WO2011052310A1 - 送受信装置及び無線タグ読み取り装置 - Google Patents

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transmission
transmitting
reception
receiving
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家木勉
酒井賢
加藤登
白木浩司
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株式会社村田製作所
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    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10316—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves using at least one antenna particularly designed for interrogating the wireless record carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas

Definitions

  • the present invention relates to a transmission / reception device, and more particularly to a wireless tag reader used in an RFID (Radio Frequency Identification) system.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are disclosed regarding a wireless tag reader.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a circulator is provided and an antenna is shared for transmission and reception.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram of the wireless tag communication system disclosed in Patent Document 1.
  • the wireless tag communication system S includes an interrogator 100 and a wireless tag T as a responder corresponding thereto.
  • the wireless tag T includes a wireless tag circuit element To including an antenna 51 and an IC circuit unit 52.
  • the interrogator 100 transmits / receives signals to / from the antenna 51 of the RFID circuit element To by wireless communication, and the IC circuit section 52 of the RFID circuit element To via the antenna 1.
  • a high-frequency circuit 2 for accessing (reading or writing), a signal processing circuit 3 for processing a signal read from the RFID circuit element To, and a control circuit 4 are provided.
  • Patent Document 2 shows a configuration in which different antennas (transmission antenna and reception antenna) are used for transmission and reception.
  • an object of the present invention is to provide a transmission / reception device that is isolated without using a circulator and is miniaturized as a whole, and a wireless tag reader having the same.
  • the transmission / reception apparatus of the present invention has a feeding point and a transmitting radiating element that transmits a transmission signal in a first polarization direction, and a feeding point, and is orthogonal or almost orthogonal to the first polarization direction.
  • a receiving radiating element that receives a received signal in the second polarization direction, a transmitting feeding circuit coupled to a feeding point of the transmitting radiating element, and a receiving feeding circuit coupled to the feeding point of the receiving radiating element And comprising
  • the transmitting radiating element and the receiving radiating element are arranged so as to overlap each other in an orthogonal or almost orthogonal relationship.
  • the feeding point of the transmitting radiating element and the feeding power circuit are coupled to each other, and the feeding point of the receiving radiating element and the feeding power circuit are coupled, for example, by electromagnetic coupling.
  • a transmission matching circuit connected to the transmission power supply circuit is provided, and a transmission antenna device is configured by the transmission radiating element, the transmission power supply circuit, and the transmission matching circuit.
  • a frequency band in which gain can be obtained is determined by the transmission matching circuit.
  • a reception matching circuit connected to the reception power supply circuit is provided, and a reception antenna device is configured by the reception radiating element, the reception power supply circuit, and the reception matching circuit.
  • a frequency band in which gain can be obtained is determined by the matching circuit for reception.
  • a transmission antenna device is constituted by the transmission radiating element and the transmission power supply circuit, and a frequency band in which a gain of the transmission antenna device can be obtained is determined by the transmission power supply circuit.
  • a reception antenna device is configured by the reception radiating element and the reception power supply circuit, and a frequency band in which a gain of the reception antenna device is obtained is determined by the reception power supply circuit.
  • the transmitting radiating element and the receiving radiating element are, for example, field emission type radiating elements.
  • the transmitting radiating element and the receiving radiating element are, for example, dipole antennas each having two feeding points, and the transmitting radiating element and the receiving radiating element extend radially from the two feeding points. Be placed.
  • the transmitting radiating element or the receiving radiating element is, for example, one of a field radiating element and the other of a magnetic field radiating element.
  • the transmitting radiating element and the receiving radiating element are, for example, magnetic field radiating elements.
  • the transmitting radiating element and the receiving radiating element are, for example, loop-shaped antennas formed on a substrate, and one of the transmitting radiating element or the receiving radiating element is formed by a via electrode formed on the substrate. A loop may be formed.
  • a wireless tag reader including the transmitting / receiving device configured as described above, wherein a communication partner of the transmission / reception device transmits information to or records information in the integrated circuit. It is a wireless tag provided with the antenna which receives the information to perform.
  • the wireless tag includes transmission signal generation means for generating the transmission signal, and reception signal processing means for acquiring information of the wireless tag from the reception signal.
  • the transmission / reception device can be downsized.
  • the distance that can be communicated with the wireless tag can be increased.
  • power consumption can be reduced by suppressing the transmission output.
  • the transmission / reception apparatus can be further downsized.
  • the transmitting radiating element and the receiving radiating element are each a dipole antenna having two feeding points, and the transmitting radiating element and the receiving radiating element are arranged so as to spread radially from the two feeding points. Can be brought to the center, and the power feeding structure is simplified.
  • One of the transmitting radiating element or the receiving radiating element is a field radiating type radiating element, and the other is a magnetic field radiating type radiating element, thereby performing optimum communication according to the distance of communication (transmission / reception). be able to.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram of a wireless tag communication system of Patent Document 1.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless tag reader 101 according to a first embodiment.
  • 3A is a plan view showing the shapes of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb and the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb and the positions of the feeding points
  • FIG. 3B is a front view thereof.
  • FIG. 4A is a plan view of the transmitting / receiving apparatus according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a front view thereof. It is sectional drawing of the principal part of the transmission / reception apparatus which concerns on 3rd Embodiment. It is a top view of the transmitter / receiver which concerns on 4th Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless tag reader 101 according to a first embodiment.
