KR102084532B1 - Smart far-field wireless power transfer system and method thereof - Google Patents

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KR102084532B1
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홍순기
박홍수
홍하영
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숭실대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 지능적 원거리 무선전력전송 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 무선전력송신장치는, 전력신호를 발생하는 신호발생부, 복수의 안테나가 구비되어, 복수의 펄스신호를 수신하는 안테나부, 상기 복수의 펄스신호에서 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하고, 상기 감지된 고조파에 기초하여 각 안테나별 지연시간을 산출하는 제어부, 상기 전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, 상기 RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신하는 변조부를 포함한다. The present invention relates to an intelligent remote wireless power transmission system and a method therefor, the wireless power transmission apparatus of the present invention is provided with a signal generating unit for generating a power signal, a plurality of antennas, the antenna unit for receiving a plurality of pulse signals , A controller that detects at least one harmonics from the plurality of pulse signals and calculates a delay time for each antenna based on the detected harmonics, modulates the power signal into an RF power signal, and modulates the RF power signal It includes a modulator for time-reversa according to the delay time calculated for each antenna and transmitting through the corresponding antenna.

Description

지능적 원거리 무선전력전송 시스템 및 그 방법{SMART FAR-FIELD WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM AND METHOD THEREOF}SMART FAR-FIELD WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM AND METHOD THEREOF

본 발명은 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에서 원거리 무선전력전송에 관한 것이다.
The present invention relates to remote wireless power transmission in a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic devices are present.

최근 들어 모바일 기기, 사물인터넷(IoT), 센서, 생체 이식 장치 등의 분야에서 소전력 및 초소형 무선 디바이스의 활용이 증대되면서 원거리 무선전력전송 및 충전의 수요가 증가하고 있다. 하지만 기존의 무선전력전송 기술은 크게 자기장을 이용한 근거리 방식과 전파를 이용한 원거리 방식으로 구분되며, 근거리 무선전력전송은 코일을 이용하는 자기유도방식과 공명회로를 이용하는 자기공명 방식을 통해 전력을 전송하므로 거리가 멀수록 효율이 급격히 떨어진다. 이에 반해 원거리 무선전력전송은 안테나를 통한 전자기파를 방사하여 중·장거리 전력전송이 가능하며 주로 전력을 원하는 지점에 집속시키기 위해 고이득 안테나 및 배열 안테나 기반 빔포밍(beamforming)이 사용되고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, as the use of small and ultra-small wireless devices has increased in fields such as mobile devices, Internet of Things (IoT), sensors, and bio-implantation devices, demands for long-distance wireless power transmission and charging are increasing. However, the existing wireless power transmission technology is largely divided into a short-range method using a magnetic field and a long-distance method using radio waves, and the short-range wireless power transmission transmits power through a magnetic induction method using a coil and a magnetic resonance method using a resonance circuit. The farther away, the sharper the efficiency. On the other hand, long-distance wireless power transmission is capable of transmitting medium- and long-range power by radiating electromagnetic waves through an antenna. Mainly, high-gain antenna and array antenna-based beamforming are used to focus power on a desired point.

그러나, 빔포밍은 장애물이 많거나 단일안테나를 사용할 경우 효율이 떨어지고, 실내 환경과 같은 복잡한 전파환경에서는 기존 방식의 원거리 무선전력전송으로는 전파 집속의 한계가 있다. However, beamforming is less efficient when there are many obstacles or when a single antenna is used, and in a complex radio wave environment such as an indoor environment, there is a limitation in focusing the radio waves using the conventional long-range wireless power transmission.

따라서, 다중경로가 존재하는 복잡한 전파환경에서 종래 무선전력전송 기술의 한계를 극복하고, 보다 효과적으로 원거리 무선전력전송을 할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, there is a need to develop a technology capable of overcoming the limitations of the conventional wireless power transmission technology in a complex radio wave environment in which multiple paths exist and more effectively performing remote wireless power transmission.

한국등록특허 제10-1641437호(2016.07.20.), 발명의 명칭: 시역전-기반 전송 방법, 및 이를 수행하는 장치Korean Registered Patent No. 10-1641437 (2016.07.20.), Name of invention: Cast-route-based transmission method, and apparatus for performing same

본 발명은 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에서 고조파(harmonics)를 활용한 시간역전 기법을 통하여 보다 효과적으로 목표 디바이스를 감지·식별하고, 선택적으로 전파를 집속할 수 있는 지능적 원거리 무선전력전송 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is an intelligent long-range wireless capable of more effectively detecting and identifying a target device and selectively focusing a radio wave through a time-reversing technique using harmonics in a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic devices exist. The purpose is to provide a power transmission system and method.

또한, 본 발명은 여러 개의 비선형소자가(무선전력수신장치) 존재하는 환경에도 하나의 소자에 선택적으로 전파를 집속할 수 있는 지능적 원거리 무선전력전송 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide an intelligent long-range wireless power transmission system and a method capable of selectively converging radio waves to a single element even in an environment in which multiple non-linear elements (wireless power receiving devices) exist.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력송신장치는, 전력신호를 발생하는 신호발생부, 복수의 안테나가 구비되어, 복수의 펄스신호를 수신하는 안테나부, 상기 복수의 펄스신호에서 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하고, 상기 감지된 고조파에 기초하여 각 안테나별 지연시간을 산출하는 제어부, 상기 전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, 상기 RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신하는 변조부를 포함한다. In order to achieve the above object, a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention is provided with a signal generating unit for generating a power signal, a plurality of antennas, an antenna unit for receiving a plurality of pulse signals, the plurality of A control unit that detects at least one harmonic in the pulse signal and calculates a delay time for each antenna based on the detected harmonics, modulates the power signal into an RF power signal, and modulates the RF power signal for each antenna. It includes a modulator for time-reversing and transmitting through the corresponding antenna according to the calculated delay time.

상기 제어부는, PI(Pulse Inversion)를 이용하여 고조파를 감지할 수 있다. The control unit may detect harmonics using PI (Pulse Inversion).

또한, 상기 제어부는 상기 펄스신호에서 고조파가 감지된 경우 전자소자로 식별하고, 기본파만이 감지된 경우 비전자소자로 식별하며, 상기 식별된 전자소자를 타겟(target) 장치로 선택할 수 있다. In addition, the control unit may identify as an electronic device when a harmonic is detected in the pulse signal, as a non-electronic device when only a fundamental wave is detected, and select the identified electronic device as a target device.

또한, 상기 제어부는 상기 감지된 고조파가 서로 다른 복수의 고조파인 경우, 상기 복수의 고조파에 의한 고유값에 기초하여 하나의 타겟 장치를 선택할 수 있다.In addition, when the sensed harmonics are a plurality of different harmonics, the controller may select one target device based on the eigenvalues of the plurality of harmonics.

또한, 상기 제어부는, DORT(decomposition of the time-reversal operator) 기법을 이용하여 안테나별 지연시간을 산출할 수 있다. In addition, the control unit may calculate a delay time for each antenna using a decomposition of the time-reversal operator (DORT) technique.

또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 안테나를 통해 수신한 펄스신호에 대해 푸리에 변환을 수행하여 주파수 영역 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역 데이터에 기초하여 EVD(eigenvalue decomposition, 고유값 분해)를 수행하여 고유값(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)로 구성된 시간 역전 연산자(time reversal operator)를 산출하며, 상기 고유값 및 고유벡터를 이용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 지연시간을 산출할 수 있다. In addition, the control unit performs a Fourier transform on the pulse signal received through the plurality of antennas to transform it into frequency domain data, and performs EVD (eigenvalue decomposition) based on the frequency domain data to perform unique A time reversal operator composed of an eigenvalue and an eigenvector is calculated, and a delay time to be applied to each antenna of time inversion can be calculated using the eigenvalue and the eigenvector.

상기 고유값은 해당 펄스신호를 송신한 장치에 대한 정보를 포함하고, 상기 고유벡터는 해당 펄스신호의 위상과 진폭에 대한 정보를 포함할 수 있다. The eigenvalue may include information on a device that has transmitted the corresponding pulse signal, and the eigenvector may include information on the phase and amplitude of the pulse signal.

상기 지연시간은, 아래 기재된 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.The delay time can be calculated using the following equation.

[수학식][Mathematics]

Figure 112018045650632-pat00001
Figure 112018045650632-pat00001

여기서, φ는 고유벡터의 위상값, f는 주파수임.Here, φ is the phase value of the eigenvector, and f is the frequency.

상기 안테나부는, 배열 안테나 또는 분산 안테나일 수 있다. The antenna unit may be an array antenna or a distributed antenna.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 시스템은, 복수의 안테나를 통해 수신한 복수의 펄스신호에서 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하고, 상기 감지된 고조파에 기초하여 타겟 무선전력수신장치를 선택하며, 각 안테나별 지연시간을 산출하고, 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신하는 무선전력송신장치, 고조파를 발생하고, 상기 무선전력송신장치로부터 전력신호를 수신하는 무선전력수신장치를 포함한다. In order to achieve the above object, an intelligent remote wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention detects at least one harmonics from a plurality of pulse signals received through a plurality of antennas, and the sensed harmonics Select the target wireless power receiving device based on, calculate the delay time for each antenna, and time-reversal the power signal according to the calculated delay time for each antenna to transmit the wireless power through the corresponding antenna And a wireless power receiving device generating a harmonic and receiving a power signal from the wireless power transmitting device.

