Optical wireless power transmission (OWPT) is a good candidate for long-distance underwater wireless power transmission. In this work we investigate the transmission efficiency of underwater OWPT, depending on the operating wavelength. We consider four operating wavelengths: infrared, red, green, and blue. We also consider the cases of pure water and sea water for the working conditions. Our results show that it is necessary to select the operating wavelength of underwater OWPT according to the transmission distance and water type of the target application.
무선 메쉬 네트워크는 WLAN 기술뿐만 아니라, 센서 네트워크와의 연동을 통해 다양한 분야에 응용할 수 있으며, 유비쿼터스 네트워크 구현을 위한 핵심기술이라 할 수 있다. 그러나 WLAN은 ISM 대역을 전송 주파수 대역으로 사용하기 때문에, 최대 전력이 100mW로 제한된다. 최대 전력이 제한된 상황에서 WLAN기반의 메쉬 네트워크가 비용 효율적인 백본망의 역할을 수행하기 위해서는 장거리 전송을 위한 연구가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 실험 결과를 통해 무선 메쉬 네트워크 단점인 도달거리의 한계를 극복할 수 있는 방안을 제시하였으며 그 효과성을 보였다. 제안한 방법은 다양한 안테나의 적용 및 디바이스 드라이버의 함수 정의와 구현으로 장거리 전송과 전력효율을 높일 수 있었다.
본 논문에서는 2.4GHz 대역의 무선 환경에서 수 십 km 이상의 중장거리 통신이 가능하도록 다중 안테나를 활용한 빔 형성(Beam-forming) 방식 기반의 영상신호 전송 방식을 제안한다. 제안한 방식을 적용하여 3.6km 옥외 전송거리에서 $4{\times}5dBi$의 안테나 사용과 16dBm의 송신파워를 통해 -77dBm의 수신 전계 강도와 약 32Mbps의 데이터 전송속도가 달성됨을 확인한다. 또한, 20km 장거리 옥외 전송에서도 $4{\times}5dBi$ 무지향성 안테나를 사용하여 10~12Mbps의 전송률이 달성됨을 확인한다.
The wireless power transmission market is growing at an average annual rate of 51.5% from $ 16.4 billion in 2015 to $ 131.1 billion in 2020. However, there are limitations to commercialization due to the development of standards and technologies. Thus, this study identified trends in standards and regulations by market and by country. The research collected and filtered a total of 69,488 worldwide wireless power transfer patents by June 2019 and extracted a total of 28,555 patents. Based on this, technology development status was analyzed and predicted. In this study, long-distance and short-range technology development with high technology development difficulty and low technology development ratio could lead to growth of the entire wireless charging market. It is analyzed that investment and policy preparation are necessary to secure source technology for long-distance / near technology development than China, Japan and Europe.
현재까지 알려진 무선충전 방식 중에서 장거리에서 가장 효율이 좋은 방식은 레이저를 이용한 방식이다. 여기에 레이저를 이용한 무선통신 기술을 결합한다면 다양한 분야에 활용이 가능할 것이다. 이에 본 논문에서는 레이저를 이용한 무선충전 및 무선통신의 동시전송 기술에 관하여 연구하고 이에 대한 실험 결과를 보인다. 이 기술은 광 무선충전을 위해서 송신부에 전/광 변환을 위한 레이저 광원을 사용하고 수신부에는 광/전 변환을 위한 태양전지를 사용한다. 또한, 광 무선통신을 위해 해당 레이저 광신호에 반송파를 이용하여 신호를 송신하는 방식이다. 본 논문에서는 실험을 통해 100 mW 레이저 송신부와 태양전지 수신부를 이용하여 광 무선충전은 1.9 %의 DC-to-DC 효율을 보였으며, 무선 광통신은 전송거리가 15 m일때 최대 90 kbps의 전송속도를 보였다.