  • 3A is a plan view showing the shapes of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb and the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb and the positions
  • FIG. 7A is a plan view of a transmission / reception apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 8A is a plan view of a transmission / reception apparatus according to the sixth embodiment.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view thereof. It is sectional drawing of the transmission / reception apparatus which concerns on 7th Embodiment. It is a block diagram of the wireless tag system which concerns on 8th Embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of the wireless tag reader 101 according to the first embodiment.
  • the wireless tag reader 101 includes a baseband circuit 14, a transmission / reception circuit 13, a matching power supply element 12, transmission radiation elements 11Ta and 11Tb, and reception radiation elements 11Ra and 11Rb.
  • the transmission / reception circuit 13 includes a transmission circuit 13T and a reception circuit 13R.
  • the transmission circuit 13T amplifies the transmission signal output from the baseband circuit 14 and supplies the transmission signal to the matching power feeding element 12.
  • the reception circuit 13 ⁇ / b> R outputs the reception signal input via the matching power supply element 12 to the baseband circuit 14.
  • the transmission / reception circuit 13 is constituted by a wireless IC chip (RFIC).
  • the matching feeding element 12 also serves as a matching circuit between the transmitting circuit 13T and the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb, and a matching circuit between the receiving circuit 13R and the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb. It also serves as a filter function to suppress out-of-band interference.
  • the matching feed element 12 includes inductors L11, L12, L21, and L22 and capacitors C11, C12, C21, and C22.
  • the inductors L11 and L12 are arranged for electromagnetic coupling with the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb.
  • the inductors L21 and L22 are arranged for electromagnetic coupling with the receiving radiation elements 11Ra and 11Rb.
  • two capacitors (C11, C12) (C21, C22) and two inductors (L11, L12) (L21, L22) are provided to form balanced power supply circuits.
  • FIG. 3A is a plan view showing the shapes of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb and the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb and the positions of the feeding points
  • FIG. 3B is a front view thereof.
  • the mounting position of the matching feeding element 12 is represented by a two-dot chain line.
  • the transmitting radiation elements 11Ta and 11Tb and the receiving radiation elements 11Ra and 11Rb are formed on the upper surface of the rectangular plate-shaped substrate 30.
  • the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are formed so as to extend laterally from the center of the substrate 30.
  • the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb are formed so as to extend in the vertical direction from the central portion of the substrate 30.
  • the inner ends of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are used as transmission-side feeding points FPt. Further, the inner ends of the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb are used as the receiving-side feeding point FPr.
  • the inductors L11 and L12 are electromagnetically coupled to the transmission feed point FPt, and the inductors L21 and L22 are electromagnetically coupled to the reception feed point FPr.
  • the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are fed with balanced power from the matching feeding element 12, the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb act as linearly polarized dipole antennas.
  • the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb act as a dipole antenna that receives a second linearly polarized signal in a direction orthogonal to the linearly polarized wave direction of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb.
  • the matching feed element 12 has its Txin terminal and Rxout terminal connected to a wireless IC chip (not shown).
  • the wireless IC chip is mounted on the upper surface of the matching feed element 12, for example.
  • the transmission signal is transmitted in the horizontal direction (first polarization direction), and the polarization direction is in the vertical direction (second polarization direction orthogonal to the first polarization direction).
  • a received signal is received. That is, since the transmission signal and the reception signal are in an orthogonal relationship, isolation is ensured from each other.
  • the dimensions (that is, the lengths of the two sides) of the radiating element are different between the excitation direction of the transmission wave and the excitation direction of the reception wave. This is because the dimension of the excitation direction of the transmission wave and the dimension of the excitation direction of the reception wave are determined in accordance with the difference between the transmission frequency and the reception frequency.
  • the gain as a transmission antenna and the gain as a reception antenna can be made uniform.
  • the two inductors L11 and L12 in the matching feed element 12 shown in FIG. 2 are magnetically coupled with the winding direction reversed. For this reason, the magnetic fields generated by the two inductors L11 and L12 are canceled out, the electrode length for obtaining a desired inductance value is lengthened, and as a result, the Q value is lowered. That is, since the sharpness of the resonance characteristic becomes loose, it is possible to widen the band near the resonance frequency. Similarly, the other two inductors L21 and L22 are also magnetically coupled with the winding direction reversed. For this reason, the received signal can be widened in the vicinity of the resonance frequency.
  • the transmitting circuit 13T and the transmitting radiation are matched. Therefore, it is sufficient if the size is sufficient to obtain a predetermined gain, and the overall size can be reduced.
  • FIG. 4A is a plan view of the transmitting / receiving apparatus according to the second embodiment, and FIG. 4B is a front view thereof.
  • the mounting position of the matching feeding element 12 is represented by a two-dot chain line.
  • transmitting radiation elements 11Ta and 11Tb are formed on the lower surface of a rectangular plate-shaped substrate 30.
  • the receiving radiation elements 11Ra and 11Rb are formed on the upper surface of the substrate 30.
  • the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are formed so as to extend laterally from the center of the substrate 30.
  • the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb are formed so as to extend in the vertical direction from the central portion of the substrate 30.
  • the inner ends of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are used as transmission-side feeding points FPt. Further, the inner ends of the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb are used as the receiving-side feeding point FPr.
