[논문]소형 원형편파 UHF RFID 대역 융합형 안테나 설계

채규수

doi:10.15207/jkcs.2015.6.1.109

[국내논문] 소형 원형편파 UHF RFID 대역 융합형 안테나 설계
A Design of a circularly polarized small UHF RFID antenna 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.6 no.1, 2015년, pp.109 - 114

초록
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본 논문에서는 UHF 대역의 RFID 리더기에 적용 가능한 소형 융합형 원형편파 안테나가 제시되었다. 안테나는 플라스틱 재질의 지지구조물(${\varepsilon}_r=2.2$, 두께=5mm)에 방사용 도전체를 표면에 인쇄하는 방법으로 제작 되었다. 안테나의 급전 부는 FR-4 기판(t=1.0mm, ${\varepsilon}_r=4.7$)을 사용하여 제작하였다. 안테나와 급전부에 대한 시뮬레이션이 CST를 이용해서 이루어졌고, 이 결과에 따라 안테나와 급전부가 제작되었다. 동작 주파수 대역에서 안테나 특성은 -12dB 궤환 손실을 얻었고, 3.46dBic의 방사이득이 예측되었다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 2개의 안테나 샘플이 제작되었고, 이를 이용해서 안테나 특성을 측정하였다. 측정된 결과는 제안된 안테나가 소형기기에 적용하기에 적합할 것으로 예상되며, 향후 안테나 파라미터 최적화 과정을 거쳐 상용제품에 적용 가능한 융합형 안테나가 설계될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

A circularly polarized small UHF RFID reader antenna is presented. The antenna is composed of four elements and printed on the plastic substrate(${\varepsilon}_r=2.2$, t=5mm). Each element is fed by a probe which is sequentially connected to the feed line. The feed line is manufactured on the FR-4 substrate(t=1.0mm, ${\varepsilon}_r=4.7$). The simulation results shows that the antenna can be achieved a return loss of 12dB, gain of 3.46dBic over the UHF band of 902-928MHz. According to our simulation results, two prototype antennas are manufactured and measured. The obtained antennas operate in UHF RFID bands and can be adapted for various portable applications. In addition, a parametric study is conducted to facilitate the design and optimization processes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근에 휴대가 간편한 RFID 리더기의 수요가 많아 원형편파를 사용하고 부피가 작고, 저가의 안테나가 많이 요구되고 있다[6,7,8,9]. 본 논문에서는 4개의 접힌 역-에프형 안테나를 사용하여 각각의 위상차를 이용하여 원형편파를 발생시키는 소형 안테나를 제안하였다.
본 논문에서는 900MHz(UHF) 대역의 RFID 리더기에 적용 가능한 소형 원형편파 안테나 제작에 관한 연구 결과가 소개되었다. 안테나는 기본적으로 역-에프형 방사체를 가지며 방사부는 플라스틱 재질의 지지구조물에도 전체를 표면에 인쇄하는 방법으로 제작되었다.
좀 더 정확한 결과 제시를 위해 1번 급전부를 기준으로 동작 주파수에서 각 급전부까지 신호의 위상차에 대한 실험이 필요하나 추후에 실험을 실시할 것이다. 본 논문에서는 안테나 방사부에 초점을 두고 결과를 제시하고자 한다. 안테나의 공진 특성 개선을 위해 접지부로 연결되는 임피던스 정합을 위한 정합용 스트립의 위치와 안테나 방사부의 길이 조정을 통해 최적의 안테나 특성을 얻을 수 있었다.

가설 설정

안테나의 방사 특성을 시뮬레이션하기 위해 CST를 이용해서 그림 1의 안테나 구조를 설계하였고, 급전부는 이상적인 특성을 가정하여 각 급전부에서 직접 위상차를 입력하여 시뮬레이션한 결과가 그림 4에 나타나 있다. RFID 동작 주파수 912MHz 근처에서 –10dB 이상의 양호한 특성이 예측되었다.

제안 방법

7)을 사용하여 제작하였다. CST를 이용하여 안테나와 급전부에 대한 시뮬레이션을 수행하였고, 안테나와 급전부가 각각 제작되었다. 동작 주파수 대역에서 안테나 특성은 -12dB 궤환 손실과 3dBic 이상의 방사 특성이 예측되었다.
그림 3에서는 그림 2에서 제시된 급전부 설계 이론에 따라 실제 Auto CAD로 설계한 도면을 보여주고 있다. 급전부에서 윌킨슨 전력 분배기와 위상 지연선을 사용하여 각 급전부의 위상차이가 90^o가 되도록 설계하였다[6].
본 논문에서 제안되는 소형 원형편파 안테나를 설계하기 위하여 기존에 소개된 UHF RFID안테나들을 살펴 보았다[1,2,3]. 대부분의 안테나는 역-에프형 구조를 사용하고 방사부를 PCB에 제작하여 급전부 기판위에 고정하는 형태로 제작되었다[6,7,8,9].
전력분배기와 180°, 90° 지연선에 사용된 λg/2(86mm), λg/4(43mm)의 길이는 중심 주파수 912MHz(λ0=329mm)를 기준으로 하였다.

