KR102111547B1 - 비-정상 자기장 이미터, 시스템에서의 그 연결 및 데이터 변조 방법 - Google Patents

Abstract

이미터는 소형 빌드 공간에서 무접촉 통신 채널(특히 RFID/NFC)을 제공하도록 의도된다. 이미터는 장방형, 적어도 부분적으로 페라이트 코어(1)를 갖고, 코어(1)는 적어도 2 개의 스레드를 갖는 와이어(4)로 감기며, 스레드(2)들은 코어(1) 상에서 빈틈없이 나란히 배치되고 하나의 스레드(2)의 유효 폭(w)은 ±75 %의 편차로 원형 코어(1) 단면에서의 코어(1)의 반경에 대응하거나, 코어(1)의 다른 형상들에서의 등가 반경에 대응한다. 코일의 와이어(4)는 납작하거나, 코일이 다수-스테이지 스레드를 형성하는 서로 평행하게 유지된 수 개의 와이어들(41 내지 4N)을 포함한다. 이미터는 이동식 메모리 카드(5) 내에, 및/또는 PCB 기판(10) 및/또는 SIM 카드(9) 및/또는 배터리(11) 상에 배치될 수 있다. 이미터에 의해 전송되는 데이터의 변조는 수신기와 상이한 주파수를 갖는 전자기파 발생기를 사용하며, 이 주파수들의 차이는 부반송파 주파수에 대응한다.

Description

비-정상 자기장 이미터, 시스템에서의 그 연결 및 데이터 변조 방법{NON-STATIONARY MAGNETIC FIELD EMITTER, ITS CONNECTION IN SYSTEM AND DATA MODULATION METHOD}

본 발명은 비-정상 자기장 이미터(non-stationary magnetic field emitter)에 관한 것이며, 이는 작은 가용 빌드 높이를 갖는 납작한 이동매체(flat carrier)에, 특히 마이크로SD 카드 또는 SIM 카드와 같은 이동식 메모리 카드(removable memory card)의 표면에, 소형 안테나 대체물(miniature antenna substitute)을 형성한다. 안테나는 휴대폰에, 또는 상이한 전자 디바이스들의 PCB 기판에 추가적인 무접촉 NFC/RFID 통신 채널을 생성하기 위해 특히 이용가능하다. 해결책은 주로 이동 통신 디바이스에 의해 구현되는 지불(payment) 어플리케이션들에 대해 의도된다. 하지만, 원칙적으로, 본 발명에 따른 신규한 타입의 이미터, 그 배치 및 변조 방법은 다른 어플리케이션들 및 디바이스들에도 사용될 수 있으며, 특히 안테나를 확장할 충분한 공간이 없고, 다양한 환경에서 적용되는 경우 안테나가 상이한 환경 특성들에 관하여 상이한 구조 및 속성들을 갖는 인접한 요소들에 의해 차폐되는 경우에 사용될 수 있다.

이동 통신 디바이스의 슬롯으로의 삽입을 위해 의도되는 이동식 카드 상의 직접 안테나 배치가 DE 10252348 A1, WO 03/043101 A3과 같은 공개된 특허 문서들로부터 알려져 있다. 이 공개공보들은 카드 상의 안테나를 이용하는 것의 일반적인 가능성을 설명하지만, 이동 통신 디바이스, 특히 휴대폰의 인접한 부품들에 의해 이동식 카드가 차폐되는 상황에서의 충분한 안테나 사양을 포함하지는 않는다.

구체적으로 설명된 NFC 안테나들이 표면 상에서 와이어 루프들의 형태인 반면, 작은 크기의 경우에 가용 공간이 모두 이용된다. 비교적 작은 영역들에 NFC 안테나를 배치하는 경우, 안테나는 둥근 코너들을 갖는 내접 직사각형의 나선형 코일의 형상이며, 이는 일반적으로 가용 영역의 외부 윤곽을 따른다. 이 구성은 아주 전형적인 NFC 안테나 형상을 생성하였다.

그러므로, NFC 및 RFID 전송을 위한 안테나들은 이용가능한 영역의 에지들에 감기는 루프와 함께 본질적으로 납작하고, 예를 들어 DE102008005795, CN102074788, US2009314842, CN101577740, CN201590480, CN201215827, CN201515004, CN201830251, JP2010102531, JP2011193349, KR20100056159, KR100693204, WO2010143849, JP2004005494, JP2006304184, JP2005033461, JP2010051012와 같다. 이동식 메모리 카드 상에 이러한 안테나를 구현하는 경우, 납작한 카드 특성이 자연적인 방식으로 활용되고, 안테나는 예를 들어 WO2012019694, DE102010052127, DE102004029984, CN101964073과 같이 가장 큰 영역의 가용한 부분에 감기는 루프에 의해 개발된다. 하지만, 가용한 표면들의 프레임 안테나 해결책들이 원하는 결과를 초래하지는 않으므로, 상이한 출원인들이 리브(rib), 층(layer) 등과 같은 다른 요소들로 안테나들을 보완하고 있다. 이 해결책들은 구조적 어려움을 증가시키고, 여전히 신뢰성있는 통신 채널의 생성을 초래하지 않는다. 현재, US 2007/0194913 A1에서와 같이 소형 안테나 해결책들이 알려져 있으며, 안테나 크기의 감소 및 기판과의 그 연결의 문제를 다루지만, 이러한 어플리케이션들은 상이한 안테나 차폐의 문제를 해결하지는 않는다. 작은 가용한 공간을 갖는 영역에 기존 NFC 안테나들에 대한 지식을 적용하는 것은 원하는 결과들을 산출하지 않는 반면, 일정 수준 이하의 소형화(miniaturization)는 결과적인 안테나 속성들을 선형적으로 변화시키지 않는다.

공개된 로고모션(Logomotion)의 특허 출원들은, 상이한 차폐된 카드 슬롯들에서도 신뢰성있는 통신 채널의 생성을 허용하도록 방출 및 수신 안테나 특성들을 미리 설정(preset)하는 목적을 갖는 안테나 구성 및 특정 이동식 메모리 카드 층들을 설명한다. 이러한 정의된 기술적 작업이 일부 휴대폰들에서만 만족스러운 결과들을 초래하였던 수 개의 기술적 해결책들의 생성을 초래하였고, 그 후 차폐된 영역 외부의 휴대폰 몸체 상의 더 큰 추가적인 안테나들의 생성을 위해 개발이 진행되었다. 예를 들어, 스티커의 형태인, 이 추가적인 안테나들(CN201590480 U)은 카드 상의 기본 안테나와 무접촉으로 연결될 수 있지만, 이는 여전히 이러한 구성의 제한된 다용성(small versatility)을 유지하며, 또한 어플리케이션의 복잡성이 평균적인 사용자에게 불리하다.

이동식 카드 상에 직접 배치된 안테나는 매우 제한된 치수 옵션들을 갖는다. 휴대폰들은 카드 상에 직접 배치될 수 있는 안테나의 크기를 상당히 제한하는 마이크로SD 포맷의 카드들에 대한 슬롯들을 갖는다. 매우 차폐된 슬롯들에, 예를 들어 휴대폰의 배터리 아래에 이동식 카드를 배치하는 경우, 카드 상의 안테나로부터의 전송 조건들이 상당히 악화된다. 정류 층(rectifying layer)들, 포일들의 사용은 협소한 특정의 효과를 갖고, 휴대폰들의 다양한 구조들을 설정하는 경우 덜 다용적이다. 기본적인 이론 및 공개 기술들은, 얇은 두께 및 작은 가용한 공간에서 RFID 또는 NFC 안테나가, RFID HANDBOOK, Klaus Finkenzeller, 2010의 도 2.11, 2.15, 12.7, 12.9, 12.11, 12.13에 따라, 시트(sheet) 안테나로서 형성되어야 한다고 생각한다. 동일한 출처에 따르면(section 4.1.1.2 Optimal Antenna Diameter / Physical Principles of RFID Systems), 전송 안테나의 반경이 요구되는 안테나 범위의 제곱근에 대응하는 경우가 최적이다.

무접촉 통신에 대한 표준 ISO 14443은 13.56 MHz 주파수를 갖는 반송파 신호를 이용한 A 또는 B 변조의 조건들을 특징으로 한다. 전송되는 데이터는 전송기에서 부반송파 주파수로 변조되고, 부반송파 주파수는 기본 반송파 신호와 조합된다. 결과는 전송되는 데이터를 갖는 주파수 중첩일 것이며, 이는 수신된 스펙트럼으로부터의 반송파 신호의 분리에 의해 수신기에서 검출된다.

휴대폰들에서는 금속 구성요소들 및 하우징들이 더 흔히 사용되기 때문에, NFC 요소가 휴대폰 디자인 또는 유사한 통신 요소에서 이미 예견되는 상황에서도 구성 및 NFC 안테나 배치의 문제가 나타날 수 있다. 배터리 또는 금속 하우징과 같은 주변 휴대폰 금속 요소들에 의해 차폐될 수 있는 휴대폰 PCB 기판, SIM 카드, 또는 이동식 메모리 카드 상의 요소로부터의 전송되는 신호의 높은 스루풋을 보장하는 해결책이 바람직하다.

언급된 단점들은 전자 디바이스, 예를 들어 휴대폰에서의 안테나, 특히 납작한 기판 상의 안테나의 용량(capacity)에서 사용되는 비-정상 자기장 이미터에 의해 상당히 제거되며, 이때 본 발명에 따른 이미터의 본질은 이미터가 장방형(oblong), 적어도 부분적으로 페라이트 코어를 갖는다는 사실에 있고, 상기 코어는 적어도 2 개의 스레드(thread)를 갖는 와이어로 감기며, 상기 스레드들은 빈틈없이 나란히(tightly next to each other) 배치되고 하나의 스레드의 유효 폭(w)은 ±75 %의 편차로 원형 코어 단면에서의 코어의 반경에 대응한다. 다른 유효 코어 단면들에서, 하나의 스레드의 폭은 ±75 %의 편차로 등가 반경(equivalent radius)에 대응한다.

코어 반경 또는 등가 코어 반경에 대한 하나의 스레드의 유효 폭(w)의 0.25 내지 1.75, 바람직하게는 0.5 내지 1.5, 특히 바람직하게는 0.85 내지 1.15의 비가 크기 치수화의 징후만은 아니다. 이미터를 발명함에 있어서 나타나는 바와 같이, 단지 단단한(tight) 와이어 와인딩에 관한 치수 관계 준수(dimensional relationship observance)는 수 개의 물리적 패턴들의 시너지 상호작용을 나타낸다. 명시된 차이(interval)의 크기에서, 바람직하지 않은 와상 필드(eddy field)를 형성하지 않고 개별적인 코일들로부터, 및 와이어들의 상이한 부분들로부터 자기장 상호작용이 생성되며, 이로 인해 코어 내의 자기장이 증폭하고 코일을 따라 코어의 말단부들 외부로 누출될 수 없다. 코어 반경에 대한 유효 1-스레드 폭의 명시된 비는 이미터 또는 안테나에서 준수되는(observed) 파라미터가 아직 아니었다. 코어를 갖는 기존 안테나들에서, 하나의 스레드의 유효 폭(w)은 코어의 반경의 0.001 내지 0.1 배 미만을 달성한다. 본 발명에 따르면, 1에 가까운 비, 즉 w = D/2가 이미터에 유리하며, 이때 D는 코어 직경이거나 등가 코어 직경이다.

