CN105765821A - 用于无线电力输送的发生器单元 - Google Patents

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Abstract

一种向无线装置无线地输送电力的RF信号发生器，所述RF信号发生器部分地包括生成由多个天线传输的多个RF信号的多个生成元件、无线信号接收器以及控制单元，所述控制单元根据由所述接收器接收的信号控制所述RF信号的相位和/或振幅。由所述接收器接收到的信号部分地包括表示第一无线装置接收的RF功率的量的信息。所述RF信号发生器还部分地包括检测器，所述检测器检测通过由所述天线传输的RF信号的散射或反射所产生的RF信号。所述控制单元还根据由所述检测器检测的信号控制所述RF信号的相位和/或振幅。

Description

用于无线电力输送的发生器单元
相关申请的交叉引用
根据35USC119(e)，本申请要求在2013年11月22日提交的题为“GeneratorUnitForWirelessPowerTransfer”的美国临时专利申请第61/908,018号以及2013年12月24日提交的题为“ArchitecturesforGenerationUnitsForWirelessPowerTransfer”的美国临时专利申请第61/920,733号的在35USC119(e)下的权益，该两个临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及且要求2013年11月12日提交的共同受让的题为“SmartRFLensing：Efficient，DynamicAndmobileWirelessPowerTransfer”的申请序列号14/078,489的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
发明背景
在硅处理中的进步已经实现了复杂系统在单个小功率芯片上的集成。此类系统的低成本和低功耗已为便携式电子装置带来增值。为了工作，此类装置必须频繁插入到电源插座中以充电。
无线电力传输可使用电感耦合或电磁波来实现。电感耦合可以在短距离内传送电力。电磁(EM)波可用于在更长距离内传输电力。电感耦合和EM波二者都会致使在接收器处生成交流电流(AC)。
发明概述
根据本发明的一个实施例，RF信号发生器适于向第一无线装置无线输送电力，RF信号发生器部分地包括适于生成由多个天线传输的多个RF信号的多个生成元件、无线信号接收器以及控制单元，控制单元适于根据由接收器接收的信号控制由生成元件生成的RF信号的相位。由接收器接收的信号部分地包括表示第一无线装置从RF信号发生器接收的RF功率的量的信息。
在一个实施例中，控制单元还适于控制由生成元件生成的RF信号的振幅。在一个实施例中，RF信号发生器适于使用时域多路复用向第一无线装置无线输送电力。在一个实施例中，在一个实施例中，RF信号发生器还适于同时向第二无线装置和第一无线装置供电。在一个实施例中，RF发生器适于使用时域多路复用向第一和第二无线装置供电。
在一个实施例中，RF信号发生器还部分地包括第二多个生成元件，每个生成元件适于生成RF信号。控制单元还适于使第一多个生成元件或第二多个生成元件在给定时间段期间生成RF信号。在一个实施例中，第一和第二多个生成元件中的每个根据由控制单元所提供的参考定时信号生成RF信号。
在一个实施例中，RF信号发生器还部分地包括检测器，检测器适于检测通过由第一多个天线传输的RF信号的散射或反射所产生的RF信号。在一个实施例中，控制单元还适于根据由检测器检测的信号来控制由第一多个RF信号生成元件中的每个生成的RF信号的相位或振幅。在一个实施例中，检测器还适于检测沿由第一多个天线传输的RF信号的路径所放置的物体或生物体的存在。
在一个实施例中，RF信号发生器被集成在半导体基板上。在一个实施例中，RF信号发生器适于以模块化的方式接收第二多个生成元件，以使得控制单元能够根据接收器从第一无线装置接收的信号来控制由第二多个RF信号生成元件中的每个所生成的RF信号的相位或振幅。在一个实施例中，RF信号发生器还部分地包括多个控制锁定环，其适于提供用于改变由RF信号生成元件生成的RF信号的相位的定时信号。在一个实施例中，RF信号发生器还部分地包括多个相位旋转器，其适于改变由RF信号生成元件生成的RF信号的相位。在一个实施例中，参考定时信号经由树形分布网络被传送至所述第一和第二多个生成元件。
根据本发明的一个实施例的使用射频(RF)信号向第一无线装置供电的方法，该方法部分地包括，经由第一多个天线传输第一多个RF信号，从第一无线装置接收信号，以及根据从第一无线装置接收的信号控制第一多个RF信号的相位。从第一无线装置接收的信号包括表示第一无线装置接收的RF功率的量的信息。
