KR100822240B1 - Ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID 태그에 관한 것으로서, 유전체 기판 상면에 형성된 루프(Loop) 형상의 안테나와, 안테나와 전기적으로 연결되며, 대상물의 정보를 저장하는 태그 칩과, 안테나의 인덕턴스 값과 태그 칩의 커패시턴스 값에 의해 정해지는 공진 주파수를 태그의 동작 주파수로 보정하여 주는 주파수 보상 소자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 안테나 루프의 감긴 횟수를 증가시키고, 그에 따라 낮아진 공진 주파수를 주파수 보상 소자를 통하여 RFID 태그의 동작 주파수로 보정해줌으로써, RFID 태그의 인식 거리를 향상시킬 수 있다.
RFID, 인식 거리, 공진 주파수, 인덕턴스, 커패시턴스

Description

ＲＦＩＤ 태그{ RFID Tag }
도 1은 종래의 RFID 태그 구조를 나타낸 도면.
도 2는 RFID 태그의 등가회로를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명의 RFID 태그 구조의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 RFID 태그의 등가회로를 나타낸 회로도.
도 5는 인덕턴스 증가에 따른 공진 주파수의 이동과 주파수 보상 소자에 의한 주파수 보상을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 RFID 태그 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 RFID 태그 구조의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 8은
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 유전체 기판 110 : 안테나
120 : 제1 단자 130 : 제2 단자
140 : 태그 칩 150 : 주파수 보상 소자
160 : 연결선
본 발명은 RFID 태그에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification)는 무선 신호를 통해 비접촉식으로 사물에 부착된 얇은 평면 형태의 태그를 인식하여 정보를 읽어내는 기술로, 특히 최근 주목받고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅의 주요 개념인 고요한 상거래(Silent Commerce)를 가능하게 하는 핵심 기술이다.
강력한 무선 주파수를 발산하는 깨알만한 크기의 반도체칩에 제품의 생산, 유통, 가격 등 각종 정보를 저장하고, 이를 무선 리더기를 통해 읽어 들이는 방식이 적용된 RFID는 바코드에 비해 많은 양의 정보를 저장할 수 있으며, 인식거리 또한 1.5 ~ 27m로 매우 길고, 금속을 제외한 장애물의 투과도 가능하다.
이러한 많은 장점으로 인하여 RFID는 현재 광범위하게 활용되고 있는 바코드의 뒤를 이을 차세대 기술로 각광 받고 있으며, 그 적용분야도 물류, 유통, 보안, 출입통제 등 다양한 분야에 응용이 확대되고 있다.
RFID 시스템은 태그(Tag)와 리더(Reader)로 구성되는데, 태그를 부착한 물체가 리더의 인식 영역에 놓이게 되면, 리더는 특정한 반송 주파수(Carrier Frequency)를 가지는 RF 신호를 변조하여 태그에게 질문(Interrogation) 신호를 보내고, 태그는 리더의 질문에 응답한다.
즉, 리더는 특정 주파수를 가지는 연속적인 전자파를 변조하여 태그에게 질문 신호를 송출하고, 태그는 리더로부터 송출된 전자파를 전달받은 후, 태그 칩의 내부 메모리에 저장된 정보를 리더에게 전달하기 위하여 상기 전자파를 역산란 변 조(Back-Scattering Modulation)시켜 리더에게 되돌려 보낸다.
여기서, 역산란 변조란 리더로부터 송출된 전자파를 태그가 수신한 후, 산란시켜 다시 리더로 전송할 때, 그 산란되는 전자파의 크기나 위상을 변조하여 태그의 정보를 보내는 방법이다.
도 1은 종래의 RFID 태그 구조를 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(10)에 대상물의 정보를 저장하는 태그 칩(11)이 부착되어 있고, 루프(Loop) 형상의 안테나(12)가 상기 태그 칩(11)과 연결선(13)에 의해 연결되어 있다.
여기서, 리더(미도시)가 소정의 주파수를 가지는 RF 신호를 변조하여 송출하면, 안테나(12)가 상기 송출된 신호를 수신하여 태그 칩(11)에 전달한다.
상기 태그 칩(11)에는 안테나(12)로부터 전달받은 신호를 정류하여 태그 칩(11)에 전원을 공급하는 정류회로가 포함되어 있는데, 상기 전달받은 신호로 태그 칩(11)을 활성화시켜 상기 태그 칩(11)의 내부 메모리에 저장된 정보를 상기 안테나(12)를 통하여 리더로 송신하게 된다.
