KR20080094936A - 전력 송신 네트워크 및 방법 - Google Patents

Abstract

전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크는 제1 영역에서 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제1 노드를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드를 포함한다. 대안적으로, 타원형 편광 파들 또는 이중 편광 파들이 이용되거나, 또는 상이한 주파수들이 이용되거나, 또는 상이한 편광들이 이용되거나, 또는 상이한 편광 벡터들이 이용된다. 또한, 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법이 개시된다.

전력 송신용 네트워크, 편광, 주파수, 송신기, 수신기, 안테나

Description

전력 송신 네트워크 및 방법{POWER TRANSMISSION NETWORK AND METHOD}

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 원형 편광 파들 또는 타원형 편광 파들 또는 이중 편광 파들 또는 다른 주파수들 또는 다른 편광들 또는 다른 편광 벡터들을 이용하여 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신에 관한 것이다.

전력 송신 네트워크들은 늘상 우리 주위에 있다. 가장 통상적인 것은 우리의 가정들이나 사무실 빌딩들 내의 교류(Alternating Current: AC) 전력 네트워크이다. 유틸리티 회사들은 이 유선 네트워크를 이용하여 AC 전력을 우리에게 공급한다. 이 네트워크는 대량의 전력을 그에 직접 접속된 장치에 공급할 수 있다.

이 네트워크의 동작의 핵심은 직접 접속이다. 모든 장치를 하드와이어링(hardwire) 또는 플러그-인(plug-in)하는 것은 항상 가능하거나 실용적인 것은 아니다. 이것의 예는 빌딩 자동제어 시장을 검사함으로써 이해될 수 있다.

현재 사무실 빌딩들과 가정들에서 에너지를 보존하기 위한 운동이 있다. 이것은 어떻게 전력이 이용되는지를 최적화함으로써 수행된다. 예를 들어, 방에 아무도 없다면 전등을 켜놓을 필요가 없다. 이 문제는 방에 움직임 센서(motion sensor)를 배치함으로써 다루어졌고 해결된다. 주어진 시간 기간 동안 움직임이 없을 때, 전등들이 꺼진다.

이 솔루션에서의 문제점은 각각의 움직임 센서가 전력을 필요로 한다는 것이다. 이것은 각각의 센서가 AC 전력 네트워크에 하드와이어링되거나, 또는 배터리를 포함해야 함을 의미한다. 이것은 모든 애플리케이션들에 실용적인 것은 아닐 수 있다. 각각의 센서는 또한 방안의 전등들의 동작을 제어할 방법을 가져야 한다.

현재의 경향은 무선 센서들을 구현하는 것이다. 그러나, 이 경우 "무선"이란 용어는 장치의 통신부만을 일컫는다. 장치를 위한 전력은 여전히 AC 전력 네트워크 또는 배터리들과 같은 전통적인 소스들(sources)로부터 유도되어야만 한다.

<개요>

본 발명은 각각의 센서에 대한 하드와이어링된 접속의 필요성을 제거한다. 장치를 위한 전력은 무선 전력 네트워크로부터 유도된다. 이 전력은 장치에 직접 전력공급(to directly power)을 하거나, 또는 내부 배터리를 재충전하거나 또는 증대시키기 위해 이용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 장치는 통신 및 전력공급 측면 둘다에서 무선으로 된다. 본 발명의 상세한 명세들은 하기에서 상세히 설명된다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 제1 영역에서 원형 편광 파들(circularly polarized waves)로 전력을 송신하는 제1 노드(node)를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 편광성(polarization)을 갖는 RF 수신 안테나를 갖는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 제1 영역에서 타원형 편광 파들(elliptically polarized waves)로 전력을 송신하는 제1 노드를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 영역에서 제1 노드로부터 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역에서 제2 노드로부터 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계가 있다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 편광성(polarization)을 갖는 RF 수신 안테나를 갖는 수신기에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 영역에서 제1 노드로부터 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역에서 제2 노드로부터 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계가 있다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 제1 영역에서 이중 편광 파들(dual polarized waves)로 전력을 송신하는 제1 노드를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 영역에서 제1 노드로부터 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역에서 제2 노드로부터 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 단계가 있다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 제1 영역에서 제1 주파수로 전력을 송신하기 위한 컴포넌트들을 갖는 제1 노드를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 제2 주파수로 전력을 송신하기 위한 컴포넌트들을 갖는 제2 노드를 포함한다. 제1 노드와 제2 노드의 컴포넌트들에 있어서의 공차들(tolerances)에 기인하여 제2 주파수는 제1 주파수와 다르다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 영역에서 제1 노드의 제1 주파수의 컴포넌트들로 전력을 송신하는 단계를 포함한다. 제2 영역에서 제2 노드의 제2 주파수의 컴포넌트들로 전력을 송신하는 단계가 있다. 제1 노드와 제2 노드의 컴포넌트들에 있어서의 공차들에 기인하여 제2 주파수는 제1 주파수와 다르다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 제1 영역에서 제1 편광으로 전력을 송신하는 제1 노드를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 제2 편광으로 전력을 송신하는 제2 노드를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 제1 영역에서 제1 편광 벡터들을 갖는 전력을 송신하는 제1 노드를 포함한다. 네트워크는 제2 영역에서 제2 편광 벡터들을 갖는 전력을 송신하는 제2 노드를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크에 관한 것이다. 네트워크는 복수의 송신기들을 포함하고, 복수의 송신기들은 함께 합쳐 제1 토탈 송신 전력(total transmitted power)을 이용하고, 제2 토탈 송신 전력을 이용하는 단일 전력 송신기 전력 커버리지 영역과 동등한 전력 커버리지 영역을 얻고, 제1 토탈 송신 전력은 제2 토탈 송신 전력보다 낮다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 함께 합쳐 제1 토탈 송신 전력을 이용하는 복수의 송신기들로 제2 토탈 송신 전력을 이용하는 단일 전력 송신기 전력 커버리지 영역과 동등한 전력 커버리지 영역을 얻는 단계들을 포함하고, 제1 토탈 송신 전력은 제2 토탈 송신 전력보다 낮다. 복수의 송신기들 중 적어도 하나로부터의 전력을 전력 커버리지 영역 내의 수신기에 의해 수신하는 단계가 있다.

본 발명은 전력 송신용 시스템에 관한 것이다. 시스템은 수신기 안테나를 포함하는 수신기를 포함한다. 시스템은 송신기 안테나를 포함하는 RF 전력 송신기를 포함한다. RF 전력 송신기는 RF 전력을 송신한다. RF 전력은 다중 편광 성분들을 포함하고, 수신기는 RF 전력을 DC로 변환한다.

본 발명은 침입자들을 감지하는 보안 시스템에 관한 것이다. 보안 시스템은 파라미터에 대해 배치된 침입자들을 감지하는 복수의 센서들을 포함하고, 각각의 센서는 RF 무선 에너지를 수신하고 센서에 전력공급을 하기 위해 RF 무선 에너지를 전류로 변환하는 RF 무선 수신기를 갖는다. 보안 시스템은 무선 RF 에너지를 수신기들에 제공하는 복수의 송신기들을 포함한다.

본 발명은 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 송신기 안테나를 갖는 RF 전력 송신기로 다중 편광 성분들을 갖는 RF 전력을 무선으로 송신하는 단계들을 포함한다. 수신기 안테나를 갖는 수신기에서 무선 RF 전력을 수신하는 단계가 있다. 수신기에 의해 RF 전력을 DC로 변환하는 단계가 있다.

도 1은 다중 커버리지 영역들을 갖는 전력 네트워크를 도시하며, 하나의 수신기가 각각의 커버리지 영역 내에 있다.

도 2는 도 1에 도시된 전력 네트워크를 도시하며, 하나보다 많은 수신기가 각각의 커버리지 영역 내에 있다.

도 3은 다중 커버리지 영역들을 결합하여 더 큰 커버리지 영역을 제공하는 전력 네트워크를 도시한다.

도 4는 커버리지 영역 내의 데드 스폿(dead spot)을 나타낸다.

도 5는 제어기와 함께 구현된 전력 네트워크를 도시한다.

도 6A는 가능한 제어기들의 두개의 블록도들을 도시한다.

도 6B는 원형 편광된 안테나 벡터를 도시한다.

도 7은 타원형 편광된 안테나 벡터를 나타낸다.

