KR102587105B1 - 무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102587105B1
KR102587105B1 KR1020210095620A KR20210095620A KR102587105B1 KR 102587105 B1 KR102587105 B1 KR 102587105B1 KR 1020210095620 A KR1020210095620 A KR 1020210095620A KR 20210095620 A KR20210095620 A KR 20210095620A KR 102587105 B1 KR102587105 B1 KR 102587105B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
port
signal
power
unit
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020210095620A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230014369A (ko
Inventor
오준택
이다주
김기철
박주만
최증원
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020210095620A priority Critical patent/KR102587105B1/ko
Publication of KR20230014369A publication Critical patent/KR20230014369A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102587105B1 publication Critical patent/KR102587105B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H02J50/27—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of receiving antennas, e.g. rectennas
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H04B1/18—Input circuits, e.g. for coupling to an antenna or a transmission line

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

본 개시는 무선 통신 시스템에서 수신 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따르면, 수신 장치는 제1 주파수를 가지는 전력 신호와, 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신하는 RF 안테나, 임피던스(impedance) 부정합에 의한 신호의 반사에 기반하여, 상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 전력 분배부, 상기 분배 전력 신호를 정류하여 상기 전력 신호를 획득하는 전력 신호 획득부, 상기 분배 정보 신호에 상기 제1 주파수에 관련된 대역 저지 필터를 적용하여 상기 정보 신호를 획득하는 정보 신호 획득부, 및 상기 전력 분배부와 상기 전력 신호 획득부 사이의 임피던스를 조정하는 임피던스 정합부를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVING POWER AND INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호를 수신하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호가 동시에 전달되는 경우 전력 신호와 정보 신호를 분배하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
SWIPT(simultaneous wireless information and power transfer)는 RF(radio frequency) 무선 전력 전송을 확장시킨 기술로서, 전력 신호와 정보 신호를 하나의 신호로 동시에 전송을 하는 기술을 지시한다. SWIPT를 이용하면 간단한 통신과 함께 전력의 전송이 가능하고, 특히 전력 신호와 정보 신호가 동일 범위 내의 주파수로 전송되어 보다 적은 대역폭이 사용되기 때문에 다른 통신 시스템과의 간섭이 적다는 장점이 있다. 뿐만 아니라, SWIPT를 이용하면 자유로운 위치에서 시간과 장소에 구애 받지 않는 무선 충전이 적용 가능하고, 다양한 무선 IoT(internet of things) 기기에 SWIPT가 이용되어 IoT 기기의 기술 고도화와 사용 편의성이 향상될 수 있다.
종래의 SWIPT 기술은 전력 신호와 정보 신호의 송수신에 있어 다양한 방식으로 구현될 수 있었다. 일 예에 따르면, SWIPT 기술로 주파수 분할 방식이 이용될 수 있고, 주파수 분할 방식에 따르면, 송신부는 변조된 저전력 정보 신호와 변조되지 않은 고출력 전력 신호를 혼합하여 송신하고 수신부는 정보 신호와 전력 신호를 필터 및 분배기를 이용하여 분리하여 정보를 복원하고 배터리에 전력을 저장한다. 이러한 주파수 분할 방식을 이용하는 경우, 송신부가 높은 선형성이 요구되지 않을 뿐만 아니라 수신부의 정류기가 넓은 대역폭 특성을 가질 필요가 없다는 장점이 있었다.
그러나, 종래의 SWIPT 기술에 따르면, 수신부에서 입력되는 신호의 전력 세기나 주파수가 달라지면 정류기의 효율이 달라진다는 문제가 있었다. 구체적으로, 수신부에 큰 전력 신호와 정보 신호가 혼합되어 입력되면, 전력 신호를 필터링 하더라도 정보 신호 품질이 저하되었다. 또한 전력 신호와 정보 신호를 분리하기 위한 전력 분배기가 반드시 요구되는데, 전력 분배기의 삽입 손실에 따라서 정류기의 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)이 감소되는 문제가 있었다. 이에 대응하여 현재 전력 분배기의 변환 효율을 향상시키기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호를 수신하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호가 동시에 전달되는 경우 전력 신호와 정보 신호를 분배하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호가 전달되는 경우, 전력 분배기의 재사용 방식을 이용하여 전력 분배기의 효율을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신 장치는 제1 주파수를 가지는 전력 신호와, 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신하는 RF 안테나, 임피던스(impedance) 부정합에 의한 신호의 반사에 기반하여, 상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 전력 분배부, 상기 분배 전력 신호를 정류하여 상기 전력 신호를 획득하는 전력 신호 획득부, 상기 분배 정보 신호에 상기 제1 주파수에 관련된 대역 저지 필터를 적용하여 상기 정보 신호를 획득하는 정보 신호 획득부, 및 상기 전력 분배부와 상기 전력 신호 획득부 사이의 임피던스를 조정하는 임피던스 정합부를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 분배부는 상기 RF 신호를 전달 받기 위하여, 상기 RF 안테나와 연결되는 제1 포트, 제1 분배 전력 신호를 출력하기 위하여, 상기 임피던스 정합부의 제1 정합부와 연결되는 제2 포트, 제2 분배 전력 신호를 출력하기 위하여, 상기 임피던스 정합부의 제2 정합부와 연결되는 제3 포트, 및 상기 분배 정보 신호를 출력하기 위하여, 상기 정보 신호 획득부와 연결되는 제4 포트를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 분배부는 상기 제1 포트를 이용하여 상기 전력 신호를 입력 받고, 상기 전력 신호를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 반사 전력 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 상기 제4 포트로 전달된 반사 전력 신호를 상기 제2 포트와 상기 제3 포트로 전달할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 분배부는 상기 제1 포트를 이용하여 상기 정보 신호를 입력 받고, 상기 정보 신호를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제1 반사 정보 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 상기 제4 포트로 전달된 제1 반사 정보 신호의 적어도 일부를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트로 전달된 신호가 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제2 반사 정보 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 분배부는 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로가 연결되고, 상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에 상기 제1 특성 임피던스를 가지는 제2 선로가 연결되고, 상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제3 선로가 연결되고, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트 사이에 상기 제2 특성 임피던스를 가지는 제4 선로가 연결되도록 구성될 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 분배부는 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로와 제2 선로가 연결되고, 상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에 상기 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로와 제4 선로가 연결되고, 상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로가 연결되고, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트 사이에 상기 제2 특성 임피던스를 가지는 제6 선로가 연결되고, 상기 제1 선로와 제2 선로 사이의 제1 노드와, 상기 제3 선로와 상기 제4 선로 사이의 제2 노드 사이에, 상기 제2 특성 임피던스를 가지는 제7 선로가 연결되도록 구성될 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 전력 분배부는 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에, 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로와 제2 선로가 연결되고, 상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에, 상기 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로와 제4 선로가 연결되고, 상기 제1 선로와 제2 선로 사이의 제1 노드와, 상기 제3 선로와 상기 제4 선로 사이의 제2 노드 사이에, 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로가 연결되고, 상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이에 제1 인덕터가 직렬로 연결되고, 상기 제1 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되고, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트 사이에 제2 인덕터가 직렬로 연결되고, 상기 제2 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신 장치는 제1 주파수를 가지는 전력 신호와, 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신하는 RF 안테나, 임피던스 정합을 위한 선로를 포함하고, 임피던스(impedance) 부정합에 의한 신호의 반사에 기반하여 상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 통합 전력 분배부, 상기 분배 전력 신호를 정류하여 상기 전력 신호를 획득하는 전력 신호 획득부, 및 상기 분배 정보 신호에 상기 제1 주파수에 관련된 대역 저지 필터를 적용하여 상기 정보 신호를 획득하는 정보 신호 획득부를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신 장치의 동작 방법은 제1 주파수를 가지는 전력 신호와, 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신하는 단계, 네 개의 포트를 포함하는 전력 분배기를 이용하고, 임피던스(impedance) 부정합에 의한 신호의 반사에 기반하여, 상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 단계, 상기 분배 전력 신호를 정류하여 상기 전력 신호를 획득하는 단계, 및 상기 분배 정보 신호에 상기 제1 주파수에 관련된 대역 저지 필터를 적용하여 상기 정보 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 단계는 제1 포트를 이용하여 상기 전력 신호를 입력 받는 단계, 상기 전력 신호를 제2 포트, 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하는 단계, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 반사 전력 신호를 상기 제1 포트, 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하는 단계, 및 상기 제4 포트로 전달된 반사 전력 신호를 상기 제2 포트와 상기 제3 포트로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 단계는 제1 포트를 이용하여 상기 정보 신호를 입력 받는 단계, 상기 정보 신호를 제2 포트, 제3 포트, 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하는 단계, 상기 제2 포트와 상기 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제1 반사 정보 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하는 단계, 상기 제4 포트로 전달된 제1 반사 정보 신호의 적어도 일부를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하는 단계, 및 상기 제2 포트와 상기 제3 포트로 전달된 신호가 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제2 반사 정보 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.
