KR100924427B1 - 안테나, 및 ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

Abstract

둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상으로 사행하고 있는 도체 선로로 안테나(11)를 구성한다.

도체 선로, 안테나 소자, 유도 소자, 루프 안테나, 급전점

Description

안테나, 및 ＲＦＩＤ 태그{ANTENNA AND RFID TAG}

본 발명은, 안테나 기술에 관한 것으로, 특히, 안테나의 소형화 기술에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency Identification) 기술은, 전파를 이용하여 비접촉으로 데이터 캐리어의 인식을 행하는 기술이다. 이 기술은, IC 칩과 안테나가 매립되어 있는 꼬리표(RFID 태그)를 물건이나 사람에게 부여해 놓고，RFID 리더 라이터로 불리는 장치와 RFID 태그가 전파를 이용하여 통신하여, 그 IC 칩(RFID 태그 IC)에 저장되어 있는 정보를 RFID 리더 라이터가 판독함으로써 그 물건이나 사람의 인식을 행한다고 하는 것이다.

도 7은, RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제1 예를 도시하고 있다. 이 안테나는, 안테나 선로(101)로 형성되어 있는 전체 길이 1/2 파장의 기본적인 다이폴 안테나이며, 이 안테나를 RFID 태그 IC(10)에 접속하여 RFID 태그가 구성되어 있다.

또한, 도 8은 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제2 예를 도시하고 있다. 이 안테나는, 안테나 선로(102)로 형성되어 있는 전체 둘레 1 파장의 기본적인 루프 안테나이며, 이 안테나를 RFID 태그 IC(10)에 접속하여 RFID 태그가 구성되어 있다.

이와 같이, 다이폴 안테나나 루프 안테나 등의 기본적인 안테나를 그대로 사용하면 RFID 태그가 매우 큰 것으로 되게 되기 때문에, RFID 태그에는 안테나의 소형화가 요구되고 있다.

안테나를 소형화하는 기술은 종래부터 다수 제안되어 있다.

예를 들면, 도 9는, RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제3 예를 도시하고 있다. 이 안테나는, 도 7에 도시한 제1 예에 따른 다이폴 안테나를 형성하고 있는 한 쌍의 안테나 선로(101)를 미앤더 형상으로 직각으로 절곡하여 소형화한 것이다.

또한, 도 10은, RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제4 예를 도시하고 있다. 이 안테나는, 도 8에 도시한 루프 안테나를 구성하는 루프 형상의 안테나 선로(102)를 힐베르트 프랙탈 패턴을 따르도록 절곡하여 소형화한 것이다.

또한, 도 11은 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제5 예를 도시하고 있다. 이 안테나는, 도 8에 도시한 루프 안테나를 구성하는 루프 형상의 안테나 선로(102)를 코흐 프랙탈 패턴을 따르도록 절곡하여 소형화한 것이다. 또한, 프랙탈이란, 예를 들면, 도 11의 패턴의 부분도인 도 12A, 및 그 패턴의 개략을 도시하는 도 12B에 도시한 바와 같이, 도형의 부분이 그 전체와 자기 상사로 되어 있는 것을 말한다. 즉, 도 12B에서의, 패턴(102a)으로부터 패턴(102b)으로의 치환의 관계, 또한 패턴(102b)으로부터 패턴(102c)으로의 치환의 관계와 같이, 큰 형태의 직선 부분이, 그 전체의 형태와 상사한 형태로 치환되어 있으므로, 안테나 선로(102)의 형상을 프랙탈 패턴으로 함으로써 긴 경로 길이를 얻을 수 있다.

이와 같이, 사행시킨 도체 선로를 안테나 소자로서 사용하는 기술은 종래부터 행해지고 있다.

예를 들면 특허 문헌 1에는, 2개의 코일을 접지 도체 상에 세워 설치시킴과 함께, 이 2개의 코일을 미앤더 형상의 선 형상 도체 혹은 판 형상 도체로 접속하여 루프 안테나를 형성하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 예를 들면 특허 문헌 2에는, 다이폴 안테나를 구성하는 지그재그 형상의 쌍 구성의 안테나 소자를 케이스의 내벽면을 따라서 굴곡시켜 배치하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 예를 들면 특허 문헌 3에는, 예를 들면 도 13에 도시한 바와 같이, 설편(snowflake) 형상으로 선 형상 도체를 절곡한 루프 안테나가 개시되어 있다.

