KR20140047603A - 니어 필드 애플리케이션들을 위한 소형 광대역 루프 안테나 - Google Patents
니어 필드 애플리케이션들을 위한 소형 광대역 루프 안테나 Download PDFInfo
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Abstract
안테나의 광대역 니어 필드를 제공하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 소형 광대역 루프 안테나는, 다수의 층들을 갖는 인쇄 회로 보드(PCB) 기판을 포함할 수 있다. 동일한 구동기 회로, 임피던스 정합 네트워크, 1차 접지층 및 도전층을 공유하는 듀얼 루프들이 PCB 기판 상에 인쇄된다. 단락 비아는 듀얼 루프들을 접지 평면에 접속시킨다. 안테나는, 단락 비아의 위치와 같은 루프의 파라미터들을 조정함으로써, 원하는 동작 주파수로 동조될 수 있다.
Description
본 출원은, 2011년 4월 13일에 출원되고 발명의 명칭이 A SMALL BROADBAND LOOP ANTENNA FOR NEAR FIELD APPLICATIONS인 미국 가특허출원 일련 번호 61/475,109호와 관련되고 그에 대해 우선권을 주장하며, 상기 가특허출원 전체는 인용에 의해 본원에 통합된다.
본 발명은 안테나 구조들과 관련되고, 더 상세하게는, 광대역 루프 안테나로부터 광대역 니어 필드(near field)를 생성하기 위한 방법 및 시스템과 관련된다.
라디오 주파수 식별(RFID) 시스템들은, 인벤토리 관리, 전자 액세스 제어, 보안 시스템들, 유료 도로들 상의 차량들의 자동 식별 및 전자식 물품 도난 방지(electronic article surveillance, EAS)와 같은 다수의 애플리케이션들에 대해 이용될 수 있다. 극초단파(UHF)(860-960 메가헤르쯔(MHz)) 또는 마이크로파(2.45 기가헤르쯔(GHz)) RFID 시스템들은 RFID 판독기 및 RFID 디바이스를 포함할 수 있다. RFID 판독기는, 안테나를 통해 RFID 인레이(inlay) 또는 RFID 태그와 같은 RFID 디바이스에 라디오 주파수 캐리어 신호를 송신할 수 있다. RFID 디바이스는, RFID 디바이스에 의해 저장된 정보로 인코딩된 데이터 신호로 캐리어 신호에 응답할 수 있다. 판독기와 접속된 안테나는 미리 결정된 동작 주파수 대역 내에서 동작하도록 동조되어야 하고, 통상적으로 선호되는 광대역 주파수는 860-960 MHz와 같은 동작 주파수 대역을 커버한다. 공지된 RFID 안테나들은, 안테나의 파 필드(far field)에서 이 주파수의 부대역(sub-band)에서 동작하도록 설계된다. 그러나, 많은 애플리케이션들은 판독기의 안테나의 니어 필드에서 RFID 태그를 판독하는 것과 관련된다.
따라서, RFID 보안 애플리케이션들 뿐만 아니라 다른 RFID 애플리케이션들에 대한 안테나의 니어 필드에서 넓은 주파수 대역의 상당한 부분들 전반에 걸쳐 실질적으로 동작하는 안테나를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은, 광대역 안테나의 니어 필드에서 듀얼(dual) 대역 성능을 제공하기 위한 방법 및 시스템을 유리하게 제공한다. 일 양상에 따르면, 광대역 안테나는 도전층, 접지층, 단락 비아(shorting via), 제 1 루프 및 제 2 루프를 포함한다. 단락 비아는 도전층을 접지층에 접속시킨다. 제 1 루프는 제 1 포트 및 제 2 포트를 갖는다. 제 1 루프는 제 1 포트에서 정합 회로에 접속될 수 있고, 제 2 포트에서 단락 비아에 접속될 수 있다. 제 1 루프는 제 1 회로 소자를 포함할 수 있다. 제 1 루프는, 제 1 회로 소자, 제 1 루프의 형상, 도전층의 형상, 정합 회로, 및 단락 비아의 위치 중 적어도 하나를 조정함으로써 동조될 수 있다. 제 2 루프는 제 3 포트 및 제 4 포트를 갖는다. 제 2 루프는 제 3 포트에서 정합 회로에 접속될 수 있고, 제 4 포트에서 단락 비아에 접속될 수 있다. 제 2 루프는 제 2 회로 소자를 포함할 수 있다. 제 2 루프는, 제 2 회로 소자, 제 2 루프의 형상, 도전층의 형상, 정합 회로, 및 단락 비아의 위치 중 적어도 하나를 조정함으로써 동조가능하다.
