KR100951138B1 - Compact broadband RFID tag antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초소형 광대역 RFID 태그 안테나, 보다 상세하게는 기존의 라벨형 태그 안테나들이 가졌던 반파장 크기의 한계를 극복하기 위해서 변형된 스플릿 링 공진기(Split Ring Resonator) 구조를 이용한 초소형 광대역 RFID 태그 안테나에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나는,The present invention relates to an ultra-wideband RFID tag antenna, and more particularly, to an ultra-wideband RFID tag antenna using a modified split ring resonator structure to overcome the limitation of the half-wavelength of the conventional label-type tag antennas. The ultra-wideband RFID tag antenna according to the present invention,
리더기로부터 송출된 전자파를 정류하여 동작 전원을 얻고, 상기 동작 전원을 방사부로 공급하며, RFID 태그 칩을 수용하기 위한 갭이 형성된 링으로 이루어진 급전부; 상기 급전부에 형성된 갭에 위치한 RFID 태그 칩; 상기 급전부와 이격되어 그 외부의 동심 평면 상에 형성되어, 상기 리더기로부터 송출된 전자파를 획득하고 상기 급전부로부터 동작 전원을 공급받아 전자파를 방사하며, 사용하고자 하는 RFID 주파수 대역의 전기적 반파장 길이를 가지는 방사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A power supply unit configured to obtain an operating power by rectifying electromagnetic waves transmitted from a reader, supply the operating power to a radiation unit, and a ring formed with a gap for accommodating an RFID tag chip; An RFID tag chip located in a gap formed in the feed section; Is formed on the outer concentric plane and spaced apart from the feeder, obtains the electromagnetic wave transmitted from the reader, receives the operating power from the feeder to emit electromagnetic waves, the electric half-wave length of the RFID frequency band to be used Characterized in that it comprises a radiating portion having.
RFID 태그 안테나, Split Ring Resonator RFID Tag Antenna, Split Ring Resonator
Description
본 발명은 초소형 광대역 RFID 태그 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 라벨형 태그 안테나들이 가졌던 반파장 크기의 한계를 극복하기 위해서 변형된 스플릿 링 공진기(Split Ring Resonator) 구조를 이용한 초소형 광대역 RFID 태그 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-wideband RFID tag antenna, and more particularly, to an ultra-wideband RFID tag using a split ring resonator structure modified to overcome the limitation of the half-wavelength of the conventional label-type tag antennas. Relates to an antenna.
RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은 임의의 사물의 정보를 무선으로 얻어 이를 식별, 분류, 처리하는 시스템으로 미래의 유비퀴터스 사회를 실현하기 위한 중요한 방법 중의 하나로 각광받고 있다.RFID (Radio Frequency IDentification) system is a system that wirelessly obtains, identifies, classifies, and processes information of arbitrary objects, and is one of the important methods for realizing the future ubiquitous society.
RFID 시스템의 성능을 최대화하기 위해서는 제한된 전력에서 효율적으로 동작하는 태그 안테나가 필수적이다. 이러한 태그 안테나가 가지는 요구 조건으로는 일반적으로 첫째 전 방향 방사패턴, 둘째 간편한 입력 임피던스 조절, 셋째 넓은 대역폭, 넷째 작은 크기, 다섯째 평면타입, 여섯째 값싼 제작비를 들 수 있다.To maximize the performance of an RFID system, a tag antenna that operates efficiently at limited power is essential. Typical requirements for such tag antennas include first omnidirectional radiation pattern, second simple input impedance control, third wide bandwidth, fourth small size, fifth planar type, and sixth cheap manufacturing cost.
첫째, 전 방향 방사패턴이 필요한 이유는 태그 안테나와 리더기 안테나가 항상 최대 이득을 가지는 방향으로 서로 향하고 있다는 보장이 없기 때문에 태그 안테나의 패턴에 null이 존재한다면 인식거리에 매우 큰 악영향을 미치기 때문이다.First, the omni-directional radiation pattern is necessary because there is no guarantee that the tag antenna and the reader antenna always face each other in the direction of the maximum gain. If null is present in the pattern of the tag antenna, the recognition distance is greatly affected.
두 번째 요구조건인 간편한 입력 임피던스의 조절의 중요성은 다음과 같다. 안테나에 부착하게 되는 RFID 태그 칩은 보통 낮은 저항과 높은 커패시턴스성분의 임피던스를 갖게 되는데 각 제조사마다 그 수치가 다르다. 따라서, 각 태그 칩에 최대전력을 전달하기 위해서 안테나의 입력임피던스는 태그 칩의 공액정합인 낮은 저항과 높은 인턱턴스 성분이 요구되며 다양한 태그 칩에 정확한 매칭을 위해서는 간편한 입력 임피던스 조절이 요구되는 것이다.The second requirement is the importance of simple input impedance adjustment. RFID tag chips attached to antennas usually have low resistance and high capacitance impedance, which are different for each manufacturer. Therefore, in order to deliver the maximum power to each tag chip, the input impedance of the antenna requires a low resistance and a high inductance component, which are conjugate matching of the tag chip, and simple input impedance control is required for accurate matching to various tag chips.
