KR20160074071A - 안테나 자동 매칭을 수행하는 rfid 리더기 - Google Patents

안테나 자동 매칭을 수행하는 rfid 리더기 Download PDF

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KR20160074071A
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백동수
엄재홍
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빌리브마이크론(주)
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Abstract

디바이스에 탈착 가능한 RFID에 있어서, 디바이스에 적응적인 안테나 자동 매칭을 수행하여 디바이스에 호환성을 가지는 RFID 리더기가 제공된다. 안테나를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 신호 검출기; 및 송신전력에 기초하여 임피던스 값을 가변함으로써 디바이스에 적응적인 안테나 매칭을 수행하는 매칭 소자를 포함할 수 있다.

Description

안테나 자동 매칭을 수행하는 RFID 리더기{RFID READER FOR PERFORMING ANTENNA AUTO MATCHING}
RFID 리더기에 연관되며, 보다 구체적으로는 다양한 종류의 디바이스에 장착되어 RFID 태그를 인식하는 초소형 RFID 리더기에 연관된다.
RFID (Radio Frequency Identification)는 사용하는 주파수 대역에 따라, 120 ~ 140 (KHz) 대역을 사용하는 LFID (Low-Frequency IDentification), 13.56 (MHz) 대역을 사용하는 HFID (High-Frequency IDentification), 및 868~956 (MHz) 대역을 사용하는 UHFID (UltraHigh-Frequency IDentification) 등으로 구분될 수 있다. 이를테면 항공 물류 등에서 사용하고 있는 900 (MHz) RFID는 UHFID로 분류될 수 있다.
RFID는, 스포츠 기록 측정, 상품 유통 이력 추적, 전자 여권과 같은 신분증 제작, 유료 도로의 통행료 징수 등 다양한 분야에 이미 적용 중이며, 적용 분야가 확대되고 있다. 또한, RFID는 다양한 종류의 디바이스에 장착되어 사용됨으로써 휴대성 및 호환성이 증가하고 있다. 디바이스에 장착되어 동작하는 RFID의 경우 디바이스의 내부 통신 특성이 안테나 성능에 영향을 발생시키기 때문에, 최적의 안테나 성능을 유지할 수 있도록 디바이스에 적응적으로 안테나 매칭을 수행하는 리더기를 구현하는 것이 요구된다.
미국공개특허공보 제2011/0156872호, 2011.7.30 공개.
일측에 따르면, 디바이스에 탈착 가능한 RFID 리더기에 있어서 안테나를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 신호 검출기; 및 상기 송신전력에 기초하여 상기 디바이스에 적응적인 안테나 매칭을 수행하는 매칭 소자를 포함하는 RFID 리더기가 제공된다. 상기 디바이스의 통신 특성을 반영하여 상기 안테나를 통해 송신되는 신호의 공진 주파수 특성이 결정될 수 있다. 상기 매칭 소자는 상기 송신전력에 대응하여 버랙터(varactor)가 임피던스 값을 가변할 수 있고, 이에 대응하여 상기 신호 검출기는 상기 임피던스 값에 따라 가변하는 송신전력을 반복하여 측정할 수 있다. 나아가 상기 매칭 소자는 상기 송신전력이 최대인 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 송신되는 신호의 주파수 사용대역폭은 917 ~ 924 MHz이고, 상기 안테나 매칭에 따른 SWR(Standing Wave Ratio)은 1.5 이하인 특성을 가질 수 있다.
다른 일측에 따르면, 안테나가 장착된 디바이스의 통신 특성이 반영된 상기 안테나의 송신 신호에 대하여 센서가 상기 송신 신호의 송신전력을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 송신전력에 대응하여 버랙터(varactor)가 임피던스 값을 가변하는 단계를 포함하되, 가변하는 상기 임피던스 값에 대응하여 상기 송신전력을 검출하는 단계를 반복함으로써 상기 송신전력이 최대인 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행하는 안테나 자동 매칭 방법이 제공된다. 상기 안테나의 주파수 사용대역폭이 917 ~ 924 MHz일 때, SWR(Standing Wave Ratio)은 1.5 이하의 특성을 가질 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 RFID 리더기의 블록도를 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 RFID 리더기에 포함되는 안테나 규격을 도시한다.
