CN1243609A - 多环天线 - Google Patents

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Abstract

提出一种多环大线(30),它可被连接到一发射电路(64),一接收电路,或一发射/接收电路。当由发射电路驱动时,天线在接近它的范围或地区内产生射频磁场,但此磁场在距离天线的一个波长和稍大时基本上消失,由此限定一靠近此天线的监视地区。天线的辐射环路区段(36、38)以公共馈点为中心并是几何对称的,这样使得各环路区段中对电流作精确控制。

Description

多环天线
本发明是关于射频天线，更具体说是关于产生磁场且该磁场通常在距天线一波长或稍远距离即消失的环形天线。
在某些公知的电子系统类型中，设置一个或多个环形天线，其中天线与其临近环境间的耦合很强，但其中此天线的设计是要使得天线与其远距离的周围环境(亦即距天线约一波长或更远)间的耦合为最小。这样的天线通常用于近场通信或传感应用中，这里的术语“近场”是指在天线的半个波长之内。这种应用的示例包括有与移植医用装置的通信，用于计算机的短范围无线局域通信网和包括电子目标监视(EAS)系统在内的射频鉴别系统。通常与这些环形天线的耦合主要通过磁感应。
例如，射频EAS系统常常包括有发射天线和接收天线，和被附着在要加保护的对象上的标记，两种天线双方共同建立一监视区域。发射天线产生第一预定频率范围内的可变频率电磁场。该标记各自包括有一具有通常等于此第一频率的预定的谐振频率的谐振电路。当一个标记出现在监视区域中时，由发射天线产生的磁场在此标记的谐振电路中感应生成一电压，它导致谐振电路生成一引起监视区域内磁场中的干扰的电磁场。接收天线检测此电磁场干扰并生成一个信号指明此监视区域内出现此标记(并因而附着到此标记的被保护目标)。
这些天线的设计应满足二个目标：(1)使得通过发射与接收天线间尽可能宽的距离对标记的耦合最强，和(2)使对远端场的耦合最小。它们是相抵触的目标。先有技术的天线，例如Lichtblau在US专利NO.4243980、4260990、和4866455中所说明的(这里结合作为参改)，一般都结合二个或更多环路以使得在该组合中各环路的尺寸，这些环路内电流的辐度和电流的方向产生在远离天线的点测量时一般都消失的磁场。换句话说，由每一环路生成的磁场在被总和时是一接近零的磁场。这样的远场消失在仅只采用一个环路时是不可能的。在“8”字环形天线中，环路通常为矩形的，被配置成共面结构，并在位置上被加以偏置以使得每一环路的至少一边接近另一环路的一边。换言之，共用的边相互紧相邻。Lichtblau还在US专利NO.4251808和4866455中(这里结合用作参考)揭示带有被用来防止耦合到天线的电场的防护物的天线，但未揭示关于满足上述二目标的任何改进。
Bowers在US专利申请NO.08/482680(June 7，1995递交)中揭示一改善的二环路(图8)结构作为一复合天线的可选部件，其特性包括良好的远场消除和生成旋转磁场二方面。此二环路结构中的改善包括将环路相互分开以使得共享边不再共用或互相紧邻。这一改善导致接近天线处的强耦合的螺旋形区的直径增大，由此来增加EAS系统的发射和接收天线可能加以分开的距离。但是对于使对远场耦合最小的所述第二目标在这一天线中没有改善。
本发明提供一种同时具有低得多的远场耦合特性和在接近天线的区域中增大耦合的天线。一般，此天线包括相同尺寸和形状的第一和第二三角形环路，其中这些环路是共平面的和被置于环路的平面中的中心轴的相对侧。另外，环路被配置成使环路的一角(外角)接近或交叉一规定天线的外部尺寸的共面矩形的一角。这些环路由一个其长度至少等于环路的最短边的转接线作相互连接使得在被连接到一驱动电路时环路中的电流以相反方向流通，由此产生基本消除的磁场。本发明一优选实施例包括相对于第一环路的反相、倒转或反射第二环路的方向以使得环路的外角成为尺寸定义矩形的对角相向角。此天线可被连接到提供相当高电流而仍然符合远场辐射的正常需要的发射或驱动电路。本发明还提供一个对接近天线的区域内的外部发射信号极为灵敏、但对远距离发射信号很不灵敏的天线。
已大致上说过，本发明包括具有一通常形成为三角形形状的第一环路部件和一通常形成为三角形形状的第二环路部件的多环路天线。第一第二环路部件通常为相同尺寸并通常具有共面的、隔开的和反相的关系。包括一对隔开的、平行导体的成角度的转接线部件将第一和第二环路部件电气地耦合到一起。
本发明还提供一电子目标监视系统。此EAS系统包括有一发射电路部件和一耦合到发射电路用于产生电磁场的发射天线。该发射天线包括通常为相同尺寸的第一和第二环路部件，每一部件一般均形成三角形形状。环路部件通常相互间具有共面、相隔开和反相的关系。一包括一对隔开的平行导体的成角度的转接线部件将第一和第二环路部件电气地耦合到一起。还设置有与发射天线隔开的接收天线。此接收天线基本上与发射天线同样尺寸和几何形状。在发射天线与接收天线之间定义监视区域。一接收电路部件电气地耦合到接收天线，该接收天线用于检测监视区域内一谐振记号或标记以一预定频率的谐振并由其生成一指示监视区域内一被保护目标的存在的报警信号。
在另一实施例中，本发明包括一具有第一环路部件，第二环路部件和将第一和第二环路作串行电气连接的成角度的转接线部件。此转接线部件包括一对相隔开的、通常为平行的导线。最好，此第一和第二环路部件通常为同样大小并一般具有共面的、相隔开的关系。
对于本发明优选实施例的以上的概述以及下面的详细说明在结合所列附图加以阅读时将能更好地理解。为描述本发明，附图中表明当前的优选实施例。但应理解，本发明并不局限于所示的特定配置和实施例。附图中：
