KR101133741B1 - 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기 - Google Patents

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근거리 자기통신을 수행하는 무선 식별 안테나의 구성 및 설치구조가 개선된 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기가 개시된다. 케이스는 절연성 소재로 이루어지며, 도전성 구조물은 케이스의 내측에 형성된다. 무선 식별 안테나는 비접촉으로 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 무선 식별 안테나는 자성체로 이루어지는 코어와 코어에 권선되는 코일을 구비하고, 케이스에는 도전성 구조물과 이격되도록 무선 식별 안테나를 수용하는 포켓부가 형성된다. 따라서, 무선 식별 안테나가 매우 작은 크기로 이루어지면서도 큰 유도기전력을 얻을 수 있기 때문에, 휴대단말기의 소형화를 달성하는데 매우 유리하며 구조적으로도 매우 견고하다.
무선, 식별, 안테나

Description

무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기{Portable terminal with radio frequency identification antennas}
이 기술은 휴대 단말기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리 자기통신을 수행하는 무선 식별 안테나의 구성 및 설치구조가 개선된 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기에 관한 것이다.
무선 식별 안테나(RFID : Radio Frequency Identification Antennas)는 휴대 전화기, PDA 등의 이동통신기기를 포함하는 휴대 단말기에 설치되는 것으로, 주통신기기와는 별도로 장착되어 인증, 상거래, 금융거래, 교통요금의 결제 등에 사용된다.
일반적으로, 무선 식별 안테나를 갖는 휴대 단말기는 케이스의 내측에 인쇄회로기판(PCB), 실드, 밧데리 등의 도전성 금속 구조물을 구비한다. 만약, 루프안테나를 휴대단말기에 결합시켜 사용하는 경우, 도전성 금속 구조물에 의해 와전류손, 히스테리시스손 등의 손실이 발생할 수 있다.
이와 같은 손실은 안테나의 사용을 불가능하게 하거나 신호의 도달 거리를 극도로 짧아지게 한다. 따라서, 루프안테나를 휴대단말기의 외부로 빼내어 사용하 게 되는데, 이는 휴대단말기의 소형화를 방해하는 요인으로 작용한다.
이와 같은 종래의 휴대단말기의 단점을 개선하기 위해, 루프안테나의 후면에 고투자율의 자기재료로 이루어진 자기 압소버용 시트를 부착하는 방법이 사용되기도 한다. 자기 압소버용 시트는 휴대단말기의 도전성 금속 구조물에 의한 손실을 감소시키는 기능을 한다.
하지만, 자기 압소버용 시트를 사용한 휴대단말기도 케이스의 설계 측면에서 기기의 소형화를 달성하는 것이 불리하고, 안테나의 통신거리를 짧게하는 문제점이 있었다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 안테나의 통신거리를 충분히 확보하는 동시에 휴대단말기의 소형화를 가능하게 하도록 구성 및 설치 구조가 개선된 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기를 제공한다.
휴대 단말기는 절연성 소재로 이루어지는 케이스와, 케이스의 내측에 형성되는 도전성 구조물 및 비접촉으로 신호를 송신 및 수신하는 적어도 하나의 무선 식별 안테나를 포함하며, 무선 식별 안테나는 자성체로 이루어지는 코어와 코어에 권선되는 코일을 구비하고, 케이스에는 도전성 구조물과 이격되도록 무선 식별 안테나를 수용하는 포켓부가 형성된다.
또한, 포켓부는 케이스의 측면에 내외측 중 어느 한쪽으로 무선 식별 안테나를 수용하는 공간이 형성되도록 케이스에 일체로 연장 형성되며, 무선 식별 안테나의 코일 양단이 케이스 내로 인출되어 인쇄회로기판과 연결되게 하는 연통홀이 형성될 수 있다.
이 경우, 코어는 판 형상의 직육면체로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 포켓부는 케이스의 코너 내측에 무선 식별 안테나를 수용하는 공간이 형성되도록 케이스에 일체로 연장 형성되며, 무선 식별 안테나의 코일 양단이 케이스 내로 인출되어 인쇄회로기판과 연결되게 하는 연통홀이 형성될 수 있다.
이 경우, 코어는 원기둥 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 단말기는 무선 식별 안테나를 지지하고 포켓부에 조립되며 코일의 양단이 케이스 내로 인출되게 하는 브라켓을 더 구비할 수 있다.
