KR102386094B1 - Microwave wireless power transmission method and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용자의 위치에 대응하는 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 단계; 무선전력 수신장치로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 무선전력 송신장치의 배열 안테나와 상기 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 검출하는 단계; 상기 인체 내부의 전자장 데이터 및 상기 채널 응답 데이터를 이용하여 상기 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 무선전력신호를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 포함한다.The present invention comprises the steps of: acquiring electromagnetic field data inside the human body corresponding to the user's location; detecting channel response data between an array antenna of a wireless power transmitter and the wireless power receiver based on a pilot signal received from the wireless power receiver; determining a wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using the internal electromagnetic field data and the channel response data; and transmitting the determined wireless power signal to the wireless power receiver.

Figure R1020200038960
Figure R1020200038960

Description

마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치{MICROWAVE WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD AND APPARATUS THEREOF}MICROWAVE WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD AND APPARATUS THEREOF

본 발명은 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 인체 안전을 고려한 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave wireless power transmission method and apparatus, and more particularly, to a microwave wireless power transmission method and apparatus in consideration of human safety.

최근 들어 이동 단말기, 사물인터넷(IoT), 센서, 생체 이식 장치 등의 분야에서 소전력 및 초소형 무선 디바이스의 활용이 증대되면서 원거리 무선전력 전송 및 충전의 수요가 증가하고 있다.Recently, as the use of low-power and ultra-small wireless devices in the fields of mobile terminals, Internet of Things (IoT), sensors, and bioimplantation devices is increasing, the demand for long-distance wireless power transmission and charging is increasing.

무선전력 전송 기술은 크게 자기장을 이용한 근거리 방식과 전파를 이용한 원거리 방식으로 구분된다. 근거리 무선전력 전송은 코일을 이용하는 자기유도방식과 공명 회로를 이용하는 자기공명 방식을 통해 전력을 전송하는 데, 거리가 멀수록 효율이 급격히 떨어진다. 이에 반해, 원거리 무선전력 전송은 안테나를 통한 전자기파를 방사하여 중/장거리 전력 전송이 가능하다. 무선 전력을 원하는 지점에 집속시키기 위해 배열 안테나 기반의 빔포밍(beamforming)이 사용되지만, 빔포밍은 장애물이 많거나 단일 안테나를 사용할 경우 효율이 떨어진다. 따라서, 실내 환경과 같은 복잡한 전파 환경에서는 기존 방식의 원거리 무선전력 전송으로는 전파 집속의 한계가 존재한다. 이러한 한계를 보완하기 위해, 시간 역전(Time Reversal, TR) 방식을 기반으로 한 무선전력 전송 기술이 최근 제안되었다.Wireless power transmission technology is largely divided into a short-distance method using a magnetic field and a long-distance method using radio waves. In short-distance wireless power transmission, power is transmitted through a magnetic induction method using a coil and a magnetic resonance method using a resonance circuit, and the efficiency decreases rapidly as the distance increases. In contrast, in the long-distance wireless power transmission, medium/long-distance power transmission is possible by radiating electromagnetic waves through an antenna. Array antenna-based beamforming is used to focus wireless power to a desired point, but beamforming is inefficient when there are many obstacles or a single antenna is used. Therefore, in a complicated radio wave environment such as an indoor environment, there is a limitation in radio wave focusing with the conventional method of long-distance wireless power transmission. In order to compensate for this limitation, a wireless power transmission technology based on a time reversal (TR) method has been recently proposed.

일반적으로 TR 방식은 실제 상황에서 인체 영향 문제를 고려하지 않으면 최대전송효율을 가지므로 지금까지 알려진 무선전력 전송 방식들 중 최적의 무선전력 전송 방식이다. 그러나 전자기파는 신체에 열을 발생시켜 인체에 위험을 초래할 수 있고, 무선전력 전송시스템을 인체에 가깝게 사용하면 해당 시스템의 송신기에서 높은 전력을 사용하기 때문에 다른 무선 장치보다 더 위험하다. 따라서, 무선전력 전송시스템의 설계 과정에서 인체 안전을 고려하여 많은 전력을 전송하는 기술이 필요하다. 하지만, 지금까지 전자기파가 인체에 미치는 영향을 고려한 무선전력 전송 기술이나 연구는 없는 실정이다.In general, since the TR method has the maximum transmission efficiency if the human body effect is not taken into consideration in real situations, it is the optimal wireless power transmission method among the known wireless power transmission methods. However, electromagnetic waves can be dangerous to the human body by generating heat in the body, and when a wireless power transmission system is used close to the human body, it is more dangerous than other wireless devices because the transmitter of the system uses high power. Therefore, there is a need for a technology for transmitting a lot of power in consideration of human safety in the design process of the wireless power transmission system. However, there is no wireless power transmission technology or research in consideration of the effects of electromagnetic waves on the human body so far.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 미리 결정된 최적화 알고리즘을 기반으로 인체의 안전을 고려한 최적의 무선전력신호를 결정하고, 상기 결정된 무선전력신호를 무선전력 수신장치로 전송할 수 있는 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems. Another object is to provide a microwave wireless power transmission method and apparatus capable of determining an optimal wireless power signal in consideration of human safety based on a predetermined optimization algorithm and transmitting the determined wireless power signal to a wireless power receiver. is in

또 다른 목적은, 배열 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터와 인체 내부의 전자장 데이터를 이용하여 인체의 안전을 고려한 최적의 무선전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송할 수 있는 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.Another object is to provide a microwave wireless power transmission method capable of transmitting optimal wireless power in consideration of human safety to the wireless power receiver using channel response data between an array antenna and a wireless power receiver and electromagnetic field data inside the human body, and to provide the device.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 단말 사용자의 위치에 대응하는 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 단계; 무선전력 수신장치로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 무선전력 송신장치의 배열 안테나와 상기 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 검출하는 단계; 상기 인체 내부의 전자장 데이터 및 상기 채널 응답 데이터를 이용하여 상기 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 무선전력신호를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 포함하는 무선전력 전송 방법을 제공한다. 여기서, 상기 인체 내부의 전자장 데이터는 EM(Electromagnetic) 시뮬레이션을 통해 미리 획득되는 것을 특징으로 한다. According to one aspect of the present invention to achieve the above or other object, the method comprising: acquiring electromagnetic field data inside the human body corresponding to the location of the terminal user; detecting channel response data between an array antenna of a wireless power transmitter and the wireless power receiver based on a pilot signal received from the wireless power receiver; determining a wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using the internal electromagnetic field data and the channel response data; and transmitting the determined wireless power signal to the wireless power receiver. Here, the electromagnetic field data inside the human body is characterized in that it is acquired in advance through EM (Electromagnetic) simulation.

