KR20140027227A

KR20140027227A - Usb 케이블 안테나

Info

Publication number: KR20140027227A
Application number: KR1020137029363A
Authority: KR
Inventors: 요시타카 요시노; 사토루 츠보이
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2014-03-06
Also published as: RU2013150223A; US20140184469A1; TW201251345A; EP2712024B1; US9431697B2; CN102790272B; CN202905945U; CN102790272A; BR112013029040A2; EP2712024A4; KR101926210B1; TWI558113B; JP2012244327A; EP2712024A1; JP5834487B2; WO2012157377A1

Abstract

정보 단말 기기에 접속하는 USB 케이블의 ID 단자와 UDB 케이블의 금속 실드를 접속한다. 그리고, USB 케이블의 금속 실드와 접지 라인에 의해 다이폴 안테나를 구성한다. 이에 의해, USB 케이블로서의 기능을 가지면서, FM대, VHF대 또는 UHF대의 전파를 수신할 수 있다.

Description

USB 케이블 안테나{USB CABLE ANTENNA}

본 발명은 정보 단말 기기의 입출력용으로 사용되는 USB(Universal Serial Bus) 케이블의 기능을 확장시킨 USB 케이블 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대 전화기 등의 정보 단말 기기에 의해, 텔레비전 방송 등을 수신하기 위해서는, 정보 단말 기기 내에 전용 수신 안테나를 설치하거나, 오디오 신호를 듣기 위한 이어폰 단자로부터 안테나 입력을 취득하거나 어느 하나의 방법이 사용되고 있다.

한편, 가정 내의 부엌 등, 텔레비전 방송용 안테나 콘센트가 없는 방에서 텔레비전 방송을 수신하고자 하는 요구가 있는데, 이러한 경우, 전력 전송용 케이블을 텔레비전 방송용 안테나로서 이용하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 전력 전송용 케이블의 전원 회로측에 설치한 고주파 차단용 인덕터와, 휴대 단말기측에 설치한 고주파 차단용 인덕터의 거리를, 수신하는 텔레비전 방송 등의 반송 주파수의 1/4 파장의 정수배로 설정하고 있다. 이에 의해, 넓은 주파수 대역의 텔레비전 방송 등의 수신이 가능해진다.

또한, 안테나로서 사용하는 케이블에, 주파수가 중복하는 다른 신호를 전송 시킬 때, 커넥터를 공유화해도 충분한 안테나 특성을 얻을 수 있는 수신 장치가, 본 발명자들에 의해 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).

일본 특허 공개 제2010-157991호 공보 일본 특허 공개 제2010-219904호 공보

이러한 상황에서, 정보 단말 기기에 의해 FM 라디오나 텔레비전을 시청하고자 하는 요구는, 지금까지와 마찬가지로 많이 있다. 그러나, 한편으로 최근의 정보 단말 기기의 박형화, 소형화에 수반하여, 많은 커넥터가 배치되어야 하는 스페이스가 부족하다.

따라서, 모든 정보 단말 기기의 신호 전송용 및 전력의 급전용으로 사용되는 USB 케이블을, 텔레비전 방송 등의 전파를 수신하는 안테나로서 사용할 수 있으면 그 효과는 크다.

본 발명의 목적은, 정보 단말 기기의 USB 단자에 접속되는 USB 케이블에 고주파 신호의 안테나 기능을 갖게 하고, 이 USB 케이블을 사용하여, FM 라디오나 텔레비전 등의 전파를 수신할 수 있는 USB 케이블 안테나를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 USB 케이블 안테나는, 정보 단말 기기에 접속되는 소정 길이의 USB 케이블에 접속되는 USB 커넥터의 ID 단자에 상기 USB 케이블의 금속 실드를 접속한다.

또한, USB 케이블의 전원 공급 라인 및 접지 라인의 양단에 원하는 대역의 고주파 신호에 대해서 고임피던스로 되는 고주파 차단 소자를 접속하고, USB 케이블의 차동 신호의 전송 라인의 양단에 상기 원하는 대역의 고주파 신호에 대해서 고임피던스로 되는 공통 모드 초크를 접속한다. 이에 의해, USB 케이블을 원하는 대역의 고주파 신호를 수신하는 안테나로서 겸용하도록 하고 있다.

또한, 이 안테나에서 수신되는 원하는 대역의 고주파 신호는, FM대, VHF대 또는 UHF대 중 어느 하나 또는 복수의 대역의 신호이다.