도 3은 일실시예에 따라 RFID 리더기에 내장되는 안테나의 3차원 구조를 도시한다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 안테나 자동 매칭 방법의 흐름도를 도시한다.
이하에서, 본 발명의 일부 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적인 용어로 이해되어야 한다.
또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 RFID 리더기(100)의 블록도를 도시한 것으로, RFID 리더기(100)는 컨트롤러(110), 안테나(120), 매칭소자(130) 및 신호검출기(140)를 포함할 수 있다. RFID 리더기(100)는 디바이스에 탈착 즉, 분리하거나 결합할 수 있는데 이때 결합은 물리적으로 디바이스와 접착하는 것은 물론, 전기적으로 접속하는 것도 될 수 있다. 디바이스는 어떠한 것이라도 무방하며 예를 들어, 그러나 한정되지는 않게 스마트 폰, 테블릿 PC 등과 같이 사용자 휴대성이 높은 디바이스가 될 수 있다. RFID 리더기는 RF 태그(tag)를 부착한 특정 제품과 근거리에서 RF 통신을 통해 태그 정보를 수신하기 때문에 휴대성이 있는 장치와 결합하는 경우, 사용자가 어디에 있는지 또는 어떤 RF 태그를 부착한 대상이라도 인식 가능한 범위 내라면 RF 통신이 가능하다.
일실시예에 따른 RFID 리더기(100)가 디바이스와 결합하기 위해서는 디바이스의 구조적인 형태를 이용할 수 있다. 다양한 종류의 디바이스와 결합할 수 있는 호환성을 가지기 위해 특정 규격을 이용할 수 있는데, 최근 디바이스에 필수적으로 포함되는 저장 매체를 활용할 수 있다. 저장 매체는 정해진 규격에 의하여 제작이 되기 때문에 디바이스가 달라지더라도 저장 매체 및 저장 매체를 위한 슬롯의 규격은 일정하다. 따라서 일실시예에 따른 RFID 리더기(100)가 저장 매체의 규격에 따르거나, 저장 매체에 내장되어 사용될 수 있다면, RFID 리더기(100)의 디바이스에 대한 호환성을 확보할 수 있다.
한편, RFID 리더기(100)가 디바이스에 호환성을 가지기 위해서는 디바이스가 달라져도 RFID 리더기의 성능이 유지되어야 할 것이다. RFID 리더기(100)에서 중요한 성능 지표 중의 하나는 RF 태그에 대한 인식 거리가 될 수 있고, 인식 거리는 안테나(120)를 통한 전파 방사 효율과 직접적으로 연관된다. RFID 리더기(100)는 안테나(120)를 통해 RF 통신을 수행하지만, 디바이스도 내부 통신용 안테나를 가지고 무선 통신을 수행할 수 있다. 이때 양 안테나 간의 간섭이 발생할 수 있고, 이로 인하여 양 안테나의 성능이 나빠질 수 있다. 따라서 RF 안테나(120)에 대한 공진 주파수 특성은 RFID 리더기(100)가 결합된 디바이스의 통신 특성에 영향을 받으므로 이를 반영하여 최적의 공진 주파수를 찾아야 한다. 다만, 특정 디바이스와 안테나 간의 간섭을 최소화하여 최적의 공진 주파수 특성을 갖도록 설계된 RFID 리더기는 다른 디바이스에 장착되었을 경우에도 최적의 공진 주파수 특성을 가진다고 보장할 수 없다. 구체적으로 안테나 특성을 가장 보편적으로 사용되는 적용 디바이스에 최적화를 시키고, 최적화가 되지 않은 다른 디바이스에 적용하는 경우에는 안테나 성능의 저하를 감수하고 사용할 수 밖에 없다. 또한, 안테나의 성능은 사용 주파수가 적용되는 디바이스에서 최적의 공진 주파수를 가지도록 제작이 되는데, 만일 공진 주파수의 차이가 발생하는 경우에는 외부에 공진 주파수를 보정하는 소자를 부착하여 안테나 성능을 보장한다. 그러나 RFID 리더기가 적용되는 디바이스마다의 공진주파수 보정을 위한 소자의 특성 값이 다르기 때문에 정해진 특성 값을 가지는 소자를 통한 보정방법은 디바이스에 호환성을 가지기 어렵다. 반면, 일실시예에 따른 RFID 리더기(100)는 디바이스에 적응적으로 안테나 매칭을 수행하여 공진 주파수 특성을 설정하기 때문에 해당 디바이스에 대한 최적의 인식 거리를 확보할 수 있다.
