KR101724611B1

KR101724611B1 - Ｒｆｉｄ 태그 안테나

Info

Publication number: KR101724611B1
Application number: KR1020110026482A
Authority: KR
Inventors: 김용준; 정보아
Original assignee: 인텔렉추얼디스커버리 주식회사
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2017-04-20
Also published as: TW201240208A; US8807441B2; KR20120109063A; TWI525899B; US20120241521A1

Abstract

본 발명은 고가의 메탈 태그 대신에 금속을 함유한 대상에 라벨 태그를 적용할 수 있게 하는 RFID 태그 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 태그 안테나는 라벨용 필름과, 상기 필름에 형성된 안테나 패턴으로 이루어진 라벨 태그용 안테나에 있어서, 상기 안테나 패턴은 중앙의 칩 매칭 엘리먼트; 상기 칩 매칭 엘리먼트의 일측에 연결되는 미엔다 구조의 제1 방사기 패턴; 및 상기 칩 매칭 엘리먼트의 타측에 연결되고, 상기 제1 방사기 패턴과 중앙 수직축을 중심으로 좌우 대칭되는 형태의 제2 방사기 패턴으로 구성된 것이고, 칩 매칭 엘리먼트는 상측 변이 굴곡된 사각형의 폐 루프이거나 상기 칩 매칭 엘리먼트는 굴곡된 변과 마주하는 변의 중앙이 개구되어 갭이 형성되어 있고, 상기 갭의 크기는 0.01mm 내지 2mm인 것이다. 본 발명에 따르면, 메탈 태그 대신에 접착이 용이하고 가격도 저렴한 라벨 태그(Label Tag)를 금속 물질을 함유하고 있는 시린지(Syringe) 등에 적용할 수 있다.

Description

ＲＦＩＤ 태그 안테나{ RFID TAG ANTENNA }

본 발명은 RFID 태그 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고가의 메탈 태그 대신에 금속을 함유한 대상에 라벨 태그를 적용할 수 있게 하는 RFID 태그 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템은 마이크로칩을 내장한 태그, 레이블, 카드 등에 저장된 데이터를 무선주파수를 이용한 리더에서 자동 인식하는 기술이다. RFID 시스템에서 RFID 태그와 RFID 리더 사이의 통신 주파수는 125KHz, 13.56MHz, 860-960MHz, 2.45GHz 등이 사용되는데, 이들 주파수에 대한 무선 접속 프로토콜이 ISO/IEC 18000 규격으로 정의되어 있다.

RFID 태그와 RFID 리더의 무선접속방식은 상호유도 방식과 전자기파 방식으로 나눌 수 있는데, 상호유도 방식은 코일 안테나를 이용하여 근거리용으로 주로 사용하고, 전자기파 방식은 고주파 안테나를 이용해서 주로 중장거리용으로 사용된다. 상호유도 방식의 RFID 태그는 태그의 IC칩을 동작시키는데 필요한 에너지를 RFID 리더로부터 공급받는 수동형이 대부분이고, 능동형 태그는 배터리 등 자체 전원을 사용한다.

이와 같이 수동형 태그의 칩은 RFID 리더가 보내준 신호를 에너지원으로 사용하여 전파에 실린 신호를 해독하여 정보를 리더로 보내주는 역할을 하는데, 이를 위해 안테나를 IC칩에 붙여 에너지와 신호를 받아들일 수 있게 한다. 이 안테나를 RFID 태그 안테나(Tag Antenna)라고 하며, 안테나와 칩을 합친 구조를 RFID Tag 또는 트랜스폰더라고 부른다.

RFID 태그(Tag)는 물류 유통 분야는 물론이고 생산 현장의 재고 관리뿐 아니라 이력 관리의 용도로도 쓰이고 있다. RFID는 전파를 이용하여 통신을 하기 때문에 전파의 산란이나 흡수가 이루어질 수 있는 물, 금속에는 상당히 약한 면을 보이고 있다. 이러한 성질은 고주파로 갈수록 더욱 심해지며 현재 동아시아에서 주력으로 사용하고 있는 UHF(860~960MHz)대역에서도 예외는 아니다. 따라서 이러한 금속체 또는 금속 물질에 강한 대응력을 지니기 위하여 개발된 것이 RFID 메탈 태그(Metal Tag)인데, 메탈 태그는 차폐제와 같은 고가의 재질이 요구되어 일반적인 라벨 태그보다 가격이 비싸고 딱딱하여 곡면에 부착하기 어려운 단점이 있다.

