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KR101888353B1 - 콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치 - Google Patents

콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치 Download PDF

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KR101888353B1
KR101888353B1 KR1020150102443A KR20150102443A KR101888353B1 KR 101888353 B1 KR101888353 B1 KR 101888353B1 KR 1020150102443 A KR1020150102443 A KR 1020150102443A KR 20150102443 A KR20150102443 A KR 20150102443A KR 101888353 B1 KR101888353 B1 KR 101888353B1
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KR
South Korea
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antenna
wireless power
module
capacitor
unit
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노진원
백형일
박재일
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주식회사 아모텍
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Abstract

콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈은 회로기판, 무선전력용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 제2안테나에 병렬 연결되는 제1커패시터 및 제2커패시터, 및 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터 사이에 배치되어 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 개폐되는 스위치를 구비하고, 상기 스위치의 개방시 상기 제2안테나와 상기 제2커패시터는 상기 제1안테나와 커플링하는 폐루프를 형성하는 스위칭부;를 포함한다. 이에 의하면, 별도의 공진회로를 추가로 형성하여 이와 커플링하므로 무선전력 충전의 범위 및 효율을 향상시킬 수 있고, 추가적인 내부 패턴을 별도로 구비할 필요가 없어 복수의 안테나를 구비한 콤보 안테나모듈의 소형화를 달성할 수 있으며, 콤보 안테나모듈을 구비한 휴대용 전자장치의 사용자의 편의성 및 만족도를 향상시킬 수 있다.

Description

콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치{Combo antenna module and mobile electronic device having the same}
본 발명은 콤보 안테나모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동작모드에 따라 무선전력 충전 범위를 확대하고 효율을 향상시킬 수 있는 콤보 안테나모듈 및 이를 포함하는 휴대용 전자장치에 관한 것이다.
최근 휴대폰, 태블릿 PC 등을 비롯한 휴대용 전자장치는 다양한 무선통신 기능과 함께 무선전력 충전 기능이 구비되는 추세이다. 이때, 각 무선통신 및 무선전력 충전은 각각의 애플리케이션에 따라 사용되는 주파수가 상이하므로 각각의 주파수 또는 애플리케이션별로 안테나를 구비해야 한다. 따라서, 휴대용 전자장치에 구비되는 안테나의 수가 증가하고 있다.
일반적으로, 무선전력 충전 기능은 대부분 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식을 채용하고 있다. 그러나, 이러한 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적인 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 있다.
최근에는 동일한 공진 주파수를 갖는 코일이 서로 커플링함으로써 에너지를 전달하는 자기공진 방식이 부가적으로 이용되고 있다. 이러한 자기공진 방식은 두 코일이 근접하지 않더라도 무선전력 충전이 가능한 장점이 있다. 그러나, 이러한 자기공진 방식은 전력 손실이 많아 효율이 떨어지고, 넓은 범위에서 전자파가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 최근의 휴대용 전자장치는 무선전력 충전 기능을 위해 각각의 장단점을 보완하여 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 자기유도 방식 및 자기공진 방식 모두를 채용하는 추세이다.
이와 같이, 자기유도 방식의 무선전력용 WPC(Wireless Power Consortium) 또는 PMA(Power matters Alliance) 안테나, 및 자기공진 방식의 무선전력용 A4WP(Alliance for Wireless Power) 안테나 등 무선전력 충전을 위해 사용되는 안테나의 수가 증가함에 따라 무선전력용 안테나는 콤보(Combo) 형태로 적용되고 있는 추세이다.
한편, 루프 안테나의 인덕턴스는 무선전력 방식에 따라 무선전력 충전 주파수에 따라 결정된다.
예를 들면, 자기공진 방식의 무선전력용 A4WP 안테나의 경우, 6.78㎒ 주파수를 구현하기 위해 1~2μH의 인덕턴스가 요구되고, 자기유도 방식의 무선전력용 WPC 또는 PMA 안테나의 경우, 100~350㎑ 주파수를 구현하기 위해 6~12μH의 인덕턴스가 요구된다.
즉, 자기공진 방식의 무선전력용 A4WP 안테나는 자기유도 방식의 무선전력용 WPC 및 PMA 안테나에 비하여 주파수가 높기 때문에 비교적 낮은 인덕턴스가 요구된다.