본 논문은 NRD 가이드를 이용하여 10km이상의 장거리 무선통신이 가능한 밀리미터파 대역용 FM 송신기 및 수신기를 제작하였다. 40GHz 사용주파수의 반파장 크기의 간격을 가지는 상하도체판 사이에 PTEE 유전체선로상에 건발진기, FM변조기 및 안테나로 구성된 FM 송신기를 제작하고, 동일한 간격을 가지는 상하도체판 사이에 국부발진용 건발진기, 밸런스믹서, 3dB 방향성결합기 및 안테나로 구성한 FM 수신기를 각각 제작하였다. 또한 제작된 FM송신기 및 수신기를 이용하여 무선통신 영상전송시험을 실시하였다. 이때 전송거리 10km의 시험거리에서 영상신호를 송신측에서 보낸 후 수신측의 TV 수상기를 통해 선명한 영상을 실시간으로 재생할 수 있었다. 이에 개발된 40GHz 대역 FM 송신기 및 수신기는 CATV의 전송이나 광대역 전송이 필요한 무선통신 시스템으로 사용이 가능하며, 장거리 초고속통신망의 연결 장치로 사용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 5.8GHz 대역에서 중장거리 통신거리를 제공하면서 영상 데이터의 손실률을 저하시키는 무선 영상전송 방식을 제안한다. 무선 환경에서 수 십 km 이상의 중장거리 통신이 가능하도록 다중 안테나를 통한 빔형성(Beam Forming) 방식을 적용하고 신뢰성 높은 영상데이터 전송을 위하여 MCS(Modulation and Coding Scheme)와 재전송을 결합한 영상전송 방식을 제안한다. 제안한 방식을 적용하여 80dB 감쇄의 실내 환경에서 1,000바이트의 페이로드 길이를 사용하고 10ms의 타임아웃 시간을 적용한 FPING을 통해 최소 0.92%의 손실률이 달성되고, 옥외환경에서 최대 전송속도 13Mbps에서 무선통신거리가 21.2Km인 무선전송이 달성됨을 확인한다.
Wireless power transfer (WPT) is the technology that enables the power to transmit electromagnetic field to an electrical load without the use of wires. There are two kinds of magnetic resonant coupling and inductive coupling ways transmitting from the source to the output load. Compared with microwave method for energy transfer over a long distance, the magnetic resonance method has the advantages of reducing the barrier of electromagnetic wave and enhancing the efficiency of power transmission. In this paper, the wireless power transfer circuit having a resonant frequency of 13.45 MHz for the low power system is studied, and the hardware implementation is accomplished to measure the power transmission efficiency for the distance between the transmitter and the receiver.
현재까지 개발된 무선 충전기술은 크게 전자기유도 방식, 자기공명 방식, 전자기파 방식 등이 있다. 하지만 기존의 방법들은 전송거리가 짧거나 전자파 장해를 일으키는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 레이저를 이용한 무선충전 기술에 대해 연구하고 이에 대한 실험결과를 보인다. 이 기술은 송신단에 전/광 변환을 위한 레이저 광원을 사용하여 빛의 형태로 에너지를 무선으로 전송하며, 수신단에는 광/전 변환을 위해 태양전지나 PD(: Photo Diode)를 이용하는 방식이다. 10m 이상의 장거리에서는 레이저 무선충전 기술의 전송효율이 가장 높을 것으로 전망되며, 장거리 무선충전에서는 레이저 무선충전 기술이 가장 효율적인 무선충전 기술이 될 것으로 판단된다. 본 논문의 실험결과에서는 100 mW Red 레이저 송신부와 PD 수신부를 이용하여 70 m의 장거리 전송거리에서 DC-to-DC 로 2.15 %의 무선전력전송 효율을 보였다.
무선 전력전송기에서 두 유도 코일 사이의 무선 전력전송 특성과 영향에 대해서 알아보고, 무선 전력전송 기술을 이용한 전력변환기 회로와 배터리 충·방전기 회로를 제안한다. 무선 전력전송기 및 무선 충전기의 장점은 기존의 플러그인 탑재형 유선 충전기(OBC; on-board charger) 대신 무선으로 전력을 전송하여 배터리에 전력 충전 시 사용자가 외부에서 전원을 연결 시키지 않고 무선으로 충전할 수 있는 점이다. 또한 무선충전의 이점은 2차 측 정류기의 회로와 수신 코일을 사용하여 에너지 효율 향상 효과를 가져올 수 있으나, 대용량의 원거리 무선충전 방식은 전송거리에 대한 한계가 있어 현재 많은 연구가 진행되고 있다. 비 접촉 방식의 전력 전송기의 전력을 전송 할 수 있는 송신부 인 1차측 코일과 수신부인 2차측 코일 및 하프브리지(half bridge) 직렬공진 컨버터를 적용한 무선 전력전송장치의 송신부 회로와 수신부 회로의 연구를 목적으로 무선충전시스템의 전력전송거리 향상을 위한 새로운 토폴로지를 적용하고, 각각의 거리에 따른 실험을 통해 8 cm 전송거리에서 출력 3 kW 일 때, 최대 효율(95.8%)을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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