KR100854320B1 - Ｒｆｉｄ 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID 태그용 사각 루프 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 사각 루프 안테나는, 소정 유전율을 갖는 기판과, 상·하·좌·우 4개의 삼각 미앤더 라인부로 구성되되 삼각 미앤더 라인부의 빗변이 이웃한 삼각 미앤더 라인부의 빗변과 소정 간격 이격되어 기판에 배치되는 사각 루프 소자를 포함한다.

본 발명에 의하면, 미앤더 구조를 통해 소형화를 구현할 수 있다.

RFID, 태그, 안테나, 루프, 미앤더 구조

Description

ＲＦＩＤ 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나{RECTANGULAR LOOP ANTENNA HAVING MEANDER STRUCTURE FOR RFID TAG}

도 1은 제1 실시예에 따른 사각 루프 안테나에 대한 예시도,

도 2a는 삼각 미앤더 라인부를 보인 예시도,

도 2b는 사각 루프 소자를 보인 예시도,

도 3은 급전라인을 포함한 삼각 미앤더 라인부를 보인 예시도,

도 4a는 종래 기본형 사각 루프 안테나를 보인 예시도,

도 4b는 종래 기본형 사각 루프 안테나에 따른 방사패턴도,

도 5a는 제1 실시예에 따른 사각 루프 안테나를 보인 예시도,

도 5b는 제1 실시예에 따른 방사패턴도,

도 6a는 제2 실시예에 따른 사각 루프 안테나에 대한 예시도,

도 6b는 제2 실시예의 사각 루프 소자가 기판에 접히는 양상을 설명하기 위한 예시도,

도 7은 제2 실시예에 따른 방사패턴도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

A : 제1 실시예에 따른 사각 루프 안테나

B : 제2 실시예에 따른 사각 루프 안테나

100 : 기판 200 : 사각 루프 소자

210, 220, 230, 240 : 삼각 미앤더 라인부

231, 232 : 급전라인

본 발명은 UHF 대역(860~960MHz)에 사용되는 RFID 태그용 사각 루프 안테나에 관한 것으로서, 특히 미앤더(meander) 구조를 통해 소형화가 구현된 사각 루프 안테나에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은, 기본적으로 RFID 태그와 리더기로 구성되어, 유통, 물류, 출입통제, 추적관리 시스템 등 다양한 분야로 그 저변이 확대되는 추세에 있다. RFID 시스템의 태그(RFID 태그)는 전력 공급 방식에 따라 자체 전원을 사용하는 능동형(active)과 유도 커플링 방식으로 전자기파를 이용해 리더기로부터 전력을 공급받는 수동형(passive), 그리고 IC 칩 회로를 구동할 경우에 한하여 자체 전원을 사용하는 반수동형(semi-passive) 등으로 구분되며, 사용 주파수 대역에 따라 인식거리, 인식속도, 환경에 대한 영향 측면에서 각기 다른 특성을 가진다.

한편, RFID 태그는 소형화될수록 인식·관리하고자 하는 대상(물품)에 부착하기가 용이하다. RFID 태그는 초소형 IC 칩과 안테나로 구성되는데, 그 전체 크기 는 안테나의 크기와 대동소이하다. 따라서 RFID 태그에 있어서 가장 중요한 요소는 안테나의 소형화(miniaturization)라고 이해될 수 있다.

안테나의 크기는 파장에 의해 결정되는바, 소형화 구현에 대한 기술적 어려움이 있다. 이러한 이유로 현재 적용되고 있는 RFID 태그 안테나로는 비교적 구조가 간단한 다이폴 안테나, 폴디드(folded) 다이폴 안테나와 같은 선형 안테나가 주를 이루고 있다. 그러나 반파장 다이폴 안테나의 경우 UHF 대역에서 그 크기가 가로·세로 160㎜정도에 머물고 있다. '160㎜'라는 수치로 보면 크기가 작은 것으로 인식될 수도 있겠으나, 시장의 요구에는 만족되지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 미앤더 구조를 통해 소형화가 구현된 RFID 태그용 사각 루프 안테나를 제공한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예는, 소정 유전율을 갖는 기판, 그리고 상·하·좌·우 4개의 삼각 미앤더 라인부로 구성되되 삼각 미앤더 라인부의 빗변이 이웃한 삼각 미앤더 라인부의 빗변과 소정 간격 이격되어 기판에 배치되는 사각 루프 소자를 포함하여, 사각 루프 안테나를 구현한다.

