KR101139317B1 - 알에프아이디 태그 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상호 병렬로 연결된 이중 루프 구조를 가지는 태그 안테나에 관한 것이다. 상기 태그 안테나는 RFID 태그 안테나는 내부에 제 1 슬롯이 형성된 전기적인 제 1 루프 및 내부에 제 2 슬롯이 형성된 전기적인 제 2 루프를 포함한다. 여기서, 상기 루프들은 중첩되어 병렬로 연결되며, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격에 따라 상기 태그 안테나의 대역폭이 달라진다.
태그, 방사체, 루프, 슬롯

Description

알에프아이디 태그 안테나{RFID TAG ANTENNA}
본 발명은 태그 안테나에 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상호 병렬로 연결된 이중 루프 구조를 가지는 태그 안테나에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification) 시스템은 특정 물체에 부착된 태그를 통하여 상기 물체의 정보(Identification) 및 주변 환경 정보를 인식하여 측위, 원격 처리, 관리 및 사물간 정보 교환 등 다양한 서비스를 제공할 수 있는 시스템이다.
이러한 RFID 시스템은 태그 칩(Tag chip), 태그, 리더기(Tag reader), 미들웨어 및 응용 서비스 플랫폼으로 구성되며, 저주파(125㎑, 135㎑), 고주파(13.56㎒), 극초단파(433㎒, 860 내지 960㎒, UHF), 마이크로파(2.45㎓) 등 여러 주파수 대역에서 이용되고 있다. 다만, 상기 RFID 시스템의 사용 방법이나 활용 범위는 주파수 대역에 따라 다르다.
상기 주파수 대역 중 UHF 대역은 중장거리 신호 전송이 가능하고 비교적 고속 전송이 가능하기 때문에 유통, 물류 등과 같은 분야에서 널리 활용되고 있다. 현재, 전 세계적으로는 유통 및 물류 관리를 위한 가장 적합한 대역으로 860㎒ 내 지 960㎒ 대역이 설정되었으며, 우리 나라에서는 908.5㎒ 내지 914㎒ 대역으로 설정되었다.
이하, 일반적인 RFID 시스템에 사용되는 태그의 구조를 살펴보겠다.
도 1은 태그가 금속 물체에 부착되는 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 태그는 기판(100) 상에 형성된 태그 안테나(102)와 부착된 물체(106)의 고유 정보를 저장하며 태그 안테나(102)와 연결된 태그 칩(104)으로 구성된다.
상기 태그는 물체(106), 특히 금속 물체에 일정 간격 이격되어 결합되고, 태그 칩(104)은 전자기적 커플링(electromagnetic coupling)을 통하여 소정 전력을 급전받는다. 이 경우, 금속 물체(106)의 표면에서의 전자파 경계 조건에 의해 태그 칩(104) 구동에 필요한 충분한 전력을 얻지 못할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 금속 물체(106)와 태그 안테나(102) 사이에 기생 캐패시턴스 성분이 발생하므로, 공진 주파수, 임피던스 등과 같은 상기 태그의 파라미터가 변화될 수 있다.
따라서, 이러한 물체의 특성에 따른 변화를 고려하여 태그를 설계하여야 한다. 특히, 상기 태그의 임피던스 매칭 설계가 중요하다.
종래 기술에서는, 상기 물체의 특성 또는 상기 태그의 매질이 변화에 따라 상기 태그를 다시 설계하여야 할 경우, 상기 태그에 포함된 태그 안테나와 태그 칩의 임피던스 매칭을 위하여 상기 태그의 정합 회로 및 스터브의 크기를 가변시키는 방법 등을 사용하였다.
그러나, 이러한 종래의 방법은 임피던스를 매칭시키는 게 용이하지 않았을 뿐만 아니라 임피던스 매칭을 위한 회로 설계가 복잡하였다.
