JP7337963B2 - デイジーチェーンを備えたｒｆｉｄシステム - Google Patents

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１６年２月１６日出願の豪州特許出願第２０１９９０２１５８号に基づく優先権を主張する。当該出願の内容は、参照により本出願に組み込まれる。
本開示は、広くは無線周波数アンテナに関し、より具体的で非限定的な実施の形態として、無線周波数識別システムのためのアンテナ構成に関する。

無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムは、通常、ＲＦＩＤトランスポンダ（または「タグ」）と通信可能な１つ以上のアンテナと、ＲＦＩＤリーダ（または「質問器（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）」）と、を含む。アンテナは、ＲＦＩＤタグに無線周波数（ＲＦ）信号を送信する。ＲＦＩＤタグからの応答はすべてアンテナにより受信され、さらなる処理のため、リーダに中継される。

例えば倉庫の棚での広域かつ大規模な在庫追跡のような、複数のアンテナが使われるＲＦＩＤシステムでは、アンテナの操作は、通常、アンテナと通信する１つ以上のリーダによって制御される。図１Ａは、従来技術のシステムを示す。この場合、大規模な棚１００は、４つのオーバーラップするアンテナ１０４を有する。これらのアンテナの各々は、ケーブル１０３を介して、ＲＦＩＤリーダ１０１のポート１０２に接続される。ＲＦＩＤリーダ１０１は、アンテナ１０４の各々と通信する。アンテナ１０４は、棚１００に存在する可能性のあるＲＦＩＤタグを識別するために、ＲＦ信号を送信する。

図１Ａに示されるような従来技術のシステムの欠点は、複数のアンテナを備えたシステムが多くのケーブルを使う点にある。なぜなら個々のアンテナコイル１０４は、ＲＦＩＤリーダと接続するために、それぞれの長さに応じたケーブル１０３を必要とするからである。これは非常に扱いにくく、広いスペースを必要とする。

本明細書に含まれるいかなる議論、動作、材料、デバイス、物品その他の全部または一部も、先行技術の基礎の一部を形成するもの、各請求項の本出願の優先日前に存在した関連分野の共通一般知識であると認めるものとは解釈されない。

ある態様では、ＲＦＩＤシステムが与えられる。このＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤアンテナに質問するように構成されたＲＦＩＤリーダと、連続するケーブルリンクを介してＲＦＩＤリーダに接続可能な２つ以上のＲＦＩＤアンテナを備えるアンテナアレイと、ＲＦＩＤアンテナの各々と関連する長さ補償ユニットと、を備える。ＲＦＩＤアンテナの各々は、ケーブルリンクの各々と関連する。ケーブルリンクの各々は、所定のケーブル長を持つ。長さ補償ユニットは、ＲＦＩＤリーダと各ＲＦＩＤアンテナとの間のケーブルの全長を、当該全長が有効ケーブル長となるように調整するように構成される。

ＲＦＩＤアンテナの各々は、アンテナインピーダンスを持つ。ＲＦＩＤアンテナに関連するケーブルリンクの各々は、ケーブルインピーダンスを持つ。このとき、アンテナインピーダンスとケーブルインピーダンスとは異なってもよい。その結果、ＲＦＩＤアンテナの各々と、関連するケーブルリンクの各々とはインピーダンス不整合となっている。長さ補償ユニットは、ＲＦＩＤリーダと各ＲＦＩＤアンテナとの間のケーブルの全長を、インピーダンス不整合により生じる反射が所定の位相を持つように調整するように構成されてもよい。

各ＲＦＩＤアンテナのアンテナインピーダンスは、有効ケーブル長に沿って、レジスタンスを持つが実質的にリアクタンスを持たない最終インピーダンスに変換されてもよい。

アンテナインピーダンスは、アンテナレジスタンスに等しく、リアクタンスを持たなくてもよい。アンテナインピーダンスは、有効ケーブル長に沿って、リアクタンスを含む中間インピーダンス値に変換されてもよい。最終インピーダンスは、実質的にアンテナレジスタンスに等しく、リアクタンスを持たなくてもよい。

システムは、第１制御信号をアンテナアレイに送信することにより、ＲＦＩＤアンテナの１つを一度にアクティブにするように構成された制御器をさらに備えてもよい。システムは、ＲＦＩＤアンテナの各々に関連するバイパススイッチをさらに備えてもよい。このバイパススイッチは、第１制御信号に応答し、各ＲＦＩＤアンテナをバイパスするか、または各ＲＦＩＤアンテナを各ＲＦＩＤリーダに接続してもよい。ケーブルの全長は、２つ以上のＲＦＩＤアンテナのうちのどれがアクティブアンテナであるかに応じて可変であってもよい。ケーブルの全長は、ＲＦＩＤリーダとアクティブアンテナとを接続するための各ケーブルリンクの和であってもよい。アクティブアンテナに関連する長さ補償ユニットは、ＲＦＩＤリーダとアクティブアンテナとの間のケーブルの全長を、当該全長が有効ケーブル長となるように調整してもよい。

