KR20070111952A - 광대역 안테나 - Google Patents

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KR20070111952A
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Abstract

광대역 안테나는 연결루프 및 다수의 복사체들을 포함한다. 연결루프는 소자와 전기적으로 연결되어 있으며, 소자는 다수의 데이터들을 저장한다.복사체들은 각기 광대역 안테나의 다수의 공진 주파수들을 제공하기 위해 연결루프와 다수의 공진 루프들을 형성한다. 연결루프는 공진 주파수들에 따라 소자내의 데이터를 판독하기 위해 신호들을 반입할 수 있다.
광대역, 안테나

Description

광대역 안테나{Broadband antenna}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 안테나의 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 안테나의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제 2 광대역 안테나의 도면이다.
도 4는 도 3의 광대역 안테나의 등가 회로도이다.
도 5는 광대역 안테나의 반사손실(return loss)을 측정한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제 3의 광대역 안테나의 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 안테나의 응용에 대한 도면이다.
본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로, 특히 다중-연결(multi-coupling) 반입 (feed-in) 메커니즘에 의해 안테나 대역폭을 증가시킬 수 있는 광대역 안테나에 관한 것이다.
예를 들어, 무선주파수 식별(RFID: radio frequency identification) 시스템은 사용자들이 무선으로 필요한 정보를 얻을 수 있도록 식별정보를 전파로 송신한다. RFID 시스템은 다수의 RFID 태그들과 한 개의 판독기로 구성된다. 각각의 RFID 태그는 제품 관리를 위해, 예를 들면 상품명, 상품제조원 또는 구입일자와 같은 관련된 식별 정보를 저장한다.
RFID 태그는 한 개의 태그 안테나와 한 개의 태그 소자를 이용하여 판독기로 데이타 전송하며, RFID 태그가 판독기로부터 출력된 에너지를 효율적으로 수신할 수 있는지 여부에 따라 판독기와 태그 간의 판독 거리가 결정된다. 따라서 태그 안테나와 태그 소자가 판독기로부터 출력된 에너지를 효율적으로 수신하기 위해서 태그 안테나와 태그 소자가 임피던스(impedance) 정합(match)을 가질 수 있는지가 태그 안테나 설계에서 중요하다. 그러나 태그 소자는 일반적으로 높은 용량성 리액턴스(capacitive reactance)를 갖기 때문에, 태그 소자와 공액 정합(conjugate match)을 갖도록 하기 위해서 태그 안테나는 높은 유도성 리액턴스(inductive reactance)를 갖도록 설계된다. 그러한 결과로, 태그 안테나에서는 대역폭이 너무 좁아진다는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 광대역 안테나는 RFID 시스템의 응용에 있어 매우 중요하다.
그 외에도, RFID 태그 소자는 반도체 제조공정 변동에 따른 임피던스 변동을 가지고, 또한 다른 재질의 객체에 부착되었을 때에도 임피던스가 변동되며, 모든 임피던스 변동은 태그 안테나 설계시에 보정될 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 판독기와 태그 간의 판독거리를 향상시키고, 안테나 대역폭을 증가시키기 위해 다수의 복사체들을 사용하여 다중-연결 반입 동작(multi-coupling feed-in operation)을 수행할 수 있는 광대역 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명은 연결루프, 제1 복사체 및 제 2 복사체를 구비하는 광대역 안테나를 제공한다. 상기 연결루프는 제 1 반입 단자 및 제 2 반입단자를 포함한다. 제 1 복사체는 광대역 안테나의 제 1 공진 주파수를 제공하기 위해 상기 연결루프와 함께 제 1 공진루프를 형성한다. 제 2 복사체는 상기 광대역 안테나의 제 2 공진 주파수를 제공하기 위해 상기 연결루프와 함께 제 2 공진루프를 형성한다. 상기 연결루프는 상기 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수에 따라 신호들을 반입할 수 있다.
