KR101989832B1 - 기모 처리된 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나 - Google Patents

기모 처리된 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나 Download PDF

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Abstract

초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 상기 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성되는 RFID 안테나 패턴; 및 상기 RFID 안테나 패턴의 도전사(導電絲) 사이에 배치되는 RFID 태그 칩;을 포함하고, 상기 RFID 안테나 패턴은, 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 일정간격을 두고 외측에 배치되는 좌측 안테나 패턴; 및 상기 좌측 안테나 패턴과 소정의 간격을 두고 배치되며, 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단은 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 일정간격을 두고 외측에 배치되는 우측 안테나 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

기모 처리된 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나{Ultrafine conductive fiber RFID tag antenna}
본 발명은 섬유소 알에프아이디 태그 안테나에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기모 가공처리된 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 무선 주파수 인식(Radio Frequency IDentification, RFID)은 무선 주파수를 사용하여 태그(tag)가 가지고 있는 정보를 비접촉식으로 인식하거나 기록하는 기술로서, 태그가 부착된 물건이나 동물, 사람 등을 인식, 추적, 관리할 수 있는 기술을 말한다.
RFID/USN 기술은 물품 등 관리할 사물에 아주 작은 전자태그를 부착하고 전파를 이용하여 사물의 정보 및 주변 환경정보를 자동으로 추출하여 인터넷이라는 기본 바탕에 우리 생활의 모든 분야 즉, 식료품으로부터 축산물 관리, 폐기물 관리, 환경관리, 물류ㆍ유통, 보안 등의 영역까지 정보화를 침투ㆍ확산시켜 비즈니스에 대변혁을 가져오고, 삶의 질을 획기적으로 개선시킬 것으로 기대되는 분야이다.
RFID 기술은 모든 산업 및 사회에 활용할 수 있는데 산업분야에서는 공정라인 상에서 자동적으로 불량공정으로 전달하고 공정관리자료를 실시간으로 얻을 수 있으며 최종 작업자, 일자 등 필요한 data를 저장하여 A/S시에도 활용할 수 있다.
출입관리 회원전용장소, 아파트, 공공기관, 일반기업 등 제한된 출입통제가 필요한 모든 장소에서 활용이 가능하며, 기밀문서관리나 고가의 물건(예: 명품가방, 고가의 옷)에 있어서도 태그를 부착한 후 그 물건을 실시간으로 관리할 수 있다.
이러한 RFID 시스템은 고유한 식별정보를 가지고 있으며 물건이나 동물 등에 부착되는 태그(Tag 또는 Transponder)와, 이 태그가 가지고 있는 식별정보를 읽거나 또는 기록하기 위한 리더(Reader 또는 Interrogator)를 포함한다. 이러한 RFID 시스템은 센서와 결합하여 RFID/USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술로 발전되고 있다.
또한 RFID 태그는 안테나와 RFID IC칩으로 구성되어 저주파(125kHz, 135kHz), 고주파(13.56MHz), 초고주파(433MHz, 860~960MHz), 마이크로파( 2.45GHz ) 등 여러 주파수 대역에서 사용되고 있는데, 각기 사용 방법이나 활용 범위가 다르고, 리더는 전기자기장을 리더용 안테나를 통하여 전송하여 수동형 태그에 파워를 공급하면서 태그와 데이터를 주고 받는다.
여기서, 대부분의 국가에서는 무선 통신과의 간섭을 고려하여 그 나라 실정에 맞도록 각기 다른 반송파 주파수에서 작동하는 리더의 사용을 요구하고 있다.
그리고 태그의 마이크로 칩은 태그 안테나의 급전점에 위치하여 리더의 신호로부터 필요한 모든 에너지를 받게 되는데, 태그는 코딩된 신호를 전자기역산란(electromagnetic backscattering) 방식으로 UHF 주파수에서 태그의 정보를 리더에게 다시 보낸다. 즉, 태그는 리더로부터 받은 에너지의 한 부분을 다시 보내게 되는 것으로, 태그의 전원인가 방식으로는 쇼트키(schottky) 정류회로를 이용하여 마이크로웨이브 에너지를 직류로 변환하며, 수동형 태그의 경우는 바로 정류되어진 직류 전압을 사용하여 동작하게 된다.
