KR20130132761A - 조합형 전파식별 및 전자 물품 감시 안테나 시스템 - Google Patents

조합형 전파식별 및 전자 물품 감시 안테나 시스템 Download PDF

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리차드 존 캠페로
빙 지앙
스티브 이. 트리벨피스
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센소매틱 일렉트로닉스, 엘엘씨
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Abstract

RFID-EAS 안테나 시스템에 이용하기 위한 RFID 안테나가 개시된다. 일 실시예에서, RFID 안테나는 전기적으로 접속되고 동일평면에 있는 제 1 패치 안테나 엘리먼트 및 제 2 패치 안테나 엘리먼트를 갖는다. RFID 안테나는 또한 패치 안테나 엘리먼트들과 동일평면에 있는 기준 그라운드 평면을 갖는다.

Description

조합형 전파식별 및 전자 물품 감시 안테나 시스템{COMBINATION RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION AND ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE ANTENNA SYSTEM}
본 발명은, 조합형 전파식별 - 전자 물품 감시(RFID-EAS; radio frequency identification - electronic article surveillance) 시스템용 안테나들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 조합형 RFID-EAS 시스템에 이용하기 위한 패치 안테나 및 안테나 시스템에 관한 것이다.
EAS(Electronic Article Surveillance)는, 소매 상점으로부터 도난(shoplifting)을 방지하고 자신의 기존의 위치들로부터 다른 귀중한 아이템들의 도난을 방지하기 위한 방법이다. 특정한 태그들이 아이템들에 픽스되어, 액티브 EAS 태그가 탐지되는 경우 경고들이 트리거될 것이다. EAS 태그를 활성화시키기 위해, 자기 루프(magnetic loop) 또는 다른 방법들을 이용함으로써 강한 자계가 생성된다. 자기파(magnetic wave)들의 양호한 침투 특성들로 인해, EAS 시스템들은 인간의 보디 또는 다른 차단 물질들이 존재하는 경우조차도 양호한 탐지 성공을 제공한다. 그러나, 항상 EAS 시스템들은 태그된 아이템에 관한 추가적인 상세한 정보 없이 on/off 상태만을 제공할 수 있다.
전파식별(RFID) 시스템들은, 아이템들을 추적하기 위해 점점 더 많이 이용되며, 아이템들의 위치들 또는 배치들(dispositions)은 경제적인 이유, 안전상의 이유 또는 다른 이유들로 인해 중요하다. RFID 애플리케이션들에서, 통상적으로, 트랜스폰더들 또는 태그들은 추적될 아이템들에 부착되거나 또는 그 아이템들의 내부에 위치되며, 이러한 트랜스폰더들 또는 태그들은 트랜시버들 또는 판독기들과 적어도 간헐적으로 통신하며, 이 트랜시버들 또는 판독기들은 판독기들이 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 네트워크를 통해서 사람들 또는 소프트웨어 애플리케이션들에 태그(그리고, 추론에 의한, 아이템 세부사항 정보)를 보고한다.
RFID 애플리케이션들의 예들은 상점 내에서의 공매(public sale)를 위해 제공되는 소매 아이템들의 추적, 상점 뒷방 내에 있는, 상점 선반 설비들(fixtures), 디스플레이들, 카운터들, 케이스들, 캐비넷들, 클로젯들, 또는 다른 설비들 상에 있는 이러한 아이템들의 재고 관리, 그리고 판매 장소(point) 및 상점 출구들로의 그리고 이들을 거치는 아이템들의 추적을 포함한다. 또한, 아이템들이 소매점 공급 사슬을 통해서 이동함에 따라서, 창고들, 배송 센터들, 트럭들, 밴들, 선적 컨테이너들, 및 아이템들의 저장 또는 운송에 대한 다른 장소들을 수반하는 아이템 추적 애플리케이션들이 존재한다. RFID 기술의 애플리케이션의 다른 분야는 자산 추적(asset tracking)을 수반하며, 이 자산 추적에서는 귀중한 아이템들(반드시 대중에게 판매를 위한 것은 아님)이 절도, 분실, 또는 오배치(misplacement)를 방지하기 위해 또는 자산의 연계 보관성(chain of custody)에 대한 무결성(integrity)을 유지하는 환경에서 추적된다. RFID 기술의 이러한 애플리케이션들은 오직 예시로만 주어지며, 그 기술에 관한 수많은 다른 애플리케이션들이 존재하는 것이 이해될 것이다.
RFID 시스템들은 통상적으로, 디지털 신호들로 인코딩된 전자기 반송파들을 RFID 태그에 방출하기 위해 판독기 안테나들을 사용한다. 이와 같이, 판독기 안테나는 태그와 판독기 사이의 통신들을 용이하게 하며, 그 통신의 품질에 영향을 준다. 판독기 안테나는, 판독기로부터의 신호-베어링 교류 전류를 태그 내에 위치되는 인접한 제 2 안테나에 대한 적절한 신호-베어링 진동 전자기장들 또는 전자기파들로 변환한다. 또한, 판독기는 (태그로부터 전송되거나 또는 태그에 의해 변형된)신호-베어링 진동 전자기장들 또는 전자기파들을 판독기에 의한 복조를 위한 신호-베어링 교류 전류로 변환하는 역 프로세스를 조장한다.
일반적으로 말하면, 판독기 안테나의 공진 특성들 및 튜닝(및 조율능력)은, 안테나 기하학 형상 및 치수들, 스택-업(재료 레이어링(material layering)) 및 구성, 및 제조 재료들에 의해서 뿐만이 아니라, 안테나를 둘러싸는 환경의 특징들에 의해서도 결정된다. 이상적으로, RFID 안테나는 주파수(이 주파수에서, RFID 태그들 및 판독기가 동작하도록 설계됨) 상에서 또는 그 주파수 근처에서 중심을 둔 비교적 넓은 주파수 범위 내에서 신호들을 효율적으로 방출 및 수신할 큰 대역폭을 가질 것이다. 충분한 대역폭의 안테나들로 인해, 안테나 주변환경들에서의 가끔씩의 그리고 크게 통제불가능한 변화들에 의해 야기되는 시스템 공진 특성들에서의 작은 변화들은, 설계 주파수로부터 멀어지게 하는 안테나의 치명적인 디튜닝(fatal detuning)을 야기하지는 않을 것이다. RFID 시스템들에 이용되는 안테나들의 유형들은 패치 안테나들, 슬롯 안테나들, 쌍극자 안테나들, 루프 안테나들, 및 수많은 다른 유형들 및 이러한 유형들의 변형들을 포함한다.
