KR20120073341A - 균형 잡힌 신호 배치형태를 지니는 자기 ｒｆｉｄ 커플러 - Google Patents

Abstract

자기 커플러 장치는 2개의 1/4 파장 스트립 패치, 입력 신호 공급원, 상기 입력 신호 공급원으로부터의 입력 신호를 2개의 신호로 분할하고 해당 2개의 신호 중 하나를 위상반전시키는 신호 스플리터를 포함하되, 상기 위상-반전된 신호와 상기 비-위상-반전된 신호는 상기 커플러의 패치들 내로 공급되어 균형 잡힌 신호 배치형태를 달성한다.

Description

균형 잡힌 신호 배치형태를 지니는 자기 ＲＦＩＤ 커플러{MAGNETIC RFID COUPLER WITH BALANCED SIGNAL CONFIGURATION}

본 발명은 RFID(무선 인식 장치: radio frequency identification device) 기술에 관한 것으로, 특히 RFID 프린터/인코더 혹은 기타 근접장 인코딩 응용(near field encoding application)에 사용하기에 적합한 자기 커플러 장치에 관한 것이다.

안테나는 전자기파를 방사하거나 수신하기 위한 잘 알려진 장치이다. 안테나들은 각종 형상과 크기로 이용가능하지만, 이들은 모두 동일한 기본적인 원리에 기초하여 기능한다. 수신 모드에 있어서, 안테나는 전파 중인 전자기파를 가로막고, 이어서 안테나 내에 전자 신호를 유도한다. 전자 신호는 이어서 신호를 해독하는 집적 회로로 공급될 수 있다. 송신 모드에 있어서, 안테나는 공급 라인을 통해 전자 신호를 수신하고, 이어서 안테나 둘레에 전자장을 유도하여 자유 공간을 전파 중인 전자기파를 형성한다. 차원(dimension) 등과 같은 안테나의 특성은 그의 동작 주파수, 방사 패턴, 손실, 이득 등을 참조하여 얻어질 수 있다. 안테나는 전형적으로 금속 재료로 이루어지고, 광범위한 배치형태를 지닌다. 하나의 공지된 배치형태는 각각 일단부에서 입력 신호를 수신하는 동일 길이의 두 전도체를 포함하는 쌍극 안테나이다. 전형적인 쌍극 안테나의 두 전도체는 서로 정렬되는 세장형 몸체이다. 각 몸체는 안테나에 의해 송신 혹은 수신될 목표 파장(target wavelength)의 1/4 파장일 수 있다.

안테나는 핸드폰 등과 같은 무선 장치에서 널리 일반적으로 이용되어, 송신선과 자유 공간 사이의 들어오고 나가는 전자기파를 안내한다. 안테나는 또한 무선 인식 장치(RFID) 응용에 이용된다.

안테나를 포함하는 RFID 장치는 통상 인레이(inlay)라 지칭된다. 인레이는, 해당 인레이에 전송되고 안테나에 의해 수신된 신호들을 판독하며 또한 안테나에 신호를 전송하기 위한(이 신호는 이어서 해당 안테나에 의해 송신됨) 집적 회로인, 트랜스폰더(transponder)뿐만 아니라 안테나를 포함할 수 있다. 인레이 안테나는 때로는 인터로게이터(interrogator)라고도 지칭되는 송수신기를 이용해서 소정의 목표 주파수에서 통신하도록 조율(즉, 크기 조정)될 수도 있다. 인터로게이터는 전형적으로 RFID 인레이와 통신하기 위한 안테나를 포함한다. 인레이는 능동형 혹은 수동형일 수 있다. 능동형 인레이는 배터리 등과 같은 그의 자체의 전원을 포함하는 한편, 수동형 인레이는 인터로게이터 등과 같은 외부 공급원으로부터 그의 전력을 입수할 것이다.

종단 송신선(terminated transmission line)을 이용하는 자기 커플러는 RFID-가능 라벨, 티켓, 태그, 카드 혹은 기타 매체의 인코딩에 이용될 수 있다. 미국 특허 제7,425,887호 및 제7,190,270호에는 RFID 인레이와 통신하기 위한 단일 전송선 커플러를 이용하는 RFID 프린터/인코더를 개시하고 있다.

