KR20120053956A

KR20120053956A - 공진 회로 구조물 및 이를 구비한 ｒｆ 태그

Info

Publication number: KR20120053956A
Application number: KR1020110117984A
Authority: KR
Inventors: 보 가오
Original assignee: 네오이드 리미티드
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-05-29
Also published as: US20120118977A1; US20130228626A1; JP3173180U; CN102467675A; US8899489B2; EP2453394A1; EP2453394B1; CN202584176U; US8439272B2

Abstract

RF 태그는 공진 회로 구조물 및 RF 장비를 포함한다. 공진 회로 구조물은 제 1 전도층; 제 1 전도층과 떨어지게 이격된 제 2 전도층; 및 제 1 전도층의 두 개의 단부 및 제 2 전도층의 두 개의 단부를 각각 연결시키는 두 개의 전도성 기저부를 포함한다. 제 1 전도층 상에 슬릿이 형성되어 있으며, RF 장비는 제 1 전도층에 전기적으로 연결되고 슬릿 위에 배치된다.

Description

공진 회로 구조물 및 이를 구비한 ＲＦ 태그 {RESONANT CIRCUIT STRUCTURE AND RF TAG HAVING SAME}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2010년 11월 15일에 출원된 미국가특허출원번호 제61/456,837호를 우선권으로 주장하며, 이러한 특허출원의 내용은 본원에 참고로 포함된다.

발명의 분야

본 발명은 RF (무선 주파수) 태그, 및 보다 특히 공진 회로 구조물 및 금속성 표면 상에서 작동하거나 금속성 표면에 매립될 수 있는 공진 회로 구조물을 구비한 RF 태그에 관한 것이다.

상응하는 리더기(reader)에 의해 검출될 수 있는 변조된 전자기 신호를 전송할 수 있는 전자 장치는 품목(item)의 식별 및 추적을 위해, 특히 공급 사슬 관리(supply chain management), 또는 품목 수준 제품 추적(item level product tracking)을 위해 널리 사용되고 있다. RF 태그로서 칭하여지는 이러한 장치는 특정 작동 주파수로 조정되는 안테나에 전기적으로 연결된 RF 장비, 예를 들어 UHF (극초단파) RFID (무선 주파수 식별) 태그, 및 마이크로파 RFID (무선 주파수 식별) 태그를 포함한다. 이러한 태그는 신호 후방산란(signal backscattering)에 의해 리더기와 상호작용하는 수동형 태그, 자체 전력 소스(power source) 또는 외부 전자기파 중 하나에 의해 전력이 공급되는 반-수동형 태그, 또는 자체 전력 소스에 의해 전력이 공급되는 능동형 태그일 수 있다.

이러한 RF 태그의 하나의 단점은, 이러한 태그가 금속성 표면 상에 직접 배치될 때 판독 범위(reading range)가 현저히 감소된다는 것이다. 통상적인 경우에서, 이러한 태그는 판독되지 못할 수 있다. 태그가 금속성 표면에 λ/4 (여기서, λ는 RF 태그의 작동 주파수에서의 파장임) 미만의 거리로 가깝게 배치될 때, RF 태그의 판독 범위는 또한 감소될 것이다. RF 태그가 금속성 표면 부근 또는 금속성 표면 상에 직접적으로 배치될 때, 금속성 표면 상의 표면 전류는 RF 태그의 효율을 떨어뜨릴 것이다. 이에 따라, UHF RF 태그 및 마이크로파 RF 태그, 및 더욱 통상적으로, 수동형 RF 태그의 경우에 금속성 물체의 추적이 매우 어렵다.

이러한 RF 태그의 다른 단점은, RF 태그가 일반적으로 페이퍼 및 저 유전율 플라스틱과 같은 RF 친화 물질(RF friendly material)을 추적하기 위해 디자인된다는 것이다. 이러한 태그가 높은 유전율 재료, 자성 재료, 및 액체와 같은 RF 비-친화 물질(RF un-friendly material) 상에 배치될 때, 판독 범위가 또한 감소될 것이고, 더욱 통상적으로 허용되지 않는 수준으로 감소될 것이다.

본 발명은 공진 회로 구조물(resonant circuit structure) 및 이를 구비한 RF 태그(RF tag)에 관한 것이다. 일 양태에서, RF 태그는 공진 회로 구조물 및 RF 장비를 포함한다. 공진 회로 구조물은 제 1 전도층; 제 1 전도층과 떨어지게 이격된 제 2 전도층; 및 제 1 전도층의 두 개의 단부 및 제 2 전도층의 두 개의 단부를 각각 연결시키는 두 개의 전도성 기저부(conducting base portion)를 포함한다. 제 1 전도층 상에 슬릿이 형성되어 있으며, RF 장비는 제 1 전도층에 전기적으로 연결되고 슬릿 위에 배치되어 있다.

