(57)【要約】リーダアンテナのようなＲＦＩＤ装置のための方法、システム、および機器について説明する。リーダアンテナは、９０度ハイブリッド結合器、終端要素、およびパッチアンテナ等のアンテナを含む。９０度ハイブリッド結合器は、第一、第二、第三、および第四のポートを有する。第一のポートは、入力無線周波数ＲＦ信号を受信する。第二のポートは、第一のＲＦ出力信号を出力する。第三のポートは、第二のＲＦ出力信号を出力する。第二のＲＦ出力信号は、第一のＲＦ出力信号に対し、９０度だけ位相偏移される。第四のポートは終端要素に結合される。パッチアンテナは、第一のＲＦ出力信号に結合される第一の点と、前記第二のＲＦ出力信号に結合される第二の点とを有する。受信した第一および第二のＲＦ出力信号により、パッチアンテナは円偏波ＲＦ信号を放射する。円偏波ＲＦ信号は、タグに呼び掛けるために用いてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一、第二、第三、および第四のポートを有する９０度ハイブリッド結合器であって、該第一のポートが入力無線周波数（ＲＦ）信号を受信し、該第二のポートが第一のＲＦ出力信号を出力し、該第三のポートが第二のＲＦ出力信号を出力し、該第二のＲＦ出力信号が該第一のＲＦ出力信号に対し９０度だけ位相偏移される、９０度ハイブリッド結合器と、
該第四のポートに結合された終端要素と、
該第一のＲＦ出力信号に結合されている第一の点と、該第二のＲＦ出力信号に結合されている第二の点とを有するパッチアンテナであって、該パッチアンテナは、円偏波ＲＦ信号を放射する、パッチアンテナと
を備えている、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）装置。
【請求項２】
回路基板であって、前記終端要素および９０度ハイブリッド結合器が装着される回路基板をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記入力ＲＦ信号ならびに前記第一および第二のＲＦ出力信号が、印刷回路伝送路としての前記回路基板上でルーティングされる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記印刷回路伝送路が同一平面上の導波路型伝送路である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記パッチアンテナが平面状であり、前記回路基板に並列に配設される、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記第一の出力ＲＦ信号が、前記回路基板と前記パッチアンテナの前記第一の点との間に装着された第一の圧縮性接触部材により該パッチアンテナの該第一の点に結合され、
前記第二の出力ＲＦ信号が、該回路基板と該パッチアンテナの前記第二の点との間に装着されている第二の圧縮性接触部材により該パッチアンテナの該第二の点に結合される、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第一および第二の圧縮性接触部材が、ポゴ・ピンである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第一および第二の圧縮性接触部材が、導電性エラストマー接触子である、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記中央に位置する開口を有するバックプレートであって、前記回路基板は、該中央に位置する開口に装着されている、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記バックプレート上で前記パッチアンテナを支持する圧縮性電気的絶縁体をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記圧縮性電気的絶縁体がシリコーンゴム誘電体である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記シリコーンゴム誘電体が高ジュロメータのシリコーンゴムである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記圧縮性電気的絶縁体が、前記パッチアンテナへの衝撃中に衝撃吸収を提供する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記圧縮性電気的絶縁体が、前記回路基板とパッチアンテナとの間に第二の中央に位置する開口を有し、開空間を形成する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記圧縮性電気的絶縁体が前記回路基板とパッチアンテナとの間の空間を実質的に埋めるように該回路基板の表面を覆う、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記回路基板の外縁が前記中央に位置する開口の外縁に接着剤により取り付けられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
前記回路基板が前記中央に位置する開口に複数の取付け要素により装着される、請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
前記バックプレートが接地に結合される、請求項９に記載の装置。
【請求項１９】
前記パッチアンテナの前記第一の点から反射された信号が、前記９０度ハイブリッド結合器の前記第二のポートに入り、第一および第二の反射信号に分岐され、該第二の反射信号が該第一の反射信号に対し９０度だけ位相偏移され、
該パッチアンテナの該第二の点から反射された信号が、該９０度ハイブリッド結合器の該第三のポートに入り、該９０度ハイブリッド結合器により第三および第四の反射信号に分岐され、該第四の反射信号が該第三の反射信号に対し９０度だけ位相偏移され、
該第一および第三の反射信号が該９０度ハイブリッド結合器の該第一のポートで互いに相殺し合い、
該第二および第四の反射信号が該９０度ハイブリッド結合器の該第四のポートに結合された該終端要素により受信される、
請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記終端要素が抵抗器である、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記９０度ハイブリッド結合器が指向性９０度ハイブリッド結合器である、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
バックプレートと、
該バックプレートにより支持される回路基板であって、該回路基板は、入力無線周波数（ＲＦ）信号を受信し、第一のＲＦ出力信号および第二のＲＦ出力信号を出力する、回路基板と、
パッチアンテナと、
該パッチアンテナを該バックプレート上に装着する圧縮性電気的絶縁体と、
該第一の出力ＲＦ信号を該パッチアンテナの第一の点に結合する第一の圧縮性接触部材と、
該第二の出力ＲＦ信号を該パッチアンテナの第二の点に結合する第二の圧縮性接触部材と
を備えている、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）装置。
【請求項２３】
前記バックプレートが中央に位置する開口を有し、前記回路基板が該中央に位置する開口内に装着される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記回路基板の外縁が前記中央に位置する開口の外縁に接着剤により取り付けられる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記回路基板が前記中央に位置する開口内に複数の取付け要素により装着される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記圧縮性電気的絶縁体がシリコーン誘電体である、請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
前記シリコーン誘電体が高ジュロメータのシリコーンゴムである、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記圧縮性電気的絶縁体が前記パッチアンテナへの衝撃中に衝撃吸収を提供する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
前記圧縮性電気的絶縁体が前記回路基板とパッチアンテナとの間に開空間を形成するように中央に位置する開口を有する、請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
前記圧縮性電気的絶縁体が前記回路基板とパッチアンテナとの間の空間を実質的に埋めるように該回路基板の表面を覆う、請求項２２に記載の装置。
【請求項３１】
前記バックプレートが接地に結合される、請求項２２に記載の装置。
【請求項３２】
前記回路基板に装着され、第一、第二、第三、および第四のポートを有する９０度ハイブリッド結合器であって、該第一のポートが前記入力無線周波数（ＲＦ）信号を受信し、該第二のポートが前記第一のＲＦ出力信号を出力し、該第三のポートが前記第二のＲＦ出力信号を出力し、該第二のＲＦ出力信号が該第一のＲＦ出力信号に対し９０度だけ位相偏移される、９０度ハイブリッド結合器と、
該回路基板に装着され、該第四のポートに結合された終端要素と
をさらに備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項３３】
前記パッチアンテナが円偏波ＲＦ信号を放射する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記バックプレートを貫通して開口に配設され、前記パッチアンテナに隣接して配設された先端を有する複数の調整ねじをさらに備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項３５】
前記調整ねじは前記パッチアンテナの少なくとも１つのパラメータを調整するように調節することができる、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記９０度ハイブリッド結合器が指向性９０度ハイブリッド結合器である、請求項２２に記載の装置。
【請求項３７】
前記入力ＲＦ信号を生成するＲＦＩＤリーダをさらに備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項３８】
前記ＲＦＩＤリーダが電池と無線通信モジュールとを含む、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記装置がフォークリフトに装着されている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記装置が前記フォークリフトのフォーク間で該フォークリフトに装着されている、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記圧縮性電気的絶縁体に取り付けられた枠であって、前記パッチアンテナの外縁を包囲する枠をさらに備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項４２】
伝送路上のＲＦ信号を受信することと、
９０度ハイブリッド結合器を用いて、該受信ＲＦ信号から第一のＲＦ出力信号および第二のＲＦ出力信号を生成することであって、但し、該第二のＲＦ出力信号は該第一のＲＦ出力信号に対し９０度だけ位相偏移される、ことと、
該第一のＲＦ出力信号をパッチアンテナ上の第一の点に結合することと、
該第二のＲＦ出力信号を該パッチアンテナ上の第二の点に結合することと、
