무선충전 안테나 개요 및 설계시 유의 사항

무선충전 안테나 타입

무선충전 안테나 개요

무선충전 안테나는 전력을 전송하기 위해 전자기파를 이용하는 기술입니다. 이 안테나는 무선 충전 송수신 장치 사이에서 전력을 전달하기 위해 전자기파를 발생시키고 수신하는 역할을 합니다. 주로 코일 형태로 구현되며, 안테나의 크기와 형태에 따라 공진 주파수와 공진 모드를 이용하여 최대한 효율적인 전력 전송을 수행합니다. 무선충전 안테나의 효율과 전력 전달 거리는 안테나의 설계와 제작 과정에서 중요한 요소입니다. 안테나의 효율은 안테나의 손실과 반사를 최소화하여 전력을 효율적으로 전달하는 데에 영향을 줍니다. 예를 들어, 안테나 간의 거리가 멀어질수록 전력 전달 효율이 감소할 수 있으므로, 안테나 간의 거리에 대한 고려도 필요합니다.
무선충전 안테나는 또한 데이터 통신에도 사용될 수 있습니다. NFC(Near Field Communication) 기술을 이용한 무선 결제 시스템에서 안테나는 카드와 리더기 사이에서 데이터 통신을 담당합니다. 안테나는 카드에 저장된 정보를 읽거나 쓰는 등의 역할을 수행하여 무선 결제를 가능하게 합니다.

무선안테나 설계 시 유의 사항

안테나의 성능은 설계와 제작에 많은 영향을 미칩니다. 안테나의 크기, 형태, 재료 등은 안테나의 효율과 전력 전달 거리에 영향을 미치며, 이를 고려하여 설계와 제작을 해야 합니다.

무선충전 안테나의 크기와 형태에 영향을 미치는 주요 요소인 주파수와 전력전달에 대하여 다음과 같이 요약하여  설명하겠습니다.

 

주파수: 

안테나의 크기와 형태는 사용되는 주파수에 따라 달라집니다. 주파수가 높을수록 안테나의 크기는 작아질 수 있습니다. 예를 들어, 높은 주파수에서는 작은 안테나 크기로도 충분한 전력 전달이 가능합니다. 무선충전 안테나로 사용되는 주파수는 다양할 수 있으며, 사용되는 무선충전 기술과 시스템에 따라 다를 수 있습니다. 하지만 일반적으로 무선충전 시스템에서 사용되는 주파수 대역은 다음과 같습니다:

 

1. 공중 인덕션 무선충전 (Air Inductive Wireless Charging): 

 주로 100kHz에서 205kHz 사이의 주파수를 사용합니다.
2. 공중 공진 무선충전 (Resonant Wireless Charging): 

 주로 6.78 MHz 주파수를 사용합니다. 이 주파수는 공중 공진 현상을 이용하여 전력을 전송하는 공진 주파수로 알려져 있습니다.
3. 라디오 주파수 무선충전 (Radio Frequency (RF) Wireless Charging):
주로 13.56 MHz 주파수를 사용합니다. 이 주파수는 국제 표준인 NFC (Near Field Communication) 주파수 범위에 속하며, 무선 충전 및 데이터 통신에 사용됩니다.

무선충전 안테나의 주파수는 해당 무선충전 시스템의 표준과 규격에 따라 결정됩니다. 무선충전 시스템을 설계하거나 안테나를 제작할 때는 해당 시스템의 주파수 대역을 고려하여 안테나를 설계하고 제작해야 합니다.

전력 전달 요구사항:

안테나는 주어진 전력 전달 요구사항을 충족해야 합니다. 전력 전달 거리, 전력 효율, 전력 손실 등을 고려하여 안테나의 크기와 형태를 결정합니다. 전력 전달 거리가 길어질수록 안테나의 크기는 일반적으로 커질 수 있습니다.

 

1. 공간 제약: 

무선충전 시스템이 적용될 공간의 제약사항도 고려해야 합니다. 안테나의 크기와 형태는 설치 공간에 맞게 조정되어야 합니다. 예를 들어, 휴대폰이나 스마트워치와 같은 소형 장치에는 작고 평면적인 안테나가 필요합니다.
2. 재료와 제조 공정:

 안테나의 재료와 제조 공정은 크기와 형태에 영향을 줄 수 있습니다. 재료의 특성과 제조 공정의 제약사항을 고려하여 안테나를 디자인하게 됩니다.
안테나의 크기와 형태는 위의 요소들을 종합적으로 고려하여 결정됩니다. 이를 위해 전문적인 안테나 설계 도구와 시뮬레이션을 사용하여 최적의 크기와 형태를 결정하는 것이 일반적입니다.

무선충전 안테나 대표적 디자인

무선충전 안테나의 디자인은 다양한 형태와 기술로 구현될 수 있습니다. 몇 가지 일반적인 무선충전 안테나 디자인은 다음과 같습니다.

 

1. 코일 안테나 (Coil Antenna):
가장 일반적으로 사용되는 무선충전 안테나 형태입니다.
주로 원형 또는 사각형의 코일로 구성됩니다.
안테나의 크기와 코일의 개수, 간격 등이 전력 전달 효율에 영향을 줍니다.
2. PCB 안테나 (PCB Antenna):
무선충전 안테나를 PCB(인쇄회로기판) 위에 직접 구현하는 형태입니다.
PCB의 도체 패턴을 이용하여 안테나를 설계하고 제작합니다.
안테나와 다른 회로 요소들을 통합하여 공간을 절약할 수 있습니다.
3. 스파이럴 안테나 (Spiral Antenna):
평면에 나선 모양으로 설계된 안테나입니다.

무선충전 안테나를 만들기 위한 필요한 단계

1. 설계단계 : 무선충전 안테나를 만들기 위해 먼저 설계가 필요합니다. 설계 단계에서는 사용할 주파수, 전력 전달 요구사항, 공간 제약 등을 고려하여 안테나의 크기, 형태, 주파수 특성 등을 결정합니다. 이를 위해 전문적인 설계 도구와 시뮬레이션 프로그램을 사용할 수 있습니다.
2. 재료 선택: 안테나를 만들기 위해 적합한 재료를 선택해야 합니다. 안테나의 주파수 특성, 전력 전달 요구사항, 제조 공정 등을 고려하여 적합한 재료를 선택합니다. 주로 구리, 알루미늄, 실리콘 등의 재료가 사용됩니다.
제작: 안테나를 제작하기 위해 선택한 재료를 사용하여 안테나를 제작합니다. 이 단계에서는 PCB 또는 FPCB (인쇄회로기판)을 사용하여 안테나를 구현할 수도 있고, 코일을 감거나 접힌 형태로 안테나를 제작할 수도 있습니다. 
3. 제조 공정에는 전자파 적층, 코일 감기, 절단 등의 작업이 포함될 수 있습니다.
4. 테스트: 제작된 안테나의 성능을 평가하기 위해 테스트가 필요합니다. 테스트는 안테나의 주파수 특성, 전력 전달 효율, 방향성 등을 측정하여 안테나의 성능을 확인하는 과정을 포함합니다. 이를 위해 신호 발생기, 스펙트럼 분석기, 전력계 등의 장비를 사용할 수 있습니다.
5. 최적화: 만약 테스트 결과가 요구사항을 충족하지 못한다면, 설계와 제작을 최적화하는 과정이 필요할 수 있습니다. 안테나의 크기, 형태, 재료, 구조 등을 조정하여 효율성과 성능을 향상할 수 있습니다.