KR102103910B1 - Long Range Empty Shape Cavity UHF RFID Tag Antenna for Metal Objects - Google Patents

Long Range Empty Shape Cavity UHF RFID Tag Antenna for Metal Objects Download PDF

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Abstract

장거리에서 인식이 가능한 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나는, 유에이치에프 칩 및 유에이치에프 대역의 무선신호를 수신하는 안테나 전극이 형성되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 하부면에 부착되는 유전체층; 및 상기 유전체층의 하부면 및 측면과, 상기 인쇄회로기판의 측면을 동시에 감싸면서 캐비티(cavity) 구조를 형성하는 금속 박막층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The UHF RFID tag antenna capable of recognizing at a long distance includes a printed circuit board on which a UHF chip and an antenna electrode for receiving radio signals in the UHF band are formed; A dielectric layer attached to the lower surface of the printed circuit board; And a metal thin film layer forming a cavity structure while simultaneously enclosing a lower surface and a side surface of the dielectric layer and a side surface of the printed circuit board.

Description

철재에 적용 가능한 장거리 인식용 빈 공간 형태의 캐피티 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나{Long Range Empty Shape Cavity UHF RFID Tag Antenna for Metal Objects}Long Range Empty Shape Cavity UHF RFID Tag Antenna for Metal Objects for long distance recognition applicable to steel

본 발명은 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나에 관한 것으로서, 더 상세하게는 철재에 적용 가능한 장거리 인식용 빈 공간 형태의 캐피티 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a UHP RFID tag antenna, and more particularly, to a cavity UHF RFID tag antenna in the form of an empty space for long-distance recognition applicable to steel.

UHF대(860∼960 MHz)의 무선 신호를 이용하여 리더 라이터로부터 1W 정도의 신호를 송신하고, 태그(꼬리표)측에서 그 신호를 수신했을 때에 리더 라이터측으로 응답 신호를 돌려보냄으로써, 태그 안의 정보를 리더 라이터로 판독한다고 하는 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이 알려져 있다.Information in the tag by sending a signal of about 1W from the reader / writer using a radio signal from the UHF band (860 to 960 MHz) and returning a response signal to the reader / writer side when the signal is received from the tag (tag) side. RFID (Radio Frequency Identification) system that reads a reader writer is known.

그 통신 거리는 태그측 안테나의 이득, 태그 안의 IC(집적 회로) 칩의 동작 전압이나 주위 환경에 따라서도 달라지지만, 일반적으로 3m 정도이다.The communication distance varies depending on the gain of the tag side antenna, the operating voltage of the IC (integrated circuit) chip in the tag, and the surrounding environment, but is generally about 3 m.

RFID(Radio Frequency Identification) 시스템은 RF 무선 통신을 이용하여 사물을 인식하는 기술이며, 현재 재고관리, 자재 유통, 가축 관리, 안심먹거리 등 다양한 분야에서 적용 되고 있다.RFID (Radio Frequency Identification) system is a technology that recognizes objects using RF wireless communication, and is currently applied in various fields such as inventory management, material distribution, livestock management, and safe food.

RFID(Radio Frequency Identification) 는 크게 리더 시스템과 태그로 구성된다. 리더시스템에는 호스트 컴퓨터, 리더 그리고 리더 안테나가 있다. RFID 태그는 RF칩과 태그 안테나로 구성되어 있다. 자체 전원이 없는 수동형 태그는 리더에서 전송된 신호를 이용하여 RF 칩이 동작되고, 리더에게 태그의 정보를 전송한다.RFID (Radio Frequency Identification) consists of a reader system and tags. The reader system includes a host computer, a reader, and a reader antenna. The RFID tag consists of an RF chip and a tag antenna. In the passive type tag, which does not have its own power, the RF chip is operated using the signal transmitted from the reader, and the tag information is transmitted to the reader.

리더 시스템의 방사 출력은 ISO (International Standard Organization)-18000-6에 의해 36dBm으로 제한되어 있으므로 일반 다이폴 구조의 태그 인식거리는 한계가 있다. 일반적인 상용 태그의 인식거리는 약 5∼6m이다. 따라서 수동형 태그를 장거리(10m이상)에서 인식 가능하도록 설계하려면 안테나의 구조가 고이득 안테나 구조이거나 이득을 높이는 구조로 설계되어야 한다.Since the radiated output of the reader system is limited to 36dBm by ISO (International Standard Organization) -18000-6, the tag recognition distance of a general dipole structure is limited. The recognition distance of a typical commercial tag is about 5-6m. Therefore, in order to design the passive tag to be recognized over a long distance (more than 10m), the structure of the antenna must be a high-gain antenna structure or a structure that increases the gain.

고이득 안테나 구조는 혼 안테나, 야기 우다 안테나, 패치 안테나 등이 있고, 이득을 높이는 구조는 Cavity model, Meta-material, 배열 구조 등이 있다. 야기- 우다 안테나를 태그 안테나에 접목시킬 경우 인식거리는 8m 정도이다.High-gain antenna structures include horn antennas, Yagi Uda antennas, patch antennas, etc., and structures that increase gain include Cavity models, Meta-materials, and array structures. When Yagi-Uda antenna is grafted onto the tag antenna, the recognition distance is about 8m.

UHF 대역(840∼960 MHz) RFID 는 원거리(far field)에서 전자기파(electromagnetic wave)를 이용하여 역산란 (back scattering) 방법으로 정보를 전달한다. 일반 라벨 태그는 주변 환경에 의한 전자파 간섭을 받거나 태그 칩과 태그 안테나의 임피던스가 부정합 되면 동작하지 않는다. 그러므로 일반 라벨 태그를 금속에 부착하게 되면 태그 안테나의 임피던스가 변하고 칩 임피던스와 부정합 되어 태그는 정상적으로 동작하지 않는다.The UHF band (840 to 960 MHz) RFID transmits information using a back scattering method using an electromagnetic wave at a far field. The general label tag does not operate when it is subjected to electromagnetic interference by the surrounding environment or when the impedance of the tag chip and tag antenna is mismatched. Therefore, when a general label tag is attached to a metal, the impedance of the tag antenna changes and the chip impedance is mismatched, so the tag does not operate normally.

