KR101756685B1 - Ｒｆ 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

Ｒｆ 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 시스템 Download PDF

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RF 신호 증폭 겸용 축전 시스템에 있어서, 리더기와 단말기 또는 카드와의 접촉시 발생하는 단말기 또는 카드의 응답 RF 신호를 증폭시키는 부스터 안테나에 결합되어, 응답 RF 신호를 이용하여 전류를 발생시키는 축전용 안테나; 축전용 안테나와 연결되어 발생된 전류를 정류하는 축전회로; 및 축전회로와 연결되어 정류된 발생된 전류를 저장하는 축전지를 포함하며, 부스터 안테나와 축전용 안테나는 리더기에 설치되는 것을 특징으로 하는 RF 신호 증폭 겸용 축전 시스템이 개시된다.

Description

ＲＦ 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 시스템 {Apparatus for both Signal Amplification and Charging and System thereof}
본 발명은 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 축전 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 자기유도 원리를 이용한 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 축전 시스템에 관한 것이다.
전 세계적으로 경제 발전과 산업 다양화 등에 의해 전력 사용량이 점점 증가하는 추세에 있다. 하지만, 환경오염 및 사고에 대한 우려 등으로 인해 전력 생산을 증가시키는 것에는 한계가 있으므로, 보다 안전하고 깨끗한 전력생산이 가능한 신재생전원의 사용이 확산되고 있으며, 수요반응을 활용한 전력사용절감의 방법 등도 고안되고 있다.
또한, 이러한 방향에 부합하여, 에너지 절약 및 재생산 기술의 하나로 에너지 하베스팅 기술이 부각되고 있다.
에너지 하베스팅 기술이란 기기 주변의 환경 에너지, 태양, 바람과 같은 자연에너지 등을 수거하여 다시 사용함으로써, 소비되거나 미활용되는 에너지를 재이용하여 에너지를 재생산하는 기술이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술과 관련하여 압전효과, 빛 에너지, 태양전지, 바이오 연료전지, 역학적 에너지, 열에너지 등을 활용하여 에너지를 재생산하는 기술분야가 있다.
그 중, 쓸모없이 소비되고 있는 전파를 재이용할 수 있는 친환경 기술로써, 스마트폰, 텔레비전, 라디오 등의 전파로부터 에너지를 수확하는 RF 에너지 하베스팅 기술이 있다.
이러한 RF 에너지 하베스팅 기술은 폐기되고 있는 전파 에너지를 재이용하는 것으로써, 폐기되고 있는 전파 에너지가 높은 곳에서 이용함으로써 많은 양의 에너지를 재획득할 수 있다.
하지만, 소량의 전파 에너지라도 다수의 사람 또는 기기들로부터 획득한다면, 그로부터 재획득되는 에너지의 양이 상당할 수 있으며, 특히 RFID, NFC 등을 이용한 시스템에 응용되는 경우 그 효과가 극대화 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 축전 시스템은 RF 신호 처리 과정에서 발생하는 유도전류를 저장하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 축전 시스템은 카드 단말기 접촉 과정에서 발생하는 유도전류를 저장하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치는,
리더기와 단말기 또는 카드와의 접촉시 발생하는 상기 단말기 또는 카드의 응답 RF 신호를 증폭시키는 부스터 안테나; 및 상기 응답 RF 신호를 이용하여 전류를 발생시키는 축전용 안테나를 포함하며, 상기 부스터 안테나와 상기 축전용 안테나는 상기 리더기에 설치될 수 있다.
상기 축전용 안테나는 상기 부스터 안테나에 결합되어 있으며, 상기 리더기의 리더기 안테나와 이격되어 상기 리더기에 설치될 수 있다.
상기 축전용 안테나는 상기 리더기의 표면에 부착될 수 있다.
상기 축전용 안테나는 상기 부스터 안테나의 일부로 구성되는 것을 포함할 수 있다.
상기 리더기는 RFID 리더기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 시스템은,
