KR101317183B1

KR101317183B1 - Ｒｆｉｄ 리더 안테나 및 이를 내장한 ｒｆｉｄ 선반

Info

Publication number: KR101317183B1
Application number: KR1020100010967A
Authority: KR
Inventors: 최원규; 김정석; 배지훈; 최길영; 채종석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2013-10-15
Also published as: KR20110041385A; JP2011087296A; JP5192022B2

Abstract

RFID 리더 안테나를 제공한다. RFID 리더 안테나는 유전체로 형성된 인쇄회로기판과, 복수의 슬롯으로 구성되며, 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군과, 인쇄회로기판의 제1면 중에서 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면과, 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선을 포함하며, 복수의 슬롯군은 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값이 미리 정해진 세기 값보다 크도록 구성되고, 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값은 급전선과 교차하는 슬롯의 길이에 따라 제어될 수 있다. 따라서, 단일 마이크로스트립 라인을 이용하여 접지면에 주기적으로 형성된 슬롯을 직렬 급전함으로써 간단한 구조로 넓은 영역을 안정적으로 인식할 수 있는 RFID 안테나를 제공할 수 있다. 특히, 개별 단위 물품 인식을 위한 RFID 응용에서 도서 관리를 위한 책꽂이 및 의류 물품을 포함한 대형 마트의 물품 전시를 위한 스마트 선반에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

ＲＦＩＤ 리더 안테나 및 이를 내장한 ＲＦＩＤ 선반{RFID Reader Antenna and RFID Shelf including the same}

본 발명은 RFID 리더 안테나 및 이를 내장한 RFID 선반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리에 있는 다수의 물품에 대하여 동시에 개별 물품 인식이 가능한 RFID 리더 안테나 및 이를 내장한 RFID 선반에 관한 것이다.

RFID 응용 분야는 팔렛(Pallet), 케이스 또는 박스 단위 인식에서 현재는 개별 물품 인식(ILT: Item Level Tagging)으로 확대되고 있다.

일반적으로 개별 물품 인식을 위해서 고주파(HF: High Frequency)대역의 RFID 기술이 선호되어 왔으나 태그의 크기 및 가격, 인식거리 및 데이터 처리 속도 그리고 기존 극초단파(UHF: Ultra High Frequency) 대역 RFID 표준과의 호환성 등의 문제가 제기 되었다.

자기장 결합(Magnetic Coupling) 방식을 이용하는 고주파(HF) 대역의 RFID 기술과는 달리 전자기파(Electromagnetic Wave)의 역산란(Back Scattering) 방식을 이용하는 극초단파(UHF) 대역의 RFID 기술은 인식거리가 3m ~ 5m로 상대적으로 길다는 장점을 이용하여 팔렛(Pallet) 단위의 유통 물류 및 박스 단위의 자재 관리 등에 폭 넓게 이용되어 왔다.

그러나, 극초단파(UHF) 대역의 RFID 기술은 다량의 물품이 밀집되어 있는 개별 물품 단위 인식(ILT) 응용 분야에서는 전자파의 산란과 간섭 등에 의해 인식률이 급격하게 떨어지는 성능을 보인다. 개별 물품 단위 인식에 있어서 상기와 같은 극초단파(UHF) 대역 RFID 기술의 단점을 극복하기 위해서, 최근에 극초단파(UHF) 대역에서 근역장(Near Field) 또는 근역장(Near Field)과 원역장(Far Field)을 혼용한 RFID 기술이 활발히 진행되고 있다.

팔렛 및 박스 단위 인식을 위해서 극초단파(UHF) 대역 원역장(Far Field)을 이용하고 다량의 개별 물품 단위 인식을 위해서 극초단파(UHF) 대역 근역장(Near Field)을 이용한다면, 하나의 주파수 대역으로 팔렛 및 박스는 물론이고 개별 물품 단위 인식까지 가능하다고 극초단파(UHF) 대역 RFID 기술 개발자들은 주장하고 있다.