패시브 RFID 시스템들의 경우, RFID 태그는 전자기 반송파에 의해 전력공급된다. 전력이 공급되면, 패시브 태그는 무선 주파수(RF; radio frequency) 신호들을 해석하며, 보통 정전기적 반송파에서 때에 맞춰(timed) 간헐적인 교란(disturbance)을 생성함으로써 적절한 응답을 제공한다. 태그 응답을 인코딩하는 이러한 교란들은 판독기의 안테나를 통해서 판독기에 의해 감지된다. 액티브 RFID 시스템들의 경우, 태그는 태그가 그 자신의 반송파 및 인코딩된 RF 신호들을 생성함으로써 판독기와의 RF 통신들을 개시하거나, 또는 태그의 데이터 프로세싱 능력을 증가시키거나 또는 태그의 응답시 전력을 증가시킴으로써 이에 따라 태그와 판독기 사이의 통신의 거리를 최대화시킴으로써 태그 성능을 강화시키는데 이용될 수 있는, 자력의(its own) 전력원, 예를 들어 배터리를 포함한다.
패시브 RFID 시스템들의 탐지 범위는 통상적으로, 기존의 패시브 UHF RFID 시스템들에 대해, 예를 들어, 흔히 10 미터들 미만의 짧은 범위들에 걸친 신호 세기에 의해 제한된다. 패시브 UHF RFID 시스템들에서의 이러한 판독 범위 제한으로 인해, 사전-특정된 공간 내에서의 태깅된 아이템들을 탐지하기에 충분한 전력으로 구동되는 대형의 고정된 판독기 안테나가 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 안테나는 다루기 불편하고, 미적으로 불쾌할 수 있고 복사 전력(radiated power)은 허용가능한 법적 또는 규제적 제한들을 뛰어넘을 수 있다. 게다가, 이러한 판독기 안테나들은 상점들, 또는 공간이 부족하고(at a premium) 이러한 대형 판독기 안테나들을 이용하기에는 불편하고 많은 비용을 수반하는 다른 위치들에 종종 위치된다. 대안으로서, 빔-포밍 스마트 안테나들은 부품들의 이동 없이 좁은 빔(narrow beam)으로 공간을 스캐닝할 수 있다. 그러나, 액티브 디바이스들처럼, 이들은 패시브 안테나들과 비교할 때 대개 크고 비싸다.
앞서 설명된 접근방식들의 단점들을 극복하기 위해, 안테나들의 고정형 어레이들이 몇몇 UHF RFID 애플리케이션들에 활용된다. 이러한 접근방식에서, 큰 면적에 걸쳐있는(spanning over) 몇몇 판독기 안테나들은, 예를 들어, 미국 특허 제7,084,769호에서 설명된 바와 같이, 몇몇 유형의 스위칭 네트워크를 통해서 단일의 판독기 또는 그룹의 판독기들에 접속된다. 페데스탈, 스마트 선반, 및 다른 유사한 애플리케이션들(RFID-인에이블링 벽, 선반들, 캐비넷들, 케이스들, 받침대들, 또는 다른 설비들 내에 또는 그들 상에 태깅된 아이템들의 추적 또는 재고 감사(inventory auditing)를 수반함)이 소형 안테나들의 고정 어레이들을 이용할 수 있게 한다.
페데스탈 및 유사 애플리케이션들에서 태깅된 아이템들을 추적하는데 있어서, 모니터링을 위한 사전특정된 공간은 대개 지면(ground)으로부터 인간의 키(human height)에 걸친 좁은 공간이다. 이러한 방사 패턴은 단일의 대형 고정 안테나, 심지어 빔-포밍 안테나에 도달하기 어렵다. 소형 안테나들의 고정 어레이들은 몇몇 이점들을 제안한다. 먼저, 모니터링을 위한 사전특정된 공간은 각각의 안테나에 대해 더 작은 공간으로 분할될 수 있고, 따라서 이는 각각의 안테나 주변 공간을 점검(survey)하는데 비교적 적은 전력을 요구한다. 따라서, 한 번에 하나씩 이들 안테나들에 질의하는 시스템들에서, 시스템 자체는 비교적 약한(little) 전력(일반적으로 1 와트보다 훨씬 적음)을 요구한다. 결과적으로, 시스템은 의도하지 않은 영역으로부터의 태그들에 대한 거짓 알람을 감소시킨다. 또한, 더 작은 공간은 각각의 안테나에 대한 방사 패턴의 요건들을 완화시킨다, 즉, 안테나에 대한 제조 비용이 낮아질 것이다.
페데스탈에서, 안테나 어레이에 이용되는 안테나들은 간단하고, 저비용이고, 기존의 인프라스트럭처에 새로 장착하기에 용이하고, 안테나들의 부근에 있는 사람들의 시야(view)로부터 숨기기에 용이해야 하며, 이 안테나들은 신속하게 설치 그리고 접속될 수 있다. 이러한 애플리케이션 요건들은, 전체 안테나 두께를 최소화하는 안테나 구성으로 더욱 쉽게 충족된다. 즉, 얇은(thin) 또는 낮은(low) 프로파일의 안테나들일수록 숨기기가 더욱 용이하고, 기존의 인프라스트럭쳐에 특별한 변형을 요구하지 않고도 그 기존의 인프라스트럭쳐에 더 쉽게 장착된다. 또한, 안테나 두께를 감소시키는 것은, 더 얇은 안테나에 재료가 덜 이용되기 때문에, 안테나 비용을 감소시키는 경향이 있다.
비용 및 설치 편의의 이유로, 안테나들로의 RF 공급 케이블 또는 배선들(wires)의 부착을 위한 가장 간단한 가능한 접근방식을 갖는 것이 또한 바람직하다. 바람직하게, 이 부착은 홀 또는 특별한 채널, 배선 또는 안테나 기판을 관통하는 도전성 비아를 요구하지 않고 일 표면상의 일 위치에서 이루어져야 한다.
UHF 안테나들의 설계는, 안테나들 사이 그리고 그 안테나들 주변의 작은 영역들 또는 "데드 존(dead zone)"(여기서, 방출되는 장들(fields)은 너무 약해서 태그와 판독기간의 통신이 원활하지 않음) 없이 안테나들 근처의 공간에서 RFID 태그들의 판독을 감안해야 한다. 또한, 페데스탈 및 유사 애플리케이션들에서 이용된 안테나들은 다양한 태그 안테나 오리엔테이션(orientation)들(즉, 태그 배향 독립성, 또는 적어도 이상에 근접하는 거동)로 아이템들을 판독하는 능력을 갖는 것이 바람직하다.
