KR20080099799A

KR20080099799A - 교차 이중 태그 및 그것을 이용한 ｒｆｉｄ 시스템

Info

Publication number: KR20080099799A
Application number: KR1020080042351A
Authority: KR
Inventors: 마나부 가이; 도루 마니와; 다까시 야마가조
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2008-11-13
Also published as: EP1993168B1; TWI350613B; EP1993168A2; JP4806373B2; US8022886B2; KR100984429B1; CN101303747A; TW200849715A; JP2008283404A; CN101303747B; EP1993168A3; US20080291106A1

Abstract

특수한 회로 등을 이용하지 않고 직선 편파의 태그를 그대로 이용하여 리더 라이터와의 통신 거리가 신장된 원편파를 발생시키는 태그 및 그것을 이용한 RFID 시스템을 제공한다. 동일 평면 내에 도체에 의해 형성된 다이폴 안테나(2)와 다이폴 안테나(2)의 중심에서 IC 칩(5)이 접속된 급전부(3)와 다이폴 안테나(2)의 쌍극의 중간에 형성되며 급전부(3)에 대해 다이폴 안테나(2)의 쌍극과 병렬로 접속된 루프 형상의 인덕턴스부(4(4a, 4b))를 각각 갖는 2개의 태그(1(1a, 1b))를 준비하고, 십자형으로 교차시켜, 각각의 인덕턴스부(4)의 루프 형상이 가급적으로 넓은 범위에서 겹치도록 또한 교차부에 간극이 없도록 밀착시켜 겹친다.

다이폴 안테나, IC 칩, 급전부, 인덕턴스부, 태그

Description

교차 이중 태그 및 그것을 이용한 ＲＦＩＤ 시스템{CROSSED DUAL TAG AND RFID SYSTEM USING THE CROSSED DUAL TAG}

본 발명은, 2개의 직선 편파 태그를 교차시켜 겹쳐서 리더 라이터와의 통신 거리를 신장하도록 한 교차 이중 태그 및 그것을 이용한 RFID(radio frequency identification) 시스템에 관한 것이다.

종래, 사람이나 물건에 관한 다양한 정보를 RFID의 IC(integrated circuit) 칩 내에 기록해 두고, 그것을 무선으로 읽어내는 비접촉의 인증 기술로서 RFID 시스템이 실용화되어 있다. 상기의 RFID에는 다양한 통칭이 있지만, 일반적으로는 무선 태그 또는 간단히 태그라고 불리어지는 경우가 많다.

태그는, 두께 0.1㎜ 정도의 시트나 필름 등의 평면 상에 형성된 금속의 안테나와, 이 안테나의 급전점에 접속된 IC 칩으로 구성된다.

통상적으로, IC 칩은 매우 작고, 그 크기는 두께가 0.2㎜ 정도, 면적이 1㎜각 정도의 것이다. 이 IC 칩에 접속되어 있는 안테나는, 다이폴형 안테나 패턴으로서 형성되고, 공진 전류에 의한 통신 전파는 직선 편파이다.

RFID 시스템은, 리더 라이터로부터 약 1W의 무선 전파의 신호를 송신하고, 태그측에서 그 신호를 수신하고, 태그로부터 리더 라이터측에 응답 신호로서 IC 칩 내의 정보를 되돌려 보냄으로써, 그 정보를 리더 라이터에서 판독하도록 한 시스템이다.

태그에는 전지가 없고, 리더 라이터에 접근하면, 리더 라이터가 발신하는 전파에 안테나가 공진하여 전류가 생성되고, 그 순간만 IC 칩의 회로가 움직여 IC 칩 내의 정보가 리더 라이터에 발신되는 구조로 되어 있다.

리더 라이터측의 안테나는, 직선 편파로 통신하는 태그가 어느 방향으로 되어도 태그 통신을 할 수 있도록, 원편파의 전파를 발신하도록 형성되어 있다. 이 발신에 이용되는 전파는, 860∼960㎒의 범위의 UHF(Ultra High Frequency)가 이용되지만, 일본 내에서는 952㎒∼954㎒가 이용된다.

리더 라이터와 태그의 통신 거리는, 태그의 안테나의 게인, IC 칩의 동작 전압, 주위의 환경 등에도 의하지만, 이상적인 상태에서 대략 3m∼5m 정도이다.

리더 라이터의 안테나가 원편파의 전파로 통신하는 것에 대해 태그의 안테나는 직선 편파에 의한 통신이므로, 리더 라이터로부터 받는 전파에 공진하여 발생하는 전력, 즉 리더 라이터로부터 받는 전력은 태그가 원편파의 태그라고 가정하였을 경우의 절반만 받을 수 있다.

송신 전력은 거리의 2승에 반비례하여 감쇠되어 가므로, 상술한 실제의 통신 거리 3m∼5m라고 하는 것은, 태그도 원편파라고 가정한 경우에 대해, 그 1/√2=1/1.41로 되어 있다.

