KR102280756B1

KR102280756B1 - 무선 전력 송신을 위한 생성기 유닛

Info

Publication number: KR102280756B1
Application number: KR1020167015112A
Authority: KR
Inventors: 셰예드 아리 하지미리; 플로리안 본; 베루즈 아비리
Original assignee: 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2021-07-21
Also published as: US20190044390A1; KR102473074B1; US20200059117A9; KR20210092333A; KR20160087824A; US11146113B2; CN105765821B; CN105765821A; EP3072214A1; WO2015077730A1; EP3072214A4; EP3072214B1

Abstract

전력을 무선 디바이스로 무선으로 송신하는 RF 신호 생성기는 다수의 안테나들에 의해 송신되는 다수의 RF 신호들을 생성하는 다수의 생성 엘리먼트들, 무선 신호 수신기, 및 수신기에 의해 수신되는 신호에 따라 RF 신호들의 위상들 및/또는 진폭들을 제어하는 제어 유닛을, 부분적으로, 포함한다. 수신기에 의해 수신된 신호는 제 1 무선 디바이스가 수신한 RF 전력량을 나타내는 정보를, 부분적으로, 포함한다. RF 신호 생성기는 안테나들에 의해 송신된 RF 신호의 산란 또는 반사에 의해 발생된 RF 신호를 검출하는 검출기를, 부분적으로, 더 포함한다. 제어 유닛은 검출기에 의해 검출된 신호에 따라 RF 신호들의 위상 및/또는 진폭을 또한 제어한다.

Description

무선 전력 송신을 위한 생성기 유닛{GENERATOR UNIT FOR WIRELESS POWER TRANSFER}

[0001] 본 출원은 35 USC 119(e) 하에서 "Generator Unit For Wireless Power Transfer"란 명칭으로 2013년 11월 22일에 출원된 미국 가출원 제 61/908,018 호, 및 "Architectures for Generation Units For Wireless Power Transfer"란 명칭으로 2013년 12월 24일에 출원된 미국 가출원 제 61/920,733 호의 이점을 주장하고, 상기 가출원들 둘 모두의 내용들은 전체적으로 인용에 의해 본원에 통합된다.

[0002] 본 출원은 "Smart RF Lensing: Efficient, Dynamic And Mobile Wireless Power Transfer"란 명칭으로, 본원과 양수인이 동일하고, 2013년 11월 12일에 출원된 출원 일련 번호 제 14/078,489 호에 관한 것이며, 이의 우선권 이점을 주장하고, 상기 출원의 내용은 전체적으로 인용에 의해 본원에 통합된다.

[0003] 실리콘 프로세싱에서의 진보들은 단일 저전력 칩 상의 복잡한 시스템들의 통합을 가능하게 하였다. 그러한 시스템들의 낮은 비용 및 저전력 소비는 휴대용 전자 디바이스들의 급증을 야기하였다. 동작하기 위해, 그러한 디바이스들은 충전되도록 전기 아울렛에 빈번하게 플러깅되어야 한다.

[0004] 무선 전력 송신은 유도 결합 또는 전자기파들을 사용하여 달성될 수 있다. 유도 결합은 단거리에 걸쳐 전력을 전달할 수 있다. EM(electromagnetic) 파들은 더 긴 거리에 걸쳐 전력을 송신하는데 사용될 수 있다. 유도 결합 및 EM 파들 둘 모두는 교류 전류(AC)가 수신기에서 생성되게 한다.

[0005] 본 발명의 일 실시예에 따라 전력을 제 1 무선 디바이스로 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기는, 다수의 안테나들에 의해 송신되는 다수의 RF 신호들을 생성하도록 적응된 다수의 생성 엘리먼트들, 무선 신호 수신기, 및 수신기에 의해 수신되는 신호에 따라 생성 엘리먼트들에 의해 생성된 RF 신호들의 위상들을 제어하도록 적응된 제어 유닛을, 부분적으로, 포함한다. 수신기에 의해 수신된 신호는 제 1 무선 디바이스가 RF 신호 생성기로부터 수신한 RF 전력량을 나타내는 정보를, 부분적으로, 포함한다.

[0006] 일 실시예에서, 제어 유닛은 생성 엘리먼트들에 의해 생성된 RF 신호들의 진폭을 제어하도록 추가로 적응된다. 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용하여 전력을 제 1 무선 디바이스로 무선으로 송신하도록 적응된다. 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 제 1 무선 디바이스와 동시에 제 2 무선 디바이스에 전력공급하도록 추가로 적응된다. 일 실시예에서, RF 생성기는 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용하여 제 1 및 제 2 무선 디바이스들에 전력공급하도록 적응된다.

[0007] 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 RF 신호를 생성하도록 각각 적응된 제 2 다수의 생성 엘리먼트들을, 부분적으로, 더 포함한다. 제어 유닛은 제 1 다수의 생성 엘리먼트들 또는 제 2 다수의 생성 엘리먼트들 중 어느 하나로 하여금 정해진 시간 기간 동안에 RF 신호들을 생성하게 하도록 추가로 적응된다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 다수의 생성 엘리먼트들 각각은 제어 유닛에 의해 공급된 기준 타이밍 신호에 따라 RF 신호를 생성한다.

[0008] 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 제 1 다수의 안테나들에 의해 송신되는 RF 신호의 산란(scattering) 또는 반사에 의해 발생되는 RF 신호를 검출하도록 적응된 검출기를, 부분적으로, 더 포함한다. 일 실시예에서, 제어 유닛은 검출기에 의해 검출된 신호에 따라 제 1 다수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성된 RF 신호의 위상 또는 진폭을 제어하도록 추가로 적응된다. 일 실시예에서, 검출기는 제 1 다수의 안테나들에 의해 송신되는 RF 신호의 경로를 따라 위치된 물체들 또는 생물체들(living organisms)의 존재를 검출하도록 추가로 적응된다.

[0009] 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 반도체 기판 상에 통합된다. 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 제 2 다수의 생성 엘리먼트들을 모듈형 방식으로 수용하도록 적응되어, 수신기가 제 1 무선 디바이스로부터 수신한 신호에 따라 제 2 다수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성된 RF 신호의 위상 또는 진폭을 제어 유닛이 제어하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 RF 신호 생성 엘리먼트들에 의해 생성된 RF 신호들의 위상들을 변경하는데 사용되는 타이밍 신호들을 제공하도록 적응된 다수의 제어 동기 루프들(control locked loops)을, 부분적으로, 더 포함한다. 일 실시예에서, RF 신호 생성기는 RF 신호 생성 엘리먼트들에 의해 생성된 RF 신호들의 위상들을 변경하도록 적응된 다수의 위상 회전자들(phase rotators)을, 부분적으로, 더 포함한다. 일 실시예에서, 기준 타이밍 신호는 트리형 분배 네트워크(tree-like distribution network)를 통해 제 1 및 제 2 다수의 생성 엘리먼트들로 전달된다.

[0010] RF(radio frequency) 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 다수의 안테나들을 통해 제 1 다수의 RF 신호들을 송신하는 단계, 제 1 무선 디바이스로부터 신호를 수신하는 단계, 및 제 1 무선 디바이스로부터 수신된 신호에 따라 제 1 다수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를, 부분적으로, 포함한다. 제 1 무선 디바이스로부터 수신된 신호는 제 1 무선 디바이스가 수신한 RF 전력량을 나타내는 정보를 포함한다.

