KR101255485B1 - 역평행 공진 루프 및 역평행 공진 루프를 이용한 공진 루프 어레이 - Google Patents

역평행 공진 루프 및 역평행 공진 루프를 이용한 공진 루프 어레이 Download PDF

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KR101255485B1 KR1020110121022A KR20110121022A KR101255485B1 KR 101255485 B1 KR101255485 B1 KR 101255485B1 KR 1020110121022 A KR1020110121022 A KR 1020110121022A KR 20110121022 A KR20110121022 A KR 20110121022A KR 101255485 B1 KR101255485 B1 KR 101255485B1
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Abstract

일 실시예에 따른 역평행 공진 루프는 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프; 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 역방향 루프; 및 상기 순방향 루프 및 상기 역방향 루프에 전류를 공급하는 적어도 하나의 급전부를 포함한다.

Description

역평행 공진 루프 및 역평행 공진 루프를 이용한 공진 루프 어레이{AN ANTIPARALLEL RESONANT LOOPS AND A RESONANT LOOPS ARRAY USING THE ANTIPARALLEL RESONANT LOOPS}
아래의 실시예들은 역평행 공진 루프 및 역평행 공진 루프를 이용한 공진 루프 어레이에 관한 것이다.
코일의 루프를 이용한 무선 전력 전송 및 데이터 통신에 있어서, 높은 효율 특성과 데이터 통신 거리의 향상은 송,수신단 코일의 임피던스 정합 조건에 의해 결정된다. 또한, 시스템의 설계 시에 임의의 거리에서 임피던스 정합이 된 후, 송,수신단 코일 간의 거리가 변경되면 시스템의 내부에 자동 보정 회로가 없는 한, 효율 저하와 통신 거리의 축소의 문제는 불가피하게 된다.
자동 보정 회로의 구성을 통하여 임피던스 부정합 조건을 개선하기 위한 장치 및 알고리즘이 구현되고 있다. 그러나 그에 따른 시스템의 복잡도 증가와 함께, 관련 튜너블 소자의 물리적인 한계로 인하여 실제 적용에 있어서 적지 않은 어려움이 존재하게 된다. 따라서, 자동 보정 회로 없이 코일 자체에 거리에 따른 임피던스 부정합 조건을 구현할 수 있는 장치가 요구된다.
일 실시예는 자동 보정 회로 없이 코일 자체에 거리에 따른 임피던스 부정합 조건을 구현할 수 있는 역평행 루프를 제공할 수 있다.
일 실시예는 시스템 구조의 변경 없이 주변 환경에 따른 임피던스를 보정할 수 있는 역평행 루프를 제공할 수 있다.
또한, 일 실시예는 역평행 루프의 크기(면적), 코일의 턴(turn)수 및 전류량 등을 제어하여 거리 변경에 따른 임피던스 부정합에 의한 성능 저하를 개선할 수 있는 역평행 루프를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 역평행 공진 루프는 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프; 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 역방향 루프; 및 상기 순방향 루프 및 상기 역방향 루프에 전류를 공급하는 적어도 하나의 급전부를 포함한다.
상기 적어도 하나의 급전부는 상기 순방향 루프와 상기 역방향 루프에 동일한 전류를 공급할 수 있다.
상기 적어도 하나의 급전부는 상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 역방향 루프에 상기 제1 전력과는 독립적인 제2 전류를 공급할 수 있다.
상기 역방향 루프는 상기 순방향 루프의 내부에 위치할 수 있다.
상기 역방향 루프 및 상기 순방향 루프는 서로 크기가 다른 정사각형 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 역평행 공진 루프는 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 적어도 두 개의 순방향 루프들; 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 적어도 두 개의 역방향 루프들; 및 상기 적어도 두 개의 순방향 루프 및 상기 적어도 두 개의 역방향 루프에 전류를 공급하는 적어도 하나의 급전부를 포함한다.
