KR100646745B1 - 일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더 - Google Patents

일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더 Download PDF

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손해원
최원규
표철식
김창주
채종석
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한국전자통신연구원
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 일체형으로 구현하고 임피던스를 정합시킴으로써, 그 크기를 크게 증가시키지 않고, 여러 주파수 대역에서 전력효율의 급격한 감소 없이 동작할 수 있는 일체형 이중대역 안테나를 제공하고, 또한 본 발명은 트랜스폰더가 도전체로 이루어진 제품에서도 비도전체에 설치된 경우와 비교하여 임피던스 값의 큰 변화 없이 동작할 수 있도록 하는, 상기 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대역 안테나에 있어서, 저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호를 송수신하기 위하여 광대역 특성을 갖고, 반원 모양의 구조를 갖는 제 1 안테나; 및 상기 제 1 안테나와 인접하게 설치되어 고주파 대역의 RF신호를 송수신하기 위하여 협대역 특성을 갖고, 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 2 안테나를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 전파식별카드 등에 이용됨.
전파식별카드, 트랜스폰더, 광대역 특성, 협대역 특성, 이중대역 안테나

Description

일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더{One Body Type Dual Band Antenna and Transponder using it}
도 1은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예의 임피던스를 나타내는 스미스차트,
도 3은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 2 실시예 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 3 실시예 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예에 있어서, 안테나와 금속면과의 거리를 나타내기 위한 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예에 있어서, 고주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장에 근접한 이격 거리를 유지하고 저주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장보다 짧은 이격 거리를 유지한 경우의 임피던스를 나타내는 스미스차트,
도 9는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예에 있어서, 저주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장에 근접한 이격 거리를 유지하고 고주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장보다 짧은 이격 거리를 유지한 경우의 임피던스를 나타내는 스미스차트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 저주파대역 안테나 소자 20 : 고주파대역 안테나 소자
30 : 인쇄종이 40 : 저주파대역 임피던스 정합부
50 : 고주파대역 임피던스 정합부 60 : 저주파대역 칩
70 : 고주파대역 칩 80 : 수직 고정부
본 발명은 일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 정합시킨 일체형 이중대역 안테나와 이를 이용한 트랜스폰더에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification)라고도 하는 전파 식별 기술은 물체나 동물 또는 사람 등을 식별하기 위한 기술로서, 바코드를 대체할 기술로 산업계에서 점차 사용이 늘고 있다.
RFID는 3가지 요소로 구성되는데, 리더기 측 안테나, 트랜시버(흔히 리더/리더기에 통합된다), 그리고 전파식별카드 또는 태그라고도 불리는 트랜스폰더가 그것이다.
상기 RFID 구성 요소로서의 상기 리더기 측 안테나는 트랜스폰더를 활성화하기 위한 신호를 전달하기 위해 무선 주파수 전파를 사용한다. 트랜스폰더가 활성화되면, 트랜스폰더는 가지고 있던 데이터를 상기 리더기측 안테나로 전송한다.
본 명세서에서는 "전파식별카드" 또는 "카드"란 용어를 상기 "트랜스폰더" 를 물리적으로 포함하는 의미의 용어로 사용하기로 한다.
전파식별카드의 종류는 리더와 카드와의 동작거리에 따라 접촉식 카드와 비접촉식 카드로 나뉘어 지며, 카드 내에 전원의 유무에 따라 능동 카드와 수동 카드로 나뉜다.
또한, 전파식별카드의 종류는 에너지 혹은 RF(Radio Frequency) 신호를 전송하는 물리량의 형태에 따라, 즉 물리량이 자기장인지, 전기장인지, 전자기장인지에 따라, 자기장 카드, 전기장 카드 또는 전자기장 카드로 구분이 가능하다.
접촉식 카드는 주로 직불식 카드처럼 보안이 요구되는 분야에, 비접촉식 카드는 교통카드 혹은 물류 인식 분야처럼 비교적 보안이 덜 요구되고 원거리 서비스가 필요한 분야에서 많이 사용되고 있다.