RFID 태그에 구비되는 안테나는, 전술한 바와 같이 소형인 것이 요구되는 한편, 긴 통신 거리를 얻기 위해서 안테나 이득의 저하를 억제하는 것이 요망된다. 또한，RFID 태그 자신에 전지를 구비하지 않고, RFID 리더 라이터로부터의 전파를 RFID 태그의 동작을 위한 전원으로서 사용하는, 소위 패시브 태그인 RFID 태그에서는, 높은 전원 전압을 얻기 위해서, 높은 임피던스의 안테나가 요구된다.

그런데, 안테나 소자인 도체 선로를 단순히 사행시켜 안테나를 소형화하면, 전술한 요구에 반하여, 이득의 저하나 임피던스의 저하를 야기하게 된다.

특허 문헌 1 : 일본 특개 2001-284935호 공보(단락 [0021]-[0027], 도 1)

특허 문헌 2 : 일본 특개 2000-349526호 공보(단락 [0043]-[0051], 도 1)

특허 문헌 3 : 미국 특허 제6603440호 명세서(제9란 제56행-제10란 제59행, 도 10A, 도 10B, 도 11A, 도 11B, 도 11C)

<발명의 개시>

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 해결하고자 하는 과제는, 안테나 소자인 도체 선로를 사행시켜 안테나를 소형화해도, 이득의 저하가 적어지도록 하는 것이다.

본 발명의 양태 중 하나인 안테나는, 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상으로 사행하고 있는 도체 선로로 안테나 소자가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이며, 이 특징에 의해 전술한 과제를 해결한다.

전술한 구성에 의하면, 안테나 소자를 구성하는 도체 선로의 직각 혹은 예각의 절곡 부분이 감소하므로, 고주파 신호의 에너지의 손실이 감소하여, 결과적으로 안테나의 방사 효율이 개선된다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 안테나에서, 상기 안테나 소자가 다이폴 안테나를 구성하고 있는 것이어도 된다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 안테나에서, 상기 안테나 소자는 루프 안테나를 구성하고 있으며, 고주파 신호를 급전한 때에 있어서의 해당 안테나 소자에서의 전류 최대점이, 그 급전한 때에 있어서의 해당 안테나 소자에서의 전압 최대점보다도 해당 안테나 소자의 급전점의 근처에 배치되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 급전점 부근의 선로와 전류 최대점 부근의 선로의 결합이 강해지는 결과, 안테나의 임피던스를 높게 할 수 있다.

또한, 이 때, 루프 안테나를 형성하고 있는 상기 안테나 소자의 전체 둘레의 길이가 대략 1 파장이어도 된다.

또한, 이 때, 상기 안테나 소자를 구성하고 있는 도체 선로의 상기 전류 최대점에서의 선폭이, 해당 도체 선로에서의 상기 급전점에서의 선폭보다도 굵은 것이어도 된다.

이 구성에 의하면, 급전점에 설치되는 급전 장치에 유입되는 전류가 전류 최대점 근방의 도체 선로보다도 흐르기 어렵게 되는 결과, 임피던스가 커지게 된다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 안테나에서, 상기 안테나 소자에 고주파 신호를 급전하는 급전 장치의 용량 성분을 상쇄하는 유도 소자가 해당 안테나 소자의 급전점에 구비되어 있고, 상기 유도 소자가, 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상의 도체 선로로 형성되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 유도 소자에서의 에너지 손실이 적어진다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 안테나가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그도, 본 발명에 따른 것이다.

본 발명은, 이상과 같이 구성함으로써, 안테나 소자인 도체 선로를 사행시켜 안테나를 소형화해도, 이득의 저하가 적어진다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명을 실시하는 안테나의 구성예를 도시하는 도면.

도 2A는 안테나를 구성하는 기본 선로의 굽힘 형상의 제1 예를 도시하는 도면.

도 2B는 안테나를 구성하는 기본 선로의 굽힘 형상의 제2 예를 도시하는 도면.

도 2C는 안테나를 구성하는 기본 선로의 굽힘 형상의 제3 예를 도시하는 도면.

도 2D는 안테나를 구성하는 기본 선로의 굽힘 형상의 제4 예를 도시하는 도면.

도 3은 전류 최대점을 근접시켜 구성한 루프 안테나의 예를 도시하는 도면.

도 4는 도 3에 도시하는 루프 안테나의 전류 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.

