KR101456071B1

KR101456071B1 - 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 ｒｆｉｄ 특수태그

Info

Publication number: KR101456071B1
Application number: KR1020120119412A
Authority: KR
Inventors: 이학용; 최의선; 김재식; 이상호
Original assignee: (주)소노비젼
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-11-03
Also published as: KR20140053476A

Abstract

본 발명은 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그에 관한 것으로, 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그 안테나는 2층 구조의 하부면에 4각형 둘레에 존재하며 시그널 소스(signal source)로부터 전파 신호의 통로 역할을 하는 급전선(10), 2층 구조의 상부면에 형성된 4개의 방사체와 하부면의 테두리에 형성된 급전 선(10)을 연결하는 급전핀(11), 접지와 신호선(signal line)이 연결되는 단락 핀(12), 2층 구조의 상부면에 위치하고 다수개의 방사체로 구성된 적어도 하나 이상의 방사체(13a,13b,13c,13d), 및 하부면의 급전선(10) 위에 위치하거나 또는 급전핀(11)에 위치되며 900MHz 대역 RFID 태그 칩으로 사용하는 적어도 하나 이상의 마이크로 칩(14a,14b,14c,14d)으로 구성되고, 각 층을 유전층으로 사용되며 다수개의 전송라인을 가진 PIFA(평판형 역 안테나, Planar Inverted-F Antenna) 안테나를 사용하며, 각각의 급전부 또는 급전핀에 상기 적어도 하나 이상의 마이크로 칩을 부착하고, 고온 및 충격에 내구성을 지닌 900MHz 대역 RFID 태그를 구현하여 외부 온도 및 충격에 대하여 하나의 마이크로 칩이 파손이 되더라도 다른 마이크로 칩을 사용하여 내구성을 유지하는 효과가 있다.

Description

4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 ＲＦＩＤ 특수태그{RFID SPECIAL TAG WITH THE FOLDED 4-TRANSMISSION LINE ANTENNA}

본 발명은 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그에 관한 것으로, 특히 고온 및 고 충격에 견딜 수 있는 고 신뢰성 900MHz 대역 RFID 태그를 제조하여 다수개의 전송라인을 가진 PIFA(평판형 역 안테나, Planar Inverted-F Antenna) 안테나를 구현하고, 각각의 급전부에 마이크로 칩(900MHz 대역 RFID 태그 칩)을 부착하여 외부 온도 및 충격에 대하여 하나의 마이크로 칩이 파손이 되더라도 다른 마이크로 칩을 동작하여 신뢰성을 높이는, 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은 예를 들면, 제품에 부착된 고유의 정보를 포함하는 RFID 태그, 13.56MHz 또는 900MHz 대역의 RFID 주파수에서 무선통신을 사용하여 제품에 부착된 태그 정보를 읽어 들이는 RFID 리더기, RFID 리더기로 인식된 정보를 RFID 미들웨어를 통해 호스트 컴퓨터의 애플케이션으로 전송하는 시스템이다.

RFID 주파수는 135kHz, 13.56MHz, 433 MHz, 860~960MHz(UHF 대역), 2.45 GHz 대역을 사용한다. 저주파 13.56MHz RFID 시스템은 제품에 부착된 태그 인식에 사용하는데 인식거리가 수 cm에 불과하며, 900MHz UHF RFID 시스템의 인식거리는 100m 원거리까지 인식이 가능하며 유통 및 물류, 항만의 컨테이너 등에 사용된다.

제품 관리용 RFID 기술은 EPCGlobal에서는 900MHz 대역을 사용하는 유통 및 물류 분야에서 B2B2C 서비스를 제공하고 있다

RFID 리더기와 태그는 정보의 전송 방향에 따라 순방향 링크(forward link) 및 역방향 링크(reverse link)로 구성된다. 순방향 링크는 RFID 리더기로부터 태그로 태그의 고유한 정보를 얻기 위해 명령 신호 및 태그로 전원을 공급하는 CW(Continuous Wave) 신호를 전송한다. 역방향 링크는 태그가 RFID 리더기로부터 수신한 CW 신호를 바탕으로 역산란 과정을 거쳐 RFID 리더기로 태그 신호를 도달하는 과정이다. 태그는 고유의 제품 정보를 포함하는 RFID 태그 칩(마이크로 칩)과 안테나로 구성되고, 전원 공급 방식에 따라 능동형 태그(active tag)와 수동형 태그(passive tag)로 분류된다. 수동형 태그는 태그의 동작에 필요한 전원을 RFID 리더기가 발생시키는 전파를 사용하여 만들게 되며, 능동형 태그는 별도의 전원을 사용한다.

