KR20210022746A - 4개의 공면 안테나 소자들을 가진 무선 전력 전송을 위한 근접장 안테나 - Google Patents
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Abstract
반사기와, 반사기로 부터 오프셋된 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들을 포함하는 근접장 안테나가 제공된다. 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 각각은 각각의 사행 패턴을 따른다. 4개의 공면 안테나 소자들 중의 2개의 안테나 소자들은 제 1 축을 따라 제 1 다이폴 안테나를 형성하고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 다른 2개의 안테나 소자들은 제 1 축에 수직한 제 2 축을 따라 제 2 다이폴 안테나를 형성한다. 근접장 안테나는, (ⅰ) 다이폴 안테나들 중 하나에 전자기 신호들을 피딩하도록 구성된 전력 증폭기와, (ⅱ) 다이폴 안테나들 중 하나의 임피던스를 조정하도록 구성된 임피던스-조정 부품, 및 (ⅲ) 전력 증폭기와, 임피던스-조정 부품과, 다이폴 안테나들에 결합된 스위치 회로를 더 포함한다. 스위치 회로는, 전력 증폭기에 제 1 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키고, 인피던스-조정 부품에 제 2 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키거나, 그 반대로 결합시키도록 구성된다.
Description
본 명세서에 있어서의 실시 예들은 근접장 무선 전력 전송 시스템들(예를 들어 그러한 시스템에서 이용되는 안테나들, 소프트웨어 및 디바이스들)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 각각의 사행 패턴(meandering pattern)을 따르는 4개의 공면 안테나 소자들(coplanar antenna elements)을 가진 무선 전력 전송을 위한 근접장 안테나에 관한 것이다.
통상적인 충전 패드들은 디바이스를 충전하는데 이용되는 자기장을 생성하기 위해 유도성 코일들을 이용한다. 사용자들은, 전형적으로, 그 디바이스를 충전 패드상의 특정 위치에 설치해야 하며, 디바이스의 충전을 차단하거나 종료하지 않고서는, 그 디바이스를 패드상의 다른 위치로 이동시킬 수 없다. 많은 사용자들이 그들의 디바이스의 충전을 시작하기 위한 패드 상의 정확한 위치에 그 디바이스를 배치할 수 없을 수도 있기 때문에, 이것은 많은 사용자들에게 답답한 경험을 주게 된다. 사용자들은, 그들의 디바이스가 적절하게 배치되었다고 생각할 수 있지만, 몇시간 후에 실망스럽게도 매우 소량의 에너지만이 전달되었음을(또는 아예 전달된 에너지가 없음을) 발견하는 경우가 빈번하다.
통상적인 충전 패드들은, 또한, 다수의 서로 다른 집적 회로들에 걸쳐 분포된 부품들을 이용한다. 그러한 구성은, 이들 충전 패드들을 그러한 패드들의 사용자가 원하는 것보다 느리게 작동시키는 프로세싱 지연으로 결과한다 (예를 들어, 무선 충전 및 무선 충전 동안에 이루어지는 조정이 보다 오래 걸림).
따라서, 상술한 문제를 처리하는 무선 충전 시스템들(예를 들어, RF 충전 패트들)이 필요하다. 이를 위해, 단일 집적 회로상에 효율적으로 배열되는 부품들을 포함하는 RF 충전 패드가 본 명세서에서 설명되며, 그 단일 집적 회로는, RF 충전 패드의 표면상에 배치된 수신기 디바이스로의 무선 전력의 전송에 사용할 효율적인 안테나 존을 위치 결정하기 위해, 안테나 존들을 선택적으로 또는 순차적으로 활성화시킴에 의해 RF 충전 패드의 안테나들(예를 들어, 서로 그룹화된 RF 충전 패드의 하나 이상의 안테나들 또는 단위 셀 안테나들, 본 명세서에서는 이를 안테나 그룹이라 지칭함)을 관리한다. 그러한 시스템 및 그의 이용 방법은, 통상적인 충전 패드에 대한 사용자의 불만을 제거하는데 도움을 준다. 예를 들어, 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 동안 전달된 에너지를 모니터링함에 의해, 그러한 시스템들 및 그의 이용 방법들은, 디바이스가 설치될 수 있는 RF 충전 패드상의 임의 위치 및 임의 시점에서 에너지 전달이 최대로 됨을 보장함에 의해 낭비되는 RF 전력 전송을 제거함으로서, 효율적으로 수신되지 않을 수도 있는 낭비적인 전송을 제거하는데 도움을 준다.
이하의 설명에서는, 다양한 안테나 존들을 포함하는 RF 충전 패드에 대한 참조가 이루어진다. 이러한 설명을 위해, 안테나 존들은 RF 충전 패드의 하나 이상의 전송 안테나들을 포함하며, 각 안테나 존은, 어느 안테나 존이 수신기에 가장 효율적으로 무선 전력을 전달할 수 있는지를 결정하기 위해 각 안테나 존의 선택적 활성화가 이루어질 수 있도록, 제어 집적 회로(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160), 도 1a-1b)에 의해 개별적으로 처리될 수 있다. RF 충전 패드는 본 명세서에서 근접장 충전 패드 또는 보다 간단히 충전 패드라는 용어로서 상호 교체 가능하게 지칭된다.
(A1) 일부 실시 예들에 있어서, 무선 통신 부품(예를 들어, 통신 부품(204), 도 1a), 각각이 적어도 하나의 안테나 소자를 포함하는 다수의 안테나 존들(예를 들어, 도 1b에 예시적인 안테나 존들이 도시됨), 및 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, CPU(202), 도 1b 및 도 2a)을 포함하는 근접장 충전 패드에서 방법이 실행된다. 그 방법은 무선 통신 부품을 통해, 근접장 충전 패드의 임계 거리 내에 있는 무선 전력 수신기를 검출하고, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드의 임계 거리내에 있다는 검출에 응답하여, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었는지를 판정하는 것을 포함한다. 그 방법은, 또한, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었다는 판정에 따라, 다수의 안테나 존들 중 적어도 하나의 특정 안테나 존에 의한 각 테스트 전력 전송 신호의 전송과 연관된 특정 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다는 판정이 이루어질 때까지, 다수의 안테나 존들에 포함된 각 안테나 소자가, 제 1 세트의 전송 특성들을 가진 각 테스트 전력 전송 신호들을 선택적으로 전송하는 것을 포함한다. 하나 이상의 프로세서들이, 특정 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다고 판정하면, 그 방법은, 적어도 하나의 특정 안테나 존을 이용하여 무선 전력 수신기에 다수의 추가적인 전력 전송 신호들을 전송하는 것을 더 포함하며, 다수의 추가적인 전력 전송 신호들의 각각은 제 1 세트와 별개인, 제 2 세트의 전송 특성들을 가지고 전송된다.
(A2) A1 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드의 표면상에 설치되었는지를 판정하는 것은, (ⅰ) 다수의 안테나 존들의 각 존들을 이용하여 테스트 전력 전송 신호들을 전송하고, (ⅱ) 테스트 전력 전송 신호들을 전송하는 동안 근접장 충전 패드에서 반사된 전력량을 모니터링하고, (ⅲ) 반사된 전력량이 디바이스 검출 임계치를 충족하면, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었다고 판정하는 것을 포함한다.
(A3) A2 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 반사된 전력량은 다수의 안테나 존들의 각 안테나 존에서 측정된다.
(A4) A2-A3 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 디바이스 검출 임계치는 근접장 충전 패드에 대한 캘리브레이션 프로세스(calibration process)동안 수립된다.
(A5) A4 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 디바이스 검출 임계치는 무선 전력 수신기와 결합된 디바이스의 유형에 특정되며, 디바이스 검출 임계치는 근접장 충전 패드에 인접한 무선 전력 수신기가 검출된 후 하나 이상의 프로세서들에 의해 선택된다(예를 들어, 무선 전력 수신기는 근접장 충전 패드로 정보의 패킷을 송신하며, 그 정보 패킷은 무선 전력 수신기와 결합된 디바이스의 유형을 식별하는 정보를 포함한다).
(A6) A1-A5 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 각 테스트 전력 전송 신호들을 선택적으로 전송하는 것은, 다수의 안테나 존들의 각 안테나 존을 이용하여 실행된다. 추가적으로, 그 방법은, 다수의 안테나 존들 중 적어도 하나의 특정 안테나 존에 의한 각 테스트 전력 전송 신호의 전송과 연관된 특정 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다는 판정이 이루어지기 전에, (ⅰ) 각 안테나 존에 의한 전송에 기반하여, 각 안테나 존에 의한 각 테스트 전력 전송 신호의 전송과 연관된 각각의 전력-운송 파라메타들을 갱신하고, (ⅱ) 연관된 각각의 전력-운송 파라메타들에 기초하여, 적어도 하나의 특정 안테나 존을 포함하는 2 이상의 안테나 존들을 선택하여, 무선 전력 수신기에 무선 전력을 전송하는 것을 더 포함한다.
(A7) A6 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법은, 제 1 세트의 전송 특성들을 가진 추가적인 테스트 전력 전송 신호들을 전송하기 위해, 2 이상의 안테나 존들의 각각을 이용하는 것을 더 구비한다. 또한, 특정 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다는 판정은, 특정 안테나 존이, 2 이상의 안테나 존들 중의 다른 안테나 존에 비해, 무선 전력 수신기에 보다 효율적으로 무선 전력을 전송중임을 특정 전력-운송 파라메타가 나타낸다고 판정하는 것을 더 포함한다.
(A8) A6-A7 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 특정 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다는 판정은, 또한, 적어도 하나의 특정 안테나 존에 의해 제 1 임계 전력량이 무선 전력 수신기로 전달됨을 특정 전력-운송 파라메타가 나타낸다고 판정하는 것을 포함하며, 적어도 하나의 특정 안테나 존은, 제 1 임계 전력량이 무선 전력 수신기로 전달됨을 나타내는 각 전력-운송 파라메타들을 가진, 2 이상의 안테나 존들 중의 유일한 안테나 존이다.
(A9) A6-A8 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 특정 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다는 판정은, (ⅰ) 무선 전력 수신기에 제 1 임계 전력량을 전달하고 있는 안테나 존이 없고, (ⅱ) 2 이상의 안테나 존들 중 추가적인 안테나 존과 연관된 추가적인 전력-운송 파라메타가 전력-운송 기준을 충족한다고 판정하는 것을 포함한다. 추가적으로, 특정 전력-운송 파라메타는, 특정 안테나 존에 의해 무선 전력 수신기로 전달된 제 1 전력량이, 제 2 임계 전력량보다 높고 제 1 임계 전력량보다 낮음을 나타내며, 추가적인 전력-운송 파라메타는, 추가적인 안테나 존에 의해 무선 전력 수신기로 전달된 제 2 전력량이 제 2 임계 전력량보다 높고 제 1 임계 전력량보다 낮음을 나타낸다.
(A10) A9 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 특정 안테나 그룹과 추가적인 안테나 그룹의 둘 모두는 무선 전력 수신기에 전력을 제공하기 위해 추가적인 다수의 전력 전송 신호들을 동시에 전송하는데 이용된다.
(A11) A1-A10 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 전력-운송 파라메타를 판정하는데 이용되는 정보는, 무선 전력 수신기에 의해 근접장 충전 패드의 무선 통신 부품을 통해 근접장 충전 패드로 제공된다.
(A12) A1-A11 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 세트의 전송 특성들은, 특정 안테나 그룹에 의해 무선 전력 수신기로 전달되는 전력량을 증가시키도록 제 1 세트의 전송 특성들에 있어서의 적어도 하나의 특성을 조정함으로써 결정된다.
(A13) A12 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 조정된 특성은 주파수 또는 임피던스 값이다.
(A14) A1-A13 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법은, 추가적인 다수의 전력 전송 신호들을 전송하는 동안, 근접장 충전 패드에 의해 무선 전력 수신기로 무선 운송되는 전력 레벨을 판정하는데 이용되는, 무선 전력 수신기로부터 수신된 정보에 기초하여, 제 2 세트의 전송 특성들에 있어서의 적어도 하나의 특성을 조정하는 것을 포함한다.
(A15) A1-A14 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은 근접장 충전 패드의 동작을 제어하는데 이용되는 단일 집적 회로의 부품들이다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 방법들 중 임의 방법은, 도 1b에 도시된 RF(Radio Frequency) 전력 전송기 집적 회로(160)와 같은, 단일 집적 회로에 의해 관리된다.
(A16) A1-A15 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 전력-운송 메트릭(power-delivery metric)은 다수의 안테나 그룹들 중의 각 안테나 그룹에 의한 각 테스트 전력 전송 신호들의 전송에 기초하여 무선 전력 수신기가 수신한 전력량에 대응한다.
(A17) A1-A16 중 임의 방법의 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법은, 테스트 전력 전송 신호들을 전송하기 전에, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드로부터 무선 운송된 전력을 수신하도록 인가되었다고 판정하는 것을 더 포함한다.
(A18) 또 다른 측면에 있어서, 근접장 충전 패드가 제공된다. 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드는, 무선 통신 부품, 각각이 적어도 하나의 안테나 소자를 포함하는 다수의 안테나 존들, 하나 이상의 프로세서들, 및 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 근접장 충전 패드가 A1-A17 중 어느 하나에 설명된 방법들을 실행하게 하는 하나 이상의 프로그램들을 저장한 메모리를 포함한다.
(A19) 또 다른 측면에 있어서, 근접장 충전 패드가 제공되며, 근접장 충전 패드는 A1-A17 중 어느 하나에 설명된 방법을 실행하는 수단을 포함한다.
(A20) 또 다른 측면에 있어서, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공된다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 하나 이상의 프로세서들/코어들을 가진 (무선 통신 부품, 각각이 적어도 하나의 안테나 소자를 포함하는 다수의 안테나 존들을 포함하는) 근접장 충전 패드에 의해 실행될 때, 근접장 충전 패드가 A1-A17 중 어느 하나에 설명된 방법을 실행하게 하는, 실행 가능 명령어들을 저장한다.
상술한 바와 같이, 단일 집적 회로상에 모두가 집적되는, 무선 전력의 전송을 관리하는 부품들을 포함하는 집적 회로가 필요하다. 그러한 집적 회로 및 그의 이용 방법은 통상적인 충전 패드에 대한 사용자의 불만을 제거하는데 도움을 준다 (도 1a 및 도 1b를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명한 바와 같이) 단일 칩상에 모든 부품들을 포함시킴에 의해, 그러한 집적 회로들은 집적 회로들에서의 동작을 보다 효율적이고 고속으로 관리할 수 있게 되며, 그에 의해 이들 집적 회로에 의해 관리되는 충전 패드들에 대한 사용자 불만을 개선하는데 도움을 준다.
(B1) 일부 실시 예들에 있어서, 집적 회로는, (ⅰ) 집적 회로의 동작을 제어하도록 구성된 프로세싱 유닛, (ⅱ) 프로세싱 유닛에 동작 가능하게 결합되어, 입력 전류를 무선 주파수 에너지로 변환하도록 구성된 전력 변환기, (ⅲ) 프로세싱 유닛에 동작 가능하게 결합되고, 무선 주파수 에너지를 이용하여 다수의 전력 전송 신호들을 생성하도록 구성된 파형 생성기, (ⅳ) 집적 회로 외부에 있는 다수의 전력 증폭기들을 집적 회로와 결합시키는 제 1 인터페이스, (ⅴ) 무선 통신 부품을 집적 회로와 결합시키는, 제 1 인터페이스와 별개인, 제 2 인터페이스를 포함한다. 프로세싱 유닛은, (ⅰ) 집적 회로에 의해 제어되는 근접장 충전 패드의 전송 범위내에 무선 전력 수신기가 있다는 표시를, 제 2 인터페이스를 통해, 수신하고, (ⅱ) 그 표시의 수신에 응답하여, 제 1 인터페이스를 통해, 다수의 전력 증폭기들 중 적어도 하나에 다수의 전력 전송 신호들 중 적어도 일부를 제공하도록 구성된다.
(B2) B1의 집적 회로의 일부 실시 예들에 있어서, 프로세싱 유닛은, CPU, ROM, RAM 및 암호화기(예를 들어, CPU 서브시스템(170), 도 1b)를 포함한다.
(B3) B1-B2 중 임의 집적 회로의 일부 실시 예들에 있어서, 입력 전류는 직류이다. 대안적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 입력 전류는 교류이다. 이들 실시 예들에 있어서, 전력 변환기는, 각각, 무선 주파수 DC-DC 변환기 또는 무선 주파수 AC-AC 변환기이다.
(B4) B1-B3 중 임의 집적 회로의 일부 실시 예들에 있어서, 무선 통신 부품은 근접장 충전 패드의 표면상에 설치된 디바이스로부터 통신 신호들을 수신하도록 구성된 블루투스(Bluetooth) 또는 와이-파이 라디오(Wi-Fi radio)이다.
상술한 문제를 처리하는데 도움을 주기 위해 및 그에 의해 사용자 욕구를 충족시키는 충전 패드를 제공하기 위해, 상술한 안테나 존들은, 충전 패드가 패드상의 임의 위치에 설치되는 디바이스를 충전할 수 있도록 에너지 전송 특성들(예를 들어, 각 안테나 소자의 도전 라인에 대한 임피던스 및 주파수)을 조정할 수 있는 적응적 안테나 소자들을 포함할 수 있다(예를 들어, RF 충전 패드(100)의 안테나 존들(290)(도 1b)은 도 3a-6e 및 도 8을 참조하여 이하에서 설명할 안테나들(120) 중 하나 이상을 각각으로 포함할 수 있다).
일부 실시 예들에 따르면, 본 명세서에 설명된 RF 충전 패드의 안테나 존들은 전자 디바이스의 RF 수신기에 RF 신호를 전송하기 위한 하나 이상의 프로세서들과 통신하는 하나 이상의 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 안테나 소자는, (ⅰ) 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인; (ⅱ) 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하는, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 제 1 단말(terminal); (ⅲ) 도전성 라인의 제 2 단부에 있는, 제 1 단말과 별개인, 제 2 단말 - 제 2 단말은 적어도 하나의 프로세서에 의해 제어되고, 제 2 단말에서의 임피던스 값을 수정할 수 있게 하는 부품과 결합됨 - 을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는, 하나 이상의 안테나 소자들로부터 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 최적화하도록 주파수 및/또는 임피던스 값을 적응적으로 조정하는 구성을 가진다.
충전 패드가 그 패드상의 임의 위치에 설치된 디바이스를 충전할 수 있도록 에너지 전송 특성들(예를 들어, 각 안테나 소자의 도전성 라인에 대한 임피던스 및 주파수)을 조정할 수 있는 적응적 안테나 소자를 포함하는 무선 충전 시스템(예를 들어, RF 충전 패드들)이 필요하다. 일부 실시 예들에 있어서, 이들 충전 패드들은 전송 안테나 소자(본 명세서에서는 이를 RF 안테나 소자 또는 안테나 소자들이라 지칭함)로부터 충전될 전자 디바이스의 수신기로 전달되는 에너지를 모니터링하는 하나 이상의 프로세서들을 포함하며, 하나 이상의 프로세서들은 에너지 전달 특성들을 최적화함으로써, 충전 패드상의 임의 위치에서의 에너지 전달을 최대화시킨다. 일부 실시 예들은, 수신기에서 수신된 전력을 하나 이상의 프로세서들에 보고하기 위해 피드백 루프를 포함할 수 있다.
(C1) 일부 실시 예들에 따르면, RF 충전 패드가 제공된다. RF 충전 패드는, RF 충전 패드로부터 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 모니터링하는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. RF 충전 패드는, 또한, 전자 디바이스의 RF 수신기로 RF 신호들을 전송하기 위한, 하나 이상의 프로세서들과 통신하는 하나 이상의 안테나 소자들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 안테나 소자는, (ⅰ) 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인; (ⅱ) 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하는, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 제 1 단말; (ⅲ) 도전성 라인의 제 2 단부에 있으며, 제 1 단말과 별개인 제 2 단말 - 제 2 단말은, 적어도 하나의 프로세서에 의해 제어되고, 제 2 단말에서의 임피던스를 수정할 수 있게 하는 부품과 결합됨 - 을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 안테나 소자들로부터 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 최적화하도록 주파수 및/또는 임피던스 값을 적응적으로 조정하는 구성을 가진다.
(C2) 일부 실시 예들에 따르면, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전시키는데 이용되는 방법이 제공된다. 그 방법은, 적어도 하나의 RF 안테나를 구비한 전송기를 제공하는 것을 포함한다. 그 방법은, 또한, 적어도 하나의 RF 안테나를 통해, 하나 이상의 RF 신호를 전송하고, 적어도 하나의 RF 안테나에서 RF 수신기로 하나 이상의 RF 신호들을 통해 전달되는 에너지 량을 모니터링하는 것을 포함한다. 그 방법은, 추가적으로, 적어도 하나의 RF 안테나에서 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 최적화하도록 전송기의 특성을 적응적으로 조정하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 특성은, (ⅰ) 하나 이상의 RF 신호들의 주파수, (ⅱ) 전송기의 임피던스, 및 (ⅲ) (ⅰ)과 (ⅱ)의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 RF 안테나는 RF 안테나들의 어레이의 일부이다.
(C3) 일부 실시 예들에 따르면, RF 충전 패드가 제공된다. RF 충전 패드는, RF 충전 패드로부터 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 모니터링하는 하나 이상의 프로세서를 포함한다. RF 충전 패드는, 또한, 전자 디바이스의 RF 수신기로 RF 신호들을 전송하기 위한, 하나 이상의 프로세서들과 통신하도록 구성된 하나 이상의 전송 안테나 소자들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 안테나 소자는, (ⅰ) 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인; (ⅱ) 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하는, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 입력 단말; (ⅲ) 입력 단말과 별개이고, 서로 별개이며, 도전성 라인의 다수의 위치들에 있는 다수의 적응적 부하 단말들 - 다수의 적응적 부하 단말의 각각의 적응적 부하 단말은 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되도록 구성되고 각각의 적응적 부하 단말에서의 각 임피던스 값을 수정할 수 있게 하는 구성으로 된 각 부품들과 결합됨 - 을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은 하나 이상의 전송 안테나 소자들로부터 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 최적화하도록 다수의 적응적 부하 단말 중의 하나 이상의 단말에서의 주파수와 각 임피던스 값 중 적어도 하나를 적응적으로 조정하는 구성을 가진다.
(C4) 일부 실시 예들에 따르면, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전시키는데 이용되는 방법이 제공된다. 그 방법은, 하나 이상의 RF 안테나들을 구비한 전송기를 포함한 충전 패드를 제공하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 RF 안테나는, (ⅰ) 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인; (ⅱ) 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하는, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 입력 단말; (ⅲ) 입력 단말과 별개이고, 서로 별개이며, 도전성 라인의 다수의 위치에 있는 다수의 적응적 부하 단말들 - 다수의 적응적 부하 단말의 각각의 적응적 부하 단말은 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되고 각각의 적응적 부하 단말에서의 각 임피던스 값을 수정할 수 있게 하는 각 부품들과 결합됨 - 을 포함한다. 그 방법은, 또한, 하나 이상의 RF 안테나들을 통해, 하나 이상의 RF 신호를 전송하고, 하나 이상의 RF 안테나에서 RF 수신기로 하나 이상의 RF 신호들을 통해 전달되는 에너지 량을 모니터링하는 것을 포함한다. 그 방법은, 추가적으로, 하나 이상의 RF 안테나에서 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 최적화하도록, 전송기의 하나 이상의 프로세서들을 이용하여, 전송기의 특성을 적응적으로 조정하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 특성은, (ⅰ) 하나 이상의 RF 신호들의 주파수, (ⅱ) 전송기의 임피던스, 및 (ⅲ) (ⅰ)과 (ⅱ)의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 임피던스는, 전송기의 하나 이상의 프로세서들을 이용하여 하나 이상의 RF 안테나들의 다수의 적응적 부하 단말 중 하나 이상의 단말에서 각각 적응적으로 조정된다.
(C5) 일부 실시 예들에 따르면, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공된다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 하나 이상의 전송 안테나 소자들을 포함하는 RF 충전 패드와 결합된 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가, RF 충전 패드에서 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 모니터링하고, 전자 디바이스의 RF 수신기로 RF 신호들을 전송하는 하나 이상의 전송 안테나 소자들과 통신하게 하는, 실행 가능 명령어들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 전송 안테나 소자는, 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인; 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하는, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 입력 단말; 입력 단말과 별개이고, 서로 별개이며, 도전성 라인의 다수의 위치에 있는 다수의 적응적 부하 단말들 - 다수의 적응적 부하 단말의 각각의 적응적 부하 단말은 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되도록 구성되고 각각의 적응적 부하 단말에서의 각 임피던스 값을 수정할 수 있게 하는 구성으로 된 각 부품과 결합됨 - 을 포함한다. 하나 이상의 프로세서들은 하나 이상의 전송 안테나 소자들로부터 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지 량을 최적화하도록, 다수의 적응적 부하 단말들 중 하나 이상의 단말에서의 주파수 및 임피던스 값 중 적어도 하나를 적응적으로 조정한다.
(C6) C1-C5 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 주파수는 제 1 주파수 대역내에 있고, 하나 이상의 전송 안테나 소자들 중의 적어도 하나는, 적어도 하나의 전송 안테나 소자의 다수의 적응적 부하 단말들 중 하나 이상의 단말에서의 각 임피던스 값에 대한, 하나 이상의 프로세서들에 의한 적응적 조정에 기초하여 제 2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된다.
(C7) C1-C6 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드는, 하나 이상의 프로세서들과 결합되며 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 입력 단말에 전류를 제공하도록 구성된 입력 회로를 포함하며, 하나 이상의 프로세서들은, 주파수를 적응적으로 조정하도록 구성되는데, 그러한 조정은, 상기 주파수와 별개인 새로운 주파수를 가진 전류를 생성하도록 입력 회로에 명령함에 의해 이루어진다.
(C8) C1-C7 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은 주파수를 적응적으로 조정하도록 구성되는데, 그러한 조정은, 사전 결정된 증분을 이용하여 결정되는 다수의 서로 다른 주파수들을 가진 전류를 생성하도록 피딩 소자(feeding element)에게 명령함에 의해 이루어진다.
(C9) C1-C8 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 전송 안테나 소자들 중의 적어도 하나에 대한 각각의 도전성 라인은, 적어도 하나의 전송 안테나 소자가 그 주파수 및/또는 새로운 주파수를 가진 RF 신호들을 효율적으로 전송하게 하는 각각의 사행 라인 패턴을 가지며, 각각의 사행 라인 패턴을 가진 각각의 도전성 라인의 적어도 2개의 인접 세그먼트들은 서로 다른 기하학적 치수를 가지며, 각각의 도전성 라인은, 적어도 하나의 전송 안테나 소자가 그 주파수 및/또는 새로운 주파수를 가진 RF 신호들을 전송하도록 구성될 때, 변하지 않은 길이를 가진다.
(C10) C1-C9 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 전송 안테나 소자들 중 적어도 하나의 전송 안테나 소자는 제 1 세그먼트와 제 2 세그먼트를 가지며, 제 1 세그먼트는 입력 단말을 포함하고, 적어도 하나의 전송 안테나 소자는, 제 1 세그먼트가 제 2 세그먼트와 결합되지 않을 동안 그 주파수로 동작하고, 제 1 세그먼트가 제 2 세그먼트와 결합되는 동안 새로운 주파수로 동작하도록 구성되며, 하나 이상의 프로세서들은 그 주파수와 별개인 새로운 주파수를 가진 전류를 생성하도록 피딩 소자에 명령하는 것과 함께, 제 1 세그먼트를 제 2 세그먼트와 결합시키도록 구성된다.
(C11) C1-C10 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은, 제 1 전송 안테나 소자가 제 1 주파수 대역에서 동작하도록, 하나 이상의 전송 안테나 소자들 중의 제 1 전송 안테나 소자와 연관된 주파수 및/또는 각 임피던스 값을 적응적으로 조정하고, 제 2 전송 안테나 소자가 제 2 주파수 대역에서 동작하도록, 하나 이상의 전송 안테나 소자들 중의 제 2 전송 안테나 소자와 연관된 주파수 및/또는 각 임피던스 값을 적응적으로 조정하도록 구성되며, 제 1 주파수 대역은 제 2 주파수 대역과 별개이다.
(C12) C1-C11 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 전자 디바이스는 RF 충전 패드의 상부 표면과 접촉하여 또는 그에 인접하여 설치된다.
(C13) C1-C12 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 각 부품은 각각의 적응적 부하 단말에 결합되어, 각 적응적 부하 단말을 개방 상태와 단락 상태로 절환시키는 기계적 릴레이이고, 임피던스 값은, 개방 회로 또는 단락 회로로 절환시키도록 기계적 릴레이를 개방 또는 폐쇄함으로써, 각 전송 안테나 소자의 각 적응적 부하 단말에서 적응적으로 조정된다.
(C14) C1-C13 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 부품은 ASIC(application-specific integrated circuit)이고, 각 임피던스 값은 소정 값들의 범위내에서 ASIC에 의해 적응적으로 조정된다.
(C15) C1-C14 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은, 전자 디바이스의 RF 수신기로 전달되는 에너지의 상대적인 최대량을 결정하도록, 다수의 적응적 부하 단말들 중 하나 이상의 단말에서의 주파수 및 각 임피던스 값을 적응적으로 조정함에 의해, 그 주파수 및/또는 각 임피던스 값을 적응적으로 조정하도록 구성되고, 또한, 에너지의 최대량이 결정되면, RF 수신기에 전달되는 최대량의 에너지로 결과하는, 각각의 임피던스 값을 이용하여 및 각각의 주파수로, RF 신호들을, 하나 이상의 전송 안테나 소자들의 각 안테나 소자가 각각으로 전송하게 하는 구성을 가진다.
(C16) C1-C16 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은, 전자 디바이스로부터 수신된 정보에 적어도 부분적으로 기초하여, RF 수신기에 전달되는 에너지 량을 모니터링하며, 그 정보는 RF 신호들로부터 RF 수신기에서 수신된 에너지를 식별한다.
(C17) C1-C16 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 전자 디바이스로부터 부터 수신된, 수신된 에너지를 식별하는 정보는 무선 통신 프로토콜을 이용하여 송신된다.
(C18) C1-C17 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 무선 통신 프로토콜은 BLE(bluetooth low energy)이다.
(C19) C1-C18 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은 각각의 적응적 부하 단말에서 검출된 에너지 량에 적어도 부분적으로 기초하여 전달된 에너지 량을 모니터링한다.
따라서, 본 명세서에서 설명한 원리들에 따라 구성된 무선 충전 시스템들은 RF 충전 패드상의 임의 위치에 설치된 전자 디바이스를 충전하고 에너지 전달이 일정하게 최적화됨을 보장함에 의해 에너지 낭비를 피할 수 있게 된다.
추가적으로, 본 명세서에서 설명한 원리들에 따라 구성된 무선 충전 시스템은 동일 충전 전송기상에서 다른 주파수들 또는 주파수 대역들에 동조된 다른 전자 디바이스들을 충전할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 단일 안테나 소자를 가진 전송기는 동시에 또는 서로 다른 시간에 다수의 주파수들 또는 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 안테나 소자들을 가진 전송기는 동시에 다수의 주파수들 또는 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 그것은, 수신 디바이스들에 포함된 안테나들의 유형들 및 크기들이 보다 가요성을 갖게 한다.
또 다른 측면에 있어서, 극적으로 조정 가능한 전송 안테나들이 제공된다. 수신 디바이스들이 패드상의 임의 위치에 설치되게 하는 충전 패드의 고안에 있어서, 무선-주파수-기반 해법들은 더 많은 가능성을 제공한다. 무선-주파수-기반 해법에 이용된 수신 안테나들이 다른 분극(polarization)들을 가질 수 있기 때문에, 전송 안테나에서 수신 안테나로의 효율적인 전력 전달을 보장하기 위해, 서로 다른 분극들에서 전송할 수 있는 전송 안테나들이 고안되어야 한다. 그 경우,다른 분극들을 이용하여 에너지를 전송하도록 극적으로 조정될 수 있는 전송 안테나가 필요하며, 본 명세서에서 설명한 실시 예들이 이러한 필요성을 처리한다(예를 들어, 근접장 안테나(2500)와 연관된 설명 및 도면 참조).
(D1) 일부 실시 예들에 따르면, 근접장 안테나가 제공된다. 근접장 안테나(예를 들어, 근접장 안테나(2500), 도 25a)는, 반사기와, 반사기로부터 오프셋된 4개의 개별적인 공면 안테나 소자를 포함하며, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각은 각각의 사행 패턴을 따른다. 또한, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 2개의 안테나 소자들은 제 1 축을 따라 제 1 다이폴 안테나를 형성하고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 다른 2개의 안테나 소자들은 제 1 축에 수직한 제 2 축을 따라 제 2 다이폴 안테나를 형성한다. 근접장 안테나는, (ⅰ) 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들 중 적어도 하나에 전자기 신호들을 피딩하도록 구성된 전력 증폭기, (ⅱ) 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하도록 구성된 임피던스-조정 부품, 및 (ⅲ) 전력 증폭기, 임피던스-조정 부품, 제 1 다이폴 안테나 및 제 2 다이폴 안테나에 결합된 스위치 회로를 더 포함한다. 스위치 회로는 (A) 제 1 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 절환 가능하게 결합시키고, 제 2 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 절환 가능하게 결합시키거나, (B) 제 2 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 절환 가능하게 결합시키고, 제 1 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 절환 가능하게 결합시키도록 구성된다.
(D2) 일부 실시 예들에 따르면, 근접장 안테나를 이용하여 RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전시키는데 이용되는 방법이 제공된다. 그 방법은, D1의 근접장 안테나를 제공하는 것을 포함한다. 예를 들어, 근접장 안테나는, (ⅰ) 반사기, (ⅱ) 반사기로부터 오프셋되어, 각각이 사행 패턴을 따르는 4개의 개별적인 공면 안테나 소자 - (A) 4개의 공면 안테나 소자들 중 2개의 안테나 소자는 제 1 축과 정렬된 제 1 다이폴 안테나를 형성하고, (B) 4개의 공면 안테나 소자들 중의 다른 2개의 안테나 소자들은 제 1 축에 수직한 제 2 축과 정렬된 제 2 다이폴 안테나를 형성함 - , (ⅲ) 4개의 공면 안테나 소자들 중 적어도 2개에 결합된 스위치 회로, (ⅳ) 스위치 회로에 결합된 전력 증폭기, 및 (ⅴ) 스위치 회로에 결합된 임피던스-조정 부품을 포함한다. 그 방법은, (ⅰ) 제 1 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 결합시키고, (ⅱ) 제 2 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 결합시키도록 스위치 회로에 명령하는 것을 더 포함한다. 그 방법은, 스위치 회로를 통해 제 1 다이폴 안테나에 전자기 신호를 피딩하도록 전력 증폭기에게 명령하는 것을 더 포함한다. 그렇게 하는데 있어서, 전자기 신호들은, 제 1 다이폴 안테나로 피딩될 때, 근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된 무선 전력 수신 디바이스에 의해 수신될 전자기 신호들을 제 1 다이폴 안테나가 방사하게 한다. 추가적으로, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스는, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스가 제 1 다이폴 안테나의 임피던스와 다르게 되도록, 임피던스-조정 부품에 의해 조정된다.
(D3) 일부 실시 예들에 따르면, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공된다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, D1의 근접장 안테나와 결합된 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, D1의 근접장 안테나가, 스위치 회로에 명령하여 (A) (ⅰ) 제 1 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 결합시키고, (ⅱ) 제 2 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 결합시키도록 하고, (B) 전력 증폭기에 명령하여, 스위치 회로를 통해 제 1 다이폴 안테나에 전자기 신호들을 피딩하도록 하는, 실행 가능 명령어를 포함한다. 그렇게 하는데 있어서, 전자기 신호들은, 제 1 다이폴 안테나로 피딩될 때, 근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된 무선 전력 수신 디바이스에 의해 수신될 전자기 신호들을 제 1 다이폴 안테나가 방사하게 한다. 추가적으로, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스는, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스가 제 1 다이폴 안테나의 임피던스와 다르게 되도록, 임피던스-조정 부품에 의해 조정된다.
(D4) D1-D3 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나에 대한 제 1 동작 모드에서, 스위치 회로는, (ⅰ) 제 1 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 결합시키고, (ⅱ) 제 2 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 결합시킨다. 또한, 근접장 안테나에 대한 제 2 동작 모드에서, 스위치 회로는 (ⅰ) 제 2 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 결합시키고, (ⅱ) 제 1 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 결합시킨다.
