TWI758485B - 天線 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種用於通訊裝置的天線。天線具有包括地平面和蓋元件的結構。蓋元件是導電性的、大體上平坦以及具有平面形狀,其第1蓋元件尺寸(L1)小於垂直第1蓋元件尺寸(L1)的第2蓋元件尺寸(L2)。地平面是導電性的、大體上平坦以及地平面的大小大於第1蓋元件的大小。蓋元件導電性連接至地平面,還與地面間隔開,以使蓋元件與地平面之間有間隔,以及上述天線是中心饋電。

Description

天線
本發明係有關於一種天線,特別係有關於具有特定設計和性能特徵的天線。
一些特定(雖然未限定)範例應用中,天線可以位於道路、車道等的表面上,而且利用位於通行車輛的前及/或後之可無線射頻辨識的標籤(tag)(RFID標籤)可以用於實行無線射頻辨識(RFID)。在此應用(或相似的應用)中,天線會是可實施與RFID標籤通訊的RFID讀取器(reader)(或關聯RFID讀取器)的零件。RFID標籤最好位於(或整合成部分的)車輛的車牌(license plat)。更具體地說,對於前後有車牌的車輛,RFID標籤最好置於上述車輛的車牌之一或二上(或整合成為其部分),或者對於只有一個車牌的車輛,RFID標籤最好置於單一車牌上(或整合成為其部分)。
儘管上述,仍清楚理解沒有來自任何上述或以下討論的範例應用或運用暗示的特定限制。於是,天線也有可能用於廣範圍的其他區域及/或應用。經由範例,而非用在道路應用,偵測置於登記的道路行駛車輛的前及/或後(或在車輛的車牌上)的RFID標籤,天線有可能改為找到運用在假設移動經過天線的貨物或產品(例如,被機械或輸送帶搬運經過天線的 貨物或產品,像在工廠或製造設備、機場行李處理系統中等)。
然而,方便起見,此後將參考天線與置於車牌上(或整合成為其部分)的RFID標籤通訊的以上道路應用,以及其上下文,說明本發明。
為了提供本發明的背景及介紹,因此參考以下較早的專利申請,即:‧國際專利申請第PCT/AU215/050161號(以下,稱作”專利申請’161”);‧國際專利申請第PCT/AU215/050384號(以下,稱作”專利申請’384”);以及‧澳洲發明專利申請第2016101994號(以下,稱作”專利申請’994”)。
以上列出的較早專利申請的全部內容特此在此合併參考。還有,以上列出的較早專利申請所述的特徵、零件、成分、設計特色、方法、程序、做事方法、選擇、可能的替代物等,也可以用於本發明或作為其部分,即使沒有在此特別陳述或說明。不過,在本說明書的揭露和任何以上列出的較早專利申請的揭露之間萬一發生任何不一致或差異(或者達到此程度),本說明書優先。又,僅僅以上列出的較早專利申請內容在此合併不一定表示對任何那些較早專利申請中揭露的任何發明之任何明確或暗示的限制或限定,或對其中給予的任何其他揭露之任何明確或暗示的限制或限定,也應用於本發明或在此的揭露。
在通過使用RFID的道路車輛偵測和辨識的上下文 中,專利申請’161、’384、’994,(不同程度詳細)說明,有很多重要的利益和優點產生,由於相當降低放置RFID標籤在車輛上(即,相當接近地面/道路高度),最好放置標籤在1或2個車輛的車牌上(或嵌入標籤在1或2個車輛的車牌內,因而使車牌成為”智慧”車牌),還有使上述RFID標籤能被RFID讀取器讀取,其天線(至少)放置在路面上或路面內。
注意到前段落中的提議,假設放低RFID標籤在車輛上(最好標籤在車牌上或嵌入)以及使標籤能被(至少)其天線放置在路面上或路面內的RFID讀取器讀取,代表用於車輛偵測、辨識及/或監視的傳統RFID系統的設計和想法背後的主要變更。的確,大部分傳統RFID為基礎的車輛偵測、辨識及/或監視系統中,RFID標籤安裝在車輛的擋風玻璃內(即,在車輛上往上相當高),且車輛上的RFID標籤(常常)由”高處”安裝,一般在高架式台架之類上的RFID讀取器讀取。這些傳統系統合併安裝擋風玻璃的RFID標籤和路上或台架為基礎的RFID讀取器放置容忍許多缺點,特別在專利申請’161中討論較多,也在專利申請’384和’994中討論。不過,許多缺點中,最值得注意的一個是相當單純聯結高架式台架的成本,從製造台架本身的成本(它們是大的金屬構造)方面來說,還有從聯結在路面上空豎立台架的成本方面來說,其上RFID讀取器設備的安裝等,以及台架及/或讀取器設備的任何隨後的維修或修理,全部都通常需要部分或完全關閉道路(本身轉而極端中斷和昂貴,相當脫離關聯維修或修理的真實成本)。
以上參考的專利申請多方面地描述某些天線以及 合併上述天線的RFID讀取器的設計和結構,能夠在路面上或路面內安裝或配置而且也適合於(當安裝或配置在路面上或路面內時)讀取在通行車輛的車牌上的RFID標籤,包括高速公路或具有高(或潛在性高)車速的其他道路。那些專利申請中描述的天線和RFID讀取器,以及其中其他關聯的揭示,因此提供可能的選擇給傳統的RFID系統,包括特別在高速公路和開放道路方案,其依賴高架式台架等。那些專利申請中所述的天線的使用因此容許關聯高架式台架等的許多主要缺點,(尤其)包括要避免或降低的其成本,而仍然容許使用RFID車輛偵測和辨識等。
為了目前的導論,注意到只要安裝/配置天線在路面上或路面內並用於讀取通行車輛的車牌上的RFID標籤,尤其在高速公路或具有高(或潛在性高)車速的其他道路(而且據信以上專利申請中所述的某天線適於/能夠使用在這類的高速應用中),對於實際上在其尺寸及形狀方面相當明確界定的天線就有必需讀取地帶。換句話說,有相當明確的尺寸和形狀的區域接近RFID讀取器天線,如果(或每當)車輛標籤在上述區域內,RFID讀取器天線內部需要RFID讀取器能與安裝於車牌的RFID標籤通訊。這必需讀取地帶(區域)在其尺寸及形狀方面相當明確界定的理由應歸於許多因素,包括:車輛上車牌的放置位置和定向、車道尺寸(特別是寬度)、車輛的典型最大行駛速度(特別在高速公路或其他高(或潛在性高)速道路上)以及RFID讀取器可靠”讀取”(即,偵測和確實辨識)車輛的(安裝於車牌的)RFID標籤需要的時間。
(註解:以下立即接著的章段,引述於專利申請’384。 不過,以下章節已經稍微編輯,而必須,在本敘文討論的前後文中講得通,還有參考本說明書中的圖,而不是專利申請’384中(基本上相等的)圖:一般條件下,記住無線電特性、干擾、對資料損失重試的需要等,據信使用被動UHF RFID(特高頻RFID)的車輛辨識需要大約80ms(毫秒)可靠交換512位元的辨識資料。在這方面,512位元據信足夠辨識車輛和實行[至少]其本體的初步離線確認。行駛36km/h(公里/小時)的車輛將在80ms內行駛0.8公尺,而且行駛180km/h(公里/小時)的車輛將在80ms內行駛4公尺,因此,為了目前的討論[並且在此也可適用],車輛行駛的4m將用作[也被假設為]需要可靠讀取行進車輛上的RFID標籤的最低暴露。熟悉此領域者將認可這是根據假定180km/h的最大車輛速度,假設車輛很少(幾乎不)比這更快行駛在公共道路上。
[參見’384申請,[0081]段][第5圖]顯示...讀取地帶(read-zone)[接近其中的RFID讀取器天線]車輛,配備被致能RFID的車牌[必須”被讀取”,即,被偵測和被確認]。[第5圖]中被致能RFID的車牌[的寬度和車道寬度]行駛路徑是4m(公尺)寬,具有讀取地帶在讀取器天線5m前開始在超過讀取器天線5m結束(此例中讀取器位於車道中央…)從讀取地帶排除讀取器天線1m前到1m後的空間,試圖降低[依’384申請中更進一步討論,當直接在天線上方通行時來自車輛底面的]逆輻射的盲效(blinding effect),還有因為可能在此區域產生的角度讀取問題,尤其對於移動接近車道邊(而非車道中央往下直接與讀取器成直線)的車輛(及其車牌)。 …在[第1及5圖]中描述的參數的典型值是:L=1m,Lx=4m,Ly=2m及200mm(毫米)
Figure 107118498-A0305-02-0008-1
h
Figure 107118498-A0305-02-0008-2
1200mm[或300mm
Figure 107118498-A0305-02-0008-3
h
Figure 107118498-A0305-02-0008-4
1300mm]。
[第5圖]說明對於RFID標籤的有效讀取地帶(effective read zone)[9]…位於車牌上,使用道路中RFID讀取器讀取…必需讀取地帶[或是必需的讀取區2,也圖解於第1圖中,覆蓋典型的車道寬[2Ly=]4m以及必需的4m”光束中(in-beam)”行駛路徑(Lx)…RFID讀取器的(寬和平)”落下的圈餅(dropped doughnut)”形狀的輻射圖案(這是對輻射圖案高度合宜的形狀[如第2圖所示])以標示3的圓表示於[第5圖];很明顯,[即使這輻射圖案形狀]…表示為[僅僅]如同[第5圖]中圓[3]的大小,[然而第5圖中這圓3]實際上像落下的圈餅或像擠壓的環形輻射圖案[的代表],最好有近似[第2圖]所示的形狀。總之,RFID讀取器的輻射圖案[3],具有大約6m的正面讀取範圍,結合車牌的RFID標籤上的讀取角度效果,結果是圖解的有效讀取地帶[9]。有效的…讀取地帶[9]是車輛牌照上/內的RFID標籤在其中將從打開的RFID讀取器收到足夠的功率並有效地反射調變的信號之區域。如[第5圖]所示,有效的讀取地帶[9]是大體上”8字”形狀,8字的中心位於RFID讀取器的位置以及”8字”的兩個圓部[投射]在車輛行駛方向的任一邊(當然應回想起RFID讀取器的天線…是無方向性,因此形成”8字形”的有效的讀取地帶[9]的定向-即與車輛行駛方向成直線-因為必需讀取地帶[2]而產生,靠近讀取器的”8字”圓形部的收斂由於讀取角度問題而產生。關於形成”8字”形狀的有效的讀取地帶[9]的定向的這些因素因此不 是[RFID讀取器]天線本身的設計/結構的結果)。
專利申請’384、’994(至少)因此說明必需讀取地帶(即,靠近RFID讀取器天線的區域,RFID讀取器在RFID讀取器天線內部需要能夠與車輛RFID標籤通訊,如果上述標籤在上述區域內)。
‧大約4m寬(2m橫向在天線任一邊)-這一般相當於大部分車道的最大寬度。
‧佔據一既定的方向(即,車道中行駛方向上)在天線前約5m到1m的空間還有(上述相同方向上)在天線後約1m到5m的空間-天線的立即前後1m不包括天線在必需讀取地帶,因為此區域內的潛在致盲(blinding)和讀取困難的角度,然而這天線前5m到1m和後1m到5m,容許天線前後兩方車輛行駛的4m之內”讀取”標籤,4m是執行”讀取”需要的時間內行駛的距離,如果車輛行駛最大假設車速(180km/h),以及
‧延伸高度,至少在前要點中界定的水平地帶內,從地面(道路)水平線上約0.2-0.3和約1.2-1.3之間-這高度範圍相當於車牌(因此其中合併或提供的RFID標籤)安裝在大部分的道路行駛車輛上的地面上高度範圍。
尤其,道路上移動車輛間的間隙典型至少一車輛長度,平均約6m。車輛間的間隙非常難得,且一般只有在移動非常慢的方案中,少於4m。這提供豐富的時間讀取跟隨車輛的前車牌以及前面車輛的後車牌。注解:這些分別的車牌不會同時間在讀取地帶。這幾何圖形限制RFID標籤在讀取地帶的數量。也應該注意到RFID標籤現在用於標示車輛元件和其他物品,例 如,容器、煤氣罐…所有這些標籤和附上它們的物件放置在車輛上。這些標籤也在高台架讀取器和側面讀取器的輻射內。在使用高架台架讀取器和側面讀取器的地方,它們因此會干擾車牌上標籤的讀取。不過,這些標籤一般不會在路面上/內的讀取器的光束中。路面上/內的讀取器因此較少被車輛內和車輛上的其他標籤妨礙。
對於更進一步的例證,以及對於任何疑慮的迴避,在以上[0012]段的要點中記述的必需讀取地帶在第1圖中說明。第1圖中,必需讀取地帶再次以參考數字2表示。注意以上[0012]段中提供的必需讀取地帶的尺寸可能與專利申請’161、’384、’994中討論的必需讀取地帶不精確相配。然而,那些較早的專利申請清楚揭示必需讀取地帶,至少相似於以上提供的必需讀取地帶,即使引用的地帶尺寸稍微不同。
為了實現覆蓋或包含剛剛記述的必需讀取地帶的有效讀取地帶,先前認為可行的一種方法,如專利申請’161、’384、’994中所論述,係使用(方位中)全方向垂直極化輻射圖案,因此使用能夠提供如此輻射圖案的RFID讀取器天線。
更具體地說,先前認為可行的,如專利申請’161、’384、’994所說明,RFID讀取器天線的輻射圖案3應最好具有可能描述作”落下的圈餅”或”擠壓的環形(squashed toroid)”,即,第2圖中圖示的形狀。
RFID標籤天線,例如,尤其用於(可能經常是簡單的槽式天線之類,雖然也可能使用一系列其他天線類型)車牌 上的RFID標籤的天線典型具有高方向性輻射圖案。(見第5和6圖。)更具體地說,車牌上的RFID標籤天線的輻射圖案會幾乎不變地一般指向方向6,平行於車牌的”正面”方向,雖然朝離車輛/車牌,如第4圖所描述。直接輻射通訊路徑8,在車牌上的RFID標籤天線與(路面上/內的)RFID讀取器天線之間,因此離車牌的正面方向,具有標高(即高度/垂直)偏移5,也可能有方向(水平)偏移7。是否有方向(水平)偏移7取決於車輛的行駛路徑,尤其在車輛的車牌上的RFID標籤天線是否直接通過天線上方或偏向一邊。標高與方向偏移都(尤其是方向偏移)可以有助於讀取角度問題。
根據上述很明顯地,第5圖是包括三車道的道路平面(即”上往下)圖。此例中所有三車道運載相同方向的車輛,所有三車道都近似4m寬。在中央車道的中間有RFID讀取器天線放置在路面上/內。第5圖顯示重疊下列在3車道道路上:‧必需讀取地帶2(斜影線標示的正方形區域);‧RFID讀取器天線的全方向輻射圖案3-回想”方位面中全方向”是先前被認為對於RFID讀取器天線最可行的輻射圖案形狀特徵;以及‧有效讀取地帶9,第5圖中二維”由上往下”看。具有”8字形”形狀(作為全部幾何圖形的結果,包括必需讀取地帶2和在此例中全方向(圓)的輻射圖案3的幾何圖形/形狀)。
第6圖大致相似於第5圖,除了只顯示單一車道,以及車道中車輛行駛的方向正好與第5圖所示的車輛行駛的方向相反。不過,第6圖所示的一物在第5圖中不顯示,係車輛的 車牌上的RFID標籤上天線的輻射圖案的大約一般形狀(或至少此車牌標籤天線輻射圖案的形狀的平面幾何圖示)。在RFID標籤上天線的輻射圖案形狀,即”標籤天線輻射圖案”,在第6圖中以參考數字4標示。儘管不是本發明的焦點(且事實上與本發明分開且無關),車牌標籤天線的輻射圖案的形狀在使用對於道路車輛偵測和辨識的RFID的系統的實際實施中仍然非常重要,因為它是來自標籤天線的輻射和來自RFID讀取器天線的輻射之間的交互作用(而且這兩個分別的天線的輻射圖案形狀對這交互作用影響很大),此交互作用利於資訊交換,因此以RFID讀取器讀取車牌RFID標籤。總之,根據第6圖所示的輻射圖案4應很明顯,車輛的車牌上使用的RFID標籤天線一般(如果不是不變地)會是高度定向的,朝前往(或平行於)車牌的筆直”正面”方向(這也在以上說明並顯示於第4圖)。
接著,為了目前的導論,現在應理解對於”開放道路”和高速公路應用,一般需要能夠偵測和辨識可能潛在性地在車道內任何位置的車輛,包括可能甚至在橫越或跨越許多車道的位置,如果道路有一條車道以上。這是指,這些類型的”開放道路”和高速公路應用,(可能經常)有需要能夠偵測和確實辨識通行車輛,雖然事實上當車輛通過天線時關於車輛的實際位置(即,車輛實際上相對於天線)經常有相當大的不確定。這是至少部分的理由,對於用於特定車道的特定RFID讀取器天線,必需讀取地帶延伸橫越車道的全寬度,如第5和6圖所描述。還有需要能夠偵測車輛往相對於天線的不同方向移動,例如,如果天線放置在交叉路口或十字路口,不同車輛可能通過或經過 天線,往不同方向行駛。作為這些情形的結果,RFID讀取器天線,能夠放置在路面上/內而且適於在高速公路上或任何其他開放道路應用中讀取通行車輛的車牌上的RFID標籤,應一般具有(或具有至少對於它們是可行的)輻射圖案,大部分(如果不是全部)”朝向”天線周圍的輻射方向。換句話說,RFID讀取器天線的輻射能量被認為應往所有輻射狀方向(即,所有水平方向,平行於道路表面,換句話說,在方位面內往所有方向)傳播至某程度。實際上,先前認為往所有輻射狀方向(即,所有水平方向,平行於道路表面,或換句話說,在方位面內往所有方向)同等地傳播天線的輻射能量更好。因此,先前認為(而且這是專利申請’161、’384、’994中所提出)RFID讀取器天線應最好在方位面內全方向性。這,無論如何,現在已經稍微被重新考慮,如下更進一步討論。
