KR101828219B1 - 지반함몰 탐지를 위한 태그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중의 일정한 깊이에 매설되는 태그로서 지상의 일정 높이에서 빠르게 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있으며 지중 환경에서의 신호 왜곡을 최소화하고 매설되는 토양 매질의 다양한 유전율 특성에 따라 공액정합을 용이하게 최적화시킬 수 있어서 매설되는 토양 매질의 종류에 관계없이 정확한 인지성능을 보여주게 되는 지반함몰 탐지를 위한 태그에 관한 것으로, 지중에 매설되며 지상에서 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있는 태그로서, 상기 리더기의 태깅에 따라 지반을 매질로 리더기와 신호를 주고 받는 안테나; 상기 안테나가 부착되는 몸체부; 판 형상으로 형성되며 상기 몸체부를 지지하는 밑판부; 및 통 형상으로 형성되며 상기 몸체부를 내부에 수용하고 상기 밑판부와 결합하는 덮개부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지반함몰 탐지를 위한 태그{TAG FOR DETECTING A SINK HOLE}

본 발명은 지반함몰 탐지를 위한 태그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중의 일정한 깊이에 매설되는 태그로서 지상의 일정 높이에서 빠르게 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있으며 지중 환경에서의 신호 왜곡을 최소화하고 매설되는 토양 매질의 다양한 유전율 특성에 따라 공액정합을 용이하게 최적화시킬 수 있어서 매설되는 토양 매질의 종류에 관계없이 정확한 인지성능을 보여주게 되는 지반함몰 탐지를 위한 태그에 관한 것이다.

도심 지역의 고도화 개발로 인한 도심지 지반 함몰 현상이 자주 발생하게 되어, 안전에 대한 민감도가 높아진 상태이다. 포장도로의 지반 함몰은 갑자기 발생하는 것처럼 보이나 실상은 지하에서 장시간에 걸쳐 일어나는 공동화 현상에 따른 것이므로 주기적으로 관찰할 필요가 있다.

지하 공동화 현상을 파악하는 방법의 하나는 지중 탐사 레이더 (Ground Penetration Radar)를 이용하는 것이다. 이 방법은 지하 환경의 구조에 대한 상당한 정도의 영상을 제공하고 기술 특성상 특정지역의 정밀 분석에는 효과적일 수 있으나 넓은 영역에 대한 주기적인 감시 수단으로는 부적절하다. 또한 가속도 센서나 습도 센서 등을 내장한 능동 탐지센서를 매설하여 지하상태를 모니터링 하는 기술은 기술적인 효용성이 있으나 감시면적당 센서비용이 높아 광범위한 지역의 탐지 용도로 적용하기에는 바람직하지 않다.

RFID 기반 포장체 하부 지반함몰 탐지 기법은 지반 내에 매설되는 센서로 RFID 태그를 사용하며 매설 태그의 단가가 비교적 저렴하여 경제성이 있다. RFID 태그 중 UHF 대역의 수동형 RFID 태그는 인식 속도가 뛰어나며 상대적으로 단가가 저렴하여 넓은 지역을 유효하게 감시하기에 적절하다. 이 같이 RFID 기반 포장체 하부 지반함몰 탐지 기법에 대하여는 본 출원인의 특허(특허출원 제2016-0076599호)에도 잘 개시되어 있다.

RFID(수동형) 시스템은 태그와 리더기로 구성되며, 호스트를 통하여 인터넷 망에 연동되어 응용 서비스를 제공한다. 태그를 부착한 물체가 리더의 인식 범위에 놓이게 되면 리더는 태그에 질문(interrogation)을 보내고, 태그는 리더의 질문에 응답을 한다. 리더는 특정 주파수를 가지는 연속적인 전자파를 변조하여 태그에게 질문 신호를 송출하고, 태그는 내부 메모리에 저장된 자신의 정보를 리더에게 전달하기 위하여 리더로부터 송출된 전자파를 후방산란변조란 리더로부터 송출된 전자파를 태그가 산란시켜 리더에게 되돌려 보낼 때, 그 산란되는 전자파의 크기나 위상을 변화시켜서 태그의 정보를 보내는 방법이다.

수동형 태그는 스스로 발진을 하지 않으며, 동작 전력을 얻기 위해 리더로부터 송출되는 전자파를 정류하여 자신의 전원으로 이용한다. 따라서 리더로부터 송출되어 태그에 도달하는 전파의 세기에 의해 태그의 인식 범위가 제한 된다.

수동형 RFID 태그는 리더로부터 송출된 전자파를 정류하여 자체 전원으로 사용한다. 태그가 정상 작동하기 위해서는 태그까지 전달된 전파의 세기가 특정 문턱값(threshold) 이상이 되어야 한다. 또한 전파의 세기가 특정 문턱값에 도달하지 못할 경우 인식영역이 제한된다. 각 나라별 전파법의 의해 무한정 전력을 높일 수 없게 되어 있다. 리더에서는 전파의 세기가 제한 되어 있으므로, 리더로부터 받는 전파를 태그가 효율적으로 수신하여야 한다.

RFID 태그의 수신 효율을 높이기 위해서는 칩이 가지고 있는 저항값과 캐패시터 값의 공액 정합된 값을 갖는 안테나가 필요하다. 부정합이 이루어질 경우 최대 효율의 방사가 이루어 지지 않아 저하된 인식거리를 갖게 된다. 안테나 이외에 정합을 이루기 위해 인덕터와 캐패시터 수동소자를 추가하게 되면 가격 상승이 되어 바람직하지 않다. 이에 안테나만을 사용하여 칩과 정합을 시켜야 한다.

실제 RFID 기반 포장체 하부 지반함몰 탐지 기법이 적용되는 지반은 신설 도로나 도시철도 구간의 포장체 조성 지반, 상하수도 관로 교체 구간의 포장체, 대규모 터파기 공사가 진행되는 지역 주변 인도 하부 등 그 대상 지반이 다양한데, 이들 지반들에 태그를 매설하게 되면 태그를 감싼 토양 매질의 특성이 저마다 조금씩 차이가 있기 때문에 토양 매질의 특성에 따라 태그의 정합을 달리 맞춰줄 필요가 있다. 하지만 현재로서는 지중의 일정한 깊이에 매설되어 지상의 일정 높이에서 빠르게 이동하는 리더기를 통해 정확히 인지될 수 있는 RFID 기반 포장체 하부 지반함몰 탐지 기법 전용 태그가 개발되어 있지 않은 실정이다.

