[논문]근접 영역용 900MHz RFID 리더기 안테나에 관한 연구

박정근; 이종철

doi:10.12815/kits.2012.11.3.023

근접 영역용 900MHz RFID 리더기 안테나에 관한 연구
A Study on a Near-Field Reader Antenna for 900 MHz RFID 원문보기

韓國ITS學會論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.11 no.3, 2012년, pp.23 - 30

박정근 (광운대학교 전파공학과 박사과정대학교 항공교통관리학과) , 이종철 (광운대학교 전자융합공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 근접 영역에 적용할 수 있는 새로운 900 MHz RFID 리더기 안테나에 대한 연구 결과를 제안한다. 본 논문에서 제안된 안테나는 주기성을 갖는 마이크로 스트립 안테나 구조를 사용하였다. 안테나의 크기는 $313mm{\times}152mm{\times}14mm$ 이다. 안테나의 성능은 근접영역에서 균일한 전계 분포를 갖고, 안테나의 이득은 -2 dBi 이고 하트 모양의 빔 패턴을 가진다. 제안된 안테나는 리더기의 송신출력이 17 dBm에서 23 dBm까지의 범위를 보인다. 본 논문에서 제안된 안테나는 금속면 위에 태그가 선적이 될 때 태그의 금속성분으로 인한 반사전력을 최소화하고 외부로 방사되는 전력을 최소화하여 오인식을 최소화하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a new near-field reader antenna for 900 MHz RFID. The proposed antenna consists the micro-strip antenna with the periodic structure. The overall dimension of the antenna is $313mm{\times}152mm{\times}14mm$. The antenna has the uniform E-field distribution in near field region and the heart-shaped radiation beam pattern (Peak gain=-2 dBi). The transmitted power range is from 17 dBm to 23 dBm. We focus on minimizing the detected error by suppressing the reflected power from the metal, which is attached to the surface by tag, and by reducing the transmitted power from tag.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 실제 환경 (반도체 생산공정)에서 이런 오 인식을 최소화 할 수 있는 방법을 제안한다. <그림 2>는 근접영역에서 동작하는 900 MHz RFID 시스템의 환경적인 모습과 실제 환경에서 적용 가능한 리더기 안테나의 이상적인 빔의 모양을 나타낸다.
본 논문에서는 반도체 생산라인에서의 적용을 위하여 근접영역에서 선적된 다중태그의 일괄 인식과 외부 기구물 등의 오 인식에 대한 원인을 분석하고 근접영역에서 사용가능한 리더기 안테나를 제안한다.
본 논문에서는 범용적으로 사용되는 2종류의 리더기 안테나를 사용하여 환경적인 부분을 확인하였다. <표 1>은 범용적으로 사용되는 두 개의 안테나에 대한 규격과 개발에 필요한 안테나에 대한 규격을 나타내고 있다.
금속면 위의 태그가 수직 및 수평방향으로 있을 때 태그의 수신감도가 2 ~ 5 dB 낮아짐을 확인하였고, 태그의 선적시 태그의 금속성분(안테나)으로 인한 반사전력이 발생하여 오 인식이 발생함을 확인하였다. 본 논문에서는 이러한 오 인식을 최소화 할 수 있는 안테나를 개발하였다.
본 논문의 목적은 이런 문제점을 개선할 수 있는 근거리 영역에서 동작하는 리더기 안테나를 연구하는데 있다. 현재까지 근거리 영역에서 동작되는 리더기 안테나는 분리된 링 공진기 원리 (Splilt Ring Resonator)를 이용한 분리된 마이크로 스트립 루프 안테나 (segment microstrip loop antenna) 기술 [5~11]과 전송파 (traveling wave) 원리를 이용한 격자형 마이크로스트립 라인용 안테나 (folded microstrip line antenna) 기술 [12-14] 등이 있다.
본 연구를 통해 근접영역에서 발생하는 900 MHz RFID 시스템의 문제점을 확인하였다. 금속면 위의 태그가 수직 및 수평방향으로 있을 때 태그의 수신감도가 2 ~ 5 dB 낮아짐을 확인하였고, 태그의 선적시 태그의 금속성분(안테나)으로 인한 반사전력이 발생하여 오 인식이 발생함을 확인하였다.
근거리 영역에서 동작하는 리더기 안테나는 균일한 전류분포와 이상적인 방사패턴의 특성을 만족하여야 한다. 이런 특성을 만족하기 위하여 본 논문에서는 주기성을 갖는 안테나 구조를 연구하였다. <그림 4>는 주기성을 갖는 마이크로스트립 안테나 구조이다.

