KR20120041325A

KR20120041325A - 방사방향 전환 안테나를 구비한 ｒｆｉｄ 태그 및 ｒｆｉｄ 태그의 안테나 방사방향 제어 방법

Info

Publication number: KR20120041325A
Application number: KR1020100102735A
Authority: KR
Inventors: 정원석
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-05-02
Also published as: KR101753396B1

Abstract

본 발명은 안테나와 인쇄회로기판 사이에 구동수단을 구비함으로써 전파의 방사방향을 다양하게 하고 RFID 시스템의 성능을 최적화할 수 있는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법에 관한 것으로, RFID 칩이 실장된 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 결합된 모터 및 상기 인쇄회로기판의 일단부측에 배치되고, 상기 인쇄회로기판에 대해 회동 가능하도록 상기 모터의 회전축에 결합된 안테나를 포함하는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그를 제공한다. 따라서, RFID 태그와 리더기 간의 송수신 전파 강도를 최적화할 수 있도록 안테나를 배치할 수 있으므로, RFID 시스템의 송수신 효율이 극대화될 수 있다.

Description

방사방향 전환 안테나를 구비한 ＲＦＩＤ 태그 및 ＲＦＩＤ 태그의 안테나 방사방향 제어 방법{RFID TAG HAVING AND METHOD FOR CONTROLLING RADIATION DIRECTION OF ANTENNA}

본 발명은 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 안테나와 인쇄회로기판 사이에 구동수단을 구비함으로써 전파의 방사방향을 다양하게 하고 RFID 시스템의 성능을 최적화할 수 있는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법에 관한 것이다.

RFID(radio frequency identification) 시스템이란 무선 주파수(radio frequency : RF)를 이용하여 대상을 식별할 수 있는 기술로서 마이크로 칩을 내장한 태그, 라벨, 카드 등에 저장된 데이터를 무선 주파수를 이용하여 리더기에서 자동 인식하는 '비접촉 또는 무선 주파수 인식 기술'을 사용하는 시스템을 말한다.

RFID 시스템은 판독 및 해독 기능을 하는 리더기(RF reader)와 정보를 저장하고 프로토콜로 데이터를 교환하는 전파 인식 태그(RFID tag), 운용 소프트웨어 및 네트워크로 구성된다. RFID 태그는 반도체로 된 트랜스폰더 칩과 안테나로 구성되며, 태그 안테나는 RF 필드(field)에 구성된 RFID 리더기의 안테나에서 생성되어 전파되는무선 신호를 수신한다. RFID 태그의 칩은 에너지를 공급받아 사전에 프로그램된 데이터를 전송하고, 이러한 데이터의 전송은 태그 안테나에서 수신된 무선 신호의 일부가 변조되어 리더기로 반향됨으로써 이루어진다. 리더기는 수신된 신호를 변향하고 데이터 수집 장치와 서버로 전달한다.

RFID 태그 안테나는 유도전류를 이용하는 패시브 태그(passive tag)용 안테나와 자가 전원 방식인 액티브 태그(active tag)용 안테나로 구분된다.

RFID 태그 안테나는 박형 필름재료나 인쇄회로 기판 재료에 인쇄되어 소형으로 만들어지며, 리더기와 통신을 수행하여 데이터를 전송하고 상대를 인식하는 데 사용된다. 일반적으로 RFID 태그 안테나는 박형 필름이나 인쇄회로 기판 재료면의 수직 방향으로 빔패턴이 지향하는 특성을 갖는다.

도 1은 이러한 종래기술의 RFID 태그를 나타내는 평면도이다.

RFID 태그(1)는 크게 인쇄회로기판(3)과 안테나(2)로 구분되는데, 상기 인쇄회로기판(3)에는 RFID 칩과 제어부 등이 배치된다.

RFID 태그(1)는 도면에 도시된 바와 같이 전체적으로 판상 형태로 이루어지며, 안테나(2)는 인쇄회로기판(3)과 결합하는데 도 1과 같이 인쇄회로기판(3)의 일측에 고정배치되거나, 또한 인쇄회로기판의 주위를 둘러싸거나 일면에 배치되는 방식으로 결합되기도 한다.

그런데, 물품에 장착하는 경우 안테나의 방사방향에 제한이 있어 리더기가 정확하게 인식하지 못하는 등 RFID 시스템의 성능이 저하되는 경우가 빈번하게 발생한다.