(D5) D1-D4 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나의 제 1 동작 모드에서, 제 1 다이폴 안테나는 전력 증폭기로부터 전자기파들을 수신하고, 제 1 분극을 가진 수신된 전자기파를 방사하며, 근접장 안테나의 제 2 동작 모드에서, 제 2 다이폴 안테나는 전력 증폭기로부터 전자기파를 수신하고, 제 1 분극과 다른 제 2 분극을 가진 수신된 전자기파를 방사한다.
(D6) D1-D5 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된 무선 전력 수신 디바이스는, 방사된 전자기파를 수확하고, 수확된 전자기파를 이용하여, 무선 전력 수신 디바이스와 결합된 전자 디바이스에 전력을 공급하거나 전자 디바이스를 충전하도록 구성된다.
(D7) D1-D6 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나는 스위치 회로와 전력 증폭기의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
(D8) D1-D7 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 제어기는 (ⅰ) 무선 전력 수신 디바이스의 위치, (ⅱ) 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나의 분극, 및 (ⅲ) 무선 전력 수신 디바이스의 공간 배향 중 적어도 하나 이상에 기초하여 스위치 회로 및 전력 증폭기의 동작을 제어하도록 구성된다.
(D9) D1-D8 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나는 제 1 피드(feed)와 제 2 피드를 포함한다. 제 1 피드는 제 1 다이폴 안테나 및 스위치 회로의 2개의 안테나 소자중 첫 번째에 접속되며, 제 1 피드는, 전력 증폭기가 스위치 회로에 의해 제 1 다이폴 안테나에 절환 가능하게 결합될 때 (예를 들어, 근접장 안테나가 제 1 동작 모드에 있을 때) 전력 증폭기로부터 기원하는 전자기 신호들을 제 1 다이폴 안테나의 제 1 안테나 소자에 공급하도록 구성된다. 제 2 피드는 제 2 다이폴 안테나와 스위치 회로의 다른 2개의 안테나 소자들 중 첫 번째에 접속되며, 제 2 피드는, 전력 증폭기가 스위치 회로에 의해 제 2 다이폴 안테나에 결합될 때 (예를 들어, 근접장 안테나가 제 2 동작 모드에 있을 때), 전력 증폭기로부터 기원하는 전자기 신호들을 제 2 다이폴 안테나의 제 1 안테나 소자에 공급하도록 구성된다.
(D10) D1-D9 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 1 안테나 소자는 제 1 다이폴 안테나의 제 1 폴(pole)이고, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 2 안테나 소자는 제 1 다이폴 안테나의 제 2 폴(pole)이다. 추가적으로, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 3 안테나 소자는 제 2 다이폴 안테나의 제 1 폴이고, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 4 안테나 소자는 제 2 다이폴 안테나의 제 2 폴이다.
(D11) D1-D10 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들의 각각은, 제 1 축에 수직한 2개의 세그먼트들을 포함하고, 제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들의 각각은 제 1 축에 평행한 2개의 세그먼트들을 포함한다. 바꿔 말하면, 제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들의 각각은 제 2 축에 평행한 2개의 세그먼트들을 포함하고, 제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들의 각각은 제 2 축에 수직한 2개의 세그먼트들을 포함한다.
(D11.1) D1-D11 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각은 (ⅰ) 다수의 제 1 세그먼트들, 및 (ⅱ) 다수의 제 1 세그먼트들의 각각의 사이에 배치된 다수의 제 2 세그먼트들을 포함한다.
(D12) D1-D11 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 제 1 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 1 길이들은, 안테나 소자의 제 1 종단 부분에서 안테나 소자의 제 2 종단 부분으로 갈수록 증가하고, 다수의 제 2 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 2 길이들은 안테나 소자들의 제 1 종단 부분에서 안테나 소자의 제 2 종단 부분으로 갈수록 증가한다.
(D13) D1-S12 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 제 1 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 1 길이들은, 다수의 제 2 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 2 길이들과 다르다.
(D14) D1-D13 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 제 1 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 1 길이들은 다수의 제 2 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 2 길이들과 다르다.
(D15) D1-D14 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자의 제 2 종단 부분으로 향하는 다수의 제 1 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 1 길이들은, 안테나 소자의 제 2 종단 부분으로 향하는, 다수의 제 2 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 2 길이들 보다 더 크다.
(D16) D1-D15 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 반사기는 구리 또는 구리 합금의 고체 금속 시트이다.
(D17) D1-D16 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 반사기는, 제 1 또는 제 2 다이폴 안테나에 의해 방사된 전자기 신호들의 적어도 일부를 반사하도록 구성된다.
(D18) D1-D17 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들은 기판상에 또는 기판내에 형성된다.
(D19) D18의 일부 실시 예들에 있어서, 그 기판은 사전 결정된 투자율(magnetic permeability) 또는 전기적 유전율(electrical permittivity)의 메타물질(metamaterial)을 구비한다.
(D20) D1-D19 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 각 사행 패턴들은 모두 동일하다.
(D21) D1-D20 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들은, 2개의 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴들이 서로간에 미러 이미지(mirror image)가 되도록, 제 1 축을 따라 정렬된다.
(D22) D1-D21 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들은, 다른 2개의 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴들이 서로간에 미러 이미지가 되도록, 제 2 축을 따라 정렬된다.
(D23) D1-D22 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 1 종단 부분은 근접장 안테나의 동일 중심 부분과 경계를 이루고, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 2 종단 부분은 근접장 안테나의 개별 에지(distinct edge)와 경계를 이룬다. 또한, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최장 치수는, 근접장 안테나의 동일 중심 부분보다, 근접장 안테나의 개별 에지에 더 가깝다.
(D24) D1-D23 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최단 치수는, 근접장 안테나의 개별 에지보다, 근접장 안테나의 동일 중심 부분에 더 가깝다.
(E1) 일부 실시 예들에 따르면, 근접장 안테나가 제공된다. 근접장 안테나(예를 들어, 근접장 안테나(2500), 도 25a)는 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들을 포함하며, 각 안테나 소자는 근접장 안테나의 개별 사분면(distinct quadrant)(예를 들어, 사분면들(2570-A 내지 2570-D) 중 하나)을 점유한다. 또한, 4개의 개별적인 안테나 소자들 각각의 폭은, 사행 방식에 있어서, 근접장 안테나의 중심 부분에서 근접장 안테나의 각 에지로 갈수록 증가한다. 다시 말해, 4개의 개별적인 안테나 소자들 각각의 가장 긴 치수는 근접장 안테나의 각 에지에 가깝고(즉, 인접하고/경계를 이루고), 반대로, 4개의 개별적인 안테나 소자들 각각의 가장 짧은 치수는 근접장 안테나의 중심 부분에 가깝다(즉, 인접한다/경계를 이룬다).
(E2) E1의 일부 실시 예들에 있어서, 4개의 공면 안테나 소자들 중 2개의 안테나 소자들은 제 1 축을 따라 제 1 다이폴 안테나를 형성하고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 다른 2개의 안테나 소자들은 제 1 축에 수직한 제 2 축을 따라 제 2 다이폴 안테나를 형성한다.
(E3) E1-E2 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들은, 2개의 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴들이 서로 미러 이미지가 되도록, 제 1 축을 따라 정렬된다.
(E4) E1-E3 중 임의의 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들은, 다른 2개의 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴들이 서로 미러 이미지가 되도록, 제 2 축을 따라 정렬된다.
상기에서 설명한 다양한 실시 예들은 본 명세서에서 설명된 임의 다른 실시 예와 조합될 수 있음을 알아야 한다. 명세서에 설명된 특징 및 장점들은 배타적인 것이 아니며, 특히, 많은 추가적인 특징 및 장점들은 도면, 명세서 및 청구범위의 견지에서 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 또한, 명세서에 이용된 용어들은 원칙적으로 가독성 및 교육 목적으로 선택된 것으로, 신규한 주제를 제한하거나 국한시키기 위한 것이 아님을 알아야 한다.
본 개시를 보다 상세하게 이해할 수 있도록, 다양한 실시 예들의 특징을 참조하여 보다 특정한 설명이 이루어졌으며, 그 실시 예들 중의 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 단지, 본 개시의 연관된 특징들을 예시한 것으로, 설명에 대한 제한으로 간주되어서는 안되며, 다른 유효한 특징을 허용할 수 있다.
도 1a는 일부 실시 예들에 따른 RF 무선 전력 전송 시스템의 블럭도이다.
도 1b는 일부 실시 예들에 따른, RF 전력 전송기 집적 회로 및 안테나 존들을 포함하는 예시적인 RF 충전 패드의 부품들을 도시한 블럭도이다.
도 1c는, 일부 실시 예들에 따른, 스위치에 결합된 RF 전력 전송기 집적 회로를 포함하는 예시적인 RF 충전 패드의 부품들을 도시한 블럭도이다.
도 2a는, 일부 실시 예들에 따른, 예시적인 RF 충전 패드를 도시한 블럭도이다.
도 2b는, 일부 실시 예들에 따른, 예시적인 수신기 디바이스를 도시한 블럭도이다.
도 3a는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 고-레벨 블럭도이다.
도 3b-3c는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 일부를 도시한 고-레벨 블럭도들이다.
도 3d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 신호들을 전송하고 있는 안테나 소자의 섹션들내의 에너지 흐름을 도시한 단순화된 회로의 블럭도이다.
도 4는, 일부 실시 예들에 따른, 2개의 단말들을 가진 전송 안테나 소자의 개략도이다.
도 5는, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전시키는 방법의 흐름도이다.
도 6a-6e는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드내의 개별적인 안테나 소자들에 대한 다양한 구성을 보여주는 개략도이다.
도 7a-7d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 수신기에 대한 안테나 소자의 개략도이다.
도 8은, 일부 실시 예들에 따른, 다수의 전송 안테나 소자들(유닛 셀들)을 가진 RF 충전 패드의 개략도이다.
도 9a-9b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드에 있어서 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 방법(900)을 도시한 흐름도이다.
도 10은, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드에 있어서 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 프로세스를 도시한 개략도이다.
도 11a-11e는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드에 있어서 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 다양한 측면들을 도시한 흐름도이다.
도 12는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 다수의 적응적 부하들을 가진 전송 안테나 소자의 개략도이다.
도 13은, 일부 실시 예들에 따른, 다수의 적응적 부하들을 가진 적어도 하나의 RF 안테나를 이용하여, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전하는 방법의 흐름도이다.
도 14a-14d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드내의 다수의 주파수들 또는 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 개별적인 안테나 소자들에 대한 다양한 구성을 도시한 개략도이다.
도 15는, 일부 실시 예들에 따른, 안테나 소자의 길이를 조정함에 의해 다수의 주파수들 또는 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 개별 안테나 소자에 대한 예시적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 16a 및 16b는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 17a-17d는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 18은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 19는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 20은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 21은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 22는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 23은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 24a 및 24b는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 25a는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 등측도(isometric view)이다.
도 25b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 또 다른 등측도이다.
도 25c-25d는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 다른 측면도들이다.
도 25e는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 또 다른 측면도이다.
도 25f는, 일부 실시 예들에 따른, 사행 패턴을 따르는 대표적인 방사 소자를 도시한 도면이다.
도 25g는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 상면도이다.
도 25h는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 또 다른 상면도이다.
도 26은, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 동작을 제어하는데 이용되는 제어 시스템의 블럭도이다.
도 27은, 도 25a의 반사기를 가진 근접장 안테나에 의해 생성되는 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 28a 내지 28c는, 도 25a의 근접장 안테나에 의해 생성되는 추가적인 방사 패턴들을 도시한 도면이다.
도 29a 및 29b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 다이폴 안테나들에 의해 방사되고 흡수되는 에너지의 농도를 도시한 도면이다.
도 30은, 일부 실시 예들에 따른, 무선 전력 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
통상적인 실시에 따라, 도면에 도시된 다양한 특징이 축적으로 도시되지 않았다. 따라서, 다양한 특징들의 치수들은, 명확성을 위해 임의로 확장되거나 감소될 수 있다. 추가적으로, 도면들 중의 일부는 주어진 시스템, 방법 또는 디바이스의 모든 구성 요소들을 나타내지 않을 수 있다. 마지막으로, 명세서 및 도면의 전체에 걸쳐 유사 참조 번호들은 유사한 특징을 나타내는데 이용된다.
도 1a는 일부 실시 예들에 따른 RF 무선 전력 전송 시스템의 블럭도이다.
도 1b는 일부 실시 예들에 따른, RF 전력 전송기 집적 회로 및 안테나 존들을 포함하는 예시적인 RF 충전 패드의 부품들을 도시한 블럭도이다.
도 1c는, 일부 실시 예들에 따른, 스위치에 결합된 RF 전력 전송기 집적 회로를 포함하는 예시적인 RF 충전 패드의 부품들을 도시한 블럭도이다.
도 2a는, 일부 실시 예들에 따른, 예시적인 RF 충전 패드를 도시한 블럭도이다.
도 2b는, 일부 실시 예들에 따른, 예시적인 수신기 디바이스를 도시한 블럭도이다.
도 3a는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 고-레벨 블럭도이다.
도 3b-3c는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 일부를 도시한 고-레벨 블럭도들이다.
도 3d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 신호들을 전송하고 있는 안테나 소자의 섹션들내의 에너지 흐름을 도시한 단순화된 회로의 블럭도이다.
도 4는, 일부 실시 예들에 따른, 2개의 단말들을 가진 전송 안테나 소자의 개략도이다.
도 5는, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전시키는 방법의 흐름도이다.
도 6a-6e는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드내의 개별적인 안테나 소자들에 대한 다양한 구성을 보여주는 개략도이다.
도 7a-7d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 수신기에 대한 안테나 소자의 개략도이다.
도 8은, 일부 실시 예들에 따른, 다수의 전송 안테나 소자들(유닛 셀들)을 가진 RF 충전 패드의 개략도이다.
도 9a-9b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드에 있어서 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 방법(900)을 도시한 흐름도이다.
도 10은, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드에 있어서 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 프로세스를 도시한 개략도이다.
도 11a-11e는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드에 있어서 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키는 다양한 측면들을 도시한 흐름도이다.
도 12는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 다수의 적응적 부하들을 가진 전송 안테나 소자의 개략도이다.
도 13은, 일부 실시 예들에 따른, 다수의 적응적 부하들을 가진 적어도 하나의 RF 안테나를 이용하여, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전하는 방법의 흐름도이다.
도 14a-14d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드내의 다수의 주파수들 또는 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 개별적인 안테나 소자들에 대한 다양한 구성을 도시한 개략도이다.
도 15는, 일부 실시 예들에 따른, 안테나 소자의 길이를 조정함에 의해 다수의 주파수들 또는 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 개별 안테나 소자에 대한 예시적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 16a 및 16b는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 17a-17d는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 18은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 19는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 20은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 21은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 22는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 23은, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 24a 및 24b는, 실시 예에 따른, 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 25a는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 등측도(isometric view)이다.
도 25b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 또 다른 등측도이다.
도 25c-25d는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 다른 측면도들이다.
도 25e는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 또 다른 측면도이다.
도 25f는, 일부 실시 예들에 따른, 사행 패턴을 따르는 대표적인 방사 소자를 도시한 도면이다.
도 25g는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 상면도이다.
도 25h는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 또 다른 상면도이다.
도 26은, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 동작을 제어하는데 이용되는 제어 시스템의 블럭도이다.
도 27은, 도 25a의 반사기를 가진 근접장 안테나에 의해 생성되는 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 28a 내지 28c는, 도 25a의 근접장 안테나에 의해 생성되는 추가적인 방사 패턴들을 도시한 도면이다.
도 29a 및 29b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나의 다이폴 안테나들에 의해 방사되고 흡수되는 에너지의 농도를 도시한 도면이다.
도 30은, 일부 실시 예들에 따른, 무선 전력 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
통상적인 실시에 따라, 도면에 도시된 다양한 특징이 축적으로 도시되지 않았다. 따라서, 다양한 특징들의 치수들은, 명확성을 위해 임의로 확장되거나 감소될 수 있다. 추가적으로, 도면들 중의 일부는 주어진 시스템, 방법 또는 디바이스의 모든 구성 요소들을 나타내지 않을 수 있다. 마지막으로, 명세서 및 도면의 전체에 걸쳐 유사 참조 번호들은 유사한 특징을 나타내는데 이용된다.
실시 예들에 대해 보다 상세하게 참조가 이루어질 수 있으며, 그 실시 예의 예시들은 첨부 도면에 도시된다. 이하의 상세한 설명에서는, 다양한 설명된 실시 예들의 전반적인 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 기술 분야의 숙련자라면, 다양한 설명된 실시 예들이 이들 특정 세부 설명없이 실시될 수 있음을 알 것이다. 다른 예시에 있어서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 부품들, 회로들 및 네트워크들은 실시 예들의 측면들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해 상세하게 설명하지 않았다.
도 1a에는, 일부 실시 예들에 따른, RF 무선 전력 전송 시스템의 블럭도가 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 무선 전력 전송 시스템(150)은 RF 충전 패드(100)(본 명세서에서는 NF(near-field) 충전 패드(100) 또는 RF 충전 패드(100)라고 지칭함)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, RF 전력 전송기 집적 회로(160)(이하에 보다 상세하게 설명할 것임)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 도 2a를 참조하여 이하에서 상세하게 설명할, 하나 이상의 통신 부품들(204)(예를 들어, WI-FI 또는 BLUETOOTH 라디오들과 같은 무선 통신 부품들)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 하나 이상의 전력 증폭기 유닛들(108-1,...108-n)에 접속되어, 그들이 외부 TX 안테나 어레이(210)를 구동할 때, 하나 이상의 전력 증폭기 유닛들의 동작을 제어한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 전력은 스위치 회로를 통해 RF 충전 패드에서 제어되고 변조되어, RF 무선 전력 전송 시스템이 TX 안테나 어레이(210)를 통해 하나 이상의 무선 수신 디바이스에 RF 전력을 송신할 수 있게 한다. 예시적인 전력 증폭기 유닛들은 도 3a를 참조하여 이하에서 추가적으로 상세하게 설명하겠다.
일부 실시 예들에 있어서, 통신 부품(들)(204)은 RF 충전 패드(100)와 하나 이상의 통신 네트워크들간에 통신이 이루어질 수 있게 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 통신 부품(들)(204)은 다양한 맞춤형 또는 표준 무선 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.15.4, Wi-Fi, ZigBee, 6LoWPAN, Thread, Z-Wave, Bluetooth Smart, ISA100.11a, WirelessHART, MiWi 등), 맞춤형 또는 표준 유선 프로토콜들(예를 들어, Ethernet, HomePlug 등) 및/또는 본 문서의 출원일자로 아직 개발되지 않은 통신 프로토콜들을 포함하는 임의 다른 적당한 통신 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 할 수 있다.
도 1b에는, 일부 실시 예들에 따른, RF 전력 전송기 집적 회로("집적 회로")의 블럭도가 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 집적 회로(160)는, CPU 서브시스템(170), 외부 디바이스 제어 인터페이스, DC-RF 전력 변환을 위한 RF 서브섹션(subsection), 및 버스나 상호 접속 페브릭 블럭(fabric block)(171)과 같은 상호 접속 부품을 통해 상호 접속된 아날로그 및 디지털 제어 인터페이스들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, CPU 서브시스템(170)은, CPU 서브시스템 RAM(Random Access Memory)(174)(예를 들어, 메모리(206), 도 2a)내로 로딩되거나 FLASH로부터 직접 실행될 CPU 실행 가능 코드를 포함하는 외부 FLASH에 대해, 예를 들어 I2C 포트와 같은 디지털 제어 인터페이스를 통해, 디바이스 프로그램 부팅을 하기 위한 연관된 ROM(Read Only Memory)(172)를 가진 마이크로프로세서 유닛(CPU)(202)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, CPU 서브시스템(170)은 RF 충전 패드(100)로부터의 무선 전달된 전력의 수신을 시도하는 무선 전력 수신기들과 같은, 외부 디바이스들과의 통신 교환을 인증하거나 안전하게 하기 위해 암호화 모듈 또는 블럭(176)을 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, (예를 들어, 도 2a에 있어서 메모리(206)에 나타나고 이하에서 설명할 것들과 같은) CPU상에 구동되는 실행 가능 명령어들은 RF 충전 패드(100)의 동작을 관리하고, SPI 제어 인터페이스(175)와 같은 제어 인터페이스 및 RF 전력 전송기 집적 회로(160)내에 포함된 다른 아날로그 및 디지털 인터페이스들을 통해 외부 디바이스들을 제어하는데 이용된다. 일부 실시 예들에 있어서, CPU 서브시스템은, RF 국부 발진기(LO)(177) 및 RF 전송기(TX)(178)를 포함하는, RF 전력 전송기 집적 회로(160)의 RF 서브섹션의 동작을 관리한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF LO(177)는, CPU 서브시스템(170)으로부터의 명령에 기초하여 조정되며, 그에 의해, 다른 원하는 동작 주파수들로 설정되는 반면, RF TX는, RF 출력을 원하는대로 변환, 증폭 및 변조하여, 실행 가능(viable) RF 전력 레벨을 생성한다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 선택적 빔형성 집적 회로(IC)(109)에 실행 가능 RF 전력 레벨을 제공하고, 그 다음 선택적 빔형성 집적 회로(109)는, 하나 이상의 전력 증폭기(108)에 위상 편이 신호들을 제공한다. 일부 실시 예들에 있어서, 빔형성 IC(109)는, 특정 무선 전력 수신기로 전송된 전력이 최대화되는 것을 보장하기 위해, 2 이상의 안테나들(210)(예를 들어, 각 안테나(210)는 다른 안테나 존들(290)과 연관되거나, 단일 안테나 존(290)에 각각 속할 수 있음)을 이용하여 특정 무선 전력 수신기로 송신되는 전력 전송 신호들이 적당한 특성들과 함께 확실히 전송되도록 하는데 이용된다(예를 들어, 전력 전송 신호들은 특정 무선 전력 수신기에 동위상으로 도착함). 일부 실시 예들에 있어서, 빔형성 IC(109)는 RF 전력 전송기 IC(160)의 일부를 형성한다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 실행 가능 RF 전력 레벨(예를 들어, RF TX(178)를 통해)을 직접 제공하며, 빔형성 IC(109)를 이용하지 않는다(또는, 예를 들어, 단지 단일 안테나(210)만이 무선 전력 수신기에 전력 전송 신호들을 전송하는데 이용될 때와 같이, 위상-편이가 요구되는 않는 경우에 빔형성 IC를 바이패싱한다)
일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 전력 증폭기들(108)은, RF 충전 패드(100)로부터 무선으로 전달된 전력을 수신하도록 인가된 무선 전력 수신기들로의 전송을 위해 RF 신호들을 안테나 존들(290)에 제공한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각 안테나 존(290)은 각 PA(108)와 결합된다 (예를 들어, 안테나 존(290-1)은 PA(108-1)와 결합되고, 안테나 존(290-N)은 PA(108-N)와 결합된다). 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 안테나 존들은, 각각, 동일 세트의 PA들(108)과 결합된다(예를 들어, 모든 PA들(108)은 각 안테나 존(290)과 결합된다). 안테나 존들(290)에 대한 PA들(108)의 다양한 배열 및 결합은, RF 충전 패드(100)가 다른 안테나 존들을 순차적으로 또는 선택적으로 활성화시켜, 무선 전력 수신기로 무선 전력을 전송하는데 이용하기 위한 가장 효율적인 안테나 존(290)을 결정하게 한다(도 9a-9b, 도 10 및 도 11a-11e를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명할 것임). 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 전력 증폭기들(108)은, 또한, CPU 서브시스템(170)과 통신하여, PA들(108)에 의해 RF 충전 패드(100)의 안테나 존으로 제공되는 출력 전력을 CPU(202)가 측정하게 한다.
도 1b는, 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)의 안테나 존(290)이 하나 이상의 안테나들(210A-N)을 포함하는 것을 도시한다. 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 안테나 존들의 각 안테나 존은 하나 이상의 안테나들(210)을 포함한다(예를 들어, 안테나 존(290-1)은 하나의 안테나(210-A)를 포함하고, 안테나 존(290-N)은 다수의 안테나들(210)을 포함한다). 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 존들의 각각에 포함된 안테나들의 개수는, RF 충전 패드(100)상의 무선 전력 수신기의 위치와 같은, 다양한 파라메타들에 기초하여 극적으로 정의된다. 예를 들어, 안테나존들은, 이하에서 상세하게 설명할, 사행 라인 안테나들 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각 안테나 존(290)은 다른 유형의 안테나들(예를 들어, 사행 라인 안테나 및 루프 안테나)을 포함할 수 있으며, 다른 실시 예에 있어서, 각 안테나 존(290)은 동일 유형의 단일 안테나를 포함할 수 있고(예를 들어, 모든 안테나 존들(290)은 하나의 사행 라인 안테나를 포함함), 또 다른 실시 예에 있어서, 안테나 존들은, 동일 유형의 단일 안테나를 포함하는 일부의 안테나 존들과, 다른 유형의 안테나들을 포함하는 일부의 안테나 존들을 포함할 수 있다. 또한, 안테나 존들은 이하에서 추가적으로 상세하게 설명하겠다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, RF 충전 패드(100)가 허용 가능 온도 범위내에 있음을 보장하기 위해, CPU 서브시스템(170)과 통신하는 온도 모니터링 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 충전 패드(100)가 임계 온도에 도달했다는 판정이 이루어지면, RF 충전 패드(100)의 동작은, RF 충전 패드(100)가 임계 온도 아래로 떨어질 때까지, 일시적으로 유보될 수 있다.
그러한 집적 회로는, 단일 칩상의 RF 전력 전송기 회로(160)에 대해 도시된 부품들을 포함함에 의해(도 1b), 집적 회로에서의 동작을 보다 효율적이고 고속으로 (및 보다 낮은 대기 시간(latency)으로) 관리할 수 있게 되며, 그에 의해, 이들 집적 회로에 의해 관리되는 충전 패드들에 대한 사용자 불만을 개선하는데 도움을준다. 예를 들어, RF 전력 전송기 회로(160)는 보다 저렴하게 구축될 수 있으며, 보다 작은 물리적 풋프린트(footprint)를 가지며, 설치가 간단하다. 또한, 도 2a를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명하겠지만, RF 전력 전송기 회로(160)는, 단지 인가된 수신기만이 RF 충전 패드(100)로부터 무선으로 운송된 전력을 수신할 수 있도록 하기 위해, 보안 소자 모듈(282)(도 2b) 또는 수신기(104)와 함께 이용되는 (예를 들어, 도 1b에 도시된 암호화 블럭(176)에 포함된) 보안 소자 모듈(234)을 포함할 수 있다(도 1b).
도 1c에는, 일부 실시 예들에 따른 충전 패드(294)의 블럭도가 도시된다. 충전 패드(294)는, 충전 패드(100)(도 1a)의 예시이지만, 충전 패드(100)에 포함된 하나 이상의 부품들은, 설명 및 도시를 쉽게 위해, 충전 패드(294)내에 포함시키지 않았다.
충전 패드(294)는 RF 전력 전송기 집적 회로(160), 하나 이상의 전력 증폭기들(108) 및 다수의 안테나 존들을 가진 전송기 안테나 어레이(290)를 포함한다. 이들 부품들의 각각은, 도 1a 및 1b를 참조하여 상기에서 상세히 설명되었다. 추가적으로, 충전 패드(294)는, 전력 증폭기들(108)과 안테나 어레이(290) 사이에 배치되고, 다수의 스위치들(297A, 297-B,...297-N)을 가진 스위치(295)를 포함한다. 스위치(295)는, RF 전력 전송기 집적 회로(160)에 의해 제공된 제어 신호들에 응답하여, 안테나 어레이(290)의 하나 이상의 안테나 존들과, 하나 이상의 전력 증폭기들(108)을 절환 가능하게 접속시키도록 구성된다.
상기를 달성하기 위해, 각 스위치(297)는 안테나 어레이(290)의 서로 다른 안테나 존과 결합된다(예를 들어, 다른 안테나 존으로 신호 경로(pathway)를 제공한다). 예를 들어, 스위치(297-A)는 안테나 어레이(290)의 제 1 안테나 존(290-1)(도 1b)과 결합될 수 있고, 스위치(297-B)는 안테나 어레이(290)의 제 2 안테나 존(290-2)과 결합될 수 있으며, 나머지도 그러한 방식으로 결합될 수 있다. 다수의 스위치들(297-A, 297-B, ...297-N)의 각각은, 일단 폐쇄되면, 각 전력 증폭기(108)(또는 다수의 전력 증폭기들(108))와 안테나 어레이(290)의 각 안테나 존 사이에 고유 경로(unique pathway)를 생성한다. 스위치(295)를 통하는 각각의 고유 경로는 안테나 어레이(290)의 특정 안테나 존들에 RF 신호들을 선택적으로 제공하는데 이용된다. 다수의 스위치들(297-A, 297-B,...297-N) 중의 둘 이상은 동시에 폐쇄될 수 있으며, 그에 의해, 동시에 이용될 수 있는 안테나 어레이(290)로의 다수의 고유 경로들이 생성된다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 스위치(29)에 결합되며, 다수의 스위치들(297-A, 297-B,...297-N)의 동작을 제어하도록 구성된다(도 1a 및 1c에 "제어 아웃" 신호로 도시됨). 예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)응 제 1 스위치(297-A)를 폐쇄하면서, 다른 스위치들은 개방 상태로 유지시킬 수 있다. 다른 예시에 있어서, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 제 1 스위치(297-A)와 제 2 스위치(297-B)를 폐쇄하고, 다른 스위치들을 개방 상태로 유지시킬 수 있다(다양한 다른 조합 및 구성이 가능하다). 또한, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 결합되며, 적당한 RF 신호(예를 들어, "RF 아웃" 신호)를 생성하고, 하나 이상의 전력 증폭기(108)로 RF 신호를 제공하도록 구성된다. 그 다음, 하나 이상의 전력 증폭기들(108)은, 스위치(295)를 통해 안테나 어레이(290)의 하나 이상의 안테나 존들에게 RF 신호를 제공하도록 구성되며, 그에 의거하여 스위치(295)내의 스위치들(297)은 RF 전력 전송기 집적 회로(160)에 의해 폐쇄된다.
추가적인 설명을 위해, 이하의 일부 실시 예들에서 설명하겠지만, 충전 패드는, 예를 들어, 충전 패드상의 수신기의 위치에 의거하여, 다른 안테나 존들을 이용하여 테스트 전력 전송 신호들 및/또는 정규 전력 전송 신호들을 전송하도록 구성된다. 따라서, 테스트 신호들 또는 정규 전력 신호들을 전송하기 위한 특정 안테나 존이 선택되면, RF 전력 전송기 집적 회로(160)에서 스위치(295)로 제어 신호가 송신됨으로써, 적어도 하나의 스위치(297)가 폐쇄되게 한다. 그렇게 하는데 있어서, 적어도 하나의 전력 증폭기(108)로부터의 RF 신호는, 현재 폐쇄된 적어도 하나의 스위치(297)에 의해 생성된 고유 경로를 이용하여, 특정 안테나 존으로 제공될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 스위치(297)는 안테나 어레이(290)의 일부(예를 들어, 그 내부의 일부)일 수 있다. 대안적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 스위치(295)는 안테나 어레이(290)로부터 분리될 수 있다(예를 들어, 스위치(295)는 개별적인 부품이거나, 전력 증폭기(들)(108)과 같이 또 다른 부품의 일부 일 수 있다). 상기를 달성할 수 있는 임의 스위치 고안이 이용될 수 있고, 도 1c에 도시된 스위치(295)의 고안은 단지 하나의 예시임을 알아야 한다.
도 2a는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드(100)의 특정 부품들을 도시한 블럭도이다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, RF 전력 전송기 IC(160)(및 도 1a-1b를 참조하여 상기에서 설명한 것들과 같은, 거기에 포함된 부품들), (CPU 서브시스템(170)의 일부인 비휘발성 메모리(206)와 같은, RF 전력 전송기 IC(160)의 일부로서 포함될 수 있는) 메모리(206), (칩세트라고 지칭되는 경우도 있는) 이들 부품들을 상호 접속시키는 하나 이상의 통신 버스들(208)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는 하나 이상의 센서(들)(212)를 포함한다(이하에서 설명할 것임). 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 하나 이상의 표시등(indicator light)들, 사운드 카드, 스피커, 문자 정보를 디스플레이하는 소형 디스플레이, 에러 코덱들과 같은 하나 이상의 출력 디바이스들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, RF 충전 패드(100)의 위치를 결정하는, GPS(global positioning satellite) 또는 다른 지리적 위치 수신기(geo-location reciver)와 같은, 위치 검출 디바이스를 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 센서(들)(212)는 하나 이상의 열 방사 센서들, 주변 온도 센서들, 습도 센서들, IR 센서들, 점유 센서(예를 들어, RFID 센서들), 주변광 센서들, 움직임 검출기들, 가속도계 및/또는 자이로스코프들을 포함한다.
메모리(206)는 DRAM, SRAM, DDR SRAM 또는 다른 랜덤 액세스 고체 상태 메모리 디바이스와 같은, 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함하며, 선택적으로, 예를 들어, 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 하나 이상의 광학 디스크 저장 디바이스들, 하나 이상의 플래시 메모리 디바이스들 또는 하나 이상의 다른 비 휘발성 고체 상태 저장 디바이스들과 같은, 비 휘발성 메모리를 포함한다. 메모리(206) 또는 대안적으로 메모리(206)내의 비 휘발성 메모리는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 메모리(206) 또는 메모리(206)의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 이하의 프로그램들, 모듈들 및 데이터 구조들 또는 그의 서브셋(subset)이나 슈퍼셋(superset)을 저장한다.
ㆍ 다양한 기본 시스템 서비스들을 처리하고 하드웨어 의존 작업들을 실행하는 절차들을 포함하는 운영 로직(216);
ㆍ 무선 통신 부품(들)(204)과 함께 원격 디바이스들(예를 들어, 원격 센서들, 전송기들, 수신기들, 서버들, 매핑 메모리(mapping memory)들 등)에 결합되고/되거나 원격 디바이스와 통신하는 통신 모듈(218);
ㆍ 예를 들어, RF 충전 패드(100)에 인접한 객체의 존재, 속도 및/또는 위치 결정을 판정하기 위해 (센서(들)(212)와 함께) 센서 데이터를 획득 및 프로세싱하는 센서 모듈(220);
ㆍ 주어진 위치에 에너지 포켓(들)을 형성하는 것을 포함하되, 그에 국한되지 않은, 전력 전송 신호들을 (안테나 존들(290)과 거기에 각각 포함된 안테나들(210)과 함께) 생성 및 전송하는 전력파 생성 모듈(222) - 전력파 생성 모듈(222)은 개별적인 안테나 존들에 의해 전력 전송 신호들을 전송하는데 이용되는 전송 특성들을 수정하는데 이용될 수 있음 - ;
ㆍ 데이터 베이스(224);
ㆍ 무선 전력 수신기가 RF 충전 패드로부터 무선으로 운송된 전력을 수신하도록 인가되었는지를 판정하는 보안 소자 모듈(234); 및
ㆍ 어느 안테나 존 또는 안테나 존들이 다양한 무선 전력 수신기들에게 무선으로 전력을 운송하는데 이용되어야 하는지를 판정하기 위해, 테스트 전력 전송 신호들을 전송하는 프로세스와 다양한 안테나 존들을 조화시키는 안테나 존 선택 및 동조(tuning) 모듈(237)(도 9a-9b, 도 100 및 도 11a-11e를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명할 것임).
데이터베이스(224)는,
ㅇ 하나 이상의 센서들(예를 들어, 센서들(212) 및/또는 하나 이상의 원격 센서들)에 의해 수신, 검출 및/또는 전송되는 데이터를 저장 및 관리하는 센서 정보(226);
ㅇ RF 충전 패드(100) 및/또는 하나 이상의 원격 디바이스들에 대한 동작 설정치들을 저장하는 디바이스 설정치(228);
ㅇ 하나 이상의 프로토콜들(예를 들어, ZigBEE, Z-Wave 등과 같은 맞춤형 또는 표준 무선 프로토콜들 및/또는 이더넷과 같은 맞춤형 또는 표준 유선 프로토콜들)에 대한 프로토콜 정보를 저장 및 관리하는 통신 프로토콜 정보(230); 및
ㅇ (예를 들어, 하나 이상의 전송 필드들을 매핑하는 것과 같은) 매핑 데이터를 저장 및 관리하는 매핑 데이터(232)를
포함하되, 그에 국한되는 것은 아니다.