본 발명의 목적은 임피던스 매칭을 용이하게 구현하도록 이중 루프 구조를 가지는 태그 안테나를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나는 내부에 제 1 슬롯이 형성된 전기적인 제 1 루프; 및 내부에 제 2 슬롯이 형성된 전기적인 제 2 루프를 포함한다. 여기서, 상기 루프들은 중첩되어 병렬로 연결되며, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격에 따라 상기 태그 안테나의 대역폭이 달라진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 태그 안테나는 태그 칩과 전기적으로 연결되며, 내부에 제 1 슬롯이 형성된 제 1 방사체; 및 상기 제 1 방사체와 연결되며, 내부에 제 2 슬롯이 형성된 제 2 방사체를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 슬롯의 주변을 따라서 전기적인 제 1 루프가 형성되고, 상기 제 2 슬롯의 주변을 따라서 전기적인 제 2 루프가 형성되며, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격에 따라 상기 태그 안테나의 대역폭이 달라진다.
본 발명에 따른 태그 안테나는 상호 병렬로 연결된 이중 루프 구조로 구현되고 방사체에 형성된 슬롯의 사이즈를 가변시키는 방법을 통하여 태그의 임피던스를 매칭시키므로, 상기 태그 안테나와 태그 칩과의 임피던스 매칭이 용이하게 수행될 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 태그의 방사체의 일부 길이를 조정함에 의해, 상세하게는 제 2 방사체의 종단과 제 2 슬롯 사이의 간격을 조정함에 의해 상기 태그의 대역폭이 변화되므로, 상기 태그는 원하는 대역을 용이하게 구현할 수 있고, 특히 광대역을 구 현할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 태그 안테나와 태그 칩의 임피던스 매칭을 설명하기 위한 등가 회로를 도시한 도면이다.
본 실시예의 RFID 시스템에 사용되는 태그는 각 사물의 고유 정보를 가지고 있는 태그 칩(Tag chip)과 상기 고유 정보를 태그 리더기(Tag reader)로 전송하는 태그 안테나를 포함하며, 다양한 주파수 대역에 사용될 수 있다. 다만, 상기 RFID 시스템은 특히 UHF 대역에서 유용하게 활용될 수 있다.
고유 정보 인식 과정을 살펴보면, 상기 태그 리더기는 RF 신호(전파)를 상기 태그로 전송하며, 상기 태그는 상기 전파를 산란시키는 방법을 통하여 상기 태그 칩에 저장된 물체의 고유 정보를 상기 태그 리더기로 전송한다. 이러한 방식을 후방산란방식(Backscatter)라 한다. 여기서, 상기 태그는 그의 임피던스를 달리하여 산란되는 전력량을 조절하며, 상기 태그 리더기는 상기 조절된 전력량의 크기를 통 하여 상기 고유 정보를 인식한다. 즉, 상기 태그 칩에 저장된 고유 정보는 상기 태그 칩의 임피던스 변화에 따른 RCS(Radar Cross Section, 산란 단면적)의 변화를 통하여 상기 태그 리더기로 전송된다.
이러한 태그의 특성을 고려할 때, 상기 태그 안테나는 상대적으로 큰 산란 대면적 특성, 전 방향성 산란 특성, 유전율, 도전율 등과 같은 부착 물체의 전자기적 특성에 대한 둔감성, 상기 태그 칩과의 임피던스 정합 및 간단한 구조 특성 등이 요구된다.
본 발명의 태그는 상기 요구되는 특성들을 만족시키며, 특히 간단한 방법으로 임피던스 매칭(impedance matching)을 용이하게 수행시킬 수 있다.
우선, 상기 태그 안테나와 상기 태그 칩의 임피던스 매칭 원리를 살펴보겠다.
도 2를 참조하면, 태그 칩(200)의 임피던스(impedance)는 레지스턴스(resistance, Rc)와 캐패시턴스(capacitance, C)로 표현될 수 있다. 여기서, 태그 칩(200)에 포함된 RF 프론트 엔드(RF front-end)가 태그 리더기로부터 태그 안테나(202)를 통하여 전송된 전파를 소정 DC 전압으로 변화시키는 정류 회로를 포함하므로, 특히 상기 정류 회로가 다이오드(Diode)와 커패시터로 이루어지므로, 태그 칩(200)의 리액턴스(reactance)는 큰 음의 값, 즉 용량성 성분을 가진다.