단, 단순히 원편파를 발신시키는 것을 목적으로 한 태그로서는, 2개의 다이 폴 안테나를 직교시켜, 한쪽의 다이폴 안테나의 한쪽과 다른 쪽의 다이폴 안테나의 한쪽 및 한쪽의 다이폴 안테나의 다른 쪽과 다른 쪽의 다이폴 안테나의 다른 쪽을 각각 전기적으로 접속하는 2개의 급전 단자를 형성하고, 이들 2개의 급전 단자와의 사이에 IC 태그와 π/2의 위상차를 갖는 회로를 접속한 구성이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-249820호 공보

그런데, 상술한 바와 같이, 태그를 원편파의 태그로 하고자 하면, 2개의 직교하는 직선 편파의 다이폴 안테나끼리를, π/2의 위상차를 갖는 회로, 즉 90°위상기로 접속해야만 한다.

통상적으로, 태그는, 상술한 바와 같이, 면적이 약 1㎜×1㎜인 작은 IC에 다이폴 안테나 패턴을 직접 접속하는 것만의 간소한 구조이므로, IC와는 별도로 특허 문헌 1과 같은 90°위상기를 부착한다고 하는 구조는, 전체가 고가로 되어 바람직한 것은 아니다.

또한, 특허 문헌 1의 기술은, 다이폴 안테나가 분리 불가능하게 십자형으로 교차하여 IC 태그 90°위상기에 접속된 원편파 발생 전용 태그로, 전용의 설계와, 전용의 제조 공정을 필요로 하여, 설계의 자유도가 부족하다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 상기 종래의 실정을 감안하여, 직선 편파의 태그를, 특수한 회로 등을 이용하지 않고 그대로 이용하여, 리더 라이터와의 통신 거리가 신장 된 원편파를 발생시키는 태그 및 그것을 이용한 RFID 시스템을 제공하는 것이다.

우선, 제1 발명의 교차 이중 태그는, 동일 평면 내에 도체에 의해 형성된 다이폴 안테나와, 그 다이폴 안테나의 중심에서 IC가 접속된 급전부와, 상기 다이폴 안테나의 쌍극의 중간에 형성되며 상기 급전부에 대해 상기 다이폴 안테나의 쌍극과 병렬로 접속된 루프 형상의 인덕턴스부를 각각 갖는 제1 및 제2 태그로 이루어지고, 또한 각각의 상기 인덕턴스부의 루프 형상이 겹치도록 상기 제1 및 제2 태그가 교차되어 이루어지도록 구성된다.

이 교차 이중 태그에서, 상기 인덕턴스부는, 예를 들면, 각각 정방형, 원형, 또는 그들에 근사한 루프 형상으로 형성되어 구성된다.

또한, 상기 제1 및 제2 태그는, 예를 들면, 상기 인덕턴스부의 루프 형상이 가급적으로 넓은 범위에서 서로 겹치도록 교차되고, 또한 서로 가급적으로 간극 없이 겹쳐져 구성된다. 상기 제1 및 제2 태그는, 예를 들면 교차 각도 90°로 원편파를 발생한다.

또한, 이 교차 이중 태그에서, 상기 제1 및 제2 태그가 교차된 형상에 따른 오목부를 갖는 유지 부재를 구비하고, 그 유지 부재의 상기 오목부에 의해, 상기 제1 및 제2 태그는 교차된 형상으로 상기 유지 부재에 유지되도록 구성된다.

다음으로, 제2 발명의 RFID(radio frequency identification) 시스템은, 동일 평면 내에 도체에 의해 형성된 다이폴 안테나와, 그 다이폴 안테나의 중심에서 IC 칩이 접속된 급전부와, 상기 다이폴 안테나의 쌍극의 중간에 형성되며 상기 급 전부에 대해 상기 다이폴 안테나의 쌍극과 병렬로 접속된 루프 형상의 인덕턴스부를 각각 갖는 제1 및 제2 태그로 이루어지고, 각각의 상기 인덕턴스부의 루프 형상이 겹치도록 상기 제1 및 제2 태그가 교차되어 이루어지는 교차 이중 태그와, 상기 제1 태그의 정보, 또는 상기 제2 태그의 정보를 읽어내기 위해 원편파 무선 신호를 발신하는 리더 라이터로 이루어지도록 구성된다.

이 RFID(radio frequency identification) 시스템에서, 예를 들면, 상기 리더 라이터는, 상기 제1 태그를 읽어내기 태그로서 설정하고, 상기 제2 태그를 비읽어내기 태그로서 설정하고, 상기 제1 태그의 정보만을 항상 읽어내도록 구성된다.

또한, 예를 들면, 상기 제1 및 제2 태그는, 각각 동일한 정보가 써넣어진 유저 메모리 영역을 구비하고, 상기 리더 라이터는, 상기 원편파 무선 신호의 원편파면을 정역 중 어느 하나의 방향으로 절환하고, 그 절환된 원편파에 대해 보다 강하게 응답하는 상기 제1 또는 제2 태그로부터 상기 유저 메모리 영역의 정보를 판독하도록 구성되어도 된다.

또한, 예를 들면, 상기 제1 및 제2 태그는, 각각 서로 다른 정보가 써넣어진 유저 메모리 영역을 구비하고, 상기 리더 라이터는, 상기 원편파 무선 신호의 원편파면을 정역 양 방향으로 순차적으로 절환하고, 그 절환에 따라서 원편파에 대해 보다 강하게 응답하는 상기 제1 또는 제2 태그로부터 상기 유저 메모리 영역의 정보를 판독함으로써, 상기 제1 및 제2 태그 중 어느 것으로부터도 상기 유저 메모리 영역의 정보를 판독하도록 구성되어도 된다.

