KR20170119325A

KR20170119325A - 무선 디바이스로부터 에너지를 자가 수확할 수 있는 시스템 및 이를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR20170119325A
Application number: KR1020177012848A
Authority: KR
Inventors: 치-치 첸; 롤랜드 카일 탈로스; 캔 이. 콕살; 네스 비. 샤로프
Original assignee: 오하이오 스테이트 이노베이션 파운데이션; 네스 비. 샤로프; 캔 이. 콕살; 치-치 첸; 롤랜드 카일 탈로스
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-10-26
Also published as: CN110140276A; JP2017537585A; US20190013690A1; EP3207614A2; US20160134150A1; WO2016061181A2; US9985461B2; EP3207614A4; WO2016061181A3

Abstract

무선 디바이스로부터 에너지를 자가 수확하고 상기 자가 수확된 에너지를 사용하여 상기 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 시스템 및 방법은, 상기 무선 디바이스에 의해 송신되는 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 수집하는 단계; 상기 수집된 무선 주파수 신호를 무선 주파수 신호로부터 직류 전류 에너지로 변환하는 단계; 상기 직류 전류 에너지를 상기 무선 디바이스에 전기적으로 연결된 배터리의 충전 요건들과 호환가능한 에너지로 더 변환하는 단계; 및 상기 호환가능한 에너지를 상기 배터리에 추가하기 위해 상기 호환가능한 에너지를 무선 디바이스 인터페이스를 통해 상기 무선 디바이스의 상기 배터리에 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 디바이스로부터 에너지를 자가 수확할 수 있는 시스템 및 이를 사용하는 방법{SYSTEMS CAPABLE OF SELF-HARVESTING ENERGY FROM WIRELESS DEVICES AND METHODS OF USING THE SAME}

관련 출원

본 출원은 2015년 6월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 62,174,176 (발명의 명칭: Systems Capable of Self-Harvesting Energy From Wireless Devices and Methods of Using the Same); 2015년 6월 4일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/171,099 (발명의 명칭: Energy Harvesting System for Use with Wireless Devices and Methods of Using the Same; 및 2014년 10월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/063,432(발명의 명칭: Energy Harvesting Wireless Mobile Device)의 우선권을 주장한다. 이들 출원 문헌은 전체 내용이 본 명세서에 병합된다.

기술 분야

본 발명은 관련된 무선 디바이스로부터 무선 주파수 에너지를 수집하고 이 무선 주파수 에너지를 직류 전류(direct current: DC) 전력으로 변환하여 관련된 무선 디바이스의 배터리 수명을 연장시키거나 또는 늘리는데 사용할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 보호 케이스 또는 커버에 내장되거나 또는 폰(phone) 또는 태블릿과 같은 무선 디바이스에 부착되어 그 디바이스로부터 무선 주파수 에너지를 수집하고 이 무선 주파수 에너지를 변환하여 무선 디바이스 배터리의 배터리 수명을 연장시키거나 늘리는 데 사용할 수 있는 에너지 수확 시스템(energy harvesting system)에 관한 것이다.

사용시, 셀룰러 기지국 또는 무선 네트워크 라우터와 같은 무선 액세스 포인트와 통신하는데 스마트 폰 및 다른 무선 디바이스에 의해 송신되는 무선 주파수(radio frequency: RF) 에너지의 단지 작은 부분만이 사용된다. 이것은 무선 디바이스의 배향에 관계 없이 끊김 없는 통신을 보장하기 위해 모바일 무선 디바이스를 포함하는 소형 무선 디바이스가 디바이스로부터 모든 방향으로 RF 신호를 송신하기 때문이다.

미사용되는 RF 신호를 수집하거나 또는 수확하여 이 미사용되는 RF 신호를 예를 들어 직류 전류(DC) 전력으로 변환하고 무선 디바이스 배터리의 용량을 보충하는 것이 유리할 수 있다. 그러나 RF 에너지를 수확하는 기존의 설계에서는 셀룰러 신호 강도 및 데이터 전송 속도(data transmission rate)에 악영향을 미치지 않으면서 상이한 주파수들 및 상이한 신호 강도들로 송신되는 RF 신호를 효율적으로 수집하고 변환할 수 없었다.

일 실시예에서, 시스템은 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된 관련된 무선 디바이스에 의해 송신되는 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 자가 수집(self-harvest)하고, 상기 수집된 무선 주파수 신호를 무선 주파수 신호로부터 상기 무선 디바이스의 충전 요건과 호환가능한 직류 전류 신호로 변환하여 상기 무선 디바이스에 전기적으로 연결된 배터리의 전기 전하를 보충하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 무선 디바이스는, 무선 주파수 신호들을 송신하고, 상기 송신되는 무선 주파수 신호들로부터 에너지를 자가 수확하여 상기 무선 디바이스에 전기적으로 연결된 배터리의 전기 전하를 보충하도록 구성된다. 상기 무선 디바이스는, 상기 무선 디바이스에 의해 송신되는 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 수집하고, 상기 수집된 무선 주파수 신호를 무선 주파수 신호로부터 상기 배터리의 충전 요건과 호환가능한 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된 자가 수확 시스템을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 무선 디바이스에 의해 송신되는 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된 변환 회로 세트, 상기 변환 회로 세트에 전기적으로 연결된 전력 관리 회로 세트로서, 상기 전력 관리 회로 세트는 상기 배터리의 충전 요건과 호환가능한 상기 직류 전류 전력을 생성하도록 구성된, 상기 전력 관리 회로 세트, 및 상기 전력 관리 회로 세트에 전기적으로 연결된 무선 디바이스 인터페이스를 포함할 수 있고, 상기 무선 디바이스 인터페이스는 상기 전력 관리 회로 세트에 의해 생성된 상기 직류 전류 전력을 상기 무선 디바이스의 상기 배터리에 전송하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 무선 디바이스로부터 에너지를 자가-수확하고 상기 자가-수확된 에너지를 사용하여 상기 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법은 상기 무선 디바이스에 의해 송신되는 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 수집하는 단계; 상기 수집된 무선 주파수 신호를 무선 주파수 신호로부터 직류 전류 에너지로 변환하는 단계; 상기 직류 전류 에너지를 상기 무선 디바이스에 전기적으로 연결된 배터리의 충전 요건들과 호환가능한 에너지로 더 변환하는 단계; 및 상기 호환가능한 에너지를 상기 배터리에 추가하기 위해 상기 호환가능한 에너지를 무선 디바이스 인터페이스를 통해 상기 무선 디바이스의 상기 배터리에 전송하는 단계를 포함한다.

