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WO2017014464A1 - 콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치 - Google Patents

콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치 Download PDF

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WO2017014464A1
WO2017014464A1 PCT/KR2016/007483 KR2016007483W WO2017014464A1 WO 2017014464 A1 WO2017014464 A1 WO 2017014464A1 KR 2016007483 W KR2016007483 W KR 2016007483W WO 2017014464 A1 WO2017014464 A1 WO 2017014464A1
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WO
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antenna
unit
wireless power
power transmission
wireless
Prior art date
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PCT/KR2016/007483
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English (en)
French (fr)
Inventor
노진원
백형일
박재일
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Amotech Co Ltd
Original Assignee
Amotech Co Ltd
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Priority claimed from KR1020150102432A external-priority patent/KR101926613B1/ko
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Priority to US15/745,510 priority patent/US10707703B2/en
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to an antenna module, and more particularly, to a combo antenna module and a portable electronic device including the same, which can extend a wireless power transmission or wireless communication range and improve wireless power transmission efficiency or wireless communication performance according to an operation mode. It is about.
  • portable electronic devices including mobile phones, tablet PCs, and the like, are equipped with a wireless charging function using wireless power transmission along with various wireless communication functions.
  • a wireless charging function using wireless power transmission along with various wireless communication functions.
  • an antenna should be provided for each frequency or application.
  • the number of antennas included in portable electronic devices is increasing.
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power matters Alliance
  • Alliance for Wireless Power for wireless power transmission As the number of antennas used, such as antennas, increases, antennas are being applied in the form of combos.
  • the WPC and PMA antennas perform wireless power transmission in a magnetic induction method of inducing a current through a magnetic field from one coil to another coil, and the A4WPC antenna transmits energy by coupling coils having the same resonance frequency to each other. Wireless power transmission is performed by the magnetic resonance method.
  • the magnetic induction method is sensitive to the distance between the coils and the relative position, the transmission efficiency can be sharply dropped.
  • the magnetic resonance method is capable of wireless power transmission even when the distance between coils is not close, but there is a problem that the electromagnetic wave is generated in a wide range due to the high power loss.
  • the inductance of the loop antenna is determined by the communication frequency and the wireless power transmission frequency of each application.
  • an inductance of 1 to 2 ⁇ H is required to implement 13.56 MHz frequency
  • an inductance of 1 to 2 ⁇ H is required to implement 6.78 MHz frequency
  • a WPC or PMA antenna In the case of, the inductance of 6 ⁇ 12 ⁇ H is required to implement the 100 ⁇ 350kHz frequency
  • inductance of 10 ⁇ 40 ⁇ H is required to implement the frequency below 100kHz.
  • the NFC antenna or the A4WP antenna for wireless power transmission of the magnetic resonance method requires a relatively low inductance because the frequency is higher than that of the MST antenna or the WPC or PMA antenna for wireless power transmission of the magnetic induction method.
  • the self-induction wireless power transmission antenna (WPC, PMA) antenna in consideration of the wireless power transmission range between the wireless power transmitter (Tx) and the wireless power receiver (Rx), the strength and efficiency of the wireless power transmission, the antenna unit It is common to be placed in the middle of.
  • WPC or PMA antennas are arranged in the center of the antenna unit, and the MST antenna is arranged outside.
  • the NFC or A4WP antenna having a relatively low inductance is excellent in performance as the antenna area is larger, so it is mostly disposed near the outer edge of the combo antenna.
  • Such NFC or A4WP antenna has been utilized to provide an additional pattern in the inner region of the antenna unit to improve the range of wireless communication or wireless power transmission, wireless power transmission efficiency, and the performance of wireless communication.
  • antennas such as WPC, PMA, and MST are located at the center of the antenna unit, it is difficult to implement additional patterns of NFC and A4WP antennas. Faced.
  • the present invention has been made in view of the above, by using an antenna of a different mode by switching according to the operation mode of the antenna unit can improve the range of wireless power transmission or wireless communication, and its efficiency or performance
  • the purpose is to provide a combo antenna module.
  • the present invention is a portable having a wireless charging function that can improve the range and efficiency or performance of wireless power transmission or wireless communication by using two antennas by switching the combo antenna module by determining the operation mode of the antenna unit
  • Another object is to provide an electronic device.
  • the present invention provides an antenna unit including a circuit board, a first antenna for wireless power transmission, and a second antenna for wireless power transmission in a manner different from that of the first antenna; And a switching unit connecting or disconnecting the first antenna and the second antenna according to an operation mode of the antenna unit.
  • the first antenna may be disposed outside the circuit board, and the second antenna may be disposed inside the first antenna of the circuit board.
  • the circuit board may be made of a flexible material.
  • the first antenna may be a wireless power transmission antenna of the magnetic resonance method
  • the second antenna may be a wireless power transmission antenna of the magnetic induction method.
  • the switching unit may connect the first antenna and the second antenna in parallel when the operation mode of the antenna unit is a wireless power transmission mode of a magnetic resonance method.
  • the switching unit may connect the first antenna and the second antenna in parallel when the wireless power transmission performance through the first antenna is equal to or less than a reference value.
  • the wireless power transmission performance may be the strength of wireless power transmission or reception.
  • the switching unit may separate the first antenna and the second antenna when the operation mode of the antenna unit is a wireless power transmission mode of a self-induction method.
  • the combo antenna module may further include a shielding unit disposed on one surface of the antenna unit to shield a magnetic field.
  • the present invention is an antenna unit including a circuit board, and a plurality of antennas having different operating frequencies; And a switching unit for connecting or disconnecting at least two of the plurality of antennas according to the operation mode of the antenna unit.
  • the antenna unit comprises: a first antenna disposed at the outermost portion of the circuit board; A second antenna disposed at a center side of the circuit board; And at least one third antenna disposed between the first antenna and the second antenna.
  • the second antenna may have a lower operating frequency than the first antenna and a higher operating frequency than the third antenna.
  • the first antenna may include any one of a magnetic resonance wireless antenna and an NFC antenna, and the second antenna may be a magnetic induction wireless antenna, and the third antenna may be an MST antenna. Can be.
  • the switching unit may connect at least one of the first antenna, the second antenna, and the third antenna in parallel when the antenna unit is in an operation mode using the first antenna.
  • the switching unit may connect at least one of the first antenna, the second antenna, and the third antenna in parallel when the wireless performance through the first antenna is equal to or less than a reference value.
  • the switching unit may separate both the first antenna, the second antenna, and the third antenna when the antenna unit is in an operation mode in which the first antenna is not used.
  • the present invention is a combo antenna module; A plurality of wireless modules each cooperating with the plurality of antennas; And a mode determining unit configured to determine which of the plurality of wireless modules is in operation to control switching of the combo antenna module.
  • any one of the plurality of wireless modules may transmit power wirelessly, or may receive power wirelessly.
  • any one of the plurality of wireless modules may communicate wirelessly.
  • the present invention is a combo antenna module including a circuit board, an antenna unit including a plurality of antennas having different operating frequencies, and a shielding unit disposed on one surface of the antenna unit to shield a magnetic field; A switching unit for connecting or disconnecting at least two of the plurality of antennas according to an operation mode of the antenna unit; A plurality of wireless modules each cooperating with the plurality of antennas; And a mode determining unit configured to determine which of the plurality of wireless modules is in operation to control switching of the combo antenna module.
  • the present invention by switching in accordance with the operation mode of the antenna unit by selectively parallelly connecting the antenna disposed in the outer and the antenna disposed inside to increase the antenna area without a large change in inductance, the range of wireless power transmission or wireless communication, And its efficiency or performance.
  • the present invention by connecting the antenna using a high frequency and the antenna using a low frequency in parallel can improve the range and efficiency or performance of the wireless power transmission or wireless communication without having an additional internal pattern separately a plurality of Miniaturization of the combo antenna module provided with the antenna can be achieved.
  • the present invention provides a combo antenna module in the portable electronic device, thereby improving the range and efficiency or performance of the wireless power transmission or wireless communication by switching according to the operation mode to improve the convenience and satisfaction of the user of the portable electronic device. Can be.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a combo antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing an example of an operating state of a combo antenna module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing another example of an operating state of a combo antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a combo antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the shield unit of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of a portable electronic device having a wireless charging function according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a combo antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram schematically showing an example of an operating state of a combo antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram schematically showing another example of an operating state of a combo antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of FIG. 10;
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing a combo antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic block diagram of a portable electronic device according to another embodiment of the present invention.
  • Combo antenna module 100 includes an antenna unit 110 and the switching unit 120.
  • the antenna unit 110 is for receiving a radio signal from a portable electronic device such as a mobile phone, PDA, PMP, tablet, multimedia device.
  • the antenna unit 110 includes a plurality of antennas that perform different roles, in particular, a plurality of antennas for wireless power transmission.
  • the antenna unit 110 includes the circuit board 111, the first antenna 112 and the second antenna 114, as shown in Figs.
  • the circuit board 111 is a material that is a substrate on which at least one antenna or selectively a circuit part is formed, and is a material having heat resistance and pressure resistance and having flexibility.
  • a film such as PI or PET, which is a thermosetting polymer film, may be employed as the circuit board 111.
  • polyimide films generally withstand high temperatures of more than 400 degrees or less than 269 degrees Celsius, have super heat resistance and cold resistance, and are not only thin and flexible, but also have excellent chemical and abrasion resistance, so they can maintain stable performance in harsh environments. Because it is used a lot.
  • one side of the circuit board 111 is provided with a connection terminal for electrical connection with a circuit unit (not shown) or an electronic device to correspond to the number of antennas.
  • the first antenna 112 may be disposed at an outer portion of the circuit board 111.
  • the first antenna 112 may be a magnetic resonance type antenna for wireless power transmission, for example, may be an A4WP antenna.