US 7425887 B US 7190270 B US 7348885 B

자기 커플링은 RFID 태그를 판독 혹은 인코딩하기 위하여 통상 이용되는 방법이다. 자기 커플링은, 널리 일반적으로 이용되지만, 이는 결함 없이는 이루어지지 않는다. 예를 들어, 자기 커플링은 일반적으로 RFID 인레이 안테나의 기하형태에 좌우되며, 종종 송수신기의 RFID 안테나와의 최적의 정렬을 결정하여 송수신기와 RFID 안테나 사이의 자장을 효율적으로 투사시켜 커플링을 얻기 위하여 복잡한 과정을 필요로 한다. 또한, 상기 과정은 인레이 안테나의 형상이 변화될 경우 변화될 필요가 있을 수 있다.

현재 이용가능한 RFID 기술의 단점은 송신로 내의 전류 분배가 모든 유형의 인레이에 대해서, 특별히 소형 안테나를 구비한 인레이들에 대해서 그리고 인코더의 송신선 내의 전류의 방향과 정렬되지 않은 안테나를 구비한 인레이에 대해서 최적이 아니라고 하는 점이다. 또한, 인코더의 송신선의 신호 분배는 쌍극형 안테나를 구비한 인레이들에 대해서 최적이 아니다.

대안적으로, 용량성 커플링(capacitive coupling)은 송수신기를 인레이와 결합시키는데 이용될 수 있다. 미국 특허 제7,348,885호는 기판, 해당 기판의 표면의 제1영역 내에 배열된 해당 기판의 표면 상에 제1의 복수개의 직렬 접속된 스트립라인 전도체(stripline conductor) 및 상기 기판의 표면의 제2영역 내에 배열된 해당 표면 상에 직렬 접속된 스트립라인 전도체를 포함하는 용량성 RFID 태그 인코더를 개시하고 있으며, 상기 인코더는 RF 신호를 이용해서 상기 제1의 복수개의 직렬 접속된 스트립라인 전도체를 구동하고 해당 RF 신호의 위상-반전된 형태를 이용해서 상기 제2의 복수개의 직렬 접속된 스트립라인 전도체를 구동한다.

본 발명의 목적은 개선된 신호 분배를 지니는 자기 커플러 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 기술에 비해서 개선을 가져오는 자기 커플러를 작동시키는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 RFID 프린터/인코더의 일부이거나 혹은 기타 근접장 인코딩 응용에 이용될 수 있다.

이와 같이 해서, 본 발명의 일 측면에 따르면, RFID 프린터/인코더는, 목표 파장을 지니는 입력 신호를 제공하는 입력 신호 공급원, 예를 들어, 송수신기, 상기 신호 공급원에 연결되어, 상기 입력 신호를 수신하여 해당 입력 신호를 제1신호와 제2신호로 분할하며, 해당 제2신호를 반전시켜 반전된 신호를 제공하는 신호 스플리터(splitter), 유전체 기판(길이를 따라 연장되는 길이방향 축을 지니는 직사각형 몸체일 수 있음), 상기 제1신호를 수신하고 상기 기판의 제1면 위에 배치된 제1의 세장형 전도성 패치(first elongated conductive patch) 및 상기 제1의 세장형 전도성 패치로부터 이간되고 해당 전도성 패치와는 반대쪽에 있는 상기 기판의 제1면 위에 배치되어 반전된 신호를 수신하는 제2의 세장형 전도성 패치를 포함하되, 상기 제1 및 제2 패치는 상기 기판의 상기 길이방향 축을 따라 길이방향으로 연장되는 것인 RFID 자기 커플러 장치를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 자기 커플러 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2의 전도성 패치는 서로 길이방향으로 정렬되어 상기 기판의 길이방향 축을 따라 연장되는 직사각형의 이간된 몸체들인 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 입력 신호 공급원과 상기 스플리터는 상기 제1면과는 반대쪽에 있는 상기 기판의 제2면 상에 배치되고, 상기 제1의 전도성 패치와 상기 제2의 전도성 패치는 상기 기판의 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 연장되는 각각의 비아(via)를 통해서 상기 제1신호와 상기 반전된 신호를 수신한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1신호와 상기 반전된 신호는 상기 기판의 중심부에 가장 가깝게 위치된 패치들의 근위 단부들 내로 공급되고, 이에 따라, 상기 신호들의 최대 진폭이 상기 기판의 에지들 부근에서 그들의 근위 단부들과는 반대쪽에 있는 패치들의 원위 단부들에서 나타난다. 바람직한 실시형태에 있어서, 각 전도성 패치의 길이는 상기 목표 파장의 1/4와 동일하다.

