KR101929547B1 - Apparatus for generating electric power using antenna integrated rectifying device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안테나를 통하여 수신된 전파로 인하여 생성된 교류 전원을 정류 및 저장함에 있어서, 안테나와 정류소자가 일체형으로 형성되는 일체형 전력 생산 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 전파를 수신하는 안테나와, 터널링 배리어를 사이에 두고 상호 비대칭적 구조로 배치되는 상부전극 및 하부전극을 포함하고, 안테나가 수신한 전파로 인하여 발생되는 교류 전원을 정류하는 터널링 다이오드 구조의 전극부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to an integrated power production apparatus in which an antenna and a rectifying element are integrally formed in rectifying and storing an AC power generated by a radio wave received through an antenna.
An integrated power production apparatus of an antenna and a rectifying element according to an aspect of the present invention includes an antenna for receiving radio waves and an upper electrode and a lower electrode disposed in a mutually asymmetrical structure with a tunneling barrier interposed therebetween, And an electrode unit having a tunneling diode structure for rectifying the generated AC power.
Description
본 발명은 안테나를 통하여 수신된 전파로 인하여 생성된 교류 전원을 정류 및 저장함에 있어서, 안테나와 정류소자가 일체형 구조를 이루고 있는 전력 생산 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric power generating apparatus in which an antenna and a rectifier are integrally formed in an AC power source generated by a radio wave received through an antenna.
무선전력전송은 송신하려는 전력 에너지를 마이크로웨이브 신호로 변환시켜 공간을 통해 송신하고, 수신안테나를 통해 마이크로웨이브 신호를 DC 전력으로 변환시키는 기술이다. The wireless power transmission is a technique that converts the power energy to be transmitted into a microwave signal, transmits the microwave signal through the space, and converts the microwave signal into DC power through the receiving antenna.
정류기(Rectifier)와 안테나(Antenna)를 합성한 용어인 렉테나(Rectenna)는 송신된 마이크로웨이브 신호를 안테나에서 수신하고, 정류 회로를 거쳐 DC 전력으로 재생하는 회로를 의미한다. Rectenna, which is a combination of a rectifier and an antenna, is a circuit that receives a transmitted microwave signal from an antenna and regenerates it by DC power through a rectifier circuit.
안테나와 정류 소자를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 종래의 기술은 일반적으로 RF 주파수 영역인 수 kHz 내지 수 MHz 영역에서 제안되고 있다. Conventional techniques for generating electric energy using an antenna and a rectifying element are generally proposed in the range of several kHz to several MHz in the RF frequency domain.
그러나, 이러한 주파수가 수백 GHz 또는 일반 가시광영역인 수백 THz로 증가하게 되는 경우, 전자기파와 안테나의 커플링(Coupling)에 의하여 생성되는 초고주파 신호가 수 나노미터 또는 수 마이크로미터 이내의 전송거리에서 소멸되는 문제점이 있다. However, when such a frequency is increased to several hundred GHz or a few hundred THz which is a general visible light region, a very high frequency signal generated by coupling of an electromagnetic wave and an antenna is canceled at a transmission distance of several nanometers or a few micrometers There is a problem.
이러한 문제점은 전송선로로 사용되는 금속의 표피 효과(skin effect)에 의하여 야기된다. This problem is caused by the skin effect of the metal used as a transmission line.
교류가 흐르고 있는 도선의 단면을 가정하면, 전류는 고르게 흐르지 않고 중심부일수록 자속 쇄교수(Number of Flux Interlinkage)가 커지기 때문에 전류 밀도가 작고, 전류는 주변부에 많이 흐르는 현상을 보인다. Assuming the cross section of the conductor through which the alternating current flows, the current does not flow uniformly. As the number of flux interlinkage becomes larger as the center portion becomes larger, the current density becomes smaller and the current flows much in the peripheral portion.