도 8은 다중 커버리지 영역들을 생성하기 위해 이용되는 다중 안테나들을 갖는 소스(source)를 구비한 전력 네트워크를 도시한다.

도 9는 다중 커버리지 영역들을 생성하기 위해 이용되는 다중 안테나들을 갖는 소스와 제어기를 구비한 전력 네트워크를 도시한다.

도 10은 전력 네트워크를 실시하기 위한 방(room)을 도시한다.

도 11은 도 9에 도시된 방에 대한 패치 안테나 커버리지 영역(patch antenna coverage area)을 도시한다.

도 12는 코너들 중 하나에 단일 패치 안테나를 갖는 도 9에 도시된 방의 커버리지를 도시한다.

도 13은 도 9에 도시된 방 내의 전력 네트워크를 도시한다.

도 14는 다중 송신기들, 다중 제어기들, 및 다중 커버리지 영역들을 생성하기 위해 이용되는 다중 안테나들을 갖는 전력 네트워크를 도시한다.

도 15는 36' x 30' 방의 중앙에 위치된 20-와트(watt) 송신기에 대한 커버리지를 나타낸다.

도 16은 도 15의 방에 위치된 4개의 5-와트 송신기들에 대한 커버리지를 나타낸다.

도 17은 단일 20-와트 송신기와 동등한 전력 커버리지를 제공하기 위해 4개의 2.5-와트 송신기들에 대한 커버리지를 나타낸다.

도 18은 하나보다 많은 안테나를 갖는 송신기 안테나를 도시한다.

도 19는 보안 시스템을 도시한다.

도 20은 하나의 MCU 또는 CPU와, 메모리를 갖는 제어기를 도시한다.

도 21은 센서 내의 송신기를 도시한다.

도 22는 장치에 직접 전력공급을 행하는 수신기를 도시한다.

본 발명의 완전한 이해는 모든 부분에 걸쳐 유사 참조 문자들이 유사 구성요소들을 식별하는 첨부 도면들을 참조할 때 다음의 상세한 설명으로부터 구해질 것이다.

이하 설명의 목적상, "상부", "하부", "우측", "좌측", "수직", 수평", "탑", "바텀"이란 용어들, 및 그 파생어들은 도면들에서 배향되는 본 발명에 관련될 것이다. 그러나, 본 발명은 달리 명시적으로 지정하는 경우를 제외하고, 다양한 대안적인 변형들과 단계 시퀀스들을 가정할 수 있다. 또한, 첨부 도면들에 도시되고 다음의 명세서에서 설명되는 특정 장치들과 프로세스들은 본 발명의 단지 바람직한 실시예들이다. 그러므로, 본 명세서에서 개시된 실시예들과 관련된 특정 디멘전들(dimensions)과 물리적 특성들은 제한적인 것으로 고려되어서는 안 된다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워크(10)에 관련된다. 네트워크(10)는 제1 영역(26)에서 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제1 노드(14)를 포함한다. 네트워크(10)는 제2 영역(28)에서 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드(16)를 포함한다.

노드(node)는 바람직하게 RF 파들의 에너지 발산점(point of energy emanation)이다. 노드는 커버리지 영역의 외부의(가능하면 다른 커버리지 영역 내의) 송신기(20)와 통신하는 안테나(22)와; 커버리지 영역의 내부의 송신기(20)와 통신하는 안테나(22); 또는 안테나(22) 및 송신기(20)를 포함하는 장치를 포함할 수 있다. 노드는 또한 도 5에 도시된 바와 같은, 제어기(36)를 포함할 수 있다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 편광성을 갖는 RF 수신 안테나(22)를 갖 는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워크(10)에 관련된다. 네트워크(10)는 제1 영역(26)에 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제1 노드(14)를 포함한다.

네트워크(10)는 제2 영역(28)에 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드(16)를 포함한다.

바람직하게, 편광 파들은 RF 수신 안테나(22)의 편광성의 확률에 의해 설정된 축비율(axial ratio)을 갖는 편광 벡터들을 갖는다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신 방법에 관련된다. 방법은 제1 영역(26)에서 제1 노드로부터 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역(28)에서 제2 노드(16)로부터 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계가 있다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 편광성을 갖는 RF 수신 안테나를 갖는 수신기(12)에 대한 전력 송신 방법에 관련된다. 방법은 제1 영역(26)에서 제1 노드(14)로부터 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역(28)에서 제2 노드(16)로부터 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계가 있다.

바람직하게, 편광 파들은 RF 수신 안테나(22)의 편광성의 확률에 의해 설정된 축 비율을 갖는 편광 벡터들을 갖는다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워크(10)에 관련된다. 네트워크(10)는 제1 영역(26)에서 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 제1 노드(14)를 포함한다. 네트워크(10)는 제2 영역(28)에서 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드(16)를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신 방법에 관련된다. 방법은 제1 영역(26)에서 제1 노드(14)로부터 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역(28)에서 제2 노드(16)로부터 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 단계가 있다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워크(10)에 관한 것이다. 네트워크(10)는 제1 영역(26)에서 제1 주파수로 전력을 송신하기 위한 컴포넌트들을 갖는 제1 노드(14)를 포함한다. 네트워크(10)는 제2 영역(28)에서 제2 주파수로 전력을 송신하기 위한 컴포넌트들을 갖는 제2 노드(16)를 포함한다. 제1 노드(14)와 제2 노드(16)의 컴포넌트들에 있어서의 공차들에 기인하여 제2 주파수는 제1 주파수와 다르다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 영역(26)에서 제1 노드(14)의 제1 주파수의 컴포넌트들로 전력을 송신하는 단계들을 포함한다. 제2 영역(28)에서 제2 노드(16)의 제2 주파수의 컴포넌트들로 전력을 송신하는 단계가 있다. 제1 노드(14)와 제2 노드(16)의 컴포넌트들에 있어서의 공차들에 기인하여 제2 주파수는 제1 주파수와 다르다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워크(10)에 관한 것이다. 네트워크(10)는 제1 영역(26)에서 제1 편광으로 전력을 송신하는 제1 노드(14)를 포함한다. 네트워크(10)는 제2 영역(28)에서 제2 편광으로 전력을 송신하는 제2 노드(16)를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워 크(10)에 관한 것이다. 네트워크(10)는 제1 영역(26)에서 제1 편광 벡터들을 갖는 전력을 송신하는 제1 노드(14)를 포함한다. 네트워크(10)는 제2 영역(28)에서 제2 편광 벡터들을 갖는 전력을 송신하는 제2 노드(16)를 포함한다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신용 네트워크(10)에 관한 것이다. 네트워크(10)는 복수의 송신기들(20)을 포함하고, 복수의 송신기들(20)은 함께 합쳐 제1 토탈 송신 전력을 이용하고, 제2 토탈 송신 전력을 이용하는 단일 전력 송신기(20) 전력 커버리지 영역과 동등한 전력 커버리지 영역을 얻고, 제1 토탈 송신 전력은 제2 토탈 송신 전력보다 낮다.

본 발명은 전력을 전류로 변환하는 수신기(12)에 대한 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 함께 합쳐 제1 토탈 송신 전력을 이용하는 복수의 송신기들(20)로, 제2 토탈 송신 전력을 이용하는 단일 전력 송신기(20) 전력 커버리지 영역과 동등한 전력 커버리지 영역을 얻는 단계들을 포함하고, 제1 토탈 송신 전력은 제2 토탈 송신 전력보다 낮다. 복수의 송신기들 중 적어도 하나로부터의 전력을 전력 커버리지 영역 내의 수신기(12)에 의해 수신하는 단계가 있다.

본 발명은 도 14에 도시된 바와 같은, 전력 송신용 시스템(66)에 관한 것이다. 시스템(66)은 수신기(12) 안테나(22)를 포함하는 수신기(12)를 포함한다. 시스템(66)은 송신기(20) 안테나(22)를 포함하는 RF 전력 송신기(20)를 포함한다. RF 전력 송신기(20)는 RF 전력을 송신한다. RF 전력은 다중 편광 성분들을 포함하고, 수신기(12)는 RF 전력을 DC로 변환한다.

