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工學碩士學位論文

물품관리용 RFID선반 안테나

RFID ShelfAntennaforArticleManagement

忠北大學校大學院

電氣電子半導體工學科 나노半導體工學專攻

金燦亢

2014年 2月

工學碩士學位論文

물품관리용 RFID선반 안테나

RFID ShelfAntennaforArticleManagement

指導敎授安炳哲

電氣電子半導體工學科 나노半導體工學專攻

金燦亢

이 論文을 工學碩士學位論文으로 提出함.

2014年 2月

本論文을 金燦亢의 工學碩士學位論文으로 認定함.

-i-

차 례

Abstract··························································································································ⅱ

ListofFigures·············································································································ⅲ

ListofTables···············································································································ⅳ

Ⅰ.서 론 ················································································································1

Ⅱ.안테나 설계

2.1제안된 안테나·········································································································4

2.2단일 패치 안테나···································································································7

2.32소자 패치 배열 안테나·····················································································14

Ⅲ.제작 및 측정

3.1안테나 제작···········································································································31

3.2안테나 측정···········································································································33

3.3제작된 안테나 인식거리 측정···········································································37

Ⅳ.결 론 ··············································································································40

참고문헌··························································································································41

-ii-

RFID ShelfAntennaforArticleManagement*

Chan-HangKim

DepartmentofElectricalEngineering

GraduateSchool,ChungbukNationalUniversity

Cheongju,Korea

SupervisedbyProfessorAhn,BierngChearl

Abstract

This thesis presents a UHF-band RFID reader antenna for the

managementofarticlesonashelf.Theproposedantennaconsistsofan

array oftwoprintedcorner-truncatedrectangularpatchesoperating 915

MHz.Firstasinglepatchisdesignedforgoodimpedancematchingand

circularly-polarized radiation with low axialratio.Next,the distance

betweentwopatchesinatwo-elementconfigurationisoptimizedtocover

thedesiredtagdetectionvolumewithabaseareaof25x50cm2anda

heightof35cm. Twopatchesarecombinedwithapowercombiner.The

designed antenna is installed inside the shelf's horizontalboard with

dimensionW xDxT=547x297x33mm3.

Thetheoreticalperformanceofthetwo-elementshelfantennaistested

foritscapability ofdetecting varioustypesoftheUHF RFID tag by

analyzingthetransmissioncoefficientbetweenthedesignedantennaanda

-iii-

tag.Atthemaximum desireddistanceof35cm,simulatedtransmission

coefficeintsareallgreaterthan-30dB showingthatallthetagstested

canbereliablydetectedat35-cm distance.

Thedesignedantennahasbeenfabricatedandtestedbyinstallingiton

anactualshelf.Tagdetectioncapabilityofthefabricatedantennahasbeen

tested using tagsattached on whisky bottlesand towels.Testresults

show thatthefabricatedantennacandetecttagswith99% probabilityina

realisticsituation.

*AthesisforthedegreeofMasterinFebruary2014.

-iv-

ListofFigures

그림 1.1 물품관리용 RFID전자 선반 시스템·······················································2

그림 2.1 제안된 안테나 구조·····················································································4

그림 2.2단일 패치 형상·······························································································7

그림 2.3 X변화에 따른 반사 손실········································································10

그림 2.4 Y변화에 따른 반사 손실········································································10

그림 2.5 Pb변화에 따른 임피던스 변화······························································11

그림 2.6 C변화에 따른 축비 변화········································································11

그림 2.7 단일 패치 반사계수 계산 결과·······························································12

그림 2.8 안테나 3차원 이득 패턴···········································································12

그림 2.9 물품관리용 RFID선반 안테나 시뮬레이션·········································15

그림 2.10D변화에 따른 반사계수 특성································································16

그림 2.11 설계된 안테나의 반사계수 특성···························································17

그림 2.12 안테나 3차원 이득 패턴·········································································17

그림 2.13 안테나 축비 패턴·····················································································18

그림 2.14 개별 안테나 표면에서의 전계 분포·····················································19