RFID 태그는 배터리의 사용 여부와 동작 방식에 따라 능동형과 수동형으로 나뉘는데, 상기한 바와 같이 별도의 전원을 가지고 있지 않아 RFID 리더에서 송출되는 전자파를 정류하여 자신의 전원으로 사용하는 방식을 수동형 RFID 태그라 한다.
상기 수동형 RFID 태그의 경우, RFID 태그가 정상적으로 동작하기 위해서는 태그가 놓여진 위치에서, 리더로부터 송출된 전자파의 세기가 특정 문턱값(Thredhold) 이상이 되어야 하는데, 이는 RFID 태그의 인식거리를 제한하는 요인이 된다.
RFID 태그의 인식거리를 증대시키는 손쉬운 방법으로는 리더의 송출 전력ransmission Power)를 높이는 방법이 있으나, 리더의 송출 전력은 미국의 FCC(Federal Communication Commission)를 비롯한 각 국의 지역 규정에 따른 규제를 받음으로 리더의 송출 전력을 높이는것은 한계가 있다.
따라서, RFID 태그의 인식거리를 증대시키기 위해서는 제한된 송출 전력 내에서 인식거리를 늘릴수 있는 RFID 태그의 설계기술이 필요하다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 태그 안테나 루프의 감긴 횟수를 증가시키고, 그에 따라 낮아진 공진 주파수를 주파수 보상 소자를 통하여 동작 주파수로 보정해줌으로써, 인식 거리가 향상시킨 RFID 태그를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 RFID 태그의 바람직한 실시예는, 유전체 기판 상면에 형성된 루프(Loop) 형상의 안테나와, 상기 안테나와 전기적으로 연결되며, 대상물의 정보를 저장하는 태그 칩과, 상기 안테나의 인덕턴스 값과 상기 태그 칩의 커패시턴스 값에 의해 정해지는 공진 주파수를 태그의 동작 주파수로 보정하여 주는 주파수 보상 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 RFID 태그에 관해서 상세히 설명한다.
RFID 태그를 설계함에 있어서, 공진 주파수는 태그 칩 내부의 커패시턴스와 안테나의 인덕턴스 값에 의해 결정된다.
즉, RFID 태그에 있어서 공진 주파수는 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112006056485592-pat00001
여기서, f0는 RFID 태그에 있어서 공진 주파수를 말하고, L은 안테나의 인덕턴스를 말하며, C는 태그 칩의 커패시턴스를 말한다.
예를 들어, 필립스(Philips)사에서 나온 태그 칩의 경우 약 23.5 ㎊의 내부 커패시턴스를 갖는다. 상기 태그 칩을 가지고 13.56㎒ 에서 동작하는 RFID 태그를 제작하려면, 안테나의 인덕턴스는 약 5 ~ 6 uH 정도의 크기를 가져야 한다.
이때, 상기 안테나의 인덕턴스의 크기는 루프의 전체 크기, 길이, 폭 등에 의해 달라지며, 이러한 파라미터들을 적절히 조절하여 약 5 ~ 6 uH 크기를 갖는 안테나를 제작할 수 있다.
도 2는 RFID 태그의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
이에 도시된 바와 같이, 인덕터(L1)과 커패시터(C1)이 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 상기 인덕터(L1)는 루프 형상의 안테나의 인덕턴스를 나타내고, 상기 커패시터(C1)는 태그 칩의 내부 커패시턴스를 나타낸다.
여기서 RFID 태그의 인식 거리를 증대시키기 위해서는, 안테나의 루프의 감긴 횟수를 증가시키면 된다.
즉, 상기 안테나의 루프의 감긴 횟수에 따라 루프 내에서 유도되는 전압의 세기가 커지게 되고 이에 따라 RFID 태그의 인식 거리가 늘어나게 된다.
이는 패러데이 법칙(Faraday's Law)에 의한 것인데, 이를 수학식 2에서 나타내었다.
Figure 112006056485592-pat00002
여기서, V는 루프 내에서 유도되는 전압(Induced Voltage)을 나타내고, N은 루프의 감긴 횟수(Number of Turns)를 나타내며, Ψ는 자기력선속(Magnetic Flux)을 나타낸다.
