KR20180099299A - 분기점을 가지는 이중 공진 안테나 - Google Patents

Abstract

분기점을 가지는 이중 공진 안테나가 개시된다.
공진 안테나는 인덕터의 일단에 연결된 제1 연결부; 상기 인덕터의 타단에 연결된 제2 연결부; 상기 인덕터에서 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에 위치한 분기점에 연결된 제3 연결부; 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 연결되어 제1 공진 주파수가 방사되도록 하는 제1 커패시터; 및 상기 제2 연결부 및 상기 제3 연결부와 연결되어 제2 공진 주파수가 방사되도록 하는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.

Description

분기점을 가지는 이중 공진 안테나{DOUBLE RESONANT ANTENNA WITH BRANCH POINT}

본 발명은 무선 전력 전송이나 노출량 측정 장치 등에서 둘 이상의 주파수를 활용할 수 있는 이중 공진 안테나에 관한 것이다.

최근 무선 기술의 발전과 함께 무선으로 에너지나 신호를 송수신하는 다양한 무선 기기들이 출시되고 있다. 무선 기기들은 특정한 주파수의 에너지 혹은 신호를 발생시키거나 혹은 수신하여 전기 에너지로 변환하여 이용한다. 이때, 무선 기기들은 해당 주파수에 대응하는 인덕터, 또는 안테나 선으로 공진하여 전자기파로 이루어진 공간을 형성함으로써, 에너지 혹은 신호를 방사하거나 수신할 수 있다.

그리고, 무선 기기별로 대응하는 기기를 설정하지 않고, 하나의 무선 기기로 복수의 주파수들을 방사, 또는 수신함으로써, 복수의 무선 기기에 대응할 수 있는 장치가 개발되었다.

종래의 하나의 무선 기기로 복수의 주파수들을 방사, 또는 수신하는 방법으로는 광대역 안테나를 사용하는 방법과 복수의 단일 대역 안테나를 배치하는 방법이 있었다.

그러나, 여러 주파수를 동시에 사용할 수 있는 광대역 안테나는, 하나의 안테나로 서로 다른 주파수 신호를 동시에 처리할 수 있다는 장점이 있으나 여러 신호가 하나의 성분을 통과하므로 이에 따른 혼선을 피하기 어렵다는 한계가 있었다. 또한, 복수의 단일 대역 안테나를 배치하는 경우, 단일 대역 안테나들을 서로 다른 주파수에 대응하도록 설계하며, 단일 대역 안테나들 간의 간섭을 고려해야 하므로, 무선 기기의 크기가 커진다는 문제가 있었다.

따라서, 무선 기기의 크기 증가, 또는 광대역 안테나의 사용 없이 복수의 주파수를 전송, 또는 수신할 수 있는 방법이 요청되고 있다.

본 발명은 하나의 인덕터를 이용하여 복수의 주파수를 전송하거나 수신할 수 있는 이중 공진 안테나를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공진 안테나는 인덕터의 일단에 연결된 제1 연결부; 상기 인덕터의 타단에 연결된 제2 연결부; 상기 인덕터에서 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에 위치한 분기점에 연결된 제3 연결부; 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 연결되어 제1 공진 주파수가 방사되도록 하는 제1 커패시터; 및 상기 제2 연결부 및 상기 제3 연결부와 연결되어 제2 공진 주파수가 방사되도록 하는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공진 안테나의 분기점은, 외부에서 공진 안테나로 향하는 방향의 임피던스에 따라 위치가 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공진 안테나의 제1 공진 주파수는, 상기 인덕터의 인덕터 값과 상기 제1 커패시터의 커패시터 값에 따라 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공진 안테나의 제2 공진 주파수는, 상기 인덕터에서 상기 타단과 상기 분기점 사이에 위치한 영역의 인덕터 값과 상기 제2 커패시터의 커패시터 값에 따라 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공진 안테나의 인덕터는, 불균형한 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 발룬 구조의 출력 인터페이스를 통하여 외부 전기 회로에 연결될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공진 안테나의 인덕터는, 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수에서 안테나로 동작 가능한 길이보다 긴 길이로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 인덕터에 분기점을 설정하고, 인덕터의 양단을 커패시터와 연결한 공진 회로에서 인덕터의 일단과 분기점을 커패시터와 연결한 공진 회로를 추가로 형성함으로써, 하나의 인덕터를 이용하여 복수의 서로 다른 공진 주파수를 방사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 공진 안테나를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제1 공진 주파수, 및 제2 공진 주파수를 형성하는 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 출력 인터페이스의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 이중 공진 안테나의 동작 일례이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 공진 안테나를 나타내는 도면이다.