또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.
본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 전력 신호와 정보 신호를 동시에 수신함으로써, 수신 장치가 전력 신호와 정보 신호를 이용할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 전력 신호와 정보 신호가 전달되는 경우, 수신 장치가 전력 신호와 정보 신호를 분배할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 전력 신호와 정보 신호가 전달되는 경우, 전력 재사용 방식을 이용함으로써 수신 장치의 전력 분배 효율을 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 전력 분배기의 전력 재사용 방식을 이용함으로써, 수신 장치가 넓은 입력 전력 및 주파수 범위를 가지는 정보 및 전력의 혼합 신호를 수신하여 이용할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 구성을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 기능에 관한 블록도의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부의 입출력 신호에 관한 모식도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부가 전력 신호를 분배하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부가 정보 신호를 분배하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부의 회로도에 관한 일 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부의 회로도에 관한 다른 일 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 구성의 일 예를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 회로도에 관한 일 예를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 전력 변환 효율에 관한 그래프를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 S-파라미터 특성에 관한 그래프를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호를 수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 전력 신호와 정보 신호가 동시에 전달되는 경우 전력 신호와 정보 신호를 분배하기 위한 기술을 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
또한, 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 수신 장치는 통신부, 저장부, 제어부를 포함할 수 있고, 제어부는 적어도 하나는 적어도 하나의 프로세서에 기능적으로 결합되어 동작할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치(100)의 구성을 도시한다.
SWIPT(simultaneous wireless information and power transfer) 기술이 적용되는 무선 통신 시스템에서 수신 장치(100)는 전력 신호와 정보 신호를 동시에 수신할 수 있다. 구체적으로, 수신 장치(100)는 전력 신호와 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신할 수 있다. 수신 장치(100)는 수신한 RF 신호를 전력 신호와 정보 신호로 분류하여 이용할 수 있다. 도 1을 참고하면, 수신 장치(100)는 RF 안테나(101), 정보 신호 획득부(103), 전력 분배부(105), 임피던스 정합부(107), 및 전력 신호 획득부(109)를 포함할 수 있다.
RF 안테나(101)는 무선 채널을 통해 RF 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. RF 안테나(101)의 전부 또는 일부는 송신부, 수신부, 송수신부로 지칭될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, RF 안테나는 비변조된 전력 신호와 변조된 정보 신호가 결합된 RF 신호를 수신할 수 있다. 변조된 정보 신호는 f0를 중심 주파수로 하는 변조 신호를 포함하고, 비변조 전력 신호는 f0의 주파수를 가지는 신호를 포함할 수 있다. RF 안테나(101)는 수신한 RF 신호를 전력 분배부로 출력할 수 있다.
정보 신호 획득부(103)는 전력 분배부(105)에서 분배된 분배 정보 신호로부터 정보 신호를 획득하는 기능을 수행한다. 정보 신호 획득부(103)는 전력 신호 분배부로부터 입력 받은 분배 정보 신호를 필터링(filtering) 하여 변조 정보 신호를 획득할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 정보 신호 획득부(103)는 f0주 파수를 포함하는 주파수 대역 신호의 통과를 저지하는 대역 저지 필터(band stop filter)를 포함할 수 있다.
전력 분배부(105)는 입력 받은 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하는 기능을 수행한다. 전력 분배부(105)는 RF 안테나(101)로부터 RF 신호를 전달 받고, 임피던스(impedance) 부정합에 의한 반사 신호에 기반하여 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부(105)는 정보 신호 획득부(103)에 분배 정보 신호를 출력하고, 임피던스 정합부(107)를 통해 전력 신호 획득부(109)에 분배 전력 신호를 출력할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부(105)는 네 개의 포트를 가지는 4-포트 전력 분배부를 포함할 수 있다. 전력 분배부는 RF 안테나(101)와 연결되는 제1 포트, 임피던스 정합부(107)와 연결되는 제2 포트와 제3 포트, 정보 신호 획득부와 연결되는 제4 포트를 포함할 수 있다. 구체적인 전력 분배부(105)의 구성과 동작은 도 3 내지 도 9에 상세히 도시된다.
임피던스 정합부(107)는 수신 신호의 임피던스를 매칭(matching)하는 기능을 수행한다. 임피던스 정합부(107)는 전력 분배부(105)와 전력 신호 획득부(109)의 정류부 사이의 임피던스를 조정하는 기능을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 임피던스 정합부(107)는 수신된 RF 신호의 전력 신호가 RF 안테나(101)에서 전력 신호 획득부(109)까지 이동할 때, 신호가 최대 효율로 전송될 수 있도록 전력 분배부(105)와 전력 신호 획득부(109) 사이의 임피던스를 조정할 수 있다. 임피던스 정합이 수행 되지 않은 경우 수신된 신호는 반사될 수 있고, 반사된 신호는 전력 분배부(105)의 회로 내부로 입력될 수 있다.
전력 신호 획득부(109)는 임피던스 정합부를 거쳐 분배된 분배 전력 신호로부터 전력 신호를 획득하는 기능을 수행한다. 전력 신호 획득부(109)는 분배 전력 신호를 정류하고, 필터링 하여 수신한 비변조 전력 신호를 획득할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 신호 획득부(109)는 전력 신호를 정류하기 위한 적어도 하나의 정류부, 정류된 신호를 필터링 하기 위한 DC(direct current) 필터부를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, RF 안테나(101)를 통하여 수신된 RF 신호는 전력 분배부(105)에 기반하여 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배될 수 있다. 이후, 분배 전력 신호가 전력 분배부(105)의 제2 포트와 제3 포트를 통해 전력 신호 획득부(109)로 전달되어 전력 신호가 획득될 수 있고, 분배 정보 신호가 전력 분배부(105)의 제4 포트를 통해 정보 신호 획득부(103)로 전달되어 정보 신호가 획득될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수신 장치(100)는 전력 신호와 정보 신호가 혼합 되어있는 RF 신호에 관하여 변조된 정보 신호의 신호 처리와 동시에 전력 신호를 정류하여 배터리부에 전달할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 기능에 관한 블록도(200)의 일 예를 도시한다. 도 2는 도 1의 수신 장치(100)의 구성을 예시한다.
