KR20100067411A - 무선 주파수 식별 태그 및 그것의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별 태그(Radio Frequency Identifier tag)는 제 1 및 제 2 노드를 갖는 마이크로칩, 제 1 도체 선에 의해 형성되며, 제 1 및 제 2 노드에 연결되는 안테나, 그리고 제 1 및 제 2 노드에 각각 연결되는 제 2 도체 선들을 포함하고, 제 2 도체 선들은 커패시턴스를 형성한다.

Description

무선 주파수 식별 태그 및 그것의 형성 방법{RADIO FREQUENCY IDENTIFIER TAG AND METHOD FOR FORMING THE SAME}
본 발명은 무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Identifier)에 관한 것으로, 더 상세하게는 무선 주파수 식별 태그 및 그것의 형성 방법에 관한 것이다.
무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Identifier) 시스템은 무선 주파수 식별 리더(RFID reader) 및 무선 주파수 식별 태그(RFID tag) 사이에서 무선 주파수를 사용하여 정보를 교환하는 비접촉식 인식 시스템이다. 일반적으로, 무선 주파수 식별 태그(RFID tag)는 무선 주파수 식별 태그(RFID tag)를 구동하기 위한 별도의 전원을 구비하지 않는다. 무선 주파수 식별 태그(RFID tag)는 무선 주파수 식별 리더(RFID reader)로부터 비접촉식으로 전원을 공급받아 동작한다.
무선 주파수 식별 태그(RFID tag)는 자기 유도(inductive coupling) 방식 또는 전자기 유도(electromagnetic coupling) 방식으로 무선 주파수 식별 리더(RFID reader)로부터 전원을 제공받는다.
본 발명의 목적은 공진 주파수(resonance frequency) 및 양호도(quality factor)를 조절하는 것이 가능한 무선 주파수 식별 태그를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Idnetifier) 태그는 제 1 및 제 2 노드를 갖는 마이크로칩; 제 1 도체 선에 의해 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 노드에 연결되는 안테나; 그리고 상기 제 1 및 제 2 노드에 각각 연결되는 제 2 도체 선들을 포함하고, 상기 제 2 도체 선들은 커패시턴스를 형성한다.
실시 예로서, 상기 제 2 도체 선들은 평행하게 배치되어 상기 커패시턴스를 형성한다.
실시 예로서, 상기 제 2 도체 선들의 길이를 조절함으로써 상기 커패시턴스를 조절하는 것이 가능하다.
실시 예로서, 상기 제 2 도체 선들을 물리적으로 절단하여 상기 커패시턴스를 조절하는 것이 가능하다.
실시 예로서, 상기 제 1 도체 선은 서로 평행한 제 1 및 제 2 평면에서 상기 안테나를 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 평면은 상이한 평면이다.
실시 예로서, 상기 제 1 도체 선은 상기 제 1 평면에서 제 1 방향으로 감기고, 상기 제 2 평면에서 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 감기어 상기 안테나를 형성한다.
실시 예로서, 상기 제 1 도체 선 중 상기 제 1 평면 상에 배치된 부분과 상 기 제 2 평면 상에 배치된 부분은 커패시턴스를 형성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별 태그를 형성하는 방법은 마이크로칩의 제 1 및 제 2 노드에 제 1 도체 선을 연결하여 안테나를 형성하고; 그리고 상기 제 1 및 제 2 노드에 제 2 도체 선들을 각각 연결하여 커패시턴스를 형성하는 것을 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 2 도체 선들의 길이를 조절하여 상기 커패시턴스를 조절하는 것을 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 2 도체 선들의 길이를 조절하는 것은 상기 한 쌍의 제 2 도체 선을 물리적으로 절단하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별 태그(RFID tag)는 평행하게 배치되어 커패시턴스를 형성하는 도체 선의 길이를 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 무선 주파수 식별 태그(RFID tag)의 공진 주파수 및 양호도를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Identifier) 태그는 제 1 및 제 2 노드를 갖는 마이크로칩, 제 1 도체 선에 의해 형성되며, 제 1 및 제 2 노드에 연결되는 안테나, 그리고 제 1 및 제 2 노드에 각각 연결되는 제 2 도체 선들을 포함하고, 제 2 도체 선들은 커패시턴스를 형성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별 태그(RFID tag)를 형성하는 방법은 마이크로칩의 제 1 및 제 2 노드에 제 1 도체 선을 연결하여 안테나를 형성하고, 그리고 제 1 및 제 2 노드에 제 2 도체 선들을 각각 연결하여 커패시턴스를 형성하는 것을 포함한다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이하에서, 간결한 설명을 위하여, 무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Identifier)은 RFID라 부르기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템(10)을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템(10)은 RFID 리더(100) 및 RFID 태그(200)를 포함한다. RFID 리더(100)는 RFID 태그(200)에 비접촉식으로 전원을 공급하고, RFID 태그(200)와 비접촉식으로 통신한다. 예시적으로, RFID 리더(100)는 자기 유도(inductive coupling) 방식으로 RFID 태그(200)에 전원을 공급할 것이다. 다른 예로서, RFID 리더(100)는 전자기 유도(electromagnetic coupling) 방식으로 RFID 태그(200)에 전원을 공급할 것이다. 간결한 설명을 위하여, RFID 리더(100)는 자기 유도 방식으로 RFID 태그(200)에 전원을 공급하는 것으로 가정한다.
