KR20110039330A

KR20110039330A - Ｒｆｉｄ 쉘프 판독기 시스템에 대한 스위칭 가능 패치 안테나

Info

Publication number: KR20110039330A
Application number: KR1020117002869A
Authority: KR
Inventors: 리차드 엘. 쿠펠랜드
Original assignee: 센소매틱 일렉트로닉스, 엘엘씨
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2011-04-15
Also published as: US20100001921A1; JP2011527550A; WO2010027388A3; CA2729808A1; CN102089928A; EP2308131A2; US8106834B2; AU2009288857A1; WO2010027388A2

Abstract

스위칭 가능 패치 안테나는 접지 평면, 금속 패치, 적어도 두 개의 피드 라인들 및 스위치를 포함한다. 금속 패치는 접지 평면과 인접하지만 접촉하지 않고 배치된다. 각각의 피드 라인은 금속 패치에 전기적으로 접속된다. 각각의 피드 라인은 실질적으로 적어도 하나의 다른 피드 라인에 직교한다. 스위치는 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속된다. 스위치는 스위칭 가능 패치 안테나를 여기시키기 위하여 적어도 두 개의 피드 라인들 사이에서 순차적으로 선택하도록 동작한다.

Description

ＲＦＩＤ 쉘프 판독기 시스템에 대한 스위칭 가능 패치 안테나{SWITCHABLE PATCH ANTENNA FOR RFID SHELF READER SYSTEM}

본 발명은 발명의 명칭이 "SWITCHABLE PATCH ANTENNA FOR RFID SHELF READER SYSTEM"인 2008년 7월 7일 출원된 미국 가 특허 출원 61/134,167에 관련되고 상기 가 특허 출원에 대해 우선권을 주장하며, 그 전체 내용들은 참조로써 여기에 통합된다.

본 발명은 일반적으로 안테나들에 관한 것이고 구체적으로 무선 주파수 식별("RFID") 쉘프 판독기(shelf reader)들에 대한 스위칭 가능 패치(patch) 안테나에 관한 것이다.

무선 주파수 식별("RFID")(Radio Frequency Identification)은 무선 주파수("RF") 파들을 전송 및 수신함으로써 제품들, 동물들, 또는 사람을 식별 및 추적한다. RFID 라벨들 또는 태그들이라 지칭되는 디바이스들은 추적된 물체에 적용되거나 통합된다. 대부분의 RFID 태그들은 적어도 신호를 수신 및 전송하기 위한 안테나, 및 정보를 저장 및 프로세싱하고 RF 신호를 변조 및 복조하며, 다른 특화된 기능부들을 위한 집적 회로를 포함한다. RFID 판독기는 다양한 애플리케이션들과 함께 사용하기 위해 이들 RFID 태그들 내 정보를 "판독", 즉 무선으로 전달하기 위하여 사용된다.

예를 들어, RFID 기술들은 물품 목록(inventory)들을 자동으로 추적 및 관리하기 위하여 기업체의 공급 관리망(enterprise supply chain)의 모든 영역들, 예를 들어 제조자들, 분배자들, 도매업자들, 및 소매업자들에 사용될 수 있다. 몇몇 개별 RFID 라벨들이 RFID 판독기의 안테나의 수신 필드에 상주할 수 있고 개별적으로 인식될 수 있기 때문에, 데이터는 각각의 라벨로 및 각각의 라벨로부터 개별적으로 전달되거나 전체 전자 물품 목록은 단일 RFID 판독기에 대한 안테나 필드에 상주하는 라벨들에서 얻어질 수 있다. 하나의 그런 애플리케이션은 이런 결과를 달성하기 위하여 RFID 쉘프 판독기를 사용한다. RFID 쉘프 판독기는 통상적으로 쉘프 또는 캐비넷 같은 물품 목록 저장 영역에, 예를 들어 상기 저장 영역 위 또는 아래 방사하는 근접도 내에 배치된 안테나 또는 안테나 어레이를 포함한다. RFID 쉘프 판독기는 통상적으로 저장 영역 내 각각의 RFID 라벨을 자동으로 검출 및 "판독"할 수 있다.

특정 애플리케이션들에서, RFID 쉘프 판독기 안테나들은 니어 필드(near field) 또는 가능하면 방사하는 니어 필드 내에서만 동작한다. 예시적인 애플리케이션은 DVD들에 부착된 RFID 라벨들을 판독하는 것이다. 그런 예의 부가적인 설명은 발명의 명칭이 "RFID System with Integrated Switched Antenna Array and Multiplexer Electronics"인 계류중인 미국 특허 출원 11/829,315에서 발견될 수 있고, 그 전체는 참조로써 여기에 통합된다. 비록 DVD들이 함께 적층되었지만, RFID 라벨들은 판독기 안테나로부터 단지 짧은 거리 떨어져 있고 각각의 라벨은 공지된 위치에 배치된다, 즉 안쪽 DVD 커버의 최하부 또는 아마도 안쪽 스파인(spine) 구역 내에 배치된다. 의복 같은 다른 애플리케이션들에서, RFID 라벨들은 그들이 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드(far field) 구역들 내에 상주하도록 배치될 수 있다.

