본 논문에서는 다기능 복합 카드용 극초단파(UHF) 대역 소형 태그 안테나를 제안하였다. 현재 일반적으로 HF 대역 태그와 UHF 대역 태그가 장착된 듀얼 카드가 사용되고 있다. 본 논문에서는 기존 듀얼 카드에 지문인식 시스템이 탑재됨으로써 발생하는 공간상 제약 및 주변 도체로 인한 RFID 태그 인식거리 성능 저하를 최소화한 다기능 복합 카드용 극초단파 대역 RFID 소형 태그 안테나를 제안하였다. 제안된 극초단파 대역 RFID 소형 태그 안테나는 HF 태그 및 지문인식 시스템이 탑재된 제한된 공간에 적용 가능한 다기능 복합 카드용이며 테이퍼트, 미앤더 라인 및 루프 구조를 변형시킴으로써 소형화 및 태그 칩 매칭을 가능하게 하였다. 제안된 소형 태그 안테나는 카드 재질 특성 및 주변 회로를 감안하여 설계하였으며 작은 크기($50{\times}15\;mm^2$)로 PET필름에 제작 되었다. RFID 소형 태그 측정 방법은 무반사실에서 EPCglobal Static Test 장비를 이용하여 측정하였으며 기존 사용 중인 듀얼 카드와 차량 내부 및 지갑을 이용해서 다양한 비교 측정을 하였다. 측정 결과 EPCglobal Static Test 결과 인식거리는 3.8 m, 필드테스트 결과 차량 내부에서 최대 인식거리 7.6 m로 양호한 결과를 확인하였으며 제안된 태그 안테나는 지자체에서 주차통제보안시스템에 사용될 예정이다.
본 논문에서는 다기능 복합 카드용 극초단파(UHF) 대역 소형 태그 안테나를 제안하였다. 현재 일반적으로 HF 대역 태그와 UHF 대역 태그가 장착된 듀얼 카드가 사용되고 있다. 본 논문에서는 기존 듀얼 카드에 지문인식 시스템이 탑재됨으로써 발생하는 공간상 제약 및 주변 도체로 인한 RFID 태그 인식거리 성능 저하를 최소화한 다기능 복합 카드용 극초단파 대역 RFID 소형 태그 안테나를 제안하였다. 제안된 극초단파 대역 RFID 소형 태그 안테나는 HF 태그 및 지문인식 시스템이 탑재된 제한된 공간에 적용 가능한 다기능 복합 카드용이며 테이퍼트, 미앤더 라인 및 루프 구조를 변형시킴으로써 소형화 및 태그 칩 매칭을 가능하게 하였다. 제안된 소형 태그 안테나는 카드 재질 특성 및 주변 회로를 감안하여 설계하였으며 작은 크기($50{\times}15\;mm^2$)로 PET필름에 제작 되었다. RFID 소형 태그 측정 방법은 무반사실에서 EPCglobal Static Test 장비를 이용하여 측정하였으며 기존 사용 중인 듀얼 카드와 차량 내부 및 지갑을 이용해서 다양한 비교 측정을 하였다. 측정 결과 EPCglobal Static Test 결과 인식거리는 3.8 m, 필드테스트 결과 차량 내부에서 최대 인식거리 7.6 m로 양호한 결과를 확인하였으며 제안된 태그 안테나는 지자체에서 주차통제보안시스템에 사용될 예정이다.
In this paper, Our proposed Multipurpose Complex Card UHF band RFID small-size Tag antenna. Multi purpose Complex Card UHF band RFID small-size Tag antenna that is to minimize the low efficiency of RFID Tag Read Range that generates space limitation and a conductor surrounded by inducing fingerpring...
In this paper, Our proposed Multipurpose Complex Card UHF band RFID small-size Tag antenna. Multi purpose Complex Card UHF band RFID small-size Tag antenna that is to minimize the low efficiency of RFID Tag Read Range that generates space limitation and a conductor surrounded by inducing fingerpring system with dual(HF, UHF) Card is presented. Our proposed UHF band RFID small-size Tag antenna is for the Multipurpose Complex Card that is mounted on the fingerpring system as well as the HF Tag. It also enables to minimize and facilitates Tag chip matching by adjusting Tapered, Meander line and Loop structure. Given the card substance properties and periphery circuit, the proposed small-size Tag antenna, in this report, is designed with PET film with size of $50{\times}15mm^2$. The RFID small-size Tag method for measurements is used by EPCglobal Static Test instrument in Anechoic Chamber, which is tested with dual Card, within the car and in wallet. It is found that Read Range is 3.8m from the EPCglobal Static Test, Maximum Read Range within the car from the field test results in 7.6m. Proposed Tag antenna is will be used in the parking control security system.