대부분의 RFID 태그에서는 구리나 알루미늄으로 제작되는 다이폴 안테나를 사용하게 된다. 그러나, 일반적인 다이폴 안테나는 λ/2 기준으로 설계되기 때문에, 주파수가 낮을수록 안테나 길이가 길어진다. 또한 안테나 크기가 148 ㅧ 1mm이고 VSWR 2.0(-10dB)로 설계될 때, 861MHz ~ 943MHz 사이에서 공진하여, 주파수 대역폭이 80~100MHz로 한계점을 보이고 있다.
일반적으로 RFID 태그는 IC 칩과, 안테나 이루어지며, 상기 IC 칩에는 RF 송수신 회로, 제어로직 및 메모리가 내장되어 있으며 안테나를 통해 무선 주파수를 송수신한다.
이러한 RFID 태그는 리더에서 전송되는 초고주파(UHF) 대역의 신호를 반사함과 아울러 반사되는 RF신호에 식별정보를 포함하는 정보를 변조시켜 리더로 송신하게 된다.
상기 RFID 태그에 사용되는 안테나는 필름에 인쇄된 다이폴(Dipole) 안테나 형태를 가지고 있다. 즉, RFID 태그에 적용되는 안테나의 특성이 다이폴 안테나의 방사 패턴 형태로 설계되어 있다.
이와 같은 RFID 태그를 의류 등 섬유제품에 채용하기 위해서는 라벨상으로 형성한 태그를 우레탄이나 특정물질로 패키징하여 네임텍 형태로 섬유제품에 부착하여 사용하게 된다.
따라서 이와 같은 RFID 라벨태그는 RFID 태그를 패키징하는 번거로운 공정을 필요로 하여 제작시간이 증가될 뿐만 아니라 인건비 등 제작비용이 증가하여 경제성이 떨어지게 되는 결점을 갖게 된다.
또한 제품으로부터 RFID 라벨태그가 쉽게 분리될 수 있어 취급자의 부주의로 제품으로부터 RFID 라벨태그가 분리되어 분실되거나 고의로 RFID 라벨태그가 제품으로부터 제거되어 제품이 태그가 없는 상태로 될 우려가 많다
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 기모 가공 처리로 인해 다양한 형태의 물건에 쉽게 삽입하거나 부착될 수 있는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나를 제공한다.
또한, 기모 가공 처리로 인해 태그가 공중으로 날라 다니면서 다양한 형태에 물건에 부착될 수 있는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 상기 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성되는 RFID 안테나 패턴; 및 상기 RFID 안테나 패턴의 도전사(導電絲) 사이에 배치되는 RFID 태그 칩;을 포함하고, 상기 RFID 안테나 패턴은, 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 일정간격을 두고 외측에 배치되는 좌측 안테나 패턴; 및 상기 좌측 안테나 패턴과 소정의 간격을 두고 배치되며, 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단은 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 일정간격을 두고 외측에 배치되는 우측 안테나 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 하는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나가 제공된다.
또한, 상기 RFID 안테나 패턴은, 각각 72mm 길이를 갖는 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 25mm 간격을 두고 외측에 배치되는 상기 좌측 안테나 패턴; 상기 좌측 안테나 패턴과 2mm 간격을 두고 배치되며, 각각 72mm 길이를 갖는 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단은 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 25mm 간격을 두고 외측에 배치되는 상기 우측 안테나 패턴; 및 상기 좌측 안테나 패턴과 상기 우측 안테나 패턴의 내측 간격 사이에 배치되는 상기 RFID 태그 칩;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 상기 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성되는 RFID 안테나 패턴; 및 상기 RFID 안테나 패턴의 도전사(導電絲) 사이에 배치되는 RFID 태그 칩;을 포함하고, 상기 RFID 안테나 패턴은, 한 라인의 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 좌측 안테나 패턴; 상기 좌측 안테나 패턴과 소정의 간격을 두고 배치되며, 한 라인의 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 우측 안테나 패턴; 및 반원형태의 도전사(導電絲)의 일단은 상기 좌측 안테나 패턴의 도전사에 부착되고, 타단은 상기 우측 안테나 패턴의 도전사에 부착되어 T-매칭 다이폴 안테나를 형성하는 루프 안테나 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나가 제공된다.
