ES2589144T3 - Antena de parche de RFID con tierra de referencia coplanar y tierras flotantes - Google Patents

Abstract

Un conjunto de antena para aplicaciones de identificación por radiofrecuencia (RFID) en las que se pasan señales de banda UHF entre un lector (transceptor) y una etiqueta (transpondedor), que comprende: una lámina plana; un área eléctricamente conductora plana de forma y dimensión predeterminadas que forma un elemento de antena radiactivo (110) en la lámina plana, y otra área eléctricamente conductora plana de forma y dimensión predeterminadas que forma un elemento de tierra de referencia (120) en la lámina plana, de manera que el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120) son planos entre sí, y en donde no hay solapamiento sustancial entre el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120); en donde el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120) están localizados en el mismo plano geométrico de la lámina plana; y en donde el elemento de antena radiactivo (110) y al menos un elemento de tierra flotante (160) están formados en un mismo lado de la lámina plana; y en donde al menos un elemento de tierra flotante (130) adicional está presente en un plano paralelo al plano geométrico del elemento de antena radiactivo.

Description

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DESCRIPCION

Antena de parche de RFID con tierra de referencia coplanar y tierras flotantes Campo de la invencion

La presente invencion se refiere en general a una antena de parche de banda ancha, compacta, de bajo espesor, de bajo coste con elemento de radiacion y conductor de tierra de referencia en el mismo plano geometrico o pianos paralelos espaciados estrechamente, y que incluye conductores de tierra flotantes en el mismo plano geometrico o planos paralelos espaciados estrechamente, dicha antena de parche o series de tales antenas de parche tienen utilidad en aplicaciones de identificacion por radiofrecuencia (RFID) en las que se pasan senales de banda UHF entre un lector (transceptor) y una etiqueta (transpondedor) mediante la antena de parche. La invencion es de uso particular en aplicaciones de RFID en las que es deseable crear un espacio con emision de senal UHF direccional bien controlada por encima de una superficie tal como una estanteria inteligente, mostrador inteligente u otra superficie activada con RFID, espacio que contiene una coleccion de articulos etiquetados por RFID, y de manera que los articulos en el espacio pueden leerse de manera de manera fiable usando senales de UHF desde el lector de RFID fijado a la antena, sin la complicacion de zonas nulas o localizaciones en el espacio en el que las senales de UHF son demasiado debiles para comunicar con etiquetas de RFID.

Antecedentes de la tecnica

Los sistemas de identificacion por radiofrecuencia (RFID) y otras formas de vigilancia electronica de articulos se usan cada vez mas para rastrear articulos cuyas localizaciones o disposiciones son de algun interes economico, de seguridad u otro. En estas aplicaciones, normalmente, se fijan transpondedores o etiquetas o se colocan dentro de los articulos a rastrear, y estos transpondedores o etiquetas estan en al menos comunicacion intermitente con transceptores o lectores que informan la localizacion de la etiqueta (y, por inferencia, el articulo) a personas o aplicaciones de software mediante una red a la que los lectores estan directa o indirectamente conectados. Ejemplos de aplicaciones de RFID incluyen rastreo de articulos de venta ofrecidos para venta publica dentro de una tienda, gestion de inventario de esos articulos en la trastienda de la tienda, en elementos fijos de estanteria de tienda, expositores, mostradores, cajas, vitrinas, armarios, u otros elementos fijos, y rastreo de articulos a y desde el punto de venta y salidas de la tienda. Existen tambien aplicaciones de rastreo de articulos que implican almacenes, centros de distribucion, camiones, furgonetas, contenedores de transporte y otros puntos de almacenamiento o transporte de articulos a medida que se mueven a traves de la cadena de suministro de venta. Otra area de aplicacion de la tecnologia de RFID implica rastreo de bienes en el que se rastrean articulos valiosos (no necesariamente para venta al publico) en un entorno para evitar el robo, perdidas o extravio, o para mantener la integridad de la cadena de custodia del bien. Estas aplicaciones de tecnologia de RFID se proporcionan a modo de ejemplo unicamente, y deberia entenderse que existen muchas otras aplicaciones de la tecnologia.

Los sistemas de RFID normalmente usan antenas lectoras para emitir ondas portadoras electromagneticas moduladas y codificadas con senales digitales para etiquetas de RFID. Como tal, la antena lectora es un componente critico que facilita la comunicacion entre etiqueta y lector, e influencia la calidad de esa comunicacion. Una antena lectora puede pensarse como un transductor que convierte corriente electrica alterna de senal cargada desde el lector en campos u ondas electromagneticas oscilantes de senal cargada apropiados para una segunda antena localizada en la etiqueta, o como alternativa, convierte campos u ondas electromagneticas oscilantes de senal cargada (enviados desde o modificados mediante la etiqueta) en corriente electrica alterna de senal cargada para demodulacion mediante y comunicacion con el lector. Los tipos de antenas usadas en sistemas de RFID incluyen, antenas de parche, antenas de ranura, antenas dipolo, antenas de bucle y muchos otros tipos y variaciones de estos tipos.

En el caso de sistemas de RFID pasivos, la etiqueta de RFID se alimentan mediante la onda portadora electromagnetica. Una vez alimentada, la etiqueta pasiva interpreta las senales de radiofrecuencia (RF) y proporciona una respuesta apropiada, normalmente creando una perturbacion intermitente temporizada en la onda portadora electromagnetica. Estas perturbaciones, que codifican la respuesta de la etiqueta, se detectan mediante el lector a traves de la antena del lector. En el caso de sistemas de RFID activos, la etiqueta contiene su propia fuente de alimentacion, tal como una bateria, que puede usar para iniciar comunicaciones de RF con el lector creando su propia onda portadora y senales de RF codificadas, o de otro modo la potencia de la etiqueta puede usarse para potenciar el rendimiento de la etiqueta aumentando la velocidad de procesamiento de datos de la etiqueta o aumentando la potencia en la respuesta de la etiqueta, y por lo tanto la maxima distancia de comunicacion entre la etiqueta y el lector.

Especialmente para sistemas de RFID pasivos, a menudo es conveniente distinguir el comportamiento de sistemas de RFID y sus antenas en terminos de comportamiento de campo cercano frente a campo lejano. “Campo cercano” y “campo lejano” son terminos relativos, y es con respecto a la longitud de onda de la onda portadora que los terminos “cercano” y “lejano” tienen significado. Cuando las distancias implicadas en una aplicacion son mucho mayores que la longitud de onda, la aplicacion es una aplicacion de campo lejano, y a menudo la antena puede verse como una fuente fija (como en la mayoria de aplicaciones de telecomunicaciones). Por otra parte, cuando las