상술한 요소들(예를 들어, RF 충전 패드(100)의 메모리(206)에 저장된 모듈들)의 각각은, 이전에 설명한 메모리 디바이스들 중 하나 이상의 메모리에 선택적으로 저장되며, 상술한 기능(들)을 실행하는 명령어 세트에 대응한다. 상술한 모듈들 또는 프로그램들(예를 들어, 명령어 세트)은 별도의 소프트웨어 프로그램들, 절차들 또는 모듈들로 구현될 필요가 없으며, 따라서, 이들 모듈들의 다양한 서브셋들이 선택적으로 조합되거나, 그렇지 않으면, 다양한 실시 예들에서 재배열된다. 일부 실시 예들에 있어서, 메모리(206)는, 선택적으로, 상술한 데이터 구조들 및 모듈들의 서브셋을 저장한다.
도 2b는 일부 실시 예들에 따른, (수신기, 전력 수신기 또는 무선 전력 수신기로 지칭되기도 하는) 대표적인 수신기 디바이스(104)를 도시한 블럭도이다. 일부 실시 예들에 따르면, 수신기 디바이스(104)는 하나 이상의 프로세싱 유닛들(예를 들어, CPU, ASIC, FPGA, 마이크로프로세서등)(252)과, 하나 이상의 통신 부품들(254)과, 메모리(256)와, 안테나(들)(260)와, 전력 수확 회로(259) 및 (칩 세트라 지칭되기도 하는) 이들 부품들을 상호 접속하는 하나 이상의 통신 버스들(258)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기 디바이스(104)는, 도 2a를 참조하여 상기에서 설명한 하나 이상의 센서들(212)과 같은, 하나 이상의 센서(들)(262)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기 디바이스(104)는 전력 수확 회로(259)를 통해 수확된 에너지를 저장하는 에너지 저장 디바이스(261)를 포함한다. 다양한 실시 예들에 있어서, 에너지 저장 디바이스(261)는 하나 이상의 배터리들, 하나 이상의 커패시터들, 하나 이상의 인덕터들 등을 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 전력 수확 회로(259)는 하나 이상의 정류 회로들 및/또는 하나 이상의 전력 변환기들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 수확 회로(259)는 전력파들 및/또는 에너지 포켓들로부터의 에너지를 전기적 에너지(예를 들어, 전기)로 변환하도록 구성된 하나 이상의 부품들(예를 들어, 전력 변환기)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 수확 회로(259)는, 랩탑(laptop) 또는 전화기와 같은, 결합된 전자 디바이스에 전력을 공급하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 있어서, 결합된 전자 디바이스에 전력을 공급하는 것은, 전기 에너지를 AC 형태에서 (예를 들어, 전자 디바이스에 의해 이용될 수 있는) DC 형태로 변형하는 것을 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 안테나(들)(260)는 이하에서 추가로 상세하게 설명할, 사행 라인 안테나들 중 하나 이상을 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 수신기 디바이스(104)는, 하나 이상의 표시등(indicator light)들, 사운드 카드, 스피커, 문자 정보를 디스플레이하는 소형 디스플레이, 에러 코덱들과 같은 하나 이상의 출력 디바이스들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기 디바이스(104)는, 수신기 디바이스(104)의 위치를 결정하는, GPS(global positioning satellite) 또는 다른 지리적 위치 수신기(geo-location reciver)와 같은, 위치 검출 디바이스를 포함한다.
다양한 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 센서(들)(262)는 하나 이상의 열 방사 센서들, 주변 온도 센서들, 습도 센서들, IR 센서들, 점유 센서(예를 들어, RFID 센서들), 주변광 센서들, 움직임 검출기들, 가속도계 및/또는 자이로스코프들을 포함한다.
통신 부품(들)(254)은 수신기(104)와 하나 이상의 통신 네트워크들간에 통신이 이루어질 수 있게 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 통신 부품(들)(254)은 다양한 맞춤형 또는 표준 무선 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.15.4, Wi-Fi, ZigBee, 6LoWPAN, Thread, Z-Wave, Bluetooth Smart, ISA100.11a, WirelessHART, MiWi 등), 맞춤형 또는 표준 유선 프로토콜들(예를 들어, Ethernet, HomePlug 등) 및/또는 본 문서의 출원일자로 아직 개발되지 않은 통신 프로토콜들을 포함하는 임의 다른 적당한 통신 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 할 수 있다.
통신 부품(들)(254)은, 예를 들어, 다양한 맞춤형 또는 표준 무선 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.15.4, Wi-Fi, ZigBee, 6LoWPAN, Thread, Z-Wave, Bluetooth Smart, ISA100.11a, WirelessHART, MiWi 등) 중 임의 프로토콜 및/또는 다양한 맞춤형 또는 표준 유선 프로토콜들(예를 들어, Ethernet, HomePlug 등) 중 임의 프로토콜 또는 본 문서의 출원일자로 아직 개발되지 않은 통신 프로토콜들을 포함하는 임의 다른 적당한 통신 프로토콜을 이용하여 데이터 통신을 할 수 있는 하드웨어를 포함한다.
메모리(256)는, DRAM, SRAM, DDR SRAM 또는 다른 랜덤 액세스 고체 상태 메모리 디바이스와 같은, 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함하며, 선택적으로, 예를 들어, 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 하나 이상의 광학 디스크 저장 디바이스들, 하나 이상의 플래시 메모리 디바이스들 또는 하나 이상의 다른 비 휘발성 고체 상태 저장 디바이스들과 같은, 비 휘발성 메모리를 포함한다. 메모리(256) 또는 대안적으로 메모리(256)내의 비 휘발성 메모리는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 메모리(256) 또는 메모리(256)의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 이하의 프로그램들, 모듈들 및 데이터 구조들 또는 그의 서브셋(subset)이나 슈퍼셋(superset)을 저장한다.
ㆍ 다양한 기본 시스템 서비스들을 처리하고 하드웨어 의존 작업들을 실행하는 절차들을 포함하는 운영 로직(266);
ㆍ 통신 부품(들)(254)과 함께 원격 디바이스들(예를 들어, 원격 센서들, 전송기들, 수신기들, 서버들, 매핑 메모리(mapping memory)들 등)에 결합되고/되거나 원격 디바이스들과 통신하는 통신 모듈(268);
ㆍ 예를 들어, 수신기(103), RF 충전 패드(100) 또는 수신기(103)에 인접한 객체의 존재, 속도 및/또는 위치 결정을 판정하기 위해 (센서(들)(262)와 함께) 센서 데이터를 획득 및 프로세싱하는 센서 모듈(270);
ㆍ 전력파들 및/또는 에너지 포켓들로부터 에너지를 (예를 들어, 안테나(들)(260) 및/또는 전력 수확 회로(259)와 함께) 수신하고; 선택적으로, (예를 들어, 전력 수확 회로(259)와 함께) 에너지를 (예를 들어, 직류로) 변환하고; 결합된 전자 디바이스에 에너지를 전달하고; (에너지 저장 디바이스(261)와 함께) 에너지를 선택적으로 저장하는 무선 전력-수신 모듈(272);
ㆍ 데이터 베이스(274); 및
ㆍ RF 충전 패드(100)에 식별 정보를 제공하는 보안 소자 모듈(282)(예를 들어, RF 충전 패드(100)는, 무선 전력 수신기(104)가 무선으로 운송된 전력을 수신하도록 인가되었는지를 판정하기 위해 식별 정보를 이용한다).
데이터베이스(274)는,
ㅇ 하나 이상의 센서들(예를 들어, 센서들(262) 및/또는 하나 이상의 원격 센서들)에 의해 수신, 검출 및/또는 전송되는 데이터를 저장 및 관리하는 센서 정보(276);
ㅇ 수신기(103), 결합된 전자 디바이스, 및/또는 하나 이상의 원격 디바이스들에 대한 동작 설정치들을 저장하는 디바이스 설정치(278); 및
ㅇ 하나 이상의 프로토콜들(예를 들어, ZigBEE, Z-Wave 등과 같은 맞춤형 또는 표준 무선 프로토콜들 및/또는 이더넷과 같은 맞춤형 또는 표준 유선 프로토콜들)에 대한 프로토콜 정보를 저장 및 관리하는 통신 프로토콜 정보(280)를
포함하되, 그에 국한되는 것은 아니다.
상술한 요소들(예를 들어, 수신기(104)의 메모리(256)에 저장된 모듈들)의 각각은, 이전에 설명한 메모리 디바이스들 중 하나 이상의 메모리에 선택적으로 저장되며, 상술한 기능(들)을 실행하는 명령어 세트에 대응한다. 상술한 모듈들 또는 프로그램들(예를 들어, 명령어 세트들)은 별도의 소프트웨어 프로그램들, 절차들 또는 모듈들로 구현될 필요가 없으며, 따라서, 이들 모듈들의 다양한 서브셋들이 선택적으로 조합되거나, 그렇지 않으면, 다양한 실시 예들에서 재배열된다. 일부 실시 예들에 있어서, 메모리(256)는, 선택적으로, 상술한 데이터 구조들 및 모듈들의 서브셋을 저장한다. 추가적으로, 메모리(256)는, 선택적으로, 접속된 디바이스의 디바이스 유형(예를 들어, 수신기(104)와 결합된 전자 디바이스에 대한 디바이스 유형)을 식별하는 식별 모듈과 같이, 상기에서 설명하지 않은 추가적인 모듈들 및 데이터 구조들을 저장한다.
도 3a 내지 도 8을 참조하면, RF 충전 패드(100)의 여러 안테나에서의 임피던스 값들을 수정하는 부품(예를 들어, 부하 픽(load pick))을 포함하는 RF 충전 패드(100)의 실시 예들이 도시되며, 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인을 포함하는 안테나의 설명이 이 도면들을 참조하여 제공된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 일부 실시 예는 RF 충전 패드(100)의 여러 안테나에서의 임피던스 값을 수정할 수 있도록 부하 픽(106)을 포함하는 RF 충전 패드(100)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 하나 이상의 안테나 소자들을 포함하며, 하나 이상의 안테나 소자들은 각각 제 1 단부에 있는 각 전력 증폭기 스위치 회로(103)와 제 2 단부에 있는 각 적응적 부하 단말(102)에 의해 전력을 제공받거나 피딩된다(하나 이상의 안테나 소자들의 추가적인 세부 사항 및 설명들은 도 3b-3c를 참조하여 이하에서 제공된다).
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 중앙 프로세싱 유닛(110)(본 명세서에서는 프로세서(110)로서 지칭하기도 함)을 포함한다(또는 그와 통신한다). 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서(110)는 도 2b에 도시된 CPU(202)와 같이, RF 충전 패드(100)의 동작을 관리하고, RF 전력 전송기 집적 회로(160)의 부품으로서 포함되는 단일 집적 회로의 부품이다. 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서(110)는 RF 신호 주파수들을 제어하고, (예를 들어, 다양한 임피던스 값들을 생성하기 위해, ASIC 또는 가변 레지스터(variable resister)일 수 있는 부하 픽 또는 적응적 부하(106)와 통신함에 의해) 적응적 부하 단말(102)의 각각에서의 임피던스 값을 제어하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 있어서, 부하 픽(106)은 개방 상태 또는 단락 상태로 설치된 전기 기계 스위치이다.
일부 실시 예들에 있어서, 전자 디바이스(예를 들어, 스트리밍 매체 디바이스 또는 프로젝터(projector)의 하우징내에 집적화될 수 있는 충전 패드(100)의 최상부상에 설치된 리모트(remote)와 같은, 내부적 또는 외부적으로 접속된 부품으로 수신기를 포함하는 디바이스)는, 배터리를 충전하고/하거나 전자 디바이스에 직접 전력을 공급하기 위해, 충전 패드(100)의 하나 이상의 RF 안테나 소자들로부터 수신기(104)로 전달되는 에너지를 이용한다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, (전력 증폭기(PA)로부터) 전력을 수신하는 2 이상의 입력 단말과, 2 이상의 출력 또는 적응적 부하 단말(102)을 갖는 구성이다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)의 특정 존(예를 들어, 충전될 (내부적 또는 외부저으로 접속된 RF 수신기(104)를 가진) 전자 디바이스가 충전 패드상에 설치된 위치의 아래에 배치된 안테나 소자들을 포함하는 존)에 있는 적응적 부하 단말(102)들은 수신기(104)에 의해 수신되는 전력을 최대화하도록 최적화된다. 예를 들어, CPU(110)는, 내부적 또는 외부적으로 접속된 RF 수신기(104)를 가진 전자 디바이스가 특정 존(105)내의 패드(100)상에 설치되었다는 표시를 수신하면, RF 수신기(104)로 전달되는 전력을 최대화하도록 안테나 소자 세트를 적응화시킨다. 안테나 소자 세트를 적응화시키는 것은, CPU(110)가, 안테나 소자 세트와 연관된 적응적 부하 단말들(102)에 대해 여러 임피던스 값들을 시험하도록 부하 픽(106)에게 지시하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정 안테나 소자에서의 특정 도전성 라인에 대한 임피던스 값은 복소 값 Z = A+jB(A는 임피던스 값의 실수 부분이고, B는 허수 부분으로서, 예를 들어, 0+j0, 1000+j0, 0+j50 또는 25+j75 등)에 의해 주어지며, 부하 픽은 안테나 소자 세트로부터 RF 수신기(104)로 전달되는 에너지량이 최대가 되도록 임피던스 값을 조정한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자 세트를 적응화시키는 것은, 또한 또는 대안적으로, 최대량의 에너지가 RF 수신기(104)로 전달되는 주파수가 발견될 때까지, CPU(110)가 안테나 소자 세트로 하여금 다양한 주파수들로 RF 신호를 전송하게 하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자 세트가 전송하는 임피던스 값 및/또는 주파수들의 조정은, RF 수신기(104)로 전달되는 에너지 량에 대한 변경을 유발한다. 이러한 방식에서는, (예를 들어, 패드(100)의 안테나 소자에 의해 수신기(104)로 전송되는 에너지의 적어도 75%를 전달하도록) 최대화된, RF 수신기(104)로 전달되는 에너지 량이 (일부 실시 예들에서는, 임피던스 값 및/또는 주파수들을 조정하면, 전송된 에너지의 최대 98%까지가 수신기(104)에 의해 수신할 수 있게 됨) RF 수신기(104)가 설치된 패드(100)상의 임의 특정 포인트에서 수신될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 전력 증폭기(108)를 포함하는 입력 회로는, 입력 신호의 주파수들을 변경할 수 있는 디바이스, 또는 오실레이터 또는 주파수 변조기와 같이, 동시에 다수의 주파수들에서 동작할 수 있는 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, CPU(110)는, RF 수신기(104)로 전달된 에너지량이 사전 결정된 임계치를 넘어서거나(예를 들어, 전송된 에너지의 75% 이상, 최대 98%를 수신), 다수의 임피던스 및/또는 주파수 값들로 전송을 테스트하고, RF 수신기(104)로 최대 에너지가 전달되고 있는 것으로 결과하는 임피던스 및 주파수의 조합을 선택함에 의해, RF 수신기(104)로 전달되고 있는 최대량의 에너지를 판정한다(이하에서 적응적 기법을 참조하여 설명할 것임)
일부 실시 예들에서는, 주파수 및 임피던스의 어느 조합이 RF 수신기(104)로의 최대 에너지 전달로 결과하는지를 판정하기 위해, 충전 패드(100)의 RF 안테나(들)(120)로부터 방출되는 RF 신호(들)의 임피던스 값들 및/또는 주파수들을 적응적으로 조정하기 위한 적응적 기법이 채용된다. 예를 들어, 충전 패드(100)에 접속된 프로세서(110)는, (예를 들어, 도 3a의 존(105)와 같이, RF 신호들을 전송하는 하나 이상의 RF 안테나 소자들을 포함하는 RF 충전 패드(100)의 존 또는 구역과 같은) RF 충전 패드(100)의 주어진 위치에서 (허용된 동작 주파수 범위 또는 범위들내의) 서로 다른 주파수들을 시험하여, 보다 좋은 성능을 위한 적응적 최적화를 시도한다. 예를 들어, 간단한 최적화는, 각 부하 단말과 접지간을 개방/접속 해제 또는 폐쇄/단락시키고(이들 상태들을 절환시키기 위해 릴레이가 이용되는 실시 예), 존 내의 RF 안테나들이 다양한 주파수로 전송하게 하는 것이다. 일부 실시 예들에 있어서, 릴레이 상태(개방 또는 단락)와 주파수의 각 조합에 대해, 수신기(104)로 전달되는 에너지가 모니터링되고, 다른 조합들을 이용할 때 전달되는 에너지와 비교된다. 수신기(104)로의 최대 에너지 전달로 결과하는 조합이 선택되어, 수신기(104)로 하나 이상의 RF 신호들의 전송을 계속하는데 이용된다. 일부 실시 예들에 있어서, 상술한 적응적 기법은, RF 충전 패드(100)에 의해 수신기(104)로 전달되는 에너지량이 최대로 되는 것을 돕기 위해, 도 9a-9b 도 10 및 도 11a-11e를 참조하여 이하에서 설명할 방법들의 일부로서 실행된다.
다른 예시로서, ISM 대역내의 5개의 주파수들이 무선 주파수파를 전송하기 위한 패드(100)에 의해 이용되고, 부하 픽(106)이 개방 상태와 단락 상태를 절환시키는 전기 기계 릴레이인 경우, 적응적 기법을 채용하는 것은, 각 안테나 소자(120)에 대해 또는 안테나 소자(120)의 존에 대해 주파수들 및 임피던스 값들의 조합들을 시험하고 최고 성능으로 결과하는 조합(즉, 수신기(104)에서 최대 전력이 수신되거나 패드(100)에서 RF 수신기(104)로 최대 전력이 전달되는 것으로 결과하는 조합)을 선택하는 것(10)을 수반한다.
ISM 대역(industrial, scientific and medical radio band)들은 통신을 위한 것보다는 과학, 의료 및 산업적 요건들을 위한 RF 에너지의 사용을 위해 국제적으로 지정된 무선 대역들의 그룹 또는 무선 스펙트럼의 일부를 지칭한다. 일부 실시 예들에 있어서, 모든 ISM 대역들(예를 들어, 40 MHz, 900 MHz, 2.4 GHz, 5.8 GHz, 24 GHz, 60 GHz, 122 GHz 및 245 GHz)은 적응적 기법의 일부로서 채용될 수 있다. 하나의 특정 예시로서, 충전 패드(100)가 5.8GHz 대역에서 동작중이면, 적응적 기법을 채용하는 것은, RF 신호들을 전송하고, 사전 결정된 증분으로 그 주파수를 조정(예를 들어, 50MHz 증분, 그래서, 5.75GHz, 5.755GHz, 5.76GHz 등의 주파수들)하는 것을 포함한다. 일부 실시예 들에 있어서, 사전 결정된 증분은, 5, 10, 15, 20, 50MHz 증분 또는 임의 다른 적당한 증분일 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 패드(100)의 안테나 소자(120)는, 예를 들어, 915 MHz의 중심 주파수를 가진 제 1 주파수 대역과 5.8GHz의 중심 주파수를 가진 제 2 주파수 대역과 같은, 2개의 개별적인 주파수 대역들내에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시 예들에 있어서, 적응적 기법을 채용하는 것은, RF 신호들을 전송하고, 제 1 주파수 대역에 대한 제 1 임계값에 도달할 때 까지 그 주파수를 사전 설정된 제 1 증분으로 조정하고, 제 2 주파수 대역에 대한 제 2 임계값에 도달할 때까지 그 주파수를 사전 결정된 (사전 결정된 제 1 증분과 동일할 수 있고 그렇지 않을 수도 있는) 제 2 증분으로 조정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 안테나 소자들(120)은 (제 1 주파수 대역에 있어서) 902MHz, 915MHz, 928MHz로 전송하고, 그 다음, (제 2 주파수 대역에 있어서) 5.795GHz, 5.8GHz 및 5.805GHz로 전송하도록 구성된다. 다수의 주파수들로 동작할 수 있는 안테나 소자들에 관한 추가적인 상세 설명은 도 14a, 14b 및 도 15를 참조하여 이하에 제공될 것이다.
도 3b-3c를 참조하면, RF 충전 패드의 일부를 보여주는 고-레벨 블럭도가, 일부 실시 예들에 따라, 도시된다.
도 3b는 단일 TX 안테나(120)(그러한 안테나들(120) 중 하나 또는 그 안테나들(120)의 어레이를 포함하는 안테나 존의 일부 일 수 있으며, 그 모두는 도 3a에 도시된 충전 패드(100)를 형성함)의 개략도이다. 일부 실시 예들에 있어서, TX 안테나(120)는 TX 안테나 소자(120)로서 지칭되기도 한다. 일부 상황에 있어서, RF 수신 유닛/안테나(RX)(또는 내부적 또는 외부적으로 접속된 부품으로서 수신 유닛(104)을 포함하는 디바이스)는 (도 3b에 도시된 바와 같이, 사행 라인 배열을 형성하는 도전성 라인을 포함하는) TX 안테나(120)를 포함하는 패드(100)의 일부의 최상부에 설치된다.
일부 실시 예들에 있어서, 수신기(104)에는 TX 안테나(120)에 결합된 (즉, 근접장 존내의) 단일 TX 안테나(120)의 금속 도전성 라인에 대한 직접적인 콘택트(contact)가 없다.
일부 실시 예들에 있어서, TX 안테나(120)는 도 3b에 있어서 (도 3a의 단말들(102) 중 하나일 수 있는) 121로 라벨링되고, (도 3b의 PA 스위치 회로(103)들 중 하나일 수 있는) 123으로 라벨링된 2 이상의 단말들(또는 포트들)을 가진다. 일부 실시 예들에 있어서, (전력 증폭기 또는 PA로부터의) 전력의 소스는 단말(123)에 접속되고, 적응적 부하(예를 들어, 전기 기계 스위치 또는 ASIC)는 단말(121)에 접속된다. 일부 실시 예들에 있어서, 적응적 부하는 일반적으로 실수 및 허수부를 가질 수 있는 복소 임피던스로서 형성된다(즉, 복소 적응적 부하는 능동 디바이스(예를 들어, 트랜지스터들로 이루어진 집적 회로들 또는 칩들) 또는 인덕터들/커패시터들과 레지스터들에 의해 형성된 수동 디바이스들을 이용하여 형성될 수 있다). 일부 실시 예들에 있어서, 복소 임피던스는 상술한 바와 같이 수학식 Z = A+jB(예를 들어, 0+j0, 100+j0, 0+50j 등)에 의해 주어진다.
일부 실시 예들에 있어서, 수신기(104)는 제 3 단말로 간주될 수 있다. 낭비 에너지를 제거하기 위하여, 수신기(104)는 단말(104)로부터 주행하여 단말(121)로 향하는 유도 전력의 최대량(예를 들어, 75% 이상, 최대 98%)을 흡수하도록 구성되어야 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서(110)는, (예를 들어, BLE(BLUETOOTH low energy)와 같이 메시지 교환을 위한, 단거리 통신 프로토콜을 이용하여 메시지를 교환함에 의해) 피드백 루프(feedback loop)를 통해 수신기(104)에 접속된다. 일부 대안적인 실시 예들에 있어서, 수신기에서 전송기에 있는 CPU로 되돌아가는 피드백 루프는 별도의 통신 프로토콜 및/또는 다른 주파수 대역을 이용하는 것이 아니라, 패드(100)에 의해 전송된 전력 전송 신호들과 동일한 주파수 대역을 이용할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 피드백 루프와 교환된 메시지들은 수신된 에너지 량을 표시하는데 이용될 수 있으며, 대안적으로 또는 추가적으로, 이전 측정치 대비, 수신된 에너지 량의 증가 또는 감소를 나타낼 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서(110)는 특정 시점에서 수신기(104)가 수신한 에너지 량을 모니터링하고, 단말(123)에서 단말(121)로 전달되는 전력이 최대화되도록 적응적 부하를 제어/최적화한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전달된 에너지 량을 모니터링하는 것은, (ⅰ) 임의 특정 시점에 수신기(104)가 수신한 에너지 량을 나타내는, 수신기(104)(또는 수신기(104)가 배치된 전자 디바이스의 부품)로 부터의 정보를 수신하고, (ⅱ) (수신기(104)가 흡수하는 대신에) 단말(121)에 있는 도전성 라인에 유지되는 에너지 량을 모니터링하는 것 중 하나 또는 그 둘 모두를 포함한다. 일부 실시 예들에서는 이들 모니터링 기술들 둘 모두가 이용되지만, 다른 실시 예들에 있어서는, 이들 모니터링 기술들 중 하나 또는 다른 하나가 이용될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 수신기(104)(즉, 내부적 또는 외부적으로 접속된 부품으로서 수신기(104)를 포함하는 전자 디바이스)는 (각 안테나 소자(120)상에서 사행 패턴을 형성하는 도전성 라인을 부분적으로 또는 전체적으로 커버하는) 충전 패드(100)의 상부상의 어느 곳에라도 배치될 수 있으며, 프로세서(110)는 수신기(104)에 전달되는 에너지가 최대화되도록, 전달된 에너지 량을 계속적으로 모니터링하고 (예를 들어, 임피던스 및/또는 주파수에 대해) 필요한 조정을 계속한다.
충전 패드(100) 및 거기에 포함된 안테나 소자(120)의 동작의 설명에 도움을 주기 위해, 도 3b에 도시된 전송 안테나 소자(120)는 2개의 섹션들로 분할된다. 즉, 1) 섹션(125)은 안테나 소자(120)의 단말(123)에서 시작하여 수신기(104)의 에지로 연장되고, 2) 섹션(127)은 전송 안테나 소자(120)의 나머지 및 단말(121)에 의해 형성된다. 그 블럭들은 도 3c와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 섹션들(125 및 127)은 예시적인 목적을 위해 이용된 기능적 묘사이며, 그들이 안테나 소자를 별도의 섹션들로 분할하는 특정 구현을 명시하기 위한 것은 아님을 알아야 한다.
도 3c를 참조하면, TX 안테나(120)의 블럭도가 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 섹션들(125 및 127)을 분할하는 포인트에서 시작하여, 적응적 부하(106)에 대한 TX 안테나(120)의 접속(예를 들어, 단말(121))에서 종료하는 유효 임피던스 값(Zeffective)은 TX 안테나(120)상의 수신기(104)의 위치에 기초하여, 및 단말(121)에 있는 적응적 부하(106)에 의해 제공된 선택된 부하에 기초하여, 변경될 것이다. 일부 실시 예들에 있어서, 단말(123)과 수신기(104) 사이에 전달된 에너지가 최대치에 도달하면서(예를 들어, 패드(100)의 안테나 소자에 의해 전송된 에너지의 70% 이상, 예를 들어, 98%가 RF 수신기(104)에 의해 수신됨), 단말(123)에서 단말(121)로의 에너지 전달이 최소로 유지될 수 있게 하는 방식으로 (예를 들어, 패드(100)의 안테나 소자들에 의해 전송되는 에너지의 25% 미만이 RF 수신기(104)에 의해 수신되지 못하고, 그 중 2% 정도의 에너지는 단말(121)에 도달하는 것에 그치거나, 되반사됨) Zeffective를 동조시키도록 (프로세서(110)와 함께, 도 3a) 적응적 부하(106)에 의해 선택된 부하가 최적화된다.
전기-기계 스위치(예를 들어, 기계적 릴레이)가 개방 상태와 단락 상태로 절환시키는데 이용되는 실시 예들에 있어서, 특정 안테나 소자(120)에 대해 스위치를 개방 상태에서 단락 상태(예를 들어, 접지 평면으로 단락됨)로 이동시키면, 특정 안테나 소자(120)에 대한 각 단말(121)에서의 임피던스 값(Zeffective)이 0에 가까운 값으로 떨어지게 된다(대안적으로, 단락 상태에서 개방 상태로 절환하면 임피던스 값은 무한대에 가까운 값으로 뛰어 오르게 됨). 일부 실시 예들에 있어서, RF 수신기(예를 들어, 수신기(104), 도 3a-3c)로 전달되는 에너지를 최대화하도록, 임피던스 값들과 RF 신호 주파수들의 다양한 조합을 테스트하기 위해 도 3a를 참조하여 상기에서 설명한 주파수 적응적 기법이 채용된다. 일부 실시 예들에 있어서, 적응적 부하(106)로서 전기 기계 스위치 대신에 집적 회로(IC 또는 칩)가 이용될 있다. 그러한 실시 예에 있어서, 적응적 부하(106)는, 예를 들어, 0과 무한대 사이와 같은, 소정 범위의 값들을 따라 임피던스 값을 조정하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 있어서, IC는 IC의 펌웨어(및/또는 IC의 동작을 제어하는 CPU(110) 상에서 실행되는 펌웨어)에 의해 제어되는 적응적/재구성 가능 RF 능동 및/또는 수동 소자(예를 들어, 트랜지스터들 및 전송 라인들)에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, (도 3a를 참조하여 상술한 바와 같이) IC에 의해 생성되고 펌웨어를 통해 및 피드백 루프로부터의 정보에 기반하여 제어되는 임피던스는 스미스 차트(Smith Chart)로부터 선택된 임의 부하값을 커버하도록 변경될 수 있다(또는 IC는 스미스 차트를 형성하는 값들의 일부를 커버하는 특정 부하들을 생성하도록 고안될 수 있다). 일부 실시 예들에 있어서, 이러한 IC는 패드(100)의 전체 동작을 관리하는데 이용되는 RF 전력 전송기 집적 회로(160)(도 1b)와 별개이며, 이러한 다른 IC는 RF 전력 전송기 집적 회로(160)와 통신하여, 그 회로(160)가 임피던스 값에 대한 조정을 제어할 수 있게 한다. 스미스 차트는 샘플링되어, 프로세서(110)에 의해 액세스될 수 있는 메모리(예를 들어 룩업 테이블로서)에 저장될 수 있으며, 그 프로세서(110)는 테스트를 위해 다양한 임피던스 값들을 결정하도록 저장된 스미스 차트를 이용하여 검색(lookup)을 실행할 수 있다. 예를 들어, 집적 회로는 수신기(104)로 전달되는 에너지를 최대화시키는 값들의 조합을 위치 결정하기 위해(최대 에너지 전달의 예시는 상기에서 설명함), 다양한 RF 전송 주파수들과 조합하여 테스트하기 위한, 임피던스 값에 대한 사전 결정된 개수의 복소 값들(예를 들어, 5j 내지 10j, 100+0j 또는 0+50j 등)을 선택하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 하나의 적응적 부하(106)를 가진 도 1b의 둘 이상의 안테나 소자들(120)을 가진 전송기 또는 충전 패드는, 각각, 동시에 2개 이상의 별개의 주파수 대역들에서 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 안테나 소자는 제 1 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하고, 제 2 안테나 소자는 제 2 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하며, 제 3 안테나 소자는 제 3 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하고, 제 4 안테나 소자는 제 4 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하며, 이들 4개의 주파수 대역들은 서로 별개이다. 그러므로, 2 이상의 안테나 소자들(120)을 가진 전송기는 멀티-대역 전송기로 이용될 수 있다.
도 3d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 신호를 전송하고 있는 안테나 소자의 섹션들내의 에너지 흐름을 도시한 단순화된 회로의 블럭도이다. 도 3d의 부분 1 및 부분 2에 대한 언급은, 도 3b 및 3c에 도시된 섹션들을 지칭하며, 특히, 부분 1은 섹션(125)에 대응하고, 부분 2는 섹션(127)에 대응한다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 전송 안테나 소자(120)에 대한 유효 임피던스(Zeffective)는 (일부 실시 예들에 있어서, 이하에서 보다 상세하게 설명할, 사행 라인 패턴을 형성하는) 수신기(104)의 뒤에 있는 도전성 라인의 일부와, 적응적 부하(도 3b 및 3c의 섹션(127)으로서 라벨링됨)에 의해 형성된다. 일부 실시 예들에 있어서, 최적화에 의해, 부하(Zeffective)는 동조될 것이고, 그래서, PA로부터 수신기(104)로 전달되는 에너지는 최대화되고, 그것이 적응적 부하에 도달하는 시간까지 도전성 라인에 잔류하는 에너지는 최소화된다(상기에서 설명함).
도 4는, 일부 실시 예들에 따른, 2개의 단말들을 가진 안테나 소자의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, (도 3b-3d를 참조하여 단말(123)로서 설명한) 안테나 소자(120)의 입력 또는 제 1 단말은, 전력 증폭기(108)에 접속되고, (상기 도 3b-3d를 참조하여 단말(121)로 설명한) 출력 또는 제 2 단말은, 적응적 부하를 구성할 수 있게 하는 부하 픽(106)에 접속된다. 다시 말해, 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(120)는 제 1 단말로부터 전력 증폭기(108)에 의해 피딩되고, 안테나 소자(120)는, (예를 들어, 단락 상태와 개방 상태를 절환시키는 기계적 릴레이와 같은) 적응적 부하에 있는 제 2 단말에서 종료된다.
일부 실시 예들에 있어서, 충전 패드(100(도 3a)는 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인을 가진, 단일 층 또는 다층 구리 안테나 소자들(120)로 이루어진다. 일부 실시 예들에 있어서, 이들 층들의 각각은, 그의 층들 중 하나로서 고체 접지 평면(예를 들어, 하부층)을 가진다. 한가지 예시로서, 도 4에 도시된 전송 안테나 소자에 대한 고체 접지 평면이 도시되고 라벨링된다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)(및 거기에 포함된 개별적인 안테나 소자들(120))는, 프로젝터, 랩탑 또는 (네트워크형 스트리밍 미디어 플레이어, 예를 들어, 스트리밍 텔레비전 쇼(show)들과 다른 콘텐츠들을 보기 위한 텔레비젼에 접속된 ROKU 디바이스과 같은) 디지털 미디어 플레이어와 같은, 가전 전자 디바이스에 내장된다. 예를 들어, RF 충전 패드(100)를 가전 전자 디바이스내에 내장함에 의해, 사용자는 프로젝터 또는 프로젝터의 상부상의 스트리밍 매체 플레이어와 같은, 주변 장치를 간단히 설치할 수 있게 되거나(예를 들어, 프로젝터 또는 스트리밍 매체 플레이어에 대한 리모트는, 도 7a-7d에 도시된 수신기(104)에 대한 예시적인 구조와 같은, 각 수신기(104)를 포함함), 스트리밍 매체 플레이어 및 거기에 포함된 충전 패드(100)는, 리모트에 내부적으로 또는 외부적으로 접속된 수신기(104)로 에너지를 전송할 수 있게 될 것이며, 그 에너지는 리모트의 충전을 위해 수신기(104)에 의해 수확된다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 충전될 디바이스가 설치되는 독립형 충전 디바이스로 USB 동글(dongle)내에 포함될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자들(120)은 USB 동글의 상부 표면, 측표면 및/또는 하부 표면 근처에 설치될 수 있으며, 그에 따라, 충전될 디바이스는 USB 동글과 접촉하는 여러 위치들에 설치될 수 있게 된다(예를 들어, 충전중인 헤드폰은 USB 동글의 최상부에 자리하거나, USB 동글 아래에 자리하거나 또는 USB 동글 위에 걸려있을 수 있으며, 내장된 RF 충전 패드(100)로부터의 RF 전송을 여전히 수신할 수 있다).
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는, 책상, 의자, 카운터탑(countertop)과 같은, 가구내에 집적화되어, 사용자가 집적화된 RF 충전 패드(100)를 포함하는 표면의 상부상에 그들을 간단히 설치함에 의해, 그들의 디바이스들(예를 들어, 내부적으로 또는 외부적으로 접속된 부품들로서 각 수신기들(104)을 포함하는 디바이스들)을 쉽게 충전할 수 있게 한다.
도 5를 참조하면, RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전하는 방법(500)의 흐름도가 제공된다. 초기에, 하나 이상의 RF 신호들 또는 파들을 전송하는 적어도 하나의 안테나(예를 들어, 안테나 소자(120), 도 3b-3d 및 도 4), 즉, RF 전자기 파를 전송할 수 있도록 고안된 안테나를 포함하는 전송기가 제공된다(502). 일부 실시 예들에 있어서, RF 안테나 소자들(120)의 어레이는 단일 평면에, 또는 스택으로, 또는 그들의 조합으로, 서로간에 인접하게 배열되어, RF 충전 패드(100)를 형성한다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 안테나 소자들(120)의 각각은, 안테나 입력 단말(예를 들어, 도 4를 참조하여 상술한 제 1 단말(123))과, 안테나 출력 단말(예를 들어, 도 4를 참조하여 상술한 제 2 단말(121))을 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 수신기(예를 들어, 수신기(104), 도 3a-3d)가 제공된다. 그 수신기는, 또한, RF 신호들을 수신하기 위한 (510) 하나 이상의 RF 안테나를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기는 내부적으로 또는 외부적으로 접속된 부품으로 수신기(104)를 포함하는 디바이스를 충전시키기 위해, 하나 이상의 RF 신호들을 이용 가능 전력으로 변환하는(518) 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 사용에 있어서, 수신기(104)는 적어도 하나의 안테나에 대한 근접장 무선 주파수 거리내에 배치된다(506). 예를 들어, 수신기는, 충전 패드(100)의 표면과 같은, 적어도 하나의 RF 안테나에 인접한 표면의 상부상에 또는 적어도 하나의 RF 안테나의 상부상에 설치될 수 있다.
