JP5140166B2 - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Description

本発明は、個別物品を認識する環境に適合しており、金属の品物をはじめとして様々な誘電率の品物につけて使用することができるＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグに関するものである。

ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯域のＲＦＩＤシステムは、高い効率の情報伝送能力から、ＨＦ（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯域のＲＦＩＤシステムに比べて脚光を浴びいている情報認識技術である。

ＵＨＦ帯域のＲＦＩＤシステムは、品物に関する情報を格納しているタグと、ＲＦＩＤタグを認識するリーダーと、で構成される。タグ及びリーダーはそれぞれのアンテナを使用し、電磁波を介して所定の情報を交換する。特に、手動型タグは、タグアンテナとタグチップとで構成され、バッテリーを必要とせず、安価で使用することができる。

ＵＨＦ帯域の手動型タグは、全体的なＲＦＩＤシステムの品物認識特性を決定する主な要素であり、特に、タグアンテナとタグチップとの複素整合、タグの放射パターン、タグチップ性能によってタグの性能が決定される。

このような性能を考慮して開発されたタグは、汎世界的なレベルで使用可能なように８６０〜９６０ＭＨｚの動作周波数を有するタグ、様々な誘電率の品物に対して良質の認識特性を保有するタグ、及び金属の品物に使用可能なように設計された特殊型タグなどがある。

しかしながら、大部分のタグは使用環境上の汎用性を目的として開発されており、タグ自体の放射特性を調整して認識領域を改善したタグは未だ十分に開発されていない現状である。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、Ｔ−整合構造を用いてタグチップとの複素整合を具現し、タグアンテナの線路幅を調整して広い放射ビーム幅と高い指向性が同時に得られるＲＦＩＤタグを提供することである。

また、本発明は、広い放射ビーム幅と高い指向性によって、リーダーを用いるタグ認識環境において広い認識領域と遠距離認識特性が得られるＲＦＩＤタグを提供する。

また、本発明は、広いアンテナ線路は、アンテナに誘起される電流の流れを様々にすることによって、実際に品物に付けられた状況において変化する有効波長に対して高い適応力を有するＲＦＩＤタグを提供する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、上記で言及した技術的課題に制限されず、言及されていない別の技術的課題は、下の記載から、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとっては明らかになるであろう。

本発明の一観点では、第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板の上面に印刷される放射パターンと、前記放射パターンの中央を基準にして上部、下部、左側及び右側に形成されて、放射パターンを左側放射パターン及び右側放射パターンとに区分する“＋”字状のスロットと、前記上部スロット内に形成され、前記左側放射パターン及び右側放射パターンを連結する複数個の第１連結パターンと、前記下部のスロット内に固定されるタグチップと、前記タグチップと前記左側放射パターン及び右側放射パターンを電気的に連結する給電ループパターンと、前記給電ループパターンの端部で前記左側放射パターン及び右側放射パターンを連結する複数個の第２連結パターンと、を含むＲＦＩＤタグが提供される。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明を限定しない実施例に挙げて本発明をより詳細に説明する。ただし、図面中、同一の構成要素には同一の参照符号を付する。

本発明の好適な一実施例に係るタグの構成を示す平面図である。 本発明のタグを金属物体につける場合に使用される離隔体の好適な実施例の構成を示す平面図及び断面図である。 本発明のタグを金属物体につける場合に使用される離隔体の好適な実施例の構成を示す平面図及び断面図である。 本発明のタグの下部に離隔体を付着して使用する場合の状態を示す図である。 本発明のタグの下部に付着された離隔体が開口面アンテナとして動作する様子を示す図である。 空気中で本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合における整合特性を示す図である。 空気中で本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合における前方認識距離の特性を示す図である。 本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合において９１２ＭＨｚの誘起電流の分布を示す図である。 本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合において９１２ＭＨｚの誘起電流の分布を示す図である。 本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合において９１２ＭＨｚの放射パターンを示す図である。 本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合において９１２ＭＨｚの放射パターンを示す図である。 ５ｍｍの厚さを有する様々な誘電体の上部においてタグの最小動作電力（Ｔａｇ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を示す図である。 本発明のタグの放射パターンの幅に対するシミュレーション結果を示す図である。 本発明のタグの放射パターンの幅に対するシミュレーション結果を示す図である。 本発明の好適な他の実施例に係るタグの構成を示す平面図である。 本発明の好適なさらに他の実施例に係るタグの構成を示す平面図である。 本発明の好適なさらに他の実施例に係るタグの構成を示す平面図である。

