WO2017007231A1 - 무선 충전과 nfc 통신을 위한 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기 - Google Patents

무선 충전과 nfc 통신을 위한 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기 Download PDF

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임성현
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LG Innotek Co Ltd
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/43—Antennas

Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless antenna, and more particularly, to a wireless antenna capable of simultaneously supporting wireless charging and NFC communication, and a wireless terminal using the same.
  • Smartphones provide various wireless Internet services such as content services as well as video calls due to the development of mobile communication and information processing technologies.
  • Such smartphones are applying NFC (Near Field Communication) technology to provide the aforementioned services.
  • NFC Near Field Communication
  • NFC technology is a contactless short-range wireless communication using a frequency band of 13.56MHz, means a communication technology for transmitting data bidirectionally between terminals within a close distance of less than 10cm.
  • the design technology of the wireless antenna has been developed to provide a loop antenna having a wireless charging function to the above-described loop antenna having the NFC function.
  • Wireless charging means connectionless charging, which can be charged by simply placing the smartphone directly on the charger or by placing it near the charger.
  • Examples of a wireless charging method include a magnetic induction method, a magnetic resonance method, and an electromagnetic wave method. Among them, a magnetic induction method has been in the spotlight recently.
  • an object of the present disclosure is to provide a wireless antenna designed to add a loop antenna supporting NFC communication function inside the loop antenna supporting wireless charging and a wireless terminal using the same.
  • another aspect of the present disclosure is to provide a wireless antenna designed to optimize the separation distance between an added loop antenna having an NFC communication function and a loop antenna for wireless charging, and a wireless terminal using the same.
  • an NFC antenna including a first coil part and a second coil part, each having at least one first loop pattern, and at least formed between the first coil part and the second coil part.
  • a wireless antenna including an induction coil unit having a second loop pattern and a charging antenna including a coil edge forming an inner edge of the induction coil unit.
  • the NFC antenna further includes a connection coil unit connected between an inner surface side of the first coil unit and an outer surface side of the second coil unit.
  • the number of the second coil units may be determined within a range that satisfies the R (resistance) or Q (Qualty Factor) specification defined in the WPC (Wireless Power Consortium) and PMA (Power Matters Alliance) standards.
  • the number of the second coil parts may have one inner turn.
  • An interval may be determined between the second coil part and the coil edge part within a range satisfying the R (resistance) or Q (Qualty Factor) specification.
  • the resistance specification may have 4 to 6 ( ⁇ ), and the Q specification may have 23 to 27.
  • the interval between the second coil portion and the coil edge portion may have a length of 40 to 70 ⁇ m.
  • the NFC antenna may extend from one side of an inner surface of the first coil part to form a first end terminal of the first coil part.
  • the second coil unit may be formed such that the second terminal terminal formed at the end of the first loop pattern is electrically contacted with the terminal terminal unit.
  • the first loop pattern and the second loop pattern may be formed as a spiral loop pattern.
  • a wireless terminal including an NFC chip for transmitting and receiving communication data from an NFC antenna.
  • the first loop pattern and the second loop pattern may be formed as a spiral loop pattern.
  • the wireless antenna may be bent and divided on two surfaces of the flexible printed circuit board (FPCB).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the embodiments of the present invention form a first coil unit and a second coil unit for NFC communication on the inside and the outside of the induction coil unit supporting the wireless charging, and when connected between the wireless charging is possible at the same time NFC The recognition efficiency can be improved.
  • the embodiments of the present invention determine the spacing between the second coil portion and the coil edge portion within the range that satisfies the R (resistance) or Q (Qualty Factor) specification defined in the WPC and PMA standards, or the number of second coil portions. By being optimally determined, interference phenomena can be suppressed.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating an antenna structure of a wireless antenna according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a connection structure of the wireless antenna shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a graph illustrating R spec values compared to internal turn intervals according to the number of internal turns of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a result of comparing a Q spec value with respect to the internal turn intervals of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing an example of a wireless terminal to which the wireless antenna of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing another example of a wireless terminal to which the wireless antenna of FIG. 1 is applied.
  • first coil part and the second coil part are used for the purpose of distinguishing one element from another.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating an antenna structure of a wireless antenna according to an embodiment.
  • the wireless antenna 100 is composed of a NFC antenna 110 for NFC communication, a charging antenna 120 for wireless charging in connection with the coil of the NFC antenna 110. .
  • the NFC antenna 110 is formed inside the first coil unit 111 and the first coil unit 111 having at least one first loop pattern 111 to perform NFC communication, and the first coil unit 111.
  • the second coil unit 112 having the at least one first loop pattern 112, as shown in ().
  • the first loop pattern is a pattern structure in which several spiral shapes are wound in close contact.
  • the first loop pattern of the first coil part 111 is formed of substantially rectangular spiral pattern structures
  • the second coil part 112 The first loop pattern may be formed of a substantially circular spiral pattern structure.
  • the first loop pattern of the first coil part 111 and the first loop pattern of the second coil part 112 have the same spiral pattern structure, but may differ in form.
  • the present invention is not limited thereto, and various modifications are possible, such as having the same pattern structure.
  • the first loop pattern of the second coil unit 112 may be limited in terms of the number of spiral patterns.
