JPH05299927A

JPH05299927A - 情報カード

Info

Publication number: JPH05299927A
Application number: JP4126663A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Tanaka; 勝之田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【構成】情報カード１０内において、間にＦＥＴ１４
が挿入接続された２つのアンテナエレメント１１ａ、１
１ｂより成る半波長ダイポールアンテナ部１１と平行に
折り返し線２１を設け、これらのアンテナ部１１と折り
返し線２１とを接続線２２で接続して半波長折り返しダ
イポールアンテナを構成する。半波長折り返しダイポー
ルアンテナの指向性パターンは、半波長ダイポールアン
テナと同様でカード読み取りの際の検知範囲を広くとれ
るが、ＦＥＴ１４のドレイン−ソース間が直流的に短絡
されて静電気による破壊が生じない。【効果】検知範囲が広く、かつ静電破壊に強い情報カ
ードが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波を利用して
非接触でデータの送信又は受信を行うような情報カード
システムに用いられる情報カードに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波を利用して非接触でデータを
送信又は受信する情報カード（マイクロ波カードともい
う）システムとして、周波数が例えば２．４５ＧHzのマ
イクロ波を利用して、カードのデータを、１．５ｍ程度
の距離内で非接触で読み取るものが提案されている。こ
の情報カード（マイクロ波カード）に設けられるアンテ
ナは、一波長ループや半波長ダイポールが、構成が簡単
なこともあり、一般的であるが、それぞれ一長一短があ
る。

【０００３】先ず図１０は、カード読み取り装置（カー
ドリーダ）１００と半波長ダイポールアンテナ１１１を
有する情報カード（マイクロ波カード）１１０とを示し
ている。この図１０の情報カード１１０内には、２つの
アンテナエレメントの全体で半波長（λ／２）の長さを
有するダイポールアンテナ１１１と、情報が記憶された
ＩＣ（集積回路）１１２と、回路電源用の電池１１３
と、スイッチング素子としてのＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）１１４とが設けられている。ＦＥＴ１１４は、
半波長ダイポールアンテナ１１１の２つのエレメントの
中間位置に挿入接続されており、ＩＣ１１２のデータに
よりオンとオフの状態をとる。このＦＥＴ１１４のオ
ン、オフによりアンテナ１１１のインピーダンスが変化
する。

【０００４】図１０のカード読み取り装置（カードリー
ダ）１００は、マイクロ波発振器１０１からの信号が送
信用アンテナ１０２に送られて、この送信用アンテナ１
０２から情報カード１１０に向けて無変調の電波が発射
され、その反射波が受信用アンテナ１０３に受信される
ようになっている。情報カード１１０ではＩＣ１１２の
データによりＦＥＴ１１４がオン、オフしてアンテナ１
１１のインピーダンスが変化するため、反射波のレベル
が変化し、データにより振幅変調を受けた信号が受信用
アンテナ１０３に受信されることになる。このアンテナ
１０３からの受信信号は、同期検波用の乗算器１０４に
送られて上記発振器１０１からの信号と乗算されて同期
検波され、信号処理回路１０５に送られて信号処理され
ることにより、情報カード１１０のデータが読み取られ
る。

【０００５】次に図１１は、一波長ループアンテナ１２
１を有する情報カード１２０を示している。この情報カ
ード１２０には、一周で一波長分の長さを有するループ
アンテナ１２１が設けられ、他の部分は上記情報カード
１１０と同様にＩＣ１２２、電池１２３、ＦＥＴ１２４
が設けられている。ＦＥＴ１２４は、ループアンテナ１
２１の一部が切断されて該切断部に挿入接続されてい
る。ＩＣ１２２のデータによりＦＥＴ１２４がオン、オ
フされるとアンテナ１２４のインピーダンスが変化し、
上記図１０のカード読み取り装置（カードリーダ）１０
０から発射された電波（マイクロ波）の反射波が振幅変
調を受けるようになり、これによって情報カード１２０
のデータが読み取られることは、上述した例と同様であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図１０
に示す情報カード１１０に用いられている半波長ダイポ
ールアンテナ１１１の場合、アンテナ１１１を含む面内
においては、図１２のＡに示すように８の字型の指向性
を示すが、図１２のＢに示すように、アンテナ１１１を
軸として回転する方向、すなわちアンテナ１１１に垂直
な面内においては無指向性で、カードリーダがカードを
検知できる範囲は広い。その反面、アンテナ１１１のエ
レメント間に接続されるＦＥＴ１１４のドレイン−ソー
ス間が直流的にはオープンであるため、静電気によりド
レイン−ソース間電圧Ｖ_DSがＦＥＴ１１４の定格値を越
えることがあり、ＦＥＴ１１４が破壊され易いという欠
点がある。

