dx.doi.org KJKIEES 공동공진기를이용한무접점전력전송장치설계

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韓國電磁波學會論文誌 第 22 卷 第 11 201111論文 2011-22-11-01 http:// dx.doi.org/10.5515/KJKIEES.2011.22.11.1025 1025 「이 논문은 2010학년도 건국대학교의 지원에 의하여 연구되었음. 유니스트림()(UniStream, Co. Ltd.) *건국대학교 전자정보통신공학과(Department of Electronics, Information & Communication Engineering, Konkuk University) 논문번호 : 20110512-038 교신저자 : 허정(e-mail : [email protected]) ․수정완료일자 : 2011927공동공진기를 이용한 무접점 전력 전송 장치 설계 Design of Contactless Power Transmission Device Using Cavity Resonator 장 대 순김 용 남허 정* Tae-Soon ChangYong-Nam KimJung Hur* 요 약 본 논문은 공동공진기(cavity resonator)와 스트립라인(stripline) 구조를 이용하여 전력을 전송할 수 있도록 구 현한 무접점 전력 전송 장치에 관한 것이다. 전력 전송 시 송수신기가 밀착된 상태에서 구현되는 무접점 전력 전송 방식으로, 외부에 도체 단자가 없어 송수신기가 전기적으로 분리되며, 전력 송수신에 필요한 수신부의 크 기를 최소화할 수 있다. 공진기용 공동(cavity)의 윗면 도체판에 입력 포트 및 출력 포트용슬롯(slot)을 구성하고, 그 위에 스트립라인 구조를 이용하여 입력 포트와 출력 포트를 형성한 공동공진기에서, 출력 포트의 일부를 분 리하여 탈착 가능하도록 전력수신부를 형성하고, 이 전력수신부를 제외한 나머지 부분 즉, 스트립라인-슬롯 결 (coupling)된 입력 포트, 공동공진기, 출력 포트용 슬롯 등은 모두 전력송신부에 포함시킴으로 전력 전송 장치 를 송수신기로 분리하여 제작할 수 있다. 이 송수신기를 결합시키면 마치 하나의 공진기 내에서 입력 포트에서 출력 포트로 전력이 전달되는 형태가 된다. 제작된 무접점 전력 전송 장치의 중심 주파수는 5.782 GHz이며, 때 측정된 S21값은 1.07 dB로 나타나 약 78 %의 높은 전력 전송율을 갖는 것을 확인하였다. Abstract In this paper, we introduce the contactless power transmission device for transmitting the power with the resonant characteristic of the cavity resonator. When transmitting the power, the contactless power transmission device begins to work in the condition where the transceiver adheres closely. The transceiver is electrically separated because there is no conductive terminal outside and the size of the receiver required for the electric power transmission can be minimized. The cavity resonator comprises slots for the input port and output port in the upper side conductor plate of the cavity and forms the input port and output port using the stripline structure at this upper part. The some of output port is separated from it and the electric power receiver is formed thus the union can be possible. The rest except electric power receiver become the electric power transmitter, which includes the input port of stripline-slot coupling, cavity, and the slot of the output port. If the transmitter and the receiver are combined, they become the form in which the electricity is transferred from the input port to the output port in a cavity resonator. The center frequency of the contactless power transmitter manufactured is 5.782 GHz. and S21 is measured as 1.07 dB. It is confirmed that the high electric power transfer rate is approximately 78 %. Key words : Contactless Power Transmission, Cavity Resonator, Stripline . 서 론 무접점 전력 전송 기술은 무선 전력 전송 기술 중

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韓國電磁波學會論文誌 第 22 卷 第 11 號 2011年 11月 論文 2011-22-11-01

http://dx.doi.org/10.5515/KJKIEES.2011.22.11.1025

1025

「이 논문은 2010학년도 건국 학교의 지원에 의하여 연구되었음.」

유니스트림(주)(UniStream, Co. Ltd.)