도 2는 도 1의 RFID 태그(200)의 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, RFID 태그(200)는 마이크로칩(210) 및 안테나(220)를 포함한다. 마이크로 칩(210)은 안테나(220)로부터 전원을 공급받는다. 전원이 공급되면, 마이크로칩(210)은 미리 설정된 동작을 수행할 것이다. 예시적으로, 마이크로칩(210)은 도 1의 RFID 리더(100)와 통신하기 위한 동작을 수행할 것이다. 예시적으로, 마이크로칩(210)은 모듈화되어 제공될 것이다.
안테나(220)는 도체 선이 한 방향으로 감김으로써 형성된다. 도 2에서, 도체 선은 노드(LA)로부터 노드(LB)로 반시계 방향으로 감기는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 도체 선이 감기는 방향은 한정되지 않음이 이해될 것이다. 한 방향으로 감긴 도체 선은 인덕턴스(Inductance)를 갖는다. 즉, 안테나(220)가 형성되어 있는 평면에 교차하는 방향으로 자기장(Magnetic Field)이 형성되면, 안테나(220)를 형성하는 도체 선에 전류가 흐를 것이다. 안테나(220)에 흐르는 전류의 방향은 자기장의 방향에 따라 결정될 것이다.
도체 선이 노드(LA)에서 시작되는 것으로 가정하면, 도체 선은 노드(LA)에서 시작되어 4 회전(turn) 한 후에 노드(LB)에 연결된다. 반면, 도체 선이 노드(LB)에서 시작되는 것으로 가정하면, 도체 선은 노드(LB)에서 시작되어 4 회전(turn) 한 후에 노드(LB)에 연결된다. 도체 선이 형성하는 4 회전 중 최 외곽의 회전을 제 1 회전(221)으로 정의한다. 제 1 회전(221) 내부에 존재하는 회전들 중 최외곽 회전은 제 2 회전(223)으로 정의한다. 제 2 회전 내부에 존재하는 회전들 중 최외곽 회전은 제 3 회전(225)으로 정의한다. 그리고 노드(LA)에 연결되는 회전은 제 4 회전(227)으로 정의한다.
도체 선의 제 1 회전(221)에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형) 내부의 면적은 x1 및 y1의 곱으로 이해될 것이다. 도체 선의 제 2 회전(223)에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형) 내부의 면적은 x2 및 y2의 곱으로 이해될 것이다. 도체 선의 제 3 회전(225)에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형) 내부의 면적은 x3 및 y3의 곱으로 이해될 것이다. 도체 선의 제 4 회전(227)에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형) 내부의 면적은 x4 및 y4의 곱으로 이해될 것이다. 도체 선의 회전에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형)의 면적은 도 13 내지 17을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 2에서, 도체 선은 노드(LB)로부터 4회전(221~227)하여 노드(LA)에 연결됨으로써 안테나(220)를 형성하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 안테나(220)를 형성하기 위해 도체 선이 감기는 횟수는 한정되지 않음이 이해될 것이다.
도 3은 도 2의 RFID 태그(200)의 등가 회로(equivalent circuit)를 보여주는 회로도이다. 도 2 및 3을 참조하면, RFID 태그(200)의 마이크로칩(210)은 저항(Rc) 및 커패시터(Cc)가 노드들(LA, LB)을 기준으로 병렬 연결된 형태로 나타난다. 예시적으로, 저항(Rc)은 마이크로칩(210)의 저항(예를 들면, 부하 저항)일 것이다. 예시적으로, 커패시터(Cc)는 마이크로칩(210)의 커패시턴스(예를 들면, 입력 커패시턴스)를 나타낼 것이다.
RFID 태그(200)의 안테나(220)는 노드들(LA, LB)을 기준으로 저항(Ra) 및 인덕터(La)가 직렬 연결되고, 노드들(LA, LB)을 기준으로 커패시터(Ca) 및 직렬 연결된 저항(Ra)과 인덕터(La)가 병렬 연결되는 것으로 나타난다. 인덕터(La)는 노드(LB)로부터 노드(LA)로 도체 선이 감기어 형성된 안테나(220)의 인덕턴스를 나 타낼 것이다. 저항(Ra)은 도체 선의 저항 성분을 나타낼 것이다. 즉, 저항(Ra)은 도체 선이 감기어 형성된 안테나(220)의 저항손(Ohmic Loss)을 나타낼 것이다. 커패시터(Ca)는 도체 선이 감기어 형성되는 제 1 내지 4 회전들(221~227) 사이에서 발생되는 기생 커패시턴스를 포함할 것이다. 예시적으로, 커패시터(Ca)는 안테나(220)에서 발생될 수 있는 다양한 기생 커패시턴스를 모두 포함할 것이다.
