CN112292799A - 无线供电装置和无线供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的无线供电装置包含：供电信号生成单元，其生成供电信号；传播系数计算单元，其计算多个天线元件与供电对象设备的天线之间的各个传播系数；权重计算单元，其基于各个传播系数，计算按照多个天线元件中的每个天线元件对由供电信号生成单元生成的供电信号的相位和振幅进行调整的权重；以及供电信号分配单元，其基于由权重计算单元计算出的权重，按照多个天线元件中的每个天线元件来调整由供电信号生成单元生成的供电信号的相位和振幅，并将调整后的供电信号分配给多个天线元件，形成阵列天线的多个天线元件将供电信号转换为供电电波，并向供电对象设备发送供电电波。

Description

无线供电装置和无线供电系统
技术领域
本发明涉及无线供电装置和无线供电系统。
背景技术
使用RFID(Radio Frequency IDentifier：射频识别)技术，来进行RFID标签与RFID读取器之间的无线数据通信、从RFID读取器向RFID标签的无线供电。另外，为了进行无线数据通信、无线供电，例如在RFID读取器中设置规则地排列有多个天线元件的阵列天线。
在从阵列天线发送电波来进行无线供电的情况下，从形成阵列天线的多个天线元件发送的供电电波有可能彼此干涉，而供电对象设备接收到的供给电力降低。因此，公开了调整从各天线元件发送的电波的技术(例如专利文献1-2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-164318号公报
专利文献2：日本特许2008-204061号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1中，按照规定的搜索算法搜索从阵列天线的各天线元件发送的电波的相位和振幅。然而，基于搜索算法的搜索的执行需要时间。因此，吞吐量降低，供电需要时间。另外，例如在阵列天线与供电对象设备的天线之间的传播环境发生变化的情况下，在使用了搜索算法的方法中，难以迅速地应对传播环境的变化，调整从各天线元件发送的电波，保持通信的可靠性。
在专利文献2中，不进行基于搜索算法的搜索，而接收来自供电对象设备的信号，检测供电对象设备的天线与各天线元件之间的路径差，根据该路径差调整供电信号的相位。然而，供电信号的振幅不受控制。即，在使用专利文献2所公开的技术进行供电的情况下，向供电对象设备供给的电力有可能没有被最大化，而成为低效率的供电。
即，本发明人发现，在现有技术中，无法将从阵列天线的各天线元件发送的电波调整为进行迅速且高效的供电。
本发明的一个方面是鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于提供能够将从阵列天线的各天线元件发送的电波迅速地调整为进行高效的供电的技术。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下的结构。
即，本发明的一个方面的无线供电装置包含由多个天线元件形成的阵列天线，该无线供电装置包含：供电信号生成单元，其生成供电信号；传播系数计算单元，其计算所述多个天线元件与供电对象设备的天线之间的各个传播系数；权重计算单元，其基于由所述传播系数计算单元计算出的所述各个传播系数，计算按照所述多个天线元件中的每个天线元件对由所述供电信号生成单元生成的所述供电信号的相位和振幅进行调整的权重；以及供电信号分配单元，其基于由所述权重计算单元计算出的所述权重，按照所述多个天线元件中的每个天线元件调整由所述供电信号生成单元生成的所述供电信号的相位和振幅，并将按照所述多个天线元件中的每个天线元件调整后的供电信号分配给所述多个天线元件，形成所述阵列天线的所述多个天线元件将被分配的所述供电信号转换为供电电波，并向所述供电对象设备发送所述供电电波。
根据该结构，根据无线供电装置的各天线元件与供电对象设备的天线之间的传播系数来计算权重，并根据该权重来调整供电信号的相位，并将调整了相位的供电信号分配给各天线元件。另外，该相位的调整不是统一进行，而是对多个天线元件中的每个天线元件进行。然后，在各天线元件中，该供电信号被转换为供电电波，该供电电波被发送到供电对象设备。即，该结构通过根据各天线元件与供电对象设备的天线之间的传播环境来调整供电信号的相位，能够使供电对象设备从各天线元件接收到的各供电电波为同相。因此，该结构能够提高对供电对象设备的供电效率。
另外，根据该结构，也根据该权重来调整供电信号的振幅。即，调整从各天线元件向供电对象设备供给的电力。即，该结构能够根据各天线元件与供电对象设备的天线之间的传播环境，使向供电对象设备的供给电力最大化。
另外，根据该结构，传播系数的计算、权重的计算这样的用于调整供电信号的相位和振幅的处理不是在供电对象设备侧执行，而是在无线供电装置侧执行。这里，当与该结构不同地，在供电对象设备侧进行传播系数的计算、权重的计算这样的用于调整供电信号的相位和振幅的处理的情况下，需要向无线供电装置侧发送在供电对象设备侧计算出的结果。而且，在进行这样的发送的情况下，优选增大发送电波的SNR(Signal Noise Ratio：信噪比)。因此，考虑在供电对象设备侧进行发送信号的放大、发送信号所包含的噪声的去除这样的信号处理。而且，这些信号处理需要电力。另一方面，根据该结构，不需要这样的信号处理。因此，能够节省供电对象设备侧的消耗电力。因此，这样的该结构在供电对象设备是不具有电池的设备的情况下是有效的结构。