다른 양상에 따르면, 본 발명은, 안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법을 제공하고, 여기서, 안테나는 제 1 루프, 제 2 루프, 정합 회로 및 단락 비아를 포함한다. 제 1 및 제 2 루프들 각각은 제 1 포트 및 제 2 포트를 갖는다. 제 1 및 제 2 루프들은 제 1 및 제 2 루프들의 제 1 포트들에서 정합 회로에 접속하고, 제 1 및 제 2 루프들의 제 2 포트들에서 단락 비아에 접속한다. 단락 비아는 접지 평면을 도전층에 접속시킨다. 제 1 및 제 2 루프들 중 적어도 하나는 럼프된(lumped) 수동 회로 소자를 포함한다. 방법은, 제 1 루프가, 제 1 주파수와 제 2 주파수 사이의 제 1 주파수 대역에 걸쳐 니어 필드에서 상당한 이득으로 방사(radiate)하게 하도록 안테나를 동조시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제 2 루프가, 제 2 주파수와 제 3 주파수 사이의 제 2 주파수 대역에 걸쳐 니어 필드에서 상당한 이득으로 방사하게 하도록 안테나를 동조시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에 따르면, 본 발명은, 도전층, 접지층, 제 1 절연층, 제 2 절연층, 정합 회로, 단락 비아, 제 1 방사 소자 및 제 2 방사 소자를 포함하는 광대역 듀얼 안테나를 제공한다. 제 1 절연층 및 제 2 절연층의 적어도 일부는 도전층과 접지층 사이에 위치된다. 정합 회로는, 구동기 회로의 임피던스의, 안테나의 임피던스에의 실질적 정합을 제공하도록 배열된다. 단락 비아는 도전층을 접지층에 접속시킨다. 도전층은 제 1 절연층 상에 위치되고, 접지층은 제 2 절연층 상에 위치된다. 단락 비아는 제 1 절연층 및 제 2 절연층을 관통한다. 제 1 방사 소자는 제 1 포트에서 정합 회로에 접속되고, 제 2 포트에서 단락 비아에 접속된다. 제 2 방사 소자는 제 3 포트에서 정합 회로에 접속되고, 제 4 포트에서 단락 비아에 접속된다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 이들의 수반되는 이점들 및 특징들은, 첨부된 도면들과 함께 고려되는 경우 하기 상세한 설명을 참조하여 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 라디오 주파수 식별(RFID) 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 측면도이다.
도 4는 도 3의 광대역 루프 안테나의 도전층의 상면도이다.
도 5는 도 3의 광대역 루프 안테나의 중간층의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 광대역 루프 안테나의 대안적인 예시적 실시예의 측면도이다.
도 7은 도 6의 광대역 루프 안테나의 도전층의 상면도이다.
도 8은 도 6의 광대역 루프 안테나의 중간층의 상면도이다. 그리고,
도 9는 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 주파수 응답의 그래프이다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 라디오 주파수 식별(RFID) 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 측면도이다.
도 4는 도 3의 광대역 루프 안테나의 도전층의 상면도이다.
도 5는 도 3의 광대역 루프 안테나의 중간층의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 광대역 루프 안테나의 대안적인 예시적 실시예의 측면도이다.
도 7은 도 6의 광대역 루프 안테나의 도전층의 상면도이다.
도 8은 도 6의 광대역 루프 안테나의 중간층의 상면도이다. 그리고,
도 9는 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 주파수 응답의 그래프이다.