이와 같은 현상을 표피 효과(skin effect)라고 하는데, 이러한 표피 효과에 의하여 실효 저항(Effective Resistance)은 증대하고, 이러한 실효 저항은 주파수가 높아질수록 커진다. This phenomenon is referred to as a skin effect. The effective resistance increases due to the skin effect, and the effective resistance increases as the frequency increases.
즉, 전송선로로 사용되는 금속은 표피 효과로 인하여 높은 주파수에서 절연체 수준의 저항을 가지게 되고, 초고주파 영역에서는 이러한 높은 저항에 의하여 전원이 손실되는 문제점이 있다. That is, the metal used as a transmission line has a resistance at an insulator level at a high frequency due to a skin effect, and power loss is caused by such a high resistance in a very high frequency range.
초고주파의 전자기장으로부터 전기 에너지를 획득하는 방식은 기존의 태양전지 기술에 비해 높은 효율을 획득할 수 있을 것으로 예상됨에도 불구하고, 매우 높은 동작 주파수로 인하여 전송 손실이 크다는 문제점이 있다.
Although the method of acquiring electric energy from a microwave electromagnetic field is expected to achieve higher efficiency than the conventional solar cell technology, there is a problem that transmission loss is large due to a very high operating frequency.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터널링 다이오드(Tunneling Diode) 구조의 상, 하부 전극을 상호 비대칭 구조로 구성하여, 안테나가 수신한 초고주파에 의해 생성된 교류 전원을 정류 및 저장함에 있어서, 전송 손실을 최소화하고 정류 효과를 증대시키는 것이 가능한 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide an antenna device having an asymmetric structure of upper and lower electrodes of a tunneling diode structure and rectifying and storing AC power generated by a very high frequency received by an antenna Which is capable of minimizing a transmission loss and increasing a rectifying effect, in a single power generating device including an antenna and a rectifying element.
본 발명의 일면에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 전파를 수신하는 안테나와, 터널링 배리어(Tunneling barrier)를 사이에 두고 상호 비대칭 구조로 배치되는 상부전극 및 하부전극을 포함하고, 안테나가 수신한 전파로 인하여 발생되는 교류 전원을 정류하는 터널링 다이오드 구조의 전극부를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an integrated power generation apparatus including an antenna and a rectifier, including an antenna for receiving radio waves and an upper electrode and a lower electrode disposed in a mutually asymmetric structure with a tunneling barrier interposed therebetween, And an electrode part having a tunneling diode structure for rectifying an AC power generated due to a radio wave.
본 발명의 다른 면에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 2차원 평면상에 상호 비대칭 구조로 배치되는 제1전극 및 제2전극을 포함하고, 초고주파로 인하여 발생되는 교류 전원을 정류하는 터널링 다이오드 구조의 전극부 및 전파를 수신하는 안테나를 포함하되, 안테나는 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an integrated power generation apparatus comprising an antenna and a rectifying element, including a first electrode and a second electrode arranged in a mutually asymmetric structure on a two-dimensional plane, and a tunneling diode for rectifying an alternating- And an antenna for receiving the radio wave, wherein the antenna is formed integrally with one of the first electrode and the second electrode.
본 발명에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 초고주파의 전자기장을 전기에너지로 변환하여, 기존의 태양전지 등에 비해 높은 전력 획득 효율을 확보하는 효과가 있다. The integrated power production device of the antenna and the rectifying element according to the present invention has an effect of securing a high power acquisition efficiency compared with the conventional solar cell by converting an electromagnetic field of a very high frequency into electric energy.
안테나와 정류소자의 일체형 구조를 통하여, 안테나와 정류기 간의 거리를 최소화할 수 있으므로, 무선 전력의 전송 손실을 최소화시키고, 초고주파로 인하여 생성되는 교류 전원의 정류 효율을 높이는 효과가 있다. Since the distance between the antenna and the rectifier can be minimized through the integrated structure of the antenna and the rectifying element, there is an effect of minimizing the transmission loss of the radio power and improving the rectifying efficiency of the AC power generated due to the very high frequency.