【０００７】これに対して、上記図１１に示す情報カー
ド１２０に用いられている一波長ループアンテナ１２１
の場合には、図１３に示すように、アンテナ１２１を含
む面に対して垂直方向にも回転方向にも８の字型の指向
性を示すため、検知範囲は上記半波長ダイポールアンテ
ナ１１１の場合に比べて狭くなるが、ＦＥＴ１２４のド
レイン−ソース間が直流的にショートしているため、静
電気によりドレイン−ソース間電圧Ｖ_DSがＦＥＴ１２４
の定格値を越えることがなく、ＦＥＴ１２４が破壊され
ることがない。

【０００８】次に、図１４は、非接触でデータを書き込
むことが可能な情報カードの例を示しており、情報カー
ド１３０には、受信用（データ取り込み用）の半波長ダ
イポールアンテナ１３１と、このアンテナ１３１の２つ
のエレメントに接続された検波回路１３２とが設けられ
ている。この他、上記図１０の情報カード１１０と同様
に、半波長ダイポールアンテナ１１１、ＩＣ１１２、電
池１１３、ＦＥＴ１１４が設けられている。また、情報
カード１４０には、受信用の一波長ループアンテナ１４
１と、このループアンテナ１４１に接続された検波回路
１４２と、上記図１１と同様な一波長ダイポールアンテ
ナ１２１、ＩＣ１２２、電池１２３及びＦＥＴ１２４と
が設けられている。

【０００９】また、情報カードの読み取り及び書き込み
装置１５０としては、上述した図１０に示すカード読み
取り装置１００と同様なマイクロ波発振器１０１、送信
用アンテナ１０２、受信用アンテナ１０３、及び同期検
波用の乗算器１０４が設けられると共に、データ読み取
りのみならず書き込みデータを出力するための信号処理
回路１５１と、上記マイクロ波発振器１０１からの信号
を信号処理回路１５１からの書き込みデータにより例え
ば振幅変調する変調器１５２と、この変調器１５２から
の変調信号を増幅して送信用アンテナ１０２に送るため
の増幅器１５３とが設けられている。

【００１０】データの書き込みは、装置１５０の送信用
アンテナ１０２からの変調信号電波を情報カード１３０
（あるいは１４０）の受信用アンテナ１３１（１４１）
で受信し、検波回路１３２（１４２）で検波することに
よりデータを読み取って、ＩＣ１１２（１２２）に該デ
ータを取り込むことにより行われる。

【００１１】ここで、上記データの変調方式として、い
わゆるＡＳＫ（振幅シフトキーイング）等のような単純
な振幅変調が行われている場合、検波回路１３２（１４
２）は、例えば図１５に示すように、ダイオード１３４
と抵抗１３５のみで構成することが可能である。ここ
で、特に情報カード１３０のように、半波長ダイポール
アンテナ１３１を用いる場合には、静電気等によりアン
テナ１３１に高圧が生ずると、ダイオード１３４やこの
検波回路１３２に接続されるＩＣ１１２の入力段部分が
破壊される可能性がある。

【００１２】次に図１６は、情報カードからデータで変
調された電波を発射するようなシステムの一例を示して
いる。この図１６に示す情報カード１７０は、送信用の
半波長ダイポールアンテナ１７１と、送信すべきデータ
が記憶されたＩＣ１７２と、回路電源用の電池１７３
と、マイクロ波発振器１７４と、変調・増幅回路１７５
とを有し、マイクロ波発振器１７４からの信号をＩＣ１
７２からのデータで変調し増幅して送信用アンテナ１７
１に送っている。また、情報カード１８０は、送信用に
一波長ループアンテナ１８１を用いている以外は情報カ
ード１７０と同様であり、ＩＣ１８２、電池１８３、マ
イクロ波発振器１８４、変調・増幅回路１８５を有して
いる。動作も情報カード１７０と同様である。

【００１３】この情報カード１７０（あるいは１８０）
からの変調波は、カード読み取り装置（カードリーダ）
１６０の受信アンテナ１６１にて受信され、検波回路１
６２で検波され、信号処理回路１６３で読み取られる。