제 1 전도층은 제 2 전도층과 평행할 수 있다. RF 태그는 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 유전 재료(dielectric material)의 층을 추가로 포함할 수 있다.

RF 장비는 UHF RFID 칩을 포함할 수 있다. UHF RFID 칩은 두 개의 신호 출력부(signal output)를 포함할 수 있다. RF 장비는 제 1 전도층과 직접 전기적으로 연결될 수 있다. RF 태그는 제 1 전도층 상에 배치되고 이와 용량성 결합된 제 3 전도층을 추가로 포함할 수 있다. 제 3 전도층은 RF 장비에 전기적으로 연결된다. 제 3 전도층은 제 1 전도층과 실질적으로 동일한 크기로 제조될 수 있다. 제 3 전도층은 RF 장비용 안테나를 포함할 수 있다. 제 3 전도층은 적어도 하나의 슬릿에 의해 서로 떨어져 이격되어 있는 복수의 아일랜드(island)로 분할될 수 있으며, RF 장비는 적어도 하나의 슬릿 위에 배치될 수 있다. 제 3 전도층 상의 적어도 하나의 슬릿은 제 1 전도층 상의 슬릿과 동일한 크기를 가질 수 있다. 제 3 전도층은 복수의 전도성 패드를 포함할 수 있으며, 이러한 전도성 패드는 RF 장비와 전기적으로 연결되어 있고 제 1 전도층과 용량성 결합된다.

공진 회로 구조물의 임피던스(impedance)는 RF 장치의 임피던스와 콘주게이트 매칭(conjugate match)될 수 있다. 적어도 하나의 추가 슬릿은 제 1 전도층 상에 형성되고, 다른 슬릿을 통해 전송된 전자기파와 상이한 편파(polarization)를 갖는 전자기파를 전송하도록 구성된다. RF 태그는 적어도 하나의 추가 RF 장비를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 추가 RF 장비는 적어도 하나의 추가 슬릿 위에 배치될 수 있다.

RF 태그는 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 내부 전도층을 추가로 포함할 수 있다. 내부 전도층은 복수의 전도성 부분에 의해 제 2 전도층과 전기적으로 연결될 수 있다. 슬릿은 내부 전도층 상에 형성될 수 있다. RF 태그는 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 하나 초과의 내부 전도층을 추가로 포함할 수 있다.

두 개의 전도성 기저부는 서로 평행할 수 있다. 슬릿은 전도성 기저부와 평행할 수 있다. RF 태그는 제 1 전도층에 연결된 별도의 부품을 추가로 포함할 수 있다. 별도의 부품은 커패시터 또는 인덕터일 수 있다.

RF 태그는 금속성 하우징을 추가로 포함할 수 있다. 금속성 하우징은 복수의 돌출부(protuberance)를 포함할 수 있으며, 이러한 돌출부는 RF 태그의 편파 방향(polarization direction)과 상이한 방향으로 정렬될 수 있다. 고유 인덕터(intrinsic inductor) 또는 고유 커패시터(intrinsic capacitor)는 제 1 전도층 상에 형성될 수 있다.

