[논문]전도성 천을 이용한 UHF RFID 태그 안테나 설계

강주원; 정유정

doi:10.5515/kjkiees.2019.30.3.209

초록
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본 논문에서는 전도성 천으로 920 MHz UHF(Ultra High Frequency) 대역의 RFID(Radio Frequency IDentification) 태그 안테나를 설계하였다. 4가지의 전도성 천의 저항을 측정하여 각 천의 전도율을 계산하였고, UHF 대역의 RFID 태그 안테나로서 사용가능한 가장 좋은 전도율을 가지는 천을 선별하였다. 태그 안테나를 설계하기 위하여 선별된 천의 전도율을 시뮬레이션 프로그램에 입력하여서, T-Matching 구조를 갖는 UHF 대역 RFID 태그 안테나를 시뮬레이션을 통하여 $80{\times}40mm$ 명찰 크기로 설계 제작하였다. 태그의 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 비교하였으며, 세탁성 테스트를 완수하였다. 제작된 태그의 인식거리는 약 2 m이다. 전도성 천을 이용하여 태그를 제작하면 직물이나 옷에 접착이 용이하므로 RFID 출입관리 시스템 등에 쉽게 적용이 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the design of a 920 MHz ultra-high frequency(UHF) band radio frequency identification(RFID) conductive fabric tag antenna. The resistance values of four different conductive fabrics are measured, and the conductivities of the fabrics are calculated. The fabric with the best condu...

This paper presents the design of a 920 MHz ultra-high frequency(UHF) band radio frequency identification(RFID) conductive fabric tag antenna. The resistance values of four different conductive fabrics are measured, and the conductivities of the fabrics are calculated. The fabric with the best conductivity is selected, and the best conductivity of the fabric is used to simulate the fabric tag antenna design. The fabric UHF RFID tag antenna with a T-Matching structure and name-tag size of $80{\times}40mm$ is simulated and designed. The simulated and measured results are compared, and a laundry test is performed. The reading range of the fabric tag antenna is about 2 m. This fabric tag can be easily applied to an entrance control system as it can be attached to other fabrics and cloths.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. 4가지 전도성 천의 사진 Fig. 1. Photo of 4 different conductive fabrics.
그림 그림 2. 전도성 천들의 길이 vs. 저항값 Fig. 2. Resistance value vs. length of conductive fabrics.
그림 그림 3. 설계된 태그 안테나의 파라미터 Fig. 3. Parameters of designed tag antenna.
그림 그림 4. 시뮬레이션된 Smith chart 상의 안테나 임피던스 Fig. 4. Simulated antenna impedance on Smith chart.
표 표 1. P1364와 adafruit-1168의 저항값 요약 Table 1. Resistance values of p1364 & adafruit-1168.
그림 그림 5. Smith chart상의 측정된 안테나 임피던스 Fig. 5. Measured antenna impedance on Smith chart.
그림 그림 6. 시뮬레이션과 측정된 태그 안테나의 |S₁₁| Fig. 6. Simulated and measured |S₁₁| of tag antenna.
그림 그림 7. 최종 설계된 태그 안테나 Fig. 7. Final designed tag antenna.
그림 그림 8. 측정된 인식거리 패턴 Fig. 8. Measured reading range patterns.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 도전사를 이용한 태그보다 설계가 더 용이하고, 관리가 편한 Silver Woven 전도성 천을 이용한 UHF 대역 태그 안테나 설계를 제시하였다. Ⅱ장 본론에서 여러 전도성 천을 이용하여 설계 가능한 천을 선택하는 과정을 보여주며, 각 천들의 전도율을 계산하는 과정을 보여주었다.
본 논문에서는 전도성 천을 이용하여 T-Matching 구조를 갖는 UHF 대역 RFID 태그 안테나를 제작하였다. 전도성 천을 이용하여 설계에 적합한 천을 선택하는 과정을 보여주었으며, 각각의 천의 전도율을 계산하였다.

