CN116746026A - 带有具有多个功率传送点的天线元件的无线功率发送器及其使用方法，每个功率传送点仅在与无线功率接收器耦接时传送电磁能量 - Google Patents

带有具有多个功率传送点的天线元件的无线功率发送器及其使用方法，每个功率传送点仅在与无线功率接收器耦接时传送电磁能量 Download PDF

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Abstract

一种无线功率发送器，包括天线，所述天线包括多个功率传送点。天线被配置为在多个模式下操作。所述多个模式包括待机模式和单接收器功率传送模式。待机模式以预定的时间间隔向天线提供信号。所述信号使得天线发送低于阈值量的电磁能量，并产生在每个功率传送点处大致均匀分布的电场。在无线功率接收器与多个功率传送点中的一个耦接时激活单接收器功率传送模式，使得(i)电场在多个功率传送点中的一个处的部分大于在任何其他功率传送点处的部分，以及(ii)电磁能量在多个功率传送点中的所述一个处从天线被传送到无线功率接收器。

Description

带有具有多个功率传送点的天线元件的无线功率发送器及其 使用方法，每个功率传送点仅在与无线功率接收器耦接时传 送电磁能量
相关申请的交叉引用
本申请是2021年12月7日申请的美国专利第17/544,779号的延续，该专利要求于2020年12月9日申请的第63/123,452号美国临时专利申请(其标题为“Wireless-PowerTransmitters with Antenna Elements Having Multiple Power-Transfer Points ThatEach Only Transfer Electromagnetic Energy Upon Coupling with a Wireless-PowerReceiver,and Methods of Use Thereof”)的优先权。
技术领域
本发明一般涉及用于无线功率传输的系统，更具体地，涉及带有具有多个功率传送点的天线元件的无线功率发送器以及其使用方法，每个功率传送点仅在与无线功率接收器耦接时传送电磁能量。
背景技术
用于消费设备的无线充电系统通常需要用户将设备放置在要充电的无线功率发送器周围的特定位置或朝向。当设备从特定位置或朝向移动时，中断或终止设备的充电。此外，许多传统系统沿天线元件的长度辐射功率，而不仅仅在沿天线元件的长度的特定点处辐射功率。这可能导致无线功率的有损传输。
因此，希望提供用于无线发送和接收功率的系统和方法，以解决上述缺点。
发明内容
本文所述的无线功率传输系统使得无线功率发送器能够以多个模式操作，诸如待机模式、单接收器功率传送模式和/或多接收器功率传送模式。在待机模式时，无线功率发送器不发送或发送可忽略不计的量(例如，小于.1W/kg)的电磁能量。在无线功率接收器与无线功率发送器的天线元件的多个功率传送点中的一个耦接时，激活无线功率发送器的单接收器功率传送模式。类似地，在至少两个无线功率接收器与无线功率发送器的天线元件的多个功率传送点的相应的功率传送点耦接时，激活无线功率发送器的多接收器功率传送模式。当在单接收器功率传送模式或多接收器功率传送模式中时，无线功率发送器的天线元件在多个功率传送点的一个(或用于多接收器功率传送模式的每个功率传送点)处将电磁能量传送到相应的无线功率接收器。以这种方式，例如，无线功率传输系统能够以局部方式将功率无线传送到接收器，从而确保用户和/或任何其他异物(例如，生活或非生活物品，诸如宠物、钥匙等)的安全环境。
此外，本文所述的无线功率传输系统还使得无线功率接收器能够有效和高效地接收无线功率，而不管其在无线功率发送器的天线元件的多个功率传送点中的一个处的位置。例如，在一些实施例中，无线功率接收器包括耦接到第一金属馈电板的第一平面的第一天线元件，以及耦接到第二金属馈电板的第二平面的第二天线元件。第一天线元件被配置为与无线功率发送天线(例如，无线功率发送器的天线元件的多个功率传送点的功率传送点)进行电容耦接，使得无线功率发送天线在功率传送点处将电磁能量传送到第一天线元件。第一金属馈电板使得第一天线元件在垂直于第一金属馈电板的第一平面的方向上接收电磁能量。类似地，第二天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第二天线元件，并且第二金属馈电板使得第二天线元件在垂直于第二金属馈电板的第二平面的方向上接收电磁能量。这样，无线功率接收器能够在第一或第二天线元件处接收电磁能量，并且将电磁能量(例如，通过无线功率发送器天线与所发送的EM能量发送器相关联的E场)引导到最优方向(例如，垂直于各个金属馈电板的各个平面)，以确保无线功率的有效传送。
(A1)根据一些实施例，一种无线功率发送器包含包括多个功率传送点的天线元件。天线元件被配置为在多个模式下操作。多个模式包括待机模式和单接收器功率传送模式。在待机模式中，以预定的时间间隔向天线元件提供信号。信号使得天线元件发送低于阈值量的电磁能量并使得天线元件产生在多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场。在相应的无线功率接收器在多个功率传送点中的一个处与天线元件耦接时激活单接收器功率传送模式，使得(i)电场在多个功率传送点中的一个处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他处的部分，以及(ii)在多个功率传送点中的一个处，将电磁能量从天线元件传送到相应的无线功率接收器。