본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 다양한 예시적인 시스템, 장치 및 방법을 도시하고, 단지 다양한 예시적인 실시예를 설명하기 위해 사용된다. 도면에서, 동일한 요소는 동일한 참조 번호를 갖는다.
도 1a는 RF 에너지 수확 시스템을 포함하는 무선 디바이스 커버의 일례의 개략도이다.
도 2는 RF 에너지 수확 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 3은 RF 에너지 수확 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 RF 에너지 수확 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 5는 RF 에너지 수확 시스템의 일 실시예에 사용되는 회로의 개략도이다.
도 6은 RF 에너지 수확 시스템의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 스마트 폰에 부착된 RF 에너지 수확 시스템의 일 실시예의 평면도이다.
도 8은 도 7의 RF 에너지 수확 시스템의 상면도 및 저면도이다.
도 9는 도 8의 시스템의 RF 에너지 수확 디바이스를 갖는 스마트 폰과 이를 갖지 않는 스마트 폰에서 배터리의 시간에 따른 방전 거동을 도시하는 그래프이다.
도 10은 도 8의 RF 에너지 수확 시스템을 갖는 스마트 폰과 이를 갖지 않는 스마트 폰에서 스마트 폰 배터리 레벨의 50%를 소비하는데 드는 시간의 양을 도시하는 그래프이다.
도 11a 내지 c는 관련된 스마트 폰에 사용되는 RF 에너지 수확 시스템을 포함하는 보호 커버의 일 실시예의 분해 평면도이다.
도 11d는 관련된 스마트 폰에 사용되는 도 11a 내지 c의 보호 커버의 조립된 평면도이다.
도 12a는 RF 에너지 수확 시스템이 내장된 마더보드(motherboard)의 일 실시예의 상면도이다.
도 12b는 도 12a의 마더보드의 저면도이다.
도 13은 RF 에너지 수확 시스템을 갖는 스마트 폰과 이를 갖지 않는 스마트 폰의 충전 퍼센트에 의한 배터리 레벨의 시간에 따른 감소를 도시하는 그래프이다.
도 14는 RF 에너지 수확 시스템을 갖는 스마트 폰과 이를 갖지 않는 스마트 폰의 배터리 레벨의 분(minute)당 감소 퍼센트를 도시하는 그래프이다.
도 15는 RF 에너지 수확 시스템을 사용하는 것이 RF 에너지 수확 시스템을 갖는 스마트 폰과 이를 갖지 않는 관련된 스마트 폰의 데이터 속도에 미치는 영향을 도시하는 그래프이다.

디바이스 사용자가 이메일을 송신하거나 수신하거나 전화 통화를 하거나 또는 인터넷을 검색할 때 무선 디바이스는 RF 신호를 셀룰러 타워와 같은 주변 무선 액세스 포인트로 송신한다. 본 명세서에 사용되는 "RF 신호"라는 어구는 약 3 kHz 내지 약 300㎓의 주파수 대역에 대응하는 파장을 갖는 전자기 복사선을 의미할 수 있다. 그러나 이들 신호의 단 일부 부분만이 실제 적절한 통신에 사용된다. 일 실시예에서, 무선 디바이스가 자신의 무선 주파수 신호를 "자가 수확"할 수 있게 하기 위해 RF 에너지 수확 시스템은 이 무선 디바이스에 연결될 수 있다. 예를 들어, 폰으로부터 송신될 때, 데이터 또는 음성 통신에 사용되지 않는 폰으로부터의 근거리 RF 신호는 관련된 시스템에 의해 수집되고, RF 전력으로부터 DC 전력으로 변환되고, 폰의 배터리로 다시 충전되어, 배터리의 충전량이 고갈되는 데 드는 시간을 연장시킨다. 이런 유형의 자가 수집은 관련된 RF 에너지 수확 시스템을 사용하여 자신의 무선 주파수 신호를 "자가 수확"하는 디바이스의 능력이라고 언급된다. 일 실시예에서, 관련된 무선 디바이스에 이 시스템을 사용하면 디바이스의 통신 품질 또는 데이터 속도에 영향을 미치지 않으면서 배터리 소비율을 최대 30%까지 줄일 수 있다. 무선 디바이스의 배터리는 특정 양의 용량을 가지고 있고, 예를 들어 디바이스가 처리할 수 있는 특정 양의 데이터 또는 통신은 통상 일정 시간 길이에 걸쳐 측정될 수 있다. 배터리가 100% 충전에서 0% 충전으로 고갈되는데 드는 이 시간의 양은 일반적으로 배터리의 "수명"이라고 언급된다. RF 에너지 수확 시스템은 배터리의 용량을 추가하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려 시스템은 배터리에 전기 전하를 추가하여 배터리의 수명을 연장시키거나 늘리고, 특정 배터리가 0% 충전으로 소비되기 전에 송수신될 수 있는 데이터의 양 또는 소요되는 시간의 길이를 증가시킨다.

본 상세한 설명을 위해, 무선 디바이스는 "폰"으로 언급될 것이지만, 이 무선 디바이스는 RF 신호를 무선으로 송신하고 수신하는 임의의 디바이스, 모바일 등일 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 에너지 수확 시스템은 폰의 케이스 또는 커버에 내장된 것으로 설명될 것이지만, 시스템은 또한 폰 그 자체에 내장되고, 폰의 제거가능한 케이스 또는 커버에 제거가능하게 또는 고정되게 부착되고, 폰에 제거가능하게 부착되는 것을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다른 수단에 의해 폰에 연결될 수 있음을 이해해야 한다.

