KR20170088834A - 조합된 rf 충전 및 통신 모듈 및 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인접한/동일한 주파수에서 RF 충전 및 데이터 송수신을 가능하게 하도록 구성된 무선 재충전가능한 장치용의 결합된 통신 및 충전 모듈에 관한 것을 제공한다. 결합된 통신 및 충전 모듈은 충전 유닛과 통신 유닛을 포함하되, 이들 유닛들 둘 다는 공통의 안테나를 공유하며, 상기 유닛들의 동작은, 환경적 영향에 의해 그리고/또는 수신된 신호를 강도에 따라서 필터링하는 것에 의해 교대로 수행되고 그리고 결정된다. 본 발명의 맥락에서 환경적 영향은 무선 충전 장치의 존재 여부 및 상기 공통 안테나가 충전 구역 내에 또는 외부에 있도록 상기 결합된 통신 및 충전 모듈의 주위에서의 상기 충전 구역의 생성이다.

Description

결합된 RF 충전 및 통신 모듈 및 사용 방법{COMBINED RF CHARGING AND COMMUNICATION MODULE AND METHODS OF USE}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 PCT 출원은 출원일과 전체 내용이 본 명세서에 병합된 2014년 10월 1일자로 출원된 발명의 명칭이 "Combined RF Charging System and Communication System"인 미국 가특허 출원 62/058,115의 우선권을 주장한다.

기술 분야

본 명세서에 개시된 주제는 무선 RF 충전 유닛과 통신 유닛이 유사한/동일한 주파수에서 안전하게 동작하고 이 2개의 유닛이 안테나와 같은 공통 구조물을 공유하는 방식으로 통신 유닛과 무선 RF 충전 유닛이 공존하는 해결책에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 무선 재충전가능한 장치 내에 통합되도록 구성된 결합된 통신 및 충전 모듈에 관한 것이다.

무선 충전은 효율적인 충전 프로세스를 얻으면서도 충전 프로세스 동안 무선 재충전가능한 장치(이후 "충전 중인 장치(device under charge: DUC)"라고도 언급된다) 내의 다른 구성 요소를 손상시키지 않도록 충전될 장치 내에 다양한 서브 시스템 및 유닛을 적응시킬 것을 여전히 요구하는 비교적 새로운 영역이다.

예를 들어, RF 에너지의 하이 레벨 송신 값에서 충전할 때, 충전 중인 장치 내의 통신 유닛은 충전을 위해 송신된 전력의 일부를 수신할 수 있어서, 이에 의해 손상될 수 있다. 본 발명은 일 양태에서 이러한 시나리오에 대한 해결책을 제공한다.

주목해야 할 오늘날의 기술 세계에서 또 다른 선도적인 추세는 사물이 소형화되는 것과, 일상 제품을 "사물 인터넷(Internet Of Things)"으로 알려진 스마트 장치에 연결하는 것이다. 이를 위해 제품의 구조를 최소한으로 변경하는 방식으로 일상적으로 사용하는 제품 내에 전기 회로 및 통신 능력을 구현해야 한다. 전기 부품을 효율적으로 조립하면서도 공간을 더 절약하기 위해 다양한 유닛/모듈에 공통적인 부품을 사용하는 것이 시도된다. 본 발명은 추가적인 양태에서 충전 유닛과 통신 유닛이 공통 안테나를 공유하는 방식으로 결합된 충전 및 통신 모듈을 제공함으로써 이러한 요구에 대한 해결책을 제공한다. 공통 안테나는 RF 안테나로서 동작하며 전자 장치를 충전하고 또한 데이터 통신 안테나로서 동작하며 주위와 데이터를 송수신할 수 있도록 구성된다. 이렇게 조합하는 것은 유사한/동일한 주파수에서 충전 유닛과 통신 유닛이 동작하면 실질적으로 낮은 전력 레벨에서 동작하도록 구성된 통신 장치/모듈에 손상을 줄 수 있기 때문에 사소한 문제는 아니다.

충전 유닛/모듈을 통신 유닛/모듈과 결합하려는 시도는 이 기술 분야에 알려져 있다. 이러한 시도는 다음의 특허 출원 문헌, 즉 WO 2015022450, WO 2013172530, US 2015042170 및 US 2014210276에 개시되어 있다.

따라서, 일 양태에서, 본 발명은 공통 안테나를 공유하고 인접한/동일한 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 2개의 유닛을 갖는 결합된 통신 및 충전 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 결합된 모듈은 통신 유닛의 정상적인 기능을 허용하고 충전 동안 높은 레벨의 송신 값에서 상기 유닛에 일어날 수 있는 손상을 방지하도록 구성되고 동작 가능하다. 전기 부품을 공유하고 충전가능한 장치 내에서 전기부품에 적어도 이중 기능을 제공함으로써 비용을 절감하고 제한된 공간을 절감하는데 기여한다.

다른 양태에서, 본 발명은 수신된 신호를 전력 레벨에 따라 필터링하도록 구성되고 동작 가능한 전력 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 공통 안테나를 공유하는 충전 유닛 및 통신 유닛을 적어도 포함하고, 상기 충전 유닛과 통신 유닛은 인접한/동일한 주파수 대역에서 동작하도록 구성된, 신규한 결합된 충전 및 통신 모듈이 제공된다. 결합된 충전 및 통신 모듈은 이러한 분리된 모듈들을 통합하는데 요구되는 생산 비용 및 공간을 최소화하면서 DUC 무선 충전 및 통신 능력을 허용하도록 재충전가능한 장치(DUC)에 통합되도록 구성된다.

아래 본문에서 "RF 전력 수신 유닛", "Rx 전력" 및 "Rxp"로 교환 가능하게 언급되는 충전 유닛은, DUC가 충전하기에 적절한 환경에 위치될 때, 즉 DUC가 충전구역 내에 있는 방식으로 무선 충전 장치 내에 또는 상에 위치될 때, 공통 안테나로부터 고레벨 RF 전력 신호를 수신하고 이 신호를 DUC를 충전하기 위한 DC 전압으로 정류하도록 구성된다. 무선 충전 장치뿐만 아니라 생성된 충전 구역은 전체 내용이 본 명세서에 병합된 WO2013/179284 및 WO2015/022690으로 공개된 당소 PCT 출원에 상세히 설명되어 있다.

아래 본문에서 "데이터 송수신 유닛", "데이터 통신 유닛"및 "TRX 데이터", 및 "TRXD"로 교환 가능하게 언급되는 통신 유닛은 DUC 통신 능력, 즉 주위와 데이터를 송수신하도록 구성된다. 통신 유닛의 구성 요소는 고전력 레벨이 통신 회로에 손상을 줄 수 있기 때문에 저전력 레벨 신호에서 동작하도록 구성된다. 따라서, 결합된 모듈이 적절하고 안전하게 기능하도록 하기 위해 2개의 유닛을 기능적으로 분리하는 것이 중요하다. 본 발명은 이중 레벨(dual level)의 절연 해결책을 제공한다. 먼저 DUC를 둘러싸는 환경에 의해 절연하고 나아가 수신된 신호를 전력 레벨에 의해 정렬하는 전력 필터에 의해 절연한다.

결합된 모듈에서 공통 안테나의 반사된 임피던스는 환경 상태에 의해 영향을 받고 DUC의 주위 환경에 따라 변하기 때문에 유닛들을 절연하는 환경적 효과가 일어나며, 여기서 DUC는 자유 공간 설정에 위치되거나 또는 DUC는 (충전 장치가 밀폐챔버 또는 반-폐쇄 챔버일 때) 무선 충전 장치 내에 위치되거나 또는 (충전 장치가 충전 표면으로 설계된 경우) 무선 충전 장치 상에 위치될 수 있다.

