KR102462208B1 - Ｒｆｉｄ용 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 안테나 장치는, 하나의 입력 신호를 다수의 신호로 분배하여 출력하고, 인쇄 회로 기판에 패턴으로 형성된 디바이더; 및 상기 디바이더의 각기 다른 출력단 각각과 적어도 일단이 연결되는 N개의 방사체;를 포함하되, 상기 N개의 방사체 각각은, 상기 디바이더의 출력단과 연결되어 일정 길이만큼 연장된 급전 단자; 및 상기 급전 단자와 연결되어 연장되며, 상기 인쇄 회로 기판과 접촉하지 않고 상기 인쇄 회로 기판의 상부의 공간에 위치한 패턴 부분;을 포함하되, 상기 N개의 방사체 각각의 패턴 부분은, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 수평을 이루는 방향; 및 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 방향;으로 각각, 1회 이상 절곡된 것을 특징으로 한다.

Description

ＲＦＩＤ용 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS FOR RFID}
본 발명은 RFID용 안테나 장치에 관한 것이다.
코로나 19의 확산으로 인한 비대면에 따른 자동화 시스템 및 물류 관리 시스템에 대한 요구가 점점 증가하고 있다. RFID의 기술을 이용하여, 자동화 시스템 및 물류 관리 시스템 등의 제품에 대한 정보 인식율의 정확도를 높이고, 많은 물량의 제품을 빠르고 정확하게 인식하고자 할 경우, 향상된 안테나의 성능은 필수적이다.
RFID용 안테나 장치를 제작 시, 디바이더를 이용해 선형 편파를 만들어내는 다수의 방사체 안테나에 각각 90도씩 위상 차이를 갖는 신호를 인가하는 것에 의해 원형 편파로 만들어 사용한다. 그런데, 다수의 방사체 안테나의 지향성 및 방상 성능 향상을 위해서는, 국내공개특허 제10-2008-0027052호(쿼드리필러 나선형 안테나 구조)의 도 6 등에 개시된 바와 같이, 각각의 방사체가 겹치지 않으면서도, 나선 형상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
그런데, 국내공개특허 제10-2008-0027052호에서는, 방사 소자(13, 15)가 겹치지 않으면서도 나선 형상을 이루도록 기둥(10)에 의해 지지되는 구조인데, 이러한 형상의 경우, 상용화에 있어서 어려움이 예상된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 수직 또는 사선 방향의 절곡과 수평 방향의 절곡을 이용하여 다수의 방사체 안테나가 서로 겹치지 않으면서도, 나선 형상을 이루도록 하여 지향성이 향상된 RFID용 안테나 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 안테나 장치는, 하나의 입력 신호를 다수의 신호로 분배하여 출력하고, 인쇄 회로 기판에 패턴으로 형성된 디바이더; 및 상기 디바이더의 각기 다른 출력단 각각과 적어도 일단이 연결되는 N개의 방사체;를 포함하되, 상기 N개의 방사체 각각은, 상기 디바이더의 출력단과 연결되어 일정 길이만큼 연장된 급전 단자; 및 상기 급전 단자와 연결되어 연장되며, 상기 인쇄 회로 기판과 접촉하지 않고 상기 인쇄 회로 기판의 상부의 공간에 위치한 패턴 부분;을 포함하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 N은, 3 또는 4인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 N개의 방사체 각각의 패턴 부분은, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 수평을 이루는 방향; 및 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 방향;으로 각각, 1회 이상 절곡된 것이 바람직하다.
아울러, 상기 N개의 방사체 각각의 패턴 부분은, 상기 급전 단자와 연결되어 연장되며, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 평행을 이루는 제 1 수평 패턴; 상기 제 1 수평 패턴과 연결되고, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 제 1 비수평 패턴; 및 상기 제 1 비수평 패턴과 연결되고, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 평행을 이루되, 1회 이상 수평 방향으로 절곡된 제 2 수평 패턴;을 포함한다.
