KR20070007343A - 보상 요소들을 갖는 ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

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KR20070007343A
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윌리엄 씨. 에그버트
토마스 허트틀
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

RFID 태그들은 보상 요소들을 포함한다. 보상 요소들은, 다른 태그들이 보상되어 있든지 보상되어 있지 않든지 간에, 다른 RFID 태그들에 가깝게 근접하는 경우에도 보상형 RFID 태그의 동작을 개선시킨다. 보상 요소들은 RFID 태그 안테나에 추가된 도전성 재료의 폐쇄 루프를 포함할 수 있다. 도전성 루프는, 다수의 RFID 태그가 가깝게 근접해 있는 경우 RFID 태그 성능을 보상하고, 태그들의 조립된 그룹의 주파수 응답을 실질적으로 RFID 시스템의 동작 주파수 근처로 중심을 유지한다.
RFID, 태그, 루프 안테나, 전자기 커플링, 보상

Description

보상 요소들을 갖는 ＲＦＩＤ 태그{RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION TAGS WITH COMPENSATING ELEMENTS}
본 발명은 문서 및 파일 관리를 위한 RFID(Radio-Frequency Identification) 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 RFID 시스템용 RFID 태그에 관한 것이다.
RFID 기술은, 운송, 제조, 및 폐기물 관리, 우편 추적, 항공 수화물 인식, 및 고속도로 요금 관리를 포함하여, 사실상 모든 산업에 널리 사용되어왔다. 통상적인 RFID 시스템은 RFID 태그들, 안테나를 갖는 RFID 판독기(reader), 및 컴퓨팅 장치를 포함한다. RFID 판독기는 태그들에 에너지 또는 정보를 제공할 수 있는 송신기, 및 태그들로부터 신원(identity) 및 다른 정보를 수신하는 수신기를 포함한다. 컴퓨팅 장치는 RFID 판독기에 의해 얻어진 정보를 처리한다.
일반적으로, 태그들로부터 수신된 정보는 특정 응용에 고유하나, 종종 제조품, 수송수단, 동물 또는 개인, 또는 사실상 임의의 다른 유형 물품일 수 있는, 태그가 부착된 물품에 대한 식별을 제공한다. 물품에 대한 추가 데이터가 제공될 수도 있다. 태그는 제조 공정 동안 사용될 수 있는데, 예를 들어 제조 동안 자동차 섀시의 페인트 색상 또는 다른 유용한 정보를 나타내는데 사용될 수 있다.
송신기는 안테나를 통해 RF 신호들을 출력하여 정보를 운반하는 RF 신호를 태그들이 반환할 수 있게 하는 전자기장을 생성한다. 소정의 구성들에서, 송신기는 통신을 개시하고, 증폭기를 사용하여 변조된 출력 신호로 안테나를 구동하여 RFID 태그와 통신한다. 다른 구성들에서, RFID 태그는 RFID 판독기로부터 지속파 신호를 수신하고 그 정보에 즉시 응답하여 통신을 개시한다.
종래의 태그는 내부 전원을 포함하는 "능동형(active)" 태그이거나, 필드(field)에 의해 에너지를 공급받는 "수동형(passive)" 태그일 수 있다. 어느 한 경우, RFID 태그들은, RFID 판독기가 하나 이상의 태그들로부터 정보를 수신할 수 있게 하는 미리 정의된 프로토콜을 사용하여 통신한다. 컴퓨팅 장치는 RFID 판독기로부터 정보를 수신하고, 데이터베이스를 갱신하거나 경고를 소리내는 것과 같은 소정의 조치들을 수행함으로써 정보 관리 시스템으로서 기능한다. 이외에도, 컴퓨팅 장치는 송신기를 통해 데이터를 태그들로 프로그래밍하는 메카니즘으로서 역할한다.
RFID 태그들은 보상 요소들을 포함한다. 보상 요소(30)의 기능은 보상형 RFID 태그가 다른 RFID 태그들의 그룹에 존재하는 경우 두드러진다. 보상 요소(30)는 보상형 RFID 태그(20)가 다른 RFID 태그들에 가까이 근접해 있는 경우에도 다른 RFID 태그들이 유사하게 보상되어 있는지, 상이하게 보상되어 있는지, 또는 보상되어 있지 않든지 간에 RFID 시스템에 의해 검출될 가능성을 증가시킨다.
보상 요소는 RFID 태그 안테나에 실질적으로 근접하게 배치된 도전성 재료의 폐쇄 루프를 포함할 수 있다. 사용시, 보상 요소는 RFID 태그 안테나와 전자기적으로 결합되어, RFID 안테나에 유도된 1차 전류가 보상 요소에서의 반대로 순환하는 기생 전류를 유도한다. 이러한 기생 전류는 보상형 RFID 태그와 그룹 내의 다른 RFID 태그들 간의 태그-대-태그(tag-to-tag) 결합을 감소시킨다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들에 대한 상세가 첨부된 도면 및 아래의 설명에 제공된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명확할 것이다.
도1은 본원에 설명된 기술들에 따라 RFID 태그들이 보상 요소들을 포함하는 RFID 시스템을 예시하는 블록도이다.
도2는 본원에 설명된 기술들에 따른 보상형 RFID 태그의 하나의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도3 내지 도10은 보상형 RFID 태그들의 추가의 예시적인 실시예들의 개략도들이다.
도11A 내지 도11C는 보상형 RFID 태그들의 추가의 예시적인 실시예들의 측면도들이다.
도12A 내지 도12C는 보상형 RFID 태그들의 추가의 예시적인 실시예들의 측면도들이다.
도13은 보상형 RFID 태그 내의 전류들의 방향을 일반적으로 예시하는 도면이다.
도14는 질의 필드(interrogating field)의 존재 시 5개 보상형 RFID 태그들의 예시적인 응답을 나타내는 그래프이다.
도15A는 보상 요소의 크기 대 직선의 보상형 RFID 태그의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.
도15B는 보상 요소의 크기 대 직선의 보상형 RFID 태그의 공진 주파수, 및 보상 요소의 크기 대 원형의 보상형 RFID 태그의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.
도16은 보상 요소의 각도 변위 대 보상형 RFID 태그의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.
도17은 보상형 RFID 태그 내의 다양한 단락된 코일 조합 대 공진 주파수 및 진폭을 나타내는 그래프이다.
도18은 도전성 기판 상의 보상 요소를 갖는 RFID 태그를 나타내는 도면이다.
도1은, RFID 태그들이 본원에 설명된 기술들에 따라 보상 요소들을 포함하는 예시적인 RFID 시스템(10)을 나타내는 블록도이다. 도1의 예시된 예에서, RFID 시스템(10)은 책들, 문서들, 파일들 또는 다른 물품들을 추적하는데 사용된다. RFID 시스템은 예를 들어 도서관들, 법률 사무소들, 정부 기관들 또는 비지니스, 범죄 및 의료 기록들과 같은 문서들 및 파일들을 생성하거나 및/또는 저장하는 다른 설비 내에 배치될 수 있다. 물품들이 그 물품들을 고유하게 식별하는 RFID 태그들을 포함한다. 이외에도, 각 RFID 태그는 물품을 설명하는 정보, 물품의 제거가 인가 되어 있는지 여부를 나타내는 상태 정보도 포함할 수 있다. RFID 태그들은 물품들 내에 내장되어 그 태그들은 실질적으로 지각할 수 없어 위조를 감소시키거나 방지한다.
도1에 예시된 바와 같이, RFID 시스템(10)은 보호 영역으로부터의 물품들에 대한 비인가된 제거를 검출하는 출입 제어 시스템(15)을 포함한다. 예를 들어, 보호 영역은 도서관일 수 있고 물품들은 책들 또는 도서관에서 출입시 일반적으로 체크되는 다른 물품들일 수 있다. 이 기술들은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다른 종류의 물품들에 적용될 수도 있다.
