專利名稱：無線功率傳輸系統(tǒng)的制作方法
無線功率傳輸系統(tǒng)
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2010年8月23日提交的美國臨時申請N0.12/861，526的權(quán)益，該臨時申請是2007年6月14日提交的美國專利申請序列號為N0.11/812,060的部分繼續(xù)申請，它們的內(nèi)容在這里都通過引用而被視為完全合并到本申請中。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及功率傳輸系統(tǒng)和電池充電器，尤其涉及通過微波傳輸向需要電力的設(shè)備供電的無線功率傳輸方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多便攜式電子設(shè)備通過電池供電。常常使用可再充電電池來避免更換傳統(tǒng)干電池的成本以及節(jié)約寶貴的資源。然而，用傳統(tǒng)可再充電電池充電器對電池進(jìn)行再充電需要接入交流(A.C.)電源插座，而交流電源插座有時不可用或不方便。因此，期望電池充電器通過電磁輻射獲取功率。
雖然太陽能電池充電器是已知的，但是太陽能電池昂貴，并且可能需要大的太陽能電池陣列為任意的大容量電池充電。另一種潛在的可以向位于遠(yuǎn)離交流輸電干線的位置處的電池充電器供電的電磁能源是微波能，該微波能可以從太陽能供電的衛(wèi)星獲得并通過微波波束傳送到地面，或者從來自蜂窩電話發(fā)射機(jī)等的周圍射頻能獲得。然而，存在著與通過微波傳輸來有效傳遞功率相關(guān)聯(lián)的許多問題，這排除了將專用陸地微波功率發(fā)射機(jī)用于該目的。
假設(shè)電磁(EM)信號的單源功率傳輸，則EM信號的幅度在距離r上以Ι/r2因子衰減。因此，在距EM發(fā)射機(jī)很遠(yuǎn)處接收到的功率是所發(fā)射功率的一小部分。
為了增加接收信號的功率，我們不得不增加傳輸功率。假設(shè)所發(fā)射的信號在距EM發(fā)射機(jī)3厘米處可以有效接收，則在3米的有效距離上接收相同的信號功率將必須使所發(fā)射的功率增加10，000倍。這樣的功率傳輸是浪費的，因為絕大部分能量將被傳送而沒有被目的設(shè)備接收，它可能對活組織有害，它最可能干擾緊鄰的大部分電子設(shè)備，并且它可以以熱的形式被消耗掉。
利用定向天線具有若干挑戰(zhàn)，其中一些挑戰(zhàn)是:知道將它指向何處；對其進(jìn)行跟蹤所需的機(jī)械設(shè)備將會很嘈雜并且不可靠；以及產(chǎn)生對傳輸視線內(nèi)的設(shè)備的干擾。
定向功率傳輸通常需要知道設(shè)備的位置，以能夠?qū)⑿盘栔赶蛘_的方向來提高功率傳輸效率。然而，即使定位了設(shè)備，由于接收設(shè)備的路徑上或附近的物體的反射和干擾，也不能保證有效的傳輸。
因此，期望解決前述問題的無線功率傳輸系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
無線功率傳輸是一種經(jīng)由微波能量向電子/電氣設(shè)備提供無線充電和/或主功率的系統(tǒng)。響應(yīng)于從信標(biāo)設(shè)備接收信標(biāo)信號，功率發(fā)射機(jī)將微波能量聚集于一位置，該功率發(fā)射機(jī)具有一個或多個自適應(yīng)相控微波陣列發(fā)射器。將被充電的設(shè)備中的整流天線(rectennas)接收并整流微波能量，并將該微波能量用于電池充電和/或用于主功率。
將被充電的設(shè)備經(jīng)由側(cè)信道(side channel)向電源報告整流天線處的接收波束信號強(qiáng)度。這個信息由該系統(tǒng)用來調(diào)整微波陣列發(fā)射器的發(fā)射相位，直到將被充電的設(shè)備報告了最大微波能量。
可替換地，陣列元件可以被設(shè)置成從正被充電的設(shè)備接收校準(zhǔn)信號。每個陣列元件可以根據(jù)接收到的校準(zhǔn)信號來檢測/報告相位信息。隨后，每個陣列元件將針對那個元件的檢測到的相位用作回到正在被充電的設(shè)備的發(fā)射相位的引導(dǎo)。
由例如平坦、二維陣列導(dǎo)致的鏡像焦點可以通過以實質(zhì)上非均勻、非共面的方式來物理地配置微波陣列發(fā)射器而被最小化。
本發(fā)明的這些以及其他特征將隨著對以下說明書和附圖的進(jìn)一步評述而變得明顯。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)的第一實施方式的環(huán)境、透視圖。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)的第二實施方式的環(huán)境、透視圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)中用于微波發(fā)射機(jī)的相控陣列網(wǎng)天線(phased array net antenna)的透視圖。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)中的功率傳輸節(jié)點的圖解視圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)的第一實施方式的框圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)的第二實施方式的框圖。
圖4是可替換的第一實施方式功率發(fā)射機(jī)的框圖。
圖5是可替換的第二實施方式功率發(fā)射機(jī)的框圖。
圖6是控制器的框圖。
圖7是根據(jù)第一實施方式的可替換接收機(jī)的框圖。
圖8是根據(jù)第二實施方式的可替換接收機(jī)的框圖。
圖9是接收機(jī)電池系統(tǒng)的框圖。
圖10是示例性電池系統(tǒng)功率線圖。
圖11是根據(jù)第一實施方式的可替換接收機(jī)。
圖12是根據(jù)第二實施方式的可替換接收機(jī)。
附圖中類似的附圖標(biāo)記始終表示對應(yīng)的特征。
具體實施方式
如圖1A-圖1B所示，本發(fā)明包括系統(tǒng)100a，或可替換地包括系統(tǒng)100b，以用于經(jīng)由微波能量向電子/電氣設(shè)備(例如筆記本電腦102等)提供無線充電和/或主功率。在系統(tǒng)IOOa或系統(tǒng)IOOb中，功率傳輸網(wǎng)IOla或可替換的功率傳輸網(wǎng)IOlb可以經(jīng)由插入電源插座O的電源線P從交流輸電干線獲得操作功率。微波傳輸頻率優(yōu)選具有合適波長的可用FCC未調(diào)節(jié)頻率。由于波長可以限制相控陣列IOla或可替換的相控陣列IOlb的分辨能力，所以優(yōu)選頻率盡管沒有限制系統(tǒng)對可以在其上進(jìn)行操作的其他頻率的選擇，但是仍然已經(jīng)被確定為5.8GHz (5.17cm波長)，該頻率適合于在房間、禮堂等規(guī)模的距離上向諸如膝上型計算機(jī)、蜂窩電話、PDA等設(shè)備傳輸功率。
