KR20170128052A - 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 송신기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력 송신기는, 패치 안테나 및 제 1 기간 동안에는 상기 패치 안테나로 제 1 신호를 출력하고, 제 2 기간 동안에는 상기 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 송수신 처리 모듈을 포함하고, 상기 패치 안테나는 상기 제 1 신호를 이용하여 송신파를 송신하고, 상기 패치 안테나는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 상기 제 2 신호를 상기 송수신 처리 모듈로 출력할 수 있다.

Description

무선 전력 송신기 및 그 제어 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 장치에 무선으로 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 자신이 원하는 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라 최근 IoT (Internet of Thing) 기술의 발달로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 하나로 네트워크화 되고 있다. 이러한 각종 센서들을 원활하게 동작시키기 위해서는 무선 전력 송신 시스템이 필요하다.
무선 전력 송신은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있으며 그 중 전자기파 방식은 다른 방식에 비해 원거리 전력 전송에 보다 유리하다는 장점이 있다.
전자기파 방식은 주로 원거리 전력 전송에 사용되며, 원거리에 있는 전력 수신기의 정확한 위치를 파악하여 전력을 가장 효율적으로 전달하는 것이 관건이다.
종래의 전자기파 방식은, 충전 대상, 예를 들어 전자장치의 위치를 판단하기 위하여 복수의 방향에 대하여 RF(radio frequency) 웨이브(wave)를 형성하여, 전자장치로부터 전력 수신과 관련된 정보를 수신 및 수신된 관련 정보를 이용하여 전자장치의 위치를 판단하는 방법을 사용하였다. 하지만, 복수의 방향에 대한 RF 웨이브 형성 및 전력 관련 정보 수신에 소요되는 시간이 오래 걸린다. 특히 인체 유해성으로 인하여 충전 대상 감지 이전에는 높은 전력을 송신할 수 없다.
특히, 사용자가 소형의 단말기를 들거나 또는 착용한 경우에는, 단말기의 위치가 빈번하게 변경될 수 있다. 이에 따라, 신속한 단말기의 위치 판단이 효율적인 무선 충전의 관건이다. 본 발명의 다양한 실시예는 송신파를 송신하고, 송신파가 반사되어 형성된 반사파를 수신하고, 이를 분석하여 전자 장치의 위치를 신속하게 파악할 수 있는 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다. 아울러, 본 발명의 다양한 실시예는 송신파의 송신 및 반사파의 수신을 신속하게 전환할 수 있는 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기는, 패치 안테나; 및 제 1 기간 동안에는 상기 패치 안테나로 제 1 신호를 출력하고, 제 2 기간 동안에는 상기 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 송수신 처리 모듈을 포함하고, 상기 패치 안테나는 상기 제 1 신호를 이용하여 송신파를 송신하고, 상기 패치 안테나는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 상기 제 2 신호를 상기 송수신 처리 모듈로 출력할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기는, 복수 개의 패치 안테나; 및 상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 1 패치 안테나로 제 1 신호를 입력하고, 상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 2 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 송수신 처리 모듈을 포함하고, 상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 1 패치 안테나는 상기 제 1 신호를 이용하여 송신파를 송신하고, 상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 2 패치 안테나는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 상기 제 2 신호를 상기 송수신 처리 모듈로 출력할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의하여, 송신파를 송신하고, 송신파가 반사되어 형성된 반사파를 수신하고, 이를 분석하여 전자 장치의 위치를 신속하게 파악할 수 있는 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법이 제공될 수 있다. 아울러, 본 발명의 다양한 실시예에 의하여, 송신파의 송신 및 반사파의 수신을 신속하게 전환할 수 있는 무선 전력 송신기가 제공될 수 있다. 이에 따라, 전자 장치 또는 장애물이 신속하게 검출될 수 있다. 아울러, 송신파의 송신 및 반사파의 수신을 모두 수행할 수 있어, 무선 전력 송신기는 다른 무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하여 중계할 수 있으며, 이에 따라 장거리 무선 전력 송신이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 개념도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송수신 처리 모듈의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신 동작 및 수신 동작의 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 형성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신의 타이밍과 수신의 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 형성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 타겟 검출 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 및 수신파를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 무선 전력 송신기의 타겟 검출 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 및 수신파를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작 변경 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작 변경에 따른 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나의 변경을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 배치를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 배치를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 릴레이를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 회로도를 도시한다.
도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 패치 안테나 및 송수신 처리 모듈의 개념도를 도시한다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신기 또는 전자장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스, 게임 콘솔, 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS: global navigation satellite system), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기 또는 전자장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 또는 전자장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 무선 전력 송신기 또는 전자장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템의 개념도를 도시한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 단말기(150,160)에 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 패치 안테나(patch antenna)(111 내지 126)를 포함할 수 있다. 패치 안테나(111 내지 126)는 각각이 RF 웨이브를 발생시킬 수 있는 안테나라면 제한이 없다. 패치 안테나(111 내지 126)가 발생시키는 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나는 무선 전력 송신기(100)에 의하여 조절될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 패치 안테나(111 내지 126) 각각이 발생시키는 RF 웨이브를 서브 RF 웨이브라 명명하도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기(100)는 패치 안테나(111 내지 126)에서 발생되는 서브 RF 웨이브 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 한편, 서브 RF 웨이브들은 서로 간섭될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 지점에서는 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭될 수 있으며, 또 다른 지점에서는 서브 RF 웨이브들이 서로 상쇄 간섭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭될 수 있도록, 패치 안테나(111 내지 126)가 발생하는 서브 RF 웨이브 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에 단말기(150)가 위치한 것을 결정할 수 있다. 여기에서, 단말기(150)의 위치는, 예를 들어 단말기(150)의 전력 수신용 안테나가 위치한 지점일 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 단말기(150)의 위치를 결정하는 구성에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 단말기(150)가 높은 송신 효율로 무선으로 전력을 수신하기 위하여서는, 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭되어야 한다. 이에 따라, 무선 전력 송신기(100)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 서브 RF 웨이브들이 서로 보강 간섭이 되도록 패치 안테나(111 내지 126)를 제어할 수 있다. 여기에서, 패치 안테나(111 내지 126)를 제어한다는 것은, 패치 안테나(111 내지 126)로 입력되는 신호의 크기를 제어하거나 또는 패치 안테나(111 내지 126)로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 제어하는 것을 의미할 수 있다. 한편, 특정 지점에서 RF 웨이브가 보강 간섭되도록 제어하는 기술인 빔-포밍(beam forming)에 대하여서는 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 아울러, 본 발명에서 이용되는 빔-포밍의 종류에 대하여 제한이 없음 또한 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 빔-포밍에 의하여 형성된 RF 웨이브를, 에너지 포켓(pockets of energy)이라 명명할 수도 있다.
이에 따라, 서브 RF 웨이브들에 의하여 형성된 RF 웨이브(130)는 제 1 지점(x1,y1,z1)에서 진폭이 최대가 될 수 있으며, 단말기(150)는 높은 송신 효율로 무선 전력을 수신할 수 있다. 한편, 무선 전력 송신기(100)는 제 2 지점(x2,y2,z2)에 단말기(160)가 위치한 것을 결정할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)는 단말기(160)를 충전하기 위하여 서브 RF 웨이브들이 제 2 지점(x2,y2,z2)에서 보강 간섭이 되도록 패치 안테나(111 내지 126)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 서브 RF 웨이브들에 의하여 형성된 RF 웨이브(140)는 제 2 지점(x2,y2,z2)에서 진폭이 최대가 될 수 있으며, 단말기(160)는 높은 송신 효율로 무선 전력을 수신할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기(100)는 단말기(150,160)의 위치를 결정하고, 결정된 위치에서 서브 RF 웨이브들이 보강 간섭이 되게 하여, 높은 송신 효율로 무선 충전을 수행할 수 있다. 한편, 무선 전력 송신기(100)는 단말기(150,160)의 위치를 정확히 파악하여야만, 높은 송신 효율의 무선 충전이 가능할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 안테나 어레이(210), 송수신 처리 모듈(220), 전력 소스(230) 및 프로세서(240)를 포함할 수 있다.
안테나 어레이(210)는 RF 웨이브를 형성할 수 있다. 안테나 어레이(210)는 각각이 서브 RF 웨이브를 형성할 수 있는 복수 개의 패치 안테나를 포함할 수 있다. 전력 소스(230)로부터 출력된 전력은 송수신 처리 모듈(220)에 의하여 RF 웨이브 형성을 위하여 조절될 수 있다. 송수신 처리 모듈(220)은 안테나 어레이(210)에 포함된 복수 개의 패치 안테나 각각에 연결되는 전력 조절을 위한 복수 개의 소자를 포함할 수 있다. 복수 개의 소자는 예를 들어, 패치 안테나로 입력되는 전기적인 신호의 위상을 조절할 수 있는 위상 쉬프터를 포함할 수 있다. 위상 쉬프터는, 입력받은 전기적인 신호의 위상을 변경시켜 출력할 수 있는 소자라면 제한이 없으며, 예를 들어 HMC642 또는 HMC1113 등이 이용될 수 있다. 또는, 복수 개의 소자는 입력받은 전기적인 신호의 진폭을 조절할 수 있는 증폭기를 포함할 수도 있다. 증폭기는 예를 들어, GBA(Gain Block Amplifier) 등으로 구현될 수도 있다. 여기에서, 신호의 딜레이를 조절한다는 것은, 패치 안테나로부터 발진되는 시점이 조절됨을 의미할 수 있으며, 이는 곧 신호의 위상이 조절된다는 것을 의미할 수도 있다. 안테나 어레이(210)의 패치 안테나 각각은 입력받은 신호를 이용하여 서브 RF 웨이브를 형성할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 프로세서(240)는 서브 RF 웨이브가 특정 지점에서 보강 간섭이 되도록, 송수신 처리 모듈(220)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 서브 RF 웨이브들은 특정 지점에서 보강 간섭이 될 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기는 특정 지점에 대한 전력 송신을 수행할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 안테나 어레이(210)로부터 형성되는 RF 웨이브를 송신파라 명명하도록 한다.
한편, 안테나 어레이(210)의 패치 안테나는 RF 웨이브에 기초하여 신호를 출력할 수도 있다. 패치 안테나는 입력받은 전기적인 신호를 이용하여 RF 웨이브를 형성할 수도 있으며, 주변의 RF 웨이브를 수신하여 전기적인 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 즉, 패치 안테나는 입력받은 신호에 기초하여 RF 웨이브를 형성할 수도 있으며, 또는 RF 웨이브에 기초하여 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 패치 안테나에 인가되는 RF 웨이브의 크기가 변경되면, 패치 안테나로부터 출력되는 신호의 진폭 또한 변경될 수 있다. 이에 따라, RF 웨이브에 대응하는 전기 신호가 패치 안테나로부터 출력될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 안테나 어레이(210)로부터 출력되는 RF 웨이브가 전자 장치 또는 장애물에 의하여 반사되어 다시 패치 안테나로 수신될 수 있다. 전자 장치 또는 장애물 같은 주변의 물체를 타겟이라 명명하도록 한다. 설명의 편의를 위하여, 전자 장치 또는 장애물에 의하여 반사되어 안테나 어레이(210)로 수신되는 RF 웨이브를 반사파 또는 수신파라 명명하도록 한다. 또는, 본 발명의 다양한 실시예에서, 다른 무선 전력 송신기가 RF 웨이브를 형성시킬 수도 있으며, 이 경우의 RF 웨이브는 수신파라 명명하도록 한다.
송수신 처리 모듈(220)은 안테나 어레이(210)로부터 출력되는 신호를 처리하여 프로세서(240)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 송수신 처리 모듈(220)은 패치 안테나로부터 출력되는 신호에 대하여, 필터링, 증폭, 위상 및 진폭 중 적어도 하나의 제어 등을 수행할 수 있으며, 이에 대하여서는 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 프로세서(240)는 송수신 처리 모듈(220)에 의하여 처리된 신호를 이용하여 전자 장치 또는 장애물을 검출할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 의한 프로세서(240)는 전자 장치 또는 장애물이 위치하는 방향 또는 위치를 판단할 수도 있으며, 판단된 정보를 이용하여 추가적인 동작할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나 각각에서 반사파가 수신된 시간의 차이 또는 복수 개의 패치 안테나 각각에서 수신된 반사파의 위상 차이를 이용하여 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 한편, 프로세서(240)는 무선 전력 송신기 전반의 동작 및 무선 전력 송신기에 포함된 하드웨어의 동작을 제어할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
오실레이터(oscillator)(230)는 교류 파형의 신호를 스플리터(splitter)(231)로 제공할 수 있다. 스플리터(231)는 제공받은 신호를 패치 안테나들(211 내지 214)의 개수만큼 스플리트(split)할 수 있다. 스플리터(231)는 스플리트한 신호 각각을 믹서들(251 내지 254) 각각에 전달할 수 있다. 스플리터(231)로부터의 신호들 각각은 믹서들(251 내지 254) 각각을 통하여 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각으로 제공될 수 있다.
송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각은 제공받은 신호를 처리하여 패치 안테나들(211 내지 214) 각각에 제공할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 송수신 처리 모듈들(221 내지 224)은 제공받은 신호의 위상을 조절, 즉 신호에 대한 딜레이를 적용할 수 있다. 또는, 송수신 처리 모듈들(221 내지 224)은 제공받은 신호의 진폭을 조절할 수도 있다. 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각은 프로세서(240)의 제어에 따라 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조절할 수 있으며, 프로세서(240)는 특정 지점에서 빔 포밍되도록 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조절하도록 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각을 제어할 수 있다. 더욱 상세하게, 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각에서 조절하는 위상의 정도는 상이할 수 있으며, 이에 따라 패치 안테나들(211 내지 214) 각각에서 서브 RF 웨이브가 발진되는 시점 또는 발진되는 서브 RF 웨이브의 위상들이 상이하게 조절될 수 있어, 특정 지점 또는 특정 방향에 대한 빔-포밍이 형성될 수 있다.
한편, 프로세서(240)는 추가적인 정보를 더 제공할 수도 있으며, 추가적인 정보는 믹서들(251 내지 254) 각각에 의하여, 스플리터(231)로부터의 신호와 믹싱될 수 있다. 추가적인 정보는 ADC(analog-to-digital converter)(261,263,265,267)에 의하여 아날로그 형태로 변환되어 믹서들(251 내지 254) 각각으로 제공될 수 있다. 믹서들(251 내지 254)는 오실레이터(230)로부터의 신호를 변조하여 송수신 처리 모듈(221 내지 224)로 출력할 수 있다. 또는, 믹서(251 내지 254)는 송수신 처리 모듈(221 내지 224)로부터 출력되는 신호를 복조하여 ADC(262,264,266,268)로 출력할 수도 있다.
패치 안테나들(211 내지 214) 각각은 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각으로부터 제공받은 신호를 이용하여 서브 RF 웨이브들을 형성할 수 있다. 상술한 바에 따라서, 패치 안테나들(211 내지 214)로부터 발진된 서브 RF 웨이브들이 간섭된 RF 웨이브, 즉 송신파(291)가 형성될 수 있다. 송신파(291)는 제 1 기간 동안에 형성될 수 있다. 즉, 오실레이터(230)는 제 1 기간 동안 신호를 스플리터(231)에 제공될 수 있으며, 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각은 제공받은 신호를 송신파(291)의 형성을 위하여 처리할 수 있으며, 패치 안테나들(211 내지 214) 각각은 제공받은 신호를 이용하여 서브 RF 웨이브들을 형성할 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나들(211 내지 214)이 제 1 기간 동안 제공받은 신호를 이용하여 서브 RF 웨이브들을 형성할 수 있다.
송신파(291)는 타겟(290)을 향하여 진행할 수 있으며, 타겟(290)에 의하여 반사된 반사파(292)가 발생될 수 있다. 반사파(292)는 패치 안테나들(211 내지 214)를 향하여 진행될 수 있다. 패치 안테나들(211 내지 214)은 제 2 기간 동안 반사파(292)를 수신할 수 있다. 즉, 패치 안테나들(211 내지 214)은 수신된 반사파(292)를 이용하여 전기적인 신호를 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각으로 출력할 수 있다.
송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각은 입력받은 전기적인 신호를 처리하여 ADC들(262,264,266,268)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각은 입력받은 전기적인 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절하여 ADC들(262,264,266,268)로 제공할 수 있다. 프로세서(240)는 특정 방향의 반사파를 수신하도록 결정할 수 있으며, 이에 따라 송수신 처리 모듈들(221 내지 224) 각각은 입력받은 전기적인 신호에 딜레이를 적용, 즉 전기적인 신호의 위상을 조절할 수 있다. 더욱 상세하게, 프로세서(240)는 타겟(290)의 대략적인 위치를 판단할 수 있으며, 해당 위치로부터 발생하는 반사파(292)를 더욱 정확하게 측정하도록 시도할 수 있다. 이 경우, 프로세서(240)는 타겟(290)의 위치에서 빔-포밍을 수행되는 송신파 형성을 위한 신호들 각각의 위상 조절 정도를 판단할 수 있다. 프로세서(240)는 반사파(292)에 기초하여 패치 안테나들(211 내지 214) 각각이 출력한 전기적인 신호의 위상을 송신파 형성을 위한 위상 조절 정도로 조절할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(240)는 특정 방향으로부터 생성되는 신호, 즉 반사파(292)를 더욱 정확하게 측정할 수도 있다. ADC들(262,264,266,268)은 입력받은 처리된 신호를 디지털 형태로 변환하여 프로세서(240)로 제공할 수 있으며, 프로세서(240)는 변환된 신호를 분석함으로써, 반사파(292)를 분석할 수 있다. 프로세서(240)는 반사파(292)의 분석 결과에 기초하여 타겟(290)의 유무, 타겟(290)의 종류, 타겟(290)의 위치 및 타겟(290)이 위치한 방향 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 무선 전력 송신기는 판단 결과에 따라 추가적인 동작을 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안에는 송신파(291)를 형성시킬 수 있으며, 제 2 기간 동안에는 반사파(292)를 수신하여 분석할 수 있다. 이에 따라, 별 다른 추가적인 장치 없이도 패치 안테나(211 내지 214)만으로 타겟(290)의 유무, 위치, 종류, 방향 등과 같은 타겟 관련 정보를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 패치 안테나(211 내지 214) 중 일부는 송신파 형성을 위하여 동작하도록 제어하며, 나머지 일부는 수신파의 수신을 위하여 동작하도록 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안에 모든 패치 안테나(211 내지 214)가 송신파 형성을 위하여 동작하도록 제어하며, 제 2 기간 동안에 모든 패치 안테나(211 내지 214)가 수신파 수신을 위하여 동작하도록 제어할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
310 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안, RF 웨이브인 송신파를 타겟으로 송신하도록 제어할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 송수신 처리 모듈이 제 1 기간 동안 전력 소스로부터 입력받은 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조절하여 패치 안테나로 제공할 수 있다. 제 1 기간 동안 패치 안테나는 RF 웨이브를 형성함으로써 송신파가 송신될 수 있다.
320 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안, 반사파, 즉 수신파를 수신하도록 제어할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는, 특정 방향으로부터 발진되는 RF 웨이브를 더욱 정확하게 측정하기 위하여 송수신 처리 모듈이 제 2 기간 동안 패치 안테나로부터 출력되는 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조절하여 프로세서로 제공할 수도 있다. 제 2 기간 동안, 프로세서는 제공받은 신호에 기초하여 타겟의 유무, 타겟의 종류, 타겟의 위치 및 타겟이 위치하는 방향 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 더욱 상세하게, 프로세서는 타겟의 대략적인 위치를 판단할 수 있으며, 해당 위치로부터 발생하는 반사파를 더욱 정확하게 측정하도록 시도할 수 있다. 이 경우, 프로세서는 타겟의 위치에서 빔-포밍을 수행되는 송신파 형성을 위한 신호들 각각의 위상 조절 정도 및 진폭 조절 정도 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 프로세서는 반사파에 기초하여 패치 안테나들로부터 출력한 전기적인 신호를 판단한 위상 조절 정도 및 진폭 조절 정도 중 적어도 하나에 기초하여 조절함으로써, 특정 방향으로부터 생성되는 신호, 즉 반사파를 더욱 정확하게 측정할 수도 있다.
330 동작에서, 무선 전력 송신기는 반사파, 즉 수신파의 분석 결과에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 판단된 타겟의 유무, 타겟의 종류, 타겟의 위치 및 타겟이 위치한 방향 중 적어도 하나에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 타겟이 검출된 것으로 판단되면, 무선 전력 송신기가 타겟의 종류를 판단하는 절차를 수행할 수 있거나 또는 무선 충전을 수행할 수 있다. 타겟이 검출되지 않은 것으로 판단되면, 무선 전력 송신기는 타겟의 유무를 판단하기 위하여 310 동작 및 320 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 타겟이 인체로 판단되는 경우에는 무선 전력 송신기는 경고를 알리기 위한 동작을 수행할 수 있다. 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기는, 수신파의 분석 결과에 기초하여 타겟의 형상을 판단할 수 있으며, 타겟의 형상을 미리 저장된 형상과 종류의 대응 관계와 비교함으로써 타겟의 종류를 판단할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 타겟의 종류가 인체인 것으로 판단되면, 경고 메시지를 출력할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 해당 방향으로 RF 웨이브를 형성하지 않도록 제어할 수 있다. 타겟이 충전 가능한 전자 장치로 판단되는 경우에는 무선 전력 송신기는 무선 충전을 수행할 수 있다. 타겟이 장애물로 판단되는 경우에는 무선 전력 송신기는 무선 충전을 수행하지 않으면서, 또 다른 타겟의 유무를 판단하기 위하여 310 동작 및 320 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 타겟의 위치 및 타겟이 위치한 방향 중 적어도 하나가 검출되면, 무선 전력 송신기는 타겟의 위치 및 타겟이 위치한 방향으로 무선 전력을 전송하여 충전을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송수신 처리 모듈의 블록도를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 송수신 처리 모듈은 송신 신호를 입력받을 수 있는 제 1 경로 및 수신 신호를 출력하는 제 2 경로 사이를 스위칭할 수 있는 스위치(401)를 포함할 수 있다. 제 1 기간, 즉 송신파를 형성하는 동안에, 스위치(401)는 송신 신호 입력 단자를 고정 감쇠기(attenuator)(403)에 연결될 수 있다. 스위치(401)는, 예를 들어 전력 소스로부터 출력되는 신호를 고정 감쇠기(403)로 출력할 수 있다. 고정 감쇠기(403)는 입력받은 신호의 진폭을 고정된 크기로 감쇠시켜 증폭기(405)로 출력할 수 있다. 증폭기(405)는 수신된 신호를 증폭하여 스위치(407)로 출력할 수 있다. 스위치(407)는 제 1 기간 동안에는 변동 가능한 감쇠기(409)로 연결될 수 있으며, 제 2 기간 동안에는 증폭기(429)로 연결될 수 있다. 제 1 기간 동안에는 증폭기(405)로부터 출력되는 신호가 변동 가능한 감쇠기(409)로 전달될 수 있다. 증폭기(405)는 GBA(gain block amplifier)로 구현될 수 있다.
변동 가능한 감쇠기(409)는 프로세서 등에 의하여 결정된 크기로 진폭을 감쇠시킬 수 있다. 프로세서는 빔 포밍을 위하여 복수 개의 패치 안테나 각각에 대응하는 신호의 진폭을 결정할 수 있으며, 진폭 조절을 위한 제어 신호를 변동 가능한 감쇠기(409)로 출력할 수 있다. 이 경우, 빔 포밍을 위하여 패치 안테나 별로 입력되는 진폭 감쇠 정도가 상이하게 설정될 수 있다. 변동 가능한 감쇠기(409)는 제어 신호에 따라 제공받은 신호의 진폭을 감쇠시켜 출력할 수 있다. 프로세서(240)는 복수 개의 패치 안테나 각각에 연결되는 송수신 처리 모듈의 변동 가능한 감쇠기 각각의 진폭 감쇠 정도를 상이하게 설정할 수 있으며, 이에 따라 빔 포밍이 수행될 수 있다. 증폭기(411)는 변동 가능한 감쇠기(409)로부터 출력되는 신호를 증폭하여 위상 쉬프터(413)로 출력할 수 있다. 증폭기(411)는 GBA(gain block amplifier)로 구현될 수 있다.
위상 쉬프터(413)는 프로세서 등에 의하여 결정된 위상으로 쉬프팅을 수행할 수 있다. 예를 들어, 위상 쉬프터(413)는 입력되는 신호에 프로세서(240) 등에 의하여 결정된 딜레이를 적용하여 출력할 수 있다. 위상 쉬프터 및 패치 안테나의 개수는 예시적인 것이며, 개수에는 제한이 없다. 위상 쉬프터는 예를 들어 HMC642 또는 HMC1113 등으로 구현될 수 있다. 프로세서는 빔 포밍을 위하여 복수 개의 패치 안테나 각각에 대응하는 신호의 위상 또는 신호에 적용될 딜레이를 결정할 수 있으며, 위상 조절을 위한 제어 신호를 위상 쉬프터(413)로 출력할 수 있다.
위상 쉬프터(413)는 제어 신호에 따라 제공받은 신호의 위상을 조절하여 출력할 수 있다. 프로세서는 복수 개의 패치 안테나 각각에 연결되는 송수신 처리 모듈의 위상 쉬프터 각각의 진폭 감쇠 정도를 상이하게 설정할 수 있으며, 이에 따라 빔 포밍이 수행될 수 있다. 위상이 조절된 신호는 스위치(415)로 출력될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 신호의 위상 및 진폭 중 하나만을 조절하여 빔 포밍을 수행할 수도 있으며, 이 때에는 변동 가능한 감쇠기(409) 또는 위상 쉬프터(413) 중 어느 하나만이 송수신 처리 모듈에 포함될 수도 있다.
스위치(415)는 제 1 기간, 즉 송신 동작에서는 위상 쉬프터(413)를 증폭기(417)에 연결시킬 수 있다. 증폭기(417) 및 증폭기(419)는 위상 쉬프터(413)로부터 출력되는 신호를 증폭시켜 서큘레이터(circulator)(421)로 출력할 수 있다. 증폭기(417)은 DA(drive amplifier)로 구현 가능하며, 증폭기(419)는 HPA(high power amplifier)로 구현 가능하다. 서큘레이터(421)는 패치 안테나의 입력 단자 및 출력 단자를 순환 연결할 수 있다. 예를 들어, 제 1 기간 동안에는 서큘레이터(421)는 증폭기(419)를 패치 안테나의 입력 단자로 연결시킬 수 있으며, 이에 따라 증폭기(419)로부터의 신호가 패치 안테나로 제공될 수 있다. 이 동안, 패치 안테나의 출력 단자와의 연결은 해제될 수 있다. 패치 안테나는 입력된 신호에 기초하여 서브 RF 웨이브를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 변동 가능한 감쇠기(409) 및 위상 쉬프터(413) 중 적어도 하나에 의하여 패치 안테나로 입력되는 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 조절될 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나에서 형성되는 서브 RF 웨이브의 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 조절될 수 있다. 프로세서는 복수 개의 패치 안테나들로부터 형성되는 서브 RF 웨이브들이 특정 지점에서 보강 간섭되도록 변동 가능한 감쇠기(409) 및 위상 쉬프터(413) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 상술한 바에 따라서, 제 1 기간, 즉 송신 동작에서 RF 웨이브, 즉 송신파의 빔 포밍이 수행될 수 있다.
제 2 기간 동안, 즉 수신파를 수신하는 경우에, 서큘레이터(421)는 패치 안테나의 출력 단자를 리미터(limiter)(423)에 연결시킬 수 있다. 제 2 기간 동안에는, 예를 들어 반사파가 패치 안테나에서 수신될 수 있으며, 패치 안테나는 수신되는 반사파에 대응하는 신호를 리미터(423)로 출력할 수 있다. 이 동안, 패치 안테나의 출력 단자가 리미터(423)에 연결될 수 있으며, 패치 안테나의 입력 단자와의 연결은 해제될 수 있다. 리미터(423)는 갑자기 큰 크기의 반사파가 패치 안테나에서 수신되는 경우, 패치 안테나로부터 출력되는 큰 크기의 신호가 다른 하드웨어를 파괴하지 않도록 크기를 감쇠시킬 수 있다. 더욱 상세하게, 과전압 보호 회로(427)는 스위치(425)에 연결될 수 있다. 스위치(425)는 SPST(single-pole, single-throw) 스위치로 구현될 수 있다. 리미터(423)를 통과한 신호의 진폭이 기설정된 임계치를 초과하면, 스위치(425)는 과전압 보호 회로(427)를 리미터(423)에 연결시킴으로써, 리미터(423)로부터의 신호를 접지로 흐르게 제어할 수 있다. 신호의 진폭이 기설정된 임계치 이하라면, 스위치(425)는 리미터(423)를 증폭기(429)에 연결시킴으로써, 필터(423)로부터의 신호는 증폭기(429)로 출력될 수 있다. 증폭기(429)는 LNA(low noise amplifier)로 구현될 수 있다.
한편, 제 2 기간 동안에는, 스위치(407)는 증폭기(429)를 변동 가능한 감쇠기(409)에 연결시킬 수 있다. 특정 방향으로부터의 수신파를 더욱 정확하게 측정하기 위하여, 변동 가능한 감쇠기(409) 및 위상 쉬프터(413) 중 적어도 하나는 제 2 기간 동안에는, 입력받은 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절할 수도 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 특정 지점으로부터 발진되는 RF 웨이브를 수신하도록 변동 가능한 감쇠기(409) 및 위상 쉬프터(413) 중 적어도 하나의 제어 정보를 결정하여, 제어 신호를 전달할 수 있다. 제 2 기간 동안에는 스위치(415)가 위상 쉬프터(413)를 고정 감쇠기(431)에 연결시킬 수 있다. 고정 감쇠기(431)는 입력받은 신호를 감쇠시켜 스위치(401)로 출력할 수 있다. 제 2 기간 동안에는 스위치(401)가 고정 감쇠기(431)를 수신 신호 출력 단자로 연결시킬 수 있으며, 이에 따라 패치 안테나에서 수신되는 RF 웨이브에 대응하는 신호가 프로세서로 제공될 수 있다. 스위치(401,407,415)는 SPDT(Single-pole Double-throw)로 구현될 수 있다.
한편, 구현에 따라서 고정 감쇠기(403,431) 및 증폭기(405,411) 중 적어도 하나는 송수신 처리 모듈에 포함되지 않을 수도 있다.
상기와 같이, 변동 가능한 감쇠기(409), 증폭기(411) 및 위상 쉬프터(413)가 송수신 과정에서 공유될 수 있어, 송수신 처리 모듈(220)의 전체 면적이 감소할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신 동작 및 수신 동작의 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도를 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 기간(501), 제 3 기간(502), 제 5 기간(503) 동안에는 무선 전력 송신기는 송신파를 송신하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는, 전력 소스를 패치 안테나에 연결함으로써, 패치 안테나로부터 송신파가 타겟을 향해 송신되도록 제어할 수 있다. 한편, 제 2 기간(511), 제 4 기간(512) 동안에는 무선 전력 송신기는 수신파를 수신하도록 동작할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는, 전력 소스가 패치 안테나에 연결되지 않도록 제어할 수 있으며, 패치 안테나로부터 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 반사파 또는 수신파를 분석할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 송신 동작을 위한 기간들(501,502,503)은 수신 동작을 위한 기간들(511,512)에 비하여 상대적으로 길게 설정될 수도 있다. 이에 따라, 만약 무선 충전을 수행하는 중이라면, 무선 전력 송신기는 상대적으로 긴 기간 동안 송신파를 송신하도록 동작함으로써 안정적인 무선 충전이 가능할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나들 중 일부는 송신파 형성을 위하여 동작하도록 제어하며, 나머지 일부는 수신파 수신을 위하여 동작하도록 제어할 수도 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 송신파의 형성 및 수신파의 수신을 동시에 수행할 수도 있다.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 형성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기의 복수 개의 패치 안테나(101 내지 116)는 제 1 기간(t1) 동안에 제 1 방향으로 송신파(601)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 6b에서와 같이, 무선 전력 송신기는 제 1 기간(t1) 동안 송신파(601) 형성을 위한 신호(611)를 패치 안테나로 인가할 수 있다. 제 2 기간(t2) 동안 무선 전력 송신기는 반사파 또는 수신파를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나(101 내지 116) 각각 또는 일부에서 출력되는 전기적인 신호를 처리함으로써 반사파 또는 수신파를 분석할 수 있다.
예를 들어, 도 6b에서와 같이, 무선 전력 송신기는 제 2 기간(t2) 동안 패치 안테나로부터 출력되는 신호(621)를 처리하여 분석할 수 있다. 한편, 제 3 기간(t3) 동안에는 복수 개의 패치 안테나(101 내지 116)는 제 2 방향으로 송신파(602)를 형성할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 복수 개의 패치 안테나(101 내지 116) 각각으로 입력되는 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절함으로써 송신파의 형성 방향을 변경할 수 있다. 아울러, 제 4 기간(t4) 동안에 무선 전력 송신기는 수신파를 수신하도록 동작할 수 있다. 아울러, 제 5 기간(t5) 및 제 7 기간(t7) 동안에 무선 전력 송신기는 송신파를 송신하도록 동작하여 제 3 방향으로의 송신파(603) 및 제 4 방향으로의 송신파(604)를 형성할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 시간의 흐름에 따라서 방향을 변경하면서 송신파를 형성하도록 신호(611,612,613,614)를 패치 안테나(101 내지 116)에 인가할 수 있고, 이에 대응하는 반사파들에 대응하여 패치 안테나(101 내지 116)로부터 출력되는 신호(621,622,623,624)를 수신하여 분석할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 복수 개의 방향에 대해 타겟의 배치 여부를 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 형성을 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나의 제 1 그룹(101,105,109,113)을 이용하여 제 1 방향으로 송신파(701)를 형성할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 방향으로의 송신파(701)를 형성하는 동시에 제 2 방향, 제 3 방향 및 제 4 방향 각각으로 송신파들(702,703,704) 각각을 형성하도록 복수 개의 패치 안테나의 제 2 그룹(102,106,110,114), 제 3 그룹(103,107,111,115) 및 제 4 그룹(104,108,112,116)으로 신호를 입력할 수 있다. 무선 전력 송신기는 상대적으로 짧은 거리에서 타겟 검출을 위하여 복수 개의 방향으로 송신파(701 내지 704)를 생성할 수 있다. 한편, 동시에 복수 개의 송신파(701 내지 704)를 형성하는 경우에, 무선 전력 송신기는 송신파(701 내지 704) 각각에 식별 정보를 포함시킬 수 있다. 무선 전력 송신기는 반사파에서 식별 정보를 파악함으로써, 수신된 반사파가 어떠한 송신파에 대응하는 것인지를 판단할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 적응적으로 도 6a에 따른 시간에 따라 송신파의 형성 방향을 변경하는 방식 또는 도 7에 따라 복수 개의 방향으로 송신파를 동시에 형성하는 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 상대적으로 근거리에서 타겟을 검출하는 단계에서는 도 7에 따른 방식으로 동작하고, 상대적으로 원거리에서 타겟을 검출하는 단계에서는 도 6a에 따른 방식으로 동작할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나 중 일부의 패치 안테나(801 내지 809)를 수신파를 수신하기 위하여 동작하도록 결정하고, 나머지 패치 안테나를 송신파를 송신하기 위하여 동작하도록 결정할 수 있다. 무선 전력 송신기는 수신파 수신을 위하여 동작할 패치 안테나(801 내지 809)의 개수를 송신파 송신을 위하여 동작할 패치 안테나의 개수보다 상대적으로 적게 설정할 수도 있다. 도 8에서는 빗금으로 표시한 안테나가 수신파 수신을 위하여 동작할 패치 안테나이며, 복수 개의 점으로 표시한 안테나가 송신파 송신을 위하여 동작할 패치 안테나이다. 예를 들어, 무선 전력 송신기가 무선 충전을 수행하는 도중에는 도 8과 같이 송신파 송신을 위한 패치 안테나 개수를 상대적으로 많이 설정할 수도 있다. 한편, 무선 전력 송신기가 정밀한 타겟 위치를 검출하는 도중에는 수신파 수신을 위한 패치 안테나 개수를 증가시킬 수도 있다. 즉, 송신파 송신을 위한 패치 안테나의 개수 및 수신파 수신을 위한 패치 안테나의 개수는, 무선 전력 송신기의 동작의 목적에 따라 변경될 수도 있다.
수신파 수신을 위한 패치 안테나의 개수가 증가할수록, 분해 능력(resolution)이 증가할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기의 수신파 수신을 위한 패치 안테나의 개수가 상대적으로 많은 경우에, 더욱 정밀한 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 타겟의 유무를 판단하는 과정에서는 수신파 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 상대적으로 적게 설정하고, 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 판단하는 과정에서는 수신파 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 상대적으로 많게 설정할 수 있다. 뿐만 아니라, 타겟의 형상을 검출하는 과정에서는 무선 전력 송신기는 수신파 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 더욱 증가시킬 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안 일부의 패치 안테나(801 내지 809)를 제외한 나머지 패치 안테나에서 송신파가 발진되도록 동작할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안 일부의 패치 안테나(801 내지 809)에서 수신된 반사파를 처리하여, 처리 결과에 따라 동작할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 송신 동작과 수신 동작이 겹치지 않도록 동작할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 무선 전력 송신기는 나머지 패치 안테나에서 송신파가 발진되도록 동작하면서, 동시에 일부의 패치 안테나(801 내지 809)에서 수신된 반사파를 처리하여, 처리 결과에 따라 동작할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 송신 동작과 수신 동작이 겹치도록 동작할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 무선 전력 송신기는 일부의 패치 안테나(801 내지 809)는 특정 기간 동안에만 외부의 RF 웨이브를 수신하여 전기적인 신호를 출력하도록 제어하며, 나머지 패치 안테나는 지속적으로 RF 웨이브를 형성하도록 제어할 수도 있다.
도 8의 실시예에서는, 송신용 패치 안테나와 수신용 패치 안테나가 서로 구분되며, 실질적으로 동시에 동작할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신기가 시분할 방식에 따라 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 동작시킬 수도 있다. 즉, 송신파 송신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 결정된 송신용 패치 안테나로 하여금 RF 웨이브를 형성하도록 제어할 수 있으며, 수신파 수신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 패치 안테나로 입력되는 RF 웨이브를 처리하여 수신파를 분석할 수 있다. 이 경우, 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나는, 도 8과 같이 상이할 수도 있으나, 다양한 실시예에서 패치 안테나들 중 적어도 일부는, 시간에 따라 송신용 패치 안테나로 동작할 수도 있으며, 수신용 패치 안테나로 동작할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
910 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안 송신파를 송신할 수 있다. 920 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안 반사파를 수신할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 일부 패치 안테나는 송신파 송신을 위하여 동작시키고 일부 패치 안테나는 수신파 수신을 위하여 동작시킴으로서, 송신파의 송신 및 반사파의 수신을 실질적으로 동시에 수행할 수도 있다.
930 동작에서, 무선 전력 송신기는 반사파를 분석하여 타겟이 검출되는지 여부를 판단할 수 있다. 타겟이 검출되는지 여부를 판단하는 구성에 대하여서는 도 10 내지 13을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
940 동작에서, 무선 전력 송신기는 타겟의 위치에 대하여 전력을 송신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 반사파를 분석함으로써 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 950 동작에서, 무선 전력 송신기는 타겟으로부터 무선 충전을 수행하기 위한 통신 신호가 수신되는지 여부를 판단할 수 있다. 타겟이 무선 충전을 수행할 수 있는 전자 장치라면, 미리 정해진 절차에 따라 통신 신호를 무선 전력 송신기로 송신할 수 있다. 한편, 타겟이 무선 충전을 수행할 수 없는 인체, 금속 등의 장애물인 경우에는 통신 신호를 송신할 수 없다.
이에 따라, 통신 신호가 수신되지 않으면, 960 동작에서 무선 전력 송신기는 타겟이 장애물인 것으로 판단할 수 있다. 아울러, 통신 신호가 수신되면, 970 동작에서 무선 전력 송신기는 타겟이 충전 대상인 것으로 판단할 수 있다. 타겟이 충전 대상인 것으로 판단되면, 980 동작에서 무선 전력 송신기는 충전 대상에 대하여 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 타겟 검출 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 10의 실시예는 도 11을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 및 수신파를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
1010 동작에서, 예를 들어 도 11에서와 같이, 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안 송신파(1101)를 송신할 수 있다. 1020 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안 반사파(1102)를 수신할 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는 송신파(1101)의 송신 및 반사파(1102)의 수신을 실질적으로 동시에 수행할 수도 있다. 도 11의 실시예에서는, 송신파(1101)의 송신 및 반사파(1102)의 수신 과정 중에 무선 전력 송신기 주변에 벽과 같은 구조물(1110)만이 위치한 것을 상정하도록 한다. 송신파(1101)는 구조물(1110)에 의하여 반사될 수 있으며, 이에 따라 반사파(1102)가 형성될 수 있다.
1030 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 3 기간 동안 송신파(1111)를 송신할 수 있으며, 1040 동작에서 제 4 기간 동안 반사파(1112)를 수신할 수 있다. 도 11의 실시예에서는, 전자 장치(150)가 무선 전력 송신기 근처에 나타나는 경우를 상정하도록 한다. 송신파(1111)는 전자 장치(150)에 의하여 반사될 수 있으며, 이에 따라 전자 장치(150)에 의한 반사파(1112)가 형성될 수 있다. 전자 장치(150)에 의한 반사파(1112)는 구조물(1110)에 의한 반사파와 상이할 수 있다.
1050 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안 수신된 반사파의 분석 결과와 제 4 기간 동안 수신된 반사파의 분석 결과가 차이가 발생하는지 여부를 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전자 장치(150)에 의한 반사파(1112)는 구조물(1110)에 의한 반사파(1102)와 상이할 수 있으므로, 무선 전력 송신기는 송신파(1101,1111)를 형성한 방향에 타겟이 위치한 것으로 판단할 수 있다. 1060 동작에서, 무선 전력 송신기는 타겟이 검출된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 반사파의 분석 결과가 이전과 차이가 나면 해당 방향에서 타겟이 검출되는 것으로 판단할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 무선 전력 송신기의 타겟 검출 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 12의 실시예는 도 13을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신파 및 수신파를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
1210 동작에서, 예를 들어 도 13에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 제 1 기간 동안 송신파(1301)를 송신할 수 있다. 1220 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안 수신용 패치 안테나를 활성화할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나 중 적어도 일부로부터 출력되는 신호를 송수신 처리 모듈로 제공할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는 송신파(1301)의 송신 및 수신용 패치 안테나의 활성화를 실질적으로 동시에 수행할 수 있다.
1230 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 기간 동안 반사파가 검출되는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 13에서와 같이 주변에 타겟이 없는 경우에는, 반사파가 형성되지 않거나, 매우 미약하므로 수신용 패치 안테나로부터 출력되는 신호의 크기가 기설정된 임계치 미만일 수 있다. 만약, 전자 장치(150)가 주변에 위치하면, 반사파(1302)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 수신용 패치 안테나로부터 출력되는 신호의 크기가 기설정됨 임계치 이상일 수 있으며, 무선 전력 송신기는 1240 동작에서 주변에 타겟이 검출된 것으로 판단할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작 변경 과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
1410 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 1 동작을 수행하기로 결정된 경우, 제 1 동작의 수행을 위하여, 복수 개의 패치 안테나들 중 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나를 결정할 수 있다. 1420 동작에서, 무선 전력 송신기는 결정된 송신을 위한 패치 안테나를 이용하여 송신파를 송신하고, 결정된 수신을 위한 패치 안테나를 이용하여 수신파 또는 반사파를 수신할 수 있다.
1430 동작에서, 무선 전력 송신기는 동작 변경 이벤트가 검출되는지를 판단할 수 있다. 동작 변경 이벤트가 검출되면, 1440 동작에서, 무선 전력 송신기는 제 2 동작 수행을 위하여, 복수 개의 패치 안테나들 중 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나를 결정할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 제 1 동작을 위한 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 개수는, 제 2 동작을 위한 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 개수와 상이할 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신기는, 다양한 동작에 따라서 적응적으로 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 변경할 수 있다. 1450 동작에서, 무선 전력 송신기는 결정된 송신을 위한 패치 안테나를 이용하여 송신파를 송신하고, 결정된 수신을 위한 패치 안테나를 이용하여 수신파를 수신할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기는 타겟 유무를 검출하는 동작으로부터 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 검출하는 동작으로 전환할 수 있다. 이 경우에, 동작 변경 이벤트는, 타겟의 검출일 수 있다. 상술한 바와 같이, 타겟의 유무를 검출하는 동작보다, 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 검출하는 동작에서 더욱 높은 해상 능력(resolution)이 요구될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 이전보다 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기는 타겟 유무를 검출하는 동작 또는 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 검출하는 동작으로부터, 타겟의 종류 또는 형상을 검출하는 동작으로 전환할 수 있다. 이 경우에, 동작 변경 이벤트는, 타겟의 검출 또는 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나의 검출일 수 있다. 상술한 바와 같이, 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 검출하는 동작보다, 타겟의 종류 또는 형상을 검출하는 동작에서 더욱 높은 해상 능력(resolution)이 요구될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 이전보다 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신 동작으로부터 무선 전력 수신 동작으로 전환할 수 있다. 이 경우에, 동작 변경 이벤트는, 무선 전력 수신을 명령하는 사용자 입력 또는 다른 전자 장치로부터의 무선 전력 수신 명령의 수신 등일 수 있다. 무선 전력 송신기는, 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 증가시킴으로써, 보다 효율적인 무선 충전을 수행할 수 있다. 한편, 무선 전력 수신 동작으로부터 무선 전력 송신 동작으로 전환된 경우에는, 무선 전력 송신기는 송신을 위한 패치 안테나의 개수를 증가시킴으로써, 보다 효율적인 무선 충전을 수행할 수 있다.
상술한 바에 따라서, 송신을 위한 패치 안테나 중 적어도 일부는 수신을 위한 패치 안테나로 전환될 수 있다. 서큘레이터는 패치 안테나의 입력 단자로의 연결을 해제하고, 패치 안테나의 출력 단자와 전력 송수신 처리 모듈을 연결함으로써, 패치 안테나 중 적어도 일부의 동작을 송신을 위한 동작으로부터 수신을 위한 동작으로 전환시킬 수 있다. 한편, 수신을 위한 동작으로부터 송신을 위한 동작으로 전환되는 경우에는, 서큘레이터는 패치 안테나의 입력 단자를 전력 송수신 처리 모듈에 연결하고, 패치 안테나의 출력 단자로의 연결을 해제할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 15의 실시예는 도 16을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작 변경에 따른 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나의 변경을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
1510 동작에서, 무선 전력 송신기는 검출 동작에 따라서, 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 16의 (a)에서와 같이, 무선 전력 송신기는 81개의 패치 안테나 중 4개의 패치 안테나를 수신을 위한 패치 안테나로 결정하고 나머지 패치 안테나를 송신을 위한 패치 안테나로 결정할 수 있다. 검출, 즉 타겟의 유무를 판단하기 위하여 상대적으로 적은 숫자의 패치 안테나가 수신용 패치 안테나로 미리 설정될 수 있다. 도 16에서는 빗금으로 표시한 안테나가 수신을 위하여 동작할 패치 안테나이며, 복수 개의 점으로 표시한 안테나가 송신을 위하여 동작할 패치 안테나이다.
1520 동작에서, 무선 전력 송신기는 결정된 송신을 위한 패치 안테나를 이용하여 송신파를 송신하고, 결정된 수신을 위한 패치 안테나를 이용하여 수신파를 수신할 수 있다. 1530 동작에서, 무선 전력 송신기는 타겟이 검출되는지 여부를 판단할 수 있다.
타겟이 검출되면, 1540 동작에서, 무선 전력 송신기는 수신을 위한 패치 안테나 및 송신을 위한 패치 안테나 중 적어도 하나의 개수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 타겟의 종류 또는 형상을 판단하거나 또는 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나를 검출하기 위하여 도 16의 (b)와 같이 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 증가시킬 수 있다. 또는, 무선 전력 송신기는 동적 타겟의 위치를 검출하기 위하여 도 16의 (c) 또는 (d)와 같이 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 증가시킬 수 있다.
1550 동작에서, 무선 전력 송신기는 타겟의 위치 및 종류 중 적어도 하나를 감지할 수 있다. 타겟의 위치 및 종류 중 적어도 하나가 감지되면, 1560 동작에서, 무선 전력 송신기는 타겟의 위치 및 종류 중 적어도 하나에 대응하여 동작할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는, 수신파를 수신하는 패치 안테나의 개수, 수신파를 수신하는 패치 안테나의 위치 및, 패치 안테나에서 수신된 수신파의 세기 중 적어도 하나를 이용하여 타겟의 위치 및 종류 중 적어도 하나를 감지할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는, 타겟의 형상에 따라 타겟의 종류를 판단할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 반사파의 분석 결과에 기초하여 타겟의 형상을 판단할 수 있으며, 타겟의 형상을 미리 저장된 형상과 종류의 대응 관계와 비교함으로써 타겟의 종류를 판단할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 타겟의 종류가 인체인 것으로 판단되면, 경고 메시지를 출력할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 타겟의 종류가 전자 장치인 것으로 판단되면, 충전을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신기는, 감지된 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나에 기초하여, 타겟으로 송신파를 형성함으로써 충전을 수행할 수 있다.
도 16의 실시예에서는, 송신용 패치 안테나와 수신용 패치 안테나가 서로 구분되며, 실질적으로 동시에 동작할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신기가 시분할 방식에 따라 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 동작시킬 수도 있다. 즉, 송신파 송신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 결정된 송신용 패치 안테나로 하여금 RF 웨이브를 형성하도록 제어할 수 있으며, 수신파 수신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 패치 안테나로 입력되는 RF 웨이브를 처리하여 수신파를 분석할 수 있다. 이 경우, 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나는, 도 16과 같이 상이할 수도 있으나, 다양한 실시예에서 패치 안테나들 중 적어도 일부는, 시간에 따라 송신용 패치 안테나로 동작할 수도 있으며, 수신용 패치 안테나로 동작할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 배치를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.도 17에서는 빗금으로 표시한 안테나가 수신을 위하여 동작할 패치 안테나이며, 복수 개의 점으로 표시한 안테나가 송신을 위하여 동작할 패치 안테나이며, 내부에 아무런 표시가 없는 안테나는 송수신 동작 모두 수행하지 않도록 설정된 안테나이다.
도 17의 (a)는 타겟의 유무를 검출하는 경우의 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 도시한다. 한편, 무선 전력 송신기는 복수 개의 패치 안테나들 중 일부를 송신 및 수신도 수행하지 않도록 설정할 수도 있다. 도 17의 (b)는 타겟이 충전 대상으로 판단된 경우로, 충전 대상이 하나인 경우를 도시한다. 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 송신용 패치 안테나의 개수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 충전 대상의 위치에 대응하여 송신용 패치 안테나의 개수를 증가시킬 수도 있다. 도 17의 (c)는 타겟이 충전 대상으로 판단된 경우로, 충전 대상이 복수 개인 경우를 도시한다. 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 송신용 패치 안테나의 개수를 증가시킬 수 있다. 도 17의 (c)는 도 17의 (b)와 비교하여 송신용 패치 안테나의 개수가 더 많을 수 있으며, 이는 더욱 많은 수의 충전 대상에 전력을 송신하기 위함이다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신기가 시분할 방식에 따라 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 동작시킬 수도 있다. 즉, 송신파 송신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 결정된 송신용 패치 안테나로 하여금 RF 웨이브를 형성하도록 제어할 수 있으며, 수신파 수신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 패치 안테나로 입력되는 RF 웨이브를 처리하여 수신파를 분석할 수 있다. 이 경우, 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나는, 도 17과 같이 상이할 수도 있으나, 다양한 실시예에서 패치 안테나들 중 적어도 일부는, 시간에 따라 송신용 패치 안테나로 동작할 수도 있으며, 수신용 패치 안테나로 동작할 수도 있다.
도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
1810 동작에서, 무선 전력 송신기는 전력 송신 동작에 따라서 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나를 결정할 수 있다. 1820 동작에서, 무선 전력 송신기는 결정된 송신을 위한 패치 안테나를 이용하여 송신파를 송신하고, 결정된 수신을 위한 패치 안테나를 이용하여 수신파를 수신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 일부의 패치 안테나를 다른 전자 장치로 송신파를 형성하도록 동작하면서, 다른 일부의 패치 안테나는 다른 무선 전력 송신기로부터 RF 웨이브, 즉 수신파를 수신하도록 동작할 수 있다. 무선 전력 송신기는 수신을 위한 패치 안테나로부터 출력되는 신호를 처리하여 배터리 등에 저장할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 전력의 송신 및 전력의 수신을 모두 수행할 수 있다. 전력 송신 동작 중에는 무선 전력 송신기는 송신을 위한 패치 안테나를 통하여 송신파를 송신하도록 제어할 수 있다.
1830 동작에서, 무선 전력 송신기는 전력 수신 동작으로 변경되는지 여부를 판단할 수 있다. 동작의 변경이 검출되면, 1840 동작에서, 무선 전력 송신기는 전력 수신 동작에 따라서 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나를 결정할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 수신을 위한 패치 안테나의 개수를 증가시킬 수 있다. 1850 동작에서, 무선 전력 송신기는 결정된 송신을 위한 패치 안테나를 이용하여 송신파를 송신하고, 결정된 수신을 위한 패치 안테나를 이용하여 수신파를 수신할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신기는 결정된 수신을 위한 패치 안테나를 이용하여 수신파만을 수신할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 송신을 위한 패치 안테나 및 수신을 위한 패치 안테나의 배치를 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 도 19에서는 빗금으로 표시한 안테나가 수신을 위하여 동작할 패치 안테나이며, 복수 개의 점으로 표시한 안테나가 송신을 위하여 동작할 패치 안테나이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 안테나 어레이의 좌측 부분에 위치하는 복수 개의 패치 안테나(1910) 중에서 송신을 위한 패치 안테나가 수신을 위한 패치 안테나보다 상대적으로 많도록 설정할 수 있다. 복수 개의 패치 안테나의 좌측 일부는 다른 전자 장치에 무선 전력 송신을 위하여 송신파를 형성할 수 있다. 무선 전력 송신기는 안테나 어레이의 우측 부분에 위치하는 복수 개의 패치 안테나(1920) 중에서 수신을 위한 패치 안테나가 송신을 위한 패치 안테나보다 상대적으로 많도록 설정할 수 있다. 복수 개의 패치 안테나의 우측 일부는 다른 무선 전력 송신기로부터 수신파를 수신하여 신호를 출력할 수 있다.
도 19의 실시예에서는, 송신용 패치 안테나와 수신용 패치 안테나가 서로 구분되며, 실질적으로 동시에 동작할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서는, 무선 전력 송신기가 시분할 방식에 따라 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나를 동작시킬 수도 있다. 즉, 송신파 송신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 결정된 송신용 패치 안테나로 하여금 RF 웨이브를 형성하도록 제어할 수 있으며, 수신파 수신을 위한 기간 동안에는, 무선 전력 송신기는 패치 안테나로 입력되는 RF 웨이브를 처리하여 수신파를 분석할 수 있다. 이 경우, 송신용 패치 안테나 및 수신용 패치 안테나는, 도 19와 같이 상이할 수도 있으나, 다양한 실시예에서 패치 안테나들 중 적어도 일부는, 시간에 따라 송신용 패치 안테나로 동작할 수도 있으며, 수신용 패치 안테나로 동작할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 릴레이를 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 참고로, 본 실시예에서 기재되는 제1 외부 안테나(2001)과 제2 외부 안테나(2002)는 복수의 패치 안테나를 포함하는 어레이 안테나이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(100)는 제 1 외부 안테나(2001)로부터 형성되는 RF 웨이브(2011)를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는 제 1 외부 안테나(2001)와 d1만큼 떨어져 있을 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는 수신된 RF 웨이브(2011)를 처리하여 획득된 전력을 저장 장치(2020)에 저장할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는 제 2 외부 안테나(2002)를 향하여 RF 웨이브(2012)를 형성할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는 제 2 외부 안테나(2002)와 d2만큼 떨어져 있을 수 있다. 이에 따라, 제 1 외부 안테나(2001)로부터의 전력이 무선 전력 송신기(100)를 통하여 제 2 외부 안테나(2002)로 릴레이될 수 있다. 제 1 외부 안테나(2001) 및 제 2 외부 안테나(2002)가 무선 전력이 송신될 수 없는 d3만큼 떨어져 있더라도, 릴레이를 통하여 원거리 전력 전송이 가능할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 수신된 전력을 RF 방식과 상이한 다른 방식, 예를 들어 공진 방식 또는 유도 방식으로 다른 전자 장치로 릴레이할 수도 있다. 이 경우에, 무선 전력 송신기는 RF 방식으로 무선 전력을 수신하기 위한 구조 이외에, 공진 방식 또는 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송할 수 있는 구조를 포함할 수 있다.
도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
전력을 수신 중에는, 패치 안테나(211 내지 214)는 RF 웨이브를 수신하여, 수신된 RF 웨이브를 전력으로 변환하여 송수신 처리 모듈(221 내지 224)로 출력할 수 있다. 송수신 처리 모듈(221 내지 224)는 수신된 전력을 저장에 적합하도록 처리하여 콤바이너(combiner)(270)로 출력할 수 있다. 콤바이너(270)는 송수신 처리 모듈(221 내지 224)로부터 제공받은 처리된 전력을 취합하여 DC-DC 컨버터(275)로 출력할 수 있다. DC-DC 컨버터(275)는 콤바이너(270)로부터의 취합된 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 차저(280)로 출력할 수 있다. 차저(280)는 입력받은 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 조절하여 배터리(290)로 출력할 수 있으며, 배터리(290)는 조절된 전력을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 회로도를 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 패치 안테나로부터 출력된 신호를 필터(423)를 통하여 필터링되고, 바이패스필터(bypass filter)(2210)를 통하여 필터링 되어 정류기(2220)로 제공될 수 있다. 정류기(2220)는 필터링되어 입력된 신호를 DC 파형으로 정류하여 콤바이너(270)로 출력할 수 있다.
도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 패치 안테나 및 송수신 처리 모듈의 개념도를 도시한다. 도 23의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 패치 안테나(2311)는 가장 상부에 위치할 수 있으며, 기판(2310) 상에 배치될 수 있다. 한편, 송신용 기판(2320)은 패치 안테나(2311)의 기판(2310)의 하부에 배치될 수 있으며, 송신용 기판(2320) 상에는 송신을 위한 하드웨어(2321,2322)가 배치될 수 있다. 한편, 수신용 기판(2330)은 송신용 기판(2320)의 하부에 배치될 수 있으며, 수신용 기판(2320) 상에는 수신을 위한 하드웨어(2331,2332,2333)가 배치될 수 있다. 한편, 송신파의 송신 및 수신파의 수신에 모두 이용되는 하드웨어는 송신용 기판(2320) 및 수신용 기판(2330)에 분배되어 배치될 수 있다. 한편, 수신용 기판(2330)에는 입출력 단자(2441,2442)가 연결될 수 있다. 패치 안테나(2311), 송신을 위한 하드웨어(2321,2322) 및 수신을 위한 하드웨어(2331,2332,2333)는 각각 비아 홀(via hole)을 통하여 연결될 수 있어, 타일 형태의 통합 모듈이 구현될 수 있다. 도 23의 (c)는 실제 구현의 조감도를 도시한다. 일체형 모듈(2340)의 하부에는 디지털 제어 보드(2350)가 연결될 수 있다. 상술한 바에 따라, 전체 모듈의 2차원적인 크기가 감소할 수 있으며, 전체 시스템의 크기가 감소할 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 범위는, 본 개시의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. 무선 전력 송신기에 있어서,
    패치 안테나; 및
    제 1 기간 동안에는 상기 패치 안테나로 제 1 신호를 출력하고, 제 2 기간 동안에는 상기 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 송수신 처리 모듈
    을 포함하고,
    상기 패치 안테나는 상기 제 1 신호를 이용하여 송신파를 송신하고, 상기 패치 안테나는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 상기 제 2 신호를 상기 송수신 처리 모듈로 출력하는 무선 전력 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신 처리 모듈은, 상기 제 1 기간 동안에 상기 송수신 처리 모듈을 상기 패치 안테나의 입력 단자로 연결하고, 상기 제 2 기간 동안에 상기 송수신 처리 모듈을 상기 패치 안테나의 출력 단자로 연결하는 서큘레이터(circulator)를 포함하는 무선 전력 송신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 신호를 분석하여 타겟의 유무, 상기 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나, 상기 타겟의 종류, 상기 타겟의 형상 중 적어도 하나를 판단하는 프로세서
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 이전 시간 구간에 상기 패치 안테나로부터 출력되는 신호와 상기 제 2 신호가 차이가 발생한 것으로 판단되거나 또는 상기 제 2 신호의 크기가 기설정된 임계치 이상인 것으로 판단되면, 상기 타겟이 위치하는 것으로 판단하는 무선 전력 송신기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신 처리 모듈은, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 위상을 조절하기 위한 위상 쉬프터 및 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 크기를 조절하기 위한 감쇠기 중 적어도 하나를 포함하는 무선 전력 송신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    신호를 출력하는 오실레이터; 및
    상기 신호를 변조하거나 또는 상기 제 2 신호를 복조하는 믹서
    를 더 포함하고,
    상기 송수신 처리 모듈은,
    상기 제 1 기간 동안에는 상기 믹서로부터 수신되는 변조된 신호를 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나에 연결하고, 상기 제 2 기간 동안에는 상기 제 2 신호를 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나에 연결하는 제 1 스위치; 및
    상기 제 1 기간 동안에는 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나로부터 출력되는 조절된 신호를 상기 패치 안테나로 연결하고, 상기 제 2 기간 동안에는 상기 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나로부터 출력되는 조절된 신호를 상기 믹서로 연결하는 제 2 스위치
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    프로세서;
    상기 제 1 기간 동안에, 상기 프로세서로부터의 데이터를 아날로그 신호로 변환하여, 상기 믹서로 제공하는 제 1 ADC(analog-to-digital converter); 및
    상기 제 2 기간 동안에, 상기 믹서로부터 제공되는 복조된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여, 상기 프로세서로 제공하는 제 2 ADC
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  8. 무선 전력 송신기에 있어서,
    복수 개의 패치 안테나; 및
    상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 1 패치 안테나로 제 1 신호를 입력하고, 상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 2 패치 안테나로부터 출력되는 제 2 신호를 처리하는 송수신 처리 모듈
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 1 패치 안테나는 상기 제 1 신호를 이용하여 송신파를 송신하고, 상기 복수 개의 패치 안테나 중 제 2 패치 안테나는 외부로부터 수신되는 수신파를 이용하여 상기 제 2 신호를 상기 송수신 처리 모듈로 출력하는 무선 전력 송신기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 송수신 처리 모듈은 제 1 기간 동안 상기 제 1 패치 안테나로 상기 제 1 신호를 입력하고, 제 2 기간 동안 상기 제 2 패치 안테나로부터 상기 제 2 신호를 수신하여 처리하는 무선 전력 송신기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 패치 안테나는 상기 제 2 패치 안테나와 동일하거나 또는 상이한 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 패치 안테나는 상기 제 2 패치 안테나와 상이하고,
    상기 송수신 처리 모듈은 상기 제 1 패치 안테나로 상기 제 1 신호를 입력하는 것과 실질적으로 동시에 제 2 기간 동안 상기 제 2 패치 안테나로부터 상기 제 2 신호를 수신하여 처리하는 무선 전력 송신기.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 신호를 분석하여 타겟의 유무, 상기 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나, 상기 타겟의 종류, 상기 타겟의 형상 중 적어도 하나를 판단하는 프로세서
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 이전 시간 구간에 상기 제 2 패치 안테나로부터 출력되는 신호와 상기 제 2 신호가 차이가 발생한 것으로 판단되거나 또는 상기 제 2 신호의 크기가 기설정된 임계치 이상인 것으로 판단되면, 상기 타겟이 위치하는 것으로 판단하는 무선 전력 송신기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 타겟이 위치하는 것으로 판단되면, 상기 제 1 패치 안테나의 개수 및 상기 제 2 패치 안테나의 개수 중 적어도 하나를 조절하고, 상기 조절 이후에 상기 제 1 패치 안테나로 제 3 신호를 입력하도록 상기 송수신 처리 모듈을 제어하고, 상기 제 2 패치 안테나로부터 제 4 신호를 수신하여 처리하도록 상기 송수신 처리 모듈을 제어하고, 상기 제 4 신호의 분석 결과에 기초하여 상기 타겟의 위치 및 방향 중 적어도 하나, 상기 타겟의 종류 및 상기 타겟의 형상 중 적어도 하나를 판단하는 무선 전력 송신기.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 타겟으로부터 통신 신호가 수신되는 것으로 판단되면 상기 타겟이 충전 대상인 것으로 판단하고, 상기 타겟으로부터 상기 통신 신호가 수신되지 않는 것으로 판단되면 상기 타겟이 장애물인 것으로 판단하는 무선 전력 송신기.
  16. 제 8 항에 있어서,
    제 1 동작에 대응하여 상기 제 1 패치 안테나의 개수 및 상기 제 2 패치 안테나의 개수를 설정하고, 상기 제 1 동작으로부터 제 2 동작으로 전환되면, 상기 제 1 패치 안테나의 개수 및 상기 제 2 패치 안테나의 개수 중 적어도 하나를 조절하는 프로세서
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 송수신 처리 모듈은, 상기 제 2 신호를 상기 송수신 처리 모듈로 출력한 이후에, 상기 제 1 패치 안테나 중 일부의 패치 안테나로 제 3 신호를 입력하고, 상기 제 2 패치 안테나와 상기 제 1 패치 안테나 중 나머지 패치 안테나로부터 출력되는 제 4 신호를 처리하는 무선 전력 송신기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 송수신 처리 모듈은, 상기 나머지 패치 안테나의 입력 단자로의 연결을 해제하고, 상기 나머지 패치 안테나의 출력 단자로 연결하도록 하는 서큘레이터(circulator)를 포함하는 무선 전력 송신기.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 송수신 처리 모듈은, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 위상을 조절하기 위한 위상 쉬프터 및 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 크기를 조절하기 위한 감쇠기 중 적어도 하나를 포함하는 무선 전력 송신기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    신호를 출력하는 오실레이터; 및
    상기 신호를 변조하거나 또는 상기 제 2 신호를 복조하는 믹서
    를 더 포함하고,
    상기 송수신 처리 모듈은,
    상기 믹서로부터 수신되는 변조된 신호를 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나에 연결하거나 또는, 상기 제 2 신호를 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나에 연결하는 제 1 스위치; 및
    상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나로부터 출력되는 조절된 신호를 상기 제 1 패치 안테나로 연결하거나 또는, 상기 위상 쉬프터 및 상기 감쇠기 중 적어도 하나로부터 출력되는 조절된 신호를 상기 믹서로 연결하는 제 2 스위치
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    프로세서;
    상기 프로세서로부터의 데이터를 아날로그 신호로 변환하여, 상기 믹서로 제공하는 제 1 ADC(analog-to-digital converter); 및
    상기 믹서로부터 제공되는 복조된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여, 상기 프로세서로 제공하는 제 2 ADC
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
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