KR19990064509A - 전자감응식 상품도난 방지용 원나선형 알에프 태그 - Google Patents

Abstract

본 고안은 상점이나 유통센터에서 상품도난을 방지하기 위해 상품에 사용되는 전자감응식 상품도난 방지용 시스템의 원 나선형 RF(Radio Frequency) 태그를 제공하는 데 목적이 있다.

이를 위하여 본 발명은, 전자감응식 상품도난 방지용 시스템에 사용되는 RF 태그의 새로운 구조를 제안하고 등가회로화하였다. RF 태그는 인덕터와 커패시터로 구성된 LC직렬공진 회로이며 공진 주파수는 8.2MHz이다. RF 태그의 재질은 비유전율이 2.3∼3.0인 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리메릭(polymeric) 필름 등의 유전체와 알루미늄, 구리, 니켈, 은 등의 도체를 사용한다. 본 발명에서는 생산방식을 식각방식과 인쇄방식으로 두 가지가 가능하게 하였다. 도체를 원 나선형 구조로 함으로써 기존의 RF 태그에 사용되는 사각 나선형 인덕터의 Q(quality factor)값 보다 10% 향상되어, 결과적으로 전자감응식 상품도난 방지용 시스템의 RF 태그 감지능력이 향상되었다. 도체부분을 한 면에 동시에 제작하기 때문에 해석이 간단하고 도체와 유전체의 재질이 바뀌어도 조건에 따라 설계하기가 용이해 소형 RF 태그의 제작이 가능하다. 또한 단일 인덕터와 커패시터를 사용하여 소거기능을 강화하였으며 여러 가지 커플링에 대한 고려사항을 줄일 수 있으므로 설계과정을 단순화할 수 있고 제작 후 오차도 줄어들게 된다.

Description

전자감응식 상품도난 방지용 원 나선형 알에프 태그{Circular Spiral RF Tag for Electronic Article Surveillance}

본 발명은 전자감응식 상품도난 방지용 RF(Radio Frequency) 태그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RF 태그의 인덕터의 Q(quality factor)값을 향상시키고, 도체부분을 한 면에 만들어 그 사이에 유전체를 넣은 후 이를 반으로 접어서 RF 태그를 제작하여 완전한 전자감응식 상품도난 방지용 시스템을 실현 할 수 있도록 한 전자감응식 상품도난 방지용 시스템용 원 나선형 RF 태그에 관한 것이다.

전자감응식 상품도난 방지용 시스템을 RF 태그, 송신기, 수신기로 구성되며, 제 1도 전자감응식 상품도난 방지용 시스템의 송/수신 안테나 사이의 보안지역은 1.5m이내, 송신기의 중심주파수는 8.2MHz이며, RF 태그의 대량 생산 시 발생되는 오차와 비유전율이 다론 다양한 상품 위에 붙였을 때 LC직렬공진 회로에서 공진 주파수 변화가 발생하기 때문에, 보통 7.4 - 9.0MHz의 주파수 스위핑을 필요로 한다. 전자감응식 상품도난 방지용 시스템은 공진 주파수 검출을 위해서 RF 태그에 스위핑 주파수를 방사하고 전자적으로 RF 태그 공진 특성을 검출하여 경보기를 동작시킨다. 전자감응식 상품도난 방지용 시스템에 사용되는 RF 태그는 도난의 유, 무만을 나타내는 1 비트 데이터 캐리어로 작용한다. 따라서 RF 태그는 상품의 외형을 그대로 유지하고 상품 구매자들에게 전자감응식 상품도난 방지용 시스템으로 인한 불편을 최소화하면서 다양한 상품에 적용하기 위해서 고품질과 소형의 조건을 갖추어야 한다.

그런데, 전자감응식 상품도난 방지용 시스템의 특징중 하나인 소거기능을 갖는 종래의 RF 태그는 두 면의 도체 사이에 유전체를 넣어 이것에 물리적인 힘을 가하여 커패시터를 하나로 만들기 때문에 설계하기와 설계대로의 제작이 어렵고, 식각방식을 사용하면 패턴외적인 부분은 버리는 것이 되어 재료의 가격 면에서 낭비가 된다. 또한, 소거된 RF 태그가 일정 시간경과 후 전자감응식 상품도난 방지용 시스템에 반응하는 것이 단점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 식각방식으로 버려지는 패턴의 낭비를 없애기 위해 도체 제조방법으로 인쇄방식을 도입하였다. 도체부분을 한 면에 제작하고, 이 사이에 유전체를 두고 이 도체를 반으로 접어서 RF 태그를 제작하면, 소거된 RF 태그의 오 동작을 줄일 수 있다. 또한, 외부에 커패시터를 두지 않고 인덕터를 둠으로써 Q값을 향상시켜 면적활용을 극대화하였다. 도체의 구조를 제 5도의 20에 하나의 커패시터를 사용하는 원 나선형구조로 LC직렬공진회로를 제작하여 RF 태그의 성능을 향상시켜 완전한 전자감응식 상품도난 방지용 시스템을 실현할 수 있는 전자감응식 상품도난방지용 원 나선형 RF 태그를 제공하는 데 있다.