따라서, 임피던스 매칭을 위하여, 태그 안테나(202)의 리액턴스는 도 2에 도시된 바와 같이 유도성 성분을 가져야 한다. 바람직하게는, 상기 태그 리더기로부터 전송된 전력이 태그 칩(200)으로 최대로 전달되도록 태그 안테나(202)의 리액턴 스는 태그 칩(200)의 리액턴스의 켤레복소수가 되어야 한다.
이하, 상기 임피던스 매칭을 용이하게 구현할 수 있는 본 발명의 태그 안테나의 구조를 살펴보겠다. 특히, 상기 태그 안테나는 상기 태그가 부착되는 물체의 특성에 따라 용이하게 조정될 수 있는 구조를 가진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 안테나를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 루프에 따른 임피던스 변화를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 루프에 따른 임피던스 변화를 도시한 도면이고, 도 6은 RW2에 따른 태그의 임피던스 변화를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 태그 안테나(300)는 특정 물체, 예를 들어 도서에 부착되어 사용되는 안테나로서, 상호 병렬로 연결된 이중 루프(Double Loops,304 및 306) 구조로 구현된다. 상세하게는, 태그 안테나(300)는 도 4(A)에 도시된 바와 같은 제 1 루프(304) 및 도 5(A)에 도시된 바와 같은 제 2 루프(306)가 중첩된 이중 루프(304 및 306) 구조로 구현된다.
일반적으로, 태그 칩(302)이 큰 용량성 리액턴스를 가지는 반면에 루프 타입 방사체는 큰 유도성 리액턴스를 가진다. 따라서, 본 실시예의 이중 루프(304 및 306)는 태그 칩(302)과 용이하게 임피던스 매칭될 수 있다. 이것은 후술하는 실험 결과에서 확인된다.
이러한 태그 안테나(300)의 물리적 구조를 살펴보면, 태그 안테나(300)는 기판(미도시) 위에 형성된 제 1 방사체(310) 및 제 2 방사체(312)를 포함한다. 여기서, 제 1 방사체(310)는 제 1 루프(304)에 대응하고, 제 2 방사체(312)는 제 2 루프(306)에 대응한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사체들(310 및 312)은 상기 기판 위에 필름 형태로 구현될 수 있다.
이러한 방사체들(310 및 312)에는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 슬롯(First slot, 314) 및 제 2 슬롯(316)이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 제 1 슬롯(314)은 예를 들어 사각형 형태로 제 1 방사체(310)의 내부에 형성되고, 제 2 슬롯(316)은 예를 들어 사각형 형태로 제 2 방사체(312)의 내부에 형성된다. 제 2 슬롯(316)은 제 1 슬롯(314)보다 큰 사이즈를 가지며, 소정 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다. 이러한 구조에서 전류 흐름을 살펴보면, 도 4(A)에 도시된 바와 같이 제 1 슬롯(314)의 주변을 따라서 전류가 흐르며, 즉 전기적인 제 1 루프(304)가 형성되고, 도 5(A)에 도시된 바와 같이 제 2 슬롯(316)의 주변을 따라서 전류가 흐르며, 즉 전기적인 제 2 루프(306)가 형성된다. 이 경우, 루프들(306 및 306)은 도 4(A) 및 도 5(A)에서 확인할 수 있는 바와 같이 제 1 슬롯(314)의 주변에서 중첩되어 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 제 1 슬롯(314)의 상단부에는 태그 칩(302)이 위치할 수 있는 공간이 형성된다. 여기서, 태그 칩(302)은 방사체들(310 및 312)과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 슬롯(314)의 사이즈 및 제 2 슬롯(316)의 사이즈를 변화시킴에 의해 태그 안테나(300)의 특성, 예를 들어 임피던스 특성 및 광대역 특성이 가변된다.
삭제
방사체들(310 및 312)은 태그 칩(302)으로부터 급전받으며, 그 결과 도 4(A) 및 도 5(A)에 도시된 바와 같은 전류 분포가 발생하여 특정 방사 패턴을 출력시킨다.
