多頻帶發(fā)射天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于調(diào)諧發(fā)射天線供在多個(gè)頻帶中操作的系統(tǒng)、方法以及設(shè)備。在一個(gè)方面中，提供一種發(fā)射天線系統(tǒng)。所述發(fā)射天線系統(tǒng)包含有源發(fā)射天線和可調(diào)諧無源天線。所述有源天線經(jīng)配置以在多個(gè)操作頻率上發(fā)射場。所述無源天線經(jīng)配置以在所述多個(gè)操作頻率中的至少兩個(gè)頻率上發(fā)射場。在一個(gè)方面中，所述可調(diào)諧無源天線包含多個(gè)電抗元件的網(wǎng)絡(luò)。在另一方面中，所述多個(gè)操作頻率時(shí)選自包含充電頻率、NFC頻率以及通信頻率的集合。
【專利說明】多頻帶發(fā)射天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及無線電力。更具體來說，本發(fā)明涉及經(jīng)配置以在多個(gè)頻帶中操作的電力發(fā)射天線。
【背景技術(shù)】
[0002]越來越多且種類繁多的電子裝置是經(jīng)由可再充電電池來供電的。此類裝置包含移動(dòng)電話、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板型計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器及其類似者。雖然已經(jīng)改進(jìn)了電池技術(shù)，但是電池供電式電子裝置愈加需要并消耗更大量電力。因而，這些裝置經(jīng)常需要再充電。常常經(jīng)由通過電纜或物理連接到電源供應(yīng)器的其它類似連接器的有線連接來對(duì)可再充電裝置進(jìn)行充電。電纜和類似連接器有時(shí)可為不方便或麻煩的，且具有其它缺點(diǎn)。能夠在自由空間中傳送將用于對(duì)可再充電電子裝置進(jìn)行充電的電力或?qū)㈦娏μ峁┑诫娮友b置的無線充電系統(tǒng)可克服有線充電解決方案的缺陷中的一些缺陷。因而，需要有效且安全地將電力傳送到電子裝置的無線電力傳送系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法以及裝置的各種實(shí)施方案各自具有幾個(gè)方面，所述方面中無單一方面單獨(dú)負(fù)責(zé)本文中所描述的所要屬性。在不限制所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，本文中描述一些突出特征。
[0004]此說明書中所描述的標(biāo)的物的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在附圖和以下描述中闡明。其它特征、方面以及優(yōu)勢(shì)將從描述、圖式以及權(quán)利要求書變得顯而易見。注意，以下諸圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于無線充電的設(shè)備。所述設(shè)備可包含發(fā)射天線。所述發(fā)射天線可包含經(jīng)配置以在多個(gè)操作頻率上發(fā)射場的有源天線。所述發(fā)射天線可進(jìn)一步包含經(jīng)配置以在所述多個(gè)操作頻率中的至少兩個(gè)頻率上發(fā)射場的無源天線。
[0006]本發(fā)明的另一方面提供一種對(duì)無線裝置進(jìn)行充電的方法。所述方法包含在有源天線處在第一操作頻率下發(fā)射場。所述方法進(jìn)一步包含在無源天線處在第一操作頻率下發(fā)射場。所述方法進(jìn)一步包含在無源天線處在第二操作頻率下發(fā)射場。所述無源天線在第一頻率下具有第一電抗且在第二頻率下具有第二電抗。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供一種對(duì)無線裝置進(jìn)行充電的設(shè)備。所述設(shè)備包含用于在第一操作頻率下有源地發(fā)射場的裝置。所述設(shè)備進(jìn)一步包含用于在第一操作頻率和在第二操作頻率下無源地發(fā)射場的裝置。所述用于無源地發(fā)射的裝置包含用于在第一頻率下提供第一電抗且在第二頻率下提供第二電抗的裝置。
[0008]本發(fā)明的另一方面提供一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀媒體。所述媒體包含在執(zhí)行時(shí)使設(shè)備在有源天線處在第一操作頻率下發(fā)射場的代碼。所述媒體進(jìn)一步包含在執(zhí)行時(shí)使設(shè)備在無源天線處在第一操作頻率下發(fā)射場的代碼。所述媒體進(jìn)一步包含在執(zhí)行時(shí)使設(shè)備在無源天線處在第二操作頻率下發(fā)射場的代碼。所述無源天線在第一頻率下具有第一電抗且在第二頻率下具有第二電抗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)示范性實(shí)施例的示范性無線電力傳送系統(tǒng)的功能框圖。
[0010]圖2為根據(jù)各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳送系統(tǒng)中的示范性組件的功能框圖。
[0011]圖3為根據(jù)示范性實(shí)施例的圖2的發(fā)射電路或接收電路的包含發(fā)射或接收天線的部分的示意圖。
[0012]圖4為根據(jù)示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳送系統(tǒng)中的發(fā)射器的功能框圖。
