KR100993069B1 - 알에프아이디 안테나, 이를 포함하는 알에프아이디 안테나시스템 및 물품 관리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초고주파(UHF) 대역의 근접장 신호를 이용한 알에프아이디(RFID) 시스템에 적용할 수 있는 알에프아이디(RFID) 안테나, 알에프아이디(RFID) 안테나 시스템 및 이를 포함하는 물품 관리 장치에 관한 것이다.

본 발명의 사상에 따른, RFID 태그에 무선 엑세스를 수행하기 위한 RFID 안테나 시스템은, 선 형상의 제1 내부 도체와, 상기 제1 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 제1 외부 도체를 구비하는 제1 RFID 안테나; 선 형상의 제2 내부 도체와, 상기 제2 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 제2 외부 도체를 구비하는 제2 RFID 안테나; 및 RF 신호의 위상을 조정하여 상기 제1 RFID 안테나 및 제2 RFID 안테나로 공급하되, 상기 제1 RFID 안테나 및 제2 RFID 안테나에 서로 다른 위상으로 공급하는 급전 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

RFID, UHF, Nearfield, 태그, 리더기, 근접장,

Description

알에프아이디 안테나, 이를 포함하는 알에프아이디 안테나 시스템 및 물품 관리 장치{RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION ANTENNA AND RFID ANTENNA SYSTEM AND APPARATUS FOR MANAGING ARTICLE USING THE SAME}

본 발명은 알에프아이디(Radio Frequency IDentification: RFID)로 불리는 무선 인식 기술을 이용한 알에프아이디(RFID) 안테나 및 이를 포함하는 장치에 관한 것으로, 특히, 초고주파(UHF) 대역의 근접장 신호를 이용한 알에프아이디(RFID) 시스템에 적용할 수 있는 알에프아이디(RFID) 안테나, 알에프아이디(RFID) 안테나 시스템 및 이를 포함하는 물품 관리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 알에프아이디(이하, 'RFID'라 한다) 기술이란 무선 주파수 신호를 이용하여 소형 반도체 칩이 내장된 태그(Tag), 라벨(Label), 카드(Card) 등에 저장된 데이터를 비접촉으로 읽어내어 대상을 식별하는 기술을 말한다.

이와 같은 RFID 기술은, 무선 주파수 신호를 이용하여 물품에 부착된 태그로부터 물품의 정보 및 주변 환경을 인식하여 각 물품의 정보를 수집, 저장, 가공 및 추적할 수 있게 함으로써, 물품에 대한 측위, 원격처리, 관리 및 물품 간 정보 교환 등 다양한 서비스의 제공을 가능하게 하고 있다.

최근 들어 RFID 기술을 이용하여 물품의 재고, 입출고 및 판매 등을 관리하는 방법 및 이를 위한 시스템들이 제안되고 있다. 예컨대, 물품을 보관 또는 진열하기 위한 물품 관리 선반(Shelf) 등에 RFID 안테나를 설치하고 각각의 물품에 태그를 부착하여, 각각의 물품의 현황을 실시간으로 파악함으로써, 많은 수의 물품에 대해서도 그 관리를 효율적으로 할 수 있다.

상기 RFID를 이용한 물품 관리 방법/시스템들은 보관 물품의 변동이 빈번하고 이용자가 많으면서, 물품의 진열이 비교적 일정한 도서관이나, 대여점, 의류 매장 등에 편리하게 적용될 수 있다.

또한, 최근에는 초고주파(UHF) 대역(300MHz ~ 3GHz)을 이용한 RFID 응용분야로 점차 시장이 확대되어 가고 있다.

UHF대역의 RFID 시스템은 유효 인식거리 5m 이상의 원거리에서도 태그인식이 가능하고, 또한 50cm 미만의 근거리에서도 HF 대역에 비하여 매우 높은 인식속도와 인식율을 갖는 장점이 있다.

이와 같은 UHF 대역의 RFID 시스템에서 원거리장(Farfield)은 주로 전기장으로 형성되어 원거리에서의 태그 인식이 가능하지만 후방산란으로 동작되기 때문에 주위환경에 민감하다는 단점이 있다.

반면에, UHF 대역의 RFID 시스템에서 근접장(Nearfield)은 주로 자기장으로 형성되며 커플링에 의해 동작되므로, 물 또는 금속체 등 높은 유전율을 갖는 물질 에 의한 영향이 거의 미치지 않기 때문에 RFID 리더기의 태그 인식률이 높고 또한 인식속도가 빠르다는 장점이 있다.