RFID 태그는 마이크로 칩과 안테나로 구성되며 메모리에 저장된 제품 정보를 RFID 리더기로 전송하며, 전원 유무에 따라 수동형 태그(PASSIVE TAG)와 능동형 태그(ACTIVE TAG)로 나누어지며, 사용목적에 따라 일반형 라벨 태그와 특수형 태그로 나누어진다. 특수형 태그는 사용 환경별 여러 가지 기술들이 요구된다. 특히 철강분야 및 자동차분야에서는 금속 면에 따른 주파수 변화를 최소화하는 기술 및 부착방법에 대한 기술과 급격한 온도변화에 따른 인식기술과 글로벌 사용이 가능한 광 대역 기술이 요구되고, 국방분야 및 의약분야에서는 금속과 액체성분에 따른 주파수변화를 최소화하는 기술과 소형화 구현기술과 구현기술과 보안기능을 가지는 기술들이 요구된다.

종래의 기술은 RFID TAG AND MANUFACTURING METHOD THEREOF(일본, 하타치, JP-P-2005-00194496)과 RFID TAG FOR STRUCTURE(일본, 하타치, JP-P-2008-136182)과 RADIO FREQUENCY TRANSPONDER WITH IMPROVED READ DISTANCE(미국, 인터맥)과 간접결합을 이용한 UHF 대역 수동형 RFID 금속태그 안테나(한국, 광운대학교, 10-2006-0107662)와 금속용 알에프 아이디 태그 및 생산방법(한국, 알에프링크, 10-2009-0038405)등이 대표적인 기술들이 있다.

이런 기술들은 각각의 국한된 환경에서 기술들이며, 다양한 환경적인 부분의 요구사항을 만족하지 못하고 있다. 그러므로, 본 발명과 같이 글로벌 UHF 대역에서 사용 가능하고 인식거리와 인식률이 뛰어나며, 고 용량이면서 광 대역 특성을 가지면서 고 충격이나 고온과 같은 열악한 환경에서 견디면서 칩 파손 시 별도의 보안기능을 가지는 광 대역 고 신뢰성을 가지는 RFID 특수태그가 필요하게 되었다.