한편, RFID Tag에 사용되는 안테나로는 루프 안테나, 슬롯 안테나, 다이폴 안테나 등이 있는데, 가장 많이 사용되는 안테나는 가운데 중심축을 기준으로 좌우가 동일한 다이폴 안테나이고, 다이폴 안테나는 사용 파장을 반으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한 통상 안테나의 임피던스는 50Ω으로 정해져서 나오는 경우가 많기 때문에 매칭에 있어서 두 패턴의 조합으로 안테나를 설계한다. 하지만 RFID 태그는 복소수 형태의 저항값을 가진 칩을 사용하며, 칩과 공액(conjugate)이 되는 값으로 매칭시키기 위해서 종래의 태그용 다이폴 안테나는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 양측 방사 패턴의 중앙에 매칭부(12,22)를 두고 있다. 매칭부(12,22)는 임피던스 매칭을 위해 칩 고유의 임피던스가 크면 매칭부도 커지고, 작으면 반대로 작게 된다. 또한 안테나의 매칭부는 대역폭을 결정하기도 하는데, 매칭부가 없는 형태의 안테나는 대역폭이 작아지는 단점을 지니기 때문에 현재와 같이 큰 대역폭을 요구하는 광대역(Wideband) 시장에서는 매칭부를 가진 태그 안테나를 주로 사용한다.

이와 같이 매칭부가 설계되어 있는 태그 안테나의 경우는 광대역 Tag를 만드는데 유리한 점이 있어 일반적인 형태의 프로젝트(Project)에 널리 사용할 수 있으나 시린지와 같은 특수한 형태에 적용하기 어려운 한계가 있다. 즉, 종래의 태그 안테나는 금속 물질이 가득 차 있는 시린지(Syringe)에 사용할 경우에 시린지(Syringe)에 들어있는 금속 물질이 매칭부를 통해 태그(Tag)에 영향을 미치게 되는데, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 태그 안테나를 사용할 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 등가적으로 매칭부의 특성이 변하게 된다. 그리고 매칭부의 사이즈가 변하게 되면 칩 임피던스(Chip Impedance)에 맞춰 매칭시킬 수 없게 되며, 그렇게 될 경우 태그(Tag)의 인식 성능이 떨어지게 된다. 그리고 매칭부가 작아질 것을 대비하여 매칭부를 크게 만들 경우에는 방사부의 크기가 너무 작아져서 원하는 성능을 갖출 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 메탈 태그 대신에 접착이 용이하고 가격도 저렴한 라벨 태그(Label Tag)를 금속 물질을 함유하고 있는 시린지(yringe) 등에 적용할 수 있도록 하는 RFID 태그 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태그 안테나는 라벨용 필름과, 상기 필름에 형성된 안테나 패턴으로 이루어진 라벨 태그용 안테나에 있어서, 상기 안테나 패턴은 중앙의 칩 매칭 엘리먼트; 상기 칩 매칭 엘리먼트의 일측에 연결되는 미엔다 구조의 제1 방사기 패턴; 및 상기 칩 매칭 엘리먼트의 타측에 연결되고, 상기 제1 방사기 패턴과 중앙 수직축을 중심으로 좌우 대칭되는 형태의 제2 방사기 패턴으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 칩 매칭 엘리먼트는 상측 변이 굴곡된 사각형의 폐 루프이거나 상기 칩 매칭 엘리먼트는 굴곡된 변과 마주하는 변의 중앙이 개구되어 갭이 형성되어 있고, 상기 갭의 크기는 0.01mm 내지 2mm인 것이다.

또한 상기 안테나 패턴의 두께는 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 각 방사기 패턴의 미엔다 구조는 최외측의 수직 패턴이 내측 굴곡 부분의 수직 패턴보다 길되, 전체 길이는 8Cm 이내인 것이다.

본 발명에 따르면, 메탈 태그 대신에 접착이 용이하고 가격도 저렴한 라벨 태그(Label Tag)를 금속 물질을 함유하고 있는 시린지(Syringe) 등에 적용할 수 있다.

도 1은 일반적인 RFID의 반 파장 다이폴 Tag 안테나의 제1실시예를 도시한 개략도,
도 2는 일반적인 RFID의 반 파장 다이폴 Tag 안테나의 제2실시예를 도시한 개략도,
도 3은 도 1에 도시된 안테나를 금속물질이 담긴 시린지에 적용할 경우의 특성 변화를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따라 금속물질이 담긴 시린지에 사용할 수 있는 라벨 태그용 다이폴 안테나를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 태그 안테나 사용시 금속 함유량에 따른 태그 성능 변화를 도시한 그래프이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 4는 본 발명에 따라 금속물질이 담긴 시린지에 사용할 수 있는 태그 안테나를 도시한 도면이다.

본 발명의 태그 안테나(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 라벨용 필름(102)과, 라벨용 필름(102)에 형성된 안테나 패턴으로 이루어진 라벨 태그용 안테나이고, 안테나 패턴은 중앙의 칩 매칭 엘리먼트(110)와, 칩 매칭 엘리먼트(110)의 좌측에 연결되는 미엔다 구조의 좌측 방사기 패턴(120)과, 칩 매칭 엘리먼트(110)의 우측에 연결되고, 좌측 방사기 패턴(120)과 중앙 수직축을 중심으로 좌우 대칭되는 형태의 우측 방사기 패턴(130)으로 구성된다.

