CN109891707A - 无线电力传输系统及通信系统 - Google Patents

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CN109891707A CN201680088443.8A CN201680088443A CN109891707A CN 109891707 A CN109891707 A CN 109891707A CN 201680088443 A CN201680088443 A CN 201680088443A CN 109891707 A CN109891707 A CN 109891707A
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Abstract

本发明公开了一种无线电力传输系统及通信系统。根据本发明的一实施例的无线电力传输系统及通信系统，包括：传送部，包括设置在金属墙的收发沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第一表面波天线，以及与所述第一表面波天线并联连接的第一单极天线；以及接收部，包括设置在由所述金属墙分隔的空间的接收沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第二表面波天线或第二单极天线中的至少一个。

Description

无线电力传输系统及通信系统
技术领域
本发明涉及一种无线电力传输系统及通信系统，更详细地，涉及利用将表面波天线与单极天线结合的混合形态的天线的无线电力传输系统及通信系统。
背景技术
为了向在大型船舶或大型集装箱等位于远距离位置的人们提供通信手段，使用多种方法。
在由金属墙封闭的空间内搭建无线通信环境十分困难，对于大型船舶来说，能够通过埋设连接各个船舱与船舱的电缆，从而使用电缆进行有线通信。
一方面，为了在大型船舶的全部船舱搭建有线通信环境，能够使用在船舱的金属墙上形成孔(hole)，并通过所形成的孔埋设电缆的方法。
然而，对于船舱结构来说，该方法在埋设电缆方面具有困难，并且，设置其他通信手段也十分不易。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种无线电力传输系统及通信系统，在由金属封闭的空间内搭建作业人员间的无线通信环境，并向位于偏远位置的负载传输无线电力。
解决问题的技术方案
根据本发明的一实施例的无线电力传输系统及通信系统，包括：传送部，包括设置在金属墙的收发沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第一表面波天线，以及与所述第一表面波天线并联连接的第一单极天线；以及接收部，包括设置在由所述金属墙分隔的空间的接收沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第二表面波天线或第二单极天线中的至少一个。
并且，还包括中继所述传送部与所述接收部的中继器，所述中继器，包括收发沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第三表面波天线，以及与所述第三表面波天线并联连接的第三单极天线。
而且，所述表面电磁波在按照一定周期形成于所述金属墙的隆起部与凹陷部引起全反射，从而沿着所述金属墙的表面流动。
并且，所述第一及第二表面波天线，包括：上部层，作为薄膜的波导管具有四边形形态，在内部形成有多个贯穿的四角形孔而具有网状形态；中间层，是在所述上部层的下方以与所述上部层相同的厚度形成的电介质层；以及下部层，在所述中间层的下方以与所述上部层相同的长度、宽度及厚度形成而执行接地功能。
而且，还包括：电力供应部，向所述传送部供应电力；以及阻抗匹配部，所述阻抗匹配部测量在所述传送部反射的电压，并与基准电压比较大小，根据比较结果执行阻抗匹配，所述电力供应部将所述阻抗匹配的电压提供至传送部。
并且，所述电力供应部以普通模式或极速模式中任一种模式动作，并且，在所述极速模式中向所述传送部提供的电力的大小大于在所述普通模式中向所述传送部提供的电力的大小。
发明的效果
本发明能够提供一种无线电力传输系统及通信系统，在由金属封闭的空间内搭建作业人员间的无线通信环境，并向位于偏远位置的负载传输无线电力。
附图说明
图1为示例显示适用根据本发明的无线电力传输系统及通信系统的船舶结构的附图。
图2为概略显示根据本发明的一实施例的混合天线的构成的附图。
图3为概略显示根据本发明的一实施例的由表面波天线形成的无线电力传输系统及通信系统的构成的附图。