출입 제어 시스템(15)은 보호 영역의 출입구 근처에 위치하는 질의 구역(interrogation zone) 또는 통로를 정의하는 격자(19A, 19B)를 포함한다. 격자(19A, 19B)는, 태그가 부착된 물품의 제거가 인가되어 있는지 여부를 판정하기 위해 통로를 지나갈 때 RFID 태그들에 질의하는 안테나들을 포함한다. 출입 제어 시스템(15)은 적어도 하나의 RFID 판독기(도시 안됨)를 사용하여 안테나들을 구동할 수 있다. 태그를 검출하기 위해, RFID 판독기는 안테나들을 통해 RF 전력을 출력하여 질의 통로 내에 전자기장을 생성한다. 일반적으로, "전자기장(electromagnetic field)" 및 "자기장"이라는 용어는, 자기 성분이 RFID 태그들과 연결되는데 사용되기 때문에, 본원에서 상호교환가능하게 사용된다.
RFID 판독기는 질의 통로 내에 존재하는 임의의 태그들로부터 정보를 수신하고, 출입 제어 시스템(15)은 물품의 제거가 인가되어 있는지 여부를 판정한다. 물품의 제거가 인가되어 있지 않다면, 출입 제어 시스템(15)은 들을 수 있는 경고를 내거나, 출입 게이트를 잠그거나 또는 다른 조치와 같은 소정의 적절한 보안 조치를 개시한다.
또한, RFID 시스템(10)은 인가된 사람이 제거 또는 반환을 위해 물품들을 처리하는 체크-인/체크-아웃 영역(11)을 포함한다. 특히, 물품들에 고정된 RFID 태그들에 질의하고, 예를 들어 물품들의 체크-인 또는 물품들의 체크-아웃과 같이 그들의 상태를 원하는 대로 변경하는 RFID 판독기(18)를 체크-인/체크-아웃 영역(11)이 포함한다. 체크-인/체크-아웃 영역(11)은 예를 들어 파일 룸에서 파일 폴더들을 체크하거나 도서관에서 책들을 체크하는데 사용될 수 있다.
또한, 물품들은 다수의 저장 영역(12), 예를 들어 도1에 도시된 바와 같은, 개방형 선반(12A), 캐비넷(12B), 수직 파일 분리기(12C) 또는 다른 위치에 배치될 수 있다. 각 저장 영역(12)은 설비를 걸쳐 물품들의 추적을 가능케 하는 태그 질의 성능을 포함한다. 사무실 또는 의학적 환경 내의 파일 폴더들은 예를 들어 저장 영역들(12)을 통해 설비에 걸쳐 추적될 수 있다. 도서관 환경에서, 예를 들어, 책은 체크-인 된 후 선반(12A) 상에 있는 동안 추적될 수 있다.
RFID 질의 성능을 제공하기 위해, 저장 영역들(12) 내에 저장된 각 물품은 연관된 RFID 태그를 가진다. 태그는 물품 내에 내장되거나 물품 또는 물품의 패키징에 적용되어 태그는 적어도 실질적으로 지각할 수 없으며, 이는 검출 및 위조를 방지하는데 도움이 될 수 있다. RFID 태그는 최종 사용자 위치에 적용되거나 파일 폴더, 문서, 책 등의 경우와 같이 그 제조 동안 물품에 적용되거나 그 내부에 삽입될 수 있다.
전자기 스펙트럼의, 예를 들어 3 MHz보다 큰 고주파수(HF) 범위에서 동작하는 RFID 시스템들에 대한 개별적인 태그들은 통상적으로 유도성 루프 안테나들을 사용하며, 지름은 수 밀리미터(mm) 내지 수십 밀리미터의 범위의 크기를 가진다. 유도성 루프 안테나에 부착된 실리콘 다이는 신호 질의, 데이터 처리, 고유 식별 정보, 및 데이터 저장 및 검색을 포함할 수 있는 전자 기능들을 제공한다. RFID 시스템(10) 내, 예를 들어 출입구 제어 시스템(15), 체크-인/체크-아웃 스테이션(11), 및 저장 위치(12)에 위치한 RFID 판독기들 또는 질의기들은 안테나들을 사용하여 전자기 (무선) 질의 신호들에 의해 RFID 태그들과 통신한다. RFID 판독기들은 다시 무선 링크 또는 유선 케이블 접속을 통해 물품 관리 시스템(14)과 통신한다.
RFID 태그는 전기화학 배터리에 의해 전력이 공급될 수 있거나(소위 "능동형 태그") 또는 RFID 태그는 판독기로부터 방사되는 RF 필드로부터 전적으로 그 전력을 뽑을 수 있다(소위 "수동형 태그"). 후자의 경우, RFID 태그는 전력이 공급되지 않은 채로 남아있고 막연히 휴면 상태로 있을 수 있으며, 외부 전력 공급 또는 배터리의 유지에 대한 필요조건을 갖지 않는다. 다음의 설명이 주로 수동형(무배터리) RFID 태그들에 초점이 맞추어 질 것이나, 본 발명은 수동형 태그에 한정되지 않고 본원에 설명된 원리들 및 결과들은 유도성 루프 안테나들을 갖는 능동형 HF RFID 태그들에도 적용가능하다는 것을 이해할 것이다.
RFID 시스템(10)은 전자기 방사에 대한 정부 규정에 의해 정의된 전자기 스펙트럼의 대역에서 동작할 수 있다. 예를 들어, RFID 시스템(10)은 중심이 13.56 MHz이며, ±7 kHz의 허용가능한 주파수 변화를 갖는 ISM(Industrial-Scientific-Medical) 대역 내의 전세계 공통 표준에서 동작할 수 있다. 그러나, 다른 주파수들이 RFID 응용들에 대해 사용될 수 있고 본 발명이 그렇게 한정되지는 않는다. 예를 들어, 창고와 같은 큰 저장 영역들 내의 소정의 RFID 시스템들은 대략 900 MHz에서 동작하는 RFID 시스템을 사용할 수 있다. 본 기술분야의 당업자는, RFID 시스템(10)의 동작을 다른 주파수들, 예를 들어 HF 대역에서의 13.56 MHz 이외의 주파수들로 동작하는 유도성 루프 RFID 안테나, 및 다른 대역들, 예를 들어 125 kHz 내지 138 kHz에서의 저주파수(LF) 대역으로 합리적으로 확장할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
RFID 시스템(10) 내에 위치한 판독기들 및 질의기들의 안테나들은 통상적으로 근접 필드 자기 유도를 통해 RFID 태그들에 연결된다. 판독기에 의해 생성된 시변 RF 필드는, 예를 들어, RFID 태그 안테나의 도전성 루프 또는 루프들에 기전력("전압")을 유도하는 자기 유도에 의해 RFID 태그 상의 루프 안테나에 연결한다. 유도된 기전력은 RFID 태그 안테나를 통해 전류를 구동한다. RFID 태그 안테나에 의해 수신된 전력은 RFID 다이에 의해 다이의 내부 회로들을 동작시키는데 필요한 전압으로 변환된다. 판독기는 캐리어 주파수의 적절한 변조에 의해 RFID 다이와 통신한다. 다이는, RFID 태그 안테나에 제공하는 부하를 변조하여, RFID 태그 주위의 RF 필드의 변조된 후방 산란을 유도함으로써 판독기와 통신한다. 판독기의 수신기는 RFID 태그로부터 후방 산란된 신호를 검출한다. 판독기가 태그와 신뢰성있게 통신할 수 있는 거리인, "판독 범위"는 판독기 디자인, 방사 전력, RFID 다이 디자인, RFID 태그 안테나, 및 판독기-태그 안테나 방향의 함수이다.
최대 판독 범위를 얻기 위해, RFID 태그들은 RFID 시스템의 동작 주파수 근처에서 전기적으로 공진되도록 동조될 수 있다. 시스템 동작 주파수로의 동조는 최대 에너지가 RF 필드로부터 RFID 태그로 전달되는 것을 지원한다.
RFID 질의기들 또는 판독기들은 위치 정보를, 위치 정보의 집합을 위한 중앙 데이터 저장소를 제공하는 물품 관리 시스템(14)에 전달한다. 물품 관리 시스템(14)은 네트워크화되거나 다른 방식으로 하나 이상의 컴퓨터들에 연결되어, 다양한 위치들에서의 개인들이 이러한 물품들에 대한 데이터에 액세스할 수 있다.