그런데, 안테나의 루프의 감긴 횟수와 인덕턴스는 비례하기 때문에, 안테나의 루프의 감긴 횟수를 증가시키면 안테나의 인덕턴스도 증가하게 된다.
그리고, 상기 안테나의 인덕턴스가 증가하면 RFID 태그의 공진주파수가 동작 주파수보다 낮아져 태그가 동작하지 않게 된다.
즉, RFID 태그의 인식 거리를 증가시키기 위해서는 안테나의 루프의 감긴 횟수를 증가시키면 되지만, 안테나의 루프의 감긴 횟수의 증가에 따라 안테나의 인덕턴스도 증가하여 공진 주파수가 낮아지는 결과를 초래한다.
따라서, 본 발명에서는 루프의 감긴 횟수의 증가에 따라 낮아진 공진 주파수를 동작 주파수로 맞추기 위해, 주파수 보상 소자를 태그에 추가시킨다.
도 3은 본 발명의 RFID 태그 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(100) 상면에 루프(Loop) 형상의 안테나(110)가 형성되어 있고, 상기 안테나(110)와 상호 이격되어 제1 단자(120) 및 제2 단자(130)가 형성되어 있고, 상기 안테나(110)의 일측 단자와 상기 제1 단자(120)에 태그 칩(140)이 접착되어 있고, 상기 제1 단자(120)와 상기 제2 단자(130)에 주파수 보상 소자(150)가 접착되어 있으며, 상기 안테나(100)의 타측 단자와 상기 제2 단자(130)는 연결선(160)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.
여기서, 상기 안테나(110)는 두 부분으로 나눌 수 있는데, 상기 태그 칩(140) 내부의 커패시턴스(C1)와 공진 주파수(f0)를 이루는 L1의 인덕턴스를 가지는 기본 루프(110-1)와, 태그의 인식 거리를 늘리기 위해 루프의 감긴 횟수를 증가시켜 L2의 인덕턴스를 가지는 연장 루프(110-2)로 나눌 수 있다.
상기 주파수 보상 소자(150)는 루프의 감긴 횟수의 증가로 인해 안테나(110)의 인덕턴스가 증가하여 낮아진 공진 주파수를 보상하기 위한 것으로, 낮아진 공진 주파수를 동작 주파수로 맞추어 주는 역할을 한다.
상기 주파수 보상 소자(150)는 소정의 커패시턴스(C2)를 가지는데, 루프의 감긴 횟수의 증가에 의해 증가된 인덕턴스(L2)를 이를 통해 보상하여, 태그의 낮아진 공진 주파수를 동작 주파수로 맞추어 준다.
상기 태그 칩(140)은 상기 안테나(110)의 일측 단자와 상기 안테나(110)와 상호 이격되어 있는 상기 제1 단자(120)에 접착되어 상기 안테나(110)와 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 주파수 보상 소자(150)는 상기 제1단자(120)와 상기 제1단자(120)와 상호 이격되어 있는 제2 단자(130)에 접착되어 상기 안테나(110) 및 태그 칩(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4는 본 발명의 RFID 태그의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
이에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)가 직렬로 연결되어 있으며, 직렬로 연결된 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)가 상기 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)에 병렬로 연결되어 있다.
안테나의 루프의 감긴 횟수를 증가시킴에 따라 증가된 제2 인덕터(L2)는 제1 인덕터(L1)에 직렬로 연결되므로, 안테나의 총 인덕턴스는 L1 + L2 로 증가되며 이로 인해 공진 주파수는 낮아진다.
여기서, 주파수 보상 소자에 의한 제2 커패시터(C2)를 상기 제1 커패시터(C1)에 직렬로 연결하여, 태그의 총 커패시턴스를 C1C2/(C1+C2)로 감소시켜 줌으로써, 낮아진 공진 주파수를 동작 주파수로 맞추어 준다.
상기 등가회로도에 의한 본 발명의 RFID 태그의 공진 주파수는 다음식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112006056485592-pat00003
여기서, LT = L1 + L2 이고, CT = C1C2/(C1+C2) 이다.
상기 주파수 보상 소자가 갖는 커패시턴스 값은, 안테나의 루프의 감긴 횟수를 증가시킴에 따라 증가된 인덕턴스 값을 고려하여 상기 수학식 3에 의해 결정할 수 있다.
