(57)【要約】  切換可能なパッチアンテナは、接地面、金属パッチ、少なくとも二つの給電線、及びスイッチを含む。当該金属パッチは、当該接地面に隣接するが接触せずに配置される。各給電線は、当該金属パッチに電気的に接続される。各給電線は、少なくとも一つの他の給電線に対して実質的に直交している。当該スイッチは、当該少なくとも二つの給電線に電気的に接続される。当該スイッチは、当該切換可能なパッチアンテナを励起させるために、当該少なくとも二つの給電線の何れかを逐次選択するように動作可能である。
2011527550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換可能なパッチアンテナであって、
接地面と、
前記接地面の上方に配置されるが、前記接地面に接触しない金属パッチと、
少なくとも二つの給電線であり、各給電線が前記金属パッチに電気的に接続され、各給電線が少なくとも一つの他の給電線と実質的に直交している給電線と、
前記少なくとも二つの給電線に電気的に接続されたスイッチであって、前記スイッチが前記切換可能なパッチアンテナを励起させるために、前記少なくとも二つの給電線の何れかを逐次選択するように動作可能であるスイッチとを備える切換可能なパッチアンテナ。
【請求項２】
前記接地面と前記金属パッチとの間に配置された誘電体基板を更に備える請求項１に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項３】
前記誘電体基板が、印刷回路板及びセラミック材料のうちの一方である請求項２に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項４】
前記少なくとも二つの給電線がマイクロストリップ伝送線である請求項１に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項５】
前記マイクロストリップ伝送線が実質的に等しい長さを有する請求項４に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項６】
前記マイクロストリップ伝送線が互いに対して実質的に対称的である請求項４に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項７】
前記マイクロストリップ伝送線が等しいインピーダンスを有する請求項４に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項８】
前記金属パッチが実質的に正方形である請求項１に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項９】
前記金属パッチが二対の直交縁端部を有し、各直交縁端部が中点を有し、各給電線が前記直交縁端部の中点で前記金属パッチに接続される請求項８に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項１０】
所定の期間に一つの給電線のみ作動する請求項１に記載の切換可能なパッチアンテナ。
【請求項１１】
無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）棚読取機であって、
制御装置と、
前記制御装置に電気的に接続された送受信機であり、前記送受信機がＲＦ信号を送信及び受信するように動作可能である送受信機と、
前記送受信機に電気的に接続された切換可能なパッチアンテナとを備え、
前記切換可能なパッチアンテナが、
接地面と、
前記接地面に隣接して配置されるが、前記接地面に接触しない金属パッチと、
少なくとも二つの給電線であって、各給電線が前記金属パッチに電気的に接続され、各給電線が少なくとも一つの他の給電線と実質的に直交している給電線と、
前記少なくとも二つの給電線に電気的に接続されたスイッチであって、前記スイッチが前記切換可能なパッチアンテナを励起させるために、前記少なくとも二つの給電線の何れかを逐次選択するように動作可能であるスイッチとを含むＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１２】
前記切換可能なパッチアンテナが、前記接地面と前記金属パッチとの間に配置された誘電体基板を更に含む請求項１１に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１３】