該パッチアンテナから円偏波ＲＦ信号を放射することと
を含む、無線周波数（ＲＦ）信号を伝送する方法。
【請求項４３】
前記生成することは、
前記９０度ハイブリッド結合器の第一のポートで前記ＲＦ信号を受信することと、
該９０度ハイブリッド結合器の第二のポートで前記第一のＲＦ信号を出力することと、
該９０度ハイブリッド結合器の第三のポートで前記第二のＲＦ信号を出力することと
を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記パッチアンテナの前記第一の点から反射された信号を前記９０度ハイブリッド結合器の前記第二のポートで受信することと、
該第一の点から反射された該信号を第一の反射信号および第二の反射信号に分岐することであって、該第二の反射信号は該第一の反射信号に対して９０度だけ位相偏移される、ことと、
該パッチアンテナの前記第二の点から反射された信号を該９０度ハイブリッド結合器の前記第三のポートで受信することと、
該第二の点から反射された該信号を第三の反射信号および第四の反射信号に分岐することであって、該第三の反射信号は該第四の反射信号に対して９０度だけ位相偏移される、ことと、
該第一および第三の反射信号を該９０度ハイブリッド結合器の該第一のポートで互いに相殺することと、
該第二および第四の反射信号を該９０度ハイブリッド結合器の前記第四のポートに結合されている終端要素により受信することと
をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記パッチアンテナの少なくとも１つのパラメータを調整することをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記調整することが、水平共振周波数、垂直共振周波数、水平および垂直のインピーダンスの追跡、または水平−垂直間のアイソレーションのうちの１つ以上を調整することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
印刷基板搭載可能９０度ハイブリッド結合器となるように前記９０度ハイブリッド結合器を選択することをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記調整が振幅整合の精度および前記第一および第二のＲＦ出力信号間の９０度位相差精度を向上させる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記調整することは、前記パッチアンテナが−３０ｄＢ以上の絶対反射損失を示すようにすることを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
前記調整することが軸比を改善することを含む、請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダに関し、特に、ＲＦＩＤリーダアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグは、その存在が検出されるべき物品および／またはモニタされるべき物品への貼付が可能な電子素子である。ＲＦＩＤタグの存在、そしてそのタグが貼付された物品の存在は、「リーダ」として公知な装置により無線で確認され、モニタされ得る。リーダは一般的には、タグが反応する無線周波数信号を伝送する１つ以上のアンテナを有する。リーダはＲＦＩＤタグに「呼び掛ける（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｓ）」とともに、その呼び掛け（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）に応答してそのタグから戻って来る信号を受信するので、リーダは「リーダ呼び掛け機（ｒｅａｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）」または単に「呼び掛け機（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）」と呼ばれることもある。
【０００３】
ＲＦＩＤ技術が成熟し、特に製造業、海運業、および小売業のサプライチェーン管理において、さらには、ビルセキュリティ設備、健康管理施設、図書館、空港、倉庫等において、タグと呼び掛け機との間の効率的通信は重要な要素となった。
【０００４】
ＲＦＩＤリーダに対する要件は、満足するのがさらに困難になってきている。ＲＦＩＤリーダは、適切な利得を有し、所望のアンテナパターンを発生し、適切に偏波した信号を発生するアンテナを必要とする。さらにアンテナは、ＲＦ反射損失（ｒｅｔｕｒｎ  ｌｏｓｓ）が非常に低いことと同義である非常に低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ；Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）を提供しなければならない。これらの特性は、たとえ読み取られることが意図されているタグ近傍にある大きな反射性の物体にアンテナが向けられる場合であっても、非常に広い周波数帯域幅に渡って維持されなければならない。これらの物体に起因する反射は、タグの適切な読取りを困難にする場合がある。
【０００５】
さらに、物体がリーダアンテナに衝撃を与える可能性のある倉庫環境のような、物理的な酷使にリーダアンテナが遭遇する環境内で、タグの読取りが行われることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それ故、十分な利得を有し、有用なアンテナパターンを適切な偏波で発生できるＲＦＩＤリーダアンテナが必要とされている。さらに、アンテナは、低ＲＦ反射損失を達成するように、低ＶＳＷＲを有していなければならない。なおもさらに、アンテナは、高反射性物体がある環境内で動作可能である必要があり、環境的酷使に耐えられるように堅牢でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
本明細書では、リーダ等のＲＦＩＤ装置のための方法、システム、および機器について述べる。例えば、改良型リーダアンテナのための方法、システム、および機器について述べる。本明細書に記載のアンテナは、利得、アンテナパターン、偏波、ＶＳＷＲ、および反射損失等の所望のアンテナ特性を提供する。さらに、反射性環境および／またはアンテナにとって過酷な環境で動作できるアンテナについて述べられる。
【０００８】
第一の態様では、ＲＦＩＤリーダアンテナアセンブリは、９０度ハイブリッド結合器（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｈｙｂｒｉｄ  ｃｏｕｐｌｅｒ）、終端要素、およびアンテナを含む。例えば、アンテナは、パッチ型のアンテナであってもよい。９０度ハイブリッド結合器は、第一、第二、第三、および第四のポートを有する。第一のポートは、入力無線周波数（ＲＦ）信号を受信する。第二のポートは、第一のＲＦ出力信号を出力する。第三のポートは、第二のＲＦ出力信号を出力する。第二のＲＦ出力信号は、第一のＲＦ出力信号に対して９０度だけ位相偏移される。第四のポートは、終端要素に結合される。アンテナは、第一のＲＦ出力信号に結合される第一の点と、第二のＲＦ出力信号に結合される第二の点とを有する。アンテナは、受信した第一および第二のＲＦ出力信号による円偏波ＲＦ信号を放射する。円偏波ＲＦ信号は、タグに呼び掛けるために用いられ得る。
【０００９】
本発明の別の態様では、ＲＦＩＤリーダアンテナアセンブリは、バックプレート、回路基板、パッチアンテナ、圧縮性電気的絶縁体、ならびに、第一および第二の圧縮性接触部材を含む。回路基板は、バックプレートにより支持される。回路基板は、入力無線周波数（ＲＦ）信号を受信し、第一のＲＦ出力信号および第二のＲＦ出力信号を出力する。圧縮性電気的絶縁体は、バックプレート上にパッチアンテナを装着する。第一の圧縮性接触部材は、第一の出力ＲＦ信号をパッチアンテナの第一の点に結合する。第二の圧縮性接触部材は、第二の出力ＲＦ信号をパッチアンテナの第二の点に結合する。
【００１０】
装置に衝撃が加えられた場合、圧縮性電気的絶縁体ならびに第一および第二の圧縮性接触部材は装置に衝撃吸収を提供する。
【００１１】
これらならびにその他の諸目的、効果および特徴は、本発明についての下記の詳細な説明から、容易に理解されよう。なお、発明の概要および要約のセクションでは、発明者が考える本発明の例示的実施形態のうちの全てではないが１つ以上が示されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書中に包含され、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を例示し、さらに記述とともに本発明の本質を説明し、当該技術分野の当業者が本発明を構成し利用できるようにする役割を果たす。
【００１３】
以下では添付図面を参照して、本発明について説明する。図面において、同じ参照番号は同一の要素または機能的に類似の要素を示す。さらに、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れた図面を識別する。
【００１４】
（序）
本明細書では、リーダ等のＲＦＩＤ装置のための方法、システム、および機器について述べる。例えば、改良型リーダアンテナのための方法、システム、および機器について述べる。本明細書に記載のアンテナは、利得、アンテナパターン、偏波、ＶＳＷＲ、および反射損失等の所望のアンテナ特性を提供する。さらに、反射性環境および／またはアンテナにとって過酷な環境で動作できるアンテナについて述べる。
【００１５】
本明細書は、本発明の特徴を包含する１つ以上の実施形態を開示する。開示する実施形態は、単に本発明を例示するに過ぎない。本発明の範囲は、開示する実施形態に限定されるものではない。本発明は、これの後に加えられている請求項により規定される。
【００１６】
本明細書において「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」等への言及は、記載の実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含む場合があることを示唆するが、あらゆる実施形態がその特定の特徴、構造、または特性を含むとは限らない。さらに、これらの文言は、必ずしも同一の実施形態に言及しているとは限らない。さらに、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、または特性が記載されている場合、他の実施形態についてそのような特定の特徴、構造、または特性を生じさせることは、明確に記載されているか否かに関わらず、当業者の知識の範囲内であると考える。
【００１７】
さらに、本明細書で用いられる空間的表現（例えば、「上に（ａｂｏｖｅ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」、「上へ（ｕｐ）」、「下へ（ｄｏｗｎ）」、「上面（ｔｏｐ）」、「底面（ｂｏｔｔｏｍ）」、「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」等）は単に例示のみを目的としており、本明細書に記載の構造の現実的な実施は、任意の方向または態様で空間的に配置され得ることが、理解されるべきである。
【００１８】
（例示的ＲＦＩＤシステム実施形態）
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が実施され得る例示的ＲＦＩＤ通信環境を説明しておくことは有用である。図１は、ＲＦＩＤタグリーダ１０４がＲＦＩＤタグ１０２の例示的集団１２０と通信を行う環境１００を示す。図１に示すように、タグの集団１２０は７つのタグ１０２ａ〜１０２ｇを含む。集団１２０は、任意の個数のタグ１０２を含んでもよい。