그러나, UHF대역의 안테나는 동작 주파수가 높고 전파의 파장이 짧기 때문에, 그 물리적인 특성상 HF대역의 안테나에 비하여 근접장에서 신호가 인식되지 않는 음영부분(Null point)이 자주 발생하는 문제가 있다.

본 발명에서는 RFID 리더기에 사용되며, 특히 UHF대역의 근접장으로 동작할 수 있는 긴 통형상의 RFID 리더기 안테나(이하, 'RFID 안테나'라 약칭한다)를 제안하고자 한다. 그러나, 본 발명의 기술분야인 RFID 분야에서는 긴 통형상의 안테나가 적용된 예가 없으므로, 본 발명의 비교를 위하여 종래기술로서 터널 등 넓은 구간에 안테나 어레이로서 사용되는 실린더형 안테나를 도 1a 및 1b에 도시하였다.

그러나, 이는 다만 실린더형 안테나의 일반적인 동작원리와 본 발명의 차이점을 설명하기 위한 것에 불과한 것으로, 본 발명의 기술분야에서의 종래기술이 될 수 없음은 자명하다.

도 1a 및 1b에 도시한 실린더형 안테나는 외부 도체에 슬롯을 일정주기 간격으로 기울어지게 형성시켜 원거리용 안테나를 구성하였다. 이러한 구조는 슬롯의 기울기에 따라 슬롯에서 방사되는 전계강도 및 편파 특성이 달라지게 되는데 기울기가 45°에 가까울수록 안테나의 이득이 증가되고 편파특성이 달라지게 되어 원거리용 안테나에 주로 사용된다.

그러나, 이러한 구조를 단순히 RFID 분야에 적용한다면, 안테나로부터의 근거리에서 음영 영역(Null-point)을 제거하는데 한계가 있어 RFID 리더가 태그 인식 시 인식 못하는 경우가 발생될 수 있으며, 이로 인한 태그 인식률 저하를 일으킬 수 있다.

또한, 이러한 구조는 급전방법을 진행파만을 이용하기 때문에 안테나 부하 종단에 임피던스 매칭이 되어 반사파를 최소화하는 안테나 역할에 적합한 구조를 가진다.

또한, 도시한 구조의 안테나는 주로 RFID 주파수 대역보다 높은 주파수 대역에서 주로 전기장을 이용한 통신 시스템의 응용에 적합하다.

그런데, 긴 길이의 원통형 구조는 여러가지 물리적 구조를 이루는 일부분으로서 유용하게 사용될 수 있으며, 이를 감안하면 RFID 안테나를 원통형 구조로 실시한다면, 다양한 물품 관리 장치에 편리하게 적용할 수 있음을 예상할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 UHF 대역의 주파수를 이용하면서도 근접장(Nearfield)에서 음영부분이 발생하지 않는 RFID 안테나, RFID 안테나 시스템 및 이를 이용한 물품 관리 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 RFID 태그들을 부착한 물품들의 수량이 많거나 밀집되어 있는 경우에도 RFID 태그들의 정보를 정확하게 획득할 수 있는 RFID 안테 나, RFID 안테나 시스템 및 이를 이용한 물품 관리 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 물품을 걸어서 보관/진열하는 형태의 물품 관리 장치를 구성할 수 있는 RFID 안테나, RFID 안테나 시스템 및 이를 이용한 물품 관리 장치를 제공함에 있다.

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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따른 다른 RFID 안테나 시스템은, 선 형상의 제1 내부 도체와, 상기 제1 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 제1 외부 도체를 구비하는 제1 RFID 안테나; 선 형상의 제2 내부 도체와, 상기 제2 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 제2 외부 도체를 구비하는 제2 RFID 안테나; 및 RF 신호의 위상을 조정하여 상기 제1 RFID 안테나 및 제2 RFID 안테나로 공급하되, 상기 제1 RFID 안테나 및 제2 RFID 안테나에 서로 다른 위상으로 공급하는 급전 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 RFID 안테나의 무선 엑세스 영역과 제2 RFID 안테나의 무선 엑세스 영역은 중첩되는 것이 바람직하다.

