(57)【要約】電圧および電流を有する無線周波数電力信号に対応する磁場Ｈおよび電場を展開する無線装置［１０２］と関連して送受信を行い、電圧は電流に対して位相関係を有する、アンテナシステム。アンテナシステムは、ヘルツ型放射素子［１１０］を含む。整相および整合回路［１２０］は、ヘルツ型放射素子［１１０］と無線装置［１０２］との間に電気的に接続される。整相および整合回路［１２０］は、磁場Ｈおよび電場Ｅが公称同時間位相内になるように、無線周波数信号の電圧と電流との位相関係を調整する。これにより、寸法を減少させるとともにすべてのアンテナパラメータの性能を向上させる。
2006507763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧および電流を有する無線周波数電力信号に対応する磁場Ｈおよび電場Ｅを有する無線装置と関連して送受信を行うアンテナシステムであって、電圧は電流との位相関係を有し、アンテナシステムは、
ａ．ヘルツ型放射素子と、
ｂ．磁場Ｈおよび電場Ｅが公称同時間位相にあるように、周波数電力信号の電圧および電流の位相関係を調整し、ヘルツ型放射素子と無線装置とに電気的に接続された整相および整合回路と、
を含むことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項２】
ヘルツ型放射素子は、ダイポール導体を含むことを特徴とする、請求項１記載のアンテナシステム。
【請求項３】
ヘルツ型放射素子は、ループアンテナを含むことを特徴とする、請求項１記載のアンテナシステム。
【請求項４】
整相および整合回路は、少なくとも１個のＬ型整相ネットワークを含むことを特徴とする、請求項１記載のアンテナシステム。
【請求項５】
整相および整合回路は、少なくとも１個のＴ型整相ネットワークを含むことを特徴とする、請求項１記載のアンテナシステム。
【請求項６】
整相および整合回路は、少なくとも１個のバラン変成器を含むことを特徴とする、請求項１記載のアンテナシステム。
【請求項７】
無線装置と関連して、無線周波数における電流および電圧を有する無線周波数電力信号に対応する電場Ｅおよび磁場Ｈを送受信するためのアンテナシステムであって、電流および電圧はそれぞれ位相を有し、アンテナシステムは、
ａ．導電材料を含む第１放射素子と、
ｂ．第１放射素子から離間し、第１放射素子と一直線上にあり、導電材料を含む第２放射素子と、
ｃ．磁場Ｈが電場Ｅに対して公称同時間位相であるように、無線周波数電力信号の電流と電圧との間の相対相を整列させ、第１放射素子、第２放射素子および無線装置に電気的に接続された整相および整合ネットワークであって、
ｉ．第１放射素子を第１ノードに電気的に接続する第１インダクタと、
ｉｉ．無線装置の第２端部を第１ノードに電気的に接続するコンデンサと、
ｉｉｉ．第１ノードを第１放射素子に電気的に接続する第２インダクタと、
を含む整相および整合ネットワークを含むことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項８】
無線装置と関連して、無線周波数における電流および電圧を有する無線周波数電力信号に対応する電場Ｅおよび磁場Ｈを送受信するためのアンテナシステムであって、電流および電圧はそれぞれ位相を有し、アンテナシステムは、
ａ．導電材料を含む第１放射素子と、
ｂ．導電材料を含み、第１放射素子から離間した第２放射素子であって、第２放射素子は第１放射素子と一直線上にあり、第１放射素子および第２放射素子はアンテナを共振させる整合ネットワークに接続されている、第２放射素子と、
ｃ．出力を有するバラン変成器と、
ｄ．入力および出力を有し、入力はバラン変成器の出力に電気的に接続されている、第１Ｌ型ネットワークと、
ｅ．入力および出力を有する第２Ｌ型ネットワークであって、入力は第１Ｌ型ネットワークの出力に電気的に接続されており、第２Ｌ型の出力は整合ネットワークに電気的に接続されており、Ｌ型ネットワークは、第１放射素子および第２放射素子が電場Ｅおよび磁場Ｈを生成できるように構成されており、電場Ｅは磁場Ｈに対して公称同時間位相である、第２Ｌ型ネットワークと、
を含むことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項９】
ａ．第１端部および離間した第２端部を有し、隙間が第１端部と第２端部との間で規定される、ループ型導体と、