쉘프 판독기 애플리케이션들에 대해, 부착된 RFID 태그들을 가진 아이템들이 쉘프 구역의 최상부 상에 적층되는 경우, RFID 태그들의 방향 및 위치는 방향이 랜덤할 수 있고 태그 위치들이 니어 필드, 방사 니어 필드, 및 파 필드 구역들을 포함하는 구역들 내에 상주할 수 있도록 있을 수 있다.

종래 RFID 쉘프 판독기 구현들은 선형 편광 안테나 또는 원 편광 안테나 중 어느 하나를 사용하여 왔다. 만약 RFID 라벨 방향이 제어되고 시종일관 하나의 특정 방향에 있으면, 선형 편광 안테나 솔루션이 일반적으로 사용된다. 공지된 RFID 쉘프 판독기 선형 편광 패치 안테나(10)의 예는 도 1에 도시된다. 선형 편광 패치 안테나(10)는 통상적으로 접지 평면(14) 위에 매달린 금속 패치(12)를 포함한다. 패치 안테나(10)는 접지 평면(14)으로부터 금속 패치(12)를 분리하기 위하여 유전체 기판(16)을 사용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 패치 안테나(10)는 인쇄 회로 기판 형태로 구성될 수 있고, 여기서 한 측면은 금속 패치(12)를 포함하고 대향 측면은 접지 평면(14)을 포함한다. 금속 패치(12)는 피드 라인(feed line)으로서 마이크로스트립 전송 라인(18)을 사용하여 전원이 공급될 수 있거나, 활성화될 수 있다. 통상적인 선형 편광 안테나들은 일방향으로만 방사하여, 직교 방향으로 널 필드(null field)를 생성한다. 따라서 RFID 라벨들의 단지 하나의 방향만이 커버된다. RFID 라벨이 잘못 배치되거나 아이템이 부적당하게 경사지면, 상기 RFID 라벨은 선형 편광 안테나로 검출되지 않을 것이다.

만약 RFID 라벨 방향이 잘 제어되지 않으면, 원 편광 안테나가 일반적으로 바람직하다. 공지된 RFID 쉘프 판독기 원 편광 패치 안테나(20)의 예는 도 2에 도시된다. 원 편광 패치 안테나(20)는 평면(22)을 아래의 접지 평면(24)에 접지시키는 중심을 통하여 스탠드오프(standoff)(26)에 의해 접지 평면(24) 위에 매달린 원형 또는 타원형 모양 금속 평면(22)을 포함한다. 도 2의 원형 편광 패치 안테나(20)에 대해, 금속 평면(24)은 접지 평면(24)으로부터 공기 갭 만큼 분리된다; 그러나, 패치 안테나(20)는 접지 평면(24)으로부터 금속 평면(22)을 분리시키기 위하여 유전체 기판을 사용하여 구성될 수 있다. 원형 또는 타원형 패치(22)는 직접적으로 엘리먼트(28)에 의해 중심에서 벗어나 전원을 공급받는다(fed off center). 원형 편광 패치 안테나(20)는 파 필드 내에 동일한 직교 전기장 성분들을 형성하도록 설계된다.

금속 평면(22)은 피드포인트(feedpoint)(28)를 사용하여 전원을 공급받거나, 활성화된다. 동조 스터브(tuning stub)(30)는 패치 안테나(20)의 공진 주파수를 용량적으로 동조시키기 위하여 사용될 수 있다. 동조 스터브(30)는 금속 평면(22)에 관련한 수직 위치가 조절 가능한 금속 실린더이다. 도 3은 동조 스터브(30)의 위치를 도시하는 원형 편광 패치 안테나(20)의 측면도를 제공한다.

원형 편광 안테나의 방사하는 패턴은 여기 신호의 위상 신호와 함께 방향을 변화시켜서 RFID 라벨의 모든 방향들은 검출될 수 있다. 그러나, 선형 편광 안테나에 대한 필드 방향은 니어 필드로부터, 안테나에서 멀리 떨어진 파 필드 거리들로 매우 일정한 반면, 이것은 간단한 원형 편광 안테나에 대해서는 그 경우가 아니다. 원형 편광 안테나들은 특히 니어 필드 또는 방사 니어 필드 내에 매우 약한 필드들의 몇몇 구역들을 가진다. 니어 필드 및 방사하는 니어 필드는 원형 편광 안테나에 대해 RFID 태그의 특정 각도들에 대해 널 존들을 나타내고 파 필드에서만 필드 전-지향성(omni-directional)의 동작이 있고 널 존들이 없다.