도 3에 도시된 바와 같은 RFID 태그(200)의 공진 주파수(resonance frequency)는 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112008085408591-PAT00001
여기에서, C=Cc+Ca
즉, RFID 태그의 공진 주파수는 마이크로칩(210)의 커패시턴스(Cc), 안테나(220)의 인덕턴스(La) 및 커패시턴스(Ca)에 의해 결정된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 RFID 태그(300)를 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 RFID 태그(300)는 마이크로칩(310, 미도시), 안테나(320), 그리고 테일(330)을 포함한다. 도 4에서, 간결한 설명을 위하여, 마이크로칩(310)은 생략되어 있다. 마이크로칩(310)은 도 2를 참조하여 설명된 마이크로칩(210)과 마찬가지로 안테나(320)로부터 전원을 공급받아 미리 설정된 동작을 수행할 것이다. 마이크로칩(310)은 도 2를 참조하여 설명된 마이크로칩(210)과 마찬가지로, 노드들(LA, LB)에 연결될 것이다.
안테나(320)는 도체 선이 한 방향으로 감기어 형성된 코일을 포함할 것이다. 안테나(320)는 외부(예를 들면, 도 1의 RFID 리더)로부터 자기장을 전달받고, 자기 유도(inductive coupling)에 의해 전류를 발생할 것이다. 안테나(320)는 발생된 전류를 마이크로칩(310)에 공급할 것이다.
테일(330)은 노드들(LA, LB)을 통해 안테나(320)에 연결된다. 테일(330)은 평행하게 배치된 도체 선들을 포함한다. 예시적으로, 테일(330)의 도체 선들은 안테나(320)의 코일의 내부에 배치될 것이다. 예시적으로, 테일(330)의 도체 선들 및 안테나(320)의 도체 선은 노드들(LA, LB)에 병렬 연결될 것이다.
예시적으로, 테일(330)은 안테나(320)를 형성하는 도체 선이 연장되어 형성된 것으로 이해될 것이다. 즉, 도체 선이 한 방향으로 감기어 안테나(320)를 형성하고, 안테나(320)로부터 연장되어 테일(330)을 형성하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
도 5는 도 4의 RFID 태그(300)의 테일(330)을 보여주는 다이어그램이다. 도 4 및 5를 참조하면, 테일(330)은 평행하게 배치된 도체 선들을 포함한다. 예시적으로, 테일(330)의 평행하게 배치된 도체 선들은 동일한 굵기(예를 들면, 지름 또는 반지름)를 가질 것이다. 평행하게 배치된 도체 선들은 커패시턴스를 형성할 것이다. 도체 선들에 의해 형성되는 커패시턴스는 도체 선들의 굵기(예를 들면, 지름 또는 반지름), 도체 선들의 길이, 그리고 도체 선들 사이의 간격에 의해 결정될 것이다. 예시적으로, 테일(330)의 각각의 도체 선의 반지름은 r이고, 길이는 l인 것으로 가정하자. 그리고, 테일(330)의 평행하게 배치된 도체 선들 사이의 간격은 p인 것으로 가정하자. 이때, 테일(330)의 도체 선들의 커패시턴스(Ct)는 수학식 2로 나타난다.
Figure 112008085408591-PAT00002
여기에서, ε은 유효 유전 상수(effective dielectric constant)이고, 커패시턴스(Ct)의 단위는 pF
유효 유전 상수(ε)는 평행한 도체 선들 사이에 충진되는 물질의 특성에 의해 결정될 것이다. 예시적으로, 평행한 도체 선들 사이에 RFID 태그의 바디를 형성하기 위한 절연 물질이 충진될 것이다. 이때, 유효 유전 상수(ε)는 RFID 태그의 바디를 형성하기 위한 절연 물질의 특성에 의해 결정될 것이다.
도 6은 도 4의 RFID 태그(300)의 등가 회로를 보여주는 회로도이다. 도 4 및 6을 참조하면, RFID 태그(300)는 마이크로칩(310), 안테나(320), 그리고 테일(330)을 포함한다. 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 마이크로칩(310)은 노드들(LA, LB)에 병렬 연결된 저항(Rc) 및 커패시터(Cc)로 나타난다. 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 안테나(320)는 노드들(LA, LB)에 병렬 연결된 커패시터(Ca) 그리고 노드(LA, LB)에 병렬 연결되는 직렬 연결된 저항(Ra) 및 인덕터(La)로 나타난다.
도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 테일(330)의 평행하게 배치된 도체 선들은 커패시턴스(Ct)를 갖는다. 따라서, 테일(330)은 노드들(LA, LB)에 병렬 연결된 커패시터(Ct)로 나타난다. 즉, 도 4의 RFID 태그(300)의 등가 회로는 도 2의 RFID 태그(200)의 등가 회로와 비교하여 테일 커패시터(Ct)를 갖는 테일(330)을 더 포함하는 것으로 나타난다.
RFID 태그(300)의 공진 주파수는 수학식 1의 형태로 표현된다. 단, 수학식 1의 C는 마이크로칩(310)의 커패시턴스(Cc), 안테나(320)의 커패시턴스(Ca), 그리고 테일(330)의 커패시턴스(Ct)의 합일 것이다(C=Cc+Ca+Ct).
수학식 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 테일(330)의 커패시턴스(Ct)는 테일(330)의 도체 선들의 길이(l, 도 5 참조)에 비례한다. 즉, 테일(330)의 도체 선들의 길이(l)를 조절하면, 테일(330)의 커패시턴스(Ct)를 조절하는 것이 가능하다.