종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 글로벌 UHF 대역(900 MHz 대역)에서 사용이 가능하고 고 신뢰성을 가지는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다수의 격자형 전송 라인을 방사체(Radiator)로 사용하고 다양한 외부환경의 내용물(철강 및 플라스틱 및 유리 및 액체 등)에 따른 주파수 변화로 인해 인식률이 줄어든다. 이런 현상을 최소화할 수 있도록 RFID 태그 안테나의 구조를 광 대역화하고 방사체를 개별로 구성하여 외부 환경의 내용물에 간섭을 최소화하여 실제 환경에서 적용성을 우수하게 하는데 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고 신뢰성을 확보하기 위해 급전 핀(feeding PIN)에 마이크로 칩을 부착하여 1차 온도에 대한 부분을 해결하고, 다수개의 PIFA 안테나로 전송라인에 격자형으로 설치시켜 급전간의 위상 변화에 따라 선형으로 구현되며, 빔 방향을 용이하게 변경할 수 있는 4개의 평판형 역 에프 안테나로 구성된 선반형 안테나를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다양한 외부적인 환경에서 RFID 태그가 안정적으로 동작을 할 수 있는 바닥면에 부착하는 방법을 제공하는데 목적을 두고 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그 안테나는 2층 구조의 하부면에 4각형 둘레에 존재하며 시그널 소스(signal source)로부터 전파 신호의 통로 역할을 하는 급전선(10), 2층 구조의 상부면에 형성된 4개의 방사체와 하부면의 테두리에 형성된 급전 선(10)을 연결하는 급전핀(11), 접지와 신호선(signal line)이 연결되는 단락 핀(12), 2층 구조의 상부면에 위치하고 다수개의 방사체로 구성된 적어도 하나 이상의 방사체(13a,13b,13c,13d), 및 하부면의 급전선(10) 위에 위치하거나 또는 급전핀(11)에 위치되고 900MHz 대역 RFID 태그 칩으로 사용하는 적어도 하나 이상의 마이크로 칩(14a,14b,14c,14d)으로 구성되고, 각 층을 유전층으로 사용되며 다수개의 전송라인을 가진 PIFA(평판형 역 안테나, Planar Inverted-F Antenna) 안테나를 사용하며, 각각의 급전부 또는 급전핀에 상기 적어도 하나 이상의 마이크로 칩을 부착하고, 고온 및 충격에 내구성을 지닌 900MHz 대역 RFID 태그를 구현하여 외부 온도 및 충격에 대하여 하나의 마이크로 칩이 파손이 되더라도 다른 마이크로 칩을 사용하여 내구성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그와 부착 방법은 고온 및 고 충격에 견딜 수 있는 고 신뢰성 900MHz 대역 RFID 태그를 제조하여 다수개의 전송라인을 가진 PIFA(평판형 역 안테나, Planar Inverted-F Antenna) 안테나를 구현하고, 각각의 급전부에 마이크로 칩(900MHz 대역 RFID 태그 칩)을 부착하여 외부 온도 및 충격에 대하여 하나의 마이크로 칩이 파손이 되더라도 다른 마이크로 칩을 동작하여 신뢰성을 극대화하는 효과가 있다.

또한, 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz 대역 RFID 태그 안테나는 방사체 가장자리 부분에 용량성 캐피시턴스와 전류분포를 강하게 하여 광 대역 및 방사효율을 증가시켰고, 각각의 방사체(13a,13b,13c,13d)의 길이를 변화시켜 대역폭을 확장하였다.

도 1은 본 발명에 따른 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 전체적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 기존 안테나의 방사체 구조 및 본 발명의 제1 실시예에 따른 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그의 안테나의 방사체 구조를 나타낸 정면도이다.
도 3은 기존 방사체와 본 발명에서 제안된 방사체의 VSWR을 나타낸 그래프이다.
도 4는 2개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조와 4개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조의 VSWR을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 급전선을 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 두 개의 마이크로칩을 사용한 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그를 나타낸 정면도이다.
도 7은 4 개의 마이크로 칩을 사용한 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그를 나타낸 정면도이다.
도 8은 고 신뢰성을 위한 900MHz UHF 대역 RFID 태그 칩으로 사용되는 마이크로 칩을 보호하는 구조를 나타낸 단면도이다.
도 9는 바닥면에 마이크로 칩을 사용한 RFID 특수태그의 부착 방법을 설명한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 전체적인 구조를 나타낸 사시도이다.

4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그 안테나는 2층 구조의 하부면에 4각형 둘레에 존재하며 시그널 소스(signal source)로부터 전파 신호의 통로 역할을 하는 급전선(feeding line)(10), 2층 구조의 상부면에 형성된 4개의 방사체와 하부면의 테두리에 형성된 급전 선(10)을 연결하는 급전핀(11), 접지(Ground)와 신호선(Signal line)이 연결되는 단락 핀(12), 2층 구조의 상부면에 위치하고 4개의 방사체로 구성된 방사체(radiator)(13a,13b,13c,13d), 및 하부면의 급전선(10) 위에 위치하거나 또는 급전핀(11)에 위치되고 900MHz 대역 RFID 태그 칩으로 사용하는 4개의 마이크로 칩(14a,14b,14c,14d)으로 구성되고,

