KR20140072767A - 무선 전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 전송 및 근거리 통신을 위한 이중 안테나가 제공된다. 이중 안테나는 루프 안테나 및 이중 루프 안테나를 포함한다. 이중 루프 안테나는 루프 안테나의 내측 및 외측에 형성된다.

Description

무선 전력 전송 및 근거리 통신을 위한 안테나{ANTENNA FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION AND NEAR FIELD COMMUNICATION}
아래의 실시예들은 안테나에 관한 것으로 보다 상세히는 이중 안테나가 개시된다.
무선 전력 전송(Wireless Power Transmission; WPT) 기능 및 근거리 통신(Near Field Communication; NFC) 기능을 단말에게 제공하기 위해, 결합 소자(coupled device)가 사용될 수 있다. 결합 소자를 사용함으로써 단말 내의 단일한 안테나가 WPT 기능 및 NFC 기능을 위해 공유된다. 결합 소자는 커플러(coupler), RF 스위치 및 다이플렉서(diplexer) 등을 포함할 수 있다.
단말이 결합 소자를 사용할 때, 결합 소자에 의해 발생하는 삽입 손실로 인하여 무선 전력 전송에 있어서 효율이 저하될 수 있다. 또한, WPT 기능 및 NFC 기능을 동시에 사용하는 것이 불가능하게 될 수 있다. 또한, 단일 안테나가 WPT 기능 및 NFC 기능을 만족시키기 위해서는, 단일 안테나의 Q 값의 변화에 대한 제어가 요구된다. 또한, WPT 시스템 및 NFC 시스템 간의 격리가 요구된다.
일 측에 있어서, 루프 안테나 및 상기 루프 안테나의 내측 및 외측에 형성된 이중 루프 안테나를 포함하는 이중 안테나가 제공될 수 있다.
상기 이중 루프 안테나는, 상기 루프 안테나의 상기 내측에 형성된 내측부, 상기 루프 안테나의 상기 외측에 형성된 제1 외측부, 상기 루프 안테나의 상기 외측에 형성된 제2 외측부, 상기 내측부의 제1 말단 및 상기 제1 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부 및 상기 내측부의 제2 말단 및 상기 제2 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1 연결부는 상기 루프 안테나가 형성된 평면 상에서 상기 루프 안테나와 중첩될 수 있다.
상기 제2 연결부는 상기 평면 상에서 상기 루프 안테나와 중첩될 수 있다.
상기 루프 안테나는 NFC 용 안테나일 수 있다.
상기 이중 루프 안테나는 WPT 용 안테나일 수 있다.
상기 루프 안테나 및 이중 루프 안테나는 상기 루프 안테나에 의해 발생하는 필드 및 상기 이중 루프 안테나에 의해 발생하는 필드가 서로 상쇄되도록 형성될 수 있다.
상기 루프 안테나 및 상기 이중 루프 안테나는 상기 루프 안테나에 의해 생성되는 필드에 의해 상기 이중 루프 안테나 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 형성될 수 있다.
다른 일 측에 있어서, 일부가 단절된 원형 또는 일부가 단절된 다각형을 포함하는 형태로 형성된 제1 안테나 및 상기 제1 안테나의 내측 및 외측에 형성된 제2 안테나를 포함하는 이중 안테나가 제공될 수 있다.
상기 제2 안테나는, 상기 제1 안테나의 상기 내측에 형성된 내측부, 상기 제1 안테나의 상기 외측에 형성된 제1 외측부, 상기 제1 안테나의 상기 외측에 형성된 제2 외측부, 상기 내측부의 제1 말단 및 상기 제1 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부 및 상기 내측부의 제2 말단 및 상기 제2 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1 연결부는 상기 제1 안테나가 형성된 평면 상에서 상기 제1 안테나와 중첩될 수 있다.
상기 제2 연결부는 상기 평면 상에서 상기 제1 안테나와 중첩될 수 있다.
상기 제1 외측부 및 상기 제1 안테나는 서로 간에 절연될 수 있다.
상기 제2 외측부 및 상기 제1 안테나는 서로 간에 절연될 수 있다.
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 평편 상에 형성될 수 있다.
상기 제1 안테나는 이중 루프 안테나일 수 있다.
상기 제1 안테나는 무선 전력 전송(Wirelsss Power Transmission; WPT) 용 안테나일 수 있다.
상기 제2 안테나는 근거리 통신(Near Field Communication; NFC) 용 안테나일 수 있다.
상기 제1 안테나는 NFC 용 안테나일 수 있다.
상기 제2 안테나는 WPT 용 안테나일 수 있다.
상기 제1 안테나는 높은 Q(high-Q) 특성을 가질 수 있다.
상기 제2 안테나는 낮은 Q(low-Q) 특성을 가질 수 있다.
상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 발생하는 필드 및 상기 제2 안테나에 의해 발생하는 필드가 서로 상쇄되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 생성되는 필드에 의해 상기 제2 안테나 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 형성될 수 있다.
다른 일 측에 있어서, 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하고, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 발생하는 필드 및 상기 제2 안테나에 의해 발생하는 필드가 서로 상쇄되도록 형성된 이중 안테나가 제공될 수 있다.