전통적인 패치 안테나들, 슬롯 안테나들, 쌍극자 안테나들, 및 (앞서 설명된 것들과 같은 안테나 시스템들에 이용될 수도 있는) 다른 흔한 UHF 안테나 유형들은 일반적으로 다수의 층들을 수반한다. U.S 특허 제6,639,556호는 RF 공급을 위한 중심홀(central hole) 및 이러한 레이어링된 구조를 갖는 패치 안테나 설계를 나타낸다. U.S 특허 제6,480,170호는 또한 매개 유전체(intervening dielectric)의 대향 면들 상의 방사 엘리먼트 및 기준 그라운드를 갖는 패치 안테나를 나타낸다. 다층(multi-layer) 안테나 설계는 과도한 제조 비용 및 과도한 안테나 두께(안테나 설치 동안 기존의 인프라스트럭쳐에 대한 새로운 장착을 복잡하게 하고, 시야로부터 안테나를 숨기는 것을 더욱 어렵게 함)를 야기할 수 있다. 또한, 다층 안테나 설계들은, 신호 캐리어 및 기준 그라운드의 접속이 상이한 층들 상에서 발생하기 때문에, 접속 배선들(예를 들어, 안테나와 판독기 사이의 동축 케이블)의 부착 형태를 복잡하게 하는 경향이 있다.
통상적인 UHF 페데스탈 애플리케이션들은 패치 안테나를 이용하며, 이는 패치 안테나로부터 방출된 장들(fields)이 안테나의 평면에 직교하는 방향으로 대부분 존재하여 안테나가 선반(shelf) 표면상에 또는 선반 표면 내부에 위치되고 페데스탈의 바로 전방에 있는 영역에 RFID-액티브 공간을 생성하기 때문이다. 물론, 특정 패치 안테나 설계는, 안테나 주위에 정의된 공간을 (주어진 편리하고 실용적인 전력 입력에 대해) 생성하기 위해, 충분한 대역폭, 원형 편파 대역폭(circular polarization bandwidth), 높은 이득을 산출하는 것으로 사전에 가정되며, 여기서 태그 아이템들은 신뢰성있게 그리고 일관되게 판독될 수 있다.
종래 기술에 설명된 전통적인 패치 안테나는 도 1에 나타난다. 도 1의 패치 안테나(10)는 유전체 재료(12)의 상부(top)에 제조된 도전성 재료의 메인 방사 엘리먼트(14)를 갖는다. 메인 방사 엘리먼트(14)는 비아(18)를 통해서 공급될 수 있다. 유전체 재료 밑에(즉, 유전체 재료의 뒷면 상에)는 통상적으로 기준 그라운드 엘리먼트(16)가 위치되고, 이 기준 그라운드 엘리먼트(16)는 안테나에 의해 송신 또는 수신되는 신호들에 관하여 전기적으로 접지된 도전성 재료의 평면층이다.
통상적인 패치 안테나 설계에서, 안테나 메인 방사 엘리먼트 및 기준 그라운드 엘리먼트는 (몇몇 경우에서, 단순히 에어 스페이서인) 유전체 재료에 의해 분리된 평행한 평면들이다. 또한, 일반적인 경우, 메인 방사 엘리먼트와 기준 그라운드 엘리먼트는 하나 위에 바로 다른 하나가 있게, 또는 이들 각각의 평행 평면들에서 서로 실질적으로 중첩하게 제조된다. 이러한 전통적인 다층 패치 안테나 설계의 단점은, 안테나와 RFID 판독기 사이에서 신호들을 반송하는 차폐 케이블 또는 꼬임 쌍선의 접속이 유전체 재료에 의해 분리되는 2개의 별도 레벨들 상의 안테나에 부착되어야만 하며 이에 따라 유전체 층 내에 접속 홀 또는 비아를 요구한다는 것이다.
방사 엘리먼트와 기준 그라운드 도체 사이의 갭의 크기(즉, 유전체 층 두께)는 (주어진 유전체 재료에 대해, 이 갭의 두께가 주로 안테나의 대역폭을 결정하기 때문에) 전통적인 패치 안테나 내에서의 중요한 설계 파라미터이다. 이 갭이 감소됨에 따라서, 대역폭이 좁아진다. 안테나의 대역폭이 너무 좁은 경우, 주어진 애플리케이션에서의 안테나의 튜닝은 매우 어렵게 되며, 정상 동작 동안의 환경에서의 통제불가능한 변화들(예를 들어, 안테나에 의해 모니터링되는 영역으로의 금속 오브젝트들, 인간의 손들, 또는 다른 아이템들 또는 재료들의 예상치않은 그리고 랜덤한 도입)은, 너무 좁은 대역폭과 조합되는 공진 주파수에서의 시프트를 야기할 수 있고, 안테나의 현저한 디튜닝 및 RFID 태그 탐지 및 판독에서의 실패를 야기한다. 따라서, 주어진 애플리케이션에 대해, 실용상의 이유로, 전통적인 패치 안테나 설계에서 그라운드 평면과 방사 엘리먼트 사이의 거리에 대한 더 낮은 제한이 존재하며, 이는 안테나의 전체 두께를 제약한다.
전통적인 패치 안테나의 두께에 대한 다른 제약은 방사 효율(전자기 방사로서 방출되는, 안테나로 들어오는(put into) 전체 전기 에너지의 프랙션(fraction))에서 비롯된다. 기준 그라운드와 방사 엘리먼트 사이의 손실되는 유전체 두께 또는 갭이 너무 작은 경우, 안테나로 향하는 너무 많은 에너지가 유전체 및 주변들로 흐르는 열로서 낭비되기 때문에, 방사 효율은 너무 낮을 것이다.
EAS 시스템은 강한 자계를 생성하기 위해 큰 도전성 루프들을 이용한다. 큰 피스의 도체가 이러한 자계에 노출될 때, 유도된 와전류들은 오리지널 자계의 변화에 대항하는 유도된 자기장들을 생성한다, 즉, 오리지널 자기장은 약화된다. 와전류는 일반적으로 증가된 도전성 영역에 따라 증가한다. 따라서, 종래의 RFID 안테나는 EAS 안테나의 동작에 간섭할 수 있다.