图1为先有技术的远场消除天线的示意图；
图2为按照本发明第一实施例的远场消除天线的示意图；
图3为按照本发明第二实施例的远场消除天线的示意图；
图4为按照本发明第三实施例的远场消除天线的示意图；
图5为按照本发明第四实施例的远场消除天线的示意图；
图6为按照本发明包括有二个远场消除天线的远场消除天线系统的示意图；
图7为按照本发明具有一串行连接的发射器的远场消除天线的示意图；和
图8为按照本发明第五实施列的天线的示意图。
在以下说明中采用某些术语仅只是出于方便而没有限制意义。词“最上(top)”“最下(bottom)”、“下部(lower)”和“上部(upper)”指明图中被参照的方向。这些术语包括有上面专门提到的单词、它的派生词和类似含义的单词。
本发明是针对主要通过磁感应发射和接收电磁能量的天线，其中天线的尺寸基本上小于所发射或接收的电磁能量的波长。本发明的天线很适用于自或到天线的能量耦合主要发生在天线临近处(亦即小于半波长之内)的系统。这样系统的一例是天线被用于建立一监视区域的EAS系统。当然，如对本技术领域熟悉人员将很清楚的，这样天线也具有许多其他应用，而此EAS系统仅只是此天线应用的说明性示例。
在-EAS系统中，天线被用来激活一安全标记中的谐振电路然后检测该标记。本发明所用的安全标记(未图示)通常为EAS系统技术中众所周知的类型。此标记适于由一目标或一物件或寻求保护或监视的这种目标的组装所固紧或换言之所承载。此标记可在零售时或其他这样的场合被固定到目标或其组装上，或者由目标的制造者或批发商固定到或结合进此目标或其组装。此安全标记包括有建立一个在被曝露到一预定的检测谐振频率或与该频率邻近的电磁场时发生谐振的谐振电路的组成部件。结合EAS系统特别是一射频或RF型的EAS系统应用的这样的标记在本技术领域是公知的，因而对这种标记的结构和操作的完整说明对于了解本发明是没有必要的。只要说明这一点就足够了，即这样的标记在被置于一被监视范围或地区之内，通常临近一设施例如一零售店的入口或出口，就会谐振或作出响应。然后此作谐振的标记被安全系统检测到，启动报警通知人们此标记进入监视区域。
现在详细参看附图，图中的相同标号均指相同部件，图1中表示一个用于产生和/或耦合到电磁场的现存技术的EAS系统的远场消除天线10的示意图，这在US专利NO.4243980(转让给CheckpoinTtSystem Inc.Thorofare，New Jersey)中有详细揭示，其揭示内容在此结合作为参考。总的说，此天线10包括第一的上部环路12和第二的下部环路14，其中上、下部环路12、14是共面的。上、下部环路12、14通常为相同尺寸和通常呈四边形的形状，以使得所组合的上部和下部环路12、14的形状是一矩形。
天线10包括一个用于提供电流到上部和下部环路12、14的发射器16以便上部和下部环路12、14辐射电磁场。发射器16被连接到上部和下部环路12、14以便电流沿着第一方向在上部环路12流动，如箭头18所示的逆时针方向，和沿着第二方向在下部环路14流动，如箭头20所示的顺时针方向，其与上部环路中电流流动方向相反。本技术领域的人员应理解：电流流动的方向在时间上仅代表一个时刻，也就是，在下半个周期电流会沿着相反的方向流动。但是，保持上部和下部环路中电流的彼此相反方向。如本技术领域的人员所知的和如上面所讨论的，相反的电流一般生成幅度相等而方向相反的磁场以便在远场(即，距天线大约数个波长的地区)中基本消除该场。对于以8.2MHZ运行的天线，联邦通信委员会(FCC)定义远场为距离天线30米或稍小于一个波长的地区。
在EAS系统中，一般与发射天线10具有相同尺寸和结构的接收天线(未示出)被放置于临近天线10，以在其间产生一个监视区。虽然在图1中所提示的天线配置为EAS系统生成了一个适当的监视区，但已确定：此监视区的大小可通过改变上部和下部环路的大小和形状和引入一个连接上部和下部环路12、14的转接线元件而增加。监视区域的大小能被增加是因为较好地满足前述的第一目标：(1)在发射与接收天线间尽可能宽的距离范围使对标记的耦合最大；和(2)使对远场的耦合最小。不幸的是，如前面讨论的，这些是相抵触的目标。常常在天线设计上对这二目标之一的改善将会牺牲另一个，以致认为进一步改善不可能。
在本发明中，我们发现将天线环路互相加以偏移或分开可改善有关第一目标的运行性能。我们还发现，环路的形状(即通常的三角形)和引入一个包括连接环路的二平行接近的隔开的导体的转接线部件极大地降低远场耦合的程度。已看到远场耦合的这种降低将优于现有技术天线设计运行性能10倍以上。迄今认为，将环路配置成使得环路面积乘以它们内部电流的幅值和符号的总和接近零将自动优化远场消除特性。按照本发明，以特定方式配置天线可实现远场消除方面的进一步完善。偏移环路、环路的形状和连接转接线部件的组合可实现上面讨论的竞争目标。在EAS系统中，这就意味着发射天线可以大于先前可用的电流驱动而不致违反有关远离天线的磁场的产生的政府管理规则。而且，接收天线更不受来自距天线一定距离天线的信号的干扰。
现在参看图2，表明一被改善的环形天线30的第一实施例。图2包括有一水平轴32和一垂直轴34，各自延伸通过天线30的几何中心，以便能较清楚地说明和描述天线30的形状和尺寸。天线30主要包括一主要位于水平轴32以上的第一或上部环路36和一主要位于水平轴32之下的第二或下部环路38。如图2中所示和作为优选的，上部和下部环路36、38通常为同等大小和形状，下部环路38与上部环路36相隔开，并与之共面和反相。另外，天线30的整体形状是矩形的。