즉, 일반 라벨 태그를 금속에 부착하면, 태그 안테나와 금속면 사이에 기생 커패시턴스가 발생한다. 기생 커패시턴스의 영향으로 태그 안테나의 임피던스가 변하고 칩 임피던스와 부정합 되어 태그는 정상적으로 동작하지 않는다. 따라서 금속 태그는 일반 라벨 태그 구조와 다른 특수한 구조로 설계 되어야 한다.That is, when the general label tag is attached to the metal, parasitic capacitance is generated between the tag antenna and the metal surface. Due to the parasitic capacitance, the impedance of the tag antenna changes and the chip impedance is mismatched, so the tag does not operate normally. Therefore, the metal tag must be designed with a special structure different from the general label tag structure.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 종래기술인 참고논문(Y.-K. Park, Y. Kim, K. Lee, Y. C. Chung,"Various UHF RFID tag for metallic object,"IEEE International Symposium on Antenna and Propagation, pp.2258-2288, June 2007.)에서는 PCB에 via, meander line, patch의 조합으로 제작된 다양한 소형 금속 태그를 소개했다. 상용 금속 태그의 인식거리는 3∼5 m으로 노트북, 캐비닛관리 등 근거리 인식이 가능한 응용 분야에서 사용되고 있다. To solve the above problems, a reference paper (Y.-K. Park, Y. Kim, K. Lee, YC Chung, "Various UHF RFID tag for metallic object," IEEE International Symposium on Antenna and Propagation, pp. 2258-2288, June 2007.) introduced various small metal tags made of a combination of via, meander line and patch on a PCB. The recognition distance of commercial metal tags is 3 ~ 5 m, and is used in applications that can be recognized at close range, such as notebooks and cabinet management.

하지만, 대형 철판이나 대형 금속 자재 창고, 중장비 관리 등 장거리(5∼10m)에서 대형 금속을 관리하는 곳에서는 인식거리의 한계로 현재 상용 금속 태그를 사용할 수 없다. 따라서 이런 환경에 RFID를 적용하려면 금속에 부착되어도 성능 변화가 크게 없으면서 장거리에서 인식이 가능한 특수 태그 설계가 필요하다.However, where large metals are managed at long distances (5 to 10 m), such as large steel plates, large metal material warehouses, and heavy equipment management, commercial metal tags cannot be used at present due to limitations in recognition distance. Therefore, in order to apply RFID to such an environment, a special tag design that can be recognized over a long distance without significantly changing performance even when attached to a metal is required.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 금속에 부착되더라도 높은 이득을 가질 수 있어 장거리에서도 인식이 가능한 캐비티(cavity) 구조의 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나를 제공한다.The present invention has been proposed to solve the above technical problem, and provides a UHP RFID tag antenna having a cavity structure capable of having a high gain even when attached to a metal and thus being recognized even at a long distance.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 테두리를 따라 내면방향으로 돌출된 테두리 영역이 형성되고, 유에이치에프 칩 및 유에이치에프 대역의 무선신호를 수신하는 안테나 전극이 내면에 부착되는 기판; 및 상기 테두리 영역에 부착되어 상기 안테나 전극의 측면을 동시에 감싸면서 캐비티(cavity) 구조를 형성하는 측면 금속층;을 포함하는 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a border region protruding in an inner surface direction along a border is formed, and a substrate to which a UF chip and an antenna electrode receiving radio signals in the UF band are attached to the inner surface; And a side metal layer attached to the edge area to simultaneously form a cavity structure while surrounding the side surface of the antenna electrode.

또한, 상기 기판의 내면방향에 부착되어 상기 테두리 영역의 끝단에 접촉하면서 상기 안테나 전극과는 소정의 간격을 유지하는 커버 금속 박막층;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further comprises a cover metal thin film layer attached to the inner surface direction of the substrate and maintaining a predetermined distance from the antenna electrode while contacting the edge of the edge region.

또한, 상기 안테나 전극은, 상기 유에이치에프 칩(10)의 좌측에 접속되는 좌측 포트라인(21); 상기 좌측 포트라인(21)에 연결되며 좌측방향으로 연장되는 좌측 안테나라인(23); 상기 좌측 안테나라인(23)의 끝단에 연결되며 하부방향으로 연장되는 좌측 루프라인(25); 상기 유에이치에프 칩(10)의 우측에 접속되는 우측 포트라인(31); 상기 우측 포트라인(31)에 연결되며 우측방향으로 연장되는 우측 안테나라인(33); 상기 우측 안테나라인(33)의 끝단에 연결되며 하부방향으로 연장되는 우측 루프라인(35); 상기 좌측 루프라인(25)과 상기 우측 루프라인(35) 사이를 연결시키는 티매트라인(27A); 상기 좌측 안테나라인(23)에 연결되며 하부방향으로 연장되는 좌측 엠루프라인(22); 상기 우측 안테나라인(33)에 연결되며 하부방향으로 연장되는 우측 엠루프라인(32); 및 상기 좌측 엠루프라인(22)과 상기 우측 엠루프라인(32) 사이를 연결시키는 매트라인(20A);을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the antenna electrode, the left port line 21 is connected to the left side of the RF chip 10; A left antenna line 23 connected to the left port line 21 and extending in the left direction; A left loop line 25 connected to an end of the left antenna line 23 and extending downwardly; A right port line 31 connected to the right side of the UV chip 10; A right antenna line 33 connected to the right port line 31 and extending in the right direction; A right loop line 35 connected to an end of the right antenna line 33 and extending downwardly; A tee mat line (27A) connecting the left roof line (25) and the right roof line (35); A left emloop line 22 connected to the left antenna line 23 and extending downwardly; A right m-loop line 32 connected to the right antenna line 33 and extending downwardly; And a mat line (20A) connecting the left m-loop line 22 and the right m-line line 32.