另一重要的考量是應限制RFID讀取器天線在”朝上”方向發射的能量總量(即,指向垂直朝上垂直於道路表面的能量總量,或換句話說,指向相對於方位面的朝上射角的能量總量)。對此有很多原因,包括限制來自通過天線頂部的車輛底面潛在性的”致盲”能量反射。
更實際的爭論點,已經被確認且被認為專利申請’161、’384、’994中提議的各種天線設計可能未充分提出的難題,係政府和管理機構等以及特別是那些負責核准安裝及/或使用任何形式的設備(或任何類型的物體)在公共道路上(或附近)常高度保守因此未準備好核准(或至少猶豫和高度謹慎允許)在公共道路上安裝及/或使用之前未使用過的新類型或形式 的設備(像例如路面上或內的RFID讀取器天線,尤其如果新設備的形式(即尺寸及/或形狀及/或總結構和外觀等)是不熟悉的,不依慣例的或不同於先前已經核准使用且實際上使用的設備類型和形式,尤其如果新設備的形式被察覺引起潛在性的風險或危險(即使只是最小或最隱秘的潛在性風險)。
還有另一爭論點,已經被確認且被認為專利申請’161、’384、’994中提議的各種天線設計可能未充提出,係關聯於使用在車牌上的RFID讀取器天線的方向性。為了避免疑慮,對於用於(或可能用於)車輛的車牌上的RFID標籤內大部分(如果不是全部)類型的天線(這些天線可能經常是簡單的槽式天線,雖然也可能使用一系列其他天線類型),眾所周知這些天線的本質(固有地歸因於它們的設計、配置以及結構)是高度方向性的。換句話說,這些類型的天線發射輻射主要往直接遠離(即垂直於)天線的地平面(係平行於車牌的平面),並且往垂直/橫向於這”直進”方向的方向,尤其往垂直於”直進”方向和平行於道路表面的方向輻射”散布”相當低。於是,這些類型的天線一般具有(歸因於它們的固有結構)窄和朝前的輻射圖案形狀,像第6圖所示的輻射圖案形狀4。
不過,已經被確認的是,當使用這些類型的RFID標籤天線在車牌上和尤其那些車牌轉而安裝至具有大(或陡峭)的金屬正面的車輛,例如像巴士、卡車、一些軍用車,甚至一些貨車和4WD(四輪驅動)/SUV(運動休旅車)等之處,車牌上標籤天線發射的輻射有時可以變成,在功效方面,更方向性。結果,使用於安裝至具有大(或陡峭)的金屬正面的車輛的車牌的 RFID標籤天線產生的輻射圖案形狀4,可以變得更窄更往前/聚焦。(附帶地,對此至少部分的理由被認為是大(或陡峭)的金屬車輛正面至少稍微作用為對於車牌上的RFID標籤天線的增加尺寸(或者實際接地的延伸/擴大)的實際地平面。無論如何,車牌上標籤輻射的這增加的方向性可以轉而具有此結果,例如如果要讀出車牌的RFID標籤的RFID標籤天線的輻射圖案具有完全地全方向性的形狀(3)(即,相等地往所有的輻射狀方向延伸,在專利申請’161、’384、’994中所提議),分別更窄的RFID標籤天線輻射圖案和RFID讀取器天線輻射圖案的這些幾何圖形以及它們之間的交互作用的結合效果,可以是有效讀取地帶9有時可以不再一路延伸通過車道,因此(這個發生之處)可能不完全覆蓋全部必需讀取地帶2,如第7(i)圖所示。於是,這個發生之處,有效(即實際的)讀取地帶9,可能不完全覆蓋全部必需讀取地帶2(即,可能有部分的必需讀取地帶2,尤其接近其邊緣/周邊(接近車道邊緣,實際讀取地帶9沒有覆蓋),表示通行車輛可能避開偵測/辨識(或錯過被偵測/辨識),假設,如果車牌上的RFID標籤天線通過必需讀取地帶2的這些周邊區域之一,或者車牌上的RFID標籤天線在有效/實際讀取地帶9內沒有足夠的時間達成完全的”讀取(read)”。
為了助於順應此,現在已經認可使RFID讀取器天線的輻射圖案形狀比其他方向更往一或一些水平方向延伸,或者換句話說,使RFID讀取器天線的輻射圖案形狀的範圍在方位面內往一或一些水平方向比其他方向更大(即,輻射狀地圍繞天線,平行路面)(至少在某些環境/情況)是可行的。希望本發 明可以提供促成的方法。尤其,儘管標籤天線輻射增加的方向性,使RFID讀取器天線輻射圖案3’更延伸橫越道路(或者往車輛在道路上行駛方向的垂直方向更延伸)有時是可行的,具有(作為(以上討論的)RFID標籤天線輻射圖案的各個幾何圖形和RFID讀取器天線輻射圖案的結果,以及作為這兩方之間的交互作用的結果)有效讀取地帶9’再度覆蓋全車道(因此覆蓋全部必需讀取地帶2)的效果,如第7(ii)圖所示。
使RFID讀取器天線輻射圖案形狀比其他方向更往一或一些水平方向延伸,尤其往車輛在道路上行駛方向的垂直方向比往車輛在道路上行駛方向的平行方向更延伸輻射圖案可行的另一可能的理由,如第7(ii)圖所示,因此使車輛(及它們的駕駛者)更難藉由”繞駛”天線(或者離天線的一側或另一側充分橫向的距離沿著路徑/軌道駕駛通過)避開偵測,駕駛者可能企圖如此做以避免在天線輻射圖案內時間足夠達成完全/成功的”讀取”。
又一使用RFID讀取器天線的問題,上述RFID讀取器天線提供在方位面中全方向的輻射圖案(即,像”落下的環形(dropped toroid)”輻射圖案,描繪於第2圖),尤其在相同位置使用多數如此的天線,在車上的RFID標籤可能串音(crosstalk)。這串音可能當車輛在車道間(即,兩讀取器天線間)駕駛時發生,如第3圖所描繪。這樣的安排中,各個讀取器/天線的有效讀取區可能常被設計成重疊偵測駕駛在車道間逃避偵測的車輛。不過,在這安排中,可能這兩讀取器會傳送相同資料訊息,會混淆離兩天線相等(或大約相等)距離的單一標籤(即在單一車輛 內)。見第3(i)圖。仍然用來解決(或降低)這問題的一個可能的辦法,如果,RFID讀取器天線提供在方位面中全方向輻射圖案(即,像”落下的環形”輻射圖案),是交錯天線,試圖建立足夠的分離以避免串音。這交錯的分離可能造成對駕駛路徑斜向分離,因此車道分割者(車輛駕駛在車導間)仍然會被偵測到,如第3(ii)圖所示。
用以解決或探討以上參考第3(i)圖討論的問題的可能選擇,可以再度使RFID讀取器天線的輻射圖案形狀比其他方向更往一或一些水平方向延伸,或者換句話說,使RFID讀取器天線的輻射圖案形狀的範圍在方位面內往一或一些水平方向比其他方向更大(即,輻射狀地圍繞天線,平行路面)。尤其,在這情況下(且這是對比於參考以上第7(ii)圖描述的情況),RFID讀取器天線的輻射圖案3”(至少稍微)更沿著道路(或者至少多一些往車輛在道路上行駛方向的平行方向)延伸可能是可行的。將此完成之處(且據認為本發明或其變形,潛在性提供一方法,藉此方法可以達成或可以朝此邁進),更可能使用選擇饋電(fedding)(潛在包括非中心饋電)藉此引起(方位面(azimuth plane)中)輻射圖案形狀的長軸指向斜向左或右,如第8(i)圖所示。可以使用智慧分時多工法(intelligent time division multiplexing method)瞄準光束斜向左或右,以快速轉換方式,找到標籤。多工法可以更鎖定標籤直到標籤被充分詢問然後恢復多工。當在多個附近的RFID讀取器天線(見第8(ii)圖)之間,多工需要同步。不同的讀取器,實際上,能夠偵測鄰近讀取器的多工,即使來自鄰近讀取信號強度可能非常低。
如上述(雖然沒有限制),為了設計目的,常假設在高速公路和開放道路上,車輛可能行駛高達(或差不多)180km/h,或至少這等級的速度。在高速公路和開放道路上潛在性高車速的結果,情況常常如此,通過高速公路和開放道路上的RFID天線以及其安裝車牌的RFID標籤一定被聯結天線的RFID讀取器讀取的車輛,將只在天線的”讀取區”內非常短的時段(由於車輛移動通過固定天線的速度)。以上說明為:據認為需要(大約)80ms”讀取”安裝車牌的RFID標籤;以180km/h行駛的車輛在80ms(毫秒)內行駛4m(公尺);因此需要4m的必需讀取地帶致能成功”讀取”車輛上RFID標籤,假設車輛可能以高達180km/h(這是對於設計目的假定的最大速度,雖然現實中,如果有的話,車速很少這麼高)通過。實際上,如以上所說明,必需讀取地帶應包括天線的前4m和後4m,但不包括天線的立即前1m和後1m(致盲及/或讀取的角度問題可能妨礙可靠的讀取)。因此,車輛行駛的方向中,必需讀取地帶應覆蓋RFID讀取器天線前的5m到1m,以及RFID讀取器天線後的1m到5m。為了使RFID讀取器天線的輻射圖案”覆蓋”這些必需區域,用以從RFID讀取器天線輻射能量的功率應足夠高如此做。
以上也提到,現在已經認可使輻射圖案形狀假設比第5圖所示的RFID讀取器天線的輻射圖案3更延伸橫越道路是可行的。根據第[0029]段的論述,可能最初認為使輻射圖案形狀延伸更通過道路可能不過是增加供給給RFID讀取器天線的功率的問題(這實際上會增加所有方向中輻射圖案的範圍/尺寸)。不過,僅增加供給給RFID讀取器天線的功率不總是可行 或被允許。一方面,可能對可供給給天線的功率量有限制,例如由於對於可以輕易傳送至天線的路面上或內的位置的功率上的限制,或可能由於對電池可供給的功率量上的限制,如果電池有壽命或者不太短的再充電間隔等。還有,許多權限中有對無線天線(包括設為車輛偵測/辨識用的RFID天線)可發射的功率量設限制的法律或規則。這些情形,例如,因此常設限制在可以供給給路面上/內天線的功率量上。不過,即使除了上述之外,還有實際的理由,關於為什麼增加供給給RFID天線的功率,尤其是位於路面上或內並用於車輛偵測和辨識,是不可行的。例如,應限制以上提及從路面上或內天線在”朝上”方向輻射的能量數(即垂直於道路表面垂直向上的能量數),大部分為了限制來自車輛底面的”致盲”反射。僅增加供給給用於車輛偵測/辨識的路面上或內RFID天線的功率量不會只增加輻射方向(平行於地面)中天線輻射圖案的尺寸,還增加指向垂直向上方向(垂直於地面)的輻射圖案的強度(或功率或功率密度)(即增加輻射功率量),將是反生產性的,(尤其)因為會增加來自車輛底面不可行的”致盲”反射的潛在性。又,增加供給給RFID天線的功率量也很可能增加不只是天線本身產生的熱量,(尤其)還有(經常更是)由供給功率給(除了其他設備的)天線的聯結的RFID讀取器設備產生。天線產生的熱量和聯結的RFID讀取器設備可能極度重要,尤其在RFID讀取器(或其配件/元件)安裝在”道路內”的情況下,因為,應歸於這些安裝情況下的位置和環境,通風或其他散熱的方法的可能性非常有限。結果,首先將天線和聯結的RFID讀取器(或其他)電子器件產生的熱 量減到最小變得很重要,因為通風或散熱困難係指首先過量的熱產生,然後可能有使天線及/或電子器件過熱的危險(可能轉而導致損壞或防過熱停機,如果沒有真的過熱或損壞)。
專利申請’384、’994揭露某些天線設計,具有的結構係設計為尤其是幫助克服很多有關存在於天線附近的可變(而且經常大幅和動態地可變)的無線射頻(RF)傳輸條件/環境挑戰,包括應歸於”接近地面效應”。事實上,在專利申請’384中特別說明:“接近地面效應(near ground effect)”是天線的最接近附近(例如,離天線大約6m或大約一典型的車輛長度)的地面(地球的一部分)或者安裝天線在其上的表面引起的地面效應。這”接近地面效應”(即,來自”接近地面”的地面效應)特別可能高度可變且甚至大幅可變(即受制於隨著時間的改變及/或由於條件等的改變等…
當論述…天線幫助補償/解決地面效應的能力尤其接近地面效應時,就有關[目前考慮路面上/內]應用中的天線和其運轉方面很重要,也…強調一些其他/相關點是有用的。第1點是,當天線…[位於路面上/內以及]用於例如車輛偵測及/或RFID車輛辨識應用,天線,以可以看作通常相似或類似於雷達傳送器/感應器中的天線的方式,有效地被使用。實際上,…雷達(RADAR)基本上包括首先由感應器傳送的無線信號;那無線信號然後被將被觀察的物體反射,反射信號由感應器接收及解析(例如,為了偵測物體的存在,及/或其位置及/或相對於感應器的移動)。如果是RFID,信號可能由(包括天線…的)RFID讀取 器發射,然後”反射”信號可能從例如車輛上的RFID標籤送回至RFID讀取器。RFID中,可調變這兩個信號(即,RFID讀取器發射的信號還有從RFID標籤送回至RFID讀取器的”反射”信號都)用以搬運資訊/資料(信號上的這資料調變至少是區別RFID與其中信號未調變的傳統雷達的部分)。換句話說,RFID中,可以調變資訊至RFID讀取器發射的信號上,以使資訊從讀取器送回至標籤,且同樣地可以調變資訊至RFID標籤送回(反射)的信號上,以使資訊從標籤送回至讀取器。只要有這種雙向資料交換,尤其在RFID車輛辨識應用中,資訊的交換就可用於實行(事實上可能就是這可實行)特定車輛的[明確]辨識(即,ID偵測/辨認)。…替代的配置或解決方案也有可能,其中RFID讀取器發射的信號以及從RFID標籤送回至RFID讀取器的”反射”信號,或者它們其中之一,沒被調變,因而沒有像剛剛以上所述的雙向資料交換。不過,即使在這替代例中,其中RFID讀取器發射的信號及/或從RFID標籤送回至RFID讀取器的”反射”信號沒被調變,仍由讀取器接收和解析之RFID標籤送回的信號,除此之外仍可用於車輛偵測。的確,當從RFID標籤送(反射)回來的這樣的反射信號由讀取器接收,這信號(即使是未調變的信號)可以立即表示在雷達的讀取範圍內RFID標籤(故車輛)的存在(雖然在此例中可能不確定是哪個特定車輛-即特定車輛身分/ID,至少不是只根據RFID標籤送出的信號)。又,上述信號隨時間改變的方式(即,從RFID標籤送出並由讀取器接收的信號的方式隨時間改變,即使是未調變的信號)可以(由讀取器解析)用來確定關於(未確認的)車輛除了只有其存在之外的資訊。的確, 車輛的位置和移動-例如相對於讀取器的距離和位置、其行駛速度(及可能的方向)等-可能被限定。將理解最後的未調變信號場景稍微[比其中使用RFID達成明確的車輛辨識之雙向資料交換場景]更類似傳統雷達。
應強調的另一點是:當天線…使用於例如車輛偵測及/或RFID車輛辨識應用,可能以相似或類似的方法使用於傳統雷達天線(見上述),然而同時,其中[目前考慮的路面上/內應用中使用的RFI讀取器天線]需要運作的區域,以及天線必需的傳送範圍、輻射圖案形狀以及甚至實際位置(因此其中並從其傳送天線信號的實際位置)可能都大大不同於傳統雷達中使用的天線。的確,因為[專利申請’161和’384中,目前考慮的路面上/內應用中使用的RFID讀取器天線]詳細說明的理由,常需要設立在地平面,典型地在地表面上或內(即,地球的表面上或內)-例如在道路的表面上或內。那麼,天線一般會需要構成為位於(以使其信號輻射放射自)地球上的地平面。這非常不同於傳統雷達,其中雷達天線幾乎總是位於相當高於地平面,典型地至少高於地面2波長(即,傳統雷達天線運作的高度通常至少是傳送的雷達信號的兩倍波長)。因此,通常不需要傳統雷達天線順應很多(即使有)在信號傳輸傳送條件中的改變,應歸於”接近地面。當然,對於它們,地球引起的信號傳輸傳送效果[尤其地球上變化的條件/環境]可能常假設可忽視或至少不變,例如,無論任何時間及/或天氣或周圍條件或地面條件中的位置變形改變等。這非常不同於[目前考慮的路面上/內應用中使用的RFID讀取器天線],必須在地面上/下運轉且其中放置天線在 上或內的地面(特別是接近的地面)[以及尤其是變化的條件/環境]引起的信號傳輸傳送效果可以在不同位置間還有在相同的位置上都大幅改變。[例如]信號傳輸傳送條件即使在單一位置上也可以隨著時間大幅改變,例如具有表面條件中的改變,應歸於表面水對乾燥、濕土壤對鄰近中的乾燥等等。[信號傳輸傳送條件也可以在不同位置間大幅改變,應歸於像是]道路地基中存在或不存在金屬或其他導體、道路上像漆或油的不同導電率的物質等)…
又,傳統雷達天線通常具有非常聚焦/方向性的輻射圖案,意圖傳送通過大或非常大的傳送距離(典型以廣播方式)。因此,不但傳統雷達天線一般位在相當高於地面,而且它們有窄的聚焦/方向性的輻射圖案以及傳送通過大的距離(即,它們在經常稱作遠場-亦稱Fraunhofer區中運作)。相對地,[目前考慮的路面上/內應用中使用的RFID讀取器天線]可能[且典型地將]需要傳送通過以及在非常接近天線的範圍內,可能甚至在天線的輻射接近場亦稱Fresnel(菲涅耳)區內。又,根本發明實施例的天線可能[且典型地將]需要提供非聚焦的輻射圖案,比往垂直於[天線的]地平面的平面的方向更往平行於[天線的]地平面的平面的方向延伸[如上還有專利申請’161、’384中所述]。藉由圖解例…[對於一]天線…構成為以頻率約1GHz(吉赫)(於是具有約300mm(毫米)的信號波長)的信號運作,天線,是位於道路表面上/內的RFID讀取器的部分,可用於(可以說)在天線周圍約5或6m的半徑範圍內”雷達”偵測及/或辨識一或更多車輛,其中車輛上的RFID標籤在約2m或以下的高度。