【００１９】
環境１００は、１つ以上のリーダ１０４を含む。リーダ１０４は、外部のアプリケーションによりタグ１２０の集団にアドレスするように要求される場合がある。あるいは、リーダ１０４は通信を開始する内部ロジックを有してもよく、またはリーダ１０４ａのオペレータが通信を開始するのに使用するトリガ機構を有してもよい。
【００２０】
図１に示すように、リーダ１０４はある搬送周波数を有する呼び掛け信号１１０をタグ１２０の集団に送信する。リーダ１０４は、この種のＲＦ通信に割り当てられている１つ以上の周波数帯域で動作する。例えば、連邦通信委員会（ＦＣＣ）により、特定のＲＦＩＤ応用分野に対し、９０２〜９２８ＭＨｚおよび２４００〜２４８３．５ＭＨｚの周波数帯域が規定されている。
【００２１】
例えば時間軸パターン（ｔｉｍｅ−ｂａｓｅｄ  ｐａｔｔｅｒｎ）または周波数に従って信号１１０の一部を交互に反射し吸収することにより、呼び掛け動作中のリーダ１０４に１つ以上の応答信号１１２を送信する、種々の形式のタグ１０２がタグ集団１２０内に存在し得る。交互に信号１１０の吸収と反射を行うこの技法は、本明細書では、後方散乱変調（ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と呼ぶ。リーダ１０４は、応答中のタグ１０２の識別番号等のデータを、応答信号１１２から受信し、取り込む。本明細書に記載の実施形態において、バイナリ・トラバーサル・プロトコル（ｂｉｎａｒｙ  ｔｒａｖｅｒｓａｌ  ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ）、スロッテド・アロハ・プロトコル（ｓｌｏｔｔｅｄ  ａｌｏｈａ  ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ）、Ｃｌａｓｓ  ０、Ｃｌａｓｓ  １、ＥＰＣ  Ｇｅｎ  ２、本明細書の他の箇所で言及する他のいかなるプロトコル、および未来の通信プロトコルを含む任意の適切な通信プロトコルにしたがって、リーダはタグ１０２と通信することができる。
【００２２】
図２は、例示的なＲＦＩＤリーダ１０４の受信部および送信部２２０のブロック図を示す。リーダ１０４は、１つ以上のアンテナ２０２、ＲＦフロントエンド２０４、復調器／復号器２０６、および変調器／符号器２０８を含む。リーダ１０４のこれら構成要素は、それらの機能を発揮するソフトウェア、ハードウェア、および／またはファームウェア、あるいはその任意の組合せを含んでもよい。
【００２３】
リーダ１０４は、タグ１０２および／または他のリーダ１０４と通信するのに、少なくとも１つのアンテナ２０２を有する。ＲＦフロントエンド２０４は、１つ以上のアンテナ整合要素、増幅器、フィルタ、エコーキャンセレーション・ユニット、ダウンコンバータ、および／またはアップコンバータを含んでもよい。ＲＦフロントエンド２０４は、アンテナ２０２を介してタグ応答信号を受信し、その応答信号を（もし必要なら）さらなる信号処理に適した周波数範囲にダウンコンバートする。さらに、ＲＦフロントエンド２０４は、変調器／符号器２０８から変調符号化呼び掛け信号を受信し、その呼び掛け信号を（もし必要なら）アップコンバートし、放射されるべき呼び掛け信号をアンテナ２０２に送信する。
【００２４】
復調器／復号器２０６は、ＲＦフロントエンド２０４の出力に結合され、ＲＦフロントエンド２０４から変調タグ応答信号を受信する。復調器／復号器２０６は、ダウンコンバートされたタグ応答信号を復調する。タグ応答信号は、ＦＭ０またはＭｉｌｌｅｒ符号化フォーマットに従って符号化された後方散乱データを含んでもよい。復調器／復号器２０６は、復号データ信号２１４を出力する。復号データ信号２１４は、リーダ１０４でさらに処理され得る。復号データ信号２１４は、追加的に、または、代替的に、さらなる処理を行う後続のコンピュータシステムに送信され得る。
【００２５】
変調器／符号器２０８は、ＲＦフロントエンド２０４の入力に結合され、呼び掛け要求２１０を受信する。変調器／符号器２０８は、呼び掛け要求２１０をＦＭ０またはＭｉｌｌｅｒ符号化フォーマットの１つ等の信号フォーマットに符号化し、符号化信号を変調し、変調符号化呼び掛け信号をＲＦフロントエンド２０４に出力する。
【００２６】
以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。このような実施形態は、図１に示す環境１００において、図２に示すリーダ１０４において、および／または代替の環境およびＲＦＩＤ装置において実施してもよい。例えば、本発明の実施形態は、図２に示すリーダ１０４のアンテナ２０２において、および／またはＲＦフロントエンド２０４において実施してもよい。
【００２７】
（ＲＦＩＤリーダアンテナのパラメータおよび問題点）
ＲＦＩＤリーダ性能を改善する試みの中で、リーダ用の単一アンテナ（ｓｉｎｇｌｅ  ａｎｔｅｎｎａｓ）および二重アンテナ（ｄｕａｌ  ａｎｔｅｎｎａｓ）が開発された。リーダが対象とする例示的なアンテナパラメータは、利得、アンテナパターン、アンテナ偏波、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）、反射係数（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、および反射損失を含む。「ＶＳＷＲ」は信号「反射」の尺度であり、これは、伝送路上でアンテナに入力された信号が、インピーダンス不整合に起因して、伝送路とアンテナとの境界で反射された場合に生じ得る。ＶＳＷＲは、生成された干渉波における最大振幅の最小振幅に対する比である。
【００２８】
「反射係数」はＶＳＷＲと関連があり、「Ｓ１パラメータ」、「ρ」、または「Γ」と呼ばれることもある。−１の反射係数（または、１８０度における「１」の振幅）は短絡（ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を意味し、（０度の角度における）１の反射係数は開放（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を意味する。数学的には、ＶＳＷＲと反射係数とは、下記のように関係付けられる。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
【化２】
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さらに、反射係数は、「反射損失」として、ｄＢ単位で下記のように表現できる。
【００３１】
【化３】
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基本的に、「反射損失」とは、入射波および反射波の振幅間のｄＢ単位の差である。例えば、リーダシステムにおいては、入射波はリーダのアンテナによって送信されることが意図される、リーダの送信器（例えば、図２に示す変調器／符号器２０８）によって生成されるＲＦ信号であり得る。反射波はインピーダンス不整合が原因で送信器信号のアンテナから反射され得る。反射損失数（ｄＢ単位で）が高いほど低反射であり、インピーダンス整合が良好である。明らかに、反射信号はリーダシステムにおいて望ましいものではない。アンテナからのいかなる信号反射も、リーダの受信器（例えば、図２に示す復調器／復号器２０６）で受信され得るのであり、所望の信号を受信する受信器の能力と干渉し得る。
【００３２】
最近までは、リーダアンテナに対して低反射損失が要求されるため、二重アンテナ型ＲＦＩＤリーダシステムが用いられてきた。送信および受信を行うのに個別のアンテナを用いることにより、内部反射の問題は大幅に低減される。受信機能と送信機能との間のアイソレーションが大幅に改善されるからである。しかし、一対のアンテナを用いると、単一アンテナを用いる諸方式に比べコストが高くなり、体積が大きくなる。さらに、２本のアンテナは本来離れているため、２本のアンテナは同一の空間領域（ｖｏｌｕｍｅ  ｏｆ  ｓｐａｃｅ）を監視しない。なおもさらに、（応用例の中でも特に）可搬ＲＦＩＤリーダでは、利用可能な空間の都合で、２本のアンテナが実現できない場合が多い。それ故、単一アンテナを用いる解決策が望ましい。
【００３３】
多くの形式のアンテナが存在する。ほとんどの応用例に対し、２：１またはそれより良好なアンテナＶＳＷＲ仕様が適切と考えられてきた。２：１  ＶＳＷＲは−９．５４ｄＢの反射損失に相当し、条件が悪い場合の伝送損失−０．５１ｄＢを表す。場合によっては、非常に重要な用途に対し、１．５：１のアンテナＶＳＷＲが規定されてきた。これは−１４ｄＢの反射損失に相当し、条件が悪い場合の伝送損失−０．１８ｄＢに相当する。これよりも良好な製造仕様を有するアンテナは、ほんのわずかしか存在しない。
【００３４】
一連の新たな要件がＲＦＩＤリーダアンテナに導入されつつある。それは−２０〜−３０ｄＢの反射損失を含むが、これは、対象とする周波数帯域（多くの場合、９０２〜９２８ＭＨｚ）に渡って、それぞれ１．２２〜１．０６５のＶＳＷＲに相当する。この新たな要件は、必ずしも伝送効率維持を目的とするものではない。新たな要件は、−２０ｄＢを超える反射損失が存在する場合に起こり得るＲＦＩＤリーダの受信器の飽和を回避するためにも存在する。
【００３５】
ほとんどの単一アンテナ型ＲＦＩＤリーダはホモダイン受信器を有する連続波（ＣＷ）レーダと類似の方法で動作するので、アンテナ反射率（内部発生反射係数または反射損失）が大きい場合は例外なく、送信器出力パワーの相当な部分が受信器に戻され得る。戻りパワーが所定のしきい値を超えると、受信器は飽和することになる。飽和した受信器は非線形効果を示し、そのためそれはリーダ感度が低下し、環境内に２つ以上の信号が存在する場合に、相互変調歪（ＩＭＤ；Ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）応答の影響を受け易くなる。ＩＭＤは受信器内に、所望の受信器性能を妨害する誤った信号または無用の信号を発生させる。
【００３６】
ＲＦＩＤリーダとともに用いられてきたアンテナ形式は、下記の６種類を含む：パッチアンテナ、キャビティバックド（ｃａｖｉｔｙ−ｂａｃｋｅｄ）パッチアンテナ、逆Ｆアンテナ、単極アンテナ、ダイポールアンテナ、および八木アンテナ。これらのアンテナ形式は、大きな利用可能体積を有する分野における用途に対してフルサイズで構成されたときに、それらは通常は、許容可能な利得性能を適度な低反射損失で提供するように調整可能である。しかし、アンテナは、小型であるほど「Ｑ」（即ち、中心／共振周波数に対する帯域幅の比）が高いことが公知である。アンテナのサイズが減少すると、低反射損失が存在する帯域幅もまた縮小する。それ故、アンテナ形式がより小型の形態で構成されるとき（可搬リーダの用途等、利用可能体積の不足により規定される）、それらは狭い周波数領域で必要な低反射損失を提供することしかできない。ますます狭くなりつつある周波数領域は、ＲＦＩＤリーダがＦＣＣ規則（９０２〜９２８ＭＨｚの国内使用周波数内にある周波数ホッピング非ライセンス無線サービス等）にしたがって動作するための望ましい周波数範囲に比べると、一般的に狭すぎる。最終的には、ＲＦＩＤリーダは、所望の周波数領域のほんの一部のみでしか十分な性能を提供できなくなる。周波数範囲が減少すると、それにより読取り速度が低下し、特に多重通路伝搬が存在する場合にはタグが読み取られなくなる。
【００３７】
ＲＦＩＤタグが大きなＲＦ反射性物体を有する環境内にある場合は、さらなる困難がある。反射性物体は、リーダ送出信号の反射として、リーダに戻る強い信号を発生し得る（上記の反射の内部の原因とはちがう外因性の反射係数または反射損失）。反射信号は、リーダの受信器を飽和させ、感度を低下させ得る。これにより、環境内に多重信号が存在するときに、（外部反射に起因して）生じた相互変調歪（ＩＭＤ）成分が受信器内に存在するので、リーダは誤ったタグ応答を受け易くなり得、かつ／またはタグ応答が遮断され得る。