본 발명은 균형 잡힌 신호 배치형태(balanced signal configuration)를 지니는 자기 커플러 장치를 얻기 위하여 신호 분할 및 위상-반전을 이용한다. 본 발명에 따른 자기 커플러 장치의 전류 방향은 매체 경로에 대해서 횡방향(cross directional)을 여전히 향하고, 따라서, 전형적으로 짧은 피치/근접장 응용에 이용되는 표준 4" 길이를 지니는 인레이들과 정렬될 수 있다. 이 신호 배치형태의 특성은 자기 커플러의 중심부로부터 공급되는 1/4 파장 경로가 자기 커플러의 단부들을 향하여 최대화된 진폭을 지니는 절반 사인 전류 분포(half sine current distribution)를 지닐 것이고, 이는 패치들의 낮은 특징적인 임피던스에 기인하며, 따라서 자기 커플링이 얻어지게 된다. 이것은 그의 단부들에서 최소 진폭 레벨을 보이는 1/2 목표 파장 안테나 패치들을 지니는 종래 기술의 자기 커플러 장치의 전류 신호 분배와는 다르다.

본 발명의 기타 특성과 이점은 첨부 도면을 참조하는 본 발명의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1A는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기 커플러 장치의 상부 평면도;
도 1B는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기 커플러 장치의 하부 평면도;
도 2A는 본 발명의 제2실시예에 따른 자기 커플러 장치의 상부 평면도;
도 2B는 본 발명의 제2실시예에 따른 자기 커플러 장치의 하부 평면도;
도 3은 화살표 방향에서 본, 도 1A 및 도 1B에 있어서의 선 3-3을 따른 도 1A, 도 1B, 도 2A 및 도 2B의 장치의 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 방법에서의 단계들을 표시한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 방법을 입력 신호에 적용한 결과를 도시한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 자기 커플러 장치의 전기전도성 패치들을 따른 전류 분포를 예시한 도면;
도 7은 본 발명에 따른 자기 커플러 장치와 정렬된 쌍극 인레이 안테나를 예시한 도면;
도 8은 본 발명에 따른 자기 커플러 장치와 오정렬된(misaligned) 쌍극 인레이 안테나(도 7에 도시된 것보다 작음)를 예시한 도면.