如圖1A-圖3B所示，微波能量被聚集到將被電源300充電的設(shè)備上，該電源300連接到一個或多個自適應(yīng)相控微波陣列發(fā)射器204 (即天線或輻射器)。根據(jù)本發(fā)明，來自自適應(yīng)相控微波陣列發(fā)射器204的微波能量可以被聚集到設(shè)備上而無需知道該設(shè)備的位置。如圖1A、圖1B以及圖3A-圖3B所示，優(yōu)選地，將被充電的設(shè)備102中的高效整流天線340(整流天線是將微波能量直接轉(zhuǎn)換成直流(D.C.)電的用于整流的天線，這樣的設(shè)備是本領(lǐng)域中公知的，在此將不做進(jìn)一步的描述)接收并整流微波能量，并由控制邏輯350確定將該微波能量通過充電用于對電池370進(jìn)行充電和/或用作給設(shè)備102的主功率。在第一實施方式中，在不是用來傳遞功率的頻率上，在無線電源IOOa和將被充電的設(shè)備102中的功率接收機(jī)330b之間開通通信信道。
經(jīng)由來自功率接收機(jī)330b中通信設(shè)備360的發(fā)射機(jī)部分的信號，將被充電的設(shè)備102在通信信道IlOa上將在整流天線340處接收到的波束信號強(qiáng)度中繼至系統(tǒng)IOOa的功率發(fā)射機(jī)330a中通信設(shè)備320的接收機(jī)部分。這個信息由系統(tǒng)IOOa的控制邏輯310用來增加功率、減小功率、以及調(diào)整微波陣列發(fā)射器節(jié)點204的發(fā)射相位，直到陣列IOla輻射最大微波能量波束301,如由將被充電的設(shè)備102所報告的那樣。
連接到期望傳輸頻率的單個源的每個發(fā)射器204可以傳送具有特定相位差的信號，該相位差是η/2的倍數(shù)。η/2相位增量僅作為示例，其他相位增量，例如π/4、π/8、η /16等是可能的。優(yōu)選地，除了發(fā)射器204可以被關(guān)閉或者導(dǎo)通至期望相位之外，不調(diào)整功率。
如圖2Α-圖2Β最清楚地顯示，垂直和水平電纜在每個陣列節(jié)點204處交叉。這個配置應(yīng)用到陣列IOla或陣列101b。在垂直電纜202中，導(dǎo)線210是零相位饋線。導(dǎo)線212是η/2相位饋線，并且導(dǎo)線209是垂直控制線。類似地，在水平電纜200中，導(dǎo)線214是π相位饋線。導(dǎo)線216是3π/2相位饋線，并且導(dǎo)線211是水平控制線?？刂凭€209和211可以連接到控制器310以控制在任意給定節(jié)點204上哪個相位是活動的。單天線控制可以位于芯片206上，而實際節(jié)點輻射器或天線208可以形成為環(huán)繞(surixnmding)節(jié)點204的幾何中心的圓形元件。應(yīng)當(dāng)理解的是，單個控制器或多個控制器可以控制其中一個或多個功率傳輸網(wǎng)。
用于系統(tǒng)IOOa的邏輯控制310的示例算法可以如下:(I)功率接收機(jī)330可以使用通信信道IlOa向附近的任意發(fā)射機(jī)330a宣布它的存在；(2)功率發(fā)射機(jī)330a可以僅使用它的天線208或節(jié)點204中的一個在通信信道IlOa上傳遞它的存在并開始傳送；(3)功率接收機(jī)330b可以確認(rèn)在通信信道IlOa上接收到微弱信號；(4)功率發(fā)射機(jī)330a接通具有默認(rèn)零相位的另一天線208或節(jié)點204，并在通信信道IlOa上向接收機(jī)330b詢問信號強(qiáng)度；(5)功率接收機(jī)330b可以返回指示接收到的信號與之前的信號相比更高、相同或更低的信號；(6)如果該信號與之前的信號相比更低或相同，控制器310可以使節(jié)點204處的相位增加η /2相位，并請求另一信號強(qiáng)度傳輸；(7)針對所有相位重復(fù)進(jìn)行步驟5和步驟6 ；(8)如果沒有觀察到信號強(qiáng)度增加，那么關(guān)閉特定節(jié)點204，并且在過程中使用另一節(jié)點，從而從步驟4重復(fù)進(jìn)行；(9)重復(fù)進(jìn)行步驟4-步驟6直到所有發(fā)射器節(jié)點被使用。
在另一示例中，步驟(6)可以包括以3相位循環(huán)(包括0，/2，以及5 π/4弧度)增加相位。在這種方式中，可以確定整個正弦曲線的近似形狀。相應(yīng)地，可以確定峰值功率的相位角。此外，由于在合計調(diào)諧天線時，下一個增加的天線接收功率可能僅是全部接收功率的一小部分。因此，增加第二個天線可以增加4倍的功率，而增加第101個天線能增加2%的功率，增加第1001個天線能增加全部接收功率的0.2%。這使得難以從被測試的天線中檢測真實的功率增益/損耗。因此，在測試周期期間僅有一些天線被增加功率，并且可以記住每個被測試天線的相位。一旦確定了全陣列的相位，所有的元件可以被接通來遞送功率。
可替換地，可以對發(fā)射功率的所有天線進(jìn)行重調(diào)諧，可能通過在它們的當(dāng)前值附近輕微地移動它們的相位并檢測對接收信號的影響。如果在一個方向上有改進(jìn)(例如將相位提前或滯后(retarding))，則相位可以繼續(xù)被循環(huán)/增加，直到在任一側(cè)上均沒有改進(jìn)。這將取決于檢測大陣列的接收功率水平的改變的能力，否則整個陣列需要被關(guān)閉并從零開始重新建立相位。
在第二實施方式中，如圖2B和圖3B最清楚地顯示，每個陣列元件或節(jié)點204可以被設(shè)置成從功率接收系統(tǒng)330b中的校準(zhǔn)發(fā)射機(jī)460接收校準(zhǔn)信號。每個陣列元件或節(jié)點204可以經(jīng)由數(shù)據(jù)線303向控制邏輯310發(fā)送在那個節(jié)點204處所檢測的接收到的校準(zhǔn)信號。隨后，控制器310、控制器306或這兩個控制器聯(lián)合將每個陣列元件或節(jié)點204設(shè)置成針對那個元件的所檢測相位作為發(fā)射相位，以將優(yōu)化功率傳輸301發(fā)送回功率接收機(jī)330b。在實施方式IOOa和IOOb 二者中，配置存儲器設(shè)備可以用于與控制器邏輯310可操作地通信，以使陣列能夠?qū)⒐β拾l(fā)射到特定位置或“熱點”而無需先與將被充電的設(shè)備102通信。當(dāng)將被充電的設(shè)備102沒有備用功率來建立通信信道IlOa或IlOb時，該特征在向?qū)⒈怀潆姷脑O(shè)備102發(fā)送功率方面是有用的。
可替換地，第二實施方式可以如下操作，以利用接收機(jī)和每個發(fā)射機(jī)天線(例如收發(fā)信機(jī)中的天線)中的雙向(two ray)能力?？刂破骺梢詼?zhǔn)備每個收發(fā)信機(jī)來接收來自功率接收機(jī)(即將被充電的設(shè)備)的信標(biāo)信號。將被充電的設(shè)備隨后發(fā)出信標(biāo)信號(例如，可以是經(jīng)由例如陣列與接收機(jī)之間的無線通信來同步它們的時鐘的、與相控陣列具有相同頻率的校準(zhǔn)信號)，該信標(biāo)信號穿過將被充電的設(shè)備和功率發(fā)射機(jī)之間的所有開放路徑。功率發(fā)射機(jī)處的接收信號等于接收機(jī)天線與發(fā)射機(jī)天線之間的、落在功率發(fā)射機(jī)中的每個天線上的所有開放路徑的總和，其中每個路徑的總和合計為位于每個特定功率發(fā)射機(jī)天線處的特定功率水平和相位。
發(fā)射機(jī)陣列中的每個天線將輸入信號與內(nèi)部信號進(jìn)行比較，來檢測接收到的相位。一旦所有發(fā)射機(jī)的天線建立了接收到的相位，每個天線使用其全部功率來以接收到的相位的復(fù)共軛進(jìn)行回傳。
