KR101162857B1 - 전력 전송을 위한 송신장치 및 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RF(Radio Frequency) 전력을 무선으로 전송하는 송신장치와, 송신장치가 무선으로 전송하는 RF 전력을 수신하여 부하에 동작전력을 공급하는 수신장치에 관한 것으로서 수신장치는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 구비하고, 송신장치로부터 수신되는 RF 전력의 세기에 따라 상기 VCO가 발생하는 RF 신호의 주파수가 가변되게 하여 송신장치로 송신하며, 송신장치는 수신장치가 송신하는 RF 신호를 수신하여 전압으로 변환하고, 변환한 전압이 가장 높게 되는 방향으로 RF 전력을 송신한다.

Description

전력 전송을 위한 송신장치 및 수신장치{Transmitter and receiver for power transmission}

본 발명은 전력 전송을 위한 송신장치 및 수신장치에 관한 것이다.

복수 개의 패치 안테나가 배열된 배열 안테나 및 파라볼릭(Parabolic; 일명 접시 안테나라고도 함) 안테나는 특정한 방향으로 RF(Radio Frequency) 전력을 송신하거나 수신할 수 있는 특징이 있다.

상기 파라볼릭 안테나는 송수신 방향을 변경할 경우에 기계적으로 파라볼릭 안테나의 방향을 변경해야 되는 반면에 상기 배열 안테나는 전기적으로 빔의 형성방향을 조절할 수 있다.

그러므로 상기 배열 안테나는 특정 방향으로 RF 전력을 집중하여 전송할 수 있고, RF 전력을 전송하는 방향을 변경할 경우에 물리적으로 안테나의 방향을 변경하지 않고, 전기적으로 변경할 수 있어 RF 전력을 전송할 대상물을 스캔하는데 고속으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.

RF 신호의 방사에 의한 전력의 무선전송에 있어서 일반적으로 송신장치는 배열 안테나를 사용하고, 수신장치에서는 무지향성인 다이폴(Dipole) 안테나를 사용하거나 또는 패치(Patch) 안테나를 사용하는 경우가 많다.

이 경우에 송신장치에서 수신장치로 RF 전력을 집중적으로 보내기 위해서는 송신장치의 입장에서 수신장치의 방향을 검출할 필요가 있다.

수신장치가 이동형이 아닌 고정형인 경우에 수신장치의 방향을 별도로 검출할 필요가 없고, 송신장치를 설치할 경우에 수신장치의 방향으로 안테나의 빔 방향을 설정하면 된다.

그러나 수신장치가 이동형인 경우에 송신장치는 수신장치의 방향을 검출하고, 검출한 수신장치의 방향으로 RF 전력을 전송해 줄 필요가 있다.

일반적으로 역지향성 배열 안테나(Retro-directive Array Antenna)는 수신장치의 방향에 대한 사전의 정보가 없어도 임의의 방향에서 수신되는 RF 신호를 그 방향으로 되돌려 복사할 수 있는 안테나로서 수신장치가 파일롯(Pilot) 신호를 송신할 경우에 역지향성 배열 안테나는 상기 파일롯 신호가 입사되는 방향으로 RF 전력을 방사하게 된다.

그러나 상기 역지향성 배열 안테나를 사용할 경우에 수신장치에서 파일롯 신호가 포함되는 소정의 데이터를 전송해야 되므로 수신장치의 전력소모가 많고, 구조적으로 복잡하게 되는 문제점이 있다.

그러므로 본 발명이 해결하려는 과제는 송신장치에서 간단히 수신장치의 방향을 검출하고, 검출한 수신장치의 방향으로 RF 전력을 전송할 수 있는 전력 전송을 위한 송신장치 및 수신장치를 제공한다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 전력 전송을 위한 송신장치 및 수신장치에 따르면, 수신장치는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 구비하고, 송신장치로 수신되는 RF 전력의 세기에 따라 상기 VCO가 발생하는 RF 신호의 주파수가 가변되게 하며, 주파수가 가변되는 RF 신호를 송신한다.

그리고 본 발명의 송신장치는 상기 수신장치가 송신하는 RF 신호를 수신하여 전압으로 변환하고, 변환한 전압이 가장 높게 되는 방향으로 RF 전력을 송신한다.