前記少なくとも二つの給電線がマイクロストリップ伝送線である請求項１１に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１４】
前記マイクロストリップ伝送線が互いに対して実質的に対称的であり、且つ実質的に同じ長さを有する請求項１３に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１５】
前記マイクロストリップ伝送線が等しいインピーダンスを有する請求項１３に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１６】
前記金属パッチが実質的に正方形である請求項１１に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１７】
前記金属パッチが二対の直交縁端部を有し、各直交縁端部が中点を有し、各給電線が前記直交縁端部の前記中点で前記金属パッチに接続される請求項１６に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１８】
所定の期間に一つの給電線のみ作動する請求項１１に記載のＲＦＩＤ棚読取機。
【請求項１９】
電場を生成する方法であって、前記方法は、
切換可能なパッチアンテナを与えるステップであり、この切換可能なパッチアンテナが、
接地面と、
前記接地面に隣接して配置されるが、前記接地面に接触しない金属パッチと、
少なくとも二つの給電線であって、各給電線が前記金属パッチに電気的に接続され、各給電線が少なくとも一つの他の給電線と実質的に直交している給電線と、
前記少なくとも二つの給電線に電気的に接続されたスイッチであって、前記スイッチが前記少なくとも二つの給電線のうち一つを選択するように動作可能であるスイッチと、
を含むステップと、
前記少なくとも二つの給電線のうち一つを逐次選択するステップと、
励起信号を前記選択された給電線に加えるステップと、
を含む方法。
【請求項２０】
所定の期間に一つの給電線のみ作動する請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本発明は、２００８年７月７日に出願された米国仮特許出願第６１／１３４，１６７号（発明の名称「ＲＦＩＤ棚読取システムのための切換可能なパッチアンテナ（Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ  Ｐａｔｃｈ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｆｏｒ  ＲＦＩＤ  Ｓｈｅｌｆ  Ｒｅａｄｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）」）に関連し、且つ当該出願に対して優先権を主張し、その内容の全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は一般にアンテナに関し、更に詳しくは、無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）棚読取機のための切換可能なパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）は、製品、動物、又は人を無線周波数（「ＲＦ」）電波の送受信により識別及び追跡する。ＲＦＩＤラベル又はＲＦＩＤタグと称される機器は、追跡対象に取り付けられるか、或いは当該対象に組み込まれる。殆どのＲＦＩＤタグは、信号を受信及び送信するためのアンテナと、情報の記憶及び処理、ＲＦ信号の変調及び復調、並びに他の特殊な機能のための集積回路とを少なくとも含む。ＲＦＩＤ読取機は、様々な用途で使用するために、このようなＲＦＩＤタグ内の情報を「読み取る」、即ち無線で転送するために用いられる。
【０００４】
例えば、ＲＦＩＤ技術は、企業の流通網の全ての範囲（例えば、製造業者、流通業者、卸売業者、及び小売業者）において、在庫を自動的に追跡及び管理するために用いられてよい。幾つかの個々のＲＦＩＤラベルをＲＦＩＤ読取機のアンテナの受信領域内に存在させることができ、当該ラベルを個々に認識することができるので、単一のＲＦＩＤ読取機に対して、データを各ラベルに、及びデータを各ラベルから個々に転送することができ、或いは、アンテナ領域内に存在するラベルの全体の電子在庫を得ることができる。そのような用途の一つでは、ＲＦＩＤ棚読取機を用いてこのような結果を達成する。ＲＦＩＤ棚読取機は典型的に、棚又はキャビネット等の在庫保管領域の放射近傍に、例えば、上方又は下方に配置されるアンテナ又はアンテナ列を含む。当該ＲＦＩＤ棚読取機は、その保管領域内の各ＲＦＩＤラベルを自動的に検出し、且つ「読み取る」。