본 발명의 실시예에 따른 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나는,According to an embodiment of the present invention, a UHF RFID tag antenna,

캐비티(cavity) 구조로 형성되며, 비금속 물질 또는 금속 물질에 부착되더라도 높은 이득을 가질 수 있어 장거리에서도 인식이 가능하다.It is formed with a cavity structure, and can be recognized even at a long distance because it can have a high gain even when attached to a non-metallic material or a metallic material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 구성도
도 2, 도 2a 및 도 3은 도 1의 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 전면도, 측면도, 후면도 및 사시도를 나타낸 도면
도 4는 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 실사도
도 5는 안테나 시뮬레이션 및 측정 반사손실(S|11|)을 나타낸 도면
도 6은 안테나 파라미터 스윕(Antenna parameter sweep)을 나타낸 도면
도 7은 안테나 이득패턴을 나타낸 도면
도 8은 안테나 측정 인식거리 패턴을 나타낸 도면
1 is a configuration diagram of a U.S. RFID tag antenna 6 according to an embodiment of the present invention
2, 2A, and 3 are views showing a front view, a side view, a rear view, and a perspective view of the UHF RFID tag antenna 6 of FIG. 1
4 is a live-action diagram of a U.S. RFID tag antenna 6
5 is a diagram showing antenna simulation and measured return loss (S | 11 |).
6 is a view showing an antenna parameter sweep (Antenna parameter sweep)
7 is a view showing an antenna gain pattern
8 is a view showing an antenna measurement recognition distance pattern

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail that a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical spirit of the present invention.

RFID는 태그를 사물에 부착 후 리더기가 무선 주파수를 사용하여 전자 태그의 정보를 읽어 사물을 인식하는 기술이다.RFID is a technology that recognizes an object by attaching the tag to the object and then reading the information of the electronic tag using a radio frequency.

UHF RFID (860 ~ 960 MHz) 수동형 태그는 리더기에서 안테나를 통하여 전송된 신호의 전자기파(electromagnetic wave)를 이용하여 역 산란(back scattering) 방법으로 안테나 인식장치(Antenna Reader)에 태그의 정보를 전송한다.UHF RFID (860 ~ 960 MHz) passive tag transmits the information of tag to antenna reader by back scattering method using electromagnetic wave of the signal transmitted through the antenna from the reader. .

일반적인 케비티(Cavity)형태의 UHF 대역 RFID 태그 안테나의 인식거리는 15m인데 반해 캐비티 안에 채워지는 물질이 스티로폼을 사용하여서 생산성이 용이하지 않고 쉽게 손상될 수 있는 단점이 존재한다. Although the recognition distance of a typical cavity type UHF band RFID tag antenna is 15m, there is a disadvantage in that the material filled in the cavity is not easily productive and can be easily damaged by using Styrofoam.

본 발명에서는 안테나를 PLA재질의 안테나 덮개(Cover)에 구성 하였으므로, RF 보드나 FR4 보드 없이 간편하게 빈 공간에 Cavity 구조 안테나를 구성 하였으며 Higgs-4 칩을 사용하여 인식거리를 연장하였다. In the present invention, since the antenna was configured on an antenna cover made of PLA material, a Cavity structure antenna was easily configured in an empty space without an RF board or FR4 board, and the recognition distance was extended using a Higgs-4 chip.

따라서 금속에 부착되어도 큰 성능 변화가 없다는 장점이 존재한다. 본 발명은 인식거리 LP 안테나로 측정하여 20m 이상의 인식거리를 가지는 안테나 설계에 대해 설명한다.Therefore, there is an advantage that there is no large change in performance even when attached to a metal. The present invention describes an antenna design having a recognition distance of 20 m or more by measuring with a recognition distance LP antenna.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 구성도이고, 도 2, 도 2a 및 도 3은 도 1의 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 전면도, 측면도, 후면도 및 사시도를 나타낸 도면이고, 도 4는 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 실사도이다.1 is a configuration diagram of a U.S. RFID tag antenna 6 according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2, 2A, and 3 are front, side, and side views of the U.S. RF tag tag antenna 6 of FIG. It is a view showing a rear view and a perspective view, and FIG. 4 is a realistic view of the U.S. RFID tag antenna 6.

본 실시예에 따른 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.The UHF RFID tag antenna 6 according to the present embodiment includes only a brief configuration for clearly explaining the technical idea to be proposed.

도 1 내지 도 4를 동시에 참조하면, 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)는 기판(500)과, 안테나 전극과, 측면 금속층(600)과, 커버 금속 박막층(700)을 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 to 4 at the same time, the UHF RFID tag antenna 6 includes a substrate 500, an antenna electrode, a side metal layer 600, and a cover metal thin film layer 700.

상기와 같이 구성되는 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the detailed configuration and main operation of the RFF tag antenna 6 configured as described above is as follows.

참고적으로, 커버 금속 박막층(700)은 실시예에 따라 선택적으로 구비될 수 있다. For reference, the cover metal thin film layer 700 may be selectively provided according to an embodiment.