도 7은 도 4 내지 6의 RFID 태그(300)의 테일(330)을 조절하는 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 4 내지 7을 참조하면, 테일(330)의 도체 선들의 길이는 "l"이다. 노드(A)를 기준으로 테일(330)의 도체 선들을 절단하면, 마이크로칩(310) 및 안테나(320)에 연결되는 테일(330)의 도체 선들의 길이는 "l1"로 가변된다. 따라서, 테일(330)의 커패시턴스(Ct) 또한 테일(330)의 도체 선들의 길이 "l1"에 대응하는 값으로 가변될 것이다.
노드(B)에서 테일(330)의 도체 선들을 절단하면, 마이크로칩(310) 및 안테나(320)에 연결되는 테일(330)의 도체 선들의 길이는 "l2"로 가변된다. 따라서, 테일(330)의 커패시턴스(Ct) 또한 테일(330)의 도체 선들의 길이 "l2"에 대응하는 값으로 가변될 것이다.
노드(C)에서 테일(330)의 도체 선들을 절단하면, 마이크로칩(310) 및 안테나(320)에 연결되는 테일(330)의 도체 선들의 길이는 "l3"로 가변된다. 따라서, 테일(330)의 커패시턴스(Ct) 또한 테일(330)의 도체 선들의 길이 "l3"에 대응하는 값으로 가변될 것이다.
노드(D)에서 테일(330)의 도체 선들을 절단하면, 마이크로칩(310) 및 안테나(320)에 연결되는 테일(330)의 도체 선들의 길이는 "l4"로 가변된다. 따라서, 테일(330)의 커패시턴스(Ct) 또한 테일(330)의 도체 선들의 길이 "l4"에 대응하는 값으로 가변될 것이다.
도 8은 테일(330)의 도체 선들의 길이를 가변하는 RFID 태그(300-1)의 등가 회로를 보여주는 회로도이다. 도 8을 참조하면, RFID 태그(300-1)는 마이크로칩(310), 안테나(320), 그리고 테일(340)을 포함한다. 마이크로칩(310) 및 안테나(320)는 도 4 내지 7을 참조하여 설명된 마이크로칩(310) 및 안테나(320)와 동일하다. 따라서, 더 이상의 상세한 설명은 생략된다.
도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 노드들(A~D) 중 어느 노드에서 테일(340)의 도체 선들이 절단되는지의 여부에 따라 테일(340)의 커패시턴스(Ct)가 가변된다. 테일(340)의 커패시턴스(Ct)가 가변되므로, 테일(340)의 커패시터(Ct)는 가변 커패시터인 것으로 도시되어 있다.
수학식 1을 참조하여 설명된 바와 같이, RFID 태그(300-1)의 공진 주파수는 RFID 태그(300-1)의 커패시턴스(C)의 제곱근(square root)에 반비례한다. RFID 태그(300-1)의 커패시턴스(C)는 마이크로칩(310)의 커패시턴스(Cc), 안테나(320)의 커패시턴스(Ca), 그리고 테일(340)의 커패시턴스(Ct)의 합이다(C=Cc+Ca+Ct). 테일(340)의 커패시턴스(340)는 테일(340)을 형성하는 도체 선들의 길이에 따라 가변되는 값을 갖는다. 즉, 테일(340)의 도체 선들의 길이를 가변함으로써 RFID 태그(300-1)의 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다.
표 1은 테일(330)의 도체 선들의 길이(l)에 따른 공진 주파수의 변화의 실시 예를 보여준다.
길이(l)
(mm)		 80 75 70 65 60 55 50 45 40
공진
주파수
(fr)
(MHz)		 13.48 13.50 13.52 13.55 13.57 13.59 13.61 13.63 13.66
표 1을 참조하면, 테일(330)의 도체 선의 길이가 감소할수록 공진 주파수는 증가한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 공진 주파수를 조절하는 RFID 태그(300-1)를 포함하는 RFID 시스템(10')의 실시 예를 보여주는 다이어그램이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템(10')은 RFID 리더(100) 및 RFID 태그들(300-1)을 포함한다. RFID 리더(100)는 자기 유도(inductive coupling)를 통해 RFID 태그들(300-1)에 전원을 공급하고, RFID 태그들(300-1)과 통신할 것이다. RFID 태그들(300-1)은 RFID 리더(100)로부터 자기 유도를 통해 전원을 공급받고, RFID 리더(100)와 통신할 것이다.
도면에서, RFID 태그들(300-1)은 RFID 리더(100)로부터 발생되는 자기장(
Figure 112008085408591-PAT00003
)의 방향으로 중첩되게 배치되어 있다. 즉, RFID 태그들(300-1)은 RFID 리더(100)로부터의 자기장(
Figure 112008085408591-PAT00004
)에 공통으로 노출될 것이다. 각각의 RFID 태그(300-1)의 공진 주파수는 수학식 1과 같이 나타난다. 그런데, 도 9에 도시된 바와 같이, RFID 태그들(300-1)이 중첩되게 배치되어 있으면, RFID 태그들(300-1) 사이에 상호 유도(mutual induction)가 발생된다. 상호 유도의 영향으로, 중첩되게 배치된 RFID 태그들(300-1)의 인덕턴스는 중첩되지 않은 때의 인덕턴스와 달라진다.
