KR20110093988A

KR20110093988A - 분산된 방사 퍼튜베이션을 갖는 길게 연장된 트윈 피드 라인 ｒｆｉｄ 안테나

Info

Publication number: KR20110093988A
Application number: KR1020117005741A
Authority: KR
Inventors: 월터 디. 번사이드; 로버트 제이. 버크홀더; 펭-치 에디 차이
Original assignee: 위스트론 네웹 코포레이션; 오하이오 스테이트 유니버시티 리서치 파운데이션
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2011-08-19
Also published as: US20100060457A1; MX2011002539A; CN101673872B; ZA201101697B; EP2332214A4; AU2009292142A1; TW201015777A; CA2736048C; TWI497816B; BRPI0918725A2; BRPI0918725B1; CN101673872A; US8058998B2; EP2332214B1; CA2736048A1; EP2332214A1; KR101485631B1; WO2010030414A1; AU2009292142B2; BRPI0918725B8

Abstract

본 발명은 특히, 아이템 레벨(item level)에서 RFID 태그를 판독하기에 적합한 새로운 RFID 안테나 구조를 제공한다. 상기 안테나는 노출되어 있거나 및/또는 불규칙 방위에 있는 것에 관계없이 저장소, 전시대에 존재하는, 또는 문이나 다른 통로와 같은 제어 영역을 통과하는 태그를 근처 영역에서 판독할 수 있다. 본 발명의 안테나는 다양한 편파(polarization)와 방향을 가지는 라디오 주파수 전기장 빔을 생성한다. 이러한 다양성은, 최소한 각각의 RFID 태그의 편파 매칭(polarization matching)이 있는 몇몇 빔 요소가 이러한 태그를 조명하는 것을 보장하고, 상기 태그에 의하여 신호가 생성되고 검출되는 것을 보장한다.

Description

분산된 방사 퍼튜베이션을 갖는 길게 연장된 트윈 피드 라인 ＲＦＩＤ 안테나 {ELONGATED TWIN FEED LINE RFID ANTENNA WITH DISTRIBUTED RADIATION PERTURBATIONS}

본 발명은 라디오 주파수 식별(RFID, Radio Frequency IDentification) 시스템과, 특히, 이에 응용되는 향상된 안테나에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency IDentification) 기술은 제조, 운송, 유통, 재고, 물품거래에 대한 통제를 매우 향상시킬 것으로 기대된다. 분명하게, 아직 광범위한 영역에서 실현되지 않고 있는 목표는, 주어진 환경에서 유닛(unit) 기반으로 한 상품의 식별이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, RFID 안테나로부터 방사선을 수신할 때, 각각의 물품은 상기 안테나에게 그 존재를 확인하게 하는 변조된 고유한 신호를 돌려보낼 고유한 태그를 수반할 것이다. 상기 안테나는, 결국, 이러한 전송된 신호를 수신하고 판독기와 통신하게 되며, 상기 판독기는 이러한 신호의 수신 및 상기 해당 물품의 존재와 식별을 등록한다.

전형적으로는, 그 특성에 의하여, 해당 물품을 식별하는 RFID 태그는 편파(polarized)되고, 그 결과, 라디오 신호에 대한 응답은 상기 RFID 안테나에 의하여 방사된 신호의 편파를 가지는 태그의 배치에 달려있다.

물품들은 상기 RFID 시스템에 의해 측정되는 공간 내에 임의적으로 위치될 것으로 기대될 수 있으며, 상기 시스템은 이러한 물품들을 판독할 수 있어야 한다. 간섭, 흡착, 반사와 같은 것들 때문에 신호가 약해지는 것은 RFID 태그를 안정적으로 판독하기 위한 RFID 안테나의 능력에 악영향을 끼칠 수 있다. 이러한 조건들은 정부 규약이 허용하는 전자기 신호 전력만큼 많은 전력을 전송하는 것이 기대되게끔 한다.

RFID 안테나는 상대적으로 생산하기에 싸고, 사용 및 탑재가 실용적이고, 설치가 단순해야 한다. 추가적으로, 상기 안테나는 설치될 때 방해받지 않아야 하며, 이상적으로는 용이하게 은닉되어야 한다.

본 발명의 목적은 개선된 안테나의 배치를 통하여 RFID 태그 조명과 안정적인 태그 판독이 가능하게 하는 RFID 안테나를 제공하는 데 있다.

선호되는 실시예에서, 본 발명의 안테나는 원통(cylindrical) 또는 반원통(semi-cylindrical) 영역을 감시하기 위해 사용되는 근접장(near-field) 방사를 생성하는 길게 연장된 구조이다. 상기 안테나의 축은 상기 감시되는 원통 영역의 축 또는 그에 인접하게 위치한다. 한 예를 들면, 상기 안테나는 수직으로 배치될 수 있다. 이러한 구성으로, 상기 안테나는 예를 들면, 선반(shelves), 팰릿(pallet), 진열 케이스(display cabinet) 또는 출입구(doorways) 인근을 감시할 수 있다.

