CN107078561A

CN107078561A - 使用电磁波对齐的无线能量传输

Info

Publication number: CN107078561A
Application number: CN201580057705.XA
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·斯图尔特·怀特; 罗尼·埃夫丽尔多·阿马娅; 凯扎瑞·保罗·斯拉比
Original assignee: Tess Nicks
Current assignee: Tess Nicks
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-08-18
Also published as: US20160126753A1; EP3213390A4; JP6629852B2; EP3213390A1; US10439444B2; KR101949963B1; KR20170060116A; WO2016067100A1; JP2018501754A

Abstract

一种用于无线能量转移的方法包括：形成多个能量束。每一个能量束包括一个或多个电磁(EM)波，每一个EM波与所述多个能量束中的另一个能量束的另一个EM波具有相同的基频。跟踪可通电设备对入射到其上的多个能量束的设备响应。对多个能量束中的每一个能量束的一个或多个EM波进行定向以对可通电设备供电。将能量束中的至少一个能量束的一个或多个EM波的相应相位与能量束中的另一个能量束的另一个EM波的另一相位对齐。通过针对能量束中的至少一个能量束优化一个或多个EM波的定向和相位的对齐，来根据设备响应使可通电设备接收的接收功率水平最大化。

Description

使用电磁波对齐的无线能量传输

相关申请的交叉引用

本申请是发明申请，其要求在2014年10月31日提交的名称为“DISTANCE WIRELESSCHARGING USING CHARGING STATIONS”的同时待审美国临时申请No.62/073,448、在2014年11月28日提交的名称为“WIRELESS POWER TRANSFER AS APPLIED TO SOLAR PANELS”的同时待审美国临时申请No.62/085,450、在2015年3月6日提交的名称为“WIRELESS POWERTRANSFER USING ELECTROMAGNETIC WAVES ALIGNMENT”的同时待审美国临时申请No.62/129,325以及在2015年3月20日提交的名称为“WIRELESS POWER TRANSMISSION”的同时待审美国临时申请No.62/136,142的优先权，通过引用将它们全部并入本文。

技术领域

本公开总体涉及无线能量传输，更具体地，涉及使用电磁波对齐的无线能量传输的有效系统和方法。

背景技术

便携式设备的增加的处理和连接能力已经导致这些设备的能耗的相应增加。此外，便携式设备可以存储多少能量有实际的物理限制，因此需要频繁地对这些设备进行充电。为便携式设备供电的有绳解决方案受限部分是由于电力电缆和设备之间的连接器缺乏标准化、充电电缆的重量和可靠性、操作环境(例如水下或危险区域)的限制、以及有绳解决方案强加于移动性的一般限制所造成的。

便携式设备的无线充电先前由诸如电感或电容耦合之类的近场技术而限制在短距离(例如，厘米数量级)上。使用激光或微波束的远场技术涉及危险的高功率水平，特别是在包括人类在内的环境中。激光和微波束通常也限于视距应用。

便携式设备的功能的改进也有助于实现物联网(IoT)的环境，其中大型和密集的设备部署可以集中地共享信息。然而，先前的解决方案不能高效地为IoT环境中的设备供电，在该IoT环境中的设备要求移动性且具有显著不同的功耗要求。类似地，增加射频识别(RFID)标签的使用需要在无绳情况下为移动环境中的设备供电、使用危险的高功率水平、或对用于对RFID标签充电的充电站的放置施加不必要限制的高效方式。

发明内容

将清楚的是，本文所公开的实施例至少包括以下内容。在一个实施例中，一种用于无线能量传输的系统包括：跟踪模块，被配置为确定可通电设备对入射到所述可通电设备上的能量束的设备响应，所述能量束包括一个或多个电磁(EM)波。第一波束成形模块被配置为对所述一个或多个EM波中的第一EM波进行定向以对所述可通电设备供电。第二波束成形模块与所述第一波束成形模块物理分离，并且被配置为对所述一个或多个EM波中的第二EM波进行定向以对所述可通电设备供电，其中所述第一EM波具有与所述第二EM波的第二基频相等的第一基频。相位对齐模块被配置为在所述设备处将所述第一EM波的第一相位与所述第二EM波的第二相位对齐。处理模块被配置为与所述跟踪模块、所述第一波束成形模块、所述第二波束成形模块和所述相位对齐模块中的至少一个进行通信，以根据所述设备响应来使所述可通电设备接收的接收功率水平最大化。所述接收功率水平与由包括所述第一EM波的第一能量束和包括所述第二EM波的第二能量束形成的能量束的发射功率水平成正比。

用于无线能量传输的系统的备选实施例包括以下特征之一或其任意组合。频率管理模块被配置为通过使用无线注入锁定(WIL)来将所述第二基频对齐为等于所述第一基频。极化对齐模块被配置为将所述第一EM波的第一极性与所述第二EM波的第二极性对齐。所述第一能量束和所述第二能量束中的每一个能量束是窄角度束。所述第一能量束和所述第二能量束中的每一个能量束还包括多个频率，所述多个频率分别与所述第一基频和所述第二基频成比例相关。所述处理模块被配置为从所述可通电设备接收接收信号强度指示(RSSI)，并且所述处理模块被配置为调整所述跟踪模块、所述第一波束成形模块、所述第二波束成形模块和所述相位对齐模块中的一个或多个以使RSSI值最大化。所述处理模块被配置为从所述可通电设备接收遥测数据。所述处理模块被配置为与所述第一波束成形模块进行通信，第二处理模块被配置为与所述第二波束成形模块进行通信，并且所述处理模块被配置为与所述第二处理模块进行通信。

在另一实施例中，一种用于无线能量传输的方法包括：形成多个能量束，每一个能量束包括一个或多个电磁EM波，其中每一个EM波具有与所述多个能量束中的另一个能量束的另一个EM波的基频相同的基频。跟踪可通电设备对入射在所述可通电设备上的多个能量束的设备响应。对所述多个能量束中的每一个能量束的一个或多个EM波进行定向以对所述可通电设备供电。将所述多个能量束中的至少一个能量束的所述一个或多个EM波的相应相位与所述多个能量束中的另一个能量束的另一个EM波的另一相位对齐。通过针对所述多个能量束中的至少一个能量束优化所述一个或多个EM波的定向和所述一个或多个EM波的相位的对齐，来根据所述设备响应使所述可通电设备接收的接收功率水平最大化。

用于无线能量传输的方法的备选实施例包括以下特征之一或其任意组合。使用无线注入锁定(WIL)将每一个能量束的每一个EM波的相同基频彼此锁定。WIL包括调制场效应晶体管(FET)的基板电压以改变谐振电路的偏置电流。将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的所述一个或多个EM波的相应极性与所述多个能量束中的所述另一个能量束的所述另一个EM波的另一极性对齐。所述设备响应包括从所述可通电设备接收背向散射的EM波作为接收信号强度指示符(RSSI)。将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的每一个EM波的相应极性与所述多个能量束中的另一个能量束的EM波对齐。从所述可通电设备接收遥测数据以调整所述多个能量束中的每一个能量束的发射功率水平。

在另一实施例中，一种用于无线通信的方法包括：形成多个能量束，每一个能量束包括一个或多个电磁EM波。使用无线注入锁定WIL将所述多个能量束中的至少一个能量束的每一个EM波的相应基频与所述多个能量束中的另一个能量束的EM波的基频进行匹配。跟踪多个可通电设备中的每一个可通电设备对入射到所述可通电设备上的多个能量束的设备响应。对所述多个能量束中的每一个能量束的一个或多个EM波进行定向以对至少一个可通电设备供电。将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的每一个EM波的相应相位与所述多个能量束中的所述另一个能量束的另一个EM波的另一相位对齐。通过优化所述多个能量束中的至少一个能量束的每一个EM波的相位的对齐，来根据可通电设备的相应设备响应使所述多个可通电设备中的每一个可通电设备接收的接收功率水平最大化。