根据一个实施例，该方法还部分地包括根据从第一无线装置接收的信号控制由第一多个天线所传输的RF信号的振幅。根据一个实施例，该方法还部分地包括利用时域多路复用传输第一多个RF信号。根据一个实施例，该方法还部分地包括传输第二多个RF信号以同时向第二无线装置和第一无线装置供电。根据一个实施例，该方法还部分地包括根据由控制单元所提供的参考定时信号传输第一和第二多个RF信号。
根据一个实施例，该方法还部分地包括检测通过第一多个天线传输的RF信号的散射或反射所产生的散射RF信号。根据一个实施例，该方法还部分地包括根据所检测的RF信号控制第一多个RF信号的相位。根据一个实施例，该方法还部分地包括检测沿第一多个RF信号的路径所放置的物体或生物体的存在。
根据一个实施例，该方法还部分地包括经由在半导体基板上形成的第一多个生成元件生成第一多个RF信号。半导体基板还包括从第一无线装置接收信号的接收单元以及控制第一多个RF信号的相位的控制器。根据一个实施例，该方法还部分地包括经由设置在生成单元中的第一多个生成元件生成第一多个RF信号，该生成单元适于以模块化方式接收第二多个生成元件。第二多个生成元件生成第二多个RF信号。
根据一个实施例，该方法还部分地包括根据由一个或多个控制锁定环所生成的定时信号控制第一多个RF信号的相位。根据一个实施例，该方法还部分地包括使用多个相位旋转器控制第一多个RF信号的相位。根据一个实施例，该方法还部分地包括使用经由树形分布网络所传送的定时信号控制第一和第二多个RF信号的相位。
附图简述
图1是根据本发明的一个示例性实施例的适于经由射频(RF)电磁波向接收单元无线输送电力的生成单元的框图。
图2是根据本发明的另一示例性实施例的适于经由RF电磁波向接收单元无线输送电力的生成单元的框图。
图3是RF电力发电机的输电效率的示例性计算机仿真。
图4是根据本发明的一个示例性实施例的在电力从生成单元向接收单元输送期间的周期的示例性时序图。
图5是根据本发明的一个示例性实施例的用于从生成单元向多个接收单元输送电力的示例性时域多路复用周期。
图6A示出根据本发明的一个示例性实施例的具有设置在其中的多个生成元件和接收器的生成单元。
图6B示出根据本发明的一个实施例的响应于检测到人、宠物、其它环境变化或情况由生成单元所生成的瞬时功率中的示例性变化。
图7是根据本发明的一个实施例的协作地操作以无线传送电力的一对生成单元的示意图。
图8是根据本发明的一个示例性实施例的生成元件的示意性框图。
图9是根据本发明的一个示例性实施例的生成元件的示意性框图。
图10A是设置在生成元件中并且其功率可通过改变可变电阻器的电阻来改变的功率放大器的框图。
图10B是设置在生成元件中并且其功率可通过改变电源电压来改变的功率放大器的框图。
图11示出根据本发明的一个示例性实施例的向设置在生成单元中的多个生成单元模块分发参考定时信号的示例性配电网。
图12是根据本发明的另一示例性实施例的适于经由RF电磁波向接收单元无线输送电力的生成单元模块的框图。
图13A-13D示出根据本发明的一些示例性实施例的通过其多个生成元件可被布置为形成生成单元的多个不同配置。
发明详述
根据本发明的实施例，电力适应性地从一个或多个电磁波的源(在本文中也称为生成单元)被无线输送至一个或多个接收单元(在本文也称为回收单元或装置)，该一个或多个接收单元适于将所接收到的射频(RF)EM电力转换为直流(DC)电力。此类装置包括例如蜂窝电话、平板计算机、电动牙刷、计算机鼠标、安全摄像头、烟雾报警器、在危险区域中的测量设备、机器人等。如下面进一步描述的，本发明的实施例在多个配置中在短距离或中等距离内输送电力。
根据本发明的一个方面，生成单元可经重新配置并适应于使RF功率能够被定位在空间中以使从生成单元到接收单元的电力传输最大化并使通过辐射的RF功耗最小化。这使得接收单元能够在不影响传送效率的情况下在物理上是相对小的。
因为根据本发明的实施例的生成单元可自适应控制以改变用于RF功率传输的路径，因此，甚至在存在多路径效应的情况下也得以实现无线电力输送的本地化。生成单元还可适于跟踪接收单元并导致在周围环境中的障碍物的反射。
图1是根据本发明的一个示例性实施例的生成单元(GU)100的框图，生成单元(GU)100适于经由射频(RF)电磁(EM)波向接收单元170无线地输送电力。GU100被示出为包括控制单元120、接收器150和多个电力生成元件1101、1102、1103、1104、...、110N，其中，N是大于1的整数。控制单元320被配置为控制生成元件的操作。例如，在一个实施例中，控制单元120独立地控制由每个生成元件110i所生成的RF信号的相位和/或振幅，其中，i是范围从1至N的整数。控制单元120也适于执行诸如无线电力传输的优化的其它功能。
