(57)【要約】  タグの読取り範囲距離を倍増させることのできる、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグアンテナへの非浸透的変更を提供する。反射器や１つ又は複数の導波器といった寄生素子が、八木式アンテナを形成するように適切な離隔距離を置いて追加される。その結果、アンテナの利得が増大し、したがって、ＲＦＩＤタグの読取り範囲も増大する。タグアンテナの利得は、既存のＲＦＩＤタグに直接に接続せずに、又はこれを変更せずに達成することができる。しかし、指向性が増大するため、オブジェクトに複数のＲＦＩＤタグを取り付けて、タグ付きオブジェクトが複数の方向から読み取られるようにすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトと、
長手方向軸を有するアンテナと、前記アンテナに通信可能な状態で結合された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とを有し、ある動作波長で動作する、前記オブジェクトに取り付けられた第１のＲＦＩＤタグと、
前記第１のＲＦＩＤタグの前記アンテナ軸と実質的に平行な、前記第１のＲＦＩＤタグと結び付けられた１つ又は複数の寄生素子と
を備える、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ付きオブジェクト。
【請求項２】
前記１つ又は複数の寄生素子が反射器を含む請求項１に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項３】
前記１つ又は複数の寄生素子が１つ又は複数の導波器を含み、前記反射器が前記アンテナの前記１つ又は複数の導波器と反対の側にある請求項２に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項４】
前記反射器が、前記アンテナ軸から前記動作周波数と関連付けられた波長の約１／６と、前記波長の約１／３との間に位置決めされ、少なくとも１つの導波器が、前記アンテナ軸から前記波長の約２／１５と、前記波長の１／３との間に位置決めされている請求項３に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項５】
前記反射器が前記動作波長の半分よりわずかに長く、前記１つ又は複数の導波器が前記動作波長の半分よりわずかに短い請求項３に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項６】
長手方向軸を有するアンテナと、前記アンテナに通信可能な状態で結合された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とを有する前記オブジェクトに取り付けられた第２のＲＦＩＤタグと、
前記第２のＲＦＩＤタグの前記アンテナ軸と実質的に平行な、前記第１のＲＦＩＤタグと結び付けられた前記１つ又は複数の寄生素子とは異なる指向性のための向きを有する、前記第２のＲＦＩＤタグと結び付けられた１つ又は複数の寄生素子と
をさらに備える請求項１に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項７】
前記第１のタグの前記アンテナ軸が、前記第２のタグの前記アンテナ軸と実質的に直角をなす請求項６に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項８】
前記第１のＲＦＩＤタグがパッシブＲＦＩＤタグである請求項１に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項９】
前記特定の波長が極超短波（ＵＨＦ）帯域のものである請求項１に記載のタグ付きオブジェクト。
【請求項１０】
長手方向軸を有するアンテナを有するパッシブＲＦＩＤタグを表面に取り付けるステップと、
前記ＲＦＩＤタグの前記アンテナ軸と基本的に平行な１つ又は複数の寄生素子を、前記アンテナにごく近接して追加するステップと
を含む、パッシブ無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの読取り距離を増大させる方法。
【請求項１１】