본 발명에 따른 예시적인 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 실시예들은 주로, 소형 광대역 안테나를 제공하기 위한 시스템 및 방법을 구현하는 것과 관련된 장치 컴포넌트들 및 프로세싱 단계들의 조합들에 존재함을 주목한다. 따라서, 본 명세서의 설명의 이점을 갖는 이 분야의 당업자들에게 쉽게 명백할 세부사항들로 본 개시를 모호하게 하지 않기 위해, 시스템 및 방법 컴포넌트들은, 본 발명의 실시예들을 이해하는 것과 관련되는 오직 이러한 특정한 세부사항들을 나타내는 도면들에서 관습적인 심볼들에 의해 적절한 곳에 표현된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "제 1" 및 "제 2", "최상부" 및 "바닥" 등과 같은 관계적(relational) 용어들은, 이러한 엔티티들 또는 소자들 사이의 임의의 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 의미하지 않고, 하나의 엔티티 또는 소자를 다른 엔티티 또는 소자로부터 단지 구별하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은, 다수의 층들을 갖는 인쇄 회로 보드(PCB) 기판을 포함할 수 있는 소형 광대역 루프 안테나를 제공한다. 동일한 구동기 회로, 임피던스 정합 네트워크, 1차 접지층 및 도전층을 공유하는 듀얼 루프들이 PCB 기판 상에 인쇄된다. 단락 비아는 듀얼 루프들을 접지 평면에 접속시킨다. 안테나는, 단락 비아의 위치와 같은 루프의 파라미터들을 조정함으로써, 원하는 동작 주파수로 동조될 수 있다. 일 실시예에서, 루프 안테나는, 유럽에서 이용되는 868 MHz 대역, 미국에서 이용되는 것과 같은, ISM(Industrial, Scientific and Medical) 에이전시에 의해 특정된 915 MHz 대역 및 일본에서 이용하기 위해 제안된 953 MHz 대역을 포함하는 약 865 MHz 내지 약 956 MHz의 RFID 동작 주파수 대역폭 내에서 동작하도록 동조될 수 있다. 또한, 광대역 루프 안테나는 약 2.45 GHz의 마이크로파들에 대해 유용할 수 있다.
이제, 유사한 부분들이 전반에 걸쳐 유사한 참조 부호들로 지정되는 도면들을 상세히 참조하면, 도 1에는, 본 발명의 원리들에 따라 구성되며 일반적으로 "100"으로 지정된 RFID 시스템이 도시된다. 도 1은, 예를 들어, 868 MHz 대역, 915 MHz 대역, 953 MHz 대역, 2.45 GHz 대역 및/또는 주어진 구현에 대해 원해지는 RF 스펙트럼의 다른 부분들로의 제한없이, 동작 주파수를 갖는 RFID 디바이스(106)를 이용하여 동작하도록 구성되는 RFID 시스템(100)을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, RFID 시스템(100)은 RFID 판독기(102) 및 RFID 디바이스(106)를 포함할 수 있다. RFID 디바이스(106)는, 예를 들어, 배터리, 또는 RFID 디바이스(106)에 대한 RFID 동작들을 구현하기 위해 이용되는 반도체 IC의 논리 회로들에 의한 이용을 위해, 커플링된 RF 전자기파(112)의 일부를 직류 전력으로 변환하는 정류기 회로일 수 있는 전원(114)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, RFID 디바이스(106)는 RFID 태그를 포함할 수 있다. RFID 태그는 RFID 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있고, 문의(interrogation) 신호들(112)과 같은 문의 신호에 응답하여, 저장된 정보를 전달(communicate)할 수 있다. RFID 정보는, RFID 디바이스(106)에 의해 이용되는 메모리에 저장될 수 있는 임의의 타입의 정보를 포함할 수 있다. RFID 정보의 예들은 고유의 태그 식별자, 고유의 시스템 식별자, 모니터링된 물체에 대한 식별자 등을 포함할 수 있다. RFID 정보의 타입들 및 양은 이 문맥에서 제한되지 않는다.
