KR102271437B1 - 재방사 안테나 및 무선충전장치 - Google Patents

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Abstract

절연판; 상기 절연판의 일면에 형성되며, 상기 절연판의 외측 둘레를 따라 배치되며 일단과 타단이 인접하게 배치되는 루프(loop) 형상의 방사부; 상기 방사부의 일단에 연결되는 그라운드; 및 상기 방사부의 타단에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 재방사 안테나는 무선충전장치의 성능을 저하시키지 않으면서, 무선신호를 수신하여 단말기에 전달할 수 있다.

Description

재방사 안테나 및 무선충전장치{RERADIATION ANTENNA AND WIRELESS CHARGER}
본 발명은 무선신호를 수신하여 재방사할 수 있는 재방사 안테나와, 재방사 안테나가 무선충전 성능을 저하시키지 않는 무선충전장치에 관한 것이다.
최근에는 고층 건물과 내부의 공간이 날로 복잡해짐에 따라 무선통신 시스테에서 전파환경이 열악한 음영지역이 건물 내부 곳곳에 발생하게 되었다. 또한, 차량안에 위치하는 경우 차체가 전체적으로 금속으로 이루어져 있어 전파의 송수신율이 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 중계기를 이용하여 열악한 전파환경을 개선하였다. 중개기를 이용하는 기술은 2개의 안테나와 그 사이에 양방향 증폭회로를 사용하는 능동중계기나 2개의 안테나를 동축케이블 또는 도파관으로 연결하는 수동 중계기를 사용하여 전파환경을 개선하는 기술이다.
보다 구체적으로 설명하자면 건물이나 차량 외부에 안테나를 설치하고, 이 안테나를 도파관 또는 동축케이블을 통해 건물이나 차량 내부에 설치된 재방사 안테나에 연결함으로써 음영지역의 전파환경을 개선할 수 있다.
다만, 중계기를 이용한 기술은 전자기파를 방사하므로 주변의 전자장치에 영향을 주고 특히 차량과 같이 전자장비가 내부에 밀집된 경우에는 다른 장치에 영향을 주는 문제가 있다. 또한, 다른 대역의 주파수를 갖는 다양항 통신 표준에 적용하기에는 어려움이 있었다.
따라서 이러한 문제점을 발생시키지 않으면서 통신환경을 개선할 수 있는 재방사 안테나에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해, 무선충전장치에 인접하게 배치되는 재방사 안테나에 있어서, 무선충전장치능을 저하시키지 않으면서 통신환경을 개선할 수 있는 재방사 안테나 및 이를 구비한 무선충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
절연판; 상기 절연판의 일면에 형성되며, 상기 절연판의 외측 둘레를 따라 배치되며 일단과 타단이 인접하게 배치되는 루프(loop) 형상의 방사부; 상기 방사부의 일단에 연결되는 그라운드; 및 상기 방사부의 타단에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 재방사 안테나를 제공한다.
상기 절연판은 사각형 형상이며, 상기 방사부의 일단과 타단은 상기 절연판의 하단의 일측 모서리에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 방사부의 일단에 인접한 위치에서 상기 절연판의 가로 방향으로 연장되는 보조 방사부를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 방사부는 상기 방사부의 루프 내측에 위치할 수 있다.
상기 방사부는 상기 절연판의 가로방향으로 배치된 부분의 너비가 세로방향으로 배치된 부분보다 넓게 형성할 수 있다.
상기 방사부는 상기 루프 내측방향을 향해 돌출된 복수개의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 돌기는 등간격으로 배치할 수 있다.