상기 무전전력송신장치는, 상기 감지된 각 고조파에 DORT 기법을 적용하여 고유값 및 고유벡터를 각각 산출하고, 상기 고유값에 기초하여 타겟 무선전력수신장치를 선택하며, 상기 고유벡터에 기초하여 각 안테나별 지연시간을 산출할 수 있다.The radio power transmission apparatus calculates eigenvalues and eigenvectors respectively by applying a DORT technique to each of the sensed harmonics, selects a target wireless power receiving apparatus based on the eigenvalues, and selects each based on the eigenvectors. Delay time for each antenna can be calculated.

상기 무선전력수신장치는, 고조파를 방사하며, 상기 무선전력송신장치로부터 전력신호를 수신받는 안테나부, 비선형 특성에 의해 고조파를 발생하고, 안테나부를 통해 수신한 전력신호를 DC 신호로 정류하는 정류부를 포함할 수 있다. The wireless power receiving device radiates harmonics, an antenna unit that receives a power signal from the wireless power transmission device, generates a harmonic by nonlinear characteristics, and a rectifying unit that rectifies the power signal received through the antenna unit into a DC signal. It can contain.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 방법은, 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에서 무선전력송신장치가 전력신호를 무선전력수신장치로 전송하는 방법에 있어서, 복수의 안테나를 통해 복수의 펄스신호를 수신하는 단계, 상기 복수의 펄스신호에서 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하는 단계, 상기 감지된 고조파에 기초하여 상기 무선전력수신장치를 선택하고, DORT(decomposition of the time-reversal operator) 기법을 이용하여 각 안테나별 지연시간을 산출하는 단계, 전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, 상기 RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전하여 해당 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함한다.
In order to achieve the above object, the intelligent remote wireless power transmission method according to another embodiment of the present invention, a wireless power transmission device in a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic devices are present, a wireless power receiving device In the transmission method, Receiving a plurality of pulse signals through a plurality of antennas, detecting at least one harmonic (harmonics) from the plurality of pulse signals, receiving the wireless power based on the detected harmonics Selecting a device, calculating a delay time for each antenna using a decomposition of the time-reversal operator (DORT) technique, modulating a power signal into an RF power signal, and delaying the RF power signal for each antenna And reversing the time according to time to transmit through the corresponding antenna.

본 발명에 의하면, 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에서 고조파(harmonics)를 활용한 시간역전 기법을 통하여 보다 효과적으로 목표 디바이스를 감지·식별하고, 선택적으로 전파를 집속할 수 있다. According to the present invention, it is possible to more effectively detect and identify the target device and selectively focus the radio wave through a time-reversing technique using harmonics in a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic elements exist.

또한, 여러 개의 비선형소자가(무선전력수신장치) 존재하는 환경에도 하나의 소자에 선택적으로 전파를 집속할 수 있다.
In addition, radio waves can be selectively focused on one element even in an environment in which multiple nonlinear elements (wireless power receiving devices) exist.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 무선전력수신장치가 존재하는 환경에서 하나의 무선전력수신장치에 선택적으로 전력을 전송하는 지능적 원거리 무선전력전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력송신장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에 대한 2D 모델의 일러스트레이션(Illustration of 2D models)을 나타낸다.
도 6은 도 5의 (a)에서 background subtraction 후 TRO의 고유값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 6의 고유값과 연관된 집속 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5의 (a)에 PI(PI-DORT)를 적용한 후 TRO의 고유값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 8에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 5의 (b)에 PI-DORT를 적용한 후 TRO의 고유 값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 10에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing an intelligent remote wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining an intelligent remote wireless power transmission system for selectively transmitting power to one wireless power receiving device in an environment in which a plurality of wireless power receiving devices according to another embodiment of the present invention exist.
3 is a block diagram schematically showing the configuration of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram schematically showing a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 shows an illustration of a 2D model of a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic devices are present according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing eigenvalues of TRO after background subtraction in FIG. 5 (a).
7 is a view showing a result of focusing simulation associated with the eigenvalue of FIG. 6.
8 is a graph showing eigenvalues of TRO after applying PI (PI-DORT) to FIG. 5 (a).
9 is a view showing a simulation result for FIG.
10 is a graph showing an intrinsic value of TRO after applying PI-DORT to FIG. 5 (b).
11 is a view showing a simulation result for FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related description items or any one of a plurality of related description items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" to or "connected" to another component, it should be understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but may exist in the middle. something to do. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described herein, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
Throughout the specification and claims, when a part includes a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing an intelligent remote wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 송신하는 무선전력송신장치(100) 및 무선전력송신장치(100)로부터 전력을 제공받는 무선전력수신장치(200)를 포함한다. 이러한 시스템은 전자소자 특유의 고조파(harmonics)발생과 전파집속 기법인 시간역전(time-reversal)을 기반으로 무선으로 전력을 송신한다. Referring to FIG. 1, an intelligent remote wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention receives wireless power from wireless power transmission apparatus 100 and wireless power transmission apparatus 100 that transmit power wirelessly. It includes a device 200. Such a system transmits power wirelessly based on time-reversal, which is a method of generating harmonics peculiar to electronic devices and a focusing technique.

무선전력송신장치(100)는 복수의 안테나가 구비되며, 그 복수의 안테나를 통해 각각 수신한 펄스신호에서 고조파를 감지하고, 그 고조파에 시간역전(time-reversal)기법을 적용하여 선택적으로 전파를 집속한다. 이때, 무선전력송신장치(100)는 PI(pulse inversion, 펄스역전)을 이용하여 고조파를 감지할 수 있다. The wireless power transmission apparatus 100 is provided with a plurality of antennas, detects harmonics from pulse signals received through the plurality of antennas, and selectively applies radio waves by applying a time-reversal technique to the harmonics. Focus. At this time, the wireless power transmission apparatus 100 may detect a harmonic by using a pulse inversion (PI).

무선전력송신장치(100)는 펄스를 송신하고, 그 펄스에 대한 응답 펄스신호에서 고조파를 감지하거나, 펄스를 송신하지 않고 비선형소자에서 자체적으로 발생한 펄스신호에서 고조파를 감지할 수 있다. The wireless power transmission apparatus 100 may transmit a pulse and detect a harmonic in a pulse signal in response to the pulse, or detect a harmonic in a pulse signal generated by itself in a nonlinear device without transmitting a pulse.

구체적으로, 다수의 선형소자 및 비선형소자 존재하는 복잡한 전파환경에서 무선전력송신장치(100)가 펄스를 송신하면, 선형소자 및 비선형소자는 그 펄스에 대한 응답 펄스신호를 스캐터링(scatterering)한다. 그러면, 무선전력송신장치(100)는 스캐터링된 응답 펄스신호를 수신하고, 그 응답 펄스신호에서 고조파를 감지한다. 이때, 무선전력송신장치(100)는 PI를 이용하여 고조파를 감지할 수 있고, PI는 기본 및 홀수차 고조파에서의 산란을 억제하여, 짝수차 고조파(2f0)를 감지하는 방법이다. 즉, PI는 기본 대역과 비교하여 상당히 약한 고조파 응답으로 인해 제한된 수신기 동적 범위뿐만 아니라 기본 및 고조파 응답 사이의 겹침 문제를 해결하고, 멀티 스태틱 시스템의 경우, 요소 간 커플링을 완전히 제거할 수 있다. PI는 기본 및 홀수차 고조파를 억제하기 때문에 요소간 커플링을 본질적으로 제거할 수 있다. Specifically, when the wireless power transmission apparatus 100 transmits a pulse in a complex radio wave environment in which a plurality of linear and non-linear elements exist, the linear and non-linear elements scatter the response pulse signal for the pulse. Then, the wireless power transmission apparatus 100 receives the scattered response pulse signal and detects harmonics from the response pulse signal. At this time, the wireless power transmission apparatus 100 may detect harmonics using PI, and PI is a method of detecting even-order harmonics 2f 0 by suppressing scattering in fundamental and odd-order harmonics. That is, PI solves the overlap problem between the fundamental and harmonic responses as well as the limited receiver dynamic range due to the significantly weaker harmonic response compared to the fundamental band, and in the case of multi-static systems, the coupling between elements can be completely eliminated. Since PI suppresses fundamental and odd harmonics, coupling between elements can be essentially eliminated.

이하 PI 기법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the PI technique will be described.

PI는 극성이 서로 다른 두개의 송신펄스((p(t)와 n(t), n(t)=-p(t))를 이용하여 수행될 수 있다. 두 개의 송신 펄스로 인해 선형 타겟으로부터의 응답은 그 선형 조합이 '0'이 되도록 반전된다. 또한, 비선형 타겟의 경우 고조파 생성은 아래 기재된 수학식 1과 같이 멱급수 확장으로 표현될 수 있다.PI can be performed using two transmit pulses of different polarities ((p (t) and n (t), n (t) =-p (t)).) The response of is inverted such that its linear combination is “0.” In addition, in the case of a nonlinear target, harmonic generation can be expressed by a power expansion as shown in Equation 1 described below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018045650632-pat00002
Figure 112018045650632-pat00002

즉, 양성 송신 펄스((p(t))를 송신 시, 응답 펄스신호(

Figure 112018045650632-pat00003
)는 양성 기본 주파수(positive fundamental frequency) 성분과 고조파 성분으로 구성될 수 있고, 음성 송신 펄스(-(p(t))를 송신 시, 응답 펄스신호(
Figure 112018045650632-pat00004
)는 음성 기본 주파수(negative fundamental frequency) 성분과 고조파 성분으로 구성될 수 있다.That is, when transmitting a positive transmission pulse ((p (t)), a response pulse signal (
Figure 112018045650632-pat00003
) May be composed of a positive fundamental frequency component and a harmonic component, and when transmitting a negative transmission pulse (-(p (t)), a response pulse signal (
Figure 112018045650632-pat00004
) May be composed of a negative fundamental frequency component and a harmonic component.