  • the R specifications recommended by the standards of the Wireless Power Consortium (WPC) and / or the Power Matters Alliance (PMA) are specified in the range of 4 to 6 ( ⁇ ), and the Q specifications in the range of 23.00 to 27.00. It is.
  • WPC wireless power consortium
  • PMA power matters alliance
  • the number of the first loop patterns of the second coil unit 112 be determined within a range satisfying the above-described ranges of the R spec and / or Q spec.
  • the first loop pattern of the second coil part 112 is optimal in terms of wireless charging efficiency and / or NFC recognition rate efficiency when it has one inner turn (meaning 'the number of turns'). It can be a count condition.
  • the R specification and / or Q specification may be satisfied to improve wireless charging efficiency and / or NFC recognition rate efficiency. Will be.
  • FIG. 1 An example of one inner turn is shown in FIG. 1, and an example of two inner turns is shown in FIG. 2.
  • One inner turn of FIG. 1 has been shown to be superior in effect compared to the two inner turns of FIG. 2.
  • the charging antenna 120 is between the first coil portion 111 and the second coil portion 112 of the NFC antenna 110 in order to meet all the antenna specifications recommended by the standards of WPC and PMA. Is formed.
  • the charging antenna 120 may include an induction coil portion 121 having at least one second loop pattern and a coil edge portion 122 forming an inner edge of the induction coil portion 121.
  • the second loop pattern is a pattern structure in which a plurality of spiral shapes are wound in close contact.
  • the second loop pattern of the induction coil part 121 may have a substantially circular spiral pattern structure.
  • the coil rim 122 may have a size that sufficiently covers the induction coil 121 at a lower portion so as to be larger than the inner circle and larger than the outer circle when the induction coil unit 121 is circular.
  • the coil edge 122 may form an outer edge protruding from the circular outer side of the induction coil unit 121, and may form an inner edge protruding from the inner circle of the induction coil unit 121.
  • the NFC antenna 110 may further include a connection coil 113 connected between one side of the inner surface of the first coil unit 111 and one side of the outer surface of the second coil unit 112. have.
  • the first coil unit 111 and the second coil unit 112 are electrically connected to each other to induce the first coil unit 111 and the second coil unit 112.
  • the magnetic field alternating current between the coil unit 121 it will be possible to increase the NFC recognition rate, and improve the charging efficiency.
  • the R (resistance) specification value defined in the WPC and / or PMA standard is defined between the second coil 112 and the inner edge of the coil edge 122. And / or an interval therebetween (also referred to as an 'inner turn interval' hereinafter) within a range that satisfies the Q (Quality Factor) specification.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a connection structure of the wireless antenna shown in FIG. 1.
  • the reference numerals shown in FIG. 3 illustrate the same structure including the reference numerals of FIG. 1 described above.
  • the wireless antenna 100 may include a connection structure of the NFC antenna 110 and a connection structure of the charging antenna 120 in terms of a connection structure.
  • connection structure of the NFC antenna 110 further includes a terminal terminal 114 extending from one side of the inner surface of the first coil unit 110 to form a first end of the first coil unit 110, and the second coil unit ( 112 may include a second termination terminal 115 wound at the number of internal turns and formed at the termination.
  • the terminal portion 114 is spaced apart from the second coil unit 112, but the first coil unit 111. It may be formed in a state extending from the inner side.
  • the second terminal terminal 115 may be in electrical contact with the terminal terminal 114.
  • This increasingly structure can help to increase NFC recognition rate and improve charging efficiency.
  • connection structure of the NFC antenna 110 may further include an inner connection terminal 116 formed at the other inner end of the last spiral first loop pattern formed on the inner surface of the first coil unit 111.
  • connection terminal 116 may be electrically contacted from a connection terminal 117 formed at an outer end of the first coil unit 111.
  • connection structure of the charging antenna 120 is electrically connected to the battery in order to transmit the power generated through the magnetic induction magnetic field generated between the NFC antenna 110 and the battery (not shown)
  • the connection terminal 123 may be further included.
  • connection terminal 123 of the charging antenna 120 may be formed in a direction crossing the spiral second loop pattern.
  • connection structure of the NFC antenna 110 may also have various contact structures according to the internal or shape structure of the object.
  • the wireless antenna 100 described above may be formed (printed) on the flexible circuit board 101.
  • each connection structure of the wireless antenna 100 may be electrically connected to the connector 102 formed on the flexible circuit board 101.
  • the connector 102 may be electrically connected to an NFC chip inside the object.
  • FIG. 4 is a graph illustrating R spec values compared to internal turn intervals according to the number of internal turns of FIGS. 1 and 2.
  • the R specification value of 3 to 4 ( ⁇ ) corresponds to 40 to 70 ⁇ m determined as the optimal internal turn interval, and the number of internal turns is optimal.
  • the R specification recommended in the WPC and / or PMA standard should have a value of 6 to 8 ( ⁇ ), so that it has an internal turn interval specification of 40 to 70 ⁇ m and one internal turn specification within this range. NFC recognition rate could be increased, and charging efficiency could be improved.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a result of comparing a Q spec value with respect to the internal turn intervals of FIGS. 1 and 2.
