CN107360732B - 用于三维袋形成的方法 - Google Patents

Abstract

本文中描述的实施例包括发射电力传输信号(例如，射频(RF)信号波)以产生三维能量袋的发射器。至少一个接收器可以连接到或集成到电子设备中并从能量袋接收电力。发射器可以使用通信介质(例如，蓝牙技术)来在三维空间中对至少一个接收器进行定位。发射器产生波形以在所述至少一个接收器中的每一个接收器周围创建能量袋。发射器使用算法来指导、聚焦以及控制三维波形。接收器可以将传输信号(例如，RF信号)转换成用于为电子设备供电的电力。因此，无线电力传输的实施例可以允许在没有导线的情况下为多个电气设备供电和充电。

Description

用于三维袋形成的方法

相关申请的交叉引用

本申请是2013年5月10递交的序列号为13/891,430、题为“MethodologyForPocket-Forming(用于袋形成的方法)”的美国非临时专利申请的部分继续申请，其要求下述美国临时专利申请的优先权：2012年10月31日递交的序列号为61/720,798、题为“Scalable Antenna Assemblies For Power Transmission(用于电力传输的可扩展天线组件)”的美国临时专利申请，2012年7月6日递交的序列号为61/668,799、题为“ReceiversFor Power Transmission(用于电力传输的接收器)”的美国临时专利申请以及2012年7月31日递交的序列号为61/677,706、题为“Transmitters For Wireless PowerTransmission(用于无线电力传输的发射器)”的美国临时专利申请，这些专利申请的全部内容通过引用整体合并到本文中。

本申请是2013年6月24递交的序列号为13/925,469、题为“Methodology forMultiple Pocket-Forming(用于多个袋形成的方法)”的美国非临时专利申请的部分继续申请，其全部内容通过引用整体合并到本文中。

本申请是2013年7月19递交的序列号为13/946,082、题为“Method for3Dimensional Pocket-Forming(用于3维袋形成的方法)”的美国非临时专利申请的部分继续申请，其全部内容通过引用整体合并到本文中。

本申请是2013年5月10递交的序列号为13/891,399、题为“Receivers forWireless Power Transmission(用于无线电力传输的接收器)”的美国非临时专利申请的部分继续申请，其要求下述美国临时专利申请的优先权：2012年10月31日递交的序列号为61/720,798、题为“Scalable Antenna Assemblies For Power Transmission(用于电力传输的可扩展天线组件)”的美国临时专利申请，2012年7月6日递交的序列号为61/668,799、题为“Receivers For Power Transmission (用于电力传输的接收器)”的美国临时专利申请以及2012年7月31日递交的序列号为61/677,706、题为“Transmitters For WirelessPower Transmission(用于无线电力传输的发射器)”的美国临时专利申请，这些专利申请的全部内容通过引用整体合并到本文中。

本申请是2013年5月10递交的序列号为13/891,445、题为“Transmitters forWireless Power Transmission(用于无线电力传输的发射器)”的美国非临时专利申请的部分继续申请，其要求下述美国临时专利申请的优先权：2012年10月31日递交的序列号为61/720,798、题为“Scalable Antenna Assemblies For Power Transmission(用于电力传输的可扩展天线组件)”的美国临时专利申请，2012年7月6日递交的序列号为61/668,799、题为“Receivers For Power Transmission(用于电力传输的接收器)”的美国临时专利申请以及2012年7月31日递交的序列号为61/677,706、题为“Transmitters For WirelessPower Transmission(用于无线电力传输的发射器)”的美国临时专利申请，这些专利申请的全部内容通过引用整体合并到本文中。

本申请是2013年6月25递交的序列号为13/926,020、题为“Wireless PowerTransmission with Selective Range(具有选择性范围的无线电力传输)”的美国非临时专利申请的部分继续申请，其全部内容通过引用整体合并到本文中。

技术领域

本公开总体上涉及无线电力传输。

背景技术

诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和其他电子设备之类的便携式电子设备已经成为我们与其他人进行沟通和交流时的日常需求。频繁使用这些设备可能需要大量的电力，这会很容易将附接到这些设备的电池耗尽。因此，用户经常需要将设备插入到电源，并对这样的设备进行充电。这可能需要每天不得不给电子装备充电至少一次，或者在高需求电子设备的情况下，每天充电超过一次。

这样的活动可能是乏味的并且可能表现为用户的负担。例如，可能需要用户携带充电器以防用户的电子装备电量不足。此外，用户必须找到可用的电源来进行连接。最后，用户必须插入到墙壁或其他电源以便能给用户的电子设备充电。然而，这种活动可能导致电子设备在充电期间无法操作。

目前对该问题的解决方案可能包括具有可再充电电池的设备。然而，上述手段需要用户随身携带额外的电池，并且还要确保该额外的电池组被充电。太阳能电池充电器也是已知的，然而，太阳能电池单元是昂贵的，并且可能需要大阵列的太阳能电池单元来给任何显着容量的电池充电。其他手段涉及使得可以通过使用电磁信号给设备充电而不用将设备的插头物理地连接到电源插座的垫或衬垫。在这种情况下，仍然需要将设备在特定位置中放置一段时间以对其充电。假设电磁(EM)信号是单源电力传输的，EM信号电力在距离r上减少为原来的1/r²，换句话说，EM信号电力与距离的平方成比例衰减。因此，在与EM发射器相距较远处所接收的电力是所发射电力的一小部分。为了增加接收信号的功率，必须提高传输功率。假设所发射信号在距离EM发射器三厘米处具有有效的接收，则在三米的有用距离上接收相同的信号功率将需要把发射功率提高10,000倍。这样的电力传输是浪费的，由于能量中的大部分被传送且没有被预期的设备接收，所以可能对生物组织有危害，它很可能干扰紧邻区域的大多数电子设备，并且可能会以热量形式耗散。

在诸如定向电力传输的另一种手段中，通常需要知道设备的位置以能够将信号指向正确的方向，从而增强电力传输效率。然而，即使在设备被定位的情况下，由于在接收设备的路径中或其附近的物体的反射和干涉，因此也不能保证有效的传输。另外，在许多用例中，设备不是静止的，这额外增加了难度。

由于上述原因，需要一种无线电力传输系统，其中电子设备可以被供电而不需要额外的充电器或插头，并且其中电子设备的移动性和便携性可能不会受到损坏。因此，需要解决上述问题的无线电力传输方法。

发明内容

本文中描述的实施例包括发射电力传输信号(例如，射频(RF)信号波)以产生三维能量袋的发射器。至少一个接收器可以连接到或集成到电子设备中并从能量袋接收电力。发射器可以使用通信介质(例如，蓝牙技术)来在三维空间中对至少一个接收器进行定位。发射器产生波形以在所述至少一个接收器中的每一个接收器周围创建能量袋。发射器使用算法来指导、聚焦以及控制三维波形。接收器可以将传输信号(例如，RF信号)转换成用于为电子设备供电和/或为电池充电的电力。因此，无线电力传输的实施例可以允许在没有导线的情况下为多个电气设备供电和充电。

在一个实施例中，提供了一种形成能量袋的方法，所述方法包括：发射器捕获来自接收器的第一信号，其中，所述第一信号是由所述发射器的第一天线子集所捕获的；所述发射器基于所述第一信号中包含的数据向所述接收器发射一个或多个电力传输波，其中，所述一个或多个电力传输波是使用所述第一天线子集发射的；所述发射器捕获来自所述接收器的第二信号，其中，所述第二信号是由所述发射器的第二天线子集所捕获的；以及所述发射器发射所述一个或多个电力传输波，以基于所述第一信号和第二信号在相对于所述接收器的位置处形成能量袋，其中，所述发射器连续地调整所述第一天线子集和所述第二天线子集，以在相对于所述接收器的所述位置处形成所述能量袋。

在另一个实施例中，提供了一种用于无线电力传输中三维袋形成的系统，该系统包括：发射器，该发射器包括一个或多个天线的阵列以及微处理器，一个或多个天线的所述阵列被配置为发射一个或多个电力传输波，该微处理器被配置为控制所述天线阵列以使用所述一个或多个电力传输波来形成能量袋；接收器，该接收器包括一个或多个天线以及通信天线，该一个或多个天线被配置为从发射器产生的能量袋中接收能量，该通信天线发射一个或多个通信信号，其中，所述接收器与从所述接收器接收电荷的电子设备相关联，其中，所述发射器的天线阵列包含一个或多个天线的第一子集，一个或多个天线的所述第一子集被配置为捕获由所述接收器产生的第一信号；其中，所述发射器的天线阵列包含一个或多个天线的第二子集，一个或多个天线的所述第二子集被配置为捕获由所述接收器产生的第二信号；以及其中，所述微处理器还被配置为调整所述第一天线子集和所述第二天线子集以将所述能量袋传送到所述接收器。

在还一个实施例中，提供了一种用于无线电力传输中三维袋形成的装置，该装置包括：接收器，该接收器连接到电子设备，该接收器被配置为通过产生第一信号和第二信号来与发射器进行通信，所述第一信号和所述第二信号代表球系统中的水平定向和垂直定向或水平值和垂直值；以及天线元件的第一子集和天线元件的第二子集，其被配置为用于捕获所述接收器的、用来供微处理器计算相应的相位值和增益值的所述水平值和所述垂直值，该相位值和该增益值被垂直天线元件和水平天线元件用来捕获信号并且被所述微处理器用来调整所述发射器的天线元件，以形成接收器用来为所述电子设备供电的能量袋。

将在下面的描述中对实施例的附加特征和优势进行阐述，并且该附加特征和优势将根据描述而部分地变得明显。将通过在所书写的说明书和权利要求书以及附图中的示例性实施例中特别指出的结构来实现和获得本发明的目的和其他优势。

应当理解的是，上述一般描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步说明。

附图说明

通过参照以下附图可以更好地理解本公开。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本公开的原理上。在附图中，附图标记表示不同视图中的相应部分。参照附图以示例方式来描述本公开的非限制性实施例，这些附图是示意性的并且可能未按比例绘制。除非指出表示背景技术，否则附图表示本公开的各个方面。

图1示出了根据示例性实施例的系统概观。

图2示出了根据示例性实施例的无线电力传输的步骤。

图3示出了根据示例性实施例的用于无线电力传输的架构。

图4示出了根据示例性实施例的使用袋形成(pocket-forming)程序的无线电力传输系统的组件。

图5示出了根据示例性实施例的为多个接收器设备供电的步骤。

图6A示出了用于具有选择性范围的无线电力传输的波形，该波形可以统一成单个波形。

图6B示出了用于具有选择性范围的无线电力传输的波形，该波形可以统一成单个波形。

图7示出了具有选择性范围的无线电力传输，其中可以沿着以发射器为中心的不同半径生成多个能量袋。

图8示出了具有选择性范围的无线电力传输，其中可以沿着以发射器为中心的不同半径生成多个能量袋。

图9A和图9B示出了根据示例性实施例的用于无线充电客户端计算平台的架构的图。

图10A示出了根据示例性实施例的使用多个袋形成的无线电力传输。

图10B示出了根据示例性实施例的多个自适应袋形成。

图11示出了根据示例性实施例的用于无线充电客户端设备的系统架构的图。

图12示出了根据示例性实施例的用于使用天线元件确定接收器位置的方法。

图13A示出了根据示例性实施例的阵列子集配置。

图13B示出了根据示例性实施例的阵列子集配置。

图14示出了根据示例性实施例的平面发射器。

图15A示出了根据示例性实施例的发射器。

图15B示出了根据示例性实施例的盒式发射器。

图16示出了根据示例性实施例的用于将发射器并入到不同设备的架构的图。

图17示出了根据示例性实施例的发射器配置。

图18A示出了根据示例性实施例的并联连接到天线元件的多个整流器。

图18B示出了根据示例性实施例的并联连接到整流器的多个天线元件。

图19A示出了根据示例性实施例的被组合并连接到并联整流器的多个天线元件输出。

图19B示出了根据示例性实施例的连接到不同整流器的天线元件组。

图20A示出了根据示例性实施例的具有嵌入式接收器的设备。

图20B示出了根据示例性实施例的具有嵌入式接收器的电池。

图20C示出了根据示例性实施例的可附接到设备的外部硬件。

图21A示出了根据示例性实施例的壳体形式的硬件。

图21B示出了根据示例性实施例的印刷薄膜或柔性印刷电路板形式的硬件。

图22示出了根据示例性实施例的内部硬件。

具体实施方式

在此将参照附图中所示的实施例来详细描述本公开，这些附图构成本文的一部分。在不脱离本公开的精神或范围的情况下可以使用其他实施例和/或可以进行其他变化。在详细描述中所描述的说明性实施例不意在限制本文所呈现的主题。此外，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所描述的各种组件和实施例可以组合以形成未明确描述的附加实施例。

现在将参照附图中所示的示例性实施例，并且这里将使用特定语言来描述附图中所示的示例性实施例。不过，应当理解的是，并无意由此作出对本发明范围上的限制。本文所示的发明特征的变化和进一步修改以及如本文所示的本发明的原理的另外的应用(对于在相关技术领域中并且获得本公开的技术人员而言是可能会想到的)都被认为是在本发明的范围内。

I.用于无线电力传输的系统和方法

A.组件系统实施例

图1示出了用于通过形成能量袋104来进行无线电力传输的系统100。系统100可以包括发射器101、接收器103、客户端设备105和袋检测器107。发射器101可以发射电力传输信号，该电力传输信号包括可由接收器103捕获的电力传输波。接收器103可以包括天线、天线元件和其他电路(稍后详述)，这些可以代表与接收器103相关联的客户端设备105来将捕获的波转换成可用的电能源。在一些实施例中，发射器101可以通过操纵电力传输波的相位、增益和/或其他波形特征，和/或通过选择不同的发射天线，在一个或多个轨迹中发射由电力传输波组成的电力传输信号。在这样的实施例中，发射器101可以操纵电力传输信号的轨迹，使得底层电力传输波会聚在空间中的一个位置处，导致特定形式的干涉。在电力传输波的会聚处产生的一种类型的干涉(“相长干涉”)可以是由电力传输波的会聚造成的能量场，使得电力传输波叠加在一起并加强了集中在该位置处的能量-相比之下，以互相相减并使集中在该位置处的能量减少的方式叠加在一起的称为“相消干涉”。如果接收器103的天线被配置为在电力传输信号的频率上工作，则在相长干涉处的足够能量的积累可以建立能被该天线收集的能量场或“能量袋”104。因此，电力传输波在空间中的位置处建立能量袋104，接收器103可以在该位置处接收、收集电力传输波并将电力传输波转换成可用的电能，该可用的电能可以为相关联的电客户端设备105供电或充电。检测器107可以是包括能够响应于接收电力传输信号而生成通知或警报的接收器103的设备。作为示例，搜索接收器103的最优布置以对其客户端设备105充电的用户可以使用包括LED灯108的检测器107，当检测器107捕获来自单个波束或能量袋104的电力传输信号时该LED灯会变亮。

