KR20090037707A - 스위치 안테나를 갖는 주파수 인식 리더기 및 시스템 - Google Patents

스위치 안테나를 갖는 주파수 인식 리더기 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위치 안테나를 갖는 RFID 리더기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 RFID 리더기는 복수의 극성 방향(polarization oriention)을 갖는 스위치 안테나; 및 극성 호핑(polarization hopping)을 통해, 상기 스위치 안테나의 극성 방향을 조절하는 안테나 컨트롤러를 포함한다. 상기 스위치 안테나는 다른 극성 방향을 갖는 복수의 레디에이터; 및 상기 안테나 컨트롤러의 제어에 따라, 각각의 레디에이터를 피더 전극에 연결하기 위한 복수의 스위치를 포함한다. 본 발명에 의하면, RFID 리더기의 안테나와 태그 안테나 사이의 부정합(mismatch)을 줄일 수 있다.

Description

스위치 안테나를 갖는 주파수 인식 리더기 및 시스템{RFID READER AND SYSTEM HAVING SWITCHABLE ANTENNA}
본 발명은 RFID 리더기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위치 안테나를 갖는 RFID 리더기 및 그것을 포함하는 RFID 시스템에 관한 것이다.
무선 주파수 인식(RFID; Radio Frequency IDentification)은 무선 주파수를 사용하여 고유한 식별 정보를 갖는 태그(tag)로부터 정보를 읽고, 태그가 부착된 물건 등을 인식, 추적 및 관리 등을 할 수 있도록 하는 기술이다. RFID 시스템은 고유한 식별 정보를 가지는 물건 등에 부착되는 다수의 태그 (또는 transponder라고도 함)와 태그 정보를 읽기 위한 RFID 리더기(reader)로 구성된다.
도 1은 종래의 RFID 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, RFID 시스템은 크게 리더기(10), 태그(20), 그리고 메인 컴퓨터(30)를 포함한다. 리더기(10)는 크게 송신부와 수신부로 나누어진다. 리더기(10)는 내부에 설치된 안테나(이하, 리더기 안테나)를 통해 커맨드 (또는 송신 신호 ST)를 태그(20)로 보내고, 태그(20)로부터 응답 신호(Response SR)를 받음으로, 태그(20)와 데이터 통신을 한다.
태그(20)는 크게 전원을 내장하는 능동형(active type)과 리더기(10)로부터 전원을 공급받는 수동형(passive type)으로 나눌 수 있다. 능동형 태그는 자체 전원을 가지므로 통신거리는 길 수 있으나 부피가 커지고 전원을 쉽게 얻을 수 없는 지역에서는 그 운용에 있어서 취약점이 있다. 반면에, 수동형 태그는 리더기(10)로부터 전원을 공급받아 동작하므로, 송수신 거리가 능동형 태그보다 짧으나 소형화가 가능하고 전원에 대한 취약점이 없다.
수동형 태그가 리더기 안테나의 인식 영역에 진입하면, 리더기 안테나 주위의 전자계로 인해 태그(20)에 전원이 공급된다. 태그(20)는 그 전원을 이용하여 데이터를 리더기(10)로 전송한다. 리더기(10)는 이 데이터를 판독함으로써 무선 주파수 인식을 하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 RFID 리더기를 보여주는 블록도이다. 도 2에 도시된 RFID 리더기(10)는 한국 등록 특허 10-0617322에 개시되어 있다. 도 2를 참조하면, RFID 리더기(10)는 RFID 태그(20)로 송신 신호(ST)를 보내고, RFID 태그(20)로부터 응답 신호(SR)를 받는다.
RFID 리더기(10)는 하나의 레디에이터(11)를 갖는 안테나(12), 방향성 결합기(13), 송신부(14), 주파수 합성부(15), 수신부(16), 그리고 디지털부(17)를 포함한다. 송신부(14)는 디지털부(17)로부터 기저 대역 신호를 입력받고, 송신 신호(ST)를 안테나(12)를 통해 RFID 태그(20)로 송신한다. 수신부(16)는 안테나(12)를 통해 응답 신호(SR)를 입력받고, 디지털부(17)로 기저 대역 신호를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 RFID 시스템에서, 리더기 안테나의 인식 거리는 중요한 특성 중의 하나이다. 일반적으로 태그(20)는 리더기 안테나(12)의 인식 거리 내에서 임의로 위치하게 된다. 이때 리더기 안테나와 태그 안테나의 극성 방향(polarization orientation)은 매우 중요하다. 리더기 안테나와 태그 안테나의 극성 방향이 일치하면, 전력 손실은 최소가 되며 인식 거리도 최대가 된다. 그러나 리더기 안테나와 태그 안테나의 극성 방향이 직각이면, 극성 부정합(polarization mismatch)으로 리더기와 태그 사이의 데이터 통신은 이루어질 수 없게 된다.
일반적으로 종래의 RFID 리더기는 안테나 내에 하나의 레디에이터를 갖는다. 따라서 종래의 RFID 리더기는 하나의 극성 방향을 갖기 때문에, 태그의 위치에 따라서 극성 부정합 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 리더기 안테나와 태그 안테나 사이의 극성 부정합을 줄일 수 있는 RFID 리더기를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 RFID 리더기는 복수의 극성 방향(polarization oriention)을 갖는 스위치 안테나; 및 극성 호핑(polarization hopping)을 통해, 상기 스위치 안테나의 극성 방향을 조절하는 안테나 컨트롤러를 포함한다.
실시 예로서, 상기 스위치 안테나는 다른 극성 방향을 갖는 복수의 레디에이터; 및 상기 안테나 컨트롤러의 제어에 따라, 각각의 레디에이터를 피더 전극에 연결하기 위한 복수의 스위치를 포함한다. 상기 안테나 컨트롤러는 상기 복수의 스위치를 순차적으로 온 또는 오프 하거나 랜덤(random)하게 온 또는 오프 한다.
다른 실시 예로서, 상기 스위치 안테나는 극성 방향이 다른 두 개의 레디에이터를 갖는다. 상기 두 개의 레디에이터의 극성 방향은 서로 직각인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예로서, 상기 복수의 레디에이터는 패치 타입(patch type) 또는 쌍극자 타입(dipole type)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 RFID 시스템은 일정한 극성 방향을 갖는 태그; 및 상기 태그와 데이터 통신을 하기 위한 RFID 리더기를 포함한다. 상기 RFID 리더기는 복수의 극성 방향(polarization oriention)을 갖는 스위치 안테나; 및 극성 호핑(polarization hopping)을 통해, 상기 스위치 안테나의 극성 방향을 상기 태그의 극성 방향에 맞게 조절하는 안테나 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 RFID 리더기는 리더기 안테나 내에 복수의 레디에이터를 포함하며, 극성 호핑(polarization hopping) 방법을 사용한다. 본 발명에 의하면, RFID 리더기의 안테나와 태그 안테나 사이의 부정합(mismatch)을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 RFID 리더기를 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 RFID 리더기(100)는 스위치 안테나(110), 안테나 컨트롤러(140), 그리고 리더기 회로(150)를 포함한다. 본 발명은 스위치 안테나(110)의 극성(polarization)을 가변함으로, 태그 안테나(도시되지 않음)의 극성(polarization)과의 부정합(mismatch)을 줄일 수 있다.
스위치 안테나(110)는 스위치 회로(120) 및 복수의 레디에이터(Radiators, R1~Rn)를 포함한다. 스위치 회로(120)는 피더 전극(feeder electrode, F)을 통해 리더기 회로(150)와 연결된다. 스위치 회로(120)는 각각의 레디에이터(R1~Rn)와 피더 전극(F)을 연결하기 위한 스위치(S1~Sn)를 포함한다. 각각의 스위치(S1~Sn)는 안테나 컨트롤러(140)에 제어에 따라, 피더 전극(F)와 각각의 레디에이터(R1~Rn)를 전기적으로 연결한다.
안테나 컨트롤러(140)는 스위치 회로(120)를 제어한다. 안테나 컨트롤 러(140)는 스위치(S1~Sn)가 순차적으로 또는 랜덤(random) 하게 스위칭 동작을 수행하도록 한다. 스위치 안테나(110)는 안테나 컨트롤러(110)의 제어에 따라 태그 안테나와의 극성 부정합(polarization mismatch)을 줄일 수 있다. 이는 도 4를 참조하여 설명된다.
도 4에서, P1, P2, P3, …, Pm, Pn은 스위치 안테나(110)의 극성 라인(polarization line)을 의미한다. 예를 들면, 스위치 회로(120)의 제 1 스위치(S1)를 통해 제 1 레디에이터(R1)가 선택되면, 스위치 안테나(110)는 제 1 극성 라인(P1)을 갖는다. 제 2 스위치(S2)를 통해 제 2 레디에이터(R2)가 선택되면, 스위치 안테나(110)는 제 2 극성 라인(P2)을 갖는다. 이와 마찬가지로, 제 m 스위치(Sm)을 통해 제 m 레디에이터(Rm)가 선택되면, 스위치 안테나(110)는 제 m 극성 라인(Pm)을 갖는다.
한편, 태그 안테나는 태그 극성 라인(Ptag)을 갖는다고 가정한다. 이때, 스위치 안테나(110)와 태그 안테나 사이에서, 신호 전달이 효율적으로 이루어지기 위해서, 스위치 안테나(110)는 제 m 극성 라인(Pm)을 갖는 것이 바람직하다. 만약, 스위치 안테나(110)가 제 1 또는 제 2 극성 라인(P1, P2)을 갖는다면, RFID 리더기(100)는 태그와 원활하게 신호를 주고 받지 못하게 된다. 본 발명은 스위치 회로(120)를 사용하여 스위치 안테나(110)의 극성을 호핑(hopping) 함으로, 태그 안테나와의 부정합(mismatch)을 줄이고 신호 전달의 효율을 높인다.
리더기 회로(150)는 도 2에 도시된 송신부(14), 주파수 합성부(15), 수신부(16), 그리고 디지털부(17)를 포함한다. 리더기 회로(150)는 스위치 안테나(110) 를 통해 태그로 신호를 송신하거나, 스위치 안테나(110)를 통해 태그로부터 신호를 수신한다. 한편, 리더기 회로(150)는 신호를 수신하거나 송신할 때, 안테나 컨트롤러(140)를 제어한다.
도 5는 도 3에 도시된 스위치 안테나의 실시 예를 보여준다. 도 5에 도시된 스위치 안테나(110a)는 패치 타입(patch type)의 레디에이터를 갖는다. 도 5를 참조하면, 스위치 안테나(110)는 세 개의 전도성 패치 레디에이터(conductive patch radiators, R1~R3), 세 개의 스위치(S1~S3), 그리고 피더 전극(F)을 포함한다.
바람직하게는, 레디에이터(R1~R3)는 유전체 기판(dielectric substrate)의 위쪽에 형성된다. 유전체 기판은 공통 접지면(common ground plane)을 갖는다. 이와 같이, 레디에이터(R1~R3)는 공통 접지를 가지며, 각각의 레디에이터는 하나의 스위치에 된다. 스위치(S1~S3)는 레디에이터(R1~R3)를 유전체 기판의 위쪽에 형성된 피더 전극에 연결하거나 절연한다. 레디에이터(R1~R3)는 서로 120도의 극성 방향 차이를 갖는다.
도 6은 도 3에 도시된 스위치 안테나의 다른 실시 예를 보여준다. 도 6에 도시된 스위치 안테나(110b)는 평면형 안테나(planar antenna)로서, 쌍극자 타입(dipole type)의 레디에이터를 갖는다.
도 6을 참조하면, 스위치 안테나(110b)는 두 개의 레디에이터(D1, D2), 피더 전극(F1, F2), 그리고 네 개의 스위치(S1~S4)를 갖는다. 레디에이터(D1, D2)는 쌍극자 타입(dipole type)으로, 유전체 기판의 위쪽에 형성된다. 쌍극자 D1은 두 개의 팔(arms) A1, A2로 구성되고, 쌍극자 D2는 두 개의 팔(arms) A3, A4로 구성된 다. 쌍극자 레디에이터 D1과 D2는 상호 수직적으로 위치한다.
레디에이터(D1, D2)의 극성 방향은 네 개의 스위치 S1, S2, S3, S4에 의해 결정된다. 먼저, 스위치 S1과 S2가 턴 온 되고 S3과 S4가 턴 오프 된다고 가정하면, 쌍극자 팔(arms) A1과 A2은 피더 전극 F1, F2에 각각 연결된다. 이때 쌍극자 레디에이터 D1은 활성화된다. 그리고 쌍극자 레디에이터 D2는 비활성화된다. 반대로, 스위치 S1과 S2가 턴 오프 되고 S3과 S4가 턴 온 된다고 가정하면, 쌍극자 팔(arms) A3과 A4는 피더 전극 F1, F2에 각각 연결된다. 이때 쌍극자 레디에이터 D2는 활성화되고, 쌍극자 레디에이터 D1은 비활성화된다.
도 6에서, 피더 전극 F1 및 F2는 전송 라인(transmission line)(도시되지 않음)에 연결된다. 피더 전극 F1 및 F2는 전송 라인을 통해 RFID 리더기와 연결된다. 여기에서, 전송 라인은 동축 라인(coaxial line), 웨이브가이드(특히, coplanar waveguide), 스트립 라인(strip line) 등 피더 전극과 리더기 회로를 연결하는 어떤 다른 어떤 형태의 라인으로도 구현될 수 있다. 일반적으로, 전송 라인의 임피던스(impedance)는 대략 50 옴 정도로 정해져 있다.
도 7은 도 6에 도시된 스위치 안테나의 리턴 손실(return loss)을 보여주는 그래프이다. 도 7에서, 실선(solid line)은 쌍극자 레디에이터 D1이 활성화될 때의 스위치 안테나의 리턴 손실을 보여주고, 점선(dash line)은 쌍극자 레디에이터 D2가 활성화될 때의 스위치 안테나의 리턴 손실을 보여준다. 두 경우에, -10dB 리턴 손실에서의 주파수 대역폭은 할당된 표준 UHF RFID 대역을 충족할 만큼 충분히 넓다.
도 8은 도 6에 도시된 쌍극자 레디에이터 D1이 활성화될 때의, 안테나 방사 패턴(radiation pattern)을 보여주는 그래프이다. 안테나 방사 패턴은 co-polarization 특성과 cross-polarazation 특성으로 나눌 수 있다. 도 8을 참조하면, 방사 패턴은 XZ-플레인(Phi=0도, 점선 B) 및 YZ-플레인(Phi=90도, 실선 A)을 갖는다. co-polarization 방사 패턴은 XZ-플레인(점선 B)에서 전방향(omnidirectional)이고, Y축을 따라서 방사 널(radiation null)을 갖는다. 한편, cross-polarization 방사 패턴은 -30dB 이하로서, 무시될 수 있다.