본 발명은 하나의 연결루프와 2 개 이상의 복사체들을 포함하는 광대역 안테나를 제공한다. 연결루프는 제 1 반입 단자와 제 2 반입 단자를 포함한다. 2개 이상의 복사체들은 각각의 복사체들에 대응하는 공진 주파수를 제공하기 위해 각각 상기 연결루프와 함께 다수의 공진루프들을 형성한다. 상기 연결루프는 상기 공진 주파수들에 따라 신호들을 반입할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 다수의 복사체들을 통해 다중-연결 반입 작용(multi-coupling feed-in operation)을 수행함으로써 다수의 공진 주파수를 가질 수 있는 광대역 안테나를 제공한다. 따라서 광대역 안테나는 보다 큰 대역폭을 가지며, 이에 따라 판독기를 통해 판독할 수 있는 거리를 증가시킬 수 있다. 이하의 실시 예에서는 광대역 태그 안테나로 광대역 안테나를 예시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 안테나의 도면이 도시되어 있다. 광대역 안테나(100)는 연결루프(110)와 복사체들(121, 122)을 구비한다. 연결루프(110)는 제 1 반입단자(111)와 제 2 반입단자(112)를 포함하며, 소자(미도시)는 통상적으로 제 1 반입단자(111)와 제 2 반입단자(112) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복사체(121)는 본체이며, 복사체(122)는 복사체(121)의 양 끝단에 대칭되게 부착된 2개의 "L" 모양의 몸체를 분지로 포함한다. 그러나 본 발명에서 복사체들(121, 122)의 모양 및 연결 관계는 여기에 제한되는 것은 아니다.
복사체들(121, 122)은 각각 광대역 안테나(100)의 2개의 공진 주파수를 제공하기 위해 2개의 연결루프(110)와 함께 공진 루프들을 형성한다. 복사체(121)의 길 이가 복사체(122)보다 짧기 때문에 복사체(121)에 의해 형성된 공진루프는 복사체(122)에 의해 형성된 것보다 보다 높은 공진 주파수를 갖는다. 복사체들(121, 122) 모두 연결루프(110)에 연결되어 있고 복사체들(121, 122) 간에 길이에 있어 차이가 크지 않기 때문에 복사체들(121, 122)에 의해 생성되는 공진 주파수들은 근접되어 있다. 즉, 단일 복사체에 의해 생성되는 공진 주파수(중심 주파수가 915 MHz 또는 2.45 GHz)에 비해, 복사체들(121, 122)에 의해 생성된 2개의 공진 주파수들은 중심 주파수에 근접하기 때문에 광대역 안테나(100)의 안테나 대역폭을 증가시킨다. 예를 들어 본 발명은 태그 안테나에 적용된다. RFID 태그 안테나가 상이한 재질의 물체에 부착됨에 따라 더 커지는 안테나 대역폭의 특성으로 인해 임피던스 값이 변동할 때, 연결루프(110)는 태그 소자를 판독하기 위해 판독기로부터 전송되는 무선 주파수 신호들을 여전히 반입할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 안테나의 등가 회로도가 도시되어 있다. 광대역 안테나(100)의 제 1 반입단자(111) 및 제 2 반입단자(112)는 변압기의 제 1 측면에, 복사체들(121, 122)은 변압기의 제 2 측면에 위치한다. 연결루프(110)는 하나의 인덕턴스(L110)를 포함한다. 복사체(121)의 등가 회로는 하나의 저항(R121), 커패시터(C121) 및 인덕터(L121)에 의해 정의되며, 복사체(122)의 등가 회로는 각기 하나의 저항(R122), 커패시터(C122) 및 인덕터(L122)에 의해 한정된다. 연결루프(110)와 복사체(121)의 결합양은 M121에 의해, 연결루프(110)와 복사체(122)의 결합양는 M122에 의해 정의된다. 광대역 안테나(100)와 소자와의 임피던스 정합은 결합양들(M121, M122)을 조정함으로써 이루어 질 수 있다.