"지유 공간 설정"이란 안테나 임피던스가 주위 환경의 영향을 받지 않고, 충전 구역 경계의 영향 없이 전자기 복사선을 수신하고 송신하는 데 요구되는 조건을 충족한다는 것, 즉 DUC가 충전 구역 외부에 위치된 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서, 무선 재충전가능한 장치를 위한 결합된 통신 및 충전 모듈이 제공되고, 모듈은 인접한/동일한 주파수에서 RF 충전 및 데이터 송수신을 허용하도록 구성된다. 결합된 통신 및 충전 모듈은 충전 유닛 및 통신 유닛을 포함하고, 2개의 유닛들은 공통 안테나를 공유하고, 상기 유닛들의 동작은 환경적 영향에 의해 그리고/또는 수신된 신호를 강도에 따라 필터링하는 것에 의해 교대로 수행되고 결정된다.

본 발명의 맥락에서 "환경적 영향"은 무선 충전 장치의 존재 또는 부존재 여부, 및 상기 결합된 통신 및 충전 모듈의 주위에 충전 구역이 있고 상기 공통 안테나가 상기 충전 구역 내에 있는지 또는 충전 구역 외부에 있는지 여부이다.

상기 충전 구역 내에 상기 공통 안테나가 존재하면 기능적으로 상기 공통 안테나의 임피던스에 영향을 미쳐서 충전 유닛의 임피던스와 정합시켜 재충전 가능한 장치의 무선 충전을 가능하게 하고 또한 통신 유닛의 임피던스와 부정합시켜 충전 구역 내에서 통신 유닛이 수신하는 신호를 제한/감쇠시키도록 한다.

상기 공통 안테나의 주위에 충전 구역이 없으면 공통 안테나의 임피던스에 영향을 미쳐서 상기 통신 유닛의 임피던스와 정합시켜 데이터 송수신을 허용하고 또한 상기 충전 유닛의 임피던스와 부정합시켜, 충전 유닛이 수신하는 신호를 제한/감쇠시키도록 한다.

일부 실시예에서, 수신된 신호를 강도에 따라 필터링하는 것은 상기 공통 안테나 및 상기 충전 통신과 통신 유닛에 기능적으로 부착된 신규한 전력 필터에 의해 획득되며, 여기서 상기 전력 필터는, 통신에 적합한 저전력 신호는 상기 통신 유닛으로 전달하는 반면, 충전에 적합한 고전력 신호는 충전 유닛으로 전달하도록, 수신된 신호를 미리 결정된 전력 레벨에 따라 상기 통신 유닛 또는 상기 충전 유닛으로 전달하도록 구성된다.

상기 공통 안테나의 주위에 충전 구역이 없는 경우, 상기 전력 필터는 상기 통신 유닛의 동작 범위 임피던스를 상기 공통 안테나의 임피던스와 정합시킴으로써 상기 공통 안테나로부터 상기 통신 유닛으로 저전력 신호를 전달하도록 구성된다. 대안적으로, 상기 공통 안테나의 주위에 충전 구역이 존재하는 경우, 상기 전력 필터는 상기 충전 유닛의 동작 범위 임피던스를 상기 공통 안테나의 임피던스와 정합시킴으로써 상기 공통 안테나로부터 상기 충전 유닛으로 고전력 신호를 전달하도록 구성된다.

본 발명은 또한 전술된 실시예들에 따른 결합된 통신 및 충전 모듈을 포함하는 재충전가능한 장치에 관한 것이다.

나아가, 본 발명은 재충전가능한 장치의 결합된 충전 및 통신 모듈에서 공통 신호원을 공유하는 통신 유닛 또는 충전 유닛으로 신호를 전력 레벨에 따라 선택적으로 전달하도록 구성된 전력 필터에 관한 것이고, 여기서 상기 전력 필터는 상기 통신 유닛의 동작 범위의 임피던스를 상기 공통 신호원의 임피던스와 매칭시킴으로써 수신된 저전력 신호를 전달하고, 또한 상기 충전 유닛의 동작 범위의 임피던스를 공통 신호원의 임피던스와 정합시킴으로써 수신된 고전력 신호를 전달하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 공통 신호원의 임피던스는 일정하다(즉, 신호의 전력 레벨에 의해 변하지 않는다).