좀 더 바람직하게는, 상기 획득 단계는 인체 검출부를 이용하여 무선전력 송신장치의 주변에 존재하는 단말 사용자의 위치를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the acquiring step further comprises the step of detecting the location of the terminal user existing in the vicinity of the wireless power transmitter using a human body detector.

좀 더 바람직하게는, 상기 결정 단계는 배열 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 위상을 결정하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the determining step is characterized in that the phase of the wireless power signal to be transmitted from each antenna element is determined using the channel response data between the array antenna and the wireless power receiver.

좀 더 바람직하게는, 상기 결정 단계는 미리 결정된 최적화 알고리즘을 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 진폭을 결정하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 미리 결정된 최적화 알고리즘은 컨벡스(convex) 최적화 알고리즘임을 특징으로 한다. More preferably, the determining step is characterized in that the amplitude of the wireless power signal to be transmitted from each antenna element is determined using a predetermined optimization algorithm. Here, the predetermined optimization algorithm is characterized in that it is a convex optimization algorithm.

좀 더 바람직하게는, 상기 컨벡스 최적화 알고리즘의 목적 함수는 무선전력 수신장치가 무선전력 송신장치로부터 수신하는 무선전력의 최대값으로 설정되는 것을 특징으로 한다. 상기 목적 함수에 적용되는 제한 조건은 인체 내부의 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR)과 무선전력 송신장치의 송신 파워를 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the objective function of the convex optimization algorithm is characterized in that the wireless power receiver is set to a maximum value of the wireless power received from the wireless power transmitter. The limiting condition applied to the objective function is characterized in that it includes a specific absorption rate (SAR) inside the human body and a transmission power of the wireless power transmitter.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 단말 사용자의 위치를 검출하는 인체 검출부; 상기 단말 사용자의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 저장하는 메모리; 무선전력 수신장치로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 배열 안테나와 상기 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 검출하는 채널 응답 검출부; 및 상기 인체 내부의 전자장 데이터 및 상기 채널 응답 데이터를 이용하여 상기 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호를 결정하는 제어부를 포함하는 무선전력 송신장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, a human body detection unit for detecting the location of the terminal user; a memory for storing electromagnetic field data inside the human body according to the location of the terminal user; a channel response detector configured to detect channel response data between an array antenna and the wireless power receiver based on a pilot signal received from the wireless power receiver; and a control unit configured to determine a wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using the internal electromagnetic field data and the channel response data of the human body.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 단말 사용자의 위치에 대응하는 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 과정; 무선전력 수신장치로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 무선전력 송신장치의 배열 안테나와 상기 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 검출하는 과정; 상기 인체 내부의 전자장 데이터 및 상기 채널 응답 데이터를 이용하여 상기 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호를 결정하는 과정; 및 상기 결정된 무선전력신호가 상기 무선전력 수신장치로 전송되도록 하는 과정이 컴퓨터 상에서 실행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the process of acquiring electromagnetic field data inside the human body corresponding to the location of the terminal user; detecting channel response data between an array antenna of a wireless power transmitter and the wireless power receiver based on a pilot signal received from the wireless power receiver; determining a wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using the internal electromagnetic field data and the channel response data; and a computer program stored in a computer-readable recording medium so that the process of transmitting the determined wireless power signal to the wireless power receiver is executed on a computer.

본 발명의 실시 예들에 따른 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the microwave wireless power transmission method and the apparatus according to the embodiments of the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 배열 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터와 사람의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 이용하여 최적의 무선전력신호를 전송함으로써, 국제 단체에서 요구하는 인체 안전 규정을 만족시키면서 최대 무선전력을 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by transmitting the optimal wireless power signal using the channel response data between the array antenna and the wireless power receiver and the electromagnetic field data inside the human body according to the position of the person, It has the advantage of being able to transmit maximum wireless power to the wireless power receiver while satisfying human safety regulations.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 미리 결정된 최적화 알고리즘을 이용한 무선전력 전송 방식을 제공함으로써, 무선전력전송의 모든 시나리오 환경에서 적용 가능하고, 고속 충전이 가능하며, 기존의 TR 방식보다 많은 전력을 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by providing a wireless power transmission method using a predetermined optimization algorithm, it is applicable in all scenario environments of wireless power transmission, high-speed charging is possible, and is better than the existing TR method. There is an advantage that a lot of power can be transmitted to the wireless power receiver.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the microwave wireless power transmission method and the effects that can be achieved by the apparatus according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are from the description below. It will be clearly understood by those of ordinary skill in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 방법을 설명하는 순서도;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 방법을 설명하는 순서도.
1 is a diagram showing the configuration of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing the configuration of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart illustrating a method of acquiring electromagnetic field data inside a human body according to an embodiment of the present invention;
4 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 출원에서, "포함한다" 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.In this application, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, in this application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more It is to be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명은 미리 결정된 최적화 알고리즘을 기반으로 인체의 안전을 고려한 최적의 무선전력신호를 결정하고, 상기 결정된 무선전력신호를 무선전력 수신장치로 전송할 수 있는 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 배열 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터와 인체 내부의 전자장 데이터를 이용하여 인체의 안전을 고려한 최적의 무선전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송할 수 있는 마이크로파 무선전력 전송 방법 및 그 장치를 제안한다.The present invention proposes a microwave wireless power transmission method and apparatus capable of determining an optimal wireless power signal in consideration of human safety based on a predetermined optimization algorithm and transmitting the determined wireless power signal to a wireless power receiver. In addition, the present invention provides a microwave wireless power transmission method capable of transmitting optimal wireless power in consideration of human safety to the wireless power receiver using channel response data between an array antenna and a wireless power receiver and electromagnetic field data inside the human body, and suggest the device.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템(100)은 마이크로파(Microwave)를 이용한 무선전력을 송신하는 무선전력 송신장치(110)와 상기 무선전력을 수신하는 무선전력 수신장치(120)를 포함한다. 이때, 상기 무선전력 송신장치(110) 및 무선전력 수신장치(120)는 실내 또는 실외에 위치할 수 있다. 이하, 본 명세서에서는, 상기 무선전력 송신장치(110) 및 무선전력 수신장치(120)가 실내에 위치하는 것을 예시하여 설명하도록 한다.Referring to FIG. 1 , a wireless power transmission system 100 according to an embodiment of the present invention includes a wireless power transmission device 110 for transmitting wireless power using microwaves and a wireless power reception device for receiving the wireless power. device 120 . In this case, the wireless power transmitter 110 and the wireless power receiver 120 may be located indoors or outdoors. Hereinafter, in the present specification, the wireless power transmitter 110 and the wireless power receiver 120 will be described by exemplifying that they are positioned indoors.

