KR20090038027A - Rf power transmission network and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직렬 무선 주파수(RF) 전력 전송 회로망에 관한 것이다.The present invention relates to a serial radio frequency (RF) power transmission network.
프로세서 성능이 확장되고 전력 요건이 완화됨에 따라 유선 또는 전력 코드와는 완전히 무관한 장치들이 현재 폭발적으로 증가하고 있다. 이들 "무제한적인(untethered)" 장치는 셀 폰이나 무선 키보드에서 빌딩 센서나 능동형 RFID(Radio Frequency Identification) 태그에 이르기까지 다양하다.As processor performance expands and power requirements are relaxed, devices that are completely unrelated to wires or power cords are exploding. These "untethered" devices range from cell phones or wireless keyboards to building sensors or active Radio Frequency Identification (RFID) tags.
이러한 무제한적인 장치의 엔지니어나 설계자는 주로 배테리를 이용하는 휴대형 전원의 한계를 중요한 설계 변수로서 계속해서 다루어야 한다. 프로세서와 휴대형 장치의 성능은 (무어(Moore)의 법칙에 따라) 18 내지 27개월 마다 배가되고 있지만 배터리 용량은 매년 6%만 증가하고 있다.Engineers or designers of these unlimited devices must continue to address the limitations of portable power supplies that use batteries as an important design variable. The performance of processors and handheld devices doubles every 18 to 27 months (according to Moore's law), but battery capacity is growing only 6 percent annually.
전력을 많이 고려한 설계나 최신 배터리 기술에도 불구하고 많은 장치는 물류나 빌딩 자동화와 같이 많은 무제한적인 장치를 필요로 하는 응용 분야에 대한 수명 비용과 유지 요건을 충족시키지 못한다. 양방향 통신을 필요로 하는 오늘날의 장치는 3 내지 18개월마다 장치의 전원(통상적으로 배터리)을 교체 또는 재충전하는 예정된 유지 보수 관리를 필요로 한다. 자동화된 설비 계량기 판독기와 같이 그 상태를 송출하기만 하고 신호를 수신하지는 않는 단방향 장치는 통상적으로 10 년 내에 교체하는 더 양호한 배터리 수명을 갖고 있다. 양 장치 타입에 있어서 예정된 전원 유지 관리는 비용이 많이 들며 장치가 모니터 및/또는 제어하도록 된 전체 시스템에는 번거로울 수 있다. 예정에 없는 유지 관리는 훨씬 더 비용이 많이 들고 번거롭다. 크게 보면 내부 배터리와 연관된 비교적 고비용도 전개될 수 있는 실제적인, 즉 경제적으로 실행가능한 장치의 수를 감소시킨다.Despite the power-intensive design and the latest battery technology, many devices do not meet the lifespan cost and maintenance requirements for applications that require many unlimited devices, such as logistics or building automation. Today's devices that require two-way communication require scheduled maintenance management that replaces or recharges the device's power supply (typically a battery) every three to eighteen months. Unidirectional devices, such as automated facility meter readers that only send their status but do not receive a signal, typically have better battery life to replace within 10 years. Scheduled power maintenance for both device types is expensive and can be cumbersome for the entire system in which the device is intended to be monitored and / or controlled. Unscheduled maintenance is much more expensive and cumbersome. At large, the relatively high cost associated with internal batteries also reduces the number of practical, economically viable devices that can be deployed.
무제한적인 장치의 전력 문제에 대한 이상적인 해결책은 주위로부터 충분한 에너지를 모으고 이용할 수 있는 장치 또는 시스템이다. 그러면 이용되는 에너지는 무제한적인 장치에 전력을 직접 공급하거나 전원 장치를 확장할 것이다. 그러나, 이러한 이상적인 해결책은 주위에서의 에너지가 낮고 또 전용의 에너지 공급 장치를 이용하는 능력을 제한하는 장소적 제약때문에 항상 실제적으로 구현할 수 있는 것은 아니다.The ideal solution to the power problem of an unlimited number of devices is a device or system that can collect and use enough energy from the environment. The energy used will then directly power the unlimited device or expand the power supply. However, this ideal solution may not always be practical in practice due to the low energy in the environment and local constraints that limit the ability to use a dedicated energy supply.
이러한 요인들을 고려하여 이상적인 상황과 더욱 제한된 환경에 맞는 해결책을 제공하는 시스템이 필요하다.Considering these factors, there is a need for a system that provides a solution for ideal situations and more limited environments.
예컨대 미국 가특허출원 제60/683,991호와 제60/763,582호(모두 발명의 명칭이 전력 전송 회로망이며, 본 명세서에 참조 인용됨)와 같은 종래의 발명들은 전력 분배용 병렬 회로망에 초점을 맞추었다. 이들 발명은 이 기술을 이용하는 많은 응용 분야에 있어서 전송 라인, 직렬 스위치, 방향성 커플러(DC) 및 커넥터들로부터의 손실이 허용될 수 없기 때문에 직렬 회로망을 이용하지 못했다. 그러나, 데스크 영역 등과 같은 동축 케이블 기반 설비를 구비하거나 RF 전력을 분배하기 위한 빌딩 내의 새로운 또는 기존의 저손실 동축 케이블 기반 설비를 이용하는 작은 회 로망과 같은 특정 응용 분야에서는 이러한 손실은 허용되거나 최소화될 수 있다.Conventional inventions, such as, for example, U.S. Provisional Patent Application Nos. 60 / 683,991 and 60 / 763,582, both of which are named power transmission networks and are incorporated herein by reference, focused on parallel network for power distribution. . These inventions do not make use of serial circuitry because the loss from transmission lines, series switches, directional couplers (DCs) and connectors cannot be tolerated in many applications using this technology. However, in certain applications such as small circuit networks with coaxial cable infrastructure, such as desk area, or using new or existing low loss coaxial cable infrastructure in a building for distributing RF power, this loss may be acceptable or minimized. .
본 발명의 목적은 장치를 충전 또는 재충전하거나 장치에 전력을 직접 공급하기 위하여 장치에 RF 전력을 공급하는 시스템의 일부로서 적절히 구현될 수 있는 직렬 RF 전력 회로망을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a serial RF power network that can be suitably implemented as part of a system for supplying RF power to a device for charging or recharging the device or directly powering the device.
직렬 회로망은 특정 응용 분야에서 병렬 회로망에 비해 몇 가지 장점을 갖고 있다. 예컨대, 직렬 회로망을 이용하면 전송 라인의 량을 줄일 수 있다. 병렬 회로망에서는 전송 라인은 통상적으로 RF 전력 송신기에서 각 안테나로 연결된다. 직렬 회로망에서는 각 안테나는 직렬 연결된 전송 라인으로부터 소정의 전력량을 제거한다. 직렬 RF 전력 전송 회로망의 다른 장점은 이 회로망이 쉽게 확장/축소될 수 있다는 것이다. 예컨대 추가적인 전력 탭핑 컴포넌트를 직렬로 추가하거나 추가적인 전력 탭핑 컴포넌트를 회로망의 종단에 추가함으로써 회로망에 추가적인 안테나를 추가하여 직렬의 길이를 증가시킬 수 있다.Serial networks have several advantages over parallel networks in certain applications. For example, using a serial network can reduce the amount of transmission lines. In a parallel network, transmission lines are typically connected to each antenna in an RF power transmitter. In a serial network, each antenna removes a certain amount of power from a serially connected transmission line. Another advantage of the serial RF power transfer network is that it can be easily expanded / collapsed. For example, by adding additional power tapping components in series or adding additional power tapping components at the end of the network, additional antennas can be added to the network to increase the length of the series.