위치 정보의 수집 및 집합은 여러가지 목적을 위해 유용하다. 예를 들어, 사용자는 파일 또는 책들의 그룹과 같은 특정 물품 또는 물품들의 그룹의 위치를 요청할 수 있다. 물품 관리 시스템(14)은 데이터 저장소로부터 위치 정보를 검색하고, 물품들이 저장 영역들 중 하나 내에 위치한 최종 위치를 사용자에게 보고할 수 있다. 선택적으로, 물품 관리 시스템(14)은 물품의 현재 위치를 다시 폴링하거나 또는 다른 방식으로 재요구하여 물품이 데이터베이스에 표시된 위치에 있다는 것을 검증한다.
상술한 바와 같이, 시스템(10)의 각 저장 영역(12)은, 물품들이 각 저장 영역에 위치되어 있는 것을 판정하는데 도움을 주기 위해 물품들에 질의하기 위한 하나 이상의 판독기 안테나들을 장착할 수 있다. 사용될 수 있는 하나의 예시적인 판독기 안테나는 2003년 3월 3일에 출원되어 함께 계류중이며 일반 양도된 미국 특허출원 번호 10/378,458에 기술되어 있으며, 그 전체 내용이 참조로 본원에 포함된 다. 하나 이상의 안테나들이 개방형 선반(12A) 내에 위치되어, 저장된 물품들과 연관된 RFID 태그들과 통신하기 위한 전자기장을 생성할 수 있다. 유사하게, 안테나들은 캐비넷(12B), 수직 파일 분리기(12C), 데스크톱 판독기(12D) 및 다른 위치에 배치될 수 있다. 안테나들은 각 선반의 상부 또는 저부 위, 선반들의 뒤쪽, 또는 수직으로 지지되거나 파일들 사이에서 산재되는 것과 같이 다양한 방식들로 배치될 수 있다. 안테나들은 기존 선반들에 대해 개량되거나 선반 내에 만들어져 단위로 구매될 수 있다. 시스템은 임의의 개수의 방식들로 RFID 태그들을 질의 또는 폴링하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들은 RFID 태그들을 연속적으로 폴링하거나, 사용자가 지정한 시퀀스로 태그들을 폴링하거나, 주문 시 태그들을 폴링할 수 있다.
종종, 선반 위의 파일 폴더들과 같이 RFID 태그들을 갖는 물품들의 그룹이 RFID 시스템(10)의 판독기 또는 질의기 근방에 가깝게 위치될 수 있다. RFID 시스템 동작 주파수 f0에서의 최적 기능으로 동조된 태그들을 포함하는 종래의 RFID 태그들은 서로 가까이 근접한 경우 상당한 간섭, 즉 태그-대-태그 커플링을 보이는 경향이 있다. 이러한 간섭으로 인해 그룹 내의 개별적인 RFID 태그들 중 일부 또는 그 전부를 "판독" 또는 식별할 수 없게 된다. 결과적으로, 종래의 RFID 태그들로 태그가 부착된 각 개별 물품의 위치에 대한 정확하거나 최신의 정보가 얻어질 수 없다.
대조적으로, RFID 시스템(10)은 보상 요소들(30)을 포함하는 "보상형 RFID 태그들"을 사용한다. 보상형 RFID 태그들은, 예를 들어 서로 가깝게 근접하는 RFID 태그들의 그룹을 판독하기를 원하는 경우 유용하다. 예를 들어, 태그들을 포함하는 물품들이 선반, 서랍에 저장되거나 또는 출입 제어 시스템을 통해 운반되는 경우 파일 폴더들 또는 책들에 부착된 RFID 태그들이 다른 RFID 태그들에 가깝게 근접할 수 있다. 보상형 RFID 태그들은, 다른 RFID 태그들이 유사하게 보상되어 있거나, 상이하게 보상되어 있거나 또는 보상되지 않거나 여부에 상관없이, 각 보상형 RFID 태그가 다른 RFID 태그들에 가깝게 위치되는 경우 각 보상형 RFID 태그가 개별적으로 판독될 수 있도록 설계될 수 있다.
보상 요소들 및 보상형 RFID 태그들의 다양한 예시적인 실시예들이 도2 내지 도12에 대해 제공될 것이다. 보상 요소들 및 보상형 RFID 태그들의 다양한 예시적인 실시예들의 동작에 대한 상세한 설명이 도13 내지 도17에 대해 아래에 보다 상세하게 제공될 것이다.
도2는 보상 요소(30)를 갖는 RFID 태그(20)의 예시적인 실시예를 나타내는 개략도이다. 보상 요소를 갖는 RFID 태그(20)는 본원에서 일반적으로 "보상형 RFID 태그(20)", 또는 "보상형 RFID 태그"로 지칭될 것이다. 본 기술분야에 알려진 종래의, 비보상형 RFID 태그들은 "비보상형 RFID 태그들"로 지칭될 것이다. 설명의 편이를 위해, 보상 요소(30)는 도2에서 안테나(24)의 가장 안쪽 루프(24A) 내에 전적으로 놓여있는 것으로 도시된다. 그러나, 도2의 실시예에 도시된 보상 요소(30)의 특정 위치는 보상 요소가 안테나(24)에 대해 위치될 수 있는 많은 실시예들 중 하나이고, 본 발명은 이러한 측면으로 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 보상형 RFID 태그들(20) 및 보상 요소들(30)의 대안적인 실시예들이 아래에서 보다 상세하게 도시되고 설명될 것이다.
기판(22)은 안테나(24), 보상 요소(30) 및 보상형 RFID 태그(20)의 다른 구성요소들에 대한 지지를 제공한다. 안테나(24)는 가장 안쪽 루프(24A) 및 가장 바깥쪽 루프(24B)를 포함하는 다수의 루프를 갖는 멀티턴(multi-turn) 유도성 루프 안테나이다. 안테나(24)가 도면들에 걸쳐 멀티턴 유도성 루프 안테나로 도시되었지만, 안테나(24)는 단일 루프를 가지거나 도면들에 명시적으로 도시된 것보다 많거나 적은 루프들을 가질 수도 있고, 안테나(24) 상의 루프들의 개수가 한정적으로 취해지지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 안테나(24)는 임의의 몇몇 도전성 패턴 기술들에 의해 기판(22) 상에 형성되거나 개별적으로 형성되고 기판 상에 전사될 수 있다. 하나 이상의 동조(tuning) 캐패시터(도시 안됨)가 안테나(24)에 접속되어 전기 공진 회로를 형성할 수 있다. 안테나(24)의 다수 루프들은 하나 이상의 비아(via) 접속(28)을 통해 폐쇄될 수 있다. RFID 다이(26)는 도전성 접착제들, 솔더 또는 금속-대-금속 접점과 같은, 몇몇 상호접속 기술들중 임의의 기술을 사용하여 안테나(24)에 접속될 수 있다.
도2에 도시된 실시예에서, 보상 요소(30)는 도전성 재료의 폐쇄 루프이다. 일 실시예에서, 보상 요소(30)는 실질적으로, 보상을 제공하는 안테나(24)의 평면에 평행하고 근접한 평면에 놓인다. 다른 실시예에서, 보상 요소(30)는 실질적으로, 보상을 제공하는 안테나(24)(와 실질적으로 단일 평면인)의 동일 평면에 놓인다. 보상형 RFID 태그들(20) 및 보상 요소들(30)의 이러한 실시예들 및 다른 실시 예들이 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도2에 도시된 보상 요소(30)의 실시예는 형상이 실질적으로 직선형이고 안테나(24)와 유사한 형상이다. 그러나, 보상 요소(30)는 많은 다른 형상을 가질 수 있고 안테나(24)와 유사한 형상일 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, "폐쇄 루프"라는 용어는 전류가 루프를 흐를 수 있도록 자체적으로 폐쇄된 임의의 형상, 예를 들어 사각형, 직사각형, 원, 타원, 삼각형, 다수의 측면을 갖는 임의의 다른 형상 또는 자체적으로 폐쇄된 평활한 측면을 갖는 형상으로 정의될 수 있다. 보상 요소(30) 및 보상형 RFID 태그(20)의 이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 본 명세서를 읽고 이해하는 경우 본 기술분야의 당업자에게 용이하게 이해될 것이다.