每个生成元件110i(也称为生成元件110)被示出为与天线130i耦合。通过独立地调节由每个生成元件110i所生成的RF信号的相位和/或振幅，控制单元120使GU100以最佳方式传送RF功率，如下面且在专利申请号为14/078,489中所述，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。在一个实施例中，GU100被集成在半导体基板上。虽然在图1中每个生成元件110被示出为与天线相关联，但是应当理解，在其它实施例中多个生成元件110可共享相同的天线，其中每个生成元件110沿预定义的极化方向驱动所共享的天线。虽然在图1中每个生成元件110被示出为与单个天线相关联，但是应当理解，在其它实施例中生成元件110可与多个天线相关联。
图2是根据本发明的另一示例性实施例的适于无线传送电力的GU200的框图。GU200被示出为包括控制单元120和多个电力生成单元模块2501、...、250M，其中，M是大于1的整数。每个生成单元模块250i被示出为包括多个生成元件2101、2102、...、210N，其中，N是大于1的整数。每个生成单元模块250i也包括RF信号生成电路215j，接收器3(其中，j是范围从1至M的整数)、接收器150j以及可选的本地控制单元220j。虽然在图2中每个生成元件210i(也被称为生成元件210)被示出为与相关联的天线耦合，但是应当理解，在其它实施例中，多个生成元件210可共享相同的天线，其中每个生成元件210沿预定义的极化方向驱动所共享的天线。虽然在图2中每个生成元件210被示出为与单个天线相关联，但是应当理解，在其它实施例中生成元件210可与多个天线相关联。
控制单元120是主控制单元，其适于经由控制信号元件_控制(element_control)独立地控制并改变由每个生成单元模块250j的每个生成元件210i所生成的RF信号的相位和/或振幅。每个本地控制单元220j适于响应于由控制单元210所生成的信号本地_控制(local_control)来控制设置在该生成单元模块中的生成元件2101、2102、...、210N的操作。例如，在一个实施例中，通过也设置在该生成单元模块(例如，本地控制单元2201)中的相关联的本地控制单元220j控制由设置在生成单元模块(例如，生成单元模块2501)中的生成元件210i所生成的RF信号的相位/振幅的进一步优化。每个生成单元模块250j的RF信号生成块215j响应于由控制单元120所提供的定时信号，向设置在该生成单元中的生成元件2101、2102、...、210N提供参考定时信号。在一个实施例中，如下面所进一步描述的，每个RF信号生成块215j可以是频率/相位锁定环、延迟锁定环或任何其它控制锁定环或生成参考定时信号的可调延迟电路。
在一些实施例中，部分地响应于由生成单元的相关联的本地控制单元220j所发出的命令/数据，执行每个生成单元模块250j的生成元件2101、2102、...、210N所共有的许多操作。因此，每个生成单元250j的每个生成元件2101、2102、...、210N可由本地控制单元220j单独控制或由所有生成单元250j共用的控制单元120控制。
根据本发明的一个方面，通过独立地控制由每个生成单元模块250j的每个生成元件2101、2102、...、210N(可选地且统一称为生成元件210)所生成的RF信号的相位和/或振幅，传送至接收单元170的RF功率可被最大化。
为实现这种最大化，接收单元170向GU传输信号，该信号包括关于接收单元正从GU接收的电力的量的信息。通过接收单元传输的信号由设置在GU中或设置在GU中的生成单元模块中的接收器150接收。例如，在如图1和图2所示的一个实施例中，为了在接收单元在由GU覆盖的范围内移动时保持最佳电力输送，接收单元广播信号功率_FB(Power_FB)，其包括分配给接收单元的唯一标识符以及表示接收单元正在接收的电力的量的信息。由接收单元传输的信号还可通知生成单元接收器在生成单元的附近并准备好接收电力。由接收单元传输的信号还可识别接收单元的装置类型，诸如机器人、鼠标等。如下面进一步描述的，在接收单元和生成单元之间的无线通信可根据任一通信协议来执行。
GU接收并使用在信号功率_FB(Power_FB)中的信息以适应性地改变由生成元件210所传输的RF信号的相位和/或振幅，以保持和/或最大化至接收单元的电力输送和/或输送效率。可使用许多常规的算法，诸如Nelder-Mead、梯度下降法、牛顿-拉夫逊方法，以实现这种优化。