이미터는 전형적인 전자기 안테나의 대체물로서 사용되는 반면, 무접촉 NFC 또는 RFID 커플링의 다른 측에서는 표준 NFC 또는 RFID 수신 수단에 의해 신호가 수신되고 전송된다. 이미터는 강하고(intensive) 균일한 자기장을 생성하는 과제를 갖는다. 마이크로SD 카드 또는 SIM(subscriber identity module) 카드에서 이미터를 이용하는 경우, 코어 단면은 1 mm 미만으로 더 작을 것이다(예를 들어, 코어 높이의 파라미터). 마이크로SD 카드에서 이미터를 이용하는 경우, 코어 길이는 코어 단면의 더 작은 파라미터의 7 배 이상이다. 코어 길이는 일반적으로 15 mm를 넘지 않는다. 나노SIM 카드에서 이미터를 이용하는 경우, 이미터의 두께는 0.65 mm보다 작고, 그 길이는 12 mm를 넘지 않는다. 이미터는 특히 추가적인 무접촉 통신 채널을 생성하는 데 사용될 것이다. 또한, 본 발명의 이미터는 전기장을 생성하지만, 이는 수신 디바이스의 측에서 신호 이동매체가 아니다; 이는 단지 작은(minor) 필드 성분이며, 이는 호스트 디바이스의 차폐를 관통하기 위해 중요한 기여를 하지는 않는다. 1 mm 아래의 코어 두께로 안테나를 소형화하는 것에서, 통상적으로 알려진 더 큰 안테나 구조들의 비례 크기조정(proportional sizing)만으로 해결될 수 없는 기술적 문제들이 발생한다. 무엇보다도, 본 발명에 따른 이동매체 표면 축선에 평행한 스레드들의 이용은, RFID HANDBOOK, Klaus Finkenzeller, 2010에 따른 안테나 범위를 증가시키려는 일반적인 요구와는 대조적으로, 스레드 직경이 상당히 감소될 것이라는 사실에 의해 분명해진다.

코어는 코어 단부들이 표면 상의 가용 공간 내에서 서로 가장 멀리 떨어져 배치되기 위해 길이방향으로 장방형이다. 코어는 구부러질 수 있지만, 최선의 결과들은 직선 로드 코어(direct rod core)로 달성되며, 이 경우 자기장 라인들이 가장 긴 경로로 이미터 외부를 둘러싸고, 따라서 차폐된 공간 외부로 누출되려고 노력한다. 코어의 페라이트는 상대 투자율(relative permeability)이 미리 설정되도록 하여 이미터의 인덕턴스가 600 nH 내지 1200 nH, 바람직하게는 750 nH에 가깝도록 한다. 이 기준을 고려하면, 페라이트 코어는 30 내지 300의 범위 내의 투자율을 가질 수 있다. 코어 투자율은 코어 단면 치수 옵션들 및 최대 허용 자기 포화(maximum permitted magnetic saturation)의 기술적 가능성들에 따라 설정될 것이다. 페라이트는 자기장 특성 및 속성을 증폭시키는 여하한의 재료를 의미하여야 한다.

본질은, 스레드들이 코어로부터 코어 단부들 외부로의 자기장 방출을 방지하기 위해 빈틈없이 나란히 감겨야 한다는 것이다. 스레드 와이어(thread wire)들은 코어의 차폐를 형성한다. 인접한 스레드들의 와이어들은 인접한 와이어들 사이에 있는 와이어의 와상 자기장의 생성을 방지한다. 이웃하는 스레드들 사이에는, 실질적으로 와이어 절연 두께의 형태로 갭이 존재한다. 금속 코일들의 세트가 코어 차폐 커버를 생성하며, 이는 자기장 유동을 지향한다.

호스트 디바이스 내의 차폐 요소들 사이의 약간의 갭들을 통해서도 자기장이 이미터 외부로 누출되고 있는 경우, 조건을 달성하기 위해, 코어 내의 자기장은 가능한 한 균질(homogeneous)하여야 하고, 동시에 작은 코어 단면에서 가장 큰 세기를 갖는다. 균질성의 요건은 작은 이미터 크기들에서 코어 내의 동등하지 않은 자기장 세기가 큰 손실들을 나타낸다는 발견에 관련된다. 환경 전체에 걸쳐 자기장의 높은 관통성(penetrability)을 달성하기 위해 높은 자기장 세기가 필요하다.

두 요건들은 한 스레드의 유효 폭(w)이 원형 코어 단면에서의 코어 반경에 대응하는 구성에서 가장 잘 충족된다. 한 스레드의 유효 폭(w)은 스레드 와이어가 코어의 길이를 반영하는 파라미터이다. 와이어는 상이한 단면을 가질 수 있으므로, 한 스레드의 유효 폭(w)은 실제 와이어 폭과 상이할 수 있다. 가장 통상적인 경우, 스레드 와이어가 엮이지 않고(not interlaced) 링 또는 단순한 납작한 형상으로 이루어질 때, 실질적으로 스레드의 유효 폭(w)은 와이어 폭과 같을 것이다. 플랫 와이어(flat wire)를 이용하여 1-스레드 와이어의 부분이 인접한 와이어의 에지로 덮이는 경우, 유효 와이어 폭(w)은 이미 인접한 와이어를 덮은 에지를 제외한 폭으로 간주될 것이다. 기본적으로, 이는 그 와이어 폭의 부분일 것이며, 이는 플랫 와이어에서 코어에 접촉할 것이다. 조밀하고 빈틈없는 코일(dense, tight coil)에서, 1-스레드 와이어들의 유효 폭(w)은 스레드 피치와 동일할 것이다.

코어의 반경 또는 코어의 등가 반경에 유효 폭(w)을 매칭하려는 요구는 유효 폭(w)이 코어 반경과 실질적으로 같다는 것으로 이해되어야 한다. 코어의 작은 총 단면 파라미터들에서는, 심지어 작은 기술적 편차도 그 규칙으로부터 벗어나게 하지만, 여전히 이익들 또는 적어도 충분히 유용한 그 원리의 효과에 도달한다. 그러므로, 치수 관계 조건을 충족하는 중에, 스레드의 유효 폭(w)이 코어의 반경 또는 코어의 등가 반경의 0.6 내지 1.4 배의 범위에 있는 경우의 상황을 고려할 필요가 있다. 0.6 내지 1.4의 비율의 크기에서, 최대 자기력의 손실은 10 %이다. 비교적 큰 비율 범위(0.25 내지 1.75)로도, 충분히 강하고 유리한 결과가 달성되는 반면, 종래 기술은 (0.001 내지 0.1 미만인) 코어 반경 및 유효 폭의 상이한 차수 비율(order ratio)들을 포함한다.

치수 관계를 준수하면, 자기장이 소형 코어의 작은 단면적으로부터 강하게 방출되는 경우 자기 건(magnetic gun)의 효과를 갖는 이미터가 생성된다.

비-원형 단면의 등가 반경이라는 용어는, 특정한 비-원형 단면의 단면 형상과 동일한 영역을 갖는 경우 링이 가져야 하는 반경을 의미한다. 그러므로, 비-원형 단면의 등가 반경은 전반에 걸친(across the board) 등가 반경이다. 예를 들어, 변 "a"를 갖는 코어의 정확한 정사각형 단면에서 등가 반경은 r_e = a/√π이다. 둥근 에지들이 없는 파라미터들 "a", "b"의 직사각형 단면에서, 등가 반경은 r_e = √(ab/π)이다. 코어는 정사각형, 직사각형, 원형, 또는 타원형 단면을 가질 수 있으며, 또는 언급된 형상들을 조합함으로써 형성될 수 있다. 코어의 가장 통상적인 형상은 공간의 이점을 취하도록 설계되고, 일반적으로 코어는 원형 단면 형상 또는 타원형 형상을 가질 것이며, 또는 단면이 적어도 부분적으로 직사각형 형상, 특히 정사각형 또는 장방형이고, 바람직하게는 곡선 코너들을 갖는다.

간단히 하면, 이미터는 폭 w의 와이어가 코어의 전체 길이(I)를 따라 감기고 N = I / w 스레드들을 갖는 방식으로 만들어질 것이다. 소스(U)는 내부 인피던스(Z)를 갖는다. 이미터(Ls)는 직렬 손실 저항(series loss resistance: Rs)을 갖고, 도 1에 나타낸 바와 같이 조정 부재(C1//C2)를 통해 소스(U)에 연결되어, 시험 주파수(working frequency: f)에 대해 완벽히 맞춰지게 된다. 도 1은 직렬 회로 Ls+Rs의 병렬 Lp//Rp로의 변환을 나타내며, 이때

이고,

이다. 공진 회로의 퀄리티(quality) Q >> 1이라고 한다면, 관계들은 패턴 Lp = Ls 및 Rp = Q² Rs로 간소화될 수 있다. 손실을 커버하는 소스 파워는

이다. 인덕턴스(Ls)는 Rs가 실수부(real part) Re(Z)보다 작은 경우에 조정될 수 있다. 그 상황에서, 인덕턴스(Ls)와 흐르는 전류(I_L)는

이다. 이미터의 중간에서 자기장은

이고, 이때 N은 스레드 수이다. 관계가

으로 더 교정될 것이며, 이때 R_1N은 한 스레드에 대한 와인딩의 표준화된 손실이고, R_1N = a.C^-b.w | r 특징을 갖는다. 도 2는 코어 직경으로 나누어진 코일 폭(w)에 대한 Rs 의존도(dependence)를 나타낸다. 도 2에서, 비 w/D = 0.5에 대응하는 지점 C가 표시된다. 최대 코일 폭은 w max = 2πD이다. 더 큰 폭에서는 와이어들의 상호 겹침이 일어날 것이다. 그래프의 나머지 부분은 N=2.5 스레드 내지 N=55 스레드의 영역을 커버한다.

도 3의 그래프는 이미터의 중심에서의 자기장 세기의 의존도를 나타낸다. 자기장의 최대 값(그래프의 A 지점)은 w = 0.5D인 경우이므로, 스레드의 유효 폭(w)이 이미터의 코어의 반경에 대응하는 경우이다. B 지점의 왼쪽(매우 얇은 와이어 폭)으로는, 내부 임피던스 Re(Z)보다 저항 Rs가 더 크며, 소스는 부하에 필요한 파워를 전달할 수 없고, 이는 자기장 세기의 상당한 감소를 유도한다. 또한, B 지점은 정전 용량 C2 = 0이기 때문에 관심 대상이 되며, 결과적인 공진 회로는 도 4에 나타낸 바와 같이 직렬 공진 회로로 간소화된다. 하지만, 이러한 간소화된 회로가 최대 자기력을 제공하지는 않는다. A 지점의 오른쪽으로의 자기장은, 폭(w)이 증가하는 코일이 이미터의 코어의 축선과 더 큰 각도를 형성하기 때문에 감소한다.

비오-사바르 법칙(Biot-Savart law)에 기초하여, 벡터 Hx는 이미터의 코어의 축선인 벡터 r 및 전류 I_L의 벡터곱으로서 계산(count up)된다. 와인딩(피치 w를 갖는 나선)의 전체 커브(curve) x에 걸쳐 적분한다:

결과적으로, 매우 폭넓은 코일에서 각도 α가 계수 cosα로 자기장 세기에 강하게 영향을 미치기 시작한다는 것을 나타낸다. 반대로, A 지점의 왼쪽으로는 각도 α의 영향이 무시해도 될 정도이지만, 도 2에 나타낸 바와 같이 Rs의 상당한 손실을 나타내기 시작한다. w=D/2의 값 이후, Rs 손실은 상당히 증가하기 시작한다(C 지점). 그래프는 최적 이미터 인덕턴스가 약 L=750 nH라는 것을 나타낸다. 이미터의 주어진 파라미터들 하에, w=D/2에서 인덕턴스가 L=750 nH이도록 투자율 μ을 선택할 필요가 있다.

전형적인 원형 단면의 단일-스테이지 코일 와이어(single-stage coiled wire)를 이용하는 경우, 이제 와이어 직경과 같은 와이어의 유효 폭(w)이 코어 반경, 예를 들어 원형 코어와 실질적으로 같아야 하기 때문에 와이어의 굽힘 반경(bending radius)의 문제가 발생한다. 허용가능한 최소 와이어 굽힘은 일반적으로 굽힘 반경의 2 배보다 크게 결정된다. 이미터를 배치하도록 1 밀리미터의 빌드 높이만을 갖는 경우, 코어의 최대 높이는 1 밀리미터의 절반보다 작을 것이고, 이는 부서지기 쉽고 작은 코어 상의 비교적 두꺼운 와이어의 와인딩의 기술적 문제들 및 복잡함들을 야기한다. 와인딩의 문제들은 본 발명에 따른 코어 반경에 대한 유효 폭의 비에 의해 야기되는데, 와이어가 코어에 비해 비교적 넓고 이에 따라 두꺼워야 하기 때문이다.