부가적으로, 다른 디바이스들은 또한 동시에 다수의 디바이스들과 통신하도록 패치 안테나를 사용할 수 있다. 하나의 그런 디바이스는 발명의 명칭이 "Metal Oxide Semiconductor Device for Use in UHFEAS systems"인 미국 특허 출원 12/331,604 호에 기술된 전자 물품 감시("EAS") 태그 비활성화 시스템이고, 그 전체 교시들은 참조로써 여기 통합된다. 상기된 RFID 쉘프 판독기에서, EAS 비활성화 시스템의 안테나는 EAS 태그들을 비활성화할 수 있는 신호를 전송하기 위하여 EAS 태그들과 비교적 근접한 근접도 내에 있어야 한다. 다수의 EAS 태그들을 동시에 비활성화할 때, EAS 태그 방향이 공지되거나 제어되거나, 방사 필드가 균일하고 전-지향성이어야 한다. 그렇지 않으면, 모든 의도되지 않은 EAS 태그들이 비활성화되지 않을 것이다. 상기 도시된 바와 같이, 공지된 안테나 구성들은 이런 용도에 신뢰성이 없다.

어느 경우나, 이들 안테나들의 표면 위 필드들은 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 또는 파 필드 어느 하나에 널 존들 또는 약한 필드 존들을 가진다. 이들 접근법들은 특정 애플리케이션들 및 환경들에서만 작동한다.

그러므로, 필요한 것은 안테나 위 모든 가능한 라벨 또는 태그 방향들 내의 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드 내에서 잘 작동되는 필드를 가진 안테나 솔루션을 제공하는 시스템이다.

본 발명은 스위칭 가능 패치 안테나, RFID 판독기 및 안테나 위 모든 가능한 라벨 또는 태그 방향들 내의 니어 필드, 방사 니어 필드, 및 파 필드 내에서 잘 작동되는 전기장을 생성하기 위한 방법을 제공한다는 이점을 갖는다. 일반적으로, 선형 편광 패치 안테나는 적어도 두 개의 직교 피드 라인들을 포함하고 여기 신호는 시간에 따라 직교 방향들을 가진 전기장을 형성하기 위하여 두 개의 피드 라인들 사이에서 스위칭된다.

본 발명의 일 양상에 따라, 스위칭 가능 패치 안테나는 접지 평면, 금속 패치, 적어도 두 개의 피드 라인들 및 스위치를 포함한다. 금속 패치는 접지 평면에 인접하지만 접촉하지 않고 배치된다. 각각의 피드 라인은 금속 패치에 전기적으로 접속된다. 각각의 피드 라인은 실질적으로 적어도 하나의 다른 피드 라인에 대해 직교한다. 스위치는 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속된다. 스위치는 스위칭 가능 패치 안테나를 여기시키기 위하여 적어도 두 개의 피드 라인들 사이에서 순차적으로 선택하도록 동작할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 무선 주파수 식별("RFID") 쉘프 판독기는 제어기, 트랜시버 및 스위칭 가능 패치 안테나를 포함한다. 트랜시버는 제어기에 전기적으로 접속된다. 트랜시버는 RF 신호들을 전송 및 수신하도록 동작한다. 스위칭 가능 패치 안테나는 트랜시버에 전기적으로 접속된다. 스위칭 가능 패치 안테나는 접지 평면, 금속 패치, 적어도 두 개의 피드 라인들 및 스위치를 포함한다. 금속 패치는 접지 평면에 인접하지만 접촉하지 않고 배치된다. 각각의 피드 라인은 금속 패치에 전기적으로 접속되고 실질적으로 적어도 하나의 다른 피드 라인에 직교한다. 스위치는 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속된다. 스위치는 스위칭 가능 패치 안테나를 여기시키기 위하여 적어도 두 개의 피드 라인들을 사이에서 순차적으로 선택하도록 동작한다.

본 발명의 아직 다른 양상에 따라, 전기장을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 스위칭 가능 패치 안테나는 제공되고 접지 평면, 금속 패치, 적어도 두 개의 피드 라인들 및 스위치를 포함한다. 금속 패치는 접지 평면에 인접하지만 접촉하지 않고 배치된다. 각각의 피드 라인은 금속 패치에 전기적으로 접속되고 실질적으로 적어도 하나의 다른 피드 라인에 직교한다. 스위치는 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속되고 적어도 두 개의 피드 라인들 중 하나를 선택하도록 동작한다. 적어도 두 개의 피드 라인들 중 하나는 순차적으로 선택되고 여기 신호는 선택된 피드 라인에 적용된다.