제 1 전도층과 제 2 전도층의 가장 긴 치수는 전도성 기저부의 가장 긴 치수 보다 작을 수 있다. 제 1 전도층은 슬릿에 의해 서로 떨어지게 이격된 적어도 두 개의 아일랜드로 분할될 수 있다. RF 태그는 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 자성 재료의 층을 추가로 포함할 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 RF 장비에 전자기파를 전송시키기 위한 공진 회로 구조물을 제공한다. 공진 회로 구조물은 제 1 전도층; 제 1 전도층과 떨어지게 이격된 제 2 전도층; 및 제 1 전도층의 두 개의 단부 및 제 2 전도층의 두 개의 단부를 각각 연결시키는 두 개의 전도성 기저부를 포함한다. 슬릿은 제 1 전도층 상에 형성되어 있고 RF 장치를 지지하도록 구성된다. 제 1 전도층은 RF 장비를 전기적으로 연결시키도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 구체에 따른 RF 태그의 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 공진 회로 구조물의 등가의 개략적 회로 다이아그램(equivalent schematic circuit diagram)이다.
도 3a는 금속 표면 상에 배치될 때 도 1에 도시된 공진 회로 구조물을 구비한 RF 태그의 방사 이득 패턴(radiation gain pattern)을 도시한 것이다.
도 3b는 금속 표면 상에 배치될 때 도 1에 도시된 공진 회로 구조물을 구비한 RF 태그의 임피던스 패턴을 도시한 것이다.
도 3c는 금속성 표면 상에서의 도 1에 도시된 구체예에 따른 RFID (무선 주파수 식별) 태그의 측정된 판독 범위를 도시한 것이다.
도 4a는 RF 장비 모듈이 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 전도층에 인접하게 배치된 본 발명의 다른 구체예를 도시한 것이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 바와 같은 RF 장비 모듈의 부분 확대도이다.
도 5a는 상업적으로 입수가능한 수동형 UHF RFID 칩의 등가의 개략적 회로 모델을 도시한 것이다.
도 5b는 도 4a에 도시된 구체예에 따른, 용량성 결합을 통해 공진 회로 구조물에 연결된 RF 장비 모듈의 등가의 개략적 회로 모델을 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 장비 및 RF 태그 안테나를 포함하는 RF 태그의 상부 사시도를 도시한 것이다.
도 6b는 도 1에 도시된 공진 회로 구조물에 인접하게 배치된 도 6a에 도시된 RF 태그의 사시도를 도시한 것이다.
도 7a는 에이버리 데니슨(Avery Dennison)으로부터의 AD843인, 상업적으로 입수가능한 수동형 UHF RFID 태그의 평면도를 도시한 것이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 UHF RFID 태그를 이용한 본 발명의 다른 구체예를 도시한 것이다.
도 7c는 도 7b에 도시된 구체예의 부분 확대도이다.
도 8a는 상업적으로 입수가능한 RFID 스트랩(strap)의 평면도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 RFID 스트랩을 이용한 본 발명의 다른 구체예를 도시한 것이다.
도 8c는 도 8b에 도시된 구체예의 부분 확대도이다.
도 9a는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 두께를 도시한 것이다.
도 9b는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 두께를 도시한 것이다.
도 9c는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 슬릿 크기를 도시한 것이다.
도 9d는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 슬릿 크기를 도시한 것이다.
도 9e는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 슬릿 방향을 따른 RF 장비의 위치를 도시한 것이다.
도 9f는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 슬릿 방향을 따른 RF 장비의 위치를 도시한 것이다.
도 10a는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 임피던스 대 RF 장비 모듈과 공진 회로 구조물 사이의 스페이서(spacer)의 두께를 도시한 것이다.
도 10b는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 방사 이득 대 RF 장비 모듈과 공진 회로 구조물 사이의 스페이서의 두께를 도시한 것이다.
도 10c는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 두 개의 전도성 기저부의 폭을 도시한 것이다.
도 10d는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 두 개의 전도성 기저부의 폭을 도시한 것이다.
도 10e는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 폭을 도시한 것이다.
도 10f는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 폭을 도시한 것이다.
도 11은 두 개의 RF 장비의 방위가 90 도로 놓인, 본 발명의 다른 구체예에 따른 공진 회로 구조물의 제 1 전도층에 전기적으로 연결된 두 개의 RF 장비를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 구체예에 따른 이중 편파 RF 태그(dual polarized RF tag)를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 다른 구체예에 따른 듀얼 포트 RFID 칩(dual port RFID chip)에 대한 공진 회로 구조물의 몇몇 가능한 구성예를 도시한 것이다.
도 14는 내부 전도층이 부가된 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 19a는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 19b는 도 19a에 도시된 RF 태그의 다른 측면을 도시한 것이다.
도 20은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 22는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다.

본 발명에서 기술되는 공진 회로 구조물 및 이를 구비한 RF 태그의 바람직한 구체예가 상세히 기술될 것이며, 이의 예가 하기 상세한 설명에 제공될 것이다. 본 발명에서 기술되는 공진 회로 구조물 및 이를 구비한 RF 태그의 대표적인 구체예가 상세히 기술되지만, 공진 회로 구조물 및 이를 구비한 RF 태그의 이해를 위해 특별히 중요하지 않은 일부 특징들은 간결하게 나타내기 위해 도시되지 않을 수 있다는 것이 당업자에게 명백히 이해될 것이다.

또한, 본 발명에서 기술되는 공진 회로 구조물 및 이를 구비한 RF 태그가 하기 기술된 명확한 구체예들로 제한되지 않으며 이의 여러 변형예 및 개질예가 보호 사상 및 보호 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 달성될 수 있을 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 상이한 예시적 구체예들의 구성요소 및/또는 특징들은 본 명세서의 범위 내에서 서로 조합되고/거나 서로 치환될 수 있다.