도 5는 인덕턴스 증가에 따른 공진 주파수의 이동과 주파수 보상 소자에 의한 주파수 보상을 나타낸 그래프이다.
이에 도시된 바와 같이, 인덕턴스가 증가하면 공진 주파수는 낮은 주파수로 이동하게 되며, 낮아진 공진 주파수를 주파수 보상 소자에 의해 보상하여 준다.
도 6은 본 발명의 RFID 태그 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(200) 상면에 루프(Loop) 형상의 안테나(210)가 형성되어 있고, 상기 안테나(200)와 상호 이격되어 제1 단자(220)가 형성되어 있고, 상기 안테나(210)의 일측 단자와 상기 제1 단자(220)에 태그 칩(230)이 접착되어 있고, 상기 안테나(210)에 주파수 보상 소자(240)가 접착되어 있으며, 상기 안테나(210)의 타측 단자와 상기 제1 단자(220)는 연결선(250)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.
이와 같이, 주파수 보상 소자(240)를 상기 안테나(210)에 직접 접착하여 사용할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 RFID 태그 구조의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 태그 칩(320)이 안테나(310)의 일측 단자와 제1 단자(330)에 접착되어 있고, 제1 주파수 보상 소자(340)는 상기 제1 단자(330)와 제2 단자(350)에 접착되어 있으며, 제2 주파수 보상 소자(360)는 상기 안테나(310)에 접착되어 있다.
이와 같이, 복수개의 주파수 보상 소자를 사용할 수도 있으며, 이 경우 RFID 태그의 등가회로도는 도 8에 도시된 바와 같다.
도 8에서 제1 주파수 보상 소자(340)에 의한 커패시터(C2)와 제2 주파수 보상 소자(360)에 의한 커패시터(C3)는 태그 칩의 내부 커패시터(C1)와 직렬로 연결되어, 루프 의 감긴 횟수 증가에 따라 증가된 인덕턴스(L2)를 보상하여 준다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 안테나 루프의 감긴 횟수를 증가시키고, 그에 따라 낮아진 공진 주파수를 주파수 보상 소자를 통하여 RFID 태그의 동작 주파수로 보정해줌으로써, RFID 태그의 인식 거리를 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 유전체 기판 상면에 형성된 루프(Loop) 형상의 안테나;
    상기 안테나와 전기적으로 연결되며, 대상물의 정보를 저장하는 태그 칩; 및
    상기 안테나의 인덕턴스 값과 상기 태그 칩의 커패시턴스 값에 의해 정해지는 공진 주파수를 태그의 동작 주파수로 보정하여 주는 주파수 보상 소자를 포함하여 이루어지며,
    상기 안테나는,
    상기 태그 칩의 커패시턴스 값과 상기 태그의 동작 주파수와 같은 주파수의공진 주파수를 이루는 인덕턴스 값을 갖는 기본 루프; 및
    상기 기본 루프에서 연장되며, 상기 태그의 인식 거리 향상을 위해 상기 루프의 감긴 횟수를 증가시킨 연장 루프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 보상 소자는;
    상기 연장 루프가 가지는 인덕턴스 값으로 인해 상기 태그의 동작 주파수보다 낮아진 공진 주파수를 상기 동작 주파수로 보정시켜주는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  4. 유전체 기판 상면에 형성된 루프(Loop) 형상의 안테나;
    상기 안테나와 전기적으로 연결되며, 대상물의 정보를 저장하는 태그 칩; 및
    상기 안테나의 인덕턴스 값과 상기 태그 칩의 커패시턴스 값에 의해 정해지는 공진 주파수를 태그의 동작 주파수로 보정하여 주는 주파수 보상 소자를 포함하여 이루어지며,
    상기 주파수 보상 소자는 복수개인 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  5. 유전체 기판 상면에 형성된 루프(Loop) 형상의 안테나;
    상기 안테나와 전기적으로 연결되며, 대상물의 정보를 저장하는 태그 칩; 및
    상기 안테나의 인덕턴스 값과 상기 태그 칩의 커패시턴스 값에 의해 정해지는 공진 주파수를 태그의 동작 주파수로 보정하여 주는 주파수 보상 소자를 포함하여 이루어지며,
    상기 동작 주파수는 13.56㎒인 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
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