CN116683949A - 能量发射装置、能量接收装置、供能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种无线能量发射装置、无线能量接收装置、无线供能系统及无线供能方法，涉及通信技术领域。该无线能量发射装置包括：能量发射模块，用于产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射所述微波信号；接收器，用于接收所述无线能量接收装置发射的反馈信号；处理器，用于根据所述反馈信号控制调整所述微波信号的相位，以使所述反馈信号与所述微波信号的频率差值最大。本公开可以降低无线能量接收装置的功耗。

Description

能量发射装置、能量接收装置、供能系统及方法

技术领域

本公开涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种无线能量发射装置、无线能量接收装置、无线供能系统及无线供能方法。

背景技术

与有线供能系统相比，无线供能系统避免了繁杂的连接线，节省了电线电缆，提升了操作的便利性，具有广阔的应用前景。

现有的无线供能系统中，通常包括能量发射装置和能量接收装置，能量发射装置对能量接收装置进行无线供能。

然而，在能量接收装置中通常需要设置定位模块，由于定位模块的功耗较高，导致整个无线供能系统的功耗较大，不利于无线供能系统的推广应用。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种无线能量发射装置、无线能量接收装置、无线供能系统及无线供能方法，以提供一种低功耗的无线供能系统。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本公开的第一方面，提供一种无线能量发射装置，包括：能量发射模块，用于产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射所述微波信号；接收器，用于接收所述无线能量接收装置发射的反馈信号；处理器，用于根据所述反馈信号控制调整所述微波信号的相位，以使所述反馈信号与所述微波信号的频率差值最大。

本公开的一种示例性实施例中，所述能量发射模块包括：射频振荡器、功率分配器和多个发射器；其中，所述射频振荡器的输出端与所述功率分配器的输入端相连，所述功率分配器的输出端与多个所述发射器相连；所述接收器与所述功率分配器相连，所述接收器用于接收所述微波信号，并根据所述微波信号对所述反馈信号进行低通滤波，获得所述频率差值。

本公开的一种示例性实施例中，所述发射器包括：移相器、功率放大器和发射天线；其中，所述移相器的输入端与所述功率分配器的输出端相连，所述移相器的输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与所述发射天线相连，所述发射天线用于发射所述微波信号。

本公开的一种示例性实施例中，所述处理器与所述接收器、所述射频振荡器、所述移相器相连，所述处理器用于根据所述频率差值，控制所述移相器调整所述微波信号的相位。

本公开的一种示例性实施例中，所述接收器包括：反馈接收天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波器和中频放大器；其中，所述反馈接收天线用于接收所述反馈信号，所述低噪声放大器的输入端与所述反馈接收天线相连，所述低噪声放大器的输出端与所述混频器的第一输入端相连，所述混频器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连，所述低通滤波器的输出端与所述中频放大器的输入端相连，所述中频放大器的输出端与所述处理器相连；所述混频器的第二输入端与所述功率分配器相连。

根据本公开的第二方面，提供一种无线能量接收装置，包括：信号转化模块，用于接收无线能量发射装置发送的微波信号，并将所述微波信号转化为直流电信号；能量存储模块，与所述信号转化模块相连，所述能量存储模块用于存储所述直流电信号的能量；反馈信号产生模块，所述反馈信号产生模块的输入端与所述信号转化模块的输出端相连，所述反馈信号产生模块的输出端用于发送所述直流电信号相关的反馈信号。

本公开的一种示例性实施例中，所述反馈信号产生模块包括：压控振荡器、开关和反射天线；其中，所述压控振荡器的输入端与所述信号转化模块的输出端相连，所述压控振荡器的输出端与所述开关相连，并通过所述开关控制所述反射天线发送所述反馈信号。