공간의 가용 높이의 더 우수한 사용을 위해, 그리고 여전히 본 발명의 기본 규칙[즉, 코어 반경 및 스레드의 유효 폭(w) 간의 치수 관계]을 따라, 플랫 와이어의 사용을 수반하는 해결책을 발명하였다. 코어에 걸친 와인딩 후 그 폭은 코어의 반경에 대응한다. 플랫 와이어는 코어에 더 쉽게 감기고, 단면 높이에서 많은 공간을 차지하지 않는다. 주어진 공간은 이미터의 코어에 대해 더 우수하게 사용할 수 있다. 플랫 와이어는 아직도 충분히 낮은 전기 저항을 갖는다. 플랫 와이어는 와이어의 높이 또는 와이어 두께의 두 배를 넘는 폭을 가질 것이다.

또한, 유리한 구성에서 플랫 와이어는 적어도 2 개의 인접한 코일 와이어들의 시스템으로 대체될 수 있지만, 이들은 함께 단 하나의 스레드를 구성하는 것으로 발명되었다. 이 와이어들은 또한 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 플랫 와이어를 원래 종횡비 1:3으로 대체하기 원하는 경우, 이러한 플랫 와이어를 대체하기 위해 나란히 감기는 균일한 원형 단면의 3 개의 와이어를 사용하며, 이것이 3-스테이지 스레드이었던 것과 같다. 플랫 와이어를 원래 단면 1:8로 대체하는 경우, 나란히 배치되는 원형 단면의 8 개의 와이어를 사용하며, 기계적 관점에서 이것이 8-스테이지 스레드이었던 것과 같다. 하나의 다수-스테이지 스레드에서의 와이어들은 이 와이어들이 전기적으로 연결되는 코일 단부들을 가질 것이기 때문에 서로 간에 절연되지 않아도 되지만, 기술적 간소함으로 인해 동일한 절연 와이어가 특정한 스레드의 모든 와이어들에 사용될 수 있다. 다른 구성에서는, 하나의 스레드의 주변 와이어(marginal wire)들만이 전기적으로 절연되고, 내부에 배치된 와이어들은 절연될 필요가 없다.

멀리 떨어진 코어 단부들로부터 방출하는 균질한 높은 세기의 자기장을 달성하려는 노력은 다수의 모순되는 요건들을 초래한다. 가능한 한 적은 스레드들을 사용하는 것이 바람직하지만, 감소된 수의 스레드들을 이용하면 이 스레드들에 의해 차폐되는 코어의 길이도 감소되고, 감소된 수의 스레드들을 이용하면 신호 방출에 필요한 전류 부하도 증가하지만, 전류 세기는 호스트 디바이스 요소들에 의해 제한된다. 플랫 와이어를 이용하거나, 병렬로 유지된 다수-스테이지 1-스레드 와이어를 이용하는 것이 요구들의 이 상충된 충돌을 적절히 제거한다.

소형 크기의 이미터는 이동 통신 디바이스 내부의 PCB 기판에 배치될 수 있고, 또는 이동식 메모리 카드의 몸체 내에 배치될 수 있으며, 또는 SIM 카드에 배치될 수 있고, 또는 배터리에 배치될 수 있으며, 또는 이들의 조합으로 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 이미터를 이동 통신 디바이스(특히 휴대폰)의 PCB 기판에서 직접 이용하면, 이미터는 특히 안테나로서 사용되는 이미터가 소형 크기를 갖고, 이것이 보드 상의 거의 모든 곳에 배치될 수 있다는 점에서 장점을 제공한다. 이제까지는, 각각의 신규한 휴대폰 모델에 특수한 NFC 안테나가 설계되었던 반면, 안테나 루프들은 PCB 기판 상이나 PCB 기판 주위의 더 큰 표면 영역을 에워쌌다. 지금까지는 수 개의 휴대폰 모델들의 한 제조자가 수 개의 타입들의 NFC 안테나들을 사용하여야 했다. 본 발명의 이미터를 이용하는 경우, 심지어 PCB 기판에 직접 사용되는 경우에도, 소형 이미터를 사용하기에 충분할 것이다.

이동식 메모리 카드 상의 이미터를 이용하는 경우, 이러한 카드는 이동 통신 디바이스의 확장 슬롯으로의 삽입을 위해 설계된다. 이 경우, 이동식 메모리 카드 기판 상의 이미터는 안테나 코어의 축선이 이동식 카드의 몸체의 표면에 주로 평행하게 방위되고, 이미터가 접촉 인터페이스 구역(contact interface zone) 외부의 이동식 메모리 카드의 몸체의 경계 부분들에 위치되는 방식으로 배치된다. 이미터가 이동식 메모리 카드의 접촉 인터페이스 구역의 에지 맞은편에 있는 에지를 따라 위치되는 경우에 유리하다.

와인딩 축선의 방향으로의 코어 파라미터인 코어의 길이가 카드의 치수 가능성들 내에서 가능한 한 긴 경우에 유리하며, 이는 가장 긴 자기장 라인들을 가능하게 하고 자기 유동의 작은 부분만이 짧은 경로에 폐쇄된다. 이동식 카드의 몸체로 이미터를 배치하는 경우, 코어 높이는 1 mm까지이고, 폭은 5 mm까지이며, 길이는 15 mm까지일 것이다. 접촉 구역 외부의 유리한 방위에서, 코어는 0.7 mm까지의 높이, 1 mm까지의 폭, 및 11 mm까지의 길이를 갖는 직사각형 단면을 가질 것이다.

SIM 카드 상의 이미터를 이용하는 경우, 이미터 배치를 위해 더 큰 공간이 이용가능하다. SIM 카드는 마이크로SD 카드보다 더 크고, 접촉 필드에서의 칩 외부에 이러한 높은 관통의 전자 구성요소들을 갖지 않는다. 이미터는 상이한 위치들 및 회전들에서 SIM 카드 상에 배치될 수 있다. 마이크로SIM 카드 또는 나노SIM 카드 상에 이미터를 배치하는 경우에는, 통상적인 SIM 카드에서보다 상당히 더 많은 제한적 공간 옵션들이 존재한다. 이러한 이미터 위치에 대해, 이동식 카드 상의 이미터가 카드가 삽입되는 슬롯 내에 또는 슬롯의 바로 근처에 배치되는 증폭기(부스터)와 상호작동하는 해결책이 발명되었다. 증폭 요소는 이동식 카드 자체의 이미터 표면, 또는 공간과 같은 빌딩(building)을 위한 더 큰 공간 또는 더 큰 영역에 이용가능하다. 또한, 증폭 요소라는 용어는 자기장의 에너지 레벨을 증가시키지 않고, 예를 들어 이미터로부터 방출된 유동만이 방향성있게(directionally) 지향되거나 균질화되는 요소를 포함한다.

증폭 요소는 강자성 또는 페라이트 포일 또는 기판의 형태를 취할 수 있으며, 공진 회로 등의 형태를 취할 수 있다. 원칙적으로, 증폭 요소는 예를 들어 파워 공급 등을 위한 기판과 슬롯을 연결하는 새로운 추가 접촉들을 필요로 하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 주위(PCB 기판, 홀더 등)의 디자인을 변화시키지 않고 그 기능을 향상시키도록 신규한 슬롯을 디자인하는 것이 가능하다.

언급된 이미터의 구성 및 슬롯의 증폭 요소는, 슬롯들이 외부적으로 공급된 구성요소들, 외부에서 제조된 서브시스템이기 때문에, 제조 실행 시 만족스럽게 이용가능할 것이며, 이는 설계 후 호스트 디바이스에서 적절한 공간을 마련했다. 이후, 수정되지 않은 공간으로, 증폭 요소가 보충되는 슬롯을 배치할 수 있다. 또한, 이동식 카드 상의 이미터와 호스트 디바이스 내에 위치된 증폭 요소 간의 상호작동의 원리는, 더 일반적으로 이미터가 카드, 잭, 배터리, 다른 액세서리로서 제거가능한 요소에 위치되고, 증폭 요소가 슬롯, 커넥터, 제거가능한 커버에 배치되고 이는 이미터의 자기장의 범위 내에 있는 경우에 사용될 수 있다.

휴대폰 배터리(축전지) 내의 이미터를 이용하는 경우, 이미터 코어의 더 많은 배치 옵션들 및 회전들이 이용가능하다. 원칙적으로, 상이한 상호 방위를 갖는 상이한 장소들 상의 더 많은 이미터들이 하나의 배터리에 배치될 수 있다. 특정 이미터의 활성화가 주어진 휴대폰의 연속적인 전송들의 결과들에 따라 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 자기장 이미터로부터 전송된 신호는 주어진 주파수 대역에서 표준 수신 수단에 의해 수신된다. 예를 들어, 이미터가 휴대폰과 POS 단말기 리더(terminal reader) 간의 NFC 전송에 대해 명시되는 경우, 휴대폰 측의 안테나는 페라이트 코어를 갖는 자기장 이미터의 형태를 취할 것이지만, POS 단말기 NFC 리더 측에는 통상적인 수신 안테나가 위치될 것이다. POS 단말기 측에서 폭넓게 분산되는 하드웨어를 변화시킬 필요가 없도록 기존 표준 디바이스들과의 적합성(conformity)만이 중요하다. 단지 휴대폰의 기존 확장 슬롯에 추가하여 이동식 메모리 카드(특히 마이크로SD 포맷)를 삽입하거나, 새로운 SIM 카드 또는 새로운 배터리를 삽입함으로써 휴대폰 측의 하드웨어 변화가 발생한다. 이동 통신 디바이스의 확장 슬롯은 디바이스의 기본 통신 기능에 영향을 주지 않는 카드에 대한 슬롯이며, 이는 특히 -그러나 독점적이지는 않음- 마이크로SD 포캣의 이동식 메모리 카드에 대한 슬롯이다.

기술적 관점에서, 이는 코어가 비-전도성 기판 상에 위치된 페라이트 로드로 형성되는 경우에 바람직할 것이다. 비-전도성 기판은 코어의 폭에 대응하는 폭, 및 적어도 코어의 길이와 같은 길이를 가질 것이다. 스레드 와이어들은 페라이트 로드에 걸쳐, 또한 비-전도성 기판에 걸쳐 감기며, 이로 인해 와이어 코일이 비-전도성 기판을 갖는 코어를 기계적으로 유지시킨다. 비-전도성 기판은 두 단부들 상에 코일 와이어들을 연결시키고 이동식 메모리 카드의 몸체와 안테나를 연결시키는 연결 패드들을 가질 수 있다. 연결 패드들 상에서, 다수-스테이지 코일 와이어들이 각각에 연결되며, 또한 이 이미터 접촉부들은 호스트 디바이스의 전도성 회로들과 상호연결된다.

본 발명에 따른 이미터에서 발생된 자기장은 이동 통신 디바이스의 공간 구조에서의 작은 갭들을 관통하는 능력을 갖는다. 예를 들어, 카드와 카드 슬롯 사이의, 및 배터리 하우징과 인접한 휴대폰 몸체 사이의 납작한 갭들은 자기장으로 하여금 휴대폰 몸체 외부로 관통하게 하기에 충분하다. 이미터 외부로 방출된 자기장은, 예를 들어 POS 단말기 형태인 통상적인 안테나에 의해 통신 채널의 반대 측에서 수신될 것이다. 실제로, 이미터는 주로 바람직하지 않은 구성에서 금속 커버링들을 갖는 휴대폰 내부에 위치될 것이다. 자기장 라인들은 커버들 사이의 작은 갭들을 통해, 이에 따라 NFC 리더가 위치되는 공간으로 나온다. 커버링은 기본적으로, 흔히 커버 아래로부터 배터리를 제거할 수 있도록 항상 분리가능하며, 그 부분들 사이에 갭을 구성한다. 이들은 높은 세기를 갖는 자기장이 본 발명에 따른 이미터로부터 관통되어 나갈 것을 보장하기에 충분하다.

