KR20090132726A

KR20090132726A - 금속에 부착이 가능한 ｓ 형상의 이중대역 ｒｆｉｄ 태그안테나

Info

Publication number: KR20090132726A
Application number: KR1020080058855A
Authority: KR
Inventors: 우종명; 박정용
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-12-31
Also published as: KR100981666B1

Abstract

본 발명은 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나에 관한 것으로서, 마이크로스트립 급전라인을 중심으로 양 옆에 마이크로스트립 접지라인을 위치시킴으로써 그 길이 차이를 통해 이중대역을 만족시켰으며, 전체 라인을 미앤더 라인으로 형성하고 마이크로스트립 급전라인의 끝단을 스파이럴 구조로 변형시켜 안테나의 전체적인 소형화를 만족시킴으로써, 금속과 같은 전도성 물체에도 부착이 용이한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정의 유전율을 가지며, 접지기능을 수행하는 기판; 및 상기 기판의 접지면상에 위치하는 방사소자; 로 구성되되, 상기 방사소자는 급전이 이루어지는 RFID 칩을 포함하는 마이크로스트립 급전라인과 그 양 옆에 위치하는 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

RFID 안테나, 미앤더 라인

Description

금속에 부착이 가능한 Ｓ 형상의 이중대역 ＲＦＩＤ 태그 안테나{THE DUAL BAND RFID TAG ANTENNA OF S SHAPE MOUNTABLE ON METALLIC SURFACE}

본 발명은 RFID 태그 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로스트립 급전라인을 중심으로 양 옆에 마이크로스트립 접지라인을 위치시킴으로써 이중대역을 만족시켰으며, 전체 라인을 미앤더 라인으로 형성하고 마이크로스트립 급전라인의 끝단을 스파이럴 구조로 변형시켜 안테나의 전체적인 소형화를 만족시킴으로써, 금속과 같은 전도성 물체에도 부착이 용이한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은 기존의 바코드 인식 시스템을 대체하기 위한 기술로서, 초소형 IC 칩이 부착된 태그에 정보를 담아 사물의 정보를 인식, 수정, 추적 등이 가능하다. 그 중에서도 UHF(860~960MHz) 대역은 제작 가격과 인식거리에서 유리하여 전 세계적으로 유통, 물류 등의 용도에 많이 이용되고 있다. 이러한, RFID태그는 안테나 성능 열화를 최소화 시키면서 어떤 물품에도 쉽게 부착될 수 있도록 소형화되어야하며 전 세계 공통으로 사용하기 위해서 넓은 대역폭이 요구된다. 특히 금속과 같은 전도성물체에도 부착 가능한 태그 안테나가 요구된다.

지금까지 금속부착이 가능한 안테나로는 스파이럴 다이폴, 기생소자가 있는 폴디드 다이폴 구조, slotted planar inverted-F 등이 연구되었다. 하지만, 이들 안테나는 면적이 넓고 공진 길이가 반파장이거나 높이가 높다. 또한, 그 구조에 있어서도 대부분의 경우 매우 복잡한 형상을 띠고 있어 안테나의 높이 변화에 따른 입력임피던스 매칭이 쉽지가 않으며 단일 협대역인 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 마이크로스트립 급전라인을 중심으로 양 옆에 마이크로스트립 접지라인을 위치시킴으로써 그 길이 차이를 통해 이중대역을 만족시켰으며, 전체 라인을 미앤더 라인으로 형성하고 마이크로스트립 급전라인의 끝단을 스파이럴 구조로 변형시켜 안테나의 전체적인 소형화를 만족시킴으로써, 금속과 같은 전도성 물체에도 부착이 용이한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

본 발명은 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나에 관한 것으로서, 소정의 유전율을 가지며, 접지기능을 수행하는 기판; 및 상기 기판의 접지면상에 위치하는 방사소자; 로 구성되되, 상기 방사소자는 급전이 이루어지는 RFID 칩을 포함하는 마이크로스트립 급전라인과 그 양 옆에 위치하는 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 마이크로스트립 급전라인, 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인을 포함하는 방사소자는 전체적으로, S 형태의 미앤더 라인 구조로 형성되며, 상기 마이크로스트립 급전라인의 끝단은 스파이럴(spiral) 구조로 변형되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인은 각 라인의 폭과 길이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

