(57)【要約】能動型双方向ラジオタグ（例えば、資産、人々または家畜を追跡するために使用される）は１ＭＨｚ未満で動作し、１ＭＨｚ未満の周波数においてデータ信号を生成し、送信するように動作可能な集積回路、周波数を制御するためのタイミング回路（例えば、水晶）および前記集積回路と前記タイミング回路に電圧を印加するように動作可能な電池または他のエネルギー源を有する。能動型タグはさらに、タグを識別するデータを格納するように動作可能なデータストレージ装置（例えば、静的または動的メモリ）を有することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のラジオタグと一つのホストを有するシステムと共に用いる方法であって、前記ホストが１ＭＨｚ未満で動作するラジオ受信器、１ＭＨｚ未満で動作するラジオ送信器、およびホストのラジオ受信器とラジオ送信器に接続したアンテナを有し、各ラジオタグが１ＭＨｚ未満で動作する送信器と１ＭＨｚ未満で動作する受信器を有し、前記各ラジオタグがタイミング回路と電池を有し、タグのラジオ受信器とラジオ送信器にアンテナを接続し、
複数のラジオタグの各々のタイミング回路を動作させ、複数のタグの各々のタイミング回路が複数のタグの他のタグのタイミング回路と無相関で動作し、ホストの任意のタイミング回路と少なくとも時々無相関に動作し、
ホストのラジオ送信器に接続したアンテナを介して、ホストから複数のラジオタグに第一メッセージを同報通信し、
ラジオタグの他のものではなく第一のものからの応答をホストにおいてうまく受信し、そこでうまく受信することが複数のタグのタイミング回路の無相関性に部分的に依存し、
ホストによってラジオタグの第一のものを沈黙状態に導き、
第一メッセージを同報通信するために用いたアンテナと同じアンテナを介して、ホストから複数のラジオタグに第二メッセージを同報通信し、
ラジオタグの他のものではなく第二のものからの応答をホストにおいてうまく受信し、そこでうまく受信することが再び複数のタグのタイミング回路の無相関性に部分的に依存し、
ホストによってラジオタグの第二のものを沈黙に導くステップを有する方法。
【請求項２】
少なくとも５個のタグからメッセージをうまく受信するまで、同報通信、受信、および導くステップを繰り返す請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１０個のタグからメッセージをうまく受信するまで、同報通信、受信、および導くステップを繰り返す請求項２記載の方法。
【請求項４】
ホストから送信されるＲＦエネルギーが存在しなくても、タイミング回路の動作を実行する請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数のラジオタグと一つのホストを有するシステムであって、前記ホストが、
１ＭＨｚ未満で動作するラジオ受信器、１ＭＨｚ未満で動作するラジオ送信器、およびラジオ受信器とラジオ送信器に接続したループアンテナを有し、
各ラジオタグが１ＭＨｚ未満で動作する送信器と１ＭＨｚ未満で動作する受信器を有し、前記各ラジオタグがタイミング回路と電池を備え、
ループアンテナが１平方フィートの面積を超え、
各ラジオタグが１ＭＨｚ未満のＲＦ通信を介してホストと通信可能なように接続するシステム。
【請求項６】
ループアンテナが、１０平方フィートの面積を超える請求項５記載のシステム。
【請求項７】
ループアンテナが、１００平方フィートの面積を超える請求項６記載のシステム。
【請求項８】
ループアンテナが、１０００平方フィートの面積を超える請求項７記載のシステム。
【請求項９】
ループアンテナが、１００００平方フィートの面積を超える請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
ホストと通信可能なように接続する少なくとも一つのラジオタグが、ループの少なくとも２フィート外側にある請求項５記載のシステム。
【請求項１１】
ホストと通信可能なように接続する少なくとも一つのラジオタグが、ループの少なくとも１０フィート外側にある請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
ホストと通信可能なように接続するラジオタグの数が、１０個を超える請求項５記載のシステム。
【請求項１３】
ホストと通信可能なように接続するラジオタグの数が、５０個を超える請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
各ラジオタグがさらに、ラジオタグの電池によって電力を供給されるＤＲＡＭまたはＳＲＡＭを有する請求項５記載のシステム。
【請求項１５】
複数のラジオタグと一つのホストを有するシステムと共に用いる方法であって、前記ホストが１ＭＨｚ未満で動作するラジオ受信器、１ＭＨｚ未満で動作するラジオ送信器、およびラジオ受信器とラジオ送信器に接続したループアンテナを有し、各ラジオタグが１ＭＨｚ未満で動作する送信器と１ＭＨｚ未満で動作する受信器を有し、前記各ラジオタグがタイミング回路と電池を有し、ループアンテナの面積が１平方フィートを超え、１ＭＨｚ未満のＲＦ通信を介してホストと各ラジオタグを通信可能なように接続し、
複数のラジオタグの各々のタイミング回路を動作させ、複数のタグの各々のタイミング回路が複数のタグの他のもののタイミング回路と無相関で動作し、ホストの任意のタイミング回路と少なくとも時々無相関に動作し、
ホストのラジオ送信器に接続したループアンテナを介してホストから複数のラジオタグに第一メッセージを同報通信し、
ラジオタグの他のものではなく第一のものからの応答をホストにおいてうまく受信し、そこでうまく受信することが複数のタグのタイミング回路の無相関性に部分的に依存し、
ホストによってラジオタグの第一のものを沈黙状態に導き、
第一メッセージを同報通信するために用いたループアンテナと同じループアンテナを介して、ホストから複数のラジオタグに第二メッセージを同報通信し、
ラジオタグの他のものではなく第二のものからの応答をホストにおいてうまく受信し、そこでうまく受信することが再び複数のタグのタイミング回路の無相関性に部分的に依存し、
ホストによってラジオタグの第二のものを沈黙に導くステップを有する方法。
【請求項１６】
少なくとも５個のタグからメッセージをうまく受信するまで、同報通信、受信、および導くステップを繰り返す請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１０個のタグからメッセージをうまく受信するまで、同報通信、受信、および導くステップを繰り返す請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ホストから送信されたＲＦエネルギーがなくても、複数のラジオタグの各々のタイミング回路の動作を少なくとも時々実行する請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
複数のラジオタグと一つのホストを有するシステムであって、前記ホストが、
１ＭＨｚ未満で動作するラジオ受信器、１ＭＨｚ未満で動作するラジオ送信器、およびラジオ受信器とラジオ送信器に接続したアンテナを有し、
各ラジオタグが１ＭＨｚ未満で動作する送信器と１ＭＨｚ未満で動作する受信器を有し、各ラジオタグがタイミング回路と電池を備えホストのラジオ送信器によって放出されたＲＦエネルギーがなくても、電池によって電力を供給しながらＲＦ通信を受け取るように各ラジオタグを配置し、
１ＭＨｚ未満のＲＦ通信を介してホストと通信可能なように各ラジオタグを接続するシステム。
【請求項２０】
１ＭＨｚ未満で動作する送信器と、
１ＭＨｚ未満で動作する受信器を有するラジオタグであって、
各々がタイミング回路と電池を備え、その外部から受け取るＲＦエネルギーがなくても、電池によって電力を供給しながらＲＦ通信を受け取るように配置し、
タイミング回路によって測定される時間間隔の間、その外部からタグにコマンドを受け取るように配置し、
静止物体ではなく可動物体に固定するラジオタグ。
【請求項２１】
複数のラジオタグと一つのホストを有するシステムであって、前記ホストが、
