KR20200064009A - 편파 재구성 안테나를 이용한 무선전력 송수신 시스템 - Google Patents

편파 재구성 안테나를 이용한 무선전력 송수신 시스템 Download PDF

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KR20200064009A
KR20200064009A KR1020190154721A KR20190154721A KR20200064009A KR 20200064009 A KR20200064009 A KR 20200064009A KR 1020190154721 A KR1020190154721 A KR 1020190154721A KR 20190154721 A KR20190154721 A KR 20190154721A KR 20200064009 A KR20200064009 A KR 20200064009A
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transmission
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KR1020190154721A
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이경주
윤영우
이상화
이재복
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한국전기연구원
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Abstract

본 발명은 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 사용하는 무선전력 송신장치에 관한 것으로서, 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 송신 배열 안테나; 상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 편파 재구성 안테나의 기능을 주기적으로 전환시키는 편파 재구성 스위치; 및 상기 편파 재구성 스위치의 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하는 전송 제어부를 포함한다.

Description

편파 재구성 안테나를 이용한 무선전력 송수신 시스템{WIRELESS POWER TRANSMITTING/RECEIVING SYSTEM USING POLARIZATION RECONFIGURABLE ANTENNA}
본 발명은 무선전력 송수신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 송수신하는 무선전력 송수신 시스템에 관한 것이다.
무선전력전송 기술은 전력 송신부와 전력 수신부 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술을 말한다. 이러한 무선전력전송 기술의 일 예로, 스마트폰이나 태블릿 등의 휴대 단말기에 무선으로 전력을 전송하여 배터리를 충전하는 경우를 들 수 있다. 이와 같은 무선전력전송 기술은 휴대 단말기의 무선 충전 이외에도, 전기 자동차, 지중 시설물, 건물, 휴대용 의료기기, 로봇, 드론, 레저 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 전망된다.
도 1은 종래 기술에 따른 무선전력 송수신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 무선전력 송수신 시스템(10)은 무선전력을 전송하는 무선전력 송신장치(11)와 상기 무선전력을 수신하는 무선전력 수신장치(13)로 구성된다.
무선전력 수신장치(13)는, 무선전력신호와의 상호 간섭을 최소화하기 위해, 상기 무선전력신호와 다른 주파수 대역(가령, 2.45GHz)을 갖는 파일럿 신호를 무선전력 송신장치(11)로 전송한다. 그러면, 무선전력 송신장치(11)는 파일럿 신호를 이용하여 전력 수신체의 위치를 검출하고, 상기 검출된 전력 수신체의 위치로 특정 주파수 대역(가령, 5.8GHz)을 갖는 무선전력신호를 무선전력 수신장치(13)로 전송한다. 이처럼, 종래의 무선전력 송수신 시스템(10)에서는 별도의 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 송/수신하기 위해 추가적인 파일럿 안테나(pilot antenna)를 설치할 필요가 있다.
그런데, 기존 무선전력 송신장치(11)에 설치되는 파일럿 안테나의 배치는 전력송신을 위한 배열 안테나의 중심에 위치하거나 혹은 무선전력 송신부의 외부에 위치한다. 상기 파일럿 안테나가 배열 안테나의 중심에 위치하는 경우에는 전력송신을 위한 배열 안테나의 방사 특성이 크게 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 파일럿 안테나가 무선전력 송신부의 외부에 위치하는 경우에는 파일럿 신호를 이용한 위치 검출 정확성이 떨어져 최고 전력점이 발생되는 방향 탐지에 오차를 야기하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 편파 재구성 안테나를 이용하여 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 송수신하는 무선전력 송수신 시스템을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 송신 배열 안테나; 상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 편파 재구성 안테나의 기능을 주기적으로 전환시키는 편파 재구성 스위치; 및 상기 편파 재구성 스위치의 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하는 전송 제어부를 포함하는 무선전력 송신장치를 제공한다. 여기서, 상기 송신 배열 안테나는 제1 원형 편파를 사용하여 무선전력신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 편파 재구성 안테나는 제1 원형 편파에 직교하는 제2 원형 편파를 사용하여 파일럿 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 편파 재구성 안테나는, 편파 재구성 스위치의 동작에 따라, 제1 원형 편파를 사용하는 송신 안테나 기능과 제2 원형 편파를 사용하는 수신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 편파 재구성 안테나는 송신 배열 안테나의 가장 자리 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 편파 재구성 스위치의 스위칭 동작은 무선전력 수신장치에 포함된 편파 재구성 스위치의 스위칭 동작과 서로 동기화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 수신 배열 안테나; 상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 편파 재구성 안테나의 기능을 주기적으로 전환시키는 편파 재구성 스위치; 및 상기 편파 재구성 스위치의 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하는 파일럿 신호 제어부를 포함하는 무선전력 수신장치를 제공한다. 