【０００５】
特定の用途では、ＲＦＩＤ棚読取アンテナは、近傍界でのみ、場合によっては放射近傍界で作動する。例示的な用途の一つは、ＤＶＤに付されたＲＦＩＤラベルを読み取ることである。発明の名称「統合切換アンテナ列及び多重送信型電子機器を有するＲＦＩＤシステム（ＲＦＩＤ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙ  ａｎｄ  Ｍａｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」として係属中の米国特許出願第１１／８２９，３１５号には、そのような使用例の追加的な記述を見ることができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。複数のＤＶＤが一緒に積み重ねられる場合であっても、そのＲＦＩＤラベルはその読取アンテナから僅かに短距離だけ離間されており、各ラベルは既知の位置、即ち、ＤＶＤカバーの内側の底部に配置されるか、又はおそらく内部の背領域の上に配置されるかの何れかである。衣料等の他の用途では、当該ＲＦＩＤラベルは、近傍界、放射近傍界、及び遠方界の領域に存在するように配置されることがある。
【０００６】
ＲＦＩＤタグを取り付けられた商品が、棚領域の上に積み重ねられる棚読取機の用途では、当該ＲＦＩＤタグの配向及び位置は、その配向が不揃いであり、且つそのタグ位置が、近傍界、放射近傍界、及び遠方界の領域を含む領域に存在することがある。
【０００７】
従来技術のＲＦＩＤ棚読取機の実装過程は、直線偏波アンテナ又は円偏波アンテナの何れかを用いてきた。当該ＲＦＩＤラベルの配向が制御され、一つの特定の方向に統一されている場合、当該直線偏波アンテナを用いる解決法が一般的に用いられる。既知のＲＦＩＤ棚読取機の直線偏波パッチアンテナ１０の一例を図１に示す。直線偏波パッチアンテナ１０は一般に、接地面１４の上方に浮遊させられた金属パッチ１２を含む。パッチアンテナ１０は、金属パッチ１２を接地面１４から離すために、誘電体基板１６を用いて構成してもよい。例えば、パッチアンテナ１０は、一方の面が金属パッチ１２を含み、その反対面が接地面１４を含む印刷回路基板の形に構成してもよい。金属パッチ１２は、マイクロストリップ伝送線１８を給電線として用いて給電又は有効化することができる。従来の直線偏波アンテナは一方向にのみ放射し、直交方向には不感領域を生成する。従って、一つの配向のＲＦＩＤラベルのみが対象とされる。ＲＦＩＤラベルが誤って配置されるか、又は商品の陳列が不適切な場合、ＲＦＩＤラベルは直線偏波アンテナで検出されない。
【０００８】
ＲＦＩＤラベルの配向が充分に制御されない場合には、通常は円偏波アンテナが好ましい。既知のＲＦＩＤ棚読取機の円偏波パッチアンテナ２０の一例を図２に示す。円偏波パッチアンテナ２０は、中心を通る隔離部材２６によって接地面２４の上方に浮設された円形又は楕円形の金属板２２を備え、この隔離部材は、板２２を下方の接地面２４に接地させる。図２の円偏波パッチアンテナ２０では、金属面２２は、空隙によって接地面２４から離されるが、パッチアンテナ２０は、金属面２２を接地面２４から離すために、誘電体基板を用いて構成されてよい。円形又は楕円形のパッチ２２は、中心から外れて素子２８によって直接給電される。円偏波パッチアンテナ２０は、遠方界で等しい直交電場成分を生み出すように設計される。
【０００９】
金属板２２は、給電点２８を用いて給電又は有効化される。調整スタブ３０が、パッチアンテナ２０の共鳴周波数を容量的に調整するために用いられてよい。調整スタブ３０は、金属面２２に対するその垂直位置が調節可能である金属円筒である。図３は、調整スタブ３０の位置付けを例解する、円偏波パッチアンテナ２０の側面図を与える。
【００１０】
円偏波アンテナの放射パターンは、あらゆる向きのＲＦＩＤラベルを検出することができるように、励起信号の位相と共に配向を変化させる。しかしながら、直線偏波アンテナの場の配向が、近傍界から当該アンテナから離れた遠方界まで非常に一貫しているのに対して、単純な円偏波アンテナではこれが当てはまらない。円偏波アンテナは、特に近傍界又は放射近傍界において、多少の非常に弱い場領域を有する。その近傍界又は放射近傍界は、円偏波アンテナに対するＲＦＩＤタグの特定の角度に対し不感領域を示し、遠方界でのみ、電磁界の挙動が全方向性で不感領域が存在しない。
