本申請(qǐng)要求于2014年8月19日提交的題為“Method for Wireless Power Transfer”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/039,321的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用整體并入本文。

本申請(qǐng)涉及以下美國(guó)申請(qǐng)：

·2013年11月12日提交的題為“Smart RF Lensing：Efficient，Dynamic And Mobile Wireless Power Transfer”的第14/078,489號(hào)申請(qǐng)，

·2014年11月24日提交的題為“Active CMOS Recovery Units For Wireless Power Transmission”的第14/552,249號(hào)申請(qǐng)，以及

·2014年11月24日提交的題為“Generator Unit For Wireless Power Transfer”的第14/552,414號(hào)申請(qǐng)，所有這些申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用整體并入本文。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線通信，并且更具體地涉及無(wú)線功率傳輸。

發(fā)明背景

用于給電子設(shè)備供電的電能主要來自有線源。傳統(tǒng)的無(wú)線功率傳輸依賴于彼此緊密靠近放置的兩個(gè)線圈之間的磁感應(yīng)效應(yīng)。為了提高其效率，線圈尺寸被選擇為小于輻射電磁波的波長(zhǎng)。當(dāng)源和充電裝置之間的距離增加時(shí)，傳輸?shù)墓β蕪?qiáng)烈減小。

發(fā)明概要

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，適于接收射頻(RF)功率并生成DC功率的恢復(fù)單元部分地包括用于接收RF功率的至少一個(gè)天線、適于生成DC功率的RF至DC轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間并適于在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間提供阻抗匹配的阻抗匹配/變換電路、以及RF負(fù)載/匹配電路，RF負(fù)載/匹配電路耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器并且適于阻止RF功率到達(dá)RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子。

在一個(gè)實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子的DC至DC轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括幅度/功率檢測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施方式中，幅度/功率檢測(cè)器耦合到至少一個(gè)天線的輸出端子。在一個(gè)實(shí)施方式中，幅度/功率檢測(cè)器耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸入端子。在一個(gè)實(shí)施方式中，幅度/功率檢測(cè)器耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子。

在一個(gè)實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸入端子的可編程負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子的可編程負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)并向接收DC功率的設(shè)備提供通信/控制信號(hào)的數(shù)字控制塊以及適于將幅度/功率檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在一個(gè)實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)的數(shù)字控制塊以及適于與接收DC功率的設(shè)備通信的收發(fā)器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，適于接收射頻(RF)功率并作為響應(yīng)生成DC功率的恢復(fù)單元部分地包括彼此并聯(lián)耦合的多個(gè)恢復(fù)元件、耦合到多個(gè)恢復(fù)元件中的每一個(gè)的輸出端子的DC至DC轉(zhuǎn)換器、耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出的幅度/功率檢測(cè)器、以及耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出的可編程負(fù)載。每個(gè)恢復(fù)元件部分地包括用于接收RF功率的至少一個(gè)天線、RF至DC轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在至少一個(gè)天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間并適于在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間提供阻抗匹配的阻抗匹配/變換電路，以及RF負(fù)載/匹配電路，RF負(fù)載/匹配電路耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器并且適于阻止RF功率到達(dá)RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子。

在一些實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)并向接收DC功率的設(shè)備提供通信/控制信號(hào)的數(shù)字控制塊以及適于將幅度/功率檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)的數(shù)字控制塊以及適于與接收DC功率的設(shè)備通信的收發(fā)器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，適于接收射頻(RF)功率并作為響應(yīng)生成DC功率的恢復(fù)單元部分地包括多個(gè)恢復(fù)元件和多個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器，多個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)與多個(gè)恢復(fù)元件中的不同的一個(gè)的輸出相關(guān)聯(lián)并且耦合到多個(gè)恢復(fù)元件中的不同的一個(gè)的輸出。DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子耦合到公共節(jié)點(diǎn)。恢復(fù)單元還部分地包括耦合到公共節(jié)點(diǎn)的幅度/功率檢測(cè)器，以及耦合到公共節(jié)點(diǎn)的可編程測(cè)試負(fù)載。

每個(gè)恢復(fù)元件部分地包括用于接收RF功率的至少一個(gè)天線、RF至DC轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間并適于在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間提供阻抗匹配的阻抗匹配/變換電路，以及RF負(fù)載/匹配電路，RF負(fù)載/匹配電路耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器并且適于阻止RF功率到達(dá)RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子。

在一些實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)并向接收DC功率的設(shè)備提供通信/控制信號(hào)的數(shù)字控制塊，以及適于將幅度/功率檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在一些實(shí)施方式中，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)的數(shù)字控制塊，以及適于與接收DC功率的設(shè)備通信的收發(fā)器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，適于接收射頻(RF)功率并作為響應(yīng)生成DC功率的恢復(fù)單元部分地包括多個(gè)恢復(fù)元件、每個(gè)與多個(gè)恢復(fù)元件中的不同的一個(gè)的輸出相關(guān)聯(lián)并且耦合的多個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器、每個(gè)與多個(gè)恢復(fù)元件中的不同的一個(gè)的輸出相關(guān)聯(lián)并且耦合的多個(gè)幅度/功率檢測(cè)器、以及耦合到公共節(jié)點(diǎn)的可編程測(cè)試負(fù)載，該公共節(jié)點(diǎn)將多個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子彼此連接。每個(gè)恢復(fù)元件還部分地包括用于接收RF功率的至少一個(gè)天線、RF至DC轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間并適于在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間提供阻抗匹配的阻抗匹配/變換電路，以及RF負(fù)載/匹配電路，RF負(fù)載/匹配電路耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器并且適于阻止RF功率到達(dá)RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)并向接收DC功率的設(shè)備提供通信/控制信號(hào)的數(shù)字控制塊，以及適于將幅度/功率檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)的數(shù)字控制塊，以及適于與接收DC功率的設(shè)備通信的收發(fā)器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，適于接收射頻(RF)功率并作為響應(yīng)生成DC功率的恢復(fù)單元部分地包括彼此串聯(lián)耦合的多個(gè)恢復(fù)元件、耦合到串聯(lián)連接的恢復(fù)元件中的最后一個(gè)的輸出端子的DC至DC轉(zhuǎn)換器、耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出的幅度/功率檢測(cè)器，以及耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出的可編程測(cè)試負(fù)載。每個(gè)恢復(fù)元件還部分地包括用于接收RF功率的至少一個(gè)天線、RF至DC轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間并適于在天線與RF至DC轉(zhuǎn)換器之間提供阻抗匹配的阻抗匹配/變換電路，以及RF負(fù)載/匹配電路，RF負(fù)載/匹配電路耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器并且適于阻止RF功率到達(dá)RF至DC轉(zhuǎn)換器的輸出端子。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)并向接收DC功率的設(shè)備提供通信/控制信號(hào)的數(shù)字控制塊，以及適于將幅度/功率檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，恢復(fù)單元還部分地包括適于生成用于恢復(fù)單元的控制信號(hào)的數(shù)字控制塊，以及適于與接收DC功率的設(shè)備通信的收發(fā)器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，一種使用RF功率生成DC功率的方法部分地包括測(cè)量由生成DC功率的設(shè)備接收的功率量，以及根據(jù)測(cè)量的功率來控制由多個(gè)RF發(fā)射機(jī)發(fā)射的RF波的相位。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括部分地改變?cè)O(shè)備處的可編程負(fù)載以測(cè)量所接收的功率或增加測(cè)量所接收的功率的動(dòng)態(tài)范圍。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的適于從入射電磁波對(duì)設(shè)備充電的恢復(fù)單元的框圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的設(shè)置在圖1的恢復(fù)單元中的恢復(fù)元件的框圖。

圖3A-3E是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的恢復(fù)元件的示例性框圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元的框圖。

圖11是可編程測(cè)試負(fù)載的示例性實(shí)施方式的更詳細(xì)的示意圖。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線供電的流程圖。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于跟蹤設(shè)備的流程圖。