１ＭＨｚ未満で動作するラジオ受信器、１ＭＨｚ未満で動作するラジオ送信器、およびラジオ受信器とラジオ送信器に接続したループアンテナを有し、
各ラジオタグが１ＭＨｚ未満で動作する送信器と１ＭＨｚ未満で動作する受信器を有し、前記各ラジオタグがタイミング回路と電池を備え、ホストのラジオ送信器によって放出されたＲＦエネルギーがなくても、電池によって電力を供給しながらＲＦ通信を受信するように各ラジオタグを配置し、
１ＭＨｚ未満のＲＦ通信を介してホストと通信可能なように各ラジオタグを接続し、
ループアンテナが一つの領域と周囲を備え、前記周囲が少なくとも１０％だけアンテナの領域を低減する凹部を規制するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、米国出願番号６０／６５２，５５４、出願日２００５年２月１４日から優先権を主張し、前記出願はこれによって全ての目的のために参照によってここに組み込まれる。
【０００２】
ラジオ周波数識別タグ、つまりＲＦＩＤタグは長い歴史を有し、各々が固定の事前にプログラムされたＩＤを備えた「中継器」タグの使用に大いに基づいている。
【背景技術】
【０００３】
これらのタグはバーコードを置き換えるために設計されることが多く、低電力双方向通信を行うことができる（ＵＳ０３７１３１４８、Ｔｈｅ  Ｍｅｒｃｕｒｙ  Ｎｅｗｓ、「ＲＦＩＤ開発者がその起源を議論」、Ｓｕｎ、２００４年７月１８日）。能動型ＲＦＩＤタグは、タグ回路に電力を供給するための電池を有する。それらは一般に１３ＭＨｚ〜２．３ＧＨｚの周波数範囲で動作する大きな素子であり、中継器として機能する。中継器は基地局によって送られるキャリアを用い、タグは通常、共振調整アンテナを単に短くするか離調し、反射エネルギの変化を生成することによって通信を行う。これは、基地局によって検出可能な反射信号を生成する。この方式は、タグ内に含まれる回路の複雑さを最小化する。受動型ＲＦＩＤ中継器タグは電池を持たず、電力用に同じキャリア信号を用いる。
【０００４】
受動型ＲＦＩＤタグはさらに、ワイヤコイルまたはＰＣ基板上にエッチングしたアンテナコイルからなるアンテナを有する。受動型タグ内のこのようなアンテナコイルは、四つの機能を提供する。
【０００５】
１．データ信号を含むキャリアラジオ信号を検出するためのアンテナとして機能する。
【０００６】
２．電源として機能する。タグは基地局からキャリア信号を受け取り、キャリア信号を用いてタグ上の集積回路およびロジックに電力を供給する。
【０００７】
３．ラジオ通信用の周波数および位相基準として機能することもできる。タグは同じコイルを用いて、ラジオタグ内の回路用に正確な周波数および位相基準においてキャリアを受け取り、読み取り器／書き込み器に通信を戻す。
【０００８】
４．集積回路内のロジックおよび回路を駆動するために用いられるクロックとして機能することもできる。いくつかの場合、キャリア信号は変調または分割され、より低いクロック速度を生成する。
【０００９】
一般に、受動型中継器タグは部品数が少なく複雑ではないので、能動型中継器タグより低コストになると考えられる。従って、多くの研究者は、受動型中継器タグは電池、および位相と周波数を正確に制御するための水晶または補償発振器（例えば、ＵＳ０５２４１２８６）などの内部周波数参照基準の必要性およびコストをなくす可能性があると考えている。受動型中継器タグから能動型中継器タグへの変化は水晶をなくすだけで、余分な電池コストを必要にする。さらに、受動型中継器タグは外部共通基準（キャリア信号）を用いることができ、正確な既知の位相および周波数を有するので、背景ノイズからのタグ信号の抽出を改善できる（ＵＳ０４８２１２９１）。この正確な基準を用いて高機能衝突防止方式を提供し、キャリア磁界内の多くのタグの読み取りを可能にする（ＵＳ６２９７７３４、ＵＳ６５６６９９７、ＵＳ５９９５０１９、ＵＳ５５９１９５１）。中継器ＲＦＩＤタグは一般に、１０〜５００ｋＨｚ（超低周波、低周波、および短波）、１３．５６ＭＨｚ（高周波またはＨＦ）または４３３ＭＨｚおよび８６８／９１５ＭＨｚまたは２．２ＧＨｚ（超高周波またはＵＨＦ）の間のＦＣＣ（連邦通信委員会）のパート１５規則内のいくつかの異なる周波数において動作する。より高い周波数は一般に、例えば、高速コンベヤ、または数千個のタグを素早く読み込まなければならない場所など、通信用に広帯域を提供するために用いられる。さらに、より高い周波数は信号の送信に対してより効率的であり、最適な送信用のアンテナもはるかに小さくなる（当然のことながら、９１５ＭＨｚ用の自己共振アンテナは０．５ｃｍほどの直径であってもよい）。
【００１０】
スペクトル動向の歴史
ラジオタグの分野ではラジオ周波数を用いる他の分野の大部分と同様に、ここ数十年、より低い周波数からより高い周波数への安定した動向がある。例えば、ほぼ最初の使用年から列挙した民生用コードレス電話に一般に使用されている周波数を考えてみる。
【００１１】
【表１】
2008530682.tif 000003
【００１２】
また、最初の使用からほぼ十年間ごとに列挙した任意の目的に使用される最も高い周波数を考えてみる。
【００１３】
【表２】
2008530682.tif 000004
【００１４】
以上のことから、より低い周波数からより高い周波数に向かう安定した推進が存在していることがわかる。この安定した推進は、以降で議論するいくつかの信号対雑音因子を含む多くの因子によって動機付けされ、はるかに低い周波数に押し戻すこの発明をむしろ非直観的なものにしている。
【００１５】
特定の目的にスペクトルのどの部分を用いるかを選択するＲＦ技術者および他の意志決定者の視点の変化は、用語自体から明らかになる。３〜３０ＭＨｚの帯域のラジオ波はまさに、それらの波が用いられる前に用いられていた任意の波よりはるかに短いため「短波」と呼ばれることが多い。それらは最先端では、これまでは用いられなかった波であると考えられていた。しかし現在では、ほぼ全ての新しい用途で一般に用いられる波（３０ＭＨｚ以上）は「短波」よりはるかに短くなっている。つまり、「短波」と呼ばれるものは、多くの異なる用途で現在用いられている大部分の波より実際にははるかに長い波である。
【００１６】
高周波数受動型ＲＦＩＤタグの利点
これらのより高い周波数のＲＦタグは、ＦＣＣのパート１５規則内のより長い送信距離（潜在的には１００フィートを超える）という利点を有するので用いられることが多い。送信周波数が５００ｋＨｚ未満に下がると、その波長は非常に長くなる（信号検出用に大きなアンテナを必要とする）ので、タグ上または基地局から最適な電界アンテナを使用することはもはや不可能になる。より小さなアンテナ設置面積の必要性のために、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦが大部分のＲＦＩＤタグにとって好ましい周波数である。さらに、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦの周波数における最適なアンテナは共振を実現するために数ターン必要なだけで、基板自体上のエッチングした配線の一部としてフレキシブルＰＣ（プリント回路）基板に直接印刷できる。従って、より高い周波数ははるかに小さいアンテナを必要とするので、信号の送信に対してもはるかに効率的になると考えられ、別個のコイルまたは巻線アンテナ用のコストおよび必要性がなくなる。理論的にはこれは製造コスト、いくつかの場合はサイズを低減し、３０〜４０セント未満のコストで高度に自動化された装置を用いて受動型中継器タグの製造を可能にする。
【００１７】
最後に、より高い周波数はさらに一般に通信に対して高速および広帯域幅を提供する。例えば、高速コンベヤ上では、個々のパッケージに取り付けた数千個のタグが毎時６マイルで移動するパレット上で搬送される。これは、数秒未満で、２００〜３００個のタグを識別し、読み取らなければならないことを意味する。これは、１ＭＨｚ近くのデータ転送速度と１００ＭＨｚ程度のキャリアを用いた広帯域システムを用いてのみ実現される。
【００１８】
ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦ受動型タグを用いるシステムの一つのわずかな欠点は、読み取り器または基地局が（能動型システムより）複雑になり、しばしばより高価になることである。読み取り器は基準周波数を送信し、タグに電力を供給すると同時に周波数基準を提供しなければならない。ネットワークタグに用いられるアルゴリズムも同様に、基地局内に複雑な回路を要求することが多い。最後に、周波数が上昇すると、基地局内の受動型タグに読み書きするために必要な集積回路のコストも上昇する。しかし、この作業仮説は数百万個のタグに対して用いられ、読み取り器のコストは主要因子ではなく、タグのコストがはるかに重要ということである。従って、タグから読み取り器に移動可能な任意の機能は経済上意味がある。
【００１９】
従って、これらの受動型ＨＦ、ＶＨＦ、およびＵＨＦタグは機能的にかなり簡単になり、エッチングしたフレキシブル回路基板上に取り付けた集積回路（ＩＣ）のみを含み、他の部品は備えていない。電池、水晶、および他の部品は必要とせず、データ送信速度は高く、長距離で低コストで読み取りできる。
【００２０】
現在の従来技術の低周波数（ＬＦ）タグの欠点
受動型ＬＦ中継器ラジオタグは、主としてこれらの周波数が生きている動物に含まれる水または液体によって影響されないので、ペットや家畜、さらには人間用のＲＦＩＤタグとして広く用いられている（「表皮深さ」はより高い周波数では減少するので、周波数が高いほど水や液体によって影響されやすい）。しかし、以降に説明する多くの他の欠点のために、ＬＦタグは他の用途には一般に用いられていない。
【００２１】
ＬＦタグの主要な欠点は、送信アンテナから放出される検出可能な放射エネルギが多くは電界（Ｅ）ではなく磁界（Ｍ）であることである。この磁気モードの送信（誘導送信とも呼ばれる）は、短距離だけを実現するという主要な欠点を有する。誘導信号は１／ｄ3として低下するが、より高い周波数における電界信号は近距離場では１／ｄ2、遠距離場では１／ｄとして低下し、ここで「ｄ」は点源アンテナからの距離である。従って、誘導またはＭ放射モードの発信は理論的におよび実際上は、送信距離をわずか数インチまでに厳しく制限する。さらに、キャリア周波数（例えば、１００〜２００ｋＨｚ）がＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦに比べて低いので、ＬＦタグは非常に低速である。
【００２２】
送信が誘導性であるので、タグはエッチングした回路基板アンテナの代わりに、別個のターン数の多い巻線アンテナを必要とする。従って、一般に巻線アンテナを必要とするため、ＬＦラジオタグはより高価になるとしばしば考えられる。しかし、アンテナコイルとチップを備え、ＰＣ基板を備えていない低コストのＬＦ受動型タグを作製することもできる（ＷＯ０３０９４１０６Ａ１）。現在の市販のＬＦタグには他にも多くの欠点がある。
【００２３】
ＬＦのこれらの多くの欠点のために、多くの商用（製薬供給網内の品目レベルの観察：ＨＦ、ＵＨＦ  ＲＦＩＤ技術の比較、２００４年７月、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｏｃｔｏｒｓ、およびＴａｇＳｙｓ  Ｉｎｃ．）、政府機関（ラジオ周波数識別実現可能性検討および試験、ＦＤＡ法令順守政策ＨＦＣ−２３０，Ｓｅｃ  ４００．２１０、２００４年１１月、ＬＦ、ＨＦまたはＵＨＦの推奨される使用法を参照）および標準化団体（ＥＰＣｇｌｏｂａｌ、ウェブページのタグ仕様書、２００５年１月、注意：ＬＦは除かれる）によって現在推奨されているＲＦＩＤ周波数は、多くの重要な用途のオプションとしてＬＦの使用に言及またはそれを議論していない。これらのより高い周波数を推奨する営利団体の多くは、これらの低周波数の受動型や能動型のタグは上記の理由でこれらの用途のいずれにも適していないと考えている。
【００２４】
多くの営利会社は、実際にはＬＦラジオタグを製造しているが（例えば、Ｔｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓとＰｈｉｌｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｏｃｔｏｒの両方。製薬供給網内の品目レベルの観察：ＨＦ、ＵＨＦ  ＲＦＩＤ技術の比較、２００４年７月、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｏｃｔｏｒｓ、およびＴａｇＳｙｓ  Ｉｎｃ．参照）、同様に上で概要を述べたＬＦの多くの欠点と、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦの多くの利点から、１３．５６ＭＨｚ以上の使用をなお推奨している。現在のＬＦラジオタグが、一般的には多くの用途では使用を考慮されていない理由の詳細な概要を以降にまとめる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
１．ＬＦは、１／ｄ3として低下する誘導性または磁気放射を主に用いるので、非常に短い範囲を有すると思われている。一方、遠視野ＨＦ、ＶＨＦとＵＨＦは１／ｄとして低下し、ここでｄは発信からの距離である。従って、送信の誘導性または磁気放射モードは理論的には送信距離を制限し、それは多くの用途でＨＦとＵＨＦの受動型ラジオタグを使用するための主要な正当化の一つとなっている。
【００２６】
２．タグは低キャリア周波数のために、低ボーレートで通信しなければならないので、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦに比べてＬＦを用いる場合、送信速度は本質的に低い。
【００２７】
３．これらのＬＦ周波数では、電子機器、モータ、蛍光灯安定器、コンピュータシステム、電力ケーブルからの多くのノイズ源が存在する。従って、ＬＦはノイズに対して本質的により影響されやすいと考えられることが多い。
【００２８】
４．この周波数範囲のラジオタグは、最適な電気的特性（最大Ｑ）を実現するために多くのターン数を要求するため巻線コイルアンテナを必要とするので、より高価になると考えられる。一方、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグはプリント回路基板上に直接エッチングしたアンテナを用いることができ、ＬＦはこのようなアンテナによりさらに重大な距離上の制限を有することとなる。
【００２９】
５．ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦ内で用いられるように、高周波数タグによって用いられる電流ネットワーキング方式は、直前のポイント３内の上で説明したＬＦタグのこのような低帯域幅のため実行できない。
【００３０】
能動型高周波ラジオタグは、これらの欠点の多く、特に送信距離の問題を克服し、多くの場合、高度な通信アルゴリズム（スペクトル拡散など）を用いて厳しい環境で機能するように設計でき、メモリ速度の問題は高速静的メモリを用いて対処でき、最終的にこれらの能動型タグを使用可能になる。しかし、能動型ＬＦ、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグは二つの主な欠点を有する。第一に、任意のソリッドステート回路の消費電力は動作速度に比例するので、能動型のＬＦ、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグは限られた寿命で大きな電池を必要とし（２年〜最大５年）、その結果、かさばる重い素子となる。第二に、高速の半導体素子を用いなければならず、前記半導体素子はより低い周波数で動作する他の半導体プロセスに比べて能動型タグのコストに大きな影響を与える。シリコンウェハ用の静的金属ゲートＣＭＯＳなどの低コストの市販のプロセスより、これらの高速半導体素子はさらに多くの製造ステップを必要とする（８ステップ対おそらく２２ステップ）。ＬＦ、ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦの能動型タグのこれらのコスト上の欠点は基本的であり常に問題となる。
【００３１】
所定の用途における高周波、超短波、および極超短波の制限