다수개의 전송라인을 가진 PIFA(평판형 역 안테나, Planar Inverted-F Antenna) 안테나를 사용하며, 각각의 급전부 또는 급전핀에 상기 적어도 하나 이상의 마이크로 칩(900MHz 대역 RFID 태그 칩)을 부착하고, 고온 및 충격에 내구성을 지닌 900MHz 대역 RFID 태그를 구현하여 외부 온도 및 충격에 대하여 하나의 마이크로 칩이 파손이 되더라도 다른 마이크로 칩을 사용하여 내구성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 구성은 4개의 전송라인 방사체(13a,13b,13c,13d)와 단락 핀(12), 급전 핀(11)과 급전선(10)과 마이크로 칩(900MHz 대역 RFID 태그 칩)(14)으로 구성되고 각각의 층을 유전체 층을 사용한다. 안테나의 기본원리는 격자형 전송라인 루프 안테나(FOLDED TRANSMISSION LINE LOOP ANTENNA)의 원리와 유사하다. 여러 개의 방사체(radiator)(13a,13b,13c,13d)들은 하나의 급전선(feeding line)(10)을 사용하여 광 대역으로 구현하였다. 또한, 방사체(13a,13b,13c,13d)를 각각의 대역 별로 사용이 가능하다. 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 태그 안테나의 소형화를 위해 4개의 단락 핀(12)과 고 유전체층을 사용하였다. 4개의 마이크로 칩(14a,14b,14c,14d)은 하나의 급전선(10) 위에 위치된다. 또한, 4개의 방사체(13a,13b,13c,13d)를 각각 동작할 경우, 마이크로 칩(900MHz 대역 RFID 태그 칩)(14a,14b,14c,14d)은 급전선(10)에 위치할 경우와 급전 핀(11)에 위치할 수 있다.

900MHz 대역 RFID 태그 칩으로 사용되는 적어도 하나 이상의 마이크로 칩은 외부 온도 또는 충격에 의해 어느 하나의 마이크로 칩이 파손되더라도 다른 마이크로 칩이 사용 가능하도록 각각에 동일한 제품 정보를 저장한다.

도 2 및 도 5,6,7은 본 발명에 따른 RFID 특수태그 층별 정면도이다.

도 2는 본 발명의 방사체 부분을 나타내며, 좌측 그림은 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 기존 안테나의 방사체 구조를 나타내고, 우측 그림은 본 발명의 제1 실시예에 따른 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그의 안테나의 방사체 구조를 나타낸 정면도이다.

<제1 실시예>

도 2의 우측 그림을 참조하면, 방사체1, 방사체2, 방사체3, 방사체4를 포함하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz 대역 RFID 태그 안테나는 방사체 가장자리 부분에 용량성 캐피시턴스와 전류분포를 강하게 하여 광 대역 및 방사효율을 증가시켰고, 각각의 방사체(13a,13b,13c,13d)의 길이를 변화시켜 대역폭을 확장하였다. 방사체(radiator)의 길이가 변화함에 따라 용량성 커패시턴스 및 인덕턴스가 변화한다. 방사체의 길이가 λ/4 보다 길어지면 용량성 커패시턴스 및 인덕턴스가 변화하여 RFID 태그 안테나의 공진주파수가 내려가고, 방사체의 길이가 λ/4 보다 짧아지면 RFID 태그 안테나의 공진주파수가 상승한다. 또한, 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그 안테나의 대역폭을 VSWR 2:1에서 2배 정도 확장시킬 수 있고, 같은 대역에서 안테나의 효율을 높일 수 있다. RFID 특수태그 안테나가 2개 내지 4개의 급전선(feeding line)을 사용할 때, 대역폭을 확장하여 안테나의 효율을 높일 수 있다.

(1) 기존 구조체와 제안된 구조체의 VSWR

도 3은 기존 방사체와 본 발명에서 제안된 방사체의 VSWR을 나타낸 그래프이다. 기존 방사체는 4개의 방사체의 길이를 모두 같게 설계한 구조이다. 이 구조에서는 4개의 방사체가 모두 90° 위상차를 가지며 VSWR 2:1 이하에서 약 22 MHz의 대역폭을 나타낸다.