즉, 금속재질에 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)가 부착될 경우, 금속재질 자체가 커버 금속 박막층(700)의 역할을 수행할 수 있으므로 금속 박막층(700)이 구비되지 않아도 유사한 성능을 발휘할 수 있다.That is, when the RFID tag antenna 6 is attached to the metal material, since the metal material itself can serve as the cover metal thin film layer 700, similar performance can be achieved even if the metal thin film layer 700 is not provided. .

따라서 커버 금속 박막층(700)은 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)가 비금속재질(비철재질)에 부착될 경우 구비되어, 입사하는 신호를 반사하여 기판의 안테나 전극에 신호를 다시 되돌려 줌으로써, 안테나 전극에 도달하는 신호의 크기가 증가하여 인식거리가 증대되는 구조를 가지고 있다. 커버 금속 박막층(700)의 너비는 실시예에 따라 달라질 수 있을 것이다.Therefore, the cover metal thin film layer 700 is provided when the UHF RFID tag antenna 6 is attached to a non-metallic material (non-ferrous material), and reflects the incoming signal to return the signal to the antenna electrode of the substrate, thereby returning to the antenna electrode. It has a structure in which the recognition distance increases by increasing the size of the signal to reach. The width of the cover metal thin film layer 700 may vary according to embodiments.

공기의 유전율이 1 인데, 기판(500)은 유전율 1.1 ~ 1.5 정도인 ABS(Acrylonitrile, Butadiene, Styrene), PLA(Poly Lactic Acid)가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 유전율 1.3 인 기판(500)이 사용된다.The dielectric constant of air is 1, and the substrate 500 may be ABS (Acrylonitrile, Butadiene, Styrene) or PLA (Poly Lactic Acid) having a dielectric constant of about 1.1 to 1.5. In this embodiment, a substrate 500 having a dielectric constant of 1.3 is used.

기판(500)은 테두리를 따라 내면방향으로 돌출된 테두리 영역(510)이 형성되어 있는데, 유에이치에프 칩(10) 및 유에이치에프 대역의 무선신호를 수신하는 안테나 전극이 기판(500)의 내면에 부착된다.The substrate 500 is formed with an edge region 510 protruding in an inner surface direction along the edge, and the UF chip 10 and an antenna electrode receiving radio signals in the UF band are attached to the inner surface of the substrate 500.

또한, 측면 금속층(600)은 테두리 영역(510)에 부착되어 안테나 전극의 측면을 동시에 감싸면서 커버 금속 박막층(700)과 함께 캐비티(cavity) 구조를 형성하게 된다.In addition, the side metal layer 600 is attached to the edge region 510 to simultaneously cover the side of the antenna electrode to form a cavity structure together with the cover metal thin film layer 700.

또한, 커버 금속 박막층(700)은 기판(500)의 내면방향에 부착되어 테두리 영역의 끝단(510)에 접촉하면서 안테나 전극과는 소정의 간격을 유지한다.In addition, the cover metal thin film layer 700 is attached to the inner surface direction of the substrate 500 and maintains a predetermined distance from the antenna electrode while contacting the end 510 of the edge region.

따라서 측면 금속층(600) 및 커버 금속 박막층(700)은 캐비티(cavity) 구조를 형성함으로써, 입사하는 신호를 반사하여 기판(500)의 안테나 전극에 신호를 다시 되돌려 줌으로써, 안테나 전극에 도달하는 신호의 크기가 증가하여 인식거리가 증대된다.Accordingly, the side metal layer 600 and the cover metal thin film layer 700 form a cavity structure, reflecting the incident signal, and returning the signal to the antenna electrode of the substrate 500 again, thereby preventing the signal from reaching the antenna electrode. As the size increases, the recognition distance increases.

본 실시예에서는 기판(500)의 내면에 안테나 전극이 부착되는데, 안테나 전극은 구리 테이프를 이용하여 형성되고, 기판(500) 안쪽 옆면인 테두리 영역(510)에도 구리 테이프를 부착하여 케비티 구조를 형성하였다.In this embodiment, the antenna electrode is attached to the inner surface of the substrate 500. The antenna electrode is formed using a copper tape, and a copper tape is also attached to the edge region 510 of the inner side of the substrate 500 to form a cavity structure. Formed.

본 실시예에서 측면 금속층(600) 및 커버 금속 박막층(700)은 구리재질의 금속이 사용되었으나, 실시예에 따라 은, 알루미늄, 금, 백금 및 니켈 중의 단일물질 또는 어느 하나 이상을 배합한 합금물질이 사용될 수도 있을 것이다.In this embodiment, the side metal layer 600 and the cover metal thin film layer 700 are made of copper, but depending on the embodiment, a single material of silver, aluminum, gold, platinum, and nickel, or an alloy material containing any one or more compounds This could also be used.

기판(500)에 형성된 안테나 전극을 자세히 살펴보면, 안테나 전극은,Looking closely at the antenna electrode formed on the substrate 500, the antenna electrode,

유에이치에프 칩(10)의 좌측에 접속되는 좌측 포트라인(21)과,Left port line 21 connected to the left side of the UHF chip 10,

좌측 포트라인(21)에 연결되며 좌측방향으로 연장되는 좌측 안테나라인(23)과,Left antenna line 23 connected to the left port line 21 and extending in the left direction,

좌측 안테나라인(23)의 끝단에 연결되며 하부방향으로 연장되는 좌측 루프라인(25)과,A left loop line 25 connected to the end of the left antenna line 23 and extending downwardly;

유에이치에프 칩(10)의 우측에 접속되는 우측 포트라인(31)과,A right port line 31 connected to the right side of the UHF chip 10,

우측 포트라인(31)에 연결되며 우측방향으로 연장되는 우측 안테나라인(33)과,A right antenna line 33 connected to the right port line 31 and extending in the right direction,

