条件としては、概略次式の関係
がみたされるようにする。

【００４９】

【数１２】

【００５０】この実施例６の回路では、送信用ループア
ンテナＬ₁と受信用ループアンテナＬ₂とが別巻線とな
っているので、受信器３の検出端子に誘起される送信信
号電圧Ｖ_rは、相互インダクタンスによる電圧のみとな
り、内部抵抗Ｒ_aによる電圧降下を含まない。したがっ
て温度変化による内部抵抗Ｒ_aの変化が無関係となり信
号電圧の安定性が飛躍的に向上する。また、この実施例
でも、送信用ループアンテナＬ₁のインダクタンスＬ_P
と第１の電圧発生手段として使用するインダクタンスＬ
_Pとは周波数変動が同方向に効くので、受信器３の検出
端子では周波数変動によらず、安定的に待受信号を抑圧
することができる。

【００５１】以上、本発明の実施例を具体的に説明した
が、この他、種々の態様をとることができる。例えば、
上述の実施例ではいずれも相殺電圧を発生させる第２の
電圧発生手段としてトランスＴ_Pを使用したが、この
他、差動アンプ、微分回路等を使用してもよい。また、
リーダ・ライタのループアンテナとして、送信用と受信
用とを別個に設ける例としては、実施例６に受信用ルー
プアンテナＬ₁と受信用ループアンテナＬ₂とを二本揃
えて巻いた例を示したが、これらは別個に巻いたものと
してもよい。複数ループコイルを送信用アンテナとし、
単一ループコイルを受信用アンテナとしてもよい。

【００５２】また、本発明において、ループアンテナの
線材としては特に制限はなく、例えば、一点接地のシー
ルド線を用いることができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、リーダ・ライタと受動
式のカードからなる非接触式データキャリアシステムの
当該リーダ・ライタにおいて、受信器の検出端子におけ
る待受時信号を確実に抑圧するので、それによりカード
からの返送信号が弱くてもリーダ・ライタでは確実に読
み取ることが可能となる。したがって、通信距離を延ば
し、かつ読取り間違いのない良好な通信システムを得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のアンテナ回路図である。

【図２】実施例のアンテナ回路図である。

【図３】実施例のアンテナ回路図である。

【図４】実施例のアンテナ回路図である。

【図５】実施例のアンテナ回路図である。

【図６】実施例のアンテナ回路図である。

【図７】従来例のアンテナ回路図である。

【図８】リーダ・ライタ及びカードに使用されているル
ープアンテナの斜視図である。

【符号の説明】

１送信器２アンテナ回路３受信器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信器、ループアンテナ及び受信器を有
し、カードに信号情報信号あるいは待受時信号を送信
し、待受時信号の送信時にカードからの反射信号を受信
するリーダ・ライタ、及びループアンテナ及び受信器を
有し、リーダ・ライタからの信号電力によって動作し、
リーダ・ライタからの信号を反射量を変えて当該リーダ
・ライタに反射するカードからなる非接触式データキャ
リアの当該リーダ・ライタ用のアンテナ回路において、
カードへの送信信号の強度に比例する電圧を発生させる
第１の電圧発生手段と、該第１の電圧発生手段により発
生した電圧と逆極性の相殺電圧を発生させる第２の電圧
発生手段とを設け、該相殺電圧が受信器に供給されるよ
うにしたことを特徴とするリーダ・ライタ用アンテナ回
路。
【請求項２】リーダ・ライタのループアンテナとし
て、送信用アンテナと受信用アンテナと兼用の一つのル
ープアンテナを有する請求項１記載のリーダ・ライタ用
アンテナ回路。
【請求項３】リーダ・ライタのループアンテナとし
て、送信用アンテナと受信用アンテナとが別個に形成さ
れ、かつこれらが巻き揃えられている請求項１記載のリ
ーダ・ライタ用アンテナ回路。
【請求項４】第１の電圧発生手段として抵抗、インダ
クタンス及びキャパソタンスの少なくとも一つをリーダ
・ライタのループアンテナに直列に挿入し、第２の電圧
発生手段としてトランス、作動アンプ、微分器、積分器
の少なくとも一つを使用する請求項１〜３のいずれかに
記載のリーダ・ライタ用アンテナ回路。
【請求項５】相殺電圧の温度変化又は経時変化を補償
回路で検出し、この変化を逆相にして受信器に供給する
請求項１〜４のいずれかに記載のリーダ・ライタ用アン
テナ回路。