*건국 학교 자정보통신공학과(Department of Electronics, Information & Communication Engineering, Konkuk University)

․논 문 번 호 : 20110512-038

․교 신 자 : 허정(e-mail : [email protected])

․수정완료일자 : 2011년 9월 27일

공동공진기를 이용한 무 력 송 장치 설계

Design of Contactless Power Transmission Device Using Cavity Resonator

장 ․ 용 남․허 *

Tae-Soon Chang․Yong-Nam Kim․Jung Hur*

요 약

본 논문은 공동공진기(cavity resonator)와 스트립라인(stripline) 구조를 이용하여 력을 송할 수 있도록 구

한 무 력 송 장치에 한 것이다. 력 송 시 송수신기가 착된 상태에서 구 되는 무 력

송 방식으로, 외부에 도체 단자가 없어 송수신기가 기 으로 분리되며, 력 송수신에 필요한 수신부의 크

기를 최소화할 수있다. 공진기용 공동(cavity)의 윗면 도체 에 입력 포트 출력 포트용슬롯(slot)을구성하고,

그 에 스트립라인 구조를 이용하여 입력 포트와 출력 포트를 형성한 공동공진기에서, 출력 포트의일부를 분

리하여 탈착 가능하도록 력수신부를 형성하고, 이 력수신부를 제외한 나머지 부분 즉, 스트립라인-슬롯 결

합(coupling)된 입력 포트, 공동공진기, 출력포트용 슬롯 등은 모두 력송신부에 포함시킴으로 력 송장치

를 송수신기로 분리하여 제작할 수있다. 이 송수신기를 결합시키면 마치 하나의 공진기 내에서 입력 포트에서

출력 포트로 력이 달되는 형태가 된다. 제작된 무 력 송 장치의 심 주 수는 5.782 GHz이며, 이

때 측정된 S21값은 —1.07 dB로 나타나 약 78 %의 높은 력 송율을 갖는 것을 확인하 다.

Abstract

In this paper, we introduce the contactless power transmission device for transmitting the power with the resonant

characteristic of the cavity resonator. When transmitting the power, the contactless power transmission device begins

to work in the condition where the transceiver adheres closely. The transceiver is electrically separated because there

is no conductive terminal outside and the size of the receiver required for the electric power transmission can be

minimized. The cavity resonator comprises slots for the input port and output port in the upper side conductor plate

of the cavity and forms the input port and output port using the stripline structure at this upper part. The some of

output port is separated from it and the electric power receiver is formed thus the union can be possible. The rest

except electric power receiver become the electric power transmitter, which includes the input port of stripline-slot

coupling, cavity, and the slot of the output port. If the transmitter and the receiver are combined, they become the

form in which the electricity is transferred from the input port to the output port in a cavity resonator. The center

frequency of the contactless power transmitter manufactured is 5.782 GHz. and S21 is measured as —1.07 dB. It is

confirmed that the high electric power transfer rate is approximately 78 %.

Key words : Contactless Power Transmission, Cavity Resonator, Stripline

Ⅰ. 서 론 무 력 송 기술은 무선 력 송 기술

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韓國電磁波學會論文誌 第 22 卷 第 11 號 2011年 11月

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에서 송 거리가 수 mm~수 cm 내외로 에 지를

송하는 방식이다. 무 력 송 기술에서

자기 유도 방식이 가장 일반 이며, 두 개 코일의 상

치, 거리가 정확해야 높은 송 효율로 력

을 달할 수 있다[1]~[3]. 이 방식의 경우 휴 기기에

내장되는 수신 코일의 인 크기가 커서 휴 기

기 내부에 실장하는데 어려움이 있고, 코일 에 자

속이 통과하는 공간이 반드시 필요하다. 따라서, 이

공간을 축소시키기 해 고가의 자성 재료(Ni-Zn,

Mn-Zn 등)가 추가되어야 하기 때문에 비용이 많이

요구된다.

