KR100882772B1 - Ｒｆｉｄ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기 - Google Patents

Ｒｆｉｄ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 분배 및 고조파 제거를 동시에 수행할 수 있고, 전송 선로의 길이를 1/2로 감소시켜 초소형의 시스템을 구현할 수 있는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기를 제공하기 위한 것이다.
그 기술적 구성은 RF 통신을 위한 전력분배기에 있어서, 입력포트로 입력된 신호가 이동하는 통로인 입력단 전송선로; 상기 전송선로와 연결되어 대칭되도록 양측에 구비되고, 상기 입력단 전송통로를 통과한 신호 내에 포함된 고조파를 제거하는 저역통과필터; 상기 각 저역통과필터의 신호가 각각의 출력포트로 출력되기 위하여 이동하는 통로인 각각의 출력단 전송선로; 상기 출력단 전송선로측 저역통과필터 간에 구비되어 상기 입력포트와 상기 각각의 출력포트 간의 임피던스를 매칭시키기 위한 격리저항; 을 포함한다.
전력분배기, 저역통과필터, RFID, 송신기, 전송선로, 고조파제거, 전력분배

Description

ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기{Power Divider Having Low Pass Filter Based on ＲＦＩＤ System}
본 발명은 ＲＦＩＤ 시스템에서 이용되는 전력분배기에 관한 것으로, 특히 저역통과필터를 전력분배기에 적용하여 크기를 줄일 수 있고, 저역통과필터 및 전력분배기가 일체형으로 형성된 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기에 관한 것이다.
일반적으로, 전파식별(電波識別, Radio Frequency IDentification, 이하 RFID 라 칭함)은 소형 반도체 칩을 이용하여 사물 및 주변 환경의 정보를 전송, 처리하는 비접촉식 인식시스템으로서, 바코드와는 다르게 직접 접촉 또는 스캐닝이 필요없는 장점이 있어 바코드를 대체할 기술로 평가받고 있으며, DSRC(Dedicated Short Range Communication: 전용 근거리 통신) 또는 무선식별시스템이라고도 한다.
그리고, 판독 및 해독 기능이 있는 판독기 및 고유 정보를 내장한 RF 태그(RFID Tag), 운용 소프트웨어, 네트워크 등으로 구성된 전파식별 시스템은 사물 에 부착된 평면 형태의 태그를 식별함으로써 정보를 처리한다.
여기서, RF 태그는 반도체로 제작된 트랜스폰더 칩(Transponder Chip)과, 안테나(Antenna)로 구성되며, 수동식 및 능동식으로 구분되는데, 수동식은 내부 전원 없이 판독기의 전파 신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는 시스템이며, 능동식은 스스로 작동하기 위하여 RF 태그 전지가 내장되어 있다.
그리고, RFID는 물건 등에 부착되는 RF 태그와, RF 태그가 보유한 식별 정보를 읽거나 또는 태그에 정보를 쓰기 위한 리더(Reader)와, 리더에서 읽어들인 정보를 저장하는 등의 기능을 가지는 데이터베이스(Object Database)와, 각 구성 요소로 이루어지는 무선통신망인 네트워크(Network) 등을 포함한다.
도 1은 일반적인 전력 분배기가 적용된 RFID 시스템을 개략적으로 도시한 블록구성도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, RFID 시스템(100)은 송신장치(TX, 110)와 수신장치(RX, 120)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 송신장치(110)는 전압제어발진기(111)와, 저역통과필터(112)와, 전력분배기(113)와, 스위치(114)와, 전력증폭기(115)와, 저역통과필터(116)를포함하여 이루어진다.
여기서, 전압제어발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator, 111)는 외부에서 인가된 전압으로 원하는 발진 주파수를 출력할 수 있는 장치로서, 채널을 할당하고 주파수를 무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF) 등으로 변환하는 국부 발진기(Local Oscillator)의 역할을 하며, RF 태그에 전원을 공급하는 반송파를 생성한다.
또한, 저역통과필터(112)는 상기 전압제어발진기(111)에서 발생된 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위하여 구비되고, 전력분배기(PD: Power Divider, 113)는 상기 수신장치(120) 내에 구비된 혼합기(Mixer, 125) 및 전력증폭기(Power Amplifier, 115)로 신호를 보내기 위하여 구비된다.
