KR100983571B1

KR100983571B1 - 태그 안테나 및 ｒｆｉｄ 태그

Info

Publication number: KR100983571B1
Application number: KR1020077029104A
Authority: KR
Inventors: 마나부 가이; 도루 마니와; 다카시 야마가조
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2010-09-24
Also published as: CN101203984A; EP1895620A1; JP5043656B2; TWI269234B; WO2006134658A1; EP1895620B1; EP1895620A4; KR20080011696A; JPWO2006134658A1; TW200701089A; CN101203984B; US20080122628A1

Abstract

본 발명은 금속면에 접착하여도 사용 가능한 RFID 태그를 소형화하는 것을 목적으로 한다. 제1 패턴(1)은 1회만의 절곡 부분을 각각 갖고 있는 한 쌍의 도체로 이루어진다. 이 한 쌍의 도체의 각각에 있어서의 한쪽 단부를 급전점(4)으로 한다. 이 급전점(4) 사이에 C 결합부(5)를 형성한다. 유전체(3)를 사이에 두고 제1 소자(1)에 대향하여 제2 패턴(2)을 더 배치한다.

Description

태그 안테나 및 ＲＦＩＤ 태그{TAG ANTENNA AND RFID TAG}

본 발명은 안테나 기술에 관한 것으로서, 특히, RFID 시스템에서의 실시에 적합한 주위의 것이 안테나의 성능에 미치는 영향을 저감시키는 기술에 관한 것이다.

UHF대(860∼960 MHz)의 무선 신호를 이용하여 리더 라이터로부터 1 W 정도의 신호를 송신하고, 태그(꼬리표)측에서 그 신호를 수신했을 때에 리더 라이터측으로 응답 신호를 돌려보냄으로써, 태그 안의 정보를 리더 라이터로 판독한다고 하는 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이라 불리는 시스템이 알려져 있다. 그 통신 거리는 태그측 안테나의 이득, 태그 안의 IC(집적 회로) 칩의 동작 전압이나 주위 환경에 따라서도 달라지지만, 대략 3 m 정도이다.

RFID 태그는 일반적으로 두께 10∼30 ㎛ 정도의 안테나와, 안테나 급전점에 접속되는 IC 칩에 의해 구성되어 있다. 이 IC 칩은 일반적으로는 저항(Rc)(예컨대 1200 Ω)과 커패시턴스(Cc)(예컨대 0.58 pF)와의 병렬 접속에 의해 등가적으로 나타낼 수 있고, 안테나는 저항(Ra)(예컨대 1000 Ω)과, 인덕턴스(La)(예컨대 48 nH)의 병렬 접속에 의해 등가적으로 나타낼 수 있다. 이 양자를 병렬 접속하면, 등가 회로는 도 10에 도시된 바와 같이 된다. 여기서, 커패시턴스(Cc)와 인덕턴스(La)가 공진하는 하기의 수학식 1로 표시되는 공진 주파수(f0)에 있어서 양자는 정합하기 때문에, 이 공진 주파수의 신호가 안테나에 의해 수신되었을 때에는 그 수신 파워가 IC 칩 쪽으로 충분히 공급되게 된다.

[수학식 1]

태그 안테나에 이용하는 기본적인 안테나로서, 예컨대, 도 11에 도시한 바와 같은, 전체 길이 150 ㎜ 정도, 폭 15 ㎜ 정도의 접힌 다이폴 안테나(Folded Dipole Antenna)(100)가 이용된다. 이 안테나(100)의 이득은 약 2 dBi이다. 이 전체 길이는 f=953 MHz의 파장(약 300 ㎜)의 절반이며, λ/2의 전류 분포를 가짐으로써 그 주파수로 공진한다. 이 공진 주파수에 있어서는 접힌 다이폴 안테나(100)의 어드미턴스의 허수 성분(인덕턴스나 커패시턴스 성분)은 0이 되기 때문에, 도 11과 마찬가지로, 인덕턴스부(La)를 접힌 다이폴 안테나(100)에 병렬로 접속함으로써, IC 칩과 공진시킬 수 있다.