본 발명의 USB 케이블 안테나에 따르면, 정보 단말 기기와 호스트 컴퓨터의 접속에 필수적인 USB 케이블을, 텔레비전 방송 등을 수신하는 고주파 안테나로서 사용할 수 있으므로, 정보 단말 기기측에 내장 안테나를 설치할 필요가 없다. 또한, 텔레비전 방송 등의 수신 안테나를 접속하기 위한 전용 커넥터를 정보 단말 기기측에 설치할 필요가 없으므로, 정보 단말 기기를 한층 더 소형화, 박형화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 USB 케이블 안테나의 실시 형태예를 도시하는 개략도.
도 2는 한쪽 측에 A 타입의 USB 커넥터가 접속되고, 다른 쪽 측에 B 타입의 USB 커넥터가 접속된 USB 케이블 안테나의 구체예를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나에 있어서, 접지 라인에 삽입되는 페라이트 비즈(FB)의 직류 저항을 1Ω, 차동 신호 라인에 삽입되는 공통 모드 초크의 고주파 저항을 90Ω(100㎒)으로 하여, USB1.1과 USB2.0의 차동 신호의 컴플라이언스(compliance) 시험을 행했을 때의 아이 패턴(eye pattern)을 도시하는 도면.
도 4는 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나에 있어서, 접지 라인에 삽입되는 페라이트 비즈(FB)의 직류 저항을 0.05Ω, 차동 신호 라인에 삽입되는 공통 모드 초크의 고주파 저항을 90Ω(100㎒)으로 하여, USB1.1과 USB2.0의 차동 신호의 컴플라이언스 시험을 행했을 때의 아이 패턴을 도시하는 도면.
도 5는 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나에 있어서, 접지 라인에 삽입되는 페라이트 비즈(FB)의 직류 저항을 0.05Ω, 차동 신호 라인에 삽입되는 공통 모드 초크의 고주파 저항을 120Ω(100㎒)으로 하여, USB1.1과 USB2.0의 차동 신호의 컴플라이언스 시험을 행했을 때의 아이 패턴을 도시하는 도면.
도 6은 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나를 사용해서, VHF대(A)와 UHF대(B)의 텔레비전 전파를 수신했을 때의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다.
도 7은 USB 케이블 안테나의 전력 전송선에 설치되는 페라이트 비즈(FB)에 전류를 흘렸을 때의 주파수와 고주파 임피던스의 관계를 도시하는 도면.
도 8은 USB 케이블 안테나가 접속되는 USB-A 커넥터의 구체적인 구성을 도시하는 도면.
도 9는 USB 케이블 안테나에 AC 어댑터를 접속하지 않는 경우(A)와 AC 어댑터를 접속한 경우(B)의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면(단, 페라이트 코어를 삽입한 경우).
도 10은 USB 케이블 안테나에 AC 어댑터를 접속하지 않는 경우(A)와 AC 어댑터를 접속한 경우(B)의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면(단, 페라이트 코어를 삽입하지 않는 경우).

상술한 바와 같이, 최근의 정보 단말 기기의 소형화, 박형화에 수반하여, 정보 단말 기기측에서 텔레비전 방송의 전파를 수신하기 위해서 필요로 되는 안테나나, 외부 안테나와 접속하는 전용 커넥터를 설치하는 스페이스의 확보가 어려워지고 있다. 예를 들어, 텔레비전 방송의 전파를 수신하기 위한 안테나로서, 발명자들은, 이어폰 안테나에 관한 몇몇 제안을 행하고 있다. 그러나, 한편으로, 이어폰 안테나에 필요한 이어폰용 단자 직경의 크기가, 정보 단말 기기의 박형화를 더 진행시키는데 있어 하나의 장해로 되고 있는 것도 사실이다.

이 때문에, 최근의 박형 정보 단말 기기에서는, 이어폰 단자를 갖지 않고, USB 단자만을 설치하고 있는 것도 있다. 이러한 정보 단말 기기에서는, USB 케이블을 사용해서, 호스트 컴퓨터로부터 정보 단말 기기로의 충전을 행함과 함께, 호스트 컴퓨터와 정보 단말 기기 사이에서 다양한 신호 전송을 행하고 있다.

발명자들은 상술한 문제를 해결하기 위해서, 많은 정보 단말 기기에 탑재되는 USB 단자와 이것에 접속되는 USB 케이블에 착안하여, USB 케이블을 텔레비전 방송 등의 수신 안테나로서 사용할 수는 없을까 생각해서, 여러가지 연구와 실험을 시도해 왔다. 그 결과, 이하에 설명한 바와 같이, USB 케이블을 텔레비전 방송 등의 전파를 수신할 수 있는 안테나로서 사용하는 방법을 안출한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 USB 케이블 안테나의 실시 형태예(이하, 「본 예」라고 함)를 설명하지만, 설명은 이하의 순서로 행하기로 한다.

1. USB 케이블 안테나의 개략 구성

2. USB 케이블 안테나의 구체예

3. USB 케이블 안테나의 USB 케이블 기능의 유지에 대한 검증

4. USB 케이블 안테나의 주파수-게인 특성

5. USB 케이블 안테나의 전원 공급 라인에 삽입되는 FB의 고주파 임피던스 특성

6. USB 케이블 안테나가 접속되는 USB-A 커넥터의 일 구체예

7. USB 케이블 안테나에 AC 어댑터를 접속했을 때의 특성 비교

도 1은 본 예의 USB 케이블 안테나의 구성과 그 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 정보 단말 기기(이하, 「세트」라고 하는 경우도 있음)측에 USB 케이블 접속용 암(female)형 USB 커넥터가 설치된다. 이 세트측에 설치되는 USB 커넥터를, 이하 「세트측 USB 커넥터(10)」라고 한다.

그리고, 적당한 길이(예를 들어 95 내지 115㎝ 정도)의 동축 실드선의 일단부에 수(male)형으로 B 타입의 USB 커넥터를 설치하고 있다. 이 수형 USB 커넥터를, 세트측 USB 커넥터(10)와 구별하기 위해서, 「케이블측 USB-B 커넥터(20)」라고 한다.

또한, USB 케이블의 타단부에는, 수형 A 타입의 USB 커넥터가 설치되어 있다. 이 USB 커넥터를 「케이블측 USB-A 커넥터(30)」라고 칭하기로 한다. 이 USB 커넥터는, 표준 타입의 USB 커넥터이며, 호스트 컴퓨터측에 접속하기 위한 것이다.

우선, 도 1을 참조하여, 세트측 USB 커넥터(10)에 대해서 설명하고, 그 후, 본 예의 USB 케이블 안테나와의 구체적인 접속 관계에 대해서 설명한다.

일반적으로, 세트측 USB 커넥터(10)(암형)와 케이블측 USB-B 커넥터(20)(수형)는 5개의 접속 핀과 실드 단자를 갖고 있다. 이들 세트측 USB 커넥터(10) 및 케이블측 USB-B 커넥터(20)로서는, 통상 μUSB-B 커넥터가 사용된다. 이에 반해, 호스트 컴퓨터측에 접속되는 케이블측 USB-A 커넥터(30)는 전원을 공급할 수 있는 표준형 A 타입의 USB 커넥터이다.

