KR101405691B1 - 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 단말기 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

단말기는 압전 소자를 포함하는 피에조 모듈의 동작 모드를 결정하는 제어부; 상기 제어부에서 결정된 동작 모드에 따라 동작하는 피에조 모듈; 및 상기 제어부에서 결정된 동작 모드에 따른 동작 주파수를 발생시키기 위한 동작 전압을 상기 피에조 모듈로 인가하는 전압 조절부를 포함하며, 상기 동작 모드가, 상기 피에조 모듈이 안테나로 동작하는 안테나 모드를 포함한다. 이에 따라, 단말기에서 피에조 모듈을 이용하여 안테나를 구현함으로써, 단말기의 실장성 및 내구성을 확보할 수 있다.

Description

피에조 모듈을 안테나로 이용하는 단말기 및 그 방법{TERMINAL USING PIEZO-ELECTRIC MODULE AS ANTENNA AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 단말기 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피에조 모듈에 동작 주파수를 발생시켜 안테나로 이용하는 단말기 및 그 방법에 관한 것이다.
다양한 전자기기들의 증가와 일상 생활에서의 활용에 따라 품질이 좋을 뿐만 아니라 감성적인 면에서 어필할 수 있는 새로운 형태의 사용자 인터페이스들이 요구되고 있다. 이러한 사용자 인터페이스 중에서 사용자에게 민감하게 노출되는 장치들 중 하나는 바로 음향을 제공하는 스피커라 할 수 있다. 이러한 스피커는 비교적 부피가 크고, 새로운 디자인을 적용하기 어려운 부분이지만, 더 작거나 더 얇은 전자기기를 원하는 사용자의 요구에 맞추어 점차 소형화, 박형화 되고 있다.
이러한 두께의 한계를 극복하여 휴대용 기기나 박형 기기에 적용되고 있는 스피커로서, 다양한 디자인이 가능한 필름 형태를 가지는 피에조(piezo-electric) 스피커가 있다(도 1 참조).
피에조 기술은 소형, 경량, 단순 구조 및 높은 구동력, 낮은 소비전력, 무 전자파, 부가장치 없이 선형 구동이 가능한 장점으로 스피커뿐만 아니라, 모터 및 카메라 액추에이터(actuator) 등으로도 폭넓게 활용되고 있다.
한편, 이동통신 단말기에서는 도 2에 도시된 바와 같은 수 개의 안테나가 사용된다. 도 2(a)는 NFC 안테나이며, 도 2(b)는 단말기의 메인 안테나이고, 도 2(c)는 단말기의 GPS 및 블루투스 안테나의 예이다. 일반적으로 안테나는 변복조 된 신호를 교류하기 위한 구조물로써, 현 이동통신 기지국에서 셀 반경내의 가입자들에게 필요한 전계 강도의 신호를 송수신 하는데 이용되며, 또한 가입자간 휴대한 단말기에 채용되어 기지국과 송수신 신호를 주고받는 에어 인터페이스 수단으로 이용되고 있다. 이동통신에서는 현재 다이폴 안테나, 야기 안테나, 마이크로 스트립 안테나 등이 주로 사용되고 있다.
종래 기술의 안테나는 도전성을 갖는 구조물과, 기구적 제한 요소에 제약을 많이 받아왔다. 또한, 각종 안테나의 구조로 인한 부피 증가에 의해 현재 단말기의 슬림(slim)화 추세에 부응하지 못하고, 구성에 따른 비용 증가의 문제점을 가지고 있다. 더군다나, 실제 안테나 제작 후에는 물리적 변형을 가하여야만 공진 주파수 및 대역폭의 조절이 가능하다는 불편함이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 피에조 모듈을 안테나로 이용하여 실장성 및 내구성을 확보할 수 있는 단말기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단말기의 실장성 및 내구성을 확보하기 위해 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 단말기는, 압전 소자를 포함하는 피에조 모듈의 동작 모드를 결정하는 제어부; 상기 제어부에서 결정된 동작 모드에 따라 동작하는 피에조 모듈; 및 상기 제어부에서 결정된 동작 모드에 따른 동작 주파수를 발생시키기 위한 동작 전압을 상기 피에조 모듈로 인가하는 전압 조절부를 포함하며, 상기 동작 모드가, 상기 피에조 모듈이 안테나로 동작하는 안테나 모드를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 피에조 모듈이 동작 전압에 따라 기본 주파수를 발생하고, 상기 단말기가, 상기 피에조 모듈에서 발생하는 상기 기본 주파수를 상기 동작 주파수로 변환하는 주파수 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 주파수 변환부가, 상기 기본 주파수를 정해진 배수만큼 체배하여 상기 동작 주파수를 생성하는 주파수 체배기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 동작 주파수는, 상기 동작 모드를 실행하기 위한 주파수 대역 내의 공진 주파수일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 피에조 모듈은, 상기 동작 주파수에 따른 반송파(carrier wave)를 발생시켜, 상기 반송파를 이용하여 신호를 송신하거나 외부로부터 신호를 수신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전압 조절부는, 상기 피에조 모듈의 동작 모드에 대응하는 동작 전압에 대한 정보를 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전압 조절부는, 각 동작 모드에 따른 동작 전압을 시간에 따라 교번적으로 인가할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부가, 상기 피에조 모듈을 통해 출력할 신호를 제공하고, 상기 단말기가, 상기 제어부로부터 제공되는 신호 중 상기 결정된 동작 모드에 해당하는 신호를 필터링하여 상기 피에조 모듈에 제공하는 신호 선택부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 신호 선택부는, 상기 제어부로부터 제공되는 신호를 주파수를 기준으로 필터링할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 신호 선택부는, 상기 동작 모드에 따라 상기 제어부로부터 제공되는 신호를 필터링하는 적어도 하나의 대역 통과 필터(band-pass filter)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 동작 모드는, 상기 피에조 모듈이 고유의 기능으로 동작하는 피에조 모드 및 상기 피에조 모듈이 안테나로 동작하는 안테나 모드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 피에조 모드는, 상기 피에조 모듈이 스피커로 동작하는 스피커 모드 및 상기 피에조 모듈이 모터로 동작하는 모터 모드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 안테나 모드는, 상기 피에조 모듈이 메인 안테나로 동작하는 메인 안테나 모드, 상기 피에조 모듈이 NFC 안테나로 동작하는 NFC 안테나 모드, 상기 피에조 모듈이 WiFi 안테나로 동작하는 WiFi 안테나 모드, 상기 피에조 모듈이 GPS 안테나로 동작하는 GPS 안테나 모드 및 상기 피에조 모듈이 블루투스 안테나로 동작하는 블루투스 안테나 모드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부가 상기 피에조 모듈을 통해 출력할 신호를 제공하고, 상기 단말기가, 상기 제어부로부터 제공되는 신호를 상기 각 안테나 모드에 따라 변조하여 상기 신호 선택부에 제공하는 신호 변조부를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법은, 단말기에 형성된 피에조 모듈의 동작 모드를 안테나로 동작하기 위한 안테나 모드로 결정하는 단계; 상기 안테나 모드에 따른 동작 전압을 상기 피에조 모듈에 인가하는 단계; 상기 피에조 모듈을 통해 상기 동작 전압에 따른 동작 주파수를 발생시키는 단계; 및 상기 피에조 모듈을 통해 통신 신호를 송신 또는 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 피에조 모듈을 통해 상기 동작 전압에 따른 동작 주파수를 발생시키는 단계는, 상기 동작 전압에 따라 기본 주파수를 발생시키는 단계; 및 상기 기본 주파수를 상기 동작 주파수로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 피에조 모듈의 동작 모드를 안테나 모드로 결정하는 단계는, 상기 피에조 모듈이 고유의 기능으로 동작하는 피에조 모드로 동작하고 있는 경우, 안테나 모드 변경 신호가 입력되는 단계; 및 상기 안테나 모드 변경 신호에 따라 상기 안테나 모드로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법은, 상기 피에조 모듈을 통해 출력할 신호를 제공하는 단계; 및 상기 제공되는 신호 중 상기 결정된 동작 모드에 해당하는 신호를 필터링하여 상기 통신 신호를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제공되는 신호 중 상기 결정된 동작 모드에 해당하는 신호를 필터링하여 상기 통신 신호를 제공하는 단계는, 상기 제공되는 신호를 대역 통과 필터링(band-pass filtering) 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법은, 상기 통신 신호를 상기 안테나 모드에 따라 변조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법은, 상기 통신 신호의 송신 또는 수신이 종료되는 경우, 상기 피에조 모듈이 고유의 기능으로 동작하도록 상기 동작 모드를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 단말기 및 그 방법에 따르면, 피에조 스피커나 모터 등의 압전 소자를 이용하여 공진을 발생함으로써, 추가 구성없이 NFC, WiFi, GPS, 블루투스 등에 적용되는 에어 인터페이스로 이용할 수 있다. 따라서, 단말기에서 스피커와 같은 피에조 모듈을 이용하여 안테나를 구현할 수 있으므로, 단말기의 실장성 및 내구성을 확보할 수 있으며, 내부 설계를 단순화시킬 수 있다.