보상형 RFID 태그(20)가 적어도 하나의 다른 RFID 태그의 면전에 있는 경우 보상 요소(30)의 기능이 관련된다. 사용 시, RFID 안테나(24)에 유도된 1차 전류가 보상 요소(30)의 반대로 순환하는 기생 전류를 유도하도록 보상 요소(30)가 RFID 태그 안테나(24)에 전자기적으로 연결된다. 이러한 기생 전류는 그룹 내의 보상형 RFID 태그와 다른 RFID 태그들 간의 태그-대-태그 커플링을 감소시킨다. 따라서, 보상 요소(30)는, 다른 RFID 태그들이 유사하게 보상되었거나, 상이하게 보상되었거나, 또는 보상되지 않았거나 간에 다른 RFID 태그에 가깝에 근접할 경우에도 보상형 RFID 태그(20)가 RFID 시스템(10)에 의해 검출될 가능성을 증가시킨다. 보상 요소(30)의 동작은 도13 내지 도17에 대해 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
보상 요소(30)는 몇몇 방식들 중 임의의 방식으로 형성될 수 있다. 한 방법 은 기본 안테나 구조를 제조하는데 사용되는 동일한 작업들을 사용하여 제조 시 RFID 태그 안테나(24)의 일부분으로 보상 요소(30)를 형성하는 것이다. 회로 형성 동작들의 예들은, 다이 절단 또는 금속 호일 패터닝, 도전성 금속들의 도금, 도전성 잉크들의 인쇄, 후속의 가열 또는 건조에 의해 도전성 상태로 환원되는 전구체 재료(예를 들어, 금속유기 화합물)의 인쇄 및 그와 유사한 방법을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 기판(22)은 폴리머 막, 종이, 견고한 플라스틱 막, 전자 회로 기판 또는 다른 유사한 비도전성 재료들일 수 있다.
다른 접근법은, 패터닝된 도전성 안테나(24)를 생성하는데 사용되는 동일한 프로세스 또는 상이한 프로세스를 사용하여 RFID 안테나(24)의 제1 또는 제2 표면 상에, 안테나 제조와는 별개로, 제조 공정에서 보상 요소(30)를 형성하는 것이다.
또 다른 접근법은, 이전에 설명된 다양한 도전성 패턴 형성 기술들 중 임의의 기술에 의해 별개의 회로로 보상 요소(30)를 형성하는 것이다. 보상 요소(30)는 RFID 태그(20)에 가깝게 근접하여 배치될 수 있으나 그에 부착되지 않는다. 또는, 접착막, 경화가능한 접착 페이스트들, 양면의 압력 감지 접착 테이프 등을 사용하여 보상 요소(30)가 RFID 태그 안테나(24)에 부착되어 단일 유닛을 형성함으로써, RFID 태그 안테나(24)에 근접한 보상 요소(30)의 적절한 구성을 생성할 수 있다.
도3은 보상 요소(30)를 갖는 보상형 RFID 태그(20)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 다시, 설명의 편이를 위해, 보상 요소(30)는 이 실시예에서 안테나(24)의 가장 안쪽 루프(24A) 내에 전적으로 놓이는 것으로 도시된다. 도3에서, 보상 요 소(30)는, 가장 안쪽 코일(24A)을 보상 요소(30)의 주변 상의 한 지점의 보상 요소(30)에 접속하는 도전성 점퍼(jumper)(단락 회로)(32)를 통해 안테나(24)에 전기적으로 접속된다. 즉, 보상 요소(30)는 RFID 태그 안테나(24)와 전기적으로 접촉될 수 있고 본원에 설명된 보상 기능을 여전히 수행할 수 있다.
도2에서, 보상 요소(30)는 안테나(24)에 전기적으로 접속되지 않았다. 보상 요소(30)가 RFID 태그 안테나(24)에 전기적으로 접속될 수 있거나, 또는 RFID 태그 안테나(24)에 근접하게 위치하나 그로부터 전기적으로 분리될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 보상 요소(30)가 RFID 태그 안테나(24)에 전기적으로 접속되거나 RFID 태그 안테나(24)로부터 전기적으로 분리되는 어느 한 구성에서, 보상 요소(30)는 본원에 설명된 보상 효과를 가질 수 있다.
도4는 보상형 RFID 태그(20)의 또 다른 예시적인 실시예를 나타낸다. 여기서, 보상 요소(30)는 안테나(24)의 루프들 사이에 산재된다. 보상 요소(30)는 사실상 안테나(24)의 루프들 중 임의의 루프들 간에 위치될 수 있고 본원에 설명된 보상 효과를 여전히 가진다.
도5는 보상형 RFID 태그(20)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 보상 요소(30)는 안테나(24)의 가장 바깥쪽 루프(24B)의 밖에 위치된다. 도2 내지 도5에 도시된 실시예들은, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 보상 요소가 안테나(24)의 전적으로 루프들의 안쪽에 위치하거나, 그에 산재하거나, 전적으로 루프들의 바깥쪽에 위치할 수 있다는 것을 보여준다.
도6은 안테나(24)의 축에 실질적으로 정렬되는 축을 갖는 보상 요소(30)를 포함하는 보상형 RFID 태그(20)를 나타낸다. 즉, 보상 요소(30)의 라인들이 안테나(24)의 대응하는 라인들과 실질적으로 평행하다.
도7은 안테나(24)의 축에 대해 약 45도의 "오프셋 각도"(34)에 있는 축을 갖는 보상 요소(24)를 포함하는 보상형 RFID 태그(20)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 소정의 RFID 태그 응용에서, 도6에 도시된 것과 같은 실시예가 사용될 수 있다. 예를 들어, 보상 요소(30)를 제조 시에 RFID 태그 내에 만드는 경우, 보상 요소(30)와 RFID 태그 안테나(24)의 실질적인 정렬이 보장될 수 있다. 이 경우, 보상 요소(30)는 RFID 태그(20) 자체의 제조를 위한 제작에 간단히 포함되고, RFID 태그 안테나(24)의 축과 보상 요소(30)의 실질적인 정렬이 달성될 수 있다.
다른 응용들에서, 도7에 도시된 것과 같은 실시예가 적절할 수 있다. 예를 들어, 보상 요소(30)를 종래의 비보상형 RFID 태그들에 추가하는 경우, 보상 요소들(30)은 사람의 오류 또는 디자인에 의해 안테나(24)의 축에 대한 오프셋 각도(34)로 배치될 수 있다. 따라서, 안테나(24)의 축에 대한 보상 요소(30)의 배치 각도는 본 발명의 목적에 대한 제한 인자가 아니며, 안테나(24)의 축에 대한 보상 요소(30)의 임의의 각도 변위가 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 이해되어야 한다.
도8은 보상형 RFID 태그(20)의 또 다른 예시적인 실시예는 나타낸다. 본 예시적인 실시예에서, 보상 요소(30)는 형상이 도2 내지 도7에 대해 상술한 직선형이 아니라 원형이다. 실제, 보상 요소(30)는 삼각형, 타원, 사각형, 직사각형 또는 많은 다른 다측면 또는 평활한 측면을 갖는 폐쇄 형상들 중 임의의 것을 포함하는 사실상 임의의 다른 형상을 취할 수 있고, 여전히 보상 기능을 수행한다. 따라서, 보상 요소(30)의 형상이 본 발명의 목적에 대한 제한 인자가 아니며, 보상 요소(30)는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 사실상 임의의 형상을 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도8에 도시된 것과 같은 원형 보상 요소(30)의 배치는, 원형 루프가 루프의 중심 주위로 원주 대칭형이기 때문에, 각도 의존성을 나타내지 않는다. 보상 회로 요소(20)의 기하학적 중심이 RFID 태그 안테나(24)의 기하학적 중심과 일치하는 경우 보상 회로 요소(20)의 효과가 최대로 될 것이다.
도9A는 보충 보상 요소(21)의 예시적인 실시예의 상면도를 나타내고 도9B는 그 측면도를 나타낸다. 보충 보상 요소(21)는, 기판(23)의 상측에 위치하는 보상 요소(30)를 포함하며, 기판(23)의 반대측에는 접착면(25)이 배치된다. 보충 보상 요소(21)는 종래의 비보상형 RFID 태그들에 보상을 도10에 도시된 방식으로 추가하는데 사용될 수 있다. 접착면(25)은 접착막, 경화가능한 접착 페이스트, 양면 압력 감지 접착 테이프 등일 수 있다.
