KR101488607B1 - 근거리 통신용 안테나 구조물 - Google Patents

Abstract

근거리 통신용 안테나 구조물은 베이스, 상기 베이스 상부의 중심부에 배치되며, 루프 형상을 갖는 비접촉 전력 수신 코일부 및 상기 베이스의 상부에 배치되며, 상기 비접촉 전력 수신 코일부로부터 이격되어 둘러싸도록 형성된 제1 루프 안테나 패턴 및 상기 제1 루프 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 비접촉 전력 수신 코일부의 루프 내에 형성된 제2 루프 안테나 패턴을 갖는 루프 안테나부를 포함한다.

Description

근거리 통신용 안테나 구조물{ANTENNA STRUCTURE FOR NEAR FIELD COMMUNICATION}

본 발명은 근거리 통신용 안테나 구조물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 유도 기전력을 발생시켜 비접촉식 충전 및 근거리 통신이 가능한 근거리 통신용 안테나 구조물에 관한 것이다.

휴대전화기로 대표되는 각종 이동통신단말기가 작동하기 위해서는 전원 공급을 필요로 하고, 이를 위해서는 배터리가 장착되어야 하며, 이동통신단말기용 배터리로는 1회용이 아닌 다회용의 충전식 배터리가 널리 사용되고 있다.

상기 이동통신단말기용 배터리의 충전에는 전통적으로 유선충전방식이 널리 사용되어 왔으나, 유선충전은 이동통신단말기의 최대 장점인 이동성을 제한할 뿐만 아니라, 반복적 탈착으로 인한 충전단자의 노쇠 등으로 인하여 충전 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

대표적인 이동통신단말기인 휴대전화기의 충전에 무접점(무선) 충전 방식이 도입되었다. 가장 일반적인 무접점 충전의 원리는 유도전류이며, 무접점 충전기에 설치된 1차 코일 위에 2차 코일을 내장한 휴대전화기를 올려놓으면, 1차 코일과 2차 코일 사이에 수백 kHz(예, 300kHz 이하) 주파수 대역에서 유도기전력이 발생하여 휴대전화기의 배터리가 충전되는 원리이다.

이와 같이 이동통신단말기에 무접점 충전을 적용하기 위해서는 유도기전력을 발생시킬 수 있는 코일, 즉 나선형 코일 형태의 루프 안테나(이하, 안테나라고 한다)를 필요로 한다.

일반적으로 무접점 충전용 안테나는 휴대전화기의 배터리 커버에 설치되는 바, 최근 안테나가 연결되는 충전회로가 소형화되어 휴대전화기 본체에 내장됨에 따라, 배터리 커버에는 단지 안테나(부)만 남게 되었다.

한편, 이동통신단말기에는 무접점 충전의 환경과는 별도로 RFID(Radio Frequency Identification: 무선식별)의 무선 환경이 널리 활용되고 있는바, 예를 들어 휴대전화기에 근거리무선통신(Near Field Communication: NFC)을 실현하는 NFC 칩을 설치하고, 여기에 USIM 카드와 같은 비접촉식 스마트카드를 장착하여 외부의 RF 리더기에 접근시키면, 근거리무선통신에 의해 휴대전화기의 USIM 카드의 정보가 RF 리더기에 의해 판독되고 필요한 정보를 기록함으로써 예를 들어 전자화폐기능과 같은 탑재된 기능(예, 전자화폐기능)이 실현된다. 이때, NFC 칩과 RF 리더기 사이의 정보 교환은 RF 리더기에 설치된 코일과 휴대전화기에 설치된 NFC 칩의 코일 사이의 13.56MHz에서의 유도 기전력에 의해 USIM 카드의 구동을 위한 전력을 공급함으로써 이루어진다.

아울러 휴대전화기에 설치된 NFC 칩은, RFID 리더기로서도 작동하여 외부의 RFID 태그 등에 기록된 정보를 판독할 수 있도록 개발되어 있다. NFC칩이 RF 리더기로 작동할 경우 NFC 칩에 연결된 안테나(코일)가 1차 코일로 작용하여 전력을 송출하게 되고, 외부에 있는 RFID 태그 등에 설치된 코일(안테나)에서 유도기전력이 발생하여 무선통신이 실현될 수 있도록 한다.

즉, 이동통신단말기에 RFID 시스템(NFC)을 적용하기 위해서는 유도기전력을 발생시킬 수 있는 나선형 코일 형태의 루프 안테나가 필요하게 된다. NFC용 안테나도 배터리 커버 또는 배터리에 설치된다.

결과적으로, 휴대전화기로 대표되는 이동통신단말기에 무접점 충전 기능과 근거리무선통신 기능을 모두 탑재하기 위해서는 각각에 기전력을 유도하기 위한 2개의 안테나(코일)가 필요하다. 이 경우, 상기 안테나 및 RFID 태그 간의 상대적인 위치에 따라 근거리 통신의 인식 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 상기 안테나 및 RFID 태그 사이의 위치에 무관하게 안정적으로 근거리 통신의 인식 거리를 확보할 수 있는 근거리 통신용 안테나 구조물이 요구되고 있다.