此外，由于以上陣列調(diào)諧考慮了所有可能的路徑(例如沒有假設(shè)在陣列和接收機(jī)之間存在直接開放路徑或者接收機(jī)在環(huán)境中平滑和線性運動地移動)，所以對環(huán)境配置的任何改變可以等同于接收機(jī)被移動或者功率發(fā)射機(jī)陣列的物理配置被改變。因此，可能時常需要頻繁地對陣列進(jìn)行重調(diào)諧(例如每秒10次或更多次)。
由于對天線陣列進(jìn)行重調(diào)諧需要切斷正被發(fā)送的功率以“監(jiān)聽”接收機(jī)的信標(biāo)信號，所以已經(jīng)被用來為陣列供電的時間可能會丟失。相應(yīng)地，當(dāng)接收機(jī)處的功率水平?jīng)]有顯著改變時，陣列可以減少重調(diào)諧的頻率，以將遞送到接收機(jī)的功率最大化。當(dāng)接收機(jī)處的功率接收下降時，陣列可以增加更新的頻率，直到接收機(jī)功率再次穩(wěn)定?？梢栽O(shè)置調(diào)諧頻率的特定限制，例如最小IOtps (每秒調(diào)諧一次)到最大500tps。因為非常高頻的重調(diào)諧可能會降低功率傳遞的效率而變得沒有用處。
可替換地，調(diào)諧一定數(shù)量(η)的天線可以如下執(zhí)行。所有η個天線被關(guān)閉。η個天線中的一個天線隨后導(dǎo)通并且保持導(dǎo)通以作為要調(diào)諧的其他η個天線中的每一個天線的參考。η個天線中剩余天線中的每一個天線隨后導(dǎo)通，并且它們的最佳相位被記錄，并且它們隨后被關(guān)閉。當(dāng)這個序列在第η個天線上執(zhí)行時，所有天線都以它們各自的最佳相位導(dǎo)通。
關(guān)于具有移動接收機(jī)的第一實施方式，可能需要重調(diào)諧所有的發(fā)射機(jī)天線，例如通過在它們的當(dāng)前值附近輕微地移動它們的相位并檢測對接收到的信號的影響。如果在一個方向上改進(jìn)了，則繼續(xù)循環(huán)/遞增相位，直到對任一側(cè)而言都沒有改進(jìn)。這可以取決于檢測大陣列的接收功率水平的改變的能力，否則整個陣列或許需要被關(guān)閉并從零開始重新建立相位。
示例性陣列IOla或IOlb可以是每側(cè)大約一米的30X30網(wǎng)格網(wǎng)，其中導(dǎo)線的每個交叉具有單個傳輸天線204。優(yōu)選地，陣列網(wǎng)IOla或IOlb由柔性/柔軟材料制成。網(wǎng)格材料的柔性使得用戶能夠以實質(zhì)上非均勻、非共面的方式(即展開但不平坦的方式)來物理地配置微波陣列發(fā)射器網(wǎng)IOla或101b，以使由例如平坦、二維陣列造成的鏡像焦點和在具有離散相位差的平坦、規(guī)整放置的陣列中通常發(fā)生的盲點最小化。如圖1A-圖1B所示，陣列IOla或陣列IOlb足夠柔韌，以使得它可以被覆蓋(drape)在支撐結(jié)構(gòu)(例如盆栽植物S)上，以提供優(yōu)選的非均勻、非共面配置。
在這種方式中，成功挑戰(zhàn)了逆平方定律，因為相控天線是定向的，從而經(jīng)由可以在接收設(shè)備102處接收到的有益(constructively)相控波束信號來產(chǎn)生增益。此外,相控陣列(例如IOla和IOlb)的使用避免了使用更笨重的、難看的設(shè)備(例如物理定向天線，即蝶形天線、八木天線(Yagi)等)的必要性。此外，由于功率傳輸過程的效率，低功率可以用來傳輸以使得電磁(EM)信號能夠使其大部分強(qiáng)度鄰近接收設(shè)備而不是到處傳播，以不破壞環(huán)境或產(chǎn)生對位于其他地方的設(shè)備的干擾。
一旦接收到信號并且該信號的功率可用，就使用能夠完成任務(wù)的低壓整流器來完成將來自天線的近似5.80GHz AC電流轉(zhuǎn)換成DC電流以為電池370、存儲電容器等充電的過程。這些整流器可以基于小面積肖特基二極管或利用與接收到的信號具有相同相位的5.80GHz振蕩電路的共振，從而將其功率增強(qiáng)至能夠克服在整流天線340的整流器部分中使用的二極管的電壓降的程度。應(yīng)當(dāng)指出的是，可以通過對陣列進(jìn)行時間共享、或通過疊加天線的相位以模擬多波束配置來向多個設(shè)備充電。
以上描述的充電機(jī)制在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相互通信時操作。然而，用于對沒有功率來通信的接收機(jī)進(jìn)行充電的方法可能也是有益的。為了實現(xiàn)這個目的，可以建立將接收周期性功率傳輸突發(fā)的一個或多個位置。
在如何對不具有電池能量的設(shè)備進(jìn)行充電的一個示例中，信標(biāo)設(shè)備或復(fù)活器(resurrector)(未示出)可以放置在用于接收周期性的功率傳輸突發(fā)的位置中，或根據(jù)用戶的需要來放置。信標(biāo)設(shè)備可以例如通過發(fā)射信標(biāo)信號來與功率傳輸網(wǎng)通信，并且功率傳輸網(wǎng)識別那個信標(biāo)信號相位配置作為用于發(fā)射周期性的功率傳輸突發(fā)的位置(例如每十分鐘一秒突發(fā)，或者每分鐘0.1秒突發(fā)，每十分鐘一秒突發(fā))。從信標(biāo)設(shè)備發(fā)射的信標(biāo)信號可以在其到達(dá)功率發(fā)射網(wǎng)之前通過各種媒介被反射和/或折射。因此，功率傳輸網(wǎng)可以接收到多個信標(biāo)信號。當(dāng)功率傳輸網(wǎng)接收這一個或多個信標(biāo)信號時，可以建立從信標(biāo)設(shè)備位置到功率傳輸網(wǎng)之間的開放路徑。
功率傳輸網(wǎng)可以隨后聚合信標(biāo)信號來再次創(chuàng)建所發(fā)射信標(biāo)信號的波形。從這個再次創(chuàng)建的波形，功率傳輸網(wǎng)可以隨后發(fā)射功率傳輸突發(fā)作為例如該再次創(chuàng)建的波形的反波形，來在由信標(biāo)設(shè)備建立的位置處提供功率突發(fā)。在一個實施方式中，可以通過采用從信標(biāo)設(shè)備接收到的波形的復(fù)共軛或者數(shù)學(xué)上等同的變換來確定該反波形。一旦建立了接收周期性功率傳輸突發(fā)的位置，就可以關(guān)閉信標(biāo)設(shè)備。
沒有電池功率的將被充電的設(shè)備102可以隨后被放置在其將要接收周期性功率傳輸突發(fā)的那個位置處，直到該將被充電的設(shè)備具有足夠的功率來與功率傳輸網(wǎng)通信以進(jìn)行如上所述的充電過程。設(shè)備可以隨后被移動離開那個位置。
—旦將被充電的設(shè)備102被從一個位置移動到另一位置或者功率傳輸網(wǎng)被移動，功率傳輸網(wǎng)可以自己進(jìn)行重調(diào)諧(例如將傳輸天線重對準(zhǔn))來建立至將被充電的設(shè)備102的最佳傳輸功率。這個重調(diào)諧可以響應(yīng)于設(shè)備102報告功率下降或者響應(yīng)于規(guī)則的間隔(例如Ims-1Os)而發(fā)生。然而，在盡管功率沒有下降但仍然繼續(xù)有規(guī)則地進(jìn)行重調(diào)諧的同時，可以取決于接收機(jī)維持信號功率的好壞程度來縮短或延長該規(guī)則的間隔。