長さ補償ユニットは、ケーブルの全長の延長または短縮を模擬するリアクティブな電気部品の構成を備えてもよい。有効ケーブル長は、ケーブルの全長と、アクティブアンテナの長さ補償ユニットにより与えられた補償長との和であってもよい。有効ケーブル長は、規定長に実質的に等しくてもよい。

長さ補償ユニットの各々は、異なる補償長を持つように構成されてもよく、長さ補償ユニットの各々の補償長は、長さ補償ユニットとＲＦＩＤリーダとの間のケーブルリンクの数の関数であってもよい。

長さ補償ユニットの各々の補償長は、調整可能であってもよい。

アンテナアレイの２つ以上のＲＦＩＤアンテナは、連続するケーブルリンクを介して、デイジーチェーンで接続されてもよい。

制御器は、少なくとも１つの長さ補償ユニットに、調整可能な補償長を設定するための第２制御信号を送信してもよい。

本明細書全体を通じて、「備える」またはその変形の「備えている」という用語は、指定された要素、整数もしくはステップ、または、要素、整数もしくはステップのグループが含まれることを意味するが、他のいかなる要素、整数もしくはステップ、または、他のいかなる要素、整数もしくはステップのグループも排除されないことを理解されたい。

添付の図面を参照しながら、例示のみを用いて、本開示の実施形態を説明する。

従来技術のＲＦＩＤシステムの模式図である。

別の従来技術のＲＦＩＤシステムの模式図である。

直列に接続されたアンテナを備えるＲＦＩＤシステムの模式図である。

図２ＡのＲＦＩＤシステムに使われるバイパススイッチの模式図である。

図２ＡのＲＦＩＤシステムに使われるバイパススイッチの別の模式図である。

インピーダンス不整合なアンテナおよびケーブル構成を備える回路の模式図である。

図３Ａの回路のインピーダンスを表すスミスチャートである。

短縮された長さのケーブルを備える回路におけるインピーダンスの模式図である。

延長された長さのケーブルを備える回路におけるインピーダンスの模式図である。

延長された回路のための長さ補償を備える回路の模式図である。

図５Ａに従うインピーダンスを表すスミスチャートである。

短縮された長さのケーブルを備える回路におけるインピーダンスの模式図である。

図６Ａに沿ったインピーダンスを表すスミスチャートである。

長さ補償ユニットの実施の形態を示す模式図である。

長さ補償ユニットの実施の形態を示す模式図である。

長さ補償ユニットの別の実施の形態を示す模式図である。

長さ補償ユニットのさらに別の実施の形態を示す模式図である。

局所ユニット制御器を備える長さ補償ユニットの実施の形態を示す模式図である。

局所ユニット制御器を備える長さ補償ユニットの別の実施の形態を示す模式図である。

ＲＦＩＤサブシステムの実施の形態を示す模式図である。

図１３のＲＦＩＤサブシステムの実施の形態を示す別の模式図である。

較正回路の実施の形態を示す模式図である。

較正回路の別の実施の形態を示す模式図である。

図面において、同様の要素には同様の符号を付す。

図１Ｂは、図１Ａとは別の従来技術のアンテナ構成１２０を示す。このアンテナ構成１２０は、直列構成を用いることにより、使われる配線の量を減らすことを目的としている。図１Ｂに示される例は、リーダ１２６に接続される３つのアンテナ１２４を備える棚１２２である。ケーブル１２８およびバイパススイッチ１３０は、連続するアンテナを接続し、リーダ１２６に接続される。典型的には、このタイプの構成は、各バイパススイッチ１３０を用いて各棚で電源をタップオフすることにより、電源供給されたすべてのアンテナを保つ。アンテナ１２４の各々は、特定のアンテナ１２４にユニークなアドレスを付与する制御メカニズムによりアクティブにされる。このアプローチは、電源使用の点だけでなく、アドレスシステムの複雑さの点でも非効率的である。

典型的には、従来のＲＦＩＤシステム（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されるもの）は、インピーダンス整合したシステムとして動作するように構成される。アンテナ１０４、１２４の入力インピーダンスは、ケーブル１０３、１２８のインピーダンスに整合する。ケーブル１０３、１２８のインピーダンスは、リーダ１０１、１２６のインピーダンスに整合する。ＲＦシステムの場合、インピーダンス整合は、設計を簡略化し、電力伝送を最大化するために行われる。しかしＲＦＩＤシステムでは、インピーダンス整合したシステムは、動作の帯域幅が狭く、従ってデータレートが低いという欠点を持つ。アンテナコイルを用いるＲＦＩＤシステムの場合、質問信号は振動する磁場である。質問磁場はリアクティブであるため、最大電力伝送は有用な性能尺度とはならない。なぜならリアクティブな質問磁場には、損失がないからである。回路損失はすべて抵抗損失に起因し、質問信号の有用な部分を構成しない。電力伝送を最大化することは、損失を最大化することと等価であり、これはリアクティブシステムでは有用でない。このため、本明細書で提案する解決手段は、インピーダンス整合していないＲＦＩＤシステムである。

インピーダンス不整合動作。

インピーダンス不整合ＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤリーダの出力インピーダンスは、接続ケーブルのインピーダンスと整合しない。そして接続ケーブルのインピーダンスは、ＲＦＩＤアンテナのインピーダンスと整合しない。このタイプの不整合には、広帯域かつ高データレートの動作を実現できるという利点もある。