[0013]圖5為根據(jù)示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳送系統(tǒng)中的接收器的功能框圖。
[0014]圖6為可用于圖4的發(fā)射電路中的發(fā)射電路的部分的示意圖。
[0015]圖7為可用于圖6的發(fā)射電路中的示范性發(fā)射天線，其包含有源天線和無源天線。
[0016]圖8A-D為根據(jù)示范性實(shí)施例的可用于圖7的無源天線中的電抗網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
[0017]圖9A為根據(jù)另一示范性實(shí)施例的可用于圖7的無源天線中的電抗網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
[0018]圖9B為圖9A的電抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗相對(duì)于頻率的曲線圖。
[0019]圖1OA為根據(jù)示范性實(shí)施例的跨越充電表面長度的正規(guī)化H場分布的曲線圖。
[0020]圖1OB為根據(jù)另一示范性實(shí)施例的跨越充電表面長度的正規(guī)化H場分布的曲線圖。
[0021]圖11為對(duì)無線裝置進(jìn)行充電的示范性方法的流程圖。
[0022]圖12為根據(jù)示范性實(shí)施例的無線電力發(fā)射天線的功能框圖。
[0023]圖式中說明的各種特征可能未按比例繪制。因此，為了清晰可見，可能將各種特征的尺寸任意地?cái)U(kuò)大或減小。另外，圖式中的一些可能未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組件。最后，相似參考標(biāo)號(hào)可用于貫穿本說明書及諸圖表示相似特征。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下文中結(jié)合附圖所闡明的詳細(xì)描述希望作為對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述且不希望表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”意味“用作實(shí)例、例子或說明”，且未必應(yīng)解釋為比其它例示性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述包含為了提供對(duì)示范性實(shí)施例的透徹理解的目的的特定細(xì)節(jié)?？稍跊]有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐示范性實(shí)施例。在一些例子中，以框圖形式來展示眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置，以避免模糊本文中呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的新穎性。
[0025]以無線方式傳送電力可指在不使用物理電導(dǎo)體的情況下將與電場、磁場、電磁場或其它場相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳送到接收器(例如，可通過自由空間來傳送電力)?？赏ㄟ^“接收天線”來接收、俘獲或耦合進(jìn)入到無線場(例如，磁場)中的電力輸入，以實(shí)現(xiàn)電力傳送。
[0026]圖1為根據(jù)示范性實(shí)施例的示范性無線電力傳送系統(tǒng)100的功能框圖?？蓪⑤斎腚娏?02從用于產(chǎn)生用于提供能量傳送的場105的電源(未圖示)提供到發(fā)射器104。接收器108可耦合到場105，且產(chǎn)生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲(chǔ)或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者隔開距離112。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，根據(jù)相互共振關(guān)系來配置發(fā)射器104和接收器108。當(dāng)接收器108的共振頻率和發(fā)射器104的共振頻率實(shí)質(zhì)上相同或非常接近時(shí)，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損耗最小。因而，相比可能需要大型天線(需要天線非常接近(例如，在幾毫米內(nèi)))的純粹電感解決方案，可在較大距離上提供無線電力傳送。因此，共振電感性耦合技術(shù)可允許改進(jìn)效率和在各種距離上的電力傳送，且具有多種電感性天線配置。
[0027]當(dāng)接收器108位于由發(fā)射器104產(chǎn)生的能量場105中時(shí)，接收器108可接收電力。場105對(duì)應(yīng)于其中由發(fā)射器104輸出的能量可由接收器105俘獲的區(qū)。在一些情況下，場105可對(duì)應(yīng)于發(fā)射器104的“近場”,如下文將進(jìn)一步描述。發(fā)射器104可包含用于輸出能量發(fā)射的發(fā)射天線114。接收器108進(jìn)一步包含用于接收或俘獲來自能量發(fā)射的能量的接收天線118。近場可對(duì)應(yīng)于其中存在由發(fā)射天線114中的電流和電荷產(chǎn)生的強(qiáng)電抗場的區(qū)，其在最小程度上使電力輻射遠(yuǎn)離發(fā)射天線114。在一些情況下,近場可對(duì)應(yīng)于在發(fā)射天線114的約一個(gè)波長(或其部分)內(nèi)的區(qū)。根據(jù)應(yīng)用和將與其相關(guān)聯(lián)的裝置來對(duì)發(fā)射天線114和接收天線118設(shè)定大小。如上文所描述，有效能量傳送可通過將發(fā)射天線114的場105中的大部分能量耦合到接收天線118而不是以電磁波形式將大部分能量傳播到遠(yuǎn)場而發(fā)生。當(dāng)定位在場105內(nèi)時(shí)，可在發(fā)射天線114與接收天線118之間形成“耦合模式”。在發(fā)射天線114和接收天線118周圍的其中可發(fā)生此耦合的區(qū)域在本文中被稱作耦合模式區(qū)。