본 발명의 일 목적은 안테나 및 RFID 태그 사이의 상대적인 위치와 무관하게 안정적인 인식 거리를 확보할 수 있는 근거리 통신용 안테나 구조물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 통신용 안테나 구조물은 베이스, 상기 베이스 상부의 중심부에 배치되며, 루프 형상을 갖는 비접촉 전력 수신 코일부 및 상기 베이스의 상부에 배치되며, 상기 비접촉 전력 수신 코일부로부터 이격되어 둘러싸도록 형성된 제1 루프 안테나 패턴 및 상기 제1 루프 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 비접촉 전력 수신 코일부의 루프 내에 형성된 제2 루프 안테나 패턴을 갖는 루프 안테나부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 루프 안테나부는, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들이 그 일면에 형성된 유연 기판, 상기 유연 기판의 타면에 형성되며, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들을 근거리 통신용 패드들에 각각 전기적으로 연결시키는 제1 연결 라인들 및 상기 유연 기판의 타면에 형성되며, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들을 상호 전기적으로 연결시키는 제2 연결 라인을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들은 용량성 결합을 이룰 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들은 구리, 은이 코팅된 구리, 알루미늄 및 전도성 탄소가 이루는 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스는 페라이트 또는 전자파 흡수 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 근거리 통신용 안테나 구조물은 비접촉 전력 수신 코일부로부터 이격되어 둘러싸도록 형성된 제1 루프 안테나 패턴 및 상기 제1 루프 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 비접촉 전력 수신 코일부의 루프 내에 형성된 제2 루프 안테나 패턴을 갖는 루프 안테나부를 구비함으로써 상기 루프 안테나부 및 RFID 태그 간의 상대적인 위치에 무관하게 안정적인 인식 거리를 확보할 수 있다. 특히, 상기 RFID 태그가 비접촉 전력 수신 코일부의 루프 내에 위치할 경우에도 상기 근거리 통신용 안테나 구조물은 상기 RFID 태그에 대한 안정적인 인식 거리를 가질 수 있다.

나아가, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들이 유연 기판의 일면에 형성되고, 상기 유연 기판의 타면에 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들을 상호 연결시키는 연결 라인을 구비함에 따라 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들이 상호 안정적으로 연결될 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들이 각각 유연 기판의 일면 및 타면에 형성되고, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들이 용량성 결합을 상호 이룸으로써 별도의 비아 콘택 형성이 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 구조물을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도1의 근거리 통신용 안테나 구조물의 단면도이다.
도 3은 도1의 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들의 결합 관계의 일 예를 설명하기 위한 평면도이다.

이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.

하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 구조물을 설명하기 위한 평면도이다. 도 2는 도1의 근거리 통신용 안테나 구조물의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 통신용 안테나 구조물(100)은 베이스(110), 비접촉 전력 수신 코일부(130) 및 루프 안테나부(150)를 포함한다. 상기 근거리 통신용 안테나 구조물(100)은 배터리(10)의 일 표면에 장착되어 상기 배터리(10)에 대한 비접촉식 충전이 가능한 동시에 외부의 RFID 태그로부터 정보를 얻을 수 있거나 RFID 리더에 정보를 제공하는 근거리 통신이 가능하다.

상기 베이스(110)는 금속을 포함할 수 있다. 이로써, 상기 베이스(110)는 그 상부에 형성된 루프 안테나 패턴(150) 및 그 하부에 배치된 인쇄회로기판(미도시) 사이의 전파 간섭을 차단할 수 있다. 상기 베이스(110)는, 예를 들면, 페라이트(ferrite) 물질로 이루어질 수 있다.

상기 비접촉 전력 수신 코일부(130)는 상기 베이스(110)의 상부에 배치된다.또한, 상기 비접촉 전력 수신 코일부(130)는 상기 베이스(110)의 중심부 상에 배치된다. 상기 비접촉 전력 수신 코일부(130)는 WPC(wireless power charger)의 일부로서, 충전용 단자들(113)에 연결되어 비접촉식으로 상기 배터리(10)를 충전할 수 있다.

상기 비접촉 전력 수신 코일부(130)는 루프 형상을 가질 수 있다. 상기 비접촉 전력 수신 코일부(130)가 비접촉식 충전기(미도시)에 설치된 1차 코일 위에 위치할 경우, 상기 코일부(130) 및 상기 1차 코일 사이에 수백 kHz(예:300 kHz 이하) 주파수 대역에서 유도 기전력이 발생하여 상기 근거리 통신용 안테나 구조물(100)이 장착된 배터리(10)가 충전될 수 있다.