다른 일 측에 있어서, 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 생성되는 필드에 의해 상기 제2 안테나 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 형성된 이중 안테나가 제공될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 단말의 구조를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 이중 안테나의 구조를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 이중 안테나의 구조를 나타낸다.
도 4은 일 실시예에 따른 이중 안테나의 구조를 나타낸다.
도 5는 일 예에 따른 이중 안테나의 전류 흐름을 설명한다.
도 6은 일 예에 따른 필드의 상쇄를 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 단말의 WPT 기능의 동작을 설명한다.
도 8은 일 실시예에 따른 단말의 NFC 기능의 동작을 설명한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 단말의 구조를 나타낸다.
단말(100)은 이중 안테나(110), WPT 수신기(receiver)(180) 및 NFC 송수신기(190)를 포함할 수 있다.
이중 안테나(110)는 고격리(high-isolation) 이중 안테나일 수 있다.
이중 안테나(110)는 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)를 포함할 수 있다.
제1 안테나(120)는 WPT 용 안테나일 수 있다. 제1 안테나(120)는 WPT를 위해 높은 Q(high-Q)를 갖는 높은 Q 안테나일 수 있다. 제1 안테나(120)가 수신하는 신호의 주파수는 f0일 수 있다. 예컨대, WPT 수신기(180)는 주파수 f0를 사용할 수 있다. f0은 13.56MHz일 수 있다.
제2 안테나(130)는 NFC 용 안테나일 수 있다. 제2 안테나(130)는 원활한 데이터 통신을 위해 낮은 Q(low-Q)를 갖는 낮은 Q 안테나일 수 있다. 제2 안테나(130)가 수신하는 신호의 주파수는 f1일 수 있다. 예컨대, NFC 송수신기(190)는 주파수 f1를 사용할 수 있다. f1은 6.78MHz일 수 있다.
높은 Q 값은 100 이상 또는 100을 초과하는 Q 값을 의미할 수 있다. 높은 Q 값은 WPT의 고효율을 위해 요구되는 Q 값의 범위 내의 Q 값일 수 있다. 낮은 Q 값은 40 이하 또는 40보다 작은 Q 값을 의미할 수 있다. 낮은 Q 값은 높은 데이터 전송률을 위해 요구되는 Q 값의 범위 내의 Q 값일 수 있다.
높은 Q 값 및 낮은 Q 값은 상대적인 것일 수 있다. 예컨대, 제1 안테나(120)가 높은 Q 값을 갖는다는 것은 제1 안테나(120)의 Q 값이 제2 안테나(130)의 Q 값보다 높다는 것을 의미할 수 있다. 제2 안테나(130)가 낮은 Q 값을 갖는다는 것은 제2 안테나(130)의 Q 값이 제1 안테나(120)의 Q 값보다 낮다는 것을 의미할 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 물리적 또는 전기적으로 분리될 수 있다. 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 서로 근접할 수 있다. 제1 안테나(120)는 및 제2 안테나(130)는 서로 근접하지만 상대에 대하여 높은 격리 특성을 가질 수 있다. 제1 안테나(120)는 제2 안테나(130)에 대해 높은 격리 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 안테나(130)에서 발생하는 전자기장은 제1 안테나(120)에 거의 영향을 미치지 않거나 낮은 영향을 미칠 수 있다. 또한, 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)에 대해 높은 격리 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 안테나(120)에서 발생하는 전자기장은 제2 안테나(130)에 거의 영향을 미치지 않거나 낮은 영향을 미칠 수 있다.
이중 안테나(110)는 제1 접속부(connector)(124) 및 제2 접속부(134)를 더 포함할 수 있다. 제1 접속부(124)는 제1 안테나(120) 및 WPT 수신기(180)를 서로 간에 연결시킬 수 있다. 제1 접속부(124)는 제1 안테나(120)를 통해 수신된 신호를 WPT 수신기(180)로 전송할 수 있다. 제2 접속부(134)는 제2 안테나(130) 및 NFC 송수신기(190)를 서로 간에 연결시킬 수 있다. 제2 접속부(134)는 제2 안테나(130)를 통해 수신된 신호를 NFC 송수신기(190)로 전송할 수 있다. 제2 접속부(134)는 NFC 송수신기(190)로부터 전송된 신호를 제2 안테나(130)로 전송할 수 있다.
이중 안테나(110)는 제1 정합부(122) 및 제2 정합부(132)를 더 포함할 수 있다.
제1 정합부(122)는 임피던스 정합부일 수 있다. 제1 정합부(122)는 제1 안테나(120) 및 WPT 수신기(180) 간의 임피던스 정합을 할 수 있다. 제1 정합부(122)는 제1 안테나(120)의 출력 임피던스 및 WPT 수신기(180)의 입력 임피던스 간의 매칭을 수행할 수 있다.
제1 안테나(120)의 특성에 따라, 제1 정합부(122)는 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시터(capacitor)들을 포함할 수 있다.