接続ケーブルは、典型的にはインピーダンスＺｏ＝５０オームの同軸ケーブルである。しかし、他のタイプのケーブルが使われてもよい。アンテナは、典型的には数オーム（例えば、２オーム以上５オーム以下）といった低インピーダンスの同調コイルである。ケーブルに接続されると、アンテナ２０６およびケーブルは、インピーダンス不整合となる。同様に、リーダの出力インピーダンスも１０オームといったように低い値を持ち、やはりケーブルのインピーダンスと不整合となる。アンテナインピーダンスは、ケーブルに沿って伝達される。このときケーブルが特定の的確な長さであれば、伝達されたインピーダンスは予測可能な値となる。典型的なインピーダンス不整合システムの欠点は、ケーブルが特定の的確な長さを持たなければならい点にある。１つの選択肢として、的確な長さが与えられるように、ケーブルリンクごとに追加的なケーブル長を与えるという方法がある。しかし、これにより配線は巨大化する。従って、ケーブル長が要求される規定長でなくても、信頼性のある不整合動作を実現する方法が見つかれば有用だろう。

システム概観。

図２Ａは、複数のアンテナ（例えば、複数の棚２１２を備えるキャビネット２１０に設置されるアンテナ）を備えるＲＦＩＤシステム２００を示す。ＲＦＩＤシステム２００は、ＲＦＩＤリーダ２０２と、制御器２２２と、を備える。いくつかの実施の形態では、ＲＦＩＤリーダ２０２は、制御器２２２に電源を供給する。いくつかの実施の形態では、制御器２２２はＲＦＩＤリーダ２０２の一部である。

いくつかの実施の形態では、ＲＦＩＤシステム２００は、ＲＦＩＤアンテナに質問するように構成されたＲＦＩＤリーダ２０２を備える。さらにＲＦＩＤシステム２００は、連続するケーブルリンク２０８を介してＲＦＩＤリーダ２０２に接続可能な２つ以上のＲＦＩＤアンテナ２０６を有するアンテナアレイ２０４を備える。ケーブルリンク２０８の各々は、特定のケーブル長を持つ。ＲＦＩＤシステム２００はまた、ＲＦＩＤアンテナ２０６の各々と関連する、長さ補償ユニット２１５を備える。長さ補償ユニット２１５は、ＲＦＩＤリーダ２０２と各ＲＦＩＤアンテナ２０６との間のケーブルの全長を、有効ケーブル長となるように調整する。ＲＦＩＤシステム２００は、ＲＦＩＤアンテナ２０６の各々と関連するバイパススイッチ２１４を備える。バイパススイッチ２１４の各々は、各ＲＦＩＤアンテナ２０６をバイパスするか、各ＲＦＩＤアンテナ２０６をＲＦＩＤリーダ２０２に接続するかのいずれかの動作が可能である。いくつかの実施の形態では、バイパススイッチ２１４および長さ補償ユニット２１５は、機能分担可能な（例えば、局所的な分担制御器を有する）組み合わされたユニットを形成する。

このように、アンテナ２０６は、デイジーチェーン構成で、直列に接続される。ＲＦＩＤアンテナ２０６の各々は、各ケーブルリンク２０８および各長さ補償ユニット２１５を介して、ＲＦＩＤリーダ２０２に接続される。ＲＦＩＤシステム２００では、各アンテナ２０６へのケーブル長は段々と延長され、典型的なインピーダンス不整合動作に必要な特定の単一の規定長とは異なるものとなる。可変なケーブルの全長は、長さ補償ユニット２１５を含むことによって実現される。長さ補償ユニット２１５は、ケーブル長を効果的に加算または減算することにより、有効ケーブル長を、インピーダンス不整合動作に必要な規定長と実質的に等しくすることができる。

ＲＦＩＤアンテナ２０６の各々は、アンテナインピーダンスＺＡを持つ。そして各アンテナに対応するケーブルリンク２０８は、ケーブルインピーダンスＺｏを持つ。アンテナインピーダンスＺＡは、ケーブルインピーダンスＺｏと異なる。従って、ＲＦＩＤアンテナと、対応する各ケーブルリンクとは、インピーダンス不整合となる。ＲＦＩＤアンテナ２０６に対応する長さ補償ユニット２１５は、ＲＦＩＤリーダ２０２と各ＲＦＩＤアンテナ２０６との間のケーブルの全長を調整するように構成される。その結果、ＲＦＩＤアンテナ２０６とケーブルリンク２０８とのインピーダンス不整合に起因する反射が、所定の位相を持つように制御される。反射の位相は、ＲＦＩＤリーダ２０２およびＲＦＩＤアンテナ２０６の動作に影響を与える。位相が適切な値を持てば、反射がＲＦＩＤリーダ２０２に到達したときのインピーダンス変換は適切なものとなる。

このように、図２Ａのシステムは、ケーブル長に要求される規定長でなくても、インピーダンス不整合動作および長さ補償ユニット２１５を用いて、信頼性のあるインピーダンス不整合動作に必要な電気的な調整を実現する。