또한, 시간 구간에 따라 상기 급전 회로가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 RF 신호가 상기 제1 내부 도체 및 제2 내부 도체의 일단으로 각각 공급되는 경우, 상기 제1 RFID 안테나는 상기 제1 내부 도체의 타단에 연결되며, 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 제1 종단 임피던스 소자를 더 포함하며, 상기 제2 RFID 안테나는 상기 제2 내부 도체의 타단에 연결되며, 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 제2 종단 임피던스 소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따른 다른 물품 보관 장치는, RFID 태그들이 부착된 물품들을 걸어놓기 위한 적어도 하나의 지지봉; 및 상기 지지봉에 포함되며, 선 형상의 내부 도체와, 상기 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 외부 도체를 구비하는 RFID 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, RF 신호의 위상을 조정하여 상기 RFID 안테나로 공급하는 급전 회로 및/또는 시간 구간에 따라 상기 급전 회로가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 RFID 안테나를 통하여 상기 RFID 태그로부터 정보를 읽어오는 RFID 리더기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내부 도체의 일단으로 RF 신호가 입력되는 경우, 상기 RFID 안테나는 상기 내부 도체의 타단에 연결되며 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 종단 임피던스 소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외부 도체는 그 중심축에 상기 내부 도체가 위치하는 원통형 구조를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 물품들을 상기 지지봉에 걸어놓았을 때, 상기 RFID 태그들은, 상 기 RFID 안테나의 자기장으로 이루어지는 근접장 영역에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 RFID 리더기 안테나에 따르면, UHF 대역의 주파수를 이용하면서도 근접장(Nearfield)에서 음영부분의 발생을 억제하는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 RFID 리더기 안테나에 따르면, 다수개의 물품들을 걸어 놓기 위한 지지봉을 구비하는 물품 보관 장치에 편리하게 응용할 수 있는 이점도 있다.

또한, 본 발명의 RFID 안테나 시스템에 따르면, 수량이 많은 물품들의 현황 정보를 용이하게 보다 정확하게 획득할 수 있는 이점이 있다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 사상에 따른 RFID 안테나의 기본 구조를 도시한 것이며, 도 2c 및 2d는 상기 RFID 안테나의 일부분을 보다 상세히 도시한 것이다.

도시한 RFID 안테나는, 선 형상의 내부 도체(20)와, 상기 내부 도체(20)를 차폐하되 길이 방향(Y)의 일정한 간격으로 슬롯(42)이 형성된 외부 도체(40)로 이루어진다.

상기 내부 도체(20)의 일단으로 RF 신호가 입력되며, 상기 내부 도체(20)의 타단에는 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 종단 임피던스 소자(60)의 일단을 연결하는 것이 바람직하다. 상기 종단 임피던스 소자(60)의 타단은 상기 외부 도체(40)에 연결되거나, 상기 외부 도체(40)가 접지에 연결된 경우 접지에 연결될 수 있다.

도시한 바와 같이, 상기 슬롯들의 일정한 간격은, RFID 안테나에서 방사하려는 급전 신호가 상기 내부 도체(20)와 외부 도체(40) 사이의 매질에서 진행할 때의 파장(λg)의 1/2 또는 1/4인 것이 바람직하다. 또한, 상기 슬롯(42)은 일변이 상기 길이 방향(Y)과 평행인 직사각형 형상을 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 급전 신호의 파장은 급전 신호의 캐리어 주파수 또는 주파수-스펙트럼상 가장 세기가 강한 메인 주파수의 파장을 의미할 수 있다.

상기 내부 도체(40)의 일단(input port)으로 급전 신호가 공급되면, 상기 내부 도체(40)를 도파하던 급전 신호는 상기 내부 도체의 말단의 임피던스 변동에 따라 반사되며, 그 결과 상기 내부 도체는 λg/2의 파장을 가지는 정재파(정상파)를 방사하게 된다.

만약에 상기 신호의 입력 지점(input port)에서 RFID 리더기 측을 바라본 임피던스가 50Ω이라면, 급전 신호를 반사시키기 위한 종단 임피던스 소자(60)의 임피던스를 상기 리더부 측 임피던스와 서로 매칭이 되지 않도록 설정하면, 정재파를 생성할 수 있다.

그런데, 상기 종단 임피던스 소자(60)의 임피던스 값에 따라 정재파의 강도나 방사 패턴이 달라지게 된다. 그래서, 이점을 이용하여 상기 RFID 안테나를 RFID 리더기에 장착한 후, 상기 RFID 안테나의 방사 패턴을 실제 사용 환경에 적합하도 록, 상기 종단 임피던스 소자(60)의 임피던스 값을 튜닝할 수 있다.

상기 내부 도체(20)에서 방사된 정재파는 일정한 간격으로 신호가 미약한 음영부분(Null point)이 존재하는데, 상기 외부 도체(40)에 상기 정재파의 파장(λg/2) 간격으로 형성된 슬롯(42)에 의해, 상기 음영 부분의 범위가 상당 비율 줄어들게 된다.

