(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチパスなどの伝搬特性の影響を緩和するＲＦＩＤリーダ用アレイアンテナシステムを提供する。【解決手段】ＲＦＩＤタグ２と通信するアレイアンテナシステムは、複数のアンテナエレメント１０と、電子的に制御可能な可変移相器８と、１：Ｎ電力分配器又はＮ：１電力結合器６と、アレイ状態制御ブロックとで構成する。制御アルゴリズムで制御されるアレイ状態制御ブロックは、可変移相器８の位相を制御する。アレイアンテナシステムは、パレット上のケースの集合体及び品物をまとめて保管している棚及び他の材料が存在する倉庫で適用され、バッテリレス又はパッシブＲＦＩＤタグを読み取る処理に適用可能である。【選択図】図１
2015164318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ＲＦ信号を受信するよう構成されたＲＦ入力ポートであって、前記入力ＲＦ信号は少なくとも１つのＲＦＩＤタグを読み取るのに適している、ＲＦ入力ポートと、
複数のアンテナであって、前記複数のアンテナの各々は、アンテナ入力信号が入力されたときに、関心領域内で前記複数のアンテナの各々がＲＦ場を生成するように構成され、前記複数のアンテナのうちの１つ又は複数のアンテナは、前記関心領域内の任意の場所でＲＦ場を生成するよう構成された、複数のアンテナと、
対応する複数のアンテナ入力信号を前記入力ＲＦ信号から生成する手段であって、前記複数のアンテナ入力信号の各々のアンテナ入力信号は、前記少なくとも１つのＲＦＩＤタグを読み取るのに適しており、前記複数のアンテナ入力信号が同時に前記複数のアンテナに入力されるとき、対応する複数のＲＦ場が前記関心領域内で同時に生成される、手段と
前記複数のＲＦ場を変化させることによって、前記複数のアンテナの状態を変更する状態コントローラであって、第１の期間中に第１の状態を生成し、第２の期間中に第２の状態を生成する、状態コントローラとを備え、
前記状態コントローラは、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第１の少なくとも１つの位相、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第１の少なくとも２つの振幅の比、
前記複数のアンテナのうちの第１の少なくとも１つの放射パターン、および
前記複数のアンテナのうちの第２の少なくとも１つの偏波、
のうち、１つまたは複数を変化させることによって、前記複数のＲＦ場を変化させ、
前記複数のアンテナ入力信号はＮ個のアンテナ入力信号であり、前記複数のアンテナ入力信号の位相の変化にはＮ個の自由度があり、前記複数のアンテナ入力信号のうちの前記第１の少なくとも１つは、Ｍ個のアンテナ入力信号であり、Ｍ＜Ｎである、アンテナシステム。
【請求項２】
前記複数のアンテナ入力信号を生成する前記手段は、電力分配器を備え、前記入力ＲＦ信号は、前記電力分配器に入力され、前記複数のアンテナ入力信号は、前記電力分配器から出力される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記状態コントローラは、前記複数のアンテナ入力信号のうち少なくとも１つの位相を変化させることによって、前記複数のＲＦ場を変化させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記状態コントローラは、前記複数のアンテナ入力信号のうち少なくとも２つの振幅の比を変化させることによって、前記複数のＲＦ場を変化させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記状態コントローラは、前記複数のアンテナのうち少なくとも１つの放射パターンを変化させることによって、前記複数のＲＦ場を変化させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記状態コントローラは、前記複数のアンテナのうち少なくとも１つの偏波を変化させることによって、前記複数のＲＦ場を変化させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
ＲＦＩＤリーダをさらに備え、前記ＲＦＩＤリーダは前記ＲＦ入力ポートに結合され、前記入力ＲＦ信号を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
ＲＦレシーバをさらに備え、前記ＲＦレシーバは受信ＲＦ信号を受信し、前記受信ＲＦ信号は、前記複数の前記ＲＦ場が前記少なくとも１つのＲＦＩＤタグの１つまたは複数に入射することによるものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記レシーバは前記複数のアンテナを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記受信された受信ＲＦ信号は、前記ＲＦ入力ポートから出力されたものである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
ＲＦレシーバをさらに備え、前記ＲＦレシーバは受信ＲＦ信号を受信し、前記受信ＲＦ信号は、前記複数の前記ＲＦ場が前記少なくとも１つのＲＦＩＤタグの１つまたは複数に入射することによるものである、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記受信された受信ＲＦ信号は、前記ＲＦ入力ポートから前記ＲＦＩＤリーダへ出力される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記レシーバは第２の複数のアンテナを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
第２の状態コントローラをさらに備え、前記第２の状態コントローラは、
前記第２の複数のアンテナによって受信されるような複数の受信された受信ＲＦ信号のうちの第１の少なくとも１つの位相、
前記複数の受信された受信ＲＦ信号のうちの少なくとも２つの振幅の比、
前記第２の複数のアンテナのうちの少なくとも１つの放射パターン、および
前記第２の複数のアンテナのうちの１つまたは複数の偏波、
のうち、１つまたは複数を変化させることによって、前記第２の複数のアンテナの受信状態を変更する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の状態コントローラは、前記第１の期間中に第１の受信状態を生成し、前記第２の期間中に第２の受信状態を生成する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数のアンテナの遠距離場領域に位置する、１つまたは複数のＲＦＩＤタグをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１７】
前記遠距離場領域は２Ｄ2／λ以上であり、ただし、Ｄは、放射方向に垂直な複数のアンテナにおけるアンテナの最大寸法であり、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数のアンテナの放射近接場に位置する、１つまたは複数のＲＦＩＤタグをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記放射近接場は、３λ−２Ｄ2／λの範囲内であり、ただし、Ｄは、放射方向に垂直な複数のアンテナにおけるアンテナの最大寸法であり、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数のアンテナから３λ以上離れて位置する、１つまたは複数のＲＦＩＤタグをさらに備え、ただし、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記アンテナアレイから３λだけ離れたところより近くに位置する、１つまたは複数のＲＦＩＤタグをさらに備え、ただし、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記状態コントローラは、前記複数のアンテナ入力信号のうち前記少なくとも１つの前記位相を、対応する少なくとも１つの移相器を介して変化させ、前記少なくとも１つの移相器の各々は、前記複数のアンテナ入力信号のうちの少なくとも１つの対応するアンテナ入力信号を受信し、前記対応するアンテナ入力信号を変化された位相で前記複数のアンテナのうちの前記対応するアンテナに出力する、請求項３に記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数のアンテナの各アンテナは、前記複数のアンテナのうち別のアンテナのλ／２内であり、ただし、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記複数のアンテナのうち各アンテナは、前記複数のアンテナのうち最も近い隣接したアンテナから、λ／２からλの範囲内で離れており、ただし、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記複数のアンテナのうち各アンテナは、前記複数のアンテナのうち最も近い隣接したアンテナからλより多く離れており、ただし、λは、前記複数のＲＦ場の波長である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記複数のアンテナのうち前記少なくとも１つの前記放射パターンを変化させることは、前記複数のアンテナのうち前記少なくとも１つのビーム形状を変化させることを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記複数のアンテナのうち前記少なくとも１つの前記放射パターンを変化させることは、前記複数のアンテナのうち前記少なくとも１つのビーム指向角を変化させることを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記複数のアンテナの少なくとも２つの同じアンテナは、前記第１の状態および前記第２の状態において、前記複数のＲＦ場のうち１つを生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記複数のアンテナは、少なくとも４つのアンテナを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３０】