總之,專利申請’384、’994參考一些天線設計(以及天線設計方法學)意圖幫助克服很多剛剛以上引用的章節中說明的問題和難題,尤其其中(調變及/或未調變)雷達或像雷達傳輸是使用資料轉送法並利用地上的傳送天線以及在約6m和低於6m之內的反射天線。
又,如之前已說明,在RF道路車輛偵測/辨識應用的前後文中,由於放置RFID讀取器或至少其天線在路面上或內有許多優點產生。不過,如同剛剛以上已進一步說明的,放置其天線在路面上或內,尤其必需的讀取範圍離天線6m以內之處,限制(或可能完全妨礙)使用傳統雷達的方法,其中陸地特別常被定量作(即假定為)同質且穩定/不改變/非時變(或幾乎如此)的單一RF元件。
熟悉天線設計領域者將察覺,當導電性(包括,但不限定於,路面導電性)是影響路面上或路面內的輻射圖案的重要參數之一,導電性不只是相關參數。例如,如同另一例,在道路建築物中,可能使用一排不同類型的聚集物。這些不同類型的聚集物老化、改變、凝固、緊密的方式等隨時間不同。這(包括不同材料組成、密度、孔隙、表面形狀和道路表面的紋理等)許多潛在效果也可以明顯影響道路上無線射頻傳輸條件/環境,也轉而影響路面上/內天線的輻射圖案。
據認為,如果有方法及/或適當的天線硬體/裝置能適應可能不同時間存在道路上潛在性寬且動態變化的無線射頻傳輸條件/環境,以便致能可放置在路面上/內的天線,或可在不同位置放置在路面上/內的天線,一致達成期望的天線輻 射圖案(或至少具有可接受程度的相容性)在所有位置所有條件下,可能是理想的。如果天線調諧可以作成(或者可以變成)更”精密科學”-也就是說-如果可以以如此的方式實行天線調諧,對天線(或者天線的某部分)的尺寸、設計、結構等的調諧變更產生對天線的輻射圖案的效果,更可推斷和可靠,因此更少依賴單純的”嘗試錯誤法”調諧,可能特別理想。
即使以上提供大量的引導性討論和背景資訊,很清楚理解在此說明書中僅是參考任何先前或存在的天線設計、器件、裝置、產品、系統、方法、實行、發表或確實任何其他資訊,或任何問題或爭論點,不構成確認和承認任何這些東西,不論是個別或以任何結合此熟悉此技藝者的常識形成的部分,或是認可的先前技術。又,在以上背景章節討論或提及的事物不一定表示優先本發明眾所周知(或完全了解)是純粹事實。的確,以上背景章也可能包含關於本發明的說明、其特徵、特性、可能的實施、可能的選擇、替代物或變形、其用途等,包括可能也沒有在此說明書中其他任何地方被重複的一些東西。
在一形式中,本發明廣泛關於通訊裝置的天線,天線具有包括地平面(ground plane)和蓋元件(lid component)的結構,其中:蓋元件是導電性的、大體上平坦以及具有平面形狀(planform shape)(即,正投影所視的形狀),其第1蓋元件尺寸(dimension)(L1)小於垂直第1蓋元件尺寸(L1)的第2蓋元件尺寸(L2)(即,L1 L2及L1<L2), 地平面是導電性的、大體上平坦以及具有平面形狀(即,正投影所視的形狀),具有第1地平面尺寸(G1)和第2地平面尺寸(G2),其中:第1和第2地平面尺寸(G1和G2)分別平行於第1和第2蓋元件尺寸(L1和L2);在第1地平面尺寸(G1)中地平面的大小(size)大於第1蓋元件尺寸(L1)中蓋元件的大小,以及在第2地平面尺寸(G2)中地平面的大小大於第2蓋元件尺寸(L2)中蓋元件的大小;蓋元件導電性連接至地平面,但也與地平面間隔開,以使蓋元件與地平面之間有間隔(也稱作”空腔(cavity)”);以及天線是中心饋電(center fed)。(關於這點,中心饋電指(或至少包括)饋源(feeder)(即,像饋電線(feeder cable)、導體等)連接在平面蓋元件的幾何中心,相當於蓋元件中零位或虛擬零位的位置。)
另一稍微不同的形式中,本發明廣泛關於通訊裝置的天線,天線具有包括地平面和蓋元件的結構,其中:蓋元件是導電性的、大體上平坦以及具有平面形狀,其第1蓋元件尺寸(L1)小於垂直第1蓋元件尺寸(L1)的第2蓋元件尺寸(L2)(即,L1 L2及L1<L2),地平面是導電性的以及大體上平坦,其中:地平面的大小大於蓋元件的大小;蓋元件導電性連接至地平面,但也與地平面間隔開,使蓋元件與地平面之間有間隔(也稱作”空腔”);以及天線是中心饋電。(再一次,中心饋電指(或至少包 括)饋源(即,像饋電線、導體等)連接在平面蓋元件的幾何中心。)
蓋元件可以間隔開也可以(至少大約)平行於地平面。
關於上述發明的兩形式提及,其中包括蓋元件是導電性的。不過,儘管如此,一般將(即使不是總是)是這情況,當天線運轉時,蓋元件(至少大部分)非輻射。換句話說,一般(即使不是總是)很少有(即使有)從運轉天線放射(典型將是無線射頻RF輻射,假定是目前的”RFID”應用)的電磁輻射,EMR,由蓋元件發射的情況。取而代之,天線輻射能量的方式將在以下更進一步說明。
緊接上述,據認為本發明的大部分(即使不是全部)實施例中,由天線輻射/發射的能量/輻射(EMR,典型是RF,假定是目前的RFID應用)將從蓋元件和地平面之間放射。更具體地說,據認為本發明的大部分(即使不是全部)實施例中,由天線輻射/發射的能量/輻射可能(至少大部分)從地平面和(至少稍微)往第2蓋元件尺寸(L2)的方向延伸的蓋元件邊緣(edge)之間放射。(因此,據認為一般將是地平面和蓋元件邊緣之間的間隔/空腔的開放側面(至少稍微)沿著第2蓋元件尺寸(L2)延伸共振,而且這些因此形成(一)虛擬空腔共振器(virtual cavity resonator)。)
還有據認為,大部分(即使不是全部)實施例中,沒有(或者至少非常少)能量/輻射將從地平面和(至少稍微)往第1蓋元件尺寸(L1)的方向延伸的蓋元件邊緣之間輻射/發射。(因 此,據認為地平面和(至少稍微)沿著第1蓋元件尺寸(L1)延伸的蓋邊緣之間的間隔/空腔的開放終端面,一般將有效地作用為虛擬地平面,因為(至少稍微)沿著第2蓋元件尺寸(L2)延伸的虛擬空腔,而且這些虛擬地平面因此(據認為)將作用為虛擬波導(waveguide)。)
以上提到的通訊裝置可以是可操作使用在包含道路車輛偵測及/或辨識的應用中的RFID讀取器,以及RFID讀取器的配件和元件的至少天線的地平面可以操作安裝在道路表面。
蓋元件可以是大體上具有尺寸L1 x L2的矩形。其中實例,天線輻射/發射的能量/輻射(RF EMR)可以(至少大部分)從地平面和(至少一般)往第2蓋元件尺寸(L2)的方向延伸的大體上矩形的蓋元件的長邊緣之間放射。(因此,這些實施例中據認為間隔(space)/空腔的這兩面開放側面,即地平面和蓋的長邊緣之間,在蓋的任一邊,共振,因此形成虛擬空腔共振器。)
又,蓋元件是大體上具有尺寸L1 x L2的矩形。沒有(或至少很少)能量/輻射可以從地平面和(至少一般)往第1蓋元件尺寸(L1)的方向延伸的大體上矩形的蓋元件的短邊緣之間輻射/發射。(因此,據認為這些實施例中間隔/空腔的兩面開放側面,即地平面和蓋的短邊緣之間,在蓋的任一終端,可以有效作用為虛擬地平面,所以這些據認為可以作用為虛擬波導。)
地平面可以大體上一路延伸橫越道路(的寬度),或者一路橫越車道(的寬度)。
參考以上在標題發明摘要下最初說明的發明形式, 第1地平面尺寸(G1)中地平面的大小不一定與第2地平面尺寸(G2)中地平面的大小相同,但第1和第2地平面尺寸(G1和G2)兩方中上述地平面的大小可以至少5倍大於天線的運轉信號(operating signal)的波長(λ)。(即{G1,G2}
Figure 107118498-A0305-02-0029-5
5λ)
在一些特別的實施例中,道路或車道,可能接近(至少)4m寬,而且往第1地平面尺寸(G1)的方向地面可能作成(當裝設時)大體上一路上延伸橫越此,以及往第2地平面尺寸(G2)的方向地面可能延伸接近(或至少)1.5m或更多。
蓋元件的平面形狀在第1蓋元件尺寸(L1)中可以以因數(factor)f比在第2蓋元件尺寸(L2)中小,其中0.3
Figure 107118498-A0305-02-0029-6
f
Figure 107118498-A0305-02-0029-7
0.75(即L1=f L2(或Lacross=f Lalong),其中0.3
Figure 107118498-A0305-02-0029-8
f
Figure 107118498-A0305-02-0029-9
0.75,可以選擇短邊長度[Lacross]低於想要的信號頻率的波導的截止頻率(cut off frequency)。短邊間隙可以因此實質上變成部分的地面和空腔封裝。
一般將是這情況,至少本發明的大部分實施例中,第2蓋元件尺寸(L2)大約是天線的運轉信號波長(λ)的一半加上或減去高達20%的配對因數(matching factor)(x)。(因此,天線的蓋元件可以有一長度,在其最長的尺寸中,在天線的運轉信號頻率共振。)於是,經由範例,雖然沒有限定,如果天線的運轉信號約頻率800MHz到1GHz,然後往第2蓋元件尺寸(L2)的方向蓋元件可以延伸大約90mm與260mm之間,以及往第1蓋元件尺寸(L1)的方向蓋元件可以延伸大約27mm與195mm之間。在更明確(但,再次無限定)的例中,天線的運轉信號可以約920MHz,其中實例,往第1蓋元件尺寸(L1)的方向蓋元件可 以延伸大約75mm,往第2蓋元件尺寸(L2)的方向蓋元件可以延伸大約180mm。
以上提及天線是中心饋電,還有蓋元件可以是大體上具有尺寸L1 x L2的矩形。更具體地說,天線可以在蓋元件上第1蓋元件尺寸(L1)中蓋元件兩邊之間中途(halfway)以及第2蓋元件尺寸(L2)中蓋元件的終端之間中途的位置被饋電。(天線將典型由匹配天線阻抗的50歐姆同軸電纜饋電,如同習知,雖然在這方面沒有施加嚴格限制。)
參考蓋元件的平面圖,這可以是全體大體上具有尺寸L1 x L2的矩形,而形狀也可以有一或更多邊或邊緣是彎曲的(即,作成彎曲或波狀到某一程度,至少藉此增加由分開L1或L2的角落間的側邊或邊緣越過的長度或距離)。這邊緣彎曲)可以有增加天線頻寬的效果。
蓋元件可以在與地平面(例如垂直上方)間隔開的位置以一或更多導電性支撐構件支撐。(在這方面,據認為空腔高度和長邊[Lalong]長度,或可能空腔高度和長邊在支撐構件間的長邊間隙,決定天線的共振頻率。更進一步據認為空腔的理想高度選擇包含令人滿意和有競爭力的需求之間的平衡或權衡,一方面低天線外觀(藉由降低空腔高度至少部分可以達成),另一方面,至少蓋元件的小占地面積(藉由增加空腔高度至少部分可以達成,但犧牲低天線外觀/蓋高度)。
當蓋元件是矩形,如上述,可以有4個導電性的支撐構件,一個位於矩形蓋元件的四個角中的每一角和地平面之間。
蓋元件與地平面(例如垂直上方)間隔開的距離可以以支撐構件的長度(高度)界定。據認為,在許多實施例中,支撐構件支撐蓋元件(往上)與地平面分離的距離(高度)可以大約是天線的運轉信號波長(λ)除以因數h,其中10
Figure 107118498-A0305-02-0031-10
h
Figure 107118498-A0305-02-0031-11
35。
第2蓋元件尺寸(L2)中支撐構件間的距離(即,其中蓋元件是矩形,這是位在蓋元件的一短終端之兩支撐構件與位在蓋元件的另一短終端之另外兩支撐構件的距離)可以是大約天線的運轉信號波長(λ)的一半減去大約1%到10%(最好減去5%)。(據認為可以是間隔/空腔的開放側面,即兩支撐構件間,地面和蓋的長邊緣在蓋的每一邊共振,而且因此形成虛擬空腔共振器。)
第1蓋元件尺寸(L1)中支撐構件間的距離(即,其中蓋元件是矩形,這是位在蓋元件的一長邊之兩支撐構件與位在蓋元件的另一長邊之另外兩支撐構件的距離)可以大約與第1蓋元件尺寸(L1)減去大約1%到10%(最好減去5%)相同。
地平面可以包括(結合)底板(base plate)(底板可以與其他部分的地面最初分開形成,但當完全組裝和安裝天線時(例如,在道路上)應結合底板進去而且應形成整合部分的地平面),而且蓋元件可以與底板間隔開還(至少大約)平行,以使蓋元件和地平面之間的間隔(“空腔”)是蓋元件和底板之間的間隔。蓋元件和底板可能都由大體上堅硬和導電性的材料形成。這典型上將是金屬,但也可以使用其他大體上堅硬和導電性的材料,例如碳。用於形成蓋元件和底板的材料也不一定需要相同的材料。
底板可以大體上平坦且具有平面形狀,大於蓋元件的平面形狀但小於地平面的平面形狀(地平面的底板實際上形成整體部分)。
可以用以上提及的一或更多的支撐構件在其位置與底板(垂直向上)間隔開支撐蓋元件。
可以在地平面和蓋元件之間的間隔內提供填充物(filler)或支撐材料。此填充物或支撐材料可以用於在地平面和蓋元件之間提供另外的結構加強或支撐。不過,填充物或支撐材料的出現不一定重要,而且其中天線很可能暴露於無負載(或只有輕負載),可以省去。然而,填充物或支撐材料出現(例如以更佳致能天線至更佳承受重大且重複的負載),此方式給予所有天線構造一結構,可能記述為類似”薄脆餅(wafer)”,即像具有相對軟的填充物(支撐材料)在兩較堅硬層(底板/地平面和蓋元件)之間的餅乾。又,如以上已說明,提及第1蓋元件中天線(以及特別蓋元件)的寬度L1小於(最好遠小於)第2蓋元件尺寸L2中天線(及蓋元件)的長度。蓋元件也小於(最好遠小於)地平面。因此,天線的全部構造可以描述為不對稱,甚至”極度不對稱”。因為這原因,申請人至少稱此特別的天線設計為”極度不對稱薄片天線(Massively Asymmetrical Wafer Antenna)”或”MAWA”。又,因為已經解釋的理由,可以考慮此極度不對稱薄片天線作為,實際上,或至少功能上/理論上相似於調整的波導和調整的空腔天線的結合。)
填充物或支撐材料(supporting material)可以大體上在支撐構件間填充地平面和蓋元件間的間隔(空腔)。
填充物或支撐材料可以是耐壓材料(compression resistant material),而且至少在天線的運轉信號頻率上也可以(最好)有低介電常數(low dielectric constant)及/或大體上固定的介電特性。
天線構造可以更包括保護罩(protective cover)。保護罩可以接觸地平面且可以延伸通過蓋元件以保護(至少)蓋元件。保護罩可以接觸地平面始終圍繞蓋元件,而且蓋元件以及地平面和蓋元件間的間隔可以被包圍在地平面和保護罩內。
保護罩可以作用(至少部分)為雷達天線罩(radome)。另外,或是除此之外還有,保護罩也可以操作於(協助地平面)降低天線的輻射圖案(即,降低最大增益路徑的仰角並引導大部分的輻射至最大增益路徑和地平面之間的區域。)
保護罩可以有一或更多的邊緣,從地平面延伸至蓋元件的高度(或大約的高度),以及一或更多的邊緣可以有至少一部分傾斜(朝上和朝下)協助降低對車輛輪胎之類接觸或在保護罩(或一部分)上滾動的衝擊或震動。(罩的厚度和形狀也可以是至少其中的部分幫助集中天線的輻射低於最大增益路徑。)
保護罩的一或更多的邊緣沿著它們的長度(即,邊和終端,其中保護罩的全部平面形狀是矩形)可以是直的(即,不彎曲或曲折)。
另一形式中,本發明廣泛有關於RFID讀取器,結合或可操作與上述天線一起使用。
2:必需讀取地帶
3、3’、3”:輻射圖案
4:輻射圖案
6:方向
8:直接輻射通訊路徑
9、9’:有效讀取地帶
61:底板
62:保護罩(拱頂)
63:支柱
64:蓋
65:凹處
66:支撐塊料
67:饋電導體/接腳
L1(Lacross):第1蓋元件尺寸(蓋元件的第1尺寸)
L2(Lalong):第2蓋元件尺寸(蓋元件的第2尺寸)
G1:第1地平面尺寸(地平面的第1尺寸)
G2:第2地平面尺寸(地平面的第2尺寸)
λ:天線的運轉信號波長