在向单个接收单元供电时，并假设每个生成元件210具有恒定电阻，控制单元120的自适应控制可根据具有最优解的二次规划来执行。对于此类二次规划，存在多种众所周知的解决方案。
为广播关于所接收的电力的信息，接收单元可使用任何无线通信协议，无论其目前存在还是未来开发的。例如，在一个实施例中，IEEE802.11无线局域网(WLAN)标准可供接收单元用来向GU发送信号以指示接收单元正在从GU接收的电力。在其它实施例中，该通信可使用例如蓝牙、Zigbee等来执行。在其它实施例中，GU可作为WLAN服务器来操作以在多个接收元件之中选择与其建立通信的接收元件。在GU之间的配合它们的操作的通信也可经由双向无线通信网络来处理。该通信链路也可被接收单元用来广播接收单元的ID，并通知GU接收器准备好接收电力。识别接收单元的装置类型以及在接收单元和GU(多个GU)之间的任何其它通信的信号也可使用此类通信链路来执行。
在一些实施例中，根据生成单元模块相对于彼此的物理布置和位置，生成单元模块可被促成按顺序传输电力。在一些实施例中，在未检测到接收单元时，GU使在GU不传输RF信号期间进入省电模式。图3是沿在x-y平面中的不同位置的由5x3阵列的接收单元接收的RF信号的电力传输效率的示例性仿真。RF信号发生器被仿真以包括放置在接收单元的2米之上的27x43阵列的生成单元。如从图3可以看出，例如，在生成单元被仿真以在接收单元正上方时(分别在x坐标的3.8米和y坐标的1.7米处)，功率效率被示出是0.7。
由GU生成的RF功率的量可被控制以优化传输效率、满足接收元件的电力要求和/或限制可在所传输的RF信号的路径中的瞬态对象和/或生物体反射的电力。此外，根据本发明的一个方面，时间多路复用技术(时域多路复用)用于将电力从GU输送至一个或多个接收单元。根据这个技术，在向单个接收单元供电时，GU被控制以便在特定时段期间生成并传输电力并在其它时段期间不生成电力。因此，所输送的平均功率通过切换由GU生成的RF功率的占空比来控制。
图4是示出电力从GU250输送至接收单元170期间的周期的示例性时序图。还示出传送至接收单元的平均功率。图5是示出用于将电力从GU250传送至三个不同的接收单元1701、1702和1703的时域多路复用周期的另一示例性时序图。如图所示，在大致由时间(t2-t1)、(t5-t4)、...、(t2+3k-t1+3k)定义的周期期间，电力被传送至接收单元1701，其中k是整数。在大致由时间(t3-t2)、(t6-t5)、...、(t3+3k-t2+3k)定义的周期期间，电力被传送至接收单元1702。在大致由时间(t4-t3)、(t7-t6)、...、(t4+3k-t3+3k)定义的周期期间，电力被传送至接收单元1703。虽然未在图5中明确示出，但是应当理解，电力可以在定时周期的任一者期间被同时传送给多于一个装置。在一个示例中，GU250可对应于图1的生成单元100或图2的生成单元200。
图6A示出具有设置在其中的多个生成元件210和检测器190的GU275。根据本发明的实施例，在检测器190检测移动或感测其正在检测的电力的量的变化时，其可以调节其相关联的生成元件生成的电力的量。检测器190还适于部分地响应于人或宠物的心跳速率而检测他们的存在。因此，根据本发明的实施例，无线发电机组能意识到其工作的环境。例如，在图6A中，假设生成单元275已经检测到生物体(图6A中的狗)在其传输路径中的存在。响应于检测，生成单元可关闭或降低其传输的RF信号的功率或以其它预定和可能的用户定制方式响应。一旦生成单元检测到狗已移出信号路径，它就增加其输出功率。图6B示出响应于检测到人、宠物或其它环境变化而由GU2750生成的瞬时功率的示例性变化。
控制经由占空比所传送的电力以将RF信号引导至接收单元(多个接收单元)提供了多个优点。首先，其导致GU(多个GU)在近乎最佳效率处以瞬时满输出功率来操作。其次，由于通过接收单元所接收的电力在电力传送周期期间最大化，因此对接收单元(多个接收单元)的灵敏度的要求是不严格的。此外，设置在每个生成元件的输出级中的功率放大器导致有可能以较小的电压、电流和温度应力操作。输出功率生成效率通常在相对高的瞬时输出功率处也得以改善。在使用时域多路复用输送电力时，用于自适应控制GU的总时间通过占空比而减少。不过，由于接收单元的任何移动往往是相对慢的，因此相对较慢的自适应反馈控制是足够的。此外，由于占空比传输的电力包含占空比信息，因此接收单元(多个接收单元)意识到占空比并能向生成单元正确通知接收单元(多个接收单元)正在接收的电力的量。