  • the number of internal turns when the number of internal turns is two, it has a Q specification of 17 to 22 corresponding to 40 to 70 ⁇ m determined as the optimal internal turn interval, and when the number of internal turns is optimal, the internal turn is one. It has a Q spec value of 23 to 27 corresponding to 40 to 70 ⁇ determined at intervals.
  • the Q spec recommended in the WPC and / or PMA standard should have a value of 23 to 27, so the NFC recognition rate will not be achieved until it has an internal turn interval specification of 40 to 70 ⁇ m and one internal turn specification within this range. Higher and the charging efficiency could be improved.
  • FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing an example of a wireless terminal to which the wireless antenna of FIG. 1 is applied.
  • a wireless terminal 1000 includes a wireless antenna 100, a flexible circuit board 200 (FPCB), a battery 300, and an NFC chip 400. Since the wireless antenna 100 has been fully described with reference to FIGS. 1 to 5, the description thereof will be omitted, but the same applies to this embodiment.
  • the flexible circuit board 200 is disposed in one direction inside the wireless terminal 1000 to form loop patterns of the wireless antenna 100.
  • the flexible circuit board 200 may be mounted in a battery pack.
  • the battery 300 serves to charge power transmitted from the wireless antenna 100.
  • the battery 300 may be a removable battery or a stationary battery.
  • the NFC chip 400 supplies power to the NFC antenna 110 to transmit and receive communication data from the NFC antenna.
  • the NFC chip 400 may include at least one of a tag or a reader.
  • the NFC chip 400 may operate as a tag when the external device (not shown) that communicates with the wireless terminal 100 near the NFC is a reader.
  • the external device operates as a tag
  • the NFC chip ( 400 may operate as a reader.
  • the NFC chip 400 may operate both a tag and a reader.
  • NFC chip 400 may read the data recorded in the tag and / or reader.
  • the wireless terminal 1000 described in the present embodiment may be provided with various Internet services through NFC communication, and may be applied to a mobile terminal capable of wireless charging even while being carried.
  • the present invention is not limited thereto, and a wireless device requiring wireless charging and NFC communication at the same time may be said to be the same as or included in the category of the wireless terminal according to the present embodiment.
  • a wireless device requiring wireless charging and NFC communication at the same time may be said to be the same as or included in the category of the wireless terminal according to the present embodiment.
  • it may be a wearable device, a portable wireless device such as an MP3, as well as a large wireless device such as an automobile wireless device.
  • FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing another example of a wireless terminal to which the wireless antenna of FIG. 1 is applied.
  • a wireless terminal 1000 includes a wireless antenna 100 that simultaneously supports wireless charging and NFC communication, a flexible circuit board 500 (FPCB) on which the wireless antenna 100 is mounted, NFC chip that transmits and receives communication data from the NFC antenna 110 by supplying power to the battery 300 for charging the power generated by the wireless antenna 100 and the NFC antenna 110 provided in the wireless antenna 100 400.
  • FPCB flexible circuit board 500
  • the flexible printed circuit board 500 may be identical in function to the structure of the flexible printed circuit board 200 described in FIG. 6, but may be formed on two surfaces formed along the bent portion 1001 of the wireless terminal 1000. The difference between the upper surface 1002 and the rear surface 1003 of the terminal 1000 may be arranged.
  • a part of the flexible circuit board 500 and the wireless antenna 100 are disposed on the upper surface 1002 of the wireless terminal 1000, and the remaining flexible circuit board 500 and the wireless surface are disposed on the rear surface 1003 of the wireless terminal 1000.
  • the antenna 100 may be disposed.
  • the above-described bending and disposition positions of the wireless antenna 100 are merely examples, and may have a great meaning in being disposed in a bent state.
  • the reason for this arrangement is that the wireless terminal 1000 can be easily applied to a compact wireless terminal such as a small wireless terminal 1000 or a flexible wireless terminal 1000.
  • the wireless antenna 100 may be bent and arranged on various surfaces, thereby increasing applicability to be applied to various wireless terminals.
  • the above embodiments are terminals that require wireless charging, such as mobile phones, smart phones, pads, notes, tablet PCs, laptop computers, digital broadcasting terminals, PDAs (Personal Digital Assistants), and PMPs (Portable). Multimedia Player).
  • PDAs Personal Digital Assistants
  • PMPs Portable Multimedia Player

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Abstract

무선 충전과 NFC 통신을 동시에 지원할 수 있는 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기가 개시된다. 본 실시예는 적어도 하나의 제1 루프 패턴을 각각 갖는 제1 코일부와 제2 코일부를 포함하는 NFC 안테나, 및 상기 NFC 안테나와 연결되어 제1 코일부와 제2 코일부의 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 루프 패턴을 갖는 유도 코일부와, 상기 유도 코일부의 내측 테두리를 이루는 코일 테두리부를 포함하는 충전 안테나로 이루어진다. 이에, 본 실시예는 무선 충전이 가능함과 동시에 NFC 인식 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

무선 충전과 NFC 통신을 위한 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기
본 개시는 무선 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 무선 충전과 NFC 통신을 동시에 지원할 수 있는 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기에 관한 것이다.