본 발명에 의해 분배된 RF 전력을 수신하는데 적합한, 각종 부하에 대한 고효율 정류 방법 및 장치에 대해서는 미국 가특허출원 제60/729,792호(본 명세서에 참조 인용됨)에 상세히 설명되어 있다.High efficiency rectification methods and apparatus for various loads suitable for receiving the RF power distributed by the present invention are described in detail in US
본 발명은 RF 전력 전송 회로망에 관한 것이다. 이 회로망은 전력을 발생하기 위한 제1 RF 전력 송신기를 포함한다. 이 회로망은 제1 RF 전력 송신기에 전기적으로 직렬 연결되어 제1 RF 전력 송신기로부터 수신된 전력을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분리하기 위한 적어도 하나의 전력 탭핑(power tapping) 컴포넌트를 포함한다. 이 회로망은 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트에 전기적으로 연결되어 제1 부분을 수신하고 전력을 전송하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함한다.The present invention relates to an RF power transmission network. This network includes a first RF power transmitter for generating power. The network includes at least one power tapping component electrically connected in series to the first RF power transmitter to separate power received from the first RF power transmitter into at least a first portion and a second portion. The network includes at least one antenna electrically connected to the at least one power tapping component to receive the first portion and transmit power.
본 발명은 전력 전송 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 전력을 발생하기 위한 제1 RF 전력 송신기를 포함한다. 이 시스템은 제1 RF 전력 송신기에 전기적으로 직렬 연결되어 제1 RF 전력 송신기로부터 수신된 전력을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분리하기 위한 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트를 포함한다. 이 시스템은 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트에 전기적으로 연결되어 제1 부분을 수신하고 전력을 전송하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 이 시스템은 전력이 공급될 장치를 포함한다. 이 시스템은 장치에 전기적으로 연결되고 전송된 전력을 수신하도록 구성된 수신 안테나를 포함한다.The present invention relates to a power transmission system. The system includes a first RF power transmitter for generating power. The system includes at least one power tapping component electrically connected in series to the first RF power transmitter to separate power received from the first RF power transmitter into at least a first portion and a second portion. The system includes at least one antenna electrically connected to the at least one power tapping component to receive the first portion and transmit power. The system includes a device to be powered. The system includes a receive antenna electrically connected to the device and configured to receive the transmitted power.
본 발명은 RF 전력 전송 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제1 RF 전력 송신기를 가지고 전력을 발생하는 단계를 포함한다. 제1 RF 전력 송신기에 전기적으로 직렬 연결된 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트를 가지고 제1 RF 전력 송신기로부터 수신된 전력을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분리한다. 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 안테나가 제1 부분을 수신한다. 적어도 하나의 안테나를 가지고 전력을 전송한다.The present invention relates to an RF power transmission method. The method includes generating power with a first RF power transmitter. Split the power received from the first RF power transmitter into at least a first portion and a second portion with at least one power tapping component electrically connected in series with the first RF power transmitter. At least one antenna electrically connected to the at least one power tapping component receives the first portion. Transfer power with at least one antenna.
본 발명은 직류를 생성하는 무선 전력 하베스터를 구비한 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 제1 전력을 가진 제1 입력부를 구비한 결합기를 포함한다. 이 장치는 제2 전력을 가진 제2 입력부를 포함한다. 이 장치는 제1 전력과 제2 전력의 결합으로서 제1 전력과 제2 전력 각각 보다도 큰 출력 전력을 가진 출력부를 포함한다. 이 장치는 출력부에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 수신기에 전송하는 안테나를 포함한다.The present invention relates to an apparatus for wirelessly transmitting power to a receiver having a wireless power harvester for generating direct current. The apparatus includes a coupler having a first input with a first power. The apparatus includes a second input having a second power. The apparatus includes an output having a greater output power than each of the first and second powers as a combination of the first and second powers. The device includes an antenna electrically connected to the output and transmitting output power to the receiver.
본 발명은 직류를 생성하는 무선 전력 하베스터를 구비한 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 메인 라인과 메인 라인으로부터 거리 d만큼 떨어진 2차 라인을 가지며, 전력을 원하는 레벨로 증가 또는 감소시키는 필드 조정 커플러를 포함한다. 이 장치는 거리(d)를 변화시키는 조정 기구를 포함한다. 이 장치는 전력을 수신기에 전송하는 안테나를 포함한다.The present invention relates to an apparatus for wirelessly transmitting power to a receiver having a wireless power harvester for generating direct current. The device has a main line and a secondary line separated by a distance d from the main line and includes a field adjust coupler that increases or decreases power to a desired level. The device includes an adjustment mechanism for changing the distance d. The device includes an antenna for transmitting power to the receiver.
도 1은 본 발명에 따른 간단한 직렬 회로망을 도시한 도면;1 shows a simple series network in accordance with the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 다중 입력 직렬 회로망을 도시한 도면;2 illustrates a multiple input series network in accordance with the present invention;
도 3은 본 발명에 이용될 수 있는 커플러를 도시한 도면;3 illustrates a coupler that may be used in the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 3-송신기 회로망을 도시한 도면;4 shows a three-transmitter network according to the invention;
도 5는 본 발명에 이용하는 전력 분배기를 도시한 도면;5 shows a power divider used in the present invention;
도 6은 본 발명에 이용될 수 있는 조정가능한 방향성 커플러를 도시한 도면;6 illustrates an adjustable directional coupler that may be used in the present invention;
도 7 및 8은 본 발명에 따른 다중 경로 회로망을 도시한 도면;7 and 8 illustrate a multipath network in accordance with the present invention;
도 9는 본 발명에 따른 스위칭 회로망을 도시한 도면;9 shows a switching network according to the invention;
도 10은 본 발명에 따른 제2 스위칭 회로망을 도시한 도면;10 shows a second switching network according to the invention;
도 11은 본 발명의 데스크탑 설비를 도시한 도면.11 illustrates a desktop installation of the present invention.
본 발명은 도면 전체에 걸쳐 동일 구성요소에 대해 동일 도면부호가 병기된 첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명으로부터 완전하게 이해될 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be fully understood from the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which like reference characters designate like elements throughout the figures.