일 실시예에서, RFID 디바이스(106)는 수동 RFID 보안 태그를 가질 수 있다. 수동 RFID 보안 태그는 외부 전원을 이용하지 않고, 오히려, 문의 신호들(112)을 전원으로서 이용한다. RFID 디바이스(106)는, 문의 신호들(112)을 포함하는 착신 RF 캐리어 신호를 정류한 결과로서 발생(develop)되는 직류 전압에 의해 활성화될 수 있다. 일단 RFID 디바이스(106)가 활성화되면, 그 다음, RFID 디바이스(106)는 자신의 메모리 레지스터에 저장된 정보를 응답 신호들을 통해 송신할 수 있다.
동작 시에, RFID 디바이스(106)의 안테나(108)가 RFID 판독기 안테나(104)에 근접한 경우, AC 전압이 안테나(108)에 걸쳐 발생한다. 안테나(108)에 걸친 AC 전압은 정류된다. 정류된 전력이 RFID 디바이스(106)를 활성화시키기에 충분한 경우, RFID 디바이스(106)는, 응답 신호들을 형성하기 위해 RFID 판독기(102)의 문의 신호들(112)을 변조함으로써, 자신의 메모리 레지스터에 저장된 데이터를 전송하기 시작할 수 있다. RFID 판독기(102)는 응답 신호들을 수신할 수 있고, 이들을, RFID 디바이스(106)로부터의 정보를 나타내는 검출된 직렬 데이터 워드 비트 스트림으로 변환할 수 있다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 예시적인 광대역 루프 안테나의 등가 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(104)는, 루프 부분(250), 정합 네트워크(209) 및 2개의 수동 럼프된 소자 정합 컴포넌트들(230 및 240)을 포함할 수 있다. 수동 럼프된 소자들(230 및 240) 중 하나 또는 둘 모두는 인덕터, 커패시터, 또는 트레이스 조각(a piece of trace)일 수 있다. 도 2가 제한된 수의 소자들을 도시하지만, 더 많거나 더 적은 소자들이 안테나(104)에 대해 이용될 수 있음을 인식할 수 있다. 예를 들어, 특정한 값을 갖는 단일 커패시터를 형성하기 위해 2개의 직렬 접속되거나 션트된(shunted) 커패시터들이 이용될 수 있다.
정합 네트워크(209)는 루프 안테나(104)를 원하는 작동 주파수 대역으로 동조시키는데 이용된다. 정합 네트워크(209)는, 제한없이, 럼프된 커패시터, 럼프된 인덕터, L 정합 네트워크, T 정합 네트워크, Pi 정합 네트워크, 분산된 수동 인덕터, 분산된 수동 커패시터, 또는 이러한 정합 컴포넌트들의 조합일 수 있다.
도 2의 실시예에서, 루프 부분(250)은 2개의 루프들을 갖는다. 제 1 루프는 하기 포트들(202, 203, 206 및 207)을 포함한다. 제 2 루프는 하기 포트들(202, 203, 204, 205, 206 및 207)을 포함한다. 따라서, 루프들 둘 모두는 동일한 포트들(202, 203, 206 및 207)을 공유한다.
도 3은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 광대역 루프 안테나의 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 루프 부분(250)은, 도전층(330), 1차 접지층(335), 제 1 기판(310), 제 2 기판(320) 및 2개의 수동 럼프된 임피던스 정합 컴포넌트들(230 및 240) 및 단락 비아(360)를 포함할 수 있다.
기판들(310 및 320)은 적절한 유전체 재료들을 포함하고, 동일하거나 상이한 재료들일 수 있다. 도 3의 스택업(stack-up)은 유전체 재료의 2개의 층들을 도시하지만, 원하는 바에 따라 더 많은 층들이 추가될 수 있다. 기판들(310 및 320)을 위해 구현되는 특정한 재료는 루프 부분(250)의 RF 성능에 영향을 미칠 수 있다. 더 상세하게는, 유전 상수 및 손실 탄젠트(loss tangent)가, 기판으로서 이용하기 위한 적절한 기판 재료 또는 재료들의 유전 특성들을 특징화할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 기판들(310 및 320)은 FR4를 이용하여 구현될 수 있다. FR4는 900 MHz에서 약 4.4-4.6의 유전 상수 및 약 0.015-0.02의 손실 탄젠트를 가질 수 있다. 다른 유전 상수 및 손실 탄젠트를 나타내는 다른 재료들이 이용될 수 있다.