스마트폰은 이동 통신 및 정보처리 기술의 발전으로 인하여 화상 통화 뿐만 아니라, 컨텐츠 서비스와 같은 다양한 무선 인터넷 서비스를 제공한다. 이러한 스마트폰은 전술한 서비스를 제공하고자 NFC(Near Field Communication) 기술을 적용하고 있다.
NFC 기술은 13.56MHz의 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선 통신으로서, 10cm 이내의 가까운 거리에 있는 단말기들 사이에서 쌍방향으로 데이터를 전송하는 통신 기술을 의미한다.
더 나아가, 최근의 스마트폰은 사용자 편의성을 증대시키기 위하여 전술한 NFC 기능을 가진 루프 안테나에 무선 충전 기능을 가진 루프 안테나를 동시에 제공하는 형태로 무선 안테나의 설계 기술이 발전하고 있다.
무선 충전은 스마트폰을 충전기에 직접 올려놓거나, 충전기의 근처에 두기만 하여도 충전이되는 비접속식 충전을 의미한다. 무선 충전을 위한 방식으로는 자기유도 방식, 자기공명 방식 및 전자기파 방식을 들 수 있는데, 이중에서 자기유도 방식이 최근 각광받고 있다.
그러나, 종래에는 매우 작은 스마트폰에 자기유도 방식의 무선 충전을 지원하는 루프 안테나 및 NFC 통신 기능을 지원하는 루프 안테나를 동시에 제공해야 되기 때문에, 두 루프 안테나간 간섭 영향에 의한 충전 효율이 저하되거나 NFC 인식 효율이 저하되는 문제점을 안고 있었다.
본 개시는 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 충전을 지원하는 루프 안테나의 내측에 NFC 통신 기능을 지원하는 루프 안테나를 더 추가하는 형태로 설계된 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 개시는 NFC 통신 기능의 추가된 루프 안테나와 무선 충전을 위한 루프 안테나간 이격 거리를 최적하여 설계된 무선 안테나 및 이를 적용한 무선 단말기를 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 제1 루프 패턴을 각각 갖는 제1 코일부와 제2 코일부를 포함하는 NFC 안테나, 및 상기 제1 코일부와 제2 코일부의 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 루프 패턴을 갖는 유도 코일부와, 상기 유도 코일부의 내측 테두리를 이루는 코일 테두리부를 포함하는 충전 안테나를 포함하는 무선 안테나를 제공한다.
상기 NFC 안테나는 상기 제1 코일부의 내면 일측과 상기 제2 코일부의 외면 일측 사이에 연결되는 접속 코일부를 더 포함한다.
상기 제2 코일부는 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)의 표준에서 정의된 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 개수가 결정될 수 있다.
상기 제2 코일부의 개수는 하나의 내부 턴(inner turn)을 가질 수 있다.
상기 제2 코일부와 상기 코일 테두리부의 사이는 상기 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 간격이 결정될 수 있다.
상기 저항 스펙치는 4 내지 6(Ω)을 가지며, 상기 Q 스펙치는 23 내지 27을 가질 수 있다.
상기 제2 코일부와 상기 코일 테두리부의 간격은 40 내지 70 ㎛ 의 길이를 가질 수 있다.
상기 NFC 안테나는 상기 제1 코일부의 내면 일측으로부터 연장되어 상기 제1 코일부의 제1 종단 단자를 이룰 수 있다.
상기 제2 코일부는 상기 제1 루프 패턴의 종단에 형성된 제2 종단 단자가 상기 종단 단자부와 전기적으로 접점되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 루프 패턴과 제2 루프 패턴은 나선형 루프 패턴으로 이루어질 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 전술한 각 무선 안테나, 상기 무선 안테나를 장착하는 연성회로기판(FPCB), 상기 무선 안테나에서 발생된 전력을 충전하는 배터리, 및 상기 NFC 안테나로 전력을 공급하여 상기 NFC 안테나로부터 통신 데이터를 송수신하는 NFC 칩을 포함하는 무선 단말기를 제공한다.
상기 제1 루프 패턴과 제2 루프 패턴은 나선형 루프 패턴으로 이루어질 수 있다.
상기 무선 안테나는 절곡되어 상기 연성회로기판(FPCB)의 두면에 나뉘어 형성될 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예들은 무선 충전을 지원하는 유도 코일부의 내측과 외측에 NFC 통신을 하는 제1 코일부와 제2 코일부를 형성하고, 그 사이를 연결하면 무선 충전이 가능함과 동시에 NFC 인식 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예들은 WPC 및 PMA의 표준에서 정의된 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 제2 코일부와 코일 테두리부간 간격이 결정되거나 제2 코일부의 개수가 최적으로 결정됨으로써, 서로간 간섭 현상을 억제시킬 수 있다.
따라서, 간섭 현상이 억제되면, 이 또한, 무선 충전 효율과 NFC 인식 효율이 향상된다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 무선 안테나의 안테나 구조를 일례로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 안테나의 접속 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 내부 턴 개수에 따른 내부 턴 간격 대비 R 스펙치를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 내부 턴 간격 대비 Q 스펙치를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 무선 안테나를 적용한 무선 단말기의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 도 1의 무선 안테나를 적용한 무선 단말기의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하의 본 명세서에서 설명되는 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것이지, 이들로 한정하려는 의도는 아니다. 예를 들면, 제1 코일부와 제2 코일부는 하나의 요소를 다른 요소를 구별하기 위한 용도로서 사용된다.
