UHF 대역 수동형 RFID 태그 안테나 설계

조치현,추호성,박익모,김영길,Cho Chihyun,Choo Hosung,Park Ikmo,Kim Youngkil 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.9

본 논문에서는 수식적 방법을 통하여 수동 RFID 태그 안테나의 동작 원리를 설명하였고, 유도 결합 방식을 이용하여 커패시티브한 태그 칩을 부가적인 정합 회로 없이 장착할 수 있는 UH F대역 초소형 수동 RFID 태그 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 단일 평면 구조 형태로 PET 기판에 손쉽게 인쇄할 수 있어 생산비 절감을 통한 대량 생산이 용이하며, Pareto 유전자 알고리즘과 IE3D 시뮬레이션 툴로 최적화하여 안테나의 크기를 kr=0.27($2 cm^2$)까지 소형화하였다. 최적화 한 RFID 태그 안테나의 성능을 검증하기 위하여 몇 개의 표본 안테나를 제작하고 반사 손실, 복사 효율, 복사 패턴 등을 측정하였다. 상용 태그 칩과 고정형 리더 시스템을 이용하여 제작된 태그 안테나의 인식 거리를 측정하였고, 약 $1{\~}3 m$의 인식 거리를 가지는 것을 확인하였다. In this paper, we examined the operating principle of a passive tag antenna for RFID system in UHF band. Based on the study, we proposed a novel RFID tag antenna which adopts the inductively coupled feeding structure to match antenna impedance to a capacitively loaded commercial tag chip. The proposed tag antenna consists of microstrip lines on a thin PET substrate for low-cost fabrication. The detail structure of the tag antenna were optimized using a full electromagnetic wave simulator of IE3D in conjunction with a Pareto genetic algorithm and the size of the tag antenna can be reduced up to kr=0.27($2 cm^2$). We built some sample antennas and measured the antenna characteristics such as a return loss, an efficiency, and radiation patterns. The readable range of the tag antenna with a commercial RFID system showed about 1 to 3 m.

Pareto 유전자 알고리즘을 이용한 초소형 유도결합 안테나 설계

조치현,추호성,박익모,김영길,Cho Chihyun,Choo Hosung,Park Ikmo,Kim Youngkil 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.1

본 논문에서는 NEC 코드와 Pareto 유전자 알고리즘 최적화 기법을 이용하여 초소형 유도결합 안테나를 설계하였다. 최적화된 유도결합 안테나 중 몇 가지 표본을 제작하고 성능을 측정하였다. 일반적으로 안테나의 크기가 작아질수록 입력 저항, 대역폭 및 효율이 감소하는데 비하여 제안된 방법으로 설계된 유도결합 안테나는 다른 부가적인 정합회로 없이 우수한 성능을 보인다. 간단한 회로 모델을 도입하여 제안된 유도결합 안테나의 동작원리를 설명하였고, Duroid 기판 위에 평면 구조로 제작하여 RFID 태그 안테나로써 성능을 입증하였다. In this paper, we explore the inductively coupled concept and propose a class of electrically small planar antennas. The antennas are optimized using NEC in conjunction with a Pareto GA. These antennas show good efficiency and bandwidth performance without any additional matching network. Several optimized designs are fabricated and measured. We explain the operating principle of these antennas using a simple lumped element circuit model. The proposed antennas are translated as printed lines on Duroid for RFID tag antennas.