한편, 전자기파의 전기장과 자기장은 그 위상차가 λg/4임을 감안하면, 전기장에 대한 음영부분과 자기장에 대한 음영부분은 서로 λg/4 위치 차를 가지게 되므로, 전기장에 대한 음영부분을 억제하기 위한 슬롯과 자기장에 의한 음영부분을 동시에 억제하고자 하는 경우 슬롯들은 λg/4 위치 차를 가져야 한다.

따라서, 상기 슬롯의 간격을 λg/2로 유지하면, 근접장에서 관심있는 자기장의 음영부분을 억제할 수 있다. 이 경우 상기 RFID 안테나의 자기장으로 이루어지는 근접장 영역에 위치하는 RFID 태그들은, RFID 안테나의 무선 엑세스 동작에 의해 리딩이 가능하게 된다.

또한, 상기 슬롯의 간격을 λg/4로 유지하면, 자기장뿐만 아니라 전기장의 음영부분도 함께 억제할 수 있다.

도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 내부 도체(20)는 단면이 원인 선 형상으로 구현하며, 상기 외부 도체(40)는 상기 내부 도체(20)를 둘러싸며 그 중심축에 상기 내부 도체(20)가 위치하는 구조의 원통형(실린더) 형상으로 구현하는 것이 바람직하다.

상기 슬롯(42)은 원형, 다각형 등 다양한 형상으로 구현할 수 있으나, 도시한 슬롯(42)은 장변(長邊)이 상기 길이 방향과 평행인 직사각형 형상으로 구현되었다. 도시한 슬롯 형상은 슬롯의 구현이 용이한 점 및 동일한 슬롯 면적을 가지면서 원통형 외부 도체의 강도 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 사상에 따른 RFID 안테나 시스템의 일실시예를 도시한다.

도시한 RFID 안테나 시스템은, 본 발명의 사상에 따른 RFID 안테나(100); 외부의 RFID 리더기(700)로부터 입력되는 급전 신호의 위상을 조정하여 상기 RFID 안테나(100)로 공급하는 급전 회로(200); 및 시간 구간에 따라 상기 급전 회로(200)가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부(600)를 포함한다.

상기 RFID 안테나(100)는 도 2b에 도시한 구조를 가질 수 있다.

상기 타이밍 제어부(600)는 상기 급전 회로(200)의 동작을 시간 간격에 따라 제어하기 위한 것으로, 이를 이용하면 시분할적으로 상기 RFID 안테나(100)로 공급되는 급전 신호의 위상을 제어할 수 있다.

상기 타이밍 제어부(600)를, 일정한 시간 간격들에 대하여 2 종류 또는 그 이상의 출력 신호들을 순차 반복하는 회로로 구현할 수 있다. 이러한 회로는 일반적인 전자공학 업계에서 다양한 형태로 개시되어 있으므로 그 상세한 설명은 생략하겠다.

도 4는 상기 급전 회로의 일실시예를 도시하고 있다. 상기 급전 회로는 비교 적 저렴하면서도 충분한 성능을 가지는 핀(PIN)다이오드를 이용하여 경로 스위칭 기능을 구현하였다.

도시한 급전 회로는 상기 급전 신호의 위상을 2가지로 조정하기 위하여, 급전 신호가 통과시 그 위상 변화가 다른 2개의 내부 경로를 구비한다. 상기 2개의 내부 경로는 급전 신호를 위상 변화없이 통과시키는 제1 내부 경로 및 급전 신호를 λg/4 만큼 위상 변화시켜 통과시키는 제2 내부 경로로 이루어진다.

도시한 급전 회로는 상기 제1 내부 경로를 단속하는 제1 핀다이오드(D1); 상기 제2 내부 경로를 단속하는 제2 핀다이오드(D2); 일단이 상기 제1 핀다이오드(D1)의 애노드에 연결되고 타단이 상기 제1 핀다이오드에 대한 구동전압단(V1)에 연결된 제1 인덕터(L1); 일단이 상기 제1 핀다이오드(D1)의 캐소드에 연결되고 타단이 접지에 연결된 제2 인덕터(L2); 일단이 상기 제2 핀다이오드(D2)의 애노드에 연결된 제1 위상조정 소자(P1); 일단이 상기 제1 위상조정 소자(P1)의 타단에 연결되며 타단이 상기 제2 핀다이오드에 대한 구동전압단(V2)에 연결된 제3 인덕터(L3); 일단이 상기 제2 핀다이오드(D2)의 캐소드에 연결된 제2 위상조정 소자(P2); 일단이 상기 제2 위상조정 소자(P2)의 타단에 연결되며 타단이 접지에 연결된 제4 인덕터(L4)로 이루어진다.