그림 2.15 개별 안테나 표면상에서의 자계 분포·················································20

그림 2.16 선반 내에서의 안테나 표면에서의 전계 분포···································21

그림 2.17 선반 내에서의 안테나 표면에서의 자계 분포···································22

그림 2.18 UHF대역 RFID태그············································································23

-v-

그림 2.19 리더기 안테나와 태그가 수평으로 중앙에 배치된 경우·················25

그림 2.20 패치와 태그간의 거리에 따른 송수신 전달 특성·····························25

그림 2.21 리더기 안테나와 태그가 수평으로 중앙 좌측면에 배치된 경우···26


그림 2.23 리더기 안테나와 태그가 수평으로 좌측상단에 배치된 경우·········27


그림 2.25 리더기 안테나와 태그가 수직으로 중앙에 배치된 경우·················28


그림 2.27 리더기 안테나와 태그가 수직으로 중앙 좌측면에 배치된 경우···29


그림 2.29 리더기 안테나와 태그가 수직으로 좌측상단에 배치된 경우·········30


그림 3.1 제작된 안테나·····························································································32

그림 3.2 회로망 분석기 사진···················································································33

그림 3.3 3차원 방사패턴 측정기 사진···································································33

그림 3.4 제작된 안테나의 반사계수 특성·····························································34

그림 3.5 제작된 안테나 3차원 이득 패턴·····························································35

그림 3.6 안테나 시제품의 수직/수평 편파 이득패턴 측정 결과·····················36

그림 3.7 인식거리 측정용 진열 선반 배치 형태·················································37

그림 3.8 시제품 인식거리 측정 결과·····································································39

그림 3.9 물품관리용 RFID선반 안테나 시진·····················································39

-vi-

ListofTables

표 2.1 안테나 규격·······································································································5

표 2.2 시뮬레이션을 통해 얻은 단일 패치 안테나 설계 치수·························13

표 2.3 시뮬레이션을 통해 얻은 최적의 안테나 설계 치수·······························14

-1-

Ⅰ.서 론

RFID(RadioFrequencyIDentification)시스템은 태그에 있는 정보를 리더

기를 이용 비접촉식으로 교환하는 장치로서 의료산업,제약산업,국방산업 및

유통망관리 등 광범위한 응용분야를 갖고 생활 전반에 큰 영향을 미치고 있으

며,최근 IT산업의 발전과 더불어 각종 물류의 효율적인 관리를 위해 무선통

신 기술인 RFID시스템이 적용되고 있다[1]-[2].

그림 1.1은 대표적인 물품관리용 RFID시스템으로 리더,리더 안테나,CPU

로 구성되어지며,태그 안테나 정보를 선반에 부착되어진 리더 안테나로 읽어

CPU에 전달되고 이 정보는 다시 매장 직원이나 고객이 볼 수 있도록 화면으

로 디스플레이 된다[2]. 이 화면을 통해 고객은 진열 상품에 대한 정보를 쉽

게 습득 할 수 있고,매장 관리자는 시스템을 통해 진열 상품의 판매량은 물

론 상품 관리도 실시간으로 가능 할 것이다.

물품관리용 RFID 기술은 Pallet,Case,Box,item 순으로 연구 /개발되고

있으나 item 관리를 위해 기존의 원거리 안테나 기반의 RFID시스템을 적용

할 경우 인접한 물품 태그간의 상호간섭이 발생되어 인식율이 저하되거나 지

정 위치 밖의 물품이 인식되는 등의 문제가 발생하여 RFID기술의 보급의 장

애요인으로 작용하고 있다[3].현재 item 단위까지 제한적으로 운용되고 있으

나 RFID시스템이 활성화되기 위해서는 태그 방향에 따른 영향을 최소화 할

수 있고,물품 관리용 RFID 선반에 최적화한 원편파 안테나 기술 개발이 필

요하다.