[0028]圖2為根據(jù)各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳送系統(tǒng)100中的示范性組件的功能框圖。發(fā)射器204可包含發(fā)射電路206，所述發(fā)射電路206可包含振蕩器222、驅(qū)動(dòng)器電路224以及濾波器與匹配電路226。振蕩器222可經(jīng)配置以產(chǎn)生在所要頻率(例如，468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信號(hào)，所述頻率可響應(yīng)于頻率控制信號(hào)223而調(diào)整?？蓪⒄袷幤餍盘?hào)提供到驅(qū)動(dòng)器電路224，所述驅(qū)動(dòng)器電路224經(jīng)配置而以(例如)發(fā)射天線214的共振頻率來驅(qū)動(dòng)發(fā)射天線214。驅(qū)動(dòng)器電路224可為經(jīng)配置以接收來自振蕩器222的方波且輸出正弦波的切換放大器。舉例來說，驅(qū)動(dòng)器電路224可為E類放大器。還可包含濾波器與匹配電路226以濾除諧波或其它不需要的頻率，且使發(fā)射器204的阻抗與發(fā)射天線214匹配。
[0029]接收器208可包含接收電路210，所述接收電路210可包含匹配電路232和整流器與切換電路234以從AC電力輸入產(chǎn)生DC電力輸出，以便對(duì)電池236 (如圖2中所展示)進(jìn)行充電或?qū)︸詈系浇邮掌?08的裝置(未圖示)進(jìn)行供電?？砂ヅ潆娐?32以使接收電路210的阻抗與接收天線218匹配。接收器208與發(fā)射器204可另外在單獨(dú)通信信道219 (例如，藍(lán)牙、紫蜂(zigbee)、蜂窩式等)上通信?；蛘?，接收器208與發(fā)射器204可使用無線場206的特性經(jīng)由帶內(nèi)信令來通信。
[0030]如下文更全面描述，最初可具有選擇性地停用的相關(guān)聯(lián)負(fù)載(例如，電池236)的接收器208可經(jīng)配置以確定由發(fā)射器204發(fā)射以及由接收器208接收的電力的量是否適于對(duì)電池236進(jìn)行充電。另外，接收器208可經(jīng)配置以在確定電力量適當(dāng)時(shí)啟用負(fù)載(例如，電池236)。在一些實(shí)施例中，接收器208可經(jīng)配置以直接利用從無線電力傳送場接收的電力，而不對(duì)電池236進(jìn)行充電。舉例來說，例如近場通信(NFC)或射頻識(shí)別裝置(RFID)的通信裝置可經(jīng)配置以接收來自無線電力傳送場的電力，且通過與無線電力傳送場交互來通信和/或利用所接收電力來與發(fā)射器204或其它裝置通信。
[0031]圖3為根據(jù)示范性實(shí)施例的圖2的發(fā)射電路206或接收電路210的包含發(fā)射或接收天線352的部分的示意圖。如圖3中所說明，用于示范性實(shí)施例中的發(fā)射或接收電路350包含天線352。天線還可被稱為或經(jīng)配置為“環(huán)形”天線352。天線352還可在本文中被稱為或經(jīng)配置為“磁性”天線、感應(yīng)天線。在一方面中，天線352可為線圈天線。術(shù)語“天線”既定指可無線地輸出或接收能量用于耦合到另一“天線”的組件。天線352可經(jīng)配置以包含空氣芯或物理芯，例如鐵氧體芯(未圖示)?？諝庑经h(huán)形天線可更好地容許放置于所述芯附近的外來物理裝置。此外，空氣芯環(huán)形天線352允許其它組件放置于芯區(qū)域內(nèi)。另外，空氣芯環(huán)可更易于使得能夠?qū)⒔邮仗炀€218 (圖2)放置于發(fā)射天線214 (圖2)的平面內(nèi)，在所述平面處，發(fā)射天線214(圖2)的耦合模式區(qū)可更強(qiáng)大。
[0032]如所陳述，發(fā)射器104與接收器108之間的有效能量傳送在發(fā)射器104與接收器108之間的匹配或接近匹配的共振期間發(fā)生。然而，甚至在發(fā)射器104與接收器108之間的共振不匹配時(shí)，仍可傳送能量，但是可能會(huì)影響效率。能量傳送通過將來自發(fā)射天線的場105的能量耦合到駐留于其中建立此場105的鄰域中的接收天線來發(fā)生，而不是將能量從發(fā)射天線傳播到自由空間中。
