본 논문은 전력구 내 지중선에서 발생하는 상용주파수(60 Hz) 자기장을 이용한 2 W급 무선전력 수신장치를 제안한다. 제안하는 수신장치는 자성체와 구리도선을 포함하는 수신 코일, 장치의 개폐를 위한 손잡이, 직렬공진회로 및 정류기를 포함하는 부가회로로 구성된다. 수신장치는 3상 지중선 중 하나에 설치되어 전력구 내 조명 및 온습도 센서를 구동하는데 사용 가능하다. 수신장치의 자성체로는 높은 기계적 강도 및 포화 자속밀도를 가지는 규소강판 박편이 사용되었으며, 직렬공진회로를 사용하여 최대전력을 수신하였다. 수신장치의 공진회로는 3 이하의 낮은 공진계수를 가지기에 50 Hz 및 60 Hz 지중선에 범용으로 사용이 가능하다. 사용된 규소강판 및 구리선의 무게와 가격의 곱을 성능지수(Figure of Merit)로 선정하여 이를 최소화하는 설계를 수행하였다. 제작된 시작품의 무게는 약 750 g중으로 2.2 W LED부하 구동이 가능하며, 이때 지중선의 전류는 $100A_{rms}$로 가정하였다.
무선전력전송 시스템은 대기전력과 안전 문제로 인해 수신부의 존재를 판단하는 알고리즘이 필요하다. 현재 전계결합을 이용한 무선전력전송 시스템이 연구되고 있지만 아직 송 수신부 확인에 대한 연구는 활발하지 않다. 본 논문에서는 거리나 압력 센서를 더하지 않고 기존 전극의 기생커패시턴스를 이용해 부하 유무를 감지하는 방법을 제안한다. 송신부의 두 전극은 수신부가 분리됐을 때와 비교했을 때 수신부가 완전 정렬된 경우 커패시턴스 값이 약 9배 증가하므로 일반적인 마이크로프로세서의 내부 저항과 본 기생커패시터의 계단파 응답을 이용하면 부하의 존재유무를 판단할 수 있다. 그리고 마이크로프로세서를 통해 분리 시와 완전정렬 시에 기생커패시턴스 값을 LCR 미터와 비교했을 때 각각 오차율 5.5%, 6.8%로 측정하고 이 값을 이용해 수신부 감지 알고리즘을 성능을 검증하였다.
ATSC 방식의 지상파 디지털 TV 방송에서는 단일 주파수 망(SFN: Single Frequency Network) 구성 시 송신기들과 중계기들의 단일 주파수 사용에 따른 간섭 문제가 발생한다. 송신기와 송신기, 송신기와 중계기, 그리고 중계기와 중계기 간의 단일 주파수 사용에 따른 간섭문제를 해결하기 위해서는 방송망에 대한 채널 프로파일과 각각의 송신기 혹은 중계기로부터의 개별 수신 전력이 필요하다. 이를 위해 ATSC 권고에서는 각 송신기 및 중계기에 식별(TxID: Transmitter Identification) 신호를 할당하여 송신 및 중계 신호에 부가하여 전송한다. 본 논문에서는 TxID 신호를 이용하여 SFN 방송망의 채널 프로파일을 검출하고, 별도의 수신전력계측장치를 통해 SFN 방송망의 전체 수신전력을 측정한 후, 검출된 채널 프로파일과 측정된 전체 수신전력을 이용하여 각각의 송신기 혹은 중계기로부터의 개별 수신전력을 추정하는 방법을 제안한다. 또한, 필드 테스트를 통해 제안된 수신전력 추정방법의 성능을 검증한다.
본 논문에서는 다중 엑세스 포인트 환경에서 전송전력, 수신필터, 엑세스 포인트 선정 최적화 알고리즘을 제안한다. 최종목적은 신호대간섭비를 유지하면서, 전송전력의 총합을 최소화하는 것이다. 증명을 통해서 제안하는 알고리즘은 최소전력에 수렴함을 보인다. 제안하는 알고리즘이 기존에 제안되었던 두 개의 알고리즘인 1)전송전력과 최소제곱평균오차(MMSE) 수신필터 최적화 알고리즘, 2) 전송전력 최적화 알고리즘보다 전송전력 소모량에서 성능이 우수함을 실험을 통해서 확인하였다.