그러므로 본 발명의 전력 전송을 위한 수신장치는, RF(Radio Frequency) 신호를 안테나(110)로 출력하여 송신되게 함과 아울러 상기 안테나(110)를 통해 수신되는 RF 신호를 분리하는 분배 및 결합기와, 상기 분배 및 결합기가 분리한 RF 신호를 직류전력으로 변환하는 RDC(RF to DC Converter)와, 상기 RDC가 변환한 직류전력의 전압 레벨에 따른 주파수의 RF 신호를 발생하고, 발생한 RF 신호를 상기 분배 및 결합기로 출력하여 상기 안테나를 통해 외부로 전송하게 하는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 포함한다.

상기 VCO는 상기 RDC가 변환한 직류전력의 전압 레벨에 비례하는 주파수의 RF 신호를 발생한다.

또한 본 발명의 전력 전송을 위한 수신장치는 상기 RDC가 출력하는 직류전력의 전압 레벨을 미리 설정된 전압 레벨의 직류전력으로 변환하는 직류전압 부스터와, 상기 직류전압 부스터가 출력하는 직류전력을 충전시켜 부하로 공급하는 배터리를 포함한다.

그리고 본 발명의 전력 전송을 위한 송신장치는, 제어신호에 따라 RF(Radio Frequency) 전력의 빔의 방향을 조절하면서 방사하는 어레이 안테나 유닛과, 상기 RF 전력을 상기 어레이 안테나 유닛으로 출력하고, 수신장치가 전송하여 상기 어레이 안테나 유닛을 통해 수신되는 RF 신호를 분리하는 분배 및 결합기와, 상기 분배 및 결합기가 분리한 RF 신호의 주파수를 전압으로 변환하는 주파수-전압 변환기와, 상기 주파수-전압 변환기가 변환하는 전압 레벨을 이용하여 상기 수신장치가 설치된 방향을 판단하고, 판단한 수신장치의 설치방향에 따라 상기 제어신호를 발생하여 상기 어레이 안테나 유닛이 방사하는 RF 전력의 빔의 방향을 조절하는 컨트롤러를 포함한다.

상기 어레이 안테나 유닛은 종방향 및 횡방향으로 복수 개가 배열된 패치 안테나와, 상기 분배 및 결합기로부터 입력되는 복수 개의 RF 신호의 위상을 상기 컨트롤러의 제어신호에 따라 시프트시켜 상기 복수 개의 패치 안테나로 출력하는 복수 개의 단위 위상 시프터를 포함한다.

상기 분배 및 결합기와 상기 주파수-전압 변환기의 사이에 상기 수신되는 RF 신호를 필터링하기 위한 필터와, 상기 필터에서 출력되는 RF 신호의 전압레벨을 제한하는 리미터를 포함한다.

상기 컨트롤러는 상기 주파수-전압 변환기가 변환한 전압 레벨이 높아지는 방향으로, 상기 어레이 안테나 유닛이 상기 RF 전력의 빔을 형성하게 상기 제어신호를 발생하여 상기 RF 전력의 시프트를 제어한다.

본 발명의 수신장치는 다이폴 안테나 등과 같은 무지향성의 안테나를 사용하고, VCO를 구비하여 RF 신호를 발생하게 하며, 발생하는 RF 신호의 주파수를 송신장치로부터 수신되는 RF 신호의 세기에 따라 가변되게 한다.

그리고 송신장치는 복수 개의 패치 안테나가 배열된 배열 안테나를 사용하고, 수신장치가 송신하는 RF 신호를 수신하고, 수신하는 RF신호의 주파수가 가장 높아지게 되는 방향으로 상기 배열 안테나의 빔이 형성되게 하면서 RF 전력을 수신장치로 송신한다.

그러므로 송신장치 또는 수신장치가 이동형일 경우에 송신장치에서 간단히 수신장치의 방향을 검출하고, 검출한 수신장치의 방향으로 RF 전력을 집중시켜 전송할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 수신장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도,
도 2는 본 발명의 송신장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도, 및
도 3은 본 발명에 따른 어레이 안테나 유닛의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명의 수신장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 100은 분배 및 결합기이다. 상기 분배 및 결합기(100)는 예를 들면, 듀플렉서를 사용하는 것으로서 RF(Radio Frequency) 신호를 안테나(110)로 출력하여 송신되게 함과 아울러 상기 안테나(110)를 통해 수신되는 RF 신호를 분리한다.