1.发射器

发射器101可以向与设备105关联的接收器103发射或广播电力传输信号。尽管下面提到的几个实施例将电力传输信号描述为射频(RF)波，但是应当理解的是，电力传输可以是能够通过空间传播并且能够被转换为电能源103的物理介质。发射器101可以将电力传输信号发射为指向接收器103的单个波束。在一些情况下，一个或多个发射器101可以发射在多个方向上传播的多个电力传输信号，并且可以偏离开物理障碍物(例如墙壁)。多个电力传输信号可以会聚在三维空间中的一个位置处，形成能量袋104。在能量袋104的边界内的接收器103可以将电力传输信号捕获并转换成可用的能量源。发射器101可以基于电力传输信号的相位调整和/或相对幅度调整来控制袋形成，以形成相长干涉图样。

尽管示例性实施例列举了RF波传输技术的使用，但是无线充电技术不应局限于RF波传输技术。相反，应当理解的是，可能的无线充电技术可以包括用于将能量发射到接收器的任何数量的替代或附加技术，该接收器将所发射的能量转换为电力。对可以由接收设备转换成电力的能量的非限制示例性传输技术可以包括：超声、微波、谐振和感应磁场、激光、红外线或其他形式的电磁能。在超声的情况下，例如，可以设置一个或多个变换器元件，以便形成向接收超声波并将其转换成电力的接收设备发射超声波的变换器阵列。在谐振或感应磁场的情况下，在发射器线圈中生成磁场并由接收器线圈将该磁场转换成电力。另外，尽管示例性发射器101被示出为潜在包括多个发射器(发射阵列)的单个单元，但是对于电力的RF传输以及对于本段中提到的其他电力传输方法而言，发射阵列可以包括物理上分散在房间周围而不是在紧凑的规则结构中的多个发射器。

发射器包括天线阵列，该天线阵列中的天线用于发送电力传输信号。每个天线发送电力传输波，其中发射器对从不同天线发射的信号施加不同的相位和幅度。类似于能量袋的形成，发射器可以形成要发射信号的延迟版本的相控阵列，然后对信号的延迟版本施加不同的幅度，然后从适当的天线发送信号。对于诸如RF信号、超声、微波等的正弦波形，使信号延迟类似于对信号施加相移。

2.能量袋

可以在由发射器101所发射的电力传输信号的相长干涉图样的位置处形成能量袋104。能量袋104可以表现为三维场，其中能量可以由位于该能量袋104内的接收器103所收集。在袋形成期间由发射器101产生的能量袋104可以由接收器103收集并转换成电荷，然后提供给与接收器103相关联的电子客户端设备105(例如，膝上型计算机、智能手机、可再充电电池)。在一些实施例中，可以存在为各种客户端设备105供电的多个发射器101和/或多个接收器103。在一些实施例中，自适应袋形成可以调整电力传输信号的传输，以便调节功率电平和/或识别设备105的移动。

3.接收器

接收器103可以用于为相关联的客户端设备105供电或充电，该客户端设备105可以是与接收器103耦接或集成在一起的电气设备。接收器103可以从源自一个或多个发射器101的一个或多个电力传输信号接收电力传输波。接收器103可以接收由发射器101产生为单个波束的电力传输信号，或者接收器103可以从能量袋104收集电力传输波，该能量袋可以是因一个或多个发射器101产生的多个电力传输波的会聚而形成的空间中的三维场。接收器103可以包括天线阵列112，该天线阵列被配置为从电力传输信号接收电力传输波，并且从单个波束或能量袋104的电力传输信号中收集能量。接收器103可以包括之后将电力传输信号(例如，射频电磁辐射)的能量转换为电能的电路。接收器103的整流器可以将电能从AC转化为DC。也可以应用其他类型的调节。例如，电压调节电路可以根据客户端设备105的需求来使电能的电压增加或减少。然后，电气继电器可以将电能从接收器103传送到客户端设备105。

在一些实施例中，接收器103可以包括将控制信号发射到发射器101以便实时或接近实时地交换数据的通信组件。控制信号可以包含关于客户端设备105、接收器103或电力传输信号的状态信息。例如，状态信息可以除了其他类型的信息之外尤其包括设备105的当前位置信息、接收的充电量、使用的充电量以及用户帐户信息。此外，在一些应用中，可以将包括其包含的整流器的接收器103集成到客户端设备105中。出于实用目的，接收器103、导线111和客户端设备105可以是包含在单个封装中的单个单元。

4.控制信号

在一些实施例中，控制信号可以用作由负责控制电力传输信号的产生和/或袋形成的各种天线元件所使用的数据输入。控制信号可以由接收器103或发射器101使用外部电源(未示出)和本地振荡器芯片(未示出)来产生，在某些情况下可能包括使用压电材料。控制信号可以是RF波或能够在诸如蓝牙、RFID、红外、近场通信(NFC)之类的处理器之间传送数据的任何其他通信介质或协议。如稍后将描述的那样，可以使用控制信号来在发射器101与用于调整电力传输信号的接收器103之间传送信息，并且该信息包含与状态、效率、用户数据、功耗、计费、地理位置相关的信息以及其他类型的信息。

5.检测器

检测器107可以包括类似于接收器103的硬件，该硬件可以允许检测器107接收源自一个或多个发射器101的电力传输信号。用户可以使用检测器107来识别能量袋104的位置，使得用户可以确定接收器103的优选布置。在一些实施例中，检测器107可以包括指示灯108，该指示灯指示检测器何时被放置在能量袋104内。作为示例，在图1中，检测器107a、107b位于由发射器101生成的能量袋104内，由于检测器107a、107b正在接收能量袋104的电力传输信号，因此可以触发检测器107a、107b打开它们各自的指示灯108a、108b；而位于能量袋104外面的第三检测器107c的指示灯108c由于第三检测器107c没有从发射器101接收电力传输信号而被关闭。应当理解的是，在替选实施例中，诸如指示灯之类的检测器的功能也可以被集成到接收器或客户端设备中。

6.客户端设备

客户端设备105可以是需要持续电能或需要来自电池的电力的任何电气设备。客户端设备105的非限制性示例可以除了其他类型的电子设备外尤其包括：笔记本电脑、移动电话、智能手机、平板电脑、音乐播放器、玩具、电池、手电筒、灯、电子手表、照相机、游戏控制台、电器、GPS设备以及可穿戴的设备或所谓的“可穿戴设备”(例如，健身手环、计步器、智能手表)。

在一些实施例中，客户端设备105a可以是与和该客户端设备105a相关联的接收器103a不同的物理设备。在这样的实施例中，客户端设备105a可以通过导线111连接到接收器，该导线111将转换的电能从接收器103a传送到客户端设备105a。在某些情况下，可以通过导线111输送其他类型的数据，例如电力消耗状态、电力使用度量、设备标识符以及其他类型的数据。

在一些实施例中，客户端设备105b可以永久地集成到接收器103b或可拆卸地耦接到接收器103b，由此形成单个集成产品或单元。作为示例，客户端设备105b可以被放置在具有嵌入式接收器103b并且可以可拆卸地耦接到设备105b的电源输入的套筒中，该电源输入通常可用于对设备105b的电池充电。在该示例中，不管设备105b是否需要电荷或是否正在被使用，设备105b都可以从接收器去耦接，但是可以保持在套筒中。在另一示例中，代替具有对用于设备105b的电荷进行保持的电池，设备105b可以包括集成接收器105b，该集成接收器可以永久地集成到设备105b中，以形成难以清楚区分的产品、设备或单元。在该示例中，设备105b几乎可以完全依赖于集成接收器103b以通过对能量袋104进行收集来产生电能。本领域技术人员应当清楚，接收器103与客户端设备105之间的连接可以是导线111，或者可以是电路板或集成电路上的电连接，或者甚至是诸如感应连接或磁性连接之类的无线连接。

B.无线电力传输的方法

图2示出了根据示例性方法200实施例的无线电力传输的步骤。

在第一步骤201中，发射器(TX)与接收器(RX)建立连接或以其他方式与接收器(RX)相关联。也就是说，在一些实施例中，发射器和接收器可以通过使用能够在电气设备的两个处理器之间传输信息的无线通信协议(例如，低功耗蓝牙(BLE)、Wi-Fi，NFC、)来传送控制数据。例如，在实施或变体的实施例中，发射器可以对接收器的广播公告信号进行扫描，或者接收器可以向发射器发射公告信号。公告信号可以向发射器通知接收器的存在，并且可以触发发射器与接收器之间的关联。如本文中所述，在一些实施例中，公告信号可以传送可由各种设备(例如，发射器、客户端设备、服务器计算机、其他接收器)使用的信息以执行并管理袋形成过程。包含在公告信号内的信息可以包括设备标识符(例如，MAC地址、IP地址、UUID)、接收到的电能的电压、客户端设备功耗以及与电力传输有关的其他类型的数据。发射器可以使用发射的公告信号来识别接收器，并且在某些情况下，在二维空间或三维空间中对接收器进行定位。一旦发射器识别出接收器，发射器与接收器就可以建立在发射器中相关联的连接，允许发射器和接收器在第二个信道上传送控制信号。

在下一步骤203中，发射器可以使用公告信号来确定用于发射电力传输信号的电力传输信号特征的集合，从而建立能量袋。电力传输信号的特征的非限制性示例可以尤其包括相位、增益、幅度、量值和方向。发射器可以使用包含在接收器的公告信号中或者从接收器接收的随后的控制信号中的信息来确定如何产生和发射电力传输信号，使得接收器可以接收该电力传输信号。在一些情况下，发射器可以以建立能量袋的方式来发射电力传输信号，接收器可以从该能量袋收集电能。在一些实施例中，发射器可以包括执行软件模块的处理器，该软件模块能够基于从接收器接收的信息来自动地识别建立能量袋所需的电力传输信号特征，该信息诸如为由接收器从电力传输信号收集的电能的电压。应当理解的是，在一些实施例中，处理器和/或软件模块的功能可以在专用集成电路(ASIC)中实现。

附加地或可替选地，在一些实施例中，由接收器通过第二通信信道所发射的公告信号或随后的信号可以指示一个或多个电力传输信号特征，然后发射器可以使用这些特征来产生和发射电力传输信号以建立能量袋。例如，在一些情况下，发射器可以基于设备的位置和设备或接收器的类型来自动识别发射电力传输信号所需的相位和增益；并且在一些情况下，接收器可以向发射器通知用于有效发射电力传输信号的相位和增益。

在下一步骤205中，在发射器确定发射电力传输信号时所使用的适当特征之后，发射器可以开始通过与控制信号分开的信道来发射电力传输信号。可以发射电力传输信号以建立能量袋。发射器的天线元件可以发射电力传输信号，使得该电力传输信号在接收器周围的二维或三维空间中会聚。接收器周围产生的场形成能量袋，接收器可以从该能量袋来收集电能。可以使用一个天线元件来发射电力传输信号以建立二维能量传输；并且在一些情况下，可以使用第二或另外的天线元件来发射电力传输信号，以建立三维能量袋。在一些情况下，可以使用多个天线元件来发射电力传输信号，以建立能量袋。此外，在一些情况下，多个天线可以包括发射器中的全部天线；并且在一些情况下，多个天线可以包括发射器中的许多天线，但是比发射器的全部天线少。

如前所述，发射器可以根据所确定的电力传输信号特征的集合来产生和发射电力传输信号，可以使用外部电源和包括压电材料的本地振荡器芯片来产生和发射该电力传输信号。发射器可以包括RFIC，该RFIC基于与从接收器接收的电力传输以及袋形成相关的信息来控制电力传输信号的产生和传输。可以使用诸如BLE、NFC或之类的无线通信协议来在与电力传输信号不同的信道上对该控制数据进行通信。发射器的RFIC可以根据需要自动调整电力传输信号的相位和/或相对幅度。袋形成是通过发射器以形成相长干涉图样的方式发射电力传输信号来完成的。

当在袋形成期间发射电力传输信号时，发射器的天线元件可以使用波干涉的概念来确定某些电力传输信号特征(例如，电力传输信号波的传输方向、相位)。天线元件还可以使用相长干涉的概念来生成能量袋，但是也可以利用相消干涉的概念来在特定物理位置生成传输零点。

在一些实施例中，发射器可以使用袋形成向多个接收器提供电力，这可能需要发射器执行用于多个袋形成的过程。包括多个天线元件的发射器可以通过自动计算电力传输信号波的相位和增益来完成多个袋形成，其中发射器的每个天线元件负责向各自的接收器发射电力传输信号。发射器可以独立地计算相位和增益，因为可以由发射器的天线元件来产生每个电力传输信号的多个波径，以将电力传输信号发射到接收器的各个天线元件。

作为针对发射两个信号的发射器的两个天线元件来计算相位/增益调整的示例，假设这两个信号为X和Y，其中Y是X的180度相移版本(Y＝-X)。在累积接收波形为X-Y的物理位置处，接收器接收X-Y＝X+X＝2X，而在累积接收波形为X+Y的物理位置处，接收器接收X+Y＝X-X＝0。

在下一步骤207中，接收器可以从单个波束或能量袋的电力传输信号中收集或以其他方式接收电能。接收器可以包括整流器和AC/DC转换器，该AC/DC转换器可以将电能从AC电流转换为DC电流，然后接收器的整流器可以对电能进行整流，从而为与接收器相关联的诸如膝上型计算机、智能手机、电池、玩具或其他电气设备之类的客户端设备产生可用的电能。接收器可以在袋形成期间利用由发射器产生的能量袋来为电子设备充电或以其他方式供电。

在下一步骤209中，接收器可以生成控制数据，该控制数据包含指示给接收器提供电力传输信号的单个波束或能量袋的有效性的信息。然后，接收器可以将包含控制数据的控制信号发射给发射器。取决于发射器和接收器是否正在同步进行通信(即，发射器期望从接收器接收控制数据)，控制信号可以被间歇地发射。此外，无论发射器和接收器是否正在传送控制信号，发射器都可以将电力传输信号连续发射到接收器。控制数据可以包含与发射电力传输信号和/或建立有效的能量袋有关的信息。控制数据中的一些信息可以通知发射器来如何有效地产生和传输电力传输信号，并且在某些情况下调整电力传输信号的特征。可以使用能够对与电力传输信号和/或袋形成有关的控制数据进行传输的诸如BLE、NFC、Wi-Fi之类的无线协议通过独立于电力传输信号的第二信道来发射和接收控制信号。