ｂ．第１端部を第２端部に電気的に接続するコンデンサと、
ｃ．ループ型導体の第１部分に電気的に接続された分流器と、
ｄ．分流器に電気的に接続され、ループ型導体が電場Ｅおよび磁場Ｈを生成できるように構成されたＴ型ネットワークであって、電場Ｅは磁場Ｈに対して公称同時間位相にある、Ｔ型ネットワークと、
を含むことを特徴とするループアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本特許出願は、米国特許出願第０９／５７６，４４９号の一部係属出願であり、この内容全体を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、無線周波数通信に関し、詳細には、無線周波数通信に用いられるアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．従来技術の説明
通常、無線信号は、無線信号周波数搬送波上に変調された電気信号から始まる。その結果生じた無線信号は、アンテナを用いて伝送される。アンテナは、無線信号に応じて変化する電場（電場Ｅ）および磁場（磁場Ｈ）を発生させることにより無線周波数放射を生じさせるシステムである。アンテナからある距離離れたところでは、無線周波数放射が伝送されている媒体の伝送効果の結果として、電場Ｅおよび磁場Ｈがお互いに同位相となり、これにより、Ｓをポインティングベクトル、Ｅを電場Ｅベクトル、Ｈを磁場Ｈベクトルとするとき、Ｓ＝Ｅ×Ｈで与えられるポインティングベクトルが生成される。
【０００４】
従来のヘルツアンテナシステムは、無線周波数送信機および受信機の出力回路へ平行に電気的に伸びるダイポールアンテナまたは接地平面アンテナの形態をとる共振システムである。このようなアンテナシステムでは、各ダイポールアンテナまたは接地平面の放射器は、最低限の性能を得るために、その長さが送受信される放射の波長の１／４であることが必要である。例えば、放射の波長が１，０００フィートの場合、ワイヤは２５０フィートなければならない。このように、典型的ワイヤアンテナは、送受信される波長に応じて十分実質的な空間量が必要である。
【０００５】
米国特許第６，０２５，８１３号記載のクロスフィールドアンテナは、電界Ｅおよび磁界Ｈを個別に展開し、電界Ｅおよび磁界Ｈを組み合わせることによって、無線周波数放射を生成させるように構成された２個の分割部を使用している。その結果、アンテナは、発振構造ではないため、単一の構造を広周波数範囲にわたって使用することができる。クロスフィールドアンテナは、波長に対して関連性はあるものの（原則として、波長の１％から３％）、小型であり高効率が得られる。クロスフィールドアンテナには、アンテナの分割部において電場Ｅおよび磁場Ｈを展開させる複雑な物理構造が必要であるという不都合がある。また、クロスフィールドアンテナには、アンテナに給電するために関連し合う複雑な整合／整相ネットワークが必要である。
【０００６】
無線周波数自動識別方式（ＲＦＩＤ）とは、対象物が一意に識別され、トランスポンダのメモリ内の関連する情報を携行できるように、小型の無線周波数トランスポンダを対象物に埋め込みまたは取り付けるという新たな独立した分野のことをいう。多くの場合、１３．５６ＭＨｚで作動させるが、国際協定により、これらのシステムは１２５ＫＨｚから４ＧＨｚまでの割り当て周波数で作動させることができる。実際の応用については、ＲＦＩＤシステムのトランスポンダおよび関連する「読取器」の双方とも、小型のアンテナが必要であり、ループアンテナを選択することが好ましい。しかしながら、従来のヘルツループアンテナを用いた場合、読取器とトランスポンダとの距離は非常に限られており、トランスポンダは読取器アンテナに対して平行にしなければならない。これは効率が低く帯域が狭いことによるもので、磁場だけの使用がループ導体を中心として集中し、局部放射の利点が得られなかった。それ故、高性能のコンパクトなアンテナが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
一態様において、電流に対して位相関係を有する電圧と電流を有する無線周波数電力信号に対応する磁場Ｈおよび電場Ｅを展開する無線装置に関連して送受信を行うアンテナシステムである本発明により、従来技術の欠点は克服される。アンテナシステムには、ヘルツ型放射素子が含まれる。整相および整合回路を、ヘルツ型整合素子および無線装置に接続する。アンテナシステムにより展開された磁場Ｈおよび電場Ｅが公称同時間位相になる結果として、アンテナにおいて放射の配列が得られるように、整相および整合回路により、無線およびアンテナとの間の共益インピーダンス整合が得られ、無線周波数電力信号の電圧と電流との位相関係が調整される。