더불어, 스위치(114)는 반송파가 전력증폭기(115)로 출력되지 못하도록 구비되고, 전력증폭기(115)는 상기 스위치(114)의 동작으로 입력된 신호를 요구되는 전력 레벨로 형성시키며, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 116)는 상기 전력증폭기(115)에서 발생하는 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위하여 구비되고, 안테나는 상기 저역통과필터(116)를 통과한 신호를 RF 태그에 전달하기 위하여 구비된다.
한편, 수신장치(120)는 대역통과필터(BPF: Band Pass Filter, 121)와, 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 122)와, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 123)와, 전력분배기(PD: Power Divider, 124)와, 혼합기(Mixer, 125)와, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 126)와, 증폭기(Amplifier, 127)와, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 128)와, A/D 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter, 129)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 대역통과필터(121)는 상기 송신장치(110)의 안테나를 통해 수신된 신호, 즉 변조된 RF 태그 정보만을 통과시키기 위하여 구비되며, 저잡음증폭기(122)는 상기 대역통과필터(121)로 입력된 신호가 잡음이 포함되어 있으므로, 잡음을 최소화시키고 변조된 RF 태그 정보에 대한 신호만을 증폭시키기 위하여 구비된다.
더불어, 저역통과필터(123)는 상기 저잡음증폭기(123)에서 발생된 고조파 성분을 제거하기 위하여 구비되고, 전력분배기(124)는 상기 저역통과필터(123)를 통하여 입력된 신호를 직교 분할 방식인 I 채널 및 Q 채널로 분배하기 위하여 구비된다.
또한, 혼합기(125)는 분배된 신호를 낮은 주파수로 변환하여 혼합하기 위하여 구비되고, 저역통과필터(126)는 혼합된 신호에서 발생된 고조파 성분을 제거하기 위하여 구비된다.
그리고, 증폭기(127)는 변환된 낮은 신호를 증폭하기 위하여 구비되고, 다시 한번 저역통과필터(128)를 통과시켜 고조파 성분을 제거한다.
그리고 나서, A/D 컨버터(129)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여 구비되고, 이를 통과한 디지털 신호는 중앙처리장치(CPU, 140)에 입력되어 RF 태그에 있는 정보를 식별 및 처리하며, 처리된 정보는 인터페이스를 통하여 컴퓨터 서버에 구축된 자료(DB, 150)를 읽는다.
도 2는 도 1의 전력분배기를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2를 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 송신장치(110)의 전력분배기(113) 및 수신장치(120)의 전력분배기(124)는 윌킨스 전력분배기(Wilkinson Power Divider)를 이용하고, 2.4Ghz 대역의 주파수를 이용한다.
그리고, 전력분배기(113, 114)는 하나의 신호 또는 그 이상의 신호를 나누어 출력하기 위한 RF 수동 소자로서, 입력포트 측에 Z0의 임피던스를 가지고, λ/4 의 길이 및 (2)1/2*Z0의 임피던스를 가지는 선로로 분배되며, 출력포트 측에 2*Z0의 임피던스를 가지는 저항을 구비하여 Z0의 임피던스를 가지는 각 출력포트로 전력을 분배한다.
더불어, 입력포트(P1)에서 제1 출력포트(P2)로 출력된 신호(S(2,1))를 보면, 3차 고조파(m3) 및 5 차 고조파(m5)가 그대로 출력된 것을 알 수 있다.