RF 전력은 데이터를 포함할 수 있거나 포함할 수 없을 수 있다. RF 전력 송 신기(20)는 RF 전력의 송신을 펄스(pulse)할 수 있다. 송신기(20) 안테나(22)는 도 18에 도시된 바와 같은 하나보다 많은 안테나(22)를 포함할 수 있다. 수신기(12)는 도 21에 도시된 바와 같이, 센서(61)에 포함될 수 있다. RF 전력은 적어도 하나의 전력 저장 컴포넌트(59)를 충전하기 위해 이용될 수 있다. 시스템(66)은 하나보다 많은 수신기(12)를 포함할 수 있다. RF 전력은 도 19에 도시된 바와 같이, 장치에 직접 전력공급을 하기 위해 이용될 수 있다.

시스템(66)은 도 20에 도시된 바와 같이, 안테나(22)의 편광성을 스위칭하는 송신기(20)에 접속된 제어기(36)를 포함할 수 있다. 제어기(36)는 CPU(55) 또는 MCU 및 메모리(40)를 포함할 수 있다. 시스템(66)은, 도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 제어기들(36) 및 복수의 송신기들(20)을 포함할 수 있고, 복수의 제어기들(36) 중 하나는 복수의 송신기들(20) 중 하나와 연관되고, 제어기들(36)은 주어진 시간에 각각의 송신기(20)의 편광성을 코디네이트(coordinate)하기 위해 서로 통신한다. 각각의 송신기(20)는 그것이 송신하고 있는 연관된 영역을 가질 수 있고, 제어기(36)는 그의 연관된 송신기(20)가 송신하고 있는 영역의 모양 또는 편광성 또는 주파수를 제어한다.

제어기들(36)은 RF 전력의 송신에 관련된 펄싱 네트워크(10)를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 각각의 송신기(20)가 상이한 주파수에서 송신하는 복수의 송신기들(20)이 있을 수 있고, 각각의 송신기(20)는 정확히 동일한 컴포넌트들, 값들, 및 설계를 갖는다.

본 발명은 도 19에 도시된 바와 같이, 침입자들을 감지하는 보안 시스템(66) 에 관련된다. 보안 시스템(66)은 파라미터에 대해 배치된 침입자들을 감지하는 복수의 센서들(61)을 포함하고, 각각의 센서(61)는 RF 무선 에너지를 수신하고 센서(61)에 전력공급을 하기 위해 RF 무선 에너지를 전류로 변환하는 RF 무선 수신기(12)를 갖는다. 보안 시스템(66)은 무선 RF 에너지를 수신기들(12)에 제공하는 복수의 송신기들(20)을 포함한다.

본 발명은 전력 송신 방법에 관한 것이다. 방법은 송신기(20) 안테나(22)를 갖는 RF 전력 송신기(20)로 다중 편광 성분들을 갖는 RF 전력을 무선으로 송신하는 단계들을 포함한다. 수신기(12) 안테나(22)를 갖는 수신기(12)에서 무선 RF 전력을 수신하는 단계가 있다. 수신기(12)에 의해 RF 전력을 DC로 변환하는 단계가 있다.

섹션 1

더 상세하게는, 본 발명의 작용에 있어서, RF 전력 수확(RF power harvesting) 또는 RF 에너지 수확의 목적을 위해 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 에너지를 이용하여 정적인 장치들 및 모바일 장치들에 전력을 공급하기 위해, 셀룰러 전화망과 유사한 기반구조(infrastructure)를 확립하는 것이 필수적이다. 네트워크(10)는 많은 다른 형태들을 취할 수 있다.

간단한 형태는 주어진 영역 내의 단일 송신기(20)와 단일 수신기(12)이다. 도 1과 같이, 본 발명에 따른 네트워크(10)는 제1 영역(26)(영역 1)과 제2 영역(28)(영역 2)에 걸쳐 각각 커버리지(전력공급)를 제공하기 위해 제1 노드(14)(제1 송신기(TX1)로 실시됨)와 제2 노드(제2 송신기(TX2)로 실시됨)를 포함한다. 비 록 영역이란 용어가 이용되고 도면들에 도시되지만, 커버리지 영역은 면적 또는 부피일 수 있다.

이것은 TX1이 제1 수신기(12) RX1과 같은 그의 커버리지 영역 내의 장치에 직접 전력공급을 하거나 또는 전하 저장 컴포넌트를 재충전할 목적을 위해 그 장치에 전력을 배달하는 것을 허용한다. 마찬가지로, TX2는 RX2와 같은 그의 커버리지 영역 내의 장치에 직접 전력공급을 하거나 또는 전하 저장 컴포넌트를 재충전할 목적을 위해 그 장치에 전력을 배달할 수 있다. 전력공급될 장치는 제1 영역(26)으로부터 제2 영역으로 이동하거나 그 역으로 이동하는 장치일 수 있다. 또한, 하나보다 많은 장치가, 예를 들면 각각의 커버리지 영역 내의 장치가 네트워크(10)에 의해 전력공급될 수 있다. 또한, 각각의 커버리지 영역 내의 하나보다 많은 장치가 전력공급될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 장치는 제1 수신기 RX1을 포함할 수 있고, 제2 장치는 제2 수신기 RX2를 포함할 수 있고, 제3 장치는 제3 수신기 RX3을 포함할 수 있다. 수신기들 RX1, RX2, 등은 안테나(22)를 포함한다. 수신기들(12)은 전력을 캡처하고 이용가능한 형태, 예를 들면 직류(direct current: DC)로 변환하도록 설계되나 그것으로 제한되는 것은 아니다. 수신기들(12)은, 바람직하게, 안테나(22)와 정류기를 포함한다. "Method and Apparatus for High Efficiency Rectification for Various Loads"라는 제목의 미국특허출원 제11/584,983호가 본 명세서에 참초로 포괄되는데, 이것은 본 발명과 함께 이용될 수 있는 수신기를 설명한다.

커버리지 영역들은 최소의 전기 및/또는 자기 필드의 강도 또는 최소 전력 밀도에 의해 정의된다. 예로서, 도 1의 영역 1은 송신기(1)(Tx1)에 의해 생성되는 전기 필드의 강도가 2V/m보다 큰 영역으로서 정의될 수 있다.

도 1에 있어서의 TX1과 TX2는 RF 송신기(20)와 안테나(22)를 포함한다는 것에 유의한다. 후속의 도면들은 동일한 송신기(20) 블록을 이용할 수 있거나, 또는 특별히 송신기(20)가 다중 안테나들(22)을 구동하고 있을 때는 송신기(20)와 안테나(22)를 분리할 수 있다. 다중 안테나들(22)을 구동할 때, 송신기(20)는 소스(source)로서 또는 RF 전력 송신 소스로서 일컬어질 수 있고 전력(48)을 라우팅하기 위한 스위치, 스플리터(splitter), 또는 다른 장치를 포함할 수 있다.

섹션 2

네트워크(10)가 단일 영역 내의 다중 장치들에 전력을 제공하는 것도 가능하다. 도 2에서와 같이, 송신기(1)(TX1)와 송신기(2)(TX2)는 영역 1과 영역 2를 각각 제공한다. 이것은 TX1이 RX1 내지 RXn과 같은 그의 커버리지 영역 내의 장치들에 전력을 제공하도록 허용한다. 마찬가지로, TX2는 RX1 내지 RXn과 같은 그의 커버리지 영역 내의 장치들에 전력을 제공할 수 있다.

섹션 3

요구되는 커버리지 영역(33)이 단일 송신기(20)에 대해 너무 커질 때, 다중 영역들은 병합 또는 중첩할 수 있어서, 단일 송신기(20)로부터의 임의의 단일 커버리지 영역보다 더 큰 커버리지 영역을 생성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 영역(26)(영역 1), 제2 영역(28)(영역 2), 제3 영역(30)(영역 3), 및 제4 영역(32)(영역 4)은 각각의 개별적인 영역보다 더 큰 동등한(또는 요구되는) 커버리 지 영역(33)을 제공하기 위해 배열된다. 이 배열에서, 각각의 수신기(12)는 영역 중첩에 기인하여 다중 송신기들(20)에 의해 전력공급될 수 있다. 영역 중첩은 두개 이상의 송신기들(20)이 주어진 포인트에서 영역들을 정의하기 위해 이용되는 최소값보다 더 큰 필드 강도를 생성할 수 있을 때 일어난다. 예를 들어, 수신기 RX3은 TX1과 제3 송신기 TX3 둘다로부터 전력을 수신할 것이다. 영역들을 병합하는 이러한 개념은 더 큰 영역들 및 상이한 전체 커버리지 배열들(즉, 원이 아님)을 커버하기 위해 무한적으로 확장될 수 있다.