-2-

그림 1.1물품관리용 RFID전자 선반 시스템

본 논문에서는 UHF대역 RFID 주파수에 동작하는 새로운 형태의 원편파

안테나를 제안하였다.제안된 안테나는 일정 크기의 캐비티 내에 두 개의 패

치 안테나를 1:1전력 분배기를 활용하여 Array시킨 1x2배열 안테나를 구조

를 가진다.제안된 안테나의 최적 설계는 상용 소프트웨어인 CST사의

MicrowaveStudio 를 이용하였다.설계의 타당성을 검증하기 위하여 안테

나를 제작하였으며,에이질런트 社의 HP-8753ES회로망 분석기와 MTG社의

3D방사패턴 측정기를 사용하여 안테나 반사 계수 및 방사 패턴 등의 특성을

-3-

측정하였다.

개발한 안테나를 적용한 RFID선반을 직접 제작하여 인접한 물품 태그간의

상호간섭이 발생되어 인식율이 저하되거나 지정 위치 밖의 물품이 인식되는

등의 문제가 발생하는지 직접 테스트 하였고 이에 필요한 장비는 LS산전 社

의 RFID고정형 모듈과 프로그램을 활용하였다.

Ⅱ장에서는 Array안테나의 이론적 접근 방법을 나타내고 있으며,RFID선

반 안테나의 구조와 설계 절차 그리고 안테나 특성을 확인하였고 이 과정을

통해 최적화된 안테나의 최종 결과를 제시하였다.

Ⅲ장에서는 최적화된 설계치를 적용한 안테나를 제작 및 측정하였고,상용

화된 LS산전 社 시스템을 통해 물품 태그간의 상호간섭이 발생되어 인식율이

저하되거나 지정 위치 밖의 물품이 인식되는지 실제 테스트를 통해 검증하였

다.

마지막으로 Ⅳ장에서는 본 논문의 내용을 요약하고 결론을 도출하였으며 본

논문 결과의 활용 방안을 제시하였다.

-4-

Ⅱ.안테나 설계

2.1제안된 안테나

본 논문에서 개별 물품을 진열하는 선반에 적용하기 위하여 근접영역에서

다중태그의 일괄 인식,인접한 물품 태그간의 상호간섭 영향이 없고 지정 위

치 밖의 물품 인식을 최대한 억제 시킨 안테나를 제안하였다.

UHF대역의 RFID 주파수 범위에서 양호한 반사계수 및 이득 특성은 물

론 안테나 범위내에서 태그 인식이 될 수 있도록 이중 캐비티 구조 안에 공기

유전율과 FR4직사각 방사 패치,임피던스 조절을 위한 내심이 1mm인 동축

케이블을 이용하였다.

그림 2.1제안된 안테나 구조

-5-

방사 패치는 메탈 캐비티를 접지판으로 사용하고 동축 케이블에 의해 급전

되면 방사 소자로 동작한다.임피던스 정합을 위해 방사 패치로부터 적절한

위치에 내심이 1mm 인 동축 케이블 내심을 접지하고 그라운드는 캐비티에

접지하였다.

표 2.1안테나 규격

항목 설계 규격

중심주파수 915MHz

편파 원형 편파

대역폭 80MHz이상

반사계수 -10dB이하

최대 이득 9dBic

축비 3dB이하 @915MHz

사이즈 547x297x33mm

표 2.1은 제안된 안테나의 설계 규격을 제시한 것이다.UHFRFID전 주파

수 대역에서 동작하기 위해서는 중심 주파수 915MHz에서 80MHz대역폭

(반사계수 -10dB이하)을 확보해야 한다.최대 이득은 9dBic이상으로 설

정한 이유는,일반적으로 특수 용도로 만들어진 태그를 사용하고 성능이 일반

-6-

태그에 비해 많이 떨어지기 때문에 안테나 이득을 최대한 높여 태그 성능에

따른 모듈 파워 조절을 통해 가능하기 때문이고 축비는 915MHz에서 3dB

이하로 규정하였다.

제안된 안테나 최외곽 치수는 547x297x33mm 로 선반 규격에 맞추어

기존 목재 혹은 메탈 선반을 대치 할 수 있게 하였다.