상기 절연판의 타면의 중앙에 위치하며, 가로방향으로 연장되고 세로 방향으로 나란히 배치된 복수개의 도전성 테이프를 포함하는 전자기장 차폐패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 방사부는, 금속, 폴리실리콘(Polysilicon), 세라믹(Ceramic), 카본파이버(Carbon fiber), 전도성 잉크(Conductive ink), 전도성 페이스트(Conductive paste), ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube) 또는 전도성 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하우징; 상기 하우징 내부에 위치하며 외부 단말기에 전력을 무선으로 전송하는 전력송신코일; 상기 무선충전 코일의 상부에 위치하며, 안테나 신호를 입력받아 이를 다시 방사하는 재방사 안테나; 및 상기 전력송신 코일 및 상기 재방사 안테나에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며, 상기 재방사 안테나는, 절연판; 상기 절연판의 일면에 상기 전력송신코일과 중첩되지 않는 위치에 형성되며, 루프(loop) 형상의 방사부; 및 상기 방사부의 일단에 연결되는 그라운드를 포함하고, 상기 방사부의 타단은 상기 전원공급부와 연결될 수 있다.
상기 절연판은 직사각형이고, 상기 방사부의 일단과 타단은 상기 절연판의 하단의 일측 모서리에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 방사부의 일단에 인접한 위치에서 상기 절연판의 가로 방향으로 연장되고, 방사부의 루프 내측에 위치하는 보조 방사부를 더 포함할 수 있다.
상기 방사부는 상기 루프 내측방향을 향해 돌출된 복수개의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 절연판의 타면의 중앙에 위치하며, 가로방향으로 연장되고 세로 방향으로 나란히 배치된 복수개의 도전성 테이프를 포함하는 전자기장 차폐패턴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 무선충전장치의 성능을 저하시키지 않으면서, 무선신호를 수신하여 단말기에 전달할 수 있는 재방사 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 재방사 안테나는 무선충전장치의 전자기장 차폐 시트에 의해 성능이 저하되지 않아 우수한 효율의 재방사 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 재방사 안테나는 다양한 주파수의 신호를 송수신할 때 적용 가능하여 범용성이 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 재방사 안테나의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 무선충전장치가 차량에 거치된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 무선충전장치에 이동 단말기가 안치된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 무선충전장치의 분해 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 재방사 안테나의 일 실시예에 따른 일면을 도시한 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 재방사 안테나의 효율을 나타내는 S-parameter그래프이다.
도 6a는 본 발명의 재방사 안테나의 다른 실시예에 따른 일면을 도시한 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 재방사 안테나의 효율을 나타내는 S-parameter그래프이다.
도 7a는 본 발명의 재방사 안테나의 또 다른 실시예에 따른 일면을 도시한 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 재방사 안테나의 효율을 나타내는 S-parameter그래프이다.
도 8은 도 7a의 재방사 안테나의 주파수 대역별 전기장 분포를 도시한 그림이다.
도 9는 본 발명의 재방사 안테나의 타면을 도시한 저면도이다.
도 10a는 종래의 재방사 안테나를 도시한 평면도이다.
도 10b는 도 10a의 재방사 안테나의 효율을 나타내는 S-parameter그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 재방사 안테나(200)의 개념을 나타낸 도면이다. 건물 내부나 차량(400)안에 위치하는 단말기(600)는 기지국(500)에서 송신한 전파가 건물에 부딪히거나 차량(400)의 외관을 이루는 금속에 차폐되어 전파 송수신율이 현저히 저하될 수 있다. 이렇게 부분적으로 전파가 전달되지 않는 곳을 음영지역이라고 하며, 음영지역의 전파 송수신율을 높이기 위해 재방사 안테나(200)를 구비할 수 있다.
차량(400) 외부에 외부 안테나(300)를 구비하고 상기 외부 안테나(300)에서 수신한 신호를 차량(400) 내부에 있는 재방사 안테나(200)를 통해 차량(400) 내부에 위치하는 단말기(600)에 전송하여 단말기(600)의 전파 송수신율을 높일 수 있다.
