KR20100060932A - 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 ｕｈｆ ｒｆｉｄ 금속태그 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 UHF RFID 금속태그에 관한 것으로서, 내부가 중공부를 이루는 통체(10)와 상기 통체(10)의 상부면에 형성된 유전체막(20)과 상기 유전체막(20)의 가장자리로부터 떨어져 중앙부에 형성되는 금속막(30)으로 이루어지는 태그 안테나와, 상기 금속막(30)이 루프 형태로 패터닝된 패터닝부(40)와, 상기 패터닝부(40)의 일단부에 실장되는 UHF RFID 칩(50)으로 이루어지는 금속태그 구조체(A)와; 상기 금속태그 구조체(A)가 내장되는 태그 케이싱(B)으로 구성되어 캐버티 구조를 태그에 채용함으로써 안테나의 이득이 높아지게 되어 장거리에서도 인식이 가능하므로 리더시스템에서 많은 리더를 필요로 하지 않아 시스템의 설치 및 유지 비용 뿐만 아니라 물류비용을 절감할 수 있고, 장거리에서도 인식이 가능하여 금속장비 및 기자재 관리에 신뢰성을 높일 수 있으며, 금속자재 관리 및 위치추적이 실시간으로 가능하여 관리비용을 절감할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.
캐버티 구조, 금속태그, RFID, 리더기, 물류관리.
Description
본 발명은 금속태그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐버티 구조를 태그에 채용하여 안테나의 이득을 높임으로써 장거리에서도 인식이 가능한 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 UHF RFID 금속태그에 관한 것이다.
유비쿼터스(Ubiquitous)란 사용자가 네트워크나 컴퓨터를 의식하지 않고 장소에 관계없이 자유롭게 네트워크에 접속할수 있는 정보통신 환경을 의미한다. 유비쿼터스를 위해, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이 월드 와이드 웹과같은 광범위한 네트워크에 운영되고 있다. RFID는 물리적인 물체를 인식하여 그 물체에 대한 정보를 알아내는 것을 목표로 하는 기술이다. 각각의 물체에 할당되는 인식 코드는 태그 코드라고 불리우는데 RFID 태그 내에 인코딩된다. 이러한 코드는 물체에 대한 정보 서비스를 사용하는 기초가 된다.
일반적으로, RFID는 바코드와 같은 자동데이터 수집(Automatic Data Collection)의 하나이다. 외부로부터 신호를 받아 자동적으로 신호를 되돌려 보내는 송수신 장치인 트랜스폰더(Transponder)와 이 신호를 보내거나 읽어내는 리 더(Reader/Controller)로 구성된다.
일반 바코드 시스템과 비교하면 트랜스폰더는 바코드(barcode)로, 리더는 스캐너의 역할을 하는 것으로, 바코드 스캐너가 바코드 라벨을 스캐닝해서 읽어 오듯이 RF리더(reader)는 트랜스폰더의 자료를 무선 전파를 이용하여 읽어들이는 것이다.
바코드는 라벨이 찢어지거나 오염될 수 있어 사용에 제한을 받지만 트랜스폰더는 마이크로칩 형태로 반영구적이며 주위환경에 독립적이다. 먼지가 끼거나 비에 젖으면 바코드의 인식률은 급속히 떨어지지만 RFID는 주위 환경에 방해를 덜 받는다.
무선주파수(RF)를 이용하기 때문에 트랜스 폰더와 리더는 비접촉식으로 반응하며 데이터 리딩 속도가 빠르다. 또 바코드에 비해 많은 양의 정보를 송수신 할 수 있다.
교통카드에의 적용으로 많은 사람들이 사용하고 있으며, 출입관리를 위한 시스템에 적용되어 회사직원이나 주민, 방문객들을 위한 출입통제 시스템에 널리 사용되고 있다. 또한, 효율적인 물류관리, 재고관리 및 도난방지분야에 적용되어 상당한 생산성 향상과 비용절감 효과를 거두고 있으며, 전사적자원관리(ERP) 시스템과 연계하여 구매,물류,판매를 실시간으로 파악할 수 있는 장점이 있다.