제안 방법

급전부의 임피던스는 50 ohm을 사용하고, 임피던스 매칭을 위해 λ/4 전력 분배기를 사용하였다.
다음은 금속면 위에 태그 선적 시, 태그 간에 발생하는 문제점을 분석하였다. 금속면위에 태그가 놓이게 되면 금속면의 금속 성분으로 인하여 태그의 수신감도는 줄어든다.
다음은 주기성을 갖는 안테나의 주파수 특성 및 방사패턴특성, 그리고 인식률과 인식거리에 대한 실험을 진행하였다. 안테나의 구조적인 설계는 EM 시뮬레이튤(IE3D)을 사용하여 이루어졌고, 실제 제작을 통해 최적화 작업을 하였다.
다음은 주기성을 갖는 안테나의 주파수 특성 및 방사패턴특성, 그리고 인식률과 인식거리에 대한 실험을 진행하였다. 안테나의 구조적인 설계는 EM 시뮬레이튤(IE3D)을 사용하여 이루어졌고, 실제 제작을 통해 최적화 작업을 하였다.
측정방법은 와 같이 두개의 선적된 태그를 두고 세 가지의 안테나를 비교 측정 하였다.

대상 데이터

급전부의 임피던스는 50 ohm을 사용하고, 임피던스 매칭을 위해 λ/4 전력 분배기를 사용하였다. 반사판의 높이 (H)는 18 mm이다.
사용된 리더기는 LS 산전용 리더기를 사용하였고, 태그의 크기는 45 mm x 10 mm x 3 mm 이다. 태그는 페키징에 수직방향으로 페키징 가운데에 위치한다.

이론/모형

900 MHz RFID 시스템은 전자기 역산란 방식을 사용한다. <그림 1>은 전자기 역산란 방식의 동작원리를 표현하고 있다.

성능/효과

본 연구를 통해 근접영역에서 발생하는 900 MHz RFID 시스템의 문제점을 확인하였다. 금속면 위의 태그가 수직 및 수평방향으로 있을 때 태그의 수신감도가 2 ~ 5 dB 낮아짐을 확인하였고, 태그의 선적시 태그의 금속성분(안테나)으로 인한 반사전력이 발생하여 오 인식이 발생함을 확인하였다. 본 논문에서는 이러한 오 인식을 최소화 할 수 있는 안테나를 개발하였다.
본 논문에서 제안한 안테나(NEW)는 17 dBm이상의 송신출력에서 100 %의 인식률이 나오고, 송신출력이 23 dBm 이상에서 오 인식률이 발생한다. 따라서 제안된 새로운 안테나는 송신출력이 17 d m에서 23 dBm까지 사용이 가능함을 확인하였다.
<그림 5>에서와 같이 주파수는 917~923 MHz이고 대역폭은 6 MHz이고 900MHz RFID 대역폭을 만족하였다. 또한 태그를 근접시켰을 때에도 주파수 특성에 큰 변화가 없음을 확인하였다.<그림 6>은 안테나의 방사패턴 특성이다.
실제 환경에서 본 논문에서 제안된 안테나는 리더기의 송신출력이 17 dBm에서 23 dBm까지 동작 범위를 갖는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 안테나는 금속면 위에 태그가 선적될 때 태그의 금속성분으로 인한 반사전력을 최소화 하고, 외부로 방사되는 전력을 최소화하여 태그의 오 인식을 최소화 하였다. 향후 태그의 편차를 최소화 하여 생산공정에서 오 인식을 0 %로 줄여 생산효율을 향상 시키고 인건비의 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
sample 2는 송신출력이 25 dBm 이상일 때 100 %의 인식률을 확보할 수가 있으나, 오 인식률이 점차적으로 증가함을 알 수 있다. 본 논문에서 제안한 안테나(NEW)는 17 dBm이상의 송신출력에서 100 %의 인식률이 나오고, 송신출력이 23 dBm 이상에서 오 인식률이 발생한다. 따라서 제안된 새로운 안테나는 송신출력이 17 d m에서 23 dBm까지 사용이 가능함을 확인하였다.
본 논문을 통해 설계된 주기성을 갖는 마이크로스트립 안테나는 근접영역에서 사용 가능함을 확인하였다. 안테나의 크기는 313 mm x 152 mm x 14 mm 이다.
실제 환경에서 본 논문에서 제안된 안테나는 리더기의 송신출력이 17 dBm에서 23 dBm까지 동작 범위를 갖는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 안테나는 금속면 위에 태그가 선적될 때 태그의 금속성분으로 인한 반사전력을 최소화 하고, 외부로 방사되는 전력을 최소화하여 태그의 오 인식을 최소화 하였다.
그 이유는 금속 물체와 태그 안테나 사이의 기생 캐패시턴스 (parasitic capacitance) 성분으로 인해 공진 주파수와 안테나의 임피던스 방사패턴 등의 특성이 변하기 때문이다. 이런 현상은 실제 환경에서도 마찬가지로 금속면과 밀접한 태그와 다른 위치에 있는 태그간의 수신감도는 2~5 dB 차이가 발생하는 것을 확인하였다. 또한 태그 선적 시 태그 안테나의 금속 성분으로 인해 부분적으로 인식이 되지 않는 태그가 발생한다.

