WO2014088224A1 - 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 안테나의 방사체, 급전선, 50Ω 도통부를 구비하는 안테나가 설치되고 안테나 50Ω 도통부와 접촉하기 위해 부러지지 않는 플라스틱 연성 재질로 구성되고 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(Ear Hook); 상기 이어 후크의 50Ω 도통부와 이어 피스의 50Ω 도통부가 연결되고, 키의 조작에 따라 사람의 귀에 착용된 상기 이어 후크에 설치된 안테나의 무선 주파수를 통해 근거리 무선 통신을 사용하여 패킷 및 음성을 송수신하는 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신부를 구비하는 무선 음성 송수신 장치; 및 상기 무선 음성 송수신 장치와 근거리 무선통신으로 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 휴대용 기기를 포함한다.

Description

이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치 및 방법
본 발명은 블루투스 및 모든 무선 장치(음성을 지원하는 모든 무선통신)를 이용하여 헤드셋으로 구현되어 음성을 전송하는 블루투스 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(EAR HOOK)에 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 설치하고 이너 타입, 및 초소형 형태의 무선 음성 송수신 장치의 이어 피스(EAR PEACE)의 50Ω 도통부에 연결되며, 이어 후크(EAR HOOK)에 내재된 안테나를 통해 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신을 사용하여 스마트폰 등의 휴대용 기기와 페어링으로 연결을 설정하여 패킷과 음성 신호를 송수신하며, 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로에 기존 안테나를 실장하는 방식 보다 더 나은 안테나 특성을 보이며 안테나의 성능 열화를 방지하고 역방향 특성이 개선되는, 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 기기는 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신(IrDA: Infrared Data Association)을 사용하여 전자 기기와 근거리 무선통신을 통해 음성 및 패킷 데이타 통신을 제공한다.
근거리에서 유선 통신이나 적외선 통신(IrDA)을 대체하는 근거리 무선 통신 개념으로 블루투스 표준안(Bluetooth protocol)이 에릭슨(Ericsson)사에 의해 제안되었다. 상기 블루투스는 각종 전자기기 간의 통신에 물리적인 케이블 없이 무선 주파수를 이용, 고속으로 데이터를 주고받을 수 있다.
또한, 상기 무선 음성 장치들은 특히 블루투스 장치는 각종 전자기기간에 물리적인 케이블없이 무선주파수(RF)를 이용하여 고속으로 데이터를 송수신하기 위해 제안된 근접 무선 데이터 통신 규격으로서, 음성 부호화방식의 CVSD(Continuous Variable Slope Delta Modulation)을 채용하여 공간의 제한없이 사방에서 문자 데이터는 물론이고 음성 전송도 가능하다는 장점을 갖고 있다.
블루투스 통신기술은 1994년 휴대폰 공급업체인 에릭슨(Ericsson)이 시작한 무선 기술 연구를 바탕으로, 1998년 에릭슨, 노키아, IBM, 도시바, 인텔 등으로 구성된 블루투스 SIG(Special Interest Group)에 의해 본격적으로 개발됐다.
블루투스(Bluetooth)는 휴대폰, 노트북, 이어폰, 헤드셋, 스마트폰, 스피커 등의 휴대기기를 마스터 기기와 슬레이브 기기간에 페어링으로 연결하는 근거리 무선 기술 표준이며, 저전력으로 10m 이내의 거리에서 무선으로 연결하여 사용한다. 예를들면, 블루투스 헤드셋은 2.4GHz RF 주파수를 통해 케이블 없이(connect without cable) MP3 플레이어의 음악을 들을 수 있다.
블루투스는 각종 전자기기 간의 통신에 물리적인 케이블 없이 2.4GHz 무선 주파수를 사용하여 고속으로 음성 및 패킷 데이터를 송수신할 수 있다. 블루투스 1.0은 1Mbps 전송속도로, 전송 거리는 10~100m로 규정하고 있다. 적외선을 이용하는 IrDA(Infrared Data Association)와 비교하면 통신 거리가 길어졌고 2.4GHz RF 주파수를 사용하기 때문에 방해물이 있어도 통신이 가능하다.
블루투스는 소비 전력이 2.7~3.3V 전압에서 100mW 이하에 불과하다. IrDA는 150mW 정도의 배터리 용량의 한계 때문에 소비전력을 아껴야 하는 휴대기기에서 확실한 장점으로 부각된다.