더군다나 적용 지역의 토양 매질 특성에 따라 매질의 유전율에 차이가 있기 때문에 적용 지역별로 태그의 공액정합을 조금씩 달리 해야 하는데 현재의 공중용 태그 안테나 구조로서는 토양 매질의 다양한 유전율 특성에 따른 공액정합을 맞추기 어렵고 결국 일률적으로 매설용 태그 안테나의 공액정합을 맞출 수 밖에 없어서 적용 지반에 따라 태그의 인지 성능에 차이가 생기게 되며 이는 결국 탐사 데이터의 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 지중의 일정한 깊이에 매설되는 태그로서 지상의 일정 높이에서 빠르게 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있으며 지중 환경에서의 신호 왜곡을 최소화할 수 있는 지반함몰 탐지를 위한 태그를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 매설되는 토양 매질의 다양한 유전율 특성에 따라 공액정합을 용이하게 최적화시킬 수 있어서 매설되는 토양 매질의 종류에 관계없이 정확한 인지성능을 보여주게 되는 지반함몰 탐지를 위한 태그를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 지중에 매설되며 지상에서 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있는 태그로서, 상기 리더기의 태깅에 따라 지반을 매질로 리더기와 신호를 주고 받는 안테나; 상기 안테나가 부착되는 몸체부; 판 형상으로 형성되며 상기 몸체부를 지지하는 밑판부; 및 통 형상으로 형성되며 상기 몸체부를 내부에 수용하고 상기 밑판부와 결합하는 덮개부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그를 제공한다.

바람직하게는, 상기 안테나는 펼친 상태에서 원형의 제 1 방사 패치와 제 2 방사 패치가 연결 패치를 중심으로 양단에 연결되어 아령형으로 형성되며, 상기 몸체부에 부착시 상기 연결 패치를 곧게 세운 상태에서 제 1 방사 패치와 제 2 방사 패치를 같은 방향으로 수직 각도로 접어 부착시켜 ㄷ자형 구조의 폴디드 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인 형태의 듀얼슬롯 정합부가 형성되고, 상기 듀얼슬롯 정합부는 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 각각의 슬롯은 연결 패치의 좌측 가장자리 지점에서 제 2 방사 패치의 우측 가장자리 지점까지 연장되어 형성되며, 상기 듀얼슬롯 정합부의 길이를 제 2 방사 패치의 외곽측으로 수평 방향으로 확장해 가변시켜서 태그가 매설되는 토양 매질별 유전율에 따라 칩과 안테나를 정합시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인 형태의 스터브 정합부가 형성되고, 상기 스터브 정합부는 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 각각의 슬롯은 연결 패치 상측면 및 하측면이 제 2 방사 패치와 만나는 지점에서 제 2 방사 패치의 우측 가장자리 지점까지 연장되어 형성되며, 상기 스터브 정합부의 길이를 제 2 방사 패치의 외곽측으로 수평 방향으로 확장해 가변시켜서 태그가 매설되는 토양 매질별 유전율에 따라 칩과 안테나를 정합시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향과 수직 방향으로 미엔더 라인 형태의 전계 방향 정합부가 형성되고, 상기 전계 방향 정합부는 연결 패치의 듀얼슬롯 정합부에서 해당 듀얼슬롯 정합부가 형성된 길이 방향과 수직한 방향으로 형성된 2 개의 굴곡진 미엔더 라인 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 각각의 슬롯은 듀얼슬롯 정합부의 각 슬롯에서 수직 방향으로 연장형성되되 서로 마주하지 않는 수직 방향으로 연장형성되며, 상기 전계 방향 정합부의 마지막 절곡부에서 연장되는 수평 라인의 길이를 제 2 방사 패치의 외곽측으로 수평 방향으로 확장해 가변시켜서 태그가 매설되는 토양 매질별 유전율에 따라 칩과 안테나를 정합시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인 형태의 듀얼 슬롯 GND 정합부가 형성되고, 상기 듀얼 슬롯 GND 정합부는 연결 패치에서 상기 듀얼슬롯 정합부와 전계 방향 정합부가 만나는 지점에서 듀얼슬롯 정합부의 형성 방향과 반대 방향으로 수평한 직선 형태를 가지고 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 상기 듀얼슬롯 GND 정합부의 길이를 제 1 방사 패치 방향으로 확장해 가변시켜서 태그가 매설되는 토양 매질별 유전율에 따라 칩과 안테나를 정합시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 밑판부는 상측면 중앙에 자성체를 수용할 수 있는 수용홈이 형성되며, 상기 수용홈에 수용되는 자성체는 지상에서 이동하는 자력탐사기를 통해 자력값이 감지되는지 여부로 지반함몰 여부를 판단할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 몸체부는 상기 밑판부 상에 배치되며 덮개부에 의해 덮여져 내부에 수용되며, 상기 몸체부에는 상기 안테나를 부착할 수 있는 부착판이 형성되며, 상기 부착판의 측면에는 안테나의 연결 패치가 수직하게 부착되고, 상기 부착판의 상면에는 제 2 방사 패치가 수평하게 부착되며, 상기 부착판의 하면에는 제 1 방사 패치가 수평하게 부착되어 안테나가 ㄷ자형 구조의 폴디드 형태를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 덮개부의 내측면에는 끼움 돌기가 형성되며 이 끼움 돌기가 상기 몸체부의 측부에 형성된 끼움 홈에 끼워져 덮개부와 밑판부의 결합이 이루어지며, 상기 덮개부의 외측면에는 상기 밑판부 외측면의 결합 돌기와 대응되는 위치에 결합 홈이 형성되어 결합 돌기에 결합 홈이 삽입됨으로써 덮개부와 밑판부의 결합이 보조적으로 이루어지며, 상기 밑판부와 덮개부의 결합 부위는 초음파 융착 처리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 지중의 일정한 깊이에 매설되는 태그로서 지상의 일정 높이에서 빠르게 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있으며 지중 환경에서의 신호 왜곡을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

특히 매설되는 토양 매질의 다양한 유전율 특성에 따라 공액정합을 용이하게 최적화시킬 수 있어서 매설되는 토양 매질의 종류에 관계없이 정확한 인지성능을 보여주게 되는 효과도 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나를 펼친 상태의 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나를 접은 상태의 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 패키지 분해 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 패키지 조립 도면.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나에 대한 임피던스 매칭 정합 실험 과정을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

본 발명이 적용되는 지반함몰 신속탐지 시스템은, 지상에 설치된 포장체의 하부에 매설되는 태그, 상기 태그를 지상에서 인식하기 위한 감지 수단, 상기 감지 수단에서 인식된 정보를 통해 지반함몰 여부를 탐지하는 탐사 장치, 상기 감지 수단과 탐사 장치를 포장체 상에서 이동시키기 위한 이동 수단 및 상기 탐사 장치에 태그별 위치정보를 제공하는 서버를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 감지 수단은 태그와의 데이터 무선송수신이 가능하도록 안테나와 리더기를 포함하여 구성될 수 있다. 이 같은 구성의 지반함몰 신속탐지 시스템에 대하여는 본 출원인의 특허(특허출원 제2016-0076599호)에 잘 개시되어 있으므로 여기에서 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 지반함몰 신속탐지 시스템은 비접촉식 사물인식 기술 중 하나인 RFID(Radio Frequency Identification) 태그 기술이 사용된다.