이하, 방사 패턴 출력 과정을 살펴보고, 그런 후 슬롯들(314 및 316)의 사이즈 변화에 따른 태그 안테나(300)의 특성 변화를 살펴보겠다.
우선, 방사 패턴 출력 과정을 상술하겠다.
태그 칩(302)의 RF 프론트 엔드(RF front-end)는 태그 안테나(300)를 통하여 태그 리더기로부터 전송된 전파를 수신한다.
이어서, 상기 RF 프론트 엔드는 다이오드와 캐패시터 등으로 이루어진 정류 회로를 이용하여 상기 전송된 전파를 소정 직류 전압으로 변화시키고, 상기 직류 전압을 태그 칩(302)의 신호 처리부로 제공한다. 이 과정에서, 상기 태그 리더기로 부터 전송된 전파가 상기 RF 프론트 엔드로 손실없이 전달되어야 하므로, 태그 칩(302)과 태그 안테나(300)를 포함하는 태그는 상기 태그 리더기의 반송 주파수에서 공진 특성을 가져야 하고, 태그 안테나(300)와 태그 칩(302)의 임피던스가 공액 정합(conjugate matching) 되어야 한다.
계속하여, 태그 칩(302)은 상기 직류 전압을 이용하여 태그 안테나(300)로 소정 전력을 급전하며, 그 결과 방사체들(310 및 312)로부터 소정 방사 패턴이 출력된다.
이하, 슬롯들(314 및 316)의 사이즈 변화에 따른 태그 안테나(300)의 특성 변화를 살펴보겠다.
제 1 슬롯(314)의 사이즈, 즉 SL1 및 SW1에 따라 태그 안테나(300)의 임피던스 특성이 달라진다. 특히, 태그 안테나(300)의 리액턴스는 제 1 슬롯(314)에 의해 주로 좌우되어 변화된다. 따라서, 제 1 슬롯(314)의 사이즈를 가변시켜 태그 안테나(300)와 태그 칩(302)의 리액턴스를 정합시킨다.
다만, 제 1 슬롯(314)의 사이즈 변화만으로는 리액턴스 정합이 완전하게 이루어지지 않는 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우에는 제 1 방사체(310)의 사이즈, 예를 들어 RL1, RL3 및 RW1을 조정하여 태그 칩(302)과의 리액턴스를 정합시킨다.
이하, 제 1 슬롯(314)의 사이즈 변화에 따른 임피던스 특성 변화를 살펴보자.
제 1 루프(304)에서, 제 1 슬롯(314)의 SW1의 사이즈를 증가시키면 도 4(B)에 도시된 바와 같이 태그 안테나(300)의 임피던스가 증가되고, 제 1 슬롯(314)의 SL1의 사이즈를 증가시키면 도 4(C)에 도시된 바와 같이 태그 안테나(300)의 임피던스가 증가된다. 다만, SW1 또는 SL1을 가변시켰을 때 레지스턴스의 변화에 비하여 리액턴스가 더 크게 변화됨을 도 4(B) 및 도 4(C)를 통하여 확인할 수 있다.
제 2 루프(306)에서, 도 5(B)에 도시된 바와 같이 제 1 슬롯(314)의 SW1의 사이즈를 변화시킴에도 불구하고 태그 안테나(300)의 레지스턴스와 리액턴스가 거의 변화되지 않으며, 제 1 슬롯(314)의 SL1의 사이즈를 증가시키면 도 5(C)에 도시된 바와 같이 태그 안테나(300)의 레지스턴스만이 조금 변화된다.
즉, 루프들(306 및 308)을 중첩시킬 때, SW1은 태그 안테나(300)의 리액턴스에만 주로 영향을 미치고, SL1은 태그 안테나(300)의 레지스턴스 및 리액턴스 모두에 영향을 미침을 확인할 수 있다. 특히, 제 1 슬롯(314)의 사이즈, 즉 SW1 및 SL1을 가변시키면 레지스턴스보다는 리액턴스가 더 크게 변화됨이 확인된다. 따라서, 제 1 슬롯(314)의 사이즈 조정을 통하여 리액턴스를 가변시켜 태그 칩(302)과의 리액턴스 정합을 수행시킨다.
