KR101237905B1 - Rfid reader antenna - Google Patents

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박래수
이정남
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Abstract

PURPOSE: An RFID reader antenna is provided to recognize a multiple tag by using four radiators. CONSTITUTION: An isolation improvement circuit connects four patch antennas. The patch antenna is composed of square, circular, ellipse, slot, or polygon patch. The isolation improvement circuit includes a Wilkilson power divider, directional couplers(230,240), and a 90° hybrid couplers(250,260).

Description

알에프아이디 리더안테나{RFID Reader Antenna}RF Reader Antenna {RFID Reader Antenna}

본 발명은 RFID 리더안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러를 이용하여 크기를 소형화하고, 격리도를 향상시킨 다중 태그 인식을 위한 RFID 리더안테나에 관한 것이다.
The present invention relates to an RFID reader antenna. More particularly, the present invention relates to an RFID reader antenna for multi-tag recognition with reduced size and improved isolation using a Wilkinson power divider, a directional coupler and a 90 ° hybrid coupler.

최근 UHF 대역 RFID 시스템에서 상호 결합 방식의 높은 태그 수신 신뢰성과 역산란 방식의 동시 태그 인식의 장점을 이용하여 개별 상품들을 인식하기 위한 다중 RFID 태그에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, researches on multiple RFID tags for recognizing individual products have been actively conducted using the advantages of high tag reception reliability of a mutual coupling scheme and simultaneous tag recognition of a reverse scattering scheme in a UHF band RFID system.

기존의 UHF 대역 RFID가 주로 원거리장을 사용하는 것과 달리 다중 태그를 인식하기 위한 RFID는 UHF 대역에서 근거리장을 이용하여 태그를 인식하기 때문에, 주변 유전체의 영향을 비교적 적게 받으며 다수의 태그를 동시에 인식할 수 있다. 현재 근거리장에 사용하기 위한 자계를 이용한 근거리장 RFID 리더 안테나가 제안되고 있다.Unlike conventional UHF band RFID, which uses far field, RFID for recognizing multiple tags recognizes tag using near field in UHF band. can do. Currently, a near field RFID reader antenna using a magnetic field for use in a near field has been proposed.

수직 자계를 이용하여 근거리 영역에서의 다수의 태그를 인식하는 방법을 사용하고 있지만 다수의 태그를 인식하기에는 한계가 있으며 대부분 안테나의 크기가 크다는 단점이 있다.Although a method of recognizing a plurality of tags in a short range using a vertical magnetic field is used, there are limitations in recognizing a plurality of tags and most of them have a disadvantage of large antenna size.

또한, 원거리장 RFID 리더 안테나를 사용하여 다수의 태그를 인식하는 방법이 사용되고 있다. 원거리장 RFID 리더 안테나는 안테나의 이득이 높아 다른 사물에 영향을 줄 수 있으며 송/수신 분리도 특성이 나빠 다중 태그 인식에 바람직하지 못하다.In addition, a method of recognizing a plurality of tags using a far-field RFID reader antenna has been used. Far-field RFID reader antennas have high antenna gain, which may affect other objects, and transmit / receive separation characteristics are poor, which is not desirable for multi-tag recognition.

리더의 RF수신부에는 태그에서 전송된 신호뿐만 아니라, 리더의 RF송신부에서 송출한 송신신호가 일부 누설되어 RF수신부로 들어오게 된다. 이때, 두 신호는 반송주파수가 동일하므로, 리더의 RF수신부에서는 필터(filter) 등을 이용하여 두 신호를 분리할 수 없다. 일반적으로 태그에서 전송된 신호보다 리더의 RF송신부에서 누설된 신호가 훨씬 크며, 이 누설신호는 리더의 수신 감도를 크게 저하시킨다.In addition to the signal transmitted from the tag, the reader's RF receiver enters the RF receiver by partially leaking the transmission signal transmitted by the reader's RF transmitter. In this case, since the two signals have the same carrier frequency, the RF receiver of the reader cannot separate the two signals using a filter. In general, the signal leaked from the RF transmitter of the reader is much larger than the signal transmitted from the tag, and this leakage signal greatly reduces the reader's reception sensitivity.