우측 안테나라인(33)의 끝단에 연결되며 하부방향으로 연장되는 우측 루프라인(35)과,A right loop line 35 connected to the end of the right antenna line 33 and extending downwardly;

좌측 루프라인(25)과 우측 루프라인(35) 사이를 연결시키는 티매트라인(27A)과,A tee mat line (27A) connecting the left roof line (25) and the right roof line (35),

좌측 안테나라인(23)에 연결되며 하부방향으로 연장되는 좌측 엠루프라인(22)과,The left M-loop line 22 connected to the left antenna line 23 and extending downwardly,

우측 안테나라인(33)에 연결되며 하부방향으로 연장되는 우측 엠루프라인(32)과,A right M-loop line 32 connected to the right antenna line 33 and extending downwardly;

좌측 엠루프라인(22)과 우측 엠루프라인(32) 사이를 연결시키는 매트라인(20A)을 포함하여 구성된다.It is configured to include a mat line (20A) connecting between the left m-loop line 22 and the right m-loop line (32).

본 실시예에서 우측라인과 좌측라인은 유에이치에프 칩(10)을 사이에 두고 서로 대칭되는 형태 - 길이 및 너비가 서로 동일하게 대칭됨 - 로 형성되며, 그 구체적인 값들은 <표 1>과 같다.In the present embodiment, the right line and the left line are formed in a symmetrical form with the UF chip 10 interposed therebetween-the length and width are symmetrically equal to each other, and specific values thereof are shown in <Table 1>.

tmat_wtmat_w loop_wloop_w tmat_htmat_h loop_hloop_h gapgap ant_Lant_L ant_hant_h port_wport_w 100mm100mm 15mm15 mm 2mm2 mm 50mm50 mm 1mm1 mm 15mm15 mm 8mm8mm 2mm2 mm ant_want_w mloop_wmloop_w mloop_hmloop_h mat_wmat_w mat_hmat_h 47.5mm47.5mm 5mm5 mm 20mm20 mm 80mm80 mm 8mm8mm

일 실시예의 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)는,The UHF RFID tag antenna 6 of one embodiment,

측면 금속층(600) 및 커버 금속 박막층(700)을 이용하여 캐비티(cavity) 구조를 형성한다.A cavity structure is formed using the side metal layer 600 and the cover metal thin film layer 700.

본 발명에서는 태그는 UHF RFID 대역에서 주로 915MHz와 920MHz에서 사용이 가능한 태그로서 안테나 커버 안쪽에 크기는 140 x 60 x 10mm3 로 캐비티 구조를 간편하게 구성이 되도록 설계 되었다.In the present invention, the tag is a tag that can be mainly used at 915MHz and 920MHz in the UHF RFID band, and is designed to easily construct a cavity structure with a size of 140 x 60 x 10mm 3 inside the antenna cover.

본 발명의 실시예에서는 재사용 가능한 공간이 빈 캐비티를 구리 테이프를 사용하여 철제에 붙여 질 때 붙여지는 철재가 캐비티의 바닥면이 되도록 쉽게 구성하였으며 수치는 다음과 같다:In the embodiment of the present invention, when the reusable space is pasted to the steel using a hollow cavity tape, the steel material to be pasted is easily configured to be the bottom surface of the cavity, and the numerical values are as follows:

안테나의 파라메터는 tmat_w = 100mm, loop_w = 15mm, tmat_h = 2mm, loop_h = 50mm, gap = 1mm, ant_L = 15mm, ant_h = 8mm, port_w = 2mm, ant_w = 47.5mm, mloop_w = 5mm, mloop_h = 20mm, mat_w = 80mm, mat_h = 8mm 로 제작하였다.Antenna parameters are tmat_w = 100mm, loop_w = 15mm, tmat_h = 2mm, loop_h = 50mm, gap = 1mm, ant_L = 15mm, ant_h = 8mm, port_w = 2mm, ant_w = 47.5mm, mloop_w = 5mm, mloop_h = 20mm, mat_w = 80mm, mat_h = 8mm.

설계된 안테나는 CST사의 프로그램으로 시뮬레이션 하여 안테나의 임피던스가 RFID Higgs4 칩의 임피던스에 공액정합이 되도록 설계하였다.The designed antenna was simulated by CST's program, and the antenna impedance was designed to be conjugate to the impedance of the RFID Higgs4 chip.

본 발명의 안테나의 설계는 PLA 재질의 플라스틱 덮개를 사용하여 캐비티 구조를 사용하며 동시에 안테나를 보호하는 용도로 사용하는 것이 특징이며, 금속재질의 태그를 부착하여 캐비티 구조가 형성이 되도록 설계하여 대량 생산에 용이하도록 하였다. The design of the antenna of the present invention is characterized by using a cavity structure using a plastic cover made of PLA and simultaneously protecting the antenna. It is designed for mass production by attaching metal tags to form a cavity structure. To facilitate.

시뮬레이션 결과를 미리 살펴보면, 안테나는 RFID사용 주파수 인 UHF 대역의 915와 920MHz에서 작동하도록 설계 되었다. 해당 대역에서의 반사계수는 시뮬레이션에서 약 -12.86dB이며 Network Analyzer를 사용한 측정에서는 약 -17.47dB이다. Circular Polarization(CP)로 10m, Linear Polarization (LP) 안테나를 통한 장거리 인식은 약 21m로서 장거리 인식이 가능하다.Looking at the simulation results in advance, the antenna is designed to operate at 915 and 920 MHz in the UHF band, which is the frequency of RFID use. The reflection coefficient in the band is about -12.86dB in the simulation and about -17.47dB in the measurement using the Network Analyzer. 10m with Circular Polarization (CP), and long distance recognition through Linear Polarization (LP) antenna is about 21m.