따라서, 제조하기에 비교적 저렴하고, 기존의 페데스탈들에 쉽게 통합되고, 넓은 주파수 대역의 성능을 가지고, 공급하기에 비교적 간단하고, 동일한 보안 시스템 페데스탈에 공동위치된 EAS 안테나의 동작에 대한 최소의 간섭을 갖는, RFID 안테나를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은, RFID 안테나를 유리하게 제공한다. 일 양상에 따르면, RFID 안테나는 제 1 그라운드 평면 및 상기 제 1 그라운드 평면에 실질적으로 평행한 기준 그라운드 평면을 갖는다. 제 1 패치 안테나 엘리먼트는 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있다. 제 2 패치 안테나 엘리먼트는 제 1 패치 안테나 엘리먼트와 동일평면에 있으며 제 1 패치 안테나 엘리먼트에 전기적으로 커플링된다.
다른 양상에 따르면, 본 발명은 안테나 시스템을 제공한다. 이 안테나 시스템은 RFID 안테나들의 어레이를 포함한다. RFID 안테나 어레이는 제 1 동일평면 그라운드 평면들과 동일평면에 있는 적어도 하나의 도체에 의해 접속된 복수의 제 1 동일평면 그라운드 평면들을 포함한다. 또한, 이 어레이는 복수의 동일평면 패치 안테나 구조들을 포함하며, 여기서 각각의 동일평면 패치 안테나 구조는 제 1 동일평면 그라운드 평면들 중 적어도 하나의 제 1 동일평면 그라운드 평면에 실질적으로 평행하고 이로부터 이격된, 기준 그라운드 평면을 포함한다. 각각의 동일평면 패치 안테나 구조는 또한 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있는 제 1 및 제 2 패치 안테나 엘리먼트들을 포함한다. 제 1 및 제 2 패치 안테나 엘리먼트들은 전기적으로 커플링된다. 일 실시예에서, 안테나 시스템은 RFID 안테나 어레이의 주변 부근에(about) 적어도 부분적으로 배치된 EAS 안테나를 포함한다.
다른 양상에 따르면, 본 발명은, 기판이 제 1 면(side) 및 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 갖는 RFID 안테나를 제공한다. 그라운드 평면은 기판의 제 1 면 상에 배치된다. 기준 그라운드 평면은 기판의 제 2 면 상에 배치되었다. 제 1 패치 안테나 엘리먼트는 기판의 제 2 면 상에 배치되었다. 제 2 패치 안테나 엘리먼트는 기판의 제 2 면 상에 배치되었다. 제 2 패치 안테나는 제 1 패치 안테나 엘리먼트 및 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있다. 제 1 패치 안테나 엘리먼트 및 제 2 패치 안테나 엘리먼트는, 단독으로 동작하는 제 1 및 제 2 패치 안테나 엘리먼트들 중 하나의 주파수 응답보다 더 넓은 광대역 주파수 응답을 제공하기 위해 협력한다.
본 발명의 더욱 완전한 이해, 및 본 발명에 수반되는 이점들 및 특징들은, 첨부된 도면들과 관련하여 고려될 때 이하의 상세한 설명을 참조하여 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 전형적인 종래 기술의 패치 안테나 설계의 도면이다.
도 2는, 본 발명의 원리에 따라서 구성된 패치 안테나의 도면이며, 이 패치 안테나 내에서 보조(secondary) 방사 안테나 엘리먼트는 주요(primary) 방사 안테나 엘리먼트에 인접하게 위치되고 접속된다.
도 3은, 본 발명의 원리들에 따라서 구성된, 동일평면 기준 그라운드 및 높은 애스펙트비의 직사각형 형상을 갖는 동일평면 보조 방사 안테나 엘리먼트를 갖는 패치 안테나 도면이다.
도 4는, 본 발명의 원리들에 따라서 구성된, 동일평면 기준 그라운드 및 높은 애스펙트비의 직사각형 형상을 갖는 2개의 동일평면 보조 방사 안테나 엘리먼트를 갖는 패치 안테나 도면이다.
도 5 내지 도 11은 도 2 내지 도 4의 패치 안테나들에 채용될 수 있는 대안적인 방사 안테나 엘리먼트 형상들의 예들을 나타낸다.
도 12는 패치 크기와 비교되는 그라운드 크기와 규칙적인 패치 안테나 이득 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 루프 크기와 비교되는 차폐 금속 그라운드 크기와 자기장 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 ESD 보호 쇼트(short)를 갖는 개별적인 안테나의 도면이다.
도 15는 동일평면의 공급 송신 회선을 갖는 듀얼 RFID-EAS 페데스탈에 대한 예시적인 안테나 어레이의 도면이다. 그리고
도 16은 도 15에서의 안테나 어레이에 대한 예시적인 플로팅 그라운드 레이아웃의 도면이다.
본 발명에 따르는 예시적인 실시예들을 상세하게 설명하기 전에, 이 실시예들은 조합형 RFID-EAS 안테나 시스템에 이용하기 위한 안테나 어레이를 구현하는 것에 관련된 프로세싱 단계들 및 장치 컴포넌트들의 조합들에 주로 상주하는 것에 유의해야 한다. 이에 따라, 시스템 및 방법 컴포넌트들은 도면들에서 통상의 심볼들에 의해 적절한 곳에 표현되었으며, 이 도면들은, 본원에서 설명의 이점을 갖는 당업자에게 용이하게 명백할 세부사항들을 갖는 본 개시물이 모호해지지 않도록, 본 발명의 실시예들을 이해하는 것과 관련된 오직 몇몇 구체적인 세부사항들만을 나타낸다.
본 명세서에 이용된 바와 같이, "제 1" 및 "제 2", "상부(top)" 및 "저부(bottom)" 등과 같은 관계 용어들은, 오로지 하나의 엔티티들 또는 엘리먼트를 또 다른 엔티티 또는 엘리먼트와 구별하기 위해 (이러한 엔티티들 및 엘리먼트들 간의 임의의 물리적 또는 논리적 관계를 반드시 요구하거나 의미하지 않고) 사용된다.