도 4를 참조하면, 라벨용 필름(102)은 라벨용지 등이고, 칩 매칭 엘리먼트(110)는 상측 변이 굴곡된 사각형의 폐 루프이거나 굴곡된 변과 마주하는 변의 중앙이 개구되어 갭(a)이 형성되어 있고, 갭(a)의 크기는 0.01mm 내지 2mm이다. 또한 안테나 패턴의 두께는 0.3mm 내지 0.5mm이고, 각 방사기 패턴의 미엔다 구조는 최외측의 수직 패턴이 내측 굴곡 부분의 수직 패턴보다 길되, 전체 길이는 8Cm 이내이다.

이와 같이 본 발명의 태그 안테나(100)는 종래 태그 안테나의 매칭부를 없애면서 금속이 다량 함유된 물체에서 제 성능을 발휘할 수 있는 다이폴 태그 안테나 구조로서, 방사기 패턴의 모양은 커플링(Coupling) 효과가 나타날 수 있는 미엔다(meander) 구조를 이루고 있으며, 그로 인하여 커플링(Coupling) 효과 뿐 아니라 안테나(Antenna)의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 칩 매칭 엘리먼트(110)는 종래 태그 안테나의 매칭부를 이루고 있던 요소로서, 완전한 다이폴의 경우 칩 임피던스(Chip impedance) 매칭을 이룰 수 없기 때문에 다이폴 안테나를 칩과 매칭시키기 위한 것이다.

본 발명의 안테나 구조에서 갭(a)의 크기는 0 ~ 2mm까지는 넓어질수록 좋은 성능을 발휘 하지만, 2mm 이상 벌어질 경우 성능이 급격히 줄어든다. 안테나 패턴의 두께의 경우 0.3 ~ 0.5mm일 때 가장 좋은 성능을 보인다.

이러한 본 발명의 태그 안테나(100)를 금속물질이 담긴 시린지에 사용할 경우에 시린지의 메탈 양에 따라 태그의 인식 성능이 영향을 받게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 태그 안테나 사용시 금속 함유량에 따른 Tag 성능 변화를 도시한 그래프로서, 종축(Y축)은 인식성능을 나타내고 횡축(X축)은 금속 항유량을 나타낸다.

도 5의 그래프를 참조하면, 기존 매칭부 적용 안테나의 그래프(G2)는 금속의 함유량에 따라 반비례하는 것을 알 수 있고, 본 발명에 따른 태그 안테나의 그래프(G1)는 금속의 함유량에 따라서 정비례하는 것을 알 수 있으며, 특히 10ml 시린지를 기준으로 8~9ml에서 가장 좋은 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 태그 안테나(100)는 시린지(Syringe)에서 메탈(Metal)의 양에 따라 인식 성능에 영향을 주는 것을 알 수 있으며, 따라서 실제 적용시에는 시린지(Syringe)에 담긴 메탈 양에 따라서 태그 안테나(Tag Antenna)의 부착 위치가 달라질 수 있다.

이상의 실시예에서는 본 발명을 시린지(Syringe) 관리용으로 사용하는 것을 예로 들어 설명하였으나 본 발명은 소형 전자제품 관리용이나 PCB 관리용으로도 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

12,22: 매칭부 100: 태그 안테나
102: 라벨용 필름 110: 칩 매칭 엘리먼트
120: 좌측 방사기 패턴 130: 우측 방사기 패턴

Claims

라벨용 필름과, 상기 필름에 형성된 안테나 패턴으로 이루어진 라벨 태그용 안테나에 있어서,
상기 안테나 패턴은
중앙의 칩 매칭 엘리먼트;
상기 칩 매칭 엘리먼트의 일측에 연결되는 미엔다 구조의 제1 방사기 패턴; 및
상기 칩 매칭 엘리먼트의 타측에 연결되고, 상기 제1 방사기 패턴과 중앙 수직축을 중심으로 좌우 대칭되는 형태의 제2 방사기 패턴으로 구성되고,
상기 칩 매칭 엘리먼트는 상측 변이 굴곡된 루프 형태이고, 상기 굴곡된 변과 마주하는 변의 중앙이 개구되어 갭이 형성되며,
금속을 포함하는 물체에 부착되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 칩 매칭 엘리먼트는 상측 변이 굴곡된 사각형의 폐 루프인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 갭의 크기는 0.01mm 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 안테나 패턴의 두께는 0.3mm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 각 방사기 패턴의 미엔다 구조는
최외측의 수직 패턴이 내측 굴곡 부분의 수직 패턴보다 길되, 전체 길이는 8Cm 이내인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 라벨용 필름은 라벨용지인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 RFID 태그 안테나의 성능은 상기 물체에 포함된 금속 양에 비례하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.