CN114600339A - 基于谐波的通信和电力传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

基于谐波的通信和电力传输系统及其组件和相应的方法。一种用于无线地传输电力的方法包括以下步骤：使用一个或多个自适应电力发射机，通过波束成形将具有频率(f₀)或一对频率(f₁，f₂)的射频能量发射到一个或多个电力接收机；使用所述一个或多个电力接收机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)，或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，……和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据发送到所述一个或多个自适应电力发射机中的至少一个；使用所述一个或多个自适应电力发射机从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；以及基于通过使用了所述谐波或所述互调分量的载波频率调制从所述目标电力接收机接收到的状态数据，使用所述一个或多个自适应电力发射机将所述射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

Description

基于谐波的通信和电力传输系统及方法

技术领域

本申请广泛涉及基于谐波的通信和电力传输系统及其组件，以及相应的方法。

背景技术

本说明书中对现有技术的任何提及和/或讨论都不应以任何方式被视为承认该现有技术是众所周知的或构成本领域公知常识的一部分。

到设备的无线电力传输预计将在延长设备使用寿命以延长操作时间方面发挥关键作用，从而对例如物联网设备，比如传感器实现设定后遗忘的方法。

到设备的无线电力传输的潜在好处还包括节约电池更换/维护成本，这在将会使用数千台设备例如物联网设备的不久的将来，所节约的成本是巨大的。这也减少了处理电池时释放的有毒化学物质对环境造成的影响。

现有的用于将电力无线地传输到设备的系统和方法通常聚焦于无源波束成形技术，因而缺乏智能控制特性。此外，虽然一些现有系统除了电力传输之外还提供通信，包括有源波束成形技术，然而，这些波束成形技术要么通常仅使用电力传输信号的谐波的信号强度进行数据传输，这限制了通信范围并受到噪声的强烈影响，要么使用需要复杂硬件和算法的非谐波方法。

本发明的实施例提供了一种基于谐波的通信和智能电力传输系统，其寻求解决上述问题中的至少一个。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于无线地传输电力的系统，包括：

一个或多个电力接收机，该一个或多个电力接收机被配置为耦合到各个设备，以用于各个设备的电源管理；和

一个或多个自适应电力发射机，其被配置成通过波束成形将具有频率f0或至少一对频率f₁，f₂的射频能量发射到一个或多个电力接收机，并且被配置成从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；

一个或多个电力接收机被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据发送到一个或多个自适应电力发射机中的至少一个；并且

其中，所述一个或多个自适应电力发射机被配置为基于通过使用了谐波或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，将射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标能量转移到所述目标电力接收机。

根据本发明的第二方面，提供了一种自适应电力发射机，包括：

发射机元件，所述发射机元件被配置为通过波束成形将具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量发射到一个或多个电力接收机；

接收机元件，所述接收机元件被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；和

转向元件，所述转向元件用于基于通过使用了谐波或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，将射频能量的形成波束从一个或多个电力接收机转向目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

根据本发明的第三方面，提供了一种电力接收机，包括：

接收机元件，所述接收机元件用于通过波束成形接收具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量；

接口，所述接口被配置为耦合到设备，以用于所述设备的电源管理；和

发射机元件，所述发射机元件被配置成通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据传输到一个或多个自适应电力发射机。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于无线地传输电力的方法，包括以下步骤：

使用一个或多个自适应电力发射机，通过波束成形向一个或多个电力接收机发射具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量；

使用所述一个或多个电力接收机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据发送到所述一个或多个自适应电力发射机中的至少一个；

使用所述一个或多个自适应电力发射机从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；和

基于通过使用了谐波或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，使用一个或多个自适应电力发射机将射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于无线地传输电力的方法，包括以下步骤：

使用自适应电力发射机，通过波束成形向一个或多个电力接收机发射具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量；

使用所述自适应电力发射机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制从一个或多个电力接收机接收状态数据；和

基于通过使用了谐波或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，使用所述自适应电力发射机将射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于无线地传输电力的方法，包括以下步骤：

使用电力接收机，通过波束成形从一个或多个自适应电力发射机接收具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量；和