본 발명에서 RFID 기술을 이용하여 지반함몰을 탐지하는 기술의 기본개념은 다음과 같다. 포장체 하부 특정 심도에 매설된 태그가 지반함몰이 발생하기 전에는 포장체 상부의 이동형 안테나와 교신이 되어 태그 정보를 리더기에 전달할 수 있다가 포장체 하부에서 지반함몰이 발생하면서 태그가 매설된 위치로부터 이동하여 교신거리를 초과할 경우 포장체 상부의 안테나와 교신이 두절되는 상황으로 바뀌게 된다. 따라서 주기적으로 지중에 매설된 RFID 태그 상태를 모니터링 한다면 포장체 하부의 지반함몰 및 그로 인한 지하공동 생성 여부에 대해서 신속하게 파악할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 목적을 이루기 위한 지반함몰 신속탐지 시스템 구성에 있어서 중요한 점은 적절한 수동형 RFID 태그의 구성이다. 태그를 포장체 하부에 매설해야 하므로 라디오파가 전파되는 매질이 공기 조건이 아닌 포장체 및 지반 구조임을 고려해야 하는데 이러한 조건에서 특정 거리 이상의 교신거리가 보장되어야 한다. 지중 매설용이므로 태그에 대해서 견고한 하우징이 필요하며 특정 간격 이하로 촘촘하게 매설하기 위해서는 태그의 단가가 저렴해야 한다. 또한, 포장체 상부의 이동형 안테나/리더기와 태그가 교신하기 위해서는 반응속도도 좋아야 한다.

일반적인 수동형 RFID 태그는 태그가 부착되는 매질의 유전율에 영향을 받아 저항 및 캐패시터 값이 변화되어 공진주파수가 변한다. 특히, 지하에 매설되면 태그를 감싼 토양 매질의 특성으로 인하여 공진주파수, 안테나 임피던스, 방사패턴, 반사손실의 왜곡이 되어 원활한 성능을 발휘 할 수 없게 된다. 또한 일반 상용 태그들은 공기중의 환경을 기준의 특성을 고려 하여 제작을 하게 된다. 그러므로 지반내층에 적용할 시 특성의 변화를 초래하여 최적의 성능을 발휘 할 수 없는 문제점을 갖게 된다. 더욱이 지반내층의 환경 조건에 수분 및 내구성에 취약한 구조를 갖게 된다.

따라서 지반 내층에 적합한 성능을 갖으며, 지반 침몰 시 미연의 인지할 수 있는 문턱값을 갖고, 부가적으로 태그의 마그네틱 자성체를 사용하여 자력 변화의 세기를 사용하여 함몰정도를 파악할 수 있는 태그를 구성하는게 중요하다.

특히 RFID 기반 포장체 하부 지반함몰 탐지 기법이 적용되는 지반은 신설 도로나 도시철도 구간의 포장체 조성 지반, 상하수도 관로 교체 구간의 포장체, 대규모 터파기 공사가 진행되는 지역 주변 인도 하부 등 그 대상 지반이 다양한데, 이들 지반들에 태그를 매설하게 되면 태그를 감싼 토양 매질의 특성이 저마다 조금씩 차이가 있기 때문에 토양 매질의 특성에 따라 태그의 정합을 달리 맞춰줄 필요가 있다. 더군다나 적용 지역의 토양 매질 특성에 따라 매질의 유전율에 차이가 있기 때문에 적용 지역별로 태그의 공액정합을 조금씩 달리 해야 하는데 현재의 공중용 태그 안테나 구조로서는 토양 매질의 다양한 유전율 특성에 따른 공액정합을 맞추기 어렵고 결국 일률적으로 매설용 태그 안테나의 공액정합을 맞출 수 밖에 없어서 적용 지반에 따라 태그의 인지 성능에 차이가 생기고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나를 펼친 상태의 도면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나(10)는 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)가 연결 패치(13)를 중심으로 양단에 연결되어 전체적으로 아령형(dumbbell-shaped)으로 형성된다. 상기 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)는 연결 패치(13)에 의해 단락된다.

태그를 지반에 용이하게 설치하기 위해서는 해당 태그가 원형의 형태(도 3 및 도 4 참조)를 가져야 유리하기 때문에 상기 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)는 원형으로 형성되며 그 크기는 약 50 내지 90 mm의 직경을 가지는 것이 태그 구성에 유리하다.

이 같은 구조의 안테나(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 연결 패치(13)를 곧게 세운 상태에서 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)를 같은 방향으로 수직 각도로 접어 패키지(30) 내에 설치하게 된다.

이 같은 안테나(10)에서 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)의 직경(D)이 연결 패치(13)의 폭(W)에 비해 크기 때문에 전체적으로 아령형(dumbbell-shaped)으로 형성된다.

한편 이 같은 안테나(10)는 평면의 형태가 아닌 구조적인 마이크로스트립 폴디드형 안테나(Microstrip Folded Antenna)로 만들어 태그의 사이즈를 최소화할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나를 접은 상태의 도면이다.

안테나(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 수직으로 세워진 연결 패치(13)를 중심으로 하측에는 제 1 방사 패치(11)가 수평하게 배치되고 또한 상측에는 제 2 방사 패치(12)가 수평하게 배치되게 된다. 즉 연결 패치(13)를 곧게 세운 상태에서 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)를 같은 방향으로 수직 각도로 접어 전체적으로 ㄷ자형 구조를 갖게 된다.

여기에서 상기 제 1 방사 패치(11), 제 2 방사 패치(12) 및 연결 패치(13)로 이루어지는 안테나는 패키지(30)에 부착이 용이하도록 PET(Polyethylene telephtalene) 및 PI(Polyimide) 수지를 사용하여 만들어질 수 있으며, 이 같은 수지 위에 동 또는 알루미늄, 은 등의 전도성 물질을 합지하여 만들어지게 된다. 여기에서 수지의 두께는 60㎛ 이내 바람직하게는 40 내지 60㎛일 수 있으며, 안테나의 두께는 120㎛ 이내 바람직하게는 80 내지 120㎛일 수 있다.

