마이크로파 카드

 

MWID 목차  

 

MW ID 카드 시스템

기본 시스템 구성

안테나 설계

질문기의 회로구성

ID 카드의 회로구성

MW 이용 무전지화

MW 응용 Rectenna

 

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마이크로파를 응용한 렉테나(Rectenna)

1. 렉테나의 전기적 구조

여러분은 "렉테나(Rectenna)"라는 말을 들은 적이 있는가? 이것은 조어로 Rectifier(정류기)와 Antenna(안테나)를 합성한 말이다. 구조도 안테나와 정류기를 조합한 구조로 되어 있으며, 마이크로파를 직접 직류전력으로 변환하는 소자이다.

[렉테나의 설명도]

·Rectenna는 기본적으로 1/2 파장의 다이폴 안테나의 맨 중앙부에 정류 다이오드를 접속한 구조이다.
·다이폴 안테나에 마이크로파가 조사되면 전기적으로 공진하여 중앙부가 전류의 배로 된다.
·다이오드 위치를 약간 조정하여 안테나와 다이오드의 임피던스 정합을 취한다.
·전력은 로패스 필터를 통하여 외부에서 사용한다.
·렉테나를 필요한 수만큼 열거하여 원하는 전력을 꺼낸다.
·Rectenna array는 일반적으로 microstrip 구조(프린트 기판 구조)로 제조된다.


2. 우주에서 발전한 전력을 지상으로 송전

정지위성에 거대한 태양전지 패널을 설치하여 발전한다. 지상에서 발전하는 것과 달리 날씨에 좌우되는 일도 없고, 또한 중력의 제약도 없으므로 대전력을 안정하게 발전할 수 있다.
지상으로는 송전에 송전선을 사용할 수 없으므로, 어떤 방법으로 공간을 통하여 전력을 보내는 방법을 생각하지 않으면 안된다. 그래서 등장한 것이 렉테나이다.
발전된 전력을 마이크로파로 변환하여 위성의 안테나로부터 지상에 송신하여, 지상에 나열한 렉테나 어레이로 전력을 받아들인다고 하는 꿈과 같은 계획인 듯 하다.
그러나 실용 단계가 가까이 다가오고 있는 것만은 틀림없다.

[우주발전의 설명도]

·인공위성에 구축된 거대한 태양전지로 발전한다.
·발전전력은 마이크로파로 변환되고 위성의 송신 안테나로부터 지상에 송신된다.
·지상에 설치한 렉테나 어레이에 의해 다시 전력으로 변환되어 공급된다.
·렉테나 어레이는 사막과 같은 넓고 평탄한 지역에 설치된다.


3. 간이 새털라이트 계획

성층권에 간이 satellite를 두려고 하는 계획이다.
현재도 방송위성, 통신위성에 의한 방송, 중계가 실시되고 있지만, 좀더 로컬(예를 들면 지방별)로 간이적인 새털라이트를 설치하여 방송, 중계를 하려는 계획이다.
구체적으로는 중계기를 탑재한 무인 비행기를 성층권의 일정한 위치에 계속 날려 새털라이트 대용으로 사용하는 것이다.
동력 에너지는 지상으로부터 비행기로 향해 마이크로파를 통하여 송전하고, 날개에 설치한 렉테나 어레이에 의해 전력을 수취하여 그 에너지로 프로펠러를 돌릴 계획인 것 같다.
위성의 발사는 흔히 실패하는 경우도 있기 때문에 자원을 활용할 수 있는 이 계획은 하나의 아이디어인지도 모른다.

[간이 새털라이트의 설명도]

·지상에서 지향성이 강한 안테나로 무인 비행기에 마이크로파 전력을 송신한다.
·무인비행기의 날개의 아랫면에 나열된 Rectenna array로 마이크로파를 직류전력으로
·변환하여 프로펠러를 돌려 계속 비행기가 날도록 한다.
·당연히 지상 안테나의 빔 방향은 항상 비행기로 향하지 않으면 안된다.

4. IC 카드 등의 무전지화

최근 각종 ID 식별(가까운 예로는 전동차나 버스의 승차권)에 비접촉형의 IC 카드가 도입되고 있는 것 같은데, 전지를 내장하면 수명, 교환 문제라든가 카드의 두께를 얇게 할 수 없다는 등의 과제가 남는다.
마이크로파·전파로 카드측에 공간을 통하여 전력을 송전하고, 렉테나로 수취하여 내부전원으로 이용하면 과제는 해결한다.

[마이크로파 ID 카드의 설명도]

·ID 카드는 예를 들면 역의 개찰구와 같이 고정된 질문기간에서 통신하여 ID 카드의 소유자를 식별한다.
·ID 카드는 기계적으로 비접촉이 편리하다. 통신매체로는 빛, 전파(고주파, 마이크로파, 밀리파)
   등을 생각할 수 있다.
·통신과 동시에 전력도 전송하는 시스템으로 하면 전지가 필요없게 되어, 반영구적으로
   사용할 수 있기 때문에 런닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

5. 밀리파 화상인식 레이더의 센서

최근 고속도로의 유효 이용이나 안전주행을 위한 ITS(Intelligent Transportation System) 관련 각종 시스템의 연구개발이 활발하게 진행되고 있는 것 같은데, 충돌방지 화상인식 레이더의 센서부에 렉테나를 응용할 수 있다.
빛의 화상인식 센서부를 CCD에서 렉테나 어레이로, 그리고 광학렌즈를 밀리파 렌즈로 치환하게 되면 시스템을 구성할 수 있다.
밀리파는 금속으로부터 반사율이 특히 크기 때문에 자동차에 대한 화상인식에는 아주 유효하다.

[밀리파 화상인식 레이더의 설명도]

·통상적인 공학적 시스템의 렌즈와 화상센서(CCD)를 밀리파 렌즈로 렉테나 어레이로 치환하면
   밀리파 화상인식 레이더가 구성된다.
·밀리파는별도로 설치한 송신 안테나에 의해 송신되며, 반사파가 화상을 연결한다.
·금속과 같은 양도체의 반사계수는 특히 크기 때문에 차량의 식별에는 최적이다.
·또한 공항에서 탑승자의 무기 휴대 체크에도 사용할 수 있을 지도 모른다.
 

 

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