다만, 재방사 안테나(200)는 전자기파를 이용하여 신호를 송수신하기 때문에 주변 기기에 영향을 많이 주고 받는다. 따라서 주변의 다른 기기와의 관계를 고려하면, 다른 기기에 영향을 적게 미치는 위치에 재방사 안테나(200)를 배치시켜야 한다. 그러나 단말기(600)와 거리가 멀면 재방사 안테나(200)의 성능도 저하되는 문제가 있는 바, 단말기(600)와의 거리를 줄이면서 재방사 안테나(200)와 주변기기의 영향을 최소화 할 수 있는 재방사 안테나(200)에 대한 연구가 이루어지고 있다.
도 2는 본 발명의 무선충전장치(100)가 차량(400)에 거치된 상태를 도시한 도면이다.
무선충전방식으로 단말기(600)의 배터리를 충전하는 충전기가 등장하고 있다. 무선충전방식은 무선충전장치(100)와 단말기(600)를 케이블로 연결하지 않고 무선충전장치(100) 위에 단말기(600)를 거치하는 것만으로 충전이 되는 장점이 있다. 또한, 사용시마다 충전 케이블을 분리해야 하는 불편함을 줄일 수 있다.
특히 단말기(600)를 이용하다가 단말기(600)를 다시 거치하는 경우 케이블을 일일이 끼웠다 빼야 하면 운전에 방해가 될 수 있을 뿐만 아니라 케이블에 끼운 채로 사용함에도 어려움이 있어 차량(400)에 무선충전장치(100)를 탑재하여 단말기(600)를 충전할 수 있다.
무선충전장치(100)를 구비한 차량(400) 내부에서 단말기(600)는 대부분 무선충전장치(100) 위에 거치된 상태로 이용된다. 또한 통화 시에도 거치된 상태로 블루투스 기능을 이용해 핸즈프리로 통화를 할 가능성이 높은 바, 무선충전장치(100) 상에 단말기(600)가 안착된 상태에서 안테나 신호의 수신율이 매우 중요하다.
따라서 차량(400) 내부의 재방사 안테나(200)의 효율을 최대로 높이기 위해서는 재방사 안테나(200)가 단말기(600)에 가까워야 하므로, 재방사 안테나(200)는 무선충전장치(100) 자체에 구비되는 것이 좋다.
다만, 재방사 안테나(200)와 무선충전장치(100)의 전력송신코일(140)이 서로 영향을 미치는 문제가 있는 바, 본 발명은 전력송신코일(140)과 재방사 안테나(200) 사이의 영향을 최소화할 수 있는 재방사 안테나(200)와 이를 구비한 무선충전장치(100)를 제공한다.
도 3은 본 발명의 무선충전장치(100)에 이동 단말기(600)가 거치된 상태를 도시한 도면이다. 이동 단말기(600)는 다양한 무선통신부를 포함할 수 있다. 방송수신을 위한 방송수신 모듈, 이동통신을 위한 이동통신 모듈, 무선 인터넷을 위한 무선 인터넷 모듈, 근거리에 위치하는 외부장치와 무선통신 방식으로 데이터를 주고받는 근거리 무선통신 모듈 및 이동 단말기(600)의 위치를 획득하기 위한 위치정보 모듈 등이 있다.
방송수신 모듈은 방송채널을 통하여 외부의 방송관리 서버로부터 방송 신호 및 방송관련 정보를 수신하다. 상기 방송 관련 정보는 예를 들어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 다양한 형태로 존재할 수 있다.
이와 같은 방송관련 정보를 수신하기 위해서 안테나가 필요하며 방송수신 모듈의 경우 이동 단말기(600) 케이스에서 인입출 가능한 모노폴 형태의 안테나를 이용할 수 있다.
이동통신 모듈은, 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.
상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다. 이동 통신을 위한 안테나는 이동 단말기(600)의 메인 기능을 담당하고 있으므로, 메인 안테나로 부르기도 한다. 다양한 이동 통신의 기술표준마다 다른 주파수를 이용하기 때문에 브로드 밴드 안테나에 대한 니즈가 커지고 있다.