上部环路36和下部环路38各目最好包括一或多匝任何可适用型式的导体导线，例如不同大小的为熟悉本技术领域的普通人员所公知的导体。最好上部和下部环路36、38由单根金属线构成。但将会理解，如果希望的话也可采用其他导电部件例如多导体线，而不会偏离本发明的范畴。例如，有可能希望利用机械功能性的结构部件来制成第一和第二环路36、38，另一方面也可采用导电性装饰性部件。
上部环路36通常为三角形，其第一边40一般平行于垂直轴34，第二边42一般平行于水平轴32，和第三边44一般在第一、第二边40、42之间延伸，但不将边40、42相互作电气连接。而是，一对最好平行于垂直轴34的相隔开的平行线或导体46、48分别由第二边42和第三边44向着水平轴32伸展。一转接线部件连接上部环路36和下部环路38。此转接线部件包括一对平行的、靠近分隔开的导线或导体50、52，它们具有用于连接上部和下部环路36、38的最小长度。最好，此转接线导体50、52由水平轴32之上向水平轴32之下延伸。这样，此转接线导体50、52在上部与下部环路36、38之间以相对于平行导体46、48和水平轴32的角度51延伸。但是，熟悉本技术领域的普通人员将今理解，此角度51可根据天线30的应用所希望的性能要求来向一方或另一方作各种角度的调整。
与上部环路36类似，下部环路38一般也为三角形的，其第一边54通常平行于垂直轴34，第二边56通常平行于水平轴32，和第三边58在第一与第二边54、56之间伸展，但不将边54、56相互作电气连接，而是第二边56和第三边58分别接连到一对相隔开的、平行导线60、62，它们平行于垂直轴34向水平轴32延伸。相平隔开的平行导体60、62分别将第二和第三边56、58连接到转接线导体52、50。
如可看到的，上部环路36和下部环路38相对水平轴32是对称的，而下部环路38一般是上部环路36的反相、倒转，或镜象形式。上部和下部环路36、38的一外角接近于一共面的、尺寸限定矩形33的相对角。也就是，当天线30以相对于一围绕天线30所作的共面距形33观察时，天线30的尺寸容易地成为可见的。虽然每一上部和下部环路36、38被表示为直角三角形，但并不要求上部和下部环路为一直角三角形，而是仅仅要求上部和下部环路36、38总体上为三角形的。
天线30可由一电气装置或电路作电气耦合和驱动，在作为发射天线的情况下可以是发射器电路，在接收天线的情况下可以是接收电路，或在被设计成用于双向通信的天线的情况下可以是一发射器/接收器电路。在发射天线的情况下，此电路部件可以包括一个被电气耦合到该天线用于给天线提供足够生成电磁场的电流的电流源。例如，此电路可以是一包括一信号振荡器(未图示)和一能驱动天线所呈现的负荷阻抗的适当类型的放大器/滤波器网络(未图示)的普通发射器。在图2中，发射器64被连接到天线30的转接线导体50、52。应指出，发射器64被连接到每一个转接线导体50、52以使得发射器64能在上部和下部环路36、38中分别如箭头66、68所指明的相反方向流通的电流对上部和下部环路36、38供给电流。上部环路36中的电流以顺时钟方向流通而下部环路38中的电流则以逆时钟方向流通。如前面讨论过的，具有在环路中作反方向流通的电流的多个环路提供非常有效的远场消除作用。
如将理解的，天线辐射电磁场时的频率基本上取决于发射器64的振荡速率。这样，此频率即可以以所公知的方式适当地调整发射器64来调节。可取的是，天线30以射频运行，包括有高于1000Hz的频率，更好的是包括有高于5000Hz的频率，而最好的是包括有高于10000Hz的频率。但是应当理解，天线30可以较低频率运行而不致背离本发明的范畴。在当前的优选实施例中，标记最好在或接近8.2MHz谐振，这是多个制造厂提供的电子安全系统中所用的一普遍应用频率，虽然对于熟悉本技术领域的普通人员来说很显见，可按照本地条件和规则来改变EAS系统的频率。这样就不应将这一特定频率看作是本发明的限制。
另一方面，此电子电路可包括电气耦合到天线30的接收器电路，用于从一发射天线和/或一标记(未图示)的谐振电路接收电磁能以产生一个指明在天线的邻近是否出现一标记的信号。本发明中用于发射和/或接收电路部件类型是普遍公知的。这样的电路部件例如在US专利NO.5373301中有描述。对于理解本发明无需对此电路部件作更详细说明。
在当前的优选实施例中，此电气装置在天线30几何对称中心处耦合到天线30。将电气装置耦合到靠近天线30的中心有利于提供流过包括转接线路和在天线30中心相对边上的环路的、相等的电流，由此获得当天线30连接到发射器64时距离天线30一定距离处磁场的准确消除。这样将远场耦合降到最低。相反，当连接到一接收器时，天线30对距天线30一定距离的信号的灵敏度降到最小。虽然当前优选的是在天线30的几何中心定位到天线30的电气耦合，而在确定天线30的几何中心中则无需考虑与天线30的馈电相关的非辐射部件例如到/来自此电气装置的非辐射馈电线(未图示)。但是运载由馈电点到辐射环路的电流的天线30的导体部件(亦即转接线导体50、52)则对确定天线30的中心和对天线30的几何设计密切相关。虽然对天线30的电气耦合最好连接到靠近天线30的几何中心，因为一般说来这一地点最佳，但将会理解，这些连接也可沿天线30的其他点进行连接。