(A2)在A1的一些实施例中，多个模式还包括多接收器功率传送模式。在至少第一无线功率接收器与多个功率传送点中的第一功率传送点处与天线元件耦接，并且第二无线功率接收器在多个功率传送点中的、与功率传送点不同的第二功率传送点处与天线元件耦接时激活多接收器功率传送模式。电场在多个功率传送点中的第一功率传送点处的第一部分大于在多个功率传送点中的任何其他空闲功率传送点处的部分，并且在多个功率传送点中的第一功率传送点处，电磁能量从天线元件被传送到第一无线功率接收器。电场在多个功率传送点中的第二功率传送点处的第二部分大于在多个功率传送点中的任何其他空闲功率传送点处的部分，并且在多个功率传送点中的第二功率传送点处，电磁能量从天线元件被传送到第二无线功率接收器。电场的第一部分和电场的第二部分大致相似。
(A3)在A2的一些实施例中，多接收器功率传送模式将电磁能量从天线元件传送到第一无线功率接收器和第二无线功率接收器，而不使用功率分配器。
(A4)在A1-A3中任一个的一些实施例中，天线元件具有大致对称的设计。
(A5)在A1-A4中任一个的一些实施例中，天线元件具有星形模式，在天线元件的边缘上具有多个子天线元件。
(A6)在A1-A5中任一个的一些实施例中，天线元件包括多个子天线元件，其中每个子天线元件包括被配置为与无线功率接收器阻抗匹配的套管。
(A7)在A1-A6中任一个的一些实施例中，天线元件被E-wall围绕，E-wall被配置为调制电场在多个功率传送点中的一个处的部分。
(A8)在A1-A7中任一个的一些实施例中，天线元件被提供扩展接地层的E-wall围绕。
(A9)在A1-A8中任一个的一些实施例中，天线元件被E-wall围绕，E-wall被配置为最大化到多个功率传送点中的一个的功率传送。
(A10)在A1-A9中任一个的一些实施例中，天线元件被E-wall围绕，E-wall被配置为从天线元件垂直引导电场的部分。
(A11)在A1-A10中任一个的一些实施例中，天线元件被E-wall围绕，天线元件和E-wall的大小使得其被配置为放置在包括腔阱和腔壁的外壳内，其中多个功率传送点位于腔阱处，E-wall位于腔壁处。
(A12)在A1-A11中任一个的一些实施例中，天线元件是被配置为以约900MHz的中心频率操作的低增益天线元件。
(A13)在A1-A12中任一个的一些实施例中，在无线功率发送器处于待机模式时，当信号被提供给天线元件时，天线元件具有低于3dBi的增益。
(A14)在A1-A13中任一个的一些实施例中，在无线功率发送器处于待机模式时，当信号被提供给天线元件时，天线元件具有低于2dBi的增益。
(A15)在A1-A14中任一个的一些实施例中，在无线功率发送器处于单接收器功率传送模式时，天线元件具有约2dBi的增益，并以约900MHz的中心频率操作。
(A16)在A1-A15中任一个的一些实施例中，在无线功率发送器处于单接收器功率传送模式时，天线元件以至少高50％的耦接效率与相应的无线功率接收器耦接。
(A17)在A1-16中任一个的一些实施例中，在无线功率发送器处于多接收器功率传送模式时，天线元件具有至少2dBi的增益，并且以约900MHz的中心频率操作。
(A18)在A1-17中任一个的一些实施例中，在无线功率发送器处于多接收器功率传送模式时，天线元件以至少50％的组合耦接效率与第一和第二无线功率接收器耦接。
(A19)在A1-18中任一个的一些实施例中，相应的无线功率接收器与多个功率传送点中的一个处的天线元件的耦接是电容耦接。
(A20)在A1-19中任一个的一些实施例中，还包括被配置为使得天线元件在多个模式之间切换的控制器。
(A21)在A20中任一个的一些实施例中，还包括耦接到天线元件的功率放大器，并且控制器被配置为使得功率放大器向天线元件提供信号。
(A22)在A1-21中任一个的一些实施例中，还包括通信组件，并且控制器被配置为从通信组件接收相应的无线功率接收器的、用于确定被传送到相应的无线功率接收器的EM能量的特性的充电配置数据。
(A23)根据权利要求A1-A22中任一权利要求所述的无线功率发送器，相应的无线功率接收器是权利要求B1-B12(如下所述)的任何无线功率接收器。
(B1)根据一些实施例，一种无线功率接收器包括耦接到第一金属馈电板的第一平面的第一天线元件。第一天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第一天线元件，并且第一金属馈电板使得第一天线元件在垂直于第一金属馈电板的第一平面的方向上接收电磁能量。无线功率接收器还包括耦接到第二金属馈电板的第一平面的第二天线元件。第二天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第二天线元件，并且第二金属馈电板使得第二天线元件在垂直于第二金属馈电板的第一平面的方向上接收电磁能量。无线功率接收器还包括耦接到第一金属馈电板的、与第一平面相对的第二平面的功率转换电路，功率转换电路被配置为经由第一天线元件的第一金属馈电板接收电磁能量。
