WO2020111855A1 - 에너지 절감을 위한 전자기적 결합 장치 및 이를 포함하는 무선 통신 시스템 - Google Patents

에너지 절감을 위한 전자기적 결합 장치 및 이를 포함하는 무선 통신 시스템 Download PDF

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WO2020111855A1
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electromagnetic coupling
coupling device
antenna
layer
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배은규
허대헌
강창수
박철균
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주식회사 지엔테크놀로지스
주식회사 지엔오션
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas

Definitions

  • the embodiments below relate to an electromagnetic coupling device for energy saving and a wireless communication system including the same.
  • Korean Patent Registration No. 10-1475476 (Registration Date December 16, 2014) proposes a communication method and system in a ship. This invention relates to a method for communicating in a ship using a combination of a wired terminal and a wireless terminal.
  • An electromagnetic coupling device includes an antenna unit having an impedance component; And attaching the electromagnetic coupling device to the conductor, but attaching the electromagnetic coupling device to the conductor so that a certain distance is formed between the antenna part and the conductor, and attaching to form a capacitance between the antenna part and the conductor. Includes wealth.
  • the impedance Z of the antenna unit according to the frequency attached to the conductor may be formed inside or outside the antenna unit to form resonance in the antenna unit and the conductor.
  • Z R + jX.
  • the conductor and the antenna are electromagnetically coupled so that the conductor can serve as a part of the antenna.
  • the antenna unit is made of a conductive material
  • the first layer may include at least one opening facing the conductor;
  • a second layer made of a conductive material and adjacent to the first layer;
  • a third layer made of a dielectric material and disposed between the first layer and the second layer.
  • the electromagnetic coupling device may further include an impedance matching circuit that allows resonance between the antenna unit and the conductor to adjust impedance according to environmental changes between the antenna unit and the conductor.
  • a wireless communication system includes a communication device that generates transmission information or processes reception information based on input information; And an electromagnetic coupling device connected to the communication device.
  • the electromagnetic coupling device includes an antenna unit having an impedance component; And attaching the electromagnetic coupling device to the conductor, but attaching the electromagnetic coupling device to the conductor so that a certain distance is formed between the antenna part and the conductor, so that a capacitance is formed between the antenna part and the conductor. Includes wealth.
  • Resonance may be formed in the antenna unit and the conductor.
  • the conductor and the antenna are electromagnetically coupled so that the conductor can serve as a part of the antenna.
  • the antenna unit is made of a conductive material
  • the first layer may include at least one opening facing the conductor;
  • a second layer made of a conductive material and adjacent to the first layer;
  • a third layer made of a dielectric material and disposed between the first layer and the second layer.
  • the electromagnetic coupling device may further include an impedance matching circuit that allows resonance between the antenna unit and the conductor to adjust impedance according to environmental changes between the antenna unit and the conductor.
  • Embodiments may use the metal surface as a part of the antenna to overcome the attenuation of the metal surface, and enable the miniaturization of the antenna due to the size of the metal surface used, and are smooth even in a complex metal structure (eg, a ship) It is possible to enable wireless communication.
  • the embodiments enable wireless communication in a complex metal structure, thereby reducing the cost of the conventional communication cable and shortening the installation construction period, thereby enabling the reduction of production energy of necessary auxiliary facilities and raw materials, and reducing the communication cable weight of several tons. It can reduce the amount of fuel required for ship operation. Accordingly, the embodiments can achieve eco-friendliness with significant energy savings and air pollution reduction during the ship operation period of about 20 years.
  • 1 to 2 are views for explaining the electromagnetic coupling device according to an embodiment.
  • 3 to 5 are diagrams for describing an antenna unit in an electromagnetic coupling device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining a wireless communication system according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example to which a wireless communication system according to an embodiment is applied.
  • 1 to 2 are views for explaining the electromagnetic coupling device according to an embodiment.
  • the electromagnetic coupling device 110 includes an antenna unit 111 and an attachment unit 112.
  • the antenna unit 111 has an impedance component.
  • the impedance component may include, for example, a small amount of a resistance component and an inductance component and/or a capacitance component.
  • the attachment portion 112 attaches the electromagnetic coupling device 110 to the conductor.
  • the attachment portion 112 may include a magnet and the electromagnetic coupling device 110 may be attached to the surface of the conductor through the magnet.