리더기와 단말기 또는 카드와의 접촉시 발생하는 상기 단말기 또는 카드의 응답 RF 신호를 증폭시키는 부스터 안테나에 결합되어, 상기 응답 RF 신호를 이용하여 전류를 발생시키는 축전용 안테나; 상기 축전용 안테나와 연결되어 상기 발생된 전류를 정류하는 축전회로; 및 상기 축전회로와 연결되어 정류된 상기 발생된 전류를 저장하는 축전지를 포함하며, 상기 부스터 안테나와 상기 축전용 안테나는 상기 리더기에 설치될 수 있다.
상기 축전용 안테나는 상기 리더기의 리더기 안테나와 이격되어 상기 리더기에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 축전 시스템은 RF 신호 처리 과정에서 발생하는 유도전류를 저장할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 이를 이용한 축전 시스템은 카드 단말기 접촉 과정에서 발생하는 유도전류를 저장할 수 있다.
도 1은 종래의 부스터 안테나가 설치된 카드 리더기 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치가 설치된 카드 리더기의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리더기와 부스터 안테나의 이격거리에 따른 인식거리를 그래프로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 종래의 부스터 안테나가 설치된 리더기 시스템을 도시한 도면이다.
이러한 리더기 시스템은 RFID 등의 방식을 이용하여 교통카드, 고속도로에서의 하이패스, 물품에 대한 유통 관리, 출입 관리 시스템 등에서 사용되고 있다. 바코드와 달리 저장용량이 크고, 실시간 파악이 가능하며, 일정 거리에서까지 인식이 가능하다는 장점 등으로 인해 그 사용처가 계속 확장되고 있는 추세이다.
도시된 바와 같이, 리더기 시스템은 리더기(100) 및 단말기(200) 또는, 카드(300) 등으로 이루어질 수 있다.
부스터 안테나(110)는 단말기 또는 카드 안테나에서 출력되는 RF 신호를 자기유도 원리를 이용하여 증폭시키는 장치로써, 통신거리를 신장시키고 통신 장애를 억제할 수 있다.
이러한 리더기 시스템의 작동은 자기유도원리에 기반한 것으로, 그 자세한 작동 원리는 동종 기술분야에 속하는 기술자들에게 보편적 정보이므로 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치가 설치된 카드 리더기의 단면을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치는 부스터 안테나(110) 및 축전용 안테나(120)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 부스터 안테나(100)는 단말기 또는 카드 안테나에서 출력되는 응답 RF 신호를 자기유도 원리를 이용하여 증폭 시킴으로써, 통신거리를 신장시키고 통신 장애를 억제할 수 있다.
축전용 안테나(120)는, 리더기(100)와 단말기(200) 또는 카드(300)와의 접촉시, 상기 리더기(100)에서 발생되는 자기장에 의해 상기 단말기(200) 또는 카드(300)에서 유도되는 제1 유도전류로 인해 상기 리더기(100)로 되돌아 오는 제2 유도전류를 발생시킬 수 있다.
즉, 상기 축전용 안테나(120)는 상기 리더기(100)와의 접촉을 통해, 상기 단말기(200) 또는 카드(300)에서 상기 리더기(100)측으로 송신하는 응답 RF 신호를 이용하여 전류를 발생시킬 수 있다.
상기 축전용 안테나(120)는 상기 부스터 안테나(110)에 결합될 수 있으며, 이렇게 상기 부스터(110) 안테나와 결합된 상기 축전용 안테나(120)는 상기 리더기(100)의 리더기 안테나와 동일 평면상에 설치되거나 또는, 도시된 바와 같이 이격되어 상기 리더기(100)에 설치될 수 있다. 이러한 설치는 상기 리더기(100) 내부에의 설치 또는 상기 리더기(100)에 상기 부스터 안테나(110) 및 상기 축전용 안테나(120)가 부착되는 형태로 설치될 수 있다.
구체적으로는, 상기 부스터 안테나(110) 및 상기 축전용 안테나(120)는 리더기 안테나와 이격되어 있는 경우 그 인식거리가 증가되므로, 이를 활용하여 필요성능 획득을 위해 적절한 이격거리를 둘 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 리더기 안테나와 부스터 안테나(110)의 이격거리에 따라 그 인식거리가 증가될 수 있다.
일례로, 아래 표 1에 도시된 바와 같이 리더기(100)와 단말기(200) 사이에 부스터 안테나(110)를 위치시킬 때, 리더기 안테나와 부스터 안테나(110)의 이격거리를 증가시킬수록 그 인식거리가 증가됨을 알 수 있다.
부스터
없음		 이격거리
없음		 2mm
이격		 5mm
이격		 7mm
이격		 10mm
이격		 15mm
이격		 17mm
이격		 20mm
이격
인식거리
(mm)		 20 25 28 40 45 50 55 57 59