天线30的上部和下部环路36、38最好被布置在尺寸定义矩形的对角相对位置以便伸展对天线30的耦合相对高的靠近天线30的地区的大小。天线30被设计成使一靠近天线的尽可能大的地区内的天线的磁耦合系数最大。已经看到，使下部环路38与上部环路36对角相对能对在EAS应用的监视区域内的标记较好的完全耦合，并因而由于相对于天线30的高耦合特性的环形区域的垂直轴的角度而得到较好的标记的完全检测。此天线30包括用于运载电流和生成磁场并显著降低远场耦合的线路或导体结构，从而使天线30能以较先有技术的“8”字形天线结构显著提高的电流驱动而不致违反法定的辐射规定。也就是，当被连接到发射器64时，天线30在靠近天线30的区域内产生射频磁场但使得在距天线一定距离、大约一波长和较大时磁场被极大地消除。
现在参看图3，图中80指示多环天线的第二实施例。此天线80主要包括第一环路82和与第一环路82共面的第二环路84。图中，第一环路82被置于水平轴32之上，第二环路84置于水平轴32之下。这样，第一环路82在此也被称之为上部环路和第二环路84被称之为下部环路。但对熟悉本技术领域的人员将很显见，说明性术语“上部”和“下部”是相对的，和环路82、84可相互间以其他定向例如边靠边地而不致脱离本发明的范畴。如天线30那样(图2)，天线80的上部和下部环路82、84一般为同等大小和形状的，下部环路84相对上部环路82为分隔开、共面和反相的。也如天线30那样，上部和下部环路82、84一般为三角形形状，虽然这些“三角形”的取向与天线30的“三角形”(环路36、38)的取向不同。
上部环路82具有一通常平行于水平轴32的第一边86，通常平行于垂直轴34的第二边88，和在第一边与第二边86、88之间伸展但不将边86、88相互作电气连接的第三边90。而是，第三边90将第一边86连接到第一转接线导体92。此第一转接线导体92由在水平轴32之上一点的第三边90的一端伸展到水平轴32之下的一点。由第三边90与第一转接线导体92形成的角度93最好为一锐角，以使得转接线导体92由水平轴32上方伸展到水平轴32的下方。类似地，第二边88被连接到一通常平行于第一转接线导体92并由水平轴32以上一点伸展到水平轴32以下一点的第二转接线导体94。由此第二边88与第二转接线导体94形成的角95最好为一钝角，以使得第二转接线导体94由水平轴32以上一点伸展到水平轴32以下一点，和将上部环路82连接到下部环路84。
类似于上部环路82，下部环路84一般也为三角形形状，其第一边96通常平行于水平轴32，第二边98通常平行于垂直轴34和第三边100在第一边与第二边96、98之间伸展但不将边96、98相互电气连接。而是第二和第三边98、100在水平轴32以下一点被分别连接到第一和第二转接线导体92、94。如可看到的，上部环路82与下部环路84相对水平轴32为对称的，而下部环路84一般为上部环路82的反相形式。天线80的整体形状一般为矩形。
一电路部件，在这一情况下为发射器64，最好被连接到第一和第二转接线导体92、94，用于发射通过天线80的电流，在这一情况下为发射天线。上部和下部环路82、84中分别表示的箭头102、104指示各个环路82、84中的电流流通方向。上部环路82中的电流以顺时钟方向(箭头102)流通而下部环路84中的电流以逆时钟方向(箭头104)流通。如前面讨论过的，设置环路中电流作相反方向流通的多重环路取得非常有效的远场消除作用。
如采用天线30那样，天线80可连接到一电气装置，这可以是一发射器、接收器或一发射/接收器。在当前的优选实施例中，发射器64被分别沿转接线导体94、92在连接点79、81连接到天线80，以使得发射器64被置于和连接在作为几何对称天线80的中心点。如前面讨论的，将发射器64配置在天线80中心有利于在沿天线80的导体或导线段形成对称电流分布，从而获得在距天线80一距离处磁场的准确消除。
天线80的上部和下部环路82、84被布置在一围绕天线80周边伸展的尺寸定义矩形83的对角相向角上。另外，上部和下部环路82、84被互相分离或分隔开，各环路82、84的中心点被布置得相互距离尽可能地远，以使得上部环路82的第三边90和下部环路84的第三边100不致相互紧密邻接。将相邻边分隔开使得靠近天线的高耦合环形区域的直径增加，从而增加EAS系统的发射和接收天线可被分开的距离。
现在参看图4，图中110指一多环天线的第三实施例。天线110包括第一上部环路112和第二下部环路114。上部和下部环路112、114为共面和一般为同等尺寸和形状的，下部环路114相对上部环路112被分隔开和被反相。而且，上部和下部环路112、114最好一般为三角形形状。上部环路112主要被置于水平轴32之上，但一小部分伸展到水平轴32之下。类似地，下部环路114主要被置于水平轴32之下，但下部环路114的一小部分伸展到水平轴32之上。但是，天线110的整体形状一般为矩形。如采用天线80(图3)那样，对熟悉本技术领域的普通人士将会显见，说明性术语“上部”和“下部”是相对的，和环路112、114可被定向为相互间其他取向，例如边靠边地，而不致背离本发明的范畴。
上部环路112具有一般平行于水平轴32的第一边116，一般平行于垂直轴34的第二边118，和在第一边与第二边116、118之间伸展但不将边116、118相互电气连接的第三边120。而是，第三边120被连接到一第一转接线导体122，后者由水平轴32下的一点伸展到水平轴32上一点并将上部环路112连接到下部环路114。第三边120与第一转接线导体122间所形成的角123最好是一锐角，以使得第一转接线导体122由水平轴以下伸展到水平轴32以上的一点。
类似地，第二边118被连接到通常平行于第一转接线导体122的第二转接线导体124。此第二转接线导体124由水平轴32以下一点伸展到水平轴32以上一点并将上部环路112连接到下部环路114。由第二边118与第二转接线导体124形成的角125最好为一锐角。