受動型ラジオＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグが現場で実際に広く使用されるにつれて、多くの予想外の機能的欠点が最近発見されている（「ラジオタグが高速追跡から落ちている」、Ｔｈｅ  Ｂｏｓｔｏｎ  Ｇｌｏｂｅ，Ｓｃｏｔｔ  Ｋｉｒｓｎｅｒ、２００４年５月３１日、「Ｗａｌ−Ｍａｒｔの指示にもかかわらず、ラジオタグは時間がかかる」、Ｔｈｅ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  Ｔｉｍｅｓ，Ｂａｒｎａｂｙ  Ｆｅｄｅｒ、２００４年１２月２８日）。
【００３２】
１．ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦ中継器タグは、整流したキャリア信号からのみ電力を得ることができるので、限られた電力で送信を行う。いくつかのタグでは、この電力要件は送信範囲をわずか数インチから最大でも数フィートまでに制限する可能性がある。これは、１３．５６ＭＨｚでは特に当てはまる。
【００３３】
２．ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦ中継器タグは、非常に角度に依存する。タグがアンテナの面に対して平行から２０〜３０°ツイストすると、信号が読み取りエラーをもたらすに足りるほど低下することがある。アンテナコイルが電力を供給するので、これらのタグ内の増幅器のダイナミックレンジを制限することになる。言い換えると、タグが回転する際に見られる広いダイナミックレンジ全体で低下したデータ信号を読み取るために増幅器を構成できるが、角度のために増幅器用の電力が低下すると何も行われない。タグが回転する際、電力が臨界レベルより低くなると、チップおよびロジックはこの臨界レベル以下では単に機能を停止するだけである。
【００３４】
３．中継器ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグは、金属または液体の周りではうまく機能しない。これは部分的には限られた送信電力によるが、さらに部分的には任意の導電面または材料はより高い周波数のラジオ信号を反射または遮断し、液体は高周波数を吸収し、その結果、実質的に遮断することによる。多くの場合、倉庫内での読み取りエラーは４０％程度にもなる（「ラジオタグが高速追跡から落ちている」、Ｔｈｅ  Ｂｏｓｔｏｎ  Ｇｌｏｂｅ，Ｓｃｏｔｔ  Ｋｉｒｓｎｅｒ、２００４年５月３１日）。
【００３５】
４．ある現場内の多くのタグの読み取りまたは「発見」に用いられる現在の衝突防止システム（ＵＳ６２９７７３４、ＵＳ６５６６９９７、ＵＳ５９９５０１９、ＵＳ５５９１９５１）は、任意の時点で読み取り可能なタグの全数を制限する。実際には、キャリア磁界内では、２５〜５０個のタグだけが読み取り可能になる。
【００３６】
５．中継器タグは、事前にプログラムした（製造時に形成した）固定ＩＤを有することが多い。これは、ラジオタグの識別コードを発見し、タグを付けた製品または品目についての情報を得るために、外部データベースおよび「参照」機能を必要とする。このデータベースに関連した直接コストは任意の使用の前に予測することは困難なことが多く、現場で品目を識別するために無線ハンドヘルドコンピュータなどの追加の高価なハードウェアを必要とすることが多い。
【００３７】
６．多くの用途ではタグを取り付けた後、タグ内にデータを書き込み格納する必要があり、さらにデータベースを参照することなく現場でタグを素早く読み取る必要がある。この要件ため、任意の受動型中継器タグは、既存の動的（ＤＲＡＭ）または静的（ＳＲＡＭ）メモリ用の電力を維持する電池を有していないので、電気的消去可能プログラム可能リードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）または同様のストレージシステムの使用を余儀なくさせる。例えば、ＦＤＡは、誤って別の容器と混同しないように、容器に取り付けた後にタグに全てのデータを書き込むことを推奨している（ラジオ周波数識別実現可能性検討および試験、ＦＤＡ法令順守政策ＨＦＣ−２３０，Ｓｅｃ  ４００．２１０、２００４年１１月。「容器に取り付ける前にタグに書き込むことは、製品を混同する危険性を増大させる。業界および他の利害関係者は、容器に取り付けた後にタグに書き込む実現可能性を調査することを提案する」参照）。受動型タグのこのメモリ要件は、いくつかの予期せぬ欠点を有する。
【００３８】
・ＥＥＰＲＯＭは集積回路の製造において多くの余分な処理ステップを含むので、そのコストは受動型中継器タグのコストを著しく増大させる。シリコンゲートＣＭＯＳの場合１４ステップであるのに比べて、ＥＥＰＲＯＭは２２ステップ程度による場合がある。集積回路のコストは処理ステップ数に直接関係しているので、これは劇的なコストへの影響を有する場合がある。さらに、ＥＥＰＲＯＭはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）より約６０％大きな面積を集積回路上で必要とするので、既存のＲＡＭに比べてＥＥＰＲＯＭのコストは著しい。集積回路の製造コストは、その面積に直接関係している。
【００３９】
・しかし、ＥＥＰＲＯＭは、既存の静的メモリを用いて実現されるものに比べて、１０００回を超えるいくつかの場合、読み書き処理を著しく低速にする。読み書きメモリ要件を有する受動型ＨＦ、ＶＨＦまたはＵＨＦタグの通信速度は著しく低減される。その結果、受動型ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグを用いる大部分の用途では、上記のポイント５で説明したようにプログラムしなければならない大きな固定ＩＤを用い、これは著しいＩＴコストの増大をもたらす。
【００４０】
・ＥＥＰＲＯＭの消去は既存のＳＲＡＭに比べて大きな電力を必要とし、特にメモリを何度も読み書きする場合、この追加の電力要件も読み取り距離を低下させ、角度依存性を増大させる。
【００４１】
・実際、チップのサイズ、速度、および電力要件の増大のために、受動型ＲＦチップは約２，０４８ビットあるいは２５６バイトのメモリに制限される。長期間データを繰り返し記録しなければならない多くの用途（例えば温度）では、このストレージサイズは十分ではない。
【００４２】
７．多くの場合、特に医療用途では、製品の温度または湿度を監視することも重要であり、これはある程度の電力源なしでは実行できない。キャリアに依存しない能動型クロックおよび時刻なしの典型的な監視装置は、一般にヒストグラムまたはデータログのいずれとしても温度を記録できない。
【００４３】
８．多くの場合、タグの一部として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてある領域から除去するか、または棚に配置する所定の品目を識別できる。しかし、ＬＥＤのこの追加の電力要件も、タグの範囲の著しい低減と角度依存性の増大をもたらす。
【００４４】
９．ＨＦおよびＵＨＦ受動型タグは、タグに近い読み取り距離内に持ってきたハンドヘルドコンピュータを用いて読み取らなければならないことが多い。例えば、病院内の患者用に用いられるリストバンドは、多くの任意の位置および角度を有する可能性がある。壁に読み取り器を配置し、患者が通過する際にデータを捕捉できるように補償することは難しい。従って、看護師または他の専門家がハンドヘルドコンピュータを持って行き、タグを読み取って患者を識別したり、その時点における患者の位置を記録することを求められる場合がある。この新しい追加の手作業のステップはしばしば、任意の在庫管理システムまたは追跡システム内に低信頼性をもたらす。
１０．ＨＦ、ＶＨＦ、またはＵＨＦタグの読み取りに必要とされるハンドヘルド装置は、いくつかの理由のためにかなり高価になることがある。一つには、ラジオタグを低コストで簡単にするために、読み書き回路を複雑にすることが求められる。さらに、多くのタグは任意の数字である固定ＩＤを用いなければならないので、ハンドヘルド読み取り器はデータベース内のＩＤを「参照」しなければならない。これによって、ハンドヘルド読み取り器は「参照」を行うコンピュータへの長距離のＲＦリンクを備えることが求められ、さらにコストを増大させる。
