KR20100126369A - 3차원 루프 안테나를 포함하는 무선 주파수 식별（ｒｆｉｄ） 태그 - Google Patents

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스와가타 알 바너지
로버트 에이 사이나티
윌리암 씨 에그버트
데이비드 케이 미세머
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 3차원(3D) 루프 안테나를 포함하는 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 기술한다. 3D 루프 안테나는 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는 제1 전도성 부분을 포함한다. 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 3D 루프 안테나는 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는 제2 전도성 부분을 포함한다. 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 루프 안테나에 전기적으로 접속된 RFID 회로는 제1 평면 및 제2 평면과 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 전류를 여기시킨다. 일부 경우에서, 제3 평면은 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직일 수 있다.

Description

3차원 루프 안테나를 포함하는 무선 주파수 식별（ＲＦＩＤ） 태그{RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID) TAG INCLUDING A THREE-DIMENSIONAL LOOP ANTENNA}
본 발명은 물품 관리를 위한 무선 주파수 식별(radio frequency identification, RFID) 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 RFID 태그(tag)에 관한 것이다.
무선 주파수 식별(RFID) 기술이 운송, 제조, 폐기물 관리, 우편 추적, 항공 수하물 자동분류 및 고속도로 통행료 관리를 비롯한 사실상 모든 산업에서 널리 사용되어 왔다. 전형적인 RFID 시스템은 복수의 RFID 태그, 적어도 하나의 RFID 판독기("질문기(interrogator)"라고도 함) 또는 RFID 태그들과 통신하기 위한 안테나를 갖는 검출 시스템, 및 RFID 판독기를 제어하는 연산(computing) 장치를 포함한다. RFID 판독기는 에너지 또는 정보를 태그에 제공할 수 있는 송신기와, 식별자(identity) 및 기타 정보를 태그로부터 수신하는 수신기를 포함한다. 연산 장치는 RFID 판독기에 의해 획득된 정보를 처리한다.
일반적으로, RFID 태그로부터 수신되는 정보는 특정 응용에 특유한 것이지만, 태그가 부착되어 있는 물품의 식별을 흔히 제공한다. 예시적인 물품들에는 제조 품목, 책, 파일, 동물 또는 개인, 또는 사실상 임의의 다른 유형 물품(tangible article)이 포함된다. 부가의 정보가 또한 물품에 대해 제공될 수 있다. 태그는 제조 프로세스 동안에, 예를 들어 제조 동안 자동차 섀시의 페인트 색상 또는 기타 유용한 정보를 나타내기 위해 사용될 수 있다.
RFID 판독기의 송신기는 안테나를 통해 무선 주파수(radio frequency, RF) 신호를 출력하여, 정보를 지니고 있는 RF 신호를 태그들이 반송시킬 수 있게 하는 전자기장을 생성한다. 일부 구성들에서, 송신기는 통신을 개시하고, 증폭기를 사용하여 안테나를 변조된 출력 신호로 여기시켜 RFID 태그와 통신한다. 다른 구성들에서, RFID 태그는 RFID 판독기로부터 연속파 신호를 수신하고 그의 정보로 즉각 응답함으로써 통신을 개시한다.
종래의 태그는 내부 전원을 포함하는 "능동(active)" 태그일 수 있거나, RFID 판독기에 의해 생성된 RF장(RF field)에 의해 (전형적으로 유도 결합에 의해) 에너지를 공급받는 "수동(passive)" 태그일 수 있다. 어느 경우든지, 태그는 RFID 판독기가 하나 이상의 태그로부터 정보를 수신할 수 있게 하는 미리 정해진 프로토콜을 사용하여 통신을 한다. 연산 장치는 RFID 판독기로부터 정보를 수신하고 데이터베이스의 갱신과 같은 어떤 동작을 수행함으로써 정보 관리 시스템으로서 역할을 한다. 게다가, 연산 장치는 송신기를 통해 태그 내에 데이터를 프로그래밍하는 메커니즘으로서 역할을 할 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 RFID 태그와 RFID 태그가 배치된 전기 전도성 표면 사이의 결합에 기인하는 RFID 태그의 성능에 대한 악영향을 감소시킬 수 있는 3차원(3D) 루프 안테나를 기술한다. 본 발명에 따라 설계된 RFID 태그는 RFID 회로에 결합된 3D 루프 안테나를 포함한다. 본 명세서에서 상세히 기술되는 바와 같이, 3D 루프 안테나는 제1 전도성 부분을 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하고 제1 평면에 있는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분은 제2 전도성 부분에 전기적으로 결합되며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하고 제2 평면에 있는 길이와 폭을 갖는다. 제1 평면 및 제2 평면은 서로 실질적으로 평행하다. 제1 평면 및 제2 평면과 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 전류가 여기된다. 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 여기된 전류는, 예를 들어, RFID 회로에 의해 후방 산란되는 재변조된 질문 신호(re-modulated interrogation signal)일 수 있다(예를 들어, 수동 RFID 태그의 경우). 다른 경우들에서, 예를 들어, 능동 RFID 태그의 경우에, RFID 회로는 전도성 부분을 통한 전류를 여기시키는 신호를 발생시킬 수 있다.
RFID 태그는 물품의 표면 상에 배치될 때 제1 평면 및 제2 평면이 물품의 표면에 실질적으로 평행하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 전류가 여기되게 되는 전류 루프의 평면은 RFID 태그가 부착되는 물품 표면에 실질적으로 평행하지 않다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 안테나의 전류 루프가 있는 평면은 물품 표면에 실질적으로 수직일 수 있다.
일부 실시예들에서, 3D 루프 안테나의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분은 RF 전류를 위한 연속적인 루프를 형성하는 하나 이상의 부분들을 포함하는 안테나 재료에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 3D 안테나 루프는 RFID 태그가 배치된 전기 전도성 물품 표면과 안테나 재료의 조합에 의해 형성될 수 있다. 후자의 실시예에서, 전기 전도성 물품 표면 및 안테나 재료는 전류 흐름을 위한 폐루프를 형성한다. 따라서, 전도성 물품 표면은 3D 안테나의 일부로서 작용한다. 전기 전도성 표면 및 안테나 재료는 직접적인 전기 접속을 통해 또는 용량 결합을 통해 폐루프를 형성할 수 있다.
3D 루프 안테나는 또한 안테나의 일부분이 안테나의 임피던스를 안테나가 결합된 IC 칩의 임피던스와 정합시키는 동조 요소(tuning element)로서 기능하도록 설계될 수 있다. 일례로서, 3D 루프 안테나를 형성하는 전도성 트레이스(trace)는 용량성 동조 요소로서 기능하는 하나 이상의 슬릿들을 포함할 수 있다. 다른 일례로서, 3D 루프 안테나는 용량성 동조 요소로서 기능하는 중첩하는 전도성 부분들을 가질 수 있다. 추가의 일례로서, 3D 루프 안테나를 형성하는 전도성 트레이스는 보다 양호한 동조를 위해 커패시턴스를 증대시키는 상호맞물림형 전도성 핑거(interdigitated conductive finger)들의 영역을 포함할 수 있다.
RFID 태그가 장착 부재(mounting member)를 통해 물품의 실질적으로 비평면인 표면에 부착될 수 있다. 장착 부재는 만곡되거나 불규칙한 형상의(실질적으로 비평면인) 표면에 일치하도록 가요성일 수 있고, RFID 태그의 하부 부분에, 즉 RFID 태그와 물품 표면 사이에 부착될 수 있다. 장착 부재는 리브형(ribbed)일 수 있거나, 서로 이격된 복수의 섹션들을 포함할 수 있거나, 그렇지 않다면 가요성을 증진시키는 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 무선 주파수 식별(RFID) 태그는 제1 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나를 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 제1 전도성 부분의 적어도 일부분은 루프 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성한다. 루프 안테나는 또한 제2 전도성 부분을 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합된다. RFID 태그는 또한 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 흐르게 하기 위해 전류를 루프 안테나를 통해 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 무선 주파수 식별(RFID) 시스템은 질문 무선 주파수(RF)장을 출력하도록 구성된 판독기 유닛, 및 RFID 태그를 포함한다. RFID 태그는 제1 전도성 부분을 갖는 루프 안테나를 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 제1 전도성 부분의 적어도 일부분은 루프 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성한다. 루프 안테나는 또한 제2 전도성 부분을 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합된다. RFID 태그는 또한 질문 RF 신호에 응답하여 RF 신호를 출력하기 위해, 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 전류를 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 물품은 전기 전도성 표면 및 이 물품의 전기 전도성 표면에 결합된 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 포함한다. RFID 태그는 제1 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나를 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖고, 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 제1 전도성 부분의 적어도 일부분은 루프 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성한다. 루프 안테나는 또한 제2 전도성 부분을 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖고, 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합된다. RFID 태그는 또한 물품의 전기 전도성 표면에 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 흐르게 하기 위해 전류를 루프 안테나를 통해 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 조립체는 RFID 태그, 및 실질적으로 비평면인 표면 상에 RFID 태그를 장착시키도록 구성된 장착 부재를 포함한다. 장착 부재는 상부 표면 및 상부 표면의 반대편인 하부 표면을 포함하는 실질적으로 평탄하고 가요성인 기부 부재(base member); 및 하부 표면으로부터 돌출하는 복수의 장착 구조체를 포함한다.
다른 실시예에서, 방법은 공동(cavity)을 경화성 수지로 적어도 부분적으로 충전하는 단계, 공동 내로 성형 공구(shaping tool)를 가압하여 수지를 성형하는 단계, 재료가 경화된 후에 성형 공구를 제거함으로써 기부 부재로부터 연장되는 복수의 장착 구조체를 형성하는 단계, 공동으로부터 기부 부재 및 복수의 장착 구조체를 제거하는 단계 - 기부 부재는 무선 주파수 식별(RFID) 태그에 부착하도록 구성된 상부 표면 및 하부 표면을 포함하고 실질적으로 평탄하며, 장착 구조체는 하부 표면으로부터 연장됨 -, 및 하나 이상의 RFID 태그를 기부 부재의 상부 표면에 결합시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 무선 주파수 식별(RFID) 태그는 제1 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나를 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 루프 안테나는 또한 제2 전도성 부분을 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합된다. 제2 전도성 부분은 또한 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면에 결합되도록 구성된다. RFID 태그는 또한 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분, 제2 전도성 부분, 및 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면을 통해 흐르게 하기 위해 전류를 루프 안테나를 통해 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 무선 주파수 식별(RFID) 시스템은 질문 무선 주파수(RF)장을 출력하도록 구성된 판독기 유닛, 및 RFID 태그를 포함한다. RFID 태그는 제1 전도성 부분을 갖는 루프 안테나를 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 루프 안테나는 또한 제2 전도성 부분을 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합된다. 제2 전도성 부분은 또한 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면에 결합되도록 구성된다. RFID 태그는 또한 질문 RF 신호에 응답하여 RF 신호를 출력하기 위해, 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분, 제2 전도성 부분, 및 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면을 통해 전류를 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 물품은 전기 전도성 표면 및 이 물품의 전기 전도성 표면에 결합된 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 포함한다. RFID 태그는 제1 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나를 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖고, 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있다. 루프 안테나는 또한 제2 전도성 부분을 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖고, 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있다. 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합된다. 제2 전도성 부분은 또한 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면에 결합되도록 구성된다. RFID 태그는 또한 물품의 전기 전도성 표면에 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분, 제2 전도성 부분, 및 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면을 통해 흐르게 하기 위해 전류를 루프 안테나를 통해 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세 사항이 첨부된 도면과 하기의 설명에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점들은 설명 및 도면 그리고 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 복수의 물품을 찾아내는 예시적인 무선 주파수 식별(RFID) 시스템의 사시도.
도 2a는 3D 안테나, 스페이서(spacer) 층 및 IC 칩을 포함하는, 본 발명에 따른 RFID 태그의 일 실시예의 개략 사시도.
도 2b는 도 2a의 RFID 태그의 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 RFID 태그의 다른 실시예의 개략 사시도.
도 3b는 도 3a의 RFID 태그의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 RFID 태그의 안테나의 임피던스 응답과 RFID 태그의 길이 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 5a 및 도 5b는 RFID 태그의 안테나의 임피던스 응답과 RFID 태그의 폭 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 6a 및 도 6b는 RFID 태그의 안테나의 임피던스 응답과 RFID 태그의 높이 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 7a 및 도 7b는 RFID 태그의 안테나의 임피던스 응답과 RFID 태그의 급전점(feedpoint) 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 RFID 태그의 판독 범위를 시험하는 시험 시스템의 개략도.
도 9는 RFID 태그가 실질적으로 비평면인 표면에 부착될 수 있게 하는 RFID 태그의 예시적인 장착 부재의 사시도.
도 10a 및 도 10b는 장착 부재의 예시적인 구성을 도시하는 도면.
도 11a는 장착 부재의 다른 예시적인 구성을 도시하는 평면도.
도 11b는 장착 부재의 부가의 예시적인 구성을 도시하는 평면도.
도 12는 장착 부재의 또 다른 예시적인 구성을 도시하는 평면도.
도 13a 및 도 13b는 RFID 태그가 실질적으로 비평면인 표면에 부착될 수 있게 하는 장착 부재를 갖는 RFID 태그를 제조하는 예시적인 방법을 도시하는 도면.
도 14a 내지 도 14e는 RFID 태그가 실질적으로 비평면인 표면에 부착될 수 있게 하는 장착 부재를 갖는 RFID 태그를 제조하는 다른 예시적인 방법을 도시하는 개념도.
도 15a는 본 발명에 따른 예시적인 RFID 태그의 개략 사시도.
도 15b는 도 15a의 RFID 태그의 단면도.
도 16a 및 도 16b는 2개의 안테나 설계의 예시적인 총 임피던스를 나타내는 스미스 차트(Smith Chart).
도 17a 및 도 17b는 도 15a 및 도 15b의 RFID 태그의 슬릿의 길이(LSLIT)를 파라미터로 나타낸 예시적인 저항 및 리액턴스 곡선을 나타내는 그래프.
도 18a 및 도 18b는 도 15a 및 도 15b의 RFID 태그의 슬릿 오프셋(SOFFSET)을 파라미터로 나타낸 예시적인 저항 및 리액턴스 곡선을 나타내는 그래프.
도 19a 및 도 19b는 도 15a 및 도 15b의 RFID 태그의 슬릿 오프셋(SOFFSET)을 파라미터로 나타낸 예시적인 저항 및 리액턴스 곡선을 나타내는 그래프.
도 20a는 본 발명에 따른 다른 RFID 태그의 개략 사시도.
도 20b는 도 20a의 RFID 태그의 단면도.
RFID 시스템은 물품을 추적하고 도서관 또는 소매점과 같은 보호된 영역으로부터 물품의 미승인 반출(unauthorized removal)을 방지하기 위해 거의 모든 산업에서 널리 사용되어 왔다. 그러나, 그러한 RFID 시스템에서 사용되는 종래의 RFID 태그는 전기 전도성 표면을 갖는 물품에 부착될 때 많은 악영향에 직면한다. 예를 들어, 종래의 RFID 태그와 RFID 태그가 부착되는 물품의 전기 전도성 표면 사이의 결합은 판독 범위(read range)를 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 태그가 판독될 수 있는 범위가 감소된다.
본 발명은 RFID 태그와 RFID 태그가 배치된 전기 전도성 표면 사이의 결합에 기인하는, 감소된 판독 범위와 같은, RFID 태그의 성능에 대한 악영향을 감소시킬 수 있는 3차원(3D) 루프 안테나를 기술한다. 즉, 다이폴 안테나 또는 다른 실질적으로 2차원(2D)이거나 3D인 안테나 구성을 이용하는 종래의 RFID 태그와 달리, RFID 태그가 전기 전도성 표면에 부착될 때 본 발명에 따라 설계된 3D 루프 안테나의 판독 범위는 터무니없이 제한되지 않을 수 있다.
본 발명에 따라 설계된 RFID 태그는 RFID 회로에 결합된 3D 루프 안테나를 포함한다. 본 명세서에서 상세히 기술되는 바와 같이, 3D 루프 안테나는 제1 전도성 부분을 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하고 제1 평면에 있는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분은 제2 전도성 부분에 전기적으로 결합되며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하고 제2 평면에 있는 길이와 폭을 갖는다. 제1 평면 및 제2 평면은 서로 실질적으로 평행하다. 제1 평면 및 제2 평면과 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분에서 전류가 여기된다. 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분에서 여기된 전류는, 예를 들어, RFID 회로에 의해 후방 산란되는 재변조된 질문 신호일 수 있다(예를 들어, 수동 RFID 태그의 경우). 다른 경우들에서, 예를 들어, 능동 RFID 태그의 경우에, RFID 회로는 전도성 부분을 통한 전류를 여기시키는 신호를 발생시킬 수 있다.
RFID 태그는 물품의 표면 상에 배치될 때 제1 평면 및 제2 평면이 물품의 표면에 실질적으로 평행하도록 구성된다. 이러한 방식으로, RFID 회로가 전류를 여기시키게 되는 전류 루프의 평면은 RFID 태그가 부착되는 물품 표면에 실질적으로 평행하지 않다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 안테나의 전류 루프가 있는 평면은 물품 표면에 실질적으로 수직일 수 있다.
일부 실시예들에서, 3D 루프 안테나의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분은 RF 전류를 위한 연속적인 루프를 형성하는 하나 이상의 부분들을 포함하는 안테나 재료에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 3D 안테나 루프는 RFID 태그가 배치된 전기 전도성 물품 표면과 안테나 재료의 조합에 의해 형성될 수 있다. 후자의 실시예에서, 전기 전도성 물품 표면 및 안테나 재료는 전류 흐름을 위한 폐루프를 형성한다. 따라서, 전도성 물품 표면은 3D 안테나의 일부로서 작용한다. 전기 전도성 표면 및 안테나 재료는 직접적인 전기 접속을 통해 또는 용량 결합을 통해 폐루프를 형성할 수 있다.