長さ補償。

ＲＦＩＤリーダ２０２から見てケーブル長が適切な規定長となるように、すなわちケーブル長が正確な固定的な長さでなくても信頼性のあるインピーダンス不整合動作ができるように、長さ補償ユニット２１５は、必要な電気的な長さ調整を行う。長さ補償ユニット２１５は、ケーブルが短過ぎるときは電気的にケーブルの余分な長さに相当するものとして、ケーブルが長過ぎるときは電気的にケーブルの「負の」長さに相当するものとして機能する。

図３Ａは、ＲＦＩＤアンテナ５０１のインピーダンスＺ１がＲ１で与えられる実施の形態を示す。ＲＦＩＤアンテナ５０１のインピーダンスは、ケーブル５０２のインピーダンスと整合しない。インピーダンスＺ１は、ケーブルの長さ方向に離れると、Ｚ２に変換される。Ｚ２の値は、ケーブルの遠位端でＲ２＋ｊＸとなる。ＲＦＩＤリーダから見た全インピーダンスは、－ｊＸのインピーダンスを持つ長さ長さ補償ユニット５０３によって調整される。その結果、ＲＦＩＤリーダから見た全インピーダンスＺ３は、Ｚ２と等しくなる。

図３Ｂは、スミスチャート３００である。このスミスチャート３００は、アンテナ（点Ａ）に始まり、ケーブル（点Ｂ）を通り、長さ補償ユニット５０３（点Ｃ）を含むインピーダンスの変化を表す。
Ａ：Ｚ１＝Ｒ１
Ｂ：Ｚ２＝Ｒ２＋ｊＸ
Ｃ：Ｚ３＝Ｒ２

図３Ａおよび図３Ｂに示される実施の形態は、ケーブルの規定長（これは、典型的には、１．５メートルといった比較的短い長さであり、波長の１／８未満である）と独立である。ケーブルの長さが変化すると、ＲＦＩＤリーダから見たインピーダンスは、ＲＦＩＤリーダの性能にとって最適ではなくなる。例えば、図４Ａに示されるように、より短いケーブル４０２では、負荷インピーダンスＺ３はＲ２－ｊＸ１となる。一方、より長いケーブル４０４では、負荷インピーダンスＺ３はＲ２＋ｊＸ２となる。

アンテナアレイ２０４内で異なるＲＦＩＤアンテナ２０６が選択されると、接続配線の特性は変化する。なぜなら、変化するケーブルの長さは、ＲＦＩＤリーダ２０２からアクティブアンテナとして選択されるアンテナまでの長さに含まれるからである。例えば、第１アンテナ２０６．１が第１バイパススイッチ２１４．１を介してＲＦＩＤリーダ２０２に接続された場合と、第３アンテナ２０６．３が第３バイパススイッチ２１４．３を介してＲＦＩＤリーダ２０２に接続された場合とでは、ケーブルの全長は異なるだろう。

ＲＦＩＤリーダ２０２は、所定の負荷インピーダンスＺＬで動作するように構成される。従って、アンテナアレイ２０４内で異なるＲＦＩＤアンテナ２０６が選択されると、ケーブルの全長が変化することにより、ＲＦＩＤリーダ２０２から見た全インピーダンスは変化するだろう。ＲＦＩＤリーダ２０２から見た全インピーダンスを所定の負荷インピーダンスＺＬに実質的に等しい値かそれに近い値に調整するために、ＲＦＩＤリーダ２０２とアクティブアンテナ２２０との接続部に含まれる長さ補償ユニット２１５は、長さ補償を行う。この長さ補償により、ＲＦＩＤリーダ２０２から見た全インピーダンスは、所定の負荷インピーダンスＺＬと実質的に等しくなる。このように、どのアンテナがアクティブアンテナとなっても、ＲＦＩＤリーダ２０２からは同じ有効ケーブル長に見える。

ＲＦＩＤアンテナのアンテナインピーダンスは、レジスタンスを持つが、リアクタンスを持たないものであることが望ましい。インピーダンス不整合動作に関しても、このアンテナレジスタンスが、接続ケーブルに沿って、レジスタンスを持つがリアクタンスを持たない（言い換えれば、ゼロ位相の）インピーダンスに変換されることが望ましい。しかし、図４Ｂに示されるように、接続ケーブルが長過ぎたり短過ぎたりすると、変換インピーダンスはリアクタンスを持つ。

図５Ａに示されるように、いくつかの実施の形態では、長さ補償ユニットは、受動素子構成５１０を用いて、ケーブルの全長の増加を補償する。図５Ａに示される回路のインピーダンスは、図５Ｂのスミスチャート５１２で表される。ここでは、インピーダンスの変化は以下の通りである。
Ａ：－ｊΔＸインピーダンス補償を含む：Ｚ１＝Ｒ１－ｊＡＸ
Ｂ：追加的なΔｌが保証される：Ｚ２＝Ｒ２
Ｃ：ケーブルの規定長に従う：Ｚ３＝Ｒ３＋ｊＸ
Ｄ：デフォルトのプレ補償－ｊＸを含む：Ｚ４＝Ｒ３

