KR101100502B1 - 원형편파 안테나를 이용한 ｒｆｉｄ 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템에 관한 것으로서 근접센서로 고객의 근접 여부를 검출하고, 고객의 근접이 검출될 경우에 리더가 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하여 태그를 인식 및 태그에 저장된 고객 정보를 독출하며, 리더 안테나는 키오스크 본체와, 키오스크를 사용하는 고객이 서 있는 바닥면의 후방 인접 위치에 설치하며, 바닥면의 후방 인접 위치에 설치하는 리더 안테나는 키오스크의 방향으로 원형편파를 방사하도록 하여 고객이 태그를 어느 곳에 휴대하더라도 태그를 정확하게 인식할 수 있도록 한다.
RFID, 원형편파, 키오스크, 태그, 원형편파 안테나, 고객정보, 부가서비스

Description

원형편파 안테나를 이용한 ＲＦＩＤ 시스템{Radio Frequency Identification system using circular polarized antennas}
본 발명은 원형편파 안테나를 이용한 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에 관한 것이다.
무인정보 검색시스템, 현금 입출금기, 무인티켓발매기 및 자동 판매기 등과 같은 많은 종류의 키오스크(Kiosk)가 개발 및 설치되어 고객들이 매우 편리하게 사용하고 있다.
이러한 키오스크에 최근에는 RFID 시스템을 구비하여 키오스크를 사용하는 고객을 확인하고, 확인한 고객에게만 특정된 부가 서비스를 제공하는 등의 많은 편의를 제공하고 있다.
상기 RFID 시스템이 설치된 키오스크는, 키오스크에 리더 및 복수의 리더 안테나를 구비하고, 키오스크를 사용하는 고객들에게는 고객의 정보가 저장되어 있는 태그를 발급한다.
그리고 태그를 발급 받은 고객이 키오스크를 사용할 경우에 상기 리더가 상기 리더 안테나를 통해, 고객이 휴대하고 있는 태그에 저장된 고객 정보를 독출하고, 독출한 고객의 정보를 이용하여 고객을 판단한 후 고객에게만 특정된 소정의 부가 서비스를 제공할 수 있도록 하고 있다.
그러나 상기 리더는 키오스크를 사용하는 고객이 휴대하고 있는 태그를 인식하기 위하여 고객의 유무에 관계없이 리더 안테나를 통해 계속 전자기파를 방사하고 있으므로 필요 없이 많은 전력이 소모되는 문제점이 있다.
그리고 상기 리더 안테나는 통상적으로 키오스크의 전면에 부착하여 고객이 휴대하고 있는 태그를 인식할 수 있도록 하고 있다.
고객이 태그를 자신의 몸 앞 부위에 휴대하고 있을 경우에 상기 리더가 상기 리더 안테나를 통해 고객이 휴대하고 있는 태그에 저장된 고객 정보를 쉽게 독출할 수 있다.
그러나 고객들이 태그를 몸 앞 부위에만 휴대하지 않고, 뒷주머니 또는 다리 아래 부위 등에 휴대하는 경우가 많고, 이러한 경우에 리더가 태그를 정확하게 인식하지 못하여 태그에서 고객 정보를 독출하지 못하게 되고, 이로 인하여 고객에게 특정된 소정의 부가 서비스를 제공하지 못하게 된다.
상기 리더 안테나에서 방사되는 전력을 증가시킬 경우에 고객이 태그를 뒷주머니 또는 다리 아래 부위에 휴대하여도 리더가 태그를 정확하게 인식하고, 저장되어 있는 고객의 정보를 독출할 수 있다.
그러나 상기 리더 안테나에서 방사되는 전력을 증가시킬 경우에 리더가 키오 스크를 현재 사용하고 있는 고객의 태그는 물론 키오스크를 현재 사용하는 고객의 뒤에서 대기하고 있는 고객의 태그도 인식하여 오동작을 할 가능성이 있다.
