Journal of Satellite, Information and Communications (한국위성정보통신학회논문지)

Korea Society of Satellite Technology (한국위성정보통신학회)
권호 표지

Design of Microstrip Patch Antenna using Inset-Fed Layered for Metallic Object in u-Port

U-항만 환경에서 금속부착을 위한 인셋 급전 마이크로패치 안테나 설계

  • 최용석 (경민대학교 정보통신과) ;
  • 성현경 (상지대학교 컴퓨터정보공학부)
  • Received : 2015.05.19
  • Accepted : 2015.06.10
  • Published : 2015.06.30
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Abstract

In this paper, we present, an indstrial RFID layered microstrip patch antenna is designed using an inset feed method in order to improve recognition rates in a long distance as tags are attached to metal object by improving a problem of feeding power in fabricating metal tags and reducing effects of metallic object. The inset feed shows a distinctive characteristic that has no separation between emitters and feed lines differing from a structure with the conventional inductive coupling feed. This structure makes possible to produce a type that presents a low antenna height and enables impedance coupling for tag chips. Although it shows a difficulty in the impedance coupling due to increases in the parasite capacitance between a ground plane and an emitter in an antenna according to decreases in the height of a tag antenna, it may become a merit in designing the tag antenna because the antenna impedance can be determined as an inductive manner if a shorted structure is used for feeding power. Therefore, in this paper the microstrip patch antenna is designed as a modified type and applies the inset feed in order to reduce effects of metallic objects where the antenna is be attached. Also, the antenna uses a multi-layer structure that includes a metal plate between radiator and ground instead of using a single layer.

최근 전 세계적으로 ITC 기술을 이용한 항만 물류 분야의 경쟁력이 심화되는 추세를 보이고 있으며 현재 우리나라도 국가 전략적 차원에서 생산성 향상 및 서비스의 개선을 통한 고부가 가치를 획득하기 위한 u-Port(항만 물류) 사업이 진행 중이다. u-Port 사업에서 주된 기술 요소로 RFID/USN 기술이 사용되는데, 이 기술은 금속 환경에서의 태그 인식률이 좋지 않고, 인식거리가 짧다는 문제점들을 이유로 센서 노드들의 추가적인 배치를 통하여 관리를 하고 있다. 그러나 이러한 방법은 오차 범위가 크고 시스템 구축 초기비용 및 유지보수 비용이 많이 들어 U-Port용 시스템 구축에 여러 가지 문제점을 초래하고 있다. 이러한 문제점들을 개선하기 위하여 본 논문에서는 금속 태그 제작에 사용되는 급전의 문제점을 개선하고, 주변 환경 요소인 금속 물질로 인한 영향을 줄여 태그를 금속 물체에 부착 할 경우에도 장거리 인식율을 높일 수 있도록 인셋 급전을 적용한 산업용 RFID 적층형 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. 인셋 급전은 기존의 유도결합 급전을 이용한 구조와는 다르게 방사체와 급전선이 서로 분리되어 있지 않은 것이 가장 큰 특징이다. 이런 특징의 구조는 낮은 안테나 높이와 태그 칩에 임피던스 정합이 가능한 형태를 생산할 수 있게 해준다. 그러나 무조건 태그 안테나의 높이를 줄이면 안테나의 임피던스는 접지면과 방사체 사이의 기생 캐패시턴스가 증가하여 임피던스 정합의 어려움이 발생할 수 있으므로 단락 구조를 급전에 적용시켜 안테나의 임피던스를 인덕티브하게 만드는 방법을 이용하여 태그 안테나 설계 시 단점을 최소화하고 장점을 극대화 시켰다[1][2]. 이러한 기술적 요소들을 적용하여 본 논문에서는 마이크로스트립 패치 안테나를 변형된 형태로 설계하였고, 부착되는 금속물질의 영향을 줄이기 위해 인셋 급전을 이용하였으며, 안테나의 구성을 단일 층이 아닌 멀티층, 즉 방사체와 접지면 사이에 금속판을 삽입하여 특성저하를 감소시켰다.

Keywords

References

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