Figure 112018045650632-pat00005
Figure 112018045650632-pat00006
의 선형 조합(linear combination)은 기본파와 홀수 차 고조파를 제거하고, 2차 고조파를 두배가 되도록 한다. 즉, 두개의 응답 신호를 더하면 기본 주파수 성분은 극성이 반대이기 때문에 서로 상쇄되어 신호를 형성하지 않고, 고조파 주파수 성분은 아래 수학식 2와 같이 그 크기가 두 배가 될 수 있다.
Figure 112018045650632-pat00005
Wow
Figure 112018045650632-pat00006
The linear combination of removes the fundamental and odd-order harmonics, and doubles the second-order harmonics. That is, if two response signals are added, since the fundamental frequency components have opposite polarities, they do not cancel each other to form a signal, and the harmonic frequency components may double in size as shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018045650632-pat00007
Figure 112018045650632-pat00007

선형 및 비선형 타겟이 존재하는 환경에서 PI는 기본 주파수 성분을 억제하고, 선형 타켓(scatterers)은 고조파를 생성하지 않기 때문에, PI는 선형 클러터(linear clutter)를 완전히 억제할 수 있다. In environments where linear and nonlinear targets are present, PI suppresses the fundamental frequency components, and since linear targets do not produce harmonics, PI can completely suppress linear clutter.

상술한 바와 같이 PI기법에서 선형 타켓은 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호가 서로 상쇄되어 신호를 형성하지 않고, 비선형 타겟은 서로 상쇄되지 않아서 큰 신호로 증폭된다. 따라서, 무선전력송신장치(100)는 무선전력수신장치(200)로부터 수신한 펄스 신호에서 고조파가 감지된 경우 전자소자로 식별하고, 기본파만이 감지된 경우 비전자소자로 식별하며, 식별된 전자소자를 타겟(target) 무선전력수신장치(200)로 식별할 수 있다.As described above, in the PI technique, the linear target does not cancel the positive pulse signal and the negative pulse signal to form a signal, and the nonlinear target does not cancel each other, thereby amplifying a large signal. Accordingly, the wireless power transmission device 100 identifies as an electronic device when a harmonic is detected in a pulse signal received from the wireless power receiving device 200, identifies as a non-electronic device when only a fundamental wave is detected, and identifies The electronic device may be identified as a target wireless power receiving device 200.

또한, 무선전력송신장치(100)는 펄스를 송신하지 않고, 무선전력수신장치(200)가 자체적으로 발생한 고조파를 포함하는 펄스신호를 수신할 수도 있다. 이 경우, 무선전력송신장치(100는 수신한 펄스신호에서 고조파를 감지할 수 있다. In addition, the wireless power transmission apparatus 100 may not transmit a pulse, but the wireless power reception apparatus 200 may receive a pulse signal including harmonics generated by itself. In this case, the wireless power transmission apparatus 100 may detect harmonics from the received pulse signal.

상술한 바와 같이, 무선전력송신장치(100)가 복수의 안테나를 통해 수신한 펄스신호에서 고조파가 감지되면, 그 고조파에 시간역전 기법을 적용하여 전력신호를 송신한다. 여기서, 시간역전(time reversal)기법은 전파 집속기법과 같이 집속효율을 높이는 기술이다. 즉, 시간역전기법은 무선전력송신장치(100)의 N개의 배열 안테나가 무선전력수신장치(200)로부터 전송된 펄스신호를 수신하고, 수신된 신호의 지연시간을 산출하며, 산출된 지연시간을 각 안테나 요소에 적용하여 전력신호를 송신함으로써 에너지 집속을 가능하게 하는 기법이다. 이러한 시간역전 기법에는 시간역전 거울(time reversal mirrors) 기법, DORT(Decomposition of Time-Reversal Operator, 시간역전 연산자 분해) 기법 등이 있으나, 바람직하게는 DORT 기법을 이용할 수 있다. As described above, when a harmonic is detected from a pulse signal received by the wireless power transmission apparatus 100 through a plurality of antennas, a time inversion technique is applied to the harmonic to transmit a power signal. Here, the time reversal technique is a technique of increasing focusing efficiency, such as a radio wave focusing technique. That is, in the time-reverse electrical method, the N array antennas of the wireless power transmission apparatus 100 receive the pulse signal transmitted from the wireless power reception apparatus 200, calculate the delay time of the received signal, and calculate the calculated delay time. It is a technique that enables energy focusing by transmitting power signals by applying to each antenna element. The time reversal technique includes a time reversal mirrors technique, a Decomposition of Time-Reversal Operator (DORT) technique, and preferably a DORT technique.

DORT(Decomposition of Time-Reversal Operator, 시간역전 연산자 분해) 기법은 다수의 산란물체(scatter)를 포함하는 환경에서 임의의 산란물체(scatterer)에 전파를 선택적으로 집속시키기 위해 안테나 배열(트랜스듀서)을 사용하여 수신한 다중 정적 응답을 이용하는 TR 기반 프로세싱 기술이다. DORT는 주파수 도메인 다중 정적 데이터와 그 공액 복소수(시간 역전의 주파수 영역과 등가)에 대해 EVD(eigenvalue decomposition, 고유값 분해)를 구현하고, 그 환경에서 감지된 산란물체(scatterer)를 나타내는 고유값 집합과 산란물체(scatterer)로부터의 경로를 나타내는 고유벡터를 생성한다. 고유벡터를 사용하여 배열 안테나 각각에 대해 시간역전을 적용할 지연시간을 산출하고, 지연시간만큼 지연시켜 전력신호를 전송함으로써 타겟장치에 선택적 집속을 맞출 수 있다. The Decomposition of Time-Reversal Operator (DORT) technique uses an antenna array (transducer) to selectively focus radio waves on an arbitrary scatterer in an environment that includes multiple scatterers. TR-based processing technology that uses multiple static responses received. DORT implements eigenvalue decomposition (EVD) for frequency domain multi-static data and its conjugate complex number (equivalent to the frequency domain of time reversal), and a set of eigenvalues representing the scatterers detected in the environment. Eigenvectors representing paths from scatterers are generated. The eigenvector can be used to calculate the delay time to apply time reversal to each of the array antennas, and to delay the delay time as much as the delay time to transmit the power signal, thereby selectively focusing the target device.

이하, DORT에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the DORT will be described in detail.

DORT는 모든 모노스태틱(monostatic) 및 바이스태틱(bistatic) 조합에서 시간 영역 응답이 수신되는 N요소 배열 안테나를 이용한다. DORT 프로세스는 수신된 시간 영역 데이터를 NxN 다중 행렬(K(t))로 배열하는 것으로 시작하고, K(t)의 각 열은 해당 열의 안테나가 전송 중일 때 수신된 응답을 나타낸다. 시간 영역 데이터인 K(t)를 푸리에 변환하여 주파수 영역 데이터(K(ω))를 획득하고, 주파수 영역에서 시간 역전은 Hermitian transpose(

Figure 112018045650632-pat00008
)로 표현되며, 시간 역전 연산자(TRO, time-reversal operator)(
Figure 112018045650632-pat00009
)는
Figure 112018045650632-pat00010
로 정의된다.DORT uses an N-element array antenna in which time-domain responses are received in all monostatic and bistatic combinations. The DORT process starts by arranging the received time domain data in an NxN multi-matrix (K (t)), and each column of K (t) represents the response received when the antenna of that column is transmitting. The frequency domain data (K (ω)) is obtained by Fourier transforming the time domain data K (t), and the time reversal in the frequency domain is Hermitian transpose (
Figure 112018045650632-pat00008
), And the time-reversal operator (TRO)
Figure 112018045650632-pat00009
) Is
Figure 112018045650632-pat00010
Is defined as

TRO는 고유값(eigenvalue)에 의존적인 관계를 가진다. 이상적인 TRO는 Hermitian 행렬을 가지기 때문에 TRO는 대각행렬로 이루어지고, 이에 따르는 고유벡터(eigenvector)와 고유값(eigenvalue)으로 나타낼 수 있다. Hermitian operators 이론에 따라 고유값의 λ값들이 실질적 값을 가지고 고유벡터가 직교적인 값을 가지면

Figure 112018045650632-pat00011
와 V의 고유값과 고유벡터는 아래 수학식 3과 같은 관계로 나타낼 수 있게 된다.TRO is dependent on eigenvalue. Since the ideal TRO has a Hermitian matrix, the TRO consists of diagonal matrices, and can be represented by eigenvectors and eigenvalues. According to Hermitian operators' theory, if the λ values of the eigenvalues have a real value and the eigenvectors have an orthogonal value
Figure 112018045650632-pat00011
The eigenvalues and eigenvectors of and V can be expressed by the following equation (3).

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018045650632-pat00012
Figure 112018045650632-pat00012

상대적으로 큰 고유값들은 산란물체들이 전송한 산란신호(펄스신호)의 개수와 같고, 이에 상응하는 eigenvector는 각 배열안테나 산란신호의 집속을 위해 필요한 정보인 위상과 진폭의 정보를 가지고 있기 때문에 시간역전의 DORT 기법에서는 eigenvetor와 eigenvalue의 값들이 중요인자로 선택된다. 이러한 과정에 의해 산출된 TRO의 eigenvalue와 eigenvector를 구하기 위해 아래 기재된 수학식 4와 같이 정의된 SVD(singular value decomposition)을 이용한다. Relatively large eigenvalues are the same as the number of scattering signals (pulse signals) transmitted by the scattering objects, and the corresponding eigenvector has time and phase reversal because it has information necessary for focusing the scattering signals of each array antenna. In the DORT technique, the values of eigenvetor and eigenvalue are selected as important factors. To obtain eigenvalue and eigenvector of TRO calculated by this process, SVD (singular value decomposition) defined as Equation 4 described below is used.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018045650632-pat00013
Figure 112018045650632-pat00013

Figure 112018045650632-pat00014
Figure 112018045650632-pat00014

여기서, S는 singular value의 대각행렬을 나타낸다. Here, S represents a diagonal matrix of singular values.