【０００８】
他の態様において、本発明は、無線周波数において電力および電圧を有する無線周波数電力信号に対応する電場Ｅおよび磁場Ｈを展開する無線装置に関連して送受信を行うアンテナシステムである。電流および電圧は、関連する位相である。アンテナシステムには、導電材料から形成された第１放射素子と、導電材料から形成された第２放射素子とが含まれる。第２放射素子は第１放射素子から離間し、第１放射素子と一直線上にある。整相および整合ネットワークは、第１放射素子、第２放射素子および無線装置と電気的に接続している。整相および整合ネットワークは、磁場Ｈが電場Ｅと公称同時間相関係にあるように、無線周波数電力信号の電流と電圧との間の相対位相を整列させる。
【０００９】
さらに他の態様において、本発明は、第１端部および離間した第２端部を有するループ型導体が含むループアンテナシステムである。第１端部および第２端部により隙間を規定する。コンデンサにより、第１端部を第２端部に電気的に接続する。ループ型導体の第１部分に分流器を電気的に接続する。Ｔ型ネットワークを分流器に電気的に接続する。電場Ｅが磁場Ｈと公称同時間相関係にあるように、Ｔ型ネットワークを構成する。
【００１０】
以下の図面にとともに取り上げる好ましい以下の実施形態の説明から、本発明のこれらの態様および他の態様が明らかになるであろう。当業者には明らかなことであるが、本開示の新規な概念の精神および範囲から逸脱しない限り、本発明の変更および修正の多くは有効とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明の詳細な説明
ここで、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図面に関して、各図を通じて同じ番号は同じ部品を表す。本明細書の説明および請求項を通して、文脈が明確に他の意味を表さない限り、以下の用語は、明らかに本明細書に関連する意味に使用する：「ひとつの」および「その」の意味には、複数の参照符号を含み、「中に」は「中に」および「上に」の意味を含む。
【００１２】
ポインティングベクトル原理の一般的な議論は、本発明で参照のために取り入れた米国特許第５，１５５，４９５号および第６，０２５，８１３号の開示に見出すことができる。
【００１３】
ＥＨアンテナは、利得に関して、アンテナにおいて放射を発生させる移相ネットワークにより駆動されるヘルツアンテナである。これを正しく理解するために、等価回路を図１Ａに示す。ＲＦソースは、整合ネットワークが後に続くＥＨ整相ネットワークを駆動することに注意されたい。整合ネットワークの目的は、共益インピーダンス整合をアンテナに提供することである。差し当たり、ヘルツアンテナを定義し、ＥＨ移相ネットワーク（＋ｊＭ）は無視する。本発明の一実施形態において、ＥＨアンテナは、ヘルツアンテナの本質部分を改良したものである。
【００１４】
ヘルツアンテナの等価回路には、＋ｊＸＬおよび−ｊＸＣで示されるインダクタンスおよびキャパシタンス双方の他に、放射抵抗（ＲＲ）および損失抵抗（ＲＬ）双方が含まれる。これらはそれぞれ、アンテナの物理特性の一次関数である値を有する。小型のヘルツアンテナは、低インダクタンスを伴うコンデンサである。このとき、外部インダクタンスが付加され、容量リアクタンスを相殺することにより、アンテナを共振させる。共振という用語は、アンテナに印加される電流を印加電圧と同位相とすることにより、最大電流を流し、電源からアンテナに最大電力を転送することを表すのに用いる。アンテナ素子が波長の１／４近傍にある場合、アンテナのサイズが増すにつれ、アンテナを自己共振させながら、容量およびインダクタンスの双方がそのリアクタンスが同じになるまで増加する。これらのより長いアンテナは、高放射抵抗および高損失抵抗をも有する。長さが短く、直径が大きい場合、アンテナは高容量および低インダクタンスを有することになる。その結果、共振に必要な外部インダクタンス量が減少することにより、帯域幅を効果的に増加させ、外部インダクタンスの損失がサイズに比例するため、システムの効率が向上する（アンテナ＋ネットワーク）。
【００１５】
