KR20080070607A - 알에프아이디 태그 안테나 - Google Patents

Abstract

방사 패치부 및 급전 패치부를 포함하며, 상기 급전 패치부에 전자기적으로 결합되는 스터브를 더 포함하는 RFID 태그 안테나가 개시된다. 개시된 RFID 태그 안테나는 금속 물체에 부착되면서 광대역 특성을 가지며, 금속 물체에 부착될 경우 부착되는 금속 물체에 의한 특성 변화를 최소화하여 인식 거리를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

알에프아이디 태그 안테나{RFID Tag Antenna}

본 발명은 RFID(Radio Frequency Identification) 태그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속체에 부착되면서 광대역 특성을 갖도록 설계된 RFID 태크 안테나 구조에 관한 것이다.

RFID 태그는 태그가 부착되는 물체의 식별 정보를 포함하는 칩을 내장하며 무선으로 데이터를 송수신하여 데이터 수집을 자동화한 태그이다. RFID는 약 20년전에 제시된 방식이나 그동안 비용과 상용화 기술 등의 문제로 상업화하지 못하였으나 근래에 들어 유통, 결제 분야 등 다양한 분야에서 RFID의 사용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

상품이나, 물류와 관련하여 기존에 널리 쓰여온 바코드 방식과 달리 RFID 방식은 비접촉 방식으로서 포장, 대상 표면의 재질, 환경 변화 등의 여부에 관계 없이 항상 인식이 가능한 장점이 있으며, 또한 마이크로칩이 내장되어 있어 바코드에 비해 많은 정보를 교환할 수 있으며, 물류, 재고 관리, 도난 방지 등 다양항 방식으로 활용될 수 있는 장점이 있다.

RFID 태그는 그 특성상 항상 특정 사물에 부착되어 사용되므로 부착 물체의 특성 및 동작 환경에 의존적일 수밖에 없다. 특히, 금속 물체에 RFID 태그가 부착될 경우 안테나의 반사 손실 특성과 방사 패턴 특성이 영향을 받는 등 많은 문제가 발생한다.

도 1은 종래의 RFID 태그가 금속체의 사물에 부착되는 경우의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 기판(100)상에 태그 안테나(102)가 형성되며, 태그 안테나(102)에는 대상 물체의 정보를 저장하고 리더기에 전송할 정보를 프로세싱하는 태그 칩(104)이 결합된다.

도 1에 도시된 바와 같이, RFID 태그는 금속 물체에 일정 간격 이격되어 결합된다. 도 1에서, 태그 칩(104)은 전자기적인 커플링 현상에 의해 전원을 공급받는데, RFID 태그가 금속 물체와 평행하게 놓여질 경우 금속 표면에서의 전자파의 경계 조건에 의해 태그 칩(104) 구동에 필요한 충분한 전력을 얻지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 물체와 RFID 태그 사이에는 기생 캐패시턴스 성분이 발생하며, 이로 인한 금속 물체와 RFID 태그 사이의 커플링은 공진 주파수 및 임피던스와 같은 RFID 태그의 파라미터를 변화시킬뿐만 아니라 전자기파가 원하지 않는 방향으로 방사되면서 방사 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

위와 같은 금속 물체에 RFID 태그가 부착되는 경우의 문제점을 해결하기 위한 한 방법으로 금속 물체와 RFID 태그 사이에 고무나 테프론 등을 삽입하여 일정 거리를 이격시키거나 평판형 역 에프 안테나(Planar Inverted-F Amtenna)가 사용되 기도 하였다.

도 2는 일반적인 평판형 역 에프 안테나(PIFA)의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 평판형 역 에프 안테나(PIFA)는 회로 기판(200, PCB), 방사 소자(202), 피드 라인(204) 및 그라운드 핀(206)을 포함하며, 전체 형상은 F자를 뒤집어놓은 것과 같은 형상이다.

이러한 PIFA 안테나는 태그가 부착되는 금속 물체를 안테나 동작에 이용하는 것으로서 소형화가 가능한 장점이 있다.