바람직하게는, 상기 안테나 장치의 평면도 상에서, 상기 제 2 수평 패턴은, 한글 자음 'ㄷ'자 형상이되, 'ㄷ'자 형상의 내부 공간이 다른 하나의 방사체의 제 1 수평 패턴을 둘러싸고 있는 형상인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제 1 수평 패턴의 폭은, 상기 제 2 수평 패턴의 폭보다 넓은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 수평 패턴은, 홀을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 안테나 장치는, 상기 제 1 수평 패턴에 구비된 홀을 이용하여 일단이 상기 제 1 수평 패턴에 결합하고, 상기 인쇄 회로 기판에 구비된 홀을 이용하여 타단이 상기 인쇄 회로 기판에 결합하는 써포터;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 평면도 상에서, 본 발명의 안테나 장치는, 상기 N개의 방사체에 의해 둘러싸인 내부 공간에, 상기 인쇄 회로 기판으로부터 일정 높이를 두고 구비된 중앙 금속판;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 RFID용 안테나 장치에 따르면, 수직 또는 사선 방향의 절곡과 수평 방향의 절곡을 이용하여 다수의 방사체 안테나가 서로 겹치지 않으면서도, 나선 형상을 이루도록 하여 지향성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치의 평면도.
도 5는 본 발명의 디바이더의 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사체의 사시도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사체의 평면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 RFID용 안테나 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 하기의 실시예들은 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1 및 도 2는 각각, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치(100)의 사시도 및 평면도를 나타낸다. 또한, 도 3 및 도 4는 각각, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치(200)의 사시도 및 평면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 디바이더(110, 210)의 구성도를 나타낸다. 아울러, 도 6 및 도 7은 각각, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사체(120, 220)의 사시도 및 평면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 7에 의해 본 발명의 RFID용 안테나 장치(100, 200)에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 RFID용 안테나 장치(100, 200)는, 디바이더(110, 210) 및 N개의 방사체(120, 220)를 포함하여 구성된다. 디바이더(110, 210)는, 입력단으로부터 하나의 신호를 입력받아 다수의 신호로 분배하여 출력하되, 인쇄 회로 기판(PCB)에 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 디바이더(110, 220)의 입력단의 후단에는, 파이형 임피던스 보상 회로(C1)를 포함하여, 디바이더(110, 210) 성능을 향상시킨다.
참고로, 도 1 내지 도 4에서 인쇄 회로 기판(PCB)에 형성된 디바이터의 패턴은 생략 도시되었다.
아울러, 디바이더(110, 210)는, 입력단으로부터 입력된 하나의 신호를 2개의 신호로 분배하는 윌킨스 분배기(D1) 및 2개의 파워 분배기(D2)를 포함하여 구성된다. 2개의 파워 분배기(D2)의 입력단으로부터 4개의 출력단까지 도달하는 4개의 선로는 각각, 디바이더(110, 220)의 입력 신호의 파장(λ)의 1/4씩 차이가 나도록 설계된다.
따라서, 4개의 선로의 4개의 출력단으로부터는 각각, 90도씩 위상 차이를 갖는 선형 편파가 출력된다. 다만, 디바이더(110, 210)의 입력 신호의 파장(λ)의 1/3씩 차이가 나도록 설계하여, 4개가 아닌 3개의 출력단을 구성할 수도 있음은 물론이다.
N개의 방사체(120, 220) 각각은, 디바이더(110, 210)의 각기 다른 출력단 각각과 적어도 일단이 연결되는, 금속 재질로 스트립 형상인 것을 특징으로 한다. 아울러, N개의 방사체(120, 220) 각각은 프레스로 가공되어 제작될 수 있다.
구체적으로, N개의 방사체(120, 220) 각각은, 디바이더(110, 210)의 출력단과 접촉 결합하여 연결되며, 수직 방향 또는 사선 방향으로 일정 길이만큼 연장된 급전 단자(T); 및 급전 단자(T)와 연결되어 연장되며, 인쇄 회로 기판(PCB)과 접촉하지 않고 인쇄 회로 기판(PCB)의 상부의 공간에 위치한 패턴 부분(P);을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, N은, 3 또는 4인 것을 특징으로 한다. 즉, 급전 단자(T)는, 디바이더(110, 210)의 출력단으로부터 상향하며, 연장된다.
즉, 선형 편파를 만들어내는 N개의 방사체(120, 220) 안테나에 각각 동일한 위상 차이를 갖는 신호를 인가하는 것에 의해, N개의 방사체(120, 220) 안테나가 동시에 동작함에 따라 결국 원형 편파가 만들어지게 된다.