図６Ａに示されるように、いくつかの実施の形態では、長さ補償ユニットは、受動素子構成６１０を用いて、ケーブルの全長の増加を補償する。図６Ａに示される回路のインピーダンスは、図６Ｂのスミスチャート６１２で表される。ここでは、インピーダンスの変化は以下の通りである。
Ａ：Ｚ１＝Ｒ１
Ｂ：ｊΔＸインピーダンス補償を含む：Ｚ１＝Ｒ１＋ｊＡＸ
Ｃ：ケーブルの規定長に従う：Ｚ３＝Ｒ４＋ｊＸ
Ｄ：デフォルトのプレ補償－ｊＸを含む：Ｚ４＝Ｒ４

図２Ａに示されるようなＲＦＩＤアンテナ２０６のアンテナアレイ２０４に関連した長さ補償ユニット２１５のセットのために、キャパシティブ要素および／またはインダクティブ要素の様々な異なる構成が使われてもよいことが理解されるだろう。図７に示されるある実施の形態７００では、５つのＲＦＩＤアンテナ２０６が、ケーブルリンク２０８を介して直列に接続される。ＲＦＩＤリーダから、アクティブアンテナとして選択されたアンテナまでのケーブル長は、初期ケーブル長１１とアクティブアンテナ２２０η^’×ΔＩ_η’までの長さとの和に等しい。

この実施の形態では、デフォルト補償長は以下の通りと考えられる。
ｌ＝ｌ１＋Δｌ１＋Δｌ２
より短い最初の２つのアンテナの接続ケーブルは、それぞれ、加算的な補償長Δｌ１＋Δｌ２およびΔｌ２を必要とする。より長い最後の２つのアンテナの接続ケーブルは、それぞれ、減算的な補償長－Δｌ３および－Δｌ３－Δｌ４を必要とする。

このために、中間アンテナ７０４に関連する－ｊＸのデフォルト補償を与える長さ補償ユニット７０２の構成が使われる。そして、次式に従うキャパシティブの補償ユニット７０６およびインダクティブの補償ユニット７０８が、それぞれ、リーダに対して中間アンテナ７０４より遠くおよび近くに配置される。

このようにして、長さ補償ユニットは、必要に応じてケーブルの全長の延長または短縮を模擬するリアクティブな電気部品の構成を備える。

バイパススイッチング。

制御器２２２は、バイパス制御信号をアンテナアレイ２０４に送信することにより、ＲＦＩＤアンテナ２０６の１つを一度にアクティブにする。制御器２２２は、バイパススイッチ２１４を制御することにより、ＲＦＩＤアンテナ２０６を切り替える（スイッチする）。バイパススイッチは、バイパス制御信号に反応し、各ＲＦＩＤアンテナをバイパスするか、または各ＲＦＩＤアンテナをＲＦＩＤリーダに接続する。

いくつかの実施の形態では、例えば３ビット制御線が与えられてもよい。この場合、各デイジーチェーンの位置でアンテナ間の切り替えが可能となる。別の実施の形態では、ＲＦ、ＤＣおよび制御信号の組み合わせが、制御器２２２からデイジーチェーンケーブルを通ってアンテナアレイ２０４まで送信される。このバイパス制御信号により、選択されたバイパススイッチ２１４は、アンテナ２２０と一緒に選択された長さ補償ユニット２１５内で切り替えを行うことができる。いくつかの実施の形態では、制御信号は、国際公開第２００９／１４９５０６ＡＩ（この内容は、参照として本明細書に組み込まれる）に開示された方法を用いて、ＲＦ信号および／またはＤＣ電源信号の上で搬送される。いくつかの実施の形態では、制御信号は、ＤＣ電源信号（このＤＣ電源信号はまた、バイパススイッチ２１４を操作する局所ユニット制御器１１０２に電源を供給する）に組み入れられる。この点については、本明細書の別の箇所で、図１２を参照して詳述する。いくつかの実施の形態では、制御器２２２からの制御信号は、局所アンテナ制御器１３１０（これについては、本明細書の別の箇所で、図１３を参照して説明する）の動作を制御してもよい。ＲＦＩＤリーダ２０２とＲＦＩＤアンテナ２０６との間の通信は双方向通信（例えば、制御器２２２、１２０２、１３１０のうちの１つ以上を介した双方向通信）であることが理解できるだろう。

ＲＦＩＤリーダ２０２のＲＦＩＤアンテナ２０６への接続、あるいは代替的にＲＦＩＤリーダ２０２のＲＦＩＤアンテナ２０６を通り越したケーブル２０８への接続は、バイパススイッチ２１４を介して行われる。例えば図２Ｂおよび図２Ｃは、図２Ａに示されるシステム２００の第１バイパススイッチ２１４．１を示す。スイッチ２１４．１は、ケーブルリンク２０８．１を第１アンテナ２０６．１に接続するか、またはアンテナ２０６．１を通り越してケーブル２０８．１をケーブル２０８．２（これは、第２アンテナ２０６．２につながる）に接続するかすることができる。図示された例では、第２アンテナ２０６．２がアクティブアンテナ２２０として選択されている。各バイパススイッチ２１４は、選択されたアクティブアンテナ２２０をリーダ２０２からのケーブル２０８に接続し、同時にスイッチ２１４に続く次のケーブル２０８を切断するように動作する。すなわち、この例では、スイッチ２１４．２がケーブル２０８．３を切断する。代替的に、バイパススイッチ２１４がアンテナ２０６をバイパスするように設定されると、スイッチ２１４は、各アンテナを切断し、前後のケーブルリンク２０８を接続する。これにより、リーダ２０２は、デイジーチェーンに沿った次のアンテナに接続することができる。この例では、スイッチ２１４．１が、アンテナ２０６．１をバイパスし、ケーブル２０８．１と２０８．２とを接続するように設定される。