상기 루프 안테나부(150)는 상기 베이스(110)의 상부에 배치된다. 상기 루프 안테나부(150)는 RFID 태그 사이의 근거리 통신을 가능하게 한다. 상기 루프 안테나부(150)는 근거리 통신용 단자들(111)과 전기적으로 연결된다.

상기 루프 안테나부(150)는 상기 비접촉 전력 수신 코일부로부터 이격되어 둘러싸도록 형성된 제1 루프 안테나 패턴(151) 및 상기 제1 루프 안테나(151)와 전기적으로 연결되며 상기 비접촉 전력 수신 코일부(130)의 루프 내에 형성된 제2 루프 안테나 패턴(153)을 갖는다. 따라서, 상기 제1 루프 안테나 패턴(151)은 상기 베이스(110)의 에지에 대응하여 그 위치에 인접하는 A1 영역에 위치한 RFID 태그와 근거리 통신을 가능하게 하는 한편, 상기 제2 루프 안테나 패턴(153)은 상기 베이스(110)의 중심부에 대응하여 A2 영역에 위치에 인접하는 RFID 태그와 근거리 통신을 가능하게 할 수 있다. 이로써 상기 근거리 통신용 안테나 구조물(100)은 상기 RFID 태그 사이의 상대적인 위치에 관계없이 일정한 인식 거리를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 루프 안테나부(150)는 유연 기판(155), 제1 연결 라인들(156, 157) 및 제2 연결 라인(158)을 더 포함할 수 있다.

상기 유연 기판(155)은 플렉서블한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 유연 기판(155)은 예를 들면, 내열성 고분자 수지, 즉, 에틸렌계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)이 상기 유연 기판(155)의 일면에 형성된다.

상기 제1 연결 라인들(156, 157)은 상기 유연 기판(155)의 타면에 형성된다. 상기 제1 연결 라인들(155, 157)은 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)을 근거리 통신용 패드들(111) 각각에 연결시킨다. 이 경우, 상기 제1 연결 라인들(156, 157)은 상기 유연 기판(155)을 관통하여 형성된 콘택 비아들(미도시)을 통하여 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)과 연결될 수 있다.

상기 제2 연결 라인(158)은 상기 유연 기판(155)의 타면에 형성된다. 상기 제2 연결 라인(158)은 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)을 상호 연결시킨다. 상기 제2 연결 라인(158)은 상기 유연 기판(155)을 관통하여 형성된 콘택 비아들(미도시)을 통하여 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)을 상호 연결시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)은 구리, 은이 코팅된 구리, 알루미늄 또는 전도성 탄소와 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

도 3은 도1의 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들의 결합 관계의 일 예를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)은 용량성 결합을 통하여 상호 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)은 각각 서로 다른 상기 유연 기판(155)의 평면들 각각에 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 비아 콘택을 통하여 상호 연결되는 대신에, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)은 평면적으로 오버랩되어 상기 오버랩되는 면적(152)이 상기 용량성 결합의 유효 면적(effective area)에 해당한다. 이로써 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)은 용량성 결합을 통하여 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 비아 콘택을 형성하기 위한 별도의 공정이 수행되는 것이 생략되어 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들(151, 153)을 포함하는 근거리 통신용 안테나 구조물(100)이 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 근거리 통신용 안테나 구조물(100)은 보다 간단한 구조를 가질 수 있다.

Claims (5)

1. 배터리의 일면에 부착되는 베이스;
   상기 베이스 상부의 중심부에 배치되며, 상기 배터리의 충전용 단자와 연결되어 상기 배터리를 비접촉식으로 충전하도록 구비되며 루프 형상을 갖는 비접촉 전력 수신 코일부; 및
   상기 베이스의 상부에 배치되며, 상기 비접촉 전력 수신 코일부와 전기적으로 단락되며, 상기 비접촉 전력 수신 코일부로부터 이격되어 둘러싸도록 형성된 제1 루프 안테나 패턴 및 상기 제1 루프 안테나와 전기적으로 연결되며 상기 비접촉 전력 수신 코일부의 루프 내에 형성된 제2 루프 안테나 패턴을 갖는 루프 안테나부를 포함하고,
   상기 루프 안테나부는,
   상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들이 그 일면에 형성된 유연 기판;
   상기 유연 기판의 타면에 형성되며, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들을 근거리 통신용 패드들에 각각 전기적으로 연결시키는 제1 연결 라인들; 및
   상기 유연 기판의 타면에 형성되며, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들을 상호 전기적으로 연결시키는 제2 연결 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신용 안테나 구조물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들은 용량성 결합하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신용 안테나 구조물.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 루프 안테나 패턴들은 구리, 은이 코팅된 구리, 알루미늄 및 전도성 탄소가 이루는 도전성 물질이 이루는 군에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 근거리 통신용 안테나 구조물.
5. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 페라이트 또는 전자파 흡수 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 근거리 통신용 안테나 구조물.

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