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JP6593552B2 - 無線通信デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信デバイスに関する。
従来より、無線通信デバイスとして、複数の通信周波数で無線通信可能なRFID（Radio-Frequency IDentification）タグが知られている。例えば、特許文献１に記載された無線通信デバイスの場合、回路においてRFIC（Radio-Frequency Integrated Circuit）チップを含むループが存在し、そのループに半波長ダイポールアンテナが接続されている。
特許第５９１０８８３号公報
ところで、特許文献１に記載の無線通信デバイスの場合、アンテナ素子を半波長ダイポールアンテナとすることにより、複数の通信周波数で無線通信可能にされている。そのため、アンテナ素子の形状や大きさは制限される。すなわち、アンテナ素子の設計の自由度が低い。また、そのようなアンテナ素子を原因として、無線通信デバイス全体の設計の自由度も低下する。
そこで、本発明は、無線通信デバイスを、アンテナ素子の設計の自由度を低下させることなく、複数の通信周波数で無線通信可能にすることを課題とする。
上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
RFICチップを含む給電回路と、
前記給電回路に接続されたアンテナ素子と、
を有し、
前記給電回路が、前記RFICチップと複数のインダクタンス素子とを含む第１の共振ループと、キャパシタンス素子と複数のインダクタンス素子とを含む第２の共振ループとを含み、
前記第１の共振ループにおける複数のインダクタンス素子と前記第２の共振ループにおける複数のインダクタンス素子とにおいて、前記第１の共振ループと前記第２の共振ループとに共有される共有インダクタンス素子が含まれ、
前記第２の共振ループが、前記アンテナ素子に接続するためのアンテナポートを含んでいる、
無線通信デバイスが提供される。
本発明によれば、無線通信デバイスは、アンテナ素子の設計の自由度を低下させることなく、複数の通信周波数で無線通信することができる。
本発明の一実施の形態に係る無線通信デバイスの斜視図 図１に示す無線通信デバイスの上面図 図１に示す無線通信デバイスの下面図 図１に示す無線通信デバイスの全体構成および等価回路を示す図 RFICモジュールの分解斜視図 図１に示す無線通信デバイスの通信周波数帯域を示す図 図１に示す無線通信デバイスの通信特性を示すスミスチャート図 別の実施の形態に係る無線通信デバイスの全体構成および等価回路を示す図 さらに別の実施の形態に係る無線通信デバイスの上面図 図９に示す無線通信デバイスの全体構成および等価回路を示す図
本発明の一態様の無線通信デバイスは、RFICチップを含む給電回路と、前記給電回路に接続されたアンテナ素子と、を有し、前記給電回路が、前記RFICチップと複数のインダクタンス素子とを含む第１の共振ループと、キャパシタンス素子と複数のインダクタンス素子とを含む第２の共振ループとを含み、前記第１の共振ループにおける複数のインダクタンス素子と前記第２の共振ループにおける複数のインダクタンス素子とにおいて、前記第１の共振ループと前記第２の共振ループとに共有される共有インダクタンス素子が含まれ、前記第２の共振ループが、前記アンテナ素子に接続するためのアンテナポートを含んでいる。
この態様によれば、無線通信デバイスは、アンテナ素子の設計の自由度を低下させることなく、複数の通信周波数で無線通信することができる。
前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子と、前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子と、前記共有インダクタンス素子とがＴ型回路を構成してもよい。これにより、３つのインダクタンス素子が互いにインピーダンス変換し合い、第１および第２の共振ループそれぞれに、大きく損失することなく、また一方に大きく偏ることなく電流が流れる。
例えば、前記Ｔ型回路を構成する３つのインダクタンス素子において、前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子のインダクタンスが、前記共有インダクタンス素子のインダクタンスに比べて大きい。この場合、第１の共振ループは、第２の共振ループの共振周波数にほぼ影響されずに、所定の第１の共振周波数が得られる。この第１の共振ループにRFICチップが含まれているので、RFICチップは所定の周波数での動作が可能になる。また、第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子のインダクタンス（値）が共有インダクタンス素子のインダクタンスに比べて大きい場合、第２の共振ループは、第１の共振ループの共振周波数にほぼ影響されずに、所定の第２の共振周波数が得られる。この第２の共振ループにアンテナ素子を接続する構造にすることにより、アンテナ素子の電気長に影響されずに２つの共振が得られるので、例えばアンテナ素子の電気長が小さくても、電流経路として２つの第１および第２の共振ループが形成される。その結果、無線通信デバイスは２つの共振周波数を備え、それにより複数の通信周波数で無線通信が可能になる。