또한, 상기 RFID 안테나 패턴은, 98mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 상기 좌측 안테나 패턴; 상기 좌측 안테나 패턴과 2mm 간격을 두고 배치되며, 98mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 상기 우측 안테나 패턴; 반지름이 6mm 인 반원형태의 도전사(導電絲)의 일단은 상기 좌측 안테나 패턴의 도전사에 부착되고, 타단은 상기 우측 안테나 패턴의 도전사에 부착되어 T-매칭 다이폴 안테나를 형성하는 상기 루프 안테나 패턴; 및 상기 좌측 안테나 패턴과 상기 우측 안테나 패턴의 내측 간격 사이에 배치되는 상기 RFID 태그 칩;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, 기모 가공 처리로 인해 다양한 형태의 물건에 쉽게 삽입하거나 부착될 수 있다.
또한, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, 기모 가공 처리로 인해 태그가 공중으로 날라 다니면서 다양한 형태에 물건에 부착될 수 있다.
도전성 기모 섬유소 UHF 태그는 두께가 머리카락의 1/10인 0.01mm이고 기모 처리로 인해 공기와 닿는 면적이 많아져서 공기 중에 잘 날라 다닐 수 있는 스마트 먼지태그(smart dust tag)로 사용 가능하다. 도전 섬유소 RFID 태그는 얇은 종이 뿐만 아니라 상품권, 종이 화폐, 가죽, 비닐, 기밀 문서, 고가의 의류 등에 외관으로 표시나지 않게 삽입가능하다.
즉, 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나를 기모 처리하면 화이버가 더욱 가벼워지므로 바람에 날려 다닐 수 있는 먼지 태그화가 가능하다. 먼지 태그(dust tag)는 전쟁 중 적군에게 태그를 바람이 부는 방향으로 날려서 옷이나 몸에 부착되도록 하여 적군의 접근을 감지할 수 있다.
또한, 상태관찰시 태그를 동물의 털에 부착시켜 활동범위 등을 추적할 수도 있다.
또한, 태그는 바람에 의해 공중으로 날아다닐 수 있으므로, 풍향 및 풍속 등과 같은 기상관측의 수단으로 사용할 수도 있다.
도 1은 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나에 사용될 수 있는 도전사(導電絲)를 종류를 나타낸 도면.
도 2는 도전사(導電絲)의 전기적인 성질을 나타낸 도면.
도 3은 제1 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 구성을 나타낸 도면.
도 3a는 제1 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 반사계수를 나타낸 도면.
도 4는 제2 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 구성을 나타낸 도면.
도 4a는 제2 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 반사계수를 나타낸 도면.
도 5는 제3 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 구성을 나타낸 도면.
도 5a는 제3 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 반사계수를 나타낸 도면.
도 6은 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 주파수 대역별 임피던스 수치를 나타낸 도면.
도 7은 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 실사도.
도 8 내지 도 8b는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 방향별 인식거리를 나타낸 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나에 사용될 수 있는 도전사(導電絲)를 종류를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 머리카락의 1/10 정도의 두께의 유연한 도전 섬유소 - 도전사(導電絲) - 를 이용하여 초미립 태그를 개발한다. 즉, 도전 섬유소 - 도전사(導電絲) - 의 매우 가는 특성을 이용하여 얇은 종이에도 삽입 가능할 정도의 태그를 개발할 수 있다.
도전사(導電絲)를 이용하여 유연성이 있는 다양한 형태의 물건에 부착, 삽입하여 이를 태그화 할 수 있어서, 중요 문서, 화폐를 태그화 시켜 정보 보안과 위조 방지 효과를 기대할 수 있다.