첨부된 실시예에서, 상기 안테나는 길게 연장된 축을 따라 연장된 트윈 피드 라인과, 상기 안테나의 길이 방향으로 이격된 퍼튜베이션(perturbations)들 또는 라디에이터들(radiators)을 포함한다. 상기 피드 라인들은 이격된, 적합하게는 평평한, 한 쌍의 동일평면상의 도체들을 포함할 수 있고, 상기 라디에이터들은 상기 피드 라인들로부터 비스듬하게 브랜치들(branches) 또는 스터브들(stubs)로 연장할 수 있다.

선호되는 실시예에서, 상기 스터브들은 상기 안테나 축에 대하여 삐뚤어져 있다. 상기 축에 대한 상기 스터브들의 삐뚤어짐(skew) 또는 모남(angularity)은 유리한 편파 패턴(polarization pattern)을 개발한다. 상기 피드 라인 도체들은 이상적으로는 나선형(serpentine) 경로를 따라 배치되고, 상기 축을 중심으로 하고, 상기 스터브들을 상기 피드 라인들에 수직 또는 거의 수직으로 지향하는 것에 의하여 상기 스터브로부터의 방사 패턴에 의한 간섭을 감소시킨다.

상기 선호되는 안테나의 배치는 전기장 편파와 빔 방향성 모두의 다양성에 의해 특징지어진다. 그리고, 동시에, 각 라디에이터로부터 수신되는 신호 강도가 상대적으로 균일하다. 이러한 빔 다양성은, FCC(Federal Communication Commission) 규약을 위반하는 것 없이, 상기 안테나가 최대한의 전력 수준에서 구동되고 방사하는 것을 가능하게 하고, 이에 의하여 RFID 태그 조명과 안정적인 태그 판독이 보장될 수 있다. 게다가, 상기 선호되는 안테나 구성에 의해서 얻어진 상기 방향성과 편파에 대한 빔 다양성은, 임의의 방향에 대한 상기 안테나의 운용 범위에서 RFID 태그가 조정된 편파 빔으로 조명되는 것을 보장하는 것에 의하여 성능을 향상시킨다. 빔 다양성은 나아가, 상기 같은 영역을 커버(cover)하기 위한 다중 안테나를 사용하는 것에 의하여 증가된다.

상기 선호되는 안테나에서의 상기 삐뚤어진 편파와 빔 분리 특성은 동일한 안테나 또는 안테나들을 그 축에 대해 플립(flip)되거나 및/또는 제1 안테나에 대해 반전(invert)되도록 하여 편파와 방향성 모두에서의 상기 빔 다양성을 더욱 향상시킨다.

선호되는 실시예에서, 상기 안테나 축에 직교하는 방향으로 편파된 신호 요소들 상기 안테나 축에 거의 직교하는 빔에서 방사하는 동안, 상기 빔 다양성은 상기 안테나의 축방향 또는 수직방향으로 편파된 상기 신호 요소들의 빔을 스캔하는 것에 의한 직관에 반대되는 방식으로 얻어진다.

본 발명에 따른 RFID 안테나를 이용하면, RFID 안테나를 최대한의 전력량으로 효율적으로 구동하는 것이 가능하며, 다수의 라디에이터(radiator)들로 구성된 효과적이고 싼 안테나 유닛을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에서의 안테나의 실시예의, 중간 평면에서의, 정면도이다.
도 2는 도 1의 부분적인 확대도로서, 전기장 인접 영역을 나타낸다.
도 3은 도 1에서의 평면 (3)-(3)에서 얻어진 상기 안테나의 부분적인 단면도이다.
도 4는 상기 안테나로부터 방사되어 수직 및 수평 편파된(polarized) 빔의 계통도(Schematic Diagram)이다.
도 5는 피드(feed) 또는 상기 안테나의 입력단의 예시이다.
도 6은 다른 방향을 가진 동일한 안테나의 인접한 사용을 예시하고 있다.
도 7은 상기 안테나의 한쪽 면을 반원통(semi-cylindrical) 영역으로 덮기에 유용한 배치를 예시하고 있다.
도 8은 대체적인 안테나 구조이다.
도 9는 두 번째로 대체적인 안테나 구조이다.
도 10은 세 번째로 대체적인 안테나 구조이다.
도 11은 도 10에 나타나는 유형의 안테나들 2개의 사용을 나타낸다.

도 1은 RFID 안테나(10)의 선호되는 형태를 예시하고 있다. 상기 안테나는 길이 축(11)을 따라 길게 연장되어 있다. 상기 안테나(10)는 한 쌍의 동일평면상의 트윈(twin) 리본형 도체들 또는 스트립들(strips, 12)을 포함하며, 이들 사이에는 갭(gap) 또는 공간(13)이 있다. 여기서 피드 라인(feed line)으로도 언급되는 상기 도체들(12)은, 구리 또는 알루미늄으로 만들어지며, 예를 들면, 비교적 얇은 자기지지 포일(self-supporting foil)일 수 있고, 또는 인쇄, 증착되거나, 그렇지 않으면 Mylar®와 같이 적합한 유전체 물질의 얇은 캐리어 필름(carrier film, 14) 상에 제조되거나, 또는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)으로부터 에칭(etching)될 수 있다.