자기장 결합 방식(Magnetic Coupling)을 이용하는 고주파(HF) 대역의 RFID와는 달리 극초단파(UHF) 대역의 근역장(Near Field)을 이용하면 태그가 부착되는 물품 및 서비스 환경에 따라 자기장 결합 방식(Magnetic Coupling)과 전기장 결합 방식(Electric Coupling)을 적절히 선택할 수 있다.

그러나, 상기의 극초단파(UHF) 대역 근역장(Near Field) RFID 리더 안테나는 기존의 원역장(Far Field) 안테나와는 다른 개념으로 설계되어야 한다. 즉, 개별 단위 물품 인식 환경과 태그 부착 위치 그리고 요구되는 근역장 필드 분포 등을 고려하여 설계되어야 한다.

또한, 근역장(Near Field) 통신은 리더 안테나와 태그 안테나간의 커플링 방식으로 이루어지기 때문에, 태그 안테나의 구조 또한 리더 안테나 설계에 고려 되어야 한다. 더불어, 밀집되어 있는 다수의 개별 단위 물품을 인식할 때, 리더 안테나와 인식될 물품과의 거리에 따라, 그리고 물품의 방향에 따라 리더 안테나의 설계 개념이 달라져야 한다.

즉, 밀집되어 있는 다수의 물품이 리더 안테나와 근거리로 떨어져 있을 경우, 리더 안테나는 근역장(Near Field)과 원역장(Far Field)을 적절히 혼용하는 안테나로 설계되어야 하고, 다수의 태그 방향이 일정하지 않을 경우, 리더 안테나는 원형 편파의 특성을 갖는 안테나로 설계되어야 할 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 근거리에 있는 다수의 물품에 대하여 동시에 개별 물품 인식이 가능한 RFID 리더 안테나 및 이를 내장한 RFID 선반을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 RFID 리더 안테나는 유전체로 형성된 인쇄회로기판; 복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군; 상기 인쇄회로기판의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면; 및 상기 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 상기 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선을 포함하며, 상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값이 미리 정해진 세기 값보다 크도록 구성되고, 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값은 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이에 따라 제어될 수 있다.

여기에서, 상기 복수의 슬롯군은 상기 급전선에 의한 전류분포 값이 미리 정해진 전류분포 값보다 큰 위치에 배치되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호간의 위상차가 미리 정해진 위상차보다 작도록 배치되는 것일 수 있다.

삭제

여기에서, 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이는 상기 급전선의 개방된 종단에서 가까울 수록 길게 구성되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 슬롯군에 의한 송신 신호는 원형편파의 특성을 나타내도록 배치되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 원형편파 특성은 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯 사이의 거리에 따라 형성되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 방향이 서로 교차하는 방향으로 형성되도록 배치되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 위상이 서로 다르게 형성되도록 배치되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯에서 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 위상은 상기 슬롯 사이의 거리에 따라 제어되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 급전선은 정재파가 형성되도록 배치되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 급전선은 상기 각각의 슬롯군에 대하여 직렬 급전(Serial Feeding)하도록 형성되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 급전선은 길이를 보상하기 위한 미앤더(Meander) 형태로 구성되는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 RFID 리더 안테나는 극초단파(UHF: Ultra High Frequency)대역의 파장을 이용하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 RFID 리더 안테나는 근역장(Near Field) 및 원역장(Far Field)을 동시에 제공하는 것일 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반은 유전체로 형성된 인쇄회로기판, 복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군, 상기 인쇄회로기판의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면 및 상기 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 상기 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선을 포함하며, 상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값이 미리 정해진 세기 값보다 크도록 구성되고, 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값은 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이에 따라 제어되는 RFID 리더 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 RFID 리더 안테나 및 이를 내장한 RFID 선반에 따르면, 개별 단위 물품 인식(ILT: Item Level Tagging) RFID 응용에 있어서, 단층의 단일 안테나를 이용하여 근접한(Near Field Zone) 넓은 범위의 인식 영역을 가지는 근역장(Near Field)과 원역장(Far Field) 특성을 혼용하는 안테나를 제공할 수 있다.