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distancias implicadas en una aplicacion son mucho mas cortas que la longitud de onda, las interacciones electromagneticas relevantes entre antenas (por ejemplo, antena lectora y antena de etiqueta) son interacciones de campo cercano. En una situacion de este tipo el componente electrico o magnetico reactivo domina el campo de EM, y la interaccion entre las dos antenas acopladas tiene lugar mediante perturbaciones en el campo. Cuando la aplicacion de interes implica distancias en el orden de la longitud de onda de la onda portadora, la situacion es mas compleja y no puede pensarse como simplemente campo cercano o simplemente campo lejano. A continuacion esta situacion se denominara “campo medio". Dos bandas de frecuencia comunes usadas mediante sistemas de RFID comerciales son 13,56 MHz y UHF (aproximadamente de 850 a 960 MHz, dependiendo la banda especifica del pais en cuestion). Puesto que una etiqueta en un articulo de consumidor etiquetado con RFID se usa en general para muchas aplicaciones a lo largo de toda la cadena de suministro, desde fabricacion y distribucion hasta la localizacion de venta minorista final, los requisitos funcionales las estanterias de venta unicamente son uno de los conjuntos de factores que influencian la eleccion de la frecuencia de etiqueta. Existen muchos factores y requisitos de interes para diversos socios comerciales en la cadena de suministro, y en esta situacion compleja se usan de manera extensiva tanto 13,56 MHz como UHF para rastrear articulos etiquetados sobre y en estanterias inteligentes, bastidores, vitrinas, y otra venta minorista, almacen, y otros elementos fijos de negocio. Las Patentes de Estados Unidos 7.268.742, 6.989.796, 6.943.688, 6.861.993, 6.696.954, 6.600.420, y 6.335.686 todas tratan con aplicaciones de antena de RFID para estanterias inteligentes, vitrinas y elementos fijos relacionados. Las ondas de 13,56 MHz tienen una longitud de onda justo sobre 22 metros (72 pies), mientras que la longitud de onda de radiacion UHF usada en aplicaciones de RFID es aproximadamente un tercio de un metro, o simplemente un pie. Puesto que las distancias caracteristicas de aplicaciones de RFID a nivel de articulo implican el rastreo y vigilancia de articulos etiquetados sobre o en estanterias, vitrinas, bastidores, mostradores, y otros elementos fijos de este tipo no estan en el orden de varias decenas de centimetros (por ejemplo, 15,24 cm (0,5 pies) o varios pies), es evidente, que cuando se usa tecnologia de UHF, las interacciones de antena no son ni de campo cercano ni de campo lejano, sino que en su lugar son de campo medio. En este caso, una eleccion pobre del tipo de antena lectora, o el diseno pobre de un tipo apropiado, puede dar como resultado rendimiento pobre del sistema de RFID global y fallo de la aplicacion. Una de las razones para esto es que en una situacion de campo medio los campos electrico y magnetico que se emiten desde la antena lectora varian significativamente a traves de la superficie relevante (por ejemplo, la superficie de una estanteria de venta que soporta articulos etiquetados). El campo puede ser intenso en un lugar y mucho mas debil en otro lugar unos pocos centimetros mas lejos (puesto que la longitud de onda de radiacion UHF es unicamente unos pocos centimetros), y el comportamiento general del sistema UHF es mucho mas complejo que el que se observa en aplicaciones 13,56 MHz. Por lo tanto, en situaciones donde se usan etiquetas UHF en rastreo de articulos de RFID en estanterias y otros elementos fijos de almacenamiento, el diseno de la antena lectora se hace critico. La invencion actual describe un enfoque para diseno de antena de UHF que da como resultado una zona de emision UHF uniforme inmediatamente por encima de la superficie de la antena (por ejemplo, superficie de la estanteria) sin areas nulas grandes (de no lectura), y sin requisito de un espesor de antena grande que limitaria la utilidad del diseno de antena en aplicaciones practicas de venta y de otros negocios.

El intervalo de detection de sistemas de RFID pasivos esta normalmente limitado por la intensidad de senal a traves de cortos alcances, por ejemplo, menos frecuentemente que unos pocas decenas de centimetros para sistemas de RFID de UHF pasivos. Debido a esta limitation de intervalo de lectura en sistemas de RFID de UHF pasivos, muchas aplicaciones hacen uso de unidades lectoras portatiles que pueden moverse manualmente alrededor de un grupo de articulos etiquetados para detectar todas las etiquetas, particularmente cuando los articulos etiquetados se almacenan en un espacio significativamente mayor que el intervalo de deteccion de un lector estatico o fijo equipado con una antena fija. Sin embargo, las unidades lectoras de UHF portatiles sufren de varias desventajas. La primera implica el coste del trabajo humano asociado con la actividad de exploration. La estructura fija, una vez pagada, es mucho mas barata de operar que los sistemas manuales que tienen costes de trabajo continuos asociados con ellos. Ademas, las unidades portatiles a menudo conducen a ambiguedad con respecto a la localizacion precisa de las etiquetas leidas. Por ejemplo, la localizacion del lector puede indicarse por el usuario, pero la localizacion de la etiqueta durante un evento de lectura puede no conocerse lo suficientemente bien para una aplicacion dada. Es decir, el uso de lectores de RFID portatiles a menudo conduce a una seguridad de resolution espacial de unicamente unas pocas decenas de centimetros, y muchas aplicaciones requieren el conocimiento de la localizacion de los articulos etiquetados en una resolucion espacial de unos pocos centimetros. Los lectores de RFID portatiles tambien pueden perderse o robarse mas facilmente que es el caso para los sistemas de lector y antena fijos.

Como una alternativa a lectores de RFID de UHF portatiles, puede usarse una antena lectora fija grande controlada con suficiente potencia para detectar un mayor numero de articulos etiquetados. Sin embargo, una antena de este tipo puede ser dificil de manejar, esteticamente desagradable y la potencia radiada puede sobrepasar limites legales o reglamentarios permisibles. Adicionalmente, estas antenas lectoras se localizan a menudo en tiendas u otras localizaciones donde el espacio es escaso y es caro e inconveniente de usar tales antenas lectoras grandes. Ademas, deberia observarse que cuando se usa una unica antena grande para interrogar un gran area (por ejemplo, un conjunto de estanterias de venta, o una vitrina completa, o mostrador completo, o similares), no es posible resolver la localizacion de un articulo etiquetado en un punto particular o pequena sub-section del elemento fijo de la estanteria. En algunas aplicaciones puede ser deseable conocer la localizacion del articulo etiquetado con una resolucion espacial de unos pocos centimetros (por ejemplo, si hubiera muchos articulos pequenos en la estanteria y se deseara minimizar la busqueda manual y el tiempo de ordenacion). En esta situacion el uso de una unica antena lectora grande no es deseable puesto que en general no es posible localizar el articulo con la resolucion

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espacial deseada.