그 다음, 하나 이상의 RF 신호들이 적어도 하나의 RF 안테나를 통해 전송된다. 그 시스템은, 적어도 하나의 안테나로부터 RF 수신기로 하나 이상의 RF 신호들을 통해 전달되는 에너지 량을 판정하기 위해 모니터링된다(512/514)(상기에서 설명됨). 일부 실시 예들에서는, 이러한 모니터링(512)이 전송기에서 이루어지며, 다른 실시 예에서는 그 모니터링(514)이 백 채널(back channel)을 통해(예를 들어, WIFI 또는 BLUETOOTH를 이용한 무선 데이터 접속을 통해) 전송기로 데이터를 되송신하는 수신기에서 이루어진다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기 및 수신기는 백 채널을 통해 메시지를 교환하며, 이들 메시지는 단계 516에서 이루어진 조정을 알리기 위해, 전송된 및/또는 수신된 에너지를 표시한다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 특성은 적어도 하나의 RF 안테나에서 수신기로 전달되는 에너지량이 최적화되도록 단계 516에서 적응적으로 조정된다. 일부 실시 예들에 있어서, 이러한 특성은, 하나 이상의 RF 신호들의 주파수 및/또는 전송기의 임피던스이다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 임피던스는 조정 가능 부하의 임피던스이다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 적응적 부하의 임피던스를 제어하도록 구성된다. 임피던스 및 주파수 조정에 관한 추가적인 세부 설명 및 예시들은 상기에서 제공되었다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기는 전력 소스에 전기적으로 결합되도록 구성된 전력 입력과, 안테나에 송신된 적어도 하나의 전기 신호를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서(예를 들어, 프로세서(110), 도 3a-3b)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 안테나에 송신된 적어도 하나의 신호의 주파수를 제어하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기는, 전력 입력과 안테나 입력 단말 사이에 전기적으로 결합된 전력 증폭기를 더 구비한다(예를 들어, PA(108), 도 3a, 3b, 3c 및 도 4). 일부 실시 예들은, 안테나 출력 단말(예를 들어, 단말(121), 도 3a-3c 및 도 4)에 전기적으로 결합된 적응적 부하를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 적어도 하나의 안테나에서 RF 수신기로 전달되는, 모니터링된 에너지 량에 기초하여, 적응적 부하의 임피던스를 동적으로 조정한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 안테나로 송신된 적어도 하나의 신호의 주파수를 동시에 제어한다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 각 RF 안테나는, 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인, 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하기 위한, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 제 1 단말(예를 들어, 단말(123))과, 제 1 단말과 별개이며, 도전성 라인의 제 2 단부에 있는 제 2 단말(예를 들어, 단말(121))을 포함하며, 제 2 단말은, 하나 이상의 프로세서에 의해 제어되는 부품(예를 들어, 적응적 부하(106))에 결합되고, 도전성 라인의 임피던스 값이 수정될 수 있게 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 도전성 라인은 다층화된 기판의 제 1 안테나 층상에 또는 제 1 안테나 층 내에 배치된다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 안테나는 다층화된 기판의 제 2 안테나 층상에 또는 제 2 안테나 층 내에 배치된다. 최종적으로, 일부 실시 예들은 다층화된 기판의 접지 평면층상에 또는 접지 평면층내에 배치된 접지 평면을 제공한다.
일부 실시 예들에 있어서, 도 5를 참조하여 상기에서 설명한 방법은 도 9a-9b, 도 10 및 도 11a-11e를 참조하여 이하에서 설명할 방법과 함께 실행된다. 예를 들어, 임피던스 값들을 수정/조정하는 동작들은 수신기에 무선 전력을 전송하는데 이용하기 위한 안테나 존들("판정된 안테나 존")을 판정한 후 실행되며, 그 다음, 판정된 안테나 존들내의 안테나에 의해 최대량의 전력이 수신기에 무선으로 확실히 전달되도록, 판정된 안테나 존들에서의 임피던스 값들이 조정된다.
도 6a-6e는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드내의 개별적인 안테나 소자들에 대한 다양한 구성들을 보여주는 개략도들이다. 도 6a-6e에 도시된 바와 같이, RF 충전 패드(100)(도 3a)는 다른 구조들을 이용하여 이루어진 안테나 소자(120)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 6a-6b는 사행 라인 패턴으로 형성된 도전성 라인들을 각각으로 포함하는 다수의 층들을 포함하는 안테나 소자(120)에 대한 예시적인 구조들을 도시한 도면이다. 각각의 층에 있는 도전성 라인들은 다층 안테나 소자(120)내의 다른 도전성 라인들에 대해 동일하거나(도 6b) 다른 (도 6a) 폭(또는 길이 또는 트레이스 게이지(trace gauge), 또는 패턴, 각 트래이스 사이의 공간 등)을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 사행 라인 패턴은 패드(100)(또는 개별 안테나 소자(120))의 서로 다른 위치에서 다양한 길이들 및/또는 폭을 가지도록 고안될 수 있으며, 사행 라인 패턴들은 패드(100)의 또는 개별 안테나 소자(120)의 2 이상의 기판상에 프린트될 수 있다. 사행 라인 패턴들의 이러한 구성은 높은 자유도(more degrees of freedom)를 허용하며, 그러므로, 개별적인 안테나 소자들(120)과 RF 충전 패드(100)의 보다 넓은 동작 대역폭들 및/또는 결합 범위들을 허용하는 보다 복잡한 안테나 구조가 구축될 수 있다.
도 6c-6e에는 추가적인 예시적 구조들이 제공된다. 도 6c는 슬라이딩 커버리지(sliding coverage)를 가진 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인들의 다수개의 층들을 포함하는 안테나 소자(120)의 구조의 예시를 보여주며(일부 실시 예들에 있어서, 각 사행 라인 패턴들은, 각 기판의 제 1 사행 라인 패턴의 일부가 다른 기판의 제 2 사행 라인 패턴과 겹치도록(즉, 슬라이딩 커버리지), 서로 다른 기판들에 배치되며, 이러한 구성은 안테나 구조의 전체 폭에 걸쳐 커버리지를 확장하는데 도움을 준다), 도 6d는 사행 라인 패턴내의 각 턴(turn)에서 서로 다른 길이들을 가진 도전성 라인을 포함하는 안테나 소자(120)에 대한 구조의 예시를 보여주며(일부 실시 예들에 있어서, 각 턴에서 서로 다른 길이들을 이용하면, 안테나 소자의 결합 범위를 확장하는데 도움을 주고/주거나 RF 충전 패드(100)의 동작 대역폭을 늘리는데 도움을 준다), 도 6e는 2개의 인접하는 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인을 포함하는 안테나 소자(120)에 대한 구조의 예시를 보여준다(일부 실시 예들에 있어서, 2개의 인접하는 사행 라인 패턴들을 형성하는 도전성 라인을 가지면, 안테나 소자(120)의 폭을 확장하는데 도움을 준다). 이들 예시들의 모두는 비 제한적이며, 임의 개수의 조합들 및 다층화된 구조들은 상술한 예시적인 구조들을 이용하여 이루어질 수 있다.
도 7a-7d에는, 일부 실시 예들에 따른, RF 수신기에 대한 안테나 소자의 개략도가 도시된다. 특히, 도 7a-7d에는 도 7a(단일-극성 수신기) 및 도 7b(이중-극성 수신기)에 도시된 바와 같이, (ⅰ) 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인(그 도전성 라인 뒤에는 고체 접지 평면 또는 반사기가 존재하거나 그러지 않을 수 있다)을 포함하는, RF 수신기들(예를 들어, 수신기(104), 도 3a-3d 및 도 4)에 대한 구조들의 예시들이 도시된다. 도 7c-7d에는, 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인과 이중-극성을 가진 RF 수신기에 대한 구조들의 추가적인 예시가 도시된다. 도 7a-7d에 도시된 구조들의 각각은 각각의 RF 수신에 대한 서로 다른 결합 범위, 결합 배향 및/또는 대역폭을 제공하는데 이용될 수 있다. 비 제한적 예시로서, 도 7a에 도시된 안테나 소자가 수신기에 이용되면, 단지 일 방향으로만 패드(100)에 결합된 초소형 수신기가 고안/구축될 수 있다. 또 다른 비-제한적 예시로서, 도 7b-7d에 도시된 안테나 소자가 수신기에서 이용될 경우, 그 수신기는 어느 방향으로든 패드(100)에 결합될 수 있다.
아래에는, 안테나 소자들에 대한 사행 라인 패턴의 다른 예시들 및 설명들이 제공된다. 도 8에는, 일부 실시 예들에 따른, 대형 RF 충전/전송 패드를 형성하는 다수의 전송 안테나 소자들(단위 셀들)을 가진 RF 충전 패드의 개략도가 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)는 인접하는 안테나 소자들(120)의 어레이로서 형성된다(셀들간의 거리는 최상의 커버리지를 위해 최적화될 수 있다). 일부 실시 예들에 있어서, 수신기가 인접하는 안테나 소자들(120) 사이의 구역/갭에 설치되면, (예를 들어, 도 3a를 참조하여 상기에서 설명한 적응적 기법에 따라) 에너지 전달을 최적화하기 위한 시도는 허용 가능 임계 레벨(예를 들어, 75% 이상)보다 높은 에너지 전달의 증가로 결과한다. 그 경우, 이러한 상황에 있어서, 인접한 안테나 소자들은, 인접한 안테나 소자들(120) 사이의 위치 및 RF 충전 패드의 표면상에 설치된 수신기에 추가적인 에너지를 전달하기 위해 동시에 전체 전력으로 RF 파들을 전달하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 따른 한가지 가능한 구성으로서, 포트(또는 단말) 그룹 #1(도 8)은 전력을 공급하고, 포트(또는 단말) 그룹들 #2 및 #3은 적응적 부하(예를 들어, 단락-회로와 개방-회로간에 이동하는 전기 기계적 릴레이)를 제공한다. 적당한 구성의 또 다른 예시로서, 포트(또는 단말) 그룹들 #1, #2 및 #3은, (필요에 따라 동시에 또는 한 번에 한 그룹이 절환된 채로) 전력 증폭기를 통해 충전 패드(100)로 전력을 공급하는데 이용될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(100)의 각각의 전송 안테나 소자(120)는 상기에서 상세하게 설명한 바와 같이, 적응적 부하(들)를 지원하기 위해 피딩(PA) 단말과 하나 이상의 단말들에 의해 제어되는 개별적인 안테나 존을 형성한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기로부터의 피드백은, 수신기가 상부에 설치된 안테나 존을 판정하는데 도움이 되고, 이러한 판정은, (스위치(295)를 이용하여, 도 1c) 그 존을 활성화시킨다. 수신기가 2 이상의 존들 사이에(예를 들어, 인접한 안테나 소자들(120) 사이의 구역/갭에) 설치되는 상황에서는, 수신기에 에너지 전달이 충분하게 되도록 추가적인 인접 존들이 활성화될 수 있다. 수신기로 무선 전력을 전송하는데 이용하기 위한 존들을 판정하는 것에 관한 추가적인 세부 사항은 도 9a-9b, 10 및 도 11a-11e를 참조하여 아래에 제공된다.
도 9a-9b는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드내의 하나 이상의 안테나 존들을 선택적으로 활성화하는(예를 들어, 그와 연관된 안테나들을 활성화하는) 방법(900)을 도시한 흐름도이다. 방법(900)의 동작들은, 근접장 충전 패드(예를 들어, RF 충전 패드(100), 도 1b 및 도 2a) 또는 그의 하나 이상의 부품들(예를 들어, 도 1a-1b 및 도 2a를 참조하여 상기에서 설명한 것들)에 의해 실행된다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(900)은 컴퓨터 메모리 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예를 들어, RF 충전 패드(100)의 메모리(206), 도 2a)에 저장된 명령어들에 대응한다.
근접장 충전 패드는 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, CPU(202), 도 1b), 무선 통신 부품(예를 들어, 통신 부품(들)(204), 도 1a 및 2a), 및 (도 3a-6e를 참조하여 설명한 안테나들(120) 중 하나일 수 있는 안테나들(210) 중 하나인) 적어도 하나의 안테나 소자를 각각으로 포함하는 다수의 안테나 존들(예를 들어, 안테나 존들(290-1 및 290-N), 도 1b)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드는, 각 안테나 존들에 각각으로 포함된 개별적인 안테나들(또는, 본 명세서에서 안테나 소자들이라고 지칭하는, 안테나들을 포함하는 단위 셀들)을 포함한다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 안테나 존(290-1)은, 안테나(210-A)를 포함한다. 또 다른 예시에 있어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 안테나 존(290-N)은 다수의 안테나들을 포함한다. 안테나 존들은, 근접장 충전 패드가 다수의 안테나 존들 또는 그룹들을 포함하도록 안테나 그룹으로서 지칭될 수 있으며, 각각의 존/그룹은 개별적인 안테나 소자들 중 적어도 하나(예를 들어, 적어도 하나의 안테나(210))를 포함한다. 안테나 존은 임의 개수의 안테나들을 포함할 수 있고, 특정 안테나 존과 연관된 안테나들의 개수는 수정되거나 조정될 수 있음을 알아야 한다(예를 들어, 근접장 충전 패드(100)의 동작들을 관리하는 역할을 하는 RF 전력 전송기 집적 회로(160)의 CPU 서브 시스템은 다양한 시점에서 각 안테나 존을 극적으로 정의하며, 이에 대해서는 이하에서 보다 상세하게 설명하겠다). 일부 실시 예들에 있어서, 각 안테나 존은 동일한 개수의 안테나들을 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은, 근접장 충전 패드의 동작을 제어하는데 이용되는, 단일 집적 회로의 부품(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160), 도 1b)이다. 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드의 무선통신 부품 및/또는 하나 이상의 프로세서들은, 근접장 충전 패드가 내장된 디바이스의 하나 이상의 프로세서들 처럼, 근접장 충전 패드의 외부에 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 무선 통신 부품은, 무선 송수신기(무선 전력 수신기들과 통신 신호들을 교환하는 BLUETOOTH 라디오, WI-FI 라디오 등)이다.
일부 실시 예들에 있어서, 그 방법은, 근접장 충전 패드에 대한 캘리브레이션 프로세스 동안 하나 이상의 디바이스 검출 임계치를 수립하는 것(904)을 포함한다. 일부 예시에 있어서, 캘리브레이션 프로세스는, 근접장 충전 패드의 제조 이후에 실행되며, 근접장 충전 패드상에 다양한 유형의 디바이스들(예를 들어, 스마트폰, 테블릿, 랩탑, 접속된 디바이스들 등)을 설치하고, 그 다음, 다양한 유형의 디바이스들에 테스트 전력 전송 신호들을 전송하면서 안테나 존에서 검출된 최소량의 반사 전력을 측정하는 것을 포함한다. 일부 예시에 있어서, 제 1 디바이스-특정 임계치는 5% 이하의 최소량의 반사 전력에 대응하는 값으로 수립된다. 일부 실시 예들에 있어서, (무선 전력 수신기가 안테나 존들간의 경계에 배치되어 있기 때문에), 제 1 임계치를 충족시킬 수 있는 안테나 존이 하나도 없을 경우, 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는데 사용하기 위해 2 이상의 안테나 존들을 배치하는데, 보다 높은 제 2 임계치가 이용될 수 있도록, 제 2 디바이스 특정 임계치가 수립된다 (이하에서 보다 상세하게 설명할 것임). 일부 실시 예들에 있어서, 다양한 유형의 디바이스들의 각 유형에 대해 다수의 제 1 및 제 2 디바이스 특정 검출 임계치들이 수립되고, RF 전력 전송기 집적 회로(160)와 연관된 메모리(예를 들어, 메모리(206), 도 2a)에 이들 다수의 제 1 및 제 2 디바이스 특정 검출 임계치들이 저장될 수 있다.
그 방법(900)은, 무선 통신 부품을 통해, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드의 임계 거리내에 있음을 검출하는 것(906)을 포함한다. 일부 예시에 있어서, 그 검출은, 근접장 충전 패드가 턴 온된 후(예를 들어, 전원 공급된 후) 발생할 수 있다. 이러한 예시들에 있어서, 근접장 충전 패드는, 임의 전력 수신기들이 NF 충전 패드(100)의 임계 거리내에 있는지 판정하기 위해, (예를 들어, NF 충전 패드(100)로부터 임계 거리내에, 예를 들어, 1-1.5미터내에 배치된 무선 전력 수신기를 스캐닝하도록) 근접장 충전 패드 주변의 구역을 스캐닝한다. 근접장 충전 패드는 무선 통신 부품(예를 들어, 블루투스 라디오와 같은 통신 부품(들)(204), 도 2a)을 이용하여, 무선 전력 수신기들과 연관된 무선 통신 부품들(예를 들어, 통신 부품(254), 도 2b)에 의해 방송된 신호들에 대한 스캐닝을 실행한다. 일부 실시 예들에 있어서, 디바이스 검출 임계치는, 근접장 충전 패드의 임계 거리내에 있는 무선 전력 수신기를 검출한 후에, 하나 이상의 프로세서들에 의해 (상술한 다수의 제 1 및 제 2 디바이스 검출 임계치로부터) 선택된다. 예를 들어, 무선 전력 수신기의 무선 통신 부품은, 디바이스의 유형을 식별하는 정보, 예를 들어, 이러한 정보를 포함하는 BLUETOOTH 또는 BLUETOOTH 저 에너지 광고 신호를 근접장 충전 패드에 제공하는데 이용된다. 일부 실시 예들에 있어서, 에너지를 절약하고 근접장 충전 패드 및 그의 부품들의 수명을 연장시키기 위해, 근접장 충전 패드의 임계 거리내의 무선 전력 수신기가 검출될 때까지, 무선 전력이 전송되지 않는다(그리고, 본 명세서에서 설명된 디바이스 검출 및 안테나 선택 알고리즘이 시작되지 않음).
일부 실시 예들에 있어서, 그 검출(906)은, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드로부터 무선으로 운송된 전력을 수신하도록 인가되는 것을 보장하기 위해 (예를 들어, 보안 소자 모듈(234, 282)을 이용하여, 도 2a 및 2b) 인증 핸드쉐이크(authorization handshake)를 실행하는 것을 포함하며, 무선 전력 수신기가 인가받았다고 판정되면, 그 방법은, 동작(908)으로 진행한다. 이러한 방식에 있어서, 근접장 충전 패드는, 단지 인가된 무선 전력 수신기만이 무선으로 운송된 전력을 수신할 수 있고, 근접장 충전 패드에 의해 전송되는 전력을 리치(leech)하는 디바이스가 없도록 보장한다.
그 방법(900)은, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드의 임계 거리내에 있다는 검출에 응답하여, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었는지를 판정(912)하는 것을 더 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 이것은, 다수의 안테나 존들의 각각을 이용하여 테스트 전력 전송 신호들을 전송하고(908), 테스트 전력 전송 신호들을 전송하는 동안, 근접장 충전 패드에서 반사된 전력량을 모니터링(910)함에 의해 달성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 반사된 전력량이 디바이스 검출 임계치를 충족하지 못하면(예를 들어 반사된 전력량이 테스트 전력 전송 신호들과 함께 전송된 전력 20%를 초과하면), 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드의 표면상에 설치되지 않았다고 판정한다(912, 아니오). 이러한 판정에 따라, 근접장 충전 패드는, 단계 914에서 다수의 안테나 존들의 각각을 이용하여 테스트 전력 전송 신호들을 계속적으로 전송한다(즉, 단계 908로 진행). 일부 실시 예들에 있어서, 908 및 910에서의 동작들은, 디바이스 검출 임계치가 충족되었다고 판정될 때 까지 실행된다.
일부 실시 예들에서는, 반사된 전력량이 다수의 안테나 존들의 각 안테나 존에서 측정되는 (예를 들어, 각 안테나 존은 도 1b에 도시된 것과 같은, 각각의 ADC/DAC/전력 검출기와 연관될 수 있음) 반면, 다른 실시 예들에서는, 반사된 전력량이 RF 전력 전송기 집적 회로(160)(예를 들어, ADC/DAC/전력 검출기)의 단일 부품을 이용하여 측정될 수 있다. 반사된 전력량이 디바이스 검출 임계치를 충족하면(912, 예), 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었다고 판정된다. 예를 들어, 반사 전력량이 테스트 전력 전송 신호들과 함께 전송된 전력량의 20% 이하이면, 반사 전력량은 디바이스 검출 임계치를 충족시킬 수 있다. 그러한 결과는, 테스트 전력 전송 신호들과 함께 충분한 량의 전력이 무선 전력 수신기에 흡수/포획되었음을 나타낸다.
일부 실시 예들에 있어서, 다른 유형의 센서들(예를 들어, 센서(212), 도 2a)이 근접장 충전 패드내에 포함되거나, 근접장 충전 패드와 통신함으로써, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었을 때를 판정하는데 도움을 준다. 예를 들어, 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 광학 센서들(예를 들어, 패드의 일부로부터 광이 차단될 때, 이것은, 무선 전력 수신기가 패드상에 설치되었다는 표시를 제공할 수 있음), 하나 이상의 진동 센서들(예를 들어, 패드에서 진동이 검출되면, 이것은, 무선 전력 수신기가 패드상에 설치되었다는 표시를 제공할 수 있음), 하나 이상의 변형 게이지들(strain gauges)(예를 들어, 패드의 표면에서의 변형 레벨이 증가하면, 이것은, 무선 전력 수신기가 표면상에 설치되었다는 표시를 제공할 수 있음), 하나 이상의 열 센서들(예를 들어, 패드의 표면에서의 온도가 증가하면, 이것은, 무선 전력 수신기가 표면상에 설치되었다는 표시를 제공할 수 있음), 및/또는 하나 이상의 중량 센서들(weighing sensors)(예를 들어, 패드의 표면상에서 측정된 중량이 증가하면, 이것은, 무선 전력 수신기가 표면상에 설치되었다는 표시를 제공할 수 있음)이 이용되어 이러한 판정을 하는데 도움을 준다.
일부 실시 예들에 있어서, 테스트 전력 전송 신호들을 전송하기 전에, 그 방법은, 전력 전송 수신기가 근접장 충전 패드로부터 무선으로 운송된 전력을 수신하도록 인가되었다고 판정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 2a-2b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(104)와 근접장 충전 패드(100)는, 각각, 이러한 인증 프로세스를 실행하는데 이용되는, 보안 소자 모듈들(282 및 234)을 포함함으로써, 단지 인가된 수신기만이 근접장 충전 패드로부터 무선으로 운송된 전력을 수신할 수 있게 한다.
그 방법(900)은, 무선 전력 수신기가, 근접장 충전 패드상에 설치되었다는 판정에 따라, 다수의 안테나 존들에 포함된 각 안테나 소자에 의해, 제 1 세트의 전송 특성들을 가진 각 테스트 전력 전송 신호들을 선택적으로 전송(916)하는 것을 더 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 선택적 또는 순차적 전송은 다수의 안테나 존들의 각 안테나 존을 이용하여 실행된다(918). 선택적 또는 순차적 전송은, 개별적인 안테나 존들과 연관된 하나 이상의 안테나들이 테스트 전력 전송 신호들을 전송하게 하도록, 한번에 하나의 안테나 존을 선택적으로 활성화시키는 프로세스를 지칭한다(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 스위치(295)에 하나 이상의 제어 신호를 제공하여, 서로 다른 안테나 존들을 선택적으로 활성화시킨다).
도 9b를 참조하면, 그 방법(900)은, 다수의 안테나 존들 중 적어도 하나의 특정 안테나 존에 의한 (916 및/또는 918에서의 순차적인 또는 선택적인 전송 동작동안) 각 테스트 전력 전송 신호의 전송과 연관된 특정 전력 운송 파라메타가 특정 전력-운송 기준을 충전하는지(예를 들어, 적어도 하나의 특정 안테나 존에 의해 무선 전력 수신기로 임계 전력량 이상이 전달되었음을 특정 전력 운송 파라메타들이 나타내는지의 여부)를 판정(920)하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각의 전력 운송 파라메타들은, 다수의 안테나 그룹들의 각 안테나 그룹에 의한 각 테스트 전력 전송 신호의 전송에 기초하여, 무선 전력 수신기가 수신한 전력량에 대응한다.
하나 이상의 프로세서들에 의해, 특정 전력 운송 파라메타가 전력 운송 기준을 충족한다고 판정되면(920-예), 그 방법은, 적어도 하나의 특정 안테나 존을 이용하여 무선 전력 수신기로 다수의 추가적인 전력 전송 신호들을 전송하는 것을 더 포함하며, 다수의 추가적이 전력 전송 신호들의 각각은, 제1 세트와 별개인, 제 2 세트의 전송 특성을 가지고 전송된다. 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 세트의 전력 전송 특성들은, 특정 안테나 그룹에 의해 무선 전력 수신기로 전달되는 전력량을 증가시키도록, 제 1 세트의 전송 특성들내의 적어도 하나의 특성을 조정함에 의해, 판정된다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 조정된 특성은, 주파수 또는 임피던스 값이다(그리고, 주파수 및 임피던스 값은 상술한 적응적 기법을 이용하여 조정될 수 있다).
상술한 테스트 전력 전송 신호는 무선 전력 수신기에 무선 전력을 운송하는데 이용하기 위한 안테나 존을 판정하는데 도움을 주기 위해 이용된다. 일부 실시 예들에 있어서, 이들 테스트 전력 전송 신호들은, 무선 전력 수신기에 의해, 무선 전력 수신기 또는 그와 연관된 디바이스에 전력 또는 충전을 제공하는데 이용되지 않는다. 대신에, 무선 전력 수신기에 전력 또는 충전을 제공하기 위해 다수의 추가적인 전력 전송 신호들이 이용된다. 이러한 방식에서는, 다수의 추가적인 전력 전송 신호들의 전송을 위해 적당한 안테나 존이 위치 결정될 때까지 디바이스 검출 단계 동안(예를 들어, 테스트 전력 전송 신호들를 전송하는 동안) 근접장 충전 패드가 리소스를 유지할 수 있다. 그 경우, 방법(900)은 테스트 신호들(즉, 제 1 세트의 전송 특성을 가진 테스트 전력 전송 신호들)을 이용하여 무선 전력 수신기의 위치를 위치 결정하고, 근접장 충전 패드상의 무선 전력 수신기의 위치가 주어지면, 전력 전송 신호들을 전송하기에 가장 적합한 안테나 존으로부터의 안테나를 이용하여 전송할 수 있다. 도 10을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 이러한 프로세스는 안테나 존들에 대한 거친 탐색(예를 들어, 거친 탐색은 동작들(908-918)을 포함할 수 있음)과 안테나 존들에 대한 미세 탐색(미세 탐색은 동작들(920-934)을 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 전력 제어 프로세스(도 11e)는 선택된 안테나 존들을 이용하여 무선 전력 수신기에 운송되는 전력의 레벨을 최적화하도록 도움을 주는데 이용된다(예를 들어, 전력 제어는, 방법(900) 동안에 선택되었던 안테나 존들을 이용하여 무선 전력의 전송을 동조시키기 위해, 동작 922, 930 또는 934 후에 실행될 수 있다). 전력 제어 프로세스의 일부로서, 근접장 충전 패드는, 추가적인 다수의 전력 전송 신호들의 전송 동안에, 근접장 충전 패드에 의해 무선 전력 수신기에 무선으로 운송되는 전력의 레벨을 판정하는데 이용되는, 무선 전력 수신기로부터 수신된, 정보에 기초하여 제 2 세트의 전송 특성들내의 적어도 하나의 특성을 조정할 수 있다.
동작(920)으로 되돌아 가서, 916에서(및 선택적으로 918에서)의 순차적인 또는 선택적인 전송 동작 동안에 테스트 전력 전송 신호들의 전송과 연관된 전력 운송 파라메타들 중 어느 것도, 전력 운송 기준을 충족하지 못하다는 판정에 응답하여(920-아니오), 그 방법(900)은, 그들의 연관된 각각의 전력 운송 파라메타들에 기초하여 2 이상의 안테나 존들(본 명세서에서는, 2+ 안테나 존들이라고 지칭하는 경우도 있음)을 선택하는 것을 더 포함한다. 이것은, 무선 전력 수신기가 임의 특정 안테나 존의 중심에 있지 않을 때 발생할 수 있다(예를 들어, 수신기가 2 이상의 안테나 존 위에 있을 때). 예를 들어, 각자의 전력 운송 파라메타들에 기초하여 916(및 선택적으로 918)에서의 순차적인 또는 선택적인 전송 동작 동안에 무선 전력 수신기에 가장 높은 전력량을 전달했던 2 이상의 안테나 존들이 동작 924에서 선택된다. 이러한 방식에서는, 일부 실시 예들에 있어서, 다른 안테나 존들에 대한 전력 운송 파라메타들보다 더 높은 전력 운송 파라메타와 그들 각자의 연관성에 기초하여 916/918에서의 동작 동안에 무선 전력 수신기에 가장 효율적으로 전력을 전송했던 2 이상의 안테나 존들을 선택함에 의해, 가장 효율적인 안테나 존에 대한 미세 탐색이 시작된다. 이들 실시 예들에 있어서, 각 전력 운송 파라메타는 각 안테나 존마다 (동작들 916/918과 함께) 모니터링될 수 있고, 그 다음, 다수의 안테나 존들 중 어느 안테나 존을, 무선 전력 전송에 이용하기 위한 2 이상의 안테나 존들로서 선택할지를 판정하기 위해, 이들 전력 운송 파라메타들이 비교된다.
2 이상의 안테나 존들을 선택한 후, 그 방법은, (ⅰ) 이전 전송들에 기초하여(예를 들어, 전송 각 안테나 그룹에서 측정된 반사 전력량에 기초하여 또는 무선 전력 수신기에 의해 수신된 전력의 레벨에 관한, 무선 전력 수신기로부터 수신된 피드백에 기초하여) 테스트 전력 전송 신호들의 적어도 하나의 특성(예를 들어, 주파수, 임피던스, 진폭, 위상, 이득 등)을 수정함에 의해 테스트 전력 전송 신호들을 갱신하고, (ⅱ) 2 이상의 안테나 존들의 각각을 이용하여 갱신된 테스트 전력 전송 신호들을 전송하는 것을 더 포함한다(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 2 이상의 안테나 존들을 활성화시키기 위해 스위치(295)로 하나 이상의 제어 신호들을 제공함).
그 방법(900)은, 2 이상의 안테나 존들중의 소정 존에 의해 갱신된 각각의 테스트 전력 전송 신호들의 전송과 연관된 특정 전력 운송 파라메타가 전력 운송 기준을 충족하는지를 판정(928)하는 것을 더 포함한다. 2 이상의 안테나 존들 중의 소정 존에 의해 갱신된 각 테스트 전력 전송 신호의 전송과 연관된 특정 전력 운송 파라메타가 전력 운송 기준을 충족한다는 판정(928-예)에 응답하여, 그 방법(900)은 2 이상의 안테나 존들 중의 그 존을 이용하여 무선 전력 수신기로 다수의 추가적인 전력 전송 신호들을 전송하는 것(930)을 더 포함하며, 이때, 다수의 추가적인 안테나 전송 신호들의 각각은 제 1 세트와 별개인, 제 2 세트의 전송 특성들과 함께 전송된다(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 스위치(295)로 제어 신호를 제공할 수 있음). 다수의 추가적인 전력 전송 신호들은 무선 전력 수신기(또는 무선 전력 수신기에 결합된 전자 디바이스)로 무선으로 전력을 운송하는데 이용된다.
일부 실시 예들에 있어서, 동작 920 및 928에서, 특정 전력 운송 파라메타가 전력 운송 기준을 충족한다는 판정은, 제 1 임계 전력량이 무선 전력 수신기에 전달됨을 (2 이상의 안테나 존들 중의 그 존 및/또는 적어도 하나의 특정 존과 연관된) 각 전력 운송 파라메타들이 나타낸다고 판정하는 것을 포함한다. 동작 928에서 그러한 판정이 이루어지면, 이것이 나타내는 것은, 그 존이, 동작(926)과 함께 그 존에 의해 무선 전력 수신기로 제 1 임계 전력량이 전달됨을 나타내는 각 전력 운송 파라메타를 가진, 2 이상의 안테나 존들 중의 유일한 안테나 존이라는 것이다.
일부 실시 예들에 있어서, 제 1 임계 전력량은, 무선 전력 수신기에 의해 수신된 전력량에 대응한다(일부 상황에서는, 대안적으로, 제 1 임계 전력량이 근접장 충전 패드에서 검출된 반사 전력량에 대응할 수 있다). 상술한 바와 같이, 일부 실시 예들에 있어서, 캘리브레이션 프로세스는, 근접장 충전 패드의 제조 이후에 실행되며, 근접장 충전 패드상에 다양한 유형의 디바이스들(예를 들어, 각각 무선 전력 수신기들에 접속된 스마트폰, 테블릿, 랩탑, 접속된 디바이스들 등)을 설치하고, 그 다음, 안테나 그룹에 의해 다양한 유형의 디바이스들에 테스트 신호들을 전송한 후, 수신기(또는 거기에 결합된 디바이스)에서 수신한 최대 반사 전력을 측정하는 것을 포함한다. 일부 예시에 있어서, 제 1 임계치는 수신된 최대 전력량의 백분율에 대응하는 값으로 수립된다(예를 들어, 특정 안테나 존에 의해 전송된 전력의 대략 85% 이상이 수신기에 의해 수신됨).
상술한 바와 같이, 캘리브레이션 프로세스의 실시 예들 동안, (무선 전력 수신기가 안테나 존들간의 경계에 배치되어 있기 때문에), 제 1 임계치를 충족시킬 수 있는 안테나 존이 하나도 없을 경우, 무선 전력 수신기에 전력을 전송하기 위해 2 이상의 안테나 존들을 위치 결정하는데, 제 2 임계치가 이용될 수 있도록, 제 2 임계치가 수립된다 (이하에서 설명할 것임). 이러한 제 2 임계치는, 캘리브레이션 프로세스 동안 측정된 최대 반사 전력량의 또 다른 백분율(예를 들어, 65%)일 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 및 제 2 임계치들은, 캘리브레이션 프로세스를 겪은 디바이스들의 각각에 대한 디바이스 특정 제 1 및 제 2 임계치들로서 결정된다.
일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(900)은, (ⅰ) 2 이상의 안테나 존들 중, 무선 전력 수신기로 제 1 임계 전력량을 전달하고 있는 안테나 존이 없고, (ⅱ) 2 이상의 안테나 존들 중의 추가적인 안테나 존과 연관된 추가적인 전력 운송 파라메타가 전력 운송 기준을 충족한다고 판정하는 것(928-아니오)을 포함한다. 예를 들어, 각 전력 운송 파라메타는, 2 이상의 안테나 존들 중의 그 존에 의해 무선 전력 수신기로 전달된 제 1 전력량이 제 2 임계 전력량보다 높고 제 1 임계 전력량보다 아래임을 나타내며, 추가적인 전력 운송 파라메타는, 추가적인 안테나 존에 의해 무선 전력 수신기로 전달된 제 2 전력량이 제 2 임계 전력량보다 높고 제 1 임계 전력량보다 아래임을 나타낸다. 다시 말해, 2 이상의 안테나 존들 중, 제 1 임계 전력량을 만족시키기에 충분한 전력을 무선 전력 수신기에 전달할 수 있는 안테나 존이 없을 경우, 그 방법은, 보다 낮은 제 2 임계 전력량을 충족시키기에 충분한 전력을 안테나 그룹들 중 2개가 무선 전력 수신기에 전달했는지를 판정하는 것으로 진행한다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 2개의 안테나 그룹들 사이의 경계에 배치될 수 있으며, 그에 따라, 제 1 임계치를 충족시킬 수 있는 안테나 그룹은 하나도 없지만, 이들 2개의 안테나 그룹들은 제 1 임계 전력량을 개별적으로 각각 충족시킬 수 있게 된다.
