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 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.
In this paper, we considered a design method of a compact quasi-Yagi antenna for portable UHF RFID readers. The antenna consists of a dipole driver and a reflector printed on a dielectric substrate, and it is fed by a microstrip line. In order to reduce the antenna size, the dipole and reflector are...
In this paper, we considered a design method of a compact quasi-Yagi antenna for portable UHF RFID readers. The antenna consists of a dipole driver and a reflector printed on a dielectric substrate, and it is fed by a microstrip line. In order to reduce the antenna size, the dipole and reflector are bent and the balun between the feeding microstrip line and coplanar strip (CPS) line is integrated within the CPS line. The effects of the geometrical parameters of the proposed antenna on the antenna performance are examined, and the parameters are adjusted to be suitable for the operation in UHF RFID band (902-928 MHz). The size of the fabricated antenna is $70mm{\times}75mm$, and the experiment results reveal a frequency band of 892-942 MHz for a voltage standing wave ratio 3.5 dBi, and a front-to-back ratio > 6.6 dB over the frequency band for UHF RFID.
In this paper, we considered a design method of a compact quasi-Yagi antenna for portable UHF RFID readers. The antenna consists of a dipole driver and a reflector printed on a dielectric substrate, and it is fed by a microstrip line. In order to reduce the antenna size, the dipole and reflector are bent and the balun between the feeding microstrip line and coplanar strip (CPS) line is integrated within the CPS line. The effects of the geometrical parameters of the proposed antenna on the antenna performance are examined, and the parameters are adjusted to be suitable for the operation in UHF RFID band (902-928 MHz). The size of the fabricated antenna is $70mm{\times}75mm$, and the experiment results reveal a frequency band of 892-942 MHz for a voltage standing wave ratio 3.5 dBi, and a front-to-back ratio > 6.6 dB over the frequency band for UHF RFID.
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문제 정의
본 논문에서는 UHF 대역(902—928 MHz) 휴대형 RFID 리더용 준-야기 안테나 설계방법에 대해 연구하였다.
본 연구에서는 UHF 대역 휴대형 RFID 리더용 소형평면 안테나 설계 방법에 대해 연구하였다. 안테나는 다이폴 투사기(driver)와 반사기(reflector)로 구성된 2소자 준-야기 (quasi-Yagi) 안테나이다.
가설 설정
5 mm는 주파수 915 MHz에서의 자유공간 파장에 비해 0.374 파장에 해당되고, 제안된 그림 1의 구조에서 안테나의 폭 Ws = 70 mm는 그림 2(b)의 폭 Ws =150 mm에 비해 절반 이하로 줄어든 것이다.
제안 방법
다이폴과 반사기를 구부려 안테나의 폭을 감소시키고 CPS 선로와 MS 선로 간 발룬(balun)은 CPS에 내장형으로 구성하여 소형화한다[5]. 안테나는 배열 축 방향으로의 이득이 3 dBi 이상, 전후방비가 6 dB 이상이 되도록 설계하였다. 제안된 안테나 구조의 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고 국내를 포함한 북미 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz)에 적합하도록 파라미터 값들을 조정하였다.
안테나는 FR4기판에 인쇄된 다이폴과 반사기로 이루어지며 마이크로스트립 선로로 급전된다. 안테나를 소형화하기 위해 다이폴과 반사기를 구부리고 발룬을 안테나에 내장형으로 구성하였다. 제작된 안테나의 특성을 실험한 결과 VSWR < 2인 대역은 892—942 MHz, 안테나의 이득 3.
안테나를 제작하고 반사계수, 복사패턴, 이득 등의 특성 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 연구결과의 타당성을 검증하였다. 그리고 제작된 안테나의 태그 인식성능을 테스트하고 상용 리더 안테나와 비교하여 RFID 리더용 안테나로의 적용 가능성을 점검하였다.
안테나의 크기는 90 mm(길이) × 90 mm(폭) 이내로 제한하고, UHF RFID 주파수대역(902—928 MHz)에서 동작하도록 설계하였다.
제작된 안테나의 태그 인식성능은 이득에 따라 달라질 수 있다. 안테나의 태그 인식거리는 리더기에 안테나를 장착한 후 태그 인식이 가능한 거리를 의미하며, 기존 상용 안테나와 본 연구에서 설계된 안테나의 인식성능을 실험적으로 비교해 보았다.
그림 2(a)는 평면다이폴(Ld1 = Ld2 = 0)만으로 구성된 것이고, 그림 2(b)는 구부림이 없는 다이폴과 반사기로 구성된 준-야기 안테나 구조(Ld1 = Ld2 = Lg1 = 0)이다. 여러 가지 파라미터값들에 따른 안테나의 특성은 상용 EM 문제 해석 툴(CST Microwave Studio)을 이용한 시뮬레이션을 통해 점검하였다.
제안된 그림 1의 안테나의 특성과 일반적인 2소자 준-야기 안테나의 특성을 비교하기 위해서 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz)에서 동작하는 2가지 안테나 구조를 그림 2와 같이 고려하였다.