셀룰러 전화망에서, 영역 중첩은 네트워크 성능에 불리하다. 그러나, RF 전력의 송신에 있어서, 영역(셀) 중첩은 네트워크(10) 성능에 불리하지 않다. 세룰러 전화망들은 데이터 충돌들에 기인한 중첩에 대한 문제들을 갖는다. RF 전력망들(10)에서의 데이터의 결여는 이러한 문제없이 셀 중첩을 허용한다.

발생하는 하나의 문제는 위상 상쇄(phase cancellation)이다. 이것은 두개의 전자기(EM) 파들이 상쇄 간섭할(destructively interfere) 때 유발된다. 이 간섭은 데드 스폿들(dead spots)을 유발할 수 있다. 데드 스폿들은 필드 강도가 정의된 최소값보다 낮은 영역들이다. 위상 상쇄는 정의된 영역 내의 데드 스폿들을 유발할 수 있다.

예를 들어, 송신기가 20 피트(feet) 거리에서 요구되는 필드 강도를 수신기(12)에 공급할 수 있어야 한다. 그러나, 수신기(12)를 포함하는 장치가 송신기로부터 20 피트의 반경에서 테스트된다면, 장치가 20피트에서 작동할 것이나, 필드 강도가 너무 낮아서 장치를 작동시킬 수 없는 영역이 7피트와 11 피트 사이에 있다 는 것이 발견될 수 있다. 이 영역은 데드 스폿(38)이라고 일컬어진다. 이 예는 도 4에 도시된다.

이 문제와 싸울 몇가지 방법들이 있다. 간단한 셀룰러망과 유사한 한가지 방법은, 상이한 주파수들 또는 채널들 상에서 중첩하는 영역들의 송신기들을 갖는 것이다. 다른 솔루션은 중첩하는 영역들의 송신기들이 수평과 수직과 같은 상이한 편광들로 중첩하는 영역들의 송신기들을 갖는 것일 수 있다. 표 1은 데드 스폿들을 완화하기 위해 어떻게 도 3의 네트워크(10)가 구현될 수 있는지를 설명한다.

도 3에서 네트워크에 대해 데드 스폿들을 완화시키는 방법들

방법	TX1	TX2	TX3	TX4
비중첩 주파수들	주파수 1	주파수 2	주파수 2	주파수 1
비중첩 편광	수평 편광	수직 편광	수직 편광	수평 편광

또한, 안테나(22)가 중첩하는 영역의 편광성을 취하지 않으면서 수평으로부터 수직으로 반복적인 방식으로 스위칭하도록, 주어진 커버리지 영역(26, 28, 30, 32)에서 안테나(22)의 편광성을 교대시키는 것도 가능할 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 송신기들(20) 및/또는 안테나들(22)의 동작을 감독하기 위해 제어기(36)가 네트워크(10)에 도입되어야 한다. 도 5는 이 제어기(36)가 실시될 수 있는 한가지 방법을 나타낸다.

이 예에서, 마스터 제어기(36)는 네트워크(10) 내의 모든 송신기들(20) 및/또는 안테나들(22)를 제어하기 위해 이용된다. 제어기(36)의 한가지 구현은 도 20에 도시된 바와 같은, 중앙 처리 장치(CPU(55)) 마이크로콘트롤러 장치(MCU) 또는 메모리(40)를 포함할 것이다. 이것은 마이크로프로세서 또는 간단히 표준 컴퓨터를 이용하여 실현될 수 있다. 제어기(36)의 출력은 각각의 송신기(20) 및/또는 안테나(22)에 접속될 것이고, 이들 각각은 데이터를 수신하고 원하는 효과를 실시하기 위한 수단을 포함할 것이다.

제어기(36)로부터의 통신 링크는 유선 접속 또는 무선 링크를로 구현될 수 있다. 무선 링크가 이용될 때, 제어기(36)는 도 6A에 도시된 바와 같은 트랜시버(44) 및 통신 안테나(23)를 포함한다. 각각의 송신기(20) 및/안테나(22)는 또한 데이터를 수신 및 송신하기 위해 트랜시버(44) 및 통신 안테나(23)를 포함한다.

스위칭 방법들을 구현하기 위한 다른 방법은 각각의 송신기(20) 또는 노드에 제어기(36)를 일체화시키는 것일 수 있다. 그러면 제어기(36)는 유선 접속을 통해 또는 무선 링크를 이용하여 통신할 수 있다. 이 제어기(36) 장치들은 도 6A에 도시된다. 제어기(36) 장치들은 송신기(20) 및/또는 안테나(22)에 일체화될 수 있어서, 제어기(36)의 MCU 또는 CPU(55)가 데이터를 수신 및 송신할 수 있고 또한 송신기(20) 및/또는 안테나와 통신함에 의해 원하는 효과를 실시할 수 있는 수단이 될 것이다.

독립형(stand-alone)이거나 또는 각각의 송신기(20) 또는 노드에 일체화된 제어기(36)에 의해 주어진 부가된 기능은 더 정밀한 방법들이 데드 스폿들을 제거하도록 해준다. 제어기(36)를 도입함으로써, 각각의 영역은 다른 것들의 동작에 관한 지식을 갖는다. 이러한 이유 때문에, 이제 영역들의 주파수, 편광성, 및/또는 형태를 변경하는 것이 가능하다. 또한, 펄싱 네트워크(10)로 각각의 송신기(20)를 턴 온(turn on) 및 턴 오프(turn off)하는 것도 가능하다. 표 2는 도 5 및 14의 네트워크(10)를 이용하여 데드 스폿들을 제거하는 가능한 방법들의 몇가지를 요약한다.

도 5 및 도 14의 네트워크에 대한 데드 스폿들을 완화시키는 방법들

방법	시간 기간	TX1	TX2	TX3	TX4
비중첩 주파수들	시간 1	주파수 1	주파수 2	주파수 2	주파수 1
	시간 2	주파수 2	주파수 1	주파수 1	주파수 2
	시간 3	주파수 1	주파수 2	주파수 2	주파수 1
	기타
비중첩 편광	시간 1	수평 편광	수직 편광	수직 편광	수평 편광
	시간 2	수직 편광	수평 편광	수평 편광	수직 편광
	시간 3	수평 편광	수직 편광	수직 편광	수평 편광
	기타
펄싱	시간 1	온	오프	오프	오프
	시간 2	오프	온	오프	오프
	시간 3	오프	오프	온	오프
	시간 4	오프	오프	오프	온
	시간 5	온	오프	오프	오프
	기타

예를 들어, 도 5의 네트워크(10)는 침입자들을 감지하기 위해 원자력 발전소에서 경계 센서들(perimeter sensors)(61)에 전력을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 4개의 송신기들이 전체 펜스(fence) 라인에 걸친 커버리지(요구되는 커버리지 영역(33))를 제공하기 위해 배열될 수 있다. 안테나들(22)은 타워들(towers)에 탑재될 수 있고 지향성 또는 무지향성 패턴들을 생성할 수 있다. 각각의 중첩하는 영역은 개별적인 채널 상에 배치될 수 있다. 비록 채널들을 충분히 가깝게 유지하여 동일한 안테나(22) 설계가 각각의 송신기(20)에 이용될 수 있도록 하는 것이 유리하지만, 채널 주파수들은 간섭을 피하기 위해 충분히 이격되어야 한다. 보안 시스템(66)을 나타내는 도 19를 참조한다.