【００１４】ここで、上記データの変調方式に上記ＡＳ
Ｋを用いる場合には、変調・増幅回路１７５（１８５も
同様）として、例えば図１７に示すように、マイクロ波
発振器１７４からの発振出力を増幅器するための増幅用
トランジスタ１７６と、電池１７３からの電源をオン・
オフするスイッチ１７７と、このスイッチ１７７からの
出力（電源）を増幅用トランジスタ１７６のコレクタに
供給する抵抗１７８と、この増幅用トランジスタ１７６
のコレクタに接続されたコンデンサ１７９とにより構成
することができる。そして、上記スイッチ１７７を上記
ＩＣ１７２からのデータにてオン・オフ制御することに
より、マイクロ波（搬送波）が振幅シフトキーイングに
よる変調を受けるわけである。

【００１５】このような構成をとる場合、特に情報カー
ド１７０のようにアンテナ１７１が２つのエレメントで
分離されトランジスタ１７６のコレクタ−エミッタ間が
開放になっている場合には、静電気により、トランジス
タ１７６、スイッチ１７７等が破壊される可能性があ
る。

【００１６】これらの図１４〜図１７に示す例におい
て、一波長ループアンテナの場合には上記静電気による
素子の破壊等は生じにくいが、指向性パターンが上記図
１３のように狭く、カードの直上や直下位置にカード読
み取り装置等が位置していないとデータ読み取り等が有
効に行えなくなる可能性がある。

【００１７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、指向性パターンは上記半波長ダイポール
アンテナと同様であり、静電気による素子の破壊等に対
して強いような情報カードの提供を目的とするものであ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る情報カード
は、マイクロ波を利用して非接触でデータを送信又は受
信する情報カードシステムに用いられる情報カードにお
いて、情報カードに設けられるアンテナパターンを半波
長折り返しダイポールとすることにより、上述の課題を
解決する。

【００１９】ここで上記半波長折り返しダイポールのア
ンテナパターンは、半波長ダイポールアンテナ部と、こ
のアンテナ部に平行な折り返し線と、これらのアンテナ
部と折り返し線とを接続する接続線とから成っている。

【００２０】

【作用】半波長折り返しダイポールアンテナは、半波長
分のアンテナ部に対して平行に折り返し線が設けられて
いるため、アンテナのエレメント間に挿入接続された素
子から見て開放された状態とはならなくなり、静電気に
よる素子破壊の防止が可能となる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明に係る情報カードの一実施例の
概略構成を示す図であり、図２はアンテナ部分の詳細を
示す図である。これらの図１、図２において、情報カー
ド１０内には、２つのアンテナエレメント１１ａ、１１
ｂの全体で半波長（λ／２）の長さを有するダイポール
アンテナ部１１と、このダイポールアンテナ部１１に平
行に設けられた折り返し線２１と、これらのダイポール
アンテナ部１１と折り返し線２１とを接続する接続線２
２とが設けられ、これらのダイポールアンテナ部１１、
折り返し線２１及び接続線２２により半波長折り返しダ
イポールアンテナが構成されている。また情報カード１
０内には、情報データが記憶されたＩＣ（集積回路）１
２と、回路電源用の電池１３と、スイッチング素子とし
てのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１４とが設けられ
ている。ＦＥＴ１４は、半波長ダイポールアンテナ１１
の２つのエレメント１１ａ、１１ｂの中間位置に挿入接
続されており、ＩＣ１２のデータによりオンとオフの状
態をとる。このＦＥＴ１４のオン、オフによりアンテナ
１１のインピーダンスが変化する。

【００２２】カード読み取り装置（カードリーダ）は、
前述した図１０の装置１００と同様に構成すればよく、
またデータ読み取りの動作も同様であるため、図示せず
説明を省略する。

【００２３】図１、図２に示すような半波長折り返しダ
イポールアンテナは、上記半波長ダイポールと一波長ル
ープとの中間的な構造を有するアンテナであり、指向性
パターンは上記半波長ダイポールアンテナと殆ど同じで
ある。ここで、例えば図３に示すように、ダイポールア
ンテナ部１１の各エレメント１１ａ、１１ｂが所定の角
度αをなして設けられている場合における指向性パター
ンの具体例を、図４〜図７に示している。