무선전력 송신장치(110)는 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 배열 안테나(array antenna)를 이용하여 무선전력신호를 전송할 수 있다.The wireless power transmitter 110 may transmit a wireless power signal using an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in a predetermined pattern.

무선전력 송신장치(110)는 무선전력 수신장치(120)로부터 수신된 파일럿 신호(pilot signal)를 기반으로 배열 안테나를 구성하는 안테나 소자들과 무선전력 수신장치(120) 간의 채널 응답(channel response)을 획득할 수 있다. The wireless power transmitter 110 has a channel response between the antenna elements constituting the array antenna and the wireless power receiver 120 based on a pilot signal received from the wireless power receiver 120 . can be obtained.

무선전력 송신장치(110)는 미리 결정된 최적화 알고리즘(가령, 컨벡스(convex) 최적화 알고리즘)을 기반으로 인체의 안전을 고려한 최적의 무선전력신호를 결정하고, 상기 결정된 무선전력신호를 무선전력 수신장치(120)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 무선전력 송신장치(110)는 배열 안테나와 무선전력 수신장치(120) 간의 채널 응답 데이터와 사람의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 이용하여 인체의 안전을 고려한 최적의 무선전력신호를 결정할 수 있다.The wireless power transmitter 110 determines an optimal wireless power signal in consideration of the safety of the human body based on a predetermined optimization algorithm (eg, a convex optimization algorithm), and transmits the determined wireless power signal to the wireless power receiver ( 120) can be transmitted. At this time, the wireless power transmitter 110 uses the channel response data between the array antenna and the wireless power receiver 120 and the electromagnetic field data inside the human body according to the position of the person to provide an optimal wireless power signal considering the safety of the human body. can decide

무선전력 수신장치(120)는 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 배열 안테나를 이용하여 무선전력 송신장치(110)로부터 무선전력신호를 수신할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 무선전력 수신장치(120)는 배열 안테나 대신 단일 안테나를 이용하여 무선전력신호를 수신할 수 있다.The wireless power receiver 120 may receive a wireless power signal from the wireless power transmitter 110 using an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in a predetermined pattern. Meanwhile, in another embodiment, the wireless power receiver 120 may receive a wireless power signal using a single antenna instead of an array antenna.

무선전력 수신장치(120)는 무선전력신호와 동일한 주파수 대역 또는 다른 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 생성하여 무선전력 송신장치(110)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 파일럿 신호는 무선전력 송신장치(110)에서 배열 안테나와 무선전력 수신장치(120) 간의 채널 응답 특성을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 파일럿 신호는 무선전력 송신장치(110)에서 무선전력 수신장치(120)의 위치를 추적하기 위해 사용될 수 있다.The wireless power receiver 120 may generate a pilot signal having the same frequency band or a different frequency band as the wireless power signal and transmit it to the wireless power transmitter 110 . In this case, the pilot signal may be used in the wireless power transmitter 110 to detect a channel response characteristic between the array antenna and the wireless power receiver 120 . Also, the pilot signal may be used to track the location of the wireless power receiver 120 in the wireless power transmitter 110 .

이와 같은 무선전력 수신장치(120)는 사용자(130)와 인접하여 배치되는 이동 단말기, 고정 단말기, 사물인터넷(IoT), 센서, 휴대용 의료기기 및 생체 이식 장치 등과 같은 다양한 전자 장치에 탑재되어, 무선전력을 충전하는 용도로 사용될 수 있다.Such a wireless power receiver 120 is mounted on various electronic devices such as a mobile terminal, a fixed terminal, an Internet of Things (IoT), a sensor, a portable medical device and a bioimplantation device disposed adjacent to the user 130, It can be used for charging power.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)는 신호 발생기(210), 신호 전처리부(220), 신호 분배부(230), RF 신호 처리부(240), 배열 안테나(250), 인체 검출부(260), 채널 응답 검출부(270), 메모리(280) 및 제어부(290)를 포함한다. 도 2에 도시된 구성요소들은 무선전력 송신장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 무선전력 송신장치는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2 , the wireless power transmitter 200 according to an embodiment of the present invention includes a signal generator 210 , a signal preprocessor 220 , a signal distribution unit 230 , an RF signal processor 240 , and an arrangement. It includes an antenna 250 , a human body detector 260 , a channel response detector 270 , a memory 280 , and a controller 290 . The components shown in FIG. 2 are not essential in implementing the wireless power transmitter, so the wireless power transmitter described in this specification may have more or fewer components than those listed above.

