CN101288236A - 借助通信的功率传输系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种借助通信的功率传输系统，其具有基站，所述基站具有无线功率发射器、无线数据传输组件和无线数据接收组件。所述系统包含远程站，所述远程站具有用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电的功率采集器，和与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电的功率存储组件。或者，所述系统包含基站，所述基站具有以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率来传输功率的无线功率发射器，和无线数据通信组件。

Description

借助通信的功率传输系统、设备和方法
技术领域
本发明涉及借助通信进行的无线功率传输。更明确地说，本发明涉及其中所传输的功率处于任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率的借助通信进行的无线功率传输。
背景技术
当前，大多数RFID系统为无源的，这意味着其具有用于将操作功率(电磁场、电场或磁场)提供到指定范围内的接收器(标记)的发射器。此相同发射器还用于数据通信。图1中对此进行展示。
图1中描述的系统存在若干迭代形式。其中一些在图2和3中予以说明。
图2中，数据接收器与发射器分离但使用共享天线。图3展示发射器和接收器可使用不同天线。但在所有情况下，功率发射器和数据发射器并入到同一单元中。应注意，各图展示单个标记块，然而多个标记可接收操作功率并与所描绘的系统通信。
以引用的方式并入本文中的第6,289,237号美国专利“Apparatus for Energizinga Remote Station and Related Method”中提出了一种不符合图1-3所示的系统的系统。其描述了一种用于无线功率传输的系统，所述系统针对工业、科学和医疗(ISM)带中的操作功率使用专用发射器。数据收发器是设备的单独部件。明确地说，所引用专利中的图2展示将如何实施基站的实例。基站用于将操作功率和数据传输到远程站。所引用专利的图3中展示远程站的实例，所述图3展示用于接收操作功率并传输和接收数据的双带天线。本发明与第6,289,237号美国专利不同之处在于以下事实：所提出的远程站不是无源系统，从而意味着其包含功率存储装置且具有在基站不供应操作功率时进行操作的能力。所引用专利在第3栏第51-56行中明确地陈述，“本发明的优点之一是远程站4的功率源是基站2，且因此不需要与远程站4的硬连线或印刷电路物理连接。也不需要远程站4携带例如电池的电存储装置。”
发明内容
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统。所述系统包括基站，所述基站具有：第一无线功率发射器，其以第一频率传输功率；以及无线数据通信组件，其以不同于所述第一频率的第二频率进行通信。所述系统包括远程站，所述远程站具有：功率采集器(power harvester)，其用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电；以及功率存储组件，其与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电。
本发明涉及一种借助通信的功率传输设备。所述设备包括基站，所述基站具有：无线功率发射器，其以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率来传输功率；以及无线数据通信组件。
本发明涉及一种借助通信向具有天线的远程装置的功率传输设备。所述设备包括基站，所述基站具有：无线功率发射器，其带有具有r≥2D2/λ的范围的天线，其中r是功率发射器与远程装置之间的距离，D是功率发射器天线或远程装置天线的最大尺寸，且λ是功率频率(power frequency)的波长；以及无线数据通信组件。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括从基站的功率发射器以无线方式传输功率的步骤。存在与从功率发射器传输功率同时从基站的第一数据传输组件以无线方式传输数据的步骤。存在用远程站处的功率采集器将来自功率发射器的功率转换成直流电的步骤。存在将DC电流存储在与功率采集器通信的功率存储组件中的步骤。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率从基站的功率发射器以无线方式传输功率的步骤。存在与从功率发射器传输功率同时从基站的数据传输组件以无线方式传输数据的步骤。
