JP3632894B2 - Antenna device and card-like storage medium - Google Patents
Antenna device and card-like storage medium Download PDFInfo
- Publication number
- JP3632894B2 JP3632894B2 JP06905499A JP6905499A JP3632894B2 JP 3632894 B2 JP3632894 B2 JP 3632894B2 JP 06905499 A JP06905499 A JP 06905499A JP 6905499 A JP6905499 A JP 6905499A JP 3632894 B2 JP3632894 B2 JP 3632894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resonance
- loop antenna
- electromagnetic wave
- circuit
- card
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Credit Cards Or The Like (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナ装置及びカード状記憶媒体に関し、例えばIC(Integrated Circuit)カードと非接触でデータの書き込み及び読み出しを行うためのアンテナ装置及びカード状記憶媒体に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、駅の改札機、セキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野において、データ書込読出器とICカードとを用いたICカードシステムが試験的に導入されており、ICカードに対するデータの書き込みやICカードからのデータの読み出しを非接触で実行するようになされている。
【0003】
図9に示すように、ICカードシステム1においては互いに対向するように配置されたデータ書込読出装置2とICカード5とから構成され、データ書込読出器3のループアンテナ4から放射された電磁波を、ICカード5に設けられた共振回路8のループアンテナ6によって受信し、共振コンデンサ7を介して共振電流として流れることにより磁界を発生し、当該磁界のエネルギーに応じた受信電力を電子回路9に供給して動作させるようになされている。
【0004】
このICカード5は、図10に示すように共振回路8による共振周波数Fres と、データ書込読出器3のループアンテナ4から放射された電磁波のキャリア周波数Fcar とを一致させるようになされており、これにより電磁波の受信効率を向上させている。
【0005】
ところでICカードシステム1においては、所定の論理プロトコルが組み込まれており、これによりデータ書込読出器3のループアンテナ4に対して複数枚のICカード5が重ねられた状態で同時に配置された場合でも、各ICカード毎に送受信するデータが衝突することなく確実にデータ処理を行い得るようになされている。
【0006】
しかしながら、図11に示すようにデータ書込読出器3のループアンテナ4に対して複数(N)枚のICカード5A〜5Nが重ねられた状態で配置された場合、共振コンデンサの容量Cres はN倍になると共に、電子回路9の負荷抵抗Rcir は1/N倍になる。
【0007】
このように複数(N)枚のICカード5A〜5Nが重ねられた状態では、共振コンデンサの容量Cres がN倍になることに伴って、共振周波数Fres が√(1/N) に低下してしまうという特性がある。
【0008】
従って、図12に示すようにICカード5A〜5Nが同時に重ねられた状態においては、共振回路8による共振周波数Fres がデータ書込読出器3のループアンテナ4から放射された電磁波のキャリア周波数Fcar から大きくずれてしまうことにより、受信効率の大幅な低下を招いて通信が困難になる。
【0009】
そこで従来からの手法として図13に示すように、ICカード5の共振周波数Fres をキャリア周波数Fcar に一致させるのではなく、キャリア周波数Fcar よりも予め少し高く設定しておくことが一般的に行われている。こうしたICカード5を2枚又は3枚重ねた場合、低下した共振周波数とキャリア周波数Fcar とのずれ量は最小で済み、これにより受信効率の大幅な低下を未然に防止して、ある程度の通信距離におけるデータの送受信を可能にしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成のICカード5においては、共振周波数Fres をキャリア周波数Fcar よりも予め少し高く設定してあることにより、ICカード5が1枚のみデータ書込読出器3のループアンテナ4と対向するように配置された場合、共振周波数Fres とキャリア周波数Fcar とを完全に同調させることはできなかった。
【0011】
このためICカード5では、1枚における通信距離が犠牲になるだけでなく、複数枚重ねられた状態であっても受信効率の向上を図ることはできず、1枚のとき及び複数枚重ねられたときであっても受信効率をより改善したいという問題があった。
【0012】
さらにかかる構成のICカード5においては、ICカード5を例えば4枚重ねた場合、図14に示すように共振周波数Fres がキャリア周波数Fcar から大幅にずれてしまい、これによりデータの送受信を行い得なくなるという問題があった。
【0013】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、常に効率良く電磁波を受信し得るアンテナ装置及びカード状記憶媒体を提案しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、所定の電磁波を受信し、当該受信した電磁波に応じた電力を供給するように電子回路に接続されたアンテナ装置において、ループアンテナの一部に対してコンデンサを並列に接続して共振回路を構成し、共振回路の共振により電子回路に受信電力を供給する共振モードと、ループアンテナ全体が電磁波を受信することにより電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように、共振回路の共振周波数を電磁波のキヤリア周波数よりも高く設定することにより、共振回路の共振周波数が電磁波のキヤリア周波数から離れるアンテナ装置単体の場合は、トランスモードによつて、電磁波をループアンテナを介して受信するとともに、アンテナ装置を複数枚重ねた場合、当該アンテナ装置を複数枚重ねたことによる共振手段の共振周波数の低下により、共振モードによつて、電磁波を共振手段で受信するようにしたことにより、アンテナ装置が単体又は複数枚重ねられた状態でも常に良好な効率で電磁波を受信することができる。