본 논문에서는 공동공진기와 스트립라인 구조를

이용하여 송수신기가 기 으로 분리되고, 도체 단

자가 외부로 노출되지 않는 새로운 형태의 무

력 송 장치를 구 하 다. 공동공진기 에 스

트립라인으로 한 구조 자체를 송신기와 수신기

로 분리함으로 장치의 구 이 가능하다. 공동공진기

구조의 거의 부분은 송신기에 포함시키고, 나머지

부분을 수신기로 제작할 수 있어 수신기의 크기를

최소한의 크기로 작게 할 수 있다. 력 송을 해

서 송신기와 수신기를 결합시키면 하나의 공동공진

기 형태가 완성됨으로 높은 효율로 력이 송된

다. 공동공진기 구조에서 을 해서스트립라인-

슬롯 결합을 사용하기 때문에 력 송 시 송신기

와 수신기는 기 으로 분리된 형태로 제작될 수

있다. 따라서, 송수신기가 착된 상태에서 무

력 송 장치가 구 될 수 있다. 공동공진기 자체

를 송수신기로 분리하는 과정에서 수신기를 작게 제

작하기 때문에 송수신기 간에 임피던스 매칭이 설계

에 있어서 요한 요소가 된다. 임피던스 매칭을

해서 송수신기의 여러 구조를 라미터 스윕(pa-

rameter sweep)을 통해 최 화하 다. 이를 해 An-

soft사의 상용 소 트웨어인 HFSS 시뮬 이터를 활

용하 다. 력 송의 효율을 측정하기 해 HP-

8753ES 네트워크 분석기를 사용하 다.

이 무 력 송 장치는 휴 기기의 무선충

부분에 용할 수 있다. 송수신기의 외부로 도체

단자가 노출되지 않는 무 구조이기 때문에 방

을 이고, 방수, 방습 등의 사용 환경이 요구되는

분야에 용 가능하다. 한, 비교 력 송 효율

이 높고, 부품의 크기에 민감하여 기존 기술의 용

이 용이하지 않은 분야에 용할 수 있다. 휴 폰과

같은 휴 기기의 충 시스템으로 활용할 경우, 두

께가 0.8 mm 이내의 스트립라인만으로 수신기를 구

성할 수 있기 때문에 구조물을 단순화, 최소화할 수

있다. 기존 무선 충 방식 에서 력수신부를 상

당히 작게 만들 수 있으므로 제품화를 한 설계

실장이 유리하다. 한, 스트립라인을 구성하는 유

체가 가의 재료인 FR4이기 때문에 아주 렴하

게 장치를 구 할 수 있다.

Ⅱ. 무 력 송 장치의 구조 및 설계

공동공진기를 이용하여 무 력 송을 구

하는데 있어서 먼 공동공진기의 기본 인 설계가

필요하다. 공동공진기의 설계는 기본 인 이론에 근

거한 것이다[4].

(1)

공동의 TEmnl 모드에 한 공진 주 수를 식 (1)에

서 얻을 수 있다. 여기서 f는 공진 주 수이며, c는

속, L은 도체의 길이, H는 도체의 높이, W는 도체

의 폭을 나타낸다[5].

공동은 여러 모드 에서 TE101 주모드를 이용하

여 5.8 GHz에서 공진하도록 계산했고, 경계 조건이

정해지는 자 의 고유값인 m, n, l에 해서 m=1,

n=0, l=1로 입하고 L, W, H를 산출하 으며, 자

의 고유값인 n=0이기 때문에 도체의 높이에 해당

하는 H는 공진 주 수 결정에 있어 향을 미치지

않아 상기 도체의 높이는 되도록 높지 않게 설정하

다[5]. 계산 결과, L=58 mm, W=29 mm, H=5 mm를

얻었다. 따라서, 도체벽으로 이루어진 공동 공진기

내부 공간의 크기는 58 mm(L)×29 mm(W)×5 mm(H)

이다.

공동공진기의 외형은 구리 도체로 정하 다. 내부

공간을 둘러싼 구리 도체의 두께는 가로, 세로의 경

우 13 mm로, 높이는 5 mm로 정했다. 가로, 세로의

경우는 공동공진기 에 있는 구리 과 유 체 기

을 서로 연결하기 한 홀(hole)을 안정 으로 만들

기 한 두께이다. 따라서, 외벽을 포함한 공동공진

기의 체 크기는 84 mm(CL)×55 mm(CW)×10 mm

(CH)이다. 여기서 공동은 사각체 형상으로 앙에

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공동공진기를 이용한 무 력 송 장치 설계

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비유 율이 1인 공기가 채워지게 된다.

공동공진기를 이용하여 무 력 송을 한

송수신기를 설계하기 해 공동공진기의 부에

스트립라인 구조를 용하 다. 스트립라인은 마이

크로스트립 라인과 다르게 상부에 도체 이 더 있기

때문에 평행하고 넓은 상부 도체 , 하부 도체 사

이에 폭이 좁고 얇은 도체 리본으로 입력되는

를 넓은 상, 하부 도체 사이 공간으로 달할 수

있다. 한, 외부로 가 유실되는 것을 최소화하

게 할 수 있게 된다.