신호 발생기(210)는 무선전력 수신장치(120)로 무선전력을 전송하기 위한 기준 신호를 생성할 수 있다. 이때, 상기 신호 발생기(210)는 미리 결정된 마이크로 주파수 대역을 갖는 기준 신호를 생성할 수 있다. 또한, 신호 발생기(210)는, 제어부(290)의 전력 제어 명령에 따라, 미리 결정된 전력 세기를 갖는 기준 신호를 생성할 수 있다.The signal generator 210 may generate a reference signal for transmitting wireless power to the wireless power receiver 120 . In this case, the signal generator 210 may generate a reference signal having a predetermined micro-frequency band. Also, the signal generator 210 may generate a reference signal having a predetermined power intensity according to a power control command of the controller 290 .

신호 전처리부(220)는 믹서(Mixer) 및 고출력 증폭기(High Power Amplifier, HPA)를 포함할 수 있다. 신호 전처리부(220)는 믹서를 통해 신호 발생기(210)로부터 수신된 기준 신호의 주파수를 변경할 수 있다. 이후, 신호 전처리부(220)는 고출력 증폭기(HPA)를 통해 주파수 변경된 기준 신호의 진폭(또는 세기)을 증폭할 수 있다. 한편, 상기 신호 전처리부(220)는 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니며 실시 형태에 따라 생략 가능하도록 구성될 수 있다.The signal preprocessor 220 may include a mixer and a high power amplifier (HPA). The signal preprocessor 220 may change the frequency of the reference signal received from the signal generator 210 through the mixer. Thereafter, the signal preprocessor 220 may amplify the amplitude (or strength) of the frequency-changed reference signal through the high-power amplifier HPA. On the other hand, the signal preprocessor 220 is not an essential component of the present invention and may be configured to be omitted depending on the embodiment.

신호 분배기(230)는 신호 발생기(210) 또는 신호 전처리부(220)로부터 수신된 하나의 기준 신호를 복수 개의 무선전력신호로 분기하여 RF 신호 처리부(240)로 출력할 수 있다.The signal splitter 230 may branch one reference signal received from the signal generator 210 or the signal preprocessor 220 into a plurality of wireless power signals and output it to the RF signal processor 240 .

RF 신호 처리부(240)는 배열 안테나(250)를 구성하는 복수의 안테나 소자들(255)에 각각 대응하는 복수 개의 RF 신호 처리 유닛들(245)을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 RF 신호 처리 유닛(245)은 위상 천이기(PS) 및 고출력 증폭기(HPA)를 포함할 수 있다.The RF signal processing unit 240 may include a plurality of RF signal processing units 245 respectively corresponding to the plurality of antenna elements 255 constituting the array antenna 250 . Here, each RF signal processing unit 245 may include a phase shifter (PS) and a high-power amplifier (HPA).

각각의 RF 신호 처리 유닛(245)은, 제어부(290)의 위상 제어 명령에 따라, 위상 천이기(PS)를 통해 무선전력신호의 위상을 조절할 수 있다. 또한, 각각의 RF 신호 처리 유닛(245)은, 제어부(290)의 전력 제어 명령에 따라, 고출력 증폭기를 통해 무선전력신호의 진폭을 조절할 수 있다.Each RF signal processing unit 245 may adjust the phase of the wireless power signal through the phase shifter PS according to the phase control command of the controller 290 . In addition, each RF signal processing unit 245 may adjust the amplitude of the wireless power signal through the high-power amplifier according to the power control command of the controller 290 .

배열 안테나(250)는 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들(255)을 포함할 수 있다. 각각의 안테나 소자(255)는 그에 대응하는 RF 신호 처리 유닛(245)으로부터 수신된 무선전력신호를 방사할 수 있다. 또한, 각각의 안테나 소자(255)는 무선전력 수신장치(120)로부터 전송된 파일럿 신호를 수신할 수 있다. The array antenna 250 may include a plurality of antenna elements 255 arranged in a predetermined pattern. Each antenna element 255 may radiate a wireless power signal received from the RF signal processing unit 245 corresponding thereto. In addition, each antenna element 255 may receive a pilot signal transmitted from the wireless power receiver 120 .

인체 검출부(260)는 무선전력 송신장치(200)의 주변에 존재하는 사람(즉, 전자 장치를 이용하는 사용자)의 위치를 검출할 수 있다. 이를 위해, 상기 인체 검출부(260)는 카메라, 레이더, 적외선 센서 및 초음파 센서 등을 포함할 수 있다. The human body detector 260 may detect the location of a person (ie, a user using the electronic device) that exists in the vicinity of the wireless power transmitter 200 . To this end, the human body detection unit 260 may include a camera, a radar, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, and the like.

채널 응답 검출부(270)는 배열 안테나(250)를 통해 수신된 파일럿 신호를 기반으로 상기 배열 안테나(250)의 안테나 소자들(255)과 무선전력 수신장치(120) 간의 채널 응답을 검출할 수 있다.The channel response detector 270 may detect a channel response between the antenna elements 255 of the array antenna 250 and the wireless power receiver 120 based on a pilot signal received through the array antenna 250 . .

메모리(280)는 무선전력 송신장치(200)의 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 일 예로, 상기 메모리(280)는 특정 장소에 존재하는 사람의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 저장할 수 있다. 이때, 상기 인체 내부의 전자장 데이터는 EM(Electromagnetic) 시뮬레이션을 통해 미리 획득하여 저장될 수 있다. The memory 280 stores data supporting the function of the wireless power transmitter 200 . For example, the memory 280 may store electromagnetic field data inside the human body according to the location of a person present in a specific place. In this case, the electromagnetic field data inside the human body may be acquired and stored in advance through electromagnetic (EM) simulation.