發(fā)明詳述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的適于從諸如射頻(RF)波的入射電磁波對(duì)設(shè)備充電的恢復(fù)單元(RU)100的框圖。RU 100被示為包括多個(gè)恢復(fù)元件102，每個(gè)恢復(fù)元件102包括用于接收射頻波的天線以及將射頻功率(即，RF功率)轉(zhuǎn)換為直流(DC)功率的RF至DC轉(zhuǎn)換器。每個(gè)恢復(fù)元件102還可以包括阻抗匹配電路和/或阻抗變換電路，以改善從RF輸入到RF至DC轉(zhuǎn)換器的功率傳輸和/或提高從RF功率至DC功率的轉(zhuǎn)換效率。匹配電路可以改變和/或轉(zhuǎn)換在DC、RF頻率和/或其諧波處看到的負(fù)載。申請(qǐng)第14/552,249號(hào)的圖1是適于將經(jīng)由天線接收的電磁波轉(zhuǎn)換為DC功率的RU元件102的更詳細(xì)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的恢復(fù)元件102的框圖?；謴?fù)元件102被示為包括接收RF波的一個(gè)或多個(gè)天線104、適于改善從RF功率至DC功率的功率傳輸和/或轉(zhuǎn)換效率的阻抗變換/匹配元件106、適于將RF功率轉(zhuǎn)換為DC功率的RF至DC轉(zhuǎn)換器108，以及RF負(fù)載/匹配電路110，該RF負(fù)載/匹配電路110適于在RF頻率和/或其諧波處提供已知的阻抗。每個(gè)天線104可以是印刷電路板(PCB)貼片天線或其它合適的天線，諸如在商業(yè)上從Taoglass(www.taoglass.com)可獲得的陶瓷貼片天線WLP.2450.25.4.A.02或WLP.4958.12.4.A.02。RF至DC轉(zhuǎn)換器108可以是將RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)的任何電路，諸如在商業(yè)上從Avago Technologies可獲得的具有型號(hào)為HSMS-270C-TR1G的肖特基二極管或在商業(yè)上從Skyworks Solutions Inc可獲得的具有型號(hào)為SMS3925-079LF的肖特基二極管。RF負(fù)載匹配電路110可以包括電容器、電感器、適于匹配RF至DC轉(zhuǎn)換器108的阻抗的電阻器。

圖3A是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)元件102的框圖。如上面結(jié)合圖2所描述的，恢復(fù)元件102被示為部分地包括接收RF波的一個(gè)或多個(gè)天線104、阻抗變換/匹配元件106、適于將RF功率轉(zhuǎn)換為DC功率的RF至DC轉(zhuǎn)換器108，以及RF負(fù)載/匹配電路110。圖3A的恢復(fù)元件102還被示為部分地包括DC至DC轉(zhuǎn)換器120和幅度/功率檢測(cè)器105。DC至DC轉(zhuǎn)換器120適于將由RF至DC轉(zhuǎn)換器108提供的DC電壓或電流轉(zhuǎn)換和控制為固定值或可變值。RF至DC轉(zhuǎn)換器可以包括將RF功率轉(zhuǎn)換為DC功率的任何電子電路。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用肖特基或其他二極管將RF功率轉(zhuǎn)換為DC功率。

幅度/功率檢測(cè)器105適于促進(jìn)所接收和/或轉(zhuǎn)換的功率的測(cè)量?？梢允褂美缍ㄏ蝰詈掀鱽韺?shí)現(xiàn)幅度/功率檢測(cè)器105，該定向耦合器與RF至DC轉(zhuǎn)換電路(例如，二極管或晶體管混合電路)一起虹吸掉已知的小部分的用于測(cè)量的輸入功率，使得DC輸出電壓的量與虹吸的功率相關(guān)并且因此與輸入RF功率相關(guān)。例如，如果其DC輸出電壓被測(cè)量并轉(zhuǎn)換為對(duì)于已知DC負(fù)載電阻的輸出功率，則RF至DC轉(zhuǎn)換器120可以適于實(shí)現(xiàn)功率檢測(cè)功能。DC負(fù)載電阻可以由一個(gè)或多個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器(其可以可選地被接通或關(guān)斷)的輸入電阻和/或可選的可編程測(cè)試負(fù)載提供，該可編程測(cè)試負(fù)載包括例如經(jīng)由開關(guān)連接到RF至DC轉(zhuǎn)換器輸出的電阻器。DC至DC轉(zhuǎn)換器將接收的功率相關(guān)的DC輸出電壓轉(zhuǎn)換為用于為設(shè)備供電的固定輸出電壓。DC至DC轉(zhuǎn)換器120在商業(yè)上可從許多供應(yīng)商獲得，諸如Intersil的型號(hào)為ISL9111AEHADJZ的升壓轉(zhuǎn)換器，或Texas Instruments的型號(hào)為TPS61030PWPR的升壓轉(zhuǎn)換器。

圖3B是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)元件102的框圖。圖3B所示的恢復(fù)元件類似于圖3A所示的恢復(fù)元件，除了圖3B中所示的恢復(fù)元件包括可編程測(cè)試負(fù)載單元115?？删幊虦y(cè)試負(fù)載單元115適于確定要被驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)負(fù)載阻抗、或測(cè)量所接收功率的電路、或直接測(cè)量轉(zhuǎn)換的功率的電路。

圖11是可編程測(cè)試負(fù)載115的示例性實(shí)施方式的更詳細(xì)的示意圖?？删幊虦y(cè)試負(fù)載115被示為包括4個(gè)電阻器628、630、632、634和4個(gè)晶體管開關(guān)618、620、622和624，4個(gè)晶體管開關(guān)分別由下面進(jìn)一步描述的由數(shù)字控制塊生成的信號(hào)控制[0-3]的位控制[0]、控制[1]、控制[2]和控制[3]來控制。通過控制在任何給定時(shí)間處導(dǎo)通的晶體管的數(shù)量，節(jié)點(diǎn)A和地電勢(shì)之間的電阻可以改變。在不同負(fù)載中的切換提供了測(cè)試是否正在供應(yīng)足夠的功率(當(dāng)大多數(shù)/所有晶體管被接通時(shí))以及檢測(cè)何時(shí)接收到相對(duì)較小的功率(當(dāng)大多數(shù)晶體管被關(guān)斷時(shí))。

圖3C是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)元件102的框圖。圖3C所示的恢復(fù)元件類似于圖3B所示的恢復(fù)元件，除了在圖3C中所示的恢復(fù)元件中，幅度/功率檢測(cè)器105耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器108的輸入。圖3C中所示的恢復(fù)元件的其他實(shí)施方式可以包括或可以不包括可編程測(cè)試負(fù)載單元115。

圖3D是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)元件102的框圖。圖3D中所示的恢復(fù)元件類似于圖3B所示的恢復(fù)元件，除了在圖3D中所示的恢復(fù)元件中，幅度/功率檢測(cè)器105耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器108的輸出。圖3D中所示的恢復(fù)元件的其他實(shí)施方式可以包括或可以不包括可編程測(cè)試負(fù)載單元115。

圖3E是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)元件102的框圖。圖3E中所示的恢復(fù)元件類似于圖3B所示的恢復(fù)元件，除了在圖3E中所示的恢復(fù)元件中，可編程測(cè)試負(fù)載單元115耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器120的輸出。在圖3E所示的恢復(fù)元件的其他實(shí)施方式中，幅度或功率檢測(cè)器105可以耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器108的輸入(如圖3c所示)，或耦合到RF至DC轉(zhuǎn)換器108的輸出(如圖3D所示)。圖3E所示的恢復(fù)元件的其他實(shí)施方式可以包括或可以不包括幅度/功率檢測(cè)器105。

多個(gè)恢復(fù)單元可以彼此耦合，以便組合接收和恢復(fù)的功率。如下面進(jìn)一步描述的，恢復(fù)單元可以彼此串聯(lián)耦合以便增加它們的電壓，或并聯(lián)耦合以便增加它們生成的電流。

