KR20110064403A

KR20110064403A - 비접촉식 무선 데이터 통신의 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기의 안테나 구성 및 설치구조

Info

Publication number: KR20110064403A
Application number: KR1020090120999A
Authority: KR
Inventors: 강병철; 금교익
Original assignee: (주)카이노스
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-15

Abstract

비접촉식 무선 데이터 통신(RFID: Radio Frequency Identification) 기능을 수행하는 테그(tag) 안테나의 구성 및 설치구조가 개선된 무선 식별 안테나를 구비한 휴대 단말기가 개시된다. 비접촉식 무선 데이터 통신(RFID)의 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기는 절연성 소재의 단말기 케이스와, 상기 케이스의 내 외측에 배치된 전자회로 시스템, 그리고 밧데리 (Battery) 등을 구비하는 것으로, 페라이트(Ferrite)와 같은 자성체로 이루어지는 코어(core)와, 코어에 코일(coil) 또는 도전체 와이어(wire)로 권선되는 안테나 혹은 도전성 박판 및 도금으로 형성시킨 안테나, 및 그 코어와 안테나에 인접하게 배치된 도전체 물질을 포함한다. 따라서, 종래의 휴대 단말기에 사용 되고 있는 FPCB Type의 비접촉식 무선 테이터 통신 테그 안테나에 비해 제조공정 단순화을 통해 제조비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 도전체를 휴대 단말기에 실장 되어있는 밧데리 혹은 기타 금속 구조물로 대체함으로써 휴대 단말기의 공간활용이 용이하여 단말기의 소형화에 기여할 수 있다.

비접촉식, 테그, 루프안테나, 휴대 단말기, RFID, 코어, NFC

Description

비접촉식 무선 데이터 통신의 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기의 안테나 구성 및 설치구조 {Antenna configuration of the carrying terminal which possessed a tag antenna of a Radio Frequency Identification communication and installation structure}

이 기술은 휴대 단말기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리 비접촉식 무선 데이터 통신(RFID)을 수행하는 테그(Tag) 안테나의 구성 및 설치구조가 개선된 RFID 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기에 관한 것이다.

비접촉식 무선 데이터 통신 테그 안테나(RFID Tag ANT : Radio Frequency Identification Tag Antennas)는 각 종 휴대 전화기, PDA, 교통카드, 라벨 등 이동통신기기를 포함하는 휴대 단말기에 설치되는 것과 각종 카드 및 물류 관리를 위한 라벨 등에 설치되는 것으로, 주 통신기기 인 리더(Reader) 와는 별도로 장착되어 인증, 상거래, 금융거래, 교통요금 결제 등에 사용된다.

비접촉식 무선 데이터 통신은 리더(Reader)기의 루프안테나에서 생성된 전계로 부터 자계가 형성되고, 그 자계를 이용해 통신하고자 하는 데이터를 실어 테그와 통신하는 방식으로써 passive, active, semi-active등이 있다.

일반적으로, RFID 테그 안테나를 갖는 휴대 단말기는 단말기 케이스 내측에 인쇄회로기판 (PCB), 쉴드켄 (Shield CAN), 밧데리 (Battery), 각종 콘넥터 (connector) 등의 도전성 금속 구조물을 다수 내포하고 있다. 만약, 테그 안테나를 자성체 코어나 압소버 시트 없이 그대로 휴대단말기 내에 설치하여 사용하는 경우, 도전성 금속 구조물에 의해 전계로부터 형성된 자계가 소멸 및 와류손 등의 치명적 손실을 가져오게 된다. 이와 같은 손실은 신호의 통신거리를 극도로 짧아지게 하거나 안테나의 통신기능을 발휘하지 못하게 한다.

이와 같은 단점을 개선하기 위해 종래의 휴대단말기에서는 테그 안테나의 후면에 고투자율 자성체로 이루어진 압소버 시트(absorber sheet)를 부착하는 방법이 사용되고 있으나, 압소버 시트는 FPCB Type의 테그 안테나와 더불어 제조비용이 고가이고, 테그 안테나를 휴대단말기 케이스 내에 설치 할 경우 단말기의 소형화가 힘들며, 그에 따라 통신거리가 짧아지는 문제점이 있다.

종래의 문제점을 해결하기 위하여, 개선된 구조의 테그 안테나를 제공하고, 안테나의 통신거리를 충분히 확보하는 동시에 사용재료의 개선을 통해 제조비용을 감소시킨다. 또한 휴대 단말기에 사용된 금속 구조물을 활용하여 공간 활용성을 높여 휴대 단말기의 소형화 설계가 가능하도록 한다.