이미터 공진 특성은, 가능하게는 전자기 환경 연결을 포함하여 모든 코일 와이어들의 전체 시스템이 적절한 용량을 갖거나, 코일 자체가 적절한 용량을 갖도록 코일 와이어의 위치 및 파라미터들을 조정함으로써 달성될 수 있다.

이미터는 상이한 환경의 영향 하에 적절히 조정되는 방식으로 설계될 수 있다. 이것이 전기적으로 전도성인 재료들에 근접하여 위치되는 경우, 이미터 인덕턴스는 감소된다. 이 특징은 이미터가 위치되는 환경에 의존하여 방출되는 파워의 자동 제어에 이용된다. 이는 분포되는 경우 이미터를 적용시키는 다용성을 증가시킬 것이며, 상이한 타입들의 휴대폰들의 영향을 고려할 필요가 없다. 이미터는, 예를 들어 금속 커버 내에 있는 경우에만 15 MHz의 공진으로 조정될 것이다. 환경적 영향 하에, 안테나 인덕턴스는 안정화되고, 1μH로 감소된다. 하지만, 이것이 하우징 외부에 배치되는 경우, 인덕턴스는 1.3μH로 증가할 것이고, 공진은 12 MHz로 이동할 것이다. 이미터는 14.4 MHz의 주파수를 갖는 파워를 방출하므로, 최대 파워는 정밀하게 공진이 그 값에 가까운 경우에 방출되는데, 이는 이때 그 내부 저항이 최소이기 때문이다. 하지만, 이미터가 플라스틱 커버링 아래 배치되는 경우, 공진은 12 MHz로 아래로 이동할 것이고, 14.4 MHz의 주파수에서의 내부 저항은 증가할 것이다. 이미터는 바람직한 구성에서, 주파수 및/또는 인덕턴스 및/또는 내부 저항이 가장 바람직하지 않은 가능한 차폐에서, 예를 들어 완전한 커버링에서 최대 전송 파워로 미리 설정되도록 설계되고 구성될 것이다. 환경과의 관계에서 감소하는 차폐율은 인접한 차폐 요소들이 이미터의 주파수 및/또는 인덕턴스 및/또는 내부 저항에 영향을 준다는 이유로, 동일한 입력 에너자이징(input energizing)에서 전송 파워를 감소시킬 것이다. 간단히, 이미터에 의한 전송을 위해 둘러싸이는 금속 부분들을 의도적으로 사용할 것이지만, 이들의 부재가 전송 파워의 감소를 야기하며, 이미터는 0의 차폐에서도 이미터 전송 파워가 표준 NFC 또는 RFID 수단에 의해 수신하는 최소 성능을 넘도록 설정될 것이다.

본 발명에 따른 자기장 이미터는 원칙적으로 이동식 메모리 카드의 몸체 또는 SIM 카드의 몸체로부터, PCB 기판 또는 배터리로부터 신호를 전송하기 위해 사용되어야 한다. 통신의 역방향에서, 신호가 이동식 메모리 카드 상으로 수신되는 경우, 일반적으로 이는 자기장 세기의 문제가 아니며, 반면 이 방향에서는 전송 안테나가 치수적으로 제한되지 않는다. 원칙적으로, 이는 특히 수신 안테나의 역할을 하는 이미터를 향하는 전달 경로를 최적화할 필요가 없다. 다른 구성에서, 이미터에는 전형적인 코일, 이동식 카드를 향하는 신호를 수신하는 별도의 NFC 안테나가 보완될 수 있다.

최대 허용 전류 부하가 표준 카드 인터페이스에 기초하는 경우, 출력 구동기로부터의 최대 유효 전류는 0.1 내지 0.2 Arms의 범위 내에 있을 수 있다. 출력 구동기는 파워 증폭기 출력 스테이지의 부분이다. 코일 와이어에서의 전류는 0.8 Arms의 값을 넘지 않는다. 마이크로SD 카드에 대한 이러한 설정 및 파워 공급에서의 출력 구동기의 출력 저항은 10 Ohm보다 작을 수 있다. 특정 임피던스 값은 전압, 전류 및 파워의 사전 조정되는 비에 따라 변할 수 있다.

코어 단면을 감소시키는 경우, 코어에서 가장 높은 가능한 자기장 세기를 달성하려는 시도가 이루어진다. 이는 코어 재료에 대한 요구들을 증가시킨다. 페라이트 코어를 효율적으로 증가시키는 적절한 방식은 가능하다면 가장 좁은 주파수 스펙트럼으로의 주파수 대역의 집중이다. 주파수 스펙트럼 디자인은 아직도 통상적인 변조 원리에 의해 크게 좌우되며, 기본적으로 무접촉 통신 표준에 의해 결정되고, 이에 따라 전송된 데이터가 기본 반송파 신호와 조합되는 부반송파 주파수로 변조된다. 본 발명에 따른 이미터는 주파수 스펙트럼이 조정될 수 있는 경우 단일 주파수로 조정되는 신규한 변조 원리에 특히 유리한 것으로 나타났다. 이미터는 부반송파 주파수에 관계없이 전송 주파수로 좁게 조정된다. 그러므로, 주파수 스펙트럼은 뾰족한 피크를 가질 수 있다.

이미터 및 수신기는 변압기에 연결되고, 수신기는 제 1 주파수로 반송파 신호를 전송하며, 이미터 측에서는 데이터가 변조되고 수신기로 송신되며, 수신기는 신호를 분석하는 한편, 신호는 제 1 주파수의 반송파 신호 및 반송파 주파수에 대한 제 2 주파수의 데이터를 갖는 변조된 부반송파 주파수의 형태로 나타난다. 수신기에서, 반송파 신호는 안테나 출력 상의 신호로부터 분리되고, 전송된 데이터는 복조된다. 이미터로부터 수신기로의 데이터 전송에 있어서 신규한 변조의 주 내용은, 특히 수신기 주파수 및 이미터 주파수가 상이하고, 주파수의 차이가 부반송파 주파수에 대응한다는 것을 의미한다. 수신기 측에서 수신되고 복조되는 신호는 전송되는 반송파 신호 및 이미터에 의해 전송되는 변조된 데이터를 조합하여 형성되며, 이때 이 조합은 수신기 안테나에서 검출되고 수신된다. 이 주파수 차이는 부정확성에 의해 야기되는 것이 아니라, 의도적이고 중요하다. 주파수의 차이는 부반송파 주파수의 범위에 있으며, 반송파 주파수의 사용에 대해 수신기가 미리 설정된다.

트랜스폰더에서의 변압기 연결을 이용하는 경우, 주파수 신호는 능동적으로 전송되지 않아도 된다; 이는 트랜스폰더 안테나의 유도 회로(induction circuit)가 필요한 주파수에 대해 단락되는 경우에 충분하다. 트랜스폰더 측에서의 이 변화들은 수신기 안테나 출력 상에서 측정될 수 있다.

수신기 반송파 주파수와 반대로, 이미터의 전송 주파수의 변화는 수신기의 측에서 수신된 신호의 평가 방법을 변화시킬 필요도 없고, 수신기의 연결(구성)을 변화시킬 필요도 없는 방식으로 선택된다. 전송 주파수의 변화는 반송파 주파수 값의 양 측에 대해 미리 설정될 수 있으며, 이는 전송 주파수가 수신기 반송파 주파수의 값보다 더 낮거나 더 높을 수 있다는 것을 의미한다.

작은 상호 거리로 인해, 상호 유도로 이미터 및 수신기의 안테나에 의해 형성되는 안테나 시스템에서 변압기 연결이 생성된다. 데이터 전송 동안, 수신기는 그 반송파 주파수를 안테나로 송신하고, 이미터는 그 안테나로 상이한 주파수를 갖는 변조된 신호를 송신하며, 그 후 상이한 주파수들의 신호들이 상호 안테나 시스템에서 조합된다.

수신기의 안테나로부터의 출력은 수신기에서 분석된다. 수신기의 안테나 상의 이 출력은 부하 변조를 이용하는 동안 이미터가 부반송파 신호의 변조와 함께 반송파 주파수에서 전송하는 것과 동일한 특징을 갖는다. 그 후, 주파수 조합의 결과로부터, 신호 반송파는 수신기에서 트랜스폰딩되고(transponded), 얻어진 결과는 이미터가 물리적으로 부반송파 신호를 사용하지 않더라도 변조된 부반송파 신호에 대응한다. 전송된 데이터는 실제로 이들이 이미터의 전송 주파수로 직접 변조되었던 경우에도 복조를 통해 이 신호로부터 수신될 수 있다. 데이터 처리 방법은 중요한 인자인 수신기에 대한 이 종류의 구성에 의해 변화되지 않는데, 이는 신규한 이미터들과 함께 기존 수신기들을 이용할 수 있게 하기 때문이다. 데이터 흐름의 역방향은 지금까지와 동일할 수 있다.

본 발명에 의해 설명된 바와 같은 수신기가 그 신호를 수신기의 안테나로 상호 유도 외부에서 전송하는 경우, 전송된 신호는 부반송파 주파수의 사용에 대응하지 않을 것인데, 이는 이미터가 이를 전송하지 않고 표준 신호 구조를 예상하는 수신기가 이 종류의 신호를 평가할 수 없기 때문이다. 상호 유도가 생성되는 경우에만, 상이한 주파수들을 합치는 물리적 효과가 일어난다. 이 주파수들 간의 차이는 예상되는 부반송파 주파수의 크기로 신중하게 설정된다. 수신된 신호는 지금까지 기존 해결책들에서 행해지는 바와 동일한 방식으로 수신기에 의해 처리된다. 본 발명의 중요한 기여는 기존 수신기의 측에서 변화들이 요구되지 않는다는 것이다. 이미터는 예를 들어 휴대폰에 위치될 것이다. 신용 지불(cashless payment)의 실현 동안, 메모리 카드에 이미터를 갖는 휴대폰은 POS 단말기 리더 내에 있는 수신기에 접근된다. 신호는 카드에서 발생되고, 반송파 주파수로서 수신기에 의해 발생되는 주파수와 상이한 주파수로 변조된다. 수신기로부터의 신호는 이미터로부터의 신호와 조합되고, 조합된 신호의 형태인 신호를 형성하며, 이는 수신기에서 기존 구조에 따르는 신호인 것처럼 보인다. 그 후, 수신기, 리더는 기존 처리에서 통상적인 바와 같이 합쳐진 조합된 신호를 처리한다.

이는 전송된 데이터가 이미터의 주파수의 위상 φ=0°, 또는 φ=180°의 변화에 의해 직접 변조되는 경우에 적절하다. 이는 이미터의 변조에서 전송되는 주파수의 위상이 변조 동안 기본 시간 단위-etu 당 한번 변화되는 경우에 충분하다. 이 방식으로, 더 작은 수의 위상 변화들이 충분하며, 이 상황은 이미터 측에서의 변조 관리에 대한 요건들을 낮추고 잡음도 낮춘다.

설명된 방법은 이미터와 수신기 간의 변압기 연결 시 작동할 수 있고, 이 방법의 장점들은 주로 변압기 연결 계수 k= 0.2 내지 0.001을 갖는 약한 변압기 연결 시 나타난다.