  • the attachment part 112 may attach the electromagnetic coupling device 110 to the conductor so that a certain distance is formed between the antenna part 111 and the conductor.
  • the electromagnetic coupling device 110 may be attached to the conductor by spacing the gap between the antenna unit 111 and the conductor so that the antenna unit 111 and the conductor (or the surface of the conductor) can be combined with an appropriate capacitance component. have. Accordingly, resonance may be formed in the antenna unit 111 and the conductor. That is, the impedance Z of the antenna unit 111 according to the frequency of the electromagnetic coupling device 110 attached to the conductor is formed inside or outside the antenna unit 111 so that resonance is formed in the antenna unit 111 and the conductor. Can be.
  • Z R + jX
  • R represents a resistance component
  • X represents a reactance component.
  • the conductor in which the resonance is formed with the antenna unit 111 may operate as a part of the antenna.
  • One embodiment can use the metal surface as a part of the antenna to overcome the attenuation of the complex metal surface of the antenna of the prior art, and enables the miniaturization of the antenna due to the size of the metal surface used, and a complex metal structure (For example, a ship) can also enable smooth wireless communication.
  • a complex metal structure Form example, a ship
  • an embodiment enables wireless communication in a complex metal structure, thereby reducing the cost of the conventional communication cable and shortening the installation construction period, thereby enabling the reduction of production energy of necessary auxiliary facilities and raw materials, and the weight of the communication cable reaching several tons. It is possible to reduce the amount of fuel required for ship operation. Accordingly, one embodiment can achieve eco-friendliness with significant energy savings and air pollution reduction during the ship operation period of about 20 years.
  • 2 is an equivalent circuit diagram of the antenna unit 111 and the conductor.
  • the antenna unit 111 is spaced apart from the conductor surface. However, the electromagnetic coupling device 110 is attached to the conductor surface.
  • the antenna unit 111 or the electromagnetic coupling device 110 may be miniaturized until the electromagnetic coupling device 110 has a capacitance component at a frequency (or operating frequency) to be designed while attached to the conductor surface.
  • the size of the antenna unit 111 (or the electromagnetic coupling device 110) can be miniaturized until a capacitance component is seen in a state where it is attached at regular intervals to the metal surface.
  • the antenna unit 111 (or the electromagnetic coupling device 110) may be miniaturized until there is a capacitance component between the antenna unit 111 and the metal surface.
  • the antenna unit 111 may be designed or included in an inductance component resonating with a capacitance controlled by miniaturization while the electromagnetic coupling device 110 is attached to a metal surface.
  • the antenna unit 111 may be electromagnetically coupled to the metal surface by having an inductance component, and accordingly, resonance may be formed in the antenna unit 111 and the metal.
  • an inductance component may be added to the antenna unit 111 so that the miniaturized antenna unit 111 can be resonantly coupled to the metal surface.
  • the electromagnetic coupling device 110 may include an impedance matching circuit.
  • the impedance matching circuit can adjust the capacitance component according to the environmental change between the metal and the antenna unit 111.
  • the impedance matching circuit may adjust the impedance change according to the distance between the metal and the antenna unit 111 and the electrical properties of the paint.
  • the impedance matching circuit can automatically adjust the impedance that changes due to metals of various materials or metal surfaces under various conditions.
  • 3 to 5 are diagrams for describing an antenna unit in an electromagnetic coupling device according to an embodiment.
  • the antenna unit 111 may include several layers.
  • the antenna unit 111 includes an opening surface and a first layer of a conductive material that will face the metal medium, a second layer of a conductive material disposed on the opposite side of the first layer, and the first layer and the agent A third layer of dielectric material included between the two layers is included.
  • the first layer and/or the second layer may include nine openings 410 having a 3 X 3 arrangement.
  • the number of apertures can be determined differently depending on the application and the communication environment. Therefore, the first layer and the second layer may have one or a plurality of opening surfaces, but in some cases, may not have an opening surface.
  • the shape of the opening surface may be circular or polygonal, and its size may be determined such that sufficient energy is transmitted by forming a dominant electromagnetic field in the metal medium.
  • Another layer(s) having different electrical characteristics may be added to the first layer or the second layer in the opposite direction of the third layer.
  • another dielectric layer may be added to the upper layer of the first layer to induce the formation of a strong electromagnetic field.