또한, 블루투스(Bluetooth) 기기는 각종 전자 기기 간에 실체적인 케이블 없이 무선주파수(RF)를 이용하여 고속으로 음성 및 패킷 데이터를 송수신하며 음성 부호화방식의 CVSD(Continuous Variable Slope Delta modulation) 코덱을 사용하여 공간의 제약없이 문자 데이터 및 음성 데아타를 전송한다.
도 1은 이너 타입 블루투스 모노 헤드셋을 나타낸 사진이다.
도 2는 블루투스 헤드셋 또는 블루투스 이어폰의 블록도이다.
무선 음성 송수신 장치는 블루투스 핸즈 프리의 기능 블럭도를 나타내며, PMU, 수정 발진기(Crystal Oscillator), 마이크와 리서버와 연결된 코덱(Codec), 리튬-이온 배터리, EEPROM, 다기능 IO(Multifunction IO), LEDs 및 Buttons로 구성된다.
기존의 블루투스 헤드셋, 블루투스 이어폰은 블루투스 통신부와 안테나를 기기 자체에 내장한 스마트폰 또는 MP3 플레이어와 페어링되어 패킷 및 음성 데이타 또는 음악 데이타를 송수신하였다.
블루투스 이어폰 및 블루투스 헤드셋은 장치의 안테나에 의해 PBA 회로의 크기가 제약을 받게 되어 제품 크기가 제약을 받게 되어 있으며 반면에, 안테나 크기를 줄이면 안테나 특성이 감쇄하게 되어 특성이 상대적으로 큰 안테나에 비해 성능이 열화된다. 현재 시중에 출시되는 블루투스 모노 헤드셋들은 다양한 형태가 존재하는데 두께가 얇은 타입부터 초소형 타입으로 점점 모노 헤드셋이 증가하는 추세이다.
두께가 얇아지고 초소형 타입으로 모노 헤드셋이 개발되면서 디자인과 결합되는 추세와 더불어 블루투스 헤드셋 내부에 실장되는 세라믹 안테나 또한 소형화 되면서 헤드셋 내부에 실장 되는 안테나가 소형화하는 반면에, 상대적으로 큰 칩 세라믹 안테나에 비해 성능이 떨어진다. 그리고 헤드셋 기구 내부에 실장 되기 때문에 또한 기존 성능으로부터 더 감쇄된 성능으로 역방향 특성은 더욱 나빠질 것이다. 역방향 특성이란, 헤드셋을 왼쪽 귀에 장착했을 경우 통화하는 핸드폰을 인체를 관통하여 오른쪽으로 통신했을 때 거리를 잴 때 특성을 말한다.
또한, 안테나의 크기가 헤드셋 장치를 구현하는 데 있어 큰 공간을 차지하기 때문에 제품 크기를 구현하는데 있어 많은 노력이 필요하다. 또한, 두께가 얇은 타입(이너 타입 헤드셋)은 헤드셋이 귀에 장착하게 될 때 안테나가 포함된 윗방향 부분이 귓속에 덮이게 되어 있어 안테나 특성이 나오지 않는다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이너 타입의 무선 음성 장치와 초소형 무선 전송 장치의 안테나 구현 방법을 이용하여 무선 음성 전송장치의 특성을 좋게 하는 안테나 구현 방법을 제안하기 위해 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(EAR HOOK)에 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 설치하고 이너 타입의 무선 음성 송수신 장치의 이어 피스(EAR PEACE)의 50Ω 도통부에 연결되며, 이어 후크(EAR HOOK)에 내재된 안테나를 통해 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신을 사용하여 스마트폰 등의 휴대용 기기와 페어링으로 연결을 설정하여 패킷과 음성 신호를 송수신하며 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로에 기존 안테나를 실장하는 방식 보다 더 나은 안테나 특성을 보이며 안테나의 성능 열화를 방지하고 역방향 특성이 개선되는, 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이너 타입의 무선 음성 송수신 장치를 사용하여 스마트폰 등의 전자 기기와 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신을 사용하여 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치는, 안테나의 방사체, 급전선, 50Ω 도통부를 구비하는 안테나가 구비되고 안테나 50Ω 도통부와 접촉하기 위해 부러지지 않는 플라스틱 연성 재질로 구성되고 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(Ear Hook); 상기 이어 후크의 50Ω 도통부와 이어 피스의 50Ω 도통부가 연결되고, 키의 조작에 따라 사람의 귀에 착용된 상기 이어 후크에 설치된 안테나의 무선 주파수를 통해 근거리 무선통신(Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등)을 사용하여 패킷 및 음성을 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 무선 음성 송수신 장치; 및 상기 무선 음성 송수신 장치와 근거리 무선통신으로 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 휴대용 기기를 포함한다.