在所述一个方面的无线供电装置中，可以是，将对所述供电对象设备请求响应的请求信号经由形成所述阵列天线的所述多个天线元件发送到所述供电对象设备，并经由所述多个天线元件接收来自所述供电对象设备的针对所述请求信号的响应信号，所述传播系数计算单元根据接收到的所述响应信号，计算所述多个天线元件与所述供电对象设备的天线之间的各个传播系数。
根据该结构，能够进行一次形成阵列天线的各天线元件与供电对象设备的天线之间的电波的发送接收，并根据通过该电波的发送接收而得到的信息来计算传播系数。因此，可以迅速地计算传播系数，而不费工夫、时间。因此，抑制了吞吐量的降低，减少了供电时间。
在所述一个方面的无线供电装置中，可以是，在每次向所述供电对象设备供电时，进行向所述供电对象设备的所述请求信号的发送以及来自所述供电对象设备的针对发送的所述请求信号的所述响应信号的接收。
根据该结构，即使在阵列天线与供电对象设备的天线之间的传播系数发生变化的情况下，从各天线元件发送的供电电波也能够根据该传播系数的变化而被迅速地调整。即，该结构能够迅速应对传播环境的变化，抑制通信的可靠性的降低。
在所述一个方面的无线供电装置中，可以是，该无线供电装置还具有存储单元，该存储单元依次存储由所述权重计算单元计算出的所述权重，在没有接收到所述响应信号的情况下，所述权重计算单元基于由所述存储单元存储的规定次数的量的权重来预测权重，并使用预测的所述权重来代替基于所述传播系数计算的权重。
根据该结构，即使在无法接收响应信号而无法计算传播系数的情况下，也能够根据过去计算并由存储单元存储的权重来预测权重。而且，通过用预测的权重来代替根据传播系数计算的权重，即使在无法计算传播系数的情况下，也可以调整供电信号的相位和振幅。
在所述一个方面的无线供电装置中，可以是，通过对由所述存储单元存储的规定次数的量的权重乘以与所述规定次数的量的权重分别对应的权重预测系数来进行所述权重的预测，在接收过比未接收到所述响应信号的情况更早的所述响应信号的情况下，所述权重计算单元除了基于所述传播系数计算权重之外，还进行所述权重的预测，并且以使计算出的基于传播系数的所述权重与预测的所述权重之差最小的方式更新所述权重预测系数。
根据该结构，权重预测系数被最优化，以使得根据传播系数计算出的权重与预测的权重之差最小。因此，即使在无法根据传播系数计算权重的情况下，也能够使用该权重预测系数高精度地预测权重。另外，即使在根据传播系数计算权重的情况下，也更新权重预测系数。即，即使在传播环境变化的情况下，也能够保持权重的预测精度。
在所述一个方面的无线供电装置中，可以是，所述供电信号生成单元生成向多个供电对象设备发送的供电信号。
根据该结构，能够一次向多个供电对象设备供电。即，该无线供电装置是便利性高的装置。
此外，可以是，本发明的一个方面的无线供电系统具有：供电对象设备，其具有天线和调制信号生成单元，该调制信号生成单元在经由所述天线从系统外的设备接收到电波的情况下，生成对接收到的所述电波进行调制后的调制信号；以及所述一个方面的无线供电装置，其还具有解调单元，在从所述供电对象设备接收到所述调制信号的情况下，该解调单元对所述调制信号进行解调。
根据该结构，在从无线供电装置接收到请求信号的情况下，供电对象设备能够生成对该请求信号进行调制后的调制信号，并将该调制信号发送给无线供电装置。换言之，供电对象设备能够不使用振荡器而向无线供电装置发送信号。即，根据该结构，在供电对象设备中不需要用于使振荡器动作的电力，能够实现节电化。另外，供电对象设备即使不具有储存用于使振荡器动作的电力的蓄电单元，也能够向无线供电装置发送信号，也能够实现部件成本的削减。
另外，根据该结构，在传播系数计算单元根据向供电对象设备发送的请求信号和从供电对象设备接收到的调制信号来计算传播系数的情况下，如果该调制信号不是对请求信号的频率进行调制后的信号，则由于请求信号的频率与调制信号的频率没有差，因此能够不考虑该差地计算传播系数。即，传播系数计算单元能够简单地计算传播系数。
在所述一个方面的无线供电系统中，可以是，所述供电对象设备还具有蓄电单元。
根据该结构，无论是否从无线供电装置向供电对象设备供电，供电对象设备都能够进行需要规定的电力的处理。“需要规定的电力的处理”是指，例如，当供电对象设备包含振荡器时该振荡器的动作、信号的放大、噪声去除这样的处理、或者与无线供电装置的通信这样的处理。
在所述一个方面的无线供电系统中，可以是，所述供电对象设备所具有的所述天线由多个天线元件形成。
根据该结构，无线供电装置与供电对象设备之间的电波的传播路径(pass)增加，能够使以更多路径传播的电波集中于供电对象设备。因此，能够提高对供电对象设备的供电效率。
发明效果
根据本发明，能够提供可将从阵列天线的各天线元件发送的电波迅速地调整为进行高效的供电的技术。
附图说明
图1示意性地例示出了无线供电系统的概要的一例。
图2示意性地例示出了表示无线供电系统的动作的概要的流程图的一例。
图3示意性地例示出了表示初次供电且进行供电信号的分配的情况的步骤的详细情况的流程图的一例。
图4示意性地例示出了受电装置生成对接收到的载波进行调制而得的调制信号并将调制信号发送到供电装置的概要的一例。
图5示意性地例示出了表示传播系数的估计步骤的流程图的一例。
图6示意性地例示出了根据前导码部分求出的相位的一例。
图7示意性地例示出了根据前导码部分求出的振幅的一例。
图8示意性地例示出了包含具有多个天线元件的受电装置的无线供电系统的概要的一例。
图9示意性地例示出了向多个受电装置同时供电的无线供电系统的概要的一例。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的一个方面的实施方式(以下，也记为“本实施方式”)进行说明。但是，以下说明的本实施方式在所有方面都只不过是本发明的例示。当然可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改良和变形。即，在实施本发明时，也可以适当采用与实施方式对应的具体结构。
