KR100641636B1

KR100641636B1 - 이중편파 안테나 및 ｒｆｉｄ 리더기

Info

Publication number: KR100641636B1
Application number: KR1020050077357A
Authority: KR
Inventors: 최원규; 성낙선; 표철식; 채종석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2006-11-02
Also published as: KR20060064500A

Abstract

본 발명은 4개의 역에프형 방사체를 이용하여 구현한 이중 편파 안테나와 이를 구비한 RFID 리더기에 관한 것이다.

본 발명은 이중 편파 안테나에 있어서, 접지판, 상기 접지판 상에 설치된 4개의 역 에프형 방사체를 포함한다. 상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제1, 제2 역 에프형 방사체에는 상호간에 동위상의 전류가 급전된다. 상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제3, 제4 역 에프형 방사체에는 상호간에 역위상의 전류가 급전된다. 상기 4개의 역 에프형 방사체는 상호간에 90도의 각도를 형성한다. 상기 제1, 제2 역 에프형 방사체는 수직 편파의 전파를 방사하고, 상기 제3, 제4 역 에프형 방사체는 수평 편파의 전파를 방사한다.

본 발명은 4개의 역-에프 방사체를 이용하여 직교성이 우수하면서 격리도 특성이 높아 리더기와 태그간의 전송거리를 늘리고 전송거리내에서는 통신품질을 향상시킨다. 또한, 본 발명은 격리도가 우수하면서도 설계 및 제작의 자유도를 가지는 안테나 제작이 가능하다.

역 에프형, PIFA, RFID, 리더, 안테나

Description

이중편파 안테나 및 ＲＦＩＤ 리더기{Dual Polarization Antenna and Radio Frequency Identification Reader}

도 1은 종래의 이중편파 안테나의 사시도;

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 편파 안테나의 사시도;

도 3은 도2의 안테나에서 급전선로를 구체적으로 도시한 도면;

도 4는 도2의 안테나에서 수직편파용 안테나의 측면도;

도 5는 도2의 안테나에서 수평편파용 안테나의 측면도;

도 6(a)는 수직편파 포트에서의 정재파비를 나타내는 그래프;

도 6(b)는 수평편파 포트에서의 정재파비를 나타내는 그래프;

도 7은 수직편파 포트 및 수평편파 포트 간의 격리도를 나타내는 그래프;

도 8은 수직편파 입력신호에 대한 원거리에서의 빔 패턴도; 및

도 9는 수평편파 입력신호에 대한 원거리에서의 빔 패턴도이다.

본 발명은 이중 편파 안테나 및 이를 구비한 RFID 리더기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 4개의 역에프형 방사체를 이용하여 구현한 이중 편파 안테나와 이 를 구비한 RFID 리더기에 관한 것이다.

2개의 편파특성을 갖는 전자파를 방출하는 이중편파 안테나는 포트간 상호 직교특성을 가져야 한다. 일반적으로, 이중 편파 안테나는 입력 정재파비가 1.5 이하, 그리고 수직 및 수평 편파 포트간의 격리도는 25dB 이상의 조건을 만족시켜야 한다. 또한, 이중 편파 안테나는 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에서의 리더와 태그간의 무선통신 구간이 무지향성의 특성을 가지므로 3±1 dB의 이득을 가져야 한다.

종래의 이중 편파 안테나는 사각형이나 원형의 2개의 금속루프 각각이 상호 직교하는 편파를 갖는 전자파를 방출한다. 도 1은 종래 기술에 따른 이중 편파 안테나의 한 예이다. 접지판(1) 상에 두 개의 루프(2,3)가 형성되어 있다. 두 루프(2,3)는 서로 직교하게 위치하며, 서로 전기적으로 연결되지 않도록 약간의 다른 높이를 가진다. 두 루프(2,3)의 급전점(4,5)은 두 루프(2,3)와 접지판(1) 사이에 위치한다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 이중 편파 안테나는 전술한 이중편파 안테나에 요구되는 특성을 만족시키기 어려운 구조이다. 안테나의 중심부에서 전류가 흐르는 두 개의 루프(2,3)가 상호 교차하므로 방사체 상호간의 결합특성 즉 커플링이 발생하여 격리도 특성이 저하된다. 특히, 2개의 루프 사이의 격리도 특성이 보장되어 상호 직교성을 유지하기 위해서는 급전점이 특정한 위치에서만 가능하다(예를 들면, 급전점이 루프 사이에 위치).