수학식 1에 나타난 바와 같이 RFID 태그(300-1)의 공진 주파수는 RFID 태그의 인덕턴스(L)의 제곱근에 반비례한다. 즉, RFID 태그(300-1)의 인덕턴스(L)가 가변되면 RFID 태그(300-1)의 공진 주파수 또한 가변된다. RFID 태그(300-1)의 공진 주파수가 가변되면, RFID 태그(300-1)는 RFID 리더와 정상적으로 통신할 수 없다.
도 7 및 8을 참조하여 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)는 테일(330)의 도체 선들의 길이를 조절함으로써 공진 주파수를 가변하는 것이 가능하다. 예시적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 두 개의 RFID 태그들(300-1)이 하나의 RFID 리더(100)와 통신할 수 있도록 RFID 태그들(300-1)의 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 세 개의 RFID 태그들(300-1)이 하나의 RFID 리더(100)와 통신할 수 있도록 RFID 태그들(300-1)의 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)는 공진 주파수를 가변함으로써 상호 유도에 의한 인덕턴스의 변화를 보상하는 것이 가능하다.
도 10은 도 8의 RFID 태그(300-1)의 주파수에 대한 응답 특성을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 10에서, 가로 축은 주파수를 나타내며 세로 축은 전압을 나타낸다. 도 10의 곡선들(Q1, Q2)은 공진 회로들(예를 들면, RFID 태그(300-1))의 주파수에 대한 응답 특성을 나타낸다.
RFID 태그(300-1)에서, 양호도(Quality Factor)는 외부로부터 자기장이 제공될 때 공진 주파수를 갖는 전압이 증가하는 정도를 나타낸다. 양호도의 값이 높을수록, 공진 주파수를 갖는 전압의 레벨이 높아질 것이다. 예시적으로, 양호도는 공진 주파수와 대역폭(bandwidth)의 비율일 것이다. 예시적으로, 대역폭은 공진 주파수를 중심으로 신호의 파워의 50%가 존재하는 주파수 대역을 나타낼 것이다. RFID 태그(300-1)의 양호도는 수학식 3으로 나타난다.
Figure 112008085408591-PAT00005
RFID 태그(300-1)의 양호도는 RFID 태그(300-1)의 인덕턴스(L=La), 안테나(320)의 저항(Ra), 칩(310)의 저항(Rc), 그리고 공진 주파수(fr)에 의해 결정된다. 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)는 테일(340)의 도체 선들의 길이를 가변함으로써 공진 주파수(fr)를 가변하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)는 양호도를 가변하는 것이 가능하다.
수학식 1을 참조하면, 공진 주파수는 RFID 태그(300-1)의 커패시턴스(C) 및 인덕턴스(L)의 곱의 제곱근에 반비례한다. 일정한 공진 주파수를 유지하면서 테일(340)의 도체 선들의 길이를 가변하려면, 안테나(320)의 인덕턴스(La)가 RFID 태그(300-1)의 커패시턴스(C)와 반비례하게 변화되어야 한다. 즉, RFID 태그(300-1)에 테일(340)이 구비되면, 안테나(320)의 도체 선들이 한 방향으로 감기는 횟수가 가변될 것이다. 이는 안테나(320)의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra)의 변화를 유발할 것이다. 안테나(320)의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra)이 가변되므로, 양호도(Q) 또한 가변됨이 이해될 것이다.
RFID 태그(300-1)의 주파수 응답 특성이 도 10의 곡선(Q1)에 대응하는 것으로 가정하자. 이때, RFID 태그(300-1)의 공진 주파수는 fr일 것이다. 그리고, RFID 태그(300-1)의 대역폭은 제 1 주파수(f1)와 제 2 주파수(f2) 사이의 구간일 것이다.
RFID 태그(300-1)의 주파수 응답 특성이 도 10의 곡선(Q2)에 대응하는 것으로 가정하자. 이때, RFID 태그(300-1)의 공진 주파수는 fr일 것이다. 그리고, RFID 태그(300-1)의 대역폭은 제 3 주파수(f3)와 제 4 주파수(f4) 사이의 구간일 것이다.
곡선(Q1)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 대역폭은 곡선(Q1)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 대역폭보다 적다. 즉, 곡선(Q1)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 양호도가 곡선(Q2)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 양호도보다 높을 것이다. 예시적으로, 곡선(Q1)에 대응하는 RFID 태그(300-1)에서 공진 주파수(fr)를 갖는 전압은 제 1 전압까지 상승할 것이다. 그리고, 곡선(Q2)에 대응하는 RFID 태그(300-1)에서 공진 주파수(fr)를 갖는 전압은 제 1 전압보다 낮은 제 2 전압까 지 상승할 것이다. 따라서, 곡선(Q1)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 인식 거리는 곡선(Q2)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 인식 거리보다 긴 것이 이해될 것이다. 반면, 상대적으로 적은 대역폭으로 인해, 곡선(Q1)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 통신 효율(예를 들면, 전송량 등)은 곡선(Q2)에 대응하는 RFID 태그(300-1)의 통신 효율(예를 들면, 전송량 등)보다 낮을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)는 테일(340)의 도체 선의 길이를 조절함으로써 양호도를 가변하는 것이 가능하다. 따라서, RFID 태그(300-1)가 사용되는 환경의 특성에 따라, RFID 태그(300-1)의 인식 거리 또는 통신 효율 중 더 중요한 요소가 강조되도록 RFID 태그(300-1)의 양호도를 조절하는 것이 가능함이 이해될 것이다.