비접촉식 무선 데이터 통신(RFID)의 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기는 절연성 소재의 단말기 케이스와, 상기 케이스의 내 외측에 배치된 전자회로 시스템, 그리고 밧데리 (Battery) 등을 구비하는 것으로, 페라이트(Ferrite)와 같은 자성체로 이루어지는 코어 (core)와, 코어에 코일(coil) 또는 도전체 와이어(wire)로 권선되는 안테나 혹은 도전성 박판 및 도금으로 형성시킨 안테나, 및 그 코어와 안테나에 인접하게 배치된 도전체 물질을 포함한다.

이 경우, 도전체 물질은 밧데리가 가장 용이하며, 도전체는 인쇄회로기판 (PCB), 쉴드켄 (Shield can), 밧데리, 콘넥터 (Connector)류의 금속체 등 그 중 적어도 하나 이상으로 구성 될 수 있다.

또한, 코어에 코일로 권선시킨 안테나는 절연성 사출물 케이스로 조립하거나 절연성 물질로 코팅 혹은 몰딩 처리 한다.

또한, 코어측에 형성된 안테나 패턴과 컨텍트 (contact) 단자를 연결하여, 휴대 단말기의 전자회로부분과 전기적 연결할 수 있도록 접점 단자구조를 갖고, 휴대 단말 기에 조립이 용이한 구조로 한다.

코일, 와이어 등의 안테나 패턴은 단선 혹은 복선으로 감을 수 있다.

자성체 코어를 이용한 테그 안테나는 매우 작은 크기로 큰 유도 기전력을 얻을 수 있기 때문에, 긴 통신 거리를 확보 할 수 있어 휴대 단말기의 소형화 설계가 가능하게 한다. 또한, 테그 안테나와 전기적 연결 할 수 있는 접점 단자구조를 가지고 있어 휴대 단말기에 조립이 용이하며,재료비가 감소하여 제조비가 절감되는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면에 따라서 비접촉식 무선 데이터 통신(RFID) 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일 실시 예에 따른 휴대 단말기의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 비접촉식 무선 데이터 통신을 위한 회로도이며, 도 3은 일 실시 예에 따른 안테나의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이다. 도 4는 일 시시 예에 따른 안테나와 금속체의 배치를 나타낸 평면도 및 측면도이다. 도 5는 일 시시 예에 따른 안테나의 자성체 코어의 모양을 도시한 사시도며, 도 6과 도7은 일 실시 예에 따른 안테나의 단말기 전자회로 부분과 전기적으로 접촉할 접점 위치를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 휴대단말기(1)는 케이스(10)와, 케이스 내부의 단말기 전자회로부, 안테나(20) 및 밧데리(30), USIM 카드(40)부를 구비한다.

케이스(10)는 주로 절연성 소재의 합성수지 재질로 이루어지며 금속성 재질로 이루 어질 수도 있다. 또한 케이스(10)는 밧데리 커버를 포함할 수 있다.

USIM 카드(40)는 비접촉식 무선 데이터 통신으로 통신하고자 하는 데이터의 읽기 및 쓰기가 가능하며, 저장할 수 있는 매체의 총칭하는 것으로, 휴대 단말기 전자회로에 내장 되거나 카드 형태로 사용될 수 있다.

도 2에 구성된 회로도와 같이, 비접촉식 무선 데이터 통신 시스템은 안테나(20)와 단말기 하드웨어 회로부분에 내장된 매칭회로 및 USIM카드(40)로 구성된다. 안테나(20)의 주된 성분인 인덕턴스(L)값과 매칭회로의 주 성분인 캐페시턴스(C) 값의 주파수 공진으로 13.56MHz의 주파수가 발생시키며, 이를 통해 리더기의 정보를 USIM카드(40)로 쓰기를 하거나 USIM카드(40) 내의 정보를 읽을 수 있다. 공진되는 주파수는 사용 하려는 주파수대역에 맞춰 안테나(20)의 권선되는 코일(210) 턴 수 및 매칭회로의 캐페시턴스(C) 값을 조정하여 튜닝한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(20)는 코일(210) 및 코어(220), 컨텍트 접점단자(230) 및 케이스(240)로 구성된다. 코일(210)은 도전체 와이어(wire) 혹은 도전성 박판 및 도금으로 형성된 패턴으로 대체 할 수 있으며, 케이스(240)는 합성수지로 사출성형 하거나, 코팅 혹은 몰딩 물질(250)로 대체 할 수 있다.