  • the inductors L21 and L22 of the matching feeding element 12 are electromagnetically coupled to the receiving-side feeding point FPr. Further, the inductors L11 and L12 of the matching feeding element 12 are electromagnetically coupled to the transmission-side feeding point FPt via the substrate 30.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a transmission / reception apparatus according to the third embodiment.
  • transmitting radiation elements 11Ta and 11Tb are formed inside a rectangular plate-shaped substrate 30.
  • a receiving radiating element is formed on the upper surface of the substrate 30.
  • the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb extend in the lateral direction from the center of the substrate 30.
  • the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb extend from the central portion of the substrate 30 in the vertical direction (in the direction shown in the drawing, the direction perpendicular to the paper surface).
  • FIG. 5 shows one of the receiving radiating elements 11Rb.
  • the reflective conductor 41 is formed on the entire lower surface of the substrate 30.
  • the distance from the reflecting conductor 41 to the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb and the distance from the reflecting conductor 41 to the receiving radiating elements 11Ra and 11Rb are approximately 1 ⁇ 4 wavelength in the substrate at the communication frequency. Therefore, the reflective conductor 41 functions as a reflective element, and directivity is generated in the direction perpendicular to the substrate 30 by the reflective element and the transmitting radiation elements 11Ta and 11Tb. Similarly, directivity is generated in a direction perpendicular to the substrate 30 by the reflecting element and the receiving radiation elements 11Ra and 11Rb. For this reason, the antenna gain in the direction perpendicular to the substrate 30 can be increased, and radiation in an unnecessary direction can be suppressed. That is, it is possible to control the communication range and distance according to the use of the wireless tag reader.
  • FIG. 6 is a plan view of a transmission / reception apparatus according to the fourth embodiment.
  • transmitting radiation elements 11Ta and 11Tb are formed on the lower surface of a rectangular plate-shaped substrate 30.
  • the receiving radiation element 11 ⁇ / b> R is formed on the upper surface of the substrate 30.
  • the receiving radiation element 11R is formed in a rectangular loop shape.
  • the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are formed so as to extend laterally from the central portion of the receiving radiating element 11R.
  • the inner ends of the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb are used as transmission-side feeding points FPt. Further, the start and end of the loop of the receiving radiating element 11R are used as the receiving-side feeding point FPr.
  • the matching feeding element 12 indicated by a two-dot chain line is mounted on the upper surface of the substrate 30.
  • the inductors in the matching feeding element 12 are electromagnetically coupled to the receiving side feeding point FPr and the transmitting side feeding point FPt, respectively.
  • the transmitting radiating elements 11Ta and 11Tb function as a dipole antenna
  • the receiving radiating element 11R functions as a loop antenna.
  • the transmitting radiation elements 11Ta and 11Tb may be formed inside (inner layer) the substrate 30.
  • the transmitting radiating element side may be a loop antenna, and the receiving radiating element side may be a dipole antenna.
  • the transmission radiating elements 11Ta and 11Tb and the receiving radiating element 11R are orthogonal to each other, so that the isolation between the transmission signal and the reception signal is ensured.
  • the dipole antenna and the loop antenna have different directivities of the antennas. Therefore, when the orientation with respect to the substrate 30 is constant and a different directivity pattern is required, the dipole antenna and the loop antenna are appropriately used depending on the application. Communication status can be obtained.
  • FIG. 7A is a plan view of a transmission / reception apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view thereof.
  • the mounting position of the matching feeding element 12 is represented by a two-dot chain line.
  • a receiving radiation element 11 ⁇ / b> R having a rectangular loop shape is formed inside (inner layer) the substrate 30.
  • the receiving radiating element 11R functions as a receiving loop antenna.
  • the transmitting radiation element electrodes 11Tc and 11Te are formed on the upper surface of the rectangular plate-shaped substrate 30.
  • a transmitting radiation element electrode 11Td is formed on the lower surface of the substrate 30.
  • a transmitting radiation element via electrode 11Tv is formed on the substrate 30 so as to pass between the upper and lower surfaces of the substrate 30 and transmit the transmitting radiation element electrodes 11Tc, 11Te on the upper surface and the transmitting radiation element electrode 11Td on the lower surface. .
  • the transmitting radiating element electrodes 11Tc, 11Te, 11Td and the transmitting radiating element via electrode 11Tv constitute a transmitting loop antenna.
  • the reception loop antenna and the transmission loop antenna are arranged at positions overlapping in plan view, but the loop surfaces are orthogonal to each other. Therefore, isolation between the transmission signal and the reception signal is ensured.
  • FIG. 8A is a plan view of a transmission / reception apparatus according to the sixth embodiment.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view thereof.
  • the mounting position of the matching feeding element 12 is indicated by a two-dot chain line.
  • reception by the reception radiating element 11R is provided inside the loop antenna for transmission by the transmission radiating element electrodes 11Tc, 11Te, 11Td and the transmission radiating element via electrode 11Tv. It was configured so that a loop antenna could be inserted.
  • the transmission loop antenna by the transmission radiation element electrodes 11Tc, 11Te, 11Td and the transmission radiation element via electrode 11Tv is replaced with the reception loop antenna by the reception radiation element 11R. It is configured to enter inside.
  • Other configurations are the same as those of the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a transmission / reception apparatus according to the seventh embodiment.
  • the sixth embodiment differs from the transmission / reception apparatus shown in FIG. 8 in that the transmitting radiating element electrode 11Td is provided inside (inner layer) of the substrate 30 and that the lower surface of the substrate 30 is made of ferrite, magnetic metal, or the like.