例えば、前記給電回路が、前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記RFICチップの第１の入出力端子に対して一端が接続された第１のインダクタンス素子と、前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記RFICチップの第２の入出力端子に対して一端が接続された第２のインダクタンス素子と、前記共有インダクタンス素子であって、前記第１のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第３のインダクタンス素子と、前記共有インダクタンス素子であって、前記第２のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記第３のインダクタンス素子の他端に対して他端が接続された第４のインダクタンス素子と、前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記第１のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第５のインダクタンス素子と、前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記第２のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第６のインダクタンス素子と、前記第５のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記キャパシタンス素子の一端に対して他端が接続された第７のインダクタンス素子と、前記第６のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記キャパシタンス素子の他端に対して他端が接続された第８のインダクタンス素子と、を含み、前記第１の共振ループが、前記第１〜第４のインダクタンス素子と、前記RFICチップとを含み、前記第２の共振ループが、前記第３〜第８のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とを含み、前記アンテナポートが、前記第５のインダクタンス素子と前記第７のインダクタンス素子との間、および前記第６のインダクタンス素子と前記第８のインダクタンス素子との間に設けられている。
例えば、前記無線通信デバイスは、前記RFICチップが実装され、前記第１〜第４のインダクタンス素子が導体パターンとして設けられている多層基板であるRFICモジュールと、前記アンテナ素子と、前記第５〜第８のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とが導体パターンとして設けられ、前記RFICモジュールが実装されるベース基材とを有する。
例えば、前記無線通信デバイスは、前記RFICチップが実装され、前記第１〜８のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とが導体パターンとして設けられている多層基板であるRFICモジュールと、前記アンテナ素子が導体パターンとして設けられ、前記RFICモジュールが実装されるベース基材とを有する。
例えば、前記給電回路が、前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記RFICチップの第１の入出力端子に対して一端が接続された第１のインダクタンス素子と、前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記RFICチップの第２の入出力端子に対して一端が接続された第２のインダクタンス素子と、前記共有インダクタンス素子であって、前記第１のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記キャパシタンス素子の一端に対して他端が接続された第３のインダクタンス素子と、前記共有インダクタンス素子であって、前記第２のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記キャパシタンス素子の他端に対して他端が接続された第４のインダクタンス素子と、前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記第１のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第５のインダクタンス素子と、前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記第２のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第６のインダクタンス素子と、前記第５のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第７のインダクタンス素子と、前記第６のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記第７のインダクタンス素子の他端に対して他端が接続された第８のインダクタンス素子と、を含み、前記第１の共振ループが、前記第１〜第４のインダクタンス素子と、前記RFICチップと、前記キャパシタンス素子とを含み、前記第２の共振ループが、前記第３〜第８のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とを含み、前記アンテナポートが、前記第５のインダクタンス素子と前記第７のインダクタンス素子との間、および前記第６のインダクタンス素子と前記第８のインダクタンス素子との間に設けられている。
例えば、前記無線通信デバイスは、前記RFICチップが実装され、前記第１〜第４のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とが導体パターンとして設けられている多層基板であるRFICモジュールと、前記アンテナ素子と、前記第５〜第８のインダクタンス素子とが導体パターンとして設けられ、前記RFICモジュールが実装されるベース基材とを有する。
例えば、前記無線通信デバイスは、前記RFICチップが実装され、前記第１〜８のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とが導体パターンとして設けられている多層基板であるRFICモジュールと、前記アンテナ素子が導体パターンとして設けられ、前記RFICモジュールが実装されるベース基材とを有する。
前記アンテナ素子の電気長が通信電波の波長の二分の一未満であってもよい。これにより、無線通信デバイスを小型化することができる。
