CN114938081A - 一种基于重叠天线的无线供电装置 - Google Patents

一种基于重叠天线的无线供电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114938081A
CN114938081A CN202210299311.7A CN202210299311A CN114938081A CN 114938081 A CN114938081 A CN 114938081A CN 202210299311 A CN202210299311 A CN 202210299311A CN 114938081 A CN114938081 A CN 114938081A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
communication data
power supply
energy
wireless power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210299311.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张云珊
赵博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202210299311.7A priority Critical patent/CN114938081A/zh
Publication of CN114938081A publication Critical patent/CN114938081A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种基于重叠天线的无线供电装置，包括供电信号产生电路和射频接收机、互感天线、谐振网络、整流器和射频发射机；互感天线包括发射能量天线、接收通信数据天线、接收能量天线和发射通信数据天线；发射能量天线和接收通信数据天线为在同一水平面上的重叠天线，接收能量天线和发射通信数据天线为在同一水平面上的重叠天线，重叠天线能够抵消感应电流；本发明能够在不影响无线供电效率的情况下，进行不间断的无线通信，并且相比采用独立放置的天线，重叠天线的结构减小了天线的整体面积。

Description

一种基于重叠天线的无线供电装置
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于重叠天线的无线供电装置。
背景技术
传统的无线供电和通信方法常采用独立的环状天线，在不同的频率下分别进行供电和通信以实现不间断供电和长距离通信，但是需要较大的功耗和面积。例如，在2021年10月发表在IEEE Journal of Solid-State Circuits期刊的第56卷第3247页~3262页中“Bidirectional Peripheral Nerve Interface With 64 Second-Order Opamp-Less ΔΣ ADCs and Fully Integrated Wireless Power/Data Transmission”一文中，无线供电和无线通信使用独立的环状天线。其中片上的通信环状天线尺寸小，为了通信的信噪比，射频发射机需要330uW以实现2Mbps的数据传输。询问端的供电天线和通信天线分开独立放置，面积较大。如果增大通信的环状天线面积，可以增强通信天线间的耦合，减小射频发射机的功耗，但会影响无线供电的效率。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于重叠天线的无线供电装置,以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种基于重叠天线的无线供电装置的具体技术方案如下：
一种基于重叠天线的无线供电装置，包括询问端、互感天线、谐振网络、整流器和射频发射机；所述询问端包括供电信号产生电路和射频接收机；所述互感天线包括发射能量天线、接收通信数据天线、接收能量天线和发射通信数据天线；所述发射能量天线和接收通信数据天线为在同一水平面上的重叠天线，所述接收能量天线和发射通信数据天线为在同一水平面上的重叠天线，所述重叠天线能够抵消感应电流；所述供电信号产生电路的输出端连接至发射能量天线；所述接收能量天线和发射能量天线通过电感耦合；所述接收能量天线与谐振网络并联连接；所述谐振网络输出连接到整流器；所述发射通信数据天线和接收通信数据天线通过电感耦合；所述射频发射机的输出连接至发射通信数据天线；所述射频接收机连接至接收通信数据天线。
进一步的，所述发射能量天线为环状天线T1，所述接收通信数据天线为8字天线T4，所述接收能量天线为环状天线T2，所述发射通信数据天线为8字天线T3。
进一步的，所述发射能量天线为8字天线T4，所述接收通信数据天线为环状天线T1，所述接收能量天线为8字天线T3，所述发射通信数据天线为环状天线T2。
进一步的，所述谐振网络由电感和电容的串并联组成，所述谐振网络与接收能量天线在输入信号频率上谐振。
进一步的，所述环状天线T1为单圈方形天线，所述环状天线T2为两圈方形天线。
进一步的，所述环状天线T1和环状天线T2为圆形天线、方形天线或正多边形天线。
进一步的，所述8字天线T3和8字天线T4的主体走线形状呈中心对称。
进一步的，所述射频接收机通过接收通信数据天线接收调制后的通信数据，解调恢复基带信号数据。
进一步的，所述射频发射机接收基带信号作为控制信号，将基带信号调制到通信载波上通过发射通信数据天线发射给接收通信数据天线。
进一步的，所述射频发射机通过LC振荡器实现。
本发明的一种基于重叠天线的无线供电装置具有以下优点：本发明利用重叠天线其中一个天线在均匀磁场下，产生相互抵消的电流，相比都使用环状天线进行无线供电和无线通信，本发明能够在不影响无线供电效率的情况下，进行不间断的无线通信。并且环状天线和8字天线可以重叠放置在同一平面，减小天线的总体面积。
附图说明
图1是本发明的实施例的重叠天线结构图；
图2是本发明的实施例1的整体结构框图示意图；
图3是本发明的实施例2的整体结构框图示意图；
图4是本发明的实施例1中天线T3分别使用8字天线和环状天线时，整流器的输出电压随通信频率fDATA变化的曲线图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于重叠天线的无线供电装置做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的重叠天线包括环形天线和8字天线，环状天线包括圆形天线、方形天线、正多边形天线等形状的天线，8字天线为8字形走线形状且呈中心对称的天线。8字天线设置在环形天线内，与环形天线在一个水平面上。环形天线和8字天线中任何一个可以作为发射天线或接收天线，另一个作为通信天线，对发射天线或接收天线供电，将会在两个相同绕组中产生方向相反、大小相同的两个感应噪声电流，从而进行相互抵消。例如，环状天线作为发射天线，8字天线作为通信天线。当给环状天线供电时，环状天线产生的磁通贯穿8字天线，会在两个相同绕组中产生方向相反，大小相同的两个感应噪声电流进行相互抵消。因此，8字形状天线对环状天线产生的信号具有一定的隔离效果。反之亦如此。
实施例1：
如图2所示，一种基于重叠天线的无线供电装置包括询问端、互感天线、谐振网络、整流器和射频发射机；所述询问端包括：供电信号产生电路、射频接收机；所述互感天线包括：发射能量天线、接收能量天线、发射通信数据天线、接收通信数据天线。所述发射能量天线为环状天线T1，所述接收通信数据天线为8字天线T4，所述接收能量天线为环状天线T2，所述发射通信数据天线为8字天线T3。
