JP2516131B2 - Ｉｄカ―ドシステム用送受信回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線ＩＤカードシステ
ムにおいて、多数の子局を親局で判別し、相互の通信を
行う無線ＩＤカードシステム用送受信回路に係り、特に
低消費電力かつ高感度を要求するミリ波帯における電池
式ＩＤカードに有効な無線ＩＤカードシステム用送受信
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の無線ＩＤカードシステム用
送受信回路の基本構成を示すブロック図である。図９に
おいて、親局側の送信機（ＴＸ）１からアンテナ２を介
して搬送波が比較的低い周波数帯のＡＳＫ（Ａｍｐｌｉ
ｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：振幅変位方式）
変調波を子局側に送信する。子局側は、このＡＳＫ変調
波を低利得アンテナ３で受信し、検波回路（ＤＥＴ）４
でダイオードによる包絡線検波を行ってデータを取出す
ように構成されている。一方、子局側は親局側からの搬
送波を位相変調器（ＰＭ ＭＯＤ）５にデータを取り込
み、これにより位相変調して再び親局側に送信し、親局
側はこれをアンテナ２を介して受信機（ＲＸ）６に取り
込んでデータを得るように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たような従来の無線ＩＤカードシステム用送受信回路に
は次のような問題点がある。 １）ミリ波より低い周波数帯で信号を送受信するために
人工雑音の影響を受け易く、カードの大きさでアンテナ
の指向性を鋭くして他からの干渉を軽減することが困難
であった。 ２）また、低い周波数帯では信号が良好に伝搬すること
から秘匿性が要求されたり、多数の親局が必要な場合は
周波数を変えることなどをして干渉を防ぐ必要があっ
た。 ３）ミリ波帯ではアンテナの利得は上げることができる
が、使用する素子の性能が低下するという問題がある。
すなわち、このような低い周波帯ではＡＳＫ変調やＰＭ
（Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調に接合容量
を非常に小さくできるＰＩＮダイオードを使用している
が、寄生容量や誘導リアクタンスの影響で導通、非導通
時のインピーダンス変化が小さくなることから、オン・
オフ比特性が著しく劣化するという問題がある。 ４）子局側は低消費電力化のため高安定のミリ波帯発振
器を持てず、システムの利得をできるだけ大きくしなけ
ればならないという問題点があった。 ５）親局側からの送信信号による子局側での受信は、包
絡線検波が簡単で、しかも消費電力が少ないという観点
から最も優れている。しかし、検波感度が低いので、搬
送波の電力損失をできるだけ抑え、検波器に入力しなけ
ればならず、具体的には子局送信用の被変調回路に対す
る結合損をできるだけ小さくし、このために低下する送
信電力分を変調方式や親局の受信感度を高くすることで
補わなければならないという問題があった。

【０００４】したがって、本発明は上記したような従来
の無線ＩＤカードシステム用送受信回路の欠点を解消す
ることを目的とし、特にミリ波帯においても低消費電力
であり、したがって周波数の有効利用が可能であるとと
もに伝送速度を高めることができる簡単で高感度なＩＤ
カードシステム用送受信回路を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に提案された本発明によるＩＤカードシステム用送受信
回路は、多数の子局を親局で判別し、相互の通信を行う
ミリ波帯無線ＩＤカードシステム用送受信回路におい
て、前記子局が、前記親局で振幅変調された親局搬送波
信号をアンテナを介して受信し、振幅検波モード（受信
モード）の電界効果トランジスタのゲートバイアスにセ
ットし、包絡線検波して親局データを取出す検波手段
と、子局から親局にデータを送信するためシフトモード
（送信モード）の前記電界効果トランジスタのゲートバ
イアスにセットし前記親局搬送波より一定の周波数にシ
フトした側帯波を発生させる低周波信号を発生する発振
手段と、上記発振手段からの低周波信号と前記親局搬送
波を混合し、子局送信波として送出するミキサ手段と、
前記側帯波を子局から親局に送る子局データで変調する
変調手段と、送受信動作モードを前記電界効果トランジ
スタを用いて前記振幅検波モードと前記シフトモードに
切り換えて送信に供する前記電界効果トランジスタのゲ
ートバイアスを制御するスイッチ手段と、を備えたこと
を特徴とする。