또한 상기 마이크로스트립 급전라인에 대한 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인과의 간격(D₁, D₂)은 서로 같거나 또는 다른 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인의 길이차를 통해 이중대역이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 기판은, 유전체로서 가로 20mm × 세로 33.5 mm × 높이 2mm 인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 마이크로스트립 급전라인을 중심으로 양 옆에 마이크로스트립 접지라인을 위치시킴으로써 그 길이 차이를 통해 이중대역을 만족시켰으며, 전체 라인을 미앤더 라인으로 형성하고 마이크로스트립 급전라인의 끝단을 스파이럴 구조로 변형시켜 안테나의 전체적인 소형화를 만족시킴으로써, 금속과 같은 전도성 물체에도 부착이 용이하며, 한국대역(중심주파수: 911.25MHz, 대역폭: 5.5MHz)과 유럽대역(중심주파수: 866.5MHz, 대역폭: 3MHz)을 동시에 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)의 구조 및 특성의 기술에 앞서, 기본구조 및 소형화 설계과정을 설명하도록 한다.

도 1 의 (a)에 나타낸 바와 같이, 마이크로스트립 급전라인(210)을 설정하고 이와 평행하게 한국대역의 마이크로스트립 1/4λ 기생 접지라인(220)을 왼쪽에 위치 시켰다.

마이크로스트립 접지라인(220)의 길이에 의해 안테나의 공진주파수가 결정되며, 특히 폭이 좁은 1/4λ 마이크로스트립 패치 안테나와 같이 그 끝단으로부터의 fringing field 에 의해 주 방사가 일어난다. 여기서, 안테나의 입력 임피던스를 접지라인 끝부터 마이크로스트립 급전라인(210)의 끝단까지의 길이 L의 조정을 통해 조절하였다. L의 길이가 증가를 할수록 입력 resistance 및 reactance가 증가하게 된다. 이와 같은 특성은 capacitance 성분이 큰 RFID 칩과 복소임피던스 매칭을 용이하게 하며 안테나의 높이가 변하더라도 L의 변화를 통해 쉽게 임피던스 매칭을 시킬 수 있는 장점이 있다.

이후, 도 1 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 유럽대역에서도 공진이 가능하도록 해당 대역의 1/4파장 마이크로스트립 접지라인(230)을 오른쪽에 추가로 위치시켰다. 입력 임피던스를 L의 길이 및 라인간의 간격을 변화시킴으로 이중대역에서 각각 RFID 칩의 복소 임피던스 매칭이 가능하게 하였다.

마지막으로 소형화를 위해 라인 전체를 'S'형태인 미앤더 구조로, 급전라인 의 끝단을 스파이럴(spiral) 구조로 변형시켜 도 1 의 (c) 에 나타낸 바와 같이 소형화를 시키고자 하였다. 선로간의 커플링에 의한 임피던스 변화와 선로의 미앤더 구조로 인한 임피던스 변화량을 두 라인간의 간격 D₁(0.5mm), D₂(2.5mm)을 통해 재조정하였으며, 이로써 요구되는 이중대역 RFID 태그 안테나를 소형화 시킬 수 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)에 관한 구성도로서, 도시된 바와 같이 소정의 유전율을 가지며 접지기능을 수행하는 기판(100) 및 상기 기판(100)의 접지면상에 위치하는 방사소자(200)를 포함하며, 방사소자(200)는 급전이 이루어지는 RFID 칩을 포함하는 마이크로스트립 급전라인(210)과 그 양 옆에 폭과 길이가 서로 다르며, 마이크로스트립 급전라인(210)과 평행하게 소정길이 연장되어 위치하는 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인(220,230)을 포함한다.

이때, 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)는 중심주파수 911.25MHz, 866.5MHz에서 최적화된 치수를 나타냈다. 이때 사용한 칩은 Alien 사의 higgs chip(impedance, Z_chip=14-j145Ω)을, 기판(100)은 polyvinyl chloride(PVC, relative dielectric constant:ε_r=3)을 사용하였다.

그 때의 임피던스 특성을 도 3 에 나타냈다. 안테나(S)의 최종 크기는 접지면을 포함하여 가로 20mm, 세로 33.5mm, 높이 2mm로 소형화 하였다.