通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据传输到所述一个或多个自适应电力发射机。

附图说明

通过以下仅作为示例的书面描述并结合附图，本领域普通技术人员将会更好地和更容易理解本发明的实施例，其中：

图1示出了根据示例性实施例的用于无线地传输电力的系统的示意图。

图2示出了根据示例性实施例的用于无线地传输电力的算法的流程图。

图3示出了根据示例性实施例的接收机/设备的示意图。

图4示出了根据示例性实施例的自适应电力发射机400的示意图。

图5示出了根据示例性实施例的电力接收机500的示意图。

图6示出了根据示例性实施例的用于无线地传输电力的方法的流程图。

图7示出了根据示例性实施例的用于无线地传输电力的方法的流程图。

图8示出了根据示例性实施例的用于无线地接收电力的方法的流程图。

图9示出了根据示例性实施例的发射机的示意图。

具体实施方式

根据示例性实施例的无线电力传输系统可以包括以下内容：

1.自适应电力发射机

·通过向目标电子设备或传感器辐射射频能量来提供电力，从而实现远程电力供给。

·根据从接收机产生的谐波来实现接收机和发射机之间的数据通信。

·使用从接收机收集的数据(例如电池状态水平、设备ID、位置等)自动调整所发送的电力的大小。这些功能有利地实现了自适应充电特性，例如，在某个设备处于临界低电量水平的情况下——在接收到该信息后，电力发射机可以在瞬间将能量束转向该设备，以提高该设备的电量水平。

2.多功能的电力接收机

·能够接收射频能量，并将该射频能量转换为直流电，为电子设备或传感器进行供电。

·能够使用来自整流器的谐波分量作为接收机和发射机之间通信的载波频率。

发射机和接收机各自也构成本发明的补充实施例。

与现有系统相比，本发明的实施例可以具有以下一个或多个优点：

·根据目标电子设备或传感器的条件，自动调整电力发射机发射的电力大小及辐射图。现有系统通常侧重于无源波束成形技术，而没有此类调节/控制功能。

·采用传统调制技术的基于谐波的通信，以确保安全性并扩大通信范围。现有系统通常只使用谐波的信号强度而不使用谐波进行调制，这限制了通信范围，并受到噪声的严重影响。

·本发明的示例性实施例可以有利地实现数据和能量的同时传输，用于增加功能。

图1示出了根据示例性实施例的系统100的示意图，所述系统100包括一个或多个电力发射机102，104和多个电力接收机106,107,108。

上述电力发射机102，104被配置为：

向电力接收机106,107,108辐射射频能量110，112，以使用频率f₀或至少一对频率f1和f2提供远程能量供给。

用作网关，以从耦合到该电力接收机106,107,108的设备或与该电力接收机106,107,108集成的设备收集数据，在本文中，设备作为传感器114,115,116的形式。数据可以表示信息，该信息例如是但不限于电池状态、设备ID、位置等。箭头118-120所示的数据通信是基于谐波的通信，其中载波频率是谐波(nf₀，n＝2，3，...)中的其中一个或者是由电力接收机106,107,108产生的互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)中的一个。

基于从传感器114,115,116收集的数据，也即，基于从传感器114,115,116收集的条件和信息自动调整发射天线(例如107，109)的发射功率和辐射图，以用于辐射射频波束110，112。

在多个发射机102，104之间执行信息121的通信/中继，以提高系统的100效率和覆盖范围。

电力接收机106,107,108被配置为：

·从发射机102，104获取射频能量，并将该射频能量转换为直流电，为传感器114,115,116的电子部件供电。

·提取整流器(作为电力接收机106,107,108的电路的一部分，在下文中将被更详细地描述)被动产生的谐波或互调分量，以用作通信的载波频率。

·根据来自传感器114,115,116的数据调制载波频率，该数据表示传感器114,115,116的信息，该信息将被传回(比较箭头118-120)到电力发射机102，104以进行进一步处理。本领域技术人员理解合适的载波频率调制技术，本文将不详细描述载波频率调制技术。在本文中，仅以示例的方式参考振幅移位键控、相移键控或频移键控。

根据示例性实施例的系统100被配置为应用算法以例如在接收低电池电量状态时自适应地控制电力发射机102，104发射的电力的大小和辐射图。图2示出了说明根据示例性实施例的算法的流程图200，如下所述：