如上所述，控制数据可以包含指示单个波束或建立能量袋的电力传输信号的有效性的信息。可以由接收器的处理器来产生控制数据，该处理器对接收器和/或与接收器相关联的客户端设备的各个方面进行监视。控制数据可以基于各种类型的信息，除了用于对电力传输信号和/或袋形成进行调整的其他类型的信息之外，这些信息尤其为：例如从电力传输信号接收的电能的电压、电力传输信号接收的质量、电池充电的质量或电力接收的质量以及接收器的位置或移动。

在一些实施例中，接收器可以确定从由发射器发射的电力传输信号中所接收的电力的量，然后可以指示发射器应该将电力传输信号“分裂”或分割成更小能量的电力传输信号。较小能量的电力传输信号可以从设备附近的物体或墙壁弹开，从而减少直接从发射器发射到接收器的电力的量。

在下一步骤211中，发射器可以对发射电力传输信号的天线进行校准，使得天线发射具有更有效的特征集合(例如，方向、相位、增益、幅度)的电力传输信号。在一些实施例中，发射器的处理器可以基于从接收器接收的控制信号来自动地确定用于产生和发射电力传输信号的更有效的特征。控制信号可以包含控制数据，并且可以由接收器使用任何数量的无线通信协议(例如，BLE、Wi-Fi、)来进行发射。控制数据可以包含清楚指示电力传输波的更有效特征的信息；或者发射器可以基于控制信号的波形特征(例如，形状、频率、幅度)来自动确定更有效的特征。然后，发射器可以根据新确定的更有效的特征来自动重新配置天线以发射重新校准的电力传输信号。例如，发射器的处理器可以除了电力传输特征的其他特征之外尤其对电力传输信号的增益和/或相位进行调整，以在用户将接收器移动到建立能量袋的三维空间之外的情况下，对接收器位置的变化进行调整。

C.电力传输系统的系统架构

图3示出了根据示例性实施例的使用袋形成的无线电力传输的架构300。“袋形成”可以指生成在三维空间中的位置处会聚的两个或更多个电力传输波342，从而导致该位置处的相长干涉图样。发射器302可以发射和/或广播可在三维空间中会聚的受控电力传输波342(例如，微波、无线电波、超声波)。可以通过相位调整和/或相对幅度调整来控制这些电力传输波342，以在期望能量袋的位置中形成相长干涉图样(袋形成)。还应当理解，发射器可以使用相同的原理来在位置中产生相消干涉，从而产生传输零点-所发射的电力传输波基本相互抵消且接收器不能收集明显能量的位置。在典型的使用案例中，使电力传输信号在接收器位置处瞄准是目的；并且在其他情况下，可能期望特别地避免向特定位置的电力传输；并且在其他情况下，可能期望使电力传输信号在一个位置处瞄准，而同时特别地避免同时传输到第二位置。发射器在对用于电力传输的天线进行校准时考虑使用案例。

发射器302的天线元件306可以以单阵列、对阵列、方阵列或可根据期望应用设计的任何其他合适的布置来进行操作。可以在相长干涉图样处形成能量袋，电力传输波342在该处累积以形成三维能量场，在该三维能量场周围可以通过相消干涉图样在特定物理位置中产生一个或多个对应的传输零点。特定物理位置的传输零点可以指由于电力传输波342的相消干涉图样而不能形成能量袋的空间区域或范围。

然后接收器320可以利用由发射器302发射的电力传输波342来建立用于对电子设备313进行充电或供电的能量袋，从而有效地提供无线电力传输。能量袋可以指可以以电力传输波342的相长干涉图样的形式累积能量或电力的空间区域或范围。在其他情况下，可以存在用于同时为诸如智能手机、平板电脑、音乐播放器、玩具等的各种电子装备供电的多个发射器302和/或多个接收器320。在其他实施例中，可以使用自适应袋形成来调节电子设备上的电力。自适应袋形成可以指动态调整袋形成以调节一个或多个目标接收器上的电力。

接收器320可以通过借由天线元件324生成短信号来与发射器302进行通信，以指示自身相对于发射器302的位置。在一些实施例中，接收器320可另外使用网络接口卡(未示出)或类似的计算机组网组件来通过网络340与系统300的、诸如对多个发射器302的集合进行管理的云计算服务之类的其他设备或组件进行通信。接收器320可以包括电路308，该电路308用于将由天线元件324捕获的电力传输信号342转换成可以被提供给电气设备313和/或该设备的电池315的电能。在一些实施例中，电路可以向接收器的电池335提供电能，该电池可以存储能量而无需电气设备313通信地耦接到接收器320。

通信部件324可以使得接收器320能够通过在无线协议上发射控制信号345来与发射器302进行通信。无线协议可以是专有协议或使用常规的诸如 BLE、Wi-Fi、NFC、ZigBee之类的无线协议。然后，通信组件324可用于传送下述信息，例如电子设备313的标识符，以及电池电量信息、地理位置数据或可供发射器302使用以确定何时发送电力给接收器320的其他信息，以及传递电力传输波342来生成能量袋的位置。在其他实施例中，可以使用自适应袋形成来调节提供给电子设备313的电力。在这样的实施例中，接收器的通信组件324可以传输电压数据，该电压数据指示在接收器320处接收的电力的量和/或提供给电子设备313b或电池315的电压的量。

一旦发射器302识别并定位接收器320，就可以建立用于控制信号345的信道或路径，发射器302可以通过该信道或路径得知来自接收器320的控制信号345的增益和相位。发射器302的天线元件306可以开始发射或广播受控的电力传输波342(例如，射频波、超声波)，可以通过使用至少两个天线元件306对从各个天线元件306发出的电力传输波342进行操纵来使该电力传输波在三维空间中会聚。可以通过使用外部电源和利用合适压电材料的本地振荡器芯片来产生这些电力传输波342。可以通过发射器电路301对电力传输波342进行控制，该发射器电路可以包括用于对电力传输波342的相位和/或相对幅度进行调整的专用芯片。电力传输波342的相位、增益、幅度和其他波形特征可以用作天线元件306的输入，以形成相长干涉图样和相消干涉图样(袋形成)。在一些实施方案中，发射器302的微控制器310或其他电路可以产生电力传输信号，该电力传输信号包括电力传输波342，并且可以取决于连接到发射器电路301的天线元件306的数量而通过发射器电路301将该电力传输信号分为多个输出。例如，如果将四个天线元件306a-306d连接到一个发射器电路301a，则电力传输信号将被分成四个不同的输出，每个输出去到天线元件306以作为源自相应天线元件306的电力传输波342而被发射。

袋形成可以利用干涉来改变天线元件306的方向性，其中相长干涉产生能量袋而相消干涉产生传输零点。然后，接收器320可以利用由袋形成生成的能量袋来为电子设备充电或供电，并因此有效地提供无线电力传输。

可以通过对从发射器302的每个天线306到每个接收器320的相位和增益进行计算来实现多个袋形成。

D.形成能量袋的系统的组件

图4示出了使用袋形成程序的无线电力传输的示例性系统400的组件。系统400可以包括一个或多个发射器402、一个或多个接收器420以及一个或多个客户端设备446。

1.发射器

发射器402可以是能够广播无线电力传输信号的任何设备，如本文所述，该无线电力传输信号可以是用于无线电力传输的RF波442。发射器402可以负责执行与发射电力传输信号相关的任务，该任务可以包括袋形成、自适应袋形成和多个袋形成。在一些实施方案中，发射器402可以以RF波的形式向接收器420发射无线电力传输，该RF波可以包括具有任何频率或波长的任何无线电信号。发射器402可以包括一个或多个天线元件406、一个或多个RFIC408、一个或多个微控制器410、一个或多个通信组件412、电源414以及可以为发射器402分配所有所请求的组件的外壳。发射器402的各种组件可以包括和/或可以使用超材料、电路的微印刷、纳米材料等来制造。

在示例性系统400中，发射器402可以发射或以其他方式广播受控RF波442，该受控RF波在三维空间中的位置处会聚，从而形成能量袋444。可以通过相位调整和/或相对幅度调整来对这些RF波进行控制，以形成相长干涉图样或相消干涉图样(即，袋形成)。能量袋444可以是在相长干涉图样处形成的场，并且可以是三维形状；而在特定物理位置中的传输零点可以是在相消干涉图样处生成的。接收器420可以从通过袋形成所产生的能量袋444收集电能，以对电子客户端设备446(例如，膝上型计算机、蜂窝电话)进行充电或供电。在一些实施例中，系统400可以包括用于为各种电子装备供电的多个发射器402和/或多个接收器420。客户端设备446的非限制性示例可以包括：智能手机、平板电脑、音乐播放器、玩具等。在一些实施例中，可以使用自适应袋形成来调节电子设备上的电力。

2.接收器

接收器420可以包括外壳，该外壳可以包括至少一个天线元件424、一个整流器426、一个功率转换器428和通信组件430。

接收器420的外壳可以由能够利于信号或波传输和/或接收的任何材料(例如塑料或硬橡胶)制成。外壳可以是例如能以壳体的形式添加到不同电子装备的外部硬件，或者也可以嵌入在电子装置中。

3.天线元件

接收器420的天线元件424可以包括能够在由发射器402A所使用的频带中发射和/或接收信号的任何类型的天线。天线元件424可以包括垂直或水平极化、右旋或左旋极化、椭圆极化或其他极化，以及任何数量的极化组合。在下述设备中使用多种极化可以是有益的，该设备在使用期间可能不存在优选定向或其定向可能随时间而不断变化，例如智能手机或便携式游戏系统。对于具有明确定义的预期定向的设备(例如，双手视频游戏控制器)，可能存在天线的优选极化，该优选极化可以决定给定极化的天线数量的比率。接收器420的天线元件424中的天线的类型可以包括贴片天线，该贴片天线可以具有从约1/8英寸到约6英寸的高度和从约1/8英寸到约6英寸的宽度。贴片天线可以优选地具有取决于连接性的极化，即，极化可以取决于从哪一侧对贴片进行馈电而变化。在一些实施例中，天线的类型可以是能够动态地改变天线极化以优化无线电力传输的任何类型的天线，例如贴片天线。

4.整流器

接收器420的整流器426可以包括二极管、电阻器、电感器和/或电容器，以将由天线元件424产生的交流(AC)电压整流成直流(DC)电压。可以技术上尽可能靠近天线元件A24B地来放置整流器426，以使从电力传输信号收集的电能的损失最小。在对AC电压进行整流之后，可以使用功率转换器428对所得到的DC电压进行调节。功率转换器428可以是DC-DC转换器，其可以帮助提供恒定电压输出给电子设备(或如该示例性系统400中给电池)，而不管输入如何。典型的电压输出可以从大约5伏到大约10伏。在一些实施例中，功率转换器可以包括可提供高效率的电子开关模式DC-DC转换器。在这样的实施例中，接收器420可以包括设置成在功率转换器428之前接收电能的电容器(未示出)。该电容器可以确保向电子开关设备(例如开关模式DC-DC转换器)提供足够的电流，因此该设备可以有效地工作。当对电子设备(例如电话或膝上型计算机)进行充电时，可能需要能够超过使电子开关模式DC-DC转换器的操作激活所需的最小电压的初始高电流。在这种情况下，可以在接收器420的输出处添加电容器(未示出)，以提供所需的额外能量。之后，可以提供更低的电力。例如，尽管手机或笔记本电脑仍然在充电，但可能只使用总初始电力的1/80。

5.通信组件

接收器420的通信组件430可以与系统400的诸如其他接收器420、客户端设备和/或发射器402之类的一个或多个其他设备通信。如下面的实施例中将说明的那样，对于接收器，不同的天线、整流器或功率转换器布置是可能的。E.针对多个设备的袋形成的方法

图5示出了根据示例性实施例的为多个接收器设备供电的步骤。

在第一步骤501中，发射器(TX)与接收器(RX)建立连接或以其他方式与接收器(RX)相关联。也就是说，在一些实施例中，发射器和接收器可以通过使用能够在电气设备的两个处理器之间传输信息的无线通信协议(例如，BLE、Wi-Fi，NFC、)来传送控制数据。例如，在实施或变体的实施例中，发射器可以对接收器的广播公告信号进行扫描，或者接收器可以向发射器发射公告信号。公告信号可以向发射器通知接收器的存在，并且可以触发发射器与接收器之间的关联。如稍后将描述的那样，在一些实施例中，公告信号可以传送可由各种设备(例如，发射器、客户端设备、服务器计算机、其他接收器)使用的信息以执行并管理袋形成程序。包含在公告信号内的信息可以包括设备标识符(例如，MAC地址、IP地址、UUID)、接收到的电能的电压、客户端设备功耗以及与电力传输波有关的其他类型的数据。发射器可以使用发射的公告信号来识别接收器，并且在某些情况下，在二维空间或三维空间中对接收器进行定位。一旦发射器识别出接收器，发射器与接收器就可以建立在发射器中相关联的连接，允许发射器和接收器在第二个信道上传送控制信号。

作为示例，当包括处理器的接收器通电或者被置于发射器的检测范围内时，蓝牙处理器可以根据标准开始对接收器进行公告。发射器可以识别该公告并开始建立用于传送控制信号和电力传输信号的连接。在一些实施例中，公告信号可以包含唯一的标识符，使得发射器可以区分该公告，并且最终将该接收器与范围内附近的所有其他设备区分开。

在下一步骤503中，当发射器检测到公告信号时，发射器可以自动与该接收器形成通信连接，该通信连接可以允许发射器和接收器传送控制信号和电力传输信号。然后，发射器可以命令该接收器开始发射实时采样数据或控制数据。发射器还可以开始从发射器天线阵列的天线发射电力传输信号。

然后，在下一步骤505中，接收器可以基于由接收器的天线所接收的电能来除了与电力传输信号的有效性相关的其他度量之外尤其对电压进行测量。接收器可以产生包含所测量信息的控制数据，然后将包含控制数据的控制信号发射到发射器。例如，接收器可以例如以每秒100次的速率对接收到的电能的电压测量值进行采样。接收器可以以控制信号的形式每秒100次地将电压采样测量发送回发射器。