  • the second antenna 114 is an antenna for wireless power transmission different from that of the first antenna 112.
  • the second antenna 114 may be disposed inside the first antenna 112 of the circuit board 111 and may be a magnetic induction type antenna for wireless power transmission, for example, WPC or PMA. It may be an antenna.
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 as shown in Fig. 5, a planar coil of a polygonal shape, such as a circular, elliptical, spiral or square winding wound in a clockwise or counterclockwise direction It may be provided in the form.
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 may function as a receiving coil (Rx coil) or a transmitting coil (Tx coil) for wireless power transmission.
  • each connection terminal may be electrically connected directly to an external device without passing through the circuit board.
  • the circuit board since the circuit board also does not need to be used, the production cost may be further reduced by completely eliminating the use of the circuit board.
  • the switching unit 120 connects or disconnects the first antenna 112 and the second antenna 114 according to the operation mode of the antenna unit 110.
  • the switching unit 120 includes the first switch 122 and the second switch 124.
  • the first switch 122 is connected to one side of each of the first antenna 112 and the second antenna 114.
  • the first switch 122 includes one common contact C 1 and two contacts S 11 and S 12 , and the common contact C 1 is one of the contacts S 11 and S 12 . May be selectively connected to either.
  • the common contact (C 1 ) is connected to one side of the second antenna 114
  • the contact (S 11 ) is to be connected to the second wireless power module 16 in conjunction with the second antenna (114).
  • the contact point S 12 may be connected to one side of the first antenna 112. That is, the contact point S 12 may be connected to one side of the first antenna 112 and the first wireless power module 14 interworking with the first antenna 112.
  • the second switch 124 is connected to the other side of the first antenna 112 and the second antenna 114, respectively. Similar to the first switch 122, the second switch 124 includes one common contact C 2 and two contacts S 21 and S 22 , and the common contact C2 is It may be connected to any one of the contacts (S 21 , S 22 ).
  • the common contact C 2 is connected to the other side of the second antenna 114, and the contact S 21 is connected to the second wireless power module 16 interlocked with the second antenna 114. Can be connected.
  • the contact point S 22 may be connected on the other side of the first antenna 112. That is, the contact point S 22 may be connected to the other side of the first antenna 112 and the first wireless power module 14 interworking with the first antenna 112.
  • the switching unit 120 separates the first antenna 112 and the second antenna 114
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 may operate separately. Can be.
  • the first switch 122 has the common contact C 1 connected to the contact S 11
  • the second switch 124 has the common contact ( C 2 ) may be connected to the contact S 21 .
  • the wireless power transmission of the self-induction method may be made through the second antenna 114.
  • the first antenna 112 does not operate because it has a different frequency from the second antenna 114.
  • the switching unit 120 connects the first antenna 112 and the second antenna 114
  • the second antenna 114 is connected in parallel with the first antenna 112 is the first antenna It functions as a part of one antenna 112.
  • the first switch 122 has the common contact C 1 connected to the contact S 12
  • the second switch 124 has the common contact ( C 2 ) may be connected to the contact S 22 .
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 may be connected in parallel to operate as one antenna.
  • wireless power transmission of the magnetic resonance method may be performed through the first antenna 112.
  • Equation 1 the total inductance (L total ) of the antenna by the parallel connection of the second antenna 114 is shown in Equation 1 below.
  • the inductance L 1 of the first antenna 112 is 2 ⁇ H and the inductance L 2 of the second antenna 114 is 10 ⁇ H, the first antenna 112 and the second antenna are 10 ⁇ H.
  • the total inductance (L total ) by the parallel connection of 114 is 1.67 ⁇ H.
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 are connected in parallel, the value of the total inductance does not change significantly, and the second antenna 114 disposed inside the circuit board 111 does not change. ) Can be used additionally.
  • the range of the antenna used in the wireless power transmission of the magnetic resonance method is extended not only to the outer portion of the circuit board 111 but also to the center portion of the circuit board 111, thereby efficiently transferring power by magnetic resonance.
  • the wireless power transmission range can be extended by increasing the distance, and wireless power transmission can be improved through a wider range, thereby improving wireless power transmission efficiency.
  • the combo antenna module 100 can be miniaturized compared to the same efficiency.
  • the operation mode of the antenna unit 110 is the wireless power transmission mode of the magnetic resonance method, that is, the wireless power transmission is performed in the magnetic resonance method or the first antenna 112 is performed.
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 may be connected in parallel.
  • the switching unit 120 may connect the first antenna 112 and the second antenna 114 in parallel when the wireless power transmission performance through the first antenna 112 is less than or equal to a reference value. That is, the switching unit 120 does not switch unconditionally when the wireless power transmission is made by the magnetic resonance method or the wireless power transmission through the first antenna 112, such as when the efficiency is less than the reference value during the operation. It can only work selectively in certain cases. In this case, the wireless power transmission performance may be the strength of the transmission or reception of the wireless power.
  • the combo antenna module 100 has been described as including the switching unit 120 in the present embodiment, the present invention is not limited thereto, and the switching unit 120 may be provided separately from the antenna unit 110.
  • the switching unit 120 may be separated from the antenna unit 110 and disposed on the main circuit board.
  • the combo antenna module 100 may further include the shielding unit 130 disposed on one surface of the antenna unit 110 to shield a magnetic field.
  • the shielding unit 130 is made of a plate-like member having a predetermined area, the antenna unit 110 is fixed to one surface.
  • Such a shielding unit 130 shields the magnetic field generated by the antenna unit 110 and focuses in a required direction to increase the focusing speed of the magnetic field so that the shield unit 130 operates in a predetermined frequency band. Increases the characteristics.
  • the shield unit 130 is an antenna unit that operates in the corresponding frequency band during the wireless power transmission by the magnetic induction method in the frequency band of 100 ⁇ 350 kHz, or when transmitting the wireless power by the magnetic resonance method at the frequency of 6.78MHz To enhance the characteristics of (110).
  • the shielding unit 130 is made of a material having magnetic properties to shield the magnetic field generated by the antenna unit 110.
  • the shielding unit 130 may be made of a material having a permeability of 300 ⁇ 3500Wb / Am when the antenna unit 110 operates in the low frequency band of 100 ⁇ 350 kHz frequency band, the antenna unit When 110 operates at a frequency of 6.78 MHz, it may be made of a material having a permeability in the range of 100-350 Wb / Am.
  • the shielding unit 130 may be a ribbon sheet or polymer sheet of Mn-Zn ferrite sheet, amorphous alloy or nanocrystalline alloy having a permeability in the range of 2000 ⁇ 3500Wb / Am in the low frequency band of 100 ⁇ 350kHz have.
  • the shielding unit 130 may be a ribbon sheet or polymer sheet of Ni-Zn ferrite sheet, amorphous alloy or nano-crystalline alloy having a permeability of 300 ⁇ 1500Wb / Am range in the low frequency band of 100 ⁇ 350kHz .
  • the shielding unit 130 may be used Ni-Zn ferrite sheet, amorphous alloy or nano-crystalline alloy ribbon sheet or polymer sheet having a permeability of 100 ⁇ 350Wb / A.m at 6.78MHz frequency.
  • the amorphous alloy or nanocrystalline alloy may be used a Fe-based or Co-based magnetic alloy
  • the amorphous alloy and the nanocrystalline alloy may include a three-element alloy or a five-element alloy.
  • the three-element alloy may include Fe, Si, and B
  • the five-element alloy may include Fe, Si, B, Cu, and Nb.
  • the shielding unit 130 ′ may be formed by stacking ribbon sheets 131a, 131b, and 131c of two or more amorphous alloys or nanocrystalline alloys. .
  • the shielding unit 130 may be formed to be separated into a plurality of fine pieces to suppress the generation of eddy currents, the plurality of fine pieces may be provided to be insulated entirely or partially insulated between the neighboring fine pieces. have.
  • the plurality of fine pieces may be provided with a size of 1 ⁇ m ⁇ 3mm, each piece may be made irregularly random.
  • an adhesive layer 131d made of a non-conductive material is disposed between the sheets.
  • the adhesive layer 121d may serve to insulate a plurality of fine pieces constituting each sheet by allowing it to penetrate between a pair of stacked sheets.
  • the adhesive layer 131d may be provided with an adhesive or may be provided with an adhesive applied to one or both surfaces of the substrate in the form of a film.
  • the shielding units (130, 130 ') may be provided with a separate protective film (not shown) on at least one surface of the upper and lower surfaces.
  • a protective film (not shown) is attached to the shielding unit 130 through an adhesive layer, and when the shielding units 130 and 130 'are separated into fine pieces, they are absorbed between the fine pieces to insulate the fine pieces. It can also be done.
  • the adhesive layer may be provided as an adhesive, or may be provided in the form of a substrate in the form of a film, and a protective film coated with an adhesive on one or both sides of the substrate.
  • Such a combo antenna module 100 may be applied to the portable electronic device 10.
  • the portable electronic device 10 includes a combo antenna module 100, the mode determining unit 12, the first wireless power module 14 And a second wireless power module 16.
  • the mode determining unit 12 determines which of the first wireless power module 14 and the second wireless power module 16 is in operation to control switching of the combo antenna module 100. In this case, the mode determining unit 12 may determine an operation state based on, for example, the strength of wireless power received through each antenna of the combo antenna module 100.
  • the mode determining unit 12 does not unconditionally switch the switching unit 120 according to the operation modes of the first wireless power module 14 and the second wireless power module 16, and in certain cases, Only the condition for switching can be determined.
  • the wireless power transmission efficiency is lower than a reference value.
  • the switching unit 120 may be switched to connect the first antenna 112 and the second antenna 114 in parallel to improve efficiency.
  • the mode determining unit 12 may determine a specific condition for switching the switching unit 120. For example, the mode determining unit 12 may determine whether the wireless power transmission performance is less than or equal to the reference value according to the wireless power transmission or reception strength.