예를 들어, 기존 스피커의 경우 자체 높이 약 3 mm 이상에 공명공간까지 고려 시 약 4 mm이상을 요구하는 반면, 피에조 스피커의 경우 약 1 mm 내외로 공명 공간을 고려 하더라도 약 2 mm 내외로 스피커와 함께 안테나 기능 구현이 가능하다. 따라서, 수 개의 안테나의 설계를 간소화 할 수 있다. 또한, 이와 같은 방법은 피에조 모터에도 동일하게 적용이 가능하다.
본 발명은 다양한 안테나를 접목함으로써 공간 활용의 이점을 가지며 종래의 단말기에 대비하여 동일 사이즈에 추가적인 기능을 구현하게 함으로써, 단말기의 슬림화에 부응할 수 있고, 이에 따른 상품 경쟁력 상승과 비용절감 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 단말기에 형성되는 피에조 스피커이다.
도 2는 종래의 단말기에 형성되는 안테나들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기의 안테나 시스템의 블록도이다.
도 4는 도 3의 피에조 모듈의 구성 단면도이다.
도 5는 도 4의 피에조 모듈에 인가되는 전압에 따른 상태변화를 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 3의 피에조 모듈에 동작 전압이 인가되는 일례이다.
도 7은 도 3의 신호 선택부의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말기의 GPS 안테나 시스템의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기의 블루투스 안테나 시스템의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기의 WiFi 안테나 시스템의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기의 NFC 안테나 시스템의 블록도이다.
도 12는 도 11의 피에조 모듈이 모터인 경우 단말기에 실장되는 예이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기에서 피에조 모듈을 이용한 안테나 구현 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 도면들을 참조하여 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 단말기 및 그 방법의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기의 안테나 시스템의 블록도이다. 도 4는 도 3의 피에조 모듈의 구성 단면도이다. 도 5는 도 4의 피에조 모듈에 인가되는 전압에 따른 상태변화를 보여주는 개념도이다. 도 6은 도 3의 피에조 모듈에 동작 전압이 인가되는 일례이다. 도 7은 도 3의 신호 선택부의 개념도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 단말기의 안테나 시스템(10)은 피에조 모듈(100), 제어부(300) 및 전압 조절부(500)를 포함한다. 상기 안테나 시스템(10)은 신호 선택부(700) 또는 신호 변조부(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 안테나 시스템(10)은 단말기 내부에 실장되거나 연결될 수 있으며, 안테나 자체일 수 있다. 상기 단말기는 예를 들어, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 넷북, 피디에이(PDA), 피엠피(PMP), 피에스피(PSP), 엠피쓰리(MP3) 플레이어, 이북(e-book) 리더, 내비게이션, 디지털 카메라, 전자사전, 전자시계 등의 모바일(mobile) 단말기뿐만 아니라 데스크 탑 컴퓨터, 스마트 TV, 유무선 전화, 도어락 등의 전자 장치를 모두 포함할 수 있다.
상기 피에조 모듈(100)은 압전 소자(piezoelectric element)를 포함한다. 상기 압전 소자란, 외력을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 성질, 압전 효과를 가진 소자를 말한다. 압전 소자의 예로는 수정, 전기석, 로셀염, 티탄산바륨(BaTiO3), 인산이수소암모늄(NH4H2PO4), 인공세라믹(PZT) 등이 있다.
상기 피에조 모듈(100)은 스피커 또는 모터로 동작할 수 있으며, 동시에 안테나로 동작할 수 있다. 상기 피에조 모듈(100)의 동작은 상기 제어부(300) 또는 외부 신호에 따라 결정되며, 동시에 다른 동작의 수행이 가능하며 하나의 동작을 선택적으로 수행할 수도 있다. 이하에서는, 상기 피에조 모듈(100)이 스피커로 동작하는 경우를 중심으로 피에조 모듈의 동작 및 구성을 자세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 피에조 모듈(100)은 압전 소자(11), 상기 압전 소자(11)의 상부 및 하부에 각각 형성되는 제1 전극(13)과 제2 전극(15) 및 진동판(17)을 포함하며, 상기 피에조 모듈(100)을 외부로부터 절연시키고, 상기 진동판(17)과 접착시키는 코팅제(12)를 더 포함할 수 있다.
상기 압전 소자(11)는 단층 또는 다중층으로 형성될 수 있으며, 상기 압전 소자(11)가 다중층인 경우 상기 제1 전극(13)과 상기 제2 전극(15)은 상기 압전 소자(11)의 각 층마다 형성된다. 상기 제1 전극(13)과 상기 제2 전극(15)은 각각 (+) 단자와 (-) 단자 중 하나의 역할을 하며, 백금(Pt), 티탄(Ti), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
압전 효과는 기계적인 변화를 전기적인 변화로 바꾸는 것으로, 외부로부터 상기 압전 소자(11)에 압축력 또는 인장력이 작용하는 경우, (+) 전하와 (-) 전하가 서로 반대 방향으로 이동하여 전위차에 따른 전압이 발생한다.
반대로, 역압전 효과는 전기적인 변화를 기계적인 효과로 바꾸는 것으로, 상기 압전 소자(11)의 상부와 하부에 각각 (+) 전압과 (-) 전압을 인가하는 경우 상기 압전 소자(11)가 수축하거나 이완한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압전 소자(11)의 상기 제1 전극(13)과 상기 제2 전극(15)에 각각 교류 전압을 인가하는 경우 상기 압전 소자(11)는 수축과 이완을 반복하게 된다.
상기 압전 소자(11)의 수축과 이완이 반복됨에 따라 상기 피에조 모듈(100)이 진동하며 정형화된 주파수를 발생시킨다. 상기 피에조 모듈(100)에 발생하는 기본 주파수는 인가되는 전압의 크기에 따라 변화된다. 본 발명에서는 이러한 기본 주파수를 조절하여, 상기 피에조 모듈(100)이 다양한 동작을 수행할 수 있도록 한다.