  • an insulator can be added to the top layer of the first layer to prevent electrical connection to the metal medium.
  • the third layer which is an intermediate layer between the first layer and the second layer, may be made of dielectric or non-conductor.
  • the third layer may include at least one material of carbon fiber, acrylic, and polycarbonate. However, it may also include other materials such as paints (paints), paper, and polymer resin films.
  • the third layer may include multiple layers having different properties, a plurality of dielectrics, or non-conductors.
  • An exemplary configuration with two or more dielectric layers is shown in FIG. 5.
  • 5 is a side view of the antenna unit 111 according to another embodiment. In the embodiment shown in FIG. 5, dielectric layers 520 and 540 may be disposed between conductive layers 510, 530, 550 such as copper.
  • the transmission/reception circuit unit 310 is a circuit device that converts signals transmitted and received from the antenna unit 111 into meaningful signals.
  • the transmitting and receiving circuit unit 310 may be divided into a circuit for transmitting and a circuit for receiving.
  • the transmitting/receiving circuit unit 310 may include a power supply circuit for supplying sufficient power to the antenna unit 111 and may include a battery for this.
  • the transmitting and receiving circuit unit 310 is similar to the structure of a general wireless communication transmission system, but the antenna unit 111 may additionally require a circuit for electromagnetically coupling sufficient power.
  • the transmission/reception circuit unit 310 may include a power amplifier, an automatic gain controller (AGC), or the like.
  • AGC automatic gain controller
  • the transmitting and receiving circuit unit 310 may be implemented in a communication device to be described later, but is not limited thereto.
  • FIG. 6 is a view for explaining a wireless communication system according to an embodiment.
  • a wireless communication system 610 includes a communication device 611 and an electromagnetic coupling device 110.
  • the communication device 611 may generate transmission information or process reception information based on the input information.
  • the communication device 611 may have mobility.
  • the communication device 611 may be a walkie talkie or a mobile interphone, but is not limited thereto.
  • the communication device 611 may be stationary.
  • the electromagnetic coupling device 110 is connected to the communication device 611. Accordingly, the transmission information generated by the communication device 611 may be transmitted to the electromagnetic coupling device 110, and the electromagnetic coupling device 110 may transmit the corresponding transmission information through a conductor to other electromagnetic coupling devices or other wireless devices. It can be transmitted to a communication system. In addition, the received information received by the electromagnetic coupling device 110 may be transmitted to the communication device 611, and the communication device 611 may process and output the received information. In one example, the communication device 611 may output a voice signal.
  • the antenna unit 111 in the electromagnetic coupling device 110 may form a resonance with a conductor, and the conductor may serve as a part of the antenna.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example to which a wireless communication system according to an embodiment is applied.
  • a wireless communication system 610 may be applied to a ship 700.
  • a plurality of electromagnetic coupling devices 711, 712, 713, and 721 may be attached to various spaces of the various layers of the ship 700, and the first communication device 710 may be configured with an electromagnetic coupling device ( 711), and the second communication device 720 may be connected to the electromagnetic coupling device 721.
  • the communication devices 710 and 720 when the communication devices 710 and 720 are used, communication is possible even when the electromagnetic coupling devices 711 to the electromagnetic coupling devices 721 are connected by metal or not connected by metal. Therefore, since the electromagnetic coupling device 711 to the electromagnetic coupling device 721 are connected by a steel partition wall, communication is possible without a separate wired connection. That is, communication between the communication device 710 and the communication device 720 is possible. Of course, since electromagnetic coupling devices 712 and 721 of other positions are also connected by a steel partition wall, communication may be possible without a separate wire connection, so that the communication device 710 has moved. Communication with the communication device 720 is also possible at the location. In the example shown in FIG. 7, the communication device 710 may communicate with the electromagnetic coupling device 721 and the attached communication device 720 even when attached to the electromagnetic coupling device 712 or the electromagnetic coupling device 713. Can be.
  • electromagnetic coupling devices are attached to a specific location, but the present invention is not limited thereto, and wireless communication between communication devices 710 and 720 attached to the ship 700 is possible even when the metal body is connected or not connected to the metal. Therefore, it is not fixed to a specific location, but it is also possible to carry and use a wireless communication device such as a walkie-talkie when attached to electromagnetic coupling devices when necessary.
  • the walkie-talkie of a worker (or user) within a steel partition wall transmits a signal to the electromagnetic coupling device 110.