앞서 언급한 본 발명의 실시 예에 의해 개시된 광대역 안테나는 단지 2개의 복사체들을 갖는 것으로 한정되지 않으며, 보다 넓은 대역폭을 갖는 무선 주파수 신호들을 수신하기 위한 2개 이상의 복사체들을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제 2 광대역 안테나의 도면이 도시되어 있다. 광대역 안테나(300)는 연결루프(310)와 다수의 복사체들(321, … , 32n)을 포함한다. 예를 들어, 복사체(321)는 주 몸체이며, 다른 복사체들(322 내지 32n)은 각각 연속하여 연결되어 있고 분지들로서 복사체(321)의 양 끝단에 대칭적으로 연결된 두 개의 솔 모양의 몸체들을 형성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 복사체들(322 내지 32n)은 2개의 "L" 모양의 몸체를 포함한다. 연결루프(310)는 제 1 반입단자(311) 및 제 2 반입단자(312)를 포함한다. 한 개의 소자(도면에 미표시)는 통상적으로 제 1 반입단자(311)와 제 2 반입단자(312) 사이에 전기적으로 연결된다. 광대역 안테나(300)는 광대역 안테나(100)와 유사한 동작 원리를 가지고, 두 개의 광대역 안테나들(300과 100)의 차이점은 광대역 안테나(300)가 중심 주파수에 가까운 공진 주파수를 더 많이 가지고 있다는 것이며, 이로 인해 광대역 안테나(300)가 훨씬 큰 안테나 대역폭을 갖는다.
도 4를 참조하면, 도 3의 광대역 안테나(300)의 등가 회로도가 도시되어 있다. 광대역 안테나(300)의 제 1 반입단자(311) 및 제 2 반입단자(312)는 변압기의 제 1 측면에, 복사체들(321 내지 32n)은 변압기의 제 2 측면에 위치하고 있다. 연결루프(310)는 하나의 인덕턴스(L310)을 갖는다. 복사체(32x(x=1~n))의 등가 회로 는 하나의 저항(R32x), 커팻히터(C32x) 및 인덕터(L32x)에 의해 정의되며, 연결루프(310)와 복사체(32x(x=1~n))의 결합양는 M32x에 의해 정의된다. 광대역 안테나(300)와 소자와의 임피던스 공액 정합은 결합양들(M32x(x=1~n))을 조정함으로써 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 광대역 안테나(100)의 반사손실을 측정한 그래프가 도시되어 있다. 도 5로부터 중심 주파수 915 MHz를 갖는 광대역 안테나(100)의 -10dB 대역폭이 약 780~1000 MHz인 것을 알 수 있다. 따라서, 복사체(121, 122)를 갖는 광대역 안테나(100)는 단일 복사체를 갖는 광대역 안테나보다 중심 주파수 근처에서 더 큰 대역폭을 가질 수 있다. 그 외에도, 광대역 안테나(100)에 의해 생성된 공진 주파수는 무선 주파수 대역에서 모든 나라의 요구사항을 충족시킬 수 있다. 예를 들어, 광대역 안테나(100)는 유럽에서 적용되는 510 근처, 대만이나 미국에서 적용되는 520 근처, 그리고 일본에서 적용되는 530 근처의 최소 반사손실을 갖는 무선 주파수 대역폭을 제공할 수 있다.
또한 상술한 본 발명에 의해 개시된 광대역 안테나에서는 연결루프가 복사체들에 연결되거나 복사체들로부터 분리될 수 있다. 복사체들은 임의의 형태의 안테나들일 수 있다, 즉, 어떤 형태의 안테나도 본 발명의 실시 예에 따라 대역폭을 개선할 수 있다. 또한 복사체들은 상호 간에 분리될 수 있고, 또한 연결되는 것으로 한정되지도 않는다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제 3의 광대역 안테나가 도시되어 있다. 광대역 안테나(600)는 연결루프(610)와 복사체들(621, 622)을 포함한다. 연결루프(610)는 제 1 반입단자(611)와 제 2 반입단 자(612)를 포함한다. 소자(미도시)는 통상적으로 제 1 반입단자(611)와 제 2 반입단자(612) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 복사체들(621, 622)은 각각 연결루프(610)의 마주보는 양면에 평행하게 위치하며, 광대역 안테나(600)의 두 개의 공진 주파수들을 제공하기 위해 연결루프(610)와 함께 두 개의 공진 루프들을 형성한다. 따라서, 광대역 주파수(600)는 더 큰 대역폭의 신호들을 반입할 수 있다.