도 1은 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 사시도를 도시한 것이다. 도 1을 참조로 하여, RF 태그는 제 1 전도층(1) 및 제 1 전도층(1)에서 떨어져 이격되어 있는 제 2 전도층(2)을 형성하는 금속의 층을 포함하는 공진 회로 구조물을 포함한다. 이러한 두 개의 층들은 평행하고 두 개의 전도성 기저부(3, 4)에 의해 연결되어 있다. 제 1 전도층(1)과 제 2 전도층(2) 사이에는 유전 재료의 층이 삽입될 수 있는데, 이러한 층은 공기 또는 하나 초과의 유전 재료의 층일 수 있다. 또한, 제 1 전도층(1)과 제 2 전도층(2) 사이에는 자성 재료의 단일층 또는 다층이 삽입될 수 있는데, 이러한 재료는 페라이트(ferrite)일 수 있다. 제 1 전도층(1) 상에 슬릿(5)이 형성되어 있으며, 이는 제 1 전도층(1)을 서로 떨어져 이격되어 있는 두 개의 아일랜드로 분할시킨다. RF 태그는 RF 장비(6)를 추가로 포함한다. RF 장비(6)는 제 1 전도층(1)에 전기적으로 연결되어 있고 슬릿(5) 위에 배치될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 공진 회로 구조물의 등가의 개략적 회로 다이아그램이다. 도 2를 참조로 하여, 편리하게 제 1 전도층(1), 제 2 전도층(2) 및 두 개의 전도성 기저부(3 및 4)가 인덕터로서 여겨지며, 제 1 전도층(1) 상의 슬릿(5)이 커패시터로서 작용하는 간단한 모델이 고려된다. 공진 회로 구조물은 금속성 표면에서 표면파(suface wave)를 억제하도록 작용한다. 공진 회로 구조물의 임피던스가 RF 장비(6)와 매칭될 때, 바람직하게 콘주게이트 매칭될 때, 최대 전력이 RF 장비(6)로 전달될 것이다.

도 3a는 금속 표면 상에 배치될 때, 도 1에 도시된 공진 회로 구조물을 구비한 RF 태그의 방사 이득 패턴을 도시한 것이다. 도 3b는 금속 표면 상에 배치될 때, 도 1에 도시된 공진 회로 구조물을 구비한 RF 태그의 임피던스 패턴을 도시한 것이다. 금속 표면 상에서의 방사 이득은 대략 3 dBi이다. 공진 회로 구조물의 임피던스가 RF 장비(6)와 매칭되어 있는 것, 이러한 경우에 UHF RFID 칩인 것에 주목한다. 공진 회로 구조물에서 RFID 칩으로 전달된 전력을 최대화하기 위하여, RFID 칩과 공진 회로 구조물 간의 반사 손실(return loss)은 최소화되어야 한다. 공진 회로 구조물과 RFID 칩 간의 반사 손실은 하기와 같다:

상기 식에서, Z_L은 안테나 (공진 회로 구조물) 임피던스이며, Z_S는 RFID 칩 임피던스이다. 도 3c는 금속성 표면 상에서의 이러한 구체예에 따른 RFID (무선 주파수 식별) 태그의 측정된 판독 범위(reading range)를 도시한 것이다. 920 MHz에서의 최대 판독 범위는 대략 9 미터이다.

도 4a는 RF 장비 모듈(8)이 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 전도층(1)에 인접하게 배치되어 있는 본 발명의 다른 구체예를 도시한 것이다. 도 4b는 도 4a에 도시된 바와 같은 RF 장비 모듈(8)의 부분 확대도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조로 하여, RF 장비 모듈(8)은 전도층(10) 및 RF 장비(9)를 포함한다. 전도층(10) 상에는, 전도층(10)을 서로 떨어지게 이격된 두 개의 아일랜드로 분리시키는 슬릿이 존재한다. RF 장비(9)는 전도층(10)에 전기적으로 연결되어 있고, 전도층(10) 상의 슬릿 위에 배치되어 있다. 전자기력은 용량성 결합(capacitive coupling)을 통해 제 1 전도층(1)의 표면에서 RF 장비 모듈(8)로 전달된다. 바람직하게, RF 장비 모듈(8)의 전도층(10)은 실질적으로 제 1 전도층(1)과 동일한 크기로 제조되며, 이의 장점은 RF 태그의 복잡성 및 제작 비용을 감소시킨다는 것이다.

편리하게 RF 장비 모듈(8)과 공진 회로 구조물 간의 용량성 결합의 단순화된 모델이 고려된다. RF 장비 모듈(8)은 자유 공간, 예를 들어, UHF (극초단파) 밴드에서 기능하지 않을 것이다. RF 장비 모듈(8)의 전도층(10)은 이러한 구체예에서 전기적으로 연결되어 있지 않고 제 1 전도층(1)과 용량성 결합되어 있다. 도 5a는 상업적으로 입수가능한 수동형 UHF RFID 칩의 등가의 개략적 회로 모델을 도시한 것으로서, 이는 커패시터 및 저항기(resistor)가 평행하게 연결되어 있다. 도 5b는 용량성 결합을 통해 공진 회로 구조물에 연결되어 있는 RF 장비 모듈(8)의 등가의 개략적 회로 모델을 도시한 것이다. 수동형 UHF RFID 칩(9)은 두 개의 커패시터를 통해 공진 회로 구조물에 연결되어 있다. RF 장비 모듈의 전도성 패드(10)가 공진 회로 구조물의 제 1 전도층(1)과 동일한 크기로 제조될 때, RF 장비 모듈(8)과 공진 회로 구조물 사이의 정전 용량은 최대화되며, 용량성 결합에 의해 도입된 비동조 효과(detuning effect)는 최소화된다. 또한, RF 장비 모듈(8)의 작은 전도성 패드가 공진 회로 구조물을 비동조시키는, RF 장비(9)와 공진 회로 구조물 간의 임피던스 미스매칭을 초래하는 것을 나타낼 수 있다.