상기 제어부(300)는 상기 피에조 모듈(100)의 동작 모드를 결정한다. 상기 제어부(300)는 상기 단말기에서의 애플리케이션의 실행, 사용자의 신호 입력 및 외부 신호(Se)에 기초하여 상기 동작 모드를 결정한다. 상기 제어부(300)는 모드 신호(Smode)를 통하여 상기 결정된 동작 모드를 상기 전압 조절부(500)에 통지한다. 만약, 상기 안테나 시스템(10)이 상기 신호 선택부(700)를 더 포함하는 경우라면, 상기 제어부(300)는 상기 결정된 동작 모드를 상기 신호 선택부(700)에도 통지할 수 있다.
상기 동작 모드는 피에조 모드 및 안테나 모드를 포함한다. 상기 피에조 모드는 상기 피에조 모듈(100)이 고유의 기능으로 동작하는 모드로서, 스피커로 동작하는 스피커 모드 및 모터로 동작하는 모터 모드를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 피에조 모듈(100)이 피에조 스피커인 경우 상기 피에조 모드는 스피커로 동작하는 스피커 모드이며, 상기 피에조 모듈(100)이 피에조 모터인 경우 상기 피에조 모드는 모터로 동작하는 모터 모드일 수 있다. 또한, 상기 피에조 모듈(100)은 피에조 스피커 및 피에조 스피커로 모두 동작 가능한 경우, 상기 피에조 모드는 스피커 모드 및 모터 모드를 둘 다 포함할 수 있다. 나아가, 상기 피에조 모드는 상기 피에조 모듈(100)이 동작할 수 있는 또 다른 모드를 더 포함할 수도 있다.
상기 안테나 모드는 상기 피에조 모듈(100)이 안테나로 동작하는 것으로, 상기 피에조 모듈(100)이 상기 단말기의 메인 안테나로 동작하는 메인 안테나 모드, 상기 피에조 모듈(100)이 NFC 안테나로 동작하는 NFC 안테나 모드, WiFi 안테나로 동작하는 WiFi 안테나 모드, GPS 안테나로 동작하는 GPS 안테나 모드, 및 블루투스 안테나로 동작하는 블루투스 안테나 모드를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 피에조 모듈(100)이 스피커 모드로 동작하고 있는 중에 사용자가 단말기에서 WiFi 기능을 실행시키는 경우, 상기 제어부(300)는 WiFi 안테나 모드로 변경된 모드 신호(Smode)를 상기 전압 조절부(500) 및 상기 신호 선택부(700)에 제공할 수 있다. 또는, 외부의 NFC 리더(reader)로부터 수신된 NFC 신호가 수신되거나 사용자가 단말기에서 NFC 기능을 실행시키는 경우(애플리케이션 실행 등) 상기 제어부(300)는 NFC 안테나 모드로 변경된 모드 신호(Smode)를 상기 전압 조절부(500) 및 상기 신호 선택부(700)에 제공할 수 있다.
한편, 상기 피에조 모듈(100)의 안테나 모드가 종료되는 경우, 상기 제어부(300)는 상기 피에조 모듈(100)의 동작 모드를 이전에 동작하던 피에조 모드로 다시 변경할 수 있고, 이에 따라 변경된 모드 신호(Smode)를 상기 전압 조절부(500) 및 상기 신호 선택부(700)에 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 피에조 모듈(100)의 동작 모드에 따라 다양한 신호들을 출력하는데, 상기 신호들은 상기 피에조 모듈(100)이 피에조 스피커인 경우 오디오 신호(Sa), 통신 신호(Sc) 등을 포함할 수 있다. 상기 출력된 오디오 신호(Sa)는 상기 신호 선택부(700)를 거쳐 상기 피에조 모듈(100)에 제공되거나, 바로 상기 피에조 모듈(100)에 제공될 수 있다. 마찬가지로, 상기 출력된 통신 신호(Sc)는 상기 신호 선택부(700) 또는 상기 신호 변조부(900)를 거쳐 상기 피에조 모듈(100)에 제공되거나, 바로 상기 피에조 모듈(100)에 제공될 수 있다.
한편, 상기 피에조 모듈(100)이 피에조 모터인 경우, 상기 제어부(300)는 상기 오디오 신호(Sa) 대신 피에조 모터 동작에 필요한 신호 및 통신 신호(Sc) 등을 출력할 수 있다.
상기 전압 조절부(500)는 상기 피에조 모듈(100)이 상기 제어부(300)에서 결정된 동작 모드로 동작할 수 있도록 설정된 동작 전압을 인가한다. 상기 동작 모드가 피에조 모드인 경우, 상기 피에조 모듈(100)이 고유의 기능으로 동작할 수 있는 동작 주파수를 발생시키는 제1 동작 전압(V1)을 인가한다. 예를 들어, 상기 피에조 모듈(100)이 피에조 스피커인 경우 피에조 모드시 스피커로 동작하여야 하므로(스피커 모드), 상기 제1 동작 전압(V1)은 상기 피에조 모듈(100)이 스피커로 동작할 수 있는 동작 주파수를 발생시키는 전압이 된다.
또한, 상기 동작 모드가 안테나 모드인 경우, 상기 피에조 모듈(100)이 상기 안테나 모드로 동작할 수 있는 동작 주파수를 발생시키는 제2 동작 전압(V2)을 인가한다.
예를 들어, 상기 전압 조절부(500)는 스피커 모드인 경우 제1 동작 전압(V1)을 상기 피에조 모듈(100)에 안가하며, 스피커 모드에서 안테나 모드로 변경되는 경우 제1 동작 전압(V1) 대신 제2 동작 전압(V2)을 상기 피에조 모듈(100)에 인가한다. 여기서, 각 동작 모드에 따라 제1 동작 전압(V1) 및 제2 동작 전압(V2)이 인가되는 것으로 설명하였으나, 동작 모드에 따라 2 개 이상의 동작 전압을 인가할 수도 있다.
또한, 상기 전압 조절부(500)는 상기 제1 동작 전압(V1) 및 상기 제2 동작 전압(V2)을 시간적으로 제어하여, 상기 피에조 모듈(100)이 동시에 두 개 이상의 모드를 구현하도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 전압 조절부(500)는 상기 제어부(300)의 모드 신호(Smode) 인가에 따라 제1 동작 전압(V1)과 제2 동작 전압(V2)을 타임 슬롯으로 나누어 교대로 인가할 수 있다. 따라서, 제1 동작 전압(V1)과 제2 동작 전압(V2)이 서로 중첩되지 않는 타임 슬롯 구간에서 인가될 수 있다.
이 경우, 상기 피에조 모듈(100)은 상기 두 개 이상의 동작 전압이 교대로 인가됨에 따라 동시에 두 개 이상의 동작 모드를 구현할 수 있으며, 상기 타임 슬롯 구간은 매우 짧게 함으로써, 사용자가 두 개 이상의 동작 모드가 동시에 수행되는 것을 인지할 수 없다.
상기 전압 조절부(500)는 상기 동작 모드에 대응하는 동작 전압에 대한 정보를 저장하는 저장부(501)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부(501)는 각 동작 전압 값과 상기 동작 전압 값에 대응하여 상기 피에조 모듈(100)에서 발생되는 기본 주파수를 룩 업 테이블(look up table) 형태로 저장할 수 있다. 이러한 룩 업 테이블의 데이터는 소프트웨어적으로 조절이 가능하다. 아래 표 1은 상기 저장부(501)가 저장하는 룩 업 테이블의 일례이다.