下部环路114具有一般平行于水平轴32的第一边126，一般平行于垂直轴34的第二边128，和在边126、128之间伸展但不将边126、128作相互电气连接的第三边130。而是，第二边128和第三边130在水平轴32以上一点分别连接到第一和第二转接线导体122、124。这样，天线110的形状是“锯齿”形。
天线110的上部和下部环路112、114被布置在围绕天线110的外周边伸展的尺寸定义矩形111的对角相向角，以使得由具有相对于垂直轴34的角的天线110生成环形磁场。另外，上部和下部环路112、114被互相分离或分隔开，以使得靠近天线110的高耦合的环形区域的直径增大。
发射器64被连接到转接线导体122、124和产生流过上部和下部环路112、114的电流。上部和下部电路112、114中所表明的箭头132、134分别指示各个环路112、114中(瞬时)电流流通的方向。上部环路112中的电流以顺时钟方向流通而在下部环路114中流通的电流则以逆时钟方向流通。如前面讨论的，设置环路中电流以相反方向流通的多环路提供非常有效的远场消除作用。
天线110实现优良的远场消除。另外，由远距离源拾取噪声性也十分低，使得天线110能理想地置于例如附近安装有其他EAS系统的场所。现在作为优选的是将连接到天线110的电气装置(例如一发射器或一接收器)被连接在一中心点，例如水平轴32与垂直轴34相交处，以使得天线110对于此电气装置为对称的。如前面讨论的，将此电气装置布置在天线110的中心有利于得到沿天线110的导线段的相等电流分布，由此，当天线110被连接到一发射器时能得到距天线110一定距离处电磁场的准确消除。
现在参看图5，图中140指明一多环天线的第四实施例。天线140包括第一上部环路142和第二下部环路144。上部和下部环路142、144通常为同等的大小和形状，下部环路144相对上部环路142被分隔开、共面和反相的。上部和下部环路142、144一般为三角形形状。上部环路142主要位于水平轴32以上，但上部环路142的一小部分稍许伸展于水平轴32之下。同样，下部环路144主要位于水平轴32之下，但下部环路144的一小部分在水平轴32以上伸展。虽然环路142、144被以术语“上部”和“下部”描述，但对熟悉本技术领域的普通人员将很显见，这些说明性术语是相对的，而且环路142、144可相互定向为其他取向，例如边对边地，而不致背离本发明的范畴。
上部环路142具有一般与水平轴32平行的第一边146，一般与垂直轴34平行的第二边148，和在边146、148之间伸展但不将边146、148相互作电气连接的第三边150。而是，第三边150被连接到第一转接线导体152，后者由水平轴32以下一点伸展到水平轴32之上的一点并将上部环路142连接到下部环路144。第三边150与第一转接线导体152之间形成的角153最好为一锐角，以使得第一转接线导体152由水平轴32下面伸展到水平轴32以上一点。
同样，第二边148被连接到将第二边148连接到下部环路144的第二转接线导体154。此第二转接线导体154与第一转接线导体152分隔开和一般与之平行。由边148与第二转接线导体154形成的角155最好为一锐角，以使得第二转接线导体154由水平轴32以下一点伸展到水平轴32以上一点。
下部环路144具有一般与水平轴32平行的第一边156，一般与垂直轴34平行的第二边158，和在边156、158之间伸展但不将边156、158作电气连接的第三边160。而是，第二边158和第三边160在水平轴32以上一点分别被连接到第一、第二转接线导体152、154，以使得上部和下部环路142、144相互连接。
天线140的上部和下部环路142、144被配置在围绕天线140的外周边伸展的尺寸定义距形162的对角相向角上，以使得由具有相对于垂直轴34的角度的天线140产生环形磁场。而且，上部和下部环路142、144被相互分离或分隔开，将各环路142、144的中心点相互间尽可能远离以便靠近天线140的高耦合环形区域的直径增大。
这样，天线140极为类似天线110(图4)。但是，天线140与天线110的不同处在于，上部环路142的第一边146的长度和下部环路144的第一边156的长度小于上部环路142的第二边148与下部环路144的第二边158之间的距离。也就是，每个第一边146、156的长度小于尺寸定义距形162的边的长度。这样，上部和下部环路142、144被分隔成比天线110的上部和下部环路112、114更远。另外，天线140的转接线导体152、154被分隔成较之天线110的转接线导体122、124要较靠近一些。将第一边146、156的长度作成小于尺寸定义矩形的主要效果是将由天线140产生的环形磁场定向成相对垂直轴34具有大于由天线110(其中边116、126的长度等于尺寸定义矩阵的宽)所产生的环形磁场的角度。在一EAS应用中，这有助于改善对定向于垂直于天线140的平面的垂直平面的标记的检测。
天线140的一优选实施例被构成为，第一边146、156长度接近15.0英寸，第二边148、158长度为31.6英寸和第三边长度约34.98英寸。将上部环路142的第二边148与下部环路144的第二边158分开的距离约为22.5英寸，从而上部环路142与下部环路144之间的重叠量接近3.75英寸。也就是，上部环路142的第一边146和下部环路144的第一边156各自伸出超过垂直轴34仅约3.75英寸。转接线导体152、154分开约0.1英寸的距离。
在一EAS系统中，最好将天线140安放在由非导体材料例如聚合材料构成的装饰性结构之内，将天线140布置在高出地板或地平面接近8.0英寸。因而，EAS系统中的按照本发明的天线最好被装在一刚性支撑结构内(未图示)。