１１．受動型ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグは、偽造製品を防ぐのに役立つと考えられていた。しかし、タグはメモリを有していないか、またはメモリが制限され、日時を記録するためのクロックを有していないので、同一性の証明またはタグのデータ内容の証明として、適切なセキュリティシステムを提供可能な任意の公開鍵または暗号化プロトコルを提供することは難しい。
１２．受動型ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグはアンテナを必要とし、前記アンテナはサイズの柔軟性を低減する。アンテナが所定の周波数に依存するサイズ限界に到達した後は、アンテナの利得は低減し、調整することはできない。
【００４５】
従って、受動型ＲＦＩＤタグを広範囲で使用するようになるにつれ、多くの予想外の複雑な問題が現れている。現在の受動型中継器タグの多くは大きなメモリを必要とせず高速を要求しない用途で用いられているが、既存の市販の受動型中継器タグの多くはスチールまたは金属棚を利用する用途、液体製品上、または特に注射可能または液体の薬剤を投薬中の生きている動物または人間（例えば、家畜の識別）の近くまたはその中で読み取らなければならない用途、またはＤＥＳステント、縫合糸の箱、または密閉したアルミニウムポーチをしばしば用いて滅菌した器具を保持する整形外科用関節、および病院内の患者の追跡に使用されるリストバンドなどの医療機器上で確実に用いることはできない。同様の技術的問題は、１リットル袋内の血漿を追跡するとき、家畜、牛、豚など、および食肉処理前に健康上の血統を確立するために追跡しなければならない他のもの、航空機の保守用に用いられるスチール交換部品や器具、保守中に器具を追跡するシステム、およびスチール５５ガロンドラム缶内に収容された有毒廃棄物、スチールまたは金属および液体を含む可能性がある航空機の手荷物を追跡する際にも遭遇し、このような全ての読み取りは受動型ラジオ中継器タグでは信頼性がないことが証明されている。
【００４６】
最後に、受動型中継器タグは、上で挙げた問題や厳しい環境のキャリア磁界内で多くのタグを読み取る能力には限界があるため、このような厳しい環境やスチール棚の近くの製品に対して実時間在庫確認や自動観察を提供することには成功していない。これらの問題は次のことに対して生じる。
【００４７】
１．棚上の厳しい環境内で実時間在庫確認を必要とするスチールまたは金属棚の用途。
【００４８】
２．注射可能な薬品を用いる特に医療用途の液体。
【００４９】
３．特に多くの牛を一頭ずつ識別しなければならない領域内の家畜観察システム。
【００５０】
４．同様に、特に医療用のタグに書き込まなければならないデータを必要とする用途（製品の小片に取り付けた後、使用期限、シリアル番号およびロット番号にリンクされた多くの詳細をタグに書き込まなければならない）。
【００５１】
５．センサまたはデータログを必要とする用途。
【００５２】
６．偽造を防ぐために日時のスタンプ、デジタル署名または内容を証明するものを必要とする可能性がある用途。
【００５３】
７．長距離の大きな領域でタグを読み取る必要がある用途。受動型タグは「軸上」ではうまく機能するが、大きな領域で読み取るためには多くの送信器を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００５４】
１．概して、この発明は１ＭＨｚ未満で動作する能動型双方向ラジオタグ（例えば、資産、人々または家畜を追跡するために用いられる）を提供し、以下のものを含んでいる。
【００５５】
・１メガヘルツ未満の周波数でデータ信号の生成および送信を行うように動作可能な集積回路
・前記周波数を制御するためのタイミング回路（例えば、水晶）
・前記集積回路と前記タイミング回路に電圧を印加するように動作可能な電池または他のエネルギ源
２．その上、上記の新規な能動型タグはさらに、前記タグを識別するデータを格納するように動作可能なデータストレージ装置（例えば、静的または動的メモリ）を有することができる。
【００５６】
３．この発明はさらに物体を追跡するためにシステムを提供し、前記システムは上記の能動型タグとタグ読み取り器（例えば、基地局）を有し、前記タグ読み取り器は少なくとも１平方メートルの領域をカバーするループ磁界アンテナを有する。
【００５７】
４．この新規なシステムは資産または人々または家畜を追跡するために用いられ、１ＭＨｚ未満の受動型または能動型ラジオタグと、ループアンテナを含むタグ読み取り器を有する。
【００５８】
５．この発明はさらに１ＭＨｚ未満で送信するためのループアンテナを提供し、前記アンテナはさらにオーディオ周波数範囲内のキャリアを変調することによって、補聴器内のｔコイルに適合するオーディオ信号を提供する。
【００５９】
６．上記の能動型タグはさらにランダムな位相で動作可能であり、前記位相はタグＩＤを識別するために用いられる。これは、非依存型の水晶の使用によって実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は、この発明によるＬＦ（低周波数）の能動型低周波数タグ１０１の概略ブロック図である。電池４はリチウムまたはアルカリ電池（ＬＲ４４）であってもよく、コストは５．５セントまで抑えられる。典型的な実施例内のＣＭＯＳ集積回路３は、ＳＲＡＭを有することができる。水晶２は、タイミング用に用いられる。典型的な実施例では、水晶２は低コストの３２ｋＨｚ腕時計用水晶であり４倍に多重化される。これは、ＣＭＯＳチップ回路の一部として設計した発振器と選択的に置き換えることもできる。アンテナ１はフェライト１ａの周りに巻線することもでき、オープンループアンテナであってもよい。ループ半径は数ｍｍ程度まで小さくすることができ、用途に応じて１２インチ以上であってもよい。
【００６１】
ＲＦ技術者がラベルを用いてラジオスペクトルの一部を定義する場合、３０〜３００ｋＨｚの範囲内の周波数を示すために「ＬＦ」を通常用いる。これは、ＶＬＦ（通常３〜３０ｋＨｚを呼ぶ）とＭＦ（通常３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚを呼ぶ）などの隣接する定義部を区別するためである。しかし、この発明の現在の議論においては、むしろより広い帯域、つまり１ＭＨｚ未満の周波数をまとめて呼ぶ必要があることが頻繁に生じる。従って、議論を簡略化するために、「１ＭＨｚ未満の周波数」の簡略的表現として用語ＬＦを用いる。この簡略表現では、「ＬＦ」はこのように通常ＭＦと呼ばれる帯域内にある程度入り込んでいる。
【００６２】
図２は、より複雑なラジオタグ１０２のブロック図である。この例では、タグをプログラム可能にするために低コストの４ビットマイクロプロセッサ２１を用いる。プロセッサ２１は、ＲＦラジオモデム５に接続できる。別個のＳＲＡＭ２２も用いられる。さらに、湿度、角度、温度および寸動用の検出器６が追加される。ＬＥＤ（図示せず）と表示部も選択的に追加できる。アンテナ１、電池４、および腕時計用水晶２も図１と同様に見られる。
【００６３】
図３は、この発明のよるタグの典型的な用途を示しており、要するに注射可能なガラス瓶３５とキャップ３２上に配置したタグ３１を備えた特殊薬剤を備えている。この場合、直径約１５ｍｍのガラス瓶はＵＨＦと干渉する液体を含み、圧着したキャップ３２と３４内にＵＨＦ干渉性金属を有する。他のＨＦタグも同様に、金属のために確実には動作できない。さらに、ＦＤＡは、タグ３１をガラス瓶３５上に配置した後、これらのタグは製品についての情報（シリアル番号、ロット番号、使用期限）を格納することを推奨している。従って、タグはメモリを必要とし金属および液体の近くで動作しなければならない。
【００６４】
図４は、タグ４２を配置するための別の位置、つまりガラス瓶４１の底部に配置することを示している。いくつかの場合、ＨＦタグは機能できるかもしれないが、アンテナ寸法は小さく（直径約１５ｍｍ）非常に短い範囲になる。ガラス瓶の底部で接触している液体のために、この構成ではＵＨＦも機能できない。ここで開示した配線コイルとフェライトを備えたタグは、数フィートの距離から図４のこの構成および図３に示した構成の任意の方向で機能できる。