在启动/初始化系统时，电力发射机处于默认状态202，在该默认状态202下，发射机被配置为以中等发射功率发射具有广覆盖波束。

在步骤204中，执行从被广覆盖波束所覆盖的接收机/传感器收集信息。

在步骤206中，基于被覆盖的接收机/传感器的电池电量状态，确定这些接收机/传感器中的任何一个或多个是否处于低电池电量状态。

如果接收机/传感器处于低电池电量状态，则在步骤208中，基于电力发射机与具有低电池电量状态的接收机/传感器之间的距离，选择最近的发射机。根据示例性实施例，距离数据可以存储在发射机的主板的存储器中，或者存储在云端，并且可以在必要时获取距离数据。

在步骤210中，在所选电力发射机上激活波束控制高功率模式。

在步骤212中，基于具有低电池电量状态的接收机/传感器的位置来计算天线的辐射图。在示例性实施例中调整辐射图的方向和角宽度/展度，应注意的是，在各种实施例中，可以调整方向和/或角宽度/展度。

在步骤214中，基于计算出的辐射图的方向，将能量束自动转向处于低电池电量状态下的接收机/传感器。本领域技术人员理解波束控制的机制，本文不再详细描述波束控制的机制。仅以示例的方式，参考相控阵天线、反向阵列、时间调制天线阵列或巴特勒矩阵的使用。

向计算出的方向/角宽度/角展度传输能量，直到将电池电量低的接收机/传感器的电池电量增加到稳定/期望的水平。应注意，只要不超过相关的最大允许功率，可以将实际发射功率增加到更高的发射功率，和/或可以通过减小转向波束的覆盖面积来实现功率的增加。例如，最大允许功率可以遵循新加坡资讯通信媒体发展局/联邦通信委员会的电力传输设备指南，该指南因不同工作频率和不同国家而异。

如果在步骤206中确定多个接收机/传感器处于低电池电量状态，则可以依序执行步骤208-214，例如，从具有最低的电池电量的接收机/传感器开始，或者例如在当多个发射机可用时并行地执行步骤208-214。

返回图1，发射机102显示为波束控制高功率模式，用于使用转向波束110为接收机108/传感器114进行充电，而发射机104显示为默认状态，其具有中等发射功率和广覆盖波束112。

在示例性实施例中，一个或多个电力发射机还具有省电模式，例如，在当所有覆盖的接收机/传感器的电池电量状态处于稳定/期望的电量水平时，激活该模式。然后，通过降低覆盖光束的功率，或通过暂时停止电力传输使系统进入睡眠状态来激活定时器电路以降低发射机的功耗。例如，当发射机接收到来自接收机/传感器的请求时，和/或当确定一个或多个接收机/传感器处于低电池电量的状态时，和/或当预设的待机时间结束时，可使发射机退出省电模式。

图3示出了根据示例性实施例的电力接收机(例如电力接收机108)的示意图。该电力接收机包括：

·接收天线300，该接收电线300用于获取电力发射机产生的射频能量。

·耦合到天线300的整流器电路302(例如，基于二极管或基于互补金属氧化物半导体的整流器电路)，其用于将被天线300接收的射频能量转换为直流电。

·耦合到整流器的通信模块电路304，该通信模块电路304用于提取在整流器电路302的输出端固有产生的谐波(nf₀，n＝2，3，...)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)。

·电源管理模块306，该电源管理模块306用于存储和调节经转换的直流电，以确保与连接的电子设备(例如传感器114)相兼容。需要注意的是，本文中的“存储”是指本示例性实施例中的电源管理模块306包括存储器元件——例如可充电电池、超级电容器、电容器等。根据不同的实施例，传感器(例如114)可以通过以下几种方式来获取电能—(1)在其自身的可充电电池和电源管理模块306的帮助下对电池进行充电，(2)从它自己的可充电电池和电源管理模块306的存储元件获取电能，这取决于哪种电源具有足够的能量，和(3)从仅来自电源管理模块306的存储元件获取电能。

·将传感器，比如传感器114(配备有其自己的微控制器，未示出)耦合到电源管理模块306，通过电源管理模块306对传感器114进行供电，并使用谐波nf₀或互调分量nf₁±mf₂中的一个(或多个)作为载波频率，通过通信模块电路304将数据308发送回电力发射机。需要注意的是，如上文所述，传感器114也可以从它自己的电池中获取能量。