以下の詳細な説明は例示的なもので、下記の実施例は、本発明の原理及び概念を最も有用で容易に説明するために提供される。

したがって、本発明の基本理解に必要な余分の詳細な構造は省略するとともに、当該技術分野における通常の知識を有する者が実際に実施できるような様々な形態を図面に例示する。

図１は、本発明の好適な一実施例に係るタグの構成を示す平面図である。ここで、符号１００は、第１誘電体基板である。例えば、第１誘電体基板１００は、タグの付着環境を考慮して柔軟な材質のＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）を使用する。

符号１１０は、第１誘電体基板１００の上部に形成される放射パターンである。放射パターン１１０は、例えば、銅またはアルミニウムなどの金属材を、第１誘電体基板１００の上面に印刷して形成することができる。

放射パターン１１０は、“＋”字状のスロット１２０が形成されて、左側放射パターン１１２と右側放射パターン１１４とに区分される。

そして、“＋”字状のスロット１２０において、左右両側のスロット１２２，１２４の幅は同一にし、上部スロット１２６の幅よりも下部スロット１２８の幅を広くする。

上部スロット１２６内には複数個の第１連結パターン１３０が形成されて、左側放射パターン１１２及び右側放射パターン１１４を相互連結する。

下部スロット１２８の中間部にはタグチップ１４０が付着され、タグチップ１４０と左右両側のスロット１２２，１２４の両端における放射パターン１１０とを電気的に連結して給電ループパターン１５０を印刷する。

給電ループパターン１５０は、タグチップ１４０の左右両側から水平に延在する第１給電ループパターン１５２と、第１給電ループパターン１５２の端部から上方に折り曲がる第２給電ループパターン１５４と、第２給電ループパターン１５４の上端部から水平に折り曲がって、左右両側のスロット１２２，１２４の両端における放射パターン１１０に電気的に連結される第３給電ループパターン１５６と、からなる。

そして、第３給電ループパターン１５６と、該第３給電ループパターン１５６の上部に位置する左側放射パターン１１２と右側放射パターン１１４との間に複数個の第２連結パターン１６０が形成される。

このような構成を有する本発明のタグは、紙及び木などの非金属材質に付けて使用するもので、リーダー（図示せず）が伝送する電磁気波を左側放射パターン１１２及び右側放射パターン１１４が受信し、受信した電磁気波は給電ループパターン１５０を通してタグチップ１４０に伝達される。

こうなると、タグチップ１４０は正常動作し、内部に格納されている所定の情報を出力する。タグチップ１４０が出力する所定の情報は、給電ループパターン１５０を通して左側放射パターン１１２及び右側放射パターン１１４に印加されて空中に放射される。

このような本発明のタグにおいて、給電ループパターン１５０はタグチップ１４０との複素整合をなすもので、タグの整合特性を決定する主な要素となる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明のタグを金属材に付ける場合に使用される離隔体の好適な実施例の構成を示す平面図及び断面図である。ここで、符号２００は、第２誘電体基板である。第２誘電体基板２００は、本発明のタグを金属材に付着する場合にタグと金属材との間で所定の離隔距離を確保する。

符号２１０及び２１２は、寄生金属層である。寄生金属層２１０，２１２は、第２誘電体基板２００の上面の左右両側に相互間に所定の間隔Ｄをおいて形成されるもので、離隔体の上部にタグを付着する場合に、寄生金属層２１０，２１２は共振を発生させる。

このような構成を有する本発明の離隔体は、本発明のタグを金属材に付着させる場合に、図３に示すように、タグの下部に付着される。

離隔体の寄生金属層２１０，２１２は、給電ループパターン１５０の大きさを調整するもので、タグの付着される金属材の面において共振周波数を調節する役割を果たし、給電ループパターン１５０から誘起される電流は、寄生金属層２１０，２１２を開口面アンテナのように動作させる。