[0011] 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 제 1 무선 디바이스로부터 수신된 신호에 따라 제 1 다수의 안테나들에 의해 전송된 RF 신호들의 진폭들을 제어하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용하여 제 1 다수의 RF 신호들을 송신하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 제 1 무선 디바이스와 동시에 제 2 무선 디바이스에 전력공급하기 위해 제 2 다수의 RF 신호들을 송신하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 제어 유닛에 의해 공급된 기준 타이밍 신호에 따라 제 1 및 제 2 다수의 RF 신호들을 송신하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다.

[0012] 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 제 1 다수의 안테나들에 의해 송신된 RF 신호의 산란 또는 반사에 의해 발생되는 산란된 RF 신호를 검출하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 검출된 RF 신호에 따라 제 1 다수의 RF 신호들의 위상을 제어하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 제 1 다수의 RF 신호들의 경로를 따라 위치된 물체들 또는 생물체들의 존재를 검출하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다.

[0013] 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 반도체 기판 상에 형성된 제 1 다수의 생성 엘리먼트들을 통해 제 1 다수의 RF 신호들을 생성하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 반도체 기판은 제 1 무선 디바이스로부터 신호를 수신하는 수신 유닛, 및 제 1 다수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 제어기를 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 제 2 다수의 생성 엘리먼트들을 모듈형 방식으로 수용하도록 적응된 생성 유닛에 배치된 제 1 다수의 생성 엘리먼트들을 통해 제 1 다수의 RF 신호들을 생성하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 제 2 다수의 생성 엘리먼트들은 제 2 다수의 RF 신호들을 생성한다.

[0014] 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 하나 이상의 제어 동기 루프들에 의해 생성된 타이밍 신호에 따라 제 1 다수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 다수의 위상 회전자들을 사용하여 제 1 다수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다. 상기 방법은, 일 실시예에 따라, 트리형 분배 네트워크를 통해 전달되는 타이밍 신호들을 사용하여 제 1 및 제 2 다수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를, 부분적으로, 더 포함한다.

[0015] 도 1은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른, 라디오 주파수(RF) 전자기파들을 통해 전력을 수신 유닛으로 무선으로 송신하도록 적응된 생성 유닛의 블록도이다.
[0016] 도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, RF 전자기파들을 통해 전력을 수신 유닛으로 무선으로 송신하도록 적응된 생성 유닛의 블록도이다.
[0017] 도 3은 RF 전력 생성기의 전력 송신 효율의 예시적인 컴퓨터 시뮬레이션이다.
[0018] 도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른, 전력이 생성 유닛으로부터 수신 유닛으로 송신되는 사이클들의 예시적인 타이밍도이다.
[0019] 도 5는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른, 전력을 생성 유닛으로부터 다수의 수신 유닛들로 송신하는데 사용되는 예시적인 시간-도메인 멀티플레싱된 사이클들이다.
[0020] 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 생성 엘리먼트들 및 수신기를 그 안에 배치한 생성 유닛들을 도시한다.
[0021] 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인간, 애완동물, 다른 환경 변화들 또는 조건들의 검출에 응답하여 생성 유닛에 의해 생성되는 순시 전력 내의 예시적인 변화들을 도시한다.
[0022] 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력을 무선으로 전달하도록 협력하여 동작하는 한 쌍의 생성 유닛들의 개략도이다.
[0023] 도 8은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 생성 엘리먼트의 개략적인 블록도이다.
[0024] 도 9는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 생성 엘리먼트의 개략적인 블록도이다.
[0025] 도 10a는 생성 엘리먼트 내에 배치되고, 그의 전력이 가변 저항기의 저항을 변경함으로써 변경될 수 있는 전력 증폭기의 블록도이다.
[0026] 도 10b는 생성 엘리먼트 내에 배치되고, 그의 전력이 공급 전압을 변경함으로써 변경될 수 있는 전력 증폭기의 블록도이다.
[0027] 도 11은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른, 기준 타이밍 신호들을 생성 유닛 내에 배치된 다수의 생성 유닛 모듈들에 분배하는 예시적인 분배 네트워크를 도시한다.
[0028] 도 12는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, RF 전자기파들을 통해 전력을 수신 유닛으로 무선으로 송신하도록 적응된 생성 유닛 모듈의 블록도이다.
[0029] 도 13a-13d는 본 발명의 일부 예시적인 실시예에 따른, 다수의 생성 엘리먼트들이 생성 유닛을 형성하도록 배열될 수 있는 다수의 상이한 구성들을 도시한다.

[0030] 본 발명의 실시예들에 따라, 전력은 전자기파들의 하나 이상의 소스들(또한 본원에서 생성 유닛들로 지칭됨)로부터 수신된 라디오-주파수들(RF) EM 전력을 직류 전류(DC) 전기 전력으로 변환하도록 적응된 하나 이상의 수신 유닛들(또한 본원에서 회복 유닛들 또는 디바이스들로 지칭됨)로 무선으로 적응적으로 송신된다. 그러한 디바이스들은, 예를 들면, 셀 폰들, 태블릿 컴퓨터들, 전기 칫솔들, 컴퓨터 마우스들, 보안 카메라들, 연기 경보기들, 위험 영역들 내의 측정 장비, 로봇들 등을 포함한다. 본 발명의 실시예들은, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 다수의 구성들로 짧거나 중간 거리들에 걸쳐 전력을 송신한다.

[0031] 생성 유닛은, 본 발명의 일 양상에 따라, 생성 유닛으로부터 수신 유닛으로의 전력 송신을 최대화하고 복사(radiation)를 통한 RF 전력 손실을 최소화하기 위해, RF 전력이 공간에서 로컬화되는 것을 가능하게 하도록 재구성 가능하고 적응된다. 이것은 송신 효율에 영향을 주지 않고서 수신 유닛이 물리적으로 비교적 작은 것을 가능하게 한다.

[0032] 생성 유닛이 본 발명의 실시예들에 따라 RF 전력 송신을 위한 경로(들)를 변경하도록 적응적으로 제어될 수 있기 때문에, 무선 전력 송신의 로컬화는 다중-경로 효과들의 존재 시에도 조차 달성된다. 생성 유닛은 또한 수신 유닛을 추적하고, 주변 환경 내의 장애물들로부터의 반사들을 처리하도록 적응될 수 있다.

[0033] 도 1은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른, 라디오 주파수(RF) 전자기(EM) 파들을 통해 전력을 무선으로 수신 유닛(170)으로 송신하도록 적응된 생성 유닛(GU)(100)의 블록도이다. GU(100)는 제어 유닛(120), 수신기(150) 및 다수의 전력 생성 엘리먼트들(110₁, 110₂, 110₃, 110₄...110_N)을 포함하는 것으로 도시되고, 여기서 N은 1보다 더 큰 정수이다. 제어 유닛(120)은 생성 엘리먼트들의 동작들을 제어하도록 구성된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 제어 유닛(120)은 각각의 생성 엘리먼트(110_i)에 의해 생성된 RF 신호의 위상 및/또는 진폭을 독립적으로 제어하고, 여기서 i는 1 내지 N 범위의 정수이다. 제어 유닛(120)은 또한 무선 전력 송신의 최적화와 같은 다른 기능들을 수행하도록 적응된다.