사용자가 전화 통화시에는 귀에 이동 단말기(600)를 직접 대고 사용하는 경우가 많다. 안테나가 이동 단말기(600)의 상부에 위치하는 경우 전파의 송수신이 사용자의 뇌와 가까운 곳에서 일어나므로, 이 거리를 최대로 멀리 떨어뜨리기 위해 이동 단말기(600)의 하단부(611) 또는 음성 수신부에 인접한 위치에 메인 안테나를 둔다.
다른 무선통신 방식은 사용자의 귀에 직접 인접한 상태에서 이용하는 경우가 많지 않으므로, 이동 단말기(600)의 상부(612)나 배면 등에 위치시킬 수 있다.
무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 이동 단말기(600)에 내장되거나 외장 될 수 있다. 무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다.
무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct 등이 있으며, 상기 무선 인터넷 모듈은 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.
WiBro, HSDPA, HSUPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE, LTE-A 등에 의한 무선인터넷 접속은 이동통신망을 통해 이루어진다는 관점에서 본다면, 상기 이동통신망을 통해 무선인터넷 접속을 수행하는 상기 무선 인터넷 모듈은 상기 이동통신 모듈의 일종으로 이해될 수도 있다.
근거리 통신 모듈은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 이동 단말기(600)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(600)와 다른 이동 단말기(600) 사이, 또는 이동 단말기(600)와 다른 이동 단말기(600, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
위치정보 모듈은 이동 단말기(600)의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 이동 단말기(600)는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 이동 단말기(600)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 이동 단말기(600)는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 이동 단말기(600)의 위치를 획득할 수 있다.
이동 단말기(600)의 중간 부분에는 다른 부품들이 위치하기 때문에 사용자가 이동 단말기(600)를 파지하고 있을 때 전파가 방해되어 수신율이 떨어지는 문제가 있다 따라서, 안테나는 이동 단말기(600)의 상부와 하부에 나눠서 배치하는 것이 일반적이다.
예외적으로 NFC나, RFID와 같이 초근접 안테나는 직접 이동 단말기(600)를 접촉하여 사용하기 때문에 이동 단말기(600)의 배면에 위치시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 무선충전장치(100)의 분해 사시도이다. 무선충전장치(100)는 내부에 전장부를 갖는 하우징(110a, 110b)과 하우징 내부에 실장되는 제어부로서 인쇄회로기판(120), 실드캔(125), 전력송신코일(140) 및 재방사 안테나(200)가 도시되어 있다.
하우징(110a, 110b)은 상부 하우징(110a)과 하부 하우징(110b)로 구성될 수 있으며, 내부에 전력송신코일(140) 및 재방사 안테나(200)가 실장되고, 외부에 상기 전력송신코일(140)에 공급할 전원을 공급하는 단자와, 차량(400) 외부에 위치하는 외부 안테나(300)를 통해 수신한 안테나 신호를 재방사 안테나(200)에 공급하기 위한 단자가 노출될 수 있다.
단말기(600)가 하우징(110a, 110b)의 상면에 안착되도록 하우징(110a, 110b) 상면 둘레에 돌기(225)를 형성하거나, 상면에 마찰력이 큰 소재(부직포, 실리콘, 고무 등)을 부가하여 단말기(600)가 하우징(110a, 110b)의 상면에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
제어부(120)는 외부 전원을 인가받아 전력송신코일(140)에 공급하고, 외부 안테나(300)로부터 전달받은 신호를 재방사 안테나(200)로 전송하는 역할을 하며, 인쇄회로기판(120)이 제어부로서 이용될 수 있다. 인쇄회로기판(120)의 상면에는 열을 방사하고 그 위에 부품을 실장할 수 있는 공간을 제공하는 쉴드캔(125)을 더 구비할 수 있다.
인쇄회로기판(120) 위에 위치하는 전력송신코일(140)은 전류가 흐르면 전자기장이 형성되고 상기 전자기장에 의해 외부 단말기(600)의 전력수신코일에 전류가 흐르게 되어 외부 단말기(600)를 충전할 수 있다. 본 실시예에서는 쉴드캔(125) 위에 전력송신코일(140)이 위치한다.