능동카드는 원거리 서비스에 적합하나 전원이 필요하여 그 만큼 트랜스폰더의 크기가 큰 것이 문제이나 커다란 전송용량 통신이 가능한 장점이 있다.
수동식 카드는 일정거리 내에서의 서비스에 적합하기 때문에 물류, 동물 인식, 잠금 장치, 그리고 전자 지불 서비스 분야에 널리 사용되고 있다.
자기장 카드는 루프안테나처럼 폐쇄형 안테나 인근에서 형성되는 저임피던스 장(field)을 이용하는 방식으로 주로 사용거리가 짧은 곳에서 사용된다. 그리고, 전기장 카드는 다이폴안테나처럼 개방형 안테나 인근에서 형성되는 고임피던스 장(field)을 이용하는 방식으로 또한 사용거리가 짧은 곳에서 사용된다.
특히, 자기장 카드의 경우는 낮은 주파수에서 많이 사용되고 있으며, 매우 폭 넓게 사용되는 방식이다.
그리고, 전자기장 카드는 안테나로부터 원거리를 유지하는 경우 전기장과 자기장에 진행 방향에 수직이고 그 비가 377오옴(전파 임피던스)이 되는 장(field)을 이용하는 방식이다.
한편, 기존의 트랜스폰더는 독립적으로 900MHz, 2.4GHz, 5.8GHz 대역에서 사용되고 있는데, 주파수 대역을 구분하여 설명하면 다음과 같다.
900MHz 대역은 860MHz~960MHz(유럽 : 865~868MHz, 미국 : 902~928MHz, 일본 : 950~956MHz, 한국 : 910~914MHz)에 분포하고 있고 대역폭이 100MHz에 이르는 광대역 주파수 분포를 보이고 있다.
그리고, 2.45GHz 대역은 유럽 국가들이 2.4~2.48GHz에서 사용하고 있고 비교적 협대역 분포를 보이고 있으며, 5.8GHz 대역도 역시 5.275~5.875 GHz 대역의 협대역 분포 특징을 보이고 있다.
한편, 433MHz 대역은 미국에서 능동식 전자기장 결합방식으로 사용하고 있 다.
또한, 대부분의 국가에서는 무선통신과의 간섭을 고려하여 그 나라 실정에 맞도록 각기 다른 반송파 주파수에서 작동하는 리더기의 사용을 요구하고 있다.
종래의 트랜스폰더는 전술한 대역에서 독립적으로 사용되고 있는데, 이러한 트랜스폰더를 함께 사용하는 경우, 즉 기존에 독립적으로 작동하고 있는 단일 주파수대역 트랜스폰더를 동일한 장소에서 겹쳐서 사용하는 경우에는 커플링 효과로 인하여 전류 값이 변화되어 안테나의 입력 임피던스 값이 변하게 되므로 전력효율이 급격히 떨어지는 문제점을 피할 수 없다.
물론, 하나의 카드에 다른 대역 특성을 갖는 두개의 트랜스폰더 안테나를 상기 커플링 효과에서 벗어날 수 있을 정도로 상당한 이격 거리를 확보하여 구현함으로써, 상기 전력효율 감소의 문제를 해결하는 방안이 있다.
그러나, 전파식별카드의 크기가 점점 소형화되어, 그 적용범위가 나날이 급격하게 확장되고 있는 현재의 유비쿼터스 트랜드에 비추어 볼 때, 상기 이격 거리를 확보하기 위하여 전파식별카드의 크기를 증가시킴으로써 전력효율 감소의 문제를 해결하는 방안은 실용성 및 시장성이란 측면에서 그 적용이 거의 불가능하다는 문제가 있다.
한편, 종래의 트랜스폰더는 도전성을 가진 제품에 설치하는 경우에는 입력 임피던스 값의 큰 변화로 인해 동작하지 못하기 때문에, 안테나와 금속면과의 거리를 1/4파장 길이 이상으로 유지하여야 하는데, 이 역시 안테나와 금속면과의 거리를 1/4파장 길이 이상으로 확보하려면, 트랜스폰더의 크기를 소형화하는데 문제가 있다.