본 발명에 따르면, 특수한 회로 등이 이용되지 않고 직선 편파의 2개의 태그가 그대로 교차하여 겹쳐진 상태에서 이용되어 원편파가 발생됨으로써, 직선 편파의 태그 1개의 경우보다도 리더 라이터와의 통신 거리가 약 1.41배로 신장되는 원편파 발생 태그 및 그것을 이용한 RFID 시스템을 염가로 제공하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

<실시예 1>

도 1은, 제1 실시 형태에서의 매우 소형의 태그 및 그 안테나의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시한 태그(1)의 전체의 크기는, 가로 53㎜×세로 7㎜이다.

이 태그(1)는, 동일 평면 내에 도체에 의해 형성된 다이폴 안테나(2)와 급전부(3)와 인덕턴스부(4)를 구비하고 있다. 또한, 상기의 도체에는 Cu, Ag, 또는 Al을 이용하는 것이 바람직하다.

급전부(3)는 다이폴 안테나(2)의 중심에서 칩 탑재부를 구성하고, IC 칩(5)을 탑재하고 있다. 이 급전부(3)를 중심으로, 그 양측에 선로 폭 1㎜의 다이폴부(6)가 형성되어, 전체로서 다이폴 안테나(2)가 형성되어 있다.

양측의 다이폴부(6)로 이루어지는 이 다이폴 안테나(2)는, 쌍극을 각각, 적어도 4개소의 내측으로 구부러지는 굽힘부(7(7-1, 7-7, 7-3, 7-4))에 의해 양측으로부터 접어 구부러져서 각형의 스파이럴 형상으로 형성되어 있다. 즉, 본 예에서 는, 다이폴부(6)는 각각 4회의 굽힘부를 갖고 있다.

이들, 각각 4개소의 굽힘부(7)를 직선으로 신장하였을 때의 다이폴 안테나(2)의 전체 길이는, 안테나 공진 파장의 1/2보다도 짧아지도록 형성되어 있다.

또한, 이 다이폴 안테나(2)의 중심 근방에는, 상기 각형의 스파이럴 형상으로 형성된 양 다이폴부(6 및 6)의 중간에, 상술한 인덕턴스부(4)가 배치되어 있다.

이 인덕턴스부(4)는, 다이폴 안테나(2)의 급전부(3), 즉 IC 칩(5)에 대해, 양 다이폴부(6 및 6)와 병렬로 접속되어 있다.

급전부(3)에 탑재되는 IC 칩(5)은, 예를 들면 Rc=500Ω, Cc=1.4pF의 칩이다. 인덕턴스부(4)는 안테나측에 배치되어 있고, 이 인덕턴스부(4)에 의해, IC 칩(5)의1.4pF의 용량 성분이 캔슬되도록 구성되어 있다.

또한, 상기의 인덕턴스부(4)는, 도 1에 도시한 예에서는, 거의 직방형의 1주의 루프 형상으로 형성되어 있지만, 이 인덕턴스부(4)의 1주의 루프 형상은 이에 한하지 않고, 정방형, 원형, 또는 그들에 근사한 루프 형상으로 형성되어 있어도 된다.

이 태그(1)의 양면(도면에서는 상하의 면)은, 유전률 εr=3, 두께 t=0.75㎜의 수지 보호막(8)에 의해 사이에 끼워지도록 하여 피복된다.

이 수지 보호막(8)에는, 예를 들면 테레프탈산에틸렌 필름 등이 이용된다. 또한, 수지 보호막(8) 대신에 적절한 종이로 양면으로부터 피복하도록 하여도 된다.

도 2는, 전자계 시뮬레이터로 계산한 태그(1)의 다이폴 안테나(2)의 반사의 주파수 특성을 도시하는 도면이다. 도 2는 횡축에 주파수(800㎒∼1100㎒)를 나타내고, 종축에 반사(-5㏈∼0㏈)를 나타내고 있다. 도 2로도 알 수 있는 바와 같이, 975㎒ 부근에서 반사가 가장 작아져 있다.

도 3은, 상기의 전자계 시뮬레이터로 계산한 태그(1)의 다이폴 안테나(2)의 안테나 게인 계산값을 도시하는 도면이다. 도 3은 횡축에 주파수(800㎒∼1100㎒)를 나타내고, 종축에 안테나 게인(-4㏈i∼2㏈i)을 나타내고 있다. 도 3에 도시한 안테나 게인은, 1050㎒ 부근에서 최대로 되어 있다.

즉, 1050㎒ 부근에서는, 반사가 커지는 결점은 있지만, 이 1050㎒ 부근에서는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 안테나 게인이 크기 때문에, 이 큰 안테나 게인으로 반사가 큰 결점을 보충하는 형태로 되어 있다.

도 4는, 태그(1)의 다이폴 안테나(2)의 상기의 반사 특성 및 게인 특성을 Excel 상에서 합하여 얻어지는 통신 거리 특성도이다. 도 4는 횡축에 주파수(800㎒∼1100㎒)를 나타내고, 종축에, 최대 거리로 규격화한 상대 통신 거리를 나타내고 있다.