較佳特徵、實施和本發明的變形可以由以下詳細的說明看出,對於熟悉此技藝者提供充分的資訊以實行此發明。詳細的說明無論如何不被視為限制前述發明摘要。詳細的說明將參考許多圖示如下:[第1圖]係道路上RFID讀取器天線必需的讀取帶的示意圖;[第2圖]係”落下的圈餅”(或”擠壓的環形”)形狀的天線圖案的示意圖,在方位平面中全向性,而且先前已被認為對於道路RFID讀取器天線可行;[第3圖]係可能產生”串音”的方式的示意圖,因為車輛的RFID標籤,其中使用多個RFID讀取器天線,每一個提供全方向的輻射圖案;[第4圖]係顯示關於車牌的”正面(face-on)”方向的示意圖,在車牌的RFID標籤和道路上RFID讀取器天線間輻射通訊路徑的仰角/高度以及方向性/水平性偏移;[第5圖]係三車道平面圖,該平面圖具有RFID標籤天線放置在道路上中央車道的中間;注意:事實上此圖只說明單一RFID讀取器天線,位於中央車道,只為了圖解的明確;一般,實際上有RFID讀取器天線放置在各車道的中間-見第1圖,還有注意:參考數字3在此圖中代表RFID讀取器天線的輻射圖案,其中輻射圖案在方位面中是全方向的(即,在全部放射狀方向中相等),先前已被認為可行;[第6圖]係具有放置在車道中間道路上的RFID讀取器天線 的單一車道平面圖(即,當以平面所視時);注意:再一次參考數字3在此圖中代表RFID讀取器天線的輻射圖案,其中輻射圖案在方位面中是全方向的(即,在全部放射狀方向中相等),先前已被認為可行;[第7圖](i)係圖解表示有效讀取地帶9的寬度的潛在性(potential)降低,因為車牌上RFID讀取器天線的增加的方向性(例如,由於有大且陡峭(bluff)的前部(front));以及(ii)顯示可能較佳的RFID標籤天線輻射圖案形狀(或至少較佳形狀當以平面所視時)3’,可以幫助調解;[第8圖](i)係圖解表示處理有效讀取地帶的寬度的潛在性降低的可能選擇方式,如第7(i)圖中所描繪,其中輻射圖案形狀作成使用分時多工在指向斜左及斜右之間轉換;以及(ii)圖解表示在附近天線之間時需要多工同步;[第9圖]係典型傳統的逆向反射(“貓眼(cat eye)”)道路標誌的立體圖;[第10圖]係安裝在道路上(分開鄰近車道的雙線之間)典型傳統的逆向反射(“貓眼”)道路標誌的立體圖;[第11圖]係根據發明的一可能實施例,RFID讀取器結構(或包括讀取器天線構造的部分)的側面圖;注意:此圖中,顯示底板(一部分地平面),但未顯示圍繞底板的其他部分的地平面;地平面,包括/結合在此圖中可看見的底板,直接位於道路(未顯示)上;[第12圖]係根據相同的實施,RFID讀取器構造(或包括讀取器天線構造的部分)的立體圖;注意:此圖中,顯示底板(一 部分的地平面),但未顯示圍繞底板的其他部分的地平面;地平面,包括/結合在此圖中可看見的底板,直接位於道路(未顯示)上;[第13圖]係根據相同的實施,RFID讀取器構造(或包括讀取器天線構造的部分)的分解立體圖;注意:此圖中,顯示底板(一部分的地平面),但未顯示圍繞底板的其他部分的地平面;地平面,包括/結合在此圖中可看見的底板,直接位於道路(未顯示)上;[第14圖]係根據相同的實施,RFID讀取器(天線)構造的側面圖;還顯示(藉由非限制例)其他電子器件,可能關聯RFID讀取器且可以(至少在此特別安裝中,雖然不需要總是)位於道路中(即,埋在道路表面下且天線下方等);[第15圖]係圖解表示關於車道的地平面和天線的蓋元件的尺寸;注意此圖顯示整個地平面還有蓋元件,但未圖示其他元件如保護罩、底板等;[第16圖]係根據發明的一可能實施例,圖解表示天線產生的輻射圖案形狀和強度/功率;[第17圖]係根據發明的另一可能實施例,圖解表示天線產生的輻射圖案形狀和強度/功率,不同於第16圖中所示其實施例的輻射圖案,以及對照第16圖中所示其實施例的輻射圖案,有關寬度尺寸,(尤其)具有不同長度的蓋;[第18圖]係根據發明的另一可能實施例,第18(i)a圖和第18(i)b圖圖解表示由天線(薄脆餅形天線)產生的輻射圖案形狀;第18(ii)圖和第18(iii)圖圖解表示由同一(薄脆餅形) 天線產生的輻射圖案的形狀與由另一種類型的(蘑菇形)天線產生的輻射圖案的形狀的比較示意圖。
根據發明的另一可能實施例,第11、12、13以及14圖全部圖解RFID讀取器結構,或者全都圖解其部分,包括RFID讀取器天線。如這些圖中所示,RFID讀取器結構(或包含天線的部分)包括底板61(天線的地平面的本身部分-見以下)、保護罩62(protective cover)(在此情況下採取透明、一般以堅固/結構的(最好透明或半透明)材料例如聚碳酸酯(polycarbonate)、工程塑膠像乙縮醛(acetal)(也不同地稱作像塑鋼(Delrin)、聚甲撐氧(Celcon)、Ramtal以及其他等等)等)形成的平坦的矩形”圓蓋(dome)”的形式)、四角支撐構件或”支柱(pillar)”63、蓋元件(之後,簡稱為”蓋”64)、支撐或填充材料的塊料66(“支撐塊(support block)”66)以及饋電導體/接腳67。以下將更詳細討論RFID讀取器天線結構的這些不同的部分和元件。
將參考其道路應用中的使用以及其上下文,其中RFID讀取器天線與位於(或整合為部分的)車牌上的RFID標籤通訊,說明發明的這個特別實施例。以下也將說明發明的這個實施例,參考一情況,其中RFID讀取器天線以引起讀取器天線的輻射圖案比沿著道路延伸更橫越道路延伸(即,更往對車輛在道路上行駛的方向垂直的方向)的方式安裝在道路上(以及被委任和被使用),如第7(ii)圖所示。不過,將很清楚理解發明的這個以及其他實施例或變形也能夠以引起(或致能)讀取器天線的輻射圖案的長尺寸比僅直接橫越至少稍微更沿著道路延伸 的方式安裝在道路上(以及委任和使用),以及可能具有附加的能力利用多工快速轉換(即,斜左和斜右之間),如上述,參考第8圖。不過最後不會詳細說明這。
參考底板61,如上所述,這是(或變成,當天線完全組裝和安裝)天線的全部地平面的整體部分。地平面是全部導電性的(至少在天線的運轉頻率),因此平地面的一部分的底板61,也以導電性材料製成。典型地,底板61,將以大體上堅硬的且導電性的材料例如鋁(或一些其他大體上堅硬的且導電性的材料),雖然其他材料(例如,碳)也可以使用。因為底板61以除了導電性的之外還大體上堅硬的材料製成,底板61因而提供結構的底,其上可以安裝天線結構的其他元件,包括支柱63、蓋64、在底板61和蓋64之間的塊料66、以及保護罩62。
使底板61成一體(或是作成全部較長地平面的整體部分)的方法不嚴格苛求且可以使用任何用以達成此的手段。典型地,底板61以導電性材料製成,以及全部地平面的至少接觸底板61的邊緣的其他圍繞部分也是導電性的(至少在天線的運轉頻率)的事實,可以滿足確保全部地平面,包括底板61和圍繞它的地平面的其他部分,是導電性的。無論如何,再次強調(而且清楚理解)第11、12、13以及14圖描繪的底板61本身不是地平面(或者不是整個地平面-整個地平面圖示於第15圖)。相反地,底板61是導電性元件,當組裝和安裝天線時,變成較大的全部地平面不可缺少的部分,而且底板61形成堅硬的結構元件,其上可以安裝天線結構的其他元件。又,關於底板61的特別的特徵和功能,將在以下提供。
天線的全部地平面,包括底板61和地平面包圍底板61的部分,應放置於(或直接安裝上)道路的表面。地平面的實際大小(根據道路上其長度和寬度,還有其全部形狀)將在以下討論,但再一次應注意第11、12、13以及14圖中只顯示底板61,不是整個地平面。整個地平面顯示於第15圖。
概括地,地平面全部(尤其圍繞底板61的部分)形成相當薄的層,典型直接放置於道路表面上或上方(地平面的厚度對於發明不一定重要,可能隨實施變化或視地平面如何製成而定,但藉由指示(雖然無限制)地面的厚度可以從幾毫米到高達幾厘米)。典型地,圍繞底板61的地平面的部分將形成如以下所討論,以及底板61然後將被安裝在某處的邊界內。典型地,底板61將被安裝在地平面的幾何中心,不過,這不一定重要,且常底板61足以位於某處朝向地平面的中央或中間,即使不是在精確的幾何中心。但一般底板61不應恰好接近全部地平面的周緣,否則天線的其他部分可能沒被地平面充足掩蓋,請參考以下。
在此實施例中,剩下的天線結構直接位於(或安裝於)底板61的上面/表面,一旦底板安裝在道路上或可能甚至在底板安裝在道路上或是關於地平面的其他部分之前。在此特別的實施例中(尤其,見第13圖)在底板61的上表面中央提供稍微較薄或凹處(recess)65。在底板61圍繞延伸且界定凹處65的短垂直牆實際上與保護罩62的底的外周形狀一樣。因此,當保護罩62安裝至底板61上(連同包含在罩(cover)62下方的元件以及罩62和底板61之間的元件),底板61的外周邊緣提供外部支撐 給罩62的周邊底部。這可幫助增強罩62的底部並防止其變形或朝外彎曲,例如假設車輛或載運工具駕駛通過天線因而強加往下的壓力,可能除此之外有壓碎罩62傾向以及使其朝外變形。以此方式增強罩62的底部和幫助防止其變形或朝外彎曲也幫助在垂直方向上增強罩62(包括其上部)。這是因為防止罩62的其變形或朝外彎曲也藉此幫助防止罩62的上部被迫向下,朝道路表面移動。換句話說,幫助防止罩62”壓扁”,這可能轉而幫助提供另外的保護給收藏進入罩62和底板之間的元件,例如蓋64和支柱63。
如已提及,全部地平面應是導電性的。為了避免疑慮,除非上下文清楚描述,否則,在此提及”導電性的”地平面或字眼”導電性的”,應理解為表示(包括)充分導電性的,還有部分導電性的但在天線的運轉頻率(典型地約1Ghz,雖然其他運轉頻率也可能)是有效地充分導電性的,即使其他頻率不一定如此。
地平面全部一般一定是確定的尺寸,或至少確定的最小尺寸。為什麼地平面應一般是確定的尺寸的一重要的理由是幫助確保它(即地平面)運轉以充分屏蔽天線結構的其他部分(尤其導電性的和輻射的部分)以防位於下面的道路的潛在性寬廣地和動態地可變的無線射頻影響及其他”接近地面”效應等。為什麼地平面應一般是確定的尺寸的另一理由是幫助確保它充分屏蔽可能位於地平面下方的任何電電纜、電子器件等以防止在公共道路上變得漸增普遍的電車建立的潛在性非常強的磁場。
全部的地平面可以實際上有任何形狀,假設其大小(在所有沿著地面的方向)是充分提供足夠的屏蔽給天線的其他部分。以及如上述,天線的其他導電性的和輻射的元件應位於充分朝向地平面的中間,離開地平面的周緣,以被充分屏蔽。
在此說明的特別實施例中以及例如顯示於第15圖,全部的地平面有平面形狀(即,當正射投影所見的形狀),在第1地平面尺寸(G1)中較大於在垂直第1地平面尺寸(G1)的第2地平面尺寸(G2)中(即,G1 G2以及G1>G2)。不過,如已經提過,地平面可以潛在性地形成另外的形狀。
地平面應最好安裝在道路表面上(如上述)以及具有,在此特別例中,第2地平面尺寸(G2)朝向平行於車輛行駛在道路上的方向(即,G2=Galong)。
在目前說明的特別實施例中,地平面實質上是平的(即,在道路上的薄層(thin layer))而且是矩形的平面形狀具有尺寸G1(或Gacross) x G2(或Galong),其中G1(或Gacross)>G2(或Galong),如上述。更具體地說,在本實施例的特別首選版本中,以及其中讀取器和天線結構的其他部分有的特別尺寸,以下詳述,地平面一般應是薄、平的矩形,具有G1=4m(或左右)及G2=3m(或左右)的尺寸。注意,關於第1地平面尺寸G1(或Gacross)=4m(大約),這相當於大部分道路上單一車道的全寬。對於具有比這更寬車道的道路,可能是第1地平面尺寸G1(或Gacross)比4m更大,以使一路延伸橫越車道(雖然這也可能不總是必要)。很清楚理解,無論如何,在其他實施例中, 特別如果讀取器及/或天線結構的其他部分有大小或尺寸不同於此特別實施的大小或尺寸(上述可能發生,例如如果天線以不同信號頻率運轉)或可能在其他操作例中,地平面的絕對和相對尺寸,對照剛剛說明的,也可能改變。
對於關於此已主張的內容沒有其他限制,為了使地平面充分屏蔽天線結構的其他部分以防位於下方的道路的潛在性可變無線射頻影響(以及其他”接近地面”的影響),地平面(以及因此形成此的材料和物質)可能(至少當”已完成”和備用時)需要有最低導電性。或者換句話說,地平面可能(當已完成/已安裝和備用時)需要低於一定最大值的電阻率。對於在此提出的特別的天線結構以及舉出的天線功率、想要的輻射圖案形狀、天線增益、天線反射損耗等,地平面(以及因此形成此的材料和物質)據認為,應最好(當已完成/已安裝和備用時)具有大約103S/m或更高的導電性(即,導電性應最好接近或等於或高於1000姆毆(Siemens)/米)。換言之,導電性的平面(因此形成此的材料和物質)據認為,應最好(當已完成時)具有低於大約10-3Ωm的電阻率(即,電阻率應最好等於或小於0.001歐姆.米)。
關於導電性地平面的建立/形成/安裝/配置,以及尤其除了底板61的其他這些部分,應最好儘量經濟而且不破裂。都是從時間、成本、複雜性等方面來講,包括在地平面本身的建立/形成/安裝內,而且當發生時也假設一般將必須關閉道路(或包括至少一段道路或車道)。
以上提及地平面可能需要具有最低的導電性(或換句話說,低於一定最大值的電阻率),而且也提及在此提出的 特別的天線結構,舉出的天線功率、想要的輻射圖案形狀等,導電性應最好大約103S/m或更高。如果地平面的導電性大於大約106 S/m,這事實上可能被認為”完全”導電性的,且在本天線應用中這事實上可能適合提供屏蔽或甚至更理想;不過,這當然不是必要條件,而且利用其中導電性相當低於”完全”導電性的地平面,發明的實施仍可能非常有效地運轉。
可以建立其導電性大於大約106 S/m的導電性的地平面,如果(或除了底板61之外的部分)以單獨或主要例如不銹鋼、銅、鋁或某其他適當的導電性金屬合金製的網或可能鋼絲絨或金屬布構成。不過,有關應用如此的金屬網至道路表面(至少或尤其如果網是分開的獨立物體且不嵌入或可以更容易應用至道路上作為部分的其他物體或物質)的實用性和困難,表示以僅是(或極少多於)如此的金屬合金網建立圍繞底板61的地平面部分可能比其他可能的選擇(其中一些以下討論)不具吸引力。還有,(圍繞底板的)地平面以僅是(或不過)金屬網構成可能也具有一定相關的風險/危險,尤其例如,如果網被舉起離開道路表面由於不當或不完整的安裝,或作為磨損和破損的結果等。因此,當使用以僅是(或不過)金屬合金網構成的地平面,可能非常有效,在它屏蔽天線結構以防位於下方的道路的潛在性可變的無線射頻影響(以及防止其他”接近地面”影響)的能力方面,以及雖然利用以如此簡單的金屬合金網構成的地平面(與底板分開),發明的實施例可以運轉良好,然而為了實用的理由,比起其他用以形成地平面(與底板分開)的可能選擇方法,據認為不太可能被使用(或者可能較少用)。
作為選擇,地平面(與底板分開)可以取代為形成和應用作為例如油漆(或以與油漆一樣的方式作為液體塗在道路上),或作為塗在道路上的環氧樹脂,或甚至作為可以融化入道路表面上的聚合物。為了達成需要的最小程度的導電性(見以上),在安裝之前,以適當的量(在導電性物質的情況下)可以混合導電體或某形式的導電性成分或物質或利用其他方式結合進入這些之中任一。
可能影響選擇用以形成地平面(與底板分離)的方法的另一考慮,係道路表面一般隨著時間擴大、收縮和改變。例如,當車輪通過在上面壓下使道路負載時,道路表面將在下方隨時輕微壓縮/改變形狀,由於車輪強加的壓力。又,由於溫度波動,可能發生道路表面的擴大和收縮(例如,日夜之間,或隨著季節改變等)。這形狀的擴大、收縮和改變,常重複/循環,可能因此建立循環的負載/壓力於是在任何連接或結合的結構中疲乏。這可能轉而導致與疲乏有關的例如其上提供的任何地平面(或地平面層)故障,尤其如果地平面(或地平面層,與底板分離)是堅硬或易碎結構的形式。另一方面,地平面(或地平面層,與底板分離)將一般更少受疲乏影響,如果以具有或如果其結構允許或提供(至少某程度的)彈性、韌性、”可彎性”等的物質形成。
記著前述,被認為可能適合用以提供地平面(與底板分離)的一種方法,(包括因為可以提供需要的導電性還有因為可以潛在性經濟地被製造,以最低的破裂應用在道路上,並且一旦形成提供某程度的彈性),係使用可以應用作為油漆的 物質,或作可以放置在道路上的注入環氧樹脂(epoxy)的布,或作為聚合物,可以融化入道路表面上,以及使用這些之中任一,導電性的成分/物質可能以例如石墨粉(或可能特定的鋁或其他金屬等)的形式可以結合或混合進入油漆、環氧樹脂或聚合物。當然也可以使用其他的導電性成分/物質(即,石墨粉之外)。然而,參考例如地平面(或地平面層,與底板分離),由環氧樹脂/石墨混合形成,作為以此方式形成的地平面/層的硬度的比較例,環氧樹脂/石墨混合通常用於快艇製造中承載結構和表面。還有,環氧樹脂/石墨混合可以具有高達大約104S/m的導電性(將注意到對本發明的目的是遠遠充足的。)
據認為可能適合形成地平面(與底板分離)另一種方法,係使用塗上或用環氧樹脂膠合至道路表面的碳布(carbon cloth)(可以具有超過105S/m的導電性)。如此的碳布或者可以嵌入本身可以融化入道路表面上的聚合物薄片內。在其他應用和產業中,例如船和快艇製造和修理等,已經顯示碳布層/表面/結構的維護和修理,同樣地注入環氧樹脂/聚合物的碳布層/表面/結構的維護和修理,可以相當容易、成本和時間效率高以及有效,使用眾所周知的製程和技術(在此都不需要詳細的說明)。
