KR100848560B1 - Apparatus and methoed for - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무접지면 평면 안테나에 관한 것으로서, 안테나 패턴을 인쇄하기 위한 상위 기판; 상기 상위 기판을 지지하기 위한 하위 기판; 상기 상위 기판의 상부에 인쇄된 두개의 다이폴 안테나; 상기 두개의 다이폴 안테나를 연결하는 변형된 이중 T 매칭 네트워크; 및 상기 이중 T 매칭 네트워크에 형성되어 전류를 공급하는 급전부;로 구성되어, 접지면과 단락핀이 없는 단일 평면 구조의 안테나를 형성하여 상위 기판의 상부에 인쇄가 가능하므로 대량생산이 용이하고, 인식 대상이 되는 물체의 종류에 무관하게 태그가 동작할 수 있고, 태그 칩의 입력단 임피던스가 다르더라도 용이하게 안테나 구조를 튜닝하여 자유공간에서 넓은 동작 대역을 갖도록 하는 무접지면 평면 안테나를 제공하는 데 있다. The present invention relates to a planeless antenna, comprising: an upper substrate for printing an antenna pattern; A lower substrate for supporting the upper substrate; Two dipole antennas printed on top of the upper substrate; A modified dual T matching network connecting the two dipole antennas; And a feeding part formed in the double T matching network to supply a current; forming a single plane antenna without a ground plane and a shorting pin to print on the upper substrate to facilitate mass production. The tag can operate regardless of the type of the object to be recognized, and even if the input terminal impedance of the tag chip is different, it is easy to tune the antenna structure to provide a flat antenna having a wide operating band in free space. have.
Description
도1은 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나의 일 실시예에 대한 사시도.1 is a perspective view of one embodiment of a groundless flat tag antenna according to the present invention;
도2는 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나의 일 실시예에 대한 정면도와 측면도.Figure 2 is a front and side view of one embodiment of a non-ground plane flat tag antenna according to the present invention.
도3은 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나가 인식대상이 되는 물체에 부착되었을 때의 사시도.3 is a perspective view of a non-grounded plane tag antenna according to the present invention attached to an object to be recognized.
도4는 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나의 자유 공간에서의 반사손실 특성을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the return loss characteristics in the free space of the planeless tag antenna without contact according to the present invention.
도5는 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나를 금속도체 위에 부착하였을 경우의 반사손실 특성을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the return loss characteristics when the non-ground plane flat tag antenna according to the present invention attached to the metal conductor.
도6는 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나를 자유공간과 금속 도체에 부착하였을 때의 최대 인식거리 특성을 나타낸 그래프. 6 is a graph showing the maximum recognition distance characteristics when the non-grounded plane tag antenna according to the present invention is attached to a free space and a metal conductor.
도7 은 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나를 유전체 위에 부착하였을 때의 최대 인식거리 특성을 나타낸 그래프. 7 is a graph showing the maximum recognition distance characteristics when the non-ground plane flat tag antenna according to the present invention is attached to a dielectric.
도8 은 본 발명에 따른 무접지면 평면 태그 안테나의 다른 실시예에 대한 사시도.Figure 8 is a perspective view of another embodiment of a non-ground plane flat tag antenna according to the present invention.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명********** Description of the symbols for the main parts of the drawings *****
11 : 안테나 상위 기판 12 : 안테나 하위 기판 11: antenna upper substrate 12: antenna lower substrate
13 : 외부 다이폴 안테나 14 : 내부 다이폴 안테나13
15 : 변형된 이중 T 매칭 네트워크 16 : 급전부15: modified dual T matching network 16: feeder
17 : 인식대상17: object of recognition
본 발명은 무접지면 평면 태그 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 도체뿐만 아니라 자유공간과 유전율이 낮은 물체에서도 동작하는 무접지면 평면 태그 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a non-ground plane flat tag antenna, and more particularly, to a non-ground plane flat tag antenna that operates not only on metal conductors but also on objects having low free space and low dielectric constant.