【0015】
また本発明においては、電磁波を介してデータ書込読出装置と通信を行うカード状記憶媒体において、ループアンテナの一部に対してコンデンサを並列に接続して共振回路を構成し、共振回路の共振により電子回路に受信電力を供給する共振モードと、ループアンテナ全体が電磁波を受信することにより電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように、共振回路の共振周波数を電磁波のキヤリア周波数よりも高く設定することにより、共振回路の共振周波数が電磁波のキヤリア周波数から離れるカード状記憶媒体単体の場合は、トランスモードによつて、電磁波をループアンテナを介して受信するとともに、カード状記憶媒体を複数枚重ねた場合、当該カード状記憶媒体を複数枚重ねたことによる共振手段の共振周波数の低下により、共振モードによつて、電磁波を共振手段で受信するようにしたことにより、カード状記憶媒体が単体又は複数枚重ねられた状態でも常に良好な効率で電磁波を受信することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【0017】
(1)ICカードシステムの全体構成
図1において、10は全体として非接触型のIC(Integrated Circuit)カードシステムを示し、互いに対向するように配置されたカード状記憶媒体としてのICカード11とデータ書込読出装置21とから構成されている。
【0018】
ICカード11は、電源供給用のバッテリーを有しないバッテリーレス型のICカードであり、例えばクレジットカード状の平板形状の基板15上に実装され、データ書込読出装置21から放射された電磁波(破線で示す)を受信して電気信号に変換するコイル状のループアンテナ32と、送信データの変調又は受信データの復調を行う変復調回路13及び受信データの解析及び送信データの生成を行う信号処理回路14からなる電子回路36で構成されている。
【0019】
実際上ICカード11においては、データ書込読出装置21から放射された電磁波をループアンテナ32で受信し、これを変調波として変復調回路13に送出する。変復調回路13は変調波を復調し、これをデータ書込読出装置21から送られてきた再生データD1として信号処理回路14に送出する。
【0020】
信号処理回路14はCPU(Central Processing Unit) でなり、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)を内部に有し(図示せず)、ROMに内蔵されているプログラムを読み出して再生データD1をRAM上で解析し、再生データD1に基づいて内部の不揮発性メモリ(図示せず)に格納されている返答データD2を読み出し、これを変復調回路13に送出する。変復調回路13は、返答データD2に基づいて変調し、ループアンテナ32から電磁波としてデータ書込読出装置21に放射する。
【0021】
ここで変復調回路13は、電磁波の磁界エネルギーを安定した直流電源に変換する電源回路(図示せず)を内部に有しており、データ書込読出装置21から放射されてループアンテナ32で受信した電磁波を基に電源回路によって直流電源DC1に変換して信号処理回路14に供給すると共に、受信した電磁波に基づいて生成したクロック信号CLK1を信号処理回路14に送出し、また各種制御用のコントロール信号CTL1を信号処理回路14から受け取るようになされている。
【0022】
データ書込読出装置21は、キーボードや操作パネル等でなる入力部26からの指示信号S1を信号処理部24に送出する。信号処理部24はCPUでなり、ROMやRAMを内部に有し(図示せず)、ROMに内蔵されているプログラムを読み出し、指示信号S1に応じた信号処理をRAM上で行うことによりICカード11に送信すべき送信データD3を生成し、これを変復調回路23に送出する。
【0023】
変復調回路23は、効率良く放射し得るような所定の周波数帯域の搬送波を用いて送信データD3に基づく変調処理を施し、ループアンテナ22から電磁波として放射する。
【0024】
またデータ書込読出装置21は、ICカード11から放射された電磁波をループアンテナ22によって受信し、これを変調波として変復調回路23に送出する。変復調回路23は、変調波を復調し、これをICカード11から送られてきた再生データD4として信号処理部24に送出する。
【0025】
ここで信号処理部24は、電源回路(図示せず)から供給された直流電源DC2を変復調回路23に供給すると共に、クロック信号CLK2及び各種制御用のコントロール信号CTL2を変復調回路23に送出するようになされている。
【0026】
信号処理部24は、受け取った再生データD4に基づいて信号処理を施し、その結果をディスプレイ25に表示する。また信号処理部24は、再生データD4に基づく信号処理結果を外部装置27に送出し得るようにもなされている。
【0027】
(2)ICカードの構成
次に、複数枚重ねられた状態であってもデータ書込読出装置21から放射された電磁波をループアンテナ12によって最良の受信効率で受信するようになされた、ICカード11の具体的な構成について説明する。
【0028】
図2に示すように、ICカード11はループアンテナ32の2つの端点T1及びT2が電子回路36に接続されている。またループアンテナ32のほぼ中間位置に中間タップT3が設けられており、当該ループアンテナ32は中間タップT3によってループアンテナ32A及び32Bに分割されている。そして中間タップT3と端点T1の間にはコンデンサ31が接続されており、ループアンテナ32Aとコンデンサ31とによって共振回路35が形成されている。
【0029】
実際上ICカード11は、図3に示すように基板15上の外周側の縁部分を沿うように実装された全6周のループアンテナ32の最外周に端点T1が設けられているとともに当該ループアンテナ32の最内周に端点T2が設けられ、また当該当該ループアンテナ32の外側から2周目に中間タップT3が設けられており、当該ループアンテナ32の外側2周分がループアンテナ32Aとして動作するようになされている。
【0030】
図2において、ICカード11に対して、共振回路35の共振周波数Fres と同一の周波数でなる電磁波が外部から加えられた場合、共振回路35(ループアンテナ32A及びコンデンサ31)は当該電磁波に対して共振することにより当該電磁波を効率よく受信し、受信した電磁波に応じた受信電力を電子回路36に供給する。かかる状態を共振モードと呼ぶ。共振モードにおいて、ループアンテナ32Bは電磁波に対して共振せず、近似的に共振回路35と電子回路36とを接続する電線として動作する。共振モードにおけるループアンテナ32全体の受信感度は、電磁波の周波数と共振周波数Fres の差に応じて低下する。
【0031】