메모리(280)는 무선전력 송신장치(200)에서 구동되는 응용 프로그램(application program), 무선전력 송신장치(200)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 일 예로, 상기 메모리(280)는 인체의 안전을 고려하면서 최적의 무선전력을 전송하기 위한 최적화 알고리즘에 관한 정보를 저장할 수 있다. 이때, 상기 최적화 알고리즘은 컨벡스 최적화 알고리즘일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. The memory 280 may store an application program driven by the wireless power transmitter 200 , data for an operation of the wireless power transmitter 200 , and commands. For example, the memory 280 may store information on an optimization algorithm for transmitting optimal wireless power while considering human safety. In this case, the optimization algorithm may be a convex optimization algorithm, but is not limited thereto.

제어부(또는 프로세서, 290)는 무선전력 송신장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(290)는 메모리(280)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 무선전력 송신장치(200)에 포함된 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. The controller (or processor, 290 ) may control the overall operation of the wireless power transmitter 200 . In addition, the controller 290 may control at least some of the components included in the wireless power transmitter 200 in order to drive an application program stored in the memory 280 .

제어부(290)는 배열 안테나(250)와 무선전력 수신장치(120) 간의 채널 응답 데이터와 사람의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하고, 상기 획득된 데이터를 이용하여 배열 안테나(250)의 각 안테나 소자에서 전송할 최적의 무선전력신호를 결정할 수 있다.The controller 290 acquires the channel response data between the array antenna 250 and the wireless power receiver 120 and the electromagnetic field data inside the human body according to the position of the person, and uses the acquired data to control the array antenna 250 . It is possible to determine an optimal wireless power signal to be transmitted from each antenna element.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치는 배열 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터와 사람의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 이용하여 최적의 무선전력신호를 전송함으로써, 국제 단체에서 요구하는 인체 안전 규정을 만족시키면서 최대 무효전력을 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다.As described above, the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention uses the channel response data between the array antenna and the wireless power receiver and the electromagnetic field data inside the human body according to the position of the person to provide an optimal wireless power signal. By transmitting, it is possible to transmit the maximum reactive power to the wireless power receiver while satisfying human safety regulations required by international organizations.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 방법을 설명하는 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of acquiring electromagnetic field data inside a human body according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 무선전력 전송시스템의 운용자는 인체 내부의 전자장 분석이 가능한 EM 시뮬레이터를 구동한다(S310). 상기 EM 시뮬레이터는 컴퓨터 등에 설치된 응용 프로그램일 수 있다. Referring to FIG. 3 , the operator of the wireless power transmission system drives the EM simulator capable of analyzing the electromagnetic field inside the human body ( S310 ). The EM simulator may be an application program installed on a computer or the like.

EM 시뮬레이터는, 시스템 운용자의 제어 명령 등에 따라, 무선전력 송신장치가 설치될 특정 장소를 설정한다(S320). 이때, 상기 특정 장소는 실내 공간이거나 혹은 실외 공간일 수 있다.The EM simulator sets a specific place where the wireless power transmitter is to be installed according to a control command of a system operator, etc. (S320). In this case, the specific place may be an indoor space or an outdoor space.

EM 시뮬레이터는, 시스템 운영자의 제어 명령 등에 따라, 인체 내부의 전자장 데이터를 획득할 특정 장소의 초기 위치를 설정한다(S330). 즉, EM 시뮬레이터는 상기 전자장 데이터의 획득 대상이 되는 사람의 초기 위치를 설정한다.The EM simulator sets an initial position of a specific place to acquire electromagnetic field data inside the human body according to a control command of a system operator, etc. (S330). That is, the EM simulator sets the initial position of a person to be acquired of the electromagnetic field data.

EM 시뮬레이터는 무선전력 송신장치의 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들에서 단위 전압 신호를 순차적으로 전송하도록 시뮬레이션한다(S340). 이때, 상기 단위 전압 신호는 1V의 크기를 갖는 정현파 신호일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. The EM simulator simulates sequentially transmitting a unit voltage signal from a plurality of antenna elements constituting the array antenna of the wireless power transmitter (S340). In this case, the unit voltage signal may be a sine wave signal having a magnitude of 1V, but is not limited thereto.

EM 시뮬레이터는 각각의 안테나 소자에서 전송한 단위 전압 신호로 인해 특정 위치에 존재하는 사람의 인체 내부에서 발생하는 전자장 데이터를 획득한다(S350).The EM simulator acquires electromagnetic field data generated inside a human body existing at a specific location due to a unit voltage signal transmitted from each antenna element (S350).

EM 시뮬레이터는 각 안테나 소자 별 인체 내부의 전자장 데이터를 메모리에 저장한다(S360). 상기 메모리에 저장된 인체 내부의 전자장 데이터는 추후 무선전력 송신장치에서 인체 안전을 고려한 최적의 무선전력신호를 결정하는데 사용된다.The EM simulator stores the electromagnetic field data inside the human body for each antenna element in the memory (S360). The electromagnetic field data inside the human body stored in the memory is later used in a wireless power transmitter to determine an optimal wireless power signal in consideration of human safety.

EM 시뮬레이터는 특정 장소의 모든 위치에서 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하였는지 여부를 확인한다(S370).The EM simulator checks whether the electromagnetic field data inside the human body has been acquired at all locations in a specific place (S370).

상기 370 단계의 확인 결과, 특정 장소의 모든 위치에서 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하지 않은 경우, EM 시뮬레이터는 인체 내부의 전자장 데이터를 획득할 사람의 위치를 변경한다(S380). 이 후, EM 시뮬레이터는 상술한 340 단계 내지 360 단계의 동작을 수행한다. 이러한 과정은 특정 장소의 모든 위치에서 인체 내부의 전자장 데이터를 획득할 때까지 반복될 수 있다.As a result of checking in step 370, if the electromagnetic field data inside the human body is not acquired at all locations of the specific place, the EM simulator changes the location of the person who will acquire the electromagnetic field data inside the human body (S380). Thereafter, the EM simulator performs the operations of steps 340 to 360 described above. This process may be repeated until the electromagnetic field data inside the human body is acquired at all locations in a specific place.