상기 무선 음성 송수신 장치는 후면 케이스(CASE REAR)(1); 전면 케이스(CASE FRONT)(2); 전면부 하단의 장식을 위한 데코 프런트(DECO FRONT)(3); 전원 ON 후에 전화를 수신하는 경우, 키(Key)를 누르면 음성 전화 데이타를 수신받는 MFB Key(4); 전면부와 후면부 사이에 구비되고, 전원 ON시에 블루투스 페어링 초기 상태인 Blue 깜박이, 전원 OFF시에 Red가 켜지는 LED(5); 상기 이어 후크(Ear Hook)(6)와 연결되는 50Ω 도통부를 통해 안테나와 연결되고 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결되는 이어 피스(Ear Peace)(7); 기 설정된 볼륨 레벨에 따라 볼륨을 상하로 조절하는 볼륨 키(8); 무선 음성 송수신 기능을 제공하는 내부 회로를 포함하는 PBA 회로(10); DC 전원을 공급하는 배터리(11); 스피커 역할을 하며, 아날로그 음성을 출력하는 리시버(Receiver)(12); 볼륨 키와 연결되어 플렉시블 회로로 구성되며, 음성 신호의 출력과 관련하여 볼륨을 조절하는 볼륨 FPCB(13); 아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(14); 및 전원 ON/OFF를 제어하는 전원 키(POWER KEY)(18)를 포함한다.
상기 근거리 통신부는, 상기 이어후크에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치와 페어링 되는 기기와 동일한 근거리 무선통신 프로토콜을 사용하며, Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 프로토콜 중 어느 하나의 근거리 무선 통신 방식을 사용하여 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 이어 피스(Ear Peace)(200)는 무선으로 신호를 송수신하는 방사체(141); 상기 방사체(141)와 연결된 급전선(142); 및 상기 급전선(142)과 연결되고, 상기 이어 후크(EAR HOOK)(140)의 50Ω 도통부와 접합되어 안테나 도통으로 연결되며, 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결되는 50Ω 도통부(143)를 포함한다.
상기 무선 음성 송수신 장치는 제어부(103) 칩에 멀티미디어 프로세서로써 코덱(CODEC)이 내장되고, 오디오 신호를 압축 및 복원하는 코덱(CODEC)(109), 아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(MIC)(111), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(110), 사람의 음성이나 음악, 음향 신호등의 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 DAC(112), 음성 및 음향 신호를 출력하는 리시버(Receiver)(113)를 포함한다.
상기 무선 음성 송수신 장치는 이어폰 부분을 고무 러버로 보호하는 이어 러버(Ear Rubber)(9)를 더 포함한다.
상기 이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치는 고무 러버를 사용하여 마이크를 보호하는 마이크 러버(MIC RUBBER)(15); 배터리 보호용 셀 스폰지(Cell Sponge)(16); 및 이어 피스(Ear Peace)와 후면 케이스(Case Rear) 사이를 접합하는 스크류(Screw)(17)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치 및 방법은 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(EAR HOOK)에 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 설치하고 이너 타입의 무선 음성 송수신 장치의 이어 피스(EAR PEACE)의 50Ω 도통부에 연결되며, 이어 후크(EAR HOOK)에 내재된 안테나를 통해 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신을 사용하여 스마트폰 등의 휴대용 기기와 페어링으로 연결을 설정하여 패킷과 음성 신호를 송수신하는 효과를 제공한다.
본 발명의 블루투스 송수신 장치에 부착되는 이어 후크(Ear Hook)의 안테나 구현 방법을 사용하여 기존 안테나를 무선 음성 송수신 장치의 자체 내부 PBA 회로에 실장하는 방식 보다 더 나은 안테나 특성을 얻을 것으로 기대되며, 초소형 무선 전송 장치의 구현에 있어 안테나 크기가 작아지면서 발생하는 성능 열화를 막을 수 있을 뿐 아니라 안테나 크기에 제한받지 않고 무선 음성 송수신 장치의 디자인을 고려한 초소형 무선 음성 장치 및 이너 타입의 무선 전송 장치의 구현이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 기존 무선 음성 전송 장치는 안테나의 역방향 특성이 더 개선할 것으로 기대한다.