제 1도는 전자감응식 상품도난 방지용 시스템의 구성

1: 송신기

2: 송신 안테나

3: 수신기

4: 수신 안테나

5: RF 태그

6: 보안 지역

제 2도는 종래의 RF 태그 전개도

7: 도체

8: 유전체

제 3도는 원 나선형 RF 태그 전개도

9: 도체

10: 유전체

11: 원 나선형 인덕터

12: 커패시터

A: 원 나선형 RF 태그 수직 단면

B: 원 나선형 RF 태그 수평 단면

제 4도는 유전체를 사이에 두고 접었을 때의 원 나선형 RF 태그의 수직 단면도.

13: 도체

14: 유전체

15: 원 나선형 인덕터

16: 커패시터

제 5도는 유전체를 사이에 두고 접었을 때의 원 나선형 RF 태그의 수평 단면도.

17: 도체

18: 유전체

19: 원 나선형 인덕터

20: 커패시터

제 6도는 원 나선형 RF 태그의 등가회로도

21: 인덕터

22: 저항

23: 커패시터

제 7 도 평면판 커패시터

24: 도체

25: 유전체

26: 도체

27: 도체사이의 간격

28: 폭 (W)

29: 길이 (I)

제 8도 소거기능이 있는 RF 태그의 커패시터 단면도

30: 단면의 시작

31: 단면의 끝

제 9도 감은 회수에 따른 인덕터 구조의 Q값

제 10도 도체에 따른 Q값

제 11도 RF 태그의 설계 과정 순서도

제 12도 도체 변화에 따른 Q값

본 발명은 제 3도의 11과 같이 도체를 나선형으로 제작하여 유전체를 사이에 두고 이를 접으면, 제 3도의 12는 커패시터가 되고, 제 3도 11의 원 나선형 도체는 인덕터가 되고, 결과적으로 LC직렬공진 회로를 구성한다. 구조적으로 살펴보면 제 4도는 전자감응식 상품도난 방지용 RF 태그의 유전체를 사이에 두고 접었을 때의 수직 단면도이고, 제 5도는 수평 단면도이다. RF 태그를 제 5도와 같이 제작하면 LC직렬공진 회로를 간단히 해석할 수 있어 도체와 유전체 등의 조건이 바뀌어도 설계가 용이하고, 인덕터의 Q값이 중가되어 전자감응식 상품도난 방지용 시스템의 RF 태그 검출능력이 향상되도록 하고 있다. 제 3도의 12에 커패시턴스는 원형 모양이 앞, 뒤로 겹치면서 형성되며 뒷면의 평행하게 가로지르는 도체에 의해 생성되는 커패시턴스는 전체 커패시턴스인 80∼200pF의 2% 이내이므로 무시하고 제 7도와 같이 이상적인 평행판 커패시터라 가정하고 이상적인 평행판 커패시터는 식(1)과 같다. 제 3도 12에 원형의 평행판 커패시터가 하나이므로 소거기능이 있는 RF 태그 설계가 용이해 계산된 평행판 커패시터에 제 8도와 같이 윗면 도체에 V형태로 압력을 가하여 RF 태그가 소거기를 통과하면 두 도체가 단락 되어 커패시터의 역할을 제거한다.

ε=유전율, A=면적=IW, d=도체사이의 간격, ε_r=비유전율,

ε_o=공기중의 유전율=8.8548e-12 F/m

RF 태그의 사용 주파수대역이 7.4MHz ∼ 9.0MHz이므로 원 나선형 인덕터 구조의 저항은 인턱터 구조자체의 도체손실에 의한 저항만을 고려하였다. 유전체 손실에 의한 컨덕턴스는 tanδ(0.002)가 매우 작아 무시할 수 있다. 원 나선형 인덕터는 수치 해석적 방법인 유한요소법(Finite Element Method)으로 계산할 수 있으나 구조의 복잡성으로 인한 방대한 계산량이 필요해 짧은 시간 안에 복잡한 구조의 인덕터를 해석할 수 있는 PEEC(Partial Element Equivalent Circuit)방법을 이용하였다.

PEEC방법은 해석할 구조를 컴퓨터가 계산하기에 용이한 형태로 변환하고 특히 전류의 흐름이 있는 폐회로에서만 정의되는 인덕턴스를 폐회로가 아닌 실제로 구하고자하는 패키지 도선에 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다. 커패시턴스는 3차원 유한차분법을 사용하여 해석하였다.