이중 공진 안테나는 인덕터(110), 제1 연결부(111), 제2 연결부(112), 제1 커패시터(113), 제3 연결부(114), 제2 커패시터(115) 및 출력 인터페이스(120)를 포함할 수 있다.

인덕터(inductor)(110)는 전기 전도성이 있는 선형 물질이 도 1에 도시된 바와 같이 나선 형상으로 형성된 구성, 또는 코일일 수 있다. 이때, 인덕터(110)의 길이는 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수에서 안테나로 동작 가능한 길이보다 긴 길이로 형성될 수 있다.

또한, 인덕터(110)는 불균형한 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 발룬 구조의 출력 인터페이스(120)를 통하여 제1 회로(130), 제2 회로(140)와 같은 외부 전기 회로에 연결될 수 있다.

제1 연결부(111)는 도 1에 도시된 바와 같이 인덕터(110)의 일단에 연결될 수 있다. 그리고, 제1 연결부(111)는 회로를 통하여 제1 커패시터(113), 및 출력 인터페이스(120)와 연결될 수 있다.

제2 연결부(112)는 도 1에 도시된 바와 같이 인덕터(110)의 타단에 연결될 수 있다. 즉, 제1 연결부(111)과 제2 연결부(112)는 인덕터(110)의 양끝에 각각 연결될 수 있다. 그리고, 제2 연결부(111)는 회로를 통하여 제1 커패시터(113), 제2 커패시터(115) 및 출력 인터페이스(120)와 연결될 수 있다.

제1 커패시터(113)는 제1 연결부(111) 및 제2 연결부(112)와 연결되어 인덕터(110)에서 제1 공진 주파수가 방사되도록 할 수 있다. 이때, 제1 공진 주파수는 인덕터(110)의 인덕터 값과 제1 커패시터(113)의 커패시터 값에 따라 형성될 수 있다.

제3 연결부(114)는 인덕터(110)에서 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112) 사이에 위치한 분기점에 연결될 수 있다. 이때, 분기점은 외부에서 공진 안테나로 향하는 방향의 임피던스에 따라 위치가 결정될 수 있다. 구체적으로, 외부에서 공진 안테나로 향하는 방향에서 제2 연결부(112)가 연결된 인덕터(110)의 타단과 인덕터의 특정 위치들 간의 임피던스를 측정할 수 있다. 그리고, 특정 위치들 중에서 인덕터(110)의 임피던스 보다는 작고, 0보다는 큰 임피던스를 가지는 위치 중 하나가 제3 연결부(114)가 연결되는 분기점의 위치로 결정될 수 있다. 예를 들어, 임계 값은 인덕터(110)의 임피던스 보다 작고, 인덕터(110)의 임피던스의 절반보다는 큰 값일 수 있다.

제2 커패시터(115)는 제2 연결부(112) 및 제3 연결부(114)와 연결되어 인덕터(110)에서 제2 공진 주파수가 방사되도록 할 수 있다. 이때, 제2 공진 주파수는, 인덕터(110)에서 타단과 분기점 사이에 위치한 영역의 인덕터 값과 제2 커패시터(115)의 커패시터 값에 따라 형성될 수 있다.

제1 커패시터(113)과 제2 커패시터(115)는 각각 서로 다른 길이의 인덕터(110)에서 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수가 방사되도록 함으로써, 서로 다른 길이의 인덕터(110)를 공진시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터와 제1 커패시터(113) 및 해당 인덕터와 제1 커패시터(113) 간을 연결하는 회로는 제1 공진 회로를 형성할 수 있다. 또한, 제2 연결부(112)와 제3 연결부(114)사이의 인덕터와 제2 커패시터(115) 및 해당 인덕터와 제2 커패시터(115) 간을 연결하는 회로는 제2 공진 회로를 형성할 수 있다.