  • the magnetic material sheet 42 is provided.
  • Other configurations are the same as those of the fifth and sixth embodiments.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a wireless tag system according to the eighth embodiment.
  • This wireless tag system includes a wireless tag reader 101 and a wireless tag 201.
  • the wireless tag reader 101 is the same as that shown in the first embodiment.
  • the wireless tag 201 includes a baseband circuit 24, a transmission / reception circuit 23, a transmission / reception power supply circuit 22, and a radiation element 21.
  • the wireless tag reader 101 transmits a preamble radio wave, a radio wave modulated with a command bit string, and an unmodulated radio wave in this order.
  • the wireless tag 201 accumulates energy necessary for initial operation in the preamble part, demodulates and interprets the subsequent command bit string, and returns (transmits) information by putting a response on the reflected wave in the unmodulated carrier part. .
  • the wireless tag reader 101 reads the response from the wireless tag 201, demodulates and interprets it, and performs necessary processing.
  • the transmission power feeding circuit is configured to perform both the matching between the radiating element and the transmission circuit and the power feeding to the radiating element.
  • the power feeding circuit and the matching circuit may be provided separately. . That is, a feeding circuit for a transmission signal that is electromagnetically coupled to the radiating element may be provided, and a matching circuit may be provided between the feeding circuit and the transmission circuit.
  • a power supply circuit for a reception signal that is electromagnetically coupled to the radiating element may be provided, and a matching circuit may be provided between the power supply circuit and the reception circuit.
  • the matching circuit can take various configurations.
  • the matching circuit may be configured by including an inductor and a capacitor, or the matching circuit may be configured by one or a plurality of inductors.
  • the example in which the polarization direction of the transmission signal and the polarization direction of the reception signal are orthogonal to each other has been shown.
  • it is not necessarily orthogonal (90 °). That is, the polarization direction of the transmission signal and the polarization direction of the reception signal may be substantially orthogonal.
  • FPr reception side feed point FPt ... transmission side feed point 11R ... reception radiating element 11Ra, 11Rb ... reception radiating element 11Ta, 11Tb ... transmission radiating element 11Tc, 11Te, 11Td ... transmission radiating element electrode 11Tv ... transmission radiation Element via electrode 12 ... Matching feeding element 13 ... Transmission / reception circuit 13R ... Reception circuit 13T ... Transmission circuit 14 ... Baseband circuit 21 ... Radiation element 22 ... Transmission / reception feeding circuit 23 ... Transmission / reception circuit 24 ... Baseband circuit 30 ... Substrate 41 ... Reflection conductor 42 ... Magnetic material sheet 101 ... Wireless tag reader 201 ... Wireless tag

Abstract