무선충전방식은 자기공명방식과 전자기 유도방식이 있다. 전자기유도방식은 유도전류 원리를 이용하여 충전이 필요한 전자장치를 충전하는 방식으로, 휴대용 충전장치에 실장 된 전력송신코일(140)에 흐르는 전류가 전자기장을 형성하고 상기 전자기장 내에 위치하는 전력수신코일은 전자기장에 의해 전류가 흐를 수 있다.
자기공명방식은 특정 주파수에서 큰 진폭으로 진동하는 현상인 공명방식을 이용하여 충전하는 방식으로 동일한 공진주파수를 갖는 전력송신코일(140)과 전력수신코일(13) 사이에 형성되는 강한 자계결합 현상을 이용한다.
전자기유도방식은 효율이 높으나 전력송신코일(140)과 전력수신코일이 인접하게 위치해야 하며, 이격되거나 비스듬하게 배치되는 경우에는 효율이 크게 떨어진다. 따라서, 전자기유도방식의 충전에서는 전력송신코일(140)과 전력수신코일 사이의 배치가 매우 중요하다.
반면 자기공명방식은 효율이 전자기유도방식에 비해 높지는 않으나, 이격된 거리에서도 충전 가능하기 때문에 사용에 제한을 받지 않는 장점이 있다. 또한 사용하지 않은 에너지 부분은 전자장으로 재 흡수되는 장점이 있다.
전력송신코일(140)에 상면 또는 하면에 페라이트 시트(130, ferrite sheet)를 더 포함할 수 있다. 페라이트 시트(130)는 코일의 자속선의 회로 흐름을 향상시킬 수 있으며, 전력송신코일(140)에서 나오는 전자기 방사량을 줄일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 재방사 안테나(200)가 전력송신코일(140)의 상면에 위치하면, 재방사 안테나(200)는 전도성 물질로 형성되므로, 전력송신코일(140)에서 발생되는 자력이 재방사 안테나(200)를 통과하지 못하는 경우 무선충전장치(100)의 성능이 저하된다.
전력송신코일(140)에서 방사되는 자력이 재방사 안테나(200)를 통과하여 단말기(600)의 전력수신코일로 전송되는 것이 어렵다. 따라서, 하우징(110a, 110b)의 상면에 안착되는 단말기(600)에 자력 전달 효율이 저하될 수 있다. 반대로 재방사 안테나(200)를 전력송신코일(140) 하부에 두면 안테나에서 방사하는 신호가 전력송신코일(140)에 의해 노이즈가 섞이게 되어 통신품질이 저하되는 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 재방사 안테나(200)는 전력송신코일(140)의 상면에 두되 전력송신코일(140)에서 전송하는 자력이 단말기(600)에 전달되는 것을 방해하지 않는 재방사 안테나(200) 및 이를 구비한 무선충전장치(100)를 제공한다.
도 5a는 본 발명의 재방사 안테나(200)의 일 실시예를 도시한 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 재방사 안테나(200)의 효율을 나타내는 S-parameter(반사계수)그래프이다.
본 발명의 재방사 안테나(200)는 절연성 수지나 열경화성 수지계통의 절연물질을 포함하는 절연판(210), 상기 절연판(210)의 일면에 형성되는 전도성 물질로 된 방사부(220)를 포함한다. 상기 방사부(220)는 절연판(210)의 둘레를 따라 배치되고, 가운데 부분을 비워 전력송신 코일(140)에서 무선충전장치(100)의 상면에 위치하는 이동 단말기(600)에 전송되는 전력의 전송효율이 저하되는 것을 방지한다.
이동 단말기의 상부 또는 하부에 위치하는 안테나와 커플링 효율이 더 높게 나타날 수 있도록 재방사 안테나(200)의 방사부(220)중 절연판(210)의 상부와 하부에 위치하는 방사부(220)의 두께를 더 두껍게 형성할 수 있다.