나아가 본 발명은 상기 설명에 따라 결합된 통신 및 충전 모듈을 갖는 무선 재충전가능한 장치의 인접한/동일한 주파수 대역에서 RF 무선 충전 및 데이터 송수신을 가능하게 하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 다음 단계: (a) 상기 공통 안테나가 통신 안테나로서 동작할 수 있도록 충전 구역으로부터 멀리 떨어진 곳에 상기 무선 재충전가능한 장치를 위치시키는 단계; 및 (b) 상기 공통 안테나가 RF 충전 전력 수신 안테나로서 동작할 수 있도록 상기 무선 재충전가능한 장치를 무선 충전 장치 내에/상에 위치시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예를 설명하는 예들이 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 본 명세서에 병합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 특정 양태를 도시하며, 개시된 구현예와 관련된 원리의 일부를 본 설명과 함께 설명하는 것을 도와준다. 도면에서, 하나를 초과하는 도면에 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 이들이 나타나는 모든 도면에서 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 도면에 도시된 구성 요소 및 특징부의 치수는 일반적으로 설명의 편의상 및 명료함을 위해 선택된 것일 뿐, 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 제시된 도면 중 많은 것은 개략도로 도시되어 있어서, 명료함을 위해 일부 요소는 크게 단순화되어 있거나 비율에 맞지 않게 그려져 있을 수 있다. 이 도면은 아래에 열거된다.
도 1A는 공통 안테나를 공유하는 RF 전력 유닛 및 하이 레벨 통신 유닛을 갖는 결합된 통신 및 충전 모듈의 주요 구성 요소를 도시하는 개략도로서, 모듈은 자유 공간 설정에서 DUC 내에 통합된 것이다.
도 1B는 도 1A에 도시된 결합된 모듈 유닛들로부터 반사된 임피던스들, 즉 RF 전력 수신 유닛(ZRXP)의 반사된 임피던스, 통신 유닛(ZTRXD)의 반사된 임피던스, 및 공통 안테나(ZCANT)의 반사된 임피던스를 도시하는 개략도로서, 이들 구성 요소는 모두 자유 공간 설정에 있는 것이다.
도 1C, 도 1D 및 도 1E는 도 1A에 도시된 자유 공간 설정에 있는, 데이터 통신 안테나(ZTRXD), RF 전력 유닛(ZRXP), 및 공통 안테나(ZCANT)의 임피던스를 각각 나타내는 스미스 차트(Smith chart)이다.
도 1F 및 도 1G는 도 1A의 자유 공간 설정에 있는, 통신 유닛(TRXD) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)의 유닛 리턴 손실(S33 및 S22)을 각각 도시하는 그래프이다.
도 1H 및 도 1I는 도 1A의 자유 공간 설정에 있는, 통신 모듈(TRXD)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S31) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S21)을 각각 나타내는 그래프이다.
도 2A는 (충전 구역 설정 내에 있는) RF 전력 송신 유닛을 갖는 무선 충전 장치 내에 또는 근처에 위치된 공통 안테나를 공유하는 결합된 통신 및 충전 모듈을 갖는 도 1A의 DUC를 나타내는 개략도이다.
도 2B는 도 2A에 도시된 새로운 설정에 있는, 송신 유닛의 RF 전력 송신 안테나(ZTXA)와 전력 송신기(ZTXP)로부터 반사된 임피던스 및 공통 안테나(Z'CANT), RF 수신 유닛(ZRXP) 및 통신 유닛(ZTRXD)으로부터 반사된 임피던스를 도시하는 개략도이다.
도 2C, 도 2D 및 도 2E는 DUC가 충전 구역 내에 있을 때 도 2B의 데이터 통신 안테나(ZTRXD)의 임피던스, RF 전력 유닛(ZRXP)의 임피던스, 및 공통 안테나(Z'CANT)의 임피던스를 각각 나타내는 스미스 차트이다.
도 2F 및 도 2G는 충전 장치 내에 (충전 구역 설정 내에) 또는 근처에 있는 동안 데이터 통신 유닛(TRXD) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)의 유닛 리턴 손실(S33 및 S22)을 각각 도시하는 그래프이다.
도 2H 및 도 2I는, DUC가 충전 구역 설정 내에 있을 때, 공통 안테나(CANT)와 데이터 통신 유닛(TRXD) 사이 및 공통 안테나(CANT)와 RF 전력 수신 유닛(RXP) 사이의 삽입 손실(S31 및 S21)을 각각 도시하는 그래프이다.
도 3A는 DUC 내에 통합된 결합된 통신 및 충전 모듈의 주요 구성 요소를 나타내는 개략도로서, 결합된 모듈은 자유 공간 설정에 있는 전력 필터에 연결된 공통 안테나를 공유하는 RF 전력 수신 유닛(RXP) 및 통신 유닛(TRXD)을 포함한다.
도 3B는 자유 공간 설정에 있는 3A에 도시된 유닛들로부터 반사된 임피던스를 도시하는 개략도이며, 여기서 ZCANT는 공통 안테나로부터 반사된 임피던스이고, ZPF는 수신된 신호 전력 레벨이 (-85) 내지 (-10) dbm의 범위에 있을 때 전력 필터의 임피던스이고, ZTRXD는 데이터 통신 유닛의 임피던스이고, ZRXP는 RF 전력 수신 유닛으로부터 반사된 임피던스이다.
도 3C, 도 3D 및 도 3E는 도 3A에 도시된 자유 공간 설정에 있는, 데이터 통신 유닛(ZTRXD), RF 전력 유닛(ZRXP) 및 공통 안테나(ZCANT)의 임피던스를 각각 나타내는 스미스 차트이다.
도 3F 및 도 3G는 도 3A의 자유 공간 설정에 있는, 통신 유닛(TRXD) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)의 리턴 손실(S33 및 S22)을 각각 도시하는 그래프로서, 결합된 모듈의 동작 효율에 대한 환경적 효과(점선)에 비해 전력 필터의 추가적인 효과(실선)가 도시되어 있다.
도 3H 및 3I는 전력 필터에 연결된 공통 안테나(CANT)와 통신 유닛(TRXD) 사이 및 전력 필터에 연결된 공통 안테나(CANT)와 RF 전력 수신 유닛(RXP) 사이의 도 3A의 자유 공간 설정에서의 삽입 손실(S31 및 S21)을 각각 도시하는 그래프로서, 결합된 모듈의 동작 효율에 대한 환경적 영향(점선)에 비해 전력 필터의 추가적인 효과(실선)가 도시되어 있다.
도 4A는 충전 구역 설정에서, 즉 적어도 공통 안테나가 충전 구역 내에 위치되는 방식으로, DUC가 RF 전력 송신 모듈을 갖는 충전 장치 내에 또는 부근에 위치될 때, 전력 필터에 연결된 공통 안테나를 공유하는 결합된 통신 및 충전 모듈을 갖는 도 3A에 도시된 DUC를 나타내는 개략도이다.
도 4B는 도 4A에 도시된 구성 요소들로부터 반사된 임피던스를 도시하는 개략도로서, 여기서, ZTXA 및 ZTXP는 RF 송신 안테나로부터 및 RF 송신 유닛의 전력 송신기로부터 반사된 임피던스이고, Z'CANT는 전력 필터에 연결된 공통 안테나로부터 반사된 임피던스이고, Z'pf는 수신된 신호 전력이 (0) 내지 (40) dbm의 범위에 있는 동안 전력 필터로부터 반사된 임피던스이며, ZRXP는 RF 수신 유닛으로부터 반사된 임피던스이고, ZTRXD는 통신 유닛으로부터 반사된 임피던스이고, 이들 구성 요소는 모두 충전 구역에서 도 4A에 도시된 설정에 있는 것이다.
도 4C, 도 4D 및 도 4E는 충전 구역 설정에 있는, 도 4B의 데이터 통신 유닛(ZTRXD), RF 전력 수신 유닛(ZRXP) 및 공통 안테나(Z'CANT)의 임피던스를 각각 나타내는 스미스 차트이다.
도 4F 및 도 4G는 충전 장치(점선) 부근에 있는 동안 및 전력 필터의 추가적인 효과(실선)를 갖는, 데이터 통신 유닛(TRXD) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)의 유닛 리턴 손실(S33 및 S22)을 각각 도시하는 그래프이다.
도 4H 및 도 4I는 DUC가 충전 장치(점선) 내에 또는 부근에 위치된 동안 및 전력 필터의 추가적인 효과(실선)를 갖는, 통신 유닛(TRXD)과 공통 안테나(CANT) 사이 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 유닛 삽입 손실(S31 및 S21)을 각각 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 필터의 개략 블록도이다.
도 6은 수신된 신호의 전력 레벨에 따라 전력 필터, 통신 유닛 및 충전 유닛의 임피던스 거동을 도시하는, 도 3 및 도 4의 전력 필터를 갖는 결합된 통신 및 충전 모듈의 개략도이다.
도 7은, 결합된 모듈을 포함하는 DUC의 주위 환경에 의한 제1 절연에 의해, 및 기능적으로 2개의 유닛이 유사하거나 동일한 주파수에서 동작하고, 충전 동안 통신 유닛을 손상시키지 않으면서 공통 안테나를 공유할 수 있게 하는, 본 발명의 전력 필터에 의해 달성되는 제2 절연에 의해 달성되는 결합된 모듈의 통신 유닛과 충전 유닛 사이의 이중 레벨 절연 효과를 나타내는 그래프이다.

본 명세서에 개시된 주제는 무선 충전가능한 장치 내에 통합되도록 구성된 공통 안테나를 공유하는 결합된 충전 및 통신 모듈에 관한 것으로, 여기서 충전 유닛은, 통신 유닛의 정상적인 기능을 허용하고, 높은 전력 레벨 송신 값에서 일어날 수 있는 손상을 방지할 수 있도록 구성되고 동작가능하다. 이것은 재충전가능한 장치가 위치된 환경 설정의 변화와 상관하여 공통 안테나의 임피던스를 변화시키는 방식으로, 결합된 모듈을 설계함으로써 달성될 수 있다. 재충전 가능한 장치의 위치를 자유 공간 설정으로부터 충전 장치 설정으로 변화시키면, 공통 안테나의 임피던스는 안테나가 통신 유닛/충전 유닛과 정합/부정합되는 방식으로 변화하여 높은 전력 레벨에서 통신 유닛에 일어날 수 있는 손상을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 수신된 신호들의 전력 레벨에 따라 유닛들의 임피던스 정합을 개선하고 공통 안테나를 공유하지만 인접한/동일한 주파수 대역에서 동작하도록 구성된, 결합된 모듈 내의 유닛들 사이를 이중 절연하도록 구성된 신규한 전력 필터에 관한 것이다.