부호 120은 RDC(RF to DC Converter)이다. 상기 RDC(120)는 상기 분배 및 결합기(100)가 분리한 RF 전력을 직류전력으로 변환한다.

부호 130은 VCO(Voltage Controlled Oscillator)이다. 상기 VCO(130)는 상기 RDC(120)가 변환한 직류전력의 전압레벨에 따라 소정의 주파수를 가지는 RF 신호를 발생하고, 상기 발생한 RF 신호를 상기 분배 및 결합기(100)를 통해 상기 안테나(110)에 공급하여 송신되게 한다.

부호 140은 직류전압 부스터(Booster)이다. 상기 직류전압 부스터(140)는 상기 RDC(120)가 출력하는 직류전력의 전압을 미리 설정된 소정의 전압 레벨을 가지는 직류전력으로 변환한다.

부호 150은 배터리이다. 상기 배터리(150)는 상기 부스터(140)가 출력하는 직류전력으로 충전되며, 충전시킨 직류전력을 부하로 공급한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 수신장치는 송신장치가 전송하는 RF 신호를 안테나(110)를 통해 수신하고, 수신한 RF 신호를 분배 및 결합기(100)가 분리한다.

상기 분배 및 결합기(100)가 분리한 RF 신호는 RDC(120)로 입력되어 직류전력으로 변환된 후 VCO(130) 및 직류전압 부스터(140)로 입력된다.

그러면, 상기 VCO(130)는 상기 RDC(120)가 출력하는 직류전력의 전압에 따른 소정 주파수의 RF 신호를 발생하고, 발생한 RF 신호는 분배 및 결합기(100)를 통해 안테나(110)에 인가되어 송신된다.

그리고 상기 직류전압 부스터(140)는 상기 RDC(120)가 출력하는 직류전력의 전압을 미리 설정된 소정 전압레벨의 직류전력으로 변환되고, 상기 직류전압 부스터(140)에서 전압 레벨이 변환된 직류전력은 배터리(150)에 충전된 후 상기 VCO(130)를 비롯한 각종 부하에 동작전력으로 공급된다.

즉, 본 발명의 수신장치는 송신장치가 전송하는 RF 신호를 수신하여 직류전력을 생성하고, 생성한 직류전력을 배터리(150)에 충전시킴과 아울러 수신되는 직류전력의 전압에 따라 상기 VCO(140)가 가변되는 주파수의 RF 신호를 생성하고, 상기 VCO(140)가 생성한 RF 신호를 분배 및 결합기(100)를 통해 안테나(110)에 인가하여 송신한다.

도 2는 본 발명의 송신장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 200은 어레이 안테나 유닛이다. 상기 어레이 안테나 유닛(200)은 어레이 안테나(202) 및 위상 시프터(204)를 포함한다.

상기 어레이 안테나(202)는 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 패치 안테나(202a)가 종방향 및 횡방향으로 배열되어 구성된다.

상기 위상 시프터(204)는 복수 개의 단위 위상 시프터(204a)로 이루어지고, 상기 복수 개의 단위 위상 시프터(204a)들 각각은 제어신호에 따라 각기 복수 개의 RF 전력들의 위상을 조절한 후 상기 복수 개의 패치 안테나(202a)에 인가하여 상기 복수 개의 패치 안테나(202a)에서 방사되는 빔의 방향을 조절한다.

부호 210은 분배 및 결합기이다. 상기 분배 및 결합기(210)는 입력되는 RF 신호를 분배하여 상기 복수 개의 단위 위상 시프터(204a)로 출력함과 아울러 상기 어레이 안테나 유닛(200)을 통해 수신되는 RF 전력을 분리한다.

부호 220은 필터이다. 상기 필터(220)는 상기 분배 및 결합기(210)가 분리한 RF 전력에서 미리 설정된 소정 주파수 대역의 RF 전력만을 통과시켜 분리한다.

부호 230은 리미터이다. 상기 리미터(230)는 상기 필터(220)에서 출력되는 RF 전력의 레벨을 미리 설정된 레벨 이하로 제한단다.