１つまたは複数のＲＦＩＤタグを読み取る方法であって、
１つまたは複数のＲＦＩＤタグを関心領域内で位置決めすること、
複数のアンテナを位置決めすることであって、前記複数のアンテナの各々は、アンテナ入力信号が前記複数のアンテナの各々に入力されたときに前記関心領域内でＲＦ場を生成するように構成され、前記複数のアンテナのうちの１つ又は複数のアンテナは、前記関心領域内の任意の位置においてＲＦ場を生成するよう構成されていること、
入力ＲＦ信号を受信することであって、前記入力ＲＦ信号は、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち少なくとも１つを読み取るのに適していること、
対応する複数のアンテナ入力信号を前記受信された入力ＲＦ信号から生成することであって、前記複数のアンテナ入力信号の各々は、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち少なくとも１つを読み取るのに適していること、
前記複数のアンテナ入力信号の各々を、前記複数のアンテナのうち対応するアンテナに入力し、その間、前記複数のＲＦ場は第１の期間中に第１の状態であり、それによって、対応する第１の複数のＲＦ場が前記関心領域内で前記複数のアンテナから同時に生成されるようにすること、
第１の受信ＲＦ信号を受信することであって、前記第１の受信ＲＦ信号は、前記第１の期間中に生成された前記複数のＲＦ場が、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち前記少なくとも１つに入射することによるものであること、
前記第１の受信ＲＦ信号を処理して、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち前記少なくとも１つが前記関心領域に存在するかどうかを決定すること、
前記複数のアンテナ入力信号の各々を、前記複数のアンテナのうち前記対応するアンテナに入力し、その間、前記複数のＲＦ場は第２の期間中に第２の状態であり、それによって、対応する第２の複数のＲＦ場が前記関心領域内で前記複数のアンテナから同時に生成され、前記関心領域内で生成された前記第２の複数のＲＦ場は、前記関心領域内で生成された前記第１の複数のＲＦ場と比較して変化させられていること、
第２の受信ＲＦ信号を受信することであって、前記第２の受信ＲＦ信号は、前記第２の期間中に生成された前記複数のＲＦ場が、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち前記少なくとも１つに入射することによるものであること、および、
前記第２の受信ＲＦ信号を処理して、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち前記少なくとも１つが前記関心領域内に存在するかどうかを決定することを備え、
前記関心領域内で生成された前記第２の複数のＲＦ場は、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第１の少なくとも１つの位相を変化させること、
前記複数のアンテナ入力信号のうちの第１の少なくとも２つの振幅の比を変化させること、
前記複数のアンテナのうちの第１の少なくとも１つの放射パターンを変化させること、および
前記複数のアンテナのうちの、第２の少なくとも１つの偏波を変化させること、
のうちの１つまたは複数によって、前記関心領域内で生成された前記第１の複数のＲＦ場と比較して、変化され、
前記複数のアンテナ入力信号はＮ個のアンテナ入力信号であり、前記複数のアンテナ入力信号の位相の変化にはＮ個の自由度があり、前記複数のアンテナ入力信号のうちの前記第１の少なくとも１つは、Ｍ個のアンテナ入力信号であり、Ｍ＜Ｎである方法。
【請求項３１】
前記関心領域内で生成された前記第２の複数のＲＦ場は、前記複数のアンテナ入力信号のうちの少なくとも１つの位相を変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第１の複数のＲＦ場と比較して変化している、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記関心領域内で生成された前記第２の複数のＲＦ場は、前記複数のアンテナ入力信号のうち、少なくとも２つの振幅の比を変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第１の複数のＲＦ場と比較して変化している、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記関心領域内で生成された前記第２の複数のＲＦ場は、前記複数のアンテナのうち、少なくとも１つの放射パターンを変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第１の複数のＲＦ場と比較して変化している、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記関心領域内で生成された前記第２の複数のＲＦ場は、前記複数のアンテナのうち、少なくとも１つの偏波を変化させることで、前記関心領域内で生成された前記第１の複数のＲＦ場と比較して変化している、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
ａ）前記複数のアンテナ入力信号の各々を、前記複数のアンテナのうち前記対応するアンテナに入力し、その間、前記複数のアンテナは少なくとも１つの追加の期間中に少なくとも１つの追加の状態であり、それによって、前記対応する少なくとも１つの追加の複数のＲＦ場が前記関心領域内で前記複数のアンテナから同時に生成されるようにすること、および
ｂ）少なくとも１つの追加の受信ＲＦ信号を受信することであって、前記少なくとも１つの追加の受信ＲＦ信号は、前記少なくとも１つの追加の期間中に生成された前記複数のＲＦ場が、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち前記少なくとも１つに入射することによるものであり、前記関心領域内で生成された前記少なくとも１つの追加の複数のＲＦ場の各々は、前記第１の複数のＲＦ場と比較して変化しており、前記第２の複数のＲＦと比較して変化しており、前記関心領域内で生成されたその他の少なくとも１つの追加の複数のＲＦ場と比較して変化しており、および
ｃ）前記少なくとも１つの追加の受信ＲＦ信号を処理して、前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのうち前記少なくとも１つが前記関心領域内に存在するかどうかを決定することをさらに備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
基準が満たされるまで、ａ、ｂおよびｃを繰り返すことをさらに備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記基準は、前記関心領域内の前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグのすべてが読み取られることである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記基準は、前記少なくとも１つの追加の状態のすべての状態が利用されたことである、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記基準は、ある期間が過ぎたことである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記基準は、終了信号が受信されることである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の受信ＲＦ信号を受信し、前記第２の受信ＲＦ信号を受信することは、ＲＦレシーバを介して実施される、請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
前記ＲＦレシーバは前記複数のアンテナを備える、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記ＲＦレシーバは第２の複数のアンテナを備える、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記入力ＲＦ信号を受信することは、前記入力ＲＦ信号をＲＦＩＤリーダから受信することを備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の受信ＲＦ信号を前記ＲＦＩＤリーダへ入力すること、および
前記第２の受信ＲＦ信号を前記ＲＦＩＤリーダへ入力することをさらに備える、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記複数のアンテナ入力信号のうち少なくとも１つの前記位相を変化させることは、少なくとも１つの可変時間遅延によって達成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項４７】
前記複数のＲＦ場を変化させることは、アナログ発振回路によって生成されるアナログ電圧によって制御された制御エレメントを使用することを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４８】