用于无线通信的方法的备选实施例包括以下特征之一或其任意组合。在功率接入点处从所述多个可通电设备中的至少一个可通电设备接收遥测数据，所述功率接入点能够执行以下至少一项：跟踪所述设备响应中的一个设备响应、形成所述多个能量束中的一个能量束、以及将所述多个能量束中的至少两个能量束的每一个EM波的相位对齐。将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的所述一个或多个EM波的相应极性与所述多个能量束中的所述另一能量束的所述另一个EM波的另一个极性对齐。所述至少一个能量束在时间共享的基础上被定向到所述多个可通电设备中的多于一个的可通电设备。所述至少一个能量束响应于所述多个可通电设备中的一个可通电设备的重定位而被定向到新的可通电设备。

附图说明

通过示例的方式示出本发明并且本发明不受附图限制，在附图中相似附图标记指示相似元件。为了简洁和清楚，示出附图中的元件，但是这些元件不必按比例绘制。

图1是用于无线能量传输的系统的实施例的示意图。

图2是包括多个可通电设备在内的用于无线能量传输的系统的示意图。

图3是图2的系统的示意图，其中多个能量束被重配置为适于可通电设备的改变。

图4是图3的系统的示意图，其中能量束的子集在多个可通电设备之间在时间上共享。

图5是功率接入点的功能框图。

图6是功率接入点的示意图。

图7是功率接入点的通信部分的示意图。

图8是传送用于无线注入锁定的正交信号的一对功率接入点的示意图。

图9是相对于注入锁定频率的基频偏移的曲线图。

图10是用于无线注入锁定的电路的示意图。

图11是可通电设备的示意图。

图12是接收机控制器的示意图。

图13是用于无线能量传输的方法的流程图表示。

具体实施方式

本文描述的系统和方法的实施例提供了将能量(例如，电力)从能量源到多个可通电设备(包括例如RFID标签、智能电话和游戏控制器)的高效传输。在一个实施例中，通过将电磁(EM)波的方向、频率和相位在多个能量束内对齐，可以从相距高达五米的位置处对多个可通电设备供电。在另一个实施例中，能量传输超过五米到达设备。当设备能够接收辐射的EM波以为设备操作提供能量时，该设备被认为是可通电的。设备不需要存储所接收的能量，但是在一些实施例中，设备将存储所接收的能量的至少一部分。

在每个可通电设备处接收的能量通过至少一个可通电设备与能量束发射机(例如功率接入点)之一之间的通信来优化。这种高效的能量传输使得能够实现IoT系统，其中各个可通电设备(和/或多个相同类型的设备)彼此通信，并且以最小的空间限制或对每个设备的移动的最小限制而保持被供电。

参考图1，用于无线能量传输的系统的实施例10向IoT 12提供能量(例如“电力”)，IoT 12包括例如蜂窝电话14a、平板电脑14b、智能手表14c、立体声音响14d和计算机14e。可通电设备14a至14e(统称为14)仅仅是说明性的，并且不应被认为限制将包括在IoT 12中的潜在设备。在一个示例中，所有设备14都是相同类型的。在另一示例中，设备14是诸如RFID标签的低功率设备。在另一示例中，设备14是诸如电动轮椅的高功率设备。各种实施例用一个或多个不需要彼此关联也不相互通信的设备14来替代IoT 12。

IoT 12的设备14从多个功率接入点16a、16b和16c(统称为16)接收能量。每个功率接入点16a、16b和16c发射相应的能量束18a、18b和18c(统称为18)，其中每个能量束具有至少一个EM波。至少两个能量束的每个EM波被定向(例如聚焦)到设备14之一的接收位置，以优化由这一个设备接收的能量。通过进一步对齐在接收位置处聚焦的每个能量束的每个EM波的频率和相位，形成相干能量泡20a。在另一个实施例中，对齐每个能量束的每个EM波的频率、相位和极性形成能量泡20a。包括极性的对齐进一步增加了相干能量泡20a中的能量，并且因此增加了位于其中的设备的接收功率水平。

在各个实施例中，能量束是窄角度束。在本公开的上下文中使用的术语“窄角度束”包括笔形束和扇形束。笔形束具有窄(相对于束长而言)圆锥形或圆柱形横截面。扇形束在方位角方向上具有窄的宽度，并且在高度方向上具有相对宽的宽度。

对齐每个EM波的频率意味着使每个EM波的基频对齐(例如，相干协调(cohere))，以“等于”例如由主设备产生的另一参考频率。基频是通过振荡产生的最低频率，与其谐波不同。当EM波的基频通过控制方法或电路(例如WIL)对齐以等于另一频率时，基频被认为是“锁定的”。当EM波的基频没有被锁定时，它被认为是“自由运行”的。在其中两个或更多个EM波均包括与它们各自的基频成比例相关的多个频率的各种实施例中，锁定到另一个主频的基频将有效地将一个EM波的基础且成比例相关的频率分量锁定到另一个EM波的相应的基础且成比例相关的频率分量。

当相应的频率、相位或极性彼此“基本相等”或在合理的制造和环境公差内时，基频的频率、相位或极性被认为“等于”另一基频的相应频率、相位或极性。在一个非限制性实施例中，由于制造和环境公差的组合而导致的相应频率、相位或极性中的一个或多个中的百分之2的对齐误差是合理的。

为了清楚的说明，图1中将相干能量泡20a示出为与Iot 12环境相邻，并且由三个能量束18形成。实际上，每个相干能量泡由至少两个能量束形成，并且聚焦在设备14之一上的某个点(例如，接收天线)处，以使该设备的接收功率最大化。在一个实施例中，形成多于一个相干能量泡，其中每个相干能量泡聚焦在不同的设备上。在另一个实施例中，在多个设备之间在时间上共享至少一个相干能量泡。

功率接入点16向可通电设备14发送足够的能量水平的范围22部分地取决于设备14需要接收的所需功率、用于形成相干能量泡的能量束18的数量、对每个能量束18的功率的限制(例如由于基于对活生物体的安全操作水平的FCC限制而导致的限制)、以及用于传输能量的传输介质的吸收特性。在一个实施例中，针对每个能量束使用100mW的发射功率来实现5米的范围22。在其他实施例中，通过组合额外的能量束18形成相干能量泡来产生大于5米的范围22。

在一个实施例中，通过通信介质24的通信来调节由每个能量束18传送的能量。通信介质24通过路径28将IoT 12中的一个或多个设备14连接到相应路径26a、26b和26c(统称为26)上的一个或多个功率接入点16a、16b和16c。在各种实施例中，通信介质24是诸如背板之类的物理结构。在其他实施例中，通信介质是由能量束18使用的相同的介质。在一个示例中，通信介质是空气(例如，地面环境)。在另一示例中，通信介质至少是在轨道高度或外太空中发现的部分真空。在另一个示例中，通信介质是淡水或盐水。在另一个实施例中，通信介质是房屋上的屋顶材料，功率接入点从房屋外部的太阳能电池板收集能量，并且设备14通过屋顶材料接收能量以进一步在房屋内配电。

在各种实施例中，每个能量束18中的每个EM波对齐到单个基频以增加每个设备所接收的能量。在其中通信介质24具有相对于传输频率的显著的能量吸收特性的各种实施例中，在每个波束内使用多于一个频率，其中波束内的每个频率与基频成比例相关。

在各种实施例中，设备14和功率接入点16之间的通信由作为主设备的一个或多个设备控制，由作为主功率接入点的一个或多个功率接入点控制，或者在无主设备的场景中被控制(例如，获得迭代解)。使用设备14和功率接入点16之间的通信来优化(例如最大化)从功率接入点16到设备14的功率传输。例如，每个波束18被定向(例如，转向)到一个或多个设备，以最大化从相应设备传送到至少一个功率接入点16的在相应设备处接收的能量水平。类似地，由功率接入点16调节每个能量束18的相位，以最大化在相应设备处接收的能量水平。在一些实施例中，每个能量束18的极性也被对齐以最大化在相应设备处接收的能量。通过路径26和28以及通过介质24的通信包括例如使用IEEE802.3以太网标准中的一个或多个、IEEE 802.11标准中的一个或多个、标准中的一个或多个、IEEE802.15.4标准中的一个或多个、专有通信协议、任意有线或无线通信协议或前述的任意组合。