RFID 칩은 Alien사의 Higgs-4 COB(Chip on board)칩을 사용하였으며 안테나 임피던스가 칩의 임피던스에 공액정합이 되도록 설계하였다. 920MHz에서 Chip 임피던스는 Zc = 18.25-j180.34 이며 915MHz에는 Zc = 18.45-j181.31 이다. The RFID chip used Alien's Higgs-4 Chip on Board (COB) chip and was designed so that the antenna impedance is conjugated to the chip's impedance. At 920 MHz, the chip impedance is Zc = 18.25-j180.34 and at 915 MHz, Zc = 18.45-j181.31.

도 5는 안테나 시뮬레이션 및 측정 반사손실(S|11|)을 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing antenna simulation and measured return loss (S | 11 |).

도 5를 참조하면, 설계된 Empty Cavity 구조를 가진 안테나를 simulation을 통하여 반사계수 크기를 나타낸 그래프다. Simulation 결과 915Mhz에서 반사손실 값은 -7.48dB이며 920MHz에서 -12.13dB이다.Referring to FIG. 5, a graph showing a reflection coefficient size through simulation of an antenna having a designed empty cavity structure. As a result of simulation, the return loss value is -7.48dB at 915Mhz and -12.13dB at 920MHz.

즉, 안테나의 시뮬레이션 및 네트워크 아날라이저(Network Analyzer)로 측정한 안테나의 반사손실을 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 해당 그래프에서 시뮬레이션 한 안테나의 주파수 970Mhz에서 약 -12.6dB이며 Agilent 회사의 E5071B 네트워크 아날라이저로 측정한 안테나는 주파수 970MHz에서 약 -17.4dB의 반사손실이 측정 되었다.That is, a graph showing the return loss of the antenna measured by the simulation of the antenna and the network analyzer is shown. In the graph, the simulated antenna frequency is about -12.6dB at 970Mhz and the antenna measured by the Agilent's E5071B network analyzer has a return loss of about -17.4dB at the frequency 970MHz.

도 6은 안테나 파라미터 스윕(Antenna parameter sweep)을 나타낸 도면이다.6 is a view showing an antenna parameter sweep (Antenna parameter sweep).

도 6을 참조하면, 안테나 수치 ant_h를 2, 5, 8, 10, 11로 시뮬레이션을 통한 파라미터 스윕을 실시하여 각 수치마다의 주파수에 따른 반사손실를 측정하였다. Referring to FIG. 6, the antenna value ant_h is parameterized through simulation with 2, 5, 8, 10, and 11 to measure return loss according to frequency for each value.

ant_h=5 시뮬레이션 한 안테나의 공진 주파수 920MHz에서 약 -12.3dB이며 안테나를 직접 제작하여 Alien사의 920MHz ALR-9900-KOR 리더기로 측정을 실시하였으며 인식거리가 8m 측정 되었다. ant_h = 5 Resonant frequency of a simulated antenna is about -12.3dB at 920MHz, and the antenna is manufactured and measured by Alien's 920MHz ALR-9900-KOR reader, and the recognition distance is 8m.

또한 ant_h=8 시뮬레이션 한 안테나의 공진 주파수 970MHz에서 약 -12.6dB이며 안테나를 직접 제작하여 920MHz에서 사용가능한 Alien사의 ALR-9900-KOR 리더기로 측정을 실시하였으며 가장 인식거리가 긴 20.786m가 측정되었다. In addition, the ant_h = 8 simulated antenna has a resonant frequency of about -12.6dB at 970MHz, and the antenna was directly manufactured and measured using the Alien's ALR-9900-KOR reader, which can be used at 920MHz. The longest recognition distance was 20.786m.

이 결과 이유로는 제작과정에서 안테나 칩을 접착 시키는 과정에서 사용한 접착제(Bonding Glue)의 저항과 구리테이프 접착 등의 오차로 인하여 측정결과 ant_h가 8일 때 가장 최적의 S|11|이 산출 되었다.For this reason, the most optimal S | 11 | was calculated when the measurement result ant_h is 8 due to errors such as resistance of the adhesive (Bonding Glue) used in the process of bonding the antenna chip in the manufacturing process and copper tape adhesion.

도 7은 안테나 이득패턴을 나타낸 도면이다.7 is a view showing an antenna gain pattern.

도 7을 참조하면, 안테나 수치 ant_h=5 안테나 이득 패턴이다. Cavity안테나 구조로 인해 안테나의 빔 패턴은 지향성을 가지게 된다. 이를 수치로 표현하면 주파수 920MHz에서 주엽의 이득은 6.43dBi, 주엽의 빔 폭은 3dB 기준에 123.8도 이다. ant_h =8의 패턴 모양도 유사하다.Referring to FIG. 7, an antenna value ant_h = 5 is an antenna gain pattern. Due to the structure of the cavity antenna, the beam pattern of the antenna has directivity. In terms of this, the main lobe gain is 6.43 dBi at a frequency of 920 MHz, and the beam width of the main lobe is 123.8 degrees based on 3 dB. The pattern shape of ant_h = 8 is similar.

도 8은 안테나 측정 인식거리 패턴을 나타낸 도면이다.8 is a view showing an antenna measurement recognition distance pattern.

도 8을 참조하면, 실제 측정한 ant_h = 8 안테나의 이득 패턴으로 시뮬레이션과 빔 패턴으로 Pi와 Theta 방향 두 가지 수치를 측정하였다. Referring to FIG. 8, two values of the direction of Pi and Theta were measured as a simulation and a beam pattern as a gain pattern of an actually measured ant_h = 8 antenna.