도 3에서, 도 2의 제 1 루프는 럼프된 소자(230)를 포함하고, 단락 비아(360)에서 종료된다. 도 2의 제 2 루프는 럼프된 소자(240)를 포함하고, 또한 단락 비아(360)에서 종료된다. 도 4는 도 3의 광대역 루프 안테나의 최상부 층의 상면도이다. 도 5는 도 3의 광대역 루프 안테나의 중간층의 상면도이다. 도 4 및 도 5를 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이, 럼프된 소자(230)는 비아들(214 및 216)에 의해 포트들(203 및 206)에 접속되고, 럼프된 소자(240)는 비아들(213 및 215)에 의해 포트들(204 및 205)에 접속된다. 럼프된 소자들(230 및 240)은 도전 스트립(216)에 의해 정합 네트워크(209)에 접속되고, 도전 스트립(218)에 의해 단락 비아(360)에 접속된다.
도전 스트립들(216 및 218), 비아들(213, 214, 215 및 216) 및 럼프된 소자들(230 및 240)에 의해 형성된 루프들은 기본적으로 직사각형 형상이지만, 원형, 삼각형, 둥근 코너들을 갖는 직사각형, 불규칙한 형상들 또는 이들의 조합들과 같은 다른 형상들이 구현될 수 있음을 주목한다. 루프들은 또한 하나 또는 둘보다 많은 평면들에 존재하는 소자들에 의해 형성될 수 있다.
제 1 및 제 2 루프들은 동일한 정합 네트워크(209)를 공유하지만, 별개로 동조될 수 있다. 예를 들어, 제 1 루프는 럼프된 소자(230)를 조정함으로써 동조될 수 있고, 제 2 루프는 럼프된 소자(240)를 조정함으로써 동조될 수 있다. 루프들 둘 모두는, 기판들(310 및 320)의 두께 및/또는 도전층(330)의 형상을 조정함으로써, 단락 비아(360)의 위치를 조정함으로써 동시에 동조될 수 있다.
예를 들어, 도전층(330)의 엣지로부터 더욱 안쪽으로 단락 비아(360)를 이동시키는 것은, 루프들의 공진 주파수들을 더 높은 값으로 시프트시킬 수 있다. 제 1 루프의 공진 주파수가 결정되는 경우, 정합 네트워크(209)는 각각의 루프의 특유의(distinctive) 주파수 대역들에 대해 양호한 성능을 전달하도록 동조될 수 있다. 예를 들어, 제 1 루프는 약 860-910 MHz의 낮은 주파수 대역에서 공진하도록 동조될 수 있고, 제 2 루프는 약 920-960 MHz의 높은 주파수 대역에서 공진하도록 동조될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같은 높은 Q 회로에서, 리액티브 임피던스는, 주파수의 함수로서 임피던스의 실수부보다 훨씬 더 빨리 변한다. 즉, 리액티브 임피던스는 실수 임피던스보다 더 큰 기울기를 갖는다. 단락 비아(360)(인덕터로서 기능할 수 있음) 및 도전층(330)(커패시터로서 기능할 수 있음)을 통합함으로써, 함께 동작하는 이 컴포넌트들은 동작 주파수에 따라 커패시터 또는 인덕터로서 기능할 수 있다. 적절한 설계에 의해, 단락 비아(360) 및 도전층(330)은 회로의 주파수 응답에 영향을 미치는 지배적인 컴포넌트들일 수 있고, 회로의 리액티브 임피던스에서의 변경을 크게 억제할 수 있다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 루프들은 제 1 및 제 2 주파수들에 각각 동조될 수 있다. 어느 하나의 루프는 낮은 주파수 대역에 동조될 수 있는 한편, 다른 하나의 루프는 높은 주파수 대역에 동조된다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따라 구성되는 광대역 루프 안테나의 대안적인 실시예의 측면도이다. 도 7은 도 6의 광대역 루프 안테나의 최상부 층의 상면도이다. 도 8은 도 6의 광대역 루프 안테나의 중간층의 상면도이다. 도면들 3-5의 실시예, 도면들 6-8의 실시예를 비교하면, 도면들 3-5의 럼프된 소자(230)가 단락 도전 트레이스(224)에 의해 대체된다. 포트들(203 및 206)은, 도전층(330)에 가장 근접한 비아들(214 및 216)에서 정의된다. 도 8을 참조하면, 포트들(203 및 206)은 도전 트레이스들(218 및 220)에 접속한다. 따라서, 2개의 루프들 ―제 1 루프는 트레이스(224)(도 7에 도시됨)를 포함하고, 제 2 루프는 럼프된 소자(240)(도 7에 도시됨)를 포함함― 은 물리적으로 그리고 전기적으로 포트들(203 및 206)에서 접속된다.