  • the electromagnetic coupling device 110 receives the corresponding signal
  • the iron partition wall forming resonance with the antenna unit 111 in the electromagnetic coupling device 110 serves as a part of the transmission antenna to transmit the radio signal. It can be transmitted or propagated to other wireless communication systems through an iron partition.
  • the iron partition wall may serve as a part of the receiving antenna to receive signals from other wireless communication systems, and the electromagnetic coupling device 110 may transmit the signal to the radio within the iron partition wall.
  • the device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or combinations of hardware components and software components.
  • the devices and components described in the embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, field programmable gate arrays (FPGAs).
  • a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers.
  • the processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • OS operating system
  • the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include.
  • the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller.
  • other processing configurations such as parallel processors, are possible.
  • the software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device.
  • Software and/or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave.
  • the software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination.
  • the program instructions recorded in the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

Landscapes

  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

전자기적 결합 장치 및 이를 포함하는 무선 통신 시스템이 개시된다. 일 실시예는 임피던스 성분을 갖는 안테나부; 및 상기 전자기적 결합 장치를 도체에 부착하되 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 일정 간격이 형성되도록 상기 전자기적 결합 장치를 상기 도체에 부착하고, 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 커패시턴스 형성이 되도록 하는 부착부를 포함한다.

Description

에너지 절감을 위한 전자기적 결합 장치 및 이를 포함하는 무선 통신 시스템
아래 실시예들은 에너지 절감을 위한 전자기적 결합 장치 및 이를 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
일반적인 통신 안테나는 철과 같은 금속 표면 위에 놓여지거나 접촉되면 공진 특성 및 전자기적 결합 특성이 저하되는 경향이 드러난다. 예를 들어, 컨테이너 박스나 대형 선박 등의 금속에 의해 차폐된 환경에서 내부에 배치된 안테나와 외부에 배치된 안테나 사이의 통신을 설정하는 것에는 기술적인 어려움이 존재하는 실정이다.
따라서, 금속 차폐된 환경을 극복하고 자유롭게 전자기파를 전파하고 데이터 통신을 수행하는 장치 및 방법에 대한 새로운 연구가 필요하다.
한국 등록특허 10-1475476호 (등록일자 2014년12월16일)는 선박 내의 통신 방법 및 시스템을 제시한다. 유선 단말기와 무선 단말기를 복합적으로 이용하여 선박 내 통신하는 방법에 관한 발명이다.
일 측에 따른 전자기적 결합 장치는 임피던스 성분을 갖는 안테나부; 및 상기 전자기적 결합 장치를 도체에 부착하되 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 일정 간격이 형성되도록 상기 전자기적 결합 장치를 상기 도체에 부착하고, 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 커패시턴스 형성이 되도록 하는 부착부를 포함한다.
상기 도체에 부착된 주파수에 따른 안테나부의 임피던스 Z를 안테나부 내부 혹은 외부에 형성시켜 상기 안테나부와 상기 도체에 공진을 형성할 수 있다. 여기서, Z = R + jX이다.
상기 공진을 형성시킴으로써 상기 도체와 안테나가 전자기적으로 결합하여 상기 도체는 안테나의 한 부분으로써 역할을 수행할 수 있다.
상기 안테나부는 전도성 물질로 구성되고, 상기 도체에 면하는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있는 제1 레이어; 전도성 물질로 구성되고, 상기 제1 레이어에 인접하는 제2 레이어; 및 유전물질로 구성되고, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 배치되는 제3 레이어를 포함할 수 있다.
상기 전자기적 결합 장치는 상기 안테나부와 상기 도체 사이의 환경변화에 따른 임피던스를 조절하기 위하여 상기 안테나부와 상기 도체 사이의 공진이 되도록 하는 임피던스 매칭회로를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따른 무선 통신 시스템은 입력 정보를 기초로 송신 정보를 생성하거나 수신 정보를 처리하는 통신 장치; 및 상기 통신 장치와 연결되는 전자기적 결합 장치를 포함한다.
상기 전자기적 결합 장치는 임피던스 성분을 갖는 안테나부; 및 상기 전자기적 결합 장치를 도체에 부착하되 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 일정 간격이 형성되도록 상기 전자기적 결합 장치를 상기 도체에 부착하여, 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 커패시턴스 형성이 되도록 하는 부착부를 포함한다.