前記第１の状態、前記第２の状態、及び前記少なくとも１つの追加の状態が順序付けられ、タグを読み取る確率が統計的により高い状態が、前記順序付けにおいてより早く配置されるようにする、請求項３５に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の状態、前記第２の状態、及び前記少なくとも１つの追加の状態が順序付けられ、ＲＦＩＤタグが読み取られたアレイ状態が、前記順序付けにおいてより早く配置されるようにする、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記タグを読み取る確率は、固定構成における特定のタグの集合体に適用される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
読み取られたＲＦＩＤタグは、固定構成における特定のタグの集合体からなる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記タグを読み取る確率は、集合体のカテゴリに適用される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記タグを読み取るという証明された履歴は、集合体のカテゴリに適用される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記複数のアンテナを第１の状態、第２の状態、及び前記少なくとも１つの追加の状態の１つから他に変更するために、１つまたは複数の電子制御エレメントが、前記関心領域内で生成された前記複数のＲＦ場を変化させるのに用いられ、前記関心領域内で生成された前記複数のＲＦ場を変化させるために、前記電子制御エレメントにデジタルコマンドが与えられ、前記第１の状態、前記第２の状態、及び前記少なくとも１つの追加の状態は、すべての可能な状態を含み、前記可能な状態は、前記電子制御エレメントに与えられ得る前記デジタルコマンドの可能な組み合わせに対応する、請求項３５に記載の方法。
【請求項５５】
前記複数のアンテナを第１の状態、第２の状態、及び前記少なくとも１つの追加の状態の１つから他に変更するために、１つまたは複数の電子制御エレメントが、前記関心領域内で生成された前記複数のＲＦ場を変化させるのに用いられ、前記関心領域内で生成された前記複数のＲＦ場を変化させるために、前記電子制御エレメントにデジタルコマンドが与えられ、前記第１の状態、前記第２の状態、及び前記少なくとも１つの追加の状態は、前記デジタルコマンドのＮ個の最上位ビットのすべての可能な順列が最初に循環されるように、順序付けられており、ここで、Ｎは整数である、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
新たに識別されたタグのレポートを検出するために、前記ＲＦＩＤリーダおよび／または前記ＲＦＩＤリーダのコントローラからのデータが監視され、連続する新しいタグ識別の間の間隔が検出から算出され、前記新しいタグ識別の間の間隔が特定の閾値よりも長いとき、前記複数のアンテナの前記状態が変更される、請求項４５に記載の方法。
【請求項５７】
前記ＲＦＩＤリーダの伝送が監視かつ処理され、バーストの持続時間、信号ギャップおよび周波数ホップなど、前記伝送からの信号特性が、前記リーダの読み取りサイクルに対する前記リーダの状況を確認するために使用される、請求項４５に記載の方法。
【請求項５８】
前記信号特性は、個々の読み取りサイクルが損なわれることを避けるように状態移行の時間を調節するために利用される、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
少なくとも前記第１の状態又は前記第２の状態で、前記関心領域内で生成された前記複数のＲＦ場が、前記少なくとも１つのＲＦＩＤタグの１つに入射されるときに、前記少なくとも１つのＲＦＩＤタグの１つが、前記関心領域内で生成されたＲＦ場によって生成された前記第２の受信ＲＦ信号よりも高い強度を持つ受信ＲＦ信号を生成することとなり、前記入力ＲＦ信号は前記複数のアンテナのいずれか１つに入力されたときに、前記少なくとも１つのＲＦＩＤタグの１つに入射される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６０】
前記関心領域内で生成されたＲＦ場が前記１つまたは複数のＲＦＩＤタグの少なくとも１つに入射されることで、少なくとも前記第１の受信ＲＦ信号又は前記第２の受信ＲＦ信号は、第３の受信ＲＦ信号よりも高い強度を持ち、前記ＲＦ場は前記入力ＲＦ信号を前記複数のアンテナのいずれか１つに入力する際に生成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項６１】
前記関心領域内の少なくとも１つの場所のために、前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の前記少なくとも１つの位置でＲＦ場を生成するよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６２】
前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の任意の位置でＲＦ場を生成するよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記関心領域内の少なくとも１つの場所のために、前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の前記少なくとも１つの位置でＲＦ場を生成するよう構成されている、請求項３０に記載の方法。
【請求項６４】
前記複数のアンテナの各アンテナは、前記関心領域内の任意の位置でＲＦ場を生成するよう構成されている、請求項３０に記載の方法。
【請求項６５】
１つまたは複数の補助の受信アンテナをさらに備え、前記１つまたは複数の付属の受信アンテナは、リアルタイムで前記複数のＲＦ場の遠距離場電磁界強度を感知し、前記複数のアンテナから伝送される電力の強度は、前記１つまたは複数の補助のアンテナで感知された前記遠距離場電磁界強度に基づいてリアルタイムで調整される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６６】
前記関心領域内に１つまたは複数の補助の受信アンテナを位置決めすることと、
前記１つ又は複数の補助の受信アンテナを介して前記複数のＲＦ場の遠距離場電磁界強度をリアルタイムで感知することと、
前記複数のアンテナから伝送される電力の強度を、前記１つまたは複数の保母の受信アンテナで感知された前記遠距離場電磁界強度に基づいてリアルタイムで調整することと、をさらに備えた、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照により、いかなる図、表または図面をも含んで、全体として本明細書に組み込まれている、２００８年１月３０日に出願した米国特許仮出願第６１／０６２，９９８号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
バッテリレスタグは、潜在的に超低コストであり、本質的に無限の保管寿命を有するために、幅広いクラスの重要なＲＦＩＤアプリケーションのための重要なコンポーネントである。ＲＦＩＤ在庫追跡方式において、在庫管理システムの範囲内のあらゆるケースまたはアイテムがタグ付けされる必要があるのは、小売流通アプリケーションでは典型的な場合であり、このとき、バッテリ駆動のタグは一般に、非常にコストが高いと見なされ、ほとんどの場合、バッテリレスタグは唯一の実行可能な選択である。ＲＦＩＤ技術により管理された物理的な記録保管所内など、タグ付きアイテムの長期保管にかかわるとき、バッテリの有限の保管寿命はさらに、バッテリレスタグを使用しようとする強い動機を与えるものである。
【０００３】
近年にバッテリレスＲＦＩＤタグ技術においてなされた大幅な進歩にもかかわらず、この技術の採用は、ＲＦＩＤ技術に対する当初の期待よりも大幅に遅れている。バッテリレスＲＦＩＤ技術のより幅広い採用および利用の大きな妨げとなるのは、ＲＦ伝搬と強く相互作用する材料を含むかあるいは備えるアイテム上または付近にタグがあるとき、いまだに頻繁に起こる性能不足である。そのような材料には、材料に入射するか、あるいは材料を通過するＲＦエネルギーを反射、屈折あるいは減衰させる、金属、誘電体および損失性誘電体が含まれる。缶、ホイル、液体、ジェル、高密度粉末、農作物、肉および乳製品は、リーダとタグの間のＲＦ結合を著しく損なう可能性のある多数のアイテムの中の、ごくわずかな例である。
【０００４】
ＲＦＩＤリーダからバッテリレスＲＦＩＤタグへ伝搬する信号の著しい減衰は、特に問題となる。バッテリレスＲＦＩＤタグを動作させるために必要となるＲＦ電磁場強度は、バッテリなど、独立した電源を有する電子レシーバへ通信するために必要となるＲＦ電磁場強度よりも、著しく高い。バッテリまたは他の電源により電力を供給される能動電子回路は、極度に弱い信号を実際に検出、復号、また、他の方法で処理することができる。しかし、バッテリレスＲＦＩＤタグは、タグが、リーダまたは別の外部ソースによって供給されたＲＦ電磁場から十分なエネルギーを抽出してしまうまで、そのような電子回路を動作させることができない。電子回路のための動作電力を提供するために必要となる入射ＲＦ場レベルは、すでに電力供給を受けた回路と通信するために必要となる入射ＲＦ場レベルよりも、はるかに大きい。逆のＲＦ伝搬特性を有する材料構成の存在下で、必要な入射ＲＦ場強度を達成することがしばしば困難であることは、それでも放射ＲＦ電力レベルに対する規制上の制約を満たすが、バッテリレスＲＦＩＤ技術のはるかにより幅広い採用を現在妨げている、重大な技術的障害である。
【０００５】