天线140实现优良的远场消除。另外，对远距离源噪声的拾取也十分低，从而使天线140在例如附近安装有其他EAS系统的场所成为理想的。当前优选的，将连接到天线140的电气装置(如一发射器或一接收器)连接到中心点，例如水平轴32与垂直轴34的交叉处，以使得天线140围绕此电气装置为对称的。如先前所讨论的，将此电气装置配置在天线140的中心有利于提供沿天线140导线段对称的电流分布，由此得到当天线140被连接到发射器时在距天线140一定距离处磁场的准确消除。
还表明天线140连接到对天线140提供电流的发射器44。此发射器64被连接到转接线导体152、154使得上部和下部环路142、144中电流以相反向方向流通。上部和下部环路142、144中所示箭头162、164分别指明每一环路中电流的流向。上部环路142中电流以顺时钟方向流通而下部环路144中电流则以逆时钟方向流通由此实现有效的远场消除。
通常，根据特定EAS系统和利用该系统的特定应用EAS系统中发射天线与接收天线间的间距在2至5英尺的范围内。前面讨论的天线设计较先有技术天线提供更大临视区。例如，EAS系统经常被置于零售店的入口/出口处，一典型系统将发射天线安置于入口/出口的第一侧而将接收天线安置于入口/出口的第二相对侧。为了避免防碍进入/退出此商店，最好将这些天线相互分隔开至少一般为约6英尺的入口/出口宽度。
不巧的是，许多先有技术系统要求发射和接收天线相互分隔远小于5英尺的距离，要求人们侧身通过比入口/出口更窄的空间，或者要求在入口/出口采用多于二个的天线。但由于本发明天线设计的优越的远场消除特性，连接到天线30、80、110、140的发射器可以非常高的功率运行而不致产生违背FCC规定的远场发射。另外，由于被天线30、80、110、140的监视区域中的标记所生成的信号在幅度上正比于用来驱动天线30、80、110、140的信号的振幅，因而实现可能使系统的信噪比相应增加的标记信号的净增长。这种信噪比的增加使得可将发射天线定位于较现存EAS系统距离接收天线更远。例如，发射和接收天线可被置于一标准的6英尺商店入口相对侧，这使得客户能更客易地进入和退出商店。
将天线环路置于(一尺寸定义矩形的)对角相向角的另一优点是当天线被连接到一发射器时由其所生成的环形磁场的直径增大。因此，对标记的最大耦合区域增大。
现在参看图6～8，说明本发明另外三个可替代实施例。图6中，表明一发射天线系统，包括第一或上部发射天线182和第二下部发射天线184。上部和下部天线182、184一般为同等大小和尺寸的，下部天线184与上部天线182分隔开并是共面的。也就是，下部天线184位于水平轴32的下方和上部天线182位于水平轴32的上方。上部和下部天线182、184各自包括按照本发明的“锯齿形”天线。特别是上部和下部天线182、184每一个均被配置成类似于天线110(图4)。对本技术领域熟知的普通人员将会清楚，术语“上部”和“下部”是相对的并且仅是被用来说明如图中所示的第一和第二天线182、184，和第一和第二天线182、184可布被置成边靠边的，而不是一个在另一个之上。
上部和下部天线182、184被连接到用于发射通过各自的天线182、184的电流的第一和第二发射器186、188。按照前面讨论的所希望的远场消除特性，第一发射器186最好发射一个0°相位的信号和第二发射器188发射90°相位的信号。另一方面，此第一天线可在与下部天线184运行的时间不同的时间运行。自然，将会理解，第一和第二天线182、184可被连接到第一和第二接收器(未图示)而不是连接到用于检测由发射天线所产生磁场内的信号的发射器。
图7表示-“锯齿形”天线190，包括第一上部环路192，第二下部环路194，和一对将上部环路192与下部环路194连接的转接线导体196、198。天线190在尺寸、形状和结构上均与天线110(图4)相似，所不同处在于天线190被以串行连接方式连接到发射器200(与图4的平行连接发射器64相反)。另外，因为天线190被串行连接到发射器200，转接线导体196、198虽然被紧密地分隔开，实际上是转接线交叉以便使通过上部环路192发射的电流以与下部环路194中的电流相反的方向流通。由于发射器200被连接到靠近下部环路194，电流流经上部和下部环路192、194是不对称的。为了平衡由流经上部环路192和下部环路194的电流所产生的磁场，调整上部和下部环路192、194的相应尺寸。
图8为天线210的示意图，此天线具有第一上部环路212，与此上部环路212相分隔和共面的第二下部环路214，和一对连接上部环路212和下部环路214的紧密分隔的平行导体216、218。一发射器220在平行导体216、218处平行连接到天线210，使得所生成的电流在上部环路212和下部环路214中如各自的箭头所指示的以相反方向流通。类似于本发明的其他天线(30、80、110)，天线210具有如尺寸定义矩形222所表明的通常为矩形的形状。但是，与其他所揭示的实施例不同，上部和下部环路212、214被定位于矩形222的垂直相对角(不同于对角相向角)。虽然天线210并不是EAS系统中所优选的，而对天线210的其他应用则对熟悉技术领域的普通人士将是很明显的。例如，本发明这种结构对于与被植入在一病人中的医疗装置的通信可以是有用的。