【００３８】
さらに、可搬式および固定位置のＲＦＩＤリーダは両方とも、アンテナにとって物理的に非常に過酷と言える環境で用いられている。設置アンテナが損傷につながる衝撃を受け得る例示的な場所は、フォークリフト上、倉庫押込み機（ｗａｒｅｈｏｕｓｅ  ｂｏｘ  ｃｒｕｓｈｅｒ）内部、または搬送ベルトシステム内を含む。このような用途では、この種の機械によって輸送される物体またはこの種の機械内部に押し込まれる物体によるアンテナに対する衝撃から生じ得る物理的酷使および損傷が原因で、許容可能な性能を提供するように注意深く調整されたアンテナでさえも通常は性能が低下することになる。衝撃に耐え得る透明レードーム内に設置することによってアンテナを保護する試みがなされてきた。レードームの物理的強度とＲＦ透明性との間で折り合いをつけなければならないので、そしてレードームにより生じる厚みを含むアンテナのサイズが付加的に大きくなるという不利益があるので、この技法は部分的に有効であるに過ぎない。
【００３９】
改善された性能と堅牢性とを有し、上記および本明細書の他の箇所に記載の難点を克服するＲＦＩＤリーダアンテナの実施形態を、以下に詳細に説明する。
【００４０】
（改良型ＲＦＩＤアンテナの例示的実施形態）
以下に、アンテナの例示的実施形態を説明する。一実施形態において、アンテナは円偏波ＲＦ信号を放射するように構成される。アンテナは、非常に低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を有しているので、ＲＦ反射損失が非常に低い。アンテナは、物理的に過酷な環境における衝撃に耐えるように堅牢であり得る。アンテナはＲＦＩＤ環境との関係で後述されているが、アンテナはＲＦＩＤ以外の環境でも使用可能であることは、当業者に理解されるであろう。
【００４１】
図３は、アンテナシステム３００を示す。アンテナシステム３００は、リーダ等のＲＦＩＤ装置内で実施してもよい。図３に示すように、アンテナシステム３００は、回路３０２およびアンテナ３０４を含む。アンテナ３０４は、「放射器（ｒａｄｉａｔｏｒ）」または「放射要素（ｒａｄｉａｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」と呼ばれることもある。回路３０２は、リーダの送信器等から入力ＲＦ信号３０６を受信し、第一のＲＦ出力信号３０８および第二のＲＦ出力信号３１０を出力する。アンテナ３０４は、第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０を受信し、円偏波ＲＦ信号３１２を放射する。円偏波ＲＦ信号３１２は右回りまたは左回り方向に偏波させることができ、特定用途のために必要に応じて、代替的に楕円に偏波させることも可能である。
【００４２】
図３に示すように、回路３０２は９０度ハイブリッド結合器３１４および終端要素３２４を含む。９０度ハイブリッド結合器は、第一、第二、第三、および第四のポート３１６、３１８、３２０および３２２を有する。第一のポート３１６は入力ＲＦ信号３０６を受信する。第二のポート３１８は第一のＲＦ出力信号３０８を出力する。第三のポート３２０は第二のＲＦ出力信号３１０を出力する。第二のＲＦ出力信号３１０は、９０度ハイブリッド結合器３１４により、第一のＲＦ出力信号３０８に対して９０度（即ち、対象の信号の４分の１波長）だけ位相偏移される。さらに、第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０は、入力ＲＦ信号３０６に対して３ｄＢだけ減らされる。
【００４３】
終端要素３２４は、９０度ハイブリッド結合器３１４の第四のポート３２２に結合される。終端要素３２４は、任意の形式の終端部分、または抵抗器を含む終端部分の組合せとすることができる。
【００４４】
なお、アンテナシステム３００と連動するＲＦＩＤリーダの受信器は、アンテナ３０４から入力ＲＦ信号３０６を介して信号を受信する。すなわち、例えば、アンテナ３０４がタグ応答信号を受信する場合、タグ応答はアンテナ３０４から９０度ハイブリッド結合器３１４を通過して入力ＲＦ信号３０６を介してリーダの受信器に達する。
【００４５】
回路３０２は、印刷基板（ＰＣＢ）等の回路基板上で実施しても良い。図４Ａは、回路３０２を実施する例示的回路基板４００の平面図を示す。図４Ａに示すように、回路基板４００は９０度ハイブリッド結合器３１４および終端要素３２４を搭載する。図４Ａに示すように、第一のポート３１６は、回路基板４００上の伝送路４０２により第一のポート３１６にルーティングされる入力ＲＦ信号３０６を受信する。伝送路４０２は、同軸型、ストリップライン型、マイクロストリップライン型、同一平面上の導波路型伝送路を含み、しかしこれらに限定されない任意の形式の伝送路とすることができる。
【００４６】
図４Ａに示すように、第二のポート３１８は伝送路４０６により回路基板４００上の第一の点４０４に結合され、第三のポート３２０は伝送路４１０により回路基板４００上の第二の点４０８に結合される。伝送路４０６および４１０は、任意の形式の伝送路とすることができる。回路基板４００上の第一および第二の点４０４および４０８は、第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０をそれぞれアンテナ３０４に結合するように、アンテナ３０４の「給電点」とも呼ばれるアンテナ３０４の第一および第二の点にそれぞれ結合される。
【００４７】
９０度ハイブリッド結合器３１４は、第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０を受信するアンテナ３０４の第一および第二の点に整合したインピーダンスを提供するように、回路基板４００上の第一および第二の点４０４および４０８間に平衡インピーダンス整合を提供する。例えば、９０度ハイブリッド結合器３１４は、小型、高誘電率の材料（例えば、セラミック）、および／または印刷基板に搭載可能等の属性を有する３ｄＢ指向性結合器であってもよい。以下に、９０度ハイブリッド結合器３１４の例示的パラメータをさらに詳細に説明する。
【００４８】
図４Ｂは、図４Ａの回路基板４００に結合可能なアンテナ３０４の一実施例であるアンテナ４２０の底面図を示す。図４Ｂはさらに、アンテナ４２０の後ろに配設される接地面要素４３０を示す。アンテナ４２０は、図４Ｂのアンテナ４２０が（例えば、水平に）裏返され、回路基板４００上に装着された時に、回路基板４００の第一および第二の点４０４および４０８に結合可能な第一および第二の点４１２および４１４を有する。このような装着構成は図８〜１１に示しており、以下にさらに詳細に説明する。アンテナ４２０を、パッチアンテナとして図４Ｂに示す。しかし、アンテナ３０４は、特定の用途により、別の形式のアンテナとすることができる。第一および第二の点４１２および４１４は、アンテナ４２０の「給電点」と呼ぶこともできる。入力信号を合成して円偏波放射出力信号を形成する第一および第二の点４１２および４１４は、それぞれアンテナ４２０の「水平偏波入力」および「垂直偏波入力」とも呼ぶことができる。
【００４９】
例示的なパッチアンテナの実施形態において、アンテナ４２０はその外周部に沿って、アンテナ４２０と接地面要素４３０との間の間隙に強力な電場（「Ｅ場」）を生成する。アンテナ４２０は、アンテナ４２０の側部から外方向に広がって接地面４３０から離れていく半球状の放射パターンを発生する（即ち、図４Ｂにおける「紙の外へ」の方向の放射）。
【００５０】
パッチアンテナの例示的動作を、限定の目的ではなく、説明の目的で以下に記載する。この実施例において、アンテナ４２０は３．６３インチ×３．６３インチ平方パッチアンテナである（例えば、３．６３インチは対象とする波長の０．２８波長である）。図３の第一のＲＦ出力信号３０８は、図４Ｂの第一の点４１２に（例えば、後述する図１１の接触部材８１０により）供給され、これによりアンテナ４２０が垂直偏波放射信号を放射する。例えば、ＲＦサイクルの間の特定の状況において、アンテナ４２０の第一の水平外周端部４３２は電気的に正（＋）であり、第二の水平外周端部４３４は電気的に負（−）であり、水平の電気的中性線４３６は第二の点４１４（第一の点４１２に印加される第一のＲＦ出力信号３０８から電気的に絶縁されている）を通過する。図４Ｂに示すように、接地面要素４３０は面積的にアンテナ４２０より大きく、アンテナ４２０の外周端部の外側に外周領域を有する。接地面要素４３０のこの外周領域は非共振性であり、ＲＦ中性を保つ。そして、アンテナ４２０の（＋）場が接地面要素４３０のその上の領域に対して（＋）であるので、アンテナ４２０の端部４３２は、Ｅ場ベクトルが端部４３２に沿って下方に向かうスロットアンテナとして動作する。同様に、アンテナ４２０の端部４３４は、それ（相対的に（＋）に見える）の下にある中性接地面要素４３０領域と比較して（−）である。それ故、ここでもまた、Ｅ場ベクトルは端部４３４に沿って下方に向かう。最終的には、上方「スロット」（端部４３２）および下方「スロット」（端部４３４）は、同相Ｅ場放射器になる。それ故、アンテナ４２０は、干渉計の構成要素である一対のスロットアンテナのように機能し、スロットアンテナ間の間隔はわずか３．６３インチ（０．２８波長）である。
【００５１】
ＲＦサイクルの半分が経過すると、端部４３２および４３４の（＋）および（−）の電圧（およびベクトル）は逆転し、第二の点４１４を通過する水平線４３６は中性を保つ。同様の過程により、第二のＲＦ出力信号３１０は第二の点４１４に供給され、水平偏波放射信号を生成する。水平および垂直の放射信号は互いに独立しているが、第一および第二の点４１２および４１４には振幅が等しくて直交位相関係にある信号が供給されるので、アンテナ４２０により円偏波（ＣＰ）信号が放射される。
【００５２】
図５は、ＲＦ信号を伝送する例示的ステップを提供するフローチャート５００を示す。以下の議論に基づけば、他の構成面および動作の実施形態は当業者には明白であろう。図５に示すステップは、必ずしも表記の順序で行われる必要はない。以下に、図５のステップを詳細に説明する。
【００５３】
フローチャート５００は、ステップ５０２から始まる。ステップ５０２でＲＦ信号が受信される。例えば、図４Ａに示すように、伝送路４０２上で入力ＲＦ信号３０６が受信される。入力ＲＦ信号３０６は、アンテナシステム３００と連動するリーダの送信器から受信してもよい。
【００５４】
ステップ５０４で、受信ＲＦ信号から第一のＲＦ出力信号および第二のＲＦ出力信号が発生される。なお、第二のＲＦ出力信号は第一のＲＦ出力信号に対して９０度だけ位相偏移される。例えば、図４Ａに示すように、入力ＲＦ信号３０６は９０度ハイブリッド結合器３１４の第一のポート３１６で受信される。９０度ハイブリッド結合器３１４は、位相が９０度だけ隔たった第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０を発生する。
【００５５】
ステップ５０６で、第一のＲＦ出力信号がアンテナ上の第一の点に結合される。例えば、図４Ａおよび４Ｂに示すように、第一のＲＦ出力信号３０８はアンテナ４２０の第一の点４１２に（伝送路４０６および回路基板４００の第一の点４０４を介して）結合される。
【００５６】
ステップ５０８で、第二のＲＦ出力信号がアンテナ上の第二の点に結合される。例えば、図４Ａおよび４Ｂに示すように、第二のＲＦ出力信号３１０はアンテナ４２０の第二の点４１４に（伝送路４１０および回路基板４００の第二の点４０８を介して）結合される。
【００５７】
ステップ５１０で、アンテナから円偏波ＲＦ信号が放射される。例えば、図３に示すように、円偏波ＲＦ信号３１２がアンテナ３０４により放射される。
【００５８】
（アンテナの実施形態の例示的利点）
