KR20090113947A - Ｒｆｉｄ 태그 코일안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID 태그 코일안테나에 관한 것으로, 동판, 상기 동판의 일면에 부착된 유전체 기판 및 상기 유전체 기판 상에 소정 두께 및 폭으로 형성되고, 상기 유전체 기판의 모서리 가장자리로부터 상기 유전체 기판의 내측을 향하여 나선 모양으로 형성된 코일을 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 RFID 태그 코일안테나를 이용하는 것에 의해, 태그 코일안테나를 도체의 표면에 부착하더라도 인덕턴스의 변화를 최소화함으로써 태그의 데이터가 리더에서 정상적으로 읽히게 할 수 있고, 페라이트판을 대신하여 도전율이 높은 동판을 이용함으로써 태그안테나의 제작비용을 줄일 수 있다.

RFID, 코일, 안테나, 리더, 태그

Description

ＲＦＩＤ 태그 코일안테나 {A RFID tag coil antenna}

본 발명은 RFID 태그 코일안테나에 관한 것으로, 특히 금속표면에 부착하더라도 리드에서 태그의 데이터를 정상적으로 읽을 수 있는 RFID 태그 코일안테나에 관한 것이다.

일반적으로, RFID(Radio Frequency IDentification)는 전자태그를 물체에 부착하고 태그와 리더 사이의 안테나를 통하여 무선으로 태그의 정보를 인식하는 시스템이다. 이러한 RFID는 물류관리, 출입자 통제, 교통카드 또는 식품관리 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. LF와 HF대역의 RFID에서는 주로 유도결합을 이용하고 UHF 대역에서는 전자파 후방산란을 이용하여 태그의 정보를 리더로 전달하게 된다.

유도결합을 이용한 RFID에서는 태그의 보유 정보에 따라 부하임피던스를 변화시키고, 태그코일과 자기적으로 결합된 리더 코일에서 변환임피던스가 달라진다. 리더회로에서는 리더코일의 양단에 유도되는 전압을 검출하여 태그의 데이터를 인식하게 된다. UHF 대역의 RFID에서는 전자파 후방산란을 이용하고, 태그의 부하임 피던스의 변화에 따라 태그안테나의 산란면적(Scattering aperture)이 달라진다. 그 결과, 태그 안테나로부터 반사되는 전자파전력이 변화함에 따라 리더안테나에 수신되는 전압변화를 인식하여 태그의 정보를 판독하게 된다.

유도결합방식을 이용한 LF와 HF 대역의 RFID는 인식거리가 약 1m 이하의 단거리 시스템이 일반적이다. 이와는 달리, 전자파 후방산란을 이용한 UHF 대역의 RFID는 인식거리가 약 1m이상인 장거리 시스템에 많이 활용되고 있다.

RFID 시스템은 태그와 리더 사이에 전송되는 무선신호를 이용하므로 리더 또는 태그 안테나에 도체가 근접하는 경우, 안테나에서의 전자기장의 분포가 달라져 데이터의 전송에 영향을 주게 된다. RFID를 이용하여 물품을 관리하는 경우에, 관리대상 물체의 표면에 태그를 부착하여 사용한다. 이 경우, 표면이 금속으로 된 물체에 태그를 부착하게 되면 금속표면에서 발생하는 와전류의 영향을 받아 태그 안테나의 인덕턴스가 변화한다. 그 결과, 태그의 데이터가 리더로 전달되는 과정에서 에러가 발생하거나 RFID 시스템의 동작이 멈출 수 있다.

이러한 현상을 방지하기 위하여 태그코일과 금속표면 사이에 강자성체인 페라이트판을 부착하여 와전류가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

그러나, 페라이트판은 상대적으로 고가이고, 제품에 따라 투자율 값이 다양하여 금속표면 부착용 태그안테나의 출력 안정성에 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 금속표면에 태그안테나를 부착하더라도 인덕턴스의 변화를 줄임으로써 태그안테나의 출력 안정성을 확보할 수 있는 RFID 태그 코일안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 페라이트판을 대신하여 도전율이 높은 동판을 이용함으로써 태그안테나의 제작비용을 줄일 수 있는 RFID 태그 코일안테나를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 RFID 태그 코일안테나는 동판, 상기 동판의 일면에 부착된 유전체 기판 및 상기 유전체 기판 상에 소정 두께 및 폭으로 형성되고, 상기 유전체 기판의 모서리 가장자리로부터 상기 유전체 기판의 내측을 향하여 나선 모양으로 형성된 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 RFID 태그 코일안테나는 상기 코일의 폭 및 서로 인접한 코일 사이의 간격은 동일한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 RFID 태그 코일안테나는 상기 동판의 두께는 0.034mm 내지 0.036mm이고, 상기 유전체 기판의 유전상수는 4.3 내지 4.5이며, 상기 코일의 폭은 0.4mm 내지 0.6mm인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 RFID 태그 코일안테나는 상기 코일의 권취수는 11.5회인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 태그 코일안테나에 의하면, 태그 코일안테나를 도체의 표면에 부착하더라도 인덕턴스의 변화를 최소화함으로써 태그의 데이터가 리더에서 잘 읽히게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 RFID 태그 코일안테나에 의하면, 페라이트판을 대신하여 도전율이 높은 동판을 이용함으로써 태그안테나의 제작비용을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 상세하게 설명한다.