측정결과 철제에 부착되는 부분의 안테나 빔 패턴은 거의 없으며 안테나가 있는 부분에만 인식거리가 나타나는 것을 볼 수 있다. 다시 말하면 LP안테나로 측정한 인식 거리 theta 방향 인식 거리는 그림에서 보듯이 제작한 태그는 0도에 서 20.786 m의 인식 거리를 보이고 있으며, Phi 방향 인식 거리는 제작한 태그는 0도에서 약 20.786 m의 인식 거리를 보이고 있다. 180도에 최소 2.67m 나왔다.As a result of the measurement, it can be seen that there is almost no antenna beam pattern of the portion attached to the steel and the recognition distance appears only in the portion with the antenna. In other words, the recognition distance measured by the LP antenna shows the recognition distance of theta direction as shown in the figure, and the produced tag shows the recognition distance from 0 degrees to 20.786 m. Is showing the distance. It came out at least 2.67m at 180 degrees.

본 발명에서는 철재에 적용 가능한 장거리 인식용 캐비티 형태의 Empty Cavity UHF RFID 태그를 설계했다. 해당 안테나는 UHF 대역의 920과 915 MHz 주파수에 동작하며 철재에 부착하여도 약 21m의 인식거리를 보인다. 본 발명은 불필요한 스티로폼과 FR-4보드를 사용하지 않음으로써 비교적 비용이 싸며 제작이 용이한 특징을 가지고 있다. In the present invention, the Empty Cavity UHF RFID tag in the form of a cavity for long-distance recognition applicable to steel was designed. The antenna operates at 920 and 915 MHz frequencies in the UHF band and shows a recognition distance of about 21m even when attached to steel. The present invention has characteristics that are relatively inexpensive and easy to manufacture by not using unnecessary styrofoam and FR-4 board.

상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나(6)는 철제나 비철제에 붙였을 때도 장거리에서 인식이 가능한 UHF RFID 태그 안테나이다.As described above, the UHF RFID tag antenna 6 according to an embodiment is a UHF RFID tag antenna that can be recognized from a long distance even when attached to iron or non-ferrous metal.

인식거리 장거리는 유지하면서 제조가 간단하다. 태그가 붙여질 매질이 철제이든 비철제에 상관없이 장거리 인식거리를 달성할 수 있다.It is simple to manufacture while maintaining a long distance. Long distance recognition can be achieved regardless of whether the medium to be tagged is ferrous or non-ferrous.

태그 안테나가 붙여질 금속체 자체를 반사체로 사용할 수 있도록 케비티 구조의 바닥면을 없애고, 기판의 테두리 영역 안쪽에 금속성 테이프로 붙여서 케비티 구조를 갖도록 한다. 그래서 신호가 태그의 앞면에서 입사시에 태그가 붙여지는 철제의 구조 자체가 케비티 구조의 일부로서 동작할 수 있다.The bottom surface of the cavity structure is removed so that the metal body to which the tag antenna is attached can be used as a reflector, and a metal tape is attached to the inside of the border area of the substrate to have a cavity structure. Thus, the steel structure itself, to which the tag is tagged when the signal is incident on the front side of the tag, can operate as part of the cavity structure.

본 발명의 실시예에 따른 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나는,According to an embodiment of the present invention, a UHF RFID tag antenna,

캐비티(cavity) 구조로 형성되며, 비금속 물질 또는 금속 물질에 부착되더라도 높은 이득을 가질 수 있어 장거리에서도 인식이 가능하다.It is formed with a cavity structure, and can be recognized even at a long distance because it can have a high gain even when attached to a non-metallic material or a metallic material.

본 실시예에서는 자동차 부품 물류용 철제 카트나 팔레트에 부착 가능한 장거리 인식이 가능한 UHF 대역 태그를 설계하였다. 태그를 인식하여서 수출 제품의 이동시 제품의 기초정보, 입고, 출고, 재고 등의 정보를 관리하여 제품의 이동을 실시간으로 확인하기 위함이다. In this embodiment, a UHF band tag capable of long-distance recognition that can be attached to an iron cart or pallet for automotive parts logistics was designed. This is to check the movement of the product in real time by recognizing the tag and managing the basic information of the product, goods receipt, goods issue, inventory, etc. when moving the exported product.

또한 해외에 부품과 같이 수출된 카트나 팔레트 회수시 누락되는 카트나 팔레트의 회수율을 늘리고, 회수시에 수출국에 지불한 카트나 팔레트의 관세를 돌려 받을 수 잇어서 관세 회수율 또한 증가 시킬 수 있다. In addition, it is possible to increase the recovery rate of the missing cart or pallet when recovering a cart or pallet that has been exported with parts overseas, and to increase the customs recovery rate by returning the customs duty of the cart or pallet paid to the exporting country.

UHF 대역의 철제용 카트나 팔레트용 태그는 캐비티(cavity) 구조를 사용하여 장거리에서 인식 가능한 금속용 태그이며, 캐비티(cavity)구조 안테나는 기존 수동형 태그보다 인식거리를 확장하기 위하여 뒤쪽에 금속 반사판 역할을 수행하도록 하는 안테나이다. The UHF band iron cart or pallet tag is a metal tag that can be recognized from a long distance using a cavity structure, and the cavity structure antenna acts as a metal reflector on the back to extend the recognition distance than the existing passive tag. It is an antenna to perform the.

많은 회사들은 자동차 부품을 해외로 수출할 때 그 부품을 담을 팔레트와 카트를 같이 수출품목으로 포함시켜 수출한다. 통관시에 팔레트와 카트도 관세를 지불하게 되어 있으며 이를 해외에서 다시 회수하게 되면 지불한 관세를 돌려받을 수 있다. (관세법 제99조 및 부가가치세법 제 27조제 12호). Many companies export auto parts overseas by including pallets and carts to store them as export items. Pallets and carts are also required to pay customs duties at the time of customs clearance, and if they are collected abroad, the customs duties can be refunded. (Article 99 of the Customs Act and Article 27, No. 12 of the VAT Act).

