KR20200067853A - 근거리 마이크로파 무선 전력 시스템 - Google Patents

근거리 마이크로파 무선 전력 시스템 Download PDF

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KR20200067853A
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빙 지앙
마틴 샤우어
인드라닐 에스. 센
주야 자디디안
마크 디. 네우만
모힛 나랑
바닛 파탁
이 지앙
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애플 인크.
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Abstract

무선 전력 시스템은 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력을 송신하기 위해 무선 전력 송신 디바이스를 사용할 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스는 스태거된(staggered) 배열로 축을 따라 연장되는 마이크로파 안테나들을 가질 수 있다. 스태거된 배열에서, 마이크로파 안테나들은 축의 교번하는 측들 상에 위치된다. 각각의 마이크로파 안테나는 축에 수직인 차원을 따라 신장된다(elongated). 다수의 안테나들이 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나에 중첩될 수 있다. 제어 회로부는 발진기 및 증폭기 회로부를 사용하여 무선 전력 수신 안테나에 의해 중첩된 안테나들에 구동 신호들을 제공할 수 있다. 구동 신호들은 전력 송신 효율을 향상시키기 위해 무선 전력 수신 디바이스로부터의 피드백에 기초하여 조정될 수 있다. 시스템은 유도성 무선 전력 송신 코일들을 갖는 무선 전력 송신 디바이스를 가질 수 있다.

Description

근거리 마이크로파 무선 전력 시스템
본 출원은, 2018년 2월 22일 출원된 미국 특허 출원 제15/902,875호, 및 2017년 12월 21일 출원된 미국 가특허 출원 제62/609,131호에 대한 우선권을 주장하며, 그로써 그 특허 출원 및 그 가특허 출원은 그들 전체가 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 전력 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전자 디바이스들을 충전하기 위한 무선 전력 시스템들에 관한 것이다.
무선 충전 시스템들에서, 무선 전력 송신 디바이스들은 무선 전력 수신 디바이스들로 전력을 무선으로 송신한다. 일부 구성들에서, 무선 충전 매트들과 같은 무선 전력 송신 디바이스들은 다양한 상이한 무선 전력 수신 디바이스들에 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스들은 각각 무선 충전 매트로부터 무선 교류(AC) 전력을 수신하기 위한 정류기 회로부를 갖는다. 정류기 회로부는 수신된 AC 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하는 데 사용된다.
무선 전력 시스템은 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력을 송신하기 위해 무선 전력 송신 디바이스를 사용할 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스는 패치 안테나들과 같은 안테나들을 갖는다. 패치 안테나들은 축을 따라 연장되는 스태거된(staggered) 행으로 배열된다. 각각의 패치 안테나는 축에 수직인 차원을 따라 신장된다(elongated).
다수의 안테나들이 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나에 결합될 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스 내의 제어 회로부는 발진기 및 증폭기 회로부를 사용하여 무선 전력 수신 안테나에 의해 중첩된 안테나들에 구동 신호들을 제공한다. 구동 신호들은 전력 송신 효율을 향상시키기 위해 무선 전력 수신 디바이스로부터의 피드백에 기초하여 조정된다. 예를 들어, 상이한 안테나들에 제공되는 구동 신호들은 전력 송신 효율을 향상시키기 위해 상이한 위상들 및/또는 크기들을 제공할 수 있다.
일부 배열들에서, 무선 전력 송신 디바이스는 하나 이상의 무선 전력 송신 코일들을 갖는 유도성 충전 회로부를 포함한다. 각각의 코일은 대응하는 패치 안테나 공진 요소를 둘러싸는 와이어의 루프들을 가질 수 있다. 그렇지 않으면 유도성 무선 전력 송신 동작들 동안 패치 안테나 공진 요소에 유도될 수 있는 와전류들을 억제하기 위해, 패치 안테나 공진 요소들은 하나 이상의 슬롯들을 각각 가질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스 및 무선 전력 수신 디바이스를 포함하는 예시적인 무선 전력 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 송신 디바이스 및 대응하는 무선 전력 수신 디바이스의 측단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 송신 디바이스 패치 안테나의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 송신 디바이스의 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 유형의 무선 전력 시스템을 동작시키는 것과 연관되는 예시적인 동작들의 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 안테나가 통신 회로부와 무선 전력 회로부 사이에서 공유되도록 허용하기 위해 무선 전력 수신 디바이스 내에 통합될 수 있는 예시적인 멀티플렉싱 회로부를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 도 1의 시스템에서 사용될 수 있는 유형의 예시적인 유도성 무선 전력 회로부의 회로도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 마이크로파 안테나 요소들의 어레이 및 유도성 무선 전력 송신 코일들의 어레이를 갖는 무선 전력 송신 디바이스의 일부분의 평면도이다.
무선 전력 시스템은 무선 충전 매트와 같은 무선 전력 송신 디바이스를 갖는다. 무선 전력 송신 디바이스는 손목시계, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신한다. 무선 전력 수신 디바이스는 디바이스에 전력을 공급하기 위해 그리고 내부 배터리를 충전하기 위해 무선 전력 송신 디바이스로부터의 전력을 사용한다.
무선 전력 송신 디바이스는 충전 표면을 가로질러 배열된 무선 전력 송신 안테나들의 어레이를 갖는다. 동작 동안, 마이크로파 안테나들과 같은 무선 전력 송신 안테나들은 무선 전력 수신 디바이스 내의 근거리 결합 무선 전력 수신 안테나에 의해 수신되는 무선 전력 신호들을 송신하는데 사용된다.
예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 시스템(8)은 무선 전력 송신 디바이스(10)와 같은 무선 전력 송신 디바이스를 포함하고, 무선 전력 수신 디바이스(40)와 같은 무선 전력 수신 디바이스를 포함한다. 무선 전력 송신 디바이스(10)는 제어 회로부(16)를 포함한다. 무선 전력 수신 디바이스(40)는 제어 회로부(46)를 포함한다. 제어 회로부(16) 및 제어 회로부(46)와 같은 시스템(8) 내의 제어 회로부는 시스템(8)의 동작을 제어하는 데 사용된다. 이 제어 회로부는 마이크로프로세서들, 전력 관리 유닛들, 기저대역 프로세서들, 디지털 신호 프로세서들, 마이크로제어기들, 및/또는 프로세싱 회로들을 갖는 주문형 집적 회로들과 연관된 프로세싱 회로부를 포함한다. 프로세싱 회로부는 디바이스들(10, 40) 내의 원하는 제어 및 통신 특징부들을 구현한다. 예를 들어, 프로세싱 회로부는 전력 송신 레벨들을 결정하고, 센서 데이터를 프로세싱하고, 사용자 입력을 프로세싱하고, 디바이스들(10, 40) 사이의 통신들을 처리하고(예를 들어, 무선 전력 전달 동작 설정들과 연관된 데이터를 전송 및 수신함), 무선 전력 송신 안테나들을 선택하고, 각각의 송신 안테나에 인가되는 구동 신호들의 위상 및/또는 크기를 조정하고, 그렇지 않으면 시스템(8)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다.