[0033]環(huán)形或磁性天線的共振頻率是基于電感和電容。電感可僅為由天線352產(chǎn)生的電感，而可將電容添加到天線的電感以產(chǎn)生在所要共振頻率下的共振結(jié)構(gòu)。作為非限制性實(shí)例，可將電容器352和電容器354添加到發(fā)射或接收電路350，以產(chǎn)生選擇在共振頻率下的信號(hào)356的共振電路。因此，對(duì)于直徑較大的天線來說，保持共振所需的電容的大小可隨著環(huán)的直徑或電感增加而減小。此外，隨著天線的直徑增加，近場的有效能量傳送區(qū)域可增大。使用其它組件形成的其它共振電路也是可能的。作為另一非限制性實(shí)例，可將電容器平行放置于天線350的兩個(gè)端子之間。對(duì)于發(fā)射天線來說，頻率實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于天線352的共振頻率的信號(hào)358可為天線352的輸入。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器104可經(jīng)配置以輸出頻率對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線114的共振頻率的時(shí)變磁場。當(dāng)接收器在場105內(nèi)時(shí)，時(shí)變磁場可在接收天線118中誘發(fā)電流。如上文所描述，如果接收天線118經(jīng)配置以在發(fā)射天線的頻率下共振，那么可有效地傳送能量?？扇缟衔乃枋鰧?duì)在接收天線118中誘發(fā)的AC信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生DC信號(hào)，可提供所述DC信號(hào)以對(duì)負(fù)載進(jìn)行充電或供電。
[0035]圖4為根據(jù)示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳送系統(tǒng)中的發(fā)射器404的功能框圖。發(fā)射器404可包含發(fā)射電路406和發(fā)射天線414。發(fā)射天線414可為如圖3中所展示的天線352。發(fā)射電路406可通過提供導(dǎo)致在發(fā)射天線414周圍產(chǎn)生能量(例如，磁通量)的振蕩信號(hào)來將RF電力提供到發(fā)射天線414。發(fā)射器404可在任何合適頻率下操作。舉例來說，發(fā)射器404可在13.56MHz的ISM頻帶下操作。
[0036]發(fā)射電路406可包含固定阻抗匹配電路409，其用于將發(fā)射電路406的阻抗(例如，50歐姆)匹配到發(fā)射天線414;及低通濾波器(LPF)408，其經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減少到防止耦合到接收器108 (圖1)的裝置發(fā)生自干擾的水平。其它示范性實(shí)施例可包含不同濾波器拓?fù)?包含(但不限于)使特定頻率衰減同時(shí)使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包含自適應(yīng)阻抗匹配，所述自適應(yīng)阻抗匹配可基于可測量發(fā)射度量(例如，到天線414的輸出電力或由驅(qū)動(dòng)器電路424汲取的DC電流)而變化。發(fā)射電路406進(jìn)一步包含驅(qū)動(dòng)器電路424，所述驅(qū)動(dòng)器電路424經(jīng)配置以驅(qū)動(dòng)如由振蕩器423確定的RF信號(hào)。發(fā)射電路406可由離散裝置或電路構(gòu)成，或替代地可由集成組合件構(gòu)成。來自發(fā)射天線414的示范性RF電力輸出可為約2.5瓦特。
[0037]發(fā)射電路406可進(jìn)一步包含控制器415，所述控制器415用于在特定接收器的發(fā)射階段(或工作循環(huán))期間選擇性地啟用振蕩器423、用于調(diào)整振蕩器423的頻率或相位，且用于調(diào)整用于實(shí)施通信協(xié)議(用于通過相鄰裝置所附接的接收器而與相鄰裝置交互)的輸出功率電平。注意，控制器415在本文中還可被稱為處理器415。對(duì)發(fā)射路徑中的振蕩器相位和相關(guān)電路的調(diào)整可允許減少帶外發(fā)射，尤其在從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)變到另一頻率時(shí)。
[0038]發(fā)射電路406可進(jìn)一步包含用于檢測有源接收器在由發(fā)射天線414產(chǎn)生的近場附近的存在與否的負(fù)載感測電路416。舉例來說，負(fù)載感測電路416監(jiān)視流動(dòng)到驅(qū)動(dòng)器電路424的電流，所述電流受有源接收器在由發(fā)射天線414產(chǎn)生的近場附近的存在與否的影響，如下文將進(jìn)一步描述。由控制器415監(jiān)視驅(qū)動(dòng)器電路424上的加載改變的檢測，以用于確定是否啟用振蕩器423以發(fā)射能量以及與有源接收器通信。如下文更全面描述的，在驅(qū)動(dòng)器電路424處測量的電流可用來確定無效裝置是否定位在發(fā)射器404的無線電力傳送區(qū)內(nèi)。
[0039]發(fā)射天線414可由利茲線實(shí)施或?qū)嵤樘炀€條帶，其具有經(jīng)選擇以使電阻損耗保持為低的厚度、寬度以及金屬類型。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)射天線414 一股可經(jīng)配置以與較大結(jié)構(gòu)(例如，桌子、墊、燈或其它不便攜帶的配置)相關(guān)聯(lián)。因此，發(fā)射天線414 一股可能不需要“匝”以便具有實(shí)際尺寸。發(fā)射天線414的示范性實(shí)施方案可為“電學(xué)上較小的”(即，波長的分?jǐn)?shù))，且經(jīng)調(diào)諧以通過使用電容器界定共振頻率而在較低的可用頻率下共振。