预先将每个接收机要使用的一个或多个谐波nf₀或一个或多个互调分量(lf₁±mf₂)优选地(唯一地)分配给各个接收机。在不同的实施例中，可以使用两个以上的频率f1和f2，以及相应的互调分量。

应注意的是，在示例性实施例中，无放大的低阶谐波。研究发现，在一定范围内，发射功率足以进行数据传输。在不同的实施例中，还考虑使用比如可以作为通信模块的一部分的放大电路，以根据可用的功率预算提高读取范围。

应注意的是，根据示例性实施例，接收机(比较，例如图3中的数字108)和设备/传感器(比较，例如图3中的数字114)之间的物理边界可以发生很大变化——换言之，除了将接收机和设备/传感器作为各自的物理单元进行提供之外，它们可以是完全或部分集成的。在当前的优选实施例中，接收机和设备/传感器是完全集成的。

应注意的是，虽然图3中示出了分别耦合到整流电路302和通信模块304的两个天线元件300a，300b，然而，在不同的示例性实施例中，也可以将单根天线元件耦合到整流电路和通信模块。

图9示出了根据示例性实施例的发射机(例如发射机102)的示意图。该发射机包括：

·频率发生器900，该频率发生器900用于生成频率f₀或频率对f₁，f₂，并耦合到波束成形网络902。

·发射天线阵列904，该发射天线阵列904耦合到波束成形网络902，以使用频率f₀或频率对f₁，f₂以形成波束的形式发射射频能量。

·接收天线906、通信块908和微控制器单元910，用于在载波频率上接收及获取来自电力接收机的状态数据，也即，谐波(nf₀，n＝2，3)或互调分量(lf₁±mf₂,l＝1,2，…，和m＝1,2，…)中的其中一个。该微控制器单元910耦合到频率发生器900和波束成形网络902，用于实现向目标电力接收机提供电力。

在一个实施例中，用于无线地传输电力的系统包括一个或多个电力接收机，该电力接收机被配置为耦合到各个设备以用于各个设备的能量管理；以及一个或多个自适应电力发射机，其被配置成通过波束成形将具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量发射到一个或多个电力接收机，并被配置成从一个或多个电力接收机接收状态数据；一个或多个电力接收机被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…，和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据发送到一个或多个自适应电力发射机中的至少一个；并且其中，该一个或多个自适应电力发射机被配置成基于通过使用了谐波nf₀或互调分量的载波频率调制从该目标电力接收机接收到的状态数据将射频能量的形成波束从该一个或多个电力接收机转向目标电力接收机，以将目标电力传输到该目标电力接收机。

一个或多个自适应电力发射机可被配置为向一个或多个自适应电力发射机中的另一个自适应电力发射机发射数据通信或从该另一个自适应电力发射机接收数据通信。

该一个或多个自适应电力发射机可被配置为执行算法，以基于接收到的状态数据来调整发射的射频能量的大小和辐射图。该算法可以包括一个或多个自适应电力发射机，该自适应电力发射机被配置为在默认状态下工作，并基于接收到的状态数据切换到在相比默认状态具有更高功率的模式下工作。该算法可以包括一个或多个自适应电力发射机，该自适应电力发射机被配置为基于接收到的状态数据在相比默认状态具有更低功率的省电模式下工作。

一个或多个电力接收机可各自包括用于将射频能量转换为直流和用于提取谐波nf₀或互调分量的整流器。

该一个或多个电力接收机可以耦合到相应的设备，用于接收有关用于生成状态数据的设备的信息，以便通过使用了谐波nf₀或互调分量的载波频率调制对该信息进行传输。

图4示出了根据示例性实施例的自适应电力发射机400的示意图，该示例性实施例包括发射机元件402，该发射机元件402被配置为通过波束成形将具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量发射到一个或多个电力接收机；接收机元件404，该接收机元件404被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…，和m＝1,2，…)的载波频率调制从一个或多个电力接收机接收状态数据；以及转向元件406，该转向元件406被配置为基于通过使用了谐波nf₀或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，将射频能量的形成波束从一个或多个电力接收机转向目标电力接收机，以将目标电力传输到该目标电力接收机。

