KR20140021127A

KR20140021127A - 엔에프씨 안테나

Info

Publication number: KR20140021127A
Application number: KR1020120086593A
Authority: KR
Inventors: 김종태; 김도성
Original assignee: 주식회사 글로브알에프
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-20
Also published as: KR101952959B1

Abstract

본 발명은 NFC 안테나에 관한 것으로서, 장방형 기판의 외곽에 근접한 2 내지 3 턴의 외곽루프와 상기 외곽루프에 연이어 지고 긴 가로변들과는 근접하고 짧은 세로변들과는 각각 중심 축과 35 내지 65%의 위치하는 1 내지 2 턴의 내측루프로 이루어지는 NFC 안테나를 제공한다.
본 발명에 의한 NFC 안테나는 최소 3 턴 이상이고 최대 5턴(분지된 경우를 계산하면) 이상이면서도 전자파 흡수시트를 포함한 안테나 구조에서 동일한 안테나 면적에서 Q값과 인식거리를 개선하고 무감지 영역(Null Point)이 제거된다. 또한, 안테나의 길이에 비해 임피던스 L값이 작고 임피던스 정합 조건이 우수하여 수동 태그에 유도 기전력을 발생 시키는 자계 필드를 좀 더 효과적으로 구현한다.

Description

엔에프씨 안테나{NFC Antenna}

본 발명은 NFC 안테나, 더 상세하게는 HF대역(13.56MHz)을 사용하는 근거리 무선 통신(NFC; Near Field Communication) 안테나에 관한 것이다.

근거리 무선 통신(NFC; Near Field Communication)에 적용되는 HF대역(13.56MHz)에 사용되는 기존 안테나(앞으로 “NFC 안테나”라고 한다)는 대부분 루프의 초입과 말단에 단자를 갖고 기판의 외곽에 형성된 3턴 내지 4턴의 루프 안테나를 채용한다. 루프 안테나의 공진 주파수는 다음 식1에 의하여 얻어진다. 여기서 L과 C는 루프를 형성하는 패턴의 길이와 턴(Turn)수와 패턴 간의 간격 등에 따라 결정되어 진다.

식1

루프 안테나의 특성 중 중요 품질요소로서 인식거리와 관련성이 있는 민감도 지표인 Q값은 다음과 같은 식2에 의하여 구할 수 있다. 코일에 외부로부터 온 저장된 에너지는 코일 자체의 저항성분에 의해 시간이 되면서 소멸되는 데 Q(Quality Factor) 값은 이때 발생되는 손실의 정도를 나타내는 개념으로 Q가 낮을수록 품질이 떨어짐을 알 수 있으며, Q값이 좋을수록 품질이 향상되어 인식거리가 증가하게 된다.

식2

인식거리를 포함한 Q값을 올리기 위해서는 일반적으로 패턴의 길이를 늘이고 안테나 저항을 줄여야 한다.

한국특허공개 제10-2008-0013213호에는 루프의 턴 수를 높게 하고 보상회로를 부가하여 공진주파수를 보정하고 인식거리를 제고한 Rfid 안테나 기술이 기재되어 있다. 한국특허공개 제10-2008-0058176호에는 루프를 늘려 직병렬 다중 안테나를 구성한 Rfid 안테나를 개시하고 있다. 한국특허공개 제10-2009-0100578호에는 거미줄 패턴의 병렬 연결된 다중 Rfid 안테나를 개시하고 있다. 그러나 루프의 턴 수를 늘리는 경우 La는 증가하지만 Ra 또한 증가하는 문제가 있고 공진주파수가 달라지고 이를 보정해야 하는 문제가 있어 Q값이 예상만큼 개선되지 않는다.

또한 종래의 루프 안테나는 기판 또는 카드의 외곽에만 형성되어 근접한 중심부는 자장이 형성되지 않는 무감지 영역(Null Point)이 존재한다.

본 발명은 종래 구조의 루프 안테나에서 탈피하여 Q값과 인식거리를 개선하고 무감지 영역(Null Point)이 제거된 새로운 구조의 NFC 안테나를 제공하기 위한 것이다.