상기 적어도 두 개의 순방향 루프들 각각은 상기 적어도 두 개의 역방향 루프들 각각과 서로 다른 크기를 가지며, 상기 적어도 두 개의 역방향 루프들 각각과 서로 교차하여 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 급전부는 상기 적어도 두 개의 순방향 루프들과 상기 적어도 두 개의 역방향 루프들에 동일한 전류를 공급할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 역방향 루프들 중 최외각에 위치하는 역방향 루프는 상기 적어도 두 개의 순방향 루프들 중 최외각에 위치하는 순방향 루프의 내부에 위치할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 순방향 루프들 중 최내각에 위치하는 순방향 루프는 회로 연결선을 통해 상기 적어도 하나의 급전부와 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른 역평행 공진 루프는 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프; 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 복수의 역방향 루프들; 상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 복수의 역방향 루프들에 제2 전류를 공급하는 적어도 두 개의 급전부; 및 상기 제2 전류가 상기 복수의 역방향 루프들 중 적어도 하나에 공급되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함한다.
상기 제1 전류와 상기 제2 전류는 서로 동일하거나 또는 서로 독립적일 수 있다.
상기 복수의 역방향 루프들은 상기 순방향 루프의 내부에 위치하며, 서로 동일한 크기의 정사각형 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 역평행 공진 루프는 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프; 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 가지며, 각각이 서로 다른 위상을 가지도록 임의의 각도로 배치된 복수의 역방향 루프들; 상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 복수의 역방향 루프들에 제2 전류를 공급하는 적어도 두 개의 급전부; 및 상기 복수의 역방향 루프들 중 적어도 하나에 상기 제2 전류를 인가하여 위상을 제어하는 위상 제어부를 포함한다.
상기 복수의 역방향 루프들은 상기 순방향 루프의 내부에 위치하며, 서로 동일한 크기의 정사각형 구조를 가질 수 있다.
상기 위상 제어부는 상기 복수의 역방향 루프들에 의해 둘러 쌓여 있으며, 회로 연결선을 통해 상기 제2 전류를 공급받을 수 있다.
일 실시예에 따른 공진 루프 어레이는 복수의 역평행 공진 루프들을 포함하고, 상기 복수의 역평행 공진 루프들 각각은 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프; 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 역방향 루프; 및 상기 순방향 루프 및 상기 역방향 루프에 전류를 공급하는 급전부를 포함한다.
상기 적어도 하나의 급전부는 상기 순방향 루프와 상기 역방향 루프에 동일한 전류를 공급할 수 있다.
상기 적어도 하나의 급전부는 상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 역방향 루프에 상기 제1 전류와는 독립적인 제2 전류를 공급할 수 있다.
상기 역방향 루프는 상기 순방향 루프의 내부에 위치하며, 상기 순방향 루프와 서로 크기가 다른 정사각형 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 코일의 루프를 통해 전력 및 데이터 통신을 수행하는 시스템에 있어서 역방향의 루프 특성을 이용함으로써 거리 변경에 따라 발생하는 임피던스 부정합으로 인한 주파수 분리 및 효율 저하 문제를 개선할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 역평행 루프의 크기(면적), 코일의 턴(turn)수 및 전류량 등을 제어함으로써 시스템 구조의 변경 및 추가 회로의 구성이 없이도 임피던스 부정합 요인을 개선하여 송,수신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 역평행 공진 루프와 일반적인 공진 루프 간의 거리와 이에 따라 유도되는 상호 인덕턴스 간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 순방향 루프로 구성되는 송,수신 코일에서의 거리에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 순방향 루프에서 거리의 변경으로 인하여 발생하는 공진 주파수의 변화에 따른 전송 효율의 저하를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 역평행 공진 루프를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 주기적인 역평행 공진 루프의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 역평행 공진 루프의 순방향 루프 및 역방향 루프가 분리된 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 역평행 공진 루프의 역방향 루프가 공간 배치된 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 제5 실시예에 따른 역평행 공진 루프의 역방향 루프가 임의의 각도를 가지며 공간 배치된 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 역평행 공진 루프들의 배열을 통해 구현한 공진 루프 어레이를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 역평행 공진 루프와 일반적인 공진 루프 간의 거리와 이에 따라 유도되는 상호 인덕턴스 간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 역평행 공진 루프(120)를 송신부(Tx) 안테나로, 일반적인 공진 루프(100)를 수신부(Rx) 안테나로 이용한 송수신 시스템 구성을 볼 수 있다.
역평행 공진 루프(120)는 순방향(또는 반시계 방향)의 루프(121)와 역방향(또는 시계 방향)의 루프(125)의 조합으로 구성된다.
또한, 일반적인 공진 루프(100)가 단방향 루프 구조로 구성되어 있는 경우에, 코일 간의 거리에 따른 상호 인덕턴스(혹은 커플링 계수)는 순방향 루프(121)에 의한 상호 인덕턴스(130)과 역방향 루프(125)에 의한 상호 인덕턴스(140)의 합으로 나타낼 수 있다. 즉, 수신부 안테나인 일반적인 공진 루프(100)는 코일 간의 거리(Distance between coils)에 관계없이 일정한 상호 인덕턴스(150)를 갖게 된다.
상호 인덕턴스(Mutual Inductance)는 코일의 루프 면적, 턴(turn)수, 유도되는 전류량에 의해 결정되며, 일반적으로 송신부와 수신부 간의 거리가 가까워지면 증가하게 된다. 이는 결국 송, 수신 시스템의 임피던스 부정합 조건을 발생시켜 시스템의 성능(효율)을 저하시키는 원인이 된다. 하지만, 일 실시예에서는 역방향 루프(125)에 의해서 증가되는 상호 인덕턴스 성분이 송신부와 수신부 간의 거리가 가까워짐에 따라 증가하는 인덕턴스 성분을 억제시켜 시스템의 성능 저하를 개선시킬 수 있다.
도 2는 순방향 루프로 구성되는 송, 수신 코일에서의 거리에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 도면이다. 송, 수신 코일 간의 거리가 h2(201)에서 h1(205)로 변경되면, 임피던스의 부정합에 의해 공진 주파수는 f0(210)에서 f1(230)과 f2(250)로 분리된다. 이러한 공진 주파수의 분리는 송, 수신 코일들 간의 거리가 가까워질수록 더욱 심하게 나타나게 된다.
도 3은 순방향 루프에서 거리의 변경으로 인하여 발생하는 공진 주파수의 변화에 따른 전송 효율의 저하를 나타낸 도면이다.
송, 수신 코일 간의 거리가 가까워짐에 따라 도 2와 같은 공진 주파수의 분리 현상이 나타나며, 이와 같은 공진 주파수의 변화로 인하여 도 3과 같은 전송 효율의 저하 현상이 발생한다.
예를 들어, 임피던스가 정합된 일정한 거리에서의 공진 주파수를 f0라 하자. 이 때, 송신부(송신 코일)와 수신부(수신 코일)의 거리가 가까워지면, 도 3과 같이 f1과 f2로의 주파수 분리 현상에 의해 f0에서의 전송 효율이 급격히 저하됨을 볼 수 있다. 이는 근거리 무선 통신 환경에서 송, 수신 코일 간의 상호 인덕턴스의 변경에 의해 전송하는 에너지의 감소를 나타내고, 이는 결국 시스템의 성능(예를 들어, 인식 거리 등)을 저하시키는 원인이 된다.
도 4는 일 실시예에 따른 역평행 공진 루프를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 역평행 공진 루프(400)는 순방향 루프(410), 역방향 루프(430) 및 적어도 하나의 급전부(450)를 포함한다. 이때, 역평행 공진 루프(400)의 루프 면적과 턴수는 대응하는 수신 코일(또는 수신부 안테나)과의 일정한 상호 인덕턴스 혹은 커플링 계수를 유지하도록 한다.
순방향 루프(410)는 제1 방향에 따라 제1 턴(turn)수를 갖는다. 이때, 제1 방향은 반시계 방향 또는 순방향일 수 있다. 순방향 루프(410)는 일정한 반경과 턴수로 구성되고, 역방향 루프(430)와 직접적으로 연결되거나, 후술하는 도 6과 같이 서로 다른 급전부를 통한 전력 제어를 통해 임피던스 특성을 유지할 수 있다.
역방향 루프(430)는 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는다. 이때, 제2 턴수는 제1 턴(turn)수와 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.
역방향 루프(430)는 순방향 루프(410)의 내부에 위치할 수 있으며, 역방향 루프(430) 및 순방향 루프(410)는 서로 크기가 다른 정사각형 구조를 가질 수 있다.
이때, 역방향 루프(430) 및 순방향 루프(410)의 구조는 정사각형 구조에 한정되는 것은 아니며, 원형, 삼각형 및 그 밖의 다각형 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서는 이와 같이, 순방향 루프(410)와 역방향 루프(430)를 서로 반대 방향으로 구성함으로써 역평행 공진 루프(400)와 대응하는 임의의 수신단 안테나와의 사이에 상호 인덕턴스를 일정하게 유지할 수 있다.
적어도 하나의 급전부(450)는 코일 입력부(440)를 통하여 순방향 루프(410) 및 역방향 루프(430)에 전류를 공급한다. 코일 입력부(440)를 통해 공급된 전류는 순방향 루프(410)를 거친 후, 역방향 루프(430)로 공급된다.
적어도 하나의 급전부(450)는 순방향 루프(410)와 역방향 루프(430)에 동일한 전류를 공급할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(PCB)의 단일 평면 상에 역평행 공진 루프(400)를 구성하기 위해 비아 홀(405)을 통해 회로를 연결하였으며, 일반적으로 동선을 직접 연결하여 구성할 수도 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 주기적인 역평행 공진 루프의 구조를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 역평행 공진 루프의 순방향 루프 및 역방향 루프의 턴수가 순차적으로 구성되어 있는 것을 볼 수 있다. 일반적으로 상호 인덕턴스(혹은 커플링 계수)는 루프의 반경에 의해 좌우된다. 따라서, 일 실시예에서는 다양한 루프 면적(또는 루프 반경)과 턴 수를 가짐으로써 일정한 상호 인덕턴스를 유지할 수 있도록 한다.
역평행 공진 루프(500)는 적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550), 적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540) 및 적어도 하나의 급전부(580)를 포함한다.
역평행 공진 루프(500)는 적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550)와 적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540)로 구성되어 있으나, 경우에 따라서 어느 한 루프의 생략이 가능하다.
적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550)은 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는다. 이때, 적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550) 각각은 적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540) 각각과 서로 다른 크기를 가지며, 적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540) 각각과 서로 교차하여 배치될 수 있다.
적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540)은 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는다.
이때, 적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540) 중 최외각에 위치하는 역방향 루프(520)는 적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550) 중 최외각에 위치하는 순방향 루프(510)의 내부에 위치할 수 있다.
적어도 하나의 급전부(580)는 적어도 두 개의 순방향 루프 및 상기 적어도 두 개의 역방향 루프에 전류를 공급한다. 적어도 하나의 급전부(580)는 적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550)과 적어도 두 개의 역방향 루프들(520 및 540)에 동일한 전류를 공급할 수 있다.
적어도 두 개의 순방향 루프들(510,530 및 550) 중 최내각에 위치하는 순방향 루프(550)는 회로 연결선(570)을 통해 적어도 하나의 급전부(580)와 연결될 수 있다. 또한, 최외각에 위치하는 순방향 루프(510)는 코일 연결부(560)을 통해 적어도 하나의 급접부(580)와 연결될 수 있다.
역평행 공진 루프(500)는 최외각에 위치하는 순방향 루프(510)를 통해 처음 전류가 공급되고, 이후 순방향 루프(510)와 연결된 역방향 루프(520)-> 순방향 루프(530)-> 역방향 루프(540) -> 최내각에 위치하는 순방향 루프(550)의 순으로 전류가 공급된다. 순방향 루프(550)를 거친 전류는 회로 연결선(570)을 통해 빠져 나가게 된다.
일 실시예에서는 역평행 공진 루프(500)를 인쇄 회로 기판(PCB)의 단일 평면 상에서 구성하기 위해 비아 홀과 회로 연결선(570)을 통해 구성하였으나, 비아 홀 및 회로 연결선(570)을 대신하여 동선으로 직접 연결할 수도 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 역평행 공진 루프의 순방향 루프 및 역방향 루프가 분리된 구조를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 역평행 공진 루프(600)는 순방향 루프 및 역방향 루프 각각의 전류 제어를 이용한 것으로 그 구성은 다음과 같다.
역평행 공진 루프(600)는 순방향 루프(610), 역방향 루프(630) 및 적어도 하나의 급전부(640,650)를 포함한다. 이때, 역평행 공진 루프(400)의 루프 면적과 턴수는 대응하는 수신 코일(또는 수신부 안테나)과의 일정한 상호 인덕턴스 혹은 커플링 계수를 유지할 수 있도록 한다.
순방향 루프(610)는 제1 급전부(640)와 연결되며, 일정한 루프 면적과 제1 방향에 따라 제1 턴(turn)수를 갖는다. 이때, 제1 방향은 반시계 방향 또는 순방향일 수 있다.
역방향 루프(630)는 제2 급전부(650)와 연결되며, 일정한 루프 면적과 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는다. 이때, 제1 급전부(640)는 순방향 루프(610)에 제1 전류를 공급하고, 제2 급전부(650)는 역방향 루프(630)에 제1 전력과는 독립적인 제2 전류를 공급할 수 있다.
일 실시예에서는 순방향 루프(610) 및 역방향 루프(630)에 흐르는 전류를 제어함으로써 송, 수신 코일 간의 거리 변화 혹은 임피던스 부정합에 의해 발생되는 성능 저하를 개선할 수 있다. 도 6과 같은 구성은 단일의 턴 수로 각 루프를 구성하는 때에도 적용될 수 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 역평행 공진 루프의 역방향 루프가 공간 배치된 것을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 스위칭부를 이용한 역평행 공진 루프(700)를 도식화 한 것으로, 그 구성은 다음과 같다.
역평행 공진 루프(700)는 순방향 루프(710), 복수의 역방향 루프(720,730,740 및 750), 적어도 두 개의 급전부(770,780) 및 스위칭부(760)를 포함한다.
순방향 루프(710)는 제1 방향에 따라 제1 턴수를 가지며, 급전부(770)로부터 전류를 공급받는다.
복수의 역방향 루프들(720,730,740 및 750)은 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 가지며, 스위칭부(760)를 통해 급전부(780)로부터 전류를 공급받는다. 복수의 역방향 루프들(720,730,740 및 750)은 순방향 루프(710)의 내부에 위치하며, 서로 동일한 크기의 정사각형 구조를 가질 수 있다.
스위칭부(760)는 제2 전류가 복수의 역방향 루프들(720,730,740 및 750) 중 적어도 하나에 공급되도록 스위칭한다. 일 실시예에 따르면, 스위칭부(760)를 통하여 역방향 루프들에 대한 전류 공급을 제어함으로써 루프 면적에 따른 상호 인덕턴스 특성을 변화시킬 수 있다. 이와 같은 상호 인덕턴스 특성의 변화는 순방향 루프 및 역방향 루프들에 인가되는 전류 변화를 통해서도 가능하지만, 입력 제어 변수가 복잡해질 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 도 4와 같이 순방향 루프 및 역방향 루프의 직접적인 연결을 통해 입력 제어 변수가 복잡해지는 문제를 해결할 수 있다.
제1 급전부(770)는 순방향 루프(710)에 제1 전류를 공급하고, 제2 급전부(780)는 복수의 역방향 루프들(720,730,740 및 750)에 제2 전류를 공급한다. 이때, 제1 전류와 제2 전류는 서로 동일하거나 또는 서로 독립적일 수 있다.
도 8은 제5 실시예에 따른 역평행 공진 루프의 역방향 루프가 임의의 각도를 가지며 공간 배치된 것을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 역평행 공진 루프(800)는 순방향 루프(810), 복수의 역방향 루프(820,830,840 및 850), 적어도 두 개의 급전부(870,880) 및 위상 제어부(860)를 포함한다.
순방향 루프(810)는 일정한 면적과 제1 방향에 따라 제1 턴수를 가지며, 급전부(880)과 연결된다.
복수의 역방향 루프들(820,830,840 및 850)은 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 가지며, 각각이 서로 다른 위상을 가지도록 임의의 각도로 배치된다. 복수의 역방향 루프들(820,830,840 및 850)은 순방향 루프의 내부에 위치하며, 서로 동일한 크기의 정사각형 구조 및 서로 동일한 제2 턴수를 가질 수 있다.
제1 급전부(870)는 순방향 루프(810)에 제1 전류를 공급하고, 제2 급전부(880)는 복수의 역방향 루프들(820,830,840 및 850)에 제2 전류를 공급한다.
위상 제어부(860)는 제2 급전부(890)을 통해 복수의 역방향 루프들(820,830,840 및 850) 중 적어도 하나에 제2 전류를 인가하여 위상을 제어한다. 위상 제어부(860)는 복수의 역방향 루프들((820,830,840 및 850))에 의해 둘러쌓여 있으며, 회로 연결선(870)을 통해 제2 급전부(890)로부터 제2 전류를 공급받을 수 있다.
일 실시예에서는 위상 제어부(860)를 통해 복수의 역방향 루프들(820,830,840 및 850)의 위상을 제어함으로써 대응하는 코일(수신부 안테나)과의 사이의 상호 인덕턴스 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 상호 인덕턴스 특성의 변화는 순방향 루프 및 역방향의 루프에 인가되는 전류의 변화를 통해서도 가능하지만, 입력 제어 변수가 복잡해질 수 있다. 따라서, 이러한 경우에, 도 4와 같이 순방향 루프 및 역방향 루프를 직접 연결할 수도 있다.
상술한 바와 같이 다양한 실시예들에 따른 역평행 공진 루프는 코일을 이용한 무선 전력 전송 및 데이터 통신 시스템에서 거리에 따른 효율 저하 및 통신 성능의 열화 요인을 개선하기 위한 것이다. 따라서, 일반적으로 사용하는 단방향 루프에 적절한 크기와 턴수를 갖는 역방향 루프를 배치시킴으로써 거리에 따른 임피던스의 부정합 요인을 개선하고, 통신 인식 거리 및 통신 효율을 향상시킬 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 역평행 공진 루프들의 배열을 통해 구현한 공진 루프 어레이를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 공진 루프 어레이(900)는 상술한 도 4의 역평행 공진 루프들(400)을 복수 개 배열 형태로 포함할 수 있다. 따라서, 공진 루프 어레이(900)를 구성하는 복수의 역평행 공진 루프들 각각의 구성은 도 4의 설명을 참고하도록 한다.
일 실시예에 따른 공진 루프 어레이(900)는 도 4 이외에도 도5 내지 도 8까지의 역평행 공진 루프의 배열 혹은 조합으로 구성할 수 있으며, 각 역평행 공진 루프의 위치에 따라 대응하는 수신부 안테나와의 상호 인덕턴스를 변화시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
400: 역평행 공진 루프
410: 순방향 루프
430: 역방향 루프
440: 코일 입력부
450: 적어도 하나의 급전부

Claims (20)

  1. 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프;
    상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 역방향 루프; 및
    상기 순방향 루프 및 상기 역방향 루프에 전류를 공급하는 적어도 하나의 급전부
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 급전부는
    상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 역방향 루프에 상기 제1 전류와는 독립적인 제2 전류를 공급하는 역평행 공진 루프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 급전부는
    상기 순방향 루프와 상기 역방향 루프에 동일한 전류를 공급하는 역평행 공진 루프.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 역방향 루프는
    상기 순방향 루프의 내부에 위치하는 역평행 공진 루프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 역방향 루프 및 상기 순방향 루프는 서로 크기가 다른 정사각형 구조를 가지는 역평행 공진 루프.
  6. 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 적어도 두 개의 순방향 루프들;
    상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 적어도 두 개의 역방향 루프들; 및
    상기 적어도 두 개의 순방향 루프 및 상기 적어도 두 개의 역방향 루프에 전류를 공급하는 적어도 하나의 급전부
    를 포함하는 역평행 공진 루프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 순방향 루프들 각각은
    상기 적어도 두 개의 역방향 루프들 각각과 서로 다른 크기를 가지며, 상기 적어도 두 개의 역방향 루프들 각각과 서로 교차하여 배치되는 역평행 공진 루프.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 급전부는
    상기 적어도 두 개의 순방향 루프들과 상기 적어도 두 개의 역방향 루프들에 동일한 전류를 공급하는 역평행 공진 루프.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 역방향 루프들 중 최외각에 위치하는 역방향 루프는 상기 적어도 두 개의 순방향 루프들 중 최외각에 위치하는 순방향 루프의 내부에 위치하는 역평행 공진 루프.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 순방향 루프들 중 최내각에 위치하는 순방향 루프는 회로 연결선을 통해 상기 적어도 하나의 급전부와 연결되는 역평행 공진 루프.
  11. 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프;
    상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 복수의 역방향 루프들;
    상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 복수의 역방향 루프들에 제2 전류를 공급하는 적어도 두 개의 급전부; 및
    상기 제2 전류가 상기 복수의 역방향 루프들 중 적어도 하나에 공급되도록 스위칭하는 스위칭부
    를 포함하는 역평행 공진 루프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전류와 상기 제2 전류는 서로 동일하거나 또는 서로 독립적인 역평행 공진 루프.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 역방향 루프들은
    상기 순방향 루프의 내부에 위치하며, 서로 동일한 크기의 정사각형 구조를 가지는 역평행 공진 루프.
  14. 제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프;
    상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 가지며, 각각이 서로 다른 위상을 가지도록 임의의 각도로 배치된 복수의 역방향 루프들;
    상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 복수의 역방향 루프들에 제2 전류를 공급하는 적어도 두 개의 급전부; 및
    상기 복수의 역방향 루프들 중 적어도 하나에 상기 제2 전류를 인가하여 위상을 제어하는 위상 제어부
    를 포함하는 역평행 공진 루프.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 역방향 루프들은
    상기 순방향 루프의 내부에 위치하며, 서로 동일한 크기의 정사각형 구조를 가지는 역평행 공진 루프.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 위상 제어부는
    상기 복수의 역방향 루프들에 의해 둘러 쌓여 있으며, 회로 연결선을 통해 상기 제2 전류를 공급받는 역평행 공진 루프.
  17. 공진 루프 어레이에 있어서,
    복수의 역평행 공진 루프들
    을 포함하고,
    상기 복수의 역평행 공진 루프들 각각은
    제1 방향에 따라 제1 턴수를 갖는 순방향 루프;
    상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향에 따라 제2 턴수를 갖는 역방향 루프; 및
    상기 순방향 루프 및 상기 역방향 루프에 전류를 공급하는 급전부
    를 포함하고,
    상기 급전부는
    상기 순방향 루프에 제1 전류를 공급하고, 상기 역방향 루프에 상기 제1 전류와는 독립적인 제2 전류를 공급하는 공진 루프 어레이.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 급전부는
    상기 순방향 루프와 상기 역방향 루프에 동일한 전류를 공급하는 공진 루프 어레이.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 역방향 루프는
    상기 순방향 루프의 내부에 위치하며, 상기 순방향 루프와 서로 크기가 다른 정사각형 구조를 가지는 공진 루프 어레이.
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