前記アンテナ素子が、ダイポールアンテナを構成してもよい。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る無線通信デバイスの斜視図であり、図２は上面図であり、図３は下面図である。さらに、図４は、無線通信デバイスの全体構成および等価回路を示している。なお、図中のＸ−Ｙ−Ｚ座標系は、Ｚ軸が厚さ方向を示している。また、このＸ−Ｙ−Ｚ座標系は、発明の理解を容易にするためのものであって、発明を限定するものではない。
図１に示すように、無線通信デバイス１０は、UHF帯の通信周波数で無線通信するように構成されているRFID（Radio-Frequency IDentification）タグである。また、詳細は後述するが、無線通信デバイス１０は、実用的な通信距離で通信できる複数の通信周波数で無線通信可能に構成されている。なお、ここで言う「複数の通信周波数で無線通信可能」は、ある通信周波数近傍の周波数と、ある通信周波数と異なる別の通信周波数近傍の周波数とで無線通信可能が可能であることを意味する。
無線通信デバイス１０は、RFIC（Radio-Frequency Integrated Circuit）モジュール１００と、RFICモジュール１００が実装されるベース基材１２とを有する。
まず、RFICモジュール１００の詳細について説明する。図５は、RFICモジュールの分解斜視図である。
図５に示すように、本実施の形態の場合、RFICモジュール１００は、三層からなる多層基板で構成されている。具体的には、RFICモジュール１００は、ポリイミドや液晶ポリマなどの樹脂材料から作製されて可撓性を備える絶縁シート１０２Ａ、１０２Ｂ、および１０２Ｃを積層して構成されている。なお、図５は、図１に示すRFICモジュール１００を裏返して分解した状態を示している。
図５に示すように、RFICモジュール１００は、RFICチップ１０４と、複数のインダクタンス素子１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、および１０６Ｄと、外部接続端子１０８、１１０とを有する。本実施の形態の場合、インダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄと外部接続端子１０８、１１０は、絶縁シート１０２Ａ〜１０２Ｃ上に形成され、銅などの導電材料から作製された導体パターンから構成されている。
図５に示すように、RFICチップ１０４は、絶縁シート１０２Ｃ上の長手方向（Ｙ軸方向）の中央部に実装されている。RFICチップ１０４は、シリコン等の半導体を素材とする半導体基板に各種の素子を内蔵した構造を有する。また、RFICチップ１０４は、第１の入出力端子１０４ａと第２の入出力端子１０４ｂとを備える。さらに、図４に示すように、RFICチップ１０４は、内部容量（キャパシタンス：RFICチップ自身が持つ自己容量）Ｃ１を備える。
図５に示すように、インダクタンス素子（第１のインダクタンス素子）１０６Ａは、絶縁シート１０２Ｃの長手方向（Ｙ軸方向）の一方側で、絶縁シート１０２Ｃ上に渦巻きコイル状に設けられた導体パターンから構成されている。また、図４に示すように、インダクタンス素子１０６Ａは、インダクタンスＬ１を備える。インダクタンス素子１０６Ａの一端（コイル外側の端）には、RFICチップ１０４の第１の入出力端子１０４ａに接続されるランド１０６Ａａが設けられている。なお、他端（コイル中心側の端）にも、ランド１０６Ａｂが設けられている。
図５に示すように、インダクタンス素子（第２のインダクタンス素子）１０６Ｂは、絶縁シート１０２Ｃの長手方向（Ｙ軸方向）の他方側で、絶縁シート１０２Ｃ上に渦巻きコイル状に設けられた導体パターンから構成されている。また、図４に示すように、インダクタンス素子１０６Ｂは、インダクタンスＬ２を備える。インダクタンス素子１０６Ａの一端（コイル外側の端）には、RFICチップ１０４の第２の入出力端子１０４ｂに接続されるランド１０６Ｂａが設けられている。なお、他端（コイル中心側の端）にも、ランド１０６Ｂｂが設けられている。
図５に示すように、インダクタンス素子（第３のインダクタンス素子）１０６Ｃは、絶縁シート１０２Ｂの長手方向（Ｙ軸方向）の一方側で、絶縁シート１０２Ｂ上に渦巻きコイル状に設けられた導体パターンから構成されている。また、インダクタンス素子１０６Ｃは、積層方向（Ｚ軸方向）にインダクタンス素子１０６Ａに対して対向している。さらに、図４に示すように、インダクタンス素子１０６Ｃは、インダクタンスＬ３を備える。インダクタンス素子１０６Ｃの一端（コイル中心側の端）には、ランド１０６Ｃａが設けられている。このランド１０６Ｃａは、絶縁シート１０２Ｂを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体１１２を介して、絶縁シート１０２Ｃ上のインダクタンス素子１０６Ａのランド１０６Ａｂに接続されている。
図５に示すように、インダクタンス素子（第４のインダクタンス素子）１０６Ｄは、絶縁シート１０２Ｂの長手方向（Ｙ軸方向）の他方側で、絶縁シート１０２Ｂ上に渦巻きコイル状に設けられた導体パターンから構成されている。また、インダクタンス素子１０６Ｄは、積層方向（Ｚ軸方向）にインダクタンス素子１０６Ｂに対して対向している。さらに、図４に示すように、インダクタンス素子１０６Ｄは、インダクタンスＬ４を備える。インダクタンス素子１０６Ｄの一端（コイル中心側の端）には、ランド１０６Ｄａが設けられている。このランド１０６Ｄａは、絶縁シート１０２Ｂを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体１１４を介して、絶縁シート１０２Ｃ上のインダクタンス素子１０６Ｂのランド１０６Ｂｂに接続されている。
なお、絶縁シート１０２Ｂ上のインダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄは、１つの導体パターンとして一体化されている。すなわち、それぞれの他端（コイル外側の端）同士が接続されている。また、絶縁シート１０２Ｂには、絶縁シート１０２Ｃ上に実装されたRFICチップ１０４が収容される貫通穴１０２Ｂａが形成されている。