제안 방법

세탁성 테스트는 한국섬유개발연구원에 의뢰하였으며, KS ISO6330의 기준으로 30~40분 세탁을 하는 것으로 세탁을 하여 측정하였다. 건조를 하지 않고 젖어있는 상태와 건조했을 때 두 가지 상태일 때 인식거리를 측정하였으며 1회, 3회, 5회, 10회로 반복하여 측정하였다. 측정 결과, 태그의 인식거리가 세탁 전에 약 2 m로 세탁 후에 거의 동일하였음을 확인하였다.
전도성 천을 이용하여 제작한 태그 안테나는 의류관리로 직물에 적용하기 때문에 세탁성 테스트를 하였다. 세탁성 테스트는 한국섬유개발연구원에 의뢰하였으며, KS ISO6330의 기준으로 30~40분 세탁을 하는 것으로 세탁을 하여 측정하였다. 건조를 하지 않고 젖어있는 상태와 건조했을 때 두 가지 상태일 때 인식거리를 측정하였으며 1회, 3회, 5회, 10회로 반복하여 측정하였다.
본 논문에서는 전도성 천을 이용하여 T-Matching 구조를 갖는 UHF 대역 RFID 태그 안테나를 제작하였다. 전도성 천을 이용하여 설계에 적합한 천을 선택하는 과정을 보여주었으며, 각각의 천의 전도율을 계산하였다. 전도율이 가장 좋은 천을 선택하여 그 전도율 값을 시뮬레이션 프로그램에 입력하여 UHF RFID 전도성 천 태그 안테나를 설계하는 과정과 결과를 보여주었다.
전도성 천을 이용하여 제작한 태그 안테나는 의류관리로 직물에 적용하기 때문에 세탁성 테스트를 하였다. 세탁성 테스트는 한국섬유개발연구원에 의뢰하였으며, KS ISO6330의 기준으로 30~40분 세탁을 하는 것으로 세탁을 하여 측정하였다.
전도성 천의 전도율 값을 계산하기 위하여 각각의 천을 넓이를 1 cm를 기준으로 정하여 자르고, 가로길이를 1cm부터 20 cm까지 1 cm씩 증가시켜 멀티미터를 이용하여 각각 저항값을 길이별로 측정하였다.
전도율 값을 시뮬레이션 툴에 입력하여 UHF 대역 주수인 920 MHz에 맞도록 태그를 설계하였다. 태그 제작에 사용된 칩은 Alien사의 Higgs3 칩을 사용하였다.
그림 7은 실물로 제작한 태그의 사진으로 레이저 커팅 기를 이용하여 도전성 천을 잘라서 제작하였다. 태그가 훼손되지 않도록 명찰 제작 시에 사용이 되는 부직포 재질을 이용하여 태그 뒤쪽에 부직포를 박음질을 하였다. 명찰의 유전율을 측정하였을 때 공기와 큰 차이가 나지 않았다.

대상 데이터

설계한 태그 안테나는 80×40 mm의 크기로서 명찰 크기에 맞도록 제작하였으며, 인식거리는 정면에서 최대 1.8 m로 측정되었다.
전도율 값을 시뮬레이션 툴에 입력하여 UHF 대역 주수인 920 MHz에 맞도록 태그를 설계하였다. 태그 제작에 사용된 칩은 Alien사의 Higgs3 칩을 사용하였다. Higgs3 칩의 Data sheet에 제공된 캐패시턴스 값은 0.

이론/모형

전도성 천을 이용한 UHF RFID 태그 설계를 위하여 EM 시뮬레이션 프로그램인 CST를 사용하였다. 시뮬레이션 프로그램을 이용해 태그 설계를 하기 위해서, 태그 제작에 이용되는 전도성 천의 전도율 값을 입력해야 한다.

성능/효과

7 dB로 측정되었다. 시뮬레이션 결과 값과 네트워크 아날라이저로 측정한 결과 값에서 주파수와 반사계수 값이 차이가 나는 이유는 태그에 칩을 부착할 때 사용한 전도성 본드의 저항값이 추가된 이유로 차이가 나는 것으로 사료된다.
전도성 천을 이용하여 설계에 적합한 천을 선택하는 과정을 보여주었으며, 각각의 천의 전도율을 계산하였다. 전도율이 가장 좋은 천을 선택하여 그 전도율 값을 시뮬레이션 프로그램에 입력하여 UHF RFID 전도성 천 태그 안테나를 설계하는 과정과 결과를 보여주었다. 설계한 태그 안테나는 80×40 mm의 크기로서 명찰 크기에 맞도록 제작하였으며, 인식거리는 정면에서 최대 1.
Ⅱ장 본론에서 여러 전도성 천을 이용하여 설계 가능한 천을 선택하는 과정을 보여주며, 각 천들의 전도율을 계산하는 과정을 보여주었다. 전도율이 가장 좋은 천의 전도율을 시뮬레이션 프로 그램에 입력하여 UHF RFID 태그 설계하는 과정과 결과를 보여주었다. Ⅲ장에서는 본 논문의 결론을 보여주었다.
건조를 하지 않고 젖어있는 상태와 건조했을 때 두 가지 상태일 때 인식거리를 측정하였으며 1회, 3회, 5회, 10회로 반복하여 측정하였다. 측정 결과, 태그의 인식거리가 세탁 전에 약 2 m로 세탁 후에 거의 동일하였음을 확인하였다.
8 m로 측정되었다. 한국섬유개발연구원에 의뢰하여 세탁성 테스트를 하였으며, 최대 10회 세탁 후에도 도전성 천으로 제작된 태그가 인식이 됨을 증명하였다. 제안된 UHF RFID 태그 안테나를 이용하면 설계된 태그를 여러 직물 또는 의류에 쉽게 부착할 수 있으므로 출입관리 시스템 등에 용이하게 사용될 수 있을 것이다.