【０００６】

【作用】上記のように構成された本発明においては、ミ
リ波の広い帯域を利用し、子局では干渉などを防ぐため
搬送波に対して周波数をシフトさせて送信し、親局では
自局の送信波を局部発振波として子局からの受信信号の
うち側帯波をスーパーへテロダイン受信し、高感度化を
実現する。また、子局でのシフト周波数は低周波の中間
周波数帯なので位相変調や周波数変調を簡単に行うこと
ができ、親局の所要Ｓ／Ｎ（Ｃ／Ｎ）をＡＳＫ方式より
小さくすることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明によるＩＤカードシステム用
送受信回路の基本構成を示すブロック図である。図にお
いて、７から１６は親局側の構成要素を示し、１７から
２５は子局側の構成要素をそれぞれ示す。

【０００８】図１の７は親局側の送信搬送波を発生する
送信発振器、８は後述の副搬送波変調器からの変調信号
により送信発振器７からの送信搬送波を振幅変調する振
幅変調器、９はこの振幅変調器８からの親局送信波を次
に述べるアンテナに転送するとともに、後に述べる子局
からの受信波を上記アンテナを介して以下に述べる受信
ミキサに転送する分波器、１０は分波器９からの親局送
信波を子局に送信するとともに子局からの子局送信波を
受信するアンテナ、１１は分波器９からの子局受信波を
親局送信波の一部と混合し、中間周波信号を与える受信
ミキサ、１２はこの受信ミキサ１１からの中間周波信号
を増幅する中間周波増幅器、１３はこの中間周波増幅器
１２の出力の中間周波信号のみをろ波する中間周波（Ｉ
Ｆ）ろ波器、１４はこのＩＦろ波器１３からの中間周波
信号から子局データを復調する復調器、１５は復調され
た子局データを所定の用途に供するとともに、副搬送波
変調信号を次に示す副搬送波変調器に与える通信制御回
路、１６は前記副搬送波変調器である。

【０００９】また、図１の１７は親局からの親局受信波
を受信するアンテナ、１８は受信した親局受信波を次に
示す包絡線検波器に転送するとともに後述の送信ミキサ
からの子局送信波をアンテナ１７に送出する結合器、１
９は前記受信した親局受信波に対して包絡線検波を行い
親局データを含む副搬送波を取り出す包絡線検波器、２
０はこの検波した副搬送波を増幅するベースバンド（Ｂ
Ｂ）増幅器、２１は増幅された副搬送波以外の不要成分
波を除くベースバンド（ＢＢ）ろ波器、２２はろ波信号
から親局データを復調する復調器、２３は復調された親
局データを所定の用途に供するとともに、子局データを
次に示すシフト発振器に送出する通信制御回路、２４は
前記子局データを受けるとともに、子局受信波を受信し
た親局搬送波から一定の低周波数だけシフトさせる低周
波信号を発生するシフト発振器、２５はこのシフト発振
器２４からの低周波信号と受信した親局搬送波とを混合
した子局受信波を結合器１８に送出する送信ミキサであ
る。

【００１０】上記のような基本的な構成において、親局
側においては、送信発振器７で発生された親局搬送波ｆ
ｒは振幅変調器８で振幅変調され、分波器９、アンテナ
１０を介して子局側に送信波ｆｔ１が送信される。子局
側では、この親局からの受信波ｆｒをアンテナ１７、結
合器１８を介して受信し、包絡線検波器１９で包絡線検
波し、ＢＢ増幅器２０、ＢＢろ波器２１を介して副搬送
波信号を増幅するとともに帯域制限を行ない、復調器２
２で親局データを復調し、通信制御回路２３で所定の用
途に供する。

【００１１】一方、子局から親局へ子局のデータを送信
するときは、シフト発振器２４からの低周波信号ｆｓと
親局からの受信波（但し、無変調）ｆｒを送信ミキサ２
５で混合し、結合器１８、アンテナ１７を介して親局に
送信波ｆｔ２を送信する。