図５に示すように、外部接続端子１０８、１１０は、絶縁シート１０２Ａ上に設けられた導体パターンから構成されている。また、外部接続端子１０８、１１０は、絶縁シート１０２Ａの長手方向（Ｙ軸方向）に対向している。
一方の外部接続端子１０８は、絶縁シート１０２Ａを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体１１６を介して、絶縁シートＢ上のインダクタンス素子１０６Ｃのランド１０６Ｃａに接続されている。
他方の外部接続端子１１０は、絶縁シート１０２Ａを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体１１８を介して、絶縁シート１０２Ｂ上のインダクタンス素子１０６Ｄのランド１０６Ｄａに接続されている。
なお、RFICチップ１０４は、半導体基板で構成されている。また、RFICチップ１０４は、インダクタンス素子１０６Ａ、１０６Ｂの間と、インダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄの間に存在する。このRFICチップ１０６がシールドとして機能することにより、絶縁シート１０２Ｃ上に設けられた渦巻コイル状のインダクタンス素子１０６Ａ、１０６Ｂの間での磁界結合および容量結合が抑制される。同様に、絶縁シート１０２Ｂ上に設けられた渦巻コイル状のインダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄの間での磁界結合および容量結合が抑制される。その結果、通信信号の通過帯域が狭くなることが抑制される。
図１に戻り、RFICモジュール１００が実装されるベース基材１２は、絶縁材料から作製されたシートであって、例えば可撓性を備える樹脂材料から作製されている。また、ベース基材１２は、RFICモジュール１００が実装される第１の主面１２ａと、その第１の主面１２ａに対して裏面である第２の主面１２ｂとを備える。
図２に示すように、ベース基材１２の第１の主面１２ａには、入出力パッド１４、１６と、インダクタンス素子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、および１８Ｄと、キャパシタンス素子２０とが設けられている。
一方、図３に示すように、ベース基材１２の第２の主面１２ｂには、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂが設けられている。
本実施の形態の場合、ベース基材１２の第１の主面１２ａ上の入出力パッド１４、１６とインダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄは、銅などの導電材料から作製された導体パターンから構成されている。同様に、ベース基材１２の第２の主面１２ｂ上のアンテナ素子２２Ａ、２２Ｂも導電材料から作製された導体パターンから構成されている。
キャパシタンス素子２０は、第１の主面１２ａに設けられて導電材料から作製された対向電極２４Ａ、２４Ｂと、第２の主面１２ｂに設けられて導電材料から作製された対向電極２２Ｃとから構成されている。対向電極２４Ａ、２４Ｂが対向電極２４Ｃに対してベース基材１２の厚さ方向（Ｚ軸方向）に対向し、それらの間に容量が形成されている。また、図４に示すように、キャパシタンスＣ２を備えるような大きさに、キャパシタンス素子２０の対向電極２４Ａ〜２４Ｃは形成されている。
また、第１の主面１２ａと第２の主面１２ｂそれぞれには、第１の主面１２ａ上の導体パターンと第２の主面１２ｂ上の導体パターンとを接続するための中継用ランド２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａ、および２８Ｂが設けられている。中継用ランド２６Ａ、２６Ｂは、ベース基材１２を貫通するスルーホール導体などの層間接続導体３０によって接続されている。同様に、中継用ランド２８Ａ、２８Ｂも層間接続導体３２によって接続されている。中継用ランド２６Ａ、２６Ｂと層間接続導体３０は、アンテナ素子２２Ａと接続するためのアンテナポートとして機能する。また、中継用ランド２８Ａ、２８Ｂと層間接続導体３２は、アンテナ素子２２Ｂと接続するためのアンテナポートとして機能する。
一方の入出力パッド１４は、RFICモジュール１００の一方の外部接続端子１０８と接続する。他方の入出力パッド１６は、RFICモジュール１００他方の外部接続端子１１０と接続する。これらの接続は、例えばはんだや導電性接着剤などを介して行われる。
なお、図２に示すように、入出力パッド１４、１６は、RFICモジュール１００の外部接続端子１０８、１１０に比べて大きい。これにより、ベース基材１２に対するRFICモジュール１００の位置決めにバラツキが生じても、入出力パッド１４、１６と外部接続端子１０８、１１０とが同一の接触面積を介して接続することができる。その結果、ベース基材１２に対するRFICモジュール１００の位置決めにバラツキが生じても、無線通信デバイス１０の通信特性にはバラツキが生じない。
ベース基材１２の第１の主面１２ａ上のインダクタンス素子（第５のインダクタンス素子）１８Ａは、一端が入出力パッド１４に接続され、他端が中継用ランド２６Ａに接続されている。すなわち、インダクタンス素子１８Ａは、入出力パッド１４と外部接続端子１０８とを介して、RFICモジュール１００内のインダクタンス素子１０６Ａに接続している。また、インダクタンス素子１８Ａは、図４に示すように、インダクタンスＬ５を備えるために、ミアンダ状に所定の電気長で延在している。
インダクタンス素子（第６のインダクタンス素子）１８Ｂは、一端が入出力パッド１６に接続され、他端が中継用ランド２８Ａに接続されている。すなわち、インダクタンス素子１８Ｂは、入出力パッド１６と外部接続端子１１０とを介して、RFICモジュール１００内のインダクタンス素子１０６Ｂに接続している。また、インダクタンス素子１８Ｂは、図４に示すように、インダクタンスＬ６を備えるために、ミアンダ状に所定の電気長で延在している。
インダクタンス素子（第７のインダクタンス素子）１８Ｃは、一端が中継用ランド２６Ａに接続され、他端がキャパシタンス素子２０の一端（すなわち対向電極２４Ａ）に接続されている。図４に示すように、インダクタンス素子１８Ｃは、インダクタンスＬ７を備えるために、所定の電気長で延在している。