본 발명에서 제안된 4개의 방사체 중 마주보는 1쌍의 방사체 길이를 다른 1쌍의 방사체와 다르게 하여 설계한 구조이다. 이 구조에서 마주보는 방사체들은 동일 공진주파수를 가지고, 이웃하는 방사체는 서로 다른 공진주파수를 가지기 때문에 4개의 방사체를 90° 위상차를 가지게 설계하면 기존 구조체 보다 넓어진 대역폭을 가진다. 제안된 방사체는 VSWR 2:1 이하에서 약 41 MHz의 대역폭을 나타낸다.

(2) 2개의 태그 칩을 사용한 구조와 4개의 태그칩을 사용한 구조의 VSWR

도 4는 2개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조와 4개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조의 VSWR을 나타낸 그래프이다.

2개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서는 이웃하는 2개의 방사체를 1개의 마이크로 칩(RFID 태그 칩)에 연결하여 설계한 구조이다. 이 구조에서 각 태그 칩 1과 태그 칩 2에 연결된 방사체들은 서로 다른 길이로 설계되어 다른 공진주파수를 가진다.

4개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서는 각각의 방사체를 태그 칩에 연결한 구조로서 모든 방사체들의 길이가 다르게 설계되었다. 4개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서 모든 방사체들의 길이가 다르게 설계되었기 때문에 2개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서 보다 넓은 대역폭을 나타낸다.

<제2 실시예>

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 급전선을 나타낸 정면도이다. 급전선(feeding line)은 50 Ohm을 사용한다. 마이크로 칩(900MHz RFID 태그 칩)에서 급전1-1과 급전1-2와 급전1-3은 각각 위상이 90도 차이가 되도록 구현된다.

<제3 실시예>

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 2 개의 마이크로 칩을 사용한 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그를 나타낸 정면도이다.

제3 실시예에 따른 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그는 2 개의 마이크로 칩을 사용 가능하다. 검은 부분은 마이크로 칩(900MHz UHF 대역 RFID 태그 칩)을 나타낸다. 임피던스 정합라인은 두 개를 사용한다. 임피던스 정합라인 1은 손실없이 신호를 방사하기 위해 마이크로 칩(900MHz RFID 태그 칩)과 급전선(feeding line)의 임피던스 정합을 위해 사용되고, 임피던스 정합라인 2는 손실없이 신호를 방사하기 위해 방사체(radiator)와 급전선(feeding line)의 임피던스 정합을 위해 사용된다. 900MHz UHF 대역의 RFID 태그 칩으로 사용되는 마이크로 칩(900MHz RFID 태그 칩)의 위치는 칩 보호 영역에 의해 외부 환경에 가장 안정적인 부분에 위치한다. 중앙 지지홀은 외부 기구와 부착 및 고정하기 위해 사용된다.

제3 실시예에 따른 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그는 두 개의 마이크로 칩 사용하였다. 두 개의 마이크로 칩을 사용할 경우, 마이크로 칩1과 급전1-1과의 위상과 마이크로 칩1에서 급전1-2와의 위상은 90도가 되게 구현이 된다. 그리고 마이크로 칩2과 급전 1-3과의 위상과 마이크로 칩 2와 급전 1-4와의 위상은 90도가 된다.

<제4 실시예>

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 4 개의 마이크로 칩을 사용한 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그를 나타낸 정면도이다.

제4 실시예에 따른 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그는 4 개의 마이크로 칩을 사용하였다. 4개의 마이크로 칩을 사용할 경우, 마이크로 칩1과 급전1-1과, 마이크로 칩2와 급전1-2와, 마이크로 칩3과 급전1-3과, 마이크로 칩4와 급전1-4와의 위상은 동일하게 구현된다.

도 8은 고 신뢰성을 위한 900MHz UHF 대역 RFID 태그 칩으로 사용되는 마이크로 칩을 보호하는 구조를 나타낸 단면도이다.