하나보다 많은 주파수를 갖는 다소 쉬운 방법은 정확히 동일한 컴포넌트 값들과 설계를 이용하여 각각의 송신기(20)를 제조하는 것이다. 당업자는, 모든 컴포넌트들은 컴포넌트별로 상이한 약간의 제조 편차들과 온도 변화에 대한 의존성에 기초하여, 예를 들면 +/- 1 또는 5 퍼센트와 같은 공차들을 갖는다는 것을 알고 있다. 그러므로, 동일한 컴포넌트들 및 설계를 갖는 하나보다 많은 송신기(20)의 제조는 제조 편차들 및 공차들에 기인하여 주파수 생성기에 의해 생성되는 주파수 및 출력되는 신호의 진폭에 있어서 약간의 변동을 갖는 송신기들(20)을 초래할 것이다. 이 변동들은 무관하게 제조되는 컴포넌트들로부터 초래될 수 있거나 또는 이 변동들은 송신기(20)가 다른 송신기들보다 약간 더 데워지는 위치에 배치되는 하나의 송신기(20)의 결과일 수 있다. 동일한 컴포넌트들과 설계를 갖는 송신기들(20) 사이의 약간의 차이들은 컴포넌트들의 공차들 및 설계에 기초하여 본질적으로 송신기들(20)을 약간 상이한 주파수들 또는 채널들 상에 놓을 것이다. 주파수에 있어서의 약간의 차이는 공간 내의 주어진 포인트에서, 다중 송신기들(20)로부터의 신호들이 송신된 주파수의 약간의 차이에 기인하여 동상과 이상으로 계속해서 드리프팅(drifting)할 것인데, 이는 특정 시점에서 두개의 송신된 신호들이 상쇄 간섭을 할 것인 반면 나중에 두개의 송신된 신호들이 보강 간섭을 할 것임을 의미한다. 따라서, 평균 수신된 RF 전력은 두개의 송신된 신호들 사이에 간섭이 없던 것과 동일할 것이다.

표 2와 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 커버리지 영역 내의 모든 가능한 평면들은 전력 네트워크(10) 내의 RF 전력 송신기들(20)이 RF 전력 송신용 안테나(22)에 대해 상이한 편광들을 이용하게 하고, 그에 따라 전력이 모든 평면들 내에 제공되게 함으로써, 가용의 RF 전력을 갖는다. 전력을 모든 평면들에 제공하기 위한 네트워크 설계의 다른 방식은 RF 전력을 송신하기 위해 원형 편광 안테나들(22)을 이용하는 것이다. 원형 편광 안테나(22)는 회전하는 신호를 출력하여, 수평 및 수직 두 평면들과, 그들 사이의 모든 평면들에 출력 신호를 본질적으로 동등하게 분포시킨다. 원형 편광 안테나(22)의 출력은 크기에서 동일한 수평 또는 X축, 그리고 수직 또는 Y축을 갖는 원형 주위로 스핀(spin)하는 벡터로서 기술될 수 있다. RF 전력 송신기(20)에 의해 안테나(22)에 공급되는 단지 유한한 양의 전력이 있으므로, X 방향에서 가용의 전력과 Y 방향에서 가용의 전력은 RF 전력 송신기(20)에 의해 안테나(22)에 공급되고 있는 전력의 총량으로 가산하여야 한다. 원형 편광에서, X축과 Y축은 크기가 동일하여, 각각의 축은 RF 전력 송신기(20)에 의해 안테나(22)에 공급되는 전력의 절반을 가질 것이고, 그 크기들은 RF 전력 송신기(20)에 의해 안테나(22)에 공급되는 토탈 전력으로 더해진다. 원형 편광에서, X축과 Y축은 크기가 같기 때문에, 안테나(22) 벡터가 어떤 식으로 원 상에서 가리키는지에 상관없이 안테나(22) 벡터는 동일한 크기를 가질 것이다. 이 벡터들은 도 6B에서 볼 수 있다.

그러한 안테나(22)를 구현하기 위해 2개의 방식들, 즉 오른손 편광(right handed polarization: RHP)과 왼손 편광(left handed polarization: LHP)이 있다. 이것은 안테나(22) 벡터가 상기와 같이 X축과 Y축에 의해 정의된 원 주위를 스핀하는 방향을 일컫는다. RHP에서, 안테나(22) 벡터는 전력 전파 방향에 마주하는 시각에서 시계 방향 회전으로 스핀한다. LHP에서, 안테나(22) 벡터는 전력 전파 방향에 마주하는 시각에서 반시계 방향 회전으로 스핀한다. 그들은 서로 반대여서, RHP로 셋업된 안테나(22)는 LHP 안테나(22)로부터의 신호들을 수신할 수 없고, 그 역도 마찬가지이다.

유사한 방식으로 실현될 수 있는 편광은 타원형 편광이다. 타원형 편광은 타원의 X축과 Y축이 동일하지 않다는 점을 제외하고는, 벡터가 타원 주위를 스핀하기 때문에, 원형 편광이 위에서 설명되었던 것과 동일한 방식으로 설명될 수 있다. 이제 명백한 바와 같이, 원형 편광은 축 비율이 1인, 타원형 편광의 특수한 타입이다. 축 비율은 타원형 편광 안테나들(22)에 대한 명세로서 이용되고 축들의 비율을 기술하는 수치적인 표현이다. 축 비율은 원형 편광 안테나(22)에 대해 적어도 1:1이 축 비율이 되도록 정의된다. 정의상 축 비율은 1보다 작을 수 없기 때문에, 큰 크기의 축을 다른 축의 크기로 나눈 것으로 결과가 얻어진다. 이것은 4의 축 비율은 X축으로 4 단위의 크기를 가지나 Y축으로 1의 크기만을 가질 수 있음을 의미한다. 또는, 축 비율 4는 Y축에서 8 단위의 크기를 가지나, X축에서 2의 크기만을 가질 수 있다. 원형 편광 안테나(22)의 다른 파라미터는 틸트각(tilt angle)인데, 이것은 타원의 최대 반경인 X축에 대한 각도이다.

원형 편광 안테나(22)에서와 같이, 안테나(22) 벡터는 둘 중 어느 한 방향으로 스핀할 수 있어서, 안테나(22)를 RHP 또는 LHP로 만든다. 또한, 타원형 편광 안테나(22)의 각각의 축의 크기들은 RF 전력 송신기(20)에 의해 안테나(22)에 공급되는 총 전력으로 가산한다. 그러나, 축들의 크기들은 동일하지 않아서, 벡터가 타원 주위를 스핀할 때, 특정 평면에서 더 많은 전력이 그 평면에 수직한 평면에서보다 가용적일 것이다. 이것은 하나의 평면 내에 있는 RF 전력-수신 장치 상의 선형 편광 안테나(22)의 확률이 수직한 평면 내에 있는 동일한 안테나(22)의 확률보다 크다는 것이 알려진 시스템(66)에 유용하다. 전력의 대부분은 안테나(22)가 그의 최대 있을 법한 위치에 있을 때 가용이지만, 그의 최대 있을 법한 위치에 있지 않게 되어도, 장치는 여전히 전력을 수신할 수 있다. 타원형 편광 안테나(22)가 도 7에 도시된다.

그러므로, 본 발명은 송신하는 타원의 축 비율이 RF 전력 수신 안테나(22)의 편광성의 확률에 의해 설정되는 RF 전력의 송신용 타원형 편광 안테나들(22)을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 수신하는 안테나(22)가 수직 편광일 확률 0.75를 갖고 수평 편광일 확률 0.25를 갖는다면, 송신되는 전력의 0.75배가 수직 편광 벡터에 놓일 것이고 송신되는 전력의 나머지 0.25배가 수평 편광 벡터에 놓일 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 일반적으로, 편광 벡터들에 놓인 전력의 양은 그 평면 내에 배향되는, 또는 예를 들어 그 평면으로부터 45도와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 소정의 각도 내로 배향되는 수신 안테나(22)의 확률에 의해 직접 설정된다.

예를 들어, RF 전력 수확(harvesting)을 이용하는 셀룰러 폰을 재충전할 때, 예를 들면 셀룰러 폰이 사용중인 때나 또는 셀룰러 폰이 누군가의 벨트에 고정되어 있는 때와 같이, RF 전력 수확 안테나(22)가 수직으로 배치되도록 셀룰러 폰이 위치될 확률은, RF 전력 수확 안테나(22)가 수평 평면에 배치되도록 셀룰러 폰이 누군가의 포켓에 배치될 확률보다 더 높다. 그러므로, 수직 평면에서 송신되는 RF 전력의 양은 수평 평면에서 송신되는 RF 전력의 양보다 더 클 수 있어서 셀룰러 폰에 더 많은 전력을 공급할 확률을 증가시킨다.

