KR20080008862A - Rfid tag having antenna of the high level gain - Google Patents

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Abstract

An RFID(Radio Frequency IDentification) tag having an antenna of a high level gain is provided to improve the antenna gain of the tag as a transponder so as to increase a tag identification distance in a reader. An RFID tag having an antenna of a high level gain includes a tag antenna and an RFID chip. The tag antenna is formed as the antenna with the high level gain. The impedance of the tag antenna is matched by the conjugate complex number of the impedance of the RFID chip. The impedance of the antenna becomes the conjugate complex number of the impedance of the RFID chip by the adjustment of the parameters of antenna components. The tag antenna is one among a Yagi-Uda antenna(10), a helical antenna, a parabolic reflector antenna, an inverted F antenna, a high gain patch type antenna, an HB9CB antenna, an array antenna, and a quad antenna.

Description

고이득 안테나 형태의 알에프아이디 태그{RFID TAG HAVING ANTENNA OF THE HIGH LEVEL GAIN}RF TAG HAVING ANTENNA OF THE HIGH LEVEL GAIN}

도 1은 본 발명의 실시 예에서 태그안테나로 적용된 고이득 안테나의 일 예로서 야기-우다 안테나의 기본구조도, 1 is a basic structure diagram of a Yagi-Uda antenna as an example of a high gain antenna applied as a tag antenna in an embodiment of the present invention;

도 2는 고이득 안테나형태의 야기-우다 태그안테나의 패턴형태와 파라미터를 보여주는 도면, FIG. 2 is a diagram illustrating a pattern form and parameters of a Yagi-Uda tag antenna of a high gain antenna form;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 고이득 안테나형태의 야기-우다 태그안테나를 제작한 사진도. Figure 3 is a photograph of a high-gain antenna type Yagi-Uda tag antenna according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 RFID(Radio Frequency Indentification)에 관한 것으로, 특히 긴인식 거리를 가지는 고이득 안테나 형태의 RFID 태그에 관한 것이다. The present invention relates to a radio frequency identification (RFID), and more particularly, to an RFID tag of a high gain antenna type having a long recognition distance.

RFID는 리더(reader), 트랜스폰더(transponder; 태그) 그리고 리더를 연결하는 컴퓨터로 구성된다. 트랜스폰더인 태그는 안테나와 RFID IC칩으로 구성되어 있 으며, 리더는 전기 자기장을 리더용 안테나를 통하여 전송하여 수동형(passive) 태그에 전자기 역산란 방법(eletromagnetic backscattering)으로 파워를 공급하면서 트랜스폰더와 데이터를 주고 받는다. RFID consists of a reader, a transponder (tag) and a computer that connects the reader. The tag, which is a transponder, is composed of an antenna and an RFID IC chip, and the reader transmits an electric magnetic field through the antenna for the reader to supply power to the passive tag by electromagnetic backscattering, Send and receive data.

태그내의 마이크로칩(RFID IC칩)은 태크 안테나의 급전점에 위치한다. 태그는 리더의 신호로부터 필요한 모든 에너지를 받게 되는데, 태그는 코딩된 신호를 전자기 역산란 방식으로 UHF주파수에서 태그안테나를 사용하여 태그의 정보를 리더에게 다시 보낸다. 즉 태그 안테나는 리더로부터 받은 에너지의 한 부분을 다시 보내게 되는 것이다. 태그의 전원인가 방식으로는 쇼트키(shottky) 정류회로를 이용하여 마이크로웨이브 에너지를 DC로 변환한다. 수동형 태그의 경우 정류되어진 DC전압을 사용하여 동작하게 되는 반면, 능동형 태그는 전원을 가지고 있다.The microchip (RFID IC chip) in the tag is located at the feed point of the tag antenna. The tag receives all the required energy from the reader's signal, which sends the coded signal back to the reader using the tag antenna at the UHF frequency in an electromagnetic backscattering fashion. That is, the tag antenna sends back a portion of the energy received from the reader. The tag is powered by a shottky rectifier circuit to convert microwave energy into DC. Passive tags operate using a rectified DC voltage, while active tags have a power supply.

