KR20080010371A - 무선 카드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선카드에 관한 것으로서, 보다 상세히는 루프형 안테나(부하용량이 없는 상태(unloaded state)에서 최저 공진 주파수보다 낮은 주파수에서 유도성 리액턴스(inductive reactance)가 발생하는 안테나)를 적용한 무선카드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선카드는 루프형 안테나를 적용하며, 루프형 안테나의 양 단에 병렬 연결되는 제 1 다이오드와, 제 1 다이오드의 캐소드와 안테나의 일단이 연결된 노드에 에노드가 연결되는 제 2 다이오드와, 제 1 다이오드의 에노드와 안테나의 타 단이 연결된 노드와, 제 2 다이오드의 캐소드와 연결되는 제어칩과, 제어칩과 병렬로 연결되는 내부 커패시터를 포함하는 RFID 원칩이 내장된 전자카드에 있어서, 루프형 안테나의 중간을 절단하고, 안테나 크기가 변하지 않는 상태에서 아래의 리액턴스 매칭값이 충족되는 조건으로 안테나 인덕턴스( L ant)와 직렬로 외부 전기용량( C ext )을 절단부에 삽입한 것을 특징으로 한다.
RFID, RFID 태그, RFID 카드, 다이폴 안테나, 루프형 안테나

Description

무선 카드{RFID Card}
본 발명은 무선카드에 관한 것으로서, 보다 상세히는 루프형 안테나(부하용량이 없는 상태(unloaded state)에서 최저 공진 주파수보다 낮은 주파수에서 유도성 리액턴스(inductive reactance)가 발생하는 안테나)를 적용한 무선카드에 관한 것이다.
무선카드리더기는 안테나를 통하여 소정의 고주파전력장을 발생하고 이 고주파전력장에 신호를 중첩시킴으로써 무선카드와 통신을 수행하여 무선카드로부터 데이터를 읽어들이거나 무선카드에 데이터를 전송할 수 있는 장치이다.
무선카드란 안테나를 통해 전자기장의 에너지를 RFID 원칩 리더기 혹은 COB(circuit on board)에 내장된 RFID 칩에 전달함으로써 전력을 발생하게 하여 리더기와의 정보교환을 가능하게 하는 명함사이즈의 카드를 의미한다.
RFID 원칩 무선카드 일반적으로 900MHz 대역을 사용하는 RFID 원칩 무선카드에서는 대체로 전기 다이폴(dipole) 안테나를 사용한다. 무선카드의 전기 다이폴 안테나는 주파수 길이의 1/2 이상의 크기를 가진 양단이 오픈된 일직선 전도체이며, 안테나 크기를 줄이기 위하여 양끝을 meander line으로 굴절하여 사용하는 경 우가 있다.
이러한 다이폴 안테나를 사용한 RFID 원칩 무선 카드를 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 RFID 원칩과 다이폴 안테나가 내장된 무선카드의 구성도이다. 도시된 바와 같이, RFID 원칩 무선 카드는 다이폴 안테나(100)와, RFID 원칩(200)으로 구성되며, RFID 원칩(200)은 다이폴 안테나(100)로부터 유도되는 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 RFID 원칩(200)의 전원으로 공급하는 2개의 다이오드(D1, D2)와, 자체 메모리에 저장된 인식 정보를 액세스 및/도는 갱신하고 이를 반송파를 통해 출력하는 태그 제어칩과, 태그 제어칩과 병렬로 연결된 내부 커패시터(Cchip)로 구성된다.
이러한 RFID 원칩 무선카드의 동작원리를 설명하면, 무선카드리더기로부터 송출되는 송신 주파수를 다이폴 안테나(100)가 수신하고, 다이폴 안테나(100)는 해당 송신 주파수에 공진하면서 유도 전류가 발생하게 된다. 이러한 유도 전류는 교류 전류이며, 발생한 교류 전류는 RFID 원칩(200)의 입력단을 거치면서 두 개의 용량성 다이오드(D1, D2)에 의해 DC 전류로 변환되어 태그 제어칩으로 공급되게 된다. 이에 따라 태그 제어칩은 DC 전류에 의해 자체 메모리에 저장된 인식 정보를 액세스 및/또는 갱신하고 그 결과를 반송파를 통해 무선카드리더기로 전송한다.
상술한 바와 같이, 900MHz 대역의 RFID 원칩 무선카드에서 다이폴 안테나를 사용할 경우 다이폴 안테나의 최소 기준 사이즈 즉, 주파수 길이의 1/2 이상의 크기에 의하여 RFID 원칩 무선카드의 부피를 축소할 경우 그 성능이 발휘될 수 없기 때문에 부피의 축소에 한계가 있으며, 비교적 전압 영역이 크다는 이유로 주변 환경에 민감하다는 단점이 있다.
이러한 문제를 방지하고자 RFID 원칩이 내장된 무선카드의 부피를 줄이더라도 그 성능이 저하되지 않으며, 주변 환경에 대한 민감도를 줄이기 위해 루프형 안테나를 사용하는 방법이 있을 수 있으나 루프형 안테나를 사용할 경우 RFID 원칩의 내부 급전방식(feeding network)에 의한 RFID 원칩에 DC 쇼트가 발생됨으로 인하여 그 사용이 상당히 어려운 단점이 있었다.