[0040]發(fā)射器404可搜集和追蹤關(guān)于可與發(fā)射器404相關(guān)聯(lián)的接收器裝置的行蹤和狀態(tài)的信息。因此，發(fā)射電路406可包含連接到控制器415 (在本文中還被稱作處理器)的存在檢測器480、封閉式檢測器460，或其組合?？刂破?15可響應(yīng)于來自存在檢測器480和封閉式檢測器460的存在信號(hào)而調(diào)整由驅(qū)動(dòng)器電路424遞送的電力的量。發(fā)射器404可通過許多電源接收電力，所述電源例如用以轉(zhuǎn)換存在于建筑物中的常規(guī)AC電力的AC-DC轉(zhuǎn)換器(未圖不)、用以將常規(guī)DC電源轉(zhuǎn)換成適合于發(fā)射器404的電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)，或發(fā)射器可直接從常規(guī)DC電源(未圖示)接收電力。
[0041]作為非限制性實(shí)例，存在檢測器480可為運(yùn)動(dòng)檢測器，其用來感測插入到發(fā)射器404的覆蓋區(qū)域中的待充電的裝置的初始存在。在檢測之后，可將發(fā)射器404接通且可使用由裝置接收的RF電力來以預(yù)定方式撥動(dòng)Rx裝置上的開關(guān)，所述撥動(dòng)又導(dǎo)致發(fā)射器404的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗的改變。
[0042]作為另一非限制性實(shí)例，存在檢測器480可為能夠(例如)通過紅外線檢測、運(yùn)動(dòng)檢測或其它合適手段檢測人類的檢測器。在一些示范性實(shí)施例中，可能存在限制發(fā)射天線414可在特定頻率下發(fā)射的電力的量的規(guī)章。在一些情況下，這些規(guī)章有意保護(hù)人類免受電磁輻射影響。然而，可能存在其中發(fā)射天線414放置于人類未占據(jù)的或人類很少占據(jù)的區(qū)域(例如，車庫、廠房、車間及其類似者)中的環(huán)境。如果這些環(huán)境中無人類，那么可準(zhǔn)許將發(fā)射天線414的電力輸出增加到高于正常電力限制規(guī)章。換句話說，控制器415可響應(yīng)于人類存在而將發(fā)射天線414的電力輸出調(diào)整到管制電平或較低電平，且當(dāng)人類距發(fā)射天線414的電磁場在管制距離之外時(shí)，將發(fā)射天線414的電力輸出調(diào)整到高于管制電平的電平。[0043]作為非限制性實(shí)例，封閉式檢測器460 (在本文中還可被稱作封閉式隔間檢測器或封閉式空間檢測器)可為例如感測開關(guān)的裝置，所述感測開關(guān)用于確定外罩何時(shí)處于關(guān)閉或開放狀態(tài)。當(dāng)發(fā)射器在處于封閉狀態(tài)的外罩中時(shí)，可增加發(fā)射器的功率電平。
[0044]在示范性實(shí)施例中，可使用發(fā)射器404借以不會(huì)無限地保持接通的方法。在此情況下，發(fā)射器404可經(jīng)編程以在用戶確定的時(shí)間量后關(guān)閉。此特征防止發(fā)射器404 (尤其是驅(qū)動(dòng)器電路424)在其周邊的無線裝置完全充好電之后長時(shí)間運(yùn)行。此事件可由于電路未能檢測到從中繼器或接收天線發(fā)送的指示裝置完全充好電的信號(hào)。為了防止發(fā)射器404在另一裝置放置于其周邊時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可僅在于其周邊檢測到缺少運(yùn)動(dòng)的設(shè)定時(shí)段后啟動(dòng)發(fā)射器404自動(dòng)關(guān)閉特征。用戶可能夠確定不活動(dòng)時(shí)間間隔，且在需要時(shí)改變所述不活動(dòng)時(shí)間間隔。作為非限制性實(shí)例，所述時(shí)間間隔可比在假定特定類型的無線裝置最初完全放電的情況下充滿所述裝置所需的時(shí)間間隔長。
[0045]圖5為根據(jù)示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳送系統(tǒng)中的接收器508的功能框圖。接收器508包含接收電路510，所述接收電路510可包含接收天線518。接收器508進(jìn)一步耦合到裝置550以向所述裝置550提供所接收的電力。應(yīng)注意，將接收器508說明為在裝置550外部，但是其可集成到裝置550中。能量可無線地傳播到接收天線518，然后通過接收電路510的其余部分而耦合到裝置550。舉例來說，充電裝置包含例如以下各者的裝置:移動(dòng)電話、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板型計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器(和其它醫(yī)用裝置)及其類似者。
[0046]接收天線518可經(jīng)調(diào)諧以在與發(fā)射天線414(圖4)相同的頻率下或在指定頻率范圍內(nèi)共振。接收天線518可與發(fā)射天線414類似地設(shè)定尺寸，或可基于相關(guān)聯(lián)裝置550的尺寸來不同地設(shè)定大小。舉例來說，裝置550可為具有比所述發(fā)射天線414的直徑或長度小的直徑或長度尺寸的便攜式電子裝置。在此實(shí)例中，接收天線518可實(shí)施為多匝天線，以便減少調(diào)諧電容器(未圖示)的電容值，且增加接收天線的阻抗。舉例來說，接收天線518可放置于裝置550的實(shí)質(zhì)圓周周圍，以便將天線直徑最大化并減少接收天線518的環(huán)匝(即，繞組)的數(shù)目和繞組間電容。