그러나, PIFA 안테나는 RFID 태그가 부착되는 도체의 특성(도체의 크기 또는 안테나와의 거리)에 따라 공진 주파수나 임피던스가 영향을 받는 문제점이 있으며, 특히 대역폭이 매우 협소한 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 금속 물체에 부착되면서 광대역 특성을 가지는 RFID 태그 안테나를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 금속 물체에 부착될 경우 부착되는 금속 물체에 의한 특성 변화를 최소화할 수 있는 RFID 태그 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비교적 저가의 기판을 사용하더라도 패치의 사이즈를 최소화면서 광대역 특성을 유지할 수 있는 RFID 태그 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조 단가를 낮추면서 인식 거리 및 광대역 특성 을 유지할 수 있는 RFID 테그 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 방사 패치부 및 급전 패치부를 포함하는 RFID 태그 안테나에 있어서, 상기 급전 패치부에 전자기적으로 결합되는 스터브를 더 포함하는 RFID 태그 안테나가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스터브는 상기 급전 패치부의 급전 방향으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스터브는 상기 급전 패치부의 좌우에 형성될 수 있다.

상기 스터브의 길이 및 상기 급전 패치부와의 이격 거리는 대역 통과 특성 및 공진 주파수에 기초하여 설정된다.

나아가, 상기 RFID 태그 안테나는 상기 방사 패치부의 좌우에 형성되는 적어도 두개의 기생 패치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 RFID 태그 안테나는, 상기 방사 패치부, 급전 패치부 및 스터브는 제1 기판상에 형성되며, 상기 제1 기판의 하부에 결합되는 제2 기판 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성되는 EBG(Electromagnetic Band Gap)을 더 포함할 수 있다.

상기 EBG는 다수의 슬롯들을 포함하며, 상기 다수의 슬롯들은 'ㅍ'자 형태로 배열된다. 이와 달리, 상기 다수의 슬롯들은 사다리 형태로 배열될 수도 있다.

상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 FR4 재질의 기판이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상부에 급전 패치부 및 방사 패치부를 포함하는 패치 안테나가 형성되는 제1 기판; 상기 제1 기판 하부에 결합되는 제2 기판; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성되는 EBG를 포함하되, 상기 EBG는 다수의 슬롯들을 포함하며, 상기 다수의 슬롯들은 'ㅍ'자 형태로 배열되는 RFID 태그 안테나가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상부에 급전 패치부 및 방사 패치부를 포함하는 패치 안테나가 형성되는 제1 기판; 상기 제1 기판 하부에 결합되는 제2 기판; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성되는 EBG를 포함하되, 상기 EBG는 다수의 슬롯들을 포함하며, 상기 다수의 슬롯들은 사다리 형태로 배열되는 RFID 태그 안테나가 제공된다.

본 발명에 의하면, 금속 물체에 부착되면서 광대역 특성을 가지는 RFID 태그 안테나를 제공할 수 있으며, 금속 물체에 부착될 경우 부착되는 금속 물체에 의한 특성 변화를 최소화하여 인식 거리를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 비교적 저가의 기판을 사용하더라도 패치의 사이즈를 최소화면서 광대역 특성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광대역 RFID 태그 안테나 의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

RFID 방식은 다양한 주파수 대역에서 활용되고 있다. RFID가 활용되고 있는 주파수 대역으로 근거리 인식을 위한 135KHz 이하 대역, 교통 카드 등에 이용되는 13.56MHz 대역, UHF 대역(433MHz ~ 960MHz) 및 마이크로파 대역(2.45GHz 이상) 등이 있다.

이하에 기술되는 본 발명의 실시예는 RFID 태그가 UHF 대역에서 사용되는 경우를 주요한 예로 하여 기술될 것이나, 본 발명의 사상이 적용된 RFID 태그가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 주파수 대역에 응용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나가 적용되는 RFID 시스템을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나가 적용되는 RFID 시스템은 RFID 태그(300), 리더기(302) 및 다수의 리더기들과 네트워크를 통해 연결된 호스트 컴퓨터(304)를 포함할 수 있다.