즉, 단일 마이크로스트립 라인을 이용하여 접지면에 주기적으로 형성된 슬롯을 직렬 급전(Series Feeding) 함으로써 간단한 구조로 넓은 영역을 안정적으로 인식할 수 있는 RFID 안테나를 제공할 수 있다.

특히, 개별 단위 물품 인식을 위한 RFID 응용에서 도서 관리를 위한 책꽂이 및 의류 물품을 포함한 대형 마트의 물품 전시를 위한 스마트 선반에 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 급전선에 의한 전류분포를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성에 따른 원형편파 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성에 따른 원형편파 특성을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 안테나의 근역장(Near Field) 영역과 원역장(Far Field) 영역을 나타낸다.

근역장 영역에서는 전계 에너지 또는 자계 에너지가 밀집되어 있는 영역으로서, RFID 리더와 태그간에는 전계 결합(Electric Coupling) 또는 자계 결합(Magnetic Coupling) 방법으로 통신이 이루어지고, 원역장 영역에서는 전계와 자계가 강하게 결합된 전자기파(Electromagnetic Wave)가 존재하는 영역으로서 RFID 리더와 태그간에는 전자기파의 전파 방법으로 통신이 이루어진다.

따라서, RFID 응용이 어느 영역에서 주로 이루어지는지에 따라 RFID 태그와 리더 안테나의 설계 개념이 달라져야 한다. 또한, RFID 응용은 원역장(Far Field)에서의 응용, 근역장(Near Field)에서의 응용 또는 원역장과 근역장을 적절히 혼용하는 응용이 있을 수 있다.

도 1에서 r은 안테나를 중심으로 근역장 영역과 원역장 영역의 경계를 대략적으로 나타내는 거리이다. 일반적인 안테나를 기준으로 할 때, r = 2D²/λ 이고, 전기적으로 소형 안테나를 기준으로 할 때, r = λ/2π이다. 상기에서 D는 안테나의 최대 크기이고, λ는 중심주파수의 파장이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나(200)는 유전체로 형성된 인쇄회로기판(210), 복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군(220), 상기 인쇄회로기판의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면(230) 및 상기 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 상기 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선(240)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board, 210)은 그 위에 이나 기타 다른 전자부품들이 설치되어 있는 얇은 판을 말한다. 일반적으로 인쇄회로기판은 강화 섬유유리나 플라스틱으로 만들어지며, 구리로 된 회로를 통해 부품들이 서로 연결된다. 여기에서, 상기 인쇄회로기판(210)은 유전체로 형성된 것일 수 있다.

다음으로, 상기 복수의 슬롯군(220)은 복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판(210)의 제1면에 배치되는 것일 수 있다. 즉, 복수의 슬롯이 하나의 슬롯군을 형성하고, 복수의 슬롯군이 상기 인쇄회로기판(210)의 제1면에 형성되는 것일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 급전선에 의한 전류분포를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 및 도 3을 병행하여 참조하면, 상기 복수의 슬롯군(220)은 상기 급전선(240)에 의한 전류분포 값이 미리 정해진 전류분포 값보다 큰 위치에 배치되는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 미리 정해진 전류분포 값은 최대 전류분포 값에서 5% 작은 값일 수 있으며, 10% 작은 값일 수도 있을 것이다.

또한, 상기 복수의 슬롯군(220)은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호간의 위상차가 미리 정해진 위상차보다 작도록 배치되는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 미리 정해진 위상차는 첫 번째 슬롯군에 의한 송신 신호를 기준으로 하여 5도 또는 10도로 정해질 수 있을 것이다.

