초록
본 논문에서는 새로운 구조의 헬리컬 안테나를 UHF 대역 RFID 리더용 안테나로 제안하였다. 제안된 헬리컬 안테나는 안테나의 선로가 다각 구조의 외부단에서 내부단으로 감겨 들어가는 형태를 가져 복사 이득과 복사 패턴의 조절이 용이하고, 감긴 선로의 수평 회전각과 수직 회전각을 조절하여 양질의 원형 편파를 복사할 수 있다. 세부적인 안테나 설계 변수는 Pareto 유전자 알고리즘을 사용하여 RFID 리더 특성에 적합하도록 최적화 시켰다. 최적화된 RFID 리더 안테나들 중 2단 구조의 표본 안테나를 선별하여 유연한 유전체인 종이 위에 스트립 선로로 제작하였으며, 제작된 안테나의 측정간을 시뮬레이션 결과와 비교, 분석하였다. 제작된 안테나는 kr=3.2의 크기를 가지며 21.4 %의 반사 손실 대역폭, 31.9 %의 원형 편파 대역폭, 약 $5.5m^2$의 인식 영역 특성을 보였다. 안테나 선로의 전류 분포와 선로 구조의 민감도를 조사한 결과, 급전 부위 근처에서 선로가 $0.25{\lambda}$ 정합기로 동작하게 되어 광대역의 정합 특성을 가지며, 꺾이는 스트립 선로 구조는 최적의 진행파를 형성하여 양질의 원형 편파를 발생시키는 것을 확인하였다.
In this letter, we propose a novel printed helix antenna for RFID reader in UHF band. The printed strip line of the antenna is first wound up outside a polygonal shaped layer and then the winding continues on an inner layer to control the overall gain and the radiation pattern. In addition, the winding pitch angles on each layer have either negative or positive values resulting in the broad CP bandwidth. The detail structure of the antenna was optimized using Pareto genetic algorithm(GA), so as to obtain excellent performances for RFID reader antennas. The optimized two-layered polygonal helix was fabricated on the cardboard of a flexible substrate and the performances were measured and compared with the simulations. The fabricated antenna was made up of copper tape which can adhere to a flexible cardboard and had 21.4 % matching bandwidth, 31.9 % CP bandwidth, readable range of $5.5m^2$ with kr=3.2. Also based on the current distribution of the strip line of the antenna and sensitivity of the antenna bents points, we confirmed that the antenna has the quarter-wave transformer near the feed for the broad matching bandwidth and radiates the traveling wave for the broad CP bandwidth using the bent strip line.
