KR101190111B1 - Ｒｆｉｄ 리더의 송신 누설 신호 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID 리더의 송신부에서 발생하는 누설 신호를 제거하기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치는, RFID(Radio Frequency Identification) 송신부에 의하여 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일의 일 단과 RFID 수신부 사이를 연결하는 제 2 코일에 커플링(coupling)되고, 상기 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일에 이격하여 배치되는 제 3 코일로 커플링되며, 상기 제 3 코일로 커플링된 신호가 상기 제 2 코일로 커플링되는 구조를 가지되, 상기 제 1 코일로부터 커플링된 신호와 상기 제 3 코일로부터 커플링된 신호가 상기 제 2 코일 상에서 결합되어 상쇄된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, RFID 리더의 송신부로부터 수신부로 누설 신호가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

ＲＦＩＤ 리더의 송신 누설 신호 제거 장치{Apparatus for eliminating transmission leakage signal in RFID reader}
본 발명은 RFID 리더에 관한 것으로, 특히 RFID 리더의 송신부에서 발생하는 누설 신호를 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification)는 자동 인식 영역에서 사용되는 무선 애플리케이션(application)으로 리더(reader)와 태그(tag)로 구성된다. RFID 리더는 일정 간격 이상 떨어진 태그를 인식하고, 인식된 태그와 정보를 주고 받을 수 있는 비접촉식 인식 장치이며, 모바일(mobile) RFID 리더의 경우 860MHZ ~ 960MHZ의 UHF(Ultra High Frequency) 대역을 사용한다.
한편, 양 방향 통신에는 반 이중(half-duplex) 방식과 전 이중(full-duplex) 방식이 있다. 반 이중 방식에서는 하나의 장치가 송신 동작을 수행할 때 다른 장치가 송신 동작을 수행할 수 없다. 반면, 전 이중 방식에서는 송신 신호와 수신 신호의 주파수를 다르게 사용하고, 따라서 송 수신 신호를 구별할 수 있기 때문에 송 수신 동작이 동시에 이루어질 수 있다.
RFID 시스템의 경우 RFID 리더가 RFID 태그로 변조 신호를 송신하는 동작과 RFID 태그가 RFID 리더로 응답 신호를 송신하는 동작이 시간 축에서 분리되어 있으므로 형식상 반 이중 방식에 속하지만, RFID 태그와 RFID 리더가 거의 동시에 신호를 송 수신하므로 전 이중 방식과 유사하다.
일반적인 전 이중 방식은 송 수신 신호의 주파수를 다르게 함으로써 송 수신을 구분하지만, RFID 시스템의 경우 송 수신 주파수가 동일하며, 따라서, 송신 누설 신호가 수신부로 누설되는 경우 두 신호가 혼합되어 RFID 시스템 성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.
일반적인 RFID 리더는 송신 및 수신을 위하여 한 개 또는 두 개의 안테나를 사용하며 한 개의 안테나를 사용하는 RFID 리더는 서큘레이터(Circulator)나 방향성 결합기(Directional coupler) 등을 사용하여 송신 신호와 수신 신호를 분리한다. 서큘레이터나 방향성 결합기는 송신부의 신호를 안테나로 전달하고 안테나의 신호를 수신부로 전달하며, 이 때 송신부의 신호가 수신부로 전달되는 것을 방지한다. 이하에서, 상기한 바와 같은 종래 이용되는 RFID 리더를 관련된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 서큘레이터를 이용한 종래의 송 수신 일체형 RFID 리더를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 서큘레이터를 이용한 종래의 송 수신 일체형 RFID 리더는 송신부(110), 서큘레이터(120), 수신부(130) 및 안테나(ANT)를 포함한다.
송신부(110)에서 출력된 신호는 서큘레이터(120)를 통하여 안테나(ANT)로 출력되고, 안테나(ANT)를 통하여 수신된 신호는 서큘레이터(120)를 통하여 수신부(130)로 출력된다. 여기서, 서큘레이터(120)는 송신부(110)로부터 수신부(130)로 누설 신호가 발생하는 것을 방지한다.
도 2는 방향성 결합기를 이용한 종래의 송 수신 일체형 RFID 리더를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 방향성 결합기를 이용한 종래의 송 수신 일체형 RFID 리더는 송신부(210), 방향성 결합기(220), 수신부(230) 및 안테나(ANT)를 포함한다.