제안된 안테나 구조의 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고 국내를 포함한 북미 UHF RFID용 주파수 대역(902—928 MHz)에 적합하도록 파라미터 값들을 조정하였다.
대상 데이터
제안된 그림 1의 구조를 RFID 리더용으로 설계한 안테나를 FR4 기판(비유전율 = 4.4, 손실 탄젠트 = 0.025, 두께 = 1.6 mm) 상에 그림 6과 같이 제작하였으며, 파라미터 값들은 표 1에서 제시된 바와 같다.
제작된 리더기 안테나의 태그인식 성능을 비교하기 위해 본 연구에서 사용된 상용 리더기는 LS산전社의 IU9003 모델이며, 리더기에 장착된 상용 안테나의 이득은 9 dBic(직선편파 이득 6 dBi)이고 크기는 330 mm × 330 mm × 50 mm이다.
제작된 리더기 안테나의 태그인식 성능을 비교하기 위해 본 연구에서 사용된 상용 리더기는 LS산전社의 IU9003 모델이며, 리더기에 장착된 상용 안테나의 이득은 9 dBic(직선편파 이득 6 dBi)이고 크기는 330 mm × 330 mm × 50 mm이다. 테스트에 사용된 태그는 Alien社 제품을 이용하였고, 상용 안테나의 인식거리 502 cm, 본 연구에서 설계된 안테나의 인식거리 384 cm이었다. 자유공간에서 인식거리와 이득 관계를 고려해볼 때, 상용 안테나와의 이득 차이는 약 2.
성능/효과
3 dBi(그림 2(b)의 구조)이다. 다이폴에 반사기를 추가한 그림 2(b)의 구조에서 이득이 5 dBi이상으로 유지되고, 제안된 구조에서는 3.5 dBi 이상으로 유지된다.
안테나를 제작하고 반사계수, 복사패턴, 이득 등의 특성 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 연구결과의 타당성을 검증하였다. 그리고 제작된 안테나의 태그 인식성능을 테스트하고 상용 리더 안테나와 비교하여 RFID 리더용 안테나로의 적용 가능성을 점검하였다.
1 dBi)와 잘 일치하는 것이다. 이상의 결과들을 볼 때, 측정결과가 시뮬레이션 결과와 잘 일치하므로 연구결과의 타당성을 확인할 수 있고, 본 연구에서 제안된 안테나가 휴대형 RFID 리더 안테나로서 적합한 크기와 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
6 dB 이상으로 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다. 제작된 안테나를 상용 RFID 리더에 연결하고 태그 인식성능을 점검하여 양호한 성능을 확인하였다.
제작된 안테나의 특성을 실험한 결과 VSWR < 2인 대역은 892—942 MHz, 안테나의 이득 3.5 dBi 이상, 전후방비 6.6 dB 이상으로 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휴대형 RFID 리더용 안테나에서 가장 중요한 특성은?
휴대형 RFID 리더용 안테나의 여러 가지 특성 중에서 가장 중요한 것은 휴대와 조작이 용이하도록 안테나의 크기를 최소화하면서 그에 따른 성능 열화를 최소화하는 것이다. 휴대형 UHF RFID 리더용 평면 다이폴 안테나에 대한 연구에서 다이폴에 근접한 영역에 기생소자를 두고 다이폴 뒤편에 반사기를 두어 3—4.
RFID 기술은 무엇인가?
RFID (Radio Frequency IDentification; 무선인식) 기술은 전자파를 이용한 비접촉식 인식방법으로 보안, 도난방지, 물류, 교통, 금융 등 우리 생활과 산업의 광범위한 분야에서 활용되고 있다. RFID 시스템의 기본적인 구성은 태그(tag)와 리더(reader)이며 태그는 일련번호를 포함한 정보를 담고 있는 칩과 RF 신호를 송수신하기 위한 안테나로 구성된다.
본 연구에서 설계한 UHF 대역 휴대형 RFID 리더용 소형평면 안테나는 어떤 방법으로 소형화를 했는가?
다이폴과 반사기를 구부려 안테나의 폭을 감소시키고 CPS 선로와 MS 선로 간 발룬(balun)은 CPS에 내장형으로 구성하여 소형화한다[5]. 안테나는 배열 축 방향으로의 이득이 3 dBi 이상, 전후방비가 6 dB 이상이 되도록 설계하였다.
참고문헌 (5)
K. Finkenzeller, RFID handbook, Chichester: UK: Wiley, 2003.
L. Ukkonen, L. SydAnheimo, and M. Kivikoski, "Read range performance comparison of compact reader antennas for a handheld UHF RFID reader [supplement, applications & practice]," IEEE Commun. Mag., vol. 45, no. 4, pp. 24-31, Apr. 2007.
R.C. Hua and T.G. Ma, "A printed dipole antenna for ultra high frequency (UHF) radio frequency identification (RFID) handheld reader," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 12, pp. 3742-3745, Dec. 2007.
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