부호 240은 주파수-전압 변환기이다. 상기 주파수-전압 변환기(240)는 상기 리미터(230)에서 출력되는 RF 전력의 주파수를 전압으로 변환한다.

부호 250은 컨트롤러이다. 상기 컨트롤러(250)는 상기 주파수-전압 변환기(240)의 출력전압에 따라 제어신호를 발생하여 상기 어레이 안테나 유닛(200)의 위상 시프터(204)의 위상을 조절한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 송신장치는 무선으로 전송할 RF 전력이 분배 및 결합기(210)로 입력된다.

그러면, 상기 분배 및 결합기(210)는 상기 입력되는 RF 전력을 복수 개로 분배한다. 예를 들면, 어레이 안테나 유닛(200)의 어레이 안테나(202) 및 위상 시프터(204)가 각기 9개의 패치 안테나(202a) 및 9개의 단위 위상 시프터(204a)로 이루어져 있을 경우에 상기 분배 및 결합기(210)는 상기 입력되는 RF 전력을 9개로 분배하여 9개의 단위 위상 시프터(204a)들 각각으로 출력한다.

9개의 단위 위상 시프터(204a)들 각각으로 출력한 RF 전력은 컨트롤러(250)가 출력하는 제어신호에 따라 위상이 시프트된 후 9개의 패치 안테나(202a)들 각각으로 출력된다.

그러면, 상기 9개의 패치 안테나(202a)들 각각은 상기 컨트롤러(250)가 출력하는 제어신호에 따라 RF 전력의 빔을 발생하여 방사하게 된다.

그리고 상술한 바와 같이 수신장치의 VCO(130)가 발생하는 RF 신호가 어레이 안테나 유닛(200)의 어레이 안테나(202) 및 위상 시프터(204)를 통해 수신되어 분배 및 결합기(210)로 입력된다.

그러면, 상기 분배 및 결합기(210)는 상기 수신된 RF 신호를 분리하고, 분리한 RF 신호는 필터(220)를 통해, 상기 수신장치의 VCO(130)가 발생하는 RF 신호가 필터링된다.

여기서, 상기 수신장치의 VCO(130)가 발생하는 RF 신호의 주파수는 상술한 바와 같이 수신장치가 수신하는 RF 전력의 세기에 따라 가변된다.

그러므로 본 발명에서 상기 필터(220)의 대역폭은 VCO(130)가 가변시켜 발생하는 전체 주파수 대역의 RF 신호를 모두 필터링하여 통과시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 필터(220)에서 필터링된 RF 신호는 리미터(230)에서 전력 레벨이 제한된 후 주파수-전압 변환기(240)로 입력된다.

그러면, 상기 주파수-전압 변환기(240)는 상기 수신된 RF 신호의 주파수를 전압으로 변환하고, 변환한 전압은 컨트롤러(250)로 출력한다. 예를 들면, 상기 주파수-전압 변환기(240)는 수신된 RF 신호의 주파수가 높을수록 레벨이 높은 전압을 발생하여 컨트롤러(250)로 출력한다.

상기 컨트롤러(250)는 상기 주파수-전압 변환기(240)로부터 입력되는 전압의 변화를 이용하여 수신장치가 설치된 방향을 판단하고, 판단한 수신장치의 방향에 따라 제어신호를 발생한다. 그리고 상기 발생한 제어신호에 따라 RF 전력의 위상이 위상 시프터(204)에서 시프트되어 상기 수신장치가 설치된 방향으로 RF 전력이 집중적으로 방사된다.

즉, 어레이 안테나 유닛(200)의 어레이 안테나(202)가 수신장치가 설치된 방향으로 RF 전력의 빔을 형성하여 방사할 경우에 수신장치로 최대의 RF 전력이 전송된다.

상기 수신장치로 최대의 RF 전력이 전송되면, 상기 수신장치의 VCO(130)는 가장 높은 주파수의 RF 신호를 발생하여 안테나(110)를 통해 송신하게 된다.

상기 수신장치가 송신하는 RF 신호를 송신장치가 수신하고, 수신한 RF 신호는 필터(220)에서 필터링되고, 리미터(230)에서 최대 전압의 레벨이 제한된 후 주파수-전압 변환기(240)에서 전압으로 변환되어 컨트롤러(250)로 입력된다.