그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 키오스크를 사용하기 위하여 고객이 설정 거리 이내로 접근하였는 지의 여부를 검출하고, 고객이 설정거리 이내로 접근하였을 경우에만 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하도록 하여 필요 없이 소모되는 전력을 줄일 수 있는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 고객이 태그를 어느 위치에 휴대하더라고 리더가 태그를 정확히 인식하고, 태그에 저장되어 있는 고객의 정보를 독출할 수 있도록 하는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 원형편파(Circular Polarized)의 특성을 가지는 안테나를 리더 안테나로 사용하여 사용자가 휴대하는 태그의 방향에 상관없이 우수한 태그의 인식성능을 유지할 수 있는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 인식 범위가 1∼2m인 근거리 인식용으로 인접장치 및 대기 고객이 휴대하고 있는 태그의 간섭현상이 거의 없는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템을 제공한다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템은, 키오스크에 설치되어 고객의 근접 여부를 센싱하는 근접센서와, 상기 근접센서의 센싱 신호로 고객의 근접 여부를 검출하는 고객 검출부와, 상기 고객 검출부가 고객의 근접을 검출할 경우에 고객 정보를 요청하고, 고객 정보에 따른 서비스를 제공하는 서버와, 상기 서버가 고객 정보를 요청할 경우에 복수의 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하여 태그를 인식하고, 인식한 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 독출하여 상기 서버에 제공하는 리더를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 복수의 리더 안테나는 상기 키오스크의 본체 상단부 및 중간부에 각기 설치되는 제 1 및 제 2 리더 안테나와, 상기 키오스크를 사용하는 고객이 서 있는 바닥면의 후방 인접 위치에 설치되는 제 3 리더 안테나를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 제 3 리더 안테나는 키오스크 본체의 방향으로 기울어지게 전자기파를 방사하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자기파의 기울어진 방사 각도는 수직선을 기준으로 하여 10°∼30°범위인 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 리더 안테나는 2×2의 어레이를 이루는 복수의 원형편파 안테나로 이루어지고, 상기 복수의 원형편파 안테나에서 키오스크에 가까이 배치되는 원형편파 안테나와 키오스크에서 멀리 배치되는 원형편파 안테나의 위상을 서로 상이하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 2×2의 어레이를 이루는 복수의 원형편파 안테나에 인가되는 신호의 위상 지연값은, 키오스크 본체를 기준으로 하여 후방에 위치하는 2개의 원형편파 안테나는 0°이고, 전방에 위치하는 2개의 원형편파 안테나는 -45°∼-65°인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템은 근접센서를 이용하여 고객이 키오스크를 사용하기 위하여 접근하는지의 여부를 검출하고, 고객이 접근할 경우에만 리더가 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하도록 함으로써 필요 없이 전력이 소모되는 것을 줄일 수 있다.
또한 키오스크 본체는 물론 키오스크를 사용하는 고객이 서 있는 위치의 후방 바닥면 인접위치에 리더 안테나를 배치하고, 약 20°정도 고객을 향하여 기울어지는 상태로 전자기파를 방사하도록 함으로써 고객이 태그를 어느 곳에 휴대하더라도 그 태그를 정확하게 인식하고, 고객 정보를 독출할 수 있다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 일반적인 키오스크에 RFID 시스템이 설치된 상태를 개략적으로 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 키오스크 본체이다. 상기 키오스크 본체(100)의 상단부와 중간부에는 각기 복수의 리더 안테나(110a, 110b, 110c)(120a, 120b, 120c)가 설치되고, 상기 키오스크 본체(100)의 하단부에는 리더(130)가 배치된다.
이와 같이 키오스크 본체(100)에 설치되는 RFID 시스템은 리더(130)가 소정 주파수의 신호를 발생하고, 그 발생한 소정 주파수의 신호는 복수의 리더 안테나(110a, 110b, 110c)(120a, 120b, 120c)에 공급된다.
그러면, 상기 복수의 리더 안테나(110a, 110b, 110c)(120a, 120b, 120c)는 상기 리더(130)가 제공하는 신호에 따라 전방으로 전자기파를 방사하게 된다.