【００１１】
更に、他の機器も、大多数の機器と一度に通信するためにパッチアンテナを用いることがある。このような機器の一つが、発明の名称「ＵＨＦＥＡＳシステムに使用するための金属酸化物の半導体機器（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  ＵＨＦ  ＥＡＳ  Ｓｙｓｔｅｍ）」として米国特許出願第１２／３３１，６０４号に記載されている、電子式物品監視（「ＥＡＳ」）タグの無効化システムであり、その教示全体は参照により本明細書に組み込まれる。上記のＲＦＩＤ棚読取機と同様に、当該ＥＡＳ無効化システムのアンテナは、ＥＡＳタグを無効化させる能力がある信号を送信するために、ＥＡＳタグに比較的近接近していなければならない。多数のＥＡＳタグを同時に無効化させる場合、ＥＡＳタグの配向が既知で且つ統制されていることが重要であり、又は、その放射場が均一且つ全方向性でなければならない。そうでない場合、対象とするＥＡＳタグが全て無効化されるとは限らない。上に示したように、公知のアンテナ構成はこの用途に関しては信頼できない。
【００１２】
何れの場合でも、こうしたアンテナの表面の上方にある場は、近傍界、放射近傍界、又は遠方界の何れかにおいて不感領域又は場が弱い帯域を有する。これらの手法は、特定の用途及び環境でのみ効果を発揮する。
【００１３】
それ故、必要とされるのは、アンテナの上方にある全ての考えられるラベル又はタグの配向において、近傍界、放射近傍界、及び遠方界で良好に挙動する場を有する、アンテナの解決法を提供するシステムである。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、切換可能なパッチアンテナ、ＲＦＩＤ読取機、及び、当該アンテナの上方にある全ての考えられるラベル又はタグの配向において、近傍界、放射近傍界、及び遠方界で良好に挙動する電場を生成するための方法を有利に提供する。概して、少なくとも二つの直交した給電線を含む直線偏波パッチアンテナは、ある期間に亘り直交配向を有する電場を生み出すために、励起信号がその二つの給電線の間で切り替えられる。
【００１５】
本発明の一つの態様によれば、切換可能なパッチアンテナは、接地面、金属パッチ、少なくとも二つの給電線、及びスイッチを含む。当該金属パッチは、当該接地面に隣接するが、接触せずに配置される。各給電線は、当該金属パッチに電気的に接続される。各給電線は、少なくとも一つの他の給電線に対して実質的に直交している。当該スイッチは、当該少なくとも二つの給電線に電気的に接続される。当該スイッチは、当該切換可能なパッチアンテナを励起させるために、当該少なくとも二つの給電線の何れかを逐次選択するように動作可能である。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）棚読取機は、制御装置、送受信機、及び切換可能なパッチアンテナを含む。当該送受信機は、当該制御装置に電気的に接続される。当該送受信機は、ＲＦ信号を送信及び受信するように動作可能である。当該切換可能なパッチアンテナは、当該送受信機に電気的に接続されている。当該切換可能なパッチアンテナは、接地面、金属パッチ、少なくとも二つの給電線、及びスイッチを含む。当該金属パッチは、当該接地面に隣接するが、これに接触せずに配置される。各給電線は、当該金属パッチに電気的に接続され、少なくとも一つの他の給電線に対して実質的に直交している。当該スイッチは、当該少なくとも二つの給電線に電気的に接続される。当該スイッチは、当該切換可能なパッチアンテナを励起させるために、当該少なくとも二つの給電線の何れかを逐次選択するように動作可能である。
【００１７】
本発明のなお別の態様によれば、電場を生成するための方法が提供される。接地面、金属パッチ、少なくとも二つの給電線、及びスイッチを含む切換可能なパッチアンテナが提供される。当該金属パッチは、当該接地面に隣接するが、これに接触せずに配置される。各給電線は、当該金属パッチに電気的に接続され、少なくとも一つの他の給電線に対して実質的に直交している。当該スイッチは、当該少なくとも二つの給電線に電気的に接続され、当該少なくとも二つの給電線のうちの一つを選択するように動作可能である。当該少なくとも二つの給電線のうちの一つが逐次選択され、励起信号はその選択された給電線に加えられる。