이어서, 제 2 슬롯(316)의 사이즈를 조정하여 태그 칩(304)과의 레지스턴스를 정합시킨다. 상세하게는, 제 2 루프(306)의 제 2 슬롯(316)의 사이즈, 즉 SW2 및 SL2는 태그 안테나(300)의 레지스턴스에 주로 영향을 미치며, 따라서 제 2 슬롯(316)의 사이즈를 조정하여 태그 칩(302)과의 레지스턴스를 정합시킨다.
즉, 본 발명의 태그 안테나(300)는 제 1 슬롯(314)의 사이즈를 조정하여 태그 칩(302)과의 리액턴스를 정합시키고, 제 2 슬롯(316)의 사이즈를 조정하여 태그 칩(302)과의 레지스턴스를 정합시킨다.
도 3을 다시 참조하면, 제 2 방사체(312)의 종단과 제 2 슬롯(316)의 사이의 간격(RW2)에 따라 상기 태그의 대역폭이 가변될 수 있다.
예를 들어, 간격(RW2)을 증가시키면 상기 태그의 대역폭이 더 넓어질 수 있으며, 즉 광대역화된다. 상세하게는, 간격(RW2)을 증가시키면 도 6에 도시된 바와 같이 임피던스 곡선의 기울기가 완만해짐을 알 수 있다.
일반적으로, 리액턴스 곡선이 가파르게 변화될 수록 대역폭이 좁아지고, 리액턴스 곡선이 완만하게 변화될 수록 대역폭이 넓어진다. 즉, 도 6(C)에 도시된 바와 같이 간격(RW2)을 증가시킬 수록 리액턴스 곡선이 완만해지므로, 간격(RW2)이 증가함에 따라 상기 태그의 대역폭이 더 넓어짐이 확인된다. 특히, 공진 주파수(예를 들어, 910㎒)를 구현할 때, 상기 공진 주파수 근처에서 임피던스 특성이 더 평탄화됨을 확인할 수 있으며, 즉 상기 태그가 안정적으로 광대역을 구현할 수 있다.
즉, 제 2 루프(306)와 제 2 슬롯(316)의 사이의 간격(RW2)을 증가시켜 상기 태그를 광대역화시킬 수 있다. 따라서, 상기 태그를 광대역으로 구현하고자 하는 경우에는 상기 태그의 사이즈가 증가되더라도 제 2 루프(306)와 제 2 슬롯(316)의 사이의 간격(RW2)을 증가시키고, 광대역이 요구되지 않는 태그의 경우에는 소형화를 고려하여 제 2 루프(306)와 제 2 슬롯(316)의 사이의 간격(RW2)을 작게 설정할 수 있다.
이하, 본 실시예의 태그의 특성에 대한 실제 실험 결과를 살펴보겠다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 임피던스 특성을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 S11 특성을 도시한 도면이다.
태그 칩(302)을 EPC Gen2 RFID 태그 칩을 사용하면, 태그 칩(302)은 915㎒에서 33-112j의 임피던스를 가진다. 따라서, 태그 칩(302)과 임피던스 정합이 되기 위해서는, 태그 안테나(300)는 33+112j의 임피던스를 가져야 한다.
실험을 위하여, 아래의 표 1과 같이 태그 안테나(300)의 사이즈를 설계하였다. 또한, 상기 기판은 0.4㎜의 두께를 가지는 FR4 기판(εr=4.4, tanδ=0.02)을 사용하였으며, 상기 태그의 전체 사이즈는 89.6㎜×35㎜로 설정하였다. 게다가, 상기 태그가 삽입되는 도서의 사이즈는 210㎜×296㎜×40㎜로 설정하였다.
파라미터 RW1 RL1 SW1 RW2 SL2 RL3 RW3 SW2
값(㎜) 16.13 6 10.8 21.5 11.5 7 33.5 46.5
위와 같이 상기 태그를 설정한 후 임피던스를 측정한 결과, 도 7에 도시된 바와 같은 레지스턴스 특성 곡선(700) 및 리액턴스 특성 곡선(702)을 획득하였다.