또한, 최근에는 A 타입과 B 타입의 구별이 애매해지고 있어, 세트측 USB 커넥터(10)로서, A 타입 혹은 AB 타입(호스트측과 세트측의 양쪽에 겸용되는 USB 커넥터)의 μUSB 커넥터가 사용되기도 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 세트측 USB 커넥터(10)의 1핀은 전원 공급용 Vbus/MIC 단자이며, 이 1핀을 경유해서 도시하지 않은 호스트 컴퓨터측으로부터 정보 단말 기기(세트)로의 급전이 이루어짐과 함께, 세트에 접속된 이어폰 마이크 등에 전압이 공급된다. 이 세트측 USB 커넥터(10)의 1핀이 접속되는 라인에는, 고주파 차단용 페라이트 비즈(11)가 직렬로 접속되어 있다. 이하, 페라이트 비즈를 단순히 「FB」라고 약기한다.

세트측 USB 커넥터(10)의 2핀과 3핀은 USB 케이블을 통해서 송수신되는 차동 신호의 신호 라인의 단자이며, 이 단자에 음성 신호가 입력되는 경우에는 2핀(D-단자)이 L 채널의 단자, 3핀(D+단자)이 R 채널의 단자로 된다. 이 차동에서 사용되는 2핀과 3핀이 접속되는 라인에는, 공통 모드 초크(12)가 접속되어 있다. 그리고, 이 공통 모드 초크(12)에 의해 고주파 신호가 차단되고, 음성 신호만이 통과하도록 되어 있다. 이하의 설명에서는, 이 고주파 신호를 「RF 신호」 또는 「안테나 신호」라 하기도 한다.

세트측 USB 커넥터(10)의 4핀은 삽입된 플러그의 종류와, 그 플러그가 무엇으로 사용되는지 등의 용도를 식별하기 위한 ID 단자(ID는 Identification의 약칭으로, 「식별 단자」의 의미)이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 예의 세트측 USB 커넥터(10)에서는, 이 ID 단자로서 사용되는 4핀을, 텔레비전 방송 등을 수신하기 위한 안테나 단자에 사용하고 있다. 이 때문에, 4핀이 접속되는 라인에 약 1000㎊의 콘덴서(14)를 직렬 접속하고, 이 콘덴서(14)를 통해서 4핀에 공급된 안테나 신호를 세트 내의 도시하지 않은 튜너 회로에 공급한다.

또한, 세트측 USB 커넥터(10)의 4핀은 당연한 것으로, 통상의 ID 단자로서 이용된다. 통상의 ID 단자로서의 기능을 실현하는데 있어, 텔레비전 등의 고주파 신호는 방해되기 때문에, 이것을 제거하기 위해서, 4핀이 접속된 라인에는 콘덴서(14)와 병렬로 고주파 신호 차단 소자로서의 FB(13)가 접속되어 있다. 이에 의해 텔레비전 신호 등의 고주파의 안테나 신호가 제외된 ID 신호가, 세트측의 도시하지 않은 ID 식별 회로에 출력된다.

또한, 세트측 USB 커넥터(10)의 5핀은, 접지용 접지 단자이며, 이 5핀이 접속되는 라인은, 후술하는 케이블측 USB-B 커넥터(20) 및 세트의 각 외부 실드와 접속되고, 접지되어 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 도 1에 도시하는 USB 케이블 안테나에서는, 동축 실드선(21)의 일단부에 기판(22)을 설치하고, 이 기판(22)에 수형 케이블측 USB-B 커넥터(20)를 접속하고 있다. 이 케이블측 USB-B 커넥터(20)도, 세트측 USB 커넥터(10)와 마찬가지로, 통상은 B 타입의 μUSB 커넥터가 사용되지만, 그 이외에도 A 타입 혹은 AB 타입의 μUSB 커넥터를 사용하는 것도 가능하다.

케이블측 USB-B 커넥터(20)의 ID 단자(4핀)와 접지선 사이에는 저항기(23)가 접속되어 있고, 이 저항기(23)의 값으로 어떤 용도의 USB 커넥터가 접속되어 있는지, 그리고 USB 케이블이 어떻게 사용되고 있는지를 알 수 있도록 되어 있다.

또한, 이 ID 단자에는 동축 실드선(21)의 금속 실드(27)가 접속되어 있고, 이 금속 실드(27)가 후술하는 모노폴 안테나로서의 기능을 하고 있다.

또한, 도 1에 도시하는 케이블측 USB-B 커넥터(20)의 1핀이 접속되는 전원 공급 라인에는, 고주파 신호를 차단하기 위한 소자인 FB(24)가 접속되어 있다. 그리고, 차동 신호를 전송하는 2핀(D-단자)과 3핀(D+단자)에는 공통 모드 초크(25)가 접속되어 있다. 이 공통 모드 초크(25)도, 세트측 USB 커넥터(10)에 설치되는 공통 모드 초크(12)와 마찬가지로, 고주파를 차단하는 기능을 갖고 있다. 또한, 케이블측 USB-B 커넥터(20)의 5핀이 접속되는 접지 라인에는, 마찬가지로 고주파를 차단하는 소자인 FB(26)가 접속되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 동축 실드선(21)의 타단부에는, 표준용 A 타입의 케이블측 USB-A 커넥터(30)가 접속되어 있다. 이 케이블측 USB-A 커넥터(30)의 1핀에는, 고주파 차단용 FB(31)가 접속되어 있다. 또한, 차동 신호가 공급되는 2핀과 3핀이 접속되는 신호 라인에는, 공통 모드 초크(32)가 접속되어 있다. 또한, 5핀이 접속되는 접지 라인에도 고주파 차단용 FB(33)가 접속되어 있다. 또한, 통상의 USB 케이블의 신호 기능과 텔레비전 신호와 같은 고주파 신호의 안테나 기능의 양쪽을 만족시키기 위해서는, 접지 라인에 삽입되는 FB(33)의 직류 저항은 0.25Ω 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 공통 모드 초크(32)로서는, 예를 들어 100㎒의 고주파에 대해서 90Ω으로 되는 제품이나 120Ω이 되는 제품 등이 사용된다.