本发明涉及一种借助通信向具有功率采集器和天线的远程装置传输功率的方法。所述方法包括从具有无线功率发射器的基站的功率发射器以无线方式传输功率的步骤，所述无线功率发射器带有具有r≥2D2/λ的范围的天线，其中r是功率发射器与远程装置之间的距离，D是功率发射器天线或远程装置天线的最大尺寸，且λ是功率频率的波长。存在与从功率发射器传输功率同时从基站的数据传输组件以无线方式传输数据的步骤。
本发明涉及一种用于借助通信的功率传输系统的方法。所述方法包括从基站以无线方式传输功率的步骤。用远程站的功率采集器将来自功率发射器的功率转换成直流电的步骤。存在将直流电存储在远程站的与功率采集器通信的功率存储组件中的步骤。存在用第二数据通信组件以无线方式从远程站传送数据的步骤，所述第二数据通信组件与功率采集器通信。在数据站处接收由远程站传输的数据的步骤，所述数据站远离基站和远程站。
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统。所述系统包括基站，所述基站具有无线功率发射器和第一无线数据通信组件(优选地包含无线数据传输组件与无线数据接收组件通信)。所述系统包括远程站，所述远程站具有：功率采集器，其用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电；以及功率存储组件，其与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电，所述远程站的操作独立于所述基站的操作。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括从基站的功率发射器以无线方式传输功率的步骤。存在与从功率发射器传输功率同时从基站的数据传输组件以无线方式传输数据的步骤。存在独立于所述基站的操作用远程站处的功率采集器将来自功率发射器的功率转换成直流电的步骤。存在将DC电流存储在与功率采集器通信的功率存储组件中的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输设备。所述设备包括基站，其具有以脉冲形式传输功率的无线功率发射器。所述设备包括第一无线数据通信组件。
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统。所述系统包括基站，所述基站具有无线功率发射器。所述系统包括远程站，所述远程站具有：功率采集器，其用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电；以及功率存储组件，其与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电；第二数据通信组件，其与所述功率采集器通信并以无线方式传送数据；以及核心装置组件，其与所述功率采集器通信。所述系统包括至少一个远离基站和远程站的数据站，其传送由数据收发器传送的第二数据。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括以脉冲形式从基站的功率发射器传输功率的步骤。存在以无线方式从基站的第一数据通信组件传送数据的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输设备。所述系统包括基站，所述基站具有传输功率的无线功率发射器和第一无线数据传输组件，其中所述功率发射器和数据传输组件每一者经优化用于其特定目的。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括以无线方式从基站的功率发射器传输功率的步骤。存在以无线方式从基站的数据传输组件传输数据的步骤。存在在远程站处以无线方式接收数据的步骤。存在用远程站处的功率采集器将来自功率发射器的功率转换成直流电的步骤。存在将DC电流存储在与功率采集器通信的功率存储组件中的步骤。存在将远程站移出功率发射器的范围的步骤。存在在远程站处于功率发射器的范围之外时，继续以无线方式在远程站处从基站接收数据的步骤。存在使远程站返回到功率发射器的范围中的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统。所述系统包括用于以无线方式传输功率和数据的构件。所述系统包括用于将来自传输构件的功率转换成直流电以及接收数据的远离所述传输构件的构件。
附图说明
附图中，说明本发明的优选实施例和实践本发明的优选方法，其中：
图1是现有技术的其中功率和数据处于同一单元中的当前无源RFID系统的框图。
图2是现有技术的与发射器分离的数据接收器的框图。
图3是现有技术的使用其自身天线的与发射器分离的数据接收器的框图。
图4是用于增加装置处的功率的脉冲功率方法的框图。
图5是其中每一部分具有其自身天线和电路的系统的框图。
图6是其中数据部分共享天线且可进行组合的系统的框图。
图7是使用一个天线用于功率、传输和接收的装置的框图。
图8是具有两个天线的装置的框图；其中一个天线用于通信且一个天线用于功率。
图9是具有专用于每一功能的天线的装置的框图。
图10是功率TX块的实施方案的框图。
图11是数据TX块的实施方案的框图。
