(57)【要約】【課題】近距離場を用いる新規なアンテナを提供する。【解決手段】本発明は、複数の非導電性スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）が設けられた導体層（１０２、５０３）を備えたアンテナ（１００、５００）に関する。各スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）は、横断方向より大きい長手方向の寸法を有する。アンテナ（１００、５００）は、導体層（１０２、５０３）の下に配設された供給構造であって該供給ラインとスリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）との間で信号エネルギーを伝達する供給ラインも備え、供給ラインは、各スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）を少なくとも１回横断する。アンテナ（１００、５００）は、導体層（１０２、５０３）を供給ラインから隔てる基体（１０５、５２８）も備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断方向の寸法より大きい長手方向の寸法を各スリットが有する複数の非導電性スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）が設けられた導体層（１０２、５０３）と、
前記導体層（１０２、５０３）の下に配設された供給構造であって、該供給構造と前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）との間で信号エネルギーを伝達し、各前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）を少なくとも１回横断する供給構造と、
前記導体層（１０２、５０３）を前記供給構造から隔てる基体（１０５、５２８）と、
を備えることを特徴とするアンテナ（１００、５００）。
【請求項２】
前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）が均一なパターンに配置されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項３】
前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）がグリッド状に配置され、前記第１のスリットのサブセット（１０４ａ、５０２ａ）が互いに平行であり、前記第２のスリットのサブセット（１０４ｂ、５０２ｂ）が前記第１のスリットのサブセット（１０４ａ、５０２ａ）と略直交することを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項４】
前記第１のスリットのサブセット（１０４ａ、５０２ａ）が、交点（１１９）において前記第２のスリットのサブセット（１０４ｂ、５０２ｂ）と交差して前記グリッドを構成し、各前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）が複数のセグメント（１０９）を含み、前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）の長手方向における前記セグメント（１０９）の長さが、各前記スリットが別の直交するスリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）と交差する隣接する前記交点間の距離によって定められ、各前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）の長さが前記アンテナ（１００、５００）の中心周波数の波長の約５／８であることを特徴とする請求項３記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項５】
前記供給構造が前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）に対して、該スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）から発する遠距離場電磁放射間に破壊的な位相の干渉が生じるよう配置されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項６】
前記供給構造が、前記導体層（１０２、５０３）の周囲の或る体積において均一な近距離場を生じるように、前記スリット（１０４、５０２ａ、５０２ｂ）の下で蛇行することを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項７】
前記供給構造が、同じノードから発する複数のマイクロストリップ（１１１ａ、１１１ｂ、５０７ａ〜５０７ｄ）を含むことを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項８】