图4为概略显示根据本发明的一实施例的表面波天线的结构的附图。
图5至图7为概略显示根据本发明的一实施例的无线电力传输系统及通信系统的传送部与接收部的构成的附图。
图8为示例显示根据本发明的另一实施例的设置中继器的位置的附图。
图9为概略显示根据本发明的又一实施例的无线电力传输系统及通信系统的构成的附图。
图10为概略显示根据本发明的无线电力传输系统及通信系统的电力或数据传输原理的附图。
具体实施方式
参照附图以及详细说明的实施例，本发明的优点及特征将更加明确。然而，本发明并非限定于下列实施例，而能够体现为许多不同的形态，并且，包括在本发明的思想及技术范围内的全部变换、均等物以及替代物。下列所示的实施例用于使本发明更加完整，以及向本发明所属领域的普通技术人员完整地说明本发明的范畴。在说明本发明的过程中，当判断对于相关公知技术的具体说明混淆本发明的要旨时，省略对其详细说明。
本申请中所使用的术语仅用于说明特定实施例，并非用于限定本发明。单数表达在上下文中没有特别言及反例的情况，应包括复数含义。在本申请中，“包括”或者“具有”等术语用于指出存在说明书中记载的特征、数字、阶段、动作、构成要素、配件或上述组合，并非排除包括一个或多个其他特征、数字、阶段、动作、构成要素、配件或上述组合的存在或者附加的可能性。第一、第二等术语能够用于说明多种构成要素，然而，构成要素并非限定于所述术语。所述术语仅用于将一个构成要素区别于其他构成要素。
图1为示例显示适用根据本发明的无线电力传输系统及通信系统的船舶结构的附图。
根据本发明的无线电力传输系统及通信系统能够适用于如图1所示的船舶中。图1所示的船舶能够包括由各个金属墙分隔的多个船舱。参照图1，能够向位于船舱1至船舱3的船员之间提供通信手段，并且，所述通信手段能够是根据本发明的无线电力传输系统及通信系统。
根据本发明的一实施例的无线电力传输系统及通信系统，包括表面波天线，并且，所述表面波天线能够通过金属墙传送与接收电力和/或信号。由于表面波天线不需连接传送端与接收端的电缆，消除了在由金属墙分隔的船舱墙壁上打孔并设置电缆的不便。
图2为概略显示根据本发明的一实施例的混合天线的构成的附图。
参照图2，根据本发明的一实施例的混合天线包括单极天线(monopole antenna，以下称为mpole)与表面波天线(surface wave antenna，以下称为surf)，所述单极天线mpole与所述表面波天线surf相互并联连接。
所述单极天线mpole能够理解为通常的单极天线，该单级天线利用了在广阔的地面或在全导体上垂直竖立的单级的长度为约1/4波长时产生共振的特性。
所述表面波天线surf设置在金属墙，能够接收沿着所述金属墙流动的表面电磁波(evanescent electromagnetic wave)，或者传送沿着所述金属墙流动的表面电磁波。所述表面波天线surf的更详细的结构与动作原理，将参照后续附图进行说明。
图3为概略显示根据本发明的一实施例的由表面波天线形成的无线电力传输系统及通信系统的构成的附图。
参照图3，根据本发明的一实施例由表面波天线形成的通信系统包括传送部100’及接收部200’。传送部100’与接收部200’能够设置在例如包括集控室(control room)、机舱(engine room)，及泵室(pump room)等多个空间的船舶，或者例如集装箱等封闭的各个不同的空间，并收发电力或数据。
传送部100’与接收部200’分别由根据本发明的一实施例的表面波天线，构成，包括在传送部100’的表面波天线附着在金属墙300从而传送沿着所述金属墙流动的表面电磁波。并且，包括在接收部200’的表面波天线附着在金属墙，接收沿着所述金属墙的表面电磁波。
图4为概略显示根据本发明的一实施例的表面波天线的结构的附图。
参照图4，根据本发明的一实施例的表面波天线包括上部层10、中间层20，及下部层30。上部层10作为薄膜的波导管形成为四边形，其内部形成有多个贯穿的四边形孔11而具有网状形态。
上部层10能够形成为铜材质，但并非限定于铜也能够包括其他导电性材质。
中间层20作为电介质层具有与上部层10相同的厚度，能够由碳素纤维或聚碳酸酯(PC)形成。下部层30的大小(长度、宽度，以及厚度)与上部层10相同，发挥接地功能。
构成为上部层10、中间层20，及下部层30的所述表面波天线，如上所述，设置在船舶或集装箱的密封空间的厚的金属墙上，产生具有20MHz～150MHz范围的频率的表面电磁波。
图5至图7为概略显示根据本发明的一实施例的无线电力传输系统及通信系统的传送部与接收部的构成的附图。