현재 이용되고 있는 RFID 태그의 외관은 대부분 플라스틱(Plastic)재질의 카드로 전,후면에 옵셋이나 실크로 인쇄를 할 수 밖에 없는데, 플라스틱 카드 타입의 모양은 의류,패션 및 물류 유통상품에 적용하기에 적합하지 않다. 왜냐하면, 상품 에 매달기에 적합하지 않은 형태이며, RFID 태그(RFID Tag)의 가격이 고가이므로 유행의 사이클이 짧은 브랜드 상품의 이미지를 인쇄하게 되면 다른 브랜드의 상품에 활용하기 어렵고 매번 발주량에 맞추어 인쇄를 해야하는 번거로운 문제점이 존재하는 것이다.
도 1 은 일반적인 RFID 네트워크 개념도로서, 임의의 대상물에 부착되는 RFID 태그(1)와, RFID 태그를 판독하기 위한 리더기(2)와, 리더기(2)를 통해 판독된 사용자 정보를 서버(4)로 제공하기 위한 네트워크망(3)과, 네트워크망(3)을 통해 수신된 RFID 태그(1)의 사용자 정보를 수신하여 기 저장된 정보와 검색 및 비교하기 위한 서버(4)로 구성된다. 상기 리더기(2)는 당연히 리더 안테나(미도시)를 포함하는 개념이다.
도 2 는 종래 RFID 태그 구조를 나타내는 도면으로서, 일반적인 RFID 태그(1)는 대상물의 정보(데이터)를 저장하기 위한 칩(5)과, 상기 칩(5)에 연결되어 리더기와의 데이터의 송수신을 위해 전자파를 공간으로 전송하거나 공간으로부터 수신하기 위한 안테나(6)를 구비한다. 이러한 RFID 태그는 125/134Hz, 13.56MHz, 433MHz, 900MHz 등과 같이 사용 주파수 대역이 다양하고, 리더기와의 인식 거리가 안테나 형태에 따라 차이가 생길 수 있다.
예컨대, 사용 주파수 대역이 13.56MHz인 RFID 태그의 경우는 리더기와의 인식 거리를 크게 10 cm 이하의 단거리, 30~40 cm 정도의 중거리, 40 cm 이상의 장거리로 구분할 수 있다. 그런데, 이와 같이 사용 주파수 대역이 13.56MHz인 RFID 태그의 경우는 기본적으로 리더기와의 인식 거리가 굉장히 짧기 때문에 극히 한정된 분야에만 적용할 수 있다는 문제점이 있었다.
또한 장거리용 금속태그로서 433MHz에 사용되는 능동형 금속태그도 개발되어 사용되고 있다. 그러나 이러한 능동형 금속태그는 인식거리가 100m 이상이지만 태그의 가격이 일반 수동태그에 비해 고가일 뿐만 아니라 자체 전원이 사용되어야만 하므로 건전지의 수명의 한계로 인해 건전지나 태그를 주기적으로 교체해야 하기 때문에 물류 관리비용이 많이 드는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 태그에서 야기되는 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 캐버티 구조를 태그에 채용하여 안테나의 이득을 높임으로써 장거리에서도 인식이 가능하여 리더시스템에서 많은 리더를 필요로 하지 않게되므로 시스템의 설치 및 유지 비용 뿐만 아니라 물류비용을 절감할 수 있는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그에 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 캐버티 구조를 태그에 채용하여 안테나의 이득을 높임으로써 장거리에서도 인식이 가능하여 금속장비 및 기자재 관리에 신뢰성을 높일 수 있는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 캐버티 구조를 태그에 채용하여 안테나의 이득을 높임으로써 장거리에서도 인식이 가능하여 금속자재 관리 및 위치추적이 실시간으로 가능하며, 관리비용을 절감할 수 있는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금 속태그를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그는 내부가 중공부를 이루는 통체(10)와 상기 통체(10)의 상부면에 형성된 유전체막(20)과 상기 유전체막(20)의 가장자리로부터 떨어져 중앙부에 형성되는 금속막(30)으로 이루어지는 태그 안테나와, 상기 금속막(30)이 루프 형태로 패터닝된 패터닝부(40)와, 상기 패터닝부(40)의 일단부에 실장되는 칩(50)으로 이루어지는 금속태그 구조체(A)와; 상기 금속태그 구조체(A)가 내장되는 태그 케이싱(B)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 캐버티 구조를 태그에 채용하여 안테나의 이득을 높임으로써 장거리에서도 인식이 가능하여 리더시스템에서 많은 리더를 필요로 하지 않게되므로 시스템의 설치 및 유지 비용 뿐만 아니라 물류비용을 절감할 수 있고, 장거리에서도 인식이 가능하여 금속장비 및 기자재 관리에 신뢰성을 높일 수 있으며, 금속자재 관리와 위치추적이 실시간으로 가능하여 관리비용을 절감할 수 있는 각별한 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예로서 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그 구조체의 사 시도,