-7-

2.2단일 패치 안테나

안테나는 원편파 특성을 갖는 직사각형 패치의 대칭되는 모서리가 절단된

마이크스트립 안테나를 채택하였고,패치 크기는 프린징 필드에 의한 길이 연

장 효과를 고려하여 아래의 식으로 결정하였다.

(1)

(a)

(b)

그림 2.2단일 패치 형상 (a)정면도 (b)측면도

-8-

먼저 결정된 패치 길이 값을 기초(1)로 최적의 안테나 설계를 위해 범용 전

자장 해석 프로그램인 CST사의 MicrowaveStudio 를 사용하여 패치의 크

기를 최적화하여 원편파 특성을 갖는 대칭되는 모서리가 절단된 안테나를 설

계하였다.

표 2.2와 같이 금속 캐비티,유전체(FR4),금속 캐비티 하단으로부터 방사패

치까지의 거리를 고정하였고 방사패치 크기,절단된 모서리 길이,급전 위치에

따라 반사손실,임피던스,축비,이득 등 특성이 변화하므로 설계 변수에 따른

특성 변화를 시뮬레이션 하여 중심 주파수 915MHz에서 최적의 조건을 갖도

록 안테나를 1차로 설계하였다.

그림 2.3은 패치 X축 변화에 따른 반사손실의 변화를 시뮬레이션 한 결과이

다.X의 길이를 133.5mm에서 143.5mm 까지 5mm 간격으로 변화시켜 시

뮬레이션 하였으며,X의 길이가 증가할수록 공진 주파수가 왼쪽으로 이동하는

것을 확인 할 수 있다.따라서 가장 좋은 특성을 갖게 되는 X=138.5mm를 선

택하였다.

그림 2.4는 패치 Y축 변화에 따른 반사손실의 변화를 시뮬레이션 한 결과이

다.Y의 길이를 143.5mm에서 153.5mm 까지 5mm 간격으로 변화시켜 시

뮬레이션 하였으며,Y의 길이가 증가할수록 공진 주파수가 왼쪽으로 이동하는

것을 확인 할 수 있다.따라서 가장 좋은 특성을 갖게 되는 X=148.5mm를 선

택하였다.

그림 2.5는 급전 위치의 변화에 따른 임피던스 변화를 시뮬레이션 한 결과

이다.Pb의 길이를 6mm에서 16mm 까지 5mm 간격으로 변화시켜 시뮬레

이션 하였으며,Pb의 길이가 증가할수록 임피던스 궤적이 시계 반대 방향으로

-9-

회전하는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 가장 좋은 특성을 갖게 되는 Pb=11

mm 를 선택하였다.

그림 2.6은 패치 C축 변화에 따른 축비의 변화를 시뮬레이션 한 결과이다.

C의 길이를 23.5mm 에서 33.5mm 까지 5mm 간격으로 변화시켜 시뮬레이

션 하였으며,C의 길이가 증가할수록 축비는 U자 형태의 축비 특성을 확인

할 수 있었다.따라서 가장 좋은 특성을 갖게 되는 C=28.5mm 를 선택하였

다.

-10-

그림 2.3X변화에 따른 반사 손실

그림 2.4Y변화에 따른 반사 손실

-11-

그림 2.5Pb변화에 따른 임피던스 변화

그림 2.6C변화에 따른 축비 변화

-12-

그림 2.7단일패치 반사계수 계산 결과

그림 2.8안테나 3차원 이득 패턴

-13-

표.2.2와 같이 설계 변수를 조합 후의 안테나 특성 최대화를 위한 최적의

치수를 도출하여 특성을 그림을 통해 나타내었고 그림 2.6과 같이 주파수

876~963MHz범위 내에서 -10dB이하의 반사계수 특성을 보이고 그림 2.7

과 같이 최적 설계된 단일 패치의 3차원 이득 패턴으로 패치면의 법선 방향으

로 최대이득 8.8dBic가 발생되는 지향성 안테나를 확인하였다.