본 발명의 다양한 특징들이 단일 실시예의 문맥에서 설명되었을 수 있지만, 이들 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 제공될 수 있다. 반대로, 비록 본 발명은 명료함을 위해 별개의 실시예의 문맥에서 설명되었을 수 있지만, 본 발명은 단일 실시예로 구현될 수도 있다. 또한, 본 발명은 다양한 방식으로 수행되거나 실시될 수 있으며, 본 발명은 이하에서 설명된 예시적인 실시예와는 상이한 실시예로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 상세한 설명 및 청구 범위에 제시된 설명, 예시, 및 자료는 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 오히려 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 인접한/동일한 주파수에서 RF 충전 및 데이터 송수신을 허용하도록 구성된 무선 재충전가능한 장치를 위한 결합된 통신 및 충전 모듈이 제공된다. 결합된 통신 및 충전 모듈은 충전 유닛 및 통신 유닛을 포함하고, 두 유닛은 공통 안테나를 공유하고, 상기 유닛들의 동작은 환경적 영향에 의해 그리고/또는 수신된 신호를 강도에 따라 필터링하는 것에 의해 교대로 수행되고 결정된다.

또한 본 발명은 재충전가능한 장치의 결합된 충전 및 통신 모듈에서 공통 신호원을 공유하는 통신 유닛 또는 충전 유닛으로 전력 레벨에 따라 신호를 선택적으로 전달하도록 구성된 신규한 전력 필터에 관한 것이며, 상기 전력 필터는, 상기 통신 유닛의 동작 범위의 임피던스를 상기 공통 신호원의 임피던스와 정합시킴으로써 수신된 저출력 신호를 전달하고, 또한 상기 충전 유닛의 동작 범위의 임피던스를 공통 신호원의 임피던스와 정합시킴으로써 수신된 고전력 신호를 전달하도록 더 구성된다.

본 발명은 또한 상기 설명에 따라 결합된 통신 및 충전 모듈을 갖는 무선 재충전가능한 장치의 인접한/동일한 주파수 대역에서 RF 무선 충전 및 데이터 송수신을 가능하게 하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 다음 단계: (a) 상기 공통 안테나가 통신 안테나로서 동작할 수 있도록 충전 구역으로부터 멀리 떨어진 곳에 상기 무선 재충전가능한 장치를 위치시키는 단계; 및 (b) 상기 공통 안테나가 RF 충전 전력 수신 안테나로서 동작할 수 있도록 상기 무선 재충전가능한 장치를 무선 충전 장치 내에/상에 위치시키는 단계를 포함한다.

다음에는 본 발명의 주제를 실시하는 하나의 방법을 개략적으로 도시하는 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명이 제시된다.

도 1A 내지 도 1I는 DUC에 통합된 공통 안테나를 공유하는 RF 충전 유닛 및 통신 유닛을 갖는 결합된 모듈의 자유 공간 설정을 기술하며, 여기서 공통 안테나는 유사한/동일한 주파수에서 통신 안테나로서 기능하고 전력 수신 충전 안테나로서 기능하도록 구성된다.

도 1A는 공통 안테나(150)를 공유하는 RF 전력 수신 유닛(130) 및 고레벨 통신 유닛(110)을 갖는 결합된 통신 및 충전 모듈(100)의 주요 구성 요소들을 도시하는 개략도이며, 여기서 결합 모듈(100)은 무선 충전가능한 장치(111) 내에 통합되도록 구성된다. 공통 안테나(150)는, DUC(111) 주위 환경 조건에 따라, 즉 무선 충전 장치 및 기능적 충전 구역이 존재하는지 여부에 따라, 통신 안테나로 기능하며 송수신 유닛(110)과 데이터를 송수신하고, 나아가 수신 안테나로 기능하며 RF 전력을 전력 수신 유닛(130)으로 전달하는 기능을 하도록 구성된다.

이 도면에 도시된 설정에서, DUC(111)는 자유 공간 설정에 위치된다. 이 설정에서 공통 안테나의 상태와 각 구성 요소의 반사된 임피던스가 도 1B에 도시된다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 자유 공간 설정에서, 데이터 송수신 유닛(110)(ZTRXD)은 공통 안테나의 임피던스(ZCANT)와 반사 임피던스(ZTRXD)에는 정합되는 반면, RF 전력 수신 유닛(130)은 공통 안테나의 임피던스와 반사 임피던스(ZRSP)에는 정합되지 않는다. 이런 상황에서 충전은 일어나지 않고 DUC는 데이터만을 송수신할 수 있다.

이 상태는 도 1C 내지 도 1E의 스미스 차트에서 그래픽으로 설명된다. 이 설정에서 송수신 유닛(110)은 공통 안테나에 정합되기 때문에, 송수신 유닛 임피던스(ZTRXD)(1101)는 스미스 차트의 중심점(Z0) 근방에 위치된 곡선으로서 스미스 차트에 도시된 바와 같이 Z0에 근접하며 이는 적절한 데이터 송신을 의미한다(도 1C). 동일한 설정에서, RF 전력 수신 유닛(130)은 충전 구역 외부에 위치하므로, 이 유닛은 공통 안테나(150)에 정합하지 않는다. 이 설정에서 수신 유닛 임피던스(ZRXP)(1301)는 Z0와 동일하지 않고, 스미스 차트의 중심점(Z0)으로부터 떨어진 위치에 위치된 곡선으로 나타나며 이는 전력 수신 유닛에 의해 전력이 수신되지 않는 것을 의미한다(도 1D). 공통 안테나의 임피던스(ZCANT)(1501)는 도 1E에 도시된 바와 같이 Z0이다. 이 설정에서, 공통 안테나는 데이터 송수신 유닛(통신 유닛)에 정합되기 때문에, ZCANT는 스미스 챠트의 중심점(Z0)에 위치된 곡선으로서 스미스 차트 상에 나타나고, 이는 공통 안테나의 임피던스가 통신 유닛의 임피던스에 정합되고 안테나와 통신 유닛 사이에 적절한 데이터 송신이 일어나는 것을 의미한다.

도 1F 및 도 1G는, 주어진 주파수 대역에 대한 자유 공간 설정에서, 즉 DUC가 충전 구역 외부에 위치될 때, 통신 유닛 및 전력 수신 유닛의 정합 상태 및 부정합 상태에서 리턴 손실 값을 각각 도시하는 그래프이다. 이 설정에서, 통신 유닛(TRXD) 리턴 손실(S33)(db)에 대해 얻어진 값 및 패턴은 통신 유닛의 송수신기와 공통 안테나 사이의 정합 상태를 나타내며, 이는 무시가능한 양의 입사 전력이 되반사되고 있다는 것을 의미한다. 이에 비해, 전력 수신 유닛(RXP) 리턴 손실(S22)은 0db에 가깝고, 얻어진 패턴은 공통 안테나로부터 수신된 입사 전력의 대부분이 되반사되는 것을 의미하는 부정합 상태를 나타낸다. 따라서, 자유 공간에서 공통 안테나는 기능적으로 통신 안테나로서 동작하고, 실질적인 충전이 이루어지지 않는다.

도 1H 및 도 1I는, 도 1A의 자유 공간 설정에 있는, 통신 유닛(TRXD)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S31) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S21)을 각각 나타내는 그래프이다. 이 설정에서 안테나로부터 수신된 전력의 대부분이 통신 장치로 전달되므로, 삽입 손실 값은 최소이다(0db에 가깝다). 그리하여 공통 안테나로부터 수신된 무시할만한 전력만이 전력 수신 유닛으로 전달되고 대부분의 전력은 안테나로 되반사되기 때문에 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S21) 값은 상대적으로 높다.

