KR20110006856A - Isotropic antenna - Google Patents

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김민승
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Abstract

PURPOSE: By using the generation of the inducing current by the capacitive coupling the isotropic antenna supplements the heat null formed in antenna. CONSTITUTION: The dipole antenna(12) is formed on the substrate(11) into the structure of having the square which is partially opened of shape. In order to radiate the current changed suddenly, the internal antenna(15) is arranged in the top of the substrate inside the dipole antenna. The first and 2T matching antennas(13, 14) are arranged in the top of the substrate.

Description

등방성 안테나{ISOTROPIC ANTENNA}Isotropic Antenna {ISOTROPIC ANTENNA}

본 발명은 등방성 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 인식(Radio Frequency Identification; 이하, 'RFID'라 함) 시스템에서 태그(tag) 안테나로서 사용되는 등방성 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an isotropic antenna, and more particularly, to an isotropic antenna used as a tag antenna in a Radio Frequency Identification (RFID) system.

일반적으로, 등방성 안테나(isotropic antenna)는 360° 전방향으로, 구 모양으로 균일하게 방사되는 등방성 복사패턴을 갖는 이상적인 안테나를 말하는 것으로, 이러한 등방성 복사패턴을 갖는 광대역 안테나는 다양한 무선 통신 분야에서 사용될 수 있으며, 특히 RFID 시스템에서 안정적인 인식거리 확보를 위한 태그 안테나로 사용될 수 있다. 태그 안테나란, RFID 칩에 연결되어 칩 내부의 정보를 리더 시스템으로 전송하여 사물에 대한 식별을 가능케 하는 것으로, 태그 안테나는 태그의 방향과 무관하게 리더 시스템이 안정적으로 칩의 정보를 읽을 수 있도록 하기 위해 등방성 복사패턴을 필요로 한다.In general, an isotropic antenna refers to an ideal antenna having an isotropic radiation pattern that is uniformly radiated in a spherical shape in 360 ° omnidirectional, and a broadband antenna having such an isotropic radiation pattern can be used in various wireless communication fields. In particular, it can be used as a tag antenna for securing a stable recognition distance in the RFID system. The tag antenna is connected to the RFID chip to transmit information inside the chip to the reader system to identify the object. The tag antenna allows the reader system to stably read the chip information regardless of the direction of the tag. This requires an isotropic radiation pattern.

그러나 종래의 등방성 안테나는 대부분 복사 패턴에 널(null)이 존재하거나 다른 부분에 비해서 상대적으로 작은 복사이득을 갖는 방향이 존재하는데, 태그 안테나의 경우에 복사이득이 적은 방향이 리더 시스템을 향하게 되면 인식거리가 급 격히 감소하게 되는 문제점이 있으며, 태그 안테나에 결합되는 RFID 칩의 임피던스(impedance)가 매우 캐패시티브(capacitive)하여 광대역 임피던스 정합이 어렵다는 문제점도 있다.However, in the conventional isotropic antenna, there is a direction in which the radiation pattern has a null or a relatively small radiation gain compared to other parts. In the case of a tag antenna, when the direction of the radiation gain is directed toward the reader system, it is recognized. There is a problem that the distance is sharply reduced, and there is a problem that the impedance of the RFID chip coupled to the tag antenna is very capacitive, making it difficult to match the broadband impedance.

또한, 종래의 등방성 안테나는 3차원의 부피를 가지며 접지면을 필요로 하기 때문에 대량 생산이 어려워 태그 안테나로 활용하기에는 부족한 문제점이 있다.In addition, since the conventional isotropic antenna has a three-dimensional volume and requires a ground plane, mass production is difficult, and thus there is a problem that it is insufficient to be used as a tag antenna.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 용량결합에 의한 유도전류 발생을 이용함으로써, 태그 안테나의 위치와 관계없이 리더 안테나에서 송출하는 신호를 원활히 수신할 수 있는 간단한 구조의 등방성 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and by using inductive current generation by capacitive coupling, isotropic simple structure that can smoothly receive the signal transmitted from the reader antenna regardless of the position of the tag antenna The purpose is to provide an antenna.