表面にＲＦＩＤタグを取り付けるステップが、前記ＲＦＩＤタグをオブジェクトの表面に取り付けるステップを含み、前記１つ又は複数の寄生素子を前記アンテナにごく近接して追加するステップが、前記寄生素子を前記オブジェクトの前記表面に取り付けるステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の寄生素子を前記アンテナにごく近接して追加するステップが、前記寄生素子を前記ＲＦＩＤタグの裏材料に取り付けるステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記１つ又は複数の寄生素子を前記アンテナにごく近接して追加するステップが、反射器と１つ又は複数の導波器とを取り付けるステップを含み、前記反射器が、前記アンテナ軸の前記１つ又は複数の導波器と反対の側に取り付けられる請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つ又は複数の寄生素子を前記アンテナにごく近接して追加するステップが、前記１つ又は複数の寄生素子のそれぞれを配置するための前記アンテナ軸からの距離を決定するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
動作波長を有する複数のＲＦＩＤタグであって、それぞれが、
長手方向軸を有するＲＦＩＤアンテナと、
前記ＲＦＩＤアンテナから信号を受け取るように動作する特定用途向け集積チップ（ＡＳＩＣ）と、
前記長手方向アンテナ軸と実質的に平行な、前記アンテナにごく近接した１つ又は複数の寄生素子と
を備える、ＲＦＩＤタグと、
前記複数のＲＦＩＤタグの前記動作波長と実質的に等価な無線周波数エネルギーを送受信するように動作するＲＦＩＤタグ読取装置と
を備える、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム。
【請求項１６】
前記１つ又は複数の寄生素子が反射器と１つ又は複数の導波器とを含む請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記反射器が前記動作波長の半分よりわずかに長く、前記１つ又は複数の導波器の少なくとも１つが前記動作波長の半分よりわずかに短い請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記反射器が、前記アンテナ軸の前記１つ又は複数の導波器と反対の側にある請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ＲＦＩＤアンテナ及び前記ＡＳＩＣが、前記１つ又は複数の寄生素子を備えない市販のＲＦＩＤタグである請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記動作波長が、工業、科学、医療（ＩＳＭ）帯域のものである請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、合衆国法典第３５巻§１１９（ｅ）による、２００７年６月７日に出願された米国仮特許出願第６０／９４２５９６号を主張するものである。
【０００２】
［発明の分野］
本開示は、一般に、パッシブ極超短波無線周波数識別タグといった無線周波数識別タグの利得を改善することに関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、商業用途の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムが普及してきている。応用例には、例えば、インテリジェント輸送システム（自動車盗難防止、自動化パーキング、高速料金徴収、交通管理など）、商取引（工場自動化、在庫管理追跡、商品盗難防止、図書追跡盗難防止、小包文書追跡、家畜追跡、調剤用品、スキーリフト利用管理、運賃徴収など）及びセキュリティ（建物及び施設への出入制限、ゲーテッドコミュニティ、企業敷地及び空港への出入管理、迅速で低リスクの活動を伴った安全な国境通過やコンテナ輸送といった米国国土安全保障上の用途、人又はペットの追跡）が含まれる。
【０００４】
典型的なＲＦＩＤシステムは、例えば、通信経路の一端に、より複雑な装置（読取装置、呼掛器、ビーコンなど）に通信可能な状態で結合された簡単な装置（タグや応答器など）を備える。ＲＦＩＤタグは、通常、経済的に大規模な配備、追跡対象／タグ付きオブジェクトへの取り付けを行うことができるように小型で安価なものである。またＲＦＩＤタグは、多様な環境において適切に動作する必要もある。ＲＦＩＤ読取装置は、通常、ＲＦＩＤタグより高機能の電子装置であり、普通は、有線又は無線接続によりホストコンピュータ又はホストネットワークに接続されている。ＲＦＩＤシステムは、読取り専用（ＲＦＩＤタグから読取装置へのデータ転送のみ）とすることも、読取り／書込み用（データをＥＥＰＲＯＭなどのＲＦＩＤタグメモリに書き込むことができる）とすることもできる。