"3D 구성"은 안테나가 3차원으로 있다는 것과, 설명의 편의상 직교 x-y-z 축들을 기준으로 할 때, 안테나가 x-축 성분, y-축 성분 및 z-축 성분을 가지고 있다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 3D 루프 안테나의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분은 x-y 평면에 있을 수 있는 반면, 제1 전도성 부분과 제2 전도성 부분을 결합시키는 안테나의 부분은 y-z 평면에 있다. 보다 구체적으로, 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분의 길이는 x-축을 따라 있을 수 있고, 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분의 폭은 y-축을 따라 있을 수 있다. 제1 부분 및 제2 부분을 서로 결합시키는 안테나의 부분은 z-축을 따라 있는 길이 및 y-축을 따라 있는 폭을 포함할 수 있다. 그러한 안테나 구성은 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이 전류 루프가 x-z 평면에 있게 할 것이다. 3D 루프 안테나는 극초단파(ultra high frequency, UHF) 범위에서, 즉 대략 300 메가헤르츠(㎒) 내지 대략 3 기가헤르츠(㎓)의 주파수 범위에서 동작할 수 있다. 그러나, 무선 주파수 스펙트럼 내의 다른 동작 범위들이 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 구성된 3D 루프 안테나는 RFID 태그와 RFID 태그가 배치된 전기 전도성 표면 사이의 결합에 기인하는, 감소된 판독 범위와 같은, RFID 태그의 성능에 대한 악영향을 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따라 구성된 3D 루프 안테나는 전기 전도성 표면과 결합될 때에도 그의 판독 범위를 유지하거나 가능하게는 증가시키면서 질문 장치의 비교적 작은 질문 송신 전력을 여전히 유지할 수 있다. 오히려, 3D 루프 안테나를 포함하는 RFID 태그는 전기 전도성 표면에 부착될 때에도, 예를 들어, 대략 3 미터(대략 10 피트) 초과의 판독 범위를 나타낼 수 있다. 용어 "판독 범위"는 일반적으로 판독기와 RFID 태그 사이의 통신 동작 거리를 말한다.
그러나, 본 발명이 대략 3 미터(10 피트) 초과의 판독 범위로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 3D 루프 안테나는 대략 1 피트(대략 30 센티미터) 미만, 대략 30 센티미터(대략 1 피트) 내지 대략 3 미터(대략 10 피트), 또는 대략 3 미터(대략 10 피트) 초과의 판독 범위와 같은 임의의 판독 범위를 지원하도록 설계될 수 있다. 성능과 크기 사이의 바람직한 절충을 달성하기 위해 3D 루프 안테나의 다양한 설계 파라미터들이 조절될 수 있다. 이들 절충은 3D 루프 안테나가 설계되는 특정의 응용에 의해 지배될 수 있다.
부가적으로, 안테나의 급전점을 조절함으로써 안테나의 이조(detuning)를 초래함이 없이 RFID 태그 치수가 수정될 수 있다. 안테나의 급전점은 집적 회로(IC) 칩이 안테나에 결합되는 위치이다. 따라서, IC 칩을 안테나의 중심으로부터 어느 한 쪽으로 오프셋시킴으로써 RFID 태그가 수정될 수 있다. 급전점의 조절을 통해 3D 루프 안테나를 재동조(retuning)시키는 것은 RFID 태그가 성능 열화 없이 비교적 콤팩트한 RFID 태그 구조를 가질 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, RFID 태그는, 판독 전력을 증가시킬 필요없이, 대략 3 미터 이상(대략 10 피트 이상)의 판독 범위를 유지하면서 비교적 작은 크기, 예를 들어, 1/4 파장 이하를 가질 수 있다.
3D 루프 안테나는 또한 안테나의 일부분이 안테나의 임피던스를 안테나가 결합된 IC 칩의 임피던스와 정합시키는 동조 요소로서 기능하도록 설계될 수 있다. 일례로서, 3D 루프 안테나를 형성하는 전도성 트레이스는 용량성 동조 요소로서 기능하는 하나 이상의 슬릿들을 포함할 수 있다. 다른 일례로서, 3D 루프 안테나는 용량성 동조 요소로서 기능하는 중첩하는 전도성 부분들을 가질 수 있다. 추가의 일례로서, 3D 루프 안테나를 형성하는 전도성 트레이스는 보다 양호한 동조를 위해 커패시턴스를 증대시키는 상호맞물림형 전도성 핑거들의 영역을 포함할 수 있다. 상이한 동조 요소 설계들이 독립적으로 기술되지만, 3D 루프 안테나는 하나보다 많은 유형의 동조 요소, 예를 들어, 중첩하는 전도성 부분 및 슬릿을 이용할 수 있다.
본 명세서에 기술된 RFID 태그와 같은 RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면에 부착하기 위한 장착 부재가 또한 기술된다. 그러나, 장착 부재는 본 명세서에 기술되는 3D 루프 안테나를 포함하는 RFID 태그와 함께 사용되는 것으로 제한되지 않는다. 오히려, 장착 부재는 임의의 적합한 RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면에 부착하는 데 사용될 수 있다. 장착 부재는 RFID 태그를 따라 또는 RFID 태그를 가로질러 연장되는 복수의 리브형 구조체, 서로 이격된 복수의 기둥(pillar), 채널형(channeled) 구조, 또는 장착 부재를 만곡되거나 불규칙한 형상의 (실질적으로 비평면인) 표면에 부착시키기 위한 가요성을 증진시키는 기타 구조체와 같은, 가요성을 증진시키는 특징부들을 포함할 수 있다.
도 1은 복수의 물품(12A 내지 12N)(총칭하여 "물품(12)")의 위치를 찾아내는 예시적인 무선 주파수 식별(RFID) 시스템(10)의 사시도이다. RFID 시스템(10)은 물품(12A 내지 12N)에 부착되는 RFID 태그(14A 내지 14N) 및 RFID 태그(14A 내지 14N)(총칭하여 "RFID 태그(14)") 각각에 질문하고 이로부터 데이터를 획득하도록 구성된 휴대형 RFID 판독기(16)를 포함한다. 물품(12)들은, 예를 들어, 전기 전도성 구성요소 및 전기 비전도성 구성요소 둘 모두일 수 있다. RFID 태그(14A 내지 14N)들 각각은 x-축을 따라 측정된 길이, y-축을 따라 측정된 폭, 및 z-축을 따라 측정된 높이를 포함한다. 도 1에 도시된 직교 x-y-z축들은 본 발명의 RFID 태그의 설명을 돕기 위해 기준이 되며, 본 발명의 범주를 어떠한 방식으로도 제한하고자 하는 것은 아니다. x-y 평면에 있는 RFID 태그(14A 내지 14N)들 각각의 표면은 각자의 물품(12A 내지 12N)에 인접해 있으며 "접촉 표면적"을 한정한다. 일 실시예에서, RFID 태그(14)들 각각의 x-y 평면은, 예를 들어 감압 접착제, 테이프 또는 폼(foam) 또는 임의의 다른 적합한 부착 모드에 의해, 각자의 물품(12A 내지 12N)에 부착된다. 일부 실시예들에서, 장착 부재는 RFID 태그(14)들 각각에 부착될 수 있다. 그러한 실시예들에서, RFID 태그(14)들은 장착 부재를 통해 각자의 물품(12)들에 부착된다.
RFID 태그(14)들을 각자의 물품(12A 내지 12N) 상에 배치하는 것은 RFID 판독기(16)가 무선 주파수(RF) 신호(18, 19)를 통해 물품(12A 내지 12N)의 설명을 각자의 RFID 태그(14A 내지 14N)와 연관시킬 수 있게 한다. 예를 들어, RFID 태그(14A)를 물품(12A) 상에 배치하는 것은 사용자가 핸드헬드 RFID 판독기(16)를 이용하여 RF 신호(18, 19)를 통해 물품(12A)과 관련된 설명 또는 기타 정보를 RFID 태그(14A)와 연관시킬 수 있게 한다. 대안 실시예에서, 판독기(16)는 자동화된 또는 반자동화된 공정 내에 포함될 수 있고, 사용자는 반드시 판독기(16)를 이용할 필요는 없다. 판독기(16)는 RFID 태그(14A) 내에 배치된 안테나에 의해 수신되는 RF 신호(18)를 발생시킴으로써 RFID 태그(14A)에 질문할 수 있다. 신호 에너지는 전형적으로 전력 및 명령 둘 모두를 RFID 태그(14A)로 전달한다. RFID 태그(14A)는 판독기(16)에 의해 방사되는 RF 에너지를 수신하고, RF 신호(18)의 장의 세기(field strength)가 판독 문턱값(threshold)을 초과하는 경우, RFID 태그(14A)는 전력을 공급받고, 태그가 부착된 물체에 관한 정보를 포함하도록 변조된 수신기로부터의 RF 신호(18)를 후방 산란시킨다. 이러한 후방산란된 신호가 도 1에서 RF 신호(19)로 나타나 있다. 즉, 안테나는 안테나에 결합된 RFID 회로, 예를 들어 IC 칩에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 RFID 태그(14A)가 수집할 수 있게 한다.
전형적으로, 하나 이상의 명령에 응답하여, RFID 회로는 판독기(16)로부터의 RF 신호를 재변조하고, 변조된 신호를 안테나를 통해 후방 산란시켜 판독기(16)에 의해 검출될 RF 응답을 출력한다. 이 응답은 RFID 핸드헬드 판독기(16) 또는 RFID 관리 시스템(도시되지 않음)의 데이터베이스 내에 저장된 식별자(identifier)와 정합할 수 있는 RFID 태그 식별자로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 이 응답은 RFID 태그(14)들로부터 판독기(16)로의 데이터의 송신으로 이루어질 수 있다. 판독기(16)는 판독기(16)와 RFID 관리 시스템 사이의 데이터 통신을 위해 RFID 관리 시스템의 데이터 통신 포트와 인터페이싱할 수 있다. 사용자(또는 자동화되거나 반자동화된 기계)는 RFID 판독기(16)를 이용하여 RFID 판독기(16)를 각자의 RFID 태그(14)를 가리키게 함으로써 하나 이상의 물품(12)들을 찾아낼 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 물품(12)들이 RFID 판독기(16)의 전방을 지나갈 수 있다.
당업계에 잘 알려진 유형의 안테나를 포함하는 RFID 태그가 전기 전도성 표면에 부착될 때, RFID 태그의 판독 범위가 실질적으로 감소될 수 있다. 당업계에 잘 알려진 유형의 안테나는 당업계에 알려진 2D 다이폴 안테나, 다른 2D 안테나, 또는 기타 3D 안테나일 수 있다. 그러한 안테나가 질문 RF 신호, 예를 들어, RF 신호(18)에 의해 전력을 공급받을 때, 질문 신호는 RFID 태그가 배치된 전도성 표면 상에 전류를 유도한다. 전도성 표면 상의 전류는 전자기장을 생성한다. 이러한 전자기장은 안테나에 의해 생성된 장을 적어도 부분적으로 상쇄시킨다. 전도성 표면은 또한 안테나의 임피던스가 최초의 설계값으로부터 변동될 수 있게 한다. 안테나 임피던스의 변동 및 안테나에 의해 방사되는 감소된 전체 장은 RFID 태그의 판독 문턱값을 초과하지 않도록 감소될 수 있다. 다시 말하면, RFID 태그가 쓸모없게 되도록, 즉 유용한 거리로부터 판독기(16)에 의해 판독될 수 없도록, RFID 태그의 판독 범위가 감소될 수 있다. 예를 들어, 판독기(16)가 물리적 제한으로 인해 RFID 태그에 대략 3 미터(대략 10 피트)보다 더 가깝게 배치될 수 없도록 물품이 위치되거나 설계된 경우, RFID 태그가 물품의 전도성 표면에 부착될 수 있다. 이러한 경우에, 판독 범위가 대략 3 미터(10 피트) 미만이도록 장의 세기가 감소되는 경우, 판독기(16)는 RFID 태그를 판독할 수 없을 수도 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, RFID 태그(14)들 중 하나 이상은 전도성 표면의 존재시의 감소된 판독 범위와 관련하여 이상에서 논의된 문제점들 중 적어도 일부를 완화시키는 3D 루프 안테나를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 더 상세히 논의되는 바와 같이, 3D 루프 안테나는 제1 전도성 부분을 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하고 제1 평면에 있는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분은 제2 전도성 부분에 전기적으로 결합되며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하고 제2 평면에 있는 길이와 폭을 갖는다. 제1 평면 및 제2 평면은 서로 실질적으로 평행하다. 제1 평면 및 제2 평면과 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 전류가 여기된다. 일부 경우에서, 제3 평면은 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직일 수 있다.
3D 루프 안테나는, 물품의 표면 상에 배치될 때, 전류 루프에 의해 형성되는 제3 평면이 RFID 태그가 부착되는 물품 표면에 실질적으로 평행하지 않도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 안테나의 전류 루프가 있는 제3 평면은 물품 표면에 실질적으로 수직일 수 있다. 다시 말하면, 물품 표면에 실질적으로 수직인 평면을 형성하는 3D 루프 안테나의 전도성 부분들 각각의 두께를 생각할 수 있다. 그러나, 3D 루프 안테나의 전류 루프에 의해 형성되는 제3 평면이 물품 표면에 실질적으로 평행하지 않는 한, 3D 루프 안테나가 물품 표면에 대해 임의의 방식으로 배향될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 안테나는 3D 루프를 형성하도록 형성된 2차원(2D) 전기 전도성 재료편에 의해 형성된다. 전기 전도성 재료는 재료의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 따라서 2D로 볼 수 있다. 3D 루프를 형성하도록 형성될 때, 전기 전도성 재료는 제1 평면에 있는 길이와 폭을 갖는 제1 전도성 부분 및 제1 평면에 실질적으로 평행인 제2 평면에 있는 길이와 폭을 갖는 제2 전도성 부분을 갖는 것으로 볼 수 있다.
다른 실시예들에서, 3D 루프 안테나는 루프의 일부분을 형성하도록 형성된 2D 전도성 재료편에 의해 형성되고, RFID 태그가 부착되는 전도성 표면은 루프의 나머지를 형성한다. 2D 전도성 재료편은 전도성 표면에 결합되어 3D 루프를 형성한다. 이 결합은 전기적 결합, 예를 들어 직접적인 물리적 전기 접속 또는 전자기적 결합일 수 있다. 이러한 방식으로, 전기 전도성 물품 표면의 적어도 일부분은 3D 루프 안테나를 형성한다. 어느 경우든, 3D 루프 안테나는, 3D 안테나가 RF 신호에 의해 전력을 공급받을 때, 전류가 계속하여 흐르는 폐회로를 형성한다.
이러한 방식으로, 안테나가 부착된 물품 표면에 실질적으로 평행인 평면에서 전류가 흐르는 당업계에 잘 알려진 다이폴 또는 기타 2D 안테나와는 달리, 3D 루프 안테나는 3D 루프 안테나가 전기 전도성 물품 표면에 기인한 악영향을 겪을 수 없도록 배향된다. 3D 루프 안테나는, 예를 들어, 전기 전도성 물품 표면에 부착되거나 또는 이에 거의 접촉하게 위치될 때, 실질적으로 감소된 판독 범위를 겪지 않을 수 있다. 오히려, 질문 RF 신호에 의해 전력을 공급받을 때, 3D 루프 안테나는 3D 루프 안테나의 판독 범위를 향상시키는, 즉 3D 루프 안테나에 의해 발생되는 장에 보강적으로 추가되는 전자기장을 생성하는 이미지 전류(image current)를 전도성 표면에서 유도할 수 있다. 즉, 3D 루프 안테나가 전기 전도성 물품 표면에 직접 접촉하거나 거의 접촉할 때, 물품 표면은 그 근방의 전자기 요소를 미러링하거나 이미징하는 접지 평면으로서 작용할 수 있다. 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전도성 물품 표면에 대한 RFID 태그(20)의 배향으로 인해, 미러링 또는 이미징된 전류는 3D 루프 안테나에 의해 방사되는 장을 상쇄시키는 것이 아니라, 대신에 3D 루프 안테나에 의해 방사되는 장을 증대시킨다. 따라서, 전기 전도성 물품 표면은 3D 루프 안테나를 통해 흐르는 전류를 미러링하여, 3D 루프 안테나의 크기보다 대략 2배인 "가상 안테나"가 얻어지게 한다. "가상 안테나"는 3D 루프 안테나 및 미러링 또는 이미징된 전류 루프를 포함한다.
3D 안테나가 전도성 재료편에 의해 형성되는지 전도성 재료편 및 RFID 태그가 배치되는 전도성 표면에 의해 형성되는지에 상관없이, 3D 루프 안테나는 전류 루프, 즉 3D 루프 안테나에 의해 생성된 장을 상쇄시키는 전자기장을 전도성 표면에서 유도하지 않는다. 사실, 전도성 표면에 유도된 이미지 전류는 3D 루프 안테나에 의해 형성된 전류 루프에 의해 생성되는 장을 증대시키는 장을 생성한다. 결과적으로, RFID 태그(14)들은, 질문기의 송신 전력을 상당히 증가시킴이 없이, 그렇지 않다면 당업계에 공지된 다른 2D 또는 3D 안테나에 의해 가능하게 되는 것보다 더 큰 증가된 판독 범위를 가질 수 있다. 질문기의 송신 전력이 비교적 일정하게 유지되면서, RFID 태그(14)들의 판독 범위가, 예를 들어, 대략 3 미터(대략 10 피트) 초과일 수 있다. 그러나, 다른 판독 범위들이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 다른 예시적인 판독 범위들에는 대략 30 센티미터(대략 1 피트) 미만의 판독 범위 및 대략 30 센티미터 내지 대략 3 미터(대략 1 피트 내지 대략 10 피트)의 판독 범위가 포함된다.
도 2a는 3D 루프 안테나(22), 스페이서 재료(24), 및 IC 칩(26)을 포함하는 예시적인 RFID 태그(20)의 개략 사시도이다. RFID 태그(20)는 물품 표면(28) 상에 배치된다. 도 2a에 도시되지 않았지만, RFID 태그(20)는 IC 칩(26) 및 안테나(22)를 환경 부스러기와 같은 오염물로부터 보호하는 것을 돕는 외부층을 포함할 수 있다. 외부층은 또한 IC 칩(26) 및 3D 루프 안테나(22)를 물리적 손상으로부터 보호하는 것을 돕기 위해 강성일 수 있다. 외부층은 강성 재료(예를 들어, 유리 또는 세라믹) 또는 가요성 재료(예를 들어, 폴리이미드)와 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 외부층은 또한 면(42, 46)에 걸쳐 연장되고, 따라서 RFID 태그(20)를 완전히 둘러쌀 수 있다.
IC 칩(26)은 안테나(22)를 형성하는 2D 전도성 재료 스트립의 대향 단부(48A, 48B)들을 통해 3D 루프 안테나(22)에 전기적으로 결합된다. 예를 들어, IC 칩(26)은 직접 또는 비아(via)나 크로스오버(crossover)를 사용하여 안테나(22), 즉 단부(48A, 48B)들에 결합될 수 있고, RFID 태그(20) 내에 매립되거나 표면 실장 소자(surface mounted device, SMD)로서 실장될 수 있다.