그러나, 전력분배기는 입력신호의 전력의 1/2인 3dB 전력 분배만을 수행하기 때문에, 통과하는 대역이 반복되어 원하는 대역 중심주파수의 3 차 고조파 및 5 차 고조파 등의 홀수 차수 고조파(Even Order Harmonic) 성분이 출력되어 통신 시스템의 성능을 저하시켰으며, 고조파 성분을 제거하기 위하여, 전력분배기에 저역통과필터를 구비하면, 전력분배기의 길이 및 크기가 증가하고, 낮은 주파수에서는 물리적으로 크기가 증가하며, 이에 따라 크기를 줄이기 위하여 전송선로를 접거나 또는 개방 스터드를 추가하여 크기를 줄여야 하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전력 분배 및 고조파 제거를 동시에 수행할 수 있는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 전송 선로의 길이를 1/2로 감소시켜 초소형의 시스템을 구현할 수 있는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 고조파 제거를 위한 저역통과필터를 내측에 구비하여 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고조파를 제거하는 필터의 기능과, 전력을 분배하는 기능을 구비하고, 시스템의 길이를 감소시키기 위하여 전력을 분배하는 전송선로에 대칭적으로 λ/8 길이의 저역통과필터를 내측으로 삽입한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 전력분배기와 저역통과필터를 일체형으로 설계하되, 전력을 분배하는 전송선로에 각각 저역통 과필터를 1/2 길이로 형성시킴으로써 전력분배기의 길이를 감소시킬 수 있고, 저역통과필터가 전력분배기 내측으로 삽입되어 외부에 저역통과필터를 추가적으로 삽입할 필요가 없으므로, 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 RF 통신을 위한 전력분배기에 있어서, 입력포트로 입력된 신호가 이동하는 통로인 입력단 전송선로; 상기 전송선로와 연결되어 대칭되도록 양측에 구비되고, 상기 입력단 전송통로를 통과한 신호 내에 포함된 고조파를 제거하는 저역통과필터; 상기 각 저역통과필터의 신호가 각각의 출력포트로 출력되기 위하여 이동하는 통로인 각각의 출력단 전송선로; 상기 출력단 전송선로측 저역통과필터 간에 구비되어 상기 입력포트와 상기 각각의 출력포트 간의 임피던스를 매칭시키기 위한 격리저항; 을 포함한다.
여기서, 상기 저역통과필터는 상기 입력단 전송선로 및 출력단 전송선로와 연결되어 신호가 인가되는 각각의 급전선로; 상기 각각의 급전선로와 연결되되, 평행하도록 형성된 선로 간에 상호인덕턴스에 의한 커플링이 발생하는 평행결합선로; 상기 평행결합선로에서 발생된 커플링에 의한 신호가 단락되는 오픈 스터드; 를 포함한다.
그리고, 상기 각각의 급전선로의 길이는 λ/16 인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 저역통과필터를 이용한 전력 분배기가 적용된 RFID 시스템을 개략적으로 도시한 블록구성도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, RFID 시스템(1)은 송신장치(TX, 10)와 수신장치(RX, 20)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 송신장치(10)는 전압제어발진기(11)와, 저역통과필터 전력분배기(12)와, 스위치(13)와, 전력증폭기(14)와, 저역통과필터(15)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 전압제어발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator, 11)는 외부에서 인가된 전압으로 원하는 발진 주파수를 출력할 수 있는 장치로서, 채널을 할당하고 주파수를 무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF) 등으로 변환하는 국부 발진기(Local Oscillator)의 역할을 하며, RF 태그에 전원을 공급하는 반송파를 생성한다.
또한, 본 발명에 따른 저역통과필터를 구비한 전력분배기(12)는 전력분배기(12) 내에 구비된 저역통과필터를 이용하여 상기 전압제어발진기(11)에서 발생된 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위하여 구비된다.
여기서, 전력분배기(12) 내에 구비된 저역통과필터는 전력분배를 위한 전송선로 양측에 대칭되도록 구비되고, 상기 전력분배기(12)의 내측에 상기 저역통과필터를 1/2 길이로 구비하기 때문에, 감소된 길이 및 크기를 갖는다.
또한, 전력분배기(12)는 상기 수신장치(20) 내에 구비된 혼합기(Mixer, 24) 및 전력증폭기(Power Amplifier, 14)로 신호를 보내기 위하여 구비된다.
더불어, 스위치(13)는 반송파가 전력증폭기(14)로 출력되지 못하도록 구비되고, 전력증폭기(14)는 상기 스위치(13)의 동작으로 입력된 신호를 요구되는 전력 레벨로 형성시키며, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 15)는 상기 전력증폭기(14)에서 발생하는 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위하여 구비되고, 안테나는 상기 저역통과필터(15)를 통과한 신호를 RF 태그에 전달하기 위하여 구비된다.
한편, 수신장치(20)는 대역통과필터(BPF: Band Pass Filter, 21)와, 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 22)와, 본 발명에 따른 저역통과필터를 구비한 전력분배기(23)와, 혼합기(Mixer, 24)와, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 25)와, 증폭기(Amplifier, 126)와, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter, 27)와, A/D 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter, 28)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 대역통과필터(21)는 상기 송신장치(110)의 안테나를 통해 수신된 신호, 즉 변조된 RF 태그 정보만을 통과시키기 위하여 구비되며, 저잡음증폭기(22)는 상기 대역통과필터(21)로 입력된 신호가 잡음이 포함되어 있으므로, 잡음을 최소화시키고 변조된 RF 태그 정보에 대한 신호만을 증폭시키기 위하여 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 저역통과필터를 구비한 전력분배기(23)는 상기 송신장치(10)의 전력분배기(12)와 동일한 구성을 가지도록 이루어지는 것이 바람직하며, 전력분배기(23) 내에 구비된 저역통과필터가 상기 저잡음증폭기(22)에서 발생된 고조파 성분을 제거하고, 전력을 분배하기 위한 전송선로에서 고조파 성분이 제거도 니 신호의 전력이 분배되면서 직교 분할 방식인 I 채널 및 Q 채널로 출력된다.