또한, 외부 RFID 리더기로부터 입력되는 급전 신호는 커플링 커패시터를 경유하여 상기 제1/제2 핀다이오드에 입력되며, 상기 제1/제2 핀다이오드에서 출력되는 급전 신호는 커플링 커패시터를 경유하여 RFID 안테나로 출력되는 것이 바람직하다.

이를 위해 도시한 구조에서는, 상기 제1 핀다이오드(D1)의 애노드에 대한 커플링 커패시터로서 제1 커패시터(C1)를, 상기 제1 핀다이오드(D1)의 캐소드에 대한 커플링 커패시터로서 제2 커패시터(C2)를 구비하고, 상기 제2 핀다이오드(D2)의 애노드 입력에 대한 커플링 커패시터로서 제1 커패시터(C1) 및 제3 커패시터(C3)를, 상기 제2 핀다이오드(D2)의 캐소드 입력에 대한 커플링 커패시터로서 제2 커패시터(C2) 및 제4 커패시터(C4)를 구비한다.

상기 급전 회로는 입력받은 급전 신호에 소정의 위상을 부여하여, 상기 RFID 안테나의 내부 도체의 일단으로 출력한다. 즉, 상기 급전회로는, 상기 제1 경로가 선택된 경우 입력받은 급전 신호를 위상 변화없이 RFID 안테나로 전달하고, 상기 제2 경로가 선택된 경우 입력받은 급전 신호를 90˚ 위상 변화시켜 RFID 안테나로 전달한다.

이를 위해, 상기 제1 위상조정 소자 및 제2 위상조정 소자는 마이크로 스트립 라인의 전기적 길이를 변화시켜 0°, 90°의 위상을 갖는 구조로 구현할 수 있다.

도면에서 λg는 상기 마이크로 스트립 라인에서의 유효유전율에 따른 관내파장을 의미한다.

한편, 상기 핀다이오드에 대한 스위칭은 상기 2 구동전압단(V1, V2)으로의 전압의 인가 여부에 따라 동작되어질 수 있다.

도 5a는 도 2b의 RFID 안테나에서 방출되는 근접장을 슬롯의 측면에서 도시 한 것이며, 도 5b는 위상 0의 급전 신호가 인가될 때 상기 RFID 안테나에서 방출되는 근접장을 슬롯의 상면에서 도시한 것이며, 도 5c는 위상 λg/4의 급전 신호가 인가될 때 상기 RFID 안테나에서 방출되는 근접장을 슬롯의 상면에서 도시한 것이다.

도 5a를 살펴보면, RFID 안테나는 입력받은 급전 신호에 대한 정재파 형태로 근접장을 형성하는데, 상기 외부 도체에 상기 급전 신호의 내부 매질에 대한 파장의 λg/2 간격으로 형성된 슬롯에 의해, 상기 음영 부분의 범위가 상당 비율 줄어들었음을 알 수 있다.

도 5b 및 도 5c를 비교하면, 급전 신호의 위상이 달라지면, 방출되는 근접장의 형태로 달라지고, 결과적으로 2 도면에서 음영 부분의 위치가 달라짐을 알 수 있다.

RFID 안테나의 음영 부분에 RFID 태그가 위치하는 경우, 치명적인 인식 오류를 발생시킬 수 있는 바, 본 발명의 RFID 안테나 시스템에 포함된 급전 회로의 동작에 따라, RFID 안테나에 공급되는 급전 신호의 위상을 조절하여, 음영 부분의 위치를 변경시킬 수 있다. 그 결과 변경전 음영 부분에 위치하였던 RFID 태그를 효과적으로 인식할 수 있게 된다.

요약하면, 도 3의 RFID 안테나 시스템에 포함된 급전 회로(200) 및 타이밍 제어부(600)를 이용하여, RFID 태그의 리딩에 충분한 시간 간격 마다 도 4b의 근접장과 도 4c의 근접장을 교번시키면, 실제적으로는 음영 부분이 존재하지 않는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 도 6a 내지 6c는 상기 RFID 안테나의 원거리 방사패턴을 보여주고 있는데, 원거리에서는 이득이 상대적으로 적어 다른 리더기에 간섭영향을 줄일 수 있음을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 사상에 따른 RFID 안테나 시스템의 다른 실시예를 도시한다.