근접장 충전 패드의 하나 이상의 프로세서들에 의해, 2개의 안테나 존들에 의해 갱신된 테스트 전력 전송 신호들의 전송과 연관된 전력 운송 파라메타들이 전력 운송 기준을 충족한다고(932-예) 판정되면, 그 방법은, 2개 이상의 안테나 존들을 이용하여 무선 전력 수신기로 다수의 추가적인 전력 전송 신호들을 전송하는 것(934)을 더 포함한다. 그러한 상황은, 2개의 인접한 안테나 존들 사이에 무선 전력 수신기가 배치될 때 발생된다. 일부 실시 예들에 있어서, 2개 이상의 안테나 존들의 각각은, 무선 전력 수신기에 전력을 제공하기 위해, 추가적인 다수의 전력 전송 신호들을 동시에 전송한다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 2 이상의 안테나 존들이 전력 운송 기준을 충족하는 전력 운송 파라메타들을 가지고 있지 않으면(932-아니오), 수신기에 무선 전력을 효율적으로 전달할 수 있는 안테나 존들이 위치 결정되지 않았음에 따라, 그 방법(900)은 동작(906)으로 복귀하여 수신기에 대한(또는 다른 수신기에 대해 다시) 탐색을 시작한다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(900)은, 대안적으로, 다른 특성들이 2 이상의 안테나들로 하여금 전력 운송 기준을 충족하기에 충분한 무선 전력을 수신기에 운송할 수 있게 하는지를 판정하기 위해, 이들 특성들을 가진 테스트 전력 전송 신호들의 전송을 시작하도록 동작(924)으로 복귀할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(900)은, 사전 결정된 횟수만큼(예를 들어 2회) 동작(924)으로 복귀하며, 2 이상의 존들이 여전히 전력 운송 기준을 충족하는 전력 운송 파라메타들을 가지지 않으면, 그 포인트에서 그 방법은 동작(906)으로 복귀하여 새로운 수신기들에 대한 탐색을 시작한다.
일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(900)이 (예를 들어, 동작들 922, 930 및 934에서) 수신기에 전력을 무선으로 운송하는데 이용하기 위한 안테나 존들을 성공적으로 위치 결정한 후에는, 그 방법(900)은, 새로운 수신기에 대한 탐색을 위해 동작(906)으로 복귀한다. 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드는, 임의 특정 시점에 다수의 수신기들에 무선 전력을 동시에 운송할 수 있으며, 그러므로, 그 방법(900)을 통한 반복은, 근접장 충전 패드가 이들 다수의 수신기들의 각각에 무선 전력을 전송하는데 이용하기 위한 안테나 존을 적절히 판정할 수 있게 한다.
일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드의 각 안테나 존들에 대한 각각의 전력 운송 파라메타들을 판정하는데 이용되는 정보는, 근접장 충전 패드의 무선 통신 부품을 통해 무선 전력 수신기에 의해 근접장 충전 패드로 제공된다(예를 들어, 수신기는 상술한 테스트 전력 전송 신호들로부터 수신기가 수신한 전력량을 판정하는데 이용되는 정보를 전송함). 일부 실시 예들에 있어서, 이러한 정보는, 무선 전력 수신기와 근접장 충전 패드의 무선 통신 부품간의 접속을 통해 송신되며, 그 접속은 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었다고 판정하면 수립된다.
추가적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드는 안테나 존들을 극적으로 생성 또는 정의한다. 예를 들어, 도 1b를 참조하면, 근접장 충전 패드는 단일 안테나(210-A)를 포함하도록 제 1 안테나 존(290-1)을 정의할 수 있으며, 2 이상의 안테나(210)를 포함하도록 또 다른 안테나 존(290-N)을 정의할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 상술한 방법(900)의 여러 단계들에서, 안테나 존들이 재정의될 수 있다. 예를 들어, 2 이상의 안테나 존들이, 전력 운송 기준을 충족시키는 전력 운송 파라메타들을 가지고 있지 않다는 판정(932-아니오)에 따라, 근접장 충전 패드는, (각각의 안테나 존이 단일 안테나를 포함하는 대신에) 각각이 다수의 안테나들을 포함하도록 안테나 존들을 재정의할 수 있다. 이러한 방식에서는, 근접장 충전 패드상에 설치되었던 수신기에 무선 전력을 전송하는데 이용될 수 있는 적당한 안테나 존이 위치 결정되는 것을 돕기 위해 그 방법(900)이 안테나 존들을 극적으로 재정의할 수 있다.
도 10은, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 충전 패드내의 하나 이상의 안테나 그룹들을 선택적으로 활성화시키는 프로세스(1000)를 보여주는 개략도이다. 프로세스(1000)의 동작들 중 일부는 도 9a-9b의 방법을 참조하여 상기에서 설명한 동작들에 대응하거나 그 동작들을 보충한다. 도 10에 도시된 바와같이, 프로세스(1000)는 근접장 충전 패드(예를 들어, RF 충전 패드(100), 도 1a-1b 및 도 2a)와 함께 시작하여, 범위내의 및 후속적으로 근접장 충전 패드상의 무선 전력 수신기(예를 들어, 무선 전력 수신기(104), 도 12b)를 검출한다(1002)(동작 1002는 도 9a에 있어서 동작 906 내지 912-예에 대응함). 프로세스(1000)는 거친 탐색을 실행하고(1004), 미세 탐색을 실행하고(1006), 전력 제어 루틴을 실행하는 것(1008)을 포함한다. 프로세스(1000)에 있어서의 각 단계는, 도 11a 내지 11e를 참조하여 이하에서 추가적으로 상세하게 설명하겠다. 일부 실시 예들에 있어서, 프로세스(1000)는 근접장 충전 패드와 함께 시작하여, 근접장 충전 패드상의 및 후속적으로 근접장 충전 패드의 범위내의 무선 전력 수신기를 검출한다(1002).
도 11a에는, 근접장 충전 패드의 범위내 및 후속적으로 근접장 충전 패드상의 (또는 일부 실시 예들에 있어서는, 근접장 충전 패드상에 및 후속적으로 근접장 충전 패드의 범위내의) 무선 전력 수신기를 검출하는 프로세스(1002)를 상세하게 설명한 흐름도가 도시된다. 프로세스(1002)는, 근접장 충전 패드를 인에이블(enable)하는, 즉, 근접장 충전 패드를 전력 온시키는 것(1102)을 포함한다. 이후, 근접장 충전 패드는 무선 전력 수신기들에 대해 스캐닝(1104)하고, 수신된 신호 세기 표시자(received signal strength indicator: RSSI)에 적어도 부분적으로 기초하여 범위내의 무선 전력 수신기를 검출한다(1106). RSSI를 획득하기 위해, 근접장 충전 패드는 무선 통신 부품(예를 들어, 블루투스 라디오와 같은, 통신 부품(들)(204), 도 2a)을 이용하여, 무선 전력 수신기와 연관된 무선 통신 부품에 의해 방송되는 신호들(예를 들어, 블루투스 광고 신호)를 스캔할 수 있다. 근접장 충전 패드의 범위내의 무선 전력 수신기를 검출하는 것은, 방법(900)의 동작(906)을 참조하여 상기에서 상세하게 설명하였다.
다음, 근접장 충전 패드는 근접장 충전 패드상의 무선 전력 수신기를 검출한다(1108). 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드는, 무선 전력 수신기가 근접장 충전 패드상에 설치되었다고 판정될 때까지, 동작들(908-914)을 참조하여 상술한 프로세스들을 이용하여, 근접장 충전 패드상의 무선 전력 수신기의 존재를 수립한다. 일부 실시 예들에 있어서, 동작(1108)은 동작(1102) 전에 발생한다.
계속해서, 근접장 충전 패드는, 근접장 충전 패드상의 무선 전력 수신기의 검출에 응답하여, 무선 전력 수신기와의 통신 채널을 수립한다(1110).
도 11b를 참조하면, 그 방법은, 근접장 충전 패드가 거친 탐색(1004)을 실행하는 프로세스(1004)로 진행한다. 거친 탐색(1004)을 실행하는데 있어서, 근접장 충전 패드는 안테나 존(예를 들어, 안테나 존(290-1), 도 1b)에 대한 전력을 인에이블(1122)함에 의해 시작한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 존에 대한 전력을 인에이블하는 것은, 안테나 존에 포함된 안테나 소자가 (예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)가 안테나 존을 활성화시키기 위해 스위치(295)에 하나 이상의 제어 신호들을 제공한 후) 제 1 세트의 전송 특성들(예를 들어, 위상, 이득, 방향, 진폭, 분극 및/또는 주파수)을 가진 테스트 전력 전송 신호들을 전송하는 것을 포함한다. 테스트 전력 전송 신호들을 전송하는 것은, 방법(900)의 단계들 916-918을 참조하여 상기에서 상세하게 설명되었다.
거친 탐색(1004)을 계속하여, 근접장 충전 패드는 무선 전력 수신기에 의해 수신된 전력량("보고된 전력")을 기록한다(1124). 일부 실시 예들에 있어서, 보고된 전력은 동작에서 수립된 통신 채널을 통해 무선 전력 수신기에 의해 근접장 충전 패드로 통신된다(1110).
근접장 충전 패드는 근접장 충전 패드에 대해 정의되었던 모든 안테나 존들에 대해 단계 1122 및 1124를 반복한다(1126)(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 모든 안테나 존들을 선택적으로 활성화시키기 위하여 스위치(295)로 하나 이상의 제어 신호들을 제공한다). 이후, 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 충전 패드는 보고된 전력과 구성 임계치(configured threshold)(예를 들어, 전력 운송 기준)에 기초하여 안테나 존들의 세트(예를 들어, 2 또는 3개의 존들, 또는 상황에 따라 그보다 더 많거나 더 적은 개수의 존들)를 선택한다(1128). 설명을 쉽게 하기 위해, 그 세트내의 각 안테나 존은 단일 안테나(210)를 포함한다(예를 들어, 안테나 존(290-1), 도 1b). 그러나, 안테나 존들의 세트를 선택하는 대신, 근접장 충전 패드는 다수의 안테나들(210)을 포함하는 단일 안테나 존을 선택할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 안테나 존(290-N)은 다수의 안테나들(210)을 포함한다. 추가적으로, 그 세트내의 각 안테나 존은 상황에 따라 다수의 안테나들을 포함할 수 있다.
도 11c를 참조하면, 보고된 전력에 기초하여 안테나 존들의 세트를 선택한 후, 근접장 충전 패드는 미세 탐색 프로세스(1006)를 실행한다. 일부 실시 예들에 있어서, 미세 탐색(1006)은, 근접장 충전 패드상의 무선 전력 수신기의 위치에 기초하여, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 운송하기에 가장 적합한 안테나 존(들)이 어느 것인지를 판정하는데 이용된다. 미세 탐색(1006)을 실행하는데 있어서, 근접장 충전 패드는 거친 탐색을 이용하여 선택된 안테나 존들의 세트로부터 적어도 하나의 안테나 존을 선택하고(1132), 적어도 하나의 안테나 존에 대해, 근접장 충전 패드는, 이용 가능 주파수들 및/또는 임피던스를 스위핑(sweeping)한다(1134) (즉, 적어도 하나의 안테나 존에 의한 전력 전송 신호들의 전송을 동조시킨다). 이후, 근접장 충전 패드는 무선 전력 수신기에 의해 보고된 수신 전력량을 최대화시키는 이들 특성들을 기록한다(1136). 일부 실시 예들에 있어서, 동작들(1134 및 1136)은 안테나 존들의 세트내의 각 안테나 존에 대해 반복되고(1138), 근접장 충전 패드는 무선 전력 수신기로 최대 전력량을 운송하는 안테나 존(Z1)을 선택한다(1140). 추가적으로, 근접장 충전 패드는 무선 전력 수신기로의 최대 전력량의 운송을 달성하기 위해, 안테나 존(Z1)에 의해 주파수(및 다른 전송 특성들)와 릴레이 위치를 기록한다.
일부 환경 또는 상황에 있어서, 안테나 존(Z1)에 의해 무선 전력 수신기로 운송된 전력량은 임계 전력량을 충족시키지 못한다. 이러한 환경 또는 상황에서는, 근접장 충전 패드가, 도 11d에 도시된, 인접 존 탐색(1007)을 실행한다. 일부 실시 예들에 있어서, 인접 존 탐색(1007)은 무선 전력 수신기로 운송된 전력량을 증가시키기 위해, 활성화될 수 있는 선택된 안테나 존(Z1)에 대한 하나 이상의 인접 존들을 식별하는데 이용된다(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 스위치(295)에 하나 이상의 제어 신호들을 제공한다). 예를 들어, 이것은, 무선 전력 수신기가 (예를 들어, 2개의 안테나 존들의 교차점, 3개의 안테나 존들의 교차점, 또는 4개의 안테나 존들의 교차점에 배치된) 근접장 충전 패드의 인접한 안테나 존들 사이의 경계에 배치될 때, 발생한다. 인접 존 탐색(1007)을 실행하는데 있어서, 근접장 충전 패드는 선택된 안테나 존(Z1)에 대해 인접한 안테나 존들(ZA들)을 식별한다(1142). 일부 실시 예들에 있어서, 인접 존들(ZA들)을 식별하는 것은, 최대 5개의 인접 존들을 식별하는 것을 포함한다.
다음, 근접장 충전 패드는 선택된 안테나 존(Z1)과 각각의 식별된 인접 존들을 페어링(pairing)하고(1144), 모든 안테나 동조 조합들을 스위핑하며(1146), 모든 이용 가능 주파수들(및 아마도 다른 전송 특성들)을 스위핑한다(1148). 이후, 근접장 충전 패드는 인접 존들(ZA들) 중에서 안테나 존들의 조합을 선택한다(1150). 예를 들어, 근접장 충전 패드는, 이들 안테나 존들 중 어느 하나가 무선 전력 수신기에 개별적으로 운송할 수 있는 것보다, 선택된 안테나 존(Z1)이 더 높은 전력량을 무선 전력 수신기에 운송한다고 판정한다. 다른 예시로서, 근접장 충전 패드는, 선택된 안테나 존(Z1)과 2개(또는 3개의) 다른 인접 존들이 무선 전력 수신기에 최대 전력량을 운송한다고 판정할 수 있다. 안테나 존들의 원하는 조합을 선택할 때, 근접장 충전 패드는 무선 전력 수신기에 운송된 최대 전력량을 생성하는데 이용되는 전송 특성들을 기록한다. 미세 탐색과 인접 존 탐색을 실행하는 것은, 방법(900)의 단계 924-932를 참조하여 상기에서 상세하게 설명되었다.
미세 탐색(1006)(및 필요할 경우 인접 존 탐색(1007))을 실행한 후, 근접장 충전 패드는, 전력 제어 루틴을 실행하는데(1008), 그의 예시는 도 11e에 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 제어 루틴은, 무선 전력 수신기와 근접장 충전 패드가 무선 전력 수신기에 운송되고 있는 전력량을 계속적으로 모니터링할 수 있게 한다. 이러한 방식에서는, 무선 전력 전송에 대한 조정이, 무선 전력 수신기로부터 수신된 피드백에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 운송된 전력이 구성 임계치 아래이면, 무선 전력 수신기는 근접장 충전 패드로부터 전력 증가를 요청할 수 있다. 도 11e에는, 수신기로 운송되는 무선 전력량의 증가 및 감소를 수신기가 요청할 수 있게 하는데 이용되는 여러 동작들이 도시되고, 운송되는 무선 전력량의 증가 또는 감소에 대한 수신기의 요청에 응답하여 수신기로 운송되는 무선 전력량을 증가 또는 감소시킬 때를 결정하기 위해, 근접장 충전 패드에 의해 실행되는 프로세스가 도시된다.
(예를 들어, 도 1b를 참조하여) 상술한 안테나 소자(120)는 각 안테나 소자(120)를 따라 서로 다른 위치들에서 결합된 다수의 적응적 부하 단말들(예를 들어, 다수의 적응적 부하 단말들(121))을 가지도록 구성될 수 있다. 다수의 적응적 부하 단말들을 가진 안테나 소자(120)의 예시는 도 12를 참조하여 이하에 제공된다. 도 12는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드의 다수의 적응적 부하를 가진 전송 안테나 소자(도 3-8을 참조하여 상술한 바와 같이, 그러한 안테나들의 어레이의 일부일 수 있음)를 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(1200)는, (도 3b, 도 4, 도 6a-6e, 도 7a-7d 및 도 8에 도시된 안테나 소자들의 어레이일 수 있는) 하나 이상의 안테나 소자들(1201)을 포함한다. 각 안테나 소자(1201)는 안테나 소자(1201)의 제 1 단부에 있는 전력 소오스 또는 각 전력 증폭기(1208)에 접속될 수 있는 (도 3a의 PA 스위치 회로(103)들 중 하나일 수 있는) 각 전력 증폭기(PA) 스위치 회로(1208)에 의해 전력을 제공받거나/피딩받는다.
일부 실시 예들에 있어서, 전력 증폭기(1208)를 포함하는 입력 회로는, 입력 신호의 주파수들을 변경할 수 있는 디바이스 또는, 오실레이터 또는 주파수 변조기와 같이, 동시에 다수의 주파수들로 동작할 수 있는 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(1200)의 각 안테나 소자(1201)는 각 안테나 소자(1201)내의 다수의 위치에 있는 다수의 적응적 부하 단말들(1202), 예를 들어, 1202a, 1202b, 1202c,...1202n들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(120)는 (도 3, 4 및 도 6-8을 참조하여 상술한 바와 같은) 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(1201)에 대한 다수의 적응적 부하 단말들(1202)의 각 적응적 부하 단말은 도 12에 도시된 바와 같이 안테나 소자(1201)의 도전성 사행 라인상의 서로 다른 위치에 배치된다.
일부 실시 예들에 있어서, 사행 라인 안테나 소자(1201)는 하나의 평면에 다수의 턴(turn)들을 가진 도전성 라인을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 턴들은 도 12에서 안테나 소자(1201)에 대해 도시된 대로 스퀘어 턴(square turn)일 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 턴들은 라운드-에지형 턴(round-edged turn)일 수 있다. 도전성 라인은, 가변하는 폭을 가진 세그먼트들, 예를 들어, 제 1 폭을 가진 세그먼트(1206) 및 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 가진 짧은 길이 세그먼트(1207)를 가질 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 적응적 부하 단말들(1202a) 중 적어도 하나는 짧은 길이 세그먼트(예를 들어, 짧은 길이 세그먼트(1207))들 중 하나에 배치되고, 다른 적응적 부하 단말은 제 1 폭을 가진 세그먼트들(1206) 중 하나의 임의 위치에 배치된다. 일부 실시 예들에 있어서, 적응적 부하 단말들(1202) 중 적어도 하나는 폭 세그먼트(width segment)상의 임의 위치, 예를 들어, 사행 라인 안테나 소자(1201)의 폭 세그먼트의 중간에 배치되거나 그에 접속된다. 일부 실시 예들에 있어서, 마지막 적응적 부하 단말(1202n)은 (도 3, 4 및 도 5를 참조하여 상기에서 설명한 안테나 소자(1201)의 입력 단말(1203)에 있는 제 1 단부와 반대되는) 도전성 라인의 제 2 단부에 배치된다. 일부 실시 예들에 있어서, 특정 고안 또는 최적화에 있어서, 적응적 부하 단말은 사행 라인 안테나 소자(1201)의 제 2 단부에 반드시 배치될 필요가 없으며, 안테나 소자(1201)의 임의 위치에 배치될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(1200)는 중앙 프로세싱 유닛(1210)(본 명세서에서는, 이를 프로세서(1210)로서 지칭하기도 함)을 포함한다(또는 그와 통신한다). 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서(1210)는 (도 3a 및 3b의 부하 픽 또는 적응적 부하(106)를 참조하여 상기에서 설명한) 적응적 부하 단말들(1202)의 각각에 대해, 예를 들어, 1212a, 1212b, 1212c,...1212n과 같은, 다수의 부하 픽들 또는 적응적 부하들(1212)과 통신함에 의해, 적응적 부하 단말들(1201)의 각각에서의 임피던스 값들을 제어하고 RF 주파수들을 제어하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 전자 디바이스(예를 들어, 스트리밍 매체 디바이스 또는 프로젝터의 하우징내에 집적화될 수 있는 충전 패드(1200)의 상부상에 설치된 리모트와 같이, 내부적으로 또는 외부적으로 접속된 부품으로서 수신기(1204)를 포함하는 디바이스)는 전자 디바이스에 전력을 직접 제공하고/하거나 배터리를 충전하기 위해, 충전 패드(1200)의 하나 이상의 RF 안테나 소자들(1201)로부터 수신기(1204)로 전달되는 에너지를 이용한다.
일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(1201)의 특정 존 또는 선택된 위치(예를 들어, 충전될 (내부적으로 또는 외부적으로 접속된 RF 수신기(1204)를 가진) 전자 디바이스가 충전 패드상에 설치되는 위치의 아래에 배치된 안테나 소자(1201)상의 존)에 있는 적응적 부하 단말(1202)은 수신기(1204)에 의해 수신된 전력을 최대화하도록 최적화된다. 예를 들어, 내부적으로 또는 외부적으로 접속된 RF 수신기(1204)를 가진 전자 디바이스가 안테나 소자(1201)상의 특정 존내의 패드(1200)상에 설치되었다는 표시를 수신할 때, CPU(1210)는, RF 수신기(1204)에 전달되는 전력을 최대화하기 위해, 적응적 단말들(1202)에 각각 결합된, 예를 들어, 적응적 부하들(1212a, 1212b, 1212c,...1212n)과 같은, 다수의 적응적 부하들(1212)을 적응화시킨다. 적응적 부하들(1212)의 세트를 적응화시키는 것은, CPU(1210)가, 적응적 부하들 중 하나 이상의 부하들에게, 안테나 소자(1201)의 서로 다른 위치들에 결합된 적응적 부하 단말들(1202) 중 하나 이상의 단말에 대해 다양한 임피던스 값들을 시험하도록 명령하는 것을 포함한다. 적응적 부하들을 적응화시키는 것에 관한 추가적인 세부 사항은 상기에 제공되었으며, 간략성을 위해, 여기에서는 반복하지 않겠다.
안테나 소자(1201)의 도전성 라인의 특정 위치/부분에서의 유효 임피던스 값(Zeffective)은, 안테나 소자(1201)상의 다양한 위치들에 결합된 적응적 부하 단말들(1212)의 구성들을 조정함에 의해 조작될 수 있는 다수의 변수들에 의해 영향을 받는다. 일부 실시 예들에 있어서, (안테나 소자(1201)의 단말(1203)에서 시작하여 수신기(1204)의 에지로 연장되는) 섹션(1225)과 (전송 안테나 소자(1201)의 나머지와 단말(1202n)에 의해 형성되는) 섹션(1227)으로 나뉘어지는 포인트에서 시작하여, 적응적 부하(1212n)에 대한 TX 안테나(1201)의 접속(예를 들어, 단말(1202n))에서 종료하는 유효 임피던스 값(Zeffective)은, TX 안테나(1202)상의 수신기(1204)의 위치와, 섹션(1227)내의 다양한 위치들에 있는 적응적 부하들(1212)에 의해 제공된 선택된 부하들의 세트에 기초하여 변경될 것이다. 일부 실시 예들에 있어서, 선택된 부하들은, 단말(1203)과 수신기(1204) 간에 전달되는 에너지가 최대(예를 들어, 패드(1200)의 안테나 소자들에 의해 전송된 에너지의 75% 이상, 예를 들어, 98%가 RF 수신기(1204)에 의해 수신됨)에 도달하고, 단말(1203)에서 단말(1202n)로의 에너지 전달이 최소(예를 들어, 패드(1200)의 안테나 소자에 의해 전송되는 에너지의 25% 미만이 RF 수신기(1204)에 의해 수신되지 않으며, 그중 2%는 섹션(1227)내에 배치된 단말에 도달하는 것에 그치거나, 결국 되반사됨)로 유지될 수 있는 방식으로, Zeffective를 동조시키도록 적응적 부하들(1212)(프로세서(1210)와 함께)에 의해 최적화된다.
일부 실시 예들에 있어서, 다수의 적응적 부하들(1212) 중 선택된 여러개의 적응적 부하들(1212)은 안테나 소자(1201)의 임피던스 및/또는 주파수를 조정하도록, 안테나 소자(1201)상에서 (프로세서(1210)에 의해) 이용된다. 한가지 예시로서, 도 12를 참조하면, 단지 적응적 부하 단말들(1202a 및 1202c)만이 특정 시점에 적응적 부하들(1212a 및 1212c)에 접속되는 반면, 적응적 부하 단말들(1202b 및 1202n)은 특정 시점에 접속 해제된다. 다른 예시에 있어서, 도 12를 참조하면, 단지 적응적 부하 단말들(1202a 및 1202n)만이 특정 시점에 적응적 부하들(1212a 및 1212n)에 접속되는 반면, 적응적 부하 단말들(1202b 및 1202c)는 특정 시점에 접속 해제된다. 일부 실시 예들에서는, 적응적 부하 단말들(1202)의 모두가, 특정 시점에, 그들 각자의 적응적 부하들(1212)에 접속된다. 일부 실시 예들에서는, 특정 시점에, 적응적 부하 단말들(1202)의 어느 것도 그들 각자의 적응적 부하들(1212)에 접속되지 않는다. 일부 실시 예들에 있어서, 선택된 적응적 부하 단말(1212)에 접속된 적응적 부하들(1212)의 각각의 임피던스 값은 에너지 전달을 최적화하도록 개별적으로 조정된다.
사행 라인 안테나가 멀티-대역 동작에 최적화된 실시 예들에 있어서, 단일 안테나 소자내의 다수의 적응적 부하들의 구성은, 상기 도 3b에서 설명한 바와 같이, 단일 안테나 소자내의 단일 적응적 부하 구성에 비해, 보다 넓은 주파수 대역 조정을 가능하게 한다. 단일 안테나 소자내의 다수의 적응적 부하들의 구성은 단일 안테나 소자상의 다수 주파수 대역 동작을 개선한다. 예를 들어, 다수의 적응적 부하 단말들을 가진 단일 안테나 소자(1201)는 하나의 적응적 부하 단말을 가진 구성의 대응하는 안테나 소자보다 넓은 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 적응적 부하들(1212)의 세트를 적응화시키는 것은, 또한 또는 대안적으로, RF 수신기(1202)로 최대 에너지 량이 전달되는 주파수가 발견될 때 까지, CPU(1210)가 안테나 소자들의 세트로 하여금 다양한 주파수들로 RF 신호들을 전송하게 하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 예를 들어, 안테나 소자들 중 한 소자는 제 1 주파수로 RF 신호들을 전송하고, 안테나 소자들 중의 다른 소자는 제 1 주파수와 다른 제 2 주파수로 RF 신호들을 전송한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자들의 세트가 전송하는 임피던스 값 및/또는 주파수들을 조정하면, RF 수신기(1204)에 전달되는 에너지량이 변경되게 된다. 이러한 방식에서는, (예를 들어, 패드(1200)의 안테나 소자에 의해 수신기(120)로 전송되는 에너지의 적어도 75%를 전달하도록) 최대화된, RF 수신기(1204)로 전달되는 에너지 량이 RF 수신기(1204)가 설치된 패드(1200)상의 임의 특정 포인트에서 수신될 수 있다(일부 실시 예들에 있어서, 임피던스 값 및/또는 주파수들을 조정하면, 전송되는 에너지의 최대 98%가 수신기(1204)에 의해 수신될 수 있음).
일부 실시 예들에 있어서, CPU(1210)는, RF 수신기(1204)로 전달되는 에너지 량이 사전 결정된 임계치를 넘어서거나(예를 들어, 전송되는 에너지의 75% 이상, 예를 들어, 최대 98%가 수신됨), 다수의 임피던스 및/또는 주파수 값들로 전송을 테스트하고, RF 수신기(104)로 최대 에너지가 전달되고 있는 것으로 결과하는 임피던스 및 주파수의 조합을 선택함에 의해, 최대량의 에너지가 RF 수신기(1204)로 전달되고 있다고 판정한다(상기 도 3a-3d에서 적응적 기법을 참조하여 설명하였음). 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서(1210)는 피드백 루프를 통해 (예를 들어, 메시지를 교환하기 위해, 예를 들어, BLUETOOTH 저 에너지(BLE), WIFI, ZIGBEE, 적외선 빔, 근접장 전송 등과 같은, 무선 통신 프로토콜을 이용하여 메시지를 교환함에 의해) 수신기(1204)에 접속된다. 일부 실시 예들에서는, RF 수신기(1204)로 전달되는 에너지를 최대화하기 위해, 적응적 임피던스 부하들(1212)의 임피던스 값들과 RF 주파수들의 다양한 조합을 테스트하도록 적응적 기법이 채용된다. 그러한 실시 예들에서는, 적응적 부하들(1212)의 각각이 0과 무한대 사이의 값들의 범위를 따라 임피던스 값을 조정하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 있어서, 적응적 기법은, 하나 이상의 RF 수신기가 안테나 소자(1201)들 중 한 소자의 상부상에 설치될 때, 채용된다.
일부 실시 예들에 있어서, 주파수와 임피던스의 어느 조합이 RF 수신기(1204)로의 최대 에너지 전달로 결과하는지를 판정하기 위해, 충전 패드(1200)의 RF 안테나(들)(1201)로부터 방출되는 RF 신호(들)의 임피던스 값들 및/또는 주파수들을 적응적으로 조정하도록 적응적 기법이 채용된다. 예를 들어, 충전 패드(1200)에 접속되는 프로세서(1210)는, 보다 양호한 성능을 위한 적응적 최적화를 시도하기 위해, 안테나 소자(1201)의 서로 다른 위치에 있는 적응적 부하들(1212)의 서로 다른 선택된 세트들을 이용하여, 예를 들어, 특정 적응적 부하들(1212)을 인에이블 또는 디스에이블함에 의해, (허용된 동작 주파수 범위 또는 범위들내의) 서로 다른 주파수들을 시험한다. 예를 들어, 간단한 최적화는, 접지에 대해 각 부하 단말을 개방/접속 해제하거나 폐쇄/단락하며(릴레이가 이들 상태들을 절환시키는데 이용되는 실시 예), RF 안테나 소자(1201)가 다양한 주파수로 전송하게 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 릴레이 상태(개방 또는 단락)와 주파수의 각각의 조합에 대해, 수신기(1204)로 전달되는 에너지가 모니터링되며, 다른 조합들을 이용할 때 전달되는 에너지와 비교된다. 수신기(1204)로의 최대 에너지 전달로 결과하는 조합이 선택되어, 하나 이상의 안테나 소자들(1201)을 이용하여 하나 이상의 RF 신호들을 수신기(1204)로 계속 전송하는데 이용된다.
일부 실시 예들에 있어서, 패드(1200)의 다수의 적응적 부하들(1212)을 가진 단일 안테나 소자(1201)는, 예를 들어, 915MHz의 중심 주파수를 가진 제 1 주파수 대역 및 5.8GHz의 중심 주파수를 가진 제 2 주파수 대역과 같은, 2 이상의 개별적인 주파수 대역들(예를 들어, 상술한 ISM 대역들)내에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시 예들에 있어서, 적응적 기법을 채용하는 것은, RF 신호들을 전송하고, 제 1 주파수 대역에 대해 제 1 임계값에 도달할 때까지 사전 결정된 제 1 증분으로 그 주파수를 조정하며, 제 2 주파수 대역에 대해 제 2 임계값에 도달할 때까지 (사전 결정된 제 1 증분과 동일하거나 그렇지 않을 수 있는) 사전 결정된 제 2 증분으로 그 주파수를 조정하는 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 단일 안테나 소자는 하나 이상의 주파수 대역들내의 다수의 서로 다른 주파수들로 동작할 수 있다. 예를 들어, 단일 안테나 소자(1201)는, (제 1 주파수 대역내의) 902MHz, 912MHz, 928MHz로 전송하고, (제 2 주파수 대역내의) 5.795GHz, 5.8GHz 및 5.805GHz로 전송하도록 구성될 수 있다. 단일 안테나 소자(1201)는 멀티-대역 안테나처럼 2 이상의 주파수 대역들에서 동작할 수 있다. 적어도 하나의 안테나 소자(1201)를 가진 전송기는 멀티-대역 전송기로서 이용될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 다수의 적응적 부하들(1212)을 각각으로 가진 다수의 안테나 소자들(1201)은 특정 전송 패드내에 구성되고, 특정 전송 패드가 동시에 각각 2 이상의 개별적인 주파수 대역들내에서 동작하게 한다. 예를 들어, 특정 전송 패드의 제 1 안테나 소자(1201)는 제 1 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하고, 특정 전송 패드의 제 2 안테나 소자(1201)는 제 1 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하며, 특정 전송 패드의 제 3 안테나 소자(1201)는 제 3 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하고, 특정 전송 패드의 제 4 안테나 소자(1201)는 제 4 주파수 또는 주파수 대역에서 동작하며, 이들 4개의 주파수 대역들은 서로 별개이다. 이러한 방식에서는, 특정 전송 패드가 다수의 서로 다른 주파수 대역들에서 동작하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 본 명세서에 설명된 전송기는 하나의 주파수 또는 주파수 대역내의 무선 전력을 전송할 수 있으며, 또 다른 주파수 또는 주파수 대역으로 데이터를 전송하고 수신기와 데이터를 교환한다.
다른 주파수들로 동작하는 서로 다른 안테나 소자들은, 동일 충전 패드상에서, 보다 작은 디바이스가 보다 높은 주파수로 충전되고, 보다 큰 디바이스가 보다 낮은 주파수로 충전될 때, 에너지 전달 효율을 최대화시킬 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기와 같이, 보다 많은 양의 전력을 요구하는 디바이스는 보다 큰 안테나를 포함하기 위한 추가적인 공간을 가지며, 이에 따라 900MHz의 보다 낮은 주파수가 적당한 주파수 대역으로 된다. 이에 비해, 초소형 헤드폰(earbud)과 같은 보다 작은 디바이스는 소량의 전력을 요구하며, 보다 긴 안테나를 이용할 수 있는 보다 작은 공간을 가지며, 이에 따라 2.4 또는 5.8GHz의 보다 높은 주파수가 적당한 주파수 대역으로 된다. 이러한 구성은, 수신 디바이스들에 포함되는 안테나의 유형들 및 크기가 보다 가요적으로 되게 한다.
도 13을 참조하면, 일부 실시 예들에 따라, 다수의 적응적 부하들을 가진 적어도 하나의 RF 안테나를 이용함으로써 RF 전력 전송을 통해 전자 디바이스를 충전하는 방법(1300)의 흐름도가 제공된다. 초기에, 하나 이상의 RF 신호들 또는 파들을 전송하는 적어도 하나의 RF 안테나(예를 들어, 상기 도 12와 도 3 내지 8를 참조하여 설명한 안테나 소자(1201)), 즉, RF 전자기 파들을 전송할 수 있도록 고안된 안테나를 포함하는 전송기를 포함하는 충전 패드가 단계 1302에서 제공된다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 안테나 소자들(1201)의 어레이는 단일 평면에, 스택으로, 또는 그들의 조합으로 서로 인접하여 배열되어, RF 충전 패드(1200)를 형성한다(도 6a-6b, 7a-7d 및 8을 참조하여 설명되었음). 일부 실시 예들에 있어서, RF 안테나 소자들(1201)의 각각은, 안테나 입력 단말(예를 들어, 도 12를 참조하여 상술한 제 1 단말(1203))과, 다수의 안테나 출력 단말들(예를 들어, 도 12를 참조하여 상술한 다수의 적응적 부하 단말들(1202))을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(1201)는 (도 3-4 및 6-12에 도시된 바와 같이) 사행 라인 배열을 형성하는 도전성 라인을 포함한다. 다수의 적응적 부하 단말들(1202)은 안테나 소자(1201)의 도전성 라인의 서로 다른 위치에 배치된다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기는, 전력 입력과 안테나 입력 단말 사이에 전기적으로 결합된 전력 증폭기(예를 들어, 도 12에서 PA(1208))를 더 구비한다. 일부 실시 예들은, 다수의 안테나 출력 단말들(예를 들어, 도 12에서 적응적 부하 단말들(1202))에 전기적으로 결합된 각각의 적응적 부하들(1212a, 1211b, 1212c,...1212n)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기는 전력 소스에 전기적으로 결합되도록 구성된 전력 입력과, 안테나에 송신되는 적어도 하나의 전기적 신호를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서(예를 들어, 도 12에서의 프로세서(1210)와 도 3a-3b에서의 프로세서(110))를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 안테나로 송신되는 적어도 하나의 신호의 주파수 및/또는 진폭을 제어하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 각 RF 안테나는 사행 라인 패턴을 형성하는 도전성 라인, 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 주파수로 도전성 라인을 통해 흐르는 전류를 수신하는, 도전성 라인의 제 1 단부에 있는 제 1 단말(예를 들어, 단말(1203))과, 제 1 단말과 별개이며, 도전성 라인의 다수의 위치들에 있는 다수의 적응적 부하 단말들(예를 들어, 단말들(1202))을 포함하며, 다수의 적응적 부하 단말들은, 도전성 라인의 임피던스 값을 수정할 수 있게 하며, 하나 이상의 프로세서들에 의해 제어되는 각 부품(예를 들어, 도 12에서 적응적 부하들(1212))에 결합된다. 일부 실시 예들에 있어서, 도전성 라인은 다층화된 기판의 제 1 안테나 층상에 또는 그 내에 배치된다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 안테나는 다층화된 기판의 제 2 안테나 층상에 또는 그 내에 배치된다. 최종적으로, 일부 시시 예들은 다층화된 기판의 접지 평면층상에 또는 그내에 배치된 접지 평면을 제공한다.