도10은 기판(37)에 피착된 RFID 안테나(35)를 갖는 종래의 비보상형 RFID 태그(33)의 사시도를 나타낸다. 이러한 비보상형 RFID 태그(33)의 성능을 개선하기 위해, 보충 보상 요소(21)가 비보상형 RFID 태그(33)에 부착될 수 있다. 보충 보상 요소(21)의 기판(23)의 아래쪽의 접착면(25)이 비보상형 RFID 태그(33)와 접촉된다. 비회전형 독립 형상의 경우(예를 들어, 사각형, 직사각형, 타원 등), 보상 요소(30)는 RFID 안테나(35)의 축에 대해 오프셋 각도로 실질적으로 배치되거나 정렬될 수 있다. 또는, 접착면(25)은 보상 요소(30)와 기판(23) 사이, 또는 보상 요 소의 상부에 배치될 수 있다. 그 후, 보충 보상 요소(21)가 적절하게 부착된다. 보충 보상 요소(21)를 사용하면, 종래의 비보상형 RFID 태그들의 사용자가 완전히 새로운 태그 세트의 구매하지 않고 그들의 종래의 비보상형 RFID 태그들에 보상 요소들을 용이하게 추가할 수 있다.
도11A, 도11B 및 도11C는 보상형 RFID 태그들(20)의 예시적인 실시예들의 측면도들이다. 도11A, 도11B 및 도11C 각각은 기판(22) 및 RFID 안테나(24)를 갖는 보상형 RFID 태그(20)를 나타낸다. 도11A 내지 도11C 각각의 보상 요소(30)는 실질적으로 안테나(24)의 평면에 위치될 수 있다. 보상 요소(30)는 가장 안쪽 루프(24A) 내에 전적으로 위치되거나(도11A), 루프들 간에 산재되거나(도11B), 또는 가장 바깥 루프(24B)의 바깥쪽에 전적으로 위치될 수 있다(도11C).
도12A, 도12B 및 도12C는 보상형 RFID 태그들(20)의 추가의 예시적인 실시예들의 측면도들이다. 도12A, 도12B 및 도12C 각각은 기판(22) 및 RFID 안테나(24)를 갖는 보상형 RFID 태그(20)를 나타낸다. 도12A 내지 도12C 각각의 보상 요소(30)는 실질적으로 안테나(24)의 평면에 근접하고 평행한 평면에 위치될 수 있다. 이러한 도면들에서, 보상 요소(30)는 기판 층(23)에 의해 물리적으로 분리될 수 있으나, 반드시 그럴 필요는 없다. 다시, 보상 요소(30)는 가장 안쪽 루프(24A) 내에 전적으로 위치되거나(도12A), 루프들 간에 산재되거나(도12B), 또는 가장 바깥 루프의 바깥쪽에 전적으로 위치될 수 있다(도12C).
지금부터, 선반 위에 위치되고 종래의 비보상형 RFID 태그들로 마크된 물품들의 그룹, 예를 들어 파일 폴더들을 생각해보자. 종래의 비보상형 RFID 태그가 다른 RFID 태그들과 가깝게 근접하는 경우, 즉 그들이 선반에 얹혀진 폴더들 또는 유사한 물품들의 그룹 내에 있을 수 있는 경우, 제1 비보상형 RFID 태그로부터의 전자기장이 근처의 다른 RFID 태그들과 상호작용하고 연결된다. 상호작용하는 비보상형 RFID 태그들의 집합의 실효 공진 주파수는 아래쪽으로 이동되고 RFID 시스템의 동작 대역폭 바깥으로 이동할 수 있다. 비보상형 RFID 태그들의 그룹의 공진 주파수가 시스템 동작 주파수에서 이동되는 경우, 판독기와 비보상형 RFID 태그들의 그룹 간의 통신이 퇴화되거나 완전히 소실될 수 있다.
보상형 RFID 태그(20)의 보상 요소(30)는 보상형 RFID 태그 안테나(24)의 실효 인덕턴스 L를 수정시킨다. 보상형 RFID 태그(20)의 공진 주파수 fTAG는 다른 RFID 태그들이 근처에 물리적으로 존재하는 것에 의해 덜 영향을 받는다. 그룹 내의 다른 RFID 태그들이 유사하게 보상되어 있거나, 상이하게 보상되어 있거나 또는 비보상형인 것에 상관없이 그룹 내의 각 보상형 RFID 태그(20)에 대해 이러한 것은 사실이다.
보상형 RFID 태그(20)는, 그의 공진 주파수 fTAG가 RFID 시스템(10)의 동작 주파수 fO 근처에 중심이 위치되도록 동조될 수 있어, 다른 RFID 태그들로부터 분리되어 판독될 수 있다. 보상형 RFID 태그(20)가 다른 RFID 태그들의 그룹 중 하나인 경우, 보상형인지 아닌지 간에, 보상형 RFID 태그 응답 fTAG는 시스템 동작 주파수 근처로 동조된 채로 남아있는다. 보상형 RFID 태그(20)가 보상형 RFID 태그들의 그룹의 하나인 경우, 각 보상형 태그에 대한 보상형 RFID 태그 응답은 시스템 동작 주파수 근처로 동조된 채로 남아있고, 그룹 응답 fGROUP도 시스템 동작 주파수 근처로 동조된 채로 남아있는다. 이러한 방식에서, 그룹 내의 다른 태그들이 유사하게 보상되어 있는지, 상이하게 보상되어 있는지, 또는 비보상형인지 여부에 상관없이 해당 태그가 보상형 RFID 태그인 경우 RFID 시스템(10)이 그룹 내의 특정 RFID 태그의 존재를 검출할 가능성은 증가된다. 유사하게, 그룹 내의 모든 태그들이 보상형 RFID 태그인 경우 그룹 내의 모든 태그들의 존재를 RFID 시스템(10)이 검출할 가능성은 증가한다.
도13은 보상형 RFID 태그 내에 순환하는 전류들의 방향을 일반적으로 예시하는 도면을 보여준다. 동작 시, RFID 시스템(10)의 RFID 판독기에 의해 생성된 외부의 자기 질의 필드로부터의 자속이, 도13의 예에서 반시계 방향으로 흐르는 안태나(24) 내의, 라인 42로 일반적으로 도시된, 1차 전류를 유도한다. 이러한 1차 전류(42)는, 전자기 커플링에 의해, 보상 요소(30) 내의, 라인 44로 일반적으로 도시된, 반대로 순환하는 기생 전류를 유도한다. 유도된 기생 전류(44)의 결과들은 RFID 태그 안테나(24)에 대한 낮아진 실효 인덕턴스, 증가된 공진 주파수 fTAG, RF 판독기에 의해 인가된 자계에 대한 감소된 응답, 또는 감도 및 태그-대-태그 커플링의 저감을 포함한다. 전체적인 결과는, RFID 시스템(10)이 RFID 태그들의 그룹 내의 각 보상형 RFID 태그(20)를 검출할 가능성이 커진다는 것이다.
도14는 보상형 RFID 태그들(20)에 대한 응답들을 나타낸다. 곡선 40은 RFID 시스템(10)의 응답을 나타낸다. 단일 태그의 보상형 RFID 태그 응답(곡선 52)은, 시스템 동작 주파수 fO = 13.56MHz보다 다소 높은 약 14.5MHz로 중심이 맞추어 지도록 동조되었다. 그러나, 보상형 RFID 태그(20)는 13.56MHz 근처, 예를 들어 13.56MHz ± 1 MHz로 동조될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 제2 보상형 RFID 태그가 제1 보상형 RFID 태그와 0.5인치 떨어진 범위 내에서 동축 정렬되는 경우, 그 쌍의 공진 주파수는 곡선 54로 도시된 바와 같이 13.8MHz 아래로 이동된다. 5개의 보상형 RFID 태그들이 곡선 56으로 도시된 바와 같이 함께 묶이는 경우, 그룹의 중심 공진 주파수, 14.0MHz는 쌍 공진(곡선 54)에서 거의 변화하지 않고, 응답 진폭은 단일 보상형 RFID 태그 응답(곡선 52)의 0.5dB 내에 있다. 10개의 보상형 RFID 태그들이 적층되는 경우, 응답 곡선(58)은 14.3MHz에서의 그룹 공진 주파수 피크들이 2개 및 5개의 보상형 RFID 태그 경우들에서 거의 변화하지 않는다는 것을 보여준다. 따라서, 그룹 내의 각 보상형 RFID 태그는 단일 RFID 판독기로 개별적으로 판독될 수 있다. 도14는 보상 요소(30)가, 1, 2, 또는 많은 태그들이 시스템 동작 주파수로 동작하는 RFID 판독기로 판독될 수 있는 보상형 RFID 태그들을 생성한다는 것을 예시한다.