이제 도 1을 참조하면, 일 실시예에서, RF 에너지 수확 시스템(10)("시스템")은 스마트폰(이하, "폰")의 케이스 또는 보호 커버(11)에 내장될 수 있다. 시스템(10)은 원하는 주파수 대역 내에서 RF 신호를 수신하도록 튜닝된 하나 이상의 수신 안테나(12)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 Wi-Fi RF 신호를 수확하기 위한 제1 수신 안테나(12a), 및 셀룰러 RF 신호(예를 들어, 3G, 4G, CDMA 등에 대응하는 주파수)를 수확하도록 구성된 제2 수신 안테나(12b)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한 수신 안테나(들)(12)로부터 수집된 에너지를 교류 전류(alternating current: AC) 전력으로부터 직류 전류(DC) 전력으로 변환하도록 구성된 신호 변환 회로(14)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 폰 배터리에 전기 전하를 추가할 수 있는 DC 전력을 생산하도록 구성된 전력 관리 회로(16)를 더 포함할 수 있다. 마지막으로, 시스템(10)은 또한 시스템(10)을 폰에 연결하도록 구성된 무선 디바이스 인터페이스(18)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 제공된 도면은 화살표로 표시된 선을 사용하거나 또는 점들로 끝나는 선을 사용하여 구성 요소가 전기적으로 연결된 것임을 나타낼 수 있다는 것에 유의해야 한다. 또한, "전기적으로 연결된"이라는 어구는 전기 신호가 전도성 경로를 통해 송신될 수 있도록 다수의 구성 요소들 사이에 직접 전도성 경로가 제공되거나 또는 개재하는 구성 요소를 통해 2개의 구성 요소들 사이에 간접적으로 전도성 경로가 제공되는 것을 의미할 수 있다는 것에 유의해야 한다.

이제 도 2를 참조하면, 다른 실시예에서, 시스템(10)은 적어도 하나의 수신 안테나(12), 변환 회로(14) 세트, RF 초크(choke)(28), 전력 관리 회로(16) 세트, 및 무선 디바이스/폰(20)과 통신하도록 구성된 무선 디바이스 인터페이스(18)를 포함한다. 먼저, 수신 안테나(12)는 셀룰러 및 데이터 전송 속도를 방해하지 않으면서, 폰으로부터 에너지를 수신하는 동안 에너지 손실을 완화시키도록 설계될 수 있다. 대부분의 스마트폰은 폰 주위 상이한 위치들에 설치된 다수의 안테나를 사용하여 상이한 신호 레벨들 및 상이한 주파수 대역들의 RF 신호들을 송수신한다. 예를 들어, Wi-Fi 신호는 상대적으로 낮은 신호 레벨(<-20㏈m)을 가지고, 약 2.45㎓ 및 약 5.9㎓의 주파수 대역에서 송신하는 반면, 셀룰러 신호는 약 800㎒ 및 약 1800㎒의 주파수 대역에서 송신한다. 따라서, 상이한 송신을 수용하기 위해 2개 이상의 수신 안테나(12)가 시스템(10)에 필요할 수 있다. 또한, 각 수신 안테나(12)는 폰에서 각 송신 안테나에 근접하여 배치되어야 한다. 일 실시 예에서, 수신 안테나(12)는, 1) 전력 관리 회로(16)를 턴온시킬 만큼 충분한 비-조정된 정류 전압, 및 2) 호환가능한 전하를 무선 디바이스(20)에 추가할 만큼 충분한 조정된 정류 전압을 생성하면서, 폰의 송신 안테나로부터 가능한 한 멀리 놓인다. 대응하는 송신 폰 안테나에 대해 수신 안테나(12)가 배치되는 것은 폰의 설계, 변환기 회로(14)의 토폴로지 및 효율, 및 전력 관리 회로(16)의 턴온 전압 임계치에 따라 변할 수 있는 것임을 이해해야 한다. 다른 실시예에서, 수신 안테나(12)는 관련된 무선 디바이스(20)의 송신 안테나로부터 나오는 파장들의 미리 결정된 개수만큼 배치된다. 미리 결정된 개수는 관련된 무선 디바이스(20)의 설계에 따라 변할 수 있는 것임을 이해해야 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 수신 안테나(12)에 의해 수집된 신호는 적어도 2개의 상이한 방법을 사용하여 결합될 수 있다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 신호들은 개별 수신 안테나(12a 및 12b)에 의해 수집될 수 있고, 이 신호들은 전력 관리 회로(16a 및 16b)가 AC 전력을 DC 전력으로 변환한 후에만 결합될 수 있다. 이 방법은 케이스 또는 커버에 내장된 2개의 별도의 에너지 수확 시스템을 포함한다. 이 구성은 수신되고 있는 신호의 각 주파수 대역에 개별적으로 (즉, 최대 전력 전송 이론에 따라) 임피던스 정합 회로(22a 및 22b)와 변환기 회로(14a 및 14b)가 튜닝될 수 있기 때문에 정류 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 임피던스는 그 동작 주파수 대역에서 관련된 수신 안테나의 출력 임피던스에 정합될 수 있다. 그러나 이 구성은 더 많은 공간을 소비하고 더 많은 구성 요소를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수신 안테나(12a 및 12b)의 출력들은 임피던스 정합 회로(22)를 통해 송신되기 전에 결합될 수 있다. 이런 구성은 더 적은 개수의 구성 요소를 필요로 하여 비용과 공간 모두를 줄이지만, 수신되고 있는 신호의 각 주파수 대역에서 정류 효율이 감소되는 것이 관찰될 수 있다.