이밖에, 본 발명에 관한 기술로서, 예컨대 특허 문헌 1에는 전자파를 안테나를 향해 반사시키는 반사 수단을 비접촉 IC 태그에 구비함으로써, 통신 거리를 늘리고, 이면에 있는 물질이 어떠한 것인지에 관계없이 데이터를 기록 및 판독하는 상태를 일정하게 유지한다고 하는 기술이 개시되어 있다.

RFID 태그를 부착하는 물품이 금속제인 경우에, 안테나를 금속면에 접착하면, 불필요한 고주파 전류가 그 금속면에 흐름으로써, 공진 주파수의 어긋남이나 안테나 이득의 저하라는 현상이 발생하여 리더 라이터와의 사이에서의 통신이 불가능해지는 경우가 발생할 수 있다.

전술한 특허 문헌 1에 개시되어 있는 기술은 이러한 안테나 특성 변동의 저감에 유효하다. 그러나, 상기 문헌에 개시되어 있는 비접촉 IC 태그로 사용되고 있는 안테나는 접힌 다이폴 안테나이다. 더구나, 안테나로부터 방사된 전자파를 반사시키기 위해서 반사 수단과 안테나와의 사이에는 상당한 간격(상기 문헌에 따르면 적어도 1/12 파장 이상)을 갖게 하여 배치시킬 필요가 있다. 그 때문에, UHF대의 신호를 사용하는 RFID 태그 시스템에 이 기술을 적용하면, RFID 태그의 형상이 길쭉하고 대형인 것이 되어 버린다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-298106호 공보

[해결하고자 하는 과제]

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 해결하고자 하는 과제는 금속면에 접착하여도 사용 가능한 RFID 태그를 소형화하는 것이다.

[과제 해결 수단]

본 발명의 형태의 하나인 RFID 태그 안테나는 1회만의 절곡 부분을 각각 갖고 있는 한 쌍의 도체로 이루어지고, 이 한 쌍의 도체의 각각에 있어서의 한쪽 단부(端部)가 급전점인 제1 소자와, 상기 급전점 사이에 형성되는 용량 결합부와, 유전체를 사이에 두고 상기 제1 소자에 대향하여 배치되는 도체인 제2 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 이 특징에 의해 전술한 과제를 해결한다.

이러한 구성의 안테나는 제1 소자의 절곡에 의해 접힌 다이폴 안테나보다도 전체 길이가 줄어들고, 또한, 금속면에의 접착에 의한 안테나 특성의 변동이 제2 소자에 의해 경감되고 있으며, 용량 결합부를 더 형성함으로써 원하는 주파수에서의 이용이 가능해진다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 절곡 부분의 절곡 각도가 직각이도록 구성하여도 좋다.

이러한 구성에 따르면, 절곡 각도를 둔각으로 하는 경우에 비하여 안테나 전체의 형상을 작게 할 수 있다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 제2 소자가 상기 제1 소자의 형상을 따른 형상으로 되어 있어도 좋다.

이러한 구성에 따르면, 제2 소자의 영향에 의한 안테나 이득의 저하가 적어진다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 용량 결합부는 상기 제1 소자의 급전점에 형성되어 있는 평행 도체라도 좋다.

이러한 구성에 따르면, 용량 결합부를 저렴하게 형성할 수 있다.

또한, 이 때, 상기 평행 도체를 사이에 두고 상기 유전체에 대향하여 배치되는 제2 유전체를 더 포함하도록 구성하여도 좋다.

또한, 이 때, 상기 평행 도체와 접촉하는 상기 유전체 부분에 배치되어 이 유전체보다도 비유전률이 높은 제2 유전체를 더 포함하도록 구성하여도 좋다.

이들 구성에 따르면, 평행 도체를 짧게 할 수 있는 결과, 안테나의 이득이 향상된다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 소자는 시트 위에 형성된 도체 패턴으로서, 이 시트로 시트형의 상기 유전체가 끼워져 형성되어 있도록 하여도 좋다.

이렇게 함으로써, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나를 제작할 수 있다.

또한, 이 때, 상기 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 종이 및 필름 중 어느 하나라도 좋다.

또한, 이 때, 상기 제1 및 상기 제2 소자와 상기 유전체와의 접합이 진공 라미네이트 가공에 의해 이루어져 있도록 하여도 좋다.