상기 안테나부와 상기 도체에 공진을 형성시킬 수 있다.
상기 공진을 형성시킴으로써 상기 도체와 안테나가 전자기적으로 결합하여 상기 도체는 안테나의 한 부분으로써 역할을 수행할 수 있다.
상기 안테나부는 전도성 물질로 구성되고, 상기 도체에 면하는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있는 제1 레이어; 전도성 물질로 구성되고, 상기 제1 레이어에 인접하는 제2 레이어; 및 유전물질로 구성되고, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 배치되는 제3 레이어를 포함할 수 있다.
상기 전자기적 결합 장치는 상기 안테나부와 상기 도체 사이의 환경변화에 따른 임피던스를 조절하기 위하여 상기 안테나부와 상기 도체 사이의 공진이 되도록 하는 임피던스 매칭회로를 더 포함할 수 있다.
실시예들은 금속면의 감쇄를 극복하기 위해 금속면을 안테나의 한 부분으로 이용할 수 있고, 이용된 금속면의 크기로 인해 안테나의 소형화를 가능하게 하며 복잡한 금속 구조물(예를 들어, 선박)에서도 원활한 무선통신을 가능하게 할 수 있다.
또한, 실시예들은 복잡한 금속 구조물에서 무선 통신을 가능하게 함으로써 종래 통신 케이블의 원가절감 및 설치 공사기간을 단축시켜 필요 부대시설 및 원재료의 생산 에너지 감소를 가능케 할 수 있고 수 톤에 달하는 통신 케이블 무게를 줄일 수 있어 선박 운항에 필요한 연료 사용량을 줄일 수 있다. 이에 따라, 실시예들은 약 20년에 달하는 선박운용 기간 동안 상당한 에너지 절감 및 이로 인한 대기오염 감소로 친환경을 달성할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 일 실시예에 따른 전자기적 결합 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 전자기적 결합 장치 내의 안테나부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템이 적용된 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 2는 일 실시예에 따른 전자기적 결합 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자기적 결합 장치(110)는 안테나부(111) 및 부착부(112)를 포함한다.
안테나부(111)는 임피던스 성분을 갖는다. 임피던스 성분은, 예를 들어, 소량의 저항(resistance) 성분과 인덕턴스(inductance) 성분 및/또는 커패시턴스(capacitance) 성분을 포함할 수 있다.
부착부(112)는 전자기적 결합 장치(110)를 도체에 부착한다. 일례로, 부착부(112)는 자석을 포함할 수 있고 자석을 통해 전자기적 결합 장치(110)를 도체의 표면에 부착할 수 있다.
부착부(112)는 안테나부(111)와 도체 사이에 일정 간격이 형성되도록 전자기적 결합 장치(110)를 도체에 부착할 수 있다. 일례로, 안테나부(111)와 도체(또는 도체의 표면)가 적절한 커패시턴스 성분으로 결합될 수 있도록 안테나부(111)와 도체 사이에 간격을 두어 전자기적 결합 장치(110)가 도체에 부착될 수 있다. 이에 따라, 안테나부(111)와 도체에 공진이 형성될 수 있다. 즉, 도체에 부착된 전자기적 결합 장치(110)에 관한 주파수에 따른 안테나부(111)의 임피던스 Z가 안테나부(111) 내부 또는 외부에 형성되어 안테나부(111)와 도체에 공진이 형성될 수 있다. 여기서, Z = R + jX이고, R은 저항 성분을 나타내고, X는 리액턴스 성분을 나타낸다.
안테나부(111)와 공진이 형성된 도체는 안테나의 한 부분으로서 동작할 수 있다.
일 실시예는 종래기술의 안테나가 가지고 있는 복잡한 금속면의 감쇄를 극복하기 위해 금속면을 안테나의 한 부분으로 이용할 수 있고, 이용된 금속면의 크기로 인해 안테나의 소형화를 가능하게 하며 복잡한 금속 구조물(예를 들어, 선박)에서도 원활한 무선통신을 가능하게 할 수 있다. 또한, 일 실시예는 복잡한 금속 구조물에서 무선 통신을 가능하게 함으로써 종래 통신 케이블의 원가절감 및 설치 공사기간을 단축시켜 필요 부대시설 및 원재료의 생산 에너지 감소를 가능케 할 수 있고 수 톤에 달하는 통신 케이블 무게를 줄일 수 있어 선박 운항에 필요한 연료 사용량을 줄일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예는 약 20년에 달하는 선박운용 기간 동안 상당한 에너지 절감 및 이로 인한 대기오염 감소로 친환경을 달성할 수 있다.