根据本发明的一个方面，所生成/传输的电力经由在每个生成元件中的输出功率控制技术来直接改变。控制每个生成元件的输出功率独立地增强将所传输的电力聚焦到空间中的某点或多个点的精度。此外，与时域多路复用相比，实现了生成单元(多个生成单元)的更快自适应反馈控制。
图7示出根据本发明的另一实施例的一致操作以优化输送向接收单元350的电力传送的多个生成单元3001、...、300N。每个生成单元部分地包括控制单元、接收器和多个生成元件，例如如图1和图2所示。生成单元可被安装在不同的物理位置中。例如，生成单元3001可被安装在天花板上，生成单元3002可被安装在房间的相邻壁上，而其它生成单元可被安装在不同的房间或位置中。
根据本发明的一个方面，设置在生成单元中的控制单元协作并实施协议以优化向接收单元350的电力传送。为实现这点，根据本发明的一个方面，生成单元建立通信链路并改变它们所生成的电力的量，直到它们共同传送至接收单元350的功率效率达到最大值。此外，在接收装置从一个位置移到另一位置时，支配生成单元的操作的越区切换协议可选择经最佳放置以在其新位置处向接收装置供电的一或多个其它生成单元。例如，在协议可选择GUs300的第一子集以在接收装置的第一位置处向接收装置供电时，在接收装置移到另一位置时，协议可选择GUs300的第二子集以向接收装置供电。根据又一方面，设置在生成单元中的控制单元建立通信链路，以同步它们使用的参考定时信号以改变它们传输RF信号的相位，从而最大化向接收单元的电力传送效率。
图8是根据本发明的一个示例性实施例的生成元件400的示意性框图。生成元件400可对应于在图1中示出的生成元件110或在图2中示出的生成元件210。生成元件400被示出为部分地包括放大器402、412、416、RF扼流圈/3dB衰减器块404、传输线406、二极管408以及级间匹配电路414。放大器402放大输入RF信号RF输入。RF扼流圈/3dB衰减器块404阻止放大器402的输出信号流入偏置电压V偏置并减少由于阻抗不匹配所造成的放大器402的性能变化。在一个示例中，传输线406具有70欧姆的阻抗和54°的往返延迟。传输线406增加在放大器402的输出信号的相移上的控制。反向偏置二极管408的电容也用于控制RF信号的相位延迟。通过改变电源电压V偏置，反向偏置二极管408的电容并因此RF信号的相位延迟可改变。因此，传输线406和二极管408一起生成传送至放大器412的RF信号中的相位延迟的所需量。在一些实施例中，电感元件可用于替换二极管408以改变RF信号的相位。
放大器402和412共同保持RF信号的增益，其基本上独立于由传输门406和二极管408所引起的相位。级间匹配414使在放大器412的输出端处看到的阻抗和在功率放大器416的输入端处看到的阻抗匹配。通过改变由可变电压电源V栅极所提供的电压，可改变由放大器416传输的RF信号的振幅以及由此的功率。因此，生成元件400适于改变其传输的RF信号的振幅和相位二者。
根据本发明的一个方面，生成元件包括RF检测器，RF检测器用于检测由生成元件所生成且由周围物体所散射的输出电压以及由入射到与生成元件耦合的天线上的任何RF信号所生成的电压。在电力传输期间，该功能允许监测所生成信号的相位和振幅。在不在传输电力时，由其它生成元件传输的功率信号或它们在障碍物、人或宠物的反射可以被检测，以允许系统意识到环境。例如，如果例如人或宠物被检测到，则可以限制最大输出功率。
检测所生成的/传输的输出功率和/或由物体和/或生物体反射回去的功率具有多种优点，尤其是对于提供自适应或智能解决方案。例如，在物理环境中的临时或静态障碍物可以被检测到以调节GU(多个GU)的操作。此外，检测生物体的存在允许调节和控制所生成/传输的电力以提高整体电力传输效率和/或对用户偏好做出回应。除了其它因素之外，反射通常随着生物体的心跳、呼吸和/或运动呈现周期性，并且例如可以通过检测反射的信号中的多普勒频移来检测。
图9是根据本发明的另一示例性实施例的生成元件500的示意性框图。生成元件500可对应于图1中所示的生成元件110、图2中所示的生成元件210或图12中所示的生成元件710。输入RF信号的同相和正交相位分量，即信号RF_输入/I和RF_输入/Q，分别通过缓冲器502、504进行缓冲并被施加于相位旋转器和振幅控制块506，其继而响应于使用笛卡尔加法由公用数字接口块550所生成的信号Ctrl改变接收到的信号的相位和/或振幅。相位旋转器和振幅控制块506的输出信号通过缓冲器508缓冲、通过功率放大器510放大并由天线418经由输出网络512传输。所传输的信号的振幅也可以通过改变经由通过公用数字接口块550所生成的控制信号功率_控制(Power_Ctrl)施加至功率放大器512的偏置电压来改变。
