KR-102959997-B1 - 안테나 장치, 정류 회로 및 전자 기기

Abstract

공간에 있는 전파 또는 준정전계(근방계)의 전계 에너지를 수신하고, 교류 신호로부터 직류로 정류하기 위한 정류 회로를 구비하고, 공업 제품 금속부에 접촉 또는 접속되는 도체인 제1 안테나 엘리먼트와, 제1 안테나 엘리먼트와는 다른 도체이며, 공업 제품 금속부와는 전기적으로 접속되지 않도록 마련된 제2 안테나 엘리먼트에 의해 구성된 안테나부를 갖고, 안테나부로부터 출력된 교류 신호 중, 제1 안테나 엘리먼트로부터 정류 회로부에 출력되는 입력 선로가 정류 회로에 접속되어 있는 안테나 장치이다.

Inventors

• 요시노 요시타카

Assignees

• 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20210428

Priority Date

20200622

Claims (20)

1. 안테나 장치에 있어서, 제1 안테나 엘리먼트 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하는 안테나부; 및 정류 회로를 포함하고, 상기 정류 회로는, 상기 안테나부의 출력을 수신하고, - 상기 안테나부의 출력은 공간에 있는 전파 또는, 준정전계(근방계)의 전계 에너지를 포함함 -, 상기 안테나부의 출력을 직류로 정류하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트는, 공업 제품 금속부에 접촉 또는 접속되는 도체이고, 상기 제2 안테나 엘리먼트는, 상기 제1 안테나 엘리먼트와는 다른 도체이고, 상기 공업 제품 금속부와는 전기적으로 접속되지 않도록 마련되며, 용량 결합으로 지면의 그라운드에 접지되거나, 또는 케이블에 의해 그라운드에 접지됨으로써 전계를 구성하는, 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 정류 회로는, 정류를 위한 다이오드를 구비하고, 상기 다이오드의 순방향 전압 시에 있어서의 순방향 전류와 그 전압이 역방향으로 인가되었을 때의 역방향 전류의 비가 적어도 4700배 이상이거나, 또는 상기 다이오드의 역방향으로 10V 인가 시의 역방향 전류를 사용하여 구한 저항 값이 1.4MΩ 이상인, 안테나 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 다이오드가 실리콘으로 구성되어 있는, 안테나 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 준정전계의 전계 에너지는, 전원 코드 또는 인버터로부터 누설되는 전력 또는 노이즈인, 안테나 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 안테나부로부터 입력된 교류 신호를 주파수 분리하는 분리 회로와, 상기 분리 회로에 의해 분리된 교류 신호를 각각 정류하는 복수의 정류 회로를 구비하는, 안테나 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 공업 제품 금속부와의 접촉면이, 금, 은, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 또는 합금 중 어느 하나 또는, 조합으로 이루어지는 도체 전극으로 구성되어 있는, 안테나 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 공업 제품 금속부와의 접촉면은, 코오킹, 압접 중 어느 하나 또는, 조합에 의해 상기 공업 제품 금속부와 접촉되어 있는, 안테나 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 도체 전극이, 수지 코팅되어 있는 안테나 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 공업 제품 금속부와의 접속부가, 금, 은, 알루미늄, 구리, 철, 니켈 또는, 합금 중 어느 하나 또는, 조합으로 이루어지는 도체 전극으로 구성되어 있는, 안테나 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 접속부는, 나사 고정, 납땜, 용접, 도전성 수지, 도전성 테이프, 도전성 고무 또는 마그네트 중 어느 하나 또는, 조합에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 도체 전극이, 핀, 선형, 반구형, 요철, 또는 평면형 중 어느 하나 또는, 조합인 안테나 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 제2 안테나 엘리먼트는, 수신기의 회로 기판의 그라운드, 기판 상의 그라운드와는 다른 패턴, 상기 공업 제품 금속부와 전기적으로 접속되지 않는 수신기 하우징 금속, 또는 도체 케이블 중 어느 하나 또는, 조합으로 구성된 안테나 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 제2 안테나 엘리먼트와 지면 그라운드 사이가, 절연 피복 케이블을 사용하여, 직접 또는, 간접적으로 접지되어 있는, 안테나 장치.
14. 제1항에 있어서, 케이스에 수납된, - 상기 케이스는 상기 제1 안테나 엘리먼트와 접촉되는 부분 이외의 부분이 절연 재료임 - 안테나 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 안테나 장치가 복수 마련되고, 복수의 상기 안테나 장치가 직렬로 접속되어 있는, 안테나 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 안테나 장치가 복수 마련되고, 복수의 상기 안테나 장치가 병렬로 접속되어 있는, 안테나 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 정류 회로의 출력을 측정하는 2MΩ 이상의 고저항 센서를 더 갖는, 안테나 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 2MΩ 이상의 고저항 센서로 측정한 데이터를 해석하고, 상기 공업 제품의 상태를 취득하는, 안테나 장치.
19. 전원 장치에 있어서, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 안테나 장치와, 상기 정류 회로의 출력이 공급되는 충전기와, 상기 충전기에 접속되는 축전 소자를 구비한, 전원 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 축전 소자에 축전된 전력에 의해 동작하는 부하를 구비하는, 전원 장치.