본 발명의 상기에서 언급한 실시 예에 의해 개시된 광대역 안테나는 중심 주파수 근처의 다수의 공진 주파수들을 생성하기 위한 다수의 복사체들을 사용하여 다중-연결 반입 동작을 수행한다. 따라서, 광대역 안테나는 소자와의 임피던스 공액 정합을 위한 더 큰 대역폭을 가질 수 있다. 그리고, 소자로부터 더 큰 대역폭의 무선 주파수 신호들을 반입할 수 있으므로 판독기와 태그 사이의 판독 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명에서 개시된 광대역 안테나는 광대역 안테나 태그와 태그 소자 간의 임피던스 공액 정합이 이루어지도록 하는 RFID 장치에 적용될 수 있으며, 판독기의 판독 거리를 향상시킬 수 있다. 그 외에도, 본 발명은 무선 주파수 신호들을 수신하기 위해 안테나 대역폭을 증가시키기 위한 어떤 다른 형태의 안테나에도 적용될 수 있다. 또한 본 발명에 개시된 광대역 안테나는 암호화 카드 및 신분증 카드에도 적용할 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광대역 안테나가 적용된 도면이 도시되어 있다. 광대역 안테나(700)는 암호화 카드 또는 신분증 카드와 같은 메인보드(702)에 부착되어 진다. 판독기는 광대역 안테나(700)를 통하여 메인보드(702)의 소자(미도시) 내에 저장된 데이터를 쉽게 판독할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에서 개시된 광대역 안테나는 보다 큰 대역폭을 가지며, 그에 따라 판독기를 통해 판독할 수 있는 거리를 증가시켜 RFID 장치뿐만 아니라 일반 안테나에도 효과적으로 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 제 1 반입단자(feed-in terminal)와 제 2 반입 단자를 포함하는 연결루프;
    광대역 안테나의 제 1 공진 주파수를 제공하기 위해 상기 연결루프와 함께 제 1 공진루프를 형성하는 제 1 복사체; 및
    상기 광대역 안테나의 제 2 공진 주파수를 제공하기 위해 상기 연결루프와 함께 제 2 공진루프를 형성하는 제 2 복사체를 구비하며,
    상기 연결루프는 상기 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수에 따라 신호들을 반입할 수 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연결루프는,
    상기 제 1 복사체와 상기 제 2 복사체로부터 분리된 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 연결루프는,
    상기 제 1 복사체와 상기 제 2 복사체와 연결된 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 복사체는,
    상기 제 2 복사체와 연결된 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 복사체는 주 몸체이고, 상기 제 2 복사체는 상기 제 1 복사체의 양 끝단에 분지(branch)들로서 각각 대칭적으로 연결된 2개의 "L"모양의 몸체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 복사체는 상기 제 2 복사체와 분리된 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 복사체와 상기 제 2 복사체는 상기 연결루프의 마주보는 양 측면에 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 복사체와 상기 제 2 복사체는 임의의 형태(type)의 안테나인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 광대역 안테나는 태그 안테나인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 연결루프의 제 1 반입 단자와 제 2 반입 단자는 데이터를 저장하는 소자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  11. 제 1 반입 단자와 제 2 반입 단자를 포함하는 연결루프; 및
    각각의 복사체들에 대응하는 공진 주파수를 제공하기 위해 각각 상기 연결루프와 함께 다수의 공진루프들을 형성하는 2개 이상의 복사체들을 구비하며,
    상기 연결루프는 상기 공진 주파수들에 따라 신호들을 반입할 수 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 연결루프는,
    상기 복사체들로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 연결루프는,
    상기 복사체들에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 복사체들은 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 복사체들 중 하나는 주 몸체이고, 다른 복사체들은 서로 연속적으로 연결되어 있으며 상기 주 몸체의 양 끝단에 분지들로서 대칭적으로 연결된 두 개의 솔 모양의 몸체들을 형성하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 다른 복사체들은 각각 두 개의 "L" 형태의 몸체들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 복사체들은 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  18. 제 11항에 있어서, 상기 복사체들은 임의의 형태의 안테나인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 광대역 안테나는 태그 안테나인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  20. 제 11항에 있어서, 상기 연결루프의 제 1 반입 단자 및 제 2 반입 단자는 데이터를 저장하는 소자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
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