도 4는 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그 구조체의 평면도,
도 5는 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그 구조체의 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 태그 케이싱의 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 태그 케이싱에 금속태그 구조체가 내장되는 상태는 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체의 반사계수를 나타낸 그래프,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우와 없는 경우의 측정된 임피던스를 나타냄 그래프,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체의 반사계수를 나타낸 그래프,
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우와 없는 경우의 측정된 임피던스를 나타냄 그래프,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체(A)의 하면 에 금속판이 없는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 16a는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 금속태그 구조체(A)의 사진,
도 16b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 금속태그 구조체(A)의 케이싱된 상태의 사진,
도 17a는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작한 금속태그 구조체(A)의 사진,
도 17b는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작한 금속태그 구조체(A)의 케이싱된 상태의 사진,
도 18a는 금속이 없는 자유공간에서 본발명의 실시예 1, 2와 Alien사의 Squiggle2 태그의 측정된 인식거리를 나타낸 그래프,
도 18b는 금속태그의 하면에 금속을 부착한 상태에서 본발명의 실시예 1, 2 태그의 측정된 인식거리를 나타낸 그래프,
도 19는 본 발명에 따른 금속태그의 감도측정 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그는 내부가 중공부를 이루는 통체(10)와 상기 통체(10)의 상부면에 형성된 유전체막(20)과 상기 유전체막(20)의 가장자리로부터 떨어져 중앙부에 형성되는 금속막(30)으로 이루어지는 태그 안테나와, 상기 금속막(30)이 루프 형태로 패터닝된 패터닝부(40)와, 상기 패터닝부(40)의 일단부에 실장되는 칩(50)으로 이루어지는 금속태그 구조체(A)와; 상기 금속태그 구조체(A)가 내장되는 태그 케이싱(B)으로 구성되어 있다.
상기 통체(10)는 상부면에 유전체막(20)이 형성되고 내부가 중공부를 이루는 금속이고, 상기 유전체막(20) 상에 인쇄나 실크스크린 또는 에칭방법중 어느 하나의 방법으로 금속막(30)이 형성되어 통체(10)와 유전체막(20) 및 금속막(30)이 태그 안테나를 이루고 있다.
상기 패터닝부(40)는 상기 금속막(30)이 제거되어 유전체막(20)이 루프 형태로 패터닝된 부분으로 일단부에 다이본딩방식이나 스트랩방식으로 칩(50)이 실장되어 있다.
그리고 상기 태그 케이싱(B)은 ABS나 폴리에스테르(PE), 폴리카보네이트(PC)중 어느 하나 또는 적어도 2 이상의 혼합물로 성형된 것이거나 전기가 통하지 않는 모든 플라스틱 재질 또는 회로를 보호할 수 있는 비도체 재질로 이루어지는 것으로서, 상기 금속태그 구조체(A)를 내장할 수 있도록 일측부에 개구부를 갖는 몸체(61)와 개구부측 양측단이 수평으로 연장되어 몸체(61)와 일체를 이루는 체결부(62) 및; 상기 체결부(62)의 중앙부에 관통 형성된 체결공(63)으로 구성되어 있다.
실험예
본 발명의 일실시예로서 아래와 같이 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그를 설계하고 시뮬레이션을 통해 금속태그의 반사계수와 이득을 측정하였다.