여기서, 상기 수신 배열 안테나는 제1 원형 편파를 사용하여 무선전력신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 편파 재구성 안테나는 제1 원형 편파에 직교하는 제2 원형 편파를 사용하여 파일럿 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 편파 재구성 안테나는, 편파 재구성 스위치의 동작에 따라, 제1 원형 편파를 사용하는 수신 안테나 기능과 제2 원형 편파를 사용하는 송신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 편파 재구성 안테나는 수신 배열 안테나의 중앙 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 무선전력 송수신 시스템의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 편파 재구성 안테나를 송신 배열 안테나의 가장자리 영역 및 수신 배열 안테나의 중앙 영역에 각각 구현함으로써, 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 이용하여 무선전력 수신장치의 중심점 위치를 정확하게 검출할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 편파 재구성 안테나를 송신 배열 안테나의 가장자리 영역 및 수신 배열 안테나의 중앙 영역에 각각 구현함으로써, 배열 안테나 소자를 최대한 활용할 수 있고, 배열 안테나의 최대 이득값을 획득할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 무선전력 송수신 시스템이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 무선전력 송수신 시스템의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송수신 시스템의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 도 2의 무선전력 송수신 시스템에서 사용되는 원형 편파의 종류를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성을 나타내는 도면;
도 5 및 도 6은 도 4의 송신 배열 안테나 중 편파 재구성 안테나의 배치 구조를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성을 나타내는 도면;
도 8 및 도 9는 도 7의 수신 배열 안테나 중 편파 재구성 안테나의 배치 구조를 설명하기 위해 참조되는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 편파 재구성 안테나(Polarization Reconfigurable Antenna)를 이용하여 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 송수신하는 무선전력 송수신 시스템을 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송수신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송수신 시스템(100)은 무선전력을 송신하는 무선전력 송신장치(200)와 상기 무선전력을 수신하는 무선전력 수신장치(300)를 포함한다.
무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)로부터 수신된 파일럿 신호를 이용하여 상기 무선전력 수신장치(300)의 위치를 검출할 수 있다. 무선전력 송신장치(200)는 상기 검출된 무선전력 수신장치(300)의 위치로 빔을 형성하여 미리 결정된 주파수 대역을 갖는 무선전력신호를 전송할 수 있다. 여기서, 상기 파일럿 신호는 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있다. 일 예로, 상기 무선전력신호 및 파일럿 신호는 5.8 GHz 대역의 주파수를 사용할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
무선전력 송신장치(200)는 복수의 안테나 소자들이 미리 결정된 패턴으로 배열된 송신 배열 안테나를 이용하여 무선전력신호를 전송할 수 있다. 이때, 상기 송신 배열 안테나는 동일 편파를 사용하여 무선전력신호를 전송할 수 있다. 일 실시 예로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 송신 배열 안테나는 우 선회 원형 편파(Right Hand Circular Polarization, RHCP)를 사용하여 무선전력신호를 전송할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
무선전력 송신장치(200)는 송신 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 파일럿 수신 안테나를 통해 파일럿 신호를 수신할 수 있다. 이때, 상기 파일럿 수신 안테나는 무선전력신호와의 상호 간섭을 제거하기 위해 교차 편파를 사용하여 파일럿 신호를 수신할 수 있다. 일 실시 예로, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 파일럿 수신 안테나는 좌 선회 원형 편파(Left Hand Circular Polarization, LHCP)를 사용하여 파일럿 신호를 수신할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
이러한 송신 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나는, 스위치 소자의 스위칭 동작에 따라, RHCP를 사용하여 무선전력신호를 전송하는 송신 안테나 기능과 LHCP를 사용하여 파일럿 신호를 수신하는 수신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행할 수 있다. 이하 본 명세서에서는, 스위치 소자의 스위칭 동작에 따라 상술한 두 가지의 기능을 모두 수행하는 안테나를 '편파 재구성 안테나'라 지칭하도록 한다.