K(ω)와

Figure 112018045650632-pat00015
가 수학식 2와 같이 정의되면, 시간역전 연산자(
Figure 112018045650632-pat00016
)는 아래 기재된 수학식 5와 같을 수 있다. K (ω) and
Figure 112018045650632-pat00015
If is defined as Equation 2, the time inversion operator (
Figure 112018045650632-pat00016
) May be the same as Equation 5 described below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018045650632-pat00017
Figure 112018045650632-pat00017

여기서,

Figure 112018045650632-pat00018
는 대각 행렬의 실수 값을 나타내며 각 고유값은 그 환경에서 각각 검출된 산란물체(scatterer)와 일치한다.
Figure 112018045650632-pat00019
Figure 112018045650632-pat00020
은 각 타겟으로의 순방향 전파와 역방향 전파를 기술하는 고유 벡터를 나타낸다. 고유 벡터 행렬 (
Figure 112018045650632-pat00021
)은
Figure 112018045650632-pat00022
와 같은 각 안테나에 대해 위상 변이와 함께 주어진 주파수(ωf)를 중심으로 하는 변조된 가우시안 펄스를 생성하는데 사용된다. 각각의 안테나에서 송신된 펄스는 선택된 타겟에 집속 펄스를 발생시킨다. here,
Figure 112018045650632-pat00018
Denotes the real value of the diagonal matrix, and each eigenvalue coincides with the scatterer detected in the environment.
Figure 112018045650632-pat00019
Wow
Figure 112018045650632-pat00020
Denotes an eigenvector describing forward and reverse propagation to each target. Eigenvector matrix (
Figure 112018045650632-pat00021
)silver
Figure 112018045650632-pat00022
It is used to generate a modulated Gaussian pulse centered on a given frequency (ω f ) with a phase shift for each antenna such as. The pulse transmitted from each antenna generates a focused pulse at the selected target.

SVD 과정을 통해 고유값들과 고유벡터가 산출되면, 그 산출된 고유값과 고유벡터를 이용하여 시간지연을 산출할 수 있다. 즉, 고유값은 해당 펄스신호를 송신한 장치에 대한 정보를 포함하고, 고유벡터는 해당 펄스신호의 위상과 진폭에 대한 정보를 포함하고 있으므로, 아래 기재된 수학식 6을 이용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 지연시간(Δt(x))을 산출할 수 있다. When the eigenvalues and eigenvectors are calculated through the SVD process, time delay can be calculated using the calculated eigenvalues and eigenvectors. That is, since the eigenvalue includes information on the device that transmitted the corresponding pulse signal, and the eigenvector contains information on the phase and amplitude of the corresponding pulse signal, each antenna of time inversion using Equation 6 described below The delay time (Δt (x)) to be applied to can be calculated.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018045650632-pat00023
Figure 112018045650632-pat00023

여기서, φ는 eigenvetor의 위상값, f는 주파수이다.Here, φ is the phase value of the eigenvetor and f is the frequency.

상술한 바와 같이 무선전력송신장치는 PI(펄스역전)을 이용하여 고조파를 감지하고, 그 고조파에 DORT(시간 역전 연산자 분해) 기법을 적용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 지연시간을 산출한다. 그런 후, 무선전력송신장치(100)는 전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신한다. As described above, the wireless power transmitter detects harmonics using PI (pulse reversal), and applies a DORT (time reversal operator decomposition) technique to calculate the delay time to be applied to each antenna in time reversal. Then, the wireless power transmission apparatus 100 modulates the power signal into an RF power signal, time-reversa the RF power signal according to the calculated delay time for each antenna, and transmits it through the corresponding antenna.

무선전력수신장치(200)는 고조파를 발생한다. 이때, 무선전력수신장치(200)는 무선전력송신장치(100)로부터 펄스가 수신된 경우 그 펄스에 대한 응답으로 고조파를 발생하거나, 무선전력송신장치(100)로부터 펄스가 수신되지 않아도 자체적으로 고조파를 발생할 수 있다.The wireless power receiving device 200 generates harmonics. At this time, the wireless power receiving device 200 generates a harmonic in response to the pulse when a pulse is received from the wireless power transmitting device 100, or even if a pulse is not received from the wireless power transmitting device 100, the harmonic itself Can cause

무선전력수신장치(200)는 정류 소자 등과 같은 비선형 소자를 포함하고, 비선형 소자는 비선형 상호작용으로 고조파를 발생하게 된다. 즉, 반도체로 이루어진 전자소자는 비선형 상호작용으로 인해 고조파가 발생되는데, 이는 주파수 fo 의 기본파를 보냈을 때 그의 정수배인 2fo, 3fo,···의 주파수가 발생되는 것을 의미한다. 이러한 전자소자 특유의 고조파를 활용하여 산란단면적이 작은 초소형 전자소자를 탐지할 수 있다.The wireless power receiving device 200 includes a non-linear element such as a rectifying element, and the non-linear element generates harmonics through non-linear interaction. That is, the harmonics are generated due to the non-linear interaction of the electronic device made of a semiconductor, which means that when a fundamental wave of frequency f o is transmitted, a frequency of 2f o , 3f o ... By using the harmonics peculiar to these electronic devices, it is possible to detect a very small electronic device having a small scattering area.

또한, 무선전력수신장치(200)는 무선전력송신장치(100)로부터 수신한 RF의 전력신호를 DC 전력으로 변환한다. In addition, the wireless power receiving device 200 converts the RF power signal received from the wireless power transmitting device 100 into DC power.

상술한 바와 같이 구성된 지능적 원거리 무선전력전송 시스템에서 무선전력송신장치(100)는 타겟 물체가 수동객체라도, 비선형 소자가 존재하면 고조파를 감지·구분하며, 시간역전을 적용함으로써, 복잡한 전파환경에서 타겟지점에 전파집속을 효과적으로 할 수 있다. 즉, 무선전력송신장치(100)는 PI(Pulse Inversion)를 이용하여 무선전력수신장치(100)의 비선형 소자에서 발생되는 고조파를 감지할 수 있다. 그런 후, 무선전력송신장치(100)는 감지된 고조파에 기초하여 전력 신호를 시간역전시켜 송신하면, 다중경로(multipath)에서 발생한 시간지연의 무효화로 인해 한순간 수신 지점에 도달하는 시·공간 전파 집속 현상이 일어난다. 따라서, 다중경로 전파환경에서 여러 수신 위치에 전파를 선택적으로 집속할 수 있다.In the intelligent long-range wireless power transmission system configured as described above, the wireless power transmission apparatus 100 detects and classifies harmonics when a non-linear element is present, even if the target object is a passive object, and applies time reversal to target in a complex radio wave environment. It is possible to effectively focus the radio waves at the branch. That is, the wireless power transmission apparatus 100 may detect harmonics generated from the nonlinear elements of the wireless power reception apparatus 100 by using a pulse inversion (PI). Then, when the power signal is time-reversed and transmitted based on the sensed harmonics, the wireless power transmission apparatus 100 focuses on spatio-temporal radio waves reaching the receiving point in an instant due to invalidation of the time delay generated in the multipath. The phenomenon occurs. Therefore, it is possible to selectively focus the radio waves to various reception locations in a multipath radio wave environment.

한편, 본 발명은 다수의 선형소자 및 비선형소자 존재하는 복잡한 전파환경에 적용되는 시스템으로, 도 1에서는 하나의 무선전력수신장치(200)가 도시되었으나, 무선전력수신장치(200) 외 다수의 선형소자가 존재할 수 있다.On the other hand, the present invention is a system applied to a complex radio wave environment in which a plurality of linear and non-linear elements are present. In FIG. 1, one wireless power receiving device 200 is illustrated, but a plurality of linear devices other than the wireless power receiving device 200 are shown. Devices may be present.

또한, 본 발명은 다수의 선형소자는 물론, 다수의 비선형소자(예컨대, 다수의 무선전력수신장치)가 존재하는 복잡한 전파환경에도 적용 가능하다. 다수의 선형소자 및 다수의 무선전력수신장치가 존재하는 경우, 타겟 무선전력수신장치를 선택하고, 선택적으로 전파를 집속하는 방법에 대해 도 2에서 설명하기로 한다.In addition, the present invention is applicable to a complex radio wave environment in which a plurality of linear elements as well as a plurality of non-linear elements (for example, a plurality of wireless power receiving devices) exist. When a plurality of linear elements and a plurality of wireless power receiving devices exist, a method of selecting a target wireless power receiving device and selectively focusing radio waves will be described in FIG. 2.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining an intelligent remote wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 다른 실시예에 따른 지능적 원거리 무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 송신하는 무선전력송신장치(100), 복수의 무선전력수신장치(200a, 200b,.., 200n, 이하 200이라 칭함)를 포함한다. Referring to Figure 2, the intelligent remote wireless power transmission system according to another embodiment of the wireless power transmission apparatus 100 for transmitting power wirelessly, a plurality of wireless power receiving apparatus (200a, 200b, .., 200n, less than 200 This is called).