前記供給構造が、同じノードから発し両端部を有する複数のマイクロストリップ（１１１ａ、１１１ｂ、５０７ａ〜５０７ｄ）を含み、前記マイクロストリップ（１１１ａ、１１１ｂ、５０７ａ〜５０７ｄ）の前記両端部に抵抗器（５１１）が配設されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項９】
前記供給構造が、前記基体（１０５、５２８）の第２の面に配設された導電材料（１１３、５１２）によって囲まれることを特徴とする請求項８記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項１０】
前記供給構造が略平面内に配設され、該平面が、前記導体層（１０２、５０３）と電気的に接触し且つ前記供給構造とは電気的に接触しない導電材料（１１３、５１２）によって囲まれることを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００、５００）。
【請求項１１】
前記供給構造の下に配設された反射体（１５０）を更に備えることを特徴とする請求項１記載のアンテナ（１００）。
【請求項１２】
前記導体層（５０３）の中心に、信号源／供給先に結合された供給ポイント（５０６）を更に備え、前記グリッドが複数のグリッドセグメント（５０１ａ〜５０１ｄ）で構成され、各前記グリッドセグメント（５０１ａ〜５０１ｄ）が、互いに平行な第１のスリットのサブセット（５０２ａ）および該第１のスリットのサブセット（５０２ａ）と略直交する第２のスリットのサブセット（５０２ｂ）を有し、前記グリッドセグメント（５０１ａ〜５０１ｄ）が前記供給ポイント（５０６）に関して対称に配置され、前記グリッドセグメント（５０１ａ〜５０１ｄ）が、前記導体層（５０３）における導体の連続した部分（５１２ａ〜５１２ｄ）によって互いから隔てられることを特徴とする請求項３記載のアンテナ（５００）。
【請求項１３】
前記供給構造が、前記供給ポイント（５０６）から対称に放射状に広がる複数のマイクロストリップ（５０７ａ〜５０７ｄ）を含むことを特徴とする請求項１２記載のアンテナ（５００）。
【請求項１４】
各前記マイクロストリップが前記グリッドセグメント（５０１ａ〜５０１ｄ）の１つに対する供給を行い、各前記マイクロストリップ（５０７ａ〜５０７ｄ）が、該マイクロストリップと関連付けられた前記グリッドセグメント（５０１ａ〜５０１ｄ）内の各前記スリット（５０２）を１回横断することを特徴とする請求項１３記載のアンテナ（５００）。
【請求項１５】
各前記スリット（５０２）長さが前記アンテナ（５００）の中心周波数の波長の約５／８であることを特徴とする請求項１４記載のアンテナ（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
スロットアンテナは、放射（送信）用途の、受信用途の、または同時に両方を行う無線通信技術においてよく知られている。本明細書におけるアンテナに関する放射または受信のいかなる議論も、単に例示的なものである。本明細書では一貫して、放射、即ち、送信に関して例示的なアンテナを論じる。しかし、本願明細書で開示される本発明のアンテナは、受信アンテナとしても用いられ得るものであり、本願明細書で送信アンテナに関して述べる特徴、長所、特性等は、特に特定しない限りまたは明らかに、（受信と送信との逆の性質のための適切な修正を行った上で）受信アンテナとしてのアンテナの用途にも適用可能であることを理解されたい。
【０００３】
スロットアンテナを含むあらゆるタイプのアンテナは、通常、遠距離場特性に合わせて設計されて用いられる。遠距離場は主に電場である。遠距離場の定義として一般に認められている一つの定義はないが、遠距離場とは、アンテナによって放射される場であって、一般的にＲ＝（ｎＤ２）／λの距離で測定される場のことである。ここで、ｎは一般的に２以上の整数であり、Ｄはアンテナの最大長さ寸法であり、λは動作波長である。アンテナに関するほとんど全ての文献は、それらの遠距離場特性に関連している。
【０００４】
しかし、アンテナは近距離場放射も有し、これは主にまたはもっぱら磁場であり、アンテナの遠距離場特性とは異なるものである。アンテナの近距離場特性は、文献およびアンテナの設計においてはほとんど無視されている。遠距離場パワーは１／ｒ２の率で減衰し、一方、近距離場パワーは１／ｒ３の率で減衰する（ｒは距離である）。従って、近距離場放射は、一般的に、アンテナに非常に近接した状況でのみ関係するものである。アンテナによって放射される近距離場は、本質的に、主としてアンテナを通る電流によってアンテナの周囲に生じる磁束から成る。
【０００５】
ここでも、近距離場の定義として一般に認められている明確な定義はないが、近距離場とは、一般的に、アンテナの中心周波数の波長の約１／４〜１波長以内の場のことである。
【０００６】
アンテナが１波長未満の距離での送信に用いられることは稀であるため、アンテナ業界における興味は、ほとんどもっぱらアンテナの遠距離場特性にある。例えば、ＵＨＦ（極超短波）帯である９００ＭＨｚにおける波長は約１３インチ（約３３センチメートル）である。
【０００７】