當地平面(或層)應用/形成/安裝在道路上,(與底板分離的)地平面內的成分、物質或元素,提供導電性,應最好接近(理想上儘量接近)地平面的上表面。換句話說,一旦地平面(與底板分離)已塗敷/形成/安裝在道路上,在地平面的結構/層的垂直厚度內,提供導電性的成分、物質或元素應最好儘量 接近頂部。這是因為提供導電性的成分、物質或元素越接近上表面,提供天線結構的其他部分越好的屏蔽。當然這也可能常需要對提供導電性的成分、物質或元素被覆蓋的需求平衡,為的是當車輛開過時,防止暴露元素、損傷或磨損等。
據認為可能適合形成地平面(與底板分離)又另一種方法,係使用一種可應用於道路的預製的”補片”型產品。這些可能在許多方面類似於,例如,南非公司A J Broom Road Products(Pty)Ltd生產的道路修理/修改產品,以及他們稱作BRP Road Patch(BRP道路補片)。於是,可能利用類似於BRP Road Patch的某物製造地平面(與底板分離);也就是說,可能利用製造在紙(或其他適合的基板或基底材料)上以及其上瀝青橡膠粘結劑(或其他相似的粘結劑)支撐預塗瀝青混凝料的預製產品,建立地平面(與底板分離)。因此生產的預製產品可以以薄片供應(即,預製薄片),形成適合想要的應用(見以上關於地平面的大小)的尺寸。可以潛在性地安裝底板61,在安裝補片於道路上形成地平面的其他部分之前之後或同時。
參考形成地平面(與底板分離)的可能性,利用預製補片,像是產品,如上述,也可以選擇黏合在瀝青橡膠粘結劑中混凝料的微粒/顆粒/卵石大小相稱,例如為了與其上鋪補片的道路中混凝料的微粒/顆粒/卵石大小相同或相配。可以製作上述補片的全部顏色(包括或取決於混凝料的顏色)(或可以混合混凝料),一般與要鋪補片的道路的顏色相配,因此鋪上時補片顯得僅是道路的一部分(即,與道路無區別)。或者,可以給補片上色,或可以有標記(例如,邊界或邊緣標記)等,為了 使補片清楚可見或容易與道路的其他部分/區域區分。後者可用於運輸工具操作者/駕駛者最好或尤其有需要時能夠看(因此他們可以知道)當他們正要通過包括將偵測及/或辨識他們的車輛的天線的區域/位置,-這可能因為隱私理由及/或為了順從系統透明要求使用於執法以及提供已經以合法且無質疑方式收集的證據之證據收集等很重要。混凝料(aggregate),和組成混凝料的顆粒,也可以包括適當數量或比例的顆粒,顏色較淺或反光,或可能因特別光譜範圍例如紅外線光譜中的光特別反射。不一定只是要這些較淺及/或反射的顆粒照亮補片表面的全部顏色(可能也有這種效果到某種程度,雖然也可能沒有,取決於與混凝料結合的方式與比例一倒不如說包括適當數量或比例的顆粒的部分目的,顏色較淺或反光或光譜的某些部分中(例如,尤其紅外線)輻射的反射,以助於降低發熱和熱滯留,也許提供某程度的輻射熱反射。對於防止與天線相關及一起放置的電子器件可能發熱或過熱,降低地平面中(以及其下的道路材料中)發熱和熱滯留可能常很重要,假設天線直接位於地平面與其下的道路材料上面。
像上述的預製補片(patch)可能以任何適合的方法或使用任合適合的技術黏附道路表面形成地平面(與底板分離)。通過範例,如此的補片可能使用陽離子乳劑(cationic emulsion)或陰離子乳劑(anionic emulsion)黏附。
為了像上述的預製補片有充分的導電性,導電體或某形式的導電性成分或物質應(與混凝料等一起)包含在結合至瀝青橡膠粘結劑內的混合物內。或者,可以結合入鋁合金或 其他金屬導電網(或作為部分的補片)以使上述導電的金屬網(而非只是鋪在道路上作為單獨的網)鋪在道路上作為補片產品(或內)的部分。作為另一選擇,微粒或顆粒鋁(或其他金屬)事實上可以包括在混凝料內(即作為部分的混凝料),塗在最初形成/製造補片中的瀝青內。如此產生的補片因此潛在性具有必需的導電性,由於鋁(或其他金屬)包含在內並作為部分的混凝料。這還具有提供從其他來源回收使用廢棄鋁(或其他金屬)的有效選擇的好處。
除了提供屏蔽之外,導電性地平面還可以有助於以下之一或更多:集中天線放射的輻射進入想要的方位地帶(最好是橢圓形狀或以下討論的其他形狀);降低冒號內最大增益路徑的仰角並集中最大增益路徑之下的輻射圖案。
以上已經說明RFID讀取器天線結構(部分的RFID讀取器結構)的全部地平面。也說明了除了地平面之外的讀取器天線(以及讀取器)的零件,位於或安裝在地平面之上,尤其在底板61上面。已經更進一步說明導電性地平面可能需要具有一定的最小尺寸,例如為了充分屏蔽天線結構。只使用單一天線(對應單一RFID讀取器)(例如在道路中)在一特定位置的情況下,天線結構將有其自己關聯的地平面。不過,可能有些情況下,在一特定位置使用多個RFID讀取器天線。為了助於想像此,留意第5圖。第5圖顯示的情況實際上只使用單一RFID讀取器天線在描述的位置-在中央車道的中間的道路表面上。不過,在其他情況下,可能使用多個天線,例如,在橫越道路的直線中。例如,情況有可能是有安裝在各車道中央的天線,以使天 線一起界定橫越道路的直線。在如此的情況下,多個天線結構不一定需要各個具有它們自己單獨的地平面,與任何其他天線的地平面分開。反而,可能由一些或所有天線潛在性地(可能)提供並共享單一導電性的區域,以使單一區域作用為對於兩個或更多單獨天線的地平面。作為一種可能性,可以提供所有天線結構共用的單一的部分導電性的區域(其中多個天線結構形成一直線橫越道路)作為一寬條帶(3m或更寬)延伸橫越道路的所有車道(即,橫越道路的總寬度)。這描繪於第1圖。
應注意的是,雖然在一特定位置(例如,如同剛討論的)使用多個天線,每一(其中一或更多)天線仍可以有其自己關聯的(即,獨立且不共享的)地平面,與任何其他天線的地平面分離。這是可能發生的,假設,如果讀取器天線在一車道中位於某處比在鄰近車道中的讀取器天線更往道路下去,以致僅部分導電性條帶垂直延伸橫越道路(即,像第1圖所示)不會提供足夠的覆蓋在各天線周圍。不過,根據實際的觀點,時間、成本、努力等,關聯對各天線結構安裝或建立分離的地平面,可能大於安裝或建立單一較大的部分導電性的區域(例如,像以上提及的寬條帶延伸橫越道路),由一些或所有的天線共用,並對那些天線作用為地平面,因此對多個讀取器天線提供共有/共享的地平面在有可能的地方可行。另一可能的好處是如此的條帶可以上色,或可以有標記(例如,邊緣標記往車輛的行駛方向在天線結構之前和之後延伸橫越道路),或可以有不同的表面紋理或石頭/顆粒大小之類等,為了使條帶清楚可見(或可能當開過時聽得到),(像上述)運輸工具操作者需要能夠看到 當他們將要通過他們的運輸工具將被偵測及/或辨識(或至少知道或警覺當這發生時)的區域/位置之處可能有用。又,像上述,條帶(strip)可以結合較淡顏色或反光顆粒以助最小化發熱和熱滯留等。
再回到考慮RFID讀取器天線結構,一般如同已說明,也包括蓋元件(蓋(lid))64。蓋具有平面形狀(即,從上正投影所視的形狀),在第1蓋元件尺寸(L1)中小於在第2蓋元件尺寸(L2)中(即,L1 L2以及L1<L2)。蓋64,至少在此實施例中,實質上薄,一般是平坦且矩形的平面形狀,具有尺寸L1(或Lacross)×L2(或Lalong),其中L1(或Lacross)<L2(或Lalong),如上述。更具體地說,蓋64的平面形狀在第1蓋元件尺寸(L1)中最好以因數f小於在第2蓋元件尺寸(L2)中,其中0.3
Figure 107118498-A0305-02-0050-12
f
Figure 107118498-A0305-02-0050-13
0.75(即L1=f L2(或Lacross=f Lalong),其中0.3
Figure 107118498-A0305-02-0050-14
f
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0.75)。L2(或Lalong)應大約天線的運轉信號波長(λ)的一半減去或加上高達20%的匹配因數(x)(即
Figure 107118498-A0305-02-0050-21
,x
Figure 107118498-A0305-02-0050-23
20%)。在目前說明和顯示於第11、12、13、14、15所示的特別的實施例中,往第2蓋元件尺寸(L2)的方向蓋延伸大約90mm到260mm(即,L2=90mm到260mm)。事實上,想像利用920MHz的運轉頻率,表示大約λ=0.326m的波長,可以實際實施描述的天線的實施例。這表示如果Lalong=137mm,這是目前被認為對於920MHz(且這是被為最可行的運轉頻率)運轉頻率最可行,然後x=-0.026或約19%,其中Lalong=137mm,Lacross可能是從約40mm到約110mm的範圍內的任何值。然而在另一例中,對於1G,意指λ=0.3m,的運轉頻率,表示如果Lalong=180mm,而且x=0.03或約16%, 其中Lalong=180mm,Lacross可能是從約54mm到約135mm的範圍內的任何值。對於特定的蓋長度(即,Lalong,參考運轉頻率決定),蓋寬度(即,Lacross)可以變化或調整以調諧天線或調整輻射圖案的形狀,如以下所述。
蓋64係用導電性的薄板(thin plate)且最好相當硬且有彈性的材料,典型的金屬(雖然其他非金屬導電性的材料潛在性地可能)做成。一系列的導電性金屬據認為潛在性地適合,包括銀、鋁、銅以及其他因它們的導電性而著名的金屬。不過,相當可能使用諸如因它們的導電性(及其合金)而著名的金屬,據認為事實上以更普遍因其強度而著名的金屬做成蓋64可能可行,還具有高(或相當高)的導電性,像例如鋼或鈦。鋼或鈦(或可能其他具有與這些大概相似特性的金屬或合金)被認為潛在性相當適合的理由,是因為不只是它們足夠導電,還有它們也堅固和相當有彈性(即,如果變形,它們”彈回(spring back)”,假設當然變形力不會引起金屬延及或超過其彈性變形或屈服壓力極限。)這些金屬(即,鋼或鈦等)也有高抗疲乏性,表示重複的彈性變形應該不會很快引起金屬疲乏(即弱化)。這些特性(即,強度、彈性和抗疲乏性)被認為潛在性重要的理由,是因為在使用天線的道路應用中,天線將頻繁地被車輛(包括大且重的車輛如卡車)跑過。而且結果將引起天線的不同部分的一些(即使相當小的)變形,包括蓋64,即使蓋64包在罩62內被保護。
蓋64在L1(或Lacross)以及L2(或Lalong)尺寸中的大小以上討論過。在厚度方面,如以上也提過,蓋64是(或將是) 一般薄板。不過,蓋64實際的厚度不苛求。事實上,如其他某處已提及,蓋64不是天線的發射元件。因此,蓋64的厚度很可能(例如,依使用的材料而定)被改變或變更,不影響天線的無線/發信號特性/功能/運轉。然而,取決於形成材料(尤其強度、彈性等特性),蓋64將典型地具有從少於1毫米到高達幾毫米的範圍的厚度。不過,如已述,暗示不限制關於蓋64的真實厚度。因為蓋64一般將相當薄,可能認為會非常容易彎曲/變形超過材料的屈服應力。不過,如以下將說明的,蓋64(以及被保護在保護罩62下方)由支撐塊料66在下方支撐,防止蓋64(可塑性地(plastically))變形超過材料的屈服應力。
如第13圖中大部分清楚所示,有導電性的饋電器接腳67與蓋64關聯(且連接)。如同熟悉此技藝者將非常理解,接腳67運送電流給蓋64。不過,理解在此實施例中(以及一般在本發明中)天線不是補片天線(或類似的東西)很重要。於是,雖然接腳67運送電流給蓋64,不是蓋64發射天線放射的能量。反而,如其他處已說明,被認為空腔的開放面,即地平面(底板61)和蓋64的邊緣之間在蓋的任一邊沿著蓋的長邊(L2)延伸,共振。於是據認為蓋64和底板61之間這些長邊間隙,形成虛擬空腔共振器,而且因此發射天線放射的能量。
在圖中所示特別的實施例中,饋電器接腳67在矩形蓋的短邊之間確實半路(即,沿著蓋64的L2尺寸的半路),也是矩形蓋的長邊之間恰好半路(即,橫越蓋64的L1尺寸的半路)的位置,(從內面)連接至蓋64。蓋64和天線通常,因此在所示的特別實施例中是”中樞饋電(centrally fed)”或”中心饋電”。
如第11和12圖所示,尤其當組裝RFID讀取器天線時,蓋64安裝在相對上方,但平行於底板61,並在這位置由4根支柱63支撐。支柱63是導電性的且它們因此適用於導電性連接導電性的底板61(以及因此地平面)至導電性的蓋64。在做成支柱63的材料方面,適用與上述有關蓋64的相同的一般考量,以及可以潛在性使用相同的材料(雖然清楚了解用於支柱63的材料不一定需要與用於蓋64的材料相同)。有(從下方)提供1根支柱63給矩形蓋641的各角。每一支柱63實際上以3根子支柱組成,根據第13圖可以非常理解。在各個支柱63的情況下,組成支柱的3根子支柱安排成:-一子支柱在角落中右邊,即形成角落子支柱;-第2子支柱往L1方向在其向內側直接鄰接(即,非常接近,即使不直接接觸)角落子支柱;以及-第3子支柱往L2方向在其向內側直接鄰接(即,非常接近,即使不直接接觸)角落子支柱。
因此,在每一支柱63,3根子支柱一起界定1角落(具體而言,直角角落),這些角落助於準確且牢固地設置支撐塊料66,支撐塊料66是矩形角體形狀並在支柱63之間往L1及L2方向具有大小正好適合(即適貼配合)的尺寸,以使矩形支撐塊料66的角插入支柱63界定的角落。將在以下更進一步討論支撐塊料66。
如同將理解的,簡單地說,是支柱63的高度,界定地平面(底板61)與蓋64垂直分離的大小。支柱63的高度,因此在界定(以及調整它們的高度可以用於調諧天線藉由變更)間 隔在垂直尺寸中的大小方面扮演很重要的角色,都是在蓋64和地平面(底板61)之間沿著蓋元件的長及短邊。不過,也應記住,在此特別的實施例中,至少底板61有凹處65,以及支柱63位於此凹處65。實際上,支柱位於非常輕微升起且本身在凹處65的底部形成的台。因此,支柱63在底板61的上表面和蓋64的下表面之間延伸,其中它們連接至底板61,在凹處65內,在輕微升起的台部分上。因此,可能正確說來,在此實施例中,底板61中支柱63的垂直高度,連同凹處65的深度(以及升起的台高度),界定長邊(及短邊)間隙的”有效”垂直尺寸/大小,即,蓋64與包圍凹處65的基板的部分的底板61的上表面之間的長邊和短邊的間隙。
事實上,凹處65在底板61中,被認為不但提供保護罩62結構的外部支撐,還對天線的輻射特性有一些影響。尤其,據認為凹處65的深度,更具體地說,凹處65的短垂直周邊牆高度,可能影響天線的輻射有多少集中在最大增益路徑的仰角角度之下方(方位面中天線四周)。因為先前已說明的理由,集中低下的天線輻射,包括在最大增益路徑的仰角角度下方是優點。據認為如果凹處的深度做得更大(更深),以使凹處的周邊牆高度更大(更高),可以有在最大增益路徑的仰角角度下方集中更多天線輻射的效果。相反地,如果凹處的深度做得比較小(較淺),以使凹處的周邊牆高度更小(更矮),據認為可以有引起較少天線輻射在最大增益路徑的仰角角度下方集中的效果。作為又一可能的選擇,代替(或可能加上)凹處65的深度在底板61做得更深以增加凹處的周邊牆高度因此在最大增益路 徑下方集中更多天線輻圖案,取而代之(或也)可能結合一或更多另外的元件或導電性的元素進入天線結構,作為”牆延伸(wall extension)”(即,凹處65的周邊牆高度延伸)。單一如此的元件或元素可以是,例如,窄條帶的金屬(或導電材料)形成”環狀物”,放置在底板61上,直接在凹處65的周邊牆上方,且以凹處65的周邊牆的形狀延伸圍繞並直接在上方,以使環狀物的內表面有效形成凹處65本身的周邊牆的延伸(即,增加有效高度)。或者,雖然提供凹處周邊牆在短終端間隙(或之下)(即,在蓋的短終端邊緣之下)的那些部分高度延伸可能不必要或重要,因為短終端間隙不放射(non-radiating),因此可能提供,假設,一對窄條帶的金屬(或導電材料)放置在底板61上直接在凹處周邊牆位於長邊間隙(或之下)(即,在蓋的長邊邊緣之下)且沿著凹處65的周邊牆的長邊緣長度延伸並直接在其上方的那些部分上方,以使這些條帶的內部表面有效形成凹處65的周邊牆的長邊緣長度的延伸(即,增加其有效高度)。提供該此元件或元素作為天線結構的分離的、另外的元件,或者它/它們可以結合進入其他元件之一,例如當安裝保護罩62時,藉由結合進入保護罩62,以使元件變成相對於凹處65的周邊牆精確放置。無論如何,假使如此的元件/元素(或類似的某物)可以適用於有效增加凹處65的周邊牆(的相關部分)高度,不一定增加凹處65本身實際的深度(或不是藉由有效增加(部分的)牆的高度的多少),藉此助於產生更多天線輻射集中在最大增益路徑下方仰角的角度。