该自适应电力发射机400可以被配置为向另一个自适应电力发射机发送数据通信和从该另一个自适应电力发射机接收数据通信。

自适应电力发射机400可被配置为执行算法，以基于接收到的状态数据来调整发射的射频能量的大小和辐射图。该算法可包括自适应电力发射机400，该自适应电力发射机400被配置为在默认状态下工作，并基于接收到的状态数据切换到在相比默认状态具有更高功率的模式下工作。该算法可以包括自适应电力发射机400，该自适应电力发射机400被配置为基于接收到的状态数据在相比默认状态具有更低功率的省电模式下工作。

图5示出了根据示例性实施例的电力接收机500的示意图，该电力接收机500包括：接收机元件502，用于通过波束成形从一个或多个自适应电力发射机接收具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量；接口504，该接口504被配置为耦合到设备(未示出)，以用于该设备的电源管理；以及发射机元件506，该发射机元件506被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…，和m＝1,2，…)的载波频率调制向一个或多个自适应电力发射机发送状态数据。

电力接收机500可以包括整流器508，该整流器508用于将射频能量转换为直流，并提取谐波或互调分量。

接口504可以被配置为接收有关用于生成状态数据的设备的信息，以通过使用了谐波nf₀或互调分量的载波频率调制对该信息进行传输。

图6示出了根据示例性实施例的用于无线地传输电力的方法的流程图600。在步骤602中，使用一个或多个自适应电力发射机，通过波束成形将具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量发射到一个或多个电力接收机。在步骤604中，使用一个或多个电力接收机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…，和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据发送到一个或多个自适应电力发射机中的至少一个。在步骤606，使用一个或多个自适应电力发射机从一个或多个电力接收机接收状态数据。在步骤608中，基于通过使用了谐波nf₀或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，使用一个或多个自适应电力发射机将射频能量的形成波束从一个或多个电力接收机转向目标电力接收机，以向目标电力传输到该目标电力接收机。

图7示出了根据示例性实施例的用于无线地传输电力的方法的流程图700。在步骤702中，使用自适应电力发射机，通过波束成形将具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量发射到一个或多个电力接收机。在步骤704中，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…，和m＝1,2，…)的载波频率调制，使用自适应电力发射机从一个或多个电力接收机接收状态数据。在步骤706，基于通过使用了谐波nf₀或互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，使用自适应电力发射机将射频能量的形成波束从一个或多个电力接收机转向该目标电力接收机，以将目标电力传输到该目标电力接收机。

图8示出了根据示例性实施例的用于无线地接收电力的方法的流程图800。在步骤802中，通过来自一个或多个自适应电力发射机的波束成形，使用电力接收机接收具有频率f₀或至少一对频率f₁，f₂的射频能量。在步骤804中，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…，和m＝1,2，…)的载波频率调制，使用电力接收机将状态数据发送到一个或多个自适应电力发射机。

本发明的实施例例如解决了以下问题：

·通过电力的无线供给来延长设备(如传感器)的使用寿命，以延长工作时间，从而实现了对物联网(IOT)设备(比如传感器)的设定后遗忘的方法。

·节约电池更换/维护方面的成本，这在不久的将来，当使用数千台物联网设备比如传感器的时候，节约成本是巨大的。

·减少电池处置后释放的有毒化学品对环境的影响。

·为传感器等电池供电设备提供可持续供电解决方案。

·实现无电池传感器。需要注意的是，对于这种实现，电源管理模块的首选存储元件将是电容器/超级电容器，因此该实现仍然可以被视为无电池，并且传感器不具有单独的电池。

·在同一个硬件中整合电力和数据传输。

本发明的实施例可以具有下述一个或多个特征和相关益处/优点：

本文中公开的各种功能或过程可以根据其行为、寄存器传输、逻辑组件、晶体管、布局几何和/或其他特性被描述为体现在各种计算机可读介质中的数据和/或指令。可以包含这种格式化数据和/或指令的计算机可读介质包括但不限于各种形式的非易失性存储介质(例如，光学、磁性或半导体存储介质)和载波，可用于通过无线、光学或有线信令介质或其任何组合来传输这种格式化数据和/或指令。通过载波传输这类格式化数据和/或指令的示例包括但不限于通过一个或多个数据传输协议(例如超文本传输协议、文件传输协议、简单邮件传输协议等)在互联网和/或其他计算机网络上进行传输(上传、下载、电子邮件等)。当通过一个或多个计算机可读介质在计算机系统内接收时，所述系统下的组件和/或过程的此类数据和/或基于指令的表达式可由计算机系统内的处理实体(例如，一个或多个处理器)结合一个或多个其他计算机程序的执行来进行处理。