이를 해소하기 위해 RFID 태그 안테나의 패턴을 조정하거나 방사방향을 다양하게 하기 위한 노력이 있었다. 하지만, 이러한 개선으로는 RFID 시스템의 성능을 보완하는 데는 한계가 존재하였다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, RFID 태그의 안테나의 전파 방사 방향을 다양하게 조정할 수 있도록 함으로써 RFID 시스템의 인식율을 최적화할 수 있는 구조를 가진 RFID 태그를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그는, RFID 칩이 실장된 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 결합된 모터 및 상기 인쇄회로기판의 일단부측에 배치되고, 상기 인쇄회로기판에 대해 회동 가능하도록 상기 모터의 회전축에 결합된 안테나를 포함하는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그를 제공한다. 따라서, RFID 태그와 리더기 간의 송수신 전파 강도를 최적화할 수 있도록 안테나를 배치할 수 있으므로, RFID 시스템의 송수신 효율이 극대화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그는, 상기 인쇄회로기판에 결합된 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 안테나의 전파 강도를 분석하여 상기 모터를 제어하는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그를 제공한다. 따라서, 안테나의 위치가 최적화되도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그는, 상기 모터는 스테핑 모터인 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그를 제공한다. 따라서, 방사방향의 정밀한 제어가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그는, 상기 모터는 상기 인쇄회로기판에 형성된 MEMS 모터인 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그를 제공한다. 따라서, 모터 배치의 공간적 효율이 극대화 된다.

또한, 본 발명에 따른 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법은, 상기 안테나의 전파 강도를 검출하는 단계, 상기 검출된 안테나의 전파 강도를 제어부에 설정된 전파 강도와 비교하는 단계, 상기 비교하는 단계에서 안테나의 전파 강도가 설정된 전파 강도보다 작은 경우 모터에 제어신호를 출력하는 단계 및 상기 모터의 회전축을 회전시켜 안테나를 방향을 전환하는 단계를 포함하는 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법을 제공한다. 따라서, RFID 시스템의 송수신효율이 극대화될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법은 인쇄회로기판과 안테나가 모터의 축에 의해 연결되고 상호간에 수신능력이 최대화될 수 있는 각도로 회동할 수 있는 구조를 갖춤으로써 RFID 시스템의 송수신효율이 극대화될 수 있는 이점이 있다.

따라서, 안테나를 종래기술보다 더욱 소형화할 수 있으면서도 인식률의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 RFID 태그의 인쇄회로기판과 안테나를 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 RFID 태그의 인쇄회로기판과 안테나의 배치관계를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 RFID 태그의 작동을 나타내는 평면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그 안테나의 방사 방향 전환 방법을 도면을 기초로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그를 나타내는 평면도이다.

본 발명의 개념에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그(10)는 인쇄회로기판(30)과 안테나(20)와 모터(40)로 이루어진다. 종래기술과는 달리 본 발명의 개념에서는 인쇄회로기판(30)이 안테나(20)와 소정 간격 이격되어 배치된다.

상기 인쇄회로기판(30)은 판상의 형태로 이루어져 RFID 태그(10)의 몸체를 구성하게 된다. 상기 인쇄회로기판(30)에는 RFID 칩과 CPU 및 전기소자 등이 실장된다.

종래기술에서는 안테나가 인쇄회로기판과 고정되어 배치되는데, RFID 태그의 부피를 최소화하기 위해 인쇄회로기판을 둘러싸도록 배치하거나 인쇄회로기판 상에 배치시키는 방법으로 배열하기도 함은 상기한 바와 같다.

이와 같이 안테나가 인쇄회로기판과 고정되어 배치되는 경우 전파의 방사방향에 한계를 가지게 되고 리더기(미도시)와의 사이에서 전파의 송수신 효율 문제를 야기하게 된다.

따라서, 본 발명의 개념에 따라 안테나(20)가 인쇄회로기판(30)의 일측에 소정 간격 이격되어 인쇄회로기판(30)으로부터 회동 동작 즉, 전파의 방사방향을 전환하는 동작이 가능하도록 배치된다.

바람직하게는, 상기 인쇄회로기판(30)과 안테나(20)의 사이에는 모터(40)가 개재되어 상호간에 연결하는 역할을 한다.

상기 모터(40)는 인쇄회로기판(30)에 결합하여 고정되고, 모터(40)의 회전축(41)은 인쇄회로기판(30)의 일측으로 돌출되어 배치되며, 상기 회전축(41)에는 안테나(20)가 결합된다.

따라서, 상기 모터(40)에 전류가 인가되면 회전축(41)이 회전하게 되므로, 안테나(20)가 인쇄회로기판(30)에 대해 회전하는 동작을 하는 것이다. 이러한 구성을 기초로 안테나(20)의 방사방향 전환의 개념이 제시된다.

상기 모터(40)는 바람직하게는 스테핑(stepping) 모터로 이루어진다. 스테핑 모터란 펄스 신호를 받아 일정한 각도로 움직일 수 있는 모터로서, 입력 펄스 수와 모터의 회전각도가 완전히 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다. 따라서, 안테나(20)의 방사방향을 정확하게 제어할 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 모터(40)는 MEMS(Micro Electric Mechanical System) 모터일 수도 있다. MEMS 모터란 아주 작은 단위에서 전기소자적인 작용과 기계적인 작동을 할 수 있는 극초소형의 모터를 말하는 것으로, 일반적으로 반도체 제조기술을 응용하여 만들게 된다.

따라서, MEMS 모터는 인쇄회로기판(30)에 반도체 제조 공정을 활용하여 일체로 형성시킬 수 있고, 극초소형의 모터이므로 동력원 배치에 따른 공간적인 한계도 극복할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 인쇄회로기판(30)은 제어부(미도시)를 포함하는데, 제어부는 마이크로 프로세서(Micro Processor)를 포함하여 제어신호를 출력할 수 있다.