IC 칩(26)은 RFID 태그(20) 내에 고유 ID 및 기타 바람직한 정보를 저장하고, 질문 하드웨어로부터 수신된 명령을 해석 및 처리하며, 질문기(예를 들어, 도 1의 판독기(16))에 의해 정보에 대한 요청에 응답하고, 질문에 대해 동시에 응답하는 다수의 태그들에 기인한 충돌을 해결하는 펌웨어 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 선택적으로, IC 칩(26)은 단순히 정보를 판독하는 것(판독 전용)과는 달리 내부 메모리에 저장된 정보를 업데이트시키기 위한 명령(판독/기록)에 응답할 수 있다. RFID 태그(20)의 IC 칩(26)에 사용하기 적합한 집적 회로에는, 그 중에서도 특히, 미국 텍사스주 달라스 소재의 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)(즉, Gen 2 IC 제품 라인), 네덜란드 아인트호벤 소재의 엔엑스피 세미컨덕터스(NXP Semiconductors)(즉, I-CODE 제품 라인), 및 스위스 제네바 소재의 에스티 마이크로일렉트로닉스(ST Microelectronics)로부터 입수가능한 것들이 포함된다. RFID 태그(20)가 IC 칩을 포함하는 것으로 기술되지만, IC 칩(26)에 부가하여 또는 그 대신에, 다른 RFID 회로가 사용될 수 있다. 예를 들어, RFID 태그(20)는 표면 탄성파(surface acoustic wave, SAW), 유기 회로, 또는 기타 RFID 식별 요소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 예에서, 3D 루프 안테나(22)는 제1 전도성 부분(40)을 포함하며, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분(40)은 제1 평면(45A)에 있다. 도 2a에 도시된 예에서, 제1 평면(45A)은 x-y 평면에 있다. 루프 안테나(22)는 또한 제2 전도성 부분(44)도 포함하며, 제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제2 전도성 부분(44)은 제1 평면(45A)에 실질적으로 평행인 제2 평면(45B)에 있다. 보다 구체적으로, 제2 평면(45B)은 또한 실질적으로 x-y 평면에 있다. 제1 전도성 부분(40)은 전도성 부분(42, 46)을 통해 제2 전도성 부분(44)에 전기적으로 결합된다. 따라서, 전도성 부분(40, 42, 44, 46)은 전기적으로 결합되어 폐루프를 형성한다. 일부 실시예들에서, 전도성 부분(40, 42, 44, 46)은 루프를 형성하도록 스페이서 재료(24) 둘레에 감싸여진 단일의 2D 전기 전도성 재료 스트립으로부터 형성된다. 다른 실시예들에서, 전도성 부분(40, 42, 44, 46)은 하나보다 많은 2D 스트립으로 만들어질 수 있다.
도 2a의 예는 3D 루프 안테나(22)를 대체로 직사각형인 루프인 것으로 예시한다. 전도성 부분(40, 42, 44, 46)들은 스페이서 재료(24)로 실질적으로 채워진 직사각형 공간을 형성한다. 전도성 부분(40, 44)들은 실질적으로 서로 평행하며, 일반적으로 실질적으로 직사각형인 루프의 면들을 형성한다. 전도성 부분(40, 44)들은 x-축 방향을 따라 측정된 길이, 및 y-축 방향을 따라 측정된 폭을 갖는다. 도 2a에 도시된 예에서, 전도성 부분(44) 및 전도성 부분(40)은 동일한 길이와 폭을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전도성 부분(40)은 전도성 부분(44)보다 더 길 수 있거나, 전도성 부분(44)은 전도성 부분(40)보다 더 길 수 있거나, 전도성 부분(44)은 전도성 부분(40)보다 더 넓을 수 있거나, 전도성 부분(40)은 전도성 부분(44)보다 더 넓을 수 있다.
전도성 부분(40, 44)들을 결합시키는 전도성 부분(42, 46)들은 전도성 부분(40, 44)들 및 따라서 평면(45A, 45B)들에 실질적으로 수직인 직사각형 루프의 면들을 형성한다. 면(42, 46)들은 서로 실질적으로 평행하며, 각각은 z-축을 따라 측정된 RFID 태그(20)의 높이와 대체로 동일한 길이를 갖는다. 전도성 부분(42, 46)은 또한 y-축 방향을 따라 측정된 폭을 갖는다. 일부 실시예들에서, 전도성 부분(42, 46)들의 길이와 폭은 각자의 전도성 부분들의 두께보다 실질적으로 더 크다.
실질적으로 직사각형인 루프 안테나로서 기술되지만, RFID 태그(20)의 3D 루프 안테나(22)는 3D 루프 안테나(22)가 더 많은 또는 더 적은 개수의 면들을 형성하도록 수정되어서 다른 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 전도성 부분(40, 44)들이 서로 실질적으로 평행하지 않을 수 있거나, 전도성 부분(42, 46)들이 서로 실질적으로 평행하지 않을 수 있거나, 둘 모두일 수 있다.
그러나, 면들의 개수에 상관없이, 3D 루프 안테나(22)는, RF 신호, 예를 들어, RF 신호(18)(도 1)에 의해 전력을 공급받을 때 폐회로를 형성하도록, 전류가 연속하여 흐르는 폐루프를 실질적으로 형성할 수 있다. 특히, IC 칩(26)은 제3 평면(45C)에 있는 전류 루프 내의 전도성 부분(40, 42, 44, 46)들을 통해 전류를 여기시킨다. 전도성 부분(40, 42, 44, 46)들을 통한 전류 루프는 도 2b에서 전도성 부분(40, 42, 44, 46)들에서 실선 화살표로 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 전류 루프가 있는 제3 평면(45C)은 제1 평면(45A) 및 제2 평면(45B)에 실질적으로 평행하지 않다. 일부 실시예들에서, 제3 평면(45C)은 제1 평면(45A) 및 제2 평면(45B)에 실질적으로 수직일 수 있다.
도 2a에 도시된 예에서, RFID 태그(20)는 물품(30)의 표면(28) 상에 배치될 때 제1 평면(45A) 및 제2 평면(45B)이 물품(30)의 표면(28)에 실질적으로 평행하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 제3 평면(45C)을 형성하는 전류 루프는 물품 표면(28)에 실질적으로 수직이다. 그러나, 제3 평면(45C), 즉 제3 평면(45C)을 형성하는 전류 루프가 RFID 태그가 부착되는 물품 표면(28)과 실질적으로 평행한 것이 아니라 물품 표면(28)과 소정 각도를 여전히 형성하도록 평면(45A, 45B, 45C)들이 다른 위치들로 배향될 수 있다. 즉, 3D 루프 안테나(22)는 평면(45C)이 물품 표면(28)과 실질적으로 평행하지 않도록 임의의 구성으로 배향될 수 있다. 그러나, 평면(45C)이 물품 표면(28)에 실질적으로 수직이도록 3D 루프 안테나(22)를 배향시키는 것이 일반적으로 바람직할 수 있는데, 그 이유는 이러한 구성이 최대 판독 범위를 달성할 수 있기 때문이다. 평면(45C)이 물품 표면(28)에 실질적으로 평행하도록 3D 루프 안테나(22)를 배향시키는 것이 바람직하지 않을 수 있는데, 그 이유는 그러한 구성이 3D 루프 안테나(22)에 의해 발생되는 장에 보강적으로 추가되는 이미지 전류를 물품 표면(28)에서 야기하지 않기 때문이다.
물품 표면(28)은 물품의 평면 표면 또는 비평면 표면일 수 있다. 도 2a에 도시된 예에서, 물품 표면(28)은 평면 표면이다. 일부 경우들에서, 물품 표면(28)은 구리, 알루미늄, 자성 금속, 및 퍼멀로이(Permalloy)와 같은 금속 합금을 포함한 금속 재료, 흑연 복합재, 및 전기 전도성인 기타 재료와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 전기 전도성 재료이다. RFID 태그(20)는 접착제(도시되지 않음)에 의해 물품 표면(28)에 부착될 수 있다. 접착제는 RFID 태그(20)의 특정 응용에 의존할 수 있는 임의의 적합한 접착제로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 접착제는 감압 접착제 또는 테이프일 수 있다. 대안 실시예들에서, RFID 태그(20)는 장착 부재 또는 다른 적합한 부착 모드에 의해 물품 표면(28)에 부착될 수 있다. 도 9 내지 도 12는 RFID 태그(20)를 대체로 비평면인 표면에 부착하는 데 사용될 수 있는 예시적인 장착 부재를 도시한다.
어느 경우든지, 3D 루프 안테나(22)가 물품 표면(28)과 전자기적으로 상호작용하도록 RFID 태그(20)가 물품 표면(28)에 부착될 수 있다. 도 2a에서, RFID 태그(20)를 물품 표면(28)에 부착시키는 데 전도성 접착제가 사용될 수 있다. 결과적으로, 3D 루프 안테나(22)가 RF 신호에 의해 전력을 공급받을 때, 물품 표면(28) 내의 전류가 안테나(22)에 의해 방사되는 장을 증대시킬 수 있다. 특히, 3D 루프 안테나(22)를 통해 여기된 전류가 RFID 태그가 배치된 물품 표면(28) 상에서 하나 이상의 전류를 유도한다. 예를 들어, 전도성 부분(44)을 통해 흐르는 전류는 물품 표면(28) 상에 전류를 유도할 수 있다. 물품 표면(28) 상에 유도된 전류는 도 2b에서 물품 표면(28) 내에 점선 화살표로 나타나 있다.
물품 표면(28) 상의 유도된 전류는 전자기장을 방사한다. 유도된 전류가 안테나의 장의 적어도 일부분을 상쇄시키는 종래의 안테나 구성과 달리, 3D 루프 안테나(22)는 물품 표면(28) 상의 유도된 전류가 3D 루프 안테나(22)에 의해 방사된 장의 일부분을 상쇄시키지 않도록 배향된다. 보다 구체적으로, 물품 표면(28) 상의 유도된 전류가 3D 루프 안테나(22)에 의해 방사된 장을 상쇄시키지 않는데, 그 이유는 제3 평면을 형성하는 전류 루프가 물품 표면(28)의 평면에 실질적으로 평행하지 않기 때문이다. 사실, 일부 경우들에서, 3D 루프 안테나(22)에 의해 방사된 장은 실제로는 3D 루프 안테나(22)의 배향으로 인해 물품 표면(28) 내의 유도된 전류에 의해 발생된 장에 의해 증대될 수 있다. 예를 들어, 물품 표면(28)은 3D 루프 안테나(22)를 미러링 또는 이미징하는 접지 평면으로서 작용할 수 있다. 도 2b와 관련하여 더 상세히 기술되는 바와 같이, 3D 루프 안테나(22) 및 전기 전도성 표면(28)에 의해 형성되는 전류 루프는 3D 루프 안테나(22)의 실제 크기의 대략 2배인 "가상 안테나"를 형성한다. 즉, 안테나(22)에 의해 생성되는 장의 크기가 대체로 증가된다.
전술된 바와 같이, 당업계에 잘 알려진 일부 2D 및 3D 안테나 형태는 전기 전도성 표면에 부착될 때 터무니 없이 제한된 판독 범위를 나타낼 수 있다. 그러나, 3D 루프 안테나(22)에 의해 물품 표면(28)에 유도된 전류는 RFID 태그(20)가 당업계에 공지된 많은 다른 2D 및 3D 안테나 형태와 비교하여 증가된 판독 범위를 가지게 할 수 있다. RFID 태그(20)와 유사한 RFID 태그들에 대한 판독 범위들을 보여주는 실험 결과들이 이하에서 표 1에 나타나 있다.
3D 루프 안테나(22)의 길이(LANT), 폭(WANT) 및 높이(HANT)는 3D 루프 안테나(22)에 의해 생성되는 증대된 장의 효과를 증가시키도록 선택될 수 있다. 다시 말하면, 길이(LANT), 폭(WANT) 및 높이(HANT)는 RFID 태그(20)의 판독 범위에 영향을 미친다. 따라서, 3D 루프 안테나(22)의 특정 판독 범위는 길이(LANT), 폭(WANT) 및 높이(HANT)의 특정 범위에서 최적화될 수 있다. 크기가 주요 설계 파라미터가 아닌 실시예들과 같은 일부 실시예들에서, 길이(LANT)는 태그(20)의 동작 주파수의 파장의 대략 1/4 내지 파장의 대략 1/2의 범위에 있도록 선택될 수 있다. 일례로서 915 ㎒를 사용할 때, 길이(LANT)는 대략 1 센티미터 내지 대략 15 센티미터(대략 0.5 인치 내지 대략 6인치)의 범위에 있도록 선택될 수 있다. 폭(WANT)은 일반적으로 길이에 비례하여 그리고/또는 다른 가이드라인을 염두에 두고 선택될 수 있다. 또한, 일례로서 915 ㎒를 사용할 때, 폭(WANT)은 대략 6 밀리미터 내지 대략 40 밀리미터(대략 0.25 인치 내지 대략 1.5인치)의 범위에 있도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3D 루프 안테나를 형성하는 전도성 부분들의 길이와 폭은 전도성 부분들의 두께보다 실질적으로 더 크다. 도 2a에 도시된 예에서, 전도성 부분(40, 44)은 안테나 길이(LANT)와 동일한 길이 및 안테나 폭(WANT)과 동일한 폭을 갖는다. 전도성 부분(40, 44)뿐만 아니라 전도성 부분(42, 46)의 예시적인 두께는 대략 0.006 ㎜ 내지 1 ㎜(대략 0.00025 인치 내지 대략 0.04 인치), 더 바람직하게는 대략 0.025 ㎜ 내지 0.25 ㎜(대략 0.001 인치 내지 0.01 인치)의 범위에 있을 수 있다.
3D 루프 안테나(22)의 높이(HANT)는 전도성 부분(40, 44)들 사이에 배치된 스페이서 재료(24)의 높이를 포함한 많은 인자들에 의존한다. 높이(HANT)는 RFID 태그(20)가 부착된 물품 표면(28)로부터 RFID 태그(20)가 실질적으로 돌출하지 않도록 선택될 수 있다. RFID 태그(20)가 물품 표면(28)로부터 상당히 돌출하는 경우, RFID 태그(20) 및/또는 안테나(22)는 손상에 취약할 수 있다. 높이(HANT)는 또한 3D 루프 안테나(22)가 RFID 태그(20)에 매우 근접해 있는 구성요소들과 상당하게 간섭하지 않도록 선택될 수 있다. 일례로서, 높이(HANT)는 대략 0.5 밀리미터 내지 대략 10 밀리미터(대략 0.02 인치 내지 대략 0.4 인치)의 범위에 있을 수 있다. 다른 높이들이 가능하다는 것을 이해하여야 한다.
915 ㎒보다 큰 동작 주파수들에 대해, 길이(LANT) 및 높이(HANT)는 그에 따라 감소될 수 있고, 915 ㎒보다 작은 동작 주파수들에 대해, 길이(LANT) 및 높이(HANT)는 그에 따라 증가될 수 있다. 따라서, 이들 값이 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범주를 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로서 취해져서는 안된다는 것을 이해하여야 한다. 또한, RFID 태그가 가능한 한 크기가 작은 것이 바람직한 것으로 일반적으로 여겨지지만, RFID 태그(20)와 같은 본 명세서에 기술된 RFID 태그는 응용에 적합한 임의의 크기로 구성될 수 있다.
스페이서 재료(24)는 고체 재료 또는 덩어리 미립자 물질로 이루어진 재료로 형성될 수 있다. 적합한 스페이서 재료(24)에는 폴리카르보네이트와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 비교적 가볍고 전기적으로 비전도성인 재료가 포함된다. 다른 적합한 스페이서 재료는 저손실 자성 재료일 수 있다. RFID 태그(20)는 또한 스페이서 재료(24) 없이 구성될 수 있다. 즉, 3D 루프 안테나(22)의 중심 또는 구멍이 고체 재료 대신에 공기로 채워질 수 있다. 이러한 방식으로, 공기가 스페이서 재료(24)로서 작용할 수 있다. 공기가 바람직하며, 고체 또는 덩어리 미립자 재료와 비교하여 비교적 가벼운 중량으로 인해 항공우주 및 기타 운송 응용과 같은 응용에서 특히 유리할 수 있다.
3D 루프 안테나(22)의 특정 특성들은 RFID 태그(20)의 원하는 동작 주파수에 의존한다. 안테나(22)는 질문기(예를 들어, 도 1의 판독기(16))에 의해 방사되는 무선 주파수(RF) 에너지를 수신한다. 예를 들어, 질문기에 의해 방출되는 RF 신호는 전형적으로 약 300 메가헤르츠(㎒) 내지 약 3 기가헤르츠(㎓)의 범위에 있는 주파수를 말하는 극초단파(UHF) RF 신호일 수 있다. 이러한 RF 에너지는 전력 및 명령 둘 모두를 RFID 태그(20)로 전달한다. 일 실시예에서, 3D 루프 안테나(22)는 질문기로부터 RF 에너지를 수집하고 에너지를 변환하여 IC 칩(26)에 전력을 공급하도록 동작하며, IC 칩은 질문기에 의해 검출될 응답을 제공한다. 따라서, 3D 루프 안테나(22)의 특성 또는 특징, 즉 설계 파라미터는 3D 루프 안테나가 포함되는 시스템에 정합되어야 한다.
보다 구체적으로, 증가된 전력 전송을 달성하기 위해, 3D 루프 안테나(22)의 임피던스는 IC 칩(26)의 임피던스와 콘쥬게이트 정합(conjugate matching)될 수 있다. 일반적으로, 규소 RFID IC 칩은 낮은 저항 및 큰 음의 리액턴스를 갖는다. 따라서, 콘쥬게이트 정합을 달성하기 위해, 3D 루프 안테나(22)는 등가 저항 및 동등한 정반대의 큰 양의 리액턴스를 갖도록 설계될 수 있다. 그러나, 3D 루프 안테나(22)가 매우 근접하게 될 때, 즉 금속 또는 액체와 같은 전기 전도성 재료와 전자기적으로 접촉(또는 상호작용)할 때, 3D 루프 안테나(22)의 임피던스는 이조되어, 전력 전송의 손실을 초래한다. 특히, 3D 루프 안테나(22)와 관련하여, 3D 루프 안테나(22)가 물품 표면(28)과 같은 전도성 표면에 부착될 때 3D 루프 안테나(22)의 임피던스가 변화된다.