도 6a는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 장비(11) 및 RF 태그 안테나(12)를 포함한 RF 태그의 사시도를 도시한 것이다. 이러한 RF 태그는 수동형 UHF RFID 태그로서, 이는 EPC 제 1 클래스 2세대 표준에 따라 작동할 수 있다. 안테나는 RFID 칩(11)의 임피던스와 매칭하도록 조정된다. 도 6b는 도 1에 도시된 공진 회로 구조물(13)에 인접하게 배치된 도 6a에 도시된 RF 태그의 사시도를 도시한 것이다. 공진 회로 구조물(13)은 RFID 칩(11)의 임피던스와 매칭하도록 조정된다. 공진 회로 구조물에 의해 수용되는 전자기력은 용량성 결합을 통해 RF 태그로 전달된다.

상기 구체예들을 통하여, RF 장비 또는 RF 칩은 전기적으로 결합될 수 있는 것으로 이해되는데, 이는 공진 회로 구조물의 제 1 전도층에 직접 전기적으로 연결되거나 용량성 결합(직접 전기적으로 결합되지 않음)됨을 의미한다.

도 7a는 에이버리 데니슨(Avery Dennison)으로부터의 AD834로 상업적으로 입수가능한 수동형 UHF RFID 태그의 평면도를 도시한 것이다. 도 7b는 도 7a에 도시되어 있는 UHF RFID 태그를 이용한 본 발명의 다른 구체예를 도시한 것이다. 도 7c는 도 7b에 도시된 구체예의 부분 확대도이다. 수동형 UHF RFID 태그는 RFID 칩(14) 및 RFID 태그 안테나(15)를 포함한다. 또한, AD843 상에는 어브센스(absence)(17)가 존재하는데, 여기서 RFID 칩은 어브센스 위에서 RFID 태그 안테나에 전기적으로 연결된다. 이러한 구체예에서, 상업적으로 입수가능한 수동형 UHF RFID 태그는 라인(16)을 따라 제거된다. 제거 공정(trimming process)은 AD843을 서로 떨어지게 이격된 두 개의 전도성 아일랜드(20)로 이격시키며, RFID 칩(14)은 슬릿(18) 위에서 두 개의 전도성 아일랜드(20)에 전기적으로 연결된다. 도 1에 도시된 구체예와 유사하게, 제 1 전도층(19) 상에 슬릿을 구비한 공진 회로 구조물은 RFID 칩(14)의 임피던스를 매칭시키도록 디자인된다. 바람직하게, 제 1 전도층(19) 상의 슬릿은 AD843과 같이, 제거된 RFID 태그 상에 슬릿과 동일한 크기를 갖는다. 공진 회로 구조물에 의해 수용된 전자기력은 용량성 결합을 통해 RF 태그로 전달된다.

도 8a는 상업적으로 입수가능한 RFID 스트랩(strap)의 평면도를 도시한 것이다. 도 8b는 도 8a에 도시된 RFID 스트랩을 이용한 본 발명의 다른 구체예를 도시한 것이다. 도 8c는 도 8b에 도시된 구체예의 부분 확대도이다. 도 8a 내지 도 8c를 참조로 하여, RF 장비 모듈의 다른 디자인은 RFID 스트랩(21)의 형태로서, 여기서 RFID 칩(23)은 두 개의 전도성 패드(22)에 전기적으로 연결되어 있다. RF 장비 모듈 (즉, RFID 스트랩)은 이러한 구체예에서 공진 회로 구조물의 제 1 전도층(24)에 인접하게 배치되어 있다. 대개, RFID 스트랩 크기는 3mm x 9 mm 인데, 이는 항상 공진 회로 구조물 보다 매우 작다. 결합 정전 용량(coupling capacitance)은 다른 구체예에서 보다 큰 RF 장비 모듈 보다 작다. RFID 칩 측면에서의 임피던스는 크게 변할 것이다. 공진 회로 구조물의 공진 주파수는 임피던스를 RFID 칩에 매칭되게 하기 위해 감소되어야 한다. 공진 회로 구조물의 임피던스는 하기와 같다는데 주목한다:

상기 식에서, Z는 표면의 임피던스이며, ω는 입사 전자기파의 주파수이며, L은 인덕턴스(inductance)이며, C는 정전 용량이다. 공진 회로 구조물의 최적의 크기는 등가 회로 모델과 관련이 있다는 것이 분명하다. 파라미터들은 서로 관련이 있다.