Como alternativa, puede usarse un sistema de antena movil completamente automatizado. La Patente de Estados Unidos 7.132.945 describe un sistema de estanteria que emplea una antena movil o de exploracion. Este enfoque hace posible interrogar un area relativamente grande y elimina tambien la necesidad del trabajo humano. Sin embargo, la introduccion de partes moviles en un sistema de estanteria comercial puede resultar ser poco practico debido al coste de sistema superior, mayor complejidad de instalacion y costes de mantenimiento superiores, e inconveniencia de la indisponibilidad del sistema, como se observa a menudo con maquinas que incorporan partes moviles. Las antenas inteligentes de formacion de haces pueden explorar el espacio con un haz estrecho y sin partes moviles. Sin embargo, como dispositivos activos, son normalmente grandes y caros si se compara con antenas pasivas. Para superar las desventajas de los enfoques anteriormente descritos, se utilizan series de pequenas antenas fijas en algunas aplicaciones de RFID de UHF. En este enfoque numerosas antenas lectoras que se extienden a traves de una gran area se conectan a un unico lector o grupo de lectores mediante algun tipo de red de conmutacion, como se describe por ejemplo en la Patente de Estados Unidos 7.084.769. Las estanterias inteligentes y otras aplicaciones similares que implican la autoria de rastreo o inventario de pequenos articulos etiquetados en o sobre estanterias, vitrinas, cajas, bastidores, u otros elementos fijos habilitados con RFID pueden hacer uso de series fijas de pequenas antenas. Al rastrear articulos estaticos etiquetados en estanterias inteligentes y aplicaciones similares, las series fijas de pequenas antenas ofrecen varias ventajas sobre lectores portatiles, sistemas con una unica antena grande fija y sistemas de antena movil. En primer lugar, las propias antenas son pequenas, y por lo tanto requieren relativamente poca potencia para interrogar el espacio que rodea cada antena. Por lo tanto, en sistemas que consultan estas antenas una a una, el propio sistema requiere relativamente poca potencia (normalmente mucho menos de 1 vatio). Consultando cada una de las pequenas antenas en una gran serie, el sistema puede interrogar por lo tanto una gran area con relativamente poca potencia. Tambien, puesto que las antenas UHF usadas en la serie de antenas son en general pequenas (debido a su potencia y alcance limitado de menos de 2,54-30,48 cm (1-12 pulgadas)) e interrogar un espacio pequeno con una localizacion espacial conocida especifica, tambien debe ser cierto que los articulos etiquetados leidos por una antena especifica en la serie estan localizados tambien en la misma resolucion espacial de 2,54-30,48 cm (1-12 pulgadas). Por lo tanto los sistemas que usan series fijas de pequenas antenas pueden determinar la localizacion de articulos etiquetados con mas precision que lectores y sistemas de RFID portatiles que usan un pequeno numero de antenas relativamente grandes. Tambien, puesto que cada antena en la serie es relativamente pequena, es mucho mas facil ocultar las antenas dentro de la estanteria u otro elemento fijo de almacenamiento, mejorando por lo tanto la estetica y minimizando el dano de eventos perjudiciales externos (por ejemplo, manejo accionado por la curiosidad de los ninos, o actividad maliciosa por la gente en general). Tambien, una serie de antenas fija implica que no hay partes moviles y por lo tanto no sufre de ninguna de las desventajas asociadas con las partes moviles, como se ha descrito anteriormente. Tambien, las antenas pequenas como aquellas usadas en tales series de antena pueden ser mas baratas de sustituir cuando falla un unico elemento de antena (con relacion al coste de sustituir una unica antena grande). Tambien, las series fijas de antenas no requieren trabajo manual especial para ejecutar la exploracion de articulos etiquetados y, por lo tanto, no tienen asociadas con ellas el alto coste de trabajo manual asociado con sistemas de lector y antena portatiles, o con enfoques de carritos moviles.

En aplicaciones de estanterias inteligentes y similares a menudo es importante por razones economicas y esteticas que las antenas usadas en la serie de antenas sean sencillas, de bajo coste, faciles de readaptar en la infraestructura existente, faciles de ocultar de la vista de las personas en las proximidades de las antenas, y que las antenas pueden instalarse y conectarse rapidamente. Estos requisitos de aplicacion son mas faciles de cumplir con una configuration de antena que minimiza el numero de capas usadas en la fabrication de antena, y que minimiza tambien el espesor de antena global. Es decir, las antenas finas o de perfil bajo son mas faciles de ocultar, y mas faciles de adaptar en la infraestructura existente sin requerir modification especial a esa infraestructura existente. Tambien, reducir capas en la antena tiende a reducir el coste de antena. Por razones de coste y conveniencia de instalacion es tambien deseable tener el enfoque mas simple posible para la fijacion de los cables de alimentation de RF o alambres a las antenas. Preferentemente, la fijacion deberia realizarse en una localizacion, en una superficie, sin requerir un orificio o canal especial, alambre, o conductor a traves del sustrato de la antena. Este ultimo requisito es especialmente importante en fabricacion a gran volumen de los sistemas de antena puesto que, en ese caso, el conjunto final implicara normalmente unas pocas etapas de montaje a mano llevadas a cabo por un tecnico electronico en una linea de montaje, y la elimination de una o varias etapas reducira significativamente el coste de production total. Es importante tambien que el diseno de las antenas UHF permita la lectura de etiquetas de RFID en el espacio cercano a las antenas sin “zonas muertas” o pequenas areas entre y alrededor de las antenas en las que los campos emitidos son demasiado debiles para facilitar la comunicacion entre la antena y el lector. Otro requisito para las antenas usadas en estanterias inteligentes y aplicaciones similares es que tienen la capacidad de leer articulos con diversas orientaciones de antena de etiqueta (es decir, independencia de orientation de etiqueta, o comportamiento que al menos se acerca a esa idea).

Las antenas de parche convencionales, antenas de ranura, antenas dipolo, y otros tipos de antena UHF comunes que pueden usarse en sistemas tales como aquellos anteriormente descritos implican en general multiples capas. La Patente de Estados Unidos 6.639.556 muestra un diseno de antena de parche con esta estructura en capas y un orificio central para la alimentacion de RF. La Patente de Estados Unidos 6.480.170 muestra tambien una antena de parche con tierra de referencia y elemento de radicacion en lados opuestos de un dielectrico intermedio. Un diseno

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de antena de multiples capas puede conducir a coste de fabrication excesivo y espesor de antena excesivo (que complica la readaptacion de la infraestructura existente durante la instalacion de antena, y hace mas dificil ocultar las antenas de la vista). Los disenos de antena de multiples capas tambien tienden a complicar la forma de la fijacion de los alambres de conexion (por ejemplo, cable coaxial entre la antena y lector) puesto que las conexiones de la portadora de senal y tierra de referencia tienen lugar en diferentes capas, y esto aumenta el coste de la antena por las razones anteriormente descritas.

Para aplicaciones de estanterias inteligentes de UHF la antena de parche es una buena election de tipo de antena puesto que los campos emitidos desde la antena de parche son predominantemente en la direction ortogonal al plano de la antena, por lo que la antena puede colocarse en o dentro de la superficie de la estanteria y crear un espacio de RFID activo en la region inmediatamente por encima de la estanteria, y leer los articulos etiquetados que se situan en la superficie de la estanteria con facilidad relativa. Por supuesto, esto presupone que el diseno de antena de parche particular produce suficiente ancho de banda y eficacia de radiation para crear, para una entrada de potencia conveniente y practica dada, un espacio suficientemente grande alrededor de la antena en la que los articulos etiquetados pueden leerse de manera fiable y coherente. La antena de parche convencional descrita en la tecnica anterior tiene un elemento radiactivo principal de material conductor fabricado en la parte superior de un material dielectrico. Debajo (es decir, en el lado inverso de) el material dielectrico esta localizado normalmente un elemento de tierra de referencia, que es una capa planar de material conductor electricamente puesto a tierra con respecto a las senales que se transmiten o reciben mediante la antena. En el diseno de antena de parche tipico bien conocido en la tecnica anterior, el elemento radiactivo principal de la antena y el elemento de tierra de referencia estan en planos paralelos separados por el material dielectrico (que, en algunos casos, es simplemente un espaciador de aire). Tambien, en el caso habitual, el elemento radiactivo principal y el elemento de tierra de referencia estan fabricados uno directamente por encima del otro, o uno solapando sustancialmente el otro en sus respectivos planos paralelos. Una desventaja de este diseno de antena de parche de multiples capas tradicional es que la conexion del cable apantallado o alambre de par trenzado que lleva senales entre la antena y el lector de RFID debe fijarse a la antena en dos niveles separados por el material dielectrico, requiriendo por lo tanto un orificio de conexion o en la capa dielectrica.

