KR20070004456A

KR20070004456A - 안테나, 및 이를 이용한 전파시계, 키리스 엔트리 시스템및 ｒｆｉｄ 시스템

Info

Publication number: KR20070004456A
Application number: KR20060062442A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 아라키; 지하루 미쓰마타; 마사히로 미타
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2007-01-09
Also published as: DE102006030863A1; CN1893181A; US20070024516A1; US7463208B2; JP2007013862A

Abstract

본 발명은, 자심(磁心)에 코일을 감은 주자로(主磁路) 부재 및 상기 주자로 부재와 실질적으로 폐자로(閉磁路)를 구성하도록 상기 자심에 자기적으로 접속된 부자로(副磁路) 부재를 포함하는 안테나로서, 상기 코일에서 얻어지는 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 비를 (S/N)₁이라 하고, 상기 부자로 부재를 가지지 않으면서 상기 안테나와 동일하게 구성된 안테나의 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 비를 (S/N)₀이라 할 경우, (S/N)₁>(S/N)₀의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 안테나를 제공한다.

안테나, 전파시계, 키리스 엔트리, RFID, 리모콘, S/N, 코일

Description

안테나, 및 이를 이용한 전파시계, 키리스 엔트리 시스템 및 ＲＦＩＤ 시스템{ANTENNA, AND RADIO-CONTROLLED TIMEPIECE, KEYLESS ENTRY SYSTEM AND RFID SYSTEM USING SAME}

도 1(a)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나를 나타내는 정면도이다.

도 1(b)는, 도 1(a)의 안테나를 A 방향에서 바라본 분해 측면도이다.

도 2는 본 발명의 안테나를 손목시계 내부에 배치한 예를 나타내는 정면도이다.

도 3은 본 발명의 안테나를 키리스 엔트리 시스템용 키 본체에 내장한 예를 나타내는 단면도이다.

도 4(a)는 실시예 1의 안테나를 나타내는 정면도이다.

도 4(b)는, 도 4(a)의 안테나를 A 방향에서 바라본 측면도이다.

도 5(a)는 시험 장치의 구조 및 크기를 나타내는 정면도이다.

도 5(b)는, 도 5(a)의 B-B 단면도이다.

도 6은, 도 5의 시험 장치의 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도 7은 안테나에 접속되는 전자회로를 나타내는 블럭도이다.

도 8은 본 발명의 안테나에 있어서의 부자로 부재의 두께 및 부자로 부재/자 심의 단면적의 비와 Q 값의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 안테나에 있어서의 부자로 부재의 두께 및 부자로 부재/자심의 단면적의 비와 신호 전압 및 노이즈 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10은 본 발명의 안테나에 있어서의 부자로 부재의 두께 및 부자로 부재/자심의 단면적의 비와 신호 전압 및 S/N 비의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 11은 실시예 4의 안테나를 나타내는 정면도이다.

도 12(a)는 종래의 안테나가 내장된 전파 손목시계를 나타내는 정면도이다.

도 12(b)는, 도 12(a)의 전파 손목시계를 나타내는 측면도이다.

본 발명은, 시각(時刻)정보를 포함하는 전자파를 수신하여 시각을 수정하는 전파시계, 전자파를 이용하여 소유자의 접근을 검지해서 자동차나 주택용 키를 개방하는 스마트 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템, 및 전자파에 탑재 가능한 변조 신호에 의해 정보를 송수신하는 RFID 태그 시스템에 적절한 자기 센서형 안테나, 및 이를 이용한 전파시계, 키리스 엔트리 시스템 및 RFID 시스템에 관한 것이다.

전파시계는 시각정보를 포함하는 전파를 수신해서 시각을 수정하는 시계이며, 탁상시계, 벽걸이 시계, 손목시계 등 다양한 형태로 실용화되어 있다. 전파시계에는 일반적으로 장파장대(40∼200kHz)의 전파가 사용되고 있으며, 특히 일본에 서는 40kHz 및 60kHz의 2종류의 주파수가 사용되고 있고, 해외에서는 주로 100kHz 이하의 주파수가 사용되고 있다. 이들 전파를 효율적으로 수신하기 위해서는 길이가 수백m를 초과하는 안테나가 필요하지만, 손목시계, 키리스 엔트리 시스템, RFID 시스템 등에서는 안테나의 길이가 제한적이어서, 자심에 코일을 감아서 긴 안테나와 같은 기능을 하는 자기 센서형 안테나가 이용되는 것이 일반적이다.