利用以下示例实施例进一步举例说明对齐能量束18的频率、相位和方向以为设备供电的优点。该实施例假定了从单个可通电设备到六个功率接入点的平均距离为五米的房间。在没有本公开的优点的情况下，该设备将从每个功率接入点接收“P_rx”瓦特的功率。在设备处接收的功率由以下等式定义，其中“P_tx”是以瓦特为单位的发射功率，“G_tx”是发射机天线线性增益，“G_rx”是接收机天线线性增益，“λ”是EM波的以米为单位的波长，“R”是发射机(例如在功率接入点中)和接收机(例如设备中)之间的以米为单位的距离：

P_rx＝[P_tx*G_tx*G_rx*λ²]/[4πR]²

在该示例实施例中，发射机天线提供具有垂直零点(由单个偶极天线提供)的方位全向性方向图，其中增益大约为6dB。接收天线在具有单位增益的所有三个物理维度中都具有全向性方向图。发射机操作在2.4GHz，波长为0.125米，发射功率为0.5W。因此，该示例实施例从每个功率接入点在设备处提供8μW的接收功率，或者从六个非相干功率接入点提供48μW的总功率“P_total”。

现在参考一个修改的实施例，其中六个功率接入点中的每一个被相干协调到单个频率，并且在设备处同相到达，在该设备处接收的功率由下式给出：

P_total＝[(P_rx1)^0.5+(P_rx2)^0.5+(P_rx3)^0.5+(P_rx4)^0.5+(P_rx5)^0.5+(P_rx6)^0.5]²

具有相干频率和相位的修改实施例向设备提供288μW的总功率。在具有相干频率和相位的另一修改实施例中，其中使用具有六个元素的相控阵天线将每个能量束定向到设备，则总接收功率由下式给出：

P_total＝N²*[(P_rx1)^0.5+(P_rx2)^0.5+(P_rx3)^0.5+(P_rx4)^0.5+(P_rx5)^0.5+(P_rx6)^0.5]²

因此，针对六元相控阵发射机和设备处的相干频率和相位的总接收功率为10.36mW-与使用非定向(例如全向)也没有在频率和相位上相干的能量束所接收的功率相比提高了216倍。

图2、图3和图4示出了三个实施例，其中能量束18被重配置以形成跟踪多个设备的改变位置的相干能量泡。参考图1和图2，图2的实施例30包括图1的三个功率接入点16a、16b和16c，其发射相应的能量束18a、18b和18c以形成相干能量泡20a。第四功率接入点16d向相干能量泡20a发射能量束18d。与上述图1的描述一样，能量泡20a与可通电设备的接收天线重合。为了在相干能量泡20a处接收到相同的所需总能量而言，每个能量束18a、18b、18c和18d的能量低于图1中的每个相同能量束18a、18b和18c的能量。在一个实施例中，能量束18a、18b、18c和18d中的至少一个的能量是彼此不同的能量束，其中在相干能量泡20a处接收到相同的总能量。在另一个实施例中，能量束18a、18b、18c和18d的总能量增加或减小以匹配从相干能量泡20a接收能量的设备的要求。

图2还示出了由功率接入点16e和16f形成的第二相干能量泡20b的位置，所述功率接入点16e和16f向相干能量泡20b发射相应的能量束18e和18f。分配能量束18以形成相干能量泡20a和20b基于一个或多个设备14与一个或多个功率接入点16之间的通信。在一个实施例中，与相干能量泡20a和20b相关联的各个设备将它们的能量需求传达给用作主功率接入点的功率接入点16a。功率接入点16a与剩余的功率接入点通信，以将它们各自的能量束定向到与相干能量束20a和20b相关联的各个设备。具体地，基于相应设备的近期能量要求、到各个设备的距离或其他因素，将能量束18d定向到相干能量泡20a而不是相干能量泡20b。在与相干能量泡20a相关联的设备包括存储能量的能力的一个示例中，当与相干能量泡20a相关联的设备被充分地充电时，能量束18d将被重定向到相干能量泡20b。

根据各种实施例，根据以下中的一个或多个将功率接入点的子集中的功率接入点选为功率接入点的子集中的主功率接入点：选举算法，如领导选举算法；随机或伪随机选择；确定功率接入点的子集中的哪一个功率接入点最接近(例如通过RSSI度量)设备中的特定设备；确定功率接入点的子集中的哪一个功率接入点最接近功率接入点的子集的质心；以及确定主功率接入点的其他技术。在一些实施例中，将功率接入点的子集中最接近特定设备的功率接入点选为主功率接入点降低了确定需要将功率接入点中的新功率接入点确定为主功率接入点的可能性。在其他实施例中，将功率接入点的子集中与功率接入点的子集的质心最接近的功率接入点选为主功率接入点提供了一个中心位置，从该中心位置无线发射使功率接入点的子集能够使用公共基频(例如用于锁定基频)的信号。

在功率接入点的第一子集被启用以对相应的第一个设备供电并且功率接入点的第二子集被启用以对相应的第二个设备供电的一些实施例中，功率接入点的第一子集和功率接入点的第二子集中的每一个选择相应的主功率接入点。主功率接入点将向相应子集内的其他功率接入点(例如从功率接入点)发射信号，以将每个从功率接入点的基频锁定到主功率接入点的频率。如此，子集内的每个功率接入点以彼此相干的锁定基频进行操作。在一些实施例中，功率接入点的第一子集和功率接入点的第二子集独立地操作，包括使用相应的锁定基频。在其他实施例中，所有功率接入点被配置为通过选择单个主功率接入点来在单个锁定的基频下操作。

在其中功率接入点的第一子集和功率接入点的第二子集使用相应的锁定基频进行操作的一些实施例中，每个锁定基频处于相同的频带内，例如工业、科学和医疗(ISM)频带之一。在另外的实施例中，功率接入点的第一子集的相应锁定基频和功率接入点的第二子集的相应锁定基频选择性地在不同的部分中，例如频带的多个信道中的不同的信道中。

在功率接入点的第一子集和功率接入点的第二子集使用相应的锁定基频进行操作的各种实施例中，功率接入点的第一子集的相应锁定基频和功率接入点的第二子集的相应锁定基频处于不同的频带中，例如在不同的ISM频带中。

在功率接入点的第一子集和功率接入点的第二子集使用相应的锁定基频进行操作的一些实施例中，选择性地选择功率接入点的第一子集的相应锁定基频和功率接入点的第二子集的相应锁定基频，以例如通过最大化各个设备的平均RSSI来最小化对各个设备的供电的干扰。

现在转到图3，示出了其中与相干能量泡20b相关联的设备被重新定位的实施例40，其中相干能量泡的相应重新定位被示出为20c。在另一个实施例中，相干能量泡20b与停用的设备(或处于睡眠模式并因此不需要进一步的功率的设备)相关联，并且相干能量泡20c对应于新激活的设备。继续图2中的实施例30的示例通信协议，其中功率接入点16a是主功率接入点，与相干能量泡20c相关联的设备与功率接入点16a通信，功率接入点16a然后重定向能量束18a。功率接入点16a还与功率接入点16e和16f通信以重定向相应的能量束18e和18f，从而形成相干能量泡20c。在一个示例中，功率接入点16a还与功率接入点16b、16c和16d中的至少一个通信以增加它们各自的发射能量，使得相干能量泡20a处的总功率不会由于能量束18a的重定向而改变。

图4示出了其中与相干能量泡20b和20c相关联的设备都需要接收能量的实施例50。在实施例50中，对于需要能量的各个设备的数量和能量要求，没有足够数量的功率接入点。在该示例中，与相干能量泡20a相关联的设备需要四个能量束。因此，功率接入点16e和16f以时间共享的方式共享它们的能量束，以利用能量束18e和18f形成相干能量泡20b，并且利用能量束18g和18h形成相干能量泡20c。能量束在相干能量泡沫20b和20c之间共享的时间百分比被调整为例如满足各个设备的能量要求，或平衡各个设备的充电速率。

在一些实施例中，使得功率接入点中的每一个能够以相应的功率模式操作。根据各种实施例，相应的功率模式包括以下中的一个或多个：关闭；睡眠；待机；活动：以及其他功率模式。以下是对各个功率模式的操作或行为的实施例的示例描述。当功率接入点之一的相应功率模式关闭时，功率接入点不活动也不操作。