이러한 폴디드형 구조를 통해 안테나(10)의 전체 부피를 줄이고 결국 해당 안테나(10)가 설치되는 패키지(30)의 사이즈를 줄여 태그의 소형화를 이룰 수 있게 될 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 패키지 분해 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 패키지 조립 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면 상기 안테나(10)가 내부에 부착되는 패키지(30)는 밑판부(31), 몸체부(32) 및 덮개부(33)로 구성된다.

상기 밑판부(31)는 판 형상으로 형성되며, 외측면에는 상기 덮개부(33)와의 결합을 위한 결합 돌기(32a)가 형성된다. 또한 밑판부(31)의 상측면 중앙에는 자성체(20)를 수용할 수 있는 수용홈(31a)이 형성된다.

상기 수용홈(31a)의 자성체(20)는 상술한 RFID 안테나(10)와 병행하여 운용될 수 있는 자기 감지 기술을 위한 것으로 자력탐사기를 통해 자력값이 감지되는지 여부로 지반함몰 여부를 판단할 수 있도록 한다.

상기 자성체(20)는 밑판부(31)의 수용홈(31a)에 고정되어 구성될 수 있으며, 여기에서 상기 자성체(20)는 네오디움 자석일 수 있다.

상기 자성체(20)는 지하에 매설시 이상체 역할을 하게 되며 지상의 자력 측정기를 통해 그 자력값이 감지됨으로서 자성체의 존재 유무가 검출되게 될 것이다. 이에 따라 상기 자력 측정기는 지반함몰이 진행되고 있는 시점을 체크할 수 있게 된다. 더군다나 단순히 자성체(20)의 자력값 감지 여부만으로 지반함몰 여부를 판단하는 방식에서 더 나아가 지중 자성체(20)의 감지 정도의 변화를 모니터링하는 방식으로 지반함몰 여부를 판단할 수 있게 된다. 탐지시 이동 수단으로 대상 지역을 이동하며 RFID 탐사를 신속하게 실시한 후 태그가 인식되지 않은 구역에 대해 자력 탐사를 추가 실시함으로써 확인 탐사를 통해 탐사 오류를 현저히 줄일 수 있다. 또한 태그를 통해 RFID 탐사와 자력 탐사를 동시에 수행하고 두 탐사에서 동일하게 이상 반응을 보일 경우 포장체 하부의 지반함몰 의심지역으로 확신하는 병행 실시도 가능하다.

이러한 자성체(20)와 관련하여 구체적인 탐지 방식에 대하여는 본 출원인의 특허(특허출원 제2016-0076599호)에 잘 개시되어 있으므로 여기에서 구체적인 설명은 생략한다.

상기 덮개부(33)는 통 형상으로 형성되며, 개구된 하부가 상기 밑판부(31)의 상측면에 배치되어 결합이 이루어진다. 이 덮개부(33)의 내측면에는 끼움 돌기(33b)가 형성되며 이 끼움 돌기(33b)가 상기 몸체부(32)의 측부에 형성된 끼움 홈(32c)에 끼워져 덮개부(33)와 밑판부(31)의 결합이 이루어질 수 있도록 한다. 또한 이 덮개부(33)의 외측면에는 상기 밑판부(31)의 결합 돌기(31b)와 대응되는 위치에 결합 홈(33a)이 형성되어 결합 돌기(31b)에 결합 홈(33a)이 삽입됨으로써 덮개부(33)와 밑판부(31)의 결합이 보조적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또한 지반에 매설되는 태그의 특성상 외부 환경으로부터 방수 및 방진이 이루어지도록 상기 밑판부(31)와 덮개부(33)의 결합 부위는 초음파 융착으로 처리된다.

한편 상기 몸체부(32)는 상기 밑판부(31) 상에 배치되며 덮개부(33)에 의해 덮여져 내부에 완전히 수용되게 된다. 이 같은 몸체부(32)는 전체적으로 링 형태를 가지며, 링 내부에 상기 안테나(10)를 부착할 수 있는 부착판(32d)이 형성되게 된다.

상기 부착판(32d)은 몸체부(32)의 내부에 수평하게 형성되며 일정한 두께를 가진다. 이 부착판(32d)의 두께는 안테나(10)의 연결 패치(13)의 길이와 대응된다.

즉 상기 부착판(32d)의 측면에는 안테나(10)의 연결 패치(13)가 수직하게 부착되고, 상기 부착판(32d)의 상면에는 제 2 방사 패치(12)가 수평하게 부착되며, 상기 부착판(32d)의 하면에는 제 1 방사 패치(11)가 수평하게 부착됨으로써 상기 안테나(10)는 연결 패치(13)를 곧게 세운 상태에서 제 1 방사 패치(11)와 제 2 방사 패치(12)를 같은 방향으로 수직 각도로 접혀져 전체적으로 ㄷ자형 구조를 갖게 되는 것이다.

한편 본 발명에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그는 활용 방식이 지반에 매설되는 방식이며 특히 태그를 감싼 토양 매질의 특성이 저마다 조금씩 차이가 있기 때문에 토양 매질의 유전율 특성에 따라 태그의 정합을 달리 맞춰줄 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.

국내 RFID UHF 리더기는 무선설비규칙에 의거 917 ~ 923.5MHz를 사용하여야 하며, 4W 이하의 복사전력을 가져야 사용이 가능하다. RFID UHF 태그 또한 917 ~ 923.5MHz 안에 들어갈 시 최대의 성능을 얻을 수 있다.

태그의 안테나(10)를 설계하기 위하여 태그 칩과 공액정합된 값을 갖는 안테나를 가져야 원활한 통신을 할 수 있다. 이에 칩 임피던스 27.11-201.65j에 공액정합된 27.11+201.63j 값을 적용한 안테나 설계를 하게 된다.

사전적으로 수분이 없는 사토의 유전율은 1GHz 대역에서 2.5의 비유전율을 갖으며, 3.88%의 수분을 함유한 사토의 유전율은 1GHz 대역에서 4.5의 비유전율 값을 갖는다. 토양 수분 함양에 따라 매질의 비유전율이 증가함을 볼 수 있다. 이 같은 토양 매질의 비유전율 변화는 안테나의 임피던스 값에 변화를 주어 공진 주파수를 이동하게 하여 성능 감쇠로 나타나게 된다.

상용 라벨 태그를 사용할 시 토양의 유전율에 직접적으로 영향을 받아 주파수의 이동 및 안테나 값의 감쇠 현상이 발생하게 된다. 또한 토양의 밀도가 높아지게 되면 안테나 효율이 크게 저하되므로써, 안테나 정합 부위를 여러 부분으로 분리하여 효율을 증대시킬 필요가 있게 된다.