더욱이, 본 명세서에서 설명되는 '및/또는'은 열거되는 관련 항목들 중 하나 이상의 항목에 대한 임의의 및 모든 가능한 조합들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하고자 한다.
<무선 안테나의 실시예>
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 무선 안테나의 안테나 구조를 일례로 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 무선 안테나(100)는 NFC 통신을 하기 위한 NFC 안테나(110), 상기 NFC 안테나(110)의 코일과 연계되어 무선 충전을 하기 위한 충전 안테나(120)로 이루어진다.
NFC 안테나(110)는 NFC 통신을 하기 위하여 적어도 하나의 제1 루프 패턴(111)을 갖는 제1 코일부(111)와 상기 제1 코일부(111)의 내측에 형성되되 제1 코일부(111)와 동일하게 적어도 하나의 제1 루프 패턴(112)을 갖는 제2 코일부(112)를 포함한다.
제1 루프 패턴은 여러개의 나선형 형태를 밀착시켜 감아 놓은 패턴 구조로서, 예컨대 제1 코일부(111)의 제1 루프 패턴은 대략 사각형 의 나선형 패턴 구조들로 이루어지고, 제2 코일부(112)의 제1 루프 패턴은 대략 원형의 나선형 패턴 구조로 이루어질 수 있다.
결국, 제1 코일부(111)의 제1 루프 패턴과 제2 코일부(112)의 제1 루프 패턴은 동일한 나선형 패턴 구조를 갖지만 형태적인 면에서 차이가 있을 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 동일한 패턴 구조를 갖는 등 다양한 변형이 가능하다.
여기서, 제2 코일부(112)의 제1 루프 패턴은 제1 코일부(111)의 제1 루프 패턴과 달리, 나선형 패턴의 개수면에서 제한이 따를 수 있다.
그 이유로는 WPC(Wireless Power Consortium) 및/또는 PMA(Power Matters Alliance)의 표준에서 정의된 R(저항) 스펙치 및/또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족해야만 하기 때문이다.
일반적으로, WPC(Wireless Power Consortium) 및/또는 PMA(Power Matters Alliance)의 표준에서 권고하고 있는 R 스펙치는 4 내지 6(Ω)의 범위로 규정되고 있으며, Q 스펙치는 23.00 내지 27.00의 범위로 규정되어 있다.
가령, 이 범위를 벗어나면, 무선 충전 및/또는 NFC 인식률의 효율면에서 떨어지기 때문에, WPC(Wireless Power Consortium) 및/또는 PMA(Power Matters Alliance)의 표준에서는 그와 같이 규정을 두고 있는 것이다.
이에 따라, 제2 코일부(112)의 제1 루프 패턴은 전술한 R 스펙치 및/또는 Q 스펙치의 범위를 만족하는 범위안에서 개수가 결정되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 제2 코일부(112)의 제1 루프 패턴은 하나의 내부 턴(inner turn, '감긴 횟수'를 의미함)을 가질 때 무선 충전 효율 및/또는 NFC 인식률 효율면에 있어 최적의 개수 조건이 될 수 있다.
다시 말해, 제2 코일(112)부의 제1 루프 패턴이 하나의 내부 턴(inner turn)을 가질 때 R 스펙치 및/또는 Q 스펙치를 만족시켜 무선 충전 효율 및/또는 NFC 인식률 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 하나의 내부 턴에 대한 예는 도 1에 도시하였고, 두개의 내부 턴에 대한 예는 도 2에 도시하였다. 도 1의 하나의 내부 턴은 도 2의 두개의 내부 턴에 비하여 효과면에서 우수함을 앞서 밝혔다.
반면, 일 실시예에서, 충전 안테나(120)는 WPC 및 PMA의 표준에서 권고하는 안테나 규격을 모두 충족시키기 위하여 NFC 안테나(110)의 제1 코일부(111)와 제2 코일부(112) 사이에 형성된다.
이를 위해, 충전 안테나(120)는 적어도 하나의 제2 루프 패턴을 갖는 유도 코일부(121) 및 상기 유도 코일부(121)의 내측 테두리를 이루는 코일 테두리부(122)를 포함할 수 있다.
제2 루프 패턴은 여러개의 나선형 형태를 밀착시켜 감아 놓은 패턴 구조로서, 예컨대 유도 코일부(121)의 제2 루프 패턴은 대략 원형의 나선형 패턴 구조로 이루어질 수 있다.
코일 테두리부(122)는 유도 코일부(121)가 원형일때 내측 원형보다 크고, 외측 원형보다 크도록 유도 코일부(121)를 하부에서 충분히 덮는 정도의 크기를 가질 수 있다.
예를 들면, 코일 테두리부(122)는 유도 코일부(121)의 원형 외측으로부터 튀어나온 외측 테두리를 형성시키고, 유도 코일부(121)의 원형 내측으로부터 튀어나온 내측 테두리를 형성시킬 수 있다.
다음으로, 일 실시예에 따른 NFC 안테나(110)는 제1 코일부(111)의 내면 일측과 제2 코일부(112)의 외면 일측 사이에 연결되는 접속 코일부(113)를 더 포함할 수 있다.