일실시예에 따른 디바이스에 탈착 가능한 RFID 리더기(100)에 있어서, 신호 검출기(140)는 안테나(120)를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출할 수 있다. 송신전력이 높을수록 주파수 특성이 좋아질 수 있다. 신호 검출기(140)가 검출한 신호의 송신 전력이 높다면 태그 인식 거리가 길어져 RFID 리더기(100)의 성능이 좋아지고, 반대로 송신 전력이 낮다면 태그 인식 거리가 짧아져 궁극적으로 RFID 리더기(100)의 성능이 나빠질 수 있다. 다시 말해 송신전력과 RFID 리더기(100)의 인식거리는 비례관계에 해당하는 것이다. 일실시예에서는 신호 검출기(140)를 디바이스에 적응적인 안테나 매칭에 사용할 수 있다. 디바이스의 통신 특성을 반영하여 안테나(120)를 통해 송신되는 신호의 공진 주파수 특성이 결정될 수 있으므로 이를 역으로 이용하여 안테나(120)가 송신하는 신호의 송신 전력을 측정함으로써, 디바이스의 통신 특성을 안테나 매칭에 반영할 수 있다. 도 1을 참조하면, 신호 검출기(140)는 검출한 송신 전력을 컨트롤러(110)에 전달하고 컨트롤러(110)는 송신 전력에 기초하여 매칭 소자(130)를 제어할 수 있다. 자세한 과정은 매칭 소자(1320)에 대한 설명으로 후술한다.
신호 검출기(140)는 RF 안테나(120)와 근접하여 배치되는 것이 일반적이나 필요에 따라서 RF 안테나(120) 위치에 상관없이 위치할 수도 있을 것이다. 검출된 송신전력은 RF 안테나(120)와 신호 검출기(140) 사이의 거리를 보정할 수도 있을 것이다. 또는 증폭기를 추가하여 안테나(120)가 송신하는 신호를 증폭하여 송신전력을 검출할 수도 있을 것이다. 이는 설계자에 따라 적절하게 선택될 수 있는 사항이며, 예를 들어 일실시예의 도 1과 같이 안테나(120)에 아주 근접하여 위치하도록 배치할 수 있다.
일실시예에 따른 디바이스에 탈착 가능한 RFID 리더기(100)는 안테나 매칭을 위한 매칭 소자(130)를 포함할 수 있으며, 매칭 소자(130)는 신호 검출기(140)가 검출한 송신 전력에 기초하여 디바이스에 적응적인 안테나 매칭을 수행할 수 있다. 매칭 소자(130)는 버랙터(varactor)를 이용하여 정적 용량을 조정함으로써 임피던스 값을 가변할 수 있다. 버랙터(또는 버랙터 다이오드)는 역방향으로 바이어스된 PN 접합의 가변 리액터(variable reactor)로서, 역 바이어스 전압의 크기에 따라 정전용량(capacitance)이 변화된다. 이때, 버랙터 다이오드와 공급 전압 사이에는 역관계가 성립하여, 역 바이어스 전압이 작으면 정전용량은 커지고, 역 바이어스 전압이 크면 정전용량은 작아진다. 버랙터 다이오드에 공급되는 역 바이어스 전압의 크기에 따라 버랙터 다이오드의 정전용량이 변화되어, 매칭 소자의 전체 임피던스 값이 가변된다.