  • the mode determining unit 12 may determine various conditions for switching the combo antenna module 100, and the embodiment of the present invention is not particularly limited to the type or method of the determination condition.
  • the first wireless power module 14 interworks with the first antenna 112 to perform wireless power transmission in a self-resonant manner.
  • the first wireless power module 14 may wirelessly transmit power or receive power. That is, the first wireless power module 14 may include any one or both of a wireless power transmission module and a wireless power reception module.
  • the second wireless power module 16 performs wireless power transmission in a self-guided manner in cooperation with the second antenna 114.
  • the second wireless power module 16 may transmit or receive power wirelessly. That is, the second wireless power module 16 may include any one or both of a wireless power transmission module and a wireless power reception module.
  • first wireless power module 14 and the second wireless power module 16 function as a wireless power transmission module, by converting the DC power supplied from the power source of the portable electronic device 10 into AC power.
  • An inverter (not shown) provided to the first antenna 112 and the second antenna 114 may be included.
  • the radio received from the first antenna 112 and the second antenna 114.
  • a rectifier (not shown) for converting power into direct current power and a DC-DC converter (not shown) for converting the power into a power suitable for use as a battery of the portable electronic device 10 or an internal power source may be included.
  • first wireless power module 14 and the second wireless power module 16 function as both the wireless power receiving module and the wireless power transmitting module, the inverter (not shown) and the rectifier (not shown) as described above. H), and a DC-DC converter (not shown).
  • the combo antenna module 100 since the combo antenna module 100 according to an embodiment of the present invention is provided in the portable electronic device 10, the wireless power transmission range and efficiency may be improved by switching according to an operation mode. The convenience and satisfaction of the user of the portable electronic device 10 may be improved.
  • the combo antenna module 100 has been described as including the switching unit 120.
  • the switching unit 120 may be provided separately from the antenna unit 110. have.
  • the switching unit 120 may be separated from the antenna unit 110 and disposed on the main circuit board.
  • the antenna unit 110 has been described as having two wireless power transmission antennas 112 and 114, but is not limited thereto, and may further include a wireless communication antenna such as NFC or MST.
  • the antenna unit 110 ′ may include a first antenna 112, a second antenna 114, and a third antenna 116 as shown in FIGS. 8 and 12.
  • the first antenna 112 may be disposed on the outermost portion of the circuit board 111.
  • the first antenna 112 may have an operating frequency of more than a few MHz band.
  • the first antenna 112 may be a magnetic resonance antenna for wireless power transmission using a 6.78 MHz frequency, for example, an A4WP antenna.
  • the first antenna 112 may be a communication antenna using a 13.56 MHz frequency, for example, may be an NFC antenna.
  • the second antenna 114 may be disposed inside the first antenna 112 of the circuit board 111, in particular, at the center of the circuit board 111.
  • the second antenna 114 is lower than the first antenna 112, has a higher operating frequency than the third antenna 116, for example, may have an operating frequency of several hundred kHz band.
  • the second antenna 114 may be a magnetic induction antenna for wireless power transmission using a frequency band of 100 ⁇ 350 kHz, for example, may be a WPC or PMA antenna.
  • the second antenna 114 may be a communication or wireless receiving or wireless transmitting antenna using a frequency band of 100 ⁇ 350 kHz.
  • the third antenna 116 may be disposed between the first antenna 112 and the second antenna 114 on the circuit board 111.
  • the third antenna 116 has a lower operating frequency than the first antenna 112 and the first antenna 112, and may have an operating frequency of 100 kHz or less.
  • the third antenna 116 may be a communication antenna using a frequency band of 100 Hz or less, for example, may be an MST antenna.
  • the third antenna 116 may be an antenna for wireless power transmission using a frequency band of 100 Hz or less.
  • the third antenna 116 is illustrated and described as one antenna disposed between the first antenna 112 and the second antenna 114, the present invention is not limited thereto, and the third antenna 116 is not limited thereto.
  • the antennas may be a plurality of antennas having different operating frequencies between the first antenna 112 disposed at the outermost side and the second antenna 114 disposed at the center side.
  • the first antenna 112, the second antenna 114 and the third antenna 116 are circular, elliptical, spiral or square wound in a clockwise or counterclockwise direction as shown in FIG. It may be provided in the shape of a polygonal flat coil like shape.
  • the first antenna 112 and the second antenna 114 may function as a receiving coil (Rx coil) or a transmitting coil (Tx coil) for wireless power transmission.
  • each connection terminal may be electrically connected directly to an external device without passing through the circuit board.
  • the circuit board since the circuit board also does not need to be used, the production cost may be further reduced by completely eliminating the use of the circuit board.
  • the switching unit 120 ′ connects or disconnects at least two of the plurality of antennas 112, 114, and 116 according to the operation mode of the antenna unit 110 ′.
  • the switching unit 120 ′ may connect or disconnect at least one of the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116.
  • the switching unit 120 ′ includes the first switch 122 and the second switch 124.
  • the first switch 122 is connected to one side of each of the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116.
  • the first switch 122 may include two common contacts C 11 and C 12 and three contacts S 11 , S 12 , and S 13 3.
  • the common contact (C 11 ) is selectively connected to any one of the contacts (S 11 , S 13 )
  • the common contact (C 12 ) is optional to any one of the contacts (S 12 , S 13 ) Can be connected.
  • the common contact C 11 may be connected to one side of the second antenna 114, and the contact S 11 may be connected to a second wireless module 16 interworking with the second antenna 114. have.
  • the common contact C21 may be connected to one side of the third antenna 116, and the contact S 12 may be connected to a third wireless module 18 interworking with the third antenna 116.
  • the contact point S 13 may be connected on one side of the first antenna 112. That is, the contact point S 13 may be connected to one side of the first antenna 112 and the first wireless module 14 interworking with the first antenna 112.
  • the second switch 124 is connected to the other side of the first antenna 112, the second antenna 114 and the third antenna 116, respectively. Similar to the first switch 122, the second switch 124 may include two common contacts C 21 and C 22 and three contacts S 21 , S 22 , and S 23 . . The common contact C 21 may be connected to any one of the contacts S 21 and S 23 , and the contact C 22 may be selectively connected to any one of the contacts S 22 and S 23 . have.
  • the common contact (C 21 ) is connected to the other side of the second antenna (114), the contact (S 21 ) is to be connected to the second wireless module (16) in conjunction with the second antenna (114).
  • the common contact C 22 may be connected to the other side of the third antenna 116, and the contact S 22 may be connected to a third wireless module 18 interworking with the third antenna 116.
  • the contact point S 23 may be connected to the other side of the first antenna 112. That is, the contact point S 23 may be connected to the other side of the first antenna 112 and the first wireless module 14 interlocked with the first antenna 112.
  • the switching unit 120 ′ separates both the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116, the first antenna 112 and the second antenna 116.
  • the antenna 114 and the third antenna 116 may operate individually, respectively.
  • the common contact C 11 is connected to the contact S 11
  • the common contact C 12 is connected to the contact S. 12
  • the common contact C 21 may be connected to the contact S 22
  • the common contact C 22 may be connected to the contact S 22 .
  • wireless power transmission and wireless communication may be performed through any one of the second antenna 114 and the third antenna 116.
  • wireless power transmission may be performed in a self-inducing manner, or MST communication may be performed.
  • the first antenna 112 does not operate because it has a different frequency from the second antenna 114 or the third antenna 116.
  • the switching unit 120 ′ connects at least one of the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116, the second antenna 114 and At least one of the third antennas 116 is connected in parallel with the first antenna 112 to function as a part of the first antenna 112.
  • one of the common contact C 11 and the common contact C 12 may be connected to the contact S 13 .
  • any one of the common contact C 21 and the common contact C 22 may be connected to the contact S 23 .
  • At least one of the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116 may be connected in parallel to operate as one antenna.
  • wireless power transmission may be performed by the magnetic resonance method through the first antenna 112, or NFC communication may be performed.
  • Equation 2 the total inductance L total of the antenna by the parallel connection of the antennas 112, 114, and 116 is expressed by Equation 2 below.
  • n is the number of antennas connected in parallel
  • the inductance L 1 of the first antenna 112 is 2 ⁇ H
  • the inductance L 2 of the second antenna 114 is 10 ⁇ H
  • the total inductance L total due to the parallel connection of the first antenna 112 and the second antenna 114 is 1.67 ⁇ H
  • the total inductance (L total ) by the parallel connection of) is 1.82 ⁇ H
  • At least one of the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116 are connected in parallel, so that the total inductance value does not change significantly, but the circuit board 111 does not change. At least one of the second antenna 114 and the third antenna 116 disposed in the interior may be additionally used.
  • the range of the antenna used in the wireless power transmission of the magnetic resonance method is extended not only to the outermost part of the circuit board 111 but also to the center part of the circuit board 111, so that the radio signal can reach efficiently.
  • the range of wireless power transmission or wireless communication can be increased, and wireless power transmission or wireless communication is performed through a wider range, thereby improving wireless power transmission efficiency or wireless communication performance.
  • the combo antenna module 100 can be miniaturized compared to the same efficiency / performance.
  • the switching unit 120 ′ may perform wireless power transmission using a magnetic resonance method, or When the NFC communication is performed or wireless power transmission or wireless communication is performed through the first antenna 112, at least one of the first antenna 112, the second antenna 114, and the third antenna 116 may be used. One can be connected in parallel.
  • the switching unit 120 ′ may include the first antenna 112 and the second antenna 114. And at least one of the third antennas 116 in parallel. That is, the switching unit 120 ′ does not unconditionally switch when wireless power transmission is performed by a magnetic resonance method, NFC communication is performed, or wireless power transmission or wireless communication is performed through the first antenna 112. During such operation, the operation may be selectively performed only in specific cases, such as when efficiency / performance is below a reference value.