더불어, 혼합기(24)는 분배된 신호를 낮은 주파수로 변환하여 혼합하기 위하여 구비되고, 저역통과필터(25)는 혼합된 신호에서 발생된 고조파 성분을 제거하기 위하여 구비된다.
여기서, 상기 혼합기(24)에 연결된 분배기(Divider, 30)는 출력포트에서 신호가 출력될 때, 90 도의 위상차를 가지도록 분배한다.
그리고, 증폭기(26)는 변환된 낮은 신호를 증폭하기 위하여 구비되고, 다시 한번 저역통과필터(27)를 통과시켜 고조파 성분을 제거한다.
그리고 나서, A/D 컨버터(28)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여 구비되고, 이를 통과한 디지털 신호는 중앙처리장치(CPU, 40)에 입력되어 RF 태그에 있는 정보를 식별 및 처리하며, 처리된 정보는 인터페이스를 통하여 컴퓨터 서버에 구축된 자료(DB, 50)를 읽는다.
도 5는 도 4의 전력분배기를 도시한 도이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저역통과필터가 구비된 전력분배기(12)는 신호가 입력되는 입력포트(P1)와, 상기 입력포트로 입력된 신호가 이동하는 입력단 전송선로(12c)와, 저역통과필터(12a, 12b)가 각각 대칭되도록 구비된 전송선로와, 상기 저역통과필터(12a, 12b)가 구비된 전송선로 간 이격 거리를 두기 위한 격리저항(12d)과, 제1 출력포트(P2) 및 제2 출력포트(P3)로 출력되기 위한 출력단 전송선로(12e)를 구비한다.
여기서, 전력분배기(12)는 전송선로(Microstrip/Stripline)에서 전력을 균등하게 두 개의 경로로 배분하기 위하여 구비되는데, T-Junction 형상의 전송선로를 이용하여 반반씩 전력을 분산시킬 수 있다.
그리고, 입력포트(P1), 제1 출력포트(P2), 제2 출력포트(P3)를 각각 매칭시키고, 각 포트 간의 임피던스 차를 보정하기 위하여 두 경로 사이에 저항을 삽입하는데, 이를 격리저항(12d)라 한다.
즉, RF 대역에서는 풀-매칭(Full Matching) 전력 배분을 위해서, 상기 격리저항(12d)과 같이 손실(Loss)을 임의로 주어 매칭을 조절하고, 이에 따라 각 포트 간의 임피던스 평형을 유지한다.
그리고, 입력단 전송선로(12c)의 임피던스(Z0)를 50 [Ω]으로 설정하였으므로, 상기 격리저항(12d)은 입력단 전송선로(12c)의 임피던스(Z0)의 두 배인 100 [Ω]으로 설정한다.
또한, 저역통과필터(12a, 12b)의 길이는 각각 λ/8이며, 임피던스는 (2)1/2*Z0 즉, (2)1/2 * 50 [Ω]의 임피던스를 가진다.
더불어, 출력단 전송선로(12e)는 제1 출력포트(P2) 및 제2 출력포트(P3)로 신호가 출력되기 위한 통로이며, 입력단 전송선로(12c)와 동일한 임피던스 및 길이를 가지며 형성되는데, 상기 입력단 전송선로(12c) 및 출력단 전송선로(12e)의 길이는 바람직하게는 λ/8 이하로 형성되고, 상기 길이 및 임피던스는 각 전력분배기(12)에 따라 변경가능하다.
그리고, 전력분배를 위해서 대칭되도록 형성된 각 저역통과필터(12a, 12b) 중에서, 상부면에 위치한 전송선로에 구비된 저역통과필터(12a)를 통과하는 신호를 A 라 하고, 하부면에 위치한 전송선로에 구비된 저역통과필터(12b)를 통과하는 신호를 B 라 한다.