시스템(8) 내의 제어 회로부는 전력을 사용하도록 전력 수신 디바이스들을 인가하고, 인가된 전력 수신 디바이스들이 최대 허용 전력 소비 레벨들을 초과하지 않는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 시스템(8) 내의 제어 회로부는 하드웨어(예를 들어, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 시스템(8)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 시스템(8)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 제어 회로부(16 및/또는 46) 내의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 유형의(tangible) 컴퓨터 판독가능 저장 매체) 상에 저장된다. 소프트웨어 코드는 때로는 소프트웨어, 데이터, 프로그램 명령어들, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비휘발성 랜덤-액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예를 들어, 마그네틱 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 탈착가능 플래시 드라이브들 또는 다른 탈착가능 매체 등을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 저장된 소프트웨어는 제어 회로부(16 및/또는 46)의 프로세싱 회로부 상에서 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 프로세싱 회로부, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 또는 다른 프로세싱 회로부를 갖춘 주문형 집적 회로들을 포함할 수 있다.
전력 송신 디바이스(10)는 독립형 전력 어댑터(예를 들어, 전력 어댑터 회로부를 포함하는 무선 충전 매트)일 수 있거나, 케이블에 의해 전력 어댑터 또는 다른 장비에 연결되는 무선 충전 매트일 수 있거나, 휴대용 디바이스일 수 있거나, 가구, 차량, 또는 다른 시스템에 통합된 장비일 수 있거나, 또는 다른 무선 전력 전달 장비일 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스(10)가 무선 충전 매트인 예시적인 구성들은 때때로 본 명세서에서 일 예로서 설명될 수 있다.
전력 수신 디바이스(40)는 손목시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 전력 송신 디바이스(10)는 벽 콘센트(예를 들어, 교류)에 연결될 수 있고, 전력을 공급하기 위한 배터리를 가질 수 있고/있거나 다른 전력의 공급원을 가질 수 있다. 전력 송신 디바이스(10)는 벽 콘센트로부터의 AC 전력 또는 다른 전원을 DC 전력으로 변환하기 위한 전력 변환기(14)와 같은 AC-DC 전력 변환기를 가질 수 있다. DC 전력은 제어 회로부(16)에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 동작 동안, 제어 회로부(16) 내의 제어기는 무선 전력을 디바이스(40)의 전력 수신 회로부(50)에 송신하기 위해 전력 송신 회로부(28)를 사용한다.
전력 송신 회로부(28)는 송신기(20)와 같은 송신기를 갖는다. 송신기(20)는 하나 이상의 발진기들(22)과 같은 교류 구동 신호들을 생성하는 회로부를 포함한다. 송신기(20)가 교류 구동 신호들을 공급하는 주파수는 마이크로파 주파수들에 있을 수 있다. 예를 들어, 송신기(20)가 교류 구동 신호들을 공급하는 주파수는 1 내지 5 ㎓, 500 ㎒ 내지 5 ㎓, 약 2.4 ㎓, 적어도 0.5 ㎓(500 ㎒), 적어도 1 ㎓, 적어도 2 ㎓, 3 ㎓ 미만, 10 ㎓ 미만, 100 ㎓ 미만, 300 ㎓ 미만, 또는 다른 적합한 주파수일 수 있다.
발진기들(22)은 조정가능한 크기 및 위상의 출력 신호들을 생성할 수 있다. 하나 이상의 대응하는 증폭기들(24)(때때로 전력 증폭기들로 지칭됨)과 같은 증폭기 회로부는 발진기들(22)에 의해 생성된 구동 신호들을 증폭한다. 송신기(20)의 출력은 하나 이상의 안테나들(26)에 공급된다. 예시적인 실시예에서, 송신기(20)는 N개의 발진기들(22) 및 N개의 대응하는 전력 증폭기들(24)을 가질 수 있으며, 이들 각각은 발진기들(22) 중 각자의 발진기의 출력을 수신하고, 이들 각각은 그의 출력에서 N개의 구동 신호들 중 대응하는 구동 신호를 공급한다. N개의 전력 증폭기들(24)의 출력에서 공급되는 N개의 구동 신호들은 제어 회로부(16)에 의해 독립적으로 조정가능한 위상 및 크기 속성들을 가질 수 있다. N개의 구동 신호들 각각은 N개의 안테나들(26)들 중 각자의 안테나에 공급된다. N의 값은 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 15, 적어도 20, 50 미만, 30 미만, 20 미만, 13 미만, 8 미만, 또는 다른 적합한 수일 수 있다.
교류 구동 신호들을 안테나들(26)에 공급함으로써, 안테나들(26)은 각각 대응하는 전자기 출력 신호들(30)(예를 들어, 마이크로파 신호들과 같은 무선 주파수 전자기 신호들)을 생성한다. 이러한 신호들은 디바이스(40) 내의 대응하는 무선 전력 수신 컴포넌트들에 근거리 결합된다. 예를 들어, 전력 수신 회로부(50)는 안테나(56)와 같은 하나 이상의 안테나들에 결합된 정류기(54)와 같은 정류기 회로부를 갖는 수신기(52)와 같은 수신기를 포함할 수 있다. 하나의 배열로, 수신 회로부(50)는 단일 안테나(56)를 포함한다.
디바이스(40)가 디바이스(10)의 충전 표면 상에 놓여 있을 때, 안테나(56)는 디바이스(10) 내의 하나 이상의 안테나들(26)에 근거리 결합된다(예를 들어, 안테나(56)는 안테나(56)에 의해 부분적으로 또는 완전히 중첩되는 하나 이상의 안테나들(26)에 용량적으로 결합될 수 있음). 안테나들(26)과 안테나(56) 사이의 전자기 결합으로 인해, 안테나들(26)에 의해 송신되는 전자기 신호들(30)과 같은 무선 전력 신호들은 안테나(56)에서 대응하는 교류 신호들을 생성한다. 정류기(54)는 이들 수신된 교류 신호들을 정류하고 대응하는 직류(DC) 출력 전압들을 생성한다.
