KR101350312B1 - Reconfigurable antenna apparatus for wireless power transfer of low frequency and near-field communication - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 무선전력 전송 저주파 대역으로 쓰이는 10 kHz ~ 1 MHz 대역과 13.56 MHz 근거리 통신(NFC: Near-Field Communication) 주파수 대역에서 공유할 수 있도록 재구성할 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna device for wireless power transmission and short-range communication, and more particularly, in the 10 kHz to 1 MHz band and 13.56 MHz near-field communication (NFC) frequency band used as a wireless power transmission low frequency band. An antenna device that can be reconfigured to be shared.
현재 IT 기술, 특히 이동통신기기의 발전은 급속도로 진행되어 개인이 휴대전화, MP3 플레이어, 디지털카메라 등 여러 개의 휴대 가능한 디지털 기기를 보유하고 있는 상황이다. 또한 하나의 기기 내에 다양한 무선 표준들과 기능들이 하나의 기기 안에 융합되는 컨버전스(convergence) 현상이 나타나고 있다. At present, the development of IT technology, especially mobile communication devices, is rapidly progressing, and individuals have several portable digital devices such as mobile phones, MP3 players, and digital cameras. In addition, convergence is a phenomenon in which various wireless standards and functions are converged in one device.
이와 같은 발전 속에 유일하게 발전이 지체되고 있는 분야가 바로 전원공급 관련 분야이며, 근래 다양한 모바일기기의 급속한 보급 속에 전원공급을 유선으로 하고 있다는 불편함은 무선충전 및 무선전력전송에 대한 관심을 크게 증대시키면서 관련 산업 분야에 새로운 시장을 창출하고 있다. The only area where development is delayed in such development is power supply-related fields, and the inconvenience of wired power supply amid the rapid spread of various mobile devices has greatly increased interest in wireless charging and wireless power transmission. At the same time, they are creating new markets in related industries.
또한 하나의 디지털 기기에 내장되는 다양한 무선 표준 중 최근 NFC가 많은 관심을 받고 있는데, 이는 근거리 통신 기술을 이용해서 전자 결제 및 태그 인식 서비스를 제공하고 있다. 모바일 기기를 소형화하면서도 다양한 장치들을 내장하기 위해서는 같은 기능을 하는 블록을 통합할 필요가 있다. In addition, NFC is receiving a lot of attention recently among various wireless standards embedded in one digital device, which provides electronic payment and tag recognition services using near field communication technology. In order to miniaturize mobile devices and embed various devices, it is necessary to integrate blocks that perform the same function.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 무선전력 전송 저주파 대역으로 쓰이는 10 kHz ~ 1 MHz 대역과 13.56 MHz 근거리 통신(NFC) 주파수 대역에서 공동으로 사용할 수 있는 안테나를 제공하는 것을 그 과제로 한다. The present invention has been made in the technical background as described above, the object of the present invention to provide an antenna that can be used jointly in the 10 kHz ~ 1 MHz band and 13.56 MHz short-range communication (NFC) frequency band used as a wireless power transmission low frequency band Shall be.
본 발명의 다른 과제는 NFC와 무선전력전송을 위한 별도의 안테나를 사용하지 않고 안테나를 공유하여 모바일 기기를 소형화하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of miniaturizing a mobile device by sharing the antenna without using a separate antenna for NFC and wireless power transmission.
본 발명의 또 다른 과제는 NFC와 무선전력전송 안테나를 공유하기 위하여 재구성 가능한 매칭 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a reconfigurable matching method for sharing NFC and wireless power transmission antenna.
본 발명의 또 다른 과제는 무선전력 전송 및 NFC 시스템의 RF 프런트엔드와 안테나 사이의 스위칭 커패시턴스와 인덕턴스를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for controlling switching capacitance and inductance between an RF front end and an antenna of a wireless power transmission and NFC system.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 하나의 수신 안테나를 사용하고 무선전력 전송 및 NFC 시스템의 RF 프론트엔드와 안테나 사이의 스위칭 커패시턴스와 인덕턴스를 제어하여 주파수 매칭을 수행한다. In order to solve this problem, in the present invention, frequency matching is performed by using one receiving antenna and controlling switching capacitance and inductance between the RF front end and the antenna of the wireless power transmission and NFC system.