도 2를 참고하면, 수신 장치는 RF 안테나(101), 정보 신호 획득부(103), 전력 분배부(105), 임피던스 정합부(107), 및 전력 신호 획득부(109)를 포함한다. 도 2에 도시된 수신 장치의 구성들 각각은 도 1의 수신 장치의 대응되는 구성들 각각과 동일한 기능을 수행할 수 있다.
도 2를 참고하면, 전력 신호와 정보 신호가 결합된 RF 신호는 RF 안테나(101)를 통하여 전력 분배부(105)로 입력될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, f0의 주파수를 가지는 비변조 전력 신호와 f0를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF 신호는 RF 안테나(101)를 통하여 수신 장치에 입력될 수 있고, 입력된 RF 신호는 전력 분배부(105)로 전달될 수 있다.
전력 분배부(105)는 네 개의 포트를 포함하는 4-포트 전력 분배부로 구성될 수 있고, RF 신호는 전력 분배부(105)의 제1 포트를 통해 입력될 수 있다. 이후, RF 신호는 제1 포트 내지 제4 포트 사이에서 전달되면서 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분류될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부(105)는 임피던스 부정합에 따라 RF 신호가 반사되는 성질을 이용하여 RF 신호를 분배할 수 있다. 분배 정보 신호는 전력 분배부(105)의 제4 포트를 통하여 정보 신호 획득부(103)으로 출력될 수 있고, 분배 전력 신호는 전력 분배부(105)의 제2 포트와 제3 포트를 통해 임피던스 정합부(107)로 출력될 수 있다.
제2 포트로 출력된 분배 전력 신호는 임피던스 정합부(107)의 제1 정합부(217-1)로 입력될 수 있고, 제3 포트로 출력된 분배 전력 신호는 임피던스 정합부(107)의 제2 정합부(217-2)로 입력될 수 있다. 제1 정합부 내지 제2 정합부(217-1 내지 217-2) 각각은 전력 분배부(105)와 전력 신호 획득부(109)의 정류부 사이의 임피던스를 정합하고, 전력 신호 획득부(109)의 제1 정류부 내지 제2 정류부(219-1 내지 219-2)로 출력한다. 이후, 제1 정류부 내지 제2 정류부(219-1 내지 219-2)로 출력된 신호는 정류되어 DC 필터부(221)로 전달된다. DC 필터부(221)는 제1 정류부 내지 제2 정류부(219-1 내지 219-2)에서 출력된 정류 신호들을 합하고, 정류되지 않은 신호를 필터링 함으로써, 전력 신호를 획득할 수 있다.
제4 포트로 출력된 분배 정보 신호는 f0 주파수를 포함하는 주파수 대역 신호의 통과를 저지하는 대역 저지 필터가 적용될 수 있다. 정보 신호 획득부(103)는 대역 저지 필터를 이용하여 변조된 정보 신호를 획득할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부의 입출력 신호에 관한 모식도(300)를 도시한다.
도 3은 도 1의 전력 분배부(105)의 제1 포트 내지 제4 포트에 입력 또는 출력되는 신호를 예시한다. 여기서, 전력 분배부(105)에 입력 되거나 출력 되는 신호에 관한 제1 그래프 내지 제3 그래프(311, 313, 315)에서 가로 축은 주파수를 지시하고, 세로 축은 신호의 전력 세기를 지시한다.
도 3을 참고하면, 제1 그래프(311)는 전력 분배부(105)의 제1 포트에 입력되는 신호 특성 그래프, 제2 그래프(313)는 전력 분배부(105)의 제2 포트 또는 제3 포트를 통해 출력되는 신호 특성 그래프, 제3 그래프(315)는 전력 분배부(105)의 제4 포트를 통해 출력되는 신호 특성 그래프를 예시한다.
RF 안테나(101)는 RF 신호를 수신하고, 전력 분배부(105)는 제1 포트를 이용하여 RF 신호를 입력 받는다. 제1 그래프(311)를 참고하면, RF 신호는 f0 주파수를 가지는 비변조 전력 신호(321)와 f0를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호를 혼합하여 사용하는 주파수 분할 신호를 포함할 수 있다.
혼합된 RF 신호는 주파수에 따라서 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배될 수 있다. 즉, 분배 전력 신호와 분배 정보 신호는 서로 상이한 포트를 통하여 출력될 수 있다. 대부분의 f0의 주파수를 가지는 비변조 전력 신호는 제2 포트, 제3 포트 중 적어도 하나로 출력되고, 대부분의 정보 신호는 제4 포트로 출력될 수 있다.
제2 그래프(313)와 제3 그래프(315)를 참고하면, 상대적으로 높은 세기의 전력 신호(325)와 낮은 세기의 정보 신호(327)가 혼합된 신호가 제2 포트와 제3 포트를 통해 출력될 수 있다. 출력된 신호는 전력 신호 획득부(109)로 전달될 수 있다. 반대로, 상대적으로 낮은 세기의 전력 신호(329)와 높은 세기의 정보 신호(331)가 혼합된 신호가 제4 포트를 통해 출력될 수 있다. 출력된 신호는 정보 신호 획득부로 전달될 수 있다.
즉, 전력 분배부(105)는 4-포트 전력 분배를 통해 입력 받은 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배할 수 있다. 전력 분배부(105)의 전력 분배 방법은 도 4 내지 도 5에 상세히 설명된다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부가 전력 신호를 분배하는 방법에 관한 모식도(400)를 도시한다. 도 4는 도 1의 전력 분배부(105)의 동작 방법을 예시한다. 즉, 도 4는 f0의 주파수의 비변조 신호를 지시하는 전력 신호의 전달 과정을 예시한다.
도 4를 참고하면, 전력 분배부(105)는 제1 포트(401), 제2 포트(402), 제3 포트(403), 및 제4 포트(404)를 포함하는 4-포트 전력 분배부로 구성될 수 있다.
첫 번째 단계(410)에서, 전력 신호는 제1 포트(401)를 통해 입력되어 제2 포트(402), 제3 포트(403) 중 적어도 하나의 포트로 전달될 수 있다. 제4 포트는 f0 주파수에서 정보 신호 획득부에 포함된 대역 저지 필터에 기반하여, f0 주파수에서 0 옴을 가지는 고립 포트가 되므로, 최초 제1 포트로 입력된 신호가 제4 포트로 전달되지 않을 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 신호는 제2 포트(402)로 전달되는 b2 신호(411), 제3 포트(403)로 전달되는 b3 신호(413)로 분배될 수 있다. 이하의 단계에서, 제1 포트 내지 제4 포트는 첫 번째 단계에서 제1 포트 내지 제4 포트(401 내지 404)에 대응되는 포트를 지시할 수 있다.