복수의 무선전력수신장치(200)는 각각 다른 주파수를 가지는 고조파를 발생하고, 무선전력송신장치(100)는 복수의 무선전력수신장치(200)로부터 고조파를 포함하는 펄스신호를 수신한다. 이때, 복수의 무선전력수신장치(200)는 무선전력송신장치(100)로부터 펄스가 수신된 경우 그 펄스에 대한 응답으로 고조파를 발생하거나, 무선전력송신장치(100)로부터 펄스가 수신되지 않아도 자체적으로 고조파를 발생할 수 있다.The plurality of wireless power receiving devices 200 generate harmonics having different frequencies, and the wireless power transmitting device 100 receives pulse signals including harmonics from the plurality of wireless power receiving devices 200. At this time, the plurality of wireless power receiving apparatus 200 generates a harmonic in response to the pulse when a pulse is received from the wireless power transmitting apparatus 100, or even if a pulse is not received from the wireless power transmitting apparatus 100 Can cause harmonics.

무선전력송신장치(100)는 펄스신호가 수신되면, PI(펄스역전)을 이용하여 복수의 고조파를 감지하고, 감지된 복수의 고조파에 DORT 기법을 적용하여 복수의 무선전력수신장치(200)중에서 하나를 타겟 장치로 선택하며, 선택된 타겟 장치로 전력신호를 시간역전시켜 송신한다. 즉, 무선전력송신장치(100)는 각 펄스신호에 SVD를 적용하여 고유값 및 고유벡터를 각각 산출하고, 그 산출된 고유값에 기초하여 타겟 무선전력수신장치를 선택하며, 고유벡터에 기초하여 전력신호를 시간역전시킬 수 있다. When a pulse signal is received, the wireless power transmitter 100 detects a plurality of harmonics using a PI (pulse reversal) and applies a DORT technique to the sensed plurality of harmonics, so that among the plurality of wireless power receivers 200 One is selected as the target device, and the power signal is time-inverted and transmitted to the selected target device. That is, the wireless power transmission apparatus 100 applies the SVD to each pulse signal to calculate the eigenvalue and the eigenvector, respectively, selects a target wireless power receiving apparatus based on the calculated eigenvalue, and based on the eigenvector Time signal can be reversed.

예를들어, 무선전력수신장치 1(200a), 무선전력수신장치 2(200b), 무선전력수신장치 3(200c), 무선전력수신장치 4(200d)가 있는 경우, 무선전력송신장치(100)는 무선전력수신장치 1(200a), 무선전력수신장치 2(200b), 무선전력수신장치 3(200c), 무선전력수신장치 4(200d) 각각으로부터 전송된 펄스신호에 대해 고유값 및 고유벡터를 각각 산출하고, 그 산출된 고유값에 기초하여 무선전력수신장치 2(200b)를 타겟 장치로 선택하여, 무선전력수신장치 2(200b)로 전력신호를 시간역전시켜 송신할 수 있다. For example, if there is a wireless power receiving device 1 (200a), a wireless power receiving device 2 (200b), a wireless power receiving device 3 (200c), a wireless power receiving device 4 (200d), the wireless power transmitting device 100 Eigenvalues and eigenvectors for pulse signals transmitted from each of the wireless power receiving device 1 (200a), the wireless power receiving device 2 (200b), the wireless power receiving device 3 (200c), and the wireless power receiving device 4 (200d). Each is calculated, and based on the calculated eigenvalue, the wireless power receiving device 2 (200b) may be selected as a target device, and the power signal may be time-reversed and transmitted to the wireless power receiving device 2 (200b).

상술한 바와 같이 무선전력송신장치(200)는 DORT 기법을 통하여 여러 개의 비선형 소자(무선전력수신장치)가 존재하는 환경에도 하나의 비선형 소자에 선택적으로 전파를 집속할 수 있다.As described above, the wireless power transmitter 200 may selectively focus radio waves on one non-linear element even in an environment in which multiple non-linear elements (wireless power receivers) exist through the DORT technique.

이러한 무선전력송신장치(100)에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하고, 무선전력수신장치(200)에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하기로 한다. The detailed description of the wireless power transmission apparatus 100 will be referred to FIG. 3, and the detailed description of the wireless power transmission apparatus 200 will be referred to FIG. 4.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력송신장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력송신장치(100)는 신호발생부(110), 제어부(120), 변조부(130), 안테나부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the wireless power transmission apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a signal generator 110, a controller 120, a modulator 130, and an antenna 140.

신호발생부(110)는 전력신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 전력신호는 일정한 진폭과 위상을 가지는 AC 신호일 수 있다. 신호발생부(110)는 전력신호를 변조부(130)로 전달할 수 있다. 전력신호는 다양한 주파수 범위의 전자기파를 전송할 수 있다. 예를 들어, 전력신호는 라디오주파수(Radio Frequency)나 단파장주파수(Microwave Frequency) 범위를 포함하는 전자기파일 수 있다. 라디오주파수나 단파장주파수는 다른 통신 기기에 주는 간섭을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, ISM(Industrial Scientific Medical) 밴드 영역의 주파수를 사용할 수 있다.The signal generator 110 may generate a power signal. For example, the power signal may be an AC signal having a constant amplitude and phase. The signal generator 110 may transmit the power signal to the modulator 130. The power signal can transmit electromagnetic waves in various frequency ranges. For example, the power signal may be an electromagnetic file including a radio frequency or a microwave frequency range. Radio frequency or short wavelength can reduce interference to other communication devices. For example, frequencies in the Industrial Scientific Medical (ISM) band region can be used.

제어부(120)는 안테나부(140)의 각 안테나를 통해 수신한 복수의 펄스신호에서 고조파(harmonics)를 감지하고, 감지된 고조파에 기초하여 각 안테나별 지연시간을 산출한다. 이때, 제어부(120)는 펄스를 송신하고, 그 펄스에 대한 응답 펄스신호에서 고조파를 감지하거나, 펄스를 송신하지 않고 비선형소자에서 자체적으로 발생한 펄스신호에서 고조파를 감지할 수 있다.The controller 120 detects harmonics from a plurality of pulse signals received through each antenna of the antenna unit 140 and calculates a delay time for each antenna based on the detected harmonics. At this time, the control unit 120 may transmit a pulse, detect a harmonic in a pulse signal in response to the pulse, or detect a harmonic in a pulse signal generated by itself in a nonlinear device without transmitting a pulse.

이하, 제어부(120)의 동작에 대해 좀더 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the control unit 120 will be described in more detail.

먼저, 제어부(120)는 안테나부(140)를 통해 수신한 펄스신호에서 고조파(harmonics)를 감지한다. 이때, 제어부(120)는 PI를 이용하여 고조파를 감지할 수 있고, 감지된 고조파는 2차 고조파(2fo)일 수 있다. 즉, 무선전력송신장치(100)와 무선전력수신장치 사이에는 전파 경로에 장애물이 있는 복잡한 전파환경이고, 무선전력수신장치는 정류 소자 등과 같은 비선형 소자를 포함하므로, 무선전력수신장치의 비선형 소자는 비선형 상호작용으로 고조파를 발생하게 된다. 따라서, 무선전력수신장치가 전송하는 펄스신호는 다중 경로를 통해 도달하게 되고, 이로 인해 시간 분산된 펄스신호가 발생하며, 제어부(120)는 시간 분산된 펄스신호에서 무선전력수신장치의 비선형 소자에서 발생되는 고조파를 감지할 수 있다. First, the control unit 120 detects harmonics from the pulse signal received through the antenna unit 140. At this time, the controller 120 may detect a harmonic using PI, and the detected harmonic may be a second harmonic (2f o ). That is, since the wireless power transmission device 100 and the wireless power receiving device is a complex radio wave environment with an obstacle in the propagation path, and the wireless power receiving device includes a non-linear element such as a rectifying element, the non-linear element of the wireless power receiving device is Nonlinear interactions create harmonics. Accordingly, the pulse signal transmitted by the wireless power receiving device reaches through multiple paths, thereby generating a time-dispersed pulse signal, and the controller 120 uses the time-dispersed pulse signal in the non-linear element of the wireless power receiving device. Harmonics can be detected.

또한, 제어부(120)는 무선전력수신장치로부터 수신한 펄스신호에서 고조파가 감지된 경우 전자소자로 식별하고, 기본파만이 감지된 경우 비전자소자로 식별하며, 식별된 전자소자를 타겟(target) 장치로 식별할 수 있다. In addition, the controller 120 identifies as an electronic device when a harmonic is detected in a pulse signal received from the wireless power receiving device, identifies as a non-electronic device when only a fundamental wave is detected, and targets the identified electronic device as a target. ) Can be identified by the device.

이를 통해, 무선전력송신장치(100)는 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 전파환경에서 고조파 감지뿐 아니라 여러 종류의 고조파를 식별하여 선택적 전파전송을 할 수 있다.Through this, the wireless power transmission apparatus 100 can selectively detect and transmit various types of harmonics as well as detecting harmonics in a radio wave environment in which multiple scattering objects and electronic devices exist.