특히, 본 발명은 전자파 흡수시트를 포함한 안테나 구조에서 동일한 안테나 면적에서 임피던스 정합 조건이 우수하여 수동 태그에 유도 기전력을 발생 시키는 자계 필드를 좀더 효과적으로 구현하는 새로운 구조의 NFC 안테나를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하여, 긴 가로변과 짧은 세로변을 갖는 장방형 기판의 외곽에 근접한 2 내지 3 턴의 외곽루프와 상기 외곽루프에 연이어 지고 상기 긴 가로변들과는 근접하고 상기 짧은 세로변들과는 각각 중심 축과 35 내지 65%의 위치하는 1 내지 2 턴의 내측루프로 이루어지는 NFC 안테나가 제공된다. 본 발명의 NFC 안테나에서 외곽루프의 제일 안쪽 루프와 내측루프는 동시에 짧은 세로변 쪽으로 2 내지 5가닥으로 분지되는 병렬 레인을 가질 수 있다.

상기 장방형 기판은 가로변이 세로변보다 대략 1.4 내지 1.8배 긴 직사각형으로, 예를 들면 50mmX30mm의 크기이거나 80mmX50mm의 크기이다.

외곽루프와 내측루프가 단일 직렬 레인으로 연이어진 본 발명의 한 실시양태는, 바람직하게는 2 턴의 외곽루프와 2 턴의 내측루프로 이루어지고 내측루프가 끝나는 부분에서는 종래의 루프 안테나와 마찬가지로 스루홀을 통하여 이면의 리드 선으로 단자와 연결된다.

본 발명의 NFC 안테나의 다른 실시양태에서는 외곽루프의 제일 안쪽 루프와 내측루프는 동시에 짧은 세로 변 쪽으로 2 내지 5가닥으로 분지되는 병렬 레인을 가지는데, 바람직하게는 외곽루프는 3 턴이고 마지막 턴은 세로 변 쪽으로 4가닥 으로 분지된 레인을 가지며 내측루프는 1 턴이고, 마찬가지로 세로 변 쪽으로 4가닥으로 분지된 레인을 가질 수 있다.

본 발명에 의한 NFC 안테나는 최소 3 턴 이상이고 최대 5턴(분지된 경우를 계산하면) 이상이면서도 전자파 흡수시트를 포함한 안테나 구조에서 동일한 안테나 면적에서 Q값과 인식거리를 개선하고 무감지 영역(Null Point)이 제거된다. 또한, 안테나의 길이에 비해 임피던스 L값이 작고 임피던스 정합 조건이 우수하여 수동 태그에 유도 기전력을 발생 시키는 자계 필드를 좀 더 효과적으로 구현한다.

도1은 종래의 2단자 4턴 루프 안테나의 그림이고
도2는 2단자 루프 안테나의 회로도이고
도3는 본 발명 한 실시양태의 루프 안테나의 그림이고
도4는 도3 안테나를 중심 축을 기준하여 4분한 분할 선과 널 포인트 체크 지점을 보여주는 그림이고
도5는 본 발명 다른 실시양태의 루프 안테나의 그림이다.

이하 도면과 실시예에 의하여 발명을 상세히 설명한다.

도1과 도2을 참조하면 종래의 루프 안테나(4 턴)는 2단자 구조로서 콘덴서에 튜닝되어 RF 입력단자에 연결된다.

도3은 본 발명 한 실시양태의 루프 안테나의 그림으로 외곽루프(4)는 3 턴이고 마지막 턴은 세로변 쪽으로 4가닥 으로 분지된 레인(4')을 가지며 상기 내측루프(5)는 1 턴이고, 마찬가지로 세로변 쪽으로 4가닥으로 분지된 레인(5')을 가진다. 도4에 보이는 바와 같이 장방형 기판을 4등분 하면 내측루프(5)는 가로 변은 외곽루프(4)에 근접하고 세로 변의 분지된 레인(5')은 세로 변과 중심축 사이를 100%라고 하면 35% 내지 65% 위치에 형성된다. 전자파 흡수체 0.1T 포함하여 0.25T의 50mmX30mm의 도3과 같은 패턴의 안테나 카드와 동일한 규격의 종래 도1의 패턴의 안테나 카드를 준비하고 동일한 규격의 NXP사의 PN544에 IC칩을 사용하는 매칭회로에 연결한다. 시험용 태그는 Broardcom사의 Topaz 카드(NFC 포럼 규격 Type 1)와 NXP사의 Ultralight (NFC 포럼 규격 Type 2)를 사용하여 안테나와 거리를 이격 시키면서 인식되는 최대 거리를 측정하여 하기 표1에 그 결과치를 나타내었다. 인식거리 측정에는 NXP사의 시험소프트웨어를 사용하였다. 인식거리 개선은 각각 18%와 19%이었다.