정류기(54)에 의해 생성된 DC 전압들은 배터리(42)와 같은 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있고 디바이스(40) 내의 다른 컴포넌트들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(40)는 디스플레이, 통신 회로들, 오디오 컴포넌트들, 센서들, 버튼들, 마이크로폰들, 터치 및 힘 센서들과 같은 사용자 입력 컴포넌트들, 및 다른 컴포넌트들과 같은 입출력 디바이스들(44)을 포함할 수 있고, 이들 컴포넌트들은 정류기(54)에 의해 생성되는 DC 전압들(및/또는 배터리(42)에 의해 생성되는 DC 전압들)에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
디바이스(10) 및/또는 디바이스(40)는 무선으로 통신할 수 있다. 디바이스(10)는, 예를 들어, 블루투스® 신호들 또는 다른 무선 데이터와 같은 무선 통신 신호들을 안테나(예를 들어, 안테나들(26)과 별개인 회로부(18) 내의 안테나)를 사용하여 디바이스(40)로 무선으로 송신하는 무선 송수신기 회로부(18)를 가질 수 있다. 무선 송수신기 회로부(18)는 안테나를 사용하여 디바이스(40)로부터 송신된 블루투스® 신호들 또는 다른 무선 데이터 신호들을 무선으로 수신하는 데 사용될 수 있다.
디바이스(40)는 안테나를 사용하여 무선 신호들(예를 들어, 블루투스® 신호들)을 디바이스(10)로 송신하는 무선 송수신기 회로부(48)를 가질 수 있다. 무선 송수신기(48) 내의 수신기 회로부는 디바이스(12)로부터의 송신된 무선 통신 신호들(예를 들어, 블루투스® 무선 데이터)을 수신하기 위해 이 안테나를 사용할 수 있다. 송수신기(48)의 안테나는 안테나(56)와 별개일 수 있거나, 안테나(56)는 송신된 무선 통신 데이터를 수신하고 무선 전력 신호들을 수신하는 데 모두 사용될 수 있다.
도 2는 무선 전력 송신 디바이스(10)가 무선 전력을 단일의 대응하는 무선 전력 수신 디바이스(40)로 송신하는 예시적인 구성의 시스템(8)의 측단면도이다. 원하는 경우, 다수의 무선 전력 수신 디바이스들(40)이 디바이스(10)로부터 전력을 동시에 수신할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 다수의 무선 전력 송신 안테나들(26)을 포함할 수 있다. 각각의 안테나(26)는 패치 안테나 공진 요소(예를 들어, 안테나들(26)은 패치 안테나들일 수 있음) 및 공유된 안테나 접지(82)와 같은 각자의 안테나 공진 요소(70)로부터 형성될 수 있다. 각각의 안테나(26)는 단자들(26T)로부터 형성된 피드(feed)를 가질 수 있다. 각각의 안테나(26)의 단자들(26T)은 대응하는 증폭기(24)(도 1)의 출력에 결합된다. 일부 구성들에서, 안테나들(26)은 패치 안테나들 이외의 안테나들(예를 들어, 역-F 안테나들, 루프 안테나들, 슬롯 안테나들 등)일 수 있다. 안테나 공진 요소들(70)(예를 들어, 패치 안테나 공진 요소들)은 때때로 전극들, 패치들, 또는 금속 플레이트들로 지칭될 수 있다. 요소들(70)은 금속 포일, 인쇄 회로들 또는 유전체 캐리어들 상의 금속 트레이스들, 또는 다른 전도성 구조들로부터 형성될 수 있다.
도 2의 디바이스(10)는 하우징(72)을 포함한다. 하우징(72)은 금속과 같은 전도성 재료들, 및 유전체 재료들(예를 들어, 중합체, 유리, 세라믹 등)을 포함할 수 있다. 상부 부분(72')(예를 들어, 평면 커버 부재)은 안테나들(26)(예를 들어, 공진 요소들(70))과 중첩되고, 충전 표면(72C)을 형성한다. 디바이스(40)와 같은 하나 이상의 디바이스들은 무선 전력 전달 동작들 동안 충전 표면(72C) 상에 놓인다.
하우징(12)의 부분(72')은 신호들(30)이 안테나들(70)로부터 전력 수신 안테나(56)와 같은 디바이스(40) 내의 전력 수신 회로부(50)로 통과하도록 허용하기 위해 중합체, 유리 또는 세라믹과 같은 유전체로부터 형성된다. 전력 수신 안테나(56)는 전력 수신 안테나 공진 요소(56E)(예를 들어, 패치 안테나 요소, 슬롯 안테나 요소, 또는 다른 안테나 공진 요소)를 포함한다. 안테나 공진 요소(56E) 및 접지(56G)는 무선 전력 수신 안테나(56)를 형성한다. 동작 동안, 무선 신호들은 부분(72')을 통해 안테나(56)에 의해 수신된다. 안테나(56)를 이용해 수신된 교류 신호들은 안테나 단자들(56T)과 같은 안테나 피드 단자들을 통해 정류기(54)(도 1)에 공급된다. 디바이스(40)는 하우징(80)과 같은 하우징(예를 들어, 금속, 유리, 중합체, 및/또는 세라믹, 등으로 형성된 하우징)을 갖는다. 안테나(56)는 하우징(80)의 전도성 부분으로부터 형성되거나, 유전체 기판(예를 들어, 인쇄 회로, 플라스틱 캐리어, 유리 부재, 유전체 하우징 구조들 등) 상의 금속 트레이스들로부터 형성되거나, 또는 다른 전도성 구조들로부터 형성될 수 있다. 원하는 경우, 하우징(80)의 부분들은 신호들이 하우징(80)을 통해 안테나(56)로 통과하도록 허용하기 위해 유전체로부터 형성될 수 있다.
디바이스(10) 내의 안테나 공진 요소들(70)은 기판(76)과 같은 기판 상에 패턴화된 금속 트레이스들과 같은 전도성 구조들로부터 형성된다. 일 실시예에서, 금속 트레이스들은 직사각형 금속 패치들의 세트를 형성한다(예를 들어, 안테나 공진 요소들(70)은 패치 안테나 공진 요소들이고, 안테나들(56)은 패치 안테나들이다). 원하는 경우, 다른 구성들이 안테나 공진 요소들(70)에 사용될 수 있다.
기판(76)은 하나 이상의 층들을 갖는 유전체 기판이다(예를 들어, 폴리이미드의 층 또는 다른 가요성 중합체 층과 같은 가요성 중합체 재료의 시트로부터 형성된 가요성 인쇄 회로, 유리섬유-충전된 에폭시, 플라스틱 캐리어, 유리 층과 같은 재료로부터 형성된 강성 인쇄 회로 기판 등). 접지면(82)은 금속 트레이스들의 평면 층(예를 들어, 안테나 공진 요소들(70)을 형성하는 금속 트레이스들로부터 높이(H) 만큼 분리되는 인쇄 회로(76) 내의 접지면 층)으로부터 형성된다.