本文描述的系统和方法的各个方面，例如自适应电力发射机及其组件，以及接收机及其组件，可以实现为编程到各种电路中的任何一种的功能，包括可编程逻辑器件，该可编程逻辑器件例如是现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑器件，电子可编程逻辑和存储设备、基于标准单元的设备，以及专用集成电路。实现系统方面的一些其他可能性包括：具有存储器的微控制器(例如电子可擦除可编程只读存储器、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，系统方面可以体现在具有基于软件的电路仿真、离散逻辑(顺序和组合)、定制设备、模糊(神经)逻辑、量子器件以及上述任何器件类型的混合。当然，可以以多种组件类型形式进行提供底层器件技术，这些组件类型例如是互补金属氧化物半导体等金属-氧化物-半导体场效应晶体管技术、发射机耦合逻辑等双极技术、聚合物技术(例如，硅共轭聚合物和金属共轭聚合物金属结构)、模拟和数字混合等。

上述对所说明的系统和方法的实施例的描述并不旨在穷举或将系统和方法限制为所公开的精确形式。虽然为了说明的目的，本文描述了系统组件和方法的具体实施例和示例，但相关领域的技术人员应当认识到，在系统、组件和方法的范围内，可以进行各种等同修改。本文所提供的系统和方法的教导可应用于其他处理系统和方法，而不仅仅适用于上述的系统和方法。

本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明广泛描述的精神或范围的情况下，还可以对特定实施例中所描述的本发明进行多种改变和/或修改。因此，本实施例在所有方面均被认为是说明性的而非限制性的。此外，本发明包括针对不同实施例描述的特征(包括摘要部分的特征)的任何组合，即使在权利要求或本实施例的详细描述中未明确说明该特征或特征的组合。

一般来说，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将系统和方法限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应被解释为包括在权利要求下运行的所有处理系统。因此，系统和方法不受到本公开的限制，而是完全通过权利要求来确定系统和方法的范围。

除非上下文另有明确要求，否则，在整个说明书和权利要求中，“包括”、“包含”等词语应以涵盖的意义来解释，而不是以排他性或穷举的意义来进行解释；换言之，具有“包括但不限于”的意义。使用单数或复数的单词也分别包括复数或单数。此外，“本文”、“下文”、“上文”、“以下所述”和具有类似含义的词语指的是本申请的整体，而不是本申请的任何特定部分。当“或”一词用于指两个或两个以上项目的列表时，该词包括对该词的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。

Claims (18)

1.一种用于无线地传输电力的系统，包括：

一个或多个电力接收机，所述一个或多个电力接收机被配置为耦合到各个设备以用于所述各个设备的电源管理；和

一个或多个自适应电力发射机，所述一个或多个自适应电力发射机被配置为通过波束成形将具有频率(f₀)或至少一对频率(f₁，f₂)的射频能量发射到所述一个或多个电力接收机，以及从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；

所述一个或多个电力接收机被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将所述状态数据发送到所述一个或多个自适应电力发射机中的至少一个；并且

其中，所述一个或多个自适应电力发射机被配置为基于通过使用了所述谐波或所述互调分量的所述载波频率调制从目标电力接收机接收到的所述状态数据，将所述射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个自适应电力发射机被配置为向所述一个或多个自适应电力发射机中的另一个自适应电力发射机发射数据通信和从所述另一个自适应电力发射机接收数据通信。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个自适应电力发射机被配置为执行算法，以基于所接收的状态数据调整所发射的射频能量的大小和辐射图。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述算法包括所述一个或多个自适应电力发射机，所述一个或多个自适应电力发射机被配置为在默认状态下工作，并基于所接收的状态数据切换到相比所述默认状态具有更高功率的模式，在该模式下运行。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述算法包括一个或多个自适应电力发射机，所述自适应电力发射机被配置为基于所接收的状态数据在相比所述默认状态具有更低功率的节能模式下运行。