본 발명의 보다 완전한 이해, 및 수반하는 장점들 및 특징들은 첨부한 도면들에 관련하여 고려될 때 다음 상세한 설명을 참조하여 보다 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 종래 기술 선형 편광 패치 안테나의 투시도이다.
도 2는 종래 기술 원형 편광 패치 안테나의 투시도이다.
도 3은 도 2의 종래 기술 원형 편광 패치 안테나의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 원리들에 따라 구성된 예시적인 무선 주파수 식별("RFID") 쉘프 판독기의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 원리들에 따라 구성된 스위칭 가능 패치 안테나의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따라 도 5의 스위칭 가능 패치 안테나에 대한 동작의 두 개의 모드들을 도시하는 상대적 안테나 여기를 도시하는 그래프이다.
도 7은 x-방향 소스 피드가 본 발명의 원리들에 따라 에너지를 공급받을 때 니어 필드(금속 패치 위 2cm) 내 스위칭 가능 패치 안테나의 0°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 8은 x-방향 소스 피드가 본 발명의 원리들에 따라 에너지를 공급받을 때 니어 필드(금속 패치 위 2cm) 내의 스위칭 가능 패치 안테나의 180°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 9는 x-방향 소스 피드가 본 발명의 원리들에 따라 에너지를 공급받을 때 방사하는 니어 필드(금속 패치 위 5cm) 내의 스위칭 가능 패치 안테나의 0°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 10은 x-방향 소스 피드가 본 발명의 원리들에 따라 에너지를 공급받을 때 방사하는 니어 필드(금속 패치 위 5cm) 내의 스위칭 가능 패치 안테나의 180°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 11은 x-방향 소스 피드가 본 발명의 원리들에 따라 에너지를 공급받을 때 파 필드(금속 패치 30cm 위) 내의 스위칭 가능 패치 안테나의 0°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 12는 x-방향 소스 피드가 본 발명의 원리들에 따라 에너지를 공급받을 때 파 필드(금속 패치 위 30cm) 내의 스위칭 가능 패치 안테나의 180°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 13은 니어 필드(금속 패치 위 2cm) 내의 원형 편광 패치 안테나의 0°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 14는 니어 필드(금속 패치 위 2cm) 내의 원형 편광 패치 안테나의 180°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 15는 방사하는 니어 필드(금속 패치 위 5cm) 내의 원형 편광 패치 안테나의 0°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 16은 방사하는 니어 필드(금속 패치 위 5cm) 내의 원형 편광 패치 안테나의 180°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 17은 파 필드(금속 패치 위 30cm) 내의 원형 편광 패치 안테나의 0°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.
도 18은 파 필드(금속 패치 위 30cm) 내의 원형 편광 패치 안테나의 180°위상 전기장 패턴을 도시하는 벡터도이다.

본 발명에 따른 상세한 예시적인 실시예들을 기술하기 전에, 실시예들이 안테나 위 모든 방향들에서 니어 필드 내의 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드에서 잘 작동되는 스위칭 가능 패치 안테나를 구현하기 위한 시스템 및 방법을 구현하는 것에 관련된 주로 장치 컴포넌트들 및 프로세싱 단계들의 조합들에 있다는 것이 주의된다. 따라서, 시스템 및 방법 컴포넌트들은 적당한 경우 당업자에게 명백할 상세한 항목들을 가진 개시물을 불명료하게 하지 않도록 본 발명의 실시예들을 이해시키는데 적절한 특정 상세한 항목들만을 도시하는 도면들의 기존 심볼들에 의해 표현되었다.

여기에 사용된 바와 같이, "제 1" 및 "제 2", "최상부" 및 "최하부" 및 등등 같은 상관 용어들은 엔티티들 또는 엘리먼트들 사이의 임의의 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 필수적으로 요구하거나 의미하지 않고 다른 엔티티 또는 엘리먼트로부터 하나의 엔티티 또는 엘리먼트를 구별하기 위해서만 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 유리하게 무선 주파수 식별("RFID") 쉘프 판독기 또는 전자 물품 감시("EAS") 태그 비활성화 시스템과 함께 사용하기 위한 스위칭 가능 패치 안테나를 제공한다. 여기에 추가로 기술된 바와 같이, 본 발명은 실질적으로 동일한 길이의 두 개의 마이크로스트립 피드 라인들을 가진 실질적으로 정사각형 모양 패치 안테나를 포함할 수 있다. 이들 두 개의 피드 라인들은 두 개의 필드 모드들, 즉 수평 및 수직 모드들을 생성하기 위하여 스위칭 디바이스를 통하여 교번적으로 전원을 공급받을 수 있어서, 하나의 시간 간격 동안 하나의 방향 포트는 전원을 공급받고 다른 시간 간격에서 다른 직교 포트는 전원을 공급받는다. 3 개의 구역들(니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드) 내의 계산된 벡터 E 필드들은 필드들이 두 개의 동작 모드들 각각에 대해 수평 또는 수직 방향들 각각에서 강한 지향성들을 가진다는 점에서 잘 작동된다. 그런 안테나 시스템은 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드에 대해 그 바로 위 구역 내에 개선된 전기적 분배를 제공하고 종래 선형 또는 원형 편광 안테나들보다 우수한 것으로 도시된다.