무선전력 수신장치(300)는 복수의 안테나 소자들이 미리 결정된 패턴으로 배열된 수신 배열 안테나를 이용하여 무선전력신호를 수신할 수 있다. 이때, 상기 수신 배열 안테나는 동일 편파를 사용하여 무선전력신호를 수신할 수 있다. 일 실시 예로, 상기 수신 배열 안테나는 우 선회 원형 편파(RHCP)를 사용하여 무선전력신호를 수신할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
무선전력 수신장치(300)는 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 생성하여 무선전력 송신장치(200)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 파일럿 신호는 무선전력 송신장치(200)에서 무선전력 수신장치(300)의 위치를 추적하기 위해 사용될 수 있다.
무선전력 수신장치(300)는 수신 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 파일럿 송신 안테나를 이용하여 파일럿 신호를 전송할 수 있다. 이때, 상기 파일럿 송신 안테나는 무선전력신호와의 상호 간섭을 제거하기 위해 교차 편파를 사용하여 파일럿 신호를 전송할 수 있다. 일 실시 예로, 상기 파일럿 송신 안테나는 좌 선회 원형 편파(LHCP)를 사용하여 파일럿 신호를 전송할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
이러한 수신 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나는, 스위치 소자의 스위칭 동작에 따라, RHCP를 사용하여 무선전력신호를 수신하는 수신 안테나와 LHCP를 사용하여 파일럿 신호를 송신하는 송신 안테나의 기능을 번갈아 가면서 수행할 수 있다. 마찬가지로, 스위치 소자의 스위칭 동작에 따라 상술한 두 가지의 기능을 모두 수행하는 안테나를 '편파 재구성 안테나'라 지칭하도록 한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 송수신 시스템은 편파 재구성 안테나를 송신 배열 안테나 및 수신 배열 안테나에 각각 구현함으로써, 무선전력신호와 동일한 주파수 대역을 갖는 파일럿 신호를 이용하여 무선전력 수신장치의 위치를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 상기 무선전력 송수신 시스템은 편파 재구성 안테나를 송신 배열 안테나 및 수신 배열 안테나에 각각 구현함으로써, 배열 안테나 소자를 최대한 활용할 수 있고, 배열 안테나의 최대 이득값을 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)는 신호 발생기(210), 신호 전처리부(220), 신호 분배부(230), RF 신호 처리부(240), 송신 배열 안테나(250), 편파 재구성 스위치(260), 파일럿 빔 추적부(270), AD 컨버터(280) 및 전송 제어부(290)를 포함한다. 도 4에 도시된 구성요소들은 무선전력 송신장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 무선전력 송신장치는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
신호 발생기(210)는 무선전력 수신장치(300)로 무선전력을 전송하기 위한 기준 무선전력신호를 생성할 수 있다. 이때, 상기 신호 발생기(210)는 미리 결정된 동작 주파수 대역(가령, 5.8GHz)을 갖는 기준 무선전력신호를 생성할 수 있다. 또한, 신호 발생기(210)는, 전송 제어부(290)의 전력 제어 명령에 따라, 미리 결정된 전력 세기를 갖는 기준 무선전력신호를 생성할 수 있다.
신호 전처리부(220)는 위상 천이기(Phase Shifter, PS) 및 고출력 증폭기(High Power Amplifier, HPA)를 포함할 수 있다. 신호 전처리부(220)는 위상 천이기를 통해 신호 발생기(210)로부터 수신된 기준 무선전력신호의 위상을 변경할 수 있다. 이후, 신호 전처리부(220)는 고출력 증폭기를 통해 위상 천이된 기준 무선전력신호의 세기를 증폭할 수 있다. 한편, 상기 신호 전처리부(220)는 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니며 실시 형태에 따라 생략 가능하도록 구성될 수 있다.