이하의 설명을 위해 "상부", "하부", "오른쪽", "왼쪽", "수직", "수평", "상단", "하단" 및 이들의 파생어들은 도면에서 배향되는 대로 본 발명에 관계한다. 그러나, 본 발명은 명시적으로 달이 규정한 경우를 제외하고는 여러 가지 대안적인 변형과 단계 순서를 취할 수 있음을 알아야 한다. 또한 첨부 도면에 도시되고 하기의 명세서에서 기술된 특정 장치와 프로세스는 단순히 본 발명의 예시적인 실시예임을 알아야 한다. 따라서 여기서 설명된 실시예들과 관련된 특정 치수나 기타 다른 물리적 특성은 한정적인 것으로 보아서는 안된다."Top", "bottom", "right", "left", "vertical", "horizontal", "top", "bottom", and derivatives thereof are related to the present invention as oriented in the drawings for the following description. do. However, it should be understood that the present invention may take a number of alternative variations and step sequences except as expressly defined by the moon. It is also to be understood that the specific apparatus and processes shown in the accompanying drawings and described in the following specification are merely exemplary embodiments of the invention. Accordingly, specific dimensions or other physical characteristics related to the embodiments described herein are not to be considered as limiting.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 RF 전력 전송 회로망(10)에 관한 것이다. 회로망(10)은 전력을 발생하는 제1 RF 전력 송신기(12a)를 포함한다. 회로망(10)은 제1 RF 전력 송신기(12a)에 전기적으로 직렬 연결되어 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 수신된 전력을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분리하는 적어도 하나의 전력 탭핑(tapping) 컴포넌트(14a)를 포함한다. 이 회로망은 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 연결되어 제1 부분을 수신하고 전력을 송신하는 적어도 하나의 안테나(20a)를 포함한다.The present invention relates to an RF
적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)는 도 3에 도시된 바와 같이 방향성 커플러(coupler)일 수 있다. 회로망(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 직렬 연결된 제2 RF 전력 송신기(12b)를 포함할 수 있다. 회로망(10)은 제1 RF 전력 송신기(12a), 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a), 적어도 하나의 안테나(20a) 및 제2 RF 전력 송신기(12b) 중 하 나 또는 그 이상에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 컨트롤러(74a)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)는 양방향성 커플러(36)일 수 있다. 이와 달리, 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트는 도 4에 도시된 바와 같이 전력 분배기(52)일 수 있다.At least one
회로망(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 직렬 연결된 적어도 하나의 추가적인 RF 전력 송신기(12b)를 포함할 수 있다. 회로망(10)은 제1 RF 전력 송신기(12a), 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a), 적어도 하나의 안테나(20a) 및 적어도 하나의 추가적인 RF 전력 송신기(12b) 중 하나 또는 그 이상에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 컨트롤러(74a)를 포함할 수 있다. 회로망(10)은 종단 부하(16)를 포함할 수 있다. 회로망(10)은 적어도 하나의 전송 라인(18)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 전송된 전력은 데이터를 포함하지 않는다.The
회로망(10)은 제1 RF 전력 송신기(12a), 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a) 및 적어도 하나의 안테나(20a) 중 하나 또는 그 이상에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 컨트롤러(74a)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 컨트롤러들 중 적어도 하나의 컨트롤러(74a)는 적어도 하나의 컨트롤러들 중 적어도 하나의 다른 컨트롤러(74b)에 전기적으로 연결될 수 있다. 회로망(10)은 펄스 형태의 전력을 적어도 하나의 안테나(20a)를 통해 전송하도록 구성될 수 있다.The
적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a) 중 적어도 하나는 도 9에 도시된 바와 같이 스위치(82a)일 수 있다. 스위치(82a)는 제어 라인을 통해 제어될 수 있 다. 스위치(82a)는 전력을 감지함으로써 제어될 수 있다. 감지된 전력은 펄스 전력일 수 있다. 펄스 전력은 그 지속 기간이 변할 수 있다. 펄스 전력은 그 타이밍이 변할 수 있다. 스위치(82a)는 통신 신호를 통해 제어될 수 있다. 통신 신호는 동축 케이블을 통해 전송될 수 있다.At least one of the at least one
안테나(20a)는 도 1에 도시된 바와 같이 전송 라인(18)일 수 있다. 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 수신된 전력 중 적어도 일부는 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 의해 동작 전력으로서 이용될 수 있다. 회로망(10)은 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 직렬 연결된 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)를 포함할 수 있으며, 이 경우에 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)는 제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b) 사이에 배치된다. 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)는 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)로부터 제2 부분을 수신하여 이를 적어도 제3 부분과 제4 부분으로 분리한다.
제1 RF 전력 송신기(12a)는 제1 RF 전력 송신기(12a)를 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 연결하는 제1 커넥터를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)는 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트를 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)에 전기적으로 연결하는 제2 커넥터를 포함한다.The first
본 발명은 도 11에 도시된 바와 같이 전력 전송을 위한 시스템(100)에 관한 것이다. 이 시스템은 전력을 발생하는 제1 RF 전력 송신기(12a)를 포함한다. 이 시스템은 제1 RF 전력 송신기(12a)에 전기적으로 직렬 연결되어 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 수신된 전력을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분리하는 적어도 하 나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)를 포함한다. 이 시스템은 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 연결되어 제1 부분을 수신하고 전력을 송신하는 적어도 하나의 안테나(20a)를 포함한다. 이 시스템은 전력이 공급될 장치(94)를 포함한다. 이 시스템은 장치(94)에 전기적으로 연결되고, 전송된 전력을 수신하도록 구성된 수신 안테나(92)를 포함한다.The present invention relates to a
회로망(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 RF 전력 송신기, 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a) 및 적어도 하나의 안테나(20a) 중 하나 또는 그 이상에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 컨트롤러(74a)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트들 중 적어도 하나는 도 9에 도시된 바와 같이 스위치(82a)일 수 있다. 시스템(100)은 펄스 형태의 전력을 적어도 하나의 안테나(20a)를 통해 전송되도록 구성될 수 있다. 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 수신된 전력 중 적어도 일부는 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 의해 동작 전력으로서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 전송된 전력은 데이터를 포함하지 않는다. The
회로망(10)은 도 11에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 직렬 연결된 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)를 포함할 수 있으며, 이 경우에 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)는 제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b) 사이에 배치된다. 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)는 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)로부터 제2 부분을 수신하여 이를 적어도 제3 부분과 제4 부분으로 분리하며, 제1 안테나(20b)는 제2 전력 탭핑 컴포넌 트(14b)에 전기적으로 연결된 제3 부분을 수신하고 전력을 전송한다.The
도 3에 도시된 바와 같이 직류를 생성하는 무선 전력 하베스터(harvester)를 구비한 수신기에 무선 전력을 전송하는 장치가 있다. 이 장치는 제1 전력을 가진 제1 입력부(40a)를 구비한 결합기(38)를 포함한다. 이 장치는 제2 전력을 가진 제2 입력부(40b)를 포함한다. 이 장치는 제1 전력과 제2 전력의 결합으로서 제1 전력과 제2 전력 각각보다 큰 출력 전력을 가진 출력부를 포함한다. 이 장치는 출력부에 전기적으로 연결되어 출력 전력을 수신기로 전송하는 안테나(20a)를 포함한다.As shown in FIG. 3, there is an apparatus for transmitting wireless power to a receiver having a wireless power harvester generating a direct current. The apparatus includes a
도 6에 도시된 바와 같이 직류를 생성하는 무선 전력 하베스터를 구비한 수신기에 무선 전력을 전송하는 장치가 있다. 이 장치는 전력을 원하는 레벨로 증가 또는 감소시키는 필드 조정 커플러(60)를 포함하며, 이 커플러는 메인라인(62)과 이 메인 라인(62)으로부터 거리 d만큼 떨어진 2차 라인(64)을 갖고 있다. 이 장치는 이 거리(d)를 변화시키는 조정 기구를 포함한다. 이 장치는 전력을 수신기에 전송하는 안테나(20a)를 포함한다.As shown in FIG. 6, there is an apparatus for transmitting wireless power to a receiver having a wireless power harvester generating direct current. The device includes a field adjust
본 발명은 RF 전력 전송 방법에 관한 것이다. 이 방법은 도 11에 도시된 바와 같이 제1 RF 전력 송신기(11a)를 가지고 전력을 발생하는 단계를 포함한다. 제1 RF 전력 송신기(12a)에 전기적으로 직렬 연결된 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트를 가지고 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 수신된 전력을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분리하는 단계가 있다. 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 안테나(20a)가 제1 부분을 수신하는 단계가 있다. 적어도 하나의 안테나(20a)를 가지고 전력을 전송하는 단계가 있다.The present invention relates to an RF power transmission method. The method includes generating power with the first RF power transmitter 11a as shown in FIG. There is a step of separating the power received from the first
이 방법은 적어도 하나의 안테나(20a)로부터 무선으로 전송된 전력을 장치(94)에 연결되어 전송된 전력을 수신하도록 구성된 수신 안테나(92)에서 수신하고, 장치(94)에 배치되어 이 장치(94)에 전기적으로 연결된 전력 하베스터를 가지고 수신 안테나(92)에 의해 수신된 전력을 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트에 전기적으로 직렬 연결된 제2 전력 탭핑 컴포넌트를 부가하는 단계로서, 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)가 제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b) 사이에 배치되는 단계를 포함할 수 있다. 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)는 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(14a)로부터 제2 부분을 수신하여 이를 적어도 제3 부분과 제4 부분으로 분리한다. 제3 부분을 제2 전력 탭핑 컴포넌트(14b)에 전기적으로 연결된 제2 안테나(20b)에서 수신하는 단계가 있을 수 있다. 제2 안테나(20b)로부터 전력을 전송하는 단계가 있을 수 있다.The method receives power transmitted wirelessly from at least one
단일 입력 직렬 회로망Single input serial network
도 1을 참조로 개괄적으로 설명하자면, 본 발명에 따른 단일 입력("간단한") 직렬 전력 분배/전송 회로망(10)은 단일 RF 송신기(12a)와 적어도 하나의 전력 탭핑 컴포넌트(PTC)(14a)를 포함한다. 단일 입력 직렬 회로망(10)은 부하(16)로 종단한다. PTC들(14a-14c)은 직렬로 연결되어 있다.Briefly described with reference to FIG. 1, a single input (“simple”) series power distribution /
전력은 RF 전력 송신기(12a)로부터 방향(D)로 진행한다. 따라서 단일 입력 직렬 회로망(10)에는 하나의 전력 방향만이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 전력 은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행한다.Power proceeds from direction RF D from
회로망(10)에서 접속부(18)(여기서는 일반적으로 전송 라인이라 함)는 동축 케이블, 전송 라인, 도파관, 또는 기타 적당한 수단을 통해 이루어진다. 부하(16)는 안테나, 종단기(terminator), 커플러, 방향성 커플러, 양방향성 커플러, 분할기, 결합기, 전력 분배기, 서큘레이터(circulator), 감쇄기, 또는 부하로서 작용하는 기타 다른 컴포넌트를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전송 라인(18) 또는 최종 PTC(14c)는 부하(16)를 이용하여 반사를 제거하도록 종단되어야 한다. 분할기와 결합기는 물론 서큘레이터도 반사된 전력을 다시 직렬 접속부로 공급할 수 있음에 유의해야 한다.In the
PTC(14a)는 전송 라인(18)(또는 다른 접속부)으로부터 전력을 제거하고, 이 제거된 전력을 부하(16), 안테나(20a) 또는 기타 다른 전송 라인(18)과 같은 다른 컴포넌트에 공급한다. 바람직하게, PTC(14a)는 나머지 전력을 부하(16), 안테나(20a), 다른 PTC(14b) 또는 다른 전송 라인(18)과 같이 직렬 연결된 다음 컴포넌트로 보낸다.