두 번째 단계(440)에서, 제2 포트(402)와 제3 포트(403)로 전달된 신호 각각은 임피던스 부정합에 기반하여 신호의 적어도 일부가 반사될 수 있다. RF 신호의 입력 전력에 따라서 전력 신호 획득부(109)에 포함된 정류부의 최적 임피던스 Ropt가 상이할 수 있고, 그에 대응하여 제2 포트(402), 제3 포트(403)와 정류부 사이의 임피던스 부정합이 발생할 수 있다. 임피던스 부정합에 따라 제2 포트(402), 제3 포트(403)로 전달된 신호는 제1 포트(401), 제4 포트(404) 중 적어도 하나로 반사될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, b2 신호(411)의 적어도 일부가 반사될 수 있고, 이에 대응하여 반사되는 Γ*b2 신호는 제1 포트(401)로 전달되는 신호(441)와 제4 포트(404)로 전달되는 신호(442)로 분배될 수 있다. 동일한 방법으로, b3 신호(413)의 적어도 일부가 반사될 수 있고, 이에 대응하여 반사되는 Γ*b3 신호는 제1 포트(401)로 전달되는 신호(443)와 제4 포트(404)로 전달되는 신호(444)로 분배될 수 있다. 여기서, 제4 포트(404)로 전달되는 신호는 b4로 지시될 수 있다.
세 번째 단계(470)에서, 제4 포트(404)로 전달된 신호는 제2 포트(402), 제3 포트(403) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다. 즉, 제4 포트(404)로 전달된 a4 신호가 다시 제2 포트(402), 제3 포트(403)으로 전달되어 전력이 재사용 될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제4 포트(404)로 전달된 신호는 f0 주파수에서 0 옴을 가지므로 입력된 신호가 그대로 제2 포트(402), 제3 포트(403) 중 적어도 하나로 재사용된다. 여기서 제1 포트(401)로 전달된 신호는, 제1 포트(401)가 RF 안테나와 연결되어 안테나와 정합되어 있음에 따라 신호가 반사되지 않는다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제4 포트(404)로 전달된 신호 a4 중 적어도 일부는 제2 포트(402), 제3 포트(403) 중 적어도 하나로 전달되어 재사용 될 수 있다. a4 신호는 제2 포트(402)로 전달되는 a4*b2 신호(471)와 제3 포트(403)로 전달되는 a4*b3 신호(473)로 분배될 수 있다. 재사용된 신호의 대부분은 전력 신호 획득부(109)의 정류부로 전달될 수 있고, 일부는 전력 분배부(105) 내에서 반사된다. 전력 분배부(105)는 두 번째 단계(440)와 세 번째 단계(470)에 따른 전력 신호의 반사 과정들을 반복하여, RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부(105)는 제1 포트(401)로 재입력되는 신호를 제외하고, 전력 신호를 제2 포트(402)와 제3 포트(403)를 통해 출력하도록 하여, 전력을 모두 재사용할 수 있다. 그에 따라, 본 개시에 따른 전력 분배부(105)는 입력 전력의 크기에 따라서 부정합이 발생하면서 생기는 반사 손실을 감소시킬 수 있고, 변조 정보 신호와 비변조 전력 신호의 분배 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부가 정보 신호를 분배하는 방법에 관한 모식도(500)를 도시한다. 도 5는 도 1의 전력 분배부(105)의 동작 방법을 예시한다. 즉, 도 5는 f0가 중심 주파수인 변조 신호를 지시하는 정보 신호의 전달 과정을 예시한다.
도 5를 참고하면, 전력 분배부(105)는 제1 포트(501), 제2 포트(502), 제3 포트(503), 및 제4 포트(504)를 포함하는 4-포트 전력 분배부로 구성될 수 있다.
첫 번째 단계(510)에서, 정보 신호는 제1 포트(501)를 통해 입력되어 제2 포트(502), 제3 포트(503), 제4 포트(505) 중 적어도 하나의 포트로 전달될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 정보 신호는 제2 포트(502)와 제3 포트(503)에 일정한 비율로 분배되어 전달될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 정보 신호는 제2 포트(502)로 전달되는 b2 신호(511), 제3 포트(503)로 전달되는 b3 신호(513), 제4 포트(504)로 전달되는 b4 신호로 분배될 수 있다. 이하의 단계에서, 제1 포트 내지 제4 포트는 첫 번째 단계에서 제1 포트 내지 제4 포트(501 내지 504)에 대응되는 포트를 지시할 수 있다.
두 번째 단계(540)에서, 제2 포트(502)와 제3 포트(503)로 전달된 신호 각각은 제1 포트(501), 제4 포트(504) 중 적어도 하나의 포트로 반사될 수 있다. 전력 신호 획득부의 정합부는 f0 주파수에서 대하여만 정합 되어 있으므로, 제2 포트(502), 제3 포트(503)로 전달된 f0 주파수 이외의 변조 신호는 반사되어 제1 포트(501)와 제4 포트(504) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, b2 신호(511)의 적어도 일부가 반사될 수 있고, 이에 대응하여 반사되는 Γ*b2 신호는 제1 포트(401)로 전달되는 신호(541)와 제4 포트(504)로 전달되는 신호(542)로 분배될 수 있다. 동일한 방법으로, b3 신호(513)의 적어도 일부가 반사될 수 있고, 이에 대응하여 반사되는 Γ*b3 신호는 제1 포트(501)로 전달되는 신호(543)와 제4 포트(504)로 전달되는 신호(544)로 분배될 수 있다.
세 번째 단계(570)에서, 제4 포트(504)로 전달된 신호는 제2 포트(502), 제3 포트(503) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다. 제2 포트(502), 제3 포트(503)로부터 반사된 신호의 대부분은 제4 포트(504)를 통해 출력되고, 적어도 일부는 반사되어 제2 포트(502)와 제3 포트(503)로 반사된다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제4 포트(504)로 전달된 신호 a4 중 일부는 제2 포트(502), 제3 포트(503) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다. a4 신호는 제2 포트(502)로 전달되는 a4*b2 신호(571)와 제3 포트(503)로 전달되는 a4*b3 신호(573)로 구분될 수 있다. 이에 다시 제2 포트(502), 제3 포트(503)의 신호가 부정합에 의해서 반사되고, 반사된 신호가 제1 포트(501)와 제4 포트(504)로 입력되어 재사용되는 과정을 거치면서 변조된 정보 신호의 대부분이 제4 포트(504)로 인가될 수 있다. 즉, 전력 분배부(105)는 두 번째 단계(540)와 세 번째 단계(570)에 따른 전력 신호의 반사 과정들을 반복하여, RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부의 회로도에 관한 일 예(600)를 도시한다. 도 6은 도 1의 전력 분배부(105)의 회로도를 예시한다.
도 6을 참고하면, 전력 분배부(105)는 네 가지 포트를 가지는 4-포트 전력 분배부로 구성될 수 있다. 이에 대응하여, 전력 분배부(105)는 RF 안테나와 연결되는 제1 포트(601), 임피던스 정합부의 제1 정합부(217-1)와 연결되는 제2 포트(602), 임피던스 정합부의 제2 정합부(217-2)와 연결되는 제3 포트(603), 정보 신호 획득부(103)와 연결되는 제4 포트(604)를 포함할 수 있다.