図３および図４Ａの回路の動作は、「Ｋｕｒｏｋａｗａ」増幅器と呼ばれることもある平衡型増幅器の動作に似た利点を提供する。「平衡型増幅器」の概念は、増幅器に広帯域インピーダンス整合を提供するのは困難であり得るが、インピーダンス不整合特性が実質的に等しい一対の増幅器を提供することは比較的容易である、という現実に基づいている。等しいインピーダンス不整合を有する一対の増幅器に平衡性の良い９０度ハイブリッド結合器から信号が供給されると、最終結果は、非常に小さな合成反射損失を有する広帯域のインピーダンス整合増幅器アセンブリになる。これは、いかなる反射エネルギーも両方の増幅器から等しく反射されるからである。反射エネルギーは、９０度ハイブリッドを通って戻る。９０度ハイブリッドは、反射エネルギーの一部に追加的に９０度の差動位相偏移をもたらす。このため、反射により２つの増幅器から９０度ハイブリッドを通過して逆戻りする信号は、９０度ハイブリッドの入力ポートにおいて、合計１８０度の差動位相偏移を有し、それ故、相殺される。反射信号は、９０度ハイブリッドの終端ポートにおいてゼロ度の差動位相偏移を有するが、終端により吸収される。それ故、２つの整合する増幅器からの反射エネルギーの大部分は吸収される。合成増幅システムはＳ１１パラメータ値を有し、これは、２つの個別増幅器のＳ１１パラメータ間のベクトル差の半分である。
【００５９】
平衡型増幅器、および例示的９０度ハイブリッド結合器に関するさらなる情報については、Ｒ．Ｓ．Ｅｎｇｅｌｂｒｅｃｈｔ  ａｎｄ  Ｋ．Ｋｕｒｏｋａｗａ，”Ａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ｌ−Ｂａｎｄ  Ｂａｌａｎｃｅｄ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．５３，ｎｏ．３，ｐｐ．２３７−２４７，Ｍａｒｃｈ  １９６５、およびＫ．Ｋｕｒｏｋａｗａ，”Ｄｅｓｉｇｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｂａｌａｎｃｅｄ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，”Ｂｅｌｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｔｅｃｈ．Ｊ．，ｖｏｌ．４４，ｐｐ．１６７５−１６９８，Ｏｃｔ．１９６５を参照されたい。
【００６０】
平衡型増幅器の手法で用いられる２つの増幅器の代わりに、本実施形態では２つの直交アンテナ給電点、アンテナ４２０の第一の点４１２および第二の点４１４を用いる（一方を水平偏波とみなし、他方を垂直偏波とみなす）。本発明の「平衡アンテナ給電点」の手法は、平衡型増幅器の手法と同様の態様で反射を削減する。
【００６１】
図６および７は、図３のアンテナシステム３００により内部反射された信号の平衡的取扱いを示す（同図のアンテナ４２０は９０度ハイブリッド結合器３１４に結合されて示されている）。図６に示すように入力ＲＦ信号３０６は、９０度ハイブリッド結合器３１４内で、第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０に分岐する（経路６０２および６０４で示される）。第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０は実質的に同一の振幅を有し、第二のＲＦ出力信号３１０は第一のＲＦ出力信号３０８に対し９０度だけ遅延している。図６に示すように、第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０は、アンテナ４２０の点４１２および４１４（即ち、「給電点」）に到達する。
【００６２】
図７は、アンテナ４２０の第一および第二の点４１２および４１４から反射された第一および第二の信号７０２および７０４を示す。第一および第二の信号７０２および７０４はそれぞれ第一および第二のＲＦ出力信号３０８および３１０の反射であるので、第二の信号７０４は第一の信号７０２に対し既に９０度だけ遅延している。図７に示すように、第一の点４１２から反射された信号７０２は、９０度ハイブリッド結合器３１４の第二のポート３１８に入り、第一および第二の反射信号７０６および７０８に分岐する。第二の反射信号７０８は、９０度ハイブリッド結合器３１４により、第一の反射信号７０６に対し９０度だけ位相偏移される。アンテナ４２０の第二の点４１４から反射された信号７０４は、９０度ハイブリッド結合器３１４の第三のポート３２０に入り、第三および第四の反射信号７１０および７１２に分岐する。第三の反射信号７１０は、９０度ハイブリッド結合器３１４により、第四の反射信号７１２に対し９０度だけ位相偏移され、それ故、第三の反射信号７１０は第一の反射信号７０６に対し合計で１８０度遅延される。第一および第三の反射信号７０６および７１０は、両方とも９０度ハイブリッド結合器３１４の第一のポート３１６に振り向けられる。位相が１８０度離れているので、第一および第三の反射信号７０６および７１０は第一のポート３１６で互いに相殺し合う。第二および第四の反射信号７０８および７１２は、両方とも９０度ハイブリッド結合器３１４の第四のポート３２２に振り向けられる。第二および第四の反射７０８および７１２は位相が合っており、両方とも（経路７１４で示されるように）第四のポート３２２に結合された終端要素３１４により受信され、吸収される。それ故、回路３０２の構成により、アンテナシステム３００において反射は実質的に除去（即ち、相殺、終端）される。
【００６３】
本明細書で説明したように、平衡型増幅器の技法を二偏波アンテナに応用することはいくつかの利点を有するが、これらの利点は、二重アンテナの要素（例えば、アンテナ４２０の第一および第二の点４１２および４１４）それぞれの固有反射損失の大きさが少なくとも１〜２桁減少すること、アンテナ外部の高ＲＦ反射性環境にアンテナが向けられても（物体がアンテナから１インチ以内であっても）低反射損失を維持できること、アンテナのサイズが小型化されたときにアンテナのＱが大幅に増加する点を大きく上回っていても反射損失が低下しなくなること、を含むいくつかの利点が得られる。
【００６４】
反射損失は種々の方法で非常に低く保たれる。例えば、図６および７に関連して上述したように、２つのアンテナ給電点（４１２および４１４）間で注意深くインピーダンス整合（平衡化）を行えば、２つのアンテナからの内部反射は相殺される。さらに、アンテナ４２０の前方に位置するほとんどのＲＦ反射性物体は、アンテナ４２０により放射された円偏波ＲＦ信号３１２の円偏波の意義を反転させるであろう。例えば、もし円偏波ＲＦ信号３１２が右回り偏波であれば、その反射信号はアンテナ４２０により左回り偏波信号として受信されるであろう。それ故、環境から反転され、反射されたエネルギーはまた、９０度ハイブリッド結合器３１４の第四のポート４２２にルーティングされ、終端要素３２４により終端されることになる。さらに加えて、以下により詳細に説明するように、本発明の堅牢で安定したアンテナ構造体を用いれば、アンテナ４２０に与えられる可能性のある物理的酷使にもかかわらず（たとえ保護レードームがなくても）、注意深く整合されたアンテナ対のインピーダンスを維持するのが可能になる。
【００６５】
共振周波数に対する帯域幅の比であるアンテナの「Ｑ」に関して、パッチ型アンテナは、アンテナと接地面との間の間隔が減少するとアンテナのＱが増大するという特性を示す。これは、使用可能な利得帯域幅と、使用可能な反射損失帯域幅を減少させる傾向にある。関連する議論については、例えばＪａｓｉｋ  ａｎｄ  Ｊｏｈｎｓｏｎ，”Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９９３，ｐａｇｅ  ７−７を参照されたい。従来から、高誘電率材料を使ってアンテナの「電気的な高さ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｈｅｉｇｈｔ）」を増大させ、それによってこの要因を打ち消すことによりこの問題を解決することが試みられてきた。しかし、現実には、高性能パッチアンテナにおいて、アンテナが放射を行う外部の空隙（ａｉｒ  ｇａｐ）の高さおよび幅も重要な要因である。それ故、アンテナと接地面（例えば、後述するようなバックプレート）との間の空隙の絶対的厚み、ならびにアンテナのＲＦ放出端の長さがアンテナのＱおよび使用可能帯域幅を決定する。
【００６６】
本発明のアンテナにおいて、アンテナ４２０の給電に平衡化の手法を適用することが、アンテナ４２０の「電気的な高さ」の大幅な低下を可能にする。低下によってアンテナのＱが大幅に上昇し、そして利得帯域幅が低下し得るが、給電点４１２と４１４との間のインピーダンスを注意して整合させれば、反射損失帯域幅への影響を実質的になくすることが可能になる。ＲＦＩＤリーダを良好に動作させるのに反射損失は重要な特性なので、これはＲＦＩＤリーダにとって好都合なトレードオフである。アンテナ４２０の帯域幅端部に存在するいかなる利得低下も、タグ読取り範囲に二次的な影響を及ぼす。これは、リーダにより送出された主搬送波周波数からパッシブ型ＲＦＩＤタグが受ける順方向「充電（ｃｈａｒｇｉｎｇ）ＲＦ信号強度」が、読取り範囲を決定する主要因になるからである。これは、中心周波数におけるリーダのアンテナ利得、および（逆２乗則による）タグ−リーダ間距離の関数である。それ故、この充電強度は、アンテナの帯域幅端部における利得変化に実質的に影響されない。
【００６７】
例えば、（内部ＶＳＷＲに起因する）アンテナ帯域幅端部におけるアンテナ利得の１ｄＢの低下は、タグ読取り範囲を８９％までしか減少させない。アンテナ利得の１ｄＢの低下は、帯域幅端部でそれぞれ２．６６のＶＳＷＲ（−６．８７ｄＢの反射損失）を示すアンテナ給電点が原因で発生する。しかし、本発明ではインピーダンスが平衡化するため、９０度ハイブリッド結合器の第一のポート３１６は１．１０（−２６ｄＢの反射損失）より良好なＶＳＲＷを示す。これにより、リーダの受信器は、１Ｗ（＋３０ｄＢｍ）のリーダの送信器からの＋４．０ｄＢｍ（０．００２５Ｗ）未満の反射信号にさらされる。この平衡給電点の手法を用いなければ、アンテナのインピーダンスは２．６６のＶＳＷＲ（−６．８７ｄＢの反射損失）を示し、ＲＦＩＤリーダは＋２３．１ｄＢｍ（０．２０６Ｗ）の反射パワーで飽和するであろう。それ故、この実施例では、この平衡インピーダンスの手法により、リーダの受信器に戻される反射パワーに１９．１ｄＢ（２３．１ｄＢｍ対４ｄＢｍ）の改善がもたらされる（これは２桁に近い量である）。
【００６８】
パッチアンテナは、印刷基板（ＰＣＢ）上に形成してもよい。このようなパッチアンテナは、「マイクロストリップ」アンテナと呼ばれることが多い。パッチアンテナで円偏波を実現する技法は以下を含む。
【００６９】
（１）わずかに非対称の（トリムタブ付きまたはトリムタブの無い）パッチアンテナにコーナー給電する。
【００７０】
（２）４５度オフセット給電システムをパッチアンテナの２つの側部に用いる。
【００７１】
（３）パッチアンテナの２つの側部に「分岐線（ｂｒａｎｃｈ  ｌｉｎｅ）」結合器で給電する。または、
（４）パッチアンテナの２つの側部に９０度ハイブリッド結合器で給電する。
【００７２】
技法（４）は、従来の９０度ハイブリッド結合器のコストおよびサイズが理由で、従来から高価であると考えられている。Ｊａｓｉｋ  ＆  Ｊｏｈｎｓｏｎ（上記で参照）の第７章を見ていただきたい。以前から９０度ハイブリッド結合器が用いられていたが、平衡型増幅器の手法との関係は認識されていなかった。例えば、（広帯域に渡る）極めて低反射損失の能力は認識されておらず、平衡性が良好な９０度ハイブリッド結合器と高対称性パッチアンテナとの組合せも認識されていなかった。
【００７３】