세 번째 조건인 넓은 대역폭은 실질적으로 제시된 태그 칩의 임피던스는 제작 과정상의 오차 및 태그 칩과 안테나의 부착과정에서 일정부분 달라질 수 있다. 이러한 오차를 보상할 수 있는 넓은 대역폭은 안정적으로 태그안테나가 동작하는데 필수적인 요구사항이다.The third condition, the wide bandwidth, is that the impedance of the tag chip that is actually presented may vary in part due to manufacturing errors and attachment of the tag chip and antenna. The wide bandwidth to compensate for these errors is an essential requirement for stable tag antenna operation.
이외의 작은 크기, 평면 타입, 값싼 제작비는 작은 사물에 대한 인식요구와 프린트로 쉽게 인쇄할 수 있는 구조, 그로 인해 대량생산의 용이함과 함께 값싼 제작비의 효과를 얻을 수 있는 효율적인 디자인이 되도록 하는 중요한 요구사항인 것이다.Other small size, flat type, and cheap manufacturing cost are important requirements for recognition of small objects and a structure that can be easily printed by printing, thereby making it an efficient design that can be easily produced by mass production and cheap production cost. It is a matter.
이러한 태그안테나의 많은 요구조건을 전부 만족하는 데에는 많은 한계가 존 재한다. RFID 시스템이 사용되고 있는 많은 주파수 대역 중 902-928 MHz 대역은 세계적으로 가장 많이 쓰이고 있는 주파수 범위이며, 이를 만족하는 대역폭이 넓은 RFID 태그 안테나들이 제안되었다.(H.W.Son and C.S.Pyu, "Design of RFID tag antennas using an inductively coupled feed," Electronics Letters, Vol.41, No.18, 1st, Sept. 2005. 및 H.W.Son, G.Y.Choi and C.S.Pyu, "Open-Ended Two-Strip Meander-Line Antenna for RFID Tags," ETRI Journal, Vol.28, No.3, June 2006. 참조)There are many limitations to satisfying many of these tag antenna requirements. Of the many frequency bands in which the RFID system is used, the 902-928 MHz band is the most widely used frequency range in the world, and RFID tag antennas with wide bandwidths satisfying this have been proposed (HWSon and CSPyu, "Design of RFID tag"). antennas using an inductively coupled feed, "Electronics Letters, Vol. 41, No. 18, 1st, Sept. 2005. and HWSon, GYChoi and CSPyu," Open-Ended Two-Strip Meander-Line Antenna for RFID Tags, '' See ETRI Journal, Vol. 28, No. 3, June 2006.)
하지만, 공진 주파수의 약 λ/2의 큰 사이즈로 인해 작은 사물에 부착하는 데에는 큰 어려움이 존재하며, 특히 길쭉한 형태의 구조로써 원형 모양의 작은 사물에 적용하기엔 부적합한 측면이 있다.However, due to the large size of about λ / 2 of the resonant frequency, there is a great difficulty in attaching to a small object, in particular, an elongated structure, which is not suitable for application to a small object of a circular shape.
이러한 작은 원형 모양의 사물을 인식하기 위한 요구에 따라 평면 타입의 CD에 부착하여 동작하는 형태의 안테나가 제안되었지만 매우 작은 대역폭을 가지고 있어 26 MHz의 대역폭을 가지는 북미지역의 RFID 시스템에 적용하는 데엔 적당하지 않다.(Andrey S.A, Manabu K, Toru M and Takashi Y. "Compact Printed-On-CD UHF RFID Tag Antennas," 2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, pp. 5455-5458, June 10-15, 2007. 참조)According to the request for recognizing small circular objects, a type of antenna attached to a planar CD is proposed. However, the antenna has a very small bandwidth and is suitable for application to an RFID system in North America having a bandwidth of 26 MHz. (Andrey SA, Manabu K, Toru M and Takashi Y. "Compact Printed-On-CD UHF RFID Tag Antennas," 2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, pp. 5455-5458, June 10-15, 2007 . Reference)
또한, 플라스틱 마개에 부착하여 동작하는 헬리컬 형태의 방사부와 루프 형태의 급전부로 이루어진 구조로 상호유도결합을 이용한 수동형 태그 안테나가 제안 되어 실질적으로 용기에 보관된 액체와의 일정간격이 이격되어 안테나의 액체에 대한 영향을 최소화한 태그 안테나가 제안된 바 있다.(하정형, 배기웅, 손해원, 명로훈 "플라스틱 마개 부착용 UHF 대역 수동형 RFID 태그 안테나 설계,"2006년 추계 마이크로파 및 전파전파 학술대회 Vol.29 No.2 pp. 367-370, Sept. 2006. 참조)In addition, a passive tag antenna using mutual inductive coupling is proposed as a structure consisting of a helical radiator and a loop feeder attached to a plastic stopper to substantially space a predetermined distance from a liquid stored in a container. Tag antennas have been proposed to minimize the effects on liquids. .29 No.2 pp. 367-370, Sept. 2006.)