또한, 하나의 카드에 다른 대역 특성을 갖는 두개의 안테나를 포함하여 제작하는 경우에는 안테나 각각을 모두 금속면과 1/4 파장 길이 이상으로 확보하여야만 하는지도 문제된다.
한편, 전파식별카드를 소형화하기 위하여, 즉 트랜스폰더 자체의 크기를 작게 만들기 위하여, 일반적으로 변조 회로, 검파 회로, 정류 회로 및 마이크로 프로세서가 내장되어 있는 칩을 안테나 급전부에 부착시키고 있다.
여기서, 상기 칩 내부에 존재하는 정류회로의 구성 성분인 CMOS, 다이오드와 같은 소자에서 발생되는 캐패시턴스 성분이 칩의 입력 임피던스를 결정하는 주 인자로 작용하기 때문에, 결국 상기 칩은 음의 리액턴스 값을 갖는다.
따라서, 상기 음의 리액턴스와의 정합(예를 들어, 다이폴 안테나의 경우 이상적 입력 임피던스인 72오옴으로 정합)을 위하여 인덕턴스 성분을 갖는 임피던스 정합회로가 필요하지만, 인덕턴스는 소자의 크기에 비례하는 특성이 있으므로, 정합회로를 트랜스폰더 안테나에 작게 설치하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 일체형으로 구현하고 임피던스를 정합시킴으로써, 그 크기를 크게 증가시키지 않고, 여러 주파수 대역에서 전력효율의 급격한 감소 없이 동작할 수 있는 일체형 이중대역 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 트랜스폰더가 도전체로 이루어진 제품에서도 비도전체에 설치된 경우와 비교하여 임피던스 값의 큰 변화 없이 동작할 수 있도록 하는, 상기 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안테나 소자 자체의 내부 구조를 이용함으로써, 트랜스폰더의 전체적인 크기 증가 없이, 인덕턴스(양수의 리액턴스)를 보강하기 위한 임피던스 정합부를 구현할 수 있는 구조의 일체형 이중대역 안테나 및 이를 이용한 트랜스폰더를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대역 안테나에 있어서, 저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호를 송수신하기 위하여 광대역 특성을 갖으며, 반원 모양의 구조를 갖는 제 1 안테나; 및 상기 제 1 안테나와 인접하게 설치되어 고주파 대역의 RF신호를 송수신하기 위하여 협대역 특성을 갖으며, 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 2 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 장치는, 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대역 안테나에 있어서, 저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호를 송수신하기 위하여 광대역 특성을 갖고, 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 1 안테나; 및 상기 제 1 안테나와 인접하게 설치되어 고주파 대역의 RF신호를 송수신하기 위하여 협대역 특성을 갖고, 상기 제 1 안테나보다 가로세로비가 작은 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 2 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더에 있어서, 광대역 특성을 갖는 안테나 소자와 협대역 특성을 갖는 안테나 소자가 일체형으로 구현되어, 저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호 및 고주파 대역의 RF신호 모두를 송수신하기 위한 일체형 이중대역 안테나; 및 트랜스폰더가 설치될 물체의 표면으로 부터 일정한 이격 거리를 유지시키기 위한 이격 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예는 저주파대역 안테나 소자(10), 고주파대역 안테나 소자(20), 저주파대역 임피던스 정합부(40) 및 고주파대역 임피던스 정합부(50)를 포함한다.
이 때, 상기 일체형 이중대역 안테나의 구성요소는 비도전성의 인쇄종이(30) 위에 은, 구리, 청동 등으로 제작되는 도전성 잉크로 프린트하여 구현된다.
또한, 상기 일체형 이중대역 안테나는 상기 "발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술" 항목에서 전술한 종래의 안테나 급전부에 부착되는 칩과 동일한 기능을 하는 저주파대역 칩(60) 및 고주파대역 칩(70)과 일체형으로 구현될 수 있다.