후속연구

한국섬유개발연구원에 의뢰하여 세탁성 테스트를 하였으며, 최대 10회 세탁 후에도 도전성 천으로 제작된 태그가 인식이 됨을 증명하였다. 제안된 UHF RFID 태그 안테나를 이용하면 설계된 태그를 여러 직물 또는 의류에 쉽게 부착할 수 있으므로 출입관리 시스템 등에 용이하게 사용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RFID 태그는 주로 어디에 사용되는가?	RFID(Radio Frequency Identification) 태그는 일반적으로 사물에 부착되어 리더기 안테나를 통하여 해당 사물의 정보를 리더기로 전송하는 기술에 사용되었다. 현재 이 기술은 일반적으로 교통카드, 물류관리 등에 적용되어 RFID 시스템이 사용되고 있다.
	전도성 천을 이용하여 T-Matching 구조를 갖는 UHF 대역 RFID 태그 안테나를 제작했을 때 어떤 결과를 얻을 수 있는가?	전도율이 가장 좋은 천을 선택하여 그 전도율 값을 시뮬레이션 프로그램에 입력하여 UHF RFID 전도성 천 태그 안테나를 설계하는 과정과 결과를 보여주었다. 설계한 태그 안테나는 80×40 mm의 크기로서 명찰 크기에 맞도록 제작하였으며, 인식거리는 정면에서 최대 1.8 m로 측정되었다. 한국섬유개발연구원에 의뢰하여 세탁성 테스트를 하였으며, 최대 10회 세탁 후에도 도전성 천으로 제작된 태그가 인식이 됨을 증명하였다. 제안된 UHF RFID 태그 안테나를 이용하면 설계된 태그를 여러 직물 또는 의류에 쉽게 부착할 수 있으므로 출입관리 시스템 등에 용이하게 사용될 수 있을 것이다.
	도전사는 무엇인가?	전류가 흐르는 실인 도전사를 이용하여 제작된 태그 안테나가 최초로 국내외에 소개가 되었다[4],[5] . 또한 도전사로 박음질이나 자수형태로서 글자모양으로 태그 안테나를 설계하는 과정과 어려움들을 논문에서 자세하게 보여주었고, 전도성 실을 이용하면 제봉이나 자수기계에 여러 가지 어려움이 있음을 설명하였다[6]～[8] .

참고문헌 (9)

K. Fingenzeller, RFID Handbook, 2nd ed. New York, John Wiley & Sons, 2003. 10.7840/kics.2013.38C.11.966
손해원, "UHF RFID 안테나 기술," 한국전자파학회 전자파기술, 19(6), pp. 40-50, 2008년.
10.7840/kics.2013.38C.11.966 남세현, 정유정, "군 계급장 UHF RFID 태그를 이용한 군 보안출입관리 시스템," 한국통신학회논문지, 38C(11), pp. 966-971, 2013년 11월.

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Y. Kim, K. Lee, Y. Kim, and Y. Chung, "Wearable UHF RFID tag antenna design using flexible electro-thread," in 2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Honolulu, HI, Jun. 2007, pp. 5487-5490.
10.5515/KJKIEES.2008.19.1.001 김연호, 정유정, "도전사를 이용한 UHF RFID 태그안테나 설계," 한국전자파학회논문지, 19(1), pp. 1-6, 2008년 1월. 10.5515/KJKIEES.2008.19.1.001

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10.5515/KJKIEES.2009.20.10.1071 정유정, 김연호, 이경환, "‘ㅂ’자 자수형 전도성 천 UHF RFID 태그 안테나," 한국전자파학회논문지, 20(10), pp. 1071-1076, 2009년 10월. 10.5515/KJKIEES.2009.20.10.1071

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10.5515/KJKIEES.2009.20.10.1114 최재한, 정유정, "글자 모양의 자수형 도전사 UHF RFID 태그 안테나 디자인," 한국전자파학회논문지, 20(10), pp. 1114-1120, 2009년 10월. 10.5515/KJKIEES.2009.20.10.1114

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남세현, 정유정, 최재한, 박용권, "도전사를 이용한 A자 자수형 RFID 태그 안테나 설계에 관한 연구와 RFID 태그에 관한 리뷰," 한국섬유공학회논문지, 47(1), pp. 48-53, 2010년 2월.
10.1109/LAWP.2014.2313019 A. R. Guraliuc, M. Zhadobov, G. Valerio, and R. Sauleau, "Enhancement of on-body propagation at 60 GHz using electro textiles," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 13, pp. 603-606, Jan. 2014. 10.1109/LAWP.2014.2313019

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