상기 재방사 안테나(200)는 절연판(210)에 형성된 구리 박막을 통상의 노광, 에칭의 방법으로 방사부(220)를 형성하거나, 절연판(210)에 방사부(220)의 패턴 형상을 프린터를 이용한 인쇄 방식으로 형성하는 것이 가능하다.
도 10a는 종래의 재방사 안테나(20)로서, 종래의 재방사 안테나(20)는 가운데에 방사부(22)가 위치하고 전력송신코일(140)도 대략 중앙에 위치하기 때문에 전력송신코일(140)에서 생성된 자기장이 재방사 안테나(20)의 방사부(22)를 통과하지 못하여 단말기(600)의 충전이 원활히 수행될 수 없다.
반면 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 재방사 안테나(200)는 가운데 부분에 도전성 물질이 없기 때문에 전력송신 코일(140)에서 생성된 자기장이 방해 받지 않고 무선충전장치(100)의 상면에 안착된 단말기(600)의 무선전력수신 코일에 도달 할 수 있다.
본 발명의 방사부(220)는 루프(loop) 형상으로 이루어지며 양 단이 인접하게 배치될 수 있다. 상기 방사부(220)는 상기 절연판(210)의 외주를 따라 형성되고, 상기 전력송신코일(140)이 위치한 부분을 회피하여 형성된다. 만약 전력송신코일(140)이 외주에 형성된 경우에는 본 발명의 방사부(220)는 중앙부에 형성 할 수 있다. 즉, 본 발명의 방사부(220)는 상기 전력송신코일(140)과 중첩되지 않는 위치에 형성한다. 상기 방사부(220)의 전부가 상기 전력송신코일(140)과 중첩되지 않는 것이 바람직하지만 그렇지 않을 수도 있다.
상기 방사부(220)의 일단은 전원과 연결되고 타단은 그라운드와 연결되어 전원에서 공급된 전류가 방사부(220)를 따라 흐르면서 특정 파장을 갖는 전파를 생성한다. 상기 파장은 공급되는 전류와 방사부(220)의 길이 및 형상에 의해 결정된다.
방사부(220)의 일단과 타단이 인접한 부분을 확대한 도 5a의 확대 도를 참고하면, 방사부(220)의 일단과 타단은 소정의 간격으로 이격되어 있으며, 각각 전원과 그라운드에 연결되기 위해 커넥터(260, 도 4 참조)와 체결되는 접속홀이 형성되어 있다.
도 5b는 도 5a의 구조와 같은 재방사 안테나(200)의 성능을 도시한 그래프로서, 가로축은 주파수를 나타내고 세로축은 S-parameter(반사계수)를 나타낸다. 입사된 신호와 반사되어 출력되는 신호의 세기의 비율을 데시벨 영역으로 나타낸 것으로 반사되어 출력되는 신호의 세기가 작으므로 반사계수는 음수를 나타낸다. 반사계수가 작을수록 반사되는 신호의 세기가 더 큰 것을 의미하며, 3세대 통신에서 이용하는 이동통신 주파수(900MHz, 1800MHz, 2100MHz 및 2700MHz) 근처에서의 반사계수의 크기가 중요하다.
도 10b는 종래의 재방사 안테나(200)의 성능을 도시한 그래프로, 상기 이동통신 주파수(900MHz, 1800MHz, 2100MHz 및 2700MHz) 근처에서의 반사계수 또한, 도 5b에 도시된 크기보다 작게 나타난다. 즉, 본 발명의 재방사 안테나(200)는 무선충전장치(100)에 미치는 영향을 최소화 했을 뿐만 아니라, 재방사 안테나(200) 자체의 성능도 종래의 구성보다 뛰어나다.
다만, 도 5b를 참조하면 도 5a의 재방사 안테나(200)는 고주파 대역 (1800MHz, 2100MHz 및 2700MHz 근처)에서는 유효한 크기 이상의 성능이 나타나나, 저주파 대역(900MHz)에서는 성능이 고주파 대역에 비해 낮게 나타난다.