본 발명의 일 면에 따른 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치는, 무선전력 수신 프론트엔드, 근거리통신(NFC: Near-Field Communication) 프론트엔드, 상기 무선전력 수신 프론트엔드와 상기 근거리통신 프론트엔드를 구동하기 위한 NFC 및 무선전력수신 통합 시스템, 스위칭 커패시터 어레이, 인덕터 어레이 제어기, 매칭 회로 및 LC 스위칭 제어모듈이 포함되어 있는 칩; 및 하나의 수신 안테나와 인덕터 어레이가 형성되어 있는 수신 안테나 모듈을 포함한다.According to an aspect of the present invention, an antenna device for wireless power transmission and short-range communication includes a wireless power reception front end, a near-field communication (NFC) front end, the wireless power reception front end, and the short-range communication front end. A chip including an integrated NFC and wireless power reception system, a switching capacitor array, an inductor array controller, a matching circuit, and an LC switching control module for driving the integrated circuit; And a receiving antenna module in which one receiving antenna and an inductor array are formed.
상기 인덕터 어레이 제어기는 상기 인덕터 어레이를 형성하는 각 인덕터에 연결된 스위치일 수 있다.The inductor array controller may be a switch connected to each inductor forming the inductor array.
상기 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치는, 상기 스위칭 커패시터 어레이, 상기 인덕터 어레이 제어기, 상기 인덕터 어레이의 연결을 제어하여 주파수의 선택적 매칭을 수행하며, 상기 주파수의 선택적 매칭은 HF 대역 NFC 주파수, LF 대역 NFC 주파수 및 무선전력 전송 주파수를 포함하는 주파수에 대해 이루어질 수 있다. The antenna device for wireless power transmission and short-range communication, the switching of the switching capacitor array, the inductor array controller, the inductor array to control the selective matching of the frequency, the selective matching of the frequency is HF band NFC frequency, LF band may be made for frequencies including NFC frequency and wireless power transmission frequency.
본 발명에 따르면, 하나의 칩 및 시스템으로 NFC와 무선전력 전송 수신의 기능을 구현할 수 있으며, LF, HF 대역 공진주파수 정합을 위한 스위칭 C-array, 스위칭 L-array을 제어하기 위한 스위치를 칩 안에 집적할 수 있어 휴대 단말기 내부 공간에 컴팩트하게 삽입할 수 있다. According to the present invention, a single chip and a system can implement the function of NFC and wireless power transmission reception, and a switch for controlling the switching C-array and the switching L-array for matching the LF and HF band resonance frequencies in the chip. It can be integrated, allowing compact insertion into the space inside the portable terminal.
도 1은 NFC와 무선전력 수신 기능을 하나의 칩으로 구성하고 안테나를 공유한 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저주파 대역의 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나의 매칭을 위한 회로를 나타낸다.FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention in which NFC and a wireless power reception function are configured as one chip and an antenna is shared.
2 illustrates a circuit for matching an antenna for wireless power transmission and short-range communication in a low frequency band according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 저주파 대역의 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 및 그 매칭 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the antenna and its matching method for wireless power transmission and short-range communication of the low frequency band according to an embodiment of the present invention.
도 1은 NFC와 무선전력 수신 기능을 하나의 칩으로 구성하고 안테나를 공유한 본 발명의 실시예를 도시한 것이다. FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention in which NFC and a wireless power reception function are configured as one chip and an antenna is shared.