비대칭 구조의 터널링 다이오드 구조의 전극부에 포함되는 전극 중 어느 하나를 안테나와 일체형으로 형성함으로써, 높은 정류 효율을 획득하는 효과가 있다. It is possible to obtain high rectifying efficiency by forming any one of the electrodes included in the electrode portion of the asymmetric tunneling diode structure as an integral part of the antenna.
본 발명에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 태양전지뿐만 아니라, 초고속 전자스위치, 초고속 CPU, 메모리 및 광 셔터 등에 적용되어 전송 손실을 최소화하고 정류 효율을 극대화하는 효과가 있다.The integrated power production device including the antenna and the rectifier according to the present invention is applied not only to a solar cell but also to an ultra high-speed electronic switch, an ultra-high-speed CPU, a memory, and an optical shutter, thereby minimizing transmission loss and maximizing rectification efficiency.
또한, 안테나가 적외선에 적합하게 설계되면 야간 발전용 전지, 적외선 감지 장치로 사용될 수 있으며, 가시광 영역에서 동작하는 경우에는 기존 CCD를 대체하는 기술로써 응용이 가능한 효과가 있다. In addition, if the antenna is designed to be suitable for infrared rays, it can be used as a battery for night power generation and an infrared ray sensing device. In the case where the antenna operates in a visible light region, it can be applied as a technology for replacing an existing CCD.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서 상부전극 및 안테나가 일체형으로 형성된 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서 하부전극 및 안테나가 일체형으로 형성된 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상부전극과 안테나가 연결된 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서 터널링 배리어의 구조(절연체 및 반도체 물질 중 어느 하나를 이용한 증착을 통하여 구성됨)를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a structure in which an upper electrode and an antenna are integrally formed in an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifier according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a structure in which a lower electrode and an antenna are integrally formed in an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifier according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a structure in which an upper electrode and an antenna are connected according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifier in a two-dimensional planar array structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a structure of a tunneling barrier (constituted through deposition using any one of an insulator and a semiconductor material) in an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifying element of a two-dimensional planar array structure according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. And the present invention is defined by the description of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that " comprises, " or "comprising," as used herein, means the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Do not exclude the addition.
이하에서는 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서, 안테나가 수신하는 전파는 전자기파(electromagnetic wave), 전파(electric wave), 빛(light) 등 매질을 통하여 안테나로 입사되는 파동으로 정의된다.
In the integrated power production device including the antenna and the rectifying element according to the embodiment of the present invention, the radio wave received by the antenna is a wave that is incident on the antenna through a medium such as an electromagnetic wave, an electric wave, Is defined.
본 발명의 실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 전파를 수신하는 안테나 및 터널링 배리어를 사이에 두고 상호 비대칭 구조로 배치되는 상부전극 및 하부전극을 포함하고, 안테나가 수신한 전파로 인하여 발생되는 교류 전원을 정류하는 터널링 다이오드 구조의 전극부를 포함하여 구성된다. An integrated power production apparatus including an antenna and a rectifier according to an embodiment of the present invention includes an antenna for receiving radio waves and an upper electrode and a lower electrode disposed in a mutually asymmetric structure with a tunneling barrier interposed therebetween, And an electrode portion having a tunneling diode structure for rectifying the generated AC power.
본 발명의 상세한 설명에 있어서는 당업자의 이해를 돕기 위하여 안테나가 수신한 전파에 의하여 발생된 교류(AC) 전원 주파수가 전송선로에 표피 효과(skin effect)를 야기시킬 정도로 높은 주파수인 경우를 예로 들어 설명한다. In the description of the present invention, in order to facilitate the understanding of the person skilled in the art, for example, an AC power source frequency generated by a radio wave received by an antenna is a frequency high enough to cause a skin effect on a transmission line do.