  • the performance of the radio is the strength of wireless transmission or wireless reception, for example, may be the strength of the transmission or reception of wireless communication, or the transmission or reception strength of wireless power transmission.
  • the switching unit 120 ′ may perform wireless power transmission by, for example, a magnetic induction method. Or when wireless power transmission or wireless communication is performed through any one of the second antenna 114 and the third antenna 116 or the MST communication, the first antenna 112 and the second antenna. Both 114 and the third antenna 116 can be separated.
  • the first antenna 112 the second antenna 114 and at least one of the third antenna 116 has been described as being connected in parallel, but is not limited to this, any one antenna and at least one other You can also connect the antennas in parallel.
  • the shielding unit 130 is a wireless power transmission by the magnetic induction method in the frequency band of 100 ⁇ 350 kHz, wireless power transmission by the magnetic resonance method at the frequency of 6.78MHz, MST of the frequency band of less than 100 kHz
  • it may be to improve the characteristics of the antenna unit 110 'operating in the corresponding frequency band.
  • shielding unit 130 is not described in detail, of course, the same technical features as described with reference to FIGS. 5 and 6 can be applied.
  • the combo antenna module 100 ′ may be applied to the portable electronic device 10 ′.
  • the portable electronic device 10 ′ includes a combo antenna module 100 ′, and includes a mode determining unit 12 and a plurality of wireless modules 14. , 16,18).
  • the mode determining unit 12 determines which of the plurality of wireless modules 14, 16, and 18 is in operation to control switching of the combo antenna module 100 ′. In this case, the mode determining unit 12 may determine the operation state based on, for example, the strength of the radio received through each antenna of the combo antenna module 100 ′.
  • the mode determining unit 12 does not switch unconditionally according to the operation mode of the plurality of wireless modules 14, 16, and 18, and the switching unit 120 ′ sets a condition for switching only in a specific case. You can judge.
  • the portable electronic device 10 ′ transmits wireless power in a magnetic resonance method through the first antenna 112 disposed at the outermost portion of the circuit board 111, wireless power transmission efficiency is high.
  • the first antenna 112, the second antenna 114 and the third antenna 116 to improve the performance.
  • the switching unit 120 ′ may be switched to connect at least one of them in parallel.
  • the mode determining unit 12 may determine a specific condition for switching the switching unit 120 ′. For example, the mode determining unit 12 may determine whether the wireless performance is less than or equal to the reference value according to the strength of the wireless transmission or reception. That is, the mode determining unit 12 may determine the wireless performance according to the strength of the transmission or reception of the wireless communication or the transmission or reception strength of the wireless power transmission.
  • the mode determining unit 12 may determine various conditions for switching the combo antenna module 100 ′, and embodiments of the present invention are not particularly limited to the type or method of the determination condition.
  • the plurality of wireless modules may include the first wireless module 14, the second wireless module 16, and the third wireless module 18.
  • the first wireless module 14 interoperates with the first antenna 112 to perform wireless power transmission of a magnetic resonance method or to perform NFC communication. That is, the first wireless module 14 may wirelessly transmit or receive power.
  • the first wireless module 14 may include any one or both of a wireless power transmission module and a wireless power reception module.
  • the first wireless module 14 may wirelessly communicate, receive, or transmit.
  • the first wireless module 14 may include any one or both of a wireless receiving module and a wireless transmitting module.
  • the second wireless module 16 interoperates with the second antenna 114 to perform wireless power transmission of a magnetic induction method or wireless communication. That is, the second wireless module 16 may transmit or receive power wirelessly.
  • the second wireless module 16 may include any one or both of a wireless power transmission module and a wireless power reception module.
  • the first wireless module 14 may wirelessly communicate, receive, or transmit.
  • the first wireless module 14 may include any one or both of a wireless receiving module and a wireless transmitting module.
  • the third wireless module 18 performs MST communication or wireless power transmission in cooperation with the third antenna 116. That is, the third wireless module 18 may wirelessly communicate, receive, or transmit, and may include, for example, one or both of a wireless receiving module and a wireless transmitting module. In addition, the third wireless module 18 may wirelessly transmit or receive power. For example, the third wireless module 18 may include any one or both of a wireless power transmission module and a wireless power reception module.
  • first wireless module 14, the second wireless module 16 and the third wireless module 18 will not be described in detail, but the same technical features as described with reference to FIG. Of course it can.
  • the combo antenna module 100 ' according to another embodiment of the present invention is provided in the portable electronic device 10', the range of wireless power transmission or wireless communication and the efficiency thereof by switching according to an operation mode. And performance, and therefore, convenience and satisfaction for the user of the portable electronic device 10 'can be improved.

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Abstract

콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈은 회로기판, 무선전력 전송용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력 전송용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 연결하거나 분리하는 스위칭부;를 포함한다. 본 발명에 의하면, 안테나유닛의 동작모드에 따라 스위칭하여 외곽에 배치된 안테나와 내부에 배치된 안테나를 선택적으로 병렬 연결함으로써 인덕턴스의 큰 변화없이 안테나 면적을 증가시키므로 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위 및 그 효율 또는 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치
본 발명은 안테나모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동작모드에 따라 무선전력 전송 또는 무선통신 범위를 확대하고 무선전력 전송 효율 또는 무선통신 성능을 향상시킬 수 있는 콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치에 관한 것이다.
최근 휴대폰, 태블릿 PC 등을 비롯한 휴대용 전자장치는 다양한 무선통신 기능과 함께 무선 전력 전송을 이용한 무선 충전 기능이 구비되는 추세이다. 이때, 각 무선통신 및 무선전력 전송은 각각의 애플리케이션에 따라 사용되는 주파수가 상이하므로 각각의 주파수 또는 애플리케이션별로 안테나를 구비해야 한다. 따라서, 휴대용 전자장치에 구비되는 안테나의 수가 증가하고 있다.
예를 들면, 무선통신을 위한 NFC(Near Field Communication) 또는 MST(Magnetic Secure Transmission) 안테나, 및 무선전력 전송을 위한 WPC(Wireless Power Consortium), PMA(Power matters Alliance), 또는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 안테나 등과 같이 사용되는 안테나의 수가 증가함에 따라 안테나는 콤보(Combo) 형태로 적용되고 있는 추세이다.
여기서, WPC 및 PMA 안테나는 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식으로 무선전력 전송을 수행하며, A4WPC 안테나는 동일한 공진 주파수를 갖는 코일이 서로 커플링함으로써 에너지를 전달하는 자기공진 방식으로 무선전력 전송을 수행한다.
이때, 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 민감하여 전송효율이 급격히 떨어질 수 있다. 또한, 자기공진 방식은 코일 사이의 거리가 근접하지 않더라도 무선전력 전송이 가능하지만, 전력 손실이 많아 효율이 떨어지고, 넓은 범위에서 전자파가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 최근의 휴대용 전자장치는 무선 충전 기능을 위해 각각의 장단점을 보완하여 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 자기유도 방식 및 자기공진 방식 모두를 채용하는 추세이다.
한편, 루프 안테나의 인덕턴스는 각 애플리케이션의 통신 주파수 및 무선전력 전송 주파수에 따라 결정된다.
예를 들면, NFC 안테나의 경우, 13.56㎒ 주파수를 구현하기 위해 1~2μH의 인덕턴스가 요구되며, A4WP 안테나의 경우, 6.78㎒ 주파수를 구현하기 위해 1~2μH의 인덕턴스가 요구되고, WPC 또는 PMA 안테나의 경우, 100~350㎑ 주파수를 구현하기 위해 6~12μH의 인덕턴스가 요구되며, MST 안테나의 경우, 100㎑ 이하의 주파수를 구현하기 위해 10~40μH의 인덕턴스가 요구된다.
즉, NFC 안테나 또는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 A4WP 안테나는 MST 안테나 또는 자기유도 방식의 무선전력 전송용 WPC 또는 PMA 안테나에 비하여 주파수가 높기 때문에 비교적 낮은 인덕턴스가 요구된다.
여기서, 자기유도 방식의 무선전력 전송용(WPC, PMA) 안테나는 무선전력 송신기(Tx)와 무선전력 수신기(Rx) 사이의 무선전력 전송 범위, 무선전력 전송의 세기 및 효율을 고려하여, 안테나유닛의 중앙에 배치되는 것이 일반적이다. 특히, 콤보 안테나의 경우, 대부분 WPC 또는 PMA 안테나는 안테나유닛의 중앙부에 배치되고, 그 외곽에 MST 안테나가 배치된다.
이때, 비교적 낮은 인덕턴스를 갖는 NFC 또는 A4WP 안테나는 안테나 면적이 클수록 성능이 우수하므로 콤보 안테나에서 대부분 외곽 부근에 배치된다. 이와 같은 NFC 또는 A4WP 안테나는 무선통신 또는 무선전력 전송 범위의 확대, 무선전력 전송 효율, 및 무선통신의 성능을 향상시키기 위해 안테나유닛의 내부 영역에 추가 패턴을 구비하는 기술이 활용되고 있다.
그러나, 복수의 안테나를 구비하는 콤보 안테나는 상술한 바와 같이, 안테나유닛의 중앙부에 WPC, PMA, 및 MST 등의 안테나가 위치되기 때문에, NFC 및 A4WP 안테나의 추가 패턴의 구현이 용이하지 않은 문제에 직면했다.