제1 실시예의 삼각 미앤더 라인부는 다수의 펄스형 라인들로 이루어지되 전체적으로 절두형 삼각 형태로 군집되며, 기판은 소정의 유연성을 겸비할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 의하면, 상측의 상기 삼각 미앤더 라인부는 그 중앙 근방에 한 쌍의 평행한 급전라인을 포함한다.

한편, 본 발명의 제2 실시예는, 소정 유전율을 갖는 장방형 기판, 그리고 상·하·좌·우 4개의 삼각 미앤더 라인부로 구성되되 삼각 미앤더 라인부의 빗변이 이웃한 삼각 미앤더 라인부의 빗변과 소정 간격 이격되어 기판의 전면에 배치되는 사각 루프 소자를 구성하며, 이때 제1 실시예와 달리 사각 루프 소자의 상측 일부와 하측 일부가 기판의 배면으로 접히는 사각 루프 안테나를 구현한다.

본 발명의 보다 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사각 루프 안테나에 대한 예시도이다. 도면과 같이 제1 실시예의 사각 루프 안테나(A)는, 기판(100)과 기판 상에 마련되는 사각 루프 소자(200)를 포함한다.

기판(100)은 사각 루프 소자(200)를 지지하는 정방형 평판으로서, 상기 사각 루프 소자의 안테나 손실을 최소화시키기 위해 공기(air)에 근사한 유전율(ε_r), '1.06'으로 설정되어 있다. 이러한 기판(100)은 폼(foam) 또는 서브스트레이트(substrate)로도 지칭되며, 소정의 유연성(가요성, flexibility)을 겸비할 수 있다.

본 발명의 특징적인 양상에 따른 사각 루프 소자(200)는 그 외곽이 전체적으로 사각을 취하는 루프(loop)형 소자(도전체)로서, 4개의 삼각 미앤더 라인부(210, 220, 230, 240)를 구성한다. 첨부도면 도 2a는 본 발명에서 정의한 '삼각 미앤더 라인부'의 개념을 보이고 있다. 먼저, 삼각 미앤더 라인부는 다수의 펄스형 라인(PL)들로 이루어지되, 전체적으로 절두형 삼각 형태로 군집된다. 이러한 군집 양상을 보면 마치 라인들이 '규칙성을 갖고 꼬불꼬불'하게 연장되는 것처럼 보일 수 있는데, 이것이 앞서 언급한 '미앤더(meander) 구조'이다.

상기한 삼각 미앤더 라인부(210, 220, 230, 240) 각각의 정점이 도 2b와 같이 어느 한 점 근방에 모이도록 좌·우·상·하에 배치되면, 도 1에서 보인바와 같은 사각 루프 소자(200)가 구현된다. 이때, 삼각 미앤더 라인부의 빗변들은 이웃한 삼각 미앤더 라인부의 빗변들과 접하지 않도록 소정 간격으로 이격된다.

한편, 상기한 특징을 갖는 삼각 미앤더 라인부들(210, 220, 230, 240) 중 어느 하나, 바람직하게는 상측 삼각 미앤더 라인부(230)는 도 3에 예시된 바와 같이, 그 중앙 근반에 한 쌍의 평행한 급전라인(231, 232)을 포함한다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 대한 실험예를 살펴본다.

먼저, 첨부도면 도 4a는 기본형 한 파장 사각 루프 안테나(10)를 보이고 있다. 이 한 파장 사각 루프 안테나(10)는 직렬급전 방법이 이용되었으며, 급전선로의 길이와 간격을 조절하여 임피던스 매칭이 이루어졌다. 이러한 사각 루프 안테나(10)의 반사손실(return loss)은 도 4b와 같이 설계주파수(911.25MHz)에서 -20dB, -10dB 대역폭 73.3(8%)로 나타났다. 그리고 최대 이득은 0.54dBd이고 z-y 플레인(plane)에서 무지향성 방사패턴을 형성하고 있음을 알 수 있다.