일단 에너지가 수신 안테나(12)에 의해 수집되면, 에너지는 임피던스 정합 회로(22)와 변환 회로(14)를 통해 송신된다. 변환 회로(14)는 정류기 회로(24)를 포함한다. 임피던스 정합 회로(22)는 손실을 완화시키고 수신 안테나(12)에 의해 수집되어 정류 회로(24)로 송신되는 AC 전력의 양을 증가시키도록 구성된다. 임의의 적절한 임피던스 정합 회로(22)가 시스템(10)에 사용될 수 있는 것임을 이해해야 한다. 임피던스 정합 회로(22)는 수집된 AC 전력을 DC 전력으로 변환되기 위해 정류기 회로(24)로 전달한다. 정류기 회로(24)는 예를 들어 반파 정류기(half-wave rectification) 또는 전파 정류기(full-wave rectification)와 같이 수집된 AC 전력을 DC 전력으로 변환할 수 있는 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정류기 회로(24)는 AC 전력의 전파 정류를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 정류기 회로(24)는 2-단 딕슨 전하 펌프(two-stage Dickson charge pump) 토폴로지에서 저-장벽 쇼트키 다이오드(low barrier Schottky diode)를 포함할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 2-단 딕슨 전하 펌프 토폴로지를 사용하면 정류기 회로(24)의 출력 전압을 4배로 하여, 이에 의해 관리 및 저장 회로(16)의 입력 전압이 충분히 높은 것을 보장하는 것을 도와주는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 다른 토폴로지도 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 정류기 회로(24)는 AC-DC 변환 효율을 향상시키기 위해 타깃 폰과 관련된 주파수와 특정 신호 레벨에 구체적으로 튜닝될 수 있는 것임을 이해해야 한다.

대안적인 실시예에서, 변환 회로(14)는 AC 전력으로부터 DC 전력으로의 전력 변환 효율을 향상시키기 위해 고조파 수확기(26)를 포함할 수 있다. 하나의 이러한 고조파 수확기(26)는 2014년 12월 12일자로 출원된 국제 출원 번호 PCT/US14/70087에 기술되어 있으며, 이 출원 문헌의 전체 내용은 본 명세서에 병합된다.

일단 AC 전력으로부터 DC 전력으로 변환되면, 에너지는 RF 초크(28)를 통해 전력 관리 회로(16)로 송신된다. 일 실시예에서 인덕터일 수 있는 RF 초크(28)는, DC 전력을 전력 관리 회로(16)로 전달하면서 임의의 변환되지 않은 AC 전력을 차단하는데 사용된다. 전력 관리 회로(16)는 수확된 DC 전력을 조정하고 이 DC 전력이 타깃 폰의 충전 요건과 호환가능한 것을 보장하는데 사용된다.

일 실시예에서, 전력 관리 회로(16)는 두 단계로 동작한다. 먼저, RF 초크(28)로부터 DC 전압은 DC-DC 변환기(30)를 사용하여 더 높은 전압 레벨로 상승(stepped up)된다. 예를 들어, 초크(28)로부터의 DC 전압은 DC-DC 변환기(30)를 사용하여 약 4.2V 내지 약 5.1V로 상승될 수 있다. 최종 전압 레벨은 관련된 폰의 충전 요건에 의해 결정되고 출력 전압 레벨 제어 회로(32)에 의해 지정될 수 있다. 이어서, 출력 전압 조정 및 제어 회로(34)는 DC-DC 변환기(30)로부터 일정한 출력 전압을 유지한다. 전력 관리 회로(16)는 그 출력을 전환(divert)하여 커패시터 또는 재충전 가능한 배터리와 같은 부착된 전력 저장 디바이스(36)를 충전하도록 더 구성될 수 있다.

마지막으로, DC 전력은 출력 전압 조정기 및 제어 회로(34)로부터 무선 디바이스 인터페이스(18)를 통해 무선 디바이스(20)로 전송된다. 무선 디바이스 인터페이스(18)를 설계하는 것은 특정 무선 디바이스(20)의 커넥터 유형에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 무선 디바이스 인터페이스(18)는 USB(universal serial bus), 마이크로-USB, 조명 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 버스 표준을 따르도록 구성될 수 있다.

예 1

도 5는 RF 에너지 수확 시스템에 사용되는 회로의 일례를 도시한다. 이 실시예에서, 적어도 4개의 안테나(12a-d)가 다수의 셀룰러 대역 및 Wi-Fi 대역에서 RF 신호를 수집하는 데 사용된다. 각각의 안테나(12a-d)에 이어서 이 안테나로부터 변환기 회로(14a-d)로 전력을 효율적으로 전송하기 위해 튜닝된 임피던스 정합 회로(22a-d)가 뒤따라 온다. 이 실시예에서, 각 변환기 회로(14a-d) 세트는 저-장벽 쇼트키 다이오드를 통해 교류 RF 신호(AC)를 DC 전압으로 정류하는 딕슨 전하 펌프 정류기 회로를 포함한다. 모든 정류기 회로(14a-d)의 DC 전압 출력은 RF 초크(28a-d)를 통해 필터링되고 이후 함께 결합되어 전력 관리 회로(16)의 입력으로 송신된다.

전력 관리 회로(16)는 수확된 DC 전압을 조정하여 관련된 무선 디바이스, 예를 들어, 일 실시예에서, 호환가능한 전하를 배터리에 추가하는데 약 5V의 전력을 요구하는 아이폰 6의 충전 요건에 호환가능한 것을 보장하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 전력 관리 회로(16)의 DC-DC 변환기(30)는 미국 텍사스주 달라스에 소재하는 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)사에 의해 BQ25504RGTT를 포함하지만 이에 국한되지 않는 전력 관리 집적 회로로서 제공될 수 있다. 먼저, DC-DC 변환기(30)는 변환기 회로(14a-d)로부터의 출력의 조합이 330mV에 도달할 때 활성화된다. 활성화되면 DC-DC 변환기(30)의 입력에서 전력이 추출되고 이것은 출력 커패시터(또는 임의의 다른 저장 디바이스)(36)를 5.10V로 충전하기 시작한다. 출력 전압 레벨은 출력 전압 레벨 제어 회로(32)에 의해 설정된다. 이 실시 예에서, 출력 전압 레벨 제어 회로(32)는 2개의 저항으로 구성된 전압 분할기(divider)를 포함한다.

출력 전압 조정기 및 제어 회로(34)는 DC-DC 변환기(30)의 출력에 연결된다. 이 실시예에서, 출력 전압 조정기 및 제어 회로(34)는 텍사스 인스트루먼츠사의 TPS229xx 부하 스위치를 포함하지만 이에 국한되지 않는 PFET 부하 스위치일 수 있다. 출력 전압 조정기 및 제어 회로(34)는 출력 전압이 그 디바이스의 충전 전압 요건과 호환가능할 때에만 DC-DC 변환기(30)의 출력이 관련 무선 디바이스에 연결되는 것을 보장한다.

저장 디바이스(36)에서 전압이 상승하여 5.02V에 도달하면, DC-DC 변환기(30)로부터의 제어 신호는 0V로부터 출력 전압 레벨 제어 회로(32)에 의해 지시된 전압으로 점프하여, 출력 전압 조정기 및 제어 회로(34)를 턴온시키고 무선 디바이스 인터페이스(18)를 통해 무선 디바이스(20)를 충전하기 시작한다. 충전 동안, 저장 디바이스(36)에 저장된 전기 에너지가 디바이스의 배터리로 전송됨에 따라 전압이 감소되기 시작한다. 저장 디바이스(36)의 전압이 4.20V로 떨어지면, 출력 전압 조정기 및 제어 회로(34)는 턴오프되고 무선 디바이스(20)를 전력 관리 회로(30)로부터 분리시킨다. 이것은 저장 디바이스(36)를 충전함으로써 전압이 5.016V로 다시 상승할 수 있게 하며, 그 상승된 전압에서 공정이 반복된다.

예 2

이제 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 샘플 시스템(10)이 제조되었다. 샘플 시스템(10)은 안테나(12), 단일 스터브 튜너(stub tuner)를 포함하는 임피던스 정합 회로(22), 2-단 딕슨 전하 펌프 토폴로지에서 저-장벽 쇼트키 다이오드를 포함하는 정류기 회로(24), 상용 전력 관리 회로(16), 저장 디바이스(36), 및 무선 디바이스 인터페이스(18)를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 샘플 시스템(10)은 스마트폰(20)에 연결되었다. 입력 전력이 충분히 높을 때, 에너지 관리 회로는 조정된 출력 전압으로 폰(20)을 충전하는 것으로 발견되었다. 입력 전력이 폰(20)을 충전할 만큼 충분히 높지 않을 때, 전력 관리 회로(16)는 디바이스를 폰(20)으로부터 분리하고 수확된 에너지를 저장 요소(36), 이 예에서, 도 7 및 도 8에서 큰 원형 디바이스로 도시된 수퍼 커패시터(super capacitor)에 저장한다. 저장 디바이스(36)에 저장된 에너지가 다시 충분히 높아지면, 전력 관리 회로(16)는 배터리를 충전하기 위해 자동적으로 시스템을 폰에 재 연결한다. 또한 시스템(10)이 폰(20)에 연결되지 않았지만 폰에 근접해 있을 때 에너지가 저장 디바이스(36)에 저장된 것으로 발견되었다.

폰의 배터리 용량이 100%로부터 50%로 감소하는데 드는 시간의 양을, 샘플 시스템(10)이 부착된 폰과 부착되지 않은 폰 사이에 비교하였다. 두 폰이 거의 동일한 양의 데이터를 송신하는 것을 보장하기 위해 셀룰러 네트워크를 사용하여 각 폰이 큰 파일을 지속적으로 다운로드하는 동안 테스트를 수행하였다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 샘플 시스템(10)이 폰(20)에 사용될 때 배터리 소비율은 평균 약 24.5%만큼 감소했다. 그러나, 일정한 데이터 다운로드 하에서가 아닌 정상적인 사용 조건 하에서, 시스템(10)을 사용할 때 배터리 소비량은 훨씬 더 큰 퍼센트로 감소할 것으로 예상된다.

예 3

도 11a 내지 c는 시스템에 내장된 아이폰 6용 샘플 폰 케이스의 분해도를 도시한다. 예를 들어, 도 11a에 도시된 바와 같이, 폰 케이스는 케이스 몸체(44), 케이스 캡(46), 전방 플레이트(50), 및 시스템이 내장될 수 있는 마더보드(48)를 포함할 수 있다. 마더보드(48)는 케이스 몸체(44)와 전방 플레이트(50) 사이에 배치될 수 있다. 그 후에 도 11d에 도시된 바와 같이 폰을 제 위치에 고정하기 위하여 폰(20)은 마더보드(48)와 전방 플레이트(50), 및 폰(20)의 상부 주위에 배치된 케이스 캡(46) 사이에 삽입될 수 있다. 샘플 마더보드(48)의 전방 및 후방이 도 12a 및 도 12b에 각각 도시되어 있다. 이 예에서, 마더보드(48)는 2개의 Wi-Fi 대역(2.4㎓ 및 5.8㎓) 및 2개의 LTE 대역(800㎒ 및 1800㎒)에서 RF 에너지를 수확하기 위해 4개의 안테나를 포함한다. 이 예에서, 수확된 DC 전력은 케이스 바닥에 있는 아이폰 조명 커넥터를 통해 폰 배터리로 다시 충전된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 2.4㎓ Wi-Fi를 사용하여 연속적으로 데이터를 다운로드하는 동안 아이폰 6 배터리 방전 속도는 예 2의 경우에 따라 그리고 예 2의 경우 없이 테스트되었다. 결과는 배터리 방전 속도가 시간에 따라 25% 감소한 것을 보여주었다. 도 14에 도시된 바와 같이, 1750㎒ LTE를 사용하여 연속적으로 데이터를 다운로드하는 동안 아이폰 6 배터리 방전 속도는 예 2의 경우에 따라 그리고 예 2의 경우 없이 테스트되었다. 결과는 또한 시간에 따라 방전 배터리 속도가 감소한 것을 보여주었다. 이러한 테스트 동안, 도 15에서 입증된 바와 같이, 이 시스템이 존재하는 것이 데이터 속도에 영향을 미치지 않았다는 것을 보장하기 위해 폰의 데이터 속도를 모니터링하고 기록하였다. 이 테스트가 성공한 것은 폰의 송신 안테나에 대해 시스템의 수신 안테나를 주의 깊게 배치한 것 때문에 기인한 것으로 생각된다. 예를 들어, 폰 케이스가 폰에 부착되면, 각 수신 안테나는 폰의 각 송신 안테나 바로 뒤에 정렬될 수 있다.

출원인은 RF 에너지 전달 성능(즉, 통신 성능)이 자가-수확 시스템에 의해 저하되지 않았음을 발견했다. 이 시스템의 일 실시예에서는 아이폰 6용 폰 케이스가 제공되었다. 아이폰 6의 RF 에너지 전달 성능을 폰 케이스가 있는 경우 그리고 폰 케이스가 없는 경우 테스트하였다. 자가 수확 시스템이 RF 에너지 전달 성능에 미치는 영향을 결정하기 위해 테스트 결과를 비교하였다. 구체적으로, 자가 수확 폰 케이스가 있는 아이폰 6과 이 폰 케이스가 없는 아이폰 6에서 OTA(over-the-air) 총 방사 전력(total radiated power: TRP) 및 OTA 총 등방성 감도(total isotropic sensitivity: TIS)를 다양한 통신 대역에서 비교했다. 폰 케이스가 있는 테스트와 폰 케이스가 없는 테스트 사이에 약 -1㏈ 및 약 1㏈의 성능 차이는 테스트의 오차 범위 내에 있었다. 따라서 약 -1㏈ 및 약 1㏈ 사이의 결과는 자가-수확 폰 케이스가 데이터 품질에 부정적인 영향을 미치지 않는 것을 나타내는 것으로 생각된다.

대역 2(1850-1990㎒)에서, 폰 케이스가 없는 테스트의 OTA TRP는 약 6.62㏈m이었고, 폰 케이스가 있는 테스트의 OTA TRP는 약 6.01㏈m이었고, 델타 OTA TRP는 약 -0.61dB이었다. 폰 케이스가 없는 테스트의 OTA TIS는 약 -93.49㏈m이었고, 폰 케이스가 있는 테스트의 OTA TIS는 약 -93.85㏈m이었고, 델타 OTA TIS는 약 0.36㏈이었다. 대역 13(746-787㎒)에서 폰 케이스가 없는 테스트의 OTA TRP는 약 12.05㏈m이었고, 폰 케이스가 있는 테스트의 OTA TRP는 약 12.03㏈m이었고, 델타 OTA TRP는 약 -0.02㏈이었다. 폰 케이스가 없는 테스트의 OTA TIS는 약 -92.19㏈m이었고, 폰 케이스가 있는 테스트의 OTA TIS는 약 -91.91㏈m이었고, 델타 OTA TIS는 약 -0.28㏈이었다. 대역 3(1710-1880㎒)에서 폰 케이스가 없는 테스트의 OTA TRP는 약 9㏈m이었고, 폰 케이스가 있는 테스트의 OTA TRP는 약 10.7㏈m이었고, 델타 OTA TRP는 약 1.7㏈이였다. 폰 케이스가 없는 테스트의 OTA TIS는 약 -92.78㏈m이었고, 폰 케이스가 있는 테스트의 OTA TIS는 약 -91.97㏈m이었고, 델타 OTA TIS는 약 -0.81㏈이었다. 전술한 대역 각각에 대해, OTA TRP는 자가 수확으로 인한 성능의 저하는 없는 것을 입증하는 범위 내에 있었다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예는 디바이스의 통신 품질 또는 데이터 속도에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 디바이스의 배터리 소비율을 감소시키는 데 이용될 수 있다.

"포함하는" 또는 "구비하는"이라는 용어가 명세서 또는 청구범위에서 사용되는 경우, 이것은 청구범위에 전이구로 사용될 때 이 용어를 해석하는 "포함하는"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적인 의미로 사용된 것으로 의도된다. 또한, "또는" 이라는 용어가 사용되는 경우(예를 들어, A 또는 B) 이것은 "A 또는 B 또는 이 둘 다"를 의미하는 것으로 의도된다. 출원인은 "A만 또는 B만 중 어느 하나만이지만 이 둘 다는 아닌 것"을 나타내려고 의도하는 경우 "A만 또는 B만 중 어느 하나이지만 이 둘 다는 아닌" 것이라는 용어를 사용한다. 따라서, 본 명세서에서 "또는"이라는 용어의 사용은 배타적인 것으로 사용된 것이 아니라 포괄적인 것으로 사용된 것이다(Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624 (2d, Ed. 1995) 참조). 또한, 명세서 또는 청구범위에서 "내에" 또는 "내로"라는 용어는 "상에" 또는 "상으로"를 더 의미하는 것으로 의도된다. "실질적으로"라는 용어가 명세서 또는 청구범위에서 사용되는 경우, 이것은 제조시 이용가능하거나 또는 신중한 정밀도를 고려하기 위해 의도된다. "선택적으로"라는 용어가 명세서 또는 청구범위에서 사용되는 경우, 이것은 장치의 사용자가 장치의 사용에 필요하거나 요구될 때 구성 요소의 특징 또는 기능을 활성화 또는 비활성화할 수 있는 구성 요소의 조건을 말하는 것으로 의도된다. "동작가능하게 연결된"이라는 용어가 명세서 또는 청구범위에서 사용된 경우, 이것은 식별된 구성 요소가 지정된 기능을 수행하는 방식으로 연결되어 있는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 명세서 및 청구범위에서 사용된 단수 요소와 "상기" 요소는 복수의 요소를 포함한다. 마지막으로, "약"이라는 용어가 숫자와 함께 사용된 경우, 숫자의 ±10%를 포함하는 것으로 의도된다. 즉, "약 10"은 9 내지 11을 의미할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 출원을 그 실시예의 상세한 설명에 의해 예시하고 이 실시예를 상당히 상세히 설명하였지만, 첨부된 청구범위를 이러한 상세 사항으로 제한하거나 한정하려고 본 출원인이 의도한 것은 아니다. 본 출원으로부터 이익을 갖는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 추가적인 장점 및 변형이 용이하게 나타날 수 있을 것이다. 따라서, 더 넓은 관점의 본 출원은, 특정 상세, 도시된 예시적인 실시예 또는 언급된 임의의 장치로 제한되지 않는다. 본 발명의 일반적인 개념의 사상과 범위를 벗어나지 않고, 그러한 상세, 예시적인 실시예 및 장치에서 변형이 있을 수 있을 것이다.

Claims

시스템으로서,
상기 시스템은 무선 주파수 신호들을 송신하도록 구성된 관련된 무선 디바이스에 의해 송신되는 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 자가 수확(self-harvest)하도록 구성되고,
상기 시스템은 상기 수집된 무선 주파수 신호를 무선 주파수 신호로부터 상기 무선 디바이스의 충전 요건과 호환가능한 직류 전류 신호로 변환하여 상기 무선 디바이스에 전기적으로 연결된 배터리의 전기 전하를 보충하도록 더 구성된, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 무선 디바이스 내에 내장되거나 또는 상기 무선 디바이스와 일체로 형성되는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 무선 디바이스에 제거가능하게 부착된, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 무선 디바이스에 영구적으로 부착된, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 무선 디바이스에 의해 송신되는 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된 변환 회로 세트;
상기 변환 회로 세트에 전기적으로 연결된 전력 관리 회로 세트로서, 상기 전력 관리 회로 세트는 상기 배터리의 충전 요건들과 호환가능한 직류 전류 전력을 생성하도록 구성된, 상기 전력 관리 회로 세트; 및
상기 전력 관리 회로 세트에 전기적으로 연결된 무선 디바이스 인터페이스를 더 포함하고, 상기 무선 디바이스 인터페이스는 상기 전력 관리 회로 세트에 의해 생성된 상기 직류 전류 전력을 상기 무선 디바이스의 상기 배터리에 전송하도록 구성된, 시스템.
제5항에 있어서, 상기 시스템은 제1 수신 안테나를 더 포함하되, 상기 제1 수신 안테나는 제1 송신 안테나에 근접하여 배치되고, 상기 제1 송신 안테나에 의해 송신되는 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 수집할 수 있는, 시스템.
제5항에 있어서, 상기 변환 회로 세트는 정류기 회로를 포함하는, 시스템.
제7항에 있어서, 상기 변환 회로 세트는 고조파 수확 회로를 더 포함하는, 시스템.
제5항에 있어서, 상기 전력 관리 회로 세트는 DC-DC 변환기, 출력 전압 조정기 및 제어 회로, 및 저장 디바이스를 포함하는, 시스템.
제5항에 있어서, 상기 전력 관리 회로 세트는 출력 전압 레벨 제어 회로를 더 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 무선 디바이스는 애플사에 의해 제조 또는 판매되는 무선 디바이스인, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 무선 디바이스는 삼성에 의해 제조 또는 판매되는 무선 디바이스인, 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제1 수신 안테나는 Wi-Fi 신호를 수신하도록 구성된, 시스템.
제13항에 있어서, 상기 시스템은 무선 주파수 신호를 수신할 수 있는 제2 수신 안테나를 더 포함하고, 상기 제2 수신 안테나는 제2 송신 안테나에 근접하여 배치된, 시스템.
제14항에 있어서, 상기 제2 안테나는 셀룰러 신호를 수신하도록 구성된, 시스템.
관련된 무선 디바이스로부터 에너지를 자가-수확하고, 상기 자가-수확된 에너지를 사용하여 상기 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법으로서:
상기 관련된 무선 디바이스에 의해 송신되는 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 수집하는 단계;
상기 수집된 무선 주파수 신호를 무선 주파수 신호로부터 직류 전류 에너지로 변환하는 단계;
상기 직류 전류 에너지를 상기 관련된 무선 디바이스에 전기적으로 연결된 배터리의 충전 요건과 호환가능한 에너지로 더 변환하는 단계; 및
상기 호환가능한 에너지를 상기 배터리에 추가하기 위해 상기 호환가능한 에너지를 무선 디바이스 인터페이스를 통해 상기 관련된 무선 디바이스의 상기 배터리에 전송하는 단계를 포함하는, 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 수집하는 단계는 수신 안테나를 사용하여 상기 관련된 무선 디바이스에 의해 송신되는 상기 무선 주파수 신호들을 수집하는 단계를 포함하는, 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 제1 변환하는 단계는 정류기 회로를 사용하여 상기 정류기 회로의 출력을 생성하고 상기 정류기 회로의 상기 출력으로부터 나머지 교류 전류 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 제2 변환하는 단계는 상기 정류기 회로의 필터링된 출력의 전력 레벨을 상기 관련된 무선 디바이스의 충전 요건들과 호환가능한 직류 전류 전력 레벨로 변경하는 단계를 포함하는, 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 전력 레벨을 변경하는 단계는,
저장 요소를 충전하는 단계;
상기 저장 요소의 저장 전력 레벨을 결정하는 단계; 및
상기 저장 전력 레벨이 상기 직류 전류 전력 레벨 미만이면, 상기 관련된 무선 디바이스의 상기 배터리로부터 분리하는 단계를 포함하는, 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법.
무선 주파수 에너지 수확 시스템으로서,
무선 주파수 신호들을 수신할 수 있는 제1 수신 안테나로서, 상기 제1 수신 안테나는 제1 송신 안테나에 근접하여 배치된, 상기 제1 수신 안테나;
상기 제1 수신 안테나와 전기적으로 연결된 임피던스 정합 회로;
상기 임피던스 정합 회로에 전기적으로 연결된 변환 회로 세트로서, 상기 변환 회로 세트는 상기 제1 안테나에 의해 수신된 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된, 상기 변환 회로 세트;
상기 변환 회로 세트에 전기적으로 연결된 전력 관리 회로 세트로서, 상기 전력 관리 회로 세트는 DC-DC 변환기, 및 출력 전압 조정기 및 제어 회로를 포함하고, 상기 직류 전류 신호로부터 무선 디바이스 배터리의 배터리 전력을 보충할 수 있는 직류 전류 전력을 생성하도록 구성된, 상기 전력 관리 회로 세트; 및
상기 전력 관리 회로 세트에 전기적으로 연결된 무선 디바이스 인터페이스를 포함하고, 상기 무선 디바이스 인터페이스는 상기 전력 관리 회로 세트에 의해 생성된 상기 직류 전류 전력을 무선 디바이스로 전송하도록 구성된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제21항에 있어서, 상기 변환 회로 세트는 정류기 회로를 포함하는, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제22항에 있어서, 상기 변환 회로 세트는 고조파 수확 회로를 더 포함하는, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제21항에 있어서, 상기 전력 관리 회로 세트는 저장 디바이스를 더 포함하는, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제21항에 있어서, 상기 전력 관리 회로 세트는 출력 전압 레벨 제어 회로를 더 포함하는, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제21항에 있어서, 상기 제1 수신 안테나는 Wi-Fi 신호를 수신하도록 구성된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제26항에 있어서, 상기 시스템은 무선 주파수 신호를 수신할 수 있는 제2 수신 안테나를 더 포함하고, 상기 제2 수신 안테나는 제2 송신 안테나에 근접하여 배치된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제2 안테나는 셀룰러 신호를 수신하도록 구성된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제28항에 있어서, 상기 시스템은 결합된 안테나 출력이 상기 임피던스 정합 회로에 송신되기 전에 상기 제1 안테나의 출력과 상기 제2 안테나의 출력을 결합하도록 구성된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제29항에 있어서, 상기 시스템은 결합된 안테나 출력이 상기 무선 디바이스 인터페이스로 송신되기 전에 상기 제1 안테나의 출력과 상기 제2 안테나의 출력을 결합하도록 구성된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제30항에 있어서, 상기 시스템은,
제2 임피던스 정합 회로;
상기 제2 임피던스 정합 회로에 전기적으로 연결된 제2 변환 회로 세트로서, 상기 제2 변환 회로 세트는 상기 제2 안테나에 의해 수신된 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 제2 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된, 상기 제2 변환 회로 세트; 및
상기 제2 임피던스 정합 회로에 전기적으로 연결된 제2 전력 관리 회로 세트를 더 포함하고, 상기 제2 전력 관리 회로 세트는 제2 DC-DC 변환기, 및 제2 출력 전압 조정기 및 제어 회로를 포함하고, 상기 제2 직류 전류 신호로부터 무선 디바이스 배터리의 배터리 수명을 보충할 수 있는 직류 전류 전력을 생성하도록 구성된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
제21항에 있어서, 상기 시스템은 상기 무선 디바이스 내에 내장된, 무선 주파수 에너지 수확 시스템.
무선 디바이스에 사용되는 케이스로서,
상기 케이스는 에너지 수확 시스템을 포함하고, 상기 에너지 수확 시스템은,
무선 주파수 신호들을 수신할 수 있는 제1 수신 안테나로서, 상기 제1 수신 안테나는 제1 송신 안테나에 근접하여 배치된, 상기 제1 수신 안테나;
상기 제1 수신 안테나와 전기적으로 연결된 임피던스 정합 회로;
상기 임피던스 정합 회로에 전기적으로 연결된 변환 회로 세트로서, 상기 변환 회로 세트는 상기 제1 안테나에 의해 수신되는 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된, 상기 변환 회로 세트; 및
상기 변환 회로 세트에 전기적으로 연결된 전력 관리 회로 세트로서, 상기 전력 관리 회로 세트는 DC-DC 변환기, 및 출력 전압 조정기 및 제어 회로를 포함하고, 상기 직류 전류 신호로부터 무선 디바이스 배터리의 배터리 전력을 보충할 수 있는 직류 전류 전력을 생성하도록 구성된, 상기 전력 관리 회로 세트; 및
상기 전력 관리 회로 세트에 전기적으로 연결된 무선 디바이스 인터페이스를 포함하고, 상기 무선 디바이스 인터페이스는 상기 전력 관리 회로 세트에 의해 생성되는 상기 직류 전류 전력을 무선 디바이스로 전송하도록 구성된, 케이스.
제33항에 있어서, 상기 에너지 수확 시스템은 상기 케이스 내에 내장된, 케이스.
제33항에 있어서, 상기 에너지 수확 시스템은 상기 케이스에 제거가능하게 부착된, 케이스.
제33항에 있어서, 상기 에너지 수확 시스템은 상기 케이스에 고정 부착된, 케이스.
무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법으로서,
배터리를 갖는 상기 무선 디바이스를 제공하는 단계; 및
상기 무선 디바이스의 상기 배터리를 에너지 수확 시스템에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하되,
상기 시스템은,
무선 주파수 신호들을 수신할 수 있는 제1 수신 안테나로서, 상기 제1 수신 안테나는 제1 송신 안테나에 근접하여 배치된, 상기 제1 수신 안테나;
상기 제1 수신 안테나와 전기적으로 연결된 임피던스 정합 회로;
상기 임피던스 정합 회로에 전기적으로 연결된 변환 회로 세트로서, 상기 변환 회로 세트는 상기 제1 안테나에 의해 수신되는 상기 무선 주파수 신호들의 적어도 일부를 직류 전류 신호로 변환하도록 구성된, 상기 변환 회로 세트;
상기 임피던스 정합 회로에 전기적으로 연결된 전력 관리 회로 세트로서, 상기 전력 관리 회로 세트는 DC-DC 변환기, 및 출력 전압 조정기 및 제어 회로를 포함하고, 상기 직류 전류 신호로부터 무선 디바이스 배터리의 배터리 수명을 보충할 수 있는 직류 전류 전력을 생성하도록 구성된, 상기 전력 관리 회로 세트; 및
상기 전력 관리 회로 세트에 전기적으로 연결된 무선 디바이스 인터페이스를 포함하고, 상기 무선 디바이스 인터페이스는 상기 전력 관리 회로 세트에 의해 생성되는 상기 직류 전류 전력을 무선 디바이스로 전송하도록 구성된, 무선 디바이스의 배터리 전력을 보충하는 방법.