또한, 본 예의 USB 케이블 안테나에 있어서는, 동축 실드선(21)의 외피 도체인 금속 실드(27)가 케이블측 USB-B 커넥터(20)의 ID 단자(4핀)에 접속되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 ID 단자에 접속되는 금속 실드(27)는 접지 라인과는 다른 실드용 라인이다.

금속 실드(27)를 ID 단자(4핀)와 접속하여, 텔레비전 신호 등의 전파의 수신에 사용하는 이유는 이하와 같다.

즉, USB2.0의 신호 전송에 사용되는 전송 클록은 480Mbps로 정해져 있다. 이 전송 클록 신호는 차동 신호 라인과 접지 라인에서 동작하기 때문에, USB 케이블의 접지 라인을 텔레비전 신호의 안테나로서 사용하면, 이 안테나에는 텔레비전 등의 RF 신호에 더하여, USB의 480Mbps의 클록 신호가 중첩된 상태가 된다. 소위 「가림 현상」이 발생한다.

이 때문에, USB 케이블을 텔레비전 방송용 안테나로서 이용하는 경우에는, 접지 라인을 안테나로서 이용할 수는 없다. 발명자들은, 실험의 결과, 접지선과는 다른 금속 실드(27)를 사용함으로써 이 문제를 해결할 수 있음을 알아냈다.

또한, USB2.0의 480Mbps의 클록은, 240㎒의 주파수에 상당하므로, 특히 악영향을 받는 것은 VHF-H(하이 밴드)대가 된다.

또한, 수형 케이블측 USB-B 커넥터(20)를, 암형 세트측 USB 커넥터(10)에 삽입했을 때, 텔레비전 방송 등의 전파를 수신할 수 있는 안테나가 삽입된 것인지 여부의 판별(검지)을 행할 필요가 있다. 이 때문에, 케이블측 USB-B 커넥터(20)의 ID 단자(4핀)가 접속되는 라인과 5핀이 접속되는 접지 라인 사이에, 저항기(23)를 삽입하고 있다. 이 저항기(23)의 저항값은, 케이블측 USB-B 커넥터(20)의 종류, 바꾸어 말하면, 이 케이블측 USB-B 커넥터(20)가 어떤 용도로 사용되느냐에 따라 다른 값으로 된다.

따라서, 이 저항기(23)의 값(저항값)을 검출함으로써, 텔레비전 방송 등의 안테나 기능을 갖는 USB 커넥터가 삽입된 것을 검출할 수 있다.

또한, 저항기(23)의 저항값은, 통상 하이 임피던스(수백㏀)로 되므로, ID 라인과 접지 라인은, 고주파적으로는 오픈이며, 접지 라인으로부터의 ID 라인으로의 안테나 특성에의 영향은 없다. 그러나, 주의해야 할 것은 ID 라인 이외의 각 라인에 접속된 FB(64 내지 67)의 통과 후에, 결합 용량 등의 캐패시터에서 고주파 결합해 버리는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 각 단자로 고주파 전류가 흘러 버리기 때문에, 안테나 특성이 열화되어 버린다.

도 2는 상술한 USB 케이블 안테나의 샘플을 나타낸 것이다. (A)는 상측에서 본 평면도, (B)는 B 타입의 케이블측 USB-B 커넥터(20)(여기에서는, μUSB-B 커넥터)의 단면도, (C)는 A 타입의 케이블측 USB-A 커넥터(30)(여기에서는 표준 타입의 USB-A 커넥터)의 단면도, (D)는 정면도이다. 각 도면의 치수는 USB 커넥터 및 μUSB 커넥터의 표준 규격에 기초하고 있다. 또한, 도 2에 있어서 도 1과 동일한 것은 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 케이블측 USB-B 커넥터(20)가 좁은 쪽의 변폭은 7㎜이며, 향후 더욱 박형화의 방향으로 향하는 휴대 전화기 등의 접속 단자로서 적합한 것으로 되어 있다. 한편, 호스트 컴퓨터에 접속되는 케이블측 USB-A 커넥터(30)의 단면의 좁은 쪽의 폭은 7.8㎜이다.

일본 텔레비전 방송에서는 90 내지 108㎒(1 내지 3ch), 170 내지 222㎒(4 내지 12ch)의 VHF 대역과, 470 내지 770㎒(13 내지 62ch)의 UHF 대역이 사용되고 있다. 또한, VHF대 중, 90 내지 108㎒를 VHF-L(로 밴드)대라 하고, 170 내지 222㎒를 VHF-H(하이 밴드)대로 나누어서 칭하기도 한다. 본 예의 USB 케이블 안테나에서는, 케이블의 길이를 VHF-H대와 UHF대의 양쪽을 수신할 수 있도록, 200㎒의 약 3/4 파장(3/4·λ)인 115㎝로 조정하고 있다. 또한, UHF는 고주파 여진으로 수신한다.