본 실시예에서는 도 1의 도전사(導電絲) 중에서 섬유소를 취하기 쉬운 두 번째 꼬이지 않은 도전사에서 섬유소를 취하여 제작한다. - 섬유소를 이용하여 기모 처리함 -
도전사(導電絲)라 함은, 전도성 즉 전기가 통할 수 있는 실을 지칭하며 도전실(electro-thread) 또는 전도성실(Conductive yarn)이라고도 한다. 도전사(導電絲)는 보통 0.01mm 내지 0.08mm의 직경을 가진 구리나 니켈 금속사와, 금속섬유를 감싸고 있는 절연성을 가진 섬유이거나, 구리 나켈등의 도전성 금속성분이 코팅된 실이다.
본 실시예에서는 머리카락의 1/10 두께인 0.01mm의 지름을 가진 도전성 섬유소 - 도전사(導電絲) - 를 이용하여 UHF RFID 태그를 다이폴 형태로 설계하였다. 즉, 도전사(導電絲)는 섬유 단면 내에 도전성 필라멘트가 형성되어 있는 원 필라멘트 파이버(One filament fiber) 형태로 구성되며, 기모 처리를 하지 않은 상태에서 0.01mm의 지름을 가진다. 기본적으로 기모 처리에 의해서 도전사(導電絲)의 전기적인 성질은 변경되지 않으며 돌출된 털이 공기와의 접촉면을 증가시킨다.
도 2는 도전사(導電絲)의 전기적인 성질을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 길이가 150mm, 지름이 0.01mm인(머리카락의 1/10 두께) 도전 섬유소 - 도전사(導電絲) - 의 전기적인 특성을 측정하였다.
시뮬레이션 프로그램 중 하나인 CST를 이용하여 실제 도전 섬유소의 지름, 저항 값, 도전율을 측정하여 그 값을 CST에 입력 후 그 길이와 위치 개수 등 여러 조건으로 시뮬레이션 하였다.
도전사(導電絲)는 너무 미세하여 도 2에서 식별되지 않지만 150mm의 도전 섬유소의 저항값은 1130 ohm이고 지름이 0.01mm로서 길이와 단면적을 알면, 아래 수학식을 이용하여 전도율을 계산이 가능하다. 도전율(K)는 1.6901E6 S/m 이다.
<수학식>
Figure 112017071009908-pat00001
도 3은 제1 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, RFID 안테나 패턴(101, 102)과, RFID 태그 칩(200)을 포함하여 구성된다.
RFID 안테나 패턴(101, 102)은 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성된다. - 털의 형태는 도 4 및 도 5 참조 -
RFID 태그 칩(200)은 RFID 안테나 패턴(101, 102)의 도전사(導電絲) 사이에 배치되어 RFID 안테나 패턴(101, 102)과 에너지 및 데이터를 상호 간에 교환한다.
즉, RFID 안테나 패턴(101, 102)을 좀 더 상세히 살펴보면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, A4용지 크기의 2.3의 유전율을 가지는 종이(Paper)를 바닥에 두고, 그 위에 양쪽으로 83mm의 도전 섬유소를 배치하여 다이 폴 안테나 형태로 설계하였다.
즉, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는,
83mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 일측방향으로 배치되는 일측 안테나 패턴(101)과,
일측 안테나 패턴과 2mm 간격을 두고 배치되며, 83mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 타측방향으로 배치되는 타측 안테나 패턴(102)과,
일측 안테나 패턴(101)과 타측 안테나 패턴(102)의 내측 간격 사이에 배치되는 RFID 태그 칩(200)을 포함하여 구성된다.
도 3a는 제1 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 반사계수를 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 도전 섬유의 전도율 값을 CST simulation 프로그램에 입력을 하여서, 태그를 설계한다.
RFID 태그 칩(200)의 임피던스와 RFID 안테나 패턴(101, 102)의 임피던스는 서로 스미스차트 상에서 공액 정합 되어야 한다.
