KR101298463B1 - Ｒｆｉｄ 리더 안테나 - Google Patents

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Abstract

RFID 리더 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 루프 방사체; 상기 루프 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전부; 및 상기 루프 방사체에서 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점을 기초로 하여 형성되며 3면이 폐쇄되고 1면이 오픈되는 구조를 가지는 절곡부를 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, RFID 리더 안테나에서 균일한 자계를 발생시킬 수 있으며, RFID 태그와 리더가 어떠한 위치 관계에 있더라도 안정적으로 RFID 태그를 인식할 수 있는 장점이 있다.

Description

ＲＦＩＤ 리더 안테나{RFID Reader Antenna}
본 발명의 실시예들은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 RFID 리더 안테나에 관한 것이다.
RFID 기술은 운송, 제조, 우편 추적, 통행료 관리 등과 같이 다양한 산업분야에서 널리 이용되고 있다. 전형적인 RFID 시스템은 복수의 RFID 태그들, RFID 태그들과의 통신용 안테나를 구비하는 적어도 하나의 RFID 리더기 및 RFID 리더기를 제어하는 컴퓨팅 장치를 포함한다. RFID 리더기는 태그들에 에너지 또는 정보를 제공하는 송신 모듈 및 태그들로부터 정보를 수신하는 수신 모듈을 포함한다. 컴퓨팅 장치는 RFID 리더기에 의해 획득된 정보를 처리한다.
일반적인 RFID 시스템은 ISO/IEC 14443 규격을 사용하며, 유도성 결합으로 된 근접 카드의 전력은 리더의 자계 교류 필드로부터 공급된다.
일반적으로 리더 안테나는 루프 형태를 가지며, 소정의 인덕턴스 및 저항을 가진다. 주파수가 낮을 경우 부유용량의 영향이 적기 때문에 루프 안테나는 R과 L로 구성된 직렬 회로로 표현될 수 있으며, R 및 L에 의해 리더 안테나에서 발생하는 자계(Magnetic Field)의 세기가 결정될 수 있다.
도 1은 종래의 RFID 리더 안테나의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 RFID 리더 안테나는 루프 방사체(100) 및 급전부(102)를 포함한다.
도 1에는 루프 방사체(100)에 발생하는 전류 경로가 도시되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 루프 방사체(100)에 발생하는 전류는 특정 지점에서 전류 흐름의 방향이 바뀌는 것을 확인할 수 있다.
급전부(102)는 루프 방사체(100)에 급전 신호를 제공하며, 급전 신호에 의해 루프 방사체(100)에서 자계가 발생하여 RFID 태그 칩에 에너지를 제공하고 태그칩으로부터 전송되는 신호를 수신한다.
이때 루프 방사체(100)에서 형성되는 자계는 RFID 태그가 어떠한 위치에 있어도 인식할 수 있도록 균일하게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, RFID 태그가 루프의 중앙부는 물론 어느 한쪽으로 치우친 위치에 있더라도 안정적으로 RFID 태그를 인식할 수 있어야 하며 이를 위해 루프 방사체(100)에서 형성되는 자계가 균일한 세기를 가지도록 루프 방사체를 설계할 필요가 있다. 그러나, 종래의 RFID 리더 루프 안테나에는 자계가 0에 가까운 0 자계 영역이 발생하였으며, 이로 인해 특정 위치에서 태그 인식률이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 균일한 자계를 발생시킬 수 있는 RFID 리더 루프 안테나를 제안한다.
또한, 본 발명은 RFID 태그와 리더가 어떠한 위치 관계에 있더라도 안정적으로 RFID 태그를 인식할 수 있는 RFID 리더 루프 안테나를 제안한다.
또한, 본 발명은 루프 방사체에서 자계가 0에 가까운 약한 자계 영역의 발생을 최소화할 수 있는 RFID 리더 루프 안테나를 제안한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 루프 방사체; 상기 루프 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전부; 및 상기 루프 방사체에서 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점을 기초로 하여 형성되며 3면이 폐쇄되고 1면이 오픈되는 구조를 가지는 절곡부를 포함하는 RFID 리더 안테나가 제공된다.
상기 절곡부는 'ㄷ'자 형 절곡부를 포함할 수 있다.
상기 절곡부는 상기 루프 방사체 내부를 향해 절곡되어 형성되는 것이 바람직하다.