[0047]接收電路510提供與接收天線518的阻抗匹配。接收電路510包含電力轉(zhuǎn)換電路506，其用于將所接收的RF能源轉(zhuǎn)換成供裝置550使用的充電電力。電力轉(zhuǎn)換電路506包含RF-DC轉(zhuǎn)換器520且還可包含DC-DC轉(zhuǎn)換器522。RF-DC轉(zhuǎn)換器520將在接收天線518處接收的RF能量信號(hào)整流成非交流電，其具有由Vreet表示的輸出電壓。DC-DC轉(zhuǎn)換器522 (或其它功率調(diào)節(jié)器)將經(jīng)整流的RF能量信號(hào)轉(zhuǎn)換成能量電位(例如，電壓)，所述能量電位與具有由Vtjut和Iwt表示的輸出電壓和輸出電流的裝置550兼容。預(yù)期各種RF-DC轉(zhuǎn)換器，包含部分和全整流器、調(diào)節(jié)器、橋接器、倍增器以及線性和切換轉(zhuǎn)換器。
[0048]接收電路510可進(jìn)一步包含用于將接收天線518連接到電力轉(zhuǎn)換電路506或者用于斷開電力轉(zhuǎn)換電路506的切換電路512。將接收天線518與電力轉(zhuǎn)換電路506斷開不僅中止對(duì)裝置550的充電，而且改變發(fā)射器404(圖2)所“看到”的“負(fù)載”。
[0049]如上文所揭示，發(fā)射器404包含負(fù)載感測電路416，所述負(fù)載感測電路416檢測向發(fā)射器驅(qū)動(dòng)器電路424提供的偏壓電流的波動(dòng)。因此，發(fā)射器404具有用于確定接收器何時(shí)存在于發(fā)射器的近場中的機(jī)制。
[0050]當(dāng)多個(gè)接收器508存在于發(fā)射器的近場中時(shí)，可能需要對(duì)一或多個(gè)接收器的加載和卸載進(jìn)行時(shí)間多路復(fù)用，以使其它接收器能夠更高效地耦合到發(fā)射器。還可隱匿接收器508以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近發(fā)射器上的負(fù)載。接收器的此“卸載”在本文中還被稱為“隱匿”。此外，如下文更全面地解釋，由接收器508控制且由發(fā)射器404檢測的卸載與裝載之間的此切換可提供從接收器508到發(fā)射器404的通信機(jī)制。另外，協(xié)議可與所述切換相關(guān)聯(lián)，所述協(xié)議使得能夠?qū)⑾慕邮掌?08發(fā)送到發(fā)射器404。舉例來說，切換速度可為約100微秒。
[0051]在示范性實(shí)施例中，發(fā)射器404與接收器508之間的通信是指裝置感測和充電控制機(jī)制，而不是常規(guī)的雙向通信(即，使用耦合場的帶內(nèi)信令)。換句話說，發(fā)射器404可使用所發(fā)射信號(hào)的開/關(guān)鍵控，以調(diào)整近場中的能量是否可用。接收器可將這些能量改變解釋為來自發(fā)射器404的消息。從接收器側(cè)來看，接收器508可使用接收天線518的調(diào)諧與解調(diào)諧來調(diào)整正從所述場接收多少電力。在一些情況下，可經(jīng)由切換電路512來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧和解調(diào)諧。發(fā)射器404可檢測來自場的所使用電力的此差異，且將這些改變解釋為來自接收器508的消息。注意，可利用其它形式的對(duì)發(fā)射功率和負(fù)載行為的調(diào)制。
[0052]接收電路510可進(jìn)一步包含用來識(shí)別所接收的能量波動(dòng)的信令檢測器與信標(biāo)電路514，所述能量波動(dòng)可對(duì)應(yīng)于從發(fā)射器到接收器的信息性信令。此外，信令與信標(biāo)電路514還可用來檢測減少的RF信號(hào)能量(即，信標(biāo)信號(hào))的發(fā)射，并將所述減少的RF信號(hào)能量整流為標(biāo)稱電力，以用于喚醒接收電路510內(nèi)的未供電或耗盡電力的電路，以便配置接收電路510以進(jìn)行無線充電。
[0053]接收電路510進(jìn)一步包含用于協(xié)調(diào)本文所描述的接收器508的處理(包含對(duì)本文所描述的切換電路512的控制)的處理器516。接收器508的隱匿還可在發(fā)生其它事件(包含檢測到向裝置550提供充電電力的外部有線充電源(例如，壁式/USB電力))之后即刻發(fā)生。除控制接收器的隱匿之外，處理器516還可監(jiān)視信標(biāo)電路514以確定信標(biāo)狀態(tài)并提取從發(fā)射器404發(fā)送的消息。處理器516還可調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器522以獲得改進(jìn)的性能。
[0054]圖6為可用于圖4的發(fā)射電路406中的發(fā)射電路600的部分的示意圖。發(fā)射電路600可包含如上文在圖4中所描述的驅(qū)動(dòng)器電路624。如上文所描述，驅(qū)動(dòng)器電路624可為開關(guān)放大器，所述開關(guān)放大器經(jīng)配置以接收方波且輸出將提供到發(fā)射電路650的正弦波。在一些情況下，驅(qū)動(dòng)器電路624可被稱為放大器電路。將驅(qū)動(dòng)器電路624展示為E類放大器，然而，可根據(jù)實(shí)施例使用任何合適的驅(qū)動(dòng)器電路624。驅(qū)動(dòng)器電路624可由來自如圖4中所展示的振蕩器423的輸入信號(hào)602來驅(qū)動(dòng)。還可向驅(qū)動(dòng)器電路624提供驅(qū)動(dòng)電壓
驅(qū)動(dòng)電壓Vd經(jīng)配置以控制可通過發(fā)射電路650遞送的最大電力。為了消除或減少諧波，發(fā)射電路600可包含濾波器電路626。濾波器電路626可為三極(電容器634、電感器632以及電容器636)低通濾波器電路626。