전력 분배부(105)는 분기선 결합기를 이용하여 구성될 수 있다. 구체적으로, 전력 분배부(105)의 제1 포트 내지 제4 포트(601 내지 604) 사이에 특성 임피던스를 가지는 선로가 배치될 수 있다. 특성 임피던스는 같은 위상 속도로 진행하는 전류파 및 전압파의 관계를 지시하는 것으로서, Z0-- 단위로 결정될 수 있고, Z0 값은 설계자의 설계에 따라 자유롭게 결정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, Z0는 50 옴을 포함할 수 있다. 또한 선로는 λ/4 선로를 이용할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 포트(601)와 제2 포트(602) 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로(610)가 연결되고, 제3 포트(603)와 제4 포트(604) 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제2 선로(620)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 포트(601)와 제4 포트(604) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제3 선로(630)가 연결되고, 제2 포트(602)와 제3 포트(603) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제4 선로(640)가 연결될 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 전력 분배부의 회로도에 관한 다른 일 예(700)를 도시한다. 도 7은 도 1의 전력 분배부(105)의 회로도를 예시한다.
도 7을 참고하면, 전력 분배부(105)는 2분할 분기선 결합기를 이용한 제1 회로도(710) 또는 제2 회로도(760)로 구성될 수 있다. 제1 회로도(710)를 참고하면, 전력 분배부(105)는 네 가지 포트를 가지는 4-포트 전력 분배부로 구성될 수 있다. 이에 대응하여, 전력 분배부(105)는 RF 안테나와 연결되는 제1 포트(701), 임피던스 정합부의 제1 정합부(217-1)와 연결되는 제2 포트(702), 임피던스 정합부의 제2 정합부(217-2)와 연결되는 제3 포트(703), 정보 신호 획득부(103)와 연결되는 제4 포트(704)를 포함할 수 있고, 제1 포트와 제2 포트 사이에 제1 노드(N1), 제3 포트와 제4 포트 사이에 제2 노드(N2)가 배치될 수 있다.
전력 분배부(105)의 제1 포트 내지 제4 포트(601 내지 604) 사이에 특성 임피던스를 가지는 선로가 배치될 수 있다. 특성 임피던스는 같은 위상 속도로 진행하는 전류파 및 전압파의 관계를 지시하는 것으로서, Z0-- 단위로 결정될 수 있고, Z0 값은 설계자의 설계에 따라 자유롭게 결정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, Z0는 50 옴을 포함할 수 있다. 또한 선로는 λ/4 선로를 이용할 수 있다.
제1 회로도(710)를 참고하면, 제1 포트(701)와 제2 포트(702) 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로(711)와 제2 선로(713)가 연결되고, 제3 포트(703)와 제4 포트(704) 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로(715)와 제4 선로(717)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 포트(701)와 제4 포트(704) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로(719)가 연결되고, 제2 포트(702)와 제3 포트(703) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제6 선로(721)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제7 선로(723)가 연결될 수 있다. 제1 회로도(710)의 경우 도 6의 회로도를 이용하는 경우 대비 대역폭을 향상시킬 수 있다.
제2 회로도(760)를 참고하면, 제1 포트(701)와 제2 포트(702) 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로(761)와 제2 선로(763)가 연결되고, 제3 포트(703)와 제4 포트(704) 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로(765)와 제4 선로(767)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로(769)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 포트(701)와 제4 포트(704) 사이에 CLC 회로(771)가 연결될 수 있고, 제2 포트(702)와 제3 포트(703) 사이에 CLC 회로(773)가 연결될 수 있다. 여기서, CLC 회로는 인덕터가 제1 포트(701)와 제4 포트(704) 및 제2 포트(702)와 제3 포트(703)에 직렬로 연결되고, 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되는 회로 구조를 포함할 수 있다. 제2 회로도(760)의 경우 제1 회로도(710)를 이용하는 경우 대비, 회로의 크기가 감소될 수 있다. 즉, 제2 회로도(760)를 이용하는 경우, 집중 소자를 이용하여 넓은 대역폭을 가지면서 공간 절약도가 향상될 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치(800)의 구성의 일 예를 도시한다. 도 8은 전력 분배부와 임피던스 정합부가 통합된 수신 장치의 기능에 관한 블록도를 예시한다.
도 8을 참고하면, SWIPT 시스템에서 수신 장치(800)는 RF 안테나(801), 정보 신호 획득부(803), 통합 전력 분배부(805), 전력 신호 획득부(807)를 포함할 수 있다.
RF 안테나(801)는 RF 안테나는 비변조된 전력 신호와 변조된 정보 신호가 결합된 RF 신호를 수신할 수 있다. 변조된 정보 신호는 f0를 중심 주파수로 하는 변조 신호를 포함하고, 비변조 전력 신호는 f0의 주파수를 가지는 신호를 포함할 수 있다. RF 안테나(801)는 수신한 RF 신호를 통합 전력 분배부(805)로 출력할 수 있다.
정보 신호 획득부(803)는 전력 분배부에서 분배된 분배 정보 신호로부터 정보 신호를 획득하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 정보 신호 획득부(803)는 f0주파수를 포함하는 주파수 대역 신호의 통과를 저지하는 대역 저지 필터를 포함할 수 있다.
통합 전력 분배부(805)는 입력 받은 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하고, 임피던스를 정합하는 기능을 수행한다. 통합 전력 분배부(805)는 RF 안테나(801)로부터 RF 신호를 전달 받고, 임피던스(impedance) 부정합에 의한 반사 신호에 기반하여 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배할 수 있다. 여기서, 통합 전력 분배부(805)는 임피던스 정합을 위한 추가 회로를 포함할 수 있다. 통합 전력 분배부(805)는 정보 신호 획득부(803)에 분배 정보 신호를 출력하고, 전력 신호 획득부(807)에 분배 전력 신호를 출력할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 통합 전력 분배부(805)는 네 개의 포트를 가지는 4-포트 전력 분배부를 포함할 수 있다. 통합 전력 분배부(805)는 RF 안테나(801)와 연결되는 제1 포트, 전력 신호 획득부(807)와 연결되는 제2 포트와 제3 포트, 정보 신호 획득부(803)와 연결되는 제4 포트를 포함할 수 있다. 여기서, 통합 전력 분배부(805)의 제2 포트와 제3 포트는 정류부로 보이는 최적 임피던스 Ropt를 기준으로 컨쥬게이트(conjugate) 정합이 되도록 구성될 수 있다.
전력 신호 획득부(807)는 분배 전력 신호로부터 전력 신호를 획득하는 기능을 수행한다. 전력 신호 획득부(109)는 분배 전력 신호를 정류하고, 필터링 하여 수신한 비변조 전력 신호를 획득할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 신호 획득부(807)는 분배 전력 신호를 정류하기 위한 제1 정류부 내지 제2 정류부(807-1 내지 807-2), 정류된 신호를 필터링 하기 위한 DC 필터부(809)를 포함할 수 있다. 통합 전력 분배부를 이용한 수신 장치의 구성과 동작은 도 9에 상세히 설명된다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 회로도에 관한 일 예(900)를 도시한다. 도 9는 도 8의 수신 장치(800)의 구성을 예시한다.
도 9를 참고하면, 수신 장치(800)는 RF 안테나(901), 정보 신호 획득부(903), 통합 전력 분배부(905), 및 전력 신호 획득부(907)를 포함할 수 있다. 전력 신호 획득부는 분배 전력 신호를 정류하기 위한 제1 정류부 내지 제2 정류부(919-1 내지 919-2), DC 필터부를 포함할 수 있다.