いくつかの実施の形態では、バイパススイッチは、ピンダイオードを使って実現されてもよい。別の実施の形態では、バイパススイッチは、リレーを使って実現されてもよい。

調整可能な補償。

いくつかの実施の形態では、制御器２２２は、長さ補償ユニット２１５を制御する。このとき、各長さ補償ユニットの補償長は調整可能である。

図８－図１２は、調整可能な長さ補償ユニットの実施の形態を示す。

図８（これは、調整可能な補償構成８００の第１の実施の形態を示す）に示されるように、長さ補償は、スイッチを用いてインピーダンス値を選択できるようにすることにより、調整可能となる。図示される長さ補償構成は、シャントスイッチ８０２を用いて選択可能な２値重み誘導性インピーダンスを有する。誘導性インピーダンスは、ｊＸのステップで、０から＋ｊ７Ｘまで調整可能である。

図９は、調整可能な補償構成９００の第２の実施の形態を示す。調整は、それぞれインダクタンス９０２およびキャパシタンス９０４を用いて、正および負の方向に行うことができる。シャントスイッチ８０２を用いて、２値重み誘導性インピーダンスがそれぞれ選択可能である。直列された全インピーダンスは、ｊＸのステップで、－ｊ３Ｘから＋ｊ４Ｘまで調整可能である。

図１０は、調整可能な補償構成１０００の第３の実施の形態を示す。調整は、インダクタンスおよびキャパシタンスの代替的な組み合わせを用いて、正および負の方向に行うことができる。シャントスイッチ８０２を用いて、２値重み容量性インピーダンスがそれぞれ選択可能である。直列された全インピーダンスは、ｊＸのステップで、－ｊ４Ｘから＋ｊ３Ｘまで調整可能である。

いくつかの実施の形態では、シャントスイッチ８０２は、ピンダイオードを使って実現されてもよい。別の実施の形態では、シャントスイッチ８０２は、手動で操作される機械的スイッチを使って実現されてもよい。別の実施の形態では、シャントスイッチ８０２は、リレーを使って実現されてもよい。応用上は、機械的ラッチリレーを使うこともできる。この場合、切り替えはまれであり、リレーはラッチで設定したままにしておくことができる。これは、応用上は、電源投入時に調整が行われ、その後アレイ内で特定のアンテナが選択されると調整が行われ、好ましくは電源停止時に設定が保存される、といったものである。

図１１は、別の実施の形態に係る長さ補償ユニット１１００を示す。ここでは、ＲＦ、ＤＣおよび制御信号の組み合わせが、リーダ２０２からデイジーチェーンケーブルに沿ってアンテナアレイ２０４まで送信される。選択されたバイパススイッチ２１４は、制御信号を用いて、選択された長さ補償ユニット２１５内で切り替えを行うことができる。制御信号は、ＤＣ電源信号に組み入れられる。ＤＣ電源信号は、バイパススイッチ２１４を操作する局所ユニット制御器１１０２に電源を供給する。制御信号１１０４はまた、長さ補償ユニット１１００のシャントスイッチ８０２を制御するために、局所ユニット制御器１１０２の動作を制御してもよい。このようにして、局所ユニット制御器１１０２は、（リーダの制御器２２２の制御の下で）長さ補償を調整することができる。

図１２は、図１１に示されるものと同じＲＦ、ＤＣおよび制御信号の組み合わせ１１０４を用いる、別の実施の形態に係る長さ補償ユニット１２００を示す。ここで図示されるように、リーダ２０２がアンテナ２０６の選択を解除すると、バイパススイッチ２１４は、長さ補償ユニット１２００を切断する。しかし、ユニット制御器１１０２はアクティブであり続け、スイッチ２１４を「バイパス」状態に保つことができる。これにより、リーダ２０２は、次のアンテナのユニット制御器と通信することができる。このプロセスが、次のアンテナでも繰り返される。このようにしてリーダ２０２は、連続的なデイジーチェーンを用いて、反復的にすべてのアンテナ２０６と通信することができる。電源が切られると、すべてのスイッチ２１４は、開放状態に切り替えられる。これによりリーダ２０２は、デイジーチェーン内でアンテナ２０６．１と自動的に接続される（第１スイッチ２１４．１のデフォルト設定のため）。これらの連続的な制御および動作のプロセスは、繰り返すことができる。

図８－図１２は、構成ごとに３つのシャントスイッチを示す。しかし必要な長さ調整に応じて、３ビットの制御や、図８－図１２より多いまたは少ないスイッチが使われれもよい。