−ｊＤで示す機能は、印加電圧とアンテナの自然容量を介した変異電流との移相シフト量を示す。これにより、ヘルツアンテナの磁場Ｈが電場Ｅの位相を導くことが明らかになる。これは、すべてのヘルツアンテナに組み込まれた部品である。
【００１６】
移相ネットワークを挿入することにより、ヘルツアンテナをＥＨアンテナに変更する。これにより、−ｊＤの効果を相殺する。電源からの電流の位相が、電圧に比例して９０度（＋ｊＭ）遅延している場合、アンテナの電場Ｅおよび磁場Ｈはこのとき同位相になる。
【００１７】
この効果があるので、新部品をアンテナに組み込むことができる。アンテナの効率を向上させ、帯域幅を拡張するために、追加の放射抵抗（ＲＲ）を追加することができる。アンテナの自然容量を介した変異電流により、インダクタンス（＋ｊＸＬ）を追加することができる。これは、−ｊＸＣから減ずることにより、ネットワークにおいてシステムを共振させるために必要な同調インダクタンスを減少させ、インダクタの同調損失を減少させ、およびＱ値を低下させることにより、アンテナの容量を効果的に増加させる。この部品は、ワイヤインダクタンスを持たない非常に小型のＥＨアンテナの容量を２の平方根ずつ効果的に増加させる。
【００１８】
追加された部品のそれぞれの値は、元のヘルツアンテナの物理構成に関連することに留意されたい。例えば、小型のＥＨダイポールは、非常に短いコンダクタ上の電流によるインダクタンスをほとんど持たない。小型のＥＨアンテナは、ワイヤ上のインダクタンスから発展した磁場Ｈを持たないため、小型で、全体にわたって高効率および広い帯域幅を発揮する。さらに、ＥＨアンテナの概念はポインティングの原理を完全に満たすため、遠域からアンテナまでの放射の開始をもたらす。そのため、大きな電場Ｅおよび磁場Ｈは必要なく、ＥＭＩが仮想上除去される。ＥＨアンテナを受信アンテナとして使用した場合、局部の個別の電場Ｅおよび磁場Ｈに対応せず、このため、ノイズ率に優れた信号が得られる。
【００１９】
ヘルツアンテナに印加される電圧および電流は同位相であるため、電場Ｅおよび磁場Ｈは同位相でなく、アンテナからの距離が大きくないと放射が発生しない。適切な移相ネットワークによれば、ヘルツアンテナを、電流電圧間の９０度位相遅延が電場Ｅおよび磁場Ｈとの間を同位相にするＥＨアンテナにすることができる。従って、ＥＨアンテナは、電力を送信側から放射側に直接転送することができる。本節の文脈において、アンテナということばには、物理構造および共役整合ネットワークの双方を含む。
【００２０】
ＥＨアンテナの概念をより理解するために、電場Ｅと磁場Ｈとの間の位相を見ることが必要である。図１Ｂに示すように、ヘルツアンテナの電場は、印加電圧によって展開する。電場ＨＬはアンテナ導体のインダクタンスを介した電流により展開し、タイムフェーズで遅延する。このようなクロックの習性を利用して、遅らせたり進ませたりする。電場ＨＤは、自然容量を介して変異電流により展開され、同時間位相になる。電場Ｅと磁場Ｈとは同位相でないため、ヘルツアンテナでは放射は生成されない。
【００２１】
印加電圧に対して印加電流の位相をシフトすることにより、ＥＨアンテナを作成する。これにより、電場ＨＬをさらに９０度遅延させることができ、その結果、印加電圧に対して１８０度遅延させる。電場ＨＤは９０度遅延されており、その結果、印加電圧と同位相になる。つまり、ＨＬ／ＨＤベクトルは、反時計回りに回転する。ＨＬおよびＨＤはお互いに１８０度の関係にあるため、ＨＤからＨＬを減じることは明らかである。しかしながら、いずれのアンテナも有用な全体の電場Ｈは、自然容量を介して変異電流により発生すると考えられている。その証拠に非常に小型のＥＨダイポールアンテナは、導電体インダクタンスをほとんど持たず、そのため、磁場ＨＬはほぼ０である。電場Ｅおよび磁場ＨＤは同位相であるため、アンテナにおいて放射が生成される。このことは、磁場ＨＤに関して損失抵抗がないことにより、非常に効率的なアンテナを持つことができることを意味する。さらに、電場Ｅおよび磁場ＨＤが電力を放射させるように同位相であるため、ＥＨアンテナから放射への電力転送を示すように、大きな放射抵抗が発生する。
【００２２】
ポインティング原理に従って放射を発生させるのに必要な物理配向が電場Ｅおよび磁場Ｈ間にあるため、位相遅延の代わりにＥＨネットワークの位相進展を使用しても、上記のことを達成することはできない。これは、すべてアンテナの電場Ｈが変異電流により展開することを示す別の証拠である。