이와 같이, 태그(1)의 다이폴 안테나(2)가 갖는 통신 거리 특성은, 리더 라이터 동작 주파수 953㎒에 대해 좌우 비대칭으로 되어 있지만, 리더 라이터 동작 주파수 953㎒보다도 높은 주파수측에서는 변화가 완만하여, 통신 거리가 비교적 안정된 특성으로 되어 있다.

상기의 전자계 시뮬레이터에 의한 계산은, 도 1에 도시한 수지 보호막(8)의 상하는 공기로서 설정하고 있기 때문에, 리더 라이터 동작 주파수 953㎒에서의 통 신 거리는, 태그(1) 즉 다이폴 안테나(2)가 공기 중에 있을 때의 거리이다.

공기 중에서의 통신 거리는, 도 4에 도시한 바와 같이 규격화된 최대 거리에 대해 0.95의 거리이다. 즉 최대 거리의 95％가 확보되어 있다.

이 태그(1)를, 예를 들면 εr=3, 두께 2㎜의 플라스틱에 접착하면, 안테나 주위의 실효 유전률이 커져 대역이 약 10％ 시프트한다. 즉, 도 4의 파형이 저주파수측으로 약 100㎒ 어긋난다.

환언하면, 도 4의 파형에서, 953㎒보다도 약 10％ 정도 높은 주파수 1050㎒에서의 상대 통신 거리의 값이, 태그(1)를 두께 2㎜의 플라스틱에 접착하였을 때의 통신 거리로 된다.

이 때의 통신 거리는, 도 4에 도시한 바와 같이 규격화된 최대 거리에 대해 0.8의 거리로, 최대 거리의 80％가 확보되어 있다.

이와 같이, 도 4로부터도 판명되는 바와 같이, 본 예의 태그(1)는 공기 중이라도, 발포 스티롤에 접착하여도, 두께 2㎜의 플라스틱에 접착하여도, 최대 통신 거리의 80％ 이내의 거리를 항상 확보할 수 있어, 매우 높은 거리 안정성을 갖고 있는 것으로 된다.

본 예의 태그(1)의 특징은, 리더 라이터 동작 주파수의 953㎒ 부근에서는, 안테나 최적값에 가능한 한 근접하도록 다이폴부와 인덕턴스부로 이루어지는 안테나 패턴이 조정되어 있고, 953㎒보다도 높은 주파수에서는 안테나 최적값으로부터는 멀어져 반사가 커지지만, 안테나 게인이 높아짐으로써 통신 거리를 크게 열화시키는 일이 없다고 하는 것이다.

953㎒보다도 높은 주파수에서 안테나 게인이 높아지도록 하기 위해서는, 안테나의 전체 길이를, 게인 효율이 양호한 안테나 공진 파장의 1/2에 근접하도록 한다.

본 예의 태그(1)의 다이폴 안테나(2)의 안테나 패턴의 특징은, 굽힘부(7)를 똑바로 신장하였을 때의 안테나 전체 길이가 안테나 공진 파장 λ의 1/2보다 약간 짧아지도록 하고 있는 것이다.

도 1에 도시한 예에서는, 굽힘부(7)를 똑바로 신장하였을 때의 안테나 전체 길이가 약 120㎜, 안테나 공진 파장 λ의 1/2는 약 130∼140㎜이다. 이 안테나 공진 파장 λ의 10㎜의 허용 폭은 상하의 수지 보호막(8)을 고려한 것이다.

또한, 다이폴부(6)는, 가능한 한 직선에 근접하도록 단부측으로부터 내측으로 접어 구부러져 간다. 또한, 양 다이폴부(6 및 6)는 근접하지 않은 쪽이 좋기 때문에, 양 다이폴부(6 및 6) 사이에 인덕턴스부(4)를 형성하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 953㎒에서의 임피던스가, 안테나 최적값에 근접해지도록 설정되고, 1050㎒ 근방에서는 안테나 게인이 가장 커지도록 설정된다.

이에 의해, 공기 중, 발포 스티롤 상, 두께 2㎜의 플라스틱 상에 있어도, 최대 통신 거리의 80％ 이내의 거리를 항상 확보할 수 있는 매우 높은 거리 안정성을 갖는 태그(1)가 실현된다.

본 예에서의 태그(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 가로 53㎜, 세로 7㎜의 크기로, 양 다이폴부(6 및 6)의 편측에서 4회의 굽힘부(7)를 형성하지만, 안테나 전체가 작아질수록 편측 5회 또는 6회라고 하는 바와 같이 굽힘부의 수를 늘려 가 면 된다.

<실시예 2>

그런데, 상술한 태그(1)는 직선 편파를 출력하는 태그이다. 이 제2 실시 형태에서는 상기의 직선 편파의 태그(1)를, 특수한 회로 등을 이용하지 않고 그대로 이용하여, 리더 라이터와의 통신 거리가 신장된 원편파를 발생시키는 태그를 실현시킨다.

도 5에서, 상방의 도면은, 제2 실시 형태에서의 원편파 발생 태그의 구성을 도시하는 사시도이며, 하방의 도면은, 그 수지를 제거한 평면도이다.

그런데, 상기의 제1 실시 형태에서 도 1에 도시한 태그(1)는, 그 길이 방향은 중심에 대해 좌우(플러스 X 방향과 마이너스 X 방향)가 동형이지만, 그 짧은 방향은 중심에 대해 전후(플러스 Y 방향과 마이너스 Y 방향)가 동형은 아니다.