　矩形板状の基板（３０）の上面に送信用放射素子（１１Ｔａ，１１Ｔｂ）及び受信用放射素子（１１Ｒａ，１１Ｒｂ）が形成されている。送信用放射素子（１１Ｔａ，１１Ｔｂ）は基板（３０）の中央部から横方向に延びるように形成されている。受信用放射素子（１１Ｒａ，１１Ｒｂ）は基板（３０）の中央部から縦方向に延びるように形成されている。送信用放射素子（１１Ｔａ，１１Ｔｂ）の内側の端部である送信側給電点（ＦＰｔ）、及び受信用放射素子（１１Ｒａ，１１Ｒｂ）の内側の端部である受信側給電点（ＦＰｒ）に、整合給電素子（１２）内のインダクタがそれぞれ電磁界結合する。送信信号は横方向（第１の偏波方向）の偏波で送信され、偏波方向が縦方向（第１の偏波方向とは直交する第２の偏波方向）である受信信号が受信される。

Description

送受信装置及び無線タグ読み取り装置
　この発明は、送受信装置、特に、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線タグ読み取り装置に関するものである。
　無線タグ読み取り装置に関して特許文献１，特許文献２が開示されている。
　特許文献１には、サーキュレータを備えて、送信と受信とでアンテナを共用するようにした構成が示されている。
　図１は特許文献１の無線タグ通信システムの全体概略図である。図１において、無線タグ通信システムＳは、質問器１００と、これに対応する応答器としての無線タグＴとから構成される。無線タグＴは、アンテナ５１とＩＣ回路部５２とを備えた無線タグ回路素子Ｔoを有している。質問器１００は、無線タグ回路素子Ｔoの上記アンテナ５１との間で無線通信により信号の授受を行う送受兼用のアンテナ１と、このアンテナ１を介し上記無線タグ回路素子ＴoのＩＣ回路部５２へアクセスする（読み取り又は書き込みを行う）ための高周波回路２と、無線タグ回路素子Ｔoから読み出された信号を処理するための信号処理回路３と、制御回路４とを有する。
　特許文献２には、送信と受信とで別のアンテナ（送信アンテナと受信アンテナ）を用いる構成が示されている。
特開２００７－２２８２５４号公報 特開２００６－２３８２８２号公報
　しかし、特許文献１のようにサーキュレータを用いると、送受信装置が大型になってしまう。一方、特許文献２のように送信アンテナと受信アンテナとを個別に設けると、複数のアンテナ間のアイソレーションを保つために一定の間隔が必要となり、送受信装置が大型になってしまう。
　そこで、この発明の目的は、サーキュレータを用いることなくアイソレーションを確保し、且つ全体に小型化した送受信装置、及びそれを備えた無線タグ読み取り装置を提供することにある。
　この発明の送受信装置は、給電点を有し、第１の偏波方向で送信信号を送信する送信用放射素子と、給電点を有し、第１の偏波方向とは直交またはほぼ直交する第２の偏波方向の受信信号を受信する受信用放射素子と、前記送信用放射素子の給電点に結合する送信用給電回路と、前記受信用放射素子の給電点に結合する受信用給電回路と、を備え、
　前記送信用放射素子と前記受信用放射素子は互いに直交またはほぼ直交する関係で重ねて配置される。
　前記送信用放射素子の給電点と前記送信用給電回路とは、及び、前記受信用放射素子の給電点と前記受信用給電回路とは、それぞれ例えば電磁界結合によって結合される。
　例えば、前記送信用給電回路に接続された送信用整合回路を備え、前記送信用放射素子、前記送信用給電回路及び前記送信用整合回路により送信用アンテナ装置が構成され、前記送信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記送信用整合回路により定められる。
　例えば、前記受信用給電回路に接続された受信用整合回路を備え、前記受信用放射素子、前記受信用給電回路及び前記受信用整合回路により受信用アンテナ装置が構成され、前記受信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記受信用整合回路により定められる。
　例えば、前記送信用放射素子及び前記送信用給電回路により送信用アンテナ装置が構成され、前記送信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記送信用給電回路により定められる。
　例えば、前記受信用放射素子及び前記受信用給電回路により受信用アンテナ装置が構成され、前記受信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記受信用給電回路により定められる。
　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は、例えば電界放射型の放射素子である。
　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は、例えばそれぞれ２つの給電点を有するダイポールアンテナであり、前記２つの給電点から放射状に広がるように、前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子が配置される。
　前記送信用放射素子又は前記受信用放射素子は、例えば一方が電界放射型の放射素子、他方が磁界放射型の放射素子である。
　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は、例えば磁界放射型の放射素子である。
　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は、例えば基板に形成されたループ形状のアンテナであり、前記送信用放射素子又は前記受信用放射素子の一方は、前記基板に形成されたビア電極によってループが形成されていてもよい。
　また、この発明の無線タグ読み取り装置は、前記構成の送受信装置を備え、前記送受装置の通信相手は、情報を記録する集積回路及び前記集積回路に記録された情報を送信又は前記集積回路へ記録する情報を受信するアンテナを備えた無線タグである。この無線タグは、前記送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記受信信号から前記無線タグの情報を取得する受信信号処理手段と、を有する。
　サーキュレータを用いることなく、送信と受信とでアイソレーションがとれるので、送受信装置を小型化できる。
　サーキュレータや方向性結合器を設けることに起因する損失が生じないので、無線タグと通信できる距離が大きくできる。距離を大きくする必要がない場合には、送信出力を抑えることで消費電力を低減できる。
　給電回路に接続された整合回路でアンテナ装置の利得の得られる周波数帯域を定めることにより、または、給電回路によりアンテナ装置の利得の得られる周波数帯域を定めることにより、放射板の大きさ・形状などによって、送受信信号が変化しないので、送受信装置をさらに小型化することができる。
　送信用放射素子及び受信用放射素子を、それぞれ２つの給電点を有するダイポールアンテナとし、２つの給電点から放射状に広がるように送信用放射素子及び受信用放射素子が配置されることにより、給電点を中央部にもってくることができるので、給電構造が簡易になる。
　送信用放射素子又は受信用放射素子は、一方が電界放射型の放射素子、他方が磁界放射型の放射素子とすることにより、通信（送信／受信）対象の距離に応じた最適な通信を行うことができる。