【０００５】
従来方式では、ＲＦＩＤタグは、通常、別の技術（表面弾性波素子や同調共振器など）も使用されているが、単一のカスタムＣＭＯＳ回路（特定用途向け集積回路、すなわちＡＳＩＣ）とアンテナという２つの構成部品を備える。タグへの電力供給は、（アクティブＲＦＩＤなどの）電池又はその他の物理的に接続された電源によるもの、（パッシブＲＦＩＤなどの）読取装置によって送られる無線信号の整流によるもの、又は（セミパッシブＲＦＩＤなどの）これら２つの組み合わさったものとすることができる。ＲＦＩＤタグは、通常、符号化方式でタグアンテナの負荷を変更することによって、又は無線信号を生成、変調、送信することによってデータを読取装置に送る。
【０００６】
パッシブＲＦＩＤタグは、通常、アンテナレイアウトを含むストラップに搭載された集積回路を備える。１２５ｋＨｚ又は１３ＭＨｚで動作し得るパッシブタグが、多年にわたって開発されている。これまで、１２５ｋＨｚ又は１３ＭＨｚで動作するパッシブ応答器はアンテナとしてコイルを使用していた。これらの応答器は読取装置のアンテナの磁界において動作し、応答器の読取り距離は、通常、約１．２メートル未満に限られる。これらのシステムは、そのような低周波数では、より妥当なサイズを有するアンテナの効率が低下する。より高いデータ転送速度、より長い読取り距離、及び小型のアンテナが望まれるため、特に、８６８／９１５ＭＨｚ及び２．４ＧＨｚの工業、科学、医療（ＩＳＭ）帯域のためのＵＨＦ周波数帯域ＲＦＩＤ応答器に強い関心が寄せられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
より長い読取り距離を求める要求により９１５ＭＨｚ及び２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域で動作するＲＦＩＤタグの開発に拍車がかかり、これによって必然的に適切なアンテナ設計もさらに開発された。パッシブタグの読取り範囲距離にはいくつかの要因が影響を及ぼす。これには、送信側の実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）、タグを起動させるための最小閾値電力、アンテナとタグとの間の整合性、及びタグアンテナの利得も含まれる。送信側ＥＩＲＰの最大許容値は国別の規則によって決定され、最小起動閾値は最新の集積回路設計技術によって制限される。したがって、よりよい整合性及びより高いアンテナ利得を、タグ読取り範囲を改善するための有効な方途とすることができる。
【０００８】
前述のＲＦＩＤタグアンテナの欠陥は、単に、今日のアンテナの問題の一部を概説するためのものにすぎず、網羅的なものではない。最新技術の他の問題は、以下に示す本発明の様々な非限定的実施形態の説明を考察すればさらに明らかになるはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に、本発明のいくつかの態様の基本的理解を提供するための、本発明の簡略化した概要を示す。この概要は本発明の包括的な概観ではない。また、本発明の重要な要素又は不可欠な要素を特定するためのものでも、本発明の範囲を正確に叙述するためのものでもない。この概要の唯一の目的は、後述するより詳細な説明への前段として、本発明のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。
【００１０】
一態様により、ＲＦＩＤタグと、反射器や導波器といった１つ又は複数の寄生素子を有するタグ付きオブジェクトを提供する。寄生素子は、ＲＦＩＤアンテナにごく近接して（１００ミリメートル以内など）、基本的に、すなわち大部分について、ＲＦＩＤタグのアンテナの長手方向軸と平行に位置決めされる。例えば、一実施形態では、２つの導波器と１つの反射器とが、反射器が、タグアンテナの、２つの導波器と反対の側になるように位置決めされる。Ｉ型アンテナやスクィグル（ｓｑｕｉｇｇｌｅ）アンテナといった様々なＲＦＩＤアンテナ設計を使用することができる。寄生素子は、ＲＦＩＤタグのアンテナを直接変更せず、又はＲＦＩＤタグのアンテナに接続せずに追加することができる。実施形態によっては、タグ付きオブジェクトは、寄生素子の指向性効果に対抗するために複数のＲＦＩＤタグを有する。タグ付きオブジェクトには、それだけに限らないが、製品包装、入場用フォブ（ｆｏｂ）及びカード（従業員ＩＤカード、駐車券、建物入場証など）、機械消耗品（インクカートリッジ、トナーカートリッジ）、手術器具、紙ベースのファイル、機械部品、動物、ならびに電子金融取引カード及びフォブ（デビットカード、通行証、使用料など）が含まれる。