[0034] 각각의 생성 엘리먼트(110_i)(또한 생성 엘리먼트(110)로 지칭됨)는 안테나(130_i)에 커플링된 것으로 도시된다. 각각의 생성 엘리먼트들(110_i)에 의해 생성된 RF 신호의 위상 및/또는 진폭을 독립적으로 조절함으로써, 제어 유닛(120)은, 아래에 그리고 출원 번호 제 14/078,489 호에 설명된 바와 같이, GU(100)로 하여금 RF 전력을 최적의 방식으로 전달하게 하고, 상기 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 통합된다. 일 실시예에서, GU(100)는 반도체 기판 상에 통합된다. 도 1에서 각각의 생성 엘리먼트(110)가 안테나와 연관된 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서, 다수의 생성 엘리먼트들(110)이 각각의 생성 엘리먼트(110)와 동일한 안테나를 공유하여, 공유된 안테나를 미리 정의된 분극(polarization) 방향을 따라 구동시킬 수 있다는 것이 이해된다. 도 1에서, 각각의 생성 엘리먼트(110)가 단일 안테나와 연관된 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서 생성 엘리먼트(110)가 다수의 안테나들과 연관될 수 있다는 것이 이해된다.

[0035] 도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, 전력을 무선으로 송신하도록 적응된 GU(200)의 블록도이다. GU(200)는 제어 유닛(120) 및 다수의 전력 생성 유닛 모듈들(250₁...250_M)을 포함하는 것으로 도시되고, 여기서 M은 1보다 더 큰 정수이다. 각각의 생성 유닛 모듈(250_i)은 다수의 생성 엘리먼트들(210₁, 210₂...210_N)을 포함하는 것으로 도시되고, 여기서 N은 1보다 더 큰 정수이다. 각각의 생성 유닛 모듈(250_i)은 또한 RF 신호 생성 회로(215_j) ― 여기서 j는 1 내지 M 범위의 정수임 ― , 수신기(150_j) 및 선택적인 로컬 제어 유닛(220_j)을 포함하는 것으로 도시된다. 도 2에서 각각의 생성 엘리먼트(210_i)(또한 생성 엘리먼트(210)로 지칭됨)가 연관된 안테나에 커플링된 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서, 다수의 생성 엘리먼트들(210)은 각각의 생성 엘리먼트(210)와 동일한 안테나를 공유하여, 공유된 안테나를 미리 정의된 분극 방향을 따라 구동시킬 수 있다는 것이 이해된다. 도 2에서, 각각의 생성 엘리먼트(210)가 단일 안테나와 연관된 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서 생성 엘리먼트(210)가 다수의 안테나들과 연관될 수 있다는 것이 이해된다.

[0036] 마스터 제어 유닛인 제어 유닛(120)은 제어 신호(엘리먼트_제어)를 통해 독립적으로 각각의 생성 유닛 모듈(250_j)의 각각의 생성 엘리먼트(210_i)에 의해 생성된 RF 신호의 위상 및/또는 진폭을 제어 및 변경하도록 적응된다. 각각의 로컬 제어 유닛(220_j)은, 제어 유닛(210)에 의해 생성된 신호(로컬_제어)에 대한 응답으로 그 생성 유닛 모듈 내에 배치된 생성 엘리먼트들(210₁, 210₂...210_N)의 동작들을 제어하도록 적응된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 생성 유닛 모듈(예를 들면, 생성 유닛 모듈(250₁))에 배치된 생성 엘리먼트(210_i)에 의해 생성된 RF 신호의 위상/진폭의 추가의 최적화는 그 생성 유닛 모듈 내에 또한 배치된 연관된 로컬 제어 유닛(220_j)(예를 들면, 로컬 제어 유닛(220₁))에 의해 제어된다. 각각의 생성 유닛 모듈(250_j)의 RF 신호 생성 블록(215_j)은, 제어 유닛(120)에 의해 공급된 타이밍 신호에 대한 응답으로 기준 타이밍 신호를 그 생성 유닛 내에 배치된 생성 엘리먼트들(210₁, 210₂...210_N)에 공급한다. 일 실시예에서, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 각각의 RF 신호 생성 블록(215_j)은 주파수/위상 동기-루프, 지연 동기-루프 또는 임의의 다른 제어 동기-루프 또는 기준 타이밍 신호를 생성하는 튜닝 가능 지연 회로일 수 있다.

[0037] 일부 실시예들에서, 각각의 생성 유닛 모듈(250_j)의 생성 엘리먼트들(210₁, 210₂...210_N)에 대해 공통인 동작들 중 많은 것은 생성 유닛의 연관된 로컬 제어 유닛(220_j)에 의해 발행된 커맨드들/데이터에 대한 응답으로, 부분적으로, 수행된다. 따라서, 각각의 생성 유닛 모듈(250_j)의 각각의 생성 엘리먼트들(210₁, 210₂...210_N)은 로컬 제어 유닛(220_j) 또는 모든 생성 유닛들(250_j)에 공통인 제어 유닛(120) 중 어느 하나에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.

[0038] 본 발명의 일 양상에 따라, 각각의 생성 유닛 모듈(250_j)의 각각의 생성 엘리먼트(210₁, 210₂...210_N)(대안적으로 그리고 총괄적으로 생성 엘리먼트(210)로 지칭됨)에 의해 생성된 RF 신호의 위상 및/또는 진폭을 독립적으로 제어함으로써, 수신 유닛(170)으로 송신되는 RF 전력은 최대화될 수 있다.

[0039] 그러한 최대화를 달성하기 위해, 수신 유닛(170)은, 수신 유닛이 GU로부터 수신하는 전력의 양에 관한 정보를 포함하는 신호를 GU로 송신한다. 수신 유닛에 의해 송신된 신호는 GU 또는 GU 내에 배치된 생성 유닛 모듈들 내에 배치된 수신기(150)에 의해 수신된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수신 유닛이 GU에 의해 커버되는 범위 내에서 이동할 때 최적의 전력 송신을 유지하기 위해, 수신 유닛은 수신 유닛에 할당된 고유한 식별자뿐만 아니라 수신 유닛이 수신하는 전력의 양을 나타내는 정보를 포함하는 신호(전력_FB)를 브로드캐스팅한다. 수신 유닛에 의해 송신되는 신호는 또한, 수신기가 생성 유닛 근처에 잇고 전력을 수신할 준비가 된 것을 생성 유닛에 통지할 수 있다. 수신 유닛에 의해 송신된 신호는 또한 로봇, 마우스 등과 같은 수신 유닛의 디바이스 타입을 식별할 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 수신 및 생성 유닛들 사이의 무선 통신들은 임의의 통신 프로토콜들에 따라 수행될 수 있다.

[0040] GU는 전력 송신 및/또는 송신 효율을 유지하고 및/또는 최대화하기 위해 생성 엘리먼트들(210)에 의해 수신 유닛으로 송신되는 RF 신호들의 위상 및/또는 진폭을 적응적으로 변경하기 위해 신호(전력_FB) 내의 정보를 수신 및 사용한다. 넬더-미드(Nelder-Mead), 기울기 하강(gradient descent), 뉴턴-랩슨(Newton-Raphson)과 같은 많은 종래의 알고리즘들은 그러한 최적화를 달성하기 위해 사용될 수 있다.