제2 정합부(132)는 임피던스 정합부일 수 있다. 제2 정합부(132)는 제2 안테나(130) 및 NFC 송수신기(190) 간의 임피던스 정합을 할 수 있다. 제2 정합부(132)는 제2 안테나(130)의 출력 임피던스 및 NFC 송수신기(190)의 입력 임피던스 간의 매칭을 수행할 수 있다.
제2 안테나(130)의 적절한 Q 값을 위해, 제2 정합부(132)는 수동 소자들을 포함할 수 있다. 수동 소자는 저항, 커패시터 및 인덕터를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 이중 안테나의 구조를 나타낸다.
도 2에서, 도 1을 참조하여 전술된 제1 안테나(120), 제2 안테나(130), 제1 정합부(122), 제2 정합부(132), 제1 접속부(124) 및 제2 접속부(134)가 도시되었다.
제1 안테나(120)는 루프 안테나일 수 있다. 제2 안테나(130)는 이중 루프 안테나일 수 있다. 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)의 내측 및 외측에 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)를 둘러쌓는 형태로 형성될 수 있다. 제2 안테나(130)의 일부는 제1 안테나(120)가 놓인 영역의 외측에 형성될 수 있고, 제2 안테나(130)의 일부는 제1 안테나(120)가 놓인 영역의 내측에 형성될 수 있다. 제2 안테나(130)의 구성이 하기에서 도 3을 참조하여 상세하게 설명된다.
제1 안테나(120)는, WPT 용 안테나로서, 높은 Q 값의 특성을 갖기 위해, 선폭이 굵은 단일 루프 안테나의 구조를 가질 수 있다.
제2 안테나(130)는, NFC 용 안테나로서, 낮은 Q 값의 특성을 갖기 위해 선폭이 가는 이중 루프 안테나의 구조를 가질 수 있다. 이중 루프 안테나의 구조에 의해, 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)에 대한 고격리 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 서로 간에 고격리 특성을 가질 수 있는 형태로 형성될 수 있다.
고격리 특성은 f0 또는 f1과 같은 특정한 주파수에서의 dB 값일 수 있다. 고격리 특성은 WPT 및 NFC에 대해서 각각 별개의 값일 수 있다. 예컨대, WPT에서의 고격리 특성은 13.56MHz의 주파수에서의 20dB의 값일 수 있다. NFC에서의 고격리 특성은 6.78MHz에서의 25dB의 값일 수 있다.
제1 안테나(120)는 원형 또는 다각형의 형태로 형성될 수 있다. 제1 안테나(120)는 완전한 원형 또는 완전한 다각형이 아닌 일부가 단절된 원형 또는 일부가 단절된 다각형을 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 도 1에서, 제1 안테나(120)는 모서리가 둥근 사각형의 형태로 형성되었다. 또한, 제1 안테나(120)의 하단의 일부는 단절되었다.
제1 안테나(120)의 2 개의 말단(end point)들은 제1 정합부(122) 또는 제1 접속부(124)에 연결될 수 있다. 제1 안테나(120)의 2 개의 말단들은 제1 안테나(120)의 입력 급전부(feeding unit)일 수 있다.
제2 안테나(130)의 2 개의 말단들은 제2 정합부(132) 또는 제2 접속부(134)에 연결될 수 있다. 제2 안테나(130)의 2 개의 말단들은 제2 안테나(130)의 입력 급전부일 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 평면 상에 형성될 수 있다. 여기서, 평면은 완전한 2 차원의 평면이 아닌, 굴곡이 있는 평면 또는 굽어진 평면 또는 높이 차가 있는 평면일 수 있다. 예컨대, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB) 상에 형성될 수 있으며, 휴대폰의 케이스 또는 휴대폰의 배터리 커버 상에 형성될 수 있다.
제2 안테나(130)의 일부는 평면 상에서 제1 안테나(120)를 관통할 수 있다. 제2 안테나(130)의 일부는 평면 상에 형성된 제1 안테나(120)의 위로 지나갈 수 있다. 또는, 제2 안테나(130)의 일부는 평면 상에 형성된 제1 안테나(120)의 아래로 지나갈 수 있다. 제2 안테나(130)의 일부가 평면 상에 형성된 제1 안테나(120)의 위 또는 아래로 지나가는 경우, 제1 안테나(120)의 교차되는 부분 및 제2 안테나(130)의 교차되는 부분은 물리적 또는 전기적으로 분리될 수 있다.
예컨대, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)가 교차되는 부분에서, 제1 안테나(120)의 일부 및 제2 안테나(130)의 일부 사이에는 빈 공간 또는 절연체가 있을 수 있다. 빈 공간 또는 절연체에 의해, 제1 안테나(120)의 일부 및 제2 안테나(130)는 물리적 또는 전기적으로 서로 간에 분리될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 각각 별개의 평면 상에 형성될 수 있다. 단말(100) 내에서, 제1 안테나(120)가 형성된 평면 및 제2 안테나(130)가 형성된 평면은 서로 근접할 수 있다.