【００１１】
別の態様により、パッシブＲＦＩＤタグの読取り距離を改善する方法を提供する。この方法は、表面にＲＦＩＤタグを取り付けること、それに続いて寄生素子を、ＲＦＩＤタグのアンテナの長手方向軸と実質的に平行に追加することを伴う。有利には、寄生素子の追加は、ＲＦＩＤタグを直接に変更せずに行うことができる。よって、寄生素子なしの市販のタグに寄生素子を、タグの製造後又はオブジェクトへのタグの取り付け後に追加することができる。別の実施形態では、タグの製造時に寄生素子を追加することもできる。
【００１２】
別の態様により、寄生素子を備える複数のＲＦＩＤタグと、それらのタグと通信するＲＦＩＤ読取装置とを備えるＲＦＩＤシステムを提供する。
【００１３】
上記及び関連する目的の達成に向けて、本明細書では、以下の説明及び添付の図面と関連して本発明のいくつかの例示的態様を説明する。しかし、これらの態様は、本発明の原理が用いられ得る様々なやり方のうちのほんの数例を示すものにすぎず、本発明はかかるすべての態様及びその均等物を含むものである。本発明の他の利点及び新規の特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面と併せて考察すれば明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施に適する動作環境を一般的に示す例示的非限定的ブロック図である。
【図２】ＲＦＩＤタグを示すブロック図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、寄生素子を補うことのできるＲＦＩＤタグの様々な設計を示す図である。
【図４Ａ】一実施形態による、寄生素子が追加されたＲＦＩＤタグを示す図である。
【図４Ｂ】一実施形態による、寄生素子が追加されたＲＦＩＤタグを示す図である。
【図５Ａ】寄生素子を備えるＲＦＩＤタグと変更されていないＲＦＩＤタグとのインピーダンス曲線対周波数の実部及び虚部を示すグラフである。
【図５Ｂ】寄生素子を備えるＲＦＩＤタグと変更されていないＲＦＩＤタグとのインピーダンス曲線対周波数の実部及び虚部を示すグラフである。
【図６】寄生素子有りと寄生素子なしのＲＦＩＤタグの反射減衰量のシミュレーションを示すグラフである。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、寄生素子を備えるＲＦＩＤタグのパターンのシミュレーションを示すグラフである。
【図８】寄生素子を備えるＲＦＩＤタグの読取り範囲の増加を判定する実験の例を示すブロック図である。
【図９】ＲＦＩＤアンテナの利得を改善する方法の例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して本発明を説明する。図面においては、代表例、具体例又は説明例として使用する手段を指示するのに類似の符番を使用する。本明細書で「例示的」として示すあらゆる態様又は設計は、必ずしも他の態様又は設計に優って好ましく、又は有利であると解釈すべきものであるとは限らない。むしろ、例示的という語は、概念を具体的に提示するために使用するものである。本出願で使用する場合、「ｏｒ（又は）」という語は、排他的「ｏｒ」ではなく包含的「ｏｒ」を意味するものである。すなわち、特に指示しない限り、又は文脈から明らかでない限り、「ＸはＡ又はＢを用いる」は、必然的に包まれる順列のうちのいずれかを意味するものである。すなわち、「ＸはＡを用いる」、「ＸはＢを用いる」、又は「ＸはＡとＢの両方を用いる」である場合、「ＸはＡ又はＢを用いる」は、前述のインスタンスのうちのいずれかの下で満たされる。加えて、不定詞「ａ」及び「ａｎ」は、本出願及び添付の特許請求の範囲において使用する場合、特に指示しない限り、又は単数形を対象とすることが文脈から明らかでない限り、一般に、「１つ又は複数の」を意味するものと解釈すべきである。
【００１６】