이 처럼, 접속 코일부(113)로 연결되면, 제1 코일부(111)와 제2 코일부(112)는 전기적으로 되어, 제1 코일부(111), 제2 코일부(112)와 유도 코일부(121)간 자기장 교류를 더욱 활성화시킴으로써, NFC 인식률을 높이고, 충전 효율을 향상시킬 수 있을 것이다.
더욱이, NFC 인식률과 충전의 효율을 더욱 향상시키기 위하여, 제2 코일부(112)와 코일 테두리부(122)의 내측 테두리의 사이는 WPC 및/또는 PMA의 표준에서 정의된 R(저항) 스펙치 및/또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 그 사이의 간격(L, 이하에서는 '내부 턴 간격(inner turn interval)'이라 지칭하기도 함)이 결정될 수 있다.
예를 들면, WPC 및/또는 PMA의 표준에서 권고하는 R 스펙치가 4 내지 6(Ω)의 범위를 가지거나 Q 스펙치가 23.00 내지 27.00의 범위를 가질 경우, 그 범위안에서 40 내지 70 ㎛ 의 길이(L)를 가질 수 있다.
이에 대한 적합성은 차후의 도 4 및 도 5에서 충분히 설명할 예정이다.
<접속 구조의 실시예>
도 3은 도 1에 도시된 무선 안테나의 접속 구조를 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 도면부호는 앞서 설명한 도 1의 도면 부호를 포함한 동일한 구조를 예시한 것이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 안테나(100)는 접속 구조면에서 NFC 안테나(110)의 접속 구조와 충전 안테나(120)의 접속 구조를 포함할 수 있다.
NFC 안테나(110)의 접속 구조는 제1 코일부(110)의 내면 일측으로부터 연장되어 제1 코일부(110)의 제1 종단을 이루는 종단 단자부(114)를 더 포함하고, 제2 코일부(112)는 내부 턴의 횟수만큼 감아져 종단에 형성된 제2 종단 단자(115)를 포함할 수 있다.
종단 단자부(114)는 제1 코일부(111)의 내면 일측과 제2 코일부(112)의 외면 일측 사이에 연결되는 것과 달리, 제2 코일부(112)로부터 이격되되 제1 코일부(111)의 내측으로부터 연장된 상태로 형성될 수 있다.
이런 경우, 제2 종단 단자(115)는 종단 단자부(114)와 전기적으로 접점될 수 있다. 이러한 점점 구조를 가지면, NFC 인식률을 높이고, 충전 효율을 향상시키는데 일조할 수 있다.
이에 더하여, NFC 안테나(110)의 접속 구조는 제1 코일부(111)의 내면에 형성된 마지막의 나선형 제1 루프 패턴의 다른 내측 종단에 형성된 내측의 접속 단자(116)를 더 포함할 수 있다.
상기 접속 단자(116)는 제1 코일부(111)의 외측 종단에 형성된 접속 단자(117)로부터 전기적으로 접점될 수 있다.
일 실시예에서, 충전 안테나(120)의 접속 구조는 NFC 안테나(110)와의 사이에서 발생된 자기 유도 방식의 자기장을 통해 발생된 전력을 배터리(미도시)로 전송하기 위하여, 배터리와 전기적으로 접속된 접속 단자(123)를 더 포함할 수 있다.
충전 안테나(120)의 접속 단자(123)는 나선형 제2 루프 패턴을 가로지는 방향으로 형성될 수 있다.
그러나, 이에 제한되지 않으며, 무선 안테나(100)가 장착된 대상체(예: 이동 단말기, 웨어러블 디바이스 등)의 내부 구조에 따라 위치적으로 다양한 형태를 가질 수 있다. 더욱이, NFC 안테나(110)의 접속 구조도 대상체의 내부 또는 형상 구조에 따라 다양한 접접 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
한편, 이상에서 설명한 무선 안테나(100)는 연성회로기판(101)에 형성(인쇄)될 수 있다. 이런 경우, 무선 안테나(100)의 각 접속 구조는 연성회로기판(101)에 형성된 커넥터(102)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 커넥터(102)는 대상체의 내부에 있는 NFC 칩 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
<비교예 1>
도 4는 도 1 및 도 2의 내부 턴 개수에 따른 내부 턴 간격 대비 R 스펙치를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 내부 턴의 개수가 두개인 경우에는 최적의 내부 턴 간격으로 결정된 40 내지 70 ㎛ 대응하여 3 내지 4(Ω)의 R 스펙치를 가지며, 내부 턴의 개수가 최적인 한개인 경우에는 내부 턴 간격으로 결정된 40 내지 70 ㎛ 대응하여 4 내지 6(Ω)의 R 스펙치를 가진다.
반면, 내부 턴의 개수가 세개인 경우에는 최적의 내부 턴 간격으로 결정된 40 내지 70 ㎛ 대응하여 6 내지 8(Ω)의 R 스펙치를 가짐을 알 수 있다.
여기서, WPC 및/또는 PMA의 표준에서 권고하는 R 스펙치는 6 내지 8(Ω)의 값을 가져야 하므로, 이 범위안에 있는 40 내지 70 ㎛ 의 내부 턴 간격 스펙과 하나의 내부 턴 스펙을 가질 때 비로소 NFC 인식률이 높아지고, 충전 효율이 향상될 수 있었다.