따라서, 안테나유닛의 내부에 배치되는 WPC, PMA, 또는 MST 등의 안테나에 영향을 미치지 않으면서도 NFC 또는 A4WP 안테나의 면적을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 안테나유닛의 동작모드에 따른 스위칭에 의해 다른 모드의 안테나를 활용하여 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위, 및 그 효율 또는 성능을 향상시킬 수 있는 콤보 안테나모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안테나유닛의 동작모드를 판단하여 콤보 안테나모듈을 스위칭함으로써 두 개의 안테나를 활용하여 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위 및 그 효율 또는 성능을 향상시킬 수 있는 무선 충전 기능을 구비한 휴대용 전자장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 회로기판, 무선전력 전송용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력 전송용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 연결하거나 분리하는 스위칭부;를 포함하는 콤보 안테나모듈을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1안테나는 상기 회로기판의 외곽부에 배치되고, 상기 제2안테나는 상기 회로기판의 상기 제1안테나 내측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 회로기판은 가요성(flexible) 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1안테나는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 안테나이고, 상기 제2안테나는 자기유도 방식의 무선전력 전송용 안테나일 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기공진 방식의 무선전력 전송모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 병렬로 연결할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 제1안테나를 통한 무선전력 전송 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 병렬로 연결할 수 있다.
또한, 상기 무선전력 전송 성능은 무선전력 송신 또는 수신의 세기일 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기유도 방식의 무선전력 전송모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 분리할 수 있다.
또한, 상기 콤보 안테나모듈은 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 회로기판, 및 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 복수의 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 복수의 안테나 중 적어도 두 개를 연결하거나 분리하는 스위칭부;를 포함하는 콤보 안테나모듈을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 안테나유닛은, 상기 회로기판의 최외곽부에 배치되는 제1안테나; 상기 회로기판의 중심측에 배치되는 제2안테나; 및 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 사이에 배치되는 적어도 하나의 제3안테나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2안테나는 상기 제1안테나보다 동작 주파수가 낮고, 상기 제3안테나보다 동작 주파수가 높을 수 있다.
또한, 상기 제1안테나는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 안테나 및 NFC 안테나 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2안테나는 자기유도 방식의 무선전력 전송용 안테나이며, 상기 제3안테나는 MST 안테나일 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 안테나유닛이 상기 제1안테나를 이용하는 동작모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 및 상기 제3안테나 중 적어도 하나를 병렬로 연결할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 제1안테나를 통한 무선 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 및 상기 제3안테나 중 적어도 하나를 병렬로 연결할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 안테나유닛이 상기 제1안테나를 이용하지 않는 동작모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 및 상기 제3안테나 모두를 분리할 수 있다.
한편, 본 발명은 콤보 안테나모듈; 상기 복수의 안테나와 각각 연동하는 복수의 무선 모듈; 및 상기 복수의 무선 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 복수의 무선 모듈 중 어느 하나는 무선으로 전력을 송신하거나, 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
또한, 상기 복수의 무선 모듈 중 어느 하나는 무선으로 통신할 수 있다.
한편, 본 발명은 회로기판, 및 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 복수의 안테나를 포함하는 안테나유닛, 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛을 포함하는 콤보 안테나모듈; 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 복수의 안테나 중 적어도 두 개를 연결하거나 분리하는 스위칭부; 상기 복수의 안테나와 각각 연동하는 복수의 무선 모듈; 및 상기 복수의 무선 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 안테나유닛의 동작모드에 따라 스위칭하여 외곽에 배치된 안테나와 내부에 배치된 안테나를 선택적으로 병렬 연결함으로써 인덕턴스의 큰 변화없이 안테나 면적을 증가시키므로 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위, 및 그 효율 또는 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 높은 주파수를 사용하는 안테나와 낮은 주파수를 사용하는 안테나를 병렬 연결함으로써 추가적인 내부 패턴을 별도로 구비하지 않고도 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위 및 그 효율 또는 성능을 향상시킬 수 있어 복수의 안테나를 구비한 콤보 안테나모듈의 소형화를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명은 콤보 안테나모듈을 휴대용 전자장치에 구비함으로써, 동작모드에 따른 스위칭에 의해 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위 및 그 효율 또는 성능을 향상시켜 휴대용 전자장치 사용자의 편의성 및 만족도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈의 동작상태의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈의 동작상태의 다른 예를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 4는 도 3의 등가회로도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 6은 도 5의 차폐유닛의 일례를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 기능을 구비한 휴대용 전자장치의 개략적 블록도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콤보 안테나모듈을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콤보 안테나모듈의 동작상태의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콤보 안테나모듈의 동작상태의 다른 예를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 11은 도 10의 등가회로도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콤보 안테나모듈을 개략적으로 나타낸 사시도, 그리고,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 전자장치의 개략적 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나유닛(110) 및 스위칭부(120)를 포함한다.
상기 안테나유닛(110)은 휴대폰, PDA, PMP, 태블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자장치로부터 무선 신호를 수신하기 위한 것이다. 이러한 상기 안테나유닛(110)은 서로 다른 역할을 수행하는 복수의 안테나, 특히, 무선전력 전송용 복수의 안테나를 포함한다. 이때, 상기 안테나유닛(110)은 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회로기판(111), 제1안테나(112) 및 제2안테나(114)를 포함한다.
상기 회로기판(111)은 그 상면에 적어도 하나의 안테나 또는 선택적으로 회로부가 형성되는 기재가 되는 요소로서, 내열성 및 내압성을 가지며, 가요성(flexible)을 갖는 소재이다. 이러한 소재의 물성을 고려할 때, 상기 회로기판(111)으로서 열경화성 고분자 필름인 PI나 PET 등과 같은 필름이 채용될 수 있다. 특히, 폴리이미드 필름은 통상 영상 400도 이상의 고온이나 영하 269도의 저온을 견디고, 초내열성과 초내한성을 지니고 있으며, 얇고 굴곡성이 뛰어날 뿐만 아니라 내화학성, 내마모성도 강해 열악한 환경에서 안정적인 성능을 유지할 수 있기 때문에 많이 사용된다.
더불어, 상기 회로기판(111)의 일측에는 회로부(미도시) 또는 전자기기와의 전기적인 연결을 위한 연결단자가 안테나 개수와 대응되도록 구비된다.
상기 제1안테나(112)는 상기 회로기판(111)의 외곽부에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제1안테나(112)는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 안테나일 수 있고, 예를 들면, A4WP 안테나일 수 있다.
상기 제2안테나(114)는 상기 제1안테나(112)와 상이한 방식의 무선전력 전송용 안테나이다. 이러한 상기 제2안테나(114)는 상기 회로기판(111)의 상기 제1안테나(112) 내측에 배치될 수 있고, 자기유도 방식의 무선전력 전송용 안테나일 수 있으며, 예를 들면, WPC 또는 PMA 안테나일 수 있다.
이때, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)는 도 5에 도시된 바와 같이, 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되는 원형, 타원형, 나선형 또는 사각형상과 같은 다각형상의 평판형 코일 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)는 무선전력 전송을 위한 수신 코일(Rx coil) 또는 송신 코일(Tx coil)로 기능할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만 상기 복수의 안테나(112,114)가 모두 평판형 코일 형태로 구비되는 경우, 각각의 연결단자는 상기 회로기판을 통하지 않고 외부의 장치와 전기적으로 직접 연결될 수도 있음을 밝혀둔다. 이와 같은 경우, 상기 회로기판 역시 사용할 필요가 없으므로 회로기판의 사용을 완전히 배제하여 생산단가를 더욱 줄일 수도 있다.
상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)의 동작모드에 따라 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)를 연결하거나 분리한다. 이러한 상기 스위칭부(120)는 상기 제1스위치(122) 및 상기 제2스위치(124)를 포함한다.
상기 제1스위치(122)는 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)의 각각의 일측에 연결된다. 이러한 상기 제1스위치(122)는 하나의 공통접점(C1) 및 두 개의 접점(S11,S12)을 포함하며, 상기 공통접점(C1)은 접점들(S11,S12) 중 어느 하나에 선택적으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 공통접점(C1)은 상기 제2안테나(114)의 일측에 연결되고, 상기 접점(S11)은 상기 제2안테나(114)와 연동하는 제2무선전력 모듈(16)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 접점(S12)은 상기 제1안테나(112)의 일측 상에 연결될 수 있다. 즉, 상기 접점(S12)은 상기 제1안테나(112)의 일측, 및 상기 제1안테나(112)와 연동하는 제1무선전력 모듈(14)에 연결될 수 있다.
상기 제2스위치(124)는 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)의 각각의 타측에 연결된다. 이러한 상기 제2스위치(124)는 상기 제1스위치(122)와 유사하게, 하나의 공통접점(C2) 및 두 개의 접점(S21,S22)을 포함하며, 상기 공통접점(C2)은 접점들(S21,S22) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 공통접점(C2)은 상기 제2안테나(114)의 타측에 연결되고, 상기 접점(S21)은 상기 제2안테나(114)와 연동하는 상기 제2무선전력 모듈(16)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 접점(S22)은 상기 제1안테나(112)의 타측 상에 연결될 수 있다. 즉, 상기 접점(S22)은 상기 제1안테나(112)의 타측, 및 상기 제1안테나(112)와 연동하는 상기 제1무선전력 모듈(14)에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부(120)가 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)를 분리하는 경우, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)는 각각 개별적으로 동작할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1스위치(122)는 상기 공통접점(C1)이 상기 접점(S11)과 연결되고, 상기 제2스위치(124)는 상기 공통접점(C2)이 상기 접점(S21)과 연결될 수 있다.
이때, 자기유도 방식의 무선전력 전송이 상기 제2안테나(114)를 통하여 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1안테나(112)는 상기 제2안테나(114)와 상이한 주파수를 가지므로 동작하지 않는다.
한편, 상기 스위칭부(120)가 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)를 연결하는 경우, 상기 제2안테나(114)는 상기 제1안테나(112)와 병렬 연결되어 상기 제1안테나(112)의 일부로서 기능한다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1스위치(122)는 상기 공통접점(C1)이 상기 접점(S12)과 연결되고, 상기 제2스위치(124)는 상기 공통접점(C2)이 상기 접점(S22)과 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)는 병렬 연결되어 하나의 안테나로 동작할 수 있다. 이 경우, 자기공진 방식의 무선전력 전송이 상기 제1안테나(112)를 통하여 이루어질 수 있다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1안테나(112)의 인덕턴스(L1)와 상기 제2안테나(114)의 인덕턴스(L2)가 병렬 연결되므로, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)의 병렬 연결에 의한 안테나의 전체 인덕턴스(Ltotal)는 아래의 수학식 1과 같다.