Description

안테나 장치, 정류 회로 및 전자 기기 본 기술은, 에너지 하베스트 기능을 구비하는 안테나 장치, 정류 회로 및 전자 기기에 관한 것이다. 우리 주변에 존재하고 있는 방송파 등의 전파의 에너지를 전력으로 변환하는 것(에너지 하베스트)이 생각되고 있다. 안테나를 통해 회로에 흐르는 전류는, 환경 발전의 경우에는, 직류로 정류되어 전기 에너지로 변환된다. 전파를 직류로 정류하기 위해서는, 다이오드가 사용된다. 정류 회로 구비 안테나는, 렉테나라 불린다. 비특허문헌 1에는, 고임피던스 안테나를 사용하여, 지상 디지털 방송의 470 내지 600㎒의 대역을 수신하고, 정류기의 여진 전압을 높임으로써 렉테나를 고효율화하는 것이 기재되어 있다. 비특허문헌 2에는, V-High 멀티미디어 방송(208.5-222㎒), 지상파 디지털 방송(470-710㎒), 800㎒대 휴대 전화 기지국(860-890㎒)의 각각의 전력속 밀도의 측정 결과, 그리고 전자파 회수의 안테나의 평가에 대하여 기재되어 있다. 도 1은 본 기술에 의한 수신 장치의 일 실시 형태의 블록도이다. 도 2의 A, B 및 C는 수신 장치에 포함되는 안테나 장치의 일례의 평면도 및 단면도이다. 도 3의 A 및 B는 수신 장치에 포함되는 안테나 장치의 다른 예의 평면도 및 단면도이다. 도 4는 안테나 장치의 구체예를 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 5는 기기 기판을 포함하는 안테나 장치의 제1 예를 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 6은 제1 예의 변형예를 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 7은 기기 기판을 포함하는 안테나 장치의 제2 예를 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 8은 제2 예의 변형예를 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 9는 기기 기판을 포함하는 안테나 장치의 제3 예를 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 10은 안테나 장치의 변형예를 설명하기 위한 접속도이다. 도 11은 안테나 장치의 변형예를 설명하기 위한 접속도이다. 도 12의 A, B 및 C는 제2 안테나 엘리먼트의 구체예를 각각 도시하는 개략 선도이다. 도 13은 안테나 장치의 동작을 설명하기 위한 개략 선도이다. 도 14는 본 기술을 금속 랙에 대하여 적용한 일 실시 형태의 설명에 사용하는 개략 선도이다. 도 15는 일 실시 형태의 실시예의 설명에 사용하는 개략 선도이다. 도 16은 일 실시 형태의 변형예의 설명에 사용하는 개략 선도이다. 도 17의 A 및 B는 전자레인지에 대하여 적용한 실시예의 설명에 사용하는 개략 선도이다. 도 18은 정류 회로의 일례의 구성을 도시하는 접속도이다. 도 19는 정류 회로의 다른 예의 구성을 도시하는 접속도이다. 도 20은 정류 회로의 다이오드의 특성의 설명을 위한 그래프이다. 도 21은 회로 구성의 변형예의 블록도이다. 도 22는 정류 회로의 다른 예를 사용한 안테나 장치의 구성의 일례를 도시하는 접속도이다. 도 23은 정류 회로의 다른 예를 사용한 안테나 장치의 구성의 다른 예를 도시하는 접속도이다. 도 24는 정류 회로의 다른 예를 사용한 안테나 장치의 구성의 또 다른 예를 도시하는 접속도이다. 도 25는 안테나 장치의 응용예의 설명에 사용하는 접속도이다. 도 26은 안테나 장치의 응용예의 설명에 사용하는 그래프이다. 