In this paper, Our proposed Multipurpose Complex Card UHF band RFID small-size Tag antenna. Multi purpose Complex Card UHF band RFID small-size Tag antenna that is to minimize the low efficiency of RFID Tag Read Range that generates space limitation and a conductor surrounded by inducing fingerpring system with dual(HF, UHF) Card is presented. Our proposed UHF band RFID small-size Tag antenna is for the Multipurpose Complex Card that is mounted on the fingerpring system as well as the HF Tag. It also enables to minimize and facilitates Tag chip matching by adjusting Tapered, Meander line and Loop structure. Given the card substance properties and periphery circuit, the proposed small-size Tag antenna, in this report, is designed with PET film with size of $50{\times}15mm^2$. The RFID small-size Tag method for measurements is used by EPCglobal Static Test instrument in Anechoic Chamber, which is tested with dual Card, within the car and in wallet. It is found that Read Range is 3.8m from the EPCglobal Static Test, Maximum Read Range within the car from the field test results in 7.6m. Proposed Tag antenna is will be used in the parking control security system.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
UHF 대역 RFID 시스템의 문제점 중 한 가지는 실제 시스템 적용 시 적용 환경(태그 부착 재질, 위치, 주변 환경)의 영향으로 인한 태그 성능의 감소가 문제점으로 대두되고 있다. 본 논문에서는 이런 문제점을 보완하기 위해서 실제 적용 환경과 유사한 환경을 구축하고 다양한 방법으로 필드테스트를 시행하였다.
본 논문은 제약된 공간 및 주변에 도체의 영향에서도 실제 환경 적용에 적합한 다기능 복합 카드용 UHF 대역 RFID 소형 태그 안테나를 제안, 설계, 제작 및 측정을 하였다. 제안된 UHF 대역 RFID 소형 태그 안테나는 RFID 태그 칩과의 효율적인 임피던스 정합을 위해서 테이퍼드 구조, 급전부의 루프, 미앤더 라인의 턴 수의 변화를 사용하였다.
제안 방법
RFID 소형 태그 안테나 전체크기는 50×15 ㎟로 소형화 하였다. RFID 태그 칩은 Alien Higgs3 Strap IC를 사용하였고, W3, L2, 미앤더 라인의 턴수의 변화를 이용해서 태그 칩의 공액 정합을 하였다. 시뮬레이션을 통해 그림 2, 그림 3와 같은 최적인 Smith Chart와 임피던스 특성을 확인하였다.
UHF 대역 RFID 태그가 부착 될 수 있는 공간이 52×17 ㎟으로 제한되어 있는 상태이기 때문에 태그 안테나를 소형화가 필요하며 이를 위해 미앤더 라인을 사용하였다.
또한 효율이 떨어지고 리액턴스가 커지면서 대역폭이 감소하게 된다. 이를 개선하기 위해서 정합회로를 사용하여야하며 제안된 RFID 소형 태그 안테나는 급전부의 루프구조를 이용해서 안테나의 방사 저항을 증가시키고, 입력임피던스의 리액턴스를 변화시킴으로써 안테나의 임피던스 정합을 유도하였다.[5]~[7]
본 논문은 제약된 공간 및 주변에 도체의 영향에서도 실제 환경 적용에 적합한 다기능 복합 카드용 UHF 대역 RFID 소형 태그 안테나를 제안, 설계, 제작 및 측정을 하였다. 제안된 UHF 대역 RFID 소형 태그 안테나는 RFID 태그 칩과의 효율적인 임피던스 정합을 위해서 테이퍼드 구조, 급전부의 루프, 미앤더 라인의 턴 수의 변화를 사용하였다. 단일태그 성능시험인 EPClglobal Static Test와 필드 테스트를 다양한 방법으로 측정함으로써 제안된 RFID 소형 태그 안테나가 실제 적용 환경에서 적합함을 확인하였다.
제안된 UHF 대역 RFID 소형 태그 측정은 그림 5와 같은 EPCglobal Static Test 태그 성능 측정 구성도를 가지는 Agilent Tag Performance Test System을 사용해서 그림 6과 같이 9 m급 무반사실에서 중심주파수 911.25 ㎒, 리더 안테나와 태그 사이의 간격은 0.93 m에서 인식거리를 측정하였다. 이때 인식거리 측정은 UHF 대역 한국 RFID 중심 주파수에서 태그의 감도를 측정하는 것이며 측정방법은 표 2와 같다.