대상 데이터

RFID 동작 주파수 912MHz 근처에서 –10dB 이상의 양호한 특성이 예측되었다.
각 안테나는 소형화를 위해 구부러진 방사부를 가지며 역-에프형 구조를 사용하고 있다. 안테나 방사부의 전체 길이는 급전부로부터 101.7mm이고 3mm의 폭으로 설계하였다. 그리고 급전부에서 18mm 되는 위치에서 임피던스 정합을 위한 접지 구조를 가지는 전형적인 역-에프형 안테나 구조이다.
안테나의 급전 부는 원형편파를 발생시키기 위한 위상차 급전 구조가 제시되었고 FR-4 기판(t=1.0mm, εr=4.7)을 사용하여 제작하였다.

성능/효과

본 논문에서는 안테나 방사부에 초점을 두고 결과를 제시하고자 한다. 안테나의 공진 특성 개선을 위해 접지부로 연결되는 임피던스 정합을 위한 정합용 스트립의 위치와 안테나 방사부의 길이 조정을 통해 최적의 안테나 특성을 얻을 수 있었다.
안테나는 기본적으로 역-에프형 방사체를 가지며 방사부는 플라스틱 재질의 지지구조물에도 전체를 표면에 인쇄하는 방법으로 제작되었다. 제시된 방법은 기존에 PCB 기판에 인쇄하는 방법보다 크기가 줄어들고 제작 과정이 단순하여 상용 제품 생산이 용이한 장점을 가지고 있다. 안테나의 급전 부는 원형편파를 발생시키기 위한 위상차 급전 구조가 제시되었고 FR-4 기판(t=1.

후속연구

동작 주파수 대역에서 안테나 특성은 -12dB 궤환 손실과 3dBic 이상의 방사 특성이 예측되었다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 제작된 샘플을 이용해서 안테나 특성을 측정하였으며, 측정된 결과를 보면 본 논문에서 제안된 안테나 구조가 소형기기에 적용하기에 적합할 것으로 예상된다. 향후 안테나 파라미터 최적화 과정을 거쳐서 모바일 RFID 리더기 제품에 적용 가능한 안테나가 개발될 것이다.
본 논문에서는 급전부에 대한 S파라미터 특성은 제시 하지 않았다. 좀 더 정확한 결과 제시를 위해 1번 급전부를 기준으로 동작 주파수에서 각 급전부까지 신호의 위상차에 대한 실험이 필요하나 추후에 실험을 실시할 것이다. 본 논문에서는 안테나 방사부에 초점을 두고 결과를 제시하고자 한다.
시뮬레이션 결과를 바탕으로 제작된 샘플을 이용해서 안테나 특성을 측정하였으며, 측정된 결과를 보면 본 논문에서 제안된 안테나 구조가 소형기기에 적용하기에 적합할 것으로 예상된다. 향후 안테나 파라미터 최적화 과정을 거쳐서 모바일 RFID 리더기 제품에 적용 가능한 안테나가 개발될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	QFHA는 무엇으로 개발되어 무슨 제품이 출시되었는가?	QFHA(Quadrifilar Helical Antenna)와 OFHA(Octafilar Helical Antenna) 가 소개 되었다[1,2]. QFHA는 주로 GPS용 안테나로 개발되어 최근에 UHF 대역의 RFID 안테나로 개발되어 상용 제품도 출시되었다[6]. 그러나 이 안테나의 단점은 외부로 돌출되는 안테나의 크기가 커서 휴대하기에 불편하다는 것이다.
	RFID의 특징은?	상품이나 물류와 관련하여 기존에 널리 사용되고 있는 바코드 방식과 달리, RFID는 비 접촉 방식으로서 포장, 대상 표면의 재질, 환경변화 등의 여부에 관계없이 항상 인식이 가능하다. 또 마이크로칩이 내장되어 있어서 바코드 보다 훨씬 많은 정보를 교환할 수 있으므로, 물류재고관리, 도난 방지 등에 적용할 수 있다.
	QFHA의 단점은?	QFHA는 주로 GPS용 안테나로 개발되어 최근에 UHF 대역의 RFID 안테나로 개발되어 상용 제품도 출시되었다[6]. 그러나 이 안테나의 단점은 외부로 돌출되는 안테나의 크기가 커서 휴대하기에 불편하다는 것이다.

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

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].

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