상술한 본 예의 USB 케이블 안테나의 케이블측 USB-B 커넥터(20)를 세트측 USB 커넥터(10)에 접속하여 텔레비전 신호의 수신을 행했을 때, 본래의 USB 기능이 유지되는지 여부가 중요하다. 이 때문에, 본 예의 USB 케이블 안테나에 있어서, USB의 기능이 열화되지 않는지 여부에 대해서 검증하기 위한 컴플라이언스 시험을 실시하였다. 도 3 내지 도 5는 본 예의 USB 케이블 안테나가, USB1.1과 USB2.0의 두 규격을 만족하는지 여부를 조사한 컴플라이언스 시험의 아이 패턴을 도시한 도면이다.

도 3은 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나에 있어서, 접지 라인의 FB(26, 33)의 직류 저항을 1Ω, 차동 신호를 전송하는 D- 라인, D+ 라인에 접속되는 공통 모드 초크(25, 32)를 90Ω(100㎒)으로 하여, USB의 컴플라이언스 시험을 행한 결과를 나타내는 것이다. 도 3의 (A)는 USB1.1의 컴플라이언스 시험의 아이 패턴(40a)을 나타내고, 도 3의 (B)는 USB2.0의 컴플라이언스 시험의 아이 패턴(40b)을 나타낸다.

이 아이 패턴은 아이 다이어그램 혹은 아이 개구율이라고도 하며, 신호 파형 천이를 다수 샘플링하여 중첩하고, 이것을 그래피컬하게 표시한 것이다. 횡축은 시간, 종축은 전압을 나타내고 있다. 이 아이 패턴을 보면, 신호 파형이 동일 위치(타이밍과 전압)에서 복수 서로 겹쳐 있으면, 품질이 좋은 파형으로 되고, 반대로 신호 파형 위치(타이밍과 전압)가 어긋나 있고 중앙의 육각형 형태(템플릿)로 신호 파형이 겹치는 경우에는, 품질이 나쁜 파형으로 된다. 또한, 전송 특성이 나쁜 것은, 중앙의 육각형 형태(템플릿(43))가 얇고 편평한 형상이 되고, 그 면적이 작아지는 것도 알려져 있다. 또한, 이 테스트는 신호선과 템플릿의 관계가 사람이 눈을 뜬 형태를 닮아 있기 때문에, 아이 패턴 테스트(또는 아이 다이아그램 테스트)라 불린다.

여기서, 아이 패턴(40a)은 접지 라인에 삽입되는 FB의 직류 저항이 1Ω이고, 100㎒에 있어서의 공통 모드 초크의 임피던스가 90Ω인 경우의, USB1.1의 컴플라이언스 시험 결과를 나타낸 것이다. 이 USB1.1의 컴플라이언스 시험에서는, D+=0.35V, D-=-0.35V의 신호선을 통과하는, 위상이 180° 다른 차동 신호(41a, 42a)를 동시에 표시한다. 표시된 아이 패턴(40a)을 보면, 차동 신호(41a 또는 42a)의 파형의 일부가 육각형상의 템플릿(43a)에 겹쳐 있음을 알 수 있다. 이 결과로부터, 본 예의 USB 케이블 안테나는 UAB1.1의 기능을 만족하지 않는 것, 즉 USB1.1의 컴플라이언스 시험에서는 불합격(NG)되게 되었다.

한편, 도 3의 (B)의 아이 패턴(40b)은 접지 라인에 삽입되는 FB의 직류 저항이 1Ω이고, 100㎒에 있어서의 공통 모드 초크의 임피던스 90Ω인 경우의, USB2.0의 컴플라이언스 시험 결과를 나타내는 것이다. 이 USB2.0의 컴플라이언스 시험에서는, D+=0.4V, D-=-0.4V의 신호선을 통과하는, 위상이 180° 다른 차동 신호(41b, 42b)를 동시에 표시하고 있다. 도 3의 (B)를 보면, D+=0.4V, D-=-0.4V의 평행선 사이에, 2핀과 3핀이 접속되는 라인을 전반하는 차동 신호(41, 42)가 들어가고, 또한 이들 2개의 차동 신호(41, 42)가 둘러싸는 영역 내에 육각형상의 템플릿(43)이 들어 있는 것을 알 수 있다.

즉, 도 3의 (B)는 USB2.0에 관한 한, 케이블이 접속되는 USB 커넥터의 4핀을 안테나 입력 단자로서 이용한 경우에도, 아이 패턴 테스트에 합격하고 있는 것, 바꾸어 말하면 USB2.0의 규격을 만족하고 있음을 나타내고 있다. 또한, USB2.0의 규격에서는, USB 신호의 전송의 클록은 480Mbps이며, 주파수대로서는 VHF대(240㎒)에 상당한다.

도 4의 (A), (B)도, 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나를 사용해서 USB1.1과 USB2.0의 차동 신호의 컴플라이언스 시험을 행한 결과를 나타내는 아이 패턴(50a, 50b)이다. 도 3의 (A), (B)와 다른 부분은, 접지에 삽입한 FB(26, 33)의 직류 저항을 0.05Ω으로 한 점이다. 공통 모드 초크(25, 32)의 100㎒에 있어서의 임피던스는 90Ω 그대로이다.

도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 아이 패턴(50a)에서는, D+와 D-의 모든 차동 신호선(51a, 52a)이, 아이 패턴(53a)을 둘러싸고 있다. 또한, 도 4의 (B)에 도시하는 아이 패턴(50b)도, 차동 신호선 D+ 및 D-의 차동 신호선(51b, 52b)이 아이 패턴(53b)을 둘러싸고, 겹쳐 있지 않다. 이 결과는, 이 USB 케이블 안테나가 USB1.1과 USB2.0의 컴플라이언스 시험에 합격한 것, 즉 USB1.1과 USB2.0의 양 규격을 만족하고 있음을 의미한다.