特許文献１の無線タグ通信システムの全体概略図である。 第１の実施形態に係る無線タグ読み取り装置１０１のブロック図である。 図３（Ａ）は、送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂ及び受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂの形状と給電点の位置を示す平面図、図３（Ｂ）はその正面図である。 図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る送受信装置の平面図、図４（Ｂ）はその正面図である。 第３の実施形態に係る送受信装置の主要部の断面図である。 第４の実施形態に係る送受信装置の平面図である。 図７（Ａ）は、第５の実施形態に係る送受信装置の平面図である。図７（Ｂ）はその断面図である。 図８（Ａ）は、第６の実施形態に係る送受信装置の平面図である。図８（Ｂ）はその断面図である。 第７の実施形態に係る送受信装置の断面図である。 第８の実施形態に係る無線タグシステムの構成図である。
《第１の実施形態》
　図２は第１の実施形態に係る無線タグ読み取り装置１０１のブロック図である。
　無線タグ読み取り装置１０１は、ベースバンド回路１４、送受信回路１３、整合給電素子１２、送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂ、受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂを備えている。
　送受信回路１３は送信回路１３Ｔ及び受信回路１３Ｒを備えている。送信回路１３Ｔは、ベースバンド回路１４から出力される送信信号を電力増幅し、整合給電素子１２に対して送信信号を供給する。受信回路１３Ｒは整合給電素子１２を介して入力した受信信号をベースバンド回路１４へ出力する。この送受信回路１３は無線ＩＣチップ（ＲＦＩＣ）によって構成されている。
　この例では、整合給電素子１２は、送信回路１３Ｔと送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂとの整合回路、及び受信回路１３Ｒと受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂとの整合回路を兼ねている。さらに帯域外の妨害波を抑圧するフィルタ機能も兼ねている。整合給電素子１２はインダクタＬ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２とキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とで構成されている。インダクタＬ１１，Ｌ１２は送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂとの電磁界結合のために配置されている。また、インダクタＬ２１，Ｌ２２は受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂとの電磁界結合のために配置されている。この例では、二つのキャパシタ（Ｃ１１，Ｃ１２）（Ｃ２１，Ｃ２２）と二つのインダクタ（Ｌ１１，Ｌ１２）（Ｌ２１，Ｌ２２）を備えてそれぞれ平衡給電回路が構成されている。
　図３（Ａ）は、前記送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂ及び受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂの形状と給電点の位置を示す平面図、図３（Ｂ）はその正面図である。但し、図３（Ａ）では整合給電素子１２の搭載位置を二点鎖線で表している。
　この例では、矩形板状の基板３０の上面に送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂ及び受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂが形成されている。送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂは基板３０の中央部から横方向に延びるように形成されている。受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂは基板３０の中央部から縦方向に延びるように形成されている。
　送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂの内側の端部は送信側給電点ＦＰｔとして用いられる。また、受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂの内側の端部は受信側給電点ＦＰｒとして用いられる。前記送信給電点ＦＰｔに前記インダクタＬ１１，Ｌ１２が電磁界結合し、前記受信給電点ＦＰｒに前記インダクタＬ２１，Ｌ２２が電磁界結合する。
　送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂには整合給電素子１２から平衡給電されるので、送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂは直線偏波のダイポールアンテナとして作用する。受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂは、送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂによる直線偏波の偏波方向とは直交する向きの第２の直線偏波の信号を受けるダイポールアンテナとして作用する。
　整合給電素子１２は、そのＴｘｉｎ端子及びＲｘｏｕｔ端子が無線ＩＣチップ（不図示）に接続される。その無線ＩＣのチップは、例えば整合給電素子１２の上面に搭載される。
　このようにして、送信信号は横方向（第１の偏波方向）の偏波で送信され、偏波方向が縦方向（第１の偏波方向とは直交する第２の偏波方向）である受信信号が受信される。すなわち送信信号と受信信号は直交関係にあるので、互いにアイソレーションが確保される。
　図３の例では、送信波の励振方向と受信波の励振方向とで放射素子の寸法（すなわち二辺の長さ）が異なっている。これは、送信周波数と受信周波数の周波数が異なっていることに合わせて、送信波の励振方向の寸法と受信波の励振方向の寸法とを定めているからである。このような寸法比をもたせることによって、送信アンテナとしての利得と受信アンテナとしての利得を揃えることができる。
　このように、サーキュレータを用いることなく、また２つのアンテナを備えながらも、限られた占有面積内に構成できるので、小型の送受信装置が得られる。
　図２に示した、整合給電素子１２内の二つのインダクタＬ１１，Ｌ１２は巻回方向を逆方向にして磁気的に結合させている。このため、その二つのインダクタＬ１１，Ｌ１２で発生する磁界が相殺され、所望のインダクタンス値を得るための電極長が長くなり、その結果、Ｑ値が低くなる。すなわち共振特性の急峻性が緩くなるので共振周波数付近で広帯域化できる。もう一組の二つのインダクタＬ２１，Ｌ２２についても同様に、二つのインダクタＬ２１，Ｌ２２は巻回方向を逆方向にして磁気的に結合させている。そのため、受信信号についても共振周波数付近で広帯域化できる。
　このようにして、放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂ，１１Ｒａ，１１Ｒｂ自体の共振周波数が使用周波数より高くても、すなわち放射素子の電気長が使用周波数に見合うほど長くなくても、送信回路１３Ｔと送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂ、及び受信回路１３Ｒと受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂとはそれぞれ整合する。そのため、所定の利得を得るに充分な大きさであればよく、全体に小型化できる。