컨트롤러(110)는 제어 가능한 범위 내에서 버랙터를 이용하여 매칭 소자(130)의 임피던스 값을 가변하고, 반복하여 신호검출기(140)를 통해 안테나(120)가 송신하는 송신전력을 검출한다. RF 태그에 대한 인식거리는 송신전력에 비례하기 때문에 송신전력이 가장 크게 검출되는 때에 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 RFID 리더기(100)는 매칭 소자(130)를 이용하여 임피던스 값을 가변하고, 신호 검출기(140)를 통해 검출한 송신전력에 기초하여 어떠한 종류의 디바이스라도 동적으로 최적화할 수 있다. 따라서 디바이스에 적응적인 안테나 매칭을 자동으로 수행할 수 있다. 이는 디바이스에 호환성을 가지는 RFID 리더기(100)가 언제나 RF 태그 인식거리에 대한 성능을 유지할 수 있어 교체되는 디바이스에 따라 성능이 저하될 수 있는 문제점을 해소할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 RFID 리더기(100)에 포함되는 안테나 규격을 도시한다. 안테나(120)는 안테나 패턴, 안테나 패턴을 고정하기 위한 하우징 필름으로 구성될 수 있는데, 안테나 패턴은 디바이스의 특성에 따라 달라질 수 있으며 이를 고정하기 위한 하우징 필름을 RFID 리더기(100)의 호환성에 따라 특정 규격을 따라 제작될 수 있다. 이는 실시예마다 달라질 수 있으며 도 2에 예시한 규격으로 항상 제작되는 것은 아니다. 도 2의 경우, 안테나 패턴은 이단으로 겹쳐 구현되었으며 하우징 필름의 세로는 a, 가로는 b로 규격화된 것을 예시한다.
디바이스에 호환성을 가지기 위해 저장 매체를 이용하여 특정 규격에 따르는 경우, 도 2와 같이 정해진 규격 내에서 안테나(120)를 구성하는 것이다. 이때 안테나 패턴은 다양하게 달라질 수 있다. 구체적으로 안테나 패턴은 디바이스의 특성에 따라 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 디바이스의 내부 통신용 안테나와의 간섭, 디바이스에서 저장 매체가 장착되는 구조적인 특징, 전기적으로 충돌을 발생시킬 수 있는 배터리의 배치구조, 기타 디바이스의 기능에 따라 추가적으로 내장되는 다양한 구성에 따라 RF 안테나 통신의 성능이 영향을 받을 수 있다.
안테나 패턴은 디바이스의 특성을 반영하여 다양하게 디자인될 수 있다. 특히 통신 간섭을 발생시킬 수 있는 디바이스의 내부 통신용 안테나와의 간섭을 최소화할 수 있는 안테나 패턴으로 고안될 수 있다. 물리적으로 저장 매체가 결합되었을 때 배터리와 이격되어 안테나(120)가 위치할 수 있도록 패턴의 위치 및 크기가 달라질 수 있다. 이 경우 도 2에서 저장 매체 규격에 따라 하우징 필름의 규격이 정해진 것과 달리 하우징 필름의 구조가 다양하게 변경되었을 경우를 설명하는 것이다. RFID 리더기(100)는 디바이스에 탈착 가능하기 위해 저장 매체에 내장될 수도 있으나 그렇지 않고, 저장 매체 슬롯의 일부 물리적인 구조를 활용하여 삽입 가능한 형태를 가지도록 구현할 수도 있기 때문이다. 따라서 일실시예에 따른 RFID 리더기(100)는 디바이스에 탈착 가능하다면 어떠한 구조라도 상관없다. 특히 구조에 상관없이, 디바이스의 종류에 상관없이 매칭 소자(130)를 이용하여 RF 태그와의 인식거리를 일정하게 유지할 수 있도록 임피던스 값을 가변하여 안테나 매칭을 수행하기 때문이다.