局所制御器。

図１３および図１４は、アンテナサブシステム１３００の実施の形態を示す。これらのサブシステムは、例えば、図２Ａに示されるキャビネット２１０の棚２１２の１つと関連してもよい。

サブシステム１３００は、第１多重器１３０６を介してチューナ１３０４と通信し、第２多重器１３０８を介して長さ補償ユニット２１５およびバイパススイッチ２１４と通信する、複数のアンテナ１３０２を有する。サブシステム１３００は、局所アンテナ制御器１３１０を有する。局所アンテナ制御器１３１０は、チューナ１３０４、第１多重器１３０６、第２多重器１３０８、アンテナ１３０２（第１多重器１３０６および第２多重器１３０８を介して）、長さ補償ユニット２１５およびバイパススイッチ２１４（例えば、長さ補償ユニット２１５を介して）の動作を制御する。

図１１および図１２の実施の形態に示されるように、サブシステム１３００は、ＲＦ、ＤＣおよび制御信号の組み合わせ１１０４を受信する。リーダ２０２がアンテナ２０６の選択を解除すると、バイパススイッチ２１４は、長さ補償ユニット１２００を切断する。しかし、局所アンテナ制御器１３１０はアクティブであり続け、スイッチ２１４を「バイパス」状態に保つことができる。これにより、リーダ２０２は、次のアンテナの局所アンテナ制御器と通信することができる。

チューナ１３０４は、チューニングキャパシタンスを調整することにより、アンテナコイルの共鳴周波数を調整する。これにより、アンテナコイルは、共鳴状態に調整される。この調整がされると、アンテナの入力インピーダンスは、低い真の値となる。なぜなら望ましいアンテナは、低いレジスタンスを持ち、リアクタンスを持たない直列共鳴コイルだからである。

いくつかの実施の形態では、サブシステム１３００は、例えば棚２１２および／またはキャビネット２１０のためのユーザインタフェースを提供するために、１つ以上の追加的なデバイス、ディスプレイ、センサ、インジケータ等に操作可能に接続されてもよい。インジケータライトはタグがどこに設置されているかを示してもよく、ディスプレイは棚２１２等に関するピッキング情報を提供してもよい。

較正。

操作の前、例えばＲＦＩＤシステム２００の設置時またはシステムの電源投入時に、必要なケーブル長補償に対する調整を確認するために、初期有効長が測定される必要がある。

図１５は、較正回路１５００の第１の実施の形態を示す。図１６は、較正回路１６００の第２の実施の形態を示す。長さ補償ユニット２１５のアンテナ端部１５０４に短絡型較正スイッチ１５０２を設置することにより、リーダ２０２は、長さ補償を設定または較正することができる。較正スイッチ１５０２は、局所制御器（例えば、局所アンテナ制御器１３１０）を介したリーダの制御器２２２の命令により閉じる。一旦閉じると、リーダ２０２は、ＲＦ信号の位相及び強度をモニタし、これをアクティブなアンテナに送信することができる。スイッチ１５０２は、低インピーダンス負荷として振る舞う。位相（および強度）は、この値に合う必要がある。言い換えれば、ＲＦ電流は比較的高い値となり、電圧は比較的低い値となる。そして電流と電圧との位相差は、ゼロ（同相）となる必要がある。補償長が短すぎたり長過ぎたりした場合は、電流値が低くなり、逆に電圧値が高くなり、電流と電圧との位相差が正または負となるだろう。リーダの制御器２２２は、上記の位相差がなるべくゼロに近くなるように長さ補償ユニット２１５のシャントスイッチ８０２を調整する。この調整がされたポイントで、長さ補償は最適な設定となる。

アンテナまたはケーブルが物理的に移動または交換されない限り、長さ補償は固定値となるだろう。従って大抵の場合、長さ補償の設定は、一旦設定されると変わらないだろう。このような応用の場合、機械的なラッチリレーを使うことができる。この場合、リレーはラッチされ、設定が維持される。この場合、調整は電源投入時に行われ、以後の調整は必要に応じて低頻度で行われる。好ましくはこの設定は、ラッチリレーにより、電源停止時にも維持される。

長さ補償の不平衡動作から平衡動作への変更は、長さ補償ユニット２１５とアンテナ２０６との間にバランを設置することによって実現できる。ケーブル２０８、長さ補償ユニット２１５は、不平衡状態で動作する。一方、アンテナ２０６は、平衡状態で動作する。平衡動作は、アンテナ２０６での干渉およびアンテナ２０６からのストレイカップリングを減らすことができる点で有利であることが分かった。図１５の回路は、不平衡動作を実現する。図１６の回路は、平衡動作を実現する。

前述の実施形態には、本開示の広い一般的な範囲を逸脱することなく、多くの変形および／または改良が可能であることを当業者は理解するだろう。従って本実施形態は、いかなる意味においても説明を目的とし、限定を目的としないことを理解されたい。

Claims (13)