[0055]可將由濾波器電路626輸出的信號(hào)提供到包括天線614的發(fā)射電路650。發(fā)射電路650可包含可在由驅(qū)動(dòng)器電路624提供的經(jīng)濾波信號(hào)的頻率下共振的串聯(lián)共振電路，串聯(lián)共振電路具有電容620和電感(例如，可由于天線的電感或電容或由于額外電容器組件)。發(fā)射電路650的負(fù)載可由可變電阻器622表示。負(fù)載可為被定位以接收來自發(fā)射電路650的電力的無線電力接收器508的功能。
[0056]在一些實(shí)施例中，天線614可包含有源天線和無源天線。在實(shí)施例中，有源天線可被稱為“主要”天線，且無源天線可被稱為“寄生”天線。有源天線與無源天線一起可在基頻處或周圍產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上均勻的場分布。在實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上均勻的場分布可包含跨越操作區(qū)域(例如，充電表面)的偏差不超過60%的場強(qiáng)度。在另一實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上均勻的場分布可包含跨越操作區(qū)域的偏差不超過50%的場強(qiáng)度。在另一實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上均勻的場分布可包含跨越操作區(qū)域的偏差不超過25%的場強(qiáng)度。在實(shí)施例中，有源天線與無源天線可在不同于基頻的頻率下產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不均勻的場分布。在各種實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上不均勻的場分布可包含不會(huì)偏離超過上文所討論的實(shí)質(zhì)上均勻的場分布的場強(qiáng)度。
[0057]圖7為可用于圖6的發(fā)射電路中的示范性發(fā)射天線700，其包含有源天線710和無源天線720。在實(shí)施例中，發(fā)射天線700可界定在充電表面740中或周圍。在實(shí)施例中，發(fā)射天線700可為 天線614 (圖6)。在其它實(shí)施例中，發(fā)射天線700可為發(fā)射天線214 (圖2)和/或發(fā)射天線414(圖4)。在實(shí)施例中，無源天線720可包含無源組件730的電抗網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)施例中，無源組件730的電抗網(wǎng)絡(luò)可包含單個(gè)電容器。在另一實(shí)施例中，電抗網(wǎng)絡(luò)可包含有源組件。舉例來說，電抗網(wǎng)絡(luò)可包含例如電容器、電阻器等的可變組件的組合。
[0058]因?yàn)橛性刺炀€與無源天線可在不同于基頻的頻率下產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上不均勻的場分布，所以無線電力發(fā)射器可能無法檢測到被調(diào)諧到另一頻率的一或多個(gè)裝置。舉例來說，可調(diào)諧到大約為天線基頻兩倍的頻率的近場通信(NFC)卡在放置于無源天線內(nèi)部時(shí)，可能會(huì)由于NFC頻率下的寄生環(huán)路內(nèi)的虛無力場而不被檢測到。如本文中所描述，當(dāng)將在不同于基頻的一或多個(gè)頻率下操作的裝置放置在發(fā)射天線附近時(shí)，可使用各種系統(tǒng)和方法來產(chǎn)生可檢測的條件。
[0059]在各種實(shí)施例中，可調(diào)諧電抗網(wǎng)絡(luò)730的一或多個(gè)元件，以提供在幾個(gè)頻率下的所要場分布。舉例來說，在下表1中所展示的各種實(shí)施例中，電抗網(wǎng)絡(luò)730可調(diào)諧無源天線720以提供在大約6.78MHz (例如，用于充電)、大約13.56MHz (例如，用于NFC檢測)和/或任何其它頻率(例如，用于通信)下的所要場分布。
[0060]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于無線充電的設(shè)備，其包括發(fā)射天線，所述發(fā)射天線包括: 有源天線，其經(jīng)配置以在多個(gè)操作頻率上產(chǎn)生場；以及 無源天線，其經(jīng)配置以在所述多個(gè)操作頻率中的至少兩個(gè)頻率上提供場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述有源天線連接到發(fā)射器，且所述無源天線包括不連接到所述發(fā)射器的多個(gè)電抗元件的網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)操作頻率是選自包括充電頻率、NFC頻率以及通信頻率的集合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述無源天線經(jīng)配置以在第一頻率下提供第一電抗，且在第二頻率下提供第二電抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述第一頻率為所述多個(gè)操作頻率中的所述至少兩個(gè)頻率中的一者，且所述第二頻率不為所述多個(gè)操作頻率中的所述至少兩個(gè)頻率中的一者。