도 6은 도 5의 전력분배기를 설계한 설계도이고, 도 7은 도 6의 설계도에 따라 기판에 적용한 레이아웃을 도시한 도이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저역통과필터가 구비된 전력분배기(12)는 전력분배를 위하여 대칭되도록 양측에 나누어진 전송선로에 각각 저역통과필터(12a, 12b)를 구비한다.
그리고, 입력포트(P1)에서 입력된 신호가 전력분배 및 고조파 제거를 위한 전송선로 및 전송선로에 구비된 각각의 저역통과필터(12a, 12b)를 통과하도록, 이동통로를 두는데, 이를 입력단 전송통로(12c)라 하고, λ/8의 길이와, 50 [Ω]의 임피던스를 가지며, 상기 길이와 임피던스는 용도 및 매칭될 임피던스에 따라 변경가능하다.
또한, 상,하부에 각각 위치한 전송선로에 구비된 저역통과필터(12a, 12b)는 오픈 스터드(Open-Stud, 12a-1, 12b-1)와, 평행결합선로(Parallel Coupled Line, 12a-2, 12b-2)와, 급전선로(Feeding Line, 12a-3, 12b-3)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 오픈 스터드(12a-1, 12b-1)의 길이는 W2 이고, 상기 오픈 스터드(12a-1, 12b-1)의 길이는 전력분배기(12)의 폭을 결정하게 된다.
바람직하게는, 저역통과필터(12a, 12b)의 오픈 스터드(12a-1, 12b-1)의 길이인 W2는 저역통과필터(12a)의 구성요소 중 입력포트(P1) 및 출력포트(P2, P3) 방향으로 나누어진 각각의 급전선로(12a-3)의 길이의 1/2, 즉 λ/32 로 형성되고, 이는 용도 및 매칭할 임피던스의 변화에 따라 변경가능하다.
또한, 평행결합선로(12a-2, 12b-2)는 각각 짝수 모드 임피던스(Even Mode Impedance, Zoe)와, 홀수 모드 임피던스(Odd Mode Impedance, Zoo)와 W1의 길이를 가지는데, 상기 길이는 W2와의 합이 λ/8 이하가 되어야 한다.
즉, W2가 λ/32 라면, W1은 3λ/32 와 동일하거나 또는 3λ/32 이하가 되어야 하고, 상기 길이는 종류 및 매칭에 따라 변경가능하다.
여기서, 평행결합선로(12a-2, 12b-2)는 평행한 두 개의 선로가 커플링되는데, 두 개의 선로 간의 주변 자기장에 의한 신호 교류인 상호인덕턴스(Mutual Inductance)로 발생하고, 이는 두 개의 선로에 흐르는 전류 방향에 따라 증감된다.
그리고, 평행한 두 개의 선로 간의 전류 방향이 동일한 경우는 짝수 모드(Even Mode), 평행한 두 개의 선로 간의 전류 방향이 반대인 경우는 홀수 모드(Odd Mode)라 하고, 이에 따른 등가 회로 및 임피던스를 산출하는 것이 바람직하며, 이에 따른 임피던스를 각각 Zoe, Zoo 라 한다.
또한, 급전선로(12a-3, 12b-3)는 신호를 인가하기 위하여 구비되는데, 입력포트(P1) 및 제1 출력포트(P2), 제2 출력포트(P3) 등과 연결되기 위한 커넥터 역할을 한다.
여기서, 상기 급전선로(12a-3, 12b-3)는 입력포트(P1) 및 출력포트(P2, P3) 방향으로 나누어진 각각의 선로의 길이가 λ/32 로 형성되어, 전체 길이는 λ/8 로 형성되어 본 발명에 따른 저역통과필터가 구비된 전력분배기(12)의 총 길이를 1/2 로 감소시킨다.
더불어, λ는 원하는 중심 주파수(fo)를 이용하여 산출할 수 있으며, 이는 하기 수학식 1 과 같다.
Figure 112007065130219-pat00001
더불어, 저역통과필터를 전력분배기(12)의 내측으로 형성시키되, 주파수 특성이 변하지 않는 범위에서 설계가 이루어지는 것이 바람직하고, 내측뿐 아니라 외측으로 감긴 형태로도 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 저역통과필터를 구비한 전력분배기(12)의 전체 크기는 약 26mm X 15mm 로 이루어져, 전력이 분배됨과 동시에 전송선로에 구비된 각 저역통과필터(12a, 12b)를 통하여 원하는 주파수인 중심 주파수(fo)를 제외한 고조파 성분들은 제거하며, RFID 시스템을 구현하는 데 이용될 수 있고, 평형전력 증폭기 및 평형혼합기 등의 송, 수신기를 이용하는 모든 곳에 적용될 수 있다.