네트워크(10)는 모든 RF 전력 송신 안테나들(22)이 동일한 편광, 예를 들면 RHP 또는 LHP를 갖도록, 또는 상이한 편광들을 갖는 상이한 RF 전력 송신 안테나들(22)을 갖도록, 표1과 표2에 도시된 것과 유사하게 RHP와 LHP 사이에서 교번할 수 있는 RF 전력 송신 안테나들(22)을 갖도록 셋업될 수 있다. 또한, 특정 평면 또는 영역에 더 큰 커버리지를 제공하기 위해 타원형 편광된 RF 전력 송신 안테나들(22)을 선형 편광된 RF 전력 송신 안테나들(22)과 혼합하는 것도 가능하다. RF 전력 네트워크들(10)에서 RF 전력 송신 안테나들(22)을 위해 이용될 수 있는 RF 전력 송신 안테나(22)의 다른 형태들이 있고, 이중 편광, 이중-원형 편광, 이중-타원형 편광, 또는 임의의 다른 회전하는 혹은 회전하지 않는 편광들을 포함하지만 이것으로 제한되지는 않는다. 또한, 전력 네트워크(10) 내의 하나의 RF 전력 송신기가 상이한 편광들을 제각기 갖는 다중 RF 전력 송신 안테나들(22)을 갖는 것도 가능하다.

원형, 타원, 또는 이중과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 편광의 X축 및 Y축 편광 성분들은, 각각의 안테나(22)가 안테나(22) 편광 벡터들이 서로 수직인 동상 또는 이상 신호(in or out of phase signal)를 송신하는, 두개의 안테나들(22)을 이용하여 구현될 수 있다는 것에 유의해야 한다.

섹션 4

섹션 3에 설명된 네트워크(10)의 단순화는 도 8에 도시된다. 이 경우에, 다중 송신기들(20)은 다중 안테나들(22)에 공급하는 단일 송신기(20)로 대체된다. 커버리지 영역들(26, 28)은, 도시된 바와 같이, 중첩되지 않을 수 있거나, 또는 중첩될 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 송신기(20)는 커버리지 영역(26)에 포함될 수 있다. 네트워크(10)는 도 8에 도시된 바와 같이 부가적인 커버리지 영역들(30, 32)을 포함하도록 확장될 수 있다.

안테나들(22)에 대한 전력의 분배는 매우 많은 방식들로 달성될 수 있는데, 그들 중 하나는 도시된 바와 같은 병렬 공급 시스템(66)을 포함한다. 병렬 공급 시스템(66)은 전력(48)을 송신기(20)에 라우팅하는 장치(전력 스플리터, 스위치, 등등)를 통합시킴으로써 구현될 수 있다. 그런 다음, 예를 들면 전력 스플리터로부터의 출력들은 연관된 커버리지 영역(26, 28, 30, 32)을 갖는 안테나(22)에 각각 접속될 수 있다.

이 네트워크(10)는 다시 위상 상쇄를 겪을 것이고 차례로 데드 스폿들을 유발한다. 이 문제를 완화시키기 위한 한가지 방법은 본 명세서에 포괄된 "Pulse Transmission Method"란 제목의 가특허출원 제60/656,165호 및 그에 대응하는 정식출원 제11/256,892호에 제안된 것과 유사한 방법을 이용하는 것이다. 상기 출원은 수신기(12)의 효율을 증가시키는 것을 돕기 위해 펄싱 송신기(20)를 이용하는 것을 설명한다. 이러한 펄싱 방법은 또한 데드 스폿들을 제거하는 것을 돕기 위해 네트워크(10)에 이용될 수도 있다.

펄싱 네트워크(10)의 예는 도 9에 도시된다. 제어기(36)는 주어진 시간에 단지 하나의 안테나(22)만이 액티브하도록 보장하기 위해 순차적으로, 또는 중첩하는 커버리지 영역들(26, 28)의 안테나들(22)을 동시에 활성화하지 않으나, 중첩하지 않는 커버리지 영역들의 안테나들(22)을 동시에 활성화할 수 있는 패턴으로 각각의 안테나(22)를 펄스하도록 송신기(20)의 출력을 제어한다. 주어진 영역 내에서 오직 하나의 안테나(22)만이 주어진 시간에 액티브하기 때문에, 영역 중첩에 기인한 위상 상쇄는 발생하지 않는다.

커버리지 영역 내의 객체들로부터의 반사들에 의해 유발되는 위상 상쇄가 여전히 있다. 그러나, 이 방법은 필드가 수신기(12) 상에 그의 입사각을 일정하게 변경하고 있기 때문에 반사들에 의해 유발되는 위상 상쇄의 효과를 최소화한다. 예를 들어, 도 9에서, RX4는 영역 1이 액티브할 때 상부 좌측으로부터, 영역 2가 액티브할 때 상부 우측으로부터, 영역 3이 액티브할 때 하부 좌측으로부터, 마지막으로 영역 4가 액티브할 때 하부 우측으로부터 필드를 수신할 것이다. 이것은 RX4가 반사들에 기인하여 영역 3의 데드 스폿에 있다면, 그것은 필시 영역 4의 데드 스폿에 있지 않을 것임을 의미한다. 이것은 수신기(12)가 이 위치에서 시스템(66)으로부터 전력을 캡처할 것임을 의미한다.

이 시스템(66)에 의해 경감되는 다른 문제는 다중 수신기들에 의해 유발되는 섀도우잉(shadowing)이다. 섀도우잉은 수신기가 액티브한 송신기(20) 또는 안테나(22)에 대해 다른 수신기의 뒤에 위치될 때 일어난다. 송신기(20) 또는 안테나(22)에 가장 가까운 수신기는 송신기(20) 또는 안테나(22)에 대한 그 각도에서 가용인 전력의 대부분을 캡처할 것이다. 이것은 뒤에 있는 수신기가 거의 또는 전혀 전력을 수신하지 않을 것임을 의미한다.

이것의 예는 도 9에서 볼 수 있다. 영역 2가 액티브할 때, RX2는 RX5에 섀도우를 드리울 것이고, RX5는 거의 또는 전혀 전력을 수신하지 않을 것이다. 펄싱을 이용하는 RF 전력 네트워크(10)의 이용은 이 문제를 제거한다. RX5는 영역 2의 안테나(22)로부터 거의 또는 전혀 전력을 수신하지 않을 것이다. 그러나, 영역 4가 액티브하게 될 때, RX5는 전력을 수신할 것이다.

도 9의 제어기(36)가 섹션 3에서 설명된 바와 같이 안테나들(22)의 주파수, 편광, 또는 방사 패턴을 변경하기 위해 이용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 유리하다고 발견된다면, 제어기(36)는 송신기(20)에 통합될 수 있다. 제어기(36)는 송신기(20) 및/또는 안테나(22) 둘 다와 통신할 수 있다.

도 9에 도시된 네트워크(10)와 유사한 테스트 네트워크가 RF 전력 네트워크(10)의 이점들을 검사하기 위해 구성되었다. 우선, 커버리지 영역이 26.5ft x 18.5ft 방(42)으로서 정의되었다. 이것은 도 10에 도시된다.

그 다음, 테스트 네트워크를 위한 다양한 안테나들(22)이 그들 개개의 커버리지 영역들을 결정하기 위해 검사되었다. 구현된 테스트 네트워크에서, 패치 안테나(46)가 이용되었다. 패치 안테나(46)에 대해, 도 11은 특정 전력 레벨에 대해 측정된 커버리지 영역(50)을 나타낸다. 더 넓은 커버리지 영역들(50)은 송신기(20)의 전력 레벨을 증가시킴으로써 얻어질 수 있다. 이러한 전력의 증가로, 커버리지 영역(50)은 그의 일반적인 형태를 유지할 것이나, 크기는 증가할 것이다.

도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 한 코너에서 단일 패치 안테나(46)를 이용해서는 단지 부분적인 커버리지가 얻어진다.

더 나은 커버리지를 제공하기 위해, 시스템(66)은 각각의 코너에 패치 안테나(46)로 실시되어 거의 방(42) 전체에 걸친 커버리지를 제공한다. 도 12는 코너들 각각에 패치에 의해 제공되는 커버리지를 도시한다. 네개의 패치 안테나들(46)은 동일했다.