초 미립 도전 섬유소 RFID 태그의 제작에 사용 된 RFID 태그 칩(Gen2 Higgs Strap, 200)의 임피던스는 920MHz에서 약 11.7-j132이며, 시뮬레이션 결과 태그 안테나(101, 102)의 임피던스는 920MHz에서 약 104.85+j101.4이다. 도 3a의 그래프에서 주파수 920MHz 지점의 값이 약 -1.9dB인 것을 확인할 수 있다. 참고적으로 반사계수(S11 in dB)는 약 -1.9이다.
즉, 한 줄 (one line) 형태의 태그는 920MHz에서 공진이 있었지만 태그 안테나의 반사 계수의 크기가 -1.9dB 밖에 떨어지지 않았다. 그 이유는 저항값이 103으로 칩 저항값 11.7 보다 많이 크기에 반사계수의 크기가 -1.9 밖에는 이르지 못하였다.
도 4는 제2 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, RFID 안테나 패턴(103, 104)과, RFID 태그 칩(200)을 포함하여 구성된다.
RFID 안테나 패턴(103, 104)은 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털(300)을 형성함에 있어서, 털(300)이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성된다.
도전사(導電絲)의 표면은 섬유질로 구성되므로 기모처리, 즉 섬유 구조물의 표면을 긁어서 부푸러기 즉 털(300)을 형성하는 것이다.
여기에서 직물의 표면으로 돌출되어 나오는 털(200)은 등간격으로 균일하게 형성시키거나, 일부에 형성시켜 동일성 또는 원하는 형태의 무늬를 표출할 수도 있다.
RFID 태그 칩(200)은 RFID 안테나 패턴(103, 104)의 도전사(導電絲) 사이에 배치되어 RFID 안테나 패턴(103, 104)과 에너지 및 데이터를 상호 간에 교환한다.
RFID 안테나 패턴(103, 104)을 좀 더 상세히 살펴보면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, A4용지 크기의 2.3의 유전율을 가지는 종이(Paper)를 바닥에 두고, 그 위에 양쪽으로 도전 섬유소를 배치하여 다이 폴 안테나 형태로 설계하였다.
즉, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는,
각각 72mm 길이를 갖는 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 25mm 간격을 두고 외측에 배치되는 좌측 안테나 패턴(103)과,
좌측 안테나 패턴(103)과 2mm 간격을 두고 배치되며, 각각 72mm 길이를 갖는 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단은 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 25mm 간격을 두고 외측에 배치되는 우측 안테나 패턴(104)과,
좌측 안테나 패턴(103)과 우측 안테나 패턴(104)의 내측 간격 사이에 배치되는 RFID 태그 칩(200)을 포함하여 구성된다.
도 4a는 제2 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 반사계수를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 제2 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, RFID 안테나 패턴(103, 104)의 저항 값을 줄여 효율을 증가시키기 위해 두 개의 라인을 병렬로 설계하였다.
RFID 태그 칩(200)의 임피던스와 RFID 안테나 패턴(103, 104)의 임피던스는 서로 스미스차트 상에서 공액 정합 되어야 한다.
초 미립 도전 섬유소 RFID 태그의 제작에 사용 된 RFID 태그 칩(Gen2 Higgs Strap, 200)의 임피던스는 920MHz에서 약 11.7-j132이며, 시뮬레이션 결과 태그 안테나(103, 104)의 임피던스는 920MHz에서 약 90.4+j123.5이다. 도 4a의 그래프에서 주파수 920MHz 지점의 값이 약 -2.25dB인 것을 확인할 수 있다. 즉, 제1 실시예에 비해 약 -0.35dB 효율이 향상 되었다. 참고적으로 반사계수(S11 in dB)는 약 -2.2이다.
도 5는 제3 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 구성을 나타낸 도면이다
도 5를 참조하면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)과, RFID 태그 칩(200)을 포함하여 구성된다.
RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)은 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털(300)을 형성함에 있어서, 털(300)이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성된다.
도전사(導電絲)의 표면은 섬유질로 구성되므로 기모처리, 즉 섬유 구조물의 표면을 긁어서 부푸러기 즉 털(300)을 형성하는 것이다.