도 5도, 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나의 컴플라이언스 시험 결과를 나타내는 아이 패턴도이다. 도 4와 다른 부분은, 차동 신호선에 삽입되는 공통 모드 초크(25, 32)로서 100㎒의 임피던스가 120Ω의 제품을 사용한 점이다. 접지 라인의 FB(26, 33)의 직류 저항은 도 4와 동일한 0.05Ω으로 하고 있다.

이 도 5의 (A)에 도시하는 USB1.1의 컴플라이언스 시험에 있어서, D+와 D-의 모든 차동 신호선(61a, 62a)이, 아이 패턴(63a)을 둘러싸고 있고, 도 5의 (B)의 USB2.0의 컴플라이언스 시험에서도, 마찬가지로 D+와 D-의 모든 차동 신호선(61b, 62b)이 아이 패턴(63b)의 외측에 있으며, 겹쳐 있지 않다.

이 결과로부터, 접지 라인에 삽입하는 FB(26, 33)의 직류 저항과, 차동 신호선에 삽입하는 공통 모드 초크(25, 32)의 임피던스를 적당히 선택함으로써, USB1.1과 UAB2.0의 양 규격을 만족하는 USB 케이블 안테나가 얻어지는 것이 증명되었다.

이미 설명한 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시한 본 예의 USB 케이블 안테나는, 세트의 접지(GND) 사이에서 모노폴형 안테나를 구성한다. 이 USB 케이블 안테나를 사용해서 VHF-H대와 UHF대의 텔레비전 방송의 전파를 수신하는 실험을 행하였다. 즉, 도 2에 도시한 USB 케이블 안테나의 샘플을, 암형 세트측 USB 커넥터(10)(도 1 참조)에 접속하여, 텔레비전 전파 등의 고주파 신호의 전송 특성을 조사하였다.

표 1 및 도 6의 (A)는 도 1에 도시한 USB 케이블 안테나에 의해, VHF 대역의 텔레비전 방송을 수신했을 때의 주파수-게인 특성을 나타내고 있다.

표 1 및 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 170 내지 220㎒의 VHF 대역에서는, 수직 편파로 -5㏈(210㎒에서 -4.04㏈) 이상인 게인 특성을 나타내고, 수평 편파로는 -20㏈(210㎒로 -17.24㏈) 이상인 게인 특성을 나타내는 것이 확인되었다(표 1 참조).

또한, 표 2 및 도 6의 (B)는 UHF 대역의 텔레비전 방송을 수신했을 때의 주파수-게인 특성이며, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 470 내지 870㎒의 UHF 대역에서는, 수직 편파는 -12㏈ 이상, 수평 편파는 -8㏈ 이상의 게인 특성을 나타냈다.

이들 결과는, 도 1, 2에 나타낸 USB 케이블 안테나가 텔레비전 방송의 VHF-H대나 UHF대의 안테나로서의 기능을 충분히 발휘하는 것을 나타내고 있다. 또한, 금후, VHF대를 이용해서 방송하는 것이 계획되고 있는 멀티미디어 방송에 대해서도 안테나로서 적용 가능해지는 것을 의미한다.

이어서, 도 1에 도시하는 전원 공급 라인(Vbus 라인)에 접속되는 FB(24, 31)에 대해서, 설명을 더 추가해 둔다. FB(24, 31)는 접지선에 접속되는 FB(26, 33)와는 달리, 전류가 흘러도 고주파 특성을 유지할 수 있는 특수한 페라이트 비즈(FB)이다.

접지 라인에 삽입되는 FB(26, 33)와 같은 통상 사용되는 FB는 코일 둘레에 자성 재료가 있고, 고주파적으로 임피던스가 높은 상태, 즉 고주파 손실이 많은 상태를 사용해서, 고주파 전류를 열로 바꾸어, 고주파 전류를 제거하고 있다. 즉, 고주파 신호 차단 소자로서의 역할을 하고 있다.

이러한 통상의 FB(26, 33)에서는, 코일이 자성 재료 중에 있는 상태에서 제작되므로, 전류가 증가하면, 자성 재료가 포화된다. 즉, 통상의 FB에서는, 폐쇄자로가 형성되어 있고, 자속이 갇히기 때문에, 큰 전류가 흐르면 포화되기 쉬워진다. 따라서, 원래 갖고 있는 특성을 유지할 수 없게 되어 버린다.

이에 반해, USB 단자의 1핀이 접속되는 전원 공급용 라인에 설치된 FB(24, 31)는 큰 전류가 흐르는 경우를 고려하여 제작되어 있고, 코일과 자성 재료로 개방자로를 형성하고 있다. 따라서, 자성 재료가 있어도 자속이 갇히지 않으므로, 코일에 큰 전류가 흘러도, 코일 내에서만 열로 바뀌어, 자성 재료가 포화되기 어려운 구조를 취하고 있다.

도 7은 USB 케이블 안테나의 Vbus/MIC 단자(1핀)가 접속되는 라인에 전류를 단계적으로 흘려 넣었을 때의, FB(24, 31)의 고주파 임피던스 특성을 나타낸 것이다.

이 도 7에서 알 수 있는 것은, 1핀이 접속되는 라인에 전류를 흘리지 않을 때(0mA)와, 전류를 흘렸을 때(100mA, 300mA, 500mA, 700mA)가 거의 동일한 주파수 특성을 나타내고 있는 것이다. 단, 도 7에 도시된 바와 같이, 전류의 크기를 1A(1000mA)로 하면, 약간 다른 주파수 특성을 나타내는 것도 확인되었다.

또한, 텔레비전 방송의 VHF대 내지 UHF대에 상당하는 200㎒ 내지 700㎒의 대역에서는, 삽입 손실이 -20㏈ 내지 -27.5㏈ 정도가 되는 것을 알 수 있었다.