インダクタンス素子（第８のインダクタンス素子）１８Ｄは、一端が中継用ランド２８Ａに接続され、他端がキャパシタンス素子２０の他端（すなわち対向電極２４Ｂ）に接続されている。図４に示すように、インダクタンス素子１８Ｄは、インダクタンスＬ８を備えるために、所定の電気長で延在している。
図３に示すように、ベース基材１２の第２の主面１２ｂ上の一方のアンテナ素子２２Ａは、中継用ランド２６Ｂからベース基材１２の長手方向（Ｙ軸方向）の一端に向かってミアンダ状に延在している。他方のアンテナ素子２２Ｂは、中継用ランド２８Ｂからベース基材１２の長手方向の他端に向かってミアンダ状に延在している。２つのアンテナ素子２２Ａ、２２Ｂにより、無線通信デバイス１０のダイポールアンテナを構成している。なお、本実施の形態の場合、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長は、通信電波の波長λの四分の一未満にされている、すなわち、ダイポールアンテナの電気長が波長λの二分の一未満にされている。その結果として、無線通信デバイス１０が小型化されている（アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長を波長の四分の一にする場合に比べて）。
図４に示すように、これまで説明してきた、RFICチップ１０４と、インダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄおよび１８Ａ〜１８Ｄと、キャパシタンス素子２０とにより、無線通信デバイス１０の給電回路ＦＣが構成されている。
給電回路ＦＣには、第１および第２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２が含まれている。
第１のループ回路（第１の共振ループ）ＬＰ１は、RFICチップ１０４と４つのインダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄとを含み、所定の共振周波数を備える閉回路（ループ回路）である。そのRFICチップ１０４は内部容量Ｃ１を含んでいる。したがって、第１のループ回路ＬＰ１は、RFICチップ１０４に対して並列なＬＣ並列共振回路である。第１のループ回路ＬＰ１が共振周波数ｆ１（例えば約８５０ＭＨｚ）を持つように、それに含まれるインダクタンス素子１０６Ａ〜１０６ＤのインダクタンスＬ１〜Ｌ４が決定されている。
第２のループ回路（第２の共振ループ）ＬＰ２は、６つのインダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄ、および１８Ａ〜１８Ｄとキャパシタンス素子２０とを含み、所定の共振周波数を備える閉回路（ループ回路）である。したがって、第２のループ回路ＬＰ２も、RFICチップ１０４に対して並列なＬＣ並列共振回路である。第２のループ回路ＬＰ２が共振周波数ｆ１と異なる共振周波数ｆ２（例えば約９５０ＭＨｚ）を持つように、それに含まれるインダクタンス素子１８Ａ〜１８ＤのインダクタンスＬ５〜Ｌ８が決定されている。
また、図４に示すように、給電回路ＦＣにおいて、第１のループ回路ＬＰ１と第２のループ回路ＬＰ２は、電気回路的に接続され、インダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄを共有している。具体的には、インダクタンス素子１０６Ａ、１０６Ｃ、および１８Ａそれぞれの一端が互いに接続され、Ｔ型回路を構成している。また、インダクタンス素子１０６Ｂ、１０６Ｄ、および１８Ｂそれぞれの一端が互いに接続され、Ｔ型回路を構成している。Ｔ型回路を構成する３つのインダクタンス素子１０６Ａ、１０６Ｃ、および１８Ａそれぞれが互いにインピーダンス変換し合うとともに、Ｔ型回路を構成する３つのインダクタンス素子１０６Ｂ、１０６Ｄ、および１８Ｂそれぞれが互いにインピーダンス変換し合う。それにより、第１のループ回路ＬＰ１と第２のループ回路ＬＰ２それぞれに、大きく損失することなく、また一方に大きく偏ることなく電流が流れる。
本実施の形態の場合、インダクタンス素子１０６ＡのインダクタンスＬ１がインダクタンス素子１０６ＣのインダクタンスＬ３に比べて大きく、また、インダクタンス素子１０６ＢのインダクタンスＬ２がインダクタンス素子１０６ＤのインダクタンスＬ４に比べて大きくされている。これにより、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂで電波を受信すると、図４に示す中継用ランド２６Ａ、２８Ａを入力ポートとする給電回路ＦＣの両端に電位差が発生し、インダクタンス素子１８Ｂ、１０６Ｄ、１０６Ｃ、１８Ａに電流が流れる。この電流経路で、インダクタンス素子１０６Ｄ、１０６Ｃは、第１のループ回路ＬＰ１と第２のループ回路ＬＰ２に共通のインダクタンス素子であるので、第１のループ回路ＬＰ１が共振している周波数では直接信号をRFICチップ１０４に伝達し、第２のループ回路ＬＰ２が共振している周波数では、インダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄに流れる電流を基点とした信号をRFICチップ１０４に伝達する。
第１および第２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２はそれぞれ独立の異なる共振周波数をもつ並列共振回路である。そのため、無線通信デバイス１０は、複数の通信周波数で無線通信することができる。
第１および第２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２それぞれの共振周波数が近い場合、例えば一方が約８５０ＭＨｚであって他方が約９２０ＭＨｚである場合、無線通信デバイス１０の通信周波数が広帯域化される。すなわち、８５０ＭＨｚ近傍および９２０ＭＨｚ近傍の周波数のみならず、これらの間の周波数でも実用的な通信距離で無線通信することが可能になり、その結果、通信周波数帯域が拡がる。このように通信周波数が広帯域化されることにより、例えば、無線通信デバイス１０に製造上のバラツキが生じても、また、使用される国が異なっても（使用される通信周波数が微妙に異なっていても）、無線通信デバイス１０は実用的な通信距離で無線通信することができる。