图12是数据RX块的实施方案的框图。
图13是使用收发器和单个天线的装置块的实施方案的框图。
图14是使用收发器和单独的功率与数据天线的装置块的实施方案的框图。
图15是使用具有单独天线的数据发射器和数据接收器的装置块的实施方案的框图。
图16是展示13.56MHz ISM带发射极限的图解。
图17是展示AM信号的频谱的图解。
图18是展示叠加在FCC发射极限上且边带在发射极限上的经振幅调制信号的图解。
图19是展示叠加在FCC发射极限上且所有频率均处于规定内的经振幅调制信号的图解。
具体实施方式
现参看附图，附图中几幅图中所有相同参考标号表示类似或相同零件，且更明确地说参看图的图5和图6，展示了借助通信的功率传输系统10。系统10包括基站12，其具有：以第一频率传输功率的无线功率发射器14；以及以不同于所述第一频率的第二频率进行通信的第一无线数据通信组件11。通信组件11优选地包含无线数据传输组件16和无线数据接收组件18。系统10包括远程站20，其具有用于将来自所述功率发射器14的功率转换成直流电的功率采集器22，以及与所述功率采集器22通信并用于存储所述直流电的功率存储组件24，如图13所示。
优选地，所述远程站20包含与所述功率采集器22通信的第二数据通信组件。所述第二数据通信组件优选地包含用于以无线方式接收无线数据和传输数据的数据收发器26，以及与所述功率采集器22通信的核心装置组件28。功率发射器14优选地具有功率传输天线30，数据传输组件16具有数据传输天线32，且数据接收组件18具有数据接收天线34，如图5所示。
或者，所述功率发射器14具有功率传输天线30，且所述数据传输组件16和所述数据接收器44组件连接数据天线33到并共享所述数据天线33，如图6所示。数据收发器26和功率采集器22优选地连接到接收器天线37并共享所述接收器天线37，如图7所示。
或者，所述数据收发器26具有数据收发器天线35，且所述功率采集器22具有功率接收天线39，如图8所示。所述收发器优选地具有带有数据传输天线32的数据发射器48和带有数据接收天线34的数据接收器44，且所述功率采集器22具有功率接收天线39，如图9所示。
优选地，所述功率发射器14包含电源36、连接到所述电源36的频率产生器38和连接到所述电源36的RF放大器40，以及功率传输天线30，如图10所示。所述数据传输组件16优选地包含电源36、连接到所述电源36的处理器和存储器42，以及连接到所述数据传输天线32的数据发射器48，如图11所示。优选地，所述数据接收组件18包含电源36，和连接到所述电源36的处理器和存储器42，以及连接到所述数据接收天线34的数据接收器44，如图12所示。
本发明涉及一种借助通信的功率传输设备21。所述设备21包括基站，其具有以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率来传输功率的无线功率发射器14，以及第一无线数据通信组件11。所述通信组件11优选地包含无线数据传输组件16和无线数据接收组件18。理想地，边带的所需电平为零，其中零是所述所需电平。
本发明涉及一种借助通信向具有天线的远程装置的功率传输系统10。所述系统10包括基站12，其具有：无线功率发射器14，所述无线功率发射器14带有具有r≥2D2/λ的范围的天线，其中r是所述功率发射器14与远程装置之间的距离，D是功率发射器天线或远程装置天线的最大尺寸，且λ是功率频率的波长；以及无线数据通信组件11。所述通信组件11优选地包含无线数据传输组件16和无线数据接收组件18。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括从基站12的功率发射器14以无线方式传输功率的步骤。存在与从功率发射器14传输功率同时从基站12的数据传输组件16以无线方式传输数据的步骤。存在从基站12的无线数据接收组件18以无线方式接收数据的步骤。存在用远程站20处的功率采集器22将来自功率发射器14的功率转换成直流电的步骤。存在将DC电流存储在与功率采集器22通信的功率存储组件24中的步骤。优选地，所述功率传输步骤包含以第一频率从所述功率发射器以无线方式传输功率的步骤，且所述数据传输步骤包含以不同于所述第一频率的第二频率从所述数据传输组件以无线方式传输数据的步骤。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率从基站12的功率发射器14以无线方式传输功率的步骤。存在与从所述功率发射器14传输功率同时从所述基站12的数据传输组件16以无线方式传输数据的步骤。
优选地，存在从所述基站12的无线数据接收组件18以无线方式接收数据的步骤。优选地，存在用远程站20中的功率采集器22将来自所述功率发射器14的功率转换成直流电的步骤。优选地，存在将所述DC电流存储在与所述功率采集器22通信的功率存储组件24中的步骤。