이를 보완하기 위해 도 6a와 같이 저주파 대역의 신호 송수신을 위한 모노폴 형태의 보조 방사부(230)를 더 구비할 수 있다. 도 6a는 본 발명의 재방사 안테나(200)의 다른 실시예를 도시한 평면도로서, 루프형의 방사부(220)에서 보조 방사부(230)가 연장된 것이 도시되어 있다. 상기 보조 방사부(230)는 전원 공급처로부터 가깝게 배치하여 성능을 향상시키기 위해 루프형의 방사부(220)의 단부에 인접한 위치에서 연장될 수 있다.
또한, 도 3에서 살펴본 바와 같이 최근 이동 단말기(600)에 실장된 안테나는 상부와 하부에 주로 위치하며, 특히 이동통신에 이용되는 메인 안테나는 단말기(600)의 하단에 위치하기 때문에 도 6a에 도시된 바와 같이 단말기(600)의 하단이 위치하는 부분에 배치하는 것이 바람직 하다.
보조 방사부(230)를 루프형 방사부(220)의 하부에 위치시키기 위해서는 루프형 방사부(220)의 단부가 절연판(210)의 하측에 위치하고, 특히 보조 방사부(230)의 길이 확보를 위해 루프형 방사부(220)의 양 단부는 절연판(210)의 하측 모서리 위치할 수 있다.
도 6b는 도 6a의 실시예에 도시된 재방사 안테나(200)의 효율을 나타내는 S-parameter를 나타낸 그래프로서, 도 5b에 비해 저주파 대역에서 반사계수가 더 작게 나타나는 바, 안테나의 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 재방사 안테나(200)의 또 다른 실시예를 도시한 평면도이고, 도 7b는 도 7a의 재방사 안테나(200)의 효율을 나타내는 S-parameter그래프이다.
이동통신 주파수 대역(900MHz, 1800MHz, 2100MHz 및 2700MHz)에서 신호의 효율을 높이기 위해 루프 방사부(220)에 돌기(225)를 형성할 수 있다. 도 7b를 참조하면 이동통신 주파수 대역(900MHz, 1800MHz, 2100MHz 및 2700MHz)에서 신호가 비교적 크게 나타난다. 상기 돌기(225)의 크기와 길이, 간격 등을 조절하면 도 7b에 나타나는 재방사 안테나(200)의 효율이 변화하며, 이동통신 주파수 대역에서 특히 크게 나타나도록 길이와 간격 크기 등을 조절할 수 있다.
도 8은 도 7a의 재방사 안테나(200)의 주파수 대역별 전기장 분포를 도시한 그림이다. 저주파 진한 색 부분에서 전기장의 세기가 크며, 진한색 부분에 큰 세기의 전기장이 분포하며 효율이 높다. 특히 단말기(600)의 하단이 위치하는 부분에 전기장의 세기는 모든 주파수 대역에서 높게 나타나므로 이동 단말기(600)를 정위치로 거치하는 경우 효율이 제일 높게 나타난다.
도 9는 본 발명의 재방사 안테나(200)의 타면을 도시한 저면도이다. 재방사 안테나(200)가 형성된 일면과 반대 면에 전자기장 차폐패턴(280)을 형성할 수 있다. 전자기장을 이용하는 장치는 EMI(Electro Magnetic Interference)의 규제를 받아 일정크기 이상의 전자파를 방출하는 것을 제한하고 있다.
전자기장 차폐패턴(280)은 상기 EMI의 규제에 따라, 전자기장을 이용하는 장치가 외부 장치에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 외부로 유출되는 전자기장을 줄이기 위한 도전성 물질로 얇은 막형태로 형성되며 제품의 성능저하를 막으면서 차폐효율을 높이기 위해 소정의 패턴형상으로 형성된다.