일부 실시 예들에 있어서, 수신기(예를 들어, 도 12를 참조하면 수신기(1204))가 제공된다(이는 또한 도 3을 참조하여 설명됨). 그 수신기는 RF 신호들을 수신하는 하나 이상의 RF 안테나들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기는, 하나 이상의 RF 신호들을, 내부적으로 또는 외부적으로 접속된 부품으로서 수신기(1204)를 포함하는 디바이스를 충전시키기 위한 이용 가능 전력으로 변환하는 적어도 하나의 안테나를 포함한다(도 5에 있어서 단계들(504,506,510,514 및 518)을 참조). 이용에 있어서, 수신기(1204)는 전송기 또는 충전 패드의 적어도 하나의 안테나에 대한 근접장 무선 주파수 거리내에 설치된다. 예를 들어, 수신기는, 충전 패드(1200)의 표면과 같은, 적어도 하나의 RF 안테나(1201)에 인접한 표면의 상부상에 또는 적어도 하나의 RF 안테나(1201)의 상부상에 설치될 수 있다.
단계 1304에 있어서, 하나 이상의 RF 신호들은 적어도 하나의 RF 안테나(1201)를 통해 전송된다.
그 시스템은 적어도 하나의 안테나(1201)에서 하나 이상의 RF 수신기들로 하나 이상의 RF 신호들을 통해 전달되는 에너지 량을 판정하기 위해 단계 1306에서 모니터링된다(상기에서 설명함). 일부 실시 예들에서는, 이러한 모니터링(1306)이 전송기에서 이루어지지만, 다른 실시 예에서는 그 모니터링(1306)이 백 채널을 통해(예를 들어, WIFI 또는 BLUETOOTH를 이용한 무선 데이터 접속을 통해) 전송기로 데이터를 되송신하는 수신기에서 이루어진다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기 및 수신기는 백 채널을 통해 메시지들을 교환하는데, 이 메시지들은 단계 1308에서 이루어진 조정을 알리기 위해, 전송되고/되거나 수신된 에너지를 나타낼 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 특성은 적어도 하나의 RF 안테나(1201)에서 수신기로 전달되는 에너지 량의 최적화를 시도하기 위해 적응적으로 조정된다. 일부 실시 예들에 있어서, 이 특성은 하나 이상의 RF 신호들의 주파수 및/또는 전송기의 임피던스이다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 임피던스는 조정 가능 부하의 임피던스이다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 다수의 적응적 부하들(1212)의 선택된 세트의 임피던스를 제어하도록 구성된다. 임피던스 및 주파수 조정에 관한 추가적인 세부 사항 및 예시들은 상기에서 제공되었다.
일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서(예를 들어, 도 12에 있어서 CPU(1210))는 적어도 하나의 안테나(1201)에서 RF 수신기로 전달되는 모니터링된 에너지 량에 기초하여 적응적 부하의 임피던스를 극적으로 조정한다. 일부 실시 예들에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 안테나로 송신되는 적어도 하나의 신호의 주파수를 동시에 제어한다.
일부 실시 예들에 있어서, 패드(1200)의 다수의 적응적 부하들(1212)을 가진 단일 안테나 소자(1201)는 동시에 또는 다른 시간에 2 이상의 개별적인 주파수 대역(예를 들어, 상술한 ISM 대역), 예를 들어, 915MHz의 중심 주파수를 가진 제 1 주파수 대역과, 5.8GHz의 중심 주파수를 가진 제 2 주파수 대역에서 동작하도록, 하나 이상의 프로세서들에 의해 극적으로 조정될 수 있다. 이 실시 예들에 있어서, 적응적 기법을 채용하는 것은, RF 신호들을 전송하고, 제 1 주파수 대역에 대해 제 1 임계값에 도달할 때까지 사전 결정된 제 1 증분으로 그 주파수를 조정하며, 제 2 주파수 대역에 대해 제 2 임계값에 도달할 때까지 (사전 결정된 제 1 증분과 동일하거나 그렇지 않을 수 있는) 사전 결정된 제 2 증분으로 그 주파수를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 안테나 소자(1201)는, (제 1 주파수 대역내의) 902MHz, 912MHz, 928MHz로 전송하고, (제 2 주파수 대역내의) 5.795GHz, 5.8GHz 및 5.805GHz로 전송하도록 구성될 수 있다. 단일 안테나 소자(1201)는 멀티-대역 안테나처럼 2 이상의 주파수 대역들에서 동작할 수 있다. 적어도 하나의 안테나 소자(1201)를 가진 전송기는 멀티-대역 전송기로서 이용될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 충전 패드 또는 전송기는 도 12에 도시된 바와 같이 다수의 적응적 부하들을 가진 안테나 소자들 중(1201) 중 하나 이상과, 도 3a-3d에서 설명된 하나의 적응적 부하를 가진 하나 이상의 안테나 소자(120)를 포함할 수 있다.
도 14a-14d는, 일부 실시 예들에 따른, RF 충전 패드내에서 다수의 주파수들 또는 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 개별적인 안테나 소자들에 대한 다양한 구성을 보여주는 개략도이다. 도 14a-14d에 도시된 바와 같이, RF 충전 패드(100)(도 3a-3b) 또는 RF 충전 패드(1200)(도 12)는, 물리적 치수들이 가변하는 도전성 라인 소자들을 가지도록 구성된 안테나 소자들(120, 도 3b; 또는 1202, 도 12)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 14a-14d에는 소자의 다른 부분들에서 다른 사행 라인 패턴들로 형성되는 도전성 라인을 각각으로 포함하는 안테나 소자에 대한 구조의 예시가 도시된다. 소자의 서로 다른 부분들 또는 위치들에 있는 도전성 라인들은 안테나 소자내의 다른 도전성 라인들에 대해 다른 기하학적 치수(예를 들어, 폭, 길이, 트레이스 게이지, 패턴 또는 각 트레이스간의 공간들)를 가질 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 사행 라인 패턴은 패드(또는 개별 안테나 소자)의 서로 다른 위치에서 다양한 길이들 및/또는 폭을 가지도록 고안될 수 있다. 사행 라인 패턴들의 이러한 구성은 높은 자유도(more degrees of freedom)를 허용하며, 그러므로, 개별적인 안테나 소자들과 RF 충전 패드의 보다 넓은 동작 대역폭들 및/또는 결합 범위들을 허용하는 보다 복잡한 안테나 구조가 구축될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 본 명세서에서 설명한 안테나 소자들(120 및 1201)은 도 14a-14d에 도시된 형상들 중 임의 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 도 14a-14d에 도시된 안테나 소자들의 각각은 도전성 라인의 일측 단부에 있는 입력 단말(도 1b에서의 123 또는 도 12에서의 1203)과, 도전성 라인의 또 다른 단부 또는 다수의 위치들에 있는 상술한 적응적 부하들(도 1b에서의 106 또는 도 12에서의 1212a-n)를 가진 적어도 하나의 적응적 부하 단말들(도 1b에서의 121 또는 도 12에서의 1202a-n)을 가진다.
일부 실시 예들에 있어서, 도 14a-14d에 도시된 안테나 소자들의 각각은 2개 이상의 서로 다른 주파수들 또는 2개 이상의 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 단일 안테나 소자는, 안테나 소자들의 각 소자의 입력 단말에서 어느 주파수가 제공되는지에 의거하여, 제 1 시점에 915MHz의 중심 주파수를 가진 제 1 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 제 2 시점에 5.8GHz의 중심 주파수를 가진 제 2 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 또한, 도 14a-14d에 도시된 사행 라인 패턴들의 형상은, 안테나 소자들이 다수의 서로 다른 주파수로 효율적으로 동작할 수 있도록 최적화된다.
일부 실시 예들에 있어서, 도 14a-14d에 도시된 안테나 소자들의 각각은, 입력 단말이 중첩될 수 있는 3개 이상의 개별적인 주파수들을 공급받을 때, 동시에 2 이상의 서로 다른 주파수들 또는 2 이상의 서로 다른 주파수 대역들에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 단일 안테나 소자는, 915MHz의 중심 주파수를 가진 제 1 주파수 대역과, 5.8GHz의 중심 주파수를 가진 제 2 주파수 대역에서 동작할 수 있는데, 이것은, 915MHz의 제 1 중심 주파수와 5.8GHz의 제 2 중심 주파수를 가진 2개의 주파수 대역들이 도전성 라인의 입력 단말에 공급될 때, 동시에 이루어진다. 또 다른 예시에 있어서, 단일 안테나 소자는 하나 이상의 주파수 대역들내의 다수의 서로 다른 주파수들로 동작할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자들의 동작 주파수들은, 충전 패드상의 적응적 부하들 및 수신기 부하들, 수신기 안테나 치수 또는 주파수에 따라, 상술한 바와 같이, 하나 이상의 프로세서들(도 3a-3b에 있어서의 110 또는 도 12에 있어서의 1210)에 의해 적응적으로 조정될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 도전성 라인의 서로 다른 부분들에서 서로 다른 사행 패턴을 가진, 도 14a-14d에 도시된 안테나 소자들의 각각은, 보다 대칭적인 사행 라인 구조(예를 들어, 도 3b, 4, 6a-6b, 8)에 비해, 다수의 주파수들에서 보다 효율적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 도전성 라인의 서로 다른 부분들에서 서로 다른 사행 패턴을 가진 도 14a-14d에 도시된 안테나 소자들의 서로 다른 동작 주파수들에서의 에너지 전달 효율은, 보다 대칭적인 사행 라인 구조 소자들보다도, 대략 적어도 5% 및 일부 예시에서 적어도 60%만큼 개선될 수 있다. 예를 들어, 보다 대칭적인 사행 라인 구조의 안테나 소자는, 보다 대칭적인 사행 라인 구조의 안테나 소자가 고안되었던 주파수와 다른 새로운 주파수로 동작하는 동안에는, 수신 디바이스에 전송되는 에너지의 60% 이하를 전달할 수 있다(예를 들어, 보다 대칭적인 사행 라인 구조의 안테나 소자가 900MHz로 동작하도록 고안되고, 그 다음 그것이 5.8GHz의 주파수를 가진 신호를 전송하면, 그것은 단지 60%의 에너지 전달 효율만을 달성할 수 있게 된다). 이와 대조적으로, 서로 다른 사행 패턴들(예를 들어, 도 14a-14d에 도시된 것들)을 가진 안테나 소자는, 다양한 주파수로 동작하는 동안에, 80% 이상의 에너지 전달 효율을 달성할 수 있다. 이러한 방식에서는, 도 14a-14d에 도시된 안테나 소자에 대한 고안에 의해, 단일 안테나 소자가 다양한 서로 다른 주파수들에서 보다 효율적인 동작을 달성할 수 있게 된다.
도 15에는, 일부 실시 예에 따른, 안테나 소자의 길이를 조정함에 의해 다수의 주파수들 또는 주파수 대역들에서 동작할 수 있는 개별적인 안테나 소자에 대한 예시적인 구성을 보여주는 개략도가 도시된다.
도 15에 도시된 일부 실시 예들에 있어서, RF 충전 패드(1500)의 하나 이상의 전송 안테나 소자들 중 적어도 하나의 전송 안테나 소자(1502)(도 3-8 및 도 13-14에 도시됨)는 제 1 도전성 세그먼트(1504)(안테나 소자들(120 및 1201)에 대해 상기에서 설명한 것들 중 임의 것과 같은, 사행 도전성 라인의 제 1 부분)와, 제 2 도전성 세그먼트(1506)(안테나 소자들(120 및 1201)에 대해 상기에서 설명한 것들 중 임의 것과 같은, 사행 도전성 라인의 제 2 부분)를 가진다. 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 도전성 세그먼트는 입력 단말(도 3b에 있어서의 123 또는 도 12에 있어서의 1203)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 도전성 세그먼트(1504)가 제 2 도전성 세그먼트(1506)와 결합되지 않는 동안, 적어도 하나의 전송 안테나 소자(1502)는 제 1 주파수(예를 들어, 2.4GHz)로 동작하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 있어서, 제 1 도전성 세그먼트가 제 2 세그먼트와 결합되는 동안, 적어도 하나의 전송 안테나 소자(1502)는 제 1 주파수와 다른 제 2 주파수(예를 들어, 900MHz)로 동작하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들(도 3a-3b에 있어서는 110 또는 도 12에 있어서는 1210)은 제 1 주파수(예를 들어, 2.4GHz)와 별개인, 제 2 주파수(예를 들어, 900MHz)를 가진 전류를 생성하도록 (도 3a-3b에 있어서의 108과, 도 12에 있어서의 1208로서 설명된) 피딩 소자에게 명령하는 것과 함께, 제 2 세그먼트와 제 1 세그먼트의 결합을 유발하도록 구성되며, 그에 의해, 안테나 소자(1502)는 제 2 주파수로 보다 효율적으로 동작할 수 있게 된다. 하나 이상의 프로세서는, 제 2 주파수 대신에 제 1 주파수를 가진 전류를 생성하도록 피딩 소자에게 명령하는 것과 함께, 제 1 도전성 세그먼트로부터 제 2 도전성 세그먼트를 결합 해제시키도록 구성되며, 그에 의해 안테나 소자(1502)는 다시 제 1 주파수에서 보다 효율적으로 동작할 수 있게 된다. 일부 실시 예들에 있어서, 하나 이상의 프로세서들은, 수신기가 동작하도록 구성된 주파수(예를 들어, 보다 긴 수신 안테나를 가진 보다 큰 디바이스의 경우, 이 주파수는 900MHz인 반면, 소형 수신 안테나를 가진 보다 작은 디바이스들의 경우, 이 주파수는 2.4GHz임)를 식별하는, 수신기(예를 들어, RX(104 또는 1204))로부터 수신된 정보에 기초하여, 이들 도전성 세그먼트들의 결합(또는 결합 해제)을 유발할지를 판정하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 도 15에 도시된 결합은 2개의 접속 포인트들 사이 또는 2개의 서로 다른 세그먼트들 사이에 배치된 도전성 라인을 바이패싱하면서, 단일 안테나 소자(1502)의 2개의 서로 다른 세그먼트들을 직접 접속시킴에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 결합은 안테나 소자(1502)의 3개 이상의 서로 다른 세그먼트들간에 구현될 수 있다. 단일 사행 라인 안테나 소자(1502)의 서로 다른 일부분들 또는 세그먼트들의 결합은 안테나 소자(1502)의 도전성 라인의 크기 또는 길이를 효과적으로 변경시킬 수 있으며, 그에 따라, 단일 안테나 소자(1502)가 서로 다른 주파수들로 동작할 수 있게 한다. 단일 안테나 소자(1502)는 멀티-대역 안테나와 같이 2 이상의 주파수 대역들에서 동작할 수 있다.
도 16a는 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(1600)의 개략적인 도면의 상부 사시도이다. 도 16b는 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(1600)의 개략적인 도면의 하부 사시도이다. 전력 전달 시스템(1600)은, 상부 표면(1601), 하부 표면(1602) 및 측벽(1603)들을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1600)의 부품들을 포함하는 하우징은, 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 또는 유전율과 같은 서로 다른 전자기적 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(1601)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과될 수 있게 하는 반면, 측벽(1603)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
전력 전달 시스템(1600)은 RF 에너지를 방사할 수 있으며, 따라서, 전력 전달 시스템(1600)이 제 2 전력 전달 시스템(도시되지 않음)에 인접할 때, 전력을 전달한다. 그 경우, 전력 전달 시스템(1600)은, 전력 전송기로서 기능하도록 "전송 측"상에 있을 수 있으며, 또는 전력 전달 시스템(1600)은, 전력 수신기로서 기능하도록 "수신 측"상에 있을 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1600)이 전송기와 연관되면, 전력 전달 시스템(1600)(또는 전력 전달 시스템(1600)의 서브 부품들(subcomponents))은 전송기 디바이스내로 집적화될 수 있거나, 전송기와 외부적으로 유선 접속될 수 있다. 유사하게, 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1600)이 수신기와 연관되면, 전력 전달 시스템(1600)(또는 전력 전달 시스템(1600)의 서브 부품들)은 수신기내에 집적화되거나, 수신기에 외부적으로 유선 접속될 수 있다.
기판(1607)은 상부 표면(1601), 측벽들(1603) 및 하부 표면(1602) 사이에 정의된 공간내에 배치된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1600)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(1607)은 상부 표면(1601), 측벽들(1603) 및 하부 표면(1602)을 포함할 수 있다. 기판(1607)은 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(1604)는 상부 표면(1601)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(1600)이 전력 전송기와 연관되면, 그 안테나(1604)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(1600)이 전력 수신기와 연관되면, 안테나(1604)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1600)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(1604)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(1604)는 금속, 합금, 메타 물질 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(1604)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(1604)는 전력 전달 요건들에 기초하여 서로 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 16a 및 도 16b에 도시된 예시적인 시스템(1600)에 있어서, 안테나(1604)는 서로 밀접하게 배치된 안테나 세그먼트들(1610)을 포함하는 나선 형상으로 구성된다. 안테나 세그먼트들(1610)을 통해 흐르는 전류들은 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 안테나 세그먼트(1610b)에 있어서의 전류가 도 16a의 좌측에서 우측으로 흐르고 있으면, 안테나 세그먼트들(1610a, 1610c)의 각각에 있어서의 전류는 우측에서 좌측으로 흐르고 있을 수 있다. 전류의 서로 반대되는 흐름은, 전력 전달 시스템(1600)의 원격장(far field)에서의 전자기파 방사의 상호 소거(mutual cancellation)로 결과한다. 다시 말해, 가상 라인(1615)의 좌측에 있는 하나 이상의 안테나 세그먼트들에 의해 생성된 원격장 전자기파 방사는 라인(1615)의 우측에 있는 하나 이상의 안테나 세그먼트들(1610)에 의해 생성된 원격장 전자기파 방사에 의해 소거된다. 그러므로, 전력 전달 시스템(1600)의 원격장에는 전력 누수가 없을 수 있다. 그러한 소거는, 그러나, 전력 전달이 일어나는, 전력 전달 시스템(1600)의 근접장 활성 존에서는 발생하지 않을 수 있다.
전력 전달 시스템(1600)은 하부 표면(1602)에 또는 그 위에 접지 평면(1606)을 포함할 수 있다. 접지 평면(1606)은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면(1606)은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(1606)은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면(1606)은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나로 전력 피드 라인(도시되지 않음)을 운반하는 비아(1605)가 접지 평면(1606)을 통과할 수 있다. 전력 피드 라인은 안테나(1604)로 전류를 공급할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(1606)은 안테나(1604)에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(1606)은 안테나(1604)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면(1606)으로부터 비아(1605)를 절연시키기 위한 절연 구역(1608)이 비아(1605)와 접지 평면(1606) 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(1606)은 안테나(1604)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(1600)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(1604)에 의해 상부 표면(1601)으로부터 전송되거나 상부 표면(1601)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면(1602)로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
그러므로, 안테나(1604)와 접지 평면(1606)의 결과로서, 전력 전달 시스템(1600)에 의해 전송되거나 수신된 전자기파는 시스템(1600)의 근접장에서 축적된다. 시스템(1600)의 원격장으로의 누설이 최소화된다.
도 17a에는, 본 개시의 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(1700)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1700)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1700)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(1700)은 상부 표면(1701), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(1703)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(1701)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(1703)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(1701), 측벽들(1703) 및 하부 표면(1702) 사이에 정의된 공간내에 기판(1707)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1700)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(1707)은 상부 표면(1701), 측벽들(1703) 및 하부 표면(1702)을 포함할 수 있다. 기판(1707)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(1704)는 상부 표면(1701)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(1700)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(1704)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(1700)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(1704)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1700)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(1704)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(1704)는 금속, 합금, 메타 물질 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(1704)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(1704)는 전력 전달 요건들에 기초하여 서로 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 17a에 도시된 예시적인 시스템(1700)에 있어서, 안테나(1704)는 서로 밀접하게 배치된 안테나 세그먼트들을 포함하는 나선 형상으로 구성된다. 피드 신호 라인(도시되지 않음)은 비아(1705)를 통해 안테나(1704)에 접속될 수 있다.
도 17b는, 예시적인 전력 전송 시스템(1700)의 측면도를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 상부 금속층은 안테나(1704)를 형성하고, 하부 금속층은 접지 평면(1706)을 형성한다. 기판(1707)은 상부 금속층과 하부 금속층 사이에 배치될 수 있다. 기판(1707)은 FR4, 메타 물질들 또는 본 기술 분야에 알려진 임의 물질과 같은, 물질들을 포함할 수 있다. 메타물질들은, 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
도 17c에는 안테나(1704)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 안테나(1704)는 비아(1705)를 통해 오는 피드 라인(도시되지 않음)에 대한 접속 포인트(1709)를 구비한다. 도 17d에는 접지 평면의 측면 사시도가 개략적으로 도시된다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면(1706)은 고체 금속층을 구비한다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면(1706)은 스트라이프, 메쉬, 격자와 같은 구조들을 포함하며, 완전하게 고체 상태이지 않을 수 있다. 접지 평면(1706)은 비아(1705) 통과를 위한 소켓(1709)을 구비할 수 있다. 소켓(1709) 주위에, 접지 평면(1706)은 접지 평면(1706)의 나머지로부터 소켓(1709)을 절연시키기 위한 절연 영역(1701)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 비아를 통해 오는 라인에 대한 전기적 접속을 가질 수 있으며, 절연 영역(1710)은 필요치 않을 수 있다.
도 18에는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1800)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1800)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(1800)은 상부 표면(1801), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(1803)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(1801)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(1803)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(1801), 측벽들(1803) 및 하부 표면(1802) 사이에 정의된 공간내에 기판(1807)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1800)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(1807)은 상부 표면(1801), 측벽들(1803) 및 하부 표면(1802)을 포함할 수 있다. 기판(1807)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(1804)는 상부 표면상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(1800)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(1804)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(1800)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(1804)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1800)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(1804)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(1804)는 금속, 합금, 메타 물질 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(1804)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(1804)는 전력 전달 요건들에 기초하여 서로 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 18에 도시된 예시적인 시스템(1800)에 있어서, 안테나(1804)는 제 1 사행 폴(1809a) 및 제 2 사행 폴(1809b)을 포함하는 다이폴 형상으로 구성된다. 제 1 사행 폴(1809a)에 대한 제 1 전력 피드 라인(도시되지 않음)은 제 1 비아(1805a)에 의해 운반될 수 있으며, 제 2 사행 폴(1809b)에 대한 제 2 전력 피드 라인(도시되지 않음)은 제 2 비아(1805b)에 의해 운반될 수 있다. 제 1 전력 피드 라인은 제 1 사행 폴(1809a)로 전류를 공급할 수 있으며, 제 2 전력 피드 라인은 제 2 사행 폴(1809b)로 전류를 공급할 수 있다. 제 1 사행 폴(1809a)은 서로 밀접하게 배치된 안테나 세그먼트들(1810)을 포함하며, 제 2 사행 폴(1809b)은 서로 밀접하게 배치된 안테나 세그먼트들(1811)을 포함한다. 이웃하는 안테나 세그먼트들(1810, 1811)을 통해 흐르는 전류들은 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 안테나 세그먼트(1810b)에 있어서의 전류가 도 18의 좌측에서 우측으로 흐르고 있으면, 안테나 세그먼트들(1810a, 1810c)의 각각에 있어서의 전류는 우측에서 좌측으로 흐르고 있을 수 있다. 전력 전달 시스템(1800)의 임의 개수의 안테나 세그먼트들(1810)을 통한 전류의 서로 반대되는 흐름은, 전력 전달 시스템(1800)에 의해 생성된 원격장(far field) 전자기파 방사의 상호 소거(mutual cancellation)로 결과한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 폴(1809a)의 안테나 세그먼트들(1810)에 의해 생성된 원격장 전자기파 방사는 제 2 폴(1809b)의 안테나 세그먼트들(1811)에 의해 생성된 원격장 전자기파 방사에 의해 소거된다. 원격장 소거는 임의 개수의 세그먼트들(1810,1800)에 걸쳐 일어나고/나거나 임의 개수의 폴들(1809)에 걸쳐 일어날 수 있다. 그러므로, 전력 전달 시스템(1800)의 원격장에는 전력 누수가 없을 수 있다. 그러한 소거는, 그러나, 전력 전달이 일어나는, 전력 전달 시스템(1800)의 근접장 활성 존에서는 발생하지 않을 수 있다.
전력 전달 시스템(1800)은 하부 표면에 또는 그 위에 접지 평면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 평면은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나로 전력 피드 라인을 운반하는 비아(1805)가 접지 평면을 통과할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면으로부터 비아를 절연시키기 위한 절연 구역이 비아들과 접지 평면 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(1804)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(1800)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(1804)에 의해 상부 표면(1801)으로부터 전송되거나 상부 표면(1801)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
도 19에는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(1900)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1900)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1900)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(1900)은 상부 표면(1901), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(1903)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(1901)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(1903)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(1901), 측벽들(1903) 및 하부 표면(1902) 사이에 정의된 공간내에 기판(1907)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1900)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(1907)은 상부 표면(1901), 측벽들(1903) 및 하부 표면(1902)을 포함할 수 있다. 기판(1907)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(1904)는 상부 표면(1901)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(1900)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(1904)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(1900)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(1904)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(1900)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(1904)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(1904)는 금속, 합금 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(1904)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(1904)는 전력 전달 요건들에 기초하여 서로 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 19에 도시된 예시적인 시스템(1900)에 있어서, 안테나(1904)는 서로 밀접하게 배치된 루프 세그먼트들(loop segments)을 포함하는 루프 형상일 수 있다. 이웃하는 루프 세그먼트들(1910)을 통해 흐르는 전류들은 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 루프 세그먼트(1910b)에 있어서의 전류가 도 19의 좌측에서 우측으로 흐르고 있으면, 루프 세그먼트(1910b)에 있어서의 전류는 우측에서 좌측으로 흐르고 있을 수 있다. 전류의 서로 반대되는 흐름은, 전력 전달 시스템(1900)의 원격장(far field)에서의 전자기파 방사의 상호 소거(mutual cancellation)로 결과한다. 그러므로, 전력 전달 시스템(1900)의 원격장에는 전력 누수가 없을 수 있다. 그러한 소거는, 그러나, 전력 전달이 일어나는, 전력 전달 시스템(1900)의 근접장 활성 존에서는 발생하지 않을 수 있다.
전력 전달 시스템(1900)은 하부 표면에 또는 그 위에 접지 평면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 평면은, 금속, 합금, 메타 물질 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나로 전력 피드 라인들(도시되지 않음)을 운반하는 비아(1905)가 접지 평면을 통과할 수 있다. 전력 피드 라인은 안테나(1904)에 전류를 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(106)은 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(1904)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면으로부터 비아(1905)를 절연시키기 위한 절연 구역이 비아들(1905)과 접지 평면 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(1904)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(300)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(1904)에 의해 상부 표면(1901)으로부터 전송되거나 상부 표면(1901)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
도 20에는, 본 개시의 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(2000)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2000)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2000)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 전력 전달 시스템(200)은 송수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(2000)은 상부 표면(2001), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(2003)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(2001)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(2003)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(2001), 측벽들(2003) 및 하부 표면(2002) 사이에 정의된 공간내에 기판(2007)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2000)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(2007)은 상부 표면(2001), 측벽들(2003) 및 하부 표면(2002)을 포함할 수 있다. 기판(2007)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(2004)는 상부 표면(2001)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(2000)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(2004)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(2000)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(2004)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2000)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(2004)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(2004)에 대한 전력 피드 라인들(도시되지 않음)은 비아들(2005)을 통해 운반될 수 있다. 전력 피드 라인들은 안테나(2004)에 전류를 제공할 수 있다. 안테나(2004)는 금속, 합금, 메타 물질 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(2004)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(2004)는 전력 전달 요건들에 기초하여 서로 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 20에 도시된 예시적인 시스템(2000)에 있어서, 안테나(2004)는 서로 밀접하게 배치된 안테나 세그먼트들(2010)을 포함하는 동심 루프 형상일 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 단일 동심 루프는 안테나 세그먼트들(2010) 중 2개를 포함할 수 있다. 예를들어, 최내곽 루프(innermost loop)는 루프들을 2개의 하프(half)들로 대략적으로 분할하는 가상 라인(2012)의 우측에 대해 제 1 안테나 세그먼트(2010c)를 포함하고, 가상 라인(2012)의 좌측에 대해 대응하는 제 2 안테나 세그먼트(2010c')를 포함할 수 있다. 이웃하는 안테나 세그먼트들(2010)을 통해 흐르는 전류들은 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 안테나 세그먼트들(2010a', 2010b', 2010c')에 있어서의 전류가 도 20의 좌측에서 우측으로 흐르고 있으면, 안테나 세그먼트들(2010a, 2010b, 2010c)의 각각에 있어서의 전류는 우측에서 좌측으로 흐르고 있을 수 있다. 전류의 서로 반대되는 흐름은, 전력 전달 시스템(2000)의 원격장(far field)에서의 전자기파 방사의 상호 소거(mutual cancellation)로 결과한다. 그러므로, 전력 전달 시스템(2000)의 원격장에는 전력 누수가 없을 수 있다. 그러한 소거는, 그러나, 전력 전달이 일어나는, 전력 전달 시스템(2000)의 근접장 활성 존에서는 발생하지 않을 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 원격장에 있어서의 전자기 방사의 소거를 잘 알 것이며, 근접장 필드에서의 그러한 소거의 부재는 서로 반대 방향으로 흐르는 전류들에 의해 생성된 시 가변 전기장 및 자기장에 대한 맥스웰 방정식의 하나 이상의 해법(solution)들에 의해 결정된다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 근접장 활성 존이 전력 전달 시스템(2000)의 바로 근처에 있는 전자기 전력의 존재에 의해 정의됨을 알 것이다.
전력 전달 시스템(2000)은 하부 표면에 또는 그 위에 접지 평면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 평면은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나로 전력 피드 라인들(도시되지 않음)을 운반하는 비아(2005)가 접지 평면을 통과할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2004)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면으로부터 비아(2005)를 절연시키기 위한 절연 구역이 비아들(2005)과 접지 평면 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2004)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(2000)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(2004)에 의해 상부 표면(2001)으로부터 전송되거나 상부 표면(2001)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
도 21에는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(2100)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2100)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2100)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(2100)은 상부 표면(2101), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(2103)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(2101)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(2103)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(2101), 측벽들(2103) 및 하부 표면(2102) 사이에 정의된 공간내에 기판(2107)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2100)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(2107)은 상부 표면(2101), 측벽들(2103) 및 하부 표면(2102)을 포함할 수 있다. 기판(2107)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(2104)는 상부 표면(2101)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(2100)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(2104)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(2100)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(2104)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2100)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(2104)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(2104)는 금속, 합금 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(2104)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(2104)는 전력 전달 요건들에 기초하여 서로 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 21에 도시된 예시적인 시스템(2100)에 있어서, 안테나(2104)는 모노폴(monopole) 형상으로 구성될 수 있다. 비아(2105)는 안테나(2104)로 전력 피드 라인(도시되지 않음)을 운반할 수 있다. 전력 피드 라인은 안테나(2104)로 전류를 제공할 수 있다.
전력 전달 시스템(2100)은 하부 표면에 또는 그 위에 접지 평면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 평면은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나(2104)로 전력 피드 라인들(도시되지 않음)을 운반하는 비아(2105)가 접지 평면을 통과할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2104)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면으로부터 비아(2105)를 절연시키기 위한 절연 구역이 비아들(2105)과 접지 평면 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2104)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(2100)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(2104)에 의해 상부 표면(2101)으로부터 전송되거나 상부 표면(2101)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
도 22에는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(2200)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2200)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2200)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(2200)은 상부 표면(2201), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(2203)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(2201)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(2203)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(2201), 측벽들(2203) 및 하부 표면(2202) 사이에 정의된 공간내에 기판(2207)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2200)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(2207)은 상부 표면(2201), 측벽들(2203) 및 하부 표면(2202)을 포함할 수 있다. 기판(2207)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(2204)는 상부 표면(2201)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(2200)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(2204)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(2200)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(2204)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2200)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(2204)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(2204)는 금속, 합금 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(2204)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 비아(2205)는 안테나(2104)로 전력 피드 라인(도시되지 않음)을 운반할 수 있다. 전력 피드 라인은 안테나(2204)로 전류를 제공할 수 있다. 안테나(2204)는 전력 전달 요건에 기초하여 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 22에 도시된 예시적인 시스템(2200)에 있어서, 안테나(2204)는 서로 밀접하게 설치된 안테나 세그먼트들(2210)을 포함하는 모노폴(monopole) 형상으로 구성된다. 이웃하는 안테나 세그먼트들(2210)을 통해 흐르는 전류들은 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 안테나 세그먼트(2210b)에 있어서의 전류가 도 22의 좌측에서 우측으로 흐르고 있으면, 안테나 세그먼트들(2210a, 2210c)의 각각에 있어서의 전류는 우측에서 좌측으로 흐르고 있을 수 있다. 전류의 서로 반대되는 흐름은, 전력 전달 시스템(2200)의 원격장(far field)에서의 전자기파 방사의 상호 소거(mutual cancellation)로 결과한다. 그러므로, 전력 전달 시스템(2200)의 원격장에는 전력 누수가 없을 수 있다. 그러한 소거는, 그러나, 전력 전달이 일어나는, 전력 전달 시스템(2200)의 근접장 활성 존에서는 발생하지 않을 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 원격장에 있어서의 전자기 방사의 소거를 잘 알 것이며, 근접장 필드에서의 그러한 소거의 부재는 서로 반대 방향으로 흐르는 전류들에 의해 생성된 시 가변 전기장 및 자기장에 대한 맥스웰 방정식의 하나 이상의 해법(solution)들에 의해 결정된다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 근접장 활성 존이 전력 전달 시스템(2200)의 바로 근처에 있는 전자기 전력의 존재에 의해 정의됨을 알 것이다. 전력 전달 시스템(2200)은 하부 표면에 또는 그 위에 접지 평면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 평면은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나(2204)로 전력 피드 라인들(도시되지 않음)을 운반하는 비아(2205)가 접지 평면을 통과할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2204)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면으로부터 비아(2205)를 절연시키기 위한 절연 구역이 비아들(2205)과 접지 평면 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2204)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(2200)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(2204)에 의해 상부 표면(2201)으로부터 전송되거나 상부 표면(2201)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
도 23에는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(2300)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2300)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2300)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(2300)은 상부 표면(2301), 하부 표면(도시되지 않음) 및 측벽들(2303)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(2301)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(2303)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(2301), 측벽들(2303) 및 하부 표면(2302) 사이에 정의된 공간내에 기판(2307)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2300)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(2307)은 상부 표면(2301), 측벽들(2303) 및 하부 표면(2302)을 포함할 수 있다. 기판(2307)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
안테나(2304)는 상부 표면(2301)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(2300)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(2304)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(2300)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(2304)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2300)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(2304)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(2304)는 금속, 합금 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(2304)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(2304)는 전력 전달 요건에 기초하여 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 23에 도시된 예시적인 시스템(2300)에 있어서, 안테나(2304)는 제 1 나선 폴(spiral pole)(2320a)과 제 2 나선 폴(2320b)을 구비한 하이브리드 다이폴들(hybrid dipoles)로서 구성된다. 제 1 나선 폴(2320a)로 전류를 공급하는 제 1 전력 피드 라인이 제 1 비아(2305a)를 통해 제공될 수 있으며, 제 2 나선 폴(2320b)에 전류를 공급하는 제 2 전력 피드 라인이 제 2 비아(2305b)를 통해 제공될 수 있다. 나선 폴들(2320)의 각각에 있어서의 안테나 세그먼트들은 나선 다이폴들(2320)에 의해 생성된 원격장에 있어서의 전자기 방사를 상호 소거할 수 있으며, 그에 의해, 원격장으로의 전력 전달이 감소된다. 예를 들어, 제 1 나선 폴(2320a)에 있어서의 안테나 세그먼트들은 서로 생성한 원격장 전자기 방사를 소거할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 나선 폴(2320a)의 하나 이상의 안테나 세그먼트들에 의해 생성된 원격장 방사는 제 2 나선 폴(2320b)의 하나 이상의 안테나 세그먼트들에 의해 생성된 원격장 방사에 의해 소거될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 원격장에 있어서의 전자기 방사의 소거를 잘 알 것이며, 근접장 필드에서의 그러한 소거의 부재는 서로 반대 방향으로 흐르는 전류들에 의해 생성된 시 가변 전기장 및 자기장에 대한 맥스웰 방정식의 하나 이상의 해법(solution)들에 의해 결정된다.