따라서, 종래의 이중 편파 안테나는 격리도 특성이 낮아 리더기와 태그간의 통신링크에서 수신 전력의 저하로 인한 비트에러의 유발가능성이 커져서 통신거리가 제약되는 결과를 초래한다. 또한, 종래의 이중 편파 안테나는 설계 및 제작상의 자유도가 제한되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 직교성이 우수하면서 격리도 특성이 높아 리더기와 태그간의 전송거리를 늘리고 전송거리내에서는 통신품질을 향상시키는 이중 편파 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 설계 및 제작상의 자유도가 높은 이중 편파 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체에 급전하는 제1 급전선로의 급전 커넥터로부터 상기 제1, 제2 역 에프형 방사체까지의 급전 경로길이는 동일하다. 또한, 상기 제3, 제4 역 에프형 방사체에 급전하는 제2 급전선로의 급전 커넥터로부터 상기 제3, 제4 역 에프형 방사체까지의 급전 경로길이는 안테나의 반파장의 홀수배만큼 차이가 있다.

또한, 본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification) 리더기에 있어서, 접지판상에 설치된 4개의 역 에프형 방사체를 갖는 이중 편파 안테나, 이중 편파 안테나를 통해 RFID 태그로 RF 신호를 송신하는 송신부, 이중 편파 안테나를 통해 RFID 태그로부터 RF 신호를 수신하는 수신부와, 상기 송신되거나 수신된 RF신호를 처리하는 신호처리부를 포함한다. 상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제1, 제2 역 에프형 방사체에는 상호간에 동위상의 전류가 급전된다. 상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제3, 제4 역 에프형 방사체에는 상호간에 역위상의 전류가 급전된다. 상기 4개의 역 에프형 방사체는 상호간에 90도의 각도를 형성한다. 상기 제1, 제2 역 에프형 방사체는 수직 편파의 전파를 방사하고, 상기 제3, 제4 역 에프형 방사체는 수평 편파의 전파를 방사한다.

상술한 목적 및 특징은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른, 4개의 역 에프형 방사체를 이용한 안테나 의 사시도이다. 원형의 접지판(100) 상부에 제1, 제2, 제3, 제4의 역 에프형 방사체 4개(110,120,130,140)가 위치한다. 4개의 역에프형 방사체는 금속 스트립으로서 상호간에 90도의 각도를 유지한다. 대향하는 위치의 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)는 한 조를 이루어 수직 편파용 안테나를 구성한다. 또한 대향하는 위치의 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)는 한 조를 이루어 수평 편파용 안테나를 구성한다. 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)는 제1 급전선로(150)를 통하여 신호의 공급이 이루어진다. 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)는 제2 급전선로(160)를 통하여 신호의 공급이 이루어진다.

수직 편파용 안테나를 구성하는 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)에는, 제1 급전 커넥터(151)에서 인가된 전류가 제1 급전선로(150)를 통하여 상호간에 동위상으로 분배되어 전달된다. 수평 편파용 안테나를 구성하는 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)에는, 제2 급전 커넥터에서 인가된 전류가 제2 급전선로(160)를 통하여 상호간에 역위상으로 분배되어 전달된다.

본 발명에 따른 이중 편파 안테나의 중심에는 4개의 역 에프형 방사체(110,120,130,140)의 개방점이 형성되어 있다. 개방점에서는 전류가 0 이므로 방사체 상호간의 커플링의 강도가 약하게 나타나게 되어, 격리도 특성이 저하되는 것이 예방된다.

도3은 도2의 안테나에서 급전선로를 구체적으로 도시한 도면이다. 제1, 제2 급전선로(150,160)는 에어 스트립(Air Strip) 급전구조 형태로서, 접지판(100)과 일정거리만큼 이격되어 있다. 다수개의 플라스틱 지지 볼트(170)가 제1, 제2 급전선로(150,160)와 접지판(100)이 일정 거리를 유지할 수 있도록 사용된다. 또한, 제1, 제2 급전선로(150,160)가 상호 전기적으로 분리되도록 하기 위해서 제2 급전선로(160)에 점프된 급전 부분(162)이 형성되어 있다.

제1 급전선로(150)는 제1 급전 커넥터(151)를 통해 입력된 전류를 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)에 동위상으로 공급한다. 제1 급전 커넥터(151)로부터 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)까지의 경로 길이는 동일하다. 따라서, 제1 급전 커넥터(151)를 통해 입력된 전류는 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)에 동위상으로 공급된다.