여기에서 직물의 표면으로 돌출되어 나오는 털(300)은 등간격으로 균일하게 형성시키거나, 일부에 형성시켜 동일성 또는 원하는 형태의 무늬를 표출할 수도 있다.
RFID 태그 칩(200)은 RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)의 도전사(導電絲) 사이에 배치되어 RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)과 에너지 및 데이터를 상호 간에 송수신한다.
RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)을 좀 더 상세히 살펴보면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, A4용지 크기의 2.3의 유전율을 가지는 종이(Paper)를 바닥에 두고, 그 위에 양쪽으로 도전 섬유소를 배치하여 다이 폴 안테나 형태로 설계하였다.
즉, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는,
98mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 좌측 안테나 패턴(105)과,
좌측 안테나 패턴(105)과 2mm 간격을 두고 배치되며, 98mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 우측 안테나 패턴(106)과,
반지름이 6mm 인 반원형태의 도전사(導電絲)의 일단은 좌측 안테나 패턴(105)의 도전사에 부착되고, 타단은 우측 안테나 패턴(106)의 도전사에 부착되어 T-매칭 다이폴 안테나를 형성하는 루프 안테나 패턴(107)과,
좌측 안테나 패턴(105)과 우측 안테나 패턴(106)의 내측 간격 사이에 배치되는 RFID 태그 칩(200)을 포함하여 구성된다.
도 5a는 제3 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 반사계수를 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 제3 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)의 저항 값을 줄여 효율을 증가시키기 위해 T-매칭(T-Matching) 다이폴 안테나를 형성하였다.
RFID 태그 칩(200)의 임피던스와 RFID 안테나 패턴(105, 106, 107)의 임피던스는 서로 스미스차트 상에서 공액 정합 되어야 한다.
초 미립 도전 섬유소 RFID 태그의 제작에 사용 된 RFID 태그 칩(Gen2 Higgs Strap, 200)의 임피던스는 920MHz에서 약 11.7-j132이며, 시뮬레이션 결과 태그 안테나(105, 106, 107)의 임피던스는 920MHz에서 약 12.2+j131.5이다. 도 5a의 그래프에서 주파수 920MHz 지점의 값이 약 -31dB인 것을 확인할 수 있다. 즉, 제2 실시예에 비해 약 -28.75dB 효율이 향상 되었다. 참고적으로 반사계수(S11 in dB)는 약 -30.8이다.
도 6은 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 주파수 대역별 임피던스 수치를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 다양한 형태들의 주파수 대역 별 임피던스 수치를 나타내는 그래프이다.
제2 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나, 즉 병렬 Two Lines일 때에는 920MHz 대역에서 태그 안테나 임피던스가 약 90.45+j122.34이며,
제3 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나, 즉 T-Matching 방식을 사용하였을 때에는 920MHz 대역에서 태그 안테나 임피던스가 약 12.2+j131.6이다.
이는 OneLine 형태(제1 실시예)로 제작한 안테나보다 병렬 형태, T-Matching 방식을 사용함으로써 더 좋은 효율이 나타난다는 것을 증명한다.
도 7은 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 실사도이다.
도 7을 참조하면, 도전사(導電絲)를 전도성 접착부재인 실버 페이스트(Silver Paste)를 사용해 두께 0.15mm의 RFID 태그 칩(Gen2 Higgs Strap, 200)을 접착한 후 종이재질의 A4용지 위에 올려두었다. 여기에서 도전사(導電絲)의 길이는 좌/우 각 83mm이며, 0.01mm의 지름을 가진다.
즉, 도전사(導電絲)를 실버 페이스트(Silver Paste)를 사용해 두께 0.15mm의 RFID 태그 칩(Gen2 Higgs Chip, 200)에 접착한 후 종이재질의 A4용지 위에 올려둔다.
참고적으로, RFID 태그 칩(200)은 RF 송수신 회로, 제어로직 및 메모리가 내장되어 있으며 RFID 안테나 패턴과 접촉시키기 위한 칩 스트랩이 구비되어 있다. 칩 스트랩과 RFID 안테나 패턴은 전도성 접착부재를 통해 부착될 수도 있고, 도전사(導電絲)가 칩 스트랩에 박음질되어 부착될 수도 있으며, 별도의 접착층을 이용하여 부착될 수도 있을 것이다.