本公开的一种示例性实施例中，所述反射天线通过所述开关接地，所述压控振荡器用于控制所述开关的通断。

本公开的一种示例性实施例中，所述信号转化模块包括：接收天线、阻抗匹配单元和整流器；其中，所述接收天线用于接收所述微波信号；所述阻抗匹配单元的输入端与所述接收天线相连，所述阻抗匹配单元的输出端与所述整流器的输入端相连，所述整流器的输出端与所述能量存储模块相连。

根据本公开的第三方面，提供一种无线供能系统，包括上述的无线能量发射装置和上述的无线能量接收装置。

根据本公开的第四方面，提供一种无线供能方法，包括：产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射所述微波信号；接收所述无线能量接收装置发射的反馈信号；根据所述反馈信号控制调整所述微波信号的相位，以使所述反馈信号与所述微波信号的频率差值最大。

根据本公开的第五方面，提供一种无线供能方法，包括：接收无线能量发射装置发送的微波信号，并将所述微波信号转化为直流电信号；存储所述直流电信号的能量；发送与所述直流电信号相关的反馈信号。

本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的无线供能系统，通过设置上述的无线能量发射装置和无线能量接收装置，无线能量发射装置用于向无线能量接收装置发射微波信号，无线能量接收装置用于接收微波信号并储存相应的直流电信号；无线能量接收装置反射直流电信号相关的反馈信号，无线能量发射装置接收反馈信号，并根据反馈信号调整微波信号的相位，以使反馈信号与微波信号的频率差值最大，一方面，通过上述的反馈信号与微波信号的频率差值最大，可以达到增大能量存储的目的；另一方面，通过反射直流电信号对应的反馈信号，采用反向散射的方式，避免了在无线能量接收装置中设置定位模块，从而降低了无线能量接收装置，进而降低了无线供能系统的功耗，扩大了无线供能系统的使用范围。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的一种无线能量发射装置的结构示意图；

图2示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的一种无线能量接收装置的结构示意图；

图3示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的无线供能系统的框图；

图4示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的一种无线供能方法的流程图；

图5示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的另一种无线供能方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微处理器装置中实现这些功能实体。

本公开实施例提供了一种无线供能系统，其包括无线能量发射装置和无线能量接收装置。参照图1，示出了本公开实施例中的无线能量发射装置的结构示意图。

如图1所示，无线能量发射装置100可以包括：能量发射模块110、接收器120和处理器130。其中，能量发射模块110用于产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射该微波信号，无线能量接收装置接收到该微波信号后，会将微波信号转换为电源进行储存，从而可以为连接的被充电设备充电。

在实际应用中，被充电设备可以是移动电话、可穿戴设备、信息收发设备、游戏设备、平板设备、医疗设备、健身设备等，本公开示例性实施方式对于被充电设备不作特殊限定。

本公开实施例中，无线能量发射装置100直接使用微波信号对无限能量接收装置供能，利用了微波容量大、质量好并可传至很远距离的特点，为无线供能系统的推广应用提供了更大的空间。其中，微波可以是波长在0.1毫米至1米之间的电磁波。

本公开的一种示例性实施方式中，能量发射模块110可以包括射频振荡器111、功率分配器112和多个发射器113；其中，射频振荡器111用于产生微波信号，具体可以是射频振荡器111在受激时产生可重复预设频率的微波信号。此处的微波信号的预设频率可以根据实际情况来确定，本公开示例性实施方式对此不作特殊限定。

本公开实施例中，射频振荡器111的输出端与功率分配器112的输入端相连，功率分配器112的输出端与多个发射器113相连；功率分配器112用于对射频振荡器111产生的微波信号进行分配，分成多路微波信号，并将分配好的多路微波信号传输至发射器113，一路微波信号对应一个发射器113。

在实际应用中，发射器113的数量可以根据实际情况来确定，例如，发射器113的数量可以是2个、3个……n个，本公开示例性实施方式对于n的取值不作特殊限定。

本公开示例性实施方式中，发射器113除过包括发射天线1131之外，还可以包括：移相器1132和功率放大器1133。其中，移相器1132的输入端与功率分配器112的输出端相连，移相器1132用于对微波信号的相位进行调整。移相器1132的输出端与功率放大器1133的输入端相连，功率放大器1133用于对移相后的微波信号的功率进行放大，功率放大器1133的输出端与发射天线1131相连，发射天线1131用于发射放大后的微波信号。