最近、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）の使用が劇的に増加している。ＲＦＩＤは、例えば、倉庫で商品の位置を追跡するために用いられる。ＲＦＩＤは基本的に、製品に、またはより一般的には製品出荷用の箱やパレットに配置されたまたは埋め込まれた小型の回路である。受動ＲＦＩＤタグは基本的にアンテナ、ダイオードおよびデジタル回路を有し、デジタル回路は、特定の指定されたＩＤ信号をアンテナに出力し、このＩＤ信号がＲＦＩＤ呼び掛け装置へと放射される。例えば、数値は、これがＸＹＺ電話製造会社によって製造された２５個のＧ３５型携帯電話の箱であることを示す。通常、ＩＤ信号は単に、ＰＣＭ（パルス符号変調）、ＦＭ（周波数変調）または無線送信に用いられる他の任意の技術で表される数値である。
【０００８】
ＲＦＩＤタグは呼び掛け装置によって調べられる。呼び掛け装置は、送信アンテナ、受信アンテナ（送信アンテナと同じアンテナであってもよくまたは異なるアンテナであってもよい）、呼び掛け装置の範囲内のＲＦＩＤタグにそれらのＩＤを送信させるためにＲＦＩＤタグに送信される信号を生成する回路、およびＩＤを読み取る回路を有する。より具体的には、呼び掛け装置のアンテナは、ＲＦＩＤタグのアンテナの帯域幅内のエネルギーを放射し、このエネルギーがＲＦＩＤタグのアンテナに受信され、ＲＦＩＤのアンテナに電流を流れさせる。ＲＦＩＤタグのアンテナにはダイオードが結合されており、アンテナの電流がダイオードに流れるようになっている。呼び掛け装置から受信された信号が十分に強ければ、この信号によってダイオードがオンになり、これによってコンデンサが充電される。コンデンサが十分に充電されると回路がオンになり、回路からＲＦＩＤタグのアンテナにＩＤ信号が出力される。ＲＦＩＤタグのアンテナは、ＩＤ信号を放射する。呼び掛け装置の受信アンテナがこのＩＤ信号を受信し、この信号は読み取り回路に送られ、読み取り回路によってＩＤが判定される。ＲＦＩＤ呼び掛け装置は、通常、ＲＦＩＤに非常に近接した範囲内で用いられるが、それにも関わらず、通常は近距離場ではなく遠距離場を用いて動作する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、近距離場を用いる新規なアンテナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これは、複数の非導電性スリットが設けられた導体層を備えるアンテナによって解決される。各スリットは、横断方向より大きい長手方向の寸法を有する。アンテナは、導体層の下に配設された供給ラインであって該供給ラインとスリットとの間で信号エネルギーを伝達する供給ラインも備え、供給ラインは各スリットを少なくとも１回横断する。アンテナは、導体層を供給ラインから隔てる誘電体層も備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００１２】
遠距離場ではなく近距離場を用いて通信するアンテナを、非常に近距離の無線通信に用いることができる。単に一例として、ＲＦＩＤタグのサイズが小さくになるにつれ、（商品を収容するパレットや箱ではなく）個々の商品に非常に小さいＲＦＩＤタグを用いることが現実的になってきている。このような場合には、呼び掛け装置のアンテナを、検査対象のＲＦＩＤタグに非常に近接して配置することが実際的であり、しばしば望ましい。
【００１３】
例えば、近距離場アンテナの幾つかの用途には、ＲＦＩＤタグの正確な位置はわからず、単に比較的限られた空間体積内に存在することのみがわかっているという、自動化された状況が含まれ得る。従って、ＲＦＩＤタグを起動するおよび／または読み取るために、或る特定の空間体積に近距離場エネルギーを浴びせることができる呼び掛け装置のアンテナを開発することが望ましい。
【００１４】
当然ながら、近距離場アンテナにはＲＦＩＤタグを使用しない他の用途もあり、本発明のアンテナが、ＲＦＩＤタグ読み取りシステムでの使用にのみ適していると解釈されるべきではない。
【００１５】
例えば、製造工場においては、テーブル若しくはコンベアベルト上の物品のＲＦＩＤタグ、または他の方法で比較的明確に特定された空間体積を通過する物品のＲＦＩＤタグを読み取ることが望ましい場合がある。また、用紙にＲＦＩＤタグを埋め込み、これらの用紙がプリンタ内部でプリントされる際に、これらのタグをプログラムすることが望ましい場合がある。
【００１６】
これらの用途のいずれにおいても、タグが存在し得る空間体積はほとんど平面状である。即ち、この体積は、ｘ方向およびｙ方向の寸法が比較的大きく、第３の方向、即ちｚ方向の寸法が比較的小さい。例えば、上述のプリンタの例では、プリント中にプリンタを通過する用紙に埋め込まれたＲＦＩＤタグは、用紙の幅および長さ（例えば、８．５インチ×１１インチ（約２１．６センチメートル×約２７．９センチメートル））を有し非常に薄い（例えば、一般的な用紙の厚さ）所定の体積を通過することがわかっている。
【００１７】