리더에서의 태그 인식거리를 높이기 위해서는 리더의 안테나 이득과 출력을 높이면 해결될 수 있지만, 리더에서 안테나 이득과 출력은 국제적으로나 국내적으로 등방향방사 전력 EIRP(Equivalent Isotropic radialted Power) = 6dB(4W) 이하로 제한이 되어있어 리더의 안테나 이득과 출력을 EIRP = 6dB(4W) 초과되게 할 수 없다는 것이다. In order to increase the tag recognition distance in the reader, the antenna gain and output of the reader can be solved.However, the antenna gain and output in the reader are equivalent to isotropic radial power (EIRP) = 6dB (4W) internationally and domestically. The following limitations prevent the reader's antenna gain and output from exceeding EIRP = 6dB (4W).

그러므로 리더에서의 안테나 이득과 출력의 높이는 것 이외의 다른 방법으로 리더에서의 태그 인식거리를 높이는 것이 강구되어야 한다. Therefore, a method other than increasing the antenna gain and the output power of the reader should be taken to increase the tag recognition distance of the reader.

따라서 본 발명의 목적은 리더에서의 태그 인식이 긴인식 거리를 가지도록 하는 고이득 안테나 형태의 RFID 태그를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an RFID tag in the form of a high gain antenna that allows a tag recognition in a reader to have a long recognition distance.

상기한 목적에 따라, 본 발명은, 태그안테나와 알에프아이디 칩을 구비한 알에프아디 태그에 있어서, 상기 태그안테나를 고이득안테나 형태로 구성하며, 상기 고이득안테나 형태의 태그안테나의 임피던스가 상기 알에프아이디 칩 임피던스의 공액 복소수로 정합되게 구성하되, 상기 안테나 구성요소의 파라미터들을 조절하여서 상기 안테나의 임피던스가 엘에프아이디 칩 임피던스의 공액 복소수가 되게 구성함을 특징으로 한다. In accordance with the above object, the present invention, in the RFID tag having a tag antenna and RF ID chip, the tag antenna is configured in the form of a high-gain antenna, the impedance of the tag antenna of the high-gain antenna type is It is configured to match the conjugate complex number of the ID chip impedance, characterized in that the impedance of the antenna is configured to be a conjugate complex number of the RF chip impedance by adjusting the parameters of the antenna component.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same elements in the figures are represented by the same numerals wherever possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

본 발명의 실시 예에서는 리더에서의 태그 인식거리를 증가시켜 장거리화 하기 위해서 트랜스폰더인 태그의 안테나 이득을 높힌다. 태그 안테나의 이득을 높이는 방법으로 본 발명의 실시 예에서는 현재 책이나 논문들에 통신용 안테나로 소개되는 고이득 안테나를 이용하여 태그로 구현한다.In an embodiment of the present invention, the antenna gain of a tag, which is a transponder, is increased in order to increase the tag recognition distance in the reader for a long distance. As a method of increasing the gain of a tag antenna, an embodiment of the present invention implements a tag using a high gain antenna which is currently introduced as a communication antenna in books or papers.

본 발명의 실시 예에서는 다양한 종류의 고이득 안테나 중에서 태그용 안테나로 구현하기에 적합한 고이득 안테나가 하기와 같은 안테나가 있음을 확인하였다. In the embodiment of the present invention, it is confirmed that a high gain antenna suitable for implementing as an antenna for a tag among various kinds of high gain antennas has the following antenna.

태그의 장거리 인식용 고이득 안테나의 일 예로는 야기-우다 안테나, 헬리칼 안테나, 접시형 반사판 안테나, 인버티드 F 안테나(Inverted F antenna), 고이득 패치형 안테나, HB9CV 안테나, 쿼드안테나 등이 있다. 또한 배열안테나(array antenna)도 고이득 안테나에 포함된다. An example of a high gain antenna for long range recognition of a tag is a Yagi-Uda antenna, a helical antenna, a dish reflector antenna, an inverted F antenna, a high gain patch antenna, an HB9CV antenna, a quad antenna, and the like. An array antenna is also included in the high gain antenna.