한편, 상기 370 단계의 확인 결과, 특정 장소의 모든 위치에서 인체 내부의 전자장 데이터를 획득한 경우, EM 시뮬레이터는 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 프로세스를 종료한다. Meanwhile, as a result of checking in step 370, when the electromagnetic field data inside the human body is acquired from all positions of the specific place, the EM simulator ends the process of acquiring the electromagnetic field data inside the human body.

이와 같이, EM 시뮬레이터를 구동하여 특정 장소에서의 사람 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 획득할 수 있으며, 상기 획득된 전자장 데이터는 무선전력 송신장치로 제공되어 사용될 수 있다.In this way, by driving the EM simulator, it is possible to acquire electromagnetic field data inside the human body according to a person's location in a specific place, and the obtained electromagnetic field data can be provided and used as a wireless power transmitter.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 방법을 설명하는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 무선전력 송신장치(200)는 인체 검출부(260)를 이용하여 주변에 존재하는 사용자의 위치를 검출할 수 있다(S410). 이때, 상기 인체 검출부(260)는 카메라, 레이더, 적외선 센서 및 초음파 센서 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the wireless power transmitter 200 according to the present invention may detect the location of a user existing in the vicinity by using the human body detector 260 ( S410 ). In this case, the human body detection unit 260 may include a camera, a radar, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, and the like.

무선전력 송신장치(200)는 사용자의 위치에 대응하는 인체 내부의 전자장 데이터를 메모리(280)로부터 획득할 수 있다(S420). 상기 메모리(280)에 저장된 인체 내부의 전자장 데이터는 상술한 EM 시뮬레이션을 통해 미리 획득될 수 있다.The wireless power transmitter 200 may acquire electromagnetic field data inside the human body corresponding to the user's location from the memory 280 (S420). The electromagnetic field data stored in the memory 280 may be acquired in advance through the above-described EM simulation.

무선전력 송신장치(200)는 배열 안테나(250)를 구성하는 복수의 안테나 소자들을 통해 무선전력 수신장치(120)에서 전송된 파일럿 신호를 수신할 수 있다(S430). 이때, 상기 파일럿 신호는 단위 전압 크기(가령, 1V)를 갖는 정현파 신호일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The wireless power transmitter 200 may receive a pilot signal transmitted from the wireless power receiver 120 through a plurality of antenna elements constituting the array antenna 250 (S430). In this case, the pilot signal may be a sinusoidal signal having a unit voltage level (eg, 1V), but is not limited thereto.

무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(120)로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 배열 안테나(250)를 구성하는 복수의 안테나 소자들과 무선전력 수신장치(120) 간의 채널 응답 데이터를 검출할 수 있다(S440).The wireless power transmitter 200 detects channel response data between the plurality of antenna elements constituting the array antenna 250 and the wireless power receiver 120 based on the pilot signal received from the wireless power receiver 120 . It can be done (S440).

무선전력 송신장치(200)는 각 안테나 소자와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 최적 위상(phase)을 결정할 수 있다(S450). 좀 더 구체적으로, 무선전력 송신장치(200)는 각 안테나 소자와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상과 반대되는 위상(즉, 위상 부호가 반대인 값)을 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 최적 위상으로 결정할 수 있다.The wireless power transmitter 200 may determine an optimal phase of a wireless power signal to be transmitted from each antenna element using the channel response data between each antenna element and the wireless power receiver (S450). More specifically, the wireless power transmitter 200 detects the phase of the channel response data between each antenna element and the wireless power receiver, and obtains a phase opposite to the detected phase (that is, a value having an opposite phase sign). It can be determined as the optimal phase of the wireless power signal to be transmitted from each antenna element.

무선전력 송신장치(200)는 미리 결정된 최적화 알고리즘을 이용하여 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 최적 진폭을 결정할 수 있다(S460). 이때, 미리 결정된 최적화 알고리즘은 컨벡스 최적화 알고리즘일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The wireless power transmitter 200 may determine the optimal amplitude of the wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using a predetermined optimization algorithm (S460). In this case, the predetermined optimization algorithm may be a convex optimization algorithm, but is not necessarily limited thereto.

일반적으로 최적화 문제(Optimization problem)란 여러 개의 선택 가능한 후보들 중에서 최적의 해(Optimal value) 또는 최적의 해에 근접한 값을 찾는 문제를 일컫는다. 일반적으로 기계학습 분야에서는 비용함수(Cost function)를 최소화 또는 최대화시키는 모델의 파라미터(또는 변수)를 구하게 되는데, 이것은 최적화 문제로 정의될 수 있다.In general, the optimization problem refers to a problem of finding an optimal value or a value close to the optimal solution among several selectable candidates. In general, in the field of machine learning, a parameter (or variable) of a model that minimizes or maximizes a cost function is obtained, which can be defined as an optimization problem.

컨벡스 최적화 문제는 이러한 최적화 문제의 한 종류이다. 컨벡스 최적화 알고리즘은 문제를 컨벡스 함수(convex function)로 정의해서 최대값 또는 최소값을 구하는 기법을 지칭한다. 본 발명에 적용되는 컨벡스 최적화 알고리즘은 제한된 전자파 흡수율과 송신 파워를 만족시키며 무선전력 수신장치로 최대 파워를 전송하는 알고리즘이다. 이러한 컨벡스 최적화 알고리즘을 통해 구하고자 하는 변수는 무선전력 송신장치의 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 진폭(amplitude)이다.A convex optimization problem is one of these optimization problems. The convex optimization algorithm refers to a technique for finding the maximum or minimum value by defining a problem as a convex function. The convex optimization algorithm applied to the present invention satisfies the limited electromagnetic wave absorption and transmission power and transmits the maximum power to the wireless power receiver. A variable to be obtained through such a convex optimization algorithm is the amplitude of a wireless power signal to be transmitted from each antenna element of the wireless power transmitter.