표 2.2시뮬레이션을 통해 얻은 단일 패치 안테나 설계 치수


금속 캐비티 250x250x30mm

유전체(FR4)150mm x150mm x1mm ,

유전율 :4.4,손실탄젠트 :0.02

금속 캐비티 하단으로부터

방사패치까지 거리8mm

방사패치 크기(X×Y×T) 138.5x148.5x0.034mm

절단된 모서리 길이(C) 11mm

급전 위치(Pb) 28.5mm

-14-

2.32소자 패치 배열 안테나

앞절의 단일 패치 시물레이션 결과값을 기초로 하여 2소자 패치 배열 안테

나를 시뮬레이션 하였다.그림 2.9는 MicroWaveStudio 를 이용하여 모델링

된 안테나의 3차원 형상을 보여주고 있으며 두 개의 원편파 패치는 일정 크기

의 금속 캐비티 (외부치수 547x297x33(mm³),두께2mm)내에 배치되고

안테나 윗면은 두께 5mm의 ABS판넬이 레이돔으로 덮이는 구조이다.

2소자 패치 배열 안테나에서 중요한 패치면과 패치면 사이의 간격(D)은 파

장의 길이를 고려하여 200~300mm 로 설정하였고,실제 시뮬레이션을 통해

패치면과 패치면의 간격(D)이 250mm 일때 최적의 안테나 반사계수를 나타

냄을 그림 2.10을 통해 확인 할 수 있다.그림 2.9에 제시된 안테나 급전은

MirowaveStudio 에서 제공하는 discretePort를 개별 패치에 인가한 후 최

종 결과 (반사계수,이득패턴,전자계 분포 등)는 각 포트의 계산치로 합하였

다.

-15-

(a)

(b)

(c)

그림 2.9물품관리용 RFID선반 안테나 시뮬레이션

(a)안테나 전면도 (b)안테나 측면도 (c)레이돔이 설치된 모습

-16-

표 2.3시뮬레이션을 통해 얻은 최적의 안테나 설계 치수


ABScover523.5x273.5x5mm

유전율 =2.8,손실탄젠트 =0.02

외부 금속 캐비티 547x297x33mm,두께:2mm

내부 금속 캐비티 500x250x25mm,두께:2mm

유전체(FR4)150mm x150mm x1mm ,

유전율 :4.4,손실탄젠트 :0.02

방사패치 크기 138.5x148.5x0.034mm

금속 캐비티 하단으로부터

방사패치까지 거리8mm

패치면과 패치면의 간격(D) 250mm

그림 2.10D변화에 따른 반사계수 특성

-17-

그림 2.11설계된 안테나의 반사계수 특성

그림 2.12안테나 3차원 이득 패턴

-18-

그림 2.11은 주파수 880~960MHz범위 내에서 -10dB이하의 반사계수 특

성을 보이고 있으며 설계된 안테나의 3차원 총 이득 패턴은 그림 2.12와 같다.

안테나 패치면의 법선방향으로 11.9dBic로 최대이득이 발생 되었다.그림

2.13은 최적 설계된 안테나의 배열 방향(x-축)축비 특성으로 축비가 5dB이

하인 지점이 -75도 ~+55도 범위임을 알 수 있다.따라서 안테나 설치면 위에

서 임의 편파를 가지는 태그 정보를 충분히 읽을 수 있을 것으로 판단된다.

그림 2.14~2.17은 안테나 표면으로부터 Z-축 방향으로 20Cm 이격된 평면

에서의 전자계 분포를 도시한 것이다.개별 선반 안테나의 전자계 분포가 패

치 배열면에서 균일하게 형성됨을 그림 2.14~2.15를 통해 알 수 있고,선반

내에서의 안테나 전자계 분포가 패치 배열면에서 균일하게 형성됨을 그림

2.16~2.17을 통해 확인 할 수 있다.또한 선반 내에 위치하였을때 전자계 분

포가 더욱 균일하게 일어나는 것을 확인 할 수 있다.