증가율 - 25% 40% 100% 125% 150% 175% 185% 195%
따라서, 위 부스터 안테나(110)와 축전용 안테나(120)를 리더기 안테나와 이격시킴으로써, 더 향상된 인식거리를 확보할 수 있으며, 더 높은 양의 전류를 축전시킬 수 있다.
상기 축전용 안테나(120)는 상기 리더기(100)의 표면에 부착될 수 있다. 이를 통해 더 가까운 거리에서, 보다 효율적으로 단말기(200) 또는 카드(300)에서 상기 리더기(100)측으로 송신하는 RF 신호를 수신하여 전류로 변환할 수 있다.
이러한 응답 RF 신호를 이용한 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치는 RFID 시스템, NFC 시스템 등에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리더기와 부스터 안테나의 이격거리에 따른 인식거리를 그래프로 도시한 도면이다.
이는 위 표 1을 바탕으로 그래프로 도시한 도면이며, 도시된 바와 같이 리더기 안테나와 부스터 안테나(110)가 5mm정도 이격될 때까지 그 인식거리가 급격하게 증가하며, 그 후 증가율이 둔화되기는 하나 20mm 이격이 되어도 그 인식거리가 59mm 로 계속 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 시스템을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 증폭 겸용 축전 시스템은 부스터용 안테나(110), 축전용 안테나(120), 축전회로(130) 및 축전지(140)를 포함할 수 있다.
자세하게는, 단말기(200) 또는 카드(300)가 리더기(100) 측으로 송신하는 응답 RF 신호를 수신하여 변환된 전류는 축전용 안테나를 통해 발생, 흐르게 되며, 상기 전류는 축전회로(130)를 통해 정류된 다음 축전지(140)에 저장될 수 있다.
비록, 한 번의 리더기와 카드 또는 리더기와 단말기의 접촉을 통해 축전되는 양은 수십μW에 불과하나, 교통카드 시스템의 경우 하루에 수백만번의 접촉이 이루어지며, 고속도로 하이패스, 유통 관리 등에서도 수 많은 접촉이 이루어진다는 점 등을 고려하면, 이를 통해 재활용할 수 있는 에너지의 양은 유효한 의미를 가질 수 있다. 또한, 축전용 안테나(120)로 에너지가 일부 빠져나가 리더기로 전해지는 에너지가 작아질 수 있으나, 부스터 안테나(110)로 인해 빠져나가는 에너지만큼 충분히 신호가 증폭되어 리더기로 전해질 수 있다.
상술한 내용을 통하여 본 발명의 일 실시예에 의한 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치 및 그를 이용한 축전 시스템의 구성과 작동에 대해 살펴보았으며, 이를 통해 교통카드 결제 시스템, 고속도로 하이패스 시스템, 물품 운송 추적 시스템, 출입관리 시스템 등에서 축전 시스템을 구현할 수 있을 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 리더기 200 : 단말기
300 : 카드
110 : 부스터 안테나 120 : 축전용 안테나
130 : 축전회로 140 : 축전지

Claims (7)

  1. 리더기와 단말기 또는 카드와의 접촉시 발생하는 상기 단말기 또는 카드의 응답 RF 신호를 증폭시키는 부스터 안테나;
    상기 응답 RF 신호를 이용하여 전류를 발생시키는 축전용 안테나; 및
    상기 부스터 안테나 및 축전용 안테나가 상기 리더기의 리더기 안테나로부터 기 설정된 거리만큼 이격되어 설치될 수 있도록 하는 부착부;를 포함하며,
    상기 부스터 안테나와 상기 축전용 안테나는 동일 평면을 가지는 나선형 구조로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리더기는
    RFID 리더기인 것을 특징으로 하는 RF 신호 증폭 겸용 축전 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008009972A (ja) * 2006-05-31 2008-01-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及び当該半導体装置を具備するｉｃラベル、ｉｃタグ、ｉｃカード

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008009972A (ja) * 2006-05-31 2008-01-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及び当該半導体装置を具備するｉｃラベル、ｉｃタグ、ｉｃカード

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