[0041] 단일 수신 유닛에 전력공급할 때, 그리고 각각의 생성 엘리먼트(210)가 일정한 임피던스를 갖는다고 가정하면, 제어 유닛(120)의 적응적 제어는 글로벌 최적의 솔루션을 갖는 2차 프로그램(quadratic program)에 따라 수행될 수 있다. 그러한 2차 프로그램들에 대한 다수의 잘 알려진 솔루션들이 존재한다.

[0042] 수신된 전력에 관한 정보를 브로드캐스팅하기 위해, 수신 유닛은 오늘날 현존하거나 미래에 개발되는 임의의 무선 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, IEEE 802.11 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 표준은, 수신 유닛이 GU로부터 수신하는 전력을 표시하는 신호를 GU로 송신하기 위해 수신 유닛에 의해 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 통신은, 예를 들면, 블루투스, 지그비 등을 사용하여 수행될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, GU는 다수의 수신 엘리먼트들 사이로부터 통신들을 설정하기 위한 수신 엘리먼트를 선택하기 위해 WLAN 서버로서 동작할 수 있다. GU들의 동작들 조정하기 위한 그들 사이의 통신은 또한 양방향 무선 통신 네트워크를 통해 처리될 수 있다. 그러한 통신 링크들은 또한 수신 유닛의 ID를 브로드캐스팅하고 수신기가 전력을 수신할 준비가 된 것을 GU들에 통지하기 위해 수신 유닛에 의해 사용될 수 있다. 수신 유닛의 디바이스 타입을 식별하는 신호뿐만 아니라 수신 유닛과 GU(들) 사이의 임의의 다른 통신들은 또한 그러한 통신 링크들을 사용하여 수행될 수 있다.

[0043] 일부 실시예에서, 서로에 관련하여 자신들의 물리적 배열들 및 위치들에 의존하여, 생성 유닛 모듈들은 전력을 순차적으로 송신하게 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 어떠한 수신 유닛도 검출되지 않을 때, GU는 어떠한 RF 신호도 GU에 의해 송신되지 않는 전력 절약 모드에 진입하게 된다. 도 3은 x-y 평면 내의 상이한 위치들 중에서 5x3 수신 유닛들의 어레이에 의해 수신되는 RF 신호의 전력 송신 효율의 예시적인 시뮬레이션이다. RF 신호 생성기는 수신 유닛의 2 미터 위에 위치된 27x43 생성 유닛들의 어레이를 포함하도록 시뮬레이팅되었다. 도 3에서 보여지는 바와 같이, 예를 들면, 생성 유닛들이 (3.8 및 1.7 미터의 x 및 y 좌표들에 각각 있는) 수신 유닛 바로 위에 있는 것으로 시뮬레이팅되었을 때, 전력 효율은 0.7 인 것으로 도시된다.

[0044] GU에 의해 생성되는 RF 전력의 양은, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 송신 효율을 최적화하고, 수신 엘리먼트(들)의 전력 요건들을 만족시키고, 및/또는 송신되는 RF 신호의 경로 내에 있을 수 있는 일시적인 물체들 및/또는 생물들(living organisms)로부터 반사되는 전력을 제한하도록 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양상에 따라, 시간-멀티플렉싱 기술(시간-도메인 멀티플렉싱)는 전력을 GU로부터 하나 이상의 수신 유닛들로 송신하는데 사용된다. 이러한 기술에 따라, 단일 수신 유닛에 전력공급할 때, GU는 특정 시간 기간들 동안에 전력을 생성하여 송신하고 다른 기간들 동안에 전력을 생성하지 않도록 제어된다. 따라서, 송신되는 평균 전력은 GU에 의해 생성된 RF 전력의 스위칭 듀티 사이클에 의해 제어된다.

[0045] 도 4는 전력이 GU(250)로부터 수신 유닛(170)으로 송신되는 사이클들을 도시하는 예시적인 타이밍도이다. 수신 유닛으로 전달되는 평균 전력이 또한 도시된다. 도 5는 전력을 GU(250)로부터 3 개의 상이한 수신 유닛들(170₁, 170₂ 및 170₃)로 송신하는데 사용되는 시간-도메인 멀티플렉싱된 사이클들을 도시한 또 다른 예시적인 타이밍도이다. 도시된 바와 같이, 시간들((t₂-t₁), (t₅-t₄)...(t_2+3k-t_1+3k))에 의해 실질적으로 정의되는 사이클들 동안에, 전력이 수신 유닛(170₁)으로 송신되고, 여기서 k는 정수이다. 시간들((t₃-t₂), (t₆-t₅)... )...(t_3+3k-t_2+3k))에 의해 실질적으로 정의되는 사이클들 동안에, 전력은 수신 유닛(170₂)으로 송신된다. 시간들((t₄-t₃), (t₇-t₆)... )...(t_4+3k-t_3+3k))에 의해 실질적으로 정의되는 사이클들 동안에, 전력은 수신 유닛(170₃)으로 송신된다. 도 5에 명시적으로 도시되지 않지만, 전력이 타이밍 사이클들 중 임의의 타이밍 사이클 동안에 하나보다 더 많은 디바이스로 동시에 송신될 수 있다는 것이 이해된다. 일 예에서, GU(250)는 도 1의 생성 유닛(100) 또는 도 2의 생성 유닛(200)에 대응할 수 있다.

[0046] 도 6a는 다수의 생성 엘리먼트들(210) 및 검출기(190)가 그 안에 배치된 GU(275)를 도시한다. 본 발명의 실시예들에 따라, 검출기(190)가 움직임을 검출하거나 자신이 검출한 전력량의 변화를 감지할 때, 검출기(190)는 자신의 연관된 생성 엘리먼트들이 생성하는 전력량을 조절할 수 있다. 검출기(190)는 또한 부분적으로 인간 또는 애완동물의 심장 박동수에 대한 응답으로 그들의 존재를 검출하도록 적응된다. 따라서, 무선 전력 생성 유닛은, 본 발명의 실시예들에 따라, 자신이 동작하는 환경을 인지한다. 예를 들면, 도 6a에서, 생성 유닛(275)은 자신의 송신 경로에서 생명체(live being)(도 6a의 강아지)의 존재를 검출한 것으로 가정된다. 검출에 응답하여, 생성 유닛은 자신이 송신하는 RF 신호의 전력을 턴 오프하거나 낮추거나, 다른 미리 결정된 그리고 가능하게는 사용자-맞춤 가능한 방식들로 응답할 수 있다. 일단 강아지가 신호 경로에서 이동하였다고 생성 유닛이 검출하면, 생성 유닛은 자신의 출력 전력을 증가시킨다. 도 6b는 인간, 애완동물 또는 다른 환경 변화들의 검출에 응답하여 GU(275)에 의해 생성되는 순시 전력에서의 예시적인 변화들을 도시한다.