도 5에 도시한 교차 이중 태그(10)는, 도 1에 도시한 것과 마찬가지의 2개의 태그(1(1a, 1b))가 90°의 각도로 교차하여 겹쳐져 구성되어 있다. 또한, 상기의 태그(1a) 및 태그(1b)의 구성에 대해서는, 도 1에서 설명한 바와 같다.

또한, 도 5의 상방에서, 방향을 나타내는 X, Y 및 Z의 화살표는, 태그(1a)에 대한 방향 짓기를 도시하고 있다. 태그(1b)에도, 도 5의 하방에 도시한 바와 같이, 동일한 방향 짓기가 이루어져 있다.

본 예에서는, 태그의 플러스 Y 방향이 다른 태그의 플러스 X 방향을 향하고 있는 태그를 제1 태그(1a)로 하고, 태그의 플러스 Y 방향이 다른 태그의 마이너스 X 방향을 향하고 있는 태그를 제2 태그(1b)로 한다.

즉, 본 예의 교차 이중 태그(10)는, 제1 태그(1a) 및 제2 태그(1b)로 이루어지고, 또한 각각의 인덕턴스부(4(4a, 4b))의 루프 형상이 가능한 한 넓은 범위에서 서로 겹치도록 제1 태그(1a) 및 제2 태그(1b)가 90°의 각도로, 즉 십자형으로 교차되어 있다. 또한, 그 교차 부분에서는, 서로 가능한 한 간극이 없도록 겹쳐져 있다.

도 6에서, 상방의 도면은, 십자형으로 겹쳐진 제1 태그(1a) 및 제2 태그(1b)를 모식적으로 도시하고, 중앙의 도면은, 예를 들면 수지 등으로 만들어진 유지구(11)를 도시하고, 하방의 도면은, 그 유지구(11)에 유지된 제1 태그(1a) 및 제2 태그(1b)를 도시하고 있다.

유지구(11)에는, 도 6의 중앙에 도시된 바와 같이, 십자의 홈(12)이 형성되어 있고, 이 십자의 홈(12)에, 제1 태그(1a) 및 제2 태그(1b)가 끼워 넣어져, 도면에는 도시되어 있지 않은 적절한 부재로 위로부터 눌러져 고정된다.

또한, 교차 이중 태그(10)에서 제1 태그(1a) 및 제2 태그(1b)를 십자로 겹치는 구성은, 십자의 홈(12)이 형성된 유지구(11)에 유지되는 구성에 한하지 않고, 예를 들면 2매의 수지 시트 사이에 밀봉하도록 하여도 된다.

도 7에서, 상방의 도면은, 리더 라이터(RW)의 안테나의 편파의 방향을 도시하고, 중앙의 도면은, 제1 태그(1a)의 편파면이 리더 라이터의 방향을 향하고 있는 경우의 교차 이중 태그(10)의 동작을 설명하는 도면, 하방의 도면은, 제2 태그(1b)의 편파면이 리더 라이터의 방향을 향하고 있는 경우의 교차 이중 태그(10)의 동작을 설명하는 도면이다.

도 7의 중앙에 도시한 바와 같이, 제1 태그(1a)의 편파면이 리더 라이터의 방향을 향하고 있는 경우에는, 제1 태그(1a)가 동작한다.

이와 같이 제1 태그(1a)가 최초로 동작하면, 제1 태그(1a)의 인덕턴스부(4a)의 루프에 전류가 흘러, 제2 태그(1b)의 인덕턴스부(4b)의 루프와 고주파 결합한다. 이에 의해, 제2 태그(1b)가 후술하는 바와 같이 위상이 90°지연되어 동작한다.

또한, 도 7의 하방에 도시한 바와 같이, 제2 태그(1b)의 편파면이 리더 라이터의 방향을 향하고 있는 경우에는, 제2 태그(1b)가 동작한다.

이와 같이 제2 태그(1b)가 최초로 동작하면, 제2 태그(1b)의 인덕턴스부(4b)의 루프에 전류가 흘러, 제1 태그(1a)의 인덕턴스부(4a)의 루프와 고주파 결합한다. 이에 의해, 제1 태그(1a)가 후술하는 바와 같이 위상이 90°지연되어 동작한다.

도 8은, 상기의 교차 이중 태그(10)의 동작을 전자계 시뮬레이터로 계산하기 위한 계산 모델을 도시하고 있다.

제1 태그(1a)의 IC 칩(5)도 제2 태그(1b)의 IC 칩(5)도, 각각 Ccp=1.43pF의 용량 성분을 갖고 있다. 또한, 특별히 도시되어 있지 않지만, 각각 Rcp=420Ω의 내부 임피던스를 갖고 있다.

도 9는, 전자계 시뮬레이터로 계산한 결과를 도시하는 도면으로, 상방의 도면은 제1 태그(1a)와 제2 태그(1b)의 IC 칩(5)에 각각 발생하는 전압과 그 주기의 관계를 도시하는 도면, 하방의 도면은 동일하게 각각의 IC 칩(5)에 발생하는 전압 의 주기와 위상의 관계를 도시하는 도면이다.