3D 루프 안테나(22)의 치수, 즉 길이(LANT), 폭(WANT) 및 높이(HANT)는 3D 루프 안테나(22)의 임피던스를 IC 칩(26)의 임피던스와 정합시키기 위해 조절될 수 있다. 게다가, IC 칩(26)이 결합되는 3D 루프 안테나(22) 상의 위치인 급전점(FANT)이 또한 IC 칩(26)의 임피던스에 보다 양호하게 정합하도록 3D 루프 안테나(22)의 임피던스를 변경하도록 조절될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 급전점(FANT)은 도 2에서 수직 점선으로 나타내어진 RFID 태그(20)의 중심(34)과 IC 칩(26)의 위치 사이에서 측정된다. 일부 실시예들에서, IC 칩(26)이 물품 표면(28)에 직접 접속되도록 급전점(FANT)이 조절될 수 있다. 이 경우에, IC(26)는 접지에 직접 접속된다. 급전점(FANT)이 도 2a에서 이러한 방식으로 조절된다면, IC 칩(26)은 면(42) 또는 면(46) 상에 위치된 것으로 예시될 것이다. IC 칩(26)의 임피던스에 대한 3D 루프 안테나(22)의 임피던스 정합은 3D 루프 안테나(22)의 "동조"로 불릴 수 있다.
도 2b는 물품 표면(28)과 관련한 RFID 태그(20)의 단면도이다. 유사한 도면 부호들이 유사한 특징부들을 가리킨다. 전술된 바와 같이, RF 신호(18)는 3D 루프 안테나(22)를 통해 전류를 여기시켜서, 전도성 부분(40, 42, 44, 46)들을 통해 전류 루프를 발생시킨다. 3D 루프 안테나(22)를 통한 전류 루프가 화살표들로 나타나 있다. 물품 표면(28)이 적당히 큰 경우, 물품 표면(28)은 접지 평면으로서 작용할 수 있다. 이미지 이론을 사용하여, 3D 루프 안테나(22)의 대표적인 전기적 모델이 생성될 수 있다. 전기 모델을 사용하여, 물품 표면(28)으로 인해, 전류 루프의 면적이 3D 루프 안테나(22)의 물리적 면적보다 대략 2배만큼 크다는 것을 알 수 있다. 특히, 물품 표면(28)은 전류 루프의 면적을 증대시킬 수 있고, 이는 전체 방사를 증대시킬 수 있다.
다른 예에서, 3D 안테나 루프의 적어도 일부분은 RFID 태그가 상부에 부착되는 전도성 물품 표면의 일부분에 의해 형성된다. 이러한 예는 도 3a 및 도 3b에 더 상세히 도시되어 있다.
도 3a는 3D 루프 안테나(52)를 포함하는 RFID 태그(50)의 다른 예시적인 구성의 개략 사시도이다. 도 3a에서, RFID 태그(50)는 3D 루프 안테나(52), 스페이서 재료(54), IC 칩(26) 및 물품 표면(58)을 포함한다. 일반적으로, RFID 태그(50)는 도 2에서의 RFID 태그(20)와 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, RFID 태그(50)의 구성은 RFID 태그(20)의 구성과 상이하다. 특히, 도 3a에서의 2D 전기 전도성 재료 스트립(60)은 스페이서 재료(54) 주변을 완전히 둘러싸지 않는다. 대신에, 2D 스트립(60)은 물품 표면(58)에 결합되는 2D 스트립(60)의 대향 단부들에서 구조체(51A, 51B)를 포함한다. 이러한 방식으로, 물품 표면(58)은 3D 루프 안테나(52)의 적어도 일부분을 형성한다.
일례에서, 구조체(51A, 51B)는 물품 표면(58)에 직접 연결될 수 있는데, 즉 물품 표면(58)에 전기적으로 접속될 수 있다. 다른 예에서, 구조체(51A, 51B)는 물품 표면(58)에 간접적으로 연결될 수 있는데, 예를 들어, 전자기 결합을 통해 물품 표면(58)에 연결될 수 있다. 즉, 구조체(51A, 51B)는 전자의 예에서, 예를 들어, 전도성 접착제를 통해 물품 표면(58)에 "직접" 접촉할 수 있고, 후자의 예에서 전자기 결합을 통해, 예를 들어, 간극층을 통해 표면(58)에 접촉할 수 있다. 간극층은, 예를 들어, 구조체(51A, 51B)와 물품 표면(58) 사이에 전기적 "간극"을 형성하는 비전도성 접착제를 포함할 수 있다. 그러나, 둘 모두의 경우에서, RFID 태그(50)가 RF 신호에 의해 전력을 공급받을 때, 3D 루프 안테나(52)의 적어도 일부분이 물품 표면(58)에 의해 형성된다. 보다 구체적으로, 전류가 2D 전도성 재료 스트립(60) 및 물품 표면(58)의 일부분을 통해 계속하여 흘러 폐회로를 형성한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 2D 스트립(60)은 IC 칩(26)에 전기적으로 결합된 2개의 개별적인 2D 스트립을 포함할 수 있다. 그러나, 명확함을 위해, 2개의 개별적인 2D 스트립을 본 명세서에서 총칭하여 "2D 스트립(60)"이라 할 수 있다. 다른 실시예들에서, 2D 전도성 재료 스트립(60)은 단일의 연속적인 전도성 재료편을 포함할 수 있다. 도 3a는 2D 스트립(60)을 3개의 전도성 부분(62, 64, 66) 및 구조체(51A, 51B)를 형성하는 것으로서 도시한다. 본 명세서에서, 구조체(51A, 51B)는 "날개(51A, 51B)" 또는 "접촉점"이라 불릴 수 있다. 전도성 부분(62, 64, 66)들은 물품 표면(58)에 노출되는 스페이서 재료(24)의 하부 부분을 남겨두면서 스페이서 재료(24) 둘레를 감싸도록 위치된다. 이러한 방식으로, 전도성 부분(62, 64, 66)들 및 물품 표면(58)은 스페이서 재료(24)에 의해 실질적으로 채워지는 공간을 형성하고, 전도성 부분(66, 64)들 각각은 물품 표면(58)의 평면의 적어도 일부분에 실질적으로 수직인 평면들을 형성한다. 일부 실시예들에서, 물품 표면(58)은 또한 곡선 부분을 포함할 수 있으며, 이 경우에 전도성 부분(64, 66)들은 전체 물품 표면(58)에 실질적으로 수직하지 않을 수 있다. 도 2와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이, 스페이서 재료(24)는 공기, 또는 폴리카르보네이트와 같은 그러나 이로 한정되지 않는 고체 유전성 재료일 수 있다.
3D 루프 안테나(52)의 제1 전도성 부분(60)은 제1 전도성 부분(60)의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 제1 전도성 부분(60)은 제1 평면(55A)에 있다. 도 2에 도시된 예에서, 제1 평면(55A)은 x-y 평면에 있다. 3D 루프 안테나(52)의 날개(51A, 51B)가 또한 날개(51A 또는 51B)의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖는다. 날개(51A, 51B)는 제1 평면(55A)에 실질적으로 평행인 제2 평면(55B)에 있다. 보다 구체적으로, 제2 평면(55B)은 또한 실질적으로 x-y 평면에 있다. 제1 전도성 부분(62)은 각각 전도성 부분(66, 64)을 통해 날개(51A, 51B)에 전기적으로 결합된다.
RF 신호(18)는 제3 평면(55C)에 있는 전류 루프(57A) 내의 물품 표면(58) 및 전도성 부분(62, 64, 66)들을 통해 전류를 여기시킨다. 도시된 바와 같이, 전류 루프(57A)가 있는 제3 평면(55C)은 제1 평면(55A) 및 제2 평면(45B)에 실질적으로 평행하지 않다. 일부 실시예들에서, 제3 평면(55C)은 제1 평면(55A) 및 제2 평면(55B)에 실질적으로 수직일 수 있다. 도 3a에 도시된 예시적인 실시예에서, 제3 평면(55C)은 x-y 평면에 수직인 x-z 평면에 있다.
도 3에 예시된 예에서, RFID 태그(50)는, 물품 표면(58) 상에 배치될 때, 제1 평면(55A) 및 제2 평면(55B)이 물품 표면(58)에 실질적으로 평행하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 제3 평면(55C)을 형성하는 전류 루프(57A)는 물품 표면(58)에 실질적으로 수직이다. 그러나, RFID 태그가 부착되는 물품 표면(58)과 실질적으로 평행한 것이 아니라 물품 표면(58)과 소정 각도를 여전히 형성하는 제3 평면을 전류 루프(57A)가 형성하도록 전도성 부분들이 다른 위치들로 배향될 수 있다. 즉, 3D 루프 안테나(52)는 평면(55C)이 물품 표면(58)과 실질적으로 평행하지 않도록 임의의 구성으로 배향될 수 있다. 그러나, 평면(55C)이 물품 표면(58)에 실질적으로 수직이도록 3D 루프 안테나(52)를 배향시키는 것이 일반적으로 바람직할 수 있는데, 그 이유는 이러한 구성이 최대 판독 범위를 달성할 수 있기 때문이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 전도성 부분(62)은 길이(LP1)를 갖고 물품 표면(58)에 실질적으로 평행하다. 날개(51A, 51B)를 형성하는 전도성 부분들은 각각 길이(LP2a) 및 길이(LP2b)를 갖는다. 길이(LP2a) 및 길이(LP2b)는, 예를 들어, 대략 1.27 ㎝(0.5 인치) 및 2.54 ㎝(1 인치)일 수 있다. 이 예에서, 길이(LP2a) 및 길이(LP2b)는 실질적으로 동일한 길이를 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 길이(LP2a) 및 길이(LP2b)는 상이한 길이일 수 있다. 전도성 부분(64, 66)들은 서로 실질적으로 평행하며 높이(HANT)와 대체로 동일한 길이를 갖는다. 다른 실시예들에서, 전도성 부분(64, 66)들은 서로 실질적으로 평행하지 않을 수 있다. 전도성 부분(62, 64, 66)들 및 날개(51A, 51B)들은 y-축 방향을 따라 측정된 균일한 폭(WANT)을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전도성 부분(62, 64, 66)들 또는 날개(51A, 51B)들 중 임의의 것의 폭이 변할 수 있다. 날개(51A, 51B)들이 x-축 방향을 따라 양측에서 스페이서 재료(24)를 지나 연장되고 2D 스트립(60)을 물품 표면(58)에 직접 또는 전자기적으로 결합시킨다. 이러한 방식으로, 날개(51A, 51B)들이 2D 스트립(60)을 물품 표면(58)에 결합시키는 접촉점으로서 작용한다. 2D 스트립(60) 및 물품 표면(58)이 전자기적으로 서로 결합될 때, 각각의 날개(51A, 51B)는 평행 플레이트 커패시터의 일면으로서 역할하고, 다른 면은 물품 표면(58)의 하부 부분들에 의해 형성된다. 날개(51A, 51B)들은 커패시터가 단락 회로에 근사하게 되도록 또는 커패시터가 다른 임피던스 동조 요소를 형성하도록 크기 설정될 수 있다. 도 3과 관련하여 전술된 바와 같이, 전도성 부분(62, 64, 66)들 및/또는 날개(51A, 51B)들은 다양한 폭 및 길이를 가질 수 있다.
날개(51A, 51B)들의 크기, 특히 물품 표면(58)에 접촉하는 표면적은 원하는 커패시턴스 값에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 이하의 수학식 1 및 수학식 2가 특정의 커패시턴스 값을 달성하는 데 필요한 날개(51A, 51B)의 크기를 계산하는 데 사용될 수 있다. 단락 회로를 달성하기에 충분한 임피던스의 값과 함께 동작 주파수가 수학식 1에 입력될 수 있다. 그리고 나서, 커패시턴스 값(C)에 대해 수학식 1을 풀 수 있다. 커패시턴스 값(C)에 대한 계산된 값은 이어서 유전 상수의 값 및 거리, 즉 날개(51A 또는 51B) 중 하나와 표면(58) 사이의 거리와 함께 수학식 2에 입력될 수 있다. 이어서 날개(51A, 51B)의 크기를 설계하는 데 사용될 수 있는 면적에 대해 수학식 2를 풀 수 있다. 예를 들어, 915의 동작 주파수를 사용하여, 대략 30 피코 패럿(pF) 이상의 커패시턴스가 단락 회로에 근사하게 되는 데 바람직할 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
상기 수학식들에서, Z는 리액턴스이고, ω는 주파수(라디안/초 단위)이고, C는 커패시턴스이며, A는 용량 플레이트(capacitive plate)의 면적이고, D는 용량 플레이트들 사이의 거리이며, ε은 간극의 유전 상수이다.
일반적으로, RFID 태그(50)는 RFID 태그(20)와 유사한 방식으로 동작한다. 즉, RF 신호에 의해 전력을 공급받을 때, 전류가 3D 루프 안테나(52), 예를 들어, 2D 스트립(60) 및 날개(51A, 51B)들 사이의 물품 표면(58)의 일부분을 통해 계속 흐른다. 그러나, 물품 표면(58)이 3D 루프 안테나의 일부분으로서 작용할 뿐만 아니라, 물품 표면(58)에 전류가 유도된다. 예를 들어, 물품 표면(28)은 2D 스트립(60)에서의 전류를 미러링 또는 이미징하는 접지 평면으로서 또한 작용할 수 있다. 도 3b와 관련하여 더 상세히 기술되는 바와 같이, 물품 표면(58)에 대한 전류 루프는 3D 루프 안테나(52)에 의해 방사되는 장을 증대시키는 미러링된 전류가 얻어지게 한다. 이러한 방식으로, 3D 루프 안테나(52)는 3D 루프 안테나(52)의 크기의 대략 2배인 것처럼 동작한다. 다시 말하면, 생성된 장의 크기가 증가됨으로써, 3D 루프 안테나(52)의 판독 범위를 증가시킨다.
또한, 특정 길이(LANT), 폭(WANT), 및 높이(HANT)는 3D 루프 안테나(52)를 동조시키도록 선택될 수 있다. 게다가, 전도성 부분(62)의 길이(LP1)와 폭, 전도성 부분(64, 66)의 길이와 폭, 그리고 날개(51A, 51B)의 길이(LP2a, LP2b)와 폭은 3D 루프 안테나(52)를 동조시키도록 선택될 수 있다. RFID 태그(50) 내의 스페이서 재료(54)는 RFID 태그(20)를 위해 사용되는 스페이서 재료(24)와 동일할 수 있다. 부가적으로, 급전점(FANT)은 동일한 판독 범위를 달성하되 RFID 태그(50)의 감소된 길이(LANT) 및/또는 두께(HANT)에 의해 달성하도록 조절될 수 있다. 이는 이하에서 더 상세히 설명된다.
RFID 태그(50)는 RFID 태그(20)와 유사한 방식으로 물품 표면(58)에 부착될 수 있다. 즉, 감압 접착제와 같은 접착제, 테이프, 또는 폼이 RFID 태그를 표면(58)에 고정시키기 위해 RFID 태그(50)의 하부 부분에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착제는 스페이서 재료(54) 및 날개(51A, 51B)에 도포될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 접착제는 스페이서 재료(54)에만 도포될 수 있다. 전술된 바와 같이, 접착제는 전도성이고, 이에 의해 2D 스트립(60)과 물품 표면(58) 사이에 직접적인 전기 접속을 제공할 수 있다. 접착제는 또한 비전도성이고, 이에 의해 2D 스트립(60)과 물품 표면(58) 사이에 용량 결합을 생성할 수 있다. 대안적으로, 장착 부재 또는 기타 기계적 수단이 사용되어 RFID 태그(50)를 표면(58)에 부착시킬 수 있다. 예시적인 장착 부재가 이하에서 기술된다.
본 발명에 따른 RFID 태그는 또한, 물품이 전도성이든 비전도성이든 상관없이, 판독 범위를 증가시키고자 하는 요구가 있고 물품 상에 RFID 태그를 적용하기 위한 제한된 공간이 있는 응용들에 유용할 수 있다. 많은 응용들에서, 소정 크기의 물품을 수용하기 위해 또는 그렇지 않으면 RFID 태그에 의해 사용되는 물품 표면적의 양을 제한하기 위해 RFID 태그(20)의 길이를 짧게하고 폭을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 방식으로 RFID 태그의 치수를 수정하는 것은 공진을 더 높은 주파수로 이동시킴으로써 UHF 응용에 대해 RFID 태그를 이조시킬 수 있다. RFID 태그의 이조가 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 이하에서 논의되는 바와 같이, 실험 결과들은 RFID 태그(14)가 x-축 방향을 따라(RFID 태그의 길이를 따라) IC 칩의 중심과 안테나의 중심(34)(전형적으로 RFID 태그의 중심임) 사이에서 측정되는 급전점(FANT)을 조절함으로써 재동조될 수 있다는 것을 나타내었다. 따라서, 급전점(FANT)을 조절함으로써, 비교적 긴, 예를 들어 대략 3 미터(대략 10 피트) 초과의 판독 범위를 유지하면서 3D 루프 안테나가 짧게 되고/되거나 더 얇게 제조될 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 다양한 급전점들을 갖는 RFID 태그의 성능을 도시한다.
일부 실시예들에서, RFID 태그는 대략적으로 동작 주파수의 1/4 파장 이하로 크기 설정될 수 있다. 일례로서 915 ㎒의 동작 주파수를 사용할 때, RFID 태그는 전도성 표면에 부착될 때에도 양호한 판독 범위를 유지하면서 대략 1 ㎝ 이하의 길이를 가질 수 있다.
도 3b는 물품 표면(58)과 관련한 RFID 태그(50)의 단면도이다. 유사한 도면 부호들이 유사한 특징부들을 가리킨다. 전술된 바와 같이, 전도성 부분(62, 64, 66)들 및 전도성 물품 표면(58)은 폐루프를 형성한다. RF 신호(18)는 실선 화살표들로 나타낸 전류를 전도성 부분(62, 64, 66)들을 통해 여기시킨다. 물품 표면(58)이 적당히 큰 경우, 물품 표면(58)은 접지 평면으로서 작용할 수 있다. 이미지 이론을 사용하여, 3D 루프 안테나(22)의 대표적인 전기적 모델이 생성될 수 있다. 전기 모델을 사용하여, 물품 표면(58)으로 인해, 전류 루프의 면적이 3D 루프 안테나(22)의 물리적 면적보다 대략 2배만큼 크다는 것을 알 수 있다. 특히, 물품 표면(58)은 전류 루프의 면적을 증대시킬 수 있고, 이는 전체 방사를 증대시킬 수 있다.