為了促進(jìn)和控制功率檢測(cè)、控制功率轉(zhuǎn)換過程和/或便于與一個(gè)或多個(gè)功率生成單元(即，RF功率發(fā)射器且并在本文中替代地稱為GU)通信，可以使用數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器、微處理器、專用集成電路(ASIC)或定制數(shù)字邏輯電路，諸如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和/或模數(shù)轉(zhuǎn)換器?？梢允褂矛F(xiàn)有的或未來開發(fā)的任何流行的WiFi協(xié)議(IEEE 802.11a/b/g/n/ac等)、藍(lán)牙、Zigbee和/或定制協(xié)議等來實(shí)現(xiàn)通過一個(gè)或多個(gè)無(wú)線信道與GU或多個(gè)GU的通信協(xié)議。

許多現(xiàn)有的消費(fèi)電子產(chǎn)品(諸如，手持式平板電腦、膝上型計(jì)算機(jī)或蜂窩電話)包括適于與發(fā)射RF波的(多個(gè))GU通信的電路。這樣的設(shè)備通常還包括通信接口，諸如通用串行總線(USB)，其可以用于在設(shè)備和設(shè)置在RU中的控制器之間建立通信。此外，恢復(fù)單元和待上電的設(shè)備之間的通信可以經(jīng)由USB端口或用于對(duì)設(shè)備充電/供電的任何其它電源連接件來建立。應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)等也可以用于建立、控制和/或橋接GU和/或RU之間的通信。因此，在一些實(shí)施方式中，待充電設(shè)備包括(多個(gè))RU。在其他實(shí)施方式中，RU是獨(dú)立設(shè)備，其可以經(jīng)由端口(諸如USB端口)將RF至DC轉(zhuǎn)換的功率提供給要充電的設(shè)備。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元200的框圖?；謴?fù)單元200被示為包括彼此并聯(lián)耦合的多個(gè)恢復(fù)元件102。每個(gè)恢復(fù)元件102從(多個(gè))GU(未示出)接收無(wú)線功率并將接收的功率轉(zhuǎn)換成DC功率。由恢復(fù)元件生成的電流彼此相加并被供應(yīng)給DC至DC轉(zhuǎn)換器120，DC至DC轉(zhuǎn)換器120轉(zhuǎn)而將對(duì)應(yīng)于組合的電流的DC電壓轉(zhuǎn)換為期望值。

耦合到DC至DC轉(zhuǎn)換器的輸出的可編程測(cè)試負(fù)載115用于連接各種測(cè)試負(fù)載，以確保足夠的功率被輸送到輸出端并且提高功率檢測(cè)器的靈敏度。例如，不同的測(cè)試負(fù)載可以包括在向其供應(yīng)幾乎恒定的電壓或電流時(shí)耗散不同功率量的不同電阻率的電阻器?？梢栽试S少量的耗散功率來檢測(cè)微弱或弱的功率傳輸，諸如當(dāng)設(shè)備首次接收功率時(shí)。當(dāng)設(shè)備從(多個(gè))生成單元接收更多的功率時(shí)，由于生成單元更好地適于向設(shè)備發(fā)送功率，因此可以消耗相對(duì)較大量的功率?？梢员缓纳⒌墓β实牧靠梢砸源_保足夠的功率可用于滿足不同的要求或標(biāo)準(zhǔn)的方式來確定，例如所謂的USB電源“單元負(fù)載”的數(shù)量。幅度/功率檢測(cè)器105適于測(cè)量由DC至DC轉(zhuǎn)換器生成并輸送到可編程測(cè)試負(fù)載的輸出電壓。此外，通過改變由可編程測(cè)試負(fù)載115供應(yīng)的負(fù)載量，可以確定最大可輸送功率。

可選開關(guān)130適于控制從RU 200到被供電的設(shè)備250的功率輸送。在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)恢復(fù)元件102具有一個(gè)或多個(gè)天線和RF至DC轉(zhuǎn)換器。在其他實(shí)施方式中，每個(gè)恢復(fù)元件102具有一個(gè)或多個(gè)天線、RF至DC轉(zhuǎn)換器、阻抗匹配/變換電路和RF負(fù)載匹配電路，如圖2所示。因此，RU 200適于無(wú)線地接收功率、將接收的功率轉(zhuǎn)換為預(yù)定義的DC功率、使用功率檢測(cè)器和測(cè)試負(fù)載測(cè)量最大可接收功率、(4)將在最優(yōu)負(fù)載條件下接收的最大量的功率輸送到(多個(gè))GU以使得(多個(gè))GU能夠?qū)⒏嗟墓β室龑?dǎo)到RU，并且在已經(jīng)確定足夠的功率可用并且已經(jīng)從(多個(gè))GU引導(dǎo)之后連接要供電的設(shè)備。盡管在圖4中未示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，諸如微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、定制編程的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或中央處理單元(CPU)等的數(shù)字處理器可以用于控制多個(gè)RU的操作，如下面進(jìn)一步描述的。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元300的框圖?；謴?fù)單元300被示為包括彼此并聯(lián)耦合的多個(gè)恢復(fù)元件102。每個(gè)恢復(fù)元件102_i(i是從1到N的整數(shù))從(多個(gè))GU(未示出)接收無(wú)線功率，將接收的RF功率轉(zhuǎn)換為DC功率，并將轉(zhuǎn)換的DC功率傳遞到相關(guān)聯(lián)的DC至DC轉(zhuǎn)換器120_i。每個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器120_i適于轉(zhuǎn)換其接收的DC功率，并且將相應(yīng)的電流輸送到節(jié)點(diǎn)310。這樣輸送的電流在節(jié)點(diǎn)310處加入，并且被供應(yīng)給正在充電的設(shè)備250?？删幊虦y(cè)試負(fù)載115和幅度/功率檢測(cè)器105以與上述相同的方式操作。雖然未示出，但是一些實(shí)施方式可以還包括功率流控制元件，諸如二極管、開關(guān)或其他合適的電路，以促進(jìn)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作、將元件和/或轉(zhuǎn)換器彼此隔離或用于其他目的。這樣的功率流控制元件可以耦合到RU 300的節(jié)點(diǎn)310。