후속연구

본 논문에서 제안된 안테나는 금속면 위에 태그가 선적될 때 태그의 금속성분으로 인한 반사전력을 최소화 하고, 외부로 방사되는 전력을 최소화하여 태그의 오 인식을 최소화 하였다. 향후 태그의 편차를 최소화 하여 생산공정에서 오 인식을 0 %로 줄여 생산효율을 향상 시키고 인건비의 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태그의 오인식으로 인해 어떤 문제점이 발생하는가?	이런 근거리 영역 (near field)에서는 인식하고자 하는 내용물과 외부적인 기구물, 그리고 태그의 성능과 안테나의 성능에 따라 태그의 오인식이 발생하여 인식률 저하가 발생하게 된다. 이런 인식률 저하는 제품이 대량으로 생산되는 현장에서는 막대한 인력손실과 작업의 생산성을 저하시키는 주요 요인이 된다.
	근거리 영역에서 동작되는 리더기 안테나에는 무엇이 있는가?	본 논문의 목적은 이런 문제점을 개선할 수 있는 근거리 영역에서 동작하는 리더기 안테나를 연구하는데 있다. 현재까지 근거리 영역에서 동작되는 리더기 안테나는 분리된 링 공진기 원리 (Splilt Ring Resonator)를 이용한 분리된 마이크로 스트립 루프 안테나 (segment microstrip loop antenna) 기술 [5~11]과 전송파 (traveling wave) 원리를 이용한 격자형 마이크로스트립 라인용 안테나 (folded microstrip line antenna) 기술 [12-14] 등이 있다. 또한 근거리 영역과 원거리 영역에서 동시에 사용되는 다층 마이크로 스트립 안테나 (multi layer microstrip antenna) 기술 [15-17] 등이 있다.
	근거리 영역에서 동작하는 리더기 안테나는 무엇을 만족하여야 하는가?	근거리 영역에서 동작하는 리더기 안테나는 균일한 전류분포와 이상적인 방사패턴의 특성을 만족하여야 한다. 이런 특성을 만족하기 위하여 본 논문에서는 주기성을 갖는 안테나 구조를 연구하였다.

참고문헌 (23)

F. Finkenzeller, RFID Handbook: Radio -Frequency Identification Fundamentals and Applications, John Wiley and Sons, 1999.
C. R. Medeiros, J. R. Costa1, and C. A. Fernandes, "RFID reader antennas for tag detection in self-confined volumes at UHF," IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 53, no. 2, pp.39-50, April 2011.

상세보기
C. Cho, J. Ryoo, I. Park, and H. Choo, "Design of a novel ultra-high frequency radio-frequency identification reader antenna for near-field communications using oppositely directed currents," Microw. Antennas Propag., vol. 4, no. 10, pp.1543-1548, Oct. 2010.