도 1에 나타난 바와 같이, 집적된 칩(On-chip) 안에는 무선전력 수신 Front-end(110) 및 NFC Front-end(120)와 이를 구동하기 위한 NFC, 무선전력 수신 통합 시스템(130)이 형성되어 있으며, HF, LF 대역으로 매칭할 수 있는 스위칭 C-array와 L-array 제어기(140), 매칭 회로 및 L,C 스위칭 제어 모듈(150)이 포함되어 있다. As shown in FIG. 1, an integrated chip (On-chip) is formed of a wireless power reception front-
무선전력 수신 Front-end(110) 및 NFC Front-end(120)는 하나의 수신 안테나를 공유하며, NFC+무선전력 수신 안테나는 L-array와 함께 칩 외부에 형성되어 있다(200).The wireless power reception front-
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저주파 대역의 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나의 매칭을 위한 회로를 나타낸다.2 illustrates a circuit for matching an antenna for wireless power transmission and short-range communication in a low frequency band according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서는 무선전력 전송 저주파 대역으로 쓰이는 10 kHz ~ 1 MHz 대역과 13.56 MHz 근거리 통신 주파수 대역에서의 안테나 매칭을 위하여, 인덕터 어레이와 커패시터 어레이를 사용한다. In an embodiment of the present invention, an inductor array and a capacitor array are used for antenna matching in a 10 kHz to 1 MHz band used as a wireless power transmission low frequency band and a 13.56 MHz short range communication frequency band.
낮은 주파수 대역이기 때문에 인덕터 어레이를 칩에 내장하기 위해서는 많은 면적이 필요하므로, LP, LPSW1 ~ LPSWn까지는 칩 외부에서 연결하고, 타겟 주파수에 미세한 공진 주파수 정합을 위해서 주파수 재구성이 가능하게 하는 series, shunt 커패시터 어레이 CL, CLSW1 ~ CLSWn과 CP, CPSW1 ~ CPSWn는 칩 안에 집적하여 구성한다.Because of the low frequency band, a large area is required to embed the inductor array on the chip. Therefore, L P , L PSW1 to L PSWn can be connected outside the chip and frequency reconstruction is possible for fine resonance frequency matching to the target frequency. For example, the shunt capacitor arrays C L and C LSW1 to C LSWn and C P and C PSW1 to C PSWn are integrated into the chip.
이와 같이 구성된 인덕터 어레이와 커패시터 어레이를 사용하여 무선전력전송 또는 NFC 표준에 따른 주파수의 선택적 매칭이 가능하다.Using the inductor array and the capacitor array configured as described above, frequency matching according to the wireless power transmission or the NFC standard is possible.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. While the invention has been described in terms of the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to embrace all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.
Claims (4)
하나의 수신 안테나와 인덕터 어레이가 형성되어 있는 수신 안테나 모듈을 포함하는 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치.Wireless power reception front end, near field communication (NFC) front end, NFC and wireless power reception integrated system for driving the wireless power reception front end and the local area communication front end, switching capacitor array, inductor array controller A chip including a matching circuit and an LC switching control module; And
An antenna device for wireless power transmission and short-range communication comprising a receiving antenna module having a receiving antenna and an inductor array.
상기 인덕터 어레이 제어기는 상기 인덕터 어레이를 형성하는 각 인덕터에 연결된 스위치인 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치.The method of claim 1,
The inductor array controller is a switch connected to each inductor forming the inductor array antenna device for wireless power transmission and short-range communication.
상기 스위칭 커패시터 어레이, 상기 인덕터 어레이 제어기, 상기 인덕터 어레이의 연결을 제어하여 주파수의 선택적 매칭을 수행하는 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치.The method of claim 1,
An antenna device for wireless power transmission and short-range communication for controlling the connection of the switching capacitor array, the inductor array controller, the inductor array to perform a selective matching of the frequency.
상기 주파수의 선택적 매칭은 HF 대역 NFC 주파수, LF 대역 NFC 주파수 및 무선전력 전송 주파수를 포함하는 주파수에 대해 이루어지는 무선전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 장치.The method of claim 3,
Selective matching of the frequency is an antenna device for wireless power transmission and short-range communication is made for a frequency including the HF band NFC frequency, LF band NFC frequency and wireless power transmission frequency.
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