하지만, 작은 대역폭으로 인해 이 역시 북미지역의 RFID 시스템에 사용되는 데 한계점이 있었다.However, due to the small bandwidth, this also has limitations for use in RFID systems in North America.
본 발명은 상기한 종래 기술이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 급전부와 방사부가 동일 평면에 위치한 구조로써 제조가 용이하고 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 소형화되면서도 넓은 대역폭을 가지는 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the feed portion and the radiating portion is located in the same plane structure is easy to manufacture and can reduce the manufacturing cost, miniaturized and has a wide bandwidth, ultra-wideband It is an object to provide an RFID tag antenna.
상기한 바와 같은 해결하기 위한 본 발명에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나는,The ultra-small clown RFID tag antenna according to the present invention for solving as described above,
리더기로부터 송출된 전자파를 정류하여 동작 전원을 얻고, 상기 동작 전원을 방사부로 공급하며, RFID 태그 칩을 수용하기 위한 갭이 형성된 링으로 이루어진 급전부; 상기 급전부에 형성된 갭에 위치한 RFID 태그 칩; 상기 급전부와 이격 되어 그 외부의 동심 평면 상에 형성되며, 상기 리더기로부터 송출된 전자파를 획득하고 상기 급전부로부터 동작 전원을 공급받아 전자파를 방사하며, 사용하고자 하는 RFID 주파수 대역의 전기적 반파장 길이를 가지는 방사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A power supply unit configured to obtain an operating power by rectifying electromagnetic waves transmitted from a reader, supply the operating power to a radiation unit, and a ring formed with a gap for accommodating an RFID tag chip; An RFID tag chip located in a gap formed in the feed section; It is formed on the outer concentric plane and spaced apart from the feeder, obtains the electromagnetic wave transmitted from the reader and receives the operating power from the feeder to emit electromagnetic waves, the electric half-wave length of the RFID frequency band to be used Characterized in that it comprises a radiating portion having.
또한, 상기 방사부와 상기 급전부는 상기 급전부 라인 두께의 5 내지 30배 거리로 이격된 것을 특징으로 한다.The radiating part and the feeding part may be spaced apart at a distance of 5 to 30 times the thickness of the feeding part line.
또한, 상기 급전부와 방사부의 링 형상은 다각형, 타원형, 원형, 주름진 타원형 그리고 주름진 원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the ring shape of the feed portion and the radiating portion is characterized in that any one of polygonal, oval, circular, corrugated oval and corrugated circle.
또한, 상기 급전부와 방사부의 링 형상은 정사각형이며, 상기 급전부와 상기 방사부의 한변의 길이의 비는 1 : 2 ~ 6이고, 상기 급전부와 방사부는 상기 급전부 라인 두께의 5 내지 30배의 거리로 이격되어 있으며, 상기 급전부와 상기 방사부의 두께의 비는 1 : 1 ~ 3인 것을 특징으로 한다.The ring shape of the feeder and the radiator is square, and the ratio of the length of one side of the feeder and the radiator is 1: 2 to 6, and the feeder and the radiator are 5 to 30 times the thickness of the feeder line. Spaced apart from each other, and the ratio of the thickness of the feeder and the radiator is characterized in that 1: 1 to 3.
또한, 상기 급전부와 방사부의 링 형상은 원형이며, 상기 급전부와 상기 방사부의 반지름의 비는 1 : 2 ~ 6이고, 상기 급전부와 방사부는 상기 급전부 라인 두께의 5 내지 30배의 거리로 이격되어 있으며, 상기 급전부와 상기 방사부의 두께의 비는 1 : 1 ~ 3 인 것을 특징으로 한다.In addition, a ring shape of the feed portion and the radiating portion is circular, the ratio of the radius of the feed portion and the radiating portion is 1: 2 to 6, the feed portion and the radiating portion is a distance of 5 to 30 times the thickness of the feed portion line Is spaced apart, the ratio of the thickness of the feed portion and the radiating portion is characterized in that 1: 1 to 3.
또한, 상기 급전부와 방사부의 링 형상은 주름진 원형이며, 상기 급전부와 상기 방사부의 반지름의 비는 1 : 2 ~ 6이고, 상기 급전부의 주름이 형성하는 폭과 상기 방사부의 주름이 형성하는 폭의 비는 1 : 1 ~ 3인 것을 특징으로 한다.In addition, the ring shape of the feed portion and the radiating portion is a corrugated circle, the ratio of the radius of the feed portion and the radiating portion is 1: 2 to 6, the width formed by the wrinkles of the feed portion and the wrinkles formed in the radiating portion The ratio of the width is characterized in that 1: 1 to 3.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나에 의하면,According to the ultra-wideband RFID tag antenna according to the present invention as described above,
방사부의 반지름, 급전부의 두께, 급전부와 방사부와의 간격에 따라 원하는 공진 주파수 및 다양한 태그 칩의 공액정합을 위한 임피던스에 쉽게 맞출 수 있는 장점이 있으며, 넓은 반 전력 대역폭(102MHz)을 가짐으로써 북미 지역 및 유럽, 일본지역에서도 사용이 가능하고, 급전부와 방사부가 한 평면에 구성되어 있어 프린트 형태로 대량 생산이 가능하여 낮은 제작비로 원형 형태의 작은 사물에 부착되는 많은 응용분야에 사용될 수 있다는 장점이 있다.Depending on the radius of the radiator, the thickness of the feeder, and the spacing between the feeder and the radiator, it has the advantage that it can be easily adjusted to the desired resonance frequency and impedance for conjugate matching of various tag chips, and has a wide half-power bandwidth (102MHz). It can be used in North America, Europe, and Japan, and it can be used in many applications where it is attached to small objects of circular shape with low manufacturing cost because it can be mass-produced in print form because the feeder and radiator are arranged in one plane. There is an advantage.