가급적이면, 상기 안테나(10)의 길이방향에서 균일하게 이격된 위치에는, 스터브(stubs) 쌍들(즉, 쌍극자) 또는 브랜치 라디에이터들(branch radiators, 16)이 있고, 한 쌍에서의 각각의 스터브는 상기 도체들 또는 피드 라인들(12) 중 관련된 하나와 전기적 연속성을 띠고 있다. 상기 스터브들(16)은 상기 피드 라인들(12)에 사용되는 것과 동일한 재료로 알맞게 형성된 도체들이고, 상기 피드 라인들과 동일평면상에 있으며, 이 라인들과의 전기적 연속성을 보장하기 위하여 이 라인들과 일체로 형성된다.

룸(room) 내부의 공간을 감시하려는 하나의 안테나 설계에 있어서, 상기 안테나는 약 7'(7 ft)의 작은 길이를 가지고, 그 축(11)을 꼿꼿하게 세우거나 수직으로 세운 채로 사용된다. 상기 도체들(12)은 각각 폭이 약 1/2"(1/2 in)이고, 그들간의 공간 또는 갭(13)이 약 1/8"이다. 상기 스터브(16) 도체 폭은 상기 라디에이터의 대역폭을 조절하기 위하여 사용된다. 일반적인 응용에 있어서, 상기 스터브들은 상기 피드 라인들보다 약간 좁고, 길이는 상기 안테나(10)의 피드단(feed end)에서 약 2"로부터 상기 종결단(terminal end)에서 약 3"까지로 다양할 수 있다. 7' 안테나 길이에 있어서, 스터브들(16)의 일곱 쌍 또는 쌍극자들이 상기 안테나의 상기 축(11)을 따라 측정된 약 12"의 간격으로 사용된다. 후술하는 피드 또는 피드 매칭부(17)로부터 스터브들(16)의 제1 쌍까지의 거리는 상기 갭(13)의 중심을 따라 측정할 때 약 4"이고, 스터브들(16)의 마지막 쌍으로부터의 거리는 상기 안테나의 종단(the termination)을 형성하는 상기 도체들(12) 간의 쇼트(short, 18)로부터 약 2"일 수 있다. 선택적으로, 상기 종단은 개방회로 또는 부하 임피던스일 수 있다. 상기 임피던스 종단부는 또한 방사선을 생성할 수 있으며, RFID 태그를 여기시키는 데 사용될 수 있는 점에 주목한다.

도 3은 중간에 끼어있는 구성을 예시하는 상기 안테나(10)의 단면도이다. 상기 도체들(12)과 상기 스터브들(16)은 인쇄, 적층되거나, 그렇지 않으면 두 개의 저밀도 유전체 보드(board) 또는 패널들(21) 사이에 있는 상기 캐리어 필름(14) 상에 배치된다. 선택적으로, 상기 도체들(12)과 스터브들(16)은, 충분히 자기 지지가 수행된다면, 상기 필름(14)을 제거하기 위하여 상기 보드(21) 중 하나에 직접적으로 적층될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 상기 도체들(12)과 스터브들(16)은 보드(21)에 직접적으로 인쇄될 수 있다. 상기 보드들(21)은 예를 들어, 저밀도(1.5 lbs/ft³), 폴리스틸렌(polystyrene) 폼으로 성형될 수 있다. 예를 들어 0.040" 두께의 보호용 헤비(heavy) 플라스틱 필름(22)은 상기 폼 보드(21)의 외부면 상에서 견고하게 고정되거나, 접착된다. 상기 보드들(21), 전도성 스트립(conductive strips, 12), 스터브들(16), 소정의 필름(14)과 필름(22)은 원한다면, 상대적으로 견고한 안테나 패키지를 생산하기 위하여 함께 적합한 접착제에 의하여 견고하게 고정리고, 및/또는 접착될 수 있다. 상기 보드들(21)의 존재는, 상기 안테나가 상기 안테나의 성능에 매우 불리한 영향을 미치도록 설치될 때, 둘러싸는 구조들, 물질들 또는 물품들이 상기 안테나(10)에 너무 가깝게 되지 않도록 한다.

상기 스터브들 또는 라디에이터들(16)은 상기 안테나의 상기 축(11)에 대한 각도에 기울어진 방향을 가진다. 이상적으로, 상기 스터브들(16)은 상기 축(11)에 대하여 약 45˚의 각도로 놓여있다. 상기 안테나(10)의 길이방향에 따른 각각의 위치에 쌍극자를 형성하는 상기 두 개의 스터브들 또는 브랜치들(16)은 가급적이면 공통 라인을 따라 놓이도록 모두 정렬되어 있다.

도 5는 동축 케이블(26)로부터 상기 안테나(10)에 급전(feeding)하는 방식을 나타낸다. 1/4 파장 임피던스 변압기의 형태인, 피드 매칭부(17)는 상기 안테나 피드 라인(12)이 탑재되는 상기 Mylar® 시트(14)와 같이 적절히 얇은 비전도성 보드 상에 두 개의 전도성 스트립(28)을 포함한다. 상기 스트립들(28)은 상기 피드 라인 도체들(12)과 전기적으로 접속되어 있으며, 약 1㎜의 좁은 갭(29)으로 분리된다. 상기 동축 케이블(26)의 중심 도체(31)는 상기 각각의 스트립에 구멍을 뚫은 후에, 일체형 바브(barbs)를 가지는 금속 클램프(32)의 형태인 기계적 커넥터가 상기 스트립을 탑재하는 상기 필름(14)의 아랫면에 가깝게, 또는 상기 스트립이 자기 지지를 수행한다면, 상기 스트립의 반대편에 가깝게 하여 단단히 크림프되는(crimped) 것에 의하는 것처럼 상기 스트립들(28) 중 하나와 전기적으로 접속된다. 상기 금속 클램프들 또는 커넥터들(32, 34)은 이러한 요소들 사이의 안정적인 전기적 연결을 보장하기 위하여 그들 각각의 도체들(31, 33)과 피드 스트립들(28) 사이에서 납땜되어질 수 있다. 상기 1/4 파장 임피던스 변압기의 계단식 특성 때문에, 작은 신호 수준도 방사하는 경향이 있다. 이러한 작은 방사조차도 여기서 논의되는 RFID 응용에 대해 유용할 수 있다.