보상 요소(30)들을 유도적으로 커플링된 RFID 태그 안테나(24)에 추가하면, 보상 요소(30) 상에 입사하는 안테나(24)에 의해 생성된 RF 에너지 필드의 자기 성분과 보상형 RFID 태그(20)와의 상호작용을 수정시킨다. 인덕턴스 L은 RFID 태그 안테나(24)에 유도된 전류와 안테나(24)를 통한 자속 간의 커플링의 특성을 기술한다. 자속은 자계 B, 안테나의 영역 A, 및 안테나 내의 턴(turn) 수 N의 함수이다. 자계 B는 판독기, RFID 태그 내의 유도 전류, 및 이웃하는 RFID 태그들 내의 전류에 의해 생성된 필드들의 벡터합이다. 보상 요소(30)는 보상형 RFID 태그 내에 흐르는 순 전류(net current)에 기여하고, 보상형이던 비보상형이던, RFID 안테나(24)의 외관상의 인덕턴스 L을 감소시킴으로써 이웃하는 RFID 태그들의 존재에 대해 "보상(compensate)"된다.
도15A는 보상 요소(30)의 크기 대 보상형 RFID 태그(20)의 주파수 및 진폭 응답에 대한 그래프를 보여준다. 결과들은, 다양한 크기의 직선형 보상 요소들(30)을 포함하도록 수정된 표준, 비보상형 RFID 태그로부터 얻어졌다. 피시험 RFID 태그의 가장 안쪽 루프의 지름은 대략 25mm이고, 가장 바깥쪽 루프의 지름은 대략 45mm이다. 도15A에 도시된 바와 같이, 22.5mm보다 적은 보상 요소(30)의 지름들에 대해, 보상 요소(30)는 피시험 RFID 태그의 응답에 영향을 주지 않는다. 그러나, 보상 요소(30)의 지름이 피시험 태그의 가장 안쪽 루프의 지름에 가깝게 되면, 측정가능한 효과를 볼 수 있다. 즉, 주파수 응답이 위로 이동되며, 보상 요소(30)의 지름이 40mm에 접근하는 경우 최대가 된다.
도15B는 원형 보상 요소(30)에 대한 크기 대 보상형 RFID 태그(20)의 주파수 및 진폭 응답의 그래프를 보여준다. 유사한 크기의 직선형 보상 요소들(30)에 대한 결과들도 보여진다. 직선형 보상 요소의 경우, 보상 요소의 지름이 피시험 태그의 가장 안쪽 루프의 지름에 가깝게 되면, 측정가능한 효과를 볼 수 있다. 다시, 주파수 응답은 위로 이동되며, 원형 보상 요소 및 사각형 보상 요소의 지름이 약 40mm인 경우 최대가 된다. 도15A 및 도15B로부터, 보상 요소(30)는 사실상 임 의의 형상을 취할 수 있고 본원에 설명된 보상 기능을 여전히 수행한다는 것을 추론할 수 있다.
도15A 및 도15B는 또한, 보상 요소(30)의 효과가 근접 커플링 효과(proximity coupled effect)인 것을 나타낸다. 즉, 보상 요소(30)가 RFID 태그 안테나(24)에 근접하게 커플링된다. 보상 요소(30)는 RFID 태그 안테나(24)의 전류에 의해 구동된 커플링된 기생 전류를 운반한다. 따라서, 보상 요소(30)는 RFID 판독기 안테나에 의해 생성된 질의 자계와는 반대로 RFID 태그 안테나(24)에 전자기적으로 커플링된다. 이러한 근접 커플링 효과를 생성하기 위해, 보상 요소(30)는 RFID 태그 안테나에 전자기 커플링하도록, 즉 안테나(24)의 1차 전류가 보상 요소(30) 내의 기생 전류를 생성할 수 있도록 배치될 수 있다. 근접 커플링 효과를 생성하기 위해 RFID 태그 안테나(24)에 대한 전자기적 커플링을 위해 배치될 안테나(24)의 적어도 하나의 루프의 10 도전체 라인 폭들 내에 보상 요소(30)가 배치될 수 있다. "도전체 라인 폭"이라는 용어는 안테나(24)의 근접 커플링 루프 또는 루프들의 라인 폭을 지칭한다. 보상 요소(30)가 안테나(24)의 적어도 하나의 루프의 1-2 도전체 라인 폭들 내에 배치되는 경우와 같이, 보상 요소(30)가 안테나(24)의 적어도 하나의 루프에 상대적으로 보다 가깝게 배치되는 경우보다 강한 근접 커플링이 얻어진다. 그러나, 보상 요소(30)와 안테나(24)가 전자기 커플링 위치에 있는 한, 그들이 이격된 정확한 거리는 본 발명의 목적에 대한 제한 인자가 아니라는 것을 이해할 것이다.
도16은 실질적으로 직선형 안테나(24)의 축에 대해 실질적으로 직선형의 보 상 요소(30)에 대한 각도 변위의 효과를 나타낸다. RFID 태그 안테나의 다중 루프의 평균 에지 길이와 대략 같은 에지 길이를 갖도록 보상 요소가 선택되었다. 도시된 바와 같이, 근접 커플링 효과는 0도의 오프셋 각도 또는 각도 변위에서 가장 크다(도6 및 도7 참조). 각도 변위가 증가함에 따라, 근접 커플링 효과는 대략 10도의 각도 변위에 도달할 때까지 비선형적으로 감소한다. 10도를 초과하는 각도 변위에 대해서는, 근접 커플링 효과는 45도까지의 각도 변위들에 대해 서서히 감소한다.
도16은 fTAG 상의 근접 커플링 효과가 0도의 각도 변위에서 가장 크고, 그 후 대략 10도까지 각도 변위가 증가함에 따라 떨어진다는 것을 나타낸다. 10도보다 큰 각도 변위들에 있어서는, 각도 변위의 임의의 추가 변화가 RFID 태그 응답에 보다 적은 영향을 준다. 이는, 보상 요소들(30)이 종래의 비보상형 RFID 태그들에 부착되는 응용들에서 보상 요소(30)가 안테나(24)의 루프와 "직각(square)을 이루는 것"보다 소정의 각도로 비보상형 RFID 태그들에 부착되면 보다 안정하고, 예측가능한 결과가 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 도16이 실질적으로 사각형의 보상 요소 및 RFID 안테나(24)에 대해 측정되었지만, 유사한 결과들이 다른 비회전형 독립 형상들에 대해 얻어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 회전형 독립 형상들(예를 들어, 원)의 경우, 각도 변위는 영향을 갖지 않는다.