El tamano del hueco entre el elemento de radiacion y el conductor de tierra de referencia (es decir, el espesor de la capa dielectrica) es un parametro de diseno critico en la antena de parche convencional puesto que, para un material dielectrico dado, el espesor de este hueco determina enormemente el ancho de banda de la antena. A medida que se reduce el hueco, se estrecha el ancho de banda. Si el ancho de banda de la antena es demasiado estrecho, el afinamiento de la antena en una aplicacion dada se hace muy dificil, y los cambios no controlables en el entorno durante la operation normal (tal como la instruction no anticipada y aleatoria de objetos metalicos, manos humanas u otros materiales en el area que se monitoriza mediante la antena) pueden provocar un desplazamiento en la frecuencia de resonancia que, combinado con el ancho de banda demasiado estrecho, provoca fallo en la detection y lectura de etiqueta de RFID. Por lo tanto, para una aplicacion dada existe por razones practicas un limite inferior en la distancia entre el plano de la tierra y el elemento de radiacion en un diseno de antena de parche convencional, y esto restringe el espesor global de la antena.

Otra restriction sobre el espesor de una de parche convencional proviene de la eficacia de la radiacion (fraction de la energia electrica total puesta en la antena que se emite como radiacion electromagnetica). Si el espesor dielectrico o hueco entre la tierra de referencia y el elemento de radiacion es demasiado pequeno, la eficacia de radiacion sera tambien demasiado pequena, y se desperdicia demasiado de la potencia de la antena como calor que fluye en el dielectrico y las proximidades.

El analisis anterior deja claro que (1) un diseno de antena de parche puede usarse de manera eficaz en estanterias inteligentes UHF y aplicaciones similares, y (2) el uso del tipo de antena de parche seria incluso mas ventajoso, y satisfaria los requisitos practicos previamente analizados para estanterias inteligentes mas completamente si hubiera alguna manera de superar las restricciones del espesor de la antena impuestas por los requisitos de alto ancho de banda y de eficacia de radiacion. Tambien, seria ventajoso encontrar un nuevo diseno para la antena de parche que simplifique la conexion del cable de alimentation o alambre. Ademas, seria ventajoso encontrar un nuevo diseno de antena que dispersara la radiacion de UHF mas equitativamente y a traves de un mayor area de la superficie de la estanteria que contiene la antena (es decir, en la region por encima del plano del elemento de radiacion) que el que es posible para el diseno de antena de parche convencional. Como se ha indicado anteriormente, la longitud de onda relativamente corta (aproximadamente 30,48 cm (12 pulgadas)) de las emisiones de UHF puede presentar desafios a los disenadores de estanterias inteligentes de UHF que desean poder leer de manera eficaz y coherentemente etiquetas en cualquier localization de la estanteria. Un diseno de antena de UHF mejor minimizaria este problema, y permitiria mejor “dispersion de campo” o “conformation de campo” en las regiones inmediatamente por encima y alrededor de los bordes de la antena.

El documento US 2006/0033666 A1 desvela un conjunto de antena usado para red de area local inalambrica (WLAN).

El documento US 2004/233110 A1 desvela una antena que incluye una portion de radiacion, una portion de tierra y un cable de alimentacion.

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Coulibaly Y et al: “A new single layer broadband CPW fed-printed monopole antenna for wireless applications" Electrical and Computer Engineering, 2004 Canadian Conference on Niagara Falls, Ont., Canada 2 - 5 de mayo de 2004, paginas 1541 - 1544, Vol. 3, XP010734451, ISBN 978-0-7803-8253-4 desvela un diseno espedfico de una antena monopolo impresa por alimentacion CPW de banda ancha para aplicaciones inalambricas.

La invencion actual supera las limitaciones anteriormente mencionadas del diseno de antena de parche convencional, y da como resultado una nueva antena de parche que es mucho mas delgada sin sacrificar la eficacia del ancho de banda y de radiacion. Tambien, la invencion actual permite una fijacion de cable de alimentacion de antena mucho mas sencilla que es posible con el enfoque de antena de parche convencional. Tambien, la invencion actual permite un campo de UHF distribuido mas equitativamente alrededor de la antena que hace mas facil evitar zonas muertas, y permite al disenador de la estanteria inteligente dispersar o conformar el campo equitativamente alrededor de la antena. En contraste a esta tecnica anterior, la invencion actual describe una antena en la que el elemento radiactivo principal se coloca en un plano geometrico comun, o sustancialmente el mismo plano, con el elemento de tierra de referencia con poco o ningun solapamiento entre el elemento radiactivo principal y el elemento de tierra de referencia. Es decir, una invencion clave descrita en esta memoria descriptiva es una antena de parche en la que el elemento radiactivo principal y el elemento de tierra de referencia estan en el mismo plano con los dos elementos sustancialmente lado a lado en lugar de uno directamente sobre el otro, o en lugar de uno sustancialmente solapando con el otro. Esta configuracion de antena rentable, particularmente cuando se implementa con un plano o planos de tierra flotantes ademas del elemento de tierra de referencia, y con el plano o planos de tierra flotantes localizados debajo del plano que soporta el elemento radiactivo principal y la tierra de referencia, da como resultado ganancia de antena superior, ancho de banda y robustez de afinamiento en aplicaciones de estanteria inteligente de RFID, asi como en aplicaciones similares en las que se desea interrogar un numero de etiquetas de RFID localizadas en proximidad cercana, con senales de RFID de baja potencia localizadas en un espacio fisico pequeno que normalmente darian como resultado dificultades de afinamiento para antenas de parche convencionales. Una ventaja adicional de la invencion actual es que la antena de parche recien inventada es mas delgada que una antena de parche tipica descrita en la tecnica anterior. Es decir, localizando el elemento radiactivo principal y el elemento de tierra de referencia en el mismo plano con poco o ningun solapamiento, puede disenarse una antena de parche mas delgada para un ancho de banda alto dado, eficacia radiactiva y requisito de respuesta de frecuencia robusto.

Sumario de la invencion

De acuerdo con la realizacion preferida de la invencion, se proporcionan antenas lectoras en elementos fijos de almacenamiento (por ejemplo, estanterias, vitrinas, cajones o bastidores) para transmitir y recibir senales de RF entre, por ejemplo, un lector de RFID y una etiqueta de RFID o transpondedor. Las antenas lectoras incluyen configuraciones en las que, para cada antena, el elemento de antena radiactivo principal y el elemento de tierra de referencia para la antena estan localizados en el mismo plano fisico o geometrico con poco o ningun solapamiento entre el elemento de antena radiactivo y el elemento de tierra de referencia.

Tambien, de acuerdo con la invencion, uno o mas plano o planos de tierra flotantes se incluyen como en el mismo plano y en un plano paralelo al plano geometrico del elemento de antena radiactivo para mejorar, controlar u optimizar la intensidad o forma del campo electrico o magnetico alrededor de la antena.

En el realizacion preferida, los elementos fijos de almacenamiento habilitados con RFID estan equipados con multiples antenas de parche, teniendo cada antena de parche su propio elemento de tierra de referencia coplanar con o sustancialmente coplanar con el respectivo elemento radiactivo principal de la antena de parche.

Adicionalmente, en la realizacion preferida, estos elementos fijos habilitados con RFID se implementan usando una red inteligente en la que se seleccionan, activan y gestionan de otra manera las antenas mediante un sistema de control supervisor que consiste en uno o mas controladores y un ordenador anfitrion o red anfitriona.

Estos y otros aspectos y ventajas de las diversas realizaciones se describiran en el presente documento a continuacion.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 muestra un diseno fipico de antena de parche de la tecnica anterior.

La Figura 2 muestra una antena de parche con tierra de referencia coplanar.

La Figura 3 muestra un dibujo detallado de la conexion del cable coaxial a los planos de parche de la antena y de tierra de referencia.

La Figura 4 muestra ejemplos de formas de antena de parche alternativas.

La Figura 5 muestra un ejemplo de una antena de parche en la que se ha colocado un elemento de tierra flotante adicional en el mismo plano que el que contiene el elemento de antena radiactivo y elemento de tierra de referencia, de acuerdo con una realizacion de la invencion.