도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 RFID 태그, 예를 들어, RFID 태그(20) 또는 RFID 태그(50)의 동조가능 특성을 보여주는 그래프들이다. 이들 그래프는 (IC에 의해 보여지는) 안테나 임피던스의 실수 부분(저항) 및 허수 부분(리액턴스)을 주파수의 함수로서 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 4a 내지 도 7b는 RFID 태그의 루프 안테나의 길이, 폭, 높이 및 급전점을 파라미터로 나타내며, 성능과 크기(즉, 폼 팩터(form factor)) 사이의 원하는 균형을 나타내는 RFID 태그를 설계하기 위한 파라미터들을 제공한다. 전술된 바와 같이, 루프 안테나의 길이, 폭 및 높이는 RFID 태그의 루프 안테나를 동조시키도록 조절될 수 있는 길이 및 폭을 갖는 다양한 전도성 부분(전도성 날개(51A, 51B)를 포함)을 포함할 수 있다. 도 4a 내지 도 7b에 도시된 그래프들은 미국 매사추세츠주 웰즐리 힐스 소재의 컴퓨터 시뮬레이션 테크놀로지(Computer Simulation Technology)로부터 입수가능한 씨에스티 마이크로웨이브 스튜디오(CST Microwave Studio) 소프트웨어에 의한 컴퓨터 모델링을 사용하여 생성되었다.
특히, 도 4a는 약 50 ㎜, 약 75 ㎜ 및 약 100 ㎜의 길이(LANT)를 각각 갖는 RFID 태그에 대한 예시적인 저항 곡선(70A, 72A, 74A)을 도시한다. 도 4b에서의 곡선(70B, 72B, 74B)은 약 50 ㎜, 약 75 ㎜ 및 약 100 ㎜인 길이(LANT)를 각각 갖는 RFID 태그에 대한 리액턴스 곡선이다. 이러한 예에서, RFID 태그는 LANT를 변화시킴으로써 915 ㎒의 주파수에서 동작하도록 설계되고 특정 임피던스에 동조될 수 있다. 다른 파라미터들, 예를 들어, 폭(WANT), 높이(HANT), 및 급전점(FANT)은 도 4a 및 도 4b의 각각의 곡선에 대해 일정하게 유지된다. 구체적으로, 폭(WANT)은 약 12.5 ㎜이고, 높이(HANT)는 약 5 ㎜이며, 급전점(FANT)은 약 0 ㎜이다(즉, IC 칩이 3D 루프 안테나의 중심(34)과 정렬된다). 도 4a 및 도 4b에 도시된 곡선들은 RFID 태그가 짧아짐에 따라 공진이 더 높은 주파수로 이동한다는 것을 암시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 RFID 태그의 폭(WANT)을 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여주는 그래프이다. 곡선(80A 및 80B, 82A 및 82B, 84A 및 84B 그리고 86A 및 86B)들은 각각 약 12.5 ㎜, 약 25 ㎜, 약 37.5 ㎜ 및 약 50 ㎜인 폭(WANT)을 갖는 RFID 태그에 대한 저항 곡선 및 리액턴스 곡선이다. 길이(LANT), 높이(HANT), 및 급전점(FANT)은 각각 약 100 ㎜, 5 ㎜, 및 0 ㎜이다. 따라서, 도 5a 및 도 5b에 도시된 곡선들은 RFID 태그의 폭을 감소시키는 것이 공진의 기울기, 즉 Q를 증가시킨다는 것을 암시한다. 변화하는 기울기는 3D 루프 안테나의 임피던스를 다양한 IC 칩 임피던스 값들에 정합시키는 데 도움이 될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 RFID 태그의 높이(HANT)를 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여주는 그래프이다. 곡선(90A 및 90B, 92A 및 92B, 그리고 94A 및 94B)들은 각각 약 2 ㎜, 약 4 ㎜, 및 약 6 ㎜인 높이(HANT)를 각각 갖는 RFID 태그에 대한 저항 곡선 및 리액턴스 곡선이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 컴퓨터 모델링의 결과는 태그 두께를 감소시키는 것이 RFID 태그의 공진을 더 높은 주파수로 이동시킨다는 것을 암시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 RFID 태그의 급전점(FANT)을 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여주는 그래프이다. 도 7a에서, 곡선(100A, 102A, 104A, 106A, 108A)은 각각 약 5 ㎜, 약 15 ㎜, 약 25 ㎜, 약 35 ㎜ 및 약 45 ㎜의 급전점(FANT)을 갖는 RFID 태그에 대한 저항 곡선이다. 도 7b에서, 곡선(100B, 102B, 104B, 106B, 108B)들은 각각 약 5 ㎜, 약 15 ㎜, 약 25 ㎜, 약 35 ㎜ 및 약 45 ㎜인 급전점(FANT)을 갖는 RFID 태그에 대한 리액턴스 곡선이다. RFID의 길이(LANT), 폭(WANT), 및 높이(HANT)는 각각 약 100 ㎜, 약 12.5 ㎜, 및 약 5 ㎜이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 그래프는 RFID 태그의 급전점(FANT)을 증가시키는 것이 RFID 태그의 제1 공진의 주파수를 감소시킨다는 것을 암시한다.
전술된 바와 같이, 비교적 작은 물품 또는 제한된 공간을 갖는 물품에 대한 부착을 수용하기 위하여 일부 응용들에서 RFID 태그의 길이(LANT) 및 높이(HANT)를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 이들 응용에서, RFID 태그를 부착하기 위한 공간이 제한될 수 있다. 그러나, 도 4a 및 도 4b 그리고 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, RFID 태그의 길이(LANT) 및 높이(HANT)를 감소시키는 것이 공진을 더 높은 주파수로 이동시키며, 이는 RFID를 이조시킬 수 있다. 그러나, 도 7a 및 도 7b의 그래프는 급전점(FANT)을 조절하는 것이 공진을 더 낮은 주파수로 감소시킬 수 있다는 것을 암시한다. 결과적으로, RFID 태그를 짧게 하는 것 및/또는 얇게 하는 것에 의한 악영향이 급전점(FANT)을 조절함으로서 완화될 수 있다.
도 8은 RFID 태그(112)의 판독 범위를 시험하는 시험 시스템(110)의 개략도이다. 일반적으로, 시험 환경(110)은 접지면(116) 위로 높이(H)에서 브라켓 상에 장착된 판독기(114), RFID 태그(112), 시험 표면(118) 및 지지대(120)를 포함한다. 이하에서 논의되는 실험들은 작은 무향실(anechoic chamber)에서 행해졌다. 전자기 간섭을 방지하기 위해, 무향실의 내부는 구리 시트로 차폐되었다. 구리 시트의 상부에, 무향실 내에서의 전자기 반사를 방지하기 위해 무향실 전체에 걸쳐 청색 흡수 원추체(blue absorption cone)가 고정되었다. 판독기(114)는 무향실의 일 단부에 배치되었고, RFID 태그(112)는 무향실의 다른 단부에 배치되었다. 판독기(114)와 RFID 태그(112) 사이의 거리는 대략 1.5 m(5 피트)였다.
이하에서 논의되는 실험들에서 다양한 RFID 태그들이 사용되었다. RFID 태그들은 도 5a 내지 도 8b의 그래프들에 도시된 3D 루프 안테나를 포함하는 RFID 태그의 길이(LANT), 폭(WANT), 높이(HANT), 및 급전점(FANT)을 파라미터로 나타낸 것의 결과를 검증하도록 설계되었다. 예를 들어, 실험 1과 관련하여, 5개의 상이한 태그들이 사용되었다. 이 경우에, RFID 태그들 각각은 도 2에서의 RFID 태그(20)의 구성과 유사한 구성으로 제조되었다. 실험 2 내지 실험 4는 실험 1로부터의 RFID 태그들 중 특정 태그를 사용하여 수행되었다. 실험 5는 도 3a에서의 RFID 태그(50)와 유사한 구성을 갖는 2개의 RFID 태그를 사용하여 수행되었다. 실험들 각각에서, 모든 태그들은 5 ㎜ 두께의 폼 코어, 및 태그를 시험 표면(138)에 부착시키기 위해 배면에 전도성 접착제를 갖는 약 12.5 ㎜ 폭의 구리 테이프를 사용하여 생성되었다. 사용된 규소 IC 칩은 필립스(Phillips) ISO 18000-6B 패키징된 구성요소였다.
전도성 시험 표면(138) 및 비전도성 시험 표면 상에서의 RFID 태그(112)의 판독 범위를 시험하기 위해 시험 시스템(110)이 사용되었다. 전도성 표면으로서 구리 시트가 사용되었다. 전도성 시험 표면 상에서 RFID 태그(112)를 시험할 때, RFID 태그(112)는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴퍼니(3M Innovative Properties Company)로부터 입수가능한 더블 스틱 스카치(Double Stick Scotch™) 테이프를 사용하여 시험 표면(138)에 부착되었다. 비전도성 표면 상에서 RFID 칩(112)의 성능을 시험하기 위해, RFID 칩(112)은 자유 공간과 그다지 다르지 않은 특성들을 갖는 폼 코어 상에서 시험되었다. 따라서, 폼 코어는 자유 공간에 근사하게 된다.
RFID 태그(112)의 판독 범위를 결정하기 위해, 판독기(114)의 전력 수준이 특정 값으로 설정되었고, 태그(112)가 더 이상 판독가능하지 않을 때까지 1 dB의 증분으로 감쇠되었다. 특히, 판독기(114)의 전력 수준이 31 dBm으로 설정되었고, 케이블 손실이 1 dB로 가정되었다. 따라서, 판독기(114)의 생성된 출력 전력은 30 dBm이다. 감쇠된 전력(dB 단위)으로부터 이론적 예상 범위(피트 단위)로 변환하는 것이 이하의 수학식 3 및 수학식 4에서 제공된다.
Figure pct00003
Figure pct00004
이러한 방식으로, 실험 1 내지 실험 5는, 특정 RFID 태그(112)에 대한 최대 판독 범위 거리(D)를 식별하기 위해, 판독기(114)가 판독 범위 거리(D)에서 태그(112)를 판독할 수 있었는지를 결정하였다. 판독기(114)는 RFID 태그(112)가 성공적으로 전력을 공급받아 판독 명령에 응답했는지 여부를 나타내는 시각적 표시를 제공하였다.
실험 1
실험 1에서, 5개의 상이한 RFID 태그, 즉 RFID 태그 A, RFID 태그 B, RFID 태그 C, RFID 태그 D, 및 RFID 태그 E의 판독 범위가 결정되었다. 태그 A는 금속 표면 상에 배치될 때 규소 IC 칩의 임피던스에 정합되도록 설계되었다. 태그 B 및 태그 C는 상이한 급전점(FANT)을 가졌다는 것을 제외하고는 태그 A와 유사하게 설계되었다. 태그 D 및 태그 E는 태그 A와 유사하게 설계되었지만, 태그 A와 비교하여 상이한 증가된 급전점(FANT) 및 감소된 길이(LANT)를 가졌다. 실험 1의 결과가 하기의 표 1에 제공되어 있다.
Figure pct00005
표 1에 나타낸 바와 같이, 태그 A에 대한 판독 범위는 약 28.4 m(11.2 피트)였다. 태그 B에 대한 판독 범위는 약 14.2 m(5.6 피트)인 것으로 관찰되었고, 태그 C에 대한 판독 범위는 약 1.5 m(5 피트) 미만인 것으로 관찰되었다. 태그 B 및 태그 C에 대한 판독 범위가 작을 것으로 예상되었는데, 그 이유는, 위에서 논의된 바와 같이, 급전점(FANT)을 조절하는 것이 태그의 공진을 낮춤으로써 태그를 이조시키기 때문이다. 대조적으로, 태그 D 및 태그 E는 비교적 큰 판독 범위, 즉 각각 6.1 m(20 피트) 및 3 m(10 피트)를 나타내었다. 이 결과는 태그의 증가된 급전점(FANT) 및 감소된 길이(LANT)에 기인한다. 사실, 태그 E의 길이가 약 15 ㎜ 더 짧을지라도, 태그 E의 판독 범위는 태그 B의 판독 범위의 2배이다. 따라서, 급전점(FANT) 및 길이(LANT)를 이러한 방식으로 조절하는 것은 태그 동조 및 판독 범위를 복원시켰다. 부가적으로, 태그 D가 태그 A보다 약간 더 작은 임피던스 값을 갖지만 태그 D가 나타낸 판독 범위가 태그 A의 판독 범위보다 실질적으로 더 크다는 것에 유의하는 것이 중요하다.
실험 2
실험 2에서, 전도성 표면 상이라기보다는, 자유 공간과 그다지 다르지 않은 특성들을 갖는 폼 코어 상에서 태그 A 내지 태그 E를 사용하여 실험 1의 단계들이 반복되었다. 표 2는 RFID 태그 A의 임피던스가 전도성 표면과 비교하여 폼 코어 상에서 상당히 변했다는 것을 나타낸다. 이에 따라, 태그 A의 판독 범위가 감소되었다. 이 실험도 역시 실험 1에서의 태그 D, 즉 금속 플레이트에 부착된 태그 D의 임피던스와 실험 2에서의 태그 E의 임피던스가 거의 동일하다는 것을 보여준다. 이 실험들 각각에서 태그 D와 태그 E의 판독 범위도 역시 비슷하다. 따라서, 금속 표면 상에서 그리고 자유 공간 내에서 명목적으로 동일한 성능을 갖도록 RFID 태그가 설계될 수 있다고 결론지을 수 있다.
Figure pct00006
실험 3
실험 3에서, 실험 1에서 최상의 성능을 나타내었던 태그 D가 복제되었고 원래의 태그 D 및 2개의 복제된 태그, 즉 태그 D1 및 태그 D3에 대해 실험 1의 단계들이 반복되었다. 이 경우에, 태그 D는 양면 점착 테이프로 15.2 ㎝ × 20.3 ㎝ (6" × 8") 금속 플레이트에 고정되었고, 판독기(114)로부터 1.5 m(5 피트)에서 0.61 m(2 피트) 높이에 배치되었다. 판독 안테나의 중심도 역시 접지면(118)으로부터 0.61 m(2 피트) 높이에 위치되었다. 태그 D의 복제된 성능이 하기의 표 3에 나타나 있다.
Figure pct00007
표 3에 주어진 결과는 복제된 태그들의 임피던스 및 판독 범위가 원래의 태그의 임피던스 및 판독 범위와 실질적으로 유사했다는 것을 암시한다. 다시 말하면, 실험 3에서의 복제 태그들에 대한 추가의 시험로부터 얻어진 결과들은 실험 1의 결과들을 확인시켜준다.
실험 4
태그 D의 강건성(robustness)을 평가하기 위해, 다양한 크기의 금속 플레이트 상에서 태그 D의 판독 범위가 측정되었다. 플레이트 크기는 직사각형 및 정사각형이었고 약 41 ㎝ × 41 ㎝ 내지 약 2.5 ㎝ × 10 ㎝ (약 16 인치 × 16 인치 내지 약 1 인치 × 4 인치)의 범위였다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 최대 판독 범위는 약 88.9 m(35 피트)였고, 달성된 보다 작은 판독 범위는 약 5.2 m(17 피트)였다. 표 4로부터, 보다 큰 금속 플레이트에 부착된 태그 D에 의해 보다 큰 판독 범위가 일반적으로 달성되었고, 비교적 더 작은 금속 플레이트에 부착된 태그 D에 의해 보다 작은 판독 범위가 일반적으로 달성되었다는 것이 관찰될 수 있다.
Figure pct00008
실험 5
이 실험에서 사용되는 RFID 태그는 도 3a에서의 RFID 태그(50)와 유사한 구성을 사용하여 설계되었다. 즉, RFID 태그(표 5에서 D2로 표시됨)는 태그 아래의 금속 플레이트와 전기 접촉을 이루는 "날개"를 포함한다. 이러한 설계에서, 날개는 금속 플레이트와 직접 접촉할 수 있거나 용량 결합을 통해 금속 플레이트와 접촉할 수 있다. 표 5에서, 금속 플레이트와 직접 접촉을 하는 날개를 갖는 RFID 태그는 "D2 (날개)"로 표시되어 있다. 이러한 RFID 태그는 동일한 유형의 2개의 상이한 IC 칩으로 시험되었으며, 각각 "칩 1" 및 "칩 2"로 표시되어 있다. D2-칩 1과 D2-칩 2 사이의 성능의 변동은 IC 칩들 사이의 임피던스 변동으로 인해 설명될 수 있다.
표 5는 또한 용량 결합을 위한 유전성 스페이서가 금속 플레이트와 RFID 태그의 날개 사이에 위치된 실험 설비에 대한 결과를 포함한다. 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴퍼니로부터 입수가능한 포스트-잇 노트(Post-It Note)가 유전성 스페이서로서 사용되었다. 금속 플레이트로부터 분리된 날개를 포함하는 RFID 태그에 대한 판독 범위는 금속 플레이트와 직접 접촉된 RFID 태그에 대한 판독 범위보다 실질적으로 더 짧았다. 그러나, 유전성 스페이서에 의해 금속 플레이트로부터 분리된 날개를 포함하는 RFID 태그의 성능이 용량 결합을 위한 RFID 태그를 설계함으로써 개선될 수 있는 것으로 여겨진다. 보다 구체적으로, 안테나의 임피던스를 IC 칩의 임피던스에 보다 양호하게 정합시키도록 길이(LANT) 및 급전점(FANT)을 조절함으로써 성능이 향상될 수 있다.
Figure pct00009
도 9는 RFID 태그(210)를 실질적으로 비평면인 표면에 부착시키는 예시적인 장착 부재(200)의 사시도이다. 일반적으로, 장착 부재(200)는 RFID 태그(210)의 하부 부분에 부착되고 가요성이다. 장착 부재(200)의 가요성은 장착 부재(200)가 만곡되거나 불규칙적인 형상의 표면과 같은 실질적으로 비평면인 표면에 일치할 수 있게 하여 RFID 태그(210)를 실질적으로 비평면인 형태로 지지할 수 있게 한다.
RFID 태그(210)가 전도성 표면 근방에서 기능하기 위해서는, RFID 태그가 전도성 표면으로부터 충분한 거리에 있도록 (또는 태그와 표면 사이에서 전기 비전도성 재료로 이루어지도록) 구조가 설계되어야 한다. 어느 경우든지, 장착 부재는 RFID 태그를 표면으로부터 소정 거리만큼 분리시킨다. 이러한 거리는 장착 부재의 높이 또는 두께라 불릴 수 있으며, 대략 5 ㎜ 초과일 수 있다.
종래의 장착 부재는 RFID 태그를 비교적 평탄한 표면에 부착시키도록 설계된다. 스트립-유사(strip-like) 또는 빔-유사(beam-like) 형상을 갖는 장착 부재가 RFID 태그를 평탄한 표면에 부착시키는 데 적합할 수 있다. 그러나, 이러한 장착 부재는 RFID 태그를 만곡된 표면에 부착하는 데는 적합하지 않을 수 있다. 예를 들어, 종래의 장착 부재를 만곡시키는 것은 장착 부재의 완전성(integrity) 및 형상에 영향을 미치는 구조체 내에서, 특히 상당한 두께를 갖는 장착 부재 내에서 내부 힘을 야기할 수 있다. 이 문제점은 외부 쉘/외부 구조체 또는 플랜지를 갖는 구조체에서 더욱 두드러진다. 그러한 구조체는 굽힘 운동으로부터의 응력을 구조체의 측벽 내로 전달한다. 이는 측벽이 주름지게 하고 플랜지가 좌굴되고 구부러지게 한다.