RFID(Radio Frequency IDentification) 기술은 각 사물에 전자 태그를 부착하고, 사물의 고유 ID를 무선으로 인식하여, 사물을 식별하는 기술이다. RFID 시스템은 적용 분야별로 125kHz의 저주파 대역에서 5.8GHz의 마이크로파 대역에 이르기까지 다양한 주파수 대역을 사용하고 있다.RFID (Radio Frequency IDentification) technology attaches an electronic tag to each object, wirelessly recognizes a unique ID of the object, and is a technology for identifying the object. RFID systems use a variety of frequency bands, ranging from low frequency bands of 125kHz to microwave bands of 5.8GHz.
최근 유통 물류 분야 등에서 원거리 인식에 대한 요구가 증가함에 따라 RFID 시스템의 동작 주파수가 UHF 대역이상으로 높아졌다. 주파수가 올라감에 따라서 인식 거리와 같은 시스템의 성능을 최대화하기 위해서는 RFID 태그 안테나의 설계가 매우 중요한 요소가 되었다.Recently, as the demand for remote recognition increases in the distribution and logistics field, the operating frequency of the RFID system has increased beyond the UHF band. As the frequency increases, the design of the RFID tag antenna becomes a very important factor to maximize the performance of the system such as the recognition distance.
특히 별도의 배터리를 가지지 못하고 리더기로부터 송출된 전자파를 정류하여 자신의 동작 전원을 얻는 수동형 RFID 태그 안테나의 경우 가능한 최대의 전력을 손실 없이 태그 칩으로 전달하여야 하며, 이를 위하여 우수한 방사 특성과 함께 태그 칩과의 완벽한 정합이 이루어져야 한다.In particular, passive RFID tag antennas that do not have a separate battery and rectify the electromagnetic wave transmitted from the reader to obtain their own operating power must deliver the maximum possible power to the tag chip without loss. The perfect match should be made.
태그 칩과 완벽한 정합을 이룰 수 있도록 하는 본 발명에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나는 크게 급전부, 태그 칩, 그리고 방사부를 포함하여 구성된다.The ultra-small clown RFID tag antenna according to the present invention, which can be perfectly matched with a tag chip, is largely comprised of a feeder, a tag chip, and a radiator.
상기 급전부는 리더기로부터 송출된 전자파를 정류하여 동작 전원을 얻고, 이 동작 전원을 방사부로 공급한다. 상기 급전부는 RFID 태그 칩을 수용하기 위한 갭이 형성된 링으로 이루어진다. 이때, 상기 급전부를 형성하는 링의 형태는 태그 안테나가 부착되는 물건의 형상에 따라 다각형, 원형, 타원형, 주름진 원형, 주름진 타원형 등 다양한 형태로 형성된다.The power supply unit rectifies the electromagnetic wave transmitted from the reader to obtain operating power, and supplies the operating power to the radiation unit. The feeding part is formed of a ring with a gap for accommodating an RFID tag chip. At this time, the shape of the ring forming the feed unit is formed in various forms such as polygon, circle, oval, corrugated circle, corrugated oval, depending on the shape of the object to which the tag antenna is attached.
이때, 상기 갭에는 수동형 RFID 태그 칩이 위치한다.In this case, a passive RFID tag chip is located in the gap.
상기 방사부는 상기 급전부와 일정한 거리만큼 이격되어 그 외부의 동심 평면 상에 형성되고, 원하는 파장 길이의 전기적으로 약 1/2에 해당하는 길이를 가진다. 상기 방사부와 상기 급전부는 상기 급전부 라인 두께의 5 내지 30배 거리로 이격되는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 급전부와 방사부 사이의 거리가 상기 급전부 및 방사부의 금속 두께보다 훨씬 크기 때문에 급전부와 방사부 사이에 생기는 커패시턴스 커플링 양은 무시할 수 있게 된다.The radiating portion is formed on the outer concentric plane spaced apart from the feeding portion by a predetermined distance, and has a length corresponding to about 1/2 of the desired wavelength length electrically. Preferably, the radiating part and the feeding part are spaced apart at a distance of 5 to 30 times the thickness of the feeding part line. Since the distance between the feed portion and the radiating portion is much larger than the metal thickness of the feed portion and the radiating portion, the amount of capacitance coupling generated between the feed portion and the radiating portion is negligible.