V-tune Piezo Frequency Range V-tune Piezo Frequency Range
0 V 0 Hz 2.0 V 10.0 kHz
0.1 V 500 Hz 2.1 V 10.5 kHz
0.2 V 1.0 kHz 2.2 V 11.5 kHz
0.3 V 1.5 kHz 2.3 V 12.0 kHz -> 블루투스 공진
0.4 V 2.0 kHz 2.4 V 12.5 kHz
0.5 V 2.5 kHz 2.5 V 13.0 kHz
0.6 V 3.0 kHz 2.6 V 13.5 kHz -> NFC 공진
0.7 V 3.5 kHz 2.7 V 14.0 kHz
0.8 V 4.0 kHz 2.8 V 14.5 kHz
0.9 V 4.5 kHz 2.9 V 15.0 kHz
1.0 V 5.0 kHz 3.0 V 15.5 kHz -> GPS 공진
1.1 V 5.5 kHz 3.1 V 16.0 kHz
1.2 V 6.0 kHz 3.2 V 16.5 KHz
1.3 V 6.5 kHz 3.3 V 17.0 kHz
1.4 V 7.0 kHz 3.4 V 17.5 kHz
1.5 V 7.5 kHz 3.5 V 18.0 kHz
1.6 V 8.0 kHz 3.6 V 18.5 kHz
1.7 V 8.5 kHz 3.7 V 19.0 kHz
1.8 V 9.0 kHz 3.8 V 19.5 kHz
1.9 V 9.5 kHz 3.9 V 20.0 kHz -> WiFi 공진
표 1을 참조하면, 상기 전압 조절부(500)가 상기 피에조 모듈(100)에 2.6 V의 동작 전압을 인가하는 경우, 상기 피에조 모듈(100)은 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 발생시킨다. 상기 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)는 NFC 안테나 모드의 동작 주파수(f1)의 기초가 된다.
한편, 상기 저장부(501)는 상기 피에조 모듈(100)에서 발생되는 기본 주파수 대신 동작 모드와 각 동작 모드에 따른 각 동작 전압 값을 룩 업 테이블 형태로 저장할 수도 있다.
상기 피에조 모듈(100)은 상기 발생된 기본 주파수(f0)를 각 동작 모드에 대응하는 동작 주파수(f1)로 변환하는 주파수 변환부(101)를 포함할 수 있다. 상기 주파수 변환부(101)는 다이오드 등의 비직선 소자를 포함할 수 있다. 상기 주파수 변환부(101)는 주파수 체배기(frequency multiplier)를 포함할 수 있다. 주파수 체배기는 주파수를 n 배수로 체배하여 원하는 주파수로 올려주는 구성으로, 체배하는 배수(n)는 정수배인 것이 바람직하나 이에 한정하지 않으며 동작 주파수를 맞추기 위하여 소수점 단위로도 체배할 수 있음은 물론이다.
한편, 주파수 변환부(101)는 믹서(mixer, 특히 up mixer)를 포함할 수도 있다. 믹서는 반송파와 특정 주파수를 혼합하여 신호 특성은 유지하면서 원하는 주파수로 올리거나 내려준다. 이하에서는 주파수 변환부(101)가 주파수 체배기를 포함하는 실시예, 즉 기본 주파수를 n 배(정수에 한하지 않음)로 체배하여 동작 주파수를 생성하는 실시예를 중심으로 설명하도록 한다.
예를 들어, 상기 주파수 변환부(101)는 상기 피에조 모듈(100)에서 발생된 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 1000 배 체배하여 13.5 MHz의 동작 주파수(f1)로 이동시킨다. 상기 13.5 MHz의 동작 주파수(f1)는 NFC 안테나 모드의 주파수 대역(13.56 MHz)에 근접한 공진 주파수이다. 이에 따라, 상기 피에조 모듈(100)이 상기 13.5 MHz의 동작 주파수(f1)로 진동하여, 상기 피에조 모듈(100)은 NFC 안테나 모드로 동작하고, NFC 신호를 외부로 송신하거나 외부 NFC 장치로부터 NFC 신호를 수신할 수 있다.
상기 신호 선택부(700)는 상기 제어부(300)로부터 제공되는 신호들 중 상기 동작 모드에 따라 필터링된 하나의 신호를 상기 피에조 모듈(100)에 제공한다. 상기 신호 선택부(700)는 다이플렉서(diplexer)의 역할을 하며, 상기 동작 모드에 따라 하나의 신호만 출력한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 신호 선택부(700)는 복수개의 필터들(701, 703, 705)을 포함하여 복수개의 신호 중에 필요한 신호만 통과시킬 수 있다. 상기 필터는 적어도 하나의 대역 통과 필터(band-pass filter)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 신호 선택부(700)는 상기 제어부(300)로부터 상기 모드 신호(Smode)를 수신하고, 각 동작 모드에 따라 필터들(701, 703, 705)를 스위칭할 수 있다.
상기 신호 선택부(700)는 양방향 필터로 기능할 수 있다. 구체적으로, 상기 신호 선택부(700)는 상기 제어부(300)로부터 제공되는 신호들을 필터링하여 상기 피에조 모듈(100)로 제공할 수 있고, 반대로 상기 피에조 모듈(100)로부터 제공되는 신호들을 필터링하여 상기 제어부(300)로 제공할 수도 있다.
상기 신호 선택부(700)는 상기 피에조 모듈(100)이 상기 스피커 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부(300)로부터 수신되는 오디오 신호(Sa)를 통과시켜 상기 피에조 모듈(100)에 제공할 수 있다. 반면, 상기 신호 선택부(700)는 상기 피에조 모듈(100)이 상기 안테나 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부(300)로부터 수신되는 통신 신호(Sc)를 통과시켜 상기 피에조 모듈(100)에 제공할 수 있다. 이로써, 신호들간의 간섭을 피할 수 있다.
예를 들어, 상기 신호 선택부(700)는 저역 통과 필터(low-pass filter) 및 고역 통과 필터(high-pass filter)를 포함하고, 상기 피에조 모듈(100)이 상기 스피커 모드 또는 상기 모터 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부(300)로부터 입력되는 신호를 저역 통과 필터링하고, 상기 피에조 모듈(100)이 안테나 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부(300)로부터 입력되는 신호를 고역 통과 필터링할 수 있다. 일반적으로, 오디오 신호(Sa)는 저대역 신호이고, 통신 신호(Sc)는 고대역 신호이기 때문이다.
다른 실시예에서는, 상기 제어부(300)가 상기 피에조 모듈(100)의 동작 모드를 결정한 후, 결정된 동작 모드의 신호만을 출력할 수 있다. 이 경우, 상기 안테나 시스템(10)은 상기 신호 선택부(700)를 포함하지 않을 수 있으며, 상기 제어부(300)로부터 출력된 신호가 상기 피에조 모듈(100)에 직접 제공될 수 있다.
상기 신호 변조부(900)는 상기 제어부(300)가 제공하는 통신 신호(Sc)를 상기 각 안테나 모드에 따른 신호로 변조하여, 상기 신호 선택부(700)로 제공하거나 상기 피에조 모듈(100)에 직접 제공할 수 있다. 상기 신호 변조부(900)에 의해 변조된 신호를 변조 신호(Sm)라 한다.
상기 신호 변조부(900)는 상기 통신 신호(Sc)를 메인 안테나 모드, NFC 안테나 모드, WiFi 안테나 모드, GPS 안테나 모드, 및 블루투스 안테나 모드 등 각 통신 환경에 따른 안테나 모드에 적합한 변조 신호(Sm)로 변조한다. 상기 변조 방식은 RF(radio frequency) 변조일 수 있다.