RFID 태그(300)는 일반적으로 태그 칩과 안테나를 포함하며 다양한 모양과 크기로 구현된다. RFID 태그에 구비되는 태그 칩은 메모리 크기(저장 가능한 데이터 사이즈), 메모리 종류에 따라 다양한 형태가 존재한다. RFID 태그는 특정 물체에 부착되어 사용되며, 부착된 물체에 관한 다양한 정보가 태그 칩에 기록되고, 태그 칩에 기록된 정보는 RFID 태그 안테나를 통해 리더기(302)에 전송된다.

RFID 태그(300)와 리더기(302) 사이의 무선 접속 방식으로 상호 유도 방식과 전자기파 방식이 있다. 상호 유도 방식은 1m 이내의 근거리 용도에 주로 사용되며, 전자기파 방식은 중장거리 용도에 주로 사용된다. 상호 유도 방식에 사용되는 RFID 태그 안테나는 주로 코일 안테나이며, 전자기파 방식에 사용되는 RFID 태그 안테나로는 주로 고주파 안테나가 이용된다.

RFID 태그(300)에 포함되는 태그 칩의 구동 전원은 리더기에 의해 공급되거나, 전지 또는 전자기적 커플링을 이용하여 자체적으로 공급되기도 한다.

RFID 태그(300) 및 RFID 리더기(302)는 다양한 디지털 부호화 방식을 이용하여 기저대역의 데이터를 처리한다. 기본적인 디지털 변조 방식인 ASK(Amplitude Shift Keying), FSK(Frequency Shift Keying) 및 PSK(Phase Shift Keying)가 디지털 신호의 변조에 이용될 수 있으며, UHF 대역과 같은 특정 주파수 대역에서는 전자파의 인체 영향이나 다른 통신 시스템과의 간섭을 피하기 위해 특정 변조 방식만을 사용하기도 하는데, 예를 들어 주파수 확산 방식(Spread Spectrum: SS) 및 주파수 확산 방식 중에서도 특히 CDMA 시스템에 사용되는 직접 시퀀스(Direct Sequence:DS) 방식 및 블루투스에 주로 이용되는 주파수 호핑(Frequency Hooping:FH) 등이 이용된다.

RFID 리더기들(302) 및 호스트 컴퓨터(304)는 인터넷과 같은 네트워크를 통해 연결되며, 호스트 컴퓨터(304)에는 ERP, SCM과 같이 RFID 태그로부터 전송된 데이터를 프로세싱하기 위한 어플리케이션 프로그램이 설치된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나의 단면도를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나는 제1 기판(400), 패치 안테나(402), 태그 칩(404), EBG(406, Electromanetic Band Gap), 제2 기판(408) 및 그라운드 레이어(410)를 포함할 수 있다.

도 4에서, 제1 기판(400)위에는 패치 안테나(402) 패턴이 형성된다. 패치 안테나는 마이크로 스트립 기판위에 금속 패턴의 형태로 형성되는 안테나로서 다양한 형태로 급전이 가능하다. 패치 안테나의 형상은 다른 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

패치 안테나(402)는 급전 회로로부터 제공되는 신호를 RF 신호의 형태로 외부에 방사하며, 외부로부터 수신되는 RF 신호를 수신하는 기능을 한다. 패치 안테나의 사이즈 및 형상은 송수신하는 주파수에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

태그 칩(404)은 패치 안테나(402)상에 결합되며, RFID 태그가 부착되는 물체에 대한 정보를 저장한다. 또한, 태그 칩(404)은 리더기로부터의 제어 신호에 따라 데이터 프로세싱을 수행할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 태그 칩(404)은 패치 안테나와 그라운드 사이에서 발생하는 전자기적인 커플링에 의해 전원을 공급받는다. 물론, 자체 전원을 구비한 태그 칩이 사용될 수도 있다.