發(fā)射機(jī)天線還可以采取將電路包含到單個芯片中并使用導(dǎo)線來菊花式鏈接(daisy chaining)芯片以產(chǎn)生長串“相導(dǎo)線”的形式，該相導(dǎo)線可以被配置并以各種形狀和設(shè)計使用。通過“相位控制”芯片串來使用數(shù)以千計的天線和關(guān)聯(lián)的控制器構(gòu)建復(fù)雜陣列，芯片之間的導(dǎo)線可以用作將芯片連接到公共控制器的數(shù)據(jù)通道，而在同時，導(dǎo)線還可以用作發(fā)射/接收天線自身。每個芯片可以具有從其引出的用作天線的多個導(dǎo)線。每個天線可以被賦予地址(例如a、b、c等等)，從而允許芯片獨立于其他芯片來控制每個天線的相位。此外，導(dǎo)線可以取決于可用空間而以所有種類的布置進(jìn)行配置，因為陣列的調(diào)諧與天線的位置和布置無關(guān)。
由于天線芯片控制器通過短導(dǎo)線連接，所以導(dǎo)線可以以多種方式而被用作天線。例如，導(dǎo)線本身可以由振蕩器和/或放大器驅(qū)動，或者可以在導(dǎo)線周圍使用屏蔽，其中屏蔽本身被驅(qū)動并用作天線，從而防止通信導(dǎo)線屏蔽多層陣列中的信號。
圖4是可替換的第一實施方式發(fā)射機(jī)的框圖。該發(fā)射機(jī)可以是天線控制器400，該天線控制器400包括控制邏輯410、移相器420 (N計數(shù))、信號發(fā)生器/倍增器430、放大器440 (N計數(shù))、以及(N個)天線450。天線控制器400在公共總線上接收來自控制所有天線控制器的單個控制器或來自之前天線控制器400的功率和基頻控制信號以及其他命令和通信信號。功率信號例如可以由發(fā)射機(jī)400的電源(未示出)接收，而基頻控制信號可以由信號發(fā)生器/倍增器430接收，并且通信信號和命令可以由控制邏輯410接收。在每個之前天線控制器400提供功率和基頻控制信號的情況下，攜帶那些信號的總線可以繼續(xù)至下一天線控制器400?？刂七壿?10可以控制移相器420以使該移相器410調(diào)整放大器440的相位。信號發(fā)生器/倍增器以例如IOMHz從總線接收信號，并將其轉(zhuǎn)換成高達(dá)例如2.4、5.8GHz等以用于無線傳輸。
圖5是可替換的第二實施方式發(fā)射機(jī)的框圖。該發(fā)射機(jī)可以是天線控制器500，該天線控制器500包括控制邏輯510、移相器520 (N計數(shù))、信號發(fā)生器/倍增器530、收發(fā)信機(jī)540 (N計數(shù))、(N個)天線550以及相位比較器560 (N計數(shù))。收發(fā)信機(jī)540從接收機(jī)接收校準(zhǔn)或信標(biāo)信號，并將該信號轉(zhuǎn)發(fā)至相位比較器560。相位比較器560確定它們各自的收發(fā)信機(jī)540接收到的信號的相位，并確定用于發(fā)射功率信號的最佳相角。這個信息可以被提供至控制邏輯510，該控制邏輯510隨后使移相器520設(shè)置收發(fā)信機(jī)的相位(例如以接收到的信標(biāo)/校準(zhǔn)信號的復(fù)共軛)，并以那個設(shè)置的相位來發(fā)射功率。信號發(fā)生器/倍增器530執(zhí)行實質(zhì)上與天線控制器400的信號發(fā)生器/倍增器430類似的功能。此外，總線信號類似于發(fā)射機(jī)400中的那些總線信號，其中這些信號例如通過發(fā)射機(jī)500中的對應(yīng)部件接收。
圖6是用于控制例如圖4和圖5中的天線控制器的控制器600的框圖?？刂破?00包括控制邏輯610、電源620、連接到天線660的通信模塊630、連接到天線670的基信號時鐘640以及總線控制器650?？刂七壿?10控制總線控制器650，該總線控制器650將輸出到M個總線上的信號發(fā)射到M個天線控制器(例如400和500)。電源620向總線控制器650提供功率源。通信模塊630通過其各自的天線660發(fā)射和接收來自接收機(jī)的數(shù)據(jù)?；盘枙r鐘640向其他控制器發(fā)射基信號，并且還發(fā)送/接收至接收機(jī)的傳輸以用于同步。一個控制器600可以用來控制所有發(fā)射機(jī)天線或若干控制器600可以被用在一個控制器600控制一組天線的情況中。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然示出了具有各自天線的分離的通信模塊和基信號時鐘，但是該功能可以整合到一個模塊中(例如通信模塊630)。
圖7是根據(jù)第一實施方式的可替換接收機(jī)700的框圖。接收機(jī)700包括控制邏輯710、電池720、通信模塊730及其關(guān)聯(lián)的天線760、功率計量器(meter) 740以及整流器750及其關(guān)聯(lián)的天線770。控制邏輯710在數(shù)據(jù)載波頻率上發(fā)射和接收來自通信模塊730的數(shù)據(jù)信號。這個數(shù)據(jù)信號可以是在以上描述的側(cè)信道上發(fā)射的功率強(qiáng)度信號的形式。整流器750從功率發(fā)射機(jī)接收功率傳輸信號，該功率傳輸信號通過功率計量器740饋送至電池720以用于充電。功率計量器740測量接收到的功率信號強(qiáng)度，并將該測量提供至控制邏輯710。控制邏輯710還可以從電池720本身接收電池功率水平。
接收機(jī)700可以通過使控制器600經(jīng)由天線670發(fā)射基頻信號來與例如控制器600同步。接收機(jī)700隨后使用這個信號來同步接收機(jī)發(fā)射回控制器600的信標(biāo)信號或校準(zhǔn)信號。還可以注意到，這個技術(shù)還可以與多個控制器一起使用。也就是說，在使用多個傳輸陣列的情況下，控制器可以通過利用從控制器中的一個控制器發(fā)送的基頻信號來相互同止/J/ O
圖8是根據(jù)第二實施方式的可替換接收機(jī)800的框圖。該接收機(jī)800包括控制邏輯810、電池820、通信模塊830及其關(guān)聯(lián)的天線870、功率計量器840、整流器850、信標(biāo)信號發(fā)生器860及其關(guān)聯(lián)的天線880、以及將整流器850或信標(biāo)信號發(fā)生器860連接到關(guān)聯(lián)的天線890的開關(guān)865。整流器850從功率發(fā)射機(jī)接收功率傳輸信號，該功率傳輸信號通過功率計量器840饋送到電池820以用于充電。功率計量器840測量接收到的功率信號強(qiáng)度，并將這個測量提供至控制邏輯810?？刂七壿?10還可以從電池820本身接收電池功率水平?？刂七壿?10還可以經(jīng)由通信模塊830在數(shù)據(jù)載波頻率上發(fā)射/接收數(shù)據(jù)信號，例如用于時鐘同步的基信號時鐘。信標(biāo)信號發(fā)生器860使用天線880或890發(fā)射信標(biāo)信號或校準(zhǔn)信號。還可以注意到，雖然所示的是電池820用于被充電并向接收機(jī)800提供功率，但是該接收機(jī)還可以直接從整流器850接收它的功率。這可以是整流器850向電池820提供充電電流的補(bǔ)充，或提供充電的替代。此外，還可以注意到，使用多個天線是一種示例性實現(xiàn)方式，并且該結(jié)構(gòu)可以被縮減至一個共享天線。
由于發(fā)射機(jī)的天線控制電路和接收機(jī)功率與控制電路可以被構(gòu)建為集成電路(IC)并可以共享多個關(guān)鍵電路部件，所以兩個芯片功能可以設(shè)計為單個芯片，并且通過選擇不同的封裝或配置，芯片可以用作發(fā)射機(jī)或接收機(jī)。也就是說，某些部分被使能或禁用的同一芯片可以用作發(fā)射天線控制器或接收機(jī)控制器。這可以減少構(gòu)建和測試兩種不同芯片的成本，以及可以顯著地節(jié)約芯片生產(chǎn)成本。