상기 방사부는 리더기로부터 송출된 전자파를 획득하고, 상기 급전부로부터 동작 전원을 공급받아 전자파를 방사하는 역할을 수행하며, 사용하고자 하는 RFID 주파수 대역의 전기적 반파장 길이를 가진다.The radiation unit acquires electromagnetic waves transmitted from the reader, receives the operating power from the power supply unit, and radiates the electromagnetic waves, and has an electrical half-wave length of an RFID frequency band to be used.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; First, it should be noted that the same components or parts in the drawings represent the same reference numerals as much as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 도시한 도, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부의 크기에 따른 입력 리액턴스의 변화를 도시한 그래프, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 방사부의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부와 방사부의 거리 간격에 따른 입력 저항의 변화를 도시한 그래프, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 반사계수와 방사효율 모의실험 및 측정 결과를 도시한 그래프이다.1 is a diagram illustrating a micro broadband RFID tag antenna according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a change in input reactance according to the size of a feeder of a micro broadband RFID tag antenna according to a first embodiment of the present invention. 3 is a graph illustrating a change in resonant frequency according to the size of a radiating part of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a miniature according to the first embodiment of the present invention. 5 is a graph illustrating a change in input resistance according to a distance between a feeding part and a radiating part of a broadband RFID tag antenna, and FIG. 5 is a simulation and measurement of reflection coefficient and radiation efficiency of a micro broadband RFID tag antenna according to a first embodiment of the present invention. It is a graph showing the results.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나는, 상기 급전부(110)와 방사부(120)가 사각형 형상, 특히 정사각형 형 상의 링으로 이루어진다. 이때, 상기 급전부(110)와 상기 방사부(120)의 한변의 길이의 비(in_x : out_x)는 1 : 2 ~ 6이고, 상기 급전부(110)와 방사부(120)는 상기 급전부 라인 두께(in_w)의 5 내지 30배의 거리로 이격되어 있으며, 상기 급전부(110)와 상기 방사부(120)의 두께의 비(in_w : out_w)는 1 : 1 ~3 인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, in the ultra-small wide RFID tag antenna according to the first embodiment of the present invention, the
상기 급전부(110)는 RFID 태그 칩을 수용하기 위한 갭(in_gap)이 형성된 내부의 사각형 스플릿 링이다. 상기 갭에는 RFID 태그 칩(130)이 연결된다. 이때, 상기 급전부(110)는 크기를 조절하여 태그 안테나 정합에 필요한 입력 인턱턴스 성분을 만들어 낼 수 있다. 이때 안테나의 공진주파수 변화가 없으므로 쉽게 정합을 이룰 수 있다.The
상기 방사부(120)는 상기 급전부(110)와 이격되어 그 외부의 동심 평면 상에 형성되고, 리더기로부터 송출된 전자파를 획득하고, 상기 급전부로부터 동작 전원을 공급받아 전자파를 방사하며, 사용하고자 하는 RFID 주파수 대역의 전기적 반파장 길이를 가지는 외부의 사각형 스플릿 링이다. 상기 방사부(120)의 크기를 조절하여 공진 주파수를 조절할 수 있고, 내부와 외부의 사각형 스플릿 링의 간격(즉 급전부와 방사부 간의 간격)을 조절함으로써 태그 안테나의 입력 저항성분을 조절할 수 있다.The
일반적으로 스플릿 링은 스플릿 링에 수직 방향으로 외부에서 자기장이 가해지면 스플릿 링에 전류가 유기되고 1/8 파장에서 공진을 일으킨다. 이를 이용하기 위해서 내부의 사각형 스플릿 링에 태그 칩을 부착시키면 전류가 루프를 형성되고,자기장이 수직으로 형성되므로 스플릿 링을 공진시킬 수 있다.In general, when a split ring is applied with an external magnetic field in a direction perpendicular to the split ring, current is induced in the split ring and resonance occurs at 1/8 wavelength. In order to use this, when the tag chip is attached to an internal rectangular split ring, a current is formed in a loop and a magnetic field is formed vertically, thereby resonating the split ring.
수동형 RFID 태그는 태그 안테나가 리더로부터 전자기장을 받아서 전류를 유도시키고 이를 이용해서 태그 칩에 전력을 공급하게 된다. 따라서 태그 칩이 작동할 수 있는 전력의 공급여부가 태그의 인식 거리를 제한하게 된다.In passive RFID tags, tag antennas receive electromagnetic fields from readers to induce current and use them to power tag chips. Therefore, the supply of power that the tag chip can operate limits the recognition distance of the tag.
일반적으로 태그 칩은 낮은 저항성분과 높은 캐패시턴스 성분을 가지고 있으므로 전력을 최대로 공급하기 위해서는 공액정합이 되어야 한다. 따라서, 캐패시턴스 성분을 상쇄시킬 수 있는 인덕턴스 성분이 있어야 한다. 이는 내부의 사각형 스플릿 링(급전부, 110)이 루프를 형성하므로 인덕턴스 성분을 가지게 된다.In general, tag chips have low resistance and high capacitance, and must be conjugated to provide maximum power. Therefore, there must be an inductance component that can cancel out the capacitance component. It has an inductance component because the inner rectangular split ring (feeder) 110 forms a loop.