제1실시예

도 1A는 본 발명에 따른 자기 커플러 장치(10)의 상부 평면도를 도시하고 있으며, 이는 RFID 프린터/인코더용의 자기 커플러 장치 등과 같은 근접장 자기 인코딩 응용에서 바람직하게 이용된다. 자기 커플러 장치(10)는 하나의 표면 상에 배치된 쌍극 커플러를 지니는 유전체 기판(13)을 포함한다. 기판(13)은 그의 길이에 대해서 평행한 길이방향 축을 지니는 세장형의 직사각형 몸체일 수 있다. 쌍극 커플러는 제1의 세장형 전기전도성 패치(12)와, 해당 제1의 전기전도성 패치(12)로부터 이간된 제2의 세장형 전기전도성 패치(14)를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 제1 및 제2의 전기전도성 패치(12), (14)는 각각, 도 1A에 의해 예시된 바와 같이, 대체로 직사각 형상을 지니는 세장형 마이크로스트립이다. 제1의 전기전도성 패치(12)는 제1단자 단부(12') 및 그의 제1단자 단부(12')와는 반대쪽에 배치된 제2단자 단부(12")를 포함한다. 제2의 전기전도성 패치(14)는 제1단자 단부(14') 및 그의 제1단자 단부(14')와는 반대쪽에 있는 제2단자 단부(14")를 또 포함한다. 제1 및 제2의 전기전도성 패치(12), (14)는, 그의 제2단부(12"), (14")(즉, 기판(13)의 중심부에 가까운 근위 단부들)가 서로 이간되고 또한 서로 대향하여 배열되며, 그의 제1단부(12'), (14')보다 서로 가깝게 위치(즉, 패치(12), (14)의 원위 단부가 기판(13)의 중심부로부터 더 멀리 그리고 그의 단자 에지에 더 가깝게 위치)되도록 동일 방향을 따라(즉, 기판(13)의 길이방향 축을 따라) 길이방향으로 정렬되어 있다. 단, 예시된 실시예에 있어서, 제1 및 제2의 전기전도성 패치(12), (14)는 동등한 길이이다. 또, 각 전기전도성 패치(12), (14)의 길이는 패치(12), (14)에 의해 수신될 목표 신호의 파장의 1/4와 동등하도록 선택된다. 이와 같이 해서, 패치들의 총 길이는 목표 신호의 파장의 1/2이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 패치(12), (14)는 종단 송신선이다. 각 패치(12), (13)의 원위 단부(12'), (14')는 각각의 손실 소자(lossy element), 예를 들어, 저항 소자(9)에 연결된다. 저항 소자(9)는 바람직하게는 기판(13) 상에 혹은 기판(13)으로부터 벗어나서 위치될 수 있다. 1/4 파장의 종단 송신선은 커플러 입력에서 정합된 조건을 위하여 실제 부하에 의한 종단을 부분적으로 가능하게 할 것이고, 이와 같이 해서, 주파수 의존성을 최소화할 것이다. 한편, 허용가능한 입력 정합을 지니는 개방 송신선을 고안하는 것은 곤란하다. 게다가, 정합이 발견될 수 있다고 해도, 개방 송신선에 공급되는 전력은 모두 떨어져서 방사되어 분리(isolation) 문제를 일으킬 것이다. 단, 패치(12), (14)의 원위 단부(12'), (14')가 서로 가장 멀리 떨어진 패치(12), (14) 상의 지점인 점에서 2개의 저항 소자를 지니는 것이 바람직하다. 또한, 1/4 파장의 패치들이 바람직한데, 그 이유는 임의의 다수의 1/4 파장은 패치(12), (14)의 순서 및 주파수 의존성을 증가시킬 것이기 때문이다. 따라서, 1/4의 기본적인 패치 길이는 방송 입력 정합을 생성할 것이고, 그러므로, 가장 넓은 대역폭을 지닐 것이다.

도 1B는 그의 상부와는 반대쪽에 있는 자기 커플러 장치(10)의 이면(즉, 하부)의 평면도이다. 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 적절한 IC 송수신기(16)는 유전체 기판(13)의 일부 위에서 자기 커플러 장치(10)의 이면 상에 배치될 수 있다. 송수신기(16)는 2개의 전도성 노드(18), (20)에 전기적으로 연결된다. 구체적으로는, 송수신기(16)는 전도성 트레이스(conductive trace)(21)에 의해 노드(18)에 직접 연결되고, 노드(18)는 전도성 송신선(22)을 통해서 노드(20)에 전기적으로 연결된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 전도성 송신선(22)은 목표 파장의 1/2이다.

제2실시예

도 2A를 참조하면, 동일한 부호는 동일한 구성부를 나타내며, 본 발명의 제2실시예에 있어서, 패치(12), (14)는 세장형 몸체이지만, 직사각형은 아니다. 오히려, 각 패치(12), (14)는 원호 형상의 근위 단부(12"), (14")와 원위 단부(12'), (14')를 포함한다.

