본 논문에서는 HF 와 UHF 대역인 13.56 MHz와 922 MHz에서 동작하는 이중대역 태그 안테나를 제안하였다. 하나의 안테나가 이중대역에서 동작하기 위해 제안한 이중대역 태그 안테나 구조는 HF대역에서 동작하는 3턴의 스파이럴 코일 구조와 UHF 대역에서 동작하는 역 스파이럴 형태의 다이폴 구조의 안테나를 FR-4 기판 윗면과 아랫면에 각각 적용하였다. UHF 대역 구조의 경우 역 스파이럴 구조로 다이폴 안테나와 비교하여 소형화 하였다. 제안한 안테나의 전체 크기는 $80mm{\times}40mm{\times}0.8mm$ 이며, 모의실험 결과 S11이 13.56 MHz와 922 MHz에서 -10 dB 이하의 특성을 나타내었다. 제안한 안테나 구조의 방사패턴의 모의실험 결과는 UHF 대역에서 -3 dBi의 이득을 가지며, 전방향성을 갖는 방사패턴의 모양을 확인하였다.
RFID 시스템에서 태그는 리더와 전자기 에너지 교환에 의해 동작을 하며 배터리를 사용하는 active 형 태그와 배터리를 사용하지 않는 passive형 태그로 크게 구분된다. 또한 태그는 자체 회로구조에 의해 harmonic 태그, anharmonic 태그, sequenced amplifier 태그로 나뉜다. Passive 태그에서는 리더의 반송파 backscatter 방식을 이용하여 동작을 하며 active 태그는 자체 발진회로에 의해 태그정보를 송신한다. 태그의 변조방식으로 PSK, FSK, ASK 등을 사용하며 변조방법에 따라 회로 구성과 프로토콜 설계가 달라진다. 또한 리더의 전파 신호를 정류하기 위하여 렉테나(rectenna)가 필요하다. 본 논문에서는 태그의 분류, 동작, 구조 등에 관한 일반적인 내용을 기술하였다. 특히 UHF 대역 이상의 태그 기술 최근 추세가 안테나 부분을 제외하고 CMOS one chip화 하는 수준으로서 900 MHz UHF 대역, 2.45 GHz RFID 칩이 상용화 되어 있다. 칩의 내부구조와 태그의 변조방식에 의거한 동작에 관한 개괄적인 내용을 서술하였다.
본 논문에서는 RFID 시스템의 안정적인 구동을 위하여 등방성 복사 특성을 가지는 U-형태의 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 태그 안테나는 복사부에 해당하는 U-형태의 반파장 다이폴 본체와 사각 형태의 급전부가 결합된 구조이다. 태그 칩과의 공액 정합이 용이하게 하기 위해 급전부 하단 중앙에 상용 태그 칩을 부착하여 U-형태의 본체에 연결하였다. 또한, U-형태의 태그 안테나의 본체 하단 중앙을 직사각형 슬릿을 만들어 이득 편차 특성을 개선하였다. 두 구조의 태그 안테나는 VSWR<2를 기준으로 국내에 할당된 UHF 주파수 대역인 $908.5{\sim}914$ MHz를 수용하였으며, VSWR<2 대역폭 안에서 슬릿이 없는 경우 1.63 dB 이하의 이득 편차 특성을, 슬릿이 있는 경우에는 0.74 dB 이하의 이득 편차 특성을 가졌다. 또한, VSWR<5.8 대역폭 안에서 슬릿이 없는 경우 3.8 dB 이하의 이득 편차 특성을, 슬릿이 있는 경우에는 1.2 dB 이하의 이득 편차 특성을 가졌다.