기존 수신기들을 이용하는 관점으로부터, 이는 반송파 신호(f_r)가 13.56 MHz ± 7 kHz 주파수를 갖는 경우에 적절하다. 신호 반송파 주파수와 이미터의 주파수 간의 차이는 전적으로 반송파 주파수에 의해, 바람직하게는 반송파 주파수의 1/16에 의해 형성되며, 이는 847 kHz에 대응한다. 주파수들 간의 이 관계는 하드웨어 관점으로부터 유리하며, 이때 주파수들의 분할을 위해 기존 전자 요소들을 사용하는 것이 가능하고, 또한 기존 표준들과의 적합성의 관점으로부터 유리하다. 이미터에 의해 발생된 주파수(f_t)는 13.56 MHz + 847 kHz = 14.4075 MHz 값으로 이루어질 것이며, 또한 ± 7 kHz의 동일한 공차를 갖는다.

수신기 측에서 검출된 신호는 반송파 주파수의 통상적인 부하 변조 동안의 상황에 대응한다. 하지만, 현재 해결책들 및 방법들에서 안테나 부하는 부반송파 신호의 반파장마다 변화되어야 한다 - 이는 13.56 MHz의 반송파 주파수의 경우에 약 0.6 ㎲마다일 것이다. 본 발명에 따른 해결책 및 방법에서, 이는 변화가 1 etu당 한번만 행해지는 경우에 충분하므로, 거의 9.3 ㎲마다일 것이다. 더 작은 대역폭의 변화들은 더 적은 잡음을 발생시키고, NoisePower 값 = 10.log(16) = 12dB이다.

본 발명에 따른 데이터 전송 방법은 좁은 전송 주파수로 이미터의 안테나를 조정할 수 있게 하는 반면, 이는 부반송파 주파수에 대한 안테나의 방출 특성을 고려할 필요가 없다. 실제로, 이미터는 부반송파 주파수를 사용하지 않는다; 부반송파 주파수는 주파수 간섭 동안에만 존재한다. 수신기는 부반송파 주파수의 수신을 예상한다; ISO 14443에 따른 구성들에서, 수신기의 안테나 출력 상의 부반송파 신호의 부재는 여하한 종류의 통신이 일어나는 것을 방지할 것이다.

설명된 방법은 전송기가 이동 통신 디바이스 상에 또는 그 안에, 바람직하게는 이동 통신 디바이스의 슬롯으로 (제거가능한 방식으로) 배치되는 카드(SD 카드, 마이크로SD 카드, SIM 카드, 마이크로SIM 카드, 나노SIM 카드) 상에 위치되는 전송들 동안의 폭넓은 적용을 발견할 것이다. 그러한 경우, 실제로 변압기 연결 계수를 증가시킬 수 없고, 전송 특성의 개선은 본 발명에서 설명된 방법의 주요 장점이다. 이미터는 본 발명에서 설명된 바와 같이 좁은 주파수 특성으로 조정되며, 이는 전송 주파수에 대응한다. 역 데이터 과정의 경우, 상이한 주파수가 사용되며, 이는 이미터/트랜스폰더 측에서 어떠한 전송 어려움들도 생성하지 않는데, 이는 리더가 상당히 더 높은 에너지 및 심지어 더 높은 주파수 스펙트럼으로 전송하기 때문이다. 리더는 예를 들어 POS 단말기의 통신 요소일 수 있다.

본 발명에 따른 이미터의 변조 방법을 실현하기 위해, 이미터, 변조 요소, 복조 요소, 및 수신기의 주파수와 상이한 주파수를 갖는 전자기파 발생기로 구성되는 연결(구성)이 사용될 수 있다. 연결에서 전자기파 발생기의 사용은 수신기 및 전송기 안테나 유도들의 변압기 연결에서 통상적이지 않은데, 이는 지금까지는 송신기 측에서 부하 변조가 사용되었기 때문이다. 연결에서, 상기 발생기는 전자기파들의 발진기일 것이며, 전송 데이터는 발진기의 입력에 연결된다.

이미터가 역방향 데이터 흐름 동안에도 작동할 수 있어야 하기 때문에, 이미터의 복조 요소는 센서 저항기를 향해 가는 유도의 터닝(turning)에 연결될 것이다. 복조 요소로의 입구에서 전압 피크들을 제거하기 위해, 복조 요소는 인덕터를 통해 연결될 것이다. 터닝은 텐션(tension)을 감소시키고, 임피던스 회로를 개선한다. 이미터 회로의 파워 공급은 수신된 전자기장으로부터 보장될 수 있으며, 이 경우 전송기는 수동 요소로 간주될 수 있다; 하지만, 파워 공급은 그 자체의 파워 소스에 의해서도 확보될 수 있다. 이 해결책에 따른 휴대폰의 메모리 카드 안에 이미터를 구현하는 경우, 전송기에는 카드의 인터페이스에 걸쳐 에너지가 공급될 수 있다.

여기에서 언급된 주파수 값들은 적절한 설정들이며, 기존 기준들 및 표준들에 대응하지만, 주파수 조합기(frequency combiner)에서의 부반송파 신호의 생성이 일반적으로 파동의 유효한 양상(valid manifestations)에 기초하기 때문에 완전히 상이한 주파수 값들에도 주파수 조합의 설명된 방식을 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 카드 상의 이미터는 상이한 이동 통신 디바이스의 슬롯들에서, 및 심지어는 배터리 아래 위치된 슬롯들에서 우수한 전송 특성들을 갖는다. 측정들은 본 발명에 따른 이미터를 갖는 이동식 메모리 카드를 갖는 휴대폰이 신뢰성있는 NFC 통신 채널을 생성할 수 있는 반면, NFC 리더에 대한 휴대폰의 방향적 방위는 제한적이지 않는 것으로 나타내었다. 추가적으로 생성된 무접촉 채널의 신뢰성에 대한 상이한 휴대폰 구조들의 영향은 억제된다.

설명된 데이터 전송 변조의 방법 및 이미터의 연결은 이동, 발진 요소들 및 유사한 것들로부터의 데이터 전송 동안 다른 전송 해결책들, 예를 들어 센서로부터의 갈바니 분리(galvanic separated) 데이터 전송에서도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 연결(구성) 및 방법은, 가사 장비, 전기 기기, 의료, 자동차 기술 및 유사한 것에서 사용되는 데이터 전송 시 전송 시스템들을 최적화할 수 있게 한다. 본 발명은 이미터의 부분에서의 신호의 변조를 간소화하고, 이는 잡음을 낮추며, 이미터의 매우 좁고 효과적인 조정을 허용한다.

이미터의 신규한 구조적 구성(이미터 코어 반경에 대한 하나의 스레드의 유효 폭의 비)과 함께 이 효과들은 시너지 작용으로(synergistically), 변압기 연결이 약한 경우 -이는 차폐된 환경에서도 데이터 전송 퀄리티를 위한 전제 조건을 생성함- 에도 전송 특성을 개선한다.

본 발명은 도 1 내지 도 26을 이용하여 더 설명된다. 사용되는 디스플레이 스케일 및 개별적인 구성요소들의 비는 예시들에서의 설명에 대응하지 않을 수 있으며, 스케일들 및 비율들은 보호 범위를 좁히는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 직렬 LR 회로의 병렬 회로의 변환을 개략적으로 도시한다.
도 2는 코어의 직경에 대한 와이어 폭의 비에 의존하는 이미터의 코일들에서의 손실의 그래프를 포함한다.
도 3은 코어의 직경에 대한 와인딩 폭의 비에 의존하는 이미터의 중심에서의 자기장의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 3에 따른 그래프의 B 지점에서의 결과적인 공진 회로를 간소화하는 직렬 공진 회로이다.
도 5는 플랫 와이어 단면을 갖는 이미터의 사시도이다. 와이어 코일들 사이의 갭들은 와인딩이 빈틈없이 나란히 배치된다는 사실에서 단지 투명성을 증가시키도록 나타낸다.
도 6은 단일 코일에서의 플랫 와이어 및 코어의 단면도이다. 또 다시, 코일들 서로의 사이에서, 및 코일들과 코어 사이에서 갭들은 투명성을 증가시키도록 나타내고, 실제로 와인딩은 빈틈없이 나란히, 또한 갭들 없이 코어 상에 배치된다.
도 7은 포개진 에지들을 갖는 플랫 와이어의 단면 영역을 도시한다. 코일들 서로의 사이에서, 및 코일들과 코어 사이에서 갭들은 투명성을 증가시키도록 나타내고, 실제로 와인딩은 빈틈없이 나란히, 또한 갭들 없이 코어 상에 배치된다.
도 8은 모든 1-스레드 스테이지들의 와이어가 동일하고 절연되는 다수-스테이지 와이어 코일을 갖는 코어의 단면을 나타낸다. 도 8 내지 도 13에서 인접한 스레드들의 주변 와이어들 사이에 투명성을 증가시키기 위해 갭이 도시되고, 이는 실제로 와인딩에 의해 생기지 않는다. 도면들에서의 갭은 1-스레드 그룹들과 와이어들을 구별하도록 의도된다.
도 9는 하나의 코일의 주변 와이어들만이 절연되는 다수-스테이지 와이어 코일을 갖는 코어의 단면을 도시한다. 하나의 코일의 한 그룹 내부에 배치된 와이어들은 절연되지 않는다.
도 10은 원형 단면을 갖는 코어 상의 코일의 와이어 피치를 나타낸다. 도면에서는 간명함을 위해 하나의 와이어(41)만이 도시되고, 다른 와이어들은 단면으로만 도시된다. 와이어 피치는 원형 코어의 직경의 절반이다.
도 11은 코일이 플랫 비-절연 와이어로 구성되고, 이 에지들을 따라 원형 단면의 절연된 와이어가 감기는 이미터의 절반을 나타낸다.
도 12는 이동식 메모리 카드 기판 상에 납땜되는 비-전도성 기판을 갖는 코어의 단부에서의 이미터의 코일들의 단부를 나타내는 도면이다.
도 13은 비-전도성 기판의 저부에 생성되는 연결 패드 상의 1-스레드-와이어 상호연결을 상세히 나타낸다.
도 14는 마이크로SD 포맷의 이동식 메모리 카드 상의 이미터 위치의 일 예시를 도시한다.
도 15는 이미터가 이동식 메모리 카드 상에 배치되고, 이것이 금속 하우징을 갖는 휴대폰으로 삽입되는 경우, 측면 관점에서의 자기장 방출 다이어그램이다. 수평면에서의 방출 다이어그램은 자기장 라인들이 에워싸는 금속 커버에서 좁은 슬릿을 통과하는 자기장의 작용(effort)을 나타낸다.
도 16은 NFC 전송 구역에서 4 개의 안테나 주파수 설정들의 예시들을 포함한다. 공진 곡선은 완전한 라인으로 표시된다. 공진 곡선의 최고점은 안테나 공진 주파수(f_R)를 나타내고, 송신 주파수(f1) 또는 수신 주파수(f2)와 일치할 수 있거나, 곡선의 최고점만을 형성할 수 있으며, 이는 이용가능한 주파수 대역을 특징으로 한다. 전송 주파수(f1)는 파선으로 수행된다. 수신 주파수(f2)는 쇄선으로 수행된다. y 축은 안테나에 대한 입력 전류를 나타낸다.
도 17은 이미터의 임피던스 파라미터들을 나타낸다.
도 18은 이미터 임피던스가 환경에 의존하여 변하는 경우, 이미터 파워의 자동 조정을 도시한다. 곡선 "a"는 플라스틱 하우징에 배치된 이미터를 갖는 시스템의 내부 저항을 나타내고, 곡선 "b"는 금속 하우징에 배치된 이미터를 갖는 시스템에 적용된다.
도 19 내지 도 22는 카드의 몸체에 상이하게 위치된 이미터들을 갖는 SIM카드들을 나타낸다.
도 23은 휴대폰 PCB 기판 상에 직접 이미터의 위치를 도시한다.
도 24는 휴대폰 배터리의 몸체에서의 이미터의 위치를 나타낸다.
도 25 및 도 26은 미니SIM 카드 및 나노SIM 카드의 슬롯들을 도시한다. 슬롯들에는 증폭 요소들이 제공되고, 호스트 디바이스로부터 제거되는 것으로서 도시된다.