동일한 참조 표시자들이 동일한 엘리먼트들을 나타내는, 도면의 도들을 이제 참조하여, 본 발명의 원리들에 따르며 일반적으로 "20"으로서 지정되는 예시적인 패치 안테나 어셈블리를 예시하는 도면이 도 2에 도시된다. 이 실시예에서, 패치 안테나 어셈블리(20)는 방사 안테나 엘리먼트(24) 및 기준 그라운드 엘리먼트(22)를 지지하는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)에 통상적으로 이용되는 것과 같은 제 1 지지 유전체 기판(12)을 포함한다. 방사 안테나 엘리먼트는 구리 또는 몇몇 다른 도전성 금속일 수 있고 또는 잉크 인쇄된, 에칭된, 또는 이와 다르게 얇은 플라스틱 시트(예를 들어, 마일러 상의 구리) 상에 제조될 수 있으며, (도 2에 도시되지 않은)이 플라스틱 시트 자체는, 특정 설계 두께(예를 들어, 2 또는 3㎜)의 발포 플라스틱과 같은 적당한 유전체 재료(12)의 상부 위에 위치된다. 도 2에서, 플로팅 그라운드(26)는 고체 금속 시트, 유전체 재료의 상부 또는 저부 표면에 라미네이팅된 금속 포일, 또는 유전체 층(12) 위 또는 아래의 몇몇 다른 편리한 캐리어 표면(도 2에는 도시되지 않음)에 라미네이팅될 수 있다. 대안적으로, 플로팅 그라운드(130)는, 방사 안테나 엘리먼트(24) 및 기준 그라운드 엘리먼트(22)를 지지하는 다른 유전체 재료층(12) 또는 동일한 회로 기판의 밑면 상에 인쇄된 또는 에칭된 도체일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 플로팅 그라운드(26)를 지지하는 유전체 재료와 방사 안테나 엘리먼트(24) 및 기준 그라운드 엘리먼트(22)를 지지하는 유전체 재료 사이에 공기-충진된 공간 또는 갭이 존재한다. 공기 공간 또는 갭의 크기는 고정된 거리의 간격(separation)에서 2개의 인쇄 회로 기판들의 에지들을 홀딩하는 비-도전성 지지체에 의해 바람직한 실시예에서 유지된다. 다른 실시예에서, 엘리먼트들(24, 22 및 26)은 단일의 유전체 재료, 예를 들어, 발포 플라스틱의 2개의 면들 상에 모두 제조된다.
안테나 패치(24), 기준 그라운드(22) 및 플로팅 그라운드(26)는 고체 구리 금속 도금일 수 있지만, 다른 유형들의 전기적으로 도전성인 재료들이 안테나 어셈블리들의 이러한 엘리먼트들에 대해 이용될 수 있다는 것이 당업자에게 즉시 명백해야 한다.
일 실시예에서, 도시된 바와 같이, 포인트(28)에서 안테나에 신호들이 공급되며, 일 실시예에서 동축 케이블(33)은 28에서 방사 안테나 엘리먼트에 솔더링된 케이블의 코어 도체, 및 기준 그라운드 엘리먼트(22)에 솔더링된 케이블 차폐 메시(34)에 부착된다. 일 실시예에서, 안테나 패치(24)와 플로팅 그라운드(26) 사이의 총 간격은 2 내지 3㎜이지만, 더 큰 또는 더 작은 간격들이 또한 이용될 수 있다. 방사 안테나 엘리먼트(24) 및 기준 그라운드 엘리먼트(22)가 동일한 평면에 있고 서로 가깝게 위치되기 때문에, 이러한 구성에 있어서 용이한 공급이 이점이다.
보조 방사 안테나 엘리먼트(30)는 도전성 트레이스(32)를 통해서 주요 방사 안테나 엘리먼트(24)에 물리적으로 접속된다. 일 실시예에서, 보조 방사 안테나 엘리먼트(30)는 주요 방사 엘리먼트(24)에 인접하게 그리고 주요 방사 엘리먼트(24)와 동일평면에 위치된다. 다른 실시예들에서, 보조 엘리먼트(30)는 주요 방사 엘리먼트와 보조 방사 엘리먼트 사이에서의 약간의 오버랩을 가지고 또는 어떠한 오버랩도 없이, 하나 또는 둘 이상의 가깝게 이격된 실질적으로 평행한 평면들에 위치될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 트레이스(32)는 방사 엘리먼트들의 에지들에 반드시 접속되지 않을 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 이 접속은 방사 엘리먼트들의 내부에 있을 수 있으며, 그 위치는 변화할 수 있다.
보조 안테나 엘리먼트는 주요 안테나 엘리먼트의 3개의 개방 면들 중 임의의 하나 위에 놓일 수 있다. 도 2는 이러한 위치들 중 하나를 나타낸다. 보조 방사 엘리먼트의 형상 및 비율은, (도 2에 도시된 것과 같이) 주요 방사 엘리먼트와 유사할 수 있고, 또는, (보조 방사 안테나 엘리먼트(42)가 트레이스(44)를 통해서 주요 방사 안테나 엘리먼트(24)에 접속되어 있는) 도 3 에 도시된 것과 같이 서로 다른 형상 또는 비율을 가질 수 있다. 이러한 높은 애스펙트 비(길이/폭)를 갖는 보조 방사 안테나 엘리먼트의 이점은, 도 2의 설계에 비해, 방사 대역폭이 다소 감소되더라도, 이러한 배열은 더 콤팩트한 안테나 설계를 허용한다는 것이다.
도 3은 또한 주요 방사 안테나 엘리먼트(24)와 기준 그라운드 엘리먼트(22) 사이의 DC 정전 분산(ESD; electrostatic dissipation) 쇼트 접속(46)을 예시한다. 이러한 DC 쇼트 접속은, 정전하(static charge)가 주요 안테나 엘리먼트(24)와 기준 그라운드 엘리먼트(22) 사이에서 구축될 수 있는 가능성을 크게 감소시킨다. 이러한 정전하 구축은 회로 컴포넌트들에 대한 정전 분산(ESD) 손상을 초래할 수 있다. DC ESD 쇼트 접속(46)은 이러한 손상을 예방할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 추가적인 보조 방사 안테나 엘리먼트들이 부가되어 방사 대역폭을 추가로 증가시킬 수 있다. 도 4는, 각각 트레이스들(44 및 54)을 통해서 주요 방사 안테나 엘리먼트(24)에 접속되는 2개의 보조 방사 안테나 엘리먼트들(42 및 52)을 나타낸다. 추가적인 보조 안테나 엘리먼트들이 부가되는 다른 실시예들이 존재한다는 것이 인식될 것이다. 도 4는 오직 예로써 제공되며, 본 발명의 범위 및 적용을 제한하도록 의도되지 않는다. 보조 방사 엘리먼트들(42 및 52)의 치수 및 배치는 안테나 구조(50)의 대역폭에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 방사 엘리먼트(42)는 주요 방사 엘리먼트(24)에 의해 나타난 공진(resonance)에 이외의 공진을 나타낼 수 있다. 또한, 방사 엘리먼트(52)는 다른 기준을 나타낼 수 있어서, 3개의 별개의 공진들이 관찰될 수 있다. 이러한 공진들의 위치들은 안테나 구조(50)의 대역폭을 넓히도록 조절될 수 있다.