신호 분배기(230)는 신호 발생기(210) 또는 신호 전처리부(220)로부터 수신된 하나의 기준 무선전력신호를 복수 개의 무선전력신호로 분기하여 RF 신호 처리부(240)로 출력할 수 있다.
RF 신호 처리부(240)는 송신 배열 안테나(250)를 구성하는 복수의 안테나 소자들에 각각 대응하는 복수 개의 RF 신호 처리 유닛들(245)을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 RF 신호 처리 유닛(245)은 위상 천이기 및 고출력 증폭기를 포함할 수 있다.
각각의 RF 신호 처리 유닛(245)은, 전송 제어부(290)의 위상 제어 명령에 따라, 위상 천이기를 통해 무선전력신호의 위상을 변경하여 특정 방향의 빔을 형성할 수 있다. 또한, 각각의 RF 신호 처리 유닛(245)은, 전송 제어부(290)의 전력 제어 명령에 따라, 고출력 증폭기를 통해 무선전력신호의 세기를 증폭할 수 있다.
송신 배열 안테나(250)는 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 상기 미리 결정된 패턴은 매트릭스 패턴일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
송신 배열 안테나(250)는 복수의 RF 신호 처리 유닛(245)으로부터 수신된 복수의 무선전력신호를 복수의 안테나 소자들을 통해 방사할 수 있다. 이때, 상기 송신 배열 안테나(250)는 우 선회 원형 편파(RHCP) 또는 좌 선회 원형 편파(LHCP)를 사용하여 무선전력신호를 전송할 수 있다. 이하, 본 실시 예에서는, 설명의 편의상, 우 선회 원형 편파(RHCP)를 사용하여 무선전력신호를 전송하는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
송신 배열 안테나(250)를 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나(255)는, 편파 재구성 안테나로서, 무선전력 수신장치(300)로부터 파일럿 신호를 수신하기 위해 사용될 수 있다.
편파 재구성 안테나(255)는, 편파 재구성 스위치(260)의 주기적인 스위칭 동작에 따라, RHCP를 사용하여 무선전력신호를 전송하는 송신 안테나 기능과 LHCP를 사용하여 파일럿 신호를 수신하는 수신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행할 수 있다.
편파 재구성 안테나(255)는 송신 배열 안테나(250)의 일 영역에 배치될 수 있다. 통상, 배열 안테나에 있어서, 중심부에 위치하는 안테나일수록 급전되는 전력량이 커서 빔 형성에 끼치는 영향이 크고, 종단에 위치하는 안테나일수록 급전되는 전력량이 작아서 빔 형성에 끼치는 영향이 적다. 따라서, 편파 재구성 안테나(255)는 송신 배열 안테나(250)의 가장자리 영역에 배치되는 것이 바람직하다. 가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 편파 재구성 안테나(255)는 송신 배열 안테나(250)의 제1 내지 제4 모서리 영역에 배치될 수 있다. 이러한 편파 재구성 안테나의 가장자리 배치를 통해, 송신 배열 안테나의 최대 이득값을 획득할 수 있고, 빔 형성에 끼치는 영향을 최소화할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로, 편파 재구성 안테나(255)는 송신 배열 안테나(250)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 가령, 도 6에 도시된 바와 같이, 편파 재구성 안테나(255)는 송신 배열 안테나(250)의 정 중앙에 위치하는 네 지점에 배치될 수 있다.
편파 재구성 스위치(260)는, 전송 제어부(290)의 펄스 제어 명령에 따라, 편파 재구성 안테나(255)의 기능을 주기적으로 전환시키는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 상기 편파 재구성 스위치(260)의 스위칭 동작과 무선전력 수신장치(300)에 포함된 편파 재구성 스위치의 스위칭 동작이 서로 동기화되도록 구성할 수 있다.
파일럿 빔 추적부(270)는 편파 재구성 안테나(255)로부터 수신된 파일럿 신호의 도래각을 검출하고, 상기 검출된 도래각을 기반으로 무선전력 수신장치(300)의 위치를 검출할 수 있다. 상기 파일럿 빔 추적부(270)는 무선전력 수신장치(300)의 위치와 관련된 정보(이하, 설명의 편의 상, '타겟 정보'라 칭함)를 ADC 컨버터(280)로 제공할 수 있다.