Figure PCTKR2016007483-appb-M000001
예를 들면, 상기 제1안테나(112)의 인덕턴스(L1)가 2μH이고, 상기 제2안테나(114)의 인덕턴스(L2)가 10μH이면, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)의 병렬 연결에 의한 전체 인덕턴스(Ltotal)는 1.67μH이다.
따라서, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)가 병렬 연결됨으로써, 전체 인덕턴스의 값은 크게 변화하지 않으면서, 상기 회로기판(111)의 내부에 배치된 상기 제2안테나(114)를 추가적으로 이용할 수 있다.
결과적으로, 자기공진 방식의 무선전력 전송시 사용되는 안테나의 범위가 상기 회로기판(111)의 외곽부뿐만 아니라 상기 회로기판(111)의 중앙부까지 확대됨으로써, 자기공진에 의해 효율적으로 전력을 전달할 수 있는 거리가 증가하여 무선전력 전송 범위를 확대할 수 있는 동시에, 더 넓은 범위를 통하여 무선전력 전송이 이루어지므로 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 제1안테나(112)의 내측에 배치되는 상기 제2안테나(114)를 스위칭에 의해 선택적으로 이용함으로써, 별도의 안테나 또는 패턴을 구비하지 않고도 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있고, 따라서, 동일 효율 대비 상기 콤보 안테나모듈(100)을 소형화할 수 있다.
이와 같이, 상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)의 동작모드가 자기공진 방식의 무선전력 전송모드인 경우, 즉, 자기공진 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나 상기 제1안테나(112)를 통하여 무선전력 전송이 이루어지는 경우, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)를 병렬로 연결할 수 있다.
대안적으로, 상기 스위칭부(120)는 상기 제1안테나(112)를 통한 무선전력 전송 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)를 병렬로 연결할 수 있다. 즉, 상기 스위칭부(120)는 자기공진 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나 상기 제1안테나(112)를 통하여 무선전력 전송이 이루어지면 무조건 스위칭하지 않고, 이와 같은 동작 중에 효율이 기준치 이하인 경우 등과 같이 특정한 경우에만 선택적으로 동작할 수 있다. 이때, 상기 무선전력 전송 성능은 무선전력의 송신 또는 수신의 세기일 수 있다.
또한, 상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)의 동작모드가 자기유도 방식의 무선전력 전송모드인 경우, 즉, 자기유도 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나 상기 제2안테나(114)를 통하여 무선전력 전송이 이루어지는 경우, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)를 분리할 수 있다.
본 실시예에서 상기 콤보 안테나모듈(100)이 상기 스위칭부(120)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)과 별도로 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 콤보 안테나모듈(100)이 휴대용 전자장치에 적용되는 경우, 상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)과 분리되어 메인 회로기판에 배치될 수 있다.
한편, 상기 콤보 안테나모듈(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 안테나유닛(110)의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 상기 차폐유닛(130)을 더 포함할 수 있다.
상기 차폐유닛(130)은 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 일면에 상기 안테나유닛(110)이 고정된다.
이와 같은 차폐유닛(130)은 상기 안테나유닛(110)에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하여 자기장의 집속도를 높여줌으로써 소정의 주파수 대역에서 작동하는 상기 안테나유닛(110)의 특성을 높여준다.
즉, 상기 차폐유닛(130)은 100~350㎑의 주파수 대역에서 자기유도 방식에 의한 무선전력 전송시, 또는 6.78㎒의 주파수에서 자기공진 방식에 의한 무선전력 전송시 해당 주파수 대역에서 작동하는 안테나유닛(110)의 특성을 높여주기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 차폐유닛(130)은 상기 안테나유닛(110)에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어진다.
이때, 상기 차폐유닛(130)은 상기 안테나유닛(110)이 저주파 대역인 100~350㎑의 주파수 대역에서 작동하는 경우, 300~3500Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 안테나유닛(110)이 6.78㎒의 주파수에서 작동하는 경우, 100~350Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 차폐유닛(130)은 저주파 대역인 100~350㎑에서 2000~3500Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 Mn-Zn 페라이트 시트, 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 차폐유닛(130)은 저주파 대역인 100~350㎑에서 300~1500Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 Ni-Zn 페라이트 시트, 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.
더불어, 상기 차폐유닛(130)은 6.78㎒ 주파수에서 100~350Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 Ni-Zn 페라이트 시트, 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있고, 상기 비정질 합금 및 나노결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차폐유닛(130')은 도 6에 도시된 바와 같이 2층 이상의 복수 개의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트(131a,131b,131c)가 적층된 형태로 구성될 수도 있음을 밝혀둔다.
더불어, 상기 차폐유닛(130)은 와전류의 발생을 억제할 수 있도록 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 차폐유닛(130')이 미세조각으로 분리형성된 복수의 시트(131a,131b,131c)가 적층되어 구성되는 경우, 각각의 시트 사이에는 비전도성 재질로 이루어진 접착층(131d)이 배치되어 서로 적층되는 한 쌍의 시트 사이에 스며들 수 있도록 함으로써 상기 접착층(121d)이 각각의 시트를 구성하는 복수의 미세 조각을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 접착층(131d)은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.
이때, 상기 차폐유닛(130,130')은 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 별도의 보호필름(미도시)이 구비될 수 있다. 이러한 보호필름(미도시)은 접착층을 매개로 상기 차폐유닛(130)에 부착됨으로써 상기 차폐유닛(130,130')이 미세 조각으로 분리된 경우, 미세 조각들 사이에 흡수되어 미세 조각들을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 더불어, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재와, 상기 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 보호필름의 형태로 구비될 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈(100)은 휴대용 전자장치(10)에 적용될 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 전자장치(10)는 콤보 안테나모듈(100)을 구비하며, 모드판단부(12), 제1무선전력 모듈(14) 및 제2무선전력 모듈(16)을 포함한다.
상기 모드판단부(12)는 상기 제1무선전력 모듈(14) 및 상기 제2무선전력 모듈(16) 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈(100)의 스위칭을 제어한다. 이때, 상기 모드판단부(12)는 예를 들면, 상기 콤보 안테나모듈(100)의 각각의 안테나를 통하여 수신되는 무선전력의 세기를 기초로 동작상태를 판단할 수 있다.
대안적으로, 상기 모드판단부(12)는 상기 스위칭부(120)가 상기 제1무선전력 모듈(14) 및 상기 제2무선전력 모듈(16)의 동작모드에 따라 무조건 스위칭하지 않고, 특정 경우에만 스위칭하기 위한 조건을 판단할 수 있다.
예를 들면, 휴대용 전자장치(10)는 상기 회로기판(111)의 외곽부에 배치되는 상기 제1안테나(112)를 통한 자기공진 방식으로 무선전력을 전송하는 중에, 무선전력 전송 효율이 기준치 이하인 경우, 효율을 향상시키기 위해 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)를 병렬 연결하도록 상기 스위칭부(120)를 스위칭할 수 있다.
이때, 상기 모드판단부(12)는 상기 스위칭부(120)를 스위칭하기 위한 특정 조건을 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 모드판단부(12)는 무선전력 송신 또는 수신 세기에 따라 무선전력 전송 성능이 기준치 이하인지를 판단할 수 있다.
상기 모드판단부(12)는 상기 콤보 안테나모듈(100)을 스위칭하기 위한 다양한 조건을 판단할 수 있으며, 본 발명의 실시예는 그 판단 조건의 종류 또는 방법에 특별히 한정되지 않는다.
상기 제1무선전력 모듈(14)은 상기 제1안테나(112)와 연동하여 자기공진 방식의 무선전력 전송을 수행한다. 이러한 상기 제1무선전력 모듈(14)은 무선으로 전력을 송신하거나 전력을 수신할 수 있다. 즉, 상기 제1무선전력 모듈(14)은 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다.
상기 제2무선전력 모듈(16)은 상기 제2안테나(114)와 연동하여 자기유도 방식의 무선전력 전송을 수행한다. 이러한 상기 제2무선전력 모듈(16)은 무선으로 전력을 송신하거나 수신할 수 있다. 즉, 상기 제2무선전력 모듈(16)은 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1무선전력 모듈(14) 및 상기 제2무선전력 모듈(16)은 무선전력 송신모듈로서 기능하는 경우, 휴대용 전자장치(10)의 전원으로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)로 제공하는 인버터(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1무선전력 모듈(14) 및 상기 제2무선전력 모듈(16)은 무선전력 수신모듈로서 기능하는 경우, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)로부터 수신된 무선전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 정류기(미도시) 및 이를 휴대용 전자장치(10)의 배터리 또는 내부의 전원으로 사용하기 적합한 전원으로 변환하는 DC-DC 컨버터(미도시)를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 제1무선전력 모듈(14) 및 상기 제2무선전력 모듈(16)은 무선전력 수신모듈 및 무선전력 송신모듈 모두로서 기능하는 경우, 상술한 바와 같은 인버터(미도시), 정류기(미도시), 및 DC-DC 컨버터(미도시)를 모두 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 콤보 안테나모듈(100)이 휴대용 전자장치(10)에 구비됨으로써, 동작모드에 따른 스위칭에 의해 무선전력 전송 범위 및 효율을 향상시킬 수 있고, 따라서, 휴대용 전자장치(10)의 사용자에 대한 편의성 및 만족도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 콤보 안테나모듈(100)이 상기 스위칭부(120)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)과 별도로 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 콤보 안테나모듈(100)이 휴대용 전자장치에 적용되는 경우, 상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)과 분리되어 메인 회로기판에 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 안테나유닛(110)이 두 개의 무선전력 전송용 안테나(112,114)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, NFC 또는 MST와 같은 무선통신용 안테나를 추가로 구비할 수 있다.
