KR20090100652A - 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치 - Google Patents

알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치에 관한 것으로서, 별도의 외부 전원을 공급하지 않아도 RFID 리더가 태그로 전송할 RF 신호로부터 스스로 구동 전력을 획득하여 안테나를 통해 RF 신호를 송출한다. 이를 위하여 RFID 리더가 전송할 RF 신호의 전력을 일정 부분 분기시켜 정류한 후 충전시킨다. 외부 전원 공급을 위한 전원 연결선들이 제거되므로 무선통신상에 나타날 수 있는 장애를 방지하고 설치공간의 절약과 비용 절감이 가능하여 RFID 시스템을 효율적으로 구성할 수 있다. 또한, 진폭변조되어 있는 RF 신호의 정류는 검파의 의미도 가지므로 RFID 리더로부터 특정 제어명령을 전달하는 경로로 사용될 수 있다.
Figure P1020080025964
알에프 아이디(RFID), 리더, 태그, 전원, 정류, 충전, 안테나, 검파

Description

알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치{ Apparatus of Radio Frequency Signal Switching for RFID System }
본 발명은 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치에 관한 것으로서, 특히 RFID 리더 측에 위치하여 별도의 외부 전원을 공급하지 않아도 RFID 리더가 RFID 태그로 전송할 RF 신호로부터 스스로 전력을 획득하여 안테나를 통한 RF 신호의 송출 기능을 수행한다.
도 1을 참조하자면, 알에프 아이디(RFID: Radio Frequency Identification) 시스템은 RFID 리더(11)와 RFID 태그(12)를 포함하여 이루어지는데, RFID 리더(11)가 RF 신호를 송출하여 RFID 태그(12)에 질의 메시지를 전송하면, RFID 태그(12)는 해당 질의 메시지에 응답하여 응답 메시지를 송출한다.
이와 같이 RFID 리더(11)가 RFID 태그(12)로 질의 메시지를 송출하기 위해서는 RF 신호를 여러 안테나를 통해 선택적으로 전송하는 RF 신호 스위칭 장치가 필요하다.
특히, 기존의 RFID 응용 분야에서는 RFID 리더 한대에 안테나 4개 정도를 사용하는 것이 대부분이었지만, 최근 RFID 태그의 인식률을 높이고 아이템(Item) 레벨까지 인식할 수 있도록 하는 근접장(Near Field) 어플리케이션이 대두됨에 따라 더욱 많은 안테나가 요구되고 있다.
도 2를 참조하여 종래의 RFID 리더 측 장치를 살펴보자면, RFID 리더(11)에서 출력되는 RF 신호는 엠시유(MCU: Micro Control Unit)나 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer) 등의 제어에 따라 RF 신호 스위칭 장치(22)에서 여러 개의 안테나(23-1~23-4)로 분기되어 공중에 방사된다.
RF 신호 스위칭 장치(22)가 동작하기 위해서는 외부 전원(DC Voltage)이 공급되어야 하며, 전원 선로가 배치되어야 한다. 이에 따라 설치 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 RFID 시스템의 구조가 복잡해지고 넓은 설치 공간이 필요하게 된다.
또한, 복잡한 선로들은 무선통신 환경에서 잡음을 야기하여 RFID 리더와 RFID 태그 사이의 통신에 악영향을 끼칠 수 있어 인식률과 인식 거리를 저하시킬 수 있으며, 이러한 문제점들은 RFID 응용 기술의 확산에 장애가 될 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 외부 전원의 공급 없이 스스로 필요한 전원을 생성할 수 있도록 하여 장치를 단순화시켜 설치 공간을 줄일 수 있도록 하고, 또한 외부 전원 공급을 위한 전원선로로 인해 발생하는 통신상의 악영향을 줄여 RFID 시스템을 효율적으로 구축할 수 있도록 해주는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치는, RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 서로 다른 두 개의 경로로 분기시키는 전력분배기; 상기 전력분배기를 통해 분기된 하나의 RF 신호를 입력받아 스위칭 제어신호에 따라 선택되는 안테나를 통해 공중에 방사하는 RF 신호 출력부; 컴퓨터 프로그램 코드를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드에 따라 동작하여 상기 RF 신호 출력부에 상기 스위칭 제어신호를 전달하는 제어부; 상기 전력분배기를 통해 분기된 다른 하나의 RF 신호를 입력받아 정류하는 정류부; 및 상기 정류부에서 정류된 전력을 충전하고, 상기 충전된 직류 전원을 상기 메모리부, 제어부, RF 신호 출력부에 공급하는 충전부를 포함하여 이루어진다.