본 발명의 주요 및 보조 방사 안테나 엘리먼트들은 임의의 패턴 또는 기하학 형상(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 원형, 자유 유동 등)으로 구현될 수 있다. 직사각형 형상(61)(도 5), 트리밍된, 즉 대각선을 따라 챔퍼링된(chamfered) 코너들을 갖는 직사각형 형상(62)(도 6), 슬롯을 갖는 직사각형 형상(63)(도 7), 2개의 직교 슬롯들(64)을 갖는 직사각형 형상(64)(도 8), 원형 형상(65)(도 9), 슬롯을 갖는 원형 형상(66), 및 2개의 직교 슬롯들(68)을 갖는 원형 형상(67)(도 11)을 포함하는, 이러한 형상의 몇 가지 대안들이 도 5-도 11에 도시된다. 이러한 대안책들은 오직 예시에 의해 도시되며, 본 발명의 범위 및 적용을 제한하도록 의도되지 않는다. 안테나 형상(62)으로 이용되는 것들과 같은 트리밍된 또는 각이 있는 코너들, 및 도 5 내지 도 11의 안테나 형상들(63, 64, 66 및 67)에 이용된 것과 같은 슬롯들이 안테나 주위의 원형 편파 전계(circularly polarized field)로 유도하며, 태그 가독성(tag readability)을 개선시킨다. 또한, 슬롯들은 RFID 안테나에 인접한 EAS 안테나의 동작과, 와전류를 통한 간섭을 감소시킨다. 이러한 슬롯들의 예는 슬롯들(68)로서 도 11에 도시된다.
주요 및 보조 방사 안테나 엘리먼트들 및 기준 그라운드 엘리먼트의 형상들, 주요 및 보조 방사 안테나 엘리먼트들 및 기준 그라운드 엘리먼트들 사이의 상대 위치들, 도전성 트레이스들의 위치들 및 폭들, 주요 방사 안테나 엘리먼트 및 기준 그라운드 엘리먼트에 대한 공급 위치, 주요 및 보조 방사 안테나 엘리먼트들 및/또는 기준 그라운드 엘리먼트 내의 슬롯들, 슬릿들, 또는 다른 보이드들의 크기 및 배치, 뿐만 아니라 플로팅 그라운드 엘리먼트의 존재 또는 부재, 그의 크기 및 형상, 방사 안테나 엘리먼트들과 플로팅 그라운드 엘리먼트 사이의 유전체 재료 및 그 두께, 및 주요 방사 안테나 엘리먼트와 플로팅 그라운드 사이의 전기 접속 또는 "쇼트"의 위치 또는 존재는, 안테나 방사 대역폭, 방사 이득, 방사 패턴, 방사 효율, 및 안테나 분극을 최적화시키기 위해 각각 개별적으로 또는 함께 조절될 수 있다. 또한, 안테나 및 그 자신의 다양한 컴포넌트들의 전술한 특징들, 특히 안테나 엘리먼트 형상들, 슬롯들, 슬릿들, 및 컷(cut), 즉, 챔퍼링된 코너들은 원하는 안테나 크기에 도달하도록 조절될 수 있다.
예를 들어, 슬릿들 또는 슬롯들의 세부사항들, 및 챔퍼링된 코너들의 특성은 또한 안테나의 주파수 응답에 현저한 영향력을 가지며 안테나의 대역폭을 증가시키는데 이용될 수 있다. 대각선 코너 컷들을 갖는 하나의 보조 정사각형 방사 엘리먼트의 부가가 안테나 특징들에 2개의 고유한 공진 주파수들에 기여한다는 것이 관찰된다. 결과적으로, 보조 방사 엘리먼트들의 도입은 방사 대역폭을 확장시킨다.
본 발명의 주요 및 보조 방사 안테나 엘리먼트들은, 금속 플레이트, 금속 포일, 인쇄된 또는 분사된 전기적으로 도전성 잉크 또는 페인트, 도전성 폴리머 재료, 금속 배선 메쉬, 또는 다른 기능적으로 동일한 재료(예를 들어, 필름, 플레이트, 금속 플레이크 등), 또는 적절한 도전성의 임의의 다른 이종의 또는 복합 재료로 구성될 수 있다. 안테나 기판(100)의 재료는 유전체 재료(예를 들어, 인쇄 회로 기판에 통상적으로 이용되는 재료) 또는 무시해도 될 정도의 전기적 도전성을 갖는 임의의 다른 재료이다. 기판(100)은, 라미네이팅된 또는 레이어링된 구조에 이용될 수 있는 것과 같은, 이러한 무시해도 될 정도의 도전성 재료의 2개 또는 3개 이상의 상이한 유형들의 조합을 포함할 수 있다.
케이블(33)로서 도시된 송신 회선은 한쪽 단부에, 또는 그 길이를 따라 위치되는, 캐패시터들 및 인덕터들과 같은 튜닝 컴포넌트들(미도시)을 가질 수 있다. 이러한 튜닝 컴포넌트들의 크기들(예를 들어, 커패시턴스 또는 인덕턴스)은, 당업자들에게 잘 알려진 실례들에 따라서, 안테나의 원하는 매칭 및 대역폭 특징들에 기초하여 선택된다.
본 발명에 따른 하나 또는 둘 이상의 보조 방사 안테나 엘리먼트들의 부가는 안테나 대역폭을 희생시키지 않고 더 얇은 기판을 이용하는 것을 허용한다. 보조 방사 엘리먼트들의 다른 이점은, 안테나 엘리먼트들로부터의 방사된 전자기장들의 조합 영향력으로 인한 이득 강화에 있다. 플로팅 그라운드 평면은 듀얼 RFID-EAS 시스템의 성능에 한 몫 한다. 이는 RFID 안테나 및 EAS 루프 모두의 성능에 영향을 준다.
도 12는 패치 안테나 이득과 안테나 그라운드 크기 사이의 관계를 나타내는 그래프이며, 여기서 안테나와 그라운드 모두는 실질적으로 정사각형이다. 그라운드 크기가 감소함에 따라서, 안테나 이득도 감소한다. 이 감소는, 그라운드 크기가 안테나 크기보다 1.25 배 더 작을 때, 극적으로 가속화한다.