또는, 이 때, 상기 제1 및 상기 제2 소자와 상기 유전체와의 접합이 접착제의 사용에 의해 이루어지고 있도록 하여도 좋다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 유전체는 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS)수지와 에폭시수지 중 어느 하나이도록 하여도 좋다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 도체는 구리, 은 및 알루미늄 중 어느 하나이도록 구성하여도 좋다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RFID 태그 안테나의 급전점에 집적 회로(IC) 칩이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그에 대해서도 본 발명에 따른 것이다.

[효과]

본 발명에 따르면, 이상과 같이 구성함으로써, 본 발명의 효과로서 금속면에 접착하여도 사용 가능하면서 소형인 RFID 태그를 제공할 수 있게 된다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 제1 패턴인 한 쌍의 도체가 2회의 절곡부를 각각 갖는 안테나의 구성을 도시한 도면.

도 2는 제1 패턴인 한 쌍의 도체가 1회만의 절곡을 각각 갖는 안테나의 구성을 도시한 도면.

도 3은 본 발명을 실시하는 RFID 태그 안테나의 구조의 제1 예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명을 실시하는 RFID 태그 안테나의 구조의 제2 예를 도시한 도면.

도 5는 도 3 또는 도 4에 도시된 안테나의 급전점에 IC 칩을 접속했을 때의 등가 회로를 도시한 도면.

도 6은 본 발명을 실시하는 RFID 태그 안테나의 구조의 제3 예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명을 실시하는 RFID 태그 안테나의 구조의 제4 예를 도시한 도면.

도 8은 본 발명을 실시하는 RFID 태그 안테나의 제작 방법의 제1 예를 설명 한 도면.

도 9는 본 발명을 실시하는 RFID 태그 안테나의 제작 방법의 제2 예를 설명한 도면.

도 10은 RFID 안테나의 급전점에 IC 칩을 접속했을 때의 등가 회로를 도시한 도면.

도 11은 인덕턴스부를 병렬 접속한 접힌 다이폴 안테나의 예를 도시한 도면.

〈부호의 설명〉

1 : 제1 패턴

2 : 제2 패턴

3 : 유전체

4 : 급전점

5C : 결합부

6 : 제2 유전체

7 : 시트

8 : 진공 라미네이트

100 : 접힌 다이폴 안테나

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 전술한 접힌 다이폴 안테나보다도 긴변의 길이가 짧고, 물품에의 접착면의 면적을 크레디트 카드(가로 약 86 ㎜×세로 54 mm) 이하로 할 수도 있는 카드형의 RFID 태그에 사용 가능한 안테나(RFID 태그 안테나)를 제공한다.

또한, 이하의 설명에 있어서는, Cc=0.58 pF와 Rc=1200 Ω과의 병렬 회로에 의해 등가 회로가 표시되는 IC 칩과 접속하고, 주파수 953 MHz의 신호를 사용하는 RFID 태그용 안테나를 생각한다. 이 때에는 안테나의 인덕턴스 성분(La)을 48 nH 정도로 함으로써, 전술한 수학식 1이 성립하게 된다.

또한, 이하의 설명은 시판되고 있는 전자계 시뮬레이터를 이용하여 행해진 시뮬레이션에 기초하여 산출한 결과를 나타낸다.

우선, 도 1에 도시된 바와 같은 안테나를 검토한다.

도 1에 있어서, 제1 패턴(1)은 세로 46 ㎜×가로 76 ㎜인 카드의 외주 형상을 따라 2회의 절곡부를 갖는 U자 형상의 한 쌍의 도체로 이루어진다. 또한, IC 칩은 그 한 쌍의 도체의 각각에 있어서의 한쪽 단부인 급전점(4)에 배치된다.

또한, 제2 패턴(2)은 두께 3.5 ㎜의 유전체(3)를 사이에 두고 제1 패턴(1)에 대향하여 배치되어 있으며, 그 형상은 제1 패턴(1)을 따라 배치되어 있다. 또한, 유전체(3)의 비유전률(εr)은 3.0으로 하였다.