안테나들(26)의 높이(H) 및 안테나 공진 요소들(70)의 형상 및 차원들과 같은 안테나들의 다른 속성들의 값은 안테나들(26)의 자유 공간 효율(예를 들어, 디바이스(40) 및 안테나(56)가 존재하지 않을 때의 각각의 안테나(26)의 효율)이 작은 상한 임계 값(Effmax)보다 작도록 구성된다. Effmax의 값은, 일 예로서, 안테나 공진 요소들(70)을 긴 형상(예를 들어, 안테나의 접지와 프린징 필드(fringing field)들을 지원하지 않는 작은 폭을 갖는 긴 직사각형 형상)을 갖도록 구성함으로써 감소될 수 있다. Effmax의 값은 1%, 2%, 5%, 0.1 내지 4%, 적어도 0.3%, 적어도 0.05%, 10% 미만, 또는 다른 적합한 낮은 값일 수 있다. 안테나(56)의 안테나 공진 요소(56E)가 하나 이상의 안테나들(26)(예를 들어, 하나 이상의 안테나 공진 요소들(70))과 중첩되도록 디바이스(40)가 충전 표면(72C) 상에 놓일 때, 중첩된 안테나들(26)의 효율은 상당히(예를 들어, 적어도 10%으로, 적어도 20%으로, 적어도 50%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 99.99% 미만, 99% 미만, 또는 다른 적합한 양으로) 증가한다. 안테나(56)가 존재할 때 효율은 적어도 2배, 적어도 3배, 적어도 5배, 적어도 10배, 적어도 30배, 또는 다른 적합한 값만큼 증가한다.
그 결과, 디바이스(10)는 디바이스(40)의 부재 시에 신호들(30)로서 상당한 무선 전력을 방사하지 않을 것이다. 디바이스(40) 및 안테나(56)가 존재할 때(예를 들어, 안테나 공진 요소(56E)가 하나 이상의 각자의 안테나들(26) 내의 하나 이상의 요소들(70)과 중첩되고 이들 요소들에 용량적으로 결합될 때), 중첩된 안테나들(26)은 안테나(56)에 근거리 결합(예를 들어, 용량적으로 결합)될 것이고 디바이스(10)로부터 디바이스(40)로의 무선 전력의 효율적인 송신을 허용할 것이다. 그러나, 디바이스(40)가 존재하지 않는 경우, 안테나들(26)의 효율은 상당한 전력이 무선으로 송신되는 것을 방지하도록 충분히 떨어질 것이다. 일부 구성들에서, 제어 회로부(16)는 안테나들(26) 각각의 임피던스(예를 들어, 안테나(56)에 대한 안테나들(26) 각각의 근거리 결합의 양)를 측정하고, 송신기(20)를 사용하여 안테나들(26)에 공급되는 구동 신호들을 조정함에 있어서 이러한 측정된 임피던스 정보를 사용할 수 있다. 일 예로서, 만일 주어진 안테나(26)가 임의의 수신 디바이스 안테나들에 결합되지 않으면, 어떠한 구동 신호들도 그 안테나에 제공될 수 없다. 제어 회로부(16)는 또한 디바이스(40)로부터의 피드백(예를 들어, 디바이스(40)로부터의 피드백을 사용하여 수집되는 디바이스(10)와 디바이스(40) 사이의 전력 전달 효율에 대한 정보)에 기초하여 각각의 안테나(26)에 인가되는 구동 신호들을 조정할 수 있다. 피드백 정보는 전력 전달 효율을 향상시키기 위해 안테나들(26)에 공급되는 신호들에 대한 조정들을 행하는 데 실시간으로 사용될 수 있다.
안테나(26)에 대한 예시적인 패치 안테나 구성의 사시도가 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 공진 요소(70)는 안테나 접지(82)로부터 소정 거리(높이)(H)에 위치된다. 안테나 단자들(26T)은 안테나(26)를 위한 안테나 피드를 형성한다. 도 3의 안테나 공진 요소(70)는 길이(L) 및 폭(W)에 의해 특징지어지는 직사각형 형상을 갖는다. 원하는 경우, 패치 안테나 공진 요소들을 형성하기 위해 다른 형상들(원형, 타원형, 정사각형, 육각형 등)이 사용될 수 있다. 길이(L)는 (예들로써) 폭(W)보다 적어도 2배 더 크거나 폭(W)보다 적어도 3배 또는 5배 더 길 수 있다. 이러한 구성(좁은 폭 배열)은 프린징 필드들을 감소시키는 데 도움을 주며, 따라서 디바이스(40)가 존재하지 않을 때 무선 방출들이 낮도록 자유-공간 안테나 효율을 감소시킨다. 예시적인 배열에서, 길이(L)는 40 mm(예를 들어, 적어도 25 mm, 적어도 35 mm, 50 mm 미만, 65 mm 미만 등)이고, 폭(W)은 12 mm(예를 들어, 적어도 5 mm, 적어도 8 mm, 적어도 10 mm, 15 mm 미만, 18 mm 미만, 25 mm 미만 등)이다. 높이(H)는 약 0.01 내지 10 mm, 적어도 0.05 mm, 적어도 0.1 mm, 적어도 0.5 mm, 6 mm 미만, 4 mm 미만, 2 mm 미만 등일 수 있다. 요소(70)의 종횡비(L/W)는 약 3.3, 적어도 2, 적어도 3, 3.5 미만, 4 미만, 1.5 내지 5, 또는 다른 적합한 길이-대-폭 값이다.
충전 표면(72C) 상의 다양한 무선 전력 수신 디바이스들에 대한 만족스러운 커버리지를 제공하기 위해, 다수의 안테나 공진 요소들(70)(다수의 안테나들(26))이 표면(72C)을 가로질러 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 충전 표면(72C)은 긴 형상(직사각형, 타원형, 곡선형 모서리들을 갖는 직사각형 등)을 가질 수 있고, 종축(90)에 의해 특징지어질 수 있다. 안테나 공진 요소들(70)은 디바이스(10)의 길이(예를 들어, 단일의 스태거된 행)를 따라 행으로 배열될 수 있다. 원하는 경우, 요소들(70)이 (예를 들어, 요소들(70)의 체커보드를 형성하기 위해) 다수의 스태거된 행들로 배열되거나, 요소들(70)이 하나 이상의 스태거되지 않은 행들 또는 다른 패턴들로 배열되는 구성들이 또한 사용될 수 있다.