여기서 시뮬레이션 툴은 CST Microstudio 2008을 사용하여 설계 하엿으며, 칩 임피던스는 Alien Higgs strap의 임피던스를 이용하여 설계 하였고, 금속태그의 중심주파수는 910MHz 이다.
금속태그 구조체(A)의 패턴이 있는 유전체막(20)으로 유전율(ε)이 4.6 FR4를 사용하고, 캐버티의 높이를 고정시키기 위해 통체(10)로 유전율(ε)이 1.01인 스티로폼을 사용했다.
유전체막(20)의 두께를 2mm 로 고정한 상태에서 통체(10)의 높이를 조절하였다.
캐버티 즉, 통체(10) 내부의 중공부 높이를 0.25λ(82mm)에서 설계를 시작하여 임피던스 매칭을 하고, 캐버티의 높이를 낮춰서 금속태그 구조체(A)의 전체 높이를 줄이는 작업을 실시하여 효율이 좋은 2가지 금속태그를 설계하였다.
제작된 금속태그의 하나는 높이가 0.003λ(10mm)인 금속태그(실험예 1)이고, 다른 하나는 높이가 0.091λ(30mm)인 금속태그(실험예 2)이다.
실험예
1
실험예 1의 경우 상기 실험예에서 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우와 없는 경우의 측정된 반사계수를 비교하여 도 8에, 측정된 임피던스를 비교하여 도 9a 및 도 9b에 각각 나타냈다.
도 8에 나타낸 바와 같이 중심주파수는 904MHz 에서 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우 반사계수는 -13.2dB, 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있지 않은 자유공간에서 반사계수는 -10dB로 나타나 태그 안테나의 성능은 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우가 더 우수함을 알 수 있었다.
또한 임피던스는 도 9a 및 도 9b에 각각 나타낸 바와 같이 나타나 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있지 않은 자유공간에서 23.16 + j132Ω으로 계산한 전력 전송계수는 0.9, 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우 18.76 + j132.99Ω으로 계산한 전력 전송계수는 0.95로 나타나 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우가 더 매칭이 잘되는 것을 알 수 있었다.
여기서 상기 수식은 다음의 전력 전송계수 계산식으로부터 구해지는 것이다.
τ: 전력전송계수(0≤τ≤1)
Za : 태그안테나 임피던스(Za = Ra + jXa)
Zc : 칩임피던스(Zc = Rc + jXc)
그리고 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 경우와 있는 경우의 측정된 태그 안테나 이득을 비교하여 도 10a, 도 10b 및 도 11a, 도 11b에 각각 나타냈다.
도 10a와 도 10b는 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 경우의 태그 안테나 이득이고, 도 11a와 도 11b는 금속태그 구조체(A)의 뒷면에 금속판이 있는 경우의 태그 안테나 이득이다.
도 10a와 도 10b에 나타낸 바와 같이 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 자유공간에서 태그 안테나 이득은 4.452dB로 방사효율은 67%, 반 전력 빔폭은 132.4°를 나타냈다. 한편 도 11a와 도 11b에 나타낸 바와 같이 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 경우 태그 안테나 이득은 5.311dB로 나타나 금속판이 없을 때 보다 태그 안테나 이득이 0.859dB 더 높게 나타났으며, 방사효율은 60.5%로 나타나 금속판이 없을 때 보다 7% 낮게 나타났고, 반 전력 빔폭은 99.5°로 나타나 금속판이 없을 때 보다 32.9°좁게 나타났다. 따라서 빔 폭이 좁은 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 경우의 태그 안테나 이득이 더 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.
그리고 Friis 전송 방정식을 이용하여 인식거리를 계산하면, 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 자유공간에서 13.24m, 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 상태에서 인식거리는 15.05m로 나왔다. 이와 같이 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 상태에서 인식거리는 금속판이 없는 자유공간 보다 약 2m 더 나오는 것을 알 수 있었다.
실험예 2
실험예 2의 경우 상기 실험예에서 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우와 없는 경우의 측정된 반사계수를 비교하여 도 12에, 측정된 임피던스를 비교하여 도 13a 및 도 13b에 각각 나타냈다.