한편, 상기 저주파대역 안테나 소자(10)는 광대역 특성을 갖는 반타원체 다이폴 안테나 구조를 갖고, 상기 고주파대역 안테나 소자(20)는 협대역 특성을 갖는 일반 다이폴 안테나 구조를 갖는다.
여기서, 안테나에 인덕턴스를 부가하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 안테나가 인쇄되는 영역 중 내부면의 일부분을 인쇄하지 않는 방식으로 임피던스 정합부(40, 50)를 구현함으로써, 안테나의 크기를 증가시키지 않고 칩(60, 70)의 입력 임피던스와 정합할 수 있도록 한다.
상기 임피던스 정합부(40, 50)의 경우, 인쇄되지 않은 면적이 크면 클수록 인덕턴스의 값이 증가하기 때문에, 인쇄되지 않는 면적을 조절함으로써, 상기 칩이 갖는 음의 리액턴스 값을 보강하여 임피던스를 정합시킬 수 있다.
여기서, 반타원체 안테나는 얇은 직사각형 다이폴 안테나보다도 광대역 특성을 얻을 수 있으므로, 900MHz 대역은 반타원체 다이폴 안테나 구조를, 2.4GHz 대역 및 5.8GHz 대역은 직사각형의 다이폴 안테나 구조를 적용할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 독립된 형태로 각각 임피던스 정합이 되도록 트랜스폰더를 제작하는 경우, 이들을 서로 인근에 두어 동작시킬 수가 있으나, 안테나의 위치 및 방향(orientation)에 따라 각기 다른 입력 임피던스를 나타나게 되는 문제점이 있다. 특히, 2.4GHz 대역의 전력효율이 급격하게 저하되는 문제를 피할 수 없다.
따라서, 상기 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예는 일체형으로 저주파대역의 안테나와 고주파대역의 안테나를 서로 가까이 설치하고 각 안테나에 칩을 연결하여 임피던스를 정합하여 사용함으로써 저주파대역은 물론 고주파대역에서도 전력효율이 높아지게 된다.
상기 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예 구조의 전력효율에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 인쇄종이(30) 위에 도전성 잉크로 제작하지 않고, 얇은 구리판, 청동판과 같은 도전체판으로 제작하여 테프론, 플라스틱과 같은 비도전체를 이용하여 고정하는 방법으로도 제작할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예의 임피던스를 나타내는 스미스차트이다.
여기서, 상기 본 발명에 따른 제 1 실시예로서의 일체형 이중대역 안테나는 칩(60, 70)의 입력 임피던스가 13-j60오옴인 경우로서, 900MHz 대역과 2450MHz 대역을 모두 사용할 수 있는 이중대역 안테나이다.
또한, 상기 본 발명에 따른 제 1 실시예로서의 일체형 이중대역 안테나는 고주파대역 안테나 소자(20)의 길이가 5cm이고, 두께가 1cm이며, 저주파대역 안테나 소자(10)의 큰 반경이 7.5cm, 작은 반경이 2cm인 타원 구조를 갖고 있으며, 저주파대역 안테나 소자(10)와 고주파대역 안테나 소자(20)간의 간격이 0.5cm인 구조를 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저주파대역 안테나 소자(10)는 900MHz에서 13+j60오옴(860~960MHz대역에서 변화율이 매우 낮은 것을 알 수가 있음)이며, 고주파대역의 안테나(20)는 2450MHz에서 16+j55오옴임을 알 수가 있고, 저주파대역 안테나 소자(10)의 이득은 약 2.5dBi, 고주파대역 안테나 소자(20)의 이득은 약 5.4dBi임을 알 수가 있다.
따라서, 도 2의 스미스차트는 본 발명에 따른 제 1 실시예로서의 일체형 이중대역 안테나에서 상술한 구조의 두개 안테나 소자를 서로 인근에 설치하고, 칩과의 임피던스를 정합시킴으로써, 전력효율이 크게 증가되었음을 보이고 있다.