	Topaz 측정 거리	Ultra light 측정 거리
종래 4T 안테나(도1)	37	27
특허 안테나(도3)	44	32
개선 거리	+ 7mm 19% 개선	+5mm 18% 개선

상기 안테나 카드의 널 포인트(null point)를 검사하기 위하여 액세서리 형태의 한국스마트 지름 22mm의 원형 시험용 태그를 사용하여 도4에 도시된 중심부 "가"와 남동북서 방향으로 각각 1cm 떨어진 "나", "다", "라"와 "마" 지역에 위치시켜 인식여부를 측정하였다. 인식여부는 NXP사의 시험소프트웨어를 사용하여 결정하였다. 그 결과는 다음 표2와 같다.

	측정 포인트
	가	나	다	라	마
종래 4T 안테나(도1)	O	O	X(Fail)	O	X(fail)
특허 안테나(도3)	O	O	O	O	O

도5는 본 발명 다른 실시양태의 루프 안테나의 그림으로, 외곽루프(6)는 2 턴이고 상기 내측루프(7)는 2 턴이고 단일 직렬 레인으로 연이어진다. 마찬가지로 장방형 기판을 4등분 하면 내측루프(7)는 가로 변은 외곽루프(6)에 근접하고 세로 변은 세로 변과 중심축 사이를 100%라고 하면 35% 내지 65% 위치에 형성된다. 전자파 흡수체 0.1T 포함하여 0.15T의 80mmX50mm의 도5와 같은 패턴과 동일한 규격의 종래 도1의 안테나 시트를 준비하였다. 동일한 규격의 NXP사의 PN544에 IC칩을 사용하는 매칭회로에 연결한다. 시험용 태그는 Broardcom사의 Topaz 카드(NFC 포럼 규격 Type 1)와 NXP사의 Ultralight (NFC 포럼 규격 Type 2)를 사용하여 안테나와 거리를 이격시키면서 인식되는 최대 거리를 측정하여 하기 표3에 그 결과치를 나타내었다. 인식거리 측정에는 NXP사의 시험소프트웨어를 사용하였다. 인식거리 개선은 각각 16%와 14%이었다.

	Topaz 측정 거리	Ultra light 측정 거리
종래 4T 안테나(도1)	45	42
특허 안테나(도5)	52	48
개선 거리	+ 5mm 16% 개선	+5mm 14% 개선

1; 종래의 NFC 안테나 2; 본 발명의 일 NFC 안테나
3; 본 발명의 다른 NFC 안테나 4; 외곽루프 4'; 분지된 외곽루프
5; 내측루프 5'; 분지된 내측루프
6; 단일 직렬 레인 외곽루프 7; 단일 직렬 레인 내측루프
9; 이면 리드 선 11; 제1단자 12; 제2단자

Claims

장방형 기판의 외곽에 근접한 2 내지 3 턴의 외곽루프와 상기 외곽루프에 연이어 지고 긴 가로변들과는 근접하고 짧은 세로 변들과는 각각 중심 축과 35 내지 65%의 위치하는 1 내지 2 턴의 내측루프로 이루어지는 NFC 안테나.
제1항에 있어서, 상기 장방형 기판은 가로변이 세로변보다 대략 1.4 내지 1.8배 긴 직사각형인 NFC 안테나.
제1항에 있어서, 상기 외곽루프는 2 턴이고 상기 내측루프는 2 턴이고 단일 직렬 레인으로 연이어지는 NFC 안테나.
제1항에 있어서, 상기 외곽루프의 제일 안쪽 루프와 상기 내측루프는 동시에 짧은 세로 변 쪽으로 2 내지 5가닥으로 분지되는 병렬 레인을 가지는 NFC 안테나.
제4항에 있어서, 상기 외곽루프는 3 턴이고 마지막 턴은 세로변 쪽으로 4가닥으로 분지된 레인을 가지며 상기 내측루프는 1 턴이고, 마찬가지로 세로변 쪽으로 4가닥 으로 분지된 레인을 가지는 NFC 안테나.