【００１８】
本発明、及びその付随する利点と特長のより徹底した理解が、以下の発明を実施するための形態を参照し、以下の添付図面と合わせて考慮すれば、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術の直線偏波パッチアンテナの斜視図である。
【図２】先行技術の円偏波パッチアンテナの斜視図である。
【図３】図２の先行技術の円偏波パッチアンテナの側面図である。
【図４】本発明の原理に従って構築された、無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）棚読取機の一例のブロック図である。
【図５】本発明の原理に従って構築された、切換可能なパッチアンテナの上面図である。
【図６】本発明の原理に従う図５の切換可能なパッチアンテナの二つの動作モードを示す、相対的なアンテナ励起を示すグラフである。
【図７】本発明の原理による、ｘ配向源供給部が励起される際の、近傍界（金属パッチの２ｃｍ上方）における切換可能なパッチアンテナの０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図８】本発明の原理による、ｘ配向源供給部が励起される際の、近傍界（金属パッチの２ｃｍ上方）における切換可能なパッチアンテナの１８０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図９】本発明の原理による、ｘ配向源供給部が励起される際の、放射近傍界（金属パッチの５ｃｍ上方）における切換可能なパッチアンテナの０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１０】本発明の原理による、ｘ配向源供給部が励起される際の、放射近傍界（金属パッチの５ｃｍ上方）における切換可能なパッチアンテナの１８０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１１】本発明の原理による、ｘ配向源供給部が励起される際の、遠方界（金属パッチの３０ｃｍ上方）における切換可能なパッチアンテナの０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１２】本発明の原理による、ｘ配向源供給部が励起される際の、遠方界（金属パッチの３０ｃｍ上方）における切換可能なパッチアンテナの１８０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１３】近傍界（金属パッチの２ｃｍ上方）における円偏波パッチアンテナの０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１４】近傍界（金属パッチの２ｃｍ上方）における円偏波パッチアンテナの１８０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１５】放射近傍界（金属パッチの５ｃｍ上方）における円偏波パッチアンテナの０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１６】放射近傍界（金属パッチの５ｃｍ上方）における円偏波パッチアンテナの１８０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１７】遠方界（金属パッチの３０ｃｍ上方）における円偏波パッチアンテナの０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【図１８】遠方界（金属パッチの３０ｃｍ上方）における円偏波パッチアンテナの１８０°位相の電場パターンを例解するベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による例示的な実施形態を詳細に説明する前に、当該実施形態は、主として、システム、並びにアンテナの上方における全方位において、近傍界、放射近傍界、及び遠方界にて良好に挙動する場を有する切換可能なパッチアンテナを実施するための方法を実装することに関連する装置の構成部と処理ステップの組み合わせに属することに留意されたい。従って、当該システム及び方法の構成部は、適切な場合には図中に従来の記号で表記され、本明細書の記述の恩恵を得る当業者にとって容易に明白となる詳細で開示を不明確にしないように、本発明の実施形態の理解に関係のある特定の詳細のみを示す。