공진 회로 구조물의 성능에 대한 다양한 파라미터의 효과들을 고려하여, 중국에서 수동형 UHF RFID 작동 주파수인 920 MHz에서 작동하도록 디자인된 다양한 구성을 모델링하기 위하여 유한 요소 시뮬레이션 소프트웨어(finite element simulation software)가 사용되었다. 시뮬레이션된 공진 회로 임피던스 및 방사 이득(radiation gain)이 기록된다. 도 9a는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 두께를 나타낸 것이다. 도 9b는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 두께를 나타낸 것이다. 이러한 플롯으로부터 두께가 5 mm를 초과할 때 임피던스가 크게 변하는 것을 알 수 있다. 도 9c는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 슬릿 크기를 나타낸 것이다. 도 9d는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 슬릿 크기를 나타낸 것이다. 위에 슬릿을 구비한 제 1 전도층이 커패시터로서 보여질 수 있다는 것이 주목된다. 슬릿 크기가 작아질 때, 공진 회로 구조물의 정전 용량은 증가할 것이며, 공진 회로 구조물은 보다 낮은 주파수에서의 공진 모드로 존재할 것이다. 도 9e는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로 구조물의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 슬릿의 방향을 따른 RF 장비의 위치를 나타낸 것이다. 도 9f는 도 1에 도시된 바와 같은 공진 회로의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 슬릿의 방향을 따른 RF 장비의 위치를 나타낸 것이다. 공진 회로 구조물의 임피던스가 주로 고유 인덕턴스 및 고유 정전 용량에 의존적이기 때문에, 슬릿 상에서의 RF 장비의 위치는 공진 회로 구조물의 성능에 대해 큰 영향을 미치지 않을 것이다.

도 10a는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 임피던스 대 RF 장비 모듈과 공진 회로 구조물 사이의 스페이서의 두께를 나타낸 것이다. 도 10b는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 방사 이득 대 RF 장비와 공진 회로 구조물 사이의 스페이서의 두께를 나타낸 것이다. RF 장비 모듈이 용량성 결합을 통해 공진 회로 구조물과 연결된다는 것이 주목된다. 스페이서가 두꺼울 수록 임피던스의 비동조 효과가 클 것이다. 도 10c는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 두 개의 전도성 기저부의 폭을 나타낸 것이다. 도 10d는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 두 개의 전도성 기저부의 폭을 나타낸 것이다. 공진 회로 구조물의 등가 회로에서, 두 개의 전도성 기저부의 폭이 공진 회로 구조물의 고유 인덕턴스와 관련이 있다는 것에 주목된다. 도 10e는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 임피던스 대 공진 회로 구조물의 폭을 나타낸 것이다. 도 10f는 본 발명의 구체예에 따른 RF 태그의 시뮬레이션된 방사 이득 대 공진 회로 구조물의 폭을 나타낸 것이다. 공진 회로 구조물이 대개 전기장에 의해 여기되기 때문에, 단지 세로 방향 크기가 공진 회로 구조물의 공진 모드에 기여할 것이다. 공진 회로 구조물의 폭은 공진 주파수에 대해 제한된 효과를 가질 것이다. 그러나, 폭이 상당한 크기로 변할 때, 공진 주파수가 변할 것이며 폭이 공진 주파수에 대해 크게 영향을 미칠 것이다. RF 태그의 성능이 두께 및 폭과 같은 공진 회로 구조물의 파라미터의 특정 수치에서 더욱 우수한 바, RF 태그의 이러한 파라미터가 서로 관련이 있다는 것이 주목될 것이다. 또한, 공진 회로 구조물의 파라미터의 다른 수치가 상이한 파라미터 조합 하에서 보다 양호한 성능을 얻을 수 있다는 것을 실현시킬 것이다.

RF 장비 모듈의 전도성 패드의 크기가 작아짐에 따라, RF 장비로 전달되는 전력 및 비동조 효과에 의해 도입되는 임피던스 미스매칭이 감소될 것이다. 전도성 패드의 크기가 0으로 접근하는 경우에, RF 장비에 어떠한 전력도 전달되지 않을 것이다.