이하, 상기 제어부가 모터(40)의 회전을 제어하는 방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

리더기(미도시)가 근접하게되면, RFID 태그(10)는 리더기와 상호간에 전파를 송수신함으로써 정보를 교환하게 된다. 전파의 송수신 환경에 따라 안테나(20)의 전파의 신호 강도(RSSI: Received Signal Strength Indication)가 변동하게 된다.

따라서, 상기 제어부는 안테나(20)의 전파의 신호 강도를 검출하여 미리 설정된 신호 강도와 비교하는 과정을 거치게 된다. 상기 미리 설정된 신호 강도의 설정값은 리더기 및 태그의 종류나 사용환경에 따라 결정될 수 있다.

이때, 실제 RSSI 값이 상기한 설정값보다 작은 경우에는 제어부에서 제어신호를 모터(40)로 전송하여 회전 동작을 개시하게 된다. 모터(40)는 이에 따라 안테나(20)의 방사방향을 전환하게 되는 것이다.

또한, 상기 회전 동작 중 또는 회전 동작이 완료된 이후에 최적화된 안테나(20)의 방사방향 즉, 전파 강도가 최대가 되는 회전 위치를 찾는 단계가 더 이루어지는 것이 바람직하다.

최초 제어부의 제어신호에 의해 모터(40)의 회전이 시작되면, 제어부는 회전축(41)의 회전각도에 따라 RSSI 값을 검출하여 신호 강도가 최대화되는 위치를 결정할 수 있다. 이러한 RSSI의 검출은 회전하는 동안 연속적으로 이루어질 수도 있고, 단속적으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

이러한 개념에 따라, 안테나의 방사방향의 최적화된 위치가 결정될 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 RFID 태그의 작동 상태를 나타내는 평면도이다.

좌측 도면에서는 RFID 태그(10)의 인쇄회로기판(30)과 안테나(20)가 평행한 방향으로 배치된다. 따라서, 안테나(20)로부터의 전파의 방사방향은 인쇄회로기판(30)과 평행한 방향으로 이루어진다.

이 경우, 리더기(미도시)가 태그(10)와 평행하게 배치되어있지 않고 예를 들어, 태그(10)의 안테나(20)가 상측에 배치된 상태로 직립해 있는 상태라 하면, 태그(10)의 전방 우측에 치우쳐 있을 때는 전파의 송수신이 원활하지 않게 되고 시스템의 오류나 미인식 등의 문제가 발생할 수 있다.

우측의 도면은 모터(40)에 의해 방사방향이 전환된 상태를 나타내는 평면도이다.

인쇄회로기판(30)과 결합된 제어부(미도시)에서 안테나(20)로부터의 RSSI의 강도를 상기한 바와 같이 설정값과 비교하거나, 또는 상기한 강도의 최대치를 찾는 방법을 통해 모터(40)에 제어신호를 보내게 되면, 모터(40)는 회전축(41)과 연결된 안테나(20)를 최적 위치로 회동시킴으로써 방사방향을 전환하게 된다.

이에 따라, 도 3의 우측 도면에서는 방사방향이 태그(10)가 직립해 있는 상태를 가정할 때 전방 우측으로 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 개념에 따른 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법에 따라, 액티브(Active) RFID 태그의 안테나가 능동적으로 최적화된 위치를 자동으로 결정할 수 있으므로, RFID 시스템의 성능이 극대화될 수 있다. 또한, 방사방향을 다양하게 하기 위해 안테나의 면적을 과도하게 확보할 필요성이 없으므로, 안테나의 크기를 줄일 수 있어 RFID 태그가 더욱 소형화될 수 있는 이점이 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

10...RFID 태그 11...갭
20...안테나 30...인쇄회로기판
40...모터 41...회전축

Claims

RFID 칩이 실장된 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판에 결합된 모터; 및
상기 인쇄회로기판의 일단부측에 배치되고, 상기 인쇄회로기판에 대해 회동 가능하도록 상기 모터의 회전축에 결합된 안테나;를 포함하는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그.
제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판에 결합된 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 안테나의 전파 강도를 분석하여 상기 모터를 제어하는 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그.
제1항에 있어서,
상기 모터는 스테핑 모터인 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그.
제1항에 있어서,
상기 모터는 상기 인쇄회로기판에 형성된 MEMS 모터인 방사방향 전환 안테나를 구비한 RFID 태그.
RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법으로서,
상기 안테나의 전파 강도를 검출하는 단계;
상기 검출된 안테나의 전파 강도를 제어부에 설정된 전파 강도와 비교하는 단계;
상기 비교하는 단계에서 안테나의 전파 강도가 설정된 전파 강도보다 작은 경우 모터에 제어신호를 출력하는 단계; 및
상기 모터의 회전축을 회전시켜 안테나를 방향을 전환하는 단계;를 포함하는 RFID 태그의 안테나 방사방향 제어 방법.