【００２１】
本明細書で用いられる、「第１」及び「第２」、「頂部」及び「底部」等の相対関係を示す用語は、実体又は要素の間における任意の物理的又は論理的な関係又は順序を必ずしも要求又は暗示しておらず、このような一つの実体又は要素を別の実体又は要素と区別するためにのみ用いられることがある。
【００２２】
本発明の一つの実施形態は、無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）棚読取機、又は、電子物品監視（「ＥＡＳ」）タグの無効化システムと共に用いるための切換可能なパッチアンテナを有利に提供する。本明細書で更に記載されているように、本発明は、実質的に等しい長さの二つのマイクロストリップ給電線を有する実質的に正方形のパッチアンテナを含んでよい。これら二つの給電線は、一つの期間中に一方の配向ポートが給電され、別の期間では他方の直交ポートが給電されるように、水平及び垂直な二つの場モードを生成するために切換機器を通じて交互に給電されてよい。３つの領域（近傍界、放射近傍界、及び遠方界）において計算されたベクトルＥの場は、当該場が二つの動作モードのそれぞれに対して、水平又は垂直な配向のそれぞれにおいて強い配向を有するという点で良好に挙動する。このようなアンテナシステムは、近傍界、放射近傍界、及び遠方界に対して、当該アンテナシステムの真上の領域において改善された電場分布を提供し、従来の直線偏波アンテナ又は円偏波アンテナより良好であると示される。
【００２３】
同様の参照符号が同様の要素を指す作図をここで参照すると、図４には、本発明の原理に従って構成され、全体として「３２」で示される、例示的なＲＦＩＤ棚読取機が示される。ＲＦＩＤ棚読取機３２は、周知の方法でＲＦＩＤタグ（図示せず）にＲＦ信号を送信し、当該タグからＲＦ信号を受信するＲＦ送受信機３６に接続された、切換可能なパッチアンテナ３４を含む。切換可能なパッチアンテナ３４は、以下でより詳細に検討される。ＲＦ送受信機３６は、ＲＦＩＤ棚読取機３２の動作を全般的に制御する制御装置３８に連結される。
【００２４】
制御装置３８は、通信インターフェース４０と入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）インターフェース４２にも連結される。Ｉ／Ｏインターフェース４２は、使用者に情報を提示し、使用者から情報を収集するために、多数の周辺の入力／出力機器のうち何れかと交信する。通信インターフェース４０は、ＲＦＩＤ読取機３２と通信ネットワーク（図示せず）との間における通信を可能にする。制御装置３８は、ＲＦＩＤ読取機３２の動作を制御するための指示モジュールを含む記憶装置４４にも連結される。記憶装置４４は揮発性でも不揮発性でもよい。
【００２５】
ここで図５を参照すると、本発明の一つの実施形態は、接地面４８の上方に、即ち、隣接するが接触せずに配置された正方形の金属パッチ４６を有する、直交給電型の切換可能なパッチアンテナ３４である。当該金属パッチの材料は典型的には銅であるが、アルミニウム又は任意の他の同程度の伝導性を有する同様の金属であってよい。当該パッチと当該接地面との間の距離である、当該基板材料の例示的な厚さは典型的には３〜６ｍｍであり、当該基板材料の誘電定数に依存する。典型的な誘電性材料は、例えば、ＦＲ４又はセラミックである。しかしながら、本発明はこのような材料に限定されず、他の誘電性材料を用いることができることが意図される。切換可能なパッチアンテナ３４は、切換可能なパッチアンテナ３４の直交する縁端部５２ａ、５２ｂの中点に接続された二つのマイクロストリップ伝送線５０ａ、５０ｂによって給電される。切換機器５４は、その電場が別個の時間枠で二つの直交モードにて直線偏波モードで動作するように、一方の給電線５０ａ又は他方の給電線５０ｂのうち何れかを逐次選択するために用いられる。金属パッチ４６は正方形の形状であり、接地面４８が下面に設けられた誘電体基板５６の上に配置される。例えば、誘電体基板５６は、金属パッチ４６を一方の面に、接地面４８を反対面に有する印刷回路板であってよい。励起信号は、給電線５０ａ、５０ｂのうち何れかに、１度に一つずつ、スイッチ５４を通じて加えられる。給電線５０ａ、５０ｂは実質的に対称的であり、且つ実質的に等しい長さを有しなければならず、それによって、当該給電線が同一のインピーダンス特性を示すことを確実にする。また、パッチ４６は、アンテナ３４の上方にある場が両方の直交モードにおいて実質的に等しい大きさを有することを確実にするために、実質的に正方形であることが好ましい。