도 8은 도 7의 전력분배기를 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력분배기는 에질런트(Agilent)사의 ADS 프로그램을 통하여 설계 및 구현하였고, S(1,1)는 입력포트(P1)에서 입력포트(P1)으로 반사된 신호(Signal)이고, S(2,1)은 입력포트(P1)에서 제1 출력포트(P2)로 출력된 신호이며, S(3, 2)는 제1 출력포트(P2)에서 제2 출력포트(P3)로 출력된 신호이고, S(3, 1)은 입력포트(P1)에서 제2 출력포트(P3)로 출력된 신호이다.
여기서,원하는 중심 주파수(fo)를 2.4Ghz 로 설정하고, 이에 따라, S(2, 1) 및 S(3, 1)의 전력이 입력전력의 1/2 배 즉 약 3dB 로 출력되어, 전력분배의 결과를 알 수 있다.
그리고, 중심 주파수(fo = 2.4Ghz)의 2 배인 2 차 고조파 성분(2fo = 4.8Ghz)을 도시한 m2 및 중심 주파수(fo = 2.4Ghz)의 3 배인 3 차 고조파 성분(3fo = 7.2Ghz)을 도시한 m3 를 보면, 약 -20dB 정도 이하로 억제되는 것을 볼 수 있다.
또한, S(3, 2)와 S(1, 1)는 격리도(Isolation)와 반사 손실(Return Loss)이며, -20dB 이하인 것을 알 수 있다.
도 9는 도 4의 전력분배기 중 저역통과필터의 설계도이고, 도 10은 도 9의 설계도에 따라 기판에 적용한 레이아웃을 도시한 도이며, 도 6을 참조하여 설명한다. 도면에서 도시한 바와 같이, 저역통과필터(12a, 12b)는 전력분배기(12)에 적용 되지 않고, 단독으로 이용될 수 있는데, 이는 상기와 같다.
상기한 바와 같이, 저역통과필터(12b)의 길이는 각각 λ/8이며, 임피던스는 (2)1/2*Z0 즉, (2)1/2 * 50 [Ω]의 임피던스를 가진다.
또한, 오픈 스터드(Open-Stud, 12b-1)와, 평행결합선로(Parallel Coupled Line, 12b-2)와, 급전선로(Feeding Line, 12b-3)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 오픈 스터드(12b-1)의 길이는 W2 이고, 상기 오픈 스터드(12b-1)의 길이는 전력분배기(12)의 폭을 결정하게 된다.
바람직하게는, 저역통과필터(12b)의 오픈 스터드(12b-1)의 길이인 W2는 저역통과필터(12b)의 구성요소 중 입력포트(P1) 및 출력포트(P2) 방향으로 나누어진 각각의 급전선로(12b-3)의 길이의 1/2, 즉 λ/32 로 형성되고, 이는 용도 및 매칭할 임피던스의 변화에 따라 변경가능하다.
또한, 평행결합선로(12b-2)는 각각 짝수 모드 임피던스(Even Mode Impedance, Zoe)와, 홀수 모드 임피던스(Odd Mode Impedance, Zoo)와 W1의 길이를 가지는데, 상기 길이는 W2와의 합이 λ/8 이하가 되어야 한다.
즉, W2가 λ/32 라면, W1은 3λ/32 와 동일하거나 또는 3λ/32 이하가 되어야 하고, 상기 길이는 종류 및 매칭에 따라 변경가능하다.
또한, 급전선로(12b-3)는 신호를 인가하기 위하여 구비되는데, 입력포트(P1) 및 출력포트(P2) 등과 연결되기 위한 커넥터 역할을 한다.
여기서, 상기 급전선로12b-3)는 입력포트(P1) 및 출력포트(P2) 방향으로 나누어진 각각의 선로의 길이가 λ/32 로 형성되어, 전체 길이는 λ/8 로 형성되어 본 발명에 따른 저역통과필터가 구비된 전력분배기(12)의 총 길이를 1/2 로 감소시킨다.