몇몇 실시예들에서, 도전층(330)은 1차 접지 평면(335)과는 상이한 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 7은, 도전층(330)이, 2개의 루프들 부분에 걸쳐 연장되는 2개의 스터브들(stubs)(222a 및 222b)을 갖는 것을 도시한다. 이 스터브들은 도전층(330)과 루프 부분(250) 사이에 여분의 커플링을 제공할 수 있다. 따라서, 2개의 루프들을 동조시키는 추가적인 방법은 스터브들(222a 및 222b)의 길이 및 폭을 조정하는 것을 포함한다. 동조를 위해 도전층(330)의 다른 변화들이 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 1차 접지층(335)은 직사각형 형상에서 1.6 인치 x 0.8 인치이고, 도전층(330)은 동일한 치수들을 갖는다. 제 1 루프는 0.2 인치 x 0.4 인치 직사각형 형상 루프인 한편, 다른 하나의 루프는 0.2 인치 x 0.39 인치 직사각형 형상 루프이다. 단락 비아(360)는 0.03 인치의 직경을 갖고, 도전층(330)의 엣지 내부의 0.12 인치에 배치된다. 이 특정한 실시예에서, 레이아웃은 재료 ISOLA370으로부터 4-층 PCB 스택업 상에 있다. 기판들 각각은 0.03 인치의 두께를 갖는다. 수동 럼프된 소자(240)는 5.6 피코-패럿(pF) 커패시터로서 구현된다. 정합 네트워크는 션트된 1 pF 커패시터 및 단일 직렬 접속된 22 밀리-헨리(mH) 인덕터로 실현된다.
도 9는, RFID 태그가 루프 부분(250)의 최상부 평면 위 1 센티미터(cm)에 배치되는 경우, 앞서 설명된 바와 같이, 소형 광대역 루프 안테나의 예시적인 실시예의 판독 성능을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 안테나는 865-956 MHz 사이의 대역에서 2개의 인접한 공진 주파수 대역들을 갖는다.
일 실시예에서, 루프 부분(250)은 하우징에 인클로즈(enclose)될 수 있다. 하우징은 지지 및 보호를 위해 루프에 적용되는 재료일 수 있다. 하우징 재료는 루프 부분(250)의 라디오 주파수(RF) 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 하우징 재료는 철 베이스 또는 다른 금속을 포함할 수 있다. 금속 하우징은, 루프 안테나의 성능에 대한 하우징의 영향을 감소시키기 위해, 루프 부분(250)으로부터 떨어진 거리에서 유지될 수 있다.