상기한 고이득 안테나는 통신용으로만 사용되었지 RFID의 태그용으로는 사용되지를 못했다. 그러므로 상기 언급된 고이득 안테나를 RFID의 태그안테나로서 구현하기 위해서는 RFID용 안테나 즉 태그 안테나에 맞도록 디자인되어야 한다. The high gain antenna was used only for communication but not for RFID tags. Therefore, in order to implement the above-mentioned high gain antenna as a tag antenna of RFID, it must be designed to fit the antenna for RFID, that is, the tag antenna.

본 발명에서 고이득 안테나에서 "고이득"은 2dB이상를 초과하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 3dB이상을 초과하는 것이 좋다. 본 발명자의 고이득 태그안테나의 구현 일예에서는 5dB, 8dB의 고이득을 갖게도 하였다. In the present invention, the "high gain" in the high gain antenna is preferably more than 2dB, more preferably more than 3dB or more. In the embodiment of the high-gain tag antenna of the present invention, a high gain of 5 dB and 8 dB is also provided.

본 발명의 발명자는 상기 언급한 고이득 안테나를 태그 안테나에 맞도록 디자인하기 위해서는, 해당 안테나의 임피던스가 RFID IC칩(마이크로칩으로, 이하 "RFID칩"이라 칭함) 임피던스의 공액 복소수로 정합이 되어야 함을 여러가지 실험을 통해서 확인하였다.In order to design the aforementioned high gain antenna to fit the tag antenna, the inventor of the present invention must match the impedance of the antenna with a conjugate complex number of impedances of the RFID IC chip (hereinafter referred to as "RFID chip"). Was confirmed through various experiments.

고이득 안테나 형태의 태그 안테나의 임피던스가 RFID칩 임피던스의 공액 복소수로 정합되기 위해서는, 고이득안테나의 종류에 따라 다소 차이가 있지만 적어도 안테나 구성요소의 길이, 각도, 간격, 굵기(폭)를 포함하는 파라미터를 조절하여 안테나 임피던스가 RFID칩 임피던스의 공액 복소수가 되도록 해야한다.In order for the impedance of the tag antenna of the high gain antenna type to be matched by the conjugate complex number of the RFID chip impedance, it is somewhat different depending on the type of the high gain antenna, but includes at least the length, angle, spacing, and width (width) of the antenna component. Adjust the parameters so that the antenna impedance is a conjugate complex of the RFID chip impedance.

도 1은 본 발명의 실시 예에서 태그안테나로 적용된 고이득 안테나의 일 예로서 야기-우다 안테나의 기본 구조도이고, 도 2는 고이득 안테나형태의 야기-우다 태그안테나의 패턴형태와 파라미터를 보여주는 도면이다. 1 is a basic structural diagram of a Yagi-Uda antenna as an example of a high-gain antenna applied as a tag antenna in an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing the pattern and parameters of Yagi-Uda tag antenna of a high-gain antenna type to be.

야기-우다 안테나는 도 1에서와 같이, 반사기(2)와 유도기(4)와, 및 도파기(6)로 구성된다. 야기-우다 안테나는 안테나의 엘리번트수가 많고, 유도기(4)('방사기'라고도 함)가 하나이고, 반사기(2)는 하나 또는 두 개이며, 도파기(6)는 하나 이상으로된 구조를 가지므로 고이득 특성의 안테나가 될 수 있다.The Yagi-Uda antenna is composed of a reflector 2, an inductor 4, and a waveguide 6, as in FIG. The Yagi-Uda antenna has a high number of antennas, has one inductor 4 (also referred to as a 'radiator'), one or two reflectors 2, and one or more waveguides 6. It can be an antenna of high gain characteristics.