首先，参照图5，根据本发明的一实施例的无线电力传输系统及通信系统100包括传送部110与接收部120。传送部110包括：设置在金属墙并传送沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第一表面波天线surf1，以及与所述第一表面波天线surf1并联连接的第一单极天线mpole1。
并且，接收部120包括接收由传送部110传送的电波的第二单极天线mpole2。
在如参照图1所说明的船舶的船舱，设置有包括如图5所示的具有第一表面波天线surf1与第一单极天线mpole1的传送部110的传送器时，位于与所述船舱分隔的其他船舱的船员利用包括图5的第二单极天线mpole2的接收部120，与位于设置有所述传送部110的所述船舱的船员进行通信。
显而易见地，从第一单极天线mpole1输出的电磁波能够被第二单极天线mpole2接收，并且能够理解为，从第一表面波天线surf1输出的表面电磁波沿着所述金属墙流动，之后，在弯折处扩散至空气，而第二单极天线mpole2接收这样的电磁波。
并且，传送部110与接收部120的作用并非必须限定于收发信号和/或电力，也能够执行双向通信。即，从第二单极天线mpole2输出的电磁波能够被第一单极天线mpole1和/或第一表面波天线surf1接收。
图6所示的无线电力传输系统及通信系统200，与参照图5说明的无线电力传输系统及通信系统100相同包括传送部210与接收部220。
传送部210与参照图5说明的传送部110相同，包括第一表面波天线surf1与第一单极天线mpole1。并且，接收部220包括第二表面波天线surf2。
从第一表面波天线surf1和/或第一单极天线mpole1输出的电磁波通过所述金属墙和/或空气传输，包括在接收部220的第二表面波天线surf2能够接收所述电磁波。
在第一表面波天线surf1生成的沿着所述金属墙流动的表面电磁波，如参照图1至图4的说明，被包括在接收部220的第二表面波天线surf2接收。并且，在第一单极天线mpole1生成的通过空气传输的电磁波同样被第二表面波天线surf2接收。
图6所示的传送部210与接收部220的作用并非必须限定于收发信号和/或电力，也能够执行双向通信。即，由第二表面波天线surf2输出的电磁波能够被第一单极天线mpole1和/或第一表面波天线surf1接收。
图7所示的无线电力传输系统及通信系统300，与参照图5说明的无线电力传输系统及通信系统100相同包括传送部310与接收部320。
传送部310与参照图5说明的传送部110相同，包括第一表面波天线surf1与第一单极天线mpole1。并且，接收部320包括第二表面波天线surf2及第二单极天线mpole2。
从第一表面波天线surf1和/或第一单极天线mpole1输出的电磁波通过所述金属墙和/或空气传输，并且，包括在接收部320的第二表面波天线surf2及第二单极天线mpole2能够接收所述电磁波。
在第一表面波天线surf1生成的沿着所述金属墙流动的表面电磁波，如参照图1至图4的说明，被包括在接收部320的第二表面波天线surf2接收。并且，在第一单极天线mpole1生成的通过空气传输的电磁波同样被第二单极天线mpole2接收。
图7所示的传送部310与接收部320的作用并非必须限定于收发信号和/或电力，也能够执行双向通信。即，由第二表面波天线surf2及第二单极天线mpole2输出的电磁波能够被第一单极天线mpole1及第一表面波天线surf1接收。
图8为示例显示根据本发明的另一实施例的设置中继器的位置的附图。
根据本发明的另一实施例的无线电力传输系统及通信系统能够在传送部与接收部之间进一步包括中继所述传送部与所述接收部的中继器。
所述中继器能够包括收发沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第三表面波天线及与所述第三表面波天线并联连接的第三单极天线。
当将根据本发明的无线电力传输系统及通信系统适用于大型船舶时，随着传送部与接收部之间的距离变远，电力和/或电波的传输效率降低。
为防止上述问题，所述中继器能够在所述传送部与所述接收部之间执行中继电力和/或电波的功能。
如图8所示，由于船舱1与船舱3之间的距离远而导致电力和/或电波的传输速率降低时，能够在船舱2设置所述中继器，并且，所述中继器能够中继从船舱1传输至船舱3的电力和/或电波，或者，中继从船舱3传输至船舱1的电力和/或电波。
图9为概略显示根据本发明的又一实施例的无线电力传输系统及通信系统的构成的附图。
