본 논문에서는 UHF 대역 휴대형 RFID 리더용 소형 준-야기 안테나 설계 방법에 대해 연구하였다. 안테나는 유전체 기판에 인쇄된 다이폴 투사기와 반사기로 이루어지며 마이크로스트립 선로로 급전된다. 안테나를 소형화하기 위해 다이폴과 반사기를 구부리고, 급전 마이크로스트립 선로와 코플래너스트립 선로 간 발룬은 코플래너스트립 선로에 내장형으로 구성하였다. 제안된 안테나 구조의 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고 UHF RFID 용 주파수 대역(902-928 MHz)에 적합하도록 파라미터 값들을 조정하였다. 제작된 안테나의 크기는 $70mm{\times}75mm$이고, 특성을 실험한 결과 VSWR < 2인 대역은 892-942 MHz, UHF RFID 대역 내 이득 > 3.5 dBi, 전후방비 > 6.6 dB 이었다.
본 논문에서는 최근에 널리 사용되고 있는 RFID 설계 Tool인 HFSS를 이용하여 UHF RFID 세라믹 안테나를 개발하였다. 개발한 세라믹 안테나는 HFSS를 이용하여 반사손실(Return Loss)과 스미스 차트(Smith Chart)를 통해 특성을 분석하였다. HFSS 설계를 바탕으로 세라믹 안테나를 제작하였고, 네트워크 분석기(Network Analyzer)를 이용하여 임피던스 매칭과 이득을 측정하여 성능을 분석하였다. 그리고 UHF RFID 휴대용 단말기에 세라믹 안테나를 부착하여 일반적으로 널리 사용되는5가지 형태의 RFID 태그(Tag)에 대해서 거리측정을 실시하여 그 성능을 입증하였다.
기존 바코드와 RFID가 동시에 인식이 가능한 UHF 대역에서 동작하는 바코드 형태의 RFID 태그 안테나를 은색 도전성 잉크로 설계 및 제작하였다. 바코드는 일반 종이 박스에서 흔히 볼 수 있는 바코드를 샘플 바코드로 사용하였으며, 바코드에서 물품 코드 모양을 활용하여 UHF 대역의 RFID 태그 안테나를 설계 및 제작하였다. 제작 방법은 도전성 실버 잉크를 사용하여 T-매칭 방식을 채택하여 설계하였다. 제작된 태그는 바코드 인식 환경과 UHF 대역 RFID 인식 환경을 모두 만족할 수 있게 제작하였다. 태그의 반사 계수와 인식 거리의 패턴을 측정하였다. 인식 거리는 111 cm로 만족함을 보였다.
본 연구에서는 UHF RFID(915 MHz)와 GPS(1.575 GHz) 이중대역용 코플래너 도파관으로 급전되는 소형 준-야기 안테나 설계 방법에 대해 연구하였다. 제안된 안테나는 다이폴, 반사기, 도파기 등 3소자로 구성되며, 소형화를 위해 다이폴과 반사기는 끝부분을 접고, 도파기는 다이폴에 근접한 영역에 두고, 밸런은 안테나에 내장형으로 설계하였다. 시뮬레이션을 통해 제안된 안테나를 UHF RFID와 GPS 시스템에서 사용이 가능하도록 0.8 mm 두께의 FR4 기판에 설계하고, 반사계수, 이득, 복사패턴 등의 안테나 특성을 확인하였다.
본 논문에서는 스파이럴 구조를 이용하여 UHF 대역에서 원형 편파 특성을 가지는 RFID 리더 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 FR-4 기판에 스트립 라인으로 인쇄되어 대량 생산이 용이한 평면 구조이며, UHF RFID 주파수 대역폭($860{\sim}960$ MHz)을 만족시킬 수 일도록 설계하였다. 또한, 본체를 스파이럴 구조로 제작하여 원형 편파 특성이 광대역($860{\sim}960$ MHz)에서 일어날 수 있도록 하였으며, 급전 부분은 0.25 $\lambda$ 정합기를 사용하여 임피던스 정합이 이루어지도록 하였다. 제안된 안테나는 복사 이득과 복사 패턴의 조절이 용이하고, 크기가 소형화되었음에도 불구하고 광대역에서 임피던스 정합 및 원형 편파 특성을 유지할 수 있다. 측정 결과, 제작된 안테나는 반사 손실 대역폭 13%, 원형 편파 대역폭 23%의 특성을 가지고, 동작 주파수 대역에서 약 6.5 dBi의 복사 이득을 가져, RFID 리더 안테나로 활용할 수 있음을 확인하였다.