송신부(210)에서 출력된 신호는 방향성 결합기(220)를 통하여 안테나(ANT)로 출력되고, 안테나(ANT)를 통하여 수신된 신호는 방향성 결합기(220)를 통하여 수신부(230)로 출력된다. 여기서, 방향성 결합기(220)는 송신부(210)로부터 수신부(230)로 누설 신호가 발생하는 것을 방지한다.
그러나, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 종래 기술에 의하면 송 수신 분리도(isolation)가 크지 않아, 도 1 및 도 2에서 각각 점선으로 도시한 화살표가 나타내는 바와 같이, 송신부에서 출력되는 신호의 일부가 수신부로 누설되는 현상이 발생하며, 이는 수신부의 수신 신호를 간섭하여 수신 감도를 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
따라서, RFID 리더에서 송신 누설 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 방안이 요구된다.
따라서, 본 발명은 RFID 리더의 송신부로부터 수신부로 누설 신호가 발생하는 것을 방지하는 방안을 제시한다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치는, RFID(Radio Frequency Identification) 송신부에 의하여 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일의 일 단과 RFID 수신부 사이를 연결하는 제 2 코일에 커플링(coupling)되고, 상기 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일에 이격하여 배치되는 제 3 코일로 커플링되고, 상기 제 3 코일로 커플링된 신호가 상기 제 2 코일로 커플링되며, 정합(power matching)을 위하여 일 단이 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 사이에 연결되고 타단이 접지된 정합 저항을 포함하는 구조를 가지되, 상기 제 1 코일로부터 커플링된 신호와 상기 제 3 코일로부터 커플링된 신호가 상기 제 2 코일 상에서 결합되어 상쇄된다.
또한, 이를 위하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치는, RFID(Radio Frequency Identification) 송신부에 의하여 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일의 일 단과 RFID 수신부 사이를 연결하는 제 2 코일에 커플링(coupling)되고, 상기 RFID 송신부에 의하여 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일에 병렬 연결된 신호 분배 저항을 통하여 출력되는 구조를 가지되, 상기 제 2 코일로 커플링된 신호와 상기 신호 분배 저항을 통과한 신호가 상기 신호 분배 저항의 타 단에 상응하는 RFID 수신부의 입력단에서 결합되어 상쇄된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, RFID 리더의 송신부로부터 수신부로 누설 신호가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은, 칩에 집적이 용이하고 선형성이 있는 수동 소자를 이용하기 때문에 RFID 시스템에 적용하는 경우 제조가 용이해지고 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 서큘레이터를 이용한 종래의 송 수신 일체형 RFID 리더를 도시한 도면,
도 2는 방향성 결합기를 이용한 종래의 송 수신 일체형 RFID 리더를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치가 적용된 RFID 리더를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치가 적용된 RFID 리더를 도시한 도면.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치가 적용된 RFID 리더를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치(320)는 하이브리드 트랜스포머 구조(321)를 형성하는 제 1 코일(322), 제 2 코일(323) 및 제 3 코일(324)을 포함한다.
제 1 코일(322)의 일 단은 RFID 송신부(310)에 연결되고, 타 단은 제 2 코일(323)에 연결된다.
제 2 코일(323)의 일 단은 제 1 코일(322)에 연결되고, 타 단은 RFID 수신부(330)에 연결된다.
제 3 코일(324)은 제 1 코일(322) 및 제 2 코일(323)과 이격 배치되고, 일 단은 안테나(ANT)에 연결되며, 타 단은 접지된다.
바람직하게, 상기 제 1 코일(322), 제 2 코일(323) 및 제 3 코일(324)의 권선비는 동일하게 구성된다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치(320)의 신호 흐름을 살펴본다. 설명의 편의를 위하여 송신부(310)로부터 출력되는 RFID 신호의 크기는 '2I' 라 가정하며, 도 3에는 이에 따른 신호의 흐름을 도시하였다.
송신부(310)로부터 출력된 RFID 신호 '2I'는 제 1 코일(322)로 입력되고, 입력된 신호는 제 2 코일(323) 및 제 3 코일(324)로 각각 커플링(coupling)(322a, 322b) 된다. 즉, 제 1 코일(322)에 의하여 커플링(322a)된 신호 '-I'가 제 2 코일(323)에 발생하며, 제 1 코일(322)에 의하여 커플링(322b)된 신호'I'가 제 3 코일(324)에 발생한다. 여기서, 신호 'I' 와 신호 '-I'는 크기가 같고 위상이 반대임을 의미하며, 이하 같다.