전자기장 차폐패턴(280)은 도전성물질을 포함하고 있으며, 전력송신코일(140)이 형성하는 전자기장 중 충전에 직접적으로 영향을 주는 전자기장의 감소를 최소화하고 재방사 안테나(200)에 미치는 영향은 최소화하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이 방사부(220, 230)의 연장방향과 수직한 방향(횡방향)으로 연장된 테이프 형상의 패턴으로 구성된다. 상기 전자기장 차폐패턴(280)의 일단(281)은 커넥터(260)를 통해 그라운드와 연결될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 무선충전장치(100)의 성능을 저하시키지 않으면서, 무선신호를 수신하여 단말기에 전달할 수 있는 재방사 안테나(200)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 재방사 안테나(200)는 무선충전장치(100)의 전자기장 차폐 시트에 의해 성능이 저하되지 않아 우수한 효율의 재방사 안테나(200)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 재방사 안테나(200)는 다양한 주파수의 신호를 송수신할 때 적용 가능하여 범용성이 있다는 장점이 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 무선충전장치 110: 하우징
120: 인쇄회로기판; 125: 쉴드캔
130: 페라이트 시트 140: 전력송신코일
200: 재방사 안테나 210: 절연판
220: 방사부 240: 단부
260: 커넥터 270: 정전용량 근접센서
280: 전자기장 차폐패턴 290: 코팅막
300: 외부안테나 400: 차량
600: 단말기

Claims (14)

  1. 절연판;
    상기 절연판의 일면에 형성되며, 상기 절연판의 외측 둘레를 따라 배치되며 일단과 타단이 인접하게 배치되는 루프(loop) 형상의 방사부;
    상기 방사부의 일단에 연결되는 그라운드;
    상기 방사부의 타단에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부; 및
    상기 절연판의 타면에 위치하며, 가로방향으로 연장되고 세로 방향으로 나란히 배치된 복수개의 도전성 테이프를 포함하는 전자기장 차폐패턴을 포함하는 재방사 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연판은 사각형 형상이며,
    상기 방사부의 일단과 타단은 상기 절연판의 하단의 일측 모서리에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방사부의 일단에 인접한 위치에서 상기 절연판의 가로 방향으로 연장되는 보조 방사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조 방사부는 상기 방사부의 루프 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방사부는 상기 절연판의 가로방향으로 배치된 부분의 너비가 세로방향으로 배치된 부분보다 넓은 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  6. 제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사부는
    상기 루프 내측방향을 향해 돌출된 복수개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 돌기는 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방사부는,
    금속, 폴리실리콘(Polysilicon), 세라믹(Ceramic), 카본파이버(Carbon fiber), 전도성 잉크(Conductive ink), 전도성 페이스트(Conductive paste), ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube) 또는 전도성 고분자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 재방사 안테나.
  10. 하우징;
    상기 하우징 내부에 위치하며 외부 단말기에 전력을 무선으로 전송하는 전력송신코일;
    상기 전력송신코일의 상부에 위치하며, 안테나 신호를 입력받아 이를 다시 방사하는 재방사 안테나; 및
    상기 전력송신코일 및 상기 재방사 안테나에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며,
    상기 재방사 안테나는,
    절연판;
    상기 절연판의 일면에 상기 전력송신코일과 중첩되지 않는 위치에 형성되며, 루프(loop) 형상의 방사부; 및
    상기 방사부의 일단에 연결되는 그라운드를 포함하고,
    상기 방사부의 타단은 상기 전원공급부와 연결되는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 절연판은 직사각형이고,
    상기 방사부의 일단과 타단은 상기 절연판의 하단의 일측 모서리에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 방사부의 일단에 인접한 위치에서 상기 절연판의 가로 방향으로 연장되고, 방사부의 루프 내측에 위치하는 보조 방사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  13. 제10항 내지 제 12항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사부는
    상기 루프 내측방향을 향해 돌출된 복수개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 절연판의 타면의 중앙에 위치하며,
    가로방향으로 연장되고 세로 방향으로 나란히 배치된 복수개의 도전성 테이프를 포함하는 전자기장 차폐패턴을 더 포함하는 무선충전장치.
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