이에 본 발명에서는 안테나(10)에 5가지의 정합 부분을 마련하고, 이 정합 부분의 형태와 위치를 변경함으로써 임피던스 정합을 맞출 수 있도록 하였으며, 특히 태그가 매설되는 토양 매질의 특성(유전율, 밀도 등)에 따라 용이하게 공액정합을 최적화시킬 수 있어서 매설되는 토양 매질의 종류에 관계없이 정확한 인지성능을 보여주게 되는 지반함몰 탐지를 위한 태그를 제공하고자 한다.

안테나(10)의 정합 부분은 크게 5가지 부분으로 구성된다. 급전점(D1), 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′), 스터브 정합부(D3, D3′), 전계방향 정합부(D4, D4′), 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)로 나뉘게 된다.

기본적으로 UHF대역의 안테나는 설계하기 위해서는 2λ,λ,2/λ,4/λ,8/λ 등의 안테나 길이가 필요하다. 원 파장을 사용할수록 안테나의 효율은 좋으나, 원형의 특수 태그의 안테나를 설계하기 위하여, 마이크로스트립 폴디드 형태를 채택하였다.

UHF 대역의 안테나는 기본구조적으로 다이폴형, 미엔더형, 폴디드형, 스파이얼형, 모노폴형, 마이크로스트립형 등을 사용하게 되며, 매칭 방법에는 T 매칭, 슬롯 매칭을 주로 사용하게 된다. 본 발명에서는 안테나를 평면의 형태가 아닌 구조적인 마이크로스트립 폴디드형 안테나를 만들어 태그의 사이즈 및 효율을 극대화 시키게 된다.

태그의 안테나는 매질의 비유전율 값에 의해 캐패시턴스 및 인덕턴스 값이 변화하게 되고 이는 결국 주파수 변화를 야기하게 된다. 또한 칩과 안테나의 비매칭으로 인하여 성능 감쇠 현상을 일으키게 된다.

도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지반함몰 탐지를 위한 태그의 안테나에 대한 임피던스 매칭 정합 실험결과를 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 5는 안테나(10)의 급전점(D1)을 설명하기 위한 도면이다.

상기 급전점(D1)은 태그 칩과 안테나(10)의 결합 지점으로, 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 방사 패치(12)에서 연결 패치(13)와 연결되는 부위의 반대측, 즉 도면에서 우측의 가장자리에 형성된다. 이후 설명되는 다양한 정합 실험에서 이 급전점(D1)의 위치는 고정된다.

기본 라벨 태그 안테나의 경우 단일 슬롯 정합을 사용하는 것과 달리 본원 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′), 스터브 정합부(D3, D3′), 전계 방향 정합부(D4, D4′) 및 듀얼 슬롯 GND 정합부(D5, D5′)에서 듀얼 슬롯 정합을 사용함으로써 비록 태그가 포장체 하부의 특정 심도에 매설되더라도 태깅 성능이 저하되지 않도록 안테나 방사효율을 증가시키게 된다.

도 6은 안테나(10)의 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′) 및 그 가변 실험 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면 상기 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)는 임피던스 정합시 이중 실수부 정합을 이끌어내기 위한 것으로 제 1 방사 패치(11), 연결 패치(13) 및 제 2 방사 패치(12)가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인의 형태로 형성된다. 이 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)는 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯 D2와 D2′이 듀얼로 구성되어 이루어지며 각각의 슬롯은 연결 패치(13)의 좌측 가장자리 지점에서 제 2 방사 패치(12)의 우측 가장자리 지점까지 연장되어 형성된다. 이 같은 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)의 슬롯 폭은 0.5 내지 3mm일 수 있다.

다음으로 도 7은 안테나(10)의 스터브 정합부(D3, D3′) 및 그 가변 실험 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면 상기 스터브 정합부(D3, D3′)는 인덕턴스 값을 보상하여 결과적으로 폴디드 안테나 형태에서 안테나의 길이를 보상하기 위한 것으로 제 1 방사 패치(11), 연결 패치(13) 및 제 2 방사 패치(12)가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인의 형태로 형성된다. 이 스터브 정합부(D3, D3′)는 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯 D3와 D3′이 듀얼로 구성되어 이루어지며 각각의 슬롯은 연결 패치(13) 상측면 및 하측면이 제 2 방사 패치(12)와 만나는 지점에서 제 2 방사 패치(12)의 우측 가장자리 지점까지 연장되어 형성된다. 이 같은 스터브 정합부(D3, D3′)의 슬롯 폭은 0.5 내지 3mm일 수 있다.

다음으로 도 8은 안테나(10)의 전계 방향 정합부(D4, D4′) 및 그 가변 실험 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면 상기 전계 방향 정합부(D4, D4′)는 폴디드 형태의 안테나를 구성할 때 안테나 이득 값을 증가시키고 칩의 위치에 따른 공액 정합을 용이하게 하기 위한 것으로 제 1 방사 패치(11), 연결 패치(13) 및 제 2 방사 패치(12)가 일렬로 배치되는 길이 방향과 수직 방향으로 미엔더 라인의 형태로 형성된다. 이 전계 방향 정합부(D4, D4′)는 연결 패치(13)의 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)에서 해당 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)가 형성된 길이 방향과 수직한 방향으로 형성된 2 개의 굴곡진 미엔더 라인 슬롯 D4와 D4′이 듀얼로 구성되어 이루어진다. 각각의 슬롯 D4와 D4′은 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)의 슬롯 D2와 D2′에서 수직 방향으로 연장형성되되 이 2 개의 미엔더 라인 슬롯 D4와 D4′은 서로 마주하지 않는 수직 방향(즉, 연결 패치(13)의 외곽 방향)으로 연장형성되어 이 2 개의 전계 방향 정합부 D4와 D4′은 만나지 않게 된다.

다음으로 도 9는 안테나(10)의 듀얼 슬롯 GND 정합부(D5, D5′) 및 그 가변 실험 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면 상기 듀얼 슬롯 GND 정합부(D5, D5′)는 안테나의 이득값을 올리기 위한 것으로 제 1 방사 패치(11), 연결 패치(13) 및 제 2 방사 패치(12)가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인의 형태로 형성된다. 이 듀얼 슬롯 GND 정합부(D5, D5′)는 연결 패치(13)에서 상기 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)와 전계 방향 정합부(D4, D4′)가 만나는 지점에서 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)의 형성 방향과 반대 방향 즉 제 1 방사 패치(11) 방향으로 수평한 직선 형태를 가지고 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯 D5와 D5′이 듀얼로 구성되어 이루어진다.