또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 코일안테나를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 코일안테나 및 동판을 제거한 태그 코일의 진동수에 따른 인덕턴스 변화를 보여주는 그래프이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태그 코일안테나를 구비하는 RFID 시스템을 보여주는 도면이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태그 코일안테나(1)는 동판(3), 유전체 기판(5) 및 코일(7)을 포함하여 구성된다. 상기 태그 코일안테나(1)는 표면이 도체 또는 절연체로 된 물체의 표면에 부착되어 물체의 정보에 대한 데이터를 외부로 전송하는 역할을 수행한다. 상기 유전체 기판(5)은 동판(3)의 일면에 부착되고, PCB 유전체 기판으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 코일(7)은 유전체 기판(5) 상에 소정 두께 및 폭을 갖는 동박으로 형성될 수 있다. 상기 코일(7)은 유전체 기판(5)의 모서리 가장자리로부터 유전체 기판(5)의 내측을 향하여 직사각형의 나선 모양으로 형성된다.

본 발명에 따라 제작된 태그 코일안테나(1)에서, 동박으로 된 코일(7)의 두께는 0.034mm 내지 0.036mm이다. 상기 유전체 기판(5)을 구성하는 유전체는 4.3 내지 4.5의 유전상수를 구비하는 FR4이고, 유전체의 두께는 1.6mm 이다. 또한, 태그 코일안테나(1)의 크기는 8cm×5cm이다. 상기 코일(7)의 폭 및 서로 인접하는 코일(7)의 간격은 0.4mm 내지 0.6mm에서 동일하게 형성된다. 또한, 상기 코일(7)의 권선수는 11.5회가 되도록 제작되었다. 아울러, 상기 태그 코일안테나(1)는 도체판이 코일(7)에 접근하는 경우에 발생하는 인덕턴스의 감소량을 측정하고, 감소비율의 역수에 해당하는 크기의 인덕턴스를 가지도록 설계된다. 따라서, 상기 동판(3)을 구비하는 태그 코일안테나(1)는 금속표면에 부착되더라도 물체의 정보를 담은 데이터를 정상적으로 송신할 수 있다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 도 2는 상기 유전체 기판(5)의 일면에 동판(3)을 부착하지 않은 상태(a) 및 부착한 상태(b)에서의 인덕턴스 측정값을 나타낸다. 이 경우, 도면부호 "9" 및 "11"은 EM사의 Sonnet을 사용하여 시뮬레이션으로부터 나타난 인턱턴스 값이다. 또한, 도면부호 "13" 및 "15"는 HP 4285A LCR meter를 사용하여 측정한 인덕턴스 값을 나타낸다. 그 결과, 상기 동판(3)을 부착하지 않은 상태(a) 및 상기 동판(3)을 부착한 상태(b)에서의 시뮬레이션 결과 및 측정치는 거의 일치함을 알 수 있다.

RFID 시스템의 동작주파수인 13.56MHz에서 태그용 코일(7)의 인덕턴스는 동판(3)이 부착되지 않은 경우에 약 19uH 이고, 유전체 기판(5)의 하부 표면에 동판(3)이 부착된 상태에서는 약 6uH로 측정되었다. 따라서, 상기 태그 코일안테나(1)는 동판(3)이 없을 때에 비하여 인덕턴스가 약 1/3 정도로 감소하였음을 알 수 있다.

도 3에서 도시한 바와 같이, RFID 시스템은 리더회로, 리더 코일안테나 및 태그 코일안테나를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 태그 코일안테나(1)의 내측에 물체의 데이터를 저장한 칩이 태그 코일안테나(1)에 전기적으로 연결되어 있다. RFID 리더는 금속표면 부착용 태그의 동작 상태를 확인하기 위하여 13.56MHz의 동작주파수에서 작동하는 EM Microelectronic 사의 RF Front-end 칩 EM4094를 사용하여 제작하였다. 리더용 코일 안테나는 FR4 PCB 기판 위에 10cm×8cm의 크기로 제작한 사각나선형 코일안테나로서 인덕턴스는 약 1.4uH이다.

Texas Instrument 사의 Tagit 칩은 약 6uH 의 코일이 연결된 상태에서 공진하므로, 동판(3)이 부착된 상태에서 태그의 정보를 리더에서 정상적으로 인식할 수 있다. 태그용 코일(7)에 동판(3)이 부착된 상태에서는 다른 금속의 표면에 태그를 부착하여도 인덕턴스의 변화가 거의 발생하지 않는다. 그 결과, 태그 코일안테나(1)에서 전송된 물체의 정보에 대한 데이터를 리더에서 정상적으로 인식할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 RFID 태그 코일안테나에 관한 것이다. 그 응용 분야로는 공공기관이나 기업체에서 고가의 주요 계측기와 같이 케이스 표면이 금속으로 되어 있는 물품을 관리하기 위한 RFID 시스템을 개발하는 경우에 리더안테나 또는 태그안테나를 제작하는 데에 많이 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 코일안테나를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 코일안테나 및 동판을 제거한 태그 코일의 진동수에 따른 인덕턴스 변화를 보여주는 그래프.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태그 코일안테나를 구비하는 RFID 시스템을 보여주는 도면.

Claims (4)

1. 동판;

   상기 동판의 일면에 부착된 유전체 기판; 및

   상기 유전체 기판 상에 소정 두께 및 폭으로 형성되고, 상기 유전체 기판의 모서리 가장자리로부터 상기 유전체 기판의 내측을 향하여 나선 모양으로 형성된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 코일안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일의 폭 및 서로 인접한 코일 사이의 간격은 동일한 것을 특징으로 하는 RFID 태그 코일안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 동판의 두께는 0.034mm 내지 0.036mm이고, 상기 유전체 기판의 유전상수는 4.3 내지 4.5이며, 상기 코일의 폭은 0.4mm 내지 0.6mm인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 코일안테나.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 코일의 권취수는 11.5회인 것을 특징으로 하는 RFID 태그 코일안테나.

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