§1应用例
使用图1，对应用本发明的情况的一例进行说明。图1示意性地例示出了无线供电系统1的概要的一例。如图1所示，无线供电系统1包含供电装置2和受电装置51。供电装置2具有由多个天线元件3A形成的阵列天线3。另一方面，受电装置51具有天线52。
另外，如图1所示，供电装置2具有产生供电信号的信号产生器4。另外，供电装置2具有传播系数估计部8，该传播系数估计部8估计阵列天线3的第i个天线元件3A与受电装置51的天线52之间的电波的传播系数Hi。这里，传播系数是表示电波在发送接收天线间传播时的电波的衰减量和相位变化量的系数。
此外，供电装置2包含权重计算部9，该权重计算部9基于传播系数Hi计算对在信号产生器4中产生的供电信号的相位和振幅进行调整的权重Wi。权重Wi与每个天线元件3A对应，并且被设定为与传播系数Hi具有共轭的关系。
另外，供电装置2具有供电信号分配部11，该供电信号分配部11将在权重计算部9中计算出的权重乘以在信号产生器4中产生的供电信号来调整供电信号的相位以及振幅，并将调整后的供电信号分配给各天线元件3A。
然后，供电装置2通过各天线元件3A接收在供电信号分配部11中分配的供电信号，并将该分配的供电信号发送到受电装置51的天线52，来进行受电装置51的供电。
即，在上述那样的无线供电系统1中，根据供电装置2所具有的各个天线元件3A与受电装置51的天线52之间的传播环境来适当地调整供电信号的相位和振幅，从而能够进行供电效率的提高、供给电力的最大化。
§2结构例
接下来，说明本实施方式的无线供电系统的一例。如图1所示，无线供电系统1包含供电装置2和受电装置51。这里，无线供电系统1是本发明的“无线供电系统”的一例。另外，供电装置2是本发明的“无线供电装置”的一例。此外，受电装置51是本发明的“供电对象设备”的一例。供电装置2例如是RFID读取器，受电装置51例如是RFID标签。另外，在受电装置51中也可以具有检测规定的物理量的各种传感器元件。
另外，供电装置2具有阵列天线3。阵列天线3由规则排列的多个天线元件形成。另外，供电装置2具有产生供电信号的信号产生器4。这里，信号产生器4是本发明的“供电信号生成单元”的一例。另外，供电装置2具有进行经由阵列天线3发送接收的信号的处理的RF(Radio Frequency：射频)发送接收电路5。此外，供电装置2包含未图示的控制器、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)这样的存储器。
这里，RF发送接收电路5可以进行例如经由阵列天线3发送接收的RF(RadioFrequency：射频)信号和BB(Base Band：基带)信号之间的相互转换。另外，RF发送接收电路5还进行例如A/D(Analogue/Digital：模拟/数字)转换处理。通过这样的相互转换处理，在供电装置2中能够进行低速的数字处理。另外，RF发送接收电路5在接收到对从阵列天线3发送的载波进行调制后的调制信号的情况下，还进行对该调制信号进行解调的处理。另外，RF发送接收电路5是本发明的“解调单元”的一例。
另外，如图1所示，供电装置2具有估计阵列天线3的天线元件3A与受电装置51的天线52之间的电波的传播系数的传播系数估计部8。传播系数估计部8是本发明的“传播系数计算单元”的一例。这里，传播系数是表示电波在发送接收天线之间传播时的电波的衰减量和相位变化量的系数。例如，第i个天线元件3A与天线52之间的传播系数Hi如下式(1)所示。
Hi＝Ciexp(jγi)···(1)
在此，j表示虚数单位，γi表示传播路径中的电波的相位的旋转量，Ci表示传播路径中的电波的振幅的衰减量。
另外，在本实施方式中，上述传播系数Hi根据下式(2)进行估计。
[数学式1]
Figure BDA0002828978760000081
ri(k)：由第i个天线元件3A接收的来自受电装置51的接收信号
Figure BDA0002828978760000083
过去从受电装置51接收的接收信号的复本
ni(k)：由与第i个天线元件连接的RF发送/接收电路5产生的噪声
k：样本索引
E[]：[]内的样本平均计算
而且，供电装置2包含权重计算部9，该权重计算部9根据基于式(2)计算的电波的传播系数Hi，计算对信号产生器4中产生的供电信号的相位和振幅进行调整的权重Wi。这里，权重计算部9是本发明的“权重计算单元”的一例。根据下述式(3)计算权重Wi。
[数学式2]
Figure BDA0002828978760000082
这里，m表示供电次数，N表示天线元件3A的总数。如式(3)所示，权重Wi被设定为与传播系数Hi共轭。另外，权重Wi被设定为将所有的权重Wi的平方相加后的值成为1。
另外，供电装置2具有存储部10，该存储部10将在权重计算部9中计算出的权重Wi存储在存储器中。这里，存储部10是本发明的“存储单元”的一例。而且，供电装置2包含供电信号分配部11，该供电信号分配部11将在权重计算部9中计算出的权重Wi乘以在信号产生器4中产生的供电信号，来调整供电信号的相位和振幅，并将调整后的供电信号分配给各天线元件3A。这里，供电信号分配部11是本发明的“供电信号分配单元”的一例。在供电信号分配部11中，向第i个天线元件3A分配并向受电装置51供给的供给电力Pi如以下的式(4)所示。
[数学式3]
Pi＝E[|Wi·stx|2]
＝|Wi|2·E[|stx|2]···(4)
stx···在信号产生器4中生成的供电信号
供电装置2通过控制器执行存储在存储器中的控制程序，而实现上述的阵列天线3、信号产生器4、RF发送接收电路5、传播系数估计部8、权重计算部9、存储部10、供电信号分配部11中的处理。
另一方面，受电装置51具有天线52。受电装置51经由天线52接收从供电装置2发送的供电信号而被供电。另外，受电装置51具有RF发送接收电路53。
另外，设置于受电装置51的RF发送接收电路53具有包含开关54的接受端电路55，并且进行从供电装置2经由天线52接收到的供电信号的处理、向供电装置2发送的信号的处理。这里，接受端电路55是本发明的“调制信号生成单元”的一例。另外，受电装置51具有未图示的控制器以及存储器。受电装置51的控制器不使用自身的振荡器生成发送信号。取而代之，控制器控制接受端电路55的开关，使接受端电路55开路/短路，对从供电装置2接收到的接收信号进行调制，并将该调制信号发送到供电装置2。另外，控制器还可以控制接受端电路55的开关，根据在受电装置51中生成或检测出的信号对接收电波进行调制，并发送该调制信号。另外，受电装置51是不具有电池的无电池装置。
§3动作例
接着，说明无线供电系统1的动作例。在无线供电系统1中，供电装置2的控制器和受电装置51的控制器执行存储在各自的装置的存储器中的控制程序，从而实现以下动作。
图2示意性地例示出了表示无线供电系统1的动作的概要的流程图的一例。另外，以下说明的处理步骤只不过是一例，各处理可以在可能的范围内变更。另外，关于以下说明的处理步骤，可以根据实施方式适当地进行步骤的省略、置换以及追加。
(步骤S101)
如图2所示，在步骤S101中，在信号产生器4中生成第m次的供电信号。以使供电信号的电力达到基于电波法的规定的限制值的上限的方式生成供电信号。
(步骤S102)
在步骤S102中，在供电信号分配部11中，通过对在信号产生器4中生成的供电信号乘以式(3)那样表示的权重Wi(m)，来调整供电信号，将调整后的供电信号分配给各天线元件3A。例如，对供电信号乘以权重W1(m)，并将乘以权重W1(m)后的供电信号分配给第1个天线元件3A。接着，对供电信号乘以权重W2(m)，并将乘以权重W2(m)后的供电信号分配给第2个天线元件3A。这样的供电信号的分配对应于各个天线元件3A而执行。
但是，在初次供电的情况下(m＝1)，无线供电系统1在步骤S102中如下那样计算权重Wi(1)。图3示意性地例示了表示在初次供电的情况下计算权重Wi(1)的步骤的详细情况的流程图的一例。另外，以下说明的处理步骤只不过是一例，各处理可以在可能的范围内变更。另外，关于以下说明的处理步骤，可以根据实施方式适当地进行步骤的省略、置换以及追加。
(步骤S102-1)
如图3所示，在权重计算部9中，从权重候选值中选择向第i个天线元件3A分配供电信号的权重的初始值。在此，预先准备权重候选值。另外，权重的初始值的选择可以随机地选择，也可以按照规定的方法选择。
(步骤S102-2)
在步骤S102-2中，将在信号产生器4中生成的供电信号乘以权重的初始值，将乘以权重的初始值后的供电信号分配给各天线元件3A。这样的供电信号的分配对应于各个天线元件3A而执行。
(步骤S102-3)
在步骤S102-3中，所分配的供电信号在到达天线元件3A之前，在RF发送接收电路5中被转换为高频。然后，在各天线元件3A中由高频生成供电电波，并将供电电波发送到受电装置51，由此，执行供电。
(步骤S102-4)
在步骤S102-4中，从供电装置2向受电装置51执行信号的请求。通过从各天线元件3A向受电装置51的天线52发送载波来实现信号的请求。
在受电装置51侧，接收从供电装置2发送的载波。在受电装置51中，控制接受端电路55的开关54的开闭，使接受端电路55开路/短路，由此生成对接收到的载波进行调制后的调制信号，该调制信号被发送到供电装置2。图4示意性地例示出了受电装置51生成对接收到的载波进行调制后的调制信号并将调制信号发送到供电装置2的概要的一例。但是，在受电装置51中，生成对载波的相位或振幅进行了调制的调制信号，而不生成对载波的频率进行了调制的调制信号。
(步骤S102-5)
在步骤S102-5中，在供电装置2中，针对在步骤S102-4中执行的对受电装置51的信号的请求，判定是否从受电装置51接收到信号。
(步骤S102-6)
在步骤S102-6中，当在步骤S102-5中判定为从受电装置51接收到载波的调制信号时，在传播系数估计部8中根据式(2)估计各天线元件3A和受电装置51的天线52之间的传播系数Hi。这里，估计传播系数Hi时使用的来自受电装置51的接收信号使用接收信号中的前导码部分。另外，式(2)中的过去从受电装置51接收到的接收信号的复本被预先生成并存储在存储器中。另外，从受电装置51接收到的调制信号在RF发送接收电路5中被进行A/D转换处理、向BB信号的转换，从而被解调。然后，在设置于供电装置2内的未图示的数字电路中执行传播系数的估计。
(步骤S102-7)
在步骤S102-7中，在权重计算部9中，根据在步骤S102-6中估计的传播系数Hi来计算权重Wi(1)。根据传播系数计算权重的方法基于式(3)。
(步骤S102-8)
在步骤S102-8中，在存储部10中，将计算出的权重Wi(1)存储到存储器中。
(步骤S102-9)
在步骤S102-9中，当在步骤S102-5中判定为没有从受电装置51接收到载波的调制信号的情况下，判定是否选择完了全部预先准备的权重候选值。然后，在判定为选择完了全部权重候选值的情况下，结束与供电信号相乘的权重Wi(1)的初始设定。另一方面，在判定为没有选择完全部权重候选值的情况下，返回步骤S102-1。
在步骤S102中，在初次供电时执行上述步骤S102-1至步骤S102-9。
(步骤S103)
在步骤S103中，所分配的供电信号在到达天线元件3A之前，在RF发送接收电路5中被转换为高频。然后，在各天线元件3A中由高频生成供电电波，并将供电电波发送到受电装置51，从而执行供电。从第i个天线元件3A向受电装置51供给的电力Pi如式(4)所示。
(步骤S104)
另外，在步骤S104中，执行从供电装置2向受电装置51的信号的请求。通过从各天线元件3A向受电装置51的天线52发送载波来实现信号的请求。
在受电装置51侧，接收从供电装置2发送的载波。在受电装置51中，控制接受端电路55的开关54的开闭，使接受端电路55开路/短路，由此生成对接收到的载波进行调制后的调制信号，该调制信号被发送到供电装置2。但是，在受电装置51中，生成对载波的相位或振幅进行了调制的调制信号，而不生成对载波的频率进行了调制的调制信号。
(步骤S105)
在步骤S105中，在供电装置2中，针对在步骤S104中执行的对受电装置51的信号的请求，判定是否从受电装置51接收到信号。
(步骤S106)
在步骤S106中，当在步骤S105中判定为从受电装置51接收到载波的调制信号时，在传播系数估计部8中根据式(2)估计各天线元件3A和受电装置51的天线52之间的传播系数Hi(m+1)。这里，估计传播系数Hi时使用的来自受电装置51的接收信号使用接收信号中的前导码部分。另外，式(2)中的过去从受电装置51接收到的接收信号的复本被预先生成并存储在存储器中。另外，从受电装置51接收到的调制信号在RF发送接收电路5中被进行A/D转换处理、向BB信号的转换，从而被解调。然后，在设置于供电装置2内的未图示的数字电路中执行传播系数的估计。
(步骤S107)
在步骤S107中，在权重计算部9中，根据在步骤S106中估计的传播系数Hi(m+1)来计算权重Wi(m+1)。根据传播系数计算权重的方法基于式(3)。
另外，在步骤S107中，在权重计算部9中，不使用在步骤S106中估计出的传播系数Hi(m+1)，而根据过去估计出并存储在存储器中的权重Wi，计算预测权重Wi′(m+1)。预测权重Wi′(m+1)根据下述式(5)来计算。
[数学式4]
Figure BDA0002828978760000121
βj：权重预测系数，以使得预测误差最少的方式按照每个供电次数而被调整
M：过去的权重的考虑期间
在此，在式(5)中使用的权重预测系数βj是按照每个供电次数而最优化的系数，以使得按照以下的式(6)计算出的预测误差Werror最小。
[数学式5]
Figure BDA0002828978760000131
(步骤S108)
在步骤S108中，当在步骤S105中判定为没有从受电装置51接收到信号时，不计算基于传播系数Hi(m+1)的权重Wi(m+1)，而仅计算由式(5)所表示的预测权重Wi'(m+1)。
(步骤S109)
在步骤S109中，在存储部10中，将计算出的权重Wi(m+1)和预测权重Wi'(m+1)存储到存储器中。然后，返回步骤S101，在信号产生器4中生成第m+1次的供电信号。然后，重复执行上述步骤。但是，当在步骤S105中判定为没有从受电装置51接收到调制信号的情况下，以预测权重Wi'(m+1)代替与在信号产生器4中生成的供电信号相乘的权重。
[作用/效果]
如果是上述那样的无线供电系统1，则通过对信号产生器4中生成的供电信号乘以权重来调整供电信号，并将调整后的供电信号分配给各天线元件3A。此外，用于调整该供电信号的权重是通过根据式(2)计算供电装置2的各天线元件3A和受电装置51的天线52之间的传播系数并以与计算出的传播系数成为共轭的方式根据式(3)而计算出的。另外，对每个天线元件3A进行该调整。即，供电装置2将考虑了各天线元件3A和受电装置51之间的传播环境的权重乘以在信号产生器4中生成的供电信号来调整供电信号的相位，由此受电装置51的天线52从供电装置2的各天线元件3A接收的各供电电波成为同相。即，无线供电系统1能够提高对受电装置51的供电效率。
此外，根据上述那样的无线供电系统1，通过将考虑了传播环境的权重乘以供电信号，也调整供电信号的振幅。另外，如式(4)所示，在调整后分配给第i个天线元件3A并提供给受电装置51的供给电力Pi成为在信号产生器4中生成的供电信号的振幅的平方乘以权重的平方而得的值。这里，如果取式(4)的两边的和，求出从各天线元件3A向受电装置51供给的供给电力的总和，则由于权重Wi的平方和为1(根据式(3))，因此供给电力的总和与在信号产生器4中生成的供电信号的振幅的平方相等。也就是说，无线供电系统1调整经由各天线元件3A发送的供电信号的振幅，使得在信号产生器4中生成的供给电力在不增加或减少的情况下原样供给到受电装置51。另外，如步骤S101所示，在信号产生器4中生成的供给电力成为基于电波法的规定的限制值的上限。即，在上述无线供电系统1中，在信号产生器4中生成满足电波法的规定的最大供给电力，并将该最大供给电力供给到受电装置51。
此外，如果是上述那样的无线供电系统1，从供电装置2向受电装置51进行一次信号请求，基于从受电装置51接收到的信号来计算传播系数。因此，能够迅速地计算传播系数。因此，抑制了供电装置2的吞吐量的降低，并且节省了供电时间。
此外，在上述那样的无线供电系统1中，在每次供电时都从供电装置2向受电装置51进行信号的请求。因此，在上述那样的无线供电系统1中，即使在供电装置2的天线元件3A与受电装置51的天线52之间的传播环境发生变化的情况下，也能够迅速地检测传播环境的变化，能够迅速地调整从天线元件3A供电的供电电波。即，能够迅速应对供电装置2与受电装置51的天线52之间的传播环境的变化，抑制供电装置2与受电装置51之间的通信的可靠性的降低。
此外，在上述那样的无线供电系统1中，不在受电装置51中而在供电装置2侧执行传播系数的计算、权重的计算这样的用于调整供电信号的相位和振幅的处理。这里，当与上述那样的无线供电系统1不同，在受电装置51侧进行传播系数的计算、权重的计算这样的用于调整供电信号的相位和振幅的处理时，需要将在受电装置51侧计算出的结果发送到供电装置2侧。而且，在进行这样的发送的情况下，优选增大发送电波的SNR。因此，需要在受电装置51侧进行发送信号的放大、发送信号中包含的噪声的去除这样的信号处理。而且，这些信号处理需要电力。另一方面，根据上述那样的无线供电系统1，不需要这样的信号处理。由此，能够减少受电装置51侧的消耗电力。因此，在受电装置51是不具有电池的设备的情况下，上述那样的无线供电系统1当然是有效的系统。
此外，如果是上述那样的无线供电系统1，则即使在供电装置2和受电装置51的通信断开，而无法接收到相对于来自供电装置2的请求信号的来自受电装置51的信号，从而无法计算传播系数的情况下，也可以使用过去计算并存储在存储器中的权重来预测权重。然后，可以使用预测的权重来调整供电信号的相位和振幅。
另外，如果是上述那样的无线供电系统1，则权重预测系数βj按照每个供电次数而被最优化，以使预测误差Werror最小。因此，即使在无法接收相对于来自供电装置2的请求信号的来自受电装置51的信号而无法计算传播系数的情况下，也可以使用权重预测系数βj来高精度地计算预测权重Wi'(m+1)。另外，即使在传播环境变化的情况下，由于权重预测系数βj每次都被最优化，因此预测权重Wi'(m+1)的精度得以保持。
另外，受电装置51针对来自供电装置2的信号请求，通过接受端电路55的开关54的开闭来调制从供电装置2发送的载波，并将该调制信号发送到供电装置2。由于这样的信号发送方法不使用振荡器就能够向供电装置2发送信号，因此能够实现节电化。另外，关于这样的信号发送方法，即使受电装置51是不具有电池的装置或不具有振荡器的装置，也能够将响应于请求信号的调制信号发送到供电装置2。因此，该信号发送方法是便利性高的信号发送方法。
此外，在上述那样的信号发送方法中，当受电装置51具有检测规定的物理量的各种传感器元件时，受电装置51可以基于与传感器元件所检测到的规定的物理量对应的信号来控制接受端电路55的开关54的开闭，生成对从供电装置2接收到的载波进行调制的调制信号。即，当受电装置51对供电装置2做出响应时，受电装置51自身所具有的传感器所检测到的信息也能够与响应信号一起发送。即，上述那样的无线供电系统1是在受电装置51具有传感器元件的情况下，能够省去用于向供电装置2发送由传感器检测到的信息的工时和劳力的系统。
另外，供电装置2从受电装置51接收与载波的频率相同频率的调制信号。因此，当计算传播系数时，供电装置2不必考虑载波的频率与调制信号的频率之差。即，可以容易地估计传播系数。
此外，在上述那样的无线供电系统1中，在估计传播系数时，使用来自受电装置51的接收信号的前导码部分。因此，无线供电系统1可以容易地估计传播系数，而无需对现有的通信协议添加新的处理。
§4变形例
以上，详细地说明了本发明的实施方式，但上述的说明在所有方面都只不过是本发明的例示。当然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改良和变形。例如，可以进行以下变更。另外，以下，对于与上述实施方式相同的结构要素使用相同的标号，对于与上述实施方式相同的方面，适当省略说明。以下变形例能够适当地组合。
<4.1>
在上述无线供电系统1中，受电装置51可以包含电池。在此，电池是本发明的“蓄电单元”的一例。而且，在步骤S102-4、步骤S104中，当受电装置51接收到来自供电装置2的信号请求时，受电装置51不生成并发送对从供电装置2接收到的载波进行调制而得的调制信号，而在自身的控制器所内置的振荡器中生成信号，并向供电装置2发送。这里，在供电装置2的信号产生器4的振荡器和受电装置51的振荡器生成不同频率的信号的情况下，从供电装置2向受电装置51发送的请求信号的电波的频率与根据请求信号从受电装置51向供电装置2发送的电波的频率不同。并且，在从供电装置2向受电装置51发送的电波的频率与从受电装置51向供电装置2发送的电波的频率不同的情况下，传播系数估计部8也可以代替式(2)而按照下述的估计步骤来估计阵列天线3与受电装置51的天线52之间的传播系数Hi。图5示意性地例示出了表示传播系数Hi的估计步骤的流程图的一例。另外，以下说明的估计步骤只不过是一例，各处理可以在可能的范围内变更。另外，关于以下说明的估计步骤，可以根据实施方式适当地进行步骤的省略、置换以及追加。
(步骤S201)
在步骤S201中，在传播系数估计部8中，提取从供电装置2的RF发送接收电路5输入到第i个天线元件3A的信号的前导码部分。然后，求出前导码部分的相位θi(k)和振幅Ai(k)。图6示意性地例示出了根据前导码部分求出的相位θi(k)的一例。此外，图7示意性地例示出了根据前导码部分求出的振幅Ai(k)的一例。这里，i是天线元件3A的索引，k是提取出的前导码部分的样本索引。
(步骤S202)
在步骤S202中，在传播系数估计部8中，计算如式(1)那样表示的传播系数Hi的相位γi。在此，已知在相位θi(k)和传播系数Hi的相位γi之间，以下的式(7)的关系成立。
[数学式6]
Figure BDA0002828978760000171
Δf：从供电装置2发送到受电装置51的电波的频率与从受电装置51发送到供电装置2的电波的频率之差
Fs：前导码部分的采样频率
n′i(k)：相位θi(k)的噪声
因此，传播系数估计部8可以根据图6所示的数据生成与相位θi(k)的k相关的回归直线，并使用该回归直线来运算相位γi。
(步骤S203)
在步骤S203中，在传播系数估计部8中，计算如式(1)那样表示的传播系数Hi的振幅Ci。在此，已知在前导码部分的振幅Ai(k)和传播系数Hi的振幅Ci之间，以下的式(8)的关系成立。
[数学式7]
Ai(k)＝Ci(k)s(k)+n″i(k)···(8)
s(k)：从受电装置51接收的接收信号
n″i(k)：第i个RF发送接收电路5中的噪声
另外，在上述噪声被视作是例如以0为中心均匀地产生偏差的噪声的情况下，振幅Ci根据下述式(9)来简单地计算。
[数学式8]
Figure BDA0002828978760000172
因此，传播系数估计部8通过将图7所示的数据代入式(9)，能够运算振幅Ci。
[作用/效果]
如果是这样的无线供电系统，则即使在没有从供电装置2向受电装置51供电的情况下，受电装置51也能够进行使振荡器动作、信号放大、噪声去除这样的需要规定的电力的处理。另外，也能够在供电装置2与受电装置51之间进行通信。此外，供电装置2从受电装置51接收与请求信号频率不同的响应信号，但可以根据式(7)和式(9)估计传播系数。即，这样的无线供电系统是也能够针对发送各种频率的响应信号的受电装置51估计传播系数并调整供电信号的便利性高的系统。
<4.2>
另外，无线供电系统1的受电装置51的天线52也可以是由多个天线元件52A形成的阵列天线。图8示意性地例示出了包含具有多个天线元件52A的受电装置51的无线供电系统1的概要的一例。在图8所示的受电装置51的情况下，RF发送接收电路53被设置成与多个天线元件52A分别对应。另外，在图8所示的无线供电系统中，按照供电装置2的各天线元件3A和受电装置51的各天线元件52A的组合的数量来估计传播系数。然后，根据该传播系数，分别调整从供电装置2的各天线元件3A向受电装置51的各天线元件52A发送的供电信号。
[作用/效果]
在上述那样的无线供电系统1中，供电装置2和受电装置51之间的电波的传播路径(pass)增加，并且可以将通过更多路径传播的电波集中于受电装置51。因此，提高了对受电装置51的供电效率。
<4.3>
另外，无线供电系统1的供电装置2也可以向多个受电装置51供电。图9示意性地例示了向多个受电装置51供电的无线供电系统1的概要的一例。在此，各受电装置51所具有的天线52可以为单个，也可以是变形例＜4.2＞那样由多个天线元件形成的阵列天线。另外，在图9所示的无线供电系统中，按照供电装置2的各天线元件3A和各受电装置51的各天线元件的组合的数量来估计传播系数。然后，基于该传播系数来计算权重，并且基于该权重来分别调整从供电装置2的天线元件3A向各受电装置51的各天线元件52A发送的供电信号。
[作用/效果]
上述那样的无线供电系统1是能够向多个受电装置51供电的便利性高的系统。
另外，在上述供电装置2的RF发送接收电路5或受电装置51的RF发送接收电路53中，也可以不进行RF信号和BB信号的相互转换，而通过高速的A/D转换处理直接对RF信号进行A/D转换。如果是这样的无线供电系统1，则能够削减执行RF信号和BB信号的相互转换处理的电路，能够实现RF发送接收电路的小型化。由此，能够实现供电装置2、受电装置51的小型化。另外，还能够削减部件成本。
另外，在上述无线供电系统1的供电装置2中，传播系数的估计在数字电路中执行，但传播系数的估计也可以在模拟电路中执行。如果是这样的无线供电系统1，则可以根据在天线中接收并用于估计传播系数的RF信号直接估计传播系数，而不进行A/D转换处理。因此，更简易地执行传播系数的估计。
以上公开的实施方式、变形例可以分别进行组合。
另外，以下，为了能够对比本发明的技术特征和实施例的结构，带附图的标号地记载本发明的结构要素。
<发明1>
一种无线供电装置(2)，其包含由多个天线元件(3A)形成的阵列天线(3)，其中，该无线供电装置(2)包含：
供电信号生成单元(4)，其生成供电信号；
传播系数计算单元(8)，其计算所述多个天线元件(3A)与供电对象设备(51)的天线(52)之间的各个传播系数；
权重计算单元(9)，其基于由所述传播系数计算单元(8)计算出的所述各个传播系数，计算按照所述多个天线元件(3A)中的每个天线元件(3A)对由所述供电信号生成单元(4)生成的所述供电信号的相位和振幅进行调整的权重；以及
供电信号分配单元(11)，其基于由所述权重计算单元(9)计算出的所述权重，按照所述多个天线元件(3A)中的每个天线元件(3A)来调整由所述供电信号生成单元(4)生成的所述供电信号的相位和振幅，并将按照所述多个天线元件(3A)中的每个天线元件(3A)调整后的供电信号分配给所述多个天线元件(3A)，
形成所述阵列天线(3)的所述多个天线元件(3A)将所述分配的供电信号转换为供电电波，并向所述供电对象设备(51)发送所述供电电波。
<发明2>
根据发明1所述的无线供电装置(2)，将对所述供电对象设备(51)请求响应的请求信号经由形成所述阵列天线(3)的所述多个天线元件(3A)发送到所述供电对象设备(51)，并经由所述多个天线元件(3A)接收来自所述供电对象设备(51)的针对所述请求信号的响应信号，
所述传播系数计算单元(8)根据接收到的所述响应信号，计算所述多个天线元件(3A)与所述供电对象设备(51)的天线(52)之间的各个传播系数。
<发明3>
根据发明2所述的无线供电装置(2)，在每次向所述供电对象设备(51)供电时，进行向所述供电对象设备(51)的所述请求信号的发送以及来自所述供电对象设备(51)的针对发送的所述请求信号的所述响应信号的接收。
<发明4>
根据发明的2或3所述的无线供电装置(2)，该无线供电装置(2)还具有存储单元(10)，该存储单元(10)依次存储由所述权重计算单元(9)计算出的所述权重，
在没有接收到所述响应信号的情况下，所述权重计算单元(9)基于由所述存储单元(10)存储的规定次数的量的权重来预测权重，并使用预测的所述权重来代替基于所述传播系数计算的权重。
<发明5>
根据发明4所述的无线供电装置(2)，通过对由所述存储单元(10)存储的规定次数的量的权重乘以与所述规定次数的量的权重分别对应的权重预测系数来进行所述权重的预测，
在接收到比未接收到所述响应信号的情况更早的所述响应信号的情况下，所述权重计算单元(9)除了基于所述传播系数计算权重之外，还进行所述权重的预测，并且以使计算出的基于传播系数的所述权重与预测的所述权重之差最小的方式更新所述权重预测系数。
<发明6>
根据发明1至5中的任意一项所述的无线供电装置(2)，所述供电信号生成单元(4)生成向多个供电对象设备(51)发送的供电信号。
<发明7>
一种无线供电系统(1)，其具有：
供电对象设备(51)，其具有天线(52)和调制信号生成单元(55)，该调制信号生成单元(55)在经由所述天线(52)从系统外的设备接收到电波的情况下，生成对接收到的所述电波进行调制后的调制信号；以及
发明1至6中的任意一项所述的无线供电装置(2)，其还具有解调单元(5)，在从所述供电对象设备(51)接收到所述调制信号的情况下，该解调单元(5)对所述调制信号进行解调。
<发明8>
根据发明7所述的无线供电系统(1)，所述供电对象设备(51)还具有蓄电单元。
<发明9>
根据发明7或8的无线供电系统(1)，所述供电对象设备(51)所具有的所述天线(52)由多个天线元件(52A)形成。
标号说明
1：无线供电系统；2：供电装置；3：阵列天线；3A：天线元件；4：信号产生器；5：RF发送接收电路；8：传播系数估计部；9：权重计算部；10：存储部；11：供电信号分配部；51：受电装置；52：天线；52A：天线元件；53：RF发送接收电路；54：开关；55：接受端电路。

Claims (9)

1.一种无线供电装置，其包含由多个天线元件形成的阵列天线，该无线供电装置包含：
供电信号生成单元，其生成供电信号；
传播系数计算单元，其计算所述多个天线元件与供电对象设备的天线之间的各个传播系数；
权重计算单元，其基于由所述传播系数计算单元计算出的所述各个传播系数，计算按照所述多个天线元件中的每个天线元件对由所述供电信号生成单元生成的所述供电信号的相位和振幅进行调整的权重；以及
供电信号分配单元，其基于由所述权重计算单元计算出的所述权重，按照所述多个天线元件中的每个天线元件调整由所述供电信号生成单元生成的所述供电信号的相位和振幅，并将按照所述多个天线元件中的每个天线元件调整后的供电信号分配给所述多个天线元件，
形成所述阵列天线的所述多个天线元件将被分配的所述供电信号转换为供电电波，并向所述供电对象设备发送所述供电电波。
2.根据权利要求1所述的无线供电装置，其中，
所述无线供电装置将对所述供电对象设备请求响应的请求信号经由形成所述阵列天线的所述多个天线元件发送到所述供电对象设备，并经由所述多个天线元件接收来自所述供电对象设备的针对所述请求信号的响应信号，
所述传播系数计算单元根据接收到的所述响应信号，计算所述多个天线元件与所述供电对象设备的天线之间的各个传播系数。
3.根据权利要求2所述的无线供电装置，其中，
在每次向所述供电对象设备供电时，进行向所述供电对象设备的所述请求信号的发送以及来自所述供电对象设备的针对所发送的所述请求信号的所述响应信号的接收。
4.根据权利要求2或3所述的无线供电装置，其中，
所述无线供电装置还具有存储单元，该存储单元依次存储由所述权重计算单元计算出的所述权重，
在没有接收到所述响应信号的情况下，所述权重计算单元基于由所述存储单元存储的规定次数的量的权重来预测权重，用预测出的所述权重来代替基于所述传播系数计算的权重。
5.根据权利要求4所述的无线供电装置，其中，
通过对由所述存储单元存储的规定次数的量的权重乘以与所述规定次数的量的权重分别对应的权重预测系数来进行所述权重的预测，
在接收过比未接收到所述响应信号的情况更早的所述响应信号的情况下，所述权重计算单元除了基于所述传播系数计算权重之外，还进行所述权重的预测，并且以使计算出的基于传播系数的所述权重与预测的所述权重之差最小的方式更新所述权重预测系数。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的无线供电装置，其中，
所述供电信号生成单元生成向多个供电对象设备发送的供电信号。
7.一种无线供电系统，其具有：
供电对象设备，其具有天线和调制信号生成单元，该调制信号生成单元在经由所述天线从系统外的设备接收到电波的情况下，生成对接收到的所述电波进行调制后的调制信号；以及
权利要求1至6中的任意一项所述的无线供电装置，其还具有解调单元，在从所述供电对象设备接收到所述调制信号的情况下，该解调单元对所述调制信号进行解调。
8.根据权利要求7所述的无线供电系统，其中，
所述供电对象设备还具有蓄电单元。
9.根据权利要求7或8所述的无线供电系统，其中，
所述供电对象设备所具有的所述天线由多个天线元件形成。
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