如上所述，傳輸網(wǎng)的形狀可以多種多樣。因此，天線的包裝(packing)可以足夠接近于所發(fā)射功率信號的波長的大約一半、接近于波長的若干倍。可以構(gòu)成二維布置以允許陣列平躺在毯子下面，或者覆蓋在閣樓隔熱層上。例如，可以使用包含多個發(fā)射天線的多個寬導(dǎo)線(例如二維陣列的窄條)。這些寬導(dǎo)線可以安裝在地板中或墻中?？商鎿Q地，功率傳輸網(wǎng)可以是環(huán)形天線的形式，或任意其他形狀。
三維布置可以封裝最大數(shù)量的天線，并且可以被整合成方便的形式，例如辦公室吊頂板、門、畫以及電視，因而使得陣列不可見和不突兀。此外，網(wǎng)格陣列可以形成為彼此堆疊的多個層，從而允許更高密度的天線。在這個示例中，陣列的行為類似于“相控體積(phased volume)”,其中單個前向波束的后面具有最少的鏡像波束(mirror beam)。該鏡像波束可以隨著相控體積厚度的增加而被減小。
也就是說，使用全向天線的完美平坦的相控陣列可以在陣列平面附近對稱地產(chǎn)生所形成波前(wavefront)的2幅“圖像”(例如當(dāng)在陣列的相反側(cè)上存在自由空間或相同環(huán)境時)。這可能具有減少功率傳遞的不期望后果(例如50%的功率到了背面)，并從而減少遞送的效率。以非平面的形式布置陣列天線可以在即使其具有3維陣列對稱設(shè)計的情況下仍然減少這種對稱波前，這是由于這樣的事實即天線將在跨陣列對稱側(cè)上具有不同的相位從而使得信號不對稱以及不“鏡像”。
當(dāng)針對特定接收機(jī)對陣列進(jìn)行相位調(diào)諧時，陣列中的每個天線具有它向其進(jìn)行發(fā)射的特定相位，來產(chǎn)生到達(dá)該特定接收機(jī)的信號。兩個或更多個接收機(jī)可以被配置成通過以下技術(shù)中的一個或組合來接收功率。
在第一種技術(shù)中，可以在不同的接收機(jī)之間利用對功率傳遞的時間共享。這可以通過將陣列中的天線調(diào)諧至一個接收機(jī)并然后切換至下一接收機(jī)從而給予每個接收機(jī)相同(或不同)量的時間來完成。將陣列調(diào)諧至每個接收機(jī)可以根據(jù)記憶完成，或使用類似于第二實施方式技術(shù)的過程來完成。
在另一種技術(shù)中，可以利用對所有陣列天線進(jìn)行相位調(diào)制以產(chǎn)生多個功率點。對于每個天線，接收信號是相位為接收角度的矢量，而幅度是接收信號的功率水平。為了產(chǎn)生至多個接收機(jī)的返回信號，傳輸相位可以確定為接收矢量的總和的角度。雖然沒有必要利用接收到的信號的幅度并以常規(guī)傳輸功率從每個天線進(jìn)行發(fā)射，但是為了當(dāng)考慮多徑信號時產(chǎn)生執(zhí)行地更好的偏置多焦(biased mult1-focus)信號,可以發(fā)現(xiàn)來自每個接收機(jī)的峰值接收信號功率，并且矢量相加可以通過相對于歸一化尺度(例如來自每個接收機(jī)的峰值功率可以被認(rèn)為針對該峰值功率的幅度為1.0)對矢量進(jìn)行縮放來進(jìn)行偏置。矢量相加可以確保每個天線向接收機(jī)提供更多的功率，天線可以向該接收機(jī)傳遞更多的功率或可替換地從該接收機(jī)接收更多的功率。
天線共享是另一種技術(shù)。通過將整個陣列分為多個子陣列，每個子陣列可以將其功率專用于特定的接收機(jī)。這種方法在陣列足夠大而在被分解后變得有效時是有益的。
分離陣列可以被同時使用，其中獨立陣列單元使用空中頻率上的共享來對它們的基信號時鐘進(jìn)行同步，以從指定的“主”單元獲得連續(xù)的信號，從而允許所有“從”發(fā)射機(jī)控制器單元將它們的波形連貫地(coherently)加在一起。這允許分離陣列分布在環(huán)境中，從而給予用戶在建筑、生活住所、生產(chǎn)工廠或辦公室附近布置多個陣列時的靈活性。在設(shè)置這些控制器期間，安裝器/管理器可以通過沿著故障切換(failover)序列來指定主單元而將不同的控制器陣列相互鏈接起來，以使不論多少陣列失敗，該系統(tǒng)仍將繼續(xù)使用可用的陣列來工作。例如，可以通過使用原子鐘對陣列進(jìn)行同步來設(shè)置陣列。也就是說，如果分離陣列單元將單個頻率用于功率傳輸，則分離陣列單元可以通過使用精確的原子鐘(例如大于I:10~10的精度)進(jìn)行工作而無需同步到基頻上。在這種情況下，它們將立刻同相，從而允許保持相位/信號的連貫性。
在另一功率傳輸技術(shù)中，發(fā)射機(jī)可以在側(cè)通信信道處發(fā)出規(guī)則的信號，以向所有接收機(jī)廣播該發(fā)射機(jī)的存在。如果附近有其他發(fā)射機(jī)，則它確保使用協(xié)商一致的頻率中的一個頻率，或者通過監(jiān)控其他發(fā)射機(jī)的信號來避免信號沖突。這些廣播宣告能夠在頻率上從每分鐘幾個變化到每分鐘不到一個。接收機(jī)可以發(fā)送出信號以宣告該接收機(jī)的存在，并且發(fā)射機(jī)可以協(xié)商以發(fā)現(xiàn)哪個發(fā)射機(jī)最適合于功率遞送。一旦決定，接收機(jī)就“鎖定”到單個發(fā)射機(jī)上。這可能需要每個發(fā)射機(jī)被定義為邏輯(單個控制器)設(shè)備——其能夠由多個鏈接的發(fā)射機(jī)構(gòu)成。如果控制器檢測到功率包絡(luò)(envelope)已經(jīng)改變(即接收機(jī)不是正在要求相同的功率)，則控制器可以繼續(xù)提供功率以使接收機(jī)將不會失敗。
在另一種功率傳輸技術(shù)中，發(fā)射機(jī)可以被設(shè)置，以使得它們是開放的以向任何想要的設(shè)備提供功率，或者它們可以與它們應(yīng)服務(wù)的設(shè)備“配對”。配對避免了鄰居間相互無意地借用功率的問題，這從發(fā)射機(jī)擁有者的角度可能會影響效率。當(dāng)發(fā)射機(jī)面對多個接收機(jī)時，它可能想建立優(yōu)先次序等級，例如先將功率給予最需要的設(shè)備，這可以根據(jù)一個或多個預(yù)定義的準(zhǔn)則來建立。
例如，準(zhǔn)則中的一些準(zhǔn)則可以包括:設(shè)備對于設(shè)備擁有者而言非常重要(例如相對于玩具的蜂窩電話)；設(shè)備通常不在發(fā)射機(jī)附近度過全天(例如TV遠(yuǎn)程控制相較于蜂窩電話);或者發(fā)現(xiàn)設(shè)備需要被立即供電否則它將失敗。這樣的設(shè)備相對于其它設(shè)備而言將給予更高的優(yōu)先級，直到它們達(dá)到非關(guān)鍵(non-critical)功率?？商鎿Q地，可以利用用戶定制的優(yōu)先級，從而用戶決定哪個設(shè)備將得到最高的優(yōu)先級。
以上描述的示例性優(yōu)先次序喜好可以被預(yù)先安裝在具有由陣列的安裝者施加影響的能力的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中(例如在控制邏輯中)，從而確保該系統(tǒng)根據(jù)擁有者/用戶的優(yōu)先次序進(jìn)行傳遞。擁有者或用戶還可能期望是陣列將開放以向任何設(shè)備發(fā)射功率還是可能期望將特定設(shè)備注冊為最高優(yōu)先級或最低優(yōu)先級。此外，用戶或擁有者可能期望確定是否維持給特定設(shè)備的功率，即使該特定設(shè)備正在移動。