제안된 UHF 대역 RFID 소형태그 안테나는 HF 대역 태그와 지문인식시스템의 영향으로 받는 공간상 제약 및 지문인식시스템의 주변 회로의 영향을 고려한 변형된 다이폴 안테나 구조에 테이퍼드, 급전부의 루프, 미앤더 라인의 턴 수를 이용해서 효율적으로 임피던스 정합을 하는 구조로 설계하였다.
측정 장비는 Impinj Speedway RFID 리더와 LS AU9003 UHF 리더안테나를 이용하여 넒은 공간에서 필드테스트를 시행하였다.
이때 측정대상은 현재 항만출입관리용으로 동일하게 사용 중인 A, B, C 타입의 기존 듀얼 카드와 제안된 RFID 소형 태그를 대상으로 측정하였으며 태그위치는 운전석 핸들 5 ㎝위에서 차량 정면을 바라본 상태에서 측정하였다. 측정환경은 차량 내부에서 운전자가 카드를 손에 든 상태와 운전자의 편의를 고려하여 지갑 속에 카드를 넣고 지갑을 손에 든 상태에서 각각 측정하였다.
대상 데이터
그림 8과 그림 9와 같이 리더 안테나를 기준으로 차량의 정면 및 측면에서 차량 내부에서 인식거리를 측정하였다. 이때 측정대상은 현재 항만출입관리용으로 동일하게 사용 중인 A, B, C 타입의 기존 듀얼 카드와 제안된 RFID 소형 태그를 대상으로 측정하였으며 태그위치는 운전석 핸들 5 ㎝위에서 차량 정면을 바라본 상태에서 측정하였다. 측정환경은 차량 내부에서 운전자가 카드를 손에 든 상태와 운전자의 편의를 고려하여 지갑 속에 카드를 넣고 지갑을 손에 든 상태에서 각각 측정하였다.
성능/효과
제안된 UHF 대역 RFID 소형 태그 안테나는 RFID 태그 칩과의 효율적인 임피던스 정합을 위해서 테이퍼드 구조, 급전부의 루프, 미앤더 라인의 턴 수의 변화를 사용하였다. 단일태그 성능시험인 EPClglobal Static Test와 필드 테스트를 다양한 방법으로 측정함으로써 제안된 RFID 소형 태그 안테나가 실제 적용 환경에서 적합함을 확인하였다. 제안된 RFID 소형 태그는 지자체에서 주차장 출입관리 및 개인 출입 보안용으로 사용될 계획이며 향후 다양한 응용분야에 적용되어 실제 사용될 계획이다.
표 5는 리더 안테나 기준 차량 정면 및 측면에서 차량 내부 운전자가 카드를 손에 든 상태에서의 최대 인식거리를 나타내었다. 제안된 태그의 경우 차량 정면에서 최대 인식거리 7.6 m, 측면에서 2.8 m로 양호한 성능을 가짐을 확인할 수 있다. 또한 듀얼 카드 및 다기능 복합 카드를 지갑속에 넣고 측정할 결과는 표 6에 나타내었으며 이때 최대 인식거리는 정면에서 5.
시뮬레이션을 통해 그림 2, 그림 3와 같은 최적인 Smith Chart와 임피던스 특성을 확인하였다. 지문인식 시스템에 실장 되는 칩, 접지 라인 및 HF 대역 태그 같은 인접한 도체를 감안하여 시뮬레이션 하였으며 결과는 예측하기 어려운 주변 회로의 영향을 고려해서 높은 주파수에 공진 주파수를 형성시켰으며 제작 및 튜닝 작업을 통해서 최적의 결과를 얻었다.
측정결과 제안된 RFID 소형 태그 안테나의 인식거리는 3.82 m로 기존의 듀얼카드의 UHF 대역 태그에 비해 소형이며 지문인식시스템이 추가된 상태에서 비교해 볼 때 양호한 인식거리 성능을 얻었다.
2 m이다. 필드 테스트 측정결과 제안된 RFID 소형 태그가 실제 적용하는데 있어서 우수한 인식거리 특성을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
후속연구
단일태그 성능시험인 EPClglobal Static Test와 필드 테스트를 다양한 방법으로 측정함으로써 제안된 RFID 소형 태그 안테나가 실제 적용 환경에서 적합함을 확인하였다. 제안된 RFID 소형 태그는 지자체에서 주차장 출입관리 및 개인 출입 보안용으로 사용될 계획이며 향후 다양한 응용분야에 적용되어 실제 사용될 계획이다.