손목시계는 주로 새시, 무브먼트(구동부 모듈), 그 주변 부품(문자판, 모터, 전지 등), 비금속(유리) 덮개, 및 금속 뒷덮개로 구성된다. 손목시계에 안테나를 내장시킬 경우, 종래에는 새시의 외측에 설치하는 경우가 많았지만, 최근에는 의장성 및 소형 경량화를 위하여 새시 내부에 설치한다. 도 12는 새시(21)에 안테나가 내장된 손목시계의 일례이다. 새시(21) 내부에 무브먼트(22)및 주변 부품( 26; 전지, 시계 바늘을 이동시키는 모터 등)이 배치되어 있으며, 새시(21), 무브먼트(22), 주변 부품(26) 및 뒷덮개(24)에 의해 닫힐 수 있는 공간에 안테나(1)가 배치되어 있다. 한편, 도 12의 정면도에서는 실제로는 안테나(1)는 보이지 않지만, 그 배치를 명확하게 하기 위하여 실선으로 나타낸다.

특개 2003-110341호에는, 비정질 금속의 적층체로 이루어지는 자심에 코일을 감은 전파시계용 소형 안테나가 개시되어 있다. 특개 평8-271659호에는, 페라이트로 이루어진 자심에 코일을 감은 소형 안테나가 개시되어 있다. 일반적으로 손목시계는 의장성이 중요해서, 고급감이나 심미성을 위하여 새시는 금속 재질인 것이 바람직하다. 그러나, 금속 재질의 새시를 가진 시계에 특개 2003-110341호 또는 특개 평8-271659호에 기재된 소형 안테나를 탑재하면, 금속 새시가 전자파에 대한 실드(shield)로서 작용하여, 수신 감도가 대폭 저하되는 문제가 있다.

특개 2002-168978호에는, Q 값을 유지하기 위해서, 금속 케이스와 안테나 사이에 도전성을 가진 밀봉 부재를 설치한 안테나가 개시되어 있다. 그러나, 밀봉 부재를 필수적으로 구비해야 하므로, 대형화와 디자인에 있어서 제약이 있다.

일본 특허 제3,512,782호에는, 자심에 코일을 감은 주자로(主磁路)와, 코일이 감기지 않은 자심인 부자로를 가지며, 양쪽 자심으로 구성된 폐루프 자로의 일부에 에어 갭이 설치되어 있어서, 공진시에 자속이 외부로 누출되기 어려운 안테나가 개시되어 있다. 일본 특허 제3,512,782호의 안테나에서는, 공진시에 자속이 부자로로 흐르기 때문에, 외부로 누출되기 어렵고, 따라서 과전류손실에 의한 Q 값의 저하를 억제할 수 있다. 그러나 이와 같은 구조의 안테나에는, 부자로에 의해 Q 값의 저하가 억제되어도, S/N 비가 저하되는 문제가 있다. S/N 비가 낮으면, 수신된 시각정보의 에러율이 높다.

승용차 등의 키의 원격조작을 가능하게 하는 키리스 엔트리 시스템은, 특정한 전자파용 안테나가 설치된 차량 내부의 송수신 유닛과, 운전자가 소유하는 송수신 유닛(리모트 키)으로 이루어진다. 키리스 엔트리 시스템은, 차량 내부의 송수신 유닛이 저주파로 정기적으로 호출을 행하고, ID와 일치하는 리모트 키를 가진 운전자가 통신 영역에 있으면, 리모트 키에 탑재된 송수신 유닛이 UHF 대(帶)에서 암호화한 ID를 차량에 반송하여, 잠금을 해제하는 방식이다.