그림 2.13안테나 축비 패턴(f=915MHz,xz-평면)

-19-

(a)

(b)

그림 2.14개별 안테나 표면에서의 전계 분포(f=915MHz)

(a)z=20cm 평면에서의 contourPlot (b)z=20cm 평면에서의 arrow plot

-20-

(a)

(b)

그림 2.15개별 안테나 표면에서의 자계 분포(f=915MHz)


-21-

(a)

(b)

그림 2.16선반 내에서의 안테나 표면에서의 전계 분포(f=915MHz)


-22-

(a)

(b)

그림 2.17선반 내에서의 안테나 표면에서의 자계 분포(f=915MHz)


-23-

그림 2.18은 본 논문에 적용한 915MHz대역 태그의 형상으로 가로 40

mm,세로 22.5mm의 크기를 가지는 LS산전社 의 태그를 동일하게 설계하여

개발된 안테나가 물품 선반에 설치된 경우 915MHz에서 동작하는 태그와의

통신 가능 여부를 시뮬레이션을 통해 계산하였다.

그림 2.18UHF대역 RFID태그 (크기 40x22.5mm)

그림 2.19는 RFID 리더 안테나와 태그가 수평 방향으로 중앙에 배치된

상태일 경우 리더 안테나와 태그간의 이격 거리에 따른 송수신 전달 특성을

그림 2.20에서 확인 할 수 있고 리더 안테나와 태그간의 거리가 50mm 일때

-19.2dB,150mm일 때 -21.5dB,250mm일 때 -25.1dB,350mm 일 때

-28.9dB의 삽입 손실을 보여 준다.그림 2.21은 RFID리더 안테나와 태그가

수평 방향으로 중앙 좌측면에 배치된 상태일 경우 리더 안테나와 태그간의 이

격 거리에 따른 송수신 전달 특성을 그림 2.22에서 확인 할 수 있고 리더 안

테나와 태그간의 거리가 50mm 일때 -19.8dB,150mm일 때 -22.1dB,250

mm일 때 -25.4dB,350mm 일 때 -27.5dB의 삽입 손실을 보여 준다.

그림 2.23은 RFID 리더 안테나와 태그가 수평 방향으로 중앙에 좌측상단에

-24-

배치된 상태일 경우 리더 안테나와 태그간의 이격 거리에 따른 송수신 전달

특성을 그림 2.24에서 확인 할 수 있고 리더 안테나와 태그간의 거리가 50

mm 일때 -17.1dB,150mm일 때 -20.5dB,250mm일 때 -23.8dB,350

mm 일 때 -26.7dB의 삽입 손실을 보여 준다.

그림 2.25는 RFID 리더 안테나와 태그가 수직 방향으로 중앙에 배치된 상

태일 경우 리더 안테나와 태그간의 이격 거리에 따른 송수신 전달 특성을 그

림 2.26에서 확인 할 수 있고 리더 안테나와 태그간의 거리가 50mm 일때


-19.3dB의 삽입 손실을 보여 준다.그림 2.27은 RFID리더 안테나와 태그가

수직 방향으로 중앙 좌측면에 배치된 상태일 경우 리더 안테나와 태그간의 이

격 거리에 따른 송수신 전달 특성을 그림 2.28에서 확인 할 수 있고 리더 안

테나와 태그간의 거리가 50mm 일때 -18.1dB,150mm일 때 -19.9dB,250

mm일 때 -24.4dB,350mm 일 때 -25.7dB의 삽입 손실을 보여 준다.그림

2.29는 RFID 리더 안테나와 태그가 수직 방향으로 중앙 좌측 상단에 배치된

상태일 경우 리더 안테나와 태그간의 이격 거리에 따른 송수신 전달 특성을

그림 2.30에서 확인 할 수 있고 리더 안테나와 태그간의 거리가 50mm 일때


-26.1dB의 삽입 손실을 보여 준다.

따라서 태그의 방향에 관계없이 개발된 리더기 안테나와 태그 간 송수신이

가능할 것으로 판단된다.