용어 "니어 필드"는, 통상적으로 안테나의 최고 동작 주파수의 파장보다 작은 짧은 거리로서, RFID 판독기(102)와 RFID 디바이스(106) 사이의 통신 동작 거리를 지칭할 수 있다. 니어 필드 판독 범위의 예는, 전력의 약 27 dBm에서 약 15 cm이며, 바람직한 거리는 약 5 cm이다. 몇몇 실시예들은 "커플링된" 및 "접속된" 이라는 표현과 함께 이들의 파생어들을 이용하여 설명될 수 있다. 이 용어들은 서로에 대한 동의어로서 의도되지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 몇몇 실시예들은, 둘 또는 그 초과의 소자들이 서로 직접적으로 물리적 또는 전기적 접촉된 것을 나타내기 위해, 용어 "접속된"을 이용하여 설명될 수 있다. 다른 예에서, 몇몇 실시예들은, 둘 또는 그 초과의 소자들이 서로 직접 접촉되지는 않지만 또한 여전히 서로 협력하거나 상호작용하는 것을 나타내기 위해, 용어 "커플링된"을 이용하여 설명될 수 있다. 실시예들은 이 문맥에서 제한되지 않는다.
본 개시의 특정한 실시예들이 본 명세서에서 설명되었지만, 본 개시는 이 기술분야가 허용하는 만큼 범위가 넓고 본 명세서가 이와 마찬가지로 읽어지도록 의도되기 때문에, 본 개시는 이에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 앞선 설명은 제한적인 것으로 해석되는 것이 아니라 특정한 실시예들의 단지 예시들로 해석되어야 한다. 당업자들은, 여기에 첨부된 청구항들의 범위 및 사상 내에서 다른 변형들을 고안할 것이다.
Claims (20)
- 광대역 안테나로서,
도전층;
접지층;
상기 도전층을 상기 접지층에 접속시키는 단락 비아(shorting via);
제 1 루프 ―상기 제 1 루프는 제 1 포트 및 제 2 포트를 갖고, 상기 제 1 루프는 상기 제 1 포트에서 정합 회로에 접속되고 상기 제 2 포트에서 상기 단락 비아에 접속되고, 상기 제 1 루프는 제 1 회로 소자를 포함하고, 상기 제 1 루프는 상기 제 1 회로 소자, 상기 제 1 루프의 형상, 상기 도전층의 형상, 상기 정합 회로, 및 상기 단락 비아의 위치 중 적어도 하나를 조정함으로써 동조가능함―; 및
제 3 포트 및 제 4 포트를 갖는 제 2 루프를 포함하고,
상기 제 2 루프는 상기 제 3 포트에서 상기 정합 회로에 접속되고 상기 제 4 포트에서 상기 단락 비아에 접속되고, 상기 제 2 루프는 제 2 회로 소자를 포함하고, 상기 제 2 루프는 상기 제 2 회로 소자, 상기 제 2 루프의 형상, 상기 도전층의 형상, 상기 정합 회로, 및 상기 단락 비아의 위치 중 적어도 하나를 조정함으로써 동조가능한,
광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프는 동일한 평면에 있고, 상기 제 1 포트 및 상기 제 3 포트는 제 1 공통 도체를 공유하고, 상기 제 2 포트 및 상기 제 4 포트는 제 2 공통 도체를 공유하는, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프는 상기 도전층에 병렬인, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프는 2개의 상이한 평면들에 있고, 상기 2개의 평면들 중 적어도 하나는 상기 도전층과 상기 접지층 사이에 위치되는, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프의 적어도 일부는 절연층에 의해 분리되는, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 회로 소자는 럼프된 수동 회로 소자를 포함하고, 상기 제 2 루프는 상기 럼프된 수동 회로 소자를 조정함으로써 동조가능한, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회로 소자는 럼프된 수동 회로 소자인, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회로 소자는 도전 스트립인, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프는 상기 정합 회로를 조정함으로써 동조되고, 상기 제 2 루프는 상기 단락 비아의 위치를 조정함으로써 동조되는, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프는 직사각형이고, 0.2 인치 x 0.4 인치와 실질적으로 동일한 치수들을 갖는, 광대역 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 단락 비아는 상기 도전층의 엣지로부터 실질적으로 0.12 인치에 위치되는, 광대역 안테나. - 안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법으로서,