도 2B를 참조하면, 제2실시예에 있어서, 전도성 송신선(22)은 사형 부분(serpentine portion)(22')을 포함한다. 이 사형 부분(22')의 내포는 보다 소형의 풋-프린트(foot-print)를 지니는 1/2 파장 송신선을 얻는 것을 허용한다. 단, 두 실시예에 있어서, 송수신기(16)는 다른 곳에 존재할 수 있고, 기판(13) 상에 존재할 필요는 없다. 또한, 바람직한 실시예에 있어서, 기판(13)은 그의 몸체의 중앙에 공통 접지 평면을 지니는 3층 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 노드(18)와 (20) 사이에서 연장되는 1/2 파장 전도성 송신선(22)은 전력 스플리터로서 역할한다. 이는 1/2 파장 전도성 송신선(22)의 임피던스가, 그의 특징적인 임피던스와는 관계없이, 그의 단부에서 접속된 부하와 동일한 것으로 표시될 수 있다. 이와 같이 해서, 1/2 파장 전도성 송신선(22) 내에서 보이는 것은, 마치 1/2 파장 전도성 송신선(22)이 존재하지 않는 것처럼 패치(20)(그의 단부에 접속됨)의 입력 임피던스이다. 따라서, 윌킨슨 1/4파 전력 분배기(Wilkinson quarter wave power divider)의 충분히 공지된 이론에 의거해서, 패치(18), (20)의 단부에서 동등한 부하의 대칭과 동등한 특징적인 임피던스에 의해 동등한 전력 분할이 얻어질 것이라는 것을 용이하게 알 수 있다. 결과적으로, 신호는 동등한 진폭을 지니는 두 신호로 분할될 수 있다. 또한, 1/2 파장 전도성 송신선(22)은 이들 두 신호 중 한쪽을 180°만큼 위상 반전시킨다. 단, 전도성 송신선(22)의 형상은 대단히 중대하지 않을 수 있다. 그러나, 전도성 송신선(22)의 전기적 길이는 중요할 수 있다. 이 전기적 길이는 물리적 길이와 폭 양쪽 모두의 함수이다. 전도성 송신선(22)은 마이크로스트립 설계를 위한 통상의 지침서를 따르는 한 다른 형상으로 구성될 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 전도성 송신선(22)용의 가동 범위는 주파수의 UHF RFID 범위 내에 들어가도록 설계된다.

이제 도 3을 참조하면, 노드(18)는 제1전도성 비아(24)를 통해 제1의 전기전도성 패치(12)의 제2단자 단부(12")에 전기적으로 접속되고, 노드(20)는 제2전도성 비아(26)를 통해 제2의 전기전도성 패치(14)의 제2단자 단부(14")에 전기적으로 접속된다. 단, 바람직한 실시예에 있어서, 각 비아(24), (26)는 유전체 기판(13)을 통해 그의 이면으로부터 상부면으로 연장된다. 이와 같이 해서, 송수신기(16)에 의해 전송되는 신호는 비아(24), (26)를 통해서 제1의 전도성 패치(12)와 제2의 전도성 패치(14)로 전송된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 및 제2의 전도성 패치(12), (14)의 제2단부(12"), (14")는 송수신기(16) 등과 같은 입력 공급원으로부터 입력 신호를 수신하는 역할을 한다. 비아(26)는 일부 전기적 길이를 추가할 수 있지만, 그다지 많이는 아니며, 이는 EM 시뮬레이션 툴에 의해 최적화될 수 있다. 패치(18), (20), 전도성 트레이스(21), 전도성 송신선(22), 및 비아(24), (26)는 구리 등과 같은 임의의 적절한 전도성 재료로 제작될 수 있다. 유전체 기판(13)은 FR4 혹은 알루미나 등과 같은 기타 적절한 폴리머 혹은 세라믹 재료로 제작될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따르 수행되는 방법에서의 단계들을 도시하고 있다. 이와 같이 해서, 입력 신호는 예를 들어 송수신기(16)에 의해 제공되고(S10), 이 신호는 이어서 전술한 바와 같이 전도성 송신선(22)에 의해 제1신호와 제2신호로 분할된다. 대안적으로, 윌킨슨 전력 분배기 등과 같은 전력 분배기가 입력 신호를 분할시키는데 이용될 수 있다. 단, 제1신호와 제2신호 중 한쪽, 예를 들어, 제2신호가 그의 진폭을 변경시키는 일없이 전도성 송신선(22)에 의해 반전된다(S12). 즉, 제2신호는 전도성 송신선(22)에 의해 180°만큼 위상-반전된다. 단, 대안적으로, 반전기 회로가 반전된 신호를 얻는데 이용될 수도 있다. 어느 경우에 있어서도, 반전된 신호는 모든 순간에 다른 신호의 전압 극성과는 반대의 전압 극성을 지닐 것이다. 그 후, 반전된 신호는 자기 커플러 장치(10)의 전도성 패치(18), (20) 중 한쪽에 공급되고, 비-반전된 신호는 전도성 패치들 중 다른 쪽에 공급된다. 이와 같이 해서, 예를 들어, 제2신호가 반전된 경우, 제1신호는 비아(24)를 통해서 제1의 전기전도성 패치(12)의 제2단자 단부(12")에 공급되고, 반전된 신호는 비아(26)를 통해서 제2의 전기전도성 패치(14)의 제2단자 단부(14")에 공급된다. 그 결과, 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력 신호는 패치(12), (14)의 제2단자 단부(12"), (14") 사이의 기판(13)의 중앙을 향하여 인터로게이터에 의해 규정된 시스템 임피던스 내로 공급된다.