第１および第２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２それぞれの共振周波数が離れている場合、例えば一方が約９００ＭＨｚであって他方が約２．４ＧＨｚである場合、無線通信デバイス１０の通信周波数が多周波化される。すなわち、大きく異なる２つの通信周波数それぞれで無線通信することが可能になる。このように通信周波数が多周波化されることにより、無線通信デバイス１０は、使用する通信周波数が大きく異なる複数の通信システムそれぞれと無線通信することができる。
これにより、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂの電気長が小さい場合（上述したように波長λの四分の一未満）であっても、アンテナ素子で電波を受信すれば２つのループ回路ＬＰ１、ＬＰ２それぞれに電流が流れるので、広帯域化されたまたは多周波化された通信周波数で、すなわち複数の通信周波数で信号受信が可能となる。なお、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長が波長λの四分の一の長さである場合には、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂの直列共振（アンテナ素子の共振）が発生するので、無線通信デバイス１０は、３つの共振周波数を備えることができる。これにより、その通信周波数がさらに広帯域化される（通信周波数帯域がさらに拡がる）またはさらに多周波化される（大きく異なる３つの通信周波数で無線通信可能になる）。
図６および図７は、通信周波数が広帯域化されている無線通信デバイス１０の周波数特性を示している。図６は、周波数に対する特性インピーダンス整合特性を示している。図７は、スミスチャートである。なお、図７に示すスミスチャートにおいて、ゼロの抵抗値と∞の抵抗値との中点（１で示す点）は５０Ωであり、一点鎖線の内側の領域は、反射損失が−６ｄＢを超えている領域（図６のｆｂの周波数帯域）を示しており、RFICチップ１０４からインピーダンス周波数特性を見たときに、ほぼ電波が受信できている状態にある。
図６に示すように、２つのＬＣ並列共振回路（第１のループ回路ＬＰ１と第２のループ回路ＬＰ２）を含む給電回路ＦＣにより、無線通信デバイス１０の周波数帯域は、異なる２つの周波数ｆ１、ｆ２それぞれにピークを持つ。また、図４に示すように、２つのＬＣ並列共振回路（第１のループ回路ＬＰ１と第２のループ回路ＬＰ２）がインダクタンスＬ３、Ｌ４（インダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄ）を共有することにより、２つのピーク周波数ｆ１、ｆ２の間の帯域において特性インピーダンスの整合状態が大きく低下することが抑制されている。すなわち、いわゆる２つの共振周波数間に発生する反共振点が実質的に存在しない。したがって、反射損失が−６ｄＢを超えるような実用的な無線通信距離が得られる周波数帯域ｆｂが広い（共振周波数ｆ１、ｆ２のいずれか一方のみを備える場合に比べて）。その結果として、無線通信デバイス１０は、広い通信周波数帯域ｆｂを備えることができる。
また、特徴すべきは、上述したように、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長を波長λの四分の一の長さにすることなく、通信周波数を広帯域化している点である。すなわち、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂの形状や大きさに関係なく、２つの共振周波数を備える無線通信デバイス１０を実現している。そのため、通信周波数を広帯域化したままで、無線通信デバイス１０のアンテナ素子２２Ａ、２２Ｂを自由に設計することができる。
例えば、本実施の形態のように、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長を波長λの四分の一未満の長さ（すなわちこれらのアンテナ素子からなるダイポールアンテナの電気長を波長λの二分の一未満の長さ）にすることにより、無線通信デバイス１０を小型化することができる。
これに代わって、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長を波長λの四分の一の長さにすれば、無線通信デバイス１０は、もう一つ共振周波数を備えることができる。例えば、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂそれぞれの電気長を、例えば２．４ＧＨｚの電波の波長の四分の一の長さにすれば、無線通信デバイス１０の通信周波数帯域をさらに拡大することができる。
このように、本実施の形態によれば、無線通信デバイス１０は、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂの設計の自由度を低下させることなく、複数の通信周波数で無線通信することができる。
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。
例えば、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、キャパシタンス素子２０は、ベース基材１２側に設けられている。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。
図８は、別の実施の形態に係る無線通信デバイスの全体構成および等価回路を示している。
図８に示す無線通信デバイス２１０において、図４に示す実施の形態のキャパシタンス素子２０と異なり、キャパシタンス素子２２０は、ベース基材２１２ではなく、RFICモジュール３００に設けられている。すなわち、インダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄとキャパシタンス素子２２０とがRFICモジュール３００に設けられ、インダクタンス素子１８Ａ〜１８Ｄとアンテナ素子２２Ａ〜２２Ｂとがベース基材２１２に設けられている。