즉, 안테나유닛(110')은 도 8 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1안테나(112), 제2안테나(114) 및 제3안테나(116)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1안테나(112)는 상기 회로기판(111)의 최외곽부에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제1안테나(112)는 수 ㎒ 이상 대역의 동작 주파수를 가질 수 있다.
이때, 상기 제1안테나(112)는 6.78㎒ 주파수를 이용하는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 안테나일 수 있고, 예를 들면, A4WP 안테나일 수 있다. 또한, 상기 제1안테나(112)는 13.56 ㎒ 주파수를 이용하는 통신용 안테나일 수 있고, 예를 들면, NFC 안테나일 수 있다.
상기 제2안테나(114)는 상기 회로기판(111)의 상기 제1안테나(112) 내측, 특히, 상기 회로기판(111)의 중심측에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제2안테나(114)는 상기 제1안테나(112)보다 낮고, 상기 제3안테나(116)보다 높은 동작 주파수를 가지며, 예를 들면, 수백 ㎑ 대역의 동작 주파수를 가질 수 있다.
이때, 상기 제2안테나(114)는 100~350 ㎑ 주파수 대역을 이용하는 자기유도 방식의 무선전력 전송용 안테나일 수 있으며, 예를 들면, WPC 또는 PMA 안테나일 수 있다. 또한, 상기 제2안테나(114)는 100~350 ㎑ 주파수 대역을 이용하는 통신용 또는 무선수신용 또는 무선송신용 안테나일 수 있다.
상기 제3안테나(116)는 상기 회로기판(111)에서 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제3안테나(116)는 상기 제1안테나(112) 및 상기 제1안테나(112)보다 낮은 동작 주파수를 가지며, 예를 들면, 100㎑ 이하 대역의 동작 주파수를 가질 수 있다.
이때, 상기 제3안테나(116)는 100㎑ 이하 주파수 대역을 이용하는 통신용 안테나 일 수 있고, 예를 들면, MST 안테나일 수 있다. 또한, 상기 제3안테나(116)는 100㎑ 이하 주파수 대역을 이용하는 무선전력 전송용 안테나일 수 있다.
여기서, 상기 제3안테나(116)는 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 사이에 배치되는 하나의 안테나로 도시되고 설명되었지만, 이에 한정되지 않고, 상기 회로기판(111)의 최외곽에 배치되는 상기 제1안테나(112)와 중심측에 배치되는 상기 제2안테나(114) 사이에 배치되는 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 복수의 안테나일 수 있다.
이때, 상기 제1안테나(112), 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116)는 도 12에 도시된 바와 같이, 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되는 원형, 타원형, 나선형 또는 사각형상과 같은 다각형상의 평판형 코일 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)는 무선전력 전송을 위한 수신 코일(Rx coil) 또는 송신 코일(Tx coil)로 기능할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만 상기 복수의 안테나(112,114,116)가 모두 평판형 코일 형태로 구비되는 경우, 각각의 연결단자는 상기 회로기판을 통하지 않고 외부의 장치와 전기적으로 직접 연결될 수도 있음을 밝혀둔다. 이와 같은 경우, 상기 회로기판 역시 사용할 필요가 없으므로 회로기판의 사용을 완전히 배제하여 생산단가를 더욱 줄일 수도 있다.
여기서, 스위칭부(120')는 상기 안테나유닛(110')의 동작모드에 따라 복수의 안테나(112,114,116) 중 적어도 두 개를 연결하거나 분리한다. 특히, 상기 스위칭부(120')는 상기 제1안테나(112)와, 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 연결하거나 분리할 수 있다. 이러한 상기 스위칭부(120')는 상기 제1스위치(122) 및 상기 제2스위치(124)를 포함한다.
상기 제1스위치(122)는 상기 제1안테나(112), 상기 제2안테나(114), 및 상기 제3안테나(116)의 각각의 일측에 연결된다. 이러한 상기 제1스위치(122)는 두 개의 공통접점(C11,C12) 및 세 개의 접점(S11,S12,S133)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 공통접점(C11)은 접점들(S11,S13) 중 어느 하나에 선택적으로 연결되며, 상기 공통접점(C12)은 접점들(S12,S13) 중 어느 하나에 선택적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 공통접점(C11)은 상기 제2안테나(114)의 일측에 연결되고, 상기 접점(S11)은 상기 제2안테나(114)와 연동하는 제2무선 모듈(16)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 공통접점(C21)은 상기 제3안테나(116)의 일측에 연결되고, 상기 접점(S12)은 상기 제3안테나(116)와 연동하는 제3무선 모듈(18)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 접점(S13)은 상기 제1안테나(112)의 일측 상에 연결될 수 있다. 즉, 상기 접점(S13)은 상기 제1안테나(112)의 일측, 및 상기 제1안테나(112)와 연동하는 제1무선 모듈(14)에 연결될 수 있다.
상기 제2스위치(124)는 상기 제1안테나(112), 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116)의 각각의 타측에 연결된다. 이러한 상기 제2스위치(124)는 상기 제1스위치(122)와 유사하게, 두 개의 공통접점(C21,C22) 및 세 개의 접점(S21,S22,S23)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 공통접점(C21)은 접점들(S21,S23) 중 어느 하나에 연결될 수 있고, 접점(C22)은 접점들(S22,S23) 중 어느 하나에 선택적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 공통접점(C21)은 상기 제2안테나(114)의 타측에 연결되고, 상기 접점(S21)은 상기 제2안테나(114)와 연동하는 상기 제2무선 모듈(16)에 연결될 수 있다. 상기 공통접점(C22)은 상기 제3안테나(116)의 타측에 연결되고, 상기 접점(S22)은 상기 제3안테나(116)와 연동하는 제3무선 모듈(18)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 접점(S23)은 상기 제1안테나(112)의 타측 상에 연결될 수 있다. 즉, 상기 접점(S23)은 상기 제1안테나(112)의 타측, 및 상기 제1안테나(112)와 연동하는 상기 제1무선 모듈(14)에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부(120')가 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 모두를 분리하는 경우, 상기 제1안테나(112), 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116)는 각각 개별적으로 동작할 수 있다.
예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1스위치(122)는 상기 공통접점(C11)이 상기 접점(S11)과 연결되고, 상기 공통접점(C12)이 상기 접점(S12)과 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2스위치(124)는 상기 공통접점(C21)이 상기 접점(S22)과 연결되고, 상기 공통접점(C22)이 상기 접점(S22)과 연결될 수 있다.
이때, 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 어느 하나를 통하여 무선전력 전송 및 무선통신이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 무선전력 전송이 자기유도 방식으로 이루어지거나, MST 통신이 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1안테나(112)는 상기 제2안테나(114) 또는 상기 제3안테나(116)와 상이한 주파수를 가지므로 동작하지 않는다.
한편, 상기 스위칭부(120')가 상기 제1안테나(112)와, 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 연결하는 경우, 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나는 상기 제1안테나(112)와 병렬 연결되어 상기 제1안테나(112)의 일부로서 기능한다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1스위치(122)는 상기 공통접점(C11) 및 상기 공통접점(C12) 중 어느 하나가 상기 접점(S13)과 연결되고, 상기 제2스위치(124)는 상기 공통접점(C21) 및 상기 공통접점(C22) 중 어느 하나가 상기 접점(S23)과 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나는 병렬 연결되어 하나의 안테나로 동작할 수 있다. 이 경우, 제1안테나(112)를 통하여 자기공진 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나, NFC 통신이 이루어질 수 있다.
여기서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1안테나(112)의 인덕턴스(L1)와 상기 제2안테나(114)의 인덕턴스(L2), 및 상기 제3안테나(116)의 인덕턴스(L3) 중 적어도 하나가 병렬 연결되므로, 상기 안테나(112,114,116)의 병렬 연결에 의한 안테나의 전체 인덕턴스(Ltotal)는 아래의 수학식 2와 같다.
Figure PCTKR2016007483-appb-M000002
여기서, n은 병렬 연결되는 안테나의 개수이며, 도 11은 n=3인 경우이다.
예를 들면, 상기 제1안테나(112)의 인덕턴스(L1)가 2μH이고, 상기 제2안테나(114)의 인덕턴스(L2)가 10μH이고, 상기 제3안테나(116)의 인덕턴스(L3)가 20μH이면, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114)의 병렬 연결에 의한 전체 인덕턴스(Ltotal)는 1.67μH이고, 상기 제1안테나(112)와 상기 제3안테나(116)의 병렬 연결에 의한 전체 인덕턴스(Ltotal)는 1.82μH이고, 안테나(112,114,116) 모두의 병렬 연결에 의한 전체 인덕턴스(Ltotal) 1.54μH이다.
따라서, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나가 병렬 연결됨으로써, 전체 인덕턴스의 값은 크게 변화하지 않으면서도, 상기 회로기판(111)의 내부에 배치된 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 추가적으로 이용할 수 있다.
결과적으로, 자기공진 방식의 무선전력 전송시 사용되는 안테나의 범위가 상기 회로기판(111)의 최외곽뿐만 아니라 상기 회로기판(111)의 중앙부까지 확대됨으로써, 효율적으로 무선신호가 도달할 수 있는 거리가 증가하여 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위를 확대할 수 있는 동시에, 더 넓은 범위를 통하여 무선전력 전송 또는 무선통신이 이루어지므로, 무선전력 전송 효율 또는 무선통신의 성능을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 제1안테나(112)의 내측에 배치되는 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 스위칭에 의해 선택적으로 이용함으로써, 별도의 안테나 또는 패턴을 구비하지 않고도 무선전력 전송 효율 또는 무선통신의 성능을 향상시킬 수 있고, 따라서, 동일 효율/성능 대비 상기 콤보 안테나모듈(100')을 소형화할 수 있다.