향후 제안된 다기능 복합 카드에 은행업무 같은 다른 응용분야에 사용하려면 보다 소형화된 UHF 대역 RFID 태그가 필요하고 향상된 인식거리 성능을 가지는 태그가 개발되어야 할 것이다. 이를 만족시킬 수 있는 UHF 대역 초소형 태그 개발이 과제로 남아있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
UHF 대역 RFID 태그가 삽입된 듀얼 카드의 문제점은 무엇인가?
현재는 일반적으로 개인 출입 통제용으로 사용되는 HF 대역 태그와 차량 관리용으로 사용되는 UHF 대역 RFID 태그가 삽입된 듀얼 카드가 출입 관리 및 차량 통제용으로 사용되고 있다. 그러나 기존 듀얼카드는 도난 및 분실 시 도용 가능성 및 개인 출입여부를 확인 할 수 없기 때문에 관공서 및 지자체, 항만 출입 , 은행같이 보안이 요구되는 장소에서 도입하는데 문제점을 가지고 있다. 이런 문제점은 지문인식 시스템과 같은 개인 인식용 시스템을 사용함으로써 해결할 수 있지만 하나의 카드에 응용 서비스의 증가로 인해 공간상의 제약이 매우 심해져서 UHF 대역 RFID 태그의 소형화가 절실히 요구된다.
RFID 기술이란?
RFID(Radio Frequency IDentification) 기술은 각 사물에 전자 태그를 부착하고, 사물의 고유 ID를 무선으로 인식하여, 해당 정보를 수집, 저장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위, 원격 관리 및 사물 간 정보 교환 등의 서비스를 제공하는 기술이다. 최근 RFID 시스템은 제조 및 물류, 출입관리 자동화와 원격관리 등의 다양한 분야에서 사용되고 있으며 우리나라에서는 정부, 지자체 및 대기업위주로 RFID 도입이 활성화 되고 있다.
RFID 시스템은 어디에 활용 되는가?
RFID(Radio Frequency IDentification) 기술은 각 사물에 전자 태그를 부착하고, 사물의 고유 ID를 무선으로 인식하여, 해당 정보를 수집, 저장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위, 원격 관리 및 사물 간 정보 교환 등의 서비스를 제공하는 기술이다. 최근 RFID 시스템은 제조 및 물류, 출입관리 자동화와 원격관리 등의 다양한 분야에서 사용되고 있으며 우리나라에서는 정부, 지자체 및 대기업위주로 RFID 도입이 활성화 되고 있다. RFID 시스템은 사용 주파수대역에 따라서 구분할 수 있으며, 특히 UHF대역(860~960 ㎒)의 RFID 시스템은 전계를 이용해 정보를 전달하기 때문에 다른 대역의 시스템보다 통신거리가 길고 저가 생산이 가능하며 RFID 태그에 대용량 고유정보를 저장이 가능하고 반영구적인 사용이 가능하다는 장점으로 인해 UHF대역 RFID에 대한 분야별 요구가 증가하고 있다.
참고문헌 (7)
F.Finkenzeller, 'RFID Handbook: Radio-Frequency Identification Fundamentals and Application', John Wiley and Sons 1999
P.R. Foster and R.A. Burberry, 'Antenna problem in RFID systems,' RFID Technology(Ref. No. 1999/123),IEE Colloquium, October 1999
V.D. Hunt, A Puglia and M. Puglia, 'A Guide to Radio Frequency Identification', Willey, 2007
손해원, 'UHF RFID 안테나 기술' 한국전자파학회지,RFID/USN 기술, 산업의 현황과 전망, pp.40-49, 2008
G.Marrocco, A.Fonte, and F.Bardati, 'Evolutionary design of miniaturized meander-line antenna for RFID applications', IEEE Antennas and Propagation Society Inter national Symposium, Vol.2, pp. 362-365, Jun. 2002
J.V.Nieke가, F.C. Dacus, “Matching loop antennas to short-range radio”, Microwave & RF, 72-84, Aug. 2002
Ki-Hun Chang, Young-Joong Yoon, “A triple-band printed antenna using plastic elements for mobile wireless services”, J, of the KEES, Vol.4, No.8-16, mar. 2004.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.