한편, 제2 급전선로(160)는 제2 급전 커넥터(161)를 통해 입력된 전류를 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)에 역위상으로 공급한다. 제2 급전 커넥터(161)로부터 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)까지의 경로 길이는 소정의 길이만큼 차이가 있으며, 이러한 길이 차이를 적절히 조절하면 제2 급전 커넥터를 통해 입력된 전류는 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)에 역위상으로 공급될 수 있다. 즉, 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)까지의 경로 길이가 안테나 반파장 길이의 홀수배만큼 차이가 발생하면, 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)에 전류가 역위상으로 공급될 수 있다

도4는 도2의 수직편파용 안테나의 측면도이다. 제1 급전선로(150)의 일단에 연결된 제1급전판(111)의 급전점(111a)을 통해 전류가 제1 역 에프형 방사체(110)에 공급된다. 마찬가지로, 제1 급전선로(150)의 타단에 연결된 제2 급전판(121)의 급전점(121a)을 통해 전류가 제2 역 에프형 방사체(120)에 공급된다. 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)가 접지판(100)에 접하는 단락점(112,122) 근처에서, 전류는 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120) 상호간에 같은 방향 즉, 상향 수직 방향으로 분포하여 원거리에서의 수직성분의 전파는 상호 보강되는 효과를 갖는다. 반면에, 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)의 개방점(113,114) 근처에서, 전류는 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120) 상호간에 반대 방향으로 분포하여 원거리에서의 수평성분의 전파는 상호 상쇄되는 효과를 갖는다. 따라서, 제1, 제2 역 에프형 방사체(110,120)로 구성되는 수직편파용 안테나는 수직편파의 전파를 방사하게 된다. 한편, 레이돔(180)이 안테나를 보호하기 위해 사용될 수 있다.

도5는 도2의 수평편파용 안테나의 측면도이다. 제2 급전선로(160)의 일단에 연결된 제3급전판의 급전점(131a)을 통해 전류가 제3 역 에프형 방사체(130)에 공급된다. 마찬가지로, 제2 급전선로(160)의 타단에 연결된 제4 급전판의 급전점(141a)을 통해 전류가 제4 역 에프형 방사체(140)에 공급된다. 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)가 접지판(100)에 접하는 단락점(132,142) 근처에서, 전류는 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140) 상호간에 반대 방향으로 분포하여 원거리에서의 수직성분의 전파는 상호 상쇄되는 효과를 갖는다. 반면에, 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)의 개방점(133,143) 근처에서, 전류는 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140) 상호간에 동일한 방향으로 분포하여 원거리에서의 수평성분의 전파는 상호 보강되는 효과를 갖는다. 따라서, 제3, 제4 역 에프형 방사체(130,140)로 구성되는 수평편파용 안테나는 수평편파의 전파를 방사하게 된다.

도 6(a)와 (b)는 각각 제1 급전 커넥터(151)가 위치하는 수직편파 포트와, 제2 급전 커넥터(161)가 위치하는 수평편파 포트에서 정재파비를 측정한 그래프를 도시한 것이다. 수직편파 포트와 수평편파 포트 모두에서 정재파비는 1.5이하의 값을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이중 편파 안테나 역시 2개의 개별 포트에서 통상의 안테나 규격(정재파비 1.5이하)을 만족시킨다.

도 7은 수직편파 포트 및 수평편파 포트 간의 격리도를 도시한 것이다. 수직편파 포트 및 수평편파 포트 간의 격리도는 433MHz 의 주파수에서 28dB 정도이다. 따라서, 본 발명에 따른 이중 편파 안테나 역시 2개의 개별 포트에서 통상의 안테나 규격(격리도 25dB이하)을 만족시킨다

도 8은 수직편파 입력신호에 대한 원거리에서의 빔 패턴을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 수직편파 입력 신호에 대한 원거리에서의 빔 패턴은 무지향성 방사패턴에 근접한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 9는 수평편파 입력신호에 대한 원거리에서의 빔 패턴을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 수평편파 입력신호에 대한 원거리에서의 빔 패턴은 다이폴 안테나의 빔패턴과 유사한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

전술한 구성을 갖는 이중편파 안테나는 특히 RFID 리더기용 안테나에 이용될 수 있다. RFID 리더기는 접지판상에 설치된 4개의 역 에프형 방사체를 갖는 이중 편파 안테나, 이중 편파 안테나를 통해 RFID 태그로 RF 신호를 송신하는 송신부, 이중 편파 안테나를 통해 RFID 태그로부터 RF 신호를 수신하는 수신부와, 상기 송신되거나 수신된 RF신호를 처리하는 신호처리부를 포함한다. 본 발명에 따른 RFID 리더기는 이중 편파 안테나 구조를 제외하고는 종래의 RFID 리더기와 동일한 구성을 가질 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명은 4개의 역-에프 방사체를 이용하여 직교성이 우수하면서 격리도 특성이 높아 리더기와 태그간의 전송거리를 늘리고 전송거리내에서는 통신품질을 향상시킨다.