이를 도 2를 통해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 RFID 원칩에 루프안테나를 적용한 일 실시 예의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 루프형 안테나(300)에 의해 발생한 유도 전류 즉, AC 전류는 두 개의 용량성 다이오드(D3, D4)를 거쳐 DC 전류로 변환되어 태그 제어칩을 통과하여 RFID 원칩(200)을 빠져나가게 된다. 그러나 AC 전류는 극성이 사인파 사이클에 의해 반복되기 때문에 반 사이클에서는 제 2 다이오드(D4)의 정류에 의해 발생되는 DC 전류가 태그 제어칩으로 공급되어 구동되나, 그와 반대 극성의 사이클에서는 정류된 DC 전류가 제 1 다이오드(D3)를 통해 정류되어 태그 제어칩이 아닌 루프형 안테나(300)로 흐르기 때문에 RFID 원칩(200)의 입력단과 출력단 사이에는 전기적으로 DC 쇼트가 발생하여 RFID 원칩(200)이 구동할 수가 없게 된다.
따라서, 900MHz 대역의 RFID 원칩에 루프형 안테나를 사용할 경우 태그 제어칩에 공급되는 DC 전류가 반 사이클에서만 공급됨으로써, 태그 제어칩에서 요구하는 충분한 DC 전류를 공급할 수 없으므로 정상적인 구동을 하지 못하는 단점이 있다. 이에 따라 대부분의 900MHz 대역 RFID 원칩 제조사들은 다이폴 안테나만을 사용하도록 하는 제약을 스펙 상에서 명시하고 있는 실정이다.
따라서, 본 출원인은 상술한 바와 같이, 루프형 안테나가 가진 주변환경에 강하고 사이즈 축소로 인한 성능의 감소를 방지할 수 있는 장점을 900MHz 대역의 RFID 원칩에서도 활용할 수는 방법을 연구하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 이러한 배경에서 창안된 것으로, 그 목적은 900MHz 대역의 RFID 원칩에 루프형 안테나를 사용하더라도 원하는 출력을 낼 수 있으며, 루프형 안테나가 가진 주변환경에 강하고 사이즈 축소로 인한 성능의 감소를 방지할 수 있는 무선카드를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 양상에 따라 본 발명에 따른 무선카드는 루프형 안테나를 적용하며, 루프형 안테나의 양 단에 병렬 연결되는 제 1 다이오드(D3)와, 제 1 다이오드(D3)의 캐소드와 안테나의 일단이 연결된 노드에 에노드가 연결되는 제 2 다이오드와, 제 1 다이오드(D3)의 에노드와 안테나의 타단이 연결된 노드와, 제 2 다이오드의 캐소드와 연결되는 제어칩과, 제어칩과 병렬로 연결되는 내부 커패시터 를 포함하는 원칩이 내장된 전자카드에 있어서, 루프형 안테나의 중간을 절단하고, 안테나 크기가 변하지 않는 상태에서 아래의 리액턴스 매칭값이 충족되는 조건으로 안테나 인덕턴스( L ant)와 직렬로 외부 전기용량( C ext )을 구비한 것을 특징으로 한다.
Figure 112007087237840-PAT00001
여기서, L ant 는 안테나 자체의 인덕턴스 값, C chip은 RFID 원칩의 전기용량 값, C ext는 루프형 안테나 절단부에 구비되는 외부 전기용량의 값이며 ω는 주파수이다.
본 발명에 따른 루프타입 안테나를 사용한 무선카드에서는, 루프 타입 안테나의 중간을 1군데 이상 절단하여 그 절단부에 일정한 용량을 가진 커패시터를 삽입함으로써, 900MHz 대역의 RFID 원칩에 루프형 안테나를 사용하더라도 원하는 출력을 낼 수 있으며, 루프형 안테나가 가진 주변환경에 강하고 사이즈 축소로 인한 성능의 감소를 방지할 수 있는 장점을 갖는다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 와 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 RFID 원칩과 루프안테나가 내장된 무선카드의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선카드는 루프형 안테나(300)를 적용하며, 루프형 안테나(300)의 양 단에 병렬 연결되는 제 1 다이오드(D3)와, 제 1 다이오드(D3)의 캐소드와 안테나의 일단이 연결된 노드에 에느드가 연결되는 제 2 다이오드(D4)와, 제 1 다이오드(D3)의 에노드와 안테나의 타단이 연결된 노드와, 제 2 다이오드(D4)의 캐소드와 연결되는 제어칩과, 제어칩과 병렬로 연결되는 내부 커패시터(Cchip)를 포함하는 RFID 원칩(200)이 내장된 전자카드에 있어서, 루프형 안테나(300)의 중간을 절단하고, 안테나 크기가 변하지 않는 상태에서 아래의 리액턴스 매칭값이 충족되는 조건으로 안테나 인덕턴스( L ant)와 직렬로 외부 전기용량( C ext )을 절단부에 삽입한 것을 특징으로 한다.