유사한 참조 도안들이 유사한 엘리먼트들을 지칭하는 도면들을 지금 참조하여, 도 4에는 본 발명의 원리들에 따라 구성되고, 일반적으로 "32"로 도시된 예시적인 RFID 쉘프 판독기가 도시된다. RFID 쉘프 판독기(32)는 널리 공지된 방식으로 RFID 태그(도시되지 않음)에 RF 신호들을 전송하고 상기 RFID 태그로부터 RF 신호들을 수신하는 RF 트랜시버(36)에 결합된 스위칭 가능 패치 안테나(34)를 포함한다. 스위칭 가능 패치 안테나(34)는 아래에서 보다 상세히 논의된다. RF 트랜시버(36)는 일반적으로 RFID 쉘프 판독기(32)의 동작을 제어하는 제어기(38)에 결합된다.

제어기(38)는 또한 통신 인터페이스(40) 및 입력/출력("I/O") 인터페이스(42)에 결합된다. I/O 인터페이스(42)는 사용자에게 정보를 제공하고 사용자로부터 정보를 수집하기 위하여 다수의 주변 입력/출력 디바이스들 중 임의의 것과 상호작용한다. 통신 인터페이스(40)는 RFID 판독기(32) 및 통신 네트워크(도시되지 않음) 사이의 통신을 가능하게 한다. 제어기(38)는 또한 RFID 판독기(32)의 동작을 제어하기 위한 명령 모듈들을 포함하는 메모리(44)에 결합된다. 메모리(44)는 휘발성 또는 비휘발성일 수 있다.

도 5를 지금 참조하여, 본 발명의 일 실시예는 접지 평면(48) 위에, 즉 인접하지만 접촉하지 않고 배치된 정사각형 금속 패치(46)를 가진 직교적으로 전원이 공급되는 스위칭 가능 패치 안테나(34)이다. 금속 패치 재료는 통상적으로 구리이지만 알루미늄 또는 유사한 전도성의 임의의 다른 유사한 금속일 수 있다. 패치 및 접지 평면 사이의 거리인 기판 재료의 예시적인 두께는 통상적으로 3mm이고 기판 재료의 유전체 상수에 좌우된다. 통상적인 유전체 재료들은 예를 들어 FR4 또는 세라믹이다. 그러나, 본 발명은 그것으로 제한되지 않고 다른 유전체 재료들이 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 스위칭 가능 패치 안테나(34)는 스위칭 패치 안테나(34)의 직교 에지들(52a, 52b)의 중간포인트들을 탭 오프(tap off)하는 두 개의 마이크로스트립 전송 라인들(50a, 50b)에 의해 전원이 공급된다. 스위칭 디바이스(54)는 하나의 피드 라인(50a) 또는 다른 피드 라인(50b) 어느 하나를 순차적으로 선택하기 위해 사용되어, 전기장은 별개의 시간 프레임들에서 두 개의 직교 모드들의 선형 편광 모드에서 동작한다. 금속 패치(46)는 정사각형 기하구조이고 아래에 접지 평면(48)을 가진 유전체 기판(56)의 최상부 상에 배치된다. 예를 들어, 유전체 기판(56)은 한쪽 측면 상에 금속 패치(46) 및 대향 측면 상에 접지 평면(48)을 가진 인쇄회로기판일 수 있다. 여기 신호는 스위치(54)를 통하여 한번에 하나씩 피드 라인들(50a, 50b) 중 어느 하나에 적용된다. 피드 라인들(50a, 50b)은 실질적으로 대칭이고 실질적으로 동일한 길이이어야 하므로, 피드 라인들이 동일한 임피던스 특성들을 나타내는 것을 보장한다. 또한, 패치(46)는 안테나(34) 위 필드들이 양쪽 직교 모드들에서 실질적으로 동일한 크기들인 것을 보장하기 위하여 바람직하게 실질적으로 정사각형이다.