본 발명은 격리도가 우수하면서도 설계 및 제작의 자유도를 가지는 안테나 제작이 가능하다.

Claims

이중 편파 안테나에 있어서,

접지판;

상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제1, 제2 역 에프형 방사체; 및

상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제3, 제4 역 에프형 방사체를 포함하며,

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체에는 상호간에 동위상의 전류가 급전되고,

상기 제3, 제4 역 에프형 방사체에는 상호간에 역위상의 전류가 급전되는

이중 편파 안테나.
제1항에 있어서,

상기 4개의 역 에프형 방사체는 상호간에 90도의 각도를 형성하는

이중 편파 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체에 급전하는 제1 급전선로; 및

상기 제3, 제4 역 에프형 방사체에 급전하는 제2 급전선로를 더 포함하며,

상기 제1 급전선로의 급전 커넥터로부터 상기 제1, 제2 역 에프형 방사체까지의 급전 경로길이는 동일하고,

상기 제2 급전선로의 급전 커넥터로부터 상기 제3, 제4 역 에프형 방사체까지의 급전 경로길이는 안테나의 반파장의 홀수배만큼 차이가 있는

이중 편파 안테나.
제3항에 있어서,

상기 제1, 제2 급전선로는 에어 스트립 구조로서, 상기 접지판과 일정거리만큼 이격되어 있는

이중 편파 안테나.
제4항에 있어서,

상기 제1, 제2 급전선로는 상호 전기적으로 분리되어 있는

이중 편파 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체는 수직 편파의 전파를 방사하고,

상기 제3, 제4 역 에프형 방사체는 수평 편파의 전파를 방사하는 특성을 갖는

이중 편파 안테나.
RFID(Radio Frequency IDentification) 리더기에 있어서,

이중 편파 안테나;

상기 이중 편파 안테나를 통해 RFID 태그로 RF 신호를 송신하는 RF 송신부;

상기 이중 편파 안테나를 통해 상기 RFID 태그로부터 RF 신호를 수신하는 RF 수신부; 및

상기 송신되거나 수신된 RF신호를 처리하는 신호처리부를 포함하며,

상기 이중 편파 안테나는,

접지판;

상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제1, 제2 역 에프형 방사체; 및

상기 접지판 상에 상호 대향하여 설치된 제3, 제4 역 에프형 방사체를 포함하며,

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체에는 상호간에 동위상의 전류가 급전되고,

상기 제3, 제4 역 에프형 방사체에는 상호간에 역위상의 전류가 급전되는

RFID 리더기.
제7항에 있어서,

상기 4개의 역 에프형 방사체는 상호간에 90도의 각도를 형성하는

RFID 리더기.
제7항에 있어서,

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체에 급전하는 제1 급전선로; 및

상기 제3, 제4 역 에프형 방사체에 급전하는 제2 급전선로를 더 포함하며,

상기 제1 급전선로의 급전 커넥터로부터 상기 제1, 제2 역 에프형 방사체까지의 급전 경로길이는 동일하고,

상기 제2 급전선로의 급전 커넥터로부터 상기 제3, 제4 역 에프형 방사체까지의 급전 경로길이는 안테나의 반파장의 홀수배만큼 차이가 있는

RFID 리더기.
제9항에 있어서,

상기 제1, 제2 급전선로는 에어 스트립 구조로서, 상기 접지판과 일정거리만큼 이격되어 있는

RFID 리더기.
제10항에 있어서,

상기 제1, 제2 급전선로는 상호 전기적으로 분리되어 있는

RFID 리더기.
제7항에 있어서,

상기 제1, 제2 역 에프형 방사체는 수직 편파의 전파를 방사하고,

상기 제3, 제4 역 에프형 방사체는 수평 편파의 전파를 방사하는 특성을 갖는

RFID 리더기.