도 2에 안테나부(111)와 도체에 관한 등가 회로도가 도시된다.
도 2를 참조하면, 안테나부(111)는 도체 표면과 일정 간격 떨어져 있다. 하지만, 전자기적 결합 장치(110)는 도체 표면에 부착되어 있는 상태이다.
전자기적 결합 장치(110)가 도체 표면에 부착된 상태에서 설계하고자 하는 주파수(또는 동작 주파수)에서 커패시턴스 성분을 가질 때까지 안테나부(111) 또는 전자기적 결합 장치(110)가 소형화될 수 있다. 다시 말해, 안테나부(111)(또는 전자기적 결합 장치(110)) 크기는 금속면과 일정한 간격으로 부착된 상태에서 커패시턴스 성분이 보일 때까지 소형화될 수 있다. 달리 표현하면, 안테나부(111)와 금속 표면 사이에 커패시턴스 성분이 있을 때까지 안테나부(111)(또는 전자기적 결합 장치(110))가 소형화될 수 있다.
전자기적 결합 장치(110)가 금속 표면에 부착된 상태에서 소형화로 조절된 커패시턴스와 공진하는 인덕턴스 성분이 안테나부(111)에 설계 또는 포함될 수 있다. 안테나부(111)는 인덕턴스 성분을 가짐으로써 금속면과 전자기적으로 결합할 수 있고 이에 따라 안테나부(111)와 금속에는 공진이 형성될 수 있다. 달리 표현하면, 소형화된 안테나부(111)가 금속면과 공진 결합될 수 있게 안테나부(111)에 인덕턴스 성분이 추가될 수 있다.
실시예에 있어서, 전자기적 결합 장치(110)는 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 회로는 금속과 안테나부(111) 사이의 환경변화에 따른 커패시턴스 성분을 조절할 수 있다. 일례로, 임피던스 매칭 회로는 금속과 안테나부(111) 사이의 거리 및 페인트 도료의 전기적 특성에 따른 임피던스 변화를 조절할 수 있다.
또한, 임피던스 매칭 회로는 여러 재질의 금속이나 여러 조건에서의 금속면에 의해 변화는 임피던스를 자동으로 조절해줄 수 있다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 전자기적 결합 장치 내의 안테나부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 안테나부(111)는 여러 레이어들을 포함할 수 있다. 일례로, 안테나부(111)는 개구면을 포함하며 금속 매질에 면하게 될 전도성 재질의 제1 레이어, 제1 레이어의 반대면에 배치되는 전도성 재질의 제2 레이어, 및 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 포함되는 유전체 재질의 제3 레이어를 포함한다.
도 4를 함께 참조한다. 도 4는 일실시예에 따른 안테나부(111)의 평면도이다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게, 상기 제1 레이어 및/또는 제2 레이어는 3 X 3 배열을 갖는 9개의 개구부(410)를 포함할 수 있다. 그러나 개구면의 개수는 응용에 따라, 또한 통신 환경에 따라 다르게 결정될 수 있다. 따라서 제1 레이어와 제2 레이어는 하나 또는 복수의 개구면을 가질 수도 있으나, 경우에 따라서는 개구면을 갖지 않을 수도 있다. 개구면의 형태는 원형 또는 다각형이 될 수 있고, 그 크기는 금속 매질에 자기장이 도미넌트한 전자기장을 형성시켜 충분한 에너지가 전달되도록 결정될 수 있다.
제1 레이어나 제2 레이어에는 전기적 특성이 다른 또 다른 레이어(들)가 제3레이어의 반대 방향으로 추가할 수 있다. 일례로, 제1 레이어 윗층에 다른 유전층을 추가하여 강한 전자기장의 형성을 유도할 수 있다. 또 다른 예에서는 부도체를 제1 레이어 윗층에 추가하여 금속 매질과의 전기적 연결을 방지할 수 있다.