도 7을 참조하면, 910㎒에서 37.7+112.3j의 임피던스가 구현되었으며, 즉 태그 칩(302)과 거의 임피던스 정합이 되었음을 확인할 수 있다. 여기서, 태그 칩(302)과 태그 안테나(300)의 임피던스 매칭이 완전하게 이루어지지는 않았지만, 완벽한 임피던스 매칭은 방사체들(310 및 312)의 사이즈를 조정함에 의해 이루어질 수 있다.
위에 설정된 사이즈를 가지는 태그의 S11 특성을 살펴보면, 도 8에 도시된 바와 같이 756㎒와 1028㎒ 사이에서 S11의 특성 값이 -10㏈ 이하로 구현되었다. 즉, 270㎒ (756㎒와 1028㎒ 사이) 대역폭 범위에서 상기 태그를 사용할 수 있으며, 20% 이상 광대역화되었다. 여기서, 상기 구현된 대역폭 범위는 전세계의 UHF 대역(860㎒ 내지 960㎒)을 만족시킨다.
요컨대, 본 발명의 태그에 포함된 태그 안테나(300)는 상호 병렬로 연결된 이중 루프(304 및 306) 구조를 통하여 임피던스 매칭을 용이하게 수행시키고 광대역을 구현할 수 있다. 특히, 종래의 태그와 달리, 본 발명의 태그는 슬롯(310 또는 312)의 사이즈를 간단하게 변경시켜서 상기 임피던스 매칭을 수행할 수 있으므로, 임피던스 매칭이 용이하게 수행될 수 있다. 따라서, 상기 태그가 부착되거나 삽입되는 매질이 달라지더라도 상기 태그를 용이하게 설계 변경하여 임피던스 매칭시킬 수 있다.
위에서는, 상기 태그가 상기 태그 리더기로부터 전송된 전파를 이용하여 동작하였으나, 상기 태그 그 자체에 별도의 전원이 있어서 구동 전력을 제공받을 수도 있다. 이 경우, 상기 태그는 상기 전원으로부터 직접 공급받거나 커플링 방식으로 공급받을 수 있다.
이하, 본 발명의 태그가 자유 공간에 존재할 때와 도서에 삽입되었을 때의 특성을 살펴보겠다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그가 자유 공간에 존재할 때와 도서에 삽입되었을 때의 S11 특성을 도시한 도면이다. 여기서, 상기 태그가 자유 공간에 존재할 때 상기 태그의 SW2를 91.48㎜로 설정하고, 상기 태그가 도서에 삽입되었을 때 상기 태그의 SW2를 46.48㎜로 설정하였다.
상기 태그가 자유공간에 존재할 때의 S11 특성 곡선(900)에서 -10㏈ 이하의 대역폭을 살펴보면, 상기 태그가 전세계의 UHF 대역(860㎒ 내지 960㎒)을 커버하면서 180㎒의 대역폭 범위를 획득함을 확인할 수 있다.
상기 태그가 도서에 삽입되었을 때의 S11 특성 곡선(902)에서 -10㏈ 이하의 대역폭을 살펴보면, 상기 태그가 전세계의 UHF 대역(860㎒ 내지 960㎒)을 커버하면서 260㎒의 대역폭 범위를 획득함을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 태그는 자유 공간에 존재하든 도서에 삽입되든지 간에 전세계의 UHF 대역(860㎒ 내지 960㎒)을 만족시킬 수 있다.
도 9의 특성 그래프들(900 및 902)을 다시 살펴보면, 상기 태그가 도서에 삽입되었을 때가 자유 공간에 존재할 때보다 구현 가능한 주파수 범위가 더 넓고 임피던스 특성이 더 우수함을 확인할 수 있다.