보통 칩 제조사마다 칩의 입력 임피던스가 다르므로 내부 루프의 크기를 조절해서 칩에 따라 다른 캐패시턴스를 상쇄시킬 수 있는 인덕턴스를 만들 수 있다. 내부 사각형 스플릿 링(급전부, 110) 크기에 따른 태그 안테나 입력 리액턴스 성분의 크기 변화가 도 2에 도시되어 있다.Since the chip's input impedance is usually different for different chip manufacturers, it is possible to adjust the size of the inner loop to create inductances that can cancel out different capacitances for different chips. A change in the size of the tag antenna input reactance component according to the size of the inner rectangular split ring (feeder 110) is shown in FIG. 2.
또한, 외부의 사각형 스플릿 링(방사부, 120)은 전체 안테나의 크기를 결정하게 되고 외부의 사각형 스플릿 링의 크기를 조절해서 공진 주파수를 조절할 수 있다. 이는 도 3에 도시되어 있다.In addition, the external rectangular split ring (radiator) 120 determines the size of the entire antenna and can adjust the resonance frequency by adjusting the size of the external rectangular split ring. This is illustrated in FIG. 3.
이러한 스플릿 링의 구조는 광대역 태그 안테나를 설계하는 방법인 상호 유도 결합 급전 구조와 유사하다. 상호 유도 결합 급전 구조의 태그 안테나는 방사부 에 커플링 되는 양에 의해서 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예로 제안된 구조의 태그 안테나도 외부의 사각형 스플릿 링(방사부, 120)에 커플링 되는 양에 의해서 태그 안테나의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 커플링 되는 양은 두 사각형 스플릿 링(110, 120)의 간격(d)에 의해서 조절이 가능하다. 두 사각형 스플릿 링의 간격이 가까워지면 외부의 사각형 스플릿 링에 커플링 되는 양이 증가하게 되고, 스미스 차트 상에서 보면 공진 루프의 크기가 커지므로 입력 임피던스가 증가하게 된다. 두 사각형 스플릿 링의 간격에 따른 입력 임피턴스의 변화가 도 4에 도시되어 있다.This split ring structure is similar to the mutual inductive coupling feeding structure, which is a method of designing a wideband tag antenna. The tag antenna of the mutual inductive coupling feed structure can adjust the input impedance by the amount coupled to the radiator. The tag antenna of the structure proposed as the first embodiment of the present invention can also adjust the input impedance of the tag antenna by an amount coupled to an external rectangular split ring (radiator) 120. The amount of coupling is adjustable by the spacing d of the two rectangular split rings 110, 120. As the distance between the two rectangular split rings gets closer, the amount of coupling to the external rectangular split rings increases, and on the Smith chart, the resonance loop increases, so the input impedance increases. The change in input impedance according to the spacing of two rectangular split rings is shown in FIG. 4.
두 사각형 스플릿 링(110, 120)의 간격(d)은 스플릿 링의 크기를 결정하게 된다. 그 크기에 따라 공진 주파수가 변하게 되므로 설계 시에 원하는 반사계수를 맞추기 위해서는 공진 주파수를 조금 조정해야 하지만 본 발명의 태그 안테나는 이런 단점을 커버할 수 있을 정도로 광대역 특성을 보이고 있으므로 태그 안테나로서 성능은 충분히 보장할 수 있다.The spacing d between the two rectangular split rings 110 and 120 determines the size of the split ring. Since the resonant frequency is changed according to the size, it is necessary to adjust the resonant frequency a little in order to match the desired reflection coefficient during design, but the tag antenna of the present invention exhibits a wide band characteristic to cover this disadvantage, so that the performance as a tag antenna is sufficient. I can guarantee it.