本发明涉及一种借助通信向具有功率采集器22和天线的远程装置传输功率的方法。所述方法包括从具有无线功率发射器14的基站12的功率发射器14以无线方式传输功率的步骤，所述无线功率发射器14带有具有r≥2D2/λ的范围的天线，其中r是所述功率发射器14与远程装置之间的距离，D是功率发射器天线30或远程装置天线的最大尺寸，且λ是功率频率的波长。存在与从所述功率发射器14传输功率同时从所述基站12的数据传输组件16以无线方式传输数据的步骤。
优选地，存在通过所述基站12的无线数据接收组件18以无线方式接收数据的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统10。所述系统包括基站12，其具有无线功率发射器14。所述系统包括远程站20，其具有用于将来自所述功率发射器14的功率转换成直流电的功率采集器22，以及与所述功率采集器22通信并用于存储所述直流电的功率存储组件24，与所述功率采集器22通信并以无线方式传送数据的第二数据通信组件，以及与所述功率采集器22通信的核心装置组件28。所述系统包括至少一个数据站，其远离所述基站12和所述远程站20，并传送(优选地接收)由所述第二数据通信组件传送(优选地传输)的数据。
所述数据可包含音频和视频信号。所述基站12可包含无线数据传输组件16。所述基站12可包含无线数据接收组件18。所述远程站20可包含无线数据接收组件18。所述远程站20可包含键盘。所述数据站可包含计算机。或者，所述远程站20可包含传感器。
本发明涉及一种用于借助通信的功率传输系统10的方法。所述方法包括从基站12以无线方式传输功率的步骤。存在用远程站20的功率采集器22将来自功率发射器14的功率转换成直流电的步骤。存在将直流电存储在所述远程站20的与所述功率采集器22通信的功率存储组件24中的步骤。存在用第二数据通信组件以无线方式从远程站20传送数据的步骤，所述第二数据通信组件与所述功率采集器22通信。存在在数据站处接收由所述远程站20传输的数据的步骤，所述数据站远离所述基站12和所述远程站20。
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统10。所述系统包括基站12，其具有无线功率发射器14和第一无线通信组件11(优选地包含无线数据传输组件16与无线数据接收组件18通信)。所述系统包括远程站20，其具有用于将来自所述功率发射器14的功率转换成直流电的功率采集器22，以及与所述功率采集器22通信并用于存储所述直流电的功率存储组件24，所述远程站20的操作独立于所述基站12的操作。优选地，所述远程站20不将关于其操作的任何反馈提供到所述基站12。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括从基站12的功率发射器14以无线方式传输功率的步骤。存在与从所述功率发射器14传输功率同时从所述基站12的数据传输组件16以无线方式传输数据的步骤。存在独立于所述基站12的操作用远程站20处的功率采集器22将来自所述功率发射器14的功率转换成直流电的步骤。存在将所述DC电流存储在与所述功率采集器22通信的功率存储组件24中的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输设备21。所述设备21包括基站12，其具有以脉冲形式传输功率的无线功率发射器14。所述设备21包括无线数据通信组件16。
所述第一数据通信组件可在脉冲之间传输数据。所述第一数据通信组件优选地以最大波特率传输数据。所述设备21可包含与所述功率发射器14通信的功率传输天线30，所述脉冲通过所述功率发射器14来传输，以及与所述第一数据通信组件通信的数据通信天线，所述数据通过所述第一数据通信组件来传输。
本发明涉及一种借助通信传输功率的方法。所述方法包括以脉冲形式从基站12的功率发射器14以无线方式传输功率的步骤。存在以无线方式从所述基站12的第一数据通信组件传输数据的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输设备21。所述系统包括基站12，其具有传输功率的无线功率发射器14和第一无线数据传输组件16，其中所述功率发射器14和所述数据传输组件16每一者经优化以用于其特定目的。
本发明涉及一种用于借助通信传输功率的方法。所述方法包括以无线方式从基站12的功率发射器14传输功率的步骤。存在以无线方式从所述基站12的数据传输组件16传输数据的步骤。存在在远程站20处以无线方式接收数据的步骤。存在用所述远程站20处的功率采集器22将来自所述功率发射器14的功率转换成直流电的步骤。存在将所述DC电流存储在与所述功率采集器22通信的功率存储组件24中的步骤。存在将所述远程站20移出所述功率发射器14的范围的步骤。存在在所述远程站20处于所述功率发射器14的范围之外时，继续以无线方式在所述远程站20处从所述基站12接收数据的步骤。存在使所述远程站20返回到所述功率发射器14的范围中的步骤。
本发明涉及一种借助通信的功率传输系统10。所述系统包括用于以无线方式传输功率和数据的构件。所述系统包括用于将来自所述传输构件的功率转换成直流电以及远离所述传输构件接收所述数据的构件。所述传输构件可包含基站12。所述用于转换功率和接收数据的构件可包含远程站20。
在本发明的操作中，系统10将通信和功率组件分离为两个传输单元。第一发射器负责将操作功率提供到标记，而第二发射器只用于数据通信目的。由于这种分离的缘故，从功率发射器14接收操作功率的设备可能不再是RFID标记。由于这个原因，之前称为标记的设备现将被称为装置，且将包含功率存储组件24，例如(但不限于)电容器、电池或其它功率存储组件。应注意，操作功率发射器14和数据通信发射器/接收器两者均与所述装置结合使用。更明确地说，功率TX块用于将操作功率提供到所述装置。数据TX块用于将数据发送到所述装置，而数据RX块用于从所述装置接收数据。功率TX块、数据TX块和数据RX块可能或可能不处于同一机体中，这取决于最有利的配置。
系统10排除了对用有线连接来传递电荷的需要。电荷以电磁波或RF能量的形式传递。不应将本发明与通过电感耦合进行的功率传递混淆，所述电感耦合需要装置相对较接近功率传输源。本发明经设计以在远场区操作但将固有地在近场(电感)区以及远场区中接收功率。这意味着所述装置可在比通过电感方法传递电荷所实现的距离大的距离处接收功率。远场区界定为r≥2D2/λ，其中r是操作功率发射器14与所述装置之间的距离，D是操作功率传输天线30或装置天线的最大尺寸，且λ是操作功率频率的波长。例如，在915MHz处，波长为0.328米。如果将半波偶极用于操作功率的传输和接收，那么远场区距离r将界定为r≥2D2/λ，其中D是半波偶极天线的λ/2。因而，远场与近场边界界定为r＝2D2/λ＝2{λ/2)2//λ＝2λ/4＝λ/2。因此，给定实例的远场区为0.164米。
两个传输单元的分离允许每一发射器经优化以用于其特定目的。例如，以引用的方式并入本文中的第60/656,165号美国临时专利申请案“Pulse TransmissionMethod”中提议使用脉冲轮廓会由于整流器效率增加而增加接收器处可用的操作功率的量。脉冲轮廓的使用限制了装置的通信部分的带宽。这可通过观察图4而看出。
如果将数据通信内置于用于为装置提供功率的同一发射器中，那么在波形的关闭周期(t1到t2)期间将没有用于数据的载波。结果将是最大波特率减少，最大波特率在存在许多装置或大量数据时变得重要。本发明不受这些问题的影响。发射器可使用较有利的方法来进行操作功率传递，例如脉冲，而通信发射器可维持可能的最大波特率。以下各图展示将如何实施系统10。图5是将功率、数据传输和数据接收部分(每一者具有其自身天线和电路)分离的系统10。图6中，数据传输和数据接收单元使用同一天线且可组合为单个块。然而，功率发射器仍与通信设备分离。应注意。功率TX、数据TX和数据RX块每一者可由集成的微处理器或由与必需的块通信的单个微处理器控制。还可能用第一微处理器控制功率RX块，并用第二微处理器控制数据TX和数据RX块。所述两个微处理器可能或可能不彼此通信。功率TX、数据TX和数据RX块每一者也可具有或共享存储器和/或其它控制电路。
以引用的方式并入本文中的第6,289,237号美国专利“Apparatus for Energizinga′Remote Station and Related Method”中提议一种写图5和图6所示的系统有类似之处的系统。其描述了一种用于无线功率传输的系统，所述系统针对工业、科学和医疗(ISM)带中的操作功率使用专用发射器。数据收发器26是设备的单独部件。明确地说，所引用专利中的图2展示将如何实施基站12的实例。基站12用于将操作功率和数据传输到远程站。所引用专利的图3中展示远程站的实例，所述图3展示用于接收操作功率并传输和接收数据的双带天线。本发明与第6,289,237号美国专利不同之处在于以下事实：所提议的装置(远程站)不是无源系统，从而意味着其包含功率存储装置且具有在基站12不供应操作功率时进行操作的能力。所引用专利在第3栏第51-56行中明确地陈述：“本发明的优点之一是远程站4的功率源是基站2，且因此不需要与远程站4的硬连线或印刷电路物理连接。也不需要远程站4携带例如电池的电存储装置。”本发明在所述装置中包含功率存储装置以允许在比操作功率发射器14可向装置供应操作功率的距离大的距离处进行操作。因为通信距离通常将大于装置可接收操作功率时所处的距离，所以添加功率存储组件24允许装置在不从操作功率发射器14接收功率的同时继续操作和通信。在装置处于操作功率和通信范围以外的极少数情况下，添加功率存储组件24允许继续操作直到装置能够返回到通信和/或操作功率范围为止。这将需要装置包含处理器(例如(但不限于)微控制器或中央处理器单元)和/或存储器。
图5和图6所示的装置可采取许多不同形式。这些形式中的一些展示于图7-9中。应注意，图式展示单个装置块，然而多个装置可接收操作功率并与所描绘的系统通信。
图7类似于RFID标记，其使用同一天线来接收传入的操作功率并用于数据通信。图8是已将操作功率与数据通信部分分离的装置。图9具有用于接收操作功率、接收数据和传输数据的单独天线。所有这些装置均可用作本发明的一部分，且将包含功率存储组件24，例如(但不限于)电容器、电池或其它功率存储组件24。
图1-9中描述的块在先前技术中已充分说明。然而，本发明的块配置(图5-6)是独特的且提供对于例如操作功率和数据通信优化及规定制度的许多问题的有价值的解决方案。规定制度可包含(但不限于)政府规定、工业标准和健康及安全方针。所述规定、标准和方针可由例如(但不限于)FCC、其它政府机关、IEEE、ANSI、IEC、ISO或其它工业组织的团体来托管或推荐执行。
所示的块可以各种组件和配置来实施。图10展示可如何实施功率TX块的简单实例。此配置连同许多其它配置一起展示于以引用的方式并入本文中的美国第60/656,165号临时专利申请案“Pulse Transmission Method”中。数据TX和数据RX块可分别实施为如图11和12所示。
装置块可采取许多不同形式。图13-15说明可如何实施所述装置的一些实例。以引用的方式并入本文中的第60/688,587号美国临时专利申请案“PoweringDevices Using RF Energy Harvesting”给出可用于实施装置块的装置和配置的详细列表。图13中的装置块使用单个天线，这意味着RF采集块和数据收发器26块必须共享天线用于操作功率传输和用于数据通信。本发明使用一个频率(信道)用于操作功率传输且使用单独的频率(信道)用于数据通信。这意味着天线将需要为多频带天线或将必须具有足够宽的频带以将操作功率传输频率与数据传输频率合并。图13中，数据收发器26块必须能够经历数据在不影响RF采集块的情况下由天线俘获。这可以许多方式进行。一种方式将是(但不限于)将数据收发器26块调谐为数据传输频率，同时确保数据收发器26块相对于处于操作功率传输频率的RF采集块具有较高的阻抗。图14和图15实施起来较直接，因为操作功率传输频率和数据传输频率已限于单独天线，这避免了各块之间的干扰。核心装置组件28块可包含(但不限于)微处理器、微控制器、存储器和/或其它电子组件及传感器。应注意，本发明与第6,289,237号美国专利不同之处在于以下事实：本装置(远程站)不是无源系统，从而意味着其包含功率存储装置且具有在操作功率发射器14(基站)不供应操作功率时进行操作的能力。
本文件中描述的本发明的功能实例是经修改的无线键盘。未经修改的键盘包含两节AA电池，其用于运行逻辑和发射器以将关于键击的数据发送到连接到计算机的接收器。键盘经修改以包含用于接收操作功率的额外天线。操作功率从与数据接收单元分离的基站12传输并存储在大电容器中。在此情况下，系统的功率和通信部分是分离的。这是所描述的本发明的简化型式，因为其不将任何数据发送到装置。然而，如果必须将数据发送到键盘，那么其将从连接到计算机的数据基站12而不是从功率天线传输。在此实例情况下，应注意，本发明可以单向通信而不是图中描绘的双向通信来实施。在任一情况下，系统的功率和通信部分均是分离的。
本发明还可帮助装置满足某些规定规格。可通过察看13.56MHz ISM带可见此情况的实例。图16中展示FCC发射极限。
针对此带中的RFID标记的功率信号将在13.56MHz下传输，因为其是具有最高发射极限的带的中心。为了将数据添加到13.56MHz载波，在振幅或频率上调制载波频率。所述调制产生载波附近的信号的频谱中的边带频率。图17中可见经振幅调制(AM)信号的频谱。
边带频率(fc-fm和fc+fm)在载波(fc)以上或以下间隔调制频率(fm)。边带频率的量值(A*m/2)由调制因数(m)决定。调制因数从0到1变化，其中零对应于无调制，且一是指百分之一百调制。调制因数越大则越容易检测到数据，然而，边带频率的量值增长。如果经振幅调制的信号叠加在13.56MHz的FCC极限上，那么可见边带的电平将最有可能限制载波中的功率的量。这可见于图18中。
为了满足所述规定，必须减小发射器的功率以减小边带电平。这展示于图19中。
因为载波用于为装置提供功率，所以当减小功率电平以便符合FCC规定时装置将工作的范围减小。本发明通过从信号中去除调制而允许载波中的功率最大化。在单独带中将数据传输到装置和从装置接收数据以排除由于边带而导致的规定失效。载波功率的增加意味着装置能够在距询问发射器较大距离处接收操作功率。
尽管已出于说明的目的在以上实施例中详细描述了本发明，但应了解，此类细节仅用于所述目的，且所属领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可在其中作出变化，本发明的精神和范围以所附权利要求书所描述的为准。

Claims (42)

1.一种借助通信的功率传输系统，其包括：
基站，其具有以第一频率传输功率的无线功率发射器，以及以不同于所述第一频率的第二频率进行通信的第一无线数据通信组件；以及
远程站，其具有用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电的功率采集器，以及与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电的功率存储组件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程站包含与所述功率采集器通信并用于以无线方式通信的第二无线数据通信组件，以及与所述功率采集器通信的核心装置组件。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述功率发射器包含电源、连接到所述电源的频率产生器和连接到所述电源的RF放大器，以及功率传输天线。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一数据通信组件包含数据传输组件和数据接收组件。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述功率发射器具有功率传输天线，所述数据传输组件具有数据传输天线且所述数据接收组件具有数据接收天线。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述功率发射器具有所述功率传输天线，且所述数据传输组件和所述数据接收组件连接到数据天线并共享所述数据天线。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述数据传输组件包含电源、连接到所述电源的处理器和存储器，以及连接到所述数据传输天线的数据发射器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述数据接收组件包含电源，和连接到所述电源的处理器和存储器，以及连接到所述数据接收天线的数据接收器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第二无线数据通信组件包含与所述功率采集器通信并用于以无线方式接收无线数据及传输数据的数据收发器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述数据收发器和所述功率采集器连接到接收器天线并共享所述接收器天线。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述数据收发器具有数据收发器天线，且所述功率采集器具有功率接收天线。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述收发器具有带有数据传输天线的数据发射器和带有数据接收天线的数据接收器，且所述功率采集器具有功率接收天线。
13.一种借助通信的功率传输设备，其包括：
基站，其具有以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率来传输功率的无线功率发射器，以及第一无线数据通信组件。
14.一种借助通信向具有天线的远程装置的功率传输设备，其包括：
基站，其具有：无线功率发射器，所述无线功率发射器带有具有r≥2D2/λ的范围的天线，其中r是所述功率发射器与所述远程装置之间的距离，D是功率发射器天线或远程装置天线的最大尺寸，且λ是功率频率的波长；以及第一无线数据通信组件。
15.一种用于借助通信传输功率的方法，其包括以下步骤：
从基站的功率发射器以无线方式传输功率；
与从所述功率发射器的所述功率传输同时从所述基站的数据传输组件以无线方式传输数据；
用所述远程站处的功率采集器将来自所述功率发射器的功率转换成直流电；以及
将所述DC电流存储在与所述功率采集器通信的功率存储组件中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述功率传输步骤包含以第一频率从所述功率发射器以无线方式传输功率的步骤，且所述数据传输步骤包含以不同于所述第一频率的第二频率从所述数据传输组件以无线方式传输数据的步骤。
17.一种用于借助通信传输功率的方法，其包括以下步骤：
以任何边带均处于所需电平或所需电平以下时的频率从基站的功率发射器以无线方式传输功率；以及
与从所述功率发射器的所述功率传输同时从所述基站的数据传输组件以无线方式传输数据。
18.根据权利要求17所述的方法，其包含通过所述基站的无线数据接收组件以无线方式接收数据的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其包含用远程站中的功率采集器将来自所述功率发射器的功率转换成直流电的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其包含将所述DC电流存储在与所述功率采集器通信的功率存储组件中的步骤。
21.一种用于借助通信向具有功率采集器和天线的远程装置传输功率的方法，其包括以下步骤：
从具有无线功率发射器的基站的功率发射器以无线方式传输功率，所述无线功率发射器带有具有r≥2D2/λ的范围的天线，其中r是所述功率发射器与所述远程装置之间的距离，D是功率发射器天线或远程装置天线的最大尺寸，且λ是功率频率的波长；以及
与从所述功率发射器的所述功率传输同时从所述基站的数据传输组件以无线方式传输数据。
22.根据权利要求21所述的方法，其包含通过所述基站的无线数据接收组件以无线方式接收数据的步骤。
23.一种借助通信的功率传输系统，其包括：
基站，其具有无线功率发射器；
远程站，其具有用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电的功率采集器，以及与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电的功率存储组件，与所述功率采集器通信并以无线方式传送数据的第二数据通信组件，以及与所述功率采集器通信的核心装置组件；以及
至少一个数据站，其远离所述基站和所述远程站，且与所述第二数据通信组件一起传送数据。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述数据包含音频和视频信号。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述基站包含无线数据传输组件。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述基站包含无线数据接收组件。
27.根据权利要求23所述的系统，其中所述远程站包含无线数据接收组件。
28.根据权利要求23所述的系统，其中所述远程站包含键盘。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述数据站与计算机通信。
30.根据权利要求23所述的系统，其中所述远程站包含传感器。
31.一种用于借助通信的功率传输系统的方法，其包括以下步骤：
从基站以无线方式传输功率；
用远程站的功率采集器将来自功率发射器的功率转换成直流电；
将所述直流电存储在与所述功率采集器通信的所述远程站的功率存储组件中；
以无线方式从与所述功率采集器通信的所述远程站传输数据；以及
在数据站处接收由所述远程站传输的所述数据，所述数据站远离所述基站和所述远程站。
32.一种借助通信的功率传输系统，其包括：
基站，其具有无线功率发射器和第一无线数据通信组件，
远程站，其具有用于将来自所述功率发射器的功率转换成直流电的功率采集器，以及与所述功率采集器通信并用于存储所述直流电的功率存储组件，所述远程站的操作独立于所述基站的操作。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述远程站不将关于其操作的任何反馈提供到所述基站。
34.一种用于借助通信传输功率的方法，其包括以下步骤：
从基站的功率发射器以无线方式传输功率；
与从所述功率发射器的所述功率传输同时从所述基站的第一数据传输组件以无线方式传输数据；
独立于所述基站的操作用远程站处的功率采集器将来自所述功率发射器的功率转换成直流电；以及
将所述DC电流存储在与所述功率采集器通信的功率存储组件中。
35.一种借助通信的功率传输设备，其包括：
基站，其具有以脉冲形式传输功率的无线功率发射器，以及第一无线数据通信组件。
36.根据权利要求35所述的设备，其中所述第一数据通信组件在所述脉冲之间传输数据。
37.根据权利要求35所述的设备，其中所述第一数据通信组件以最大波特率传输数据。
38.根据权利要求37所述的设备，其包含与所述功率发射器通信的功率传输天线，所述脉冲通过所述功率发射器来传输，以及与所述第一数据通信组件通信的数据通信天线，所述数据通过所述第一数据通信组件来传送。
39.一种用于借助通信传输功率的方法，其包括以下步骤：
以脉冲形式从基站的功率发射器以无线方式传输功率；以及
以无线方式从所述基站的第一数据通信组件传送数据。
40.一种借助通信的功率传输设备，其包括：
基站，其具有传输功率的无线功率发射器和第一无线数据传输组件，其中所述功率发射器和所述数据传输组件每一者经优化以用于其特定目的。
41.一种用于借助通信传输功率的方法，其包括以下步骤：
以无线方式从基站的功率发射器传输功率；
以无线方式从所述基站的数据传输组件传输数据；
在远程站处以无线方式接收所述数据；
用所述远程站处的功率采集器将来自所述功率发射器的功率转换成直流电；
将所述DC电流存储在与所述功率采集器通信的功率存储组件中；
将所述远程站移出所述功率发射器的范围；
在所述远程站处于所述功率发射器的范围之外时，继续以无线方式在所述远程站处从所述基站接收数据；以及
使所述远程站返回到所述功率发射器的范围中。
42.一种借助通信的功率传输系统，其包括：
用于以无线方式传输功率和数据的构件；以及
用于将来自所述传输构件的功率转换成直流电以及远离所述传输构件接收所述数据的构件。
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