상기 도파기(6)는 신호를 앞쪽으로 모아줄 수 있고, 신호가 유도기(4)로 모아질 수 있도록 유도기(4)의 뒤에는 반사기(2)가 구비되는 구조로 되어, 안테나 패턴이 앞쪽으로 모이게 되어지므로 결국 전방으로 고이득 안테나 특성이 나타난다. The waveguide 6 may collect the signal to the front, the structure is provided with a reflector 2 behind the inductor 4 so that the signal can be collected to the inductor 4, the antenna pattern is gathered forward As a result, high-gain antenna characteristics appear forward.

도 2에서, 참조번호 "6a,6b,6c"는 3개로 구성된 도파기들(6)에 해당되고, 참조번호 "2"와 "4"는 반사기와 유도기(방사기)이며, 3개의 도파기(6a)(6b)(6c), 반사기(2)와 유도기(4)에 의해서 본 발명의 실시 예에 따른 야기-우다 태그 안테나(10)을 구성한다. In Fig. 2, reference numerals "6a, 6b, 6c" correspond to three waveguides 6, reference numerals "2" and "4" denote reflectors and inductors (radiators), and three waveguides ( 6a) (6b) 6c, reflector 2 and inductor 4 constitute a yaw-tag tag antenna 10 according to an embodiment of the present invention.

도 2의 구조에서, RFID칩의 위치는 유도기(4)의 중간지점에 위치한다. In the structure of FIG. 2, the position of the RFID chip is located at the midpoint of the inductor 4.

고이득 안테나 형태의 야기-우다 태그안테나(10)의 임피던스가 RFID 칩 임피던스의 공액 복소수로 정합되도록 하기 위해서는, 유도기(4)와 도파기(6a)(6b)(6c), 반사기(2)의 길이를 포함한 하기의 여러 파라미터를 조절하여 안테나 임피던스가 RFID칩 임피던스의 공액 복소수가 되도록 한다. In order to ensure that the impedance of the Yagi-Uda tag antenna 10 in the form of a high gain antenna matches the conjugate complex number of the RFID chip impedance, the inductor 4, the waveguides 6a, 6b, 6c, and the reflector 2 The following parameters, including the length, are adjusted so that the antenna impedance is a conjugate complex of the RFID chip impedance.

야기-우다 태그 안테나(10)에서의 파라미터로는 도 2에 되시된 바와 같이, direc_1,2,3, direc_h1,h2,h3, d_direc, ant_1, reflec_1, d_reflec이 있다. 파라미터중 "direc_1,2,3"은 각 도파기(6a,6b,6c)의 길이이고, "direc_h1,h2,h3"는 각 도파기(6a,6b,6c)의 폭(굵기)이며, d_direc는 도파기들(6)중 제1 도파기(6a)와 유도기(4)간의 이격거리이다. "ant_1"는 유도기(4)의 길이이고, "reflec_1"는 반사기(2)의 길이이며, "d_reflec"는 유도기(4)와 반사기(2)간의 이격거리이다. Parameters in the Yagi-Uda tag antenna 10 are direc_1, 2, 3, direc_h1, h2, h3, d_direc, ant_1, reflec_1, and d_reflec, as shown in FIG. Among the parameters, "direc_1, 2, 3" is the length of each waveguide 6a, 6b, 6c, "direc_h1, h2, h3" is the width (thickness) of each waveguide 6a, 6b, 6c, and d_direc Is the separation distance between the first waveguide 6a and the inductor 4 of the waveguides 6. "ant_1" is the length of the inductor 4, "reflec_1" is the length of the reflector 2, and "d_reflec" is the separation distance between the inductor 4 and the reflector 2.