【００２６】
スイッチ５４が図５でスモールアウトライントランジスタ（「ＳＯＴ」）素子として示されるが、任意の適切な切換機器が用いられてよい。発明の名称「統合切換アンテナ列及び多重送信型電子機器を有するＲＦＩＤシステム（ＲＦＩＤ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）」として係属中の米国特許出願第１１／８２９，３１５号にスイッチの一例が開示されており、その全体は参照により本明細書に組み込まれている。適切なスイッチの別の例は、Ｓｋｙｗｏｒｋｓ  ＡＳ１９５−３０６  ＰＨＥＭＴ  ＧａＡｓ  ＩＣ  Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  ＳＰ５Ｔ０．１−２ＧＨｚスイッチである。しかしながら、本発明はこれらのスイッチに限定されず、任意の同様の種類の高周波数スイッチを用いることができるように意図されている。なお、ＲＦパワーは一般に切換動作中には印加されないことに留意されたい。その切換のタイミングは、使用する用途により変わる。例えば、交信（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）モードでは、各方向でそれぞれ数ミリ秒間だけパッチアンテナ３４を有効化させ、その後数秒間又は数分間はスリープ状態としてもよい。一方、無効化モードは、非常に速く、例えば、運動の検出、手動の有効化等のトリガに応答したときのみ発生し得る。
【００２７】
ここで図６を参照すると、着目される二つの動作モードを示す、相対的なアンテナ励起を例解するグラフ５８が提供される。これら二つのモードは、０°位相６０（Ｐｈｉ＝０°）、及び１８０°位相６２（Ｐｈｉ＝１８０°）を指す。これら二つのモードがアンテナ３４の上方に生じる場の重要なピーク位相を表すことを、コンピュータシミュレーションによって示すことができる。
【００２８】
図７〜１２は、それぞれ近傍界、放射近傍界、及び遠方界に対応する２ｃｍ、５ｃｍ、及び３０ｃｍという様々な距離での、当該アンテナの上方にある平面上のベクトル電場を例解する。当該場は、ｘ配向源供給部５０ａが励起された場合についてのみ示される。ｙ配向源供給部５０ｂが励起される場合、当該場は主にｙ配向にあり、即ち、図７〜１２で示される場に対して実質的に直交する。図７〜１２のベクトル電場図では、当該電場の強さはベクトル矢印の太さと相関する。換言すれば、強い場が太い柄と大きな矢先を有する矢印によって示される一方で、弱い場は小さな矢先と細い柄を有する矢印によって示される。
【００２９】
既存の先行技術の単純な直線偏波アンテナを用いる場合、ｘ又はｙの配向モードのみが可能であることに留意されたい。本発明の切換可能なアンテナによれば、ｘ及びｙのモードが両方有利に存在する。
【００３０】
図７では、近傍界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方２ｃｍの距離にある０°位相にて示される。当該電場は主としてｘ方向にあり、金属パッチ４６の中心付近でｘ軸に沿って最大の場強度を有することに留意されたい。図８は、アンテナ面４６の上方２ｃｍの距離にある１８０°位相での近傍界のベクトル場を示す。当該ベクトル場は、当該場が反対方向に配向される、即ち、極性が変化していることを除いては、０°位相で生成されたベクトル場と殆ど同一であることに留意されたい。
【００３１】
図９では、放射近傍界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方５ｃｍの距離にある０°位相にて示される。５ｃｍでの場強度は２ｃｍでの場強度より大きい。図１０は、アンテナ面４６の上方５ｃｍの距離にある１８０°位相での放射近傍界のベクトル場を示す。やはり、当該ベクトル場は、極性が変化していることを除いては、０°位相で生成されたベクトル場と殆ど同一である。
【００３２】
図１１では、遠方界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方３０ｃｍの距離にある０°位相にて示される。当該場は、高い場強度を有する、ｘ方向において殆ど均一な場である。図１２は、アンテナ面４６の上方３０ｃｍの距離にある１８０°位相での遠方界のベクトル場を示す。やはり、当該ベクトル場は、極性が変化していることを除いては、０°位相で生成されたベクトル場と殆ど同一である。
