KR20160056205A - 근거리 통신용 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 기판; 및 상기 기판의 일 면에 형성되며, 복수의 코일을 포함하는 안테나 층;을 포함하고, 상기 코일은 서로 인접하는 코일과 서로 적어도 일부가 중첩되는 코일 중첩부를 가지는 근거리 통신용 안테나 장치에 관한 것이다.

Description

근거리 통신용 안테나 장치{Near field communication antenna device}
본 개시는 근거리 통신용 안테나 및 이를 포함하는 근거리 통신 장치에 관한 것이다.
근거리 통신(NFC; Near Field Communication)용 안테나 장치는 일정한 주파수 영역에서 10 cm 미만의 거리에서 데이터 교환 및 결재 등을 위한 통신 목적으로 사용된다.
근거리 통신용 안테나 장치의 송신 코일에 교류 전류가 인가되어 자력선이 발생하면, 근접한 수신 코일에서 전류가 유도되는 원리를 이용하여 작동한다.
근거리 통신용 안테나 장치는 하나의 장치가 송신기, 다른 하나의 장치가 수신기로 작동하면서 교통, 티켓, 모바일 전자 결재 및 기기간 데이터 교환 등의 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
근거리 통신용 안테나 장치는 전자기 유도를 이용하기 때문에 송수신 코일의 위치에 따라 송수신율이 달라진다.
따라서 이러한 근거리 통신용 안테나 장치의 송수신율을 향상시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-1217015호
본 개시는 송수신율이 향상된 근거리 통신용 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 기판; 및 상기 기판의 일 면에 형성되며, 복수의 코일을 포함하는 안테나 층;을 포함하고, 상기 코일은 서로 인접하는 코일과 서로 적어도 일부가 중첩되는 코일 중첩부를 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 복수의 코일이 인접하는 코일과 서로 적어도 일부가 중첩되는 코일 중첩부를 가짐으로써, 인접하는 코일로 인한 반자장이 형성되지 않아 근거리 통신용 안테나 장치의 송수신율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 평면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 4는 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 송신 장치와 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치가 수신 장치로 작동할 때의 자기장이 형성되는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치가 수신 장치로 작동할 때의 자기장이 형성되는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 자계 강도를 나타낸 것이고, 도 8은 하나의 코일로만 이루어진 종래의 근거리 통신용 안테나 장치의 자계 강도를 나타낸 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 본 실시예를 설명함에 있어서, 무접점 전력 전송 장치는 전력을 전송하는 무접점 전력 송신 장치와, 전력을 수신하여 저장하는 무접점 전력 수신 장치를 포괄적으로 지칭한다.
또한, 본 발명은 근거리 통신(NFC;Near Field Communication)를 중심으로 설명하였으나, 무접점 전력 전송 장치에 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 평면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 명확한 설명을 위해 코일은 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)으로 2개인 경우를 예를 들어 설명하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 기판(100)과 복수의 코일(110, 120)으로 구성될 수 있다.
코일(110, 120)은 박형으로 형성될 수 있으며, 코일(110, 120)의 두께는 5 내지 95 ㎛일 수 있다.
코일(110, 120)은 나선형 패턴으로 형성될 수 있다.
코일(110, 120)의 양 단부는 외부와 전기적으로 연결될 수 있으며, 코일(110, 120)의 내측 단부는 비아 전극 등을 이용하여 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 코일(110, 120)은 근거리 통신을 위한 메인 루프 안테나의 역할을 수행할 수 있다.
복수의 코일(110, 120)은 각각 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 코일(110) 및 제2 코일(120)은 서로 인접하는 부분의 적어도 일부가 중첩되어 코일 중첩부(A)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 코일 중첩부(A)는 코일 중첩부(A)에 위치하는 제1 코일(110)의 하부에 제2 코일(120)이 위치하도록 형성할 수 있다.
이와 달리, 비교예의 코일(110`, 120`)은 서로 일정한 간격(A`)을 가지고 기판(110`) 위에 형성될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 4는 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 4의 화살표는 자기력 선의 방향을 예시로 도시한 것이다.
일반적으로 나선형의 코일을 포함하는 근거리 통신용 안테나 장치는 코일의 도선 부분에 자기장의 발생이 집중된다.
따라서 코일 내측의 중심부에는 자기장의 발생이 상대적으로 작다.
그러므로 높은 송수신율을 가지기 위해서는 자기장의 발생이 높은 송수신 코일의 도선부가 서로 잘 매칭되어야 한다.
근거리 통신용 안테나 장치의 송수신 코일의 매칭율을 높이기 위해서 복수의 코일을 이용하는 경우, 도 4의 A`에서 보는 바와 같이 자기력이 서로 상쇄하게 된다.
따라서 도 4의 A` 부분의 자계강도가 약해지게 되어 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치의 송수신율이 감소하게 된다.