일부 RF 태그 리더기는 지향성 리더기 안테나를 가지는데, 이는 선형 편파를 갖는 전자기파를 전송하고 이에 따라 태그가 리더기 안테나와 매칭하는 방향으로 지향될 때에만 정확하게 작동할 수 있다. 지향 문제는 원형 편파 리더기 안테나를 이용하거나 이중 편파를 갖는 RF 태그를 이용하여 극복될 수 있다. 도 11은 두 개의 RF 장비의 방위가 90 도로 놓인, 본 발명의 다른 구체예에 따른 공진 회로 구조물의 제 1 전도층(26)에 전기적으로 연결된 두 개의 RF 장비(24 및 25)를 나타낸 것이다. 제 1 전도층(26) 상에는 두 개의 직교 슬릿이 존재하는데, 이는 제 1 전도층을 서로 떨어지게 이격된 네 개의 아일랜드로 분할시킨다. 제 1 전도층(26)은 두 개의 전도성 기저부(27)에 의해 제 2 전도층(261)에 연결된다. 각 RF 장비는 공진 회로 구조물과 매칭된다. 각 RF 장비의 방사는 선형 편파 RF 태그 리더기 안테나에 의해 여기될 수 있다. 90 도로 서로 떨어지게 이격된 두 개의 직교 RF 태그들의 조합은 입사 방사의 편파가 무엇이든지 간에 활성화될 수 있다.

이중 편파 RF 태그의 다른 디자인은 RF 장비(28)를 이용하는 것으로서, 이는 본 발명의 다른 구체예에 따른 이중 편파 RF 태그를 예시한, 도 12에 도시된 바와 같이, Impinj's Monza 수동형 UHF RFID 칩과 같은, 두 개의 독립적 신호 출력부를 갖는다. RF 장비(28)는 제 1 전도층(126)에 전기적으로 연결되며, 이는 두 개의 슬릿에 의해 4 개의 직교 아일랜드로 분할된다. 제 1 전도층(126)은 두 개의 전도성 기저부(127)에 의해 제 2 전도층(361)에 연결된다. 각 RF 장비의 출력부는 공진 회로 구조물과 매칭된다. 90도로 분리되어 있는 두 개의 직교 RF 태그 출력부의 조합은 입사 방사선의 편파가 무엇이든지 간에 활성화될 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 구체예에 따른 듀얼 포트 RFID (무선 주파수 식별) 칩을 위한 공진 회로 구조물의 몇몇 가능한 구성예를 도시한 것이다. 듀얼 포트 RFID 칩(48)은 이러한 구성 상에 전기적으로 결합된다. RF 태그는 임의의 방향에서 선형 편파 리더기 안테나에 의해 판독될 수 있다.

도 14는 공진 회로 구조물의 정전 용량을 증가시키기 위해 내부 전도층(31)이 부가된, 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 나타낸 것이다. 내부 전도층(31)은 제 1 전도층(30) 및 제 2 전도층(32)과 커패시터를 형성하며, 이는 공진 회로 구조물의 정전 용량을 증가시키고 공진 회로 구조물의 크기를 감소시킨다.

도 15는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 도 14의 구체예와 비교하면, 이러한 구체예에서, 내부 전도층(33)은 두 개의 전도성 부분(34)에 의해 제 2 전도층(341)에 연결된다. 내부 전도층(33)은 제 1 전도층(351)과 커패시터를 형성시킬 것이다. 또한, 내부 전도층(33) 상에 슬릿이 존재한다.

또한, 광대역 작동 주파수 성질을 갖는 두 개의 다른 구체예가 존재한다. 도 16은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, 제 1 전도층(36) 및 제 2 전도층(37)은 평행하지 않다. 도 17은 두 개의 전도성 기저부(38)가 평행하지 않은 다른 구체예를 도시한 것이다.

도 18은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, 제 1 전도층에 별도의 부품(39)이 연결되어 있다. 이러한 별도의 부품(39)은 커패시터 도는 인덕터 중 하나일 수 있다. 인덕터가 제 1 전도층에 전기적으로 연결되어 있을 때, 주파수에 따른 공진 회로 구조물의 임피던스 변화는 보다 작을 것이다. 광대역 RF 태그 디자인이 달성될 수 있을 것으로 보여질 수 있다.

도 19a는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 도 19b는 도 19a에 도시된 RF 태그의 다른 측면을 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, RF 태그(47)는 금속성 하우징(45)에 의해 보호된다. 금속성 하우징 상에 두 개의 돌출부(46)가 존재한다. 금속성 하우징 상의 두 개의 돌출부(46)는 RF 태그의 편파 방향으로 정렬되지 않는다.

도 20은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, 제 1 전도층(140) 상에 고유 인덕터(40)가 형성된다. 도 21은 RF 태그가 제 1 전도층(141) 상에 형성된 고유 커패시터(41)를 구비한 유사한 구체예를 도시한 것이다. 제 1 전도층 상에 별도의 부품을 연결한다는 것이 유사하다. 주파수에 따른 공진 회로 구조물의 임피던스 변화는 작을 것이며 광대역 RF 태그가 달성될 수 있다.