기존 고온이나 고 신뢰성을 확보를 위해 유전체 기판과 유전체 기판 사이에 마이크로 칩을 부착하는 방법을 사용하였다. 본 발명은 고온과 고 신뢰성을 확보를 위해 마이크로 칩(RFID 태그 칩)(14)을 유전체 기판(18) 사이에 두고, 마이크로 칩과 급전선의 납땜이 된 부분을 silicon 기반 에폭시 수지를 사용하여 페이스트 처리하여 유전체 고유의 수분 흡수율에 따른 수분에 의한 부식방지 및 성능변화에 대한 부분을 보호하기 위해 태그 칩 보호부(15)를 사용하였다.

또한, 마이크로 칩(14)에 태그 칩 보호부(15)가 형성되며, 유전체 기판과 마이크로 칩(14) 부분에 페라이트 및 고유전율을 가지는 알루미나(Al₂O₃) 물질을 분말 형태로 충진하여 방사체(radiator)나 급전(feeding)에서 마이크로 칩으로 전달하는 외부 충격이나 온도 영향을 최소화하도록 충격 완화 및 단열부(16)를 사용하였다. 사용된 알루미나(Al₂O₃)는 고온의 융점(약 2000℃)을 가지고 있으며 미립상태일 경우, 공기를 많이 함유하고 있어 단열 역할을 함으로써 고온에서 태그 동작시 변형 없이 RFID 태그 칩(14)을 보호 가능하다. 또한, 태그 페키징은 인서트 사출로 성형된 사출성형부(19)를 RFID 특수태그에 도포하고, 충격과 부착면을 고려하여 태그 부착되는 부분에 부드러운 우레탄(Urethane) 재질을 사용하였다.

도 9는 바닥면에 마이크로 칩을 사용한 RFID 특수태그의 부착 방법을 설명한 도면이다. 바닥에 매설하지 않고, 바닥면에 부착하는 경우, RFID 특수태그는 도 9에 도시하였다.

RFID 특수태그는 많은 외부적인 환경에서 적용하여 바닥에 매립하지 않고 도로 등의 바닥면에 부착하여 사용한다. RFID 태그 안테나를 금속성분의 물질을 관리하던지 또는 액체성분의 물질을 관리하는 환경이 존재하게 된다. 본 발명은 바닥면의 평면상에서 RFID 특수태그에 대한 부분을 연구한다. RFID 특수태그가 외부 바닥면에 부착할 경우, 바닥면은 금속면일 경우가 있고 또는 아스팔트, 시멘트 또는 흙과 같은 면에 놓이게 된다. 그리고, 비가 올 경우와 아주 뜨거운 자외선에 노출되는 경우가 발생한다. 또한, 차 및 외부 충격을 줄 수 있는 이동체로 인해 태그가 파손이 된다. 적게는 약 600 ㎏에서 많게는 10,000 ㎏의 중량을 지닌 차량이 지나갈 경우 그 하중을 견딜 수 있어야 한다. 그러므로, RFID 특수태그가 바닥면에 부착할 경우, 바닥면의 온도변화, 충격변화 및 습도 변화에 의해 장시간 외부환경에 노출되면 RFID 특수태그의 성능변화를 가져온다. 그러므로, 본 발명에서는 바닥면에 매립하지 않고, 바닥면 표면에 외부환경에서 견딜 수 있는 RFID 특수태그의 부착방법에 대하여 제안하였다.

RFID 특수태그는 안테나 부착을 위해 RFID 특수 태그에 4개의 홀(4-4)이 구성되어 제1 결착나사(9b,9c)가 체결된다. RFID 특수태그와 태그 가이드(블라켓)은 RFID 특수태그와 블라켓을 연결하는 홀(4-1)이 있다. 4-3은 특수태그와 연결되는 가이드홀이며 나사 팁을 가진다. 이 홀은 바닥면의 성질에 따라 습도와 온도변화를 최소화 하도록 공기를 순환할 수 있게 구성된다. 4-2는 일측이 빗면으로 된 가이드와 바닥면에 부착되는 가이드 홀(4-2)이며, 제2 결착나사(9a,9d)가 체결된다. 4-5는 습도의 양에 따라 높이를 조절해야 한다. 4-6은 바닥면이 울퉁불퉁한 부분을 장착할 때 충격을 흡수하는 충격흡수부(4-6)이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