실제 대부분의 카트나 팔레트는 수출된 현지에서의 유실이 많고 수출한 기업소속의 물품으로 인정을 받기가 어려울 때도 있어서 실제 회수율이 높지 않다. 또한 자동차의 많은 부품의 정보를 일일이 확인하기 힘들뿐만 아니라 물류의 운송과 입고, 출고 과정에서 제품의 위치를 실시간으로 확인하기 힘들다. In fact, most carts and pallets have a lot of losses in the field where they were exported, and it is sometimes difficult to be recognized as an item belonging to the exported company, so the actual recovery rate is not high. In addition, it is difficult to check the information of many parts of the vehicle individually, and it is difficult to check the location of the product in real-time during transportation, receipt, and delivery of logistics.

이에 카트나 팔레트에 RFID UHF 장거리 인식 태그 안테나를 부착하여 해외에서 카트나 팔레트의 유실을 줄이고 회수율을 늘리며 물류의 이동과 제품의 관리를 통하여 물류의 효율을 증대 시킬 수 있을 것이다.Therefore, by attaching the RFID UHF long-range identification tag antenna to the cart or pallet, it will be possible to reduce the loss of the cart or pallet overseas, increase the recovery rate, and increase the efficiency of logistics through the movement of logistics and product management.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention may be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. do.

100 : 인쇄회로기판
200 : 유전체층
300 : 금속 박막층
400 : 나팔관 형태의 금속층
500 : 기판
600 : 측면 금속층
700 : 커버 금속 박막층
10 : 유에이치에프 칩
20 : 좌측 매트라인
21 : 좌측 포트라인
22 : 좌측 엠루프라인
23 : 좌측 안테나라인
25 : 좌측 루프라인
27 : 좌측 티매트라인
30 : 우측 매트라인
31 : 우측 포트라인
32 : 우측 엠루프라인
33 : 우측 안테나라인
35 : 우측 루프라인
37 : 우측 티매트라인
100: printed circuit board
200: dielectric layer
300: metal thin film layer
400: fallopian tube-shaped metal layer
500: substrate
600: side metal layer
700: cover metal thin film layer
10: UHF chip
20: left matte line
21: left port line
22: left Mruline
23: left antenna line
25: left roof line
27: left tee mat line
30: right mat line
31: right port line
32: right m-loop line
33: right antenna line
35: right roof line
37: right tee mat line

Claims (4)

테두리를 따라 내면방향으로 돌출된 테두리 영역이 형성되고, 유에이치에프 칩 및 유에이치에프 대역의 무선신호를 수신하는 안테나 전극이 내면에 부착되는 기판; 및
상기 테두리 영역에 부착되어 상기 안테나 전극의 측면을 동시에 감싸면서 캐비티(cavity) 구조를 형성하는 측면 금속층;을 포함하고,
상기 안테나 전극은, 상기 유에이치에프 칩(10)의 좌측에 접속되는 좌측 포트라인(21); 상기 좌측 포트라인(21)에 연결되며 좌측방향으로 연장되는 좌측 안테나라인(23); 상기 좌측 안테나라인(23)의 끝단에 연결되며 하부방향으로 연장되는 좌측 루프라인(25); 상기 유에이치에프 칩(10)의 우측에 접속되는 우측 포트라인(31); 상기 우측 포트라인(31)에 연결되며 우측방향으로 연장되는 우측 안테나라인(33); 상기 우측 안테나라인(33)의 끝단에 연결되며 하부방향으로 연장되는 우측 루프라인(35); 상기 좌측 루프라인(25)과 상기 우측 루프라인(35) 사이를 연결시키는 티매트라인(27A); 상기 좌측 안테나라인(23)에 연결되며 하부방향으로 연장되는 좌측 엠루프라인(22); 상기 우측 안테나라인(33)에 연결되며 하부방향으로 연장되는 우측 엠루프라인(32); 및 상기 좌측 엠루프라인(22)과 상기 우측 엠루프라인(32) 사이를 연결시키는 매트라인(20A);을 포함하는 것을 특징으로 하는 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나.
A substrate having an edge region protruding in an inner surface direction along the edge, and having a UF chip and an antenna electrode receiving radio signals in the UF band attached to the inner surface; And
Includes a side metal layer attached to the edge region to simultaneously form a cavity structure while surrounding the side surfaces of the antenna electrode;
The antenna electrode includes: a left port line 21 connected to the left side of the UV chip 10; A left antenna line 23 connected to the left port line 21 and extending in the left direction; A left loop line 25 connected to an end of the left antenna line 23 and extending downwardly; A right port line 31 connected to the right side of the UV chip 10; A right antenna line 33 connected to the right port line 31 and extending in the right direction; A right loop line 35 connected to an end of the right antenna line 33 and extending downwardly; A tee mat line (27A) connecting the left roof line (25) and the right roof line (35); A left emloop line 22 connected to the left antenna line 23 and extending downwardly; A right m-loop line 32 connected to the right antenna line 33 and extending downwardly; And a mat line (20A) connecting the left m-loop line (22) and the right m-loop line (32).
제1항에 있어서,
상기 기판의 내면방향에 부착되어 상기 테두리 영역의 끝단에 접촉하면서 상기 안테나 전극과는 소정의 간격을 유지하는 커버 금속 박막층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유에이치에프 알에프아이디 태그 안테나.
According to claim 1,
And a cover metal thin film layer attached to an inner surface direction of the substrate and maintaining a predetermined distance from the antenna electrode while being in contact with the edge of the edge region.
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