따라서, 무선 식별 안테나가 매우 작은 크기로 이루어지면서도 큰 유도기전력을 얻을 수 있기 때문에, 휴대단말기의 소형화를 달성하는데 매우 유리하며 구조적으로도 매우 견고하다.
또한, 휴대단말기의 내부에 실장되는 도전성 금속 구조물과의 충분한 이격거리가 확보되기 때문에, 안정적인 유도기전력을 획득할 수 있다.
또한, 무선 식별 안테나를 휴대단말기의 케이스에 고정시키는 것이 용이하기 때문에, 조립성이 크게 향상된다.
이하 첨부된 도면에 따라서 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일 실시 예에 따른 휴대 단말기의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 휴대 단말기(1)는 케이스(10)와, 도전성 구조물 및 무선 식별 안테나(20)를 포함한다.
케이스(10)는 절연성 소재의 합성수지로 이루어진다.
도전성 구조물은 케이스(10)의 내측에 배치되는 도전성 금속 소재로 이루어진 부품을 의미하는 것으로, 실드(60)를 포함할 수 있다. 실드(60)는 케이스(10)의 내측에 형성되며, 케이스(10)의 내측에 실장되는 전기적 장치로부터 전자파가 방사되는 것을 차폐하는 기능을 한다. 또한, 도전성 구조물은 인쇄회로기판 및 밧데리 등의 내부 부품을 포함할 수 있다.
무선 식별 안테나(20)는 수십 밀리미터 이내의 근거리 자기통신을 수행하는 것으로, 비접촉으로 RF신호를 송신 및 수신한다.
특히, 무선 식별 안테나(20)는 코어(210) 및 코일(220)을 포함한다.
코어(210)는 고투자율의 자성체로 이루어진다. 또한, 코일(220)은 코어(210)에 수회 내지 수십회 권취된다. 바람직하게는, 코일(220)은 코어(210)에 8회 내지 30회 권취되도록 구성된다.
또한, 케이스(10)에는 포켓부(110)가 형성된다. 포켓부(110)는 무선 식별 안테나(20)를 수용하는 것으로, 무선 식별 안테나를 도전성 구조물과 이격되도록 한다.
무선 식별 안테나(20)에서 유도되는 전압은 패러데이의 법칙(Faraday's law)에 따른 전자기유도 원리와 렌츠의 법칙(Lenz's law)에 따른 에너지보존 원리에 의하여 결정된다. 따라서, 높은 전압 신호를 획득하기 위해서는 코일(220)에 쇄교하는 자속의 양이 많을수록 유리하다.
고투자율의 코어(210)는 고주파에서도 와전류에 의한 손실이 적고 주변공간을 통과하는 자속을 끌어당겨서 압축해주는 작용을 한다. 따라서, 코어(210)에 권취된 코일(220)은 작은 크기로도 큰 유도기전력을 획득할 수 있다.
또한, 케이스(10)에 형성된 포켓부(110)는 소형 크기의 코어(210) 및 코 일(220)을 케이스(10)에 견고히 고정시키는 기능을 수행하는 동시에, 코어(210) 및 코일(220)을 케이스(10) 내측면에 형성된 실드(60) 등의 도전성 구조물로부터 영향을 받지 않도록 하는 기능을 한다.
즉, 무선 식별 안테나(20)는 내열성 구조로 제작할 수 있기 때문에, 케이스(10)의 사출 성형 시 금형의 내부에 무선 식별 안테나(20)를 넣고 코일(220)이 인쇄회로기판 등에 접속되는 터미널로 연결되도록 사출 성형할 수 있다. 따라서, 무선 식별 안테나(20)는 케이스 사출물의 내부에 견고한 구조로 내장될 수 있다.
도 2를 참조하면, 포켓부(110)는 케이스(10)의 측면에 내측으로 무선 식별 안테나(20)를 수용하는 공간(112)이 형성되도록 케이스(10)에 일체로 연장 형성된다. 또한, 포켓부(110)에는 연통홀(111)이 형성된다. 연통홀(111)은 무선 식별 안테나(20)의 코일(220) 양단이 케이스(10) 내부로 인출되어 인쇄회로기판과 연결되게 한다. 즉, 케이스(10)는 내측을 향해 공간(112)이 형성된 고리 형상을 이루는 2중의 벽체를 갖게 되며, 공간(112)에 코일(220)이 권취된 코어(210)가 수용되고 코일(220)이 연통홀(111)을 통해 케이스(10) 내부로 인출되어 인쇄회로기판에 연결된다.