도 5는 본 발명에 따른 방법의 응용의 결과로서 입력 신호의 변화를 예시한다. 이와 같이 해서 송수신기(16) 등과 같은 신호 공급원으로부터의 입력 신호(28)는 제1신호(30)와 제2신호(34)로 분할된다. 신호(32)는 이어서 제1신호(30)에 대해서 반전(180° 위상-반전)(이는 박스(34)로 표기됨)된다. 그 후, 제1신호(30)와 반전된 신호(36)는 각각 전도성 패치(12), (14)의 제2단자 단부(12"), (14")에 공급된다.

도 6은 제1신호(30)와 반전된 신호(36)의 수신 시 전기전도성 패치(12), (14)를 따른 전류 분포를 예시하고 있다. 단, 각 패치(12), (14)에 의해 송신된 신호는 그의 제1단부(12'), (14')에서 최대값을 지닌다. 이와 같이 해서, 전류 진폭은 절반 사인 분포에 따라 제1단부(12'), (14')에서 최대값을 지닐 것이다. 그 내부에 흐르고 있는 전류로 인해, 패치(12), (14)는 자장에 의해 둘러싸인다. 본 발명의 일 측면에 따른 응용에 있어서, 인레이는 이 반응성 근접장 내에 위치되어 동력이 공급된다. 또한, 본 발명에 따른 자기 커플러 장치의 기하학적 길이는 보다 양호한 커플링 특성에 부가되는 통상의 쌍극형 인레이의 1/2 파장 정도일 것이다.

도 7은 쌍극형 인레이의 쌍극 안테나(17)와 정렬된 본 발명에 따른 자기 커플러 장치를 도시하고 있다. 이러한 환경 하에서, 본 발명에 따른 자기 커플러 장치의 균형 잡힌 신호가 대칭 전류 분포를 생성할 것이고, 이는 평면파가 인레이 안테나에 동력을 공급할 경우 원거리 장에 생성되는 전류와 유사한 인레이 안테나 상에 전류를 유발할 것이다.

도 8은 작을 수 있거나 본 발명에 따른 자기 커플러 장치와 최적이 아니게 정렬(오정렬)될 수 있는 안테나 인레이(17)를 예시하고 있다. 이러한 환경 하에, 원위 단부(12'), (14')에서의 커플러 장치의 전류 최대치가 여전히 허용가능한 커플링을 달성하도록 이용된다. 단, 도 7 및 도 8에서, 화살표는 커플러 장치(10)에 대한 인레이(17)의 이동 방향을 나타낸다.