【００２３】
ＥＨアンテナの最小サイズは、使用目的によってどの程度までの非効率を許容できるのか、どの程度の帯域幅を許容できるのかによって決まり、これは、アンテナキャパシタンスの量に左右され、関連する損失を伴う外部同調インダクタンスが必要になる。非常に小型のＥＨアンテナは、導体に測定可能な損失がなく、全体の損失は整相および整合ネットワーク内にある。これは、原則としてほんの数ｄＢのものである。例として、０．００５波長素子、直径が長さの１／３のＥＨアンテナダイポールは、０．５波長のヘルツダイポールより大きい放射レベルを発生する。
【００２４】
図２に示すように、無線装置１０２（送信機または受信機等）に関して送受信を行い、無線周波数において電流および電圧を有する無線周波数電力信号に対応する電場Ｅおよび磁場Ｈを有するアンテナシステム１００として、本発明の一実施形態を示す。
【００２５】
アンテナシステム１００は、アンテナユニット１１０と整相／整合ネットワーク１２０を含む。アンテナユニット１１０は、金属（例えば、アルミニウム）等の導電材料から形成された第１放射素子１１２と、金属等の導電材料から形成され離間した第２放射素子１１４とを含む。第１放射素子１１２および第２放射素子１１４は、実質的に同一線上にあり、その結果、両者は共通軸１１６に沿って配置されていることになる。第１放射素子は、第２放射素子と観念的に同軸であるが、これらは本発明の範囲から逸脱しない限り、同軸でないものとすることもできる。しかしながら、放射素子が同軸の位置から離れ、アンテナの性能が劣化する。原則として、アンテナユニット１１０の高さは、波長の約１．５％で済む。このように、本発明により、比較的コンパクトなアンテナ設計が可能になる。
【００２６】
図２の実施形態において、第１放射素子１１２および第２放射素子１１４はそれぞれ、円筒形を有する。以下に示すように、放射素子は円錐辺または多くの他の形状（または形状の組み合わせ）を有することができることは、アンテナ設計の当業者にとって容易に理解できるであろう。
【００２７】
整相および整合ネットワーク１２０は、第１放射素子１１２、第２放射素子１１４および無線装置１０２と電気的接続状態にある。整相および整合ネットワーク１２０は、アンテナの磁場Ｈが電場Ｅと公称同時間位相であるように、無線周波数電力信号の電流および電圧間の相対位相をシフトさせる。整相および整合ネットワーク１２０をアンテナユニット１１０に接続させるワイヤは、伝送線効果を最小限にするように、実際に使用するのに短くなければならない。電場Ｅおよび磁場Ｈはアンテナユニット１１０近傍で実質的に同位相であるため、アンテナユニット１１０のごく近傍でポインティングベクトルが形成される。
【００２８】
例示的一実施形態において、整相および整合ネットワーク１２０は、無線装置１０２の第１端末１０４を第１放射素子１１２に電気的に接続させる第１インダクタ１２２と、無線装置１０２の第２端末１０６を第１放射素子１１２に電気的に接続させる第１コンデンサ１２４とを含む。第２インダクタ１２６は、無線装置１０２の第２端末１０６を第２放射素子１１４に電気的に接続させる。第２コンデンサ１２８は、第１端末１０４を第２放射素子１１４に電気的に接続させる。整相および整合ネットワーク１２０を用いた反応素子回路構成の一例を図２に示しているが、本発明の範囲から逸脱しない限り、多くの他の回路構成を使用できることを理解されたい。
【００２９】
整相および整合ネットワーク１２０の重要な特徴として、磁場Ｈが電場Ｅと公称同時間位相になるように、無線周波数電力信号の電流と電圧との間で相関位相をシフトさせるステップを行う点が挙げられる。当業者は既に理解しているように、結果が移相機能の適切な性能である限り、使用された特定の素子および構成は重要でない。
【００３０】
５００ＭＨｚの帯域幅の７ＭＨｚの動作周波数を有するＥＨアンテナの特定の一例において、第１インダクタ１２２は１７μＨのインダクタンスを有し、第１コンデンサ１２４は３０ｐｆのキャパシタンスを有し、第２インダクタは１９μＨのインダクタンスを有し、第２コンデンサは４２ｐｆのキャパシタンスを有する。整相および整合ネットワーク１２０は、同軸ケーブル（図示しない）により、送受信機１０２に接続されている。第１放射素子１１２および第２放射素子１１４は、それぞれアルミニウム円筒体であり、長さ１２インチ、直径４．５インチ、であり、お互いに４．５インチ離間している。この実施形態は、結果として、Ｑ値がほぼ１４のシステム（帯域幅＋／−３ｄＢ）になることが確認された。