한편, 제 3 코일(324)에서 제 1 코일(322)에 의하여 커플링(322b)된 신호'I'는 다시 제 2 코일(323)로 커플링(324a)된다. 즉, 제 3 코일(324)에 의하여 커플링(324a)된 신호'I'가 제 2 코일(323)에 발생한다.
따라서, 제 2 코일(323)에서는 제 1 코일(322)에 의하여 커플링(322a)된 신호 '-I'와 제 3 코일(324)에 의하여 커플링(324a)된 신호 'I'가 결합된다. 상기 신호들은 도시되고 설명된 바와 같이 크기가 같고 위상이 반대인 신호(I, -I)이며, 따라서, 상기 신호들이 제 2 코일(323)에서 상쇄되고, 결과적으로 송신부(310)로부터 수신부(330)로의 송신 누설 신호가 제거된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치는, 정합(power matching)을 위하여 일 단이 제 1 코일(322)과 제 2 코일(323)의 사이에 연결되고 타 단이 접지된 정합 저항(RB)을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 정합 저항(RB)의 값은 <수학식 1>에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112010080772199-pat00001
여기서, RB 는 정합 저항의 저항 값, RANT 는 안테나의 저항 값, RTX 는 RFID 송신부의 저항 값, RRX 는 RFID 수신부의 저항 값을 의미한다. 한편, 상기 정합 저항은 가변 저항으로 구성될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따라 하이브리드 트랜스포머 구조를 적용한 RFID 송신 누설 신호 제거 장치에 대하여 살펴보았으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 오토 트랜스포머 구조를 적용한 RFID 송신 누설 신호 제거 장치에 대하여 살펴본다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치가 적용된 RFID 리더를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치(420)는 오토 트랜스포머 구조(421)를 형성하는 제 1 코일(422) 및 제 2 코일(423)과 신호 분배 저항(RC)을 포함한다.
제 1 코일(422)의 일 단은 RFID 송신부(410)에 연결되고, 타 단은 제 2 코일(423)에 연결된다.
제 2 코일(423)의 일 단은 제 1 코일(422)에 연결되고, 타 단은 RFID 수신부(430)에 연결된다.
바람직하게, 제 1 코일(422) 및 제 2 코일(423)의 권선비는 동일하게 구성되며, 제 1 코일(422)과 제 2 코일(423)의 사이에 안테나(ANT)나 연결된다.
신호 분배 저항(RC)의 일 단은 제 1 코일(422)과 RFID 송신부(410) 사이에 연결되고, 타 단은 제 2 코일(423)과 RFID 수신부(430) 사이에 연결된다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID 송신 누설 신호 제거 장치(420)의 신호 흐름을 살펴본다. 설명의 편의를 위하여 송신부(410)로부터 출력되는 RFID 신호의 크기는 '2I' 라 가정하며, 도 4에는 이에 따른 신호의 흐름을 도시하였다.
송신부(410)로부터 출력된 RFID 신호 '2I'는 제 1 노드(425)에서 제 1 코일(422)과 신호 분배 저항(RC)으로 각각 'I'의 신호로 분기된다.
제 1 노드(425)에서 동일한 크기의 신호 'I'로 분기되기 위한 신호 분배 저항(RC)의 값은 <수학식 2>에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112010080772199-pat00002
여기서, RC 는 신호 분배 저항의 저항 값, RANT 는 안테나의 저항 값, RTX 는 RFID 송신부의 저항 값, RRX 는 RFID 수신부의 저항 값을 의미한다. 도면에서는 상기 신호 분배 저항이 가변 저항인 것으로 도시하였으나, 설계 의도에 따라 일반 저항으로 구성될 수도 있다.
제 1 노드(425)에서 분기되어 제 1 코일(422)에 입력된 신호 'I'는 제 2 코일(423)로 커플링(422a)된다. 즉, 제 1 코일(422)에 의하여 커플링(422a)된 신호 '-I'가 제 2 코일(423)에 발생하며, 상기 커플링(422a)된 신호 '-I'는 제 2 노드(426)로 출력된다.
한편, 제 1 노드(425)에서 분기되어 신호 분배 저항(RC)으로 입력된 신호 'I'는 그대로 제 2 노드(426)로 출력된다.
따라서, 제 2 노드(426)에서는 제 1 코일(422)에 의하여 커플링(422a)된 신호 '-I'와 신호 분배 저항(RC)을 통과한 신호 'I'가 결합된다. 상기 신호들은 도시되고 설명된 바와 같이 크기가 같고 위상이 반대인 신호(I, -I)이며, 따라서, 상기 신호들이 제 2 코일(423)에서 상쇄되고, 결과적으로 송신부(410)로부터 수신부(430)로의 송신 누설 신호가 제거된다.