【００１２】この場合、低周波信号ｆｓの電力は親局搬
送波ｆｒより大きい電力でドライブするようにする。子
局からの子局送信波ｆｔ２は、ｆｔ２＝ｎｆｒ±ｍｆｓ
（ｎ，ｍは自然数）で与えられ、低周波信号ｆｓをドラ
イブする場合は子局送信波ｆｔ２は親局搬送波ｆｒのレ
ベルに比例することになる。また、親局では、子局から
の子局送信波ｆｔ２をアンテナ１０、分波器９を介して
受信し、受信ミキサ１１で中間周波数ｆｉに変換し、中
間周波増幅器１２で増幅し、ＩＦろ波器１３でろ波し、
復調器１４で子局データを取出す。なお、上記の式にお
いて、ｍ，ｎ＝１のときはｆｔ２＝ｆｒ±ｆｓとなり、
親局の中間周波数ｆｉはｆｉ＝ｆｓとなる。また、子局
データは後で示すように通信制御回路２３からシフト発
振器２４を変調する形で与えられる。

【００１３】次に、本発明の具体的実施例について説明
する。本発明は特に子局の構成にあるので子局側につい
ての実施例を以下では説明する。図２はＦＳＫ（Ｆｒｅ
ｇｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：周波数偏移
方式）／ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋ
ｅｙｉｎｇ：振幅変位方式）送信の場合の本発明の一実
施例を示す回路構成図である。図において、親局からの
子局受信波ｆｒはアレーアンテナ２６（図１のアンテナ
１７に対応）、インピーダンス整合回路（ＭＮＷ）２
７、結合コンデンサ２８を介して電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）２９のゲートに入力される。図２のＦＥＴ２
９のバイアス特性曲線に示したように、ＦＥＴ２９のゲ
ートには抵抗３０を介してゲートバイアス電圧−Ｅｇが
印加されており、親局からの受信の場合は検波モードの
バイアス位置−Ｅｇｒに設定されており、この場合のＦ
ＥＴ２９のＥｇ・Ｉｄ特性から入力された親局搬送波ｆ
ｒは包絡線検波され、増幅器３１（図１のＢＢ増幅器２
０に対応）を通してＡＳＫ検波出力として取り出され、
図１のＢＢろ波器２１に送出される。なお、ＦＥＴ２９
は抵抗Ｒ１を介してドレインバイアス＋Ｅｄが印加され
ている。

【００１４】子局から親局に送信する場合には、ＦＥＴ
２９のゲートは図２における送信シフトモード位置−Ｅ
ｇｔに設定されており、ＦＥＴ２９はドレイン・ゲート
間容量Ｃｄｇ、ゲートのソース間容量Ｃｇｓ、及び誘導
子（Ｌ１）３２、コンデンサ（Ｃ１）３３、可変容量ダ
イオード３５の誘導性リアクタンスとでコルピッツ形Ｌ
Ｃ発振回路３４（図１のシフト発振器２４に対応）を構
成しているが、上記した発振回路は他の構成の回路を使
用してもよい。そして、この発振回路３４の可変容量ダ
イオード３５を抵抗（Ｒ３）３６を介して逆方向電圧が
印加され周波数変調入力端子３７にパルス信号を印加し
て変化させることによりこの発振回路３４の発振出力は
周波数変調される。

【００１５】このようにして、子局から親局へ送信する
場合は、ＦＥＴ２９と、これを含めた発振回路３４とで
図１の結合器１８、送信ミキサ２５、シフト発振器２４
が構成され、周波数変調入力端子３７に子局データを含
む周波数変調信号を印加することにより子局データで周
波数変調された子局送信波ｆｔ２が得られ、受信の場合
と逆にアレーアンテナ２６を介して親局に送信される。