도 27의 A 및 B는 본 기술을 차에 대하여 적용한 다른 실시 형태의 설명에 사용하는 개략 선도이다. 도 28은 타이어의 일부 단면을 확대하여 도시하는 사시도이다. 도 29는 본 기술의 다른 응용예의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 30의 A 및 B는 출력을 증가시키기 위한 일반적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 31은 안테나 장치를 직렬 접속한 구성의 일례의 블록도이다. 도 32는 도 31의 회로 접속의 일례를 도시하는 접속도이다. 도 33은 안테나 장치를 직렬 접속한 구성의 다른 예의 블록도이다. 도 34는 도 33의 회로 접속의 일례를 도시하는 접속도이다. 도 35는 안테나 장치를 병렬 접속한 구성의 일례의 블록도이다. 도 36은 도 35의 회로 접속의 일례를 도시하는 접속도이다. 도 37은 안테나 장치를 병렬 접속한 구성의 다른 예의 블록도이다. 도 38은 도 37의 회로 접속의 일례를 도시하는 접속도이다. 도 39는 안테나의 개수를 증가시키는 경우의 설명에 사용하는 개략 선도이다. 도 40의 A 및 B는 안테나의 개수를 증가시키는 경우의 설명에 사용하는 접속도이다. 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 기술의 적합한 구체예이며, 기술적으로 바람직한 다양한 한정이 부가되어 있다. 그러나, 본 기술의 범위는, 이하의 설명에 있어서, 특히 본 기술을 한정한다는 취지의 기재가 없는 한, 이들 실시 형태에 한정되지는 않는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 혹은 동질의 구성 요소를 나타내고 있어, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 본 기술은, 전계 에너지가 유기되는 금속부를 갖는, 예를 들어 우리 주변에 존재하고 있는 공업 제품, 차나, 자동판매기, 냉장고, 전자레인지, 금속 랙, 가드레일, 우편 포스트, 신호기 등의 금속부(철, 알루미늄, 구리, 금속 합금 등)가 있고, 안테나로서, 공간에 있는 전파 및 준정전계(근방계)의 전계 에너지를 수신할 수 있도록 한 것이다. 즉, 공간에 뜬 상태에서, 금속이 존재하고 있으면, 금속 표면에는, 가지각색의 교류 전력(교류 전류)이 흐르고 있기 때문에, 이 금속을 안테나로 간주하여 이 전력을 효율적으로, 에너지로 변환하도록 한 것이다. 예를 들어, 우리 주변에 존재하고 있는 공업 제품, 차나, 자동판매기, 냉장고, 전자레인지, 금속 랙, 가드레일, 우편 포스트, 신호기 등의 금속부(철, 알루미늄, 구리, 금속 합금 등)에는 전계 에너지가 유기된다. 본 기술은, 이러한 공업 제품 금속부를 안테나로 하여, 공간에 있는 전파 및 준정전계(근방계)의 전계 에너지를 수신할 수 있도록 한 것이다. 즉, 공간에 뜬 상태에서, 금속이 존재하고 있으면, 금속 표면에는, 가지각색의 교류 전력(교류 전류)이 흐르고 있기 때문에, 이 금속을 안테나로 간주하여 이 전력을 효율적으로, 에너지로 변환하도록 한 것이다. 또한, 공업 제품 금속부는, 안테나로서 설계되어 있는 공업 제품 이외의 금속부이다. 공업 제품 금속부에 접촉 또는 접속되어, 공업 제품 금속부 그 자체를 안테나로 하기 위한 입력 단자부에는, 후단의 정류 회로와의 접속에 있어서, 수신하기 위한 임피던스는, 높은 쪽이 좋고, 특히 주파수에 맞춘, 정합 회로를 마련하지 않고, 직렬로 접속하도록 하여, 순방향 전류에 대하여, 매우 작은 역방향 전류의 다이오드로 정류한 것이다. 