EBG(406)는 특정 주파수 대역 신호의 진행을 차단하여 표면파 문제를 해결하여 안테나의 이득을 향상시키는데에 사용된다. 본 발명에서는 패치 안테나의 하단에 EBG를 구비하여 안테나의 이득 향상 및 광대역 특성을 가지도록 하며 EBG를 통한 커플링 차단 효과를 통해 부착되는 금속 물체에 의한 안테나의 특성 왜곡을 최 소화한다.

EBG에 대한 다양한 구현 형태가 존재하나, 본 실시예에서는 광대역 특성을 향상시키고 안테나의 이득이 보다 향상될 수 있는 EBG 구조를 제안한다. 이를 위한 EBG 구조는 별도의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

EBG(406)는 제1 기판(400)의 하부 또는 제2 기판(408)의 상부에 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 에칭을 통해 형성된다.

제2 기판의 하부에는 그라운드 레이어가 결합되며 EBG, 제2 기판 및 그라운드 레이어의 결합에 의해 EBG 그라운드로 동작한다.

제1 기판(400) 및 제2 기판(408)으로 동일 종류의 기판이 사용될 수도 있으며, 서로 다른 재질로 이루어진 이종 재질의 기판이 사용될 수도 있다. 일례로, 유전율이 4.4이고 손실 탄젠트가 0.02인 비교적 저가의 FR4 기판이 제1 기판 및 제2 기판으로 사용될 수 있다. 유전율이 낮고 손실 탄젠트가 높은 저가의 기판이 사용될 경우, 패치 크기의 증가 및 이득 저하와 같은 문제가 발생하는데, 이러한 문제점을 해결하기 위한 실시예가 후에 설명된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, UHF 대역에서 제1 기판의 두께는 4mm로 설정되고 제2 기판의 두께는 2mm로 설정될 수 있다.

도 5는 종래의 EBG 셀 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EBG 셀 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 종래의 EBG 셀은 평판에 정사각형 형태로 원형의 슬롯이 형성된 구조(이하, "정방형 EBG")이다.

도 5와 같은 정방형 EBG에서 슬롯의 반지름 및 슬롯간 간격이 EBG 그라운드의 대역 통과 특성에 영향을 미친다. 슬롯의 반지름이 커질 경우, 대역 통과 주파수는 낮아지고 통과 대역폭은 낮아지며, 슬롯간 간격이 증가할수록 대역 통과 주파수는 낮아지고 통과 대역폭에는 큰 영향을 주지 않는다.

도 5와 같은 정방형 EBG는 특정 주파수 대역에 대한 밴드 갭을 형성하는 역할을 수행할 수는 있으나, 협대역 특성을 가지는 문제점이 있었다. 협대역 특성을 가지는 패치 안테나를 사용하는 RFID 태그에서 협대역 특성은 인식거리를 불안정하게 하여 인식률을 저하시키는 문제점이 있었던 바, 본 실시예에서는 보다 광대역 특성을 가질 수 있는 EBG 셀 구조가 제안된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EBG 셀 구조를 도시한 것으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 정사각형 형태가 아닌 'ㅍ'자 형태로 슬롯이 형성된다.

도 6에는 원형 슬롯이 형성된 경우가 도시되어 있으나, 슬롯의 형태가 원형에 한정되는 것은 아니며, 정사각형, 육각형 등 다양한 형태의 슬롯이 형성될 수 있다.

도 6에 도시된 'ㅍ'자 형태의 EBG에서도 슬롯의 크기 및 슬롯 사이의 간격에 따라 특성 변화가 있으며, 특성 변화의 형태는 도 5에 도시된 EBG와 동일하다.

도 6과 같은 'ㅍ'자 형태의 EBG는 도 5에 도시된 EBG에 비해 광대역 특성을 보장할 수 있는 장점이 있다.

도 7은 정방형 EBG와 'ㅍ'자 형태의 EBG의 리턴 손실을 비교한 도면이다.