제 1 예시

도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 8, 도 12, 도 13, 도 14, 도 15 내지 도 18에 따른 이 예시에서는, 직사각형 단면의 페라이트 코어(1)를 갖는 이미터의 구조가 설명된다. 코어(1)는 9 mm의 길이 및 0.8 mm x 0.6 mm의 단면을 갖는다. 코어(1)에 비-전도성 기판(6)이 추가되고, 이는 0.8 mm의 폭 및 0.04 mm의 두께를 갖는다. 코어(1) 상에, 및 비-전도성 기판(6)에 걸쳐, 나란히 배치되는 구리 절연 와이어의 21 개의 스레드들(2)이 감긴다. 하나의 스레드(2)는 0.05 mm의 직경을 갖는 6 개의 평행한 와이어들(4)로 구성된다. 이는 0.3 mm x 0.05 mm 크기의 하나의 스레드(2)의 납작한 도체를 대체할 것이다.

비-전도성 기판(6)의 단부들에 2 개의 연결 패드(7)가 있고, 여기에 6 개의 와이어들(41, 42, 43, 44, 45, 46)이 연결된다. 마지막 스레드(2) 이후에 있는 코어(1)의 단부들에서의 와이어들(41, 42, 43, 44, 45, 46)은 초음파 용접기의 선단을 위해 더 큰 공간을 생성하도록 떨어져 놓인다. 와이어들(41, 42, 43, 44, 45, 46)은 초음파에 의해 접촉 패드들(7)에 용접되어 접합된다.

동시에, 연결 패드들(7)은 전체 이미터의 몸체가 기판, 이 예시에서는 마이크로SD 포맷의 이동식 메모리 카드(5)의 기판에 납땜되는 접촉부에 연결된다. 이동식 메모리 카드(5) 상의 이미터는 카드 접촉부들을 갖는 구역의 맞은편에, 이 예시에서는 카드가 슬롯(12)으로부터의 카드 제거를 더 쉽게 하도록 작은 두껍게 한 부분(thickening)을 갖는 부분에 위치된다.

0.8 mm x 0.6 mm의 단면을 갖는 코어(1)는 0.391 mm의 등가 반경을 갖는다. 이는 원형 코어가 0.8 mm x 0.6 mm의 파라미터들을 갖는 직사각형 코어의 단면적과 동일한 영역 0.48 ㎟을 갖는 반경이다. 길이 9 mm당 21 개의 스레드들을 이용하면, 하나의 스레드(2)의 유효 폭(w)은 약 0.428 mm이다. 등가 반경과 유효 폭 간의 비는 1:1.095이며, 이에 따라 하나의 스레드의 유효 폭(w)은 등가 반경의 약 1.1 배에 대응한다.

또한, 플랫 와이어에 비해 6 개의 평행한 와이어(4)들의 장점은 높은 주파수들에 대한 더 우수한 전도도이다. 깊이 ρ=17㎛/14 MHz의 표피 효과(skin effect)로 인해, 6 개의 원형 와이어들의 전도성 표면이 동일한 크기를 갖는 플랫 와이어에서보다 π/2 배 더 크며, 이에 따라 더 낮은 손실을 유도한다. 이 예시의 이미터는 14.4 MHz의 주파수에서, 13 dBm의 파워 부하에서의 퀄리티 Q = 21 및 인덕턴스 L = 1.3 μH를 갖는다.

안테나 어레이는 안테나 에너자이저(구동기), 자기장 이미터를 갖는 직렬 병렬 공진 시스템 및 높은 이득(profits)을 갖는 저잡음 증폭기(리미터)로 구성된다. 구동기는 브리지 공급 전압 Vcc=2.7 V에서 4 Ohm보다 작은 출력 저항(Rout)을 갖는 브리지 접속(H 브리지)으로 설계된다. MOSFET 트랜지스터들의 스위칭 시간이 1 ns보다 짧다는 사실로 인해, 고차 스위칭 고조파 생성물(higher switching harmonic products)이 정전 용량 C3에 의해 필터링될 필요가 있다. 브리지 H+ 및 브리지 H-의 스위칭 신호들은 서로 2.2 ns만큼 위상이 다르므로, 제어되는 브랜치들의 동시 스위칭 및 이에 따른 접지에 대한 파워 공급 Vcc의 단락을 방지한다.

설명된 구조에 의해, 코어(1)의 페라이트 로드의 단부들에서 수평 방출을 갖는 "자기 건"의 효과가 달성된다. 본 발명에서 정의된 바와 같은 자기 건 이론은, 자기장 라인들이 그 단부들에서보다 더 일찍 코어(1)의 페라이트 로드를 떠날 수 없다는 점에서 이루어지며, 이는 더 가까운 상호 와인딩을 갖는 와이어(4)들의 전기적으로 전도성인 재료들이 불투과성이기 때문이다. 또한, 자기장 라인들은 항상 서로에게 에워싸이기 때문에, 이들이 이미터를 떠날 수 있는 유일한 장소는 코어(1)의 단부들이다. 하지만, 실제로는 와이어(4)들 사이에 에어 갭이 존재하지 않도록 와인딩을 구성할 수는 없으므로, 자기장 라인들의 일부가 와이어(4)들을 관통한다. 금속 차폐 내부에 배치되는 이미터의 우수한 방출 특성이 도 15에서 관찰된다.

이미터는 금속 커버들을 갖는 휴대폰 내부에 위치된다. 이는 차폐 커버(3), 즉 자기장 유동 장벽으로서 도 15에서 볼 수 있다. 자기장 라인들은 커버들 사이의 작은 갭들로부터, 즉 NFC 리더가 배치되는 영역으로 나온다.

상이한 배경 위치로 인해, 이미터는 디튠(detune)되고, 이것이 전기적으로 전도성인 재료들에 근접하여 위치되는 경우, 이미터 인덕턴스는 1μH로 감소된다. 이 속성은 위치되는 환경에 의존하는 방출 파워의 자동 제어를 위해 사용된다. 이미터는 금속 하우징 내에 있는 경우에만 공진 15 MHz로 조정된다(환경적 영향이 안테나 인덕턴스를 1μH로 감소시켰음). 금속 하우징은 차폐 커버(3)를 나타낸다. 하지만, 하우징 외부에 배치되는 경우, 인덕턴스는 1.3μH로 증가되고, 공진은 12 MHz로 이동된다. 이미터 파워가 14.4 MHz의 주파수에서 방출되기 때문에, 최대 파워는 정밀하게 공진이 그 값에 가까운 경우에, 그 내부 저항이 약 20 Ohm으로 최소일 때 방출된다. 하지만, 이미터가 플라스틱 커버 아래에 배치되는 경우, 공진은 12 MHz로 아래로 시프트되고, 14.4 MHz의 주파수를 갖는 내부 저항은 50 Ohm으로 증가한다. 이 구성으로 인해, 금속 커버 아래에 배치되는 이미터가 최대 파워를 방출하는 상태에 도달하는 한편, 이것이 플라스틱 커버 아래에 있는 상황에서는 방출되는 파워가 자동으로 내려가며, 이로 인해 이 경우 수신 디바이스들(POS 단말기들)이 너무 높은 신호로 활성화되지 않을 것을 보장한다. 환경에 따라 임피던스가 변하는 경우의 이미터 파워의 이 자동 조율은 도 18에 도시된다.

제 2 예시

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같은 이 예시에서는, 플랫 절연 와이어(4)가 사용되며, 이 단면 높이는 대략 와이어(4)의 단면 폭의 1/8에 대응한다. 플랫 와이어(4)는 코어(1)의 타원 단면들에서 사용될 수 있으며, 이때 작은 크기 및 작은 반경의 직사각형 코어(1) 라운딩(rounding)에서 코어(1) 상의 와인딩에 있어서 와이어(4)를 손상시키거나 부술 위험이 없다. 구성의 또 다른 예시에서, 와이어(4)는 금속 층의 기상 증착, 또는 표면에 전도성 경로를 코팅하는 다른 유사한 기술에 의해 코어(1) 상에 생성될 수 있다. 코어(1) 상에는, 적어도 와이어(4)의 두께와 같은 스레드(2)들 사이의 갭들을 분리시키는 기능의 마스크가 생성될 수 있다. 이 경우의 마스크는 스레드-간 절연부(8)를 형성하는 폭을 갖는 스크루 리드 스트립(screw lead strip)의 형상이다. 그 후, 금속 층은 납작하고 폭넓은 코일을 형성하도록 적용된다. 와이어(4)의 에지 상의 절연부의 잠재적 적용에 의해, 및 스레드-간 갭을 포개는 전도성 층 스트립을 반복적으로 적용함으로써, 코어(1) 단부들 외의 자기장 누출을 제한하는 플랫 와이어(4) 에지의 피팅이 발생할 수 있다.

제 3 예시

도 5 및 도 7에 나타낸 바와 같은 이 예시에서는, 플랫 절연 와이어(4)가 인접한 스레드(2)의 에지에 걸쳐, 스레드들 사이의 자기장의 관통을 방지하도록 스레드 오버랩을 형성한다. 하지만, 여전히 와이어(4)의 절연부(8) 두께의 두 배인 두께를 갖는 갭을 통한 자기장 누출의 가능성이 남아 있다.

제 4 예시

도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같은 이 예시에서는, 비-절연 와이어들(42, 43, 44, 45, 46) 및 절연 와이어들(41 및 47)의 조합이 사용된다. 하나의 스레드(2)가 7 개의 와이어(4)들로 구성되고, 이때 주어진 스레드들의 2 개의 주변 와이어(41 및 47)가 절연부(8)를 가져 빈틈없는 와인딩에서 스레드-간 단락을 회피한다. 비-절연 와이어들(42, 43, 44, 45, 46)은 그룹 내부에 배치된다. 이들은 절연부(8)를 갖지 않기 때문에, 자기장 누출에 대한 갭들의 형성을 감소시킬 것이며, 이 와이어들(42, 43, 44, 45, 46)은 전기적으로 상호연결될 필요가 없다. 그러므로, 와이어들(41, 42, 46, 47)만이 연결 패드(7)로 출력된다.

제 5 예시

도 11에 따른 이 예시에서는, 단일 스레드(2)의 생성을 위해 전형적인 원형 단면을 갖는 2 개의 절연 와이어(41, 43) 및 하나의 플랫 비-절연 와이어(42)의 조합이 사용된다. 그 조합은 얇은 두께를 갖는 적절한 가용 플랫 와이어들이 어떠한 절연부도 갖지 않는 것처럼 이미터들의 생성을 간단하게 한다. 주변 와이어들(41 및 43)은 스레드-간 절연부를 형성하고, 연결 패드(7)에서 서로 및 플랫 와이어(42)에 전도성으로 연결된다.

제 6 예시

이 예시에서, 코어(1)는 0.8 mm 직경 및 7mm 길이의 원형 단면을 갖는 페라이트 로드의 형태를 취한다. 이미터는 17 개의 스레드(2)들을 갖고, 스레드(2)의 유효 폭(w)은 0.41 mm이다. 코어(1)의 반경에 대한 스레드(2)의 유효 폭의 비는 1.025이다. 코어(1)의 투자율은 주어진 이미터의 크기 및 와인딩에서 인덕턴스가 L = 750 nH이도록 선택된다.