다중의 단락핀을 가지는 전자기적 결합 급전 소형 광대역 모노폴 안테나의 특성 연구

정종호,문영민,추호성,박익모,Jung Jong-Ho,Moon Youngmin,Choo Hosung,Park Ikmo 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.12

본 논문에서는 전자기적 결합 급전 소형 광대역 디스크-로디드 모노폴 안테나의 사각 디스크에 연결된 단락핀의 수와 배열 간격 등의 변화에 따른 안테나 특성을 연구하고 각각의 단락핀 수에 따른 최적화된 안테나를 설계하였다. 전자기적 결합 급전 소형 모노폴 안테나는 각각 모노폴로 동작하는 단락된 사각 디스크의 공진과 사각 스파이럴 스트립 급전 선로의 공진이 전자기적으로 결합하여 넓은 대역폭을 가지게 된다. 안테나에서 사각 디스크의 단락핀의 수와 배열 간격은 디스크의 캐패시턴스에 영향을 주게 되어 공진주파수는 1.90 GHz에서 2.556 GHz까지 이동하며 이에 따라서 안테나의 전기적 크기와 대역폭에도 영향을 미치게 된다. 사각 디스크에 단락핀이 3개 연결되었을 때 안테나는 2.556 GHz의 중심 주파수에서 전기적 부피가 $0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0$ 이하로써 소형의 크기를 가지며 $26.8\%$의 넓은 대역폭을 가진다. This paper presents the characteristics of the electromagnetically coupled small broadband disk-loaded monopole antenna with multiple shorting pins. The electromagnetically coupled monopole antenna can achieve broad bandwidth by controlling resonant frequency of the rectangular disk-loaded monopole and a probe with the spiral strip line monopole. The number and arrangement of the shorting pin affect the capacitance of the disk. The variation of the capacitance changes resonant frequency of the antenna, and therefore, its electrical sizes and frequency bandwidth are also affected. The antenna with three shorting pins has a volume of $0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0{\times}0.094\lambda_0$ in electrical length and the frequency bandwidth of $26.8\%\;for\;VSWR\leq2$ with the center frequency at 2.556 GHz.

수직 접지면을 가지는 전자기적 결합 급전 소형 광대역 모노폴 안테나의 설계

김명범,정종호,추호성,박익모,Kim Myung-Bum,Jung Jong-Ho,Choo Hosung,Park Ikmo 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.6

본 논문에서는 수직한 접지 면에 연결된 단락된 사각 디스크와 폴디드 스트립 선로 급전을 전자기적으로 결합한 소형 광대역 디스크-로디드 모노폴 안테나를 제안하였다. 제안한 안테나는 단락된 사각 디스크 아래에 폴디드 스트립 선로를 위치시킴으로써 소형$(0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0)$으로 구현할 수 있으며, 단락된 사각 디스크의 공진과 사각 폴디드 스트립 선로 급전의 공진을 결합함으로써 중심 주파수 2.313 GHz에서 $VSWR\leq2$를 기준으로 약 $37.6\%$의 넓은 대역폭을 이룰 수 있다. 또한 수직한 접지면에 의한 복사 패턴의 왜곡 현상을 개선하기 위하여 접지면에 직사각형의 슬릿을 삽입함으로써 후방 복사를 3 dBi 이상 감소시켰다. 설계한 안테나는 일반적인 모노폴 안테나와 유사한 전방향성의 복사 패턴을 보이며 이득은 대역폭 내에서 약 2.6 dBi의 값을 가진다. This paper presents a folded stripline-fed small broadband disk-loaded monopole antenna with vertical ground plane. The bandwidth of the proposed antenna can be enhanced by electromagnetic coupling between the shorted rectangular disk and the probe with folded strip line. The measured impedance bandwidth of the proposed antenna is $37.6\%$ for $VSWR\leq2$ with the center frequency at 2.313 GHz and has the physical dimensions of only $11mm\times11mm\times11mm$ which corresponds to the electrical length of $0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0\times0.085\lambda_0$. For improving the radiation pattern characteristics, rectangular slits are inserted in the vertical ground plane. Rectangular slits affect the currents distribution on the ground plane, so that the antenna radiation in the direction of the ground plane is reduced more than 3 dBi. Gain of the antenna is approximately 2.6 dBi within the bandwidth.