除此此外，可編程測(cè)試負(fù)載115和幅度/功率檢測(cè)器105可以用于優(yōu)化轉(zhuǎn)換的功率、確定合適的信息(諸如要發(fā)送回(多個(gè))GU的最大可用功率)、確定接收功率的變化(例如，以確定來自物體和/或活的生物體的干擾的存在、出現(xiàn)和/或消失)。RU 300還被示為生成可選的功率就緒(Power_Ready)信號(hào)，其在功率準(zhǔn)備好被輸送時(shí)發(fā)信號(hào)。如在上述其他實(shí)施方式中，各種控制信號(hào)和算法可以使用專用集成電路(ASIC)、商業(yè)上可獲得的CPU和/或微控制器、DSP單元或其任何組合來實(shí)現(xiàn)。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元400的框圖?；謴?fù)單元400被示為包括N個(gè)恢復(fù)元件102₁......120_N，其中N是大于1的整數(shù)?；謴?fù)單元400還被示為包括可編程測(cè)試負(fù)載單元115和開關(guān)30，如上所述。每個(gè)恢復(fù)元件102_i(i是從1到N變化的索引)具有相關(guān)聯(lián)的DC至DC轉(zhuǎn)換器120_i和相關(guān)聯(lián)的幅度/功率檢測(cè)器105_i。因此，可以確定由每個(gè)恢復(fù)元件接收和轉(zhuǎn)換的RF功率以及接收的總功率。這提供了許多優(yōu)點(diǎn)，諸如確定最大可用無(wú)線功率的位置、檢測(cè)RU在正被輸送無(wú)線功率的區(qū)域的相對(duì)附近范圍內(nèi)的移動(dòng)、檢測(cè)當(dāng)干擾物體和/或活的生物體移動(dòng)經(jīng)過或進(jìn)入和/或離開無(wú)線功率被輸送到的區(qū)域的附近時(shí)的干擾物體和/或活的生物體的移動(dòng)、檢測(cè)功率損失同時(shí)保持幾乎恒定的輸出電壓和/或功率以啟動(dòng)適當(dāng)?shù)膭?dòng)作(例如，向待上電的設(shè)備發(fā)送信號(hào)，其中功率損耗即將來臨，和/或向(多個(gè))GU發(fā)送信號(hào)以調(diào)整無(wú)線功率輸送的位置)等。如上所述，控制上述操作的算法可以使用數(shù)字信號(hào)處理器、CPU、微控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)等來實(shí)現(xiàn)。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元500的框圖。恢復(fù)單元500被示為包括N個(gè)恢復(fù)元件102₁......120_N(其中N是大于1的整數(shù))以及DC至DC轉(zhuǎn)換器120?；謴?fù)單元400還被示為包括可編程測(cè)試負(fù)載單元115和幅度/功率檢測(cè)器105?；謴?fù)元件102_i(i是從1到N變化的索引)彼此串聯(lián)耦合。因此，例如，恢復(fù)元件102_N的輸出耦合到恢復(fù)元件102_N-1，恢復(fù)元件102_N-1的輸出耦合到恢復(fù)元件102_N-2，并且恢復(fù)元件102₂的輸出耦合到恢復(fù)元件102₁?；謴?fù)元件102₁的輸出電壓被施加到DC至DC轉(zhuǎn)換器120。因?yàn)榛謴?fù)元件彼此串聯(lián)耦合，所以將相對(duì)較高的電壓供應(yīng)給DC至DC轉(zhuǎn)換器120。可編程測(cè)試負(fù)載單元115和幅度/功率檢測(cè)器105以與上述相同的方式操作。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的恢復(fù)單元600的框圖?？梢詫?duì)應(yīng)于上述恢復(fù)單元中的任一個(gè)的恢復(fù)單元600適于對(duì)設(shè)備650充電。RF至DC轉(zhuǎn)換器塊602適于將RF功率轉(zhuǎn)換為DC功率，并且可以包括一個(gè)或多個(gè)天線、阻抗變換/匹配塊、RF至DC轉(zhuǎn)換器、DC至DC轉(zhuǎn)換器、幅度/功率檢測(cè)器和RF負(fù)載匹配電路，如上參考如上所述的恢復(fù)單元的各種實(shí)施方式中的任一個(gè)所述。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(多個(gè))ADC 610適于將從設(shè)置在RF至DC轉(zhuǎn)換器塊602中的幅度/功率檢測(cè)器接收的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以供數(shù)字控制塊使用，該數(shù)字控制塊可以包括微處理器、中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)單元、微控制器、定制集成控制電路、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、或其它合適的硬件或其任何組合。數(shù)字控制塊620被配置為控制設(shè)置在RF至DC轉(zhuǎn)換器602中的可編程(可配置)測(cè)試負(fù)載單元，以確定可用的、接收的和/或轉(zhuǎn)換的RF功率的量和/或?qū)⒃撔畔魉偷皆O(shè)備650和/或與(多個(gè))RF功率發(fā)射器(在本文中也稱為(多個(gè))生成單元(GU))通信。

設(shè)備650可以是智能設(shè)備，諸如便攜式平板電腦、智能電話、膝上型計(jì)算機(jī)等等。設(shè)備650包括用于通過無(wú)線接口與GU(未示出)通信的硬件/軟件組件。這樣的接口的示例是WiFi、藍(lán)牙、Zigbee和/或任何其他定制物理無(wú)線硬件，其將來可以是這種設(shè)備的一部分，以使設(shè)備能夠與(多個(gè))GU無(wú)線通信。在該示例性實(shí)施方式中，RU 600通過設(shè)備650向GU發(fā)送信息和從GU接收信息。此外，RU 600可以最初從設(shè)備650接收DC功率，以在無(wú)線功率朝向它轉(zhuǎn)向時(shí)以及在通過無(wú)線裝置可獲得足夠的功率之前啟用初始操作。使信息和功率流兩者可用的接口的示例是通用串行總線(USB)接口或Apple^TM的專有數(shù)據(jù)/電源接口(例如，“閃電(Lightning)”)，但是也可以使用現(xiàn)存的或未來開發(fā)的其它接口。

在連接到設(shè)備650之后，示例性的RU 600從設(shè)備650接收DC功率，并且開始使信號(hào)被發(fā)送，以便使GU知道其存在。GU然后將功率引導(dǎo)到RU 600，同時(shí)RU 600繼續(xù)經(jīng)由設(shè)備650與GU通信。當(dāng)由RU 600接收到足夠量的功率時(shí)，RU 600開始將接收到的功率傳輸?shù)皆O(shè)備650。RU 600繼續(xù)監(jiān)視接收的功率并適應(yīng)于諸如功率下降、移動(dòng)、干擾物體和/或活的生物體的出現(xiàn)和/或消失等變化的環(huán)境。RU 600還可以將這樣的信息發(fā)送到設(shè)備650。這種自適應(yīng)行為例如可以包括當(dāng)檢測(cè)到活的生物體時(shí)或者當(dāng)設(shè)備被認(rèn)為超出范圍時(shí)(例如，由于干擾物體的出現(xiàn))中斷功率傳輸。在一個(gè)實(shí)施方式中，為了使RU 600與設(shè)備650對(duì)接，可以促使設(shè)備650運(yùn)行用戶發(fā)起的應(yīng)用程序?？蛇x地，可以在設(shè)備650的操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)接口軟件以建立與RU 600的通信。

可以在RU 600和多個(gè)GU之間交換的其他信息是識(shí)別信息、通信握手、來自和去往多個(gè)GU以便于切換的通信、建立同步操作的信號(hào)、定時(shí)信息、關(guān)于檢測(cè)到的來自物體和/或活的生物體的干擾的信息、固件更新等。(多個(gè))GU還可以用作WiFi接入點(diǎn)，并且因此向啟用WiFi的設(shè)備提供路由服務(wù)。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的恢復(fù)單元700的框圖。恢復(fù)單元700適于為僅包括電源接口的設(shè)備660供電。RU 700類似于RU 600，除了RU 700還包括一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器625、備份電源單元630和開關(guān)640。收發(fā)器625適于與設(shè)備660通信，設(shè)備660僅具有用于傳送功率的接口，即，其不具有用于傳送其他數(shù)據(jù)/命令的接口。備用電源630適于暫時(shí)地對(duì)RU 700供電，直到RU 700開始無(wú)線地從GU接收功率并將該功率輸送到設(shè)備660。

(多個(gè))模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 610適于將從設(shè)置在RF至DC轉(zhuǎn)換器塊602中的幅度/功率檢測(cè)器接收的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以供數(shù)字控制塊使用，該數(shù)字控制塊可以包括微處理器、中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)單元、微控制器、定制集成控制電路、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、或其它合適的硬件或其任何組合。數(shù)字控制塊620被配置為控制設(shè)置在RF至DC轉(zhuǎn)換器602中的可編程(可配置)測(cè)試負(fù)載單元，以確定可用的、接收的和/或轉(zhuǎn)換的RF功率的量和/或?qū)⒃撔畔魉偷皆O(shè)備660和/或與RF功率發(fā)射器(在本文中也稱為(多個(gè))生成單元(GU))通信。

當(dāng)恢復(fù)單元700被充分供電時(shí)，備用電源630可以斷開，并且RU 700直接從其接收的RF波供電。如果備用電源630是可再充電的，則可以使用接收的RF功率同時(shí)對(duì)電源630和設(shè)備660進(jìn)行再充電。

