UHF 대역 소형 RFID 태그 안테나 설계

Abstract

본 논문에서는 UHF 대역에서 동작하는 소형 RFID 태그안테나 2종류를 제안하였다. 첫 번째 태그 안테나는 금속물체에 부착하여 사용할 수 있는 안테나로써 double-PIFA형태의 방사부를 사용함으로 상단 및 하단패치의 크기를 λg/8로 작게 구현 하였으며 안테나 전체크기를 $33 \centerdot 32.7 \centerdot 3.2 mm^3$ 로 크게 줄일 수가 있었다. 또한 끝이 단락된 ‘ㄷ’형태의 구부러진 상호유도 결합 급전부를 사용하여 태그 안테나의 입력 임피던스를 조절할 수 있어 다양한 태그 칩의 임피던스에 쉽게 공액정합이 가능하였다. 실제 제작한 태그 안테나의 측정을 통해 북미지역에서 안정적으로 동작할 수 있는 넓은 3dB대역폭인 46MHz (896~942MHz)을 가지는 것을 확인하였으며 또한 전 방향으로 방사하는 패턴을 가지고 있어 리더안테나와 어떠한 위치에 놓여 있어도 인식이 가능함을 보였다. 이는 기존의 금속 부착용 태그 안테나들이 가지는 좁은 대역폭과 큰 사이즈를 동시에 개선할 수 있는 장점을 가지고 있다. 두 번째 태그 안테나는 주름진 Split Ring 공진기를 이용한 태그 안테나이다. 먼저 주름진 구조가 아닌 Split Ring 공진기를 이용한 태그 안테나에 대한 등가회로 모델을 추출하였으며 그때 모르는 미지수인 급전부의 인덕턴스 $(L_{fp})$ 와 급전부와 방사부 사이의 상호유도계수 (M)을 해석적으로 구하였으며 이를 3-D 시뮬레이션과 비교하여 유효성을 입증하였다. 또한 방사부와 급전부를 주름진 구조로 구현하여 플라스틱 마개 위에 부착하여 사용할 수 있는 크기(Φ:26.4mm)를 가지는 주름진 Split Ring 공진기를 이용한 태그 안테나를 제안하였다. 동작원리는 일반 Split Ring 공진기를 이용하였을 때와 같이 설명이 가능하며 상호유도결합을 통해 간편한 임피던스 매칭방법과 넓은 대역폭(102MHz)을 동시에 얻을 수 있어 북미 지역 및 유럽, 일본지역에서도 사용이 가능함을 보았다. 이 태그 안테나 역시 기존의 소형 태그 안테나가 가지는 좁은 대역폭과 어려운 임피던스 매칭 방법을 개선할 수 있는 장점을 가지고 있다. 두 종류의 태그 안테나는 점점 더 활성화 되는 아이템 레벨의 RFID 시스템 발전에 매우 긍정적인 영향을 미칠 것으로 확신한다.