10: 급전선
11: 급전 핀
12: 단락 핀
13a, 13b, 13c, 13d: 방사체1, 방사체2, 방사체3, 방사체3
14a, 14b, 14c, 14d: 마이크로 칩(900MHz UHF 대역 RFID 태그 칩)
15: 태그 칩 보호부
16: 충격 완화 및 단열부
17: 임피던스 정합 라인
18: 유전체 기판
19: 사출성형부
20, 21: 유전체(공기, FR4 기판 등)

Claims

4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그 안테나는 2층 구조의 하부면에 4각형 둘레에 존재하며 시그널 소스(signal source)로부터 전파 신호의 통로 역할을 하는 급전선(10), 2층 구조의 상부면에 형성된 4개의 방사체와 하부면의 테두리에 형성된 급전 선(10)을 연결하는 급전핀(11), 접지와 신호선(signal line)이 연결되는 단락 핀(12), 2층 구조의 상부면에 위치하고 다수개의 방사체로 구성된 적어도 하나 이상의 방사체(13a,13b,13c,13d), 및 하부면의 상기 급전선(10) 위에 위치하거나 또는 상기 급전핀(11)에 위치되며 900MHz 대역 RFID 태그 칩으로 사용하는 적어도 하나 이상의 마이크로 칩(14a,14b,14c,14d)으로 구성되고, 각 층을 유전층으로 사용되고,
다수개의 전송라인을 가진 PIFA(평판형 역 안테나, Planar Inverted-F Antenna) 안테나를 사용하며, 각각의 급전부 또는 급전핀에 상기 적어도 하나 이상의 마이크로 칩을 부착하고, 고온 및 충격에 내구성을 지닌 900MHz 대역 RFID 태그를 구현하여 외부 온도 및 충격에 대하여 하나의 마이크로 칩이 파손이 되더라도 다른 마이크로 칩을 사용하여 내구성을 유지하는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 방사체(13a,13b,13c,13d)들은 하나의 급전선(feeding line)(10)을 사용하여 광 대역으로 구현하거나, 복수의 방사체(13a,13b,13c,13d)를 각각의 대역 별로 사용이 가능하며, 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 900MHz UHF 대역 RFID 태그를 사용하는 경우 소형화를 위해 4개의 단락 핀(12)과 고 유전체층을 사용하는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 마이크로 칩(14a,14b,14c,14d)은
상기 900MHz 대역 RFID 태그 칩을 사용하거나 하나의 급전선(10)에 위치하여 사용하거나, 4개의 방사체(13a,13b,13c,13d)를 각각 동작을 할 경우, 상기 급전선(10)에 위치하거나 급전 핀(11)에 위치되는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 RFID 특수태그 안테나는 방사체 가장자리 부분에 용량성 캐피시턴스와 전류분포를 강하게 하여 광 대역 및 방사효율을 증가시켰고, 방사체의 길이가 λ/4 보다 길어지면 용량성 커패시턴스 및 인덕턴스가 변화하여 RFID 태그 안테나의 공진주파수가 내려가고, 방사체의 길이가 λ/4 보다 짧아지면 RFID 태그 안테나의 공진주파수가 상승하여, 상기 RFID 특수태그 안테나의 대역폭을 VSWR 2:1에서 2배 정도 확장시킬 수 있고, 동일한 대역에서 RFID 특수태그 안테나를 2개 내지 4개의 급전선(feeding line)을 사용할 때, 대역폭을 확장하여 안테나의 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 방사체 4개를 사용하는 경우, 4개의 방사체 중 마주보는 1쌍의 방사체 길이를 다른 1쌍의 방사체와 다르게 하여 설계한 구조에서 마주보는 방사체들은 동일 공진주파수를 가지고, 이웃하는 방사체는 서로 다른 공진주파수를 가지기 때문에 4개의 방사체를 90° 위상차가 되도록 설계하면 기존 구조체 보다 넓어진 대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 칩은