두번째 문제점은 두꺼운 구조체가 증가된 질량을 갖는다는 것이다. 이는 운송 시스템에서 특히 중요할 수 있는데, 그 이유는 장착 부재로부터 부가된 질량이 RFID 태그 및 구조체가 부착된 차량의 효율성을 감소시킬 수 있기 때문이다. 장착 부재의 질량은 장착 부재의 스페이서 재료를 채우는 폼 또는 버블을 포함함으로써 감소될 수 있지만, 이와 동시에 굽힘 동안에 응력을 증가시킬 수 있다. 이러한 응력 집중은 장착 부재 및/또는 RFID 태그의 균열 및 고장을 야기할 수 있다.
그러나, 도 9에서의 가요성 장착 구조체(200)는 RFID 태그(210)를 비평면인 표면에 부착시키는 데 유용할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 장착 부재(200)는 안테나(212) 및 IC 칩(214)을 포함하는 RFID 태그(210)에 부착된다. 일반적으로, RFID 태그(210)는 임의의 유형의 RFID 태그일 수 있다. 일례로서, 안테나(212)는 본 명세서에 기술된 3D 루프 안테나일 수 있다. 다른 예로서, 안테나(212)는 RFID 기술분야에서 잘 알려진 2D 또는 3D 안테나일 수 있다. 접착제, 예를 들어 감압 접착제 또는 경화성 수지가 RFID 태그(210)를 장착 부재(200)의 표면(202)에 부착시키는 데 사용될 수 있다.
도 9에서, 장착 부재(200)는 표면(202)(기부 부재로 또한 불릴 수 있음) 및 표면(202)에 부착된 스페이서 재료(203)를 포함한다. 스페이서 재료(203)는 장착 부재(200)의 중량을 또한 감소시키면서 가요성을 증진시키도록 형상화되고/되거나 서로 이격된 복수의 섹션(204)(즉, 장착 구조체)으로 분할되어 있다. 도시된 예에서, 표면(202)은 스페이서 재료(203)와 상이한 재료일 수 있다. 이 경우에, 표면(202)은 섹션(204)들에 의해 제공되는 가요성을 제한하지 않는 가요성 재료로 이루어질 수 있고, 섹션(204)들 각각은 표면(202)에 개별적으로 부착될 수 있다. 다른 예에서, 스페이서 재료(203)는 섹션(204)들 및 표면(202) 둘 모두를 형성할 수 있다. 즉, 스페이서 재료(203)는 RFID 태그(210)가 부착되는 실질적으로 평탄한 상부 표면(202) 및 물품 표면에 부착되는 섹션(204)들의 노출된 표면들에 의해 형성되는 하부 표면을 형성하도록 형상화될 수 있다. 결과적으로, 섹션(204)들은, 스페이서 재료(203)를 섹션(204)들을 갖는 형태로 엠보싱, 성형, 또는 달리 형상화함으로써, 이러한 경우의 스페이서 재료(203)에 형성될 수 있다.
장착 부재(200)는 일반적으로 RFID 태그(210)에 대한 충분한 지지를 제공하도록 크기 설정될 수 있다. 예를 들어, 표면(202)은 RFID 태그(210)가 장착 부재(200) 상에 완전히 위치될 수 있도록 표면적을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 장착 부재(200)는 태그(210)의 외부 주연부를 지나 연장될 수 있다. 그러나, 도 9에 도시된 장착 부재(200)의 설계는 단지 예시적인 것이며, 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로서 취해져서는 안된다. 오히려, 장착 부재(200)는 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있으며, RFID 태그(210)를 따라 또는 그를 가로질러 연장되는 리브형 구조체, 채널형 구조체, 및 RFID 태그(210)를 비평면인 표면에 부착시키는 가요성을 증진시키는 기타 특징부 또는 구조체와 같은, 가요성을 증진시키고/시키거나 중량을 감소시키는 다양한 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 장착 부재(220)의 예시적인 구성을 도시한다. 특히, 도 10a는 RFID 태그(210)와 같은 RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면에 부착시키는 장착 부재(220)의 평면도를 도시한다. 도 10a에 도시된 예는 물품 표면에 부착되는 장착 부재(220)의 표면의 상세도를 제공한다. RFID 태그는 도 10a에 도시된 표면의 반대쪽에 있는 장착 부재(220)의 면에 고정될 수 있다. 즉, 도 10a에 도시된 도면은 물품 표면에 부착되는 장착 부재(220)의 하부 표면일 수 있고, RFID 태그는 장착 부재(220)의 상부 표면에 부착될 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 장착 부재(220)는 표면(224) 및 표면(224)로부터 실질적으로 수직으로 돌출한 복수의 구조체(226)를 포함한다. 구조체(226)들은 표면(224)으로부터 실질적으로 외측으로 돌출하는데, 즉 표면(224)에 실질적으로 수직으로 돌출하며, 서로 이격된다. 특히, 구조체(226)는 장착 부재(220)의 두께를 한정하는 높이를 가질 수 있다. 구조체(226)의 높이는 표면(224)의 두께보다 실질적으로 더 클 수 있다. 일반적으로, 표면(224)은 구조적 완전성을 유지하면서, 즉 표면(224)이 손상되는 것을 방지하기에 충분한 강도를 보유하면서 구조체(226)보다 실질적으로 더 얇을 수 있다. 이러한 방식으로, 표면(224)은 구조체(226)에 의해 제공되는 가요성을 제한하지 않는다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 구조체(226)들 각각은 그의 기부와 상부 사이에서 테이퍼 형성될 수 있다. 즉, 구조체(220)가 물품에 부착되는 지점에서보다 표면(224)에 부착되는 지점에서 구조체의 표면적이 더 클 수 있다. 구조체(226)들의 형상 및 간격으로 인해, 장착 부재(220)는 실질적으로 임의의 방향으로 조작되어, 만곡되거나 불규칙적인 형상의 표면에 일치할 수 있다. 일례로서, 장착 부재(220)는 그의 장축(major axis)을 중심으로 또는 그의 단축(minor axis)을 중심으로 구부러지도록 조작될 수 있다. 어느 경우든지, 장착 부재(220)의 이러한 조작은 구조체(220)들 사이의 공간이 감소되게 한다. 이에 따라, 장착 부재(220)가 구부러질 수 있는 정도는 구조체(220)들의 형상에 의해 한정될 수 있다. 따라서, 구조체(226)들 사이의 형상 및 간격뿐만 아니라 구조체(220)가 부착될 물품 표면이 구조체(220)를 설계할 때 고려되어야 한다.
도 10b는 구조체(226)를 더 상세히 도시하는 사시도이다. 구조체(226)는, 예를 들어, 장착 부재(220)(도 10a)의 구조체(226)들 각각의 구성을 나타낼 수 있다. 특히, 도 10b는 장착 부재(220)로부터 분리된 구조체(226)를 도시한다. 구조체(226)는 6개의 면(즉, 227A, 227B, 227C, 227D, 227E, 227F)을 한정한다. 면(227A)은 통상적으로 장착 부재(220)의 표면(224)에 부착되지만, 예시적인 목적을 위해 도 10b에서 노출되어 있다. 면(227B)은 면(227A)에 실질적으로 평행하며, 예를 들어, 접착제를 통해 물품 표면에 부착되도록 설계된다. 면(227A)과 면(227B) 사이의 거리는 높이(H1)를 한정하고, 이 높이가 장착 부재(200)의 두께를 한정할 수 있는데, 그 이유는 위에서 논의된 바와 같이 표면(224)이 비교적 작은 두께를 갖기 때문이다. 전술된 바와 같이, 장착 부재(220)를 통해 RFID 태그가 부착된 전기 전도성 표면으로부터 RFID 태그를 분리시키도록 장착 부재(220)의 두께가 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 높이(H1)는 대략 5 ㎜보다 클 수 있다.
도시된 예에서, 면(227A)에 의해 한정되는 면적은 227B에 의해 한정되는 면적보다 크다. 결과적으로, 구조체(226)가 면(227A)으로부터 면(227B)으로 테이퍼 형성되도록 면(227C, 227D, 227E, 227F)이 서로에 대해 각도를 이루고 있다. 구조체(226)들 각각이 이러한 형상을 공유하기 때문에, 장착 부재(220)는 만곡되거나 불규칙적인 형상의 표면에 일치하도록 조작될 수 있다.
예를 들어, 장착 부재(220)가 볼록 또는 오목 표면에 일치하도록 조작될 수 있다. 장착 부재(220)가 볼록 표면에 일치하도록 조작될 때, 인접한 구조체(226)들 사이의 공간이 감소된다. 보다 구체적으로, 구조체(226)들의 하부 표면들이 서로 더 가깝게 되도록 장착 부재(220)가 자체 상으로 내측으로 구부러진다. 한편, 장착 부재(220)가 오목 표면에 부착되는 경우, 인접한 구조체(226)들의 하부 표면들 사이의 공간이 증가하도록 장착 구조체(220)가 구부러진다.
다른 예에서, 장착 부재(220)는 불규칙적인 형상의 표면에 부착될 수 있다. 불규칙적인 형상의 표면은 하나보다 많은 만곡된 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면은 S자-형상을 가질 수 있다. 이 경우에, 장착 부재(220)의 일부분은 만곡된 표면들 중 하나에 일치하고, 장착 부재(220)의 다른 부분은 다른 만곡된 표면에 일치한다. 중요하게는, 구조체(226)들은 장착 부재(220)가 물품 표면의 형상에 상관없이 물품 표면에 일치하도록 조작되게 된다. 장착 부재(226)에 부착된 RFID 태그가 또한 가요성이도록 설계되어, 태그가 물품에 부착될 때 동작할 수 있게 되어야 한다는 것에 주목하여야 한다.
도 11a는 RFID 태그(210)와 같은 RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면에 부착시키기 위한 가요성을 증진시키는 리브형 구조체(234)를 갖는 표면을 포함하는 장착 부재(230)를 도시하는 평면도이다. 일반적으로, 장착 부재(230)는 장착 부재(230)에 가요성을 제공하는 구조체들의 구성을 제외하고는 장착 부재(220, 210)와 유사할 수 있다.
도 11a에서, 구조체(234)는 서로 평행하고 리브형 표면을 형성하는 복수의 리브 또는 리지(ridge)를 포함하며, 여기서 구조체(234)들 각각은 RFID 태그의 길이에 실질적으로 수직으로 연장되는 종축(235)을 갖는다. 구조체(234)들은 표면(232)으로부터 실질적으로 수직으로 돌출하고 서로 이격된다. 구조체(226)들과 유사하게, 구조체(234)들은 표면(232)과 접촉하는 각각의 구조체(234)의 표면적이 물품 표면과 접촉하는 각각의 구조체(234)의 표면적보다 크도록 테이퍼 형성될 수 있다. 구조체(234)의 테이퍼형 형상 및 구조체(234)들 사이의 간격이 장착 부재(230)의 가요성을 증진시킨다. 장착 부재(230)는 구조체(234)들의 길이를 따라 구부러지도록 구성되고, 구조체(234)들의 테이퍼형 에지들이 서로 접할 때까지 구부러질 수 있다. 이에 따라, 장착 부재(230)는 적어도 하나의 방향으로, 즉 장착 구조체(234)들의 길이를 따라 우세하게 가요성일 수 있다.
도 11b는 장착 부재(230)와 유사한 장착 부재(240)를 도시하는 평면도이다. 그러나, 장착 부재(240)는 장착 부재(230)와 상이한데, 그 이유는 장착 부재(240)가 리브형 표면을 형성하는 리브형 구조체(244)들을 포함하기 때문이며, 여기서 리브형 구조체(244)들 각각의 종축(245)이 RFID 태그의 길이에 실질적으로 수직인 대신에 RFID 태그의 길이를 따라(즉, 길이에 실질적으로 평행하게) 연장된다. 다시 말하면, 리브형 구조체(244)들은 테이퍼형 에지를 가지며, 서로 이격되고 서로 실질적으로 평행하다. 따라서, 장착 부재(240)는 장착 부재(240)의 폭에 걸쳐 특히 가요성일 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 장착 부재에 부착되는 RFID 태그의 길이에 실질적으로 수직하게 또는 그에 실질적으로 평행하게 연장되는 장착 구조체들을 포함하는 장착 부재를 도시하지만, 다른 실시예들에서, 장착 구조체들은 RFID 태그와 관련하여 다른 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 장착 구조체들이 RFID 태그의 길이에 대해 실질적으로 대각선으로(예를 들어, 대략 45도의 각도로) 연장될 수 있다.
도 12는 RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면에 부착시키는 데 유용할 수 있는 채널형 구조체(254)를 갖는 가요성 장착 부재(250)를 도시하는 평면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 채널형 구조체(254)는 서로 맞물린 일련의 핑거들에 의해 형성될 수 있다. 또한, 이들핑거는 표면(252)으로부터 실질적으로 수직으로 돌출할 수 있으며, 장착 부재(250)의 가요성을 증진시키기 위해 테이퍼형 에지를 가질 수 있다.
장착 부재(250)는 장착 부재(250)의 내부가 둘러싸여 있다는 점에서 장착 부재(220, 230, 240)들과 상이하다. 내부는 채널형 구조체(254) 또는 외부 쉘 또는 층에 의해 둘러싸일 수 있다. 내부를 둘러싸는 것은 하나 이상의 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 채널형 구조체(254)에 의해 형성되는 채널 내로 부가적인 접착제를 주입하는 것은 물품 표면에 일치하는 형상을 유지하기 위한 증가된 내구성을 제공할 수 있다. 장착 부재가 물품 표면에 부착된 동안에 장착 부재의 에지 둘레에 에폭시 비드(bead)를 배치하고 에폭시가 경화되게 함으로써 장착 부재(200, 220, 230, 240)를 에지 밀봉하는 것, 즉 이들 장착 부재의 내부를 둘러싸는 것이 가능할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 에폭시가 경화되었을 때, 에폭시는 물품 표면과 각자의 장착 부재 사이의 에지들을 효과적으로 밀봉하여, 접착제에 영향을 주어 장착 부재가 물품 표면으로부터 떨어지게 할 수 있는 환경 손상으로부터 장착 부재와 물품 표면 사이의 내부 공간을 보호한다.
도 13a 및 도 13b는 RFID 태그가 실질적으로 비평면인 표면에 부착될 수 있게 하는 장착 부재를 갖는 RFID 태그를 제조하는 예시적인 방법을 도시한다. 특히, 도 13a는 그러한 RFID 태그를 제조하는 시스템(260)의 측면도를 도시하는 개념도이다. 도 13a에서, 시스템(260)은 가요성을 증진시키는 구조체(266)들을 포함하는 장착 부재(264)와, RFID 태그들의 롤(262)을 포함한다. 장착 부재(264)는 장착 구조체(220, 230, 240, 250) 중 하나 또는 가요성을 증진시키는 구조체들을 포함하는 임의의 다른 고안가능한 장착 부재일 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 장착 부재(264)는 주조 또는 엠보싱과 같은 다양한 공정들에 의해 형성될 수 있다. RFID 태그(262)들의 롤은 일반적으로 다수의 동일 유형의 RFID 태그들을 포함할 수 있지만, 일부 경우에 다양한 상이한 유형의 RFID 태그들을 포함할 수 있다. RFID 태그들은 능동 또는 수동 RFID 태그들일 수 있고, 본 명세서에 기술된 3D 루프 안테나 또는 기타 종래의 2D 또는 3D 안테나를 포함할 수 있다.
도 13a에 도시된 바와 같이, RFID 태그(262)의 밑면이 장착 부재(264)의 상부 표면 상에 배치되도록 RFID 태그(262)들의 롤이 장착 부재(264)의 상부 표면 상에서 롤링될 수 있다. 예를 들어, 구조체(266)들 각각의 종축이 도 2에 도시된 바와 같이 RFID 태그들의 폭(WANT)을 따라 연장되도록 RFID 태그(262)들의 롤이 장착 부재(264)에 적용될 수 있다. 대안적으로, 구조체(266)들 각각의 종축이 RFID 태그(262)의 길이를 따라 연장되도록 RFID 태그(262)들이 장착 부재(264)에 적용될 수 있다. 또 다른 예에서, 구조체(266)는 구조체(226)와 유사할 수 있다. 이 경우에, 구조체(266)들은 RFID 태그(262)들의 밑면에 걸쳐 실질적으로 균일하게 이격될 수 있다.
어느 경우든지, RFID 태그(262)들을 장착 부재(264) 상에 롤링하기 전에 접착제가 장착 부재(264)의 상부 표면에 도포되어, 태그(262)들이 장착 부재(264) 상에 롤링될 때 접착제가 RFID 태그(262)들을 장착 부재(264)에 고정시키게 할 수 있다. 접착제는 감압 접착제 또는 경화성 수지일 수 있다. 접착제가 경화된 때, RFID 태그(262)들은 구조체로부터 개별 RFID 태그들 및 장착 부재 조립체들로 절단될 수 있다. 다이 커팅, 레이저 절단, 또는 기타 공지된 절단 방법들 또는 공정들이 사용되어 구조체로부터 개별 RFID 태그들을 절단할 수 있다.
도 13b는 시스템(260)의 평면도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 13b는 장착 부재(264) 상부에 배치된 RFID 태그(262A-E)들을 도시한다. 도 13b에서의 점선들은 재료로부터 RFID 태그들을 절단하는 경로들을 나타낸다.
도 14a 내지 도 14e는 RFID 태그가 실질적으로 비평면인 표면에 부착될 수 있게 하는 장착 부재를 갖는 RFID 태그를 제조하는 다른 예시적인 방법을 도시하는 개념도이다. 특히, 도 14a 내지 도 14e 각각은 제조 방법에서의 순차적인 단계를 도시한다.
도 14a는 RFID 태그를 위한 장착 부재를 주조하는 공동(cavity, 270)를 도시하는 개념도이다. 도 14b는 캐비티(270) 내부에 배치된 RFID 태그(274)를 도시한다. RFID 태그(274)에 더하여, RFID 태그(274)에 보호를 제공하는 임의의 상부 또는 커버 필름이 또한 RFID 태그(274)와 함께 공동(270) 내에 배치될 수 있다. RFID 태그(274) 및 임의의 다른 보호 필름이 공동(270) 내에 배치되었을 때, 도 14c에 도시된 바와 같이, 공동(270)은 경화성 수지(276)로 채워질 수 있다. 예를 들어, 공동(270)은 사출 성형을 사용하여 열가소성 수지로 채워질 수 있다.
도 14d는 수지(276) 내로 구동되는 형상화 공구(278)를 도시한다. 형상화 공구(278)는 수지(276)가 경화될 때까지 수지(276) 내로 가압될 수 있다. 형상화 공구(278)는 가요성을 증진시키는 구조체를 수지(276) 내에 각인하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 형상화 공구(278)는 구조체(226, 234, 244 또는 254)를 수지(276) 내에 각인하도록 형상화될 수 있다. 대안적으로, 형상화 공구(278)는 수지(276)가 경화된 후에 수지(276)로부터 구조체(226, 234, 244 또는 254)를 절단할 수 있다.
도 14e에서, 수지(276)가 경화되었고, 형상화 도구(278)가 제거되었다. 따라서, 공동(270) 내에 남아 있는 것은 RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면에 부착시키기 위한 장착 부재를 갖는 RFID 태그를 형성한다. 이러한 제조 방법은 RFID 태그에 내화학성 또는 환경 손상으로부터의 다른 보호가 요구되는 경우 특히 바람직할 수 있다. 게다가, 이러한 방법은 RFID 태그 및 장착 부재 조립체가 에지들에서 리브형 섹션들로 마무리되게 하는데, 이는 도 13a 및 도 13b에 설명된 방법을 사용할 때 달성될 수 없을 수도 있다.
도 15a는 예시적인 RFID 태그(300)의 개략 사시도이다. RFID 태그(300)는 도 2a의 RFID 태그(20)와 실질적으로 일치하지만, RFID 태그(300)의 3D 루프 안테나(301)는 동조 요소로서 기능하는 슬릿(302)을 포함한다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 3D 루프 안테나(301)의 급전점(FANT), 즉, IC 칩(26)이 안테나(301)에 결합되는 지점이 3D 루프 안테나(301)의 중심(34)으로부터 오프셋되어 있다. 전술된 바와 같이, 급전점(FANT)의 위치는 3D 루프 안테나(301)를 동조시키도록 조절될 수 있다. 다시 말하면, 급전점(FANT)의 위치는 3D 루프 안테나(301)의 임피던스를 IC 칩(26)의 임피던스와 보다 양호하게 정합시키도록 조절될 수 있다.
부가적으로, 3D 루프 안테나(301)의 슬릿(302)이 3D 루프 안테나(22)의 추가적인 동조를 위한 용량성 동조 요소로서 작용할 수 있다. 슬릿(302)은 SOFFSET의 거리만큼 IC 칩(26)으로부터 오프셋된다. 또한, 도 15a에 도시된 예에서, SOFFSET은 IC 칩(26)으로부터 음의 x-방향으로 있다. 슬릿(302)은 x-방향으로의 슬릿의 길이를 나타내는 길이(LSLIT)를 갖는다. 이와 같이, 슬릿(302)은 LSLIT과 동일한 간극 폭을 갖는 전도성 부분(40) 내의 간극으로 보일 수 있다.
슬릿(302)의 길이(LSLIT), 및 슬릿(302)이 IC 칩(26)으로부터 오프셋된 거리(SOFFSET)는 3D 루프 안테나(22)를 동조시키도록 조절될 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 슬릿(302)의 길이(LSLIT), 및 슬릿(302)이 IC 칩(26)으로부터 오프셋된 거리(SOFFSET)를 조정하는 것은 리액턴스로 불리는 3D 루프 안테나(22)의 임피던스의 허수 부분을 동조시키는 데 특히 효과적일 수 있다. 부가적으로, 그러한 조정은 저항으로 불리는 3D 루프 안테나(22)의 임피던스의 실수 부분을 미세 동조시키는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 슬릿의 길이(LSLIT)가 대략 0.5 내지 5 ㎜일 수 있고, IC 칩(26)으로부터의 슬릿의 오프셋은 대략 2 내지 15 ㎜일 수 있다.
도 15a에 도시된 예에서, 슬릿(302)은 전도성 부분(40)의 보다 짧은 측에 위치된다. 다시 말하면, IC 칩(26)이 3D 루프 안테나(301)의 중심(34)으로부터 오프셋되어 있는 것과 동일한 방향으로, 예를 들어 도 15a에 도시된 예에서 음의 x-방향으로 슬릿(302)이 IC 칩(26)으로부터 오프셋된다. 슬릿(302)을 전도성 부분(40)의 보다 긴 측으로 재위치시키는 것은 3D 루프 안테나(22)의 응답에 상당한 변화를 야기할 수 있다. 안테나(301)의 중심(34)으로부터의 IC 칩(26)의 오프셋, 즉 FANT가 음의 x-방향으로 있는 경우, 안테나의 보다 긴 부분은 오프셋된 IC 칩(26)으로부터 양의 x-방향으로 위치될 것이다. 이 경우에, 3D 루프 안테나(301)의 공진이 이중 공진(double resonance)으로 분할된다. 게다가, 오프셋이 증가함에 따라, 공진 주파수는 UHF 주파수 대역 내의 더 높은 주파수로 이동한다. 공진 주파수의 이러한 증가는 일부 RFID 응용에 대해 바람직하지 않을 수 있다.
도 15b는 물품 표면(28)과 관련한 RFID 태그(300)의 단면도이다. 유사한 도면 부호들이 유사한 특징부들을 가리킨다. 전술된 바와 같이, RF 신호(18)는 3D 루프 안테나(301)를 통해 전류를 여기시켜서, 전도성 부분(40, 42, 44, 46)들을 통해 전류 루프를 발생시킨다. 3D 루프 안테나(301)를 통한 전류 루프가 화살표들로 나타나 있다. 간극이 없는 도 2b의 3D 루프 안테나(22)를 통한 전류 루프와 달리, 3D 루프 안테나(301)를 통한 전류 루프는 슬릿(302)에 의해 형성된 트레이스에서의 간극을 횡단한다. 특히, 슬릿(302)의 각 측에서의 전도성 트레이스(40)의 두께는 각각 용량성 플레이트로서 작용할 수 있다. 3D 루프 안테나(301)를 통해 여기된 전류는, 커패시터의 플레이트로서 작용하는 슬릿(301)의 면들이, 교류 전류(AC) 여기 신호가 3D 루프 안테나(301)를 통해 흐를 때 충전 및 방전하게 한다. 따라서, 슬릿(302)은 교류 전류가 변동함에 따라 충전 및 방전하는 커패시터로서 기능하며, 이는 전술된 동조 능력을 여전히 제공하면서 교류 전류가 방해받지 않는 상태로 흐르는 것처럼 보이게 한다.
도 15a 및 도 15b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 유사한 안테나 내에서 슬릿(302)을 사용하는 것을 도시하지만, 하나 이상의 슬릿(302)들이 유사한 동조 능력을 제공하기 위해 도 3a 및 도 3b에 도시된 3D 루프 안테나(50) 와 같은 다른 안테나 구조체에 추가될 수 있다. 더욱이, RFID 태그(300)는 급전점(FANT)이 안테나(301)의 중심(34)으로부터 오프셋됨이 없이 3D 루프 안테나(301)를 동조시키는 데 사용하기 위한 슬릿(302)을 포함할 수 있다. 이 경우에, IC 칩(26)은 3D 루프 안테나(301)의 중심(34)에 위치되는데, 즉 FANT = 0이다. 또한, 3D 루프 안테나(301)는 하나보다 많은 슬릿(302)을 포함할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 2개의 안테나 설계들의 예시적인 총 임피던스를 나타내는 스미스 차트이다. 특히, 도 16a는 LANT = 70 ㎜, HANT = 5 ㎜, FANT = 13 ㎜, 및 WANT = 6.25 ㎜의 치수를 갖는, 도 2a 및 도 2b의 3D 루프 안테나(22)의 총 임피던스의 스미스 차트를 도시한다. 도 16b는 LANT = 75 ㎜, HANT = 5 ㎜, FANT = 32 ㎜, WANT = 12.5 ㎜, SOFFSET = 5 ㎜, 및 LSLIT = 0.5 ㎜를 갖는, 도 15a 및 도 15b에서 설명된 슬릿(302)을 포함하는 3D 루프 안테나(301)의 총 임피던스의 스미스 차트를 도시한다. 도 16a 및 도 16b에서, 점(310)은 예시적인 IC 칩에 대한 최적의 임피던스 정합을 위한 요구되는 영역을 나타낸다. 정사각형(312A, 312B)은 각각, 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에서, 안테나(22, 301)의 임피던스를 나타낸다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 3D 루프 안테나(22)는, 일부 경우들에서, 예시적인 IC 칩과 정합하는 데 요구되는 리액턴스를 달성하지 못할 수 있다. 그러나, 도 16b에 도시된 바와 같이, 안테나(301)를 형성하는 전도성 트레이스에 슬릿(302)을 추가하는 것은 3D 루프 안테나(301)와 예시적인 IC 칩의 상당히 개선된 임피던스 정합이 얻어지게 한다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 스미스 차트에 나타낸 임피던스 대 주파수 곡선은 스미스 차트의 에지로부터 요구되는 임피던스(310)에 더 가깝게 떨어져 있다.
도 17a 및 도 17b는 RFID 태그(300)의 슬릿(302)의 길이(LSLIT)를 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여주는 그래프이다. 곡선(320A 내지 325A)들은 각각 약 0.2 ㎜, 약 0.4 ㎜, 약 0.5 ㎜, 약 0.6 ㎜, 약 0.8 ㎜ 및 약 1 ㎜인 LSLIT을 갖는 RFID 태그에 대한 저항 곡선이고 곡선(320B 내지 325B)들은 그에 대한 리액턴스 곡선이다. 진공 스페이서 및 RFID 태그(300)가 무한 접지 평면 상에 배치된 상태에서 컴퓨터 모델링이 수행된다. 컴퓨터 모델링은 LANT = 75 ㎜, HANT = 5 ㎜, WANT = 12.5 ㎜, FANT = 30 ㎜ 및 SOFFSET = 5 ㎜의 태그 치수를 가지고 컴퓨터 모델링이 수행된다. 3D 루프 안테나(301)의 이들 치수는 LSLIT이 증분식으로 증가함에 따라 일정하게 유지된다. 0 내지 3 ㎓의 주파수 범위에 걸쳐 시뮬레이션이 수행된다.
컴퓨터 모델링의 결과가 도 17a 및 도 17b에 도시되어 있는데, 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에 마커(marker)가 놓여 있다. 컴퓨터 모델링의 결과는 LSLIT의 증가가 임피던스의 실수 부분(즉, 저항)에서의 최소의 변화를 초래한다는 것을 암시한다. 그러나, LSLIT의 증가는 임피던스의 허수 부분(즉, 리액턴스)에서의 상당한 변화를 초래한다. 또한, 리액턴스의 변화는 3D 루프 안테나(301)의 공진 주파수에 실질적으로 영향을 주지 않고 얻어진다. 하기의 표 6은 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에서의 컴퓨터 모델링의 얻어진 저항 및 리액턴스 값을 제공한다.
Figure pct00010
도 18a 및 도 18b는 RFID 태그(300)의 슬릿 오프셋(SOFFSET)을 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여주는 그래프이다. 다시 말하면, 그래프들은 급전 위치에 대해 슬릿 위치를 변화시킨 결과들을 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여준다. 곡선(320A 내지 323A)들은 각각 약 5 ㎜, 약 10 ㎜ 및 약 15 ㎜인 SOFFSET을 갖는 RFID 태그에 대한 저항 곡선이고, 곡선(320B 내지 323B)들은 그에 대한 리액턴스 곡선이다. 진공 스페이서 및 RFID 태그(300)가 무한 접지 평면 상에 배치된 상태에서 컴퓨터 모델링이 수행된다. 컴퓨터 모델링은 LANT = 75 ㎜, HANT = 5 ㎜, WANT = 12.5 ㎜, FANT = 15 ㎜ 및 LSLIT = 0.5 ㎜의 태그 치수를 가지고 수행된다. 이러한 시뮬레이션에서, 슬릿은 급전 위치(FANT)의 보다 짧은 측에 배치된다. 3D 루프 안테나(301)의 이들 치수는 SOFFSET가 증분식으로 증가함에 따라 일정하게 유지된다. 시뮬레이션은 0 내지 3 ㎓의 주파수를 가지고 수행된다.
컴퓨터 모델링의 결과가 도 18a 및 도 18b에 도시되어 있는데, 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에 마커가 놓여 있다. 컴퓨터 모델링의 결과는 SOFFSET의 증가가 임피던스의 실수 부분(즉, 저항)에서의 최소의 변화를 초래한다는 것을 암시한다. 그러나, SOFFSET의 증가는 임피던스의 허수 부분(즉, 리액턴스)에서의 상당한 변화를 초래한다. 또한, 3D 루프 안테나(301)의 공진 주파수에 대한 영향이 실질적으로 없다. 하기의 표 7은 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에서의 컴퓨터 모델링의 얻어진 저항 및 리액턴스 값을 제공한다.
Figure pct00011
도 19a 및 도 19b는 RFID 태그(300)의 슬릿 오프셋 SOFFSET을 파라미터로 나타내는 예시적인 저항 곡선 및 리액턴스 곡선을 보여주는 그래프이다. 이러한 시뮬레이션에서, 슬릿은 급전 위치의 보다 긴 측에 배치된다. 다시 말하면, 안테나(22)의 중심(34)으로부터의 IC 칩(26)의 오프셋, 즉 FANT가 음의 x-방향으로 있는 경우, 슬릿 오프셋(SOFFSET)은 IC 칩(26)으로부터 양의 x-방향으로 있을 것이다. 곡선(330A 내지 335A)들은 각각 약 5 ㎜, 약 10 ㎜, 약 15 ㎜, 약 20 ㎜, 약 25 ㎜ 및 약 30 ㎜인 SOFFSET을 갖는 RFID 태그에 대한 저항 곡선이고, 곡선(330B 내지 335B)들은 그에 대한 리액턴스 곡선이다. 진공 스페이서 및 RFID 태그(300)가 무한 접지 평면 상에 배치된 상태에서 컴퓨터 모델링이 수행된다. 컴퓨터 모델링은 LANT = 75 ㎜, HANT = 5 ㎜, WANT = 12.5 ㎜, FANT = 15 ㎜ 및 LSLIT = 0.5 ㎜의 태그 치수를 가지고 수행된다. 이러한 시뮬레이션에서, 슬릿은 급전 위치의 보다 짧은 측에 배치된다. 3D 루프 안테나(301)의 이들 치수는 SOFFSET가 증분식으로 증가함에 따라 일정하게 유지된다. 시뮬레이션은 0 내지 3 ㎓의 주파수를 가지고 수행된다.
컴퓨터 모델링의 결과가 도 19a 및 도 19b에 도시되어 있는데, 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에 마커가 놓여 있다. 컴퓨터 모델링의 결과는 3D 루프 안테나(301)의 보다 긴 측에 SOFFSET을 배치하는 것이 3D 루프 안테나(301)의 공진을 이중 공진으로 분할한다는 것을 암시한다. 부가적으로, SOFFSET이 증가함에 따라, 3D 루프 안테나(301)의 공진 주파수가 UHF 대역 내로 더 높게 이동한다. 임피던스의 저항 성분 및 리액턴스 성분과 관련하여, SOFFSET의 증가는 저항의 제한된 변화 및 리액턴스의 상당한 변화를 초래한다. 하기의 표 8은 915 ㎒의 예시적인 동작 주파수에서의 컴퓨터 모델링의 얻어진 저항 및 리액턴스 값을 제공한다.
Figure pct00012
실험 6
실험 6에서, 7개의 상이한 RFID 태그, 즉 RFID 태그 A, RFID 태그 B, RFID 태그 C, RFID 태그 D, RFID 태그 E, RFID 태그 F 및 RFID 태그 G의 판독 범위가 결정되었다. RFID 태그들 각각은 길이(LANT) = 75 ㎜, 폭(WANT) = 12.5 ㎜, 높이(HANT) = 1.5 ㎜, 급전점(FANT) = 16 ㎜ 및 폭_접지 = 25 ㎜로 설계되었다. RFID 태그 A 내지 RFID 태그 F는 슬릿 오프셋(SOFFSET) = 5 ㎜ 및 여러 슬릿 길이(LSLIT)로 설계되었다. RFID 태그 G는 상이한 슬롯 오프셋(SOFFSET)을 가졌던 것을 제외하고는 태그 D와 유사하게 설계되었다. 실험 6의 결과가 하기의 표 9에 제공되어 있다.
Figure pct00013
표 9의 결과에 의해 나타내어진 바와 같이, 간극이 짧아졌을 때(간극=0), 태그가 시험 챔버의 단부에서 판독되지 않았다. 슬릿의 길이(LSLIT)가 증가되고 슬릿 오프셋(SOFFSET)이 동일하게 유지되었을 때, 판독 범위 결과에 실질적인 영향은 없었다. 슬릿의 길이(LSLIT)가 동일하게 유지되고 슬릿 오프셋(SOFFSET)이 감소되었을 때, 즉 RFID 태그 D와 RFID 태그 G의 결과들을 비교할 때, 오프셋(SOFFSET)의 감소는 판독 범위를 상당히 감소시켰다. 이들 실험 결과에 기초하여, SOFFSET이 LSLIT보다 RFID 태그를 동조시키는 데 더욱 양호할 수 있는 것으로 보인다.
도 20a 및 도 20b는 다른 예시적인 RFID 태그(350)를 도시한다. 도 20a는 물품 표면(28)과 관련한 RFID 태그(350)의 개략 사시도이다. 도 20b는 물품 표면(28)과 관련한 RFID 태그(350)의 단면도이다. RFID 태그(350)는 도 2a의 RFID 태그(20)와 실질적으로 일치하지만, RFID 태그(350)의 3D 루프 안테나(352)는 동조 요소로서 기능하는 중첩하는 전도성 부분들을 포함한다. 특히, 3D 루프 안테나(352)의 전도성 부분(354)은 3D 안테나(352)의 전도성 부분(40)의 적어도 일부와 중첩한다. 일례로서, 전도성 부분(354, 40)들은 부분적으로 중첩하는 전도성 트레이스일 수 있다.