도 8 내지 도 8b는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 방향별 인식거리를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나를 Theta(θ) 방향으로 30도, Phi(φ) 방향으로 30도씩 돌려가며 측정하였다. - 좌측 도면을 전면이라고 가정함, 구면 좌표계임 -
도 8a를 참조하여, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 인식거리를 살펴보면,
모든 형태의 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는 0도에 해당하는 정면인 상태일 때 최대 인식 거리를 가진다. 최대 인식거리는 79cm이며, 최소 인식거리는 59cm이며 이때는 90도에 해당한다.
이론적 최대 인식거리는
Figure 112017071009908-pat00002
의 식을 이용하여 구할 수 있다.
도 8b를 참조하여, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나의 인식거리를 살펴보면,
모든 형태의 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는 0도에 해당하는 정면인 상태일 때 최대 인식 거리를 가진다. T-Matching 방식(제3 실시예)에서 최대 인식거리는 79cm이며, 최소 인식거리는 7cm이며 이때는 270도에 해당한다.
참고적으로, 본 발명의 또 다른 실시예로써,
초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는
도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 상기 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성되는 RFID 안테나 패턴; 및 상기 RFID 안테나 패턴의 도전사(導電絲) 사이에 배치되는 RFID 태그 칩;를 포함하고,
상기 RFID 안테나 패턴은, 세 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 각각 일정간격을 두고 외측에 배치되는 좌측 안테나 패턴; 및 상기 좌측 안테나 패턴과 소정의 간격을 두고 배치되며, 세 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 각각 일정간격을 두고 외측에 배치되는 우측 안테나 패턴;을 포함하여 구성될 수 있을 것이다.
이때, RFID 안테나 패턴은, 각각 72mm 길이를 갖는 세 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 각각 5mm 간격을 두고 외측에 배치되는 상기 좌측 안테나 패턴; 상기 좌측 안테나 패턴과 2mm 간격을 두고 배치되며, 각각 72mm 길이를 갖는 세 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 각각 5mm 간격을 두고 외측에 배치되는 상기 우측 안테나 패턴; 및 상기 좌측 안테나 패턴과 상기 우측 안테나 패턴의 내측 간격 사이에 배치되는 상기 RFID 태그 칩;을 포함하여 구성될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, 기모 가공 처리로 인해 다양한 형태의 물건에 쉽게 삽입하거나 부착될 수 있다.
또한, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는, 기모 가공 처리로 인해 태그가 공중으로 날라 다니면서 다양한 형태에 물건에 부착될 수 있다.
도전성 기모 섬유소 UHF 태그는 두께가 머리카락의 1/10인 0.01mm이고 기모 처리로 인해 공기와 닿는 면적이 많아져서 공기 중에 잘 날라 다닐 수 있는 스마트 먼지태그(smart dust tag)로 사용 가능하다. 도전 섬유소 RFID 태그는 얇은 종이 뿐만 아니라 상품권, 종이 화폐, 가죽, 비닐, 기밀 문서, 고가의 의류 등에 외관으로 표시나지 않게 삽입가능하다.
즉, 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나를 기모 처리하면 화이버가 더욱 가벼워지므로 바람에 날려 다닐 수 있는 먼지 태그화가 가능하다. 먼지 태그(dust tag)는 전쟁 중 적군에게 태그를 바람이 부는 방향으로 날려서 옷이나 몸에 부착되도록 하여 적군의 접근을 감지할 수 있다.
또한, 상태관찰시 태그를 동물의 털에 부착시켜 활동범위 등을 추적할 수도 있다.
또한, 태그는 바람에 의해 공중으로 날아다닐 수 있으므로, 풍향 및 풍속 등과 같은 기상관측의 수단으로 사용할 수도 있다.