도 1은 이너 타입 블루투스 모노 헤드셋을 나타낸 사진이다.
도 2는 블루투스 헤드셋 또는 블루투스 이어폰의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 블루투스 송수신 장치의 정면도, 사시도, 배면도이다.
도 4는 본 발명의 블루투스 송수신 장치의 사진을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치의 분해사시도를 나타낸다.
도 6은 사람의 귀에 착용하는 EAR HOOK을 장착한 무선 음성 송수신 장치(예:블루투스 이어폰)을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 음성 송수신 장치(예:블루투스 이어폰)과 연결 부착되는 이어 후크(Ear Hook)에 설치된 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 나타낸 도면이다.
도 8은 무선 음성 송수신 장치(예:블루투스 이어폰)의 이어 피스(Ear Peace)를 나타낸 도면으로, 이어 피스(Ear Peace)의 50Ω 도통부에 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(Ear Hook)가 접합되어 사용된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 근거리 무선통신부를 구비하는 휴대폰(스마트폰)과 이어 후크(Ear Hook)의 안테나를 부착한 무선 음성 송수신 장치의 구성도를 나타낸다.
도 10은 이어 후크(Ear Hook)의 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 안테나의 수평면내 지향 특성, 수직면내 지향 특성을 설명하는 도면이다.
도 12는 안테나의 RLC 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 13은 안테나의 연장 선륜, 단축 용량, 가변 코일과 가변 콘덴서의 공진 주파수를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 블루투스 송수신 장치의 정면도, 사시도, 배면도이다. 도 4는 본 발명의 블루투스 송수신 장치의 사진을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 이어후크에 블루투스 송수신 장치 및 방법은 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(EAR HOOK)에 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 설치하고 이너 타입의 무선 음성 송수신 장치(예: 블루투스 헤드셋, 블루투스 이어폰)의 이어 피스(EAR PEACE)의 50Ω 도통부에 연결되며, 이어 후크(EAR HOOK)에 내재된 안테나를 통해 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신을 사용하여 스마트폰 등의 휴대용 기기와 음성 신호를 송수신한다.
무선 음성 송수신 장치(100)는 전원 버튼(111), 상승 볼륨키(120)와 하강 볼륨키(130), 및 이어 피스(Ear Peace)(200)로 구성되고, 이어 후크(Ear Hook)(140)와 연결되고, 전단부와 후단부 사이에 LED를 구비한다.
LED는 전원 버튼(111)의 조작에 따라 전원 ON시에 블루투스 페어링 초기 상태인 Blue 깜박이, 전원 OFF시에 Red가 켜진다.
도 5는 본 발명에 따른 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치의 분해사시도를 나타낸다.
이어후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치는, 안테나의 방사체, 급전선, 50Ω 도통부를 구비하는 안테나를 설치되고, 안테나의 50Ω 도통부와 접촉하기 위해 부러지지 않는 플라스틱 연성 재질로 구성되고 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(Ear Hook); 상기 이어 후크의 50Ω 도통부과 이어 피스의 50Ω 도통부와 연결되고, 키의 조작에 따라 사람의 귀에 착용된 상기 이어 후크에 설치된 안테나의 무선 주파수를 통해 근거리 무선통신(Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등)을 사용하여 적어도 두 기기가 페어링으로 연결되어 패킷 및 음성을 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 무선 음성 송수신 장치; 및 상기 무선 음성 송수신 장치와 근거리 무선통신으로 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 휴대용 기기를 포함한다.