一方、ICカード11に対して、共振回路35の共振周波数Fres から離れた周波数でなる電磁波が外部から加えられた場合、共振回路35は当該電磁波に対して共振しない。この場合ICカード11はループアンテナ32全体(ループアンテナ32A及び32B)で電磁波を受信し、当該電磁波に応じた受信電力を電子回路36に供給する。かかる状態をトランスモードと呼ぶ。当該トランスモードにおいて、ループアンテナ32及びデータ書込読出装置21のループアンテナ22(図1)は、鉄心を持たないトランスとして動作する。トランスモードにおけるループアンテナ32全体の受信感度は共振モードに比べて低いが、電磁波の周波数に係わらずほぼ一定の値を保つ。
【0032】
図4において曲線P1は、ICカード11に加わえられる電磁波の周波数と、ループアンテナ32から電子回路36に供給される電圧の関係を示し、共振回路35の共振周波数Fres (この場合13.56MHz)において最大の電圧(約200mV)を得ている。これは共振モードによる受信電力である。
【0033】
電磁波の周波数が共振周波数Fres から低下するに従って電圧は急激に低下するが、10MHz付近から受信電圧の低下が止まり、1MHz以降までほぼ均一な電圧が得られている。これはトランスモードによる受信電力である。
【0034】
かくしてICカード11は、共振回路35の共振周波数Fres と同一周波数の電磁波のみならず、当該共振周波数Fres から離れた周波数の電磁波によっても所定レベルの受信電力を得ることができるようになされている。
【0035】
因みに、図4における曲線P2は従来の共振型ループアンテナによる受信電圧を示し、共振周波数Fres よりも低い周波数では、電圧が曲線P1の1/3程度となっている。
【0036】
(3)ICカードの共振周波数
本発明によるICカード11は、当該ICカード11を複数枚重ねた場合の共振周波数低下を考慮して、共振回路35の共振周波数Fres を、データ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar の2倍に設定されている。すなわち共振周波数Fres は次式で与えられる。
【0037】
【数1】
【0038】
従って、データ書込読出装置21のループアンテナ22に対してICカード11を単体(1枚のみ)で配置した場合、キャリア周波数Fcar と共振周波数Fres とは一致しない。このため、この状態では共振回路35は当該電磁波に対して共振せず、ループアンテナ32はトランスモードで受信電力を得る。図5において、曲線N1はICカード11が1枚のみの場合の受信感度曲線を示し、データ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar に対してトランスモードによる一定値の感度を示している。
【0039】
一方、データ書込読出装置21のループアンテナ22に対して、ICカード11を2枚重ねて配置した場合、この2枚重ね状態の共振周波数Fres2は次式で与えられる。
【0040】
【数2】
【0041】
この状態においても共振回路35は当該電磁波に対して共振せず、ループアンテナ32はトランスモードで受信電力を得る。図5において、曲線N2はICカード11が2枚重ねられた場合の受信感度曲線を示し、データ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar に対してトランスモードによる一定値の感度を示している。
【0042】
さらに、データ書込読出装置21のループアンテナ22に対してICカード11を3枚重ねて配置した場合、この3枚重ね状態の共振周波数Fres3は次式で与えられる。
【0043】
【数3】
【0044】
この状態において、3枚重ね状態の共振周波数Fres3は電磁波のキャリア周波数Fcar に接近し、これにより共振回路35は当該電磁波に対して共振し、ループアンテナ32は共振モードで受信電力を得る。図5において、曲線N3はICカード11が3枚重ねられた場合の受信感度曲線を示し、データ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar に対して共振モードによる感度を示している。
【0045】
さらに、データ書込読出装置21のループアンテナ22に対してICカード11を4枚重ねて配置した場合、この4枚重ね状態の共振周波数Fres4は次式で与えられる。
【0046】
【数4】
【0047】
この状態において、4枚重ね状態の共振周波数Fres4は電磁波のキャリア周波数Fcar に一致し、これにより共振回路35は当該電磁波に対して最良の効率で共振し、ループアンテナ32は共振モードで受信電力を得る。図5において、曲線N4はICカード11が4枚重ねられた場合の受信感度曲線を示し、データ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar に対して共振モードによる最良の感度を示している。
【0048】
かくしてICカード11は、当該ICカード11の重ね枚数の増加に応じて、データ書込読出装置21から放射される電磁波に対する受信感度が向上するようになされている。
【0049】
ここで、ICカード11を複数数重ねた場合、あるICカード11が受信する電磁波の強度は、他のICカード11が当該電磁波を受信することにより生じる磁界によって相殺され低下する。かかる受信電磁波の強度は、ICカード11の重ね枚数の増加に応じて低下していく。
【0050】
本発明によるICカード11は、当該ICカード11の重ね枚数の増加に応じた受信感度の向上と、当該ICカード11の重ね枚数の増加に応じた受信電磁波の強度低下とが相殺されるため、ICカード11の重ね枚数が変化しても当該ICカード11の通信距離はほぼ一定となる。
【0051】
(4)動作及び効果
以上の構成において、データ書込読出装置21のループアンテナ22に対してICカード11を1枚または2枚重ねて配置した場合、共振回路35の共振周波数と電磁波のキャリア周波数Fcar は一致せず、このため共振回路35は当該電磁波に対して共振せず、これによりICカード11はトランスモードで受信電力を得る。
【0052】
これに対しループアンテナ22に対してICカード11を3枚重ねて配置した場合、共振回路35の共振周波数は電磁波のキャリア周波数Fcar に接近し、これにより共振回路35は当該電磁波に対して共振し、ICカード11は共振モードで受信電力を得る。
【0053】
さらにループアンテナ22に対してICカード11を4枚重ねて配置した場合、共振回路35の共振周波数は電磁波のキャリア周波数Fcar に一致し、これにより共振回路35は当該電磁波に対して最良の効率で共振し、ICカード11は共振モードで受信電力を得る。
【0054】
ここで、ICカード11の重ね枚数の増加に応じて、各ICカード11の受信感度が向上するとともに各ICカード11の受信電磁波の強度が低下するため、結果として受信感度の向上と受信電磁波の強度低下が相殺され、ICカード11の重ね枚数にかかわらずほぼ一定の通信距離を得ることができる。
【0055】