La Figura 6 muestra una serie de antenas de parche de orientacion variable.

La Figura 7 muestra una antena de parche de la tecnica anterior que corresponde a los resultados de simulacion

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por ordenador proporcionados en la description detallada de la invention actual.

La Figura 8 muestra la representation de perdida de retorno (ancho de banda) para la antena de parche de la tecnica anterior, del diseno mostrado en la Figura 7.

La Figura 9 muestra una antena de parche de tierra de referencia coplanar sin elemento de tierra flotante, que corresponde a resultados de simulation por ordenador.

La Figura 10 muestra la representacion de perdida de retorno (ancho de banda) para la antena de parche de tierra de referencia coplanar sin elemento de tierra flotante, del diseno mostrado en la Figura 9.

La Figura 11 muestra la representacion de perdida de retorno (ancho de banda) para una antena de parche de tierra de referencia coplanar con elemento de tierra flotante.

Descripcion detallada de la invencion

Se describiran ahora realizaciones y aplicaciones preferidas de la invencion actual. Aunque las realizaciones preferidas desveladas en el presente documento se han descrito particularmente como que se aplican al campo de sistemas de RFID, deberia ser facilmente evidente que la invencion puede realizarse en cualquier tecnologia que tenga los mismos problemas o similares.

En la siguiente descripcion, se hace una referencia a los dibujos adjuntos que forman una parte de la misma y que ilustran varias realizaciones. Se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios estructurales y operacionales sin alejarse del alcance de las descripciones proporcionadas.

La Figura 1 es un dibujo que muestra una antena de parche de la tecnica anterior. En este diseno el material dielectrico de soporte 100 separa el elemento de antena radiactivo 110 (lado superior del dielectrico) y el elemento de tierra de referencia 120 (lado inferior del dielectrico). El punto de alimentation 135 requiere un orificio en el dielectrico de modo que el elemento de tierra del cable de alimentacion (no mostrado) pueda fijarse a la tierra de referencia 120.

La Figura 2 es un dibujo que ilustra un conjunto de antena de parche a modo de ejemplo de acuerdo con un ejemplo ilustrativo. En el ejemplo ilustrativo se usa un primer material dielectrico de soporte 100 como el comunmente usado en placas de circuito impreso para soportar el elemento de antena radiactivo 110 y el elemento de tierra de referencia 120. La tierra flotante 130 es una pelicula de metal solida o esta impresa en la placa de circuito, y esta separada de la primera placa de circuito impreso mediante un espacio rellenado por aire. El tamano del espacio de aire o hueco se mantiene en la realization preferida mediante un soporte no conductor que soporta los bordes de las dos placas de circuito impreso a una distancia fija de separation. El parche de la antena 110, la tierra de referencia 120 y la tierra flotante 130 estan normalmente comprendidos de revestimiento metalico de cobre solido, pero deberia quedar inmediatamente claro para el experto en la materia que pueden usarse otros tipos de materiales electricamente conductores para estos elementos del conjunto de antena. Las senales se alimentan a la antena en el punto 150 donde, en el ejemplo ilustrativo, un cable coaxial se ha fijado con el conductor del nucleo del cable soldado al elemento de antena radiactivo 110 y a la malla de apantallamiento de cable soldada al elemento de tierra de referencia 120, como se muestra. En el ejemplo ilustrativo la separacion total entre el parche de la antena 110 y la tierra flotante 130 es entre 3,175 mm (0,125 pulgadas) y 12,7 mm (0,5 pulgadas), pero pueden usarse tambien separaciones mas grandes o mas pequenas. Las laminas dielectricas rigidas que soportan el parche de la antena 110, la tierra de referencia 120, y la tierra flotante 130 son normalmente entre 0,635 mm (0,025 pulgadas) y 1,524 mm (0,060 pulgadas), mientras que el espesor de otros materiales flexibles tales como Mylar o FR4 u otro material similar, puede ser tan pequeno como unos pocos mils. La facil alimentacion es una ventaja evidente de esta configuration puesto que el elemento de antena radiactivo 110 y el elemento de tierra de referencia 120 estan en el mismo plano y situados cerca uno del otro. En una realizacion para hacer la antena de parche de la realizacion de la Figura 2, el elemento de antena radiactivo 110, tambien denominado como parche 110, y el elemento de tierra de referencia 120 pueden fabricarse de cobre u otros patrones de metal grabados o estampados o depositados en la superficie del material dielectrico 100, que puede ser un poliester u otro plastico o pelicula polimerica, tal como Mylar o Fr4.

El conjunto de antena mostrado en la Figura 2 proporciona ancho de banda amplio con tres frecuencias resonantes, que se realizan colocando el elemento de tierra de referencia en el mismo plano con el elemento de antena radiactivo 110. Puesto que la tierra de referencia 120 es un parche rectangular metalizado, genera la tercera frecuencia resonante cuando esta acoplado al parche principal (radiactivo). Esta tercera frecuencia resonante puede afinarse ajustando las dimensiones de la tierra de referencia 120. Los tamanos del elemento de tierra de referencia 120 y el elemento de antena radiactivo 110, la distancia entre el elemento de tierra de referencia 120 y el elemento de antena radiactivo 110, y la localization de alimentacion se determinan mediante la banda de frecuencia de resonancia, el ancho de banda y los requisitos de polarization. Seleccionando cuidadosamente los valores para las variables anteriormente mencionadas, se puede producir una antena con tres picos de resonancia que se dispersan a traves de la banda deseada. El alto ancho de banda de la antena del ejemplo ilustrativo es una de las ventajas mas importantes sobre los disenos de antena de la tecnica anterior.

En el ejemplo ilustrativo, una conexion fisica (mediante un conductor electrico no mostrado en la Figura 2) se hace a menudo entre el elemento de antena radiactivo 110 y la tierra flotante 130. Debido a este corto de CC electrico entre el elemento radiactivo 110 y la tierra flotante 130, no hay diferencia de tension de CC entre ellos, y esta conexion

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reduce enormemente la tendencia de que el sistema electronico experimente fallo debido a ESD (descarga electroestatica).

La Figura 3 muestra en mas detalle la conexion de un cable coaxial 140 al parche de la antena 110 y a la tierra de referencia 120. En la realizacion preferida de la invention el cable coaxial es un cable apantallado comunmente usado en RFID y otras aplicaciones de radiofrecuencia. Normalmente la senal de RF se lleva mediante variaciones de tension en el nucleo de cobre del cable 144, relativas a o referenciadas a la tension en el envoltorio de apantallamiento 142 de la malla metalica del cable. El nucleo 144 y el envoltorio de apantallamiento 142 estan separados por un material de aislamiento dielectrico 143. En la realizacion preferida el nucleo de cable 144 esta soldado al parche de la antena 110 con soldador 148, y el envoltorio de apantallamiento 142 esta soldado a la tierra de referencia 120 con soldador 146. Como alternativa, pueden usarse tambien diferentes tipos de conectores, tales como SMA, para conectar la antena y el sistema.