이에 의해, 종래의 전파에 더하여, 주파수로서는, 매우 작은 전원으로부터 누설되어 오는 50/60Hz와 같은 전파가 아닌, 준정전계(근방계)의 전력을 효율적으로, 수신할 수 있다. 이와 같이, 공업 제품 금속부와 접속되는 입력 단자부와 정류 회로 사이에는, 안테나 형상을 고려하지 않아도 되어, 정합 회로가 불필요하게 된다. 이에 의해, 제1 방법은, 안테나 장치의 그라운드가, 용량 결합으로, 지면의 그라운드와, 또는 케이블 등에 의해 그라운드에 접지되어, 전계를 만드는 구조로 함으로써, 전파 이외의 준정전계에 있어서의 전계 에너지에 대해서도, 도입하는 것이 가능하게 되었다. 또한, 제2 방법은, 안테나 장치의 그라운드는 다른 별도의 안테나 엘리먼트가, 용량 결합으로, 지면의 그라운드와, 또는 케이블 등에 의해 그라운드에 접지되어, 전계를 만드는 구조로 함으로써, 전파 이외의 준정전계에 있어서의 전계 에너지에 대해서도, 도입하는 것이 가능하게 되었다. 즉, 전원 코드나 인버터로부터 누설되는 전력이나 노이즈를 수신하여 에너지로 변환하는 것을 가능하게 하였다. 본 기술은, 넓은 범위의 전계 에너지를 수신할 수 있음으로써 수신 전력을 증대시킬 수 있다. 준정전계란, 방사 전자계 소위 전파와 같이 전반되는 성질이 없고, 인간이나 차량, 물질 근방에 정전기 대전과 같이 분포하는 전압 현상이다. 정전계가 시간 변화 제로로 간주되는 것에 반해 준정전계는 주파수 성분을 갖고, 시간 변화를 수반하는 것이다. 도 1은 본 기술에 의한 에너지 하베스트 기능을 구비하는 안테나 장치의 일 실시 형태를 도시한다. 제1 안테나 엘리먼트 및 제2 안테나 엘리먼트로 이루어지는 안테나부(1a)에 의해 전계 에너지가 수신되고, 안테나부(1a)의 출력이 정류 회로(2)에 공급된다. 안테나부(1a) 및 정류 회로(2)에 의해 안테나 장치(1)가 구성된다. 정류 회로(2)의 출력이 차저(3)에 공급된다. 차저(3)에 대하여 축전 소자(4)가 접속되어 있다. 축전 소자(4)가 차저(3)에 의해 충전된다. 차저(3)가, 축전 소자(4)의 방전을 제어하도록 해도 된다. 안테나 장치(1), 차저(3) 및 축전 소자(4)에 의해 수신 장치가 구성된다. 축전 소자(4)에 대하여 부하(5)가 접속된다. 축전 소자(4)에 축적된 전력에 의해 부하(5)가 동작한다. 부하(5)는, 마이크로컴퓨터, 무선 통신부, 센서 등이다. 마이크로컴퓨터의 제어에 의해, 센서의 출력이 무선 송신된다. 안테나 장치(1)는, 금속과 접하는 제1 안테나 엘리먼트와 제2 안테나 엘리먼트에 의해 구성되어 있다. 안테나 장치(1)의 일례에 대하여, 도 2의 A(평면도), 도 2의 B(단면도), 도 2의 C(단면도), 도 3의 A(평면도) 및 도 3의 B(단면도) 및 정류 회로(2)(후에 설명함)가 탑재되는 기판도(도 5, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 2의 A, 도 2의 B, 도 2의 C, 도 3의 A, 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 공업 제품 금속부와 접촉 또는 접속되는 제1 안테나 엘리먼트(11)가 판형(패치형)으로 구성되어 있다. 안테나 엘리먼트(11)는, 금, 은, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 또는 합금 등의 도체로 구성된 판형의 것이다. 안테나 엘리먼트(11)의 금속과의 접촉면이, 수지 코팅되어 있어도 된다. 안테나 엘리먼트(11)는, 공업 제품 금속부의 형상에 맞추어, 선형, 핀, 반구형 또는 요철 등의 형상으로 된다. 공업 제품 금속부와 안테나 엘리먼트(11)는, 용접, 기계적 결합(코오킹 등), 도전성 접착제에 의한 접착, 마그네