也應認可的是,然而,延伸至凹處65可以增加的 深度(即做得更深)或藉由採用另外的元件/元素(假設)等有效增加,可能受限,由於天線結構以及其元件非常有限的全部高度,在這方面可能實際上只允許有限的可變性/調整性。還有,也應將其記住,因為據認為是長邊間隙共振,以及因為據認為是這些的共振特性不只由蓋的L2尺寸的長度(或是支柱63間在L2尺寸的距離)還有至少部分由地平面(底板61)和蓋64(實質上界定長邊間隙的有效高度如上述)間的垂直分離決定。因此,因為也據認為在決定(和提供)天線的共振特性中,長邊間隙的高度很重要,可以進一步限制影響該高度(即,長邊間隙的高度或有效高度)的改變的程度,這是由於需要或不希望過度阻礙或損害這些用於天線調諧(antenna’s tuning)的諧振特性。
四根支柱63的每一根上,有小圓爪(small round detent)或突出部(lug)在三根子支柱的每一根頂端。以及,在蓋64的每一角落中,具有三個洞,都是同一直徑,對應子支柱(sub-pillar)頂部的突出部的直徑,且三個洞在蓋64的每一角落中,對各個對應支柱63的子支柱上面突出部的排列以對應的排列形成。因此,當蓋放置在支柱63的上面,各支柱頂端的突出部插入蓋的各個角落的洞,因此相對於支柱63(並相對於底板61的凹下部分65等)準確放置蓋64。注意蓋的角落,其中連接支柱,是蓋中接地電位(或零位)的位置,而且支柱連接在接地電位(ground potential)或零位(null)的位置很重要。
天線支柱63(或一或更多天線支柱63,或一或更多天線支柱63的一或更多子支柱)可以是沿著其長度中空。例如,可能有通孔(through-bore)軸向延伸通過(或是各個)相關的子 支柱。這中空內部延伸通過一或更多子支柱可以提供一或更多導管給電纜、金屬線等從底板61下方(或者地平面下方)延伸並連接至可能放置的任何電子元件及/或設備,假設可能提供在蓋64上方但在保護罩62內面下方的空間中。也可能提供其他電子元件及/或設置的空間作為替代,假設,鄰接但僅僅在蓋64的1或兩終端上短邊間隙外側或上方,但當安裝覆蓋時仍在保護罩62的限制內。或者當然,電子零件及/或設備也可能位於一系列其他位置假設這實質上不干擾主要天線的輻射特性。這些電子零件及/或設備可以包括關聯RFID讀取器的任何電子器件,例如像數據機或濾波器或放大器等,或通訊設備像附屬WiFi或藍牙天線等,或照明元件,如本文其他處所述。
上述提及RFID讀取器天線結構包括支撐塊料66。這也說明這支撐塊料做成適合的大小,為了隱藏在各個支柱63界定的角落間。當組裝天線結構時,支撐塊料66留存在蓋下方,以及連同支柱63,支撐塊料66幫助提供蓋64結構性支撐。因為支撐塊料66設置在蓋64下方,在安裝蓋64在支柱63上面之前,支撐塊料66當然一定安裝在底板61上支柱63間。事實上,當組裝天線結構時,首先已經安裝底板61在道路上且已經安裝支柱63在底板61上之後,可以插入支撐塊料66至支柱63之間,如上述。支撐塊料66的厚度在垂直尺寸中,使得支撐塊料66填充(垂直方向上)在蓋64的內面和底板61(在凹處65內稍微升起的平台)的上表面之間的空間。
因此,如上述所提及,支柱63和支撐塊料66一起幫助提供結構支撐給蓋64在其位置上安裝在上方並平行於地 平面。如上述提及,支柱63將典型以金屬做成,它們因此在蓋64的四個角落的每一角落下方提供相當隆起的支撐。支撐塊料66,填充支柱63界定的角落內並在底板61和蓋64的內面之間的整個空間,因此都有接觸底板61和蓋64的內面,可以由廣範圍的不同物質做成。支撐塊料66,不是天線的導電性或發射元件,因此應大體上不導電(或至少在天線運轉的頻率不導電)。最好支撐塊料以具有適當介電性能的材料做成,最好全部材料有一致的介電性能的低介電常數。還有,為了幫助支撐上面的蓋64,具體而言,為了從4根(堅硬/硬挺)的角落支柱在內幫助支撐蓋64的內部,以防向下變形(當從上施以大負載,像車輛跑過天線等時,可能發生),支撐塊料66應以某種固體材料做成。不過,支撐塊料66不一定需要高度堅硬的材料(即,不一定像形成保護罩62的堅固材料之類)。取而代之,可以做成支撐塊料66,而且以固體且具有合理程度的彈性或”可彎性”材料做成的確理想。如此的材料的可能例包括閉孔泡沫塑料像聚苯乙烯(styrofoam)泡沫塑料之類,或以細胞格(cellular)(或蜂窩(honeycomb))式構造形成的紙或硬紙板,或當然可能一系列的這種包裝在物體、消費性電器之類周圍當裝運時普遍用作填料的其他材料。可以理解像這種固體但也有合理程度的彈性或變形性的材料可能適合(或甚至理想)的理由,第一記得,蓋64非常堅硬(典型是金屬)板。蓋64也直接位於支撐塊料66上以及蓋64的內面接觸支撐塊料66的整個(或大部分)上平面。因此,當垂直向下的負載施加至天線結構,且如果夠大足以引起保護罩62還有下面的蓋64(以及位於罩62的內面和蓋64的上表面之間 的任何物體)的變形,然後如果這負載引起蓋64向下變形或彎曲,即使負載(通過罩62或以罩62傳送等之後)之後變成只施加至(以堅硬的支柱63支撐的角落之間)蓋64的中央小的/局部化的區域,蓋64本身相當堅硬的事實將幫助使局部化的負載分散且由下方支撐塊料66大很多的區域負擔。這將反而致使支撐塊料66的更大區域變成壓縮,且壓縮也通過支撐塊料66的材料展開,以致以更大比例(即使不是全部)的支撐塊料66在蓋64下方幫助承擔負載(即使施加負載作為相當局部化的負載,被傳送至蓋64上)。
上述提及,可能事實上支撐塊料66最好以固體的但也具有合理程度的彈性或”可彎性”材料做成。可能理想是假設高度堅硬材料的原因,是因為高度堅硬材料(一般就性質而言)較少彈性(即,較不易彎或能變形)。許多甚至易碎或易斷。結果,如果高度堅硬材料要用於支撐塊料66,久而久之這可能潛在性易破裂或可能疲乏斷裂。因此,雖然沒有暗示任何限制有關可能用於支撐塊料66的材料,據認為經常理想材料具有某程度的彈性或可彎性,而不是非常高度堅硬,而這樣可能事實上在蓋64下方進行提供更好的支撐。
保護罩62,如上述提及,採用透明、以堅固/結構的(最好透明或半透明)材料像聚碳酸酯等做成的一般平坦且矩形的”拱頂(dome)”形式,安裝在蓋64上面,因此在位於蓋64下方的支撐塊料66、支柱63等上方。保護罩62或”拱頂”62,除了提供結構的保護功能,實際上還作用為雷達天線罩。(根據Wikipedia(維基百科全書):”radome(雷達天線罩)”(是雷達和拱 頂的二字組成)是結構的、不受氣候影響的圍場,保護(例如,雷達)天線。雷達天線罩以最低限度衰減天線傳送或接收的電磁信號材料構成。不過,此外還有,保護罩62也可以(與地平面一起)提供降低天線的輻射圖案(即,降低最大增益的仰角角度但引導大量輻射(即,集中輻射)至最大增益路徑下方的區域,在最大增益路徑和地平面之間。
附帶地,天線輻射圖案的仰角中最大增益路徑,以及在最大增益路徑的上方及下方的輻射分佈,被長邊間隙的高度明顯影響(先前說明),也明顯被按比例比蓋元件大很多的地平面影響。不過,此外還有保護罩62的長側邊緣的材料厚度和攻角角度(angle of attack)(即,傾斜的角度),以及做成保護罩62的材料介電質值,可能(據認為)更實現最大增益路徑的仰角以及在最大增益路徑的上方及下方的輻射分佈。因此,這些特性,即保護罩62的長側邊緣的傾斜角度、沿著這些長邊的材料厚度以及做成保護罩的材料的介電質值,是更進一步的特性,可以潛在性改變或變更,為了調諧天線或改變其輻射圖案。不過,再一次地,可能常被其他考量限制可能的改變或變化的限度。例如,改變或調整保護罩62的長側邊緣的攻角角度(即,傾斜角度)的能力可能明顯受限於維持提供可能接觸並滾過保護罩62的車輛輪胎足夠安穩的傾斜角度的需求,以及這也受可適用的道路安全規則等條款影響。
為了安裝其他元件,保護拱頂62具有在其內面形成的一般矩形-角柱體形狀的開口(rectangular-prism-shaped opening)。拱頂62的內面中的這開口本身在第13圖中大部分清 楚可見。當其上安裝拱頂,RFID讀取器天線的其他元件被收納在拱頂62的內面中的這開口內的方式,清楚顯示於第11、12、14圖中。因此,當拱頂62被安裝在其他元件上時,拱頂62的外部周邊部分(即圍繞和它們之間的這些周邊部分界定拱頂62在內面的開口)向下延伸並覆蓋其他元件的上端和側面。事實上,為形成密封防止濕氣、灰塵或其他污染進入收藏其他元件的內部的方式,安裝拱頂接觸底板61。可使用適當的封蠟或黏合劑在拱頂62周圍內面和底板之間以形成密封。
拱頂62的外部周邊底部分,以底板61中凹處65的垂直邊支撐的方式,已在以上述說明。
RFID讀取器天線設計在此特別的實施例中是很重要的,當RFID讀取器天線完全組裝時(即,當保護罩62已經最後安裝在其他組裝的元件上方形成保護罩,結果結構的總計”真實”高度少於25mm,最好約20mm。在這方面,”真實”高度表示在直接圍繞拱頂62(即在保護罩62外面)的區域中底板61的上表面與拱頂62的上表面之間的垂直距離,舉例來說,如果組裝的天線結構的”真實”高度是20mm,拱頂62的實際高度可能大於此幾毫米,不過,要注意的是,像天線的其他部分結構,拱頂62被收納入底板中央的凹下部分65,所以即使拱頂62的垂直高度稍微大於20mm(也許21~23mm),然而全部天線結構的”真實”高度(是根據車輛接近它的觀點將出現具有的高度)將仍然只是20mm。
限制全部RFID讀取器天線結構的高度為少於25mm,最好是20mm,是很重要的,因為如上所討論,在公共 道路上(或接近公共道路)負責授權安裝及/或使用任何形式的設備(或任何種類的物體)的政府和管理當局,常高度保守。因此高度謹慎准許安裝及/或使用先前還沒使用過在公共道路上的新類型或形式的設備,尤其如果新設備的形式(即,大小及/或形狀及/或一般形態或外觀等)是不熟悉的、非傳統的或不同於先前已經被授權使用的類型或形式的設備。不過,在這方面,在大部分的國家/管轄區域,負責授權安裝和使用道路上的設備的管理當局已經准許安裝和使用傳統的逆向反射(“貓眼”)道路標誌,像描述於第9和10圖,以及這些的使用極廣泛。很重要地,這些傳統的逆向反射道路標誌的高度典型約25mm。因此,目前說明的RFID讀取器天線結構將具有不大於(或可能少於)廣泛授權使用、普遍接受的高度和使用的傳統的逆向反射道路標誌的高度。
應注意的是,對車輛沿著道路行駛的方向的平行方向中,保護罩/拱頂62的總長度常大大地比像第9和10圖所示傳統的逆向反射(“貓眼”)道路標誌在這方向中的典型長度長(典型上幾倍長)。不過,對車輛沿著道路行駛的方向的垂直方向中(即,橫越道路的方向),保護罩/拱頂62的總寬度將大約相同(或可能較小)於傳統的逆向反射(“貓眼”)道路標誌的寬度。而且很重要地,根據迎面而來的車輛(或車輛的駕駛者)的觀點,是道路上物體的寬度(即,橫越道路的方向中的大小),以及高度,決定那物體的外觀尺寸(即,是道路上物體的寬度和高度主要決定於根據迎面而來的車輛的觀點物體顯得多大)。物體的長度在平行於車輛行駛方向的方向中,對於提供迎面而來的 車輛的駕駛者正確評估他們在道路上正接近的物體的大小,一般不重要得多,以及事實上假使觀看角度涉及當駕駛者從離開物體一段距離看物體,駕駛者可能甚至不能充分正確評估到物體在平行於車輛行駛方向的方向中多長。因此,即使本實施例中決定根據迎面而來的車輛的觀點的其明顯大小的天線結構的保護罩/拱頂62,比傳統的逆向反射道路標誌長,然而對駕駛者這不重要得多(且可能甚至沒被注意到),駕駛者將根據其寬度和高度理解物體(保護罩62)的大小,根據此,比起(他們絕對習慣看到和開過去的)傳統的逆向反射道路標誌,它(保護罩62)在大小和形狀上將顯得實質上很少或無不同。
換句話說,在目前說明的實施例中,安裝RFID讀取器天線結構,以使矩形RFID讀取器天線結構的一短邊緣(即,與蓋的L1尺寸平行的一邊緣)指向沿著道路往上/往下。因此,根據接近RFID讀取器結構的車輛(及其駕駛者)的觀點,車輛(及其駕駛者)會”看到”的是短邊(尤其保護罩62的短邊)。因為以上討論的理由,即使對於蓋64的特定長度(L2,根據天線運轉頻率決定),天線仍然可以用(L1)變化。不過,預期蓋64的寬度(L1)常少於100mm,且常少於90mm(期望典型約75mm到80mm的寬度)。如同從第12、13圖可見,保護罩/拱頂62的寬度平行於蓋的L1尺寸將稍微大於蓋的L1尺寸。這是因為拱頂62兩邊往L1方向延伸超過且突出蓋64(事實上拱頂62在各個方面突出蓋)。然而,如果假設蓋64的寬度是80mm且拱頂62在任一邊L1尺寸中延伸超過此20mm,這表示接近車輛”所見”(即,根據接近車輛的觀點)RFID讀取器天線結構的總寬度將約120mm。 這,再一次,大約與廣泛授權使用、普遍被接受和使用傳統的逆向反射道路標誌的寬度相同。
當接近時車輛”看到”的結構的邊緣,即,拱頂62的前向邊緣是直線邊緣(即,根據迎面而來的車輛的觀點,這邊緣一直線延伸橫越道路)也很重要。這很重要,因為這是實際上非常不同於,例如,上述專利申請’994先前提出的替代的RFID讀取器天線,是具有全圓形平面形狀的RFID讀取器天線結構。結果,就以上專利申請’994先前提出的RFID讀取器天線結構來說,當沿著道路接近車輛會”看到”的結構的邊緣是彎曲的,而非直線邊緣。而且,事實上,就專利申請’994先前提出的RFID讀取器天線結構來說,一旦開過天線結構,車輛的車輪/輪胎首先撞擊/接觸的結構邊緣,也(自然地)是彎曲的而非直線的邊緣。對於車輛,例如轎車、卡車等,這不會被認為是重大的問題。不過,至少認為這可能對車輛例如摩托車、腳踏車等造成困難,被察覺對它們有危險,如果車輛的前輪將要在輕微角度撞擊彎曲邊緣(即,在一個角度而非對邊緣完全”直接在上”),這可能引起車輛前輪被撞離路線,潛在性導致意外和受傷。不過,在目前所述實施例中的天線結構中,這問題被解決了或有討論餘地的,因為當接近時車輛”看到”的結構邊緣(即,保護罩62的前向邊緣)是延伸直接橫越道路的,完全直線邊緣,於是再一次,天線結構在本實施例中,應被認為在道路上引起的危險不超過普遍被接受和被使用(且被視作不造成不能接受的風險)類型的傳統的逆向反射道路標誌。
再者,從第11、12、13、14圖可以看出,拱頂62, 直線沿著它們的長度,不只是直線、垂直的邊。更確切地說,拱頂62的各邊至少有上部(且這典型地延伸超過拱頂的一半高度),向下和向內傾斜。一般應是拱頂62延伸超過和突出天線的其他元件的量足夠允許傾斜部分具有相對於底板/地平面/道路的平面約45°或更少的傾斜。這(與限定在25mm或更少的高度一起)可以幫助容許轎車或其他道路行走車輛的輪胎滾過上述元件沒有過度顛簸或衝擊。而且再次,拱頂62的上部面的傾斜角度相似於傳統的逆向反射道路標誌上普遍被接受和被使用(且被視作不造成不能接受的風險)的傾斜角度。又,如上述提及,除了幫助轎車或其他道路行走車輛的輪胎滾過上述元件沒有過度顛簸或衝擊,尤其保護罩62的長側邊緣的傾斜部分的攻角角度(即,傾斜角度),以及沿著長邊的材料厚度以及做成保護罩62的材料的介電質值,可以實現天線輻射圖案中最大增益路徑的仰角以及最大增益路徑上方和下方的輻射分佈。
請注意,提議的聚碳酸酯或乙縮醛等,可能是特別適合使用在製造保護罩62的材料,在這方面沒暗示絕對的限制。確實,有潛在性一系列其它結構性堅固且介電適合的材料也可以使用,而且的確可以使用這些其之中任一。