La antena, en sus diversas realizaciones como se describe en la invencion actual puede alimentarse mediante una senal de RF desde circuiteria externa (no mostrada) a traves de un medio tal como un cable coaxial, como se muestra en la Figura 2. La circuiteria externa puede ser, por ejemplo, un dispositivo conmutador, un lector de RFID, una red inteligente (como se describe en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Numero 11/366.496, que reivindica prioridad a la Solicitud Provisional de Estados Unidos N. ° 60/673.757), o cualquier componente o sistema conocido para transportar senales de RF a y desde una estructura de antena. Deberia reconocerse que el punto de alimentation o punto de fijacion de la antena, mostrado en la Figura 2 y la Figura 3 es unicamente un ejemplo, y es posible tambien fijar el nucleo 144 a otros puntos en el parche de la antena 110. Tambien, es posible elegir diversos puntos de fijacion para el envoltorio de apantallamiento 142 en la tierra de referencia 120. La election particular de estos puntos de fijacion depende del ancho de banda de la antena y ganancia requeridos en la aplicacion de antena particular, y de los requisitos especificos de la aplicacion para la forma y simetrias de los campos electricos y magneticos a establecerse mediante la antena. Las alternativas de fijacion son demasiado numerosas de enumerar en este punto, pero deberian ser evidentes para un experto en la materia, despues de la consideration de las estructuras y enfoques conocidos, a modo de ejemplo, en la invencion actual.

Deberia quedar claro para un experto en la materia que el cable coaxial 140 mostrado en las figuras puede sustituirse por cualquier otro cable, cordon o conjunto de alambres apropiado que pueda llevar la senal y tensiones de referencia necesarias en la aplicacion tratada por la invencion actual.

El elemento de antena radiactivo 110 puede implementarse en cualquier patron o forma geometrica (por ejemplo, cuadrada, rectangular, circulo, flujo libre, etc.). Varias de estas formas alternativas se muestran en la Figura 4, incluyendo una forma rectangular 310, forma rectangular con esquinas recortadas a lo largo de una diagonal 320, forma rectangular con una ranura 330, forma rectangular con dos ranuras ortogonales 340, forma circular 350, forma circular con una ranura 360, y forma circular con dos ranuras ortogonales 370. Estas alternativas se muestran a modo de ejemplo unicamente y no se pretenden para limitar el alcance y aplicacion de la invencion actual.

El elemento de antena radiactivo 110 puede componerse de una placa de metal, papel metalico, tinta o pintura electricamente conductora impresa o proyectada, malla de alambre metalica, u otro material funcionalmente equivalente (por ejemplo, pelicula, placa, copos metalicos, etc.). El material del sustrato de la antena 100 es un material dielectrico (por ejemplo, el material normalmente usado para placas de circuito impreso) o cualquier otro material que tenga conductividad electrica despreciable (incluyendo una combination de dos o mas tipos diferentes de tales materiales despreciablemente conductores, como puede usarse en una estructura laminada o en capas).

El cable 140 puede tener en cualquier extremo, o localizado a lo largo de su longitud, componentes de afinamiento (no mostrados) tales como condensadores e inductores. Los tamanos (por ejemplo, capacitancia o inductancia) de estos componentes de afinamiento se eligen basandose en las caracteristicas de coincidencia y de ancho de banda deseadas de la antena, de acuerdo con practicas bien conocidas para los expertos en la materia.

Los puntos de alimentacion para el elemento de antena radiactivo 110 y el elemento de tierra de referencia 120, la distancia de separation entre el elemento de antena radiactivo 110 y el elemento de tierra de referencia 120, las formas del elemento de antena radiactivo 110 y el elemento de tierra de referencia 120, el tamano y colocation de las ranuras u otros huecos en el elemento de antena radiactivo 110 y/o el elemento de tierra de referencia 120, asi como la presencia de la tierra flotante 130, su tamano y forma, la distancia de separacion entre el elemento de antena radiactivo 110 y la tierra flotante 130, y la localization de o presencia de una conexion electrica o “corto” entre el elemento de antena radiactivo 110 y la tierra flotante 130, pueden ajustarse cada uno individualmente o juntos para optimizar la ganancia de antena, las formas de los campos electricos y magneticos establecidos mediante la antena cuando se controlan mediante una senal particular, y la potencia consumida mediante la antena cuando se controla mediante esa senal. Tambien, las caracteristicas anteriores de la antena y sus diversos componentes, particularmente las caracteristicas de las ranuras de elementos de antena, rendijas y esquinas cortadas, pueden ajustarse para alcanzar el tamano de antena deseado y provocar que la antena se polarice en una direction favorable para leer etiquetas de RFID colocadas en objetos a detectar mediante la antena. Por ejemplo, puede proporcionarse a la antena una polarization lineal en una direccion favorable para leer etiquetas colocadas en objetos en una orientation particular. La localizacion o position de la etiqueta puede cooperar con la polarizacion de

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la antena, si la hubiera, para leer favorablemente la etiqueta. Los detalles de las rendijas o ranuras, y la naturaleza de las esquinas cortadas, tienen tambien un efecto significativo en la respuesta de frecuencia de la antena, y pueden usarse para aumentar el ancho de banda de la antena. La tercera frecuencia resonante introducida mediante el uso de uno o mas elementos de tierra flotantes amplia el ancho de banda, mientras una antena de parche convencional unicamente tiene una o dos frecuencias resonantes.

Para disenos de antena tipicos de la tecnica anterior, la colocacion de los objetos metalicos por debajo de la antena cambia la frecuencia de resonancia de la antena y puede provocar desafinamiento grave. Este problema se ha disminuido enormemente mediante la invention actual. La estructura de la antena de la realization preferida de la invention actual funciona bien cuando se coloca una placa metalica u otro objeto conductor de manera cercana por debajo de la estructura de la antena (tal como una estanteria de venta o de almacenamiento metalica) debido al campo de EM restringido. Puesto que la tierra flotante introducida para la estanteria metalica funciona como un reflector, la radiation puede ocurrir unicamente en una direction. Por lo tanto, la antena tiene una ganancia superior, pero normalmente ancho de banda reducido.

La Figura 5 muestra un ejemplo de acuerdo con la invencion de una antena de parche en la que el elemento de antena radiactivo 110, el elemento de tierra de referencia 120, y un elemento de tierra flotante 160 se han colocado en un plano comun. En este ejemplo, otro plano de la tierra flotante 130 esta tambien presente en un segundo plano. Colocar un elemento de tierra flotante 160 en el mismo plano como la tierra de referencia 120 y el elemento radiactivo 110 proporciona mayor ancho de banda. La Figura 5 muestra unicamente una tierra flotante adicional 130 (coplanar), pero pueden emplearse mas de una para conformar los campos alrededor de la antena y optimizar el patron de radiacion para la aplicacion en cuestion.

Se desarrollaron simulaciones por ordenador detalladas para demostrar algunas de las ventajas de la invencion actual con relation a la tecnica anterior. La Figura 7 muestra una realizacion particular de la antena de parche de la tecnica anterior que tiene un elemento de antena radiactivo cuadrado con esquinas cortadas (para production de campos polarizados de manera circular), y un elemento de tierra de referencia cuadrado en un plano por debajo del plano del elemento de antena radiactivo. La distancia A en la Figura 7 es 11,811 cm (4,65 pulgadas), y la distancia B es 3,302 cm (1,3 pulgadas). Observese que los cortes de la esquina se realizaron a un angulo de 45 grados. La distancia C (longitud de borde del elemento de tierra de referencia) es 20,32 cm (8 pulgadas). La distancia D entre los dos planos en la Figura 7 es 1,27 cm (0,5 pulgadas). El punto de alimentation para la antena en la Figura 7 esta localizado 7,5565 cm (2,975 pulgadas) del lado del elemento radiactivo (distancia E) y 1,0541 cm (0,415 pulgadas) desde el borde frontal del elemento radiactivo (distancia F). En la simulation, se uso aire como el dielectrico entre los dos planos. Se usaron las propiedades del cobre para el elemento radiactivo y la tierra de referencia. El sustrato que soporta el elemento radiactivo y la tierra de referencia se supuso que era FR402 (1,5748 mm (62 mils) de espesor), un material de sustrato comun usado en la industria de placas de circuito impreso. El material que rodea la antena se supuso que era aire. La Figura 8 muestra la perdida de retorno en dB, como una funcion de frecuencia, para la antena descrita mediante la Figura 7. A -8 dB, el ancho de banda mostrado es aproximadamente el 13 %. A - 10 dB el ancho de banda es aproximadamente el 10 %.