최근, IC 칩을 구비한 트랜스폰더와 리더/라이터(또는 리더) 사이에서 데이터를 교신하는 RFID 시스템이 보급되고 있다. 이 RFID 시스템은 트랜스폰더 및 리더/라이터 각각에 구비된 안테나를 사용하여 데이터를 교신하기 때문에, 트랜스폰더를 리더/라이터로부터 수 ㎝ 내지 수십 ㎝ 떨어뜨려도 통신이 가능하고, 또한 오염이나 정전기 등에 강하다는 장점으로부터, 공장의 생산 관리, 물류의 관리, 입퇴실 관리 등의 여러 가지 분야에 이용되게 되었다.Recently, RFID systems for communicating data between a transponder having an IC chip and a reader / writer (or reader) have become popular. Since the RFID system communicates data using the antennas provided in the transponder and the reader / writer, communication is possible even when the transponder is separated from the reader / writer by several centimeters to tens of centimeters, and it is also resistant to pollution, static electricity, and the like. From the advantages, it has been used in various fields such as factory production management, logistics management, entrance and exit management.
일반적인 안테나는 유전체에 부착되면 유전체의 전기적 성질에 의해 안테나의 공진 주파수와 동작 주파수가 이동하여 안테나의 성능을 감소시킨다. 또한 높은 도전율을 갖는 도체 위에 평행하게 안테나가 놓이면, 안테나의 선로에 흐르는 전류 는 대부분 상쇄되고 또한 안테나와 도체 사이에 기생 커패시턴스가 발생하여 안테나의 공진 주파수와 동작 주파수를 이동시킨다. When a general antenna is attached to a dielectric, the resonance frequency and operating frequency of the antenna are shifted by the electrical properties of the dielectric to reduce the performance of the antenna. In addition, if the antenna is placed in parallel on a conductor having high conductivity, the current flowing in the antenna line is mostly canceled and parasitic capacitance is generated between the antenna and the conductor to shift the resonant frequency and operating frequency of the antenna.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 기존의 태그 안테나는 자체 접지면을 갖는 inverted-F 안테나를 변형하여 이용한다. 그러나 접지면으로 인하여 안테나의 부피가 크며, 안테나의 복사체와 접지면을 연결하기 위한 단락핀 등으로 인하여 제작이 어렵고, 생산비용이 증가하는 문제점이 있다. In order to solve these problems, the existing tag antenna is modified by using an inverted-F antenna having its own ground plane. However, due to the ground plane, the antenna is large, and due to short circuit pins for connecting the radiator and the ground plane of the antenna, manufacturing is difficult and production costs increase.
또한, 태그 안테나에 결합되는 RFID 칩의 임피던스의 커패시턴스 성분이 매우 커서, 광대역 임피던스 정합이 어렵다는 문제점이 있다. In addition, the capacitance component of the impedance of the RFID chip coupled to the tag antenna is very large, there is a problem that the broadband impedance matching is difficult.
또한, 자체 접지면으로 인하여 넓고 평평한 물체에만 부착이 가능한 문제점도 있다. In addition, there is a problem that can be attached only to a wide flat object due to its own ground plane.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 접지면과 단락핀이 없는 단일 평면 구조의 안테나를 형성하여 상위 기판의 상부에 인쇄가 가능하고, 대량생산이 용이한 저가형 평면 안테나를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by forming an antenna of a single plane structure without a ground plane and a shorting pin, it is possible to print on the upper substrate, low-cost flat antenna easy to mass production To provide.
본 발명의 다른 목적은 전도성이 높은 금속 도체뿐만 아니라 자유공간 및 유전율이 낮은 물체에 부착되었을 경우에도 안테나가 동작하도록 하여, 인식 대상이 되는 물체의 종류에 무관하게 태그가 동작할 수 있도록 하는 저가형 평면 안테나를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to allow the antenna to operate even when attached to an object having high conductivity as well as free space and low dielectric constant, so that the tag can operate regardless of the type of object to be recognized. To provide an antenna.