이 정도의 삽입 손실이면, 텔레비전 방송의 VHF대 내지 UHF대를 수신하는데 있어, 지장이 없을 정도라 할 수 있다.

다음에 도 8을 참조하여, USB 케이블 안테나가 접속되는 USB-A 커넥터(호스트측에 접속되는 커넥터)의 일 구체예에 대해서 설명한다.

도 8의 중앙의 점선은, 기판(70)을 나타내고, 이 기판(70)의 좌측이 호스트에 삽입되는 USB-A 플러그를 나타내고 있다. 또한, 기판(70)의 우측은 본 예의 USB 케이블 안테나가 접속되는 커넥터 부분을 나타낸다.

기판(30)의 좌측의 USB-A 플러그에서는, 굵은 점선으로 둘러싸인 부분에 소켓 핀이 배치되어 있다. 즉, 아래에서부터 전원 공급 라인(Vbus)이 접속되는 1핀(71), 차동 신호의 D- 라인이 접속되는 2핀(72), 마찬가지로 D+ 라인이 접속되는 3핀(73), ID 단자로서의 4핀(74)의 소켓 핀이 평행하게 배치되어 있다. 접지 라인(GND)이 접속되는 5핀(75)은 4핀(74)의 상측에 배치된다.

기판(70)의 우측이, 본 예의 USB 케이블 안테나가 접속되는 부분이다. 아래에서부터, Vbus의 라인이 접속되는 1핀(71a), 차동 신호 D-, D+의 라인이 접속되는 2핀(72a)과 3핀(73a), GND의 라인이 접속되는 4핀(74a)이 배치되어 있다. 이 4핀(74a)의 상측에는 도 1에 도시한 금속 실드(27)가 접속되는 5핀(75a)이 설치되어 있다. 이 5핀(75a)에 접속되는 금속 실드(27)는 도 1의 세트측 USB 커넥터(10)(μUSB-B 커넥터)의 4핀(ID 단자)에 접속되어 안테나로서의 기능을 하는 것은, 이미 설명한 바와 같다.

기판(70)의 우측의 1핀(71a)은 기판(70)의 좌측의 USB-A 플러그 1핀(71)과 FB(31)를 통해서 접속되고, 기판(70)의 우측의 2핀(72a)과 3핀(73a)은, 기판(70)의 좌측의 USB-A 플러그의 2핀(72)과 3핀(73)과, 공통 모드 초크(32)를 통해서 접속되어 있다. 또한, 기판(70) 우측의 GND 라인이 접속되는 4핀(74a)은 기판(70)의 좌측의 GND 단자인 5핀(75)에 접속된다.

또한, 기판(70)의 우측에서 USB 케이블 안테나의 금속 실드(27)가 접속되는 5핀(75a)은, 기판(70)의 좌측 단자와는 접속되어 있지 않고, 개방 상태로 된다.

일반적으로, 본 예의 USB 케이블 안테나의 일단부에 설치되는 USB-A 커넥터는 전원 유닛을 구비하는 호스트측에 접속되기 때문에, 전원 유닛으로부터 발생되는 노이즈의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 도 8에서는 유닛의 전원 노이즈의 영향을 받기 어렵도록, 각각의 신호선이 평행해지도록 직선 상에 배치되어 있다. 이에 의해, 안테나로서의 기능을 가짐과 함께, 전원 유닛의 노이즈의 영향을 거의 받지 않는 USB 케이블 안테나를 제작할 수 있다.

본 예의 USB 케이블 안테나는, USB-A 커넥터의 선단에 USB용 충전기(AC 어댑터)를 접속해 두면, 충전하면서 텔레비전 신호의 수신이 가능해진다. 따라서, USB-A 커넥터의 선단에 AC 어댑터를 접속했을 때와, 접속하지 않을 때에서, USB 케이블 안테나의 주파수-게인 특성이 어느 정도 변화하는지를 조사하는 실험을 행하였다.

표 3, 표 4 및 도 9는, 본 예의 USB 케이블 안테나가 접속되는 USB-A 커넥터측에 AC 어댑터를 접속하지 않는 경우(A)와, AC 어댑터를 접속한 경우(B)의 USB 케이블 안테나의 VHF대에 있어서의 주파수-게인 특성을 나타낸 것이다. 도 9에 나타낸 예에서는, USB-A 플러그의 근방에 도시하지 않은 페라이트 코어를 배치하고, 이 페라이트 코어에 USB 안테나 케이블을 1회 또는 2회 감아서 측정하고 있다.

도 9에 도시한 바와 같이, 페라이트 코어를 삽입하면, USB-A 플러그가 AC 어댑터에 접속되어 있지 않은 경우(A)와, AC 어댑터에 접속되어 있는 경우(B)에서, 주파수-게인 특성의 변화가 작은 것을 알 수 있다.

즉, 도 9의 (A), (B)를 보면, USB 케이블 안테나로서 이용되는 210㎒ 부근에서는, 도 9의 (A)의 USB 케이블 안테나를 AC 어댑터에 접속하지 않는 경우(수직 편파로 -26.06㏈d, 수평 편파로 -7.84Bd)와, 도 9의 (B)의 USB 케이블 안테나를 AC 어댑터에 접속한 경우(수직 편파로 -25.95㏈d, 수평 편파로 -7.75㏈d)도, 주파수-게인 특성에 그다지 변화가 없는 것을 알 수 있다(표 3, 표 4 참조).