従って、このような用途は、或る空間体積、特に、２つの次元（方向）においては比較的大きく、第３の次元（方向）においては比較的浅い空間に、近距離場磁気放射を浴びせることができる無線通信アンテナの使用を示すものである。
【００１８】
近距離場のみでの動作が意図されるアンテナを含む全てのアンテナは、近距離場エネルギーおよび遠距離場エネルギーの両方を放射する。従って、アンテナおよび送信器の設計に関しては、アンテナの遠距離場特性が注意深く制御されることを確実にするよう注意する必要があり得る。例えば、政府はしばしば、無線送信される信号に対する規制を公布する。例えば、米国の連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、ＲＦＩＤタイプのシステムで用いられる放射型アンテナのＥＩＲＰ（Effective Isotopic Radiated Power）が３６ｄＢＭを超えないことを要求している。ほとんどの送信器は約３０〜３１ｄＢＭで送信するので、このような送信器で用いられるアンテナは、５または６ｄＢＭ以下の遠距離場利得を有し得る。任意の具体的な用途では、適用される政府の規制以外の実際的な事情により、これよりも遥かに低い遠距離場パワーが実際には要求され得る。例えば、プリンタ内のアンテナは、プリンタ内の他の装置にかなり近接して配置される必要があろう。アンテナからの強い遠距離場信号は、他の装置の動作の妨げとなり得る。
【００１９】
図１および図２は、それぞれ本発明の第１の実施形態によるアンテナ１００の上面および底面の平面図である。このアンテナは、最小限の遠距離場放射を生じつつ、空間体積、特にアンテナ付近の浅い空間体積に、近距離場磁気放射を浴びせることができる。
【００２０】
本願明細書で「グリッドアンテナ」と称するアンテナ１００は、新型のアンテナである。このアンテナは、本質的にはスロットアンテナと同じ原理で動作するが、上述したように、特に近距離場放射のために構成されており、特に、最小限の遠距離場放射を生じつつ、アンテナに平行な広い領域にわたって、アンテナ上方のゾーンに近距離場放射を浴びせることができる。
【００２１】
アンテナ１００は、複数のスリット１０４を有する導体層１０２を含み、これらのスリットは、導体層内において導体が存在しない領域（即ち、空隙）を構成する。各スリットは、スリットの横断方向の寸法より大きい長手方向の寸法を有する。本明細書では、スリットという用語は、このような形状の各構造の長手方向の全範囲を指す。従って、例として、図１に示されている実施形態では、アンテナは、一方向（図面の左右方向）に配向された第１のサブセットの７つのスリット１０４ａと、それらと直交するよう（図面の上下方向に）配向された第２のサブセットの更に７つのスリット１０４ｂとを含む。更に、第１のスリットのサブセットの各スリット１０４ａは、第２のスリットのサブセットの各スリットと交差している。
【００２２】
近距離場放射は磁場線から成り、この磁場線は、それらが放射されるスリットの平面に対して垂直である（紙面に向かう方向および紙面から出る方向）。一方、遠距離場放射は電場線から成り、この電場線はスリットの平面内にあり、それらが放射されるスリットの長手方向と直交する。
【００２３】
図１および図２に示されている実施形態では、アンテナは、ＦＲ−４やＧｅｔｅｋＤＳ等といったＰＣＢ基体１０５上に形成される。しかし、これらは単に例示的なものである。例えば、基体はセラミックスであってもよい。
【００２４】
本発明の更に別の実施形態では、基体は、スリットが型打ちされた金属板であってもよい。しかし、以下の議論で明らかになるように、このタイプの実施形態では供給構造を非常に複雑にする必要がある。
【００２５】
基体１０５の上面は、銅または他の導電性の金属であり得る導電層１０２で覆われている。導電層１０２はアンテナ１００のグランドプレーンである。一実施形態では、金属は、真空蒸着によってまたはプリントされた導電性のインクとしてＰＣＢ基体に付着され、スリットは、従来の金属用フォトリソグラフィ技術を用いてエッチングされる。しかし、これらの全ては単に例示的なものであり、アンテナは、全く異なる材料および技術を用いて製造されてもよい。
【００２６】
インピーダンスの目的で、スリットの長さは、通常は、アンテナの所望の中心周波数の波長の約１／４または１／２に設定される。
【００２７】
第１のスリットのサブセットのスリット１０４ａと、第２のスリットのサブセットのスリット１０４ｂとは、交点１１９において互いに交差する。図面に参照番号１０９で示されている各スリットの隣接する交点間の部分の長さは、何らかの特定の長さである必要はない。しかし、長さは、少なくとも、このアンテナの検出対象であるＲＦＩＤタグのアンテナのサイズの関数として設定されるのが望ましい場合もある。特に、アンテナからの近距離場の漏出に、アンテナの表面に平行な方向においてアンテナの検出対象である最も小さいＲＦＩＤタグが隠れ得る（即ち、アンテナによって検出されなくなる）空隙が生じないように、スリットセグメントの間隔を設定することが望ましい場合がある。最適な間隔は多くの要因に応じて異なるので、試行錯誤によって決定するのが最良であり得る。少なくとも一例においては、直径が約０．３５４インチ（約０．９センチメートル）の略円形のアンテナを有するＲＦＩＤタグに対して、セグメント１０９が約０．６インチ（約１．５センチメートル）である場合に、優れた検出が提供されることがわかった。