아울러, 급전 단자(T)와 연결된 디바이더(110, 210)의 출력단은 디바이더(110, 210)의 그라운드단(GND)과 연결될 수 있다. 또는, 디바이더(110, 210)의 출력단은 디바이더(110, 210)의 그라운드단(GND)과 분리될 수 있다. 이 경우, N개의 방사체(120, 220) 각각은, 패턴 부분(P)의 일부 구간과 디바이더(110, 210)의 그라운드단(GND)을 연결될 수도 있다. 그라운드단(GND)의 연결 부분을 조정하는 것에 의해, N개의 방사체(120, 220) 각각의 어떠한 개체와의 연결도 되지 않은 말단과 디바이더(110, 210)의 그라운드단(GND)과의 연결 부분 사이의 길이에 의해 결정되는 안테나의 물리적 길이 및 임피던스가 조정 가능하다.
N개의 방사체(120, 220) 각각의 패턴 부분(P)은, 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 수평을 이루는 방향; 및 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 방향;으로 각각, 1회 이상 절곡된 것을 특징으로 한다. 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 사선을 이룬다는 것은, 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 예각 또는 둔각을 이룬다는 것을 의미하며, 이에 따라 해당 패턴 부분(P)은 결국 상향하게 된다. 즉, N개의 방사체(120, 220) 각각의 패턴 부분(P)의 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 수평을 이루는 방향의 절곡의 전과 후에는 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 N개의 방사체(120, 220) 사이의 거리 변화는 발생하지 않는다. 그러나, N개의 방사체(120, 220) 각각의 패턴 부분(P)의 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 방향의 절곡의 전과 후에는 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 N개의 방사체(120, 220) 사이의 거리가 발생하는 데, 절곡 전보다 절곡 후가 거리가 멀어지게 된다. 참고로, 본 발명의 모든 도면에서는, 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 방향의 절곡과 관련하여, 수직을 이루는 방향의 절곡만이 도시되어 있다.
구체적으로, N개의 방사체(120, 220) 각각의 패턴 부분(P)은, 급전 단자(T)와 연결되어 연장되며, 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 평행을 이루는 제 1 수평 패턴(PH1); 제 1 수평 패턴(PH1)과 연결되어 연장되고, 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 제 1 비수평 패턴(PV1); 및 제 1 비수평 패턴(PV1)과 연결되어 연장되고, 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 평행을 이루되, 1회 이상 수평 방향으로 절곡된 제 2 수평 패턴(PH2);을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 안테나 장치(100, 200)의 평면도 상에서, 제 2 수평 패턴(PH2)은, 한글 자음 'ㄷ'자 형상이되, 'ㄷ'자 형상의 내부 공간이 다른 하나의 방사체(120, 220)의 제 1 수평 패턴(PH1)을 둘러싸고 있는 형상인 것을 특징으로 한다.
아울러, 제 1 수평 패턴(PH1)은, 홀(H1)을 구비하는 것이 바람직하다. 써포터(130, 230)는, 제 1 수평 패턴(PH1)에 구비된 홀(H1)을 이용하여 일단이 제 1 수평 패턴(PH1)에 결합하고, 인쇄 회로 기판(PCB)에 구비된 홀을 이용하여 타단이 인쇄 회로 기판(PCB)에 결합하는 것에 의해, 안정되게 방사체(120)를 지지하는 역할을 한다.
이 써포터(130, 230)와의 결합을 위한 홀(H1)의 형성을 위해, 제 1 수평 패턴(PH1)의 폭은, 제 2 수평 패턴(PH2)의 폭보다 넓은 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 RFID용 안테나 장치(200)는, 중앙 금속판(240)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
중앙 금속판(240)은, 인쇄 회로 기판(PCB)의 중심 부분으로부터 일정 높이를 두고 구비되어, N개의 방사체(220)의 지향성을 더욱 향상 시킬 수 있다. 즉, 중앙 금속판(240)은, 본 발명의 안테나 장치(200)의 평면도 상에서, N개의 방사체(220)에 의해 둘러싸인 내부 공간에 구비되는 것이 바람직하다. 구체적으로 중앙 금속판(240)은, 급전되지 않은 전도성 기생 물질(Parastic Element)로서, 방사의 지향성을 높이는 구조로 방사 빔을 더 모아주는 역할을 한다.