보상형 RFID 태그들(20) 및 보상 요소들(30)의 추가 실시예들이 도17에 대해 설명될 것이다. 도17은 상이한 보상 요소(30) 구성들을 갖는 보상형 RFID 태그들 의 주피수 응답 fTAG(101) 및 진폭(103)을 나타낸다. 도17의 보상형 RFID 태그들은 안테나(24)의 "단락된(shorted)" 코일들 또는 루프들의 다양한 조합들이다. 즉, 안테나(24)의 루프들 또는 코일들의 상이한 조합이 안테나(24)의 다른 루프들에 전기적으로 접속 또는 단락되었다. 이러한 방식에서, 그 반응이 도17에 도시된 보상 요소(30)들은, RFID 태그 안테나에 전기적으로 접속되어 있으나, RFID 태그 안테나의 내부 단부로부터 바깥쪽 단부로 트레이스되는 직접적인 전기 경로(회로)의 일부가 아니라는 점에서 도3에 대해 상술하고 도시된 것들과 유사하다. 즉, 그 응답들이 도17에 도시된 보상 요소들(30)이 RFID 태그 안테나에 전기적으로 접속되더라도, RFID 태그 안테나 자체의 일부를 형성하지 않는다. 안테나의 코일들은 1(가장 안쪽의 루프 또는 코일)에서 9(가장 바깥쪽의 루프 또는 코일)로 번호가 붙여진다. 단락된 코일들의 구성 및 연관된 응답들이 도17에 다음과 같이 나타내어진다:
참조 번호 단락된 코일들
100 없음
102 코일 1 내지 2
104 코일 2 내지 3
106 코일 4 내지 5
108 코일 8 내지 9
110 코일 1 및 2 내지 3
112 코일 2 및 3 내지 4
114 코일 3 내지 4, 코일 7 내지 8
116 코일 7 및 8 내지 9
118 코일 1 내지 2, 코일 3 내지 4, 코일 5 내지 6, 코일 7 내지 8
120 코일 1, 2, 3 및 4 내지 5
도17로부터 몇몇 일반화가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 가장 안쪽으로부터 가장 바깥쪽으로 안테나 루프들중 임의의 루프를 다른 안테나 루프에 단락시키면 보상 요소 효과를 생성한다. 또한, 다수의 코일을, 인접한 코일들이나 인접하지 않는 코일들에 단락시키는 경우에도 보상 요소 효과를 생성한다. 도17은 보상 기능을 수행할 수 있는 단락된 코일들의 많은 가능한 조합이 존재한다는 것을 나타낸다. 따라서, 보상 요소들로서의 단락된 코일들의 이러한 조합 및 다른 조합들이 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 2개의 상이한 유형의 보상 요소들(30)이 설명된다. 한 유형은 보상 요소(30)가 RFID 안테나(24)와 물리적으로 분리되어 형성되는, 도2 내지 도6에 대해 설명된 유형이다. 이러한 물리적으로 분리된 보상 요소(30)는 RFID 안테나(24)에 전기적으로 접속되거나 또는 전기적으로 분리(즉, 접속되지 않음)될 수 있다. 또 다른 유형은 안테나(24) 자체의 물리적 코일들 또는 루프들이 안테나(24)의 다른 코일들 또는 루프들에 단락되어 보상 요소(30)를 형성하는, 도17에 대해 설명된 것과 유사하다. 연속적인 루프 보상 요소(30)를 형성하는 각 코일 또는 루프가, 안테나(24)의 코일 또는 루프와 전기적으로 접촉하는 단일점에서 접속된다. 보상 요소(30)의 유형의 선택, 즉 물리적으로 분리된 요소로서 형성되는지 RFID 태그 안 테나 자체의 일부로서 형성되는지는, RFID 태그들이 사용되는 특정 응용, 보상형 RFID 태그들의 원하는 공진 주파수, RFID 태그들을 생성하는데 사용되는 제조 기술들, 및 보상 요소(30)가 제조 시에 RFID 태그 내에 탑재될 것인지 도10에 대해 상술한 방식으로 미리 존재하는 비보상형 RFID 태그들에 추가될 것인지 여부에 의존할 수 있다.
도18은 보상형 RFID 태그들(20)에 대한 또 다른 응용을 보여준다. 도18은 도전성 기판(160) 상의 보상형 RFID 태그(20)를 보여주는 도면이다. 보상형 RFID 태그(20)는 기판(22), 안테나(24), 선택적 RFID 다이(도시 안됨), 보상 요소 기판(23) 및 보상 요소(30)를 포함한다. 유전성 스페이서(164)가 보상형 RFID 태그(20)와 태그가 부착될 도전성 표면(160) 간의 물리적 전자기적 분리를 제공한다. 다시, 설명의 용이함을 위해, 보상 요소(30)는 안테나의 가장 안쪽 루프(24A) 내에 전적으로 배치되는 것으로 도시된다. 보상 요소(30)가, 도2 내지 도12에 대해 도시되고 위에서 설명된 것들중 임의의 것을 포함하는 몇몇 가능한 형상들 중 임의의 형상을 취할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
보상형 RFID 태그들(20)은 금속 및 다른 도전성 표면들을 갖는 물품들의 태깅(tagging) 또는 라벨링을 위해 사용될 수 있다. 보상형 RFID 태그들(20)은, RFID 태그들이 금속 또는 다른 도전성 표면들에 부착되고 자기 유도 커플링된 RFID 시스템에 의해 검출되는 경우 표준, 비보상형 RFID 태그들과 비교하여 개선된 성능을 보여준다.
판독 범위, 즉 RFID 판독기가 RFID 태그를 검출하고 그와 통신할 수 있는 거 리가 RFID 태그 효력의 정량가능한 척도로서 사용될 수 있다. 도전성 표면(160)의 존재 시, 유전성 스페이서(164) 상의 보상형 RFID 태그(20)는 유사한 도전성 표면 상의 유사한 유전성 스페이서에 탑재된 등가의 종래의 비보상형 RFID 태그보다 큰 판독 범위를 보여준다.
도전성 표면들을 라벨링하는 경우, RFID 태그의 전류 분포에 응답하여 도전성 평면에 형성된 전기적 "이미지 전류(image current)" 분포의 영향이 고려되어야 한다. RFID 태그 및 도전성 평면이 가깝게 근접하는 경우, 이미지 전류는 RFID 태그 내의 전류 분포를 효과적으로 무효화시킨다. 태그 플러스 이미지 전류의 영향은, 판독기가 "태그 없음"이 존재하는 것으로 해석될 수 있는, RFID 판독기에 대한 표면적인 태그 응답을 감소시킬 수 있다.
유전성 스페이서(164)는 RFID 태그 내의 전류들을 도전성 표면 내의 유도된 이미지 전류와 분리시킨다. 유전성 스페이서(164)의 실효 전기 두께(물리적 두께 t와 유전 상수 ε의 곱)는 실제 물리적 두께 t를 증가시키거나 또는 유전 상수 ε를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. RFID 태그가 라벨로서 사용되는 응용들에 있어서, 두꺼운 유전성 스페이서는 RFID 태그를 너무 두껍게 하여 물품들을 마킹하기 위한 현실적인 해결책이 되기 어렵다. 도전성 표면 상의 보상형 RFID 태그에 있어서는, 유전성 스페이서는 예를 들어 일 실시예에서 ε < 10 또는 다른 실시예에서 ε < 3과 같은, 적절하게 낮은 ε를 갖는 유전성 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 재료들의 예들은 발포 폴리머 막 또는 폴리에틸렌, PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 저유전상수 매트릭스 내의 오목한 공기 충 전된 유리 또는 폴리머 거품들을 포함한다. 유전성 스페이서(164)의 두께는 도전성 표면(160) 상의 보상형 RFID 태그(20)에 대해 원하는 판독 범위를 얻는데 충분하여야 한다. 예를 들어, 유전성 스페이서는 두께 t < 10mm 또는 두께 t < 5mm를 갖는다. 종합적으로, 보상형 RFID 태그(20)는 보다 얇은 유전성 스페이서(164)의 사용을 가능케하여 RFID 라벨이 보다 덜 돌출되게 한다.
보상형 RFID 태그들(20)은 도전성 표면들 상의 보상형 RFID 태그의 판독 기능의 효력을 개선시킨다. 먼저, 보상형 RFID 태그는 전기적으로 박형의 유전성 스페이서들에 대해 도전성 표면이 존재하는 경우보다 긴 판독 범위를 제공한다. 도전성 표면 상의 보상형 RFID 태그는 물리적으로 보다 얇은 구성에서 동등한 판독 범위를 제공한다. 또한, 도전성 표면 상의 보상형 RFID 태그는 종래의 비보상형 RFID 태그와 비교할 경우보다 작은 태그로 동등한 성능 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었다. 이러한 실시예들 및 다른 실시예들이 첨부된 청구범위들의 범위 내에 존재한다.

Claims (50)

  1. 유도성 루프 안테나에 전자기적으로 커플링하기 위한 크기를 갖는 도전성 재료의 폐쇄 루프를 포함하는 보상 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도성 루프 안테나에 대한 상기 전자기적인 커플링에 응답하여 상기 보상 요소에 기생 전류가 유도되는 보상 요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 재료는 다이 절단 금속 호일, 패턴화된 금속 호일, 전기도금된 도전성 금속, 인쇄된 도전성 잉크, 및 도전 상태로 환원되는 인쇄된 전구체 재료 중 하나를 포함하는 보상 요소.