도 4의 배열에서, 요소들(70)은 (예를 들어, 도 4의 X 축에 평행한 종축(90)을 따라) 표면(72C)의 길이를 따라 균일하게 이격된다. 사용되는 안테나들(26)의 개수를 증가시키지 않고서 안테나들(26)의 (축 Y를 따른) 커버리지를 넓히기 위해, 축 Y에 대한 요소들(70)들의 위치들이 스태거된다. 예를 들어, 표면(72C)을 양분하는 축(90)의 위 또는 아래에(축(90)의 대향하는 측들 상에) 그 중심들(92)이 각각 놓이도록 교번하는 홀수 및 짝수의 공진 요소들(70)이 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 공진 요소들(70)들의 배치를 교번시킴으로써, 충전 표면(72C)의 주어진 표면적에 사용되는 전력 증폭기들 및 공진 요소들(70)의 수를 증가시키지 않고서 (축 Y를 따른) 비교적 큰 측방향 커버리지가 달성될 수 있다. 도 4의 공진 요소 패턴은 또한 디바이스(10)(요소들(70))와 다양한 상이한 무선 전력 수신 디바이스들(40)(예를 들어, 태블릿들, 셀룰러 전화들, 시계들, 스타일러스 디바이스들, 이어버드들, 이어버드 케이스들 등 내의 안테나들) 사이의 만족스러운 근거리 결합을 보장하는 것을 돕는다.
무선 전력 송신 효율을 향상시키기 위해, 제어 회로부(16)는 (예를 들어, 송신기(20)의 발진기들(22) 및/또는 증폭기들(24)을 사용하여 구동 신호 위상 및/또는 크기를 조정함으로써) 각각의 안테나들(26)에 공급되는 구동 신호를 조정한다. 일 예로서, 제어 회로부(16)는 단지 무선 전력 수신 디바이스 안테나에 결합된 공진 요소들(70)들을 사용하여 전력을 송신할 수 있다. 결합은 제어 회로부(16) 내의 측정 회로부(예를 들어, 각각의 안테나(26)의 임피던스가 중첩 안테나 요소(56E)에 의해 교란되었는지 여부를 결정하는 임피던스 측정 회로부, 전력이 주어진 안테나에 제공될 때 주어진 안테나로부터 얼마나 많은 송신된 전력이 반사되는지를 측정하는 반사 전력 측정 회로부, 등)를 사용하여 측정되고/되거나, (예를 들어, 송수신기 회로부(48) 및 송수신기 회로부(18)를 사용하여) 디바이스(40)로부터 디바이스(10)로 무선으로 송신된 피드백 데이터를 사용하여 측정되고/되거나, 디바이스들(40)(예를 들어, 전자기 센서들, 광학 센서들 등)과 같은 중첩되는 물체들을 검출하는 센서들을 사용하여 측정되고/되거나, 요소들(70) 각각과 충전 표면(72C) 상의 요소들(56E) 사이의 용량성 결합을 측정하는 다른 적절한 회로부를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 구성들에서, 디바이스(10)와 디바이스(40) 사이의 양방향 무선 통신들은 디바이스(10) 상에 존재하는 전력 수신 디바이스(40)의 유형 및 무선 전력 송신에 사용하기 위한 연관된 무선 전력 송신 설정들을 설정하는 데 사용될 수 있다.
제1 예로서, 무선 전력 수신 디바이스가 제1 요소(70-1) 및 제2 요소(70-2)의 부분들에 균일하게 중첩되는 공진 요소(공진 요소(56E1))를 갖는 안테나를 갖는 시나리오를 고려한다. 이러한 상황에서, 제어 회로부(16)는 중첩된 요소들(70-1, 70-2)을 사용하여 무선 전력을 송신할 것이지만, 표면(72C) 아래의 나머지 요소들(70)에는 전력이 공급되지 않는다. 이 시나리오에서 무선 전력 송신 효율을 향상시키는 것을 돕기 위해, 제어 회로부(16)는 동일한 크기 및 동일한 위상(P1)(1%, 2%, 10%, 또는 다른 작은 임계 변동 내임)의 구동 신호들을 인가함으로써 무선 전력을 송신할 수 있다.
제2 예로서, 무선 전력 수신 디바이스 안테나가 요소들(70-3, 70-4)과 불균일하게 중첩되는 공진 요소(공진 요소(56E2))를 갖는 시나리오를 고려한다. 일 예로서, 요소(70-4)가 요소(70-3)보다 더 많이 중첩될 수 있다. 무선 전력 송신 효율을 향상시키는 것을 돕기 위해, 송신기(20)를 이용해 요소들(70-3, 70-4)에 인가되는 구동 신호들의 위상 및/또는 크기는 상이할 수 있다. 일 예로서, 제어 회로부(16)에 의해 요소(70-3)에 인가되는 구동 신호는 제1 위상(P2)을 가질 수 있고, 제어 회로부(16)에 의해 요소(70-4)에 인가되는 구동 신호는 P2와 상이한 제2 위상(P3)을 가질 수 있다.
각각의 요소(70)에 인가되는 구동 신호들(위상 및/또는 크기 등)은 무선 전력 송신 효율을 향상시키는 것을 돕기 위해 디바이스(40)로부터의 피드백에 기초하여 실시간으로 조정될 수 있다. 피드백 정보를 사용하여 무선 전력 송신 효율을 향상시키는 데 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도가 도 5에 도시되어 있다.
블록(100)의 동작들 동안, 송신 디바이스(10)는 전력 송신 회로부(26)를 사용하여 무선 전력(Ptx)을 무선 전력 수신 디바이스(40)로 송신한다. 무선 전력 수신 디바이스(40)는 무선 전력 수신 회로부(50)를 이용하여 대응하는 전력(Prx)을 수신한다. 주어진 송신된 전력을 위해 수신되는 전력의 양은 안테나들(26, 56)의 구성들, 충전 표면(72) 상의 디바이스(40)의 물리적 위치, 및 디바이스(10) 내의 안테나들에 인가되는 구동 신호들과 같은 요인들에 의해 영향을 받는다.
블록(102)의 동작들 동안, 디바이스(40)의 제어 회로부(46)는 디바이스(10)에 피드백을 송신하기 위해 송수신기(48)와 같은 무선 통신 회로부(예를 들어, 블루투스® 송수신기와 같은 무선 주파수 송수신기 또는 다른 적합한 무선 통신 회로)를 사용한다. 특히, 송수신기(48)는 수신된 전력(Prx)의 값에 관한 정보를 디바이스(10)의 대응하는 무선 송수신기 회로부(18)에 송신하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10)의 제어 회로부(16)는 Ptx 및 Prx의 값들을 사용하여 현재 전력 송신 효율(Ptx/Prx)을 결정한다. 디바이스(10)가 다수의 안테나들(26)을 사용하여(예를 들어, 요소(56E)에 결합된 제1 및 제2 요소들(70)을 사용하여) 무선 전력을 송신하고 있는 동안 전력 송신 효율 측정들이 수집될 수 있다. 각각의 능동 요소(70)에 인가되는 구동 신호들은 결합 측정들(예를 들어, 제어 회로부(16)를 이용해 이루어진 임피던스 측정들) 및/또는 디바이스(40)로부터의 피드백에 기초하여 선택될 수 있다.
