등방성 복사 특성을 가지는 U-형태의 RFID 태그 안테나

Abstract

본 논문에서는 UHF 대역 RFID 시스템의 안정적인 구동을 위하여 등방성 복사특성을 가지는 U-형태의 RFID 태그 안테나, 기생소자를 가지는 U-형태의 RFID 태그 안테나, 그리고 광대역에서 일정한 준 등방성 특성을 가지는 U-형태의 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 첫 번째로 제안한 태그 안테나는 복사부에 해당하는 본체와 사각형태의 급전부로 구성되어 있다. 본체는 U-형태의 반파장 (λ/2) 다이폴 안테나이며, 본체 하단 중앙에 사각형태의 급전부를 삽입하여 상용 태그 칩과 안테나의 공액 정합을 용이하게 하였다. 본체에서 널이 발생되는 양측단에 흐르는 전류를 상쇄하여 등방성 복사패턴이 되도록 하였으며, 본체 하단 중앙에 직사각형 슬릿을 삽입하여 이득편차 특성을 개선하였다. 슬릿이 없는 경우와 슬릿이 있는 경우의 태그 안테나는 VSWR<2를 기준으로 국내에 할당된 UHF 주파수 대역인 908.5∼914 MHz를 수용하였으며, 동작주파수 대역 안에서 슬릿이 없는 경우 1.62 dB 이하의 이득편차 특성을, 슬릿이 있는 경우에는 0.71 dB 이하의 이득편차 특성을 가졌다. 그리고 VSWR<5.8 대역폭 안에서 슬릿이 없을 경우 3.55 dB 이하의 이득편차 특성을, 슬릿이 있을 경우에는 1.34 dB 이하의 이득편차 특성을 가졌다. 또한 국내 UHF 대역의 중심주파수인 911 MHz에서 태그 안테나의 방향에 따른 최대 인식거리는 슬릿이 없을 경우 11.38∼10.18 m, 슬릿이 있을 경우 8.22∼7.52 m의 고른 인식거리를 가진다. 다음으로 제안한 태그 안테나는 복사부에 해당하는 U-형태의 반파장 다이폴 안테나 상단 중앙에 역방향으로 U-형태의 기생소자를 삽입하였고, 본체 하단 중앙에 사각 형태의 급전부를 삽입하여 상용 태그 칩과 안테나의 공액 정합을 용이하게 하였다. 제안된 태그 안테나는 VSWR<2를 기준으로 한 882∼927 MHz의 대역폭 안에서 3.16 dB 이하의 이득편차 특성을 가졌고, VSWR<5.8을 기준으로 한 대역폭은 857∼958.5 MHz로 전 세계 UHF 대역폭을 모두 수용하였으며, 대역폭 내에서 5.07 dB 이하의 이득편차 특성을 가졌다. 또한 최소 이득편차 특성이 대역폭 중심 주파수에 나오도록 하여 주파수에 따른 이득편차 특성 변화를 최소화하였다. 마지막으로 제안한 태그 안테나는 복사부에 해당하는 U-형태의 반파장 다이폴 안테나 본체에 상용 태그 칩과 공액 정합에 용이하도록 사각형태의 급전부를 연결하였다. 또한 본체 하단 중앙에 직사각형 슬릿을 삽입하여 동작 대역폭 안에서 태그 안테나가 일정한 준 등방성 특성을 가지도록 하였다. 태그 안테나는 VSWR<2를 기준으로 슬릿이 없을 경우 860.5∼954.5 MHz의 대역폭과 슬릿이 있을 경우 864.5∼954 MHz의 대역폭을 가졌다. 그리고 VSWR<5.8을 기준으로 슬릿이 없을 경우와 슬릿이 있을 경우 각각 835.5∼979.5 MHz의 대역폭과 837∼981.5 MHz의 대역폭을 얻었다. 정합 주파수 대역 안에서 슬릿이 없는 태그 안테나의 최대 이득편차와 최소 이득편차는 각각 3.86 dB와 3.33 dB로 약 0.53 dB 차이를 가졌고, 슬릿이 있을 경우에는 최대 이득편차와 최소 이득편차가 각각 3.60 dB와 3.54 dB로 약 0.06 dB 차이의 매우 일정한 이득편차 특성을 가졌다. 따라서 제안된 슬릿이 없는 경우와 슬릿이 있는 경우의 태그 안테나 모두 RFID 시스템의 UHF 대역폭에서 일정한 준 등방성 특성을 가지므로 모든 국가에서 통용 가능한 RFID 태그로 활용될 수 있다.