이와 같은 상태에서 태그를 휴대하고 있는 고객이 키오스크를 사용하기 위하여 키오스크 본체(100)의 일정 거리 이내에 접근하면, 상기 복수의 리더 안테나(110a, 110b, 110c)(120a, 120b, 120c)가 방사하는 전자기파를 태그가 인식하고, 리더(130)와 태그가 상호간에 통신을 수행하여 태그에 미리 저장되어 있는 고객 정 보를 리더(130)가 독출할 수 있다.
여기서, 리더(130)와 태그가 통신을 수행하여 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 독출하는 동작은 일반적인 것으로서 구체적인 동작은 생략한다.
이러한 RFID 시스템은 고객이 태그를 자신의 몸 앞 부위에 휴대하고 있을 경우에 상기 리더(130)가 상기 리더 안테나(110a, 110b, 110c)(120a, 120b, 120c)를 통해 고객이 휴대하고 있는 태그와 통신을 수행하여 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 쉽게 독출할 수 있다.
그러나 고객들이 태그를 몸 앞 부위에만 휴대하지 않고, 뒷주머니 또는 다리 아래 부위 등과 같이 상기 복수의 리더 안테나(110a, 110b, 110c)(120a, 120b, 120c)가 방사하는 전자기파가 도달하지 않는 사각 부위에 휴대하는 경우가 있고, 이러한 경우에 리더(130)가 태그를 정확하게 인식하지 못하여 태그에서 고객 정보를 독출하지 못하게 된다.
도 2는 본 발명의 RFID 시스템의 구성을 보인 회로도이다. 여기서, 부호 200은 근접센서이다. 상기 근접센서(200)는 키오스크에 설치되고, 키오스크의 설정 거리 이내에 접근하는 고객을 검출하여 검출신호를 발생한다.
부호 210은 고객 검출부이다. 상기 고객 검출부(210)는 상기 근접센서(200)의 출력신호로 키오스크의 설정 거리 이내에 고객이 접근하였는지의 여부를 검출한다.
부호 220은 서버이다. 상기 서버(220)는 상기 고객 검출부(210)가 고객의 근접을 검출하였을 고객 정보를 요청하고, 고객 정보에 따른 소정의 서비스를 제공할 수 있도록 제어한다.
부호 230은 리더이다. 상기 리더(230)는 예를 들면, 키오스크 본체 내에 설치되고, 상기 서버(220)가 고객 정보를 요청할 경우에 복수의 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하여 태그를 인식하고, 인식한 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 독출하여 상기 서버(220)에 제공한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 RFID 시스템은 근접센서(200)가 키오스크를 사용하기 위하여 접근하는 고객의 근접을 검출하고, 근접센서(200)의 검출신호로 고객 검출부(210)가 고객이 검출되었는지의 여부를 판단한다.
상기 고객 검출부(210)가 고객을 검출하였을 경우에 고객 검출부(210)의 검출신호에 따라 서버(220)가 리더(230)를 제어하여 고객 정보를 독출하게 한다.
그러면, 리더(230)는 복수의 안테나를 통해 전자기파를 방사하여 고객이 휴대하고 있는 태그가 인식되는지를 판별한다.
이와 같은 상태에서 태그를 휴대하고 있는 고객이 설정거리 이내에 위치하였을 경우에 상기 리더(230)는 태그를 인식하고, 인식한 태그와 통신을 수행하여 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 독출하고, 독출한 고객 정보를 서버(220)에 전달하여 서버(220)가 고객 정보를 확인하고, 해당 고객에 특화된 부가 서비스가 있을 경우에 그 부가 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 RFID 시스템은 근접센서(200)를 이용하여 고객의 근접을 검출하고, 고객의 근접이 검출되었을 경우에 리더(230)가 복수의 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하도록 한다.
그러므로 접근하는 고객이 없을 경우에 전자기파를 방사하지 않고, 이로 인하여 필요 없이 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 RFID 시스템이 키오스크에 설치한 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 300은 키오스크 본체이다. 상기 키오스크 본체(300)의 상단부 및 중간부에는 복수의 안테나(310a, 310b, 310c)(320a, 320b, 320c)로 이루어지는 제 1 및 제 2 리더 안테나(310)(320)가 각기 구비되고, 상기 키오스크 본체(300)의 하단부 내측에는 리더(230)가 내장된다.