무선 음성 송수신 장치는 후면 케이스(CASE REAR)(1); 전면 케이스(CASE FRONT)(2); 전면부 하단의 장식을 위한 데코 프런트(DECO FRONT)(3); 전원 ON 후에 전화를 수신하는 경우, 키(Key)를 누르면 음성 전화 데이타를 수신받는 MFB Key(4); 전면부와 후면부 사이에 구비되고, 전원 ON시에 블루투스 페어링 초기 상태인 Blue 깜박이, 전원 OFF시에 Red가 켜지는 LED(5); 안테나의 방사체, 급전선, 50Ω 도통부를 구비하는 안테나가 구비되고 안테나 도통부(50Ω 도통부)와 잘 접촉하기 위해 부러지지 않는 플라스틱 연성 재질로 된 이어 후크(Ear Hook)(6); 안테나와 도통으로 연결되고 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결되는 이어 피스(Ear Peace)(7); 기 설정된 볼륨 레벨에 따라 볼륨을 상하로 조절하는 볼륨 키(8); 이어폰 부분을 고무 러버로 보호하는 이어 러버(Ear Rubber)(9); 무선 음성 송수신 기능을 제공하는 내부 회로를 포함하는 PBA 회로(10); DC 5V의 전원을 공급하는 배터리(11); 스피커 역할을 하며, 아날로그 음성을 출력하는 리시버(Receiver)(12); 볼륨 키와 연결되어 플렉시블 회로로 구성되며, 음성 신호의 출력과 관련하여 볼륨을 조절하는 볼륨 FPCB(13); 아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(14); 고무 러버를 사용하여 마이크(MIC)를 보호하는 마이크 러버(MIC RUBBER)(15); 배터리 보호용 셀 스폰지(Cell Sponge)(16); 이어 피스(Ear Peace)와 후면 케이스(Case Rear) 사이를 접합하는 스크류(Screw)(17); 및 전원 ON/OFF를 제어하는 전원 키(POWER KEY)(18)로 구성된다.
이어후크에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치(예: 블루투스 송수신 장치)에 사용되는 근거리 통신부는 페어링 되는 기기와 동일한 근거리 무선통신 프로토콜을 사용하며, Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 프로토콜 중 어느 하나의 근거리 무선 통신 방식을 사용하여 페어링으로 연결을 설정하여 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서는 블루투스 통신부를 예시로 설명하였지만 다른 어느 하나의 근거리 무선통신 프로토콜을 사용하여 패킷 및 음성 데이타를 송수신할 수 있다.
표1은 본 발명의 일실시예로써 이어후크에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치의 구현예로 블루투스 모노 헤드셋 장치를 구현한 예의 장치의 구성요소를 나타낸다.
표 1
품번 품명 품번 품명 품번 품명
1 후면 케이스(CASE REAR) 7 EAR PIECE 13 VOLUME FPCB
2 전면 케이스(CASE FRONT) 8 VOLUME KEY 14 MIC
3 DECO FRONT 9 EAR RUBBER 15 MIC RUBBER
4 MFB KEY 10 PBA 회로 16 CELL SPONGE
5 LED 11 BATTERY 17 SCREW
6 EAR HOOK 12 RECEIVER 18 POWER KEY
사람의 귀에 착용하는 이어 후크(EAR HOOK)에 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 설치된 이너 타입의 무선 음성 송수신 장치는 이어 후크(EAR HOOK)와 이어 피스(EAR PEACE)의 50Ω 도통부와 연결되며, 이어 후크(EAR HOOK)에 내재된 안테나를 통해 Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 등의 근거리 무선통신을 사용하여 스마트폰 등의 휴대용 기기와 음성 신호를 송수신하며, 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로에 기존 안테나를 실장하는 방식 보다 더 나은 안테나 특성을 보이며 안테나의 성능 열화를 방지하고 역방향 특성이 개선된다.
예를 들면, 상기 이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치는 기기 자체 내부에 안테나를 탑재하는 경우, 안테나에 의해 PBA 회로의 크기가 제약을 받게 되어 제품 크기가 제약을 받게 되므로, 무선 음성 송수신 장치 기기 자체에 안테나를 탑재하지 않고, 블루투스 송수신 장치의 이어 피스(Ear Peace)와 50Ω 도통부로 접합되는 이어 후크(Ear Hook)에 방사체와 급전선, 50Ω 도통부를 포함하는 안테나를 설치하여 구현하였다.
도 6은 사람의 귀에 착용하는 EAR HOOK을 장착한 무선 음성 송수신 장치(예:블루투스 이어폰)을 나타낸 사진이다. EAR HOOK을 장착한 무선 음성 전송 장치의 옆면을 살펴보면 다음과 같이 착용하여 사용한다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 음성 송수신 장치(예:블루투스 이어폰)과 연결 부착되는 이어 후크(Ear Hook)에 설치된 안테나(방사체, 급전선, 50Ω 도통부)를 나타낸 도면이다.
상기 이어 피스(Ear Peace)(200)는 무선으로 신호를 송수신하는 방사체(141); 상기 방사체(141)와 연결된 급전선(142); 및 상기 급전선(142)과 연결되고, 상기 이어 후크(EAR HOOK)(140)의 50Ω 도통부와 접합되어 안테나 도통으로 연결되며, 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결되는 50Ω 도통부(143)를 포함한다.