이중 안테나(100)의 구조를 통해 무선 전력이 전송됨으로써 별개의 결합 소자가 이중 안테나(110) 내에서 사용되지 않을 수 있다. 또한, 결합 소자에 의한 삽입 손실이 일어나지 않아, 전송 효율이 저하되는 문제가 발생하지 않을 수 있다. 예컨대, 이중 안테나(110)의 포트(port)는 2 개이기 때문에, 스위치 기능을 하는 결합 소자가 필요하지 않을 수 있다.
제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)의 주변에 배치될 수 있다. 이중 안테나(110)는 2 개의 안테나들을 포함함에도 불구하고, 이중 안테나(110)가 차지하는 면적은 단일 안테나가 차지하는 면적에 비해 크게 증가하지 않을 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 서로 상이한 Q 값을 갖도록 설계될 수 있다. 따라서, 제1 안테나(120)가 높은 Q 값을 갖고, 제2 안테나(130)가 낮은 Q 값을 갖기 때문에 WPT가 효율적으로 수행될 수 있고, NFC의 데이터 통신이 원활하게 수행될 수 있다. 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)가 서로 상이한 특성을 갖기 때문에, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)가 서로 근접함에도 분구하고, 상호 간에 영향을 주지 않게 설계될 수 있다.
또한, 이중 안테나(110)의 구조를 통해 이종의 주파수들을 통해 WPT 및 NFC가 동시에 사용될 수 있다. 예컨대, 단말(100)로 전력이 무선으로 전송되는 중에, 단말(100)은 NFC를 이용하는 데이터 통신을 수행할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 이중 안테나의 구조를 나타낸다.
도 3에서, 제2 안테나(130)의 구조가 상세히 설명된다.
제2 안테나(130)는 내측부(inner part)(310), 제1 외측부(outer part)(320), 제2 외측부(330), 제1 연결부(connecting part)(340) 및 제2 연결부(350)를 포함할 수 있다.
내측부(310)는 제1 안테나(120)의 내측에 형성될 수 있다. 내측부(310)는 제1 안테나(120)의 내측에 형성된 영역 내에 있을 수 있다.
제1 외측부(320) 및 제2 외측부(330)는 각각 제1 안테나(120)의 외측에 형성될 수 있다. 제1 외측부(320) 및 제2 외측부(330)는 각각 제1 안테나(120)의 외측에 형성된 영역 내에 있을 수 있다.
제1 연결부(340)는 내측부(310)의 제1 말단(312) 및 제1 외측부(320)의 제1 말단(322)을 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제1 연결부(340)의 제1 말단(342)은 제1 외측부(320)의 제1 말단(322)과 연결될 수 있다. 제1 연결부(340)의 제2 말단(344)는 내측부(310)의 제1 말단(312)과 연결될 수 있다.
제2 연결부(350)는 내측부(310)의 제2 말단(314) 및 제2 외측부(330)의 제1 말단(332)을 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제2 연결부(350)의 제1 말단(352)은 제2 외측부(330)의 제1 말단(332)과 연결될 수 있다. 제2 연결부(350)의 제2 말단(354)는 내측부(310)의 제2 말단(314)과 연결될 수 있다.
제1 연결부(340)는 제1 안테나(120)가 형성된 평면 상에서 제1 안테나(120)와 중첩될 수 있다. 중첩된 부분에 있어서, 제1 연결부(340) 및 제1 안테나(120)는 서로 간에 물리적으로 분리 또는 절연될 수 있다. 또한, 제2 연결부(350)는 제1 안테나(120)가 형성된 평면 상에서 제1 안테나(120)와 중첩될 수 있다. 중첩된 부분에 있어서, 제2 연결부(350) 및 제1 안테나(120)는 서로 간에 물리적으로 분리 또는 절연될 수 있다.
예컨대, 제1 연결부(340) 및 제1 안테나(120)가 교차되는 부분에서, 제1 연결부(340)의 교차되는 일부 및 제1 안테나(120)의 교차되는 일부 사이에는 빈 공간 또는 절연체가 있을 수 있다. 빈 공간 또는 절연체에 의해, 제1 연결부(340)의 교차되는 일부 및 제1 안테나(120)의 교차되는 일부는 물리적 또는 전기적으로 서로 간에 분리될 수 있다.
예컨대, 제2 연결부(350) 및 제1 안테나(120)가 교차되는 부분에서, 제2 연결부(350)의 교차되는 일부 및 제1 안테나(120)의 교차되는 일부 사이에는 빈 공간 또는 절연체가 있을 수 있다. 빈 공간 또는 절연체에 의해, 제2 연결부(350)의 교차되는 일부 및 제1 안테나(120)의 교차되는 일부는 물리적 또는 전기적으로 서로 간에 분리될 수 있다.
상술된 것과 같이, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130) 간의 격리 문제가 구조적으로 해결됨에 따라, 격리 특성이 안정적으로 확보될 수 있다.
도 4은 일 실시예에 따른 이중 안테나의 구조를 나타낸다.
도 1에 비해, 도 4에서 도시된 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 서로 위치가 바뀌어서 배치되었다.