虽然已经说明了本发明的特定实施例，但将很显见，本发明可加以改变或修正，但仍提供所希望的远场取消功能而不背离本发明的范畴和精神。而且，虽然本发明的天线在这里是参照EAS系统说明的，将可理解这样的引用EAS系统仅只是用作为说明的目的而不是限制性的。本发明的天线很好地适用于许多类型的应用，而较具体说，任何利用天线所发射的电磁能进行通信或识别功能的场合中的应用。例如，本发明的天线可结合一传感器(它由天线所发射的电磁能驱动)用于通过连接到传感器的接线难以驱动或与传感器通信的环境中。在这种环境中，天线可被用来远程驱动和由传感器接收信息。例如，本发明的一天线可与一测量病人的血糖水平的传感器结合使用，其中，此血糖水平传感器被皮下植入病人的细胞组织中。如将会明白的，无需以接线刺穿病人的皮肤连接传感器是极为希望的。同样也十分希望由传感器中取消电池。采用本发明，有可能利用天线所生成的电磁能来驱动被置于病人的皮肤下面的传感器并同时利用天线接收由此传感器所发射的电磁能，其中，由传感器发射的电磁能量与病人的血糖水平相关。另一应用是关于与一为访问控制识别其所有者的无源转发器进行通信。本发明的其他有价值的应用对熟悉本技术领域人员也将是明显的。
熟悉本技术领域人士还将认识到，可对上述本发明的实施例作出改变而不致背离其发明性概念。因此可以理解，本发明并不局限于所揭示的特定的实施例，而是期望包括属于由所附权利要求所定义的发明范畴和精神之内的所有修正和变化。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种多环天线，包括：
具有一般为三角形形状的第一环路部件；
具有一般为三角形形状的第二环路部件，其中第一和第二环路部件一般为相同尺寸和一般为共面的、分隔开的和反相的关系；和
成角度的转接线部件，包括一对通过将第一环路部件的第三边连接到第二环路部件的一边和将第二环路部件的第三边连接到第一环路部件的一边来电气连接第一和第二环路部件的、相隔开的、平行的导体，该导体的长度至少等于该环路部件的最短边的长度。
2.权利要求1所述天线，其特征是一通常通过天线的几何中心伸展的水平轴平分转接线部件并将第一和第二环路部件分开，以使得环路部件位于水平轴的相对侧。
3.权利要求2所述天线，其特征是此水平轴平分转接线部件和每一环路部件部分地在水平轴以上伸展使得此水平轴与第一和第二环路部件每一个部分相交叉。
4.权利要求1所述天线，其特征是一通常通过天线的几何中心伸展的垂直轴平分转接线部件。
5.权利要求4所述天线，其特征是此垂直轴平分第一和第二环路部件的每一个。
6.权利要求1所述天线，其特征是对于第一和第二环路部件的每一个，一第一边的长度近似为其中一第二边的长度的二倍。
7.权利要求1的所述天线，其特征是第一和第二环路部件包括单根的一般为连续的导体。
8.权利要求1所述天线，其特征是还包括连接到第一和第二环路部件的电气电路部件。
9.权利要求8所述天线，其特征是该电路部件包括一发射器。
10.权利要求9所述天线，其特征是由该发射器产生的电流在第一环路部件中沿第一方向流通，在第二环路部件中沿与第一方向相反的第二方向流通。
11.权利要求8所述天线，其特征是该电路部件包括一接收器。
12.权利要求8所述天线，其特征是该电路部件被连接到靠近转接线部件的中心的环路部件，和环路对此中心作几何对称。
13.权利要求1所述天线，其特征是环路部件一边与连接到它的转接线部件之间所形成的角度大于90°。
14.权利要求1所述天线，其特征是该环路部件一边与连接到它的转接线部件之间所形成的角度小于90°。
15.权利要求1所述天线，其特征是每个环路部件的第三边与连接到它的转接线部件之间所形成的角度小于90°。
16.权利要求1所述天线，其特征是天线的大小基本上小于天线运行的一个波长以使得天线主要产生磁场。
17.权利要求1所述天线，其特征是还包括一用于安置环路部件和转接线部件的刚性支撑结构。
18.一种电子目标监视系统，包括：
发射电路部件；
电气地耦合到该发射电路部件用于产生电磁场的发射天线，此发射天线包括一般为同等尺寸的第一和第二环路部件，每一个部件一般构成三角形形状，这些环路部件一般为共面、分隔开和反相的相互关系，和一个包括一对分隔开的、平行导体将第一和第二环路部件电气地耦合到一起的成角度的转接线部件，该导体的长度至少等于该环路部件的最短边的长度；
与发射天线分隔开的接收天线，此接收天线基本上与发射天线为相同大小和几何形状，其中发射天线与接收天线之间确定一监视区域；和
电气地耦合到接收天线的接收电路部件，用于检测监视区域中谐振记号或标记以一予定频率的谐振并由其产生一报警信号，指示在此监视区域内出现被保护的目标。
19.一种多环天线，包括：
第一环路部件；
第二环路部件；和
串行地电气连接第一和第二环路部件的成角度的转接线部件，此转接线部件包括一对分隔开的、一般平行的导体，其中第一和第二环路部件一般为相等尺寸和一般具有共面、分隔开的关系，至少该对导体中的一个从该转接线部件的一端到另一端是完全连续的。
20.权利要求19所述多环天线，其特征是还包括用于产生电流的发射器装置，其中，所产生电流在第一和第二环路中以相反方向流通，由此产生在一定距离处消失的磁场。
21.权利要求19所述多环天线，其特征是该转接线部件的分隔开的导体相互间紧密地分隔开以使得由一个导体生成的磁场能被另一导体所产生的磁场基本消除。
22.权利要求1所述天线，其特征是该对导体中的至少一个从转接线部件的一端至其另一端为完全连续的。
23.权利要求18所述系统，其特征中该对导体中的至少一个从转接线部件的一端至其另一端是完全连续的。
24.权利要求19所述多环天线，其特征是该第一和第二环路部件由多个边构成，转接线部件导体的长度至少等于环路部件最短边的长度。
25.权利要求1所述天线，其特征是该第一环路部件、转接线部件和第二环路部件定义一锯齿形状。