예를 들어, 상기 피에조 모듈(100)이 NFC 안테나 모드일 때, 상기 신호 변조부(900)는 NFC 칩(chip)과 같은 기능을 하며, 상기 피에조 모듈(100)이 WiFi 안테나 모드일 때, 상기 신호 변조부(900)는 WiFi 칩과 같은 기능을 할 수 있다. 마찬가지로, 상기 피에조 모듈(100)이 GPS 안테나 모드일 때, 상기 신호 변조부(900)는 GPS 칩과 같은 기능을 하며, 상기 피에조 모듈(100)이 블루투스 안테나 모드일 때, 상기 신호 변조부(900)는 블루투스 칩과 같은 기능을 할 수 있다.
상기 신호 변조부(900)는 상기 피에조 모듈(100)의 각 안테나 동작 모드에 따라 적합한 변조 신호(Sm)를 상기 피에조 모듈(100)에 제공하므로, 상기 피에조 모듈(100)은 다양한 안테나로 동작할 수 있다. 또는, 상기 피에조 모듈(100)은 하나의 안테나 모드로만 동작할 수도 있다. 이하에서는, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 상기 피에조 모듈이 각 안테나로 동작하는 실시예를 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말기의 GPS 안테나 시스템의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 단말기의 GPS 안테나 시스템(30)은 피에조 모듈(110), 제어부(310), 전압 조절부(510) 및 GPS 칩(910)을 포함한다. 상기 안테나 시스템(30)은 신호 선택부(710) 또는 신호 변조부(910)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 GPS 안테나 시스템(30)은 도 1의 안테나 시스템(10)의 구체화된 안테나로서 도 1의 안테나 시스템(10)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 1의 안테나 시스템(10)과 동일한 구성요소에 대해 반복되는 설명은 간단히 하거나 생략한다.
상기 피에조 모듈(110)은 스피커 또는 모터로 동작할 수 있으며, 동시에 GPS 안테나로 동작할 수 있다. 상기 피에조 모듈(110)은 기본 주파수(f0)를 동작 주파수로 변환하는 주파수 변환부(111)를 포함할 수 있다.
평소에는 상기 피에조 모듈(110)은 스피커 또는 모터로 동작하고 있다가, 사용자가 단말기에서 내비게이션을 실행하거나 친구 찾기 등 GPS와 관련된 애플리케이션을 실행하는 경우, 상기 제어부(310)는 GPS 실행을 인식한다.
상기 제어부(310)는 상기 GPS 실행을 인식하는 경우, 상기 피에조 모듈(110)의 동작 모드를 GPS 안테나 모드로 결정한다. 상기 제어부(310)는 모드 신호(Smode)를 통하여 상기 결정된 GPS 안테나 모드를 상기 전압 조절부(510)에 통지한다. 만약, 상기 안테나 시스템(30)이 상기 신호 선택부(710)를 더 포함하는 경우라면, 상기 제어부(310)는 상기 결정된 동작 모드를 상기 신호 선택부(710)에도 통지할 수 있다.
이와 동시에, 또는 순차적으로, 상기 제어부(310)는 상기 통신 신호(Sc)를 상기 GPS 칩(910)에 제공할 수 있다. 상기 GPS 칩(910)은 상기 통신 신호(Sc)를 GPS 안테나 모드에 따른 신호로 변조하여, 변조 신호(Sm)를 상기 신호 선택부(710)에 제공하거나, 상기 피에조 모듈(110)에 직접 제공할 수 있다.
상기 신호 선택부(710)는 복수개의 필터를 포함하여 복수개의 신호 중에 필요한 신호만 통과시킬 수 있다. 상기 신호 선택부(710)는 상기 피에조 모듈(110)이 상기 스피커 모드로 동작하는 경우, 상기 제어부(310)로부터 수신되는 오디오 신호(Sa)를 통과시켜 상기 피에조 모듈(110)에 제공할 수 있다. 반면, 상기 신호 선택부(710)는 상기 피에조 모듈(110)이 상기 GPS 안테나 모드로 동작하는 경우, 상기 변조 신호(Sm)를 통과시켜 상기 피에조 모듈(110)에 제공할 수 있다.
상기 전압 조절부(510)는 평소에 상기 피에조 모듈(110)의 스피커 모드 또는 모터 모드에 따른 제1 동작 전압(V1)을 상기 피에조 모듈(110)에 제공하고 있다가, 상기 제어부(310)로부터 상기 모드 신호(Smode)를 수신하는 경우 동작 전압을 변경한다.
구체적으로, 상기 전압 조절부(510)는 미리 설정된 GPS 안테나 모드의 기본 주파수(f0)인 15.5 kHz에 대응하는 제2 동작 전압(V2)(예를 들어, 3 V)을 상기 피에조 모듈(110)에 인가한다. 상기 전압 조절부(510)는 상기 기본 주파수(f0)와 대응하는 상기 제2 동작 전압(V2)에 대한 정보를 저장하는 저장부(511)를 포함할 수 있다.
상기 피에조 모듈(110)은 3 V의 제2 동작 전압(V2)에 따라 15.5 kHz의 기본 주파수(f0)로 진동한다. 이어, 상기 주파수 변환부(111)는 인공위성 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 예를 들어 15.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 101640 배 체배하여 1575.42 MHz의 주파수를 생성할 수도 있다.
상기 피에조 모듈(110)은 1575.42 MHz의 주파수를 가진 반송파(carrier wave)에 상기 제어부(310)로부터 제공된 상기 변조 신호(Sm)를 실어 출력 신호(So)를 방사(radiate)한다.
또한, 상기 피에조 모듈(110)은 인공위성으로부터 1575.42 MHz의 주파수를 가진 신호를 수신할 수 있다. 상기 수신된 신호는 상기 신호 선택부(710) 및 상기 GPS 칩(910)을 거쳐 상기 제어부(310)로 전달될 수 있다. 상기 수신된 신호(Se)는 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력 레벨을 갖고 있으므로 반드시 증폭이 필요한데, 이미 외부에서 많은 잡음을 포함해서 날아온 신호이기 때문에 무엇보다도 잡음을 최소화하는 증폭 기능이 필요하다.
상기 GPS 칩(910)은 상기 수신된 신호를 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭 포인트를 잡아서 설계된 GPS LNA(low noise amplifier)를 포함하여, 보통 1.5 내지 2.5 사이의 NF 값으로 조절할 수 있다. 상기 GPS LNA는 RF 증폭기(amplifier)중 기본적인 증폭기로서, 설계가 용이하다. 저 잡음 특성을 만들려면 낮은 잡음지수를 가지는 트랜지스터와 저항 등의 열 잡음 소자를 적게 사용하면서 전류 역시 작게 사용할 수 있다.
본 실시예에서 상기 주파수 변환부(111)는 인공위성 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 예를 들어 15.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 101640 배 체배하였으나, 용도에 따라 필요한 동작 주파수(f1)로 체배할 수도 있다. 또한, 군사위성 주파수 대역의 동작 주파수(f2)을 생성하기 위하여, 예를 들어 15.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 79200 배 체배하여 1227.60 MHz 의 주파수를 생성할 수도 있다. 아래 표 2는 기본 주파수(f0)를 체배하여 생성되는 동작 주파수 데이터의 예이다.