이러한 향상은 전술한 40 내지 70 ㎛ 의 내부 턴 간격 스펙과 하나의 내부 턴 스펙 뿐만 아니라, 도 1 및 도 2에서 설명한 NFC 안테나(110)의 구조로부터 기인함을 알 수 있다.
나머지 두 형태의 내부 턴 간격과 내부 턴 스팩인 경우에는 WPC 및/또는 PMA의 표준에서 권고하는 R 스펙치를 만족시키지 못함으로써, NFC 인식률과 충전 효율이 떨어질 수 밖에 없었다.
<비교예 2>
도 5는 도 1 및 도 2의 내부 턴 간격 대비 Q 스펙치를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 내부 턴의 개수가 두개인 경우에는 최적의 내부 턴 간격으로 결정된 40 내지 70 ㎛ 대응하여 17 내지 22의 Q 스펙치를 가지며, 내부 턴의 개수가 최적인 한개인 경우에는 내부 턴 간격으로 결정된 40 내지 70 ㎛ 대응하여 23 내지 27의 Q 스펙치를 가진다.
반면, 내부 턴의 개수가 세개인 경우에는 최적의 내부 턴 간격으로 결정된 40 내지 70 ㎛ 대응하여 30 내지 33의 Q 스펙치를 가짐을 알 수 있다.
여기서, WPC 및/또는 PMA의 표준에서 권고하는 Q 스펙치는 23 내지 27의 값을 가져야 하므로, 이 범위안에 있는 40 내지 70 ㎛ 의 내부 턴 간격 스펙과 하나의 내부 턴 스펙을 가질 때 비로소 NFC 인식률이 높아지고, 충전 효율이 향상될 수 있었다.
나머지 두 형태의 내부 턴 간격과 내부 턴 스팩인 경우에는 WPC 및/또는 PMA의 표준에서 권고하는 Q 스펙치를 만족시키지 못함으로써, NFC 인식률과 충전 효율이 떨어질 수 밖에 없었다.
<무선 단말기의 실시예>
도 6은 도 1의 무선 안테나를 적용한 무선 단말기의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 단말기(1000)는 무선 안테나(100), 연성회로기판(200, FPCB), 배터리(300) 및 NFC 칩(400)을 포함한다. 이러한 무선 안테나(100)는 도 1 내지 도 5에서 충분히 설명하였으므로, 그의 설명은 생략하지만, 본 실시예에서도 동일하게 적용된다.
먼저, 연성회로기판(200)은 무선 단말기(1000)의 내부에 일방향으로 배치되어, 무선 안테나(100)의 루프 패턴들을 형성시킨다. 이러한 연성회로기판(200)은 배터리팩 안에 장착될 수 있다.
배터리(300)는 무선 안테나(100)에서 전송된 전력을 충전하는 역할을 한다. 이러한 배터리(300)는 착탈식 배터리이거나 고정형 배터리일 수 있다.
마지막으로, NFC 칩(400)은 NFC 안테나(110)로 전력을 공급하여 NFC 안테나로부터 통신 데이터를 송수신한다. 이러한 NFC 칩(400)은 태그 또는 리더기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들면, 무선 단말기(100)와 NFC 근거리 통신하는 외부 기기(미도시)가 리더기일 경우 NFC 칩(400)은 태크로서 동작할 수 있고, 외부 기기가 태그로 동작될 경우, 상기 NFC 칩(400)은 리더기로서 동작할 수 있다. 그러나, NFC 칩(400)은 태그 및 리더기 모두 동작될 수도 있다.
이에 따라, NFC 칩(400)은 태그 및/또는 리더기에 기록된 데이터를 판독할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 설명된 무선 단말기(1000)는 NFC 통신을 통해 다양한 인터넷 서비스를 제공받을 수 있고, 휴대 중에도 무선 충전이 가능한 이동 단말기에 적용되는 것이 좋다.
그러나, 이에 제한되지 않으며, 무선 충전과 NFC 통신이 동시에 적용이 필요한 무선 기기라면, 본 실시예에서 말하는 무선 단말기의 범주와 동일하거나 그 안에 포함된다고 할 수 있다. 예를 들면, 웨어러블 디바이스, MP3와 같은 휴대용 무선 기기 뿐만 아니라, 자동차 무선 기기와 같은 대형 무선 기기일 수 있다.
<무선 단말기의 다른 실시예>
도 7은 도 1의 무선 안테나를 적용한 무선 단말기의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 단말기(1000)는 무선 충전과 NFC 통신을 동시에 지원하는 무선 안테나(100), 상기 무선 안테나(100)를 장착하는 연성회로기판(500, FPCB), 상기 무선 안테나(100)에서 발생된 전력을 충전하는 배터리(300) 및 상기 무선 안테나(100)에 구비된 NFC 안테나(110)로 전력을 공급하여 NFC 안테나(110)로부터 통신 데이터를 송수신하는 NFC 칩(400)을 포함한다.
여기서, 연성회로기판(500)은 도 6에서 설명한 연성회로기판(200)의 구조와 기능적인 면에서 동일할 수 있지만, 무선 단말기(1000)의 절곡된 부위(1001)를 따라 형성된 두면, 예컨대 무선 단말기(1000)의 상면(1002)과 배면(1003)에 나뉘어 배치되는 차이점을 가질 수 있다.