예시적으로, RFID 태그(300-1)의 테일(340)의 도체 선들의 길이를 조절하는 것은 물리적/기계적 방법으로 수행될 것이다. 예시적으로, RFID 태그(300-1)는 테일(340)의 도체 선들의 길이가 동일하도록(예를 들면, l) 제조될 것이다. 제조된 RFID 태그(300-1)의 테일(340)의 도체 선들을 물리적/기계적 방법으로 분리함으로써 RFID 태그(300-1)의 공진 주파수 및 양호도가 조절될 것이다. 예시적으로, 테일(340)의 도체 선들의 길이는 도체 선들을 분리하기 위한 부분에 천공(punch)을 형성함으로써 조절될 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)는 물리적/기계적 방법으로 공진 주파수 및 양호도를 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 동일한 RFID 태그(300-1) 제조 공정을 이용하되, 테일(340)의 도체 선들의 길이를 가변하는 물리적/기계적 공 정을 추가함으로써, 다양한 공진 주파수 및 양호도를 갖는 RFID 태그(300-1)를 제조하는 것이 가능함이 이해될 것이다.
도 11 및 12는 도 7의 테일(340)의 다른 실시 예들을 보여주는 다이어그램이다. 도 11 및 12를 참조하면, 테일(340)의 도체 선들은 평행하게 배치되어 커패시터를 형성한다. 도 11의 테일(340)의 도체 선들은 구형파 형태로 형성되며, 도 12의 테일(340)의 도체 선들은 정현파 형태로 형성된다. 도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(300-1)의 테일(340)의 도체 선들이 배치되는 형태는 한정되지 않으며, 다양한 형태로 배치는 것으로 응용 및 변경될 수 있음이 이해될 것이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그(400)를 보여주는 다이어그램이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그(400)는 마이크로칩(410), 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나, 그리고 제 1 및 제 2 안테나를 연결하는 비아(440)를 포함한다.
마이크로칩(410)은 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에 형성된 안테나로부터 전류를 공급받아 미리 설정된 동작을 수행한다. 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에 형성된 안테나는 외부로부터 자기장을 제공받는다. 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에 형성된 안테나에 자기장이 제공되면, 안테나에서 자기 유도에 의해 전류가 생성된다. 안테나는 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에서 감기는 도체 선을 포함한다.
예시적으로, 노드(LA)에서 시작된 도체 선은 제 1 평면(420)에서 한 방향(예 를 들면, 시계 방향)으로 감기어 제 1 회전(turn, 421)을 형성한다. 제 1 회전(421)은 RFID 태그(400)의 안테나의 일부를 형성한다. 제 1 평면(420)에서 제 1 회전(421)을 형성한 도체 선은 제 2 평면(430)으로 연장되어 한 방향(예를 들면, 반시계 방향)으로 감기어 제 2 회전(431)을 형성한다. 제 2 회전(431)은 RFID 태그(400)의 안테나의 일부를 형성한다.
제 2 회전(431)을 형성한 도체 선은 제 1 평면(420)으로 연장되어 한 방향(예를 들면, 시계 방향)으로 감기어 제 3 회전(423)을 형성한다. 제 3 회전(423)은 RFID 태그(400)의 안테나의 일부를 형성한다. 제 3 회전(423)을 형성한 도체 선은 제 2 평면(430)으로 연장되어 한 방향으로 감기어(예를 들면, 반시계방향) 제 4 회전(433)을 형성한다. 제 4 회전(433)은 RFID 태그(400)의 안테나의 일부를 형성한다. 제 4 회전(433)을 형성한 RFID 태그(400)는 노드(LB)에 연결된다.
예시적으로, 도체 선의 제 1 및 제 3 회전(421, 431)에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형)의 면적은 동일한 것으로 가정하자. 예시적으로, 도체 선의 제 2 및 제 4 회전(423, 433)에 의해 형성되는 도형(예를 들면, 사각형)의 면적은 동일한 것으로 가정하자. 도체 선의 제 1 및 제 3 회전(421, 431)에 의해 형성되는 사각형의 면적은 x5 및 y5의 곱으로 나타날 것이다. 도체 선의 제 2 및 제 4 회전(423, 433)에 의해 형성되는 사각형의 면적은 x6 및 y6의 곱으로 나타날 것이다.
도 2에서, 제 1 내지 제 4 회전들의 면적은 각각 x1 및 y1의 곱, x2 및 y2의 곱, x3 및 y3의 곱, 그리고 x4 및 y4의 곱으로 설명되었다. 도체 선이 하나의 평면 에서 감기는 횟수가 증가할수록, 도체 선에 의해 형성되는 사각형의 면적은 감소한다. 자기 유도에 의해 발생되는 전류는 도체 선에 의해 형성되는 코일 내부의 면적이 클수록 증가한다. 즉, 도체 선에 의해 형성되는 사각형의 면적이 감소할수록, 도체 선에 생성되는 전류가 감소한다.