본 발명에서는 920MHz 단일 주파수에서 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)에 변수를 두어 저항 성분의 정합을 유도하게 된다.

다음의 표 1은 급전점(D1), 스터브 정합부(D3, D3′), 전계방향 정합부(D4, D4′), 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 길이는 기준점에 고정시킨 상태에서 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)의 길이를 기준점인 D2S0의 위치에서 제 2 방사 패치(12)의 외곽측의 D2S5의 위치까지 1 mm 단위로 수평 방향으로 확장해 가변시켜가며 저항과 리액턴스를 측정한 결과이다. 여기에서 기준점인 D2S0의 위치는 제 2 방사 패치(12)의 우측 반면 내에 위치하게 되며, D2와 D2′의 길이 가변은 동시에 진행된다.

듀얼 슬롯 임피던스 정합부
변수 D2 고정 D1=0mm D3=0mm D4=0mm D5=0mm Freq. 920MHz		Z(Re)	Z(Im)
D2S0	0 mm	42.28	350.5
D2S1	1 mm	39.27	340.6
D2S2	2 mm	38.68	337.65
D2S3	3 mm	35.87	335.78
D2S4	4 mm	33.27	330.45
D2S5	5 mm	31.12	327.7

표 1에 나타난 바와 같이 0mm로부터 5mm 까지의 정합슬롯 루프를 변화시킬 경우 점차적으로 안테나의 저항값이 감소하고 인덕턴스 값은 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 안테나의 저항성분을 먼저 칩과 공액정합 시키기 위하여 27.11에 근사한 5mm 구간을 고정하게 된다.

상용 라벨 안테나의 경우 태그의 사이즈를 줄이기 위해 사용되는 기법이며, 안테나의 효율은 감쇠하게 된다. 마이크로스트립 폴디드 형 구조를 사용함으로써, 안테나의 전체적인 길이가 부족하게 된다. 기존의 안테나 길이를 보상하기 위해서, 상단 원형 방사체에 스터브를 사용한다. 이 같은 스터브가 스터브 정합부(D3, D3′)로 듀얼로 구성되어 이루어진다.

스터브의 길이는 태그 칩과 안테나의 임피던스 매칭에 절대적인 영향을 주게 된다. 스터브의 길이가 길게 된거나 짧을 경우 안테나 효율이 감쇠된다.

다음의 표 2에서 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)는 표 1의 실험결과에 따라 기준점(D2S0)에서 5 mm 수평 방향으로 확장해 가변된 정합점(D2S5)에 고정되며, 급전점(D1), 전계방향 정합부(D4, D4′), 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 길이는 기준점에 고정시킨 상태에서 스터브 정합부(D3, D3′)의 길이를 기준점인 D3S0의 위치에서 제 2 방사 패치(12)의 외곽측의 D3S5의 위치까지 1 mm 단위로 수평 방향으로 확장해 가변시켜가며 저항과 리액턴스를 측정한 결과이다. 여기에서 기준점인 D3S0의 위치는 제 2 방사 패치(12)의 우측 반면 내에 위치하게 되며, D3와 D3′의 길이 가변은 동시에 진행된다.

스터브 인덕턴스 임피던스 정합부
변수 D3 고정 D1=0mm D2=5mm D4=0mm D5=0mm Freq. 920MHz		Z(Re)	Z(Im)
D3S0	0 mm	31.12	327.7
D3S1	1 mm	30.0	325.79
D3S2	2 mm	29.89	323.58
D3S3	3 mm	29.65	320.89
D3S4	4 mm	29.5	318.74
D3S5	5 mm	29.14	315.78

칩 임피던스에 근사한 저항값을 고정으로 하여 안테나의 인덕턴스값을 조정하기 위하여 스터브 정합부(D3, D3′)의 스터브 길이를 조정하여 보상하게 된다. 여기에서는 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)를 정합점(D2S5)에 고정시킨 후 D3와 D3′의 길이를 1mm 단위로 0mm ~ 5mm 사이에서 조정한다. 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 D3S5 인 5mm 구간에서의 저항 성분의 감소 와 인덕턴스 성분의 감소가 이루어지는 것을 확인할 수 있다.

한편 기존 사출형 태그의 경우 측면의 슬롯 매칭을 사용하여 전계방향과 자계방향을 결정하게 되지만 임피던스의 미세조정 역할을 하지는 않는다. 본 발명에서는 측면의 듀얼슬롯의 영역에 미엔터 마이크로 스티립 라인으로서 전계 방향 정합부(D4, D4′)를 구성하여 임피던스를 미세 조정하여 안테나 정합을 정밀하게 하며, 안테나 효율을 증대시킨다.

다음의 표 3에서 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)와 스터브 정합부(D3, D3′)는 표 1 및 표 2의 실험결과에 따라 기준점(D2S0, D3S0)에서 5 mm 수평 방향으로 확장해 가변된 정합점(D2S5, D3S5)에 고정되며, 급전점(D1)과 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 길이는 기준점에 고정시킨 상태에서 전계 방향 정합부(D4, D4′)의 길이를 기준점인 D4S0의 위치에서 제 2 방사 패치(12)의 외곽측의 D4S5의 위치까지 1 mm 단위로 수평 방향으로 확장해 가변시켜가며 저항과 리액턴스를 측정한 결과이다.

여기에서 상기 전계 방향 정합부(D4, D4′)는 굴곡진 다수의 절곡부를 가지고 지그재그 형태로 형성된 미엔더 라인으로 형성된다. 본 발명에서의 전계 방향 정합부(D4, D4′)의 라인 형태는 연결 패치(13)의 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′)에서 수직 방향으로 연장된 후 5회의 절곡부를 가지게 되며, 마지막 절곡부에서 연장되는 수평 라인은 제 1 방사 패치(11), 연결 패치(13) 및 제 2 방사 패치(12)가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평하게 형성된다. 이 마지막 절곡부에서 연장되는 수평 라인의 길이를 기준점인 D4S0의 위치에서 제 2 방사 패치(12)의 외곽측의 D4S5의 위치까지 1 mm 단위로 수평 방향으로 확장해 가변시켜가며 저항과 리액턴스를 측정한 결과가 아래의 표 3에 제시되어 있다. 이때 기준점인 D4S0의 위치는 연결 패치(13) 내에 위치하게 되며, D3와 D4′의 길이 가변은 동시에 진행된다.