-25-

그림 2.19리더기 안테나와 태그가 수평으로 중앙에 배치된 경우

그림 2.20패치와 태그간의 거리에 따른 송수신 전달특성

-26-

그림 2.21리더기 안테나와 태그가 수평으로 좌측면에 배치된 경우


-27-

그림 2.23리더기 안테나와 태그가 수평으로 좌측상단에 배치된 경우


-28-

그림 2.25리더기 안테나와 태그가 수직으로 중앙 배치된 경우


-29-

그림 2.27리더기 안테나와 태그가 수직으로 좌측면에 배치된 경우


-30-

그림 2.29리더기 안테나와 태그가 수직으로 좌측 상단에 배치된 경우


-31-

Ⅲ.제작 및 측정

3.1안테나 제작

앞절에 설명한 안테나 최적 설계치로 안테나를 제작하였다.안테나의 외부

와 내부 금속 캐비티는 2mm 알루미늄 판으로 제작하였고 방사 패치는 유전

율이 4.4인 FR4기판을 적용하였다.안테나 급전 및 임피던스 정합을 위해 내

심이 1mm인 동축 케이블을 적용하여 방사 패치면과 캐비티 그라운드에 접

지 시켰다.시뮬레이션 설계 단계에서 안테나 급전은 MirowaveStudio 에서

제공하는 discretePort를 개별 패치에 계산치로 합산하였으나 실제 안테나 제

작에서는 KRF社에서 제작된 1:1전력 분배기를 사용하였다.그림 3.1은 제

작된 안테나를 보인 것이다.

-32-

(a)

(b)

그림 3.1제작된 안테나

(a)안테나 내부 형상 (b)레이돔(ABS유전체)이 덮인 안테나

-33-

3.2안테나 측정

제작된 안테나의 특성은 그림 3.2의 회로망 분석기와 그림 3.3의 삼차원 방

사패턴 측정기를 이용하여 측정하였다.

그림 3.2회로망 분석기 사진

그림 3.3삼차원 방사패턴 측정기 사진

-34-

그림 3.4는 제작된 안테나의 반사계수의 측정치를 보여준다.안테나의 -10

dB반사계수 대역폭은 880~960MHz로서 80MHz이다.그림 3.5는 제작된

안테나의 원편파 이득을 도시한 것이다.915MHz에서 RHCP 최대 이득은

11.95dBic이고 최대 빔 방향은 계산치와 비슷한 안테나 표면이 법선 방향으

로 보여 진다.그림 3.6의 안테나의 고각 패턴으로서 수직,수평 편파 성분의

측정결과이며,두 성분 측정 결과가 거의 유사함을 확인 할 수 있다.제작된

안테나의 축비는 0.84dB로 상당히 우수하였다.

그림 3.4제작된 안테나의 반사계수 특성

-35-

그림 3.5제작된 안테나 3차원 이득 패턴

-36-

(a)

(b)

그림 3.6안테나 시제품의 수직/수평 편파 이득패턴 측정 결과 (f=915MHz)

(a)수직편파 (b)수평편파

-37-

3.3제작된 안테나 인식거리 측정

인식거리 테스트 과정에 이용된 전체 선반 크기는 그림 3.7과 같고,선반과

선반 사이의 거리는 계산된 설계치에 의해 40Cm로 확정하였다.

그림 3.7.인식거리 측정용 진열 선반 배치 형태

-38-

개별 안테나가 선반에 설치되었을 때의 특성 시뮬레이션은 물체의 형상과

배치되는 상황에 따라 변화무쌍하게 변화하기 때문에 개별 안테나를 선반에

설치되었을 때의 시뮬레이션은 제외하였다.하지만 실제 제작 테스트에서 단

일 태그로 위치에 따라 태그 인식이 문제없는 것을 확인하였고,다중 태그 인

식도 99% 이상 인식됨을 실제 테스트를 통해 확인 할 수 있었다.테스트는

그림 3.8과 같이 진행하였고,한달간 약 1,000회 테스트를 통해 퍼센트로 환

산하였다.