本公开实施例中，接收器120用于接收无线能量接收装置发射的反馈信号；并且，接收器120与功率分配器112相连，接收器120还用于接收微波信号。在接收器120中，反馈信号首先被放大，然后放大后的反馈信号与本地微波信号进行混频后，以得到反馈信号与微波信号的差频信号。该差频信号被放大后传送至处理器130。

处理器130通过内部硬件对输入信号的频率进行检测，然后根据检测到的频率调整各路微波信号的相位，以使反馈信号与微波信号的频率差值(该频率差值即为上述输入信号的频率)最大。本公开示例性实施方式中，反馈信号是无线能量接收装置对接收的微波信号的反射信号，反馈信号与微波信号的频率差值越大，说明无线能量接收装置对微波信号的吸收越大，能量储存越充分。

本公开实施例提供的无线能量发射装置中，处理器130与接收器120、射频振荡器111、移相器1132相连，处理器130用于根据频率差值，控制移相器1132调整微波信号的相位，以使反馈信号与微波信号的频率差值最大。

本公开示例性实施方式中，接收器120可以包括：反馈接收天线121、低噪声放大器122、混频器123、低通滤波器124和中频放大器125；其中，反馈接收天线121用于接收反馈信号，低噪声放大器122的输入端与反馈接收天线121相连，低噪声放大器122用于对反馈信号进行放大，低噪声放大器122的输出端与混频器123的第一输入端相连，混频器123的输出端与低通滤波器124的输入端相连，低通滤波器124的输出端与中频放大器125的输入端相连，中频放大器125的输出端与处理器130相连；混频器123的第二输入端与功率分配器112相连。混频器123用于对输入的微波信号和反馈信号进行混频后，通过低通滤波器124，可以得到反馈信号与微波信号的差频信号。该差频信号再通过中频放大器125进行放大后传送至处理器130。

由于本公开实施例中的无线能量发射装置100通过获取无线能量接收装置反馈的反馈信号，并根据反馈信号与微波信号的频率差值，通过调整微波信号的相位来达到发射最大微波信号至无线能量接收装置的目的，因此，对于无线能量接收装置而言，无需设置定位模块，从而可以达到降低功耗的目的。

具体的，参照图2，本公开示例性实施方式中提供的无线能量接收装置200可以包括：信号转化模块210、能量存储模块220和反馈信号产生模块230。其中，信号转化模块210用于接收无线能量发射装置100发送的微波信号，并将微波信号转化为直流电信号；能量存储模块220则与信号转化模块210相连，能量存储模块220可以用于存储直流电信号的能量；通过信号转换模块210和能量存储模块220即可实现微波信号的收集和存储。

本公开实施例提供的无线能量接收装置200，并没有设置定位模块，而是使用了反馈信号产生模块230，该反馈信号产生模块230的输入端与信号转化模块210的输出端相连，反馈信号产生模块230的输出端用于发送直流电信号相关的反馈信号，通过该反馈信号产生模块可以反馈直流电信号的能量存储情况，通过产生的反馈信号不仅能够为微波信号的发射提供直射路径，还可以提供反射路径或多径。对于无线能量发射装置100而言，通过接收到的反馈信号及其大小，通过调整无线微波的相位同样可以达到定位的效果，同时还可以大幅度降低无线能量接收装置200的功耗。

在实际应用过程中，由于无线能量接收装置200具有很低的功耗，其自身的耗电量极低，因此，即使与无线能量接收装置200相连的被充电物体没有电，或者电量极小，该无线能量接收装置200依然可以获取微波能量，并为被充电物体充电。