여기서, 자기유도 방식의 무선전력용(WPC, PMA) 안테나는 무선전력 송신기(Tx)와 무선전력 수신기(Rx) 사이의 충전 범위, 무선전력의 세기 및 효율을 고려하여, 안테나유닛의 중앙에 배치되는 것이 일반적이다. 특히, 콤보 안테나의 경우, 대부분 WPC 또는 PMA 안테나는 안테나유닛의 중앙부에 배치된다.
이때, 비교적 낮은 인덕턴스를 갖는 A4WP 안테나는 안테나 면적이 클수록 성능이 우수하므로 콤보 안테나에서 대부분 외각 부근에 배치된다. 이와 같은 A4WP 안테나는 무선전력 충전 범위의 확대 및 무선전력 충전의 효율을 향상시키기 위해 안테나유닛의 내부 영역에 추가 패턴을 구비하는 기술이 활용되고 있다.
그러나, 복수의 안테나를 구비하는 콤보 안테나는 상술한 바와 같이, 안테나유닛의 중앙부에 WPC 또는 PMA 등의 안테나가 위치되기 때문에, A4WP 안테나의 추가 패턴의 구현이 용이하지 않은 문제에 직면했다.
따라서, 안테나유닛의 내부에 배치되는 WPC 또는 PMA 등의 안테나에 영향을 미치지 않으면서도 A4WP 안테나의 면적을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 절실한 실정이다.
KR 10-1126676 B
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 안테나유닛의 동작모드에 따른 스위칭에 의해 다른 모드의 안테나를 활용하여 무선전력 충전의 범위 및 효율을 향상시킬 수 있는 콤보 안테나모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안테나유닛의 동작모드를 판단하여 콤보 안테나모듈을 스위칭함으로써 두 개의 안테나를 활용하여 무선전력 충전의 범위 및 효율을 향상시킬 수 있는 무선전력 충전기능을 구비한 휴대용 전자장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 회로기판, 무선전력용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 제2안테나에 병렬 연결되는 제1커패시터 및 제2커패시터, 및 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터 사이에 배치되어 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 개폐되는 스위치를 구비하고, 상기 스위치의 개방시 상기 제2안테나와 상기 제2커패시터는 상기 제1안테나와 커플링하는 폐루프를 형성하는 스위칭부;를 포함하는 콤보 안테나모듈을 제공한다.
또한, 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 무선전력용 안테나이고, 상기 제2안테나는 자기유도 방식의 무선전력용 안테나일 수 있다.
또한, 상기 스위치는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기공진 방식의 무선전력 모드인 경우, 개방될 수 있다.
또한, 상기 스위치는 상기 제1안테나를 통한 무선전력의 성능이 기준치 이하인 경우, 개방될 수 있다.
또한, 상기 무선전력의 성능은 무선전력 송신 또는 수신의 세기일 수 있다.
또한, 상기 스위치는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기유도 방식의 무선전력 모드인 경우, 단락될 수 있다.
또한, 상기 콤보 안테나모듈은 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차폐유닛은 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트, 페라이트 시트 및 폴리머 시트 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 리본시트는 복수의 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 적층되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 페라이트 시트는 MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함하고, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차폐유닛은 복수의 미세 조각으로 분리형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연될 수 있다.
또한, 상기 복수의 미세 조각은 1㎛ ~ 3㎜의 크기일 수 있다.
또한, 상기 복수의 미세 조각은 비정형으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은 콤보 안테나모듈; 상기 제 1 안테나와 연동하는 제1무선전력 모듈; 상기 제 2 안테나와 연동하는 제2무선전력 모듈; 및 상기 제1무선전력 모듈 및 제2무선전력 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 무선전력 충전 기능을 구비한 휴대용 전자장치를 제공한다.