アンテナアレイの従来の応用例では、遠距離場放射パターンのための仰角および方位角に対応して、利用される自由度は、典型的には１つまたは２つしかない。比較的まれな応用例では、複数のビームが形成される場合があり、あるいは、放射は無限遠ではなく有限距離に焦点を合わせられる場合があるのに対して、遠距離場パターンは、本質的に「無限遠に焦点を合わせられる」ものである。しかし、そのような比較的珍しい応用例でさえ、利用される自由度は、個々のアンテナエレメントの独立制御で本質的に使用可能な自由度の合計よりはるかに少ない。
【０００６】
アレイ技術の従来の応用例は、以下の１つまたは複数によって特徴付けられる。
・媒質は、自由空間など、均質であるか、あるいは均質に十分近く、アレイの制御では均質媒質が想定されるようになっている。
・媒質は、保護用レードーム、アレイと相互作用する支持構造、グランドプレーンまたはほぼグランドプレーン、または、異なる均質またはほぼ均質の媒質で満たされた近くの半空間など、一定の既知の因子により均質なものとは異なる。
・媒質は、壁、木または他の構造物を含む環境によって例示されるように、伝搬に対して潜在的に悪影響を及ぼすほど十分に不均質であるが、アンテナシステムは、場合により、例えば指示方向など、その角感度の調整以外、この周囲の材料の特定の構成に特有の調整を行わない。
・アレイは、マルチパスなど、逆の伝搬特性の影響を緩和する調整をまさに行うが、「レーキ受信器」の場合のように、アレイ設定を適合させるために、所期の焦点から生じる信号の存在を必要とする。
・アレイは、未知の場所から発する信号に対するその応答を最大にする調整を行うが、内蔵型の電源を有するトランスポンダまたは変調器にアレイを適合させる場合のように、アレイ設定を適合させるために、その場所から発し、かつその場所に特有の（他の場所から発している可能性のある類似の信号とは、何らかの点で異なる）信号の存在を必要とする。
・アレイは、不要信号を軽減する調整を行い、その場合、当然、アレイアンテナパターンにおける所期のヌルの場所または方向から生じる信号がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、アンテナアレイ、アレイコントローラおよび制御アルゴリズムを使用する、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）方法およびシステムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、強力な無線周波数（ＲＦ）励起を、所与のレベルの放射ＲＦ電力のために、任意の不均質媒質内のいかなるポイントにおいても引き起こすことができる。ＲＦＩＤアプリケーションでは、１つの典型的な不均質媒質は、パレット上のケースの集合体である。別の典型的な媒質は、品物をまとめて保管しており、棚および他の材料が存在する、倉庫環境である。本発明の一実施形態は、タグ内の電子回路に電力供給するために、ＲＦＩＤリーダによって確立された入射ＲＦ電磁場に依拠する、バッテリレスまたは「パッシブ」ＲＦＩＤタグを読み取る処理に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による、アンテナアレイの最上位概略図を、箱の集合体内に位置するＲＦＩＤタグの表現と共に示す図である。
【図２】本発明の実施形態による、移相器および９０°ハイブリッド結合器の回路網により制御された、２エレメントアレイを示す図である。
【図３】固定１：Ｎ電力分配器、および、アレイエレメント毎に２状態（０°／１８０°）移相器を利用する、本発明の一実施形態を示す図である。
【図４】本発明および既存のリーダの互換性を可能にするために、本発明を既存のリーダと接続するために使用することができる、インタフェースモジュールを示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、送信信号および受信信号の両方をブーストすることができる、一対のＲＦ増幅器を示す図である。
【図６】アレイ状態を特定し、複数の状態の間のアレイの移行をトリガするために、外部で生成された入力を受け入れることができる、リーダコントローラを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、逆のＲＦ伝搬特性を有する材料構成の存在下で、十分な入射ＲＦ場強度の達成を可能とすることができ、ならびに、他のシステムおよびデバイスの性能を高めることができる。本発明の実施形態は、アンテナエレメントのアレイを、共通のＲＦ入出力ポートと様々なアンテナエレメントの間の様々な転送機能を独立制御するアレイコントローラと共に組み込む。実施形態はまた、様々なエレメント信号パスのための転送機能の１つまたは複数の適切なセットに達するための、１つまたは複数のアルゴリズムを利用することもできる。実施形態は、所与の着目点の周囲の媒質の伝搬特性の予備知識を必要としない制御アルゴリズムを利用する。追加の実施形態は、システムの有効性を増すために、伝搬特性に依存するいくつかの測定可能なプロパティの予備知識を利用することができる。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態によるアンテナアレイの最上位概略図を、箱の集合体内に位置するＲＦＩＤタグ２の表現と共に示す。単一のＲＦ入出力ポート４は、複数のアレイチャネルに、１：Ｎ電力分配器を通じて結合される。１：Ｎ電力分配器はまた、Ｎ：１電力結合器として、逆伝搬方向（「受信」方向）でも機能することができる。列挙されたポートの各々は、電子的に制御可能な可変移相器（または可変遅延線）８を通じて、その各アンテナエレメント１０に結合される。位相シフトは、電力分配器回路網の固有機能におけるものであってもよく、あるいは、電力分配器回路網の固有機能から部分的に導出されてもよい。様々なアンテナエレメントを、異なる位相中心位置、異なる放射パターン、および／または異なる偏波、またはこれらの属性の異なる組み合わせによって、特徴付けることができる。
【００１２】
電力分配器は固定にすることができ、あるいは可変にすることができる。このように、Ｎ個の列挙された各ポートに示された振幅Ａ１、Ａ２、Ａ３、．．．Ａｎを固定にすることができ、あるいは、電子的に制御可能にして、全体で使用可能な入力電力の制約内で可変電力分配を達成することができる。電力分配器を、名目上、無損失にすることができ、これらのアンテナエレメントに送られた合計の送信電力は、意図せぬ挿入損失で散逸された電力量だけ、ＲＦポートでの入力電力とは異なる。別法として、電力分配器は、出力振幅を設定するためのその機構に、減衰を組み込むことができる。電力分配機構はまた、空間フィード構成を使用することもでき、この構成では、１つの照射アンテナが電力を様々なアレイエレメントへ伝達し、様々なアレイエレメントが次いでそれらのローカルな制御機能を適用し、信号を関心ボリュームに再送信する。
【００１３】
電力分配機能に代わるものとして、デジタルサンプリングおよび再構成を含む様々な手段を使用して、入力信号を各アレイエレメントで再構成することができる。デジタルサンプリングおよび再構成の場合、位相および振幅制御など、制御機能を、ＲＦ信号を再構成する前に、デジタル領域において数値的に実施することができる。
【００１４】
アレイの様々なアンテナエレメントにおいて送信信号について確立された振幅を、Ａｎと示し、ただし、振幅Ａｎは、ここでは、アレイエレメントｎのアンテナ端子に送られた電力の平方根として定義される。ＲＦ入出力ポートにおける入力信号に対して、これらの送信信号の位相をφｎと示す。
【００１５】
様々なアンテナエレメントからＲＦＩＤタグのアンテナ端子への伝搬チャネルを、図１において破線で示す。一般に、ＲＦと相互作用する材料の付近のタグについては、アンテナエレメントとタグの間の結合は複雑な現象である。しかし、解析的に算出または予測することは大変困難ではあるが、いかなる所与のＲＦ周波数での結合も、一対のパラメータによって特徴付けることができ、これらのパラメータはすなわち、ユニット電圧およびゼ
ロ位相角の励起がアンテナエレメントの端末に加えられるとき、タグのアンテナ端子で生じたＲＦ電圧の、Ｃｎと示す振幅、および、γｎと示す位相角である。よって、図１に示す各伝搬チャネルを、特定の周波数にて、複素数表現Ｃｎｅｘｐ｛ｊγｎ｝によって特徴付けることができ、この複素数表現は、アレイエレメントアンテナ端子とＲＦタグアンテナ端子の間の、その周波数での複素定常状態伝達関数を表す。
【００１６】
アレイエレメント振幅Ａｎおよびエレメント位相φｎの任意の組み合わせについて、ＲＦＩＤタグアンテナ端子で誘導されたＲＦ電圧Ｖは、以下によって与えられる。
【００１７】
【数１】
2015164318.tif 000003
（１）
【００１８】
アレイアンテナエレメント端子に送信された個々の送信電力の和を、ある値Ｐ０に等しくなるように制約することができる。
【００１９】
【数２】
2015164318.tif 000004
（２）
【００２０】
減衰器が、電力分配器における振幅設定機構の一部として使用される場合、減衰器損失を克服し、全体の電力制約を維持するように、入力電力を調整することができる。一般に、減衰器を使用して振幅を設定する手法は、ＲＦポートに加えられた所与のアレイ入力電力について、ＲＦＩＤタグのアンテナ端子における誘導電圧を最適化しないが、調整可能なアレイ入力電力であれば、減衰器を使用する手法は、所与の合計送信電力Ｐ０について、誘導電圧を最適化することができる。
【００２１】
アレイエレメント位相φｎは、式（２）の制約に影響を与えない。したがって、アレイ振幅Ａｎのいずれかの所与の分布について、タグ電圧Ｖを、すべての可能なφｎに渡って、この制約を反映することなく、最大化することができる。すべての可能なφｎに渡るＶの極大または極小のための条件は、φｎに対する式（１）の傾きがゼロであることである。すべてのｎについて、ｓｉｎ（φｎ＋γｎ）＝０であるとき、この傾きはゼロである。各ｎについて、そのφｎについての２つの一意解が可能であり、ｃｏｓ（φｎ＋γｎ）＝±１に対応する。ＡｎおよびＣｎはすべて正の実数値であるので、すべてのｎについて、ｃｏｓ（φｎ＋γｎ）＝１を選択することによって、和を最大化することができる。これは以下のようになる。
【００２２】