本公开示例性实施方式中，上述的反馈信号产生模块230可以包括：压控振荡器231、开关232和反射天线233，其中，压控振荡器231为一种可由输入电压信号(通常为直流信号)控制的振荡器。也就是说，压控振荡器231的输入端与信号转化模块210的输出端相连，压控振荡器231受直流电信号的控制。压控振荡器231的输出端与开关232相连，并通过开关232控制反射天线发送反馈信号。

具体的，如图2所示，可以是反射天线233通过开关232接地，压控振荡器231用于控制开关233的通断，开关233的通断可以实现反射天线233对信号的反馈。其中，反射天线233可以是向四周反射的全相天线，无需与反馈接收天线121进行对准。

本公开示例性实施方式中，通过压控振荡器231来反馈能量存储模块220所存储的直流电信号的能量情况，将所形成的反馈信号通过反射天线233反射至无线能量发射装置100，从而达到一种根据反射信号和微波信号的频率差值大小进行相位调节，以达到最大限度存储能量的目的，同时可以降低功耗，扩大使用范围。

本公开示例性实施方式中，信号转化模块210可以是一种整流电路，用于将交流电能转换为直流电能。例如，信号转化模块210可以包括：接收天线211、阻抗匹配单元212和整流器213；其中，接收天线211用于接收微波信号；阻抗匹配单元212的输入端与接收天线211相连，阻抗匹配单元212的输出端与整流器213的输入端相连，整流器213的输出端与能量存储模块220相连，另外，整流器213的输出端作为信号转化模块210的输出端，整流器213的输出端与压控振荡器231的输入端相连。

在上述无线能量发射装置100和无线能量接收装置200的基础上，参照图3，本公开实施例提供了一种无线供能系统300，该无线供能系统300可以包括上述的无线能量发射装置100和无线能量接收装置200。其中，无线能量发射装置100用于向无线能量接收装置200发射微波信号，无线能量接收装置200用于接收微波信号并储存相应的直流电信号的能量；无线能量接收装置200反射直流电信号相关的反馈信号，无线能量发射装置100接收反馈信号，并根据反馈信号调整微波信号的相位，以使反馈信号与微波信号的频率差值最大。

需要说明的是，上述的无线供能系统300中，无线能量接收装置200可以是一个或多个。同样的，一个无线能量接收装置200也可以与一个或多个无线能量发射装置100进行信号传输。

本公开实施例提供的无线供能系统300，通过设置上述的无线能量发射装置100和无线能量接收装置200，通过上述的反馈信号与微波信号的频率差值最大，可以达到增大能量存储的目的；同时，通过反射直流电信号相关的反馈信号，采用反向散射的方式，避免了在无线能量接收装置200中设置定位模块，从而降低了无线能量接收装置200的功耗，进而降低了无线供能系统300的功耗，扩大了无线供能系统300的使用范围。

本公开实施例还提供了一种无线供能方法，参照图4，无线供能方法可以包括以下步骤：

步骤S420，产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射微波信号；

步骤S440，接收无线能量接收装置发射的反馈信号；

步骤S460，根据反馈信号控制调整微波信号的相位，以使反馈信号与微波信号的频率差值最大。

其中，上述无线供能方法主要应用于前述的无线能量发射装置，其具体的原理已经在上述实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。

参照图5，提供了本公开实施例中另一种无线供能方法的流程图。该无线供能方法可以包括以下步骤：

步骤S520，接收无线能量发射装置发送的微波信号，并将所述微波信号转化为直流电信号；

步骤S540，存储所述直流电信号的能量；

步骤S560，发送与所述直流电信号相关的反馈信号。

其中，上述无线供能方法主要应用于前述的无线能量接收装置，其具体的原理已经在上述实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本公开实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。本公开实施例中，计算机可以包括前面所述的装置。