도 9의 상방의 도면은, 횡축에 전압의 주기를 0.7㎓∼1.2㎓까지 나타내고, 종축에 전압을 0V부터 1.2V까지 나타내고 있다. 상방의 도면에 도시한 바와 같이, 주기 0.953㎓에서 태그(1a)의 IC 칩에 발생하는 전압 V1에 대해, 이 전압 V1(0.88V)과 동일한 정도의 전압 V2(0.8V)가 태그(1b)의 IC 칩에 발생하고 있다.

도 9의 하방의 도면은, 횡축에 전압의 주기를 0.7㎓∼1.2㎓까지 나타내고, 종축에 주기의 위상을 마이너스 180°부터 플러스 180°까지 나타내고 있다.

이 도 9의 하방에 도시한 주기ㆍ위상의 관계도를 보면, 상방의 도면에서 태그(1b)가, 태그(1a)의 전압 V1과 동일한 정도의 전압 V2를 발생하는 주기 0.953㎓에서, 태그(1b)의 전압 V2의 위상이, 태그(1a)의 전압 V1의 위상에 대해 90°지연되어 있는 것을 알 수 있다.

즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 동작 주파수 953㎒에서, 태그(1a)의 발생 전압 0.88V에 대해, 태그(1b)에서는 0.8V의 전압이 발생하고, 태그(1a)의 위상에 대해 태그(1b)의 위상이 90°지연되어 동작하고 있는 것을 알 수 있다.

즉, 상기의 90°위상 지연의 동작이 0.953㎓의 주기로 반복되므로 태그(1a)와 태그(1b)를 1조로서 생각하면, 원편파에 가까운 동작을 하고 있는 것을 알 수 있다.

단, 이상적으로는, 태그(1a)와 태그(1b) 모두 동일한 전압이 발생하고, 위상이 90°어긋나는 것이 원편파에 보다 근접한 동작으로 되어 바람직한 형태이다.

또한, 이 때, 도 7의 중앙에 도시한 바와 같이, 리더 라이터의 원편파의 방 향(도 7의 상방에 도시한 도면에서는 반시계 방향)과, 교차 이중 태그(10)의 회전 방향이 일치하고 있으면, 통신 거리가 신장하게 된다. 즉, 태그(1a)가 갖는 정보는, 원편파의 리더 라이터와 직선 편파의 태그와의 최대 통신 거리의 √2배 즉 1.41배의 거리에서도 읽을 수 있게 된다.

한편, 도 7의 하방의 도면에 도시한 바와 같이, 태그(1b)가 동작한 경우, 태그(1a)가 90°위상 지연으로 동작하기 때문에, 상기의 원편파의 동작은 리더 라이터의 원편파의 회전 방향과는 역방향으로 된다. 이 때문에, 태그(1b)의 통신 거리는 태그(1a)의 경우와는 반대로 짧아지게 된다.

단, 리더 라이터가, 일정 주기로, 원편파의 회전 방향을 순역 양 방향으로 절환할 수 있는 구성이면, 태그(1a)도 태그(1b)도, 모두 태그 단체의 경우의 1.41배의 거리에서 통신할 수 있게 된다.

도 10은, 태그(1a)와 태그(1b)의 서로 겹침 부분(교차 부분)을 밀착시키지 않고, 거리 h=1㎜의 공간을 둔 경우의 전자계 시뮬레이터로 계산한 결과를 도시하는 도면이다.

도 10의 상방의 도면은, 거리 h=1㎜의 공간을 두고 태그(1a)와 태그(1b)를 교차시킨 교차 이중 태그(15)를 도시하는 도면, 중앙의 도면은, 태그(1a)와 태그(1b)에 각각 발생하는 전압과 그 주기의 관계를 도시하는 도면, 하방의 도면은, 동일하게 각각에 발생하는 전압의 주기와 위상의 관계를 도시하는 도면이다.

도 10의 중앙의 도면과 도 9의 상방의 도면을 비교해 보면, 태그(1a)의 발생 전압 V1에 대해 태그(1b)의 발생 전압 V2가 약간 약해져 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 10의 하방의 도면과 도 9의 하방의 도면을 비교해 보면, 태그(1a)의 발생 전압 V1에 대한 태그(1b)의 발생 전압 V2의 위상차가 75°인 것을 알 수 있다. 즉, 원편파의 정도가 약간 약해져 있는 것을 알 수 있다.

이들 점으로부터, 교차 이중 태그에 원편파를 발생시키기 위해서는, 교차 부분은 가능한 한 밀착시킨 쪽이 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 교차 이중 태그의 교차 부분을 밀착시키지 않고 일정한 공간을 두고 교차시키면, 타원형의 편파가 발생하는 것도 알 수 있다.

도 11은, 태그(1a)의 인덕턴스부(4a)와 태그(1b)의 인덕턴스부(4b)의 루프를 서로 겹치지 않고, 루프의 서로 겹침을 완전히 떼어낸 경우의 전자계 시뮬레이터로 계산한 결과를 도시하는 도면이다.

도 11의 상방의 도면은, 태그(1a)와 태그(1b)의 인덕턴스부의 루프의 서로 겹침을 완전히 떼어내어 교차시킨 교차 이중 태그(16)를 도시하는 도면, 중앙의 도면은, 태그(1a)와 태그(1b)에 각각 발생하는 전압과 그 주기의 관계를 도시하는 도면, 하방의 도면은, 동일하게 각각에 발생하는 전압의 주기와 위상의 관계를 도시하는 도면이다.