무선전력전송은 특성상 수신부에 수신되는 전압이 일정하지 않기 때문에 수신부에 넓은 입력 범위를 갖는 정전압 컨버터가 요구된다. 그 중 Buck-Boost 컨버터는 넓은 입력 범위를 갖기 때문에 무선전력전송 수신부의 정전압 컨버터로 많이 사용 되었다, 본 논문에서는 기존의 Buck-Boost 컨버터의 효율 향상을 위해 Synchronous Buck-Boost 컨버터를 제안하고 시뮬레이션을 통해 두 컨버터를 비교하여 개선된 결과를 확인하였다.
본 논문에서는 BPSK 수신을 위한 덧셈(sum) 방식의 4-port 직접 변환 수신기를 제안하고, 국부 발진기(LO) 전력의 크기에 대한 수신기의 성능을 분석하였다. 수신 성능 분석에는 열잡음, 전력 검출기의 산탄(shot) 잡음, LO의 위상 잡음을 고려하였다. 수신 성능 분석 결과 최적의 신호대 잡음비를 보이는 최적의 LO 전력이 존재할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 자기유도방식의 드론용 무선전력 전송 시스템에 적합한 송·수신 패드의 모델을 제안하고, 드론의 수평 이격 거리에 따른 특성을 비교하였다. 송·수신 코일 간 결합계수, 저항 성분 등을 통하여 송·수신 패드의 성능을 비교하였으며, 해당 모델에서 최적의 성능을 보이는 코일의 턴 수 및 위치를 연구하였다.
일반적인 무선 전력 전송에서는 송신부와 수신부의 무선통신을 통하여 전력전달을 제어하나, TV와 같이 배터리가 없어 수신부의 통신모듈의 동작 대기가 어려운 전자 제품에는 적용하기 힘들다. 따라서 본 논문에서는 송신부와 수신부의 공진기를 LLC 트랜스포머 기반으로 설계하여 송/수신부간의 무선통신이 없는 근접 무선전력 전송 시스템을 제안하고자 한다. 제안하는 시스템에서는, 공진 주파수 근처의 설계된 주파수로 동작을 시켜, 수신기의 최소한의 저전압 보호 회로만으로도 약속된 기기간에 전력을 안정적으로 전달 할 수 있다.
본 논문에서는 국부발전 신호와 수신 RF 신호 전력을 제어할 수 있는 전력제어 6단자 소자를 구성하고 설계 제작하였다. 가변적인 6단자 수신 신호 전력을 제어하여 일정한 전력 세기를 갖는 6단자 소자 출력 신호로 유지하여 전력 검파기의 포화 및 성능 열화를 방지할 수 있는 직접변환 6단자 구조를 제안하였다. 이를 위하여 직접변환 수신방식의 성능을 개선하고 유지할 수 있는 전력제어 6단자 소자를 해석하고, 전력제어 소자와 6단자 소자를 구현하였다. 제작된 전력제어 6단자소자는 1.69 GHz주파수 대역에서 36 dB의 전력 제어와 약 1.6 dB 이내의 이득차, 그리고 약 $4^{\circ}$ 이내의 위상차를 갖는 양호한 수신 전처리기 성능을 나타내었다.
본 논문에서는 우리나라의 지형과 환경을 고려하여 전파환경을 분류하고, 1.95GHz에서 전파-전파특성을 연구하기 위해 PN 코드 상관 검파법을 이용한 다중지연파 측정 시스템을 구축하였다. 정확하고 기본적인 전파-전파 특성 측정을 위하여 우리나라의 특징적인 구조물인 시화공단을 선정하였다. 측정환경은 LOS와 N-LOS로 구분하여 전송거리에 따른 수신전력과 RMS 지연확산의 변화를 측정하였다. 측정결과 LOS의 수신전력은 -1.6dBm에서 -28.BdBm, RMS 지연확산은 0.023 ㎲∼0.22㎲이며 N-LOS의 수신전력은 -164Bm에서 -36.SdBm, RMS 지연확산은 0.068㎲∼0.37㎲가 측정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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