상기 컨트롤러(250)는 상기 주파수-전압 변환기(240)로부터 입력되는 전압 레벨을 판단하고, 판단한 전압 레벨이 가장 높은 방향을 수신장치가 설치된 방향으로 판단하며, 판단한 수신장치의 설치방향에 따라 위상 시프터(204)를 제어하여 RF 전력의 위상을 시프트시킨다.

그러면, 어레이 안테나(202)는 상기 위상 시프터(204)에서 위상이 시프트된 방향으로 RF 전력의 빔을 형성하게 되어 수신장치로 최대의 RF 전력을 전송하게 된다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100, 210 : 분배 및 결합기 110 : 안테나
120 : RDC 130 : VCO
140 : 직류전압 부스터 150 : 배터리
200 : 어레이 안테나 유닛 202 : 어레이 안테나
202a : 패치 안테나 204 : 위상 시프터
204a : 단위 위상 시프터 220 : 필터
230 : 리미터 240 : 주파수-전압 변환기
250 : 컨트롤러

Claims (7)

1. RF(Radio Frequency) 신호를 안테나로 출력하여 송신되게 함과 아울러 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 신호를 분리하는 분배 및 결합기;
   상기 분배 및 결합기가 분리한 RF 신호를 직류전력으로 변환하는 RDC(RF to DC Converter); 및
   상기 RDC가 변환한 직류전력의 전압 레벨에 따른 주파수의 RF 신호를 발생하고, 발생한 RF 신호를 상기 분배 및 결합기로 출력하여 상기 안테나를 통해 외부로 전송하게 하는 VCO(Voltage Controlled Oscillator);를 포함하여 구성된 전력 전송을 위한 수신장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 VCO는;
   상기 RDC가 변환한 직류전력의 전압 레벨에 비례하는 주파수의 RF 신호를 발생하는 전력 전송을 위한 수신장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 RDC가 출력하는 직류전력의 전압 레벨을 미리 설정된 전압 레벨의 직류전력으로 변환하는 직류전압 부스터; 및
   상기 직류전압 부스터의 출력 전력으로 충전되며, 충전된 전력을 부하로 공급하는 배터리;를 포함하는 전력 전송을 위한 수신장치.
   
4. 제어신호에 따라 RF(Radio Frequency) 전력의 빔의 방향을 조절하면서 방사하는 어레이 안테나 유닛;
   상기 RF 전력을 상기 어레이 안테나 유닛으로 출력하고, 수신장치가 전송하여 상기 어레이 안테나 유닛을 통해 수신되는 RF 신호를 분리하는 분배 및 결합기;
   상기 분배 및 결합기가 분리한 RF 신호의 주파수를 전압으로 변환하는 주파수-전압 변환기; 및
   상기 주파수-전압 변환기가 변환하는 전압 레벨을 이용하여 상기 수신장치가 설치된 방향을 판단하고, 판단한 수신장치의 설치방향에 따라 상기 제어신호를 발생하여 상기 어레이 안테나 유닛이 방사하는 RF 전력의 빔의 방향을 조절하는 컨트롤러;를 포함하는 전력 전송을 위한 송신장치.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 어레이 안테나 유닛은;
   종방향 및 횡방향으로 복수 개가 배열된 패치 안테나; 및
   상기 분배 및 결합기로부터 입력되는 복수 개의 RF 신호의 위상을 상기 컨트롤러의 제어신호에 따라 시프트시켜 상기 복수 개의 패치 안테나로 출력하는 복수 개의 단위 위상 시프터;를 포함하는 전력 전송을 위한 송신장치.
   
6. 제 4 항에 있어서, 상기 분배 및 결합기와 상기 주파수-전압 변환기의 사이에;
   상기 수신되는 RF 신호를 필터링하기 위한 필터; 및
   상기 필터에서 출력되는 RF 신호의 전압레벨을 제한하는 리미터;를 포함하는 전력 전송을 위한 송신장치.
   
7. 제 4 항에 있어서, 상기 컨트롤러는;
   상기 주파수-전압 변환기가 변환한 전압 레벨이 높아지는 방향으로, 상기 어레이 안테나 유닛이 상기 RF 전력의 빔을 형성하게 상기 제어신호를 발생하여 상기 RF 전력의 시프트를 제어하는 전력 전송을 위한 송신장치.

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