RFID(radio frequency identification)시스템은, 소정의 전자파를 송수신하는 안테나에 의해 태그에 기억된 정보를 송수신하는 것이다. RFID 시스템은, 관리 대상물에 부착될 응답기, 질문기, 컴퓨터 등으로 구성된다. 응답기는 RFID 태그로도 지칭되는 것으로서, 정보를 기억하는 메모리와, 질문기와 무선으로 통신하는 무선 송수신부와, 안테나로 구성된다. 질문기는 응답기와의 사이에서 정보를 실은 반송파(전파 또는 자계)를 송수신해서 응답기의 정보를 읽어내거나, 응답기에 정보를 기록하는 것으로, RFID 리더·라이터라고도 지칭되며, 컴퓨터로부터의 명령을 처리하는 컨트롤부, 응답기와 무선으로 통신하기 위한 무선 송수신부, 및 안테나로 구성된다. 질문기로 읽어낸 정보는 컴퓨터 등의 데이터 처리 장치로 전송되어, 관리 대상물의 관리에 이용된다. RFID 시스템의 특징은 전파·전자파를 사용하여 비접촉 방식으로 정보의 판독과 갱신이 가능하므로, 관리 대상물에 부착된 먼지나 오염 등의 영향을 받지 않으며, 질문기와 응답기 사이에 장해물(금속 등을 제외함)이 있어도 교신이 가능하고, RF 필드 내의 복수의 응답기에 동시에 액세스할 수 있다는 것 등이다. 본 발명의 안테나는 응답기의 수신 안테나로 사용할 수 있다.

예를 들면, 버스 등의 행선지 정보 등이 입력된 RFID 태그를 버스에 부착하고, 시간표 정보가 입력된 RFID 태그를 타는 곳의 표시판 등에 매설해 두면, 각종 교통 정보가 인식 가능해진다. 이러한 키리스 엔트리 시스템이나 RFID 시스템에도, 금속 재질의 새시의 내부, 또는 금속 부품의 근처에 설치된 자기 센서형 안테나를 가지므로, 전파의 수신이 금속에 의하여 저하되는 문제가 있다. 따라서, 이들 시스템에서도, 안테나의 소형화와 함께 안테나의 고감도화가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 고감도이며, 높은 S/N 비를 가지는 소형 자기 센 서형 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 자기 센서형 안테나를 가지는 전파시계(특히, 전파 손목시계), 키리스 엔트리 시스템 및 RFID 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 본 발명자 등은, 자심(磁心)에 코일을 감은 주자로(主磁路) 부재와 상기 주자로 부재와 실질적으로 폐자로(閉磁路)를 구성하도록 상기 자심에 자기적으로 접속시킨 부자로(副磁路) 부재로 이루어지는 자기 센서형 안테나에 있어서, 부자로 부재와 자심과의 단면적의 비 및 비투자율의 비를 조정함으로써, 고감도이며, S/N 비를 높일 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은, 자심(磁心)에 코일을 감은 주자로(主磁路) 부재, 및 상기 주자로 부재와 실질적으로 폐자로(閉磁路)를 구성하도록 상기 자심에 자기적으로 접속된 부자로(副磁路) 부재를 포함하는 안테나로서, 상기 코일에서 얻어지는 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 비를 (S/N)₁이라 하고, 상기 부자로 부재를 가지지 않으면서 상기 안테나와 동일하게 구성된 안테나의 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 비를 (S/N)₀이라 할 경우, (S/N)₁>(S/N)₀의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 자심은 페라이트, 비정질 합금, Fe-Cu-Nb-Si-B계 나노 결정 자성 합금 및 Fe-Si계 자성 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 부자로 부재는 연자성 페라이트 분말, 연자성 금속 분말 및 연자성 금속 플레이크로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종과, 수지 및/또는 고무를 혼합해서 이루어진 유연성(柔軟性) 자성 복합 재료인 것이 바람직하다.

상기 부자로 부재의 비투자율은 상기 자심의 비투자율보다 작은 것이 바람직하다. 상기 부자로 부재의 비투자율은 1∼100인 것이 바람직하다.