상기 절곡부는 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점마다 형성될 수 있다.
상기 절곡부의 수는 흐르는 방향이 다른 전류 성분의 수에 기초한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 루프 방사체; 상기 루프 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전부; 및 상기 루프 방사체의 소정 지점으로부터 길이가 λ/2인 지점을 기초로 하여 형성되며 3면이 폐쇄되고 1면이 오픈되는 구조를 가지는 절곡부를 포함하는 RFID 리더 안테나가 제공된다.
본 발명에 의하면, RFID 리더 안테나에서 균일한 자계를 발생시킬 수 있으며, RFID 태그와 리더가 어떠한 위치 관계에 있더라도 안정적으로 RFID 태그를 인식할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 RFID 리더 안테나의 일례를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 RFID 리더 루프 안테나에서 발생하는 자계 분포를 도시한 도면.
도 3은 RFID 안테나에서 전류의 흐름이 바뀌는 영역에서 자계 분포를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 약한 자계 영역을 최소화하기 위한 안테나 절곡 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ‘ㄷ’자 절곡 구조가 적용된 RFID 리더 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나의 자계 분포를 도시한 도면.
도 7은 도 1에 도시된 종래의 RFID 리더 안테나와 도 5에 도시된 본 발명에 따른 RFID 리더 안테나에서 루프 방사체의 지점에 따른 자계의 세기를 비교한 도면.
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.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자는 RFID 리더 루프 안테나에서 발생하는 자계가 0에 가까운 약한 자계 영역이 루프 방사체의 전류 흐름 방향과 연관이 있다는 점을 연구를 통해 밝혀냈으며, 이를 이용하여 약한 자계 영역의 발생을 최소화하기 위한 본 발명의 안테나 구조가 개시된다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 RFID 리더 루프 안테나에서 발생하는 자계 분포를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, #C로 표시된 영역이 자계의 세기가 0에 가까운 약한 자계 영역이다. 도 1에 도시된 종래의 RFID 리더 루프 안테나의 전류 흐름 방향을 보면, 도 1에서 #a로 표시된 부분에서 전류 흐름의 방향이 반대가 되며, #a로 표시된 부분과 약한 자계 영역인 #C로 표시된 부분이 서로 연관이 있음을 알 수 있다.
즉, 자계의 세기가 0에 가까운 약한 자계 영역은 루프 방사체(100)에서 전류 흐름의 방향이 반대가 되는 지점에서 발생하는 것이며 해당 부분에 대한 구조적 변경을 통해 약한 자계 발생 영역을 최소화하는데 본 발명의 요지가 있다.
본 발명의 발명자의 연구에 의하면, 최초 전류 흐름의 방향이 바뀐 지점으로부터 파장(λ)의 약 1/2인 지점마다 서로 다른 방향으로 흐르는 전류들이 발생할 수 있으며, RF의 특성상 사용 환경 및 사용 주파수별로 미세한 차이가 발생할 수 있다. 최초 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점은 급전점으로부터 파장의 약 1/4인 지점일 수 있다.
위의 도 1은 920MHz에서 둘레의 길이가 1.5 λ 인 안테나를 도시한 것으로서, 총 4개의 서로 방향이 다른 전류가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 RFID 안테나에서 전류의 흐름이 바뀌는 영역에서 자계 분포를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전류의 흐름이 반대가 되는 b 부분을 중심으로 약한 자계를 가지며, b 부분에서 멀어질수록 강한 자계를 가지는 것을 확인할 수 있다.
루프 안테나의 둘레의 길이가 λ/2를 넘어가게 되면 전류 흐름의 방향이 다른 둘 이상의 전류 성분이 존재하게 되며 이때 자계의 균일성을 깨뜨리는 약한 자계 영역이 필연적으로 발생하게 된다. 이와 같은 약한 자계 영역에 RFID 태그가 오버랩될 때 충분한 에너지가 RFID 태그에 전달되지 않음으로 인해 RFID 태그의 인식률이 저하될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 약한 자계 영역을 최소화하기 위한 안테나 절곡 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점을 중심으로 루프 내부로 'ㄷ'자 절곡 구조(400)를 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점을 중심으로 'ㄷ'자 절곡 구조(400)를 형성할 경우, 약한 자계 영역의 범위는 'ㄷ'자 절곡 구조(400)의 내부로 축소된다.