전력 전달 시스템(2300)은 하부 표면에 또는 그 위에 접지 평면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 평면은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나로 전력 피드 라인들(도시되지 않음)을 운반하는 비아(2305)가 접지 평면을 통과할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2304)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면으로부터 비아(2305)를 절연시키기 위한 절연 구역이 비아들(2305)과 접지 평면 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면은 안테나(2304)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(2300)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(2304)에 의해 상부 표면(2301)으로부터 전송되거나 상부 표면(2301)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다.
광대역 및/또는 멀티대역 고안을 위해 하이브리드 안테나(2304)가 요구될 수 있다. 예를 들어, 비-하이브리드 구조는, 제 1 주파수, 및 전송기와 수신기 간의 제 1 거리에서 효율이 높지만, 다른 주파수들 또는 거리에서는 비효율적일 수 있다. 그러한 하이브리드 안테나(2304)와 같은 보다 복잡한 구조를 포함시키면, 주파수들 및 거리들의 범위를 따라 효율을 보다 높일 수 있게 된다.
도 24a 및 24b에는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 예시적인 근접장 전력 전달 시스템(2400)의 상부 사시도가 개략적으로 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2400)은 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2400)은 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부일 수 있다. 전력 전달 시스템(2400)은 상부 표면(2401), 하부 표면(2402) 및 측벽들(2403)에 의해 정의된 하우징을 구비할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 하우징은 전자기파 통과에 대해 최소한의 차단을 생성하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하우징의 다른 부분들은 투과율 및 유전율과 같은 다른 전자기 성질들을 가진 물질들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(2401)은 전자기파가 최소한의 차단으로 통과할 수 있게 하는 반면, 측벽들(2403)은 감쇄, 흡수, 반사 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 기술들에 의해 전자기파를 차단할 수 있다.
상부 표면(2401), 측벽들(2403) 및 하부 표면(2402) 사이에 정의된 공간내에 기판(2407)이 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2400)은 하우징을 포함하지 않을 수 있으며, 기판(2407)은 상부 표면(2401), 측벽들(2403) 및 하부 표면(2402)을 포함할 수 있다. 기판(2407)은, 메타 물질(metamaterial)과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 임의 물질을 구비할 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
전력 전달 시스템은, 상부 표면(2401)상에 또는 그 아래에 구성될 수 있는 계층적 안테나들(2404)을 포함할 수 있다. 전력 전달 시스템(2400)이 전력 전송기와 연관되거나 그의 일부이면, 그 안테나(2404)는 전자기파를 전송하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전력 전달 시스템(2400)이 전력 수신기와 연관되거나 그의 일부이면, 안테나(2404)는 전자기파를 수신하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전달 시스템(2300)은 송수신기로서 동작할 수 있으며, 안테나(2404)는 전자기파를 송수신할 수 있다. 안테나(2404)는 금속, 합금 및 합성물과 같은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(2404)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 안테나(2404)는 전력 전달 요건에 기초하여 다른 형상들을 가지도록 구성될 수 있다. 도 24a 및 도 24b에 도시된 예시적인 시스템(2400)에 있어서, 안테나(2404)는 레벨 0 계층적 안테나(2404a)와, 레벨 1 계층적 안테나(2404b)를 가진 계층적 나선 구조로 구성된다. 계층적 안테나들(2404)의 각각은, 안테나 세그먼트들을 포함하며, 안테나 세그먼트들은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류를 가짐으로써, 원격장 방사들을 소거한다. 예를 들어, 레벨_0 계층적 안테나(2404a)에 있어서의 안테나 세그먼트는 서로가 생성한 원격장 전자기 방사를 소거할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 레벨_0 계층적 안테나(2404a)의 하나 이상의 안테나 세그먼트들에 의해 생성된 원격장 방사는 레벨_1 계층적 안테나(2404b)의 하나 이상의 안테나 세그먼트들에 의해 생성된 원격장 방사에 의해 소거될 수 있다. 안테나로의 전력 피드 라인(도시되지 않음)은 비아(2405)를 통해 운반된다. 전력 피드 라인은 안테나(2404)로 전류를 공급할 수 있다.
전력 전달 시스템(2400)은 하부 표면(2402)에 또는 그 위에 접지 평면(2406)을 포함할 수 있다. 접지 평면(2406)은, 금속, 합금 및 합성물과 같은, 물질들에 의해 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 접지 평면(2406)은 구리 또는 구리 합금에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(2406)은 고체 시트 물질(solid sheet of material)로 구성될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 접지 평면(2406)은 루프, 나선 및 메쉬(mesh)와 같은 형상으로 배열된 물질 스트립(material strip)을 이용하여 구성될 수 있다. 안테나로 전력 피드 라인들을 운반하는 비아(2405)가 접지 평면(2406)을 통과할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(2406)은 안테나들(2404) 중 하나 이상의 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(2406)은 안테나(2404)에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 그러한 구현의 경우, 접지 평면(2406)으로부터 비아(2405)를 절연시키기 위한 절연 구역(2408)이 비아들(2405)과 접지 평면(2406) 사이에 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 접지 평면(2406)은 안테나(2404)에 의해 생성된 전자기파의 반사기로서 작용할 수 있다. 다시 말해, 접지 평면은 하부 표면을 벗어나 형성된 전송 이미지를 소거 및/또는 반사함에 의해, 전력 전달 시스템(2400)의 하부 표면 밖으로의 전자기 전송을 허용하지 않을 수 있다. 접지 평면에 의한 전자기파의 반사는 안테나(2404)에 의해 상부 표면(2401)으로부터 전송되거나 상부 표면(2401)을 향해 전송되는 전자기파를 강화할 수 있다. 그러므로, 하부 표면으로부터의 전자기 전력의 누설이 없을 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 접지 평면들이 존재할 수 있으며, 각 접지 평면은 계층적 안테나들(2404)의 각각마다 존재한다. 일부 실시 예들에 있어서, 계층적 안테나들은 다수의 비아들을 통해 운반되는 서로 다른 전력 피드 라인들을 가진다.
광대역 및/또는 멀티대역 고안을 위해 계층적 안테나들(2404)이 요구될 수 있다. 예를 들어, 비-계층적 구조는, 제 1 주파수, 및 전송기와 수신기 간의 제 1 거리에서 효율이 높지만, 다른 주파수들 또는 거리에서는 비효율적일 수 있다. 계층적 안테나들(2404)과 같은 보다 복잡한 구조를 포함시키면, 주파수들 및 거리들의 범위를 따라 효율을 보다 높일 수 있게 된다.
도 25a 내지 25h는, 일부 실시 예들에 따른, 대표적인 근접장 안테나(2500)의 다양한 도면들이다. 대표적인 근접장 안테나(2500)와 그의 다양한 부품들은 축척으로 도시되지 않았다. 또한, 일부 예시적인 특성들이 도시되지만, 간략성을 위해 및 본 명세서에 개시된 예시적인 구현들의 관련된 측면들이 모호하게 되지 않도록 하기 위해 다양한 다른 특성들은 도시되지 않았다. 일부 예시들에 있어서, 근접장 안테나(2500)는 "쿼드-폴 안테나 소자(quad-pol antenna element)"로서 지칭된다. 일부 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나(2500)는 충전 패드(100)의 일부이며, 예를 들어, 근접장 안테나들(2500) 중 하나 이상은 안테나 존들(290)의 각각에 포함된다(도 1b). 일부 실시 예들에서는, 근접장 안테나들(2500)이 안테나 존들의 각각에 포함된 유일한 안테나들일 수 있지만, 다른 실시 예들에서는, 근접장 안테나들(2500)이 본 명세서에서 설명한 다른 안테나들과 함께 각 안테나 존들에 포함될 수 있다. 또 다른 실시 예들에 있어서, 근접장 안테나들(2500)은 특정 안테나 존에 유일한 안테나들로서 포함될 수 있지만, 다른 안테나 존들은 본 명세서에서 설명한 다른 유형의 안테나들만을 포함할 수 있다.
도 25a에는 일부 실시 예들에 따른 근접장 안테나(2500)의 등축도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 근접장 안테나(2500)는 반사기(2504)로부터 오프셋된 (예를 들어, z-축을 따라 오프셋된) 기판(2506)을 포함하며, 따라서, 반사기(2504)와 기판(2506) 사이에 갭이 형성된다. 그러한 배열에 있어서, 반사기(2504)는 제 1 평면(예를 들어, 제 1 수평 평면; 하부 표면)을 정의하고, 기판(2506)은 제 1 평면으로부터 오프셋된 제 2 평면(예를 들어, 제 2 수평 평면; 상부 표면)을 정의한다. 일부 실시 예들에서는 기판(2506)이 유전체로 이루어지지만, 다른 실시 예에서는 기판(2506)이 메타 물질과 같이, 전류를 도통시키는 전기적 라인들을 하우징하거나, 절연, 반사, 흡수할 수 있는 다른 물질들로 이루어질 수 있다. 메타 물질은 바람직한 투자율 및 전기적 유전율을 산출하도록 엔지니어링된 폭넓은 클래스(broad class)의 합성 물질일 수 있다. 투자율 및 전기적 유전율 중 적어도 하나는 전력 전달 요건들 및/또는 정부 규약에 대한 준수 제약에 기초할 수 있다. 다양한 실시 예들에 있어서, 본 명세서에 개시된 메타 물질은 방사를 수신하거나 방사를 생성할 수 있으며, 얇은 반사기로서 작용할 수 있다.
일부 실시 예들에서는, 반사기(2504)가 금속 시트(예를 들어, 구리, 구리 합금 등)이지만, 다른 실시 예들에서는 반사기(2504)가 메타물질이다. 반사기(2504)는 근접장 안테나(2500)에 의해 방사되는 일부 전자기 신호들을 반사하도록 구성된다. 다시 말해, 반사기(2504)는 근접장 안테나(2500)에 의해 방사되는 전자기 신호들을 반사함에 의해, 전자기 전송이 근접장 안테나(2500)의 하부 표면을 벗어나지 못하게 한다. 추가적으로, 반사기(2504)에 의해 전자기 신호들을 반사하면, 근접장 안테나(2500)의 안테나 소자들에 의해, 기판(2506)으로부터 또는 기판(2506)을 향해 전송되는 전자기 신호들 중의 일부가 재지향된다. 일부 예시들에 있어서, 반사기(2504)는 근접장 안테나(2500)의 원격장 이득을 감소시킨다. 일부 실시 예들에 있어서, 반사기(2504)는 근접장 안테나(2500)에 의해 방사되는 일부 전자기 신호들을 소거한다.
기판(2506)은, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들("방사 소자들"이라고 지칭되기도 함)을 더 포함하며, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 각각은 각각의 사행 패턴을 따른다. 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들은, 각각, 기판의 개별적인 사분면을 점유한다. 공면 안테나 소자들의 각각의 제 1 표면들이 기판(2506)의 상부 표면과 공면을 이루고, 공면 안테나 소자들의, 제 1 표면과 반대되는, 각각의 제 2 표면들이 기판(2506)의 하부 표면과 공면을 이루도록, 공면 안테나 소자들은 기판(2506)내에 내장된다. 각각의 사행 패턴들은 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 유효 길이를 증가시키는데 이용되며, 그에 따라, 안테나(2500)의 공진 주파수가 보다 낮아지고, 안테나(2500)의 전체 크기가 감소된다.
일부 실시 예들에서는 각각의 사행 패턴들이 모든 동일하지만, 다른 실시 예들에서는 각 사행 패턴들 중 하나 이상의 패턴들이 다르다. 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 각각은, 다수의 연속적인 (및/또는 인접한) 세그먼트들을 포함하며, 이에 대해서는 도 25f를 참조하여 이하에서 설명하겠다. 일부 실시 예들(도시되지 않음)에 있어서, 다수의 세그먼트들의 각 세그먼트의 형상은 실질적으로 동일하다(예를 들어, 각각은 직사각형이거나 일부 다른 형상일 수 있다). 대안적으로, 일부 다른 실시 예들에 있어서, 다수의 세그먼트들 중 적어도 하나의 세그먼트의 형상은 다수의 세그먼트들 중의 다른 세그먼트들의 형상과 다르다. 각 안테나 소자의 세그먼트들을 형성하기 위해 형상들의 다양한 조합이 이용될 수 있고, 도 25a에 도시된 형상들은 단지 예시적인 것임을 알 것이다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 기판(2506)은 포함되지 않으며, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들은 스탬핑된 금속(stamped metal)으로 이루어진다(즉, 방사 소자들은 반사기(2504) 위의 개방 공간에 놓인다).
4개의 개별적인 공면 안테나 소자들은, 도 25a에, 제 1 방사 소자(2502-A), 제 2 방사 소자(2503-B), 제 3 방사 소자(2502-C) 및 제 4 방사 소자(2502-D)로서 도시된다. 제 1 방사 소자(2502-A)와 제 2 방사 소자(2502-B)는, 함께, 제 1 축(예를 들어, X-축)을 따라(예를 들어, 제 1 축상의 중심에) 배치된 제 1 다이폴 안테나(2501-A)를 구성(형성)한다. 다시 말해, 제 1 방사 소자(2502-A)는 제 1 다이폴 안테나(2501-A)의 제 1 폴이고, 제 2 방사 소자(2502-B)는 제 1 다이폴 안테나(2501-A)의 제 2 폴이다. 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 파선(dashed line)으로 표시된다.
추가적으로, 제 3 방사 소자(2502-C)와 제 4 방사 소자(2502-D)는, 함께, 제 1 축에 수직한 제 2 축(예를 들어, Y-축)을 따라 배치된 제 2 다이폴 안테나(2501-B)를 구성(형성)한다. 다시 말해, 제 3 방사 소자(2502-C)는 제 2 다이폴 안테나(2501-B)의 제 1 폴이고, 제 4 방사 소자(2502-D)는 제 2 다이폴 안테나(2501-B)의 제 2 폴이다. 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는 쇄선(dashed-dotted line)으로 표시된다.
도 25b에는, 일부 실시 예들에 따른 근접장 안테나(2500)의 또 다른 등축도(예를 들어, 등축 하부도)가 도시된다. 설명의 용이성을 위해, 도 25b에는 반사기(2504)가 도시되지 않았다.
도시된 바와 같이, 근접장 안테나(2500)는 기판(2504)의 중심 영역에 부착된 제 1 피드(2508-A) 및 제 2 피드(2508-B)를 더 포함한다. 제 1 피드(2508-A)는, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)를 형성하는, 제 1 및 제 2 방사 소자들(2502-A, 2502-B)에 접속된다. 보다 구체적으로, 제 1 피드(2508-A)는, 접속기(2512-A)(도 25c)를 통해 제 2 방사 소자(2502-B)에 접속되고, 인트라-다이폴 접속기(intra-dipole connector)(2510-A)를 통해 제 1 방사 소자(2502-A)에 접속된다. 제 1 피드(2508-A)는 전력 증폭기(예를 들어, 전력 증폭기(108), 도 26)로부터 기원하는 전자기 신호들을 제 1 및 제 2 방사 소자들(2502-A, 2502-B)에 공급하도록 구성된다.
제 2 피드(2508-B)는, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)를 형성하는, 제 3 및 제 4 방사 소자들(2502-C, 2502-D)에 접속된다. 보다 구체적으로, 제 1 피드(2508-B)는, 접속기(2512-B)(도 25c)를 통해 제 4 방사 소자(2502-D)에 접속되고, 인트라-다이폴 접속기(intra-dipole connector)(2510-B)를 통해 제 3 방사 소자(2502-C)에 접속된다. 제 2 피드(2508-B)는 전력 증폭기로부터 기원하는 전자기 신호들을 제 3 및 제 4 방사 소자들(2502-C, 2502-D)에 공급하도록 구성된다. 4개의 방사 소자들은 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 공급하거나 충전하는데 이용되는, 제공된 전자기 신호들(예를 들어, 무선 주파수 전력파들)을 방사하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 이하에서 상세하게 설명하겠지만, 4개의 방사 소자들은 동시에 방사하지 않는다. 대신에, 무선 전력 수신 디바이스에 대한 정보에 기초하여, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 전자기 신호들을 공급받거나, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)가 전자기 신호들을 공급받는다.
제 1 다이폴 안테나(2501-A)에 의해 방사되는 전자기 신호들은 제 1 분극을 가지며, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)에 의해 방사되는 전자기 신호들은 제 1 분극에 수직한 제 2 분극을 가진다. 분극에 있어서의 차이는 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)의 배향에 적어도 부분적으로 기인한 것일 수 있다. 예를 들어, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 제 1 축(예를 들어, X-축)을 따라 배치되고, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는 제 1 축에 수직한, 제 2 축(예를 들어, Y-축)을 따라 배열된다. 따라서, 일부 예시들에 있어서, 전자기 신호들은 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나의 분극과 정합되는 분극을 가진 다이폴 안테나로 피딩된다. 전자기 신호들의 피딩 소스에 다이폴 안테나들 중 하나를 선택적으로 결합시키는 프로세스는 아래의 방법(3000)(도 30)에서 설명된다.
이하의 설명을 쉽게 하기 위하여, 적당할 때에, 기판(2506)과 방사 소자들(2502-A 내지 2502-D)을 총칭하여 "방사기(2507)"로 지칭할 것이다.
도 25c 및 25d에는, 근접장 안테나(2500)의 서로 다른 측면도가 도시되며, 도 25d의 측면도는 도 25c의 측면도에 대해 90도 회전된 것이다. 특정 실시 예 또는 상황에 있어서, 제 1 피드(2508-A)는 접속기(2512-A)에 의해 제 2 방사 소자(2502-B)에 접속되고, 인트라-다이폴 안테나(2510-A)에 의해 제 1 방사 소자(2502-A)에 접속된다(도 25b에는 인트라-다이폴 접속기(2510-A)가 도시된다). 특정 실시 예 또는 상황에 있어서, 제 2 피드(2508-B)는 접속기(2512-B)에 의해 제 4 방사 소자(2502-D)에 접속되고, 인트라-다이폴 안테나(2510-B)에 의해 제 3 방사 소자(2502-C)에 접속된다(도 25b에는 인트라-다이폴 접속기(2510-B)가 도시된다).
도 25e에는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나(2500)의 또 다른 측면도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 피드들(2508-A, 2508-B)은 방사기(2570)에 실질적으로 수직하다. 예를 들어, 피드들(2508-A, 2508-B)의 각각은 각각의 수직축을 따라 배열되며, 안테나(2507)는 수평축/평면을 따라 배치된다. 또한, 제 1 및 제 2 피드들(2508-A, 2508-B)은 제 1 단부에서 안테나(2507)에 접속되며, 제 1 단부와 반대되는 제 2 단부에서, 인쇄 회로 기판(2514) 및 접지 평면(1516)에 접속된다. 일부 실시 예들에 있어서, 인쇄 회로 기판(2514)과 접지 평면(2516)은, 반사기(2504)를 구성한다. 대안적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 반사기(2504)는 (예를 들어, 안테나(2507)와 인쇄 회로 기판(2514) 사이에 배치된) 인쇄 회로 기판(2514)과 접지 평면(1516)으로부터 오프셋된, 개별적 부품이다. 이러한 배열에 있어서, 반사기(2504)는 개구들(도시되지 않음)을 정의할 수 있으며, 제 1 및 제 2 피드들(2508-A, 2508-B)은 상기 개구부들을 통과할 수 있다.
확대도(2520)에 도시된 바와 같이, 제 1 피드(2508-A)는 차폐(2522-A)에 의해 하우징되는 (즉, 에워싸이는) 피드 라인(2524-A)(예를 들어, 도전성 금속 라인)을 포함한다. 피드 라인(2524-A)은 금속 피복물(metal deposit)(2526-A)에 의해 인쇄 회로 기판(2514)의 금속 트레이스들(metal traces)(예를 들어, 통신 버스들(208), 도 26)에 접속된다. 또한, 차폐(2522-A)는 접지 평면(2516)과 접촉하며, 그에 의해 제 1 다이폴(2501-A)을 접지시킨다.
유사하게, 제 2 피드(2508-B)는 차폐(2522-B)에 의해 하우징되는 피드 라인(2524-B)을 포함한다. 피드 라인(2524-B)은 금속 피복물(2526-B)에 의해 인쇄 회로 기판(2514)의 금속 트레이스들(도시되지 않음)에 접속된다. 또한, 차폐(2522-B)는 접지 평면(2516)과 접촉하며, 그에 의해 제 2 다이폴(2501-B)을 접지시킨다. 도 26을 참조하여 아래에서 설명한 바와 같이, 인쇄 회로 기판(2514)의 금속 트레이스는, 하나 이상의 전력 증폭기들(108), 임피던스-조정 부품(2620) 및 스위치(2630)(본 명세서에서는 이를 "스위치 회로"로 지칭하기도 함)를 포함하는, 근접장 안테나(2500)의 하나 이상의 추가적인 부품들(도 25a-25h에 도시되지 않음)에 접속될 수 있다.
도 25e에 도시되지 않았지만, 유전체는 각각의 피드내의 차폐로부터 피드 라인을 이격시킬 수 있다(예를 들어, 2개의 부품들을 전기적으로 절연시킴). 추가적으로, 또 다른 유전체는 차폐를 보호하기 위해 각 피드내의 차폐를 에워쌀 수 있다(즉, 제 1 및 제 2 피드들(2508-A, 2508-B)은 동축 케이블일 수 있다). 금속 피복물들(2526-A, 2526-B)의 특정 형상은 특정 실시 예들에서 가변될 수 있으며, 도 25e에 도시된 형상들은 설명을 쉽게 하는데 이용되는 예시일 뿐임을 알아야 한다.
도 25f에는, 일부 실시 예들에 따른, 사행 패턴을 따르는 대표적인 방사 소자(2550)가 도시된다. 도시된 바와 같이, 대표적인 방사 소자(2550)는, (ⅰ) 다수의 제 1 세그먼트들(2560-A 내지 2560-D)과, (ⅱ) (파선에 의해 분리된) 다수의 제 1 세그먼트들(2560-A 내지 2560-D) 사이에 산재된 다수의 제 2 세그먼트들(2562-A 내지 2562-C)을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 다수의 제 1 세그먼트들(2560-A 내지 2560-D)과 다수의 제 2 세그먼트들(2562-A 내지 2562-C)은 연속적인 세그먼트들이다. 대안적으로, 일부 다른 실시 예들에 있어서, 제 1 세그먼트들(2560-A 내지 2560-D)과 다수의 제 2 세그먼트들(2562-A 내지 2562-C)은 인접한 세그먼트들이다(예를 들어, 이웃하는 세그먼트들의 단부들이 서로 인접한다). 도 25f에 있어서 세그먼트들을 분리하는 도시된 경계들(예를 들어, 파선들)은 단지, 경계들의 세트의 한가지 예시로서, 단지 예시적인 목적으로 이용되며, 본 기술 분야의 숙련자라면, 다른 경계들(및 세그먼트 서술들)이 본 개시의 범주내에 있음을 알 것이다.
도시된 바와 같이, 다수의 제 1 세그먼트(2560-A 내지 2560-D)들에 있어서의 세그먼트들의 길이는 방사 소자(2550)의 제 1 종단 부분(2564)에서 방사 소자(2550)의 제 2 종단 부분(2566)으로 갈수록 증가한다. 일부 실시 예들에 있어서, 도시되지는 않았지만, 다수의 제 2 세그먼트들(2562-A 내지 2562-C)에 있어서의 세그먼트들의 길이는 방사 소자(2550)의 제 1 종단 부분(2564)에서 방사 소자(2550)의 제 2 종단 부분(2566)으로 갈수록 증가한다. 대안적으로, 일부 다른 실시 예들에 있어서, 다수의 제 2 세그먼트들(2562-A 내지 2652-C)에 있어서의 세그먼트들의 길이는 방사 소자(2550)의 제 1 종단 부분(2564)에서 방사 소자(2550)의 제 2 종단 부분(2566)까지 실질적으로 동일하게 유지된다. 도시된 실시 예들에 있어서, 다수의 제 1 세그먼트(2560-A 내지 2560-D)들의 길이는, 다수의 제 2 세그먼트(2562-A 내지 2562-C)들의 길이와 다르다. 또한, 방사 소자(2550)의 제 2 종단 부분(2566)을 향하는, 다수의 제 1 세그먼트(2560-A 내지 2560-D)들의 길이는, 방사 소자(2550)의 제 2 종단 부분(1566)을 향하는, 다수의 제 2 세그먼트(2562-A 내지 2562-C)들에 있어서의 세그먼트들의 길이보다 더 크다.
일부 실시 예들에 있어서, 방사 소자의 형상은, 특정의 중요한 장점을 제공한다. 예를 들어, 도 25f에 도시된 대표적인 방사 소자(2550)의 특정 형상은 이하의 장점, 즉, (ⅰ) 그 형상으로 인해 2개의 수직하게 배치된 다이폴들이 작은 구역에 맞게 되고, 기판(2506)의 4개의 사분면들을 점유할 수 있게 되며(각각의 사분면 페어들은 서로 수직함), (ⅱ) 이웃하는 방사 소자들의 세그먼트들간의 폭 및 갭들(즉, 사분면들간의 공간)이 원하는 주파수로 근접장 안테나(2500)를 동조시키도록 가변될 수 있으면서도, 방사 소자들의 소형화된 형태-계수(form-factor)를 여전히 유지할 수 있다는, 장점을 제공한다. 참조 번호 (ⅰ)을 설명하기 위하여, 도 25a를 참조하면, 제 1 및 제 2 방사 소자들(2502-A, 2502-B)은 Y-축을 따르는 근접장 안테나의 측면들을 포함하는 사분면들의 제 1 페어를 점유한다. 또한, 제 3 및 제 4 방사 소자들(2502-C, 2502-D)은 X-축을 따르는 근접장 안테나의 측면들을 포함하는 사분면들의 제 2 페어를 점유한다. 따라서, 기판(2506)의 사분면들의 제 1 페어 및 제 2 페어는 서로 수직한 NF 안테나의 측면들을 포함한다(예를 들어, 이러한 특성은 근접장 안테나(2500)의 중심 부분에서 근접장 안테나(2500)의 각 측면으로 갈수록 증가하는 각 방사 소자의 폭에 의해 부분적으로 가능하게 된다).
도 25g에는, 일부 실시 예들에 따른, 대표적인 근접장 안테나(2500)의 상면도가 도시된다. 근접장 안테나(2500)의 치수들은, NF 안테나(2500)의 다른 특성들 중에서도, 근접장 안테나(2500)의 동작 주파수, 근접장 안테나(2500)의 방사 효율 및 근접장 안테나(2500)에 의해 생성되는 결과하는 방사 패턴(예를 들어, 방사 패턴(2800), 도 28a)에 영향을 줄 수 있다. 일 예시로서, 근접장 안테나(2500)는, 대략 918MHz로 동작할 때, 이하의 치수(대략적으로), 즉, D1=9.3mm, D2=12.7mm, D3=23.7mm, D4=27mm, D5=32mm, D6=37.5mm, D7=10.6mm, D8=5.1mm, D9=10.6mm, D10=5.5mm, D11=2.1mm 및 D12=28mm를 가진다. 또한, 반사기(2504)는, 65mm의 폭, 65mm의 높이 및 0.25mm의 두께를 가질 수 있다.
도 25h에는, 일부 실시 예들에 따른, 대표적인 근접장 안테나(2500)의 또 다른 상면도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 4개의 개별적인 공면 안테나들의 각각은 기판(2506)의 개별적인 사분면을 점유한다(예를 들어, 쇄선들에 의해 도시된 바와 같이, 사분면들(2570-A 내지 2570-D) 중 하나를 점유한다). 또한, (ⅰ) 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각각의 사행 패턴의 제 1 종단 부분(2564)은 근접장 안테나(2500)의 중심 부분(2574)(파선)과 경계를 이루고, (ⅱ) 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 2 종단 부분(2566)은 근접장 안테나(2500)의 에지들(2572-A 내지 2572-D) 중 하나와 경계를 이룬다. 그러한 배열에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최장 길이는(예를 들어, 세그먼트(2560-D)) 근접장 안테나(2500)의 중심 부분(2574)보다, 근접장 안테나의 개별 에지(2572)에 더 가깝다. 또한, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각각의 사행 패턴의 최단 치수는 근접장 안테나(2500)의 개별적 에지(2572)보다 근접장 안테나(2500)의 중심 부분(2574)에 더 가깝다. 따라서, 사행 방식에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들 각각의 폭은, 근접장 안테나(2500)의 중심 부분(2574)에서 근접장 안테나(2500)의 각 에지(2572)로 갈수록 증가한다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 각 사행 패턴의 최장 치수는 개별 에지(2572)와 평행하다.
도 27에 도시된 바와 같이, 근접장 안테나(2500)는 (그것이 반사기를 포함할 때) 최소의 원격장 이득을 가진 실질적으로 균일한 방사 패턴(2700)을 생성한다. 상기에서 제공된 치수들은, 단지, 예시적인 것으로, (본 개시를 읽은) 본 기술 분야의 숙련자라면, 상황에 따라, 허용 가능한 방사 성질들을 획득하기 위해 다양한 다른 치수들이 이용될 수 있음을 알 것이다.
도 26에는, 일부 실시 예들에 따른, 근접장 안테나(2500)의 특정 부품들의 동작을 제어하는데 이용되는 제어 시스템(2600)의 블럭도가 도시된다. 제어 시스템(2600)은, 예를 들어, 충전 패드(100)(도 1a)일 수 있지만, 충전 패드(100)에 포함되는 하나 이상의 부품들은 설명 및 도시의 용이성을 위해, 제어 시스템(2600)내에 포함되지 않는다.
제어 시스템(2600)은 RF 전력 전송기 집적 회로(160), 하나 이상의 전력 증폭기(108), 임피던스-조정 부품(2620)과, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)을 포함하는 근접장 안테나(2500)를 포함한다. 이들 부품들의 각각은, 상기에서 상세하게 설명되었으며, 임피던스-조정 부품(2620)은 이하에서 보다 상세하게 설명하겠다.
임피던스-조정 부품(2620)은, RF 종점(termination) 또는 부하들일 수 있으며, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B) 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하도록 구성된다. 다시 말해, 임피던스-조정 부품(2620)은 다이폴 안테나들 중 하나의 임피던스를 변경하도록 구성되며, 그에 의해 2개의 다이폴 안테나들간에 임피던스 부정합이 생성된다. 2개의 다이폴 안테나들 간에 임피던스 부정합을 생성함에 의해, 2개의 다이폴 안테나들간의 상호 결합은 실질적으로 감소된다. 임피던스-조정 부품(2620)은, 안테나-조정 부품의 한가지 예시임을 알아야 한다. 2개의 다이폴들 중 하나가 다른 다이폴의 전송 주파수에 동조되지 않도록 하는 것을 보장하기 위해, 안테나의 다양한 다른 특성들(예를 들어, 각 다이폴의 안테나 소자들의 길이)을 조정하는데 (예를 들어, 방사 소자들 중의 임의 소자의 유효 길이를 변경하기 위해) 다양한 다른 안테나-조정 부품들이 이용될 수 있다.
제어 시스템(2600)은 하나 이상의 스위치들(도시되지 않음)을 가진 스위치(2630)(본 명세서에서는 이를 "스위치 회로"라고도 지칭함)를 포함한다. 스위치(2630)는, RF 전력 전송기 집적 회로(160)로부터 전기 신호 형태(예를 들어, "제어 아웃" 신호)의 하나 이상의 명령들을 수신하는 것에 응답하여, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)을, 임피던스-조정 부품(2620)과 적어도 하나의 전력 증폭기(108)에 각각, 절환 가능하게 결합시키도록 구성된다. 예를 들어, 스위치(2630)는, 하나 이상의 스위치들을 통해, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)를 임피던스-조정 부품(2620)에 결합시키고, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)를 적어도 하나의 전력 증폭기(108)에 결합시키거나, 그 반대로 결합시킨다.
상술한 스위칭을 달성하기 위해, 스위치(2630)는, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나(2501-A, 2501-B)에 개별적인 신호 경로들(예를 들어, 거기에 있는 하나 이상의 스위치들을 통해)을 제공한다. 스위치들의 각각은, 일단 폐쇄되면, (ⅰ) 각 전력 증폭기(108)(또는 다수의 전력 증폭기들(108))와 각 다이폴 안테나간의 고유 경로, 또는 (ⅱ) 임피던스-조정 부품(1620)과 각 다이폴 안테나간의 고유 경로를 생성한다. 다시 말해, 스위치(2630)를 통하는 고유 경로들 중 일부는 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B) 중 하나에 RF 신호들을 선택적으로 제공하는데 이용되며, 반면, 스위치(2630)를 통하는 고유 경로들 중의 일부는 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B) 중 하나의 임피던스를 조정하는데 이용된다(즉, 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)의 동조를 해제하는데 이용됨). 스위치 회로의 2 이상의 스위치들은 동시에 폐쇄될 수 있으며, 그에 의해, 동시에 이용될 수 있는, 근접장 안테나(2500)로의 다수의 고유 경로들이 생성된다.
도시된 바와 같이, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는, 버싱(busing)(208)을 통해 스위치(2630)에 결합된다. 집적 회로(160)는 (도 1a, 1c 및 도 26에 "제어 아웃" 신호로서 도시된) 거기에 있는 하나 이상의 스위치들의 동작을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는, 각 전력 증폭기(108)를 제 1 다이폴 안테나(2501-A)와 접속시키는, 스위치(2630)에 있어서의 제 1 스위치를 폐쇄하고, 임피던스-조정 부품(2620)을 제 2 다이폴 안테나(2501-B)와 접속시키는, 스위치(2630)에 있어서의 제 2 스위치를 폐쇄시키거나, 그 반대로 할 수도 있다. 또한, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는 하나 이상의 전력 증폭기(108)에 결합되며, 적당한 RF 신호(예를 들어, "RF 아웃" 신호)의 생성을 유발하고, 하나 이상의 전력 증폭기들(108)로의 RF 신호의 제공을 유발한다. 그 다음, 하나 이상의 전력 증폭기들(108)은, 스위치 회로(2630)내의 어느 스위치(또는 스위치들)가 폐쇄되는지에 의거하여, 스위치(2630)를 통해 다이폴 안테나들 중 하나에 (예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160)로부터 수신된 명령에 기초하여) RF 신호를 제공하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, RF 전력 전송기 집적 회로(160) 제어기는 (ⅰ) 근접장 안테나(2500) 근처의 (또는 그 위의) 무선 전력 수신 디바이스의 위치, (ⅱ) 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나의 분극 및, (ⅲ) 무선 전력 수신 디바이스의 공간 배향 중 하나 이상에 기초하여, 스위치(2630)와 하나 이상의 전력 증폭기(108)의 동작을 제어하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 있어서, RF 전력 전송기 집적 회로(160)은, 그 회로(160)가, (ⅰ) 무선 전력 수신 디바이스의 위치, (ⅱ) 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나의 분극 및, (ⅲ) 무선 전력 수신 디바이스의 공간 배향을 판정할 수 있게 하는 정보를 수신한다. 예를 들어, 무선 전력 수신 디바이스는, 상술한 것들의 각각을 나타내는 하나 이상의 통신 신호들을 근접장 안테나(2500)의 통신 라디오에 송신할 수 있다(예를 들어, 하나 이상의 통신 신호들내의 데이터는 무선 전력 수신 디바이스의 위치, 분극 및/또는 배향을 나타낸다). 도 1a에 도시된 바와 같이, 무선 통신 부품(204)(즉, 근접장 안테나(2500)의 통신 라디오)은 RF 전력 전송기 집적 회로(160)에 접속된다. 따라서, 무선 통신 부품(204)에 의해 수신된 데이터는, RF 전력 전송기 집적 회로(160)에 배송될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 제 1 분극을 가진 전자기 신호들(예를 들어, 수평 분극 전자기 신호들)을 방사하도록 구성되며, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는 제 2 분극을 가진 전자기 신호들(예를 들어, 수직 분극 전자기 신호들)을 방사하도록 구성될 수 있다(또는 그 반대로 구성될 수 있다). 또한, 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나가 제 1 분극을 가진 전자기 신호들을 수신하도록 구성되면, RF 전력 전송기 집적 회로(160)는, 스위치(2630)를 통해, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)를 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 접속시킬 것이고, 임피던스-조정 부품(2620)을 제 2 다이폴 안테나(2501-B)와 접속시킬 것이다. 이러한 방식에서는, 근접장 안테나(2500)에 의해 방사되는 전자기 신호들이 목표 디바이스의 분극과 정합되는 분극을 가질 것이며, 그에 의해 무선 전력 수신 디바이스로 전달되는 에너지의 효율이 증가될 것이다.