도 1을 살펴보면, 여러 쌍의 스터브들과 브랜치들(16)이 포지티브 슬로프(positive slope)(제1, 제3, 제5 및 제7 스터브 쌍들)에서 네거티브 슬로프(negative slope)(제2, 제4 및 제6 스터브 쌍들)로 번갈아 발생하는 것이 나타난다. 상기 피드 라인들(12)은 2-선 전송 라인으로서 동작하며, 하나의 피드 라인에서의 전류와 다른 피드 라인의 전류가 180˚ 위상 차이가 있는 것은 잘 알려져 있다. 이는 상기 스터브들(16)의 각각의 쌍에서의 전류가 동위상이 되는 것을 허용하고, 이에 의하여 서로 보강하는 방사 신호를 생성한다. 상기 단말(18)에서의 상기 피드 라인들(12) 간의 상기 쇼트는 스터브들(16)의 마지막 쌍의 약 1/4 파장 이하이다.

상기 피드 라인들(12)의 나선형 경로는, 이와 같은 경로를 형성하지 않은 경우에 일반적으로, 이러한 라인들이 상기 스터브들(16)에 의하여 생산된 방사 신호들의 방향성과 강도에 미치는 영향을 유리하게 제한하는 것이 발견된다. 상기 피드 라인들(12)의 나선형 구성은 상기 피드 라인들로부터 상기 스터브들(16)의 말단(distal end) 또는 자유단(free end)이 갭을 가지도록 하며, 도 2에서 나타나는 이상적인 전기장 패턴을 생성한다.

스터브(16)로부터의 방사는 상기 스터브에 평행 또는 거의 평행하게 편파된다. 도 1과 도 4에서, 상기 스터브들, 즉 쌍극자들(16)은 상기 축(11)에 +45˚ 또는 -45˚ 각도로 배치된다. 상기 안테나(10)의 상기 축(11)이 수직 방향인 점에 비추어 볼 때, 상기 각이 있는 스터브들(16)의 방사는 수평 및 수직 요소들을 모두 가진다. 상기 안테나(10)의 상기 스터브들(16) 모두의 수평 편파된 방사 요소들은 모두 같은 방향으로 편파되고 거의 동위상이 되어, 상기 안테나 축(11)에 거의 수직한 방사빔(radiation beams, 41)이 만들어진다. 또한, 수평 편파된 빔들(45)은, 상기 스터브들 또는 라디에이터들(16) 사이에서 거의 전파장(full wavelength)의 간격의 결과로 생성된 세로형(end fire) 빔이다. 다른 한편, 인접한 스터브들(16)의 상기 수직 편파된 방사 요소들은 반대 방향으로 되어 있어, 상호 반대된다. 이러한 반대되는 수직 편파된 방사 요소들의 상호작용은 상기 축에 수직인 수평면에 약 ±40˚정도로 기울어진 스캔 코니컬 빔(scanned conical beams)을 생성하며, 상기 각도는 상기 스터브들(16)의 상호 인접성에 부분적으로 의존한다. 이러한 현상은 도 4에서 도식으로 묘사되며, 여기서, 수평 편파된 신호 요소들은 상기 안테나 축(11)에 거의 수직한 빔들(41) 내에서, 세로 방향으로 이동한다. 반면, 상기 수직 편파된 신호 요소들은 코니컬 빔들(42u, 42d)과 관련하여 방사된다. 모든 상기 스터브들과 종단 사이에서의 상기 복잡한 위상동기 활동 때문에, 빔들은 모두가 같은 방사 수준으로 여기되지는 않을 것이다. 그러므로, 도 4는 상기 RFID 태그 품목이 상기 안테나와 가까운 영역에서 나타나는, 상기 안테나의 단순화 및 사용예이다. 도 4는 상기 안테나와 거리가 먼 지역에서 나타나는 수평 및 수직 편파된 방사 빔들을 묘사한다.