【００３１】
図３に示すように、アンテナユニット２１０の一実施形態において、第１放射素子２１２および第２放射素子２１４はそれぞれ、同軸非通電管（ＰＶＣ管等）により支持された円錐部を含む。本実施形態において、電磁放射２３２は、放射素子２１２と２１４との間に形成し、アンテナユニット２１０から放射状に方向付けられる。放射素子２１２および２１４の円錐部の角度は多くの要素に基づいており、特定のアプリケーションにより変更することができる。放射素子２１２および２１４の作動面間２１８の角度は、ほぼ（極めて広直径の円錐を形成する）０度から（図２で示した同軸円筒体を形成する）１８０度までの範囲から選択することが可能である。動作面が（平行円板を形成する場合のように）正確に平行である場合は、理論的には、電磁放射が円板を回避することはない。
【００３２】
特定の一実施形態において、１ＭＨｚで波長９３４フィートを有する放射を送受信するために使用すると、円錐部の広端部はそれぞれ、動作面２１８間の角度を３０度として、直径１４．４９フィート、高さ１．９５フィートとなる。本実施形態において、放射素子２１２および２１４は、同軸の８インチＰＶＣ管により支持されている。
【００３３】
図４に示すように、第１放射素子３１２を雨水、雪および鳥の巣等から保護するために、第１カバー３１６を第１放射素子３１２に追加することができる。同様に、第２放射素子３１４を同様の障害物から保護するために、第２カバー３１８を第２放射素子３１４に追加することができる。
【００３４】
図５に示すように、アンテナユニット４１０を反射形状体４３０内に配置することができる。このような実施形態は、選択した対象にビーム４３２を方向付ける際に使用することが可能である。このような形状４３０は、パラボラ反射鏡形状またはいくつかの他の形状（反円錐形等）とすることが可能である。ビーム４３２がほぼ垂直形状をたどるようにビームを反射鏡形状体４３０によって上方向へ方向付ける場合、図５の実施形態を、ほぼ垂直の入射接続に使用することが可能である。
【００３５】
図６に示すように、リアクタンスを持たない２個のインピーダンス間の移相として使用することのできる１つの型のＬ型ネットワーク５００は、インダクタ５０２およびコンデンサ５０４を含む。Ｌ型ネットワーク５００は、５０＋ｊ０オームと２５＋ｊ０オームとの間で変換することができ、４５度の対応する位相遅延を有する。位相遅延とは、電圧に対して電流が遅延することをいう。すなわち、ネットワークへの入力、ネットワークの出力において電圧および電流が同位相である場合（ネットワークが適切に終端している場合）、電流は電圧に対して、４５度遅延する。
【００３６】
図７に示すように、Ｔ型ネットワーク６００は、第２インダクタ６０２に直列に接続された第１インダクタ６０６を含む。第１インダクタ６０６および第２インダクタ６０２は、送信機をアンテナに電気的に接続する。コンデンサ６０４は、第１インダクタ６０６と第２インダクタ６０２との間の共通ノードを接地する。所望の移相でほとんどのソースインピーダンスをほとんどの負荷に整合させ、１８０度未満の位相遅延が必要な特定のアンテナに要求される所定の位相遅延量を可能にするという点で、Ｔ型ネットワーク６００は多様性がある。公称１８０度が必要なアンテナについては、Ｌ型ネットワーク５００をＴ型ネットワーク６００に優先して使用することが可能であり、これにより、Ｔ型ネットワーク６００に必要な移相量を削減する。Ｔ型ネットワークは、位相遅延を効果的にするために、低インピーダンスと高インピーダンスとの間で動作することが必要であり、これにより、公称ソースインピーダンスが５０オームになることを見込んで、６０オームになるようにアンテナインピーダンスを選択したので留意されたい。
【００３７】