상기 부자로 부재의 단면적은 상기 자심의 단면적보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 전파시계는, 금속 재질의 새시, 무브먼트, 비금속 재질의 덮개 및 금속 재질의 뒷덮개를 가지며, 상기 금속 재질의 새시 내부에 상기 안테나가 내장된 것을 특징으로 한다.

상기 전파시계에 있어서, 상기 안테나는 상기 부자로 부재가 새시 측에 위치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 전파시계는 전파 손목시계인 것이 바람직하다.

본 발명의 키리스 엔트리 시스템은, 송신기 및 수신기를 가지며, 상기 송신기 및/또는 상기 수신기에 상기 안테나가 내장된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 RFID 시스템은, 상기 안테나가 내장된 RFID 태그를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

[1] 안테나의 구성

도 1(a) 및 1(b)는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나(1)를 나타 낸다. 한편, 안테나(1)의 구조를 명확하게 나타내기 위하여 보빈(bobbin) 등은 생략하였다. 안테나(1)는, 자심(4)과 이를 감고 있는 코일(5)로 이루어진 주자로 부재(2)와, 주자로 부재(2)에 폐자로를 형성하도록 자기적으로 접속된 부자로 부재(3)로 이루어진다.

(1) 주자로 부재

주자로 부재(2)의 자심(4)은, 부자로 부재(3)를 부착하기 위한 단면이 작은 중앙부(4a)와, 단면이 큰 양 단부(4b, 4b)로 이루어진 아령(dumbbell) 형상인 것이 바람직하다. 자심(4)은, 연자성 페라이트, 또는 비정질 합금, Fe-Cu-Nb-Si-B계 등의 나노 결정 자성 합금, Fe-Si계 자성 합금 등의 연자성 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 연자성 금속의 경우, 그 박대(箔帶; 판 두께 20μm 이하)를 아령 형상의 박판(6)으로 가공하고, 절연체를 개재시켜서 30∼40장 적층하여 일체화하는 것이 바람직하다. 자심(4)의 투자율은 가능한 높은 것이 바람직하며, 예를 들면 100 이상이 바람직하고, 500∼100000이 더욱 바람직하다. 자심(4)의 중앙부(4a)에 감긴 코일(5)은 800∼1400턴 정도인 것이 바람직하다.

(2) 부자로 부재

자심(4)의 양 단부(4b, 4b)의 측면(4c, 4c)에 에어 갭을 설치하지 않고 접속시킨 부자로 부재(3)는, 막대형, 판형, 선형 등의 어느 형상이라도 좋다. 자심(4)보다 작은 비투자율을 갖도록, 부자로 부재(3)는, 연자성 페라이트 분말, 또는 나노 결정 연자성 금속 분말 또는 플레이크 등의 연자성 분말과, 수지 또는 고무 등의 바인더를 혼합한 복합 재료에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 나노 결정 연 자성 금속의 분말 또는 플레이크는, 아토마이즈(atomizer)법이나 캐비테이션(cavitation)법 등에 의하여 미리 비정질 합금 분말을 제조하고, 볼 밀이나 어트리션 밀(attrition mill)에 의하여 편형화한 후, 나노 결정화를 위하여 열처리함으로써 얻어진다. 수지로서는, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 염화비닐 수지, 페놀 수지 등이 바람직하다. 고무로서는, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 우레탄 고무 등이 바람직하다. 연자성 분말과 바인더의 질량비를 조절함으로써, 원하는 투자율을 얻을 수 있다. 연자성 분말과 바인더의 질량비는, 연자성 분말의 비투자율이 클 경우에는 작게 하고, 비투자율이 작을 경우에는 크게 하는 것이 좋다. 유연성을 가지는 바인더를 포함하는 유연성 자성 복합 재료는 유연해서 취급이 용이하고, 내충격성이 높고, 가공성이 우수하며, 에어 갭을 용이하게 대체할 수 있다는 장점이 있다. 부자로 부재(3)는 한 개로만 한정되지 않고, 복수로 이용될 수도 있다.

부자로 부재(3)의 비투자율은 자심(4)의 비투자율보다 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 부자로 부재(3)의 비투자율은 1∼100인 것이 바람직하다. 부자로 부재(3)의 비투자율이 100을 넘으면 자속이 주자로에 집중되기 어려워진다. 부자로 부재(3)의 비투자율은 5∼100이 보다 바람직하고, 10∼60이 가장 바람직하다.