항공기용 내장형 온-글래스 안테나 설계

강우준(Woojoon Kang),추호성(Hosung Choo),김영기(Younggi KIim),강호원(Howon Kang) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.46 No.12

본 논문에서는 FM 라디오 송수신을 위한 항공기용 글래스 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 광대역 주파수 특성을 얻기 위해 다중 루프 구조를 채택하였으며 탑승자의 시야확보를 극대화하기 위해 창틀 구조를 모사한 안테나 형상을 선택하였다. 세부적인 설계 변수는 Pareto 유전자 알고리즘을 이용하여 최적화하였으며 설계된 글래스 안테나를 실제 한국형 기동헬기조종석 측면 유리에 인쇄한 후 성능을 측정하였다. 측정결과 FM 주파수 대역에서 63.3%의 반전력 대역폭과, 전면방향(bore-sight direction)에서 평균 ?12.98 dBi의 수직편파 복사이득을 보였다. In this paper, we propose an aircraft on-glass antenna for FM radio reception. To obtain broad matching bandwidth, we employed a multiple loop as the basic antenna structure, and the shape of the loops mimics the frame of a window in order to ensure pilots’ field of view as large as possible. The detailed design parameters of the multi-loop structure were determined using a Pareto genetic algorithm with a full wave EM simulation tool. The optimized on-glass antenna was built and installed on a Korean utility helicopter (KUH). The measurement results showed a half power matching bandwidth of about 63.3 %, average vertical bore-sight gain of about -12.98 dBi in the FM band.

FSS 구조를 이용한 Cavity-Backed 고이득 이중 대역 마이크로스트립 안테나 설계

김병철(Byoungchul Kim),추호성(Hosung Choo),박익모(Ikmo Park) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

본 논문에서는 Frequency Selective Surface(FSS)를 이용하여 IEEE 802.11a/b 대역에서 11 ㏈i 이상의 이득과 유사한 모양의 복사 패턴을 가지며 동작하는 cavity-backed 이중 대역 마이크로스트립 안테나를 제안한다. 안테나의 크기는 71.5×42.0×6.6 ㎣이고, FSS의 크기는 120.0×120.02 ㎟, 그리고 cavity를 포함한 접지면의 크기는 150.0×145.0 ㎟이다. 안테나는 동축 케이블을 이용하여 급전하였으며, 안테나와 FSS는 비유전율이 3.38인 RO4003 기판 위에 설계하였다. 전산 모의 실험 결과, VSWR<2 기준으로 2.369∼2.517 ㎓와 5.608∼5.833 ㎓ 의 대역폭을 가지며, 각 대역의 중심 주파수에서의 이득은 11.23 ㏈i와 12.60 ㏈i이다. In this paper, a cavity-backed high gain dual band microstrip antenna with Frequency Selective Surface space(FSS) for WLAN is proposed. The proposed antenna that operates in IEEE 802.11a/b bands with similar radiation pattern and gain is fabricated on RO4003 substrate with a dielectric constant of 3.38. The size of the antenna is 71.5×42.0×6.6 ㎣, and the FSS size is 120.0×120.02 ㎟. The ground plane size including cavity is 150.0×145.0 ㎟. The antenna is fed by coaxial cable. The simulated bandwidths of the antenna are 2.369∼2.517 ㎓ and 5.608∼5.833 ㎓ for VSWR<2. The gains are 11.23 ㏈i and 12.60 ㏈i, respectively, for the lower and upper bands.

UHF 대역 CP 스파이럴 RFID 리더 안테나 설계

이주용(Chuyong Lee),추호성(Hosung Choo),박익모(Ikmo Park),한원근(Wone Keun Han) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.5