또한, 상기 제1무선전력 모듈 및 상기 제2무선전력 모듈은 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
또한, 상기 제1무선전력 모듈 및 상기 제2무선전력 모듈은 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
한편, 본 발명은 회로기판, 무선전력용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛, 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛을 포함하는 콤보 안테나모듈; 상기 제2안테나에 병렬 연결되는 제1커패시터 및 제2커패시터, 및 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터 사이에 배치되어 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 개폐되는 스위치를 구비하고, 상기 스위치의 개방시 상기 제2안테나와 상기 제2커패시터는 상기 제1안테나와 커플링하는 폐루프를 형성하는 스위칭부; 상기 제 1 안테나와 연동하는 제1무선전력 모듈; 상기 제 2 안테나와 연동하는 제2무선전력 모듈; 및 상기 제1무선전력 모듈 및 제2무선전력 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 무선전력 충전 기능을 구비한 휴대용 전자장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 안테나유닛의 동작모드에 따라 스위칭하여 다른 모드의 안테나를 이용한 폐루프를 형성함으로써, 별도의 공진회로를 추가로 형성하여 이와 커플링하므로 무선전력 충전의 범위 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 자기유도 방식의 무선전력용 안테나가 자기공명 방식의 무선전력용 안테나와 커플링하도록 폐루프를 형성함으로써 추가적인 내부 패턴을 별도로 구비하지 않고도 무선전력 충전의 범위 및 효율을 향상시킬 수 있어 복수의 안테나를 구비한 콤보 안테나모듈의 소형화를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명은 콤보 안테나모듈을 휴대용 전자장치에 구비함으로써, 동작모드에 따른 스위칭에 의해 무선전력의 충전 범위 및 효율을 향상시켜 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 도 2의 등가회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈의 동작상태의 다른 예를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 5는 도 4의 등가회로도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콤보 안테나모듈을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 7은 도 6의 차폐유닛의 일례를 나타낸 단면도, 그리고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 충전 기능을 구비한 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, 무선전력용의 복수의 안테나를 포함한다. 이때, 상기 안테나유닛(110)은 도 1 및 도 6에 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 때문이다.
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 무선전력용 안테나일 수 있고, 예를 들면, A4WP 안테나일 수 있다.
상기 제2안테나(114)는 상기 제1안테나(112)와 상이한 방식의 무선전력용 안테나이다. 이러한 상기 제2안테나(114)는 상기 회로기판(111)의 상기 제1안테나(112) 내측에 배치될 수 있고, 자기유도 방식의 무선전력용 안테나일 수 있으며, 예를 들면, WPC 또는 PMA 안테나일 수 있다.
이때, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)는 도 6에 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 충전을 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.
본 실시예에서는 상기 안테나유닛(110)이 두 개의 무선전력용 안테나(112,114)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, NFC 또는 MST와 같은 무선통신용 안테나를 추가로 구비할 수 있다.
이 경우, 통신용 안테나, 예를 들면, MST 안테나는 두 개의 무선전력용 안테나(112,114) 사이에 배치될 수 있다. 또한, NFC 안테나는 외곽에 배치되는 상기 제1안테나(112)와 공동으로 사용되거나 그 부근에 배치될 수 있다.
상기 스위칭부(120)는 상기 안테나유닛(110)의 상기 제2안테나(114)에 연결되어 상기 안테나유닛(110)의 동작모드에 따라 상기 제1안테나(112)와 커플링하는 폐루프를 형성하도록 스위칭한다.
상기 스위칭부(120)는 상기 제2안테나(114)에 병렬로 연결되는 제1커패시터(C1) 및 제2커패시터(C2), 및 상기 제1커패시터(C1)와 상기 제2커패시터(C2) 사이에 배치되는 스위치(SW)를 포함한다.
여기서, 상기 제1커패시터(C1) 및 상기 제2커패시터(C2)는 상기 스위치(SW) 사이에 배치되어 상기 스위치(SW)의 개폐에 따라 연결되거나 분리될 수 있다. 즉, 상기 스위치(SW)의 개방시, 상기 제2안테나(114)와 상기 제2커패시터(C2)가 폐루프를 형성한다.
이때, 상기 스위치(SW)는 상기 제2안테나(114)의 양단에 그 일측이 연결될 수 있다. 또한, 상기 스위치(SW)는 상기 제2안테나(114)와 연동하는 상기 제2무선전력 모듈(16)에 그 타측이 연결될 수 있다.
결과적으로, 상기 제1커패시터(C1)는 상기 제2무선전력 모듈(16)에 직접 연결되고, 상기 제2커패시터(C2)는 상기 제2안테나(114)에 직접 연결될 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부(120)가 단락되는 경우, 상기 제1안테나(112) 및 상기 제2안테나(114)는 각각 개별적으로 동작할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스위칭부(120)의 상기 스위치(SW)는 상기 제1커패시터(C1)와 상기 제2커패시터(C2)를 연결할 수 있다.
이때, 자기유도 방식의 무선전력 충전이 상기 제2안테나(114)를 통하여 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1안테나(112)는 상기 제2안테나(114)와 상이한 주파수를 가지므로 동작하지 않는다.
이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2안테나(114)는 상기 스위칭부(120)의 두 개의 커패시터들(C1,C2)과 병렬 연결될 수 있다. 이때, 상기 제2안테나(114)의 제1동작 주파수(fant21)는 아래의 수학식 1에 의해 산출된다.