様々な非限定的実施形態において、アンテナの軸に対して反射器及び／又は導波器を位置決めするためのいくつかの寸法が与えられる。例えば一実施形態では、反射器がアンテナ軸から約５０ミリメートル〜約１００ミリメートルの間に位置決めされ、１つ又は複数の導波器がアンテナ軸から約４０ミリメートル〜約１００ミリメートルの間に位置決めされる。しかし、誤解を避けるためにいうが、これらの寸法は非限定的例であるとみなすべきである。これに関しては、そのような寸法はＲＦＩＤ放射の波長に依存することを理解すべきである。例えば、周波数が約９００ＭＨｚである場合、対応する波長は約３００ミリメートルである。したがって、そのような寸法は、波長の約１／６〜１／３までの間に設定することができる。よって、９００ＭＨｚの具体例では、その寸法は約５０〜１００ミリメートルになる。
【００１７】
本明細書では、代表的、非限定的周波数として９００ＭＨｚを使用する。それは、９００ＭＨｚが、多くのＶＨＦタグが動作する近似的周波数だからである。したがって、本明細書で示す様々な結果及び寸法は、９００ＭＨｚ前後の周波数についてのものであるが、そのような例はやはり非限定的であるとみなすべきである。９００ＭＨｚ以外の周波数ｆ（ＭＨｚ単位）では、本明細書で説明するのと同様の効果を達成するために、その寸法を９００／ｆでスケーリングする（すなわち乗算する）ことができる。
【００１８】
次に図１を参照すると、図１は、本発明の実施に適する動作環境を一般的に示す非限定的ブロック図である。動作ＲＦＩＤシステムは、通常、ＲＦＩＤ読取装置１０６の存在下においてＲＦＩＤタグ１０２を備える。ＲＦＩＤ読取装置１０６は、ＲＦＩＤタグ（１０２）を作動させるためのＥＭ放射にＲＦＩＤタグ（１０２）を暴露し、次いでＲＦＩＤタグ（１０２）は所望の動作（読取装置に在庫管理、料金徴収などを行うための符号化データ信号を返すなど）を行う。ＲＦＩＤ読取装置１０６は独立型装置とすることもできるが、通常読取装置は、前述の目的を達成するために外部システム（１０８、１１０など）に接続されている。例えば、読取装置によって受け取られたデータは、データの記憶もしくは分析のため、又は次の動作（口座の借方勘定を記入する、在庫切れ品目を再注文する、下流側製造段階をトリガするなど）をトリガするためにシステム１０８もしくは１１０に転送される。この例については、図１には限られた数のＲＦＩＤ読取装置１０６とＲＦＩＤタグ（１０２）だけが示されているが、典型的な実装形態はそれだけに限定されるものではなく、システム設計の目的の機能に従い、任意の数及び組み合わせの読取装置、タグ、及び外部接続が存在していてよい。
【００１９】
例えば、パッシブ後方散乱ＲＦＩＤシステム１００は、典型的には、以下のように動作する。ＲＦＩＤ読取装置１０６は、非変調搬送波の周期を伴って（ＲＦＩＤ読取装置１０６のアンテナから発する実線で示される）変調信号１１２を送信し、その信号がＲＦＩＤタグアンテナによって受信される。非変調周期の間にアンテナ端子上で発生するＲＦ電圧がＤＣに変換される。この電圧がＲＦＩＤタグ１０２のＡＳＩＣを起動し、ＲＦＩＤタグ１０２のＡＳＩＣは、そのフロントエンド複素ＲＦ入力インピーダンスを変化させることによって、ＲＦＩＤタグＡＳＩＣに記憶された情報を送り返す。このインピーダンスは、典型的には、２つの異なる状態（共役整合インピーダンスと他の何らかのインピーダンスなど）を切り換えて、（ＲＦＩＤタグアンテナから発する点線で示される）後方散乱信号１１４を事実上変調する。
【００２０】
図２を参照すると、一実施形態によるＲＦＩＤタグ１０２のブロック図が示されている。このＲＦＩＤタグは、アンテナ２０４と電気的に連通するＡＳＩＣ２０２を含む。ＡＳＩＣの代わりに他の集積回路を使用することもできる。ＡＳＩＣは、異物検出のように、各オブジェクトに一意の識別子を必要としないＲＦＩＤ用途のものを除いて、一意の識別子と関連付けられている。電気的連通は導電路２０６を介して行われる。
【００２１】
有利には、ＲＦＩＤタグアンテナの利得は、既存のＲＦＩＤタグを直接接続せず、又は変更せずに増大される。変更には、寄生アンテナ素子を追加してＲＦＩＤタグのアンテナを八木式アンテナとして再構成することを含む。多くのＲＦＩＤタグアンテナ設計は、普通、ＡＳＩＣに差動入力を供給するための、基本折返しダイポールの変形に基づくものである。厳密な設計は、さらに、容量性又は誘導性の負荷、整合用短絡、又は蛇行構造さえも含み得るが、ほとんどの設計は、折返しダイポールの手法から導出することができる。例えば、典型的なＲＦＩＤタグ設計が図３Ａ〜図３Ｂに示されている。図３Ａのタグ３００は、両端に長さを低減するための容量性負荷を備え、アンテナとＡＳＩＣ３０４との間の整合を行うための誘導性スタブを備える折返しダイポール構造を有するＩ型アンテナ３０２を有する。別のＲＦＩＤタグの例３５０が図３Ｂに示され、アンテナ３５２は、蛇行素子を備える基本折返しダイポール構造（以後スクィグルアンテナという）と、ＡＳＩＣ３５４とを有する。