또한, 본 발명은 급전부의 입력 임피던스가 달라도 쉽게 안테나 구조를 튜닝하도록 하여 넓은 동작대역을 가지는 등방성 안테나를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an isotropic antenna having a wide operating band by easily tuning the antenna structure even when the input impedance of the feeder is different.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 유전체 재질의 기판을 포함하는 등방성 안테나는, 상기 기판상에 배치되며, 상부가 일부 개방된 'ㅁ' 형상을 이루는 다이폴 안테나; 상기 기판상에 배치되며, 상기 다이폴 안테나의 내부에 배치되고, 급전되는 전류를 방사하도록 'ㅁ' 형상을 이루는 내부 안테나; 및 상기 기판상에 배치되고, 상기 다이폴 안테나의 내부에서 상기 내부 안테나와 T매칭 네트워크를 형성하며, 각각 소정 횟수 굴곡진 미앤더 형상을 이루는 제1 및 제2T매칭 안테나를 포함한다.In order to achieve the above object, an isotropic antenna including a substrate made of a dielectric material, the dipole antenna is disposed on the substrate, the dipole antenna having a 'ㅁ' shape of the upper portion; An internal antenna disposed on the substrate, disposed in the dipole antenna, and configured to have a 'ㅁ' shape to radiate a current supplied thereto; And first and second T matching antennas disposed on the substrate and forming a T matching network with the internal antennas in the dipole antenna, each having a curved meander shape a predetermined number of times.

이때, 상기 다이폴 안테나와 제1T매칭 안테나, 상기 다이폴 안테나와 상기 제2T매칭 안테나는 각각 용량결합을 이루고, 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2T매칭 안테나의 상기 미앤더 형상의 간격을 조절하여 임피던스를 매칭하는 것이 바람 직하다.In this case, the dipole antenna and the first T matching antenna, the dipole antenna and the second T matching antenna form a capacitive coupling, respectively, wherein the meander shape of the first and second T matching antenna is adjusted. Matching impedance is preferred.

또한, 상기 다이폴 안테나와 상기 제1T매칭 안테나, 상기 다이폴 안테나와 상기 제2T매칭 안테나 사이의 간격을 조절하여 상기 다이폴 안테나에 유도되는 전류를 조절하며, 상기 제1 및 제2T매칭 안테나는, 서로 바깥쪽으로 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.In addition, by adjusting the interval between the dipole antenna and the first T matching antenna, the dipole antenna and the second T matching antenna to adjust the current induced in the dipole antenna, the first and second T matching antenna, the outside of each other It is preferably arranged to face toward.

상기한 바와 같은 본 발명은, 용량결합에 의한 유도전류의 발생을 이용함으로써, 안테나에 형성되는 복사널을 보완하여 360° 전방향에서 고른 복사패턴을 가지도록 하는 효과가 있다.The present invention as described above, by using the generation of the induced current by the capacitive coupling, there is an effect to have a uniform radiation pattern in 360 ° omnidirectional to complement the radiation formed on the antenna.

또한, 본 발명은 안테나 사이의 간격을 조절함으로써 방사체에 유도되는 전류를 쉽게 조절할 수 있으며, 또한 미앤더 형식의 간격을 조절함으로써 다양한 임피던스를 가지는 전원에 손쉽게 정합이 가능하도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention can easily adjust the current induced in the radiator by adjusting the distance between the antenna, and also has the effect of easily matching to a power source having various impedances by adjusting the meander type spacing.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 등방성 안테나는 안테나 크기의 소형화가 요구되는 RFID 태그용으로 주로 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 그밖에 소형 RF 기기에 사용될 수도 있다는 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.The isotropic antenna according to the present invention may be mainly used for an RFID tag requiring miniaturization of the antenna size, but is not necessarily limited thereto. In addition, the isotropic antenna may be used in a small RF device. Self-evident to those who have

도 1은 본 발명에 따른 등방성 안테나의 일실시예 평면도이다.1 is a plan view of an embodiment of an isotropic antenna according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 등방성 안테나는, 패턴을 인쇄하기 위한 기판(11)과, 기판(11) 위에 인쇄되는 상부가 일부 개방된 'ㅁ' 형상의 다이폴 안테나(12), 기판(11) 위에 인쇄되고 다이폴 안테나(12)의 내부에 배치되는 'ㅁ' 형상의 내부 안테나(15) 및 기판(11) 위에 인쇄되며, 상기 내부 안테나(15)와 T-매칭 네트워크를 이루는 T매칭 안테나(13, 14)를 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the isotropic antenna of the present invention includes a substrate 11 for printing a pattern, a 'ㅁ' -shaped dipole antenna 12 having a partially open upper portion printed on the substrate 11, and a substrate ( 11) a T-matching antenna printed on the inner antenna 15 and substrate 11 having a 'ㅁ' shape printed on the inside of the dipole antenna 12 and forming a T-matching network with the inner antenna 15. 13 and 14 are included.