（技法（３）の）「分岐線」型９０度ハイブリッド結合器は、低反射損失型の円偏波アンテナにはあまり好ましくない。以前は、モノリシックＰＣＢ内で作製するのにより容易（かつ、より安価）であることから、分岐線型３ｄＢハイブリッド結合器がより一般的であった。しかし、分岐線型ハイブリッド結合器は、通常は平衡性が良好ではなく、ずっと狭い帯域幅で平衡性を維持するに過ぎない。分岐線３ｄＢハイブリッド結合装置の多段版（ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ  ｖｅｒｓｉｏｎ）の実施例は、Ｈ．Ｈｏｗｅ，”Ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，”  Ａｒｔｅｃｈ，１９７４に記載されている。多段分岐線ハイブリッド結合器は、単一段型より広い帯域幅を有する。しかし、それは、多くの段数を連結しなければ、（本発明の実施形態にあるような）３ｄＢ指向性ハイブリッド結合器の帯域幅、または平衡能力と同等にならない。しかし、大きなＰＣＢ面積を使用すること、市販部品にないこと、および所望の性能要件を達成するのに大量のコンピュータモデリングが必要なことが理由で、この手法は好ましくない。
【００７４】
比較的安価、高誘電率型、小型、セラミック、および印刷基板搭載可能である等の属性を有する新たに入手可能になった３ｄＢ指向性９０度ハイブリッド結合器を用いれば、この形式の平衡給電点アンテナが実現可能になり、妥当なサイズのＰＣＢがアンテナ構造体内で実施可能になる。それ故、さらに後述するように、アンテナ自身は、回路基板（例えば、回路基板４００）を保護する物理的保護装置として機能する。以前は、９０度ハイブリッド結合器はサイズがかなり大きく、比較的高価で、かつ実現するのに複雑な組立プロセスを要していた。
【００７５】
ＲＦＩＤリーダアンテナの反射損失を低減する例示的技法は以下を含む。
【００７６】
（１）減衰を付加する（パディング（ｐａｄｄｉｎｇ））。
【００７７】
（２）サーキュレータを使用するか、または増幅器を単方向化する。
【００７８】
（３）整合する一連のアンテナとともに９０度ハイブリッドを用いる。または、
（４）戻り信号キャンセル回路（ＲＦキャンセラ）を用いる。
【００７９】
技法（１）は、ＲＦＩＤリーダの受信器感度をパッド（ｐａｄ）のｄＢ定格の２倍の量だけ低下させる。
【００８０】
技法（２）では、受信器感度の低下が生じる。同一アンテナが送信と受信とに用いられる（単一アンテナリーダを想定）ことに起因して、受信器が直接的に変調タグ応答信号を吸収するからである。
【００８１】
技法（３）は４つの中で最良の解決策である。技法（３）は受動的であり、かなりの帯域幅（２倍もの周波数、またはそれ以上）に渡って反射の問題を解決し、かつ円偏波選択性というさらなる効果を有する。すなわち、９０度ハイブリッド結合器３１４の第一のポート３１６および第四のポート３２２への入力信号を切り換えることにより、円偏波の方向を反転させることができる。アンテナ４２０前方に設置されたほとんどの反射性物体は、円偏波信号を、アンテナ４２０により放射された信号と反対方向に反射するであろう。それ故、右回りの放射信号は左回り信号として反射されることになる。反対方向の信号がアンテナ４２０で受信されると、それは、９０度ハイブリッド結合器３１４の第四のポート３２２において、終端要素３２４により吸収されるであろう。しかし、タグは直線偏波アンテナを有するため、タグ応答は直線偏波化されるであろう。それ故、受信直線偏波タグ信号は、リーダの受信部を通過する際に、９０度ハイブリッド結合器３１４の３ｄＢだけの損失しか受けない。
【００８２】
技法（４）は良好なアンテナ反射損失性能を有するが、回路コストが比較的高価で、体積が大きく、かつ消費電力が大きい。例えば、ＲＦキャンセラは通常は１０または１５ｄＢ結合器を介して受信器伝送路に接続されるので、ＲＦキャンセラは相殺されている反射損失パワーより１０〜１５ｄＢ強い強度のパワーを発生しなければならない。これには、１ＷものＲＦパワーがＲＦキャンセラ回路により発生されなければならない。
【００８３】
（例示的アンテナ構造体）
図８〜１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体およびシステムの図を示す。実施形態において、図８〜１４のアンテナ構造体は、上記のアンテナシステム３００を実施するのに用いられる。図８〜１４の実施形態は、説明を目的に提供されており、本発明の限定を意図するものではない。当業者であれば、本明細書の教示から、改変、組み合わせ等を含む代替実施形態が分かるであろう。これらの代替実施形態は、本発明の範囲および精神を逸脱しない。
【００８４】
図８は、アンテナアセンブリ８００の断面図を示す。図８に示すように、アンテナアセンブリ８００は、バックプレート８０２、回路基板４００、アンテナ４２０、圧縮性電気的絶縁体８０８、ならびに第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２を含む。
【００８５】
バックプレート８０２は、アンテナアセンブリ８００に対し機械的支持と保護を提供する平面状の矩形平板である。バックプレート８０２は、通常は、アルミニウム、鋼、または他の金属、あるいは金属の合金／組合せ等の硬質材料で作製される。バックプレート８０２は、非平面状、曲線的、等を含む、図８に示すものとは異なる形状であってもよい。バックプレート８０２は、アンテナアセンブリ８００用により大きな接地面を形成するようにしばしば接地点に結合されるが、バックプレート８０２の接地は必須ではない。
【００８６】
回路基板４００はバックプレート８０２により支持される。図８の実施形態において、バックプレート８０２は中央に位置する開口８１４を有する。回路基板４００は、中央に位置する開口８１４内に装着してもよい。例えば、開口３１４を包囲する外周端部において、バックプレート８０２内に凹領域８１６または棚状突起（ｌｅｄｇｅ）を形成してもよい。凹領域８１６は（図８に示すように）バックプレート８０２の底面に形成してもよく、（図１０に示すように）バックプレート８０２の上面に形成してもよく、または、（凹領域８１６ａおよび８１６ｂとして図９に示すように）バックプレート８０２の上面および底面の両方に形成してもよい。回路基板４００は、１つ以上のボルト、ねじ、もしくは他の取付け要素により、および／または接着材料により、凹領域８１６に取り付けてもよい。例えば、図８は、複数のねじ８１８によりバックプレート８０２の底面の凹領域８１６に装着された回路基板４００を示す。
【００８７】
アンテナ４２０は、図３のアンテナ３０４と同様に、円偏波ＲＦ信号３１２を放射するように動作する平面状の矩形平板である。アンテナ４２０は、通常は、アルミニウム、鋼（ステンレスを含む）、または他の金属、あるいは金属の合金／組合せを含む金属等の導電性硬質材料で作製される。アンテナ４２０は、非平面状、曲線的、等を含む、図８に示すものとは異なる形状であってもよい。例えば、アンテナ４２０は金めっきされたステンレスの０．１００インチ厚片であってもよい。アンテナ４２０は、特定の用途に応じて、任意のサイズとすることができる。例えば、アンテナ４２０は３．６３インチ×３．６３インチ平方としてもよい。
【００８８】
第一の圧縮性接触部材８１０は、第一の出力ＲＦ信号３０８をアンテナ４２０の第一の点４１２に結合する。第二の圧縮性接触部材８１２は、第二の出力ＲＦ信号３１０をアンテナ４２０の第二の点４１４に結合する。例えば、第一および第二の接触部材８１０および８１２は、図４Ａに示す回路基板４００の接点４０４および４０８を、図４Ｂに示すアンテナ４２０の接点４１２および４１４（「給電点」）に結合する。第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２は、（図８に示す）（例えば、ばね仕掛けの）「ポゴ」型ピンまたは（図９および１０に示す）導電性エラストマー接触子（ｃｏｎｔａｃｔｓ）を含む任意の形式の圧縮性電気接触子とすることができる。アンテナ４２０の底面（および必要に応じて上面）は、第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２との電気的接触性を改善するように、金、または他の導電性金属で皮膜保護してもよい。さらに、接触部材８１０および８１２は、電気的接触性を改善するように金または他の導電性材料でめっきを施してもよい。
【００８９】
圧縮性電気的絶縁体８０８は、パッチアンテナ４２０をバックプレート８０２上に装着する。圧縮性電気的絶縁体８０８は、（例えば、６０ジュロメータ値を有する）高ジュロメータのシリコーンゴムエラストマー等のシリコーン誘電体を含む任意の形式の圧縮性誘電体とすることができる。６０ジュロメーターのシリコーンゴムは同時に、アンテナ４２０を支持する強い物理的支持、衝撃エネルギー吸収、および低誘電損失の正接を供給するので、アンテナ４２０に印加されたＲＦパワーを消散させない。
【００９０】
アンテナアセンブリ８００が稼動中の環境で用いられる場合、アンテナ４２０への衝撃時に、圧縮性電気的絶縁体８０８ならびに第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２が衝撃の吸収を提供する。さらに以下に、アンテナアセンブリ８００が受ける可能性のある例示的な環境上の応力をより十分に説明する。このように、絶縁体８０８は、アンテナ４２０を支持しつつバックプレート８０２から離間させること、アンテナ４２０への衝撃エネルギーを吸収すること、およびアンテナ４２０とバックプレート８０２との間に装着された回路基板４００に耐候性（ｗｅａｔｈｅｒ  ｐｒｏｏｆｉｎｇ）を与えること、を含む多数の目的を果たす。
【００９１】
第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２は、圧縮時に導電性が大きく変動することなく、アンテナ４２０への物理的衝撃時に必要とされる機械的コンプライアンスを提供する。特に、圧縮時に、第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２はそれぞれ軽微な、しかし整合したインダクタンスの変化を受ける。そのため、これは性能に大きな影響を与えない。
【００９２】
図８に示すように、圧縮性電気的絶縁体８０８は、回路基板４００とアンテナ４２０との間に開空間（ｏｐｅｎ  ｓｐａｃｅ）８２２を形成するように、中央に位置する開口８２０を有してもよい。空間８２２は、接触部材８１０および８１２とアンテナ４２０との接触性が損なわれるのを回避し、回路基板４００への損傷を回避するように、理想的に湿気および他の異物が無い状態に保たれる。あるいは、圧縮性電気的絶縁体８０８は、回路基板４００とアンテナ４２０との間の空間８２２を実質的に埋めるように（図９および１０に示すように）回路基板４００を覆ってもよい。
【００９３】
図１１は、図８のアンテナアセンブリ８００の上面図を示す。図１１は、圧縮性電気的絶縁体８０８によりバックプレート８０２上に支持されたアンテナ４２０を示す。さらに、図１１は、回路基板４００ならびに圧縮性接触部材８１０および８１２の位置の概略を示す。これらは実際にはアンテナ４２０の下に隠れている。図１１は、バックプレート８０２の角に位置する開口１１０２ａ〜１１０２ｄも示す。これらは、アンテナアセンブリ８００を（例えば、ボルト、ねじ、ツメ、または他の取付け要素を用いて）構造物に装着するのに用いてもよい。特定の用途に必要であれば、アンテナアセンブリ８００を装着するのに任意の個数のまたは構成の開口１１０２、または装着機構があってもよい。
【００９４】
一実施例において、図８のアンテナ４２０は、０．１インチ厚の鋼板の３．７５インチ×３．７５インチ平方パッチアンテナである。絶縁体８０８は、４インチ×４インチ平方であり、厚みは０．２インチである。バックプレート８０２は、厚みが０．２５インチの６インチ×６インチ平方アルミニウム板である。そして、図８のアンテナアセンブリ８００は、約０．５５インチの厚みを有する。全部品は、アンテナアセンブリ８００の薄い、保護された構造体内に収納される。