을 해서 스트립라인의 하부 도체 과 공동

의 상부 도체 을 같이 사용하 다. 공동의 상부 도

체 은 두께를 무시할 수 있는 정도로 얇게 형성되

어 있으며, 이 도체 에 입력 슬롯과 출력 슬롯을 형

성하 다. 입력 슬롯과 출력 슬롯의 상부에는 스트

립라인을 배치하여 스트립라인-입력 슬롯 결합

스트립라인-출력 슬롯 결합이 형성된다. 이 결합 슬

롯을 통해 공진기를 여기시킬 수 있다. 기 의 유

체는 테 론이다. 유 상수가 2.17이고, 손실 탄젠트

(loss tangent)가 0.001로 아주 작은 값을 갖고 있어

력 달 손실을 일 수 있다.

여기서, 스트립라인-입력 슬롯 결합, 스트립라인-

출력 슬롯 결합 스트립라인과-입력 슬롯 결합은

공동공진기의 입력 포트이며, 스트립라인-출력 슬롯

결합은 공동공진기의 출력 포트이다. 출력 포트에서

도체 리본과 상부 도체 만을 따로 분리함으로 탈

착이 가능한 력수신부가 된다. 이 력수신부를

제외한 스트립라인-입력 슬롯 결합된 입력 포트, 공

동, 출력 슬롯은 력송신부에 포함된다. 그림 1에서

지 까지 설명한 력송신부와 력수신부의 기본

인 설계를 볼 수 있다.

따라서, 력송신부의 스트립라인-입력 슬롯 결합

된 입력 포트로 가 입력되면, 이 는 스트립

라인의 상, 하부 도체 사이 공간으로 달되면서

입력 슬롯을 통해 공동으로 입력되고, 이 공동 안에

서 특정한 주 수 성분만 공진하게 되며, 이 공진된

는 력송신부의 출력 슬롯을 통해서 도체 리본

과 상부 도체 으로 형성된 력수신부로 출력되게

된다. 그림 1에서 볼 수 있는 스트립라인의 폭은 1.6

mm이다. 스트립라인의 도체 리본은 스트립라인의

정 앙에 치하고 있다. 력수신부는 출력 포트의

일부분만을 분리한 것을 볼 수 있다.

작게 제작된 력수신부를 충 시키려는 상기

기 내부에 넣어 구성한 상태에서 상기기를 력송

신부에 올려놓으면, 입력 포트와 출력 포트가 정상

으로 형성된 하나의 공동공진기가 완성되어 무선

력 송이 가능하게 된다. 그림 2에서 송수신부가

결합된 상태를 볼 수 있다. 송신부와 수신부가 유

체로 인해서 서로 기 으로 분리되었기 때문에 무

구조이다.

그림 3에서는 송수신부가 결합되었을 때 단면도

를 보여 다. 기본 인 수치는 다음과 같다. 송신부

의 그라운드 도체 폭인 GL1은 45.5 mm, 수신부의 그

라운드도체 도체 폭인 GL2는 37.5 mm, 그리고 그라

운드 도체간 간격인 Gap은 1 mm로 정했다. 수신부

쪽의 크기를 이는 과정에서 GL1보다는 GL2가 더

작게 설계되었다. 송신부와 수신부의 슬롯 치를

나타내는 SP1, SP2는 동일하게 27 mm로 정했다.

Open stub line(OSL)의 길이는 5.8 GHz에 해당하는

4로 6.2 mm의 값을 입하 다. 이것은 슬롯의

앙에서 자류의 크기를 극 화함으로 자기 결합을

최 화하기 한 것이다. 송신부와 수신부의 슬롯폭

을 나타내는 SW1, SW2는 각각 2 mm, 1 mm로 정하

다.

(a)

(b)

그림 1. 송수신부의 설계. (a) , (b) 측면도

Fig. 1. Design of transmitter and receiver. (a) 3-D ov-

erview, (b) side view.

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韓國電磁波學會論文誌 第 22 卷 第 11 號 2011年 11月

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(a) 3차원 구조

(a) 3-D overview

(b) 측면도

(b) Side view

그림 2. 송수신부 결합시 구조

Fig. 2. Combination structure of transmitter and recei-

ver.

그림 3. 송수신부 결합시 단면도

Fig. 3. Top view of combination of transmitter and re-

ceiver.