도 12에 나타낸 바와 같이 중심주파수는 918MHz 에서 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우 반사계수는 -8.53dB, 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있지 않은 자유공간에서 반사계수는 -8.17dB로 나타나 반사계수에서 크게 차이가 없어 태그 안테나의 성능은 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우나 없는 경우 차이가 없음을 알 수 있었다.
또한 임피던스는 도 13a 및 도 13b에 각각 나타낸 바와 같이 나타나 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있지 않은 자유공간에서 26.3 + j128.96Ω으로 계산한 전력 전송계수는 0.85, 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우 25.16 + j128.59Ω으로 계산한 전력 전송계수는 0.86으로 나타나 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우가 더 매칭이 잘되는 것을 알 수 있었다.
그리고 금속태그 구조체(A)의 하에 금속판이 없는 경우와 있는 경우의 측정된 태그 안테나 이득을 비교하여 도 14a, 도 14b 및 도 15a, 도 15b에 각각 나타냈다.
도 14a와 도 14b는 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 경우의 태그 안테나 이득이고, 도 15a와 도 15b는 금속태그 구조체(A)의 하에 금속판이 있는 경우의 태그 안테나 이득이다.
도 14a와 도 14b에 나타낸 바와 같이 금속태그 구조체(A)의 하에 금속판이 없는 자유공간에서 태그 안테나 이득은 5.45dB로 방사효율은 83%, 반 전력 빔폭은 128°를 나타냈다. 한편 도 15a와 도 15b에 나타낸 바와 같이 금속태그 구조체(A)의 하에 금속판이 있는 경우 태그 안테나(40) 이득은 5.932로 나타나 금속판이 없을 때 보다 태그 안테나 이득이 0.5dB 더 높게 나타났으며, 방사효율은 80%로 나타나 금속판이 없을 때 보다 3% 낮게 나타났고, 반 전력 빔폭은 108.2°로 나타나 금속판이 없을 때 보다 19.8°좁게 나타났다. 따라서 빔 폭이 좁은 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 경우의 태그 안테나 이득이 더 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.
그리고 Friis 전송 방정식을 이용하여 인식거리를 계산하면, 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 자유공간과 금속판이 있는 상태에서 인식거리는 둘 다 약 15m로 나와 크게 차이가 없는 것을 알 수 있었다.
다음에는 상기한 실험예를 통해서 얻은 결과 들을 고려하여 아래의 실시예와 같이 실제로 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그를 제작하고, 제작한 금속태그의 인식거리 및 감도를 측정하였다.
캐버티 구조를 형성하기 위해 통체(10)의 내부가 중공부를 이루도록 스티로폼으로 제작하고, 통체(10)와 유전체막(20)의 외부를 구리테이프로 씌웠다.
유전체막(20)으로 유전율(ε)이 4.6인 FR4를 사용하고, 금속막(30)으로 Alien Higgs 스트랩을 실버 페이스트로 본딩하여 0.2㎛ 태그 패턴의 패터닝부(40)를 형성하고, 칩(50)을 스트랩 방식으로 실장하여 스트랩이 충역에 벗겨지지 않도록 실리콘으로 덮어 씌웠다.
이와 같이 하여 제작된 금속태그의 하나는 금속태그 구조체(A)를 제작하였다.
실시예 1
상기한 바와 동일한 방법으로 제작한 규격이 176mm × 52mm × 12mm 인 금속태그를 제작였다. 제작된 금속태그 구조체(A)는 도 16a에 도시한 바와 같고, 태그 케이싱(B)으로 금속태그 구조체(A)를 케이싱한 것은 도 16b에 도시한 바와 같다.
실시예 2
상기한 바와 동일한 방법으로 제작한 규격이 176mm × 61mm 31mm인 금속태그를 제작하였다. 제작된 금속태그 구조체(A)는 도 17에 도시한 바와 같고, 태그 케이싱(B)으로 금속태그 구조체(A)를 케이싱한 것은 도 17에 도시한 바와 같다.