도시한 RFID 안테나 시스템은, 본 발명의 사상에 따른 제1 RFID 안테나(101) 및 제2 RFID 안테나(102); 외부의 RFID 리더기(700)로부터 입력되는 급전 신호의 위상을 조정하여 상기 제1/제2 RFID 안테나(101, 102)로 공급하는 급전 회로(201); 및 시간 구간에 따라 상기 급전 회로(201)가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부(601)를 포함한다.

상기 RFID 안테나 시스템은 2개의 RFID 안테나(101, 102)를 구비하는데, 각 무선 액세스 영역이 음영 부분이 겹치지 않으면서 서로 중첩되도록 위치시켜, 보다 확실한 리딩을 보장할 수 있다. 즉, 동일한 RFID 태그에 대하여 상기 제1 RFID 안테나(101) 및 제2 RFID 안테나(102)가 동시에 무선 액세스를 수행하여, 설령 상기 RFID 태그가 어느 한 RFID 안테나에 대한 음영 부분에 위치해도 다른 RFID 안테나에 의해 효과적으로 리딩될 수 있다.

상기 제1/제2 RFID 안테나(101, 102)는 도 2a 내지 2d에 도시한 구조를 가질 수 있다.

상기 타이밍 제어부(601)는 상기 급전 회로(201)의 동작을 시간 간격에 따라 제어하기 위한 것으로, 이를 이용하면 시분할적으로 상기 제1/제2 RFID 안테나(101, 102)로 공급되는 급전 신호의 위상을 제어할 수 있다.

상기 타이밍 제어부(601)를, 일정한 시간 간격들에 대하여 2 종류 또는 그 이상의 출력 신호들을 순차 반복하는 회로로 구현할 수 있다. 이러한 회로는 일반적인 전자공학 업계에서 다양한 형태로 개시되어 있으므로 그 상세한 설명은 생략하겠다.

상기 타이밍 제어부(601)의 동작 설정에 따라 다양한 양태로 적용이 가능한데, 상기 2개의 RFID 안테나(101, 102)에 대한 급전 신호의 위상 스위칭을 동시에 수행하도록 구현하거나, 교번하여 수행토록 구현하거나, 어느 하나의 RFID 안테나만 위상 스위칭을 수행하도록 구현할 수 있다.

도 8은 상기 급전 회로의 일실시예를 도시하고 있다.

도시한 급전 회로는 상기 도 4의 급전 회로 2개를 대칭적으로 병렬 연결하여 2개의 RFID 안테나에 대하여 급전을 수행토록 구현한 것이다. 따라서, 상기 도 4의 급전 회로와 그 세부 구성요소 및 동작이 거의 동일하므로 상세한 설명은 생략하겠다.

도 9a는 도 8에 도시한 급전 회로를 제1 RFID 안테나로 90˚위상이 부여된 급전 신호를 공급하고 제2 안테나로 위상 변화없는 급전 신호를 공급하도록 스위칭되는 경우의 전류흐름도 및 신호경로를 나타내고 있으며, 도 9b는 도 8에 도시한 급전 회로를 제1 RFID 안테나로 위상 변화없는 부여된 급전 신호를 공급하고 제2 안테나로 90˚위상이 부여된 급전 신호를 공급하도록 스위칭되는 경우의 전류흐름 도 및 신호경로를 나타내고 있다. 도면에서 음영선으로 RF 신호의 흐름을 나타내었으며, 실선으로 핀다이오드를 턴온하는 전류의 흐름을 표시한다.

즉, 도 9a의 동작을 위해 V2 및 V3 구동전압단에만 핀다이오드 턴온 전압의 전압이 인가되고, 도 9b의 동작을 위해 V1 및 V4 구동전압단에만 핀다이오드 턴온 전압이 인가된다.

도 10a 내지 10c는, 서로 인접하며 도 2a의 구조를 가지는 2개의 RFID 안테나에서 방출되는 근접장을 슬롯의 상면에서 도시한 것인데, 급전 신호들의 위상에 따른 차이를 보여주고 있다.

도 10a 및 10b를 비교하면, 2개의 RFID 안테나에 대한 급전 신호의 위상이 다른 경우가 위상이 동일한 경우보다 음영 부분이 현저히 감소함을 알 수 있다. 또한, 도 10b 및 10c를 비교하면, 2개의 RFID 안테나에 대한 급전 신호의 위상이 서로 다른 경우에도, 부여된 위상값에 따라 잔존하는 음영 부분의 위치가 달라짐을 알 수 있다.