본원발명은 도전사(導電絲)의 가늘고 유연한 특성을 이용해 다양한 물건에 RFID 태그 부착 및 삽입이 가능하므로, 많은 분야에서 RFID 기술을 사용하게 되어 물류관리나 정보수집이 편리해질 수 있다. 또한, 유니폼이나 교복에 태그를 삽입하여 위치 추적이나 출입관리 시스템에도 사용가능 할 것이다. 또한, 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는 중요 문서, 화폐를 태그화 시켜서 정보 보안과 위조방지의 기능도 할 것이다.
초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나는 얇은 종이뿐만 아니라 상품권, 종이 화폐, 가죽, 비닐 속에 삽입하여서도 충분히 활용 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 태그 칩의 두께는 0.15mm이다. 일반적으로 나오는 가죽의 두께는 이보다 더 두껍다. 따라서 가죽 속에 이를 삽입해 응용 및 활용하면 물건의 수량이나 정보를 확인 및 관리할 수 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 : RFID 안테나 패턴
200 : RFID 태그 칩
300 : 털

Claims (4)

  1. 0.01mm 이하의 지름을 갖는 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 상기 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성되는 RFID 안테나 패턴; 및
    상기 RFID 안테나 패턴의 도전사(導電絲) 사이에 배치되는 RFID 태그 칩;을 포함하고,
    상기 RFID 안테나 패턴은,
    두 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 일정간격을 두고 외측에 배치되되, 두 라인의 도전사의 간격은 외측으로 갈수록 넓어지는 좌측 안테나 패턴; 및
    상기 좌측 안테나 패턴과 소정의 간격을 두고 배치되며, 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단은 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 일정간격을 두고 외측에 배치되는 우측 안테나 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 하는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RFID 안테나 패턴은,
    각각 72mm 길이를 갖는 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단이 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 25mm 간격을 두고 외측에 배치되는 상기 좌측 안테나 패턴;
    상기 좌측 안테나 패턴과 2mm 간격을 두고 배치되며, 각각 72mm 길이를 갖는 두 라인의 도전사(導電絲)의 일단은 서로 부착되어 내측에 배치되고 타단은 25mm 간격을 두고 외측에 배치되는 상기 우측 안테나 패턴; 및
    상기 좌측 안테나 패턴과 상기 우측 안테나 패턴의 내측 간격 사이에 배치되는 상기 RFID 태그 칩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나.
  3. 0.01mm 이하의 지름을 갖는 도전사(導電絲)의 표면으로 섬유 일부가 돌출되어 털을 형성함에 있어서, 상기 털이 규칙적인 배열 또는 소정의 무늬로 표출되도록 형성되는 RFID 안테나 패턴; 및
    상기 RFID 안테나 패턴의 도전사(導電絲) 사이에 배치되는 RFID 태그 칩;을 포함하고,
    상기 RFID 안테나 패턴은,
    한 라인의 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 좌측 안테나 패턴;
    상기 좌측 안테나 패턴과 소정의 간격을 두고 배치되며, 한 라인의 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 우측 안테나 패턴; 및
    반원형태의 도전사(導電絲)의 일단은 상기 좌측 안테나 패턴의 도전사에 부착되고, 타단은 상기 우측 안테나 패턴의 도전사에 부착되어 T-매칭 다이폴 안테나를 형성하는 루프 안테나 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 RFID 안테나 패턴은,
    98mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 상기 좌측 안테나 패턴;
    상기 좌측 안테나 패턴과 2mm 간격을 두고 배치되며, 98mm 길이를 갖는 도전사(導電絲)가 수평방향으로 배치되는 상기 우측 안테나 패턴;
    반지름이 6mm 인 반원형태의 도전사(導電絲)의 일단은 상기 좌측 안테나 패턴의 도전사에 부착되고, 타단은 상기 우측 안테나 패턴의 도전사에 부착되어 T-매칭 다이폴 안테나를 형성하는 상기 루프 안테나 패턴; 및
    상기 좌측 안테나 패턴과 상기 우측 안테나 패턴의 내측 간격 사이에 배치되는 상기 RFID 태그 칩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초미립 도전 섬유소 알에프아이디 태그 안테나.
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