在下一步骤507中，发射器可以执行对从接收器接收的诸如电压测量值之类的度量进行监测的一个或多个软件模块。算法可以通过发射器的天线来改变电力传输信号的产生和传输，以使接收器周围的能量袋的效能最大。例如，发射器可以对发射器的天线以其来发射电力传输信号的相位进行调整，直到由接收器接收的电力指示在接收器周围有效建立了能量袋为止。当识别出天线的最佳配置时，发射器的存储器可以存储该配置以将发射器广播保持在最高水平下。

在下一步骤509中，响应于确定这种调整是必要的，发射器的算法可以确定何时需要调整电力传输信号并且还可以改变发射天线的配置。例如，发射器可以基于从接收器接收的数据来确定在接收器处所接收的电力小于最大值。然后，发射器可以自动调整电力传输信号的相位，但是还可以同时继续接收并监测从接收器报告回的电压。

在下一步骤511中，在与特定接收器进行通信的确定时间段之后，发射器可以扫描和/或自动检测来自可能在发射器范围内的其他接收器的公告。发射器可以响应于来自第二接收器的公告而建立到第二接收器的连接。

在下一步骤513中，在与第二接收器建立第二通信连接之后，发射器可以继续进行至调整发射器天线阵列中的一个或多个天线。在一些实施例中，发射器可以识别天线子集来服务于第二接收器，从而将阵列解析为与接收器相关联的阵列子集。在一些实施例中，整个天线阵列可以在给定的时间段内服务于第一接收器，然后整个阵列可以在该时间段内服务于第二接收器。

由发射器执行的手动或自动处理可以选择阵列的子集来服务于第二接收器。在该示例中，发射器的阵列可以分成两部分，形成两个子集。因此，一半的天线可以被配置为向第一接收器发送电力传输信号，并且一半的天线可以被配置用于第二接收器。在当前步骤513中，发射器可以应用上述类似的技术来配置或优化第二接收器的天线子集。当选择用于发射电力传输信号的阵列的子集时，发射器和第二接收器可以正在传送控制数据。因此，到发射器交替回到与第一接收器进行通信和/或扫描新接收器的时候，发射器已经接收到足够量的采样数据来对由发射器的天线阵列的第二子集所发射的波的相位进行调整，从而有效地向第二接收器发射电力传输波。

在下一步骤515中，在调整第二子集以向第二接收器发射电力传输信号之后，发射器可以交替回到与第一接收器传送控制数据或扫描附加的接收器。发射器可以重新配置第一子集的天线，然后以预定间隔在第一接收器与第二接收器之间交替。

在下一步骤517中，发射器可以以预定间隔继续在接收器之间交替并且扫描新的接收器。当检测到每个新的接收器时，发射器可以建立连接并相应地开始传输电力传输信号。

在一个示例性实施例中，接收器可以电连接到诸如智能手机之类的的设备。发射器的处理器将扫描任何蓝牙设备。接收器可以开始通过蓝牙芯片来公告自己是蓝牙设备。在公告内部可以存在唯一的标识符，使得当发射器扫描该公告时，发射器可以区分该公告并最终将该接收器与范围内附近的所有其他蓝牙设备区分开。当发射器检测到该公告并注意到它是接收器时，发射器可以立即与该接收器形成通信连接，并命令该接收器开始发送实时采样数据。

然后，接收器将测量其接收天线处的电压，将该电压采样测量发送回发射器(例如，每秒100次)。发射器可以通过调整相位来开始改变发射天线的配置。当发射器调整相位时，发射器对从接收器发送回的电压进行监测。在一些实施方案中，电压越高，袋中的能量越多。可以改变天线相位，直到电压处于最高水平并且在接收器周围存在最大的能量袋为止。发射器可以将天线保持在特定的相位处，使得电压处于最高水平。

发射器可以每次一个地更改每个单独天线。例如，如果发射器中有32个天线，并且每个天线具有8个相位，那么发射器可以从第一天线开始，并且将使第一天线步进通过所有8个相位。然后，接收器可以针对第一天线的8个相位中的每一个相位发送回功率电平。然后，发射器可以存储用于第一天线的最高相位。发射器可以对第二天线重复此过程，并使第二天线步进通过8个相位。接收器可以再次从每个相位发送回功率电平，并且发射器可以存储最高水平。接下来，发射器可以对第三天线重复此过程，并继续重复此过程直到所有32个天线都步进通过了8个相位为止。在该过程结束时，发射器可以以最有效的方式将最大电压发射到接收器。

在另一示例性实施例中，发射器可以检测第二接收器的公告并形成与第二接收器的通信连接。当发射器与第二接收器形成通信时，发射器可以将原始的32个天线瞄准第二接收器，并针对在第二接收器处瞄准的32个天线中的每一个天线重复相位处理。一旦完成该过程，第二接收器就可以从发射器获得尽可能多的电力。发射器可以与第二接收器通信一秒钟，然后交替返回到第一接收器预定的时间段(例如，一秒钟)，并且发射器可以继续以预定时间间隔在第一接收器和第二接收器之间来回交替。

在仍一实施方案中，发射器可以检测第二接收器的公告并形成与第二接收器的通信连接。首先，发射器可以与第一接收器进行通信，并且对在第一接收器处瞄准的示例性32个天线的一半进行重新分配，仅使16个天线专用于第一接收器。然后，发射器可以将另一半天线分配给第二接收器，使16个天线专用于第二接收器。发射器可以调整另一半天线的相位。一旦16个天线已经经过了8个相位中的每一个相位，则第二接收器可以以到接收器最有效的方式获得最大电压。

F.具有选择性范围的无线电力传输

1.相长干涉

图6A和图6B示出了实施无线电力传输原理的示例性系统600，该无线电力传输原理可以在示例性袋形成过程期间来实施。包括天线阵列中的多个天线的发射器601可以尤其对从发射器601的天线发射的电力传输波607的除了其他可能属性之外的相位和幅度进行调整。如图6A所示，在没有任何相位或幅度调整的情况下，可以从每个天线发射的电力传输波607a将到达不同的位置并且具有不同的相位。这些差异通常是由于从发射器601a的每个天线元件到位于各位置处的接收器605a或多个接收器605a的不同距离而导致的。

继续参照图6A，接收器605a可以从发射器601a的多个天线元件接收多个电力传输信号，每个电力传输信号包括电力传输波607a；这些电力传输信号的合成可以基本上为零，因为在这个示例中，电力传输波相消地叠加在一起。也就是说，发射器601a的天线元件可以发射完全相同的电力传输信号(即，包括具有相同特征(例如相位和幅度)的电力传输波607a)，并且因此，当各个电力传输信号的电力传输波607a到达接收器605a时，它们彼此偏移了180度。因此，这些电力传输信号的电力传输波607a“相互抵消”。通常，信号以这种方式彼此抵消可以被称为“相消”，从而导致“相消干涉”。

与此相反，如图6B所示，对于所谓的“相长干涉”，包括彼此完全“同相”到达接收器的电力传输波607b的信号进行组合以增加每个信号的幅度，导致比每个组成信号都强的合成。在图6A的说明性示例中，注意到发射信号中的电力传输波607a的相位在发射位置处是相同的，然后最终在接收器605a的位置处相消地叠加。与此相反，在图6B中，发射信号的电力传输波607b的相位在发射位置处被调整，使得该电力传输波以相位对准的方式到达接收器605b，并且因此该电力传输波相长地叠加。在该说明性示例中，在图6B中，将存在位于接收器605b周围的所产生的能量袋；而在图6A中，将存在位于接收器周围的传输零点。

图7描绘了具有选择性范围700的无线电力传输，其中发射器702可以为与电子设备701关联的多个接收器产生袋形成。发射器702可以通过具有选择性范围700的无线电力传输来生成袋形成，选择性范围700可以包括一个或多个无线充电半径704以及在特定物理位置处的一个或多个传输零点半径706。在无线充电半径704中可以为多个电子设备701充电或供电。因此，可以创建多个能量点，这种点可以被采用以使得能够限制电子设备701的供电和充电。作为示例，这种限制可以包括：在包含在无线充电半径704内的特定或受限点中操作特定电子设备。此外，通过使用具有选择性范围700的无线电力传输，可以实现安全限制，这种安全限制可以避免在其中需要避免能量的区域或区带之上的能量袋，这种区域可以包括下述区域，这些区域包括对能量袋敏感的装备和/或不希望自身上方和/或附近存在能量袋的人。在诸如图7所示的实施例中，发射器702可以包括下述天线元件，该天线元件是在不同于与被服务区域中的电子设备701相关联的接收器的平面上找到的。例如，电子设备701的接收器可以在发射器702可以安装在天花板上的房间中。通过将发射器702的天线阵列放置在天花板或其他升高的位置上，用于使用电力传输波来建立能量袋的选择性范围可以表示为同心圆，并且发射器702可以发射将生成“锥体”能量袋的电力传输波。在一些实施例中，发射器701可以控制每个充电半径704的半径，由此建立服务区域的间隔，以建立向下指向更低平面的区域的能量袋，可以通过适当地选择天线相位和幅度来调整锥体的宽度。

图8描绘了具有选择性范围800的无线电力传输，其中发射器802可以为多个接收器806产生袋形成。发射器802可以通过具有选择性范围800的无线电力传输来生成袋形成，选择性范围800可以包括一个或多个无线充电点804。在无线充电点804中可以为多个电子设备充电或供电。可以在多个接收器806上生成能量袋，而不管围绕这些接收器的障碍物804。可以根据本文所描述的原理通过在无线充电点804中建立相长干涉来生成能量袋。可以通过追踪接收器806并且通过使能由各种通信系统所使用的多个通信协议来执行能量袋的定位，该各种通信系统尤其例如为：蓝牙技术、红外线通信、Wi-Fi、FM收音机等。

G.使用热图的示例性系统实施例

图9A和图9B示出了根据示例性实施例的用于无线充电客户端计算平台的架构900A、900B的图。在一些实施方案中，用户可以在房间内并且可以在他的手上持有电子设备(例如，智能手机、平板电脑)。在一些实施方案中，电子设备可以在房间内的家具上。电子设备可以包括嵌入到电子设备中或者作为连接到电子设备的单独的适配器的接收器920A、920B。接收器920A、920B可以包括图11中描述的所有组件。发射器902A、902B可以悬挂在用户右后方的房间墙壁之一上。发射器902A、902B也可以包括图11中描述的所有组件。

当用户似乎妨碍接收器920A、920B和发射器902A、902B之间的路径时，RF波可能不容易以直线方向瞄准接收器920A、920B。然而，由于从接收器920A、920B生成的短信号对于所使用的天线元件的类型可以是全向的，因此这些信号可以在墙壁944A、944B上反弹，直到它们到达发射器902A，902B为止。热点944A、944B可以是房间中将反射RF波的任何物品。例如，可以使用墙上的大金属时钟来将RF波反射到用户的手机。

发射器中的微控制器基于从接收器接收的信号来调整来自每个天线的发射信号。调整可以包括形成从接收器接收的信号相位的共轭，并且考虑到天线元件的内置相位而进一步调整发射天线相位。可以同时控制天线元件以在给定方向上引导能量。发射器902A、902B可对房间进行扫描，并寻找热点944A、944B。一旦执行校准，发射器902A、902B就可以跟随可能是最有效路径的路径将RF波聚焦在信道中。随后，RF信号942A、942B可以在第一电子设备上形成能量袋以及在第二电子设备中形成另一能量袋，同时避免诸如用户和家具之类的障碍物。

当对服务区域进行扫描时，图9A和9B中的房间、发射器902A、902B可以采用不同的方法。作为说明性示例，但是不限制可以使用的可能的方法，发射器902A、902B可以检测来自接收器的信号的相位和量值，并且使用相位和量值，例如通过计算相位和量值的共轭并在发射时应用相位和量值来形成发射相位和量值的集合。作为另一个说明性示例，发射器可以在随后的传输中一次一个地应用发射天线的所有可能相位，并且通过对与来自接收器920A、920B的信号相关的信息进行观察来检测由每个组合形成的能量袋的强度。然后，发射器902A、902B周期性地重复该校准。在一些实施方案中，发射器902A、902B不必搜遍所有可能的相位，而是可以基于现有校准值搜遍更可能导致强的能量袋的相位集合。在仍一个说明性示例中，发射器902A、902B可以使用天线的发射相位的预设值来形成指向房间中不同位置的能量袋。例如，发射器可以在后续传输中通过使用天线的预设相位值来从上到下和从左到右地扫描房间中的物理空间。然后，发射器902A、902B通过对来自接收器920a、920b的信号进行观察来检测导致接收器920a、920b周围最强的能量袋的相位值。应当理解的是，在不脱离本文所述的实施例的范围或精神的情况下，存在用于针对可以采用的热映射对服务区域进行扫描的其他可能的方法。扫描的结果(无论使用哪种方法)是服务区域(例如，房间、商店)的热图，发射器902A、902B可从该热图来识别对用于发射天线的最佳相位和量值进行指示的热点，以便使接收器周围的能量袋最大。

发射器902A、902B可以使用蓝牙连接来确定接收器920A、920B的位置，并且可以使用RF频带的不同的非重叠部分来将RF波引导到不同的接收器920A、920B。在一些实施方案中，发射器902A、902B可以借助于非重叠的RF传输频带来进行房间的扫描以确定接收器920A、920B的位置并形成彼此正交的能量袋。使用多个能量袋来将能量引导到接收器可能固有地比一些替选的电力传输方法更安全，因为没有单个传输是非常强的，同时在接收器处接收的聚集电力传输信号是强的。

H.示例性系统实施例

图10A示出了使用多个袋形成1000A的无线电力传输，可以包括一个发射器1002A和至少两个或更多个接收器1020A。接收器1020A可以与在图11中进一步描述的发射器1002A进行通信。一旦发射器1002A对接收器1020A进行识别并定位，就可以通过得知来自接收器1020A的增益和相位来建立信道或路径。发射器1002A可以通过使用最少两个天线元件来开始发射可以在三维空间中会聚的受控RF波1042A。可以使用外部电源和利用合适压电材料的本地振荡器芯片来产生这些RF波1042A。RF波1042A可以由RFIC来控制，RFIC可以包括用于调整RF信号的相位和/或相对幅度的专用芯片，该RF信号可以用作天线元件的输入，以形成相长干涉图样和相消干涉图样(袋形成)。袋形成可以利用干涉来改变天线元件的方向性，其中相长干涉生成能量袋1060A而相消干涉生成传输零点。然后，接收器1020A可以利用由袋形成生成的能量袋1060A来为电子设备(例如，膝上型计算机1062A和智能手机1052A)充电或供电，并因此有效地提供无线电力传输。