도 9를 참고하면, 전력 신호와 정보 신호가 결합된 RF 신호는 RF 안테나(901)를 통하여 통합 전력 분배부(905)로 입력될 수 있다. 통합 전력 분배부(905)는 네 개의 포트를 포함하는 4-포트 전력 분배부로 구성될 수 있고, RF 신호는 전력 분배부(905)의 제1 포트(911)를 통해 입력될 수 있다. 이후, RF 신호는 제1 포트 내지 제4 포트(911 내지 914) 사이에서 전달되면서 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분류될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부(205)는 임피던스 부정합에 따라 RF 신호가 반사되는 성질을 이용하여 RF 신호를 분배할 수 있다. 분배 정보 신호는 통합 전력 분배부(905)의 제4 포트(914)를 통하여 정보 신호 획득부(903)으로 출력될 수 있고, 분배 전력 신호는 통합 전력 분배부(905)의 제2 포트(912)와 제3 포트(913)를 통해 전력 신호 획득부(907)로 출력될 수 있다.
여기서, 통합 전력 분배부(905)를 참고하면, 제1 포트(911)와 제4 노드(N4) 사이에, 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로(921)와 제2 선로(922)가 연결되고, 제3 포트(913)와 제6 노드(N6) 사이에, 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로(923)와 제4 선로(924)가 연결될 수 있다.
또한, 제3 노드(N3)와 제5 노드(N5) 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로(925)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 포트(911)와 제4 포트(914) 사이에 CLC 회로가 연결될 수 있고, 제4 노드(N4)와 제6 노드(N6) 사이에 인덕터(L1)가 연결될 수 있다. 여기서, CLC 회로는 인덕터가 제1 포트(911)와 제2 포트(914)에 직렬로 연결되고, 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되는 회로 구조를 포함할 수 있다. 또한, 제4 노드(N4)와 제2 포트(912) 사이에 제3 특성 임피던스를 가지는 제6 선로(926)가 연결될 수 있고, 제6 노드(N6)와 제3 포트(913) 사이에 제3 특성 임피던스를 가지는 제7 선로(927)가 연결될 수 있다. 여기서, 특성 임피던스는 Z0-- 단위로 결정될 수 있고, 제1 특성 임피던스 내지 제3 특성 임피던스의 임피던스 값들은 서로 상이할 수 있다. 또한 선로는 λ/4 선로를 이용할 수 있다. 특성 임피던스에 대응되도록 선로의 두께(W)와 길이(L)가 결정될 수 있다.
도 7의 전력 분배부(105)의 제2 회로도(760)를 이용하는 경우 CLC 회로들(771, 773)이 필요하지만, 도 9의 통합 전력 분배부(905)를 이용하는 경우 하나의 CLC 회로를 제거할 수 있고, 특성 임피던스 선로를 추가함으로써 회로의 전력 분배 효율을 향상시킬 수 있다.
이후 통합 전력 분배부(905)는 전력 신호 획득부(907)의 제1 정류부 내지 제2 정류부(919-1 내지 919-2)로 분배 전력 신호를 출력한다. 제1 정류부 내지 제2 정류부(919-1 내지 919-2)는 전달받은 분배 전력 신호를 정류하고, 이에 대응하여 전력 신호 획득부(907)는 정류 신호를 필터링 함으로써, 전력 신호를 획득할 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 동작 방법에 관한 흐름도(1000)를 도시한다. 도 10은 도 1의 수신 장치(100)의 동작 방법을 예시한다.
도 10을 참고하면 단계(1001)에서, 수신 장치(100)는 제1 주파수를 가지는 전력 신호와, 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF 신호를 수신한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 변조된 정보 신호는 f0를 중심 주파수로 하는 변조 신호를 포함하고, 비변조 전력 신호는 f0의 주파수를 가지는 신호를 포함할 수 있다.
단계(1003)에서, 수신 장치(100)는 임피던스 부정합에 의한 신호의 반사에 기반하여, RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수신 장치(100)는 전력 분배부를 이용하여 전력 신호와 정보 신호가 전달되는 경우, 전력 재사용 방식을 이용하여 전력 신호와 정보 신호를 분배할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부는 RF 신호를 전달 받기 위하여, RF 안테나와 연결되는 제1 포트, 제1 분배 전력 신호를 출력하기 위하여, 임피던스 정합부의 제1 정합부와 연결되는 제2 포트, 제2 분배 전력 신호를 출력하기 위하여, 임피던스 정합부의 제2 정합부와 연결되는 제3 포트, 분배 정보 신호를 출력하기 위하여, 정보 신호 획득부와 연결되는 제4 포트를 포함하는 4포트 전력 분배부를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수신 장치(100)는 전력 분배부를 이용하여 제1 포트를 이용하여 전력 신호를 입력 받고, 전력 신호를 제2 포트, 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 제2 포트와 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 반사 전력 신호를 제1 포트, 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 제4 포트로 전달된 반사 전력 신호를 제2 포트와 제3 포트로 전달할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수신 장치(100)는 전력 분배부를 이용하여 제1 포트를 이용하여 정보 신호를 입력 받고, 정보 신호를 제2 포트, 제3 포트, 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 제2 포트와 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제1 반사 정보 신호를 제1 포트, 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 제4 포트로 전달된 제1 반사 정보 신호의 적어도 일부를 제2 포트, 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하고, 제2 포트와 제3 포트로 전달된 신호가 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제2 반사 정보 신호를 제1 포트, 제4 포트 중 적어도 하나로 전달할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부는 분기선 결합기를 이용하여 구성될 수 있다. 전력 분배부는 제1 포트와 제2 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로가 연결되고, 제3 포트와 제4 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제2 선로가 연결되고, 제1 포트와 제4 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제3 선로가 연결되고, 제2 포트와 제3 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제4 선로가 연결되도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부는 제1 포트와 제2 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로와 제2 선로가 연결되고, 제3 포트와 제4 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로와 제4 선로가 연결되고, 제1 포트와 제4 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로가 연결되고, 제2 포트와 제3 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제6 선로가 연결되고, 제1 선로와 제2 선로 사이의 제1 노드와, 제3 선로와 제4 선로 사이의 제2 노드 사이에, 제2 특성 임피던스를 가지는 제7 선로가 연결되도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 분배부는 제1 포트와 제2 포트 사이에, 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로와 제2 선로가 연결되고, 제3 포트와 제4 포트 사이에, 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로와 제4 선로가 연결되고, 제1 선로와 제2 선로 사이의 제1 노드와, 제3 선로와 제4 선로 사이의 제2 노드 사이에, 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로가 연결되고, 제1 포트와 제4 포트 사이에 제1 인덕터가 직렬로 연결되고, 제1 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되고, 제2 포트와 제3 포트 사이에 제2 인덕터가 직렬로 연결되고, 제2 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결도록 구성될 수 있다.
단계(1005)에서, 수신 장치(100)는 분배 전력 신호를 정류하여 전력 신호를 획득한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수신 장치는 분배 전력 신호를 정류하고 DC 필터를 적용하여 전력 신호를 획득할 수 있다. 이 때, 수신 장치는 전력 분배부의 출력과 전력 신호 획득부의 입력 사이의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 정합부를 포함할 수 있다.
단계(1007)에서, 수신 장치(100)는 분배 정보 신호에 제1 주파수에 관련된 대역 저지 필터를 적용하여 정보 신호를 획득한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수신 장치(100)는 분배 정보 신호에 대역 저지 필터를 적용하여 정보 신호를 획득할 수 있다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 전력 변환 효율에 관한 그래프(1100)를 도시한다.