도 13은 자계 세기와 금속 차폐 크기 사이의 관계를 나타내는 그래프이며, 여기서 루프와 금속 모두는 실질적으로 정사각형이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 금속 크기를 감소시키는 것은 자계 세기를 개선시킨다. 금속 크기가 루프 크기의 1/2 미만일 때, 자기장은 금속에 의해 더 이상 현저하게 영향을 받지 않는다.
도 14는 안테나 유닛(71)의 상세화된 도면을 나타낸다. 안테나 유닛(71)은 도전성 트레이스(82)에 의해 접속된 2개의 방사 엘리먼트들(72 및 74)을 갖는다. 기준 그라운드 평면은 부분(22a) 및 부분(22b)을 갖고, 이들은 주요 방사 엘리먼트(72)와 인접하며 동일평면에 있다. 일 특정 설계에서, 패치 엘리먼트들(72 및 74)은 모두 5.2 인치(13㎝)의 정사각형이다. 안테나 유닛(71)에는 신호 트레이스(70) 및 그라운드 트레이스들(76 및 78)을 포함하는 신규한 동일평면의 송신 회선이 공급된다. 공급 송신 회선들(76 및 78)은 공통의 그라운드를 공유한다. 기준 그라운드 평면(22) 및 그라운드 트레이스는, EAS 시스템 성능을 개선시키고 안테나 바로 전방에 있는 데드 존들을 제거하기 위해, 엘리먼트들(72 및 42)의 크기와 관련하여 감소된다.
도 15는 예시적인 조합형 RFID 안테나 어레이 및 EAS 루프 안테나(83)를 나타낸다. RFID 안테나 어레이는 4개의 안테나 유닛들(88, 90, 92, 및 94) 및 대응하는 송신 회선들(84, 86, 96 및 98)을 포함한다. 이 안테나 어레이의 예시적인 아웃회선 치수는, 실질적으로 길이 48 (122㎝) 그리고 폭 15 (38㎝)이다. EAS 루프 안테나(100)는 이 실시예에서 RFID 안테나 어레이 근처에 적어도 부분적으로 배치되고, EAS 기능성을 제공하기 위해 EAS 제어 회로(미도시)에 커플링된다. 다시 말해서, RFID 안테나 어레이와 관련하여, EAS 루프 안테나(100)는 RFID 안테나 어레이의 컴포넌트들의 몇몇 또는 모두를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러쌀 수 있다(circumscribe). 특히(of note), 도 15의 실시예가 4개의 안테나 유닛들을 나타내지만, 본 발명은 이러한 것으로 제한되지 않는다는 것이 이해된다. 그 이상의 또는 그 이하의 안테나 유닛들이 원하는 커버리지, 이용가능한 크기 등에 의존하여 이용될 수 있다.
도 16은 도 14에 도시된 안테나 어레이에 이용된 플로팅 그라운드 평면(104, 106, 108, 및 110)을 도시한다. 일 실시예에서, 각각의 송신 회선은 유사한 크기를 갖는 대응 그라운드 평면들(102, 112)을 갖는다. 일 실시예에서, 플로팅 그라운드 평면 크기는 약 5.2 인치(13㎝)의 정사각형인 패치 크기보다 약 1 인치(2.5㎝) 더 크다. 이러한 구성은 EAS 안테나(100)의 성능에 피해를 주지 않고 RFID 안테나의 일 면(one side) 방사를 제공한다.
이득 감소는 감소된 플로팅 그라운드 평면으로 관찰된다. 특정 경우들에서, 보다 나은 EAS 시스템 성능을 달성하기 위해 이득을 감소시키는 것이 바람직하다. RFID 방사 이득을 개선시키기 위해, 예를 들어, 알루미늄의 매우 얇은 층(예를 들어, 3㎛)을 갖는 금속화된 마일라(Mylar) 재료와 같이 매우 낮은 도전성을 갖는 차폐 그라운드의 층이, 플로팅 그라운드 평면에 부착될 수 있다. 알루미늄의 스킨 깊이는 0.9GHz에서 약 2.7㎛ 그리고 0.5GHz에서 115㎛이기 때문에, 금속화된 재료는 UHF 대역에서의 합당한 차폐(약 10dB 감쇄)를 유지하면서, AM 대역에 있는 자계로 하여금 쉽게 (오직 0.2dB 감쇄로) 관통되게 할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 그라운드 평면들은, 초고주파(UHF) 신호들을 차단하면서 그라운드 평면을 통하는 저주파수, 예를 들어, 58kHz의 신호들의 통과(passage)를 허용하도록 배열된 초박막 도전성 재료로 구성될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 보조 그라운드 평면(103)은, 플로팅 그라운드 평면들(104, 106, 108 및 110) 아래에 예를 들어, 플로팅 그라운드 평면들(104, 106, 108 및 110)에 평행하게 위치되며, 여기서 보조 그라운드 평면(103)은 초고주파(UHF) 신호들을 차단하면서 보조 그라운드 평면을 통하는 저주파 신호들의 통과를 허용하도록 배열된 초박막 도전성 재료로 구성된다.
또한, 다양한 어레이들의 안테나 어셈블리들이 구성될 수 있으며, 여기서 안테나 어셈블리들은 2개의 상이한 평면들을 점유한다는 것에 유의해야만 한다. 예를 들어, 몇몇 어셈블리들은 제 1 기하학 평면 내부에 위치되고, 어셈블리들의 나머지는 제 1 기하학 평면에 직교하는 제 2 기하학 평면 내부에 위치되는, 안테나 어셈블리들의 어레이를 구축할 수 있다. 이 실시예는 오직 예로써 주어지며, 2개의 평면들이 반드시 직교할 필요가 없다는 것에 유의해야 한다. 또한, 2개 초과의 기하학 평면들이 안테나 어셈블리들의 배치에 이용될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 안테나 어셈블리들의 이러한 다-평면 어레이는 몇몇 애플리케이션들에서 어레이의 강건성을 개선시킬 수 있으며, 여기서 예를 들어, 안테나들에 의해 질의될 RFID 태그들의 오리엔테이션은 알려지지 않거나, 또한 랜덤하게 또는 가변적인 것으로 알려질 것이다. 또한, 애플리케이션은 몇몇 평면들 내의 안테나 어셈블리들의 배치에 의해 생성될 수 있는 특정 전기장 또는 자기장 분극을 요구할 수 있다.