이 안테나의 인덕턴스 성분을 산출하면 La=48.0 nH가 되고(전체 길이가 1/2 파장보다도 길기 때문에, 인덕턴스 성분을 가짐), 따라서 이 안테나와 IC 칩과의 공진 주파수는 전술한 수학식 1로부터 f=953 MHz로 할 수 있다. 그러나, 안테나의 이득의 산출 결과는 -11.9 dBi가 되어 버려 커다란 손실이 발생하게 된다. 이것은 절곡부가 한쪽 도체당 2회나 있고, 게다가 내측을 따른 방향으로 구부러져 있기 때문에, 전자파가 방사되기 어려운 것이 원인으로서 생각된다.

그래서, 제1 패턴(1)의 절곡 횟수를 줄여 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 도체의 각각의 형상을 직각의 절곡을 1회씩으로 한 L자 형상으로 한다. 그렇게 하면, 안테나의 이득의 산출 결과는 1.71 dBi가 된다. 그런데, 이 안테나의 인덕턴스 성분을 산출하면 La=7.5 nH가 되고, RFID 태그용 안테나로서는 인덕턴스 성분이 작아 원하는 주파수로 공진시킬 수 없다.

그래서, 도 3에 도시된 바와 같이 하여 제1 패턴(1)의 급전점(4) 사이에 C(용량) 결합부(5)를 접속한다. 이 C 결합부(5)는 제1 패턴(1)을 형성하고 있는 한 쌍의 도체를 도 2에 있어서의 급전점(4)으로부터 평행하게 늘린 것이다. 또한, 도 3에 있어서는, 급전점(4)의 위치를 그 평행 도체의 단부로까지 이동시키고 있지만, C 결합부(5)는 급전점(4)에 대하여 병렬로 삽입하면 좋기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 급전점(4)을 도 2의 위치인 채 이동시키지 않아도 좋다.

도 3 또는 도 4에 도시된 안테나의 급전점(4)에 IC 칩을 접속했을 때의 등가 회로를 도 5에 도시한다. 이 도 5의 등가 회로는 C 결합부(5)가 없는 상태에 있어서의 안테나(즉 도 2에 도시된 안테나)의 인덕턴스 성분(La2)에 C 결합부(5)의 커패시턴스 성분(Ca2)이 병렬로 더해진 형태로 되어 있다.

이 도 5에 있어서의 인덕턴스 성분(La2)의 값의 산출 결과는 전술한 바와 같이 7.5 nH이기 때문에, La=47.9 nH에 해당하는 인덕턴스 성분을 도 3 또는 도 4에 갖게 하기 위해서는 하기 수학식 2와 같은 식이 성립하도록 C 결합부(5)의 커패시턴스 성분(Ca2)을 설정하면 좋다.

[수학식 2]

La2(Cc+Ca2)=La·Cc

또한, 이 때의 안테나 방사 저항(Ra)은 Ra=1000∼1500 Ω 정도가 된다. 또한, 안테나의 이득의 산출 결과는 1.35 dBi가 되어 실용상 충분한 이득을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 도 3에 있어서, 예컨대 도 1에 도시한 것과 동일한 치수, 즉, 1회만의 절곡 부분을 각각 갖고 있는 한 쌍의 도체로 이루어지고, 이 한 쌍의 도체의 각각에 있어서의 한쪽 단부가 급전점(4)인 제1 패턴(1)과, 세로 46 ㎜, 가로 76 ㎜, 두께 3.5 ㎜이며, 비유전률 εr=3.0인 유전체(3)와, 유전체(3)를 사이에 두고 제1 패턴(1)에 대향하여 배치되는 제2 패턴(2)을 설치하여 C 결합부(5)를 급전점(4)에 형성하여 병렬로 접속하여 안테나를 구성함으로써, IC 칩과의 공진에 필요한 인덕턴스 성분을 안테나에 갖게 할 수 있고, 또한, C 결합부(5)가 없는 경우와 동등한 이득을 안테나에 갖게 하여 유지할 수 있다.