이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 구성은, 본 발명에 따른 자기 커플러가 여전히 RFID 프린터/인코더의 프린터 공동부와 안정적인 입력 정합을 지니는 종단 송신선인 한편 신호가 분할되지 않는 간단한 1/2 파장 송신선 혹은 다른 정렬된 송신선 등과 같은 종래의 자기 커플러 장치보다 높은 커플링 크기를 얻을 수 있다. 종래의 기술이 보다 낮은 산출률(yield)을 지니는 이유는 신호의 위상 반전이 그렇게 커서 인레이 내에 유도된 전류가 방향을 변경시키기 때문이다. 따라서, 자기 커플러 내의 커다란 위상 반전 때문에, 전류는 전체 인레이를 가로지르는 일 방향으로 지속적으로 흐르지 않는다. 단, 패치(12), (14)의 단자 단부(12'), (14')에서의 최대 진폭은, 강력한 커플링이 인레이의 방사 부분을 향하여 달성될 수 없는 경우 작은 크기를 지니는 인레이들, 또는 커플러의 전류 경로에 대해서 최적이 아닌 배향을 지니는 인레이들의 유도성 루프를 향하여 보다 강력한 커플링을 일으킬 것이다. 실제로, 실험은, 짧은 쌍극형의 인레이에 대해서 균형 잡히지 않은 신호 배치형태를 지니는 경우와 비교할 때 커플링이 보다 강력하게 되는 것을 나타낸 바 있다.

단, 도 6에 의해 도시된 결과는 경이롭고 예상 밖의 것으로 여겨지는 것임에 틀림없다. 즉, 종래의 이해에 따르면, 두 패치가 반대 극성의 신호를 수신하지만 동등한 길이를 지닐 경우, 신호 강도의 상쇄 혹은 적어도 감소가 예상될 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 커플러 장치에 있어서는, 합성된 신호가 동일한 기하학적 위치, 즉, 기판(13)의 중심부에 위치되기 때문에, 두 신호 절반부에 대해서 패치(12), (14)를 따른 전파 방향은 서로 반대, 즉, 외부의 원위 단부(12'), (14')(여기에는 종단부들이 위치되어 있음)를 향한다. 따라서, 전류는 항상 커플러의 전체 길이를 따라 일 방향으로 흐를 것이다. 본 발명에 따른 자기 커플러 장치의 균형 잡힌 신호 배치형태의 목적은, 짧은 쌍극형 인레이가 기하학적으로 대칭인 것처럼 전류 진폭의 대칭을 더욱 달성하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 자기 커플러 장치는, 해당 커플러가 TPH(Thermal Print Head) 상에 등과 같이 프린터의 도트 라인에 가깝게 고정될 수 있도록 크기를 최적화하고 있다. 또한, 마이크로스트립 패치(12), (14)는 짧은 피치/근접장 응용에 대한 분리를 달성하기 위하여 커플러의 전자장을 규제한다. 이와 같이 해서, 기하 형태 및 자기 원리와 함께, 컴팩트 자기 커플러는 타이트한 공간 내에 끼워맞춤될 수 있도록 설계될 수 있다. 본 발명에 따른 자기 커플러 장치는 RFID 프린터/인코더뿐만 아니라, 근접장 내에 인코딩되는 인레이가 매체 롤 상에 짧은 피치를 지닐 필요가 있을 경우 인레이들을 인코딩하는 근접장에 대한 기타 근접장 자기 인코더 응용에도 이용될 수 있다. 또한, 자기 커플러가 목표 파장의 1/2 정도이기 때문에, 매우 통상적인, 1/2 파장 인레이에 결합될 수 있고, 이에 따라 자기 커플러 장치의 커플링 특성에 부가될 수 있다.

본 발명은 그의 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 기타 많은 변화와 수정 및 기타 용도가 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 명세서의 구체적인 개시내용에 의해서가 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것이 바람직하다.

본 발명은 RFID 기술에 관한 것으로, 특히 RFID 프린터/인코더 혹은 기타 근접장 인코딩 응용에 사용하기에 적합한 자기 커플러 장치에 관한 것이다.

종단 송신선을 이용하는 자기 커플러는 RFID-가능 라벨, 티켓, 태그, 카드 혹은 기타 매체의 인코딩에 이용될 수 있다.