수동식 전파식별카드의 경우, 특히 임피던스 정합을 통해 개선시킬 수 있는 전력효율은 트랜스폰더와의 인식거리를 결정하는 주요 성능 파라미터 중의 하나이므로, 전력효율을 크게 유지하는 기술은 매우 중요한데, 전술한 바와 같이, 상기 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예는 전력효율이 매우 큰 장점이 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 2 실시예 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 2 실시예는 저주파대역 안테나 소자(12)를 제외하고는 상기 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예와 동일한 구조를 갖는다.
상기 제 2 실시예의 저주파대역 안테나 소자(12)는 고주파대역 안테나 소자(20)와의 인접거리를 보다 최소화하도록 타원체의 일부분을 인쇄하지 않고, 그 내부에 고주파대역 안테나 소자(20)를 위치시키는 구조이다.
이러한 경우, 반타원형의 작은 반경의 크기가 주파수 대역폭에 비례하는 원리를 적용하여 광대역성을 얻을 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 3 실시예 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 3 실시예는 저주파대역 안테나 소자(14)를 제외하고는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예와 동일한 구조를 갖는다.
상기 제 3 실시예의 저주파대역 안테나 소자(14)는 직사각형 구조를 갖고, 가로세로비(세로/가로)가 고주파대역 안테나 소자(20)의 가로세로비보다 큰 구조를 가지도록 함으로써, 저주파대역 안테나 소자(14)는 광대역 특성을, 고주파대역 안테나 소자(20)는 협대역 특성을 얻어 낼 수가 있다.
여기서, 가로세로비란 직사각형 구조에 있어서, 길이가 긴 변을 가로, 길이가 짧은 변을 세로라고 볼 때, 세로 길이를 가로 길이로 나눈 값을 말한다.
상기 제 2 실시예와 같이, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나의 제 3 실시예도 저주파대역 안테나 소자(14)의 일부분을 인쇄하지 않고, 그 내부에 고주파대역 안테나 소자(20)가 설치될 수 있도록 하는 구조의 적용이 가능함은 물론이다.
도 6은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더는 상기 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나 및 수직 고정부(80)를 포함한다.
상기 수직 고정부(80)는 트랜스폰더가 설치될 물체의 표면에 수직 방향으로 트랜스폰더를 돌출하여 부착/고정하여, 안테나와 상기 물체 사이에 일정한 이격 거리를 유지시키기 위한 구성요소로서, 트랜스폰더의 한쪽 면에 테이프 등을 이용하여 구현할 수 있다.
전술한 바와 같이, 트랜스폰더가 금속 재질이 있는 물체 위에 놓이거나, 인근에 놓일 경우에는 트랜스폰더에 설치되어 있는 안테나와 금속 물체간에 결합량이 증가함으로 인해 안테나의 입력 임피던스가 급격하게 변화하여, 전력효율이 급격하게 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 제거하기 위하여, 트랜스폰더를 수직 고정부(80)로 고정하여 안테나가 도체에 수직 방향으로 놓일 수 있도록 함으로써, 사용 중에도 실질적인 수직 상태가 유지되고, 안테나와 금속면 사이에 일정 이격 거리를 유지할 수 있 도록 함으로써, 임피던스 변화량을 최소화하고, 이득을 증가시켜 보다 원거리에서 동작할 수 있게 된다.
상기 수직 고정부(80)는 본 명세서에 개시된 일체형 이중대역 안테나의 모든 실시예는 물론 그 외의 일반적인 트랜스폰더용 안테나에도 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예에 있어서, 안테나와 금속면과의 거리를 나타내기 위한 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, D1은 금속면과 고주파대역 안테나 소자(20)와의 거리를, D2는 금속면과 저주파대역 안테나 소자(10)와의 이격 거리를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예에 있어서, 고주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장에 근접한 이격 거리를 유지하고 저주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장보다 짧은 이격 거리를 유지한 경우의 임피던스를 나타내는 스미스차트이다.