【００２８】
本発明の一実施形態では、全てのスリット１０４ａ、１０４ｂは等しい長さを有する。しかし、他の実施形態では、より広い帯域幅のアンテナを提供するために、または二重の帯域幅を有するアンテナを提供するために、長さが僅かに異なるスリットを設けることも可能である。
【００２９】
図面には、製造が容易なレイアウトである、互いに直交する２つのグループに配置された直線状のスリット１０４ａ、１０４ｂを有するグリッドアンテナが示されている。しかし、スリットは直線状である必要はなく、グリッドパターンは矩形である必要はない。
【００３０】
図２に示されているアンテナの背面では、１つ以上のマイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂのような供給構造が、アンテナに信号を供給する。基体１０５の背面は、縁部周辺を除いて非導電性であり、縁部周辺には、基体１０５の外側を完全に囲む金属ストリップ１１３が延在している。この金属の縁部１１３は、アンテナの前面の金属と電気的に接触し、従って、アンテナのグランドプレーンの一部を構成する。マイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂは金属の縁部１１３とは接触しない。送信用途では、送信器からの信号は結合器１１５を介してスリットに供給される。
【００３１】
金属の縁部は、アンテナ設計全体に一貫した接地を提供し、静電荷のブリードオフを補助する。
【００３２】
図示されている例では、２つのマイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂがあり、マイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂは、これらの遠端、即ち、基体に信号が入力されるポイント１１５（または、受信アンテナの場合にはリーフ部）から離れた開放端に設けられた抵抗器で終端している。抵抗器は必要に応じて設けられるものであり、主として、マイクロストリップが結合される受信器、送信器または送受信器に対するマイクロストリップのインピーダンスマッチングを行うために設けられ得る。基体１０５の背面のマイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂは、スリットがカバーする全領域にわたって比較的均等に分布する複数の位置において、スリット１０４ａ、１０４ｂと直交方向に交差するよう配置される。マイクロストリップがスリットと交差する度に、そのスリットが励起される。具体的には、これによってスリットの横断方向の電圧が生じ、スリットから電流を漏出させる。従って、マイクロストリップがスリットと交差する度に、マイクロストリップのエネルギーがスリットへと失われる。よって、スリットの横断方向の電圧が誘発されるいずれのスロット型アンテナでもそうであるように、スリットからの放射が生じる。
【００３３】
マイクロストリップが広い領域にわたってスリットと何回も交差するように、マイクロストリップを基体の背面で適切に蛇行させることにより、アンテナからの近距離場放射を、アンテナの周囲の体積に比較的均一に浴びせることができる。
【００３４】
理論的には、最も均一な近距離場放射パターンは、マイクロストリップが各セグメント１０９と交差するようにマイクロストリップを蛇行させることによって達成され得る。これに従ってアンテナを設計することは確かにできるが、その必要はない。実際には、図１および図２のアンテナの透視上面図である図３を参照すると、マイクロストリップ１１１ａおよび１１１ｂ並びにスリット１０４ａ、１０４ｂが重なって示されており、第１の実施形態では、マイクロストリップはアンテナ１００の全てのセグメント１０９と交差しているわけではないことがわかる。この理由は、遥かに少ない交差箇所で、適度に均一なカバー範囲を達成できるからである。実際には、本願明細書で述べる第２の実施形態に関して論じるように、幾つかの実施形態では、各スリットは、マイクロストリップまたは他の供給機構と１回だけ交差するのが有益である。
【００３５】
図３に示されている実施形態を参照すると、近距離場放射（または受信アンテナの場合には受信）の均一性を確実にするのを補助するために、交差箇所は、１つの領域に集中して他の領域には存在しないのではなく、比較的均一に分布するのが好ましい。
【００３６】
更に、マイクロストリップの蛇行パターンの設計には、これと拮抗する他の問題がある。具体的には、特定の用途に応じて、本明細書で上述した理由の一部または全てにより、遠距離場放射を最小化することがしばしば設計目標とされ得る。遠距離場放射の最小化は、マイクロストリップからの互いに位相がずれた信号でそれぞれ異なるスリットが励起されるように、マイクロストリップとスリットとが互いに相対的に交差する位置をパターン設計することによって達成できる。従って、本質的に様々なスリットから放射される遠距離場放射が破壊的に干渉して、遠距離場放射が最小化される。更に、このタイプのマイクロストリップとスリットとの交差の半ランダム化されたパターン設計は、どの遠距離場信号も偏波されないように、遠距離場放射の偏波をランダム化するのを補助する。