본 발명의 또 다른 목적은 태그 칩의 입력단 임피던스가 다르더라도 용이하게 안테나 구조를 튜닝하여 자유공간에서 넓은 동작 대역을 갖도록 하는 저가형 평 면 안테나를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a low-cost planar antenna having a wide operating band in free space by easily tuning the antenna structure even if the input terminal impedance of the tag chip is different.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나, 안테나 패턴을 인쇄하기 위한 상위 기판; 상기 상위 기판을 지지하기 위한 하위 기판; 상기 상위 기판의 상부에 인쇄된 두개의 다이폴 안테나; 상기 두개의 다이폴 안테나를 연결하는 변형된 이중 T 매칭 네트워크; 및 상기 이중 T 매칭 네트워크에 형성되어 전류를 공급하는 급전부;;를 포함하여 구성된다.A non-grounded plane antenna according to the present invention for achieving the above object, an upper substrate for printing an antenna pattern; A lower substrate for supporting the upper substrate; Two dipole antennas printed on top of the upper substrate; A modified dual T matching network connecting the two dipole antennas; And a power supply unit formed in the double T matching network to supply a current.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 무접지면 평면 안테나는, 안테나 패턴을 인쇄하기 위한 기판; 상기 기판의 상부에 인쇄된 두개의 다이폴 안테나; 상기 두개의 다이폴 안테나를 연결하는 변형된 이중 T 매칭 네트워크; 및 상기 이중 T 매칭 네트워크에 형성되어 전류를 공급하는 급전부;;을 포함하여 수행된다.Another contactless plane antenna according to the present invention for achieving the above object is a substrate for printing an antenna pattern; Two dipole antennas printed on the substrate; A modified dual T matching network connecting the two dipole antennas; And a power supply unit formed in the double T matching network to supply a current.
이하에서는, 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나의 바람직한 실시예를 도1 내지 도8을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the non-ground plane antenna according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
상기 도1에 도시된, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접지면 평면 안테나는, 안테나 패턴을 인쇄하기 위한 상위 기판(11); 상기 상위 기판을 지지하기 위한 하위 기판(12); 상기 상위 기판의 상부에 인쇄된 두개의 다이폴 안테나(13,14); 상기 두개의 다이폴 안테나를 연결하는 변형된 이중 T 매칭 네트워크(15); 및 상기 이중 T 매칭 네트워크에 형성되어 전류를 공급하는 급전부(16);를 포함하여 구성된다.1, the contactless plane antenna according to an embodiment of the present invention, the
상기 도1의 상기 상위 기판(11)은 두께가 약 50 μm(마이크로 미터) 이고, 유전율이 3.9 인 PET 기판이다. 또한, 상기 두개의 다이폴 안테나는 외부 다이폴 안테나와 내부 다이폴 안테나로 구성된다. The
구체적으로 설명하면, 상기 외부 다이폴 안테나(13)는 양단이 꺽인 ㄷ자 형태로 외측에 형성되고, 상기 내부 다이폴 안테나(14)는 상기 외부 다이폴 안테나(11)의 안쪽에 위치하고 안쪽으로 감긴 형태로 구성된다. Specifically, the
여기서, 상기 다이폴 안테나들(13,14)의 크기는 조절 가능하고, 이로 인하여 공진 주파수를 조절할 수 있으며 상기 안테나들의 공진 주파수를 서로 근접시켜 광대역 성능을 개선할 수 있다. 즉, 상기 두개의 다이폴 안테나(13,14)는 상호 겹쳐지지 않고 근접하여 각각 별개의 공진을 수행하는 것을 특징으로 한다.In this case, the
상기 변형된 이중 T 매칭 네트워크(15)는 상기 외부 다이폴(13) 안테나와 내부 다이폴 안테나(14)를 연결하며, 상기 변형된 이중 T 매칭 네트워크(15)의 크기는 형성되는 위치에 따라 급전부(16)의 임의의 임피던스에 쉽게 정합할 수 있다.The modified dual
상기 변형된 이중 T 매칭 네트워크(16)의 사용은 무접지면 평면 안테나가 고차회로와 같이 동작하게 함으로써 넓은 동작 주파수 특성을 갖도록 만든다. The use of the modified dual
또한, 상기 급전부(16)와 변형된 이중 T 매칭 네트워크(15)에 의해서 상기 두 개의 다이폴(13, 14) 안테나는 급전부에 병렬로 연결되고, 이러한 연결구조는 상기 무접지면 평면 안테나가 금속 도체와 같은 높은 도전율을 갖는 물체에 근접하더라도 입력 저항이 감소하지 않게 한다. In addition, the two
또한, 상기 하위 기판(12)은 유전율이 1인 유전체로 구성되어, 약 3 mm의 두께를 가지며, 상기 무접지면 평면 안테나가 금속 도체에 부착되었을 경우, 금속 도 체와 상위 기판(13)에 인쇄된 안테나 패턴들을 일정 간격 유지시켜 상기 무접지면 평면 안테나의 효율이 급격히 하락하는 것을 방지한다.In addition, the
도 2는 본 발명에 따른 부착물체에 무관하게 동작하는 무접지면 평면 태그 안테나의 정면도와 측면도이며, 도 3은 상기 태그 안테나가 인식 대상이 되는 물체에 부착된 모습을 나타낸 그림이다. FIG. 2 is a front view and a side view of a non-contact plane tag antenna operating independently of the attachment object according to the present invention, and FIG. 3 is a view illustrating a state in which the tag antenna is attached to an object to be recognized.