Figure 112015070121337-pat00001
여기서, L2는 상기 제2안테나(114)의 인덕턱스이고, C1 및 C2는 상기 스위칭부(120)의 상기 제1커패시터(C1) 및 상기 제2커패시터(C2)의 커패시턴스이다.
한편, 상기 스위칭부(120)가 개방되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2안테나(114)는 그와 연동하는 상기 제2무선전력 모듈(16)과 연결이 차단되고, 상기 제2안테나(114)와 상기 제2커패시터(C2)가 폐루프를 형성할 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2안테나(114)는 상기 스위칭부(120) 의 하나의 커패시터(C1)와 폐루프를 형성하여 독립적인 공진회로를 구성할 수 있다. 이때, 각 공진회로에 의한 공진 주파수, 즉, 상기 제2안테나(114)의 제2동작 주파수(fant22)는 아래의 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112015070121337-pat00002
이와 같은 독립적인 공진회로는 그 공진 주파수(fant22)가 상기 제1안테나(112)의 동작 주파수와 일치하면, 상기 제1안테나(112)와 커플링할 수 있다. 즉, 상기 제1안테나(112)를 통한 무선전력 충전시, 예를 들면, 자기공진 방식의 무선전력 충전시, 상기 제2안테나(114)에 의한 공진회로도 상기 제1안테나(112)와 별도로 무선전력을 수신하거나 송신할 수 있다. 이와 동시에, 상기 제2안테나(114)에 의한 공진회로와 상기 제1안테나(112)가 커플링할 수 있다.
결과적으로, 상기 제2안테나(114)에 의한 공진회로로부터의 커플링 동작에 의해, 상기 제1안테나(112)는 별도의 안테나를 부가한 것과 같이 동작할 수 있다.
이때, 상기 제1커패시터(C1) 및 상기 제2커패시터(C2)의 커패시턴스 및 안테나의 인덕턴스(L2)를 조정함으로써, 상기 제2안테나(114)는 자기유도 방식의 무선전력 충전 기능을 수행하기 위한 제1동작 주파수(fant21)와, 상기 제1안테나(112)와 커플링하기 위한 제2동작 주파수(fant22)를 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 제1안테나(112)와 함께, 상기 제2안테나(114)에 의해 형성되는 폐루프는 하나의 안테나로 동작할 수 있다. 즉, 이 경우, 제1안테나(112) 및 그와 커플링된 상기 제2안테나(114)의 폐루프를 통하여 자기공진 방식으로 무선전력 충전이 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 제2안테나(114)가 상기 제1안테나(112)와 커플링하는 폐루프를 형성함으로써, 상기 회로기판(111)의 내부에 배치된 상기 제2안테나(114)를 추가적으로 이용할 수 있다.
결과적으로, 자기공진 방식의 무선전력 충전시 사용되는 안테나의 범위가 상기 회로기판(111)의 외곽부뿐만 아니라 상기 회로기판(111)의 중앙부까지 확대됨으로써, 자기공진에 의해 효율적으로 전력을 전달할 있는 거리가 증가하여 무선전력 충전 범위를 확대할 수 있는 동시에, 더 넓은 범위를 통하여 무선전력 충전이 이루어지므로, 무선전력 충전의 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 충전의 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 상기 제1안테나(112)를 이용하는 동작모드인 경우, 예를 들면, 자기공진 방식으로 무선전력 충전이 이루어지거나, 상기 제1안테나(112)를 통하여 무선전력 충전이 이루어지는 경우, 상기 제1안테나(112)와 커플링하도록 상기 제2안테나(114)가 폐루프를 형성할 수 있다.
대안적으로, 상기 스위칭부(120)는 상기 제1안테나(112)를 통한 무선전력의 성능이 기준치 이하인 경우, 상기 제1안테나(112)와 커플링하도록 상기 제2안테나(114)가 폐루프를 형성할 수 있다. 즉, 상기 스위칭부(120)는 자기공진 방식으로 무선전력 충전이 이루어지거나, 상기 제1안테나(112)를 통하여 무선전력 충전이 이루어지면 무조건 스위칭하지 않고, 이와 같은 동작 중에 효율이 기준치 이하인 경우 등과 같이 특정한 경우에만 선택적으로 동작할 수 있다. 이때, 상기 무선전력의 성능은 무선전력의 송신 또는 수신의 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 충전이 이루어지거나, 상기 제2안테나(114)를 통하여 무선전력 충전이 이루어지는 경우, 상기 스위칭부(120)의 스위치(SW)를 단락시킬 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 6에 도시된 바와 같이, 상기 안테나유닛(110)의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 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 차폐하여 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 충전시, 또는 6.78㎒의 주파수에서 자기공진 방식에 의한 무선전력 충전시 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㎒에서 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 7에 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 수 도 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 8에 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 외각부에 배치되는 상기 제1안테나(112)를 통한 자기공진 방식으로 무선전력을 충전하는 중에, 무선전력 충전의 효율이 기준치 이하인 경우, 효율을 향상시키기 위해 상기 제2안테나(114)가 상기 제1안테나(112)와 커플링하기 위해 폐루프를 형성하도록 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 무선전력의 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 충전을 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 충전을 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)을 휴대용 전자장치(10)에 구비함으로써, 동작모드에 따른 스위칭에 의해 무선전력 충전의 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.
