광대역 특성을 가지는 초소형 다중 미앤더 형태의 RFID 태그 안테나

Abstract

본 논문에서는 UHF 대역을 사용하는 RFID 시스템의 태그 안테나가 어떠한 물체에도 부착되어 사용될 수 있도록 소형화 안테나를 제안하였다. 안테나를 효과적으로 소형화하기 위하여 안테나 본체를 미앤더 형태로 구현하였으며, 태그 칩과 안테나의 임피던스 공액 정합을 위해 사각 형태로 급전부를 설계하여 광대역 특성을 갖도록 하였다. 다음으로 안테나의 미앤더 턴 수와 크기를 변경하여 안테나의 효율 및 이득의 특성 변화를 살펴보고, 안정적인 인식거리를 가질 수 있도록 비교 · 분석하였다. 처음 제안한 태그 안테나는 소형화를 위하여 다중 미앤더 형태로 설계하였으며, 안테나와 태그 칩의 공액 정합을 위해 안테나 중앙에 사각형태의 급전부를 연결하였다. 안테나의 크기는 20.0 × 19.7 mm2으로 안테나 소형화를 이루었으며, VSWR<5.8을 기준으로 857 ∼ 963 MHz, 약 11.65 %의 대역폭으로 RFID에서 사용되는 전 세계 UHF 대역을 수용하였다. 또한 안테나가 동작하는 주파수 대역 안에서 모든 방향에 따른 최대 인식거리는 4.73 ∼ 5.00 m의 고른 인식거리를 갖는다. 다음으로 제안한 것은 다중 미앤더 형태의 초소형 RFID 태그 안테나의 크기와 미앤더 턴 수를 변화했을 때의 특성 변화에 대해 연구하였다. 일반적으로 안테나를 소형화하면 입력 저항이 작아지고 리액턴스 값이 커지기 때문에 태그 칩과의 임피던스 정합이 어려워져 안테나의 대역폭 및 효율, 이득이 감소하는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 광대역 특성을 갖는 다중 미앤더 형태의 태그 안테나의 크기와 미앤더 턴 수를 변경해가면서 안테나의 효율 및 이득 특성을 살펴보았다. 이러한 효율 및 이득 특성 변화를 이용하여 안테나의 인식거리를 산출해 내었으며, 이러한 결과를 바탕으로 소형 안테나의 낮은 효율 및 이득 특성을 개선하는데 도움이 될 것이라 생각한다. 비교한 안테나는 각각 그 크기가 20.0 × 19.7, 25.0 × 24.8, 30.0 × 29.7 mm2이다. 안테나들을 구분하기 쉽도록 크기에 따라 각각 Case 1, 2, 3로 표현하였다. 안테나들의 대역폭은 VSWR<5.8을 기준으로 하였다. Case 1은 857 ∼ 963 MHz로 약 11.65 %의 대역폭을 가지며, Case 2는 858 ∼ 965 MHz로 약 11.74 %, Case 3는 858 ∼ 962 MHz로 11.43 %의 대역폭을 가진다. 따라서 비교한 소형 안테나들 모두 UHF 대역을 만족하는 광대역 특성을 가지고 있다. 또한 각각의 안테나 효율은 VSWR<5.8을 기준으로 한 동작 대역폭 내에서 Case 1이 최대 9.35 %, 최소 6.32 %, Case 2가 최대 24.82 %, 최소 15.33 %, Case 3이 최대 38.9 %, 최소 25.13 %의 효율을 갖는다. 따라서 안테나의 크기가 커지고 미앤더 턴 수가 감소할수록 미앤더 라인을 따라 흐르는 전류의 상쇄가 적어져 안테나의 효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 안테나 각각의 주파수에 따른 인식거리를 측정한 결과, Case 1이 최대 5.00 m, Case 2가 최대 6.60 m, Case 3가 최대 8.34 m로 안테나의 효율 및 이득이 인식거리에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.