도 2A는, 충전 장치가 폐쇄된 격실, 반 폐쇄된 격실이거나 편평한 표면인 경우, 충전 장치(200)의 구조와 형상에 따라, DUC(111)가 무선 충전 장치(200)의 내부 또는 상에 위치된 설정에서, 공통 안테나를 공유하는 데이터 통신 유닛 및 RF 전력 수신 유닛을 포함하는 결합된 통신 및 충전 모듈(100)을 갖는 도 1A의 DUC(111)를 도시한다. 이 설정에서, DUC(111)는 송신 유닛(210) 및 송신 안테나(220)에 근접한 충전 구역 내에 위치된다.

새로운 설정은 도 2B에 도시된 바와 같이 구성 요소들로부터 반사된 임피던스에 영향을 미친다. 이러한 상태에서, 송신 유닛의 임피던스(송신 안테나(220)의 Ztxa 및 송신기(210)의 Ztxp)는 송신 RF 전력에 정합된다. 공통 안테나(150)의 임피던스는 Z'CANT로 변화하고, 이 임피던스는 이제, 2개의 안테나, 즉 공통 안테나와 RF 전력 송신 안테나가 충전 구역 내에 있어서 이들 사이에 결합이 일어날 수 있기 때문에, RF 전력 수신 유닛으로부터 반사된 임피던스(ZRXP)에 정합된다. 이 설정에서, 공통 안테나(150)는 수신 안테나로서 기능하고 충전이 일어날 수 있다. 이 설정에서, 통신 유닛(110)으로부터 반사된 임피던스(ZTRXD)는 공통 안테나(150)와 부정합된 상태에 있어서, 공통 안테나(150)를 통해 데이터를 송수신하는 것이 가능하지 않다.

이 상태는, 도 2C 내지 도 2E의 스미스 차트에서 그래프로 도시되고, 여기서 ZTRXD(1101)는 통신 유닛(110)의 임피던스를 나타내고; ZRXP(1301)는 RF 전력 수신 유닛(130)의 임피던스를 나타내고; 및 Z'CANT(1501)는 충전 구역 내의 공통 안테나(150)의 임피던스를 나타낸다. 이 설정에서, ZTRXD(1101)는 스미스 차트의 중심점(Z0)으로부터 멀리 떨어져 있어서 이는 통신 유닛은 공통 안테나에 정합되지 않는 반면, RF 전력 수신 유닛(130)과 공통 안테나(150)는 정합되는 것을 나타낸다. RF 전력 수신 유닛의 반사된 임피던스(ZRXP)(1501)는 우수한 정합 상태를 나타내는 스미스 차트의 중심점(Zo) 근처에 위치된 곡선으로서 스미스 차트에 도시되고, 공통 안테나의 반사된 임피던스(Z'CANT)(1301)는 정합 상태를 나타내는 스미스 차트의 중심점(Zo)에 위치된 곡선으로서 스미스 차트에 도시된다. 스미스 차트 상의 곡선의 위치는, 공통 안테나(150)로부터 전력 수신 유닛(130)으로 적절한 전력 전달이 있고, 이 설정에서 통신 유닛이 공통 안테나와 정합되지 않을 때에는 통신 유닛(110)으로 전력 전달이 무시할 만하다는 것을 의미한다.

도 2F 및 도 2G는 도 2A의 설정에서 주어진 주파수 대역에 대한 부정합된 상태 및 정합된 상태에 따른 통신 유닛(130)과 수신 유닛(110)의 리턴 손실 값을 각각 도시한다. 이 설정에서, 통신 유닛(TRXD) 리턴 손실(S33)(db)에 대해 얻어진 값과 패턴은 데이터 송수신 유닛과 공통 안테나 사이의 부정합된 상태를 나타낸다. 따라서 이 설정에서 입사하는 전력의 대부분은 되반사되어 데이터는 DUC에 의해 송수신되지 않는다. 이에 비해, 수신 유닛(RXP)의 리턴 손실(S22) 값(db)과 패턴은 공통 안테나와 전력 수신 유닛 사이에 정합 상태를 반영하고, 이는 입사 전력의 무시할 수 있는 양이 되반사되고 충전을 위해 RF 전력을 수신할 수 있다는 것을 의미한다.

도 2H 및 도 2I는 도 2A의 충전 구역 설정에 있는 통신 유닛(TRXD)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S31) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S21)을 각각 나타내는 그래프이다. 이 설정에서, 안테나로부터 수신된 전력의 대부분은 RF 전력 수신 유닛으로 전달되어서, 삽입 손실(S21) 값은 높다(0db에 가깝다). 그리하여, 공통 안테나로부터 수신된 무시할만한 전력만이 통신 유닛으로 전달되고 대부분의 전력이 안테나로 되반사되기 때문에 통신 유닛(TRXD)과 공통 안테나(CANX) 사이의 삽입 손실(S31) 값은 비교적 높다.

도 3A는 본 발명의 하나의 다른 선택적인 구현 예에 대한 개략도로서, 여기서 결합된 통신 및 충전 모듈(300)은 RF 전력 유닛과 고레벨 통신 유닛이 자유 공간 설정에서 전력 필터를 통해 공통 안테나에 연결된 동안 공통 안테나를 공유하는 RF 전력 유닛(RXP)과 고레벨 통신 유닛(TRX 데이터)을 포함한다.

본 명세서에 제공된 새로운 전력 필터(300)는 수신된 신호를 전력 레벨에 따라 필터링하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 공통 안테나에 의해 수신된 저전력 신호는 통신 유닛(110)으로 지향되는 반면, 공통 안테나(150)에 의해 수신된 고전력 신호는 RF 전력 수신 유닛(120)으로 지향된다. 이 필터링에 의해, 전력 필터는 통신 유닛과 충전 유닛이 모두 동일한 안테나에 연결되고 유사하거나 인접한 주파수 대역에서 동작하지만 이들 유닛 사이를 기능적으로 절연한다. 이 기능적 절연을 통해 충전에 적합한 고전력 신호에 유닛이 노출되는 것으로 인해 발생할 수 있는 통신 장치에의 손상을 방지하면서 두 유닛이 공통 구성 요소를 공유하며 공존할 수 있다. 본 발명의 전력 필터의 동작 모드 및 특성에 대한 상세한 설명은 아래에서 도 5 내지 도 7을 참조하여 제공된다. 도 1 및 도 2의 결합된 모듈(100)과 유사하게, 결합된 모듈(300)은 또한 충전 중인 장치(333)에 조립되도록 구성되고 동작 가능하다.

도 3B는 자유 공간 설정에서 도 3A에 도시된 유닛으로부터 반사된 임피던스를 도시하는 개략도이고, 여기서 ZCANT가 공통 안테나(150)로부터 반사된 임피던스이고, ZPF는 수신된 신호 전력 레벨이 (-85) 내지 (-10) dbm의 범위일 때 전력 필터(170)의 임피던스이고, ZTRXD는 데이터 통신 유닛(110)의 임피던스이고, ZRXP는 RF 전력 수신 유닛(130)으로부터 반사된 임피던스이다.