【００２２】
利得は、寄生素子を追加し、八木式アンテナを形成することによって著しく増大させることができる。八木式アンテナは、ダイポールアンテナ及び１つ又は複数の寄生素子の配列を備える。八木式アンテナでは、ダイポールアンテナだけの場合と比べて指向性が増大する。寄生素子は、単一の反射器と１つ又は複数の導波器とを含むことができる。しかし、１つの反射器を備え導波器がないものや、１つ又は複数の導波器を備え反射器がないものなど、別の組み合わせの寄生素子も可能である。一実施形態によれば、反射器は、励振素子（ＲＦＩＤタグ）の背後に位置決めすることができ、タグの動作波長の半分（１／２）よりわずかに長いものとすることができる。１つ又は複数の導波器は励振素子の前に置かれ、１／２波長よりわずかに短いものとされる。変更されないＲＦＩＤアンテナと比べて、寄生素子による変更を加えたＲＦＩＤアンテナでは、１０ｄＢｉを超える利得を達成することができる。
【００２３】
図４Ａを参照すると、市販の「Ｉ」型ＲＦＩＤタグ（３００）を使用して、一実施形態による、寄生素子による変更を加えたＲＦＩＤアンテナ４００が示されている。元の市販のＲＦＩＤタグ３００は励振素子として使用され、１つの反射器４０２と２つの導波器（４０４、４０６）とが、励振素子のアンテナの長手方向軸と基本的に平行に追加されている。変更は、既存のＲＦＩＤタグを直接接続し、又は変更することなく行われ、よって有利には、ＲＦＩＤカスタマイズ用途のためにタグ製造後に変更することができる。この例では、ＲＦＩＤを読み取るための信号（不図示）は、図の下から発せられるはずである。また、別の実施形態では、必要に応じてさらに寄生素子を追加することもできる。
【００２４】
反射器４０２と導波器（４０４、４０６）との長さには様々な寸法を使用することができる。この例では、タグアンテナの長手方向軸と反射器との間の距離（Ｄ１）の寸法は７０ミリメートルであり、タグアンテナの長手方向軸と導波器４０４との間の距離（Ｄ２）は５５ミリメートルであり、導波器４０４と導波器４０６との間の距離（Ｄ３）は７０ミリメートルである。しかし、反射器４０２及び導波器（４０３、４０４）は、ＲＦＩＤタグの目的の環境及び動作波長について実験に基づいて決定される様々な距離に位置決めすることができる。例えば一実施形態では、反射器４０２は、長手方向アンテナ軸から約５０ミリメートル〜約１００ミリメートルの間に位置決めすることができ、導波器は、長手方向アンテナ軸から約４０ミリメートル〜約１００ミリメートルの間に位置決めすることができる。この例では、９１５ＭＨｚの動作波長で、反射器４０２の長さ（Ｌ１）は１５８ミリメートルであり、導波器（４０４、４０６）の長さ（Ｌ２）は、１４０ミリメートルである。しかし、２．４ＧＨｚの工業、科学、医療（ＩＳＭ）帯域の場合のように、異なる動作波長には異なる長さが使用されることが理解される。前述のように、図４Ａの実施形態に関連して示されているような寸法は、そのような値がＲＦＩＤ放射の波長に依存するものであるという点で非限定的であるとみなすべきである。
【００２５】
図４Ｂを参照すると、八木式設計を欠く市販のＲＦＩＤタグに決められた距離で寄生素子を追加する一方法が示されている。しかし寄生素子は、各素子を個別に追加するなど、別のやり方で決められた距離のところに追加することもできることが理解される。また、寄生素子が適切な距離のところに置かれたＲＦＩＤタグを製造することもできることが理解される。例示によれば、寄生素子（４０２、４０４、４０６）の一部又は全部が、可撓性の裏材料といった裏材料４５０に取り付けられている。この裏材料は、タグ付けすべきオブジェクトの表面に取り付けることができる。その場合、ＲＦＩＤタグをその裏材料４６０と共に、寄生素子を備える裏材料４５０の上に配置することができる。代替として、寄生素子の一部又は全部を、裏材料の上の、すでに取り付けられているＲＦＩＤタグにかぶせて配置することもできる。裏材料は、有利には、既存のＲＦＩＤタグ及びそれと結び付いた裏材料の周囲の裏材料上の寄生素子の配置を調整しやすくする穴を備えていてもよい。
【００２６】