【００１６】図３は、図２に示したＦＳＫ／ＡＳＫ送信
の実施例の全体を図示したものであり、図３のＢＢろ波
器２１、復調器２２、通信制御回路２３は図１のものと
同一の構成である。通信制御回路２３の端子３８は復調
器２２からの復調された親局データを受ける端子、端子
３９は子局データとしてのＦＭ変調信号を発振回路３４
に送出する端子、端子４０はＦＥＴ２９のバイアスを切
り換える端子である。ＡＳＫで送信するときは、通信制
御回路２３のバイアス切り換え端子４０からＦＥＴ２９
のゲートにＥｇｔとＥｇｒを切り換えるパルス信号を送
って行われ、このときのＦＭ変調信号端子３９は無信号
となっている。尚、ＡＳＫ方式の場合には、ＦＭ変調信
号端子３９には信号を与えず、ゲートバイアスに送信パ
ルスを重畳させるようにしてもよい。その場合には、抵
抗器（Ｒ３）３６の通信制御回路２３側の端子３７は接
地される。

【００１７】図４はＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ
Ｋｅｙｉｎｇ：位相変位方式）送信の場合の本発明の一
実施例を示す回路構成図である。図４において、親局か
らの子局受信波ｆｒの検波は，上記ＦＳＫ／ＡＳＫ送信
の実施例の場合と同様になされる。すなわち、子局受信
波ｆｒはアレーアンテナ２６、インピーダンス整合回路
２７を通してＦＥＴ２９に入力される。ＦＥＴ２９は受
信時には図の−Ｅｇｒにバイアスされて二乗検波として
作用し、コンデンサ（Ｃ１）３３を介して増幅器３１で
増幅され、ＡＳＫ検波出力として取り出される。子局か
ら親局へ子局データを送信するときは、発振器４１（図
１のシフト発振器２４に対応）から低周波信号ｆｓを位
相変調器４２に印加し、さらに位相変調入力端子４３か
ら子局データを含む位相変調信号を位相変調器４２に加
え、その出力をＦＥＴ２９のドレイン（Ｄ）に印加する
ことにより、子局受信波ｆｒと位相変調した低周波信号
ｆｓとが混合された子局送信波ｆｔがアレーアンテナ２
６を介して親局に送信される。このＰＳＫ方式は回路が
複雑になるという問題点がある。尚、位相変調器４２を
スイッチとして振幅変調器とすることによりＡＳＫ方式
が可能なことは勿論である。

【００１８】図５は上記した図４に示したＰＳＫ送信の
実施例の全体を表わしたもので、通信制御回路２３の端
子４０は子局データとしてのＰＭ変調信号を位相変調器
４２に送出する端子、端子４４はＦＥＴ２９のバイアス
を切り替える端子である。

【００１９】図６は、送信変調方式がＡＳＫ／ＡＳＫの
場合の実施例を示す回路構成図である。親局からの受信
動作は前記した実施例に示した場合と同様である。親局
への送信時には、ＦＥＴ２９のドレインバイアスとして
通信制御回路２３のＡＳＫ変調信号端子４５から、送信
モード時には＋Ｅｄを、ＡＳＫ検波モード時には発振回
路３４が発振を停止するバイアス電圧以下の電圧を印加
する。また、通信制御回路２３のバイアス切り換え端子
４６からはＦＥＴ２９のゲート（Ｇ）に対してパルス信
号によりバイアス電圧をＥｇｔとＥｇｒで切り換えるよ
うにする。

【００２０】図７は図２及び図３のＦＳＫ／ＡＳＫ送信
の実施例及び図５及び図６のＰＳＫ送信の場合の各部の
動作波形を例示したタイミング図である。図７におい
て、ａ）は装置動作の時間基準を示すクロック信号、
ｂ）はＦＥＴ２９のバイアス波形、ｃ）はＡＳＫ動作に
おけるＡＳＫ受信復調波形、ｄ）は子局からの送信信号
波形、ｅ）はＡＳＫ動作の場合のＦＥＴ２９のゲートバ
イアス波形、ｆ）は２ＦＳＫ送信の場合の送信周波数偏
移、ｇ）は２ＰＳＫ送信の場合の送信位相変位を示して
いる。