当功率接入点之一的相应功率模式是睡眠时，功率接入点正在使用最小的功率量。功率接入点的相应功率发射电路的功率放大器保持在刚好导通的状态，例如在底座处，以避免在唤醒(例如频谱再生)期间对其它无线设备造成干扰。功率接入点周期性地例如在诸如蓝牙的通信接口上监听活动，并且能够在确定需要与其他功率接入点或与设备进行通信的情况下，转换到相应功率模式中的较高功率模式。

当功率接入点之一的相应功率模式为待机时，功率接入点正在使用比功率接入点的相应功率模式是睡眠时更大的功率量。在一些实施例和/或使用场景中，功率接入点的功率放大器被保持在大大降低的功率水平(例如小于正常功率的百分之五)。在其他实施例或使用场景下，如果在确定的时间间隔之后不需要功率放大器，则功率接入点的功率放大器被置于刚好导通的状态。在进一步的实施例或使用场景中，如果在确定的时间间隔之后不需要其他通信接口，则功率接入点的一个或多个其他通信接口被关闭或周期性地操作。在各种实施例或使用场景中，如果例如确定需要无线地提供功率，则功率接入点能够转换到相应功率模式中的较高功率模式，或者在确定的时间段之后，如果例如确定不需要无线地提供功率，则功率接入点转换到相应功率模式中的较低功率模式。

当功率接入点之一的相应功率模式是活动时，功率接入点可完全操作。如果例如在指定的时间段内确定不需要无线地提供功率，则功率接入点能够转换到相应功率模式中的较低功率模式。

预期功率接入点在相应功率模式的不同功率模式下的操作或行为以及相应功率模式的数量的多种变化。在第一示例实施例或使用场景中，功率接入点的功率放大器在相应睡眠模式中完全或周期性地关闭。在第二示例性实施例中，仅有三个相应的功率模式：关闭、睡眠和活动。

图5示出了根据示例实施例的功率接入点60的功能块。功率接入点60包括波束成形和定向模块62、频率锁定模块64、跟踪模块66、相位对齐模块68、处理模块70和功率管理模块72。各种实施例实现以硬件、软件或者硬件和软件的组合实现图5所示的一个或多个功能块。在其他实施例中，图5的功能块中的两个或更多个共享硬件或软件资源以实现其相应的功能。

在一些实施例中，波束成形和定向模块62包括具有至少八个天线元件的相控阵天线或切换波束天线或另一类型的天线。每个天线元件具有可调节的相位延迟，以允许通过所有天线元件的集体发射形成的波束被形成且指向设备。

频率锁定模块64使每个形成的波束的每个EM波(对应于天线元件)的频率在相对于制造和环境误差的合理公差内对齐。在一个示例中，百分之2的公差是合理的，但是大于或小于百分之2的公差仍然是可实现的，并且同时保持本公开所教导的优于非相干系统的益处。在各种实施例中，使用注入锁定(例如有线或无线)来对齐每个能量束之内和之间的EM波的频率。

跟踪模块确定一个或多个可通电设备的位置，以帮助波束成形和定向模块62将每个能量束转向到设备(或如图4所示的进行时间共享的多个设备)。在各种实施例中，获得可通电设备的位置包括扫描来自波束成形和定向模块62的能量束，并找到使设备接收的能量最大化的扫描方向。在其他实施例中，获得可通电设备的位置包括使用罗盘或GPS信号或其他技术。

相位对齐模块68对齐由波束成形和定向模块62发射的每个功率束的每个EM波的相位。在各种实施例中，相位对齐模块68使用波束成形和定向模块62的相同相位延迟元件。当波束成形和定向模块62将能量束成形为窄角度束并将能量束定向到设备时，相位对齐模块68例如通过补偿相位误差实现多个功率接入点的相位对齐，其中所述相位误差部分是由于多路径传播、功率接入点和设备之间的传输介质的失真、由设备运动引起的多普勒误差或飞行时间误差而导致的。

处理模块70与其他功率接入点和一个或多个可通电设备通信以最大化由设备接收的能量。在各种实施例中，处理模块70将用作主功率接入点并与其他功率接入点通信，以协调向一个或多个设备的能量传递。在其他实施例中，处理模块70用作从功率接入点，并且从其他功率接入点接收通信以控制功率接入点60的上述各种功能。在另一个实施例中，处理模块70以无主模式(例如，通过优先投票或通过迭代解)与其他功率接入点进行通信和交互。对于处理模块70作为主功率接入点的一些实施例，处理模块从设备接收接收信号强度指示符(RSSI)，将RSSI与先前从该设备接收到的RSSI进行比较，并执行以下一个或多个：利用波束成形和定向模块62以及跟踪模块66中的一个来调整波束方向，利用波束成形和定向模块62以及相位对齐模块68中的一个来调整能量束中的至少一个EM波的相位。在其他实施例中，每个能量束的每个EM波的极性还基于由设备接收的RSSI电平而对齐为与其它EM波的极性相同。

功率管理模块72用于调节被功率接入点60的其他功能使用的电源的功率。在一个实施例中，功率调节包括对电源进行整流、升压(例如增加电压或电流)或降压(例如降低电压或电流)中的至少一个，以提供用于功率接入点60的一个或多个电源。在各种实施例中，电源是来自建筑物中的电源插座的有线电力、发电机的输出、太阳能电池板输出和电池之一。在本公开的范围和精神内设想了其他电源。

图6示出了功率接入点的示例实施例80的进一步细节。实施例80包括能量束部分82、无线注入锁定(WIL)部分84和通信部分86。参考图5和图6，WIL部分84实现频率锁定模块64。能量束部分82实现波束成形和定向模块62以及相位对齐模块68。通信部分86实现跟踪模块66和处理模块70。在其他实施例中，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，图5的功能块被组合为与图6中示出的部分不同的部分。例如，在一个实施例中，跟踪模块66与能量束部分82集成。

参考图6，能量束部分82使用能量束天线90发射能量束。在一个示例中，能量束的基频为5.8GHz，该基频以ISM无线电频带之一为中心。在各种实施例中，基频以另一ISM频带(例如915MHz、2.45GHz、24.125GHz和61.25GHz)为中心。在各种实施例中，使用从设备接收的RSSI的指数移动平均值来检测干扰，并且基频响应于该干扰而改变到另一个ISM频带。例如，诸如人走过房间之类的短期影响将只表示短期的干扰。但是，移动的文件柜将在足够长的持续时间内引起干扰，从而有必要将基频改变到另一个ISM频带。

能量束部分82包括通过连接96连接到移相器94的振荡器92(例如5.8GHz振荡器)。移相器94调整由振荡器92产生的EM波的相位，以实现与到达可通电设备的其它EM波的相位相干。移相器94通过连接100连接到发射功率放大器(PA)98。发射PA通过连接102连接到能量束天线90。发射PA放大来自移相器94的EM波。在一些实施例中，发射PA之前是前置放大器，其预调节来自移相器94的EM波。在一个示例中，前置放大器对来自移相器94的EM波(例如，利用失真的逆变换)进行预调节，以消除由发射PA 98引入的失真。

在一些实施例中，由能量束部分形成的能量束包括一个EM波。在具有相控阵天线的其它实施例中，能量束由多个EM波形成，其中每个EM波由多个移相器94中的相应移相器、多个发射功率放大器98中的相应发射功率放大器和多个能量束天线90中的相应能量束天线调节。多个EM波中的每一个共享单个振荡器92、WIL部分84和通信部分86。

例如，对于具有八元相控阵天线的实施例，振荡器92的输出96向八个移相器94提供相同的EM波。八个移相器94中的每一个的输出100被相应的发射PA 98放大，然后被相应的能量束天线90辐射。通过调整八个EM波中的每一个的相应相位，由它们各自的能量束天线90辐射的八个EM波形成可以转向到设备的窄能量束。八个EM波中的每一个的相位由相同的八个相应移相器94进一步修改，以确保形成单个能量束的八个EM波与入射到设备上的其他能量束中所包括的其他EM波的相位相干。在各种实施例中，在从设备接收RSSI以确定最佳波束方向以最大化RSSI的同时，通过以固定的角速度在圆周中扫描能量束的方向来确定能量束方向。