ADC 컨버터(280)는 파일럿 빔 추적부(270)로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호를 전송 제어부(290)로 제공할 수 있다. 한편, 상기 ADC 컨버터(280)는 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니며 실시 형태에 따라 생략 가능하도록 구성될 수 있다.
전송 제어부(290)는 파일럿 빔 추적부(270) 또는 ADC 컨버터(280)로부터 수신된 타겟 정보를 기반으로 송신 배열 안테나(250)의 빔을 형성하기 위한 위상 조절 값을 결정할 수 있다. 이후, 상기 전송 제어부(290)는 빔 형성을 위한 위상 조절 값을 포함하는 위상 제어 신호를 생성하여 RF 신호 처리부(240)로 제공할 수 있다.
전송 제어부(290)는 파일럿 빔 추적부(270) 또는 ADC 컨버터(280)로부터 수신된 타겟 정보를 기반으로 송신 배열 안테나(250)의 출력 빔 세기를 결정할 수 있다. 이후, 상기 전송 제어부(290)는 빔 세기를 설정하기 위한 전력 제어 신호를 생성하여 RF 신호 처리부(240)로 제공할 수 있다.
전송 제어부(290)는 기준 무선전력신호의 세기를 설정하기 위한 전력 제어 신호를 생성하여 신호 발생기(210)로 제공할 수 있다. 또한, 전송 제어부(290)는 스위칭 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하여 편파 재구성 스위치(260)로 제공할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 송신장치는 편파 재구성 안테나를 송신 배열 안테나에 구현함으로써, 송신 배열 안테나 소자를 최대한 활용할 수 있고, 상기 편파 재구성 안테나가 빔 형성에 끼치는 영향을 최소화할 수 있으며, 송신 배열 안테나의 최대 이득값을 획득할 수 있다. 또한, 상기 무선전력 송신장치는 무선전력신호의 편파에 수직한 교차 편파를 갖는 파일럿 신호를 이용함으로써, 상기 무선전력신호와 파일럿 신호 간의 상호 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)는 수신 배열 안테나(310), 편파 재구성 스위치(320), 신호 정류부(330), 파일럿 신호 제어부(340) 및 신호 발생기(350)를 포함한다. 도 7에 도시된 구성요소들은 무선전력 수신장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 무선전력 수신장치는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
수신 배열 안테나(310)는 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 상기 미리 결정된 패턴은 매트릭스 패턴일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
수신 배열 안테나(310)는 송신 배열 안테나에서 전송된 무선전력신호를 복수의 안테나 소자들을 통해 수신할 수 있다. 이때, 상기 수신 배열 안테나(310)는 우 선회 원형 편파(RHCP)를 사용하여 무선전력신호를 수신할 수 있다.
수신 배열 안테나(310)를 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나(315)는, 편파 재구성 안테나로서, 파일럿 신호를 무선전력 송신장치(200)로 전송하기 위해 사용될 수 있다.
편파 재구성 안테나(315)는, 편파 재구성 스위치(320)의 주기적인 스위칭 동작에 따라, RHCP를 사용하여 무선전력신호를 수신하는 수신 안테나 기능과 LHCP를 사용하여 파일럿 신호를 전송하는 송신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행할 수 있다.
편파 재구성 안테나(315)는 수신 배열 안테나(310)의 일 영역에 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 편파 재구성 안테나(3155)는 수신 배열 안테나(310)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 가령, 도 8에 도시된 바와 같이, 편파 재구성 안테나(315)는 수신 배열 안테나(310)의 정 중앙에 위치하는 네 지점에 배치될 수 있다. 이러한 편파 재구성 안테나의 중앙 배치를 통해, 무선전력 송신장치(200)는 파일럿 신호를 이용하여 무선전력 수신장치(300)의 중심점 위치를 정확하게 추적할 수 있게 된다.
한편, 다른 실시 예로, 편파 재구성 안테나(315)는 수신 배열 안테나(310)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 가령, 도 9에 도시된 바와 같이, 편파 재구성 안테나(315)는 수신 배열 안테나(310)의 제1 내지 제4 모서리 영역에 배치될 수 있다.