일부 경우들에, 3D 루프 안테나(352)는 전도성 부분(354)을 전도성 부분(40)으로부터 분리시키는 기판을 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 전도성 부분(354, 40)들은 공기에 의해 분리될 수 있다. 3D 루프 안테나(301)의 슬릿(302)과 같이, 3D 루프 안테나(352)의 중첩하는 전도성 부분들은 전도성 부분(40)의 보다 짧은 측에, 예를 들어 도 20a 및 도 20b에서 IC 칩(26)의 중심(34)의 좌측에 위치될 수 있다. 중첩하는 전도성 부분(354, 40)들은 전도성 부분(354)과 전도성 부분(40) 사이의 거리와 동일한 중첩부의 높이(HOVERLAP), 중첩부의 길이(LOVERLAP), 중첩부의 폭(WOVERLAP), 및 중첩부의 오프셋(FOVERLAP), 즉 IC 칩(26)의 급전점으로부터 중첩부까지의 거리를 포함한, 3D 루프 안테나(352)를 동조시키기 위해 조절될 수 있는 부가적인 안테나 파라미터들을 제공할 수 있다. 커패시턴스를 증가시키기 위해, 중첩부의 전체 면적(WOVERLAP x LOVERLAP)이 증가될 수 있거나 HOVERLAP이 감소될 수 있다. 커패시턴스의 변화는 공진 주파수의 이동을 야기할 것이고, 안테나를 요구되는 임피던스로 동조시키는 데 사용될 수 있다.
도 20b는 물품 표면(28)과 관련한 RFID 태그(350)의 단면도이다. 유사한 도면 부호들이 유사한 특징부들을 가리킨다. RF 신호(18)는 3D 루프 안테나(352)를 통해 전류를 여기시켜서, 전도성 부분(40, 42, 44, 46, 354)들을 통해 전류 루프를 발생시킨다. 3D 루프 안테나(352)를 통한 전류 루프가 화살표들로 나타나 있다. 도 2b의 3D 루프 안테나(22)를 통한 전류 루프와 달리, 3D 루프 안테나(352)를 통한 전류 루프는 전도성 부분(354)과 전도성 부분(40) 사이의 간극을 횡단한다. 특히, 전도성 부분(40, 354)들의 중첩하는 부분들 각각은, 교류 전류(AC) 여기된 신호가 3D 루프 안테나(352)를 통해 흐를 때 충전 및 방전하는 용량성 플레이트로서 작용한다. 따라서, 전류가 중첩하는 전도성 부분(354, 40)들 사이에서 흘러, 전술된 용량성 동조 능력을 여전히 제공하면서 교류 전류가 방해받지 않는 상태로 3D 루프 안테나(352)를 통해 흐르는 것처럼 보이게 한다.
도 20a 및 도 20b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 유사한 안테나 내에서 중첩하는 용량성 동조 요소를 사용하는 것을 도시하지만, 중첩하는 용량성 부분(354, 40)들이 유사한 동조 능력을 제공하기 위해 도 3a 및 도 3b에 도시된 3D 루프 안테나(50)와 같은 다른 안테나 구조체에 추가될 수 있다. 더욱이, RFID 태그(350)는 급전점(FANT)이 안테나(352)의 중심(34)으로부터 오프셋됨이 없이 3D 루프 안테나(352)를 동조시키는 데 사용하기 위한 중첩하는 전도성 부분들을 포함할 수 있다. 이 경우에, IC 칩(26)은 3D 루프 안테나(352)의 중심(XX)에 위치되는데, 즉 FANT = 0이다.
다양한 실시예들이 기술되었다. 이들 및 다른 실시예들은 이하의 특허청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims (58)

  1. 무선 주파수 식별(radio frequency identification, RFID) 태그(tag)로서,
    제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나(loop antenna); 및
    루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함하며,
    제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있고, 제1 전도성 부분의 적어도 일부분은 루프 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소(tuning element)를 형성하며,
    제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있고, 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합되며,
    제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 흐르도록 전류가 루프 안테나를 통해 여기되는 RFID 태그.
  2. 제1항에 있어서, RFID 태그가 물품의 표면에 부착될 때 제3 평면이 물품의 표면에 실질적으로 수직이도록 구성되는 RFID 태그.
  3. 제1항에 있어서, 제2 전도성 부분은 제3 평면에 있는 전류 루프를 형성하도록 물품의 전도성 표면에 결합되는 RFID 태그.
  4. 제3항에 있어서, 제2 전도성 부분은 전류 루프를 형성하도록 전도성 표면에 결합되는 한 쌍의 접촉점을 포함하는 RFID 태그.
  5. 제3항에 있어서, 제2 전도성 부분은 전류 루프를 형성하도록 물품의 전도성 표면에 전기적으로 결합되는 RFID 태그.
  6. 제3항에 있어서, 제2 전도성 부분은 전류 루프를 형성하도록 물품의 전도성 표면에 전자기적으로 결합되는 RFID 태그.
  7. 제1항에 있어서, 루프 안테나에 의해 발생된 자기장을 향상시키기 위해 루프 안테나를 통해 흐르는 전류가 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면 상에 전류를 유도하도록 구성된 RFID 태그.
  8. 제7항에 있어서, 물품의 전도성 표면 상에 유도된 전류는 루프 안테나의 전류 루프에 의해 둘러싸인 면적을 실질적으로 2배가 되게 하는 RFID 태그.
  9. 제1항에 있어서, 루프 안테나는 소정 길이를 형성하고, RFID 회로는 상기 길이를 따라 중심이 위치되는 RFID 태그.
  10. 제1항에 있어서, 루프 안테나는 소정 길이를 형성하고, RFID 회로는 루프 안테나의 상기 길이의 중심으로부터 오프셋된 RFID 태그.
  11. 제1항에 있어서, 제1 전도성 부분은 안테나가 결합된 RFID 회로의 임피던스와 실질적으로 정합하도록 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소로서 기능하는 제1 전도성 부분 내의 간극을 형성하는 적어도 하나의 슬릿을 포함하는 RFID 태그.
  12. 제11항에 있어서, RFID 회로는 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋된 위치에서 루프 안테나의 제1 전도성 부분에 결합되고, 루프 안테나의 제1 전도성 부분 내의 간극을 형성하는 슬릿은 RFID 회로가 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋되는 것과 동일한 방향으로 RFID 회로로부터 오프셋된 RFID 태그.
  13. 제1항에 있어서, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 트레이스(trace)를 포함하며, 제1 전도성 트레이스는 안테나가 결합된 RFID 회로의 임피던스와 실질적으로 정합하도록 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성하기 위해 제2 전도성 트레이스의 적어도 일부분과 실질적으로 중첩하는 RFID 태그.
  14. 제12항에 있어서, 중첩하는 전도성 트레이스들을 분리시키는 비전도성 재료를 추가로 포함하는 RFID 태그.
  15. 제12항에 있어서, RFID 회로는 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋된 위치에서 루프 안테나의 제1 전도성 부분에 결합되고, 중첩하는 전도성 트레이스들은 RFID 회로가 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋되는 것과 동일한 방향으로 RFID 회로로부터 오프셋된 RFID 태그.
  16. 제1항에 있어서, 루프 안테나는 무선 스펙트럼의 극초단파(ultra high frequency, UHF) 범위에서 동작하도록 동조되는 RFID 태그.
  17. 제1항에 있어서, 제1 전도성 부분의 길이 및 제2 전도성 부분의 길이는 적어도 대략 50 밀리미터(㎜)이고, 제1 전도성 부분의 폭 및 제2 전도성 부분의 폭은 대략 12 내지 50 ㎜이며, 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분의 두께는 대략 1 ㎜ 미만인 RFID 태그.
  18. 제1항에 있어서, 루프 안테나는 내부 공간을 형성하고, RFID 태그는 상기 내부 공간 내에 배치된 스페이서(spacer) 재료를 추가로 포함하는 RFID 태그.
  19. 제1항에 있어서, RFID 회로는 집적 회로(IC), 표면 탄성파(surface acoustic wave, SAW), 및 유기 회로(organic circuit) 중 하나를 포함하는 RFID 태그.
  20. 무선 주파수 식별(RFID) 시스템으로서,
    질문 무선 주파수(RF)장을 출력하도록 구성된 판독기 유닛; 및
    RFID 태그를 포함하며,
    RFID 태그는 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나, 및 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함하며,
    제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있고, 제1 전도성 부분의 적어도 일부분은 루프 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성하며,
    제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있고, 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합되며,
    질문 RF 신호에 응답하여 RF 신호를 출력하기 위해, 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 전류가 여기되는 RFID 시스템.
  21. 제20항에 있어서, RFID 태그는 물품의 표면에 부착될 때 제3 평면이 물품의 표면에 실질적으로 수직이도록 구성되는 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 제2 전도성 부분은 제3 평면에 있는 전류 루프를 형성하도록 물품의 전도성 표면에 결합되는 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 제2 전도성 부분은 전도성 표면에 결합된 한 쌍의 접촉점을 포함하는 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 제2 전도성 부분은 전기적 결합 및 전자기적 결합 중 하나를 통해 전류 루프를 형성하도록 물품의 전도성 표면에 결합된 시스템.
  25. 제20항에 있어서, RFID 태그는 루프 안테나에 의해 발생된 자기장을 향상시키기 위해 루프 안테나를 통해 흐르는 전류가 RFID 태그가 부착되는 물품의 전도성 표면 상에 전류를 유도하도록 구성된 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 물품의 전도성 표면 상에 유도된 전류는 루프 안테나의 자기장을 실질적으로 2배가 되게 하는 시스템.
  27. 제20항에 있어서, 루프 안테나는 소정 길이를 형성하고, IC 칩은 상기 길이를 따라 중심이 위치되는 시스템.
  28. 제20항에 있어서, 루프 안테나는 소정 길이를 형성하고, IC 칩은 루프 안테나의 상기 길이의 중심으로부터 오프셋된 시스템.
  29. 제20항에 있어서, 제1 전도성 부분은 안테나가 결합된 RFID 회로의 임피던스와 실질적으로 정합하도록 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소로서 기능하는 제1 전도성 부분 내의 간극을 형성하는 적어도 하나의 슬릿을 포함하는 시스템.
  30. 제29항에 있어서, RFID 회로는 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋된 위치에서 루프 안테나의 제1 전도성 부분에 결합되고, 루프 안테나의 제1 전도성 부분 내의 간극을 형성하는 슬릿은 RFID 회로가 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋되는 것과 동일한 방향으로 RFID 회로로부터 오프셋된 시스템.
  31. 제20항에 있어서, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 트레이스를 포함하며, 제1 전도성 트레이스는 안테나가 결합된 RFID 회로의 임피던스와 실질적으로 정합하도록 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성하기 위해 제2 전도성 트레이스의 적어도 일부분과 실질적으로 중첩하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 중첩하는 전도성 트레이스들을 분리시키는 비전도성 재료를 추가로 포함하는 시스템.
  33. 제31항에 있어서, RFID 회로는 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋된 위치에서 루프 안테나의 제1 전도성 부분에 결합되고, 중첩하는 전도성 트레이스들은 RFID 회로가 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋되는 것과 동일한 방향으로 RFID 회로로부터 오프셋된 시스템.
  34. 제20항에 있어서, 루프 안테나는 무선 스펙트럼의 극초단파(UHF) 범위에서 동작하는 시스템.
  35. 제20항에 있어서, 제1 전도성 부분의 길이 및 제2 전도성 부분의 길이는 적어도 대략 50 밀리미터(㎜)이고, 제1 전도성 부분의 폭 및 제2 전도성 부분의 폭은 대략 12 내지 50 ㎜이며, 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분의 두께는 대략 1 ㎜ 미만인 시스템.
  36. 물품으로서,
    전기 전도성 표면; 및
    물품의 전기 전도성 표면에 결합된 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 포함하며,
    RFID 태그는 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나, 및 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 RFID 회로를 포함하며,
    제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있고, 제1 전도성 부분의 적어도 일부분은 루프 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성하며,
    제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있고, 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합되며,
    물품의 전기 전도성 표면에 실질적으로 평행하지 않은 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 흐르도록 전류가 루프 안테나를 통해 여기되는 물품.
  37. 제36항에 있어서, RFID 태그는 제3 평면이 물품의 전기 전도성 표면에 실질적으로 수직이도록 구성되는 물품.
  38. 제36항에 있어서, 제2 전도성 부분은 제3 평면에 있는 전류 루프를 형성하도록 물품의 전기 전도성 표면에 결합되는 물품.
  39. 제38항에 있어서, 제2 전도성 부분은 물품의 전기 전도성 표면에 결합되는 한 쌍의 접촉점을 포함하는 물품.
  40. 제38항에 있어서, 제2 전도성 부분은 전기적 결합 및 전자기적 결합 중 하나를 통해 전류 루프를 형성하도록 물품의 전기 전도성 표면에 결합된 물품.
  41. 제36항에 있어서, RFID 태그는 루프 안테나에 의해 발생된 자기장을 향상시키기 위해 루프 안테나를 통해 흐르는 전류가 물품의 전기 전도성 표면 상에 전류를 유도하도록 구성된 물품.
  42. 제41항에 있어서, 물품의 전기 전도성 표면 상에 유도된 전류는 루프 안테나의 자기장을 실질적으로 2배가 되게 하는 물품.
  43. 제36항에 있어서, 제1 전도성 부분은 안테나가 결합된 RFID 회로의 임피던스와 실질적으로 정합하도록 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소로서 기능하는 제1 전도성 부분 내의 간극을 형성하는 적어도 하나의 슬릿을 포함하는 물품.
  44. 제43항에 있어서, RFID 회로는 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋된 위치에서 루프 안테나의 제1 전도성 부분에 결합되고, 루프 안테나의 제1 전도성 부분 내의 간극을 형성하는 슬릿은 RFID 회로가 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋되는 것과 동일한 방향으로 RFID 회로로부터 오프셋된 물품.
  45. 제36항에 있어서, 제1 전도성 부분은 제1 전도성 트레이스를 포함하며, 제1 전도성 트레이스는 안테나가 결합된 RFID 회로의 임피던스와 실질적으로 정합하도록 안테나의 임피던스를 동조시키는 동조 요소를 형성하기 위해 제2 전도성 트레이스의 적어도 일부분과 실질적으로 중첩하는 물품.
  46. 제45항에 있어서, 중첩하는 전도성 트레이스들을 분리시키는 비전도성 재료를 추가로 포함하는 물품.
  47. 제45항에 있어서, RFID 회로는 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋된 위치에서 루프 안테나의 제1 전도성 부분에 결합되고, 중첩하는 전도성 트레이스들은 RFID 회로가 루프 안테나의 중심으로부터 오프셋되는 것과 동일한 방향으로 RFID 회로로부터 오프셋된 물품.
  48. 무선 주파수 식별(RFID) 태그;
    RFID 태그를 실질적으로 비평면인 표면 상에 장착하도록 구성된 장착 부재를 포함하며,
    장착 부재는 상부 표면 및 상부 표면의 반대편인 하부 표면을 포함하는 실질적으로 평탄하고 가요성인 기부 부재(base member), 및
    하부 표면으로부터 돌출하는 복수의 장착 구조체를 포함하는 조립체.
  49. 제48항에 있어서, 복수의 장착 구조체는 RFID 태그의 길이를 따라 배향된 종축을 각각 포함하는 복수의 리브(rib), RFID 태그의 길이를 가로질러 배향된 종축을 포함하는 복수의 리브, 기부 부재의 하부 표면으로부터 돌출하는 복수의 기둥형(pillar-like) 구조체, 또는 적어도 RFID 태그와 관련한 방향으로 연장되는 하나 이상의 채널을 형성하는 복수의 장착 구조체들 중 하나인 조립체.
  50. 제48항에 있어서, 복수의 장착 구조체는 서로 이격된 조립체.
  51. 제48항에 있어서, 장착 구조체들 각각은 테이퍼형 에지(tapered edge)를 갖는 조립체.
  52. 제48항에 있어서, 복수의 장착 구조체는 기부 부재와 일체로 형성되는 조립체.
  53. 제48항에 있어서, RFID 태그는
    제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 포함하는 루프 안테나, 및
    RFID 회로를 포함하며,
    제1 전도성 부분은 제1 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 갖고, 제1 전도성 부분의 길이와 폭은 실질적으로 제1 평면에 있으며,
    제2 전도성 부분은 제2 전도성 부분의 두께를 실질적으로 초과하는 길이와 폭을 가지며, 제2 전도성 부분의 길이와 폭은 사실상 제1 평면에 실질적으로 평행한 제2 평면에 있고, 제2 전도성 부분은 제1 전도성 부분에 전기적으로 결합되며,
    RFID 회로는 제1 평면 및 제2 평면에 실질적으로 수직인 제3 평면에 있는 전류 루프 내의 제1 전도성 부분 및 제2 전도성 부분을 통해 흐르게 하기 위해 전류를 루프 안테나를 통해 여기시키도록 루프 안테나에 전기적으로 접속되는 조립체.
  54. 공동(cavity)을 경화성 수지로 적어도 부분적으로 충전하는 단계;
    공동 내로 성형 공구(shaping tool)를 가압하여 수지를 성형하는 단계;
    재료가 경화된 후에 성형 공구를 제거함으로써 기부 부재로부터 연장되는 복수의 장착 구조체를 형성하는 단계;
    공동으로부터 기부 부재 및 복수의 장착 구조체를 제거하는 단계 - 기부 부재는 무선 주파수 식별(RFID) 태그에 부착하도록 구성된 상부 표면 및 하부 표면을 포함하고 실질적으로 평탄하며, 장착 구조체는 하부 표면으로부터 연장됨 - ; 및
    하나 이상의 RFID 태그를 기부 부재의 상부 표면에 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
  55. 제54항에 있어서, 하나 이상의 RFID 태그를 장착 구조체에 결합시키는 단계는 RFID 태그 및 하나 이상의 보호 필름을 공동의 바닥 내로 배치하는 단계를 포함하고, 공동을 적어도 부분적으로 충전하는 단계는 보호 필름 및 RFID 태그 위에 경화성 수지를 붓는 단계를 포함하고, 보호 필름은 RFID 태그가 수지에 의해 손상되는 것을 방지하는 방법.
  56. 제54항에 있어서, 하나 이상의 RFID 태그를 장착 구조체에 결합시키는 단계는 하나 이상의 RFID 태그를 장착 구조체의 상부 표면에 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, RFID 태그를 부착하는 단계는 장착 구조체의 상부 표면에 접착제를 도포하는 단계, 및 상부 표면 위에서 RFID 태그의 롤(roll)을 롤링시키는 단계를 포함하는 방법.
  58. 제54항에 있어서, 복수의 장착 구조체는 RFID 태그의 길이를 따라 배치된 복수의 리브형 섹션(ribbed section), RFID 태그의 길이를 가로질러 배치된 복수의 리브형 섹션, 평탄 구조체의 하부 표면으로부터 돌출하는 복수의 기둥형 섹션, 및 적어도 RFID 태그와 관련한 방향으로 하나 이상의 채널을 형성하는 복수의 섹션 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
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