これにより、ＬＣ並列共振回路である第１の第１のループ回路ＬＰ１は、RFICチップ１０４と、インダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄと、キャパシタンス素子２２０とを含んでいる。また、ＬＣ並列共振回路である第２の第２のループ回路ＬＰ２は、インダクタンス素子１８Ａ〜１８Ｄ、１０６Ｃ、および１０６Ｄと、キャパシタンス素子２２０とを含んでいる。インダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄ、およびキャパシタンス素子２２０が、第１および第２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２に共有されている。
このような構成の無線通信デバイス２１０においても、図４に示す実施の形態の無線通信デバイス１０と同様に、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂの設計の自由度を低下させることなく、複数の通信周波数で無線通信することができる。
なお、図８に示す無線通信デバイス２１０の場合、ベース基材２１２にキャパシタンス素子が存在しないため、キャパシタンス素子の対向電極をベース基材２１２の第１の主面と第２の主面の両方に設ける必要がなくなる。また、ベース基材２１２の一方の主面のみにインダクタンス素子１８Ａ〜１８Ｄとアンテナ素子２２Ａ、２２Ｂの導体パターンを設けることにより、図２および図３に示す無線通信デバイス１０の層間接続導体３０、３２のような層間接続導体をベース基材３１２に設ける必要がなくなる。
さらに言えば、アンテナ素子のみをベース基材に設け、アンテナ素子以外の構成要素をRFICモジュールに設けることも可能である。
図９は、さらに別の実施の形態に係る無線通信デバイスの上面図である。また、図１０は、図９に示す無線通信デバイスの全体構成および等価回路を示している。
図９に示すように、無線通信デバイス４１０はベース基材４１２を備え、そのベース基材４１２の第１の主面４１２ａにRFICモジュール５００が実装されている。また、アンテナ素子４２２Ａ、４２２Ｂが、導体パターンとしてベース基材４１２の第１の主面４１２ａに設けられている。
また、図１０に示すように、無線通信デバイス４１０の給電回路ＦＣは、回路パターン（回路の構成要素およびそれら接続関係）について図４に示す無線通信デバイス１０と同じである。しかしながら、給電回路ＦＣの構成要素全てが、RFICモジュール５００内に設けられている。すなわち、インダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄおよび４１８Ａ〜４１８Ｄとキャパシタンス素子４２０とがRFICモジュール５００に設けられ、アンテナ素子４２２Ａ、４２２Ｂのみがベース基材４１２に設けられている。
これにより、ＬＣ並列共振回路である第１のループ回路ＬＰ１は、RFICチップ１０４と、インダクタンス素子１０６Ａ〜１０６Ｄとを含んでいる。また、ＬＣ並列共振回路である第２のループ回路ＬＰ２は、インダクタンス素子４１８Ａ〜４１８Ｄ、１０６Ｃ、および１０６Ｄと、キャパシタンス素子４２０とを含んでいる。インダクタンス素子１０６Ｃ、１０６Ｄが、第１および第２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２に共有されている。
図９および図１０に示す無線通信デバイス４１０の場合、アンテナ素子４２２Ａは入出力パッド４１４から延在し、アンテナ素子４２２Ｂは入出力パッド４１６から延在している。すなわち、入出力パッド４１４とそれに接続する外部接続端子５０８が、アンテナ素子４２２Ａと接続するためのアンテナポートとして機能している。また、入出力パッド４１６とそれに接続する外部接続端子５１０が、アンテナ素子２２Ｂと接続するためのアンテナポートとして機能している。
このような無線通信デバイス４１０においても、図４に示す実施の形態の無線通信デバイス１０と同様に、アンテナ素子４２２Ａ、４２２Ｂの設計の自由度を低下させることなく、複数の通信周波数で無線通信することができる。
なお、同様に、図８に示す別の実施の形態の無線通信デバイス２１０についても、その給電回路ＦＣの構成要素全てをRFICモジュール３００内に設けるとともに、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂのみをベース基材２１２に設けることも可能である。
さらに、上述の実施の形態の場合、図２や図５に示すように、インダクタンス素子１８Ａ〜１８Ｄ、１０６Ａ〜１０６Ｄやキャパシタンス素子２０は、導体パターンとしてRFICモジュールやベース基材に設けられているが、例えばいずれかがチップとして設けられてもよい。
さらにまた、上述の実施の形態の場合、図３に示すように、アンテナ素子２２Ａ、２２Ｂは、それぞれミアンダ状に延在し、またダイポールアンテナを構成している。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限定されない。例えば、アンテナ素子によって折り返しダイポールアンテナが構成されてもよい。
加えて、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、給電回路ＦＣにおける第１のループ回路は、RFICチップ１０４の内部容量の存在によってＬＣ共振並列回路を構成している。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限定されない。例えば、導体パターンから構成されたキャパシタンス素子を、第１のループ回路は含んでもよい。