따라서, 도 2의 도체 선의 제 1 회전(221)에서 생성되는 전류의 양은 도체 선의 제 2 회전(223)에서 생성되는 전류의 양보다 클 것이다. 도체 선의 제 2 회전(223)에서 생성되는 전류의 양은 도체 선의 제 3 회전(225)에서 생성되는 전류의 양보다 클 것이다. 그리고, 도체 선의 제 3 회전(225)에서 생성되는 전류의 양은 도체 선의 제 4 회전(227)에서 생성되는 전류의 양보다 클 것이다. 즉, 하나의 평면 상에서 도체 선이 감기는 횟수가 증가할수록, 자기 유도의 효과는 감소함이 이해될 것이다.
다시 도 13을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그(400)의 안테나는 제 1 및 제 2 평면 상의 도체 선에 의해 형성된다. 도체 선은 제 1 평면(420) 상에서 2회 감기고, 제 2 평면(430) 상에서 2회 감긴다. 도체 선이 감기는 총 횟수는 도 2를 참조하여 설명된 RFID 태그(200)와 마찬가지로 4회이다. 그러나, 도체 선은 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에서 각각 2회씩 감긴다. 즉, 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 중 하나의 평면에서 도체 선이 감기는 회수는 도 2를 참조하여 설명된 RFID 태그(200)보다 적다. 따라서, 자기 유도의 효과가 감소하는 정도는 도 2를 참조하여 설명된 RFID 태그(200)보다 적음이 이해될 것이다.
즉, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그(400)는 복수의 평면 상에서 감기는 도체 선에 의해 형성되는 안테나를 포함한다. 복수의 평면 상에서 감기는 도체 선에 의해 형성되는 안테나는 하나의 평면 상에서 감기는 도체 선에 의해 형성되는 안테나의 자기 유도 효과보다 향상된 자기 유도 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그(400)는 도 2를 참조하여 설명된 RFID 태그(200)의 식별 거리보다 긴 식별 거리를 가지는 것이 이해될 것이다.
도체 선은 제 1 평면(420) 상에서 한 방향으로 감기고, 제 2 평면(430)에서 다른 한 방향으로 감기어 안테나를 형성한다. 이때, 제 1 평면(420) 상의 도체 선과 제 2 평면(430) 상의 도체 선 사이에 커패시턴스가 형성된다. 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상의 도체 선 사이에 커패시터가 형성되면, RFID 태그(400)의 축전 용량이 증가됨이 이해될 것이다.
도 14는 도 13의 RFID 태그(400)의 등가 회로를 보여주는 회로도이다. 도 14를 참조하면, RFID 태그(400)의 마이크로칩(410)은 저항(Rc) 및 커패시터(Cc)로 나타난다. RFID 태그(400)의 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상의 안테나는 저항(Ra), 인덕터(La), 그리고 커패시터(Ca)로 나타난다.
예시적으로, 저항(Rc)은 마이크로칩(410)의 저항(예를 들면, 부하 저항)일 것이다. 예시적으로, 커패시터(Cc)는 마이크로칩(410)의 커패시턴스(예를 들면, 입력 또는 출력 커패시턴스)를 나타낼 것이다.
예시적으로, 저항(Ra)는 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에서 안테나를 형성하는 도체 선의 저항일 것이다. 예를 들면, 저항(Ra)은 도체 선의 저항손(Ohmic loss)을 나타낼 것이다. 예시적으로, 인턱터(La)는 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상에서 도체 선이 감기어 형성되는 안테나의 인덕턴스를 나타낼 것이다. 예시적으로, 커패시터(Ca)는 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상의 도체 선 사이에서 발생되는 커패시턴스를 포함할 것이다. 예시적으로, 커패시터(Ca)는 RFID 태그(400)의 안테나에서 발생되는 다양한 형태의 기생 커패시턴스를 포함할 것이다.
도 15는 도 13의 RFID 태그(400)와 비교하여 테일(550)을 더 포함하는 RFID 태그(500)를 보여주는 블록도이다. 도 15를 참조하면, RFID 태그(500)는 마이크로칩(510), 제 1 및 제 2 평면(520, 530) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나, 제 1 및 제 2 평면(520, 530) 상의 도체 선을 연결하는 비아(540), 그리고 테일(550)을 포함한다.
마이크로칩(510), 제 1 및 제 2 평면(520, 530) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나, 그리고 제 1 및 제 2 평면(520, 530) 상의 도체 선을 연결하는 비아(540)는 도 13을 참조하여 설명된 마이크로칩(410), 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나, 그리고 제 1 및 제 2 평면(420, 430) 상의 도체 선을 연결하는 비아(440)와 동일하게 구성될 것이다. 간결한 설명을 위하여, 도 15에서 마이크로칩(510)은 생략되어 있다.
도 4 내지 12를 참조하여 설명된 바와 마찬가지로, 테일(550)의 평행하기 배치된 도체 선들은 커패시턴스를 형성할 것이다. 테일(550)의 도체 선의 길이를 조절함으로써 RFID 태그(500)의 공진 주파수 및 양호도를 조절하는 것이 가능하다. 테일(550)의 도체 선이 평행하게 배치되는 형태는 한정되지 않음이 이해될 것이다.