φｎ＝γｎ，∀ｎ  （３）
【００２３】
アレイエレメント振幅Ａｎのいかなるセットについても、エレメント位相におけるこの条件は、その振幅のセットについて、最大の可能な端子電圧Ｖをもたらす。
【００２４】
位相について、式（３）の条件が与えられると、式（１）のタグ端子電圧は以下のようになる。
【００２５】
【数３】
2015164318.tif 000005
（４）
【００２６】
式（４）のタグ端子電圧を、ラグランジュ乗数法を使用して、式（２）の制約を受けて、最適化することができる。この方法を適用すると、式（２）において与えられるようなＰ０のＡｎに対する傾きは、ある定数λに、式（４）において与えられるようなＶの傾きを掛けたものに、等しくなるように設定される。これは以下のようになる。
【００２７】
２Ａｎ＝λＣｎ，∀ｎ  （５）
【００２８】
式（５）をＡｎについて解き、結果を式（２）の制約に代入すると、以下のようになる。
【００２９】
【数４】
2015164318.tif 000006
（６）
【００３０】
最適な振幅は、位相において式（３）の条件が与えられると、次いで、以下によって与えられる。
【００３１】
【数５】
2015164318.tif 000007
（７）
【００３２】
したがって、電力分配器によって確立されたいかなる振幅分布についても、アレイの視野内の特定のＲＦＩＤタグのアンテナ端子において誘導された電圧を最適化（最大化）する、一意の位相φｎのセットが存在する。さらに、式（２）におけるような一定の送信電力制約を受けて、電力分配器の振幅を調整することができるとき、この誘導電圧をさらに最適化する一意の電力分配器振幅のセットが存在する。
【００３３】
Ｃｎおよびγｎによって与えられる伝搬チャネル特性は典型的には知られていないので、Ａｎおよびφｎによって定義されたアレイエレメント重みを算出することは困難であり、あるいは、実際には算出することができない。しかし、読み取りボリューム内のいかなる場所および偏波についても、アンテナアレイ状態が最適な設定または十分有効な設定を達成することができるように、合理的な探索アルゴリズムを定義することができる。ＲＦＩＤリーダは典型的には、所与のタグの母集団について多数の読み取りサイクルを実行し、母集団における各タグについて有効アレイ状態に達するために異なるアレイ状態を循環する多数の機会を提供するので、この手法はＲＦＩＤアプリケーションに大変適している。
【００３４】
アレイ状態を、各アンテナエレメントにおける送信信号の位相、および、最適には振幅によって、パラメータ化することができる。一般に、個々のアンテナエレメントが固定の特性を有し、アレイコントローラが各エレメントについて、励起の位相のみ、または、位相および振幅を調整するとき、Ｎエレメントアレイは、位相制御について多くてもＮ−１個の意味のある自由度を有する。いずれか１つのエレメントの位相を任意に確立することができ、結果として生じる電磁場強度は、残りのＮ−１個のエレメントの相対位相差によってのみ決まる。振幅制御が実施されるとき、電力分配器が名目上、無損失である場合、あるいは、式（２）など、合計電力制約が使用される場合、あるいは、場の強度に対して
ある定義された制約を達成するために、入力電力がアレイ状態毎に調整される場合、振幅制御について多くてもＮ−１個の自由度がある。すべてのＮ個のエレメントの位相および振幅の組み合わせにより、別々に、合計２Ｎ−２個の自由度を生じることができる。
【００３５】
一実施形態では、最大の定義可能な自由度は、ＲＦハードウェアにおいて実施されない。具体的な実施形態では、例えば、振幅制御のない固定電力分配器を使用することができる。別の実施形態は、各サブアレイ内で固定電力分配であるサブアレイなど、アレイの小区分の間で可変電力分配を利用することができる。さらに、ＲＦハードウェアの所与の実施形態により実施することができる自由度が与えられると、実際にそれらのすべてを用いる必要はない。一実施例は、本質的に２Ｂ個の状態を可能とするＢビットの制御を有するデジタル制御された移相器を利用するシステムとなる。これらの２Ｂ個の状態の具体的な実施形態では、０°、１２０°および２４０°など、ある離れた位相角に近いもののみが実際に利用される可能性がある。
【００３６】
本発明の様々な実施形態に関して、本方法および装置を、以下の特性のうち１つまたは複数を有する応用例において使用することができる。これらの特性は、すなわち、媒質の伝搬特性が極めて不均質である可能性が高いこと、前もって適切に機能的なアレイ励起を設計するための、媒質の詳細の予備知識が不十分であること、媒質の不均質な性質が、かなり高度の特定性により悪影響が緩和されない場合に応用例を機能しないようにさせるほど、十分な悪影響を伝搬に与える可能性が高いこと、所望の焦点において、それらの場所に対するアレイの適合を支援するために、アクティブな信号源または変調器が使用可能でないこと、および、有効利用が、多数の従来の応用例では無効となるアレイ状態からなること、である。
【００３７】
具体的な実施形態では、アレイ状態は、結果として生じるエレメント励起の位相、または、位相および振幅によってではなく、実際のＲＦ制御コンポーネント設定によってパラメータ化されてもよい。ＲＦ制御コンポーネントの数は、アレイ状態の有用な自由度を上回ってもよく、その場合、アレイ状態についての有用な自由度と一致した、コンポーネント設定についての自由度をもたらすように、コンポーネント設定の線形結合が識別されてもよい。これを、図２に示すように、移相器および９０°ハイブリッド結合器の回路網により制御された、２エレメントアレイの簡単な実施例によって例示することができる。２つのアンテナポートの振幅および位相は、以下によって与えられる。
【００３８】
【数６】
2015164318.tif 000008
（８）
【００３９】
この簡単な例では、２つの有用な自由度、すなわち、ポート間で分割された振幅、および、それらの間の位相差しかない。アレイ状態パラメータをコンポーネント設定に関して定義するため、θ１およびθ２の線形結合を以下のように定義することができる。
【００４０】
Δθ＝θ１−θ２  （９）
【００４１】
２つのコンポーネントパラメータΔθおよびθ３は、アレイ状態についての有用な自由度に及ぶために十分である。
【００４２】
一実施形態では、パラメータの線形結合を、状態を分類する際により好都合にするため、および、いくつかの状態を潜在的に取り除いて、探索空間を縮小するようにするためなど、他の理由で使用してもよい。例えば、Ｎ１×Ｎ２個のエレメントを含む、Ｎ１行およびＮ２列の、アンテナエレメントの長方形アレイを考察されたい。これらのエレメントの位相および振幅制御を組み合わせると、２×Ｎ１×Ｎ２−２個の意味のある自由度がある。しかし、エレメント励起を、アレイ全体に渡る空間周波数に関して定義することができる。あるポイントで、より高い空間周波数が、ますますエバネセントな性質の場の構成をもたらすようになり、すなわち、アレイからの距離が増すにつれて指数関数的に振幅が減少する非伝搬の蓄積エネルギー場によって特徴付けられるようになる。いくつかのエバネセント場の構成は実際に、極めて不均質な媒質内で有用な伝搬モードに結合するが、照射の最高の空間周波数を有するアレイ状態は、所与の応用例では、実際の有用性を追加しないことが判明する場合がある。アレイ状態のパラメータ化は、このように有用アレイ状態の部分空間の定義を容易にする。
【００４３】
具体的な実施形態では、デジタル制御されたコンポーネントが、アレイ状態を制御するために利用され、パラメータ探索空間における離散的状態が、コンポーネントの使用可能な状態によって定義されるようにする。例えば、２ビットデジタル制御を有する移相器（または、切替型遅延線）が利用される場合、各移相器は４つの使用可能な状態を有する。パラメータ探索空間におけるＮ−１個の位相値（Ｎ個のアレイエレメントに対応する）では、Ｎ−１個の移相器について、４Ｎ−１個の一意の位相コマンドの組み合わせが存在することになる。この場合の全体のパラメータ状態空間を、２×（Ｎ−１）ビットの単一のデジタルワードによって表現することができる。このワードをすべての４Ｎ−１個の可能なデジタル値を通じてインクリメントすると、制御コンポーネント分解能を受けて、全体のパラメータ探索ボリュームを通じて、読み取りボリューム内のあらゆる場所および偏波について最良の使用可能な状態を必ず通過する、網羅的な探索が効果的にもたらされる。
【００４４】
さらなる実施形態では、制御コンポーネントの一部またはすべては、離散的に可変的な状態ではなく、連続的に可変な状態を可能とすることができる。例えば、電圧制御された移相器を利用することができる。そのようなコンポーネントをアナログ電圧により制御することができ、そのアナログ電圧はデジタル的に生成され、よって離散的状態にする。別法として、アナログ制御電圧を生成して、これらのコンポーネントを、それらの状態中にスイープすることができる。これを実施するため、最小シフト間隔は、そのような各コンポーネントに関連付けられた連続体内で定義されることになる。各最小シフト間隔は、他の制御コンポーネントがそれらの値の全範囲中にスイープされるとき、それに制御デバイスを制約することができる値の比較的小さい間隔を定義することができる。すなわち、各最小シフト間隔は、一定のコンポーネント設定を近似することができる。例えば、電圧制御された移相器が鋸歯状電圧波形により制御される場合、最も遅い鋸歯状波形はその移相器を、１つの最小シフト間隔を通じて移動させるが、次に遅い鋸歯状波形は、その全範囲を通じて移動する。同様に、この２番目に遅い鋸歯はその移相器を、ただ１つの最小シフト間隔のみを通じて移動させるが、３番目に遅い鋸歯は、その全範囲を通じて移動する。最も遅い鋸歯状波形がその全電圧範囲を通過するために要する時間において、Ｎ−１個の鋸歯状波形の完全なセットは、最小シフト間隔によって定義された分解能により、読み取りボリューム内のあらゆる場所および偏波について最良の使用可能な状態を必ず通過する、パラメータ探索ボリュームのラスタ走査を効果的に実行することができる。