【００６５】
図５は、受動型中継器タグ５１を用いる典型的な近接アンテナ５２を示している。示したものは、アンテナ５２からの距離の関数としての予想信号である。上側のグラフにおいて示したものは、集積回路上でのロジックの機能を保つために必要な最小電力Ｐである。グラフ上の上側のラインＨＦは、距離の関数として高周波数（またはＵＨＦ）における電界信号に対して必要な予想信号強度である。それは、１／ｄ2で低下する。下側のラインは、ＬＦにおける磁界に対して必要な予想信号である。これは、１／ｄ3で低下する。
【００６６】
下側のグラフは、異なる水平目盛とログ目盛の同様のプロットである。それは、簡単な増幅器を用いて読み取ることができる最小の信号Ｓを示し、前記増幅器は広いダイナミックレンジと四つの十進（１０ｍＶ〜１０Ｖ）上で信号を読み取るための機能を備えている。図のように、受動型タグと高周波数ＨＦは２フィートでの点で電力を失うため、その点までしか送信できないのに比べて、磁気信号を用いて７フィートの読み取り範囲が実現される。つまり、ＬＦとＳのラインの交差部は、ＨＦとＰのラインの交差部に比べてかなり右側になる。
【００６７】
これらのより高い周波数において電池を備えた能動型タグを構成できるが、そのロジックは高周波数で動作しなければならないので、消費電力は高くなり電池寿命はかなり短くなる。従って、低周波数において電池を備えた能動型タグはずっと広い範囲を有し、広いダイナミックレンジの増幅器を有する場合、長い電池寿命（１０〜１５年）を有することもできる。これはさらに、磁界からある角度にコイルが回転した際の機能喪失に対してある程度の耐性を備えたタグを提供する。
【００６８】
ここで図６を参照すると、多くの受動型ＲＦＩＤタグ６１ｂは、タグ内にデータを格納する要件を有する。全ての場合で、それらはＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ３に電力を供給する電池を有していないのでＥＥＰＲＯＭ７を用いなければならない。ＥＥＰＲＯＭはそのチップウェハの処理に多くの余分なステップを必要とし、さらにＳＲＡＭによって必要とされるものより約６０％だけ、それ自体のチップの面積を増大させる。従って、ＥＥＰＲＯＭの使用は、受動型ＲＦＩＤタグ内のチップのコストを増大させる。ＬＦ周波数の能動型タグ６１ａはずっと低い周波数で動作し、その結果、金属ゲートＣＭＯＳまたは選択的にシリコンゲートＣＭＯＳ３を用いることができる。これは、チップの低消費電力と低製造コストという利点を有する。多くの場合、電池４（６セント）と水晶２（４セント）およびＣＭＯＳチップ３（５〜１０セント）のコストは、単なる２４バイトのメモリを備えたＥＥＰＲＯＭチップ７より小さい。その結果、受動型タグ６１ｂに対する典型的な２３〜５０セントに比べて、能動型タグ６１ａは１５〜１８セントのコストがかかるだけになる。
【００６９】
さらに、ＥＥＰＲＯＭ素子７を用いた書き込み速度は、ＳＲＡＭ３に比べて非常に遅い。ＬＦ能動型タグの通信速度は低い（１２００〜４８００ボー）が、ＥＥＰＲＯＭ７の書き込み時間によって、ＬＦタグはそれでもなおＥＥＰＲＯＭを用いるタグに比べて、より高速で動作しより低い材料コストを有することができる。従って、図６に示したように、アンテナ６２を備えた低周波数能動型タグ６１ａは、実際には、任意のデータを蓄積するためにメモリを必要とする場合、従来技術の受動型タグに比べてより低コストでより良好な速度性能を有することができる。ＳＲＡＭ用の読み書き時間は毎秒１０サイクル以上になるが、ＥＥＰＲＯＭの対応する時間は毎秒１サイクルにすぎない。
【００７０】
図７は、読み取り器１８３によって発見可能なその磁界内にタグ１８２を備えた領域ループアンテナ１８１を示している。
【００７１】
ここで図８を参照すると、多くの場合、基地局または読み取り器のアンテナ信号強度はアンテナの中心から軸方向に測定される。ループアンテナ８１上に配置した１００ｋＨｚ（１Ｖ）において定電圧を備えたアンテナから１ｍで誘導性つまり磁界強度を測定した場合、信号強度はアンテナの直径が増大にするにつれて減少する。このグラフは、１ｍ、２ｍ、４ｍおよび８ｍの磁界ループに対して容易に利用可能なシミュレーションプログラム（ＭＯＭＡＣ）の１００ｋＨｚにおける出力である。
【００７２】
図９を参照すると、距離の関数として信号強度を測定する場合、それはアンテナ９２の軸に沿って１／ｄ3として低下する。図９のグラフは、１３２ｋＨｚにおいて調整した１ｍコイルアンテナを用いた実際の測定に基づいている。能動型ＲＦタグ９１は、信号が１０ｍＶより大きい５フィートまで機能できる。
【００７３】
ここで図１０を参照すると、床上に水平に配置し８フィートの半径を備えた無指向性ループアンテナ１０２は、全領域上で強い信号Ｓ（グラフに示した）を生成する。タグ１０１はループの領域内の任意の場所で読み取られ、さらに、図９に見られるものと同じ距離だけループの外側でも読み取られる。言い換えると、読み取り領域は約１８フィートの直径を有する。
【００７４】
ここで図１１を参照すると、示されているものは、１ｍのループ信号１１１によって検出された軸上信号Ｓ１１１と、９フィートの床の領域ループアンテナ１１２によって検出された信号Ｓ１１２の対数比較である。タグは、床のループ１１２と、その端部から約５フィートまでの領域内の任意の場所で読み取られる。
【００７５】
図１２は、それらのサイズの関数としてループを調整する能力を特徴付けている。調整可能なループの領域またはサイズは、ループアンテナの固有キャパシタンスＣとインダクタンスＬによって制限される。ループが大きくなるとこれらの二つの値は増大し、ある磁界に対して調整可能な最大周波数は低下する。通信用に電界より磁界を用いる利点は、磁界がスチールや液体に対して比較的耐性があることである。一方、電界は液体によって吸収され、任意の導電性金属によって反射または遮断される。ループアンテナを用いて送信される距離はループのサイズに完全に依存し、ループのサイズは調整可能な最大周波数に反比例する。従って、電界に比べて磁界を用いる場合、より低い周波数を用いるほどより長い通信距離が実現される。
【００７６】
図１３は、領域読み取り用に用いられる典型的なループアンテナを示している。現実的な制限として、ＬＦ用の磁界ループは最大１５０×１５０フィートの面積まで可能であり、図１３に示したように、ほとんど任意の形状に配置し、その領域で磁界を最大にできる。大きな領域をカバーしなければならない場合、基地局を分離するために連結、または単一の基地局によって多重化した重なり合うループのアレイを構成できる。アンテナがほとんど任意の形状を仮定できることは、その周囲が１０％または２０％、あるいは例えば図に示した量だけアンテナの領域を低減する凹部を規制できることを意味する。
【００７７】
ここで図１４を参照すると、能動型ＬＦタグ内の水晶の予想外の利点は、各タグＴ１に対してランダム位相を提供し、多くのタグが応答可能であっても単一のタグＩＤを読み取り可能なことである。基地局は互いに１８０°シフトした二つの位相で動作するフィルタを有し、各位相がそれ自身の増幅器を有する。タグはＡチャンネルとＢチャンネルに同時に送信し、基地局１４１は最大の振幅を提供する位相チャネルを選択するだけである。基地局１４１は、アンテナ１４２を用いる。
【００７８】
ここで図１５を参照すると、全てが異なる位相で異なる振幅において多くのタグＴ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４を備えた磁界内で、それらは異なる距離にあるので、一つのタグが「勝利」してＩＤが正確に読み取られる。このタグは発見されたＩＤを用いてアドレスされ、それからある所定の時間間隔で「オフ」にされる。それから、次のグループのタグに問合せを行うなどと、全てのＩＤが発見されるまで続ける。これは、５０〜１００個のタグがある磁界内で効率的に機能する。読み取り器／書き込み器１５１は、アンテナ１５２を用いるように示されている。
【００７９】