그리고 키오스크를 사용하는 고객이 서 있는 바닥면의 후방 인접 위치에 복수의 원형편파 안테나(330a, 330b, 330c, 330d)로 이루어지고, 키오스크 본체(300)의 방향으로 기울어져 전자기파를 방사하는 제 3 리더 안테나(330)가 설치된다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 RFID 시스템은 고객이 휴대하고 있는 태그를 인식할 경우에 리더(230)가 소정 주파수의 신호를 발생하고, 발생한 소정 주파수의 신호는 제 1 내지 제 3 리더 안테나(310)(320)(330)에 인가되는 것으로서 제 1 내지 제 3 리더 안테나(310)(320)(330)에서 전자기파가 방사되어 고객이 휴대하고 있는 태그를 인식하고, 인식한 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 독출한다.
이 때, 현재 키오스크를 사용하는 고객이 휴대하고 있는 태그만을 인식하여 고객 정보를 검출해야 되고, 현재 키오스크를 사용하는 고객의 뒤에서 키오스크의 사용을 대기하고 있는 고객의 태그는 인식해서는 안된다.
이를 위하여 제 1 내지 제 3 리더 안테나(310)(320)(330)에서 방사되는 전자기파는 제한된다.
도 4는 키오스크 본체(300)의 앞에 고객이 위치할 경우에 제 1 내지 제 3 리더 안테나(310)(320)(330)에서 전자기파가 방사되는 형태를 보인 도면이다. 도 4를 참조하면, 키오스크 본체(300)의 앞에 복수의 고객들이 위치하였을 경우에 키오스크 본체(300)에 설치되어 있는 제 1 및 제 2 리더 안테나(310)(320)는 고객을 향하여 전자파를 방사하는 것으로서 고객이 자신의 몸 앞쪽에 휴대하는 태그를 인식할 수 있도록 한다.
그리고 고객의 후방 바닥면의 인접 위치에 설치되어 있는 제 3 리더 안테나(330)는 수직선을 기준으로 약 10°∼30° 정도 키오스크 본체(300)의 방향으로 전자기파가 기울어진 상태로 방사되게 하여 키오스크를 사용하는 고객의 하체 및 엉덩이 부분에 휴대하고 있는 태그를 인식할 수 있도록 한다.
이를 위하여 본 발명은 제 3 리더 안테나(330)로 복수의 원형편파 안테나(330a, 330b, 330c, 330d)를 사용한다.
도 5는 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나(330)의 구성을 보인 평 면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 리더 안테나(330)는 2×2의 어레이를 이루는 복수의 원형편파 안테나(330a, 330b, 330c, 330d)로 이루어지고, 복수의 원형편파 안테나(330a, 330b, 330c, 330d)들 중에서 고객에 가까운 위치에 배치되는 원형편파 안테나(330a, 330b)에 인가되는 신호의 위상 지연값이 먼 위치에 배치되는 원형편파 안테나(330c, 330d)에 인가되는 신호의 위상 지연값보다 늦게 되도록 한다. 예를 들면, 원형편파 안테나(330c, 330d)에 인가되는 신호의 위상 지연값은 0°가 되게 하고, 원형편파 안테나(330a, 330b)에 인가되는 신호의 위상 지연값은 -45°∼-65° 바람직하기로는 -55°가 되게 한다.