1. ＲＦＩＤアンテナ（２０６）に質問するように構成されたＲＦＩＤリーダ（２０２）と、
   連続するケーブルリンク（２０８）と、
   前記連続するケーブルリンク（２０８）を介して前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）に直列に接続可能な２つ以上のＲＦＩＤアンテナ（２０６）を備えるアンテナアレイ（２０４）と、
   前記ＲＦＩＤアンテナ（２０６）の各々と関連し、ＲＦＩＤアンテナ（２０６）と関連するケーブルリンク（２０８）との間に接続される長さ補償ユニット（２１５）と、を備え、
   前記ＲＦＩＤアンテナ（２０６）の各々は、前記ケーブルリンク（２０８）の各々と関連し、
   前記ケーブルリンク（２０８）の各々は、所定のケーブル長を持ち、
   前記長さ補償ユニット（２１５）は、前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）と各ＲＦＩＤアンテナ（２０８）との間のケーブルの全長を、当該全長が有効ケーブル長となるように調整するように構成され、
   前記ＲＦＩＤアンテナ（２０６）の各々は、前記ケーブルリンク（２０８）の連続において、前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）から各ＲＦＩＤアンテナ（２０６）までの接続の最後に位置し、
   前記ケーブルの全長は、前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）と各ＲＦＩＤアンテナ（２０６）とを接続するためのケーブルリンク（２０８）の各々の和であり、
   前記ＲＦＩＤアンテナ（２０６）の各々は、アンテナインピーダンスを持ち、
   前記ＲＦＩＤアンテナに関連する前記ケーブルリンク（２０８）の各々は、ケーブルインピーダンスを持ち、
   前記アンテナインピーダンスと前記ケーブルインピーダンスとは異なり、
   前記ＲＦＩＤアンテナ（２０６）の各々と、関連するケーブルリンク（２０８）の各々とはインピーダンス不整合となっており、
   前記長さ補償ユニット（２１５）は、前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）と前記各ＲＦＩＤアンテナ（２０６）との間のケーブルの全長を、前記インピーダンス不整合により生じる反射が所定の位相を持つように調整するように構成されることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
2. 前記各ＲＦＩＤアンテナ（２０６）のアンテナインピーダンスは、有効ケーブル長に沿って、レジスタンスを持つが実質的にリアクタンスを持たない最終インピーダンスに変換されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤシステム。
3. 前記アンテナインピーダンスは、アンテナレジスタンスに等しく、リアクタンスを持たず、
   前記アンテナインピーダンスは、有効ケーブル長に沿って、リアクタンスを含む中間インピーダンス値に変換され、
   最終インピーダンスは、実質的にアンテナレジスタンスに等しく、リアクタンスを持たないことを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦＩＤシステム。
4. 第１制御信号を前記アンテナアレイ（２０４）に送信することにより、前記ＲＦＩＤアンテナ（２０６）の１つを一度にアクティブにするように構成された制御器（２２２）をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
5. 前記ＲＦＩＤアンテナの各々に関連するバイパススイッチ（２１４）をさらに備え、
   前記バイパススイッチ（２１４）は、前記第１制御信号に応答し、前記各ＲＦＩＤアンテナ（２０６）をバイパスするか、または前記各ＲＦＩＤアンテナ（２０６）を各ＲＦＩＤリーダ（２０２）に接続することを特徴とする請求項４に記載のＲＦＩＤシステム。
6. 前記ケーブルの全長は、前記２つ以上のＲＦＩＤアンテナ（２０６）のうちのどれがアクティブアンテナ（２０６．１）であるかに応じて可変であることを特徴とする請求項４または５に記載のＲＦＩＤシステム。
7. 前記アクティブアンテナに関連する前記長さ補償ユニット（２１５）は、
   前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）と前記アクティブアンテナ（２０６．１）との間のケーブルの全長を、当該全長が有効ケーブル長となるように調整することを特徴とする請求項６に記載のＲＦＩＤシステム。
8. 前記長さ補償ユニット（２１５）は、前記ケーブルの全長の延長または短縮を模擬するリアクティブな電気部品の構成を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
9. 前記２つ以上のＲＦＩＤアンテナ（２０６）のうちの１つはアクティブアンテナ（２０６．１）であり、
   前記有効ケーブル長は、前記ケーブルの全長と、前記アクティブアンテナ（２０６．１）の前記長さ補償ユニット（２１５）により与えられた補償長との和であり、
   前記有効ケーブル長は、規定長に実質的に等しいことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
10. 前記長さ補償ユニット（２１５）の各々は、異なる補償長を持つように構成され、
    前記長さ補償ユニット（２１５）の各々の補償長は、前記長さ補償ユニット（２１５）と前記ＲＦＩＤリーダ（２０２）との間のケーブルリンク（２０８）の数の関数であることを特徴とする請求項９に記載のＲＦＩＤシステム。
11. 前記長さ補償ユニット（２１５）の各々の補償長は調整可能であることを特徴とする請求項９に記載のＲＦＩＤシステム。
12. 前記アンテナアレイ（２０４）の２つ以上のＲＦＩＤアンテナ（２０６）は、連続するケーブルリンク（２０８）を介して、デイジーチェーンで接続されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のＲＦＩＤシステム。
13. 前記制御器（２２２）は、少なくとも１つの前記長さ補償ユニット（２１５）に、調整可能な補償長を設定するための第２制御信号を送信することを特徴とする請求項４に記載のＲＦＩＤシステム。

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