RFID(Radio Frequency IDentification) 산업의 시장 동향은 가격 문제로 인하여 정체성을 보이고 있다. 근래에는 칩 가격의 하락으로 인해 칩을 제외한 태그 인레이 가격이 상대적으로 높아지고 있는 실정이며 태그 저 가격화를 실현하기 위해서는 빠르고 간단하면서도 저비용의 RFID 태그 설계 기술이 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 안테나 설계를 위한 기반기술 중 하나인 칩 임피던스를 고려하여 태그를 설계하여 보다 정확하고 빠른 설계가 가능한 시스템 개발을 제안하였다. 제안한 시스템의 성능평가 결과 기존 시스템보다 20Mhz 내에서 공진 범위오차가 줄어들었으며, 판독 오류도 1.5m 이내로 줄어드는 성능개선 효과가 있었다.
본 논문에서는 주변 유전체에 의한 성능 열화가 적고 잉크 프린팅 기법에 적합한 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 제안된 태그 안테나는 PET 기판 위에 잉크 프린팅 기법으로 제작되어 대량 생산에 용이하며, 범용 RFID 사용 주파수($860{\sim}960$ MHz)를 만족시키고 주변 유전물질의 영향에 의한 성능 변화를 최소화 할 수 있도록 설계하였다. 제안된 태그 안테나는 본체 중앙부에 T 정합회로를 사용하고 미앤더 구조와 직선 구조의 보조 선로 2개를 본체 상단에 삽입하여 캐패시티브 결합을 이용해 태그 칩과의 임피던스 공액 정합이 쉽게 이루어지도록 하였다. 또한, 2개의 보조 선로가 각각 다른 부착 물체의 유전율에서 상호 보완적으로 전류를 유기시키도록 하여 주변 유전물질의 영향에 의한 성능 변화가 최소화 되도록 설계하였다. 측정 결과, 제안된 안테나는 $844{\sim}1,268$ MHz의 대역폭에서 반전력 반사 손실을 만족하였으며, 송신 출력이 20 dBm이고, 안테나 이득이 6 dBi인 리더 안테나를 사용하였을 때 자유공간에서 3.5 m의 인식 거리 성능을 보였다. 또한,나무(${\varepsilon}_r$=2.2)와FR4(${\varepsilon}_r$=4.3)같은 유전율을 가지는 물질에 부착 후 인식 거리를 측정한 결과 각각 2.61 m와 2.51 m의 인식 거리 성능을 보였다.
최근 RFID 국제 표준안이 확정되고 RFID 태그용 칩이 저가 생산이 가능하게 되면서 특히 물류 유통 분야를 중심으로 기존의 바코드를 대체하는 RFID 시스템의 상용화 가능성이 제시되고있다. 특히 감지거리가 길고 인식률이 좋은 UHF 대역의 기술적인 활용 가능성이 고조되면서 산업적으로 성공할 가능성이 더욱 커지고 있다. UHF 대역의 무선 태그의 생산 기술은 종래에는 GaAs 쇼트키 다이오드와 기타 RF회로를 CMOS 회로와 하나의 칩으로 통합하는 것이 어려워 저가, 초소형의 무선 태그용 칩을 실용화하지 못하였다 하지만 최근에 반도체 기술의 눈부신 발전과 CMOS RF 기술의 발전으로 RF 태그용 무선회로를 하나의 칩으로 통합하여 저가 생산으로 특히 유통 및 물류 분야를 중심으로 긍정적인 활용 결과 및 제품들이 등장하고 있다.(중략)
본 논문에서는 UHF 대역에서 동작하는 기생소자를 가지는 U-형태의 광대역 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 제안한 태그 안테나는 복사부에 해당하는 U-형태의 반파장 다이폴 안테나 상단 중앙에 역방향으로 U-형태의 기생소자를 삽입하였고, 본체 하단 중앙에 사각 형태의 급전 구조를 삽입하여 상용 태그 칩과 안테나의 공액 정합을 용이하게 하였다. 제안된 태그 안테나는 VSWR<2를 기준으로 한 $882{\sim}927\;MHz$의 대역폭 안에서 3.16 dB 이하의 이득편차 특성을 가졌고, VSWR<5.8을 기준으로 한 대역폭은 $857{\sim}958.5\;MHz$로 전세계 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.