도 1 및 도 3을 다시 병행하여 참조하면, 상기 급전선(240)은 개방 종단(241, Open End)을 갖고 있기 때문에, 상기 급전선(240)을 이용하여 급전하게 되면, 진행파와 반사파가 합쳐져 급전선(240) 상에는 정재파(standing wave, 330)가 형성되게 된다. 도 3에서 정재파 분포(330)는 전류 분포를 나타낸다.

상기 개방 종단(241)에서는 전류 분포가 거의 존재하지 않는다. 그러나, 개방 종단(241)에서 λ/4 거리를 이동한 지점(311)에서는 전류 분포가 최대이다. 상기의 전류 분포가 최대인 지점(311)으로부터 λ/2 거리만큼 이동할 때마다 전류 분포가 최대인 지점(312, 313)이 주기적으로 존재하게 된다.

그러나, 전류 분포가 최대인 지점(311)에서의 전류 위상(321)과 λ/2 거리만큼 이동한 또 다른 최대 지점(312)에서의 전류 위상(322)은 180도 차이가 난다. 상기의 지점(312)에서 λ/2 거리만큼 이동한 또 다른 최대 지점(313)에서의 전류 위상(323)은 상기 최대 지점(312)에서의 전류 위상(322)과 다시 180도 차이가 난다.

즉, 급전선(240)의 종단 지점(241)에서 가장 근접한 전류 분포 최대 지점(311)에서 λ거리의 배수만큼 이동한 지점(313)에서는 전류 분포가 최대인 동시에 위상(321, 323) 또한 동일한 지점이 주기적으로 형성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 상기 전류 분포가 최대인 지점에 해당되고, 급전선의 종단 지점에서 가장 근접한 전류 분포 최대 지점(311)에서 λ 거리의 배수만큼 이동한 지점에 해당되는 위치에 해당 주파수에서 공진하는 적절한 모양의 슬롯을 형성하여 배치하게 되면, 송신 신호를 슬롯을 통해 효율적으로 방사할 수 있을 것이다.

즉, 크기와 위상이 균일한 전류로 다수의 슬롯을 급전하기 위해서 본 발명에서는 급전선(240)의 종단에서 λ/4 떨어진 지점과 상기의 λ/4 지점에서 λ 간격으로 떨어진 지점에 주기적으로 슬롯군을 형성하여 위상과 크기가 균일한 전류 분포가 슬롯군에 여기될 수 있도록 급전선(240)을 설계하면, 하나의 급전선(240)과 주기적으로 형성된 슬롯군을 이용하여 넓은 범위에 거의 균일한 근역장 필드를 생성 시킬 수 있는 것이다.

더불어, 상기 복수의 슬롯군(220)에 의한 송신 신호는 원형편파의 특성을 나타내도록 배치되는 것일 수 있으며, 상기 슬롯군(220)에 의한 송신 신호의 원형편파 특성은 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯 사이의 거리에 따라 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 슬롯군(220)을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 방향이 서로 교차하는 방향으로 형성되도록 배치되는 것일 수 있으며, 상기 슬롯군(220)을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 위상이 서로 다르게 형성되도록 배치되는 것일 수 있다. 또한, 상기 슬롯군(220)을 구성하는 슬롯에서 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 위상은 상기 슬롯 사이의 거리에 따라 제어되는 것일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 및 도 4를 병행하여 참조하면, 상기 인쇄회로기판(210)의 제1면(상면)에 접지면(230)이 형성되어 있고, 제2면(하면)에는 급전을 위한 급전선(240)이 형성되어 있다. 상기의 접지면(230)에는 전자기파 방사를 위해 특정 주파수에서 공진하는 슬롯 (221, 222, 223)이 주기적으로 형성되어 있다.