図１４と１５の開示内容は、異なる言葉で説明できる。図１４と１５において理解しなければならないことは、従来技術の受動型タグを用いる場合、励起磁界からその位相を得ることである。従って、ある領域が多くのタグを含む場合、それらは全て正確に同じ位相を有し、各々が他と干渉し、特定のタグをその隣接するものより容易に読み取れないように全てが応答する。
【００８０】
一方、この発明によるタグを用いる場合、各々それ自身の自由継続時間基準を有し、その隣接するものより読み取り可能になり、一定期間で読み取り「オフ」にし、その隣接するものを読み取ることが一般に行われる。このようなタグは、タグの内部にあり、タグの外部から受け取る任意のＲＦキャリアまたは信号には依存しない時間基準を有する。
【００８１】
「アンテナダイバーシティ」という従来の方法は、図１４と１５に示した結果の実現には必要とされない。
【００８２】
図１６は、チェックサムを備えたタグＩＤを示している。
【００８３】
図１７は、ＩＤを発見するためのフローチャートを示している（タグＩＤの検証のためにチェックサムを用いる）。
【００８４】
少し概観すると参考になるかもしれません。開発されるものは集積型「観察システム」であり、前記システムはＬＦシステムに対して上で説明した多くの欠点を克服し、多くの用途のＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦに対してまとめた多くの問題を克服する。観察システムタグは、高メモリ容量（８キロバイト）、全データログ、温度監視、選択的ＬＥＤおよびＬＣＤ表示という機能を有する。これらのタグは中継器方式の通信を用いず、誘導を用いて調整したアンテナを介して実際に信号を送信する。タグは比較的低い周波数で動作するので、多くの電力を必要とせず、３００ｍＡ時のリチウム電池を用いて１０〜１５年の電池寿命を有する。それらは通常はデータベース内に含まれるデータを格納でき、最大１５０フィート×１５０フィートのオープン領域、または１５フィート×５００フィートの所定の領域内の任意の場所で読み取りできる。このシステムを備えたＬＦタグは、５００フィートを超える距離でうまく読み取られている。典型的な実施例では、ＬＦタグはいくつかの場合、現在のＨＦおよびＵＨＦタグより速い速度で格納されるデータを書き込むことができる。
【００８５】
システムは、低コストの能動型ＬＦラジオタグ、長距離領域の読み取り用に最適化した新規のアンテナ設計、製品（特に、厳しい環境で製品の実時間在庫確認、および実時間状態を提供する必要がある製品）を追跡し、製品の実時間観察を提供するために誘導性通信を用いる。タグは小さくてもよく受動型ＲＦタグより低い直接コストを有することが多く、受動型タグに必要なＩＴソフトウェアの多くをなくすことによってシステムコストを低減できる。
【００８６】
タグは、家畜の識別および血統、建物やある領域内の人間の識別、医療機器の追跡、また薬剤の追跡に用いられる。
【００８７】
タグを用いる例には次のものが含まれる。
【００８８】
１．病院の棚上の医療機器や薬剤の実時間観察システム。
【００８９】
２．トラックおよび倉庫を含むサプライチェーン全体でそれらが配送される際の医療機器および薬剤の実時間観察システム。
【００９０】
３．家畜用の実時間観察システム。このラジオタグは選択的に能動型ストレージメモリを有することができ、上でまとめた範囲、角度およびコストの問題、およびネットワーキングの問題の多くの克服する。このタグの送信はＬＦの範囲であり、８〜５００ｋＨｚのＦＣＣのパート１５規則に準拠する。典型的な実施例では、能動型ＬＦタグは１２８ｋＨｚの周波数を用いて送受信を行う。
【００９１】
４．患者、看護師、および医師用の病院内の実時間観察システム。各患者には、ある領域内で読み取り可能な能動型リストバンドを提供できる。患者についてのデータは、リストタグ内に格納される。同様のシステムは、ＩＤタグを用いる医師に対しても構成できる。
【００９２】
ＬＦタグシステムの特有の特徴は、次のとおりである。
【００９３】
１．ロジック、メモリおよび他の回路に電力を供給し、読み取り器との通信の電力を増大させる電池（または他のエネルギ蓄積装置または他のエネルギ源）。電池は、選択的な検出器とセンサ、およびＬＣＤとＬＥＤ用の電力としても機能する。
【００９４】
２．キャリア非依存、ホスト非依存の周波数基準を提供する水晶。典型的な実施例では、腕時計、またはタイミング基準を必要とする装置で一般に用いられる種類の３２ｋＨｚの水晶が用いられる。これは、送信、日付および時刻用の周波数基準として用いられる。水晶は、日付および時刻を記録するためのタイミング基準またはクロックとして機能する。これによって、タグは温度、湿度および他のパラメータのログおよび記録を作成できる。それはさらに、一定期間ごとに変更可能な内容の動的証明を提供する。水晶はさらに、所定の条件に適合するか、または選択的なセンサ値が超えた場合、基準キャリアを必要とすることなく送信する「オンデマンド」クライアントになる機能を提供する。水晶の周波数は４倍に増加させ、１２８ｋＨｚの送信周波数を実現する。
【００９５】
３．水晶はさらに、各モジュールの間のランダム（またはおそらくより正確には無相関の）位相を提供する。受動型および他の能動型タグは全て中継器モードを用い、基準としてキャリア周波数を用いる。水晶は他のタグ内では不要とみなされ、コストやスペースを節約するために削除される。しかし、水晶は予想外にも、そのＩＤの以前知識なしで、ある領域内の一つのタグを選択的に読み取る機能を提供する。このランダム位相と「ネットワーク発見」は、他のラジオタグで用いられる衝突防止およびアンテナダイバーシティ方式ではなく、水晶を用いることによって実現される。
【００９６】
４．標準的な相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）を利用する低電力ロジック、および通信回路（ラジオモデム）。ＣＭＯＳは、広く用いられる種類の半導体である。ＣＭＯＳ半導体は、ＮＭＯＳ（負極性）回路とＰＭＯＳ（正極性）回路の両方を用いる。回路の種類の一方だけが所定の時刻にはオンであるので、ＣＭＯＳチップは他のチップほど電力を必要としない。静的ＣＭＯＳロジックの消費電力は、スイッチング周波数に正比例する。ＨＦ、ＶＨＦおよびＵＨＦタグは電力を増大させるために電池を用いることができるが、必要なより高い速度と広帯域の一般的な要求のために、電池寿命は制限される。
【００９７】
５．ＣＭＯＳ設計に同様に基づく静的または動的ストレージシステムを用いて、直前のポイント３で説明した回路に接続されるか、またはそれに含まれ、「１」の電池によって電力を供給され、直前のポイント２で説明した水晶に基づくタイミングおよびロジック機能を備えたメモリまたはストレージ手段。
【００９８】
６．タグ上の広ダイナミックレンジ増幅器がそれを角度に依存するようにし、さらにタグの範囲の拡大する。これは、電池と、独立な周波数基準（水晶または他の周波数基準）の存在によって可能になる。
【００９９】
７．ＣＭＯＳラジオモデムに接続し、最大に信号強度を実現するように巻き付けたコイルまたはループアンテナ。コイルは、最適同調用の直列のキャパシタを有することができる。
【０１００】
８．光、温度、加速度、湿度などの選択的センサ。
【０１０１】
９．別のタグより一つの特定のラジオタグを選択すべきことの信号を送るか、または指示する選択的ＬＥＤ。
１０．製品ＩＤ番号、使用期限、またはロット番号などの製品にリンクした情報を表示するための選択的表示部。
１１．ロジック回路、ラジオモデム回路、およびループアンテナからなる読み取り器または基地局。ループアンテナはループの周りにワイヤを数回巻き付けた中間ゲージのワイヤ（１０〜１２ゲージ）から構成でき、例えば、部屋や金属棚の周囲上に配置でき、そのループ領域内でラジオタグを読み書きできる。タグを読み取る距離は、ループのサイズによって制御される。例えば、ループは１フィート×１フィートと小さくてもよく、タグはその領域およびその周囲の数フィート以内で読み書きされる。また、ループは、例えば、１００フィート×１００フィートの大きな領域をカバーしてもよい。この場合、ラジオタグは、１００００平方フィートの領域内、および中央の領域の外側のループの端部を超える２０〜３０フィート以内の任意の場所で読み書きされる。