【００２４】すなわち、図４、図６は、ダイポールアン
テナ部１１を含む平面内での指向性パターンを、また図
５、図７は、ダイポールアンテナ部１１の軸に対して直
交する面内での指向性パターンを、それぞれ示してい
る。図４、図５では、ダイポールアンテナ部１１の幅ｄ
₁を１.0mm、折り返し線２１の幅ｄ₂を0.５mmとし、こ
れらのアンテナ部１１と折り返し線２１との距離Ｓを変
化させたときの指向性パターンを示しており、Ｓ＝0.５
mmのときを×印で、Ｓ＝２.0mmのときを○印で、Ｓ＝
４.0mmのときを△印でそれぞれプロットしている。また
参考として、折り返し線の無い通常の半波長ダイポール
アンテナの場合を破線で示している。次に、図６、図７
では、アンテナ部１１の幅ｄ₁を１.0mm、上記距離Ｓを
１.0mmとし、折り返し線２１の幅ｄ₂を変化させたとき
の指向性パターンを示しており、ｄ₂＝0.５mmのときを
×印で、ｄ₂＝１.0mmのときを○印で、ｄ₂＝２.0mmの
ときを△印でそれぞれプロットしている。これらの図
６、図７でも、参考として通常の半波長ダイポールアン
テナの場合を破線で示している。なお、レベルはｄＢ単
位であり、図４、図６では−６８ｄＢを基準とし、図
５、図７では−６６ｄＢを基準としている。

【００２５】これらの図４〜図７からも、上記半波長折
り返しダイポールアンテナの指向性パターンが、破線に
示したような半波長ダイポールアンテナの指向性パター
ンと略々同様であることが明らかである。また、ＦＥＴ
１４のオン、オフに応じた反射波強度のオン／オフ比は
半波長ダイポールアンテナに比べて小さくなるが、その
比は、図２のパターン幅ｄ₁、ｄ₂や距離Ｓを変えるこ
とで変化させることができる。これらの値を変えること
は、アンテナの給電点インピーダンスを変えることに相
当し、このインピーダンスの値と上記反射波のオン／オ
フ比とは所定の関係を持っている。実験によれば、ｄ₂
／ｄ₁を小さくし、上記Ｓをある程度の範囲で大きくす
ると、折り返し無しの半波長ダイポールアンテナのオン
／オフ比に近づく。ｄ₂／ｄ₁が小さく、Ｓが広くなる
のはインピーダンスが下がる方向で、従って半波長ダイ
ポールのインピーダンスに近づくことになる。これは、
半波長折り返しダイポールのインピーダンスは、半波長
ダイポールのインピーダンスより高いからである。

【００２６】このことから、半波長折り返しダイポール
の場合には、パターンの形状により情報カードからの信
号強度を変えることが可能で、検知距離を抑えたい場合
等には、カードのアンテナパターンの上記パターン幅ｄ
₁、ｄ₂や距離Ｓを変えることにより反射波強度を抑え
ること等が可能である。すなわち、ｄ₂／ｄ₁を大きく
し、Ｓを小さくすると、検知距離は短くなる。逆にする
と、半波長ダイポールと同程度の反射波のオン／オフの
比率に近づけることができる。このような調整は、上記
折り返し無しの半波長ダイポールアンテナや一波長ルー
プアンテナでは簡単に行えないことである。

【００２７】次に図８は、２つのエレメント１１ａ、１
１ｂから成る半波長ダイポールアンテナ部１１に対して
平行に複数本（例えばｎ本）の折り返し線２１₁、２１
₂、…、２１_nが設けられる例を示しており、アンテナ
部１１とこれらの折り返し線２１₁、２１₂、…、２１
_nとは接続線２２により接続されている。この折り返し
線２１₁、２１₂、…、２１_nの本数ｎに応じて特性を
異ならせることもできる。すなわち、この本数ｎを増や
すとインピーダンスは高くなり、反射波のオン／オフの
比率は小さくなるため、検知距離は短くなる。

【００２８】ここで、上記折り返し線の本数ｎを可変調
整できるようにするためには、例えば図９に示すような
構成とすればよい。この図９において、２つのエレメン
ト１１ａ、１１ｂから成る半波長ダイポールアンテナ部
１１に対して平行に、それぞれ２つずつのエレメント３
１_1a、３１_1b、３１_2a、３１_2b、…、３１_na、３１_nbか
ら成るｎ本（ｎ組）の折り返し線３１₁、３１₂、…、
３１_nが設けられている。アンテナ部のエレメント１１
ａ及び１１ｂと折り返し線のエレメント３１_1a及び３１
_1bとの間は、それぞれ破線で囲んだ接続箇所３２_1a及び
３２_1bをボンディングや導電性物質の注入等の方法を用
いて接続することができ、折り返し線のエレメント３１
_1aと３１_1bとの間は接続箇所３３₁を同様な方法で接続
することができる。これらの接続箇所３２_1a、３２_1b、
及び３３₁を接続することにより半波長ダイポールアン
テナ部１１と折り返し線３１₁とが接続された半波長折
り返しダイポールアンテナが構成される。同様にして各
接続箇所３２_2a、３２_2b、…、３２_na、３２_nbのいくつ
かを必要に応じて接続し、所望の接続箇所３３₂、…、
３３_nの１個を接続することにより、折り返し線３
１₂、…、３１_nの内の一本を半波長ダイポールアンテ
ナ部１１に対して接続することができる。ここで各折り
返し線の中央を切断して接続箇所３３₁、３３₂、…、
３３_nとしているのは、使用しない折り返し線で電波の
反射が生じることによる特性の乱れを防止するためであ
る。なお、上記各接続箇所３２_1a、３２_1b、３２_2a、３
２_2b、…、３２_na、３２_nbの複数組と共に接続箇所３３
₁、３３₂、…、３３_nの内の複数個を接続することに
より、アンテナ部１１に対して複数の折り返し線を接続
することができる。