이 상태는 도 3C 내지 도 3E의 스미스 차트에서 그래픽으로 도시된다. 이 설정에서 데이터 통신 유닛(110)은 공통 안테나(150)에 정합되어서, 반사된 임피던스(ZTRXD)(1101)를 나타내는 곡선은 최적의 데이터 송신을 의미하는 스미스 차트의 중심점(Z0)에 위치된다(도 3C). 최적의 정합은 환경 조건(자유 공간 설정)에 의해 그리고 추가적으로 전력 필터에 의해 얻어진 통신 유닛과 충전 유닛 사이에 이중 레벨 절연 효과에 의해 달성된다. 동일한 설정에서, RF 전력 수신 유닛(130)은 충전 구역 외부에 위치되어서, 이 유닛은 공통 안테나(150)에 부정합된다. 따라서, 이 설정에서, RF 전력 수신 유닛의 반사된 임피던스(ZRXP)(1301)는 Z0과 동일하지 않고, 스미스 차트의 중심점(Z0)으로부터 떨어진 곳에 위치된 곡선으로 나타나서, 이는 무시할만한 전력만이 전력 수신 유닛에 의해 수신된다는 것을 의미한다(도 3D). 공통 안테나의 반사된 임피던스(ZCANT)(1501)는 도 3E에 도시된 바와 같이 Z0와 동일하다. 이 설정에서, 공통 안테나(150)는 데이터 송수신 유닛(통신 유닛)에 완벽하게 정합되므로, ZCANT는 스미스 차트의 중심점(Z0)에 위치된 곡선으로서 스미스 차트 상에 나타나고, 이는 공통 안테나와 통신 유닛 사이에 적절한 데이터 송신이 일어난다는 것을 의미한다.

도 3F 및 도 3G는 도 3A의 자유 공간 설정에 있는, 통신 유닛(TRXD) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)의 리턴 손실(S33 및 S22)을 각각 도시하는 그래프로서, 결합된 모듈에 포함된 유닛의 임피던스 정합에 대한 환경적 영향(점선)에 비해 전력 필터(170)의 추가적인 효과(실선)가 도시되어있다.

이 그래프에서, 통신 유닛(TRXD)의 반사 손실(S33)(db)에 대해 얻어진 값 및 패턴은 자유 공간 설정(점선)의 환경 조건에서 TRXD와 공통 안테나 사이에 양호한 정합을 나타내고 이는 자유 공간 설정에서 저전력 신호만을 전달하는 전력 필터에 의해 더욱 개선되고, 이는 무시할 수 있는 양의 입사 전력이 되반사되고 있다는 것을 의미한다. 이에 비해 전력 수신 유닛(RXP)의 리턴 손실(S22) 값은 0db에 가깝고, 전력 필터 효과를 따라 이 값은 필터가 고전력 신호를 전달하지 않기 때문에 0db에 훨씬 더 가깝다. 얻어진 패턴은 부정합된 상태를 나타내며, 이는 공통 안테나로부터 수신된 거의 모든 입사 전력이 되반사된다는 것을 의미한다. 따라서, 자유 공간에서 공통 안테나는 기능적으로 통신 안테나로서 동작하고, 어떠한 충전도 이루어지지 않고, 전력 필터는 결합된 모듈의 유닛들 내에서 정합된 상태와 부정합된 상태를 기능적으로 개선시킨다.

도 3H 및 3I는 전력 필터에 연결된 공통 안테나(CANT)와 통신 유닛(TRXD) 사이 및 전력 필터에 연결된 공통 안테나(CANT)와 RF 전력 수신 유닛(RXP) 사이의 도 3A의 자유 공간 설정에서의 삽입 손실(S31 및 S21)을 각각 그래프로 도시하고, 여기서 환경적 영향(점선)에 비해 전력 필터(실선)를 추가하면 공통 안테나와 데이터 통신 유닛 간의 송신을 향상시킨다. 안테나로부터 수신된 전력의 대부분이 통신 유닛으로 전달되므로 삽입 손실 값은 최소이다(0db에 가깝다). 삽입 손실(S31) 값은 기능적으로 자유 공간 설정에서 낮은 전력 신호만을 전달하는 전력 필터 효과에 따라 심지어 감소한다. 따라서, 얻어진 값은 전력 필터(점선) 없이 얻어진 값에 비해 0db(실선)에 훨씬 더 가깝다. 그 결과, 공통 안테나로부터 수신된 무시할 전력만이 전력 수신 유닛으로 전달되고, 대부분의 수신된 전력이 안테나로 되반사되기 때문에 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S21)은 상대적으로 높고(점선) 이는 전력 필터(실선)의 동작에 의해 추가로 증가한다.

도 4A는, 결합된 통신 및 충전 모듈을 포함하는 DUC의 환경 조건을 변화시키고 DUC를(충전 장치가 폐쇄 챔버이거나 또는 반 폐쇄 챔버일 때) 무선 충전 장치 내에 위치시키거나, (충전 장치가 표면일 때) 무선 충전 장치 상에 위치시킬 때, 전력 필터를 갖는 결합된 통신 및 충전 모듈(300)의 반사된 임피던스를 도시하는 개략도이다. 이 설정에서, 충전 장치는 RF 전력 송신 모듈을 포함하기 때문에, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 공통 안테나의 임피던스 및 결과적으로 모듈의 동작 모드에 영향을 미치는 충전 영역이 생성된다.

도 4A는, 송신 안테나(220) 및 Tx 전력 송신기(210), 무선 충전 장치(200) 내에/상에 위치되고, 전력 수신 유닛(Rx)(130) 및 데이터 수신 유닛(TRX 데이터)(110)에 전력 필터(170)를 통해 연결된 공통 안테나(150)를 포함하는 결합된 통신 및 충전 모듈(300)을 포함하는 DUC(333)를 포함하는 무선 충전 장치(200)를 포함하는 이 설정에서 관련된 주요 구성 요소의 개략 블록도이다. 이들 구성 요소들로부터 반사된 임피던스는 도 4B에 도시되어 있으며, 여기서 ZTXA 및 ZTXP는 RF 송신 안테나로부터 그리고 RF 송신 유닛의 전력 송신기로부터 각각 반사된 임피던스이고, Z'CANT는 전력 필터에 연결된 동안 공통 안테나로부터 반사된 임피던스이며, Z'pf는 수신된 신호 전력이 (0) 내지 (40) dbm의 범위에 있는 동안 전력 필터로부터 반사된 임피던스이고, ZRXP는 RF 수신 유닛으로부터 반사된 임피던스이며, ZTRXD는 통신 유닛으로부터 반사 임피던스이고, 이들은 모두 충전 구역 설정에 있는 경우이다. 이 설정에서는 전력 필터는 RF 전력 수신 유닛과 정합되어서 고전력 레벨 신호(0 내지 40 dbm 범위)가 이 유닛으로만 직접 전달된다. 동시에, 통신 유닛이 전력 필터(170)와 부정합된 상태에 있기 때문에, 수신된 전력은 필터에 의해 통신 유닛으로 지향되지 않고, 그 결과 통신 유닛은 수신된 고전력 신호가 전기 부품에 야기할 수 있는 손상을 입지 않도록 보호된다.

이 설정에서 유닛의 임피던스 정합과 부정합은 스미스 차트를 도시하는 도 4C 내지 도 4E에 더 도시된다. 이들 차트에서, 데이터 통신 유닛의 반사된 임피던스(ZTRXD)(1101)는 차트(Z0)의 중심으로부터 떨어져 위치된 곡선으로 나타내고, 이는 이 유닛과 공통 안테나 사이의 부정합된 상태를 반영하여 이 설정에서는 통신이 가능하지 않다는 것을 의미한다. RF 전력 수신 유닛의 반사된 임피던스(ZRXP)(1301)와 공통 안테나의 반사된 임피던스(Z'CANT)(1501)는 Z0와 동일한 차트의 중심에 두 곡선이 위치되어서 완벽하게 정합되고, 이는 공통 안테나가 수신된 RF 고전력 신호를 Rx 전력 수신 유닛으로 효율적으로 전달하는 것을 의미한다. 차트의 중심에 Rx 전력 수신 유닛의 곡선(1301)을 위치시키는 것은 이들 사이에 연결된 전력 필터로 인한 유닛들 간의 임피던스 정합을 최적화한 것을 반영하며, 이는 충전 구역 설정에 있는 동안 높은 전력 레벨 신호만이 선택적으로 전달할 수 있게 한다.

도 4F 및 도 4G는 충전 구역 설정(점선)에 있는 동안 및 전력 필터의 추가적인 효과(실선)를 갖는, 데이터 통신 유닛(TRXD) 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)의 리턴 손실 값(S33 및 S22)을 각각 도시하는 그래프이다. 충전 구역 설정에서, 통신 유닛(TRXD)의 리턴 손실(S33)(db)에 대해 얻어진 값 및 패턴은 데이터 송수신 유닛과 공통 안테나 사이에 부정합된 상태를 나타낸다. 따라서 이 설정에서 입사하는 대부분의 전력은 되반사된다(점선). 이 설정에서 높은 전력 레벨 신호를 선택적으로 전달하는 공통 안테나와 통신 장치 사이에 전력 필터를 추가하면 획득된 값이 0db(실선)에 가까워서 리턴 손실(S33)을 더 증가시킨다. 이에 비해, 수신 유닛(RXP)의 리턴 손실(S22) 값(db)과 패턴은 공통 안테나와 전력 수신 유닛(점선) 사이에 양호한 정합을 반영하며, 이는 전력 필터의 선택성에 의해 더 개선되고, 이는 무시할 수 있는 양의 입사 전력이 되반사되고 충전 구역 설정에서 충전을 위해 RF 전력을 수신할 수 있다는 것을 의미한다.

도 4H 및 도 4I는 통신 유닛과 RF 전력 수신 유닛을 포함하는 DUC가 충전 장치(점선) 내에 또는 부근에 위치된 동안 및 전력 필터의 추가적인 효과(실선)를 갖는, 통신 유닛(TRXD)과 공통 안테나(CANT) 사이 및 RF 전력 수신 유닛(RXP)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S31 및 S21) 값을 각각 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이 안테나로부터 수신된 전력의 대부분은 RF 전력 수신 유닛으로 전달되므로 삽입 손실(S21) 값은 최대이며(0db에 가까우며), 이는 전력 필터를 추가적으로 선택하는 것에 의해 더 개선된다. 이에 비해, 통신 유닛(TRXD)과 공통 안테나(CANT) 사이의 삽입 손실(S31) 값은 공통 안테나로부터 수신된 무시할만한 전력만이 통신 유닛(점선)으로 전달되기 때문에 상대적으로 높고, 이는 안테나에 의해 수신된 전력의 대부분이 필터를 통해 충전 유닛으로 전달되고, 나머지 수신 신호는 충전 구역 내에 위치된 동안 통신 유닛과 전력 필터 및 통신 유닛과 공통 안테나 사이에 부정합된 상태로 인해 되반사되기 때문에 전력 필터(실선)의 동작에 의해 더 증가된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 필터(170)의 작동 영역을 도시하는 개략적인 블록도이다. 본 명세서에 도시된 예에서, 전력 필터(170)는 적어도 2개의 미리 설계된 임피던스 정합 블록(Zpf1 및 Zpf2)을 포함한다. 임피던스 정합을 가진 제1 블록(Zpf1)은 (-85) dbm 내지 (-10) dbm 간의 전력 레벨에서 작동하도록 구성된다. 이러한 전력 레벨에서, (Zpf1)은 자유 구역 설정에서 공통 안테나(ZCANT)의 임피던스에 그리고 또한 통신 유닛으로부터 반사된 임피던스와 정합한다. 따라서, 이 전력 레벨 영역에서 안테나로부터 수신된 신호는 데이터 전송을 허용하도록 통신 유닛을 향해 필터를 통과할 수 있다. 임피던스 정합을 가진 제2 블록(Zpf2)은 (0) dbm 내지 (40) dbm 간의 전력 레벨에서 작동하도록 구성된다. 이러한 전력 레벨에서, (Zpf2)는 충전 구역 설정에서 공통 안테나의 임피던스(Z'CANT)에 그리고 또한 통신 유닛으로부터 반사된 임피던스와 정합한다. 이 전력 레벨 영역에서 안테나로부터 수신된 신호는 충전을 허용하도록 Rx 전력을 향해 필터를 통과할 수 있다.

도 6은 수신된 신호의 전력 레벨(dBm)에 따른 전력 필터, 통신 유닛 및 충전 유닛의 임피던스의 그래프 예시도이다. 두 유닛이 인접한/동일한 주파수에서 동작하도록 구성되기 때문에, 양호한 통신 능력과 또한 DUC에 대한 효과적인 무선 충전을 획득하기 위하여, 통신 유닛 및 Rx 전력 수신 유닛의 각각의 임피던스는, 상기 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명된 바와 같이 유닛의 임피던스에 대한 환경적 영향의 결과로서 유닛들의 임피던스 정합/부정합에 부가하여, 수신된 신호의 전력 레벨에 따라서 공통 안테나의 임피던스에 정합되어야 한다.

본 명세서에 예시된 구체예에서, 전력 필터 단자(Zpf1*)의 공액 임피던스(conjugate impedance)는, 자유 공간 설정에서 (-85) dbm 내지 (-10) dbm의 범위 간의 저전력 레벨에서 통신 유닛의 임피던스(ZTRXD)에 정합되도록 구성된다. 이 범위는 통신 유닛의 동작 범위이고, 이에 따라, 전력 필터는 단일 점선으로서 나타낸 바와 같이 그에 정합된다. 수신된 신호의 전력 레벨이 (-10) db을 초과할 경우, 통신 유닛이 이 동작 범위를 초과하고, 따라서 그의 임피던스(ZTRXD)는 극적으로 충전되고 있고 부정합 조건이 발생한다. 이 상황에서, 통신 유닛은 (Zpf1*)에 부정합 된다.

(-85) 내지 (-10) dbm의 범위에서, Rx 전력 수신 유닛은 전력 필터에 부정화되고, 그리고 수신된 신호의 전력 레벨이 상승할 경우에만, 전력 필터의 공액 임피던스(Zpf2*)가 충전 영역 설정에서 Rx 전력 수신 유닛의 반사 임피던스에 정합된다. 정합된 조건은 (0) dbm 내지 (40) dbm 사이의 범위에서 일어나며, 이 범위는 단일 실선으로 표시된 (ZRXP)의 동작 범위이다. 수신된 신호의 전력 레벨이 (40) db를 초과할 경우, 충전 유닛은 그의 동작 범위를 초과하고, 따라서 그의 임피던스(ZRXP)는 극적으로 변하여 부정합 조건이 발생한다. 이 상황에서, 통신 유닛은 (Zpf2*)에 부정합된다.

단일 격리 모드에서, DUC의 주변의 환경이 일정하면(즉, 환경 변화가 발생하지 않으면), 신호원의 임피던스는 일정하고, 임피던스(Zpf1*)는 (Zpf2*)와 동일하고 그리고 격리는 통신 유닛 및 전력 수신 유닛 동작 범위의 정합 및 부정합 조건에 따라서 전력 필터의 필터링 동작에만 의존한다.

도 7은, 통신 유닛과 충전 유닛 둘 다가 공통 안테나를 공유하고 인접한/동일한 주파수 대역에서 작동되더라도, 본 발명의 결합된 모듈의 통신 유닛과 충전 유닛 간의 이중 격리 효과를 요약한 그래프 예시도이다. 이 그래프는 두 설정, 즉, 자유 공간 설정 그리고 충전 장치 내/외(충전 구역 설정)에서 수신된 신호(X축)의 전력 레벨에 따라서 전력 필터를 구비한 결합된 모듈의 상이한 구성요소의 임피던스 변화(Y축)를 나타내는 4개의 하위 그래프로 나뉘어 있다.

자유 공간 설정(그래프 ①②)에서, 통신 유닛의 반사 임피던스(ZTRXD)는 수신된 신호의 전력 레벨이 (-85) 내지 (-10) dbm의 범위에 있는 한(그래프 ①) 공통 안테나의 공액 임피던스(ZCANT*)에 정합한다. 이 범위에서, 최대 정합이 달성되고 최적의 데이터 통신이 발생할 수 있다. 수신된 신호의 전력 레벨이 동일한 설정에서 증가할 경우, 통신 유닛의 임피던스(ZTRXD)는 변화하여, 더 이상 공통 안테나 유닛의 공액 임피던스(ZCANT*)에 정합되지 않는다.

수신된 신호의 전력 레벨이 (0) 내지 (40) dbm의 범위인 경우(그래프 ②), Rx 전력 수신 유닛의 임피던스(ZRXP)는 변화되지만 DUC가 충전 장치 내/외에 있지 않으므로(즉, 충전 영역 내에 있지 않으므로) 공액 임피던스(ZCANT*)에 부정합 상태인 채로 있고, RXP 유닛의 임피던스 변화는 전력 필터의 필터링 동작으로 인해서만 획득된다.

환경 설정이 변하고(그래프 ③④) DUC가 무선 충전 장치 내에 또는 상에(충전 영역 내에) 위치될 경우, 공통 안테나의 공액 임피던스와 Rx 전력 수신 유닛 사이의 정합은 수신된 신호 전력이 (0) 내지 (40) dbm의 범위에 있는 한 높다(ZRXP = Z'CANT*).

이 범위에서의 통신 유닛의 임피던스(ZTRXD)는 또한 변화되지만 DUC가 충전장치 내/외에 있으므로(즉, 충전 영역 내에 있으므로) 공액 임피던스(Z'CANT*)에 부정합 상태인 채로 있고, 통신 유닛의 임피던스 변화는 전력 필터의 필터링 동작으로 인해서만 획득된다(그래프 ④).

본 명세서에 기재된 실시예 및 첨부된 도면의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 일 없이 단지 본 발명의 더 나은 이해를 위해 제공하는 것임이 명백해질 것이다. 또한 당업자라면 본 명세서를 읽은 후에 본 발명에 의해서 여전히 커버되는 위에 기재된 실시형태 및 첨부된 도면에 대한 조정 또는 보정을 행할 수 있음 또한 명백해질 것이다.

Claims (11)

1. 인접한/동일한 주파수에서 RF 충전 및 데이터 송수신을 허용하도록 구성된 무선 재충전 장치를 위한 결합된 통신 및 충전 모듈로서,
   충전 유닛과 통신 유닛을 포함하되, 상기 유닛들 둘 다는 공통의 안테나를 공유하며, 상기 유닛들의 동작은, 환경적 영향에 의해 그리고/또는 수신된 신호를 강도에 따라서 필터링하는 것에 의해 교대로 수행되고 그리고 결정되는, 결합된 통신 및 충전 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 환경적 영향은 무선 충전 장치의 존재 여부 및 상기 공통 안테나가 충전 구역 내에 또는 외부에 있도록 상기 결합된 통신 및 충전 모듈의 주위에서의 상기 충전 구역의 생성인, 결합된 통신 및 충전 모듈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 구역 내에 상기 공통 안테나가 존재하면 상기 충전 유닛의 임피던스와 정합시켜 재충전 가능한 장치의 무선 충전을 가능하게 하고, 그리고 추가로 상기 통신 유닛의 임피던스와 부정합시켜 상기 통신 유닛에 의한 신호 수신을 제한/감쇠시키도록 상기 공통 안테나의 임피던스에 기능적으로 영향을 미치는, 결합된 통신 및 충전 모듈.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공통 안테나의 상기 주위에 충전 구역이 없으면 상기 통신 유닛의 임피던스와 정합하게 하여 데이터 송수신을 허용하고, 그리고 추가로 상기 충전 유닛의 임피던스와 부정화시켜, 상기 충전 유닛에 의한 신호 수신을 제한/감쇠시키도록 상기 공통 안테나의 임피던스에 영향을 미치는, 결합된 통신 및 충전 모듈.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강도에 따라 수신된 신호의 필터링은 상기 공통 안테나에 그리고 상기 충전 유닛 및 상기 통신 유닛에 기능적으로 부착된 전력 필터에 의해 얻어지며, 상기 전력 필터는 통신에 적합한 저전력 신호가 상기 통신 유닛으로 전달되도록 미리 결정된 전력 레벨에 따라서 상기 통신 유닛 또는 상기 충전 유닛 중 어느 한쪽으로 수신된 신호를 전달하도록 구성된, 결합된 통신 및 충전 모듈.
6. 제5항에 있어서, 상기 공통 안테나의 상기 주위에 충전 구역이 없는 경우, 상기 전력 필터는 상기 통신 유닛의 동작 범위 임피던스를 상기 공통 안테나의 임피던스와 정합시킴으로써 상기 공통 안테나로부터 상기 통신 유닛으로 저전력 신호를 전달하도록 구성된, 결합된 통신 및 충전 모듈.
7. 제5항에 있어서, 상기 공통 안테나의 상기 주위에 충전 구역이 존재할 때, 상기 전력 필터는 상기 충전 유닛의 동작 범위 임피던스를 상기 공통 안테나의 임피던스와 정합시킴으로써 상기 공통 안테나로부터 상기 충전 유닛으로 고전력 신호를 전달하도록 구성된, 결합된 통신 및 충전 모듈.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 결합된 통신 및 충전 모듈을 포함하는 재충전 가능한 장치.
9. 재충전가능한 장치의 결합된 충전 및 통신 모듈에서 공통 신호원(common signals source)을 공유하는 통신 유닛 또는 충전 유닛에 전력 레벨에 따라서 신호를 선택적으로 전달하도록 구성된 전력 필터로서, 상기 전력 필터는 상기 통신 유닛의 동작 범위의 임피던스와 상기 공통 신호원의 임피던스 간의 정합에 의해 수신된 저전력 신호를 전달시키고, 그리고 추가로 상기 충전 유닛의 동작 범위의 임피던스와 상기 공통 신호의 임피던스 간의 정합에 의해 수신된 고전력 신호를 전달시키록 구성된, 전력 필터.
10. 제9항에 있어서, 상기 공통 신호 소스의 임피던스는 일정한, 전력 필터.
11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 결합된 통신 및 충전 모듈을 갖는 무선 재충전가능한 장치의 인접한/동일한 주파수 대역에서 RF 무선 충전 및 데이터 송수신을 가능하게 하는 방법으로서,
    a. 상기 공통 안테나가 통신 안테나로서 동작할 수 있도록 충전 구역으로부터 멀리 상기 무선 재충전가능한 장치를 위치시키는 단계; 및
    b. 상기 공통 안테나가 RF 충전 전력 수신 안테나로서 동작할 수 있도록 상기 무선 재충전가능한 장치를 무선 충전 장치 내에/상에 위치시키는 단계를 포함하는, RF 무선 충전 및 데이터 송수신을 가능하게 하는 방법.

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