《第２の実施形態》
　図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る送受信装置の平面図、図４（Ｂ）はその正面図である。但し、図４（Ａ）では整合給電素子１２の搭載位置を二点鎖線で表している。
　この例では、矩形板状の基板３０の下面に送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂが形成されている。また、基板３０の上面に受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂが形成されている。送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂは基板３０の中央部から横方向に延びるように形成されている。受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂは基板３０の中央部から縦方向に延びるように形成されている。
　送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂの内側の端部は送信側給電点ＦＰｔとして用いられる。また、受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂの内側の端部は受信側給電点ＦＰｒとして用いられる。整合給電素子１２のインダクタＬ２１，Ｌ２２は受信側給電点ＦＰｒに電磁界結合する。また、整合給電素子１２のインダクタＬ１１，Ｌ１２は基板３０を介して送信側給電点ＦＰｔに電磁界結合する。
　このように、基板の異なる面に送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂと受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂを設けることにより、給電部付近での不要結合を抑制でき、送信信号と受信信号とのアイソレーションを高めることができる。
《第３の実施形態》
　図５は、第３の実施形態に係る送受信装置の主要部の断面図である。
　この例では、矩形板状の基板３０の内部に送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂが形成されている。また、基板３０の上面に受信用放射素子が形成されている。送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂは基板３０の中央部から横方向に延びている。受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂは基板３０の中央部から縦方向（図に示す向きでは紙面に垂直方向）に延びている。図５ではその一方の受信用放射素子１１Ｒｂが表れている。
　基板３０の下面には反射導体４１が略全面に形成されている。この反射導体４１から送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂまでの間隔、及び反射導体４１から受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂまでの間隔は、通信周波数での基板内における波長で略１／４波長である。したがって、反射導体４１は反射素子として作用し、この反射素子と送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂとで、基板３０に対して垂直方向に指向性が生じる。同様に、前記反射素子と受信用放射素子１１Ｒａ，１１Ｒｂとで、基板３０に対して垂直方向に指向性が生じる。そのため、基板３０に垂直方向のアンテナ利得を大きくでき、且つ不要方向への放射を抑制できる。すなわち、無線タグ読み取り装置の用途に応じた通信範囲や距離の制御を行うことができる。
《第４の実施形態》
　図６は、第４の実施形態に係る送受信装置の平面図である。
　この例では、矩形板状の基板３０の下面に送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂが形成されている。また、基板３０の上面に受信用放射素子１１Ｒが形成されている。受信用放射素子１１Ｒは矩形のループ状に形成されている。送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂは受信用放射素子１１Ｒの中央部から横方向に延びるように形成されている。
　送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂの内側の端部は送信側給電点ＦＰｔとして用いられる。また、受信用放射素子１１Ｒのループの始端と終端は受信側給電点ＦＰｒとして用いられる。
　基板３０の上面には二点鎖線で示す整合給電素子１２が搭載される。この整合給電素子１２内のインダクタが受信側給電点ＦＰｒと送信側給電点ＦＰｔにそれぞれ電磁界結合する。このようにして、送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂがダイポールアンテナとして作用し、受信用放射素子１１Ｒがループアンテナとして作用する。
　前記送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂは基板３０の内部（内層）に形成してもよい。
　また、送信用放射素子側をループアンテナ、受信用放射素子側をダイポールアンテナとしてもよい。
　このように、送信用放射素子１１Ｔａ，１１Ｔｂと受信用放射素子１１Ｒとが直交することにより、送信信号と受信信号とのアイソレーションが確保される。
　前記ダイポールアンテナとループアンテナとでは、アンテナの指向性が異なるため、基板３０に対する向きが一定で、異なる指向性パターンが必要な場合に、前記ダイポールアンテナとループアンテナを使い分けることで、用途により適した通信状況を得ることができる。
《第５の実施形態》
　図７（Ａ）は、第５の実施形態に係る送受信装置の平面図である。図７（Ｂ）はその断面図である。但し、図７（Ａ）では整合給電素子１２の搭載位置を二点鎖線で表している。
　この例では、基板３０の内部（内層）に矩形ループ状の受信用放射素子１１Ｒが形成されている。この受信用放射素子１１Ｒは受信用のループアンテナとして作用する。
　また、矩形板状の基板３０の上面に送信用放射素子電極１１Ｔｃ，１１Ｔｅが形成されている。基板３０の下面には送信用放射素子電極１１Ｔｄが形成されている。そして、基板３０の上下面間を通って、上面の送信用放射素子電極１１Ｔｃ，１１Ｔｅと下面の送信用放射素子電極１１Ｔｄとを導通させる送信用放射素子ビア電極１１Ｔｖが基板３０に形成されている。
　前記送信用放射素子電極１１Ｔｃ，１１Ｔｅ，１１Ｔｄ及び送信用放射素子ビア電極１１Ｔｖによって送信用のループアンテナが構成されている。
　前記受信用のループアンテナと前記送信用のループアンテナとは、平面視で重なる位置に配置されているが、ループ面が互いに直交している。そのため、送信信号と受信信号とのアイソレーションが確保される。
《第６の実施形態》
　図８（Ａ）は、第６の実施形態に係る送受信装置の平面図である。図８（Ｂ）はその断面図である。但し、図８（Ａ）では整合給電素子１２の搭載位置を二点鎖線で表している。