La Figura 9 muestra una realizacion particular de un ejemplo ilustrativo que tiene un elemento de antena radiactivo cuadrado con esquinas cortadas a 45 grados y un elemento de tierra de referencia rectangular coplanar. La distancia A en la Figura 9 es 10,0076 cm (3,94 pulgadas), y la distancia B es 3,4036 cm (1,34 pulgadas). La longitud C del elemento de tierra de referencia 120 es 13,4112 cm (5,28 pulgadas), y su anchura G es 1,6002 cm (0,63 pulgadas). El hueco H entre el elemento de antena radiactivo 110 y el elemento de tierra de referencia 120 es 7,112 mm (0,28 pulgadas). Como en la simulacion que corresponde a la antena en las Figuras 7 y 8, la de la Figura 9 supone propiedades del cobre para el elemento radiactivo y la tierra de referencia.

El sustrato que soporta el elemento radiactivo y la tierra de referencia se supuso que era FR402, con un espesor de 1,5748 mm (62 mils). El material que rodea la antena se supuso que era aire. La Figura 10 muestra la perdida de retorno en dB, como una funcion de la frecuencia, para la antena descrita mediante la Figura 9. A -8 dB, el ancho de banda mostrado es aproximadamente el 30 %. A -10 dB el ancho de banda es aproximadamente el 20 %. Por lo tanto, el ancho de banda de la antena es significativamente mayor que el de la tecnica anterior, como se demuestra en estos resultados de simulacion.

Se llevaron a cabo simulaciones adicionales en las que se coloco un elemento de tierra flotante 1,27 cm (0,5 pulgadas) por debajo de la antena de la Figura 9. La representation de la perdida de retorno resultante se muestra en la Figura 12. Observese la introduction de picos de resonancia adicionales mediante la presencia del elemento de tierra flotante. El ancho de banda de este diseno de antena es menor que el de la antena mostrada en la Figura 9 (sin una tierra flotante), pero mayor que el ancho de banda de la antena de parche de la tecnica anterior mostrada en la Figura 7.

El conjunto de antena de parche de la Figura 2 puede usarse en forma de una serie de conjuntos de antena, como se muestra en la Figura 6. Similar al conjunto de antena de la Figura 2, cada conjunto de antena en la serie de la Figura 6 puede tener su propio elemento de antena radiactivo 110, elemento de tierra de referencia 120, y cable de alimentacion 140. Todas las antenas en la serie pueden montarse en una unica (comun) placa de circuito impreso y hacer uso de un unico (comun) elemento de tierra flotante. Como alternativa, puede usarse un sustrato separado y elemento de tierra flotante para cada antena en la serie.

En una serie tal como la que se muestra en la Figura 6, puede variarse la orientation de cada conjunto de antena (con respecto a la orientacion alrededor de un eje imaginario perpendicular al elemento de antena radiactivo y que

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se recorre a traves de su centro), o de otro modo cada conjunto de antena en la serie puede tener la misma orientacion rotacional.

Disponiendo conjuntos de antena en una serie tal como la mostrada en la Figura 6, es posible cubrir un area fisica mas grande en una estanteria de tienda minorista, deposito o bastidor de centro de distribucion, mostrador u otro espacio fisico de relevancia en una aplicacion de lectura de etiqueta de RFID, u otra aplicacion de comunicaciones de RF. En un enfoque de este tipo, puede usarse un numero relativamente grande de antenas relativamente pequenas, consultandose cada antena en la serie, segun se requiera, mediante el sistema de control de red de antena, lector de RFID de anfitrion u otro sistema de anfitrion. Ejemplos de tales redes y sistemas de control pueden encontrarse en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Numero 11/366.496, que reivindica prioridad de la Solicitud Provisional de Estados Unidos N. ° 60/673.757.

La serie de conjuntos de antena, tal como pero sin limitacion al ejemplo mostrado en la Figura 6, puede encerrarse en un alojamiento, elemento fijo o carcasa, tal como una estanteria de tienda minorista, vitrina, estanteria o bastidor de almacen, mostrador de tienda minorista, o algun otro almacenamiento comercial o domestico o elemento fijo de trabajo. El material usado en el alojamiento, elemento fijo o carcasa puede seleccionarse a partir de una amplia diversidad de materiales, incluyendo madera, plastico, papel, laminas fabricadas de combinaciones y permutaciones de madera, plastico y papel, o metal, o combinaciones de metal y otros materiales dielectricos. En tales alojamientos, elementos fijos o carcasas que encierran la serie de conjuntos de antena, la colocacion de cualquiera y todos los componentes de metal puede hacerse de acuerdo con las exigencias de la resistencia de la estructura, integridad y estetica, de tal manera para permitir que se proyecten los campos electromagneticos desde la antenas en la serie fuera del espacio por encima, por debajo, o alrededor del alojamiento, elemento fijo o carcasa, tal como puede demandar la aplicacion.

Una realizacion, descrita a modo de ejemplo, es una estanteria de tienda metalica solida en la que se coloca una serie de conjunto de antena, tal como la que se muestra en la Figura 6, con el parche de la antena y el lateral de tierra de referencia de los conjuntos de antena hacia arriba y lejos de la estanteria metalica, y se fija en su lugar con adhesivo o tornillos metalicos y se cubre con una carcasa de plastico para proteccion de los componentes de la antena y mejora de la estetica segun se requiera en la aplicacion. Para una realizacion de este tipo, y en el caso de otras realizaciones que puedan imaginarse que tienen piezas solidas y relativamente extensas de metal en el lado de la tierra flotante de los conjuntos de antena, la ganancia altamente direccional de la antena creada mediante la configuracion del elemento de antena radiactivo 110, el elemento de tierra de referencia 120, y la tierra flotante 130 crean una situacion deseable en la que el comportamiento de las antenas, incluyendo su afinamiento y ganancia, son insensibles a variaciones en el tamano, forma, conductividad y otras caracteristicas de la estanteria metalica en la que se ha colocado la serie de conjuntos de antena. Esto es debido a que la tierra flotante crea uniformidad de potencial electrico en su plano y apantalla todo mas alla de ella (en el lado opuesto al parche) desde los campos electrico y magnetico que se emitirian de otra manera en ese lado de la antena. En otras palabras, el uso de la tierra flotante entre el plano del elemento de antena radiactivo / tierra de referencia y el metal de la estanteria hace al conjunto de antena “unilateral" en su comportamiento, y mantiene los campos oscilantes en el lado superior del conjunto de antena (en el lado del conjunto de antena opuesto al metal de la estanteria). Esta insensibilidad a los detalles particulares del diseno de la estanteria metalica ofrece mayor flexibilidad en la aplicacion de un diseno de unica serie de conjunto de antena para multiples y variados elementos fijos de estanteria, y elimina la necesidad de volver a disenar o personalizacion de manera extensiva la antena de parche cuando se pasa de una aplicacion a otra.

En otra realizacion, el metal de la estanteria de venta puede por si mismo usarse como una tierra flotante o, como alternativa, la estanteria puede construirse de manera que se use una pelicula de metal comun tanto como un plano de tierra flotante como tambien un soporte fisico para el conjunto de antena o la serie de conjunto de antena, asi como objetos que puedan colocarse en el elemento fijo, tal como arficulos de venta que soportan etiquetas de RFID.