具体的，所述供电信号产生电路的输出端连接至环状天线T1；所述环状天线T2和环状天线T1通过电感耦合，环状天线T2与谐振网络并联连接；所述谐振网络输出连接到整流器；所述8字天线T3和8字天线T4通过电感耦合；所述射频发射机的输出连接至8字天线T3；所述射频接收机连接至8字天线T4；所述环状天线T1和8字天线T4在同一平面重叠放置；所述环状天线T2和发射通信数据天线T3在同一平面重叠放置。
所述谐振网络由电感和电容的串并联组成，谐振网络与环状天线T2在输入信号频率上谐振。
所述环状天线T1为单圈方形天线，环状天线T2为两圈方形天线，用于在特定频段和工艺下增强收发天线的耦合。
所述8字天线T3和8字天线T4的主体走线形状呈中心对称。
所述射频接收机通过接收通信数据天线T4接收调制后的通信数据，解调恢复基带信号数据。
所述射频发射机接收基带信号作为控制信号，将基带信号调制到通信载波上通过8字天线T3发射给8字天线T4。
所述射频发射机通过LC振荡器实现。
在相同的供电天线、输入功率和无线供电距离下，天线T3分别使用同尺寸的8字天线和环状天线时，整流器的输出电压随通信频率fDATA变化的曲线如图4所示，其中无线供电频率fpower为400MHz。当天线T3为8字天线时，整流器的输出电压随着通信频率fDATA变化较小，约为1.74V；当天线T3为方形天线时，整流器的输出电压随着通信频率fDATA变化，尤其在无线供电频率400MHz附近，整流器的输出远小于1.74V。由此可以看出，相比使用环状天线，采用8字天线能够显著减小通信天线的存在对无线供电效率的影响。
实施例2：
如图3所示，一种基于重叠天线的无线供电装置包括：询问端、互感天线、谐振网络、整流器和射频发射机；所述询问端包括：供电信号产生电路、射频接收机；所述互感天线包括：发射能量天线、接收能量天线、发射通信数据天线、接收通信数据天线；所述发射能量天线为8字天线T4，所述接收通信数据天线为环状天线T1，所述接收能量天线为8字天线T3，所述发射通信数据天线为环状天线T2。
具体的，所述供电信号产生电路的输出端连接至8字天线T4；所述8字天线T3和8字天线T4通过电感耦合，8字天线T4与谐振网络并联连接；所述谐振网络输出连接到整流器；所述环状天线T2和环状天线T1通过电感耦合；所述射频发射机的输出连接至环状天线T2；所述射频接收机连接至环状天线T1；所述8字天线T4和环状天线T1在同一平面重叠放置；所述8字天线T3和发射通信数据天线T2在同一平面重叠放置；
所述谐振网络由电感和电容的串并联组成，谐振网络与8字天线T3输入信号频率上谐振。
所述环状天线T1为单圈方形天线，环状天线T2为两圈方形天线，用于在特定频段和工艺下增强收发天线的耦合。
所述8字天线T3和8字天线T4的主体走线形状呈中心对称。
所述射频接收机通过环状天线T1接收调制后的通信数据，解调恢复基带信号数据。
所述射频发射机接收基带信号作为控制信号，将基带信号调制到通信载波上通过环状天线T2发射给环状天线T1。
所述射频发射机通过LC振荡器实现。
由以上实施例可以看出，本发明利用重叠天线其中一个天线在均匀磁场下，产生相互抵消的电流，相比都使用环状天线进行无线供电和无线通信，本发明能够在不影响无线供电效率的情况下，进行不间断的无线通信。并且环状天线和8字形状天线可以重叠放置在同一平面，减小天线的总体面积。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于重叠天线的无线供电装置，包括询问端、互感天线、谐振网络、整流器和射频发射机；所述询问端包括供电信号产生电路和射频接收机；其特征在于，所述互感天线包括发射能量天线、接收通信数据天线、接收能量天线和发射通信数据天线；所述发射能量天线和接收通信数据天线为在同一水平面上的重叠天线，所述接收能量天线和发射通信数据天线为在同一水平面上的重叠天线，所述重叠天线能够抵消感应电流；所述供电信号产生电路的输出端连接至发射能量天线；所述接收能量天线和发射能量天线通过电感耦合；所述接收能量天线与谐振网络并联连接；所述谐振网络输出连接到整流器；所述发射通信数据天线和接收通信数据天线通过电感耦合；所述射频发射机的输出连接至发射通信数据天线；所述射频接收机连接至接收通信数据天线。
2.根据权利要求1所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述发射能量天线为环状天线T1，所述接收通信数据天线为8字天线T4，所述接收能量天线为环状天线T2，所述发射通信数据天线为8字天线T3。
3.根据权利要求1所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述发射能量天线为8字天线T4，所述接收通信数据天线为环状天线T1，所述接收能量天线为8字天线T3，所述发射通信数据天线为环状天线T2。
4.根据权利要求1所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述谐振网络由电感和电容的串并联组成，所述谐振网络与接收能量天线在输入信号频率上谐振。
5.根据权利要求2或3所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述环状天线T1为单圈方形天线，所述环状天线T2为两圈方形天线。
6.根据权利要求2或3所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述环状天线T1和环状天线T2为圆形天线、方形天线或正多边形天线。
7.根据权利要求2或3所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述8字天线T3和8字天线T4的主体走线形状呈中心对称。
8.根据权利要求1所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述射频接收机通过接收通信数据天线接收调制后的通信数据，解调恢复基带信号数据。
9.根据权利要求1所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述射频发射机接收基带信号作为控制信号，将基带信号调制到通信载波上通过发射通信数据天线发射给接收通信数据天线。
10.根据权利要求1所述的基于重叠天线的无线供电装置，其特征在于，所述射频发射机通过LC振荡器实现。
CN202210299311.7A 2022-03-25 2022-03-25 一种基于重叠天线的无线供电装置 Pending CN114938081A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210299311.7A CN114938081A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种基于重叠天线的无线供电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210299311.7A CN114938081A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种基于重叠天线的无线供电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114938081A true CN114938081A (zh) 2022-08-23