【００９５】
図９は、概してアンテナアセンブリ８００に類似するアンテナアセンブリ９００の断面図を示す。上述したように、アンテナアセンブリ９００のバックプレート８０２は、開口８１４の周囲に、バックプレート８０２の上面および底面の両方それぞれに形成された凹領域８１６ａおよび８１６ｂを有する。さらに、圧縮性電気的絶縁体８０８は、回路基板４００とアンテナ４２０との間の空間を実質的に埋めるように回路基板４００を覆っている。空隙９０２がねじ８１８の頭部周囲に残存しているので、圧縮性電気的絶縁体８０８を（例えば、アンテナアセンブリ９００のメンテナンス時に）バックプレート８０２から剥離すれば、ねじ８１８に容易にアクセスできる。図９に示すように、第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２は、導電性エラストマー型接触子である。導電性エラストマー型接触子は、ポゴ型接触子に比べ（例えば、ノイズのある接触子の原因となるポゴ接触子−アンテナ間境界面の劣化）、アンテナアセンブリ９００の圧縮時に機械的損傷を受け難く、環境条件の影響を受け難い。第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２の上面部および底面部に導電性接着剤を用いて、回路基板４００およびアンテナ４２０との高信頼性の電気的接触を提供するようにしてもよい。
【００９６】
さらに、図９の回路基板４００は、図８に示す回路基板４００に対し、反転状態にある（例えば、９０度ハイブリッド結合器３１４は図９の回路基板４００の底面に装着されている）。さらに、図９の回路基板４００の底面は、回路基板４００および関連部品を環境的に保護するように、耐候性シーラント（ｗｅａｔｈｅｒ  ｓｅａｌａｎｔ）でコーティングされている。
【００９７】
図１０は、概して図９のアンテナアセンブリ９００に類似するアンテナアセンブリ１０００の断面図を示す。上述したように、アンテナアセンブリ１０００のバックプレート８０２は、開口８１４外周の周囲に、バックプレート８０２上面に形成された凹領域８１６を有する。回路基板４００は、回路基板４００端部を凹領域８１６に配設し、回路基板を凹領域８１６に保持するように回路基板４００の外周／底面端部周囲に接着剤を用いることにより、バックプレート８０２に装着されている。さらに、必要に応じて、接着剤を導電性にして、回路基板４００とバックプレート８０２との間に（例えば、接地時に）改善された電気的接触を提供してもよい。
【００９８】
さらに、圧縮性電気的絶縁体８０８は、回路基板４００とアンテナ４２０との間の空間を実質的に埋めるように回路基板４００を覆っている。アンテナアセンブリ１０００ではねじ８１８が不要なため、図９に示す空隙９０２は存在しない。それ故、アンテナアセンブリ１０００の圧縮性電気的絶縁体８０８には空間または空所（ｖｏｉｄｓ）は存在しない。それ故、水分および異物は圧縮性電気的絶縁体８０８により押し退けられる。このことが、水分または他の異物が回路基板４００、またはアンテナアセンブリ１０００に内蔵される他の部分に到達することに起因するアンテナアセンブリ１０００の故障リスクを低減する。
【００９９】
アンテナアセンブリ１０００は、多数の利点を有する。例えば、アンテナアセンブリ１０００はアンテナアセンブリ８００および９００に比べより少ない部品を要し、それによってコストが低下する。さらに、アンテナアセンブリ１０００の組立ては、それが積層のアセンブリとして形成され得るため、簡潔化される。アンテナアセンブリ１０００は全面的に環境から保護されている。
【０１００】
図１２〜１４は、図８および図１１のアンテナアセンブリ８００に類似するアンテナアセンブリ１２００の斜視図を示す。図１２は、アンテナアセンブリ１２００の底面の斜視図を示す。図１２００に示すように、アンテナアセンブリ１２００はバックプレート８０２の開口８１４および開口１１０２ａ〜ｄを含む。回路基板４００の底面は開口８１４内に示されており、開口８１４外周周囲の凹領域にはめ込まれている。リーダ等からの入力ＲＦ信号を受信する（同軸コネクタ等の）コネクタ１２０２がアンテナアセンブリ１２００端部にある。コネクタ１２０２は、同軸ケーブル１２０４により、回路基板４００に結合される。
【０１０１】
図１３は、アンテナアセンブリ１２００（図示しないアンテナ４２０を有する）の上面の斜視図を示す。図１２および１３に示すように、回路基板４００を開口８１４周囲の凹状外周領域に装着するのに、１２本のねじ８１８が用いられる。第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２が回路基板４００から延出しているのが示されている。さらに、図１３は、回路基板４００周囲のバックプレート８０２上に形成された圧縮性電気的絶縁体８０８を示す。図１３は、絶縁体８０８上面の外周領域に取り付けられ、外周領域を覆っている平面状枠１３０４も示す。平面状枠１３０４は、アンテナ４２０が絶縁体８０８に取り付けられたときにアンテナ４２０外周端部周囲にはめ込まれるように構成されている。以下に、平面状枠１３０４についてさらに詳細に説明する。
【０１０２】
図１４は、アンテナ４２０が見える状態で、およびバックプレート８０２上の絶縁体８０８（図１４では見えない）に支持されてバックプレート８０２に取り付けられた状態で、アンテナアセンブリ１２００上面の斜視図を示す。図１４はさらに、絶縁体８０８上のアンテナ４２０を包囲するように配設された平面状枠１３０４を示す。
【０１０３】
図１２はバックプレート８０２を貫通する８つの開口１２０６を示し、図１３はねじ（または他の調整要素）を受け入れるための、絶縁体８０８を貫通する８つの対となる開口１３０２を示す。一実施例では、ねじは３／８長六角頭止めねじによる５／１６−１６スレッドであり、バックプレート８０２は１／４インチ厚アルミニウム板である。
【０１０４】
開口１２０６に受け入れられるねじは、アンテナ４２０の微調整を可能にする。すなわち、これらのねじを調節し、アンテナ４２０のパラメータを調整するようにしてもよい。例えば、調整を行えば、アンテナ４２０の第一の点４１２（例えば、水平アンテナ給電点）と第二の点４１４（例えば、垂直アンテナ給電点）との間に高アイソレーションを確立でき、各偏波は整合したインピーダンス対周波数特性を有するようになる。
【０１０５】
図１２および１３に示される開口１２０６の位置により示されているように、開口１２０６に挿入されるねじは、各ねじ位置においてそれらがアンテナ４２０に近接しているため、（局所的なＲＦ接地である）バックプレート８０２とアンテナ４２０との間の容量に影響を及ぼす。８つの開口１２０６のねじを微調整することにより（例えば、各ねじをさらにそれぞれのねじ穴１２０６に螺入したり、またはそこから螺出したりして、ねじ先端のアンテナ４２０からの間隔を変えることにより）、下記を含むいくつかのパラメータが調整可能である。
【０１０６】
Ａ．水平および垂直偏波に対するアンテナ４２０の中心周波数。例えば、開口１２０６の調整ねじを調整することにより、所望の中心周波数を微調整することができる。
【０１０７】
Ｂ．水平偏波と垂直偏波との間のインピーダンスを追跡する。例えば、開口１２０６のねじを調整することにより、インピーダンスをよりぴったりと整合させることができる。
【０１０８】
Ｃ．水平偏波入力点と垂直偏波入力点との間の（例えば、第一および第二の圧縮性接触部材８１０および８１２における）アイソレーション量。例えば、ねじを調整して最善のアイソレーションを見つけることができる。
【０１０９】
Ｄ．円偏波（ＣＰ）の品質と関連のあるアンテナの軸比（ＡＲ）。例えば、ねじを調整して最善のアンテナ軸比を見つけることができる。
【０１１０】
ある例示的調整方法では、作業者が開口１２０６のねじを調節する間、アンテナ４２０のパラメータをモニタするのに、作業者（またはコンピュータ制御）によりＲＦネットワークアナライザ装置が用いられる。例えば、作業者は反射損失が−３０ｄＢ（即ち、１．０７：１のＶＳＷＲ）になるまで８本のねじを調節してもよい。
【０１１１】
本発明のアンテナ以前の典型的なアンテナであれば、約−１０ｄＢ（即ち、２：１のＶＳＷＲ）〜約−１４ｄＢ（即ち、１．５：１のＶＳＷＲ）の反射損失を示すであろう。−１０ｄＢの反射損失は、１Ｗのリーダ送信器（例えば、＋３０ｄＢｍ信号）からのアンテナ反射が＋２０ｄＢｍになることを意味する。そのような高い反射損失は、ほとんどのリーダ受信器を飽和させ得る。
【０１１２】
本発明のアンテナにより可能になった−３０ｄＢｍの反射損失は、通常のアンテナに対し２０ｄＢの反射損失の改善であり、１００：１の反射パワー比改善を提供する。これは、＋３０ｄＢｍ（１Ｗ）リーダの送信器からの上記のアンテナ反射が０．０ｄＢｍになることを意味し、そしてリーダの受信器は飽和しないと考えられる。
【０１１３】
なお、これらねじの調整は、すべての実施において必要となるものではない。ある代替実施形態では、アンテナシステムの関連部分の許容誤差が適切であることが理由で、調整しなくてもアンテナパラメータが許容範囲内に含まれ得る。
【０１１４】
ある例示的実施形態では、対象とする周波数帯域に渡る超低反射損失（−３０ｄＢ等）を実現するために、パラメータを達成／バランスするように以下のようにアンテナが構成され得る。
【０１１５】
１．対象とする周波数帯域に渡って約±０．１５ｄＢの振幅バランスを提供するように９０度ハイブリッド結合器３１４を構成してもよい。
【０１１６】
２．対象とする周波数帯域に渡って約９０±２度の位相バランスを提供するように９０度ハイブリッド結合器３１４を構成してもよい。
【０１１７】
３．約２５ｄＢの指向性を提供するように９０度ハイブリッド結合器３１４を構成してもよい。
【０１１８】
４．（水平および垂直の偏波入力点、点４１２および４１４における）２つのアンテナ負荷が、対象の周波数帯域に渡って、（スミス・チャート上で観察されるように）実質的に同一のベクトルインピーダンスを与えるようにバランスされる。
【０１１９】
５．アンテナ負荷が約２５ｄＢアイソレートされる。
【０１２０】
６．アンテナ４２０からの（十分な軸比忠実性（ａｘｉａｌ  ｒａｔｉｏ  ｆｉｄｅｌｉｔｙ）を備えていた）右回りの偏波を受信するアンテナ４２０の外部にある垂直ＲＦ反射表面が逆転波（即ち、同一の軸比の忠実性を有する左回り波）を反射し、それが９０度ハイブリッド結合器３１４の第四のポート３２２にある終端要素３２４により吸収され、そしてリーダの受信器に対する反射損失として現れない程度に、放射軸比が低く構成される。このことが、たとえアンテナ４２０が大きなＲＦ反射性物体の前に位置していても、タグは依然として読取り可能であることを確実にする。この平衡化した実施の、この右回り対左回りの拒絶機能（または逆の場合も同様）は、構成された軸比の品質に依存する。
【０１２１】
上述したように、平面状枠１３０４は図１３および１４に示されており、絶縁体８０８上のアンテナ４２０を包囲するように構成される。平面状枠１３０４は絶縁体８０８上の接着性材料に取り付けられている。ある例示的実施形態では、平面状１３０４は、厚みが０．００３インチ、形状が矩形（例えば、正方形）であり、プラスチック製である。さらに、平面状枠１３０４の端部は、特定の用途により、種々の幅とすることができる。例えば、平面状枠１３０４の端部は、幅を０．１５インチとしてもよい。しかし、代替実施形態では、平面状枠１３０４は、他のサイズおよび／または形状としてもよく、他の材料で作製してもよい。
【０１２２】