보다 상세하게, 도 8은 2450MHz의 고주파대역 안테나 소자(20)는 1/4 파장 길이인 3cm(D1 = 3cm)를 확보하고 저주파대역 안테나 소자(10)는 1/4 파장 길이인 8cm보다 짧은 길이(D2 = 5cm)를 확보한 경우의 입력 임피던스 분포를 나타내는 스미스차트이다.
여기서, 상기 트랜스폰더에 이용된 일체형 이중대역 안테나는 전술한 상기 일체형 이중대역 안테나의 제 1 실시예의 구조를 적용하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 조건의 트랜스폰더의 입력 임피던스 분포는 저주파대역 안테나 소자(10)와 금속면간의 거리가 1/4 파장(900MHz : 약 8㎝)보다 짧기 때문에 입력 임피던스의 변화가 매우 크게 발생되고 있음을 알 수가 있다.
여기서, 상기 이용된 일체형 이중대역 안테나의 크기는 상기 제 1 실시예와 동일하므로 칩(60, 70)의 입력 임피던스는 13+j60오옴이다. 따라서, 900MHz에서 22+j50오옴이고, 2450MHz에서 40+j30오옴으로 칩과의 임피던스 부정합이 발생되어 전력효율이 급격하게 떨어지고 있음을 볼 수가 있다.
즉, 두개의 안테나 소자 중 고주파대역 안테나만 도체와 1/4 파장 길이를 확보하도록 해서는 상기 문제를 해결할 수 없음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 일실시예에 있어서, 저주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장에 근접한 이격 거리를 유지하고 고주파대역 안테나 소자는 금속면과 1/4 파장보다 짧은 이격 거리를 유지한 경우의 임피던스를 나타내는 스미스차트이다.
보다 상세하게, 도 9는 2450MHz의 고주파대역 안테나 소자(20)는 1/4 파장 길이인 3cm보다 먼 거리(D1 = 5cm)를 확보하고 저주파대역 안테나 소자(10)는 1/4 파장 길이인 8cm에 근접한 거리(D2 = 7cm)를 확보한 경우, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더의 입력 임피던스 분포를 나타내는 스미스차트이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 수직 고정부(80)를 D1 = 5cm, D2 = 7cm 가 되도록 설치하는 경우, 입력 임피던스는 900MHz에서 12+j55오옴이고, 2450MHz에서 15+j55오옴으로 칩의 입력 임피던스에서 크게 벗어나지 않고 정합이 이루어졌음을 볼 수가 있다.
또한, 이 값은 도 2의 결과와 유사한 특성을 지니고 있음을 볼 수가 있다.
즉, 본 발명에 따른 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더는 저주파대역 안테나 소자를 도체와 1/4 파장에 근접하게 이격하면 고주파대역 안테나 소자를 반드시 1/4 파장만큼 이격하지 않아도, 비전도체에서 사용하는 것과 별 차이 없이 임피던스를 정합시킬 수 있다.
따라서, 상기 도 9에 설명한 조건의 구조를 가지는 안테나는, 금속체에 붙여서 사용해도 되고, 비금속체에 놓여서 동작시킬 수 있는 모델임을 알 수가 있는 것이다. 즉, 적용 대상에 관계없이 사용이 가능하다는 장점이 있음을 알 수 있다.
비금속체에는 그대로 사용하다가 금속체인 곳에 전파식별카드를 적용하는 경우 금속면에 수직 고정부를 이용하여 부착하여 사용하면 전력효율을 그대로 유지할 수가 있다.