본 발명의 일실시예에서 사용된 기판(11)은 두께가 약 50㎛이고, 유전율이 2.4인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET) 기판인 것이 바람직하다. 안테나의 패턴은 전도성 잉크를 사용하여 인쇄하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 일실시예에서는 전도성 잉크를 사용하여 기판(11) 위에 인쇄하는 예를 들어 설명하였으나, 기판(11) 위에 에칭을 수행하여 본 발명과 같은 안테나의 패턴을 형성하는 것도 가능하다 하겠다. 에칭 방식에 관해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이므로, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 하겠다.The substrate 11 used in the embodiment of the present invention is preferably a polyethylene terephthalate (PET) substrate having a thickness of about 50 μm and a dielectric constant of 2.4. The pattern of the antenna is preferably printed using conductive ink. However, in one embodiment of the present invention has been described with an example of printing on the substrate 11 using a conductive ink, it is also possible to form the pattern of the antenna as in the present invention by performing an etching on the substrate (11). . Regarding the etching method, it will be obvious to those skilled in the art, and detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 안테나는, 내부 안테나(15)에 급전되는 방식을 채택하고 있으며, 다만 급전부는 도 1에 도시되지 않는다. The antenna of the present invention adopts a system in which power is supplied to the internal antenna 15, but the power supply unit is not shown in FIG.

내부안테나(15)와 T매칭 네트워크를 이루는 T매칭 안테나(13, 14)는 소정 횟수 굴곡진 미앤더(meander) 형상으로 구성되며, 이는 안테나의 크기의 소형화에 기여한다. 또한, 미앤더 형상의 T매칭 안테나(13, 14)는 서로 반대쪽을 향하도록 배치된다.The T matching antennas 13 and 14 forming the T matching network with the internal antenna 15 are configured in a curved meander shape a predetermined number of times, which contributes to the miniaturization of the size of the antenna. Further, the meander-shaped T matching antennas 13 and 14 are arranged to face opposite to each other.

급전부(도시되지 않음)의 입력 임피던스가 달라져도, T매칭 안테나(13, 14) 의 미앤더 간격을 변경하여 쉽게 임피던스 매칭을 할 수 있다. T매칭 네트워크에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 하겠다.Even if the input impedance of the power feeding section (not shown) changes, impedance matching can be easily performed by changing the meander interval of the T matching antennas 13 and 14. As for the T-matching network, since it is well known in the art to which the present invention pertains, a detailed description thereof will be omitted.

다이폴 안테나(12)는 T매칭 안테나(13, 14)와 용량결합(capacitive coupling)을 이루며, 이와 같은 구조의 안테나에 의해, 유도전류가 직교방향 전류를 형성하여, 복사패턴에 널이 존재하지 않고 전방향에서 널이 없는 등방성 패턴 특성을 보일 수 있다. 본 발명에 따르면, 다이폴 안테나(12)의 형상은 T매칭 안테나(13, 14)와 독립적으로 설계할 수 있으므로 여러 방향의 전류를 생성하는데 유리하며, 본 실시예와 같은 형상으로 설계하여, 등방성 복사패턴을 생성하는데 유리하다.The dipole antenna 12 forms capacitive coupling with the T-matching antennas 13 and 14, and by the antenna of such a structure, the induced current forms an orthogonal current so that no null exists in the radiation pattern. It is possible to exhibit null-free isotropic pattern characteristics in all directions. According to the present invention, since the shape of the dipole antenna 12 can be designed independently of the T matching antennas 13 and 14, it is advantageous to generate currents in various directions, and is designed in the same shape as in the present embodiment, and isotropic radiation It is advantageous to create a pattern.