RF 태그의 성능은 인덕터 구조의 Q값에 의해 좌우된다. 같은 크기의 RF 태그라 하여도 인덕턴스의 값을 증가시키고 저항값을 감소시키면 품질을 향상시킬 수 있다. 제 9도는 같은 크기의 RF 태그에 사용된 인덕터 구조에서 감은 회수에 따른 Q값을 비교한 그래프이다. 도체의 두께(T)는 0.05mm로 일정하게 유지하고 도체의 재질은 알루미늄을 사용하였다. 인덕터의 외부 원형의 길이(D)는 30mm로 고정시켰으며 도선사이의 거리와 도선의 폭만을 변화 시켜서 구한 Q값이다. 그래프에서 세 가지 경우 모두, 도체를 감은 회수가 많을수록 Q값이 증가하는 것이 아니라 어느 정도 감으면 일정한 값을 가지는 것을 알 수 있다.

RF 태그의 성능도 Q값에 비례하므로 같은 모습으로 나타난다. 제 10도는 인덕터구조의 외부 원의 길이를 30mm로 놓고 두께는 0.05mm로 고정시켜놓고 도체를 변화시킨 그림이며 제 12도는 도선을 W=0.5mm, S=0.3mm으로 11번 감았을 때 도전율이 서로 다른 도선을 사용하여 Q값을 비교하였다. 제 10도와 제 12도에서 알 수 있듯이 도전율이 높은 도체를 사용하였을 경우에도 성능이 향상된 RF 태그를 제작 할 수 있음을 알 수 있다.

3차원 유한차분법을 통한 평행판 커패시터의 해석 결과 RF 태그의 평행판 커패시터의 모양을 다양하게 변화시킨다고 하여도 그 해석이 가능하다. 위의 해석한 결과를 적용하여 외부 원의 길이(D)는 30mm, 도체의 두께(T)는 50㎛, 도체의 폭(W) 0.5mm, 도체 사이의 간격은 0.3mm, 도체의 재질은 알루미늄을 사용하여 소형의 RF 태그를 설계하였다. RF 태그의 공진 주파수는 식(2)로 정의된다.

공진 주파수 8.2MHz를 얻기 위해서는 해석으로 얻은 결과로 인덕터 구조의 Q값을 비교하여 가장 효율적일 경우를 인덕턴스로 고정시키고 공진 주파수 에 맞게 커패시턴스를 조절한다. 위 조건에서는 제 10도에서 보는 것과 같이 알루미늄을 12번 감았을 때 Q값의 증가가 정점에 도달했음을 알 수 있다. 이 때의 인덕턴스 값은 3.859μH이고 식(2)에 의해 커패시턴스(C)를 구하면 97.62pF의 값이 나온다. 비유전율이 3이며 두께가 9㎛인 유전체를 사용하면 평행판 커패시터 면적은 33.1㎟이다.

위의 과정을 통하여 주어진 공진 주파수에 맞게 최적화된 설계과정을 제 11도에 나타내었다.

본 발명의 전자감응식 상품도난 방지용 원 나선형 RF 태그는 제 3도의 10은 도체이며 제 3도의 11은 유전체이다. 도체부분을 한 면에 동시 제작할 수 있으므로 도체를 앞, 뒷면을 만들 때 생기는 오차뿐만 아니라 도체를 서로 연결하는 과정에서 발생하는 문제도 줄일 수 있다. 실제 해석도 간단하여 도체와 유전체의 재질이 바뀌어도 조건에 따라 설계가 용이해 소형 RF 태그의 생산도 가능하며, 인덕터의 Q값을 증가시키고 LC직렬공진 회로의 성능을 향상시켜 전자감응식 상품도난 방지용 시스템이 기존의 전자감응식 상품도난 방지용 RF 태그보다 더 효과적으로 상품도난을 방지할 수 있다. 상품구매자들에게 전자감응식 상품도난 방지용 시스템으로 인한 불편을 최소화하면서 다양한 상품에 적용하기 위해서 고품질과 소형의 조건을 갖출수 있다. 그리고 인덕터와 커패시터를 각각 하나로 설계하여 RF 태그 설계가 용이하고 모의 실험으로 설계과정을 최적화하였다. 그리고, 도체의 원 나선형 구조를 효율적으로 구현하고, 재료비를 줄이기 위한 생산방식은 인쇄방식이 효과적이다.

Claims (8)

1. 전자감응식 상품도난 방지용 원 나선형 RF 태그의 도체의 원 나선형 모양.
2. 제 1항에 있어서, 나선형 RF 태그의 도체부분을 한 면에 제조한 것.
3. 제 1항에 있어서, 선형 RF 태그에서 중앙의 커패시턴스 위치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 한 면에 제조한 도체부분을 접는 방법.
5. 청구항 5항 누락
6. 도체를 잉크식으로 하는 인쇄 설계 및 생산 방식
7. 최적 RF 태그의 최적 설계 과정.
8. 소거기능 강화를 위한 단일 커패시터의 사용과 위치, 소거기능의 V자형 임팩트 효과.