리더의 RF송신부로부터의 누설전력을 줄이기 위한 방법으로는 리더안테나를 송신과 수신을 2개의 방사체(radiating body)로 구성하고, 두 방사체 사이의 이격 거리를 크게 함으로써 리더안테나에서 송수신 포트간의 격리도를 향상시키는 방법이 있으나, 두 방사체의 이격거리를 크게 하면 리더안테나 전체의 크기가 커지는 단점이 있다.
In order to reduce the leakage power from the RF transmitter of the reader, the reader antenna is composed of two radiating bodies for transmitting and receiving, and the separation distance between the two radiators is improved by increasing the separation distance between the two radiators. However, there is a method of increasing the separation distance between the two radiators, but the size of the entire leader antenna has a disadvantage.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 RFID 리더안테나의 목적은, 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러를 적절히 배치하여 크기를 소형화 하고, 리더안테나의 송신과 수신의 격리도를 향상시키며, 4개의 방사체를 구비하여 다중 태그 인식이 가능한 RFID 리더안테나를 제공하는 데 있다.
The purpose of the RFID reader antenna of the present invention for solving the above problems is to properly size the Wilkinson power divider, directional coupler, 90 o hybrid coupler, to reduce the size, to improve the isolation of the transmission and reception of the reader antenna, 4 It is to provide an RFID reader antenna having multiple radiators capable of multiple tag recognition.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 리더안테나는, 4개의 패치안테나와; 상기 패치안테나를 연결하기 위한 격리도 향상 회로;로 이루어지며, 상기 격리도 향상 회로는 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러로 구성되는 것을 특징으로 한다.RFID reader antenna of the present invention for achieving the above object, four patch antennas; The isolation improver circuit for connecting the patch antenna; wherein the isolation improver circuit is characterized by consisting of a Wilkinson power divider, a directional coupler, a 90 o hybrid coupler.

상기 패치안테나의 구조는 사각, 원형, 타원형, 슬롯, 다각형 패치 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The structure of the patch antenna is characterized in that consisting of any one of a square, circular, oval, slot, polygonal patch.

상기 패치안테나는 금속형 PIFA, IFA, 3차원 구조 중 어느 하나로 대처할 수 있는 것을 특징으로 한다.The patch antenna is characterized in that it can cope with any one of the metal type PIFA, IFA, three-dimensional structure.

상기 격리도 향상 회로는 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러의 위치를 임의의 순서로 배치 가능한 것을 특징으로 한다.
The isolation enhancement circuit is characterized in that the positions of the Wilkinson power divider, the directional coupler, 90 o hybrid coupler can be arranged in any order.

본 발명에 따른 RFID 리더안테나는, 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러를 적절히 배치하여 크기를 소형화하고, 리더안테나의 송신과 수신의 격리도를 향상시키며, 4개의 방사체를 구비하여 다중 태그 인식이 가능한 RFID 리더안테나를 제공하는 효과가 있다.
The RFID reader antenna according to the present invention can be miniaturized by properly placing a Wilkinson power divider, a directional coupler and a 90 o hybrid coupler, improves the isolation of transmission and reception of the reader antenna, and has four radiators to recognize multiple tags. This has the effect of providing a possible RFID reader antenna.

도 1는 본 발명의 RFID 리더안테나의 격리도 향상 회로도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 격리도 향상 회로도로 구성된 RFID 리더안테나의 일실시예이다.
도 3는 도 2a의 패치안테나 간의 격리도 특성 모의실험 결과이다.
도 4a 및 4b는 도 2a 및 2b의 반사손실과 격리도 측정 결과이다.1 is a circuit diagram to improve isolation of an RFID reader antenna of the present invention.
2A and 2B illustrate an embodiment of an RFID reader antenna configured with the isolation enhancement circuit diagram of FIG. 1.
3 is a simulation result of isolation characteristics between patch antennas of FIG. 2A.
4A and 4B show the reflection loss and isolation measurement results of FIGS. 2A and 2B.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 RFID 리더안테나를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an RFID reader antenna of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1는 본 발명의 RFID 리더안테나의 격리도 향상 회로도이다.1 is a circuit diagram to improve isolation of an RFID reader antenna of the present invention.

도 1을 참조하면, 송신 급전부는 송신 윌킨슨 전력분배기(210)의 입력부에 연결되고 송신 윌킨슨 전력분배기(210)의 출력 포트는 각각 방향성 결합기(230, 240)의 입력으로 분기된다. 방향성 결합기(230, 240)에서 통과포트는 90o 하이브리드 커플러(250, 260)의 입력포트와 연결이 되고 결합포트는 수신 윌킨슨 전력분배기(220)의 수신단에 연결이 된다. 격리포트는 50옴 칩저항을 달아 종단시킨다. 90o 하이브리드 커플러(250, 260)의 통과포트와 결합포트에는 임의의 유전체를 사용한 패치 안테나가 위치하게 된다.Referring to FIG. 1, the transmission feeder is connected to the input of the transmission Wilkinson power divider 210 and the output ports of the transmission Wilkinson power divider 210 are branched to the inputs of the directional couplers 230 and 240, respectively. In the directional coupler (230, 240), the pass port is connected to the input port of the 90 o hybrid coupler (250, 260) and the coupling port is connected to the receiving end of the receiving Wilkinson power divider 220. The isolation port is terminated with a 50 Ohm chip resistor. Patch antennas using arbitrary dielectrics are positioned at the pass-through and coupling ports of the 90 o hybrid couplers 250 and 260.