따라서, 2개의 RFID 안테나에 대한 급전 신호의 위상을 서로 다르게 유지하면서 부여되는 위상을 주기적으로 스위칭한다면, 음영 부분은 거의 제거될 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 사상에 따른 원통형 RFID 안테나를 이용하여 구현한 물품 보관 장치의 일실시예를 도시한다. 도시한 물품 구현 장치(1000)는 의류 상점 등에 서 다수 벌의 의류를 옷걸이에 걸린 형태로 보관/진열하기 위한 것이다.

도시한 물품 보관 장치(1000)는 특징적인 구성요소로서, RFID 태그가 부착된 옷이 걸린 옷걸이들을 걸어놓기 위한 적어도 하나의 지지봉(1100); 및 상기 지지봉(1100)에 내부 공간에 위치하거나 상기 지지봉 자체가 되는 본 발명의 사상에 따른 RFID 안테나(1900)를 포함한다.

일반적으로 RFID 리더기 시스템은, RFID 안테나, 급전 회로 및 RFID 리더기로 이루어지는데, 상기 물품 보관 장치에 RFID 안테나는 필수적으로 배치되나, 구현에 따라서는 RFID 안테나를 통하여 상기 RFID 태그로부터 정보를 읽어오는 RFID 리더기 및/또는 상기 RFID 리더기가 출력하는 급전 신호의 위상을 조정하여 상기 RFID 안테나로 공급하는 급전 회로를 추가로 배치할 수 있다.

또한, 상기 RFID 안테나(1900)의 근접장 양태를 시간에 따라 변경시키도록 상기 급전 신호의 위상을 스위칭하도록 도 4의 급전 회로 및 시간 구간에 따라 상기 급전 회로가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부를 구비할 수 있다.

상기 지지봉(1100)은 물품 보관 장치의 메인 프레임(1010)에 고정되도록 구현할 수 있다. 옷걸이를 이용하여 상기 지지봉(1100)에 걸린 옷에는 인식용 RFID 태그가 부착되는데, 상기 RFID 태그는 상기 지지봉(1100)에 포함된 RFID 안테나(1900)의 근접장 영역 내 위치하도록 각 구성요소/태그의 위치 및/또는 RFID 안테나(1900)의 파라미터를 조정하는 것이 바람직하다.

RFID 안테나(1900)는, 앞서 설명한 바와 같이, 전자기적 커플링에 의하여 근거리에서 UHF 대역의 주파수를 이용하여 RFID 태그들로부터 정보를 획득할 수 있고, 또한 넓은 임피던스 대역폭을 갖으면서도 음영부분을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 RFID 리더기 안테나(1900)는, 상기 지지봉(1100)에 걸린 물체 및 물체에 부착된 RFID 태그의 수량에 관계없이 일정한 태그 인식률을 얻을 수 있다.

RFID 리더기(1200)는 급전 케이블을 통하여 RFID 안테나(1900)의 급전 포트에 연결되며, 상기 RFID 안테나(1900)를 통하여 물품들에 부착된 RFID 태그로부터 정보를 수신하여 외부 서버로 전송함으로서, 상기 서버를 통하여 종합적인 물품 현황을 관리할 수 있도록 한다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a는 종래의 원통형 안테나 어레이의 구조를 도시한 구조도.

도 1b는 종래의 원통형 안테나 어레이의 방사 패턴을 도시한 개념도.

도 2a는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 RFID 안테나의 일실시예를 도시한 상면도.

도 2b는 도 2a에 도시한 RFID 안테나의 내부 구조를 도시한 측단면도.

도 2c는 도 2a에 도시한 RFID 안테나의 세부 구조를 도시한 부분 사시도.

도 2d는 도 2a에 도시한 RFID 안테나의 내부 구조를 도시한 정단면도.

도 3은 본 발명에 따른 RFID 안테나 시스템의 일실시예를 도시한 블록도.

도 4는 도 3의 RFID 안테나 시스템을 구성하는 급전 회로의 일실시예를 도시한 회로도.

도 5a는 도 2a에 도시한 RFID 안테나에서 방사되는 근접장 패턴을 측면에서 도시한 그래프.

도 5b는 0˚위상을 가지는 급전 신호에 대하여 도 2a에 도시한 RFID 안테나에서 방사되는 근접장 패턴을 상면에서 도시한 그래프.

도 5c는 90˚위상을 가지는 급전 신호에 대하여 도 2a에 도시한 RFID 안테나에서 방사되는 근접장 패턴을 상면에서 도시한 그래프.

도 6a는 도 2a에 도시한 RFID 안테나의 원거리 방사 패턴을 도시한 그래프.

도 6b는 도 2a에 도시한 RFID 안테나의 XY 평면에서의 원거리 방사 패턴을 도시한 그래프.