可以通过对从发射器1002A的每个天线到每个接收器1020A的相位和增益进行计算来实现多个袋形成1000A。可以独立地对该计算进行运算，因为可以由来自发射器1002A的天线元件到来自接收器1020A的天线元件来生成多条路径。

I.示例性系统实施例

图10B是多个自适应袋形成1000B的示例性说明。在该实施例中，用户可以在房间内并且可以在他的手上持有电子设备，在这种情况下电子设备可以是平板电脑1064B。此外，智能手机1052B可以在房间内的家具上。平板电脑1064B和智能手机1052B可以各自包括下述接收器，该接收器嵌入到每个电子设备中或者作为连接到平板电脑1064B和智能手机1052B的独立适配器。接收器可以包括图11中描述的所有组件。发射器1002B可以悬挂在用户右后方的房间墙壁之一上。发射器1002B也可以包括图11中描述的所有组件。当用户似乎妨碍接收器与发射器1002B之间的路径时，RF波1042B可能不容易以直线方式瞄准每个接收器。然而，由于从接收器生成的短信号对于所使用的天线元件的类型可以是全向的，因此这些信号可以在墙壁上反弹，直到它们找到发射器1002B为止。几乎立即，可以驻留在发射器1002B中的微控制器可以基于由每个接收器发送的接收信号通过下述方式来重新校准发射信号，该方式为调整增益和相位并形成电力传输波的会聚，使得电力传输波叠加在一起并且加强了集中在该位置处的能量-与此相反，使得电力传输波以彼此相减的方式叠加在一起并且减少了集中在该位置处的能量，这被称为“相消干涉”，然后形成从接收器接收的信号相位的共轭并考虑到天线元件的内置相位而进一步调整发射天线相位。一旦执行校准，发射器1002B就可以跟随最有效路径来将RF波聚焦。随后，可以在平板电脑1064B上形成能量袋1060B并且在智能手机1052B中形成另一能量袋1060B，同时考虑到诸如用户和家具之类的障碍物。上述特性可以是有益的，因为使用多个袋形成1000B的无线电力传输可以固有地是安全的，因为沿着每个能量袋的传输不是非常强，并且RF传输通常从活组织反射并且不穿透。

一旦发射器1002B对接收器进行识别并定位，就可以通过得知来自接收器的增益和相位来建立信道或路径。发射器1002B可以通过使用最少两个天线元件来开始发射可以在三维空间中会聚的受控RF波1042B。可以使用外部电源和利用合适压电材料的本地振荡器芯片来产生这些RF波1042B。RF波1042B可以由RFIC来控制，RFIC可以包括用于调整RF信号的相位和/或相对幅度的专用芯片，该RF信号可以用作天线元件的输入，以形成相长干涉图样和相消干涉图样(袋形成)。袋形成可以利用干涉来改变天线元件的方向性，其中相长干涉生成能量袋而相消干涉生成特定物理位置中的传输零点。然后，接收器可以利用由袋形成生成的能量袋来为电子设备(例如，膝上型计算机和智能手机)充电或供电，并因此有效地提供无线电力传输。

可以通过对从发射器的每个天线到每个接收器的相位和增益进行计算来实现多个袋形成1000B。可以独立地对该计算进行运算，因为可以由来自发射器的天线元件到来自接收器的天线元件来生成多条路径。

针对至少两个天线元件进行计算的示例可以包括确定来自接收器的信号的相位并将接收参数的共轭应用于用于发射的天线元件。

在一些实施例中，两个或更多个接收器可以以不同的频率进行操作，以避免在无线电力传输期间的功率损耗。这可以通过在发射器1002B中包括多个嵌入式天线元件的阵列来实现。在一个实施例中，可以由阵列中的每个天线来发射单一频率。在其他实施例中，阵列中的一些天线可以用于以不同的频率进行发射。例如，阵列中1/2的天线可以工作在2.4GHz，而另外1/2的天线可以工作在5.8GHz。在另一示例中，阵列中1/3的天线可以工作在900MHz，另外1/3的天线可以工作在2.4GHz，并且阵列中的其余天线可以工作在5.8GHz。

在另一个实施例中，在无线电力传输期间，天线元件的每个阵列可以被虚拟地划分为一个或多个天线元件，其中阵列中的每组天线元件可以以不同的频率进行发射。例如，发射器的天线元件可以以2.4GHz来发射电力传输信号，而接收器的对应的天线元件可以被配置为以5.8GHz来接收电力传输信号。在该示例中，发射器的处理器可以调整发射器的天线元件以将阵列中的天线元件虚拟地或逻辑地划分为可以独立馈电的多个贴片。因此，天线元件阵列的1/4可以能够发射接收器所需的5.8GHz，而另一组天线元件可以以2.4GHz进行发射。因此，通过虚拟地划分天线元件阵列，耦接到接收器的电子设备可以继续接收无线电力传输。前述特征可能是有益的，因为，例如，一组天线元件可以以大约2.4GHz进行发射，而其他天线元件可以以5.8GHz进行发射，并且因此在与以不同频率进行操作的接收器一起工作时，对给定阵列中的多个天线元件进行调整。在该示例中，阵列被划分成等量天线元件的集合(例如，四个天线元件)，但是阵列可以被划分成不同数量天线元件的集合。在替选的实施例中，每个天线元件可以在选择频率之间交替。

无线电力传输的效率以及可以输送的电力的量(使用袋形成)可以是在给定的接收器和发射器系统中所使用的天线元件1006的总数的函数。例如，为了在大约15英尺处输送大约一瓦，接收器可以包括大约80个天线元件，而发射器可以包括大约256个天线元件。另一个相同的无线电力传输系统(大约15英尺处大约1瓦)可以包括具有大约40个天线元件的接收器以及具有大约512个天线元件的发射器。将接收器中天线元件的数量减少一半可能需要将发射器中的天线元件的数量加倍。在一些实施例中，可能有益的是，由于成本原因而将更多数量的天线元件放置在发射器中而不是接收器中，这是因为在系统范围部署中发射器数量将比接收器数量少得多。然而，例如可以通过在接收器上而不是在发射器上放置更多的天线元件来实现相反布置，只要在发射器1002B中存在至少两个天线元件即可。

II.发射器-用于无线电力传输的系统和方法

发射器可以负责使用下述组件来进行袋形成、自适应袋形成以及多个袋形成。发射器可以以能够通过空间进行传播被并转换成可用电能的任何物理介质的形式向接收器发射无线电力传输信号；示例可以包括RF波、红外线、声学、电磁场和超声波。本领域技术人员应当理解，电力传输信号可以是具有任何频率或波长的任何无线电信号。仅作为示例参照RF传输对发射器进行描述，而不是将范围仅限于RF传输。

发射器可以位于多个位置、表面、安装件或嵌入式结构中，例如书桌、桌子、地板、墙壁等。在一些情况下，发射器可以位于客户端计算平台中，该客户端计算平台可以是包括能够执行本文所描述的处理和任务的处理器和软件模块的任何计算设备。客户端计算平台的非限制性示例可以包括台式计算机、膝上型计算机、手持式计算机、平板计算平台、上网本、智能手机、游戏控制台和/或其他计算平台。在其他实施例中，客户端计算平台可以是各种电子计算设备。在这样的实施例中，每个客户端计算平台可以具有不同的操作系统和/或物理组件。客户端计算平台可以正在执行相同的操作系统和/或客户端计算平台可以正在执行不同的操作系统。客户端计算平台和/或设备可以能够执行多个操作系统。此外，盒式发射器可以包含印刷电路板(PCB)层的多种布置，该PCB层可以沿X轴、Y轴或Z轴定向，或者沿这些轴的任意组合定向。

应当理解的是，无线充电技术不限于RF波传输技术，而是可以包括用于将能量发射到接收器的替选或附加技术，该接收器将所发射的能量转换为电力。对可以由接收设备转换成电力的能量的非限制示例性传输技术可以包括：超声、微波、谐振和感应磁场、激光、红外线或其他形式的电磁能。在超声的情况下，例如，可以设置一个或多个变换器元件，以便形成向接收超声波并将其转换成电力的接收设备发射超声波的变换器阵列。在谐振或感应磁场的情况下，在发射器线圈中生成磁场并由接收器线圈将该磁场转换成电力。

A.发射器设备的组件

图11示出了根据示例性实施例的用于无线充电客户端设备的系统1100架构的图。系统1100可以包括发射器1101和接收器1120，该发射器和接收器可以各自包括专用集成电路(ASIC)。发射器1101ASIC可以包括一个或多个印刷电路板(PCB)1104、一个或多个天线元件1106、一个或多个射频集成电路(RFIC)1108、一个或多个微控制器(MC)1110、通信组件1112、电源1114。发射器1101可以被包在外壳中，该外壳可以为发射器1101分配所有所请求的组件。可以使用超材料、电路的微印刷、纳米材料和/或任何其他材料来制造发射器1101中的组件。对于本领域技术人员来说明显的是，可以在单个电路板上实现整个发射器或整个接收器，以及在单独的电路板中实现一个或多个功能块。1.印刷电路板

在一些实施方案中，发射器1101可以包括多个PCB 1104层，该多个PCB1104层可以包括天线元件1106和/或RFIC 1108来提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。PCB 1104可以使用从层压到非导电衬底上的铜片蚀刻的导电迹线、焊盘和/或其他特征来机械地支撑以及电连接本文所述的电子组件。PCB可以是单面的(一个铜层)、双面的(两个铜层)和/或多层的。多个PCB 1104层可以增加可由发射器1101传送的电力的范围和量。PCB1104层可以连接到单个MC 1110和/或连接到专用MC 1110。类似地，如前述实施例所示，RFIC 1108可以连接到天线元件1106。

在一些实施方案中，在包括多个PCB 1104层的盒式发射器内可以包括天线元件1108来提供对袋形成的更大控制，并且包括多个PCB 1104层的盒式发射器可以增加对目标接收器的响应。此外，可以通过盒式发射器来增加无线电力传输的范围。由于天线元件1106的较高密度，多个PCB 1104层可以增加可由发射器1101无线地传送和/或广播的电力波(例如，RF电力波、超声波)的范围和量。PCB 1104层可以连接到单个微控制器1110和/或每个天线元件1106的专用微控制器1110。类似地，如前述实施例所示，RFIC 1108可以控制天线元件1101。此外，发射器1101的盒形可以增加无线电力传输的动作比。

2.天线元件

天线元件1106可以是定向和/或全向的，并且包括平面天线元件、贴片天线元件、偶极天线元件以及用于无线电力传输的任何其他合适的天线。适当的天线类型可以包括例如具有从大约1/8英寸到大约6英寸的高度并且从大约1/8英寸到大约6英寸的宽度的贴片天线。天线元件1106的形状和定向可以根据发射器1101的期望特征而变化；定向可以是沿X轴、Y轴和Z轴平坦的，以及三维布置中的各种定向类型和组合。天线元件1106材料可以包括可以使得能够以高效率、良好散热等来进行RF信号传输的任何合适的材料。天线元件1106的数量可以相对于发射器1101上的期望范围和电力传输能力而变化；天线元件1106越多，范围越宽并且电力传输能力越高。

天线元件1106可以包括用于在诸如900MHz、2.5GHz或5.8GHz之类的频带中进行操作的合适的天线类型，因为这些频带符合联邦通信委员会(FCC)第18部分(工业、科学和医疗装备)规定。天线元件1106可以以独立的频率进行操作，允许袋形成的多通道操作。

此外，天线元件1106可以具有至少一个极化或极化的选择。这种极化可以包括垂直极化、水平极化、圆极化、左旋极化、右旋极化或极化组合。极化的选择可以根据发射器1101的特性而变化。此外，天线元件1106可以位于发射器1101的各个表面中。天线元件1106可以以单阵列、对阵列、方阵列或可根据期望应用设计的任何其他合适的布置来进行操作。

在一些实施方案中，印刷电路板PCB 1104的整个侧面可以紧密地装填有天线元件1106。RFIC 1108可以连接到多个天线元件1106。多个天线元件1106可围绕单个RFIC 1108。

3.射频集成电路

RFIC 1108可以从MC 1110接收RF信号，并将RF信号分成多个输出，每个输出链接到天线元件1106。例如，RFIC 1108可以连接到四个天线元件1106。在一些实施方案中，每个RFIC 1108可以连接到八个、十六个和/或更多个天线元件1106。

RFIC 1104可以包括多个RF电路，该多个RF电路可以包括诸如放大器、电容器、振荡器、压电晶体之类的数字和/或模拟组件。RFIC 1104可以控制天线元件1106的诸如用于袋形成的增益和/或相位之类的特征，并且通过方向、功率水平等来管理袋形成。可以由对应的RFIC 1108来调节每个天线元件1106中袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及传输零转向。此外，RFIC 1108可以连接到MC 1110，该MC 1110可以利用数字信号处理(DSP)、ARM、PIC级微处理器、中央处理单元、计算机等。发射器1101中存在更低数量的RFIC1108可以对应于诸如多个袋形成的更低控制、更低的粒度级别以及更便宜的实施例之类的期望的特征。在一些实施方案中，RFIC 1108可以耦接到一个或多个MC 1110，并且MC 1110可以包括在独立的基站中或发射器1101中。

在发射器1101的一些实施方案中，可以由对应的RFIC 1108来调节每个天线元件1106中每个袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及传输零转向。单个耦接到每个天线元件1106的RFIC 1108可以降低处理需求，并且可以增加对袋形成的控制，允许在MC1110上具有较小负载的多个袋形成和较高粒度袋形成，并且可以允许更高数量的多个袋形成的更高响应。此外，多个袋形成可以对更多数量的接收器进行充电，并且可以允许到这种接收器的更好的轨迹。

RFIC 1108和天线元件1106可以以可根据期望的应用设计的任何合适的布置来进行操作。例如，发射器1101可以包括处于平面布置中的天线元件1106和RFIC 1108。4个、8个、16个和/或任何数量的天线元件1106的子集可以连接到单个RFIC 1108。RFIC 1108可以直接嵌入在每个天线元件1106的后面；这种集成可以减少由于组件之间的较短距离而造成的损失。在一些实施方案中，天线元件1106的行或列可以连接到单个MC 1110。连接到每个行或列的RFIC 1108可以允许更便宜的发射器1101，该发射器可以通过改变行或列之间的相位和增益来产生袋形成。在一些实施方案中，RFIC 1108可以输出2-8伏特之间的电力以让接收器1120获得。