실시예 1, 2에서 제작한 금속태그를 자유공간과 금속에 부착한 상태에서 인식거리 및 감도를 측정하여 일반 상용태그 Alien사의 Squiggle2와 비교하였다.
인식거리의 측정은 1W의 리더를 가지는 Alien사의 ALR-9800을 사용하였으며, 리더의 안테나는 6dBi의 선형 편파를 가지는 Alien사의 ALR-9610을 사용하였고, 송도 u-IT 클러스터 지원센터의 10m 챔버(무전파 반사실)에서 인식거리를 측정하였으나, 10m 이상 인식이 나타나 리더 시스템의 전력을 줄여서 측정하고, 그 결과를 도 18a 및 도 18b에 나타냈다.
도 18a는 금속이 없는 자유공간에서 본발명의 실시예 1, 2와 Alien사의 Squiggle2 태그의 측정된 인식거리를 나타낸 그래프이고, 도 18b는 금속태그의 하면에 금속을 부착한 상태에서 본발명의 실시예 1, 2 태그의 측정된 인식거리를 나타낸 그래프이다.
도 18a에는 본 발명의 실시예 2의 경우 10m 이상에서 인식이 되어 리더의 전력을 0.5W(-3dB) 줄여서 측정한 결과도 나타냈고, 도 18a에 나타낸 바와 같이 Friis 전송방정식을 이용하여 계산한 인식거리는 실시예 1이 8m, 실시예 2가 11m, Alien사의 Squiggle2 가 5.5m 로 되어 금속이 없는 자유공간에서 본 발명의 실시예 2의 경우 10m 이상 11m 에서 인식이 되는 것을 확인할 수 있었다.
금속태그의 하면에 금속을 부착한 경우는 본 발명의 실시예 1은 인식거리가 10m 이상으로 나타나 리더의 전력을 0.5W(-3dB)로 줄여서 측정하였으며, 실시예 2는 리더의 전력을 0.5W(-3dB)로 줄여서 측정하여도 인식거리가 10m 이상으로 나타나 리더의 전력을 0.25W(-6B)로 더 줄여서 측정하였으며, 그 결과를 도 18b에 나타 냈다.
도 18b에 나타낸 금속태그의 인식거리를 Friis 전송방정식을 이용하여 계산하면, 실시예 1이 11m, 실시예 2가 15m에서 인식이 되는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명의 실시예 1, 2의 금속태그는 금속판을 부착하였을 때, 그 인식거리가 금속판이 없는 경우보다 약 2 ∼ 4m 이상 늘어나는 것을 알 수 있었으며, 금속판을 부착하였을 때 본 발명의 실시예 1, 2의 금속태그 모두는 10m 이상에서 인식이 가능함을 확인할 수 있었다.
그리고, 감도는 TESCOM사의 2600A 테스터를 사용하여 송도 u-IT 클러스터 지원센터의 10m 챔버(무전파 반사실)에서 측정하고, 그 결과를 도 19에 나타냈다.
도 19에 나타낸 바와 같이 본 발명 실시예 1의 민감도는 금속의 부착 유무와 상관 없이 890MHz부터 -10dB를 유지하는 것을 확인할 수 있었고, 실시예 2의 민감도는 금속에 부착하였을 때 -10dB 이하로 주파수 대역이 넓어지는 것을 확인할 수 있었고, 실시예 1, 2의 두 금속태그는 금속의 부착 유무에 관계없이 민감도가 크게 변하지 않는 것을 알 수 있었다.
이상의 실시예에서 측정한 금속태그의 인식거리를 요약하여 표로 나타내면 하기 표 1과 같다.