도 10은 본 명의 일 실시예에 따른 태그가 도서에 삽입되었을 때의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 이중 루프(304 및 306) 구조를 가지는 본 발명의 태그 안테나(300)가 도서에 삽입된 경우 X-Z 평면, Y-Z 평면 및 Y-Z 평면 순으로 이득이 높음을 확인할 수 있다. 즉히, X 평면 방향으로 최대 이득이 획득되었다. 따라서, 상기 태그를 도서에 삽입할 경우 상기 태그가 X축 방향을 향하도록 삽입하면, 상기 태그의 인식 거리 특성이 가장 우수하게 획득될 수 있다.
위에 언급된 사이즈로 태그를 설계한 경우, 최적화된 단일 태그의 측정 인식 거리는 약 5m로서 측정되었다.
요컨대, 본 발명의 태그의 최대 이득 방향을 미리 검출하고, 상기 검출에 따라 상기 태그가 상기 최대 이득 방향으로 향하도록 도서에 삽입되도록 설정하여 상기 태그의 인식 거리를 최대로 할 수 있다.
이하, 이중 루프(304 및 306) 구조를 가지는 다수의 태그들에 대한 인식 거리를 측정하였다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 루프 구조를 가지는 다수의 태그들에 대한 인식 거리 측정 결과를 도시한 도면이다. 상세하게는, 도 11(A)에서는 도서의 두께를 20㎜ 이상으로 설정하고, 도 11(B)에서는 도서의 두께를 20㎜ 이하로 설정하였다. 그런 후, 단일 태그 리더기에서 신호를 송출했을 때, Z축으로 배열된 19개의 태그들이 동시에 인식할 수 있는 거리를 측정하였다.
도 11(A)를 참조하면, X축에서 상기 태그들의 인식 거리가 가장 높았으며, X축에서 모든 태그들이 인식할 수 있는 거리는 약 1m로 측정되었다.
도 11(B)를 참조하면, X축에서 상기 태그들의 인식 거리가 가장 높았으며, X축에서 모든 태그들이 인식할 수 있는 거리는 약 0.5m로 측정되었다.
요컨대, 특정 방향, 예를 들어 X축 방향으로 하여 태그들을 삽입할 때 인식 거리가 가장 높게 측정됨이 확인되고, 태그들의 수가 증가함에 따라 모두가 인식할 수 있는 거리가 감소함이 확인된다. 이에 대한 다른 실험 결과는 아래의 표 2와 같다. 여기서, 상기 태그의 사이즈 설정은 표 1과 같이 하였다.
태그 수 1 2 3 4 5 평균 계산값
측정 상태
자유 공간에서이 인식 거리(m) 2.2 2.5 2.8 2 2.4 2.38 2.64
도서 삽입시의 인식 거리(m) 6.5 5.5 5 4.5 4,3 5.16 4.99
위의 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 태그들이 도서에 삽입되었을 때가 자유 공간에 존재할 때보다 인식 거리가 더 높음이 확인되고, 도서에 삽입했을 때에는 태그들의 수가 증가함에 따라 인식 거리가 낮아짐이 확인된다. 다만, 위 실험예서는 태그들이 도서에 삽입되었을 때의 평균 인식 거리는 약 5m로 측정되었다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 리더기와 태그 사이의 거리에 따른 위치별 인식률에 대한 실험 결과를 도시한 도면이다. 여기서, 이중 루프(304 및 306) 구조를 가지는 19개의 태그들을 사용하여 실험하였다.
도 12를 참조하면, 상기 태그 리더기와 상기 태그 사이의 거리가 1m 이하일 때 모든 태그들이 인식할 수 있는 확률(인식률)이 80% 이상임이 확인되고, 약 1.5m 이상에서는 모든 태그들의 인식률이 80% 이하로서 상당히 낮음이 확인된다.
위에서는 하나의 태그 리더기를 사용하였으나, 다수의 태그 리더기들을 단일 면이나 터널 형태로서 설치하면 동시에 수백개 이상의 태그들이 모두 인식할 수 있고, 인식률 역시 크게 향상될 것이다.
위에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 태그 안테나(300)를 상호 병렬로 연결된 이중 루프(304 및 306) 구조로 구현하여 태그 칩(302)과의 임피던스 매칭을 용이하게 시키고, 광대역을 구현할 수 있다.