図８に示すように、複合ネットワーク８００は、４５度の遅延で２００オームから１００オームに変換し且つ第１Ｌ型ネットワーク５００ａが後に続くバランネットワーク７００を含むことが可能である。バランネットワーク７００は、低インピーダンスから高インピーダンスへの変換に使用することができる。インダクタ７０６上のタップが５０％に設定され、入力インピーダンスが５０オームの場合、出力インピーダンスは２００オームとなる。放射素子がまだ整合されていない場合、アンテナの共振状態を確保するために、アンテナの放射素子の直前にインピーダンス整合ネットワーク７０８を含むことができる。第１Ｌ型ネットワーク５００ａには、さらに４５度加えて合計９０度の位相遅延で、第２Ｌ型ネットワーク５００ｂが続くことができる。ネットワーク全体として、５０＋ｊ０から５０＋ｊ０オームへのインピーダンス変換を有することになる。複合ネットワーク８００は、「同調された」ヘルツアンテナのＥＨアンテナへの直接変更に使用することが可能である。アンテナは共振され、伝送線（５０オームに想定）に整合されているため、線インピーダンスを２００オームへ変換するために１：４バランを使用することが可能である。バランの後には、４５度の位相遅延の追加で、インピーダンスを１００オームに変換する第１Ｌ型ネットワーク５００ａが続く。第２Ｌ型ネットワーク５００ｂは、５０オームへの最終変換および４５度の追加を提供する。このようにして、９０度の位相シフトネットワークが追加され、ヘルツアンテナをＥＨアンテナに変更することができる。
【００３８】
ＲＦ識別システムへの適用に役立つアンテナの一例として、遠隔トランスポンダに関しての送受信に用いられる小型のループアンテナがある。小型のループアンテナは、小型のダイポールの逆型である。ＥＨループアンテナを作製するために、電場Ｅと磁場Ｈとの間の位相を制御して、時間的に整列させる。ループアンテナシステム９００を図９に示す。ループアンテナシステム９００は、第一端部９１２と、離間した第２端部９１４とを有するループ型導体９１０を含む。間隙９２０は、第１端部９１２および第２端部９１４により規定される。コンデンサ９１６は、第１端部９１２を第２端部９１４に電気的に接続させる。分流器９１８は、ループ型導体９１０の第１部分９２２に電気的に接続される。同軸ケーブル９０２を介して分流器９１８および送信機に接続されたＴ型ネットワーク６００。ループ９１０はコンデンサ９１６で共振され、ループは分流器９１８給電される（あるいは、同調コンデンサに給電される）。分流器９１８による並列給電については、インピーダンスが５０＋ｊ０の公称インピーダンスを有することが可能である。
【００３９】
ループアンテナを１個のＲＦ識別システムに使用する際、ループをＥＨアンテナに変更する前に、抵抗器（減衰抵抗器）は、使用する広帯域変調により、アンテナのＱ値を減少させる必要がある。抵抗器なしの試験およびＥＨアンテナに変更後の試験の結果は、すべてのトランスポンダの性能が良好であることを示しており、アンテナの密閉した容器内には熱が篭らない。さらに、他の方法で性能を向上させることができる。変換前においては、ゼロ度位置（トランスポンダとループアンテナが平行）に方向付けられていないトランスポンダと通信を行うことは困難または不可能である。ＥＨの概念を使用すれば、アンテナの電磁場により、任意の配向を有するトランスポンダとの通信ができる。さらに、変更により、送信電力の大幅な削減または範囲の大幅な削減ができる。
【００４０】
上記の実施形態は、例示としてのみ提供するものである。本発明から逸脱することなく、本明細書に開示した特定の実施形態から多くの変更例が作られることは、予め理解できるであろう。従って、本発明の範囲は、これまでに特に記載した実施形態に制限されるものではなく、以下の請求項により規定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の例示的実施形態の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ＥＨアンテナをヘルツアンテナに関係付けるベクトルおよび時間位相図である。
【図２】図２は、本発明の一例示的実施形態の概略図である。
【図３】図３は、本発明の第２例示的実施形態の概略図である。
【図４】図４は、アンテナの円錐状部に付設したカバーを備えた場合の図２の実施形態の概略図である。
【図５】図５は、実質的に方向付けられた放射のビームを生成するために適用された本発明の第３の例示的実施形態の概略図である。
【図６】図６は、Ｌ型整相ネットワークの概略図である。
【図７】図７は、Ｔ型整相ネットワークの概略図である。
【図８】図８は、混成Ｌ型およびバルン型整相網の概略図である。
【図９】図９は、分流器給電を有するループアンテナの概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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