표 5, 표 6 및 도 10은, 페라이트 코어를 사용하지 않는 경우의 주파수-게인 특성의 변화를 도시하는 도면이다. 도 9와 마찬가지로, (A)는 USB 케이블 안테나를 AC 어댑터에 접속하지 않는 경우, (B)는 USB 케이블 안테나를 AC 어댑터에 접속한 경우를 나타내고 있다. 도 10의 (A)와 (B)에서 210㎒ 부근의 게인을 비교하면, AC 어댑터가 있는 경우에는, 수직 편파로 -26.75㏈(표 5 참조), 수직 편파로 -8. 15㏈(표 5 참조)인데 비해, AC 어댑터를 삽입하지 않는 경우에는, 수직 편파로 -23.26㏈(표 6 참조), 수직 편파로 -5.66㏈(표 6 참조)로 되어 있다.

이것으로부터, VHF대의 텔레비전 방송을 수신하는 경우, USB-A 커넥터측에 페라이트 코어를 삽입하는 것이, AC 어댑터의 유무에 상관없이, VHF-H대의 텔레비전 신호의 수신에 있어서 유효한 것이 판명되었다.

이상, 본 발명의 실시 형태예로서의 USB 케이블 안테나에 대해서 설명하였다. 본 발명의 USB 케이블 안테나는, 본 명세서에 발명된 실시 형태예 외에도, 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 여러가지 응용예, 변형예를 포함하는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 발명은 이하와 같은 구성도 취할 수도 있다.

(1) 정보 단말 기기에 접속되는 소정 길이의 USB 케이블에 접속되는 USB 커넥터의 ID 단자에 상기 USB 케이블의 금속 실드를 접속하고,

상기 USB 케이블의 전원 공급 라인 및 접지 라인의 양단에 원하는 대역의 고주파 신호에 대해서 고임피던스로 되는 고주파 차단 소자를 접속하고,

상기 USB 케이블의 차동 신호의 전송 라인의 양단에 상기 원하는 대역의 고주파 신호에 대해서 고임피던스로 되는 공통 모드 초크를 접속함으로써,

상기 USB 케이블을 상기 원하는 대역의 고주파 신호를 수신하는 안테나로서 겸용하는, USB 케이블 안테나.

(2) 상기 안테나에서 수신되는 상기 원하는 대역의 고주파 신호는, FM대, VHF대 또는 UHF대 중 어느 하나 또는 복수의 대역의 신호인, (1)에 기재된 USB 케이블 안테나.

(3) 상기 ID 단자가 접속되는 ID 라인과 상기 USB 케이블의 접지 라인 사이에는, 상기 ID 단자에 접속되는 상기 USB 케이블의 종류를 식별하기 위한 저항기가 접속되는, (1) 또는 (2)에 기재된 USB 케이블 안테나.

(4) 상기 전원 공급 라인에 삽입되는 상기 고주파 차단 소자는, 상기 전원 공급 라인에 전류가 흐르고 있을 때도 고임피던스를 갖는, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 USB 케이블 안테나.

(5) 상기 접지 라인에 삽입되는 상기 고주파 차단 소자의 직류 저항은 0.5Ω 이하인, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 USB 케이블 안테나.

(6) 상기 USB 케이블의 D- 및 D+ 차동 신호 라인의 양단에 삽입되는 상기 공통 모드 초크의 상기 원하는 대역에 있어서의 임피던스는 90Ω 이상인, (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 USB 케이블 안테나.

21 : 동축 실드선
10 : 세트측 USB 커넥터
20 : 케이블측 USB-B 커넥터
30 : 케이블측 USB-A 커넥터
11, 13, 26, 33 : 페라이트 비즈(FB)
12, 25, 32 : 공통 모드 초크
24, 31 : 페라이트 비즈(FB : 전원 공급 라인용)
14 : 콘덴서
23 : 저항기
27 : 금속 실드
40a, 40b, 50a, 50b, 60a, 60b : 아이 패턴
41a, 42a, 41b, 42b, 51a, 52a, 51b, 52b, 61a, 62a, 61b, 62b : D- 또는 D+ 차동 신호
43a, 43b, 53a, 53b, 63a, 63b : 템플릿

Claims

USB 케이블 안테나로서,
정보 단말 기기에 접속되는 소정 길이의 USB 케이블에 접속되는 USB 커넥터의 ID 단자에 상기 USB 케이블의 금속 실드를 접속하고,
상기 USB 케이블의 전원 공급 라인 및 접지 라인의 양단에 원하는 대역의 고주파 신호에 대해서 고임피던스로 되는 고주파 차단 소자를 접속하고,
상기 USB 케이블의 차동 신호의 전송 라인의 양단에 상기 원하는 대역의 고주파 신호에 대해서 고임피던스로 되는 공통 모드 초크를 접속함으로써,
상기 USB 케이블을 상기 원하는 대역의 고주파 신호를 수신하는 안테나로서 겸용하는, USB 케이블 안테나.
제1항에 있어서,
상기 안테나에서 수신되는 상기 원하는 대역의 고주파 신호는, FM대, VHF대 또는 UHF대 중 어느 하나 또는 복수의 대역의 신호인, USB 케이블 안테나.
제2항에 있어서,
상기 ID 단자가 접속되는 ID 라인과 상기 USB 케이블의 접지 라인 사이에는, 상기 ID 단자에 접속되는 상기 USB 케이블의 종류를 식별하기 위한 저항기가 접속되는, USB 케이블 안테나.
제3항에 있어서,
상기 전원 공급 라인에 삽입되는 상기 고주파 차단 소자는, 상기 전원 공급 라인에 전류가 흐르고 있을 때도 고임피던스를 갖는, USB 케이블 안테나.
제4항에 있어서,
상기 접지 라인에 삽입되는 상기 고주파 차단 소자의 직류 저항은 0.25Ω 이하인, USB 케이블 안테나.
제1항에 있어서,
상기 USB 케이블의 D- 및 D+ 차동 신호 라인의 양단에 삽입되는 상기 공통 모드 초크의 상기 원하는 대역에 있어서의 임피던스는 90Ω 이상인, USB 케이블 안테나.