제1 안테나(120)는 이중 루프 안테나일 수 있다. 제2 안테나(130)는 루프 안테나일 수 있다. 제1 안테나(120)는 제2 안테나(130)의 내측 및 외측에 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 안테나(120)는 제2 안테나(130)를 둘러쌓는 형태로 형성될 수 있다. 제1 안테나(120)의 일부는 제2 안테나(130)가 놓인 영역의 외측에 형성될 수 있고, 제1 안테나(120)의 일부는 제2 안테나(130)가 놓인 영역의 내측에 형성될 수 있다.
이중 루프 안테나의 구조에 의해, 제1 안테나(120)는 제2 안테나(130)에 대한 고격리 특성을 가질 수 있다.
제1 안테나(120)는 원형 또는 다각형의 형태로 형성될 수 있다. 제2 안테나(130)는 완전한 원형 또는 완전한 다각형이 아닌 일부가 단절된 원형 또는 일부가 단절된 다각형을 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 도 3에서, 제2 안테나(130)는 모서리가 둥근 사각형의 형태로 형성되었다. 또한, 제2 안테나(130)의 하단의 일부는 단절되었다.
제1 안테나(120)의 일부는 평면 상에서 제2 안테나(130)를 관통할 수 있다. 제1 안테나(120)의 일부는 평면 상에 형성된 제2 안테나(130)의 위로 지나갈 수 있다. 또는, 제1 안테나(120)의 일부는 평면 상에 형성된 제2 안테나(130)의 아래로 지나갈 수 있다. 제1 안테나(120)의 일부가 평면 상에 형성된 제2 안테나(130)의 위 또는 아래로 지나가는 경우, 제1 안테나(120)의 교차되는 부분 및 제2 안테나(130)의 교차되는 부분은 물리적 또는 전기적으로 분리될 수 있다.
예컨대, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)가 교차되는 부분에서, 제1 안테나(120)의 일부 및 제2 안테나(130)의 일부 사이에는 빈 공간 또는 절연체가 있을 수 있다. 빈 공간 또는 절연체에 의해, 제1 안테나(120)의 일부 및 제2 안테나(130)는 물리적 또는 전기적으로 서로 간에 분리될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 각각 별개의 평면 상에 형성될 수 있다. 단말(100) 내에서, 제1 안테나(120)가 형성된 평면 및 제2 안테나(130)가 형성된 평면은 서로 근접할 수 있다.
제2 안테나(130)는 이중 루프 안테나일 수 있다. 제2 안테나(130)는 내측부 및 외측부를 포함할 수 있다. 외측부는 내측부의 바깥쪽에 형성될 수 있다. 내측부의 제1 말단 및 외측부의 제1 말단은 각각 제2 정합부(132)와 연결될 수 있다. 내측부의 제2 말단 및 외측부의 제2 말단은 서로 연결될 수 있다.
이중 루프의 구조에 따라, 내측부 및 외측부는 교차할 수 있다. 내측부 및 외측부가 교차되는 부분에서, 내측부의 교차되는 일부 및 외측부의 교차되는 일부 사이에는 빈 공간 또는 절연체가 있을 수 있다. 빈 공간 또는 절연체에 의해, 교차되는 부분에서 내측부 및 외측부는 물리적 또는 전기적으로 서로 간에 분리될 수 있다. 따라서, 내측부의 제2 말단 및 외측부의 제2 말단에서의 연결에 의해 내측부 및 외측부는 이중 루프를 형성할 수 있다.
이중 루프를 형성함으로써, 제2 안테나(130)는 긴 길이를 가질 수 있다. 제2 안테나(130)가 긴 길이를 갖게 됨으로써, 낮은 캐패시턴스 값을 갖는 소재가 제2 안테나(130)의 소재로써 사용될 수 있다.
도 5는 일 예에 따른 이중 안테나의 전류 흐름을 설명한다.
도 5를 참조하면, 제1 안테나(120)에서는 반시계 방향으로 전류가 흐른다. 제1 안테나(120)에서 반시계 방향으로 전류가 흐르면, 제1 안테나(120)의 루프의 외곽에서는 상기의 루프를 중심으로 필드가 형성된다. 상기의 필드는, 전기장, 자기장 또는 전자기장일 수 있다.
또한, 도 5에서, 제1 안테나(120) 내의 화살표는 제1 안테나(120) 내에서 흐르는 전류의 방향을 나타낼 수 있다. 제2 안테나(130) 외측의 화살표는 제2 안테나(130) 내에서 흐르는 전류의 방향을 나타낼 수 있다. 제2 안테나(130)의 내측 루프에서는 시계 방향으로 전류가 흐르고, 제2 안테나(130)의 외측 루프에서는 반시계 방향으로 전류가 흐른다. 전류가 흐르는 방향이 서로 반대이기 때문에, 내측 루프에 흐르는 전류에 의해 형성되는 필드 및 외측 루프에 흐르는 전류에 의해 형성되는 필드의 방향은 서로 반대일 수 있다. 서로 반대의 방향으로 필드들이 형성되기 때문에, 형성된 필드들은 루프의 최외곽 및 중심에서 서로 상쇠될 수 있다. 상쇄에 의해, 제2 안테나(130)의 내측 루프의 중심 및 외측 루프의 중심에서만 필드가 존재할 수 있다. 또는, 제2 안테나(130)의 내측 루프의 중심에 인접한 영역 및 외측 루프의 중심에 인접한 영역에서만 필드가 존재할 수 있다. 예컨대, 제2 안테나(130)의 루프에 의해 발생하는 필드는 제2 안테나(130)의 중심 또는 중심에 인접한 영역에서만 존재할 수 있다.