하지만 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 코일 중첩부(A)를 가지기 때문에, 도 3에서 보는 바와 같이 자기력이 서로 상쇄되지 않으며 오히려 중첩되어 강한 자계 강도를 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 코일 중첩부(A)의 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)의 사이에 절연층(130)이 형성될 수 있다.
코일 중첩부(A)는 상대적으로 코일(110, 120)의 다른 부분에 비해 두께가 두꺼워질 수 있기 때문에, 압착 등의 방법을 통해 코일 중첩부(A)와 코일(110, 120)의 두께가 동일하도록 만들 수 있다.
이와 같이 코일 중첩부(A)에 위치하는 코일(110, 120)의 두께를 얇게하는 경우, 코일(110, 120)의 다른 부분에 비해서 높은 저항 값을 가질 수 있다.
저항 값이 높아지는 것을 방지하기 위하여 코일 중첩부(A)에 위치하는 코일(110, 120)은 다른 부분에 비해 넓게 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
도 5는 송신 장치와 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치가 수신 장치로 작동할 때의 자기장이 형성되는 것을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6은 송신 장치와 비교예의 근거리 통신용 안테나 장치가 수신 장치로 작동할 때의 자기장이 형성되는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
상술한 바와 같이 일반적으로 나선형의 코일을 포함하는 근거리 통신용 안테나 장치는 코일의 도선 부분에 자기장의 발생이 집중된다.
따라서 코일 내측의 중심부에는 자기장의 발생이 상대적으로 작다.
그러므로 높은 송수신율을 가지기 위해서는 자기장의 발생이 높은 송수신 코일의 도선부가 서로 잘 매칭되어야 한다.
도 5를 참조하면 송신 장치의 송신 기판(200)에 형성된 송신 코일(210)이 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 코일(110, 120)과 일정한 거리가 이격되어, 어긋나도록 배치되어 있다.
도 5와 같이, 송신 장치와 수신 장치가 어긋나도록 배치되어 있는 경우에도 수신 장치의 코일 중첩부(A)와 송신 장치의 코일(200)의 도선 부분이 서로 일치하는 부분(B)이 생성되는 것을 알 수 있다.
따라서 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 송신 장치와 수신 장치의 매칭율이 증가하여, 근거리 통신용 안테나 장치의 송수신율이 증가하게 된다.
이에 반해, 도 6을 참조하면, 단순히 복수의 코일(110`, 120`)을 이용하는 경우에는 수신 장치의 코일(110, 120)의 사이에 위치하는 중앙 부분에는 자기력 상쇄로 인해 자계 강도가 낮기 때문에, 송신 장치와 매칭율이 감소하게 된다.
이는 수신 장치의 코일을 하나로 형성한 경우에도 동일하다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치의 자계 강도를 나타낸 것이고, 도 8은 하나의 코일로만 이루어진 종래의 근거리 통신용 안테나 장치의 자계 강도를 나타낸 것이다
도 7 및 도 8의 a는 가장 강한 자계 강도, b는 중간 강도의 자계 강도, c는 약한 강도의 자계 강도를 의미한다..
도 7 을 참조하면, 상술한 바와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 코일 중첩부(A)의 자계강도가 매우 크고 넓은 범위를 가지는 것을 알 수 있다.
따라서 본 개시의 일 실시 예에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 넓은 통신 거리를 가질 수 있다.
하지만 도 8에서 보는 바와 같이 하나의 코일을 사용하는 경우, 자계 강도는 코일의 도선부에서 강하게 측정되며, 코일의 내측에서는 중간 정도의 자계 강도를 가질 수 밖에 없기 때문에 본 개시의 일 실시예에 비해 짧은 통신거리와 낮은 송수신율을 가지게 된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 근거리 통신용 안테나 장치는 전술한 실시예들에 한정되지 않으며, 다양한 응용이 가능하다.
또한, 전술한 실시형태들에서는 근거리 통신용 안테나 장치를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 전력을 충전하여 이용할 수 있는 모든 전자 장치와, 전력을 전송할 수 있는 모든 전력 전송 장치에 폭넓게 적용될 수 있다.
100: 기판
110: 제1 코일
120: 제2 코일
130: 절연층
200: 송신 기판
210: 송신 코일
A: 코일 중첩부

Claims (5)

  1. 기판; 및
    상기 기판의 일 면에 형성되며, 복수의 코일을 포함하는 안테나 층;을 포함하고,
    상기 코일은 서로 인접하는 코일과 서로 적어도 일부가 중첩되는 코일 중첩부를 가지는 근거리 통신용 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 중첩부의 상기 코일 사이에 배치되는 절연층;을 더 포함하는 근거리 통신용 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일 중첩부의 두께는 상기 코일의 두께와 동일한 근거리 통신용 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 근거리 통신을 위한 메인 루프 안테나의 역할을 수행하는 근거리 통신용 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 서로 병렬로 전기적으로 연결되는 근거리 통신용 안테나 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011029814A (ja) * 2009-07-23 2011-02-10 Nippon Sheet Glass Co Ltd リーダ用アンテナならびにアンテナ付き物品載置棚およびアンテナ付き物品載置台
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