Family

ID=82862918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210299311.7A Pending CN114938081A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种基于重叠天线的无线供电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114938081A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8724835B2 (en) Radio receiver, radio transmitter, and hearing aid
CN202997711U (zh) 无线供电本地计算系统
CN100372171C (zh) 佩戴式个人通信设备
CN104158304B (zh) 移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与传输装置
US20140213184A1 (en) Intra-body communication apparatus provided with magnetic induction wireless communication circuit performing wireless communications using magnetic induction
US20110217927A1 (en) Combined antenna and inductive power receiver
US9024481B2 (en) Wireless feeding system
WO2010057685A1 (en) Portable electronic apparatus, and charging system
US9161160B2 (en) Wireless communication system
US10862542B1 (en) Near-field converter
CN207732518U (zh) 一种适用于远程无线充电的射频接收端模组
CN104716441B (zh) 一种多频天线及移动终端
US8294626B2 (en) Multi-band antenna apparatus
KR101905905B1 (ko) 듀얼 모드 무선전력전송 장치, 무선전력수신 장치 및 모바일 단말
CN114938081A (zh) 一种基于重叠天线的无线供电装置
CN110247684B (zh) 无线装置
CN207199838U (zh) 一种基于金属环境下的双面螺旋nfc天线
CN203104423U (zh) 一种多工作频段的天线电路及移动终端
CN207339849U (zh) 一种短距离多频段工作的小型能量与信号无线传输系统
CN114244388A (zh) 一种基于双频无线供电的反射通信电路和方法
KR20120033756A (ko) 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템
CN201663230U (zh) 天线和终端
CN201887759U (zh) 一种可变方向无源射频信号收发器
CN202795415U (zh) 基于移动通信网络的rfid读写器
KR101946848B1 (ko) 무선 전력 수신기

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination