KR20090096214A

KR20090096214A - Ｒｆｉｄ태그 안테나

Info

Publication number: KR20090096214A
Application number: KR1020080021651A
Authority: KR
Inventors: 신기현; 최재훈; 최영백; 김의선
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-10
Also published as: KR100968711B1

Abstract

본 발명은 UHF대역에서 사용되는 RFID 리더 라이터와 송수신하는 비접촉형 태그 안테나에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 단락 스터브와 다이폴부 사이의 간격에서 발생하는 전자기 커플링을 이용하여 태그 IC와 컨주게이트 정합을 위해 필요한 인덕티브 리액턴스 값을 용이하게 생성할 수 있는 구조의 RFID태그안테나에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 태그 안테나의 단락 스터브의 길이와 폭의 변화를 통하여 리액턴스 값 및 레지스턴스 값을 조절함으로써 태그 안테나와 태그 IC사이에 컨주게이트 정합시키는데 필요한 임피던스 값을 매우 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 다이폴부와 연결된 부하부를 통한 소형화가 가능하며 제조비용을 절감할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

ＲＦＩＤ태그 안테나{RFID TAG ANTENNA}

RFID 시스템은 UHF대(860 내지 960 ㎒)의 무선 신호를 이용하여 리더 라이터로부터 약 1 W의 신호를 송신하고, 태그측에서 그 신호를 수신하여 다시 리더 라이터측으로 응답 신호를 반송함으로써 태그 내의 정보를 리더 라이터로 판독할 수 있는 시스템을 말한다. 그 통신 거리는 태그 안테나의 이득 및 칩의 동작 전압이나 주위 환경에 영향을 받으며, 약 3 m 전후이다. 태그는 안테나와 안테나 급전점에 접속되는 LSI 칩으로 구성된다.

최근 RFID(radio frequency identification)시스템은 인식 거리가 긴장점을 갖는 UHF(ultra high frequency)대역에서 급성장하고 있다. RFID 시스템에서 생산비를 절감하기 위해서는 태그(tag) 안테나가 태그 IC와 직접적으로 임피던스 정합 되어야 한다. 이때 태그 IC는 전하 캐패시터(charge capacitor)를 가짐으로써 큰 값의 컨덕티브 리액턴스(conductive reactance) 값을 갖는다. 그리고 태그안테나의 임피던스가 태그IC의 임피던스와 컨주게이트(conjugate) 정합을 이룰 때, 안테나에서 태그 IC까지 전달되는 전력량이 최대가 된다.

하지만 UHF 대역에서 RFID 태그 안테나로 주로 사용되는folded dipole 안테나, slot 안테나, 그리고 meander 안테나의 경우는 큰 값의 컨덕티브 리액턴스 값을 가지는 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 하기 위해서 필요한 큰 값의 인덕티브 리액턴스(inductive reactance) 값을 갖지 못한다.

예를 들어, 대한민국 특허 출원번호 제2005-134628호는 다이폴안테나와 칩이 실장되는 급전부로 구성되는 태그 안테나에 있어서, 안테나 공진 파장의 2분의1보다도 짧은 길이의 다이폴부와, 상기 다이폴부의 중앙에 설치된 급전부와, 상기 다이폴부의 양단부에 상기 다이폴부의 선로 폭보다 넓은 영역을 마련한 단부를 갖는 것을 특징으로 하여 소형화가 가능한 태그 안테나를 개시하고 있으나 상기 특허 또한 동일한 문제점이 존재하고 있다.

그러므로 큰 값의 인덕티브 리액턴스 값을 가지는 새로운 형태의 RFID 태그 안테나의 구조에 대한 설계가 필요시 된다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 다년간 연구 노력한 결과 단락 스터브를 이용하여 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 위해 필요한 인덕티브 리액턴스 값을 생성할 수 있는 안테나구조를 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 위해 필요한 인덕티브 리액턴스 값을 생성할 수 있도록 용이하게 조절할 수 있는 구조의 RFID 태그 안테나를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 태그 안테나의 레지스턴스 값을 용이하게 조절할 수 있는 구조의 RFID태그안테나를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 태그 안테나의 리액턴스 값 및 레지스턴스 값을 조절함으로써 다이폴안테나와 태그 IC사이에 컨주게이트 정합시키는데 임피던스 값을 매우 용이하게 조절할 수 있는 구조의 RFID태그안테나를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 소형화가 가능할 뿐만 아니라 인쇄기법을 이용하여 종이 재질에도 안테나를 제작할 수 있어 그 제조비용 또한 절감될 수 있는 RFID태그안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다이폴안테나와 태그 IC를 포함하는 RFID태그 안테나에 있어서, 상기 다이폴안테나는 상기 태그 IC가 설치되 는 다이폴부; 및 상기 다이폴부를 감싸도록 설치되는 단락 스터브(short-stub)를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나를 제공한다.

상기 태그 IC를 기준으로 상기 다이폴부의 양단을 감싸는 부하부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다이폴부 중 상기 태그 IC가 설치된 부분의 일측은 상기 단락 스터브에 의해 감싸지지 않고, 상기 태그 IC가 설치된 부분을 기준으로 일정거리 이격되어 상기 다이폴부와 상기 단락스터브가 연결되는 단락스터브의 시작점이 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 태그 IC와 상기 단락스터브의 시작점 사이의 길이를 조절하여 상기 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 이룰 수 있는 리액턴스 값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 다이폴부 또는 부하부와 상기 단락 스터브 사이에서 발생하는 전자기 커플링을 통해 상기 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 이룰 수 있는 리액턴스 값을 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 리액턴스 값은 상기 다이폴부 및 부하부와 단락스터브 사이의 간격 및 단락스터브의 길이에 비례하는 것을 특징으로 한다.

상기 다이폴부 및 부하부와 단락스터브 사이의 간격은 안테나의 레지스턴스 값의 변화 특성보다는 안테나의 리액턴스 값의 변화 특성에 초점을 두고 결정 되는 것을 특징으로 한다.

상기 태그 안테나의 레지스턴스 값은 상기 부하부를 감싸는 단락 스터브의 폭을 변화시키면서 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 부하부의 형상은 원형 또는 다각형상인 것을 특징으로 한다.

상기 단락 스터브는 상기 다이폴부와 평행하는 부분의 폭보다 상기 다이폴부의 양단을 감싸는 부분의 폭이 넓은 것을 특징으로 한다.

상기 태그 안테나가 인쇄기법에 의해 종이에 인쇄되어 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 RFID태그 안테나는 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 RFID태그안테나에 의하면 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 위해 필요한 리액턴스 값의 생성을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 RFID태그안테나에 의하면 태그 안테나의 레지스턴스 값을 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 RFID태그안테나에 의하면 태그 안테나의 단락 스터브의 길이와 폭의 변화를 통하여 리액턴스 값 및 레지스턴스 값을 조절함으로써 태그 안테나와 태그 IC사이에 컨주게이트 정합시키는데 필요한 임피던스 값을 매우 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 RFID태그안테나에 의하면 소형화가 가능할 뿐만 아니라 인쇄기법을 이용하여 종이 재질에도 안테나를 제작할 수 있어 그 제조비용 또한 절감될 수 있다.

이하, 본 발명의 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 태그 안테나 사진이고, 도1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태그 안테나의 구조도이며, 도2는 도1a의 태그 안테나의 실제 규격에 따른 구조도이다.

도1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태그 안테나(1)는 다이폴안테나(100)와 태그 IC(200)를 포함하는데, 상기 다이폴안테나(100)는 다이폴부(110)와 부하부(120) 및 단락 스터브(short-stub, 130)로 구성된다. 한편, 도1에는 다이폴안테나(100)가 다이폴부(110)와 부하부(120) 및 단락 스터브(short-stub, 130)로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 도1b와 같이 다이폴안테나(100)를 다이폴부(110)와 단락스터브(130)만으로 구성해도 무방하다.

이 때, 다이폴안테나(100)가 도1b와 같이 다이폴부(110)와 단락스터브(130)만으로 구성되는 경우에는 도1a와 같이 다이폴부(110), 부하부(120) 및 단락스터브(130)로 구성되는 경우에 비해 필요한 리액턴스 값을 얻기 위해서 다이폴부(110)의 길이를 더 길게 구성해야 한다. 따라서, 도1a와 같이 구성하는 것이 태그 안테나의 소형화에 보다 적합할 수 있다.

이하에서는 도1a와 같이 다이폴부(110), 부하부(120) 및 단락스터브(130)로 구성된 다이폴안테나(100)를 중심으로 본 발명을 설명하기로 한다.

먼저, 다이폴부(110)는 도시된 바와 같이 다이폴안테나(100)에 태그 IC(200)가 설치되는 경우 상기 태그 IC를 기준으로 서로 대칭을 이루는 일자형 다이폴인 것이 바람직하다.

부하부(120)는 태그 IC(200)를 기준으로 대칭을 이루어 다이폴부(110)의 양단을 감싸도록 설치된다. 도시된 바와 같이 부하부(120)의 형상은 원형일 수 있지만 그 형상에 한정되지 않고 다각형상일 수도 있다.

단락 스터브(130)는 다이폴부(110) 및 부하부(120)와 이격되어 다이폴부(110) 및 부하부(120)를 감싸도록 설치되는데, 상기 다이폴부(110) 중 상기 태그 IC(200)가 설치된 부분의 일측은 상기 단락 스터브(130)에 의해 감싸지지 않고, 상기 태그 IC(200)가 설치된 부분을 기준으로 일정거리 이격되어 상기 다이폴부(110)와 상기 단락스터브(130)가 연결되는 단락스터브(130)의 시작점이 위치된다.

상기 단락스터브(130)는 안테나의 리액턴스 값을 증가시키기 위해 다이폴부(110) 및 부하부(120)를 감싸도록 형성되는데, 다이폴부(110)와 부하부(120)사이에서 발생하는 전자기 커플링(electromagnetic coupling)은 안테나가 필요한 인덕티브 리액턴스 값을 가지도록 한다. 그 결과, 도1a와 같이 부하부(120)가 다이폴부(110)의 양단에 형성되면 도1b에 비해 다이폴부(110)의 길이가 짧게 구현될 수 있는 것이다.

이와 같이 다이폴부(110) 및 부하부(120)와 단락 스터브(130) 사이에서 발생하는 전자기 커플링을 통해 태그 IC(200)와 컨주게이트 임피던스정합을 이룰 수 있는 리액턴스 값을 갖게 된다.

도1a에 도시된 태그 안테나의 실제 규격에 따른 구조도인 도2를 참조하여 태그 안테나의 특성에 영향을 주는 파라미터를 살펴보면 다음과 같다.

W1 : 원형 모양의 부하부(120)를 감싸는 단락 스터브(130)의 폭

W2 : 다이폴부(110)의 폭

W3 : 다이폴부(110)과 평행하는 단락 스터브(130)의 폭

L1 : 다이폴부(110)의 길이

L2 : 태그 IC에서부터 단락 스터브(130)의 시작점까지의 거리

(단락스터브의 전체 길이를 조절하는 역할을 하는 안테나 파라미터 )

R1: 다이폴부(110)와 연결된 원형 모양의 부하부(120)의 반지름

S1: 다이폴부(110)및 부하부(120)와 단락 스터브(130) 사이의 간격

먼저, 상기 파라미터 중 다이폴부(110) 및 부하부(120)와 단락스터브(130) 사이의 간격 S1과 단락 스터브(130)의 길이는 태그 안테나(1)의 인덕티브 리액턴스 값에 영향을 주는데, 후술하는 실험결과에서 보듯이 서로 비례하여 증가하는 관계를 가진다.

또한, 태그 IC(200)에서부터 단락 스터브 시작점까지의 거리(L2)는 태그 안테나(1)의 리액턴스 값을 변화시켜 조절할 수 있는 특성 파라미터이고, 부하부(120)를 감싸는 단락 스터브(130)의 폭(W1)은 태그 안테나(1)의 레지스턴스 값을 변화시키면서 조절할 수 있는 특성 파라미터이다.

또한 단락 스터브(130)는 다이폴부(110)와 평행하는 부분의 폭(W3)과 부하부(120)를 감싸는 부분의 폭(W1)이 동일할 수도 있으나, 단락스터브(130)가 설치된 상태에서 도8a 내지 도8d와 같이 그 전체적인 형태가 아령과 유사한 형태가 되면 태그 안테나(1)에 필요한 레지스턴스 값을 용이하게 조절할 수 있으므로, W1보다 W3가 넓은 것이 바람직하다.

도1a에 도시된 사진의 태그안테나(1)는 두께 1 mil.(=0.0254 mm)의 유전율(

_r=3.4)과 손실(tanδ=0.02 )을 가지는 얇고 유연성이 강한 폴리이미드(polyimide) 기판 위에 도2의 규격에 따라 제작되었는데, 다이폴부(110), 부하부(120) 및 단락스터브(130)는 방사체(radiator)로서 두께 0.47 mil.(=0.012 mm)의 구리(copper)로 제작 되었다. 태그 IC(200)는 912MHz에서 43-j800 옴의 임피던스를 가지는 Philips U-CODE Gen 2 RFID 칩을 사용하였다. 이 때 경우에 따라서는 상기 태그 안테나(1)를 인쇄기법에 의해 종이에 인쇄하여 제조할 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 예를 들어 다이폴부(110)에서 길이 L1은 23mm이고, 폭 W2는 2mm이다. 부하부(120)는 다이폴부(110)의 양단에 형성되는 반지름 R1을 가지는 원형 모양의 부하(load)로 구성되는데, 그 형태는 상술된 바와 같이 원형에 한정되지 않는다.

한편 이와 같이 다이폴안테나를 상기 규격의 다이폴부(110)와 부하부(120)로 구성하게 되면, 912MHZ에서 6.88-j413.17 옴(ohms)의 임피던스 값을 가지는 것을 알 수 있는데, 912MHZ에서 -413.17 옴의 리액턴스 값을 가지는 다이폴안테나가 912MHz에서 43-j800옴의 임피던스를 가지는 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 이루기 위해서는 1213.17옴의 리액턴스 값이 더 필요하게 된다.

따라서, 본 발명은 태그 안테나(1)의 리액턴스 값을 증가시키기 위해서 다이 폴안테나(100)를 도1b와 같이 다이폴부(110)와 단락스터브(130)로 구성하거나 도1a와 같이 다이폴부(110), 부하부(120) 및 단락 스터브(130)로 구성하는 것이다.

즉 상술된 바와 같이 다이폴부(110) 및/또는 부하부(120)와 단락 스터브(130)사이에서 발생하는 전자기 커플링은 안테나가 태그 IC와 컨주게이트 정합할 수 있는 인덕티브 리액턴스 값을 가지게 하는데, 이 때 인덕티브 리액턴스 값은 다이폴부(110) 및/또는 부하부(120)와 단락 스터브(130) 사이의 간격 (S1)과 단락 스터브(130)의 길이에 비례하여 증가하는 특성을 가지는 것을 알 수 있다.

도3은 S1의 변화에 따른 안테나의 리액턴스 값의 변화그래프이고, 도4는 R1의 변화에 따른 안테나 리액턴스 값의 변화그래프이며, 도5는 W1의 변화에 따른 안테나의 레지스턴스 값의 변화그래프이며, 도6은 W1의 변화에 따른 안테나의 리액턴스 값의 변화그래프 및 도7은 912MHz에서의 안테나 전류밀도이고, 도8a 내지 도8c는 부하부와 단락스터브의 형상에 따른 안테나의 다양한 설계예의 구조도이다.

도3 내지 도7을 참조하여 상기 태그 안테나의 특성에 영향을 주는 파라미터의 값을 결정하였다.

먼저, 안테나를 구성하는 파라미터(parameter)들의 간소화를 위해서 다이폴부(110)와 평행을 이루는 단락 스터브(130)의 폭 (W3)는 1mm 결정하였다.

그리고 도3 도시된 바와 같이 912MHz에서 800옴의 리액턴스 값을 가지기 위해서 S1은 0.5mm로 결정하였다.

원형 모양의 부하의 반지름 R1은 912MHz에서 약 800옴의 리액턴스 값을 가지 기 위해서 도4에서 보여주는 것처럼 4mm로 결정하였다.

태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 위해서 필요한 태그 안테나의 레지스턴스(resistance)값은 도5에서 보여주는 것처럼 원형 모양의 부하를 감싸는 단락 스터브의 폭(W1)을 변화시키면서 얻을 수 있다.

이 때, 원형 모양의 부하를 감싸는 단락 스터브의 폭(W1)의 변화에 따른 리액턴스 값의 변화를 보면 도6과 같이 거의 변화가 없다.

원형 모양의 부하를 감싸는 단락 스터브의 폭(W1)이 변화 할 때, 안테나의 레지스턴스 값은 일정한 변화를 보이는 반면 리액턴스 값은 거의 변화를 보이지 않는 이유는 도7에서 보여주는 전류 밀도를 통해서 확인 할 수 있다.

즉, 안테나에 흐르는 전류 밀도를 확인 해 보면, W1의 폭을 갖는 원형 모양의 부하를 감싸는 단락 스터브의 외각 부분으로 전류의 밀도가 약함을 확인 할 수 있다. 또한, 다이폴부(110) 및 부하부(120)와 단락 스터브(130) 사이의 간격에서 발생하는 전자기 커플링은 리액턴스 값의 변화에 영향을 미치며, 전자기 커플링은 전류 밀도와 관련되어 변화한다.

이러한 전제하에서 W1의 폭을 갖는 원형 모양의 부하를 감싸는 단락 스터브의 외각 부분의 전류 밀도가 약하다는 것은 전자기 커플링에 영향을 거의 주지 못하며 그 결과 안테나의 리액턴스 값의 변화에 거의 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있다.

따라서 태그 안테나(1)에 필요한 레지스턴스 값은 W1 을 변화 시키면서 얻을 수 있다. 그리고 단락 스터브(130)의 길이에 비례하여 증가하는 리액턴스 값의 변 화 특성으로부터, 태그 안테나(1)에 필요한 리액턴스 값은 도2의 안테나 파라미터 L2를 변화 시키면서 조절하여 얻을 수 있다.

이상과 같은 파라미터를 가진 본 발명의 태그안테나의 전체 크기는 가로 64.1 m * 세로 17.8 mm로서 매우 작으므로 충분히 소형이면서도 용이하게 리액턴스 값을 조절할 수 있는 안테나 구조를 가지게 된다.

한편, 본 발명에 따른 안테나는 그 전체적인 형상이 제한되지는 않지만 아령형을 이루는 것이 바람직하다. 이 때, 그 전체적인 형상이 아령형을 이루더라도 그 아령형상의 양단을 이루는 형상은 제한되지 않으므로 부하부(120)와 단락스터브(130)의 형상을 나타낸 도8a 내지 도8d와 같이 다양한 구조의 안테나로 설계할 수 있다.

실험예1

상술된 파라미터를 가진 안테나의 레지스턴스 값을 측정하여 도9에 나타내었다. 도9를 참조하면, 태그 안테나의 레지스턴스 값이 912MHz에서 약 43 옴이 됨을 확인 할 수 있다. 이 레지스턴스 값은 태그 IC와 컨주게이트 정합을 위해서 필요한 레지스턴스 값과 동일하다.

실험예2

상술된 파라미터를 가진 안테나의 리액턴스 값을 측정하여 도10에 나타내었다. 도10을 참조하면, 태그 안테나의 리액턴스 값이 912MHz에서 약800 옴이 됨을 확인 할 수 있다. 이 리액턴스 값은 태그 IC의 리액턴스 값과 서로 상쇄되면서 태 그 안테나와 태그 IC 사이의 컨주게이트 임피던스정합을 이루게 한다.

실험예3

상술된 파라미터를 가진 안테나의 -10dB (S₁₁)임피던스 대역폭을 측정하여 도11에 나타내었다. 도11을 참조하면 -10dB (S₁₁) 임피던스 대역폭은 Korea UHF RFID 대역(908~914MHz)을 만족하는 10MHz(907~917MHz)를 가지는 것을 알 수 있다.

실험예4

상술된 파라미터를 가진 안테나의 방사 패턴(radiation pattern)을 측정하여 도12에 나타내었다. 도12를 참조하면 전형적인 다이폴 안테나의 방사 패턴과 유사하며, 최대 이득(Gain)은 2.6 dBi를 가지는 것을 알 수 있고, (x-y) 평면과 (y-z) 평면에서 생기는 널(null) 포인트는 비교적 약한 특징이 있다.

이상과 같이 안테나 파라미터 값의 변화에 따른 안테나의 특성 변화를 측정하여 본 발명을 구현하기에 가장 적합한 안테나 파라미터 값을 결정할 수 있는데, 이하에서는 안테나 특성을 결정하는 안테나의 파라미터에 대해 구체적인 실험결과를 예시하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

실험예5

S1의 변화에 따른 안테나 리액턴스 값 및 레지스턴스 값의 특성 변화를 살펴보기 위해 S1을 변화시키면서 실험하여 그 결과를 도13a 및 도13b에 나타내었다.

도13a를 참조하면 UHF RFID 대역(860~960MHz)에서 간격 S1의 값이 0.5mm(파란색)과 1mm(빨강색), 그리고 1.5mm(녹색)일 경우에만 인덕티브 리액턴스 값을 가지게 되고, 그 이상의 값을 가질 경우에는 캐패시티브 리액턴스 값을 가지게 되므로, 캐패시티브 리액턴스 값을 가지는 태그 IC 와 임피던스 컨주게이트 정합을 위해서는 간격 S1의 값이 1.5mm 이하의 값을 가져야하는 것을 알 수 있으므로, 1.5mm 이하의 값 중에서 설계되는 안테나의 특성에 맞게 값을 지정하면 된다. 그 결과 본 발명의 일 실시예에서는 도3과 같이 0.5mm로 결정하였다.

도13b를 참조하면, 간격 S1 값의 변화에 따른 안테나의 레지스턴스 값의 특성 변화는 도13과 같으므로, S1 값은 안테나의 레지스턴스 값의 변화 특성보다는 우선적으로 안테나의 리액턴스 값의 변화 특성에 초점을 두고 결정 되어야 하는 것을 알 수 있다. 그 이유는 레지스턴스 값을 만족 시키기 위해서 결정한 S1의 값이 설계하는 안테나의 캐패시티브한 리액턴스값을 가질 경우 태그 IC 와 컨주게이트 정합을 시킬 수 없기 때문이다.

실험예6

W1과 R1의 변화에 따른 안테나 리액턴스 값 및 레지스턴스 값의 특성 변화를 살펴보기 위해 W1 및 R1을 변화시키면서 실험하여 그 결과를 표1 및 표2에 나타내었다. 이 때 f=910MHz이다.

표1로부터 만약( R1/W1 ) = 1 이면[ 즉 R1=W1 ], 레지스턴스값은 ( 약 3 배/ 1mm ) 가량 증가하고, 리액턴스 값은 ( 약 140 옴 / 1mm )가량 증가하는 특징이 있는 것을 알 수 있다.

표2로부터 원형 모양의 부하를 감싸는 단락 스터브의 폭 W1이 증가하면, 레지스턴스 값은 폭의 증가에 비례하여 증가하지만, 리액턴스 값은 거의 변동이 없는 특징을 가지는 것을 알 수 있고, 이런 특징은 안테나의 레지스턴스 값을 쉽게 조절 할 수 있는 안테나의 변수 파라미터로 활용 가능함을 의미한다.