이러한 분석으로부터, 상기 안테나(10)는, 이것이 동작하는 곳과 가까운 지역에서의 높은 방사 다양성에 의해 특징지어지는 것으로 이해된다. 상기 안테나(10)는 수직 및 수평 편파된 신호 요소들 모두를 제공하고, 이러한 신호 요소들은 매우 다양한 빔 경로 내에서 방향성을 가지고 있다. 이러한 다양성은, 상기 안테나(10)가 조명하거나 조사하고자 하는 상기 공간 또는 지역 영역에서 신호가 흐려지는 위험을 감소시킨다. 나아가, 상기 수직 및 수평 편파된 빔들(41, 42, 45)의 분리에 의하여, 전력이 단일 빔에 집중되지 않기 때문에, 상기 안테나가 FCC 규약을 위반하는 것 없이 최대한의 전력량으로 효율적으로 구동되는 것이 가능하며, 따라서, 다수의 라디에이터들로 구성된 효과적이고 싼 안테나 유닛을 제공하게 된다. 본 기재를 통한 수직 및 수평 지향에 관한 언급은 편의상 설명된 것이고, 상기 안테나(10)는 임의의 방향에서 사용될 수 있으며, 편파 및 빔 방향의 평면은 유사하게 다시 방향이 설정된다.

상기 세로 축(11)으로의 상기 스터브들(16)의 45˚ 각도는, 복제 안테나가 제1 안테나의 축에 대하여 180˚ 플립(flip)되는 것을 허용하기 때문에, 상기 제1 안테나의 상기 편파 평면들에 직교하는 평면에서 방사 편파를 생성하는 데 큰 이점이 있다. 상기 신호 편파와 빔 다양성을 현저히 증가시키는 배치는, 도 6에서의 상기 안테나 10과 10a의 나란한 배치에 의하여 나타난다. 좀 더 나은 방사 다양성을 위하여 안테나 10b가 반전될 수 있으며, 더욱 더 나은 다양성을 위하여 네 번째의 복제 안테나 10c가 그 축에서 플립되고, 상기 안테나 10에 인접하게 반전될 수 있다. 도 6에 묘사되는 상기 안테나 지향에 대한 둘 이상의 어떠한 조합이 사용될 수도 있다. 가장 좋은 효율성을 위하여, 하나 이상의 안테나가 사용되는 곳에서의 상기 제공된 안테나들 10, 10a, 10b 및 10c 각각은 각기 다른 것들과 순서대로 혼자서 동작된다.

RFID 태그(46)는 가급적이면 상기 안테나 10에 영구적으로 부착되고, 부착된 특정 안테나에 대해 고유하다. 좀더 나아가, 광학적으로 판독가능한 UPC 라벨 또는 자기적으로 부호화된 태그와 같은 non-RF 기계 판독가능한 태그(47)는 또다시 특정 안테나에 고유한 것이고, 또한 가급적이면 상기 안테나 10에 부착된다. 상기 안테나가 설치되면, 기술자는 상기 non-RF 태그(47)를 스캔할 수 있으며, 이에 의해 상기 설치 장소에서 그 위치와 RFID 태그 인증을 전기적으로 기록한다. 그 후에 소정의 시간에서, 판독 시스템이 그 자신의 RFID 태그를 감지한다면 이를 가져와서 결정하는 것에 의하여 특정 안테나(전자 메모리에 이미 저장된 인증과 위치를 가지는)를 조사할 수 있다.

도 7은 반원통(semi-cylindrical) 영역을 모니터하도록 배치된 안테나(10)를 도표로 나타낸다. 나타나는 것과 같이, 전도성 금속판(51)은 상기 수직 안테나(10) 뒤에 약간의 거리를 두고 있으며, 이는 보통 1/4 파장에 가깝다. 상기 전도판(51)으로부터의 반사는 후방 방사를 막는 반면, 전방 방사를 강화한다. 단일 안테나보다, 도 6에 배치된 것과 같은 다중 안테나가 도 7에 묘사된 설치에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 8 내지 도 11에 있어서, 안테나 구조는 리본형의 피드 라인들과, 도 1 내지 도 3과 관련하여 기재된 것과 같은 방사 영역들을 채용할 수 있으며, 같은 방식으로 탑재되고 보호될 수 있다. 도 8은 병렬 피드 라인들(61) 단편과 이중 스터브 라디에이터들(62)을 가지는 안테나(60)의 일부에 대한 부분도이다. 상기 피드 라인들(61) 내의 급작스러운 구부러짐도 에너지를 방사할 수 있지만, 상기 안테나(60)는 원하는 45˚의 편파를 획득한다.

이제 도 9를 참조하면, 코플래너 스트립(CPS, CoPlanar Strip) 피드 라인들 또는 도체들(66)이 반 파장 부분(67a ~ 67e)으로부터의 방사선을 야기하기 위하여 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나(65)의 실시예가 나타난다. 도 9에 나타나는 것처럼, 직사각형의 라디에이터들(67a ~ 67e)은 상기 피드 말단(69)와 비교하여 종결 말단(68)에 가깝게 폭이 넓어져 있다. 상기 피드 라인들(66) 간의 간격은 대략 반 파장 부분에 대해 급격하게 변화하고, 다음에 원래의 간격으로 돌아온다. 상기 피드 라인들에서의 전류는 루프 안테나(loop antenna) 또는 패치 안테나(patch antenna)와 유사하게 동작한다. 전류들은 상기 두 개의 동일평면상의 피드 라인들(66)에서 반대 방향으로 이동한다. 그러므로, 상기 전류들 I₁, I₂, I₃는 도 9에 나타나는, 각각의 피드 라인 또는 스트립(66)에서의 방향을 가진다. 상기 두 개의 평행한 라인들 내에서 반대 방향으로 흐르는 상기 전류들 I₂에 의하여 방사된 영역은 상쇄되는 경향이 있다. 상기 두 개의 동일선상의 라인들 또는 스트립들(66) 내에 흐르는 전류들 I₁의 영역은 서로 상쇄하지 않을 것이며, 이는 그들이 동위상이고, 같은 방향으로 흐르기 때문이다. I₃에 대해서도 이와 같다. 전류들 I₁, I₃의 영역은 서로를 상쇄하지 않으며, 이는 상기 피드 라인을 따른 반 파장의 간격에 의하여 180˚의 위상 이동이 있기 때문이다. 이것은 상기 안테나(65)에 상기 피드 라인들(66)의 축에 수직한 강한 편파 요소를 제공한다. 상기 안테나(65)는 먼저 기재된 실시예의 45˚ 편파를 가지지 않고, 코플래너 스트립 피드 라인들의 기본 구성을 사용한 안테나 설계를 표현한다.