기본 주파수 f0 f0 15.5 kHz
위성 신호(반송파) f1 f0*101640 1575.42 MHz
f2 f0*79200 1227.60 MHz
나아가, 상기 주파수 변환부(111)는 상기 인공위성 및 군사위성에 한정되지 않고, 광대역(Wideband) GPS, 글로나스(GLONASS) 시스템 등 여러 가지 전세계 GPS 시스템에 맞춰 주파수를 생성하여, 모든 GPS 시스템에 맞는 능동적/수동적(active/passive) 안테나를 효과적으로 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기의 블루투스 안테나 시스템의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 블루투스 안테나 시스템(50)은 블루투스 칩(930)을 제외하고, 도 8의 안테나 시스템(30)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 8의 안테나 시스템(30)과 동일한 구성요소에 대해 반복되는 설명은 간단히 하거나 생략한다.
피에조 모듈(130)은 스피커 또는 모터로 동작할 수 있으며, 동시에 블루투스 안테나로 동작할 수 있다. 평소에는 상기 피에조 모듈(130)은 스피커 또는 모터로 동작하고 있다가, 사용자가 단말기에서 블루투스 기능을 실행하거나 블루투스와 관련된 애플리케이션을 실행하는 경우, 제어부(330)는 블루투스 실행을 인식한다.
상기 제어부(330)는 상기 블루투스 실행을 인식하는 경우, 상기 피에조 모듈(130)의 동작 모드를 블루투스 안테나 모드로 결정한다. 상기 제어부(330)는 모드 신호(Smode)를 통하여 상기 결정된 블루투스 안테나 모드를 전압 조절부(530)에 통지한다. 만약, 상기 안테나 시스템(50)이 상기 신호 선택부(730)를 더 포함하는 경우라면, 상기 제어부(330)는 상기 결정된 동작 모드를 상기 신호 선택부(730)에도 통지할 수 있다.
이와 동시에, 또는 순차적으로, 상기 제어부(330)는 통신 신호(Sc)를 상기 블루투스 칩(930)에 제공할 수 있다. 상기 블루투스 칩(930)은 상기 통신 신호(Sc)를 블루투스 안테나 모드에 따른 신호로 변조하여, 변조 신호(Sm)를 신호 선택부(730)에 제공하거나, 상기 피에조 모듈(130)에 직접 제공할 수 있다.
상기 전압 조절부(530)는 미리 설정된 GPS 안테나 모드의 기본 주파수(f0)인 12 kHz에 대응하는 제2 동작 전압(V2)(예를 들어, 2.3 V)을 상기 피에조 모듈(130)에 인가한다. 상기 전압 조절부(530)는 상기 기본 주파수(f0)와 대응하는 상기 제2 동작 전압(V2)에 대한 정보를 저장하는 저장부(531)를 포함할 수 있다.
상기 피에조 모듈(130)은 2.3 V의 제2 동작 전압(V2)에 따라 12 kHz의 기본 주파수(f0)로 진동한다. 이어, 상기 피에조 모듈(130)의 주파수 변환부(131)는 블루투스 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 12 kHz의 기본 주파수(f0)를 체배한다.
블루투스 주파수 대역은 2.4 GHz 내지 2.5 GHz이므로, 상기 주파수 변환부(131)는 예를 들어 상기 12 kHz의 기본 주파수(f0)를 200000 배 내지 208333 배 체배할 수 있다.
상기 피에조 모듈(130)은 2.4 GHz 내지 2.5 GHz의 주파수를 가진 반송파(carrier wave)에 상기 제어부(330)로부터 제공된 상기 변조 신호(Sm)를 실어 출력 신호(So)를 방사(radiate)한다.
또한, 상기 피에조 모듈(130)은 외부 블루투스 장치로부터 2.4 GHz 내지 2.5 GHz의 주파수를 가진 신호를 수신할 수 있다. 상기 수신된 신호는 상기 신호 선택부(730) 및 상기 블루투스 칩(930)를 거쳐 상기 제어부(330)로 전달될 수 있다.
본 실시예에서 상기 주파수 변환부(131)는 블루투스 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 12 kHz의 기본 주파수(f0)를 용도에 따라 필요한 동작 주파수(f1)로 체배할 수 있다. 따라서, 상기 주파수 변환부(131)는 각 국가별로 블루투스 주파수 대역에 따라 유동적으로 기본 주파수를 체배할 수 있다. 아래 표 3은 기본 주파수(f0)를 체배하여 생성되는 동작 주파수 데이터의 예이다.
기본 주파수 f0 f0 12 kHz
블루투스 신호(반송파) f1 f0*200000 2.4 GHz
f2 f0*208333 2.5 GHz
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기의 WiFi 안테나 시스템의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 WiFi 안테나 시스템(70)은 WiFi 칩(950)을 제외하고, 도 8의 안테나 시스템(30)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 8의 안테나 시스템(30)과 동일한 구성요소에 대해 반복되는 설명은 간단히 하거나 생략한다.
피에조 모듈(150)은 스피커 또는 모터로 동작할 수 있으며, 동시에 WiFi 안테나로 동작할 수 있다. 평소에는 상기 피에조 모듈(150)은 스피커 또는 모터로 동작하고 있다가, 사용자가 단말기에서 WiFi 기능을 실행하거나 WiFi와 관련된 애플리케이션을 실행하는 경우, 제어부(350)는 WiFi 실행을 인식한다.
상기 제어부(350)는 상기 WiFi 실행을 인식하는 경우, 상기 피에조 모듈(150)의 동작 모드를 WiFi 안테나 모드로 결정한다. 상기 제어부(350)는 모드 신호(Smode)를 통하여 상기 결정된 WiFi 안테나 모드를 전압 조절부(550)에 통지한다. 만약, 상기 안테나 시스템(70)이 상기 신호 선택부(750)를 더 포함하는 경우라면, 상기 제어부(350)는 상기 결정된 동작 모드를 상기 신호 선택부(750)에도 통지할 수 있다.
이와 동시에, 또는 순차적으로, 상기 제어부(350)는 통신 신호(Sc)를 상기 WiFi 칩(950)에 제공할 수 있다. 상기 WiFi 칩(950)은 상기 통신 신호(Sc)를 WiFi 안테나 모드에 따른 신호로 변조하여, 변조 신호(Sm)를 상기 신호 선택부(750)에 제공하거나 상기 피에조 모듈(150)에 직접 제공할 수 있다.
상기 전압 조절부(550)는 미리 설정된 WiFi 안테나 모드의 기본 주파수(f0)인 20 kHz에 대응하는 제2 동작 전압(V2)(예를 들어, 3.9 V)을 상기 피에조 모듈(150)에 인가한다. 상기 전압 조절부(550)는 상기 기본 주파수(f0)와 대응하는 상기 제2 동작 전압(V2)에 대한 정보를 저장하는 저장부(551)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 동작 전압(V2)은 WiFi 주파수 대역이 블루투스 주파수 대역과 중복되므로 혼용을 방지하기 위하여, 블루투스 안테나 모드의 경우와 다르게 설정할 수 있다. 이후, 주파수 체배의 정도를 조절하여 필요한 대역의 주파수를 생성할 수 있다.
상기 피에조 모듈(150)은 3.9 V의 제2 동작 전압(V2)에 따라 20 kHz의 기본 주파수(f0)로 진동한다. 이어, 상기 피에조 모듈(150)의 주파수 변환부(151)는 WiFi 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 20 kHz의 기본 주파수(f0)를 체배한다.
WiFi 주파수 대역은 2.4 GHz 내지 2.5 GHz이므로, 상기 주파수 변환부(151)는 상기 20 kHz의 기본 주파수(f0)를 120000 배 내지 125000 배 체배할 수 있다.