실험예7

안테나 파라미터인 L2의 길이 변화에 따른 안테나 리액턴스 값 및 레지스턴스 값의 특성 변화를 살펴보기 위해 L2를 변화시키면서 실험하여 그 결과를 표3에 나타내었다. 이 때 f=910MHz이다.

단락 스터브의 전체 길이를 조절하는 안테나 파라미터 L2의 길이가 증가한다는 것은 단락 스터브의 연결점이 태그 IC로부터 점차 멀어 진다는 것을 의미하며, 이 때 안테나는 태그 IC를 기점으로 좌우 대칭 구조를 가지게 되므로 서로 쌍을 이루게 되는 단락 스터브의 시작점이 점차 멀어지게 되는 의미가 있다.

그 결과 표3을 참조하면, 단락 스터브의 시작점이 멀어짐에 따라 전체 단락 스터브의 길이는 감소하게 되고 그 결과 안테나의 레지스턴스 값과 리액턴스 값이 함께 감소하는 특징을 가진다. 이때 레지스턴스 값이 감소하는 정도보다 리액턴스가 감소하는 정도가 약 12배 정도 급격한 특징을 가진다. 따라서 안테나의 레지스턴스 값의 변화보다 리액턴스 값의 변화에 민감하므로 파라미터 L2를 설계하는 안테나의 리액턴스 값의 변화 조절 파라미터로 활용 가능함을 알 수 있다.

실험예8

안테나 파라미터인 W2 및 W3의 길이 변화에 따른 안테나 리액턴스 값 및 레지스턴스 값의 특성 변화를 살펴보기 위해 W2 및 W3를 변화시키면서 실험하여 그 결과를 표4에 나타내었다. 이 때 f=910MHz이다.

표4를 참조하면, 다이폴의 폭 W2의 값이 증가 할수록, 안테나의 리액턴스 값 및 레지스턴스 값은 증가하는 폭에 비례하여 증가하며, 이 때 다이폴과 평행한 단락 스터브의 폭 W3가 증가하게 되면 증가하는 폭에 비례하여 리액턴스 값 및 레지스턴스 값은 감소하는 특징이 있는 것을 알 수 있다.

따라서 원하는 안테나의 리액턴스 값 및 레지스턴스 값을 다이폴의 폭 W2를 증가시켜서 근사치의 값을 얻은 후, 다이폴과 평행한 단락 스터브의 폭 W3 값을 조절하면서 근사치의 오차를 줄일 수 있다. 하지만 레지스턴스의 변화 특성과 리액턴스의 변화 특성이 같으므로 함께 고려되어야 한다.

즉, W2 : W3 = 2 : 1의 비율을 가지는 경우 W2가 증가함에 따라서 W3의 임피던스는 [ 리액턴스 변화량 / 레지스턴스 변화량 ] = 10 정도로 증가하고, W2 : W3 = 1 : 1의 비율을 가지게 되면, W2가 증가함에 따라서 W3의 레지스턴스 값은 W2 : W3 = 2 : 1 일 때의 레지스턴스 값의 약 ½이며, W3의 리액턴스 값은 W2 : W3 = 2 : 1 일의 리액턴스 값보다 약 200, 300, 400, 500…옴 씩 100 옴 단위로 작아지는 특징을 가지는 것을 알 수 있다.

실험예9

안테나 파라미터인 L1의 길이 변화에 따른 안테나 리액턴스 값 및 레지스턴스 값의 특성 변화를 살펴보기 위해 L1을 변화시키면서 실험하여 그 결과를 표5에 나타내었다. 이 때 f=910MHz이다.