可以在RU 600和(多個(gè))GU之間交換的其他信息是識(shí)別信息、通信握手、來自和去往多個(gè)GU以便于切換的通信、建立同步操作的信號(hào)、定時(shí)信息、關(guān)于檢測(cè)到的來自物體和/或活的生物體的干擾的信息、固件更新等。GU還可以用作WiFi接入點(diǎn)，并且因此向啟用WiFi的設(shè)備提供路由服務(wù)。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的恢復(fù)單元800的框圖?；謴?fù)單元800類似于恢復(fù)單元700，除了恢復(fù)單元800包括第二收發(fā)器635，此外其適于便于將無(wú)線RF功率引導(dǎo)到RU。收發(fā)器635可以通過例如作為信標(biāo)來以一個(gè)或幾個(gè)已知頻率發(fā)送信標(biāo)音調(diào)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。GU可以使用所接收的(多個(gè))信標(biāo)音調(diào)的相位信息來更快和/或更精確地確定傳輸相位以將功率引導(dǎo)到RU。另外，如果發(fā)送了已知的信標(biāo)功率，則GU可以從接收的信標(biāo)功率確定例如是否存在干擾功率傳輸?shù)奈矬w和/或活的生物體，或者RU是否接近、遠(yuǎn)離、移動(dòng)等。

一種控制無(wú)線功率傳輸?shù)姆椒ㄊ歉鶕?jù)預(yù)先存在的知識(shí)和/或啟發(fā)法來控制GU元件，諸如通過使用先前校準(zhǔn)的查找表、基于GU元件和天線幾何形狀的計(jì)算值等。這種預(yù)先存在的或計(jì)算的知識(shí)可以用于將無(wú)線功率引向已知位置(假定與校準(zhǔn)期間使用的物理環(huán)境類似的物理環(huán)境)。例如，工廠(factory)或初始用例校準(zhǔn)可以提供GU元件編程值，其將在物理環(huán)境中的已知位置中集中功率，其特征在于幾何測(cè)量，諸如角度(例如，方位角和仰角)和與GU的距離。然后可以通過使RU或者經(jīng)由作為全球定位系統(tǒng)(GPS)坐標(biāo)的信標(biāo)或者以任何其它合適的格式發(fā)送其位置來實(shí)現(xiàn)從GU向RU發(fā)送無(wú)線功率，使得GU可以確定(多個(gè))RU相對(duì)于其自身的位置，并且進(jìn)一步確定已知GU元件編程值和相位中的哪一個(gè)最優(yōu)地將功率傳送到(多個(gè))RU。

預(yù)定的編程值還可以用于對(duì)(多個(gè))RU、諸如物體和/或活的生物體等的干擾源進(jìn)行物理環(huán)境的掃描。掃描可以是完整的或部分的。如果RU存在，則這種掃描可用于確定最優(yōu)或足夠的GU編程參數(shù)集合，或者作為用于進(jìn)一步提高無(wú)線功率傳輸效率的起點(diǎn)或作為(臨時(shí))操作點(diǎn)。然后，在這種情況下的RU將關(guān)于接收和/或轉(zhuǎn)換的無(wú)線功率的反饋信號(hào)發(fā)送到(多個(gè))生成單元。(多個(gè))GU可以單獨(dú)使用這個(gè)信息或者與其他參數(shù)組合使用，其他參數(shù)諸如總發(fā)射功率(其可以變化，特別是當(dāng)幅度控制可用時(shí))的知識(shí)、總消耗功率(其不能低于總發(fā)射功率)或其組合以獲得用于無(wú)線功率鏈路的各種品質(zhì)因數(shù)(FOM)，諸如傳輸效率，并且使用這些來基于這些因數(shù)來優(yōu)化無(wú)線功率鏈路，和/或使用這些FOM來確定鏈路是否足夠作為決定的基礎(chǔ)。

用于將無(wú)線功率轉(zhuǎn)向到(多個(gè))期望位置的其它方法包括使用關(guān)于由RU接收和/或轉(zhuǎn)換的功率的信息作為用于控制GU的轉(zhuǎn)向算法的輸入。一個(gè)示例性轉(zhuǎn)向算法假定通過改變GU元件的相位以沿著以連續(xù)和/或離散方式到RU的增加的功率傳遞的路徑，可以達(dá)到好的(如果不是最優(yōu)的)點(diǎn)。可以基于先前搜索，例如通過掃描，或者作為基于另一個(gè)或相同方法的先前搜索的結(jié)果，或通過任何其它合適手段，隨機(jī)地選擇該算法的起始點(diǎn)。該算法然后可以通過連續(xù)地或離散地對(duì)正被發(fā)送的RF波的相位或其他編程參數(shù)施加足夠小的變化并且將所得到的RU中接收和/或轉(zhuǎn)換功率的變化進(jìn)行比較來改進(jìn)到(多個(gè))RU的無(wú)線功率的轉(zhuǎn)向。為此，RU以“開環(huán)”方式連續(xù)提供這樣的信息使得GU可以將值的改變與GU編程參數(shù)上的對(duì)應(yīng)改變匹配，或者以“閉環(huán)”方式來連續(xù)提供這樣的信息使得RU可以接收關(guān)于在GU側(cè)上的變化編程參數(shù)的信息，并且用關(guān)于接收和/或轉(zhuǎn)換的功率中的變化的信息進(jìn)行響應(yīng)。

存在用于逐句調(diào)試編程參數(shù)中的這些變化的許多方法?？梢允褂萌魏螖?shù)量的優(yōu)化技術(shù)來執(zhí)行基于這樣的(多個(gè))結(jié)果來調(diào)整這些參數(shù)以達(dá)到足夠的和/或最優(yōu)的性能水平。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，一些或所有GU元件的相位在其當(dāng)前值的任一方向上被少量調(diào)整，并且在RU處所得到的接收和/或轉(zhuǎn)換的功率被用于相應(yīng)地調(diào)整GU元件的相位。因此，假設(shè)編程的GU參數(shù)與接收和/或轉(zhuǎn)換的無(wú)線功率之間的關(guān)系不是一對(duì)多(即，相同的GU參數(shù)設(shè)置導(dǎo)致相同的功率傳輸)，則該算法以增加的到RU的無(wú)線功率傳輸?shù)霓D(zhuǎn)向的形式跨越參數(shù)空間。

在某些情況下，可以假定系統(tǒng)具有存儲(chǔ)器，即所得到的無(wú)線功率傳輸是當(dāng)前以及過去的編程參數(shù)的函數(shù)。在這種情況下，已知的起始點(diǎn)和完整的編程歷史可以用作編程參數(shù)。例如，在一種這樣的情況下，GU可以從無(wú)輸出功率開始，預(yù)編程所有全功率編程參數(shù)，并且隨后以預(yù)定方式接通和/或緩慢提高(ramping)GU元件功率，使得每組編程參數(shù)對(duì)應(yīng)于單組系統(tǒng)歷史(并且假設(shè)無(wú)功率起始情況擦除系統(tǒng)中的所有存儲(chǔ)器)?？梢允褂迷S多其它眾所周知的優(yōu)化算法，諸如采用要被優(yōu)化的參數(shù)作為唯一所需輸入的Nelder-Mead算法。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，使用關(guān)于變化中的每一個(gè)的效果的信息(即，它們的梯度)來修改算法。這種基于梯度的技術(shù)基于當(dāng)前編程參數(shù)周圍的變化率來調(diào)整編程參數(shù)，其中最常見的被稱為梯度下降算法。根據(jù)該算法，通過對(duì)參數(shù)中的每一個(gè)進(jìn)行小改變來確定當(dāng)前編程參數(shù)(即，梯度)周圍的變化。然后通過使用足夠小的步長(zhǎng)來對(duì)最陡峭梯度的方向上的當(dāng)前編程參數(shù)進(jìn)行改變來確定下一組編程參數(shù)，該步長(zhǎng)可以在梯度下降算法的實(shí)現(xiàn)期間被調(diào)整。