도 13은 각각의 코너에 패치 안테나(46)를 포함하는 테스트 네트워크에 의해 달성되는 커버리지를 도시한다. 거의 전체 커버리지가 달성되었다. 다이아몬드형 빗금친 섹션에는 모두 네개의 커버리지 영역들이 중첩한다. 체크형 빗금친 섹션들에서는 세개의 커버리지 영역들이 중첩하는 반면에, 대각선형 빗금친 섹션들에서는 두개의 영역들이 중첩한다. 흰색 영역들에서는 단지 하나의 커버리지 영역이 존재한다.

이 네트워크(10)는 도 9에 도시된 단일 송신기(20)로 구현되었다. 송신기(20)는 그의 전력을 방(42)/빌딩 AC 메인(main)으로부터 수신하였으나, 배터리 팩과 같은 다른 전력 수단(소스)에 의해 실행될 수도 있을 것이다.

송신기(20)는 통합된 단일-극 4-발사 스위치(single-pole four-throw switch)를 가졌다. 송신기(20)의 동작은 제어기(36)에 의해 감시되었고, 제어기(36)는 마이크로콘트롤러로 구현되었다. 송신기(20)의 스위치의 출력들은 동축 캐이블을 이용하여 개개의 안테나(22)에 각각 접속되었다. 제어기(36)는 4개의 경계 안테나들(22)을 통해 송신기들(20)의 출력들을 순차적으로 스위칭하기 위해 이용되어 각각의 안테나(22)로부터 펄싱 파형을 생성하였다. 실시예는 섀도잉 효과들의 감소를 나타냈고, 앞서 설명된 이유들에 기인하는 데드 스폿들을 거의 전혀 나타내지 않았다.

섹션 5

훨씬 더 큰 커버리지 영역들이 요구될 때, 섹션 4에서 설명된 네트워크들(10)은 더 많은 안테나들(22)을 포함하도록 확장될 수 있거나, 또는 도 8 또는 9에 도시된 네트워크들(10)이 중복/반복될 수 있다. 도 9의 네트워크(10)의 중복/반복이 도 14에 도시된다. 그러나, 앞서 설명된 주파수, 편광, 및 펄싱 솔루션들은 간섭을 경감시키기 위해 제어기들(36)을 이용하여 이 네트워크(10)에 적용될 수 있다. 예로서, 펄싱 방법이 채용된다면, 네트워크들(10)은 어떠한 중첩하는 영역들도 동시에 에너지를 받지 않도록 설계될 수 있다.

RF 전력 네트워크(10)는 단일 RF 전력 송신기(20)에 비해 확실한 이점들을 갖는 것을 유의해야 한다. RF 전력 네트워크(10)는 다중 RF 전력 송신기들(20)로부터의 전력의 가용성에 기인하여, 요구되는 커버리지 영역에 걸쳐 더 균일한 필드 강도(및 전력 밀도)를 제공하고, 네트워크(10)가 데드 스폿들 및/또는 위상 상쇄를 피하기 위해 적절히 설계될 때, 다중 RF 전력 송신기들(20)의 전력은 단일 RF 전력 송신기(20)보다 더 높은 전력을 주기 위해 더해진다. 예로서, 방(42)의 중앙에 배치된 단일 RF 전력 송신기(20)는 방의 코너들과 비교할 때 방(42)의 중심 근처에서 더 많은 전력 양들을 생성할 것이다. 가용의 전력의 양은 송신기(20)와 수신기(12) 사이의 거리가 증가됨에 따라 거리의 제곱분의 1의 팩터로 감소할 것이다.각각의 코너에 있는 4개의 RF 전력 송신기들을 갖는 RF 전력 네트워크(10)에 대해, 단일의 코너의 RF 전력 송신기(20)를 검사할 때 방(42)의 중앙에 비해 방(42)의 코너들 근방에 더 높은 가용의 전력들이 있을 것이다. 그러나, 4개 모두의 RF 전력 송신기들(20)이 검사될 때, 방(42)의 중앙에서의 전력은, 다른 RF 전력 송신기들(20)에 의해 제공되는 부가적인 전력에 기인하여, 단일 RF 전력 송신기(20)에 의해 제공되는 것보다 더 클 것이다. 그러므로, 수신기(12)가 송신기(20)로부터 멀리 이동함에 따라, 가용의 전력은 수신기(12)와 송신기(20) 사이의 거리의 제곱분의 일의 팩터로 감소하지 않는다. 가용의 전력은 동일한 채로 있을 수 있거나, 또는 증가할 수 있거나, 또는 거리 제곱분의 일보다 낮은 팩터로 감소할 수 있다. 특수한 예로서, 도 15에 도시된 36x36 피트의 커버리지 영역을 필요로 하는 방(42)을 고려한다. 20-와트 송신기(20)는 방(42)의 중앙에 또는 좌표 (18, 15)에 배치된다. 그래이스캐일 컬러 코드를 검사함으로써 알 수 있는 바와 같이, 방(42) 내의 RF 전력 수확 장치들은 각각의 코너에 있는 마이너 영역들을 제외하고 방(42) 내의 거의 임의의 위치에서 적어도 0.5 mili-watt(mW)를 수확할 능력을 갖는다.

도 15에서 RF 전력 송신기(20)에 의해 주어진 커버리지 영역은 또한 본 명세서에서 설명된 바와 같이 RF 전력 네트워크(10)를 이용하여 구현될 수 있다. 도 15의 단일 20-와트 RF 전력 송신기(20)가, 각각의 코너에 배치되고 집합적으로 20 와트의 송신된 RF 전력을 주는 4개의 5-와트 송신기들(20)로 대체된 도 16에 도시된 RF 전력 네트워크(10)를 고려한다. 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 방(42) 내의 RF 전력 수확 장치들은 이제 방(42)의 어디에서라도, 도 15의 단일 20-와트 RF 전력 송신기(20)로부터 가용적인 전력의 두배인, 적어도 1mW를 수확할 능력을 갖는다. 그러므로, 다중의 더 낮은 전력의 송신기들(20)을 이용하는 RF 전력 네트워크(10)는 단일 RF 전력 송신기(20)에 비교할 때 동일한 집합적인 송신된 전력을 유지하면서 더 균일한 커버리지로 커버리지 내의 장치들에 더 많은 전력을 제공한다.

도 16의 RF 전력 네트워크(10)를 도 15의 단일 RF 전력 송신기(20)와 비교할 때, 도 16의 RF 전력 네트워크(10)는 도 15의 단일 RF 전력 송신기(20)보다 2배 많은 전력을 준다. 그러므로, 더 낮은 토탈 또는 집합적 전력을 송신하는 RF 네트워크로 단일 RF 전력 송신기(20)와 동일한 전력 커버리지를 제공하는 것이 가능해진다. 도 17은 각각의 RF 전력 송신기(20)로부터 송신된 전력이 송신기(20)당 5와트로부터 송신기(20)당 2.5와트로 낮아진 것을 제외하고는 도 16에 도시된 것과 동일한 RF 전력 네트워크(10)를 도시한다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 방(42) 내의 RF 전력 수확 장치들은 이제 방(42) 내의 어디에서라도, 도 15의 단일 20-와트 RF 전력 송신기(20)로부터 가용인 전력의 양과 동일한, 적어도 0.5mW를 수확할 능력을 갖는다. 그러나, 도 17의 RF 전력 네트워크(10)에 의해 송신되는 토탈 또는 집합적인 전력은 도 15에 도시된 단일 RF 전력 송신기(20)에 의해 송신되는 전력의 절반이거나, 10와트이지만, 동일한 전력 커버리지를 제공한다. 이전의 예에서는 RF 전력 네트워크(10)가 방(42)의 중앙을 향해 전력을 포커싱하기 위해 지향성 게인을 갖는 안테나(22)를 이용했지만, 단일 RF 전력 송신기(20)는 무지향성 안테나(22)를 이용했다. 안테나(22)에 배달된 전력을 검사함으로써 전력 비교가 수행되었지만, 안테나(22)의 게인에 의존하지 않는다. 본 발명은 지향성 안테나(22)에 제한되지 않고 본 명세서에 개시된 결과들은 모든 타입들의 안테나들에 대해 유사한 결과들을 생성할 것이다.