이제, 도 10을 참조하면, 이중 피드 라인들(76)을 가지는 안테나(75)는 상기 피드 라인들 내에서의 커브로부터 방사선을 생성한다. 상기 두 개의 평행한 스트립들 내의 전류들 I₁에 의해 방사된 영역은 상쇄될 것이며, 이것은 전류들이 크기가 같고 방향이 반대이기 때문이다. 이는 상기 전류들 I₂에서도 같다. 그러나, 전류들 I₃, I₄에 의해 방사된 영역은 서로 상쇄하지 않을 것이며, 이는 상기 피드 라인을 따른 반 파장의 간격에 의하여 180˚의 위상 이동이 있기 때문이다. I₃와 I₄로부터의 방사는 원하는 45˚ 편파를 가진다. I₃와 I₄로부터 방사된 전력은 반 파장보다 적도록 오프셋 거리를 감소시키는 것에 의하여 제어될 수 있다. 상기 전류들이 그들의 서로 가까워질수록, 그들의 방사 영역은 서로 상쇄하는 경향이 있다. 합류점에서의 방사 수준을 제어하기 위한 또다른 방법은 상기 커프 각도를 다양하게 하는 것이다. 도 10에서 나타나는 상기 커브 각도는 90˚이다. 만약, 도 8에 나타나는 45˚ 각도처럼 상기 각도가 감소한다면, 상기 방사는 90˚커브에 의해서 방사되는 것과 비교하여 감소될 것이다.

도 10의 대체적인 커브 실시예의 ±45˚편파 때문에, 안테나 75를 그 축을 대하여 180˚ 플립된 제 2의 동일한 안테나와 조합하는 것이 가능하다. 상기 제 2의 안테나 75는 직교 편파를 제공할 것이고, 도 11에 나타나는 것과 같이 상대적으로 제1 안테나에 가깝게 장착될 것이다. 이러한 개념은 안테나 75에 대하여 나타지만, 안테나 10이나 60에 대해서도 사용될 수 있다. 여기서, 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나 위에 직접적으로 나타나고, 그 축을 따라 반 주기 이동되어 질 수도 있다. 안테나 10과 안테나 60에 대해서, 상기 제2 안테나 또한 상기 직교 편파를 생성하기 위하여 그 축에 대하여 180˚회전할 수 있다. 상기 두 개의 안테나들은 예를 들어, 상기 두 개의 피드 라인들 사이의 과도한 커플링(coupling)을 방지하기에 충분히 두꺼운 저밀도 유전체 패널 또는 폼을 사용하여 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 두 개의 안테나들은 두 개의 포트 또는 피드를 가지는 같은 패키지 내에 쉽게 장착될 수 있다.

본 발명이 상기 특정 실시예에 대해서 나타나고 기재되었으나, 이것은 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시하고자 하는 목적이고, 여기서 나타나고 기재된 특정 실시예의 다른 변형과 수정이 가능함은, 본 발명의 의도된 사상과 범위 내에서 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 특허는 여기서 나타나고 기재된 특정 실시예의 범위와 효과 뿐 아니라 당해 기술분야에서의 본 발명에 의해 진전된 발달 정도와 모순된 어떠한 다른 방식에 의해서도 제한되지 않는다.