以上の構成によれば、ループアンテナ32の中間に中間タップT3を設け、当該中間タップT3と端点T1の間にコンデンサ31を接続して共振回路35を形成し、ICカード11を複数枚重ねた場合の共振周波数低下を考慮して当該共振回路35の共振周波数Fres をデータ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar の2倍に設定したことにより、他のICカード11と重ねられた場合においてもデータ書込読出装置21から放射された電磁波を最良の受信効率で受信することができ、かくして1枚時の通信距離や通信品質を犠牲にすることなく複数枚重ねられた時においても十分な通信距離や通信品質を得ることができる。
【0056】
(5)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、共振回路35の共振周波数Fres をデータ書込読出装置21から放射される電磁波のキャリア周波数Fcar の2倍に設定したが、本発明はこれに限らず、予想されるICカードの重ね枚数や共振回路の受信感度曲線等に応じて、他の様々な周波数に設定してもよい。
【0057】
また上述の実施の形態においては、ループアンテナ32に中間タップT3を設け、当該中間タップT3と端点T1とにコンデンサ31を接続して共振回路35を設けたが、本発明はこれに限らず、ループアンテナに2つまたはそれ以上の中間タップを設けて当該各中間タップにコンデンサを接続し、ICカードに複数の共振回路を設けるようにしても良い。
【0058】
すなわち図6に示すように、ICカード12が有するループアンテナ33の2つの端点T1及びT2が電子回路36に接続されている。またループアンテナ33の中間には中間タップT3及びT4が設けられており、当該ループアンテナ33は中間タップT3及びT4によってループアンテナ33A、33B及び33Cに分割されている。そして中間タップT3と端点T1の間には第1のコンデンサ31Aが接続され、ループアンテナ33Aと第1のコンデンサ31Aとによって第1の共振回路35Aが形成されている。同様に中間タップT4と端点T2の間には第2のコンデンサ31Bが接続され、ループアンテナ33Cと第2のコンデンサ31Bとによって第2の共振回路35Bが形成されている。第1の共振回路35Aの共振周波数FresAと、第2の共振回路35Bの共振周波数FresBとはそれぞれ異なった周波数に設定されている。
【0059】
実際上ICカード12は、図7に示すように基板15上の外周側の縁部分を沿うように実装された全6周のループアンテナ33の外側から2周目に中間タップT3が設けられており、当該ループアンテナ33の外側2周分がループアンテナ33Aとして動作するとともに、ループアンテナ33の内側から2周目に中間タップT4が設けられており、当該ループアンテナ33の内側2周分がループアンテナ33Cとして動作する。
【0060】
図6において、ICカード12に対して第1の共振回路35Aの共振周波数FresAと同一の周波数でなる電磁波が外部から加えられた場合、第1の共振回路35A(ループアンテナ33A及び第1のコンデンサ31A)は当該電磁波に対して共振することにより当該電磁波を効率よく受信し(共振モード)、受信した電磁波に応じた受信電力を電子回路36に供給する。このとき、ループアンテナ33B及び33Cは電磁波に対して共振せず、近似的に第1の共振回路35Aと電子回路36とを接続する電線として動作する。
【0061】
これに対し、ICカード12に対して第2の共振回路35Bの共振周波数FresBと同一の周波数でなる電磁波が外部から加えられた場合、第2の共振回路35B(ループアンテナ33C及び第2のコンデンサ31B)は当該電磁波に対して共振することにより当該電磁波を効率よく受信し(共振モード)、受信した電磁波に応じた受信電力を電子回路36に供給する。このとき、ループアンテナ33A及び33Bは電磁波に対して共振せず、近似的に第2の共振回路36Bと電子回路36とを接続する電線として動作する。
【0062】
ICカード12に対してFresA及びFresBと離れた周波数でなる電磁波が外部から加えられた場合、第1の共振回路36A及び第2の共振回路36Bは当該電磁波に対して共振しない。この場合ICカード12はループアンテナ33全体(ループアンテナ33A、33B及び33B)で電磁波を受信し(トランスモード)、当該電磁波に応じた受信電力を電子回路36に供給する。
【0063】
図8において曲線P3は、ICカード12に加わえられる電磁波の周波数と、ループアンテナ33から電子回路36に供給される電圧の関係を示し、第1の共振回路35Aの共振周波数FresA及び第2の共振回路35Bの共振周波数FresBにおいて受信電圧のピークを示している。電磁波の周波数が第1の共振回路35Aの共振周波数FresAから低下するに従って電圧は急激に低下するが、8MHz付近から受信電圧の低下が止まり、1MHz以降までほぼ均一な電圧が得られている。
【0064】
このように、ICカードに複数の共振回路を設けることによって複数の共振点が得られ、これら複数の共振点(共振周波数)を適宣設定することにより、ICカードを複数枚重ねた場合の受信感度低下を防止することができる。
【0065】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、所定の電磁波を受信し、当該受信した電磁波に応じた電力を供給するように電子回路に接続されたアンテナ装置において、ループアンテナの一部に対してコンデンサを並列に接続して共振回路を構成し、共振回路の共振により電子回路に受信電力を供給する共振モードと、ループアンテナ全体が電磁波を受信することにより電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように、共振回路の共振周波数を電磁波のキヤリア周波数よりも高く設定することにより、共振回路の共振周波数が電磁波のキヤリア周波数から離れるアンテナ装置単体の場合は、トランスモードによつて、電磁波をループアンテナを介して受信するとともに、アンテナ装置を複数枚重ねた場合、当該アンテナ装置を複数枚重ねたことによる共振手段の共振周波数の低下により、共振モードによつて、電磁波を共振手段で受信するようにしたことにより、アンテナ装置が単体又は複数枚重ねられた状態でも常に良好な効率で電磁波を受信し得るアンテナ装置を実現することができる。
【0066】
また本発明によれば、電磁波を介してデータ書込読出装置と通信を行うカード状記憶媒体において、ループアンテナの一部に対してコンデンサを並列に接続して共振回路を構成し、共振回路の共振により電子回路に受信電力を供給する共振モードと、ループアンテナ全体が電磁波を受信することにより電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように、共振回路の共振周波数を電磁波のキヤリア周波数よりも高く設定することにより、共振回路の共振周波数が電磁波のキヤリア周波数から離れるカード状記憶媒体単体の場合は、トランスモードによつて、電磁波をループアンテナを介して受信するとともに、カード状記憶媒体を複数枚重ねた場合、当該カード状記憶媒体を複数枚重ねたことによる共振手段の共振周波数の低下により、共振モードによつて、電磁波を共振手段で受信するようにしたことにより、カード状記憶媒体が単体又は複数枚重ねられた状態でも常に良好な効率で電磁波を受信し得るカード状記憶媒体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】非接触ICカードシステムの構成を示すブロック図である。