図４は、給電ループパターン１５０から寄生金属層２１０，２１２に誘起された電流によって離隔体が開口面アンテナとして動作する様子を示す図である。

図５は、空気中で本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合に整合特性を示す図であり、図６は、空気中で本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合における前方認識距離の特性を示す図である。

図５及び図６を参照すると、本発明に係るタグチップ１４０のインピーダンスは９１２ＭＨｚで１０−ｊ１６５Ωのインピーダンスを有しており、アンテナの特性は電磁気の数値解析によって導き出した。

認識特性は、リーダーに３６ｄＢｍ ＥＩＲＰ（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ Ｒａｄｉａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）電磁波規定出力を適用し、タグチップ１４０の動作のための最小必要電力には−１８ｄＢｍを適用した。

図５及び図６に示すように、本発明のタグ及び離隔体を付着したタグは、韓国内でタグに用いている周波数である９１２ＭＨｚで良質の複素整合特性を有しており、タグの前方認識距離も９１２ＭＨｚで９ｍの結果値を有する。

得られた結果からわかるように、本発明のタグと、離隔体を付着したタグは、韓国内で用いている周波数に合うように最適化されている。

図７Ａ及び図７Ｂは、本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合に９１２ＭＨｚにおける誘起電流の分布を示す図である。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、本発明は、誘起電流が給電ループパターン１５０を通して強く流れながらダイポール放射体に漸次に電流を誘起させることがわかる。

このような電流特性から、本発明のタグが様々な認識対象に対して良質の適応力を有するということがわかる。すなわち、様々な認識対象上で、提案された本発明のタグは、広くて厚い線路を効果的に用いて様々な電流経路を生成することによって、認識対象による有効波長の変化に効果的に対処することができる。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明のタグに離隔体を付着しなかった場合と本発明のタグに離隔体を付着した場合における９１２ＭＨｚの放射パターンを示す図である。

一般的なダイポールアンテナは等方性の特性を持っているから、ドーナツ状の放射パターンを有するが、本発明のタグは、図８Ａ及び図８Ｂに示すように線路の厚さを効果的に最適化して所望の方向においてより厚い厚さを有するドーナツ状の放射パターンを有する。

したがって、本発明のタグは、ｙ軸方向に比べて−ｙ軸方向においてより強い放射をする特性を示す。このような最適化された放射パターンは、客体認識状況においてより広い領域を認識することができ、安定した認識特性を提供することができる。

図９は、５ｍｍ厚の様々な誘電体の上部でタグの最小動作電力（Ｔａｇ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を示す図で、様々な誘電率を有する誘電体において本発明のタグの性能変化度合いを示している。すなわち、タグの最小動作電力が小さければ小さいほど、タグは非常に低い電力でも動作することがわかる。

図９を参照すると、実際の認識環境において低い最小動作電力特性を有する本発明のタグは、従来のタグに比べて、はるかに遠距離でもよく認識されることができる。このような本発明のタグは、１〜１１の誘電率を有する物体に対して最適化されており、特に、中間誘電率である約６において最高の性能を発揮するように設計された。

このような特性は、給電ループパターン１５０と放射体の形状を最適化することによって得られた結果であり、比較的様々な誘電体上においても−１０ｄＢｍ以下の特性で動作することが確認できる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明のタグの放射パターンの幅に対するシミュレーション結果を示す図である。放射パターンの幅は放射ビーム幅と指向性に影響を与える。図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、本発明のタグは、放射パターンの幅Ｄの長さを７．５ｍｍ、４．５ｍｍ及び２．５ｍｍと順次に減らすにしたがって放射ビーム幅も次第に減り、指向性も減ることが確認できた。

このような結果から、本発明のタグは、７．５ｍｍの放射パターンの幅を維持することによって広い放射ビーム幅と指向性を得、效率的に広い認識領域を有することができたということがわかる。

図１１は、本発明の他の実施例によるタグの構成を示す図である。符号３２０はＴ字状のスロットである。図１１を参照すると、本実施例のタグは、上部スロットに複数個の第１連結パターンを形成せずに、一つの連結パターン３３２によって左側放射パターン及び右側放射パターンを一体として連結し、第３給電ループパターン３５６と左側放射パターン及び右側放射パターンとの間に複数個の第２連結パターン３６０のみを形成して構成することができる。