바람직하게, PTC(14a)는 전력이 입력, 출력(수용) 및/또는 출력(통과)되는 3개 또는 그 이상의 입/출력부(커넥터)를 갖고 있다. 예컨대 PTC(14a)는 입력부, 수용된 전력을 위한 제1 출력부 및 통과된 전력을 위한 제2 출력부를 갖고 있다. PTC(14a)는 입력부에서 전력을 수신한다. PTC(14a)는 전력을 제1 부분과 제2 부분으로 분리한다. 제1 부분은 "수용되고", 제1 출력부, 예컨대 안테나(20a)로 보내진다(후술함). 제2 부분은 "통과되고", 직렬 연결된 다음 컴포넌트, 예컨대 다른 PTC(14b)로 보내진다.Preferably, the
PTC(14a)는 도 1에 도시된 바와 같이 방향성 커플러일 수 있다. 방향성 커플러는 분할기 또는 결합기로 구현될 수 있다.
각 PTC(14a-14c)의 일 출력부는 바람직하게, 각각 안테나(20a-20c)에 연결된다. 각 안테나(20a-20c)는 전력을 커버리지(coverage) 영역(또는 체적) 내로 방사한다. 커버리지 영역은 최소 전기장 및/또는 자기장 강도에 의해 정해진다. 예컨대, 커버리지 영역은 방사된 전기장 강도가 미터당 2볼트(2 V/m) 이상인 영역(또는 공간)으로 정의될 수 있다. 주어진 안테나(20a)로부터의 커버리지 영역은 다른 안테나(20b, 20c)로부터의 다른 커버리지 영역들과 중첩될 수도 있고 안될 수도 있다. 각 PTC(14a-14c)의 다른 출력부들은 부하(16) 및 다른 전송 라인(18)에 연결될 수 있다.One output of each
PTC(14a-14c)가 방향성 커플러로 구현되면, 이 방향성 커플러는 전송 라인(18)으로부터 특정 비율(dB)을 탭핑(또는 제거)하도록 설계될 수 있다. 예컨대 -20dB 커플러와 1000 와트(W) 입력은 종단 부하(16)에 10W 출력으로 나타난다. 회로망(10)에서 방향성 커플러들은 모두 동일한 커플링(예컨대 -20dB)을 가질 수 있으며, 또는 경우에 따라서는 표준 커플링(예컨대 -3, -6, -10dB) 또는 비표준 커플링(예컨대 -3.4, -8, -9.8dB)을 이용하도록 설계될 수 있다.If
서큘레이터(22a) 또는 절연체는 RF 전력 송신기(12a)에 손상을 입힐 수 있는 반사 전력을 방지하기 위하여 RF 전력 송신기(12a)와 제1 PTC(14a) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.The
도 1은 RF 전력 송신기(12a), 서큘레이터(22a), 각각 안테나(20a-20c)에 연결된 3개의 PTC(14a-14c)(방향성 커플러로서 구현됨), 및 종단 부하(16)를 구비한 단일 입력 직렬 회로망(10)을 보여준다.1 shows an
사용 시에 RF 전력 송신기(12a)는 전력을 전송 라인(들)(18)을 따라 회로망(10) 내의 각 PTC(14a-14c)에 공급한다. 각 PTC(14a-14c)는 전송 라인으로부터 전력을 탭핑하고 이 전력을 각각에 연결된 안테나(20a-20c)와 부하(16)로 보낸다. 안테나(20a-20c)와 부하(16)는 각 안테나(20a-20c)와 부하(16)에 해당하는 커버리지 영역에 전력을 방사한다. 전력이 공급될 어떤 장치는 커버리지 영역 내에 있으면 그 방사된 전력을 수신한다. 수신된 전력은 그 장치를 충전 또는 재충전하거나 그 장치를 직접적으로 동작시키는데 사용된다.In use, the
이중 입력 직렬 회로망Dual input series network
도 2를 참조로 개괄적으로 설명하면, 본 발명에 따른 이중 입력 직렬 전력 분배/전송 회로망(10)은 회로망(10)의 제1 종단(32)에 있는 제1 RF 전력 송신기(12a)와 회로망(10)의 제2 종단(34)에 있는 제2 RF 전력 송신기(12b)를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 PTC(14)는 제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 RF 전력 송신기(12b) 사이에 직렬로 연결된다.2, the dual input series power distribution /
바람직하게, 각 PTC(14)는 또한 각자의 안테나(20a-20c)에 연결된다. 각 안테나(20a-20c)는 커버리지 영역에 전력을 방사한다. 주어진 안테나(20a)로부터의 커버리지 영역은 다른 안테나(20b, 20c)로부터의 다른 커버리지 영역과 중첩될 수도 있고 안될 수도 있다. Preferably, each PTC 14 is also connected to its
PTC(14a-14c)는 파들을 양방향에서 결합하는 양방향성 커플러일 수 있다. 이에 의해 이중 전력 방향, 즉 제1 RF 전력 송신기(12a)에서 유래하는 제1 전력 방향(A)과 제2 RF 전력 송신기(12b)에서 유래하는 제2 전력 방향(B)이 가능하다.
제1 서큘레이터(22a)는 제1 RF 전력 송신기(12a)에 손상을 입힐 수 있는 반사 전력을 방지하기 위하여 제1 RF 전력 송신기(12a)와 PTC(14a) 사이에서 제1 RF 전력 송신기(12a) 다음에 직렬 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 서큘레이터(22b)는 제2 RF 전력 송신기(12b)와 대응 PTC(14b) 사이에 직렬로 배치될 수 있다.The
제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 RF 전력 송신기(12b)는 동일 주파수를 가질 수 있다. 그러나, 이들은 컴포넌트 공차때문에 실제로는 약간 다른 주파수를 가질 것이며 위상이 드리프트하여 서로 어긋나고 어떤 유한값으로 평균될 것이다. 이 문제는 미국 특허출원 제11/699,148호와 미국 가특허출원 제60/763,582호(양 출원 모두 발명의 명칭이 전력 전송 회로망이며, 본 명세서에 참조 인용됨)에 상세히 설명되어 있다. 제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 RF 전력 송신기(12b)는 서로 다른 주파수를 갖거나 독립적인 채널을 갖도록 설계될 수도 있다.The first
이중(또는 다중, 이하에 설명됨) RF 전력 송신기(12a, 12b)를 가진 회로망(10)의 이점은 이 회로망(10)이 (단일 입력 직렬 회로망(10)에서 처럼) 손실을 일 종단에 집중시키는 것이 아니라 손실을 전송 라인(18)을 따라 분산시킨다는 것이다. 다른 이점은 각 RF 전력 송신기(12a, 12b)에 필요한 전력이 적다는 것이다. 예컨대, 하나의 송신기(12a)가 1000W를 입력할 수 있고, 또는 2개의 송신기(12a, 12b)가 각각 500W를 입력할 수 있다. 이 2개의 500W 입력을 이용하면 회로망(10) 의 전력이나 컴포넌트 비용 등이 더 저렴하게 될 것이다. RF 전력 송신기(12a, 12b)는 유리하다면 서로 다른 전력 레벨을 가질 수 있다.The advantage of the
도 2는 제1 RF 전력 송신기(12a), 제1 서큘레이터(22a), 각각 안테나(20a-20c)에 연결된 3개의 PTC(14a-14c)(양방향성 커플러로서 구현됨), 제2 서큘레이터(22b), 및 제2 RF 전력 송신기(12b)를 구비한 이중 입력 직렬 회로망(10)을 보여준다.2 shows a first
사용 시에 RF 전력 송신기(12a, 12b)는 전력을 전송 라인(들)(18)을 따라 회로망(10) 내의 각 PTC(14a-14c)에 공급한다. 각 PTC(14a-14c)는 전송 라인으로부터 전력을 탭핑하고 이 전력을 각각에 연결된 안테나(20a-20c)로 보낸다. 안테나(20a-20c)는 각 안테나(20a-20c)에 해당하는 커버리지 영역에 전력을 방사한다. 전력이 공급될 어떤 장치는 커버리지 영역 내에 있으면 그 방사된 전력을 수신한다. 수신된 전력은 그 장치를 충전 또는 재충전하거나 그 장치를 직접적으로 동작시키는데 사용된다.In use, the
도 3을 참조로 설명하면 주어진 양방향성 커플러(36)는 각 전력 방향(A, B)으로부터의 전력을 결합하는 결합기(38)를 필요로 할 수 있다. 제1 초기 전력을 가진 제1 입력(40a)은 제1 전력 방향(A)으로부터 양방향성 커플러(36)로 들어간다. 제2 초기 전력을 가진 제2 입력(40b)은 제2 전력 방향(B)으로부터 양방향성 커플러(36)로 들어간다. 제1 입력(예컨대 -20dB)의 탭과 제2 입력(예컨대 -20dB)의 탭은 결합기(38)에서 결합되고, 이 결합기는 결합된 전력(42)을 안테나(22a) 또는 다른 전송 라인(18)(또는 이들 둘의 조합)으로 출력한다.Referring to FIG. 3, a given
양방향성 커플러(36)를 떠나는 제1 입력(다른 양방향성 커플러(36)로의 입력일 수 있음)은 탭핑된 전력량만큼 그리고 커플러(36) 그 자체로부터의 손실량(삽입 손실) 만큼 감소되었다. 이것은 양방향성 커플러(36)를 떠나는 제2 입력에 대해서도 그대로 적용된다. 즉, 제1 입력(40a)이 양방향성 커플러(36)를 빠져나가면 현재 존재하는 전력량은 초기 전력 마이너스 탭핑된 전력 마이너스 커플러(36) 내에서 손실된 전력(삽입 손실)과 같다.The first input leaving bidirectional coupler 36 (which may be an input to another bidirectional coupler 36) has been reduced by the amount of power tapped and by the amount of loss (insertion loss) from the
이와 달리, 양방향성 커플러(36)는 전력 방향을 감지하지 않도록, 따라서 결합기(38)를 필요로 하지 않도록 설계될 수 있다. 그러므로, PTC(14a)(이 경우, 양방향성 커플러)는 간단히 커플러라고 부를 수 있다.Alternatively, the
다중 입력 직렬 회로망Multi-input serial network
도 4를 참조로 개괄적으로 설명하자면, 본 발명에 따른 다중 입력 직렬 전력 분배/전송 회로망(10)은 예컨대 스타 또는 클러스터 패턴으로 전력 분배기(52)를 통해 연결된 제1 RF 전력 송신기(12a), 제2 RF 전력 송신기(12b) 및 적어도 하나의 제3 전력 송신기(12c)를 포함한다. 제1, 제2 및/또는 제3 RF 전력 송신기(12a-12c)와 전력 분배기(52) 사이에는 하나 또는 그 이상의 PTC(14a)가 직렬로 배치될 수 있다.4, the multi-input serial power distribution /
바람직하게, 각 PTC(14a-14c)는 또한 각자의 안테나(20a-20c)에 연결된다. 각 안테나(20a-20c)는 커버리지 영역에 전력을 방사한다. 주어진 안테나(20a)로부터의 커버리지 영역은 다른 안테나(20b, 20c)로부터의 다른 커버리지 영역과 중첩될 수도 있고 안될 수도 있다.Preferably, each
PTC(14a-14c)는 두 방향의 파들을 결합하는 양방향성 커플러일 수 있다. 전력 분배기(52)는 복수의 방향에서 파들을 결합한다(또는 전력을 라우트한다). 이에 따라 복수의 전력 방향, 즉 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터 유래하는 제1 전력 방향(A), 제2 RF 전력 송신기(12b)로부터 유래하는 제2 전력 방향(B), 및 제3 RF 전력 송신기(12c)로부터 유래하는 제3 전력 방향(C)이 가능하다. 전력 분배기(52)는 결합기 또는 분할기일 수 있다. (도 2에 도시된) 이중 입력 직렬 회로망(10)과 비교해서 다중 입력 직렬 회로망(10)에서, 회로망(10)은 제1 RF 전력 송신기(12a)로부터의 제1 입력(40a)과 제2 RF 전력 송신기(12b)로부터의 제2 입력(40b) 뿐만 아니라 제3 RF 전력 송신기(12c)로부터의 적어도 제3 입력(40c)도 포함한다.
도 5를 참조로 설명하면 전력 분배기(52) 상의 포트의 수는 1-N 분할기들을 이용하여 증가될 수 있으며, 이에 따라 전력 분배기(52) 상에는 N+1개의 포트가 주어질 수 있다. 하나의 분할기(54a) 상의 각 출력부는 다른 분할기(54b)들의 출력부들 중 하나에 연결된다. 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 3-포트 전력 분배기(52)는 3개의 1-3 분할기(54a-54c)를 포함한다. 방향(A)으로부터의 전력은 제1 포트(56a)로 들어가서 분할기(54a)에 의해 분할되어 분할기(54b, 54c)로 향한다. 방향(B)으로부터의 전력은 제2 포트(56b)로 들어가서 분할기(54b)에 의해 분할되어 분할기(54a, 54c)로 향한다. 방향(C)으로부터의 전력은 제3 포트(56c)로 들어가서 분할기(54c)에 의해 분할되어 분할기(54a, 54b)로 향한다.Referring to FIG. 5, the number of ports on the
도 4에 도시된 다중 입력 직렬 회로망(10)은 여러 가지 구성으로 연결된 추가적인 RF 전력 송신기 및/또는 추가적인 전력 분배기를 포함할 수 있다. 즉 회로 망(10)은 하나 이상의 전력 분배기(52)가 복수의 RF 전력 송신기(12a-12c)를 연결시키도록 확장될 수 있다. 따라서 회로망(10)은 복수의 스타 패턴 또는 클러스터를 포함할 수 있다.The multi-input
도 4는 제1 RF 전력 송신기(12a), 제2 RF 전력 송신기(12b), 제3 RF 전력 송신기(12c) 및 전력 분배기(52)를 구비한 다중 입력 직렬 회로망(10)을 보여준다. (양방향성 커플러로서 구현된) 제1 PTC(14a)는 제1 RF 전력 송신기(12a)와 제2 RF 전력 송신기(12b) 사이에 연결된다. 제2 PTC(14b)는 제2 RF 전력 송신기(12b)와 제3 RF 전력 송신기(12c) 사이에 연결된다. 제3 PTC(14c)는 제3 RF 전력 송신기(12c)와 전력 분배기(52) 사이에 연결된다. 각 PTC(14a-14c)는 안테나(20a)에도 연결된다.4 shows a multiple input
사용 시에 RF 전력 송신기(12a-12c)는 전력을 전송 라인(18)을 따라 회로망(10) 내의 각 PTC(14)에 공급한다. 각 PTC(14a-14c)는 전송 라인으로부터 전력을 탭핑하고 이 전력을 각각에 연결된 안테나(20a-20c)로 보낸다. 안테나(20a-20c)는 각 안테나(20a-20c)에 해당하는 커버리지 영역에 전력을 방사한다. 전력이 공급될 어떤 장치는 커버리지 영역 내에 있으면 그 방사된 전력을 수신한다. 수신된 전력은 그 장치를 충전 또는 재충전하거나 그 장치를 직접적으로 동작시키는데 사용된다.In use, the
조정 PTCAdjustable PTC
일반적으로, PTC(14a)를 빠져나가는 전력량은 PTC(14a)로 들어간 전력량에서 PTC(14a)에 의해 탭핑된 전력량을 뺀 것과 같다. 따라서, RF 전력 송신기(12a)로 부터의 초기 전력량은 전력이 PTC(14a-14c)를 통과할 때마다 감소된다.In general, the amount of power exiting the
예컨대, 회로망은 -20dB 커플러로서 구현된 2개의 PTC를 포함한다. 제1 커플러로의 입력이 100W라면 탭핑된 량은 1W(즉, 100W/100=1W)가 될 것이고 빠져나가는 전력량은 99W(즉, 100W-1W=99W)가 될 것이다. 99W가 제2 -20dB 커플러에 도달하면 탭핑된 량은 0.99W(99W/100=0.99W)가 될 것이고 제2 커플러를 빠져나가는 량은 98.01W가 될 것이다.For example, the network includes two PTCs implemented as -20 dB couplers. If the input to the first coupler is 100W, the amount tapped will be 1W (i.e. 100W / 100 = 1W) and the amount of power drawn out will be 99W (i.e. 100W-1W = 99W). When 99W reaches the second -20dB coupler, the amount tapped will be 0.99W (99W / 100 = 0.99W) and the amount that exits the second coupler will be 98.01W.
도 6을 참조로 개괄적으로 설명하면 모든 출력이 원하는 레벨이 되게 하기 위해서 필드 조정 PTC(60)가 본 발명에서 이용될 수 있다. 필드 조정 PTC(60)에 의해서 커플링 계수를 변화시킴으로서 전력이 증가 또는 감소될 수 있다.Outlined with reference to FIG. 6,
예컨대, PTC(60)는 양방향성 커플러이다. 이 양방향성 커플러를 조정가능하게 하기 위해서 스크류 또는 전기적 컨트롤러와 같은(이에 한정되는 것은 아님) 조정 기구를 도입하여 거리 또는 전기적 특성을 변화시킨다. 커플링 인자는 양방향성 커플러의 메인 라인(62)과 2차 라인(64) 간의 거리 또는 커플러의 전기적 특성에 따라 다르다. 커플러의 길이를 변화시키면 그 특성도 변화함에 유의한다.For example,
회로망(10)에 필드 조정 PTC(60)를 포함시킴으로써 회로망(10) 전체에서 각 안테나에 공급된 전력은 대략 일정한 레벨로 유지될 수 있다.By including the
도 7과 8을 참조로 설명하면 회로망에는 다중 경로가 존재할 수 있다. 예컨대, 도 7을 참조로 설명하면 회로망(10)은 (방향성 커플러로서 구현된) 제1 PTC(14a)와 (1-2) 전력 분할기(54)에 직렬 연결된 RF 전력 송신기(12a)를 포함한다. 전력 분할기(54)의 제1 출력부는 제2 PTC(14b)에 연결되고 제1 종단 안테나 (부하)(16b)에서 종단한다. 전력 분할기(54)의 제2 출력부는 제4 PTC(14d)에 직렬 연결된 제3 PTC(14c)에 연결되고 제2 종단 안테나(부하)(16d)에서 종단한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 PTC(14a-14d)는 각각 안테나(제1 안테나(20a), 제2 안테나(20b), 제3 안테나(20c) 및 제4 안테나(20d) 각각)에 연결되어 여러 가지 커버리지 영역에 전력을 방사하기 위하여 각자의 안테나(20a-20d)에 전력을 공급한다. 전력이 공급될 어떤 장치는 커버리지 영역 내에 있으면 그 방사된 전력을 수신한다. 수신된 전력은 그 장치를 충전 또는 재충전하거나 그 장치를 직접적으로 동작시키는데 사용된다.Referring to FIGS. 7 and 8, multiple paths may exist in a network. For example, referring to FIG. 7, the
다른 예로서 도 8을 참조로 설명하면 회로망(10)은 (방향성 커플러로서 구현된) 제1 PTC(14a)에 연결된 서큘레이터(22)에 직렬 연결된 RF 전력 송신기(12a)를 포함한다. 제1 PTC(14a)는 제2 PTC(14b)와 제3 PTC(14c)에 직렬 연결되며 제1 종단 안테나(부하)(16c)에서 종단한다. 제1 PTC(14a)는 제4 PTC(14d)와 제5 PTC(14e)에도 직렬 연결되며 제2 종단 안테나(부하)(16e)에서 종단한다. 또한 제4 PTC(14d)는 제6 PTC(14f)에 연결되며 제3 종단 부하(16f)에서 종단한다. 제2, 제3, 제5 및 제6 PTC(14b, 14c, 14e, 14f)는 각각 여러 가지 커버리지 영역에 전력을 방사하기 위하여 안테나(제2 안테나(20b), 제3 안테나(20c), 제5 안테나(20e) 및 제6 안테나(20f) 각각)에 연결된다. 주어진 PTC는 전력 방사를 위한 관련 안테나를 가지지 않을 수 있음에 유의해야 한다. 전력이 공급될 어떤 장치는 커버리지 영역 내에 있으면 그 방사된 전력을 수신한다. 수신된 전력은 그 장치를 충전 또는 재충전하거나 그 장치를 직접적으로 동작시키는데 사용된다.As another example, referring to FIG. 8, the
기타 실시예들Other embodiments
도 9를 참조로 개괄적으로 설명하면 본 발명은 임의의 실시예에 따라서 스위칭 회로망(10)(적어도 하나의 스위치(82)를 포함하는 회로망)으로서 구현될 수 있다. 스위칭 회로망(10)에서, PTC(14a) 또는 PTC들 중 적어도 하나는 스위치(82a)이며 또는 스위치(82a)를 포함한다. 이 컴포넌트들은 직렬로 연결된다.9, the present invention may be implemented as a switching network 10 (network including at least one switch 82) in accordance with any embodiment. In the
스위치(82a)는 각각 계전기(relay)나 PIN 다이오드와 같이 전기 기계적 또는 고체 상태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스위치(82a)는 SPST, DPDT, SP3T 등과 같이 회로망(10)에 적합한 구성을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
바람직하게, 스위치(82a)는 안테나(20a)에도 연결된다. 안테나(20a)는 커버리지 영역에 전력을 방사한다. 주어진 안테나(20a)로부터의 커버리지 영역은 다른 안테나(20b, 20c)로부터의 다른 커버리지 영역과 중첩되거나 중첩되지 않을 수도 있다.Preferably, the
바람직하게, 스위치(82a)는 전력을 수용하거나 통과시킨다. 전력이 수용되면 이 전력은 안테나(20a)와 같은 회로망(10)의 특정 컴포넌트에 공급된다. 전력이 통과되면 이 전력은 직렬 연결된 다음 컴포넌트에 공급된다. 직접적인 안테나 접속이 없는 PTC(14)에 대해서는 스위치(82a)는 전력을 하나 또는 그 이상의 컴포넌트로 순차적으로 또는 동시에 통과시킬 수 있다.Preferably,
각 스위치(82a, 82b)는 전력을 수용하거나 통과시키므로 회로망(10)은 전력을 펄스 형태로 발생하도록 설계될 수 있다. 즉, 스위치(82a, 82b)에 연결된 임의 의 안테나(20a, 20b)는 원하는 대로 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 예컨대, 회로망의 한 안테나(20a)는 한 번에 턴온될 수 있다. 펄싱 회로망에 대해서는 미국 특허출원 제11/356,892호와 미국 가특허출원 제60/758,018호(양 출원 모두 발명의 명칭이 펄싱 전송 회로망이며, 본 명세서에 참조 인용됨)에 설명되어 있다.Each
스위치(82a)는 임의의 적당한 수단에 의해 제어될 수 있다. 스위치(82a)는 제어 라인(18)을 이용하여 RF 전력 송신기(12a)에 의해 제어될 수 있다. 이 제어 라인은 통신 신호 및/또는 전력을 스위치(82a)에 보낼 수 있다. 스위치(82a)는 타이머 또는 클록(예컨대 "스마트 스위치")을 가질 수 있다. 스위치(82a)에게 스위치할 시기를 알리기 위하여 통신 신호가 동일 주파수 또는 별개의 주파수로 동축 케이블(18)을 통해 보내질 수 있다. DC 전력은 PTC(14a)(이 경우에는 스위치(82a)) 또는 회로망 내의 임의의 다른 컴포넌트에 전력을 공급하기 위하여 전송 라인을 통해 보내질 수 있다. 또한, PTC 또는 전력 분배 컴포넌트는 RF 전력의 일부를 소모함으로써, 바람직하게, RF 전력을 DC 전력으로 정류함으로써 전송 라인으로부터 전력을 도출할 수 있다.The
스위치(82a)는 스위치 시기를 판단하기 위하여 RF 전력 송신기(12a)로부터 공급된 펄스 전력을 감지할 수 있다. 펄스는 스위치(82a)에게 스위치하라는 신호를 보내는 노드 식별자를 생성하도록 설계될 수 있다. 펄스들은 서로 다른 주파수(타이밍)을 가질 수 있으며 변화하는 지속 기간들(길고 짧은 펄스)로 이루어질 수 있다.The
스위치(82a)는 전력을 감지할 수 있다. 입력부에서 전력이 검출되면 스위 치(82a)는 전력 펄스를 발생시키고, 그런 다음에 다시 펄스를 발생시키기 전에 소정 기간 동안 전력을 통과시킬 수 있다.The
바람직하게, 스위치(82a)는 스위치(82a) 또는 스위치 컨트롤러(74a)(후술함)에 스위칭 정보를 제공하기 위하여 전송 라인(18)으로부터의 전력의 일부를 탭핑하고 RF 전력을 DC 전력으로 정류함으로써 노드 식별자 또는 전력을 형성하는 공급된 펄스를 감지할 수 있다. 정류된 DC 전력은 RF 전력 송신기(12a)가 펄스를 공급하고 노드 식별자를 보내고 또는 전력을 보내고 있음을 스위치(82a) 또는 스위치 컨트롤러(74a)에게 통지한다.Preferably, switch 82a taps a portion of the power from
또한, 스위치(82a)는 DC 전력이 RF 전력과 함께 전력 라인(18) 상에서 이용될 수 있는지를 감지할 수 있다. DC 전력은 스위치(82a) 또는 스위치 컨트롤러(74)에 바로 전력을 공급하는데 이용될 수 있으며 또는 스위치 컨트롤러(74a)로의 입력으로서 이용될 수 있다. DC 전력이 스위치(82a)에 바로 전력을 공급하는데 이용된다면 RF 전력 송신기(12a) 내의 컨트롤러는 전송 라인(18)으로부터의 DC 전력을 펄스 방식으로 배치하고 제거함으로써 스위치(들)(82a, 82b)를 제어할 수 있다.In addition, the
작동하지 않는(즉 회로망의 안테나 또는 기타 다른 컴포넌트에 연결된) 스위치(82a)의 임의의 출력부는 개회로가 될 수 있으며 또는 작동하지 않는 안테나가 작동하는 안테나로부터의 방사에 별다른 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 부하(16)에 연결될 수 있다.Any output of the
도 9에 도시된 바와 같이, 예컨대 단일 입력 직렬 스위칭 회로망(10)은 RF 전력 송신기(12a), 제1 스위치(82a), 제2 스위치(82b) 및 종단 안테나(16)를 포함한다. 제1 스위치(82a)는 제1 안테나(20a)에 연결된다. 제2 스위치(82b)는 제2 안테나(20b)에 연결된다.As shown in FIG. 9, for example, the single input
제1 스위치(82a)는 RF 전력 송신기(12a)로부터의 전력을 수용하여 이 전력을 제1 안테나(20a)에 보낼 수 있다. 이와 달리, 제1 스위치(82a)는 전력을 제2 스위치(82b) 쪽으로 통과시킬 수 있다. 제2 스위치(82b)는 전력을 수용하여 이 전력을 제2 안테나(20b)에 보낼 수 있다. 이와 달리, 제2 스위치(82b)는 전력을 종단 안테나(16) 쪽으로 통과시킬 수 있다. 이와 같은 구성에서 임의의 주어진 시각에 제1 안테나(20a), 제2 안테나(20b) 또는 종단 안테나(16)는 RF 에너지를 방사하고 있다. 회로망(10)은 제1 안테나(20a), 제2 안테나(20b) 및 종단 안테나(16) 각각으로부터 펄스 전력을 발생하도록 설계될 수 있다. 회로망(10)은 주어진 기간 동안에는 전력을 전송하고 있는 안테나가 없도록 설계될 수 있다. 이것은 RF 전력 송신기(12a)를 전력 다운 또는 오프시키거나 전력을 부하로 종단시킴으로써 달성될 수 있다.The
회로망(10)은 임의의 주어진 시각에서 하나 또는 그 이상의 안테나로부터 RF 에너지를 방사하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이 단일 입력 직렬 스위칭 회로망(10)은 RF 전력 송신기(12a), 제1 PTC(14a), 제2 PTC(14b) 및 제3 PTC(14c)를 포함한다. 제1 스위치(82a)는 제1 PTC(14a)와 제1 안테나(20a)에 연결된다. 제2 스위치(82b)는 제2 PTC(14b)와 제2 안테나(20b)에 연결된다. 제3 스위치(82c)는 제3 PTC(14c)와 제3 안테나(20c)에 연결된다. 제4 스위치(82d) 도 제3 PTC(14c)에 연결된다. 제4 스위치는 제4 안테나(20d)와 종단 안테나(16)에 연결된다.The
제1 PTC(14a)는 제1 스위치(82a)와 제2 PTC(14b)에 전력을 공급한다. 제1 스위치(82a)는 전력을 수용하여 이 전력을 제1 안테나(20a)에 공급할 수 있다. 이와 달리, 제1 스위치(82a)는 전력을 종단 부하(도시되지 않음) 또는 개회로 쪽으로 통과시킬 수 있다.The
제2 PTC(14b)는 제2 스위치(82b)와 제3 PTC(14c)에 전력을 공급한다. 제2 스위치(82b)는 전력을 수용하여 이 전력을 제2 안테나(20b)에 공급할 수 있다. 이와 달리, 제2 스위치(82b)는 전력을 종단 부하(도시되지 않음) 또는 개회로 쪽으로 통과시킬 수 있다.The
제3 PTC(14c)는 제3 스위치(82c)와 제4 스위치(82d)에 전력을 공급한다. 제3 스위치(82c)는 전력을 수용하여 이 전력을 제3 안테나(20c)에 공급할 수 있다. 이와 달리, 제3 스위치(82c)는 전력을 종단 부하(도시되지 않음) 또는 개회로 쪽으로 통과시킬 수 있다. 제4 스위치(82d)는 전력을 수용하여 이 전력을 제4 안테나(20d)에 공급하거나 이 전력을 종단 안테나(16) 쪽으로 통과시킬 수 있다.The
이와 같은 구성에서는 하나 이상의 안테나(20a-20d)가 임의의 주어진 시각에서 작동될 수 있다. 회로망(10)의 주어진 설치에서 PTC와 스위치의 구성은 안테나들로부터 방사하는 RF 에너지로부터 얻어질 원하는 커버리지 영역들에 의해 결정되어야 한다.In such a configuration one or
도 1, 2, 4 및 7-11을 참조로 개괄적으로 설명하면 본 발명은 임의의 실시예 들에 따라서 회로망의 동작을 제어하는 컨트롤러(74a)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조로 설명하면 컨트롤러(74a)는 회로망(10)의 하나 또는 그 이상의 컴포넌트에 연결된다. 컨트롤러(74a)는 주파수, 편광 또는 안테나(20a-20c)의 방사 패턴을 변화시키는데 이용될 수 있다. 컨트롤러(74a)는 회로망(10)으로부터 전력 펄스를 생성하는데 이용될 수 있다.1, 2, 4, and 7-11 will be described in general, the present invention may include a
도 2를 참조로 설명하면 하나 이상의 컨트롤러(74a)는 회로망(10)의 컴포넌트들을 제어하는데 이용된다. 컨트롤러(74a)는 회로망(10)의 하나 또는 그 이상의 다른 컨트롤러(74a)와 통신할 수 있다.Referring to FIG. 2, one or
도 10을 참조로 설명하면 컨트롤러(74a)는 스위칭 회로망(10)에 연결된다. 컨트롤러(74a)는 스위치(82a-82d)의 스위칭을 제어하는데(또는 제어를 지원하는데) 이용된다.Referring to FIG. 10, the
도 11을 참조로 설명하면 직렬 전력 분배/전송 회로망(1)의 구현이 예시된다. 이 회로망은 제1 PTC(14a), 제2 PTC(14b), 제3 PTC(14c) 및 종단 안테나(16)에 연결된 RF 전력 송신기(12a)를 포함한다. RF 전력 송신기(12a)와 제1, 제2 및 제3 PTC(14a-14c)는 직렬로 연결된다. 제1, 제2 및 제3 PTC(14a-14c)는 각각 각자의 안테나(20a-20c)(여기서는 다이폴로 도시되어 있지만 이 실시예 또는 임의의 실시예에서는 임의의 안테나 또는 방사 장치가 이용될 수 있음)에 연결된다. 안테나(20a-20c, 16)는 전력이 공급될 장치(94)의 수신 안테나(92)(다이폴로서 도시됨)에 전력을 방사한다. 이 장치(94)는 바람직하게, RF 전력을 장치(94)가 이용할 수 있는 형태로 변환하는 전력 하베스터를 포함한다.Referring to FIG. 11, an implementation of a series power distribution / transmission network 1 is illustrated. This network includes an
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 소규모 버전은 단일 안테나에 의해 전송된 평균 전력을 감소시켜 안전 문제를 해소하는데 도움이 된다. 이것은 데스크탑 응용 분야에서는 중요할 수 있다. 예컨대, 장치(94)는 복수의 안테나(20a-20c, 16)로부터 전력을 수신할 수 있다. 안테나(20a-20c, 16)는 U자 형태로 배치되거나, 사용자가 이들을 데스크 영역에 부착할 수 있도록 유연성 유닛 상에 탑재될 수 있다.For example, the small version of the present invention, as shown in FIG. 11, helps to reduce safety issues by reducing the average power transmitted by a single antenna. This can be important in desktop applications. For example, the
본 발명에서는 커넥터 손실을 없애기 위해 탭핑 커플러가 사용될 수 있다. 이것은 미국특허 제6,771,143호에 상세히 설명되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에 참조 인용된다.The tapping coupler can be used in the present invention to eliminate connector losses. This is described in detail in US Pat. No. 6,771,143, which is incorporated herein by reference.
본 발명에 따른 회로망은 바람직하게, 저손실 동축 케이블, 전송 라인 또는 도파관(18)을 사용한다.The network according to the invention preferably uses a low loss coaxial cable, transmission line or
만일 회로망에 누설이 쉬운 동축 케이블(16)이 사용된다면 안테나는 필요하지 않을 수 있다. 이러한 구성에서는 동축 케이블(16)은 전력을 방사할 것이다.If a
본 발명에 포함되는 전술한 여러 가지 실시예들은 독립적으로 또는 (전체적으로 또는 부분적으로) 서로 조합하여 구현될 수 있다.The above-described various embodiments included in the present invention may be implemented independently or in combination with each other (in whole or in part).
본 발명은 장치가 전력 전송원과 가까운 장치를 필요로 하는 유도성 커플링에 의한 전력 전송과 혼동해서는 안된다. 클라우스 핀켄젤러(Klaus Finkenzeller)가 저술한 RFID 핸드북(RFID Handbook)에서는 이 유도성 커플링 영역을 0.16배 람다(lambda) 이하의 송신기와 수신기(여기서, 람다는 RF파의 파장임) 사이의 거리로서 정의한다. 본 발명은 원거리장(far-field) 영역은 물론 근거리장(near- field)(때로는 유도성이라고 함) 영역에서도 구현될 수 있다. 원거리장 영역은 0.16배 람다보다 먼 거리이다.The present invention should not be confused with power transmission by inductive coupling where the device requires a device close to the power source. In the RFID Handbook by Klaus Finkenzeller, this inductive coupling region is defined as the distance between the transmitter and receiver below 0.16 times lambda (where lambda is the wavelength of the RF wave). define. The invention can be implemented in the far-field region as well as in the near-field (sometimes called inductive) region. The far field is farther than 0.16 times lambda.
본 발명의 임의의 실시예에서 전송된 RF 전력은 전력만을 포함하는 것으로 한정될 수 있다. 즉, 신호에는 데이터가 존재하지 않는다. 만일 응용 분야에서 데이터가 필요하면, 이 데이터는 바람직하게, 별도의 대역으로 전송되거나 별도의 수신기를 갖는다.In any embodiment of the present invention, the transmitted RF power may be limited to including only power. That is, no data exists in the signal. If data is needed in the application, this data is preferably transmitted in a separate band or has a separate receiver.
본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 기술하였지만 당업자들이라면 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고서 본 발명을 변형, 부가 및 수정할 수 있음을 잘 알 것이다.While preferred embodiments of the invention have been described in detail, those skilled in the art will recognize that modifications, additions, and modifications can be made to the invention without departing from the spirit and scope of the invention.
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