또한, 도 3이나 도 4에 있어서는, 제2 패턴(2)을 제1 패턴(1)에 따른 형상으로 하고 있다. 제2 패턴(2)은 태그를 금속면에 접착했을 때 등에 있어서의 안테나 특성의 변동을 적게 하기 위한 것이지만, 여기서, 제2 패턴(2) 대신에 유전체(3)의 면을 도체로 채운 상태로 하면, 안테나의 이득의 산출 결과는 -5.9 dBi가 되어 대폭 저하되어 버린다. 그래서, 제2 패턴(2)을 제1 패턴(1)에 따른 형상으로 함으로써 예컨대 제1 패턴과 동일 형상으로 함으로써, 실용적인 안테나의 이득을 확보하면서 금속면에 접착했을 때 등에 있어서의 안테나 특성의 변동을 경감시킬 수 있다.

또한, 제1 패턴(1) 및 제2 패턴(2)은 예컨대 유전체(2)의 상하에 증착 등에 의해 형성해 둔 금속면(예컨대, 구리, 은, 알루미늄 등)을 에칭 등에 의해 원하는 형상으로 가공함으로써 제작할 수 있다.

또한, 유전체(3)로서는 저렴하고 가공이 용이하면서 유연성을 갖는 것이 적합하며, 구체적으로는, ABS(아크릴로니트릴부타디엔스티렌)수지나 에폭시수지 등이 바람직하다.

또한, C 결합부(5)의 구성으로서, 도 3이나 도 4와 같이 평행 도체를 배치하는 것만으로 저렴하게 구성하는 대신에 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 도 3에 있어서 C 결합부(5)를 형성하고 있던 평행 도체를 사이에 두고 유전체(3)에 대향하는 위치에 예컨대 비유전률 εr=5의 제2 유전체(6)를 배치하여 구성하도록 하여도 좋다. 이 구성에 따르면, C 결합부(5)에서 필요로 되는 정전 용량을 확보하면서 평행 도체의 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 그렇게 하면, 안테나 형상이 도 2에 도시된 것에 가까워지기 때문에, 그만큼 안테나의 이득을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 유전체(6)를 배치하는 대신에 도 7에 도시된 바와 같이, 유전체(3)보다도 비유전률이 높은 제2 유전체(6)를, 도 3에 있어서 C 결합부(5)를 형성하고 있던 평행 도체와 접촉하는 유전체(3)의 부분에 배치[유전체(3)에 매립]하도록 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이상으로 설명한 안테나는 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), 종이 또는 필름을 재료로 하는 시트 상에 도체인 제1 패턴(1) 및 제2 패턴(2)을 각각 형성해 두고, 이들 2장의 시트(7)와 유전체(3)의 시 트라는 3장 구성에 의해 안테나로서 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 예컨대, 접착제를 사용하여 이들 시트(7) 및 유전체(3)를 접합시켜 안테나를 제작하도록 하여도 좋고, 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 이들 시트(7) 및 유전체(3)를 진공 라미네이트(8)로 봉입하여 일체화시키는 가공에 의해 안테나를 제작하도록 하여도 좋다.

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

Claims

1회만의 절곡 부분을 각각 갖고 있는 한 쌍의 도체로 이루어지고, 이 한 쌍의 도체의 각각에 있어서의 한쪽 단부(端部)가 급전점인 제1 소자와,

상기 급전점 사이에 형성되는 용량 결합부와,

상기 제1 소자의 선로폭보다 크고, 상기 제1 소자를 따른 형상이며, 유전체를 사이에 두고 상기 제1 소자에 대향하여 배치되는 도체인 제2 소자

를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 안테나.

제1항에 있어서, 상기 절곡 부분의 절곡 각도는 직각인 것을 특징으로 하는 태그 안테나.

제1항에 있어서, 상기 제2 소자는 상기 제1 소자의 형상을 따른 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태그 안테나.

삭제

제1항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 소자는 2 장의 시트 위에 각각 형성된 도체 패턴이며, 이 2 장의 시트 사이에는 시트형의 유전체가 끼워지는 것을 특징으로 하는 태그 안테나.

제1항에 있어서, 상기 유전체는 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS)수지와 에폭시수지 중 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 태그 안테나.

제1항에 있어서, 상기 도체는 구리, 은 및 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태그 안테나.

제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재한 태그 안테나의 급전점에 집적 회로(IC) 칩이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.

삭제