例如參考圖3B，在由可編程測(cè)試負(fù)載115選擇的任何負(fù)載值下由幅度/功率檢測(cè)器105檢測(cè)到的接收和/或轉(zhuǎn)換的功率與檢測(cè)到的幅度的平方和成比例。最小二乘優(yōu)化問題可以使用公知的最小二乘優(yōu)化算法來解決，諸如高斯-牛頓算法、Levenberg-Marquardt算法或其他合適的方法，其使用函數(shù)的梯度和雅可比(通過最小化檢測(cè)到的功率/平方值的和的負(fù)數(shù))。這些算法中的任何一個(gè)可以使用不同的起點(diǎn)多次應(yīng)用于轉(zhuǎn)向問題。如果選擇接近最優(yōu)點(diǎn)的起點(diǎn)，諸如可以通過先前掃描確定的起點(diǎn)，如上面參考多個(gè)局部最大值的存在所描述的，則這些算法是特別有用的。

此外，其導(dǎo)數(shù)或近似值可與其它技術(shù)一起使用。例如，另一種公知的方法是牛頓-雅可比算法，其需要目標(biāo)函數(shù)(接收/轉(zhuǎn)換的功率)的一階和二階導(dǎo)數(shù)?？梢酝ㄟ^在每個(gè)方向上將編程參數(shù)改變足夠小的量，使用接收/轉(zhuǎn)換的功率的變化來在數(shù)值上進(jìn)行近似。然后可以使用獲得的三個(gè)值來計(jì)算一階和二階導(dǎo)數(shù)的近似值。

根據(jù)另一示例性算法，改變一些或所有GU元件的幅度，以便優(yōu)化功率從(多個(gè))GU傳輸?shù)?多個(gè))RU的效率。例如，在GU和/或RU側(cè)使用具有不同偏振的單元天線可以導(dǎo)致一些元件對(duì)無(wú)線功率傳輸效率貢獻(xiàn)很小。因此，可以減少或禁用來自這種天線的發(fā)射功率，以提高整體無(wú)線功率傳輸效率。在另一示例中，可以通過改變GU元件幅度(也稱為變跡)來減少傳輸?shù)讲黄谕恢玫墓β?。在又一示例中，一些或所有GU元件的幅度也可以基于存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)查找表中的值而變化。在又一示例中，可以使用若干非線性最小化算法的Matlab^TM函數(shù)“fmincon”可以被用來實(shí)現(xiàn)朝向RU的波束控制。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的上述實(shí)施方式不限于使用接收和/或轉(zhuǎn)換的無(wú)線幅度和/或功率來將無(wú)線功率傳輸?shù)奈恢棉D(zhuǎn)向更接近(多個(gè))RU和/或大多最優(yōu)點(diǎn)的任何特定優(yōu)化方法。還應(yīng)當(dāng)理解，上述技術(shù)可以通過結(jié)合關(guān)于由可編程測(cè)試負(fù)載塊115使用的測(cè)試負(fù)載的信息來進(jìn)一步細(xì)化(例如，參見圖3B)。例如，在編程參數(shù)空間中的每個(gè)點(diǎn)處或在通過空間的一系列步驟之后，測(cè)試負(fù)載可以作為轉(zhuǎn)向算法的一部分而變化。

各種停止標(biāo)準(zhǔn)可被用來終止算法，并使用傳輸?shù)墓β世^續(xù)進(jìn)行。在算法搜索中的某一時(shí)刻處，有足夠的功率來為待上電設(shè)備供電，在該時(shí)刻處可以停止搜索，并且可以連接設(shè)備，使得可以開始充電?？蛇x地，可以連接設(shè)備，并且可以繼續(xù)轉(zhuǎn)向，因?yàn)槌騌U的無(wú)線功率的繼續(xù)搜索/轉(zhuǎn)向?qū)е赂嗫捎霉β省Ｔ撍惴ǖ牧硪粋€(gè)停止標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)檢測(cè)到接收/轉(zhuǎn)換功率的變化不足時(shí)終止。當(dāng)檢測(cè)到這種條件時(shí)，可以從初始GU編程參數(shù)的不同集合再次運(yùn)行算法，以解決目標(biāo)函數(shù)中存在可能的多個(gè)靜止點(diǎn)(即，當(dāng)存在接收/轉(zhuǎn)換的無(wú)線功率的若干局部最大值時(shí))。

基于使用無(wú)線功率應(yīng)用的環(huán)境或環(huán)境中的變化，可以采用其他組的停止標(biāo)準(zhǔn)。例如，RU相對(duì)于GU的快速移動(dòng)或干擾物體和/或活的生物體的移動(dòng)的檢測(cè)可以用作停止(并且可能終止)標(biāo)準(zhǔn)，特別是當(dāng)轉(zhuǎn)向算法沒有預(yù)期為最優(yōu)時(shí)(即，避免干擾障礙物或以足夠的速度和/或精度跟蹤運(yùn)動(dòng))。

許多起始準(zhǔn)則可以用于這樣的算法。起始準(zhǔn)則的示例是檢測(cè)環(huán)境中的變化，諸如但不限于新RU設(shè)備的出現(xiàn)(在握手之后)、用戶發(fā)起的開始對(duì)設(shè)備充電的請(qǐng)求(例如，當(dāng)“無(wú)線充電”應(yīng)用或app存在于設(shè)備上)、環(huán)境變化的檢測(cè)(諸如RU相對(duì)于GU的移動(dòng))、干擾物體和/或活的生物體的出現(xiàn)的檢測(cè)等。搜索算法的啟動(dòng)可以具有多個(gè)不同的基礎(chǔ)，例如，避免干擾物體、跟蹤相對(duì)移動(dòng)等。

如上所述，來自一個(gè)或多個(gè)幅度和/或功率檢測(cè)器的信息、來自信標(biāo)的范圍和/或位置信息和/或其組合可以用于確定一組最優(yōu)編程參數(shù)或檢測(cè)其他情況，諸如(多個(gè))RU與(多個(gè))GU的相對(duì)移動(dòng)或干擾物體和/或活的生物體等。還可以從感測(cè)和/或收集的主要信息導(dǎo)出其他信息，如下面進(jìn)一步描述的。

設(shè)置在RU中的幅度/功率檢測(cè)器可以包括定向耦合器、電壓計(jì)、電流計(jì)和/或峰值檢測(cè)器。設(shè)置在RU中的可編程測(cè)試負(fù)載電路可以包括可編程可變電阻和/或電抗。來自幅度/功率檢測(cè)器的信息可以一起使用或與其他信息組合使用。例如，結(jié)合由GU生成的幅度/功率信息(以提供關(guān)于由GU生成/發(fā)射的功率的量的信息)，可以計(jì)算功率傳輸和/或轉(zhuǎn)換效率，以優(yōu)化和增強(qiáng)無(wú)線功率傳輸效率。這樣的計(jì)算還可以用于檢測(cè)(多個(gè))GU和(多個(gè))RU的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(例如，接收/轉(zhuǎn)換的功率的變化相對(duì)于發(fā)射功率的不變)、基于檢測(cè)到的轉(zhuǎn)移效率的下降或增加的干擾物體和/或活的生物體的一次或周期性(例如，具有心跳或以某些速度移動(dòng)的活的生物體可以以某些、周期性或其它可檢測(cè)的方式影響轉(zhuǎn)移效率)的出現(xiàn)和/或消失等。

如上所述，GU和/或RU都可以使用一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器來檢測(cè)干擾物體和/或活的生物體的存在、出現(xiàn)、消失和/或移動(dòng)。特別地，活的生物體可以基于它們的生物活性(諸如心跳、熱生成、呼吸或特征性運(yùn)動(dòng))來檢測(cè)。此外，可以使用其他信息(諸如，例如生物體的大小和/或其速度)來確定生物體的類型(例如，寵物、嬰兒、成人、鳥類等等)。該系統(tǒng)可以在活的生物體的存在下不同地響應(yīng)，以使對(duì)這些有機(jī)體經(jīng)歷的RF波的暴露最小化?？梢允褂枚喾N不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，諸如例如通過減少傳遞的功率的總量、最小化和/或避免在特定方向或在存在活的生物體的位置中發(fā)送的功率量、關(guān)閉所有操作、生成警報(bào)以使有意識(shí)的生物(諸如寵物和成人)知道系統(tǒng)的操作等。