この設計は、完全に機能するＲＦＩＤタグを用いたシミュレーション及び実験によって確認されている。図４Ａのアンテナ形状でのシミュレーション（５００、５２０）と測定（５１０、５３０）とによるインピーダンス曲線が図５Ａに示されている。各インピーダンス曲線は、インピーダンスの実部（５２０、５３０）と虚部（５００、５１０）とについて示されている。市販のアンテナのインピーダンスには、図５Ｂに示すように、寄生素子なしのアンテナと比べると、反射器及び１つ又は複数の導波器の導入後にひずみが生じる。具体的には図５Ｂには、シミュレーションによるインピーダンス曲線（５５０、５７０）と、測定によるインピーダンス曲線（５６０、５８０）の虚部（５５０、５６０）と実部（５７０、５８０）両方の曲線が示されている。図からわかるように、実インピーダンスも虚インピーダンスも５オームずつ変化している。
【００２７】
アンテナは、動作波長のためにＡＳＩＣチップと共役整合させる必要がある。この例では、９１５ＭＨｚのＩＳＭ帯域が使用され、最大電力伝送を提供するために、共役整合は約ＺＳ＝３０＋１１０ｊオームである。チップインピーダンスがその帯域全体にわたって一定であるものと仮定すると、次式を使用して電力反射係数｜Ｓ｜２を計算することができる。
【数１】
2010530158.tif 000003
式中、ＺＬはアンテナインピーダンスであり、ＺＳはチップインピーダンスである。−１０ｄＢの反射減衰量での帯域幅を計算することができる。
【００２８】
従来のタグについて、Ｓ１１曲線６１０が図６に示されている。Ｓ１１の８５０ＭＨｚ〜９５０ＭＨｚまでの帯域幅は−１０ｄＢ未満である。シミュレーションアンテナ利得は２．３ｄＢｉである。
【００２９】
一実施形態では、寄生素子が追加されたタグ設計が、最大利得のためのみならず最大帯域幅のためにも最適化される。寄生素子を備えるタグ設計のための一実施形態による計算された帯域幅曲線６００が図６に示されている。最大シミュレーション利得は８．９ｄＢｉであり、そのシミュレーションパターンは図７Ａ〜図７Ｂに示されている。図７Ａには、変更されないアンテナ７１０と変更されたアンテナ７００とについて、９００ＭＨｚでＰｈｉ＝９０度の空間におけるシミュレーションパターンが示されている。図７Ｂには、変更されないアンテナ７３０と変更されたアンテナ７２０とについて、９００ＭＨｚでＰｈｉ＝０度の空間におけるシミュレーションパターンが示されている。利得は、変更されない設計と比べて６ｄＢを上回る増大を示している。
【００３０】
この手法の有効性を実験に基づいて実証するために、市販のタグに寄生素子を追加し、八木式素子ありとなしとの読取り範囲を比較した。その設定を図８に示す。（変調されないものと変調されたもの両方の）タグ８０８の正しい周波数において動作する市販のＲＦＩＤ読取装置８０２を使用し、読取装置アンテナをテーブル上に垂直に配置して、読取り範囲測定を行った。その場合、ＲＦＩＤタグ８０８は、波長の約２／３×波長の２／３の寸法を有するフォームボード８０４上に配置され、フォームボード８０４は、実験台８０６上で、タグアンテナが読取装置アンテナの中央と同じ高さになるように調整されている。９００ＭＨｚの波長の特殊事例では、波長の２／３×２／３は、約２００ｍｍ×２００ｍｍに相当する。実験中の寄生素子を備える八木式タグ設計の向きは、八木式アンテナの指向性を有するものであった。
【００３１】
タグ範囲性能を測定するため、読取り／秒単位のタグ読取り速度を使用する。読取装置からの距離に応じて、タグ読取り速度は０〜４００読取り／秒まで変動し得る。この測定では、５０読取り／秒の読取り速度を有する範囲にあるタグを信頼性の高い読取り範囲であるとみなす。０．５ワットの読取側ＥＩＲＰでは、変更されない市販の「Ｉ」型タグと八木式変更バージョンの読取り範囲は、それぞれ、１．０５メートルと２．２０メートルとであった。よって、市販のＲＦＩＤタグへの変更を使用すると最大読取り範囲は２倍を超える増大を示す。
【００３２】
別の例を表１にまとめる。例として、波長の約４／５×波長の２／３×波長の４／１５の寸法を有する段ボール箱と、様々な内容物、すなわち、おおざっぱに詰められた衣服、プラスチック屑、及び金属屑とを考察した。それは、読取り性能は、タグが異なる材料の上又は近くに配置されているときに変化するからである。９００ＭＨｚの周波数の特殊事例では、そのような段ボール箱の寸法は、約２４０ｍｍ×２００ｍｍ×８０ｍｍである。例えば、タグがプラスチック入りの箱に置かれたときには、空箱に比べて読取り範囲の２０％を超える低減が生じる。そのような変動が予期されるのは、背景材料の誘電特性及び導電特性がアンテナ性能に影響を及ぼすからである。最小限の読取り距離を達成するため、ＲＦＩＤタグの近くに存在する材料に従って寄生素子の距離及び数を調整することができる。