이어후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 초소형 무선 음성 전송 장치를 사람위 귀에 착용시, 이어후크(Ear Hook)(140)에 안테나를 구비하는 초소형 무선 음성 송수신 장치 및 이너 타입 무선 전송 장치를 구현할 때 이어 후크(EAR HOOK)(140) 부분이 사람의 피부에 닿지 않고 안테나 특성 영향을 받지 않는 곳에 위치해야 한다. 이어 후크(EAR HOOK)(140) 부분에 방사체(radiator)(141), 급전선(feeing line)(142), 50Ω 도통부(143)를 포함하는 안테나 패턴을 형성하고, 이어 후크(EAR HOOK)(140)의 둥그런 도통 부위를 무선 음성 송수신 장치의 이어 피스(Ear Peace)(200)의 50Ω 도통부와 접합되어 안테나가 도통되도록 50Ω 도통부(143)를 구비한다.
이어 후크(EAR HOOK)(140)는 안테나 도통부와 잘 접촉하기 위해 부러지지 않는 재질을 사용하여 EAR PIECE가 잘 접촉되도록 공차를 두지 않고 설계하여 어떠한 경우에도 접촉을 할 수 있도록 설계해야 한다.
도 8은 무선 음성 송수신 장치(예:블루투스 이어폰)의 이어 피스(Ear Peace)를 나타낸 도면으로, 이어 피스(Ear Peace)의 50Ω 도통부에 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(Ear Hook)가 접합되어 사용된다.
이어 피스(Ear Peace)(200)의 50Ω 도통부는 이어 후크(EAR HOOK)(140)의 50Ω 도통부와 접합되어 안테나 도통으로 연결되며, 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결된다.
이어 피스(Ear Peace)(200)는 이어 후크(EAR HOOK)(140)와 잘 접촉되도록 공차 설계를 해야 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 근거리 무선통신부를 구비하는 휴대폰(스마트폰)과 통신되는 이어 후크(Ear Hook)의 안테나를 부착한 무선 음성 송수신 장치의 구성도를 나타낸다.
휴대폰(스마트폰)은 키입력부(701), 음성통화 및 패킷 송수신 등의 휴대 전화의 모든기능을 제어하는 제어부(710), 멀티 터치 또는 싱클 터치 센서 입력을 받는 터치센서(720), 데이타를 저장하는 메모리(730), CDMA 모뎀 및 안테나(미도시), 근거리 무선통신부(740) 및 안테나(ANT), 수신되는 무선신호를 기저대역 신호로 제공하는 기저대역 처리부(741), 오디오 신호를 압축 및 복원하는 코덱(CODEC)(770), 아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(MIC)(772), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(771), 사람의 음성이나 음악, 음향 신호등의 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 DAC(773), 음성 및 음향 신호를 출력하는 스피커(Receiver)(774)를 구비한다.
이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치는 일정 거리이내에서 페어링되는 기기와 근거리 무선통신을 사용하여 무신으로 신호를 송수신하는 근거리 무선통신부(101), 무선 신호를 기전 대력 신호로 변환하는 기저대역 처리부(102), 코덱을 구비하는 제어부(103), 전원 ON/OFF, 볼륨 레벨에 따라 볼률 상향/하향 레벨을 조절하는 버튼(104), 전원 ON/OFF 및 통신 상태를 표시하는 LED(105), 데이타를 저장하는 저장부(107), DC 전원을 공급하는 배터리(108)를 포함한다. 상기 무선 음성 송수신 장치는 제어부(103) 칩은 멀티미디어 프로세서로써 코덱(CODEC)이 내장되고, 오디오 신호를 압축 및 복원하는 코덱(CODEC)(109), 아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(MIC)(111), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(110), 사람의 음성이나 음악, 음향 신호등의 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 DAC(112), 음성 및 음향 신호를 출력하는 리시버(Receiver)(113)를 구비한다.
이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치의 근거리 통신부 및 휴대폰의 근거리 통신부는 페어링 되며, Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 프로토콜 중 어느 하나의 근거리 무선 통신 방식을 사용하여 페어링으로 연결을 설정하여 패킷 및 음성 데이타를 송수신한다.
이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치는 전원 ON 후에 전화를 수신하는 경우, 사용자가 MFB Key(4)를 누르면 음성 전화 데이타를 수신받는다
LED(5)는 일 실시예로 상기 무선 음성 송수신 장치의 전면부와 후면부 사이에 구비되고, 전원 ON시에 블루투스 페어링 초기 상태인 Blue 깜박이, 전원 OFF시에 Red가 켜진다.
이어 후크(Ear Hook)(6)는 안테나의 방사체, 급전선, 50Ω 도통부를 구비하는 안테나가 구비되고, 안테나 도통부(50Ω 도통부)와 잘 접촉하기 위해 부러지지 않는 플라스틱 연성 재질로 구성된다.
이어 피스(Ear Peace)(7)는 이어 후크(Ear Hook)(6)와 접합된 50Ω 도통부를 통해 안테나와 도통으로 연결되고, 상기 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결된다.
우측 일면에 구비되는 상하 볼륨 키(8)는 기 설정된 볼륨 레벨(예, 7레벨 3dB 음량 차이)에 따라 볼륨을 상하로 조절된다.
도 10은 이어 후크의 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
안테나 구현 원리는 λ/4의 수직 도선을 안테나 인입부에 접속하고 무선 전송 장치의 접지로 사용한 안테나로 도 10과 같은 구조를 갖는다.
도 11은 안테나의 수평면내 지향 특성, 수직면내 지향 특성을 설명하는 도면이다.
안테나는 수직편파로 동작하며, 지향 특성은 수평면내는 무지향성이며, 수직면내는 8자형이다. 안테나 용도는 주로 스마트폰, 이동통신 단말기, 휴대용 MP3 플레이어 등의 이동체의 안테나로 사용된다.
복사저항은 36Ω 정도로 50Ω 도통부에 직접 접속하여 사용할 수 있다.
고유주파수란 안테나가 원하는 대역폭을 얻기 위한 공진주파수 중에서 가장 낮은 주파수를 말하며, 고유파장이란 공진하는 파장 중에서 가장 긴 파장을 말한다. 예를 들면, 근거리 무선통신으로 블루투스를 사용하는 경우, 주파수는 2.4GHz 대역을 사용하므로 파장은 다음과 같이 계산된다.
λ = c / f = 3x108 / 2.4x109 = 0.125m
안테나 길이는 L= λ/4 = 3.125 cm이다.
안테나 길이가 너무 긴 경우 Loading 기술을 이용하여 안테나 길이를 짧게 할 수 있다. 안테나 Loading 기술이란 고정된 안테나 길이로 다양한 주파수대에서 사용할 수 있도록 코일이나 콘덴서를 삽입하는 기법으로 안테나를 효율적으로 사용하기 위해서는 여진 주파수에 공진시켜 안테나 리액턴스 성분을 0으로 만듦으로써 방사 전류가 최대가 되도록 해야 한다. 리액턴스 성분이 많으면 공중선 전류가 약해지고 전파 방사가 작아진다. 안테나 등가 회로는 다음과 같다
도 12는 안테나의 RLC 등가회로를 나타낸 도면이다.
공진주파수(fr)에서는 L성분과 C성분이 상쇄되어 리액턴스 성분이 없어진다.
사용하고자 하는 주파수와 맞지 않는 경우에는 코일(L)이나 콘덴서(C)를 삽입하여, 공진주파수를 변경해야 한다.
도 13은 안테나의 연장 선륜, 단축 용량, 가변 코일과 가변 콘덴서의 공진 주파수를 설명하는 도면이다.
* 연장 선륜
- 코일을 삽입하면 합성 인덕턴스 값이 커져서 공진주파수가 낮아진다.
- 고유파장보다 긴 파장에서 공진을 하므로 안테나 연장 효과가 있다.
* 단축 용량
- 콘덴서를 삽입하면 합성 캐패시턴스 값이 작아져서 공진주파수 높아진다.
- 고유파장보다 짧은 파장에서 공진을 하므로 안테나 단축 효과가 있다.
- 가변 코일과 가변 콘덴서를 사용하면 안테나 길이를 임의로 조절하는 효과 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명의 블루투스 송수신 장치에 부착되는 이어 후크(Ear Hook)의 안테나 구현 방법을 사용하여 기존 안테나를 무선 음성 송수신 장치의 자체 내부 PBA 회로에 실장하는 방식 보다 더 나은 안테나 특성을 얻을 것으로 기대되며, 초소형 무선 전송 장치의 구현에 있어 안테나 크기가 작아지면서 발생하는 성능 열화를 막을 수 있을 뿐 아니라 안테나 크기에 제한받지 않고 무선 음성 송수신 장치의 디자인을 고려한 초소형 무선 음성 장치 및 이너 타입의 무선 전송 장치의 구현이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 기존 무선 음성 전송 장치는 안테나의 역방향 특성이 더 개선할 것으로 기대한다.

Claims (7)

  1. 안테나의 방사체, 급전선, 50Ω 도통부을 구비하는 안테나가 구비되고 안테나 50Ω 도통부와 접촉하기 위해 부러지지 않는 플라스틱 연성 재질로 구성되고 사람의 귀에 착용하는 이어 후크(Ear Hook);
    상기 이어 후크의 50Ω 도통부와 이어 피스의 50Ω 도통부가 연결되고, 키의 조작에 따라 사람의 귀에 착용된 상기 이어 후크에 설치된 안테나의 무선 주파수를 통해 근거리 무선통신을 사용하여 패킷 및 음성을 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 무선 음성 송수신 장치; 및
    상기 무선 음성 송수신 장치와 근거리 무선통신으로 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 근거리 무선통신부를 구비하는 휴대용 기기;
    를 포함하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 음성 송수신 장치는
    후면 케이스(CASE REAR)(1);
    전면 케이스(CASE FRONT)(2);
    전면부 하단의 장식을 위한 데코 프런트(DECO FRONT)(3);
    전원 ON 후에 전화를 수신하는 경우, 키(Key)를 누르면 음성 전화 데이타를 수신받는 MFB Key(4);
    전면부와 후면부 사이에 구비되고, 전원 ON시에 블루투스 페어링 초기 상태인 Blue 깜박이, 전원 OFF시에 Red가 켜지는 LED(5);
    상기 이어 후크(Ear Hook)(6)와 연결되는 50Ω 도통부를 통해 안테나와 연결되고 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결되는 이어 피스(Ear Peace)(7);
    기 설정된 볼륨 레벨에 따라 볼륨을 상하로 조절하는 볼륨 키(8);
    무선 음성 송수신 기능을 제공하는 내부 회로를 포함하는 PBA 회로(10);
    DC 전원을 공급하는 배터리(11);
    스피커 역할을 하며, 아날로그 음성을 출력하는 리시버(Receiver)(12);
    볼륨 키와 연결되어 플렉시블 회로로 구성되며, 음성 신호의 출력과 관련하여 볼륨을 조절하는 볼륨 FPCB(13);
    아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(14); 및
    전원 ON/OFF를 제어하는 전원 키(POWER KEY)(18);
    를 포함하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 통신부는,
    상기 이어후크에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치와 페어링 되는 기기와 동일한 근거리 무선통신 프로토콜을 사용하며, Bluetooth, IrDA, Wi-Fi, UWB, RF Surf 프로토콜 중 어느 하나의 근거리 무선 통신 방식을 사용하여 패킷 및 음성 데이타를 송수신하는 것을 특징으로 하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이어 피스(Ear Peace)(200)는
    무선으로 신호를 송수신하는 방사체(141);
    상기 방사체(141)와 연결된 급전선(142); 및
    상기 급전선(142)과 연결되고, 상기 이어 후크(EAR HOOK)(140)의 50Ω 도통부와 접합되어 안테나 도통으로 연결되며, 무선 음성 송수신 장치의 PBA 회로의 안테나 인입 포트로 연결되는 50Ω 도통부(143);
    를 포함하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 음성 송수신 장치는
    제어부(103) 칩에 멀티미디어 프로세서로써 코덱(CODEC)이 내장되고, 오디오 신호를 압축 및 복원하는 코덱(CODEC)(109), 아날로그 음성 신호를 입력받는 마이크(MIC)(111), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(110), 사람의 음성이나 음악, 음향 신호등의 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 DAC(112), 음성 및 음향 신호를 출력하는 리시버(Receiver)(113)를 포함하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 무선 음성 송수신 장치는
    이어폰 부분을 고무 러버로 보호하는 이어 러버(Ear Rubber)(9)를 더 포함하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 이어 후크(Ear Hook)에 안테나를 구비하는 무선 음성 송수신 장치는
    고무 러버를 사용하여 마이크를 보호하는 마이크 러버(MIC RUBBER)(15);
    배터리 보호용 셀 스폰지(Cell Sponge)(16); 및
    이어 피스(Ear Peace)와 후면 케이스(Case Rear) 사이를 접합하는 스크류(Screw)(17)를 더 포함하는 이어후크에 안테나를 구비하는 블루투스 송수신 장치.
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