【００２９】以上説明したように、情報カードのアンテ
ナパターンを半波長折り返しダイポールとすることによ
り、指向性パターンとして半波長ダイポールと同様なも
のが得られ、カード読み取り装置（カードリーダ）の検
知範囲が広くなると共に、線幅、間隔、線数等を変える
ことで検知距離や指向性パターンを変化させることが可
能となる。半波長折り返しダイポールアンテナは、構造
的には一波長ループであり、ＦＥＴのドレイン−ソース
間は短絡しているので、静電気による破壊に強くなる。
また、半波長折り返しダイポールアンテナは、一波長ル
ープアンテナの場合のように、近接距離においてマイク
ロ波を使わずに電磁誘導方式でデータを読み取ることも
可能であり、マイクロ波による遠距離型と、電磁誘導に
よる近距離型（近接型）との両方の性質を持つことにな
る。

【００３０】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、前述した図１４に示すような
電波によりデータ書き込みが可能な情報カード１３０
や、データを送出可能な情報カード１７０等の半波長ダ
イポールアンテナにも、本発明の半波長折り返しダイポ
ールアンテナを用いることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る情報カードによれば、アンテナパターンを半波
長折り返しダイポールとしているため、半波長分のアン
テナ部に対して平行に設けられた折り返し線により、ア
ンテナ部のエレメント間に挿入接続された素子から見て
直流的に短絡された状態となり、静電気による素子破壊
の防止が可能となる。また、半波長折り返しダイポール
アンテナは、半波長ダイポールアンテナと同様な指向性
パターンを示し、一波長ループアンテナに比べてカード
読み取りの検知範囲を広くできるのみならず、アンテナ
のエレメント数、エレメント間隔、線幅等を変えること
により、読み取り距離や指向性パターンを調整すること
ができる。さらに、一波長ループアンテナと同様に、近
接の電磁誘導を利用して情報カードのデータを読み取ら
せることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る情報カードの一実施例の概略構成
を示す図である。

【図２】該実施例のアンテナパターンを示す図である。

【図３】指向性パターン測定に用いた情報カードの概略
構成を示す図である。

【図４】アンテナを含む平面内での指向性パターンを示
す図である。

【図５】アンテナの軸に対して垂直な面内での指向性パ
ターンを示す図である。

【図６】アンテナを含む平面内での指向性パターンを示
す図である。

【図７】アンテナの軸に対して垂直な面内での指向性パ
ターンを示す図である。

【図８】本発明に係る情報カードの他の実施例のアンテ
ナパターンを示す図である。

【図９】本発明に係る情報カードのさらに他の実施例の
アンテナパターンを示す図である。

【図１０】情報カードシステムの従来例の概略構成を示
す図である。

【図１１】図１０の情報カードシステムに用いられる情
報カードの他の例を示す図である。

【図１２】半波長ダイポールアンテナの指向性パターン
を示す図である。

【図１３】一波長ループアンテナの指向性パターンを示
す図である。

【図１４】情報カードシステムの他の従来例の概略構成
を示す図である。

【図１５】図１４の情報カードシステムに用いられる情
報カードのアンテナ及び周辺回路の概略構成を示す図で
ある。

【図１６】情報カードシステムのさらに他の従来例の概
略構成を示す図である。

【図１７】図１６の情報カードシステムに用いられる情
報カードのアンテナ及び周辺回路の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０・・・・・情報カード１１・・・・・半波長ダイポールアンテナ部１２・・・・・ＩＣ（集積回路）１３・・・・・電池１４・・・・・ＦＥＴ２１、２１₁〜２１_n、３１₁〜３１_n・・・・・折り
返し線２２・・・・・接続線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を利用して非接触でデータを
送信又は受信する情報カードシステムに用いられる情報
カードにおいて、情報カードに設けられるアンテナパターンを半波長折り
返しダイポールとすることを特徴とする情報カード。