또한, 본 발명의 다이폴 안테나(12)와 T매칭 안테나(13, 14) 사이의 간격(d)을 조절하여 다이폴 안테나(12)에 유도되는 전류를 쉽게 조절할 수 있다.In addition, it is possible to easily adjust the current induced in the dipole antenna 12 by adjusting the distance (d) between the dipole antenna 12 and the T matching antennas 13 and 14 of the present invention.

본 발명의 안테나는, 등방성 특성을 유지하면서 크기를 작게할 수 있어(바람직하게는 4.9×3.8cm), 종래의 등방성 안테나(8×8cm)에 비해 효능이 뛰어나다.The antenna of the present invention can be reduced in size while maintaining isotropic characteristics (preferably 4.9 x 3.8 cm), and is superior in efficiency to conventional isotropic antennas (8 x 8 cm).

도 2는 본 발명에 따른 등방성 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 일실시예 그래프로써, 본 발명의 등방성 안테나를 912MHz에서 25+j150의 입력 임피던스 특성을 보이는 상용 태그칩에 복소정합하였을 때의 반사손실 특성을 나타낸 것이다. 2 is a graph illustrating the return loss characteristic of an isotropic antenna according to the present invention. The loss loss characteristic of the isotropic antenna according to the present invention is complex matched to a commercial tag chip having an input impedance of 25 + j150 at 912 MHz It is shown.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 등방성 안테나는, 대한민국 사용 주파수 대역(912MHz)에서 효율적으로 동작하고 있음을 알 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the isotropic antenna of the present invention operates efficiently in the Korean frequency band (912 MHz).

도 3은 본 발명에 따른 등방성 안테나의 복사패턴을 나타내는 일예시도로써, 본 발명의 등방성 안테나를 상용 태그칩에 복소정합시켰을 때의 복사패턴을 나타낸 것으로, 912MHz에서 계산된 것이다.FIG. 3 is an exemplary view illustrating a radiation pattern of an isotropic antenna according to the present invention. FIG. 3 illustrates a radiation pattern obtained by complex matching the isotropic antenna of the present invention to a commercial tag chip, and is calculated at 912 MHz.

도면에 의해, 본 발명의 등방성 안테나는 태그의 전 방향에서 그 복사이득이 대략 고루 형성되는 것을 알 수 있다.By the figure, it can be seen that the isotropic antenna of the present invention is formed evenly in its radiation gain in all directions of the tag.

다음의 표 1은 다이폴 안테나(12)와 T매칭 안테나(13, 14) 사이의 간격(d)예 따른 최대이득(Gain_max)과 최소이득(Gain_min)의 차이(Gain_dev)을 나타낸 것이다. Table 1 below shows the difference between the maximum gain (Gain_max) and the minimum gain (Gain_min) (Gain_dev) according to the interval d between the dipole antenna 12 and the T matching antennas 13 and 14.

Figure 112009043019516-PAT00001
Figure 112009043019516-PAT00001

이를 그래프로 나타내면 도 4와 같다. 도 4는 본 발명에 따른 등방성 안테나의 최대이득과 최저이득의 차이를 나타내는 일실시예 그래프로써, 본 발명의 등방성 안테나를 상용 태그칩에 복소정합시켰을 때의 다이폴 안테나(12)와 T매칭 안테나(13, 14) 사이의 간격에 따른 최대 복사이득과 최저 복사이득의 차이를 dB로 나타낸 것이다. 이와 같이, 최소이득과 최대이득의 차이에 따라, 다이폴 안테나(12)와 T매칭 안테나(13, 14) 사이의 간격을 조절할 수 있다.This is shown in a graph as shown in FIG. 4 is a graph showing an example of the difference between the maximum gain and the minimum gain of an isotropic antenna according to the present invention. 13, 14) shows the difference between the maximum and the minimum gains in dB. As such, the distance between the dipole antenna 12 and the T matching antennas 13 and 14 may be adjusted according to the difference between the minimum gain and the maximum gain.

도 5는 본 발명에 따른 등방성 안테나의 인식거리를 나타내는 일예시도로써, 본 발명의 등방성 안테나를 상용 태그칩에 복소정합시켰을 때의 방향에 따른 태그의 인식거리를 나타낸 것이다.FIG. 5 is an exemplary view illustrating a recognition distance of an isotropic antenna according to the present invention, and illustrates a recognition distance of a tag along a direction when the isotropic antenna of the present invention is complex matched to a commercial tag chip.