상기 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호는 진폭 변조된 신호일 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 정류부에서 정류되는 신호의 크기에 따라 상기 RF 신호에 포함된 제어 명령을 해석하여 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 전력분배기는 상기 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 각각 서로 다른 전력을 갖는 RF 신호로 분기시키도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 전력분배기는 상기 RF 신호 출력부로 분기되는 RF 신호의 전력을 상기 정류부로 분기되는 RF 신호의 전력보다 더 크게 처리하도록 구성될 수 있다.
상기 전력분배기는, 상기 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 일단에 입력받는 저항 소자 R1; 상기 저항 소자 R1의 타 일단에서 분기되는 하나의 경로에 직렬 연결되는 저항 소자 R2와 R3; 상기 저항 소자 R1의 타 일단에서 분기되는 다른 하나의 경로에 직렬 연결되는 저항 소자 R4와 R5; 및 상기 저항 소자 R2와 R3의 공통접점과, 상기 저항 소자 R4와 R5의 공통접점 사이에 연결되는 저항 소자 R6을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 정류부는 상기 전력분배기로부터 분기되어 입력되는 RF 신호를 애노드에 입력받는 다이오드; 및 상기 다이오드의 캐소드와 접지 사이에 병렬 연결된 커패시터와 저항 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 정류부는 상기 전력분배기로부터 분기되어 입력되는 RF 신호를 애노드에 입력받는 다이오드; 상기 다이오드의 캐소드와 접지 사이에 병렬 연결된 커패시터와 저항 소자; 및 상기 다이오드의 애노드에 캐소드가 연결되고 애노드가 접지된 또 다른 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 알에프 신호 스위칭 장치는 별도의 외부 전원을 공급하지 않아도 RFID 리더가 태그로 전송할 RF 신호로부터 스스로 구동 전력을 획득하여 안테나를 통해 RF 신호를 송출할 수 있다.
이에 따라, 외부 전원 공급을 위한 전원 연결선들이 제거되므로 무선통신상의 장애를 방지하고 설치공간의 절약과 비용 절감이 가능하여 RFID 시스템을 효율적으로 구성할 수 있다.
또한, 진폭변조되어 있는 RF 신호의 정류는 검파의 의미도 가지므로 RFID 리더로부터 특정 제어명령을 전달할 수 있는 경로로 사용될 수 있으며, 원격제어를 통한 시스템 성능 검증 등의 기능까지 수행할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시에를 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치(30: 이하, 알에프 신호 스위칭 장치라 한다)는 외부 전원의 공급이 없이도 RFID 리더(11)가 출력하는 RF 신호를 각 안테나(23-1~23-4)를 통해 출력할 수 있다.
도 3과 도 4에는 설명의 편의를 위하여 하나의 알에프 신호 스위칭 장치(30)에 4 대의 안테나(23-1~23-4)가 연결되는 구조를 도시하였으나, 알에프 신호 스위 칭 장치(30)의 개수나 각 알에프 신호 스위칭 장치(30)에 연결되는 안테나의 수는 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
도 4를 참조하자면, 알에프 신호 스위칭 장치(30)는 전력분배기(31), RF 신호 출력부(32), 정류부(33), 메모리부(34), 제어부(35), 충전부(36) 등을 포함하여 이루어진다.
전력분배기(31)는 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 분기시키는 역할을 수행한다. 전력분배기(31)에서 분기된 하나의 RF 신호는 RF 신호 출력부(32)로 입력되고, 다른 하나의 RF 신호는 정류부(33)로 입력된다.
이때, 전력분배기(31)는 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 각각 서로 다른 전력을 갖는 RF 신호로 분기시키도록 구성될 수 있다. 즉, 분기된 각각의 RF 신호는 전력의 측면에서는 비대칭적으로 분기될 수 있다. 예를 들자면, RF 신호 출력부(32)로 전달할 RF 신호는 총 전력의 80%를 갖도록 분기하고, 정류부(33)로 전달할 RF 신호는 나머지 20%의 전력을 갖도록 처리할 수 있다.
도 5를 참조하여 전력분배기(31)를 구성하는 구체적인 실시예를 살펴보자면, RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호는 저항 소자 R1로 입력된다. 저항 소자 R1의 타 일단에는 RF 신호 출력부(32)로 향하는 경로에 저항 소자 R2와 R3이 직렬 연결되어 있고, 정류부(33)로 향하는 경로에는 저항 소자 R4와 R5가 직렬 연결되어 있으며, 저항 소자 R2와 R3의 공통접점과, 저항 소자 R4와 R5의 공통접점 사이에 저항 소자 R6이 연결되어 있다.