在第二實施方式陣列調(diào)諧算法中，傳輸功率在陣列重調(diào)諧到接收機(jī)的新位置時必須停止。如果這些重調(diào)諧操作由于接收機(jī)的快速移動或環(huán)境配置的迅速改變而以高頻率執(zhí)行，則在接收新信標(biāo)信號的同時保持陣列關(guān)閉所需的時間能夠降低功率傳遞效率。因此，為了抵消這個因素，陣列/接收機(jī)可以使用多于一個的頻率。當(dāng)一個頻率正被調(diào)諧時，另一個頻率可以繼續(xù)發(fā)射功率，接著后續(xù)的頻率被調(diào)諧直到所有的頻率都已經(jīng)被重調(diào)諧，從而避免傳輸中任何停止的間隙(gap )。
當(dāng)設(shè)計大相控陣列時，由于大量的電纜(例如，同軸電纜)而使得向每個天線發(fā)送所需要的頻率可能是困難的。當(dāng)天線的數(shù)量大于1000時，這可能更加困難。作為另外的替換，因此，不是向所有天線發(fā)送高頻信號OlGHz)，而是向所有天線發(fā)送低頻信號( IOMHz),并且每個天線將具有倍頻(frequency multiplication)電路,例如鎖相環(huán)(PLL)和移相器。
此外，可能期望用具有接收功率和自身再充電能力的標(biāo)準(zhǔn)格式電池(例如AA、AAA、C型電池、D型電池或其它)來替換電子/電氣設(shè)備中使用的一次性或可再充電電池。這將要求電池具有與發(fā)射機(jī)陣列通信所需的所有電路，以及具有用來運行電池對其進(jìn)行供電的設(shè)備的電荷/能量容量。
設(shè)備經(jīng)常需要用于激活部件的電壓或電流或用于確保電池置換之間的長期操作的電池容量，該電池容量超出了單個電池的容量。因此，多個電池通常串聯(lián)或并聯(lián)使用。然而，在使用單個接收機(jī)電池的情況下，僅有一個電池對于設(shè)備操作而言是必要的，因為該電池可以傳遞需要的電壓，并且能量容量成為無實際意義的問題，這是由于該電池能夠接收很大數(shù)量的能量來維持持久的操作而無需更換電池。
然而，由于設(shè)備電池存儲區(qū)域的配置，使用單個電池替代多個電池可能無法工作。因此，可以使用其他的技術(shù)來克服這個問題。
圖9是接收機(jī)電池系統(tǒng)900的框圖。系統(tǒng)900包括至少一個接收機(jī)電池910，并且可以包括任何數(shù)量的空(null)電池920。作為示例，示出了一個接收機(jī)電池910和兩個空電池920，然而應(yīng)當(dāng)注意的是，可以利用任意數(shù)量的空電池。接收機(jī)電池910包括功率電容器911、控制電路912、電壓控制振蕩器913。空電池920包括感應(yīng)邏輯(induction logic)921。
相應(yīng)地，電池系統(tǒng)900可以如下操作。提供具有“接收機(jī)”使能電池的僅一個電池(即910)。然而，在可能發(fā)生的其他問題之中，與運轉(zhuǎn)良好的電池串聯(lián)放置的規(guī)則電池可能具有隨時間而累積(build up)的電阻，并且一旦超過它們的使用壽命，它們就可能會泄露。
可替換地，“空”電池(即920)可以與接收機(jī)電池910上的“功率選擇器”結(jié)合使用。在一個示例中，空電池920是具有精確電池尺寸但其陽極被縮短的設(shè)備，使得接收機(jī)電池910的電壓在無需幫助的情況下驅(qū)動設(shè)備。接收機(jī)電池910利用控制電路或滑塊(slider)912或其他選擇機(jī)制來允許用戶選擇他/她更換的電池數(shù)量。接收機(jī)電池910接著輸出期望電壓以補(bǔ)償空電池920。
在另一技術(shù)中，可以使用智能空電池920以及智能接收機(jī)電池910。接收機(jī)電池將初始地輸出期望格式的一個電池的電壓以及IKHz (或類似的其它頻率)低壓振蕩(對于用于檢測所使用的空電池數(shù)量的持續(xù)時間而言，為〈0.1V振蕩)，而且智能空電池920使用IKHz來感應(yīng)地為自身供電?？针姵噩F(xiàn)在可以通過接收機(jī)電池能夠檢測的電阻、電容或其他方式來對功率線產(chǎn)生影響。智能空電池920的影響頻率可以由板上(onborad)準(zhǔn)隨機(jī)發(fā)生器(例如邏輯921)執(zhí)行，該準(zhǔn)隨機(jī)發(fā)生器具有靜態(tài)增加的特性。因此，可以確定線上準(zhǔn)隨機(jī)發(fā)生器的計數(shù)。其中一個實施方式可以是使用以已知間隔運行的32比特線性反饋移位寄存器，以使所移位的比特用來觸發(fā)功率線上的影響即“尖峰(blips)”。關(guān)于功率增加的反饋移位寄存器的種子數(shù)應(yīng)當(dāng)對于所有空電池920而言是不同的，以便它們不一致地工作。
圖10是示例性電池系統(tǒng)功率線圖1000，該功率線圖包括“尖峰” 1010。接收機(jī)電池910對功率線上的尖峰進(jìn)行計數(shù)，并確定智能空電池920的數(shù)量。尖峰1010可以是高頻脈沖或電容調(diào)節(jié)器?？梢赃x擇沒有被絕大多數(shù)電子/電氣設(shè)備掩蔽(masked out)的尖峰。這個過程執(zhí)行一小段時間，例如小于I毫秒。此后，接收機(jī)電池910可以不需要電壓檢測直到下一個功率增加為止，該下一功率增加可能處于具有不同功率需求的不同設(shè)備中。由接收機(jī)電池910產(chǎn)生的IKHz “功率”頻率停止，而且空電池920變成休眠狀態(tài)并且變得對于正被供電的設(shè)備而言是透明的。
再次參考圖10，隨機(jī)尖峰1010是由系統(tǒng)900的功率系統(tǒng)線上的兩個空電池920中的每一個空電池生成的。尖峰1010用來由接收機(jī)電池910確定隨機(jī)尖峰生成器的數(shù)量。通過隨著時間對尖峰進(jìn)行計數(shù)并除以期望的來自單個空電池920的數(shù)，可以確定串聯(lián)安裝的空電池920的數(shù)量。然而，在并聯(lián)電池安裝系統(tǒng)中，一個接收機(jī)電池910可能需要用于每個并聯(lián)功率線。
當(dāng)設(shè)備正在以高于500MHz的高頻接收功率時，該設(shè)備的位置可以變成輻射(傳入)的熱點。因此，當(dāng)該設(shè)備位于人身上時，輻射水平可能超過FCC規(guī)范或者超過醫(yī)療/工業(yè)局設(shè)定的可接受輻射水平。為了避免任何過度輻射的問題，該設(shè)備可以集成運動檢測機(jī)構(gòu)，例如加速度計或等同的機(jī)構(gòu)。一旦該設(shè)備檢測到它正在運動，它可以假設(shè)它正被人持有，并且將觸發(fā)至陣列的信號以停止向它發(fā)射功率或?qū)⑺邮盏墓β式档椭猎摴β实目山邮艿囊徊糠帧Ｔ谠撛O(shè)備用在例如汽車、火車或飛機(jī)的移動環(huán)境中的情況中，功率可能僅被間歇地發(fā)射或者以減少的水平被發(fā)射，除非該設(shè)備接近于丟失所有可用的功率。