본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나에 대한 시뮬레이션 실험은 미국 에일리언 테크놀로지(Alien Technology)사가 제조하는 상용 태그 칩의 임피던스 (6.2 - j127Ω)에 공액정합 되도록 수행하였다. 반사계수 10dB에 정합되도록 설계하기 위해서 공진 주파수는 915MHz로 설정하였고, 자세한 스플릿 링의 파라메타는 표1에 나타내었다.Simulation experiment of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the first embodiment of the present invention was performed to be conjugate matched to the impedance (6.2-j127Ω) of a commercial tag chip manufactured by Alien Technology. In order to match the reflection coefficient of 10dB, the resonance frequency was set to 915MHz, and the detailed split ring parameters are shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
반사계수와 방사효율에 대한 결과는 도 5에 나타내었다. 시뮬레이션 결과 10dB 대역폭은 62MHz이며 실제 측정결과와 비슷한 경향을 보임을 알 수가 있다. 방사효율은 -10dB 대역폭 내에서 70%이상을 가지며 북미지역의 RFID 주파수 대역인 902MHz~928MHz에서는 80%이상을 나타낸다. 전체 크기는 약 43mm×43mm이므로 상용태그로 사용하기에 적합한 구조이다.The results of the reflection coefficient and the radiation efficiency are shown in FIG. 5. The simulation results show that the 10dB bandwidth is 62MHz and is similar to the actual measurement results. Emission efficiency is over 70% in -10dB bandwidth and over 80% in 902MHz ~ 928MHz, the North American RFID frequency band. The overall size is about 43mm × 43mm, so it is suitable for use as a commercial tag.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 도시한 도, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부의 크기에 따른 입력 리액턴스의 변화를 도시한 그래프, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 방사부의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부와 방사부의 거리 간격에 따른 입력 저항의 변화를 도시한 그래프, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안 테나의 반사계수와 방사효율 모의실험 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a view illustrating an ultra-wideband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a change in input reactance according to the size of a feeder of the ultra-wideband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention. 8 is a graph illustrating a change in resonant frequency according to the size of a radiating part of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a miniature according to the second embodiment of the present invention. 10 is a graph illustrating a change in input resistance according to a distance between a feeding part and a radiating part of a broadband RFID tag antenna. FIG. 10 is a simulation result of reflection coefficient and radiation efficiency of an ultra-wideband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention. Is a graph.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나는, 상기 급전부(210)와 방사부(220)가 원형의 링으로 이루어진다. 이때, 상기 급전부(210)와 상기 방사부(220)의 반지름의 비(in_r : out_r)는 1 : 2 ~ 6이고, 상기 급전부와 방사부는 상기 급전부 라인 두께(in_w)의 5 내지 30배의 거리로 이격되어 있으며, 상기 급전부와 상기 방사부의 두께의 비(in_w : out_w)는 1 : 1 ~ 3 인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6, in the ultra-small wide RFID tag antenna according to the second embodiment of the present invention, the
본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나도 그 형상에 있어서 차이가 있을 뿐, 전술한 제1 실시예에 따른 태그 안테나의 경우와 같은 특성을 보이며, 이를 구현한 구체적인 수치는 [표 2]에 기재된 바와 같다. 그리고, 제2 실시예에 따른 태그 안테나 구조의 특징은 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같다.The ultra-small clown RFID tag antenna according to the second embodiment of the present invention also differs in shape, and exhibits the same characteristics as the tag antenna according to the first embodiment described above. It is as described in Table 2]. In addition, the features of the tag antenna structure according to the second embodiment are as shown in Figs.
[표 2]TABLE 2
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 도시한 도, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부의 크기에 따른 입력 리액턴스의 변화를 도시한 그래프, 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 방사부의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프, 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부와 방사부의 거리 간격에 따른 입력 저항의 변화를 도시한 그래프, 도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 반사계수 모의실험 및 측정 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 11 is a diagram illustrating an ultra-wideband RFID tag antenna according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a change in input reactance according to the size of a feeder of the ultra-wideband RFID tag antenna according to a third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a graph showing a change in resonance frequency according to the size of a radiating part of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a miniature according to the third embodiment of the present invention A graph showing a change in input resistance according to a distance between a feeding part and a radiating part of a broadband RFID tag antenna, and FIG. 15 shows simulation and measurement results of reflection coefficients of a micro broadband RFID tag antenna according to a third embodiment of the present invention One graph.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나는, 상기 급전부(310)와 방사부(320)가 주름진 원형의 링으로 이루어진다. 이때, 상기 급전부와 상기 방사부의 반지름의 비(in_r : out_r)는 1 : 2 ~ 6이고, 상기 급전부의 주름이 형성하는 폭과 상기 방사부의 주름이 형성하는 폭의 비(in_w : out_w)는 1 : 1 ~ 3 인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 11, the ultra-small wide RFID tag antenna according to the third embodiment of the present invention includes a circular ring in which the
본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대형 RFID 태그 안테나도 그 형상에 있어서 차이가 있을 뿐, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 태그 안테나의 경우와 같은 특성을 보이며, 이를 구현한 구체적인 수치는 [표 3]에 기재된 바와 같다. 제3 실시예에 따른 태그 안테나는 사용되는 파장(예를 들면, 900MHz)에 비해 상당히 작은 구조인 플라스틱 마개, 또는 카지노 칩과 같은 곳에 부착하기 위한 목적으로 설계되기에 적합하다. 제3 실시예에 따른 태그 안테나 구조의 특징은 도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같다.The ultra-small wide RFID tag antenna according to the third embodiment of the present invention also differs in shape, and exhibits the same characteristics as those of the tag antennas according to the first and second embodiments described above. The numerical values are as described in [Table 3]. The tag antenna according to the third embodiment is suitable to be designed for the purpose of attachment to places such as plastic plugs or casino chips, which are considerably smaller than the wavelength used (e.g., 900 MHz). Features of the tag antenna structure according to the third embodiment are as shown in FIGS. 12 to 15.