본 발명이 앞서 본원에 특별히 나타낸 그리고 설명된 것으로 제한되지 않는 것으로 당업자에 의해 인식될 것이다. 또한, 상기한 것에 반대하는 언급이 없다면, 첨부된 도면들 모두는 스케일을 따르는 것이 아님에 유의해야 한다. 이하의 청구항들에 의해서만 제한되는 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 전술한 교시를 감안하여 다양한 변형들 및 변화들이 가능하다.

Claims (20)

  1. RFID 안테나로서,
    제 1 그라운드 평면;
    상기 제 1 그라운드 평면에 실직적으로 평행한, 기준 그라운드 평면;
    상기 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있는, 제 1 패치 안테나 엘리먼트; 및
    상기 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있고 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트에 전기적으로 커플링된, 제 2 패치 안테나 엘리먼트를 포함하는, RFID 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 그라운드 평면과 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트 사이의 정전 방전 접속을 더 포함하는, RFID 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트는 제 1 폭 및 제 1 길이를 갖고,
    상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트는 제 2 폭 및 제 2 길이를 갖고,
    상기 제 2 길이 대 상기 제 2 폭의 비율은 상기 제 1 길이 대 상기 제 1 폭의 비율보다 큰, RFID 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 패치 안테나와 상기 제 2 패치 안테나의 비율들은 상기 RFID 안테나에 의해 나타나는 이중 공진(dual resonance)을 생성하도록 조절되는, RFID 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트에 전기적으로 커플링된 제 3 패치 안테나 엘리먼트를 더 포함하는, RFID 안테나.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 패치 안테나 엘리먼트는 상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트의 길이에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 길이를 갖는, RFID 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트의 길이-대-폭 비율은 2차 공진(secondary resonance)을 생성하도록 조절되며,
    상기 제 3 패치 안테나 엘리먼트의 길이-대-폭 비율은 상기 RFID 안테나에 의해 나타나는 3차 공진(tertiary resonance)을 생성하도록 조절되는, RFID 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서,
    내부 도체 및 외부 도체를 갖는 동축 케이블을 더 포함하며,
    상기 내부 도체는 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트에 전기적으로 커플링되고, 상기 외부 도체는 상기 기준 그라운드 평면에 전기적으로 커플링되는, RFID 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 패치 엘리먼트는 상기 RFID 안테나에 근접한 EAS 안테나의 동작과의 간섭을 감소시키기 위한 슬롯을 갖는, RFID 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 패치 엘리먼트는 적어도 하나의 챔퍼링된 코너(chamfered corner)를 갖는 것 이외에도 실질적으로 직사각형인, RFID 안테나.
  11. 안테나 시스템으로서,
    복수의 제 1 동일평면 그라운드 평면들; 및
    복수의 동일평면 패치 안테나 구조들
    을 갖는 전파 식별(RFID; radio frequency identification) 안테나 어레이를 포함하며,
    상기 복수의 제 1 동일평면 그라운드 평면들은, 제 1 동일평면 그라운드 평면들과 동일평면에 있는 적어도 하나의 도체에 의해 접속되고,
    상기 복수의 동일평면 패치 안테나 구조의 각각의 동일평면 패치 안테나 구조는:
    상기 제 1 동일평면 그라운드 평면들 중 적어도 하나에 실질적으로 평행하고 그리고 상기 제 1 동일평면 그라운드 평면들 중 적어도 하나로부터 이격된, 기준 그라운드 평면;
    상기 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있는, 제 1 패치 안테나 엘리먼트; 및
    상기 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있고 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트에 전기적으로 커플링된, 제 2 패치 안테나 엘리먼트를 갖는, 안테나 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    EAS 안테나를 더 포함하고,
    상기 EAS 안테나는 상기 RFID 안테나 어레이의 주변부 둘레에 적어도 부분적으로 배치되는, 안테나 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 RFID 안테나 어레이는 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있는 복수의 신호-베어링 도체들을 더 포함하고,
    각각의 도체는 상기 복수의 패치 안테나 구조들의 각각의 대응하는 구조의 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트에 전기적으로 커플링되는, 안테나 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 RFID 안테나 어레이는 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있는 복수의 그라운드 도체들을 더 포함하고,
    상기 복수의 그라운드 도체들 각각은 상기 기준 그라운드 평면들 각각의 대응하는 평면에 전기적으로 커플링되는, 안테나 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    패치 안테나 구조의 이득은, 상기 기준 그라운드 평면의 치수 대 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트의 치수의 비율을 조절함으로써 조절되는, 안테나 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 동일평면 패치 안테나 구조들은, 개별적인 동일평면 패치 안테나 구조들의 전자기장들이 오버랩하도록, 배열되는, 안테나 시스템.
  17. RFID 안테나로서,
    제 1 면(side) 및 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 제 1 면 상에 배치된 그라운드 평면;
    상기 기판의 상기 제 2 면 상에 배치된 기준 그라운드 평면;
    상기 기판의 상기 제 2 면 상에 배치된 제 1 패치 안테나 엘리먼트; 및
    상기 기판의 상기 제 2 면 상에 배치된 제 2 패치 안테나 엘리먼트 ― 상기 제 2 패치 안테나는 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트 및 상기 기준 그라운드 평면과 동일평면에 있음 ― 을 포함하고,
    상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트 및 상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트는, 단독으로 동작하는 상기 제 1 패치 안테나 엘리먼트 및 상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트 둘 중 하나의 주파수 응답보다 더 넓은 광대역 주파수 응답을 제공하도록 협력하는, RFID 안테나.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 그라운드 평면은, 초고주파(UHF; ultra-high frequency) 신호들을 차단하면서, 상기 그라운드 평면을 통하는 저주파 파형 신호들의 통과를 허용하도록 적응되는 두께를 갖는 도전성 재료로 구성되는, RFID 안테나.
  19. 제 17 항에 있어서,
    보조(secondary) 그라운드 평면을 더 포함하고,
    상기 보조 그라운드 평면은 상기 그라운드 평면에 평행하게 위치되어 있고,
    상기 보조 그라운드 평면은, 도전성 재료로 구성되고, 초고주파(UHF) 신호들을 차단하면서 상기 그라운드 평면을 통하는 저주파 신호들의 통과를 허용하도록 적응되는 두께를 갖는, RFID 안테나.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 광대역 주파수 응답의 너비(breadth)는 상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트의 애스펙트 비를 선택함으로써 조절되며,
    상기 애스펙트 비는 상기 제 2 패치 안테나 엘리먼트의 길이 대 폭의 비율인, RFID 안테나.

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