상기 피에조 모듈(150)은 2.4 GHz 내지 2.5 GHz의 주파수를 가진 반송파(carrier wave)에 상기 제어부(350)로부터 제공된 상기 변조 신호(Sm)를 실어 출력 신호(So)를 방사(radiate)한다.
또한, 상기 피에조 모듈(150)은 외부 WiFi 장치(예를 들어, Access Point)로부터 2.4 GHz 내지 2.5 GHz의 주파수를 가진 신호를 수신할 수 있다. 상기 수신된 신호는 상기 신호 선택부(750) 및 상기 WiFi 칩(950)를 거쳐 상기 제어부(350)로 전달될 수 있다.
본 실시예에서 상기 주파수 변환부(151)는 WiFi 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 20 kHz의 기본 주파수(f0)를 용도에 따라 필요한 동작 주파수(f1)로 체배할 수 있다. 예를 들어, WiFi 추가 주파수 대역인 5 GHz 내지 5.7 GHz를 생성하기 위해, 상기 주파수 변환부(151)는 예를 들어 상기 20 kHz의 기본 주파수(f0)를 250000 배 내지 285000 배 체배할 수 있다. 또한, 상기 주파수 변환부(151)는 각 국가별로 WiFi 주파수 대역에 따라 유동적으로 기본 주파수를 체배할 수 있다. 아래 표 4은 기본 주파수(f0)를 체배하여 생성되는 동작 주파수 데이터의 예이다.
기본 주파수 f0 f0 20 kHz

WiFi 신호(반송파)		 f1 f0*120000 2.4 GHz
f2 f0*125000 2.5 GHz
f3 f0*250000 5 GHz
f4 f0*285000 5.7 GHz
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기의 NFC 안테나 시스템의 블록도이다. 도 12는 도 11의 피에조 모듈이 모터인 경우 단말기에 실장되는 예이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 NFC 안테나 시스템(90)은 NFC 칩(970)을 제외하고, 도 8의 안테나 시스템(30)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 8의 안테나 시스템(30)과 동일한 구성요소에 대해 반복되는 설명은 간단히 하거나 생략한다.
피에조 모듈(170)은 스피커 또는 모터로 동작할 수 있으며, 동시에 NFC 안테나로 동작할 수 있다. 평소에는 상기 피에조 모듈(170)은 스피커 또는 모터로 동작하고 있다가, 사용자가 단말기에서 NFC 기능을 실행하거나 NFC와 관련된 애플리케이션을 실행하는 경우, 제어부(370)는 NFC 실행을 인식한다. 또는, 단말기가 외부의 NFC 리더에 접촉하여 자기장이 감지되는 경우, 상기 NFC 칩(970)에서 NFC 실행을 인식하여 제어부(370)로 통지한다.
상기 제어부(370)는 상기 NFC 실행을 인식하거나 통지 받은 경우, 상기 피에조 모듈(170)의 동작 모드를 NFC 안테나 모드로 결정한다. 상기 제어부(370)는 모드 신호(Smode)를 통하여 상기 결정된 NFC 안테나 모드를 전압 조절부(570)에 통지한다. 만약, 상기 안테나 시스템(90)이 상기 신호 선택부(770)를 더 포함하는 경우라면, 상기 제어부(370)는 상기 결정된 동작 모드를 상기 신호 선택부(770)에도 통지할 수 있다.
이와 동시에, 또는 순차적으로, 상기 제어부(370)는 통신 신호(Sc)를 상기 NFC 칩(970)에 제공할 수 있다. 상기 제어부(370)와 상기 NFC 칩(970)은 SWP(single wire protocol) 방식으로 통신할 수 있다. 상기 NFC 칩(970)은 상기 통신 신호(Sc)를 NFC 안테나 모드에 따른 신호로 변조하여, 변조 신호(Sm)를 상기 신호 선택부(770)에 제공하거나, 상기 피에조 모듈(170)에 직접 제공할 수 있다.
상기 전압 조절부(570)는 미리 설정된 NFC 안테나 모드의 기본 주파수(f0)인 13.5 kHz에 대응하는 제2 동작 전압(V2)(예를 들어, 2.6 V)을 상기 피에조 모듈(170)에 인가한다. 상기 전압 조절부(570)는 상기 기본 주파수(f0)와 대응하는 상기 제2 동작 전압(V2)에 대한 정보를 저장하는 저장부(571)를 포함할 수 있다.
상기 피에조 모듈(170)은 2.6 V의 제2 동작 전압(V2)에 따라 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)로 진동한다. 이어, 상기 피에조 모듈(170)의 주파수 변환부(171)는 NFC 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 예를 들어 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 체배한다.
NFC 주파수 대역은 13.56 MHz이므로, 상기 주파수 변환부(171)는 상기 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 예를 들어 1000 배 체배하여, NFC 주파수 대역에 근접한 공진 주파수를 생성할 수도 있다.
상기 피에조 모듈(170)은 13.5 MHz의 주파수를 가진 반송파(carrier wave)에 상기 제어부(370)로부터 제공된 상기 변조 신호(Sm)를 실어 출력 신호(So)를 방사(radiate)한다. 이 경우는 상기 피에조 모듈(170)이 안테나의 송신부 역할을 한다(NFC 동글 모드).
또한, 상기 피에조 모듈(170)은 외부 NFC 장치(예를 들어, NFC 리더)로부터 약 1.5 A/m 내지 약 7.5 A/m 자기장 세기로 전원을 공급 받아서, 이 전원에 의해 진동한다. 이 경우, 상기 NFC 칩(970)에서 NFC 실행을 인식하여 상기 제어부(370)에 통지하여 주며, 상기 피에조 모듈(170)이 안테나의 수신부 역할을 하여, 외부 NFC 장치로부터 신호(Se)를 수신한다(NFC 카드 모드).
상기 외부 NFC 장치로부터 수신된 신호는 아날로그 신호로서 상기 NFC 칩(970)에서 디지털 신호로 변환되어 상기 제어부(370)로 전달된다.
본 실시예에서 상기 주파수 변환부(171)는 NFC 주파수 대역의 동작 주파수(f1)을 생성하기 위하여, 13.5 kHz의 기본 주파수(f0)를 용도에 따라 필요한 동작 주파수(f1)로 체배할 수 있다. 또한, 상기 주파수 변환부(171)는 각 국가별로 NFC 주파수 대역에 따라 유동적으로 기본 주파수를 체배할 수 있다.
도 12를 참조하면, 피에조 모터로도 동작하는 NFC 안테나 시스템(90)이 단말기(1)에 장착되는 예를 보여준다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 종래의 피에조 모터가 실장된 면적에 피에조 모터(또는 스피커) 및 안테나로 동시에 동작 가능한 안테나를 실장할 수 있다. 따라서, 단말기의 실장 면적 및 부피를 줄여 단말기의 슬림화에 기여할 수 있다. 또한, 별도의 추가 부품이 필요하지 않으므로, 부품의 실장성이 향상되고 제조비용을 낮출 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기에서 피에조 모듈을 이용한 안테나 구현 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따라 피에조 모듈을 이용한 안테나 구현 방법은, 도 3의 단말기의 안테나 시스템(10)과 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 3의 단말기의 안테나 시스템(10)과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 피에조 모듈을 이용한 안테나 구현 방법에서, 피에조 모듈의 동작 모드를 안테나 모드로 결정한다(단계 S100). 상기 피에조 모듈이 고유의 피에조 모드로 동작하고 있던 중에 안테나 기능 사용이 필요하다고 판단되는 경우, 예를 들어, 제어부(300)가 NFC, WiFi, GPS, 블루투스 기능 실행을 인식하거나 외부의 NFC 리더(reader) 접촉을 NFC 칩을 통해 인식한 경우, 안테나 모드 변경 신호를 생성하고, 생성된 안테나 모드 변경 신호에 따라 상기 피에조 모듈의 동작 모드를 상기 안테나 모드로 변경할 수 있다.