또한, 도서의 구성 파라미터, 예를 들어 도서 시스템, 인식 거리 및 동시 인식 성능 등을 고려하여 상기 태그를 적절하게 설계할 수 있다.
위에서는, 상기 태그가 도서에 삽입되는 것으로 설명하였으나, 상기 태그는 도서 외의 다른 대상에 부착되거나 삽입될 수 있다. 물론, 이 경우에는 설계 변경이 달라지거나 인식률 등이 달라질 수도 있지만, 이러한 변형은 위의 설명으로부터 당업자가 용이하게 설계 변경할 수 있을 것이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 태그가 금속 물체에 부착되는 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 태그 안테나와 태그 칩의 임피던스 매칭을 설명하기 위한 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 안테나를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 루프에 따른 임피던스 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 루프에 따른 임피던스 변화를 도시한 도면이다.
도 6은 RW2에 따른 태그의 임피던스 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 임피던스 특성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 S11 특성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그가 자유 공간에 존재할 때와 도서에 삽입되었을 때의 S11 특성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 명의 일 실시예에 따른 태그가 도서에 삽입되었을 때의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 루프 구조를 가지는 다수의 태그들에 대한 인식 거리 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 리더기와 태그 사이의 거리에 따른 위치별 인식률에 대한 실험 결과를 도시한 도면이다.

Claims (10)

  1. RFID 태그 안테나에 있어서,
    내부에 제 1 슬롯이 형성된 전기적인 제 1 루프; 및
    내부에 제 2 슬롯이 형성된 전기적인 제 2 루프를 포함하되,
    상기 루프들은 중첩되어 병렬로 연결되며, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격에 따라 상기 태그 안테나의 대역폭이 달라지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 태그 안테나와 태그 칩의 임피던스 정합시 상기 제 1 슬롯의 사이즈를 조정함에 의해 리액턴스 정합이 수행되고, 상기 제 2 슬롯의 사이즈를 조정함에 의해 레지스턴스가 정합되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 루프는 태그 칩과 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 슬롯은 상기 제 1 슬롯보다 큰 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 간격이 증가함에 따라 태그가 광대역화되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격을 조절함에 의해 특정 공진 주파수 인근에서 상기 태그 안테나의 임피던스 특성이 평탄하게 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 태그 안테나는 도서에 삽입되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  8. RFID 태그 안테나에 있어서,
    태그 칩과 전기적으로 연결되며, 내부에 제 1 슬롯이 형성된 제 1 방사체; 및
    상기 제 1 방사체와 연결되며, 내부에 제 2 슬롯이 형성된 제 2 방사체를 포함하되,
    상기 제 1 슬롯의 주변을 따라서 전기적인 제 1 루프가 형성되고, 상기 제 2 슬롯의 주변을 따라서 전기적인 제 2 루프가 형성되며, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격에 따라 상기 태그 안테나의 대역폭이 달라지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 루프들은 중첩을 통하여 상호 병렬로 연결되며, 상기 태그 안테나와 태그 칩의 임피던스 정합시 상기 제 1 슬롯의 사이즈를 조정함에 의해 리액턴스 정합이 수행되고, 상기 제 2 슬롯의 사이즈를 조정함에 의해 레지스턴스가 정합되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 루프의 종단과 상기 제 2 슬롯 사이의 간격을 조절함에 의해 특정 공진 주파수 인근에서 상기 태그 안테나의 임피던스 특성이 평탄하게 형성되고, 상기 간격을 증가시킴에 의해 태그가 광대역화되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050091396A (ko) * 2004-03-12 2005-09-15 인탑스 주식회사 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프안테나
JP2006285911A (ja) 2005-04-05 2006-10-19 Fujitsu Ltd Ｒｆｉｄタグ
JP2007228326A (ja) 2006-02-24 2007-09-06 Omron Corp ループアンテナ、およびｒｆｉｄタグ
JP2008282301A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Dainippon Printing Co Ltd 非接触ｉｃタグの製造方法と非接触タグ用インターポーザ

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