输出网络512还适于检测由于其所传输的RF信号的散射和反射所生成的RF信号以及入射到天线418上的任何其它RF信号。可通过关闭功率放大器512检测的散射信号通过输出网络512的双向输入/输出端I/O来接收并被传送至斩波器(斩波电路)560。斩波器560适于使其接收的RF信号的频率平移诸如例如5MHz。使用斩波器560的输出信号，混频器530利用输入RF信号RF_in/I(通过缓冲器502、530提供给混频器)将接收到的信号下变频并将频率下变频的信号提供给滤波器540。同样地，使用斩波器560的输出信号，混频器535利用输入RF信号RF_输入/Q(通过缓冲器504、532提供给混频器)将接收到的信号下变频并将频率下变频的信号提供给滤波器542。由滤波器540、542提供的检测_Q_输出(Detect_Q_out)和检测_I_输出(Dectect_I_out)表示由天线418接收的散射RF信号，并且在需要时，还可以进一步放大、频率变换和/或转换为数字信息，例如通过在下面进一步描述并如图12所示的块760。
由图9的功率放大器512所生成的输出功率可以以多种不同方式来控制。在图10A中，由放大器510生成并由天线360传输的RF信号的振幅并因此的功率可通过改变可变电阻器352的电阻来改变。在图10B中，由放大器510生成并由天线360传输的RF信号的振幅并因此的功率可通过改变由可变电源电压370所提供的电压来改变。由于电源电压可在多个输出级之间共享，因此图10B中所示的电路在控制由多个生成元件所生成的电力中是有优势的。此外，由图9的放大器512所生成的输出功率可通过例如如上所述的使用块506控制RF信号的输入振幅来控制。
与另一生成元件一致操作以提供无线电力的每个生成元件需要定时同步。定时同步可由射频信号自身或由单独的参考定时信号提供，该参考定时信号经分布以便不干扰由生成元件生成的RF信号。根据一个实施例，树形网络用于分布具有的频率是RF信号的子谐波的定时参考信号，从而使得能够使用整数分频(integer-Ntype)PLL合成器来锁相这两个信号。主参考信号用于生成主定时参考信号。在一个实施例中，参考信号被缓冲并传送至第一生成元件以及多于Na个缓冲器(例如，Na＝3)，这继而生成用于多于Na个的缓冲器和另外的生成元件的信号的缓冲版本。该技术以下面的方式扩展，参考信号的缓冲版本被分配给每个生成元件，使得使用的缓冲器不超过n个。根据这个方案分配参考信号确保个生成元件接收参考信号。
根据另一实施例，参考定时信号可以不是RF输出信号的实际子谐波。例如，在比RF输出信号的频率更低的任何频率处的定时参考信号可以通过采用小数分频(fractional-N)锁相环合成器来使用。在与参考频率基本上完全相同处的定时参考信号可使用注入锁定来利用。在比RF频率更高的频率处的定时参考信号可使用整数分频器(integer-Ndivider)或小数分频器(fractional-Ndivider)来划分频率。
图11示出经由缓冲器610向生成单元模块2501提供参考定时信号REF的参考定时信号生成600。生成单元模块2501被示出为包括共同被标识为210的锁相环(PLL)合成器270和多个生成元件。缓冲器610的输出信号通过缓冲器620和630进一步缓冲，并提供给分布设置在生成单元模块2502和2503中的PLL的270。由缓冲器620、630所提供的参考定时信号被提供到其它生成单元模块(未示出)。
参考定时信号的每个副本可用于生成对于单个或多个生成元件的RF信号，从而允许形成生成单元的模块化方法。例如，每个生成元件可具有专用锁相环合成器以生成如上所述其振幅和/或延迟单独进行控制的RF信号。可选地，多个生成元件可使用由相同锁相环合成器所生成的RF信号，如上面关于图12所述。
图12是根据本发明的另一示例性实施例的生成单元模块700的框图。示例性生成单元模块700被示出为部分地12包括生成元件710，每个生成元件耦合至相关联的天线712。频率合成器722可以是PLL，其接收参考定时信号CLK，并作为响应生成经由缓冲器720提供至生成元件710的RF信号的同相(I)和正交相位(Q)分量。共享的控制接口750生成由生成元件710所使用的控制信号。例如并如上所述，控制接口750生成控制信号，该控制信号改变由天线712中的每一个传输的RF信号的相位和/或振幅以优化无线电力传送。块760适于从由生成单元元件700检测的信号检测_Q_输出(Detect_Q_out)、检测_I_输出(Dectect_I_out)的多个对之中选择一对同相和正交相位信号(参见图5)，放大和/或执行在所选的同相和正交相位信号和/或对其执行另外的信号处理(例如，斩波)，并将其各种操作的结果作为输出信号检测_I_输出(Detect_out)进行传送。在一个实施例中，除了天线以外，在图12中示出的生成单元700的所有部件在集成电路(IC)上形成。