[0047] RF 신호를 수신 유닛(들)으로 스티어링하기 위해 듀티-사이클링을 통해 전달되는 전력을 제어하는 것은 다수의 이점들을 제공한다. 첫째, 이것은 GU(들)로 하여금 순시 풀 출력 전력에서 거의 최적의 효율로 동작하게 한다. 둘째, 수신 유닛들에 의해 수신되는 전력이 전력 전달 사이클들 동안에 최대화되기 때문에, 수신 유닛(들)의 감도에 대한 요건들이 완화된다. 또한, 각각의 생성 엘리먼트의 출력 스테이지에 배치된 전력 증폭기는 가능하게는 더 적은 전압, 전류 및 온도 스트레스들 하에서 동작하게 된다. 출력 전력 생성 효율은 또한 전형적으로 비교적 높은 순시 출력 전력에서 개선된다. 전력을 송신하기 위해 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용할 때, GU를 적응적으로 제어하기 위해 이용 가능한 총 시간은 듀티 사이클들에 의해 감소된다. 그러나, 수신 유닛에 의한 임의의 움직임이 종종 비교적 느리기 때문에, 비교적 더 느린 적응적 피드백 제어가 충분하다. 또한, 듀티-사이클 송신 전력이 듀티-사이클 정보를 포함하기 때문에, 수신 유닛(들)은 듀티-사이클을 인지하고, 수신 유닛(들)이 수신하는 전력량을 생성 유닛에 정확히 통지할 수 있다.

[0048] 본 발명의 일 양상에 따라, 생성/송신되는 전력은 각각의 생성 엘리먼트에서 출력 전력 제어 기술을 통해 직접적으로 변경된다. 각각의 생성 엘리먼트의 출력 전력을 개별적으로 제어하는 것은 송신되는 전력을 공간 내의 포인트 또는 다수의 포인트들로 포커싱하는 것의 정밀도를 개선한다. 또한, 시간-도메인 멀티플렉싱과 비교하여, 생성 유닛(들)의 더 빠른 적응적 피드백 제어가 달성된다.

[0049] 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수신 디바이스(350)로의 전력 전달을 최적화하도록 협력하여 동작하는 다수의 생성 유닛들(300₁...300_N)을 도시한다. 각각의 생성 유닛은, 부분적으로, 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 유닛, 수신기 및 다수의 생성 엘리먼트들을 포함한다. 생성 유닛들은 상이한 물리적 위치들에 장착될 수 있다. 예를 들면, 생성 유닛(300₁)은 천장에 장착될 수 있고, 생성 유닛(300₂)은 룸의 인접한 벽에 장착될 수 있고, 반면에 다른 생성 유닛들은 상이한 룸들 또는 위치들에 장착될 수 있다.

[0050] 본 발명의 일 양상에 따라, 생성 유닛들에 배치된 제어 유닛들은 수신 유닛(350)으로의 전력 전달을 최적화하기 위한 프로토콜을 협력하여 구현한다. 이를 달성하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따라, 생성 유닛들은 통신 링크를 설정하고, 그들이 총괄적으로 수신 유닛(350)으로 전달하는 전력 효율이 최대에 도달할 때까지 그들이 생성하는 전력량을 변경한다. 또한, 수신 디바이스가 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동할 때, 생성 유닛들의 동작들을 지배하는 핸드-오프 프로토콜은, 수신 디바이스에 전력공급하기 위해 자신의 새로운 위치에 최상으로 위치된 하나 이상의 다른 생성 유닛들을 선택할 수 있다. 예를 들면, 프로토콜이 자신의 제 1 위치에서 수신 디바이스에 전력공급하는 GU_s(300)의 제 1 서브세트를 선택할 수 있지만, 수신 디바이스가 다른 위치로 이동할 때, 프로토콜은 수신 디바이스에 전력공급하기 위해 GU_s(300)의 제 2 서브세트를 선택할 수 있다. 또 다른 양상에 따라, 생성 유닛들에 배치된 제어 유닛들은, 자신들이 송신하는 RF 신호들의 위상들을 변경하기 위해 자신들이 사용하는 기준 타이밍 신호들을 동기화하기 위해 통신 링크들을 설정하고, 이로써 수신 유닛으로의 전력 송신 효율을 최대화한다.

[0051] 도 8은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 생성 엘리먼트(400)의 개략적인 블록도이다. 생성 엘리먼트(400)는 도 1에 도시된 생성 엘리먼트들(110), 또는 도 2에 도시된 생성 엘리먼트들(210)에 대응할 수 있다. 생성 엘리먼트(400)는, 부분적으로, 증폭기들(402, 412, 416), RF 초크/3dB 감쇠기 블록(404), 송신 라인(406), 다이오드(408) 및 인터스테이지 매칭 회로(414)를 포함하는 것으로 도시된다. 증폭기(402)는 입력 RF 신호(RFin)를 증폭한다. RF 초크/3dB 감쇠기 블록(404)은 증폭기(402)의 출력 신호가 바이어스 전압(V_bias)으로 흐르는 것을 방지하고, 임피던스 미스매치로 인한 증폭기(402)의 성능 변화들을 감소시킨다. 일 예에서, 송신 라인(406)은 70 ohms의 임피던스 및 54°의 라운드-트립 지연을 갖는다. 송신 라인(406)은 증폭기(402)의 출력 신호의 위상 시프트에 걸쳐 제어를 증가시킨다. 역바이어스 다이오드(408)의 커패시턴스는 또한 RF 신호의 위상 지연을 제어하는데 사용된다. 공급 전압(V_bias)을 변경함으로써, 역바이어스 다이오드(408)의 커패시턴스 및 따라서 RF 신호의 위상 지연이 변경될 수 있다. 따라서, 다이오드(408)와 함께 송신 라인(406)은 증폭기(412)로 전달되는 RF 신호에서 요구된 위상 지연의 양을 생성한다. 일부 실시예들에서, RF 신호의 위상을 변경하기 위해 다이오드(408) 대신에 유도 엘리먼트가 사용될 수 있다.

[0052] 증폭기들(402 및 412)은 송신 게이트(406) 및 다이오드(408)에 의해 도입된 위상과 실질적으로 독립적으로 RF 신호의 게인을 총괄적으로 유지한다. 인터스테이지 매칭 회로(414)는 증폭기(412)의 출력에서 보여지는 임피던스와 전력 증폭기(416)의 입력에서 보여지는 임피던스를 매칭시킨다. 가변 전압 공급기에 의해 공급되는 전압(Vgate)을 변경함으로써, 진폭 및 따라서 증폭기(416)에 의해 송신되는 RF 신호의 전력이 변경될 수 있다. 따라서, 생성 엘리먼트(400)는 자신이 송신하는 RF 신호의 진폭 및 위상 둘 모두를 변경하도록 적응된다.

[0053] 본 발명의 일 양상에 따라, 생성 엘리먼트는, 생성 엘리먼트에 의해 생성되고 주변 물체들에 의해 산란되는 출력 전압뿐만 아니라 생성 엘리먼트에 커플링된 안테나 상에 입사되는 임의의 RF 신호에 의해 생성된 전압을 검출하는데 사용되는 RF 검출기를 포함한다. 전력 송신 동안에, 이러한 기능은 생성된 신호의 위상 및 진폭을 모니터링하는 것을 허용한다. 전력 송신의 부재 시에, 다른 생성 엘리먼트들에 의해 송신되는 전력 신호들 또는 장애물들, 인간들 또는 애완동물들로부터의 그들의 반사들은 시스템의 환경 인식을 허용하도록 검출될 수 있다. 예를 들면, 예컨대, 인간들 또는 애완동물들이 검출되면, 최대 출력 전력이 제한될 수 있다.