본 발명의 안테나 장치(100, 200)의 특징으로 정리하자면, N개의 방사체(120, 220) 각각의 패턴 부분이 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판면과 평행을 이루고, 단차가 있는 다수의 수평 패턴을 구비하는 것에 있다. 아울러, 본 발명의 안테나 장치(100, 200)의 평면도 상에서, 다수의 수평 패턴 중 하나는, 한글 자음 'ㄷ'자 형상이되, 'ㄷ'자 형상의 내부 공간이 다른 하나의 방사체(120, 220)의 패턴 부분의 일부를 둘러싸고 있는 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 안테나 장치(100, 200)는, 이러한 수평 및 수직 또는 사선 방향의 절곡과, 하나의 방사체(120, 220)의 패턴 부분의 일부분이 다른 방사체(120, 220)의 패턴 부분의 일부분을 감싸도록 하여, 나선 형상을 구성하도록 방사체(120, 220)를 설계한 것에 그 특징이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 RFID용 안테나 장치(100, 200)에 따르면, 수직또는 사선 방향의 절곡과 수평 방향의 절곡을 이용하여 다수의 방사체(120, 220) 안테나가 서로 겹치지 않으면서도, 나선 형상을 이루도록 하여 지향성을 향상할 수 있음을 알 수 있다.
100, 200 : 안테나 장치
110, 210 : 디바이더 120, 220 : 방사체
130, 230 : 써포터 240 : 중앙 금속판
T : 급전 단자 P : 패턴 부분
PH1 : 제 1 수평 패턴 PV1 : 제 1 비수평 패턴
PH2 : 제 2 수평 패턴 H1 : 방사체 홀
C1 : 보상 회로 D1 : 윌킨스 분배기
D2 : 파워 분배기

Claims (10)

  1. 안테나 장치에 있어서,
    하나의 입력 신호를 다수의 신호로 분배하여 출력하고, 인쇄 회로 기판에 패턴으로 형성된 디바이더; 및
    상기 디바이더의 각기 다른 출력단 각각과 적어도 일단이 연결되는 N개의 방사체;를 포함하되,
    상기 N개의 방사체 각각은,
    상기 디바이더의 출력단과 연결되어 일정 길이만큼 연장된 급전 단자; 및
    상기 급전 단자와 연결되어 연장되며, 상기 인쇄 회로 기판과 접촉하지 않고 상기 인쇄 회로 기판의 상부의 공간에 위치한 패턴 부분;을 포함하고,
    상기 N은, 3 또는 4이고,
    상기 N개의 방사체 각각의 패턴 부분은,
    상기 급전 단자와 연결되어 연장되며, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 평행을 이루는 제 1 수평 패턴; 상기 제 1 수평 패턴과 연결되고, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 수직 또는 사선을 이루는 제 1 비수평 패턴; 및 상기 제 1 비수평 패턴과 연결되고, 상기 인쇄 회로 기판의 기판면과 평행을 이루되, 1회 이상 수평 방향으로 절곡된 제 2 수평 패턴;를 포함하고,
    상기 안테나 장치의 평면도 상에서, 상기 제 2 수평 패턴은,
    한글 자음 'ㄷ'자 형상이되, 'ㄷ'자 형상의 내부 공간이 다른 하나의 방사체의 제 1 수평 패턴을 둘러싸고 있는 형상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 수평 패턴의 폭은,
    상기 제 2 수평 패턴의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 수평 패턴은, 홀을 구비하고,
    상기 안테나 장치는,
    상기 제 1 수평 패턴에 구비된 홀을 이용하여 일단이 상기 제 1 수평 패턴에 결합하고, 상기 인쇄 회로 기판에 구비된 홀을 이용하여 타단이 상기 인쇄 회로 기판에 결합하는 써포터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 장치의 평면도 상에서, 상기 안테나 장치는,
    상기 N개의 방사체에 의해 둘러싸인 내부 공간에, 상기 인쇄 회로 기판으로부터 일정 높이를 두고 구비된 중앙 금속판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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