안테나가 수신한 전파에 의하여 발생된 교류 전원은 터널링 다이오드 구조의 전극부에 의하여 정류되는데, 전송 손실을 최소화하고 정류 효과를 극대화하기 위하여 안테나와 정류 소자 간의 거리를 최소화하는 것이 바람직하다. The AC power generated by the radio wave received by the antenna is rectified by the electrode part of the tunneling diode structure. It is desirable to minimize the distance between the antenna and the rectifying device in order to minimize the transmission loss and maximize the rectifying effect.
본 발명의 실시 예에 있어서, 터널링 다이오드 구조의 전극부에 포함되는 전극(상부전극, 하부전극) 중 어느 하나를 안테나와 일체형으로 구성하여 안테나와 정류소자 간의 거리를 최소화하며(도 1 및 도 2에 대한 설명으로써 자세히 후술한다), 다른 실시 예로써는 터널링 다이오드 구조의 전극부의 일 전극이 안테나와 바로 연결된다(도 3에 대한 설명으로서 자세히 후술한다). In the embodiment of the present invention, any one of the electrodes (upper electrode and lower electrode) included in the electrode portion of the tunneling diode structure is integrated with the antenna to minimize the distance between the antenna and the rectifying element In another embodiment, one electrode of the electrode portion of the tunneling diode structure is directly connected to the antenna (to be described later in detail with reference to FIG. 3).
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면 2차원 평면상에 상호 비대칭적 구조로 배치되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 전극부와, 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나와 일체형으로 형성되는 안테나를 포함하며, 이러한 실시 예에 따르면 수백 GHz 내지 수백 THz 영역의 전자기장을 이용하는 것이 가능하다(도 4 및 도 5에 대한 설명으로서 자세히 후술한다).
According to another embodiment of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: an electrode unit including a first electrode and a second electrode arranged in a mutually asymmetric structure on a two-dimensional plane; According to this embodiment, it is possible to use electromagnetic fields in the range of several hundred GHz to several hundreds of THz (to be described later in detail with reference to FIGS. 4 and 5).
도 1 및 도 2를 참조하여 안테나와 전극이 일체형으로 구성되는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명한다. An embodiment of the present invention in which an antenna and an electrode are integrally formed will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서 상부전극 및 안테나가 일체형(10a, 10b, 10c)으로 형성된 구조를 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a view showing a structure in which an upper electrode and an antenna are formed as an integral type (10a, 10b, 10c) in an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifying element according to the first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 하부전극(30)은 플랫(flat) 형상이고, 하부전극(30)의 상부에 배치되는 상부전극 및 안테나의 일체형 구조(10a, 10b, 10c)는 니들(needle) 형상으로써, 상호 비대칭적 구조로 배치되어 초고주파를 수신하는 안테나에 의하여 생성된 교류 전원에 대한 높은 정류 특성을 가진다. 1, the
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 및 상부전극(10a, 10b, 10c)을 일체형으로 형성하여 안테나와 정류소자 간의 거리를 최소화할 수 있으므로, 전송 손실을 최소화하고 정류 효과를 높이는 효과가 있다. As shown in FIG. 1, since the antenna and the
일체형의 안테나와 상부전극(10a, 10b, 10c)은 하부전극(30)의 상면을 기준으로 상이한 높이를 가지며 복수 개 배치되어, 여러 주파수와 커플링(coupling)되는 것이 가능하다. The integrated antenna and the
일체형의 안테나와 상부 전극(10a, 10b, 10c)에서 하부전극(30) 방향으로 터널링 배리어(20)를 통과하는 전자는 빠른 속도로 투과하여 흐르게 되고, 이러한 터널링 다이오드 효과 및 정류 동작 원리에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 안테나와 정류 소자의 일체형 전력 생산 장치는 메모리, 초고속 전자 스위치 등에 적용되는 것이 가능하다.