[0054] 생성/송신되는 출력 전력 및/또는 물체들 및/또는 생물체들에 의해 다시 반사되는 전력을 검출하기 위한 능력은, 특히, 적응적인 또는 스마트한 솔루션을 제공하기 위한 다수의 이점들을 갖는다. 예를 들면, 물리적 환경 내의 일시적인 또는 정지된 장애물들은 GU(들)의 동작을 조절하도록 검출될 수 있다. 또한, 생물체들의 존재를 검출하는 것은 전체 전력 송신 효율을 개선하고 및/또는 사용자 선호도들에 응답하기 위해 생성/송신된 전력의 조절 및 제어를 허용한다. 반사들은 전형적으로 다른 요인들 중에서도 유기체의 심장 박동, 호흡 및/또는 움직임에 따라 주기적이고, 예를 들면, 반사된 신호에서 도플러 시프트를 검출함으로써 검출될 수 있다.

[0055] 도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 생성 엘리먼트(500)의 개략적인 블록도이다. 생성 엘리먼트(500)는 도 1에 도시된 생성 엘리먼트들(110), 도 2에 도시된 생성 엘리먼트들(210) 또는 도 12의 생성 엘리먼트(710)에 대응할 수 있다. 입력 RF 신호의 동위상 및 직교-위상 컴포넌트들, 즉, 신호들(RF_in/I 및 RF_in/Q)은 버퍼들(502, 504)에 의해 각각 버퍼링되고, 위상 회전자 및 진폭 제어 블록(506)에 인가되고, 이것은, 차례로, 예를 들면, 데카르트의 합산(Cartesian addition)을 사용하여 공통의 디지털 인터페이스 블록(550)에 의해 생성된 신호(Ctrl)에 대한 응답으로 수신된 신호들의 위상 및/또는 진폭을 변경한다. 위상 회전자 및 진폭 제어 블록(506)의 출력 신호는 버퍼(508)에 의해 버퍼링되고, 전력 증폭기(510)에 의해 증폭되고, 출력 네트워크(512)를 통해 안테나(418)에 의해 송신된다. 송신된 신호의 진폭은 또한 공통의 디지털 인터페이스 블록(550)에 의해 생성된 제어 신호(전력_Ctrl)를 통해 전력 증폭기(512)에 인가된 바이어싱 전압을 변경함으로써 변동될 수 있다.

[0056] 출력 네트워크(512)는 또한 자신이 송신한 RF 신호의 산란 및 반사의 결과로서 생성된 RF 신호뿐만 아니라 안테나(418) 상에 입사되는 임의의 다른 RF 신호를 검출하도록 적응된다. 전력 증폭기(512)를 턴 오프함으로써 검출될 수 있는 산란된 신호는 출력 네트워크(512)의 양방향 입력/출력 단자(I/O)에 의해 수신되고, 초퍼(초핑 회로)(560)로 전달된다. 초퍼(560)는 자신이 수신한 RF 신호의 주파수를, 가령, 예를 들면, 5 MHz만큼 변환하도록 적응된다. 초퍼(560)의 출력 신호를 사용하여, 믹서(530)는 (버퍼들(502, 530)에 의해 믹서에 공급된) 입력 RF 신호(RF_in/I)를 사용하여 수신된 신호를 주파수 다운변환하고, 주파수 다운변환된 신호를 필터(540)에 공급한다. 마찬가지로, 초퍼(560)의 출력 신호를 사용하여, 믹서(535)는 (버퍼들(504, 532)에 의해 믹서에 공급된) 입력 RF 신호(RF_in/Q)를 사용하여 수신된 신호를 다운변환하고, 주파수 다운변환된 신호를 필터(542)에 공급한다. 필터들(540, 542)에 의해 공급되는 신호들(Detect_Q_out 및 Detect_I_out)은 안테나(418)에 의해 수신되는 산란된 RF 신호를 나타내고, 또한, 예를 들면, 아래에 추가로 설명되고 도 12에 도시된 블록(760)에 의해, 적절할 때, 증폭되고, 주파수에서 변환되고 및/또는 디지털 정보로 변환될 수 있다.

[0057] 도 9의 전력 증폭기(512)에 의해 생성된 출력 전력은 다수의 상이한 방식들로 제어될 수 있다. 도 10a에서, 증폭기(510)에 의해 생성되고 안테나(360)에 의해 송신되는 RF 신호의 진폭 및 따라서 전력은 가변 저항기(352)의 저항을 변경함으로써 변동될 수 있다. 도 10b에서, 증폭기(510)에 의해 생성되고 안테나(360)에 의해 송신되는 RF 신호의 진폭 및 따라서 전력은 가변 공급 전압(370)에 의해 공급되는 전압을 변경함으로써 변동될 수 있다. 공급 전압이 다수의 출력 스테이지들 사이에서 공유될 수 있기 때문에, 도 10b에 도시된 회로는 다수의 생성 엘리먼트들에 의해 생성된 전력을 제어하는데 있어서 이롭다. 또한, 도 9의 증폭기(512)에 의해 생성된 출력 전력은, RF 신호 입력 진폭을 제어함으로써, 예를 들면, 앞서 설명된 바와 같이 블록(506)을 사용함으로써 제어될 수 있다.

[0058] 무선 전력을 제공하기 위해 다른 생성 엘리먼트와 협력하여 동작하는 각각의 생성 엘리먼트는 타이밍 동기화를 요구한다. 타이밍 동기화는 생성 엘리먼트들에 의해 생성된 RF 신호를 간섭하지 않도록 라디오-주파수 신호들 자체들에 의해 또는 분산된 별개의 기준 타이밍 신호에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에 따라, RF 신호의 저조파(sub-harmonic)인 주파수를 갖는 타이밍 기준 신호를 분배하기 위해 트리형 네트워크가 사용되고, 이로써 신호들 둘 모두를 위상-동기화하기 위해 정수-N 타입 PLL 신시사이저의 사용을 가능하게 한다. 마스터 기준 신호는 마스터 타이밍 기준 신호를 생성하는데 사용된다. 일 실시예에서, 기준 신호는 버퍼링되고 제 1 생성 엘리먼트뿐만 아니라 N_a(예를 들면, N_a=3)보다 더 많은 버퍼들로 전달되고, 버퍼들은, 차례로, N_a보다 더 많은 버퍼들 및 부가적인 생성 엘리먼트에 대한 버퍼링된 버전의 신호를 생성한다. 이러한 기술은, n 개 이상의 버퍼들이 사용되지 않도록, 버퍼링된 버전의 기준 신호가 각각의 생성 엘리먼트로 분배되는 방식으로 확장된다. 이러한 방식에 따라 기준 신호를 분배하는 것은

개의 생성 엘리먼트들이 기준 신호를 수신하는 것을 보장한다.

[0059] 다른 실시예에 따라, 기준 타이밍 신호는 RF 출력 신호의 정확한 저조파가 아닐 수 있다. 예를 들면, RF 출력 신호보다 임의의 더 낮은 주파수에서의 타이밍 기준 신호는 분수형(fractional)-N 위상 동기 루프 신시사이저를 사용함으로써 사용될 수 있다. 기준 주파수와 실질적으로 정확히 동일한 주파수에서의 타이밍 기준 신호는 주입 잠금(injection locking)을 사용하여 채용될 수 있다. RF 주파수보다 더 높은 주파수에서의 타이밍 기준 신호는 정수-N 또는 분수형-N 분주기 중 어느 하나를 사용하여 주파수에서 분할될 수 있다.