무선 단말기(1000)의 상면(1002)에는 일부분의 연성회로기판(500)과 무선 안테나(100)가 배치되고, 무선 단말기(1000)의 배면(1003)에는 나머지의 연성회로기판(500)과 무선 안테나(100)가 배치될 수 있다.
그러나, 전술한 무선 안테나(100)의 절곡 및 배치 위치는 일례에 불과한 것일 뿐, 절곡된 상태로 배치되는데 큰 의미를 가질 수 있다.
이와 같이 배치된 이유는 소형의 무선 단말기(1000)이거나 플렉시블 형태의 무선 단말기(1000)과 같이 컴팩트화된 무선 단말기에 용이하게 적용되도록 하는데 있다.
이로써, 본 실시예에서는 무선 안테나(100)를 여러 면에 절곡시켜 배치함으로써, 다양한 무선 단말기에 적용되도록 적용성을 높일 수 있을 것이다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
이상의 실시예들은 무선 충전이 필요한 단말기, 예를 들면 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 패드, 노트, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기 및 PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)등에 적용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 차량에 설치된 단말기등에서도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 제1 루프 패턴을 각각 갖는 제1 코일부와 제2 코일부를 포함하는 NFC 안테나; 및
    상기 제1 코일부와 제2 코일부의 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 루프 패턴을 갖는 유도 코일부와, 상기 유도 코일부의 내측 테두리를 이루는 코일 테두리부를 포함하는 충전 안테나
    를 포함하고,
    상기 NFC 안테나는,
    상기 제1 코일부의 내면 일측과 상기 제2 코일부의 외면 일측 사이에 연결되는 접속 코일부를 더 포함하는 무선 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일부는,
    WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)의 표준에서 정의된 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 개수가 결정되는 무선 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 코일부의 개수는, 하나의 내부 턴(inner turn)을 갖는 무선 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 코일부와 상기 코일 테두리부의 사이는,
    상기 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 간격이 결정되는 무선 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저항 스펙치는 4 내지 6(Ω)을 갖는 무선 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 Q 스펙치는, 23 내지 27을 갖는 무선 안테나.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 코일부와 상기 코일 테두리부의 간격은, 40 내지 70 ㎛ 의 길이를 가지는 무선 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 NFC 안테나는,
    상기 제1 코일부의 내면 일측으로부터 연장되어 상기 제1 코일부의 제1 종단을 이루는 종단 단자부
    를 더 포함하는 무선 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 코일부는,
    상기 제1 루프 패턴의 종단에 형성된 제2 종단 단자가 상기 종단 단자부와 전기적으로 접점되도록 형성되는 무선 안테나.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 제1 루프 패턴과 제2 루프 패턴은,
    나선형 루프 패턴으로 이루어진 무선 안테나.
  11. 무선 충전과 NFC 통신을 동시에 지원하는 무선 안테나;
    상기 무선 안테나를 장착하는 연성회로기판(FPCB);
    상기 무선 안테나에서 발생된 전력을 충전하는 배터리; 및
    상기 NFC 안테나로 전력을 공급하여 상기 NFC 안테나로부터 통신 데이터를 송수신하는 NFC 칩
    을 포함하고,
    상기 무선 안테나는,
    적어도 하나의 제1 루프 패턴을 각각 갖는 제1 코일부, 제2 코일부와 상기 제1 코일부의 내면 일측과 상기 제2 코일부의 외면 일측 사이에 연결되는 접속 코일부를 포함하는 NFC 안테나; 및
    상기 제1 코일부와 제2 코일부의 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 루프 패턴을 갖는 유도 코일부와, 상기 유도 코일부의 내측 테두리를 이루는 코일 테두리부를 포함하는 충전 안테나
    를 포함하는 무선 단말기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 코일부는,
    WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)의 표준에서 정의된 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 개수가 결정되는 무선 단말기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 코일부의 개수는, 하나의 내부 턴(inner turn)을 갖는 무선 단말기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 코일부와 상기 코일 테두리부의 사이는,
    상기 R(저항) 스펙치 또는 Q(Quilty Factor) 스펙치를 만족하는 범위안에서 간격이 결정되는 무선 단말기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 저항 스펙치는 4 내지 6(Ω)을 갖는 무선 단말기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 Q 스펙치는, 23 내지 27을 갖는 무선 단말기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2 코일부와 상기 코일 테두리부의 간격은, 40 내지 70 ㎛ 의 길이를 가지는 무선 단말기.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 NFC 안테나는,
    상기 제1 코일부의 내면 일측으로부터 연장되어 상기 제1 코일부의 제1 종단 단자를 이루는 종단 단자부
    를 더 포함하는 무선 단말기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 코일부는,
    상기 제1 루프 패턴의 종단에 형성된 제2 종단 단자가 상기 종단 단자부와 전기적으로 접점되도록 형성되는 무선 단말기.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 NFC 안테나는,
    상기 연성회로기판(FPCB)의 절곡된 두면에 나뉘어 형성되는 무선 단말기.
  21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 상기 제1 루프 패턴과 제2 루프 패턴은,
    나선형 루프 패턴으로 이루어진 무선 단말기.
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