１２．公共領域では、同じループアンテナが聞き取り支援システム（ＡＬＳ）としても用いられる。同様のループアンテナシステムは、領域内のアナログオーディオ信号（ＵＳ３６０１５５０、ＵＳ３４２６１５１）およびＥＰ０５９４３７５Ａ２内で開示されているショーウィンドウから補聴器への音声を誘導的に同報通信するために用いられている。これらのアンテナは欧州と日本で広く用いられ、米国ではＡＬＳ用に限定的に用いられている。これらのＡＬＳシステムはほとんどの場合、補聴器内に配置したｔコイルを利用している。「ｔコイル」はしばしばフェライトコアを備えた誘導性ループであり、部屋内で低周波数音声信号を捕捉可能な補聴器内に選択的に配置される。誘導性ループ上に配置された低周波数オーディオ信号はｔコイルによって直接捕捉され、ほとんどまたは全く電力損失なしで補聴器によって拡大される。距離によって低下する信号を用いる他のラジオアンテナに対して、これらのｔコイルのループアンテナはこれらの周波数において、１００フィートを超える有効読み書き距離を備えた大きな領域（最大１００００平方フィート）全体で強く比較的均一な磁界を提供する。
【０１０２】
ノイズ検討。本発明によるシステム内で用いられるＬＦ周波数の場合、ノイズ源と、そのノイズ源からの距離の関数としてノイズが低下する割合をモデル化することが役立つ。いくつかの一般的なノイズ源の信号強度は、本発明によるシステム内で用いられるＬＦ周波数に対してｒの２乗に反比例することが経験的にわかっている。従って、これらの周波数におけるノイズ信号強度は、局所的なノイズ源、例えば、安定器またはスイッチング変圧器に対して急速に低下する。いくつかの場合、この急速な低下は、ラインに沿って分布しているノイズ源というより点源のようなノイズ源に起因すると推測される。
【０１０３】
一方、本発明によるＬＦシステム内で用いられる領域読み込みループアンテナは、ｒ2の逆数というよりｒの逆数のように低下する信号強度を有することがしばしば経験的にわかっており、ノイズ源に比べてループアンテナに利点をもたらす。
【０１０４】
一方、従来技術のより高周波数の場合、いくつかのノイズ源ではノイズ源の信号強度は（ｒ2ではなく）ｒの逆数として低下することが経験的にわかっており、いくつかのノイズ源はさらに広範囲または長距離の影響を有する。
【０１０５】
おそらく非直観的に、ＬＦを良好な選択にするさらに別の因子は物理的法則の因子というより人間の挙動の因子であるものである。一部のシステム設計者によって行われる設計決定は、さらにより高い周波数の方向への設計決定である。ＦＣＣがさらに高い周波数の通信帯域を認めているという単なる事実から、一部の設計者がこれらのより高い周波数の使用を強いられているように思われる。従って、経験的な研究では、多くの場所では、何もない野原や駐車場であっても測定された背景ノイズは周波数が高いほど大きく、周波数が低いほど小さいことが明らかになっている。
【０１０６】
さらに、特定の用途に対してラジオ周波数を選択する標準的な経験則のいくつか、およびそれらの経験則がどのようにＬＦの選択をやや非直観的にするかを検討することも役立つ。
【０１０７】
同様に上記のように、ＬＦおよびより高くはない周波数において干渉する信号に対する多くのノイズ源の問題が存在する（例えば、全てのスイッチング電源、機械、安定器）。これは、より高い周波数の使用を提案する。
【０１０８】
また、多くのＲＦノイズモデルでは、ノイズは周波数の逆数に比例すると仮定する。この仮定では、ノイズを低減する方法はより高い周波数を選択することであり、ＬＦの選択は非直観的であると思われる。
【０１０９】
最後に、第二周波数ｆ2に対する周波数ｆ1における回路のＱファクタ、つまりＱ＝ｆ1／（ｆ1-ｆ2）の定義を考慮する。Ｑを高くするためには、ｆ1-ｆ2を小さくすることが望ましい。しかし、より低い周波数では、ｆ1-ｆ2を小さくすることは難しい。従って、低周波数では、Ｑを高くすることは簡単ではない。これはさらに、ＬＦを選択することを非直観的にする。
【０１１０】
従って、低いノイズを有することがわかっているタグシステム用の位置を選択することが目的であり、その一方、上記の背景の項で議論したような他の因子を考慮するとそれが非直観的と思われる場合、タグの動作に対して（より高い周波数よりむしろ）低い周波数を選択することが望ましい可能性がある。
【０１１１】
従って、ＬＦは、一目見ただけでは理解できないという利点を有する。
【０１１２】
本発明によるタグから生じる利点は、次のものを含んでいる。
【０１１３】
ＰＯＣ。ＰＯＣ（ポイントオブケア）は、病室内のＰＤＡなど医療場所でのケアの時点でトランザクション、医療情報、処置の時刻の記録または開始、もしくは課金目的でモバイル装置を用いる概念を指している。本発明によるタグはスマートである（電池と時間基準を有する）ので、ケアを行った日時を追跡できる。
【０１１４】
ハンドヘルド読み取り器が不要。多くの場合、ハンドヘルド読み取り器は不要となる。その代わり、大きな「領域読み取り」アンテナが用いられ、他のタグの種類に比べて読み取るタグにほとんど近づける必要はない。
【０１１５】
ＥＰＣグローバル。システムは、「ＥＰＣグローバル」規格で用いられるフォーマットと互換性があるように調整できる可能性がある。
【０１１６】
ここで説明した種類のタグは、「非接触」読み取りを提供するリストバンドとして構成できる。リストバンドは、従来技術のタグのように読み取り器に特に近づける必要はない。
【０１１７】
ここで説明した種類のタグは、薬剤を施すために用いられる。
【０１１８】
ここで説明した種類のタグは、例えば、ＬＥＤまたはＬＣＤ表示部を介して人用の観察を提供できる。
【０１１９】
この種のタグは、物体の位置を識別するために用いられる。物体は各々タグを保持し、タグは一つ以上の領域読み取りアンテナによって検出される。
【０１２０】
これらのタグは大きな領域アンテナを用いて使用可能になり、従来技術のタグのように、それらの仕事を行うために指向性アンテナを必要としない。無指向性アンテナを使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明によるＬＦ（低周波数）の能動型低周波数タグの概略ブロック図である。
【図２】より複雑なラジオタグのブロック図である。
【図３】タグの典型的な用途、つまり注射物質のガラス瓶と、キャップ上に配置したタグを備えた特殊薬剤について示す図である。
【図４】タグを配置するための別の位置、つまりガラス瓶の底部に配置することを示す図である。
【図５】受動型中継器タグを用いる典型的な近接アンテナについて距離の関数として信号強度を示す図である。
【図６】様々な種類のタグのコストとデータ書き込み回数を比較する図である。
【図７】読み取り器の使用によって発見可能なその磁界内にタグを備えた領域ループアンテナを示す平面図である。
【図８】様々なサイズの磁界ループアンテナに対して距離の関数として誘導性つまり磁界強度を示す図である。
【図９】一つのタグに対して距離の関数として信号強度を示す図である。
【図１０】大きな読み取り領域を示すループアンテナを備えたタグに対して距離の関数として信号強度を示す図である。
【図１１】ＲＦハンドヘルドを備えたスマートな格納容器に対して距離の関数として信号強度を示す図である。
【図１２】それらのサイズの関数として領域誘導アンテナの同調性を示す図である。
【図１３】領域ループの典型的な形状を示す図である。
【図１４】多くのタグが応答可能であっても単一のタグＩＤの読み取りを許可するランダム位相を示す図である。
【図１５】ランダム位相と異なる振幅を用いて複数のタグの中からあるタグを読み取ることを示す図である。
【図１６】チェックサムを備えたタグＩＤを示す図である。
【図１７】ＩＤの発見用のフローチャートである（タグＩＤの検証のためにチェックサムを用いる）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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