동일한 제품 정보를 저장한 2개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서는 이웃하는 2개의 방사체를 1개의 마이크로 칩(RFID 태그 칩)에 연결하여 설계한 구조에서 각 태그 칩 1과 태그 칩 2에 연결된 방사체들은 서로 다른 길이로 설계되어 다른 공진주파수를 가지며, 4개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서는 각각의 방사체를 태그 칩에 연결한 구조에서 모든 방사체들의 길이가 다르게 설계하여 2개의 RFID 태그 칩을 사용한 구조에서 보다 넓은 대역폭을 확보하는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 급전선(feeding line)은 50 Ohm을 사용하며, 900MHz UHF 대역 RFID 태그 칩으로 사용되는 상기 마이크로 칩에서 급전1-1과 급전1-2와 급전1-3은 각각 위상이 90도 차이가 되도록 구현된 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 칩 2개를 사용한 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 경우, 2개의 임피던스 정합라인을 사용하며, 임피던스 정합라인 1은 손실없이 신호를 방사하기 위해 마이크로 칩(900MHz RFID 태그 칩)과 급전선의 임피던스 정합을 위해 사용되고, 임피던스 정합라인 2는 손실없이 신호를 방사하기 위해 방사체와 급전선의 임피던스 정합을 위해 사용되며, 900MHz UHF 대역의 RFID 태그 칩으로 사용되는 마이크로 칩의 위치는 칩 보호 영역에 위치하며, 두 개의 마이크로 칩을 사용할 경우, 마이크로 칩1과 급전1-1과의 위상과 마이크로 칩1에서 급전1-2와의 위상은 90도가 되게 구현되며, 마이크로 칩2과 급전 1-3과의 위상과 마이크로 칩 2와 급전 1-4와의 위상은 90도가 되는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 칩을 4개를 사용하는 900MHz UHF 대역 RFID 특수태그의 경우, 마이크로 칩1과 급전1-1과, 마이크로 칩2와 급전1-2와, 마이크로 칩3과 급전1-3과, 마이크로 칩4와 급전1-4와의 위상은 동일하게 구현되는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 칩은
고온과 충격에 내구성을 지니도록 마이크로 칩(RFID 태그 칩)을 유전체 기판(18) 사이에 두고, 마이크로 칩과 급전선의 납땜이 된 부분을 silicon 기반 에폭시 수지를 사용하여 페이스트 처리하여 유전체 고유의 수분 흡수율에 따른 수분에 의한 부식방지 및 성능변화를 보호하는 태그 칩 보호부(15)와, 유전체 기판과 마이크로 칩(14) 부분에 페라이트 및 고유전율을 가지는 알루미나(Al₂O₃) 물질을 분말 형태로 충진하여 방사체(radiator)나 급전(feeding)에서 상기 마이크로 칩으로 전달하는 외부 충격이나 온도 영향을 최소화하도록 충격 완화 및 단열부(16)를 사용하며, 태그 페키징은 인서트 사출로 성형된 사출성형부(19)를 RFID 특수태그에 도포하고, 충격과 부착면을 고려하여 상기 RFID 특수태그가 부착되는 부분에 부드러운 우레탄(Urethane) 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.
제1항에 있어서,
RFID 특수태그가 바닥면에 매립하지 않고 외부 바닥면에 부착할 경우, 바닥면의 온도변화, 충격변화 및 습도 변화에 의해 장시간 외부환경에 노출되면 RFID 특수태그의 성능변화를 야기하므로 상기 RFID 특수 태그에 4개의 홀(4-4)이 구성되어 제1 결착나사(9b,9c)가 체결되고, 상기 RFID 특수태그와 태그 가이드(블라켓)은 RFID 특수태그와 블라켓을 연결하는 홀(4-1)이 있으며, 상기 RFID 특수태그와 연결되는 가이드홀이며 나사 팁을 가지며, 일측이 빗면으로 된 가이드와 바닥면에 부착되고 제2 결착나사가 체결되는 가이드 홀을 구비하고, 습도의 양에 따라 높이를 조절하며, 바닥면이 울퉁불퉁한 부분을 장착할 때 충격을 흡수하는 충격흡수부(4-6)를 포함하는 4개의 격자형 전송라인 안테나로 구성된 RFID 특수태그.