일부 실시 예들에 있어서, 스위치(2630)는, 근접장 안테나(2500)의 일부일 수 있다(또는 그 내부에 있을 수 있다). 대안적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 스위치(2630)는 근접장 안테나(2500)와 분리된다(예를 들어, 스위치(2630)는 개별적인 부품이거나, 전력 증폭기(들)(108)와 같은, 또 다른 부품의 일부 일 수 있다). 상기를 달성할 수 있는 임의 스위치 고안이 이용될 수 있음을 알아야 한다.
도 27에는, 백 반사기(back reflector, 2504)를 포함할 때, 근접장 안테나(2500)에 의해 생성된 방사 패턴(2700)이 도시된다(즉, 방사 안테나 소자들의 뒤에, 금속 반사기가 있음). 도시된 방사 패턴(2700)은, (ⅰ) 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받을 때, 및 (ⅱ) 근접장 안테나(2500)가 반사기(2504)를 포함할 때, 근접장 안테나(2500)에 의해 생성된다. 도시된 바와 같이, 방사 패턴(2700)은 X-축과 Y-축을 따라 높은 농도의 EM 에너지가 생성되고(또한, Z-축을 따라 방사 널(radiation null)을 가짐), 전체적으로 토러스(torus) 형상을 형성한다. 그 경우, 전자기장 집중(electromagnetic field concentration)이 NF 안테나(2500)에 보다 가까운 곳에 유지되고 원격장 이득은 최소화된다(예를 들어, EM 필드 집중이 방사기(2507) 및 반사기(2504)에 가까운 곳에 유지됨, 도 25e). 도시되지 않았지만, 방사 패턴(2700)은 Z-축과 정렬된 방향으로 분극된다.
따라서, 반사기(2504)를 포함시킴에 의해, 방사 패턴(2700)은 방사 패턴(2800)에 대해 X축을 중심으로 90도 회전한다(도 28a, 이하에서 설명할 것임). 추가적으로, 반사기(2504)를 포함시킴에 의해, Z-축을 따라 원격장 이득을 실질적으로 감소시키는 방사 널이 형성되며, 근접장 안테나(2500)에 의해 방사된 에너지는 근접장 안테나(2500)으로부터의 근접장 거리내에 집중된다. 다시, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 전자기 신호들을 피딩받을 때, 임피던스-조정 부품(2620)에 접속될 수 있다.
도 28a 내지 도 28c에는, 반사기(2504)를 포함하지 않은 근접장 안테나(2500)의 실시 예에 의해 생성되는 다양한 방사 패턴들이 도시된다. 도 28a에 도시된 방사 패턴은, 제 1 다이폴 안테나(21501-A)가 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받을 때, 근접장 안테나(2500)에 의해 생성된다. 도시된 바와 같이, 방사 패턴(2800)은 Z-축 및 X-축을 따라 보다 높은 농도의 EM 에너지가 생성되며(그리고, Y-축을 따라 방사 널을 가짐), 전체적으로 토러스 형상을 형성한다. 이러한 패턴(2800)은, 반사기가 없는, 안테나 소자가 근접장 안테나(2500)의 밖으로/그에 수직하게 방사함을 보여준다. 도시되지는 않았지만, 방사 패턴(2800)은, (예를 들어, X-축과 정렬되는) 제 1 방향으로 분극된다. 또한, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받을 때, 임피던스-조정 부품(2620)에접속될 수 있다.
도 28b에 도시된 방사 패턴(2810)은, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)가 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받을 때, 근접장 안테나(2500)에 의해 생성된다(즉, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 전자기 신호들을 피딩받지 못하고, 대신에, 임피던스-조정 부품(2620)에 접속된다). 도 28b에는, Z-축과 Y-축을 따라 보다 높은 농도의 EM 에너지가 생성되고(또한, X-축을 따라 방사 널을 가짐), 전체적으로 토러스 형상을 형성하는 방사 패턴(2810)이 도시된다. 도시되지 않았지만, 방사 패턴(2810)은 (예를 들어, Y-축에 정렬된) 제 2 방향으로 분극된다. 따라서, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 제 1 방향으로 분극된 방사 패턴(2800)을 생성하도록 구성되고, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 분극된 방사 패턴(2810)을 생성하도록 구성된다. 이러한 방식에서는, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)에 의해 생성되는 전자기 신호들의 분극이 무선 전력 수신기의 전력-수신 안테나의 분극과 정합될 때, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 피딩받는다. 대안적으로, 제 2 다이폴 안테나(2501-D)는, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)에 의해 생성된 전자기 신호들의 분극이, 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나의 분극과 정합될 때, 피딩받는다.
도 28c에는, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들이 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받고, 임피던스-조정 부품(2620)에 접속되는 다이폴 안테나가 없을 때 생성된 방사 패턴(2820)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 방사 패턴(2820)은 Z-축, X-축 및 Y-축을 따라 높은 농도의 EM 에너지가 생성되고(그리고, X-축과 Y-축 사이에 방사 널이 형성됨), 전체적으로 토러스 형상을 형성한다.
도 29a 및 29b에는, 일부 실시 예에 따른, 근접장 안테나(2500)의 다이폴 안테나에 의해 방사되고 흡수되는 에너지의 농도가 도시된다.
특히, 도 29a에는, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)의 임피던스가 제 2 다이폴 안테나(2501-B)의 임피던스와 실질적으로 정합될 때, 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)에 의해 방사되고 흡수되는 에너지의 결과하는 농도가 도시된다. 도 29b에는, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)의 임피던스가 제 2 다이폴 안테나(2501-B)의 임피던스와 다를 때, 근접장 안테나(2500)의 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)에 의해 방사되고 흡수되는 에너지의 결과하는 농도가 도시되는데 이것은 다이폴 안테나들 중 하나를 임피던스-정합 부품(2620)에 접속시킴에 의해 달성된다. 다시 말해, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)은, 다이폴 안테나들 중 하나가 임피던스-조정 부품(2620)에 접속되는 결과로서, 의도적으로 동조 해제된다.
이웃하는 안테나 소자들간의 임피던스 부정합의 부재는 이웃하는 안테나 소자들간의 실질적인 상호 결합을 이끈다. "상호 결합"은, 다른 근처의 안테나 소자(또는 안테나 다이폴)가 방사중일 때 하나의 안테나 소자(또는 하나의 안테나 다이폴)에 의해 에너지가 흡수되는 것을 지칭한다. 밀접하게 이격된 안테나 소자들을 가진 안테나들(또는 안테나 어레이들)은, 전형적으로, 이웃하는 안테나 소자들 간에 원치않은 상호 결합을 겪게 되고, 이는 안테나의 기능을 방사된 효율에 국한시킨다(이러한 문제는, 특히, 안테나 소자들이 서로 밀접하게 설치될 때 및 안테나 소자들이 소형화될 때 극심하다).
예를 들어, 도 29a를 참조하면, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받으며, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)를 따르는 색상은 제 2 다이폴 안테나(2501-B)에 의해 방사되는 에너지의 서로 다른 농도를 나타내는데, 적색은 높은 농도에 대응하고, 녹색은 중간 농도에 대응하며, 청색은 낮은 농도에 대응한다. 도 29a에 있어서의 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 독립적으로 방사하는 것이 아니며, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)에 의해 방사되는 특정량의 에너지는 제 1 다이폴 안테나(2501-A)에서 흡수되는데, 이는 이들 2개의 다이폴 안테나들의 상호 결합의 결과이다. 이러한 상호 결합 때문에, 근접장 안테나(2500)의 방사 효율은 최적화되지 않는다(예를 들어, NF 안테나(2500)는 그것이 전송하기를 시도한 에너지의 50% 이하만을 전달할 수 있게 된다).
이와 대조적으로, 도 29b를 참조하면, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)는 하나 이상의 전력 증폭기들(108)에 의해 전자기 신호들을 피딩받는다. 추가적으로, 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는 임피던스-조정 부품(2620)에 결합되며, 그에 의해, 2개의 다이폴 안테나들 간의 의도적인 임피던스 부정합이 생성된다. 그러한 구성에 있어서, 도 29b의 제 1 다이폴 안테나(2501-A)는, 도 29a에서 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 흡수했던 에너지 량에 비해, 제 2 다이폴 안테나(2501-B)에 의해 방사된 에너지를 훨씬 적게 흡수한다. 따라서, 도 29b에 있어서의 근접장 안테나(2500)의 방사 효율은, 도 29a에 있어서의 근접장 안테나(2500)의 방사 효율보다 더 높다(즉, NF 안테나(2500)는 그것이 전송하기를 시도한 에너지의 90% 이상을 방사할 수 있게 된다).
동작 방법
도 30에는, 일부 실시 예들에 따른 무선 전력 전송 방법(3000)의 흐름도가 도시된다. 그 방법(3000)의 동작들(예를 들어, 단계들)은 근접장 안테나(예를 들어, 근접장 안테나(2500), 도 25a)와 연관된 제어기(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160), 도 1a 및 도 26)에 의해 실행될 수 있다. 도 30에 도시된 동작들 중 적어도 일부는, 컴퓨터 메모리 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예를 들어, 충전 패드(100)의 메모리(206), 도 2a)에 저장된 명령어들에 대응한다.
그 방법(300)은, 반사기(예를 들어, 반사기(2504), 도 25a)와, 반사기로부터 오프셋된 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들(예를 들어, 방사 소자들(2502-A 내지 2502-D), 도 25a)을 포함하는 근접장 안테나를 제공하는 것(3002)을 포함한다. 4개의 개별적인 안테나 소자들은, 도 25f에 도시된 사행 패턴과 같은, 각각의 사행 패턴들을 따른다. 또한, (ⅰ) 4개의 공면 안테나 소자들 중의 2개의 안테나 소자들은, 제 1 축(예를 들어, X-축, 도 25a)과 정렬된 제 1 다이폴 안테나(예를 들어, 다이폴 안테나(2501-A), 도 25a)를 형성하고, (ⅱ) 4개의 공면 안테나 소자들 중의 또 다른 2개의 안테나 소자들(예를 들어, 다이폴 안테나(2501-B), 도 25a)은 제 1 축에 수직한 제 2 축(예를 들어, Y-축, 도 25a)과 정렬되는 제 2 다이폴 안테나를 형성한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각 사행 패턴은 모두 동일하다.
일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 1 안테나 소자(예를 들어, 제 1 방사 소자(2502-A))는 제 1 다이폴 안테나의 제 1 폴이고, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 2 안테나 소자(예를 들어, 제 2 방사 소자(2502-B))는 제 1 다이폴 안테나의 제 2 폴이다. 또한, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 3 안테나 소자(예를 들어, 제 3 방사 소자(2502-C))는 제 2 다이폴 안테나의 제 1 폴이고, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 4 안테나 소자(예를 들어, 제 4 방사 소자(2502-D))는 제 2 다이폴 안테나의 제 2 폴이다. 제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들은, 각각, 제 1 축에 수직한 2개의 세그먼트들을 포함할 수 있으며, 제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들은, 각각, 제 1 축에 평행한 2개의 세그먼트들을 포함한다. 예를 들어, 도 25a를 참조하면, 제 1 및 제 2 방사 소자들(2502-A, 2502-B)의 각각은, X-축에 수직한 2개의 세그먼트들(예를 들어, 세그먼트들(2560-C 및 2560-D), 도 25f)을 포함하며, 제 3 및 제 4 방사 소자들(2502-C, 2502-D)의 각각은, X-축에 평행한 2개의 세그먼트들(예를 들어, 세그먼트들(2560-C 및 2560-D), 도 25f)을 포함한다. 그러한 배열에 있어서, 제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들은 제 1 분극을 가진 전자기 신호들을 방사하도록 구성되고, 제 2 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들은 제 1 분극과 수직한 제 2 분극을 가진 전자기 신호들을 방사하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각은, (ⅰ) 다수의 제 1 세그먼트들과, (ⅱ) 다수의 제 1 세그먼트들의 각각의 사이에 산재한 다수의 제 2 세그먼트들을 포함한다. 예를 들어, 도 25g를 참조하면, 다수의 제 2 세그먼트들(2562-A 내지 2562-C)은 다수의 제 1 세그먼트들(2560-A 내지 2560-D) 사이에 산재한다. 그러한 실시 예들에 있어서, 다수의 제 1 세그먼트들내의 세그먼트들의 제 1 길이는, 도 25f 및 도 25g에 도시된 바와 같이, 안테나 소자의 제 1 종단 부분에서 안테나 소자의 제 2 종단 부분으로 갈수록 증가한다. 각 안테나 소자의 "제 1 종단 부분"은, 도 25f에 도시된 제 1 종단 부분에 대응하며, 각 안테나 소자의 제 1 종단 부분은 근접장 안테나(2500)의 중심 부분(2574)(도 25h) 근처에 있다. 또한, 각 안테나 소자의 "제 2 종단 부분"은, 도 25f에 도시된 제 2 종단 부분(2566)에 대응하며, 각 안테나 소자의 제 2 종단 부분은, 근접장 안테나(2500)의 에지(2572)(도 25h)를 향해 연장된다. 따라서, 간단히 말하면, 4개의 개별적인 안테나 소자들 각각의 폭은, 사행 방식에 있어서, 근접장 안테나(2500)의 중심 부분에서 근접장 안테나(2500)의 각 에지로 갈수록 증가한다.
일부 실시 예들에 있어서, 다수의 제 2 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 2 길이는 안테나 소자의 제 1 종단 부분에서 안테나 소자의 제 2 종단 부분으로 갈수록 증가하고, 다른 실시 예들에 있어서, 다수의 제 2 세그먼트들의 세그먼트들의 제 2 길이는 도 25f에 도시된 바와 같이, 실질적으로 동일하다. 추가적으로, 다수의 제 1 세그먼트들에 있어서의 하나 이상의 세그먼트들의 제 1 길이는 다수의 제 2 세그먼트들에 있어서의 세그먼트들의 제 2 길이와 다르다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자의 제 2 종단 부분을 향하는 다수의 제 1 세그먼트들의 제 1 길이는 안테나 소자의 제 2 종단 부분을 향하는 다수의 제 2 세그먼트들의 제 2 길이보다 더 크다. 예를 들어, 세그먼트들(2560-C 및 2560-D)의 길이는 세그먼트들(2562-B 및 2562-C)의 길이보다 실질적으로 더 길다. 방사 소자들의 세그먼트들은 도 25f 및 25g를 참조하여 상기에서 상세하게 설명되었다.
일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 1 종단 부분은 근접장 안테나의 동일 중심 부분(예를 들어, 중심 부분(2574), 도 25h)과 경계를 이루며, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 2 종단 부분은, 근접장 안테나의 개별 에지(예를 들어, 에지들(2572) 중 하나의 에지, 도 25h)와 경계를 이룬다. 또한, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최장 치수는 근접장 안테나의 동일 중심 부분보다 근접장 안테나의 개별 에지에 더 가까울 수 있다. 추가적으로, 4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최단 치수는 근접장 안테나의 개별 에지보다 근접장 안테나의 동일 중심 부분에 더 가까울 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자는 기판상에 또는 기판 내에 형성된다. 예를 들어, 도 25a 및 도 25b에 도시된 바와 같이, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 서로 반대되는 제 1 및 제 2 표면들은 기판(2506)의 서로 반대되는 제 1 및 제 2 표면과 공면으로 노출된다. 유전체(예를 들어, 열가소성 또는 열경화성 폴리머)가 4개의 개별적인 공면 안테나 소자상에 증착되어, 안테나 소자들을 보호할 수 있다(유전체의 성질에 의거하여 가시적이거나 그렇지 않을 수 있음). 일부 실시 예들에 있어서, 기판은 사전 결정된 투자율 또는 전기적 유전율의 메타 물질을 포함할 수 있다. 메타 물질 기판은 근접장 안테나의 성능을 전체적으로 증가시킬 수 있다(예를 들어, 공통 유전체로 이루어진 기판에 비해, 방사 효율을 증가시킴).
근접장 안테나는 4개의 공면 안테나 소자들 중 적어도 2개의 소자에 결합된 스위치 회로(예를 들어, 스위치(2630), 도 26)를 더 포함한다. 예를 들어, 근접장 안테나는 서로 반대되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가진 제 1 피드(예를 들어, 피드(2508-A))를 포함할 수 있으며, 제 1 피드의 제 1 단부는 제 1 다이폴 안테나를 구성하는 2개의 안테나 소자들 중 제 1 안테나 소자에 접속되고, 제 1 피드의 제 2 단부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(25e)상에 증착된 금속 트레이스들을 통해, 스위치 회로에 접속된다. 추가적으로, 근접장 안테나는 서로 반대되는 제 1 및 제 2 단부들을 가진 제 2 피드(예를 들어, 피드(2508-B))를 포함할 수 있으며, 제 2 피드의 제 1 단부는 제 2 다이폴 안테나를 구성하는 2개의 안테나 소자들 중 제 1 안테나 소자에 접속되고, 제 2 피드의 제 2 단부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(2541)상에 증착된 금속 트레이스들(예를 들어, 버싱(208))을 통해, 스위치 회로에 접속된다. 피드들 및 인쇄 회로 기판은 도 25e를 참조하여 상기에서 상세하게 설명하였다.
근접장 안테나는 (예를 들어, 금속 트레이스를 통해) 스위치 회로에 결합된 전력 증폭기(예를 들어, 전력 증폭기(들)(108), 도 26)와, (예를 들어, 금속 트레이스를 통해) 스위치 회로에 결합된 인피던스-조정 부품(예를 들어, 부품(2520), 도 26)을 포함한다. 근접장 안테나는 스위치 회로와 전력 증폭기의 동작을 제어하도록 구성된 제어기(예를 들어, RF 전력 전송기 집적 회로(160), 도 1a 및 도 26)를 포함할 수 있다. 제어기는 금속 트레이스를 통해 스위치 회로와 전력 증폭기에 접속될 수 있다. 전력 증폭기, 임피던스-조정 부품 및 제어기는 도 26을 참조하여 상기에서 상세하게 설명되었다.
그 방법(3000)은, (ⅰ) 제 1 다이폴 안테나를 전력 증폭기에 결합시키고, (ⅱ) 제 2 다이폴 안테나를 임피던스-조정 부품에 결합시키도록 (또는 그 반대로 결합시키도록) 스위치 회로에 명령하는 것(3004)을 더 포함한다. 예를 들어, 도 26을 참조하면, 집적 회로(160)은 스위치 회로(2630)에 "제어 아웃" 신호를 송신할 수 있으며, 이에 따라, 스위치 회로(2630)내의 하나 이상의 제 1 스위치가 폐쇄되어 각 전력 증폭기(108)와 제 1 다이폴 안테나(2501-A)가 접속되게 한다. "제어 아웃" 신호는, 스위치 회로(2630)내의 하나 이상의 제 2 스위치들이 폐쇄되어 임피던스-조정 부품(2620)과 제 2 다이폴 안테나(2501-B)가 접속되게 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 스위치 회로(2630)는 제 1 및 제 2 스위치 회로들을 포함함을 알아야 한다. 그러한 실시 예들에 있어서, 제 1 스위치 회로는 다이폴 안테나가 전력 증폭기에 접속되고, 제 2 다이폴 안테나가 임피던스-조정 부품에 접속되도록, 폐쇄된다. 또한, 제 2 스위치 회로는, 제 1 다이폴 안테나가 임피던스-조정 부품에 접속되고, 제 2 다이폴 안테나가 전력 증폭기에 접속되도록, 폐쇄된다. 스위치 회로(2630)의 동작을 제어하는 것에 대해서는 도 26을 참조하여 상기에서 상세하게 설명되었다.
제어기에 의해 생성되고 제공되는 하나 이상의 신호들은, 무선 전력 수신 디바이스(예를 들어, 수신기(104), 도 2b)로 부터 수신된 정보에 기초할 수 있다. 예를 들어, 제어기는, (ⅰ) 무선 전력 수신 디바이스에 대한 위치 정보, (ⅱ) 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나에 대한 분극 정보, 및/또는 (ⅲ) 무선 전력 수신 디바이스에 대한 배향 정보를 수신할 수 있으며, 이들 정보들의 각각은 무선 전력 수신 디바이스로부터 수신될 수 있다. 또한, 하나 이상의 전기적 신호들은, 이와 같이 수신된 정보에 기초할 수 있다. 다시 말해, 제어기는, (ⅰ) (위치 정보로서 표시된) 무선 전력 수신 디바이스의 위치, (ⅱ) (분극 정보로서 표시된) 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나에 대한 분극, 및/또는 (ⅲ) (배향 정보로서 표시된) 무선 전력 수신 디바이스에 대한 배향 중 하나 이상에 기초하여 스위치 회로와 전력 증폭기의 동작을 제어하도록 구성된다.
도 26을 참조하여 상술한 바와 같이, 스위치 회로는 RF 전력 전송기 집적 회로(160)로부터 하나 이상의 전기적 신호들(예를 들어, "제어 아웃" 신호들)을 수신하는 것에 응답하여, 임피던스-조정 부품(2620)과 전력 증폭기(108)에 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들(2501-A, 2501-B)을 (또는 그 반대로) 절환 가능하게 결합시키도록 구성된다. 또한, 일부 실시 예들에 있어서, 스위치 회로는, 근접장 안테나가 제 1 동작 모드에 있을 때, 전력 증폭기에 제 1 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키고, 임피던스 조정 부품에 제 2 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키도록 구성될 수 있다. 또한, 스위치 회로는, 근접장 안테나가 제 1 동작 모드와 별개인 제 2 동작 모드에 있을 때, 전력 증폭기에 제 2 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키고, 임피던스-조정 부품에 제 1 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키도록 구성될 수 있다.
그 방법(3000)은, 스위치 회로를 통해 제 1 다이폴 안테나에 전자기 신호들을 피딩하도록 전력 증폭기에 명령하는 것(3006)을 더 포함한다. 예를 들어, 도 26을 참조하면, 집적 회로(160)는 전력 증폭기에 "RF 아웃" 신호를 송신한다. 그 다음, 전력 증폭기는, 수신된 "RF 아웃" 신호를 (필요할 경우) 증폭시키고, 증폭된 RF 신호를 스위치 회로를 통해 제 1 다이폴 안테나로 제공한다. 전자기 신호들은, 제 1 다이폴 안테나로 피딩되면, 제 1 다이폴 안테나가, 근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된, 무선 전력 수신 디바이에 의해 수신될 전자기 신호들을 방사하게 한다. 무선 전력 수신 디바이스는, 방사된 전자기 신호들이 일단 수신되면, 그들로부터의 에너지를 이용하여, 무선 전력 수신 디바이스와 결합된 전자 디바이스에 전력을 공급거나 그 전자 디바이스를 충전한다. 추가적으로, 제 1 다이폴 안테나가 아닌, 제 2 다이폴 안테나가 임피던스-조정 부품에 접속되기 때문에, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스를 조정하여, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스가 제 1 다이폴 안테나의 임피던스와 다르게 되도록 한다. 그러한 배열에 있어서, 제 1 다이폴 안테나와 제 2 다이폴 안테나는 동조 해제(detune)된다(예를 들어, 제 1 다이폴 안테나의 동작 주파수가 제 2 다이폴 안테나의 동작 주파수와 다르게 된다).
일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(3000)은, 제 1 다이폴 안테나에 의해 방사된 전자기 신호들의 적어도 일부를, 반사기가 반사하는 것을 더 포함한다. 추가적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 그 방법(3000)은, 제 1 다이폴 안테나에 의해 방사된 전자기 신호들의 적어도 일부를, 반사기가 소거하는 것을 더 포함한다.
이러한 예시들의 모두는 비 제한적이며, 상술한 예시적인 구조들을 이용하면 임의 수의 조합들 및 다층화된 구조들이 가능할 것이다.
본 개시를 읽은 본 기술 분야의 숙련자라면 알겠지만, 추가적인 실시 예들은, 다양한 실시 예들로 조합되거나 재 배열된 도 1 내지 도 30의 실시 예들을 포함하는 상술한 실시 예들의 다양한 서브셋을 포함한다.
본 발명의 상세한 설명에서 이용되는 용어들은, 단지 특정 실시 예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 설명 및 첨부된 청구항들에서 이용된, 단수 형태는, 그 문맥이 명확하게 다르게 나타내지 않는다면, 또한 복수 형태를 포함한다. 본 명세서에서 이용된 용어 "및/또는"은 연관되고 목록화된 아이템들 중 하나의 이상의 임의의 및 모든 가능한 조합을 지칭하고 포괄함을 알아야 한다. 용어 "구비한다" 및/또는 "구비하는"은, 본 명세서에서 이용될 때, 서술된 특징, 단계들, 동작들, 소자들 및/또는 부품들을 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 단계들, 동작들, 소자들 부품들 및/또는 그의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아님을 알아야 한다.
용어 "제 1", "제 2" 등이 다양한 소자들을 설명하기 위해 이용되었지만, 이들 소자들이 그러한 용어에 의해 제한되는 것은 아니다. 이들 용어들은, 하나의 소자를 서로 구별하기 위해서만 이용된다. 예를 들어, "제 1 영역"이 일관되게 명칭 변경되고, "제 2 영역"이 일관되게 명칭 변경된다면, 설명의 의미를 변경하지 않고도, 제 1 영역은, 제 2 영역으로 지칭될 수 있으며, 유사하게 제 2 영역은 제 1 영역으로 지칭될 수 있다. 제 1 영역과 제 2 영역은, 2개의 영역들이지만, 동일 영역은 아니다.
상술한 설명은, 특정 실시 예들을 참조하여 이루어졌다. 그러나, 상술한 예시적인 설명은 본 발명을, 철저하게 설명하거나, 개시된 정밀한 형태로 제한하기 위한 것이 아니다. 상술한 교시의 견지에서 많은 수정 및 변형들이 가능하다. 본 발명의 원리 및 그의 실시 적용을 가장 잘 설명하기 위해 실시 예들이 선택되고 설명되었으며, 그에 의해, 본 기술 분야의 숙련자라면, 다양한 수정들을 가진 다양한 실시 예들 및 본 발명을, 고려된 특정 이용에 적합하게 가장 잘 이용할 것이다.
Claims (22)
- 근접장 안테나로서,
반사기;
반사기로 부터 오프셋된 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 - 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 각각은 각각의 사행 패턴을 따르고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 2개의 안테나 소자들은 제 1 축을 따라 제 1 다이폴 안테나를 형성하고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 다른 2개의 안테나 소자들은 제 1 축에 수직한 제 2 축을 따라 제 2 다이폴 안테나를 형성함 - ;
제 1 다이폴 안테나와 제 2 다이폴 안테나 중 적어도 하나에 전자기 신호들을 피딩하도록 구성된 전력 증폭기;
제 1 다이폴 안테나와 제 2 다이폴 안테나 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하도록 구성된 임피던스-조정 부품; 및
전력 증폭기와, 임피던스-조정 부품과, 제 1 및 제 2 다이폴 안테나들에 결합되어, (ⅰ) 전력 증폭기에 제 1 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키고, 인피던스-조정 부품에 제 2 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키거나, (ⅱ) 전력 증폭기에 제 2 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키고, 임피던스-조정 부품에 제 1 다이폴 안테나를 절환 가능하게 결합시키도록 구성된, 스위치 회로를 구비한
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
근접장 안테나에 대한 제 1 동작 모드에서, 스위치 회로는, (ⅰ) 전력 증폭기에 제 1 다이폴 안테나를 결합시키고, (ⅱ) 임피던스-조정 부품에 제 2 다이폴 안테나를 결합시키며,
근접장 안테나에 대한 제 2 동자 모드에서, 스위치 회로는, (ⅰ) 전력 증폭기에 제 2 다이폴 안테나를 결합시키고, (ⅱ) 임피던스-조정 부품에 제 1 다이폴 안테나를 결합시키는,
근접장 안테나.
- 제 2 항에 있어서,
근접장 안테나에 대한 제 1 동작 모드에서, 제 1 다이폴 안테나는, 전력 증폭기로부터 전자기파를 수신하고, 제 1 분극을 가진, 수신된 전자기파를 방사하고,
근접장 안테나에 대한 제 2 동작 모드에서, 제 2 다이폴 안테나는, 전력 증폭기로부터 전자기파를 수신하고, 제 1 분극과 다른 제 2 분극을 가진, 수신된 전자기파를 방사하는
근접장 안테나.
- 제 3 항에 있어서,
근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된 무선 전력 수신 디바이스가 방사된 전자기파를 수확하고, 수확된 전자기파를 이용하여, 무선 전력 수신 디바이스와 결합된 전자 디바이스에 전력을 공급하거나, 전자 디바이스를 충전하도록 구성되는
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
스위치 회로와 전력 증폭기의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 더 구비하는
근접장 안테나.
- 제 5 항에 있어서,
제어기는, (ⅰ) 무선 전력 수신 디바이스의 위치, (ⅱ) 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신 안테나의 분극, 및 (ⅲ) 무선 전력 수신 디바이스의 공간 배향 중 하나 이상에 기초하여 스위치 회로와 전력 증폭기의 동작을 제어하도록 구성되는
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
제 1 다이폴 안테나의 2개의 안테나 소자들 중 제 1 소자와 스위치 회로에 접속된 제 1 피드와,
제 2 다이폴 안테나의 다른 2개의 안테나 소자들 중 제 1 소자와 스위치 회로에 접속된 제 2 피드를 더 구비하되,
제 1 피드는, 전력 증폭기가 스위치 회로에 의해 제 1 다이폴 안테나에 절환 가능하게 결합되면, 제 1 다이폴 안테나의 제 1 안테나 소자에, 전력 증폭기로부터 기원하는 전자기 신호들을 공급하도록 구성되고,
제 2 피드는, 전력 증폭기가 스위치 회로에 의해 제 2 다이폴 안테나에 절환 가능하게 결합되면, 제 2 다이폴 안테나의 제 1 안테나 소자에, 전력 증폭기로부터 기원하는 전자기 신호들을 공급하도록 구성되는
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 1 안테나 소자는 제 1 다이폴 안테나의 제 1 폴이고,
4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 2 안테나 소자는 제 1 다이폴 안테나의 제 2 폴이며,
4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 3 안테나 소자는 제 2 다이폴 안테나의 제 1 폴이고,
4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 중의 제 4 안테나 소자는 제 2 다이폴 안테나의 제 2 폴인,
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들의 각각은 제 1 축에 수직한 2개의 세그먼트들을 포함하고,
제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들의 각각은 제 1 축과 평행한 2개의 세그먼트들을 포함하는
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 1 종단 부분은 근접장 안테나의 동일 중심 부분과 경계를 이루고,
4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 제 2 종단 부분은 근접장 안테나의 개별 에지와 경계를 이루며,
4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최장 치수는 근접장 안테나의 동일 중심 부분보다, 근접장 안테나의 개별 에지 부분에 더 가까운
근접장 안테나.
- 제 10 항에 있어서,
4개의 개별적인 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴의 최단 치수는 근접장 안테나의 개별 에지 부분보다, 근접장 안테나의 동일 중심 부분에 더 가까운
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
반사기는 구리 또는 구리 합금의 고체 금속 시트인
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
반사기는 제 1 또는 제 2 다이폴 안테나에 의해 방사된 전자기 신호들의 적어도 일부를 반사하도록 구성되는
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
4개의 개별적인 공면 안테나 소자들은 기판상에 또는 기판내에 형성되는
근접장 안테나.
- 제 14 항에 있어서,
기판은, 사전 결정된 투자율 또는 전기적 유전율의 메타 물질을 구비하는
근접장 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
각 사행 패턴들 모두는 동일한
근접장 안테나.
- 제 16 항에 있어서,
제 1 다이폴 안테나를 형성하는 2개의 안테나 소자들은, 2개의 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴이 서로 미러 이미지가 되도록, 제 1 축을 따라 정렬되는
근접장 안테나.
- 제 17 항에 있어서,
제 2 다이폴 안테나를 형성하는 다른 2개의 안테나 소자들은, 다른 2개의 안테나 소자들의 각각이 따르는 각 사행 패턴이 서로 미러 이미지가 되도록, 제 2 축을 따라 정렬되는
근접장 안테나.
- 수신기 디바이스를 무선으로 충전하는 방법으로서,
반사기;
반사기로 부터 오프셋된 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들 - 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들의 각각은 각각의 사행 패턴을 따르고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 2개의 안테나 소자들은 제 1 축과 정렬된 제 1 다이폴 안테나를 형성하고, 4개의 공면 안테나 소자들 중의 다른 2개의 안테나 소자들은 제 1 축에 수직한 제 2 축과 정렬된 제 2 다이폴 안테나를 형성함 - ;
4개의 공면 안테나 소자들 중 적어도 2개와 결합되는 스위치 회로;
스위치 회로에 결합된 전력 증폭기; 및
스위치 회로에 결합된 임피던스-조정 부품을 구비한 근접장 안테나를 제공하고,
전력 증폭기에 제 1 다이폴 안테나를 결합시키고, 인피던스-조정 부품에 제 2 다이폴 안테나를 결합시키도록 스위치 회로에 명령하고,
스위치 회로를 통해 제 1 다이폴 안테나에 전자기 신호들을 피딩하도록 전력 증폭기에 명령하는 것을 구비하며,
전자기 신호들은, 제 1 다이폴 안테나에 피딩되면, 근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된 무선 전력 수신 디바이스에 의해 수신될 전자기 신호들을 제 1 다이폴 안테나가 방사하게 하고,
제 2 다이폴 안테나의 임피던스는, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스가, 제 1 다이폴 안테나의 임피던스와 다르게 되도록, 임피던스 조정 부품에 의해 조정되는
방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 방법은, 청구항 제 2 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항을 포함하는
방법.
- 실행 가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서,
반사기와, 4개의 개별적인 공면 안테나 소자들과, 4개의 공면 안테나 소자들 중 적어도 2개의 안테나 소자들에 결합된 스위치 회로, 스위치 회로에 결합된 전력 증폭기 및 스위치 회로에 결합된 임피던스-조정 부품을 가진 근접장 안테나의 하나 이상의 프로세서들에 의해, 실행 가능 명령어들이 실행되면,
그 실행 가능 명령어들은,
근접장 안테나가 스위치에 회로에 명령하여, (ⅰ) 전력 증폭기에 제 1 다이폴 안테나를 결합시키고, (ⅱ) 임피던스-조정 부품에 제 2 다이폴 안테나를 결합시키게 하고,
근접장 안테나가 전력 증폭기에 명령하여, 스위치 회로를 통해 제 1 다이폴 안테나에 전자기 신호를 피딩하게 하되,
전자기 신호들은, 제 1 다이폴 안테나에 피딩되면, 근접장 안테나로부터 임계 거리내에 배치된 무선 전력 수신 디바이스에 의해 수신될 전자기 신호들을 제 1 다이폴 안테나가 방사하게 하며,
제 2 다이폴 안테나의 임피던스는, 제 2 다이폴 안테나의 임피던스가, 제 1 다이폴 안테나의 임피던스와 다르게 되도록, 임피던스 조정 부품에 의해 조정되는
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
- 제 21 항에 있어서,
하나 이상의 프로그램들이 청구항 제 2 항 내지 제 18 항 어느 한 항을 실행하는 명령어를 더 포함하는
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/024,636 | 2018-06-29 | ||
| US16/024,636 US10447093B2 (en) | 2015-12-24 | 2018-06-29 | Near-field antenna for wireless power transmission with four coplanar antenna elements that each follows a respective meandering pattern |
| PCT/US2018/064289 WO2020005310A1 (en) | 2018-06-29 | 2018-12-06 | Near-field antenna for wireless power transmission with four coplanar antenna elements |
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|---|---|
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ID=64902443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020217002581A KR102614714B1 (ko) | 2018-06-29 | 2018-12-06 | 4개의 공면 안테나 소자들을 가진 무선 전력 전송을 위한 근접장 안테나 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| KR (1) | KR102614714B1 (ko) |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002319816A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Ee C Ii Tec Kk | アンテナ装置 |
| US20170187422A1 (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | Energous Corporation | Miniaturized highly-efficient designs for near-field power transfer system |
| US20180166924A1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-06-14 | Energous Corporation | Near-field rf charging pad with multi-band antenna element with adaptive loading to efficiently charge an electronic device at any position on the pad |
Family Cites Families (1)
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| JP5655503B2 (ja) * | 2010-10-28 | 2015-01-21 | 凸版印刷株式会社 | クロスダイポールアンテナ及びそれを備えた非接触通信媒体 |
-
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- 2018-12-06 EP EP18829606.5A patent/EP3815252A1/en active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002319816A (ja) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Ee C Ii Tec Kk | アンテナ装置 |
| US20170187422A1 (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | Energous Corporation | Miniaturized highly-efficient designs for near-field power transfer system |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102614714B1 (ko) | 2023-12-19 |
| WO2020005310A1 (en) | 2020-01-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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