[표 3][Table 3]
상기와 같은 본 발명에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나는, PET 필름에 동박 에칭하여 내부와 외부의 두 개의 스플릿 링(Split Ring)으로 이루어진 구조로서, 내부의 스플릿 링(급전부: 110, 210, 310)에는 태그 칩을 연결하였다. 외부의 스플릿 링(방사부: 120, 220, 320)과의 간격을 조절함으로써 임피던스 특성 및 공진 주파수를 조절 가능하고, 스플릿 링 공진기의 특성상 소형화가 가능하고 광대역 특성을 보일 수 있다. 또한, 내부 및 외부의 스플릿 링의 구조를 사각형 또는 원형으로 부착하고자 하는 물체에 맞게 설계가 가능하다.The ultra-wideband RFID tag antenna according to the present invention as described above has a structure consisting of two split rings inside and outside by copper foil etching on a PET film, and an inside split ring (feeding unit: 110, 210, 310). ), A tag chip is connected. The impedance characteristics and the resonant frequency can be adjusted by adjusting the distance from the external split ring (radiator: 120, 220, 320), and the miniaturization is possible due to the characteristics of the split ring resonator. In addition, the structure of the internal and external split ring can be designed to fit the object to be attached in a square or circular.
또한, 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 테그 안테나는 주름진 구조를 사용함으로써 방사부의 전기적인 길이를 연장하여 반지름이 약 13 mm인 작은 크기의 구조로 북미지역의 RFID 주파수 대역인 902-928 MHz에서 동작이 가능하다. 각각의 주름진 방사부 및 급전부의 간격에서 발생하는 많은 기생 커패시턴스 및 인덕턴 스가 존재하나, 이는 하나의 등가 커패시턴스와 등가 인덕턴스로 표현할 수 있고, 설계시에 이를 반영하여 기생 커패시턴스 및 기생 인덕턴스에 의한 효과를 제거할 수 있다.In addition, the ultra-wideband RFID tag antenna according to the third embodiment has a small structure having a radius of about 13 mm by extending the electrical length of the radiator by using a corrugated structure at 902-928 MHz, which is an RFID frequency band in North America. Operation is possible. There are many parasitic capacitances and inductances that occur at the intervals of each corrugated radiator and feeder, but this can be expressed as one equivalent capacitance and equivalent inductance, and it is reflected in the design to effect by parasitic capacitance and parasitic inductance Can be removed.
이상과 같이 본 발명에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above with reference to the drawings illustrating a micro broadband RFID tag antenna according to the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, those skilled in the art within the scope of the present invention Of course, various modifications may be made.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 도시한 도,1 is a view showing a micro broadband RFID tag antenna according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부의 크기에 따른 입력 리액턴스의 변화를 도시한 그래프,FIG. 2 is a graph illustrating a change in input reactance according to a size of a feeder of a micro broadband RFID tag antenna according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 방사부의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프,3 is a graph showing a change in the resonance frequency according to the size of the radiating part of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부와 방사부의 거리 간격에 따른 입력 저항의 변화를 도시한 그래프,4 is a graph illustrating a change in input resistance according to a distance between a feeding part and a radiating part of a micro broadband RFID tag antenna according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 반사계수와 방사효율 모의실험 및 측정 결과를 도시한 그래프,5 is a graph showing the reflection coefficient and the radiation efficiency simulation and measurement results of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the first embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 도시한 도,6 is a view showing a micro broadband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부의 크기에 따른 입력 리액턴스의 변화를 도시한 그래프,FIG. 7 is a graph illustrating a change in input reactance according to a size of a power supply unit of a micro broadband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 방사부의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프,8 is a graph illustrating a change in resonance frequency according to a size of a radiating part of a micro broadband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부와 방사부의 거리 간격에 따른 입력 저항의 변화를 도시한 그래프,FIG. 9 is a graph illustrating a change in input resistance according to a distance between a feeding part and a radiating part of a micro broadband RFID tag antenna according to a second embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 반 사계수와 방사효율 모의실험 및 측정 결과를 도시한 그래프,10 is a graph showing the reflection coefficient and the radiation efficiency simulation and measurement results of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the second embodiment of the present invention;
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나를 도시한 도,11 is a view showing an ultra-wideband RFID tag antenna according to a third embodiment of the present invention;
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부의 크기에 따른 입력 리액턴스의 변화를 도시한 그래프,12 is a graph illustrating a change in input reactance according to a size of a feeder of a micro broadband RFID tag antenna according to a third embodiment of the present invention;
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 방사부의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프,FIG. 13 is a graph showing a change in resonance frequency according to the size of a radiating part of a micro broadband RFID tag antenna according to a third embodiment of the present invention;
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 급전부와 방사부의 거리 간격에 따른 입력 저항의 변화를 도시한 그래프,14 is a graph illustrating a change in input resistance according to a distance between a power supply unit and a radiation unit of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the third embodiment of the present invention;
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초소형 광대역 RFID 태그 안테나의 반사계수 모의실험 및 측정 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating reflection coefficient simulation and measurement results of the ultra-wideband RFID tag antenna according to the third embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110, 210, 310 : 급전부110, 210, 310: Feeding part
120, 220, 320 : 방사부120, 220, 320: radiator
130, 230, 330 : 태그칩130, 230, 330: Tag Chip
in_gap : 갭in_gap: gap
out_gap : 제2 갭out_gap: second gap
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| FPAY | Annual fee payment |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |