KR101949963B1 - 전자기파들의 정렬을 이용한 무선 에너지 전달 - Google Patents

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Abstract

무선 에너지 전달을 위한 방법은 다수의 에너지 빔들을 형성하는 것을 포함한다. 각각의 에너지 빔은 에너지 빔들의 다른 하나의 다른 전자기파와 동일한 기본 주파수를 갖는 하나 이상의 전자기파들을 포함한다. 다수의 에너지 빔들의 입사에 대한 에너자이저블 디바이스의 디바이스 응답은 추적된다. 다수의 에너지 빔들의 각각에 대한 하나 이상의 전자기파들은 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하도록 지향된다. 에너지 빔들의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 전자기파들의 개별적인 위상은 에너지 빔들의 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 위상에 정렬된다. 에너자이저블 디바이스에 의해 수신되는 수신 전력 레벨은, 에너지 빔들, 하나 이상의 전자기파들의 지향 및 위상의 정렬 중 적어도 하나에 대해 최적화함으로써 디바이스 응답에 따라 최대화된다.

Description

전자기파들의 정렬을 이용한 무선 에너지 전달{WIRELESS ENERGY TRANSFER USING ALIGNMENT OF ELECTROMAGNETIC WAVES}
본 출원은, 2014년 10월 31일자로 출원된, "충전 스테이션을 이용한 이격 무선 충전"을 명칭으로 한, 계류 중인 미국 가출원 62/073,448호와, 2014년 11월 28일자로 출원된, "태양 전지판에 적용된 무선 전력 전달"을 명칭으로 한, 계류 중인 미국 가출원 62/085,450호와, 2015년 3월 6일자로 출원된, "전자기파 정렬을 이용한 무선 전력 전달"을 명칭으로 한, 미국 가출원 62/129,325호와, 2015년 3월 20일자로 출원된, "무선 전력 전송"을 명칭으로 한, 미국 가출원 62/136,142호의 우선권을 주장하는 출원이다.
본 발명은 일반적으로 무선 에너지 전달에 관련된 것이고, 나아가 특히 전자기파의 정렬을 이용한 에너지의 무선 전달을 위한 효율적인 시스템 및 방법에 관한 것이다.
포터블 디바이스들의 증가된 처리 및 연결 기능은 이러한 디바이스들의 대응하는 에너지 소비의 증가를 불러왔다. 또한, 포터블 디바이스가 얼마나 많은 에너지를 저장할 수 있는가에 관해 실제적 물리적 한계가 있고, 따라서 이 디바이스들의 빈번한 충전이 필요하다. 포터블 디바이스에 전력을 공급하는 것에 대한 속박된 솔루션은, 전원 케이블과 디바이스 간의 커넥터의 표준화의 부족, 충전 케이블의 무게와 신뢰성, 동작 환경(예: 수중 또는 위험 지역)의 제한 및 속박된 솔루션이 부과하는 이동성에 대한 일반적인 제약에 기인하여 부분적으로 제한된다.
포터블 디바이스의 무선 충전은 유도성 또는 용량성 커플링과 같은 근거리(near-field) 기술에 의해 이전에는 짧은 거리(예컨대, 센티미터 정도)로 제한되었다. 레이저 또는 마이크로파 빔(beam)을 사용하는 원거리(far-field) 기술들은 특히 인간을 포함하는 환경에서 위험하게 높은 전력 레벨을 포함한다. 레이저 및 마이크로파 빔은 또한 일반적으로 가시선 응용에 제한된다.
포터블 디바이스들의 기능 향상은 디바이스들의 크고 밀집된 배치가 정보를 집합적으로 공유할 수 있는 사물 인터넷(IoT)의 환경을 구현하는데 도움이 되어 왔다. 그러나, 이전의 솔루션들은, 디바이스들이 이동성을 필요로 하고, 크게 다른 전력 소비 요구사항을 갖는 사물 인터넷 환경에 있는 디바이스들에게 효율적으로 전력을 공급하는 능력이 제한적이었다. 유사하게, 무선인식(RFID) 태그들의 증가된 사용은 속박하거나, 위험하게 높은 레벨의 전력을 사용하거나 또는 RFID 태그들을 충전하는데 사용되는 충전 스테이션의 배치에 대한 부당한 제한을 가하는 것 없이 모바일 환경의 디바이스들에게 전력을 공급하는 효율적인 방법을 요구한다.
본 발명에서는, 전자기파의 정렬을 이용한 에너지의 무선 전달을 위한 효율적인 시스템 및 방법이 제시된다.
알 수 있는 바와 같이, 여기서 개시된 것과 같이 실시예들은 적어도 다음의 것을 포함한다. 일 실시예에서, 무선 에너지 전달을 위한 시스템은 에너지 빔 입사에 대한 에너자이저블(energizable) 디바이스의 디바이스 응답을 판단하는 추적 모듈을 포함하고, 에너지 빔은 하나 이상의 전자기파를 포함한다. 제1 빔형성 모듈은 하나 이상의 전자기파 중 하나인 제1 전자기파를 지향시켜 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하도록 구성된다. 제2 빔형성 모듈은 제1 빔형성 모듈과 물리적으로 분리되고, 하나 이상의 전자기파 중 하나인 제2 전자기파를 지향시켜 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하도록 구성된다. 여기서, 제1 전자기파는 제2 전자기파의 제2 기본 주파수와 같은 제1 기본 주파수를 갖는다. 위상 정렬 모듈은 디바이스에서 제1 전자기파의 제1 위상을 제2 전자기파의 제2 위상에 정렬하도록 구성된다. 처리 모듈은 디바이스 응답에 따라 에너자이저블 디바이스에 의해 수신된 수신 전력 레벨을 최대화하기 위해 추적 모듈, 제1 빔형성 모듈, 제2 빔형성 모듈 및 위상 정렬 모듈 중 적어도 하나와 통신한다. 수신 전력 레벨은 제1 전자기파를 포함하는 제1 에너지 빔 및 제2 전자기파를 포함하는 제2 에너지 빔으로부터 형성된 에너지 빔의 전송 전력 레벨에 비례한다.
무선 에너지 전달을 위한 시스템의 대안적인 실시예들은 다음의 특징들, 또는 그것들의 어떤 조합 중 하나를 포함한다. 주파수 관리 모듈은 무선 주입 락킹(Wireless Injection Locking, WIL)을 이용함으로써 제1 기본 주파수와 같은 제2 기본 주파수를 정렬하도록 구성된다. 분극 정렬 모듈은 제1 전자기파의 제1 극성을 제2 전자기파의 제2 극성에 정렬시키도록 구성된다. 제1 에너지 빔 및 제2 에너지 빔의 각각은 협각 빔이다. 제1 에너지 빔 및 제2 에너지 빔의 각각은 각각 제1 기본 주파수 및 제2 기본 주파수에 합리적으로 관련된 다수의 주파수들을 포함한다. 처리 모듈은 에너자이저블 디바이스로부터 수신신호강도(RSSI)를 수신하도록 구성되고, 처리 모듈은 수신신호강도 값을 최대화하기 위해 추적 모듈, 제1 빔형성 모듈, 제2 빔형성 모듈 및 위상 정렬 모듈 중 하나 이상을 조정하도록 구성된다. 처리 모듈은 에너자이저블 디바이스로부터 원격 측정 데이터(telemetry data)를 수신하도록 구성된다. 처리 모듈은 제1 빔형성 모듈과 통신하도록 구성되고, 제2 처리 모듈은 제2 빔형성 모듈과 통신하도록 구성되고, 처리 모듈은 제2 처리 모듈과 통신하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 무선 에너지 전달을 위한 방법은, 다수의 에너지 빔들을 형성하는 것을 포함하고, 각각의 에너지 빔은, 에너지 빔들 중 다른 하나의 다른 전자기파의 기본 주파수와 동일한 기본 주파수를 갖는 하나 이상의 전자기파들을 포함한다. 에너자이저블 디바이스로의 다수의 에너지 빔 입사에 대한 에너자이저블 디바이스의 디바이스 응답은 추적된다. 다수의 에너지 빔의 각각에 대한 하나 이상의 전자기파는 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하도록 지향된다. 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 하나 이상의 전자기파의 개별적인 위상은 에너지 빔들 중 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 위상에 정렬된다. 에너자이저블 디바이스에 의해 수신된 수신 전력 레벨은, 에너지 빔들, 하나 이상의 전자기파들의 지향 및 하나 이상의 전자기파들의 위상 정렬 중 적어도 하나를 최적화함으로써 디바이스 응답에 따라 최대화된다.
무선 에너지 전달을 위한 방법의 대안적인 실시예는 다음 특징들 중 하나 또는 그것들의 어떤 조합을 포함한다. 무선 주입 락킹(WIL)을 이용하여 각각의 에너지 빔에 대한 각각의 전자기파의 동일한 기본 주파수를 서로에게 락킹하는 것. 무선 주입 락킹은 전계 효과 트랜지스터의 기판 전압을 변조하여 공진 회로의 바이어스 전류를 변경하는 것을 포함한다. 에너지 빔들의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 전자기파들의 개별적인 극성을 에너지 빔들의 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 극성에 정렬하는 것. 디바이스 응답은 수신신호강도(RSSI)로서 에너자이저블 디바이스로부터 후방산란된 전자기파를 수신하는 것을 포함한다. 에너지 빔들의 적어도 하나에 대한 전자기파들 각각의 개별적인 극성을 에너지 빔들의 다른 하나의 전자기파에 정렬하는 것. 에너자이저블 디바이스로부터 원격 측정 데이터를 수신하여 에너지 빔들의 각각의 전송 전력 레벨을 조절하는 것.
다른 실시예에서, 무선 통신을 위한 방법은 다수의 에너지 빔들을 형성하는 것을 포함하고, 각각의 에너지 빔은 하나 이상의 전자기파를 포함한다. 에너지 빔들의 적어도 하나에 대한 각각의 전자기파의 개별적 기본 주파수는 무선 주입 락킹으로 에너지 빔들의 다른 하나의 전자기파의 기본 주파수에 매칭된다. 에너자이저블 디바이스로의 다수의 에너지 빔 입사에 대한 다수의 에너자이저블 디바이스의 각각에 대한 디바이스 응답은 추적된다. 다수의 에너지 빔들 각각에 대한 하나 이상의 전자기파는 적어도 하나의 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하도록 지향된다. 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 전자기파 각각의 개별적 위상은 에너지 빔들 중 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 위상에 정렬된다. 각각의 에너자이저블 디바이스에 의해 수신된 수신 전력 레벨은 그것들의 개별적 디바이스 응답에 따라 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 전자기파의 각각의 위상의 정렬을 최적화함으로써 최대화된다.
무선 통신을 위한 방법의 대안적 실시예는 다음의 특징 중 하나 또는 그것들의 어떤 조합을 포함한다. 파워 액세스 포인트에서, 에너자이저블 디바이스 중 적어도 하나로부터 원격 측정 데이터를 수신하는 것. 파워 액세스 포인트는 디바이스 응답들 중 하나를 추적하는 것, 다수의 에너지 빔 중 하나를 형성하는 것 및 에너지 빔들 중 적어도 둘에 대한 전자기파의 각각의 위상을 정렬하는 것 중 적어도 하나가 가능하다. 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 하나 이상의 전자기파의 개별적 극성을 에너지 빔들 중 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 극성에 정렬하는 것. 적어도 하나의 에너지 빔은 시분할 방식으로 에너자이저블 디바이스들 중 하나 이상으로 지향된다. 적어도 하나의 에너지 빔은 다수의 에너자이저블 디바이스들 중 하나의 재배치에 응답하여 새로운 에너자이저블 디바이스로 지향된다.
본 발명에 따르면, 전자기파의 정렬을 이용한 에너지의 무선 전달을 위한 효율적인 시스템 및 방법을 제공받을 수 있다.
본 발명은 실시예의 방식으로 묘사되고, 같은 참조부호들은 유사한 구성요소들을 가리키는 첨부된 도면들에 의해 제한되지 않는다. 도면들의 구성요소들은 간결하고 명확하도록 묘사되고, 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다.
도 1은 무선 에너지 전달을 위한 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 다수의 에너자이저블 디바이스를 포함하는 무선 에너지 전달을 위한 시스템의 개략도이다.
도 3은 다수의 에너지 빔이 에너자이저블 디바이스의 변화에 적응하도록 재구성된 도 2의 시스템의 개략도이다.
도 4는 에너지 빔들의 서브셋(subset)이 다수의 에너자이저블 디바이스들 사이에서 시분할되는 도 3의 시스템의 개략도이다.
도 5는 파워 액세스 포인트의 기능 블록도이다.
도 6은 파워 액세스 포인트의 개략도이다.
도 7은 파워 액세스 포인트의 통신 섹션의 개략도이다.
도 8은 무선 주입 락킹을 위한 직교 신호를 통신하는 한 쌍의 파워 액세스 포인트의 개략도이다.
도 9는 주입 락킹 주파수로부터의 기본 주파수 오프셋(offset)의 그래프이다.
도 10은 무선 주입 락킹을 위한 회로의 개략도이다.
도 11은 에너자이저블 디바이스의 개략도이다.
도 12는 수신기 컨트롤러의 개략도이다.
도 13은 무선 에너지 전달을 위한 방법의 흐름도이다.
여기서 설명되는 시스템 및 방법의 실시예들은 에너지 소스로부터 예컨대, RFID 태크들, 스마트폰들, 게임 컨트롤러를 포함하는 다수의 에너자이저블 디바이스들로의 효율적인 에너지 전달(예, 전력공급)을 제공한다. 일 실시예에서, 다수의 에너자이저블 디바이스들은 다수의 에너지 빔들 내의 전자기파의 방향, 주파수 및 위상을 정렬함으로써 5 미터까지의 거리로부터 전력을 공급받는다. 다른 실시예에서, 에너지는 5 미터보다 먼 디바이스로 전달된다. 디바이스가 디바이스 동작용 에너지를 공급하기 위해 방사된 전자기파를 수신하는 것이 가능할 때 디바이스는 에너자이저블(energizable)하다고 여겨진다. 몇몇 실시예에서 디바이스가 수신된 에너지의 적어도 한 부분을 저장할 것이라 하더라도 디바이스는 수신된 에너지를 저장할 필요는 없다.
각각의 에너자이저블 디바이스에 수신된 에너지는 에너자이저블 디바이스들 중 적어도 하나와 에너지 빔 전송기들(예, 파워 액세스 포인트들) 중 하나 사이의 통신에 의해 최적화된다. 이 효율적인 에너지 전송은, 다양한 에너자이저블 디바이스(및/또는 다수의 동일한 형태의 디바이스)가 서로 통신하고 각 디바이스의 이동에 대한 최소한의 공간적 제약 또는 제한으로 동력을 유지하는 IoT 시스템의 현실화를 가능하게 한다.
도 1을 참조하면, 무선 에너지 전달을 위한 시스템의 실시예(10)는 예를 들면, 셀폰(14a), 태블릿(14b), 스마트 워치(14c), 스테레오(14d), 및 컴퓨터(14e)를 포함하는 IoT(12)에 에너지(예, "전력")를 제공한다. 14a 내지 14e(일반적으로 14)의 에너자이저블 디바이스들은 단지 묘사적이고 IoT(12)를 구성할지도 모를 잠재적인 디바이스들을 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 하나의 예에서, 모든 디바이스들(14)은 동일한 유형이다. 다른 예에서, 디바이스들(14)은 RFID 태크 같은 저전력 디바이스이다. 다른 예에서, 디바이스들(14)은 전동 휠체어 같은 고전력 디바이스이다. 다양한 실시예들은 IoT(12)를 서로 연관될 필요가 없거나 통신할 필요가 없는 하나 이상의 디바이스들(14)로 대체한다.
IoT(12)의 디바이스들(14)은 다수의 파워 액세스 포인트들(16a, 16b, 16c)(일반적으로 16)로부터 에너지를 수신한다. 각각의 파워 액세스 포인트(16a, 16b, 16c)는 개별적인 에너지 빔(18a, 18b, 18c)(일반적으로 18)을 방출하며, 각각의 에너지 빔은 적어도 하나의 전자기파를 갖는다. 적어도 두 개의 에너지 빔의 각각의 전자기파는 하나의 디바이스에 의해 수신된 에너지를 최적화하기 위해 디바이스들(14) 중 하나의 수신 위치로 지향된다(예들 들어, 집중된다). 수신 위치에 집중된 각각의 에너지 빔의 각각의 전자기파의 주파수 및 위상을 모두 추가로 정렬함으로써, 응집 에너지 버블(coherent energy bubble)(20a)이 형성된다. 다른 실시예에서, 각각의 에너지 빔의 각각의 전자기파의 주파수, 위상 및 극성을 정렬하는 것은 에너지 버블(20a)을 형성한다. 극성의 정렬을 포함하는 것은 응집 에너지 버블(20a)에서의 에너지를 증가시키고, 따라서 그 안에 위치한 디바이스들에 대한 수신 전력 레벨을 증가시킨다.
다양한 실시예에서, 에너지 빔들은 협각 빔들이다. 본 발명의 문맥에서 사용되는 용어 "협각 빔(narrow angle beam)"은 펜슬(pencil) 빔 및 팬(fan) 빔을 포함한다. 펜슬 빔은 (빔 길이에 비해 상대적으로) 좁은 원추형 단면 또는 원통형 단면을 갖는다. 팬 빔은 방위각 방향으로 좁은 폭을 갖고 앙각 방향으로 상대적으로 넓은 폭을 갖는다.
각각의 전자기파의 주파수를 정렬하는 것은, 각 전자기파의 기본 주파수를 예를 들어, 마스터(master)에 의해 생성된 다른 기준 주파수와 "같아"지도록 정렬하는(예, 응집하는) 것을 의미한다. 기본 주파수는 고조파와는 달리 진동에 의해 생성된 최저 주파수이다. 전자기파의 기본 주파수가 제어 방법 또는 회로(예, WIL)를 통해 다른 주파수와 같아지도록 정렬되면, 기본 주파수는 "락킹된(locked)" 것으로 간주된다. 전자기파의 기본 주파수가 락킹되지 않으면, 그것은 "프리 러닝(free-running)"인 것으로 간주된다. 다양한 실시예에서, 두 개 이상의 전자기파 각각은 그것들의 개별적인 기본 주파수에 합리적으로 관련된 다수의 주파수를 포함하고, 다른 마스터 주파수에 락킹된 기본 주파수는, 하나의 전자기파의 기본 및 합리적으로 관련된 주파수 성분들을 다른 전자기파의 기본 및 합리적으로 관련된 주파수 성분들에 효율적으로 락킹할 것이다.
개별적인 주파수, 위상, 또는 극성이 "실질적으로 같거나" 또는 합리적인 제조 및 환경 허용 오차 내에 있다면, 기본 주파수의 주파수, 위상, 또는 극성은 다른 기본 주파수의 개별적인 주파수, 위상, 또는 극성과 "같다"고 여겨진다. 하나의 비한정적 실시예에서, 제조 및 환경 허용 오차의 조합에 기인하여 개별적인 주파수, 위상, 또는 극성의 하나 이상에서 2 퍼센트의 정렬 오차는 합리적이다.
명확한 설명을 위하여, 도 1의 응집 에너지 버블(20a)은 IoT(12) 환경에 인접하도록 보여지고, 3개의 에너지 빔(18)에 의해 형성된다. 실제로, 각 응집 에너지 버블은 적어도 두 개의 에너지 빔에 의해 형성되고 하나의 디바이스에 의한 수신 전력을 최대화하기 위해 디바이스들(14) 중 하나 위의 포인트(예, 수신 안테나)에 집중된다. 일 실시예에서, 하나의 응집 에너지 버블보다 많은 것이 형성되고, 각 응집 에너지 버블은 다른 디바이스에 집중된다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 응집 에너지 버블은 여러 디바이스들 사이에서 시분할된다.
에너자이저블 디바이스(14)에 충분한 에너지 레벨을 전송하는 파워 액세스 포인트들(16)의 범위(22)는, 디바이스(14)가 수신할 필요가 있는 요구되는 전력, 응집 에너지 버블을 형성하는데 이용되는 에너지 빔들(18)의 개수, (예컨대, 생물에 대한 안전한 동작 레벨에 기초한 FCC 제한으로 인한) 각 에너지 빔들(18)의 전력 상의 한계들, 및 전송 매체를 통해 에너지가 전송되는 전송 매체의 흡수 특성에 부분적으로 의존한다. 일 실시예에서, 5 미터의 범위(22)가 에너지 빔 당 100mW의 전송 전력을 사용하여 달성된다. 다른 실시예에서, 범위(22)는 응집 에너지 버블을 형성하기 위해 추가의 에너지 빔들(18)을 조합함으로써 5 미터보다 더 크다.
일 실시예에서, 각각의 에너지 빔(18)에 의해 배달되는 에너지는 통신 매체(24)를 통한 통신에 의해 조절된다. 통신 매체(24)는, 경로(28)를 통하는 IoT(12) 내의 하나 이상의 디바이스들(14)을 개별적 통로들(26a, 26b, 26c)(일반적으로 26)을 통하는 하나 이상의 파워 액세스 포인트들(16a, 16b, 16c)에 연결시킨다. 다양한 실시예에서, 통신 매체(24)는 백 플레인(back plane) 같은 물리적 구조이다. 다른 실시예들에서, 통신 매체는 에너지 빔들(18)에 의해 사용되는 동일한 매체이다. 일 예에서, 통신 매체는 공기(예, 지상 환경)이다. 다른 예에서, 통신 매체는 궤도 고도 또는 외부 공간에서 발견되는 것처럼 적어도 부분 진공이다. 다른 예에서, 통신 매체는 신선한 물 또는 소금물 중 하나이다. 다른 실시예에서, 통신 매체는 집의 지붕 재료이고, 파워 액세스 포인트는 집의 외부 상의 태양광 패널로부터의 에너지를 수집하고, 디바이스들(14)은 집 내에서의 추가의 전력 분배를 위해 지붕 재료를 통해 에너지를 수신한다.
다양한 실시예들에서, 각 에너지 빔(18)의 각 전자기파는 각 디바이스에 의해 수신되는 에너지를 증가시키기 위해 단일의 기본 주파수에 정렬된다. 통신 매체(24)가 전송 주파수에 비해 상당한 에너지 흡수 특성을 갖는 다양한 실시예들에서, 각각의 빔 내에 하나 이상의 주파수가 사용되고, 빔 내의 각각의 주파수는 기본 주파수에 합리적으로 관련된다.
다양한 실시예들에서, 디바이스들(14)과 파워 액세스 포인트들(16) 간의 통신은 마스터로서 행동하는 하나 이상의 디바이스에 의해, 마스터로서 행동하는 하나 이상의 파워 액세스 포인트에 의해, 또는 마스터리스(master-less) 시나리오로 제어된다(예를 들면, 반복적 솔루션이 얻어진다). 디바이스들(14)과 파워 액세스 포인트들(16) 간의 통신은 파워 액세스 포인트들(16)로부터 디바이스들(14)로의 전력 전송을 최적화(예, 최대화)하는데 사용된다. 예를 들면, 빔들(18)의 각각은, 개별적 디바이스로부터 파워 액세스 포인트들(16)의 적어도 하나로의 통신에서처럼 개벽적 디바이스에서의 수신 에너지 레벨을 최대화하기 위해 하나 이상의 디바이스들 방향으로 지향된다(예, 일정한 방향으로 향해진다). 유사하게, 에너지 빔들(18)의 각각에 대한 위상은 개별적 디바이스에서의 수신 에너지 레벨을 최대화하기 위해 파워 액세스 포인트(16)에 의해 조절된다. 몇몇 실시예들에서, 에너지 빔들(18)의 각각의 극성은 개별적 디바이스에서의 수신 에너지를 최대화하기 위해 또한 정렬된다. 경로들(26, 28)을 통하고 매체(24)를 통한 통신은 예를 들면, 하나 이상의 IEEE 802.3 이더넷 표준, 하나 이상의 IEEE 802.11 WiFi 표준, 하나 이상의 블루투스 표준, 하나 이상의 IEEE 802.15.4 지그비 표준, 독점적인 통신 프로토콜, 어떤 유선 또는 무선 통신 프로토콜, 또는 이들의 어떤 조합의 사용을 포함한다.
디바이스에 전력을 공급하기 위해 에너지 빔들(18)의 주파수, 위상 및 방향을 정렬하는 이점은 다음의 예시적인 실시예를 통해 더 예시된다. 이 실시예는 단일의 에너자이저블 디바이스로부터 6 개의 파워 액세스 포인트들의 평균 거리가 5 미터인 방을 가정한다. 본 개시의 이점이 없다면, 디바이스는 각각의 파워 액세스 포인트로부터 "Prx" 와트의 전력을 수신할 것이다. 디바이스에서 수신되는 전력은 다음의 방정식에 의해 정의되고, 여기서, "Ptx"는 전송된 전력의 와트이고, "Gtx"는 전송기 안테나 선형 이득이고, "Grx"는 수신기 안테나 선형 이득이고, "λ"는 미터 단위의 전자기파의 파장이고, "R"는 미터 단위의 (예, 파워 액세스 포인트 내의) 전송기와 (예, 디바이스 내의) 수신기 간의 거리이다.
Prx = [ Ptx * Gtx * Grx * λ2 ] / [ 4πR ]2
이 예시적 실시예에서, 전송기 안테나는 대략 6 dB의 이득으로, (단일의 다이폴 안테나에 의해 제공되는 것과 같이) 수직 널(null)들을 갖는 방위각 무지향성 패턴을 제공한다. 수신 안테나는 단위 이득(unity gain)으로 모든 3 개의 물리적 차원에서 무지향성 패턴을 갖는다. 전송기는 0.125 미터의 파장으로 2.4 GHz에서 동작하고 0.5 W 의 전력을 전송한다. 이 예시적 실시예는 각각의 파워 액세스 포인트로부터 디바이스에 8㎼ 의 수신 전력을 제공하거나, 6개의 비응집 파워 액세스 포인트로부터 48㎼의 총전력 "Ptotal"을 제공한다.
이제 6개의 파워 액세스 포인트들의 각각이 디바이스에서 단일 주파수 및 동위상 도달로 응집되는 변형된 실시예로 돌아와서, 디바이스에서 수신되는 전력은 다음의 방정식으로 주어진다.
Ptotal = [(Prx1)0.5 + (Prx2)0.5 + (Prx3)0.5 + (Prx4)0.5 + (Prx5)0.5 + (Prx6)0.5 ]2
응집된 주파수 및 위상을 갖는 변형된 실시예는 디바이스에 288㎼의 총 전력을 제공한다. 디바이스로 각각의 에너지 빔을 지향하는 6개의 소자를 갖는 위상 배열 안테나가 사용되는, 응집된 주파수 및 위상을 갖는 다른 실시예에서, 총 수신 전력은 다음의 방정식으로 주어진다.
Ptotal = N2 * [(Prx1)0.5 + (Prx2)0.5 + (Prx3)0.5 + (Prx4)0.5 + (Prx5)0.5 + (Prx6)0.5 ]2
따라서 6 소자 위상 배열 전송기 및 디바이스에서의 응집된 주파수 및 위상에 대한 총 수신 전력은 10.36 ㎽ 이다. 이는 지향되지 않거나(예, 비지향성의), 주파수 및 위상 면에서 응집되지 않은 에너지 빔으로 수신된 전력의 216배의 향상이다.
도 2, 도 3, 및 도 4는 3 개의 실시예를 보여준다. 여기서, 에너지 빔들(18)은 다수의 디바이스들의 변화하는 위치를 추적하는 응집 에너지 버블을 형성하도록 재구성된다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 2의 실시예(30)는 응집 에너지 버블(20a)을 형성하기 위해 개별적 에너지 빔들(18a, 18b, 18c)을 전송하는, 도 1의 3개의 파워 액세스 포인트(16a, 16b, 16c)를 포함한다. 네 번째 파워 액세스 포인트(16d)는 응집 에너지 버블(20a) 쪽으로 에너지 빔(18d)을 전송한다. 도 1의 이전의 설명에서처럼, 에너지 버블(20a)은 에너자이저블 디바이스의 수신 안테나에 일치한다. 에너지 빔(18a, 18b, 18c, 18d) 각각의 에너지는, 응집 에너지 버블(20a)에서 수신되는 동일한 요구되는 총 에너지에 대해, 도 1에서의 동일한 에너지 빔(18a, 18b, 18c)의 각각에 대한 에너지보다 낮다. 일 실시예에서, 에너지 빔들(18a, 18b, 18c, 18d) 중 적어도 하나의 에너지는 각각의 다른 에너지 빔과 다르고, 여기서, 동일한 총 에너지가 응집 에너지 버블(20a)에서 수신된다. 다른 실시예에서, 에너지 빔들(18a, 18b, 18c, 18d)의 총 에너지는 응집 에너지 버블(20a)로부터 에너지를 수신하는 디바이스의 요건에 부합하도록 증가되거나 감소된다.
도 2는 또한 응집 에너지 버블(20b) 쪽으로 개별적 에너지 빔(18e, 18f)을 전송하는 파워 액세스 포인트(16e, 16f)에 의해 형성되는 제2 응집 에너지 버블(20b)을 보여준다. 응집 에너지 버블들(20a, 20b)을 형성하기 위한 에너지 빔들(18)의 할당은 하나 이상의 디바이스들(14)과 하나 이상의 파워 액세스 포인트들(16) 사이의 통신에 기반한다. 일 실시예에서, 응집 에너지 버블들(20a, 20b)에 연관된 개별적 디바이스들은 마스터로서 행동하는 파워 액세스 포인트(16a)로 그것들의 에너지 요건을 전달한다. 파워 액세스 포인트(16a)는 응집 에너지 버블들(20a, 20b)과 연관된 개별적 디바이스들을 향하여 개별적 에너지 빔들을 지향하도록 나머지 액세스 포인트들과 통신한다. 특히, 에너지 빔(18d)은 개별적 디바이스들의 가까운 기일의 에너지 요구, 개별적 디바이스까지의 거리, 또는 다른 요인들에 기반하여 응집 에너지 버블(20b) 보다는 오히려 응집 에너지 버블(20a)을 향하여 지향된다. 응집 에너지 버블(20a)과 연관된 디바이스가 에너지를 저장할 능력을 포함하는 일 예에서, 에너지 빔(18d)은 응집 에너지 버블(20a)과 연관된 디바이스가 충분히 충전된다면 응집 에너지 버블(20b)을 향하여 재지향할 것이다.
다양한 실시예들에 따르면, 파워 액세스 포인트들의 세브셋(subset) 중 하나의 파워 액세스 포인트는, 리더 선택 알고리즘 같은 선택 알고리즘, 무작위 또는 의사 난수 선택, 파워 액세스 포인트들의 서브셋 중에서 어느 파워 액세스 포인트가 RSSI에 의해 측정된 것에 따라 디바이스들 중 특정한 하나에 가장 가까운 가에 대한 판단, 파워 액세스 포인트들의 서브셋 중에서 어느 파워 액세스 포인트가 파워 액세스 포인트들의 세브셋의 중심에 가장 가까운 가에 대한 판단, 및 마스터를 결정하기 위한 다른 테크닉들 중 하나 이상에 따라 파워 액세스 포인트들의 서브셋의 마스터로서 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 마스터 파워 액세스 포인트가 특정의 디바이스에 가장 가까운, 파워 액세스 포인트들의 서브셋 중 하나가 되게 선택하는 것은, 파워 액세스 포인트들 중 새로운 하나를 마스터로 선택할 필요성을 판단하는 것에 대한 가능성을 감소시킨다. 다른 실시예들에서, 마스터 파워 액세스 포인트가 파워 액세스 포인트들의 서브셋의 중심에 가장 가까운, 파워 액세스 포인트들의 서브셋 중의 하나가 되게 선택하는 것은, 파워 액세스 포인트들의 서브셋이 공통의 기본 주파수를 사용할 수 있게 하는(예, 기본 주파수를 락킹할 수 있게 하는) 신호를 무선으로 전송하는 중앙 위치를 제공한다.
파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋이 디바이스들 중 개별적인 제1 디바이스에 전력을 공급할 수 있게 되고, 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋이 디바이스들 중 개별적인 제2 디바이스에 전력을 공급할 수 있게 된 몇몇 실시예들에서, 파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋의 각각은 개별적인 마스터 파워 액세스 포인트를 선택한다. 마스터 파워 액세스 포인트는, 슬레이브(slave) 액세스 파워 포인트들의 각각의 기본 주파수를 마스터 파워 액세스 포인트의 주파수로 락킹하도록 개별적인 서브셋 내의 다른 파워 액세스 포인트들(예, 슬레이브(slave)들)에 신호를 전송할 것이다. 그렇게 함에 있어서, 서브셋 내의 각 파워 액세스 포인트는 서로에게 응집된 락킹된 기본 주파수로 동작한다. 몇몇 실시예들에서, 파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋과 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋은 개별적인 락킹된 기본 주파수를 사용하는 것을 포함하여 독립적으로 동작한다. 다른 실시예들에서, 파워 액세스 포인트들의 모두가 단일의 마스터 파워 액세스 포인트를 선택함으로써 단일의 락킹된 기본 주파수로 동작하도록 구성된다.
파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋이 개별적인 락킹된 기본 주파수를 사용하여 동작하는 몇몇 실시예들에서, 락킹된 기본 주파수들 각각은 동일한 주파수 대역, 예컨대, 산업, 과학, 및 의료(ISM) 대역들 중 하나에 있다. 추가의 실시예들에서, 파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋의 개별적인 락킹된 기본 주파수 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋의 개별적인 락킹된 기본 주파수는 선택적으로 대역에서의 다른 부분들, 예컨대, 다수의 채널들 중 다른 채널들에 있다.
파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋이 개별적인 락킹된 기본 주파수를 사용하여 동작하는 다양한 실시예들에서, 파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋의 개별적인 락킹된 기본 주파수 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋의 개별적인 락킹된 기본 주파수는 다른 대역들, 예컨대, ISM 대역들 중 다른 대역들에 있다.
파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋이 개별적인 락킹된 기본 주파수를 사용하여 동작하는 몇몇 실시예들에서, 파워 액세스 포인트들의 제1 서브셋의 개별적인 락킹된 기본 주파수 및 파워 액세스 포인트들의 제2 서브셋의 개별적인 락킹된 기본 주파수는 개별적인 디바이스들의 평균 RSSI를 최대화하는 것과 같이 개별적 디바이스들의 전력 공급에서의 간섭을 최소화하도록 선택적으로 선택된다.
이제 도 3으로 와서, 20c로서 보여지는 응집 에너지 버블의 대응하는 재배치와 함께, 응집 에너지 버블(20b)에 연관된 디바이스가 재배치되는 실시예(40)가 보여진다. 다른 실시예에서, 응집 에너지 버블(20b)은 비활성화된(또는 슬립 모드에 있고 따라서 추가의 전력을 요구하지 않는) 디바이스에 연관되고, 응집 에너지 버블(20c)은 새롭게 활성화된 디바이스에 대응한다. 파워 액세스 포인트(16a)가 마스터인, 도 2에서의 예시적 통신 프로토콜의 실시예(30)에 계속하여, 응집 에너지 버블(20c)에 연관된 디바이스는 파워 액세스 포인트(16a)와 통신하고, 그리고나서 파워 액세스 포인트(16a)는 에너지 빔(18a)를 재지향한다. 파워 액세스 포인트(16a)는 또한 개별적인 에너지 빔들(18e, 18f)을 재지향하기 위해 파워 액세스 포인트들(16e, 16f)과 통신하고, 따라서 응집 에너지 버블(20c)을 형성한다. 일 예에서, 파워 액세스 포인트(16a)는 또한 파워 액세스 포인트들(16b, 16c, 16d)의 개별적인 전송된 에너지를 증가시켜 응집 에너지 버블(20a)에서의 총 전력이 에너지 빔(18a)의 재지향에 의해 변화하지 않도록 파워 액세스 포인트들(16b, 16c, 16d) 중 적어도 하나와 통신한다.
도 4는 응집 에너지 버블들(20b, 20c)에 연관된 디바이스들이 모두 에너지가 수신되길 요청하는 실시예(50)를 보여준다. 실시예(50)에서, 에너지를 요청하는 다양한 디바이스들의 숫자 및 에너지 요구에 대해 불충분한 숫자의 파워 액세스 포인트들이 있다. 이 예에서 응집 에너지 버블(20a)에 연관된 디바이스는 4개의 에너지 빔을 요청한다. 따라서, 파워 액세스 포인트들(16e, 16f)은 시분할 방식으로 그들의 에너지 빔들을 분할하여, 에너지 빔들(18e, 18f)을 갖는 응집 에너지 버블(20b)을 형성하고 에너지 빔들(18g, 18h)을 갖는 응집 에너지 버블(20c)을 형성한다. 에너지 빔들이 응집 에너지 버블들(20b, 20c) 사이에 분할되는 시간의 백분율은 예를 들면, 개별적 디바이스들의 에너지 요청을 만족시기커나 또는 개별적 디바이스들의 충전 속도를 균형있게 하도록 조정된다.
몇몇 실시예에서, 각각의 파워 액세스 포인트는 개별적인 파워 모드로 동작하는 것이 가능하다. 다양한 실시예에 따르면, 개별적인 파워 모드는 오프(off), 슬립(sleep), 스탠바이(standby), 액티브(active), 및 다른 파워 모드들 중 하나 이상을 포함한다. 다음은 개별적 파워 모드들의 동작 또는 행동의 실시예에 대한 예시적 설명이다. 파워 액세스 포인트들 중 하나의 개별적 파워 모드가 오프일 때, 파워 액세스 포인트는 활성화되지 않고 동작하지 않는다.
파워 액세스 포인트들 중 하나의 개별적 파워 모드가 슬립일 때, 파워 액세스 포인트는 최소한의 전력을 사용한다. 파워 액세스 포인트의 개별적 전력 전송 회로의 전력 증폭기는 웨이크업(예, 스펙트럼 재성장) 동안 다른 무선 디바이스들로의 간섭을 피하기 위해 받침대에 있는 것 같이 간신히 온(on) 상태를 유지한다. 파워 액세스 포인트는 주기적으로 예를 들면 블루투스 같은 통신 인터페이스 상에서의 활동을 주기적으로 청취하고, 파워 액세스 포인트들의 다른 것과 또는 디바이스와의 통신에 대한 필요성이 판단되면 개별적 파워 모드들 중 더 높은 전력의 모드로 전환할 수 있다.
파워 액세스 포인트들 중 하나의 개별적 파워 모드가 스탠바이일 때, 파워 액세스 포인트는 파워 액세스 포인트의 개별적 파워 모드가 슬립인 경우보다 더 큰 전력량을 사용한다. 몇몇 실시예 및/또는 사용 시나리오들에서, 파워 액세스 포인트의 전력 증폭기는 정상 전력의 5 퍼센트보다 낮은 것과 같이 굉장히 감소된 전력 레벨로 유지된다. 다른 실시예들 또는 사용 시나리오들에서, 파워 액세스 포인트의 전력 증폭기는 소정의 시간 간격 후에 전력 증폭기가 필요하지 않다면 간신히 온 상태에 놓인다. 추가의 실시예들 또는 사용 시나리오들에서, 파워 액세스 포인트의 하나 이상의 다른 통신 인터페이스들은 소정의 시간 간격 후에 다른 통신 인터페이스들이 필요하지 않다면 꺼지거나 주기적으로 동작한다. 다양한 실시예들 또는 사용 시나리오들에서, 파워 액세스 포인트는 예를 들면, 전력을 무선으로 공급할 필요성이 판단되면 개별적 파워 모드들 중 더 높은 전력의 모드로 전환할 수 있거나, 또는 소정의 시간 주기 후에 예를 들면, 전력을 무선으로 공급할 필요성이 없다고 판단되면 개별적 파워 모드들 중 더 낮은 전력의 모드로 전환할 수 있다.
파워 액세스 포인트들 중 하나의 개별적 파워 모드가 액티브일 때, 파워 액세스 포인트는 완전하게 동작한다. 파워 액세스 포인트는 예를 들면, 특정 시간 주기 동안 전력을 무선으로 공급할 필요가 없다고 판단되면 개별적 파워 모드들 중 더 낮은 전력의 모드로 전환할 수 있다.
많은 개별적 파워 모드들 뿐만 아니라 개별적 파워 모드들의 다른 모드들에 있는 파워 액세스 포인트들의 동작 또는 행동의 많은 변형이 고려된다. 제1 예시적 실시예 또는 사용 시나리오에서, 파워 액세스 포인트의 전력 증폭기는 개별적 슬립 모드에서 전체적으로 또는 주기적으로 꺼진다. 제2 예시적 실시예에서, 오프, 슬립, 및 액티브인 단지 3개의 개별적 파워 모드 만이 있다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 파워 액세스 포인트(60)의 기능 블록도를 보여준다. 파워 액세스 포인트(60)는 빔형성 및 지향 모듈(62), 주파수 락킹 모듈(64), 추적 모듈(66), 위상 정렬 모듈(68), 처리 모듈(70), 및 전력 관리 모듈(72)을 포함한다. 다양한 실시예들은 하드웨어적으로 또는 소프트웨어적으로 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 도 5에서 보여지는 기능 블록들의 하나 이상을 구현한다. 다른 실시예들에서, 도 5의 기능 블록들의 둘 이상은 그것들의 개별적 기능들을 구현하기 위하여 하드웨어 또는 소프트웨어 리소스를 공유한다.
몇몇 실시예들에서, 빔형성 및 지향 모듈(62)은 최소한 8개의 안테나 소자들을 갖는 위상 배열 안테나, 또는 스위치드 빔 안테나(switched beam antenna), 또는 다른 타입의 안테나를 포함한다. 각각의 안테나 소자는 모든 안테나 소자들의 집중적인 방출에 의해 형성된 빔이 디바이스를 향해 형성되고 지향될 수 있게 하는 조절가능한 위상 지연을 갖는다.
주파수 락킹 모듈(64)은 제조 및 환경 에러에 대해 적당한 허용 오차 내에서 형성된 빔들 각각의 (안테나 소자에 대응하는) 전자기파 각각의 주파수를 정렬한다. 일 예시에서, 2 퍼센트의 허용 오차가 합리적이지만, 2 퍼센트 초과이거나 미만의 허용 오차는 비응집 시스템에 대하여 이 개시에 의해 교시된 이득들을 유지하면서 여전히 실현 가능하다. 다양한 실시예들에서, 주입 락킹(예, 유선 또는 무선)은 각 에너지 빔 내의 및 사이의 전자기파들의 주파수들을 정렬하는데 사용된다.
추적 모듈은 디바이스(또는 도 4에서 보여진 것처럼 시분할에 의한 다수의 디바이스들)로 향하는 에너지 빔들의 각각을 이끌고 있는 빔형성 및 지향 모듈(62)을 보조하기 위해 에너자이저블 디바이스들의 하나 이상의 위치를 판단한다. 다양한 실시예들에서, 에너자이저블 디바이스의 위치를 획득하는 것은 빔형성 및 지향 모듈(62)로부터의 에너지 빔을 스캔하는 것과 디바이스에 의해 수신된 에너지가 최대화되는 스캔 방향을 찾는 것을 포함한다. 다른 실시예들에서, 에너자이저블 디바이스의 위치를 획득하는 것은 나침반, 또는 GPS 신호, 또는 다른 테크닉들을 사용하는 것을 포함한다.
위상 정렬 모듈(68)은 빔형성 및 지향 모듈(62)에 의해 방출된 각각의 전력 빔으로부터의 각각의 전자기파의 위상을 정렬한다. 다양한 실시예들에서, 위상 정렬 모듈(68)은 빔형성 및 지향 모듈(62)의 동일한 위상 지연 소자들을 사용한다. 빔형성 및 지향 모듈(62)은 에너지 빔을 좁은 빔으로 형성하고 에너지 빔을 디바이스 방향으로 지향하는 반면에, 위상 정렬 모듈(68)은, 다중 경로 전파, 파워 액세스 포인트들과 디바이스 사이의 전송 매체로부터의 왜곡에 부분적으로 기인한 위상 에러, 디바이스의 이동에 의해 도입된 도플러 에러, 또는 비행 시간 오류를 보상함으로써와 같이 다수의 파워 액세스 포인트들의 위상 정렬을 가능하게 한다.
처리 모듈(70)은 디바이스들에 의해 수신되는 에너지를 최대화하기 위해 다른 파워 액세스 포인트들 및 하나 이상의 에너자이저블 디바이스들과 통신한다. 다양한 실시예들에서, 처리 모듈(70)은 마스터로서 행동할 것이고 하나 이상의 디바이스들로의 에너지 전달을 조정하기 위해 다른 액세스 포인트들과 통신할 것이다. 다른 실시예들에서, 처리 모듈(70)은 슬레이브로서 행동하고 파워 액세스 포인트의 위에서 언급된 다양한 기능들을 제어하기 위하여 다른 파워 액세스 포인트로부터의 통신을 수신한다. 다른 실시예에서, 처리 모듈(70)은 (예로서, 우선 순위 투표에 의한 또는 솔루션에 대한 반복에 의한) 마스터없는 모드에서 다른 파워 액세스 포인트들과 통신하고 상호 작용한다. 처리 모듈(70)이 마스터인 몇몇 실시예들을 위하여, 처리 모듈은, 디바이스로부터 수신신호강도(RSSI)를 수신하고, 수신신호강도를 디바이스로부터 이전에 수신된 수신신호강도와 비교하고, 빔형성 및 지향 모듈(62)과 추적 모듈(66) 중 하나와 함께 빔 지향과, 빔형성 및 지향 모듈(62)과 위상 정렬 모듈(68) 중 하나와 함께 에너지 빔 내의 적어도 하나의 전자기파의 위상 중 하나 이상을 조정한다. 다른 실시예들에서, 각각의 에너지 빔에 대한 각각의 전자기파의 극성은 또한 디바이스로부터 수신되는 RSSI 레벨에 기초하여 다른 전자기파들의 극성과 같도록 정렬된다.
전력 관리 모듈(72)은 파워 액세스 포인트(60)의 다른 기능들에 의한 사용을 위하여 전력원으로부터의 전력을 조절하는데 사용된다. 일 실시예에서, 전력 조절은 파워 액세스 포인트(60)에 대한 하나 이상의 전력원을 제공하기 위해 전력원을 정류하는 것, 부스팅(boosting)하는 것(예, 전압 또는 전류를 증가시키는 것), 또는 버킹(bucking)하는 것(예, 전압 또는 전류를 감소시키는 것) 중 적어도 하나를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 전력원은 빌딩 내의 콘센트로부터의 라인 전력, 발전기의 출력, 태양광 패널 출력, 및 배터리 중 하나이다. 다른 전력원들은 본 개시의 범위와 사상 내에서 그려진다.
도 6은 파워 액세스 포인트의 예시적 실시예(80)의 세부 내용을 더 보여준다. 실시예(80)는 에너지 빔 섹션(82), 무선 주입 락킹(WIL) 섹션(84), 및 통신 섹션(86)을 포함한다. 도 5 및 도 6을 참조하면, WIL 섹션(84)은 주파수 락킹 모듈(64)을 이행한다. 에너지 빔 섹션(82)은 빔형성 및 지향 모듈(62) 및 위상 정렬 모듈(68)을 이행한다. 통신 섹션(86)은 추적 모듈(66) 및 처리 모듈(70)을 이행한다. 다른 실시예들에서, 도 5의 기능 블록들은 본 개시의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 도 6에서 보여지는 것들과 다른 섹션들로 묶인다. 예를 들면, 일 실시예에서, 추적 모듈(66)은 에너지 빔 섹션(82)에 통합된다.
도 6을 참조하면, 에너지 빔 섹션(82)은 에너지 빔 안테나(90)로 에너지 빔을 전송한다. 일 예에서, 에너지 빔은 ISM 무선 대역들 중 하나에 중심을 둔 5.8 GHz의 기본 주파수를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 기본 주파수는 다른 하나의 ISM 대역에 중심을 둔다(예, 915 MHz, 2.45 GHz, 24.125 GHz 및 61,25 GHz). 다양한 실시예들에서, 디바이스로부터 수신된 RSSI의 지수 이동 평균은 간섭을 검출하는데 이용되고, 기본 주파수는 간섭에 응답하여 다른 ISM 대역으로 변경된다. 예를 들면, 방을 통과하는 사람과 같은 단기 효과는 단기 간섭만을 나타낼 것이다. 그러나, 이동된 파일 캐비넷은 기본 주파수를 다른 ISM 대역으로 변경해야 하는 충분한 시간 동안 간섭을 일으킬 수 있다.
에너지 빔 섹션(82)은 연결(96)에 의해 위상 시프터(94)에 연결된 오실레이터(92)(예, 5.8 GHz 오실레이터)를 포함한다. 위상 시프터(94)는 에너자이저블 디바이스에 도달하는 다른 전자기파들과 함께 위상 응집을 달성하기 위해 오실레이터(92)에 의해 발생되는 전자기파의 위상을 조절한다. 위상 시프터(94)는 연결(100)에 의해 전송 전력 증폭기(98)에 연결된다. 전송 전력 증폭기는 연결(102)에 의해 에너지 빔 안테나(90)에 연결된다. 전송 전력 증폭기는 위상 시프터(94)로부터의 전자기파를 증폭한다. 몇몇 실시예들에서, 전송 전력 증폭기는 위상 시프터(94)로부터의 전자기파를 미리 조정하는 사전증폭기에 후행한다. 일 예에서, 사전증폭기는 위상 시프터(94)로부터의 전자기파를 (예컨대, 왜곡에 반대되게) 미리 조정하여 전송 전력 증폭기에 의해 도입되는 왜곡을 제거한다.
몇몇 실시예들에서, 에너지 빔 섹션에 의해 형성된 에너지 빔은 하나의 전자기파를 포함한다. 위상 배열 안테나를 갖는 다른 실시예들에서, 에너지 빔은 다수의 전자기파에 의해 형성되고, 각각의 전자기파는 다수의 위상 시프터들(94) 중 개별적인 하나, 다수의 전송 전력 증폭기들(98) 중 개별적인 하나, 및 다수의 에너지 빔 안테나들(90) 중 개별적인 하나에 의해 조정된다. 다수의 전자기파들의 각각은 단일의 오실레이터(92), WIL 섹션(84), 및 통신 섹션(86)을 공유한다.
예를 들면, 8 소자 위상 배열 안테나를 갖는 실시예를 대하여, 오실레이터(92)의 출력(96)은 동일한 전자기파를 8개의 위상 시프터(94)에 제공한다. 8개의 위상 시프터(94)의 각각의 출력들(100)은 개별적인 전송 전력 증폭기(98)에 의해 증폭되고 그리고나서 개별적인 에너지 빔 안테나(90)에 의해 방사된다. 8개의 전자기파의 각각의 상대적 위상을 조절함으로써, 개별적인 에너지 빔 안테나(90)에 의해 방사된 8개의 전자기파는 디바이스 쪽으로 향해질 수 있는 좁은 에너지 빔을 형성한다. 8개의 전자기파의 각각의 위상은 디바이스 상으로의 다른 에너지 빔들의 입사에 포함된 다른 전자기파들과 함께 단일 에너지 빔을 형성하는 8개의 전자기파의 위상 응집(phase coherence)을 보장하기 위해 동일한 8개의 개별적인 위상 시프터들(94)에 의해 추가로 변조된다. 다양한 실시예들에서, 에너지 빔 지향은, RSSI를 최대화하는 최적의 빔 방향을 결정하기 위해 디바이스로부터 RSSI를 수신하는 동안에, 에너지 빔의 방향을 고정된 각속도로 원에서 스위핑(sweeping)함으로써 결정된다.
WIL 섹션(84)은 (예컨대, 제조 및 환경 허용 오차 내에서) 동일한 주파수를 갖도록 각각의 에너지 빔 내의 전자기파들의 각각의 기본 주파수를 정렬시킨다. WIL 섹션(84)은 각각의 전자기파의 주파수를 다른 전자기파에 정렬(예, 락킹)할 목적으로 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 동작한다. WIL 섹션(84)은, 통신 섹션이 파워 액세스 포인트들 및 디바이스들과 통신하기 위한 마스터 또는 슬레이브로서 동작하는지 여부와 관계없이, 주파수 정렬을 실행하기 위해 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 동작한다. 파워 액세스 포인트는 통신 섹션(86)의 모드와 동일한 모드(예, 마스터 또는 슬레이브)로 동작하는 것으로 간주된다.
WIL 섹션(84)이 마스터로서 동작할 때, 오실레이터(92)는 WIL 안테나(110)에 의해 다른 파워 액세스 포인트들로 전송되는 기준 클럭을 제공한다. 특히, 오실레이터(92)의 출력(96)은 드라이버(112)에 의해 버퍼링되고 구동된다. 모드 스위치(114)는 인코더 모드로 동작하면서 드라이버(112)의 출력을 캐리어 인코더/디코더(120)에 연결되는 마스터 단자(116)에 연결시킨다. 캐리어 인코더/디코더(120)는 출력(126)이 WIL 안테나(110)를 구동하는 주파수 스케일러(122)에 연결된다.
일 실시예에서, WIL 섹션(84)이 마스터로서(예, 마스터 모드로) 동작할 때, 캐리어 인코더/디코더(120)는 변경 없이 그것의 입력(116)으로부터 그것의 출력(124)으로 신호를 전달한다. 다른 실시예에서, WIL 섹션(84)이 마스터로서 동작할 때, 캐리어 인코더/디코더(120)는 의사 난수 시퀀스(pseudo-random sequence)(PN 시퀀스)를 인코딩한다. 일 예에서, PN 시퀀스는 보안 주파수 락킹을 위해 클럭 시퀀스를 인코딩하고 디코딩하는 동기화 헤더로서 사용된다.
WIL 섹션(84)이 마스터로서 동작할 때, 주파수 스케일러(122)는 오실레이터(92)로부터의 기본 주파수를 감소시켜 WIL 안테나로 에너지 빔에 대한 주파수와 간섭하지 않는 기준 클럭 주파수를 제공한다. 실시예(80)에서, 오실레이터(92)는 기본 주파수를 제공하고, 기본 주파수는 2.9 GHz 기준 클럭 주파수를 생성하기 위해 0.5로 스케일링된다. 모든 파워 액세스 포인트들이 주파수 락킹되기 전에, 기본 주파수 근방의 스펙트럼은 잡음이 있을 것이므로, 다른 파워 액세스 포인트들과 주파수 락킹을 위한 신뢰할만한 기준 클럭 주파수를 발생시키기 위하여 오실레이터(92)로부터의 기본 주파수를 주파수 스케일링하는 것이 바람직하다. 다른 실시예들에서, 오실레이터(92)는 WIL을 위한 적절한 주파수(예, 2.9 GHz)로 동작하고, 에너지 빔 섹션(82)은 에너지 빔을 위한 적절한 주파수(예, 5.8 GHz)를 발생시키기 위하여 오실레이터 주파수를 스케일링한다.
예시적 실시예를 계속하면, WIL 섹션(84)이 슬레이브로 동작할 때, 2.9 GHz 기준 클럭은, WIL 안테나(110)에서 수신되고, 마스터 모드로 동작하는 파워 액세스 포인트의 기본 주파수와 같은 기본 주파수를 발생시키기 위하여 주파수 스케일러(122)에 의해 스케일 업(up) 된다. 일 실시예에서, 슬레이브 모드로 동작하는 캐리어 인코더/디코더(120)는 주입 락킹된 신호로서 주파수 스케일러(122)의 출력(124)을 이용하여 단자(118)에서 주입 락킹된 주파수를 발생시킨다. 또 다른 실시예에서, 캐리어 인코더/디코더(120)는 먼저 주파수 스케일러(122)의 출력(124)으로부터의 PN 시퀀스를 디코딩하고 그리고나서 단자(118)에서 주입 락킹된 주파수를 발생시킨다. 발생된(또는 디코딩된) 기본 주파수는 로컬 오실레이터(LO) 드라이버(130)에 의해 버퍼링되고 구동된다.
WIL 섹션(84)이 마스터 모드로 동작할 때, 모드 스위치(132)는 바이어스 레벨(144)에 연결된 전송 크리스탈 기준(142)을 오실레이터 입력(140)에 연결시킨다. 일 실시예에서, 오실레이터(92)는 전송 크리스탈 기준에 의해 결정된 주파수로 기본 주파수를 발생시킨다. 다른 실시예들에서, 전송 크리스탈 기준은 주파수 기준을 제공하는 다른 소스들(예, 전압 제어 오실레이터, 전류 제어 오실레이터, 위상 고정 루프, 클럭 제산 회로, 또는 클럭 승산 회로)로 대체된다. WIL 섹션(84)이 슬레이브 모드로 동작할 때, LO 드라이버(130)는 발생된(또는 디코딩된) 기본 주파수를 오실레이터(92)의 입력(140)으로 구동시킨다. 일 실시예에서, 오실레이터(92)는 WIL 섹션(84)이 슬레이브 모드로 동작할 때 변경 없이 입력(140)으로부터 출력(96)까지 기본 주파수를 통과시킬 것이다.
통신 섹션(86)은, 슬레이브 모드로 동작할 때, 통신 안테나(150)로 다른 액세스 포인트 또는 디바이스로부터의 통신을 수신한다. 통신 섹션(86)은, 마스터 모드로 동작할 때, 통신 안테나(150)로 다른 파워 액세스 포인트 또는 디바이스로 통신을 전송한다. 마스터 모드 또는 스레이브 모드 중 하나에서, 통신 섹션(86)은 통신 프로토콜의 일부로서 다른 파워 액세스 포인트들에게 또는 다른 파워 액세스 포인트들로 정보를 전송하거나 수신한다. 다양한 실시예들에서, 마이크로프로세서(152)는 연결(156)에 의해 통신 모듈(154)에 연결되고, 통신 모듈(154)은 연결(158)에 의해 통신 안테나(150)에 연결된다. 다양한 실시예들에서, 마이크로프로세서(152)는, 파워 액세스 포인트들 중 하나를 위한 도 5에서 보여진 기능 모듈들의 각각을 제어하고, 적어도 하나의 파워 액세스 포인트 또는 디바이스에 지시하거나 또는 그것들로부터의 지시를 수신한다. 또 다른 실시예에서, 통신 모듈(154)은, 에너지 빔을 전송하는데 사용된 동일한 에너지 빔 안테나(90)로, 주입 락킹을 위해 사용된 WIL 안테나(110)로, 또는 에너지 빔 안테나(90) 및 WIL 안테나(110) 모두로 통신 데이터를 전송하고 수신한다.
마이크로프로세서(152)의 동작은 이제 마스터 모드로 동작하는 파워 액세스 포인트의 실시예(80)와 함께 설명될 것이다. 마이크로프로세서(152)는 디바이스로부터 디바이스에서의 수신 전력을 나타내는 RSSI를 수신한다. 일 예에서, RSSI는 블루투스 신호로서 통신 안테나(150)에서 수신되고, 통신 모듈(154)에 의해 마이크로프로세서(152)를 위한 신호로 변환된다. 마이크로프로세서(152)는 수신된 RSSI 레벨을 이전에 수신된 RSSI 레벨과 비교하고, 수신된 RSSI 레벨을 최대화하도록 위상 또는 빔 지향 중 적어도 하나를 조절하기 위해 다른 파워 액세스 포인트들과 통신한다. 디바이스는 폴링, 인터럽트, 또는 계속적 기반 중 적어도 하나에 의해 새로운 RSSI 레벨을 파워 액세스 포인트(80)로 통신한다. 마이크로프로세서(152)는 연결(160)을 통해 단자(162)로써 WIL 섹션(84)의 동작을 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 제어한다. 단자(162)는 (명확성을 위해 도 6에서 보여진 단자(162)의 경우만으로써) 모드 스위치(114) 및 모드 스위치(132) 모두를 제어한다. 마이크로프로세서(152)는 또한 연결(160)로써 캐리어 인코더/디코더(120)를 인코딩 또는 디코딩하도록 제어하고, 인코딩 또는 디코딩에 사용될 프로토콜을 제어한다. 마이크로프로세서(152)는 또한 연결(160)로써 주파수에 의해 사용될 스케일링 인자를 제어한다(예, WIL 섹션(84)이 마스터 또는 슬레이브로서 동작할 때 각각 2/3, 또는 3/2). 마이크로프로세서(152)는 연결(168)로써 위상 시프터(94)의 위상을 조절하도록 연결(166)로써 디지털-아날로그 변환기(DAC)(164)를 제어하고, 연결(174)로써 전송 PA(98)의 증폭을 조절하도록 연결(172)로써 DAC(170)를 제어한다. 다양한 실시예들에서, 마이크로프로세서(152)는, 열 센서, 상태 지시기, 디바이스 상의 다른 에너지 빔 입사의 극성과 같도록 에너지 빔의 극성을 조절하는 회로, 및 디바이스로 전송되거나 또는 디바이스로부터 수신되는 원격 측정 데이터를 포함하지만 그것에 한정되지 않는 다른 기능들 및 구성들을 제어한다.
도 7은 통신 섹션(180)의 다른 실시예를 보여준다. 통신 섹션(180)은 파워 액세스 포인트의 다양한 기능들을 제어하기 위한, 그리고 다른 파워 액세스 포인트들 및 적어도 하나의 디바이스와 통신하기 위한 마이크로프로세서(182)를 포함한다. 마이크로프로세서(182)는 연결(186)을 통해 통신 인터페이스(I/F) 회로(184)와 통신한다. 일 실시예에서, 통신 I/F 회로(184)는 연결(188)을 통해 안테나로 블루투스 통신을 제공한다. 다른 통신 프로토콜들이 본 개시의 범위 내에서 생각된다. 마이크로프로세서(182)는 연결(192)을 통해 랜덤 액세스 메모리(RAM)(190)와 통신하고, 연결(196)을 통해 리드 온리 메모리(ROM)와 통신한다. RAM(190) 및 ROM(194)은 데이터 및 프로그램 코드의 조합을 저장하는 것이 가능하다. 마이크로프로세서는 또한 연결(200)을 통해 I/F 회로(198)와 통신한다. 일 실시예에서, I/F 회로(198)는 연결(202)을 통해 위상 시프터를 제어하는 DAC이다.
도 8은 무선 주입 락킹을 수행하기 위하여 서로 통신하는 2개의 파워 액세스 포인트를 갖는 무선 에너지 전달을 위한 시스템(210)을 보여준다. 다른 실시예들에서, 하나의 파워 액세스 포인트는 마스터이고, 하나 이상의 다른 파워 액세스 포인트는 슬레이브이다. 실시예(210)에 대해 설명된 동작은 마스터로부터 슬레이브들 각각으로 직교 신호(220)를 브로드캐스팅함으로써 슬레이브로 동작하는 다수의 파워 액세스 포인트를 갖는 시스템으로 확장된다. 다른 실시예에서, 직교 신호(220)는 마스터와 각 슬레이브 간의 유선 연결로 대체된다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 시스템(210)은 마스터 모드로 동작하는 WIL 섹션을 갖는 파워 액세스 포인트(212)와, 슬레이브 모드로 동작하는 WIL 섹션을 갖는 파워 액세스 포인트(214)를 포함한다. 파워 액세스 포인트(212)는 WIL 방법을 사용함으로써 파워 액세스 포인트(214)가 파워 액세스 포인트(212)와 동일한 기본 주파수를 갖게 하도록 파워 액세스 포인트(214)로 직교 신호(220)를 전송한다. 예를 들면, 파워 액세스 포인트(214)의 기본 주파수는 파워 액세스 포인트(212)의 기본 주파수로 락킹된다. 이 문맥에서의 용어 "직교 신호(orthogonal signal)"는 에너지 빔과 간섭하지 않을 신호이다.
파워 액세스 포인트(212)는 위상 시프터(226)를 구동하는 오실레이터(224)를 포함하는 에너지 빔 섹션(222)을 포함한다. 위상 시프터(226)는 전력 증폭기(228)를 구동한다. 전력 증폭기(228)는 에너지 빔 안테나(230)를 구동한다. 파워 액세스 포인트(212)는 마스터 모드로 동작하는 WIL 섹션(232), 및 오실레이터(224)에 의해 구동되는 캐리어 인코더(234)를 더 포함한다. 캐리어 인코더(234)는 PN 시퀀스를 인코딩하거나 또는 오실레이터(224)로부터의 클럭에 기반한 일 실시예에서 다른 결정 시퀀스를 인코딩한다. 다른 실시예에서, 캐리어 인코더(234)는 오실레이터(224)로부터의 클럭을 통과시킨다. 캐리어 인코더(234)는 안테나(238)로 직교 신호(220)를 전송할 주파수 스케일러(236)를 구동한다. 주파수 스케일러(236)는 오실레이터로부터의 주파수를 "n"에 의해 나누어지는 "m"의 인자로 스케일링한다. 일 예에서, m/n의 인자는 3/2 와 같다.
파워 액세스 포인트(214)는 위상 시프터(246)를 구동하는 오실레이터(244)를 포함하는 에너지 빔 섹션(242)을 포함한다. 위상 시프터(246)는 전력 증폭기(248)를 구동한다. 전력 증폭기(248)는 에너지 빔 안테나(250)를 구동한다. 파워 액세스 포인트(214)는 슬레이브 모드로 동작하는 WIL 섹션(252)을 더 포함하고, 도 6에서 설명된 것처럼 WIL로부터 유도된 디코딩된 클럭으로 오실레이터(244)를 구동하는 캐리어 디코더(254)를 더 포함한다. 캐리어 디코더(254)는 일 실시예에서 주파수 스케일러(256)로부터 수신된 PN 시퀀스를 디코딩한다. 다른 실시예에서, 캐리어 디코더(254)는 주파수 스케일러(256)의 출력에 의해 결정된 주파수로 주입 락킹된 클럭을 발생시킨다. 주파수 스케일러(256)는 WIL 안테나(258)에 의해 수신된 직교 신호(220)의 주파수를 "m"에 의해 나누어지는 "n"의 인자로 스케일링한다. 일 예에서, n/m의 인자는 2/3 와 같다.
도 9는 프리 러닝 기본 주파수(264)를 갖는 프리 러닝 기본 주파수 스펙트럼(262)을 갖는 실시예(260)의 플롯(plot)을 보여준다. 프리 러닝 기본 주파수(264)는 주파수 오프셋(offset)(268)만큼 바람직한 주입 락킹된 주파수(266)로부터 오프셋된다. 일 예에서, 바람직한 주입 락킹된 주파수(266)는 슬레이브 모드로동작하는 동안 도 6의 캐리어 인코더/디코더(120)의 출력(118)이다. WIL의 사용은 저전력 소비로 안정적인, 고 주파수 락킹을 가능하게 한다. 주입 락킹을 수행하는데 필요한 에너지의 양은 주파수 오프셋(268)에 비례하므로, 도 6의 주파수 스케일러(122)가 WIL 안테나(110)에서의 수신 주파수를 마스터로서 동작하는 파워 액세스 포인트의 기본 주파수에 더 가까운 주파수로 스케일링한 이후에, 주입 락킹을 수행하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 주입 락킹된 주파수(266)의 크기는 수신된 기본 주파수(264)의 크기보다 여러 배수의 규모로 크다.
도 10은 도 9에서 보여진 주입 락킹을 수행하기 위한 WIL 회로의 예시적 실시예(270)를 보여준다. 실시예(270)는 바이어스 탭(274)을 갖는 인덕터(272)로 형성된 공진 LC 탱크 회로를 포함한다. 인덕터(272)는 커패시터(276)에 병렬로 연결된다. 인덕터(272) 및 커패시터(276)의 값은 실시예(270)가 바람직한 주입 락킹된 주파수에 가까운 주파수로 공진하도록 선택된다. 실시예(270)는 드레인(282), 게이트(284), 소스(286), 및 바디 연결부(288)를 갖는 제1 트랜지스터(280)를 더 포함한다. 제2 트랜지스터(290)는 제1 트랜지스터(280)에 교차 결합된다. 제2 트랜지스터(290)는 드레인(284), 게이트(282), 소스(296), 및 바디 연결부(298)을 갖는다. 제1 트랜지스터(280)의 소스(286) 및 제2 트랜지스터(290)의 소스(296)는 접지 전위(300)에 각각 연결된다. 일 실시예에서, 도 6의 캐리어 인코더/디코더(120)에 의해 수신된 것과 같은 수신 기본 주파수(264)는 제2 트랜지스터(290)를 턴 오프 되게 하고 제1 트랜지스터(280)를 턴 온 되게 하도록 하면서 바디 연결부(298)에 인가된다. 출력(302)은 커패시터(304)를 통해 제2 트랜지스터의 드레인(284)에 연결되어, 마스터 모드인 파워 액세스 포인트의 기본 주파수와 실질적으로 동일한 수신 기본 주파수에 락킹된 주파수를 갖는, 출력(302)에서의 주입 락킹된 클럭을 초래한다.
WIL을 수행하거나, 또는 적어도 두 개의 파워 액세스 포인트들의 개별적 기본 주파수를 락킹하는 다른 회로들과 방법들은 본 개시의 범위 및 사상에서 벗어나지 않으면서 생각된다. 예를 들면, 오실레이터(92)(도 6)는 일 실시예에서 디지털 영역에서 구현되고, 다른 실시예에서는 아날로그 영역에서 구현된다. 몇몇 실시예들에서, WIL은 적어도 두 개의 전자기파의 주파수를 락킹하는데 사용된다. 다른 실시예에서, WIL은 적어도 두 개의 전자기파의 위상을 락킹하는데 사용된다. 다른 실시예에서, WIL은 적어도 두 개의 전자기파의 주파수 및 위상을 모두 락킹하는데 사용된다. 다양한 실시예들에서, WIL은 (예로서, 10,000보다 큰 퀄리티 인자를 갖는) 하이-Q 크리스탈 소스를 이용하여 GaN 오실레이터의 주입 락킹을 수행한다. 다른 실시예들에서, 각각의 파워 액세스 포인트의 기본 주파수는 위상 고정 루프(PLL)로 락킹되고, 여기서, PLL은, 마스터 파워 액세스 포인트로부터 구동되고 마스터 파워 액세스 포인트로부터 선택적으로 무선으로 전송된 클럭 같은 공통 기준 클럭을 공유한다.
도 11은 무선 전달을 통해 에너지를 수신하도록 구성된 에너자이저블 디바이스의 예시적 실시예(310)를 보여준다. 도 1, 도 6, 및 도 10을 참조하면, 실시예(310)는 에너지 빔 안테나(312)에서 응집 에너지 버블(20)을 형성하는 다수의 파워 액세스 포인트들로부터 에너지를 수신한다. 수신된 에너지는 연결(316)에 의해 에너지 빔 안테나(312)에 연결된 대역 통과 필터(BPF)(214)에 의해 필터링된다. BPF(214)는 기본 주파수(예, 5.8 GHz)에 중심을 둔다. BPF(214)의 필터링된 출력(320)은 연결(324)에 의해 RF-DC 컨버터(322)로 RF 신호를 제공하도록 20dB 커플러로 나뉜다. 커플링의 다른 레벨들은 커플링된 출력(332)이 실시예(310)에 전력을 공급하는데 요구되는 에너지를 과도하게 제거하지 않으면서 신뢰성있는 측정을 위해 충분히 클 정도로 본 개시의 범위 내에서 그려진다.
RF-DC 컨버터(322)는 연결(328)에 의해 마이크로프로세서(326)로 DC 전력을 공급한다. 20 dB 커플러(318)는 또한 연결(332)에 의해 RSSI(330)로 신호를 공급한다. 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(334)는 마이크로프로세서(326)에 디지털 신호(338)를 제공하기 위해 RSSI(330)에 의해 출력되는 아날로그 신호(336)를 변환한다. 마이크로프로세서(326)는, RSSI 레벨 및 다양한 텔레마틱(telematic) 정보(예, 온도 센서 정보)를 포함하는 정보를 연결(342)에 의해 통신 모듈(340)로 전송하고, 통신 모듈은 연결(346)을 통해 통신 안테나(344)로 정보를 전송한다. 일 실시예에서, 통신 모듈(340)은 블루투스 프로토콜을 사용한다. 전송된 RSSI 레벨은, 디바이스에서 수신된 전력을 최적화하기 위해 개별적인 파워 액세스 포인트들로부터의 에너지 빔들을 조절하기 위한 피드백을 제공하도록 마스터로서 동작하는 파워 액세스 포인트에 의해 수신된다. 다양한 실시예들에서, 텔레마틱 정보는 또한 마스터로서 동작하는 파워 액세스 포인트에 공유되고, 몇몇 실시예들에서 텔레마틱 정보는 IoT 환경에 있는 다른 디바이스들로 다시 중계된다. 다른 실시예들에서, 텔레마틱 정보는 중앙 서버 또는 RFID 리더로 보내진다.
도 12는 에너자이저블 디바이스의 다른 실시예에 의해 사용되는 수신기 컨트롤러(350)의 실시예를 보여준다. 수신기 컨트롤러(350)는 에너자이저블 디바이스의 다양한 기능들을 제어하기 위한, 그리고 마스터로서 동작하는 파워 액세스 포인트와 통신하기 위한 마이크로프로세서(352)를 포함한다. 마이크로프로세서(352)는 연결(356)을 통해 통신 인터페이스(I/F) 회로(354)와 통신한다. 일 실시예에서, 통신 I/F 회로(354)는 연결(358)을 통해 안테나로 블루투스 통신을 제공한다. 다른 통신 프로토콜들이 본 개시의 범위 내에서 그려진다. 마이크로프로세서(352)는, 연결(362)을 통해 랜덤 액세스 메모리(RAM)(360)와 통신하고, 연결(356)을 통해 리드 온리 메모리(ROM)(364)와 통신한다. RAM(360) 및 ROM(364)은 데이터 및 프로그램 코드의 조합을 저장할 수 있다. 마이크로프로세서는 연결(370)을 통해 I/F 회로(368)와 더 통신한다. 일 실시예에서, I/F 회로(368)는 연결(372)에 수신되는 응집 에너지 버블(20)로부터의 수신 에너지 레벨을 측정하는 RSSI이다. 도 11 및 도 12을 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 마이크로프로세서(326)는 마이크로프로세서(352), RAM(360), ROM(364)을 포함하고, 통신 I/F 회로(354)는 통신 모듈(340)과 통신 안테나(344)를 포함하고, I/F 회로(368)는 ADC(334)를 포함한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 무선 에너지 전달을 위한 방법에 대한 예시적 실시예(380)의 흐름도이다. 382 단계에서, 하나 이상의 전자기파를 갖는 다수의 에너지 빔들이 형성된다. 384 단계에서, 각각의 에너지 빔의 각각의 전자기파의 기본 주파수가 락킹된다. 386 단계에서, 에너자이저블 디바이스로의 에너지 빔들 입사에 대한 에너자이저블 디바이스의 디바이스 응답이 추적되기 시작한다. 388 단계에서, 각각의 에너지 빔에 대한 전자기파들은 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하도록 지향된다. 390 단계에서, 각각의 에너지 빔의 각각의 전자기파의 위상은 정렬된다. 392 단계에서, 에너자이저블 디비아스에서의 에너지 레벨은 디바이스 응답에 따라 최대화된다.
추가적인 예시적 실시예:
다음은 여기서 설명된 개념들에 따라 다양한 실시예 형태의 추가적인 설명을 제공하는 "EC"(예시 조합)로서 명시적으로 열거된 최소한 몇몇을 포함하는 예시적 실시예들이다. 이들 예시들은 상호 배타적이거나, 포괄적이거나, 제한적인 것을 의미하지는 않는다. 그리고 발명은 이들 예시적 실시예들에 제한되지 않고 오히려 이슈된 청구항들의 범위 및 그것들의 균등물 범위 내에서의 모든 가능한 변형들과 변화들을 망라한다. 추가적인 예시적 실시예들에서 "무선 전력 전송기" 및 "수신기"는 각각 "파워 액세스 포인트" 및 "에너자이저블 디바이스"에 균등하다.
EC 1. 방법은,
다수의 무선 전력 전송기들 중 특정의 하나로부터 다수의 무선 전력 전송기들 중 다른 것들로 기준 클럭 신호를 무선으로 전송하고, 무선 전력 전송기들의 각각은 개별적인 기준 클럭 발생기를 포함하고;
무선 전력 전송기들 중 다른 것들의 각각에서, 무선으로 전송된 기준 클럭 신호를 수신하고;
무선 전력 전송기들 중 다른 것들의 각각에서, 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호에 따라 개별적인 기준 클럭 발생기의 주파수를 락킹하고;
무선 전력 전송기들의 각각에서, 개별적인 기준 클럭 발생기의 주파수에 따라 개별적인 무선 전력 신호를 수신기로 전송하는 것을 포함한다.
EC 2. 상기 EC 1의 방법에서, 상기 락킹은 주입 락킹이다.
EC 3. 상기 EC 2의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 상기 다른 것들의 각각에서, 상기 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호의 기능을 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 개별적인 전계 효과 트랜지스터(FET)의 기판 포트(port)에 인가하여 주입 락킹을 수행하는 것을 더 포함한다.
EC 4. 상기 EC 3의 방법에서, 상기 FET는 GaN FET이다.
EC 5. 상기 EC 3의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 상기 다른 것들의 각각에서, 정수 또는 유리수만큼 상기 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호를 주파수 승산함으로써 상기 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호의 기능을 구동하는 것을 더 포함한다.
EC 6. 상기 EC 2의 방법에서, 상기 개별적인 기준 클럭 발생기들의 각각은 개별적인 오실레이터를 포함한다.
EC 7. 상기 EC 6의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 상기 다른 것들의 각각에서, 상기 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호로부터 개별적인 요구된 클럭을 구동하는 것을 더 포함한다.
EC 8. 상기 EC 7의 방법에서, 상기 개별적인 요구된 클럭은 상기 개별적인 오실레이터의 프리 러닝 주파수의 플러스 또는 마이너스 2 퍼센트 이내의 주파수이다.
EC 9. 상기 EC 7의 방법에서, 상기 구동하는 것은 상기 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호를 정수 또는 유리수만큼 주파수 승산하는 것을 포함한다.
EC 10. 상기 EC 1의 방법에서, 상기 개별적인 기준 클럭 발생기들의 각각은 개별적인 위상 고정 루프(PLL)를 포함한다.
EC 11. 상기 EC 10의 방법에서, 상기 락킹은 최소한 부분적으로 상기 PLL을 통해 수행된다.
EC 12. 상기 EC 1의 방법은,
상기 특정의 무선 전력 전송기의 개별적인 기준 클럭 발생기로부터의 상기 기준 클럭 신호를 제공하는 것을 더 포함한다.
EC 13. 상기 EC 1의 방법에서, 상기 무선 전력 전송기들의 각각은 공통 주파수로 상기 개별적인 무선 전력 신호를 전송하는 것이 가능하다.
EC 14. 상기 EC 13의 방법에서, 상기 공통 주파수는 상기 특정의 무선 전력 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 주파수이다.
EC 15. 상기 EC 1의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 최소한 일부에서, 상기 개별적인 무선 전력 신호들의 모두가 상기 수신기에서 위상 정렬되도록 상기 전송의 개별적인 위상을 조절하는 것을 더 포함한다.
EC 16. 상기 EC 15의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 최소한 일부에서, 상기 수신기로부터 개별적인 위상 피드백을 수신하고, 상기 개별적인 위상의 조절을 제어하기 위해 상기 개별적인 위상 피드백을 이용하는 것을 더 포함한다.
EC 17. 상기 EC 16의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 적어도 하나에서, 상기 무선 전력 전송기들의 하나 이상에 대한 상기 개별적인 위상 피드백의 생산을 조정하기 위하여 상기 수신기와 통신하는 것을 더 포함한다.
EC 18. 상기 EC 17의 방법에서, 상기 무선 전력 전송기들의 상기 적어도 하나는 상기 특정의 무선 전력 전송기이다.
EC 19. 상기 EC 1의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 최소한 일부에서, 상기 개별적인 무선 전력 신호들이 상기 수신기 방향으로 지향되도록 상기 전송의 개별적인 방향을 조절하는 것을 더 포함한다.
EC 20. 상기 EC 19의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 최소한 일부에서, 상기 수신기로부터 개별적인 방향 피드백을 수신하고, 상기 개별적인 방향의 조절을 제어하기 위하여 상기 개별적인 방향 피드백을 이용하는 것을 더 포함한다.
EC 21. 상기 EC 20의 방법은,
상기 무선 전력 전송기들의 적어도 하나에서, 상기 무선 전력 전송기들의 하나 이상에 대한 상기 개별적인 방향 피드백의 생산을 조정하기 위하여 상기 수신기와 통신하는 것을 더 포함한다.
EC 22. 상기 EC 21의 방법에서, 상기 무선 전력 전송기들의 상기 적어도 하나는 상기 특정의 무선 전력 전송기이다.
EC 23. 상기 EC 1의 방법은,
마스터 모드로 상기 특정의 무선 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기들을 동작시키는 것을 더 포함한다.
EC 24. 상기 EC 23의 방법은,
슬레이브 모드로 상기 무선 전송기의 상기 다른 것들의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기들을 동작시키는 것을 더 포함한다.
EC 25. 둘 이상의 기준 클럭 발생기들을 동기화하는 방법은,
상기 기준 클럭 발생기들 중 특정의 하나로부터 상기 기준 클럭 발생기들 중 다른 것들로 기준 클럭 신호를 무선으로 전송하고,
상기 기준 클럭 발생기들 중 다른 것들의 각각에서, 무선으로 전송된 기준 클럭 신호를 수신하고,
상기 기준 클럭 발생기들 중 다른 것들의 각각에서, 수신된 무선으로 전송된 기준 클럭 신호에 따라 상기 기준 클럭 발생기를 락킹하는 것을 포함한다.
EC 26. 상기 EC 25의 방법에서, 상기 락킹은 주입 락킹이다.
EC 27. 상기 EC 25의 방법에서, 상기 기준 클럭 발생기들의 각각은 개별적인 위상 고정 루프(PLL)를 포함한다.
EC 28. 상기 EC 1의 방법에서, 상기 기준 클럭 발생기들의 각각은 개별적인 오실레이터를 포함한다.
EC 29. 시스템은,
둘 이상의 전송기들을 포함하고, 상기 전송기들 각각은 개별적인 기준 클럭 발생기, 개별적인 컨트롤러, 및 개별적인 안테나를 포함하고,
상기 전송기들의 특정의 하나는 상기 전송기들의 다른 것들에게 기준 클럭 신호를 무선으로 전송하도록 구성되고,
상기 전송기들의 상기 다른 것들의 각각은 전송된 기준 클럭 신호를 무선으로 수신하도록 구성되고,
상기 전송기들의 상기 다른 것들의 각각은 수신된 기준 클럭 신호를 이용하여 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기를 락킹하도록 구성된다.
EC 30. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 락킹은 주입 락킹이다.
EC 31. 상기 EC 30의 시스템에서, 상기 전송기들의 상기 다른 것들의 각각에서, 상기 주입 락킹은 상기 수신된 기준 클럭 신호의 기능을 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 FET의 기판 포트에 인가하는 것을 포함한다.
EC 32. 상기 EC 31의 시스템에서, 상기 FET는 GaN FET 이다.
EC 33. 상기 EC 31의 시스템에서, 상기 기능은 정수 또는 유리수만큼 주파수 승산이다.
EC 34. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 개별적인 기준 클럭 발생기들의 각각은 개별적인 위상 고정 루프(PLL)을 포함한다.
EC 35. 상기 EC 34의 시스템에서, 상기 전송기들의 상기 다른 것들의 각각은 상기 PLL을 통해 상기 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기를 락킹하도록 구성된다.
EC 36. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 개별적인 기준 클럭 발생기들의 각각은 개별적인 오실레이터를 포함한다.
EC 37. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 전송기들은 무선 전력 전송기들이다.
EC 38. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 전송기들은 상기 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 동작 주파수에 따라 상기 개별적인 안테나를 통해 전송하도록 구성된다.
EC 39. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 전송기들은 상기 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 동작 주파수에 따라 상기 개별적인 안테나를 통해 전력을 무선으로 전송하도록 구성된다.
EC 40. 상기 EC 38 또는 상기 EC 39의 시스템에서, 상기 기준 클럭 신호는 상기 특정의 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 동작 주파수에 대해 주파수 직교이다.
EC 41. 상기 EC 40의 시스템에서, 상기 기준 클럭 신호의 주파수는 상기 특정의 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기의 동작 주파수의 정수 제수이다.
EC 42. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 개별적인 안테나는 지향성 안테나이다.
EC 43. 상기 EC 42의 시스템에서, 상기 개별적인 안테나는 위상 배열 안테나이다.
EC 44. 상기 EC 42의 시스템에서, 상기 개별적인 안테나는 스위치드 빔 안테나이다.
EC 45. 상기 EC 42의 시스템에서, 상기 개별적인 안테나는 빔형성을 이용한다.
EC 46. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 전송기들의 각각은 개별적인 전력 관리 회로 및 개별적인 전력 전송 회로 중 하나 이상을 더 포함한다.
EC 47. 상기 EC 46의 시스템에서, 상기 개별적인 전력 관리 회로는 벽 소켓으로부터 전력을 수신할 수 있게 된다.
EC 48. 상기 EC 46의 시스템에서, 상기 개별적인 전력 전송 회로는 상기 개별적인 전력 관리 회로와 상기 개별적인 안테나 사이에서 연결된다.
EC 49. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 개별적인 컨트롤러는 마이크로프로세서를 포함한다.
EC 50. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 개별적인 컨트롤러는 연관된 전송기의 동작을 제어할 수 있게 된다.
EC 51. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 전송기들의 각각은 개별적인 통신 인터페이스를 더 포함한다.
EC 52. 상기 EC 49의 시스템에서, 상기 개별적인 컨트롤러는 상기 개별적인 통신 인터페이스를 통해 상기 전송기들과 통신할 수 있게 된다.
EC 53. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 개별적인 컨트롤러는 상기 시스템을 제어하는 것을 조정하도록 구성된다.
EC 54. 상기 EC 53의 시스템에서,
상기 전송기들의 각각은 수신기로 개별적인 무선 전력 신호를 전송하도록 구성되고,
상기 개별적인 컨트롤러들은,
전송기들 중 하나의 존재를 검출하고,
수신기의 존재를 검출하고,
전송기들 중 마스터 전송기를 선택하고, 상기 특정의 전송기는 마스터 전송기이고,
상기 마스터 전송기가 상기 전송기들의 다른 것들로 상기 기준 클럭 신호를 무선으로 전송할 수 있게 하고,
상기 전송기들의 상기 다른 것들이 전송된 상기 기준 클럭 신호를 수신할 수 있게 하고,
상기 전송기들의 상기 다른 것들이 수신된 상기 기준 클럭 신호를 이용하여 상기 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기를 락킹할 수 있게 하고,
상기 전송기들 중 하나 이상을 상기 수신기로 전력을 무선으로 전송하도록 할당하고,
상기 하나 이상의 전송기들의 각각에서, 상기 수신기에 대한 개별적인 방위를 결정하고,
상기 하나 이상의 전송기들의 각각에서, 상기 개별적인 방위에 따라 상기 개별적인 안테나를 배향시키고,
상기 하나 이상의 전송기들의 적어도 일부의 각각에서, 상기 수신기에서 상기 하나 이상의 전송기들의 개별적인 무선 전력 신호들의 모두를 위상 정렬할 수 있도록 상기 개별적인 무선 전력 신호의 개별적인 전송 위상을 결정하고,
상기 하나 이상의 전송기들의 적어도 일부의 각각에서, 상기 개별적인 무선 전력 신호의 위상을 상기 개별적인 전송 위상으로 설정하고,
상기 하나 이상의 전송기들의 각각이 상기 수신기로 전력을 무선으로 전송하게 하고,
상기 수신기에서 보이는 것 같이 상기 개별적인 무선 전력 신호들의 RSSI를 모니터링하고,
모니터링된 RSSI에 따라 상기 시스템의 파라미터들을 조절하고,
주기적으로 및/또는 상기 모니터링된 RSSI에 따라 및/또는 상기 시스템의 다른 변화들에 따라 상기한 과정의 어느 하나 이상을 반복하고,
상기 시스템의 안정을 모니터링하고,
상기 전송기들 간에 하트비트(heartbeat)를 통신하고,
상기 전송기들 중 하나가 상기 시스템을 떠나는지를 결정하고,
상기 수신기들 중 하나가 상기 시스템을 떠나는지를 결정하고,
새로운 전송기가 상기 시스템에 진입하는지를 결정하고,
새로운 수신기가 상기 시스템에 진입하는지를 결정하는 것, 및
다른 시스템 활동들 중 하나 이상을 포함하는 개별적인 동작들을 개별적으로 및/또는 협력적으로 수행하도록 구성된다.
EC 55. 상기 EC 54의 시스템에서, 상기 개별적인 컨트롤러들의 각각은 개별적인 마이크로프로세서, 및 상기 마이크로프로세서가 상기 개별적인 동작들을 수행할 수 있게 하는 명령들을 포함하는 개별적인 비 일시적, 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다.
EC 56. 상기 EC 55의 시스템에서, 상기 비 일시적, 컴퓨터 판독 가능한 매체는 리드 온리 메모리(ROM)이다.
EC 57. 상기 EC 55의 시스템에서, 상기 비 일시적, 컴퓨터 판독 가능한 매체는 플래시 메모리이다.
EC 58. 상기 EC 29의 시스템에서, 상기 특정의 전송기는, 상기 특정의 전송기와 상기 전송기들의 상기 다른 것들의 락킹이 요구되는 기간 동안, 상기 전송기들의 상기 다른 것들에게 상기 기준 클럭 신호를 계속하여 무선으로 전송하도록 구성된다.
EC 59. 상기 EC 58의 시스템에서, 상기 전송기들의 상기 다른 것들의 각각은, 상기 전송기의 상기 개별적인 기준 클럭 발생기를 락킹하기 위하여 상기 수신된 기준 클럭 신호를 끊임없이 이용하도록 구성된다.