可以使用多種不同的系統(tǒng)來檢測(cè)這樣的生物體的存在、速度和大小。例如，紅外攝像機(jī)可以用于檢測(cè)由活生物體自身和/或通過其呼吸生成的熱，或者移動(dòng)的速度和類型。此外，他們的部分(手臂、腿、頭部和尾部等)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)可以用于區(qū)分活的生物體和無(wú)生命物體。諸如呼吸頻率和/或心跳的某些規(guī)律特征可以潛在地通過檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和/或反射功率改變的頻率來檢測(cè)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，這樣的系統(tǒng)可以用作無(wú)線功率傳輸?shù)囊徊糠?，以檢測(cè)干擾物體和/或活的生物體的存在、移動(dòng)、出現(xiàn)和/或消失。根據(jù)上述任何實(shí)施方式，這樣的系統(tǒng)可以存在于RU中，以與GU協(xié)作提供所需的功能。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，在從GU向RU發(fā)送RF功率之前，在RU和GU之間執(zhí)行握手。除了其他之外握手可以警告GU存在RU、定義用于進(jìn)一步通信的唯一標(biāo)識(shí)符(即，GU向RU分配唯一標(biāo)識(shí)符)、提供諸如RU的類型的信息(例如，智能設(shè)備、電話、平板電腦、通用電源等)以提供更好的無(wú)線功率服務(wù)、定義所需/可接受的最小和/或最大功率、設(shè)置操作頻率(假如生成單元可以在多個(gè)頻率下操作)、建立通信信道/協(xié)議的可用性以在任何給定情況下在合適和/或最優(yōu)的情況下達(dá)成一致、識(shí)別固件和軟件版本(例如，更新固件和軟件程序)等。GU、RU或兩者可以最初在一個(gè)或幾個(gè)信道上廣播它們的存在，并且一個(gè)或兩個(gè)可以發(fā)起通信。

為了發(fā)起握手、提供控制和執(zhí)行通信，GU、RU或二者通常包括或使用可用的處理和通信硬件/軟件。例如，如上所述，RU可以使用待上電的智能設(shè)備的通信能力。類似地，GU通常包括諸如WiFi、藍(lán)牙、Zigbee等的通信硬件以及由數(shù)字控制塊提供的處理能力，如上所述。廣播和握手功能可以使用諸如WiFi的公知協(xié)議中的任何一種來實(shí)現(xiàn)。可以在(多個(gè))GU和(多個(gè))RU之間交換各種信息，以便執(zhí)行無(wú)線功率轉(zhuǎn)向、協(xié)調(diào)動(dòng)作或其他相關(guān)任務(wù)。

最初，(多個(gè))GU、(多個(gè))RU和/或兩者可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)預(yù)定通信信道和方法來廣播它們的存在。這樣的方法包括在范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備的自動(dòng)配對(duì)(在藍(lán)牙的情況下稱為一般綁定)、在WiFi標(biāo)準(zhǔn)的情況下的SSID廣播(在這種情況下，(多個(gè))GU用作WiFi接入點(diǎn)，并且(多個(gè))RU登錄以建立通信)、其它連續(xù)和/或間歇性的廣播方法，其可以例如(i)自動(dòng)地或在用戶請(qǐng)求時(shí)，或(ii)在某些預(yù)定時(shí)間或作為預(yù)定條件的結(jié)果而發(fā)起，諸如不存在干擾物體和/或活的生物體以及指示存在和請(qǐng)求初始握手的信道。這些方法可以根據(jù)所需的環(huán)境使用各種級(jí)別的安全性。例如，GU可能需要使用安全的通信信道來防止未經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)備的攻擊。RU可能需要類似的方法來防止惡意攻擊者偽裝成(多個(gè))GU(例如，以干擾要被攻擊的設(shè)備的正確操作)。

存在許多用于建立和維持安全通信的已知方法，諸如RSA方法、Diffie-Hellman密鑰交換、預(yù)共享秘密密鑰或密鑰調(diào)度。在初始握手期間，還可以交換其他有用和/或所需的信息，諸如由(多個(gè))GU和/或(多個(gè))RU使用的硬件、固件和/或軟件版本以建立不同系統(tǒng)之間的兼容性、(多個(gè))RU的功率要求、(多個(gè))GU的總可用功率、在多個(gè)可用頻率的情況下使用的無(wú)線頻率的選擇，頻率、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和/或用于隨后通信的其它方法的選擇。

簽退協(xié)議(sign-off protocol)可以用于完成初始配對(duì)的相反操作。這些可以在各個(gè)單元上執(zhí)行，而(多個(gè))GU和(多個(gè))RU之間沒有交互(例如，當(dāng)單元脫離范圍時(shí))或者作為商定的簽退協(xié)議的一部分，無(wú)論由用戶發(fā)起的或由一種或多種環(huán)境情況(諸如干擾物體和/或活的生物體的出現(xiàn)和/或消失、移動(dòng)檢測(cè)或其他變化)確定的。

因此，(多個(gè))GU和/或(多個(gè))RU獲得并保持可用無(wú)線功率資產(chǎn)/目標(biāo)的記錄，并且當(dāng)檢測(cè)到對(duì)無(wú)線充電的需要時(shí)提供進(jìn)一步的信息。例如，可以有條件地發(fā)出對(duì)(多個(gè))RU的無(wú)線功率請(qǐng)求，諸如當(dāng)電池功率電平下降到某一水平以下時(shí)、或當(dāng)被檢測(cè)為處于充電路徑中的物體和/或活的生物體已經(jīng)消失時(shí)、或者已經(jīng)達(dá)到某些其它事件(諸如一天中的時(shí)間)時(shí)。這允許(多個(gè))GU在允許與(多個(gè))RU通信的各種待機(jī)模式中操作，但是禁用諸如干擾物體檢測(cè)的其他功能以節(jié)省功耗。

從(多個(gè))GU到(多個(gè))RU的轉(zhuǎn)向功率以無(wú)線方式開始于對(duì)功率傳輸?shù)恼?qǐng)求。在一些實(shí)施方式中，請(qǐng)求可以包括關(guān)于用于轉(zhuǎn)向無(wú)線功率的方法的附加信息。這樣的方法的示例包括上述的光柵掃描，其可以使用不同的優(yōu)化算法中的任何一個(gè)，而不管是否需要首先將功率引向RU，是否請(qǐng)求連續(xù)跟蹤(即，在移動(dòng)RU的情況下)等。該請(qǐng)求可以存在于初始通信握手中。所使用的特定無(wú)線功率傳輸可以由(多個(gè))RU的特定能力和/或環(huán)境條件來定義。根據(jù)一些實(shí)施方式，反饋信號(hào)從(多個(gè))RU傳送到(多個(gè))GU，或者反之亦然，以提供關(guān)于從GU到RU的功率傳輸?shù)男畔?。以下是將無(wú)線功率從GU轉(zhuǎn)向RU的算法或協(xié)議的示例：

·根據(jù)RU的請(qǐng)求，在RU和GU之間建立通信。GU還用作無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由器。RU登錄到由GU提供的WiFi接入點(diǎn)。

·GU向RU提供將在后續(xù)通信中使用的標(biāo)識(shí)符。

·轉(zhuǎn)向RU的無(wú)線功率由RU側(cè)的另一個(gè)用戶請(qǐng)求發(fā)起，并經(jīng)由WiFi接口傳送到GU。

·GU指示RU使用可用的測(cè)試負(fù)載之一。

·GU更改用于各個(gè)GU元件編程設(shè)置的編程參數(shù)。

·RU向GU提供接收的測(cè)量和轉(zhuǎn)換的功率。通過讀取RF至DC轉(zhuǎn)換元件的每一個(gè)的輸出處的一個(gè)或幾個(gè)(這是可配置的)轉(zhuǎn)換的DC電壓來定義接收功率。在可選實(shí)現(xiàn)中，通過計(jì)算這種電壓的平方來獲得對(duì)于接收功率的測(cè)量。