부자로 부재(3)의 비투자율이 자심(4)의 비투자율보다 작으면(단, 공기의 비투자율보다 큼), 입사된 자속의 대부분이 자심(4)을 통과하고, 자속의 일부가 부자로 부재(3)를 거친 폐자로를 통과한다. 이렇게 자속을 자심(4)과 부자로 부재(3)로 나누어서 흐르게 함으로써, 높은 신호 전압을 얻을 수 있다.

안테나(1)에 입사된 자속의 일부가 부자로 부재(3)를 거쳐서 주자로 부재(2)의 자심(4)으로 돌아가기 때문에, 코일(5) 내부를 통과하는 자속이 실질적으로 많아진다. 그러나 부자로 부재(3)를 통과하는 자속량이 많아지면, 그만큼 자심(4)을 통과하는 자속량이 적어지므로, 양자를 통과하는 자속량을 최적의 범위로 조정할 필요가 있다. 따라서, 부자로 부재(3)는 자심(4)보다 단면적이 작은 것이 바람직하다. 그리고, 자심(4)의 단면적은 중앙부(4a)의 단면적으로 한다. 부자로 부재(3)와 자심(4)의 단면적의 비는, 양자의 비투자율의 비에 따라서 상이하지만, 일반적으로 1/10000∼1/2이며, 1/1000∼1/2인 것이 바람직하고, 1/100∼1/3인 것이 보다 바람직하고, 1/10∼1/5인 것이 특히 바람직하다. 단면적의 비가 상기 범위이면, 코일(5)을 통과하는 자속량이 많다.

부자로 부재(3)를 통과하는 자속량은, 안테나(1)를 수용하는 새시의 재질, 형상 및 크기에 따라 상이하다. 따라서, 이들의 영향을 고려하고, 부자로 부재(3)의 비투자율, 단면적, 주자로 부재(2)의 자심(4)과의 접촉 면적 등을 적절하게 조정한다.

(3) S/N 비

코일(5)의 전기적 공진에 의해 얻어지는 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 S/N 비는, 부자로 부재(3)를 가지는 본 발명의 안테나의 경우를 (S/N)₁이라 하고, 부자로 부재(3)를 가지지 않으면서 상기와 동일하게 구성된 안테나의 경우를 (S/N)₀이라 하면, (S/N)₁>(S/N)₀의 관계를 만족해야 한다. 한편, S/N 비는 20×log(S/N) 에 의해 구해지는 값이다. (S/N)₁>(S/N)₀의 관계를 만족시키면, 높은 Q 값, 신호 전압(S) 및 S/N 비를 가지는 안테나를 얻을 수 있다.

S/N 비는, 부자로 부재(3)와 자심(4)의 비투자율비 및 단면적비에 따라서 상이함을 발견하였다. (S/N)₁>(S/N)₀의 관계를 만족시키는 S/N 비를 얻기 위해서는, 비투자율비는 (0.05∼200)×10^-3의 범위가 바람직하고, (0.1∼100)×10^-3의 범위가 보다 바람직하고, 단면적비는 1/10000∼1/2이며, 1/1000∼1/2이 바람직하고, 1/100∼1/3이 더욱 바람직하며, 1/50∼1/5가 특히 바람직하다.

[2] 안테나가 내장된 전파시계

도 2에 본 발명의 안테나가 내장된 전파 손목시계(20)의 일례를 나타낸다. 전파 손목시계(20)는 금속 재질(예를 들면, 스테인리스 재질)의 새시(21)와, 그 내부에 배치된 무브먼트(22)와 주변 부품(26), 유리 재질의 덮개(23) 및 금속 재질(예를 들면, 스테인리스 재질)의 뒷덮개(24)와, 무브먼트(22)과 뒷덮개(24)의 사이에 배치된 안테나(1)로 이루어진다. 그리고, 안테나(1)는 실제로는 정면에서 보이지 않지만, 그 배치를 알기 쉽게 하기 위하여 실선으로 나타내었다.