【００４５】
アレイをあらゆる使用可能な状態に、秩序だった方法で通すことは、扱いやすい手法となる場合があり、特に、アレイエレメントの数が限られており、かつ、エレメント毎の制
御状態の数が限られている場合、または、探索の実行に要する時間が、品物の迅速な移動を伴う応用例ほどには重大でない場合、そうである。後者の場合の一例は、倉庫全体で行われた電子的在庫である場合があり、１つの完成された在庫処理が一晩で実施されることは、手作業による在庫処理を超える非常に大きい改善に相当する。しかし、より時間が重要な応用例では、エレメント毎に、比較的多数のアレイエレメントおよび／または比較的多数の制御ビットを利用しており、探索処理を修正するために有用である場合がある。
【００４６】
一実施形態では、探索処理において比較的早く、あらゆる場所について（例えば、あらゆるタグについて）入射場の要件を満たす確率を上げるように、探索状態を順序付けることができる。特定の結果を得ると、探索処理を終了することができる場合、そのような状態の優先順序付けは、在庫処理の速度を大幅に上げることができる。ＲＦＩＤアプリケーションでは、集合体において発見されるべきタグのリストは、リーダによってアクセス可能なデータベースでしばしば使用可能である。リスト内のすべてのタグが発見され、よって、後続のアレイ状態の使用を取り除いた後、探索処理を終了することができる。多数のアプリケーションでは、これにより、受け入れ可能なレベルの在庫管理が提供される。別の実施形態では、パラメータ探索ボリュームを何らかの方法で制限し、可能性のあるアレイ状態の全体のセットがいかなる探索においても実施されないようにすることができる。
【００４７】
修正された探索処理のためのパラメータを、実験データ、現場での実際の作業からのデータ、コンピュータシミュレーションもしくは他の解析、またはこれらのソースの組み合わせに基づくものにしてもよい。修正された探索パラメータを、所期の応用例のために現在使用可能なデータに基づいて、アレイシステムの製造中に工場で設定してもよい。別法として、あるいは加えて、修正された探索パラメータを、所与のアレイシステムのための特定の動作環境内の実際の動作中に、あるいは、場合により、同じ企業内または一連の協同企業に渡る類似の動作環境から、累積されたデータに基づいて、連続的または定期的に更新してもよい。
【００４８】
一実施形態では、最初に粗い状態、次いで次第に細かい状態を循環することによって、使用可能な状態を順序付けることができる。例えば、３ビット移相器が利用される場合、探索パターンを１ビット移相器について構築することができる。第２の探索パターンは、２ビット分解能によるすべての可能性のある状態を含むことができ、１ビット探索パターンにおいてすでに遭遇したいかなる重複アレイ状態も、新しいパターンから削除される。３ビット分解能によるすべての可能性のある状態を通じた別の探索パターンを次いで行うことができ、１ビットおよび２ビット探索パターンにおいてすでに遭遇した状態は、新しい探索から削除される。この「段階的な分解能」の探索パターンにおけるすべての３つのそのような探索パターンを通じて配列することにより、３ビット分解能で使用可能なすべてのアレイ状態を達成することができる。しかし、いかなる所与のポイントにおけるいかなる所与の偏波についても、最良の使用可能な１ビットアレイ状態で誘導された電圧振幅は、最良の使用可能な２ビットアレイ状態で誘導された電圧のかなりの割合である可能性があり、最良の使用可能な２ビットアレイ状態で誘導された電圧は、最良の使用可能な３ビット状態で誘導された電圧のさらに高い割合である可能性がある。すなわち、次第に高くなる分解能の状態から得られる戻り率は減少する。よって、最も困難な場合のみが、完全探索の終わりの段階に達成されるピーク性能を必要とする。これにより、すべての使用可能な状態を循環する前に探索を終了することができる見込みが増す。
【００４９】
上述の「段階的な分解能」の探索パターンを公式化するもう１つの方法は、Ｎビット×（Ｎ−１）ビットの２進数を定義することであり、ただし、Ｎビットは１つの制御デバイスについての分解能のビット数であり、Ｎは制御エレメントの数である。最下位のＮ−１ビット（０から２Ｎ−１−１までの２進数を表現可能）は、Ｎ−１個の各制御デバイスについての最上位ビットを表す（例えば、すべての移相器について１８０°ビット）。２進
数における次のＮ−１ビットは、各制御デバイスについての次の最上位ビットを表す（例えば、すべての移相器について９０°ビット）、などとなる。この２進数をゼロで開始し、すべての状態が達成されるまで１ずつインクリメントすることにより、段階的な分解能の探索パターンの結果となる。
【００５０】
探索状態を順序付ける第２の方法は、特に有効なアレイ状態の予備知識を使用して、所与のアプリケーションについて好ましいアレイ状態のセットを定義することである。ＲＦＩＤアプリケーションでは、この予備知識は、特定のタグの集合体に関するものでもよく、特定のＲＦＩＤアプリケーションでは典型的な集合体の比較的狭いカテゴリに関するものでもよく、あるいは、特定のＲＦＩＤアプリケーションでは典型的な幅広い種類の集合体に関するものでもよい。この知識は、特定のアレイ構成および動作アルゴリズムを有する特定のＲＦＩＤリーダのインストレーションに基づいてもよく、あるいは、いくつかのＲＦＩＤリーダからプールされたデータから導出されてもよい。
【００５１】
ＲＦＩＤアプリケーションについての特に有効なアレイ状態の知識は、読み取り処理が進行するにつれて、各アレイ状態でうまく読み取られた一意のタグの数を単にカウントすることによって、得ることができる。いずれかのタグがうまく読み取られた際のそれらの状態を、単に、うまく読み取られたタグの数に従って降順に順位付けることができる。このデータをその形式でそのまま使用してアレイ状態の優先順位を付けることができ、あるいは、他のアレイ状態で読み取られないタグをうまく読み取る状態に、より高いスコアを与えるように処理してもよい。このデータをまた、より集中的に処理して、使用可能なデータに基づいて成功した読み取りのすべてを達成していたであろうアレイ状態の最小セットを導出するようにすることもできる。
【００５２】
所与のＲＦＩＤアプリケーションのための好ましいアレイ状態を、パレット上の固定構成におけるケースの特定の出荷に関連付けられたタグなど、特定のタグの集合体の特定の構成から導出してもよい。この場合、好ましい状態の順序付けを、後に同じ集合体構成を処理する可能性のあるＲＦＩＤリーダがアクセス可能なデータベースに格納することができる。集合体のアイデンティティがすでに他の手段によって知られていない場合、データベース機能を利用して、ある集合体内の単一のアイテムを、その内部でその単一のアイテムが発見されるべき特定の集合体に関連付けることができ、適切な集合体のためのデータベースエントリがアクセスされるようにすることができる。好ましい状態の順序付けを、その集合体に関連付けられたデータ項目の１つにすることができる。
【００５３】
ＲＦＩＤアプリケーションのための好ましいアレイ状態は、タグ集合体の比較的狭いカテゴリに関するものでもよい。集合体を、ベンダ、製品タイプまたは包装モード、これらまたは類似の属性の特定の組み合わせによって、あるいは、異なる有効アレイ状態と相関すると決定されたいかなる分類によって分類してもよい。特定の集合体内に含まれるべきアイテムのリストが与えられると、様々なデータベース機能を使用してそのリストに操作を加えて、適切なカテゴリを推測することができる。
【００５４】
ＲＦＩＤアプリケーションのための好ましいアレイ状態を、タグ集合体の広いカテゴリについて定義してもよい。例えば、データを、リーダの大きい母集団からの長期間に渡るすべての読み取り処理から累積し、データの集合全体に基づいて好ましい状態を形成するように処理してもよい。この場合、広いカテゴリには、長期間に渡って関連するリーダによって処理された、すべての集合体が含まれる。
【００５５】
タグ集合体の狭いかあるいは広いカテゴリについての好ましい状態を、類似のエレメント構成を有する複数のアレイアンテナシステムから、あるいは、単一のアレイシステムから導出してもよい。いかなるデータベースまたは他のリーダからのデータにもよらずに、
単一のアレイシステムに関連付けられたコントローラは、使用可能なアレイ状態毎の成功した読み取りの数の現在高、および、対応する、好ましいアレイ状態の順序付きリストを維持することができる。それが読み取るタグに関連付けられた特定のアイテムについての情報を含む、データベースにアクセスすることにより、単一のアレイに関連付けられたコントローラはまた、タグ集合体の様々なカテゴリについての好ましいアレイ状態の別々のリストを作成および維持することもできる。別法として、アレイ状態に応じた読み取り性能を、類似のＲＦＩＤアプリケーションにおけるいくつかの類似のアレイシステム、および、好ましい状態について処理された総合のデータについて、蓄積することができる。
【００５６】
特定のＲＦＩＤアプリケーションまたはアプリケーションのカテゴリでは、いくつかのアレイ状態が、他の状態によって達成されない有効な励起をめったにあるいは決してもたらさない点で、本質的には不要であると判明する場合がある。例えば、アレイエレメントの間隔および場所に応じて、エレメント位相のある組み合わせは、読み取りボリュームのいずれかの有用な部分を照射する前に本質的に全滅する、極めてエバネセントな場を生じる場合がある。上述の順序付き探索手法では、そのような状態は必ずリストのまさに最後となる。より時間が重要な応用例では、そのような状態を、探索リストから、および、リスト上の好ましいアレイ状態を使用しながら１つまたは複数の期待されたタグが発見されなかった状況のために準備された他の改善法から、まとめて取り除くことができる。
【００５７】