| 태그의 종류 | 측정된 태그의 인식거리 | 비고 | |
| Alien 사의 Squiggle2 | 자유공간 | 5.5m | |
| 본발명 (실시예 1) |
자유공간 | 8m | |
| 금속에 부착 | 11m | 금속의 크기: 320mm × 320mm |
|
| 본발명 (실시예 2) |
자유공간 | 11m | |
| 금속에 부착 | 14m | 금속의 크기: 320mm × 320mm |
|
상기 표 1로부터 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그는 10m 이 장거리에서도 인식이 가능함을 알 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
도 1은 일반적인 RFID 네트워크 개념도,
도 2는 종래 RFID 태그 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그 구조체의 사시도,
도 4는 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그 구조체의 평면도,
도 5는 본 발명 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그 구조체의 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 태그 케이싱의 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 태그 케이싱에 금속태그 구조체가 내장되는 상태는 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체의 반사계수를 나타낸 그래프,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체(A)가 금속 상에 있는 경우와 없는 경우의 측정된 임피던스를 나타낸 그래프,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 없는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실험예 1에 따른 금속태그 구조체(A)의 하면에 금속판이 있는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체의 반사계수를 나타낸 그래프,
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체가 금속 상에 있는 경우와 없는 경우의 측정된 임피던스를 나타냄 그래프,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체의 하면에 금속판이 없는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 실험예 2에 따른 금속태그 구조체의 하면에 금속판이 있는 경우의 측정된 태그 안테나의 이득을 나타낸 도면,
도 16a는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 금속태그 구조체의 사진,
도 16b는 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 금속태그 구조체의 케이싱된 상태의 사진,
도 17a는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작한 금속태그 구조체의 사진,
도 17b는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작한 금속태그 구조체의 케이싱된 상태의 사진,
도 18a는 금속이 없는 자유공간에서 본발명의 실시예 1, 2와 Alien사의 Squiggle2 태그의 측정된 인식거리를 나타낸 그래프,
도 18b는 금속태그의 하면에 금속을 부착한 상태에서 본발명의 실시예 1, 2 태그의 측정된 인식거리를 나타낸 그래프,
도 19는 본 발명에 따른 금속태그의 감도측정 결과를 나타낸 그래프이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 통체 20 : 유전체막
30 : 금속막 40 : 패터닝부
50 : 칩 61 : 몸체
62 : 체결부 63 : 체결공
A : 금속태그 구조체 B : 태그 케이싱
Claims (5)
- 내부가 중공부를 이루는 통체(10)와 상기 통체(10)의 상부면에 형성된 유전체막(20)과 상기 유전체막(20)의 가장자리로부터 떨어져 중앙부에 형성되는 금속막(30)으로 이루어지는 태그 안테나와, 상기 금속막(30)이 루프 형태로 패터닝된 패터닝부(40)와, 상기 패터닝부(40)의 일단부에 실장되는 칩(50)으로 이루어지는 금속태그 구조체(A)와; 상기 금속태그 구조체(A)가 내장되는 태그 케이싱(B)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그.
- 제 1항에 있어서, 상기 통체(10)는 상부면에 유전체막(20)이 형성되고 내부가 중공부를 이루는 금속이고, 상기 유전체막(20) 상에 인쇄나 실크스크린 또는 에칭방법중 어느 하나의 방법으로 금속막(30)이 형성된 것을 특징으로 하는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그.
- 제 2항에 있어서, 상기 통체(10)와 유전체막(20) 및 금속막(30)이 태그 안테나를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그.
- 제 1항에 있어서, 상기 패터닝부(40)는 상기 금속막(30)이 제거되어 유전체막(20)이 루프 형태로 패터닝된 부분으로 일단부에 다이본딩방식이나 스트랩방식으 로 칩(50)이 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그.
- 제 1항에 있어서, 상기 태그 케이싱(B)은 ABS나 폴리에스테르(PE), 폴리카보네이트(PC)중 어느 하나 또는 적어도 2 이상의 혼합물로 성형된 것이거나 전기가 통하지 않는 플라스틱 재질 또는 회로를 보호할 수 있는 비도체 재질로 이루어지는 것으로서, 상기 금속태그 구조체(A)를 내장할 수 있도록 일측부에 개구부를 갖는 몸체(61)와; 개구부측 양측단이 수평으로 연장되어 몸체(61)와 일체를 이루는 체결부(62) 및; 상기 체결부(62)의 중앙부에 관통 형성된 체결공(63)으로 구성된 것을 특징으로 하는 캐버티 구조를 이용한 장거리 인식용 금속태그.
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