도 4에서와 같이, 신호의 통신거리를 확보하기 위해 안테나(20)와 밧데리(30)를 최대한 가깝게 위치 시킨다. 도전체는 넓을수록 특성이 좋으며, 코어(220)의 높이보다 같거나 높게 설치 할수록 효율적이다. 시험한 휴대 단말기에서 단말기 내측에 사용된 도전체 중에서 밧데리가 가장 통신거리가 길게 나왔으며, PCB의 그라운드(GND)면이나 쉴드켄 등의 도전체를 이용할 경우, 그 통신거리는 밧데리를 사용할 경우에 비해 짧게 측정되었다.

코어(220)는 도 5(a)와 같이 일자형으로 가공하여 코일을 권선하는 방법과 도 5(b)와 같이 I자형으로 가공하여 중간 홈에 코일을 권선 할 수 있다.

컨텍트 접점단자(230)는 안테나(20)와 휴대 단말기의 전자회로부를 전기적으로 연결하는 부분으로 사용되며, 단말기 조립이 용이하게 접점 방식을 체택한다. 또한, 컨텍트 접점단자(230)는 휴대 단말기의 회로부품 배치 공간효율성을 높이기 위해 도 6과 도 7과 같이 다양한 컨텍트 접점단자 위치를 만들 수 있다. 도 6(a)와 도 7(a)와 같이 안테나(20)의 양쪽 측면에서 접점부를 설치 할 수 있으며, 도 6(b)와 도 7(b)와 같이 안테나(20)의 하단부에서 접점부를 설치 할 수 있다. 또한, 도 6(c)와 도 7(c)와 같이 하단부에 접점부를 설치 하고, 코일(210)이 컨텍트 접접단자(230)에 연결되기 위한 코일간 중첩되는 것을 방지하기 위해, 어느 한쪽의 컨텍트 접점단자(230)를 코일(210)의 시작점까지 높여 설치 할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 휴대 단말기의 사시도.

도 2는 일 실시 예에 따른 비접촉식 무선 데이터 통신을 위한 회로도.

도 3(a)은 일 실시 예에 따른 안테나 구성을 나타낸 사시도.

도 3(b)는 도 3(a)의 변형 예에 따른 안테나 구성을 나타낸 사시도.

도 4(a)는 일 실시 예에 따른 안테나 및 도전체 구성 평면도.

도 4(b)는 일 실시 예에 따른 안테나 및 도전체 구성 측면도.

도 5(a)는 일 실시 예에 따른 안테나 자성체 코어의 일자형 코어를 도시한 사시도.

도 5(b)는 도 5(a)의 변형에 따른 안테나 자성체 코어의 I자형 코어를 도시한 사시도.

도 6(a)는 일 실시 예에 따른 단말기 전자회로 부분과 안테나가 전기적으로 접촉할 부분으로써 일자형 코어의 단자 및 접점위치 A형을 나타낸 사시도

도 6(b)는 도 6(a)의 변형에 따른 일자형 코어의 단자 및 접점위치 B형을 나타낸 사시도.

도 6(c)는 도 6(a)의 변형에 따른 일자형 코어의 단자 및 접점위치 C형을 나타낸 사시도.

도 7(a)는 도 6(a)의 변형에 따른 I자형 코어의 단자 및 접점위치 A형을 나타낸 사시도.

도 7(a)는 도 6(a)의 변형에 따른 I자형 코어의 단자 및 접점위치 B형을 나타낸 사시도.

도 7(a)는 도 6(a)의 변형에 따른 I자형 코어의 단자 및 접점위치 C형을 나타낸 사시도.

Claims

절연성 케이스와, 케이스 내부의 단말기 전자회로부, 안테나, 밧데리, USIM 카드부를 구비하는 휴대단말기에 있어서,

자성체로 이루어지는 Ni-Zn(니켈-아연)계 페라이트 코어, 상기 코어에 권선되는 코일로 구성되는 안테나, 상기 코어의 안테나 패턴과 연결된 컨텍트 접점단자, 상기 안테나와 상기 코어가 인접하여 설치된 밧데리를 포함하는 비접촉식 무선 통신 테그 안테나를 구비한 휴대 단말기.
제1항에 있어서,

상기 안테나는 상기 코어에 도전성 박판 및 도금으로 형성시킨 안테나 패턴를 포함하며, 절연성 재질의 사출성형, 합성수지 초음파융착, 코팅, 몰딩 등의 적어도 하나의 방법으로 처리된 안테나 케이스를 가진 안테나.
상기 안테나는 상기 코어에 휴대 단말기와 전자 회로적으로 연결하기 위한 접촉식 구조인 컨텍트 접점구조를 구비한 비접촉식 무선 통신 테그 안테나.