필드 또는 필드들의 상쇄는 필드의 자계 성분이 상쇄되는 것 또는 양 필드들 각각의 자계 성분들이 서로 상쇄되는 것을 의미할 수 있다.
필드는 제1 영역(510) 및 제2 영역(520)에서 발생할 수 있다. 제1 영역(510)은 제1 안테나(120)의 내측의 영역일 수 있다. 제2 영역(520)은 제1 안테나(120)의 외측의 영역일 수 있다.
제1 안테나(120)의 루프에서 발생한 필드를 제1 필드로 명명하고, 제2 안테나(130)의 루프에서 발생한 필드를 제2 필드로 명명한다. 제1 필드 및 제2 필드 간의 상관 관계를 살펴보면, 제1 필드는 제2 필드와 서로 상쇄될 수 있다. 상기의 상쇄에 의해 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 각각 고격리 특성을 가질 수 있다.
또한, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)가 형성된 평면 상에 단일한 차폐재가 사용될 수 있다. 예컨대, 평면이 PCB 또는 단말(100)의 케이스인 경우, PCB 또는 케이스 상에 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)가 형성되고, 차폐제가 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)를 커버할 수 있다. 단일한 차폐자가 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)에 공통적으로 적용됨으로써 생산 효율이 행상될 수 있고, 비용이 절감될 수 있으며, 이중 안테나(110) 및 단말(100)의 두께가 감소할 수 있다.
도 6은 일 예에 따른 필드의 상쇄를 설명한다.
제1 안테나(620)는 도 1을 참조하여 전술된 제1 안테나(120)에 대응할 수 있다. 제2 안테나(630)는 도 1을 참조하여 전술된 제2 안테나(130)에 대응할 수 있다.
도 6의 제1 안테나(620) 및 제2 안테나(630)에 의해 발생하는 필드는 하기의 수학식 1에 의해 설명될 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 제1 안테나(620)에서 흐르는 유도 전류일 수 있다.
Figure pat00003
는 제2 안테나(630)에 의해 형성된 필드에 의해 발생한 유도 전류일 수 있다. 또는,
Figure pat00004
는 제2 안테나(630)에서 흐르는 유도 전류일 수 있다.
Figure pat00005
는 제1 안테나(620)에서 형성된 필드에 의해 발생한 유도 전류일 수 있다. 예컨대, 유도 전류는 플레밍의 오른손 법칙 또는 왼손 법칙에 따른 유도 전류일 수 있다.
Figure pat00006
는 전체 영역을 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
는 필드가 발생하는 전체 영역을 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
는 단위 영역을 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
는 의 물리적, 수학적 또는 개념적인 일부일 수 있다.
Figure pat00010
는 들어가는(inward) 필드일 수 있다.
Figure pat00011
는 들어가는 자기장 필드일 수 있다.
Figure pat00012
는 제1 안테나(620) 및 제2 안테나(630)가 형성된 평면으로 향하는 필드일 수 있다.
Figure pat00013
은 나오는(outward) 필드일 수 있다.
Figure pat00014
은 나오는 자기장 필드일 수 있다.
Figure pat00015
은 제1 안테나(620) 및 제2 안테나(630)가 형성된 평면의 반대 방향으로 향하는 필드일 수 있다.
Figure pat00016
및
Figure pat00017
은 서로 반대 -항으로의 필드들을 나타낼 수 있다.
Figure pat00018
는 필드를 플럭스(flux)로 변환하는 상수일 수 있다.
또한, 도 6에서는, 들어가는 전류 Hin 및 나오는 전류 Hout이 도시되었다. 도 6에서, "
Figure pat00019
"는 들어가는 전류를 나타낼 수 있다. "
Figure pat00020
"는 나오는 전류를 나타낼 수 있다.
Figure pat00021
및
Figure pat00022
의 방향은 서로 반대이기 때문에,
Figure pat00023
에 대한 적분의 결과 값의 절대 값과
Figure pat00024
에 대한 적분의 결과 값의 절대 값이 서로 동일 또는 근접하다면, 제1 안테나(620) 및 제2 안테나(630) 간의 상호 플럭스(mutual flux) 값 및 커플링(coupling) 값은 0 또는 0에 가까운 값이 될 수 있다. 상호 플럭스(mutual flux) 값 및 커플링(coupling) 값에 따라, 제1 안테나(620) 및 제2 안테나(630)는 좋은 격리 특성을 가질 수 있다.
도 6에서, 화살표(640)는 제1 안테나(620) 내에서 흐르는 유도 전류의 방향을 나타낼 수 있다.