【００３７】
例えば、図３からわかるように、２つのマイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂが、信号源ポイント１１５からの様々な距離でスリットと交差することにより、各異なるスリットを励起する信号の位相がランダム化される。また、２つのマイクロストリップは、互いに同じ方向に、或る特定の横方向のスリット１０４ｂと交差する時もれば、互いに逆方向に交差する時もある。更に、２つのマイクロストリップは、互いからの様々な距離で、縦方向のスリット１０４ａと交差する。マイクロストリップの蛇行の可能な設計はほぼ無限である。しかし、回避した方がよさそうな幾つかの条件がある。例えば、２つのマイクロストリップは（または、同じマイクロストリップの２つの部分でさえも）、それらの間のカップリングを回避するために、何らかの有意な長さにわたって互いに平行且つ近接して走るべきではない。これは、互いに逆方向に走る２つのマイクロストリップ（またはマイクロストリップの部分）の場合には、それらの逆の位相によって信号が相殺され得るので、特に回避すべきである。よって、アンテナから放射される遠距離場エネルギーは、ランダムな位相にされると共に、ランダムに偏波される。
【００３８】
任意の所与のアンテナ設計に最も適したマイクロストリップの数および長さは、上述のインピーダンスマッチング問題を含むがそれに限定されない幾つかの実際的な条件の関数である。更に、上述したように、エネルギーは基本的に、各マイクロストリップ１１１ａ、１１１ｂがスリット１０４ａ、１０４ｂの下方でスリット１０４ａ、１０４ｂと交差する位置で漏出する。従って、各スリットと交差した後、その交差箇所を越えた側では、マイクロストリップのエネルギーは少なくなっている。最終的に、マイクロストリップに残っているエネルギーは、許容可能な強さの場をアンテナの上方に提供するために次に交差するスリットを介して十分に強い放射を行うには、弱過ぎるものとなる。従って、例えば、１つの長いマイクロストリップを用いる代わりに、その半分の長さの２つのマイクロストリップを用いて、より均一な近距離場放射パターンをアンテナの上方に提供する。マイクロストリップの数を増やすことと、長さを減らすこととは、当然ながらトレードオフである。具体的には、２つのマイクロストリップを用いると、各マイクロストリップにおける初期パワーは半分になるが、各マイクロストリップの長さにわたってエネルギーが減少する率も半分になる。更に、理論的には、最も均一な近距離場放射パターンは各セグメント１０９を交差することによって達成されるが、そうするとマイクロストリップが長くなり過ぎるので、これは非実際的でありそうである。ここでも、近距離場放射の均一性、近距離場放射のパワー、および遠距離場放射の最小化について最も許容できる妥協点を達成する上で、拮抗する多くの変数がある。
【００３９】
一般的に、適切なマイクロストリップの数は約２〜３であり、適切な長さはアンテナの中心周波数の波長の約１〜１．２５波長である。しかし、これらの数および寸法は単に例示的なものである。
【００４０】
中心周波数が約９１５ＭＨｚの９０２〜９２８ＭＨｚの周波数帯でタグを読み取るよう設計された本発明の例示的な一実施形態では、基体１０５は６．７５０インチ×６．４３８インチ（約１７．１センチメートル×約１６．４センチメートル）である。各スリットの長さは６．０００インチ（約１５．２センチメートル）（誘電体中での約１／２波長）であり、交点１１９間におけるスリットの縁部は０．６００インチ（約１．５センチメートル）である。２つのマイクロストリップの長さはそれぞれ約７．５インチ（約１９．１センチメートル）である。
【００４１】
図１〜図３の例示的なアンテナは、アンテナの表面からアンテナの約２インチ（約５．１センチメートル）上方および下方までのゾーンであって、スリットの側方の端部から約１インチ（約２．５センチメートル）の側方の範囲を有するゾーンにおいて比較的均一な近距離場放射パターンを生じる。従って、この「ゾーン」は約８インチ×８インチ×４インチ（約２０．３センチメートル×約２０．３センチメートル×約１０．２センチメートル）である（最後の寸法はアンテナの上方の２インチおよびアンテナの下方の２インチである）。
【００４２】
アンテナは、任意の妥当な手段によって受信器、送信器、または送受信器に結合され得る。図１〜図３には、基体のエッジコネクタ１４６に接続された同軸ケーブル１４４が示されている。同軸ケーブルの中心の導体をグランドプレーンに結合し、外側の導体をマイクロストリップ１１１に結合してもよい。
【００４３】