부자로 부재(3)를 유연성 자성 복합 재료로 형성하면, 두께나 면적을 용이하게 조정할 수 있으므로, 금속 새시(21)의 내벽을 따라서 배치할 수 있고, 안테나를 자유롭게 설계할 수 있으므로, 감도 조정도 용이해진다. 또한, 주자로 부재(2)를 금속 새시(21)의 주변부에 배치하면, 외부 자계는 금속 새시(21)와 가까운 자심(4)으로 수렴되기 쉬우며, 금속 새시(21)로부터 멀리 떨어진 부자로 부재(3)로부터 새 어 나온 자계는 새시(21)를 향하기 어려우므로, 과전류가 잘 발생하지 않는다. 따라서, 이들의 이해득실을 고려하고, 금속 새시(21) 내부의 안테나(1)의 배치를 적절하게 선택할 수 있다.

[3] 기타 용도

본 발명의 안테나는, 상기 이외에도, 승용차나 주택 등의 열쇠의 개폐를 원격 조작하는 키리스 엔트리 시스템이나, 정보를 기억한 태그를 이용해서 정보를 송수신하는 RFID 시스템에도 적절하게 이용할 수 있다. 도 3은, 본 발명의 안테나가 내장된 RFID 태그의 일종인 키리스 엔트리 시스템용 키 본체(30)를 나타낸다. 그리고, 도 3에서는, 배치를 명료화하기 위해서 안테나(1)를 실선으로 나타내었다. 키 본체(30)는 주로, 수지 재질의 새시(31)와, 키의 개폐 버튼(33)과, 수발신용 회로 기판(35)과 안테나(1)로 이루어진다. 안테나(1)의 주자로 부재(2)의 자심(4)의 양 단부(4b, 4b)는, 새시(31)의 내면 형상에 따라서 원호 형태의 외면을 가진다. 안테나(1)의 부자로 부재(3)는, 키 본체(30) 내부의 공간을 효과적으로 활용하기 위해서, 새시(31) 측에 설치되어 있다. 키리스 엔트리 시스템이나 RFID 시스템에서는, 전파시계와 마찬가지로, 안테나가 금속 새시 내부 또는 금속 부품과 함께 비금속 새시 내부에 수용되므로, 본 발명의 안테나를 사용하기에 적절하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들에 의하여 한정되지 않는다.

실시예 1

도 4(a) 및 4(b)에 나타낸 주자로 부재(2) 및 부자로 부재(3)를 가진 안테 나(1)를 아래와 같이 제조했다. 주자로 부재(2)는, Mn-Zn계 페라이트(비투자율: 7000, 히타치금속주식회사 제품 페라이트 MT80D)로 하고, 중앙부(4a)(가로, 세로 2mm×길이 8.4mm)와 양 단부(4b, 4b)(가로, 세로 4mm×길이 0.8mm)의 형상으로 가공한 자심(4)과, 선의 직경이 65μm인 에나멜 피막 구리선으로 이루어진 코일(5)로 이루어지고, 코일(5)은 중앙부(4a)에 1180턴 감았다. 두께 1μm 및 평균 입경 35μm의 편평형 고투자율 나노 결정 연자성 금속 분말[히타치금속주식회사 제품인 파인먼트(등록상표)] 45부피%와 바인더 수지로서 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체 11부피% 및 폴리에틸아크릴레이트 23부피%와, 난연제로서 수소화 마그네슘 20부피% 및 적린(red phosphorus) 1부피%의 혼합물(비투자율: 8.5)의 시트(두께: 0.13mm)를 폭 4mm 및 길이 10mm의 크기로 절단하여 부자로 부재(3)로 제조했다. 이러한 부자로 부재(3)를 자심(4)의 양 단부(4b, 4b)의 한 쪽에 부착했다. 부자로 부재(3)의 두께(t)를 표 1에 나타낸다.