표5를 참조하면, 다이폴부의 길이가 증가하면서 다이폴부와 평행한 단락 스터브의 길이도 함께 증가하는데, 이 때 안테나의 물리적 길이가 증가하게 되면 안테나의 레지스턴스 값도 그와 함께 비례하여 증가하게 될 뿐만 아니라, 다이폴부와 단락 스터브 사이에서 발생하는 전자기 커플링 길이도 함께 증가하므로 안테나의 리액턴스 값이 비례적으로 증가하게 된다. 즉, 다이폴의 길이 L1이 감소하게 되면 안테나의 리액턴스 값과 레지스턴스 값이 비례하여 감소한다. 특히 L1의 길이가 20mm 이상 일 경우엔, 리액턴스와 레지스턴스 값의 변화 폭이 큰 특징을 가지는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 실시예를 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 태그 안테나 사진

도1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태그 안테나의 구조도

도2는 도1a의 태그 안테나의 실제 규격에 따른 구조도

도3은 S1의 변화에 따른 안테나의 리액턴스 값의 변화그래프

도4는 R1의 변화에 따른 안테나 리액턴스 값의 변화그래프

도5는 W1의 변화에 따른 안테나의 레지스턴스 값의 변화그래프

도6은 W1의 변화에 따른 안테나의 리액턴스 값의 변화그래프

도7은 912MHz에서의 안테나 전류밀도

도8a 내지 도8d는 부하부와 단락스터브의 형상에 따른 안테나의 다양한 설계예의 구조도

도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 레지스턴스 값의 특성 변화

도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 리액턴스 값의 특성 변화

도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 계산된 S₁₁의 특성

도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 912MHz에서의 방사패턴

도13a 및 도13b는 S1의 변화에 따른 안테나 리액턴스 값 및 레지스턴스값의 특성 변화를 살펴보기 위해 S1을 변화시키면서 실험하여 각각 그 결과를 나타낸 그래프

<도면의 주요부분의 설명>

1: 태그 안테나 100 : 다이폴안테나

110: 다이폴부 120 : 부하부

130 : 단락스터브 200 : 태그 IC

Claims

다이폴안테나와 태그 IC를 포함하는 RFID태그 안테나에 있어서,

상기 다이폴안테나는,

상기 태그 IC가 설치되는 다이폴부; 및

상기 다이폴부를 감싸도록 설치되는 단락 스터브(short-stub)를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제2항에 있어서, 상기 태그 IC를 기준으로 상기 다이폴부의 양단을 감싸도록 설치되는 부하부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이폴부 중 상기 태그 IC가 설치된 부분의 일측은 상기 단락 스터브에 의해 감싸지지 않고, 상기 태그 IC가 설치된 부분을 기준으로 일정거리 이격되어 상기 다이폴부와 상기 단락스터브가 연결되는 단락스터브의 시작점이 위치하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제3항에 있어서, 상기 태그 IC와 상기 단락스터브의 시작점 사이의 길이를 조절하여 상기 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 이룰 수 있는 리액턴스 값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이폴부 또는 부하부와 상기 단락 스터브 사이에서 발생하는 전자기 커플링을 통해 상기 태그 IC와 컨주게이트 임피던스 정합을 이룰 수 있는 리액턴스 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제5항에 있어서, 상기 리액턴스 값은 상기 다이폴부 및 부하부와 단락스터브 사이의 간격 및 단락스터브의 길이에 비례하는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제6항에 있어서, 상기 다이폴부 및 부하부와 단락스터브 사이의 간격 은 안테나의 레지스턴스 값의 변화 특성보다는 안테나의 리액턴스 값의 변화 특성에 초점을 두고 결정 되는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제3항에 있어서, 상기 태그 안테나의 레지스턴스 값은 상기 부하부를 감싸는 단락 스터브의 폭을 변화시키면서 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제2항에 있어서, 상기 부하부의 형상은 원형 또는 다각형상인 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제1항에 있어서, 상기 단락 스터브는 상기 다이폴부와 평행하는 부분의 폭보 다 상기 다이폴부의 양단을 감싸는 부분의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 태그 안테나가 인쇄기법에 의해 종이에 인쇄되어 제조되는 것을 특징으로 하는 RFID태그 안테나.