도 3의 (a)(b)(c)은 본 발명의 실시 예에 따라 고이득 안테나형태의 야기-우다 태그안테나를 실제로 제작한 사진을 보여주는 도면이다. Figure 3 (a) (b) (c) is a view showing a photograph actually produced a Yagi-Uda tag antenna of a high-gain antenna type according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a) 및 (b)는 세개의 도파기와 하나의 유도기, 및 하나의 반사기로 구성된 야기-우다 태그 안테나이고, 그중 (b)는 도 2에 도시된 안테나이다. 도 3의 (c)는 두개의 도파기와 하나의 유도기와 반사기로 구성된 야기-우다 태그 안테나이다. (A) and (b) of Fig. 3 is a Yagi-Cuda tag antenna composed of three waveguides, one inductor, and one reflector, of which (b) is the antenna shown in Fig. 2. 3 (c) shows a Yagi-Uda tag antenna composed of two waveguides, one inductor and a reflector.

그리고 고이득 안테나 형태중 헬리칼 태그안테나는, 디자인시 안테나의 임피던스가 RFID칩의 임피던스의 공액 복소수로 정합되도록 하기 위해서 안테나의 크기, 길이, 피치앵글(감아 올라가는 각도), 굵기를 포함하는 파라미터를 조절함으로써 안테나 임피던스가 칩임피던스의 공액 복소수가 되게 하였다. In the high gain antenna type, the helical tag antenna includes parameters including the size, length, pitch angle (winding angle) and thickness of the antenna in order to ensure that the impedance of the antenna matches the conjugate complex number of the impedance of the RFID chip. By adjusting, the antenna impedance is a conjugate complex number of chip impedance.

또한 본 발명에 따라 구현된 고이득 안테나 형태의 태그에 있어서 크기는 사용 주파수 대역 예컨대, 433MHz, 860∼960MHz, 2.45GHz 등에 따라서도 달라질 수 있다. In addition, the size of the tag in the form of a high-gain antenna implemented according to the present invention may vary depending on the frequency band used, for example, 433MHz, 860 ~ 960MHz, 2.45GHz.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다. In the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the equivalent of claims and claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 태그안테나를 고이득형태의 안테나로 구현하여 리더에서의 태그 인식이 긴인식 거리를 가지도록 하였고, 그에 따라 고이득 안테나 형태의 RFID 태그가 구현되어질 수 있다. As described above, the present invention implements the tag antenna as a high gain type antenna so that the tag recognition in the reader has a long recognition distance, and thus a high gain antenna type RFID tag can be implemented.

Claims (2)

태그안테나와 알에프아이디 칩을 구비한 알에프아디 태그에 있어서,In the RFID Add tag having a tag antenna and an RFID chip, 상기 태그안테나를 고이득안테나 형태로 구성하며, 상기 고이득안테나 형태의 태그안테나의 임피던스가 상기 알에프아이디 칩 임피던스의 공액 복소수로 정합되게 구성하되, 상기 안테나 구성요소의 파라미터들을 조절하여서 상기 안테나의 임피던스가 엘에프아이디 칩 임피던스의 공액 복소수가 되게 하여 고이득안테나 형태의 알에프아이디 태그. The tag antenna is configured in the form of a high gain antenna, and the impedance of the tag antenna of the high gain antenna is configured to match the conjugate complex number of the RFID chip impedance, and the impedance of the antenna is adjusted by adjusting the parameters of the antenna component. The RFID tag of the high gain antenna type is set to be a conjugate complex number of the RFID chip impedance. 제1항에 있어서, 상기 고이득 안테나 형태의 태그안테나는 야기-우다 안테나, 헬리칼 안테나, 접시형 반사판 안테나, 인버티드 F 안테나(Inverted F antenna), 고이득 패치형 안테나, HB9CV 안테나, 배열안테나, 쿼드안테나중의 하나임을 특징으로 하는 고이득안테나 형태의 알에프아이디 태그. The antenna of claim 1, wherein the tag antenna in the form of a high gain antenna is a Yagi-wooda antenna, a helical antenna, a dish reflector antenna, an inverted F antenna, a high gain patch antenna, an HB9CV antenna, an array antenna, RFID tag of high gain antenna type which is one of quad antennas.
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