不限制前述,已經提及為什麼選擇聚碳酸酯作為做成保護罩/拱頂62的一可能材料的理由,是由於這材料的強度(在其它基本退化上還有其耐久性、硬度、抗UV性),結果因而可以提供保護給蓋64以及覆蓋的天線的其它元件。不過,使用聚碳酸酯可以有附加的好處,這材料可以做成透明或半透明或至少稍微允許光穿透。這可能有益的原因,是因為包括在可 以提供在RFID讀取器內或作為部分的RFID讀取器的其他電子零件或元件內,可以有結合光的一或更多元件,LED之類而且照明時從RFID讀取器外面,甚至從離開RFID讀取器一段距離(尤其晚上或低照度條件下)也看得見。可以收藏這些光或LEDs(或當然其他電子元件)進入可能(有時)留在蓋64的上表面和拱頂62的內面之間的小空間內,或它們被安裝在形成於拱頂上一或更多周邊部分中的凹洞或缺口內,即水平高出已經說明的其他天線元件。無論如何,可以使用如此的光線或LED,例如,提供關於RFID讀取器或個別的零件的目前操作狀態或其功能之指示。例如,作為一簡單例,可以提供紅光/LED,在聯結RFID讀取器的操作的錯誤或故障或警告(即有元件故障或電力供應失效或中斷,或”幾乎空的”電池或備用電池等)的情況下”打開”。不過,可以包含(但從外面看得到)在RFID讀取器內的如此的燈、LED之類也可以用於一系列的其他目的。例如,因為RFID讀取器在這些應用中位於道路表面上(即車輛行駛的道路表面上且車輛駕駛者沒仔細注意),RFID讀取器中也可以使用LED或燈提供發信號給車輛的各種形式。例如紅或綠燈可以用於指示車道對車輛行駛開放或封閉,或用於指示車道中允許的行駛方向(這最後可能有用,例如在實施促進車輛行駛在特定車道內在不同時段往不同方向的”潮水式行車(tidal flow)”交通管理的地方,幫助調節大量的交通流量在不同時段往一方向或其它)。也可以是其他可能用途,例如,可以用閃光提供警告給道路使用者沿著道路更往向下即將來臨的事件或危險。或者,可以提供紅、黃及綠信號在位於就在具有交通號誌燈的 道路交叉口前的RFID讀取器內,以及可以即刻/同步以及相應地隨著交通號誌燈的信號中的變化改變RFID讀取器內的紅、黃及綠燈。在RFID讀取器內的任何燈或LED的照明或放射的光信號對攝影機或其他成像裝置也可以”看得到”以及可察覺,例如位於道路邊並用於執法或交通管理目的的那些裝置。也將理解對於可能提供在RFID讀取器內或作為部分的RFID讀取器的燈、LED之類以上提及可能的用途只是範例且可能對此有許多其他用途或應用。
在罩62取而代之以像例如不一定透明或半透明的乙縮醛(acetal)做成的情狀下,仍可以在罩62內提供光導,以仍然允許LED等以與上述相似的方式使用。
現在要注意第14圖是結合第11、12、13圖中未顯示的提出的天線以及其它RFID讀取器設備的示意圖。也應注意,從一開始第14圖描繪的情況,其中至少RFID讀取器的一些部分和其他關聯的設備位於道路表面的高度或之下,而其它部分(尤其以上已詳細描述關聯天線的零件)位於道路表面的高度或之上。以及將容易理解的是,第14圖是側面剖面圖,因此可以看見位於道路表面高度之上及之下兩方的RFID讀取器的部分以及其它聯結的設備。第14圖所示RFID讀取器的特別零件和電子器件將不在此詳細討論,不過這些實質上與關聯較早專利申請’994中所述的RFID讀取器的零件與電子器件相同(或至少相似)。
第14圖描繪的情況其中關聯RFID讀取器的至少一些(而且在那情況下大部分的)零件與電子器件,埋在道路高度 之下,在天線下方。可清楚理解關於各種零件和電子器件以及如何及在哪裏安裝它們,並沒有任何限制的暗示。因此,RFID讀取器相關聯的零件及電子器件不一定需要埋在讀取器天線下。確實,在其它實施例中,關聯RFID讀取器的電子器件可以取而代之位於(假設)道路邊,並以安裝進入最初切入道路然後安裝電纜後被覆蓋的小插槽或通道的金屬線或電纜連接至位於道路(或車道)中央的天線。
在此其他某處討論RFID讀取器,以及這包括結合目前提出的天線結構的讀取器,可以使用於不只是”雙向”資料交換還有”單向”(或像雷達)資料交換。更進一步解釋”單向”資料交換,對於車輛偵測的目地可能有用。目前提出的RFID讀取器可以利用此,尤其,因為雙向通訊需要的功率數比單向通訊大得多。因此,可以使用”單向”資料交換達到車輛偵測,例如,藉由致能RFID讀取器在低功率單向通訊模式中運轉正常,以幫助最小化功率消耗,然後當車輛實際上被單向資料交換偵測到出現時,只有當要求需要實際的/確定的車輛辨識時,只要(藉由打開需要此的RF通訊設備)轉換至較高功率雙向通訊模式。RFID讀取器設備內工作週期最好如此,為的是數毫秒內就可以打開雙向資料交換需要的高功率RF通訊設備,因此當離天線假設6m(米)即使只是偵測到車輛,延遲打開高功率RF設備的時間不應妨礙經由RFID(”雙向”資料”交換)正常辨識,尤其車輛以正常道路速度移動。當需要時只是使用雙向通訊需要的較高功率電位,除了節省功率,還幫助降低RFID讀取器中發熱及過熱的風險。
在動力發動天線(以及結合或RFID讀取器相關聯的其他電子元件)方面,這可以用任何方法完成。例如,使用感應環線(induction loop)或直接連接一或更多運載電流(功率)電纜至RFID讀取器結構。如此的電流(功率)電纜可以安裝在道路中形成的淺插槽(shallow slot)或溝(trench)(例如,切入(cut)/掘入(dug)道路中然後在鋪設電纜後覆蓋)。
以及,RFID讀取器和其他電腦或與RFID讀取器分離或RFID讀取器的外部裝置之間的通訊和資訊轉換可以被達成,而且再次,這可以用任何適合的方法完成。由於凹凸不平的環境和“道路上”應用中安裝的耐久(或至少半耐久)本質,只連接電纜(像乙太網電纜之類)可能經常不適合達到資料轉換。不過,可以使用其他傳統無線通訊方法(例如,WiFi、藍牙等),或如果RFID讀取器以電纜線發動,那麼也可以使用傳統的”基於功率的資料”方法通訊。雖然使用無線通訊方法,例如Wi-Fi或藍牙,但可能需要附加的天線支持這方法。如此的天線可以結合RFID讀取器的拱頂內某處。
參考第16和17圖,根據本發明實施例這些提供天線產生的輻射圖案的”形狀”的圖示。注意第16和17圖中表示的輻射圖案係利用數學模型產生;不過,根據相同於第11到15圖中描繪的實施例,從實際原型天線取得的實際測量,出現證實根據本發明實施例的數學模型表示實際(真實世界)天線的準確性。
首先參考第16(i)圖,這是使用於數學建模一特別天線中節點的幾何形狀圖表(即,”線框(wireframe)”顯像化), 以及第16(ii)-(vii)圖中的輻射圖案表示係從這特別數學模擬產出。注意沒有實際顯示圖形表示天線的地平面於第16(i)圖中;然而,這不是是說在數學模型中沒有表示地平面。無論如何,根據第16(i)圖將很容易理解數學模型中節點的幾何形狀(如”線框”顯像化中所表示),如何對應地模擬特別的天線中被支撐在四個分別的角落支柱63上的矩形(L1 x L2)蓋元件64的幾何形狀。
在剩餘的第16圖中:-第16(ii)和16(iii)圖是模擬天線的輻射圖案的圖形表示的平面形狀圖(即,直接從上方”由上往下”視圖),如果這些視圖中模擬的天線被認為設置於車道中央道路的表面上,車道上車輛通行的方向將是水平從右到左(或從左到右);-第16(iv)和16(v)圖是模擬天線的輻射圖案的圖形表示終端圖,即,好像看著天線的輻射圖案,在車輛通行方向中沿著道路/往下的方向;以及-第16(vi)和16(vii)圖是模擬天線的輻射圖案的圖形表示側面圖,即,假使看著天線的輻射圖案,在橫越道路的方向中垂直於車輛通行方向。
如同第16圖中的各種視圖說明,模擬天線的輻射圖案具有比沿著道路/往下更延伸橫越道路的形狀(或更往道路上車輛通行方向垂直的方向)。換句話說,在橫斷通過道路比沿著道路,天線放射更多能量或更大能量密度。並且如以上背景章節中所說明的,這可能有的效果是,作為車輛的RFID標籤天線輻射圖案和RFID讀取器天線輻射圖案(其輻射圖案被描繪 在這些圖中)的幾何形狀的結果,以及作為兩者間交互作用的結果,有效讀取地帶應,例如,覆蓋車道的全寬度,如第7(ii)圖所示,不論(再次,如上述討論的)車輛標籤天線的輻射的任何增加的方向性。
轉到第17(i)圖,類似於第16(i)圖,這是使用數學模型建立一特別天線中節點的幾何形狀圖表(即,”線框”顯像化),以及第17(ii)-(iii)圖中輻射圖案係表示從這特別數學模擬產生。然而,注意第17(i)圖表示的實際節點的幾何形狀不同於第16(i)圖表示的幾何形狀是非常重要的事情。更具體地說,第17(i)圖中,模擬蓋元件64利用的形狀/幾何形狀,如其矩形形狀的長:寬(即,L1:L2)比所定義,不同於第16(i)圖中模擬蓋元件64利用的形狀/幾何形狀。於是,第17(i)圖顯示其中模擬的特別的天線以及表示在另一圖的其輻射是第17圖具有對第16圖中模擬和表示的天線有不同的幾何圖形,而且這就是為什麼描繪於第17(ii)-(iii)圖輻射圖案形狀不同於描繪於第16(ii)-(iii)圖輻射圖案形狀。而且確實,第16圖與第17圖的比較,提供可以改變本天線的幾何形狀(以及尤其天線的矩形蓋元件相對的長:寬比)以改變天線產生的輻射圖案的方法示例。第17圖提供的特別例中,其中模擬的特別天線具有比第16圖中模擬的特別天線薄(即,L1尺寸較窄)的蓋元件,並且幾何形狀改變的結果(至少簡單地說)引起天線輻射圖案更延伸橫越道路(或更往車輛在道路行駛的方向的垂直方向)以及比較上更少沿著道路往下。
要注意的重點是,在第16及17圖兩圖中的模擬中, 輻射圖案有位於蓋元件的幾何形狀上方的”零位(null)”(或至少虛擬的/有效的零位)-這在第16(ii)和17(ii)圖中可以看得最清楚。這很重要的理由是因為表示在任何輻射狀方向中朝內往天線中心移動,天線輻射圖案的全部形狀有效地”彎曲落下(curves over)”(或輻射圖案中能量密度有效地衰減)接近這幾何形狀中心/零位位置。以及這效果是天線在垂直朝上方向中發射的能量總量受限制,為了防止例如來自車輛下面的致盲反射(如同其他處已討論),這很重要。
另一點要表明的是,可以描述天線的輻射圖案為往一方向比沿著道路/往下的另一方向更延伸(即,更橫越道路(或更往道路上車輛通行方向的垂直方向),而且第16及17圖中各種視圖可以顯示輻射圖案因此具有一般橢圓形狀,事實上(即,實際上)輻射圖案並不真的具有任何明確的邊緣或邊界。因此,說某物在天線的輻射圖案內或外是不正確的。天線的輻射圖案(至少在理論觀念上)實際往所有方向延伸進入圍繞天線的所有空間區域(理論上無限遠-即輻射圖案理論上不曾停止或結束)。不過,隨著離天線的距離增加,天線放射的輻射強度(或能量密度)(非常快速地)下降或變得較低,天線也不往所有方向輻射具有相同/相等密度或密度的能量出去。相反地,天線輻射的能量在一些方向強烈得多且在其他方向少強烈很多。因此,天線輻射圖案的表面上橢圓形狀有關(或發生作為部分結果)朝外延伸進入圍繞天線的3維空間的區域,其中天線輻射的能量密度最大(即,橢圓的長軸一般相當於天線放射具有最大密度能量的方向-但詳見以下更進一步的討論橢圓形狀的邊緣/邊 界)。
接著上述,當理論上可以考慮天線輻射圖案無限延伸,然而因為數位電子器件的本質,天線的輻射圖案內有(或可以說有)邊緣或邊界,(在這種情況下)可能被想到作為界定輻射圖案橢圓形狀的外邊緣或邊界。這邊緣或邊界無論如何不是輻射圖案本身的特徵,因為以上論述的原因。當然這邊緣或邊界變成界定為天線(作為RFID讀取器天線)發射的能量以及RFID標籤與(RFID讀取器)天線交換資訊的操作之間關係的結果。更明確地,上述邊緣或邊界在(RFID讀取器)天線輻射圖案內採用其形狀(即,橢圓的表面形狀,例如在這種情況下如同圖中所描繪)以及在3維空間中以點的軌跡界定,其中(RFID讀取器)天線發射的能量密度變成大得足夠與在(RFID讀取器)天線輻射圖案內的RFID標籤通訊。參考所謂被動RFID標籤以方便解釋,雖然清楚理解本發明絕不受限於只用於被動RFID標籤(即,發明也可以用於所謂的主動RFID標籤以及任何形式的RFID標籤)。被動的RFID標籤是不包含它自己的電池或其他電源的RFID標籤。取而代之,被動的RFID標籤是本身(即,標籤天線還有所有標籤的操作電子器件)由RFID讀取器天線發射的能量供電。現在,因為數位電子器件的本質,將會需要某最小的電源量,為了操作指定的被動RFID標籤(例如,致能標籤導通電源並利用它自己的天線傳送信號回到RFID讀取器天線等)。當然,無論如何,需要操作不同被動的RFID標籤的電量可能不同(注意被動的RFID標籤需要導通電源以及操作的電量常被形容為標籤靈敏度)。因此,一些具有低靈敏度的被動的RFID標 籤在它們可以啟動和運轉等之前可能需要更多功率,所以這些可能需要更接近RFID讀取器天線(天線發射的能量密度較大之處),為了操作並與RFID讀取器天線通訊。另一方面,具有較高靈敏度的其他被動的RFID標籤可能需要較低功率以開啟並操作,因此它們能夠離RFID讀取器天線更大的距離開啟並操作。重點是,這個結果,輻射圖案內上述的邊緣或邊界(即,輻射圖案的橢圓的表面形狀,在此情況下在3維空間中),由點的軌跡界定,其中天線發射的能量密度變得大得足以使RFID標籤能與RFID讀取器天線通訊實際上不固定。當然,其位置(即,邊緣或邊界離天線多遠),假設天線發射的能量數維持固定/設定,取決於RFID標籤的靈敏度。因此,本發明的上下文中,天線的輻射圖案的橢圓大小(即,橢圓多”大”和天線的大小有關),假設從RFID讀取器天線輸出的設定功率,對於較靈敏的標籤較大以及對較不靈敏的標籤較小。
不過,還有一點要表明的是,當實施本發明時,車牌上使用的RFID標籤(不論是否是被動的RFID標籤或其他標籤)應具有靈敏度,使”需要的讀取地帶”(在其內RFID讀取器一定能夠與安裝車牌上的RFID標籤通訊,如果車輛標籤在上述區域內)、其大小和形狀,參考上述第1和5圖的說明,落入天線輻射圖案的橢圓內。換句話說,RFID讀取器天線輸出的功率還有通訊中車牌上RFID標籤的靈敏度也應是上述需要的讀取地帶沒有任何部分位於天線輻射圖案的橢圓的邊緣或邊界之外。
第18圖係根據發明的另一可能實施例,第18(i)a圖 和第18(i)b圖圖解表示由天線(薄脆餅形天線)產生的輻射圖案形狀。第18(ii)圖和第18(iii)圖圖解表示由同一(薄脆餅形)天線產生的輻射圖案的形狀與由另一種類型的(蘑菇形)天線產生的輻射圖案的形狀的比較示意圖,對應專利申請’994中說明的天線類型。更明確地說明,第18(i)a圖係具有20mm P.E.S(polyethersulfone)雷達天線罩的薄脆餅形天線產生的輻射圖案形狀:仰角、長邊對短邊(elevation,long-side vs short-side)。第18(i)b圖係在方位角平面仰角5度產生的輻射圖案形狀。第18(ii)圖係具有20mm P.E.S雷達天線罩的薄脆餅形天線產生的輻射圖案形狀:仰角、長邊對蘑菇(elevation,long-side vs mushroom)。第18(iii)圖係具有20mm P.E.S雷達天線罩的薄脆餅形天線產生的輻射圖案形狀:仰角、短邊對蘑菇(elevation,short-side vs mushroom)。因此,為了理解第18(ii)和(iii)圖中的跡線(trace)1和跡線2所示的內容,須注意的是本發明的天線的輻射圖案形狀是橢圓的(elliptical)(見第16和17圖)。然而,為了比較的目的,第18(ii)圖及第18(iii)圖還描繪了早期的“蘑菇(mushroom)”天線設計的輻射圖案形狀-這種早期的“蘑菇狀”天線設計已在專利申請'994中描述。較早的“蘑菇”天線的輻射圖案形狀是對稱的(當俯視時是圓形的)。考慮到這一點,可以理解的是,在第18(ii)圖中,跡線1定義了當前天線的輻射圖案的橫截面的一部分的形狀,為了比較的目的,跡線2示出了早期“蘑菇”天線相同的部件形狀的輻射方向圖的橫截面。除了第18(iii)圖中的輻射方向圖的橫截面形狀取在不同的平面(Z-X或Z-Y平面中的另一個)之 外,其在第18(iii)圖中通常是相同的。
本說明書和申請專利範圍中(即使有),包含其衍生字”comprises(包括)”和”comprise(包括)”的用字”comprising(包括)”,包含每一敘述的整體但不排除包含一或更多的整體。
這全部說明書提到”一(one)實施例”或”一(a)實施例”,表示說明有關實施例的特定的特徵、結構或特性包括在至少本發明的至少一實施例內。於是,在各種地方出現用詞”一(one)實施例中”或”一(a)實施例中”不一定全指相同的實施例。又,可以以任何適合的方式在一或更多的結合中結合特定的特徵、結構或特性。
根據法令,對於結構或方法特徵已經以術語多少明確說明此發明。要理解此發明不限於顯示或說明的特定特徵,因為在此說明的方法包含實施此發明的最佳形式。因此,在熟知此技藝者適當詮釋的附屬項(即使有)的適當範圍內以其任何形式或修正,主張此發明。
61:底板
62:保護罩(拱頂)
63:支柱
64:蓋
65:凹處
66:支撐塊料
67:饋電導體/接腳
L1(Lacross):第1蓋元件尺寸(蓋元件的第1尺寸)
L2(Lalong):第2蓋元件尺寸(蓋元件的第2尺寸)

Claims (21)