WIL部分84使每个能量束中的每个EM波的基频对齐以具有相同的频率(例如在制造和环境公差内)。WIL部分84以主模式或从模式操作，以将每个EM波的频率与另一EM波对齐(例如锁定)。WIL部分84以主模式或从模式操作以执行频率对齐，这与通信部分是作为用于与功率接入点和设备通信的主部分还是从部分操作无关。功率接入点被视为以与通信部分86的模式相同的模式(例如主模式或从模式)操作。

当WIL部分84作为主部分操作时，振荡器92提供参考时钟，该参考时钟被WIL天线110发送到其他功率接入点。具体地，振荡器92的输出96由驱动器112缓冲和驱动。模式开关114将驱动器112的输出连接到主端子116，主端子116连接到以编码器模式操作的载波编码器/解码器120。载波编码器/解码器120的输出124连接到频率缩放器122，频率缩放器122的输出126驱动WIL天线110。

在一个实施例中，当WIL部分84作为主部分(例如以主模式)操作时，载波编码器/解码器120将信号从其输入116传送到其输出124而不改变。在另一实施例中，当WIL部分84作为主部分操作时，载波编码器/解码器120对伪随机(PN)序列进行编码。在一个示例中，PN序列用作同步报头以对用于安全频率锁定的时钟序列进行编码和解码。

当WIL部分84作为主部分操作时，频率缩放器122降低来自振荡器92的基频，以向WIL天线提供不干扰能量束的频率的参考时钟频率。在实施例80中，振荡器92提供基频，其被缩放0.5以产生2.9GHz的参考时钟频率。在所有功率接入点被频率锁定之前，靠近基频的频谱将是有噪的，因此期望对来自振荡器92的基频进行频率缩放以产生用于与其他功率接入点进行频率锁定的可靠的参考时钟频率。在其他实施例中，振荡器92以适合于WIL的频率(例如2.9GHz)操作，并且能量束部分82对振荡器频率进行缩放以产生能量束的适当频率(例如5.8GHz)。

继续该示例实施例，当WIL部分84作为从部分操作时，在WIL天线110处接收到2.9GHz参考时钟，并且该参考时钟由频率缩放器122进行放大以产生与以主模式操作的功率接入点的基频相等的基频。在一个实施例中，以从模式操作的载波编码器/解码器120使用频率缩放器122的输出124作为注入锁定信号来在端子118处产生注入锁定频率。在另一个实施例中，载波编码器/解码器120首先对来自频率缩放器122的输出端124的PN序列进行解码，然后在端子118处产生注入锁定频率。产生的(或解码的)基频被本地振荡器(LO)驱动器130缓冲和驱动。

当WIL部分84以主模式操作时，模式开关132将连接到偏置电平144的发射晶体参考142连接到振荡器输入端140。在一个实施例中，振荡器92以由发射晶体参考确定的频率产生基频。在其他实施例中，发射晶体参考由提供频率参考的其它源(例如电压控制振荡器、电流控制振荡器、锁相环、时钟分频电路或时钟倍频电路)代替。当WIL部分84以从模式操作时，LO驱动器130将产生的(或解码的)基频驱动到振荡器92的输入端140。在一个实施例中，当WIL部分84以从模式操作时，振荡器92将基频从输入端140传递到输出端96而不改变。

当以从模式操作时，通信部分86通过通信天线150从另一个功率接入点或设备接收通信。当以主模式操作时，通信部分86通过通信天线150将通信发送到另一个功率接入点或设备。作为通信协议的一部分，不论在主模式还是从模式下，通信部分86都向其他功率接入点发送信息或从其他功率接入点接收信息。在各种实施例中，微处理器152通过连接156连接到通信模块154，并且通信模块154通过连接158连接到通信天线150。在各种实施例中，微处理器152控制图5所示的用于功率接入点之一的每个功能模块，并且定向到至少一个其他功率接入点或设备或者接收来自至少一个其他功率接入点或设备的定向。在另一个实施例中，通信模块154在用于发射能量束的相同能量束天线90上、在用于注入锁定的WIL天线110上、或在能量束天线90和WIL天线110两者上发送和接收通信数据。

现在将利用在主模式下操作的功率接入点的实施例80来描述微处理器152的操作。微处理器152从设备接收指示在该设备处接收的功率的RSSI。在一个示例中，RSSI作为蓝牙信号在通信天线150处被接收，并由通信模块154转换为针对微处理器152的信号。微处理器152将接收到的RSSI电平与先前接收到的RSSI电平进行比较，并将其传送到其他功率接入点，以调整相位或波束方向中的至少一个来最大化所接收的RSSI电平。设备基于轮询、中断或连续中的至少一种将新的RSSI电平传送到功率接入点80。微处理器152利用与端子162的连接160来控制WIL部分84在主模式或从模式下的操作。端子162控制模式开关114和模式开关132(为了清楚起见，图6中仅示出端子162的实例)。微处理器152还利用连接160控制载波编码器/解码器120进行编码或解码、以及用于编码或解码的协议。微处理器152还利用连接160控制要由频率使用的缩放因子(例如，当WIL部分84作为主部分或从部分操作时缩放因子分别为2/3或3/2)。微处理器152利用连接166来控制数模转换器(DAC)164，以利用连接168来调整移相器94的相位，并且利用连接172控制DAC 170，以利用连接174调整发射PA 98的放大。在各种实施例中，微处理器152控制其他功能和元件，包括但不限于热传感器、状态指示器、用于将能量束的极性调整为与入射到设备上的另一能量束的极性相同的电路、以及发送到设备或从设备接收的遥测数据。

图7示出了通信部分180的另一个实施例。通信部分180包括微处理器182，用于控制功率接入点的各种功能并用于与其他功率接入点和至少一个设备进行通信。微处理器182通过连接186与通信接口(I/F)电路184进行通信。在一个实施例中，通信I/F电路184通过连接188提供与天线的蓝牙通信。在本公开的范围内设想了其他通信协议。微处理器182通过连接192与随机存取存储器(RAM)190进行通信并且通过连接196与只读存储器(ROM)194进行通信。RAM 190和ROM 194能够存储数据和程序代码的组合。微处理器还通过连接200与I/F电路198进行通信。在一个实施例中，I/F电路198是DAC，其通过连接202控制移相器。

图8示出了用于无线能量传输的系统210，其具有彼此通信以执行无线注入锁定的两个功率接入点。在其他实施例中，一个功率接入点是主功率接入点，并且多于一个的其他功率接入点是从功率接入点。通过从主功率接入点向每一个从功率接入点广播正交信号220，针对实施例210描述的操作被扩展到具有作为从功率接入点操作的多个功率接入点的系统。在另一个实施例中，正交信号220由主功率接入点和每一个从功率接入点之间的有线连接代替。

参考图6和图8，系统210包括具有在主模式下操作的WIL部分的功率接入点212和具有在从模式下操作的WIL部分的功率接入点214。功率接入点212将正交信号220传送到功率接入点214，以通过使用WIL方法使功率接入点214具有与功率接入点212相同的基频。例如，功率接入点214的基频锁定到功率接入点212的基频。在该上下文中，术语“正交信号”是不会干扰能量束的信号。

功率接入点212包括能量束部分222，其包括驱动移相器226的振荡器224。移相器226驱动功率放大器228。功率放大器228驱动能量束天线230。功率接入点212还包括在主模式下操作的WIL部分232，并且包括由振荡器224驱动的载波编码器234。在一个实施例中，基于来自振荡器224的时钟，载波编码器234对PN序列或另一个确定性序列进行编码。在另一个实施例中，载波编码器234通过来自振荡器224的时钟。载波编码器234驱动频率缩放器236，其从天线238发射正交信号220。频率缩放器236将来自振荡器的频率以因子“m”除以“n”进行缩放。在一个示例中，因子m/n等于3/2。

功率接入点214包括能量束部分242，其包括驱动移相器246的振荡器244。移相器246驱动功率放大器248。功率放大器248驱动能量束天线250。功率接入点214还包括在从模式下操作的WIL部分252，并且包括载波解码器254，其使用从如图6所述的WIL得到的解码时钟驱动振荡器244。在一个实施例中，载波解码器254对从频率缩放器256接收的PN序列进行解码。在另一个实施例中，载波解码器254以由频率缩放器256的输出确定的频率产生注入锁定时钟。频率缩放器256将由WIL天线258接收的正交信号220的频率以因子“n”除以“m”进行缩放。在一个示例中，因子n/m等于2/3。