본 제철 공장의 후판 재고관리 자동화는 오래전부터 해결하지 못한 난제이었으며, 현재도 효율적인 후판 재고관리를 위해 제철업계에서 부단히 노력 중에 있다. 그동안 후판 적재의 환경적 특성 상 후판의 자동 인식을 위해 진보된 기술 적용이 쉽지 않았다. 본 논문에서는 자동 인식이 어려운 적재 상태에서 후판의 RFID 태그를 자동으로 스캔하여 인식한 후 후판 정보를 취득함으로써 신속하고 정확한 후판의 재고관리가 가능한 RFID기반 후판 스캐닝 로봇 시스템을 제안한다. RFID기반 후판 스캐닝 로봇 시스템은 후판을 끌어올려 이동시키는 크레인에 장착되어 운용된다. 후판에 부착된 태그 정보를 자동으로 식별하기 위해 후판 태그 전용으로 개발된 후판 전용 리니어 다이폴 안테나를 탑재하였고, 후판 전용 리니어 다이폴 안테나가 x축과 y축을 이동하면서 후판 태그의 위치를 스캐닝함으로써 태그의 정보를 취득한다. 시스템에 의해 취득된 태그 정보는 개발된 후판 재고관리 소프트웨어에 의해 재고 및 적치관리에 이용된다. 제안한 시스템은 개발되어 현장 성능평가를 통해 시스템의 효율성을 검증하였으며, 후판태그 인식율은 99.9%, 최대 인식거리는 320cm의 실험 결과를 보여 기존 상용 안테나에 비해 개발된 후판 전용 안테나의 성능이 우수한 것으로 나타났다.
RFID 시스템의 경우 태그 인식으로부터 얻어 낼 수 있는 정보에는 태그 아이디, 태그를 읽어 들인 리더기와 안테나의 주소, 태그가 읽힌 시간 등의 기본적인 정보뿐이다. 일반적으로 RFID 시스템은 미들웨어와 애플리케이션의 두 부분으로 구성되는데 미들웨어에서는 태그 인식 작업을 수행하고 애플리케이션에서는 미들웨어에서 인식한 태그들의 정보를 바탕으로 비즈니스 로직을 수행한다. 하지만 애플리케이션에서 비즈니스 로직을 수행하기 위해서 태그들의 기본적인 정보만을 이용하기 때문에 별도의 복잡한 처리 과정을 거쳐야만 한다. 만일, 애플리케이션에서는 애플리케이션에게 의미 있는 것을 명시적으로 정의하고 미들웨어에서는 이에 대한 처리를 애플리케이션과 독립적으로 수행하여 준다면 애플리케이션을 만드는 일이 쉽게 될 것이다. 본 논문에서는 RFID에 기반한 자동 아이디 인식 시스템을 제작할 경우 실시간으로 이루어지는 태그 인식의 효율적인 처리를 위한 이벤트 모델을 정의하고 구현에 대한 방안을 제시한다.
본 논문은 UHF RFID 시스템을 위해 편파를 선택할 수 있는 리더 안테나를 설계 및 구현하였다. 제안된 리더 안테나는 두 개의 급전부를 가지는 마이크로 스트립 패치 안테나와 두 개의 SPDT 스위치와 하나의 SP4T 스위치와 3dB hybrid coupler로 구성되어 있다. 각각의 스위치 전압을 조절하여 수직 방향의 선형 편파와 수평방향의 선형 편파, 좌수 원형 편파와 우수 원형 편파를 선택할 수 있다. 제안된 안테나는 902MHz ~ 928MHz 대역에서 VSWR 2:1을 만족하고 원형 편파로 선택되었을 때 AR (Axial Ratio)은 3dB 이하로 측정되었다. 또한 사용 환경 및 태그의 편파 방향에 적합한 편파를 선택할 수 있기 때문에 PLF (Polarization Loss Factor)를 최소화 할 수 있고 태그의 인식거리를 확장 시킬 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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