LS산전社 모듈을 사용하여 확인하였고,모듈 파워는 25dBm에서 테스트를

실시하였다.그림 3.8과 같이 제작된 안테나를 적용한 RFID선반을 직접 제작

하여 인접한 물품 태그간의 상호간섭이 발생되어 인식율이 저하되거나 지정

위치 밖의 물품이 인식되는 등의 문제가 발생하는지 직접 테스트 하였다.

테스트 결과 진열 선반 첫 번째 단에 설치된 3개의 양주병에 부착된 태그

정보다 모두 표시되고,두 번째 단에 배치된 5개의 의류(수건)에 부착된 태그

정보가 모두 표시됨을 보여주고 있다.이와 같이 실험을 반복적으로 수행하여

제작된 안테나의 인식율을 측정한 결과 99%임을 확인하였고 지정 위치 밖의

물품 인식이 안 됨을 확인 하였다.그림 3.9는 물품관리용 RFID선반 안테나

사진을 보여준다.

-39-

그림 3.8시제품 인식거리 측정 결과

그림 3.9물품관리용 RFID선반 안테나 사진

-40-

Ⅳ.결론

본 논문에서는 UHF대역 RFID 주파수에 동작하는 새로운 형태의 원편파

안테나를 제안하였다.원편파 안테나를 구현함으로서 태그 방향에 따른 인식

율 저하를 최소화 하고,필요로하는 모든 영역에서 태그 인식이 가능한 RFID

선반 안테나를 제작하였다.안테나 자체에 이중 메탈 캐비티 구조를 적용하였

고,접시 형상 설계를 통해 외부(측면,아랫면)방사를 억제하였다.LS산전 모

듈을 사용하였고 모듈 파워는 25dBm 일 때,제작된 안테나는 0~40Cm 사이

에 있는 모든 태그가 인식됨을 확인하였고 인접한 물품 태그간의 상호간섭이

발생되어 인식율이 저하되거나 지정 위치 밖의 물품이 인식되는 등의 문제는

발생하지 않았다.

국내외 시장에서 RFID선방용으로 추진되는 분야는 양주 및 와인,의류,의

약품,도서등 다양하며 본 논문에서 제안한 안테나를 통해 모든 분야에서 공

통 적용 가능한 안테나 개발로 RFID시스템 개발시간 단축 및 비용 절감 효

과가 있을 것으로 판단된다.

-41-

참 고 문 헌

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FundamentalsandApplications,JohnWileyandSons,1999

[3] www.etri.re.kr

[4] 박정근외,“근접 영역용 900MHzRFID리더기 안테나에 관한 연구,"한

국ITS학회논문지 제11권,제3호,2012.6.,PP.23~30

[5]장원태,“선박용 자재 선입/선출관리를 위한 단일 안테나 RFID shelf의

구축에 관한 연구”,한국항행학회 논문지 제15권 제3호 2011.6.

[6]고형석,“타원형 패치를 이용한 원편파 RFID안테나 설계 및 제작”,2012.

2.

[7]이주용외,“근거리시장 및 원거리용 하이브리드 RFID 리더 안테나,”한국

전자파학회지,제20권 제2호,PP.174-181,2009.2.

[8]X.Qing,C.K.Goh,andZ.N.Chen,"UHF near-fieldRFID reader

antenna,"proc.AsiapacificMicrow.Conf.,pp.2383-2386,Dec.2009

[9]EPCGlobalHAG (HardwareActionGroup),"EPC Radio-Frequency

Indentify Protocols Generation 2 UHF Tag(Class 1),Protocolfor

communicationsat860MHz-960MHz",2002.2.24

[10]ComputerSimulationTechnologyAG,www.cst.com/

[11] EPCglobalInc.http://www.epcglobalinc.org/

[12]www.rfdh.com/rfdb/dbmw.htm

Ⅰ. 서 론Ⅱ. 안테나2.1 제안된 안테나2.2 단일 패치 안테나2.3 2소자 패치 배열 안테나

Ⅲ. 제작 및3.1 안테나 제작3.2 안테나 측정3.3 제작된 안테나 인식거리 측정

Ⅳ. 결 론참고문헌

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