상기의 종단이 개방(241)된 급전선(240)에는 정재파(Standing Wave) 형태의 전류 분포가 형성된다. 급전선(240)의 종단 지점(241)으로부터 λ/4 거리만큼 떨어진 지점에는 전류 분포가 최대인 지점이 존재하게 되고, 상기의 지점에 특정 주파수에서 공진하는 하나의 슬롯군(221)을 접지면(230)에 형성한다.

상기의 접지면(230)에 형성된 하나의 슬롯군(221)은 본 발명의 응용에 따라 다양한 모양이 될 수 있을 것이다. 즉, 상기 슬롯군은 한 쌍의 슬롯으로 구성될 수 있으며, 3개 이상의 슬롯으로 구성될 수도 있다. 더불어 슬롯마다 다양한 모양으로 형성될 수 있을 것이다. 이하에서는 슬롯군을 구성하는 슬롯이 2개인 것을 가정하여 설명한다.

또한, 안테나가 원형 편파 특성의 전계를 방사하기 위해서, 상기의 슬롯군(221)의 각 슬롯은 서로 교차하게 형성되고, 상기 각 슬롯에 여기되는 전류의 위상차는 90도가 되도록 할 수 있을 것이다. 여기에서, 2개의 슬롯에 여기되는 전류의 위상차는 거리 S에 의해서 제어가 가능하다.

즉, 직교하는 두 슬롯간의 거리를 이용하여 직교하는 두 슬롯에 여기 되는 전류가 90도의 위상차를 갖도록 할 수 있다. 더불어 슬롯이 3개 이상인 경우에도 상기와 같은 방법을 이용하여 원형 편파 특성의 전계를 방출하도록 설정할 수 있을 것이다.

도 1 및 도 4를 다시 병행하여 참조하면, 상기 슬롯군(221)이 있는 지점에서 λ 만큼의 거리를 이동하면 상기 슬롯군(221)이 존재하는 위치에서와 같은 크기의 전류 분포와 위상을 갖는 지점이 존재하게 되고, 상기 슬롯군(221)과 동일한 형태의 슬롯군(222)을 상기 지점에 형성함으로써 상기 복수의 슬롯군(221, 222, 223)에는 동일한 전류 분포와 위상을 갖는 전류로 급전될 수 있다.

즉, 정재파 형태의 전류 분포가 존재하는 급전선(240)을 사용하여 λ 간격으로 주기적으로 형성된 복수의 슬롯군(221, 222, 223)에 동일한 위상과 크기를 갖는 전류 분포가 여기 될 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 접지면(230)은 상기 인쇄회로기판(210)의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 것일 수 있다. 즉, 상기 인쇄회로기판(210)의 제1면에 존재하는 복수의 슬롯군(220)이 전자기파의 방사를 위하여 사용되는 영역이므로, 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역은 모두 접지면으로 형성되는 것이다.

다음으로, 상기 급전선(240)은 정재파가 형성되도록 배치되는 것일 수 있으며, 상기 급전선(240)은 상기 각각의 슬롯군에 대하여 직렬 급전(Serial Feeding)하도록 형성되는 것일 수 있다. 또한, 상기 급전선(240)은 길이를 보상하기 위한 미앤더(Meander) 형태로 구성되는 것일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나는 단층 인쇄회로기판(210)의 접지면(230)에 주기적으로 형성된 슬롯군(220)을 반대 면에 형성된 급전선(240)을 이용하여 직렬 급전(Series Feed)하는 구조이다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나는 단일 유전체층으로 구성된 인쇄회로기판(210)과 상기 인쇄회로기판(210)의 하단에 급전을 위한 급전선(240) 그리고 상기 인쇄회로기판(210)의 상단에 형성된 접지면(230)으로 구성된다. 상기 접지면(230)에는 방사를 위해 복수의 슬롯군(221, 222, 223)이 다수 개 존재할 수 있다.