이러한 구조를 통해 각 저항 소자 R2 내지 R4의 저항값을 조정하여 각 경로를 향하는 RF 신호의 전력 비율을 설정할 수 있다.
RF 신호 출력부(32)는 전력분배기(31)를 통해 분기된 RF 신호를 입력받고, 입력된 RF 신호를 제어부(35)에서 전달하는 스위칭 제어신호에 따라 결정되는 안테나를 통해 공중에 방사한다.
메모리부(34)는 제어부(35)의 동작에 필요로 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 저장하는 역할을 수행하고, 제어부(35)는 메모리부(34)에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램 코드에 따라 동작하여 RF 신호 출력부(32)에 스위칭 제어신호를 전달한다. 이때, 제어부(35)는 각 안테나를 순차적으로 또는 개별적으로 선택할 수 있다.
위에서 설명한 RF 신호 출력부(32), 메모리부(34), 및 제어부(35)는 그 동작을 위하여 직류 전원이 필요한데, 종래에는 이를 위한 전원이 외부에서 공급되어야 했으나 본 발명에서는 스스로 생성한다.
정류부(33)는 전력분배기(31)를 통해 분기된 RF 신호를 입력받아 정류하는 역할을 수행한다.
도 6을 참조하여, 정류부(33)를 구성하는 실시예를 살펴보기로 한다.
도 6a를 참조하여 반파 정류하는 예를 살펴보자면, 전력분배기(31)로부터 분기되어 입력되는 RF 신호는 다이오드 D1의 애노드에 인가되고, 다이오드 D1의 캐소드와 접지 사이에는 커패시터 C1과 저항 소자 R7이 병렬로 구비되며, 정류부(33)의 출력 파형은 도시된 바와 같다.
도 6b를 참조하여 전파 정류하는 예를 살펴보자면, 전력분배기(31)로부터 분기되어 입력되는 RF 신호는 다이오드 D3의 애노드에 인가되며, 다이오드 D3의 애노드와 접지 사이에는 또 다른 다이오드 D2가 연결되어 있다. 다이오드 D3의 캐소드와 접지 사이에는 커패시터 C2과 저항 소자 R8이 병렬로 구비되며, 정류부(33)의 출력 파형은 도시된 바와 같다.
도 6에서 설명한 각 다이오드 소자, 커패시터 소자, 저항 소자의 값은 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
충전부(36)는 정류부(33)에서 정류된 전력을 충전하는 역할을 수행하는데, 충전부(33)에 충전된 직류 전원은 메모리부(34), 제어부(35), 및 RF 신호 출력부(32)의 동작에 필요한 전원으로 공급된다.
한편, 위에서 설명한 각 실시예에서 정류부(33)에 입력되는 RF 신호는 일반적으로 ASK(Amplitude Shift Keying) 등의 방식에 따라 진폭 변조된 신호이다.
그러므로 정류부(33)는 검파 기능도 수행하는 것으로 이해될 수 있다.
이에 따라 정류부(33)에서 출력되는 신호는 RFID 리더에서 제어부(35)로 전달하는 제어 명령의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(35)는 정류부(33)에서 정류되는 신호의 크기에 따라 RF 신호에 포함된 제어 명령을 해석하여 동작하도록 구성될 수 있으며, 이것은 RFID 리더가 제어부(35)로 어떠한 명령을 전달할 수 있다는 것을 의미한다.
설명의 이해를 돕기 위하여, 본 발명에 따른 알에프 신호 스위칭 장치(30)가 동작하는 전체 과정의 구체적인 예를 살펴보기로 한다.
전력분배기(31)는 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 비대칭적인 전력을 갖는 상태로 두 선로에 분기시킨다. 예로서, 분기된 하나의 RF 신호는 RFID 리더로부터 입력된 RF 신호가 갖는 전력의 80%를 갖고, 다른 하나의 RF 신호는 RFID 리더로부터 입력된 RF 신호가 갖는 전력의 20%를 갖도록 처리할 수 있다.
이러한 전력 비율은 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
전력분배기(31)에서 분기된 하나의 RF 신호는 RF 신호 출력부(32)로 전달되며 다른 하나의 RF 신호는 정류부(33)로 전달된다. 정류부(33)를 통과하면 RF 신호가 직류(DC) 전압으로 변환되고 충전부(36)를 충전시킨다. 그리고, 충전부(36)에 충전된 직류 전압은 제어부(35), 메모리부(34), RF 신호 출력부(32)의 구동 전원으로 사용된다.