【００２１】図８は図６のＡＳＫ／ＡＳＫ送信の実施例
の場合の各部の動作波形を例示したタイミング図であ
る。図８において、ａ）は装置動作の時間基準を示すク
ロック信号、ｂ）は親局からの親局搬送波の受信復調信
号、ｃ）はＦＥＴ２９の子局受信、送信動作時のバイア
ス、ｄ）はＡＳＫ送信時のＦＥＴ２９の電源の波形であ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上で明らかな様に本発明によれば、電
界効果トランジスタのゲートバイアスや可変容量コンデ
ンサの逆バイアス電圧を制御し、子局から親局にデータ
を送信するため受信した親局搬送波より一定の周波数に
シフトさせる低周波信号を発生する発振手段と、前記低
周波信号を前記親局搬送波と混合し、受信した親局搬送
波の側帯波を子局送信波として送出するミキサ手段と、
前記受信した親局搬送波や上記低周波発振波を子局から
親局への子局データで変調する変調手段と、送受信動作
モードをＡＳＫ検波モードと周波数変換モードとに切り
換える電界効果トランジスタのゲートバイアスを制御す
るスイッチ手段とを設けることにより、簡単な回路構成
で高感度なシステムを構築できると共にミリ波帯におい
ても低消費電力のＩＤカードシステムを構築でき、した
がって周波数の有効利用が可能になるとともに伝送速度
を高めることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＩＤカードシステム用送受信回路
の基本構成を示すブロック図である。

【図２】ＦＳＫ／ＡＳＫ送信の場合の本発明の一実施例
を示す回路構成図である。

【図３】図２に示したＦＳＫ／ＡＳＫ送信の場合の実施
例をまとめて示す回路構成図である。

【図４】ＰＳＫ送信の場合の本発明の一実施例を示す回
路構成図である。

【図５】図４に示したＰＳＫ送信の実施例の全体を示し
た回路構成図である。

【図６】送信変調方式がＡＳＫ／ＡＳＫの場合の実施例
を示す回路構成図である。

【図７】図２及び図３のＦＳＫ／ＡＳＫ送信の実施例お
よび図５及び図６のＰＳＫ送信の実施例の場合の各部の
動作波形を例示したタイミング図である。

【図８】図６のＡＳＫ／ＡＳＫ送信の実施例の場合の各
部の動作波形を例示したタイミング図である。

【図９】従来の無線ＩＤカードシステム用送受信回路の
基本構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１７ アンテナ １９ 包絡線検波器 ２４ シフト発振器 ２５ 送信ミキサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−182780（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−227553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−294347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−114976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−283738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−302629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121773（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−31018（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の子局を親局で判別し、相互の通信
   を行うミリ波帯無線ＩＤカードシステム用送受信回路に
   おいて、 前記子局が、前記親局で振幅変調された親局搬送波信号
   をアンテナを介して受信し、振幅検波モード（受信モー
   ド）の電界効果トランジスタのゲートバイアスにセット
   し、包絡線検波して親局データを取出す検波手段と、 子局から親局にデータを送信するためシフトモード（送
   信モード）の前記電界効果トランジスタのゲートバイア
   スにセットし前記親局搬送波より一定の周波数にシフト
   した側帯波を発生させる低周波信号を発生する発振手段
   と、 上記発振手段からの低周波信号と前記親局搬送波を混合
   し、シフトした側帯波を有する親局搬送波を子局送信波
   として送出するミキサ手段と、 前記子局送信波のシフトした側帯波の振幅を送受信動作
   モードを前記電界効果トランジスタを用いて前記振幅検
   波モードと前記シフトモードに切り換えて送信に供する
   前記電界効果トランジスタのゲートバイアスを制御する
   スイッチ手段により子局から親局に送る子局データで変
   調する変調手段と、 を備えたことを特徴とするＩＤカードシステム用送受信
   回路。
2. 【請求項２】 前記親局搬送波をシフトさせる低周波信
   号は周波数変調される請求項１に記載のＩＤカードシス
   テム用送受信回路。