도 6c는 도 2a에 도시한 RFID 안테나의 YZ 평면에서의 원거리 방사 패턴을 도시한 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 RFID 안테나 시스템의 다른 실시예를 도시한 블록도.

도 8은 도 7의 RFID 안테나 시스템을 구성하는 급전 회로의 일실시예를 도시한 회로도.

도 9a 및 9b는 도 8의 급전 회로에 인가되는 2 급전 신호의 위상 관계에 따라 활성화되는 RF 신호의 경로를 함께 도시한 회로도.

도 10a는 도 7의 구조를 구성하는 1쌍의 RFID 안테나에 동일한 위상의 급전 신호들이 공급될 때, 상기 1쌍의 RFID 안테나에서 방사되는 근접장 패턴을 상면에서 도시한 그래프.

도 10b 및 10c는 도 7의 구조를 구성하는 1쌍의 RFID 안테나에 서로 다른 위상의 급전 신호들이 공급될 때, 상기 1쌍의 RFID 안테나에서 방사되는 근접장 패턴을 상면에서 도시한 그래프.

도 11은 본 발명의 사상에 따른 RFID 안테나를 이용하여 구성된 물품 관리 장치의 일실시예를 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 내부 도체 40 : 외부 도체

42 : 슬롯 60 : 종단 임피던스 소자

100, 101, 102 : RFID 안테나

200, 201 : 급전 회로

600, 601 : 타이밍 제어부

1000 : 물품 관리 장치 1010 : 프레임

1900 : RFID 안테나

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12. 선 형상의 제1 내부 도체와,

    상기 제1 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 제1 외부 도체를 구비하는 제1 RFID 안테나;

    선 형상의 제2 내부 도체와,

    상기 제2 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 제2 외부 도체를 구비하는 제2 RFID 안테나; 및

    RF 신호의 위상을 조정하여 상기 제1 RFID 안테나 및 제2 RFID 안테나로 공급하되, 상기 제1 RFID 안테나 및 제2 RFID 안테나에 서로 다른 위상으로 공급하는 급전 회로

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 RFID 안테나의 무선 엑세스 영역과 제2 RFID 안테나의 무선 엑세스 영역이 중첩되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 시스템.
14. 제12항에 있어서,

    시간 구간에 따라 상기 급전 회로가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 시스템.
15. 제12항에 있어서,

    상기 RF 신호는 상기 제1 내부 도체 및 제2 내부 도체의 일단으로 각각 공급되며,

    상기 제1 RFID 안테나는,

    상기 제1 내부 도체의 타단에 연결되며, 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 제1 종단 임피던스 소자를 더 포함하며,

    상기 제2 RFID 안테나는,

    상기 제2 내부 도체의 타단에 연결되며, 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 제2 종단 임피던스 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 시스템.
16. 제12항에 있어서,

    상기 일정한 간격은, 상기 RF 신호의 파장의 1/2인 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 시스템.
17. 제12항에 있어서,

    상기 일정한 간격은, 상기 RF 신호의 파장의 1/4인 것을 특징으로 하는 RFID 안테나 시스템.
18. RFID 태그들이 부착된 물품들을 걸어놓기 위한 적어도 하나의 지지봉; 및

    상기 지지봉에 포함되며,

    선 형상의 내부 도체와, 상기 내부 도체를 둘러싸되 길이 방향의 일정한 간격으로 슬롯이 형성된 외부 도체를 구비하는 RFID 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.
19. 제18항에 있어서,

    RF 신호의 위상을 조정하여 상기 RFID 안테나로 공급하는 급전 회로

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.
20. 제19항에 있어서,

    시간 구간에 따라 상기 급전 회로가 조정하는 위상을 다르게 결정하기 위한 타이밍 제어부

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.
21. 제18항에 있어서,

    상기 내부 도체의 일단으로 RF 신호가 입력되며,

    상기 RFID 안테나는,

    상기 내부 도체의 타단에 연결되며, 상기 RF 신호를 반사시키기 위한 임피던스 값을 가지는 종단 임피던스 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.
22. 제18항에 있어서,

    상기 외부 도체는 그 중심축에 상기 내부 도체가 위치하는 원통형 구조를 가 지는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.
23. 제18항에 있어서,

    상기 물품들을 상기 지지봉에 걸어놓았을 때,

    상기 RFID 태그들은, 상기 RFID 안테나의 자기장으로 이루어지는 근접장 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.
24. 제18항에 있어서,

    상기 RFID 안테나를 통하여 상기 RFID 태그로부터 정보를 읽어오는 RFID 리더기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 보관 장치.

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