·GU算法逐句調(diào)試不同的編程設(shè)置，以提高功率傳輸效率。如果認(rèn)為有利的話，GU將向RU發(fā)出命令以在轉(zhuǎn)向過程期間在各個(gè)點(diǎn)處切換到不同的測(cè)試負(fù)載。

·GU算法在確定功率轉(zhuǎn)向不再能夠被改善后終止。可選地，一旦達(dá)到最小可接受功率電平，算法可終止。在由使用已知測(cè)試負(fù)載生成的功率定義的RU上可獲得最小可用功率測(cè)量。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線供電的流程圖900。在902處開始過程之后，在904處初始化GU和RU。接下來，為了開始功率輸送優(yōu)化過程，為由設(shè)置在GU發(fā)射器陣列中的GU元件(發(fā)射器天線)中的每一個(gè)發(fā)射的RF波選擇初始相位。在906處，記錄與GU當(dāng)前元件相關(guān)聯(lián)的相位。接下來，如果在908處確定任何其它GU元件的相位早前被改變，則在910處記錄對(duì)設(shè)備充電的RU處接收的RF功率。在912處，接收的RF功率可選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。接下來在914處，GU元件的相位增加一個(gè)步長(zhǎng)(例如，2π相可以被劃分為18個(gè)相等的步長(zhǎng))，并且在916處記錄接收的功率。在918處，接收的RF功率可選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。接下來在920處，GU元件的相位減少兩個(gè)步長(zhǎng)，并且在922處記錄接收的功率。在924處，接收的RF功率可選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。接下來在926處，在接收調(diào)整的(當(dāng)前RU)的RU中對(duì)實(shí)現(xiàn)來自先前三個(gè)調(diào)整的最高功率輸送的相位進(jìn)行編程。如果在928處確定當(dāng)前RU的相位從其先前設(shè)置改變，則在930處識(shí)別當(dāng)前元件并將其標(biāo)記為在908期間已經(jīng)改變以用于評(píng)估。接下來，在932處，選擇GU中的下一個(gè)元件用于評(píng)估和可能的調(diào)整，然后過程移動(dòng)到906。如果在928處確定當(dāng)前RU的相位沒有從其先前設(shè)置改變，則在932處，選擇GU中的下一個(gè)元件用于評(píng)估和可能的調(diào)整，然后過程移動(dòng)到906。在對(duì)設(shè)備無(wú)線供電的其它實(shí)施方式中，GU元件的相位通過2π相位被劃分為的一些或所有可用步長(zhǎng)遞增(或遞減)。例如，如果2π相位被分成18個(gè)相等的步長(zhǎng)，則GU元件的相位遞增(或遞減)18次，每次為標(biāo)稱為π/9(即，20度)的相位。

如果在908處確定其它GU元件的相位早前沒有被改變，則在934處改變?cè)赗F至DC轉(zhuǎn)換器的輸出處供應(yīng)的負(fù)載的量。接下來在936處，如果確定還沒有達(dá)到負(fù)載的最后值(例如，最低電阻負(fù)載)，則過程移動(dòng)到906。如果在936處確定已經(jīng)達(dá)到負(fù)載的最后值，則在938處，在938處關(guān)斷測(cè)試負(fù)載(即，與RU斷開)，并且在940接通要被供電的設(shè)備(連接到RU)。只要功率電平保持相對(duì)穩(wěn)定并且不顯著下降，則在942處，利用當(dāng)前設(shè)置繼續(xù)給設(shè)備供電。然而，如果在942處在RU處的功率量中存在下降，則該過程返回到906以確定用于GU元件的新的相位設(shè)置。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于跟蹤設(shè)備的流程圖1000。在1002處開始過程之后，為由設(shè)置在GU發(fā)射器陣列中的GU元件(發(fā)射器天線)的每一個(gè)發(fā)射的RF波選擇初始相位。在1006處，記錄與GU當(dāng)前元件相關(guān)聯(lián)的相位。接下來，如果在1008處確定任何其它GU元件的相位早前被改變，則在1010處記錄對(duì)設(shè)備充電的RU處接收的RF功率。在1012處，接收的RF功率可選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。接下來在1014處，GU元件的相位增加一個(gè)步長(zhǎng)(例如，2π相可以被劃分為18個(gè)相等的步長(zhǎng))，并且在1016處記錄接收的功率。在1018處，接收的RF功率可選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。接下來在1020處，GU元件的相位減少兩個(gè)步長(zhǎng)，并且在1022處記錄接收的功率。在1024處，接收的RF功率可選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。接下來在1026處，在接收調(diào)整的(當(dāng)前RU)的RU中對(duì)實(shí)現(xiàn)最高功率輸送的相位進(jìn)行編程。如果在1028處確定當(dāng)前RU的相位從其先前設(shè)置改變，則在1030處識(shí)別當(dāng)前元件并將其標(biāo)記為在1008期間已經(jīng)改變以用于評(píng)估。接下來，在1032處，選擇GU中的下一個(gè)元件用于評(píng)估和可能的調(diào)整，然后過程移動(dòng)到1006。如果在1028處確定當(dāng)前RU的相位沒有從其先前設(shè)置改變，則在1032處，選擇GU中的下一個(gè)元件用于評(píng)估和可能的調(diào)整，然后過程移動(dòng)到1006。

如果在1008處確定其他GU元件的相位早前沒有被改變并且跟蹤要繼續(xù)，則過程移動(dòng)到1006。如果在1008處確定其他GU元件的相位早前沒有被改變并且跟蹤不繼續(xù)，則該過程在1036處結(jié)束。

在一些實(shí)施方式中，設(shè)置在RU中的邏輯控制塊監(jiān)視DC至DC轉(zhuǎn)換器的操作。關(guān)于DC至DC轉(zhuǎn)換器的操作的信息或關(guān)于(多個(gè))GU和/或(多個(gè))RU的操作狀態(tài)的其它信息可以在(多個(gè))RU和(多個(gè))GU之間中繼，以優(yōu)化無(wú)線功率系統(tǒng)的操作和/或獲得其他操作優(yōu)點(diǎn)。

在一些實(shí)施方式中，RU可以發(fā)送一個(gè)或多個(gè)信標(biāo)音調(diào)以確定GU的正確編程設(shè)置。在這樣的實(shí)施方式中，在啟動(dòng)功率傳輸時(shí)，GU可以請(qǐng)求可由RU發(fā)送的一個(gè)或多個(gè)不同種類的一個(gè)或多個(gè)信標(biāo)音調(diào)。在其他實(shí)施方式中，RU可以在沒有明確的初始請(qǐng)求的情況下而是基于預(yù)定的、商定的無(wú)線功率傳輸協(xié)議來發(fā)起信標(biāo)傳輸。

在一些實(shí)施方式中，RU可以向GU發(fā)送其全球定位系統(tǒng)(GPS)坐標(biāo)或等效信息。GU可以使用關(guān)于RU的位置的信息以及除其他之外關(guān)于其自身位置、其取向和其元件的布局的信息，以確定最佳編程參數(shù)集合。在這種情況下，在開始功率傳輸時(shí)，這種信息在GU-RU通信信道上中繼。

本發(fā)明的上述實(shí)施方式是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的上述實(shí)施方式不受設(shè)置在恢復(fù)單元中的恢復(fù)元件的數(shù)量或類型的限制。本發(fā)明的上述實(shí)施方式不受阻抗變換/匹配塊、幅度/功率檢測(cè)器、RF負(fù)載匹配電路、RF至DC轉(zhuǎn)換器、可編程測(cè)試負(fù)載塊、DC至DC轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制塊控制的限制，其可以設(shè)置在恢復(fù)單元中。本發(fā)明的上述實(shí)施方式不受可用于形成恢復(fù)單元的集成電路或半導(dǎo)體襯底的數(shù)量的限制。其他修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的，并且旨在落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。