  1. 一種天線,用於通訊裝置,上述天線具有包括一地平面和一蓋元件的一結構,其中:上述蓋元件是導電性的且大體上平坦的,其中,上述蓋元件具有互相垂直的第1尺寸和第2尺寸,上述蓋元件的第1尺寸小於上述蓋元件的第2尺寸;其中上述地平面是導電性的且大體上平坦的,其中,上述地平面具有第1尺寸和第2尺寸,其中:上述地平面的第1尺寸平行於上述蓋元件的第1尺寸,並且上述地平面的第2尺寸平行於上述蓋元件的第2尺寸;上述地平面的第1尺寸大於上述蓋元件的第1尺寸,以及上述地平面的第2尺寸大於上述蓋元件的第2尺寸;以及上述蓋元件導電性地連接至上述地平面,而且與上述地平面間隔開,使得上述蓋元件與上述地平面之間存在空間;其中,上述結構被配置為使得在電流被輸送到上述蓋元件時,上述蓋元件和上述地平面之間的空間沿著上述蓋元件的第2尺寸比沿著上述蓋元件的第1尺寸輻射或發射更多能量,以及上述天線是中心饋電(fed)的。
  2. 一種用於通訊裝置的天線,上述天線具有包括一地平面和一蓋元件的一結構,其中:上述蓋元件是導電性的且大體上平坦的,其中,上述蓋元件具有互相垂直的第1尺寸和第2尺寸,上述蓋元件的第1尺 寸小於上述蓋元件的第2尺寸;上述地平面是導電性的且大體上平坦的;上述地平面的大小大於上述蓋元件的大小;上述蓋元件導電性地連接至上述地平面,而且與上述地平面間隔開,使得上述蓋元件與上述地平面之間存在空間;其中,上述結構被配置為使得上述蓋元件和上述地平面之間的空間沿著上述蓋元件的第2尺寸比沿著上述蓋元件的第1尺寸輻射或發射更多能量,以及上述天線是中心饋電(fed)的。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中,上述蓋元件平行於上述地平面。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中,由上述天線輻射/發射的能量從上述蓋元件和上述地平面之間發出。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中,由上述天線輻射/發射的能量從上述地平面和上述蓋元件的沿上述蓋元件的第2尺寸的方向延伸的邊緣之間發出,其中,沒有能量從上述地平面和上述蓋元件的沿上述蓋元件的第1尺寸的方向延伸的邊緣之間輻射/發射。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中上述通訊裝置是一可操作使用在包含道路車輛偵測及/或辨識的一應用中的一RFID讀取器,並且其中,在上述RFID讀取器的配件和元件中,至少上述天線的上述地平面可以操作以被安裝在上述道路的表面上。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中,上述蓋元件大 體上係矩形,具有尺寸L1×L2,L1是上述蓋元件的第1尺寸,L2是上述蓋元件的第2尺寸,其中,由上述天線輻射/發射的能量/輻射從上述地平面和大體上係矩形的上述蓋元件的沿上述蓋元件的第2尺寸L2的方向延伸的長邊緣之間放射,其中,沒有能量/輻射從上述地平面和大體上係矩形的上述蓋元件的沿上述蓋元件的第1尺寸L1的方向延伸的短邊緣之間輻射/放射。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中上述蓋元件的第1尺寸與上述蓋元件的第2尺寸成一因數f的比例,其中0.3
    Figure 107118498-A0305-02-0080-17
    f
    Figure 107118498-A0305-02-0080-18
    0.75。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中,上述蓋元件的第2尺寸大約是由一配對因數x調整一半的上述天線的運轉信號波長(λ)所得,其中,上述配對因子x高達上述天線的轉信號波長的20%,其中,上述天線的運轉信號約頻率800MHz到1GHz,以及往上述蓋元件的第2尺寸的方向上延伸大約90mm與260mm之間,其中,上述天線的運轉信號約頻率800MHz到1GHz,並且在上述蓋元件的第1尺寸的方向上延伸大約27mm與195mm之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的天線,其中,上述天線的運轉信號約頻率920MHz,並且在上述蓋元件的第1尺寸的方向上延伸大約75mm,並且在上述蓋元件的第2尺寸的方向上延伸大約180mm。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中上述蓋元件以一或多個導電性支撐構件與上述地平面間隔開,上述蓋元件 與上述地平面間隔開的一距離由上述一或多個導電性支撐構件的長度限定,其中,上述距離係對應於上述天線的運轉信號波長(λ)除以一因數h,其中10
    Figure 107118498-A0305-02-0081-19
    h
    Figure 107118498-A0305-02-0081-20
    35。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中上述地平面包括一底板,而且上述蓋元件與上述底板間隔開並與上述底板平行,使得上述蓋元件和上述地平面之間的空間對應於上述蓋元件和上述底板之間的空間,其中,上述蓋元件與上述底板由剛性且導電的材料形成,其中,上述底板大體上平坦的,並且上述底板比上述蓋元件大,但比上述地平面小。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,其中一填充物或支撐材料被提供在上述地平面和上述蓋元件之間的空間中。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述的天線,更包括一保護罩。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的天線,其中,上述保護罩接觸上述地平面,且在上述蓋元件上方延伸以保護上述蓋元件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的天線,其中,上述保護罩自始至終圍繞上述蓋元件與上述地平面接觸,並且上述蓋元件以及上述地平面和上述蓋元件之間的空間被封閉在上述地平面和上述保護罩內。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的天線,其中上述保護罩作用為一雷達天線罩。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的天線,其中上述保護罩能夠操作以協助上述地平面降低上述天線的輻射圖案。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的天線,其中上述保護罩具有 一或多個邊緣,上述一或多個邊緣從上述地平面延伸至上述蓋元件,其中,上述保護罩的上述一或多個邊緣具有至少一個成斜坡的部分,以協助降低接觸上述保護罩或在上述保護罩上滾過的車輛輪胎或其他類似物的影響或衝擊。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的天線,其中,上述保護罩的上述一或多個邊緣是筆直的。
  21. 一種RFID讀取器,結合或可操作與申請專利範圍第1-20項中任一項所述的天線一起使用。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110622355B (zh) * 2017-05-30 2022-02-11 莱森西斯澳大利亚私人有限公司 天线
CN111244622B (zh) * 2020-01-17 2021-04-06 浙江大学 一种新体制的pcb集成电扫描天线
IL276204B (en) * 2020-07-21 2021-02-28 Gur Arie Einav Traffic lane alert system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050110627A1 (en) * 2003-10-02 2005-05-26 Emag Technologies, Inc. Antenna system embedded in a support structure for interrogating a tire sensor transponder
US20050122265A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 International Business Machines Corporation Apparatus and methods for constructing antennas using vias as radiating elements formed in a substrate
WO2015157814A1 (en) * 2014-04-14 2015-10-22 Licensys Australasia Pty Ltd Vehicle identification and/or monitoring system
WO2016008004A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-21 Licensys Australasia Pty Ltd An antenna

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2870940B2 (ja) * 1990-03-01 1999-03-17 株式会社豊田中央研究所 車載アンテナ
US5757326A (en) * 1993-03-29 1998-05-26 Seiko Epson Corporation Slot antenna device and wireless apparatus employing the antenna device
US5594455A (en) * 1994-06-13 1997-01-14 Nippon Telegraph & Telephone Corporation Bidirectional printed antenna
US5966102A (en) * 1995-12-14 1999-10-12 Ems Technologies, Inc. Dual polarized array antenna with central polarization control
AU748232B2 (en) * 1998-02-20 2002-05-30 Qualcomm Incorporated Substrate antenna
WO2000021031A1 (en) * 1998-10-06 2000-04-13 Intermec Ip Corp. Rfid tag having dipole over ground plane antenna
JP2002530908A (ja) * 1998-11-17 2002-09-17 ザーテックス・テクノロジーズ・インコーポレイテッド 一体的放射器/接地平面を有する広帯域アンテナ
EP1338058B1 (en) * 2000-10-26 2006-06-14 Advanced Automotive Antennas, S.L. Integrated multiservice car antenna
FI113586B (fi) * 2003-01-15 2004-05-14 Filtronic Lk Oy Sisäinen monikaista-antenni
FI118748B (fi) * 2004-06-28 2008-02-29 Pulse Finland Oy Pala-antenni
US7298333B2 (en) * 2005-12-08 2007-11-20 Elta Systems Ltd. Patch antenna element and application thereof in a phased array antenna
RU2424606C1 (ru) * 2007-07-24 2011-07-20 ПЕППЕРЛ + ФУКС ГмбХ Шлицевая антенна и способ идентификации частоты радиоволн (rfid)
EP4224283A3 (en) * 2008-08-04 2023-08-30 Ignion, S.L. Antennaless wireless device capable of operation in multiple frequency regions
FI20105158A (fi) * 2010-02-18 2011-08-19 Pulse Finland Oy Kuorisäteilijällä varustettu antenni
US20120038520A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Kaonetics Technologies, Inc. Omni-directional antenna system for wireless communication
US9450311B2 (en) * 2013-07-24 2016-09-20 Raytheon Company Polarization dependent electromagnetic bandgap antenna and related methods
US9323877B2 (en) * 2013-11-12 2016-04-26 Raytheon Company Beam-steered wide bandwidth electromagnetic band gap antenna
US10547103B2 (en) * 2016-12-19 2020-01-28 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Size-adjustable antenna ground plate
EP3367504B1 (de) * 2017-02-27 2019-01-23 Sick AG Antenne für eine rfid-lesevorrichtung und verfahren zum senden und/oder empfangen von rfid-signalen
CN110622355B (zh) * 2017-05-30 2022-02-11 莱森西斯澳大利亚私人有限公司 天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050110627A1 (en) * 2003-10-02 2005-05-26 Emag Technologies, Inc. Antenna system embedded in a support structure for interrogating a tire sensor transponder
US20050122265A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 International Business Machines Corporation Apparatus and methods for constructing antennas using vias as radiating elements formed in a substrate
WO2015157814A1 (en) * 2014-04-14 2015-10-22 Licensys Australasia Pty Ltd Vehicle identification and/or monitoring system
WO2016008004A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-21 Licensys Australasia Pty Ltd An antenna

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RU2019125648A (ru) 2021-06-30

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