따라서, 무선 식별 안테나(20)가 케이스(10)의 내부 공간에 배치되어 공간 활용성이 좋아지며, 케이스(10)의 외측이 매끈하게 형성되어 휴대 단말기(1)의 외관이 미려해진다.
도 3은 도 2의 변형 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 포켓부(110) 및 무선 식별 안테나(20)는 케이스(10)의 양측에 한 쌍이 구비될 수 있다. 따라서, 무선 식별 안테나(20)의 감도가 일 측으로 편향되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 도 4는 도 2의 다른 변형 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 포켓부(110)는 케이스(10)의 측면에 외측으로 무선 식별 안테나(20)를 수용하는 공간(112)이 형성되도록 케이스(10)에 일체로 연장 형성될 수 있다. 즉, 케이스(10)는 외측을 향해 돌출된 형태를 갖게 된다.
따라서, 무선 식별 안테나(20)는 실드(60) 등의 도전성 구조물과의 충분한 이격거리를 확보할 수 있기 때문에, 도전성 구조물로부터의 영향을 최소화할 수 있게 된다.
이 경우, 코어(210)는 판 형상의 직육면체로 이루어지는 것이 바람직하다. 코일(220)은 직육면체의 코어(210) 둘레에 밀착되게 권취된다. 바람직하게는, 판 형상의 코어(210) 두께는 3㎜ 이하로 하고 높이는 15㎜ 이하로 형성시킨다. 따라서, 코어(210)는 케이스(10)의 측면에 형성되는 협소한 공간에도 효과적으로 설치될 수 있다.
또한, 도 5는 도 2의 실시 예에 따른 무선 식별 안테나를 도시한 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 코어(210)는 단면이 납작한 판 형상의 기둥으로 제작될 수도 있다.
한편, 도 6은 도 2의 또 다른 변형 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6의 실시 예에 따른 무선 식별 안테나를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 포켓부(110)는 케이스(10)의 코너 내측에 무선 식 별 안테나(20)를 수용하는 공간이 형성되도록 케이스(10)에 일체로 연장 형성될 수 있다. 이 경우, 포켓부(110)에는 도 2에 도시된 것처럼 연통홀(111)이 형성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 코어(210)는 원기둥 형상으로 이루어진다. 바람직하게는, 코어(210)의 직경 및 높이는 10㎜ 이하로 형성시킨다.
또한, 도 8은 다른 실시 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 케이스(10)의 내부에 실장되는 인쇄회로기판(80)은 일측에 연장부(81)를 구비하며, 연장부(81)가 포켓부(110) 내에 설치된 무선 식별 안테나(20)의 방향으로 연장 형성된다. 연장부(81)에는 무선 식별 안테나(20)와 전기적인 접속을 위한 단자가 형성된다. 또한, 코일(220)은 연장부(81)에 형성된 단자에 납땜 등의 방법으로 연결될 수 있으며, 단자가 형성된 별도의 절연판에 연결되어 인쇄회로기판(80)에 접속될 수 있다. 이 경우, 절연판은 연장부(81)에 면접촉되도록 직각으로 회전된다.
한편, 도 9는 또 다른 실시 예에 따른 브라켓을 도시한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 휴대 단말기는 브라켓(90)을 더 구비할 수 있다. 브라켓(90)은 무선 식별 안테나(20)를 지지하며, 코일(220)의 양단이 케이스(10) 내로 인출되게 안내한다. 또한, 브라켓(90)은 포켓부(110)에 조립된다.
브라켓(90)은 무선 식별 안테나(20)의 코어(210)를 고정하는 브라켓 본체(910) 및 코일 안내부(920)를 구비할 수 있다. 브라켓 본체(910)는 코어(210)를 끼움 지지하는 끼움편(911)을 구비할 수 있다. 코일 안내부(920)는 브라켓 본 체(910)의 일측으로부터 일체로 연장되며, 일측에는 코일(220)을 인출시키기 위한 개구부(921)가 형성된다.