비록 스위치(54)가 작은 외형 트랜지스터("SOT") 디바이스로서 도 5에 도시되지만, 임의의 적당한 스위칭 디바이스는 사용될 수 있다. 예시적인 스위치는 발명의 명칭이 "RFID System with Integrated Switched antenna Array and Multiplexer electronics"인 계류중인 미국 특허 출원 11/829,315 호에서 발견될 수 있고, 그 전체는 참조로써 여기 통합된다. 적당한 스위치의 다른 예는 Skyworks AS195-306PHEMT GaAs IC High Power SP5T 0.1 - 2 GHz 스위치이다. 그러나, 본 발명은 이들 스위치들로 제한되지 않고 임의의 유사한 타입의 고주파수 스위치가 사용될 수 있다는 것이 고려된다. RF 전력이 일반적으로 스위칭 동안 적용되지 않는 것이 주지되어야 한다. 스위칭 타이밍은 사용을 위한 애플리케이션에 좌우된다. 예를 들어, 호출 신호(interrogation) 모드는 각각 몇 밀리초 동안만 각각의 방향으로 패치 안테나(34)를 활성화할 수 있고, 그 다음 몇 초 또는 몇 분 동안 슬리핑(sleep)한다. 다른 한편, 비활성화 모드는 매우 빠르고 트리거, 예를 들어 검출된 움직임, 수동 활성화, 등등에 응답해서만 발생한다.

도 6을 지금 참조하여, 그래프(58)는 제공되고 관심 있는 두 개의 동작 모드들을 가리키는 상대적 안테나 여기를 도시한다. 이들 두 개의 모드들은 0°위상(60)(파이(Phi) = 0°) 및 180°위상(62)(파이 = 180°)을 가리킨다. 이들 두 개의 모드들이 안테나(34) 위 결과적인 필드들에 대한 중요 피크 위상들을 나타내는 것이 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 알 수 있다.

도 7-12는 각각 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드에 대응하는 2 cm, 5 cm 및 30 cm의 다양한 거리들에서 안테나 위 평면상 벡터 전기장을 도시한다. 필드들은 에너지가 공급된 x-방향 소스 피드(50a)에 대해서만 도시된다. y-방향 소스 피드(50b)가 에너지를 공급받을 때, 필드들은 주로 y-방향, 즉 도 7-12에 도시된 필드들에 실질적으로 직교하는 방향이다. 도 7-12의 벡터 전기장 도면들에서, 필드의 세기는 벡터 화살표들의 두께에 상관한다. 다른 말로, 강한 필드는 두꺼운 화살대 및 큰 화살 머리를 가진 화살표에 의해 표시되고, 약한 필드는 작은 머리 및 얇은 화살대를 가진 화살표에 의해 표시된다.

기존 종래 기술 간단한 선형 편광 안테나들에서, x 방향 모드 또는 y 방향 모드 만이 가능하다는 것이 주지되어야 한다. 본 발명의 스위칭 가능 안테나에 따라, x 및 y 모드들 둘 다는 유리하게 제공된다.

도 7에서, 니어 필드의 벡터 필드는 안테나 평면(46) 위 2cm의 거리에서 0°위상으로 도시된다. 전기장이 주로 x-방향이고, x-축을 따라 금속 패치(46)의 중심 근처에 가장 큰 필드 세기를 가지는 것이 주지된다. 도 8은 안테나 평면(46) 위 2cm의 거리에서 180°위상의 니어 필드의 벡터 필드를 도시한다. 벡터 필드는 필드가 반대 방향으로 지향되는 것, 즉 극성이 변화되는 것을 제외하고 0°위상에서 생성된 벡터 필드와 거의 동일하다는 것을 주의하라.

도 9에서, 방사하는 니어 필드의 벡터 필드는 안테나 평면(46) 위 5cm의 거리에서 0°위상으로 도시된다. 5cm에서의 필드 세기는 2cm에서의 필드 세기보다 크다. 도 10은 안테나 평면(46) 위 5cm의 거리에서 180°위상의 방사하는 니어 필드의 벡터 필드를 도시한다. 다시, 벡터 필드는 극성이 변화된 것을 제외하고 0°위상에서 생성된 벡터 필드와 거의 동일하다.

도 11에서, 파 필드의 벡터 필드는 안테나 평면(46) 위 30cm의 거리에서 0°위상으로 도시된다. 필드는 x-방향으로 거의 균일한 필드이고, 높은 필드 세기를 가진다. 도 12는 안테나 평면(46) 위 30cm의 거리에서 180°위상의 파 필드의 벡터 필드를 도시한다. 다시, 벡터 필드는 극성이 변화된 것을 제외하고 30cm에서 0°위상에서 생성된 벡터 필드와 거의 동일하다.