【００３３】
また、（図３Ａと同様の）「Ｉ」型の市販のアンテナを（図３Ｂと同様の）市販のスクィグル・タグ・アンテナと交換した場合の同じ組み合わせの測定も行った。たとえスクィグル設計が元のタグより狭かったとしても、図４Ａの場合と同じ寄生素子の寸法及び構成を利用した。スクィグル型タグと八木式ＲＦＩＤアンテナとの最大読取り範囲は、それぞれ、０．９２メートルと１．７メートルとであり、読取り範囲は増大した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
誤解を避けるためにいうと、表１は周波数が９００ＭＨｚである特殊事例に当てはまるものであり、他の周波数の使用を制限するものとみなすべきではない。八木式アンテナ設計の２つの不都合点は、サイズが比較的大きいことと、指向性が増大することである。指向性を克服し、ＲＦＩＤタグ付きオブジェクトの向きに関する懸念を回避するために、八木式設計を有する複数のＲＦＩＤタグを単一のタグ付きオブジェクト上で使用することができる。例えば、八木式設計の２つのＲＦＩＤタグを相互に直角な向きとすることができる。別の実施形態では、八木式設計の２つのＲＦＩＤタグを相互に平行な向きとし、逆の指向性を持たせることができる。
【００３６】
図９は、本発明に従って実施される方法を示す。説明を簡単にするために、この方法を一連のブロックとして図示し、説明するが、本発明はこれらのブロックの順序によって限定されるものではなく、本発明によれば、ブロックによっては、本明細書で図示し、説明する順序と異なる順序で行われてもよいことを理解すべきである。さらに、必ずしも図示のブロックすべてが、本発明による方法を実施するのに必要であるとも限らない。
【００３７】
図９を参照すると、ＲＦＩＤタグの読取り距離を増大させる方法の例９００が示されている。９１０で、ＲＦＩＤタグが、タグ付きオブジェクトの表面やＲＦＩＤタグの可撓性の裏材料（ＲＦＩＤタグの基板など）といった表面に取り付けられる。９２０で、寄生素子の数と、寄生素子を配置するためのＲＦＩＤタグのアンテナからの距離が決定される。この距離は、読取り環境（製品包装など）における高誘電体の有無、又はタグ付きオブジェクトが作られている材料（金属対プラスチックなど）に依存し得る。９３０で、寄生素子が決定された場所に追加される。
【００３８】
図示されてはいないが、タグ付きオブジェクトの表面には複数のタグが取り付けられ得ることが理解される。また、動作９２０は、類似の読取り環境において、同じ動作周波数で使用すべき１組のタグ、及びその組の各タグに使用される距離について１回行われ得ることも理解される。同様に、各距離が事前に決定され、動作９２０が行われなくてもよい。例えば、寄生素子自体の一部又は全部が、寄生素子を配置するためのアンテナの長手方向軸からの正しい距離を決定せずに、寄生素子を容易に追加することのできる可撓性裏材料上に設けられていてもよい。
【００３９】
以上、本明細書では例を引いて本発明を説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する主題は、これらの例によって限定されない。加えて、本明細書で「例示的」として示すあらゆる態様又は設計は、必ずしも他の態様又は設計に優って好ましく、又は有利であると解釈すべきものであるとは限らず、当業者に周知の等価の例示的構造及び技法を除外するためのものでもない。さらに、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｈａｓ」、「ｃｏｎｔａｉｎｓ」、及び他の類似の単語は、誤解を避けるためにいうと、そのような用語が詳細な説明又は特許請求の範囲において使用される限りにおいて、いかなる追加の、又は他の要素も排除することのない非排他的移行語としての「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語と同様に包含すべきものである。
【００４０】
さらに、様々な動作波長への言及は例示にすぎず、国内の無線通信規則に従って許容される他の帯域を使用することもできることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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