La invencion actual incluye y abarca explicitamente todas las realizaciones que pueden imaginarse mediante variacion de una o mas caracteristicas de las realizaciones descritas en esta memoria descriptiva, incluyendo el tamano, forma, espesor, hueco o forma de ranura del elemento de antena radiactivo, el tamano, forma, colocacion del elemento de tierra de referencia en las dos dimensiones del plano ocupado por el elemento de antena radiactivo, distancia que separa el elemento de antena radiactivo y el elemento de tierra de referencia, posicion y manera de fijacion de la linea o cable de alimentacion de senal al elemento de antena radiactivo y al elemento de tierra de referencia, presencia de uno o mas elementos de tierra flotantes, tamano, forma o espesor del plano de tierra flotante, distancia de separacion entre la tierra flotante y el elemento de antena radiactivo, el material o materiales dielectricos usados para separar el elemento de antena radiactivo de la tierra de referencia y la tierra flotante, el material o materiales conductores usados para fabricar el elemento de antena radiactivo, tierra de referencia, y la tierra flotante, el numero de conjuntos de antena usados en la serie, o materiales y estructuras usados para alojar y proteger el conjunto de antena o serie de conjunto de antena.

La invencion actual abarca tambien todas las realizaciones en las que la serie del conjunto de antena se sustituye por un unico conjunto de antena (es decir, con una unica antena de parche).

Deberia observarse tambien que pueden construirse diversas series de conjuntos de antenas en las que los conjuntos de antena ocupan dos planos diferentes. Por ejemplo, uno puede crear una serie de conjuntos de antenas

en los que algunos de los conjuntos estan localizados dentro de un primer plano geometrico, y el resto de los conjuntos estan localizados dentro de un segundo plano geometrico ortogonal al primer plano geometrico. Esta realizacion se proporciona a modo de ejemplo unicamente, y deberia observarse que los dos planos no necesitan ser necesariamente ortogonales. Tambien, es concebible que puedan usarse mas de dos planos geometricos en la 5 colocacion de los conjuntos de antena. Una serie de multiples planos de conjunto de antena de este tipo puede mejorar la robustez de la serie en algunas aplicaciones en las que, por ejemplo, la orientacion de las etiquetas de RFID a interrogarse mediante las antenas no se conoce, o se conoce que es aleatoria o variable. Ademas, la aplicacion puede exigir polarizacion de campo electrico o magnetico que puede producirse mediante la colocacion de los conjuntos de antena en varios planos. Todas las realizaciones que puedan imaginarse para la colocacion de 10 multiples conjuntos de antena en multiples planos se incluyen explicitamente en la invencion actual.

Pueden imaginarse otras realizaciones ilustrativas en las que el elemento de antena radiactivo 110 del conjunto de antena mostrado en la Figura 2 se sustituye por una antena de ranura, bucle de antena o bobina de antena, o algun otro tipo de elemento radiador de antena.

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Aunque se han descrito las realizaciones en relacion con el uso de una estructura de estanteria a modo de ejemplo particular, deberia ser facilmente evidente que puede usarse cualquier estructura de estanteria, bastidor, etc. (o cualquier estructura, tal como una placa de antena, parte trasera de la estanteria, divisor u otra estructura de soporte) al implementar la invencion, Preferentemente, para uso en venta, marketing, promocion, visualization, 20 presentation, provision, retention, aseguracion, almacenamiento o soportar de otra manera un articulo o producto.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un conjunto de antena para aplicaciones de identificacion por radiofrecuencia (RFID) en las que se pasan senales de banda UHF entre un lector (transceptor) y una etiqueta (transpondedor), que comprende:

   una lamina plana;

   un area electricamente conductora plana de forma y dimension predeterminadas que forma un elemento de antena radiactivo (110) en la lamina plana, y

   otra area electricamente conductora plana de forma y dimension predeterminadas que forma un elemento de tierra de referencia (120) en la lamina plana, de manera que el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120) son planos entre si, y en donde no hay solapamiento sustancial entre el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120); en donde

   el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120) estan localizados en el mismo plano geometrico de la lamina plana; y en donde

   el elemento de antena radiactivo (110) y al menos un elemento de tierra flotante (160) estan formados en un mismo lado de la lamina plana; y

   en donde al menos un elemento de tierra flotante (130) adicional esta presente en un plano paralelo al plano geometrico del elemento de antena radiactivo.
2. 2. El conjunto de antena de la reivindicacion 1, que incluye adicionalmente una segunda area electricamente conductora plana de forma y dimension predeterminadas que forma un segundo elemento de antena radiactivo (110) en la lamina plana, de manera que el elemento de antena radiactivo (110) y el segundo elemento de antena radiactivo (110) estan en un mismo primer plano, y una segunda area electricamente conductora plana de forma y dimension predeterminadas que forma un segundo elemento de tierra de referencia (120) en la lamina plana, de manera que el elemento de tierra de referencia (120) y el segundo elemento de tierra de referencia (120) estan en un mismo segundo plano, y en donde no hay solapamiento sustancial entre el segundo el elemento de antena radiactivo (110) y el segundo elemento de tierra de referencia (120).
3. 3. El conjunto de antena de la reivindicacion 1, en el que el elemento de antena radiactivo (110) y el elemento de tierra de referencia (120) estan formados por un conductor dispuesto en la lamina plana, siendo la lamina plana uno de una pelicula de poliester, una pelicula de plastico, Mylar, FR4 y una pelicula polimerica.
4. 4. El conjunto de antena de las reivindicaciones 1 o 2, en el que los elementos de antena radiactivos (110) y al menos uno del uno o mas elementos de tierra flotantes adicionales (130) estan separados por una capa dielectrica.
5. 5. El conjunto de antena de la reivindicacion 1, en el que la lamina plana tiene un espesor de menos de 3,175 mm (0,125 pulgadas).
6. 6. El conjunto de antena de la reivindicacion 5, en el que el elemento de antena radiactivo (110) comprende una capa de material conductor y la forma predeterminada es una forma irregular o una regular.
7. 7. El conjunto de antena de la reivindicacion 6, en el que la forma regular consiste en una de las siguientes formas: rectangular, circular, triangular, rectangular con esquinas en angulo a lo largo de una diagonal o rectangular con una o mas ranuras rectangulares.
8. 8. El conjunto de antena de la reivindicacion 2, en el que el elemento de antena radiactivo (110), el elemento de tierra de referencia (120), el segundo elemento de antena radiactivo (110) y el segundo elemento de tierra de referencia (120) estan formados en un mismo lado de la lamina plana.
9. 9. El conjunto de antena de la reivindicacion 8, que comprende adicionalmente una o mas areas electricamente conductoras planas de forma y dimension predeterminadas que forman uno o mas elementos de tierra flotantes (130) adicionales que no estan conectados electricamente a dicho elemento de antena radiactivo (110) y a dicho segundo elemento de antena radiactivo (110) y no estan conectados electricamente a dicho elemento de tierra de referencia (120) y a dicho segundo elemento de tierra de referencia (120), en donde dichos uno o mas elementos de tierra flotantes adicionales (130) estan en un plano paralelo a la lamina plana.
10. 10. El conjunto de antena de la reivindicacion 1, en el que dichos elemento de antena radiactivo (110) y elemento de tierra de referencia (120) estan montados en una bandeja de soporte y encerrados con una cubierta, en donde dicha cubierta incluye porciones elevadas o bordes para fomentar la colocacion ordenada de articulos etiquetados en localizaciones especificas en la parte superior de la cubierta.