또한, 상기와 같이 복수의 슬롯군(221, 222, 223)을 마이크로스트립 라인으로 형성된 급전선(240)을 이용하여 직렬 급전하는 경우에, 전류의 양은 급전점(242)에서 종단(241)으로 갈수록 순차적으로 감소하게 되어 최종단의 슬롯군에 여기되는 전류의 양은 매우 적어질 수 있다.

즉, 급전점(242)으로 급전된 전류는 첫 번째 슬롯군(223)에 여기된 후, 두 번째 슬롯군(222)에 여기되고, 나머지 전류가 마지막 슬롯군(221)에 여기된다. 상기와 같은 과정에서 여기 되는 전류는 슬롯군(223, 222, 221)을 지나면서 순차적으로 감소하게 된다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해서, 급전선(240)과 슬롯이 교차되는 거리(d3, d2, d1)를 이용한다. 즉, 마이크로스트립 라인과 슬롯이 교차되는 거리에 의해 상기 슬롯에 여기 되는 전류의 양이 달라질 수 있기 때문에, 교차되는 거리(d3, d2, d1)를 순차적으로 증가시키게 되면(d3 < d2 < d1), 세 개의 슬롯군에 여기 되는 전류의 양을 균일하게 할 수 있다.

또한, 각 슬롯군(223, 222, 221)에 동일한 위상의 전류를 급전하기 위해서 각 슬롯군 사이의 급전선(240)은 미앤더 형태(243)를 가질 수 있다. 상기 미앤더 형태(243)의 급전선(240)의 길이를 이용하여 각 슬롯군에 여기 되는 전류의 위상을 제어할 수 있다. 여기에서, 급전선(240)의 종단(241)과 첫 번째 슬롯군(221)과의 거리는 λ/4 이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적 중의 하나는 RFID 태그의 방향에 무관하게 RFID 리더 안테나가 안정적으로 태그를 인식하게 하는 것이다. 따라서, 리더 안테나는 원형편파의 특성을 가져야 한다.

리더 안테나의 원형편파 특성을 위해, 상기의 슬롯군을 구성하는 각각의 슬롯은 물리적으로 서로 교차하도록 형성되어야 하고, 슬롯군이 2개의 슬롯으로 구성된다면, 슬롯 쌍으로 형성된 두 슬롯간에 여기되는 전류의 위상차는 90도가 되도록 해야 한다. 두 슬롯에 여기되는 전류의 위상차는 S에 의해서 제어 가능하다. 즉, 직교하는 두 슬롯간의 거리를 이용하여 직교하는 두 슬롯에 여기 되는 전류가 90도의 위상차를 갖도록 할 수 있다.

결과적으로, 상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호간의 위상차가 미리 정해진 위상차보다 작도록 배치되는 것일 수 있으며, 상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값이 미리 정해진 세기 값보다 크도록 구성되는 것일 수 있다.

예를 들면, 상기 미리 정해진 위상차는 첫 번째 슬롯군에 의한 송신 신호를 기준으로 하여 5도 또는 10도로 정해질 수 있으며, 상기 미리 정해진 세기 값은 최대 세기 값보다 5% 작은 세기 값 등으로 정해질 수 있을 것이다.

또한, 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값은 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이에 따라 제어되는 것일 수 있으며, 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이는 상기 급전선의 개방된 종단에서 가까울 수록 길게 구성되는 것일 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성에 따른 원형편파 특성을 설명하기 위한 예시도이다.

도 6을 참조하면, 시간에 변화에 따라 각 슬롯에 여기 되는 전계 방향의 변화를 볼 수 있다. 슬롯군을 구성하는 슬롯이 2개라고 가정하면, 슬롯군을 구성하는 한 쌍의 슬롯(221) 사이의 거리 S를 적절히 이용하여 두 슬롯에 여기되는 전류의 위상차를 90도로 유지하면, 슬롯 쌍에서 방사하는 전계(600)의 방향은 도 6과 같이 형성될 수 있다.