입력포트에서 인가된 신호는 송신 윌킨슨 전력분배기(210)에서 전력이 반씩 나누어 인가되고 절반으로 줄어든 신호는 각각 방향성 결합기(230, 240)의 입력으로 분기된다.The signal applied at the input port is applied in half by the power of the transmission Wilkinson power divider 210, and the signal reduced in half is branched to the inputs of the directional couplers 230 and 240, respectively.

방향성 결합기(230, 240)에 인가되기 전에 신호는 절반으로 줄었기 때문에 방향성 결합기(230, 240) 입력에서 누설된 신호 또한 절반으로 줄게 되며, 누설된 신호는 반사파로 제거 될 수 있기 때문에 격리도가 향상되는 결과를 가져오게 된다.Since the signal is reduced in half before being applied to the directional coupler 230, 240, the signal leaked at the input of the directional coupler 230, 240 is also reduced in half. Since the leaked signal can be removed by the reflected wave, the isolation is improved. Will result.

이러한 신호는 방향성 결합기(230, 240)의 통과포트와 결합포트로 분기되고 통과포트에는 90o 하이브리드 커플러(250, 260)의 입력포트와 연결이 되어 90도 위상차가 발생하면서 각각의 패치 안테나로 신호가 전달된다. 최종 출력단에서의 전체 전력을 살펴보면 윌킨슨 전력분배기(3dB)+방향성 결합기(3dB)+90o 하이브리드 커플러(3dB) = 9dB의 전력손실이 발생한다.This signal is branched into the pass port and the coupling port of the directional coupler 230 and 240, and the pass port is connected to the input port of the 90 o hybrid coupler 250 and 260 to generate a 90 degree phase difference. Is passed. Looking at the total power at the final output, Wilkinson's power divider (3dB) + directional coupler (3dB) + 90 o hybrid coupler (3dB) = 9dB power loss.

본 발명의 경우 안테나의 이득은 줄이면서 격리도를 높여 다중 태그 안테나의 인식률을 높이는 것이기 때문에 이득 보다는 격리도 특성이 더욱 중요하다.In the case of the present invention, the isolation property is more important than the gain because the gain of the antenna is increased while the isolation is increased to increase the recognition rate of the multi-tag antenna.

또한, 격리도 향상 회로에서 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러의 위치를 임의의 순서로 배치를 바꾸어 설계가 가능하다.In addition, it is possible to design the Wilkinson power divider, the directional coupler, and the 90 o hybrid coupler in a random order in the isolation enhancement circuit.

도 2a 및 2b는 도 1의 격리도 향상 회로도로 구성된 RFID 리더안테나의 일실시예이다.2A and 2B illustrate an embodiment of an RFID reader antenna configured with the isolation enhancement circuit diagram of FIG. 1.

도 2a 및 2b를 참조하면, 유전체 기판(300)은 유전율 4.5에 Loss tangent 0.025인 FR-4기판을 사용하였으며 안테나의 전체 크기는 160mm×160mm×8.6mm이다. 안테나의 접지면(400)에는 4개의 패치안테나(100)를 위치시켰는데, 유전율이 21이며 크기는 45mm×45mm×7mm이다. 원형 편파를 유도하기 위하여 안테나 급전위치를 원형라인의 교차점에 위치시켰으며 패치면의 모서리 부분을 컷팅하였다.2A and 2B, the dielectric substrate 300 uses a FR-4 substrate having a loss tangent of 0.025 at a dielectric constant of 4.5, and the total size of the antenna is 160 mm × 160 mm × 8.6 mm. Four patch antennas 100 are positioned on the ground plane 400 of the antenna, and the dielectric constant is 21 and the size is 45 mm x 45 mm x 7 mm. In order to induce circular polarization, the antenna feeding position was located at the intersection of the circular line and the edge of the patch surface was cut.

포트(c)~(f)는 안테나의 접지면(400)에 세라믹 패치안테나(100)가 위치하는 포트위치이다.Ports (c) to (f) are port positions at which the ceramic patch antenna 100 is located on the ground plane 400 of the antenna.