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.
10 : 휴대용 전자장치 12 : 모드판단부
14 : 제1무선전력 모듈 16 : 제2무선전력 모듈
100 : 콤보 안테나모듈 110 : 안테나유닛
111 : 회로기판 112 : 제1안테나
114 : 제2안테나 120 : 스위칭부
122 : 제1스위치 124 : 제2스위치
130,130' : 차폐유닛
131a,131b,133c : 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트
131d : 접착층

Claims (21)

  1. 회로기판, 무선전력용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛; 및
    상기 제2안테나에 병렬 연결되는 제1커패시터 및 제2커패시터, 및 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터 사이에 배치되어 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 개폐되는 스위치를 구비하고, 상기 스위치의 개방시 상기 제2안테나와 상기 제2커패시터는 상기 제1안테나와 커플링하는 폐루프를 형성하는 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 무선전력용 안테나이고, 상기 제2안테나는 자기유도 방식의 무선전력용 안테나인 콤보 안테나모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기공진 방식의 무선전력 모드인 경우, 개방되는 콤보 안테나모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 제1안테나를 통한 무선전력의 성능이 기준치 이하인 경우, 개방되는 콤보 안테나모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무선전력의 성능은 무선전력 송신 또는 수신의 세기인 콤보 안테나모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 안테나유닛의 동작모드가 자기유도 방식의 무선전력 모드인 경우, 단락되는 콤보 안테나모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛을 더 포함하는 콤보 안테나모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차폐유닛은 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트, 페라이트 시트 및 폴리머 시트 중 어느 하나인 콤보 안테나모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 리본시트는 복수의 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 적층되어 구성되는 콤보 안테나모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어진 콤보 안테나모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함하고,
    상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며,
    상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함하는 콤보 안테나모듈.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 차폐유닛은 복수의 미세 조각으로 분리형성되는 콤보 안테나모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되는 콤보 안테나모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 미세 조각은 1㎛ ~ 3㎜의 크기인 콤보 안테나모듈.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 미세 조각은 비정형으로 이루어지는 콤보 안테나모듈.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 콤보 안테나모듈;
    상기 제 1 안테나와 연동하는 제1무선전력 모듈;
    상기 제 2 안테나와 연동하는 제2무선전력 모듈; 및
    상기 제1무선전력 모듈 및 제2무선전력 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 무선전력 충전 기능을 구비한 휴대용 전자장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1무선전력 모듈 및 상기 제2무선전력 모듈은 무선으로 전력을 송신하는 휴대용 전자장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1무선전력 모듈 및 상기 제2무선전력 모듈은 무선으로 전력을 수신하는 휴대용 전자장치.
  21. 회로기판, 무선전력용 제1안테나, 및 상기 제1안테나와 상이한 방식의 무선전력용 제2안테나를 포함하는 안테나유닛, 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛을 포함하는 콤보 안테나모듈;
    상기 제2안테나에 병렬 연결되는 제1커패시터 및 제2커패시터, 및 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터 사이에 배치되어 상기 안테나유닛의 동작모드에 따라 개폐되는 스위치를 구비하고, 상기 스위치의 개방시 상기 제2안테나와 상기 제2커패시터는 상기 제1안테나와 커플링하는 폐루프를 형성하는 스위칭부;
    상기 제 1 안테나와 연동하는 제1무선전력 모듈;
    상기 제 2 안테나와 연동하는 제2무선전력 모듈; 및
    상기 제1무선전력 모듈 및 제2무선전력 모듈 중 어느 모듈이 동작중인지를 판단하여 상기 콤보 안테나모듈의 스위칭을 제어하는 모드판단부;를 포함하는 무선전력 충전 기능을 구비한 휴대용 전자장치.
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