미엔더 마이크로스트립 라인 임피던스 정합부
변수 D4 고정 D1=0mm D2=5mm D3=5mm D5=0mm Freq. 920MHz		Z(Re)	Z(Im)
D4S0	0 mm	29.14	315.78
D4S1	1 mm	31.05	301.52
D4S2	2 mm	32.26	298.1
D4S3	3 mm	33.78	280.3
D4S4	4 mm	34.65	278.52
D4S5	5 mm	35.25	270.45

표 3에 나타난 바와 같이 전계 방향 정합부(D4, D4′)의 미엔더 마이크로스트립 길이를 1mm 단위로 0mm ~ 5mm 사이에서 조정한 결과 D4S5 인 5mm 구간에서의 저항 성분의 증가와 인덕턴스 성분의 증가가 이루어짐을 확인할 수 있으며 임피던스를 미세 조정하여 안테나 정합을 정밀하게 하며, 안테나 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

한편 다음의 표 4에서 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′), 스터브 정합부(D3, D3′) 및 전계 방향 정합부(D4, D4′)는 표 1 내지 표 3의 실험결과에 따라 기준점(D2S0, D3S0, D4S0)에서 5 mm 수평 방향으로 확장해 가변된 정합점(D2S5, D3S5, D4S5)에 고정되며, 급전점(D1)은 기준점에 고정시킨 상태에서 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 길이를 기준점인 D5S0의 위치에서 제 1 방사 패치(11)의 방향의 D5S5의 위치까지 1 mm 단위로 수평 방향으로 확장해 가변시켜가며 저항과 리액턴스를 측정한 결과이다. 여기에서 기준점인 D5S0의 위치는 연결 패치(13) 내에 위치하게 되며, D3와 D4′의 길이 가변은 동시에 진행된다.

듀얼 슬롯 GND 임피던스 정합부
변수 D5 고정 D1=0mm D2=5mm D3=5mm D4=5mm Freq. 920MHz		Z(Re)	Z(Im)
D5S0	0 mm	35.25	270.45
D5S1	1 mm	34.89	260.24
D5S2	2 mm	33.28	254.1
D5S3	3 mm	32.58	250.2
D5S4	4 mm	31.59	246.3
D5S5	5 mm	30.97	230.87

표 4에 나타난 바와 같이 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 길이를 1mm 단위로 0mm ~ 5mm 사이에서 조정한 결과 D4S5 인 5mm 구간에서 저항 성분의 감소와 인덕턴스 성분의 감소가 가장 크게 이루어짐을 확인할 수 있었다.

도 10은 최종적으로 슬롯 길이가 결정된 안테나(10)를 설명하기 위한 도면이다.

실험 결과에 따르면 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′), 스터브 정합부(D3, D3′) 및 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 가변 길이를 정합점인 D2S5, D3S5 및 D5S5에 고정시킨 후 최종적으로 전계 방향 정합부(D4, D4′)를 조정하여 임피던스 값의 미세 조정을 할 수 있게 된다.

따라서 태그가 매설되는 토양 매질의 종류에 따라 임피던스 값을 미세 조정함으로써 토양 매질의 종류에 영향을 받지않고 정확한 인지성능을 보장할 수 있게 되는 것이다.

표 5는 최종적으로 결정된 태그의 성능을 나타내고 있다.

최종특수 태그의 성능
주파수	안테나 임피던스 값	안테나 이득(dBi)	인식거리(Cm) 매설시
Freq. 920MHz	26.11+211.84j	3.7dBi	~50Cm 인식가능 ~60Cm 인식불가 (동공에 의한 태그침하발생시 인식불가)

최종적으로 커스트마이징된 지반함몰 탐지를 위한 태그는 토양 내부에 설치할 시 3.7dBi 의 안테나 이득을 얻게 된다. 패키징 부분에서는 태그 안테나와 토양과의 근접도에 따라 전가되는 유전율 변화를 최소화하기 위한 공간적 패키징을 하게 되며 태그 안테나의 정합부를 변화시켜 인피던스 공액 정합을 유도한 후, 패키징 기술을 사용하여 감쇠되는 효율(성능)을 보상하게 된다.

태그 매설 심도의 결정은 본 발명에 있어 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 UHF 대역 수동형 태그의 통신거리는 최대 12m 정도이다. 이는 매질이 공기이며 중간에 장애물이 없는 경우이다. 본 발명에서는 태그를 지반에 매설하는 방식이므로 라디오파가 전파되는 매질은 포장체 구조이다. 포장체는 크게 콘크리트 포장과 아스팔트 포장으로 구분되는데, 일반적으로 도심지 도로는 아스팔트 포장이 대부분이며 그 구조는 아스팔트, 중간층, 기층, 보조기층, 노반, 노상으로 이루어져 있다. 포장 설계시 포장 구조 단면에서 각 층의 종류 및 두께는 도로 성격, 허용되는 윤하중의 크기에 따라 약간의 차이가 있다.

포장체 하부 지하공동이 특정 연유로 생성되고 이 원인이 지속될 경우 지하공동의 규모가 차츰 커지게 된다. 지하공동의 생성 및 그 규모가 진전되는 속도는 여러 가지 환경적 요인이 작용되는데 여러 가지 조건에 따라서 급속하게 진행될 수도 있고 수십 년에 걸쳐서 서서히 이루어질 수도 있다. 포장체 상부인 표층부를 이루는 아스팔트 콘크리트 및 기층은 상당한 강도가 있어 하층의 노반, 노상이 함몰된 상태로도 특정 기간 동안은 노면에 작용하는 윤하중을 견디게 된다. 윤하중이 지속되어 표층부에 균열이 발달하거나 하부의 지하공동이 수평적으로 그 크기가 커질 경우 표층부는 더 이상 윤하중을 버티지 못하고 파괴에 이르게 되며 도로함몰로 이어지게 된다. 일반적으로 포장체 포설은 보조기층 30cm 상부에 아스팔트 기층 20cm, 아스팔트 표층 10cm로 이루어지나 도로 성격 및 허용 윤하중에 따라 달라질 수 있다. 실제 아스팔트 도로포장에서는 기층, 표층의 경우 접착력이 뛰어난 아스팔트가 조립질 재료를 굳혀주고 있으며 보조기층의 경우 포설시 안정화 작업을 위해 다짐 외에 시멘트페이스트 등을 사용하는 경우도 있어 표층, 기층, 보조기층은 노반, 노상에 비해 입자들의 결속력이 뛰어나다. 반면에 노반, 노상은 입자 결속력을 주는 첨가제가 없는 순수한 지반재료이므로 중력에 의한 입자 이동, 붕락이 있을 수 있고, 함수비 증가에 의한 입자 결속력 감소는 이를 가속화할 수 있다. 또한, 지반 내 물길이 형성될 경우 느슨해진 입자들이 물길을 따라 이동하게 된다. 즉, 특정 심도에서 형성된 지하공동이 지속적인 붕락, 입자 유실 등을 통해 확장되면서 상부로 진전되게 되지만 어느 정도 결속력을 가지는 보조기층을 만나면서 도 6에 도시된 바와 같이 상부로 이동하기보다는 측면으로 확장되는 형태로 그 규모를 키우게 된다.