또한, 상기 도 9의 조건에서 이득이 8.5dBi에 이르고 있어 동작거리가 길어지는 효과를 얻을 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 일체형으로 구현하고 임피던스를 정합시킴으로써, 전파식별카드를 저주파 대역과 고주파 대역에서 모두 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 일체형으로 구현하고 임피던스를 정합시킴으로써, 전파식별카드가 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 전력 효율의 급격한 변화 없이 동작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 일체형으로 구현하고 임피던스를 정합시키며, 금속면과의 이격 거리를 유지하여 도전체에서도 임피던스 값의 큰 변화 없이 동작할 수 있는 구조를 제공함으로써, 비금속과 금속에서 동시에 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 광대역 안테나 소자와 협대역 안테나 소자를 서로 인근에 배치시켜 일체형으로 구현하고 임피던스를 정합시키며, 금속면과의 이격 거리를 유지하여 도전체에서도 임피던스 값의 큰 변화 없이 동작할 수 있는 구조를 제공함으로써, 금속에 설치하는 경우 전력효율을 동일하게 유지하는 것 이외에도 높은 이득을 얻게 되어, 큰 동작거리를 확보할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은 상기 큰 동작거리를 확보함으로써, 전파식별카드의 수신 에러율을 개선할 수 있고, 이동하는 물품 혹은 사람의 위치 확인 분야 등과 같은 다양한 응용 서비스 분야로 전파식별기술이 적용되는 서비스의 폭을 넓힐 수 있는 부가적인 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대역 안테나에 있어서,
    저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호를 송수신하기 위하여 광대역 특성을 갖고, 반원 모양의 구조를 갖는 제 1 안테나; 및
    상기 제 1 안테나와 인접하게 설치되어 고주파 대역의 RF신호를 송수신하기 위하여 협대역 특성을 갖고, 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 2 안테나
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나.
  2. 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대역 안테나에 있어서,
    저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호를 송수신하기 위하여 광대역 특성을 갖고, 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 1 안테나; 및
    상기 제 1 안테나와 인접하게 설치되어 고주파 대역의 RF신호를 송수신하기 위하여 협대역 특성을 갖고, 상기 제 1 안테나보다 가로세로비가 작은 직사각형 모양의 구조를 갖는 제 2 안테나
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 안테나는,
    상기 제 1 안테나의 구조 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는,
    비도전성의 동일한 인쇄종이 위에 도전성 잉크로 프린트하여 일체형으로 구현된 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나 각각은,
    인덕턴스를 부가하여 임피던스를 정합시키기 위하여 안테나 구조 내부에 프린트되지 않은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나.
  6. 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수에서 모두 사용하기 위한 일체형 이중대 역 안테나를 이용한 트랜스폰더에 있어서,
    광대역 특성을 갖는 안테나 소자와 협대역 특성을 갖는 안테나 소자가 일체형으로 구현되어, 저주파 대역의 RF(Radio Frequency)신호 및 고주파 대역의 RF신호 모두를 송수신하기 위한 상기 일체형 이중대역 안테나; 및
    광대역 특성을 갖는 안테나 소자와 협대역 특성을 갖는 안테나 소자를 트랜스폰더가 설치될 물체의 표면으로부터 일정한 거리 이상 이격시키기 위한 이격 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자는,
    반원 모양의 구조를 갖고,
    상기 협대역 특성을 갖는 안테나 소자는,
    직사각형 모양의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자는,
    직사각형 모양의 구조를 갖고,
    상기 협대역 특성을 갖는 안테나 소자는,
    상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자보다 가로세로비가 작은 직사각형 모양의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 협대역 특성을 갖는 안테나 소자는,
    상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자의 구조 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 협대역 특성을 갖는 안테나 소자 및 상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자는,
    비도전성의 동일한 인쇄종이 위에 도전성 잉크로 프린트하여 일체형으로 구현된 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 협대역 특성을 갖는 안테나 소자 및 상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자 각각은,
    인덕턴스를 부가하여 임피던스를 정합시키기 위하여 안테나 소자의 구조 내부에 프린트되지 않은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  12. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체는 도전체인 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 협대역 특성을 갖는 안테나 소자, 상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자 및 상기 이격 수단의 배열 구조는,
    광대역 특성을 갖는 안테나 소자, 협대역 특성을 갖는 안테나 소자, 이격 수단의 순서로 배열하는 구조인 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자와 상기 이격 수단과의 이격 거리는 상기 광대역 특성을 갖는 안테나 소자에서 사용하는 주파수의 1/4 파장 이상인 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 안테나를 이용한 트랜스폰더.
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