블록(104)의 동작들 동안, 디바이스(10)는 제어 회로부(16)를 사용하여 각각의 요소(70)(예를 들어, 요소(56E)에 결합된 각각의 요소(70))로의 구동 신호들(예를 들어, 구동 신호 위상 및/또는 크기)을 조정한다. 구동 신호들에 대한 조정들은 무선 전력 송신 효율을 향상시키도록 이루어질 수 있다. 일부 배열에서, 디바이스(10)가 가능한 구동 조건들의 범위에 걸쳐 무선 전력 송신 효율을 평가하는 것을 돕기 위해 구동 신호들에 대해서 시험 샘플 조정들(시험 정보를 수집하기 위해 이루어지는 조정들)이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 위상(P2)이 현재 너무 낮거나 너무 높은지를 평가하기 위해 위상(P3)에 비해 위상(P2)을 순간적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 프로세싱이 블록(100)의 동작들로 되돌아갈(loop back) 수 있는 방법을 나타내는 선(106)으로 도시한 바와 같이, 디바이스(10) 내의 각각의 안테나에 대한 구동 신호를 조정하고, 달성되는 결과적인 무선 전력 송신 효율(Prx/Ptx)을 평가하는 프로세스는 무선 전력 송신 동작들 동안 연속적으로 수행될 수 있다.
디바이스(40)에 대한 일부 배열들에서, 무선 전력 및 무선 통신들은 별개의 각자의 안테나들을 사용하여 취급된다. 다른 구성들에서, 무선 전력 수신 안테나의 전부 또는 일부는 무선 통신 안테나의 전부 또는 일부와 공유될 수 있다. 도 6의 예시적인 배열에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 안테나(56)는 멀티플렉싱 회로부(120)를 사용하여 통신 송수신기(48)와 무선 전력 수신기(52) 사이에서 공유될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 시스템(8)은 도 7에 도시된 바와 같이 유도성 무선 전력 회로부를 포함한다. 이러한 유형의 배열에서, 디바이스(10)는 회로(130)와 같은 하나 이상의 유도성 무선 전력 송신 회로들을 가지며, 이들 각각은 무선 전력 송신 코일(134)로부터 형성된 대응하는 공진 회로에 교류 구동 신호들을 공급하기 위한 인버터(132) 및 예시적인 커패시터(136)와 같은 하나 이상의 연관된 커패시터들을 포함한다. 이는 임의의 중첩된(자기적으로 결합된) 유도성 무선 전력 수신 디바이스들(40)에 의해 수신되는 교류 전자기 신호들(예를 들어, 자기장들)을 생성한다. 코일(134)로부터 무선 전력을 수신하는 디바이스들(40)은 커패시터(140)와 같은 하나 이상의 커패시터들을 포함하는 공진 회로에서 도 7의 코일(138)과 같은 대응하는 무선 전력 수신 코일들을 갖는다. 정류기(142)와 같은 정류기 회로부는 각각의 공진 회로(예를 들어, 각각의 무선 전력 수신 코일(138) 및 커패시터(들)(140))에 결합된다. 동작 동안, 무선 전력은 코일(134)을 사용하여 송신되고, 유도성 무선 전력 송신 주파수들(예를 들어, 50 ㎑ 내지 500 ㎑, 적어도 100 ㎑, 적어도 200 ㎑, 10 ㎒ 미만, 1 ㎒ 미만, 400 ㎑ 미만, 또는 다른 적합한 유도성 무선 전력 송신 주파수들)에서 코일(138)에 의해 수신된다.
유도성 무선 전력 송신 코일들(134) 및 무선 전력 송신 안테나들(26) 둘 모두를 디바이스(10) 내에 통합함으로써, 디바이스(10)는 유도성 충전만을 지원하는 무선 전력 수신 디바이스들, 안테나들(26)(예를 들어, 용량성 결합 배열들)만을 사용하여 무선 충전을 지원하는 무선 전력 수신 디바이스들, 및 하나 이상의 안테나들(56)에 더하여 하나 이상의 전력 수신 코일들(138)을 포함하는 무선 전력 수신 디바이스들을 이용한 무선 충전을 지원할 수 있다.
도 8은 유도성 무선 전력 송신 코일들(134) 및 안테나 공진 요소들(70)을 갖는 안테나들(56) 둘 모두가 디바이스(10) 내에 통합된 예시적인 구성의 디바이스(10)의 평면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 안테나 공진 요소들(70)은 각각의 요소(70)가 코일들(134) 중 각자의 코일의 전도성 라인들(와이어들, 금속 트레이스들 등)의 루프들에 의해 둘러싸이도록 코일들(134)의 중심들에 배치될 수 있다. 유도성 무선 전력 송신 동작들 동안 와전류들을 감소시키는 것을 돕기 위해, 안테나 공진 요소들(70)은 얇은 금속(예를 들어, 1 마이크로미터 미만, 0.5 마이크로미터 미만, 0.2 마이크로미터 미만, 0.1 마이크로미터 미만, 0.05 마이크로미터 미만, 적어도 0.01 마이크로미터의 두께, 또는 다른 적합한 두께를 갖는 금속 트레이스들)으로부터 형성될 수 있고/있거나, 요소들(70)을 부분적으로 또는 완전히 통과하는 슬롯들(150)을 가질 수 있다(예를 들어, 요소(70') 참조). 유도성 충전과 연관된 것들과 같은 더 낮은 주파수들에서, 슬롯들(150)은 개방 회로들(고임피던스 구조들)을 형성하고, 슬롯들(150)의 존재는 요소(70')의 영역들을 서로로부터 연결해제하여, 와전류 형성을 차단한다. 안테나들(26, 56)을 사용하는 무선 전력 전달과 연관된 것들과 같은 더 높은 주파수들에서, 슬롯들(150)과 연관된 커패시턴스들은 단락 회로들로서, 슬롯들(150)을 효과적으로 브리징(bridging)하고, 각각의 요소(70)의 상이한 부분들 전부를 함께 전기적으로 연결한다(예를 들어, 도 8의 요소(70')의 모든 부분들은 서로 전기적으로 단락된다). 그 결과, 슬롯들(150)에 의해 분리되는 각각의 요소(70)의 부분들이 전기적으로 결합될 것이고 대응하는 안테나(26)를 위한 유효 안테나 공진 요소(70)를 형성할 것이다.