【図2】本発明によるICカードの構成を示す接続図である。
【図3】ICカードの実装イメージを示す略線図である。
【図4】本発明によるICカードの受信電圧を示す特性曲線図である。
【図5】本発明によるICカードの受信感度を示す特性曲線図である。
【図6】他の実施の形態によるICカードの構成を示す接続図である。
【図7】他の実施の形態によるICカードの実装イメージを示す略線図である。
【図8】他の実施の形態によるICカードの受信電圧を示す特性曲線図である。
【図9】従来の非接触ICカードシステムの構成を示すブロック図である。
【図10】ICカードが1枚のときの同調周波数を示す略線図である。
【図11】ICカードを複数枚重ねたときの等価回路の構成を示す接続図である。
【図12】ICカードを複数枚重ねたときの同調周波数の遷移を示す特性曲線図である。
【図13】複数枚重ねに対応したICカードにおける同調周波数の遷移を示す特性曲線図である。
【図14】ICカードを4枚重ねた状態における同調周波数の遷移を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
1、10……非接触ICカードシステム、2、21……データ書込読出装置、6、32、33……ループアンテナ、7、31……コンデンサ、31A……第1のコンデンサ、31B……第2のコンデンサ、8、35……共振回路、35A……第1の共振回路、35B……第2の共振回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device and a card-shaped storage medium, and is suitable for application to an antenna device and a card-shaped storage medium for writing and reading data without contact with an IC (Integrated Circuit) card, for example.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the fields of station ticket gates, security systems, electronic money systems, etc., an IC card system using a data writing / reading device and an IC card has been experimentally introduced. Reading data from the card is performed without contact.
[0003]
As shown in FIG. 9, the
[0004]
As shown in FIG. 10, the IC card 5 has a resonance frequency F generated by a resonance circuit 8. res And the carrier frequency F of the electromagnetic wave radiated from the
[0005]
By the way, in the
[0006]
However, when a plurality (N) of
[0007]
In such a state where a plurality (N) of
[0008]
Therefore, in the state where the
[0009]
Therefore, as shown in FIG. 13 as a conventional method, the resonance frequency F of the IC card 5 res Carrier frequency F car Carrier frequency F car It is generally performed to set a little higher in advance. When two or three such IC cards 5 are stacked, the lowered resonance frequency and carrier frequency F car The amount of deviation is minimal, thereby preventing a significant drop in reception efficiency and enabling data transmission / reception over a certain communication distance.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the IC card 5 having such a configuration, the resonance frequency F res Carrier frequency F car When a single IC card 5 is arranged so as to face the
[0011]
For this reason, the IC card 5 not only sacrifices the communication distance of one card, but also cannot improve the reception efficiency even when a plurality of cards are stacked. There was a problem that it was desired to improve the reception efficiency even when
[0012]
Furthermore, in the IC card 5 having such a configuration, when four IC cards 5 are stacked, for example, as shown in FIG. res Is the carrier frequency F car There is a problem that data cannot be transmitted / received.