Ⅲ. 송신부 신부의 임 던스 매칭

력 송에서 무엇보다 요한 것은 송수신 효

율일 것이다. 도체 단자가 외부로 노출되지 않도록

하기 해 공동공진기 에 스트립라인 구조를 용

함으로 송수신부를 기 으로 분리시켰고, 수신부

의 크기를 되도록 작게 하고자 했기 때문에 송신부

와 수신부를 구성하는 스트립라인의 크기가 다르다.

이 두 가지 이유로 인해 불가피하게 송손실이 생

기게 된다. 송수신 효율을 높이기 해 송신단과 수

신단의 임피던스 매칭이 필요하다. 송수신단의 도체

리본, 입력 슬롯, 출력 슬롯의 길이와 폭을 조 함으

로 입출력의 임피던스 매칭을 효과 으로 할 수 있

다. 송수신기가 서로 기 으로 비 이기 때문에

임피던스 매칭이 요하다.

여러 라미터 에 도체 리본의 폭(MS), 슬롯 길

이(SL1, SL2)이 임피던스 매칭에 있어 가장 민감하

게 향을 주는 라미터이다. 이 라미터들은 입

력 항과 리액턴스의 제어에 효과 이다. 이 세 가

지 라미터가 임피던스 매칭에 어떤 향을 미치는

지 살펴보고자 한다. 세 가지 라미터에 해서

바뀔 수 있는 모든 경우의 수를 구하고, 그 수만큼

시뮬 이션하여 결과를 분석하 다. MS는 2 mm, 4

mm, 6 mm, 8 mm로 4개의 경우의 수를 두었고, SL1

과 SL2는 동일하게 7 mm, 9 mm, 11 mm, 13 mm, 15

mm로 5가지 경우의 수를 두었다. 라미터 MS는 4

개, SW1은 5개, SW2는 5개로 이 세 개의 라미터

로 구할 수 있는 경우의 수는 총 4×5×5=100가지

이다.

3-1 도체 리본 폭에 의한 향

모든 경우의 수에 해 시뮬 이션을 한 결과를

토 로 가장 뚜렷하게 S- 라미터의 특성 변화를 볼

수 있는 경우를 살펴보았다.

그림 4~6은 도체 리본 폭인 MS의 변화에 따라서

S- 라미터값이 어떻게 변하는 지를 보여 다. MS

값은 송수신부의 도체 리본에 동일하게 용이 된

것이다. 이 경우 SL1이 11 mm, SL2가 12 mm일 때의

결과이다.

그림 4와 5에서는 각각 S11과 S22값을 보여주고 있

다. MS의 크기가 증가할수록 상반부 주 수 쪽으로

이동하는 특성은 그림 4와 5에서 동일하게 나타나고

있다. 공진 주 수의 이동을 해서 MS를 변화시키

는 것이 다른 라미터보다 더 효과 인 것을 확인

하 다.

그림 6은 S21값을 보여주고 있다. 이 결과값이 송

수신단의 력 송 효율을 직 으로 나타낸다.

그림 4, 5에서와 마찬가지로 MS의 크기가 증가할수

록 상반부 주 수 쪽으로 이동하는 것을 확인할 수

있다. 표 1은 S21값이 가장 클 경우의 주 수와 그 값

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공동공진기를 이용한 무 력 송 장치 설계

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그림 4. MS 변화에 따른 S11 특성

Fig. 4. S11 property for various MS.

그림 5. MS 변화에 따른 S21 특성

Fig. 5. S21 property for various MS.

표 1. MS의 변화에 따른 공진 주 수와 S21값

Table 1. Resonant frequency and S21 value for vari-

ous MS.

MS(mm) 2 4 6 8

Freq.(GHz) 5.76 5.76 5.78 5.78

S21[dB] —1.68 —1.24 —1.14 —1.15

을 나타낸다. MS의 크기가 6 mm일 때 S21이 —1.14

dB로 가장 큰 값을 나타냈다.

3-2 슬롯 이에 의한 향

송신부의 슬롯 길이인 SL1과 수신부의 슬롯 길이

인 SL2를 각각 7 mm, 9 mm, 11 mm, 13 mm, 15 mm

로 5가지의 경우의 수로 변화를 주고 각각의 경우에

해 모두 시뮬 이션하 다. SL1과 SL2의 변화에

한 S- 라미터의 값의 변화가 유사하기에 여기서

그림 6. MS 변화에 따른 S22 특성

Fig. 6. S22 property for various MS.