도 2a에서는 사각 구조의 패치안테나(100)을 이용하였으나, 원형 구조, 타원형 구조, 슬롯 구조, 다각형 구조의 패치안테나(100) 중 어느 하나로 대치할 수 있다.In FIG. 2A, a patch antenna 100 having a rectangular structure is used, but may be replaced with any one of a circular antenna, an elliptical structure, a slot structure, and a polygonal patch antenna 100.

또한, 패치안테나(100)는 금속형 PIFA, IFA, 3차원 구조 중 어느 하나로 대처하여 설계 가능하다.In addition, the patch antenna 100 can be designed to cope with any one of the metal type PIFA, IFA, three-dimensional structure.

도 3는 도 2a의 패치안테나 간의 격리도 특성 모의실험 결과이다.3 is a simulation result of isolation characteristics between patch antennas of FIG. 2A.

도 3을 참조하면, 제한된 넓이에 4개의 패치안테나(100)가 위치하면 서로에게 영향을 미치게 된다. 그렇기 때문에 패치안테나(100)간의 격리도 또한 중요한 요소 중 하나이다.Referring to FIG. 3, if four patch antennas 100 are located in a limited area, they affect each other. For this reason, isolation between patch antennas 100 is also an important factor.

상기 포트(c)에서 다른 포트(d)~(f)로 진행하는 격리도를 측정한 결과 약 25dB 이상의 양호한 특성을 얻었다.As a result of measuring the degree of isolation from port (c) to other ports (d) to (f), good characteristics of about 25 dB or more were obtained.

도 4a 및 4b는 도 2a 및 2b의 반사손실과 격리도 측정 결과이다.4A and 4B show the reflection loss and isolation measurement results of FIGS. 2A and 2B.

도 4a 및 4b를 참조하면, RFID 리더안테나의 반사손실과 격리도를 측정한 결과 주파수 대역은 약 800 MHz～960 MHz로 설계 규격을 만족하며, 송수신 격리도는 원하는 주파수 대역에서(Korea standard: 917~923.5 MHz) 약 46dB이상의 결과를 보여 매우 우수한 격리도를 확보하였다.Referring to FIGS. 4A and 4B, as a result of measuring the return loss and the isolation of the RFID reader antenna, the frequency band is about 800 MHz to 960 MHz, which satisfies the design specification, and the transmission and reception isolation is performed at the desired frequency band (Korea standard: 917 to 923.5). MHz) The result was about 46dB or more, which ensures very good isolation.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.

100 : 패치안테나 200 : 격리도 향상 회로
210 : 송신 윌킨슨 전력분배기 220 : 수신 윌킨슨 전력분배기
230, 240 : 방향성 결합기 250, 260 : 90o 하이브리드 커플러
300 : 유전체 기판 400 : 접지면100: patch antenna 200: isolation improvement circuit
210: transmit Wilkinson power divider 220: receive Wilkinson power divider
230, 240: Directional Coupler 250, 260: 90 o Hybrid Coupler
300: dielectric substrate 400: ground plane

Claims (4)

다중 태그 인식을 위한 RFID 리더안테나에 있어서,
4개의 패치안테나와;
상기 패치안테나를 연결하기 위한 격리도 향상 회로;로 이루어지며,
상기 격리도 향상 회로는 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더안테나.
In the RFID reader antenna for multi-tag recognition,
4 patch antennas;
An isolation improving circuit for connecting the patch antenna;
And said isolation improving circuit comprises a Wilkinson power divider, a directional coupler and a 90 o hybrid coupler.
청구항 1에 있어서,
상기 패치안테나의 구조는 사각, 원형, 타원형, 슬롯, 다각형 패치 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 리더안테나.
The method according to claim 1,
The structure of the patch antenna RFID reader antenna, characterized in that made of any one of square, circular, oval, slot, polygonal patch.
청구항 1에 있어서,
상기 패치안테나는 금속형 PIFA, IFA, 3차원 구조 중 어느 하나로 대처할 수 있는 것을 특징으로 하는 RFID 리더안테나.
The method according to claim 1,
The patch antenna RFID reader antenna, characterized in that it can cope with any one of the metal type PIFA, IFA, three-dimensional structure.
청구항 1에 있어서,
상기 윌킨슨 전력분배기, 방향성 결합기, 90o 하이브리드 커플러의 위치를 임의의 순서로 배치 가능한 것을 특징으로 하는 RFID 리더안테나.

The method according to claim 1,
RFID reader antenna, characterized in that the position of the Wilkinson power divider, directional coupler, 90 o hybrid coupler can be arranged in any order.

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