상술된 것처럼, 제1 안테나(620)는 제1 안테나(120)를 나타낼 수 있고, 제2 안테나(630)는 제2 안테나(130)를 나타낼 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(630)는 제2 안테나(130)에 의해 생성되는 필드에 의해 제1 안테나(120) 내에서 발생하는 유도 전류가 최소화되도록 이중 안테나(110) 또는 단말(100) 내에서 설계, 생성, 형성, 배치 또는 제조될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)에 의해 생성되는 필드에 의해 제2 안테나(130) 내에서 발생하는 유도 전류가 최소화되도록 이중 안테나(110) 또는 단말(100) 내에서 설계, 생성, 형성, 배치 또는 제조될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 제2 안테나(130)에 의해 생성되는 필드에 의해 제1 안테나(120) 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 이중 안테나(110) 또는 단말(100) 내에서 설계, 생성, 형성, 배치 또는 제조될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)에 의해 생성되는 필드에 의해 제2 안테나(130) 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 이중 안테나(110) 또는 단말(100) 내에서 설계, 생성, 형성, 배치 또는 제조될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)에 의해 생성되는 필드 및 제2 안테나(130)에 의해 생성되는 필드에 의해 제1 안테나(120)에서 발생하는 제1 유도 전류 및 제2 안테나(130)에서 발생하는 제2 유도 전류가 최소화되도록 이중 안테나(110) 또는 단말(100) 내에서 설계, 생성, 형성, 배치 또는 제조될 수 있다.
제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130)는 제1 안테나(120)에 의해 생성되는 필드 및 제2 안테나(130)에 의해 생성되는 필드에 의해 제1 안테나(120)에서 발생하는 제1 유도 전류 및 제2 안테나(130)에서 발생하는 제2 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 이중 안테나(110) 또는 단말(100) 내에서 설계, 생성, 형성, 배치 또는 제조될 수 있다.
유도 전류의 발생이 최소화 또는 임계 값 이하가 되도록, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130) 간의 거리가 조절될 수 있다. 유도 전류의 발생이 최소화 또는 임계 값 이하가 되도록, 제1 안테나(120)의 면적 및 제2 안테나(130)의 면적이 조절될 수 있다. 즉, 전술된 설계, 생성, 형성, 비치 및 제조에 있어서, 제1 안테나(120) 및 제2 안테나(130) 간의 거리가 고려될 수 있고, 제1 안테나(120)의 면적 및 제2 안테나(130)의 면적이 고려될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 단말의 WPT 기능의 동작을 설명한다.
도 7에서, WPT 송신 단말(700)이 도시되었다.
WPT 송신 단말(700)은 안테나(710), 정합부(720) 및 WPT 송신기(730)를 포함할 수 있다.
WPT를 위해, 안테나(710)는 주파수 f0을 사용할 수 있다. 고효율의 WPT를 위해, 안테나(710)는 주파수 f0에서 높은 Q 값을 가질 수 있다.
정합부(720)는 임피던스 정합부일 수 있다. 정합부(720)는 안테나(710) 및 WPT 송신기(730) 간의 임피던스 정합을 할 수 있다. 정합부(720)는 WPT 송신기(730)의 출력 임피던스 및 안테나(710)의 입력 임피던스 간의 매칭을 수행할 수 있다.
WPT 송신기(730)는 WPT를 위한 신호를 출력할 수 있다.
안테나(710)로부터 전송된 신호는, 단말(100)의 제1 안테나(120)에 의해 수신될 수 있다. 예컨대, 안테나(710) 및 제1 안테나(120) 간의 WPT가 이루어질 수 있다. WPT를 위해 WPT 송신 단말(700) 및 단말(100)은 전력 전송이 가능한 소정의 거래 내에 있을 수 있다.
전술된 것과 같이, 이중 안테나(110)는 고격리 특성을 가질 수 있다. 따라서, 제1 안테나(120)로 고출력의 무선 전력이 전송되는 경우에도, NFC 용의 제2 안테나(130)에 의해 수신되는 전력 또는 신호는 미비할 수 있다. 말하자면, 이중 안테나(110)의 고격리 특성에 의해 제2 안테나(130)에서의 간섭이 방지될 수 있다. 간섭은 전기적 간섭, 자기적 간섭 또는 전자기적 간섭일 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 단말의 NFC 기능의 동작을 설명한다.
도 8에서, NFC 송수신 단말(800)이 도시되었다.
NFC 송수신 단말(800)은 안테나(810), 정합부(820) 및 NFC 송수신기(830)를 포함할 수 있다.
NFC를 위해, 안테나(810)는 주파수 f1을 사용할 수 있다. 주파수 f1에서의 원활한 데이터 통신을 위해, 안테나(810)는 주파수 f1에서 낮은 Q 값을 가질 수 있다.
정합부(820)는 임피던스 정합부일 수 있다. 정합부(820)는 안테나(810) 및 NFC 송수신기(830) 간의 임피던스 정합을 할 수 있다. 정합부(820)는 WPT 송신기(830)의 출력 임피던스 및 안테나(810)의 입력 임피던스 간의 매칭을 수행할 수 있다.
NFC 송수신기(830)는 NFC를 위한 신호를 출력할 수 있으며, NFC를 위한 신호를 입력받을 수 있다.