따라서, 무선 식별 안테나(20)는 브라켓(90)을 통해 용이하게 포켓부(110)에 고정될 수 있기 때문에, 조립성이 향상된다.
이와 같이 구성되는 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기의 제작 과정을 구체적인 수치를 한정한 몇 가지 실시 예를 통해 설명하기로 한다.
첫번째 실시 예로, 도 6을 참조하면, 직경 1.8㎜와 높이 8㎜의 Ni-Mn 페라이트 코어(210)에 직경 0.06㎜의 에나멜동선으로 된 코일(220)을 22회 권취하여 13.56MHz에 공진되는 무선 식별 안테나(20)를 제작하였다. 이후에, 무선 식별 안테나(20)를 태그용 IC회로와 연결하여 리더기와의 통신도달거리 33㎜의 결과를 얻을 수 있었다.
두번째 실시 예로, 도 2를 참조하면, 폭 13㎜, 높이 4,5㎜, 두께 0.5㎜의 판 형상의 페라이트 코어(210)에 직경 0.06㎜의 에나멜동선으로 된 코일(220)을 14회 권취하여 13.56MHz에 공진되는 무선 식별 안테나(20)를 제작하였다. 이후에, 무선 식별 안테나(20)를 태그용 IC회로와 연결하여 리더기와의 통신도달거리 33㎜의 결과를 얻을 수 있었다.
세번째 실시 예로, 도 2를 참조하면, 폭 19㎜, 높이 4.5㎜, 두께 2.3㎜의 페라이트 코어(210)에 직경 0.06㎜의 에나멜동성으로 된 코일(220)을 9회 권취하여 13.56MHz에 공진되는 무선 식별 안테나(20)를 제작하였다. 이후에, 무선 식별 안테나(20)를 태그용 IC회로와 연결하여 리더기와의 통신도달거리 60㎜의 결과를 얻을 수 있었다.
따라서, 첫번째 실시 예와 두번째 실시 예를 비교해 볼 때, 코어(210)를 길이 방향으로 길게하여 실드(60)와 미세한 이격거리로 설치하여도 통신거리를 충분히 확보할 수 있음을 확인하였다.
또한, 두번째 실시 예와 세번째 실시 예를 비교해 볼 때, 반복된 실험을 통해 코어의 형상 수치 및 코일의 권취 회수를 최적화할 수 있었다.
지금까지 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 휴대 단말기의 사시도.
도 2는 일 실시 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 변형 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 4는 도 2의 다른 변형 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 5는 도 2의 실시 예에 따른 무선 식별 안테나를 도시한 사시도.
도 6은 도 2의 또 다른 변형 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 7은 도 6의 실시 예에 따른 무선 식별 안테나를 도시한 사시도.
도 8은 다른 실시 예에 따른 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 브라켓을 도시한 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 휴대 단말기 10 : 케이스
20 : 무선 식별 안테나 60 : 실드
80 : 인쇄회로기판 90 : 브라켓
110 : 포켓부 111 : 연통홀
210 : 코어 220 : 코일

Claims (6)

  1. 절연성 소재로 이루어지는 케이스와, 상기 케이스의 내측에 형성되는 도전성 구조물 및 비접촉으로 신호를 송신 및 수신하며, 자성체로 이루어지는 코어와, 상기 코어에 권취되는 코일로 이루어진 적어도 하나의 무선 식별 안테나를 포함하는 것으로,
    상기 케이스에는 상기 도전성 구조물과 이격되도록 상기 무선 식별 안테나를 수용하는 포켓부와, 상기 무선 식별 안테나의 코일 양단이 상기 케이스 내로 인출되어 인쇄회로기판과 연결되게 하는 연통홀이 형성된 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포켓부는,
    상기 케이스의 측면에 내외측 중 어느 한쪽으로 상기 무선 식별 안테나를 수용하는 공간이 형성되도록 상기 케이스에 일체로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어는 판 형상의 직육면체로 이루어지는 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포켓부는,
    상기 케이스의 코너 내측에 상기 무선 식별 안테나를 수용하는 공간이 형성되도록 상기 케이스에 일체로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어는 원기둥 형상으로 이루어지는 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 식별 안테나를 지지하고, 상기 코일의 양단이 상기 케이스 내로 인출되게 안내하며, 상기 포켓부에 조립되는 브라켓을 더 구비하는 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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