26.权利要求18所述系统，其特征是该发射天线和接收天线中至少一个的第一环路部件、转接线部件和第二环路部件定义一锯齿形状。
27.权利要求19的多环天线，其特征是该第一环路部件，转接线部件和第二环路部件定义一锯齿形状。
28.一种多环天线，包括：
具有一般为三角形形状的第一环路部件；
具有一般为三角形形状的第二环路部件，其中第一和第二环路部件一般为相同尺寸和一般具有共面、分隔开和反相的关系；和
包括一对分隔开的、平行导体的成角度的转接线部件，通过将第一环路部件的第三边连接到第二环路部件的一边和将第二环路部件的第三边连接到第一环路部件的一边来电气连接第一和第二环路部件，该第一环路部件、转接线部件和第二环路部件定义一锯齿形形状。
29.一种电子目标监视系统，包括：
发射电路部件；
电气地耦合到发射电路部件、用于生成电磁场的发射天线，此发射天线包括一般为相同尺寸的第一和第二环路部件，每一部件一般形成为三角形形状，这些环路部件相互间一般具有共面的、分隔开和反相的关系，和包括一对分隔开的平行导体、用于将第一和第二环路部件电气地耦合到一起的成角度的转接线部件；
与发射天线分隔开的接收天线，此接收天线与发射天线基本上为相同大小和几何形状，其中，在发射天线与接收天线之间定义一监视区域，该发射天线和接收天线中的至少一个的第一环路部件、转接线部件和第二环路部件定义一锯齿形状；和
电气地耦合到接收天线的接收电路部件，用于检测监视区域内谐振记号或标记以一预定频率的谐振和由其生成指明此监视区域内出现一被保护目标的报警信号。
30.一种多环天线，包括：
第一环路部件；
第二环路部件；和
电气地串行连接该第一和第二环路部件的成角度的转接线部件，此转接线部件包括一对分隔开的、一般为平行的导体，其中，第一和第二环路部件一般为同等尺寸和一般具有共面、相隔开的关系，和该第一环路部件、转接线部件及第二环路部件定义一锯齿形状。

Claims (21)

1.一种多环天线，包括：
具有一般为三角形形状的第一环路部件；
具有一般为三角形形状的第二环路部件，其中第一和第二环路部件一般为相同尺寸和一般为共面的、分隔开的和反相的关系；和
成角度的转接线部件，包括一对通过将第一环路部件的第三边连接到第二环路部件的一边和将第二环路部件的第三边连接到第一环路部件的一边来电气连接第一和第二环路部件的、相隔开的、平行的导体。
2.权利要求1所述天线，其特征是一通常通过天线的几何中心伸展的水平轴平分转接线部件并将第一和第二环路部件分开，以使得环路部件位于水平轴的相对侧。
3.权利要求2所述天线，其特征是此水平轴平分转接线部件和每一环路部件部分地在水平轴以上伸展使得此水平轴与第一和第二环路部件每一个部分相交叉。
4.权利要求1所述天线，其特征是一通常通过天线的几何中心伸展的垂直轴平分转接部件。
5.权利要求4所述天线，其特征是此垂直轴平分第一和第二环路部件的每一个。
6.权利要求1所述天线，其特征是对于第一和第二环路部件的每一个，一第一边的长度近似为其中一第二边的长度的二倍。
7.权利要求1的所述天线，其特征是第一和第二环路部件包括单根的、一般为连续的导体。
8.权利要求1所述天线，其特征是还包括连接到第一和第二环路部件的电气电路部件。
9.权利要求8所述天线，其特征是该电路部件包括一发射器。
10.权利要求9所述天线，其特征是由该发射器产生的电流在第一环路部件中沿第一方向流通，在第二环路部件中沿与第一方向相反的第二方向流通。
11.权利要求8所述天线，其特征是该电路部件包括一接收器。
12.权利要求8所述天线，其特征是该电路部件被连接到靠近转接线部件的中心的环路部件，和环路对此中心作几何对称。
13.权利要求1所述天线，其特征是环路部件一边与连接到它的转接线部件之间所形成的角度大于90°。
14.权利要求1所述天线，其特征是该环路部件一边与连接到它的转接线部件之间所形成的角度小于90°。
15.权利要求1所述天线，其特征是每个环路部件的第三边与连接到它的转接线部件之间所形成的角度小于90°。
16.权利要求1所述天线，其特征是该天线的大小基本上小于该天线运行的一个波长以使得天线主要产生磁场。
17.权利要求1所述天线，其特征是还包括一用于安置环路部件和转接线部件的刚性支撑结构。
18.一种电子目标监视系统，包括：
发射电路部件；
电气地耦合到该发射电路部件用于产生电磁场的发射天线，此发射天线包括一般为同等尺寸的第一和第二环路部件，每一个部件一般构成三角形形状，这些环路部件一般为共面、分隔开和反相的相互关系，和一个包括一对分隔开的、平行导体将第一和第二环路部件电气地耦合到一起的成角度的转接线部件；
与发射天线分隔开的接收天线，此接收天线基本上与发射天线为相同大小和几何形状，其中发射天线与接收天线之间确定一监视区域；和
电气地耦合到接收天线的接收电路部件，用于检测监视区域中谐振记号或标记以一予定频率的谐振并由其产生一报警信号，指示在此监视区域内出现被保护的目标。
19.一种多环天线，包括：
第一环路部件；
第二环路部件；和
串行地电气连接第一和第二环路部件的成角度的转接线部件，此转接线部件包括一对分隔开的、一般平行的导体，其中第一和第二环路部件一般为相等尺寸和一般具有共面、分隔开的关系。
20.权利要求19所述多环天线，其特征是还包括用于产生电流的发射器装置，其中，所产生电流在第一和第二环路中以相反方向流通，由此产生在一定距离处消失的磁场。
21.权利要求19所述多环天线，其特征是该转接线部件的分隔开的导体相互间紧密地分隔开以使得由一个导体生成的磁场能被另一导体所产生的磁场基本消除。
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