[0013]
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose an antenna device and a card-shaped storage medium that can always efficiently receive electromagnetic waves.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, in the present invention, in an antenna device connected to an electronic circuit so as to receive a predetermined electromagnetic wave and supply power corresponding to the received electromagnetic wave, a capacitor is provided to a part of the loop antenna. Are connected in parallel to form a resonant circuit, and a resonance mode that supplies received power to the electronic circuit by resonance of the resonant circuit and a transformer mode that supplies the received power to the electronic circuit when the entire loop antenna receives electromagnetic waves. In the case of a single antenna device in which the resonance frequency of the resonance circuit is separated from the carrier frequency of the electromagnetic wave by setting the resonance frequency of the resonance circuit higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave so as to be received by either When electromagnetic waves are received via a loop antenna and a plurality of antenna devices are stacked, Due to the decrease in the resonance frequency of the resonance means due to the overlapping of a plurality of tenor devices, the electromagnetic wave is received by the resonance means according to the resonance mode, so that the antenna device is always in a single or a plurality of overlapping states. Electromagnetic waves can be received with good efficiency.
[0015]
According to the present invention, in a card-like storage medium that communicates with a data writing / reading device via electromagnetic waves, a resonance circuit is configured by connecting a capacitor in parallel to a part of the loop antenna. The resonance frequency of the resonance circuit is set so that the resonance frequency of the resonance circuit is received in either the resonance mode that supplies the reception power to the electronic circuit or the transformer mode that supplies the reception power to the electronic circuit when the entire loop antenna receives the electromagnetic wave. In the case of a single card-like storage medium in which the resonance frequency of the resonance circuit is separated from the carrier frequency of the electromagnetic wave by setting it higher than the carrier frequency, the electromagnetic wave is received via the loop antenna by the transformer mode, When multiple storage media are stacked, the resonance of the resonance means due to the stack of multiple card-shaped storage media Due to the decrease in the wave number, the electromagnetic wave is received by the resonance means according to the resonance mode, so that the electromagnetic wave can always be received with good efficiency even in a state where the card-like storage medium is stacked alone or in a plurality of layers. .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
(1) Overall configuration of IC card system
In FIG. 1,
[0018]
The
[0019]
In practice, in the
[0020]
The signal processing circuit 14 is composed of a CPU (Central Processing Unit), and has a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory) (not shown), and reads out a program stored in the ROM to reproduce data. D1 is analyzed on the RAM, response data D2 stored in an internal non-volatile memory (not shown) is read based on the reproduction data D1, and this is sent to the
[0021]
Here, the modulation /
[0022]
The data writing / reading device 21 sends an instruction signal S1 from the
[0023]
The
[0024]
The data writing / reading device 21 receives the electromagnetic wave radiated from the
[0025]
Here, the
[0026]
The
[0027]
(2) Configuration of IC card
Next, a specific configuration of the
[0028]
As shown in FIG. 2, in the
[0029]
In practice, the
[0030]
In FIG. 2, the resonance frequency F of the resonance circuit 35 with respect to the
[0031]
On the other hand, with respect to the
[0032]
In FIG. 4, a curve P1 shows the relationship between the frequency of the electromagnetic wave applied to the
[0033]
The frequency of the electromagnetic wave is the resonance frequency F res As the voltage drops, the voltage drops sharply. However, the received voltage stops dropping from around 10 MHz, and a substantially uniform voltage is obtained from 1 MHz onwards. This is the received power in the transformer mode.
[0034]
Thus, the
[0035]
Incidentally, the curve P2 in FIG. 4 shows the reception voltage by the conventional resonance type loop antenna, and the resonance frequency F res At a lower frequency, the voltage is about 1/3 of the curve P1.
[0036]
(3) IC card resonance frequency
The
[0037]
[Expression 1]
[0038]
Accordingly, when the
[0039]
On the other hand, when two
[0040]
[Expression 2]
[0041]
Even in this state, the resonance circuit 35 does not resonate with the electromagnetic wave, and the
[0042]
Further, when the three
[0043]
[Equation 3]
[0044]
In this state, the resonance frequency F in the three-ply state res3 Is the carrier frequency F of the electromagnetic wave car Thus, the resonance circuit 35 resonates with respect to the electromagnetic wave, and the
[0045]
Further, when four
[0046]
[Expression 4]
[0047]
In this state, the resonance frequency F in the four-ply state res4 Is the carrier frequency F of the electromagnetic wave car Thus, the resonance circuit 35 resonates with the best efficiency with respect to the electromagnetic wave, and the
[0048]
Thus, the
[0049]
Here, when a plurality of
[0050]
In the
[0051]
(4) Operation and effect
In the above configuration, when one or two
[0052]
On the other hand, when three
[0053]
Further, when four
[0054]
Here, as the number of stacked
[0055]
According to the above configuration, the intermediate tap T3 is provided in the middle of the
[0056]
(5) Other embodiments
In the above-described embodiment, the resonance frequency F of the resonance circuit 35 res The carrier frequency F of the electromagnetic wave radiated from the data writing / reading device 21 car However, the present invention is not limited to this, and various other frequencies may be set according to the expected number of IC cards to be stacked, the reception sensitivity curve of the resonance circuit, and the like.