도 3은 일실시예에 따라 RFID 리더기(100)에 내장되는 안테나(120)의 3차원 구조를 도시한 것으로, 이단으로 구성된 안테나 예시 패턴에 대하여 (a)는 탑 패턴(Top Pattern)을 도시한 것이고, (b) 바텀 패턴(Bottom Pattern)을 도시한 것이다. (c)는 (a) 및 (b)가 이단으로 결합되어 저장 매체에 내장된 구조를 3D로 나타낸 것이다. 상기 저장 매체는 예시적으로 마이크로 SD 카드 형상으로 표현하였으나 RFID 리더기(100)가 내장될 수 있는 대상은 마이크로 SD 카드로 한정될 것은 아니며, 디바이스에 삽입될 수 있는 저장 매체 형상을 가지는 등의 다른 방법이 존재할 수 있음은 당연하다. 도 3의 (c) 구조로 디바이스에 장착되는 경우, 실제 장착되는 디바이스마다 안테나 매칭 과정을 거쳐 안테나 통신 성능의 최적화가 이루어진다. 따라서 동일한 안테나 패턴과 안테나 하우징 필름의 규격을 가지고 동일한 저장 매체에 내장되는 RFID 리더기라 할지라도 결합되는 디바이스에 따라 최적의 안테나 매칭을 통한 최대 인식거리를 가능하게 한다. 고정된 특성 값을 가지는 수동 소자를 사용한다면 디바이스가 달라질 때마다 최적의 안테나 공진 특성을 만드는데 한계가 있지만, 일실시예에 따른 RFID 리더기(100)는 매칭소자(130)를 통해 제어 범위 내 특성 값을 변화시켜서 최적의 안테나 공진 특성을 항상 만들 수 있다. 따라서 적용 디바이스마다 성능 차이가 발생하지 않으며, 적용 디바이스와 관계 없이 동일한 성능을 보장할 수 있어 다양하고 새로 개발되어 출시되는 디바이스에도 바로 결합하여 최적의 성능으로 사용할 수 있다.
SWR은 정재파 비(Standing Wave Ratio; SWR)의 약어로서, 전송 선로상에 생기는 정재파의 크기를 나타내는 것으로 정재파의 최댓값과 최솟값의 비에 의해 구할 수 있다. SWR은 전압 정재파 비와 전류 정재파 비가 있으며, 일실시예에 따른 RFID 리더기에서 전압 정재파 비를 사용한 것으로 아래 수학식 1로 전압 정재파 비 S를 계산할 수 있다.
Figure pat00001
상기 Vmax는 정재파 전압의 최댓값, 상기 Vmin은 정재파 전압의 최소값, 상기 r은 수전단의 전압 반사 계수를 나타낸다. 다시 r은 아래 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00002
상기 Z0는 선로의 특성 임피던스, Zr은 수전단의 부하 임피던스를 나타낸다. S는 1부터 무한대까지 값을 가질 수 있는데, 1에 가까울수록 정합 상태가 좋은 것을 의미한다. 일실시예에 따른 RFID 리더기의 경우 송신되는 신호의 주파수 사용대역폭은 917 ~ 924 MHz이고, 안테나 매칭에 따른 SWR이 1.5 이하인 특성을 가질 수 있다. 정합 상태 측면에서도 좋은 성능을 가질 수 있음을 확인할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, RFID 리더기가 디바이스와 결합되어 사용될 때 해당 디바이스의 통신 특성을 반영하여 최적의 안테나 매칭을 할 수 있다. 안테나가 장착된 디바이스의 통신 특성이 반영된 상기 안테나의 송신 신호에 대하여 센서가 상기 송신 신호의 송신전력을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 송신전력에 대응하여 버랙터가 임피던스 값을 가변하는 단계를 포함하되, 가변하는 상기 임피던스 값에 대응하여 상기 송신전력을 검출하는 단계를 반복함으로써 상기 송신전력이 최대인 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행하는 안테나 자동 매칭 방법이다. 도 4는 다른 일실시예에 따른 안테나 자동 매칭 방법의 흐름도를 도시한다. 흐름도의 각 단계에 따라 안테나 매칭 방법을 상세히 설명하고자 한다.