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第一電抗跨越所述發(fā)射天線的第一軸實(shí)質(zhì)上均勻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第一電抗跨越操作區(qū)域的偏差不超過60%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第二電抗包括實(shí)際上無窮大的電抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第二電抗包括實(shí)際上為零的電抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第二電抗跨越所述發(fā)射天線的第一軸實(shí)質(zhì)上均勻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第二電抗跨越操作區(qū)域的偏差不超過.60%。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第一頻率為大約.6.78MHz .
13.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第二頻率為大約.13.56MHz .
14.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第二頻率為大約.40.68MHz .
15.一種對(duì)無線裝置進(jìn)行充電的方法，所述方法包括: 在有源天線處在第一操作頻率下產(chǎn)生場； 在無源天線處在所述第一操作頻率下提供場；以及 在所述無源天線處在第二操作頻率下提供場， 所述無源天線在所述第一頻率下具有第一電抗且在所述第二頻率下具有第二電抗。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述有源天線連接到發(fā)射器，且所述無源天線包括不連接到所述發(fā)射器的多個(gè)電抗元件的網(wǎng)絡(luò)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一和第二操作頻率是選自包括充電頻率、NFC頻率以及通信頻率的集合。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一電抗跨越發(fā)射天線的第一軸實(shí)質(zhì)上均勻。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一電抗跨越操作區(qū)域的偏差不超過60%。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第二電抗包括實(shí)際上無窮大的電抗。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第二電抗包括實(shí)際上為零的電抗。
22.根據(jù)權(quán)利要求15至21中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第二電抗跨越所述發(fā)射天線的第一軸實(shí)質(zhì)上均勻。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至22中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第二電抗跨越操作區(qū)域的偏差不超過60%。
24.根據(jù)權(quán)利要 求15至23中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一頻率為大約6.78MHz ο
25.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第二頻率為大約13.56MHz ο
26.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第二頻率為大約40.68MHz ο
27.一種用于對(duì)無線裝置進(jìn)行充電的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 用于在第一操作頻率下有源地產(chǎn)生場的裝置； 用于在所述第一操作頻率和在第二操作頻率下無源地提供場的裝置，所述用于無源地提供的裝置包括用于在所述第一頻率下提供第一電抗且在所述第二頻率下提供第二電抗的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述用于無源地提供的裝置包括用于提供電抗的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第一和第二操作頻率是選自包括充電頻率、NFC頻率以及通信頻率的集合。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述第一電抗跨越發(fā)射天線的第一軸實(shí)質(zhì)上均勻。
31.一種計(jì)算機(jī)可讀媒體，其包括在執(zhí)行時(shí)使設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼: 在有源天線處在第一操作頻率下產(chǎn)生場； 在無源天線處在所述第一操作頻率下提供場；以及 在所述無源天線處在第二操作頻率下提供場， 所述無源天線在所述第一頻率下具有第一電抗且在所述第二頻率下具有第二電抗。
【文檔編號(hào)】H04B5/00GK103947127SQ201280055800
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】斯里尼瓦·卡斯圖里, 劉振寧 申請(qǐng)人:高通股份有限公司