Claims

RFID 안테나에 있어서,
신호 파장에 비해 긴 축을 따라 존재하며, 전기적으로 전도성 물질인 트윈(twin) 리본형 피드 라인(feed lines)을 구비한 길게 연장된(elongated) 구조를 포함하고,
상기 피드 라인은 공통 평면 내에 위치하고, 상기 안테나 길이 방향의 공간에서 상호 간에 일반적으로 균일한 측 간격(laterally spaced)을 가지며,
복수의 방사 퍼튜베이션(radiating perturbations)이 상기 피드 라인을 따라 간격지어진 복수의 위치에서 상기 피드 라인들과 연결되고,
각각의 위치에서의 각각의 피드 라인은 퍼튜베이션을 구비하는 RFID 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 퍼튜베이션들은 그들 각각의 피드 라인과 전기적으로 통신하는 스터브들(stubs)인 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 위치들은 상기 피드 라인들의 길이 방향으로 균일하게 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 2 항에 있어서,
스터브들 사이의 상기 간격은 RFID 설계 주파수에서의 약 1 파장인 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 피드 라인들은 두 개의 저밀도 유전체 패널들 사이에 끼여서 보호받는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 5 항에 있어서,
상기 피드 라인들은 상기 패널들 사이에 배치된 얇은 유전체 필름 상에 탑재되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 2 항에 있어서,
상기 스터브들은 상기 축에 대해 기울어져 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 7 항에 있어서,
상기 스터브들은 상기 축에 대하여 약 45˚의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 7 항에 있어서,
상기 스터브들의 하나 걸러서의 쌍(pairs)은 상기 축에 대하여 양(+)의 각을 가지고, 스터브들의 중간에 끼어있는 쌍은 상기 축에 대하여 음(-)의 각을 가지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 7 항에 있어서,
상기 피드 라인들은 상기 축 상에 중심이 위치하는 나선형 패턴(serpentine pattern)을 따르는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 10 항에 있어서,
상기 스터브들은, 상기 피드 라인들이 상기 축을 가로지르는 지점과 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
RFID에 있어서,
축을 따라 연장하는 트윈 피드 라인들과,
상기 축을 따라 간격을 두고 있는 상기 피드 라인들과 연결된 방사 퍼튜베이션을 구비하며,
상기 퍼튜베이션은 상기 축에 평행하게 편파된(polarized) 요소와, 직각으로 편파된 요소를 가지는 전기장을 방사하도록 배치되고,
상기 축에 직각으로 편파된 상기 전기장 요소들은 상기 축에 횡방향인 빔(beam)에서 방사하고, 상기 평행하게 편파된 장(field) 요소는 상기 횡방향 빔으로부터의 상당한 각도에서의 빔에서 방사하며,
이에 의해서, 상기 안테나는 그 방사의 상기 편파와 빔 방향성 둘 다 다양하게 되는 RFID 안테나.
RFID 안테나에 있어서,
축을 따라 연장된 한 쌍의 트윈 피드 라인과, 상기 피드 라인들과 연결된 복수의 방사 스터브들을 포함하며,
상기 피드 라인들은 균일한 갭 사이즈(gap size)를 가지는 평평한 리본형의 전기적 도체들을 구비하며,
상기 피드 라인들은 상기 축을 따라 앞뒤를 가로지르는 나선형 구성을 가지고,
상기 스터브들은 동일선상의 쌍들로 배치되고, 한 쌍의 각 스터브는 상기 피드 라인들 중 하나와 연결되며,
각각의 스터브 쌍은, 상기 피드 라인이 축을 가로지르는 곳과 인접한 피드 라인으로부터 상기 축에 대해 기울어져 연장하는 RFID 안테나.
제 13 항에 있어서,
상기 피드 라인들에 근접한 상기 스터브들은, 일반적으로 그들 각각의 피드 라인들에 대해 직각으로 놓여지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 14 항에 있어서,
상기 스터브들은 상기 축에 대해 약 45˚ 각도로 놓여지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 15 항에 있어서,
상기 스터브들의 하나 걸러서의 쌍은 상기 축에 대하여 양(+)의 각을 가지고, 스터브들의 중간에 끼어있는 쌍은 상기 축에 대하여 음(-)의 각을 가지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 16 항에 있어서,
상기 피드 라인의 나선형 구성은 곡선으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 13 항에 있어서,
상기 피드 라인들과 스터브들은 동일평면상에 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 13 항에 있어서,
스터브들의 연속되는 쌍들 사이의 상기 피드 라인들의 길이는, 상기 RFID 주파수의 파장과 거의 같은 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
RFID 안테나에 있어서,
동일평면상에 피드 라인들과 여러 쌍의 스터브들을 가지고,
상기 피드 라인들은 축을 따라 연장하고,
상기 스터브들은 둘씩 짝을 지어 상기 피드 라인들로부터 비스듬하게 연장하여, 그 결과 한 쌍에서의 각 스터브는 상기 피드 라인들 중 하나와 연결되고,
상기 스터브 쌍들은 상기 피드 라인들의 길이 방향으로 분포되고,
상기 피드 라인들과 스터브들은 한 쌍의 저밀도 유전체 패널들 사이에 끼어진 리본형의 도체들인 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 20 항에 있어서,
상기 패널들은 얇은 보호용의 유전체 커버로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 21 항에 있어서,
상기 피드 라인들과 스터브들은 형태적으로 안정적인 유전체 캐리어 필름 상에 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 20 항에 있어서,
상기 스터브 쌍들은, 상기 피드 라인들의 길이 방향으로 균일하게 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 20 항에 있어서,
상기 안테나에 부착되고, 상기 안테나에 고유한 데이터로 암호화한 RFID 태그를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 24 항에 있어서,