尽管在此结合各实施例对本公开进行了描述，然而，在实施所要求保护的本公开过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本公开进行了描述，显而易见的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本公开的示例性说明，且视为已覆盖本公开范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种无线能量发射装置，其特征在于，包括：

能量发射模块，用于产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射所述微波信号；

接收器，用于接收所述无线能量接收装置发射的反馈信号；

处理器，用于根据所述反馈信号控制调整所述微波信号的相位，以使所述反馈信号与所述微波信号的频率差值最大。

2.根据权利要求1所述的无线能量发射装置，其特征在于，所述能量发射模块包括：射频振荡器、功率分配器和多个发射器；其中，

所述射频振荡器的输出端与所述功率分配器的输入端相连，所述功率分配器的输出端与多个所述发射器相连；

所述接收器与所述功率分配器相连，所述接收器用于接收所述微波信号，并根据所述微波信号对所述反馈信号进行低通滤波，获得所述频率差值。

3.根据权利要求2所述的无线能量发射装置，其特征在于，所述发射器包括：移相器、功率放大器和发射天线；其中，

所述移相器的输入端与所述功率分配器的输出端相连，所述移相器的输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与所述发射天线相连，所述发射天线用于发射所述微波信号。

4.根据权利要求3所述的无线能量发射装置，其特征在于，所述处理器与所述接收器、所述射频振荡器、所述移相器相连，所述处理器用于根据所述频率差值，控制所述移相器调整所述微波信号的相位。

5.根据权利要求4所述的无线能量发射装置，其特征在于，所述接收器包括：反馈接收天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波器和中频放大器；其中，

所述反馈接收天线用于接收所述反馈信号，所述低噪声放大器的输入端与所述反馈接收天线相连，所述低噪声放大器的输出端与所述混频器的第一输入端相连，所述混频器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连，所述低通滤波器的输出端与所述中频放大器的输入端相连，所述中频放大器的输出端与所述处理器相连；

所述混频器的第二输入端与所述功率分配器相连。

6.一种无线能量接收装置，其特征在于，包括：

信号转化模块，用于接收无线能量发射装置发送的微波信号，并将所述微波信号转化为直流电信号；

能量存储模块，与所述信号转化模块相连，所述能量存储模块用于存储所述直流电信号的能量；

反馈信号产生模块，所述反馈信号产生模块的输入端与所述信号转化模块的输出端相连，所述反馈信号产生模块的输出端用于发送所述直流电信号相关的反馈信号。

7.根据权利要求6所述的无线能量接收装置，其特征在于，所述反馈信号产生模块包括：压控振荡器、开关和反射天线；其中，

所述压控振荡器的输入端与所述信号转化模块的输出端相连，所述压控振荡器的输出端与所述开关相连，并通过所述开关控制所述反射天线发送所述反馈信号。

8.根据权利要求7所述的无线能量接收装置，其特征在于，所述反射天线通过所述开关接地，所述压控振荡器用于控制所述开关的通断。

9.根据权利要求6所述的无线能量接收装置，其特征在于，所述信号转化模块包括：接收天线、阻抗匹配单元和整流器；其中，

所述接收天线用于接收所述微波信号；所述阻抗匹配单元的输入端与所述接收天线相连，所述阻抗匹配单元的输出端与所述整流器的输入端相连，所述整流器的输出端与所述能量存储模块相连。

10.一种无线供能系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-5中任一项所述的无线能量发射装置和至少一个如权利要求6-9中任一项所述的无线能量接收装置。

11.一种无线供能方法，其特征在于，包括：

产生微波信号，并向至少一个无线能量接收装置发射所述微波信号；

接收所述无线能量接收装置发射的反馈信号；

根据所述反馈信号控制调整所述微波信号的相位，以使所述反馈信号与所述微波信号的频率差值最大。

12.一种无线供能方法，其特征在于，包括：

接收无线能量发射装置发送的微波信号，并将所述微波信号转化为直流电信号；

存储所述直流电信号的能量；

发送与所述直流电信号相关的反馈信号。