도 7을 참조하면, 'ㅍ'자 형태의 EBG는 -30dB를 만족하는 대역폭이 정방형 EBG에 비해 넓은 바, 광대역 안테나에 유리하게 적용될 수 있으며, 패치 안테나가 사용되는 RFID 태그의 협대역 특성을 보상할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 EBG 셀 구조를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 EBG 셀 구조는 정사각형 형태의 셀이 연속적으로 연결된 사다리 형태이다.

도 7에 도시된 'ㅍ'자 형태의 셀은 높은 광대역 특성을 보이나, 도 7로부터 확인되듯이 Q 값이 낮아 안테나 이득이 낮아지는 문제점을 보일 수 있다.

도 8에 도시된 사다리형 EBG 셀 구조는 'ㅍ'자 형태의 EBG에 비해 대역폭은 낮으나 안테나의 이득이 함께 보장될 수 있도록 설계된 셀 구조이다. 사다리형 EBG 셀 구조는 종래의 정방형 EBG 셀 구조에 비해 광대역 특성을 보이면서 'ㅍ'자 형태의 EBG가 가지는 낮은 이득 문제를 해결할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사다리형 EBG의 리턴 손실을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 정방형 EBG에 비해 넓은 대역폭을 가지면서 'ㅍ'자 형태의 EBG에 비해 높은 Q를 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 6 또는 도 8에 도시된 EBG는 RFID 태그의 사용 환경에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 넓은 대역폭이 우선시되는 사용 환경에서는 도 6에 도시된 'ㅍ'자 형태의 EBG가 사용될 수 있을 것이며, 어느 정도의 대역폭과 함께 안테나 이득도 중요시되는 사용 환경에서는 도 8에 도시된 사다리형 EBG 셀이 사용될 수 있을 것이다.

도 6 또는 도 8과 같은 구조의 EBG를 패치 안테나가 형성된 기판의 하단에 결합함으로써 RFID 태그의 광대역 특성을 향상시키고 EBG를 통해 부착 물체에 따른 안테나 특성 변화를 최소화할 수 있어 부착 물체에 관계없이 인식 거리를 일정하게 유지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 중 제1 기판에 형성되는 패치 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그에 형성되는 패치 안테나는 RF 신호를 방사하는 방사 패치부(1000), 급전 신호를 방사 패치부(1000)에 전달하는 급전 패치부(1002) 및 급전 패치부와 결합되는 스터브(1004)를 포함할 수 있다.

*패치 안테나의 사이즈는 공진 주파수에 의해 결정되는 것이 일반적이며, 공진 주파수의 반파장의 사이즈를 갖는다. 예를 들어, 공진 주파수가 910MHz일 경우 사각 패치의 가로 길이 및 세로 길이의 합은 약 165mm가 되어야 한다. 또한, FR4 기판과 같이 유전율이 낮고 고손실의 저가 기판의 경우 안테나 이득 등을 고려하여 패치 사이즈가 더 증가되기도 한다.

본 실시예에서는 패치 안테나의 사이즈를 줄이고 임피던스 대역폭을 증가시키기 위한 RFID 태그 패치 안테나 구조가 제안되며, 도 10과 같이 급전 패치부에 스터브(1004)를 적용함으로써 상술한 효과를 달성할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 스터브(1004)는 급전 패치부에서 급전 방향으로 좌우 대칭으로 형성되는 것이 바람직하나, 스터브의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 가능한 변형 실시예들은 별도의 도면을 참조하여 설명한다.

도 10과 같이 비교적 좁은 폭의 급전 패치부(1002)가 사각 형태의 방사 패치부(1000)에 결합되는 패치 안테나 구조에서 급전 패치부의 폭 및 급전 패치부의 길이가 안테나 특성에 영향을 미치며, 특히 급전 패치부의 길이가 안테나 특성에 큰 영향을 미친다. 급전 패치부(1002)의 길이에 따라 안테나의 공진 주파수 및 임피던스 매칭이 변하며, 미리 설정된 공진 주파수 및 임피던스 매칭 스펙에 따라 급전 패치부(1002)의 길이가 설정된다.