도 11의 중앙의 도면을 보면, 태그(1a)의 발생 전압 V1에 대해 태그(1b)의 전압 V2는 거의 발생하고 있지 않은, 즉 태그끼리가 공진 결합하고 있지 않은 것을 알 수 있다.

이들 점으로부터, 태그(1a)와 태그(1b)의 인덕턴스부의 루프끼리는 가능한 한 겹치는 쪽이 바람직한 것을 알 수 있다. 따라서, 인덕턴스부의 루프 형상은 정 방형, 원형 또는 그들에 근사한 형상인 것이 바람직하다고 할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는 UHF대의 RFID에 관해 설명하고 있지만, 2.45㎓의 RFID에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 리더 라이터측이 원편파인 경우를 설명하여 왔지만, 리더 라이터측이 직선 편파와 원편파 사이의 타원편파인 경우, 2개의 태그를 90°가 아니라, 예를 들면 60°로 겹침으로써, 교차 이중 태그측도 타원편파로 동작시킬 수 있다.

혹은, 인덕턴스부의 루프의 겹침 상태를 어긋나게 하여도 타원편파로 동작시킬 수 있다.

또한, 인덕턴스부의 루프 형상은 정방형, 원형 또는 그들에 근사한 형상인 것이 바람직하다고 하였지만, 실시예와 같이 루프 형상이 직방형이어도 충분히 원편파에 근접한 동작을 할 수 있으므로, 각각 루프를 갖는 2개의 태그이면, 본 발명의 교차 이중 태그 및 그를 이용한 RFID 시스템을 적용할 수 있는 것도 물론이다.

<실시예 3>

여기서, 교차 이중 태그의 실제의 사용 환경에 대해 설명한다.

통상은, 태그를 양산하는 경우, 각각의 태그에 서로 다른 ID가 써넣어진다. 따라서, 본 발명과 같은 교차 이중 태그의 구조로 하면, 리더 라이터와 근거리에서 통신시킨 경우, 태그(1a)와 태그(1b)의 2개의 ID를 리더 라이터측에서 판독하게 된다.

따라서, 리더 라이터측에서 읽고자 하는 태그를 예를 들면 태그(1a)로 하고, 태그(1b)를 더미로 생각하고, 리더 라이터 내에서 태그(1b)의 ID를 미리 「kill」 로 지정해 두고, 태그(1a)의 정보만을 항상 읽게 하도록 하면 된다.

또한, 상기의 사항은, 공장 출하 시점에서 모든 태그에 각각 서로 다른 ID가 써넣어져 있는 것을 전제로 하고 있지만, 태그 중에는 IC 칩 내의 영역에 다음부터 정보를 자유롭게 써넣을 수 있는 유저 메모리를 구비한 것도 존재한다.

이와 같은 경우, 태그(1a)와 태그(1b)의 어느 쪽의 유저 에리어에도, 동일한 정보를 써넣어 두면, 리더 라이터가 근거리에서 태그(1b)를 읽게 된 경우라도 지장은 발생하지 않게 된다.

또한, 도 7로부터 명백한 바와 같이, 리더 라이터의 원편파면을 역방향으로 절환하면, 태그(1b)의 통신 거리를 신장하고, 태그(1a)의 통신 거리를 줄일 수 있다.

이와 같이, 리더 라이터의 원편파면을 순역 양 방향으로 절환하면, 통신 거리가 신장한 상태의 태그(1a) 또는 태그(1b) 중 어느 쪽의 정보도 판독할 수 있다. 즉, 2개의 유저 메모리에 서로 다른 정보를 써넣고, 그들의 서로 다른 정보를 리더 라이터에 판독시킬 수 있어, 유저 메모리에 낭비가 없어진다.

이상 설명한 바와 같이, 종래에서는 태그를 원편파로 하기 위해서는 2개의 직선 편파의 태그를 교차 상태로 하여 90°위상기 등의 복잡한 회로를 설치하는 것이 필요하였지만, 본 발명의 교차 이중 태그에 의하면, 인덕턴스부의 루프를 갖는 기존의 직선 편파의 태그를 십자로 겹치는 것만으로 리더 라이터와의 통신 거리를 신장할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에서의 매우 소형의 태그용 안테나의 구성을 도시하는 사시도.

도 2는 제1 실시 형태에서의 태그용 안테나의 전자계 시뮬레이터로 계산한 반사의 주파수 특성을 도시하는 도면.

도 3은 제1 실시 형태에서의 태그용 안테나의 전자계 시뮬레이터로 계산한 안테나 게인 계산값을 도시하는 도면.

도 4는 제1 실시 형태에서의 태그용 안테나의 반사 특성 및 게인 특성을 Excel 상에서 합하여 얻어지는 통신 거리 특성도.

도 5는 제2 실시 형태에서의 교차 이중 태그의 구성을 도시하는 사시도와 그 수지 보호막을 제거한 평면도.

도 6은 제2 실시 형태에서의 교차 이중 태그의 십자형으로 겹쳐진 제1 태그 및 제2 태그를 유지구에 유지하여 구성하는 상태를 도시하는 도면.