すなわち、本発明に係る実施の形態の無線通信デバイスは、広義には、RFICチップを含む給電回路と、前記給電回路に接続されたアンテナ素子と、を有し、前記給電回路が、前記RFICチップと複数のインダクタンス素子とを含む第１の共振ループと、キャパシタンス素子と複数のインダクタンス素子とを含む第２の共振ループとを含み、前記第１の共振ループにおける複数のインダクタンス素子と前記第２の共振ループにおける複数のインダクタンス素子とにおいて、前記第１の共振ループと前記第２の共振ループとに共有される共有インダクタンス素子が含まれ、前記第２の共振ループが、前記アンテナ素子に接続するためのアンテナポートを含んでいる、無線通信デバイスである。
以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、ある実施の形態に対して少なくとも１つの実施の形態を全体としてまたは部分的に組み合わせて本発明に係るさらなる実施の形態とすることが可能であることは、当業者にとって明らかである。
本発明は、無線通信デバイスに適用可能である。
１０ 無線通信デバイス
１８Ａ インダクタンス素子
１８Ｂ インダクタンス素子
１８Ｃ インダクタンス素子
１８Ｄ インダクタンス素子
２０ キャパシタンス素子
２２Ａ アンテナ素子
２２Ｂ アンテナ素子
１０４ RFICチップ
１０６Ａ インダクタンス素子
１０６Ｂ インダクタンス素子
１０６Ｃ インダクタンス素子
１０６Ｄ インダクタンス素子
ＦＣ 給電回路
ＬＰ１ 第１の共振ループ（第１のループ回路）
ＬＰ２ 第２の共振ループ（第２のループ回路）

Claims (7)

  1. RFICチップを含む給電回路と、
    前記給電回路に接続されたアンテナ素子と、
    を有し、
    前記給電回路が、前記RFICチップと複数のインダクタンス素子とを含む第１の共振ループと、キャパシタンス素子と複数のインダクタンス素子とを含む第２の共振ループとを含み、
    前記第１の共振ループにおける複数のインダクタンス素子と前記第２の共振ループにおける複数のインダクタンス素子とにおいて、前記第１の共振ループと前記第２の共振ループとに共有される共有インダクタンス素子が含まれ、
    前記第２の共振ループが、前記アンテナ素子に接続するためのアンテナポートを含んでおり、
    前記キャパシタンス素子が、ベース基材の両面それぞれに設けられ、前記ベース基材を挟んで対向し合う対向電極によって構成されている、
    無線通信デバイス。
  2. 前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子と、前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子と、前記共有インダクタンス素子とがＴ型回路を構成している、請求項１に記載の無線通信デバイス。
  3. 前記Ｔ型回路を構成する３つのインダクタンス素子において、前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子のインダクタンスが、前記共有インダクタンス素子のインダクタンスに比べて大きい、請求項２に記載の無線通信デバイス。
  4. 前記給電回路が、
    前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記RFICチップの第１の入出力端子に対して一端が接続された第１のインダクタンス素子と、
    前記第１の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記RFICチップの第２の入出力端子に対して一端が接続された第２のインダクタンス素子と、
    前記共有インダクタンス素子であって、前記第１のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第３のインダクタンス素子と、
    前記共有インダクタンス素子であって、前記第２のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記第３のインダクタンス素子の他端に対して他端が接続された第４のインダクタンス素子と、
    前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記第１のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第５のインダクタンス素子と、
    前記第２の共振ループのみに含まれるインダクタンス素子であって、前記第２のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続された第６のインダクタンス素子と、
    前記第５のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記キャパシタンス素
    子の一端に対して他端が接続された第７のインダクタンス素子と、
    前記第６のインダクタンス素子の他端に対して一端が接続され、前記キャパシタンス素子の他端に対して他端が接続された第８のインダクタンス素子と、
    を含み、
    前記第１の共振ループが、前記第１〜第４のインダクタンス素子と、前記RFICチップとを含み、
    前記第２の共振ループが、前記第３〜第８のインダクタンス素子と、前記キャパシタンス素子とを含み、
    前記アンテナポートが、前記第５のインダクタンス素子と前記第７のインダクタンス素子との間、および前記第６のインダクタンス素子と前記第８のインダクタンス素子との間に設けられている、請求項２または３に記載の無線通信デバイス。
  5. 前記RFICチップが実装され、前記第１〜第４のインダクタンス素子が導体パターンとして設けられている多層基板であるRFICモジュールを有し、
    前記ベース基材に、前記アンテナ素子と前記第５〜第８のインダクタンス素子とが導体パターンとして設けられ、且つ前記RFICモジュールが実装されている、請求項４に記載の無線通信デバイス。
  6. 前記アンテナ素子の電気長が、通信電波の波長の二分の一未満である、請求項１から５のいずれか一項に記載の無線通信デバイス。
  7. 前記アンテナ素子が、ダイポールアンテナを構成する、請求項１から６のいずれか一項に無線通信デバイス。
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