즉, 한 주기(T)의 시간이 흐르는 동안, 방사하는 전계(600)의 방향도 한 바퀴 회전하게 된다. 즉, t=0에서 전계(600)의 방향을 "-X" 방향이라고 가정하면, t=T/4에서 전계(600)의 방향은 "Y" 방향, t=2T/4에서 전계(600)의 방향은 "X" 방향 그리고 t=3T/4에서 전계(600)의 방향은 "-Y" 방향을 갖게 될 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.

도 7을 참조하면, 도 7의 안테나는 단층의 인쇄회로기판으로 구성되며 급전선에 의해 직렬 급전(Series Feed)되는 구조이다. 본 발명의 또 다른 실시 예인 RFID 리더 안테나는 단일 유전체로 형성된 인쇄회로기판(210)과 상기 인쇄회로기판(210)의 하단에 급전을 위한 급전선(240) 그리고 상기 인쇄회로기판(210)의 상단에 접지면(230)으로 구성된다. 상기 접지면(230)에는 방사를 위해 슬롯군(224, 225, 226)이 다수 개 존재할 수 있다.

또한, 상기와 같이 다수 개의 슬롯군(224, 225, 226)을 급전선(240)으로 직렬 급전하는 경우에, 전류의 양은 급전점(242)에서 종단(241)으로 갈수록 순차적으로 감소하게 되어 최종단의 슬롯 쌍에 여기되는 전류의 양은 매우 적어질 수 있다. 즉, 급전점(242)으로 급전된 전류는 첫 번째 슬롯군(226)에 여기된 후, 두 번째 슬롯군(225)에 여기되고, 나머지 전류가 마지막 슬롯군(224)에 여기된다. 상기와 같은 과정에서 여기 되는 전류는 슬롯군(226), 슬롯군(225), 슬롯군(224)을 지나면서 순차적으로 감소하게 된다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해서 급전선(240)과 슬롯이 교차되는 거리(d3, d2, d1)를 사용한다. 즉, 마이크로스트립 라인과 슬롯이 교차되는 거리에 의해 상기 슬롯에 여기 되는 전류의 양이 달라질 수 있기 때문에, 교차되는 거리(d3, d2, d1)를 순차적으로 증가시키게 되면(d3 < d2 < d1), 세 개의 슬롯군에 여기 되는 전류의 양을 균일하게 할 수 있다.

또한 각 슬롯군(226, 225, 224)에 동일한 위상의 전류를 급전하기 위해서 각 슬롯군 사이의 급전선(240)은 미앤더 형태(243)를 가질 수 있다.

또한, 도 7의 안테나 역시 원형 편파의 특성을 갖기 위해, 상기 슬롯은 물리적으로 서로 교차하도록 형성되어야 하고, 쌍으로 형성된 두 슬롯간에 여기되는 전류의 위상차는 90도가 되도록 해야 한다. 두 슬롯에 여기되는 전류의 위상차는 S에 의해서 제어 가능하다. 즉, 직교하는 두 슬롯간의 거리를 이용하여 직교하는 두 슬롯에 여기 되는 전류가 90도의 위상차를 갖도록 해야 할 것이다.

더불어, 슬롯군을 구성하는 슬롯이 3개 이상이라면, 역시 원형편파의 특성을 갖도록 하기 위하여, 각각의 슬롯에서 전류의 위상차가 60도의 위상차 등 다른 위상차 값을 갖도록 제어가 가능할 것이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 슬롯의 구성에 따른 원형편파 특성을 설명하기 위한 예시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 리더 안테나에서 시간에 변화에 따라 각 슬롯에 여기 되는 전계 방향의 변화를 보이고 있다. 슬롯군(224)을 구성하는 한 쌍의 슬롯(224-1, 224-2) 사이의 거리 S를 적절히 이용하여 두 슬롯에 여기되는 전류의 위상차를 90도로 유지하면, 슬롯 쌍에서 방사하는 전계(800)의 방향은 도 8과 같다. 즉, 한 주기(T)의 기간이 흐르는 동안, 방사하는 전계(800)의 방향도 한 바퀴 회전하게 될 것이다.