도 7은 리더 라이터(RW)에 대한 제2 실시 형태에서의 교차 이중 태그의 동작을 설명하는 도면.

도 8은 제2 실시 형태에서의 교차 이중 태그의 동작을 전자계 시뮬레이터로 계산하기 위한 계산 모델을 도시하는 도면.

도 9는 제2 실시 형태에서의 교차 이중 태그의 전자계 시뮬레이터로 계산한 전압과 그 주기의 관계를 도시하는 도면과 주기와 위상의 관계를 도시하는 도면.

도 10은 실험으로써 제1 태그와 제2 태그의 교차 부분을 밀착시키지 않고 거 리 h=1㎜의 공간을 둔 경우의 전자계 시뮬레이터로 계산한 결과를 도시하는 도면.

도 11은 실험으로서 제1 태그의 인덕턴스부의 루프와 제2 태그의 인덕턴스부의 루프의 서로 겹침을 완전히 떼어내어 교차시킨 경우의 전자계 시뮬레이터로 계산한 결과를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1(1a, 1b) : 태그(직선 편파 태그)

2 : 다이폴 안테나

3 : 급전부(칩 탑재부)

4(4a, 4b) : 인덕턴스부

5 : IC 칩

6 : 다이폴부

7(7-1, 7-7, 7-3, 7-4) : 굽힘부

8 : 수지

10 : 교차 이중 태그

11 : 유지구

12 : 십자의 홈

15, 16 : 교차 이중 태그

Claims

동일 평면 내에 도체에 의해 형성된 다이폴 안테나와, 그 다이폴 안테나의 중심에서 IC 칩이 접속된 급전부와, 상기 다이폴 안테나의 쌍극의 중간에 형성되며 상기 급전부에 대해 상기 다이폴 안테나의 쌍극과 병렬로 접속된 루프 형상의 인덕턴스부를 각각 갖는 제1 및 제2 태그로 이루어지고, 또한 각각의 상기 인덕턴스부의 루프 형상이 겹치도록 상기 제1 및 제2 태그가 교차되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 교차 이중 태그.
제1항에 있어서,

상기 인덕턴스부는, 각각 정방형, 원형, 또는 그들에 근사한 루프 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 교차 이중 태그.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 태그는, 상기 인덕턴스부의 루프 형상이 가급적으로 넓은 범위에서 서로 겹치도록 교차되고, 또한 서로 가급적으로 간극 없이 겹쳐져 구성되는 것을 특징으로 하는 교차 이중 태그.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 태그는, 교차 각도 90°에서 원편파를 발생하는 것을 특징 으로 하는 교차 이중 태그.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 태그가 교차된 형상에 따른 오목부를 갖는 유지 부재를 구비하고, 그 유지 부재의 상기 오목부에 의해, 상기 제1 및 제2 태그는 교차된 형상으로 상기 유지 부재에 유지되는 것을 특징으로 하는 교차 이중 태그.
동일 평면 내에 도체에 의해 형성된 다이폴 안테나와, 그 다이폴 안테나의 중심에서 IC 칩이 접속된 급전부와, 상기 다이폴 안테나의 쌍극의 중간에 형성되며 상기 급전부에 대해 상기 다이폴 안테나의 쌍극과 병렬로 접속된 루프 형상의 인덕턴스부를 각각 갖는 제1 및 제2 태그로 이루어지고, 각각의 상기 인덕턴스부의 루프 형상이 겹치도록 상기 제1 및 제2 태그가 교차되어 이루어지는 교차 이중 태그와,

상기 제1 태그의 정보, 또는 상기 제2 태그의 정보를 읽어내기 위해 원편파 무선 신호를 발신하는 리더 라이터

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID(radio frequency identification) 시스템.
제6항에 있어서,

상기 리더 라이터는, 상기 제1 태그를 읽어내기 태그로서 설정하고, 상기 제 2 태그를 비읽어내기 태그로서 설정하고, 상기 제1 태그의 정보만을 항상 읽어내는 것을 특징으로 하는 RFID(radio frequency identification) 시스템.
제6항에 있어서,

상기 제1 및 제2 태그는, 각각 동일한 정보가 써넣어진 유저 메모리 영역을 구비하고,

상기 리더 라이터는, 상기 원편파 무선 신호의 원편파면을 정역(正逆) 중 어느 하나의 방향으로 절환하고, 그 절환된 원편파에 대해 보다 강하게 응답하는 상기 제1 또는 제2 태그로부터 상기 유저 메모리 영역의 정보를 판독하는 것을 특징으로 하는 RFID(radio frequency identification) 시스템.
제6항에 있어서,

상기 제1 및 제2 태그는, 각각 서로 다른 정보가 써넣어진 유저 메모리 영역을 구비하고,

상기 리더 라이터는, 상기 원편파 무선 신호의 원편파면을 정역 양 방향으로 순차적으로 절환하고, 그 절환에 따라서 원편파에 대해 보다 강하게 응답하는 상기 제1 또는 제2 태그로부터 상기 유저 메모리 영역의 정보를 판독함으로써, 상기 제1 및 제2 태그 중 어느 것으로부터도 상기 유저 메모리 영역의 정보를 판독하는 것을 특징으로 하는 RFID(radio frequency identification) 시스템.