이러한 지하공동의 생성에서부터 도로함몰에 이르는 과정을 볼 때 본 발명에 따른 태그의 설치는 보조기층과 노반 경계 혹은 노반의 상단에 하는 것이 바람직하다. 따라서 사용되는 태그는 포장구조체 매질에서 40cm 내지 60cm, 바람직하게는 50cm 정도의 교신거리가 보장되어야 하며, 이를 위해 상기 태그(10)는 포장체의 하부 40 cm 내지 60 cm 의 심도, 보다 정확하게는 50cm 정도의 심도에 매설되는 것이 효과적이다.

또한 토양 매질의 다양한 특성에 따라 태그의 매설시 안테나에서 상술한 급전점(D1), 듀얼슬롯 정합부(D2, D2′), 스터브 정합부(D3, D3′), 전계방향 정합부(D4, D4′), 듀얼슬롯 GND 정합부(D5, D5′)의 길이를 조절하여 정합을 유도함으로써 토양 매질별 유전율에 따른 칩과 안테나의 비매칭으로 인한 성능 감쇠를 줄이고 일률적인 태깅 성능을 보장할 수 있게 될 것이다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 안테나 11: 제 1 방사 패치
12 : 제 2 방사 패치 13 : 연결 패치
20 : 자성체 30 : 패키지
31 : 밑판부 32 : 몸체부
33 : 덮개부

Claims (9)

1. 지중에 매설되며 지상에서 이동하는 리더기를 통해 인지될 수 있는 태그로서,
   상기 리더기의 태깅에 따라 지반을 매질로 리더기와 신호를 주고 받는 안테나;
   상기 안테나가 부착되는 몸체부;
   판 형상으로 형성되며 상기 몸체부를 지지하는 밑판부; 및
   통 형상으로 형성되며 상기 몸체부를 내부에 수용하고 상기 밑판부와 결합하는 덮개부; 를 포함하며,
   상기 안테나는 펼친 상태에서 원형의 제 1 방사 패치와 제 2 방사 패치가 연결 패치를 중심으로 양단에 연결되어 아령형으로 형성되며,
   상기 몸체부에 부착시 상기 연결 패치를 곧게 세운 상태에서 제 1 방사 패치와 제 2 방사 패치를 연결 패치를 기준으로 각각 같은 방향으로 수직 각도로 접어 부착시켜 ㄷ자형 구조의 폴디드 형태를 가지며,
   펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인 형태의 듀얼슬롯 정합부가 형성되고,
   상기 듀얼슬롯 정합부는 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 각각의 슬롯은 연결 패치의 좌측 가장자리 지점에서 제 2 방사 패치의 우측 가장자리 방향으로 연장되어 형성되며,
   상기 듀얼슬롯 정합부를 구성하는 슬롯의 길이에 따라 상기 안테나의 저항과 인덕턴스가 조정되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   
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4. 제 1항에 있어서,
   펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인 형태의 스터브 정합부가 형성되고,
   상기 스터브 정합부는 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 각각의 슬롯은 연결 패치 상측면 및 하측면이 제 2 방사 패치와 만나는 지점에서 제 2 방사 패치의 우측 가장자리 지점까지 연장되어 형성되며,
   상기 스터브 정합부를 구성하는 스터브의 길이에 따라 상기 안테나의 저항과 인덕턴스가 조정되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   
5. 제 4항에 있어서,
   펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향과 수직 방향으로 미엔더 라인 형태의 전계 방향 정합부가 형성되고,
   상기 전계 방향 정합부는 연결 패치의 듀얼슬롯 정합부에서 해당 듀얼슬롯 정합부가 형성된 길이 방향과 수직한 방향으로 형성된 2 개의 굴곡진 미엔더 라인 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며, 각각의 슬롯은 듀얼슬롯 정합부의 각 슬롯에서 수직 방향으로 연장형성되되 서로 마주하지 않는 수직 방향으로 연장형성되며,
   상기 전계 방향 정합부의 마지막 절곡부에서 연장되는 수평 라인의 길이에 따라 상기 안테나의 저항과 인덕턴스가 조정되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   
6. 제 5항에 있어서,
   펼친 상태의 안테나는 제 1 방사 패치, 연결 패치 및 제 2 방사 패치가 일렬로 배치되는 길이 방향을 따라 수평한 직선 라인 형태의 듀얼 슬롯 GND 정합부가 형성되고,
   상기 듀얼 슬롯 GND 정합부는 연결 패치에서 상기 듀얼슬롯 정합부와 전계 방향 정합부가 만나는 지점에서 듀얼슬롯 정합부의 형성 방향과 반대 방향으로 수평한 직선 형태를 가지고 서로 평행하게 형성된 2 개의 기다란 슬롯이 듀얼로 구성되어 이루어지며,
   상기 듀얼슬롯 GND 정합부를 구성하는 슬롯의 길이에 따라 상기 안테나의 저항과 인덕턴스가 조정되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 밑판부는 상측면 중앙에 자성체를 수용할 수 있는 수용홈이 형성되며,
   상기 수용홈에 수용되는 자성체는 지상에서 이동하는 자력탐사기를 통해 자력값이 감지되는지 여부로 지반함몰 여부를 판단할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체부는 상기 밑판부 상에 배치되며 덮개부에 의해 덮여져 내부에 수용되며,
   상기 몸체부에는 상기 안테나를 부착할 수 있는 부착판이 형성되며,
   상기 부착판의 측면에는 안테나의 연결 패치가 부착되고, 상기 부착판의 상면에는 제 2 방사 패치가 부착판의 상면과 수평하게 부착되며, 상기 부착판의 하면에는 제 1 방사 패치가 부착판의 하면과 수평하게 부착되어 안테나가 ㄷ자형 구조의 폴디드 형태를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 덮개부의 내측면에는 끼움 돌기가 형성되며 이 끼움 돌기가 상기 몸체부의 측부에 형성된 끼움 홈에 끼워지고, 상기 덮개부의 외측면에는 상기 밑판부 외측면의 결합 돌기와 대응되는 위치에 결합 홈이 형성되어 결합 돌기에 결합 홈이 삽입됨으로써 덮개부와 밑판부의 결합이 이루어지며,
   상기 밑판부와 덮개부의 결합 부위는 초음파 융착 처리되는 것을 특징으로 하는 지반함몰 탐지를 위한 태그.
   

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