更に大きなカバーゾーンを作るために、本発明の原理に従った複数のアンテナを、同じ基体上または別個の基体上に配列してもよい。例えば、約７インチ×７インチ（約１７．８センチメートル×約１７．８センチメートル）四方のアンテナの２×２平面アレイは、アンテナの直上（例えば、スリットから約１〜２インチ（約２．５〜５．１センチメートル）の範囲内）のほぼ２０インチ×２０インチ（約５０．８センチメートル×約５０．８センチメートル）の領域を、近距離場放射でカバーできる。
【００４４】
グリッド状に配列された場合、各アンテナには、周囲のアンテナとの相互インピーダンスが生じ得る。従って、インピーダンスマッチングの目的でアンテナのインピーダンスを設定する処理を簡単にするために、各アンテナと隣接するアンテナとの十分な離間距離を確保して、相互インピーダンスの影響を最小化または解消することが有益である。例示的なアンテナでは、これに必要な距離は約２インチ（約５．１センチメートル）であり得る。
【００４５】
アンテナはしばしば、ポールや、導電性の回路、ハウジング等を有する装置等といった、大きな導電性の物品にまたはその近くに取り付けられるので、反射体１５０を有するのが望ましい場合がある。図４は、このような実施形態を示すものである。反射体１５０は、スリットの平面に概ね平行に配置された板状の導体で構成され得る（但し、スリットおよび、スリットが設けられた導電層は、必ずしも平面状である必要はない）。反射体１５０は、幾つかの目的の１つ以上を果たす。第１に、反射体は、アンテナ１００の動作に影響し得る、反射体の背後に配置された他の装置からの放射から、アンテナをシールドし得る。第２に、反射体は、反射体の背後に配置された他の装置を、アンテナからの放射からシールドし得る。第３に、反射体のような比較的大きい導電性の面がアンテナのグランドプレーンに電気的に結合されその一部となることは、アンテナのグランドプレーンの状態の設定、特にアンテナのインピーダンスの設定の助けとなる。具体的には、反射体およびグランドプレーンは、アンテナのインピーダンスを定義する助けとなる。アンテナとアンテナが用いられる回路とのインピーダンスマッチングを行うために、アンテナのインピーダンスを正確に制御することが重要である。大半のアンテナは、一般的に５０〜７０オームのインピーダンスを有する従来の送信器、受信器および送受信器とのインピーダンスマッチングのために、一般的に約５０〜７０オームのインピーダンスを有するはずである。
【００４６】
具体的には、アンテナが、スリットの近傍に大きい導体である反射体があることを念頭において設計されている場合には、ポール、金属ハウジングまたは他の装置等といった別の大きい導体に隣接してアンテナを取り付けても、アンテナは既に大きい導体が隣接する状態で動作するよう設計されているので、グランドプレーンの状態に対する影響はほとんどない。
【００４７】
反射体１５０は、ＲＦ放射を反射するものであれば何でもよい。一実施形態では、反射体は真鍮板である。板は、Ｌ字型に形成されてもよく、Ｌ字の底の部分の端部でグランドプレーンに取り付けられてもよい。
【００４８】
一実施形態では、反射体１５０は、片面に金属コーティング１５１を有する板状の誘電体である。金属面１５１はアンテナ１００に面しており、誘電体面１５２はアンテナとは反対を向いている。このような反射体は、アンテナが高電圧装置の近くに配置される用途に特に適している。誘電体面は装置に面しており、装置から放射する場がアンテナに届くのを防止する。金属面は、高電圧装置をアンテナからの放射から保護し、アンテナからの放射は反射体によって電圧装置から離れる方向に反射される。
【００４９】
反射体とスリットとの間の空洞の深さは比較的小さくてよい。９１２ＭＨｚの中心周波数で動作する例示的なアンテナでは、空洞の深さは約０.７５インチ（約１．９センチメートル）である。この空隙１５４は、空隙を高誘電率材料で埋めることによって、より小さくできる。しかし、さほど要求が高くない用途では、空隙はエアギャップであってもよく、または、低誘電率のフォームで埋められてもよい。
【００５０】
アンテナの遠距離場利得は、約−１ｄＢｉと非常に低い方が有利である。それでも、アンテナから約１〜２インチ（約２．５〜５．１センチメートル）以内の遠距離場タグを読み取るのに十分なエネルギーがある。従って、このアンテナは、アンテナから数インチ以内にある近距離場タグおよび遠距離場タグの両方を読み取ることが所望される状況で用いることができる。
【００５１】
図５〜図７は、それぞれ、本発明の第２の実施形態によるアンテナ５００を示す上面図、底面図および透視図である。この実施形態は、適切な基体５２８のグランドプレーン５０３に具現化された４つのグリッドセグメント５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄを有する。図５〜図７に示されているアンテナは、本明細書で先に述べたような複数の別個のグリッドアンテナのアレイと見なされるべきではなく、単一のグリッドアンテナと見なされるべきである。各グリッドセグメントは、図１〜図３の実施形態と同様に、互いに直交するよう交差する２つの群のスリット５０２ａ、５０２ｂを有する。グリッドは、基体５０５の中心にある結合器５０９に関して対称である。信号は接点／ビア５０６上に現れ、接点／ビア５０８は信号用接地に結合される。