이와 같은 컨벡스 최적화 알고리즘의 목적 함수(target function)는 무선전력 수신장치가 무선전력 송신장치로부터 수신하는 무선전력의 최대값으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 상기 목적 함수(f)는 아래 수학식 1과 같이 정의될 수 있다. 참고로, 무선전력 수신장치에서의 저항(R)은 고정된 값이므로 수신 무선전력을 최대화하는데 영향을 미치지 않아, 하기 수학식 1에서는 전력 계산식에서 저항(R) 성분을 생략하여 수식을 단순화였다.The target function of such a convex optimization algorithm may be set to a maximum value of wireless power that the wireless power receiver receives from the wireless power transmitter. Accordingly, the objective function f may be defined as in Equation 1 below. For reference, since the resistance (R) in the wireless power receiver is a fixed value, it does not affect the maximization of the received wireless power. In Equation 1 below, the resistance (R) component is omitted from the power calculation formula to simplify the formula.

Figure 112020033524711-pat00001
Figure 112020033524711-pat00001

여기서,

Figure 112020033524711-pat00002
는 무선전력 수신장치가 무선전력 송신장치로부터 수신하는 무선전력신호의 전압으로서, 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 그리고,
Figure 112020033524711-pat00003
는 무선전력 송신장치의 배열 안테나에서 전송하는 무선전력신호의 진폭으로서 아래 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.here,
Figure 112020033524711-pat00002
is the voltage of the wireless power signal received by the wireless power receiver from the wireless power transmitter, and can be expressed as in Equation 2 below. And,
Figure 112020033524711-pat00003
is the amplitude of the wireless power signal transmitted from the array antenna of the wireless power transmitter can be expressed as in Equation 3 below.

Figure 112020033524711-pat00004
Figure 112020033524711-pat00004

Figure 112020033524711-pat00005
Figure 112020033524711-pat00005

여기서,

Figure 112020033524711-pat00006
는 N번째 송신 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답(channel response)이고,
Figure 112020033524711-pat00007
는 N번째 송신 안테나에서 전송하는 무선전력 신호의 진폭임.here,
Figure 112020033524711-pat00006
is the channel response between the N-th transmit antenna and the wireless power receiver,
Figure 112020033524711-pat00007
is the amplitude of the wireless power signal transmitted from the Nth transmit antenna.

컨벡스 최적화 알고리즘의 목적 함수(f)에 적용되는 제한 조건은 인체 내부의 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR)과 무선전력 송신장치의 송신 파워이다. 상기 제한된 전자파 흡수율은 아래 수학식 4와 같이 정의될 수 있고, 상기 제한된 무선전력 송신장치의 송신 파워는 아래 수학식 5와 같이 정의될 수 있다. The limiting conditions applied to the objective function (f) of the convex optimization algorithm are the Specific Absorption Rate (SAR) inside the human body and the transmission power of the wireless power transmitter. The limited electromagnetic wave absorption rate may be defined as Equation 4 below, and the transmission power of the limited wireless power transmitter may be defined as Equation 5 below.

Figure 112020033524711-pat00008
Figure 112020033524711-pat00008

여기서,

Figure 112020033524711-pat00009
은 전자파 흡수율의 계산식,
Figure 112020033524711-pat00010
는 IEEE에 의해 허용된 최대 전자파 흡수율,
Figure 112020033524711-pat00011
는 인체 내부의 위치 r에서의 전기장,
Figure 112020033524711-pat00012
는 인체의 밀도,
Figure 112020033524711-pat00013
는 인체의 전기 전도도임.here,
Figure 112020033524711-pat00009
is the calculation formula of the electromagnetic wave absorption rate,
Figure 112020033524711-pat00010
is the maximum absorption rate allowed by IEEE,
Figure 112020033524711-pat00011
is the electric field at position r inside the human body,
Figure 112020033524711-pat00012
is the density of the human body,
Figure 112020033524711-pat00013
is the electrical conductivity of the human body.

Figure 112020033524711-pat00014
Figure 112020033524711-pat00014

여기서,

Figure 112020033524711-pat00015
은 무선전력 송신장치의 배열 안테나에서 전송하는 총 송신 전력의 계산식,
Figure 112020033524711-pat00016
는 최대 송신 파워, R은 무선전력 송신장치의 배열 안테나의 radiation 저항,
Figure 112020033524711-pat00017
임. here,
Figure 112020033524711-pat00015
is the calculation formula of the total transmit power transmitted from the array antenna of the wireless power transmitter,
Figure 112020033524711-pat00016
is the maximum transmit power, R is the radiation resistance of the array antenna of the wireless power transmitter,
Figure 112020033524711-pat00017
lim.

상술한 제한 조건과 목적 함수를 갖는 컨벡스 최적화 알고리즘을 이용하여 무선전력 송신장치의 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 최적 진폭(

Figure 112020033524711-pat00018
)을 결정할 수 있다.The optimal amplitude (
Figure 112020033524711-pat00018
) can be determined.

무선전력 송신장치(200)는 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들을 이용하여 상술한 과정을 통해 결정된 최적의 위상 및 진폭 값을 갖는 무선전력신호들을 전송할 수 있다(S470). 이에 따라, 무선전력 송신장치(200)는 인체의 안전 규정을 만족시키면서 무선전력 수신장치로 최대의 무선전력을 전송할 수 있게 된다.The wireless power transmitter 200 may transmit wireless power signals having optimal phase and amplitude values determined through the above-described process using a plurality of antenna elements constituting the array antenna (S470). Accordingly, the wireless power transmitter 200 can transmit the maximum wireless power to the wireless power receiver while satisfying human safety regulations.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 방법은 배열 안테나와 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터와 사람의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 이용하여 최적의 무선전력신호를 전송함으로써, 국제 단체에서 요구하는 인체 안전 규정을 만족시키면서 최대 무효전력을 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다.As described above, in the wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention, an optimal wireless power signal is obtained by using the channel response data between the array antenna and the wireless power receiver and the electromagnetic field data inside the human body according to the position of the person. By transmitting, it is possible to transmit the maximum reactive power to the wireless power receiver while satisfying human safety regulations required by international organizations.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be implemented as computer-readable codes on a medium in which a program is recorded. The computer-readable medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is this. In addition, the computer may include the control unit 180 of the terminal. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