이 예시에서는, 이동식 메모리 카드(5) 상에 배치된 이미터가 존재하며, 이는 지불 카드 기능을 포함하고, 이 지불 카드와 POS 단말기 간의 통신을 위해 2 개의 상이한 주파수들을 이용하는 데이터 전송 방법이 사용된다. POS 단말기는 무접촉 지불 카드 리더를 포함한다. 카드들은 통신 연결이 확립되기 위해 리더의 작동 볼륨(Operating volume)에 접근하여야 한다. 슬롯(12) 내의 이동식 메모리 카드(5) 내에 통신 요소를 포함한 지불 카드의 배치는 리더의 작동 볼륨의 중심에 대한 지불 카드 상의 통신 요소의 충분한 접근 가능성을 악화시킨다. 동시에, 휴대폰 슬롯(12)은 주로 통상적인 메모리 카드(5)의 삽입을 위해 설계된다. 슬롯(12)에 대한 통신 요소에 대해 바람직하지 않은 차폐가 존재하고, 슬롯(12)의 몸체의 일부분이 금속 형상 셸(metallic shapes shell)로 만들어진다. 통신 요소는 본 발명에 따른 이미터를 포함하고, 이 예시에서 이는 마이크로SD 카드 상에 직접 배치된다. 카드(5)의 포맷은 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 앞으로 어떠한 포맷이라도 사용될 수 있다. 메모리 카드(5) 및 대응하는 슬롯(12)의 계속적인 소형화는 카드(5) 상의 통신 요소의 효과적인 배치의 가능성을 악화시킨다; 하지만, 본 명세서에서 설명된 해결책이 문제를 해결한다. 통신 요소는 NFC 플랫폼을 사용한다. 실제 환경에서, 및 휴대폰이 사용자에 의해 통상적인 방식으로 다뤄지는 경우, 변압기 연결 계수는 k = 0.2 내지 0.001이다.

전송되는 데이터의 컨텐츠 및 구조는 상이할 수 있으며, 이 예시에서는 지불 처리의 통신 및 인가(authorization) 동안 필요한 데이터가 다뤄질 것이다. 휴대폰의 소유자는 자신의 디바이스에 비-정상 자기장 이미터가 구비되는 메모리 카드(5)를 장착한다. 이를 행함으로써, 그는 자신의 휴대폰의 기능을 확장한다. 바람직한 구성에서, 메모리 카드(5) 상에 이 특허 출원인의 상이한 발명에 대응하는 지불 카드가 존재할 수도 있다. 중요하게는, 메모리 카드(5)를 갖는 휴대폰의 연결이 표준 무접촉 카드로서 POS 단말기 및 그 지불 카드 리더에 나타날 것이다. 따라서, 전송되는 데이터의 구조는 지불에 있어서 표준들에 따를 것이다. 언급된 해결책의 장점은 휴대폰 사용자 인터페이스의 편한 유용성이다.

이미터는 14.4075 MHz ± 7 kHz의 주파수를 갖는 전자기파들의 발생기를 포함한다. 이 주파수는 수신기의 주파수보다 847 kHz 더 높다. 수신기의 주파수는 표준 13.56 MHz ± 7 kHz이다. 주파수들 간의 차이는 수신기의 반송파 주파수의 1/16이다. 이는 데이터가 이제까지는 사용되지 않았던 변압기 연결에 걸쳐 전송될 때 발생기가 이미터를 활성화하도록 연결되고 능동적인 경우에 중요하다. 이미 존재하는 해결책들에서 이미터에 존재하는 발생기의 경우, 발생기는 변압기 연결에서 능동적인 활동을 위해 설계되지 않았는데, 이는 동일한 전송 주파수로 인해 필요하지 않았기 때문이다. 발생기는 공진 회로에 연결되며, 그 출력은 안테나에 연결된다.

메모리 카드(5) 상의 이미터로부터의 데이터는 이미터 및 수신기 안테나 유도들(M)의 변압기 연결을 통해 POS 단말기 리더 내의 수신기로 전송된다. 데이터는 이미터 측에서 신호로 변조되고, 수신기가 반송파 신호를 전송한다. 수신기로부터 이미터의 거리는 cm 단위일 것이며, 기본적으로 휴대폰 몸체는 리더에 닿아 있을 것이고, 전송은 물리적 의미에서 무접촉일 것이다. 이미터는 작동 볼륨에서 이동할 수도 있지만, 그 속력은 1 m/s보다 낮을 것이다.

이미터는 주파수 14.4075 MHz ± 7 kHz로 신호를 송신하며, 수신기의 반송파 주파수는 13.56 MHz ± 7 kHz이다. 주파수들 간의 차이는 부반송파 주파수의 크기에 대응하는 값을 갖고, 이는 ISO 14443에 따라 반송파 주파수의 1/16으로서 도출된다.

수신기 및 이미터의 안테나 어레이들에서, 상이한 주파수들의 신호들은 조합되고, 안테나 출력 상의 수신기에서 신호는 반송파 주파수 및 데이터를 갖는 변조된 부반송파 주파수의 연결 형태로 나타난다. 반송파 신호는 수신기에서의 신호 조합의 결과로부터 분리된다. 이 분리의 결과는 이미터가 물리적으로 이를 전송한 적 없더라도 부반송파 신호이다. 부반송파 신호로부터, 전송된 데이터가 복조된다. 복조 요소, 공진 회로 및 수신기의 발생기는 오늘날의 기존 기술적 해결책들과 동일한 구성 및 기능을 갖는다.

이 예시에서, 기본 시간 단위(etu)는 하나의 데이터 단위를 전송하는 데 필요한 시간인 1 비트 시간 간격에 대응한다. 이미터로부터 수신기로의 데이터 흐름 방향에서, etu는 1 etu = 8/ft로서 정의되며, 이때 1 ft는 이미터에 의해 전송되었던 변조된 신호의 주파수이다. 기본 전송 속도는 106 kbit/s이다. 이미터로부터의 신호의 변조 동안, 이는 위상이 1 etu당 한번(약 9.3 ㎲당 한번) 변화되는 경우에 충분하므로, 기존 부하 변조에 비해 16 배 더 작은 빈도이다. 더 작은 대역이 12dB 적은 잡음을 발생시킨다. 전송되는 데이터는 이미터의 주파수 신호 위상의 변화에 의해 직접 변조되고, 이때 φ=0°또는 φ=180°이다. 또한, 이 변조된 신호는 이미터의 반송파 신호라고 칭해질 수도 있지만, 이미터가 부반송파 주파수를 생성하지 않기 때문에 이 주파수는 이미터의 신호 주파수라고만 칭해진다.

이미터는 14.4075 MHz의 전송 주파수로 좁게 조정되고, 이는 FFT 곡선의 좁고 높은 코스를 갖는다. 이미터는 부반송파 주파수들 847 kHz의 전송을 위한 방출 특성을 고려하지 않고 조정된다. 이 안테나가 부반송파 주파수도 전송하여야 하는 경우, 방사 특성은 신뢰성있는 전송을 위해 불충분할 것이다. 본 발명에 따른 해결책에서, 전송되는 데이터를 갖는 신호 방사선은 정확히 FFT 곡선의 피크인 14.4075 MHz 주파수에서 실현된다는 것이 중요하다.

이 예시에서는, POS 단말기 리더로부터 휴대폰 내의 메모리 카드(5)로의 역방향 데이터 흐름도 보장할 필요가 있다. 이미터는 복조 요소를 포함하고, 이는 바람직하게는 인덕터에 걸쳐 센서 저항기를 향하는 안테나 인덕턴스 터닝에 연결된다. 인덕터의 사용은 복조 요소로의 입구에서 전압 피크를 감소시킨다. 터닝 및 인덕터로 인해, 복조 요소는 더 작은 전압으로 치수화될 수 있다. 이 데이터 흐름 방향에서, etu는 1 etu = 128/fr로서 정의되고, 이때 fr은 수신기의 반송파 주파수이다.

제 7 예시

각진 단면을 갖는 페라이트 로드의 형태인 페라이트 코어(1)는 전도성 층으로 코팅되고, 이는 와이어(4)를 형성한다. 우선, 코어(1) 상에 스크루 리드 마스크가 배치되고, 이는 개별 스레드(2)들을 따로 분리시킬 것이다. 그 후, 코어(1)는 금속 층으로 코팅되고, 이때 분리 마스크로 인해 원하는 수의 스레드(2)들을 갖는 코일이 생성된다. 마스크에 의해 생성된 갭은 스레드-간 절연을 나타낸다. 코어(1)의 측면들 상의 코팅된 금속 층의 끝은 기판에 전체 이미터 요소를 부착하는 연결 패드들(7)을 형성한다.

이 예시에서(이는 다른 예시들과 관련될 수도 있음), 이미터는 휴대폰 PCB 기판(10) 상에 위치된다. 전화기는 금속 부분들을 갖는 하우징을 갖고, 이는 차폐 커버들(3)을 나타낸다. 본 발명에 따른 이미터의 사용으로 인해, 본질적으로 이미터는 PCB 기판(10) 상의 여하한의 자유 공간에 배치될 수 있으며, 휴대폰 몸체 밖으로의 열악한 자기장 관통의 문제들은 존재하지 않는다.

제 8 예시

도 23에 나타낸 바와 같이 이미터는 제 1 예시 내지 제 7 예시와 유사하게 구성된다. 휴대폰들의 제조자는, PCB 기판(10)의 설계가 알려진 타입들의 NFC 안테나들에 대한 요구들에 의해 제한되지 않는 방식으로 신규한 모델들을 설계한다. 상이한 타입들 및 모델들의 휴대폰들에, PCB 기판(10) 상에 직접 한 타입의 이미터 타입이 구비된다.

제 9 예시

이미터는 SIM 카드(9)에 위치된다. 이미터의 코어(1)는 상이하게 방위되고 위치되는 도 19 내지 도 22에 따른 상이한 버전들로 있다.

제 10 예시

도 24에 나타낸 바와 같은 이미터는 휴대폰 배터리(11)의 몸체에 배치된다. 기본적으로, 이는 충전 축전지(11)이지만, 이는 통상적으로 배터리(11)라고 불린다. 코어(1)의 작은 두께와 관련하여, 이미터는 플라스틱 배터리(11) 하우징의 최종 층 아래의 통상적인 배터리(11)의 표면에 배치된다.

제 11 예시

도 26에 나타낸 바와 같은 나노SIM 카드(9) 슬롯(12)은 금속판 형상의 홀더를 갖는다. 슬롯(12)은 페라이트 포일의 형태인 증폭 요소(13)를 포함한다. 나노SIM 카드(9)는 카드의 카드 몸체의 에지에 이미터를 갖는다.

산업적 이용가능성

산업적 이용가능성은 명백하다. 본 발명에 따르면, 높은 방사율 및 작은 크기를 갖는 이동식 메모리 카드 상에 직접 배치된 안테나의 용량에서 비-정상 자기장 이미터들을 산업적으로 및 반복적으로 생성하고 사용하는 것이 가능하다. 신규한 타입의 이미터 변조가 실질적으로 잡음을 감소시키고, 이미터의 코어에서의 자기장 세기를 증가시키게 한다.