図１２は、本発明のさらに他の実施例によるタグの構成を示す図である。図１２を参照すると、本実施例のタグは、複数個の第２連結パターンを形成せずに、上部スロット４２６に複数個の第１連結パターン４３０のみを形成してなることができる。

図１３は、本発明のさらに他の実施例によるタグの構成を示す図である。符号５２０はＴ字状のスロットである。図１３を参照すると、本実施例のタグは、複数個の第１連結パターンも複数個の第２連結パターンも省いて構成することができる。

以上では具体的な実施例に挙げて本発明について詳細に説明してきたが、これらの実施例に限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には、本発明の範ちゅうを逸脱しない限度内で様々な変形が可能であるということは明らかである。

したがって、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定して定められるものではなく、添付の特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲と均等なもの等によって定められるべきである。

１００…第１誘電体基板
１１０…放射パターン
１２０…“＋”字状のスロット
１３０…第１連結パターン
１４０…タグチップ
１６０…第２連結パターン

Claims (10)

1. 第１誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板の上面に印刷される放射パターンと、
   前記放射パターンの中央を基準にして上部、下部、左側及び右側に形成されて、放射パターンを左側放射パターン及び右側放射パターンに区分する“＋”字状のスロットと、
   前記上部スロット内に形成され、前記左側放射パターン及び右側放射パターンを連結する複数個の第１連結パターンと、
   前記下部のスロット内に固定されるタグチップと、
   前記タグチップと前記左側放射パターン及び右側放射パターンとを電気的に連結する給電ループパターンと、
   前記給電ループパターンの端部で前記左側放射パターン及び右側放射パターンを連結する複数個の第２連結パターンと、
   を含むＲＦＩＤタグ。
2. 前記第１誘電体基板の下部に離隔体が積層されることを特徴とする、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
3. 前記離隔体は、
   第２誘電体基板と、
   前記第２誘電体基板の上面の左右両側に、あらかじめ設定された間隔をおいて形成される寄生金属層と、
   を含むことを特徴とする、請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記給電ループパターンは、
   前記タグチップの左右両側で水平に形成される第１給電ループパターンと、
   前記第１給電ループパターンの端部から上方に折り曲がって形成される第２給電ループパターンと、
   前記第２給電ループパターンの上端部から水平に折り曲がって、前記左右両側のスロットの両端に位置する前記放射パターンと電気的に連結される第３給電ループパターンと、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
5. 前記複数個の第２連結パターンは、第３給電ループパターンと前記放射パターンとを連結することを特徴とする、請求項４に載のＲＦＩＤタグ。
6. 第１誘電体基板と、
   前記第１誘電体基板の上面に印刷される放射パターンと、
   前記放射パターンの中央を基準にして下部、左側及び右側に形成される“Ｔ”字状のスロットと、
   前記下部のスロット内に固定されるタグチップと、
   前記タグチップと前記放射パターンとを電気的に連結する給電ループパターンと、
   前記給電ループパターンの端部で前記放射パターンを連結する複数個の第２連結パターンと、
   を含むＲＦＩＤタグ。
7. 前記第１誘電体基板の下部に離隔体が積層されることを特徴とする、請求項６に記載のＲＦＩＤタグ。
8. 前記離隔体は、
   第２誘電体基板と、
   前記第２誘電体基板の上面の左右両側に、あらかじめ設定された間隔をおいて形成される寄生金属層と、
   を含むことを特徴とする、請求項７に記載のＲＦＩＤタグ。
9. 前記給電ループパターンは、
   前記タグチップの左右両側で水平に形成される第１給電ループパターンと、
   前記第１給電ループパターンの端部から上方に折り曲がって形成される第２給電ループパターンと、
   前記第２給電ループパターンの上端部から水平に折り曲がって、前記左右両側のスロットの両端に位置する前記放射パターンと電気的に連結される第３給電ループパターンと、
   を含むことを特徴とする、請求項６に記載のＲＦＩＤタグ。
10. 前記複数個の第２連結パターンは、第３給電ループパターンと前記放射パターンとを連結することを特徴とする、請求項９に記載のＲＦＩＤタグ。