본 논문에서는 스파이럴 구조를 이용하여 UHF 대역에서 원형 편파 특성을 가지는 RFID 리더 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 FR-4 기판에 스트립 라인으로 인쇄되어 대량 생산이 용이한 평면 구조이며, UHF RFID 주파수 대역폭(860~960 ㎒)을 만족시킬 수 있도록 설계하였다. 또한, 본체를 스파이럴 구조로 제작하여 원형 편파 특성이 광대역(860~960 ㎒)에서 일어날 수 있도록 하였으며, 급전 부분은 0.25 λ 정합기를 사용하여 임피던스 정합이 이루어지도록 하였다. 제안된 안테나는 복사 이득과 복사 패턴의 조절이 용이하고, 크기가 소형화되었음에도 불구하고 광대역에서 임피던스 정합 및 원형 편파 특성을 유지할 수 있다. 측정 결과, 제작된 안테나는 반사 손실 대역폭 13 %, 원형 편파 대역폭 23 %의 특성을 가지고, 동작 주파수 대역에서 약 6.5 ㏈i의 복사 이득을 가져, RFID 리더 안테나로 활용할 수 있음을 확인하였다. In this paper, we propose a novel structure of a spiral antenna with a CP characteristic for RFID reader in UHF band. Since the proposed antenna can be built by printing on a FR-4 substrate, it is appropriate for low-cost massproduction. The antenna is designed to operate in UHF band of 860~960 ㎒. The CP bandwidth is increased enough to cover an overall UHF RFID band by using a spiral structure for the antenna arm. The matching bandwidth is broadened by using a quarter-wave transformer between the feed and the antenna body. The proposed antenna has advantages of its easy gain and pattern control with a small antenna size. The measured antenna performance shows the matching bandwidth of 13%, the CP bandwidth of 23 %, and the gain of 6.5 ㏈i. This verifies that the proposed antenna is appropriate for RFID antennas in UHF band.

Disk-Loaded 다이폴과 Folded 다이폴로 동작하는 Reconfigurable 안테나

박슬기(Seulgi Park),정근석(Geunseok Jeong),추호성(Hosung Choo),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.12

본 논문에서는 PIN 다이오드를 사용하여 disk-loaded 다이폴 안테나와 folded 다이폴 안테나로 형상이 변화하는 새로운 구조의 소형 안테나를 개발하였다. 개발된 안테나는 PIN 다이오드의 RF on/off 특성을 이용하여 안테나의 전기적 길이를 변화시켜 이중 대역에서 동작하며, 저주파 대역에서는 높은 복사 저항 값을 가지는 folded 다이폴 안테나로 동작하고 고주파 대역에서는 수평 방향으로 무지향성의 복사 패턴과 수직 방향으로 도넛 형태의 복사 패턴을 가지는 disk-loaded 다이폴 안테나로 동작한다. 제안된 안테나는 20~300 ㎒에서 30 ㎝ 다이폴 안테나에 비해 크기가 소형화 되었음에도 높은 이득을 가진다. 또한, 300~1,300 ㎒에서 80° 이상의 넓은 빔 폭을 가짐으로써 방향 탐지 안테나로 사용이 가능하다. In this paper, we propose a reconfigurable antenna which operates as a disk-loaded dipole antenna and a folded dipole antenna alternatively using RF on/off switches. The antenna can change its effective length to achieve dual-band operation; operates as the folded dipole antenna for stepping up the radiation resistance in low frequency band of 20~300 ㎒, and as the disk-loaded dipole antenna for an omni-directional radiation pattern (horizontal plane) and a donut-shaped radiation pattern (vertical plane) in high frequency band of 300~1.3 ㎓. In the low band, the proposed antenna shows higher gain than a conventional dipole antenna with a reduced antenna size. In the high band, the antenna maintains a broad beamwidth of about 80°, thus the antenna can be applicable to antennas for direction finding applications.

Soft Surface를 이용한 신호 중계 장치용 이중 대역 마이크로스트립 안테나

김병철(Byoungchul Kim),류준규(Joongyu Ryu),추호성(Hosung Choo),장대익(Daeik Jang),박익모(Ikmo Park) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.11