이 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 기술자(이하, '당업자'라 함)가 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 양태들은 시스템, 방법, 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태들은 전체적으로 하드웨어 실시예, (펌웨어, 레지던트(resident) 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함한) 전체적으로 소프트웨어 실시예, 또는 "회로", "모듈", 또는 "시스템"으로 여기서 모두 일반적으로 언급될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 양태들을 조합한 실시예의 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 발명의 양태들은 그 위에 수록된 컴퓨터 판독가능한 프로그램 코드를 갖는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 매체(들)에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 매체(들)의 어떤 조합이 이용될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 컴퓨터 판독가능한 신호 매체 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 예를 들면, 그러나 이에 한정되지는 않는, 전기적, 자기적, 광학적, 전기자기적, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스, 또는 이상의 것들의 어떤 적절한 조합일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체의 더 특별한 예들(비 한정적인 리스트)은 다음의 것들을 포함할 수 있을 것이다. 하나 이상의 선들을 갖는 전기적 연결, 포터블 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 소거가능한 프로그램가능한 리드 온리 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광 섬유, 포터블 컴팩트 디스크 리드 온리 메모리(CD-ROM), 광 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 또는 이상의 것들의 어떤 적절한 조합. 본 명세서의 문맥에서, 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의한 또는 그와 관련된 사용을 위한 프로그램을 포함하거나 또는 저장할 수 있는 어떤 유형의 매체일 수 있다.
컴퓨터 판독가능한 신호 매체는 예를 들어, 기저대역에서 또는 반송파의 일부로서, 그 내부에 수록된 컴퓨터 판독가능한 프로그램 코드를 가진 전파된 데이터 신호를 포함할 수 있다. 그러한 전파된 신호는 전기자기적, 광학적, 또는 그것들의 어떤 적절한 조합을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 다양한 형태의 어떤 것을 취할 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 신호 매체는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 아니면서 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의한 또는 그와 관련된 사용을 위한 프로그램을 통신하거나, 전파하거나, 또는 전송할 수 있는 어떤 컴퓨터 판독가능한 매체일 수 있다.
컴퓨터 판독가능한 매체에 수록된 프로그램 코드는 무선, 유선, 광 섬유 케이블, RF 등 또는 그것들의 어떤 적절한 조합을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 어떤 적절한 매체를 사용하여 전송될 수 있다.
본 발명의 양태들을 위한 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 Java, Smalltalk, C++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어, 및 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어들 같은 종래의 절차형 프로그래밍 언어들을 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 언어들의 어떤 조합으로 쓰여 질 수 있다. 프로그램 코드는 전체적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 독립적인 소프트웨어 패키지로서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 상에서 및 부분적으로 원격 컴퓨터 상에서, 또는 전체적으로 원격 컴퓨터 또는 서버 상에서 실행할 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는, 로컬 에어리어 네트워크(LAN) 또는 와이드 에어리어 네트워크(WAN)을 포함하는 어떤 형태의 네트워크를 통해 사용자 컴퓨터와 연결될 수 있고, 연결은 (예를 들면, 인터넷 서비스 프로바이더(provider)를 이용한 인터넷을 통해) 외부 컴퓨터와 될 수도 있다.
본 발명의 양태들은 발명의 실시예에 따라 방법들, 장치들(시스템들) 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 흐름도들 및/또는 블록도들을 참조하여 아래에서 설명된다. 흐름도들 및/또는 블록도들의 각각의 블록 및, 흐름도들 및/또는 블록도들에서의 블록들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 수행될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 일반적인 목적의 컴퓨터, 특별한 목적의 컴퓨터, 또는 기계를 생산하기 위한 다른 프로그램가능한 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능한 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에서 특정된 기능들/행동들을 수행하기 위한 수단을 생성할 수 있다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램가능한 데이터 처리 장치, 또는 특정한 방법으로 기능하는 다른 디바이스들을 지시할 수 있는 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있어서, 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 명령들은 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에 특정된 기능/행동을 수행하는 명령들을 포함하는 제조품을 생산할 수 있다.
컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램가능한 데이터 처리 장치, 또는 일련의 동작 단계들이 컴퓨터 상에서, 다른 프로그램가능한 장치 상에서 또는 컴퓨터 구현 프로세스를 생산하는 다른 디바이스 상에서 실행되게 하는 다른 디바이스들로 로드될 수 있어서, 컴퓨터에서 또는 다른 프로그램가능한 장치에서 실행되는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에 특정된 기능/행동을 수행하기 위한 프로세스들을 제공할 수 있다.
도면들에서의 흐름도 및 블록도는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 구성, 기능 및 동작을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각 블록은 특별한 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능한 명령들을 포함하는, 모듈, 세그먼트 또는 코드의 부분을 나타낼 수 있다. 또한 일부 대안적 구현들에서, 블록에서 언급된 기능들은 도면들에서 언급된 순서를 벗어나서 발생할 수 있음을 유의해야 한다. 예를 들면, 연속적으로 보여진 두 개의 블록들은 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 그 블록들은 관련된 기능에 의존하여 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한 블록도 및/또는 흐름도의 각 블록과, 블록도 및/또는 흐름도의 블록들의 조합들은, 특정의 기능 또는 행동을 실행하는 특별한 목적의 하드웨어 기반 시스템 또는 특별한 목적의 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들에 의해 구현될 수 있음을 유의할 것이다.
본 발명은 특정의 실시예를 참조하여 여기서 설명되지만, 다양한 변형과 변경이 아래의 청구항들에 설명되는 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 행해질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 것으로 간주 되어야 하며, 모든 그런 변형들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 특정의 실시예와 관련하여 여기서 설명된 문제들에 대한 어떠한 이익, 이점, 또는 해결책은 임의의 또는 모든 청구항들의 결정적, 요구적, 또는 필수적 특징 또는 요소로서 해석되려고 의도되지는 않는다.
다르게 언급되지 않는 한, "제1" 및 "제2" 같은 용어들은 그런 용어가 설명하는 구성 요소들을 임의로 구별하는데 사용된다. 따라서, 이 용어들은 그런 구성 요소들의 시간적 또는 다른 우선 순위를 나타내려고 반드시 의도되지는 않는다.
12 : 사물 인터넷(IoT)
14a, 14b, 14c, 14d, 14e : 에너자이저블(energizable) 디바이스
16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f : 파워 액세스 포인트
18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f : 에너지 빔
20a, 20b : 응집 에너지 버블
60 : 파워 액세스 포인트
62 : 빔형성 및 지향 모듈 64 : 주파수 락킹 모듈
66 : 추적 모듈 68 : 위상 정렬 모듈
70 : 처리 모듈 72 : 전력 관리 모듈

Claims (20)

  1. 무선 에너지 전달을 위한 시스템으로서,
    에너지 빔 입사에 대한 에너자이저블 디바이스의 디바이스 응답을 판단하는 추적 모듈; 상기 에너지 빔은 하나 이상의 전자기파를 포함하고,
    상기 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하기 위해 상기 하나 이상의 전자기파 중 제1 전자기파를 지향시키는 제1 빔형성 모듈;
    상기 제1 빔형성 모듈과 물리적으로 분리되고, 상기 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하기 위해 상기 하나 이상의 전자기파 중 제2 전자기파를 지향시키는 제2 빔형성 모듈; 상기 제1 전자기파는 상기 제2 전자기파의 제2 기본 주파수와 같은 제1 기본 주파수를 갖고,
    상기 제1 전자기파의 제1 위상을 상기 디바이스에서 상기 제2 전자기파의 제2 위상으로 정렬시키는 위상 정렬 모듈; 및
    상기 디바이스 응답에 따라 상기 에너자이저블 디바이스에 의해 수신되는 수신 전력 레벨을 최대화하기 위해 상기 추적 모듈, 상기 제1 빔형성 모듈, 상기 제2 빔형성 모듈 및 상기 위상 정렬 모듈 중 적어도 하나와 통신하는 처리 모듈을 포함하고,
    상기 수신 전력 레벨은, 상기 제1 전자기파를 포함하는 제1 에너지 빔 및 상기 제2 전자기파를 포함하는 제2 에너지 빔으로부터 형성된 에너지 빔의 전송 파워 레벨에 비례하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    무선 주입 락킹(WIL)을 이용하여 상기 제2 기본 주파수를 상기 제1 기본 주파수와 같게 정렬시키는 주파수 관리 모듈을 더 포함하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전자기파의 제1 극성을 상기 제2 전자기파의 제2 극성에 정렬시키는 분극 정렬 모듈을 더 포함하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 에너지 빔 및 상기 제2 에너지 빔의 각각은 협각 빔인 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 에너지 빔 및 상기 제2 에너지 빔의 각각은 상기 제1 기본 주파수 및 상기 제2 기본 주파수에 각각 합리적으로 관련된 다수의 주파수를 더 포함하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은 상기 에너자이저블 디바이스로부터 수신신호강도(RSSI)를 수신하고, 상기 처리 모듈은 상기 RSSI 값을 최대화하기 위해 상기 추적 모듈, 상기 제1 빔형성 모듈, 상기 제2 빔형성 모듈 및 상기 위상 정렬 모듈 중 하나 이상을 조절하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은 상기 에너자이저블 디바이스로부터 원격 측정 데이터를 수신하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은 상기 제1 빔형성 모듈과 통신하고,
    제2 처리 모듈은 상기 제2 빔형성 모듈과 통신하고,
    상기 처리 모듈은 상기 제2 처리 모듈과 통신하는 시스템.
  9. 무선 에너지 전달을 위한 방법으로서,
    다수의 에너지 빔들을 형성하고; 각각의 에너지 빔은 상기 에너지 빔들의 다른 하나의 다른 전자기파의 기본 주파수와 동일한 기본 주파수를 갖는 하나 이상의 전자기파들을 포함하고,
    상기 다수의 에너지 빔들의 입사에 대한 에너자이저블 디바이스의 디바이스 응답을 추적하고;
    상기 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하기 위하여 상기 다수의 에너지 빔들의 각각에 대한 상기 하나 이상의 전자기파들을 지향시키고,
    상기 에너지 빔들의 적어도 하나에 대한 상기 하나 이상의 전자기파들의 개별적인 위상을 상기 에너지 빔들의 다른 것의 다른 전자기파의 다른 위상에 정렬시키고; 및
    상기 디바이스 응답에 따라 상기 에너지 빔들, 상기 하나 이상의 전자기파들의 지향 및 상기 하나 이상의 전자기파들의 정렬 중 적어도 하나에 대해 최적화함으로써 상기 에너자이저블 디바이스에 의해 수신되는 수신 전력 레벨을 최대화하는 것을 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    무선 주입 락킹(WIL)을 이용하여 각각의 에너지 빔에 대한 각각의 전자기파의 동일한 기본 주파수를 서로에게 락킹하는 것을 더 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    WIL은 공진 회로의 바이어스 전류를 변경하기 위해 전계 효과 트랜지스터(FET)의 기판 전압을 변조하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 상기 하나 이상의 전자기파들의 개별적인 극성을 상기 에너지 빔들 중 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 극성에 정렬시키는 것을 더 포함하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 디바이스 응답은 수신신호강도(RSSI)로서 상기 에너자이저블 디바이스로부터 후방산란된 전자기파를 수신하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 상기 전자기파들의 각각의 개별적인 극성을 상기 에너지 빔들 중 다른 것의 상기 전자기파들에 정렬시키는 것을 더 포함하는 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 에너지 빔들의 각각의 전송 전력 레벨을 조절하기 위하여 상기 에너자이저블 디바이스로부터 원격 측정 데이터를 수신하는 것을 더 포함하는 방법.
  16. 무선 통신을 위한 방법으로서,
    다수의 에너지 빔들을 형성하고; 각 에너지 빔은 하나 이상의 전자기파들을 포함하고,
    무선 주입 락킹(WIL)으로 상기 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 상기 전자기파들 각각의 개별적인 기본 주파수를 상기 에너지 빔들 중 다른 하나의 상기 전자기파들의 기본 주파수에 매칭시키고;
    상기 다수의 에너지 빔들의 입사에 대한 다수의 에너자이저블 디바이스들의 각각에 대한 디바이스 응답을 추적하고;
    적어도 하나의 에너자이저블 디바이스에 전력을 공급하기 위하여 상기 다수의 에너지 빔들의 각각에 대한 상기 하나 이상의 전자기파들을 지향시키고;
    상기 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 상기 전자기파들 각각의 개별적인 위상을 상기 에너지 빔들 중 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 위상에 정렬시키고;
    에너자이저블 디바이스들의 개별적인 디바이스 응답에 따라 상기 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 상기 전자기파들 각각의 위상의 정렬을 최적화함으로써 상기 에너자이저블 디바이스들의 각각에 의해 수신되는 수신 전력 레벨을 최대화하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    파워 액세스 포인트에서, 상기 에너자이저블 디바이스들의 적어도 하나로부터 원격 측정 데이터를 수신하는 것을 더 포함하고,
    상기 파워 액세스 포인트는 상기 디바이스 응답 중 하나의 추적, 상기 다수의 에너지 빔들 중 하나의 형성, 및 상기 에너지 빔들 중 적어도 둘에 대한 상기 전자기파들 각각의 위상의 정렬 중 적어도 하나가 가능한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 에너지 빔들 중 적어도 하나에 대한 상기 하나 이상의 전자기파들의 개별적인 극성을 상기 에너지 빔들의 다른 하나의 다른 전자기파의 다른 극성에 정렬시키는 것을 더 포함하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 빔은 시분할 기반으로 상기 에너자이저블 디바이스들 중 하나보다 많은 것으로 지향되는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 빔은 상기 다수의 에너자이저블 디바이스들 중 하나의 재배치에 응답하여 새로운 에너자이저블 디바이스로 지향되는 방법.
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