在一些实施方案中，可以实施RFIC 1108的级联布置。使用RFIC 1108的级联布置的平面发射器1101可以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器1106的响应，并且由于RFIC 1108的多个冗余而可以获得更高的可靠性和精度。

4.微控制器

MC 1110可以包括运行ARM和/或DSP的处理器。ARM是基于精简指令集计算(RISC)的通用微处理器系列。DSP是通用信号处理芯片，可以提供信息信号的数学运算，以按一些方式修改或改进该信息信号，并且可以表征为：通过数字或符号序列以及这些信号的处理来表示离散时间、离散频率和/或其他离散域信号。DSP可以对连续的现实世界模拟信号进行测量、滤波和/或压缩。第一步可以是通过采样将信号从模拟形式转换为数字形式，然后使用模数转换器(ADC)对其进行数字化，该模数转换器可将模拟信号转换为一连串离散数字值。MC 1110还可以运行Linux和/或任何其他操作系统。MC 1110也可以连接到Wi-Fi以通过网络1140提供信息。

MC 1110可以控制RFIC 1108的各种特征，例如袋形成的时间发射、袋形成的方向、反弹角度、电力强度等。此外，MC 1110可以在多个接收器上或单个接收器上来控制多个袋形成。发射器1101可以允许无线电力传输的距离辨别。此外，MC 1110可以通过对通信组件1112进行控制来管理和控制通信协议和信号。MC 1110可以对由通信组件1112接收的信息进行处理，该通信组件1112可以向接收器发送信号并从接收器接收信号，以便对接收器进行跟踪，并将射频信号1142(即，能量袋)集中在接收器上。可以从接收器1120发射其他信息以及将其他信息发射到接收器1120；这样的信息可以尤其包括通过网络1140的认证协议。

MC 1110可以通过串行外设接口(SPI)和/或内部集成电路((I²C)协议来与通信组件1112进行通信。SPI通信可用于例如嵌入式系统、传感器和SD卡中的短距离、单主站通信。设备在主设备启动数据帧的主/从模式下进行通信。允许多个从设备具有单独的从选择线路。I²C是一种用于将低速外设附接到计算机主板和嵌入式系统的多主机、多从机、单端、串行计算机总线。

5.通信组件

通信组件1112可以尤其包括并结合蓝牙技术、红外通信、Wi-Fi、FM无线电。MC1110可以确定用于袋形成的最佳时间和位置，包括传输袋形成的最有效的轨迹，以便减少由于障碍物而造成的损失。这种轨迹可以包括直接袋形成、反弹以及袋形成的距离辨别。在一些实施方案中，通信组件1112可以与多个设备通信，多个设备可以包括接收器1120、客户端设备或其他发射器1101。6.电源

可以由电源1114给发射器1101馈电，该电源1114可以包括AC电源供应或DC电源供应。由电源1114提供的电压、功率和电流强度可以根据要传输的所需电力而变化。电力到无线电信号的转换可以由MC 1110来管理并由RFIC 1108来执行，RFIC 1108可以利用多种方法和组件来产生各种频率、波长、强度以及其他特征的无线电信号。作为用于无线电信号生成的各种方法和组件的示例性使用，可以使用振荡器和压电晶体来创建和改变不同天线元件1106中的无线电频率。此外，可以使用各种滤波器来使信号平滑化以及使用放大器来增加要传输的电力。

发射器1101可以发射RF电力波，该RF电力波为具有特定可充电电子设备所需的从几瓦特到预定瓦特数的电力能力的袋形成。每个天线可以管理一定的电力容量。这种电力容量可能与应用有关。

7.外壳

除了外壳之外，独立式基站可以包括MC 1110和电源1114，因此，可以由单个基站和单个MC 1110来对多个发射器1101进行管理。这种能力可以允许发射器1101位于各种策略位置中，例如天花板、装饰物、墙壁等。天线元件1106、RFIC 1108、MC 1110、通信组件1112和电源1114可以按照可以取决于发射器1101的期望特性的多种布置和组合来进行连接。

B.传输电力的示例性方法

图12是用于使用天线元件确定接收器位置的方法1200。用于确定接收器位置的方法1200可以是由MC管理的编程规则或逻辑的集合。该处理可以通过用来自天线阵列的第一天线子集捕获第一信号而开始于步骤1201。该处理可以紧接着立即切换到天线元件的不同子集并且在下一步骤1203处用第二天线子集捕获第二信号。例如，可以用一行天线捕获第一信号，并且可以用一列天线来完成第二捕获。一行天线可以在球坐标系中提供诸如方位角之类的水平定向。一列天线可以提供诸如仰角之类的纵向向度定向。用于捕获第一信号和捕获第二信号的天线元件可以在直线、垂直、水平或对角定向上对准。天线的第一子集和第二子集可以以十字形结构对准，以覆盖发射器周围的角度。

一旦已经测量了垂直值和水平值两者，MC就可以在下一步骤1205中确定用于捕获信号的垂直天线元件和水平天线元件的相位和增益的适当值。可以通过接收器到天线的位置的关系来确定相位和增益的适当值。这些值可以被MC使用，以便调整天线元件以形成可由接收器使用以便为电子设备充电的能量袋。

可以预先计算并存储关于发射器中所有天线元件的初始值的数据，以供MC使用，以便协助来计算天线元件的适当值。在下一步骤1207中，在已经确定用于捕获信号的垂直天线和水平天线的适当值之后，该处理可以继续通过使用所存储的数据来确定阵列中所有天线的适当值。所存储的数据可以包含阵列中所有天线元件在不同频率下的相位和增益的初始测试值。可以针对不同的频率存储不同的数据集合，并且MC可以相应地选择适当的数据集合。然后，在下一步骤1209中，MC可以通过RFIC来调整所有天线，以便在适当的位置形成能量袋。

C.阵列子集配置

图13A示出了可用于确定接收器位置的方法的阵列子集配置1300A的示例性实施例。发射器可以包括天线阵列1306A。可以首先使用一行天线1368A来捕获由接收器发送的信号。然后该排天线1368A可以将信号传送到RFIC，在RFIC处信号可以从无线电信号转换为数字信号并传递给MC进行处理。然后，MC可以确定对该排天线1368A中的相位和增益的适当调整，以便基于接收器位置在适当位置形成能量袋。可以由一列天线1370A来捕获第二信号。然后该列天线1370A可以将信号传送到RFIC，在RFIC处信号可以从无线电信号转换为数字信号并传递给MC进行处理。然后，MC可以确定对该列天线1370A中的相位和增益的适当调整，以便基于接收器位置在适当位置形成能量袋。一旦针对一行天线1368A和一列天线1370A确定了适当的调整，MC就可以通过使用预先存储的关于天线的数据并根据一行天线1368A和一列天线1370A的结果相应地进行调整来确定天线1368A的阵列中的其余天线元件1306A的适当值。

D.发射器、发射器组件、天线分片及发射器相关系统的配置

1.示例性系统

图13B示出了阵列子集配置1300B的另一示例性实施例。在阵列子集配置1300B中，两个初始信号是由天线的两个对角子集捕获的。该过程遵循相同的路径，使得相应地调整每个子集。基于所做的调整和预先存储的数据，天线阵列中的其余天线元件1306B被调整。

2.平面发射器

图14描绘了正视图中的平面发射器1402和后视图的几个实施例。发射器1402可以包括处于平面布置中的天线元件1406和RFIC 1408。RFIC 1408可以直接嵌入在每个天线元件1406的后面；这种集成可以减少由于组件之间的较短距离而造成的损失。

在发射器1402的一个实施例(即，视图1)中，可以由对应的RFIC 1408来调节每个天线元件1406的袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及传输零转向。单个耦接到每个天线元件1406的RFIC 1408可以降低处理需求，并且可以增加对袋形成的控制，允许在MC 1410上具有较小负载的多个袋形成和较高粒度袋形成，因此可以允许更高数量的多个袋形成的更高响应。此外，多个袋形成可以对更多数量的接收器进行充电，并且可以允许到这种接收器的更好的轨迹。如图11的实施例中所描述的那样，RFIC 1108可以耦接到一个或多个MC 1410，并且微控制器1410可以包括在独立的基站中或发射器1402中。

在另一实施例(即视图2)中，4个天线元件1406的子集可以连接到单个RFIC 1408。发射器1402中存在更低数量的RFIC 1408可以对应于诸如多个袋形成的更低控制、更低的粒度级别以及更便宜的实施例之类的期望的特征。如图11的实施例中所描述的那样，RFIC1408可以耦接到一个或多个MC 1410，并且微控制器1410可以包括在独立的基站中或发射器1402中。

在仍一个实施例(即视图3)中，发射器1402可以包括处于平面布置中的天线元件1406和RFIC 1408。天线元件1406的行或列可以连接到单个MC 1410。发射器1402中存在更低数量的RFIC 1408可以对应于诸如多个袋形成的更低控制、更低的粒度级别以及更便宜的实施例之类的期望的特征。连接到每个行或列的RFIC 1408可以允许更便宜的发射器1402，该发射器可以通过改变行或列之间的相位和增益来产生袋形成。如图11的实施例中所描述的那样，RFIC 1108可以耦接到一个或多个MC 1410，并且微控制器1410可以包括在独立的基站中或发射器1402中。

在一些实施例(即视图4)中，发射器1402可以包括处于平面布置中的天线元件1406和RFIC 1408。在该示例性实施例中描绘了级联布置。两个天线元件1406可以连接到单个RFIC 1408，然后单个RFIC 1408依次连接到单个RFIC 1408，单个RFIC 1408可以连接到最终的RFIC 1408，然后依次连接到一个或多个MC1410。使用RFIC 1408的级联布置的平面发射器1402可以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。此外，由于RFIC 1408的多个冗余，可以获得更高的可靠性和精度。如图11的实施例中所描述的那样，RFIC 1408可以耦接到一个或多个MC 1410，并且微控制器1410可以包括在独立的基站中或发射器1402中。

3.多个印刷电路板层

图15A描绘了发射器1502A，该发射器可以包括多个PCB层1204A，该多个PCB层可以包括天线元件1506A以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。多个PCB层1504A可以增加可由发射器1502A传送的电力的范围和量。PCB层1504A可以连接到单个MC或连接到专用MC。类似地，如前述实施例所示，RFIC可以连接到天线元件1506A。RFIC可以耦接到一个或多个MC。此外，MC可以包括在独立的基站中或发射器1502A中。

4.盒式发射器

图15B描绘了盒式发射器1502B，该盒式发射器在其内部可以包括多个PCB层1504B，该多个PCB层可以包括天线元件1506B以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。此外，可以通过盒式发射器1502B来增加无线电力传输的范围。由于天线元件1506B的较高密度，多个PCB层1504B可以增加可由发射器1502B无线地传送或广播的RF电力波的范围和量。PCB层1504B可以连接到单个MC或每个天线元件1506B的专用MC。类似地，如前述实施例所示，RFIC可以控制天线元件1506B。此外，发射器800的盒形可以增加无线电力传输的动作比；因此，盒式发射器1502B可以位于诸如书桌、桌子、地板之类的多个表面上。此外，盒式发射器1502B可以包括PCB层1504B的多种布置，该PCB层可以沿X轴、Y轴和Z轴或这些轴的任意组合定向。RFIC可以耦接到一个或多个MC。此外，MC可以包括在独立的基站中或发射器1502B中。

5.各种类型产品的不规则阵列

图16描绘了用于将发射器1602合并到不同设备中的架构1600的图。例如，可以将平面发射器1602应用到电视1646的框架或穿过条状音响(sound bar)1648的框架。发射器1602可以包括具有处于平面布置的天线元件和RFIC的多个分片1650。RFIC可以直接嵌入在每个天线元件的后面；这种集成可以减少由于组件之间的较短距离而造成的损失。

例如，电视1646可以具有围绕电视机1646的边框，该边框包括多个分片1650，每个瓦片包括一定数量的天线元件。例如，如果在电视1646的边框周围有20个分片1650，则每个分片1650可以具有24个天线元件和/或任何数量的天线元件。

在分片1650中，可以由对应的RFIC来调节每个天线元件1106中每个袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及传输零转向。单个耦接到每个天线元件的RFIC可以降低处理需求，并且可以增加对袋形成的控制，允许在微处理器上具有较小负载的多个袋形成和较高粒度袋形成，因此可以允许更高数量的多个袋形成的更高响应。此外，多个袋形成可以对更多数量的接收器进行充电，并且可以允许到这种接收器的更好的轨迹。

RFIC可以耦接到一个或多个微控制器，并且微控制器可以包括在独立的基站中或发射器1602中的分片1650中。天线元件的行或列可以连接到单个微处理器。在一些实施方案中，发射器1602中存在更低数量的RFIC可以对应于诸如多个袋形成的更低控制、更低的粒度级别以及更便宜的实施例之类的期望的特征。连接到每行或每列的RFIC可以允许通过具有更少的组件来降低成本，因为需要更少的RFIC来控制每个发射器1602。RFIC可以通过在行或列之间改变相位和增益来产生袋形成电力传输波。

在一些实施方案中，发射器1602可以使用包括RFIC的分片1650的级联布置，这可以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。此外，可以从RFIC的多个冗余获得更高的可靠性和精度。

在一个实施例中，包括天线元件的多个PCB层可以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。多个PCB层可以增加可由发射器1602传送的电力的范围和量。PCB层可以连接到单个微控制器或连接到专用的微控制器。类似地，RFIC可以连接到天线元件。

盒式发射器1602在其内部可以包括多个PCB层，该多个PCB层可以包括天线元件以提供对袋形成的更大控制，并且可以增加对目标接收器的响应。此外，可以通过盒式发射器1602来增加无线电力传输的范围。由于天线元件的较高密度，多个PCB层可以增加可由发射器1602无线地传送或广播的RF电力波的范围和量。PCB层可以连接到单个微控制器或每个天线元件的专用微控制器。类似地，RFIC可以控制天线元件。发射器1602的盒形可以增加无线电力传输的动作比。因此，盒式发射器1602可以位于诸如书桌、桌子、地板之类的多个表面上。此外，盒式发射器可以包括PCB层的多种布置，该PCB层可以沿X轴、Y轴和Z轴或这些轴的任意组合定向。

6.多个天线元件

图17是包括多个天线元件1706的发射器配置1700的示例。天线元件1706可以通过布置天线的行1768和天线的列1770来形成阵列。发射器配置可以包括至少一个RFIC 1708来控制天线元件1706的诸如用于袋形成的增益和/或相位之类的特征，并且通过方向、功率水平等来管理袋形成。天线元件1706的阵列可以连接到MC 1710，该MC 1710可以确定用于袋形成的最佳时间和位置，包括传输袋形成的最有效的轨迹，以便减少由于障碍物而造成的损失。这种轨迹可以包括直接袋形成、反弹以及袋形成的距离辨别。