如上所述，生成单元可包括一个或多个生成单元模块，每个生成单元模块继而包括一个或多个生成元件，从而使得生成单元能够以模块化的方式形成。生成单元模块可共享多个部件，诸如定时参考部件、电压和/或电流参考部件和/或频率生成部件，以便降低成本、开销和整个生成单元的复杂度。模块化方法提供了多个优点，诸如由于规模经济所导致的成本节约、使用在不同应用中可用的单元的相同模块的能力、升级能力等。因此，根据本发明的实施例，任何数量的生成元件和/或生成单元模块可以以模块化的方式组合以形成规模化的生成单元或系统。
在生成单元中的生成元件和/或生成单元模块的数量越大，电力输送本地化和整体效率就越高。生成元件和/或生成单元模块的数量可部分地通过预期要充电的装置、系统效率的要求、输送距离和精确度来确定。例如，向无线鼠标无线地提供电力可对效率、距离、精确度和功率具有较低的要求，并可因此需要比平板计算机相对更少数量的生成元件和/或生成单元模块。
根据本发明的实施例的GU可以以平面布置形成并安装在房间的墙壁和/或天花板上或以任何其它常规的方式放置，以向房间内的几乎任何地方放置的接收单元供电。此外，生成元件以及生成单元模块可被配置成与各个天线可被配置成形成天线阵列的方式大致相同的方式形成生成单元的阵列。例如，生成元件和/或生成单元模块的二维平面布置可被配置成形成适合用于放置在墙壁、天花板或地板上的低形状因数的生成单元。生成元件和/或生成单元模块的三维布置可形成外形美观的球形或其它几何形状。因此，本发明的实施例的可扩展性和模块化提供很多优点。
图13A-13D示出多种不同的配置，生成元件(诸如图1和图2的生成元件130)可通过该配置被布置成形成生成单元。在图13A中，生成元件130被布置为形成矩形生成单元300。在图13B中，生成元件130被布置为形成圆形生成单元310。在图13C中，生成元件130被布置为形成球形生成单元320。在图13D中，生成元件130被布置为形成立方体生成单元330。
本发明的上述实施例是例示性而非限制性的。本发明的实施例并不局限于任何RF频率或任何类型的天线，诸如偶极天线、环形天线、贴片天线、喇叭天线或用于传输RF信号的其它类型天线。本发明的实施例并不受生成元件、生成单元模块或生成单元的数量限制。本发明的实施例并不受由天线所传输的RF信号的极化方向限制，诸如线性、圆形、椭圆形或其它形状。此外，在一些实施例中，所传输的RF信号可以是变化的极性。根据一些实施例，虽然分立部件和/或集成电路可用于形成生成单元、生成单元模块或生成块，但是其它实施例可使用集成电路来形成。此外，在一些实施例中，许多或所有的控制功能可使用一个或多个FPGA、微处理器、微控制器、DSP、ASIC等来执行。根据本公开的其它添加、删减或更改是明显的并旨在落入所附权利要求的范围内。

Claims (30)

1.一种适于向第一无线装置无线输送电力的RF信号发生器，所述RF信号发生器包括：
第一多个生成元件，每个生成元件适于生成RF信号，多个所述RF信号由第一多个天线传输；
无线信号接收器；以及
控制单元，所述控制单元适于根据所述接收器从所述第一无线装置接收的第一信号控制由所述第一多个RF信号生成元件中的每个所生成的RF信号的相位，所述第一信号包括表示所述第一无线装置接收的RF功率的量的信息。
2.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述控制单元还适于控制由所述多个RF信号生成元件中的每个所生成的RF信号的振幅。
3.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器适于使用时域多路复用向所述第一无线装置无线输送电力。
4.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器还适于在向所述第一无线装置供电的同时向第二无线装置供电。
5.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF发生器还适于向第二无线装置供电，所述RF信号发生器使用时域多路复用向所述第一无线装置和第二无线装置输送电力。
6.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器还包括第二多个生成元件，每个生成元件适于生成RF信号，所述控制单元还适于在第一时间段期间使得所述第一多个生成元件或所述第二多个生成元件中的一个生成RF信号。