Electrons passing through the
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서 하부전극 및 안테나가 일체형(30a)으로 형성된 구조를 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a view showing a structure in which a lower electrode and an antenna are formed as an integrated
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나와 하부전극은 일체형(30a)으로 형성되어, 안테나와 정류 소자 간의 거리가 최소화되므로 전송 손실은 최소화되고, 플랫 형상으로 구성되는 하부전극 및 안테나(30a)와 니들 형상으로 구성되는 상부전극(10e)은 상호 비대칭적 구조로서 높은 정류 특성을 보인다. As shown in FIG. 2, the antenna and the lower electrode are formed as a
이 때, 일체형의 안테나와 하부전극(30a)의 상부에 배치되는 상부전극(10e)의 상면에는 연결전극(50)이 배치된다. At this time, the
도 1 및 도 2에 도시된 바에 따라 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 안테나가 전극부의 상, 하부 전극 중 어느 하나와 일체형으로 형성되고, 상, 하부 전극은 상호 비대칭적 구조로 배치된다.
1 and 2, in the integrated power production apparatus of the antenna and the rectifying element according to the first and second embodiments of the present invention, the antenna is formed integrally with any one of the upper and lower electrodes of the electrode portion And the upper and lower electrodes are arranged in mutually asymmetric structures.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예 중 안테나가 정류 소자인 전극과 일체형으로 형성되는 것을 도시한 도면인 것에 반해, 도 3은 본 발명의 실시 예 중 제 3 실시 예에 따라 상부전극과 안테나가 연결된 구조를 나타내는 도면이다. 1 and 2 illustrate that an antenna is integrally formed with an electrode as a rectifying element in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of an antenna according to a third embodiment of the present invention, Fig.
도 3에 도시된 바에 따라 본 발명의 제3 실시 예를 설명하면, 플랫 형상의 하부전극(30)과, 하부전극(30)의 상면을 기준으로 높이 방향으로 형성된 니들 형상의 상부전극(10d)은 비대칭적 구조를 이룬다. 3, a flat
안테나(40)는 상부 전극(10d)의 상면에 결합되어 배치되며, 상부전극(10d)의 높이는 기설정 높이 이하인 것이 바람직하다. It is preferable that the
수신된 초고주파에 의하여 생성된 교류 전원에 대한 높은 정류 특성을 확보하고, 전송 손실을 최소화하기 위해서는 안테나와 정류 소자간의 거리를 최소화하는 것이 바람직하므로, 본 발명의 제3실시 예에 따른 상부전극(10d)의 높이는 기설정 높이인 1마이크로 미터 이하로 구성하는 것이 바람직하다.
It is desirable to minimize the distance between the antenna and the rectifying element in order to secure the high rectifying characteristic with respect to the AC power generated by the received very high frequency and to minimize the transmission loss. Therefore, the
도 1 내지 도 3에 도시된 상, 하부 전극을 포함하는 전극부는 금속, 금속성 물질, CNT(Carbon Nanotube), 그래핀(Graphene), 카본 화합물, 반도체 물질 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. The electrode portion including the upper and lower electrodes shown in FIGS. 1 to 3 may be formed of any one of metal, metallic material, carbon nanotube (CNT), graphene, carbon compound, and semiconductor material.
이층으로 배열한 그래핀에 전기장을 걸어줄 경우, 그래핀에서 반도체 핵심특성인 터널링 다이오드 효과가 발생함이 발견되었다. It has been found that when an electric field is applied to graphenes arranged in two layers, a tunneling diode effect, which is a core characteristic of a semiconductor, occurs in graphene.
따라서, 밴드갭(Band-gap)이 존재하지 않는 그래핀의 도체적인 특성(금속성)으로 인하여, 반도체 소자로의 응용에 대한 제약은 극복 가능하게 되었고, 본 발명의 실시 예에 따른 전극을 그래핀으로 구성하는 것이 가능하다.