도 5는 급전점과 반대측의 전류 최대점 근방의 선로 폭을 굵게 한 루프 안테나의 예를 도시하는 도면.

도 6은 도 1에 도시한 다이폴 안테나에서, 급전점에 배치되어 있는 RFID 태그 IC와 병렬로 유도 소자를 삽입한 예를 도시하는 도면.

도 7은 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제1 예를 도시하는 도면.

도 8은 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제2 예를 도시하는 도면.

도 9는 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제3 예를 도시하는 도면.

도 10은 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제4 예를 도시하는 도면.

도 11은 RFID 태그에 사용 가능한 안테나의 제5 예를 도시하는 도면.

도 12A는 도 11에 도시한 안테나의 부분도.

도 12B는 도 11의 프랙탈 패턴을 설명하는 도면.

도 13은 선 형상 도체를 설편 형상으로 절곡하여 형성되어 있는 종래의 루프 안테나의 예를 도시하는 도면.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은, 본 발명을 실시하는 안테나의 구성예를 도시하고 있다. 이 안테나는, 도체 선로인 한 쌍의 안테나 선로(11)로 형성되어 있는 전체 길이 1/2 파장의 다이폴 안테나이며, 이 안테나를 RFID 태그 IC(10)에 접속하여 RFID 태그가 구성되어 있다. 단, 이 안테나를 형성하고 있는 안테나 소자(한 쌍의 안테나 선로(11))의 형상은, 미앤더 형상으로 직각으로 절곡되어 있었던 도 9의 안테나 선로(101)의 직선 부분이, 둔각으로 구부러진 선으로 치환된 것으로 되어 있으며, 이 결과, 직각(90°) 혹은 예각인 절곡 부분이 감소하고 있다.

일반적으로, 안테나 소자를 구성하는 도체 선로를 직각으로 혹은 예각으로 절곡하면, 안테나로부터 방사될 고주파 신호의 에너지가 간섭 등에 의해 그 부분에서 손실되게 되어, 안테나 전체로서의 방사 효율이 열화된다. 여기서, 안테나 선로(11)를, 도 1에 도시한 바와 같은 둔각으로 절곡된 도체 선로로 치환하면, 안테나 소자를 구성하는 도체 선로의 직각 혹은 예각의 절곡 부분이 감소하므로, 고주파 신호의 에너지의 손실이 감소하여, 결과적으로 안테나의 방사 효율이 개선되는 것이다.

또한, 도 1의 예에서는, 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상으로 사행하고 있는 도체 선로로 다이폴 안테나를 구성하도록 하였지만, 그 대신에, 도 10이나 도 11에 도시한 바와 같은, 프랙탈 패턴을 따르도록 절곡되어 있었던 안테나 선로(102)의 직선 부분을 둔각으로 구부러진 선으로 치환하여 루프 안테나를 구성하도록 하여도 된다. 또한, 이 치환된 안테나 선로(102)의 패턴은 이미 프랙탈은 아니다.

또한, 전술한 예에서는, 도 2A에 도시한 바와 같은 동일 형태의 선, 즉, 예를 들면 120°의 둔각으로만 절곡되어 있는 선을 채용하고, 이것과 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상으로 사행하고 있는 도체 선로로 안테나 소자를 형성하고 있었지만, 이 형태의 선을 채용하는 대신에, 도 2B에 예시하는 바와 같은 반원형으로 구부러진 형태의 곡선을 채용하도록 해도 되고, 혹은, 도 2C에 예시하는 바와 같은 1주기분의 정현파 파형으로 구부러진 형태의 곡선을 채용하도록 하여도 된다. 또한, 도 2D에 예시하는 바와 같은, 도 2B의 반원형과 도 2C의 정현파 파형을 조합한 형상과 같이, 서로 다른 형상을 조합한 형태의 선을 채용하도록 하여도 된다.

그런데, 전술한 바와 같이, 패시브 태그인 RFID 태그에서는, 높은 전원 전압을 얻기 위해서, 높은 임피던스의 안테나가 요구된다. 이 점에서, 도 8에 도시한 바와 같은 1 파장 루프 안테나는, 임피던스가 높으므로(통상 300Ω 정도), RFID 태그로서 바람직하다. 그런데, 도 13에 예시한 바와 같은, 선 형상 도체를 절곡하여 형성되어 있는 종래의 루프 안테나는, 안테나 선로(12)에서 RFID 태그가 접속되는 급전점(12a)과, 그 급전점(12a)으로부터 1/2 파장의 위치인 점(12b)이 멀리 떨어지게 된다. 1 파장 루프 안테나에서는, 안테나 선로(12)에서의 급전점(12a) 및 점(12b)에서는 어느 쪽도 고주파 전류가 최대로 되지만, 이 2개의 점이 멀리 떨어져 있으면, 임피던스가 수십Ω 정도로까지 저하되게 된다.