7.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器还包括第二多个生成元件，每个生成元件适于生成RF信号，所述第一多个生成元件和第二多个生成元件中的每个适于根据由所述控制单元所提供的参考定时信号生成RF信号。
8.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器还包括：
检测器，所述检测器适于检测通过由所述第一多个天线传输的RF信号的散射或反射所造成的RF信号。
9.根据权利要求8所述的RF信号发生器，其中，所述控制单元还适于根据由所述检测器所检测的信号来控制由所述第一多个RF信号生成元件中的每个所生成的RF信号的相位。
10.根据权利要求9所述的RF信号发生器，其中，所述检测器还适于检测沿由所述第一多个天线传输的RF信号的路径所放置的物体或生物体的存在。
11.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器被集成在半导体管芯上。
12.根据权利要求1所述的RF信号发生器，其中，所述RF信号发生器适于以模块化的方式接收第二多个生成元件，从而使所述控制单元能够根据所述接收器从所述第一无线装置接收到的所述第一信号来控制由所述第二多个RF信号生成元件中的每个所生成的RF信号的相位和振幅。
13.根据权利要求1所述的RF信号发生器，还包括多个控制锁定环，其适于提供用于改变由所述RF信号生成元件所生成的RF信号的相位的定时信号。
14.根据权利要求1所述的RF信号发生器，还包括多个相位旋转器，其适于改变由所述RF信号生成元件所生成的RF信号的相位。
15.根据权利要求7所述的RF信号发生器，其中，所述参考定时信号使用树形分布网络被传送至所述第一多个生成元件和第二多个生成元件。
16.根据权利要求8所述的RF信号发生器，其中，所述控制单元还适于根据由所述检测器所检测的信号来控制由所述第一多个RF信号生成元件中的每个所生成的RF信号的振幅。
17.一种使用射频(RF)信号向第一无线装置供电的方法，所述方法包括：
经由第一多个天线传输第一多个RF信号；
从所述第一无线装置接收第一信号；以及
根据所述第一信号控制所述第一多个RF信号的相位，所述第一信号包括表示所述第一无线装置接收的RF功率的量的信息。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
根据所述第一信号控制所述RF信号的振幅。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
使用时域多路复用来传输所述第一多个RF信号。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在向所述第一无线装置供电的同时传输第二多个RF信号以向第二无线装置供电。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括：
传输第二多个RF信号，其中，所述第一多个RF信号和第二多个RF信号中的每个根据由控制单元所提供的参考定时信号来生成。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括：
检测通过所述第一多个天线传输的RF信号的散射或反射所造成的RF信号。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
根据所检测到的RF信号控制所述第一多个RF信号中的每个的相位。
24.根据权利要求17所述的方法，还包括：
检测沿所述第一多个RF信号的路径所放置的物体或生物体的存在。
25.根据权利要求17所述的方法，还包括：
经由在半导体基板上形成的第一多个生成元件生成所述第一多个RF信号，所述半导体基板还包括从所述第一无线装置接收所述第一信号的接收单元，所述半导体基板还包括控制器，所述控制器控制所述第一多个RF信号的相位。
26.根据权利要求17所述的方法，还包括：
经由设置在生成单元中的第一多个生成元件生成所述第一多个RF信号，所述生成单元适于以模块化的方式接收第二多个生成元件。
27.根据权利要求17所述的方法，还包括：
根据由至少一个控制锁定环所生成的定时信号来控制所述第一多个RF信号的相位。
28.根据权利要求17所述的方法，还包括：
使用多个相位旋转器来控制所述第一多个RF信号的相位。
29.根据权利要求17所述的方法，还包括：
使用经由树形分布网络所传送的定时信号来控制所述第一多个RF信号的相位。
30.根据权利要求23所述的方法，还包括：
根据所检测到的RF信号控制所述第一多个RF信号中的每个的振幅。
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