도 7-12에 대응하는 모두 3 개의 필드 구역들에서, 전기장들은 x-방향으로 주로 지향되고, 여기 파의 두 개의 위상들에서 필드의 극성은 변화한다. 어떠한 경우도 널 존들(필드가 사라지는 평면상 구역들)이 없다. x-방향 피드 라인(50a) 및 y-방향 피드 라인(50b) 사이의 스위칭에 의해, 패치 안테나(34)와 근접한 모든 태그들은 방향에 무관하게 시간적으로 발견된다. 이것은 태그들이 정지하고 있고 호출 신호 동안 이들 약한 필드 구역들 내에 있을 수 있는 쉘프 판독기 애플리케이션 같은 상황들에 특히 유용하다.

비교 목적들을 위해, 도 13-18은 각각 2cm, 5cm 및 30cm의 높이들에서 도 2의 원형 편광 안테나에 대한 두 개의 상이한 위상 모드들에 대해, 상기된 3 개의 구역들, 즉 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드를 나타낸다. 도 13에서, 니어 필드의 벡터 필드는 안테나 평면(46) 위 2cm의 거리에서 0°위상으로 도시된다. 전기장 세기가 평면(22)의 에지를 따른 필드 세기와 비교하여 x-축을 따라 비교적 약하다는 것을 주의하라. 도 14는 안테나 평면(46) 위 2cm의 거리에서 180°위상의 니어 필드의 벡터 필드를 도시한다. 다시, 필드 세기는 x-축을 따라 약하다.

도 15에서, 방사하는 니어 필드의 벡터 필드는 안테나 평면(46) 위 5cm의 거리에서 0°위상으로 도시된다. 도 16은 안테나 평면(46) 위 5cm의 거리에서 180°위상의 방사하는 니어 필드의 벡터 필드를 도시한다. 5cm에서 x-축을 따른 필드 세기가 2cm에서의 필드 세기보다 크지만, 여전히 평면(22)의 에지를 따른 필드 세기와 비교하여 약하다. 원형 편광 안테나의 양쪽 편광 모드들을 나타내는 도 17 및 18에 대한 화살표들의 크기는 바람직하게 실질적으로 동일하여야 한다. 도시된 특정 예에 대해, 축 비율, 즉 x 및 y 방향들의 E 필드의 비율은 일치하지 않는다.

도 17에서, 파 필드의 벡터 필드는 안테나 평면(46) 위 30cm의 거리에서 0°위상으로 도시된다. 필드는 y-방향에서 거의 균일한 필드이고, 높은 필드 세기를 가진다. 도 18은 안테나 평면(46) 위 30cm의 거리에서 180°위상의 파 필드의 벡터 필드를 도시한다. 이 경우, 비록 벡터 필드가 0°위상에서 생성된 파 필드 벡터 필드에 직교 방향으로 균일하지만, 필드 세기가 비교적 상당히 약화되었다는 것이 주지되어야 한다.

원형 편광 안테나에, 두 개의 위상 모드들 중 어느 하나에서 니어 제로 필드 방향이 존재하는 니어 필드 및 방사하는 니어 필드 내의 영역들이 존재한다.

본 발명의 실시예들은 유리하게 안테나 위 모든 가능한 방향들에서 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드에서 잘 작동되는 전기장을 디스플레이하는 스위칭 가능 패치 안테나를 제공한다. RFID 쉘프 판독기 내의 스위칭 가능 패치 안테나를 사용함으로써, 안테나는 방향과 무관하게 니어 필드, 방사하는 니어 필드, 및 파 필드에 배치된 모든 RFID 라벨들과 효과적으로 통신할 수 있다. 부가적으로, 상기 논의된 스위칭 패치 안테나(34)는 또한 다수의 EAS 태그들을 동시에 비활성화하기 위하여 미국 특허 출원 12/331,604 호의 EAS 비활성화 시스템과 관련하여 또한 사용될 수 있다.

게다가, 위에서 반대로 언급이 이루어지지 않으면, 모든 첨부 도면들이 비례적이지 않다는 것이 주지되어야 한다. 중요하게, 본 발명은 사상 또는 필수적인 속성들로부터 벗어나지 않고 다른 특정 형태들로 구현될 수 있고, 따라서 본 발명의 범위를 가리키는 것으로서 상기 상세한 설명보다 오히려 다음 청구항들에 대해 참조가 이루어져야 한다.