S401 단계는 안테나 송신신호의 송신전력을 검출한다. 센서는 안테나가 송신하는 신호에 대한 송신전력을 검출하기 위해서 안테나에 근접하여 배치될 수 있다. 안테나가 장착된 디바이스의 통신 특성은 상기 안테나의 송신 신호에 영향을 미칠 수 있다. 디바이스는 자신의 통신용 안테나를 내장할 수 있으며, 통신에 영향을 줄 수 있는 다양한 구성을 내장하고 있을 수 있기 때문에 다른 일실시예에 따른 안테나가 장착되어 동작하는 경우 통신의 간섭이 발생하는 등 통신의 문제가 생길 수 있다. 또한, 디바이스마다 통신에 영향을 미치는 요소가 달라질 수 있다. 따라서 다른 일실시예에서는 디바이스에 적응적으로 안테나 매칭을 동적으로 수행하여 디바이스의 통신 특성을 반영하고자 한다. 센서를 통해 검출한 송신전력을 기초로 임피던스 값을 가변하여 매칭하게 되는 것이다.
S401 단계는 제어 가능한 범위 내(S404 단계)에서 임피던스 값이 가변될 때마다 반복될 수 있다. 반복하여 송신전력을 검출함으로써 최적의 값을 도출하게 되는 것이다.
S402 단계에서는 S401 단계에서 검출한 송신전력과 현재 임피던스 값을 저장할 수 있다. 송신전력과 임피던스 값의 관계를 기초로 안테나 매칭을 최적화하기 위해서 다른 일실시예에서는 반복하여 송신전력을 검출한 모든 값을 기록할 수 있다. S405 단계에서 후술하겠지만, 송신전력이 최대인 경우 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행할 수도 있고, 다른 기준에 따라 임피던스 값을 결정할 수도 있다. 다른 일실시예에서는 안테나 매칭에 송신전력이 사용될 수 있는 기술적 특징을 포함하고 있을 뿐이고, 그의 구체적인 매칭 관계는 통신 성능에 따라서 다르게 연결될 수도 있는 것이다. 디바이스에 적응적으로 안테나 매칭을 수행하기 위해서는 송신전력만이 절대적인 기준 값으로 볼 수 어려운 환경이 발생할 수 있기 때문이다.
한편 최대 송신전력에 대응하는 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행하기 위해서 송신전력 및 임피던스 값을 저장할 때 별도로 최대 값을 저장할 수 있다. 센서가 송신전력을 검출할 때마다 최대 값과 비교하여 기존 최대 값보다 현재 검출된 송신전력이 큰 경우 최대 값을 갱신하면서 저장해 나갈 수 있다.
S403 단계에서는 매칭 소자의 버랙터가 임피던스 값을 가변하는데, 검출된 송신전력에 대응하여 제어 가능한 범위 내에서 임피던스 값을 가변할 수 있다. 따라서 매칭 소자는 센서가 검출한 송신 전력에 기초하여 디바이스에 적응적인 안테나 매칭을 수행할 수 있다. 고정된 임피던스 값으로 안테나를 제작하여 디바이스가 변경되는 경우에는 성능의 저하 문제가 발생하거나, 공진 주파수 차이가 발생한 경우 고정된 특성 값을 가지는 수동 소자를 이용하여 보정하는 경우 최적의 공진 주파수를 만들기 어려운 한계를 가지는 것과 달리 다른 실시예에 따른 안테나 자동 매칭 방법은 임피던스 값을 가변하여 최적의 안테나 매칭을 산출할 수 있다.
버랙터를 이용하여 임피던스 값을 가변하는 방법은 다음과 같다. 버랙터(또는 버랙터 다이오드)는 역방향으로 바이어스된 PN 접합의 가변 리액터로서, 역 바이어스 전압의 크기에 따라 정전용량이 변화된다. 이때, 버랙터 다이오드와 공급 전압 사이에는 역관계가 성립하여, 역 바이어스 전압이 작으면 정전용량은 커지고, 역 바이어스 전압이 크면 정전용량은 작아진다. 버랙터 다이오드에 공급되는 역 바이어스 전압의 크기에 따라 버랙터 다이오드의 정전용량이 변화되어, 매칭 소자의 전체 임피던스 값이 가변된다.