[0057]
In the above-described embodiment, the
[0058]
That is, as shown in FIG. 6, two
[0059]
In practice, the
[0060]
In FIG. 6, the resonance frequency F of the first resonance circuit 35 </ b> A with respect to the
[0061]
On the other hand, the resonant frequency F of the second resonant circuit 35B with respect to the
[0062]
F for
[0063]
In FIG. 8, a curve P3 shows the relationship between the frequency of the electromagnetic wave applied to the
[0064]
As described above, by providing a plurality of resonance circuits in the IC card, a plurality of resonance points are obtained, and by appropriately setting the plurality of resonance points (resonance frequencies), reception when a plurality of IC cards are stacked is received. Sensitivity deterioration can be prevented.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an antenna device connected to an electronic circuit so as to receive a predetermined electromagnetic wave and supply electric power according to the received electromagnetic wave, a capacitor is connected to a part of the loop antenna. A resonance circuit is configured by connecting them in parallel, and either a resonance mode in which received power is supplied to the electronic circuit by resonance of the resonant circuit, or a transformer mode in which the entire loop antenna receives electromagnetic waves to supply received power to the electronic circuit. In the case of an antenna device alone in which the resonance frequency of the resonance circuit is separated from the carrier frequency of the electromagnetic wave by setting the resonance frequency of the resonance circuit higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave, When electromagnetic waves are received via a loop antenna and a plurality of antenna devices are stacked, the antenna devices are By reducing the resonance frequency of the resonance means due to the stacking, the electromagnetic wave is received by the resonance means according to the resonance mode, so that the efficiency is always good even in the state where the antenna device is single or plural. An antenna device that can receive electromagnetic waves can be realized.
[0066]
According to the present invention, in a card-like storage medium that communicates with a data writing / reading device via electromagnetic waves, a resonance circuit is configured by connecting a capacitor in parallel to a part of the loop antenna. The resonance frequency of the resonance circuit is set to the electromagnetic wave so that it is received in either the resonance mode that supplies the reception power to the electronic circuit by resonance or the transformer mode that supplies the reception power to the electronic circuit when the entire loop antenna receives the electromagnetic wave. In the case of a single card-like storage medium in which the resonance frequency of the resonance circuit is separated from the carrier frequency of the electromagnetic wave by setting it higher than the carrier frequency, the electromagnetic wave is received via the loop antenna by the transformer mode, When a plurality of card-shaped storage media are stacked, the resonance circumference of the resonance means is obtained by stacking a plurality of the card-shaped storage media. Due to the decrease in the number, the resonance mode allows the electromagnetic wave to be received by the resonance means, so that the card-like storage medium can always receive the electromagnetic wave with good efficiency even in the state where the card-like storage media are stacked alone or in plural. A storage medium can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a non-contact IC card system.
FIG. 2 is a connection diagram showing a configuration of an IC card according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a mounting image of an IC card.
FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing the reception voltage of the IC card according to the present invention.
FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing the reception sensitivity of the IC card according to the present invention.
FIG. 6 is a connection diagram showing a configuration of an IC card according to another embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a mounting image of an IC card according to another embodiment.
FIG. 8 is a characteristic curve diagram showing a reception voltage of an IC card according to another embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional non-contact IC card system.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a tuning frequency when there is one IC card.
FIG. 11 is a connection diagram showing a configuration of an equivalent circuit when a plurality of IC cards are stacked.
FIG. 12 is a characteristic curve diagram showing transition of tuning frequency when a plurality of IC cards are stacked.
FIG. 13 is a characteristic curve diagram showing a transition of tuning frequency in an IC card corresponding to a plurality of stacked sheets.
FIG. 14 is a characteristic curve diagram showing transition of tuning frequency in a state where four IC cards are stacked.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ループアンテナと、
上記ループアンテナの一部に対してコンデンサを並列に接続して形成された、上記電磁波のキヤリア周波数よりも高い値の共振周波数を有する共振回路と
を具え、
上記共振回路の共振により上記電子回路に受信電力を供給する共振モードと、上記ループアンテナ全体が上記電磁波を受信することにより上記電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように上記共振周波数の値を設定した
ことを特徴とするアンテナ装置。 In an antenna device connected to an electronic circuit so as to receive electromagnetic waves and supply electric power according to the received electromagnetic waves ,
A loop antenna,
A resonance circuit having a resonance frequency higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave, formed by connecting a capacitor in parallel to a part of the loop antenna ;
With
Receiving in either a resonance mode in which received power is supplied to the electronic circuit by resonance of the resonant circuit, or a transformer mode in which the entire loop antenna receives the electromagnetic wave to supply received power to the electronic circuit. An antenna device characterized by setting a value of the resonance frequency .
上記第 1 の共振回路の共振により上記電子回路に受信電力を供給する第 1 の共振モードと、上記第 2 の共振回路の共振により上記電子回路に受信電力を供給する第2の共振モードと、上記ループアンテナ全体が上記電磁波を受信することにより上記電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように、上記第 1 および第 2 の共振周波数の値をそれぞれ設定した
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 The resonant circuit is formed by connecting a first capacitor in parallel to a first intermediate tap provided on the loop antenna and a first end of the loop antenna, which is higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave. formed by connecting a first resonant circuit having a first resonance frequency values, the second capacitor to the second end of the second intermediate tap and the loop antenna provided in the loop antenna in parallel It has been higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave, and a second resonant circuit having a second resonance frequency different values from the first resonant frequency,
And the first of the first resonant mode supplies the received power to the electronic circuit by the resonance of the resonant circuit, and a second resonance mode supplies the received power to the electronic circuit by the resonance of the second resonant circuit, The values of the first and second resonance frequencies are set so that the entire loop antenna receives the electromagnetic wave and receives it in one of the transformer modes that supplies received power to the electronic circuit. The antenna device according to claim 1, wherein:
ループアンテナと、
上記ループアンテナの一部に対してコンデンサを並列に接続して形成された、上記電磁
波のキヤリア周波数よりも高い値の共振周波数を有する共振回路と、
上記ループアンテナに接続された電子回路と
を具え、
上記共振回路の共振により上記電子回路に受信電力を供給する共振モードと、上記ループアンテナ全体が上記電磁波を受信することにより上記電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように上記共振周波数の値を設定した
ことを特徴とするカード状記憶媒体。 In a card-like storage medium that communicates with a data writing / reading device via electromagnetic waves ,
A loop antenna,
The electromagnetic wave formed by connecting a capacitor in parallel to a part of the loop antenna.