图9示出了具有包含自由运行基频264的自由运行基频频谱262的实施例260的曲线图。自由运行基频264相对于期望的注入锁定频率266偏移了频率偏移268。在一个示例中，期望的注入锁定频率266是图6的在从模式下操作的载波编码器/解码器120的输出118。使用WIL能够实现低功耗的稳定高频锁定。执行注入锁定所需的能量的量与频率偏移268成正比，因此期望在图6的频率缩放器122已经将WIL天线110处的接收频率缩放至更接近作为主功率接入点操作的功率接入点的基频的频率之后执行注入锁定。通常，注入锁定频率266的幅度比接收的基频264的幅度大几个数量级。

图10示出了用于执行图9所示的注入锁定的WIL电路的示例性实施例270。实施例270包括谐振LC谐振电路，其形成有具有偏压抽头274的电感器272。电感器272与电容器276并联连接。电感器272和电容器276的值被选择为使得实施例270将以接近期望的注入锁定频率的频率谐振。实施例270还包括具有漏极282、栅极284、源极286和主体连接288的第一晶体管280。第二晶体管290交叉耦接到第一晶体管280。第二晶体管290具有漏极284、栅极282、源极296和主体连接298。第一晶体管280的源极286和第二晶体管290的源极296均连接到地电势300。在一个实施例中，由图6的载波编码器/解码器120接收的接收基频264被施加到主体连接298，从而使第二晶体管290截止并且使第一晶体管280导通。输出端302通过电容器304耦接到第二晶体管的漏极284，从而在输出端302处产生频率锁定到接收的基频的注入锁定时钟，其中接收的基频实质上与在主模式下的功率接入点的基频相同。

在不脱离本公开的范围和精神的情况下，设想用于执行WIL或锁定至少两个功率接入点的相应基频的其他电路和方法。例如，在一个实施例中，振荡器92(图6)在数字域中实现，而在另一个实施例中，振荡器92(图6)在模拟域中实现。在一些实施例中，WIL用于锁定至少两个EM波的频率。在另一个实施例中，WIL用于锁定至少两个EM波的相位。在另一个实施例中，WIL用于锁定至少两个EM波的频率和相位。在各种实施例中，WIL使用高Q晶体源(例如具有大于10,000的品质因数)来执行GaN振荡器的注入锁定。在其他实施例中，使用锁相环(PLL)对每一个功率接入点的基频进行锁定，其中PLL共享公共参考时钟，例如从主功率接入点导出并可选地从主功率接入点无线发送的时钟。

图11示出了被配置为通过无线传输接收能量的可通电设备的示例实施例310。参考图1、图6和图10，实施例310在能量束天线312处从形成相干能量泡20的多个功率接入点接收能量。所接收的能量由通过连接316连接到能量束天线312的带通滤波器(BPF)214滤波。BPF214以基频(例如，5.8GHz)为中心。使用20dB耦合器318将BPF 214的经滤波的输出320分离，以通过连接324向RF至DC转换器322提供RF信号。在本公开的范围内设想其他耦合水平，只要耦合的输出332足够大以进行可靠的测量，而不会过度地去除为实施例310供电所需的能量。

RF至DC转换器322通过连接328向微处理器326提供DC功率。20dB耦合器318还通过连接332向RSSI 330提供信号。模数转换器(ADC)334对由RSSI 330输出的模拟信号336进行转换，以向微处理器326提供数字信号338。微处理器326通过连接342将包括RSSI电平和各种遥测信息(例如，温度传感器信息)在内的信息传送到通信模块340，通信模块340通过连接346与通信天线344进行信息传输。在一个实施例中，通信模块340使用蓝牙协议。发送的RSSI电平由作为主功率接入点操作的功率接入点接收以提供反馈来调整来自相应功率接入点的能量束，从而优化设备处的接收功率。在各种实施例中，遥测信息也与作为主功率接入点操作的功率接入点共享，在一些实施例中，该功率接入点在IoT环境中被中继回到其他设备。在其他实施例中，遥测信息被发送到中央服务器或RFID读取器。

图12示出了由可通电设备的另一实施例使用的接收机控制器350的实施例。接收机控制器350包括微处理器352，用于控制可通电设备的各种功能并用于与作为主功率接入点操作的功率接入点进行通信。微处理器352通过连接356与通信接口(I/F)电路354进行通信。在一个实施例中，通信I/F电路354通过连接358提供与天线的蓝牙通信。在本公开的范围内设想了其他通信协议。微处理器352通过连接362与随机存取存储器(RAM)360进行通信并且通过连接356与只读存储器(ROM)364进行通信。RAM 360和ROM 364能够存储数据和程序代码的组合。微处理器还通过连接370与I/F电路368进行通信。在一个实施例中，I/F电路368是RSSI，其测量从在连接372处接收的相干能量泡20接收的能量水平。参考图11和图12，在一些实施例中：微处理器326包括微处理器352、RAM 360和ROM 364；通信I/F电路354包括通信模块340和通信天线344；并且I/F电路368包括ADC 344。

图13是根据本公开的各种实施例的用于无线能量传输的方法的示例实施例380的流程图。在382，形成具有一个或多个EM波的多个能量束。在384，锁定每一个能量束的每一个EM波的基频。在386，开始跟踪可通电设备对入射在其上的能量束的设备响应。在388，对每一个能量束的EM波进行定向以对可通电设备供电。在390，对每一个能量束的每一个EM波的相位进行对齐。在392，根据设备响应使可通电设备的能量水平最大化。

附加的示例实施例：

以下是示例实施例，包括明确列举为“EC”(示例组合)的至少一些实施例，其根据本文所述的构思提供对各种实施例类型的附加描述；这些示例并不是相互排斥的、详尽的或限制性的；并且本发明不限于这些示例性实施例，而是包括在所发布的权利要求及其等同物的范围内的所有可能的修改和变化。对附加的示例实施例中的“无线功率发射机”和“接收机”的参考分别等同于“功率接入点”和“可通电设备”。

EC1、一种方法，包括：

从多个无线功率发射机中的特定无线功率发射机向所述多个无线功率发射机中的其他无线功率发射机无线地发送参考时钟信号，所述无线功率发射机中的每一个无线功率发射机包括相应的参考时钟发生器；

在所述多个无线功率发射机中的所述其他无线功率发射机中的每一个无线功率发射机处，接收所述无线发送的参考时钟信号；

在所述多个无线功率发射机中的所述其他无线功率发射机中的每一个无线功率发射机处，根据所接收的无线发送的参考时钟信号来锁定相应参考时钟发生器的频率；以及

在所述多个无线功率发射机中的每一个无线功率发射机处，根据相应参考时钟发生器的频率向接收机发送相应的无线功率信号。

EC2、根据EC1所述的方法，其中，锁定是注入锁定。

EC3、根据EC2所述的方法，还包括：

在所述多个无线功率发射机中的所述其他无线功率发射机中的每一个无线功率发射机处，将所接收的无线发送的参考时钟信号的函数施加到相应的参考时钟发生器的相应场效应晶体管(FET)的基板端口，以执行注入锁定。

EC4、根据EC3所述的方法，其中，所述FET是GaN FET。

EC5、根据EC3所述的方法，还包括：

在所述多个无线功率发射机中的所述其他无线功率发射机中的每一个无线功率发射机处，通过将所接收的无线发送的参考时钟信号的频率乘以整数或有理数来导出所接收的无线发送的参考时钟信号的函数。

EC6、根据EC2所述的方法，其中，相应的参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器包括相应的振荡器。

EC7、根据EC6所述的方法，还包括：

在所述多个无线功率发射机中的所述其他无线功率发射机中的每一个无线功率发射机处，根据所接收的无线发送的参考时钟信号导出相应的期望时钟。

EC8、根据EC7所述的方法，其中，相应的期望时钟的频率在相应振荡器的自由运行频率的正或负百分之2以内。

EC9、根据EC7所述的方法，其中，导出包括：将所接收的无线发送的参考时钟信号的频率乘以整数或有理数。

EC10、根据EC1所述的方法，其中，相应的参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器包括相应的锁相环(PLL)。