6.根据权利要求1至5中任一所述的系统，其中，所述一个或多个电力接收机各自包括用于将所述射频能量转换为直流并提取所述谐波或所述互调分量的整流器。

7.根据权利要求1至6中任一所述的系统，其中，所述一个或多个电力接收机耦合到相应的设备，用于接收所述设备的信息，生成所述状态数据，并通过使用了所述谐波或所述互调分量的所述载波频率调制来传输所述状态数据。

8.一种自适应电力发射机，包括：

发射机元件，所述发射机元件被配置为通过波束成形将具有频率(f₀)或至少一对频率(f₁，f₂)的射频能量发射到一个或多个电力接收机；

接收机元件，所述接收机元件被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；和

转向元件，所述转向元件用于基于通过使用了所述谐波或所述互调分量的载波频率调制从目标电力接收机接收到的状态数据，将所述射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

9.根据权利要求8所述的自适应电力发射机，所述自适应电力发射机被配置为向另一个自适应电力发射机发送数据通信和从所述另一个自适应功率发射机接收数据通信。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的自适应电力发射机，所述自适应电力发射机被配置为执行算法，以基于所接收的状态数据来调整所传输的射频能量的大小和辐射图。

11.根据权利要求10所述的自适应电力发射机，其中所述算法包括所述自适应电力发射机，所述自适应电力发射机被配置为在默认状态下工作，并基于所接收的状态数据切换到相比所述默认状态具有更高功率的模式下工作。

12.根据权利要求11所述的自适应电力发射机，其中所述算法包括所述自适应电力发射机，所述自适应电力发射机被配置为基于所接收的状态数据在相比所述默认状态具有更低功率的节能模式下运行运行。

13.一种电力接收机，包括：

接收机元件，所述接收机元件用于通过波束成形从一个或多个自适应电力发射机接收具有频率(f₀)或至少一对频率(f₁，f₂)的射频能量；

接口，所述接口被配置为耦合到设备，以用于所述设备的电源管理；和

发射机元件，所述发射机元件被配置为通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制向所述一个或多个自适应电力发射机发送状态数据。

14.根据权利要求13所述的电力接收机，包括用于将射频转换为直流电，并提取谐波或互调分量的整流器。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的电力接收机，所述接口被配置为接收所述设备的信息，生成所述状态数据，并通过使用了所述谐波或所述互调分量的载波频率调制传输所述状态数据。

16.一种用于无线地传输电力的方法，包括以下步骤：

使用一个或多个自适应电力发射机，通过波束成形向一个或多个电力接收机发射具有频率(f₀)或至少一对频率(f₁，f₂)的射频能量；

使用所述一个或多个电力接收机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据发送到所述一个或多个自适应电力发射机中的至少一个；

使用一个或多个自适应电力发射机从所述一个或多个电力接收机接收所述状态数据；和

基于通过使用了所述谐波或所述互调分量的所述载波频率调制从目标电力接收机接收到的所述状态数据，使用一个或多个自适应电力发射机将所述射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

17.一种用于无线地传输电力的方法，包括以下步骤：

使用自适应电力发射机，通过波束成形向一个或多个电力接收机发射具有频率(f₀)或至少一对频率(f₁，f₂)的射频能量；

使用所述自适应电力发射机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制从所述一个或多个电力接收机接收状态数据；和

基于通过使用了所述谐波或所述互调分量的所述载波频率调制从目标电力接收机接收到的所述状态数据，使用所述自适应电力发射机将射频能量的形成波束从所述一个或多个电力接收机转向所述目标电力接收机，以将目标电力传输到所述目标电力接收机。

18.一种用于无线地接收电力的方法，包括以下步骤：

使用电力接收机，通过波束成形从一个或多个自适应电力发射机接收具有频率(f₀)或至少一对频率(f₁，f₂)的射频能量；和

使用所述电力接收机，通过使用了谐波(nf₀，n＝2，3，…)或互调分量(lf₁±mf₂，l＝1,2，…和m＝1,2，…)的载波频率调制将状态数据传输到所述一个或多个自适应电力发射机。

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