공진 회로 구조물의 다른 디자인은 광대역의 주파수에서 임피던스의 작은 변화를 갖는다. 도 22는 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, 제 1 전도층(421) 상의 슬릿(42)은 전도성 기저부(423)에 대해 평행하지 않다. 제 1 전도층(421), 제 2 전도층(425) 및 두 개의 기저부(423)에 의해 형성된 인덕턴스는 제 1 전도층(421) 상의 슬릿의 방향에 따라 바뀐다. 주파수에 따른 임피던스의 변화는, 슬릿(42)이 전도성 기저부(423)에 대해 평행하지 않을 때 더욱 작다.

도 23은 본 발명의 다른 구체예에 따른 RF 태그를 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, RF 장비(44)는 전도성 기저부(144)에 전기적으로 연결된다. 전도성 기저부 상에는 슬릿(43)이 존재한다. 다른 측면에서, 전도성 기저부(144)가 제 1 전도층으로서 여겨지는 경우에, 이러한 구체예에서, 제 1 전도층(144) 및 제 2 전도층(146)의 가장 긴 치수는 전도성 기저부(244)의 가장 긴 치수 보다 짧다.

본원의 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐서 하나의 요소가 다른 요소와 "결합"된다고 기술될 때, 이는 하나의 요소가 다른 요소에 걸리거나, 고정되거나, 달리 부착된다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니라고 인식될 것이다. 대신에, 용어 "결합된"은 하나의 요소가 다른 요소에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되거나 다른 요소와 전기적으로 소통한다는 것을 의미한다.

본 특허 출원이 특별히 이러한 열 구체예들을 참조로 하여 도시되어 있고 기술되어 있지만, 다양한 다른 변형예 또는 개질예가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않게 형성될 수 있는 것으로 인식될 것이다.

Claims

공진 회로 구조물 및 RF 장비를 포함한 RF 태그로서,
공진 회로 구조물이,
제 1 전도층;
제 1 전도층과 떨어져 이격되어 있는 제 2 전도층; 및
제 1 전도층의 두 개의 단부 및 제 2 전도층의 두 개의 단부를 각각 연결하는 두 개의 전도성 기저부를 포함하며,
제 1 전도층 상에 슬릿(slit)이 형성되어 있으며, RF 장비가 제 1 전도층에 전기적으로 연결되어 있고 슬릿 위에 배치되어 있는, RF 태그.
제 1항에 있어서, 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 유전 재료의 층을 추가로 포함하는 RF 태그.
제 1항에 있어서, RF 장비가 제 1 전도층과 직접 전기적으로 연결되어 있는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 제 1 전도층 상에 배치되고 제 1 전도층과 용량성 결합되어 있는 제 3 전도층을 추가로 포함하며, 제 3 전도층이 RF 장비에 전기적으로 연결되어 있는 RF 태그.
제 4항에 있어서, 제 3 전도층이 하나 이상의 슬릿에 의해 서로 떨어지게 이격된 복수의 아일랜드(island)로 분할되며, RF 장비가 하나 이상의 슬릿 위에 배치되어 있는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 공진 회로 구조물의 임피던스가 RF 장치의 임피던스와 콘주게이트 매칭(conjugate match)되는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 하나 이상의 추가 슬릿이 제 1 전도층 상에 형성되어 있고 다른 슬릿을 통해 전송된 전자기파와 상이한 편파(polarization)를 갖는 전자기파를 전송하도록 구성되어 있는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 내부 전도층을 추가로 포함하는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 두 개의 전도성 기저부가 서로 평행한 RF 태그.
제 1항에 있어서, 제 1 전도층에 연결되어 있는 별도의 부품을 추가로 포함하며, 별도의 부품이 커패시터(capacitor) 또는 인덕터(inductor)인 RF 태그.
제 1항에 있어서, 금속성 하우징을 추가로 포함하며, 금속성 하우징이 복수의 돌출부(protuberance)를 포함하며, 돌출부가 RF 태그의 편파 방향과 상이한 방향으로 정렬되어 있는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 고유 인덕터(intrinsic inductor) 또는 고유 커패시터가 제 1 전도층 상에 형성되어 있는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 제 1 전도층이 슬릿에 의해 서로 떨어져 이격되어 있는 두 개 이상의 아일랜드로 분할되어 있는 RF 태그.
제 1항에 있어서, 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 자성 재료의 층을 추가로 포함하는 RF 태그.
제 8항에 있어서, 제 1 전도층과 제 2 전도층 사이에 배치된 하나 초과의 내부 전도층을 추가로 포함하는 RF 태그.