상기 안테나에 부착되고, 상기 안테나에 고유한 non-RF 기계가 판독할 수 있는 코드 이미지를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
RFID 안테나 장치에 있어서,
반드시 같은 구성의 복수의 길게 연장된 안테나들을 포함하고,
하나의 안테나는 상기 안테나의 길이 방향 축에 평행하게 편파된 요소와, 상기 축에 직각으로 편파된 요소로 전기장 방사를 제공하기 위하여 피드단(feed end)과 종결단(terminal end)이 있는 평평하고 길게 연장된 패키지에서 구성되고, 그에 의해 수득된 방사 편파가 상기 축에 대해 기울어져 있으며,
상기 안테나들은 각각 평행하게 위치되고,
하나의 안테나와 관련하여, 다른 안테나는 축이 180˚ 플립(flip)되거나, 반대로 반전되거나, 플립되고 반전되어, 그에 의해서, 방사 신호 편파의 높은 수준의 다양성과 빔 방향이 상기 안테나들에 의해서 조명되어질 영역에서 획득될 수 있는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 안테나들은 상기 축을 따라 분포된 트윈 피드 라인들과 스터브 쌍극자들을 가지고,
상기 스터브 쌍극자들은 상기 축에 대해 기울어져 배치되고,
상기 스터브들은 상기 축에 직각인 하나의 극성(polarity)을 가지는 방사 빔들과, 상기 축에 평행한 방향으로부터 갈라지는 각도들에 직교하는 극성의 빔들을 생산하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 장치.
제 26 항에 기재된 안테나들의 운용 방법으로서,
상기 안테나들을 순차적으로 운용하는 단계를 포함하는 RFID 안테나들의 운용 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 퍼튜베이션들은 안테나 방사를 생산하기 위해 배치된 상기 피드 라인들 내부의 벤즈(bends)인 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 29 항에 있어서,
상기 벤즈는, 상기 안테나의 길이 방향으로 분포된 상기 축으로부터 상기 피드 라인들의 오프셋들(offsets)을 생산하고,
상기 오프셋들은 상기 안테나의 길이 방향 방사의 균일도를 증가시키기 위하여 피드(feed)로부터의 거리보다 더 큰 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 퍼튜베이션들은 안테나 방사를 생산하기 위하여 배치된 상기 피드 라인들 사이의 간격에서 변화하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 31 항에 있어서,
상기 간격에서의 변화는, 상기 안테나의 길이 방향 방사의 균일도를 증가시키기 위하여 피드로부터의 거리가 증가하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나에 영구적으로 부착되는 RFID 태그를 포함하며,
상기 RFID 태그는 상기 안테나에 관련된 고유한 특성을 가지는 RFID 안테나.
제 33 항에 있어서,
특정 안테나에 부착되어, 상기 특정 안테나를 고유하게 확인하는 non-RF 기계가 판독가능한 고유의 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
현재 공간에서의 물체를 확인하기 위한 RFID 안테나에 있어서,
상기 안테나에 영구적으로 부착되는 RFID 태그를 포함하고,
상기 RFID 태그는 상기 안테나에 고유한 특성을 가지고, 이에 의하여, 상기 안테나와 관련된 판독기는, 상기 안테나가 그 자신의 통합된 RFID 태그의 존재를 탐지하는지 여부를 결정하는 것에 의하여 상기 안테나의 성능을 검사할 수 있는 RFID 안테나.
제 35 항에 있어서,
특정 안테나에 부착되어, 상기 특정 안테나와 이것의 RFID 탭 정보를 고유하게 확인하는 non-RF 기계가 판독가능한 고유의 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 12 항에 있어서,
상기 안테나에 부착되어, 상기 안테나에 고유한 데이터를 암호화한 RFID 태그를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 13 항에 있어서,
상기 안테나에 부착되어, 상기 안테나에 고유한 데이터를 암호화한 RFID 태그를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 피드 라인들은 중심 도체와 외부 도체를 가지는 동축 케이블에 의하여 급전(feed)되고,
상기 동축 도체들 각각은 상기 피드 라인들 각각의 하나와 연결된 평평한 도체의 측면(side)에, 상기 평평한 도체를 뚫기 위해서 사용되는 바브(barbs)를 가진 금속 클램프들에 의해서 전기적으로 부착되고, 상기 평평한 도체의 반대측을 향하여 단단하게 크림프(crimped)되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 39 항에 있어서,
상기 금속 클램프들은 그 요소들의 안정적인 연결을 보장하기 위하여 그들 각각의 동축 도체와 평평한 도체 사이에서 납땜되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 13 항에 있어서,
상기 피드 라인들은 중앙 도체와 외부 도체를 가지는 동축 케이블에 의하여 급전되고,
상기 동축 도체들 각각은 상기 피드 라인들 각각의 하나와 연결된 평평한 도체의 측면에, 상기 평평한 도체를 뚫기 위해서 사용되는 바브(barbs)를 가진 금속 클램프들에 의해서 전기적으로 부착되고, 상기 평평한 도체의 반대측을 향하여 단단하게 크림프(crimped)되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 41 항에 있어서,
상기 금속 클램프들은 그 요소들의 안정적인 연결을 보장하기 위하여 그들 각각의 동축 도체와 평평한 도체 사이에서 납땜되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 20 항에 있어서,
상기 피드 라인들은 중앙 도체와 외부 도체를 가지는 동축 케이블에 의하여 급전되고,
상기 동축 도체들 각각은 상기 피드 라인들 각각의 하나와 연결된 평평한 도체의 측면에, 상기 평평한 도체를 뚫기 위해서 사용되는 바브(barbs)를 가진 금속 클램프들에 의해서 전기적으로 부착되고, 상기 평평한 도체의 반대측을 향하여 단단하게 크림프(crimped)되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
제 43 항에 있어서,
상기 금속 클램프들은 그 요소들의 안정적인 연결을 보장하기 위하여 그들 각각의 동축 도체와 평평한 도체 사이에서 납땜되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.