톨게이트에서 사용되는 UHF RFID 비발디 배열 안테나를 설계하였다. 안테나의 주파수 대역은 미국 기준의 RFID UHF 대역으로 $902{\sim}928MHz$이다. 안테나 설계는 먼저 단일소자 비발디 안테나를 설계한 후, 전력분배 비율 0.3:1:1:0.3으로 $1{\times}4$ 배열한 안테나로 설계하였다. 설계된 배열 안테나는 VSWR 2:1이하에서 $850{\sim}942MHz$인 S11 특성을 보였다. 이득은 최대방사 9.93dBi를 얻었다. 안테나 제작은 주파수를 높여 scale down하여, 1소자 비발디를 제작하고 이의 특성을 측정하였다.
본 논문에서는 RF 에너지 충전 시스템 기능이 가능한 이중대역 RFID 태그 안테나(Tag antenna)를 제안한다. 제안된 안테나는 UHF 대역과 Microwave 대역에서 각각 수동형과 능동형의 RFID 태그 안테나로 동작을 한다. 또한 능동형으로 동작하는 Microwave 대역 RFID 태그의 제한된 배터리 용량을 보충하기 위하여 수동형 태그로 동작하는 UHF 대역의 RFID 태그를 위한 RF 신호를 충전 회로에 적용 가능한 이중대역 RFID 태그 안테나의 특징을 가진다. 제안된 안테나는 UHF 대역 (917~923.5 MHz)과 Microwave 대역 (2.4~2.45 GHz)에서 동작을 위한 $50{\Omega}$의 단일급전이 이용된 다이폴(Dipole) 구조와 미앤더(Meander) 기생 소자들을 이용한 ${\lambda}/2$ 다이폴과 $1{\lambda}$ 다이폴로 각각 동작하는 이중대역 안테나의 특징을 가진다. 다이폴 구조는 Microwave 대역에서 동작을 하며, 다이폴 구조에 추가된 미앤더 기생 소자와 함께 UHF 대역에서 동작을 한다. 즉, Microwave 대역에 대하여 동작하는 다이폴 구조는 UHF 대역에서 동작을 위한 기생 소자들의 간접급전의 역할을 한다. 제작된 안테나는 UHF 대역의 917~923.5 MHz와 Microwave 대역의 2.4~2.45 GHz의 대역에 대하여 VSWR 2:1 이하를 만족하며, 또한 전방향적인 방사패턴 (Omni-directional radiation pattern)을 가진다. 안테나의 효율은 UHF 대역에서 45 % 이상, Microwave 대역에서 70 % 이상이며, 각각의 대역에서 0.18 dBi, 2.8 dBi 이상의 최대 이득을 가진다.
본 논문에서는 UHF대역의 RFID 리더기용 원형편파 안테나를 설계 제작하였다. 그리고 설계 제작된 안테나의 성능분석을 통하여 Return Loss (S11)는 914 MHz에서 약 -45.529 dB로 상당히 적었으며, 안테나 이득은 약 6.09 dBi값을 얻었다. 또한 임피던스 매칭은 약 $50.48\;{\Omega}$이고, 사용 대역 중심 주파수인 911 MHz에서 축비는 1.2 dB로 설계되어 모든 RFID 리더기에 적용 가능함을 확인하였다. 따라서 RFID 리더기의 파라미터에서 가장 중요한 것 중 하나는 수신감도를 향상시켜서 원거리에서도 멀티태그를 인식하는데 있어서 원형편파 안테나의 이득을 높게 설계 제작함으로써 감도를 향상 시킬 것으로 기대 된다.
본 논문에서는 920 MHz UHF(Ultra High Frequency) 대역과 13.56 MHz HF(High Frequency) 대역의 RFID 태그 안테나가 PE film에 단면에 프린트된 이중대역 태그를 설계하는 과정과 그 결과를 보여준다. 태그의 전체 크기는 일반 신용카드의 크기인 $80mm{\times}50mm$이고, 가장자리에 UHF 태그 안테나가 $76mm{\times}44mm$로 카드 크기보다 조금 작게 설계되었다. HF 대역 태그는 UHF 태그의 중앙에 $40 mm{\times}42 mm$ 크기로 상호작용을 감안하여 설계되었다. 단면에 실버잉크 Printing 기법으로 일반적인 HF용 태그와 다르게 Via를 사용하지 않고, 단면에 PE Film 위에 프린트를 한 후에 Jumper를 추가함으로써 HF 대역용 Loop 안테나와 UHF 태그와 같은 면에 설계하였다. 인식거리는 UHF 대역에서 약 6 m로 장거리에서 인식이 가능하고, HF 대역에서는 5 cm 이상으로써 두 개의 대역에서 사용이 가능한 태그로서 물류와 검증용으로 사용이 가능하다.
원형 모양 UHF 대 역의 수동형 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 외부 반지름과 내부 반지름의 두 개의 파라미터 변화로 최적화 할 수 있도록 간단하게 제작하였으며, 외부 반지름과 내부 반지름의 변화에 따른 임피던스 변화를 분석하였다. 그리고 실제 제작, 측정하여 시뮬레이션 결과와 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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