한편, 상기 RFID 리더 안테나는 극초단파(UHF: Ultra High Frequency)대역의 파장을 이용하는 것일 수 있으며, 상기 RFID 리더 안테나는 근역장(Near Field) 및 원역장(Far Field)을 동시에 제공하는 것일 수 있다.

추가적으로, RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반은 유전체로 형성된 인쇄회로기판, 복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군, 상기 인쇄회로기판의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면 및 상기 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 상기 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선을 포함하여 구성될 수 있다.

RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반에서 상기 슬롯군에 의한 송신 신호는 원형편파의 특성을 나타내도록 배치되는 것일 수 있으며, 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 원형편파 특성은 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯 사이의 거리에 따라 형성되는 것일 수 있다. 또한, RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반에서 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 방향이 서로 교차하는 방향으로 형성되도록 배치되는 것일 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

200: RFID 리더 안테나 210: 인쇄회로기판
220: 복수의 슬롯군 221, 222, 223: 슬롯군
221-1: 제1슬롯 221-2: 제2슬롯
230: 접지면 240: 급전선
241: 개방 종단 242: 급전 포트
243: 미앤더(Meander) 형태

Claims

유전체로 형성된 인쇄회로기판;
복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군;
상기 인쇄회로기판의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면; 및
상기 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 상기 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선을 포함하며,
상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값이 미리 정해진 세기 값보다 크도록 구성되고,
상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값은 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬롯군은 상기 급전선에 의한 전류분포 값이 미리 정해진 전류분포 값보다 큰 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호간의 위상차가 미리 정해진 위상차보다 작도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이는 상기 급전선의 개방된 종단에서 가까울 수록 길게 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬롯군에 의한 송신 신호는 원형편파의 특성을 나타내도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제7항에 있어서,
상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 원형편파 특성은 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯 사이의 거리에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬롯군을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 방향이 서로 교차하는 방향으로 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬롯군을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 위상이 서로 다르게 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬롯군을 구성하는 슬롯에서 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 위상은 상기 슬롯 사이의 거리에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 급전선은 정재파가 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 급전선은 상기 각각의 슬롯군에 대하여 직렬 급전(Serial Feeding)하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 급전선은 길이를 보상하기 위한 미앤더(Meander) 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 RFID 리더 안테나는 극초단파(UHF: Ultra High Frequency)대역의 파장을 이용하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
제1항에 있어서,
상기 RFID 리더 안테나는 근역장(Near Field) 및 원역장(Far Field)을 동시에 제공하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나.
유전체로 형성된 인쇄회로기판;
복수의 슬롯으로 구성되며, 상기 인쇄회로기판의 제1면에 배치되는 복수의 슬롯군;
상기 인쇄회로기판의 제1면 중에서 상기 복수의 슬롯군 이외의 영역에 배치되는 접지면; 및
상기 복수의 슬롯군에 대하여 급전하기 위하여, 상기 인쇄회로기판의 제2면에 종단이 개방된 마이크로스트립 라인으로 형성되는 급전선을 포함하며,
상기 복수의 슬롯군은 상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값이 미리 정해진 세기 값보다 크도록 구성되고,
상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 세기 값은 상기 급전선과 교차하는 슬롯의 길이에 따라 제어되는 RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반.
제17항에 있어서,
상기 슬롯군에 의한 송신 신호는 원형편파의 특성을 나타내도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반.
제18항에 있어서,
상기 슬롯군에 의한 송신 신호의 원형편파 특성은 상기 슬롯군을 구성하는 슬롯 사이의 거리에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반.
제17항에 있어서,
상기 슬롯군을 구성하는 슬롯은 상기 슬롯에 의한 송신 신호의 방향이 서로 교차하는 방향으로 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더 안테나를 내장한 RFID 선반.