圖11是根據(jù)第一實施方式的可替換接收機(jī)1100，該接收機(jī)包括如上所述的運動檢測。接收機(jī)1100包括控制邏輯1110、電池1120、通信模塊1130及其關(guān)聯(lián)的天線1160、功率計量器1140、整流器1150及其關(guān)聯(lián)的天線1170以及運動傳感器1180。沒有運動傳感器1180的話，其余部件以類似于接收機(jī)700中各個部件的功能進(jìn)行操作。運動傳感器1180如上所述檢測運動，并且根據(jù)上述技術(shù)用信號通知控制邏輯1110動作。
圖12是根據(jù)第二實施方式的可替換接收機(jī)1200，該接收機(jī)包括如上所述的運動檢測。接收機(jī)1200包括控制邏輯1210、電池1220、通信模塊1230及其關(guān)聯(lián)的天線1270、功率計量器1240、整流器1250、信標(biāo)信號發(fā)生器1260及其關(guān)聯(lián)的天線1280、以及將整流器1250或信標(biāo)信號發(fā)生器1260連接到關(guān)聯(lián)的天線1290的開關(guān)1265。沒有運動傳感器1280的話，其余部件以類似于接收機(jī)800中各個部件的功能進(jìn)行操作。運動傳感器1280如上所述檢測運動，并且根據(jù)上述技術(shù)用信號通知控制邏輯1210動作。
例如蜂窩電話或媒體播放器之類的被設(shè)計成以WiFi通信或藍(lán)牙等所使用的頻率接收功率的設(shè)備可能已經(jīng)具有能夠以功率傳輸頻率接收功率的天線。因此，替代具有額外的天線來接收功率，通過向通信硬件增加需要的電路(例如增加整流、控制邏輯等)，用于WiFi通信等的相同通信天線可以用于接收功率。
無線功率傳輸系統(tǒng)的一些使用示例可以包括超市，并且顧客零售商店在商品貨架上提供價格標(biāo)簽。管理這些標(biāo)簽上的價格數(shù)可能是昂貴和耗時的事。此外，特定交易和促銷意味著標(biāo)簽可能每天都會改變。
利用當(dāng)今的電子墨水招牌，可能將每個標(biāo)簽制造成能夠非常有效地顯示價格/促銷的小電子設(shè)備，并且電子墨水在顯示靜態(tài)圖像時不消耗功率。然而，需要功率來接收要顯示的新數(shù)據(jù)，而且還需要改變電子墨水顯示。將導(dǎo)線連接到每個標(biāo)簽不是可行的方案，在每個標(biāo)簽中放置電池也是不可行的方案。因為他們將需要定期地充電和更換。通過利用無線功率傳輸，可以從天花板或貨架中的無線功率發(fā)射機(jī)陣列來可操作地維護(hù)數(shù)以千計的標(biāo)簽；定期地以及當(dāng)標(biāo)簽移動時為標(biāo)簽供電。一旦標(biāo)簽到達(dá)期望的目的地，標(biāo)簽可以使用初始功率通過無線或有線來激活。
在另一示例中，制造工廠利用大量傳感器和控制器來維持產(chǎn)品、綜合生產(chǎn)率以及所制造商品的質(zhì)量的同步。盡管使用了無線通信，但是仍然需要至每個設(shè)備的功率攜帶導(dǎo)線，這使得設(shè)備依賴于易于失敗的一個或多個部件，并且設(shè)備在安裝以在高度易燃的環(huán)境(例如煉油廠)中使用之前不能夠密封，因為設(shè)備需要孔來將導(dǎo)線引入設(shè)備中。相應(yīng)地，可以通過包含以上所述的無線功率接收機(jī)中的其中一個無線功率接收機(jī)來給這些設(shè)備提供無線功率。
無線功率系統(tǒng)還可以被用于運動檢測。當(dāng)功率傳輸系統(tǒng)是活動的時，環(huán)境中的小擾動可以改變遞送的效率，即使在傳輸視線中沒有改變的時候。因為該系統(tǒng)利用(leverage)環(huán)境中的多個路徑(多徑)，所以它可以用作運動檢測器。通過測量從位于或分布于環(huán)境中的陣列接收到的功率，接收到的功率水平的任何改變將是環(huán)境電磁配置改變的指示。可以注意到，在這些使用中，功率遞送水平可能很小，因為導(dǎo)線可以為接收機(jī)供電，但它僅能充當(dāng)調(diào)諧陣列的手段。一旦檢測到環(huán)境配置的改變，安全系統(tǒng)/告警將被通知該改變。
在另一示例中，調(diào)整其內(nèi)部物體的溫度的單獨的飲料和食物容器需要恒定的電源。如果這些容器高度移動，則維持電源的可用性將變得困難。無線功率可以用來維持電源的可用性，并從而容器的溫度可以被維持在期望的溫度。容器還可以使用可用功率來報告內(nèi)部物體的溫度、液位或內(nèi)部物體的重量。示例是當(dāng)冷/熱飲料在熱天被供應(yīng)時或者當(dāng)熱飲/冷飲是飲用它們的最好方式時，通過使用這個能力，飲用者不需要在飲料達(dá)到周圍溫度時飲完他們的飲料，而是能夠在更長的時間期間享用他們的飲料。此外，當(dāng)飲料變少時，可以通過信號接收機(jī)來無線地通知主機(jī)，并在飲料用完之前及時灌滿飲料。
在另一示例中，當(dāng)你可以使用功率接收機(jī)來監(jiān)控設(shè)備的功率使用時，能夠在失敗之前檢測到失敗的設(shè)備。例如，如果火警不消耗它們使用的標(biāo)稱功率，或者當(dāng)設(shè)備的功率消耗劇烈變化時(這在設(shè)備將要失敗的時候通常發(fā)生)，火警可以被認(rèn)為已經(jīng)失敗。
可以理解的是，本發(fā)明不限于以上所述的實施方式，但包含下面權(quán)利要求范圍內(nèi)的任意和所有實施方式。例如，雖然已經(jīng)描述了 5.8GHz的頻率，但可以使用高于IOOMHz的任意頻率作為功率傳輸頻率。
還應(yīng)當(dāng)注意的是，任意類型的可再充電電池(包括標(biāo)準(zhǔn)尺寸的可再充電電池或者在特定電子設(shè)備(例如蜂窩電話、PDA等)中使用的定制可再充電電池)可以用來從功率傳輸網(wǎng)接收充電。這些可再充電電池可以用來替換當(dāng)前現(xiàn)有的電池，并可以包括接收機(jī)電子電路，該接收機(jī)電子電路允許它們接收功率傳輸信號，并將對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換來對電池重新充電。
實施方式
1、一種無線微波功率發(fā)射機(jī)。
2、根據(jù)實施例1所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，該無線微波功率發(fā)射機(jī)還包括控制器和具有多個微波陣列收發(fā)信機(jī)的相控陣列天線，所述多個微波陣列收發(fā)信件用于發(fā)射微波功率傳輸信號。
3、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中收發(fā)信機(jī)是通過控制器自適應(yīng)地相控，以以所選擇的相位來發(fā)射它們各自的功率傳輸信號。
4、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中每個收發(fā)信機(jī)還可操作地用于從將被充電的設(shè)備接收校準(zhǔn)信號，并檢測收發(fā)信件接收該校準(zhǔn)信號的相位。
5、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中控制器還被配置成將用于發(fā)射功率傳輸信號的所選擇相位調(diào)整到所確定的相位，該所確定的相位基于所檢測的相位，其中所確定的相位指示向?qū)⒈怀潆姷脑O(shè)備發(fā)射功率傳輸信號的最佳相位。
6、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中發(fā)射功率傳輸信號而無需使用來自將被充電的設(shè)備的位置信號(如果有的話)，該位置信號指示將被充電的設(shè)備的位置。