  4. 제1항에 있어서, 실질적으로 직선형 형상을 갖는 보상 요소.
  5. 제1항에 있어서, 실질적으로 원형 형상을 갖는 보상 요소.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 루프가 배치되는 기판을 더 포함하는 보상 요소.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기판의 일 면 상에 배치된 접착층을 더 포함하는 보상 요소.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보상 요소 및 상기 접착층은 상기 기판의 동일한 면 상에 배치되는 보상 요소.
  9. 제7항에 있어서, 상기 보상 요소 및 상기 접착층은 상기 기판의 대향 면들 상에 배치되는 보상 요소.
  10. 유도성 루프 안테나; 및
    상기 유도성 루프 안테나에 전자기적으로 커플링하도록 배치되는 보상 요소
    를 포함하는 RFID(radio frequency identification) 태그.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유도성 루프 안테나의 1차 전류에 의해 상기 보상 요소에 기생 전류가 유도되는 RFID 태그.
  12. 제10항에 있어서, 보상형 RFID 태그가 다른 RFID 태그들과 가깝게 근접하는 경우 상기 보상형 RFID 태그를 RFID 시스템 질의 안테나가 검출할 수 있도록 상기 유도성 루프 안테나에 전자기적으로 커플링하는 위치에 상기 보상 요소가 배치되는 RFID 태그.
  13. 제10항에 있어서, 식별 정보가 저장된 RFID 다이를 더 포함하는 RFID 태그.
  14. 제10항에 있어서, 상기 보상 요소는 도전성 재료의 폐쇄 루프를 포함하는 RFID 태그.
  15. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 실질적으로 직선형 형상을 갖는 RFID 태그.
  16. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 실질적으로 원형 형상을 갖는 RFID 태그.
  17. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나와 전기적으로 분리되어 있는 RFID 태그.
  18. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나에 전기적으로 접속되어 있는 RFID 태그.
  19. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 가장 안쪽 루프 내에 배치되는 RFID 태그.
  20. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 루프들 사이 에 배치되는 RFID 태그.
  21. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 가장 바깥 루프 외측에 배치되는 RFID 태그.
  22. 제14항에 있어서, 상기 보상 요소는 상기 유도성 루프 안테나의 축에 대해 0 내지 45도의 각도 변위를 갖는 RFID 태그.
  23. 제14항에 있어서, 상기 도전성 재료는 다이 절단 금속 호일, 패턴화된 금속 호일, 전기도금된 도전성 금속, 인쇄된 도전성 잉크, 및 도전 상태로 환원되는 인쇄된 전구체 재료 중 하나를 포함하는 RFID 태그.
  24. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 루프의 10 라인 폭 내에 배치되는 RFID 태그.
  25. 제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 루프의 2 라인 폭 내에 배치되는 RFID 태그.
  26. 제10항에 있어서, 상기 보상 요소는 상기 유도성 루프 안테나의 축과 실질적으로 정렬되는 축을 갖는 RFID 태그.
  27. 제10항에 있어서, 상기 보상 요소는 실질적으로 상기 유도성 루프 안테나의 평면에 평행하게 근접하는 평면 내에 놓인 RFID 태그.
  28. 제10항에 있어서, 상기 보상 요소는 실질적으로 상기 유도성 루프 안테나와 동일 평면에 있는 RFID 태그.
  29. 제10항에 있어서, 상기 RFID 태그는 대략 13.56 ± 1.0 MHz의 주파수에서 공진하는 RFID 태그.
  30. 제10항에 있어서, 상기 보상 요소는 상기 유도성 루프 안테나와 물리적으로분리되는 RFID 태그.
  31. 제10항에 있어서, 상기 보상 요소는 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 다른 루프에 전기적으로 접속되는 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 루프를 포함하는 RFID 태그.
  32. 제31항에 있어서, 상기 폐쇄 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 2개의 루프를 포함하고, 상기 유도성 루프 안테나의 상기 2개의 루프 각각은 상기 유도성 루프 안테나의 상이한 다른 루프에 전기적으로 접속되는 RFID 태그.
  33. 제32항에 있어서, 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 다른 루프에 전기적으로 접속되는 상기 유도성 루프 안테나의 상기 적어도 2개의 루프는 인접한 루프들인 RFID 태그.
  34. 제32항에 있어서, 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 다른 루프에 전기적으로 접속되는 상기 유도성 루프 안테나의 상기 적어도 2개의 루프는 인접하지 않는 루프들인 RFID 태그.
  35. 제31항에 있어서, 상기 유도성 루프 안테나의 상기 적어도 하나의 루프는 상기 유도성 루프 안테나의 상기 적어도 하나의 다른 루프에 전기적으로 단락되는 RFID 태그.
  36. RFID 시스템이며,
    적어도 하나의 RFID 태그가 보상형 RFID 태그인 다수의 RFID 태그 중 연관된 RFID 태그를 각각 갖는 다수의 물품을 저장하는 저장 영역;
    상기 다수의 RFID 태그로부터 응답을 유도하는데 충분한 질의 전자기장을 생성하기 위해 상기 저장 영역에 근접한 질의 안테나; 및
    상기 안테나로의 전력을 제어하기 위해 상기 질의 안테나에 연결되고 상기 질의 안테나에 의해 통신된 상기 RFID 태그들로부터의 정보를 수신하는 RFID 판독 기
    를 포함하고,
    상기 보상형 RFID 태그는 유도성 루프 안테나, 및 상기 보상형 RFID 태그가 다른 RFID 태그들과 함께 존재하는 경우에도 상기 질의 안테나가 상기 보상형 RFID 태그와 통신할 수 있도록 상기 유도성 루프 안테나에 전자기적으로 커플링되는 위치에 배치된 보상 요소를 포함하는 RFID 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 유도성 루프 안테나의 1차 전류에 의해 상기 보상 요소에 기생 전류가 유도되는 RFID 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 상기 RFID 판독기로부터의 정보를 수신하고 상기 정보를 데이터베이스에 저장하는 물품 관리 시스템을 더 포함하는 RFID 시스템.
  39. 제36항에 있어서, 상기 물품 관리 시스템에 연결되어 상기 정보를 원격 사용자에게 제공하는 원격 컴퓨터를 더 포함하는 RFID 시스템.
  40. 제36항에 있어서, 상기 저장 영역은 선반 유닛, 캐비넷, 수직 파일 분리기, 스마트 카트 및 데스크톱 판독기 중 적어도 하나를 포함하는 RFID 시스템.
  41. 제36항에 있어서, 상기 정보는 상기 저장 영역 내의 상기 물품에 대한 위치 정보를 포함하는 RFID 시스템.
  42. 제36항에 있어서, 연관된 RFID 태그들을 갖는 상기 물품들은 파일들 및 문서들 중 적어도 하나를 포함하는 RFID 시스템.
  43. 제36항에 있어서, 상기 보상 요소는 상기 유도성 루프 안테나의 적어도 하나의 루프의 10 라인 폭 내에 배치되는 RFID 시스템..
  44. 제36항에 있어서, 상기 다른 RFID 태그들 중 적어도 일부는 비보상형 RFID 태그들인 RFID 시스템.
  45. 제36항에 있어서, 상기 다른 RFID 태그들 중 적어도 일부는 보상형 RFID 태그들인 RFID 시스템.
  46. 도전성 표면 상에 배치되는 RFID 태그이며,
    기판;
    상기 기판 상에 배치되는 유도성 루프 안테나;
    상기 유도성 루프 안테나에 전자기적으로 커플링하는 위치에 배치되는 보상 요소; 및
    상기 기판과 상기 도전성 표면 사이에 배치되는 유전성 스페이서
    를 포함하는 RFID 태그.
  47. 제46항에 있어서, 상기 유전성 스페이서는 10 미만의 유전 상수를 갖는 RFID 태그.
  48. 제47항에 있어서, 상기 유전성 스페이서는 3 미만의 유전 상수를 갖는 RFID 태그.
  49. 제46항에 있어서, 상기 유전성 스페이서는 10mm 미만의 두께를 갖는 RFID 태그.
  50. 제49항에 있어서, 상기 유전성 스페이서는 5mm 미만의 두께를 갖는 RFID 태그.
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