도 4는 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나를 상용 태그 칩에 공액 정합시킨 후, 상기 무접지면 평면 안테나가 자유공간에 있을 때의 반사손실 특성을 나타낸 것이다. 도 4에서 보여지는 바와 같이 반사손실은 동작 주파수가 856.5 MHz ~ 872 MHz (S11 <-3 dB) 그리고 904.5 MHz ~ 974 MHz 일 때 다른 동작주파수에 비하여 상당히 개선되었음을 알 수 있다. FIG. 4 shows the return loss characteristic when the non-ground plane antenna is in free space after conjugate matching of the non-ground plane antenna according to the present invention to a commercial tag chip. As shown in FIG. 4, the return loss is considerably improved compared to other operating frequencies when the operating frequencies are 856.5 MHz to 872 MHz (S 11 <-3 dB) and 904.5 MHz to 974 MHz.
여기서, 사용된 상용 태그 칩은 914 MHz 에서 약 13 + j133의 입력 임피던스 특성을 갖는다. Here, the commercial tag chip used has an input impedance characteristic of about 13 + j133 at 914 MHz.
다음에, 도 5는 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나를 상용 태그 칩에 공액 정합시킨 후, 금속 도체에서 상기 무접지면 평면 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 것이다. 도 5에서 보여지는 바와 같이 반사손실은 동작 주파수가 909 MHz ~ 916.5 MHz일 때 다른 동작 주파수에 비하여 상당히 개선되었음을 알 수 있다. Next, FIG. 5 shows the return loss characteristics of the non-ground plane antenna in a metal conductor after conjugate matching of the non-ground plane antenna according to the present invention to a commercial tag chip. As shown in FIG. 5, the return loss is considerably improved compared to other operating frequencies when the operating frequency is 909 MHz to 916.5 MHz.
도 6은 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나에 상용 태그 칩을 장착하여 측정한 최대 인식거리 특성을 나타낸 것으로서, 오른쪽 곡선은 자유공간에 상기 무접지면 평면 안테나가 위치할 때의 인식거리이며, 왼쪽 곡선은 상기 무접지면 평면 안테나의 뒷면에 금속 도체를 부착한 상태에서 측정한 인식거리이다. Figure 6 shows the maximum recognition distance characteristics measured by mounting a commercial tag chip on a non-ground plane antenna according to the present invention, the right curve is the recognition distance when the non-ground plane antenna in the free space, The left curve is a recognition distance measured with a metal conductor attached to the rear surface of the solid state plane antenna.
도 7은 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나에 상용 태그 칩을 장착하여 측정한 다른 최대 인식거리 특성을 나타낸 것으로서, 오른쪽 곡선은 상기 무접지면 평면 안테나를 3.2 mm 의 두께와 유전율이 4.2 인 FR4에 부착하였을 때의 최대 인식거리 이며, 왼쪽 곡선은 160 mm 의 두께를 갖는 나무에 부착하였을 때의 최대 인식거리이다. FIG. 7 shows another maximum recognition distance characteristic measured by mounting a commercial tag chip on a non-ground plane antenna according to the present invention. The right curve shows the FR4 having a thickness of 3.2 mm and a dielectric constant of 4.2. It is the maximum recognition distance when attached to, and the left curve is the maximum recognition distance when attached to a tree with a thickness of 160 mm.
상기 도 4 내지 도 7에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나를 RFID 태그 안테나 용도로 적용한 결과, 상기 무접지면 평면 안테나에 결합되는 RFID 칩의 임피던스가 매우 큰 커패시턴스를 갖는 경우에도 상기 무접지면 평면 안테나가 자유공간에 위치할 시, 동작 주파수는 856.5 MHz ~ 872 MHz 그리고 904.5 MHz ~ 974 MHz 에서 개선된 반사손실 특성을 보인다. As can be seen from Figures 4 to 7, as a result of applying the contactless plane antenna according to the present invention for RFID tag antenna use, the capacitance of the RFID chip coupled to the contactless plane antenna is very large capacitance Even when the non-ground plane antenna is located in free space, the operating frequency shows improved return loss characteristics at 856.5 MHz to 872 MHz and 904.5 MHz to 974 MHz.