비록 본 발명은 예시적 설명의 목적상 전술한 실시예들에서 상세히 설명되었지만, 그러한 상세 사항들은 그러한 목적을 위한 것이라는 것과, 본 발명이 다음의 청구항들에 의해 기술될 수 있는 것을 제외하고 그 변형들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 당업자에 의해 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (30)

1. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

   제1 영역에서 원형 편광 파들(circularly polarized waves)로 전력을 송신하는 제1 노드(node); 및

   제2 영역에서 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드

   를 포함하는 전력 송신용 네트워크.
2. 전력을 전류로 변환하는 편광성(polarization)을 갖는 RF 수신 안테나를 갖는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

   제1 영역에서 타원형 편광 파들(elliptically polarized waves)로 전력을 송신하는 제1 노드; 및

   제2 영역에서 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드

   를 포함하는 전력 송신용 네트워크.
3. 제2항에 있어서,

   상기 편광 파들은 상기 RF 수신 안테나의 편광성(polarization)의 확률에 의해 설정된 축 비율(axial ratio)을 갖는 편광 벡터들을 갖는, 전력 송신용 네트워크.
4. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법으로서,

   제1 영역에서 제1 노드로부터 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계; 및

   제2 영역에서 제2 노드로부터 원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계

   를 포함하는 전력 송신 방법.
5. 전력을 전류로 변환하는 편광성을 갖는 RF 수신 안테나를 갖는 수신기에 대한 전력 송신 방법으로서,

   제1 영역에서 제1 노드로부터 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계; 및

   제2 영역에서 제2 노드로부터 타원형 편광 파들로 전력을 송신하는 단계

   를 포함하는 전력 송신 방법.
6. 제5항으로서,

   상기 편광 파들은 상기 RF 수신 안테나의 편광성의 확률에 의해 설정된 축 비율을 갖는 편광 벡터들을 갖는, 전력 송신 방법.
7. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

   제1 영역에서 이중 편광 파들(dual polarized waves)로 전력을 송신하는 제1 노드; 및

   제2 영역에서 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 제2 노드

   를 포함하는 전력 송신용 네트워크.
8. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법으로서,

   제1 영역에서 제1 노드로부터 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 단계; 및

   제2 영역에서 제2 노드로부터 이중 편광 파들로 전력을 송신하는 단계

   를 포함하는 전력 송신 방법.
9. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

   제1 영역에서 제1 주파수에서 전력을 송신하기 위한 컴포넌트들을 갖는 제1 노드; 및

   제2 영역에서 제2 주파수에서 전력을 송신하기 위한 컴포넌트들을 갖는 제2 노드

   를 포함하고, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드의 상기 컴포넌트들에 있어서의 공차들(tolerances)에 기인하여 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수와 상이한, 전력 송신용 네트워크.
10. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법으로서,

    제1 영역에서 제1 노드의 제1 주파수에서의 컴포넌트들로 전력을 송신하는 단계; 및

    제2 영역에서 제2 노드의 제2 주파수에서의 컴포넌트들로 전력을 송신하는 단계

    를 포함하고, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드의 상기 컴포넌트들에 있어서의 공차들에 기인하여 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수와 상이한, 전력 송신 방법.
11. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

    제1 영역에서 제1 편광(first polarization)으로 전력을 송신하는 제1 노드; 및

    제2 영역에서 제2 편광(second polarization)으로 전력을 송신하는 제2 노드

    를 포함하는 전력 송신용 네트워크.
12. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

    제1 영역에서 제1 편광 벡터들(first polarization vectors)을 갖는 전력을 송신하는 제1 노드; 및

    제2 영역에서 제2 편광 벡터들(second polarization vectors)을 갖는 전력을 송신하는 제2 노드

    를 포함하는 전력 송신용 네트워크.
13. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신용 네트워크로서,

    함께 합쳐 제1 토탈 송신 전력(total transmitted power)을 이용하고, 제2 토탈 송신 전력을 이용하는 단일 전력 송신기 전력 커버리지 영역과 동등한 전력 커버리지 영역을 얻는(yield) 복수의 송신기들

    을 포함하고, 상기 제1 토탈 송신 전력은 상기 제2 토탈 송신 전력보다 낮은, 전력 송신용 네트워크.
14. 전력을 전류로 변환하는 수신기에 대한 전력 송신 방법으로서,

    함께 합쳐 제1 토탈 송신 전력을 이용하는 복수의 송신기들로, 제2 토탈 송신 전력을 이용하는 단일 전력 송신기 전력 커버리지 영역과 동등한 전력 커버리지 영역을 얻는 단계 - 상기 제1 토탈 송신 전력은 상기 제2 토탈 송신 전력보다 낮음 -; 및

    상기 복수의 송신기들중 적어도 하나로부터 상기 전력 커버리지 영역 내의 상기 수신기에 의해 전력을 수신하는 단계

    를 포함하는, 전력 송신 방법.
15. 전력 송신용 시스템으로서,

    수신기 안테나를 포함하는 수신기; 및

    송신기 안테나를 포함하는 RF 전력 송신기

    를 포함하고,

    상기 RF 전력 송신기는 RF 전력을 송신하고,

    상기 RF 전력은 다중 편광 성분들을 포함하고,

    상기 수신기는 상기 RF 전력을 DC로 변환하는, 전력 송신용 시스템.
16. 제15항에 있어서,

    상기 RF 전력은 데이터를 포함하지 않는, 전력 송신용 시스템.
17. 제15항에 있어서,

    상기 RF 전력 송신기는 상기 RF 전력의 송신을 펄스하는, 전력 송신용 시스템.
18. 제15항에 있어서,

    상기 송신기 안테나는 한 개보다 많은 안테나를 포함하는, 전력 송신용 시스템.
19. 제15항에 있어서,

    상기 수신기는 센서 내에 포함되는, 전력 송신용 시스템.
20. 제15항에 있어서,

    한 개보다 많은 수신기를 더 포함하는, 전력 송신용 시스템.
21. 제15항에 있어서,

    상기 RF 전력은 적어도 하나의 전력 저장 컴포넌트를 충전하기 위해 이용되는, 전력 송신용 시스템.
22. 제15항에 있어서,

    상기 RF 전력은 장치에 직접 전력공급하기 위해 이용되는, 전력 송신용 시스템.
23. 제15항에 있어서,

    상기 안테나의 편광성을 스위칭하기 위해 상기 송신기에 접속된 제어기를 포함하는, 전력 송신용 시스템.
24. 제23항에 있어서,

    상기 제어기는 CPU 또는 MCU와, 메모리를 포함하는, 전력 송신용 시스템.
25. 제15항에 있어서,

    복수의 제어기들과 복수의 송신기들을 포함하고,

    상기 복수의 제어기들 중 하나는 상기 복수의 송신기들 중 하나와 연관되고,

    상기 제어기들은 주어진 시간에 각각의 송신기의 편광성을 코디네이트(coordinate)하기 위해 서로 통신하는, 전력 송신용 시스템.
26. 제25항에 있어서,

    각각의 송신기는 그가 송신하고 있는 연관된 영역을 갖고,

    상기 제어기는 그의 연관된 송신기가 송신하고 있는 영역의 편광성, 주파수 또는 형태(shape)를 제어하는, 전력 송신용 시스템.
27. 제26항에 있어서,

    상기 제어기들은 상기 RF 전력의 송신에 대해 펄싱 네트워크(pulsing network)를 형성하기 위해 이용되는, 전력 송신용 시스템.
28. 제15항에 있어서,

    복수의 송신기들을 포함하고,

    각각의 송신기는 상이한 주파수에서 송신하고,

    각각의 송신기는 정확히 동일한 컴포넌트들, 값들 및 설계를 갖는, 전력 송신용 시스템.
29. 침입자들을 감지하는 보안 시스템으로서,

    파라미터에 대해 배치된 침입자들을 감지하는 복수의 센서들 - 각각의 센서는 RF 무선 에너지를 수신하고 그것을 상기 센서에 전력공급하기 위해 전류로 변환하는 RF 무선 수신기를 가짐 -; 및

    무선 RF 에너지를 상기 수신기들에 제공하는 복수의 송신기들

    을 포함하는, 보안 시스템.
30. 전력 송신 방법으로서,

    송신기 안테나를 갖는 RF 전력 송신기로 다중 편광 성분들을 갖는 RF 전력을 무선으로 송신하는 단계;

    수신기 안테나를 갖는 수신기에서 상기 무선 RF 전력을 수신하는 단계; 및

    상기 수신기에 의해 상기 RF 전력을 DC로 변환하는 단계

    를 포함하는, 전력 송신 방법.

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