도 16은 도 15의 RFID 태그(500)의 등가 회로를 보여주는 회로도이다. 도 16 의 RFID 태그(500)는 도 14의 RFID 태그(400)와 비교하여 도체 선들에 의해 형성되는 가변 커패시터(Ct)를 포함하는 테일(550)을 더 포함한다.
도 17은 도 13의 RFID 태그(400)의 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 17을 참조하면, RFID 태그(600)는 마이크로칩(610), 제 1 및 제 2 평면(620, 630) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나, 그리고 제 1 및 제 2 평면(620, 630) 상의 도체 선을 연결하는 비아(640)를 포함한다.
마이크로칩(610)은 제 1 및 제 2 평면(620, 630) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나로부터 전원을 공급받아 미리 설정된 동작을 수행한다. 제 1 및 제 2 평면(620, 630) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나는 외부로부터 자기장을 제공받는다. 외부로부터 자기장이 제공되면, 자기 유도에 의해 제 1 및 제 2 평면(620, 630) 상의 도체 선에 의해 형성되는 안테나에서 전류가 생성될 것이다.
RFID 태그(600)는 도체 선이 제 1 및 제 2 평면(620, 630) 상에서 감기는 방법을 제외하면, 도 13을 참조하여 설명된 RFID 태그(400)와 동일하다. 도체 선은 노드(LB)로부터 시작하여 제 2 평면(630) 상에서 2회전할 것이다. 제 2 평면(630) 상에서 2회전한 후, 도체 선은 제 1 평면(620)으로 연장되어 제 1 평면(620) 상에서 2회전할 것이다.
도 13 내지 16을 참조하여 설명된 바와 마찬가지로, RFID 태그(600)는 도 2의 RFID 태그(200)와 비교하여 향상된 식별 거리를 가질 것이다. 또한, RFID 태그(600)는 도체 선이 평행하게 배치되어 형성되는 테일을 더 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 이때, RFID 태그(600)는 테일의 도체 선들의 길이를 조절함으로써 공진 주파수 및 양호도를 가변하는 것이 가능함이 이해될 것이다.
도 13 및 17을 참조하여 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그의 도체 선이 제 1 및 제 2 평면 상에서 감기는 방법은 다양하게 변형 및 응용될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 도체 선이 감기는 평면의 수는 두 개로 한정되지 않음이 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 RFID 태그의 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 RFID 태그를 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 4의 RFID 태그의 테일을 보여주는 다이어그램이다.
도 6은 도 4의 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 7은 도 4 내지 6의 RFID 태그의 테일을 조절하는 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 8은 테일의 도체 선들의 길이를 가변하는 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 공진 주파수를 조절하는 RFID 태그를 포함하는 RFID 시스템의 실시 예를 보여주는 다이어그램이다.
도 10은 도 8의 RFID 태그의 주파수에 대한 응답 특성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 11 및 12는 도 7의 테일의 다른 실시 예들을 보여주는 다이어그램이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그를 보여주는 다이어그램이다.
도 14는 도 13의 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 15는 도 13의 RFID 태그와 비교하여 테일을 더 포함하는 RFID 태그를 보 여주는 블록도이다.
도 16은 도 15의 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 17은 도 13의 RFID 태그의 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다.

Claims (10)

  1. 제 1 및 제 2 노드를 갖는 마이크로칩;
    제 1 도체 선에 의해 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 노드에 연결되는 안테나; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 노드에 각각 연결되는 제 2 도체 선들을 포함하고,
    상기 제 2 도체 선들은 커패시턴스를 형성하는 무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Idnetifier) 태그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도체 선들은 평행하게 배치되어 상기 커패시턴스를 형성하는 무선 주파수 식별 태그.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도체 선들의 길이를 조절함으로써 상기 커패시턴스를 조절하는 것이 가능한 무선 주파수 식별 태그.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 도체 선들을 물리적으로 절단하여 상기 커패시턴스를 조절하는 것이 가능한 무선 주파수 식별 태그.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도체 선은 서로 평행한 제 1 및 제 2 평면에서 상기 안테나를 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 평면은 상이한 평면인 무선 주파수 식별 태그.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 도체 선은 상기 제 1 평면에서 제 1 방향으로 감기고, 상기 제 2 평면에서 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 감기어 상기 안테나를 형성하는 무선 주파수 식별 태그.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 도체 선 중 상기 제 1 평면 상에 배치된 부분과 상기 제 2 평면 상에 배치된 부분은 커패시턴스를 형성하는 무선 주파수 식별 태그.
  8. 무선 주파수 식별 태그를 형성하는 방법에 있어서:
    마이크로칩의 제 1 및 제 2 노드에 제 1 도체 선을 연결하여 안테나를 형성하고; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 노드에 제 2 도체 선들을 각각 연결하여 커패시턴스를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 도체 선들의 길이를 조절하여 상기 커패시턴스를 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 도체 선들의 길이를 조절하는 것은 상기 한 쌍의 제 2 도체 선을 물리적으로 절단하는 것을 포함하는 방법.
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