EC11、根据EC10所述的方法，其中，至少部分地经由所述PLL执行锁定。

EC12、根据EC1所述的方法，还包括：

从所述特定无线功率发射机的相应参考时钟发生器提供参考时钟信号。

EC13、根据EC1所述的方法，其中，使得所述无线功率发射机中的每一个无线功率发射机能够以公共频率发送相应的无线功率信号。

EC14、根据EC13所述的方法，其中，所述公共频率是所述特定无线功率发射机的相应参考时钟发生器的频率。

EC15、根据EC1所述的方法，还包括：

所述多个无线功率发射机中的至少一些无线功率发射机调整所述发射的相应相位，使得所有相应的无线功率信号在接收机处相位对齐。

EC16、根据EC15所述的方法，还包括：

所述多个无线功率发射机中的至少一些无线功率发射机从所述接收机接收相应的相位反馈，并使用所述相应的相位反馈来控制所述相应相位的调整。

EC17、根据EC16所述的方法，还包括：

所述多个无线功率发射机中的至少一个无线功率发射机与所述接收机进行通信以协调针对所述多个无线功率发射机中的一个或多个无线功率发射机的相应相位反馈的产生。

EC18、根据EC17所述的方法，其中，所述多个无线功率发射机中的至少一个无线功率发射机是所述特定无线功率发射机。

EC19、根据EC1所述的方法，还包括：

所述多个无线功率发射机中的至少一些无线功率发射机调整所述发射的相应方向，使得相应无线功率信号被定向到所述接收机。

EC20、根据EC19所述的方法，还包括：

所述多个无线功率发射机中的至少一些无线功率发射机从所述接收机接收相应的方向反馈并使用所述相应的方向反馈来控制相应方向的调整。

EC21、根据EC20所述的方法，还包括：

所述多个无线功率发射机中的至少一个无线功率发射机与所述接收机进行通信，以协调针对所述多个无线功率发射机中的一个或多个无线功率发射机的相应方向反馈的产生。

EC22、根据EC21所述的方法，其中，所述多个无线功率发射机中的至少一个无线功率发射机是所述特定无线功率发射机。

EC23、根据EC1所述的方法，还包括：

在主模式下操作所述特定无线发射机的相应参考时钟发生器。

EC24、根据EC23所述的方法，还包括：

在从模式下操作所述多个无线发射机中的所述其他无线发射机的相应参考时钟发生器。

EC25、一种对两个或更多个参考时钟发生器进行同步的方法，包括：

所述参考时钟发生器中的特定参考时钟发生器向所述参考时钟发生器中的其他参考时钟发生器无线地发送参考时钟信号；

在所述参考时钟发生器中的所述其他参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器处，接收所述无线发送的参考时钟信号；以及

在所述参考时钟发生器中的所述其他参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器处，根据所接收的无线发送的参考时钟信号锁定所述参考时钟发生器。

EC26、根据EC25所述的方法，其中，锁定是注入锁定。

EC27、根据EC25所述的方法，其中，所述参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器包括相应的锁相环(PLL)。

EC28、根据EC1所述的方法，其中，所述参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器包括相应的振荡器。

EC29、一种系统，包括：

两个或更多个发射机，所述发射机中的每一个发射机包括相应的参考时钟发生器、相应的控制器和相应的天线；

其中所述发射机中的特定发射机被配置为向所述发射机中的其他发射机无线地发送参考时钟信号；

其中所述发射机中的所述其他发射机中的每一个发射机被配置为无线地接收所发送的参考时钟信号；以及

其中所述发射机中的所述其他发射机中的每一个发射机被配置为使用所接收的参考时钟信号来锁定所述发射机的相应参考时钟发生器。

EC30、根据EC29所述的系统，其中，锁定是注入锁定。

EC31、根据EC30所述的系统，其中，在所述发射机中的所述其他发射机中的每一个发射机处，注入锁定包括：将所接收的参考时钟信号的函数施加于所述相应的参考时钟发生器的FET的基板端口。

EC32、根据EC31所述的系统，其中，所述FET是GaN FET。

EC33、根据EC31所述的系统，其中，所述函数是频率乘以整数或有理数的乘积。

EC34、根据EC29所述的系统，其中，所述相应的参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器包括相应的锁相环(PLL)。

EC35、根据EC34所述的系统，其中，所述发射机中的所述其他发射机中的每一个发射机被配置为经由所述PLL锁定所述发射机的所述相应的参考时钟发生器。

EC36、根据EC29所述的系统，其中，所述相应的参考时钟发生器中的每一个参考时钟发生器包括相应的振荡器。

EC37、根据EC29所述的系统，其中，所述发射机是无线功率发射机。

EC38、根据EC29所述的系统，其中，所述发射机被配置为根据所述发射机的所述相应参考时钟发生器的操作频率经由所述相应天线进行发射。

EC39、根据EC29所述的系统，其中，所述发射机被配置为根据所述发射机的所述相应参考时钟发生器的操作频率经由所述相应天线无线地发射功率。

EC40、根据EC38或EC39中任一项所述的系统，其中，所述参考时钟信号在频率上与所述特定发射机的相应参考时钟发生器的操作频率正交。

EC41、根据EC40所述的系统，其中，所述参考时钟信号的频率是所述特定发射机的相应参考时钟发生器的操作频率的整数除数。

EC42、根据EC29所述的系统，其中，所述相应天线是定向天线。

EC43、根据EC42所述的系统，其中，所述相应天线是相控阵天线。

EC44、根据EC42所述的系统，其中，所述相应天线是切换波束天线。

EC45、根据EC42所述的系统，其中，所述相应天线使用波束成形。

EC46、根据EC29所述的系统，其中，所述发射机中的每一个发射机还包括相应的功率管理电路和相应的功率发射电路中的一个或多个。

EC47、根据EC46所述的系统，其中，使得所述相应的功率管理电路能够从墙壁插座接收功率。

EC48、根据EC46所述的系统，其中，所述相应的功率发射电路耦接在所述相应的功率管理电路和所述相应的天线之间。

EC49、根据EC29所述的系统，其中，所述相应的控制器包括微处理器。

EC50、根据EC29所述的系统，其中，使得所述相应的控制器能够控制相关联的发射机的操作。

EC51、根据EC29所述的系统，其中，所述发射机中的每一个发射机还包括相应的通信接口。

EC52、根据EC49所述的系统，其中，使得所述相应的控制器能够通过所述相应的通信接口在所述发射机之间进行通信。

EC53、根据EC29所述的系统，其中，所述相应的控制器被配置为协调以控制所述系统。

EC54、根据EC53所述的系统，

其中，所述发射机中的每一个所述发射机被配置为向接收机发送相应的无线功率信号；以及

其中，所述相应的控制器被配置为单独地和/或协作地执行包括以下一个或多个操作在内的相应操作：

检测所述发射机中的各个发射机的存在；

检测所述接收机的存在；

选择所述发射机中的主发射机，其中所述特定发射机是所述主发射机；

使得所述主发射机能够向所述发射机中的其他发射机无线地发送参考时钟信号；

使得所述发射机中的所述其他发射机能够无线地接收所发送的参考时钟信号；

使得所述发射机中的所述其他发射机能够使用所接收的参考时钟信号来锁定所述发射机的相应参考时钟发生器；

分配所述发射机中的一个或多个发射机以向所述接收机无线地发送功率；

在所述一个或多个发射机中的每一个发射机处，确定针对所述接收机的相应方位；

在所述一个或多个发射机中的每一个发射机处，根据所述相应的方位对相应的天线进行定位；

在所述一个或多个发射机中的至少一些发射机中的每一个发射机处，确定相应无线功率信号的相应传输相位，以在所述接收机处对所述一个或多个发射机的所有相应无线功率信号进行相位对齐；