Therefore, due to the conductive characteristics (metallicity) of graphene in which no band-gap exists, restrictions on application to semiconductor devices can be overcome, and the electrode according to the embodiment of the present invention can be applied to graphene As shown in FIG.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치를 나타낸 도면이다. FIG. 4 and FIG. 5 are views showing an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifier in a two-dimensional planar array structure according to another embodiment of the present invention.
도 4는 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서, 본 발명의 제4실시 예를 도시한다. Fig. 4 shows a fourth embodiment of the present invention in an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifying element of a two-dimensional planar array structure.
도 4에 도시된 본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 2차원 평면상에 상호 비대칭적 구조로 배치되는 제1전극 (60)및 제2전극(70)을 포함하고, 수신되는 전파로 인하여 발생되는 교류 전원을 정류하는 터널링 다이오드 구조의 전극부 및 전파를 수신하는 안테나를 포함하되, 안테나는 제1전극(60) 및 제2전극(70) 중 어느 하나와 일체형으로 형성된다. According to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the integrated power generation device of the antenna and the rectifier in the two-dimensional planar array structure includes a
이러한 본 발명의 제4실시 예에 따르면 제1전극(60)은 제1전극(60) 및 제2전극(70) 사이의 터널링 배리어(80)에 가까워질수록 끝이 점점 가늘어져 일단이 뾰족한 에지를 형성하여, 제2전극(70)과 비대칭적 구조를 이루게 되고, 이러한 비대칭적 구조의 전극부로 인하여 높은 정류 특성이 확보된다. According to the fourth embodiment of the present invention, as the distance from the
또한, 본 발명의 제4실시 예에 따르면, 터널링 배리어(80)는 진공으로 형성되며, 컨택(contact) 전극이 추가되는 것이 가능하다. Further, according to the fourth embodiment of the present invention, the
안테나가 제1 전극(60) 및 제2전극(70) 중 어느 하나와 일체형으로 형성됨으로써 안테나와 정류 소자간의 거리를 최소화하여 전송 손실을 최소화하는 것이 가능하고, 제1전극(60) 및 제2전극(70)은 2차원 평면상에 비대칭적 구조로 배열됨으로써 높은 정류 특성을 확보하는 것이 가능하다.
Since the antenna is formed integrally with either the
도 5는 본 발명의 제5실시 예에 따른 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치에 있어서 터널링 배리어의 구조를 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a view showing a structure of a tunneling barrier in an integrated power production apparatus of an antenna and a rectifier in a two-dimensional planar array structure according to a fifth embodiment of the present invention.
본 발명의 제5실시 예에 따르면, 제1전극(60)과 제2전극(70)은 도 4에서 도시한 바와 같이 비대칭적 구조를 이루며 2차원 평면상에 배열된다. According to a fifth embodiment of the present invention, the
이 때, 제1전극(60) 및 제2전극(70) 사이의 터널링 배리어(90)는 절연체 및 반도체 물질 중 어느 하나를 증착하여 형성된다. At this time, the
도 4 및 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차원 평면 배열 구조의 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치는 수백 GHz 내지 수백 THz영역의 전자기장을 이용하여 전력을 생산하는 것이 가능한 효과가 있다.
4 and 5, it is possible to produce power using an electromagnetic field of several hundreds of GHz to several hundreds of THz by using an antenna and a rectifier in a two-dimensional planar array structure according to another embodiment of the present invention have.
도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명의 실시 예는 당업자의 이해를 돕기 위하여 안테나가 수신한 전파에 의하여 획득된 교류 전원의 주파수가 전송선로에 심각한 표피 효과(skin effect)를 일으킬 정도(THz 범위)의 주파수인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 안테나가 적외선 수신에 적합하게 설계되는 경우에는 본 발명에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치를 야간 발전용 전지 또는 적외선 감지 장치에 적용하는 것이 가능하며, 안테나가 가시광 영역에서 동작하도록 설계되는 경우에는 본 발명에 따른 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치를 CCD(Charge Coupled Device) 대체 기술로 활용할 수 있다.
The embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 to 5 may be modified such that the frequency of the AC power obtained by the radio waves received by the antenna causes a serious skin effect on the transmission line (THz range However, in the case where the antenna is designed to be suitable for receiving infrared rays, it is possible to apply the integrated power production device including the antenna and the rectifier according to the present invention to a night-time power generation cell or an infrared ray sensing device, In the case where the antenna is designed to operate in the visible light region, the integrated power production device including the antenna and the rectifier according to the present invention can be used as a CCD (Charge Coupled Device) replacement technology.
이제까지 본 발명의 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
The embodiments of the present invention have been described above. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
10a, 10b, 10c: 안테나 및 상부전극 10d, 10e: 상부전극
20: 터널링 배리어 30: 하부전극
30a: 안테나 및 하부전극 40: 안테나
50: 연결전극 60: 제1전극
70: 제2전극 80: 터널링 배리어
90: 증착 터널링 배리어 10a, 10b, 10c: antenna and
20: Tunneling barrier 30: Lower electrode
30a: antenna and lower electrode 40: antenna
50: connecting electrode 60: first electrode
70: second electrode 80: tunneling barrier
90: Deposition tunneling barrier
Claims (12)
상기 터널링 배리어(20)의 하부에 플랫 형상으로 형성되어, 상기 일체형 상부 전극-안테나(10a, 10b, 10c)와 상호 비대칭적 3차원 배치를 이루는 하부 전극(30)
을 포함하는 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치.
And is formed into a needle shape in the height direction with reference to the upper surface of the tunneling barrier 20 and is formed to have a length different from that of a coupling with several frequencies An integrated upper electrode-antenna 10a, 10b, 10c; And
A lower electrode 30 formed in a flat shape at a lower portion of the tunneling barrier 20 and having a mutually asymmetrical three-dimensional arrangement with the integrated upper electrode-antennas 10a, 10b, and 10c,
And a rectifying device for rectifying the power of the power generating device.
상기 일체형 상부 전극-안테나(10a, 10b, 10c)는 상기 터널링 배리어(20)의 상면을 기준으로 순차적으로 상이한 높이를 가지며 복수 개 배치되는 것
인 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치.
The method according to claim 1,
The integrated upper electrode-antennas 10a, 10b, and 10c are sequentially arranged at different heights with respect to the upper surface of the tunneling barrier 20,
An integrated power generation device comprising an antenna and a rectifier.
상기 터널링 배리어(20)의 하부에 플랫 형상으로 형성되어, 상기 상부 전극(10d, 10e)과 상호 비대칭적 3차원 배치를 이루고, 수백 GHz 내지 수백 THz의 주파수를 가지는 전파를 수신하여 교류 전원을 생성하며, 여러 주파수와 커플링 되도록 상기 터널링 배리어(20)와의 접면을 기준으로 상이한 길이를 가지며 복수 개 배치되는 일체형 하부 전극-안테나(30a)
를 포함하는 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치.
Upper electrodes 10d and 10e formed in a needle shape in the height direction with reference to the upper surface of the tunneling barrier 20; And
And is formed in a flat shape at the lower part of the tunneling barrier 20 so as to form an asymmetrical three dimensional arrangement with respect to the upper electrodes 10d and 10e and receives a radio wave having a frequency of several hundreds of GHz to several hundreds of THz to generate an AC power And a plurality of integrated lower electrode-antennas 30a having different lengths with respect to the contact surface with the tunneling barrier 20 so as to be coupled to various frequencies,
And a rectifying device for rectifying the power of the rectifying device.
상기 상부 전극(10d, 10e)의 상면에 위치하는 연결전극(50)을 더 포함하는 것
인 안테나와 정류소자의 일체형 전력 생산 장치. The method according to claim 6,
And a connection electrode 50 positioned on the upper surface of the upper electrodes 10d and 10e
An integrated power generation device comprising an antenna and a rectifier.
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