A resonant circuit having a higher resonant frequency than the carrier frequency of the wave;
An electronic circuit connected to the loop antenna ,
Receiving in either a resonance mode in which received power is supplied to the electronic circuit by resonance of the resonant circuit, or a transformer mode in which the entire loop antenna receives the electromagnetic wave to supply received power to the electronic circuit. A card-shaped storage medium, wherein the resonance frequency value is set .
上記第 1 の共振回路の共振により上記電子回路に受信電力を供給する第 1 の共振モードと、上記第 2 の共振回路の共振により上記電子回路に受信電力を供給する第2の共振モードと、上記ループアンテナ全体が上記電磁波を受信することにより上記電子回路に受信電力を供給するトランスモードのいずれかで受信するように、上記第 1 および第 2 の共振周波数の値をそれぞれ設定した
ことを特徴とする請求項3に記載のカード状記憶媒体。 The resonant circuit is formed by connecting a first capacitor in parallel to a first intermediate tap provided on the loop antenna and a first end of the loop antenna, which is higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave. formed by connecting a first resonant circuit having a first resonance frequency values, the second capacitor to the second end of the second intermediate tap and the loop antenna provided in the loop antenna in parallel It has been higher than the carrier frequency of the electromagnetic wave, and a second resonant circuit having a second resonance frequency different values from the first resonant frequency,
And the first of the first resonant mode supplies the received power to the electronic circuit by the resonance of the resonant circuit, and a second resonance mode supplies the received power to the electronic circuit by the resonance of the second resonant circuit, The values of the first and second resonance frequencies are set so that the entire loop antenna receives the electromagnetic wave and receives it in one of the transformer modes that supplies received power to the electronic circuit. The card-shaped storage medium according to claim 3, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06905499A JP3632894B2 (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Antenna device and card-like storage medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06905499A JP3632894B2 (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Antenna device and card-like storage medium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000269725A JP2000269725A (en) | 2000-09-29 |
JP3632894B2 true JP3632894B2 (en) | 2005-03-23 |
Family
ID=13391482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06905499A Expired - Fee Related JP3632894B2 (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Antenna device and card-like storage medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3632894B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4244169B2 (en) | 2003-08-04 | 2009-03-25 | 日本発條株式会社 | Non-contact information medium and communication system using the same |
JP2007166379A (en) | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Fujitsu Ltd | Loop antenna and electronic device equipped with the loop antenna |
JP2007214754A (en) * | 2006-02-08 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Antenna device |
CN101601169B (en) * | 2007-12-26 | 2013-08-14 | 株式会社村田制作所 | Antenna apparatus and wireless ic device |
WO2010066955A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | Yves Eray | Rfid antenna circuit |
JP5333174B2 (en) * | 2009-11-26 | 2013-11-06 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | antenna |
JP6369666B1 (en) * | 2016-09-26 | 2018-08-08 | 株式会社村田製作所 | ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP06905499A patent/JP3632894B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000269725A (en) | 2000-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3915092B2 (en) | Booster antenna for IC card | |
EP1521206B1 (en) | Relaying apparatus and communication system | |
US20090146796A1 (en) | Communication apparatus | |
US6837438B1 (en) | Non-contact information medium and communication system utilizing the same | |
JP3475996B2 (en) | Non-contact IC card system, IC card reader and IC card | |
JP2001076111A (en) | Resonance circuit | |
EP1298578B1 (en) | Noncontact ic card | |
JP2000251038A (en) | Radio information storage medium and method for arranging radio information storage medium | |
US7023391B2 (en) | Electromagnetic field generation antenna for a transponder | |
JPH11149536A (en) | Composite ic card | |
JP3649374B2 (en) | Antenna device and card-like storage medium | |
JP2001092930A (en) | Reader/writer and non-contact ic card system | |
US7350706B2 (en) | Contact-type data communication apparatus, transmission and reception apparatus, and transmission and reception method | |
JP3632894B2 (en) | Antenna device and card-like storage medium | |
JP2008301241A (en) | Loop antenna and radio transmitter/receiver with loop antenna | |
US7438235B2 (en) | Non-contact information medium and communication system using non-contact information medium | |
JP2003085519A (en) | Radio card | |
JP4518585B2 (en) | Antenna device and card-like storage medium | |
JP2000216715A (en) | Communication system utilizing noncontact information medium and communication auxiliary equipment used for such communication system | |
JP2010004257A (en) | Loop antenna, and radio transmitting/receiving device | |
US11984917B2 (en) | Electronics for use in smart cards and other near field RF communications enabled systems | |
JP2001007629A (en) | Electronic device, information writer/reader and method | |
JP2000067194A (en) | Storage device | |
JP3115843B2 (en) | IC card system | |
JP2001209772A (en) | Ic card with non-contact transmitting mechanism |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040903 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041101 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041203 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041216 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080107 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |