CN111969732A - 一种无线能量切换接收装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线能量切换接收装置、方法及系统，所述无线能量切换接收装置包括第一天线、第二天线和切换模块；所述第一天线和第二天线均与切换模块连接，所述切换模块用于在接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收电磁波；以及在接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收电磁波。本发明实施例通过根据不同的控制信号切换至相应的接收通路，并且由不同的天线进行电磁波接收，使得同一无线能量接收装置可适应不同的接收场合，灵活根据能量传输场景选择相应的接收天线，提高了无线能量接收装置的兼容性和实用性。

Description

一种无线能量切换接收装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种无线能量切换接收装置、方法及系统。

背景技术

目前无线能量传输的方式归纳起来有三种电磁感应耦合式、磁共振式和辐射式。其中电磁感应式能量传输技术目前已较为成熟，但是该方式的传输距离非常短，一般只能毫米级的距离内实现能量传输；磁共振式的能量传输方法属于近场无线传输技术，传输媒介为共振磁场，通过谐振线圈的高频交流电能与接收线圈产生同频磁场，形成强耦合的能量传输隧道，可以进行中距离的能量传输，但是这种电能传输方式目前只在实验室内研究，因媒介为磁场，其安全实现问题比较严重；辐射式的能量传输技术有基于激光的能量传输和基于电磁波（微波）的能量传输，但是，基于激光的能量传输方式只能用于视距传输，且受传输路径中的尘埃和阻挡物体的限制，而基于电磁（微波）辐射式能量传输具有成本较低，可实现远距离的电能传输，且不受尘埃的阻挡，对较远距离的设备和移动设备的电能传输最为便利，具有很大的开发价值。

然而，现有的关于无线能量传输系统的接收端中，大多采用单一的天线接收来自发射端辐射的能量，无法兼顾不同的传输情形，导致传输效率低，灵活性差。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无线能量切换接收装置、方法及系统，旨在解决现有技术中无线能量传输接收方式单一，兼容性和灵活性差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种无线能量切换接收装置,其包括第一天线、第二天线和切换模块；所述第一天线和第二天线均与切换模块连接，所述切换模块用于在接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收电磁波；以及在接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收电磁波。

所述的无线能量切换接收装置中，所述切换模块包括控制器和开关单元，所述控制器和开关单元连接，用于在接收到第一信号时控制所述开关单元切换至第一通路，以及在接收到第二信号时控制所述开关单元切换至第二通路。

所述的无线能量切换接收装置中，所述第一天线为全向天线，用于在切换至第一通路时接收全方向的电磁波。

所述的无线能量切换接收装置中，所述第二天线为定向天线，用于在切换至第二通路时接收预设方向的电磁波。

所述的无线能量切换接收装置中，还包括与第一天线和第二天线连接的整流放大模块，所述整流放大模块用于对接收到的电磁波进行整流放大处理后输出至负载。

所述的无线能量切换接收装置中，所述整流放大模块包括整流单元、放大单元、开关输出单元和滤波单元；所述整流单元与第一天线、第二天线和放大单元连接，用于对接收到的电磁波进行整流处理后输出信号至放大单元；所述放大单元还与开关输出单元连接，用于对整流后的信号进行放大后输出至开关输出单元；所述开关输出单元与滤波单元连接，用于将放大后的信号推挽输出至滤波单元；所述滤波单元与负载连接，用于对推挽输出的信号进行滤波后输出至负载。

所述的无线能量切换接收装置中，所述开关单元为单刀双掷开关。

所述的无线能量切换接收装置中，所述放大单元为D类放大器。

本发明又一实施例还提供了一种无线能量切换接收方法，其包括如下步骤：

接收切换控制信号并根据所述控制信号切换相应的接收通路；

当接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收全方向的电磁波；

当接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收预设方向的电磁波。

本发明的另一实施例还提供了一种无线能量切换接收系统，其包括如上所述的无线能量切换接收装置。

有益效果：本发明公开了一种无线能量切换接收装置、方法及系统，相比于现有技术，本发明实施例通过根据不同的控制信号切换至相应的接收通路，并且由不同的天线进行电磁波接收，使得同一无线能量接收装置可适应不同的接收场合，灵活根据能量传输场景选择相应的接收天线，提高了无线能量接收装置的兼容性和实用性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明提供的无线能量切换接收装置的结构框图。

图2为本发明提供的无线能量切换接收装置中整流放大模块的结构框图。

图3为本发明提供的无线能量切换接收方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合附图对本发明实施例进行介绍。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的无线能量切换接收装置的结构框图，本发明实施例提供的无线能量切换接收装置包括第一天线10、第二天线20和切换模块30，其中，所述第一天线10和第二天均与所述切换模块30连接，所述切换模块30用于在接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线10接收电磁波；以及在接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线20接收电磁波。即本实施例中，通过所述切换模块30接收控制信号，根据不同的控制信号切换至相应的接收通路，由当前接收通路对应的天线进行电磁波接收，具体不同接收通路设置有不同类型的接收天线，使得同一个无线能量接收装置可适应不同需求的接收场合，可灵活根据传输场景选择相应的接收通路和接收天线，提高了无线能量接收效率以及灵活性。

具体地，所述切换模块30包括控制器301和开关单元302，所述控制器301和开关单元302连接，所述开关单元302还连接第一天线10和第二天线20，其中所述控制器301用于在接收到第一信号时控制所述开关单元302切换至第一通路，以及在接收到第二信号时控制所述开关单元302切换至第二通路。本发明通过设置控制器301来接收外部输入的控制信号，所述控制器301根据当前接收的控制信号来控制开关单元302的工作状态，进而实现接收通路的切换，例如所述控制器301在接收到第一信号时输出第一电平至所述开关单元302，使所述开关单元302切换至第一通路，而在接收到第二信号时输出第二电平至所述开关单元302，使所述开关单元302切换至第二通路，本发明实施例中，所述开关单元302通过单刀双掷开关实现，其两个连接端分别与第一天线10和第二天线20连接，其控制端则与控制器301连接，实现在控制器301的控制下使得不同的天线接入工作，达到切换接收天线的效果。

具体所述第一信号、第二信号、第一电平以及第二电平的高低电平状态可根据实际需要灵活设置，只需要达到通路切换效果即可。优选地，具体实施时，所述控制器301可采用STM32系列的MCU实现切换控制过程，当然，在其它实施例中也可采用其它具有相同功能的控制器301，本发明对此不作限定。

进一步地，所述第一天线10为全向天线，其具体用于在切换至第一通路时接收全方向的电磁波，即当控制器301接收到第一信号时，说明此时的传输环境适合接收全向辐射的电磁能量，因此切换至第一通路使全向天线开始工作，全向天线在接收时，其辐射方向为在平面上具有全向特性，可接收不同角度的能量，其覆盖范围大，可满足多个不同方向发射端的传输需求，但是由于增益低使得传输效率低因此更适合短距离传输，本实施例中所述全向天线可采用微带贴片天线，其具体形状可灵活选择。

更进一步地，所述第二天线20为定向天线，其具体用于在切换至第二通路时接收预设方向的电磁波，即当控制器301接收到第二信号时，说明此时的传输环境适合定向接收辐射能量，因此切换至第二通路使定向天线开始工作，接收所述定向天线预设方向上的电磁波，定向天线在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小，虽然灵活性较差但是增益高，传输效率高，通过采用定向天线的可有效增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，增加抗干扰能力等，因此更适合用于传输距离远，目标密度大，频率利用率高的环境。本发明通过将全向天线与定向天线相互配合，根据不同的传输场景可灵活切换至相应的接收天线，灵活匹配不同的环境，使得无线能量传输的效果达到最佳。

具体地，如图1所示，所述无线能量切换接收装置还包括与第一天线10和第二天线20连接的整流放大模块40，所述整流放大模块40用于对接收到的电磁波进行整流放大处理后输出至负载，即通过第一天线10或第二天线20接收的来自空间中传输的电磁能无法直接给负载使用，需要进行整流放大处理后再提供给负载，以达到良好高效的供电效果。

进一步地，如图2所示，所述整流放大模块40包括整流单元401、放大单元402、开关输出单元403和滤波单元404，其中，所述整流单元401与第一天线10和第二天线20连接，所述整流单元401、放大单元402、开关输出单元403和滤波单元404依次连接，其中所述整流单元401用于对接收到的电磁波进行整流处理后输出至放大单元402；所述放大单元402用于对整流后的信号进行放大后输出至开关输出单元403；所述开关输出单元403用于将放大后的信号推挽输出至滤波单元404；所述滤波单元404用于对推挽输出的信号进行滤波后输出至负载。

具体实施时，接收到空间传输的电磁能后再经过整流放大后提供给负载使用，具体通过整流单元401对接收到的电磁波进行整流后得到预设频段内的信号输出至放大单元402，所述整流单元401可采用高频二极管等实现，之后通过所述放大单元402对所述信号进行放大处理，为了最大限度利用接收到的能量，放大单元402的效率应尽可能地高，D类放大器工作在开关状态，放大管电流和电压不同相，因此功耗可以非常低，理论效率为100%，实际可以做到90%以上，所以本实施例中所述放大单元402采用D类放大器进行电压放大，之后通过开关输出单元403用于将放大后的信号推挽输出至滤波单元404，具体可采用H桥拓扑进行推挽输出，其浮动输出的电压可达到两倍电源电压，因此可以充分利用电磁能转换的电能，尽可能提高传输效率，之后通过滤波单元404对推挽输出的信号进行滤波后输出至负载，具体可通过低通滤波器滤除高频成分后输出至负载，使得输出的电压更加稳定无干扰，确保负载使用的稳定性。

本发明另一实施例提供一种无线能量切换接收系统，其包括如上所述的无线能量切换接收装置，由于上文已对所述无线能量切换接收装置进行了详细描述，此处不做详述。

本发明实施例还提供了一种无线能量切换接收方法，如图3所示，所述无线能量切换接收方法包括如下步骤：

接收切换控制信号并根据所述控制信号切换相应的接收通路；

当接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收全方向的电磁波；

当接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收预设方向的电磁波。

综上所述，本发明公开的无线能量切换接收装置、方法及系统，所述无线能量切换接收装置包括第一天线、第二天线和切换模块；所述第一天线和第二天线均与切换模块连接，所述切换模块用于在接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收电磁波；以及在接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收电磁波。本发明实施例通过根据不同的控制信号切换至相应的接收通路，并且由不同的天线进行电磁波接收，使得同一无线能量接收装置可适应不同的接收场合，灵活根据能量传输场景选择相应的接收天线，提高了无线能量接收装置的兼容性和实用性。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存在于计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络电子设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

除了其他之外，诸如"能够'、"能"、"可能"或"可以"之类的条件语言除非另外具体地陈述或者在如所使用的上下文内以其他方式理解，否则一般地旨在传达特定实施方式能包括(然而其他实施方式不包括)特定特征、元件和/或操作。因此，这样的条件语言一般地不旨在暗示特征、元件和/或操作对于一个或多个实施方式无论如何都是需要的或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有学生输入或提示的情况下判定这些特征、元件和/或操作是否被包括或者将在任何特定实施方式中被执行的逻辑。

已经在本文中在本说明书和附图中描述的内容包括能够提供无线能量切换接收装置、方法及系统的示例。当然，不能够出于描述本公开的各种特征的目的来描述元件和/或方法的每个可以想象的组合，但是可以认识到，所公开的特征的许多另外的组合和置换是可能的。因此，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下能够对本公开做出各种修改。此外，或在替代方案中，本公开的其他实施例从对本说明书和附图的考虑以及如本文中所呈现的本公开的实践中可能是显而易见的。意图是，本说明书和附图中所提出的示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管在本文中采用了特定术语，但是它们在通用和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。

Claims (10)

1.一种无线能量切换接收装置,其特征在于,包括第一天线、第二天线和切换模块；所述第一天线和第二天线均与切换模块连接，所述切换模块用于在接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收电磁波；以及在接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收电磁波。

2.根据权利要求1所述的无线能量切换接收装置，其特征在于，所述切换模块包括控制器和开关单元，所述控制器和开关单元连接，用于在接收到第一信号时控制所述开关单元切换至第一通路，以及在接收到第二信号时控制所述开关单元切换至第二通路。

3.根据权利要求1所述的无线能量切换接收装置，其特征在于，所述第一天线为全向天线，用于在切换至第一通路时接收全方向的电磁波。

4.根据权利要求1所述的无线能量切换接收装置，其特征在于，所述第二天线为定向天线，用于在切换至第二通路时接收预设方向的电磁波。

5.根据权利要求1所述的无线能量切换接收装置，其特征在于，还包括与第一天线和第二天线连接的整流放大模块，所述整流放大模块用于对接收到的电磁波进行整流放大处理后输出至负载。

6.根据权利要求5所述的无线能量切换接收装置，其特征在于，所述整流放大模块包括整流单元、放大单元、开关输出单元和滤波单元；所述整流单元与第一天线、第二天线和放大单元连接，用于对接收到的电磁波进行整流处理后输出信号至放大单元；所述放大单元还与开关输出单元连接，用于对整流后的信号进行放大后输出至开关输出单元；所述开关输出单元与滤波单元连接，用于将放大后的信号推挽输出至滤波单元；所述滤波单元与负载连接，用于对推挽输出的信号进行滤波后输出至负载。

7.根据权利要求2所述无线能量切换接收装置，其特征在于，所述开关单元为单刀双掷开关。

8.根据权利要求6所述无线能量切换接收装置，其特征在于，所述放大单元为D类放大器。

9.一种无线能量切换接收方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收切换控制信号并根据所述控制信号切换相应的接收通路；

当接收到第一信号时切换至第一通路，由第一天线接收全方向的电磁波；

当接收到第二信号时切换至第二通路，由第二天线接收预设方向的电磁波。

10.一种无线能量切换接收系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的无线能量切换接收装置。

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