도 5(a) 및 5(b)에 나타낸 바와 같이, 전파 손목시계(20)의 새시(21)를 모방한 형상 및 크기를 가진 두께 1mm의 스테인리스 스틸(SUS 403) 재질의 금속 케이스(10) 내부에, 안테나(1)를 부자로 부재(3)가 금속 케이스(10)의 측벽에 인접하도록 설치함으로써, 코일(5)에 의해 자속의 시간 변화에 따른 전압(V)을 검출하는 시험 장치를 제조하였다. 그리고, 안테나(1)는 비자성인 대(臺)(도시하지 않음)에 위치시키고, 금속 케이스(10)의 저면에서 3mm, 측면으로부터 2mm의 위치로 배치했다.

도 6은 상기 시험 장치의 등가 회로를 나타낸다.

L은 자심(4)에 감긴 코일(5)의 인덕턴스이며, R은 코일(5)의 직류 저항과 교류 저항의 총계이다. 안테나(1)와 병렬로 접속된 콘덴서(C)는 코일(5)의 L과 공진 하고, 콘덴서(C)의 양 단에 Q배의 전압이 발생한다. 한편 Q 값은 ωL/R(ω은 전파의 각주파수이며, R은 코일(5)의 저항이며, L은 코일(5)의 자기 인덕턴스임)로 정의되는 값으로, Q 값이 클수록 전력의 손실이 적다.

전자파의 자계 성분에 상당하는 교류 자계의 실질적인 값으로서, 주파수 40kHz, 자계 강도 14pT의 자계를 금속 케이스(10)의 외부에서 안테나(1)에 인가하고, 콘덴서(C)의 용량을 조정함으로써 공진을 일으키고, 신호 전압(S)(감도), 노이즈 전압(N) 및 Q 값을 도 7에 나타낸 Lock-in-Amp 방식에 의해 측정했다. Lock-in-Amp 방식은, 안테나(1)를 전파시계 중의 전자회로와 등가인 전자회로에 접속함으로써 전파시계에서 사용하는 것과 동일한 전기적 상태로, 정확하게 안테나 특성을 측정하는 방법이다. 결과를 도 8∼10에 나타낸다.

실시예 2∼4

부자로 부재(3)의 두께(t)를 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 안테나를 제조했다. 실시예 4에서는, 도 11에 도시한 바와 같이 두께 0.5mm의 2개의 부자로 부재(3a, 3b)를 자심(4)의 단부(4b, 4b)의 양측에 부착했다. 실시예 1과 동일한 방법으로 Q 값, 신호 전압(S), 노이즈 전압(N) 및 S/N 비를 측정했다. 결과를 도 8∼10에 나타낸다.

비교예 1

부자로 부재(3)를 설치하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로, 안테나를 제조했다. 실시예 1과 동일한 방법으로 Q 값, 신호 전압(S), 노이즈 전압(N) 및 S/N 비를 측정했다. 결과를 도 8∼10에 나타낸다.

[표 1]

예 No.	부자로 부재의 두께(t)
비교예 1	0mm⁽¹⁾
실시예 1	0.13mm
실시예 2	0.25mm
실시예 3	0.5mm
실시예 4	0.5×2⁽²⁾

주: (1) 부자로 부재 없음

(2) 두께 0.5mm의 2개의 부자로 부재

도 8로부터, 부자로 부재(3)의 두께를 증가시킴에 따라서 Q 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 이는, 안테나(1)로부터의 자속이 금속 새시 내부를 흐를 때에 발생하는 과전류 손실에 의해 생성되는 교류 저항이, 자속의 일부가 부자로 부재(3)을 거쳐서 자심(4)으로 되돌아감에 따라 감소되었기 때문인 것으로 생각된다. 그러나, 도 9로부터 명확히 알 수 있듯이, 부자로 부재(3)의 두께가 커짐에 따라서 신호 전압(S)뿐만 아니라 노이즈 전압(N)도 증가했다. 신호 전압(S) 및 노이즈 전압(N)으로부터 구해지는 S/N 비[20×log(S/N)]를 도시한 도 10으로부터 명확히 알 수 있듯이, 두께 0.13mm의 부자로 부재(3)를 설치한 실시예 1의 안테나의 S/N 비가 가장 높았다.