이와 같이, 상기 스위칭부(120')는 상기 안테나유닛(110')의 동작모드가 상기 제1안테나(112)를 이용하는 동작모드인 경우, 예를 들면, 자기공진 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나, NFC 통신이 이루어지거나 상기 제1안테나(112)를 통하여 무선전력 전송 또는 무선통신이 이루어지는 경우, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 병렬로 연결할 수 있다.
대안적으로, 상기 스위칭부(120')는 상기 제1안테나(112)를 통한 무선전력 전송, 무선통신 또는 무선 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 병렬로 연결할 수 있다. 즉, 상기 스위칭부(120')는 자기공진 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나, NFC 통신이 이루어지거나, 상기 제1안테나(112)를 통하여 무선전력 전송 또는 무선통신이 이루어지면 무조건 스위칭하지 않고, 이와 같은 동작 중에 효율/성능이 기준치 이하인 경우 등과 같이 특정한 경우에만 선택적으로 동작할 수 있다. 이때, 상기 무선의 성능은 무선 송신 또는 무선 수신의 세기이며, 예를 들면, 무선통신의 송신 또는 수신의 세기, 또는 무선전력 전송의 송신 또는 수신 세기일 수 있다.
또한, 상기 스위칭부(120')는 상기 안테나유닛(110')의 동작모드가 상기 제1안테나(112)를 이용하지 않는 동작모드인 경우, 예를 들면, 자기유도 방식으로 무선전력 전송이 이루어지거나, MST 통신이 이루어지거나, 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 어느 하나를 통하여 무선전력 전송 또는 무선통신이 이루어지는 경우, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 모두를 분리할 수 있다.
여기서, 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 병렬 연결하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 어느 하나의 안테나와 적어도 하나의 다른 안테나를 병렬 연결할 수도 있다.
이때, 상기 차폐유닛(130)은 100~350㎑의 주파수 대역에서 자기유도 방식에 의한 무선전력 전송시, 6.78㎒의 주파수에서 자기공진 방식에 의한 무선전력 전송시, 100㎑ 이하의 주파수 대역의 MST 통신시, 또는 13.56㎒의 주파수에서 NFC 통신시, 해당 주파수 대역에서 작동하는 안테나유닛(110')의 특성을 높여주기 위한 것일 수 있다.
여기서, 상기 차폐유닛(130)은 구체적으로 설명하지 않지만, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 기술적 특징을 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콤보 안테나모듈(100')은 휴대용 전자장치(10')에 적용될 수 있다.
즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 전자장치(10')는 콤보 안테나모듈(100')을 구비하며, 모드판단부(12), 복수의 무선 모듈(14,16,18)을 포함한다.
상기 모드판단부(12)는 상기 복수의 무선 모듈(14,16,18) 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈(100')의 스위칭을 제어한다. 이때, 모드판단부(12)는 예를 들면, 상기 콤보 안테나모듈(100')의 각각의 안테나를 통하여 수신되는 무선의 세기를 기초로 동작상태를 판단할 수 있다.
대안적으로, 상기 모드판단부(12)는 상기 스위칭부(120')가 상기 복수의 무선 모듈(14,16,18)의 동작모드에 따라 무조건 스위칭하지 않고, 특정 경우에만 스위칭하기 위한 조건을 판단할 수 있다.
예를 들면, 휴대용 전자장치(10')는 상기 회로기판(111)의 최외곽부에 배치되는 상기 제1안테나(112)를 통한 자기공진 방식으로 무선전력을 전송하는 중에, 무선전력 전송 효율이 기준치 이하인 경우, 효율을 향상시키기 위해, 또는 NFC 통신 중에 무선의 성능이 기준치 이하인 경우, 성능을 향상시키기 위해 상기 제1안테나(112)와 상기 제2안테나(114) 및 상기 제3안테나(116) 중 적어도 하나를 병렬 연결하도록 상기 스위칭부(120')를 스위칭할 수 있다.
이때, 상기 모드판단부(12)는 상기 스위칭부(120')를 스위칭하기 위한 특정 조건을 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 모드판단부(12)는 무선 송신 또는 수신의 세기에 따라 무선 성능이 기준치 이하인지를 판단할 수 있다. 즉, 모드판단부(12)는 무선통신의 송신 또는 수신의 세기, 또는 무선전력 전송의 송신 또는 수신 세기에 따라 무선 성능을 판단할 수 있다.
상기 모드판단부(12)는 상기 콤보 안테나모듈(100')을 스위칭하기 위한 다양한 조건을 판단할 수 있으며, 본 발명의 실시예는 그 판단 조건의 종류 또는 방법에 특별히 한정되지 않는다.
상기 복수의 무선 모듈은 상기 제1무선 모듈(14), 상기 제2무선 모듈(16) 및 상기 제3무선 모듈(18)을 포함할 수 있다.
상기 제1무선 모듈(14)은 상기 제1안테나(112)와 연동하여 자기공진 방식의 무선전력 전송을 수행하거나 NFC 통신을 수행한다. 즉, 상기 제1무선 모듈(14)은 무선으로 전력을 송신하거나 수신할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1무선 모듈(14)은 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1무선 모듈(14)은 무선으로 통신하거나 수신하거나 송신할 수 있으며, 예를 들면, 무선 수신모듈 및 무선 송신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다.
상기 제2무선 모듈(16)은 상기 제2안테나(114)와 연동하여 자기유도 방식의 무선전력 전송을 수행하거나 무선통신을 수행한다. 즉, 상기 제2무선 모듈(16)은 무선으로 전력을 송신하거나 수신할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2무선 모듈(16)은 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1무선 모듈(14)은 무선으로 통신하거나 수신하거나 송신할 수 있으며, 예를 들면, 무선 수신모듈 및 무선 송신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다.
상기 제3무선 모듈(18)은 상기 제3안테나(116)와 연동하여 MST 통신을 수행하거나 무선전력 전송을 수행한다. 즉, 상기 제3무선 모듈(18)은 무선으로 통신하거나 수신하거나 송신할 수 있으며, 예를 들면, 무선 수신모듈 및 무선 송신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3무선 모듈(18)은 무선으로 전력을 송신하거나 수신할 수 있으며, 예를 들면, 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈 중 어느 하나이거나 모두를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1무선 모듈(14), 상기 제2무선 모듈(16) 및 상기 제3무선 모듈(18)은 구체적으로 설명하지 않지만, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은 기술적 특징을 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 콤보 안테나모듈(100')이 휴대용 전자장치(10')에 구비됨으로써, 동작모드에 따른 스위칭에 의해 무선전력 전송 또는 무선통신의 범위, 및 그 효율 및 성능을 향상시킬 수 있고, 따라서, 휴대용 전자장치(10')의 사용자에 대한 편의성 및 만족도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 회로기판, 무선전력 전송용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력 전송용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛; 및
    상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 연결하거나 분리하는 스위칭부;를 포함하는 콤보 안테나모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1안테나는 상기 회로기판의 외곽부에 배치되고, 상기 제2안테나는 상기 회로기판의 상기 제1안테나 내측에 배치되는 콤보 안테나모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은 가요성(flexible) 소재로 이루어진 콤보 안테나모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1안테나는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 안테나이고, 상기 제2안테나는 자기유도 방식의 무선전력 전송용 안테나인 콤보 안테나모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기공진 방식의 무선전력 전송모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 병렬로 연결하는 콤보 안테나모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 제1안테나를 통한 무선전력 전송 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 병렬로 연결하는 콤보 안테나모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무선전력 전송 성능은 무선전력 송신 또는 수신의 세기인 콤보 안테나모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기유도 방식의 무선전력 전송모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나를 분리하는 콤보 안테나모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛을 더 포함하는 콤보 안테나모듈.
  10. 회로기판, 및 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 복수의 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및
    상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 복수의 안테나 중 적어도 두 개를 연결하거나 분리하는 스위칭부;를 포함하는 콤보 안테나모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 안테나유닛은,
    상기 회로기판의 최외곽부에 배치되는 제1안테나;
    상기 회로기판의 중심측에 배치되는 제2안테나; 및
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나 사이에 배치되는 적어도 하나의 제3안테나를 포함하는 콤보 안테나모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2안테나는 상기 제1안테나보다 동작 주파수가 낮고, 상기 제3안테나보다 동작 주파수가 높은 콤보 안테나모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1안테나는 자기공진 방식의 무선전력 전송용 안테나 및 NFC 안테나 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 제2안테나는 자기유도 방식의 무선전력 전송용 안테나이며,
    상기 제3안테나는 MST 안테나인 콤보 안테나모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 안테나유닛이 상기 제1안테나를 이용하는 동작모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 및 상기 제3안테나 중 적어도 하나를 병렬로 연결하는 콤보 안테나모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 제1안테나를 통한 무선 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 및 상기 제3안테나 중 적어도 하나를 병렬로 연결하는 콤보 안테나모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 안테나유닛이 상기 제1안테나를 이용하지 않는 동작모드인 경우, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 및 상기 제3안테나 모두를 분리하는 콤보 안테나모듈.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 콤보 안테나모듈;
    상기 복수의 안테나와 각각 연동하는 복수의 무선 모듈; 및
    상기 복수의 무선 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 휴대용 전자장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 무선 모듈 중 어느 하나는 무선으로 전력을 송신하거나, 무선으로 전력을 수신하는 휴대용 전자장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 무선 모듈 중 어느 하나는 무선으로 통신하는 휴대용 전자장치.
  20. 회로기판, 및 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 복수의 안테나를 포함하는 안테나유닛, 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛을 포함하는 콤보 안테나모듈;
    상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 상기 복수의 안테나 중 적어도 두 개를 연결하거나 분리하는 스위칭부;
    상기 복수의 안테나와 각각 연동하는 복수의 무선 모듈; 및
    상기 복수의 무선 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 휴대용 전자장치.
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