그러면, 제 3 리더 안테나(330)에서 방사되는 전자기파는 도 6에 도시된 바와 같이 수직방향을 기준으로 하여 키오스크 본체(300)의 방향으로 약 10°∼30° 정도 기울어져 방사되는 것으로서 고객이 하체 또는 뒷주머니 등에 태그를 휴대하고 있어도 그 태그를 정확하게 인식하고, 태그에 저장된 고객 정보를 독출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나의 축비 특성을 측정하여 보인 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 리더 안테나는 축비 대역폭이 908∼914㎒로서 RFID의 주파수 대역을 만족한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나가 방사하는 전자기파의 E 필드의 세기를 각각의 위치에 따라 측정하여 보인 도면이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 본 발명에서 제 3 리더 안테나(330)가 방사하는 전자기파는 약 10°∼30°정도 기울어진 상태로 방사되는 것으로서 고객이 하체 또는 뒷주머니 등에 태그를 휴대하고 있어도 그 태그를 정확하게 인식하고, 태그에 저장된 고객 정보를 독출할 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 키오스크에 설치되어 고객이 휴대하는 태그를 인식하고, 고객 정보를 독출하는 RFID 시스템으로서 근접센서를 이용하여 고객이 접근할 경우에만 리더가 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하도록 함으로써 필요 없는 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한 키오스크를 사용하는 고객이 서 있는 위치의 후방 바닥면 인접위치에 리더 안테나를 배치하고, 약 약 10°∼30° 정도 고객을 향하여 기울어지는 상태로 전자기파를 방사함으로써 고객이 뒷주머니나 하체 쪽에 태그를 휴대하고 있더라도 그 태그를 정확하게 인식하고, 고객 정보를 독출할 수 있다.
도 1은 일반적인 키오스크에 리더 안테나 및 리더가 설치된 상태를 개략적으로 보인 도면,
도 2는 본 발명의 RFID 시스템의 구성을 보인 회로도,
도 3은 본 발명의 RFID 시스템을 키오스크에 설치한 바람직한 실시 예의 구성을 보인 보면,
도 4는 본 발명의 RFID 시스템에서 제 1 내지 제 3 리더 안테나가 방사하는 전자기파의 방사 형태를 보인 도면,
도 5는 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나를 보인 평면도,
도 6은 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나가 방사하는 전자기파의 3차원 방사 형태를 측정하여 보인 도면,
도 7은 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나의 축비 특성을 측정하여 보인 도면, 및
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 RFID 시스템에서 제 3 리더 안테나가 방사하는 전자기파의 E 필드의 세기를 각각의 위치에 따라 측정하여 보인 도면이다.

Claims (6)

  1. 키오스크에 설치되어 고객의 근접 여부를 센싱하는 근접센서;
    상기 근접센서의 센싱 신호로 고객의 근접 여부를 검출하는 고객 검출부;
    상기 고객 검출부가 고객의 근접을 검출할 경우에 고객 정보를 요청하고, 고객 정보에 따른 서비스를 제공하는 서버; 및
    상기 서버가 고객 정보를 요청할 경우에 복수의 리더 안테나를 통해 전자기파를 방사하여 태그를 인식하고, 인식한 태그에 저장되어 있는 고객 정보를 독출하여 상기 서버에 제공하는 리더를 포함하고, 상기 복수의 리더 안테나는,
    상기 키오스크의 본체 상단부 및 중간부에 각기 설치되는 제 1 및 제 2 리더 안테나; 및
    상기 키오스크의 본체의 후방에 배치되는 제 3 리더 안테나를 포함하는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 리더 안테나는;
    키오스크 본체의 방향으로 기울어지게 전자기파를 방사하는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전자기파의 기울어진 방사 각도는;
    수직선을 기준으로 하여 10°∼30°범위인 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 리더 안테나는;
    2×2의 어레이를 이루는 복수의 원형편파 안테나로 이루어지고, 상기 복수의 원형편파 안테나에서 상기 키오스크에 가까이 배치되는 원형편파 안테나와 상기 키오스크에서 멀리 배치되는 원형편파 안테나의 위상을 서로 상이하게 하는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 2×2의 어레이를 이루는 복수의 원형편파 안테나에 인가되는 신호의 위상 지연값은;
    키오스크 본체를 기준으로 하여 후방에 위치하는 2개의 원형편파 안테나는 0 °이고, 전방에 위치하는 2개의 원형편파 안테나는 -45°∼-65°인 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나를 이용한 RFID 시스템.
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