한편, 도 10에는 급전 패치부(1002)가 방사 패치부(1000)에 직접 연결되는 구조가 도시되어 있으나, 급전 패치부(1002)가 방사 패치부와 소정 거리 이격되어 있어 커플링에 의한 급전이 가능하다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

방사 패치부(1000)의 사이즈는, 상술한 바와 같이, 공진 주파수에 가장 크게 의존적이나 도 9와 같이 스터브(1004)를 급전 패치부에 적용함으로써 방사 패치부의 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 스터브(1004)를 적용함으로써 패치 안테나의 광대역 특성을 함께 향상시킬 수 있다.

스터브(1004)는 급전 패치부와 그라운드 사이에 전자기 커플링을 발생시켜 일반적으로 캐패시턴스 성분이 높은 태그 칩의 입력 리액턴스 성분을 감소시킴으로써 임피던스 매칭에 기여하며 급전 패치부에서 연장되어 전기적 길이를 길게 함으로써 패치 안테나의 전체적인 크기를 감소시키는 역할을 한다.

스터브(1004)를 급전 패치부(1002)에 적용함으로써 방사 패치부의 사이즈가 줄어드는데, 이때 줄어드는 정도는 스터브의 길이(S_L) 및 스터브가 급전 패치부와 이격된 정도(S_g)에 따라 달라진다.

또한, 스터브의 길이 및 스터브의 이격 거리는 안테나의 대역 통과 특성에도 영향을 미친다.

도 11은 UHF 912MHz 대역에서 통상적으로 사용되는 가로 사이즈=90mm 세로 사이즈=69mm 가 적용된 스터브를 구비하지 않은 패치 안테나의 리턴 손실 및 가로 사이즈=30mm 세로 사이즈=69mm 이며, 스터브 이격 거리=1.5mm로 설정된 스터브가 좌우에 배치된 패치 안테나의 리턴 손실을 비교하여 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 방사 패치의 가로 사이즈 및 세로 사이즈를 줄이더라도 스터브의 적용에 의해 패치 안테나가 통상적인 사이즈의 패치 안테나와 동일한 주파수 대역에서 동작하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 급전 패치부에 스터브를 적용함으로써 방사 패치부의 사이즈 감소가 가능하며, 아울러 비교적 큰 패치 사이즈를 요구하는 저가의 기판에서 본 실시예에 따른 패치 안테나 구조가 활용될 수 있어 제조 단가를 낮추는 효과를 달성할 수 있다.

도 12는 가로 사이즈=30mm 세로 사이즈=69mm 이며, 스터브 이격 거리=1.5mm로 설정된 스터브가 좌우에 배치될 경우 스터브 길이에 따른 리턴 손실을 도시한 도면이다.

도 12에는 스터브 길이가 2.5mm, 5mm, 7.5mm 및 10mm인 경우가 도시되어 있으며, S_L인 경우는 스터브가 구비되지 않은 경우이다. 도 12에서, 스터브의 이격 거 리는 1.5mm로 고정되었다.

도 12에서, 스터브가 구비되지 않은 경우 대역폭은 약 2.34%를 차지하나, 스터브 길이가 10mm인 경우 대역폭은 약 4.24%를 차지한다. 즉, 스터브가 없는 경우에 비해 스터브가 구비될 경우 대역폭 증가 효과가 2배에 가까움을 확인할 수 있다. 또한, 스터브의 길이에 따라 공진 주파수가 미세하게 저주파쪽으로 변화하는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 스터브가 구비될 경우 스터브 길이와 방사 패치 사이즈를 적절히 조절하여 기존의 패치 안테나에 비해 광대역 특성을 갖는 안테나의 제작이 가능하다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스터브의 이격 거리에 따른 리턴 손실 변화를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 스터브의 이격 거리에 따라 안테나의 공진 주파수가 변화하며 이격 거리가 작을수록 공진 주파수가 저주파로 이동하고 대역폭이 확장되는 것을 확인할 수 있다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 스터브의 변형 실시예들을 도시한 도면이다.