7、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中所確定的相位是所檢測相位的復(fù)共軛。
8、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中控制器被配置成將校準(zhǔn)信號和內(nèi)部信號進(jìn)行比較以檢測校準(zhǔn)信號的接收相位。
9、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中控制器還被配置成針對將被發(fā)射到將被充電的設(shè)備的功率傳輸信號，調(diào)整在發(fā)射功率傳輸信號中使用的所選擇相位至所確定的相位，其中所確定的相位實質(zhì)上是所檢測相位的復(fù)共軛。
10、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中所確定的相位是位于偏離所檢測相位的復(fù)共軛的容限(margin)內(nèi)的相位角。
11、根據(jù)前述任意實施例所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中所確定的相位是位于所檢測相位的復(fù)共軛加上或減去36度內(nèi)的相位角。
12、一種無線微波功率接收機(jī)。
13、根據(jù)實施例12所述的無線微波功率接收機(jī)，該無線微波功率接收機(jī)還包括整流天線，該整流天線被配置成接收功率傳輸信號以給充電接收機(jī)充電。
14、根據(jù)前述實施例12-13中的任意實施例所述的無線微波功率接收機(jī)，該無線微波功率接收機(jī)還包括發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)被配置成向微波功率發(fā)射機(jī)發(fā)射校準(zhǔn)信號。
15、根據(jù)前述實施例12-14中的任意實施例所述的無線微波功率接收機(jī)，其中整流天線還被配置成接收具有所確定的相位的功率傳輸信號，功率傳輸信號的所確定的相位實質(zhì)上是校準(zhǔn)信號的所檢測相位的復(fù)共軛。
16、根據(jù)前述實施例12-15中的任意實施例所述的無線微波功率接收機(jī)，其中所確定的相位是位于偏離校準(zhǔn)信號的所檢測相位的復(fù)共軛的容限內(nèi)的相位角。
17、根據(jù)前述實施例12-16中任意實施例所述的無線微波功率接收機(jī)，其中所確定的相位是位于校準(zhǔn)信號的所檢測相位的復(fù)共軛加上或減去36度內(nèi)的相位角。
權(quán)利要求
1.一種無線微波功率發(fā)射機(jī)，該無線微波功率發(fā)射機(jī)包括: 控制器和具有多個微波陣列收發(fā)信機(jī)的相控陣列天線，所述多個微波陣列收發(fā)信機(jī)用于傳送微波功率傳輸信號，所述收發(fā)信機(jī)由所述控制器自適應(yīng)地相控以以所選擇的相位傳送所述收發(fā)信機(jī)各自的功率傳輸信號； 每個收發(fā)信機(jī)還可操作地用于從將被充電的設(shè)備接收校準(zhǔn)信號，并且檢測所述收發(fā)信機(jī)接收所述校準(zhǔn)信號的相位； 所述控制器還被配置成將在傳送所述功率傳輸信號中使用的所述所選擇的相位調(diào)整至所確定的相位，所述所確定的相位基于所檢測的相位，其中所述所確定的相位指示向所述將被充電的設(shè)備傳送所述功率傳輸信號的最佳相位；以及 其中，無需利用如果存在的話來自所述將被充電的設(shè)備的位置信號來傳送所述功率傳輸信號，所述位置信號指示所述將被充電的設(shè)備的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線功率發(fā)射機(jī)，其中所述所確定的相位是所述所檢測的相位的復(fù)共軛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線功率發(fā)射機(jī)，其中所述控制器被配置成將所述校準(zhǔn)信號和內(nèi)部信號進(jìn)行比較，以檢測所述校準(zhǔn)信號的接收相位。
4.一種無線微波功率發(fā)射機(jī),該無線微波功率發(fā)射機(jī)包括: 控制器和具有多個微波陣列收發(fā)信機(jī)的相控陣列天線，所述多個微波陣列收發(fā)信機(jī)用于傳送微波功率傳輸信號，所述收發(fā)信機(jī)由所述控制器自適應(yīng)地相控以以所選擇的相位傳送所述功率傳輸信號； 每個收發(fā)信機(jī)還可操作地用于從將被充電的設(shè)備接收校準(zhǔn)信號，并且檢測所述收發(fā)信機(jī)接收所述校準(zhǔn)信號的相位； 所述控制器還被配置成針對將被傳送給所述將被充電的設(shè)備的所述功率傳輸信號，將在傳送所述功率傳輸信號中使用的所選擇的相位調(diào)整至所確定的相位，其中所述所確定的相位實質(zhì)上是所檢測的相位的復(fù)共軛； 其中，無需利用如果存在的話來自所述將被充電的設(shè)備的位置信號來傳送所述功率傳輸信號，所述位置信號指示所述將被充電的設(shè)備的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中所述所確定的相位是位于偏離所述所檢測的相位的復(fù)共軛的容限內(nèi)的相位角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線微波功率發(fā)射機(jī)，其中所述所確定的相位是位于所述所檢測的相位的復(fù)共軛加上或減去36度內(nèi)的相位角。
7.一種無線微波功率接收機(jī)，該無線微波功率接收機(jī)包括: 整流天線，被配置成接收功率傳輸信號以向充電接收機(jī)充電； 發(fā)射機(jī)，被配置成向微波功率發(fā)射機(jī)傳送校準(zhǔn)信號；以及 其中所述整流天線還被配置成接收具有所確定的相位的功率傳輸信號，所述功率傳輸信號的所述所確定的相位實質(zhì)上是校準(zhǔn)信號的所檢測相位的復(fù)共軛。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線微波功率接收機(jī)，其中所述所確定的相位是位于偏離所述校準(zhǔn)信號的所述所檢測相位的復(fù)共軛的容限內(nèi)的相位角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線微波功率接收機(jī)，其中所述所確定的相位是位于所述校準(zhǔn)信號的所述所檢測相位的復(fù)共軛加上或減去36度內(nèi)的相位角。
全文摘要
無線功率傳輸系統(tǒng)是經(jīng)由微波能量向電子/電氣設(shè)備提供無線充電和/或主功率的系統(tǒng)。響應(yīng)于由功率發(fā)射機(jī)從信標(biāo)設(shè)備接收到信標(biāo)信號，該功率發(fā)射機(jī)將微波能量聚集于一位置，該功率發(fā)射機(jī)具有一個或多個自適應(yīng)相控微波陣列發(fā)射器。將被充電的設(shè)備中的整流天線接收并整流微波能量，并將該微波能量用于電池充電和/或主功率。
文檔編號H02J7/00GK103155353SQ201180041117
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者H·I·澤內(nèi) 申請人:歐邁尼勒電子有限公司