100: 무선전력 전송시스템 110/200: 무선전력 송신장치
120: 무선전력 수신장치 210: 신호 발생기
220: 신호 전처리부 230: 신호 분배부
240: RF 신호 처리부 250: 배열 안테나
260: 인체 검출부 270: 채널 응답 검출부
280: 메모리 290: 제어부
100: wireless power transmission system 110/200: wireless power transmission device
120: wireless power receiver 210: signal generator
220: signal preprocessor 230: signal distribution unit
240: RF signal processing unit 250: array antenna
260: human body detection unit 270: channel response detection unit
280: memory 290: control unit

Claims (10)

전자 장치를 이용하는 사용자의 위치에 대응하는 인체 내부의 전자장 데이터를 획득하는 단계;
상기 전자 장치에 포함된 무선전력 수신장치로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 무선전력 송신장치의 배열 안테나와 상기 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 검출하는 단계;
상기 인체 내부의 전자장 데이터 및 상기 채널 응답 데이터를 이용하여 상기 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 무선전력신호를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 포함하고,
상기 결정 단계는, 상기 검출된 채널 응답 데이터를 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 위상을 결정하고, 상기 인체 내부의 전자장 데이터를 고려한 미리 결정된 최적화 알고리즘을 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
acquiring electromagnetic field data inside a human body corresponding to a location of a user using an electronic device;
detecting channel response data between an array antenna of a wireless power transmitter and the wireless power receiver based on a pilot signal received from a wireless power receiver included in the electronic device;
determining a wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using the internal electromagnetic field data and the channel response data; and
Transmitting the determined wireless power signal to the wireless power receiver,
In the determining step, the phase of the wireless power signal to be transmitted from each antenna element is determined using the detected channel response data, and transmitted from each antenna element using a predetermined optimization algorithm in consideration of the electromagnetic field data inside the human body. A wireless power transmission method in a wireless power transmission device, characterized in that determining the amplitude of the wireless power signal.
제1항에 있어서,
상기 인체 내부의 전자장 데이터는, EM(Electromagnetic) 시뮬레이션을 통해 미리 획득되는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
According to claim 1,
The wireless power transmission method in the wireless power transmitter, characterized in that the electromagnetic data inside the human body is acquired in advance through EM (Electromagnetic) simulation.
제1항에 있어서, 상기 획득 단계는,
인체 검출부를 이용하여 상기 무선전력 송신장치의 주변에 존재하는 사용자의 위치를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
According to claim 1, wherein the obtaining step,
The wireless power transmission method in the wireless power transmission device, characterized in that it further comprises the step of detecting the location of the user existing in the vicinity of the wireless power transmission device by using a human body detection unit.
제1항에 있어서, 상기 결정 단계는,
상기 검출된 채널 응답 데이터의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상과 반대되는 위상을 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 위상으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
According to claim 1, wherein the determining step,
A wireless power transmission method in a wireless power transmitter, characterized in that detecting a phase of the detected channel response data, and determining a phase opposite to the detected phase as a phase of a wireless power signal to be transmitted from each antenna element.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 최적화 알고리즘은 컨벡스(convex) 최적화 알고리즘임을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
According to claim 1,
The wireless power transmission method in the wireless power transmitter, characterized in that the predetermined optimization algorithm is a convex (convex) optimization algorithm.
제6항에 있어서,
상기 컨벡스 최적화 알고리즘의 목적 함수는, 상기 무선전력 수신장치가 상기 무선전력 송신장치로부터 수신하는 무선전력의 최대값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
7. The method of claim 6,
The objective function of the convex optimization algorithm is set to a maximum value of wireless power that the wireless power receiver receives from the wireless power transmitter.
제7항에 있어서,
상기 목적 함수에 적용되는 제한 조건은, 인체 내부의 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR)과 상기 무선전력 송신장치의 송신 파워를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치에서의 무선전력 전송 방법.
8. The method of claim 7,
The limiting condition applied to the objective function includes a specific absorption rate (SAR) inside the human body and a transmission power of the wireless power transmitter.
청구항 제1항 내지 제4항, 제6항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 방법이 컴퓨터 상에서 실행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a computer-readable recording medium so that the method according to any one of claims 1 to 4, 6 to 8 is executed on a computer. 전자 장치를 이용하는 사용자의 위치를 검출하는 인체 검출부;
상기 사용자의 위치에 따른 인체 내부의 전자장 데이터를 저장하는 메모리;
상기 전자 장치에 포함된 무선전력 수신장치로부터 수신된 파일럿 신호를 기반으로 배열 안테나와 상기 무선전력 수신장치 간의 채널 응답 데이터를 검출하는 채널 응답 검출부; 및
상기 인체 내부의 전자장 데이터 및 상기 채널 응답 데이터를 이용하여 상기 배열 안테나를 구성하는 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호를 결정하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 검출된 채널 응답 데이터를 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 위상을 결정하고, 상기 인체 내부의 전자장 데이터를 고려한 미리 결정된 최적화 알고리즘을 이용하여 각 안테나 소자에서 전송될 무선전력신호의 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
a human body detecting unit detecting a location of a user using the electronic device;
a memory for storing electromagnetic field data inside the human body according to the user's location;
a channel response detector configured to detect channel response data between an array antenna and the wireless power receiver based on a pilot signal received from the wireless power receiver included in the electronic device; and
A control unit for determining a wireless power signal to be transmitted from each antenna element constituting the array antenna by using the internal electromagnetic field data and the channel response data of the human body;
The control unit determines the phase of the wireless power signal to be transmitted from each antenna element using the detected channel response data, and uses a predetermined optimization algorithm in consideration of the electromagnetic field data inside the human body to be transmitted from each antenna element. Wireless power transmitter, characterized in that for determining the amplitude of the power signal.
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