는 SL1에 한 결과만을 나타내었다.

그림 7~9는 송신부의 슬롯 길이인 SL1의 변화에

따라서 S- 라미터값이 어떻게 변하는 지를 보여

다. 이 경우 MS가 4 mm, SL2가 12 mm일 때의 결과

이다.

그림 7과 8에서는 각각 S11과 S22값을 보여주고 있

다. 슬롯의 길이의 변화에 따라서 S11값과 S22값이 큰

폭으로 변화되었다. SL1이 커지면서 공진 주 수가

상반부 주 수 쪽으로 이동하는 특성은 그림 7과 8

에서 동일하게 나타나고 있다. 이러한 경향은 MS에

의한 향보다는 미세하게 나타났다.

그림 9는 S21값을 보여주고 있다. 재 주어진 조

건에서는 SL1이 13mm일 때 S21값이 —1.21 dB로 가

장 크게 나타났다. 이를 통해 다른 라미터보다

SL1의 크기 변화가 결합 슬롯의 입력 항과 리액턴

스 제어에 가장 큰 향을 주는 것을 확인하 다.

그림 7. SL1 변화에 따른 S11 특성

Fig. 7. S11 property for various SL1.

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韓國電磁波學會論文誌 第 22 卷 第 11 號 2011年 11月

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그림 8. SL1 변화에 따른 S22 특성

Fig. 8. S22 property for various SL1.

그림 9. SL1 변화에 따른 S21 특성

Fig. 9. S21 property for various SL1.

표 2. 최 화된 라미터

Table 2. Optimized parameter.

라미터 값(mm)

MS 6

SL1 11

SL2 12

각각의 라미터가 공진특성에 어떤 향을 미치

는지 확인하 다. MS를 포함하여 3개의 변수를 변

화시키며 공진특성을 최 화한 결과 표 2에서와 같

은 최 화된 라미터를 얻게 되었다.

그림 10에서는 최 화된 라미터를 용한 후의

S- 라미터 결과를 볼 수 있다. 심 주 수는 5.783

GHz로나타났으며, 그때 S11값은—18.3 dB, S22는—15.7

dB, 그리고 S21은 —1.14 dB로 나타났다.

그림 10. 최 화된 라미터를 용한 후의 S- 라미

터 결과

Fig. 10. S-parameter results after applied optimized pa-

rameter.

Ⅳ. 송 신부 간의 렬이 맞지 않았

경우의 력 달 특성 분석

실제로 무 력 송 장치를 사용하는 에

송수신부 간에 정렬이 맞지 않았을 경우에 한

력 송 특성에 한 분석이 필요하다. 그림 2에서

볼 수 있듯이 수신부가 X1, X2, Z, Y방향으로 각각

0~10 mm로 거리를 이동시켰을 때 S21값이 어떻게

변하는 지 분석하 다.

그림 11에서는 송수신부 간의 정렬이 맞지 않았

을 경우에 송수신 간의 간격에 따라서 S21 특성이 어

떻게 변하는지 보여 다. 우선 수신부가 X1과 X2 방

향으로 이동하는 경우 2 mm 이내로 이동했을 때 S21

그림 11. 송수신부 간의 정렬이 맞지 않았을 경우 간

격 변화에 따른 S21 특성

Fig. 11. S21 property for various gap in misalignment

between transmitter and receiver.

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공동공진기를 이용한 무 력 송 장치 설계

1031

값의 변화가 거의 없었고, 그 이상으로 이동하면 거

리에 따라서 손실이 발생하는 것을 확인하 다. Y방

향으로 이동하는 경우는 2 mm로 이동했을 때 S21이

—2.5 dB의 값을 보 다. Z방향으로 이동하는 경우

수신부가 쪽 방향으로 송신부와 분리되면서 공진

주 수가 변화됨으로 다른 경우에 비해서 하게

력 달 특성이 나빠지는 것을 확인하 다. 실제

로 이 무 력 송 장치를 사용하는데 있어 Z

방향으로 높아질 경우는 없으며, 부분 X1, X2, Y

방향으로 이동하기 때문에 2 mm 이내로 정렬이 틀

어질 경우 2.5 dB 이하의 S21 특성을 유지할 수 있음

을 확인하 다.