別の可能性として、あるＲＦＩＤアプリケーションについて、あるアレイエレメントのサブセットの性能が別のエレメントのサブセットの性能を補完し、これら２つのサブセットの同時の組み合わせが、要求された全体の性能を達成するために必要ではなくなることが決定されてもよい。この状況の一例を、全体のアレイを複数のサブアレイに分割して、観察することが可能である。十分に高い確率で、アプリケーションにおいて遭遇したいずれかのタグが、あるサブアレイ、またはそれ自体による別の動作によって、うまく読み取られることが決定されてもよく、その場合、複数のサブアレイについての同時設定のすべての可能な組み合わせの網羅的なセットは必要ではなくなる。むしろ、そのようなセットにおける各サブアレイは分離して活動化されるようになり、他のサブアレイはゼロ振幅に設定され、よって、パラメータ探索ボリュームの大きさが実質的に縮小される。例えば、在庫ボリュームの各面に、あるいは、ボリュームの各面および上に、配置された個々のサブアレイは、この方法で操作される可能性がある。
【００５８】
異なるサブアレイの照射パターンが独立しており、本質的に相互作用しないとき、パラメータ探索ボリュームが制限される場合のある、さらにもう１つの状況が生じるようになる。この場合、すべてのそのようなサブアレイのアレイ状態を、サブアレイ毎に、その特定のサブアレイに関連付けられた好ましい状態のリストを使用して、同時に探索することができる。この探索ボリュームの全体の大きさは、分離したサブアレイのうちの１つ（すなわち、すべてのサブアレイの好ましいリストの中で、最大の大きさに相当する好ましいリストを有するサブアレイ）の全体の大きさに一致する可能性がある。
【００５９】
式（２）など、合計電力制約が使用されるとき、どの状態にアレイが設定されるかにかかわらず、放射電力が、規制上の制限など、ある制限を上回らないことを保証するように、Ｐ０の値を選択することができる。しかし、これは過度に制限的な制約となる場合がある。様々なアンテナエレメントの設定に応じて、結果として生じる電磁場は、部分的にエバネセントな性質となる場合がある。エバネセント場は、アレイの付近において著しく蓄積された電磁エネルギーであって、そのエネルギーはＲＦＩＤタグによって動作電力のために利用される場合があること、および、同じＲＦ入力電力および異なる（より従来の）アレイ設定により得られるであろうよりも少ない伝搬エネルギーによって、特徴付けられる。
【００６０】
規制上の制約の順守は一般に、蓄積エネルギー場よりも伝搬エネルギー場によって決まる。よって、アレイ状態が所与の入力電力についてより低いレベルの伝搬場の結果となるとき、一般に、アレイへの入力電力を増し、適用可能な規制の順守をなお維持することが可能である。このように、放射電力に対する規制上の制約をなお満たしながら、ＲＦＩＤタグに照射するための大きな有用性を有する可能性のある蓄積エネルギー場コンポーネントを、さらにより有効にすることができる。
【００６１】
アンテナエレメントの所与の構成、および、コントローラによって確立された所与のアレイ状態では、遠距離場における最悪の場合の電磁場強度を、計算またはコンピュータシミュレーションにより推定することができ、あるいは、材料構成の代表的なセットについての実験設定において測定することができる。このデータを使用して、アレイ状態毎に異なる電力レベルを設定し、適用可能な規制上の制約と一致する最大可能な励起場を維持するようにすることができる。別法として、実際の遠距離場強度を能動的に監視することができ、その結果を、同じ目的で送信電力のリアルタイム調整のために使用することができる。
【００６２】
所与の入力電力レベルのためのシステムからの遠距離場強度は、アレイシステム、および、それが照射する材料の両方によって決まる。材料についての可能性の無限のセット（例えば、パレット上のケースの内容および配置）が与えられると、すべての可能な材料構成について遠距離場強度を網羅的に算出または測定することは、明らかに不可能である。しかし、極めて人為的な材料構成を仮定し、設計して、異なる散在する場のコンポーネントの遠距離場コヒーレンスの確率を探ることができる。例えば、複数の箱を良好な電導体で組み立てるか、あるいはカバーし、アレイ内の個々のアンテナエレメントに対応するようにサイズを決め、位置決めすることができる。そのような各箱と、その箱が対応するアンテナエレメントの間の変位を調整することによって、遠距離場に対するその寄与の位相を変化させることができる。これらの人為的な材料構成を使用した計算または測定から、遠距離場強度の統計的に正常な上限を、所与のアレイ構成におけるアレイ状態毎に予測することができる。この情報をそのまま使用して、アレイ状態毎の入力電力を設定するか、あるいは、遠距離場の電磁場強度をリアルタイムで検知するための補助受信アンテナの位置決めの助けとすることができる。場の強度のリアルタイム検知が使用されるとき、予測された上限を使用して、初期電力レベルを確立することができ、その初期電力レベルを次いで、リアルタイム測定に基づいて、最大法定レベルまで増すことができる。
【００６３】
アレイ状態を、リーダと連携して切り替えることができることが好ましい。アレイ状態を変更するための基準を、新しいタグが視野内で識別中である割合に基づくものにすることができる。新しいタグの識別のない、予め特定された時間間隔の経過が与えられると、アレイ状態はリスト内の次の状態に変化することができる。多数のＲＦＩＤリーダシステムは、複数のアンテナを循環するためのロジックをすでに含んでおり、同じ物理入力ポートの利用を通じて、異なるアレイ状態を単に異なるアンテナと見なすことができる。既存のリーダまたはリーダコントローラに簡単な修正を行い、アンテナを変更するためにコントローラによってどのような基準が使用されるとしても、そのリーダによって利用されたＲＦポートを物理的に変更することなく、その通常の走査順序でアンテナの変更を実行することができるようにしてもよい。アレイアンテナシステムの存在は本質的に、リーダプログラミングにおいて用いられるべき新しい自由度を、リーダコントローラに提供する。
【００６４】
既存のリーダとの下位互換性をより容易に達成するために有用な別の手法は、そのリーダからの複数の入力ポートを受け入れることであり、それらのポートは、リーダにとって、独立したアンテナポートであるように見える。リーダがアンテナポートを変更するたびに、これがアレイシステムによって検出され、アレイシステムは即座にアレイを状態リスト内の次の状態へ移行させ、検出されたポートを実際のアレイ入力に接続する。
【００６５】
既存のリーダとの下位互換性はまた、ＲＦＩＤリーダの伝送を監視するために、レシーバプロセッサをアレイシステムに組み込むことによっても、得ることができる。バーストの持続時間、信号ギャップおよび周波数ホップなど、特徴を監視かつ検出することによって、リーダのその読み取りサイクル内の状況を確認することができ、個々の読み取りサイクルが損なわれることを避けるために、アレイ状態移行の時間を調節することができる。
【００６６】
状態移行のタイミングをまた、ＲＦＩＤリーダのデータレポート機能を監視することによって支援することもできる。コンピュータ化されたコントローラは典型的には、リーダからの出力を受け入れ、現行の問い合わせにおいて識別されたすべてのタグの状況リストを連続的に更新する。この状況を、コンピュータ画面上に視覚的に表示してもよい。コントローラのプログラミングに対する様々な簡単な修正のいずれによっても、新しいタグレポートを検出することができ、それらの周波数を算出することができ、新しいタグ読み取りの割合がある閾値を下回るとき、アレイに次の状態へ向かうよう命令することができる。
【００６７】
最後に、性能に関して最適な手法に相当しない場合があるが、このアレイシステムはリーダと非同期的に動作し、単に連続的にその使用可能な状態を所定のタイムラインで循環することができる。
【実施例】
【００６８】
図３は、固定１：Ｎ電力分配器３６、および、アレイエレメント毎に２状態（０°／１８０°）移相器３８を利用する、本発明の簡単な実施形態を示す。別法として、切替型ラインエレメントによってこれらの移相器に近いものにすることができ、切替型ラインエレメントの各々は、動作帯域の中心周波数での波長のほぼ２分の１だけ互いに異なる、２つの使用可能なラインの長さを有する。アレイ状態制御ブロック３９は、予め格納されたアレイ状態のリストを、各アレイ状態を移相器コマンドに変換するために必要なデジタルロジックと共に利用することができる。状態移行トリガ入力３７においてストローブ信号が与えられると、アレイは、予め格納されたリスト内の次の状態へ進行することができる。
【００６９】
既存のリーダとの互換性のため、そのような実施形態を、図４に示すものなど、インタフェースモジュールを通じてリーダと接続することができる。このモジュールは、２つのアンテナポート４１、４２の間で切り替えるために、リーダ内の既存のロジックを利用することができる。２つの各ＲＦチャネルを、方向性結合器４６を通じて経路指定し、ほんのわずかの入射ＲＦ電力を、マイクロ波鉱石検波器など、電力検出器４９へ経路指定することができる。２つの検出器のビデオ電圧出力を、ＴＴＬなど、標準デジタルロジックと互換性のある電圧レベルに変換し、スイッチロジック回路４３へ提出することができる。スイッチロジック回路４３は、アレイＲＦ入出力ポート４４に対して、２つのＲＦチャネル４７、４８のうち１つを選択するＲＦスイッチ４５を制御することができる。スイッチロジック回路４３は、以下の４つの論理変数を監視することができる。
・Ｐ１＝リーダアンテナポート１から検出された入射電力の場合、真。
・Ｐ２＝リーダアンテナポート２から検出された入射電力の場合、真。
・Ｓ１＝ＲＦスイッチがポート１を選択するように設定される場合、真。
・Ｓ２＝ＲＦスイッチがポート２を選択するように設定される場合、真。
【００７０】
これらの定義が与えられると、ＲＦスイッチを設定するためのロジックを、以下のように要約することができる。
【００７１】
【数７】
2015164318.tif 000009
（１０）
【００７２】
図４の実施形態は、２つのリーダアンテナポート４１、４２を示し、この概念は、より多数のリーダアンテナポートに対応するように容易に拡張可能である。例えば、３つのポートのためのロジックを、以下のように要約することができる。