1- 코어
2- 스레드
3- 자기장 유동 장벽
4- 와이어
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 내지 4N - 하나의 스레드의 와이어들/1-스레드 와이어들
5- 이동식 메모리 카드
6- 비-전도성 기판
7- 연결 패드
8- 와이어 절연부
9- SIM 카드
10- PCB 기판
11- 축전지/배터리
12- 슬롯
13- 증폭 요소
w - 스레드의 유효 폭
PCB - printed circuit board
NFC - near field communication
POS - point of sale
RFID- Radio-frequency identification
SD - Secure Digital
SIM - Subscriber Identity Module

Claims (37)

1. 납작한 이동매체(flat carrier) 상의 소형 안테나의 용량(capacity)에서의 비-정상 자기장 이미터(non-stationary magnetic field emitter)에 있어서,
   상기 이미터는 1보다 높은 투자율을 갖는 장방형 코어(oblong core: 1)를 갖고, 상기 코어(1)는 적어도 부분적으로 페라이트이며, 적어도 2 개의 스레드(thread: 2)들을 갖는 와이어(4)가 상기 코어(1) 상에 감기고, 상기 이미터는 무접촉 NFC 또는 RFID 통신 채널을 생성하는 요소를 형성하며, 상기 이미터로부터 전송되는 신호는 표준 NFC 또는 RFID 수신 수단에 의해 수신되고,
   스레드(2)들은 하나의 층에서 또는 2 개의 층에서 상기 코어(1) 상에 배치되며,
   스레드(2)들은 단부 외에 상기 코어(1)로부터의 자기장 방출을 제한하도록 빈틈없이 나란하게(tightly next to each other) 상기 코어(1) 상에 배치되고,
   하나의 스레드(2)의 유효 폭(w)은 상기 코어(1)의 원형 단면에서의 코어(1) 반경의 0.25 내지 1.75 배에 대응하거나, 또는 다른 코어(1) 형상들에 대한 등가 반경(equivalent radius)의 0.25 내지 1.75 배에 대응하며,
   하나의 스레드(2)의 유효 폭(w)은, 인접한 스레드들이 엮이지(interlace) 않은 경우에는 상기 스레드의 폭이고, 인접한 스레드들이 엮이는 경우에는 상기 스레드에서 오버랩된 에지(overlapping edge)를 뺀 폭이며,
   "비-원형 단면의 등가 반경"이라는 용어는, 특정한 비-원형 단면의 단면 형상과 동일한 영역을 갖는 경우 링이 가져야 하는 반경을 의미하는 비-정상 자기장 이미터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나의 스레드(2)의 유효 폭(w)은 상기 코어(1)의 원형 단면에서의 코어(1) 반경의 0.85 내지 1.15 배에 대응하거나, 또는 다른 코어(1) 형상들에 대한 등가 반경의 0.85 내지 1.15 배에 대응하는 비-정상 자기장 이미터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   코어(1) 단면의 더 작은 파라미터는 1 mm보다 작고, 상기 코어(1)의 길이는 상기 코어(1) 단면의 더 작은 파라미터의 7 배보다 큰 비-정상 자기장 이미터.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   코어(1) 단면은 원형 또는 타원형 형상, 또는 적어도 부분적으로 직사각형 형상, 또는 이 형상들을 조합함으로써 형성된 단면을 갖는 비-정상 자기장 이미터.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 코어(1)는 직선 로드 형상(direct rod shape)인 비-정상 자기장 이미터.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 코어(1)는 최대 1 mm의 높이, 최대 5 mm의 폭, 및 최대 15 mm의 길이를 갖는 비-정상 자기장 이미터.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 코어(1)는 최대 0.6 mm의 높이, 1 mm의 폭, 및 11 mm의 길이를 갖는 비-정상 자기장 이미터.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   코일 와이어(4)는 납작(flat)한 비-정상 자기장 이미터.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   코일 와이어(4)는, 단면에 있어서 상기 와이어(4)의 높이의 2 배를 넘는 폭을 갖는 비-정상 자기장 이미터.
10. 제 8 항에 있어서,
    플랫 와이어(flat wire: 4)는 에지를 따라 인접한 스레드 와이어(4)와 오버랩(overlap)되고, 상기 오버랩에 절연부(insulation: 8)가 제공되는 비-정상 자기장 이미터.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    코일은 다수-스테이지 스레드(2)를 형성하는 수 개의 평행한 와이어들(41 내지 4N)을 포함하며, 하나의 스레드(2)의 상기 와이어들(41 내지 4N)은 전기적으로 상호 연결되고, 상기 코어(1)의 측면들에 연결되는 비-정상 자기장 이미터.
12. 제 11 항에 있어서,
    다수-스테이지 와이어들(41 내지 4N)은 코일의 단부들에서 연결 패드들(7)에 이르게 되고 부착되며, 상기 와이어들(41 내지 4N)은 서로 떨어져 있는 비-정상 자기장 이미터.
13. 제 12 항에 있어서,
    하나의 스레드(2)의 적어도 4 개의 다수-스테이지 와이어들(41 내지 4N)에서, 하나의 스레드(2)의 주변 와이어들(marginal wires: 41 및 4N)만이 표면 상에서 전기적으로 절연되는 비-정상 자기장 이미터.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어(4)는 상기 스레드(2)들 사이의 갭들과 함께 코어(1) 표면 상에 금속 코팅을 적용함으로써 형성되는 비-정상 자기장 이미터.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코어(1)의 투자율은, 주어진 와이어(4) 코일에서 상기 이미터가 600 nH 내지 1200 nH의 인덕턴스에 도달하도록 선택되는 비-정상 자기장 이미터.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    공진 주파수가 상기 이미터를 자기장 유동 장벽(3), 예를 들어 차폐 커버에 가깝게 배치하는 경우 전송 주파수에 가깝도록 상기 전송 주파수로 조정(tune)되고, 상기 장벽(3)의 근접은 이미터 인덕턴스를 감소시키며, 상기 장벽(3)의 효과를 제거한 후 상기 이미터 인덕턴스는 증가하고, 내부 저항이 증가하며, 상기 공진 주파수는 감소하고 상기 전송 주파수에서 이동하는(move off) 비-정상 자기장 이미터.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 주파수 또는 인덕턴스 또는 내부 저항은 최대 전송 파워로 미리 설정되고, 주위와의 관계에 의한 차폐 정도의 감소는 환경의 차폐 요소들이 상기 이미터의 주파수 또는 인덕턴스 또는 내부 저항에 영향을 준다는 사실에 의해 동일한 입력 에너자이징(input energizing)에서 상기 전송 파워를 감소시키는 한편, 0(zero)의 차폐에서도 상기 이미터의 전송 파워는 표준 NFC 또는 RFID에 의한 수신을 위한 최소 파워를 넘는 비-정상 자기장 이미터.
18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코어(1)는 비-전도성 기판(6)에 배치된 페라이트 로드에 의해 형성되고, 상기 비-전도성 기판(6)은 상기 코어(1)의 폭에 대응하는 폭을 가지며, 비-전도성 기판(6)은 상기 코어(1)의 길이를 넘거나 같은 길이를 갖고, 스레드(2)들의 와이어들(4)은 페라이트 로드에 걸쳐 및 비-전도성 기판(6)에 걸쳐 기계적으로 감기며, 와이어(4)의 코일은 상기 비-전도성 기판(6)과 상기 코어(1)를 연결하고, 상기 비-전도성 기판(6)은 상기 코어(1)의 측면을 따라 상기 코일의 와이어들(4)을 연결하고 호스트 디바이스의 몸체와 상기 이미터를 연결하기 위한 연결 패드들(7)을 갖는 비-정상 자기장 이미터.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 비-전도성 기판(6)은 상기 코어(1)의 높이의 1/8보다 작은 두께를 갖는 유전체로 만들어지는 비-정상 자기장 이미터.
20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스레드(2)들의 코일은 접지에 연결되는 전도성 차폐 커버로 덮이는 비-정상 자기장 이미터.
21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이미터는 이동식 메모리 카드(removable memory card: 5)의 기판 상에 배치되는 비-정상 자기장 이미터.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 이미터의 코어(1)의 축선은 상기 이동식 메모리 카드의 몸체(5)의 표면에 평행하게 방위되고, 상기 이미터는 이동식 메모리 카드(5)의 접촉 인터페이스의 구역 외부에서 상기 이동식 메모리 카드(5)의 에지에 배치되는 비-정상 자기장 이미터.
23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이미터는 호스트 디바이스 상에 배치되는 비-정상 자기장 이미터.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 코어(1)의 축선은 상기 호스트 디바이스의 몸체의 외표면에 평행하게 방위되는 비-정상 자기장 이미터.
25. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이미터는 여하한 포맷의 SIM 카드(9)(SIM, 미니SIM, 마이크로SIM, 나노SIM) 상에 배치되는 비-정상 자기장 이미터.
26. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이미터는 휴대폰의 제거가능한 배터리(11)의 몸체 내에 배치되는 비-정상 자기장 이미터.
27. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    호스트 디바이스 내의 제거가능한 요소 상에 위치되고,
    이미터 전자기장의 범위에서, 증폭 요소(13)가 추가되며, 상기 증폭 요소는 호스트 디바이스 내에 안정되게 위치되는 비-정상 자기장 이미터.
28. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    호스트 디바이스 내의 제거가능한 요소 상에 위치되고,
    이미터 전자기장의 범위에서, 증폭 요소(13)가 추가되며, 상기 증폭 요소는 제거가능한 요소에 커넥터 또는 슬롯(12)에 위치되는 비-정상 자기장 이미터.
29. 제 27 항에 있어서,
    상기 증폭 요소(13)는 페라이트 포일, 또는 페라이트 보드, 또는 공진 회로인 비-정상 자기장 이미터.
30. 상호 변압기 연결(mutual transformer connection)로 이미터로부터 수신기로 데이터를 전달하는 시스템에서 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 비-정상 자기장 이미터의 연결 방법에 있어서,
    상기 수신기는 발생기, 안테나, 복조 요소를 포함하고, 상기 이미터는 변조 요소, 전자기파 발생기와 연결되며, 상기 수신기는 제 1 주파수에서 상기 이미터에 반송파 신호를 전송하도록 구성되고, 상기 수신기는 안테나의 출력 상의 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 신호는 제 2 주파수에서 전송되는 데이터를 갖는 변조된 부반송파 신호 및 상기 제 1 주파수의 반송파 주파수의 형태로 나타나며, 상기 수신기는 안테나의 출력 상의 신호로부터 상기 반송파 신호를 분리하고 상기 전송되는 데이터를 복조하도록 구성되며,
    상기 이미터에 연결된 전자기파 발생기는 상기 수신기의 주파수와 상이한 주파수로 활성화하도록 구성되고, 주파수들 간의 차이는 부반송파 주파수에 대응하여, 상기 수신기 측에서 수신되고 복조되는 신호가 상기 이미터에 의해 전송되는 변조된 데이터와 상기 수신기에 의해 전송되는 반송파 신호를 조합함으로써 생성되도록 하는 비-정상 자기장 이미터의 연결 방법.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 이미터는 상기 수신기에 의해 예상되는 부반송파 주파수에 대한 방출 특성을 고려하지 않고 전송 주파수로 좁게 조정되는 비-정상 자기장 이미터의 연결 방법.
32. 제 30 항에 있어서,
    상기 복조 요소는, 인덕터를 통해 센서 저항기를 향하는 안테나의 유도의 터닝(turning)에 연결되는 비-정상 자기장 이미터의 연결 방법.
33. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 비-정상 자기장 이미터로부터의 전송의 데이터 변조 방법에 있어서,
    상기 이미터로부터 수신기로의 데이터 전달에서 안테나를 통해 변압기가 연결되고, 상기 수신기는 제 1 주파수에서 반송파 신호를 전송하며, 상기 이미터 측에서 데이터가 변조되고 수신기로 송신되며, 상기 수신기는 안테나의 출력 상의 신호를 수신하는 한편, 상기 신호는 반송파 주파수에 대해 제 2 주파수에서 데이터를 갖는 변조된 부반송파 주파수 및 제 1 주파수의 반송파 신호의 형태로 나타나고, 상기 수신기에서 상기 반송파 신호는 안테나의 출력 상의 신호로부터 분리되며, 전송된 데이터가 복조되고,
    상기 수신기의 주파수 및 이미터의 주파수는 상이하며, 주파수의 차이는 부반송파 주파수에 대응하는 반면, 상기 수신기 측에서 수신되고 복조되는 신호는 상기 이미터에 의해 전송되는 변조된 데이터와 전송된 반송파 신호를 조합하여 형성되는 데이터 변조 방법.
34. 제 33 항에 있어서,
    전송되는 데이터는 수신기 주파수 신호 위상의 변화에 의해 변조되는 데이터 변조 방법.
35. 제 33 항에 있어서,
    전송되는 데이터는 수신기 주파수 신호 위상의, φ=0°또는 φ=180°의 변화에 의해 변조되는 데이터 변조 방법.
36. 제 34 항에 있어서,
    전송되는 주파수의 위상은 etu(elementary time unit)(etu)당 한번 변화되는 반면, etu는 1 비트 간격에 대응하는 데이터 변조 방법.
37. 제 33 항에 있어서,
    상기 수신기의 반송파 신호는 13.56 MHz ± 7 kHz의 주파수를 갖고, 상기 수신기의 신호 반송파 주파수와 전송기의 주파수 간의 차이는 전적으로 반송파 주파수에 의해 형성되는 데이터 변조 방법.

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