실시예 1∼4을 비교한 결과, 부자로 부재(3)가 지나치게 두꺼워지면 S/N 비가 오히려 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서, 부자로 부재(3)의 두께를 적절하게 조정하면, Q 값, 신호 전압 및 S/N 비가 최적인 조합을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그 결과, 우수한 Q 값 및 신호 전압을 가지는 동시에 높은 S/N 비를 가지기 위해서는, 부자로 부재의 두께(t)(부자로 부재/자심의 단면적비)를, 부자로 부재/자심의 비투자율의 비가 0.0012인 경우, 0mm 초과, 약 0.2mm 이하(0 초과, 약 0.2 이하)로 하면 바람직한 것을 알 수 있다. 그리고, 부자로 부재(3)의 두께(단면적)를 조절하는 대신, 부자로 부재(3)와 자심(4)과의 접촉 면적을 변경해도 상기와 같은 조절이 가능하다.

본 발명의 안테나는, 외부에서 입사된 자속을 주자로 부재의 자심으로 받고, 공진 때의 방사 자속을 부자로 부재로 유도하고, 자심으로 효율적으로 되돌리기 때문에, 높은 신호 전압 및 높은 Q 값을 가진다. 부자로 부재를 자심보다 비투자율이 낮은 연자성 재료로 형성하면서, 부자로 부재/자심의 단면적비를 조정함으로써, 부자로 부재를 통과하는 자속량을 조절하여, 높은 S/N 비를 얻을 수 있다.

본 발명의 안테나가 금속 재질의 새시 내부에 배치된 전파시계의 경우, 금속 재질의 새시에 의한 감도 및 Q 값의 저하, 및 공진 전류에 의한 자속의 유출을 억제할 수 있기 때문에, 높은 실효 감도를 얻을 수 있다. 또한, 유연성 자성 복합 재료로 이루어지는 부자로 부재를 이용했을 경우, 자유로운 설계가 가능하고, 조립성이 양호하므로, 디자인적인 제약이 없는 고감도의 안테나를 얻을 수 있다. 이러한 안테나는, 소형이며 고성능인 전파시계(특히, 전파 손목시계), 키리스 엔트리 시스템, RFID 시스템 등에 적합하다.

Claims

자심(磁心)에 코일을 감은 주자로(主磁路) 부재; 및

상기 주자로 부재와 실질적으로 폐자로(閉磁路)를 구성하도록 상기 자심에 자기적으로 접속된 부자로(副磁路) 부재

를 포함하는 안테나로서,

상기 코일에서 얻어지는 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 비를 (S/N)₁이라 하고, 상기 부자로 부재를 가지지 않으면서 상기 안테나와 동일하게 구성된 안테나의 신호 전압(S)과 노이즈 전압(N)의 비를 (S/N)₀이라 할 경우, (S/N)₁>(S/N)₀의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 자심은 페라이트, 비정질 합금, Fe-Cu-Nb-Si-B계 나노 결정 자성 합금 및 Fe-Si계 자성 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부자로 부재는 연자성 페라이트 분말, 연자성 금속 분말 및 연자성 금속 플레이크로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종과, 수지 및/또는 고무로 이루 어진 유연성(柔軟性) 자성 복합 재료인 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부자로 부재의 비투자율은 상기 자심의 비투자율보다 작은 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부자로 부재의 비투자율은 1∼100인 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부자로 부재의 단면적은 상기 자심의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 안테나.
금속 재질의 새시(sash);

무브먼트;

비금속 재질의 덮개; 및

금속 재질의 뒷덮개

를 포함하는 전파시계로서, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 안테나가 내장된 것을 특징으로 하는 전파시계.
제7항에 있어서,

상기 안테나는, 상기 부자로 부재가 상기 새시 측에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전파시계.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 전파시계는 전파 손목시계인 것을 특징으로 하는 전파시계.
송신기; 및

수신기

를 포함하는 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템으로서, 상기 송신기 및/또는 수신기에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 안테나가 내장된 것을 특징으로 하는 키리스 엔트리 시스템.
RFID 태그

를 포함하는 RFID 시스템으로서, 상기 RFID 태그에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 안테나가 내장된 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.