제1 레이어와 제2 레이어의 중간층인 제3레이어는 유전체 또는 부도체로 구성될 수 있다. 예시적으로 그러나 한정되지 않게 제3 레이어는 탄소섬유, 아크릴 및 폴리카보네이트 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 그러나 패인트(도료), 종이, 고분자수지 필름 등 다른 재질을 포함할 수도 있다. 또한, 제3 레이어는 특성이 다른 여러 층, 복수의 유전체 또는 부도체를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 유전체 층을 갖는 예시적 구성이 도 5에 도시되었다. 도 5는 다른 일실시예에 따른 안테나부(111)의 측면도이다. 도 5에 도시된 실시예에서는, 구리와 같은 전도성 레이어들(510, 530, 550) 사이에 유전체 레이어들(520 및 540)이 배치될 수 있다.
다시 도 3을 참조한다. 송수신 회로부(310)는 안테나부(111)에서 송수신되는 신호를 의미 있는 신호로 변환해 주는 회로장치이다. 송수신 회로부(310)는 송신을 위한 회로와 수신을 위한 회로로 구분되어 있을 수 있다. 송수신 회로부(310)는 안테나부(111)에 충분한 파워를 공급하기 위한 전력 공급 회로를 포함할 수 있고 이를 위한 배터리를 포함할 수 있다. 송수신 회로부(310)는 일반적인 무선 통신의 송신 시스템의 구조와 유사 하지만 안테나부(111)가 충분한 전력을 전자기적 결합하기 위한 회로가 추가적으로 필요한 경우가 있다. 일례로, 송수신 회로부(310)는 파워앰프(Power amp.), AGC(automatic gain controller) 등을 포함할 수 있다.
송수신 회로부(310)는 후술할 통신 장치 내에 구현될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(610)은 통신 장치(611) 및 전자기적 결합 장치(110)를 포함한다.
통신 장치(611)는 입력 정보를 기초로 송신 정보를 생성하거나 수신 정보를 처리할 수 있다. 통신 장치(611)는 이동성을 가질 수 있다. 일례로, 통신 장치(611)는 무전기 또는 이동형 인터폰일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구현에 따라, 통신 장치(611)는 고정형일 수 있다.
전자기적 결합 장치(110)는 통신 장치(611)와 연결된다. 이에 따라, 통신 장치(611)에 의해 생성된 송신 정보는 전자기적 결합 장치(110)로 전달될 수 있고 전자기적 결합 장치(110)는 해당 송신 정보를 도체를 통해 다른 전자기적 결합 장치 또는 다른 무선 통신 시스템으로 전송할 수 있다. 또한, 전자기적 결합 장치(110)에 의해 수신된 수신 정보는 통신 장치(611)로 전달될 수 있고 통신 장치(611)는 해당 수신 정보를 처리하여 출력할 수 있다. 일례로, 통신 장치(611)는 음성 신호를 출력할 수 있다.
전자기적 결합 장치(110) 내의 안테나부(111)는 도체와 공진을 형성할 수 있고, 해당 도체는 안테나의 한 부분으로서 역할을 수행할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템이 적용된 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(610)은 선박(700)에 적용될 수 있다.
도 7에 선박(700)의 여러 층의 다양한 공간들에 복수의 전자기적 결합 장치들(711, 712, 713, 721)이 부착될 수 있고, 제1 통신 장치(710)는 전자기적 결합 장치(711)와 연결되어 있으며, 제2 통신 장치(720)는 전자기적 결합 장치(721)과 연결되어 있을 수 있다.
일 실시예의 경우, 통신 장치(710, 720)를 사용하는 경우에는 전자기적 결합 장치(711)부터 전자기적 결합 장치(721)까지 금속으로 연결이 되어있거나 금속으로 연결되지 않아도 통신이 가능하다. 따라서, 전자기적 결합 장치(711)부터 전자기적 결합 장치(721)까지 철제 격벽으로 연결되어 있기 때문에 별도의 유선 연결 없이 통신이 가능하다. 즉, 통신 장치(710)와 통신 장치(720) 간 통신이 가능하다. 물론, 다른 위치의 전자기적 결합장치들(712, 713)로부터 전자기적 결합 장치(721)까지도 철제 격벽으로 연결되어 있기 때문에 별도의 유선 연결 없이 통신이 가능할 수 있으므로, 통신 장치(710)가 이동한 위치에서도 통신 장치(720)와의 통신이 가능하다. 도 7에 도시된 예에서, 통신 장치(710)는 전자기적 결합 장치(712) 또는 전자기적 결합 장치(713)에 부착되어도 전자기적 결합 장치(721)과 부착된 통신 장치(720)와 통신할 수 있다.