【００３３】
図７〜１２に対応する３つ全ての場領域では、その電場は主としてｘ方向に配向され、励起波の二つの位相では、その場の極性のみが変化する。いかなる場合でも、零領域（場が消滅する面にある領域）は全くない。ｘ方向の給電線５０ａとｙ方向の給電線５０ｂとの間で切り換えることによって、パッチアンテナ３４の近傍にある全てのタグが、配向にかかわらず時間が経てば見出される。このことは、交信の最中にタグが静止しており、且つこうした弱場領域内に存在し得る棚読取機に用いたような場合に有用である。
【００３４】
比較の目的で、図１３〜１８は、それぞれ２ｃｍ、５ｃｍ、及び３０ｃｍの高さにおける、図２の円偏波アンテナの二つの異なる位相モードに関する上述の３つの領域、即ち、近傍界、放射近傍界、及び遠方界を表す。図１３では、近傍界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方２ｃｍの距離にある０°位相にて示される。その電場強度は、平面２２の縁端部に沿った場強度と比較して、ｘ軸に沿って比較的弱いことに留意されたい。図１４は、アンテナ面４６の上方２ｃｍの距離にある１８０°位相での近傍界のベクトル場を示す。やはり、その電場強度はｘ軸に沿って弱い。
【００３５】
図１５では、放射近傍界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方５ｃｍの距離にある０°位相にて示される。図１６では、放射近傍界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方５ｃｍの距離にある１８０°位相にて示される。５ｃｍでのｘ軸に沿った場強度は、２ｃｍでの場強度より大きいものの、平面２２の縁端部に沿った場強度と比較すると依然として弱い。当該円偏波アンテナの両極性モードを表す図１７及び１８の矢印の大きさは、好ましくは実質的に等しくなるべきである。図示されている特定の例では、ｘ配向及びｙ配向における電場の比率である軸比は同一でない。
【００３６】
図１７では、遠方界のベクトル場が、アンテナ面４６の上方３０ｃｍの距離にある０°位相にて示される。その場は、高い場強度を有する、ｙ方向において殆ど均一な場である。図１８は、アンテナ面４６の上方３０ｃｍの距離にある１８０°位相での遠方界のベクトル場を示す。この場合、そのベクトル場は、０°位相で生成された遠方界のベクトル場に対する直交方向で均一ではあるが、その場強度は相対的に著しく弱まっていることに留意されたい。
【００３７】
円偏波アンテナを用いた場合、近傍界及び放射近傍界に、二つの位相モードのうち何れかでほぼ不感領域となる配向がある領域がある。
【００３８】
本発明の実施形態は、当該アンテナの上方にある全ての考えられる配向において、近傍界、放射近傍界、及び遠方界で良好に挙動する電場を表す切換可能なパッチアンテナを有利に提供する。ＲＦＩＤ棚読取機に当該切換可能なパッチアンテナを用いることによって、当該アンテナは、配向にかかわらず、近傍界、放射近傍界、及び遠方界に配置される全てのＲＦＩＤラベルと効果的に通信することができる。更に、上で検討された切換式パッチアンテナ３４を、複数のＥＡＳタグを同時に無効化させる米国特許出願第１２／３３１，６０４号のＥＡＳ無効化システムと併用して用いてもよい。
【００３９】
更に、上述で特に断らない限り、添付図面の全ては原寸に比例していないことに留意されたい。重要なことは、本発明の趣旨及び本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形態で本発明を実施できることである。従って、本発明の範囲を示すものとしては、前述の明細書ではなく、以下の特許請求の範囲を参照されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011527550.tif 000005
【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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【図１８】
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【国際調査報告】
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