상세보기
W. Choi, J. S. Kim, J. H. Bae, G. Choi, J. S. Chae, "Near-field antenna for a radio frequency identification shelf in the UHF band," Microw. Antennas Propag., vol. 4, no. 10, pp.1538-1542, Oct. 2010.

상세보기
X. Qing, C. K. Goh, and Z. N. Chen, "UHF near-field RFID reader antenna," Proc. Asia-Pacific Microw. Conf., pp.2383-2386, Dec. 2009.
Y. S. Ong, X. Qing, C. K. Goh, and Z. H. Chen, "A segmented loop antenna for UHF near-field RFID," Proc. IEEE AP-S Int. Symp., pp.1-4, July 2010.
X. Qing, Z. N. Chen, and C. K. Goh, "UHF near-field RFID reader antenna with capacitive couplers," Electron. Lett., vol. 46, no. 24, pp.1591-1592, Dec. 2010.

상세보기
X. Qing, C. K. Goh, and Z. N. Chen, "Segmented loop antenna for UHF near-field RFID applications," Electron. Lett., vol. 45, no. 17, pp.872-873, Aug. 2009.

상세보기
X. Li and Z. Yang, "Dual-printed-dipoles reader antenna for UHF near field RFID applications," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 10, pp.239-242, 2011.

상세보기
X. Li, J. Liao, Y. Yuan, and D. Yu, "Segmented coupling eye-shape UHF band near field antenna design," Proc. Asia-Pacific Microw. Conf., pp.2401-2404, Dec. 2009.
Z. N. Chen, C. K. Goh, and X. Qing, "Loop antenna for UHF near-field RFID reader," Proc. European Conf. of Antennas and Propag., pp.1-4, April 2010.
J. Hong, J. Choo, J. Ryoo, and C. Choi, "A shelf antenna using near field without dead zones in UHF RFID," Proc. IEEE Int. Conf. Industrial Technol., pp.1-4, Feb. 2009.
C. Cho, C. Lee, J. Ryoo, and H. Choo, "Planar near-field RFID reader antenna for item-Level Tagging," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 10, pp.1100-1103, 2011.

상세보기
D. H. Park, E. C. Lim, K. Wei, H. M. Park, S. B. Min, J. W. Yu, and M. Q. Lee, "UHF-band RFID reader front-end architecture using ring-hybrid for near-field applications," Proc. European Microwave Conf., pp.980-983, Oct. 2011.
이주용, 한원근, 박익모, 추호성, "근거리시장 및 원거리용 하이브리드 RFID 리더 안테나," 한국전자파학회지, 제20권 제2호, pp.174-181, 2009. 2.
B. Shrestha, A. Elsherbeni, and L. Ukkonen, "UHF RFID reader antenna for near-field and far-field operations," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 10, pp.1274-1277, 2011.

상세보기
J. W. Cao, Z. M. Xie, and X. Z. Lai, "A Compact Near Field UHF RFID Reader Antenna Using SRR," Proc. Int. Conf. Machine Learning and Cybernetics, pp.330-332, July 2011.
C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, John Wiley & Sons, 2005.
M. I. Skolnik, Radar Systems, Chapter 2, McGraw-Hill, New York, 1962.
L. Ukkonen, D. Engels, L. Sydanheimo, and M. Kivikoski, "Planar wire-type inverted F RFID tag antenna mountable on metallic objects," IEEE Antennas and Propag. Soc. Int. Symp., vol. 1, pp.101-104, June 2004.
P. Raumonen, L. Sydanheimo, L. Ukkonen, M. Keskilammj, and M. Kivikoski, "Folded dipole antenna near metal plate," IEEE Int. Antennas and Propagation Symp., pp.848-851, June 2003.
H. W. Son, G. Y. Choi, and C. S. Pyo, "Design of wideband RFID tag antenna for metallic surfaces," Electron. Lett., vol. 42, pp.263-265, March 2006.

상세보기
L. Ukkonen, L. Sydanheimo, and M. Kivikoski, "Effects of metallic plate size on the performance of microstrip patch-type tag antennas for passive RFID," IEEE Antennas and Wireless Propag. Lett., vol. 4, pp.410-413, 2005.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증