한편, 코일에 전류가 흐를 때에는 코일의 특성상 기생 커패시터 성분이 발생할 수 있다. 즉, 상기 제 1 코일(422) 및 제 2 코일(423)에 기생 커패시터 성분(미도시)이 발생할 수 있다.
이러한 기생 커패시터 성분은 RFID의 주파수 대역이 아닌 대역에 공진 주파수를 생성하는 요인으로 작용하여 RFID 리더의 성능을 저하시킬 수 있다.
이러한 기생 커패시터 성분에 의한 공진 주파수 대역을 RFID의 주파수 대역으로 시프트(shift) 시키기 위하여 일 단이 송신부(410)와 신호 분배 저항(RC)의 사이에 연결되고 타 단이 수신부(430)와 신호 분배 저항(RC) 사이에 연결된 커패시터(이하, 보정 커패시터라 함)(미도시)를 추가할 수 있다.
바람직하게, 상기 보정 커패시터는 상기 기생 커패시터 성분과 동일한 크기를 가지도록 구성된다.
상술한 바와 같은 본 발명은 칩에 집적이 용이하고 선형성이 있는 소자를 이용하기 때문에, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 종래의 송신 누설 신호 제거 방법에 비하여 제조가 용이하고 성능이 향상되는 이점이 있다.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.
110, 210, 310, 410: RFID 송신부
120: 서큘레이터
220: 방향성 결합기
130, 230, 330, 430: RFID 수신부
320, 420: 송신 누설 신호 제거 장치
321: 하이브리드 트랜스포머 구조
421: 오토 트랜스포머 구조
322, 422: 제 1 코일
323, 423: 제 2 코일
324: 제 3 코일
322a, 322b, 323a, 422a: 커플링

Claims (8)

  1. RFID (Radio Frequency Identification) 송신부에 의하여 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일의 일 단과 RFID 수신부 사이를 연결하는 제 2 코일에 커플링(coupling)되고,
    상기 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일에 이격하여 배치되는 제 3 코일로 커플링되고,
    상기 제 3 코일로 커플링된 신호가 상기 제 2 코일로 커플링되며,
    정합(power matching)을 위하여 일 단이 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 사이에 연결되고 타단이 접지된 정합 저항을 포함하는 구조를 가지되,
    상기 제 1 코일로부터 커플링된 신호와 상기 제 3 코일로부터 커플링된 신호가 상기 제 2 코일 상에서 결합되어 상쇄되는
    RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 저항의 값은 하기의 <수학식>에 의하여 결정되는
    RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
    <수학식>
    Figure 112012070805513-pat00003

    (여기서, RB 는 정합 저항의 저항 값, RTX 는 RFID 송신부의 저항 값, RRX 는 RFID 수신부의 저항 값)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 코일, 상기 제 2 코일 및 상기 제 3 코일의 권선비가 동일한
    RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
  5. RFID (Radio Frequency Identification) 송신부에 의하여 제 1 코일로 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일의 일 단과 RFID 수신부 사이를 연결하는 제 2 코일에 커플링(coupling)되고,
    상기 RFID 송신부에 의하여 공급되는 RFID 신호가 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일에 병렬 연결된 신호 분배 저항을 통하여 출력되는 구조를 가지되,
    상기 제 2 코일로 커플링된 신호와 상기 신호 분배 저항을 통과한 신호가 상기 신호 분배 저항의 타 단에 상응하는 RFID 수신부의 입력단에서 결합되어 상쇄되는
    RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 분배 저항의 값은 하기의 <수학식>에 의하여 결정되는
    RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
    <수학식>
    Figure 112010080772199-pat00004

    (여기서, RC 는 신호 분배 저항의 저항 값, RTX 는 RFID 송신부의 저항 값, RRX 는 RFID 수신부의 저항 값)
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일의 권선비가 동일한
    RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    일 단이 상기 RFID 송신부와 상기 신호 분배 저항 사이에 연결되고 타 단이 상기 RFID 수신부와 상기 신호 분배 저항 사이에 연결되어, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일에서 발생하는 기생 커패시터 성분에 의한 공진 주파수 대역 이동을 보정하는 보정 커패시터
    를 더 포함하는 RFID 송신 누설 신호 제거 장치.
KR1020100124718A 2010-12-08 2010-12-08 Ｒｆｉｄ 리더의 송신 누설 신호 제거 장치 KR101190111B1 (ko)

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