도면에 도시된 바와 같이, 최소거리는 4.2m, 최대거리는 7.2m이므로, 최소거리가 최대거리의 1/2 안에 들어오는 것을 알 수 있다.As shown in the figure, since the minimum distance is 4.2m, the maximum distance is 7.2m, it can be seen that the minimum distance is within 1/2 of the maximum distance.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

도 1은 본 발명에 따른 등방성 안테나의 일실시예 평면도,1 is a plan view of an embodiment of an isotropic antenna according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 등방성 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 일실시예 그래프,Figure 2 is an embodiment graph showing the return loss characteristics of the isotropic antenna according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 등방성 안테나의 복사패턴을 나타내는 일예시도,3 is an exemplary view showing a radiation pattern of an isotropic antenna according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 등방성 안테나의 최대이득과 최저이득의 차이를 나타내는 일실시예 그래프,Figure 4 is an embodiment graph showing the difference between the maximum gain and the minimum gain of the isotropic antenna according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 등방성 안테나의 인식거리를 나타내는 일예시도.5 is an exemplary view showing a recognition distance of an isotropic antenna according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11: 기판11: substrate

12: 다이폴 안테나12: dipole antenna

13, 14: T매칭 안테나13, 14: T matching antenna

15: 내부 안테나15: internal antenna

Claims (5)

유전체 재질의 기판을 포함하는 등방성 안테나에 있어서,In the isotropic antenna comprising a substrate of dielectric material, 상기 기판상에 배치되며, 상부가 일부 개방된 'ㅁ' 형상을 이루는 다이폴 안테나;A dipole antenna disposed on the substrate, the dipole antenna having a top portion partially open; 상기 기판상에 배치되며, 상기 다이폴 안테나의 내부에 배치되고, 급전되는 전류를 방사하도록 'ㅁ' 형상을 이루는 내부 안테나; 및An internal antenna disposed on the substrate, disposed in the dipole antenna, and configured to have a 'ㅁ' shape to radiate a current supplied thereto; And 상기 기판상에 배치되고, 상기 다이폴 안테나의 내부에서 상기 내부 안테나와 T매칭 네트워크를 형성하며, 각각 소정 횟수 굴곡진 미앤더 형상을 이루는 제1 및 제2T매칭 안테나를 포함하는 등방성 안테나.An isotropic antenna disposed on the substrate, the first and second T matching antennas forming a T matching network with the internal antennas within the dipole antenna, each having a curved meander shape a predetermined number of times. 제1항에 있어서, 상기 다이폴 안테나와 제1T매칭 안테나, 상기 다이폴 안테나와 상기 제2T매칭 안테나는 각각 용량결합을 이루는 것을 특징으로 하는 등방성 안테나.The isotropic antenna of claim 1, wherein the dipole antenna, the first T matching antenna, the dipole antenna, and the second T matching antenna form capacitive coupling, respectively. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2T매칭 안테나의 상기 미앤더 형상의 간격을 조절하여 임피던스를 매칭하는 것을 특징으로 하는 등방성 안테나.The isotropic antenna of claim 1, wherein the impedance is matched by adjusting a gap between the meander shapes of the first and second T matching antennas. 제3항에 있어서, 상기 다이폴 안테나와 상기 제1T매칭 안테나, 상기 다이폴 안테나와 상기 제2T매칭 안테나 사이의 간격을 조절하여 상기 다이폴 안테나에 유 도되는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 등방성 안테나.The isotropic antenna of claim 3, wherein the current induced in the dipole antenna is adjusted by adjusting a distance between the dipole antenna, the first T matching antenna, the dipole antenna, and the second T matching antenna. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2T매칭 안테나는, 서로 바깥쪽으로 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 등방성 안테나.The isotropic antenna according to claim 1 or 3, wherein the first and second T matching antennas are disposed to face outwardly from each other.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103606735A (en) * 2013-12-09 2014-02-26 南京逐月电子科技有限公司 Near-field RFID (radio frequency identification) reader antenna for UHF (ultra high frequency) band
KR20220050589A (en) * 2020-10-16 2022-04-25 국방과학연구소 Quasi-isotropic MIMO Antenna

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