이어, 상기 안테나 모드에 따른 동작 전압을 상기 피에조 모듈에 인가한다(단계 S300). 상기 동작 전압이 인가되면, 상기 피에조 모듈은 상기 동작 전압에 따른 동작 주파수를 발생시킨다(단계 S500). 구체적으로, 상기 동작 전압에 따라 기본 주파수를 발생시키는 단계 및 상기 기본 주파수를 동작 주파수로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
다음으로 오디오 신호(Sa), 통신 신호(Sc) 등 제공되는 신호들 중 상기 안테나 모드에 따라 하나의 신호로 필터링한다(단계 S700). 상기 신호들은 대역 통과 필터링(band-pass filtering) 방식으로 통과될 수 있다. 또한, 상기 신호들은 상기 안테나 모드에 따라 변조될 수도 있다.
이후 상기 필터링된 하나의 신호를 상기 피에조 모듈에 인가하여 외부로 송신한다(단계 S900). 상기 신호는 상기 동작 주파수에 따른 반송파(carrier wave)에 실려 외부로 방사된다. 또한, 상기 피에조 모듈은 상기 반송파를 통하여 외부 신호를 수신하여 안테나로서 기능할 수 있다.
상기 피에조 모듈의 안테나 기능이 완료되는 경우, 상기 제어부는 상기 피에조 모듈의 동작 모드를 고유의 피에조 모드로 전환할 수 있다. 이 경우, 상기 피에조 모드는, 상기 피에조 모듈이 안테나 모드로 변경되기 이전에 동작하고 있던 스피커 모드 또는 모터 모드로 복귀할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 두 개 이상의 동작 전압을 교대로 인가하여, 상기 피에조 모듈이 동시에 두 개 이상의 동작 모드로 구현될 수도 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 30, 50, 70, 90: 안테나 시스템
100, 110, 130, 150, 170: 피에조 모듈
101, 111, 131, 151, 171: 주파수 변환부
300, 310, 330, 350, 370: 제어부
500, 510, 530, 550, 570: 전압 조절부
501, 511, 531, 551, 571: 저장부
700, 710, 730, 750, 770: 신호 선택부
900, 910, 930, 950, 970: 신호 변조부
1: 단말기 11: 압전소자
12: 코팅제 13, 15: 전극
17: 진동판

Claims (21)

  1. 압전 소자를 포함하는 피에조 모듈의 동작 모드를 결정하는 제어부;
    상기 제어부에서 결정된 동작 모드에 따른 동작 주파수를 발생시키기 위한 동작 전압을 상기 피에조 모듈로 인가하는 전압 조절부; 및
    상기 동작 전압에 따라 각각 대응하는 동작 주파수로 진동하여 피에조 모드 또는 안테나 모드로 선택적으로 동작하는 상기 피에조 모듈을 포함하는 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피에조 모듈이 동작 전압에 따라 기본 주파수를 발생하고,
    상기 단말기가,
    상기 피에조 모듈에서 발생하는 상기 기본 주파수를 상기 동작 주파수로 변환하는 주파수 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주파수 변환부가,
    상기 기본 주파수를 정해진 배수만큼 체배하여 상기 동작 주파수를 생성하는 주파수 체배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 동작 주파수는,
    상기 동작 모드를 실행하기 위한 주파수 대역 내의 공진 주파수인 것을 특징으로 하는 단말기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피에조 모듈은,
    상기 동작 주파수에 따른 반송파(carrier wave)를 발생시켜, 상기 반송파를 이용하여 신호를 송신하거나 외부로부터 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전압 조절부는,
    상기 피에조 모듈의 동작 모드에 대응하는 동작 전압에 대한 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전압 조절부는,
    각 동작 모드에 따른 동작 전압을 시간에 따라 교번적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 피에조 모듈을 통해 출력할 신호를 제공하고,
    상기 단말기가,
    상기 제어부로부터 제공되는 신호 중 상기 결정된 동작 모드에 해당하는 신호를 필터링하여 상기 피에조 모듈에 제공하는 신호 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 신호 선택부는,
    상기 제어부로부터 제공되는 신호를 주파수를 기준으로 필터링하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 신호 선택부는,
    상기 동작 모드에 따라 상기 제어부로부터 제공되는 신호를 필터링하는 적어도 하나의 대역 통과 필터(band-pass filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 피에조 모드는 상기 피에조 모듈이 고유의 기능으로 동작하는 것이고, 상기 안테나 모드는 상기 피에조 모듈이 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피에조 모드는,
    상기 피에조 모듈이 스피커로 동작하는 스피커 모드 및 상기 피에조 모듈이 모터로 동작하는 모터 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 안테나 모드는,
    상기 피에조 모듈이 메인 안테나로 동작하는 메인 안테나 모드, 상기 피에조 모듈이 NFC 안테나로 동작하는 NFC 안테나 모드, 상기 피에조 모듈이 WiFi 안테나로 동작하는 WiFi 안테나 모드, 상기 피에조 모듈이 GPS 안테나로 동작하는 GPS 안테나 모드 및 상기 피에조 모듈이 블루투스 안테나로 동작하는 블루투스 안테나 모드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 피에조 모듈을 통해 출력할 신호를 제공하고,
    상기 단말기가,
    상기 제어부로부터 제공되는 신호를 상기 각 안테나 모드에 따라 변조하여 상기 신호 선택부에 제공하는 신호 변조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
  15. 단말기에 형성된 피에조 모듈의 동작 모드를 결정하는 단계;
    상기 동작 모드에 따른 동작 전압을 상기 피에조 모듈에 인가하는 단계;
    상기 피에조 모듈을 통해 상기 동작 전압에 따라 각각 대응하는 동작 주파수를 발생시키는 단계; 및
    상기 동작 주파수에 따라 상기 피에조 모듈을 고유의 기능으로 동작하는 피에조 모드 또는 안테나로 동작하기 위한 안테나 모드로 선택적으로 동작시키는 단계를 포함하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 피에조 모듈을 통해 상기 동작 전압에 따라 각각 대응하는 동작 주파수를 발생시키는 단계는,
    상기 동작 전압에 따라 기본 주파수를 발생시키는 단계; 및
    상기 기본 주파수를 상기 동작 주파수로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 피에조 모듈의 동작 모드를 결정하는 단계는,
    상기 피에조 모드로 동작하고 있는 경우, 안테나 모드 변경 신호가 입력되는 단계; 및
    상기 안테나 모드 변경 신호에 따라 상기 안테나 모드로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 피에조 모듈을 통해 출력할 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 제공되는 신호 중 상기 결정된 동작 모드에 해당하는 신호를 필터링하여 통신 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제공되는 신호 중 상기 결정된 동작 모드에 해당하는 신호를 필터링하여 상기 통신 신호를 제공하는 단계는,
    상기 제공되는 신호를 대역 통과 필터링(band-pass filtering) 하는 것을 특징으로 하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 통신 신호를 상기 안테나 모드에 따라 변조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 통신 신호의 송신 또는 수신이 종료되는 경우, 상기 피에조 모듈이 고유의 기능으로 동작하도록 상기 동작 모드를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기에서 피에조 모듈을 안테나로 이용하는 방법.
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