도 11을 참고하면, 가로 축은 입력 전력의 크기를 지시하고, 세로 축은 전력 변환 효율(power conversion efficiency, PCE)을 지시한다. 도 11은 수신 장치가 2.45GHz 주파수를 가지는 비변조 전력 신호와 2.45GHz 중심 주파수를 가지는 변조 정보 신호가 포함된 RF 신호를 수신한 경우를 예시한다.
도 11에서, 입력 전력의 범위가 약 17.5 dB 부터 33 dB인 경우, 전력 변환 효율이 50% 이상이 되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 개시에 따른 수신 장치를 이용하는 경우, 입력 전력의 범위가 약 15.5 dB가 되므로 수신 장치의 입력 전력 범위가 보다 넓게 설계될 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서, 수신 장치의 S-파라미터 특성에 관한 그래프(1200)를 도시한다. 도 12를 참고하면, 가로 축은 RF 신호의 주파수를 지시하고, 세로 축은 S파라미터의 크기를 지시한다.
도 12는 수신 장치가 2.45GHz 주파수를 가지는 비변조 전력 신호와 2.45GHz의 중심 주파수를 가지는 변조 정보 신호가 포함된 RF 신호를 수신한 경우를 예시한다.
도 12를 참고하면, 설계된 회로에서 RF 안테나에서 정보 신호 획득부나 전력 신호 획득부를 통해 정보를 획득하기 까지의 삽입 손실을 나타낸 시뮬레이션 결과가 예시된다. 비변조 전력 신호 주파수인 2.45GHz에서 -36 dB 정도의 큰 손실이 발생하였으나, 그 외의 주파수 대역에서 -5 dB 정도의 작은 삽입 손실이 발생한 것이 확인된다.
일반적으로 다양한 위치로부터 전달되는 전력 신호는 수신 장치까지의 거리에 따라서 입력 전력의 크기가 상이하고, 입력 전력의 크기에 따라서 정류기의 전력 변환 효율이 큰 폭으로 변동될 수 있다. 본 개시와 같이 정보 신호와 전력 신호를 동시에 전송 가능한 수신 장치에 전력 재사용 방식을 적용하면, 넓은 입력 전력 범위에서 높은 효율이 얻어질 수 있다. 다양한 위치에서 전력 신호가 송신됨에 따라 전력 신호의 크기의 변화한 경우라도, 효율이 일정한 수준으로 유지될 수 있고, 추가적인 전력 분배기에 따른 삽입 손실 없이 정보 신호와 전력 신호의 분배가 수행될 수 있다.
본 개시에 따르면, 넓은 입력 전력 범위에서 정류부와 전력 분배부 사이의 정합이 유지 되므로, 정보 신호 전달 관점에서 변조 신호 처리부의 입력과 전력 분배부 사이의 정합 또한 넓은 입력 전력 범위에서 유지가 될 수 있기 때문에 변조 신호 처리부에 정보 신호의 전달이 가능하다. 이에 대응하여, 산업 및 경제적 측면에서 무선으로 자유로운 위치에 있는 전자기기에 안정적인 정보 전달과 전력 저장이 가능하기 때문에 동시 정보 및 전력 전송 시스템의 적용 범위가 확장될 수 있다.
본 개시에 따르면, 다양한 전자기기 사용이 필요한 공간에서 효과적으로 전자기기들 사이에 유기적인 정보 전달이 가능하고, 또한 개별 전자기기의 독립적이고 자유로운 충전이 가능하다. 그에 따라, 본 개시에 따른 수신 장치는 스마트 홈, 스마트 오피스, 스마트 팩토리 서비스에 활용될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101 RF 안테나 103 정보 신호 획득부
105 전력 분배부 107 임피던스 정합부
109 전력 신호 획득부 221 DC 필터부
219-1 내지 219-2 제1 정류부 내지 제2 정류부
601 제1 포트 602 제2 포트
603 제3 포트 604 제4 포트
801 RF 안테나 803 정보 신호 획득부
805 통합 전력 분배부 807 전력 신호 획득부

Claims (11)

  1. 무선 통신 시스템에서 수신 장치에 있어서,
    제1 주파수를 가지는 전력 신호와 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신하는 RF 안테나;
    상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하기 위하여, 상기 RF 안테나에 연결되어 상기 RF 신호를 수신하는 제1 포트, 상기 분배 전력 신호를 출력하는 제2 포트 및 제3 포트, 및 상기 분배 정보 신호를 출력하는 제4 포트를 갖는 4-포트 전력 분배부;
    상기 분배 전력 신호를 정류하는 정류부;
    상기 4-포트 전력 분배부의 상기 제2 포트 및 상기 제3 포트와 상기 정류부 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수에서 상기 4-포트 전력 분배부와 상기 정류부의 임피던스를 정합하는 임피던스 정합부;
    상기 4-포트 전력 분배부의 상기 제4 포트에 연결되고, 상기 제1 주파수의 신호를 차단하는 대역 저지 필터; 및
    상기 대역 저지 필터를 통해 상기 분배 정보 신호를 수신하는 정보 신호 획득부를 포함하는 수신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 정합부는 상기 제2 포트에 연결되는 제1 정합부, 및 상기 제3 포트에 연결되는 제2 정합부를 포함하고,
    상기 정류부는,
    상기 제1 정합부를 통해 출력되는 신호를 정류하여 제1 정류 신호를 출력하는 제1 정류부;
    상기 제2 정합부를 통해 출력되는 신호를 정류하여 제2 정류 신호를 출력하는 제2 정류부; 및
    상기 제1 정류 신호와 상기 제2 정류 신호를 수신하고 비정류 신호를 필터링하는 DC 필터부를 포함하는 수신 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 4-포트 전력 분배부는,
    상기 제1 포트를 이용하여 상기 전력 신호를 입력 받고, 상기 전력 신호를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하고,
    상기 제2 포트와 상기 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 반사 전력 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고,
    상기 제4 포트로 전달된 반사 전력 신호를 상기 제2 포트와 상기 제3 포트로 전달하는 수신 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 4-포트 전력 분배부는,
    상기 제1 포트를 이용하여 상기 정보 신호를 입력 받고, 상기 정보 신호를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고,
    상기 제2 포트와 상기 제3 포트에서 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제1 반사 정보 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하고,
    상기 제4 포트로 전달된 제1 반사 정보 신호의 적어도 일부를 상기 제2 포트, 상기 제3 포트 중 적어도 하나로 전달하고,
    상기 제2 포트와 상기 제3 포트로 전달된 신호가 임피던스 부정합에 의하여 반사된 제2 반사 정보 신호를 상기 제1 포트, 상기 제4 포트 중 적어도 하나로 전달하는 수신 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 4-포트 전력 분배부는,
    상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로가 연결되고,
    상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에 상기 제1 특성 임피던스를 가지는 제2 선로가 연결되고,
    상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제3 선로가 연결되고,
    상기 제2 포트와 상기 제3 포트 사이에 상기 제2 특성 임피던스를 가지는 제4 선로가 연결되도록 구성되는 수신 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 4-포트 전력 분배부는,
    상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로와 제2 선로가 연결되고,
    상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에 상기 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로와 제4 선로가 연결되고,
    상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이에 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로가 연결되고,
    상기 제2 포트와 상기 제3 포트 사이에 상기 제2 특성 임피던스를 가지는 제6 선로가 연결되고,
    상기 제1 선로와 제2 선로 사이의 제1 노드와, 상기 제3 선로와 상기 제4 선로 사이의 제2 노드 사이에, 상기 제2 특성 임피던스를 가지는 제7 선로가 연결되도록 구성되는 수신 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 4-포트 전력 분배부는,
    상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에, 제1 특성 임피던스를 가지는 제1 선로와 제2 선로가 연결되고,
    상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에, 상기 제1 특성 임피던스를 가지는 제3 선로와 제4 선로가 연결되고,
    상기 제1 선로와 제2 선로 사이의 제1 노드와, 상기 제3 선로와 상기 제4 선로 사이의 제2 노드 사이에, 제2 특성 임피던스를 가지는 제5 선로가 연결되고,
    상기 제1 포트와 상기 제4 포트 사이에 제1 인덕터가 직렬로 연결되고, 상기 제1 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되고,
    상기 제2 포트와 상기 제3 포트 사이에 제2 인덕터가 직렬로 연결되고, 상기 제2 인덕터의 양단과 접지 단자 사이에 커패시터들이 병렬로 연결되도록 구성되는 수신 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 정합부는 상기 임피던스 정합부와 상기 정류부 사이에서 상기 정류부로 바라본 상기 제1 주파수에서의 임피던스와 상기 임피던스 정합부로 바라본 상기 제1 주파수에서의 임피던스가 컨쥬게이트(conjugate) 정합을 이루도록 구성되는 수신 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 4-포트 전력 분배부의 상기 제4 포트에서 상기 대역 저지 필터로 바라본 상기 제1 주파수에서의 임피던스가 0 옴(ohm)인 수신 장치.