【００５２】
４つのマイクロストリップ５０７ａ、５０７ｂ、５０７ｃ、５０７ｄは、接点５０６から対称に外に向かって放射状に広がり、グリッドセグメント５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄの１つに向かう。各マイクロストリップ５０７ａ、５０７ｂ、５０７ｃ、５０７ｄはジグザグ状になっており、第１の複数のスリットの各スリット５０２ａおよびそれらと直交する第２の複数のスリットの各スリット５０２ｂと１回交差する。この設計の中心供給設計の対称性は、非常に均一な近距離場磁気放射パターンを提供する助けとなる。
【００５３】
この実施形態では、各スリットと１回交差すれば、各スリットの全長にわたる放射を生じさせるのに十分であることがわかった。各マイクロストリップは比較的短くされている。マイクロストリップとそれらが結合された送信器／受信器／送受信器とのインピーダンスマッチングのために、マイクロストリップは抵抗器５１１で終端してもよい。尚、４つのマイクロストリップは並列なので、例えば、送受信器からみて５０オームの抵抗を達成するには、各抵抗器は２００オームになる（簡潔のために、各マイクロストリップのインピーダンスは無視できるものと仮定する）。
【００５４】
各スリットの長さは、アンテナの所望の中心周波数の波長の約１／２であり得る。例えば、波長の約５／８で優れた性能が提供されることがわかった。
【００５５】
４つのセグメントに分かれたグリッドを設けることにより、接点／ビア５０８からの接地が基体５２８の周囲の縁部に届くようになる。具体的には、４つのグリッドセグメント間に存在するスリットの不連続部（５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５１２ｄで示される領域を参照）がなければ、基体の上面の導体の大部分は接地信号接点５０８と電気的に接触しないので、接地とならず、非接地（フローティング）となる。尚、たとえ４つのグリッドセグメントに区分しても、グリッドセグメント内部の導体の矩形部分は接地と電気的に接触しない。これは、図１〜図３の第１の実施形態についても同様である。
【００５６】
この実施形態の好ましい実装例では、接地を板の両面に接続するために、例えばめっきされたビア５１４を介してグランドプレーン５０３に接続された金属の縁部５１２が、マイクロストリップが配設された基体の底面の周囲を囲んでいる。
【００５７】
この設計に、図４に示されているもののような反射体を組み込んでもよい。しかし、反射体は接地と接続される必要はない。それでも依然として、反射体を挟んで互いに反対側にあるアンテナと電場や装置との間の干渉を防止するという主たる機能は果たされる。
【００５８】
以上、本発明の幾つかの具体的な実施形態を説明したが、当業者は様々な変更、修正および改良を容易に想到し得る。本開示によって自明となるそのような変更、修正および改良は、たとえ本願明細書で明示的に述べられていなくても、本記載の一部となることが意図され、本発明の精神および範囲に含まれることが意図される。従って、上記説明は単に例示的なものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、添付の特許請求の範囲で定義されるものおよびその均等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態によるグリッドアンテナの上面の平面図。
【図２】図１のグリッドアンテナの底面の平面図。
【図３】グリッドとマイクロストリップとが互いに重なっている様子を示す、図１および図２のアンテナの上から見た透視平面図。
【図４】本発明の第２の実施形態による、グランドプレーンの一部を構成する反射体を備えたグリッドアンテナの斜視図。
【図５】本発明の第２の実施形態によるグリッドアンテナの上面の平面図。
【図６】図５のグリッドアンテナの底面の平面図。
【図７】グリッドとマイクロストリップとが互いに重なっている様子を示す、図５および図６のアンテナの上から見た透視平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１００、５００    アンテナ
１０２、５０３    導体層
１０４、１０４ａ、１０４ｂ，５０２ａ、５０２ｂ    スリット
１０５、５２８    基体
１０９    セグメント
１１１ａ、１１１ｂ、５０７ａ〜５０７ｄ    マイクロストリップ
１１３    金属の縁部（導電材料）
１１９    交点
１５０    反射体
５０１ａ〜５０１ｄ    グリッドセグメント
５０６    供給ポイント
５１１    抵抗器
５１２    金属の縁部（導電材料）
５１２ａ〜５１２ｄ    スリットの不連続部（導体の連続した部分）
【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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【外国語明細書】
2009071835000001.pdf