PI를 이용하여 고조파가 감지되면, 제어부(120)는 감지된 고조파에 DORT 기법을 적용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 지연시간을 산출한다. 즉, 제어부(120)는 복수의 안테나를 통해 수신한 펄스신호에 대해 푸리에 변환을 수행하여 주파수 영역 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역 데이터에 기초하여 EVD(eigenvalue decomposition, 고유값 분해)를 수행하여 고유값(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)로 구성된 시간 역전 연산자(time reversal operator)를 산출하며, 고유값 및 고유벡터를 이용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 지연시간을 산출한다. 고유값은 해당 펄스신호를 송신한 장치에 대한 정보를 포함하고, 고유벡터는 해당 펄스신호의 위상과 진폭에 대한 정보를 포함하고 있으므로, 제어부(120)는 수학식 6을 이용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 시간지연을 산출할 수 있다. DORT 기법에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다. When a harmonic is detected using PI, the controller 120 applies a DORT technique to the detected harmonic to calculate a delay time to be applied to each antenna in time reversal. That is, the controller 120 performs Fourier transform on a pulse signal received through a plurality of antennas to convert it into frequency domain data, and performs EVD (eigenvalue decomposition) based on the frequency domain data to perform unique A time reversal operator composed of an eigenvalue and an eigenvector is calculated, and a delay time to be applied to each antenna of the time inversion is calculated using the eigenvalue and the eigenvector. Since the eigenvalue includes information on the device that transmitted the corresponding pulse signal, and the eigenvector contains information on the phase and amplitude of the corresponding pulse signal, the controller 120 uses Equation (6) to determine each time shift. The time delay to be applied to the antenna can be calculated. 1 for a detailed description of the DORT technique.

또한, 제어부(120)는 서로 다른 복수의 고조파가 감지된 경우, 감지된 복수의 고조파에 DORT 기법을 적용하여 복수의 무선전력수신장치중에서 하나를 타겟 장치로 선택하며, 선택된 타겟 장치로 전력신호를 시간역전시켜 송신한다. 즉, 제어부(120)는 복수의 무선전력수신장치로부터 수신한 각 펄스신호에 SVD를 적용하여 고유값 및 고유벡터를 각각 산출하고, 산출된 고유값에 기초하여 타겟 무선전력수신장치를 선택하며, 고유벡터에 기초하여 전력신호를 시간역전시킬 수 있다. In addition, when a plurality of different harmonics are detected, the controller 120 applies a DORT technique to the detected plurality of harmonics, selects one of the plurality of wireless power receiving devices as a target device, and transmits a power signal to the selected target device. Transmit time and transmit. That is, the controller 120 calculates the eigenvalue and the eigenvector by applying SVD to each pulse signal received from a plurality of wireless power receivers, and selects a target wireless power receiver based on the calculated eigenvalues, The power signal can be reversed based on the eigenvector.

또한, 제어부(120)는 무선전력송신장치(100)의 전체적인 작동을 제어할 수 있다. 제어부(120)는 변조부가 수행할 위상 진폭 제어 알고리즘을 제공할 수 있다. 제어부(120)는 무선전력 송신 효율이 높도록 전력신호의 위상 변조와 진폭 변조를 연산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 감지된 고조파에 기초하여 위상 변조와 진폭 변조를 연산하여 변조부에 제공할 수 있다.In addition, the controller 120 may control the overall operation of the wireless power transmission apparatus 100. The controller 120 may provide a phase amplitude control algorithm to be performed by the modulator. The controller 120 may calculate phase modulation and amplitude modulation of the power signal so that the wireless power transmission efficiency is high. For example, the controller 120 may calculate phase modulation and amplitude modulation based on the sensed harmonics and provide them to the modulation unit.

제어부(120)는 마이크로 프로세서(microprocessor) 또는 다양한 아날로그-디지털 로직의 구성으로 이루어질 수 있다.The control unit 120 may be formed of a microprocessor or various analog-digital logics.

변조부(130)는 신호발생부(110)에서 발생한 전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신한다. 즉, 변조부(130)는 신호발생부(110)에서 발생된 AC 전력신호를 DC를 거쳐 RF의 전력신호로 변환하고, 그 변환된 RF의 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간만큼 지연시킨 후, 해당 안테나를 통해 송신한다. The modulator 130 modulates the power signal generated by the signal generator 110 into an RF power signal, and time-reversa the RF power signal according to the calculated delay time for each antenna to transmit through the corresponding antenna do. That is, the modulator 130 converts the AC power signal generated by the signal generator 110 to DC to the RF power signal, and delays the converted RF power signal by a delay time calculated for each antenna. Then, transmit through the corresponding antenna.

한편, 지연시간은 수학식 6과 같이 위상과 주파수로 산출되므로, 변조부(130)는 RF 전력신호의 위상을 시간역전(time-reversa)하고, 진폭을 증폭할 수 있다. 즉, 변조부(130)는 신호발생부(110)로부터 전달받은 전력신호(PS)를 제어부(120)의 제어에 따라 감지된 고조파의 시역전 위상을 가지도록 변조할 수 있다. 예를 들어, 시역전 위상은 파동을 복소켤레화(complex conjugate)하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 시역전 위상은 파동의 위상을 π/2 만큼 반전시켜 얻을 수 있다. 또한, 변조부(130)는 제어부(120)의 제어에 따라 전력신호의 진폭을 증폭할 수 있다. 시역전 위상을 가지는 변조된 전력신호의 송신의 경우 고조파의 진폭의 크기는 전력 전송의 효율과 연관된다. 무선전력송신장치(100)의 전송가능한 전력의 양이 한정되어 있으므로, 효율적인 전력 전송을 위한 위상 진폭 제어 알고리즘이 요구될 수 있다. 예를 들어, 위상 진폭 제어 알고리즘은 고조파의 진폭의 크기를 참조하여 전력신호의 진폭 증폭율을 제어할 수 있다. 예를 들어, 위상 진폭 제어 알고리즘은 고조파의 진폭이 큰 경우에 더 큰 진폭의 전력신호를 송신하도록 제어부에서 연산된 가중치 값을 부여할 수 있다. 변조부(130)는 제어부(120)로부터 이러한 위상 진폭 제어 알고리즘을 전달 받아 전력신호를 변조한다.Meanwhile, since the delay time is calculated in phase and frequency as shown in Equation 6, the modulator 130 can time-reversa the phase of the RF power signal and amplify the amplitude. That is, the modulator 130 may modulate the power signal PS received from the signal generator 110 to have a phase-inverted phase of the harmonic sensed under the control of the controller 120. For example, the reverse phase can be obtained by complex conjugate the wave. For example, the reverse phase can be obtained by inverting the phase of the wave by π / 2. In addition, the modulator 130 may amplify the amplitude of the power signal under the control of the controller 120. In the case of transmission of a modulated power signal having a reverse phase, the amplitude of the harmonics is related to the efficiency of power transmission. Since the amount of transmittable power of the wireless power transmission apparatus 100 is limited, a phase amplitude control algorithm for efficient power transmission may be required. For example, the phase amplitude control algorithm may control the amplitude amplification factor of the power signal by referring to the amplitude of the harmonics. For example, the phase amplitude control algorithm may assign a weight value calculated by the control unit to transmit a power signal having a larger amplitude when the harmonic amplitude is large. The modulator 130 modulates the power signal by receiving the phase amplitude control algorithm from the control unit 120.

안테나부(140)는 무선전력수신장치로부터 펄스신호를 수신하고, 변조부(130)에서 변조된 전력신호를 무선전력수신장치로 송신한다. 여기서, 안테나부(140)는 여러개의 안테나를 적당한 위치에 배열하여, 특정 방향으로 방사되는 에너지가 커지도록 하여 고이득을 취하는 형태의 안테나로, 예컨대, 배열·분산 안테나일 수 있다.The antenna unit 140 receives a pulse signal from the wireless power receiving device, and transmits the modulated power signal from the modulating unit 130 to the wireless power receiving device. Here, the antenna unit 140 is an antenna in a form of obtaining a high gain by arranging a plurality of antennas at an appropriate location so that the energy radiated in a specific direction increases, and may be, for example, an array antenna.

안테나부(140)는 복수의 안테나를 포함할 수 있으며, 복수의 안테나는 변조부(130)와 일대일 또는 다대일로 연결될 수 있다. The antenna unit 140 may include a plurality of antennas, and the plurality of antennas may be connected one-to-one or many-to-one with the modulator 130.

상술한 바와 구성된 무선전력송신장치(100)는 고조파를 감지하며, 그 고조파에 기초하여 신호 발생부(110)에서 발생된 전력 신호를 시간역전시켜 안테나부(140)를 통해 송신한다. 그러면, 다중경로(multipath)에서 발생한 시간 지연의 무효화로 인해 한순간 수신 지점에 도달하는 시·공간 전파 집속 현상이 일어난다. 즉, 무선전력송신장치(100)는 다중경로 전파환경에서 여러 수신 위치에 전파를 선택적으로 집속할 수 있다. The wireless power transmission apparatus 100 configured as described above senses harmonics and time-reverses the power signals generated by the signal generator 110 based on the harmonics, and transmits them through the antenna unit 140. Then, due to the invalidation of the time delay generated in the multipath, a spatio-temporal propagation phenomenon occurs that reaches the receiving point in an instant. That is, the wireless power transmission apparatus 100 may selectively focus radio waves to various reception locations in a multi-path radio wave environment.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 4 is a block diagram schematically showing a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치(200)는 안테나(210), 정류부(220), 제어부(230)를 포함한다. 4, the wireless power receiving apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes an antenna 210, a rectifying unit 220, a control unit 230.

안테나(210)는 단일 또는 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나(210)는 적어도 하나의 다중 편파 안테나를 포함할 수도 있다. The antenna 210 may include a single or multiple antennas. For example, the antenna 210 may include at least one multi-polarized antenna.