한편, 정류부(33)는 반파 정류회로, 전파 정류회로, 브릿지 정류회로, 반파 배전압 정류회로, 전파 배전압 정류회로 등을 이용하여 다양하게 구성될 수 있다.
정류부(33)에 사용되는 다이오드는 순방향 전압 인가 시 문턱 전압이 낮은 것을 사용하여 정류 효율을 높일 수 있다.
또한 정류부(33)는 검파 기능도 수행할 수 있는데, RFID 시스템에 일반적으로 적용되는 ASK 변조방식을 이용할 경우 입력되는 RF 신호의 진폭에 따라 전압레벨이 변동한다.
즉, RFID 리더(11)에서 ASK 또는 AM(Amplitude Modulation) 등 진폭변조를 이용한 통신방식을 사용하면, 알에프 신호 스위칭 장치(30)로 명령어를 송신할 수 있게 되며, 이것은 사용자가 원격으로 알에프 신호 스위칭 장치(30)를 제어할 수 있고, 원격 제어를 통해 원하는 안테나를 선택할 수 있다는 것을 의미한다.
상술한 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.
도 1은 RFID 시스템의 개요,
도 2는 RFID 리더가 RF 신호를 안테나를 통해 출력하는 종래 장치의 예,
도 3은 본 발명에 따라 RF 신호를 안테나를 통해 출력하는 장치의 개요,
도 4는 본 발명에 따른 알에프 신호 스위칭 장치의 일 실시예,
도 5는 전력분배기를 구성하는 실시예,
도 6은 정류부를 구성하는 실시예이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11: RFID 리더 12: RFID 태그
22,30: 알에프 신호 스위칭 장치
23-1~23-4: 안테나 31: 전력분배기
32: RF 신호 출력부 33: 정류부
34: 메모리부 35: 제어부
36: 충전부 R1~R8: 저항 소자
C1,C2: 커패시터 소자 D1~D3: 다이오드

Claims (7)

  1. RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 서로 다른 두 개의 경로로 분기시키는 전력분배기;
    상기 전력분배기를 통해 분기된 하나의 RF 신호를 입력받아 스위칭 제어신호에 따라 선택되는 안테나를 통해 공중에 방사하는 RF 신호 출력부;
    컴퓨터 프로그램 코드를 저장하는 메모리부;
    상기 메모리부에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드에 따라 동작하여 상기 RF 신호 출력부에 상기 스위칭 제어신호를 전달하는 제어부;
    상기 전력분배기를 통해 분기된 다른 하나의 RF 신호를 입력받아 정류하는 정류부; 및
    상기 정류부에서 정류된 전력을 충전하고, 상기 충전된 직류 전원을 상기 메모리부, 제어부, RF 신호 출력부에 공급하는 충전부를 포함하여 이루어지는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호는 진폭 변조된 신호이고, 상기 제어부는 상기 정류부에서 정류되는 신호의 크기에 따라 상기 RF 신호에 포함된 제어 명령을 해석하여 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력분배기는 상기 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 각각 서로 다른 전력을 갖는 RF 신호로 분기시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력분배기는 상기 RF 신호 출력부로 분기되는 RF 신호의 전력을 상기 정류부로 분기되는 RF 신호의 전력보다 더 크게 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전력분배기는
    상기 RFID 리더로부터 입력되는 RF 신호를 일단에 입력받는 저항 소자 R1;
    상기 저항 소자 R1의 타 일단에서 분기되는 하나의 경로에 직렬 연결되는 저항 소자 R2와 R3;
    상기 저항 소자 R1의 타 일단에서 분기되는 다른 하나의 경로에 직렬 연결되는 저항 소자 R4와 R5; 및
    상기 저항 소자 R2와 R3의 공통접점과, 상기 저항 소자 R4와 R5의 공통접점 사이에 연결되는 저항 소자 R6을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정류부는 상기 전력분배기로부터 분기되어 입력되는 RF 신호를 애노드에 입력받는 다이오드; 및 상기 다이오드의 캐소드와 접지 사이에 병렬 연결된 커패시터와 저항 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정류부는 상기 전력분배기로부터 분기되어 입력되는 RF 신호를 애노드에 입력받는 다이오드; 상기 다이오드의 캐소드와 접지 사이에 병렬 연결된 커패시터와 저항 소자; 및 상기 다이오드의 애노드에 캐소드가 연결되고 애노드가 접지된 또 다른 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 알에프 아이디 시스템을 위한 알에프 신호 스위칭 장치.
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