도 9는 도 6에 도시된 쌍극자 레디에이터 D2가 활성화될 때의, 안테나 방사 패턴(radiation pattern)을 보여주는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 방사 패턴은 XZ-플레인(Phi=0도, 점선 F) 및 YZ-플레인(Phi=90도, 실선 E)을 갖는다. co-polarization 방사 패턴은 YZ-플레인(실선 E)에서 전방향성(omnidirectional)이고, X축을 따라서 방사 널(radiation null)을 갖는다. 도 9를 참조하면, cross-polarization 방사 패턴은 -30dB 이하로서, 무시될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 RFID 리더기(100)는 극성 호핑(polarization hopping) 방법을 사용하여 스위치(S1~Sn)을 제어함으로, 전방향 방사 패턴(omnidirectional radiation pattern)을 갖는다. 따라서 본 발명은 종래에 리더기 안테나와 태그 안테나의 극성 방향이 서로 직각인 경우에 발생할 수 있는 부정합(mismatch) 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 리더기 안테나와 태그 안테나 사이에 최적의 극성 방향을 제공함으로 신호 전송을 효율적으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 RFID 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 RFID 리더기를 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 RFID 리더기 및 RFID 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 RFID 리더기의 극성 방향을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 3에 도시된 스위치 안테나의 실시 예를 보여준다.
도 6은 도 3에 도시된 스위치 안테나의 다른 실시 예를 보여준다.
도 7은 도 6에 도시된 스위치 안테나의 리턴 손실(return loss)을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 6에 도시된 쌍극자 레디에이터 D1이 활성화될 때의, 안테나 방사 패턴(radiation pattern)을 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 6에 도시된 쌍극자 레디에이터 D2가 활성화될 때의, 안테나 방사 패턴(radiation pattern)을 보여주는 그래프이다.

Claims (16)

  1. 복수의 극성 방향(polarization oriention)을 갖는 스위치 안테나; 및
    극성 호핑(polarization hopping)을 통해, 상기 스위치 안테나의 극성 방향을 조절하는 안테나 컨트롤러를 포함하는 RFID 리더기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 안테나는
    다른 극성 방향을 갖는 복수의 레디에이터; 및
    상기 안테나 컨트롤러의 제어에 따라, 각각의 레디에이터를 피더 전극에 연결하기 위한 복수의 스위치를 포함하는 RFID 리더기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나 컨트롤러는 상기 복수의 스위치를 순차적으로 온 또는 오프 하는 RFID 리더기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나 컨트롤러는 상기 복수의 스위치를 랜덤(random)하게 온 또는 오프 하는 RFID 리더기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치 안테나는 극성 방향이 다른 두 개의 레디에이터를 갖는 RFID 리더기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 두 개의 레디에이터의 극성 방향은 서로 직각인 것을 특징으로 하는 RFID 리더기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 레디에이터는 패치 타입(patch type)인 것을 특징으로 하는 RFID 리더기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 레디에이터는 쌍극자 타입(dipole type)인 것을 특징으로 하는 RFID 리더기.
  9. 일정한 극성 방향을 갖는 태그; 및
    상기 태그와 데이터 통신을 하기 위한 RFID 리더기를 포함하되,
    상기 RFID 리더기는
    복수의 극성 방향(polarization oriention)을 갖는 스위치 안테나; 및
    극성 호핑(polarization hopping)을 통해, 상기 스위치 안테나의 극성 방향을 상기 태그의 극성 방향에 맞게 조절하는 안테나 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위치 안테나는
    다른 극성 방향을 갖는 복수의 레디에이터; 및
    상기 안테나 컨트롤러의 제어에 따라, 각각의 레디에이터를 피더 전극에 연결하기 위한 복수의 스위치를 포함하는 RFID 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나 컨트롤러는 상기 복수의 스위치를 순차적으로 온 또는 오프 하는 RFID 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나 컨트롤러는 상기 복수의 스위치를 랜덤(random)하게 온 또는 오프 하는 RFID 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치 안테나는 극성 방향이 다른 두 개의 레디에이터를 갖는 RFID 시 스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 두 개의 레디에이터의 극성 방향은 서로 직각인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 레디에이터는 패치 타입(patch type)인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 레디에이터는 쌍극자 타입(dipole type)인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
KR1020070103187A 2007-10-12 2007-10-12 스위치 안테나를 갖는 주파수 인식 리더기 및 시스템 KR20090037707A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020099012A (ja) * 2018-12-18 2020-06-25 株式会社アスタリスク アンテナユニット、及びｒｆｉｄリーダ

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