在所述一个或多个发射机中的至少一些发射机中的每一个发射机处，将相应无线功率信号的相位设置为所述相应传输相位；

使得所述一个或多个发射机中的每一个发射机能够向所述接收机无线地发送功率；

监测在所述接收机处看到的相应无线功率信号的RSSI；

根据监测的RSSI调整所述系统的参数；

周期性地和/或根据所监测的RSSI和/或根据所述系统的其他改变，重复前述的任何一个或多个操作；

监测所述系统的健康状况；

在所述发射机之间传送心跳；

确定所述发射机中的一个发射机是否离开所述系统；

确定所述接收机中的一个接收机是否离开所述系统；

确定新的发射机是否进入所述系统；

确定新的接收机是否进入所述系统；以及

其他系统活动。

EC55、根据EC54所述的系统，其中，相应控制器中的每一个控制器包括相应的微处理器和相应的非暂时性计算机可读介质，所述相应的非暂时性计算机可读介质包含使得所述微处理器能够执行相应操作的指令。

EC56、根据EC55所述的系统，其中，所述非暂时性计算机可读介质是只读存储器(ROM)。

EC57、根据EC55所述的系统，其中，所述非暂时性计算机可读介质包括闪存。

EC58、根据EC29所述的系统，其中，所述特定发射机被配置为在期望锁定所述发射机中的所述特定发射机和所述其他发射机期间，连续地向所述发射机中的所述其他发射机无线地发送所述参考时钟信号。

EC59、根据EC58所述的系统，其中，所述发射机中的所述其他发射机中的每一个发射机被配置为连续地使用所接收的参考时钟信号来锁定所述发射机的相应参考时钟发生器。

如本领域技术人员将理解的，本发明的各个方面可以具体实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)的形式，或者将软件和硬件方面组合的实施例的形式，其在本文中均可以一般地被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各个方面可以采用具体实现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，计算机可读介质上具体实现有计算机可读程序代码。

可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或上述的任何合适的组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何有形介质。

计算机可读信号介质可以例如在基带或作为载波的一部分包括传播的数据信号，传播的数据信号中具体实现有计算机可读程序代码。这种传播的信号可以采取各种形式中的任何形式，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质并且可以传送、传播或传输由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何计算机可读介质。

可以使用包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等的任何适当的介质或前述的任何合适的组合来发送具体实现在计算机可读介质上的程序代码。

用于执行本发明的方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，所述编程语言包括面向对象的编程语言(例如Java、Smalltalk、C++等)以及常规的程序性编程语言(例如“C”编程语言或类似的编程语言)。程序代码可以作为独立的软件包完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述任何类型的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以与外部计算机进行连接(使用互联网服务提供商通过互联网进行)。

下面参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的方面。应当理解，流程图和/或框图的每一个框以及流程图和/或框图中的方框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机的处理器或其他可编程数据处理装置以产生机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置执行的指令创建用于执行流程图和/或框图的方框中指定的功能/动作的模块。

这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，计算机可读介质可以指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实现流程图和/或框图的方框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的方框中指定的功能/动作的过程。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每一个框可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于执行指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意的是，在一些备选的实施方式中，框中记录的功能可以不按照图中所示的顺序进行。例如，实际上可以基本上同时执行依次示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行框，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图的每一个框和框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定的功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

尽管本文参考具体实施例描述了本发明，但是在不脱离如下面权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这些修改旨在被包括在本发明的范围内。本文针对具体实施例描述的问题的任何益处、优点或解决方案不旨在被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或基本特征或要素。

除非另有说明，否则如“第一”和“第二”的术语用于任意地区分这些术语所描述的元素。因此，这些术语不一定意在表示这些元素的时间或其他优先级。

Claims

1.一种用于无线能量传输的系统，包括：

跟踪模块，被配置为确定可通电设备对入射到所述可通电设备上的能量束的设备响应，所述能量束包括一个或多个电磁EM波；

第一波束成形模块，被配置为对所述一个或多个EM波中的第一EM波进行定向以对所述可通电设备供电；

第二波束成形模块，与所述第一波束成形模块物理分离，并且被配置为对所述一个或多个EM波中的第二EM波进行定向以对所述可通电设备供电，其中所述第一EM波具有第一基频，第一基频与所述第二EM波的第二基频相等；

相位对齐模块，被配置为在所述设备处将所述第一EM波的第一相位与所述第二EM波的第二相位对齐；以及

处理模块，被配置为与所述跟踪模块、所述第一波束成形模块、所述第二波束成形模块和所述相位对齐模块中的至少一个进行通信，以根据所述设备响应来使所述可通电设备接收的接收功率水平最大化，所述接收功率水平与由包括所述第一EM波的第一能量束和包括所述第二EM波的第二能量束形成的能量束的发射功率水平成正比。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：频率管理模块，被配置为通过使用无线注入锁定WIL来将所述第二基频对齐为等于所述第一基频。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括：极化对齐模块，被配置为将所述第一EM波的第一极性与所述第二EM波的第二极性对齐。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一能量束和所述第二能量束中的每一个能量束是窄角度束。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一能量束和所述第二能量束中的每一个能量束还包括多个频率，所述多个频率分别与所述第一基频和所述第二基频成比例相关。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理模块被配置为从所述可通电设备接收接收信号强度指示RSSI，并且所述处理模块被配置为调整所述跟踪模块、所述第一波束成形模块、所述第二波束成形模块和所述相位对齐模块中的一个或多个以使RSSI值最大化。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理模块被配置为从所述可通电设备接收遥测数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理模块被配置为与所述第一波束成形模块进行通信，第二处理模块被配置为与所述第二波束成形模块进行通信，并且所述处理模块被配置为与所述第二处理模块进行通信。

9.一种用于无线能量传输的方法，包括：

形成多个能量束，每一个能量束包括一个或多个电磁EM波，其中EM波具有与所述能量束中的另一个能量束的另一个EM波的基频相同的基频；

跟踪可通电设备对入射在所述可通电设备上的所述多个能量束的设备响应；

对所述多个能量束中的每一个能量束的所述一个或多个EM波进行定向以对所述可通电设备供电；

将所述多个能量束中的至少一个能量束的所述一个或多个EM波的相应相位与所述多个能量束中的另一个能量束的另一个EM波的另一相位对齐；以及

通过针对所述多个能量束中的至少一个能量束优化所述一个或多个EM波的定向和所述一个或多个EM波的相位的对齐，来根据所述设备响应使所述可通电设备接收的接收功率水平最大化。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：使用无线注入锁定WIL将每一个能量束的每一个EM波的相同基频彼此锁定。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，WIL包括调制场效应晶体管FET的基板电压以改变谐振电路的偏置电流。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括：将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的所述一个或多个EM波的相应极性与所述多个能量束中的所述另一个能量束的所述另一个EM波的另一极性对齐。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述设备响应包括从所述可通电设备接收背向散射的EM波作为接收信号强度指示符RSSI。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括：将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的每一个EM波的相应极性与所述多个能量束中的另一个能量束的EM波对齐。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：从所述可通电设备接收遥测数据以调整所述多个能量束中的每一个能量束的发射功率水平。

16.一种用于无线通信的方法，包括：

形成多个能量束，每一个能量束包括一个或多个电磁EM波；

使用无线注入锁定WIL将所述多个能量束中的至少一个能量束的每一个EM波的相应基频与所述多个能量束中的另一个能量束的EM波的基频进行匹配；

跟踪多个可通电设备中的每一个可通电设备对入射到所述可通电设备上的所述多个能量束的设备响应；

对所述多个能量束中的每一个能量束的所述一个或多个EM波进行定向以对至少一个可通电设备供电；

将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的每一个EM波的相应相位与所述多个能量束中的所述另一个能量束的另一个EM波的另一相位对齐；以及

通过优化所述多个能量束中的至少一个能量束的每一个EM波的相位的对齐，来根据可通电设备的相应设备响应使所述多个可通电设备中的每一个可通电设备接收的接收功率水平最大化。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在功率接入点处从所述多个可通电设备中的至少一个可通电设备接收遥测数据，所述功率接入点能够执行以下至少一项：跟踪所述设备响应中的一个设备响应、形成所述多个能量束中的一个能量束、以及将所述多个能量束中的至少两个能量束的每一个EM波的相位对齐。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：将所述多个能量束中的所述至少一个能量束的所述一个或多个EM波的相应极性与所述多个能量束中的所述另一能量束的所述另一个EM波的另一个极性对齐。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个能量束在时间共享的基础上被定向到所述多个可通电设备中的多于一个的可通电设备。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个能量束响应于所述多个可通电设备中的一个可通电设备的重定位而被定向到新的可通电设备。