도 3과 비교할 때, 'ㄷ'자 절곡 구조(400)가 형성되지 않으면, 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점을 중심으로 비교적 넓은 영역에 약한 자계가 분포되나, 도 4와 같이 'ㄷ'자 절곡 구조(400)가 형성될 경우 'ㄷ'자 절곡 구조(400) 내부 영역에만 약한 자계 영역이 존재하게 되므로 종래의 구조와 비교할 때 자계의 균일성을 깨뜨리는 약한 자계 영역의 크기를 현저히 줄일 수 있게 된다.
도 4에는 약한 자계 영역을 최소화하기 위한 구조의 일례로 'ㄷ'자 절곡 구조가 도시되어 있으나, 약한 자계 영역을 최소화하기 위한 구조가 'ㄷ'자 절곡 구조에 한정되는 것은 아니며 3면이 폐쇄되고 일면이 오픈된 어떠한 종류의 3면 폐쇄 구조도 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
'ㄷ'자 절곡 구조는 그 길이에 비해 폭이 좁게 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 'ㄷ'자 절곡 구조는 RFID 루프 안테나에서 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점마다 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 'ㄷ'자 절곡 구조가 적용된 RFID 리더 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나는 루프 방사체(500), 'ㄷ'자 절곡부(502a, 502b, 502c, 502d, 502e, 502f) 및 급전부(504)를 포함할 수 있다.
루프 방사체(500)는 일단이 급전점과 연결되고 타단이 접지와 연결되는 폐루프 구조를 가진다. 도 5에는 8각형 형태의 루프 방사체가 도시되어 있으나, 루프 방사체의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형, 원형, 육각형 등과 같은 다양한 형태의 루프 구조가 사용될 수 있음은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
급전부(504)는 루프 방사체(500)에 급전 신호를 제공한다. 일례로, 급전부(504)는 RF 케이블로 구현될 수 있다. RF 케이블의 중심 도체가 루프 방사체(500)의 일단과 연결되고 타단이 RF 케이블의 접지와 연결되어 루프 방사체(500)에 대한 급전이 이루어질 수 있다.
'ㄷ'자 절곡부(502)는 루프 방사체(500)에서 전류 흐름의 방향이 변하는 지점에 형성되며, 'ㄷ'자 절곡부(502)의 개수는 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점의 수에 상응한다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 사용 주파수의 λ/2인 지점에 'ㄷ'자 절곡부(502)가 형성될 수도 있을 것이다.
전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점에서 발생하는 약한 자계 영역은 'ㄷ'자 절곡부(502)의 영역 내로 줄어들게 되며, 'ㄷ'자 절곡부의 폭을 최소화함으로써 약한 자계 영역의 사이즈를 최소화할 수 있게 된다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나의 자계 분포를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 약한 자계 영역이 'ㄷ'자 절곡부(502) 영역 내로 축소되면서 전체적으로 균일한 자계 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 종래의 RFID 리더 안테나와 도 5에 도시된 본 발명에 따른 RFID 리더 안테나에서 루프 방사체의 지점에 따른 자계의 세기를 비교한 도면이다.
도 7을 참조하면, 종래의 RFID 태그 안테나에서는 루프 안테나가 급전부를 시작점으로 하여 75mm인 지점 및 200mm인 지점에서 자계의 세기가 -42dB로 매우 약하게 분포하나, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더 안테나는 전체적으로 균일한 자계 분포를 보이는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 루프 방사체;
    상기 루프 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전부; 및
    상기 루프 방사체에서 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점을 기초로 하여 형성되며 3면이 폐쇄되고 1면이 오픈되는 구조를 가지는 절곡부를 포함하되,
    상기 절곡부는 상기 루프 방사체 내부를 향해 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 'ㄷ'자 형 절곡부인 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 전류 흐름의 방향이 바뀌는 지점마다 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부의 수는 흐르는 방향이 다른 전류 성분의 수에 기초하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  6. 루프 방사체;
    상기 루프 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전부; 및
    상기 루프 방사체의 소정 지점으로부터 길이가 λ/2인 지점을 기초로 하여 형성되며 3면이 폐쇄되고 1면이 오픈되는 구조를 가지는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 루프 방사체의 소정 지점으로부터 길이가 λ/2의 배수인 지점마다 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절곡부는 절곡부는 'ㄷ'자 형 절곡부인 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 루프 방사체 내부를 향해 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
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