편파 재구성 스위치(320)는, 파일럿 신호 제어부(340)의 펄스 제어 명령에 따라, 편파 재구성 안테나(315)의 기능을 주기적으로 전환시키는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 상기 편파 재구성 스위치(320)의 스위칭 동작과 무선전력 송신장치(200)에 포함된 편파 재구성 스위치의 스위칭 동작이 서로 동기화되도록 구성할 수 있다.
신호 정류부(330)는 수신 배열 안테나(310)를 구성하는 복수의 안테나 소자들에 각각 대응하는 복수의 DC 정류기들을 포함할 수 있다. 각각의 DC 정류기는 각각의 안테나 소자로부터 수신된 무선전력신호를 DC 전력 신호로 변환할 수 있다.
파일럿 신호 제어부(340)는 스위칭 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하여 편파 재구성 스위치(320)로 제공할 수 있다. 또한, 파일럿 신호 제어부(340)는 파일럿 신호의 생성을 제어하기 위한 제어 신호를 신호 발생기(350)로 제공할 수 있다.
신호 발생기(350)는, 파일럿 신호 제어부(340)의 제어 명령에 따라, 무선전력 송신장치(200)로 전송하기 위한 파일럿 신호를 생성할 수 있다. 이때, 상기 신호 발생기(350)는 무선전력신호와 동일한 주파수 대역(가령, 5.8GHz)을 갖는 파일럿 신호를 생성할 수 있다. 또한, 상기 신호 발생기(350)는 미리 결정된 전력 세기를 갖는 파일럿 신호를 생성할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 수신장치는 편파 재구성 안테나를 수신 배열 안테나에 구현함으로써, 무선전력 송신장치로 하여금 파일럿 신호를 이용하여 무선전력 수신장치의 중심점 위치를 정확하게 검출할 수 있도록 한다.
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 무선전력 송수신 시스템 200: 무선전력 송신장치
210: 신호 발생기 220: 신호 전처리부
230: 신호 분배부 240: RF 신호 처리부
250: 송신 배열 안테나 260: 편파 구성 스위치
270: 파일럿 빔 추적부 280: AD 컨버터
290: 전송 제어부 300: 무선전력 수신장치

Claims (11)

  1. 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 송신 배열 안테나;
    상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 편파 재구성 안테나의 기능을 주기적으로 전환시키는 편파 재구성 스위치; 및
    상기 편파 재구성 스위치의 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하는 전송 제어부를 포함하는 무선전력 송신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 배열 안테나는 제1 원형 편파를 사용하여 무선전력신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편파 재구성 안테나는 상기 제1 원형 편파에 직교하는 제2 원형 편파를 사용하여 파일럿 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편파 재구성 안테나는, 상기 편파 재구성 스위치의 동작에 따라, 제1 원형 편파를 사용하는 송신 안테나 기능과 제2 원형 편파를 사용하는 수신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행하는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편파 재구성 안테나는 상기 송신 배열 안테나의 가장 자리 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 편파 재구성 스위치의 스위칭 동작은, 무선전력 수신장치에 포함된 편파 재구성 스위치의 스위칭 동작과 서로 동기화되는 것을 특징으로 하는 무선전력 송신장치.
  7. 미리 결정된 패턴으로 배열된 복수의 안테나 소자들을 포함하는 수신 배열 안테나;
    상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 편파 재구성 안테나의 기능을 주기적으로 전환시키는 편파 재구성 스위치; 및
    상기 편파 재구성 스위치의 동작을 제어하기 위한 펄스 제어 신호를 생성하는 파일럿 신호 제어부를 포함하는 무선전력 수신장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신 배열 안테나는 제1 원형 편파를 사용하여 무선전력신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 편파 재구성 안테나는 상기 제1 원형 편파에 직교하는 제2 원형 편파를 사용하여 파일럿 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 편파 재구성 안테나는, 상기 편파 재구성 스위치의 동작에 따라, 제1 원형 편파를 사용하는 수신 안테나 기능과 제2 원형 편파를 사용하는 송신 안테나 기능을 번갈아 가면서 수행하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 편파 재구성 안테나는 상기 수신 배열 안테나의 중앙 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
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