参照图9，根据本发明的又一实施例的无线电力传输系统及通信系统400还包括电源供应部430及阻抗匹配部440。向所述传送部供应电力的电源供应部430向传送部410供应电力，阻抗匹配部440测量从传送部410反射的电压而与基准电压比较大小，并根据比较结果执行阻抗匹配。
并且，电源供应部430将阻抗匹配的电压提供至传送部410。
通过向传送部410提供阻抗匹配的电压，无线电力传输系统及通信系统400能够提高电力和/或电波传输效率，获得提供能够供应的最大电力的效果。
一方面，电源供应部430能够以普通模式或极速模式中任一种模式动作，并且，能够控制电力大小，使得在所述极速模式中提供至传送部410的电力的大小大于在所述普通模式中提供至传送部410的电力的大小。
在通过无线电力传输系统及通信系统400传输电力时，所述电力通过接收部420接收，所接收的所述电力通过整流部供应至负载。
当需要在短时间内向所述负载供应大量电力时，电源供应部430能够以所述极速模式动作，此时，能够控制电力大小，使得供应至传送部410的电力大小大于在所述普通模式中供应至传送部410的电力的大小。
一方面，电源供应部430按照从传送部410接收电源和/或电波的装置的个数比例，将供应至传送部410电力的大小设置地更大。
图10为概略显示根据本发明的无线电力传输系统及通信系统的电力或数据传输原理的附图。
参照图10，金属墙能够形成为包括隆起的部分(grain，G)和凹陷的部分(void，V)的体心立方晶格(BCC，body centric cuboid crystal)结构或凹凸结构而具有一定周期A。
由于表面电磁波与所述金属墙的相互作用而发生表面波，使得所述表面电磁波沿着所述金属墙的表面流动。即，在作为表面电磁波源(Evanescent EM wave source)的传送部发生的表面电磁波在按照所述周期A形成的隆起部G与凹陷部V引起全反射而流动。
由此，沿着安装有所述传送部的金属墙流动的所述表面电磁波通过设置在所述金属墙的接收部得到接收。
本发明的全部示例或示例术语(例如：等等)仅用于更加详细地说明本发明，并非限定于专利权利要求范围，并且，本发明的范围也并非限定于所述示例或示例术语。并且，本领域普通技术人员能够在进行多种修改、组合及变形的权利要求范围或其等同物范围内，根据设计条件及实际(factor)进行构成。
由此，本发明的思想并非限定于所述说明的实施例，不仅包括专利权利要求在内，与专利权利要求等同的或者由此的等价变形的全部范围均属于本发明的思想的范畴。

Claims (6)

1.一种无线电力传输系统及通信系统，包括：
传送部，包括设置在金属墙的收发沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第一表面波天线，以及与所述第一表面波天线并联连接的第一单极天线；以及
接收部，包括设置在由所述金属墙分隔的空间的接收沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第二表面波天线或第二单极天线中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输系统及通信系统，还包括：
中继所述传送部与所述接收部的中继器，
所述中继器，包括收发沿着所述金属墙的表面流动的表面电磁波的第三表面波天线，以及与所述第三表面波天线并联连接的第三单极天线。
3.根据权利要求1所述的无线电力传输系统及通信系统，
所述表面电磁波在按照一定周期形成于所述金属墙的隆起部与凹陷部引起全反射，从而沿着所述金属墙的表面流动。
4.根据权利要求1所述的无线电力传输系统及通信系统，
所述第一及第二表面波天线，包括：
上部层，作为薄膜的波导管具有四边形形态，在内部形成有多个贯穿的四角形孔而具有网状形态；
中间层，是在所述上部层的下方以与所述上部层相同的厚度形成的电介质层；以及
下部层，在所述中间层的下方以与所述上部层相同的长度、宽度及厚度形成而执行接地功能。
5.根据权利要求1所述的无线电力传输系统及通信系统，还包括
电源供应部，向所述传送部供应电力；以及
阻抗匹配部，
所述阻抗匹配部测量在所述传送部反射的电压，并与基准电压比较大小，根据比较结果执行阻抗匹配，
所述电力供应部将所述阻抗匹配的电压提供至传送部。
6.根据权利要求5所述的无线电力传输系统及通信系统，
所述电源供应部以普通模式或极速模式中任一种模式动作，并且，在所述极速模式中向所述传送部提供的电力的大小大于在所述普通模式中向所述传送部提供的电力的大小。
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