[0060] 도 11은 버퍼(610)를 통해 기준 타이밍 신호(REF)를 생성 유닛 모듈(250₁)에 공급하는 기준 타이밍 신호 생성(600)을 도시한다. 생성 유닛 모듈(250₁)은 위상 동기 루프(PLL) 신시사이저(270) 및 (210)으로 총괄적으로 식별되는 다수의 생성 엘리먼트들을 포함하는 것으로 도시된다. 버퍼(610)의 출력 신호는 또한 버퍼들(620 및 630)에 의해 버퍼링되고, 생성 유닛 모듈들(250₂ 및 250₃)에 배치된 PLL들(270)에 각각 공급된다. 버퍼들(620, 630)에 의해 공급되는 기준 타이밍 신호들은 다른 생성 유닛 모듈들(미도시)에 인가된다.

[0061] 기준 타이밍 신호의 각각의 사본은 단일 또는 다수의 생성 엘리먼트들에 대한 RF 신호를 생성하는데 사용될 수 있고, 따라서 생성 유닛을 형성하는데 있어서 모듈형 접근법을 허용한다. 예를 들면, 각각의 생성 엘리먼트는, 앞서 설명된 바와 같이, 진폭 및/또는 지연이 독립적으로 제어되는 RF 신호를 생성하기 위해 전용 위상-동기 루프 신시사이저를 가질 수 있다. 대안적으로, 다수의 생성 엘리먼트들은, 도 12를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 동일한 위상-동기 루프 신시사이저에 의해 생성된 RF 신호를 사용할 수 있다.

[0062] 도 12는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 생성 유닛 모듈(700)의 블록도이다. 예시적인 생성 유닛 모듈(700)은, 연관된 안테나(712)에 각각 커플링된 12 개의 생성 엘리먼트들(710)을, 부분적으로, 포함하는 것으로 도시된다. PLL일 수 있는 주파수 신시사이저(722)는 기준 타이밍 신호(CLK)를 수신하고, 이에 응답하여, 버퍼들(720)을 통해 생성 엘리먼트들(710)에 인가되는 RF 신호의 동위상(I) 및 직교-위상(Q) 컴포넌트들을 생성한다. 공유된 제어 인터페이스(750)는 생성 엘리먼트들(710)에 의해 사용되는 제어 신호들을 생성한다. 예를 들어, 그리고 앞서 설명된 바와 같이, 제어 인터페이스(750)는 무선 전력 전달을 최적화하기 위해 안테나들(712) 각각에 의해 송신되는 RF 신호의 위상 및/또는 진폭을 변경하는 제어 신호들을 생성한다. 블록(760)은 생성 유닛 엘리먼트들(700)(도 5 참조)에 의해 검출된 다수의 쌍의 신호들(Detect_Q_out, Dectect_I_out) 중에서 한 쌍의 동위상 및 직교 위상 신호들을 선택하고, 선택된 동위상 및 직교 위상 신호들을 증폭하고 및/또는 이들에 대한 부가적인 신호 프로세싱(예를 들면, 초핑)을 수행하고, 출력 신호(Detect_out)로서 자신의 다양한 동작들의 결과를 전달하도록 적응된다. 일 실시예에서, 안테나들을 제외하고, 도 12에 도시된 생성 유닛(700)의 모든 컴포넌트들은 집적 회로(IC) 상에 형성된다.

[0063] 앞서 설명된 바와 같이, 생성 유닛은, 차례로, 하나 이상의 생성 엘리먼트들을 각각 포함하는 하나 또는 다수의 생성 유닛 모듈들을 포함할 수 있고, 이로써 생성 유닛이 모듈형 방식으로 형성되는 것을 가능하게 한다. 생성 유닛 모듈들은 전체 생성 유닛의 비용, 오버헤드 및 복잡성을 감소시키기 위해 타이밍 기준 컴포넌트들, 전압 및/또는 전류 기준 컴포넌트들 및/또는 주파수 생성 컴포넌트들과 같은 다수의 컴포넌트들을 공유할 수 있다. 모듈형 접근법은 규모의 경제, 상이한 애플리케이션들에서 이용 가능한 유닛들에 대해 동일한 모듈들을 사용하는 능력, 업그레이드 가능성 등으로 인해 비용 절감과 같은 다수의 이점들을 제공한다. 결과적으로, 본 발명의 실시예들에 따라, 스케일링 가능한 생성 유닛 또는 시스템을 형성하기 위해 임의의 수의 생성 엘리먼트들 및/또는 생성 유닛 모듈들이 모듈형 방식으로 결합될 수 있다.

[0064] 생성 유닛에서 생성 엘리먼트들 및/또는 생성 유닛 모듈들의 수가 더 많을수록, 전력 송신 로컬화 및 전체 효율이 더 높다. 생성 엘리먼트들 및/또는 생성 유닛 모듈들의 수는 충전되도록 의도된 디바이스, 시스템 효율에 대한 요건들, 송신 범위 및 정확성에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 예를 들면, 전력을 무선으로 무선 마우스에 제공하는 것은 효율, 범위, 정확성 및 전력에 대해 더 낮은 요건들을 가질 수 있고, 따라서 태블릿 컴퓨터보다 상대적으로 더 적은 수의 생성 엘리먼트들 및/또는 생성 유닛 모듈들을 요구할 것이다.

[0065] GU는, 본 발명의 실시예들에 따라, 룸 내의 어디엔가 근처에 위치된 수신 유닛에 전력공급하기 위해 평면 배열로 형성되고, 룸의 벽 및/또는 천장 상에 장착되거나, 임의의 다른 편리한 방식으로 배치될 수 있다. 또한, 생성 엘리먼트들뿐만 아니라 생성 유닛 모듈들은, 별개의 안테나들이 안테나 어레이를 형성하도록 구성될 수 있는 많은 부분에서 동일한 방식으로 생성 유닛들의 어레이를 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 생성 엘리먼트들 및/또는 생생 유닛 모듈들의 2차원 평면 배열들은 벽들, 천장 또는 바닥들 상의 배치에 적절한 낮은 폼-팩터 생성 유닛들을 형성하도록 구성될 수 있다. 생성 엘리먼트들 및/또는 생성 유닛 모듈들의 3차원 배열들은, 심미적으로 만족스러운 구형 또는 다른 기하학적 형상들을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들의 스케일러빌러티 및 모듈성은 다양한 이점들을 제공한다.

[0066] 도 13a-13d는 도 1 및 2의 생성 엘리먼트들(130)과 같은 생성 엘리먼트들이 생성 유닛을 형성하도록 배열될 수 있는 다수의 상이한 구성들을 도시한다. 도 13a에서, 생성 엘리먼트들(130)은 직사각형 생성 유닛(300)을 형성하도록 배열된다. 도 13b에서, 생성 엘리먼트들(130)은 원형 생성 유닛(310)을 형성하도록 배열된다. 도 13c에서, 생성 엘리먼트들(130)은 구형 생성 유닛(320)을 형성하도록 배열된다. 도 13d에서, 생성 엘리먼트들(130)은 정육면체 생성 유닛(330)을 형성하도록 배열된다.