도 11은 도 10의 저역통과필터를 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전력분배기는 에질런트(Agilent)사의 ADS 프로그램을 통하여 설계 및 구현하였고, S(1,1)는 입력포트(P1)에서 입력포트(P1)으로 반사된 신호(Signal)이고, S(2,1)은 입력포트(P1)에서 제1 출력포트(P2)로 출력된 신호이다.
여기서,원하는 중심 주파수(fo)를 2.4Ghz 로 설정하고, 이보다 높은 -3dB 차단 주파수인 3Ghz를 갖는 고조파를 필터링 및 억제하는 특성이 개선된 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
도 1은 일반적인 전력 분배기가 적용된 RFID 시스템을 개략적으로 도시한 블록구성도.
도 2는 도 1의 전력분배기를 도시한 도.
도 3은 도 2를 시뮬레이션한 결과 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 저역통과필터를 이용한 전력 분배기가 적용된 RFID 시스템을 개략적으로 도시한 블록구성도.
도 5는 도 4의 전력분배기를 도시한 도.
도 6은 도 5의 전력분배기를 설계한 설계도.
도 7은 도 6의 설계도에 따라 기판에 적용한 레이아웃을 도시한 도.
도 8은 도 7의 전력분배기를 시뮬레이션한 결과 그래프.
도 9는 도 4의 전력분배기 중 저역통과필터의 설계도.
도 10은 도 9의 설계도에 따라 기판에 적용한 레이아웃을 도시한 도.
도 11은 도 10의 저역통과필터를 시뮬레이션한 결과 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>
1: 저역통과필터를 구비한 전력 분배기가 적용된 RFID 시스템
10: 송신장치 11:전압제어발진기
12: 전력분배기 12a, 12b: 저역통과필터
12a-1, 12b-1: 오픈 스터드 12a-2, 12b-2: 평행결합선로
12a-3, 12b-3: 급전선로 12c: 입력단 전송선로
12d: 격리저항 12e: 출력단 전송선로
13: 스위치 14: 전력증폭기
15: 저역통과필터 20: 수신장치
21: 대역통과필터 22: 저잡음증폭기
23: 전력분배기 24: 혼합기
25: 저역통과필터 26: 증폭기
27: 저역통과필터 28: A/D 컨버터
30: 분배기 40: 중앙처리장치
50: 데이터베이스

Claims (13)

  1. RF 통신을 위한 전력분배기에 있어서,
    입력포트로 입력된 신호가 이동하는 통로인 입력단 전송선로;
    상기 전송선로와 연결되어 대칭되도록 양측에 구비되고, 상기 입력단 전송통로를 통과한 신호 내에 포함된 고조파를 제거하는 저역통과필터;
    상기 각 저역통과필터의 신호가 각각의 출력포트로 출력되기 위하여 이동하는 통로인 각각의 출력단 전송선로 및
    상기 출력단 전송선로측 저역통과필터 간에 구비되어 상기 입력포트와 상기 각각의 출력포트 간의 임피던스를 매칭시키기 위한 격리저항을 포함하고,
    상기 저역통과필터는
    상기 입력단 전송선로 및 출력단 전송선로와 연결되어 신호가 인가되는 각각의 급전선로;
    상기 각각의 급전선로와 연결되되, 평행하도록 형성된 선로 간에 상호인덕턴스에 의한 커플링이 발생하는 평행결합선로; 및
    상기 평행결합선로에서 발생된 커플링에 의한 신호가 단락되는 오픈 스터드를 포함하며,
    상기 급전선로, 평행결합선로 및 오픈 스터드는 마이크로스트립(Microstrip)이며, 하나의 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각의 급전선로의 길이는 λ/16 인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    단수개의 상기 저역통과필터의 길이는 각각의 급전선로의 길이를 합산한 λ/8 인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 오픈 스터드의 길이는 상기 각각의 급전선로 길이의 1/2 인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 오픈 스터드의 길이는 λ/32 인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 평행결합선로의 길이와, 상기 오픈 스터드와의 길이는 λ/8 이하인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 평행결합선로의 길이는 3λ/32 이하인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력단 전송선로는 상기 저역통과필터의 수와 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력단 전송선로와 출력단 전송선로의 임피던스는 동일한 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 입력단 전송선로와 출력단 전송선로의 임피던스는 50 Ω 인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 격리저항은 상기입력단 전송선로와 출력단 전송선로의 임피던스의 2 배인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 격리저항은 100 Ω 인 것을 특징으로 하는 ＲＦＩＤ 시스템 기반 저역통과필터를 구비한 전력분배기.
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