정류부(220)는 RF 신호로 전달된 전력신호를 DC 신호로 정류할 수 있다. 정류된 전력신호인 DC 신호는 무선전력수신장치(200) 자체의 동작에 바로 공급될 수 있다. 예를 들어, DC 신호는 제어부(230)로 공급될 수도 있다. 또는 DC 신호는 점선으로 도시된 배터리부(BT)에 공급될 수도 있다. 예를 들어, 배터리부(BT)는 DC 신호에 의해 충전되고, 무선전력수신장치에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리부(BT)는 DC 신호에 의해 완전히 충전되고 나면, 제어부(230)에 완충되었음을 알리는 신호를 전달할 수 있다.The rectifying unit 220 may rectify the power signal transmitted as an RF signal into a DC signal. The DC signal, which is a rectified power signal, can be directly supplied to the operation of the wireless power receiving device 200 itself. For example, the DC signal may be supplied to the control unit 230. Alternatively, the DC signal may be supplied to the battery unit BT shown by a dotted line. For example, the battery unit BT may be charged by a DC signal and supply power to the wireless power receiving device. For example, after the battery unit BT is fully charged by the DC signal, the battery unit BT may transmit a signal indicating that the controller 230 is fully charged.

또한, 정류부(220)에 포함된 정류소자는 안테나(210)와 연결되어 수신 신호를 전력으로 변환시키게 되지만, 비선형 특성에 의해 고조파를 발생하게 된다. 따라서, 안테나(210)는 수신 주파수의 체배 주파수에 해당하는 고조파 신호를 방사하게 된다.In addition, the rectifying element included in the rectifying unit 220 is connected to the antenna 210 to convert the received signal into electric power, but generates harmonics due to nonlinear characteristics. Therefore, the antenna 210 emits a harmonic signal corresponding to the multiplication frequency of the reception frequency.

제어부(230)는 무선전력수신장치(200)의 배터리(미도시) 정보 및 수신 전력의 크기 등의 다양한 정보를 처리하고, 구성요소 들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(230)는 정류부(220)를 제어할 수 있다.The controller 230 may process various information such as battery (not shown) information of the wireless power receiving apparatus 200 and the size of the received power, and control components. For example, the control unit 230 may control the rectifying unit 220.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에 대한 2D 모델의 일러스트레이션(Illustration of 2D models)을 나타낸다. 5 shows an illustration of a 2D model of a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic devices are present according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)는 선형소자와 비선형소자가 존재하는 전파환경에서 배열안테나가 구비된 무선전력송신장치가 무선으로 전력을 전송하는 경우를 나타낸다. (a)를 참조하면, 선형소자와 비선형소자는 각각 펄스신호를 발생한다. 그러면, 무선전력송신장치는 각 펄스 신호를 수신하고, 펄스 신호에서 고조파가 감지된 비선형 소자를 타겟으로 선택한다. 이때, 선형소자로부터 수신한 펄스 신호는 기본파만을 포함하고, 비선형소자로부터 수신한 펄스신호는 고조파를 포함한다. 따라서, 무선전력송신장치는 고조파가 감지된 비선형 소자를 타겟으로 선택하고, 감지된 2차 고조파(2fo)에 기초하여 전력신호를 시간역전하여 송신한다. 그러면, 전력신호는 비선형소자에게 집속될 수 있다. FIG. 5 (a) shows a case in which a wireless power transmission apparatus equipped with an array antenna transmits power wirelessly in a radio wave environment in which linear and non-linear elements are present. Referring to (a), the linear element and the nonlinear element generate pulse signals, respectively. Then, the wireless power transmission apparatus receives each pulse signal, and selects a nonlinear element for which harmonics are detected from the pulse signal as a target. At this time, the pulse signal received from the linear element includes only the fundamental wave, and the pulse signal received from the nonlinear element includes harmonic. Therefore, the wireless power transmission apparatus selects a nonlinear element for which harmonics are detected as a target, and transmits the power signal in time-reversed based on the detected second harmonic (2f o ). Then, the power signal can be focused on the nonlinear device.

도 5의 (b)는 2개의 비선형소자가 존재하는 전파환경에서 배열안테나가 구비된 무전전력송신장치가 무선으로 전력을 전송하는 경우를 나타낸 도면이다. 이 경우, 비선형소자는 고조파를 포함하는 펄스신호를 발생하고, 무선전력송신장치는 2개의 펄스신호에서 각각 고조파를 감지하게 된다. 이때, 각 비선형소자는 각각 다른 주파수(fo)로 고조파를 송신하였으므로, 무선전력송신장치는 2차 고조파(2fo)에 기초하여 원하는 비선형소자를 타겟으로 선택할 수 있다. 그런 후, 무선전력송신장치는 타겟으로 선택된 비선형소자의 2차 고조파(2fo)에 기초하여 전력신호를 시간역전하여 송신한다. 그러면, 전력신호는 타겟으로 선택된 비선형소자에게 집속될 수 있다.FIG. 5 (b) is a diagram illustrating a case in which a radio power transmission apparatus equipped with an array antenna transmits power wirelessly in a radio wave environment in which two nonlinear elements are present. In this case, the nonlinear element generates a pulse signal including harmonics, and the wireless power transmitter detects harmonics from the two pulse signals, respectively. At this time, since each nonlinear element has transmitted harmonics at different frequencies f o , the wireless power transmission apparatus can select a desired nonlinear element as a target based on the second harmonic 2f o . Then, the wireless power transmission apparatus transmits the power signal in time-reversed based on the second harmonic (2f o ) of the nonlinear device selected as the target. Then, the power signal can be focused on the nonlinear device selected as the target.

도 6은 도 5의 (a)에서 background subtraction 후 TRO의 고유값을 나타낸 그래프, 도 7은 도 6의 고유값과 연관된 집속 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 6 is a graph showing eigenvalues of TRO after background subtraction in FIG. 5 (a), and FIG. 7 is a view showing results of focus simulation associated with eigenvalues of FIG. 6.

도 6을 참조하면, 중요한 고유값이 얻어지고, 하나는 비선형 산란자, 다른 하나는 선형 산란자를 나타낸다. 고유값 λ1 하나만 고조파 대역에서 상당한 진폭을 갖는 것으로 나타남을 알 수 있다. 기본 중심 주파수(1.25 GHz)에서 λ1과 λ2과 연관된 고유벡터는 어레이를 공급하는 변조된 가우시안 펄스를 생성하는데 사용된다. 2개의 분리된 집속 시뮬레이션이 λ1 및 λ2에 대해 실행되었고, 그 결과는 각각 도 7에 도시된다. 도 7의 (a)를 참조하면, λ1은 고조파 대역에서 상당한 진폭을 갖는 것이지만, λ1에 기반하여 생성된 파는 선형 타겟에 집속을 맞추고, λ2에 기반으로 생성된 전파는 비선형 타겟에 집속되었으며, 고유치가 섞여있다. 6, an important eigenvalue is obtained, one representing a nonlinear scatterer and the other a linear scatterer. It can be seen that only one eigenvalue λ1 appears to have significant amplitude in the harmonic band. The eigenvectors associated with λ1 and λ2 at the fundamental center frequency (1.25 GHz) are used to generate a modulated Gaussian pulse that supplies the array. Two separate focus simulations were run for λ1 and λ2, the results of which are shown in FIG. 7 respectively. Referring to (a) of FIG. 7, λ1 has a significant amplitude in a harmonic band, but a wave generated based on λ1 focuses on a linear target, and a wave generated based on λ2 is focused on a nonlinear target, and eigenvalue Is mixed.

하나의 가능한 설명은 EVD가 다른 주파수에서 EVD의 정보없이 각각의 단일 주파수 포인트에서 수행되기 때문에, 고유값들은 각 주파수 포인트에서 가장 강한 산란자에 따라 획득되는 것이다. 즉, 기본 주파수 대역에서 가장 강한 산란자는 선형 산란이며 따라서 첫번째 고유값에 나타난다. 그러나 고조파 주파수에서 비선형 산란은 가장 강한 산란자이므로 첫 번째 고유값에 나타난다.One possible explanation is that the eigenvalues are obtained according to the strongest scatterer at each frequency point, because the EVD is performed at each single frequency point without EVD information at different frequencies. That is, the strongest scatterer in the fundamental frequency band is linear scattering and therefore appears at the first eigenvalue. However, at the harmonic frequency, nonlinear scattering is the strongest scatterer, so it appears at the first eigenvalue.

도 8은 도 5의 (a)에 PI(PI-DORT)를 적용한 후 TRO의 고유값을 나타낸 그래프, 도 9는 도 8에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 8 is a graph showing the eigenvalue of TRO after applying PI (PI-DORT) to FIG. 5 (a), and FIG. 9 is a diagram showing the simulation results for FIG. 8.

도 8을 참조하면, 유일하고 지배적인 고유값이 짝수차 고조파 대역에 있기 때문에 기본 및 홀수차 고조파가 최소화되어 background subtraction가 불필요해지고 고유 값의 혼합이 제거된다. 도 9는 2차 고조파 주파수(2.5 GHz)에서 λ1과 연관된 고유 벡터가 어레이를 공급하기 위해 변조된 가우시안 펄스를 생성하는데 사용된 비선형 타겟에서의 집속을 보여준다. 집속은 비선형 타겟에서 발생한다.Referring to FIG. 8, since the unique and dominant eigenvalues are in the even-order harmonic band, fundamental and odd-order harmonics are minimized, background subtraction is unnecessary, and mixing of eigenvalues is eliminated. 9 shows the focus at a nonlinear target used to generate a Gaussian pulse in which the eigenvector associated with λ1 at the second harmonic frequency (2.5 GHz) is modulated to supply the array. Focusing occurs on a nonlinear target.

도 10은 도 5의 (b)에 PI-DORT를 적용한 후 TRO의 고유 값을 나타낸 그래프, 도 11은 도 10에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 10 is a graph showing the intrinsic value of TRO after applying PI-DORT to FIG. 5 (b), and FIG. 11 is a diagram showing the simulation results for FIG. 10.