ある実施形態では、絶縁体８０８は、絶縁体８０８の上面および底面に接着性材料が付いた状態で（例えば、製造業者によって）供給され得る。接着性材料は、９４８５アクリル接着剤を含む種々の接着性材料から選択することができる。平面状枠１３０４は、接着性材料に取り付けられるように、絶縁体８０８上面に配置され得る。（例えば、平面状枠１３０４内の）残余接着材料を覆うように、絶縁体８０８の上面および下面上にピールアウェイ（ｐｅａｌ−ａｗａｙ）紙片を配置してもよい。アンテナアセンブリ１２００等のアンテナアセンブリが組み立てられると、紙片は絶縁体８０８からピールアウェイしてもよく、絶縁体８０８は、接着性材料によりバックプレート８０２に取り付けられるように、バックプレート８０２上に配置してもよい。アンテナ４２０は、接着性材料により絶縁体８０８に取り付けられるように、平面状枠１３０４内の絶縁体８０８上に配置してもよい。絶縁体８０８をバックプレート８０８上に配置するときに位置合わせするのに、および／またはアンテナ４２０を絶縁体８０８上に配置するときに位置合わせするのに、位置合わせ用の道具を用いてもよい。
【０１２３】
平面状枠１３０４は、下記を含む多数の利点を提供する。
【０１２４】
（ａ）絶縁体８０８の上面上のアンテナ４２０周囲の接着性材料を覆う。
【０１２５】
（ｂ）アンテナ４２０外周外部の絶縁体８０８上面に環境的保護（例えば、鋭利な物体から）を提供する。
【０１２６】
（ｃ）アンテナアセンブリ１２００をより容易に組立てられるようにする。例えば、接着性材料の塗布時に絶縁体８０８上面の外周部を遮蔽するよりも、または絶縁体８０８上面の外周領域から余剰接着性材料を除去しようと試みるよりも、平面状枠１３０４を絶縁体８０８に付ける方が容易であろう。
【０１２７】
平面状枠１３０４は、非平面状構成を含む他の形状とすることができる。例えば、図１５に、アンテナアセンブリ８００に類似し、枠１５０２を有するアンテナアセンブリ１５００を示す。図１３に示す平面状枠１３０４同様に、枠１５０２はアンテナ４２０を包囲する。さらに、枠１５０２は、接着性材料により絶縁体８０８に取り付けられる上面内側端部１５０４を有する。内側端部１５０４は、枠１５０２の側壁部１５０６から枠１５０２中心に向かって内側に延出する。側壁部１５０６は、絶縁体８０８外側面を覆うように下方に延出する。側壁部１５０６の底面端部１５０８は、絶縁体８０８周囲のバックプレート８０２の上面と接する。それ故、枠１５０２はアンテナ４２０またはバックプレート８０２により覆われていなかった絶縁体８０８の一部を覆い、このようにして、絶縁体８０８に強化した環境的保護を提供する。
【０１２８】
絶縁体８０８に保護を付加する枠１５０２の存在により、アンテナアセンブリ１５００は厳しい環境で使用可能である。例えば、箱破砕機内で使用可能であり、例えば、アンテナアセンブリ１５００は、箱破砕機の内部の壁に形成された穴の中に配設され得る。そのように実施する際に、枠１５０２は、デルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）等の高耐久性材料で作製してもよい。
【０１２９】
（アンテナシステムの例示的実施）
本発明のアンテナシステムは、ＲＦＩＤタグに質問するのに都合のよい任意の場所に装着可能である。例えば、アンテナシステムは、倉庫、事務所、または店舗等の商業的環境内、および、軍事関連または他の非商業的環境内に装着可能である。さらに、アンテナシステムは、固定構造物または移動構造物に取り付けてもよい。アンテナシステムは、フォークリフト、倉庫箱押込み器とともに、および搬送ベルトとともに用いてもよい。このアンテナシステムのできる限りの小型化および耐久性により、以前は運用不能であった多くの位置にアンテナシステムを配備できるようになる。
【０１３０】
例えば、図１６Ａおよび１６Ｂは、本発明の例示的実施形態にしたがうアンテナアセンブリ１６０４を搭載するフォークリフト１６０２の図を示している。アンテナアセンブリ１６０４は、例えば、上記のアンテナアセンブリ８００、９００、１０００および１２００の中の任意のものとすることができる。図１６Ａは、フォークリフト１６０２の正面図を示しており、フォークリフト１６０２のフォーク１６０６は底面付近の位置にある。図１６Ｂはフォークリフト１６０２の側面図を示しており、フォーク１６０６は（図１６Ａに対し）中間の位置にまで引き上げられ、一定荷重の物体１６０８を支持している。図１６Ａおよび１６Ｂに示すように、アンテナアセンブリ１６０４は、物体１６０８に関連のあるタグを読み取ることが有利になる程度に物体１６０８に接近するように、フォークリフト１６０２のフォークの間の無防備な場所（例えば、「荷台後方支え（ｌｏａｄ  ｂａｃｋ  ｒｅｓｔ）」領域）に装着可能である。アンテナアセンブリ１６０４はこの場所で衝撃を受ける場合があるが、圧縮性電気的絶縁体８０８による衝撃吸収を含む堅牢な構造設計により、この衝撃に耐えることができる。アンテナアセンブリ１６０４に結合される無線、電池駆動リーダ１６１０は、呼び掛け信号の放射とタグ応答の受信とを行うのにアンテナアセンブリ１６０４を使用し、図１６Ａおよび１６Ｂに示すようにフォークリフト１６０２内のアンテナアセンブリ１６０４の後部に直接装着可能であり、またはフォークリフト１６０２上の別の場所に装着可能である。それ故、ある実施形態では、リーダ１６１０は電池を含んでもよく、および／または遠隔コンピュータシステムと通信する無線通信モジュールを含んでもよい。例えば、無線通信モジュールは、ＷＬＡＮ（例えば、８０２．１１）および／またはＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（例えば、８０２．１５）規格に従って通信するように構成してもよい。無線通信モジュールは、フォークリフト１６０２上の別の場所に位置するアクセスポイント、またはフォークリフト１６０２の外部に位置するアクセスポイントと通信してもよい。
【０１３１】
あるいは、リーダ１６１０はフォークリフト１６０２から離れて装着してもよく、それ故、必ずしも無線および／または電池駆動である必要はない。例えば、リーダ１６１０は、ケーブルによりアンテナアセンブリ１６０４に結合してもよい。
【０１３２】
回路３０２に対する「平衡型増幅器」形式の手法（図３に示された）と、堅牢アンテナ構造体の構造設計（例えば、図８、９、１０および１２に示された）とを組み合わせれば、超薄型であるにもかかわらず、アンテナに優れた反射損失特性を持たせることが可能になる。薄型と堅牢性とを組み合わせれば、フォークリフト１６０２のフォーク１６０６間の無防備な荷台後方支え（ＬＢＲ）領域等の、以前は不可能であった場所にアンテナを取り付けることが可能になる。物体１６０８を支持するフォークリフト１６０２により持ち上げられたパレット（図１６Ａおよび１６Ｂには図示せず）上に装着されたＲＦＩＤタグを読み取るのに、この場所は非常に魅力的である。パレットタグ、ならびに、物体１６０８のタグを適切に読み取ることができれば、ＲＦＩＤと連動するホストコンピュータシステムは、すべての物品を適切に関連付けることができ、適切な「積載順序」が実行されたことを確認できる。関連する荷物は次いで出荷トラックに運ばれ、または一時的に倉庫内の棚に収容されるであろう。フォーク１６０６間に装着されたアンテナを用いると、荷物がフォークリフト１６０２により棚上に配置されるときに、リーダは倉庫棚の前方端部に装着されたタグを読み取ることができる。これにより、ホストコンピュータシステムは、荷物が適切な棚に配置されたことを確認することができる。
【０１３３】
タグ読取り性能を向上させるのに、フォークリフト１６０２または搬送ベルトシステム等の特定の構造物に任意の個数のアンテナを装着してもよい。例えば、４つのアンテナアセンブリ１６０４をフォークリフト１６０２上に装着してもよく、これらは、フォークリフト１６０２の前の高所と低所の両方に装着されたアンテナアセンブリ、および側部監視リーダとすべくフォークリフト１６０２に装着された一対のアンテナアセンブリを含む。倉庫環境において、アンテナアセンブリは、油圧オイル、ガソリン、化学物質、極端な温度、直射日光および搬送中の荷物からの衝撃という物理的酷使、ならびに、棚、壁、およびドアとの衝突にさらされることがある。本明細書に記載のアンテナシステムの堅牢構造体は、この酷使に耐えられるように構成されている。
【０１３４】
本明細書に記載のＲＦＩＤリーダアンテナは、従来技術のアンテナの不利を克服する。例えば、本明細書に記載のリーダアンテナは、（アンテナ付近に反射性物体が配置されていてもいなくても）劇的に低い反射係数を有する。さらに、本明細書に記載のリーダアンテナは十分に堅牢なので、保護用レードームを必要としない。アンテナアセンブリそのものが、入手可能なレードームよりも堅牢である。
【０１３５】
（結論）
本発明の種々の実施形態が上述されたが、これらは例示のみを目的に紹介されたこと、および限定を目的に紹介されたのではないことが理解されるべきである。本発明の精神および範囲から逸脱せずにそこに形態および細部の改変を行い得ることは、当業者には明白であろう。それ故、本発明の広さおよび範囲は上記のいずれの例示的実施形態によっても限定されるべきではなく、以下の請求項およびその等価物に従ってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】図１は、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグの例示的集団と通信する環境を示す。
【図２】図２は、ＲＦＩＤリーダの受信部および送信部のブロック図を示す。
【図３】図３は、本発明のある実施形態に係るアンテナアセンブリを示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図３の回路を実施する例示的回路基板の平面図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ある例示的アンテナを示す。
【図５】図５は、本発明のある例示的実施形態にしたがう、ＲＦ信号を送信する例示的ステップを提供するフローチャートを示す。
【図６】図６および図７は、アンテナアセンブリにより反射された信号の処理を示す。
【図７】図６および図７は、アンテナアセンブリにより反射された信号の処理を示す。
【図８】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体の図を示す。
【図９】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体の図を示す。
【図１０】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体の図を示す。
【図１１】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体の図を示す。
【図１２】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体の図を示す。
【図１３】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体を複数の位置から見た図を示す。
【図１４】図８〜図１４は、本発明の実施形態にしたがう例示的アンテナ構造体を複数の位置から見た図を示す。
【図１５】図１５は、図８のアンテナアセンブリに類似し、枠を有するアンテナアセンブリを示す。
【図１６Ａ】図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明のある例示的実施形態にしたがうアンテナアセンブリを搭載するフォークリフトを複数の位置から見た図を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明のある例示的実施形態にしたがうアンテナアセンブリを搭載するフォークリフトを複数の位置から見た図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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