发射器设备可以利用天线元件1706来确定接收器的位置，以便确定如何对天线元件1706进行调整以在适当位置形成能量袋。接收器可以向发射器发送串信号以提供信息。串信号可以是可被天线元件1706检测到的任何传统的已知信号。接收器发送的信号可以包含诸如相位和增益之类的信息。

III.接收器-用于接收并利用无线电力传输的系统和方法

A.接收器设备的组件

回到图11，其示出了根据示例性实施例的用于无线充电客户端设备的系统1100架构的图，系统1100可以包括发射器1101和接收器1120，该发射器和接收器可以各自包括专用集成电路(ASIC)。接收器1120的ASIC可以包括印刷电路板1122、天线元件1124、整流器1126、功率转换器1129、通信组件1130和/或电源管理集成电路(PMIC)1132。接收器1120还可以包括可以分配所有所请求的组件的外壳。接收器1120的各种组件可以包括或可以使用超材料、电路的微印刷、纳米材料等来制造。

1.天线元件

天线元件1124可以包括用于在与针对发射器1101的天线元件1106所描述的频带类似的频带中进行操作的合适的天线类型。天线元件1124可以包括垂直或水平极化、右旋或左旋极化、椭圆极化或其他适当的极化，以及适当的极化组合。在下述设备中使用多种极化可以是有益的，该设备在使用期间可能不存在优选定向或其定向可能随时间而不断变化，例如智能手机或便携式游戏系统。相反，对于具有明确定义的定向的设备(例如，双手视频游戏控制器)，可能存在天线的优选极化，该优选极化可以决定给定极化的天线数量的比率。适当的天线类型可以包括具有从大约1/8英寸到大约6英寸的高度并且从大约1/8英寸到大约6英寸的宽度的贴片天线。贴片天线可以具有以下优点：极化可以取决于连接性，也就是说，极化可以取决于从哪一侧对贴片进行馈电而变化。可以进一步证明这是有利的，因为诸如接收器1120之类的接收器可以动态地修改其天线极化以优化无线电力传输。如在本文的实施例中所描述的那样，对于接收器，不同的天线、整流器或功率转换器布置是可能的。

2.整流器

整流器1126可以将周期性地使方向反向的交流电(AC)转换为直流电(DC)，其为非负值。由于输入AC正弦波的交流性质，整流过程单独产生尽管非负但由电流脉冲组成的DC电流。可以通过电子滤波器使整流器的输出平滑化以产生稳定的电流。整流器1126可以包括二极管和/或电阻器、电感器和/或电容器，以将由天线元件1124产生的交流(AC)电压整流成直流(DC)电压。

在一些实施方案中，整流器1126可以是全波整流器。全波整流器可将整个输入波形在其输出端转换成恒定极性(正或负)之一。全波整流可将输入波形的两种极性转换为脉冲DC(直流)，并产生较高的平均输出电压。一个全波整流器可以使用两个二极管和一个中心抽头变压器和/或处于桥式配置的四个二极管以及任何AC电源(包括无中心抽头的变压器)。对于单相AC，如果变压器是中心抽头的，则可以使用背靠背的两个二极管(取决于所需的输出极性而阴极对阴极或阳极对阳极)来形成全波整流器。在次级变压器上可能需要两倍的匝数，以获得与桥式整流器相同的输出电压，但额定功率不变。可以技术上尽可能靠近天线元件1124地来放置整流器1126以使损失最小。在对AC电压进行整流之后，可以使用功率转换器1129对DC电压进行调节。

3.功率转换器

功率转换器1129可以是DC-DC转换器，其可以帮助提供恒定电压输出和/或帮助提高给接收器1120的电压。在一些实施方案中，DC-DC转换器可以是最大功率点跟踪器(MPPT)。MPPT是一种电子DC-DC转换器，其可将较高电压DC输出向下转换为电池充电所需的较低电压。典型的电压输出可以从大约5伏到大约10伏。在一些实施例中，功率转换器1129可以包括可提供高效率的电子开关模式DC-DC转换器。在这种情况下，可以在功率转换器1129之前包括电容器，以确保提供足够的电流供开关设备工作。当对电子设备(例如电话或膝上型计算机)进行充电时，可能需要能够超过使电子开关模式DC-DC转换器的操作激活所需的最小电力水平的初始高电流。在这种情况下，可以在接收器1120的输出处添加电容器，以提供所需的额外能量。之后，可根据需要提供较低的电力以提供适当的电流量；例如，尽管手机或笔记本电脑仍然在充电，但只使用总初始电力的1/80。

在一个实施例中，多个整流器1126可以并联连接到天线元件1124。例如，四个整流器1126可以并联连接到天线元件1124。然而，可以使用更多的整流器1126。这种布置可以是有利的，因为每个整流器1126可以只需要处理总功率的1/4。如果要将一瓦特输送给电子设备，则每个整流器1126可以只需要处理四分之一瓦特。这种布置可以大大降低成本，因为在处理相同量的功率时使用多个低功率整流器1126可以比利用一个高功率整流器1126更便宜。在一些实施例中，可以将由整流器1126处理的总功率合并到功率转换器1129中。在其他实施例中，每个整流器1126可以具有功率转换器1129。

在其他实施例中，多个天线元件1124可以并联连接到整流器1126，之后可以通过功率转换器1129对DC电压进行调节。在该示例中，四个天线元件1124可以并联连接到单个整流器1126。这种布置可以是有利的，因为每个天线元件1124可以只处理总功率的1/4。此外，该布置可以使单个整流器1126能够使用不同极化的天线元件1124，因为信号不会彼此抵消。由于上述特性，该布置可以适用于具有定义不明确或随时间变化的定向的电子客户端设备。最后，当使用具有相同极化并且被配置用于差别不大的相位的天线元件1124时，该布置可以是有益的。然而，在一些实施例中，每个天线元件1124可以具有一个整流器1126和/或每个天线元件1124可以具有多个整流器1126。

在示例性实施方案中，可以实现下述布置：其中多个天线元件1124输出可以被合并并连接到并联整流器1126，该并联整流器1126的输出可进一步在一个功率转换器1129中进行合并。可以存在16个天线元件1124，其输出可以在四个并联整流器1126处合并。在其他实施例中，天线元件1124可以被细分成组(例如四个)，并且可以连接到单独的整流器1126。

在又一个实施例中，可以实现下述布置：其中天线元件组1124可以连接到不同的整流器1126，而这些整流器又可以连接到不同的功率转换器1129。在该实施例中，四组天线元件1124(每组天线元件均包含并联的四个天线元件1124)可以各自独立地连接到四个整流器1126。在该实施例中，每个整流器1126的输出可以直接连接到功率转换器1129(总共四个)。在其他实施例中，可以在每个功率转换器1129之前合并所有四个整流器1126的输出以并行处理总功率。在一些实施例中，每个整流器1126的合并后的输出可以连接到单个功率转换器1129。这种布置可以是有益的，因为它允许整流器1126和天线元件1124之间非常接近。该特性可以是可取的，因为它可以将损失保持在最小值。

4.通信组件

类似于发射器1101的通信组件，通信组件1130可以包括在接收器1120中以与发射器或其他电子装备通信。在一些实施方案中，接收器1120可以使用设备的内置通信组件(例如，蓝牙)，以基于由处理器提供的诸如电池电量、用户预定义的充电配置文件之类的要求来与给定发射器1120通信，发射器1101可以包括一个或多个印刷电路板(PCB)1104、一个或多个天线元件1106、一个或多个射频集成电路(RFIC)1108、一个或多个微控制器(MC)1110、通信组件1112和电源1114。发射器1101可以被包在外壳中，该外壳可以为发射器1101分配所有所请求的组件。可以使用超材料、电路的微印刷、纳米材料和/或任何其他材料来制造发射器1101中的组件。由接收器和发射器之间的通信组件传送的信息类型尤其包括但不限于：电池中的当前电力水平、在接收器处接收的信号强度和电力水平、定时信息、相位和增益信息、用户标识、客户端设备权限、安全相关信令、紧急信令以及认证交换等。

5.PMIC

电源管理集成电路(PMIC)1132是用于对主机系统的电力需求进行管理的片上系统设备中的集成电路和/或系统块。PMIC 1132可以包括电池管理、电压调节和充电功能。PMIC 1132可以包括DC-DC转换器，以允许动态电压缩放。在一些实施方案中，PMIC 1132可以提供高达95％的电力转换效率。在一些实施方案中，PMIC 1132可以与动态频率缩放集成在一起。可以在诸如移动电话和/或便携式媒体播放器之类的电池供电设备中实施PMIC1132。在一些实施方案中，可以用输入电容器和输出电容器代替电池。PMIC 1132可以直接连接到电池和/或电容器。当直接对电池进行充电时，可以不实施电容器。在一些实施方案中，PMIC 1132可以盘绕在电池周围。PMIC 1132可以包括用作电池充电器并且连接到电池的电源管理芯片(PMC)。PMIC 1132可以使用脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM)。PMIC 1132可以使用开关放大器(D类电子放大器)。在一些实施方案中，输出转换器、整流器和/或BLE也可以包括在PMIC 1132中。

6.外壳

外壳可以由允许信号或波传输和/或接收的任何合适的材料(例如塑料或硬橡胶)制成。外壳可以是例如能以壳体的形式添加到不同电子装置的外部硬件，或者也可以嵌入在电子装备中。

7.网络

网络1140可以包括利于发射器1101与接收器1120之间进行通信的任何公共通信架构。本领域普通技术人员将理解的是，网络1140可以是因特网、专用内联网或两者的一些混合。对于本领域技术人员来说明显的是，可以在专用处理装备中或者可替选地在云处理网络中来实施网络组件。

B.接收器、接收器组件和与接收器相关的系统的配置

1.并联连接到天线元件的多个整流器

图18A示出了其中多个整流器1826A可以并联连接到天线元件1824A的布置1800A。在该示例中，四个整流器1826A可以并联连接到天线元件1824A。然而，可以使用更多的整流器1826A。布置1800A可以是有利的，因为每个整流器1826A可以只需要处理总功率的1/4。如果要将一瓦特输送给电子设备，则每个整流器1826F可以只需要处理四分之一瓦特。布置1800A可以大大降低成本，因为在处理相同量的功率时使用多个低功率整流器1826A可以比利用一个高功率整流器1826A更便宜。在一些实施例中，可以将由整流器1826A处理的总功率合并到一个DC-DC转换器1828A中。在其他实施例中，每个整流器1826A可以具有DC-DC转换器1828A。

2.并联连接到整流器的多个天线元件

图18B示出了下述布置1800B，其中多个天线元件1824B可以并联连接到整流器1826B，之后可以通过DC-DC转换器1828B来调节DC电压。在该示例中，四个天线元件1824B可以并联连接到单个整流器1826B。布置1800B可以是有利的，因为每个天线元件1824B可以只处理总功率的1/4。此外，布置1800B可以使单个整流器1826B能够使用不同极化的天线元件1824B，因为信号不会彼此抵消。由于上述特性，布置1800B可以适用于具有定义不明确或随时间变化的定向的电子设备。最后，当使用具有相同极化并且被配置用于差别不大的相位的天线元件1824B时，布置1800B可以是有益的。然而，在一些实施例中，每个天线元件1824B可以具有一个整流器1826B或者每个天线元件1824B可以具有多个整流器1826B(如图18A所描述的那样)。

3.并联连接到多个整流器的多个天线元件

图19A示出了下述布置1900A：其中多个天线元件1924A的输出可以被合并并连接到并联整流器1926A，该并联整流器1926A的输出可进一步在一个DC转换器1928A中进行合并。布置1900A以示例的方式示出了其输出可以在四个并联整流器1926A处合并的16个天线元件1924A。在其他实施例中，天线元件1924A可以被细分成组(例如四个)，并且可以连接到单独的整流器，如下图19B所示。

4.分组排列

图19B示出了下述布置1900B：其中天线元件组1624B可以连接到不同的整流器1926B，而这些整流器又可以连接到不同的DC转换器1928B。在布置1900B中，四组天线元件1924B(每组天线元件均包含并联的四个天线元件1924B)可以各自独立地连接到四个整流器1926B。在该实施例中，每个整流器1926B的输出可以直接连接到DC转换器1928B(总共四个)。在其他实施例中，可以在每个DC转换器1928B之前合并所有四个整流器1926B的输出以并行处理总功率。在其他实施例中，每个整流器1926B的合并后的输出可以连接到单个DC转换器1928B。布置1900B可以是有益的，因为它允许整流器1926B和天线元件1924B之间非常接近。该特性可以是可取的，因为它可以将损失保持在最小。

接收器可以实施在、连接到或嵌入在可以依靠电力来执行其预期功能的电子设备或装备中，例如电话、膝上型计算机、电视遥控器、儿童玩具或任何其他设备。利用袋形成的接收器可用于在“开”或“关”时或在使用或不使用时对设备的电池进行完全充电。此外，可以大大提高电池寿命。例如，在两瓦特上工作的设备利用可以传送一瓦特的接收器可以将该设备的电池持续时间增加多达大约50％。最后，可以使用接收器来对目前在电池上运行的一些设备进行完全供电，之后可能不再需要电池。这最后一个属性对于更换电池可能是乏味或难以完成的设备(如挂钟)可以是有益的。下面的实施例提供了如何可以将接收器集成在电子设备上的一些示例。

5.嵌入式接收器

图20A示出了设备2000A可以包括嵌入式接收器2020A的实施方案，该设备2000A可以代表典型的电话、计算机或其他电子设备。设备2000A还可以包括电源、通信组件2030A和处理器。接收器2020A可以利用袋形成为设备2000A的电源提供电力。此外，接收器2020A可以使用设备2000A的内置通信组件2030A(例如，蓝牙)来基于由处理器提供的诸如电池电量、用户预定义的充电模式或其他的要求与给定的发射器进行通信。

6.具有嵌入式接收器的电池

图20B示出了设备2000B可以包括具有嵌入式接收器2020B的电池的另一实施方案。电池可以通过袋形成来无线地接收电力，并可以通过其嵌入式接收器2020B来进行充电。电池可用作电源供给，也可用作备用电源。这种配置可以是有利的，因为可能无需为了充电而拆卸电池。这在其中电池(通常为AA或AAA)可以被连续更换的游戏控制器或游戏设备中尤其有用。