도 4 에는 안테나(S)의 S₁₁ 측정결과를 나타내었다. 설계주파수인 911.25MHz 와 866.5MHz에서 각각 -22dB, -21dB를 얻었고, -10dB대역폭은 911.25MHz에서 6MHz, 866.5MHz에서 5MHz로 두 대역에서 사용가능함을 확인하였다.

도 5 는 제안된 안테나(S)의 인식거리 패턴의 측정결과이다.

측정 시, 300mm×300mm 크기의 도체판에 부착 하였으며, 원편파 리더기의 송신출력을 한국대역에서 4W, 유럽대역에서 1W EIRP로 설정하였다. 측정결과, y-z plane에서의 최대인식거리는 330°에서 1.6m로 나타났으며, x-z plane은 0° 방향에서 1.35m로 나타났다. 최대인식거리 폭은 y-z plane이 x-z plane보다 넓어 실제사용 시 최대인식거리 빔폭을 고려하면, 세로방향으로 붙이기보다 가로 방향으로 부착하는 편이 더욱 유용할 것이다.

이러한 결과들로부터 제안된 'S' 형상의 안테나가 한국대역과 유럽대역에서 금속 도체에 부착이 가능한 소형 이중대역 RFID 태그 안테나로서 충분히 유효하리라 예상된다. 위의 특성 결과들을 [표 1] 에 정리 하였다.

	(a)	(b)		(c)
Frequency[MHz]	911.25	911.25	866.5	911.25	866.5
S₁₁ [dB]	-32	-25,	-23	-22	-21
-10dB BW[MHz]	13	13	10	6	5
Antenna size[mm³]	14×80×2	20×80×2		20×33.5×2
Size reduction ratio(%)	-	ref.		58.125
EIRP	4	4	1	4	1
Max. read range[m]	2.6	2.8	1.5	1.6	0.6

[표 1] 도 1 의 (a), (b), (c) 타입의 특성 비교

본 발명에서는, UHF RFID 대역에서 한국(908.5~868MHz)과 유럽(865~868MHz)의 두 대역에서 동작하는 소형화된 금속 부착형 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 안테나의 기생 마이크로스트립 접지라인의 길이 차이로 이중대역을 만족시켰으며, 전체 라인을 미앤더 형태로, 마이크로스트립 급전 라인 끝부분을 스파이럴구조로 변형하여 이중대역의 기본형 안테나 보다 58.1%의 면적 소형화율을 달성하였다. 이로써 요구되는 두 대역의 수용을 가능하게 함으로써 사용주파수 대역이 다른 국가 간 수출입되는 금속물품에 RFID 태그 부착이 가능하게 하였다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나의 기본구조 및 소형화 설계과정을 나타내기 위한 일예시도.

도 2 는 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)에 관한 구성도.

도 3 은 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)의 임피던스 특성을 나타내는 그래프.

도 4 는 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)의 S₁₁ 측정결과를 나타내는 그래프.

도 5 는 본 발명에 따른 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)의 인식거리 패턴의 측정결과를 나타내는 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

S: 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나

100: 기판 200: 방사소자

210: 마이크로스트립 급전라인 220: 제 1 마이크로스트립 접지라인

230: 제 2 마이크로스트립 접지라인

Claims

금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나(S)에 있어서,

소정의 유전율을 가지며, 접지기능을 수행하는 기판(100); 및

상기 기판(100)의 접지면상에 위치하는 방사소자(200); 로 구성되되,

상기 방사소자(200)는 급전이 이루어지는 RFID 칩을 포함하는 마이크로스트립 급전라인(210)과 그 양 옆에 위치하는 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인(220,230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 마이크로스트립 급전라인(210), 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인(220,230)을 포함하는 방사소자(200)는 전체적으로, S 형태의 미앤더 라인 구조로 형성되며, 상기 마이크로스트립 급전라인(210)의 끝단은 스파이럴(spiral) 구조로 변형되는 것을 특징으로 하는 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인(220,230)은

각 라인의 폭과 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 마이크로스트립 급전라인(210)에 대한 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인(220,230)과의 간격(D₁, D₂)은 서로 같거나 또는 다른 것을 특징으로 하는 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 마이크로스트립 접지라인(220,230)의 길이차를 통해 이중대역이 형성되는 것을 특징으로 하는 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은, 유전체로서 가로 20mm × 세로 33.5 mm × 높이 2mm 인 것을 특징으로 하는 금속에 부착이 가능한 S 형상의 이중대역 RFID 태그 안테나.