한편, 도 5a와 같은 설정을 갖는 제1 실시예(A)의 경우, 상기 기본형 사각 루프 안테나(10)에 비해 85.5%의 크기 축소율을 얻었으며, 설계주파수 911.25MHz에서 반사손실 -17.5dB, 13.6MHz(1.5%)의 -10dB 대역폭 특성이 나타났다. 도 5b에 보인바와 같이 방사패턴은 z-y 플레인에서 전방향성 방사패턴을 형성하였으며, HPBW(z-x 플레인)은 93도, 최대이득은 -2.47dBd의 특성을 보였다.

이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예는 제1 실시예를 기반으로 하여 소형화율을 높이기 위한 구조를 개시하고 있다. 도 6a을 참조하면, 제2 실시예의 사각 루프 안테나(B)는 앞서 살펴본 제1 실시예(A)와 달리 기판(100)의 형태가 장방형이며, 그 두께가 1.5㎜이다. 이러한 장방형 기판(100)의 전면에 사각 루프 소자(200)가 위치하되, 사각 루프 소자(200)의 상측 일부와 하측 일부(도 6b 참조)가 기판(100)의 배면으로 접혀 있으며(폴디드, folded), 사각 루프 소자(200)의 상측 선단과 하측 선단은 소정 간격(G)으로 이격되어 있다.

상술한 제2 실시예(B)의 소형화율은 92.2%이며, 반사손실은 -19.3dB, -10dB 대역폭은 12.2MHz(1.3%)의 특성을 보인다. 방사패턴을 나타낸 도 7을 살피면, 최대이득은 소형화로 인해 제1 실시예에 비해 다소 감소된 -4.01dBd이며, z-x 플레인의 HPBW는 96도의 특성을 보인다. 제2 실시예에 있어서 대역폭의 감소가 있으나, 이는 요구 대역폭 5.5MHz를 충분히 수용할 수 있으며, 더욱이 RFID 시스템은 근거리(약 1~2m)에 적용되므로, 작동에 큰 지장이 없다.

전술한 본 발명에 의하면, 소형화가 구현된 RFID 태그용 사각 루프 안테나를 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 도면에 예시한 수치에 본 발명이 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명의 권리범위는 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

1. RFID 태그용 사각 루프 안테나에 있어서,

   소정 유전율을 갖는 기판; 및

   상·하·좌·우 4개의 삼각 미앤더 라인부로 구성되되, 상기 삼각 미앤더 라인부의 빗변이 이웃한 삼각 미앤더 라인부의 빗변과 소정 간격 이격되어 상기 기판에 배치되는 사각 루프 소자; 를 포함하며,

   상기 삼각 미앤더 라인부는, 다수의 펄스형 라인들로 이루어지되, 전체적으로 절두형 삼각 형태로 군집되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. RFID 태그용 사각 루프 안테나에 있어서,

   소정 유전율을 갖는 장방형 기판; 및

   상·하·좌·우 4개의 삼각 미앤더 라인부로 구성되되, 상기 삼각 미앤더 라인부의 빗변이 이웃한 삼각 미앤더 라인부의 빗변과 소정 간격 이격되어 상기 기판의 전면에 배치되는 사각 루프 소자; 를 구성하며,

   상기 사각 루프 소자의 상측 일부와 하측 일부가 상기 기판의 배면으로 접히는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 사각 루프 소자의 상측 선단과 하측 선단은 소정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 삼각 미앤더 라인부는,

   다수의 펄스형 라인들로 이루어지되, 전체적으로 절두형 삼각 형태로 군집되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나.
8. 청구항 5에 있어서,

   상기 기판은,

   소정의 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나.
9. 청구항 5에 있어서,

   상측의 상기 삼각 미앤더 라인부는,

   그 중앙 근방에 한 쌍의 평행한 급전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나.

Images