도 10에는 급전 패치부에 결합되어 급전 방향으로 구비되는 스터브가 도시되어 있으나, 스터브는 도 14 및 도 15와 같이 변형되어 구비될 수도 있다.

스터브는 도 14와 같이 급전 패치부에서 이격되어 'ㄷ'자 형태로 구현될 수도 있으며, 도 10와 달리 도 15와 같이 급전 방향의 반대 방향으로 스터브가 구비될 수도 있다.

도 14 및 도 15에 도시된 변형 실시예 외에도 패치의 사이즈를 감소시키고 안테나 대역폭을 증가시키기 위해 다양한 형태로 스터브가 구비될 수 있으며, 이러한 변경이 본 발명의 사상의 포함된다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 기생 패치가 추가적으로 형성된 패치 안테나 구조를 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 도 9와 같은 패치 안테나의 방사 패치부의 좌우로 다수의 기생 패치(1600)가 추가적으로 형성될 수 있다.

기생 패치(1600)는 안테나의 이득을 향상 시키기 위해 소정의 개수로 형성될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기생 패치의 간격은 약 2mm, 폭은 약 8mm, 길이는 약 69mm로 설정될 수 있다.

본 실시예와 같이 광대역 특성을 갖는 패치 안테나 구조에서 안테나의 이득이 저하될 수도 있으며, 안테나의 이득 저하는 기생 패치를 필요에 따라 추가적으로 형성함으로써 보상할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래의 RFID 태그가 금속체의 사물에 부착되는 경우의 구성을 도시한 도면.

도 2는 일반적인 평판형 역 에프 안테나(PIFA)의 구성을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나가 적용되는 RFID 시스템을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 안테나의 단면도를 도시한 도면.

도 5는 종래의 EBG 셀 구조를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EBG 셀 구조를 도시한 도면.

도 7은 정방형 EBG와 'ㅍ'자 형태의 EBG의 리턴 손실을 비교한 도면.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 EBG 셀 구조를 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사다리형 EBG의 리턴 손실을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 중 제1 기판에 형성되는 패치 안테나의 구조를 도시한 도면.

도 11은 UHF 912MHz 대역에서 통상적으로 사용되는 가로 사이즈=90mm 세로 사이즈=69mm 가 적용된 스터브를 구비하지 않은 패치 안테나의 리턴 손실 및 가로 사이즈=30mm 세로 사이즈=69mm 이며, 스터브 이격 거리=1.5mm로 설정된 스터브가 좌우에 배치된 패치 안테나의 리턴 손실을 비교하여 도시한 도면.

도 12는 가로 사이즈=30mm 세로 사이즈=69mm 이며, 스터브 이격 거리=1.5mm로 설정된 스터브가 좌우에 배치될 경우 스터브 길이에 따른 리턴 손실을 도시한 도면.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스터브의 이격 거리에 따른 리턴 손실 변화를 도시한 도면.

도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 스터브의 변형 실시예들을 도시한 도면.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 기생 패치가 추가적으로 형성된 패치 안테나 구조를 도시한 도면.

Claims (5)

1. 상부에 급전 패치부 및 방사 패치부를 포함하는 패치 안테나;

   상기 패치 안테나가 형성되는 제1 기판;

   상기 제1 기판 하부에 결합되는 제2 기판; 및

   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성되는 EBG를 포함하되,

   상기 EBG는 다수의 슬롯들을 포함하며, 상기 다수의 슬롯들은 'ㅍ'자 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 기판 하부에 결합되는 그라운드 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나
3. 제1항에 있어서,

   상기 슬롯들의 크기 및 상기 슬롯들간의 간격은 공진 주파수 및 대역 통과 특성에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
4. 상부에 급전 패치부 및 방사 패치부를 포함하는 패치 안테나가 형성되는 제1 기판;

   상기 제1 기판 하부에 결합되는 제2 기판; 및

   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 형성되는 EBG를 포함하되,

   상기 EBG는 다수의 슬롯들을 포함하며, 상기 다수의 슬롯들은 사다리 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 기판의 하부에 결합하는 그라운드 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 안테나.

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