S404 단계에서 가변된 임피던스 값이 제어 범위 내인지 판단한다. 안테나에 따라 제어 범위는 달라질 수 있는데, 일반적으로 안테나 매칭이 가능한 최솟값에서부터 최댓값까지의 범위가 될 수 있다. 이는 안테나의 구현 사양, 제작 성능, 안테나 패턴 등의 안테나 그 자체의 성능과 관련된다. S404 단계에서 가변된 임피던스 값이 제어 범위 내라면 최적 값을 도출하기 위해 S401 단계로 진행하여 다시 센서가 가변된 임피던스 값에 대응하는 송신전력을 검출한다. 그리고, 가변된 임피던스 값이 제어 범위를 벗어나는 경우라면 S405 단계로 진행하여 최종적으로 안테나 매칭을 수행한다.
마지막으로 S405 단계에서는 송신전력에 대응한 임피던스 값의 관계를 기초로 안테나 매칭을 수행할 수 있으며, 구체적으로 송신전력이 최대인 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행할 수 있다. 송신전력이 높을수록 주파수 특성이 좋아지는 것을 의미하고, 주파수 특성이 좋으면 RF 태그와의 인식 거리가 길게 확보될 수 있다. 따라서 송신전력에 비례하여 안테나 성능이 향상될 수 있으므로, 최대 송신전력에 해당하는 임피던스 값으로 안테나 매칭을 하면 해당 디바이스에 대한 최적화가 이루어지는 것이 된다. 다른 일실시예에 따른 안테나가 장착된 디바이스가 교체되는 경우에도 동적으로 안테나 매칭을 하여 최대 인식거리를 확보할 수 있게 된다.
다른 일실시예에 따라 안테나 매칭을 수행한 경우, 예시적으로 안테나의 주파수 사용대역폭이 917 ~ 924 MHz일 때, SWR은 1.5 이하의 특성을 가질 수 있다. SWR은 앞서 기술한 바와 같이 정재파 비의 약어로 그 값이 1에 가까울수록 정합 상태가 좋은 것을 의미한다. 다른 일실시예에 따른 안테나 자동 매칭에 의해 1.5 이하의 특성을 가짐으로써 안테나 성능을 디바이스에 적응적으로 최적화하여 다양한 종류의 디바이스에 호환성을 가진다고 볼 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD??ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기??광 매체(magneto??optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: RFID 리더기
110: 컨트롤러
120: 안테나
130: 매칭소자
140: 신호검출기

Claims (9)

  1. 디바이스에 탈착 가능한 RFID 리더기에 있어서,
    안테나를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 신호 검출기; 및
    상기 송신전력에 기초하여 상기 디바이스에 적응적인 안테나 매칭을 수행하는 매칭 소자;
    를 포함하는 RFID 리더기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스의 통신 특성을 반영하여 상기 안테나를 통해 송신되는 신호의 공진 주파수 특성이 결정되는 RFID 리더기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매칭 소자는 상기 송신전력에 대응하여 버랙터(varactor)가 임피던스 값을 가변하는 RFID 리더기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 검출기는 상기 임피던스 값에 따라 가변하는 송신전력을 반복하여 측정하는 RFID 리더기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 매칭 소자는 상기 송신전력이 최대인 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행하는 RFID 리더기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신되는 신호의 주파수 사용대역폭은 917 ~ 924 MHz인 RFID 리더기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 매칭에 따른 SWR(Standing Wave Ratio)은 1.5 이하인 특성을 가지는 RFID 리더기.
  8. 안테나가 장착된 디바이스의 통신 특성이 반영된 상기 안테나의 송신 신호에 대하여 센서가 상기 송신 신호의 송신전력을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 송신전력에 대응하여 버랙터(varactor)가 임피던스 값을 가변하는 단계;
    를 포함하되,
    가변하는 상기 임피던스 값에 대응하여 상기 송신전력을 검출하는 단계를 반복함으로써 상기 송신전력이 최대인 임피던스 값으로 안테나 매칭을 수행하는 안테나 자동 매칭 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 안테나의 주파수 사용대역폭이 917 ~ 924 MHz일 때, SWR(Standing Wave Ratio)은 1.5 이하인 안테나 자동 매칭 방법.
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