Claims (15)

1. 목표 파장을 지니는 입력 신호를 제공하는 입력 신호 공급원(input signal source);
   상기 입력 신호 공급원에 연결되어, 상기 입력 신호를 수신하여 해당 입력 신호를 제1신호와 제2신호로 분할하며, 상기 제2신호를 180°만큼 위상-반전(phase-shift)시키도록 구성된 스플리터(splitter);
   길이를 따라 연장되는 길이방향 축을 지니는 유전체 기판;
   상기 제1신호를 수신하고 상기 기판의 제1면 위에 배치된 제1의 세장형 전도성 패치(first elongated conductive patch); 및
   상기 제1의 세장형 전도성 패치로부터 이간되고 해당 전도성 패치와는 반대쪽에 있는 상기 기판의 제1면 위에 배치되어 위상 반전된 상기 신호를 수신하는 제2의 세장형 전도성 패치를 포함하되,
   상기 제1의 세장형 전도성 패치와 상기 제2의 세장형 전도성 패치는 서로 길이방향으로 정렬되고 또한 상기 유전체 기판의 상기 길이방향 축을 따라 연장되는 것인 RFID 자기 커플러 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 세장형 전도성 패치는 서로 길이방향으로 정렬된 직사각형 몸체인 것인 RFID 자기 커플러 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 입력 신호 공급원과 상기 스플리터는 상기 제1면과는 반대쪽에 있는 상기 기판의 제2면 상에 배치되는 것인 RFID 자기 커플러 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1의 세장형 전도성 패치와 상기 제2의 세장형 전도성 패치는 상기 기판의 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 연장되는 각각의 비아(via)를 통해서 상기 위상-반전된 신호 및 상기 제1신호를 수신하는 것인 RFID 자기 커플러 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 입력 신호 공급원은 송수신기(transceiver)인 것인 RFID 자기 커플러 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1의 세장형 전도성 패치와 상기 제2의 세장형 전도성 패치는 각각 목표 파장의 1/4와 동등한 길이를 지니는 세장형 몸체인 것인 RFID 자기 커플러 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1의 세장형 전도성 패치는 제1단자 단부(terminal end)와 제2단자 단부를 포함하고, 상기 제2의 세장형 전도성 패치는 제1단자 단부와 제2단자 단부를 포함하며, 상기 제1 및 제2패치의 상기 제1단자 단부들은 해당 제2단자 단부들보다 서로 더 멀리 떨어져 있고, 상기 제1의 세장형 전도성 패치의 상기 제2단자 단부는 상기 제1신호를 수신하고, 상기 제2의 세장형 전도성 패치의 상기 제2단자 단부는 상기 위상-반전된 신호를 수신하는 것인 RFID 자기 커플러 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 스플리터는 상기 목표 파장의 1/2 파장인 전도성 송신선을 포함하는 것인 RFID 자기 커플러 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 전기전도성 패치들은 마이크로스트립 종단 송신선들(microstrip terminated transmission lines)을 포함하는 것인 RFID 자기 커플러 장치.
10. RFID 자기 커플러 장치를 작동시키는 방법으로서,
    목표 파장을 지니는 입력 신호를 제공하는 단계;
    상기 입력 신호를 제1신호와 제2신호로 분할하는 단계;
    상기 제2신호를 상기 제1신호에 대해서 180°만큼 위상 반전시켜 위상-반전된 신호를 얻는 단계; 및
    상기 제1신호와 상기 위상-반전된 신호를 유전체 기판 상에 존재하는 각각의 전도성 패치들에 공급하는 단계를 포함하는, RFID 자기 커플러 장치의 작동 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 전도성 패치들은 각각 상기 유전체 기판의 중심부에 근접한 근위 단부와 상기 근위 단부와는 반대쪽에 있는 원위 단부를 지니는 서로 길이방향으로 정렬된 2개의 세장형 패치를 포함하고, 상기 근위 단부들 중 하나가 상기 제1신호를 수신하고, 다른 쪽 근위 단부가 상기 위상-반전된 신호를 수신하는 것인, RFID 자기 커플러 장치의 작동 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 패치들은 직사각형인 것인, RFID 자기 커플러 장치의 작동 방법.
13. 제11항에 있어서, 각 근위 단부는 상기 유전체 기판을 통해 연장되는 비아로부터 신호를 수신하는 것인, RFID 자기 커플러 장치의 작동 방법.
14. 제1항에 기재된 RFID 자기 커플러 장치를 포함하는 RFID 프린터/인코더.
15. 인레이(inlay)들의 근접장 인코딩(near field encoding)에 있어서의 제1항에 기재된 RFID 자기 커플러 장치의 용도.

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