상기 개선된 반사손실 특성은 유럽(866 MHz ~ 869 MHz), 북남미(902 MHz ~ 928 MHz), 대한민국(908.5MHz ~ 914MHz), 일본(950 MHz ~ 956 MHz) 등의 대다수 국가에서 요구하는 RFID 주파수 대역을 만족하고, 상기 무접지면 평면 안테나가 금속 도체 위에 부착되었을 때에도 909 MHz ~ 916.5 MHz의 동작 주파수 특성을 보이므로, 상기 무접지면 평면 안테나는 종래의 태그 안테나와 달리 접지면과 단락핀 등이 필요치 않는 단순한 평면 구조를 가져 대량생산에 매우 용이하다.The improved return loss characteristics are the RFID frequencies required in most countries such as Europe (866 MHz to 869 MHz), North and South America (902 MHz to 928 MHz), South Korea (908.5 MHz to 914 MHz), Japan (950 MHz to 956 MHz). Since the antenna meets the band and exhibits an operating frequency characteristic of 909 MHz to 916.5 MHz even when the non-ground plane antenna is attached on the metal conductor, the non-ground plane antenna has a ground plane and a shorting pin, unlike a conventional tag antenna. This simple planar structure is not required and is very easy for mass production.
또한, 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나는 광대역의 동작 주파수 특성을 가져 유전율이 낮은 유전체 위에서도 원거리 인식이 가능함을 알 수 있다. In addition, it can be seen that the non-grounded plane antenna according to the present invention has a wide operating frequency characteristic and thus can be remotely recognized even on a low dielectric constant.
상기 도8 에 도시된, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무접지면 평면 안테나는 안테나 패턴을 인쇄하기 위한 기판(81); 상기 기판의 상부에 인쇄된 두개의 다이폴 안테나(82,83); 상기 두개의 다이폴 안테나를 연결하는 변형된 이중 T 매칭 네트워크(84); 및 상기 이중 T 매칭 네트워크에 형성되어 전류를 공급하는 급전부(85);를 포함하여 구성된다. 8, the non-ground plane antenna according to another embodiment of the present invention comprises a
상기 기판(81)은 기판의 두께를 기준 두께 이상으로 하여 안테나가 금속 도체에 부착하였을 경우에도 일정 거리를 유지하는 것을 특징으로 한다. The
상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 무접지면 평면 안테나의 기능, 동작 원리 및 구조는 상기 일실시예에 따른 무접지면 평면 안테나에 대한 설명 가운데 하위 기판이 없다는 차이점을 제외하면, 상기 일실시예에 따른 무접지면 평면 안테나에 대하여 전술한 바와 동일하므로 이하 생략한다. The function, operation principle, and structure of the non-ground plane antenna according to another embodiment of the present invention are the same except for the difference that there is no lower substrate in the description of the non-ground plane antenna according to the embodiment. The non-grounded plane antenna according to the same method as described above is omitted below.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범위는 상기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되고, 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형들이 가능하다는 것은 당업자에 자명할 것이다.As described above, although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the spirit and scope of the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, but are defined by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible within the scope of.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무접지면 평면 안테나는 상위 기판을 지지하기 위한 하위 기판으로 구성되어 상기 안테나가 자유공간뿐만 아니라 저 유전율의 유전체 및 금속 도체에 부착되었을 경우에도 각각 동작가능하고, 상기 안테나 제조 시 기존의 안테나들과 달리 접지면과 단락핀 등이 필요하지 않아 저렴한 가격으로 대량생산이 용이하고, 급전부의 임피던스가 다르더라도 안테 나의 구조를 쉽게 튜닝할 수 있으며, 자체 금속 접지면이 필요치 않아 평면이 아닌 물체에도 안테나를 부착하여 사용할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the non-grounded plane antenna according to the present invention is composed of a lower substrate for supporting the upper substrate so that the antenna can be operated even when the antenna is attached to a dielectric and metal conductor of low dielectric constant as well as free space. In addition, unlike the existing antennas, the antenna does not require a ground plane and a shorting pin, so that the antenna is easily mass-produced at a low price, and the antenna structure can be easily tuned even if the impedance of the feeder is different. Since no ground plane is required, the antenna can be attached to an object that is not flat.
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