안테나(810)로부터 전송된 신호는, 단말(100)의 제2 안테나(130)에 의해 수신될 수 있다. 예컨대, 안테나(810) 및 제2 안테나(130) 간의 NFC가 이루어질 수 있다. NFC를 위해 NFC 송수신 단말(800) 및 단말(100)은 NFC가 가능한 소정의 근거리 통신 가능 거리 내에 있을 수 있다.
전술된 것과 같이, 이중 안테나(110)는 고격리 특성을 가질 수 있다. 따라서, 제2 안테나(130)로 신호가 수신되거나, 제2 안테나(130)로부터 신호가 전송되는 경우에도, WPT 용의 제1 안테나(120)에 의해 수신되는 전력 또는 신호는 미비할 수 있다. 말하자면, 이중 안테나(110)의 고격리 특성에 의해 제1 안테나(120)에서의 오동작이 방지될 수 있다. 오동작은 전기적 간섭, 자기적 간섭 또는 전자기적 간섭에 기인한 것일 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 단말
110: 이중 안테나
120: 제1 안테나
130: 제2 안테나

Claims (20)

  1. 루프 안테나; 및
    상기 루프 안테나의 내측 및 외측에 형성된 이중 루프 안테나
    를 포함하는 이중 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이중 루프 안테나는,
    상기 루프 안테나의 상기 내측에 형성된 내측부;
    상기 루프 안테나의 상기 외측에 형성된 제1 외측부;
    상기 루프 안테나의 상기 외측에 형성된 제2 외측부;
    상기 내측부의 제1 말단 및 상기 제1 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부; 및
    상기 내측부의 제2 말단 및 상기 제2 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부
    를 포함하는 이중 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 루프 안테나가 형성된 평면 상에서 상기 루프 안테나와 중첩되고,
    상기 제2 연결부는 상기 평면 상에서 상기 루프 안테나와 중첩되는 이중 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 루프 안테나는 NFC 용 안테나고,
    상기 이중 루프 안테나는 WPT 용 안테나인 이중 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 루프 안테나 및 이중 루프 안테나는 상기 루프 안테나에 의해 발생하는 필드 및 상기 이중 루프 안테나에 의해 발생하는 필드가 서로 상쇄되도록 형성된 이중 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 루프 안테나 및 상기 이중 루프 안테나는 상기 루프 안테나에 의해 생성되는 필드에 의해 상기 이중 루프 안테나 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 형성된 이중 안테나.
  7. 일부가 단절된 원형 또는 일부가 단절된 다각형을 포함하는 형태로 형성된 제1 안테나; 및
    상기 제1 안테나의 내측 및 외측에 형성된 제2 안테나
    를 포함하는 이중 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 안테나는,
    상기 제1 안테나의 상기 내측에 형성된 내측부;
    상기 제1 안테나의 상기 외측에 형성된 제1 외측부;
    상기 제1 안테나의 상기 외측에 형성된 제2 외측부;
    상기 내측부의 제1 말단 및 상기 제1 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부; 및
    상기 내측부의 제2 말단 및 상기 제2 외측부의 제1 말단을 연결하는 제1 연결부
    를 포함하는 이중 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 제1 안테나가 형성된 평면 상에서 상기 제1 안테나와 중첩되고,
    상기 제2 연결부는 상기 평면 상에서 상기 제1 안테나와 중첩되는 이중 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 외측부 및 상기 제1 안테나는 서로 간에 절연되고,
    상기 제2 외측부 및 상기 제1 안테나는 서로 간에 절연되는 이중 안테나.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 평편 상에 형성된 안테나.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 이중 루프 안테나인 이중 안테나.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 무선 전력 전송(Wirelsss Power Transmission; WPT) 용 안테나고,
    상기 제2 안테나는 근거리 통신(Near Field Communication; NFC) 용 안테나인 이중 안테나.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 NFC 용 안테나고,
    상기 제2 안테나는 WPT 용 안테나인 이중 안테나.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 높은 Q(high-Q) 특성을 갖고,
    상기 제2 안테나는 낮은 Q(low-Q) 특성을 갖는 이중 안테나.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 발생하는 필드 및 상기 제2 안테나에 의해 발생하는 필드가 서로 상쇄되도록 형성된 이중 안테나.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 생성되는 필드에 의해 상기 제2 안테나 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 형성된 이중 안테나.
  18. 제1 안테나;
    및 제2 안테나
    를 포함하고,
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 발생하는 필드 및 상기 제2 안테나에 의해 발생하는 필드가 서로 상쇄되도록 형성된 이중 안테나.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 무선 전력 전송(Wirelsss Power Transmission; WPT) 용 안테나고,
    상기 제2 안테나는 근거리 통신(Near Field Communication; NFC) 용 안테나인 이중 안테나.
  20. 제1 안테나;
    및 제2 안테나
    를 포함하며,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 의해 생성되는 필드에 의해 상기 제2 안테나 내에서 발생하는 유도 전류가 소정의 임계 값 이하가 되도록 형성된 이중 안테나.
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