Claims

스위칭 가능 패치 안테나로서,
접지 평면;
상기 접지 평면 위에 배치되지만 접촉하지 않는 금속 패치;
적어도 두 개의 피드 라인들(feed line) ― 각각의 피드 라인은 상기 금속 패치에 전기적으로 접속되고, 상기 각각의 피드 라인은 적어도 하나의 다른 피드 라인에 실질적으로 직교함 ―; 및
상기 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속된 스위치 ― 상기 스위치는 상기 스위칭 가능 패치 안테나를 여기시키기 위하여 상기 적어도 두 개의 피드 라인들 사이에서 순차적으로 선택하도록 동작 가능함 ―
를 포함하는,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 1 항에 있어서, 상기 접지 평면 및 상기 금속 패치 사이에 배치된 유전체 기판을 더 포함하는,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 2 항에 있어서, 상기 유전체 기판은 인쇄회로기판 및 세라믹 재료들 중 하나인,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 피드 라인들은 마이크로스트립 전송 라인들인,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 4 항에 있어서, 상기 마이크로스트립 전송 라인들은 실질적으로 동일한 길이들을 가진,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 4 항에 있어서, 상기 마이크로스트립 전송 라인들은 서로에 관련하여 실질적으로 대칭인,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 4 항에 있어서, 상기 마이크로스트립 전송 라인들은 동일한 임피던스를 가지는,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 패치는 실질적으로 정사각형인,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 8 항에 있어서, 상기 금속 패치는 두 쌍의 직교 에지들을 가지며, 각각의 직교 에지는 중간 포인트를 가지며, 각각의 피드 라인은 직교 에지의 상기 중간포인트에서 상기 금속 패치에 접속되는,
스위칭 가능 패치 안테나.
제 1 항에 있어서, 단지 하나의 피드 라인만이 미리 결정된 시간 기간에서 활성화되는,
스위칭 가능 패치 안테나.
무선 주파수 식별("RFID") 쉘프 판독기(shelf rader)로서,
제어기;
상기 제어기에 전기적으로 접속된 트랜시버 ― 상기 트랜시버는 RF 신호들을 전송 및 수신하도록 동작 가능함 ―; 및
상기 트랜시버에 전기적으로 접속된 스위칭 가능 패치 안테나
를 포함하고,
상기 스위칭 가능 패치 안테나는,
접지 평면;
상기 접지 평면에 인접하지만 접촉하지 않고 배치된 금속 패치;
적어도 두 개의 피드 라인들 ― 각각의 피드 라인은 상기 금속 패치에 전기적으로 접속되고, 상기 각각의 피드 라인은 적어도 하나의 다른 피드 라인에 실질적으로 직교함 ―; 및
상기 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속된 스위치 ― 상기 스위치는 상기 스위칭 가능 패치 안테나를 여기시키기 위하여 상기 적어도 두 개의 피드 라인들 사이에서 순차적으로 선택하도록 동작 가능함 ―
을 포함하는,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 11 항에 있어서, 상기 스위칭 가능 패치 안테나는 상기 접지 평면 및 상기 금속 패치 사이에 배치된 유전체 기판을 더 포함하는,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 11 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 피드 라인들은 마이크로스트립 전송 라인들인,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 13 항에 있어서, 상기 마이크로스크립 전송 라인들은 서로에 관련하여 실질적으로 대칭이고 실질적으로 동일한 길이들을 가지는,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 13 항에 있어서, 상기 마이크로스트립 전송 라인들은 동일한 임피던스를 가지는,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 11 항에 있어서, 상기 금속 패치는 실질적으로 정사각형인,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 16 항에 있어서, 상기 금속 패치는 두 쌍의 직교 에지들을 가지며, 각각의 직교 에지는 중간포인트를 가지며, 각각의 피드 라인은 직교 에지의 상기 중간포인트에서 상기 금속 패치에 접속되는,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
제 11 항에 있어서, 하나의 피드 라인만이 미리 결정된 시간 기간에서 활성화되는,
무선 주파수 식별 쉘프 판독기.
전기장을 생성하기 위한 방법으로서,
스위칭 가능 패치 안테나를 제공하는 단계
― 상기 스위칭 가능 패치 안테나는,
접지 평면,
상기 접지 평면에 인접하지만 접촉하지 않고 배치된 금속 패치,
적어도 두 개의 피드 라인들 ― 각각의 피드 라인은 상기 금속 패치에 전기적으로 접속되고, 상기 각각의 피드 라인은 적어도 하나의 다른 피드 라인에 실질적으로 직교함 ―, 및
상기 적어도 두 개의 피드 라인들에 전기적으로 접속된 스위치 ― 상기 스위치는 상기 적어도 두 개의 피드 라인들 중 하나를 선택하도록 동작 가능함 ―
를 포함함 ―;
상기 적어도 두 개의 피드 라인들 중 하나를 순차적으로 선택하는 단계; 및
상기 선택된 피드 라인에 여기 신호를 적용하는 단계
를 포함하는,
전기장을 생성하기 위한 방법.
제 19 항에 있어서, 하나의 피드 라인만이 미리 결정된 시간 기간에서 활성화되는,
전기장을 생성하기 위한 방법.