본 논문에서는 soft surface를 이용하여 IEEE 802.11a/b 대역에서 10 ㏈i 이상의 이득과 유사한 모양의 복사패턴과 이득을 가지며, 동작하는 신호 중계 장치용 안테나를 제안한다. 제안한 안테나의 크기는 50×56.5×5.5 ㎣이고, soft surface를 포함한 접지면의 크기는 175.0×154.4 ㎟이다. 안테나는 동축 케이블을 이용하여 급전하였으며, 두께가 0.508 ㎜이고 비유전율이 3.38인 RO4003 기판 위에 설계하였다. 전산 모의 실험 결과, VSWR<2 기준으로 2.388∼2.493 ㎓와 5.561∼6.051 ㎓의 대역폭을 가지며, 각 대역의 중심 주파수에서의 이득은 10.63 ㏈i와 10.33 ㏈i이다. In this paper, a dual band microstrip antenna with soft surface for gapfiller applications is proposed. The proposed antenna with similar radiation pattern and gain is fabricated on RO4003 substrate with a dielectric constant of 3.38 and a thickness of 0.508 ㎜, and operates in IEEE 802.11a/b bands. The size of the antenna is 50×56.5×5.5 ㎣ and the ground plane size including soft surface structure is 175.0×154.4 ㎟. The antenna is fed by coaxial cable. The simulated bandwidths of the antenna are 2.388~2.493 ㎓ and 5.561~6.051 ㎓ for VSWR<2. The gains are 10.63 ㏈i and 10.33 ㏈i, respectively, for the lower and upper bands.

광대역에서 일정한 준 등방성 특성을 가지는 U-형태의 RFID 태그 안테나

이상운(Sangwoon Lee),정학주(Hak-Joo Jung),추호성(Hosung Choo),박익모(Ikmo Park) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.5

본 논문에서는 UHF 대역에서 동작하는 광대역에서 일정한 준 등방성 특성을 가지는 U-형태의 RFID 태그안테나를 제안하였다. 제안한 태그 안테나는 복사부에 해당하는 U-형태의 반파장 다이폴 안테나 본체에 상용태그 칩과의 공액 정합이 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 ㎒의 대역폭과 슬릿이 있을 경우 864.5∼954 ㎒의 대역폭을 가졌다. VSWR<5.8을 기준으로 슬릿이 없을 경우와 슬릿이 있을 경우 각각 835.5∼979.5 ㎒의 대역폭과 837∼981.5 ㎒의 대역폭을 얻었다. 정합 주파수 대역 안에서 슬릿이 없는 태그 안테나의 최대 이득편차와 최소 이득편차는 각각 3.86 ㏈와 3.33 ㏈로 약 0.53 ㏈ 차이를 가졌고, 슬릿이 있을 경우에는 최대 이득편차와 최소 이득편차가 각각 3.60 ㏈와 3.54 ㏈로 약 0.06 ㏈ 차이의 매우 일정한 이득편차 특성을 가졌다. In this paper, we proposed a broa㏈and U-shaped RFID tag antenna with near-isotropic characteristic at UHF band. The proposed tag antenna is composed of the U-shaped half wavelength dipole and a rectangular shaped feed. The rectangular shaped feed that is located inside U-shaped dipole is connected for conjugate impedance matching with the commercial tag chip. A better constant gain deviation characteristic in the operating frequency band is achieved by inserting a rectangular slit in the lower center of the U-shaped antenna body. On the condition of VSWR<2, the tag antenna had the measured bandwidth of 10.36 %, from 860.5 to 954.5 ㎒, and 9.84 %, from 864.5 to 954 ㎒, for antenna without slit and with slit, respectively. On the condition of VSWR<5.8, the tag antennas had the measured bandwidth of 15.78 %, from 835.5 to 979.5 ㎒, and 15.89 %, from 837 to 981.5 ㎒, for antenna without slit and with slit, respectively. The difference between the maximum and minimum gain deviations of tag antenna without slit in the operating frequency band is 0.53 ㏈ since the maximum and minimum gain deviations are 3.86 ㏈ and 3.33 ㏈, respectively. Whereas the difference between the maximum and minimum gain deviations of tag antenna with slit in the operating frequency is 0.06 ㏈ since the maximum and minimum gain deviations are 3.60 ㏈ and 3.54㏈, respectively.