일 실시예에 따르면, 충전 표면을 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 디바이스에 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 디바이스가 제공되며, 무선 전력 송신 디바이스는, 각자의 패치 안테나 공진 요소들을 갖는 복수의 무선 전력 송신 안테나들 - 충전 표면은 종축에 의해 특징지어지고, 패치 안테나 공진 요소들은 종축을 따라 스태거된 구성으로 배열됨 -, 및 무선 전력을 송신하기 위해 복수의 무선 전력 송신 안테나들에 교류 구동 신호들을 공급하도록 구성된 송신기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 송신기는 500 ㎒ 내지 5 ㎓의 주파수에서 교류 구동 신호들을 공급하도록 구성된 발진기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 패치 안테나 공진 요소들은 직사각형 패치 안테나 공진 요소들이고, 직사각형 패치 안테나 공진 요소들은 종축의 대향하는 제1 측 및 제2 측 상에 교번하여 위치된 중심들을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 패치 안테나 공진 요소들은 직사각형 패치 안테나 공진 요소들이고, 각각의 직사각형 패치 안테나 공진 요소는 종축에 수직인 차원을 따라 신장된다.
다른 실시예에 따르면, 패치 안테나 공진 요소들은 직사각형 패치 안테나 공진 요소들이고, 각각의 직사각형 패치 안테나 공진 요소는 종축에 수직인 차원을 따라 신장되고, 직사각형 패치 안테나 공진 요소들은 종축의 대향하는 제1 측 및 제2 측 상에 교번하여 위치된 중심들을 가지며, 각각의 직사각형 패치 안테나 공진 요소는 폭 및 폭의 적어도 2배의 길이를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 유도성 무선 충전 코일들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 복수의 인버터들, 및 인버터들 중 각자의 인버터에 각각 결합된 복수의 유도성 무선 전력 송신 코일들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 각각이 패치 안테나 공진 요소들 중 각자의 패치 안테나 공진 요소를 둘러싸는 복수의 유도성 무선 전력 송신 코일들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 유도성 무선 충전 코일들을 포함하며, 패치 안테나 공진 요소들 각각은 유도성 무선 충전 코일들 중 각자의 유도성 무선 충전 코일 내에 놓이고, 패치 안테나 공진 요소 각각은 적어도 하나의 슬롯을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 패치 안테나 공진 요소들 각각은, 무선 전력 수신 디바이스가 그 패치 안테나 공진 요소와 중첩되지 않는 경우 5% 미만의 효율로 무선 전력을 송신하도록 구성되고, 무선 전력 디바이스가 그 패치 안테나와 중첩되는 경우 적어도 10%의 효율로 무선 전력을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 제1 구동 신호를 패치 안테나 공진 요소들 중 제1 패치 안테나 공진 요소에 공급하고, 제2 구동 신호를 패치 안테나 공진 요소들 중 제2 패치 안테나 공진 요소에 공급하고, 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 피드백 정보를 수신하고, 무선 피드백 정보에 응답하여, 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호를 조정하도록 구성된 제어 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호는 상이한 위상들을 가지며, 무선 피드백 정보는 무선 전력이 송신기에 의해 송신되는 동안 무선 전력 수신 디바이스에서 무선으로 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선으로 수신된 정보에 기초하여 패치 안테나 공진 요소들 중 제1 패치 안테나 공진 요소 및 패치 안테나 공진 요소들 중 제2 패치 안테나 공진 요소에 각각 인가되는 구동 신호들의 위상들을 조정하도록 구성된 제어 회로부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 충전 표면을 통해 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 디바이스가 제공되며, 무선 전력 송신 디바이스는, 충전 표면에 평행하게 이어지는 축을 따라 연장되는 마이크로파 안테나들의 행 - 각각의 마이크로파 안테나는 중심을 갖는 대응하는 패치 안테나 공진 요소를 갖고, 축을 따라 연장되는 마이크로파 안테나들은 축의 교번하는 측들 상에 그들의 패치 안테나 공진 요소들의 중심들을 가짐 - 및 마이크로파 안테나들의 행에 결합된 전력 송신 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전력 송신 회로부는 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나 요소에 의해 중첩되는 마이크로파 안테나들 중 제1 마이크로파 안테나에 제1 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나 요소에 의해 중첩되는 마이크로파 안테나들 중 제2 마이크로파 안테나에 제1 구동 신호와 상이한 위상의 제2 구동 신호를 제공하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 패치 안테나 공진 요소들 각각은 축에 수직인 차원을 따라 연장되는 폭 및 폭의 적어도 2배의 길이를 갖는 직사각형 형상을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 교류 신호를 공급하도록 구성된 인버터 및 교류 신호를 수신하고 대응하는 무선 전력 신호들을 무선 전력 수신 디바이스에 제공하는, 인버터에 결합된 무선 전력 송신 코일을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 패치 안테나 공진 요소들 중 적어도 하나는 교류 신호가 무선 전력 송신 코일에 의해 수신될 때 와전류들을 감소시키도록 구성된 적어도 하나의 슬롯을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력을 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나에 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 디바이스가 제공되며, 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 안테나에 근거리-결합된 제1 패치 안테나 공진 요소 및 제2 패치 안테나 공진 요소를 포함하는 패치 안테나 공진 요소들의 행, 제1 패치 안테나 공진 요소에 결합된 제1 증폭기 및 제2 패치 안테나 공진 요소에 결합된 제2 증폭기, 제1 증폭기에 결합된 제1 발진기 및 제2 증폭기에 결합된 제2 발진기, 및 제1 발진기 및 제1 증폭기를 사용하여 제1 구동 신호를 제1 패치 안테나 공진 요소에 제공하도록 구성되고, 제2 발진기 및 제2 증폭기를 사용하여 제1 구동 신호와 상이한 위상을 갖는 제2 구동 신호를 제2 패치 안테나 공진 요소에 제공하도록 구성된 제어 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 패치 안테나 공진 요소들은 축을 따라 스태거된 행으로 연장되고, 각각의 패치 안테나 공진 요소들은 축에 수직인 차원을 따라 신장된다.