[0067] 본 발명의 앞의 실시예들은 제한적이 아니라 예시적이다. 본 발명의 실시예들은 RF 신호를 송신하는데 사용되는 다이폴, 루프, 패치, 호른(horn) 또는 그 외의 것과 같은 임의의 RF 주파수 또는 임의의 타입의 안테나에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 생성 엘리먼트들, 생성 유닛 모듈들 또는 생성 유닛들의 수에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 안테나들에 의해 송신되는 RF 신호들의 분극 방향, 가령, 선형, 원형, 타원형 또는 그 외의 것에 의해 제한되지 않는다. 또한, 일부 실시예들에서, 송신되는 RF 신호는 상이한 분극을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 이산 컴포넌트들 및/또는 집적 회로들이 생성 유닛들, 생성 유닛 모듈들 또는 생성 블록들을 형성하는데 사용될 수 있지만, 다른 실시예들은 집적 회로들을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 많은 또는 모든 제어 기능은 하나 이상의 FPGA들, 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, DSP들, ASIC들 등을 사용하여 수행될 수 있다. 다른 가산들, 감산들 또는 수정들은 본 개시내용을 고려할 때 명백하며, 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims

전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신(transfer)하도록 적응된 RF 신호 생성기로서,
RF 신호를 생성하도록 각각 적응된 제 1 복수의 생성 엘리먼트들 ― 복수의 RF 신호들은 제 1 복수의 안테나들에 의해 송신됨 ―;
무선 신호 수신기;
상기 수신기가 제 1 무선 디바이스로부터 수신하는 제 1 신호에 따라 제 1 복수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성되는 RF 신호의 위상을 제어하도록 적응된 제어 유닛 ― 상기 제 1 신호는 상기 제 1 무선 디바이스가 수신하는 RF 전력의 양을 나타내는 정보를 포함함 ―; 및
상기 제 1 복수의 안테나들에 의해 송신되는 RF 신호의 산란(scattering) 또는 반사에 의해 발생되는 RF 신호를 검출하도록 적응된 검출기를 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 검출기에 의해 검출된 신호에 따라 상기 제 1 복수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성되는 RF 신호의 위상을 제어하도록 추가로 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 유닛은 복수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성되는 RF 신호의 진폭을 제어하도록 추가로 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용하여 전력을 상기 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 상기 제 1 무선 디바이스와 동시에 제 2 무선 디바이스에 전력공급하도록 추가로 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 제 2 무선 디바이스에 전력공급하도록 추가로 적응되고,
상기 RF 신호 생성기는 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용하여 전력을 상기 제 1 무선 디바이스 및 상기 제 2 무선 디바이스에 송신하는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 RF 신호를 생성하도록 각각 적응된 제 2 복수의 생성 엘리먼트들을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 제 1 복수의 생성 엘리먼트들 또는 상기 제 2 복수의 생성 엘리먼트들 중 하나로 하여금 제 1 시간 기간 동안에 RF 신호들을 생성하게 하도록 추가로 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 RF 신호를 생성하도록 각각 적응된 제 2 복수의 생성 엘리먼트들을 더 포함하고,
상기 제 1 복수의 생성 엘리먼트들 및 상기 제 2 복수의 생성 엘리먼트들 각각은 상기 제어 유닛에 의해 공급되는 기준 타이밍 신호에 따라 RF 신호를 생성하도록 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 검출기는 상기 제 1 복수의 안테나들에 의해 송신되는 RF 신호의 경로를 따라 위치된 물체들 또는 생물체(living organism)들의 존재를 검출하도록 추가로 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 반도체 다이 상에 통합되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 제 2 복수의 생성 엘리먼트들을 모듈형 방식으로 수용하도록 적응되고, 이로써 상기 수신기가 상기 제 1 무선 디바이스로부터 수신하는 상기 제 1 신호에 따라 제 2 복수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성되는 RF 신호의 위상 및 진폭을 상기 제어 유닛이 제어하는 것을 가능하게 하는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는, 상기 RF 신호 생성 엘리먼트들에 의해 생성되는 RF 신호들의 위상들을 변경하는데 사용되는 타이밍 신호들을 제공하도록 적응된 복수의 제어 동기 루프(control locked loop)들을 더 포함하는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는, 상기 RF 신호 생성 엘리먼트들에 의해 생성되는 RF 신호들의 위상들을 변경하도록 적응된 복수의 위상 회전자(phase rotator)들을 더 포함하는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 7 항에 있어서,
상기 기준 타이밍 신호는 트리형 분배 네트워크(tree-like distribution network)를 사용하여 상기 제 1 복수의 생성 엘리먼트들 및 상기 제 2 복수의 생성 엘리먼트들에 전달되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 검출기에 의해 검출되는 신호에 따라 상기 제 1 복수의 RF 신호 생성 엘리먼트들 각각에 의해 생성되는 RF 신호의 진폭을 제어하도록 추가로 적응되는,
전력을 제 1 무선 디바이스에 무선으로 송신하도록 적응된 RF 신호 생성기.
RF(radio frequency) 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법으로서,
제 1 복수의 안테나들을 통해 제 1 복수의 RF 신호들을 송신하는 단계;
상기 제 1 무선 디바이스로부터 제 1 신호를 수신하는 단계;
상기 제 1 신호에 따라 상기 제 1 복수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계 ― 상기 제 1 신호는 상기 제 1 무선 디바이스가 수신하는 RF 전력의 양을 나타내는 정보를 포함함 ―;
상기 제 1 복수의 안테나들에 의해 송신되는 RF 신호의 산란 또는 반사에 의해 발생되는 산란된 RF 신호를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 RF 신호에 따라 상기 제 1 복수의 RF 신호들 각각의 위상을 제어하는 단계를 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 제 1 신호에 따라 상기 RF 신호들의 진폭들을 제어하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 시간-도메인 멀티플렉싱을 사용하여 상기 제 1 복수의 RF 신호들을 송신하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 제 1 무선 디바이스와 동시에 제 2 무선 디바이스에 전력공급하기 위해 제 2 복수의 RF 신호들을 송신하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 제 2 복수의 RF 신호들을 송신하는 단계를 더 포함하고,
상기 제 1 복수의 RF 신호들 및 상기 제 2 복수의 RF 신호들 각각은 제어 유닛에 의해 공급되는 기준 타이밍 신호에 따라 생성되는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
삭제
삭제
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 제 1 복수의 RF 신호들의 경로를 따라 위치된 물체들 또는 생물체들의 존재를 검출하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 반도체 기판 상에 형성된 제 1 복수의 생성 엘리먼트들을 통해 상기 제 1 복수의 RF 신호들을 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 반도체 기판은 상기 제 1 무선 디바이스로부터 상기 제 1 신호를 수신하는 수신 유닛을 더 포함하고,
상기 반도체 기판은 상기 제 1 복수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 제어기를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 생성 유닛에 배치된 제 1 복수의 생성 엘리먼트들을 통해 상기 제 1 복수의 RF 신호들을 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 생성 유닛은 제 2 복수의 생성 엘리먼트들을 모듈형 방식으로 수용하도록 적응되는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 적어도 하나의 제어 동기 루프들에 의해 생성되는 타이밍 신호에 따라 상기 제 1 복수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 복수의 위상 회전자들을 사용하여 상기 제 1 복수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 트리형 분배 네트워크를 통해 전달되는 타이밍 신호들을 사용하여 상기 제 1 복수의 RF 신호들의 위상들을 제어하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 검출된 RF 신호에 따라 상기 제 1 복수의 RF 신호들 각각의 진폭을 제어하는 단계를 더 포함하는,
RF 신호들을 사용하여 제 1 무선 디바이스에 전력공급하는 방법.