  10. 무선 통신 시스템에서 수신 장치에 있어서,
    제1 주파수를 가지는 전력 신호와 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF(radio frequency) 신호를 수신하는 RF 안테나;
    상기 RF 안테나에 연결되어 상기 RF 신호를 수신하는 제1 포트, 분배 전력 신호를 출력하는 제2 포트 및 제3 포트, 및 분배 정보 신호를 출력하는 제4 포트를 갖는 통합 전력 분배부;
    상기 분배 전력 신호를 정류하는 정류부;
    상기 통합 전력 분배부의 상기 제4 포트에 연결되고, 상기 제1 주파수의 신호를 차단하는 대역 저지 필터; 및
    상기 대역 저지 필터를 통해 상기 분배 정보 신호를 수신하는 정보 신호 획득부를 포함하고,
    상기 통합 전력 분배부는 4-포트 회로망, 제1 및 제2 노드, 및 제1 및 제2 임피던스 정합 선로를 갖고,
    상기 제1 및 제2 임피던스 정합 선로는 각각 상기 제1 및 제2 노드를 통해 상기 4-포트 회로망에 연결되고, 상기 제1 주파수에서 상기 4-포트 회로망과 상기 정류부의 임피던스를 정합하는 수신 장치.
  11. 무선 통신 시스템에서 수신 장치에 있어서,
    제1 주파수를 가지는 전력 신호와 상기 제1 주파수를 중심 주파수로 하는 변조된 정보 신호가 결합된 RF 신호를 수신하는 RF 안테나;
    상기 RF 신호를 분배 전력 신호와 분배 정보 신호로 분배하기 위하여, 상기 RF 안테나에 연결되어 상기 RF 신호를 수신하는 신호 수신 포트, 상기 분배 전력 신호를 출력하는 전력 출력 포트, 및 상기 분배 정보 신호를 출력하는 정보 출력 포트를 갖는 전력 분배부;
    상기 분배 전력 신호를 정류하는 정류부;
    상기 전력 분배부의 상기 전력 출력 포트와 상기 정류부 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수에서 상기 전력 분배부와 상기 정류부의 임피던스를 정합하는 임피던스 정합부;
    상기 전력 분배부의 상기 정보 출력 포트에 연결되고, 상기 제1 주파수의 신호를 차단하는 대역 저지 필터; 및
    상기 대역 저지 필터를 통해 상기 분배 정보 신호를 수신하는 정보 신호 획득부를 포함하는 수신 장치.
KR1020210095620A 2021-07-21 2021-07-21 무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법 Active KR102587105B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210095620A KR102587105B1 (ko) 2021-07-21 2021-07-21 무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210095620A KR102587105B1 (ko) 2021-07-21 2021-07-21 무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230014369A KR20230014369A (ko) 2023-01-30
KR102587105B1 true KR102587105B1 (ko) 2023-10-10

Family

ID=85106206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210095620A Active KR102587105B1 (ko) 2021-07-21 2021-07-21 무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102587105B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090253385A1 (en) 2008-04-08 2009-10-08 Paul Wilkinson Dent System and Method for Adaptive Antenna Impedance Matching

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8682261B2 (en) * 2009-02-13 2014-03-25 Qualcomm Incorporated Antenna sharing for wirelessly powered devices
KR101222749B1 (ko) * 2010-12-14 2013-01-16 삼성전기주식회사 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법
US10164484B2 (en) * 2015-06-08 2018-12-25 Ossia Inc. Techniques for leveraging existing components of a device for wireless power transfer functionality
CN111630774B (zh) * 2018-01-22 2023-10-17 三菱电机株式会社 放大器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090253385A1 (en) 2008-04-08 2009-10-08 Paul Wilkinson Dent System and Method for Adaptive Antenna Impedance Matching

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230014369A (ko) 2023-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10720956B2 (en) Low loss transmitter receiver switch with transformer matching network
US9635619B2 (en) Wireless network device and wireless network control method
KR101464849B1 (ko) 영역 효율적인 동시발생 매칭 트랜시버
US9391666B1 (en) Multiplexer device with first and second filtering devices connected to common port
US20170070368A1 (en) Reflection coefficient reader
US20100244981A1 (en) Radio frequency power divider and combiner circuit
DE112018007769T5 (de) Breitband-rekonfigurierbares impedanzanpassungsnetzwerk
US10283864B2 (en) Antenna and terminal
US10200091B2 (en) RF front end module and near field communication device
DE102015108406A1 (de) Antennenkonfiguration mit einem kopplerelement fürdrahtlose kommunikation
US9373879B2 (en) Compact power divider/combiner with flexible output spacing
US9653771B2 (en) Directional coupler
CN105428808A (zh) 一种收发多频段无线信号的天线和终端
US20150263768A1 (en) Transmitter
US10797760B2 (en) Shared-antenna interface apparatus for simultaneous transmit and receive
WO2017197807A1 (zh) 一种用于调节天线频带的电路、方法和电子设备
US10742314B2 (en) System and methods for enabling simultaneous transmit and receive in the same wifi band within a device
KR102587105B1 (ko) 무선 통신 시스템에서 전력과 정보를 수신하기 위한 장치 및 방법
CN107431497B (zh) 一种信号传输电路及调谐天线
CN108199141B (zh) 一种天线系统及移动终端
WO2018064981A1 (en) Radio frequency apparatus and method with dual variable impedance components
US12009566B2 (en) Four-way power divider and combiner for phased array system
KR102200380B1 (ko) 소형 저손실 밀리미터파 전력 분배 결합 장치
US10348251B2 (en) Power supply circuit
US11870484B2 (en) Wireless communication system having dual-band coexistence architecture

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20210721

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230307

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20230925

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20231004

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20231005

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration