KR20200059587A - 마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치 - Google Patents

마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치 Download PDF

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    • 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
    • H02J50/23—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of transmitting antennas, e.g. directional array antennas or Yagi antennas

Abstract

본 발명은 마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 방법은, 복수의 안테나가 구비된 송신장치가 마이크로파 전력 전송을 위한 방법에 있어서, 각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 이용하여 신호를 송신하는 단계, 상기 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 전송계수를 기반으로 빔포밍을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치{METHOD AND APPARATUS FOR MICROWAVE POWER TRANSMITTING AND METHOD AND APPARATUS FOR MICROWAVE POWER RECEIVING}
본 발명은 마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나 활성패턴에 해당하는 시험전송전압을 통해 송신장치의 안테나로부터 신호를 방사하고, 수신장치에서는 수신전력 측정값을 도출하여 전송계수를 추정하는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치에 관한 것이다.
제 4차 산업혁명이라는 말에 걸맞게 사회는 빠른 속도로 초연결(hyperconnectivity), 초지능(superintelligence)화 되고 있으며, 수많은 IoT(사물인터넷) 기기들이 일상생활 속에 배치되고 있다. 머지않아 더 많은 수의 IoT장치들이 개발 및 상용화될 것이고, IoT 기기들에 대한 충분한 전원공급이 큰 이슈가 되고 있다. 설치비용 및 유지 관리 측면에 있어 유선전원 또는 배터리 교체방식의 효율성은 현저히 떨어지며 이에 대한 해결책으로 무선전력전송에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 전력전송 분야에 있어서도 특히 마이크로파 전력전송 기술은 원거리에 위치한 전자 장비에 무선으로 전력을 전송할 수 있어 IoT 기기들의 충전에 좀 더 적합한 기술로 각광받고 있다.
마이크로파 전력전송 기술의 가장 큰 도전 과제는 전송되는 전자기파를 어떻게 작은 수신점에 집중시키는가에 있다. 에너지 빔포밍을 통해 종단 간 효율성을 높이는 것이 마이크로파 전력전송의 핵심 기술이고, 송신장치에 다수의 안테나로 구성된 안테나 배열을 사용하여 각 안테나의 위상을 적응적으로 조절함으로써 수신장치에 전력을 집중시킬 수 있다.
에너지 전송의 효율을 높이는 기법 중의 하나로 송신장치의 모든 안테나로부터 수신장치의 안테나까지의 전송계수(채널이득)을 추정하는 연구가 활발히 진행되어 왔다. 수신장치에서 보낸 마이크로파 신호를 송신단에서 측정하여 수신방향측정(DOA: Direction of Arrival)를 통해 채널 이득을 측정하는 시간역전 기법에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 또 다른 방법으로는 수신장치에서 측정되는 수신전력의 크기 증감 여부에 따라 해석하는 기법이 있다.
그러나, 종래의 방법중 채널이득 추정을 통한 송수신 전력해석은 매우 복잡한 하드웨어 구조를 요구한다. 구체적으로, 송신장치에 위상 검출기가 필요하며 수신장치에도 마이크로파 신호를 전송하기 위한 회로가 요구되고, 마이크로파 신호발생을 위한 전력증폭기를 갖춘 국부 발진기(local oscillator)와 위상 동기 루프(phase-locked loop) 같은 능동 회로소자가 요구되며, 이는 수신장치에서의 에너지 소모를 크게 증가시키는 단점이 있다.
또한, 수신전력 크기 증가 유무에 기반한 분석은 과도하게 복잡한 계산과정으로 속도가 느려 지속적인 사용에 무리가 있다.
이와 관련 선행기술로는 대한민국등록특허 제10-1829625호(발명의 명칭: 데이터와 전력을 무선으로 동시에 전송하는 방법 및 이를 이용한 송신 장치와 수신 장치)가 있다.
본 발명의 목적은 먼 거리에 위치한 낮은 감도의 전력측정기로 전력을 측정하여 전력 계수를 추정할 수 있는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 송신 안테나 수의 제곱에 비례하는 계산 복잡도만으로 전송계수를 추정할 수 있는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법 및 송신장치와 마이크로파 전력 수신을 위한 방법 및 수신장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 방법은, 복수의 안테나가 구비된 송신장치가 마이크로파 전력 전송을 위한 방법에 있어서, 각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 이용하여 신호를 송신하는 단계, 상기 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 전송계수를 기반으로 빔포밍을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 안테나 활성 패턴은, 상기 복수의 안테나 각각이 독립적이고, 한번에 절반 이상의 안테나가 활성화되는 패턴일 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 안테나가 N개로 이루어진 경우, 상기 시험전송전압은, 상기 안테나 활성 패턴에 기반하여 설계된 서로 다른
Figure pat00001
개의 시험전송전압 벡터일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전송계수는, 수신장치로부터 상기 시험전송전압에 의해 측정된 수신전력 측정값을 수신하고, 상기 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하며, 상기 추정된 상대전송계수 벡터로부터 추정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상대전송계수 벡터(
Figure pat00002
)는 아래 수학식에 의해 추정될 수 있다.
[수학식]
Figure pat00003
여기서, P는 송신장치 각 안테나 소자의 최대전송전력,
Figure pat00004
는 수신전력 측정값 벡터, B는
Figure pat00005
크기의 안테나 활성패턴, N은 송신장치의 안테나 개수,
Figure pat00006
는 전력-전송계수 전환 행렬일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전송계수는, 수신장치로부터 수신된 값일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 전력 수신을 위한 방법은, 수신장치가 마이크로파 전력 수신을 위한 방법에 있어서, 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 수신하는 단계, 각 시험전송전압으로부터 수신전력을 각각 측정하는 단계, 상기 측정된 수신전력 측정값을 송신장치로 전송하거나 또는 상기 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 전송계수를 추정하는 단계는, 각 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하는 단계, 상기 상대전송계수 벡터로부터 전송계수 벡터를 추정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 상대전송계수 벡터(
Figure pat00007
)는 아래 수학식에 의해 추정될 수 있다.
[수학식]
Figure pat00008
여기서, P는 송신장치 각 안테나 소자의 최대전송전력,
Figure pat00009
는 수신전력 측정값 벡터, B는
Figure pat00010
크기의 안테나 활성패턴, N은 송신장치의 안테나 개수,
Figure pat00011
는 전력-전송계수 전환 행렬일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 송신장치는, 복수의 안테나, 각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 이용하여 신호를 상기 복수의 안테나를 통해 송신하고, 상기 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 상대전송계수 벡터를 기반으로 전송계수를 추정하는 제어부, 상기 추정된 전송계수에 기초하여 상기 복수의 안테나가 전송할 신호를 생성하는 신호 생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 안테나는, 위상배열안테나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 전력 수신을 위한 수신장치는, 송신 장치의 복수의 안테나들로부터 신호를 수신하는 에너지 수신 안테나, 상기 송신 장치와 데이터 통신을 수행하는 통신 안테나, 상기 에너지 수신 안테나를 통해 수신된 시험전송전압에 기초하여 수신전력을 각각 측정하는 전력 센서, 상기 측정된 수신전력 측정값을 상기 통신 안테나를 통해 송신장치로 전송하거나 또는 상기 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정하여 상기 통신 안테나를 통해 상기 송신장치로 전송하는 MCU를 포함한다.
본 발명에 따르면, 무선전력 송신장치 안테나 배열에서 특정한 패턴을 가진 신호를 전송하고 수신장치에서는 해당 신호로 수신되는 전력을 측정함으로써 각 송신장치 안테나로부터 수신장치 안테나로의 전송계수를 추정할 수 있고, 수신전력 기반으로 전송계수를 추정하므로, 동작거리를 최대화하며 알고리즘 복잡도를 낮출수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 송신 신호 패턴은 최소한 전체 송신 안테나의 절반을 동시에 활성화시킴으로서, 먼 거리에 위치한 낮은 감도의 전력측정기로 전력을 측정할 수 있다.
또한, 여러 송신 안테나를 동시에 활성화시키는 패턴의 경우 전송계수 추정의 복잡도가 높아질 수 있으나 본 발명에서 제시하는 송신 신호 패턴 및 전송계수 추정 알고리즘을 활용하면 송신 안테나 수의 제곱에 비례하는 계산 복잡도만으로 전송계수의 추정이 가능해진다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송 시스템을 구성하는 송신 장치와 수신장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure pat00012
,
Figure pat00013
일 때의 마이크로 전력 전송 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단거리(1~6m)에서의 전력전송 결과 그래프를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중거리(5~10m)에서의 전력전송 결과 그래프를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리(10~50m)에서의 전력전송 결과 그래프를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송 시스템은 마이크로파를 송신하는 송신장치(100) 및 수신한 마이크로파로 전력을 공급하는 수신장치(200)를 포함한다. 도 1의 시스템이 정보를 획득하는 센서 노드에 전력을 공급하는 시스템이라면 송신장치(100)는 전력 비컨(Power Beacon)에 해당하고, 수신장치(200)는 센서 노드(Sensor Node)에 해당할 수 있다. 나아가 송신장치(100)는 와이파이 AP, 이동통신기지국 등 일수도 있고, 전력 공급을 위한 전용 장치일 수도 있다. 수신장치(200)는 수신한 마이크로파를 이용하여 전력을 공급받는 장치로 IoT 디바이스, 스마트기기, 웨어러블 기기, 자동차 등일 수도 있다.
송신 장치(100)는 RF 에너지를 전송하며, 하나 이상의 전력 비컨을 수신 장치(200)에 전달한다. 이때, 송신 장치(100)는 복수의 안테나를 통하여 전력 비컨을 전송할 수 있다. 송신 장치(100)는 전력 비컨을 전송함에 있어서 복수의 안테나들 각각에 대한 전송계수 벡터를 결정한다. 전송계수 벡터는 각각의 안테나에서 전력 비컨이 전달되는 비를 나타내는 정보로서, 전송계수 벡터의 형태는 실시예에 따라서 다양할 수 있다. 예를 들어, 전송계수 벡터는 해당 안테나가 전송하는 전력 비컨의 크기와 위상 정보로 표현될 수 있다.
송신 장치(100)는 각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 이용하여 복수의 안테나를 통해 신호를 송신하고, 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 전송계수를 기반으로 빔포밍을 수행한다. 이때, 전송계수는 수신장치(200)로부터 수신된 값이거나 또는 송신장치(100)가 추정한 값일 수 있다. 송신장치(100)가 전송계수를 추정하는 경우, 송신장치(100)는 수신장치(200)에서 측정된 수신전력 측정값을 수신하고, 그 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하며, 추정된 상대전송계수 벡터로부터 전송계수를 추정할 수 있다.
수신장치(200)는 에너지 수신 안테나를 통해 수신된 시험전송전압에 기초하여 수신전력을 각각 측정하고, 측정된 수신전력 측정값을 송신장치(100)로 전송하거나 또는 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정하여 송신장치(100)로 전송한다.
상기와 같이 구성된 시스템에서 송신장치(100)는 안테나 배열에서 특정 안테나 활성 패턴을 가진 신호를 전송하고, 수신장치(200)에서는 해당 신호로 수신되는 전력을 측정함으로써 각 송신장치 안테나로부터 수신장치 안테나로의 전송계수를 추정한다. 구체적으로, 특정 안테나 활성패턴에 해당하는 시험전송전압을 이용하여 송신장치(100)의 복수의 안테나를 통해 신호를 방사하고, 수신장치(200)는 수신전력 측정값을 도출하여 전송계수를 추정할 수 있다. 이때, 안테나 활성패턴 및 시험전송전압은 다음과 같은 조건을 만족시키도록 설계될 수 있다. 첫째로 계산과정에 있어 높은 효율성을 가져야 하고, 둘째로 시험전압에 대한 수신전력이 충분히 커서 낮은 민감도의 전력측정기로 수신이 가능하여야 한다. 이 두 조건을 충족시키기 위해 각각 독립적이고 한번에 절반 이상의 송신장치의 안테나가 활성화되는 안테나 활성패턴을 사용한다.
한편, 상기와 같은 동작을 수행하는 마이크로파 전력 전송을 위한 시스템의 모델은 아래와 같을 수 있다.
송신장치(100)의 위상배열안테나의 소자 방사저항을
Figure pat00014
, 전송전압을
Figure pat00015
이라고 표시하고, 이때
Figure pat00016
은 코사인 페이저(cosine phasor)로써 위상변환기와 감쇄기에 의해 그 위상과 크기를 조절할 수 있다. 전송전력은 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00017
각 안테나소자의 최대전송전력을
Figure pat00018
로 나타내면, 최대전송전력으로 전송할 경우의 전송전압의 크기를
Figure pat00019
으로 나타낼 수 있다.
수신장치(200)의 뒷단 회로는 부하저항으로 모델링할 수 있다. 이 부하저항이 안테나 소자의 방사저항
Figure pat00020
과 정합된다고 가정하고,
Figure pat00021
를 수신장치(200)의 수신전압으로 표시하면 수신전력은 아래 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00022
수신전압
Figure pat00023
는 송신장치(100)로부터 전송된 전자기파에서부터 비롯된 것이므로
Figure pat00024
이 송신장치 안테나
Figure pat00025
의 전송계수라고 할 때, 아래 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00026
상기 수학식 3에서의 h와 v는 각각 전송계수벡터, 전송전압벡터로 h =
Figure pat00027
와 v=
Figure pat00028
로 표현된다. 전송계수
Figure pat00029
은 복소수로써 전자기파가 전파됨에 따라 크기와 위상은 영향을 받는다. 수신장치(200)에서의 수신전력 측정값은 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00030
여기서,
Figure pat00031
은 수신 전력 측정에서의 잡음을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송 시스템을 구성하는 송신 장치와 수신장치를 설명하기 위한 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure pat00032
,
Figure pat00033
일 때의 마이크로 전력 전송 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송 시스템은 송신장치(100)와 수신장치(200)를 포함한다.
송신장치(100)는 복수의 안테나(110), 제1 RF 송수신부(120), 제어부(130), 신호 생성부(140)를 포함한다.
안테나부(110)는 복수의 안테나로 구성된 위상 배열 안테나일 수 있다. 이러한 안테나부(110)는 에너지를 전송하기 위한 복수의 에너지 전송 안테나(112)와 수신 장치(200)와 데이터 통신을 수행하기 위한 통신 안테나(114)를 포함할 수 있다.
제1 RF 송수신부(120)는 수신장치(200)로부터 수신전력 측정값 또는 전송계수를 수신할 수 있다. 이때, RF 송수신부(120)는 통신 안테나(114)를 통하여 수신 장치(200)와 통신을 수행하면서 수신전력 측정값 또는 전송계수를 획득할 수 있다.
제어부(130)는 각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압을 이용하여 복수의 안테나를 통해 신호를 송신하고, 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 상대전송계수 벡터를 기반으로 복수의 안테나(110)에서 전송되는 신호들 간의 비를 나타내는 전송계수를 결정한다. 여기서, 전송계수는 복수의 안테나 각각이 전송하는 전력 비컨의 크기와 위상을 포함할 수 있다.
이하, 송신장치(100)의 동작에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
송신장치(100)는 위상 배열 안테나(110)의 활성 패턴을 정의한 후, 그 안테나 활성 패턴에 해당하는 시험전송전압을 통해 복수의 안테나(110)로부터 신호를 방사한다. 여기서, 안테나 활성 패턴은 복수의 안테나 각각이 독립적이고, 한번에 절반 이상의 안테나가 활성화(on)되는 패턴일 수 있고, 활성화는 안테나가 온(on)되는 것을 의미한다.
이하, 안테나 활성 패턴에 대해 설명하기로 한다.
Figure pat00034
크기의 정사각 행렬 B를 안테나 패턴, 그 중에서도
Figure pat00035
번째 안테나 활성패턴을
Figure pat00036
으로 정의한다. 이때,
Figure pat00037
는 B의
Figure pat00038
번째의 원소를 나타내고, B는 아래 수학식 5에 정의된
Figure pat00039
의 대칭 정사각행렬
Figure pat00040
의 첫 행부터
Figure pat00041
행까지의 부분행렬로써 정의된다.
[수학식 5]
Figure pat00042
Figure pat00043
인 m 일때, B는
Figure pat00044
의 첫 행부터
Figure pat00045
행까지의 부분행렬이고
Figure pat00046
에 대하여
Figure pat00047
에 해당된다. 예를 들어, 안테나 소자 4개를 가진 위상배열안테나의 경우 아래 수학식 6과 같이 B를 계산할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00048
송신장치(100)는 B에 기반하여 서로 다른
Figure pat00049
개의 시험전송전압 벡터를 설계한다. 각각의 시험전송전압 벡터는
Figure pat00050
개의 원소를 가지는 복소수 벡터이다. 시험전송전압 벡터의 각 원소는 해당 안테나에서 송출되는 전자기파의 크기와 위상을 나타내는 복소수가 된다. 첫번째 시험전송전압 벡터는
Figure pat00051
으로 정의되고 모든 송신안테나 소자들을 동일한 위상으로 한번에 활성화한다. 시험전송전압 벡터
Figure pat00052
를 전송하면 모든 안테나소자들이 최대전송전력인 P를 전송하고 이때의 위상은 0이다. 따라서
Figure pat00053
의 각 원소를 모든 n에 대해 동일하게
Figure pat00054
로 정의할 수 있고 이때의
Figure pat00055
는 전송전압 크기의 최대치 즉
Figure pat00056
를 의미한다.
또한
Figure pat00057
인 각 안테나 활성패턴
Figure pat00058
에 대해서 아래 수학식 7과 같은 세 가지의 시험전송전압 벡터를 정의한다.
[수학식 7]
Figure pat00059
각 벡터는 안테나 활성패턴
Figure pat00060
으로부터 아래 수학식 8과 같이 도출된다.
[수학식 8]
Figure pat00061
수학식 8을 통해 1은 안테나를 on하고(위상 0), 0은 안테나를 off,
Figure pat00062
는 안테나 on(위상 90°)를 통해 안테나를 활성시키는 방식임을 알 수 있다.
예를 들어, 안테나 소자 4개를 가진 위상배열안테나의 경우 각 시험전송전압 벡터는 아래 수학식 9와 같을 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00063
상기 수학식 9에서 2번째 안테나의 경우의 동작에 대해 예를 들어 설명하기로 한다.
Figure pat00064
인 경우 모든 안테나소자들이 최대전송전력인 P를 전송하고,
Figure pat00065
인 경우 1인 그룹만 on하고(위상 0)으로 전송,
Figure pat00066
인 경우 0인 그룹만 on하고(위상 0)으로 전송,
Figure pat00067
인 경우 1인 그룹을 on(위상 0), 0인 그룹도 on(위상 90°)로 전송하는 것을 의미한다.
제어부(130)는 위상배열 안테나(110)의 활성 패턴에 해당하는 수학식 8과 같은 시험전송전압 벡터를 각각의 시험 슬롯에서 전송한다. 이를 위해, 제어부(130)는 도 3과 같이 마이크로파로 전력을 전송하는 프로토콜을 구성한다. 프로토콜은 시간을 기준으로 복수의 프레임을 구분한다. 하나의 프레임은 길이는 Tframe이다. 전송계수의 변화를 실시간으로 추적하기 위해 프레임의 길이는 충분히 짧게 설정하는 것이 바람직하다. 하나의 프레임은 여러 개의 시험 슬롯과 하나의 에너지 전송 슬롯으로 구성할 수 있다. 하나의 프레임에 시험 슬롯이 S개가 포함된다고 할 때 프레임 하나의 길이는
Figure pat00068
로 나타낼 수 있다. 여기서 Tts는 시험 슬롯의 길이이고, Tes는 에너지 전송 슬롯의 길이이다. 시험 슬롯은 에너지 전송 슬롯의 길이에 비해 매우 작은 길이를 갖는 것이 바람직하다.
각각의 시험 슬롯 동안에 송신장치(100)는 전송계수를 추정하기 위해 시험전송전압 벡터를 이용하여 위상배열 안테나를 통해 전자기파를 송신한다. 시험전송전압 벡터의 각 원소는 해당 안테나에서 송출되는 전자기파의 크기와 위상을 나타내므로, 송신장치(100)는 시험전송전압 벡터를 이용하여 해당 안테나를 통해 각각 전자기파를 각각 방사한다.
제어부(130)는 수신장치(200)로부터 시험전송전압에 의해 측정된 수신전력 측정값을 수신하거나, 또는 수신장치(200)에서 추정된 전송계수 벡터를 수신한다. 이때, 제어부(130)는 수신장치(200)로부터 수신전력 측정값이 수신되면, 그 수신전력 측정값을 이용하여 전송계수 벡터를 산출해야 하고, 산출된 전송계수 벡터에 기초하여 빔포밍이 수행되도록 제어한다. 따라서, 수신장치(200)로부터 수신전력 측정값이 수신된 경우, 제어부(130)는 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하고, 추정된 상대전송계수 벡터로부터 전송계수를 도출할 수 있다. 상대전송계수 벡터를 추정하는 방법과 전송계수를 도출하는 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 제어부(130)는 수신장치(200)로부터 전송계수 벡터가 수신되면, 수신한 전송계수 벡터에 기초하여 빔 포밍이 수행되도록 제어한다.
신호 생성부(140)는 전송계수 벡터에 기초하여 에너지 전송 안테나들(112)이 전송할 신호를 생성한다.
이러한 신호 생성부(140)는 오실레이터(141), 제1 증폭기(142), 전력 분배기(Power Splitter, 143), 위상 변환기(Phase Shifter, 144) 및 제2 증폭기(145)을 포함할 수 있다.
오실레이터(141)는 CW(Continuous Waveform) 마이크로파를 생성한다.
제1 증폭기(142)는 구동 증폭기(Drive Amplifier)로 지칭될 수 있으며, 오실레이터(141)에서 생성된 마이크로파를 증폭하여 전력분배기(143)에 전달한다.
전력 분배기(143)는 증폭된 마이크로파를 에너지 전송 안테나(112) 각각에 대응하는 경로로 분배한다.
각각의 경로로 보내진 신호는 위상변환기(144) 및 가변증폭기(145)에 의하여 동적으로 제어될 수 있다.
위상 변환기(144)는 전송계수 벡터의 위상에 기초하여 신호의 위상을 변경한다.
제2 증폭기(145)는 전송계수에 기초하여 신호의 크기를 조절하는 증폭기로, 가변 증폭기일 수 있다.
제어부(130)는 위상 변환기(144) 및 가변증폭기(145)를 제어하는 신호를 전달한다. 제어부(130)는 N개의 전송로에서 각 전송로에 위치하는 위상 변환기(144) 및 제2 증폭기(145)를 서로 다르게 제어할 수 있다. 즉, 제어부(130)가 빔포밍을 위한 제어를 수행한다.
에너지 전송 안테나(112)는 위상 변환기(144) 및 제2 증폭기(145)를 거쳐 변환된 마이크로파를 외부로 송신한다. 즉, 에너지 전송용 안테나(112)는 신호 생성부(140)에서 생성된 신호를 전송한다. 이 때 전송되는 신호는 RF 신호일 수 있으며, 마이크로파로 명명될 수 있다.
제1 RF 송수신기(120)은 수신장치(200)와 데이터 통신을 수행한다. 제1 RF 송수신기(120)는 수신장치(200)로부터 수신전력 측정값 또는 전송계수 벡터를 수신한다.
수신장치(200)는 송신장치(100)로부터 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압을 수신하고, 각 시험전송전압으로부터 수신전력을 각각 측정하며, 측정된 수신전력 측정값을 송신장치(100)로 전송하거나 또는 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정한다.
이하, 각 시험전송전압 벡터
Figure pat00069
,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
로부터 측정된 전력을 각각
Figure pat00073
,
Figure pat00074
,
Figure pat00075
,
Figure pat00076
로 정의하여 설명하기로 한다. 측정된 수신전력
Figure pat00077
,
Figure pat00078
,
Figure pat00079
,
Figure pat00080
는 실제 수신된 전력
Figure pat00081
,
Figure pat00082
,
Figure pat00083
,
Figure pat00084
에 측정 잡음
Figure pat00085
,
Figure pat00086
,
Figure pat00087
,
Figure pat00088
가 더해진 값으로 아래 수학식 10과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00089
전송계수 벡터를 도출하기 위해, 수신장치(200)는 상대전송계수벡터 g =
Figure pat00090
를 추정하고 이로부터 전송계수 벡터를 도출한다.
상대전송계수 벡터 g는 아래 수학식 11과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00091
여기서
Figure pat00092
는 송신장치의 모든 안테나 소자들의 전송계수의 합으로, 아래 수학식 12와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00093
상대전송계수 벡터는 수신전력 측정값 벡터로부터 아래 수학식 13과 같이 구할 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00094
여기서, P는 송신장치 각 안테나 소자의 최대전송전력,
Figure pat00095
는 수신전력 측정값 벡터, B는
Figure pat00096
크기의 안테나 활성패턴, N은 송신장치(100)의 안테나 개수를 의미할 수 있다.
Figure pat00097
는 수신전력 측정값 벡터로써 아래 수학식 14와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00098
Figure pat00099
는
Figure pat00100
크기의 행렬로, 전력-전송계수 전환 행렬로 칭할 수 있고, 아래 수학식 15와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00101
여기서,
Figure pat00102
으로 정의된다.
전송계수의 위상은 상대전송계수의 위상과 동일하므로, 상대전송계수벡터 추정값
Figure pat00103
로부터 전송계수의 위상을 구해낼 수 있다.
이러한 수신장치(200)는 안테나(210), 정류기(Rectifier, 220), 전력관리회로(Power Management, 230), 전력센서(Power Sensor, 240), 에너지 저장소(250), MCU(Microcontroller, 260), 센서(270), 제2 RF 송수신기(280)를 포함한다. 여기서, 수신장치(200)는 센서 노드와 같은 장치를 가정한 것이다. MCU(260) 및 센서(270)는 정보 수집을 위한 구성에 해당한다.
수신장치(200)의 동작에 대해서 간략하게 설명한다. 안테나(210)는 송신장치(100)가 전송하는 마이크로파를 수신한다. 정류기(220)는 수신한 마이크로파를 다이오드나 트랜지스터를 이용하여 DC 전류로 정류한다. 전력관리회로(230)는 DC-DC 변환기 등을 포함하고, 정류된 DC 전류를 일정하게 변환하여 수신기(200)에서 전력이 필요한 구성에 공급한다. 예컨대, 전력관리회로(230)는 MCU(260) 및 제2 RF 송수신기(280)와 같은 능동 소자에 전력을 공급할 수 있다. 나아가 전력관리회로(230)는 잔여 전력을 에너지 저장소(250)에 전달한다. 에너지 저장소(250)는 수퍼커패시터 또는 배터리와 같이 전력을 저장하는 장치이다. 전력센서(240)는 정류기(220)를 통과한 DC 전력의 크기를 측정하여 수신안테나(210)의 수신전력값을 측정한다. 전력센서(240)가 측정한 수신 신호의 전력값을 수신전력 측정값이라고 한다. 전력 센서(240)는 에너지 수신 안테나를 통해 수신된 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압에 기초하여 수신전력을 각각 측정한다.
MCU(260)는 전력 센서(240)에서 측정된 수신전력 측정값을 통신 안테나를 통해 송신장치(100)로 전송하거나 또는 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정하여 통신 안테나를 통해 송신장치(100)로 전송한다.
제2 RF 송수신기(280)는 수신전력 측정값 또는 전송계수 벡터를 데이터 통신을 통해 송신장치(100)에 전달한다.
제1 RF 송수신기(180) 및 제2 RF 송수신기(280)는 데이터 통신을 위해 동일한 종류의 통신 방식을 사용한다. 예컨대, 제1 RF 송수신기(180) 및 제2 RF 송수신기(280)는 이동통신, IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, BLE(Bluetooth Low Energy) 등의 통신 방식을 사용할 수 있다.
송신장치(100)의 하드웨어 구조는 종래 전력 전송을 위한 송신장치와 동일하다. 수신장치(200)의 하드웨어 구조는 종래 수신장치에서 수신전력 측정값을 결정하는 전력 센서(240)만이 추가되었다. 따라서 제안하는 장치는 종래 빔포밍을 위한 장치보다 하드웨어의 복잡도가 낮다. 한편 전력 센서(240)는 전력관리회로(230)에 통합된 형태로 설계될 수도 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 시스템의 동작에 대해 설명하기로 한다.
송신장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 시간을 프레임 단위로 분할한다. 프레임 전반부는 시험 슬롯으로 구성되고 각각의 시험 슬롯 동안에는 송신장치(100)에서 시험전송전압 벡터들을 이용해 각각의 안테나 소자에서 전자기파를 송출하고 수신장치(200)에서는 수신 전력을 측정한다. 프레임 후반부는 전력전송 슬롯으로 추정된 전송계수를 기반으로 빔포밍을 수행하여 최적화된 전력전송이 이루어진다. 각 프레임은
Figure pat00104
의 시험슬롯을 가지고
Figure pat00105
개의 안테나 활성 패턴들에 대한 수신전력이 측정된다. 첫 시험 슬롯은
Figure pat00106
의 측정에 할당되고, 나머지
Figure pat00107
은
Figure pat00108
,
Figure pat00109
,
Figure pat00110
의 측정에 쓰인다. 한 프레임에서는 총
Figure pat00111
개의 안테나 활성 패턴에 대한 측정을 수행하며 각 프레임마다 다른
Figure pat00112
개의 안테나 활성 패턴을 번갈아가며 측정함으로써 총 N개의 모든 안테나 활성 패턴에 대한 수신전력 측정 결과를 도출한다. 안테나 활성 패턴은 새로운 측정 결과가 나올 때마다 이전까지의 결과와 평균하여 이동평균값을 유지할 수 있다. 이렇게 측정된 수신전력 측정값으로부터 전송계수 추정 알고리즘을 활용하여 전송계수를 도출한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 송신장치는 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압 벡터를 생성하고(S410), 각 프레임의 각 시험 슬롯마다 시험전송전압 벡터를 이용한 신호를 방사한다(S420).
단계 S420이 수행되면, 수신장치는 시험전송전압 벡터를 수신하고, 각 시험전송전압으로부터 수신전력을 각각 측정한다(S430).
그런 후, 수신장치는 각 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하고(S440), 추정된 상대전송계수 벡터로부터 전송계수 벡터를 도출한다(S450).
수신장치가 수신전력 측정, 상대전송계수 벡터 추정, 전송계수 벡터를 도출하는 방법에 대한 상세한 설명은 상술하였으므로, 생략하기로 한다.
단계 S450이 수행되면, 수신장치는 전송계수 벡터를 송신장치로 전송하고(S460), 송신장치는 전송계수 벡터를 기반으로 빔포밍을 수행한다(S470).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 전력 전송을 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 송신장치는 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압 벡터를 생성하고(S510), 각 프레임의 각 시험 슬롯마다 시험전송전압 벡터를 이용한 신호를 방사한다(S520).
단계 S520이 수행되면, 수신장치는 시험전송전압 벡터를 수신하고, 각 시험전송전압으로부터 수신전력을 각각 측정하고(S530), 측정된 수신전력 측정값을 송신장치로 전송한다(S540).
단계 S540이 수행되면, 송신장치는 각 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하고(S550), 추정된 상대전송계수 벡터로부터 전송계수 벡터를 도출한다(S560). 송신장치가 상대전송계수 벡터 추정, 전송계수 벡터를 도출하는 방법은 수신장치의 동작과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
단계 S560이 수행되면, 송신장치는 전송계수 벡터를 기반으로 빔포밍을 수행한다(S570).
이하, 상기와 같이 구성된 송신장치와 수신장치 사이의 거리를 1~10m 까지는 1m의 간격으로, 20~50m의 거리는 10m간격으로 옮겨가며 실험을 진행한 결과에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단거리(1~6m)에서의 전력전송 결과 그래프를 나타낸다. 단거리(1~6m)에서의 전력전송을 측정하기 위해 실내(indoor)에 테스트베드를 배치하고 실험을 진행하였다. 단거리 실험의 경우 수신장치에 과도한 전력이 유입될 경우 고장의 위험이 있으므로 최대 송신 전력을 246mW로 고정했다. 도 6을 참조하면, 1~6m거리에서의 수신전력값과 전송효율에 대한 실험결과 그래프를 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중거리(5~10m)에서의 전력전송 결과 그래프를 나타낸다. 5~10m의 경우에는 최대 송신 전력을 2,800mW로 고정한 후 실외(outdoor)에서 실험을 진행하였다. 도 7을 참조하면, 5~10m거리에서의 수신전력값과 전송효율에 대한 실험결과 그래프를 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리(10~50m)에서의 전력전송 결과 그래프를 나타낸다. 20~50m에 해당하는 장거리 전력전송에서는 최대 송신전력을 11,008mW로 설정했다. 도 8에서 확인할 수 있듯이 50m라는 매우 긴거리(long-range)에서도 수신단 가동을 위한 최소 전력인 1mW보다 높은 전력을 수신할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 송신 장치
110 : 안테나부
120 : 제1 RF 송수신부
130 : 제어부
140 : 신호 생성부
141 : 오실레이터
142 : 제1 증폭기
143 : 전력 분배기
144 : 위상 변환기
145 : 제2 증폭기
200 : 수신 장치
210 : 안테나
220 : 정류기
230 : 전력관리회로
240 : 전력센서
250 : 에너지 저장소
260 : MCU
270 : 센서
280 : 제2 RF 송수신기

Claims (12)

  1. 복수의 안테나가 구비된 송신장치가 마이크로파 전력 전송을 위한 방법에 있어서,
    각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 이용하여 신호를 송신하는 단계; 및
    상기 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 전송계수를 기반으로 빔포밍을 수행하는 단계;
    를 포함하는, 마이크로파 전력 전송을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 활성 패턴은,
    상기 복수의 안테나 각각이 독립적이고, 한번에 절반 이상의 안테나가 활성화되는 패턴인 것을 특징으로 하는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나가 N개로 이루어진 경우,
    상기 시험전송전압은, 상기 안테나 활성 패턴에 기반하여 설계된 서로 다른
    Figure pat00113
    개의 시험전송전압 벡터인 것을 특징으로 하는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전송계수는,
    수신장치로부터 상기 시험전송전압에 의해 측정된 수신전력 측정값을 수신하고, 상기 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하며, 상기 추정된 상대전송계수 벡터로부터 추정된 것을 특징으로 하는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상대전송계수 벡터(
    Figure pat00114
    )는 아래 수학식에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는, 마이크로파 전력 전송을 위한 방법.
    [수학식]
    Figure pat00115

    여기서, P는 송신장치 각 안테나 소자의 최대전송전력,
    Figure pat00116
    는 수신전력 측정값 벡터, B는
    Figure pat00117
    크기의 안테나 활성패턴, N은 송신장치의 안테나 개수,
    Figure pat00118
    는 전력-전송계수 전환 행렬임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전송계수는,
    수신장치로부터 수신된 값인 것을 특징으로 하는 마이크로파 전력 전송을 위한 방법.
  7. 수신장치가 마이크로파 전력 수신을 위한 방법에 있어서,
    안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 수신하는 단계;
    각 시험전송전압으로부터 수신전력을 각각 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 수신전력 측정값을 송신장치로 전송하거나 또는 상기 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정하는 단계
    를 포함하는, 마이크로파 전력 수신을 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전송계수를 추정하는 단계는,
    각 수신전력 측정값에 기초하여 상대전송계수 벡터를 추정하는 단계; 및
    상기 상대전송계수 벡터로부터 전송계수 벡터를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 전력 수신을 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상대전송계수 벡터(
    Figure pat00119
    )는 아래 수학식에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는, 마이크로파 전력 수신을 위한 방법.
    [수학식]
    Figure pat00120

    여기서, P는 송신장치 각 안테나 소자의 최대전송전력,
    Figure pat00121
    는 수신전력 측정값 벡터, B는
    Figure pat00122
    크기의 안테나 활성패턴, N은 송신장치의 안테나 개수,
    Figure pat00123
    는 전력-전송계수 전환 행렬임.
  10. 복수의 안테나;
    각 시험 슬롯마다 안테나 활성 패턴에 기초한 시험전송전압들을 이용하여 신호를 상기 복수의 안테나를 통해 송신하고, 상기 각 시험전송전압으로부터 측정된 수신전력 측정값에 기초하여 추정된 상대전송계수 벡터를 기반으로 전송계수를 추정하는 제어부;
    상기 추정된 전송계수에 기초하여 상기 복수의 안테나가 전송할 신호를 생성하는 신호 생성부
    를 포함하는, 송신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는,
    위상배열안테나인 것을 특징으로 하는 송신장치.
  12. 송신 장치의 복수의 안테나들로부터 신호를 수신하는 에너지 수신 안테나;
    상기 송신 장치와 데이터 통신을 수행하는 통신 안테나;
    상기 에너지 수신 안테나를 통해 수신된 시험전송전압에 기초하여 수신전력을 각각 측정하는 전력 센서; 및
    상기 측정된 수신전력 측정값을 상기 통신 안테나를 통해 송신장치로 전송하거나 또는 상기 수신전력 측정값에 기초하여 전송계수를 추정하여 상기 통신 안테나를 통해 상기 송신장치로 전송하는 MCU
    를 포함하는 수신 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110131954A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치 및 그 방법
JP2012217323A (ja) * 2011-03-25 2012-11-08 Mitsubishi Electric Corp 無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局
KR20170100649A (ko) * 2014-12-29 2017-09-04 에너저스 코포레이션 무선 전력 전송을 위한 시스템 및 방법
KR20180056917A (ko) * 2016-11-21 2018-05-30 성균관대학교산학협력단 마이크로파 전력 전송을 위한 빔포밍 방법 및 빔 포밍으로 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신하는 송신장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110131954A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치 및 그 방법
JP2012217323A (ja) * 2011-03-25 2012-11-08 Mitsubishi Electric Corp 無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局
KR20170100649A (ko) * 2014-12-29 2017-09-04 에너저스 코포레이션 무선 전력 전송을 위한 시스템 및 방법
KR20180056917A (ko) * 2016-11-21 2018-05-30 성균관대학교산학협력단 마이크로파 전력 전송을 위한 빔포밍 방법 및 빔 포밍으로 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신하는 송신장치
KR101869224B1 (ko) * 2016-11-21 2018-06-20 성균관대학교산학협력단 마이크로파 전력 전송을 위한 빔포밍 방법 및 빔 포밍으로 전력 전송을 위한 마이크로파를 송신하는 송신장치

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