도 10을 참조하면, 기본 및 홀수차 고조파가 제거되지만 2개의 비선형 타겟이 있기 때문에 두 개의 중요한 고유값이 짝수 고조파 대역에 나타난다. 집속 시뮬레이션은 λ1와 λ2에 대한 고유 벡터에 기초하여 수행되었으며, 결과는 도 11에 도시된 바와 같다, 시뮬레이션은 각 비선형 요소에서 전파가 집속됨을 보여준다. Referring to FIG. 10, the fundamental and odd harmonics are removed, but since there are two nonlinear targets, two important eigenvalues appear in the even harmonic band. Focusing simulation was performed based on the eigenvectors for λ1 and λ2, and the results are as shown in FIG. 11. The simulation shows that the propagation is focused at each nonlinear element.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 무선전력송신장치 110 : 신호발생부
120, 230 : 제어부 130 : 변조부
140 : 안테나부 200 : 무선전력수신장치
210 : 안테나 220 : 정류부
100: wireless power transmission device 110: signal generating unit
120, 230: control unit 130: modulation unit
140: antenna unit 200: wireless power receiving device
210: antenna 220: rectifier

Claims (13)

전력신호를 발생하는 신호발생부;
복수의 안테나가 구비되어, 복수의 펄스신호를 수신하는 안테나부;
상기 복수의 펄스신호에서 비선형 소자의 비선형 상호작용에 의해 발생되는 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하고, 상기 감지된 고조파에 기초하여 각 안테나별 지연시간을 산출하는 제어부; 및
상기 전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, 상기 RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신하는 변조부;
를 포함하는, 무선전력전송 장치.
A signal generator for generating a power signal;
An antenna unit provided with a plurality of antennas to receive a plurality of pulse signals;
A control unit for detecting at least one harmonics generated by nonlinear interaction of a nonlinear element from the plurality of pulse signals and calculating a delay time for each antenna based on the detected harmonics; And
A modulator that modulates the power signal into an RF power signal and time-reversa the RF power signal according to a delay time calculated for each antenna to transmit through the corresponding antenna;
Including, wireless power transmission device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
PI(Pulse Inversion)를 이용하여 고조파를 감지하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송 장치.
According to claim 1,
The control unit,
A wireless power transmission device, characterized in that it detects harmonics using PI (Pulse Inversion).
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 펄스신호에서 고조파가 감지된 경우 전자소자로 식별하고, 기본파만이 감지된 경우 비전자소자로 식별하며, 상기 식별된 전자소자를 타겟(target) 장치로 선택하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송 장치.
According to claim 2,
The control unit,
When the harmonics are detected in the pulse signal, it is identified as an electronic device, when only the fundamental wave is detected, it is identified as a non-electronic device, and characterized in that the selected electronic device is selected as a target device, wireless power Transmission device.
◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 4 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 고조파가 서로 다른 복수의 고조파인 경우, 상기 복수의 고조파에 의한 고유값에 기초하여 하나의 타겟 장치를 선택하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송 장치.
According to claim 3,
The control unit,
When the detected harmonics are a plurality of different harmonics, a wireless power transmission device, characterized in that for selecting a target device based on the eigenvalues of the plurality of harmonics.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
DORT(decomposition of the time-reversal operator) 기법을 이용하여 안테나별 지연시간을 산출하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송장치.
According to claim 1,
The control unit,
Wireless power transmission device, characterized in that for calculating the delay time for each antenna using the DORT (decomposition of the time-reversal operator) technique.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 6 was abandoned when payment of the registration fee was set.◈ 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 안테나를 통해 수신한 펄스신호에 대해 푸리에 변환을 수행하여 주파수 영역 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역 데이터에 기초하여 EVD(eigenvalue decomposition, 고유값 분해)를 수행하여 고유값(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)로 구성된 시간 역전 연산자(time reversal operator)를 산출하며, 상기 고유값 및 고유벡터를 이용하여 시간역전의 각 안테나에 적용할 지연시간을 산출하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송장치.
The method of claim 5,
The control unit,
A Fourier transform is performed on the pulse signal received through the plurality of antennas to convert it into frequency domain data, and eigenvalue and eigenvalue are performed by performing eigenvalue decomposition (EVD) based on the frequency domain data. Wireless power transmission device, characterized in that for calculating the time reversal operator (eigenvector) consisting of, and using the eigenvalue and eigenvector to calculate the delay time to be applied to each antenna of the time inversion.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 7 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제6항에 있어서,
상기 고유값은 해당 펄스신호를 송신한 장치에 대한 정보를 포함하고, 상기 고유벡터는 해당 펄스신호의 위상과 진폭에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송장치.
The method of claim 6,
The eigenvalue includes information on a device that transmits the pulse signal, and the eigenvector includes information on a phase and amplitude of the pulse signal.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 8 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제7항에 있어서,
상기 지연시간(
Figure 112019118521912-pat00024
)은, 아래 기재된 수학식을 이용하여 산출된 것을 특징으로 하는 무선전력전송장치
[수학식]
Figure 112019118521912-pat00025

여기서, φ는 고유벡터의 위상값, f는 주파수임.
The method of claim 7,
The delay time (
Figure 112019118521912-pat00024
) Is a wireless power transmission device, characterized in that calculated using the equation described below
[Mathematics]
Figure 112019118521912-pat00025

Here, φ is the phase value of the eigenvector, and f is the frequency.
제1항에 있어서,
상기 안테나부는,
배열 안테나 또는 분산 안테나인 것을 특징으로 하는, 무선전력전송장치.
According to claim 1,
The antenna unit,
Wireless power transmission device, characterized in that the array antenna or distributed antenna.
복수의 안테나를 통해 수신한 복수의 펄스신호에서 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하고, 상기 감지된 고조파에 기초하여 타겟 무선전력수신장치를 선택하며, 각 안테나별 지연시간을 산출하고, 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전(time-reversa)하여 해당 안테나를 통해 송신하는 무선전력송신장치; 및
비선형 소자의 비선형 상호작용을 통해 상기 적어도 하나의 고조파를 발생시키고, 상기 무선전력송신장치로부터 전력신호를 수신하는 적어도 하나의 무선전력수신장치;
를 포함하는, 지능적 원거리 무선전력전송 시스템.
Detects at least one harmonics from a plurality of pulse signals received through a plurality of antennas, selects a target wireless power receiving device based on the detected harmonics, calculates a delay time for each antenna, and calculates a power signal Wireless power transmission device for transmitting through the antenna by time-reversa (time-reversa) according to the calculated delay time for each antenna; And
At least one wireless power receiver that generates the at least one harmonic through nonlinear interaction of a nonlinear element and receives a power signal from the wireless power transmitter;
Including, intelligent remote wireless power transmission system.
제10항에 있어서,
상기 무선전력송신장치는,
상기 감지된 각 고조파에 DORT 기법을 적용하여 고유값 및 고유벡터를 각각 산출하고, 상기 고유값에 기초하여 타겟 무선전력수신장치를 선택하며, 상기 고유벡터에 기초하여 각 안테나별 지연시간을 산출하는 것을 특징으로 하는, 지능적 원거리 무선전력전송 시스템.
The method of claim 10,
The wireless power transmission device,
A DORT technique is applied to each of the detected harmonics to calculate eigenvalues and eigenvectors respectively, a target wireless power receiving device is selected based on the eigenvalues, and a delay time for each antenna is calculated based on the eigenvectors Characterized in that, the intelligent remote wireless power transmission system.
제10항에 있어서,
상기 무선전력수신장치는,
고조파를 방사하며, 상기 무선전력송신장치로부터 전력신호를 수신받는 안테나부; 및
비선형 특성에 의해 고조파를 발생하고, 안테나부를 통해 수신한 전력신호를 DC 신호로 정류하는 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지능적 원거리 무선전력전송 시스템.
The method of claim 10,
The wireless power receiving device,
An antenna unit that radiates harmonics and receives a power signal from the wireless power transmitter; And
An intelligent long-range wireless power transmission system comprising a rectifying unit that generates harmonics by a nonlinear characteristic and rectifies a power signal received through an antenna unit into a DC signal.
복수의 산란물체 및 전자소자가 존재하는 복잡한 전파환경에서 무선전력송신장치가 전력신호를 무선전력수신장치로 전송하는 방법에 있어서,
복수의 안테나를 통해 상기 무선전력수신장치를 구성하는 비선형 소자의 비선형 상호작용을 통해 발생하는 복수의 펄스신호를 수신하는 단계;
상기 복수의 펄스신호에서 적어도 하나의 고조파(harmonics)를 감지하는 단계;
상기 감지된 고조파에 기초하여 상기 무선전력수신장치를 선택하고, DORT(decomposition of the time-reversal operator) 기법을 이용하여 각 안테나별 지연시간을 지연시간을 산출하는 단계; 및
전력신호를 RF 전력신호로 변조하고, 상기 RF 전력신호를 각 안테나별로 산출된 지연시간에 따라 시간역전하여 해당 안테나를 통해 송신하는 단계;
를 포함하는, 지능적 원거리 무선전력전송 방법.
In a complex radio wave environment in which a plurality of scattering objects and electronic devices are present, in a method of transmitting a power signal to a wireless power receiving device by a wireless power transmitting device,
Receiving a plurality of pulse signals generated through non-linear interaction of non-linear elements constituting the wireless power receiving device through a plurality of antennas;
Detecting at least one harmonics from the plurality of pulse signals;
Selecting the wireless power receiving device based on the sensed harmonics, and calculating a delay time for each antenna using a decomposition of the time-reversal operator (DORT) technique; And
Modulating a power signal into an RF power signal, and reversing the RF power signal according to a delay time calculated for each antenna to transmit the signal through the corresponding antenna;
Including, intelligent long-range wireless power transmission method.
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