　第５の実施形態で図７に示した送受信装置では、送信用放射素子電極１１Ｔｃ，１１Ｔｅ，１１Ｔｄ及び送信用放射素子ビア電極１１Ｔｖによる送信用のループアンテナの内側に、受信用放射素子１１Ｒによる受信用のループアンテナが入るように構成した。これに対して、図８に示す送受信装置では、送信用放射素子電極１１Ｔｃ，１１Ｔｅ，１１Ｔｄ及び送信用放射素子ビア電極１１Ｔｖによる送信用のループアンテナが、受信用放射素子１１Ｒによる受信用のループアンテナの内側に入るように構成している。その他の構成は第５の実施形態と同様である。
《第７の実施形態》
　図９は、第７の実施形態に係る送受信装置の断面図である。
　第６の実施形態で、図８に示した送受信装置と異なるのは、送信用放射素子電極１１Ｔｄを基板３０の内部（内層）に設けたことと、基板３０の下面にフェライトや磁性金属等の磁性体シート４２を設けたことである。その他の構成は第５・第６の実施形態と同様である。
　このように磁性体シート４２を設けることにより、この磁性体シート４２に近接して金属体が存在しても、金属体に渦電流が生じることもなく、ループアンテナの利得低下を防止できる。
《第８の実施形態》
　図１０は第８の実施形態に係る無線タグシステムの構成図である。この無線タグシステムは無線タグ読み取り装置１０１と無線タグ２０１とで構成されている。無線タグ読み取り装置１０１は第１の実施形態で示したものである。無線タグ２０１は、ベースバンド回路２４、送受信回路２３、送受信給電回路２２及び放射素子２１を備えている。
　無線タグ読み取り装置１０１は、プリアンブルの電波、コマンドビット列で変調した電波、無変調の電波を、この順に送信する。無線タグ２０１は、前記プリアンブル部分で初期動作に必要なだけのエネルギーを蓄積し、続くコマンドビット列を復調し解釈し、無変調のキャリア部分で反射波に返答を乗せて情報を返す（送信する）。無線タグ読み取り装置１０１は、無線タグ２０１からの返答を読み取り、復調し解釈し、必要な処理を行う。
　なお、以上に示した各実施形態では、送信給電回路は、放射素子と送信回路との間の整合及び放射素子に対する給電を兼ねるようにしたが、給電回路と整合回路とを別に設けてもよい。すなわち、放射素子に対して電磁界結合する送信信号用の給電回路を設け、その給電回路と送信回路との間に整合回路を設けてもよい。同様に、放射素子に電磁界結合する受信信号用の給電回路を設け、その給電回路と受信回路との間に整合回路を設けてもよい。
　また、前記整合回路は種々の構成を採ることができる。例えば、インダクタとキャパシタを備えて整合回路を構成してもよく、１つ又は複数のインダクタで整合回路を構成してもよい。
　また、以上に示した各実施形態では送信信号の偏波方向と受信信号の偏波方向とが直交関係である例を示したが、受信系と送信系とのアイソレーションが確保できる程度であれば、必ずしも直交（９０°）でなくてもよい。すなわち、送信信号の偏波方向と受信信号の偏波方向とはほぼ直交関係であってもよい。
ＦＰｒ…受信側給電点
ＦＰｔ…送信側給電点
１１Ｒ…受信用放射素子
１１Ｒａ，１１Ｒｂ…受信用放射素子
１１Ｔａ，１１Ｔｂ…送信用放射素子
１１Ｔｃ，１１Ｔｅ，１１Ｔｄ…送信用放射素子電極
１１Ｔｖ…送信用放射素子ビア電極
１２…整合給電素子
１３…送受信回路
１３Ｒ…受信回路
１３Ｔ…送信回路
１４…ベースバンド回路
２１…放射素子
２２…送受信給電回路
２３…送受信回路
２４…ベースバンド回路
３０…基板
４１…反射導体
４２…磁性体シート
１０１…無線タグ読み取り装置
２０１…無線タグ

Claims (12)

  1. 　給電点を有し、第１の偏波方向で送信信号を送信する送信用放射素子と、給電点を有し、第１の偏波方向とは直交またはほぼ直交する第２の偏波方向の受信信号を受信する受信用放射素子と、前記送信用放射素子の給電点に結合する送信用給電回路と、前記受信用放射素子の給電点に結合する受信用給電回路と、を備え、
    　前記送信用放射素子と前記受信用放射素子は互いに直交またはほぼ直交する関係で重ねて配置されている、送受信装置。
  2. 　前記送信用放射素子の給電点と前記送信用給電回路とが、及び、前記受信用放射素子の給電点と前記受信用給電回路とが、それぞれ電磁界結合によって結合されている、請求項１に記載の送受信装置。
  3. 　前記送信用給電回路に接続された送信用整合回路を備え、前記送信用放射素子、前記送信用給電回路及び前記送信用整合回路により送信用アンテナ装置が構成され、前記送信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記送信用整合回路により定められている、請求項１又は２に記載の送受信装置。
  4. 　前記受信用給電回路に接続された受信用整合回路を備え、前記受信用放射素子、前記受信用給電回路及び前記受信用整合回路により受信用アンテナ装置が構成され、前記受信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記受信用整合回路により定められている、請求項１又は２に記載の送受信装置。
  5. 　前記送信用放射素子及び前記送信用給電回路により送信用アンテナ装置が構成され、前記送信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記送信用給電回路により定められている、請求項１又は２に記載の送受信装置。
  6. 　前記受信用放射素子及び前記受信用給電回路により受信用アンテナ装置が構成され、前記受信用アンテナ装置の利得の得られる周波数帯域が前記受信用給電回路により定められている、請求項１又は２に記載の送受信装置。
  7. 　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は電界放射型の放射素子である、請求項１乃至６の何れかに記載の送受信装置。
  8. 　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は、それぞれ２つの給電点を有するダイポールアンテナであり、前記２つの給電点から放射状に広がるように、前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子が配置された、請求項７に記載の送受信装置。
  9. 　前記送信用放射素子又は前記受信用放射素子は、一方が電界放射型の放射素子、他方が磁界放射型の放射素子である、請求項１乃至６の何れかに記載の送受信装置。
  10. 　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は磁界放射型の放射素子である、請求項１乃至６の何れかに記載の送受信装置。
  11. 　前記送信用放射素子及び前記受信用放射素子は、基板に形成されたループ形状のアンテナであり、前記送信用放射素子又は前記受信用放射素子の一方は、前記基板に形成されたビア電極によってループを形成している、請求項１０に記載の送受信装置。
  12. 　請求項１乃至１１の何れかに記載の送受信装置を備え、
    　前記送受信装置の通信相手は、情報を記録する集積回路及び前記集積回路に記録された情報を送信又は前記集積回路へ記録する情報を受信するアンテナを備えた無線タグであり、
    　前記送信信号を生成する送信信号生成手段と、
    　前記受信信号から前記無線タグの情報を取得する受信信号処理手段と、
    を有する無線タグ読み取り装置。
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