도 3a와 도 3b를 통해 본 발명에 따른 무선카드의 동작을 보다 상세히 설명하면, 도 3a와 같이 AC 전류가 인가될 경우 AC 전류는 제 1 다이오드(D3)를 통과하면서 DC 전류로 정류되는데 정류된 DC 전류는 RFID 원칩(200)으로 인가되지 않고 안테나와 RFID 원칩(200)의 임피던스 차이에 의해 임피던스 차이에 의해 안테나 쪽으로 흐르게 되며, 이때 안테나 쪽으로 흐르게 되는 DC 전류는 외부 전기용량( C ext ) 즉, 외부 커패시터를 충전시키게 된다.
외부 전기용량( C ext ) 즉, 외부 커패시터에 충전된 전력은 도 3b와 같이 극성이 역전되어 AC 전류의 방향이 바뀌게 될 경우 방출되는데 이때 AC 전류는 제 2 다 이오드(D4)를 통과하면서 DC 전류로 정류되고, 정류된 DC 전류는 외부 전기용량( C ext ) 즉, 외부 커패시터에 의해 충전되었다가 방출되는 전류와 함께 태그 제어칩으로 공급된다. 따라서, 태그 제어칩에서 원하는 충분한 전력을 제공할 수 있게 되고, 이로 인하여 RFID 원칩(200)이 정상적인 동작을 하게 되며, 원하는 출력을 낼 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본원 발명은 900MHz 대역의 RFID 원칩(200)에 루프형 안테나(300)를 사용하더라도 원하는 출력을 낼 수 있으며, 루프형 안테나(300)가 가진 주변환경에 강하고 사이즈 축소로 인한 성능의 감소를 방지할 수 있는 장점을 갖는다.
부가적으로 본 발명에 따라 루프형 안테나(300)의 삽입되는 외부 전기용량( C ext)은 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure 112007087237840-PAT00002
여기서, L ant 는 안테나 자체의 인덕턴스 값, C chip은 RFID 원칩(200)의 전기용량 값, C ext는 루프형 안테나(300) 절단부의 전기용량 값이며 ω는 주파수이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. ω라는 주파수에서 RFID 원칩(200)의 용량( C chip ) 과
Figure 112007087237840-PAT00003
의 조건으로 매칭된 L ant 라는 인덕텐스를 가진 루프형 안테나(300)의 중간을 도 3과 같이 절단 하여 C ext의 외부 전기용량( C ext ) 즉, 외부 커패시터를 삽입한다. 이것에 의해서 RFID 원칩(200)이 DC 쇼트 되지 않게 된다.
C chip 값 및 ω 값은 고정 값이므로 안테나 크기가 고정돼 있는 경우 L ant 도 불변 값이 되므로 루프형 안테나(300) 절단부에 삽입된 외부 전기용량( C ext ) 즉, 외부 커패시터의 용량이 RFID 원칩(200)의 용량을 크게 초월( C ext>> C chip)하는 경우에만 위의 매칭값이 성립될 수 있다(본 발명에서는 외부 커패시터 용량을 C ext~1000* C chip로 설정).
외부 용량 C ext 발생 방법은 하나의 독립된 소자(device)로서 커패시터를 연결하거나 루프형 안테나(300) 형틀 내의 평면·인쇄 커패시터와 같은 부유용량(stray capacitance)을 사용하는 등 다양한 방법이 있다.
도 1은 종래의 RFID 원칩과 다이폴 안테나가 내장된 무선카드의 구성도
도 2는 RFID 원칩에 루프안테나를 적용한 일 실시 예의 구성도
도 3a 와 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 RFID 원칩과 루프안테나가 내장된 무선카드의 구성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100. 다이폴 안테나 200. RFID 원칩
300. 루프형 안테나

Claims (2)

  1. 루프형 안테나를 적용하며, RFID 원칩이 내장된 전자카드에 있어서,
    루프형 안테나의 중간을 절단하고, 안테나 크기가 변하지 않는 상태에서 아래의 리액턴스 매칭값이 충족되는 조건으로 안테나 인덕턴스( L ant)와 직렬로 외부 전기용량( C ext )을 절단부에 삽입한 것을 특징으로 하는 무선카드.
    Figure 112007087237840-PAT00004
    여기서, L ant 는 안테나 자체의 인덕턴스 값, C chip은 RFID 원칩의 전기용량 값, C ext는 루프형 안테나 절단부에 구비되는 외부 전기용량의 값이며 ω는 주파수이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 RFID 원칩이:
    상기 루프형 안테나의 양 단에 병렬 연결되는 제 1 다이오드와;
    상기 제 1 다이오드의 캐소드와 안테나의 일단이 연결된 노드에 에느드가 연결되는 제 2 다이오드와;
    상기 제 1 다이오드의 에노드와 안테나의 타단이 연결된 노드와, 상기 제 2 다이오드의 캐소드와 연결되는 제어칩과;
    상기 제어칩과 병렬로 연결되는 내부 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선카드.
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