따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상으로 사행하고 있는 도체 선로인 안테나 선로(12)에서, 급전점(12a)과 점(12b) 사이를 근접시켜 배치하여 전체 둘레의 길이가 대략 1 파장의 루프 안테나를 구성하고, 이 안테나를 RFID 태그에 사용한다. 이렇게 함으로써, 급전점(12a) 부근의 선로와 점(12b) 부근의 선로의 결합이 강해지는 결과, 임피던스를 높게 할 수 있다.

도 3에 예시한 루프 안테나에 고주파 신호를 급전한 때에 있어서의 고주파 전류의 전류 분포의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도 4에 도시한다. 또한, 도 4에서는, 색이 짙을수록 큰 전류가 흐르는 것을 나타내고 있다. 도 4로부터도 알 수 있는 바와 같이, 이 루프 안테나에서는, 안테나 선로(12)에서 고주파 전류가 최대로 되어 있는 점(12b)이, 고주파 전류가 최소로 되는 점(즉, 고주파 전압이 최대로 되는 점)(12c)보다도, 급전점(12a)의 근처에 배치되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 3에 예시한 루프 안테나에서, 안테나 선로(12)에서의 점(12b) 근방의 선 폭을, 도 5에 도시한 바와 같이, 급전점(12a) 근방보다도 굵게 하면, 급전점(12a)에 설치되는 RFID 태그 IC에 유입되는 전류가 점(12b) 근방의 안테나 선로(12)보다도 흐르기 어렵게 되는 결과, 임피던스가 커지게 된다.

그런데, RFID 태그 IC의 내부 용량을 상쇄하기 위한 유도 소자를 안테나에 병렬로 접속하는 경우가 있다. 도 6은, 도 1에 예시한 다이폴 안테나에서, 급전점 에 배치되어 있는 RFID 태그 IC(10)와 병렬로, 이와 같은 유도 소자(13)를 삽입한 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 유도 소자(13)는, 안테나 소자(11)와 마찬가지로, 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상의 도체 선로로 형성되어 있다. 따라서, 이 유도 소자(13)도, 에너지 손실이 적은 것으로 되어 있다.

그 밖에, 본 발명은, 전술한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량·변경이 가능하다.

예를 들면, 도 3이나 도 5에 도시한 루프 안테나는 선대칭의 형상으로 구성되어 있지만, 비대칭의 형상이어도 된다.

Claims (7)

1. 선 형태의 프랙탈 패턴을 따르도록 절곡하여 사행시킨 도체 선로로 이루어진 안테나 소자에서, 상기 도체 선로의 직선 부분을 둔각으로 구부러진 선으로 치환하여, 상기 안테나 소자가 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 안테나 소자는 다이폴 안테나를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 안테나 소자는 루프 안테나를 구성하고 있으며, 고주파 신호를 급전한 때에 있어서의 해당 안테나 소자에서의 전류 최대점이, 그 급전한 때에 있어서의 해당 안테나 소자에서의 전압 최대점보다도 해당 안테나 소자의 급전점의 근처에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
4. 제3항에 있어서,

   루프 안테나를 형성하고 있는 상기 안테나 소자의 전체 둘레의 길이가 1 파장인 것을 특징으로 하는 안테나.
5. 제3항에 있어서,

   상기 안테나 소자를 구성하고 있는 도체 선로의 상기 전류 최대점에서의 선 폭이, 해당 도체 선로에서의 상기 급전점에서의 선 폭보다도 굵은 것을 특징으로 하는 안테나.
6. 제1항에 있어서,

   상기 안테나 소자에 고주파 신호를 급전하는 급전 장치의 용량 성분을 상쇄하는 유도 소자가 해당 안테나 소자의 급전점에 구비되어 있고,

   상기 유도 소자가, 둔각으로만 절곡되어 있는 동일 형태의 선을 복수 연접시킨 형상의 도체 선로로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 안테나가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.

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