7.外部通信组件

图20C示出了替选的实施方案2000C，其中接收器2020C和通信组件2030C可以被包括在可以附接到设备的外部硬件中。硬件可以采取适当的形式，例如可以放置在电话、计算机、遥控器等上的情况，这些情况可以通过诸如通用串行总线(USB)之类的合适的接口进行连接。在其他实施例中，可以将硬件印刷在柔性膜上，然后可以将该柔性膜粘贴或以其他方式附接到电子装备。该选项可以是有利的，因为其可以以低成本来制造并且可以容易地集成到各种设备中。如在先前的实施例中那样，通信组件2030C可以被包括在通常可以向发射器或向电子装备提供通信的硬件中。

8.连接USB的接收器的壳体或外壳

图21A示出了包括接收器2102A的壳体形式的硬件，其可以通过柔性电缆或USB连接到智能手机和/或任何其他电子设备。在其他实施例中，外壳或壳体可以尤其是计算机壳体、电话壳体和/或相机壳体。

9.印刷薄膜上的PCB

图21B示出了可以包括多个印刷接收器2102B的印刷薄膜或柔性印刷电路板(PCB)形式的硬件。印刷薄膜可以被粘贴或以其他方式附接到电子设备，并可通过适当的接口(例如USB)来连接。印刷薄膜可以是有利的，因为可以从其切割出满足特定的电子设备尺寸和/或要求的部分。无线电力传输的效率以及可以输送的电力的量(使用袋形成)可以是在给定的接收器和发射器系统中所使用的天线元件的总数的函数。例如，为了在大约15英尺处输送大约一瓦，接收器可以包括大约80个天线元件，而发射器可以包括大约256个天线元件。另一个相同的无线电力传输系统(大约15英尺处大约1瓦)可以包括具有大约40个天线元件的接收器以及具有大约512个天线元件的发射器。将接收器中天线元件的数量减少一半可能需要将发射器中的天线元件的数量加倍。在某些情况下，相比于在接收器中放置更多数量的天线元件，在发射器中放置更多数量的天线元件可能是成本有效的。然而，可以通过在接收器上而不是在发射器上放置更多的天线元件来实现相反布置，只要在发射器中存在至少两个天线元件即可。

IV.天线硬件和功能

A.间距配置

图22示出了内部硬件，其中接收器2220可以用于在电子设备2252(例如，智能手机)中接收无线电力传输。在一些实施方案中，电子设备2252可以包括可围绕该电子设备2252的壳体2254(例如，智能手机壳体)的内部边缘嵌入的接收器2220。在其他实施例中，接收器2220可以被实现为覆盖壳体2254的背面。壳体2254可以尤其是以下中的一个或多个：智能手机盖、笔记本电脑盖、相机盖、GPS盖、游戏控制器盖和/或平板电脑盖等。壳体2254可以由塑料、橡胶和/或任何其他合适的材料制成。

接收器2220可以包括策略性地分布在图22所示的网格区域上的天线元件2224阵列。壳体2254可以包括在壳体2254的边缘周围和/或沿壳体2254的背面设置的天线元件2224阵列，以用于最佳接收。可以根据电子设备2252的设计、尺寸和/或类型来计算天线元件2224的数量、间隔和类型。在一些实施例中，在包含天线元件2224的壳体2254与电子设备2252之间可以存在间隔(例如1mm-4mm)和/或超材料。该间隔和/或超材料可以为RF信号提供额外的增益。在一些实施方案中，超材料可以用于创建多层PCB以实施到壳体2254中。

B.超材料

内部硬件可以是印刷薄膜2256和/或柔性PCB的形式，该印刷薄膜和/或柔性PCB可以包括不同的组件，例如多个印刷天线元件2224(彼此串联、并联或组合连接)、整流器和电力转换元件。印刷薄膜2256可以粘贴或以其他方式附接到任何合适的电子设备，例如电子设备2252和/或平板电脑。印刷薄膜2256可以通过任何合适的接口来进行连接，该接口例如为柔性电缆2258。印刷薄膜2256可以呈现一些益处；这些益处之一可以是可以从该印刷薄膜中切割出满足特定的智能移动设备尺寸和/或要求的部分。根据一个实施例，用于接收器2220的天线元件2224之间的间隔可以在约2nm至约12nm的范围内，最适合约为7nm。

另外，在一些实施方案中，可以在电子设备2252(例如，智能手机)的接收器2220中使用的天线元件2224的最佳数量可以在约20个到约30个的范围内。然而，接收器2220内的天线元件2224的数量可以根据电子设备2252的设计和尺寸而变化。天线元件2224可以尤其由诸如铜、金和银之类的不同的导电材料制成。此外，天线元件2224可以被印刷、蚀刻或层压到任何合适的非导电柔性衬底上，尤其例如柔性PCB等。所公开的天线元件2224的配置和定向可以表现出更好的无线充电的接收、效率和性能。

仅作为说明性示例来提供上述方法描述和处理流程图，并不意图要求或暗示各种实施例的步骤必须按照所展现的顺序来执行。如本领域技术人员将理解的，可以以任何顺序来执行前述实施例中的步骤。诸如“然后”、“下一个”等等的词语并不意图限制步骤的顺序；这些词语简单地用于通过方法的描述来引导读者。虽然处理流程图可以将操作描述为顺序处理，但是许多操作可以并行或同时执行。此外，可以重新布置操作的顺序。处理可以对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。当处理对应于函数时，其终止可以对应于函数返回到调用函数或主函数。

结合本文所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的结合。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，上文中已就功能性而言大致描述了各种示例性组件、块、模块、电路以及步骤。这种功能性是实现为硬件还是软件取决于具体的应用程序和施加于整个系统上的设计限制条件。熟练的技术人员可针对每一具体应用程序以不同方式来实现所描述的功能性，但不应将此类实现决策理解为导致偏离本发明的范围。

在计算机软件中实现的实施例可以在软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合中实现。代码段或机器可执行指令可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类、或指令的任何组合、数据结构、或程序语句。代码段可以通过传递和/或接收信息、数据、命令行参数、参数或存储器内容而耦接到另一代码段或硬件电路。可以通过包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等的任何合适的手段来传递、转发或发送信息、命令行参数、参数，数据等。

用于实现这些系统和方法的实际软件代码或专用控制硬件不对本发明进行限制。因此，在没有参考具体软件代码的情况下描述了系统和方法的操作和行为，应当理解，软件和控制硬件可以被设计成基于本文的描述来实现系统和方法。

当以软件实现时，功能可以作为一个或多个指令或代码存储在非暂时的计算机可读或处理器可读存储介质上。本文所公开的方法或算法的步骤可以在处理器可执行软件模块中实施，该处理器可执行软件模块可以驻留在计算机可读或处理器可读存储介质上。非暂时的计算机可读或处理器可读介质包括便于将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的计算机存储介质和有形存储介质两者。非暂时的处理器可读存储介质可以是可由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这种非暂时处理器可读介质可以包括：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或可用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机或处理器访问的任何其他有形存储介质。如本文所使用的磁盘和光盘包括光盘(CD)、激光盘、光盘(optical disc)、数字化通用光盘(DVD)、软盘以及蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。此外，方法或算法的操作可以作为一个或任何组合或一组代码和/或指令来驻留在非暂时处理器可读介质和/或计算机可读介质上，其可以并入到计算机程序产品中。提供了所公开实施例的前述描述，以使本领域的任何技术人员能够制造或使用本发明。对于本领域技术人员来说明显的是，对这些实施例进行各种修改，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文定义的通用原理可以应用于其他实施例。因此，本发明不旨在限于本文所示的实施例，而是符合与所附权利要求以及本文公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。虽然已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例也考虑在内。所公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，并且不旨在限制，其真实范围和精神由所附权利要求书指出。

Claims (30)

1.一种利用射频RF波无线传输电力的方法，包括：

在包括天线阵列的RF无线电力发射器处：

所述天线阵列的第一天线子集接收来自无线电力接收器的第一信号；

所述天线阵列的第二天线子集接收来自所述无线电力接收器的第二信号，其中，所述第二天线子集包括未包含在所述第一天线子集中的至少一个天线；

基于对所述第一信号和所述第二信号的分析，由控制器确定RF电力传输波的、使所述RF电力传输波在由所述天线阵列发射时在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉的适当值；以及

在基于对所述第一信号和所述第二信号的分析确定所述适当值之后，通过包括所述第一天线子集和所述第二天线子集的所述天线阵列发射具有所确定的值的RF电力传输波，所述RF电力传输波在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉，其中，在所述天线阵列内所述第一天线子集基本上垂直于所述第二天线子集。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一天线子集是一行天线，所述第二天线子集是一列天线。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述无线电力发射器处：

基于所述第一信号来确定表示所述无线电力接收器相对于所述无线电力发射器的位置的水平角度；以及

基于所述第二信号来确定表示所述无线电力接收器相对于所述无线电力发射器的位置的垂直角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述适当值包括相位和增益；并且

确定所述适当值包括：

基于所述水平角度来确定发射所述RF电力传输波的相位；以及

基于所述垂直角度来确定发射所述RF电力传输波的增益。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，发射具有所确定的值的RF电力传输波包括：以所确定的相位和所确定的增益发射所述RF电力传输波，使得所述RF电力传输波在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用先前存储的关于所述天线阵列的数据来进一步确定所述RF电力传输波的适当值。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述无线电力发射器处，保存所确定的RF电力传输波的适当值，其中，所保存的值用于确定将来的适当值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一天线子集和所述第二天线子集具有至少一个公共天线。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线阵列包括与所述第一天线子集和所述第二天线子集中的天线不同且分离的其他天线。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，发射具有所确定的值的RF电力传输波包括：在所述天线阵列的每个天线处发射具有所确定的值的至少一个RF电力传输波。

11.一种射频RF无线电力发射器，包括：

天线阵列，所述天线阵列包括第一天线子集和第二天线子集，所述天线阵列被配置为：

所述第一天线子集接收来自无线电力接收器的第一信号；以及

所述第二天线子集接收来自所述无线电力接收器的第二信号，其中，所述第二天线子集包括未包含在所述第一天线子集中的至少一个天线；

控制器，所述控制器被配置为：基于对所述第一信号和所述第二信号的分析，确定RF电力传输波的、使所述RF电力传输波在由所述天线阵列发射时在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉的适当值，

其中，包括所述第一天线子集和所述第二天线子集的所述天线阵列还被配置为：在所述控制器基于对所述第一信号和所述第二信号的分析确定所述适当值之后，发射具有所确定的值的RF电力传输波，所述RF电力传输波在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉，其中，在所述天线阵列内所述第一天线子集基本上垂直于所述第二天线子集。

12.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，所述第一天线子集是一行天线，所述第二天线子集是一列天线。

13.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，所述控制器还被配置为：

基于所述第一信号来确定表示所述无线电力接收器相对于所述无线电力发射器的位置的水平角度；以及

基于所述第二信号来确定表示所述无线电力接收器相对于所述无线电力发射器的位置的垂直角度。

14.根据权利要求13所述的无线电力发射器，其中，

所述适当值包括相位和增益；并且

确定所述适当值包括：

基于所述水平角度来确定发射所述RF电力传输波的相位；以及

基于所述垂直角度来确定发射所述RF电力传输波的增益。

15.根据权利要求14所述的无线电力发射器，其中，发射具有所确定的值的RF电力传输波包括：以所确定的相位和所确定的增益发射所述RF电力传输波，使得所述RF电力传输波在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉。

16.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，使用先前存储的关于所述天线阵列的数据来进一步确定所述RF电力传输波的适当值。

17.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，所述控制器还被配置为：保存所确定的RF电力传输波的适当值，其中，所保存的值用于确定将来的适当值。

18.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，所述第一天线子集和所述第二天线子集具有至少一个公共天线。

19.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，所述天线阵列包括与所述第一天线子集和所述第二天线子集不同且分离的其他天线。

20.根据权利要求11所述的无线电力发射器，其中，发射具有所确定的值的RF电力传输波包括：在所述天线阵列的每个天线处发射RF电力传输波。

21.一种非临时性计算机可读存储介质，存储被配置为由包括天线阵列的射频RF无线电力发射器的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括当由所述一个或多个处理器执行时使所述无线电力发射器执行以下操作的指令：

所述天线阵列的第一天线子集接收来自无线电力接收器的第一信号；

所述天线阵列的第二天线子集接收来自所述无线电力接收器的第二信号，其中，所述第二天线子集包括未包含在所述第一天线子集中的至少一个天线；

基于对所述第一信号和所述第二信号的分析，确定RF电力传输波的、使所述RF电力传输波在由所述天线阵列发射时在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉的适当值；以及

在基于对所述第一信号和所述第二信号的分析确定所述适当值之后，通过包括所述第一天线子集和所述第二天线子集的所述天线阵列发射具有所确定的值的RF电力传输波，所述RF电力传输波在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉，其中，在所述天线阵列内所述第一天线子集基本上垂直于所述第二天线子集。

22.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述第一天线子集是一行天线，所述第二天线子集是一列天线。

23.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述一个或多个程序还包括当由所述一个或多个处理器执行时使所述无线电力发射器执行以下操作的指令：

基于所述第一信号来确定表示所述无线电力接收器相对于所述无线电力发射器的位置的水平角度；以及

基于所述第二信号来确定表示所述无线电力接收器相对于所述无线电力发射器的位置的垂直角度。

24.根据权利要求23所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，

所述适当值包括相位和增益；并且

确定所述适当值包括：

基于所述水平角度来确定发射所述RF电力传输波的相位；以及

基于所述垂直角度来确定发射所述RF电力传输波的增益。

25.根据权利要求24所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，发射具有所确定的值的RF电力传输波包括：以所确定的相位和所确定的增益发射所述RF电力传输波，使得所述RF电力传输波在所述无线电力接收器的位置周围相长性地进行干涉。

26.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，使用先前存储的关于所述天线阵列的数据来进一步确定所述RF电力传输波的适当值。

27.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述一个或多个程序还包括当由所述一个或多个处理器执行时使所述无线电力发射器执行以下操作的指令：保存所确定的RF电力传输波的适当值，其中，所保存的值用于确定将来的适当值。

28.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述第一天线子集和所述第二天线子集具有至少一个公共天线。

29.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，所述天线阵列包括与所述第一天线子集和所述第二天线子集不同且分离的其他天线。

30.根据权利要求21所述的非临时性计算机可读存储介质，其中，发射具有所确定的值的RF电力传输波包括：在所述天线阵列的每个天线处发射RF电力传输波。