전술한 것은 단지 예시일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 충전 표면을 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 디바이스에 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 디바이스로서,
    각자의 패치 안테나 공진 요소들을 갖는 복수의 무선 전력 송신 안테나들 - 상기 충전 표면은 종축에 의해 특징지어지고, 상기 패치 안테나 공진 요소들은 상기 종축을 따라 스태거된(staggered) 구성으로 배열됨 -; 및
    상기 무선 전력을 송신하기 위해 상기 복수의 무선 전력 송신 안테나들에 교류 구동 신호들을 공급하도록 구성된 송신기를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신기는 500 ㎒ 내지 5 ㎓의 주파수에서 상기 교류 구동 신호들을 공급하도록 구성된 발진기를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패치 안테나 공진 요소들은 직사각형 패치 안테나 공진 요소들이고, 상기 직사각형 패치 안테나 공진 요소들은 상기 종축의 대향하는 제1 측 및 제2 측 상에 교번하여 위치된 중심들을 갖는, 무선 전력 송신 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 패치 안테나 공진 요소들은 직사각형 패치 안테나 공진 요소들이고, 각각의 직사각형 패치 안테나 공진 요소는 상기 종축에 수직인 차원을 따라 신장되는(elongated), 무선 전력 송신 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패치 안테나 공진 요소들은 직사각형 패치 안테나 공진 요소들이고, 각각의 직사각형 패치 안테나 공진 요소는 상기 종축에 수직인 차원을 따라 신장되고, 상기 직사각형 패치 안테나 공진 요소들은 상기 종축의 대향하는 제1 측 및 제2 측 상에 교번하여 위치된 중심들을 가지며, 각각의 직사각형 패치 안테나 공진 요소는 폭 및 상기 폭의 적어도 2배의 길이를 갖는, 무선 전력 송신 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 유도성 무선 충전 코일들을 더 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    복수의 인버터들; 및
    상기 인버터들 중 각자의 인버터에 각각 결합된 복수의 유도성 무선 전력 송신 코일들을 더 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    각각이 상기 패치 안테나 공진 요소들 중 각자의 패치 안테나 공진 요소를 둘러싸는 복수의 유도성 무선 전력 송신 코일들을 더 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 유도성 무선 충전 코일들을 더 포함하며, 상기 패치 안테나 공진 요소들 각각은 상기 유도성 무선 충전 코일들 중 각자의 유도성 무선 충전 코일 내에 놓이고, 상기 패치 안테나 공진 요소 각각은 적어도 하나의 슬롯을 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 패치 안테나 공진 요소들 각각은, 상기 무선 전력 수신 디바이스가 그 패치 안테나 공진 요소와 중첩되지 않는 경우 5% 미만의 효율로 무선 전력을 송신하도록 구성되고, 상기 무선 전력 디바이스가 그 패치 안테나와 중첩되는 경우 적어도 10%의 효율로 무선 전력을 송신하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    제어 회로부를 더 포함하고, 상기 제어 회로부는:
    제1 구동 신호를 상기 패치 안테나 공진 요소들 중 제1 패치 안테나 공진 요소에 공급하고, 제2 구동 신호를 상기 패치 안테나 공진 요소들 중 제2 패치 안테나 공진 요소에 공급하고;
    상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 피드백 정보를 수신하고;
    상기 무선 피드백 정보에 응답하여, 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호를 조정하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호는 상이한 위상들을 가지며, 상기 무선 피드백 정보는 상기 무선 전력이 상기 송신기에 의해 송신되는 동안 상기 무선 전력 수신 디바이스에서 무선으로 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선으로 수신된 정보에 기초하여 상기 패치 안테나 공진 요소들 중 제1 패치 안테나 공진 요소 및 상기 패치 안테나 공진 요소들 중 제2 패치 안테나 공진 요소에 각각 인가되는 구동 신호들의 위상들을 조정하도록 구성된 제어 회로부를 더 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  14. 충전 표면을 통해 무선 전력을 무선 전력 수신 디바이스에 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 디바이스로서,
    상기 충전 표면에 평행하게 이어지는 축을 따라 연장되는 마이크로파 안테나들의 행 - 각각의 마이크로파 안테나는 중심을 갖는 대응하는 패치 안테나 공진 요소를 갖고, 상기 축을 따라 연장되는 상기 마이크로파 안테나들은 상기 축의 교번하는 측들 상에 그들의 패치 안테나 공진 요소들의 중심들을 가짐 -; 및
    상기 마이크로파 안테나들의 행에 결합된 전력 송신 회로부를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전력 송신 회로부는 상기 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나 요소에 의해 중첩되는 상기 마이크로파 안테나들 중 제1 마이크로파 안테나에 제1 구동 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 무선 전력 수신 디바이스 내의 상기 무선 전력 수신 안테나 요소에 의해 중첩되는 상기 마이크로파 안테나들 중 제2 마이크로파 안테나에 상기 제1 구동 신호와 상이한 위상의 제2 구동 신호를 제공하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  16. 제14항에 있어서, 상기 패치 안테나 공진 요소들 각각은 상기 축에 수직인 차원을 따라 연장되는 폭 및 상기 폭의 적어도 2배의 길이를 갖는 직사각형 형상을 갖는, 무선 전력 송신 디바이스.
  17. 제14항에 있어서,
    교류 신호를 공급하도록 구성된 인버터; 및
    상기 교류 신호를 수신하고 대응하는 무선 전력 신호들을 상기 무선 전력 수신 디바이스에 제공하는, 상기 인버터에 결합된 무선 전력 송신 코일을 더 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 무선 패치 안테나 공진 요소들 중 적어도 하나는 상기 교류 신호가 상기 무선 전력 송신 코일에 의해 수신될 때 와전류들을 감소시키도록 구성된 적어도 하나의 슬롯을 갖는, 무선 전력 송신 디바이스.
  19. 무선 전력을 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 안테나에 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 디바이스로서,
    상기 무선 전력 수신 안테나에 근거리-결합된 제1 패치 안테나 공진 요소 및 제2 패치 안테나 공진 요소를 포함하는 패치 안테나 공진 요소들의 행;
    상기 제1 패치 안테나 공진 요소에 결합된 제1 증폭기 및 상기 제2 패치 안테나 공진 요소에 결합된 제2 증폭기;
    상기 제1 증폭기에 결합된 제1 발진기 및 상기 제2 증폭기에 결합된 제2 발진기; 및
    상기 제1 발진기 및 상기 제1 증폭기를 사용하여 제1 구동 신호를 상기 제1 패치 안테나 공진 요소에 제공하도록 구성되고, 상기 제2 발진기 및 상기 제2 증폭기를 사용하여 상기 제1 구동 신호와 상이한 위상을 갖는 제2 구동 신호를 제2 패치 안테나 공진 요소에 제공하도록 구성된 제어 회로부를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 패치 안테나 공진 요소들은 축을 따라 스태거된 행으로 연장되고, 각각의 패치 안테나 공진 요소들은 상기 축에 수직인 차원을 따라 신장되는, 무선 전력 송신 디바이스.
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