상기 예시에서는 특정 위치에 전자기적 결합 장치들을 부착하였으나, 이에 한정되지 않고 금속체가 연결되어 있거나 금속으로 연결되지 않아도 선박(700)에 부착된 통신 장치들(710, 720) 간 무선 통신이 가능하다. 따라서 특정 위치에 고정되어 있는 것이 아니라 무전기와 같은 무선 통신 장치를 휴대하고 다니면서 필요시 전자기적 결합 장치들에 부착하여 사용하는 형태도 가능하다. 일례로, 철제 격벽 내에서 작업자(또는 사용자)의 무전기는 신호를 전자기적 결합 장치(110)로 전송한다. 전자기적 결합 장치(110)는 해당 신호를 수신하면, 전자기적 결합 장치(110) 내의 안테나부(111)와 공진을 형성하고 있는 철제 격벽은 전송 안테나의 한 일부분으로서 역할을 수행하여 무전기의 신호를 철제 격벽을 통해 다른 무선 통신 시스템으로 전송 또는 전파할 수 있다. 또한, 철제 격벽은 수신 안테나의 한 일부분으로서 역할을 수행하여 다른 무선 통신 시스템로부터 신호를 수신할 수 있고, 전자기적 결합 장치(110)는 해당 신호를 철제 격벽 내의 무전기로 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 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 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 전자기적 결합 장치에 있어서,
    인덕턴스 성분을 갖는 안테나부; 및
    상기 전자기적 결합 장치를 도체에 부착하되 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 일정 간격이 형성되도록 상기 전자기적 결합 장치를 상기 도체에 부착하고, 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 커패시턴스 형성이 되도록 하는 부착부
    를 포함하는,
    전자기적 결합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부와 상기 도체에는 공진이 발생하는,
    전자기적 결합 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공진이 발생함으로써 상기 도체는 안테나의 한 부분으로서 역할을 수행하는,
    전자기적 결합 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부는,
    전도성 물질로 구성되고, 상기 도체에 면하는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있는 제1 레이어;
    전도성 물질로 구성되고, 상기 제1 레이어에 인접하는 제2 레이어; 및
    유전물질로 구성되고, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 배치되는 제3 레이어
    를 포함하는,
    전자기적 결합 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자기적 결합 장치는,
    상기 안테나부와 상기 도체 사이의 여러 재질의 금속이나 여러 조건에서의 금속면에 의해 변화는 임피던스를 조절하여 상기 안테나부와 상기 도체 사이의 공진이 되도록 하는 임피던스 매칭회로
    를 더 포함하는,
    전자기적 결합 장치.
  6. 무선 통신 시스템에 있어서,
    입력 정보를 기초로 송신 정보를 생성하거나 수신 정보를 처리하는 통신 장치; 및
    상기 통신 장치와 연결되는 전자기적 결합 장치
    를 포함하고,
    상기 전자기적 결합 장치는,
    인덕턴스 성분을 갖는 안테나부; 및
    상기 전자기적 결합 장치를 도체에 부착하되 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 일정 간격이 형성되도록 상기 전자기적 결합 장치를 상기 도체에 부착하여, 상기 안테나부와 상기 도체 사이에 커패시턴스 형성이 되도록 하는 부착부
    를 포함하는,
    무선 통신 시스템..
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부와 상기 도체에는 공진이 발생하는,
    무선 통신 시스템..
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공진이 발생함으로써 상기 도체는 안테나의 한 부분으로서 역할을 수행하는,
    무선 통신 시스템..
  9. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부는,
    전도성 물질로 구성되고, 상기 도체에 면하는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있는 제1 레이어;
    전도성 물질로 구성되고, 상기 제1 레이어에 인접하는 제2 레이어; 및
    유전물질로 구성되고, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 배치되는 제3 레이어
    를 포함하는,
    무선 통신 시스템..
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전자기적 결합 장치는,
    상기 안테나부와 상기 도체 사이의 여러 재질의 금속이나 여러 조건에서의 금속면에 의해 변화는 임피던스를 조절하여 상기 안테나부와 상기 도체 사이의 공진이 되도록 하는 임피던스 매칭회로
    를 더 포함하는,
    무선 통신 시스템.
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