【００７３】
【数８】
2015164318.tif 000010
（１１）
【００７４】
図示のように、図３の実施形態は、アレイ状態を状態リスト内の第１の状態へ、外部から初期化する手段を提供しない。よって、好ましい状態の順序付けを容易に対応させることができない。しかし、ある所定の持続時間に渡って状態変更がトリガされない場合、リスト内の初期状態へ自動的にリセットするように、この実施形態を容易に修正することができる。この機能は、例えば、アレイ状態制御ブロック内に存在することが可能である。
【００７５】
図５に示す別の実施形態は、必要に応じて送信信号および受信信号の両方をブーストするために、ＲＦ増幅器５１、５２を含む。ブーストされた電力は、電力分配器および移相（またはライン長）器で受けた追加の散逸損失を補償することができ、加えて、予め格納されたリストに含まれたアレイ状態が、標準リーダによって提供されるものより高い送信電力を可能にする場合、送信パスにおけるＲＦ増幅器５１はその追加電力を提供することができる。送信方向および受信方向の両方で増幅が使用される場合、図示のようなサーキュレータ５３により、この２つの伝搬方向に対応することができる。サーキュレータ配置が使用される場合、フィルタ５４を使用して、サーキュレータの絶縁が両方の増幅器の利得を合わせたものを上回る周波数レンジに、一方の増幅器の通過帯域を制限することができる。
【００７６】
より進んだ実施形態を図６に示し、この実施形態は、アレイアンテナシステムを直接利用かつ管理するようにプログラムすることができるリーダコントローラと共に使用するために適している。このようなリーダコントローラを、例えば、関連付けられたデジタルデバイスに対して制御および問い合わせを行うための適切なインタフェースカードを有して構成されたマイクロコンピュータにより、実施することができる。ＥＰＣグローバルローレベルリーダプロトコルなど、標準ＲＦＩＤリーダプロトコルにより、ＲＦＩＤリーダのそのようなコンピュータベースの制御が可能となる。プログラマブルなコントローラは、コマンドをリーダに送信して、ＲＦＩＤ読み取りイベントのための様々なパラメータを確立し、読み取りイベントをトリガし、結果として生じるタグ識別データをリーダからダウンロードすることができる。これらのタスクに加えて、プログラマブルなリーダコントローラはまた、コントローラ内に格納されたか、あるいはリモートで格納された、好ましいアレイ状態のリストにアクセスし、ＲＦＩＤ読み取りイベントをトリガする前に、アレイシステムに適切な状態へ向かうよう命令することもできる。タグ識別データをリーダからダウンロードした後、コントローラは、異なるアレイ状態を、各状態でうまく読み取られた異なる数のタグに関連付ける、データベースを更新することができる。上述のように、この関連付けデータは、いくつかのタグ集合体を反映することができ、あるいは、特定のタグの集合体に関連付けられることが可能である。加えて、図６の実施形態は、送信パス
における可変利得ＲＦ増幅器６１を示し、遠距離場における放射妨害波に対する適用可能な規制上の制約を受けて、アレイ状態毎に利用される電力が、アクティブな読み取りボリューム内の局所電磁場レベルを最大にするように最適化されることを可能とする。
【００７７】
図５および６は、アレイとリーダの間のパスにおける増幅を示すが、この機能を様々なアレイエレメントの間に分散させることができる。例えば、レーダ応用のために開発されたものなど、送受信モジュール（「Ｔ−Ｒモジュール」）を使用することができる。加えて、位相制御および振幅制御などの制御機能をＴ−Ｒモジュール自体内に含めることができる。
【００７８】
本書内の様々な説明および考察と一致して、これらの実施例における多数の変形例が可能であるが、本発明の精神および意図の範囲内である。
【００７９】
多数の具体的な設計詳細を、本明細書で開示した説明および実施形態から省略したが、当業者の手において、開示された情報は、実際の作業デバイスのエンジニアリングおよび構築を可能とするために全く十分である。
【００８０】
具体的な実施形態では、様々な技術を使用して、本デバイスを制御かつ操作することができる。制御エレメントは、デジタル／アナログ変換器などのデジタル制御された回路によって生成される、アナログ電圧によって制御される。アクティブな電子機器モジュールは、個々のアレイエレメントの１つまたは複数に関連付けられる。１つまたは複数のアンテナは、例えば、アナログ／デジタル変換器およびデジタル／アナログ変換器により、デジタル的に符号化かつ再構成された信号を送信することができる。位相および振幅など、１つまたは複数の制御機能を、信号がまだデジタルフォーマットである段階で、数値的に実施することができる。このデバイスは、レシーバおよびプロセッサを組み込んで、ＲＦＩＤリーダの伝送を監視し、バーストの持続時間、信号ギャップおよび周波数ホップなど、信号特性を使用して、リーダのその読み取りサイクルに対する状況を確認し、この情報を使用して、個々の読み取りサイクルが損なわれることを避けるように、アレイ状態移行の時間を調節することができる。このデバイスは、ＲＦＩＤからデータを受信中であるコンピュータまたはコントローラからのデータリンクを組み込むことができ、うまく識別されたタグの新しいレポートの間の間隔を算出し、１つまたは複数の間隔を特定の閾値と比較し、いくつかの決定された数の間隔が特定の閾値を上回るとき、アレイに新しい状態へ向かうよう命令するための、プログラミングと共に組み込むことができる。
【００８１】
本デバイスの一実施形態はまた、複数のアンテナポートを提供するインタフェースモジュールであって、アンテナポートの各々における入射無線周波数電力を検出するインタフェースモジュールと、アンテナアレイシステムの無線周波数信号ポートを様々なアンテナポートのいずれか１つに選択的に接続する無線周波数信号スイッチとを、入射無線周波数電力の検出を解釈するためのロジックと共に、このロジックに従って前記無線周波数信号スイッチを制御するための手段と共に、組み込むこともできる。このロジックは、無線周波数識別リーダなど、外部の無線周波数信号源が、アンテナポートの１つを励起させることから、異なるアンテナポートを励起させることへと、いつ変化したかを決定することができる。この変更に応答して、インタフェースモジュールは、アンテナアレイシステムが現行のアレイ状態から、アレイ状態の定義された順序における次のアレイ状態へと移行するようにトリガすることができ、また、前記無線周波数信号スイッチを介して、無線周波数信号ポートを、新たに励起されたアンテナポートへ接続することもできる。
【００８２】
実施形態は、送信信号および受信信号のために別々の無線周波数信号チャネルを有することができる。送信信号を、無線周波数信号ポートで入力され、アンテナアレイシステムによってその様々なアンテナエレメントへ伝達される信号として定義することができ、受
信信号を、様々なアンテナエレメントの１つまたはすべてに入射し、アンテナアレイシステムによって無線周波数信号ポートへ伝達される信号として定義することができる。無線周波数増幅を、前記無線周波数信号チャネルのいずれか一方または両方に組み込んで、送信信号、受信信号、または、送信信号および受信信号の両方の電力レベルを上げてもよい。
【００８３】
実施形態は、アレイを、その定義された状態の順序において、初期状態にリセットすることを可能にすることができる。定義されたアレイ状態の順序全体を通され、リセット動作は、アンテナアレイシステムへの入力として受け入れられたコマンドに応答するものであってもよく、あるいは、アレイ状態の移行がある所定の時間間隔に渡って実行されない場合、アンテナアレイシステムによって自動的に実行されてもよい。定義されたアレイ状態の順序を、アンテナアレイシステムが前記定義された順序においてより早く好ましいアレイ状態を通り、かつ、定義された順序においてより遅くあまり好ましくないアレイ状態を通るように、順序付けることができ、所与の状態についての優先の度合いは、所与の応用例のための性能において、測定、算出、予測あるいは期待された優位性または妥当性によって、決定される。
【００８４】
一実施形態では、アンテナの集合体の１つまたは複数のエレメントは、ビーム指向角、ビーム形状または電磁偏波など、電気的または電子的に制御可能なプロパティを有することができ、前記アンテナアレイシステムの各アレイ状態は、前記アンテナの集合体内の個々のエレメントの、転送機能および制御可能なプロパティの固有の組み合わせを有することができる。
【００８５】
具体的な実施形態では、検出器を使用して、アレイシステムの付近の戦略的場所における放射電磁場を測定または監視することができ、この測定または監視は、戦略的場所において測定または監視されるような放射場に対する定義された制約を維持するように、前記アレイシステムへの入力電力をアレイ状態毎に調整するための手段と共に行うことができる。
【００８６】
戦略的場所において測定または監視されるような放射場に対する定義された制約を維持するように前記無線周波数増幅手段の利得を調整するための手段を、提供することができる。
【００８７】
本明細書で参照または引用されたすべての特許、特許出願、仮出願および公報は、本明細書の明示的教示と矛盾しない範囲内で、参照により、すべての図および表を含んで、全体として組み込まれている。
【００８８】
本明細書に記載された実施例および実施形態は、例示のためのものにすぎないこと、および、それらを考慮した様々な修正または変更は、当業者には示唆されるものであり、本出願の精神および範囲内に含まれるものであることに留意されたい。
【図１】
2015164318.tif 000011
【図２】
2015164318.tif 000012
【図３】
2015164318.tif 000013
【図４】
2015164318.tif 000014
【図５】
2015164318.tif 000015
【図６】
2015164318.tif 000016