또한, 도 1에서 제1 커패시터(113)과 제2 커패시터(115)는 직렬로 연결되어 있으나, 실시예에 따라서는 병렬로 연결될 수도 있다.

출력 인터페이스(120)는 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터와 제1 커패시터(113)를 통하여 생성된 제1 입력 신호를 제1 출력 신호로 변환하여 제1 회로(130)로 출력할 수 있다. 또한, 출력 인터페이스(120)는 제2 연결부(112)와 제3 연결부(114)사이의 인덕터와 제2 커패시터(115)를 통하여 생성된 제2 입력 신호를 제2 출력 신호로 변환하여 제2 회로(140)로 출력할 수 있다.

본 발명은 인덕터에 분기점을 설정하고, 인덕터의 양단을 커패시터와 연결한 공진 회로에서 인덕터의 일단과 분기점을 커패시터와 연결한 공진 회로를 추가로 형성함으로써, 하나의 인덕터를 이용하여 복수의 서로 다른 공진 주파수를 방사하는 이중 공진 안테나를 형성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제1 공진 주파수, 및 제2 공진 주파수를 형성하는 구조를 나타내는 도면이다.

루프 공진 안테나는 인덕터와 같이 전기 전도성이 있는 선의 양 끝을 전기적으로 연결하고, 해당 선이 전기적으로 공진하여 전자파를 방사하도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 이중 공진 안테나는 인덕터의 양단을 커패시터와 연결한 공진 회로에서 인덕터에 분기점을 설정하고, 인덕터의 일단과 분기점을 커패시터와 연결한 공진 회로를 추가로 형성할 수 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터와 제1 커패시터(113)로 형성된 제1 공진 회로에서 공진하는 안테나의 길이는 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터의 길이(210)일 수 있다. 또한, 제2 연결부(112)와 제3 연결부(114)사이의 인덕터와 제2 커패시터(115)로 형성된 제2 공진 회로에서 공진하는 안테나의 길이는 제2 연결부(112)와 제3 연결부(114)사이의 인덕터의 길이(220)일 수 있다. 이때, 인덕터의 길이(220)는 전체 인덕터의 길이(210)보다는 작고 0보다는 클 수 있다.

이때, 인덕터의 길이(210)와 인덕터의 길이(220)가 서로 다르므로, 제1 공진 회로에서 방사되는 제1 공진 주파수와 제2 공진 회로에서 방사되는 제2 공진 주파수도 서로 다를 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이중 공진 안테나는 인덕터에서 제3 연결부(114) 및 제2 커패시터(115)를 추가함으로써, 인덕터를 추가하지 않고도 공진 주파수에 사용될 인덕터의 길이를 다르게 하여 서로 다른 공진 주파수를 방사하도록 할 수 있다.

또한, 인덕터(110)는 양끝에 제1 연결부(111)와 제3 연결부(114)가 연결된 제1 인덕터와 양끝에 제3 연결부(114)와 제2 연결부(112)가 연결된 제2 인덕터가 직렬로 연결된 형태일 수도 있다.

그리고, 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터는 제1 커패시터(113)와 연결되어 제1 LC공진 회로를 형성하고, 제3 연결부(114)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터는 제2 커패시터(115)와 연결되어 제2 LC공진 회로를 형성할 수 있다. 이때, 제1 LC공진 회로와 제2 LC공진 회로는 각각 앞서 설명한 제1 공진 회로 및 제2 공진 회로와 동일한 회로일 수 있다.

또한, 제1 LC공진 회로는 제1 연결부(111)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터의 인덕터값과 제1 커패시터(113)의 커패시터값에 의해 제1 공진 주파수를 형성하며 방사할 수 있다. 그리고, 제2 LC공진 회로는 제3 연결부(114)와 제2 연결부(112)사이의 인덕터의 인덕터값과 제2 커패시터(115)의 커패시터값에 의해 제1 공진 주파수를 형성하며 방사할 수 있다. 이때, 제1 커패시터(113) 및 제2 커패시터(115)의 커패시터값은 가변될 수 있다.

그리고, 인덕터(110)에서 출력 인터페이스(120)에 의하여 나눠진 성분들은 서로 독립적인 공진 주파수를 형성하여 방사할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 출력 인터페이스의 일례이다.

출력 인터페이스(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 발룬 구조로 제1 회로(320), 및 제2 회로와 연결될 수 있다. 이때, 발룬 구조에는 안테나(310)와 연결된 제1 코일(311), 제2 코일(312)와 외부 전기 회로인 제1 회로(320)와 연결된 제3 코일(321), 및 외부 전기 회로인 제2 회로(330)와 연결된 제4 코일(331)를 포함할 수 있다. 이때, 안테나(310)는 인덕터(110), 제1 연결부(111), 제2 연결부(112), 제1 커패시터(113), 제3 연결부(114), 제2 커패시터(115)를 포함하는 구성일 수 있다. 그리고, 안테나(310)는 싱글 엔드형(Single-ended)의 코일, 또는 안테나이며, 제3 연결부(114)에 의해 두 개의 서로 다른 주파수 신호로 출력될 수 있다.

또한, 제1 회로(320), 및 제2 회로(330)는 도 1의 제1 회로(130), 제2 회로(140)와 동일하며, 안테나(310)와 차동 구조(Differential)로 연결될 수 있다.

그리고, 제1 코일(311) 내지 제4 코일(331)을 포함하는 출력 인터페이스(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 발룬 구조로 제1 회로(320), 및 제2 회로(330)와 연결될 수 있다. 이때, 발룬은 불균형한 입력 신호를 출력 신호로 바꾸는 임피던스 변환 역할을 하는 소자일 수 있다. 또한, 제1 회로(320), 및 제2 회로(330)는 차동(Differential) 구조로 각각 분할되어 이중 공진 안테나의 외부 전기 회로로 동작할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 이중 공진 안테나의 동작 일례이다.

도 4는 제1 이중 공진 안테나(410)와 제2 이중 공진 안테나(420)를 사용하는 일례이다.

제1 이중 공진 안테나(410)는 제1 연결부(411)와 제2 연결부(412)사이의 인덕터, 및 제3 연결부(413)와 제2 연결부(412)사이의 인덕터 중 하나를 사용하여 에너지, 또는 신호를 출력할 수 있다.

제1 이중 공진 안테나(410)가 제1 연결부(411)와 제2 연결부(412)사이의 인덕터를 사용하여 에너지, 또는 신호를 출력한 경우, 제2 이중 공진 안테나(420)는 제1 연결부(421)와 제2 연결부(422)사이의 인덕터를 사용하여 에너지, 또는 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제1 이중 공진 안테나(410)가 제3 연결부(413)와 제2 연결부(412)사이의 인덕터를 사용하여 에너지, 또는 신호를 출력한 경우, 제2 이중 공진 안테나(420)는 제3 연결부(423)와 제2 연결부(422)사이의 인덕터를 사용하여 에너지, 또는 신호를 수신할 수 있다.

본 발명은 인덕터의 중간에 분기점을 연결함으로써, 하나의 인덕터를 이용하여 복수의 주파수를 전송하거나 수신할 수 있다. 또한, 복수의 주파수를 동시, 또는 각각 전송, 및 수신할 수 있으므로, 하나의 인덕터를 이용하여 서로 다른 장치에 각각 에너지를 전송하거나 신호를 전송할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 인덕터
111: 제1 연결부
112: 제2 연결부
113: 제1 커패시터
114: 제3 연결부(분기점)
115: 제2 커패시터

Claims (1)

1. 인덕터의 일단에 연결된 제1 연결부;
   상기 인덕터의 타단에 연결된 제2 연결부;
   상기 인덕터에서 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에 위치한 분기점에 연결된 제3 연결부;
   상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 연결되어 제1 공진 주파수가 방사되도록 하는 제1 커패시터; 및
   상기 제2 연결부 및 상기 제3 연결부와 연결되어 제2 공진 주파수가 방사되도록 하는 제2 커패시터
   를 포함하는 공진 안테나.
   

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