Ⅴ. 무 력 송 장치 작 및 측

그림 12와 13은 각각 실제로 제작된 송수신부의

그림 12. 송수신부 실물 사진

Fig. 12. Photograph of transmitter and receiver.

그림 13. 송수신부 결합시 실물 사진

Fig. 13. Photograph of combination of transmitter and

receiver.

그림 14. 실제 측정된 S- 라미터 결과

Fig. 14. Measured S-parameter results.

그림 15. 시뮬 이션과 측정 간의 S21 비교

Fig. 15. Comparison of S21 between simulation and mea-

surement.

결합 후 사진이다.

이때 실제로 측정된 S- 라미터의 결과를 그림 14

에서 확인할 수 있다. S11, S22가 모두 5.782 GHz에서

—17 dB이하로 작은 값을 가지며, 같은 주 수에서

공진하는 것을 확인할 수 있다. S21은 5.782 GHz에서

—1.07 dB로 나타났다. 이는 력송신부에서 력수

신부로의 송율이 약 78 %인 것으로 나타나, 우수

한 공진 특성으로 력을 송할 수 있음을 확인하

다. 그림 15는 S21값의 시뮬 이션과 측정 결과를

비교한 그래 이다. 심 주 수는 각각 시뮬 이션

의 경우 5.783 GHz에서, 측정 결과에서는 5.782 GHz

로 나타나 거의 동일한 공진 주 수를 갖는 것을 확

인하 다. 이때 S21값은각각시뮬 이션의경우—1.14

dB로 측정 결과는 —1.07 dB로 나타나, 약 6 %의 값

의 차이를 보 다.

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韓國電磁波學會論文誌 第 22 卷 第 11 號 2011年 11月

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Ⅵ. 결 론

본 논문에서는 공동공진기와 스트립라인 구조를

이용한 무 력 송 기술을 제안하 다. 이때

수신부의 크기를 가장 작게 하기 해서 스트립라

인으로 구성된 출력 포트 일부만을 떼어놓아 수

신부로 삼고, 나머지 부분은 송신부로 활용하는 것

이 특징이다. 입력 슬롯과 출력 슬롯의 상부에는 스

트립라인을 배치하여 스트립라인-입력 슬롯 결합

스트립라인-출력 슬롯 결합을 형성하도록 설계

하 다. 따라서, 송수신기가 착된 상태에서 무

력 송 장치가 구 될 수 있다. 스트립라인 구

조를 이용함으로 송수신부를 기 으로 분리시

켜 도체 단자가 외부에 노출되지 않음으로 방 을

이고, 방습 효과를 얻을 수 있다. 도체리본의 폭,

입력 슬롯, 출력 슬롯의 길이를 조 함으로 입출

력의 임피던스 매칭을 효과 으로 할 수 있다. 력

송을 해서 송신기와 수신기를 결합시키면 하나

의 공동공진기 형태가 완성됨으로 높은 효율로 력

이 송된다. 실제 제작한 결과, S21은 5.782 GHz에

서 —1.07 dB로 나타나 력송신부에서 력수신

부로 78 %의 높은 송율을 보이는 것으로 확인되

었다.

참 고 문 헌

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장 순

2001년 2월: 건국 학교 자공학

과 (공학사)

2003년 2월: 건국 학교 자공학

과 (공학석사)

2009년 2월: 건국 학교 자공학

과 (공학박사)

2009년 2월~ 재: (주)유니스트림

근무

[주 심분야] 안테나 설계, UWB System, 무선 력 송

김 용 남

1994년 2월: 경원 학교 자공학

과 (공학사)

1996년 2월: 건국 학교 자공학

과 (공학석사)

1996년 3월: (주)미래통신 근무

2002년 4월: (주)에이치텔 콤 근무

2005년 8월~ 재: (주)유니스트림

표이사

[주 심분야] 모바일 멀티미디어 시스템, 무선 력 송

Page 9: dx.doi.org KJKIEES 공동공진기를이용한무접점전력전송장치설계

공동공진기를 이용한 무 력 송 장치 설계

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허 정

1981년 2월: 서울 학교 자공학

과 (공학사)

1983년 2월: 서울 학교 자공학

과 (공학석사)

1991년 2월: 서울 학교 자공학

과 (공학박사)

1991년 4월~ 재: 건국 학교 자

공학과 교수

[주 심분야] 안테나, RF 마이크로 회로, 무선 력

송 등