상기 안테나는 제 1 루프, 제 2 루프, 정합 회로 및 단락 비아를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 루프들 각각은 제 1 포트 및 제 2 포트를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 루프들은 상기 제 1 및 제 2 루프들의 상기 제 1 포트들에서 상기 정합 회로에 접속되고 상기 제 1 및 제 2 루프들의 상기 제 2 포트들에서 상기 단락 비아에 접속되고, 상기 단락 비아는 접지 평면을 도전층에 접속시키고, 상기 제 1 및 제 2 루프들 중 적어도 하나는 럼프된 수동 회로 소자를 포함하고,
상기 방법은,
상기 제 1 루프가, 제 1 주파수와 제 2 주파수 사이의 제 1 주파수 대역에 걸쳐 니어 필드에서 상당한 이득으로 방사(radiate)하게 하도록 상기 안테나를 동조시키는 단계; 및
상기 제 2 루프가, 상기 제 2 주파수와 제 3 주파수 사이의 제 2 주파수 대역에 걸쳐 상기 니어 필드에서 상당한 이득으로 방사하게 하도록 상기 안테나를 동조시키는 단계를 포함하는,
안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 루프가, 상기 제 1 주파수 대역에 걸쳐 상기 니어 필드에서 방사하게 하도록 상기 안테나를 동조시키는 단계는, 상기 제 1 루프의 형상, 럼프된 수동 회로 소자, 및 상기 단락 비아의 위치 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 루프가, 상기 제 2 주파수 대역에 걸쳐 상기 니어 필드에서 방사하게 하도록 상기 안테나를 동조시키는 단계는, 상기 제 2 루프의 형상, 럼프된 수동 회로 소자, 및 상기 단락 비아의 위치 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 루프가, 상기 제 1 주파수 대역에 걸쳐 상기 니어 필드에서 방사하게 하도록 상기 안테나를 동조시키는 단계는, 상기 제 1 루프가, 20 메가헤르쯔(MHz)보다 실질적으로 더 큰 3 dB 대역폭에 걸쳐 방사하게 하도록 상기 안테나의 기하구조를 조정하는 단계를 포함하는, 안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 루프가, 상기 제 2 주파수 대역에 걸쳐 상기 니어 필드에서 방사하게 하도록 상기 안테나를 동조시키는 단계는, 상기 제 2 루프가, 10 MHz보다 실질적으로 더 큰 3 dB 대역폭에 걸쳐 방사하게 하도록 상기 안테나의 기하구조를 조정하는 단계를 포함하는, 안테나를 이용하여 전자기적 니어 필드를 생성하기 위한 방법. - 안테나로서,
도전층;
접지층;
제 1 절연층;
제 2 절연층 ―상기 제 1 절연층 및 상기 제 2 절연층의 적어도 일부는 상기 도전층과 상기 접지층 사이에 위치됨―;
정합 회로 ―상기 정합 회로는, 구동기 회로의 임피던스의, 상기 안테나의 임피던스에의 실질적 정합을 제공하도록 배열됨―;
단락 비아 ―상기 단락 비아는 상기 도전층을 상기 접지층에 접속시키고, 상기 도전층은 상기 제 1 절연층 상에 위치되고, 상기 접지층은 상기 제 2 절연층 상에 위치되고, 상기 단락 비아는 상기 제 1 절연층 및 상기 제 2 절연층을 관통함―;
제 1 포트 및 제 2 포트를 갖는 제 1 방사 소자 ―상기 제 1 방사 소자는 상기 제 1 포트에서 상기 정합 회로에 접속되고 상기 제 2 포트에서 상기 단락 비아에 접속됨―; 및
제 3 포트 및 제 4 포트를 갖는 제 2 방사 소자를 포함하고,
상기 제 2 방사 소자는 상기 제 3 포트에서 상기 정합 회로에 접속되고 상기 제 4 포트에서 상기 단락 비아에 접속되는,
안테나. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 방사 소자는, 상기 제 1 절연층의, 상기 도전층과 동일한 측(side) 상에 위치되는, 안테나. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 방사 소자는 상기 제 1 절연층과 상기 제 2 절연층 사이에 위치되는, 안테나. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 방사 소자 및 상기 제 2 방사 소자는 동일 평면에 있는, 안테나.
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