(B2)在B1的一些实施例中，还包括耦接到第二金属馈电板的、与第一平面相对的第二平面的附加功率转换电路，附加功率转换电路被配置为经由第二天线元件的第二馈电板接收电磁能量。
(B3)在B1-B2中任一个的一些实施例中，功率转换电路和附加功率转换电路相同。
(B4)在B1-B3中任一个的一些实施例中，第一天线元件和第二天线元件分别是形成螺旋模式的导线。
(B5)在B1-B4中任一个的一些实施例中，第一天线元件被配置为与包围第一天线元件的第一帽耦接，第二天线元件被配置为与包围第二天线元件的第二帽耦接，其中第一帽和第二帽作为电介质操作。
(B6)在B5的一些实施例中，第一帽和第二帽具有约8dB的回波损耗。
(B7)在B5-B6中任一个的一些实施例中，第一帽和第二帽包括相应的金属内部。
(B8)在B1-B7中任一个的一些实施例中，第一天线元件垂直于第一金属馈电板的第一平面，并且第二天线元件垂直于第二金属馈电板的第一平面。
(B9)在B1-B8中任一个的一些实施例中，权利要求23-30中任一项的无线功率接收器，其中第一天线元件和第二天线元件具有约2dBi的增益。
(B10)在B1-B9中任一个的一些实施例中，功率转换电路被配置为将电磁能量转换为电能，用于对电耦接到无线功率接收器的电池充电。
(B11)在B1-B10中任一个的一些实施例中，无线功率接收器被配置为放置在包括第一端和与第一端相对的第二端的外壳中。第一天线元件位于外壳的第一端处，第二天线元件位于外壳的第二端处。
(B12)在B11中任一个的一些实施例中，外壳包括主体，并且功率转换电路位于外壳的主体内。
(B12)在B1-B12中任一个的一些实施例中，无线功率发送天线是权利要求A1-A22的无线功率发送器的天线元件。
(C1)根据一些实施例，一种无线提供功率的方法包括，在包含包括多个功率传送点的天线元件的无线功率发送器处，被配置为以多个模式操作的天线元件，在多个模式中的待机模式下操作天线元件。在待机模式下操作天线元件包括以预定时间间隔向天线元件提供信号，由天线元件基于信号发送低于电磁(EM)能量的阈值量的EM能量，以及由天线元件基于信号产生在多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场。方法包括在多个功率传送点中的第一功率传送点处检测到与天线元件耦接的第一无线功率接收器，并响应于该检测，在单接收器功率传送模式下操作天线元件。在单接收器功率传送模式下操作天线元件包括调整由天线元件产生的电场的部分，使得电场在多个功率传送点中的第一功率传送点处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他功率传送点处的部分，以及在多个功率传送点中的第一功率传送点处将EM能量从天线元件传送到第一无线功率接收器。
(C2)在C1的一些实施例中，当在单接收器功率传送模式下操作天线元件时，方法包括在多个功率传送点中的第二功率传送点处检测到与天线元件耦接的第二无线功率接收器，第二功率传送点不同于第一功率传送点。响应于该检测，方法包括在多接收器功率传送模式下操作天线元件，包括调整由天线元件产生的电场的另一部分，使得电场在多个功率传送点中的第二功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分，在多个功率传送点中的第一功率传送点处将EM能量从天线元件传送到第一无线功率接收器，并且在多个功率传送点中的第二功率传送点处将EM能量从天线元件传送到第二无线功率接收器。电场在第一功率传送点处的部分和电场在第二功率传送点处的另一部分大致相似。
(C3)在C1的一些实施例中，当在待机模式下操作天线元件时，方法包括在多个功率传送点中的第一功率传送点处检测到与天线元件耦接的第一无线功率接收器，以及在多个功率传送点中的第二功率传送点处检测到与天线元件耦接的第二无线功率接收器，第二功率传送点不同于第一功率传送点。响应于该检测，方法包括在多接收器功率传送模式下操作天线元件，包括调整由天线元件产生的电场的第一部分，使得电场在多个功率传送点中的第一功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分，以及调整由天线元件产生的电场的第二部分，使得电场在多个功率传送点中的第二功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分。方法还包括在多个功率传送点中的第一功率传送点处将EM能量从天线元件传送到第一无线功率接收器，并且在多个功率传送点中的第二功率传送点处将EM能量从天线元件传送到第二无线功率接收器。电场在第一功率传送点处的第一部分和电场在第二功率传送点处的第二部分大致相似。
(C4)在C1-C3中任一个的一些实施例中，无线功率发送器还包括围绕天线元件的E-wall。E-wall被配置为调制电场在多个功率传送点中的一个处的部分。
(C5)在C4的一些实施例中，E-wall提供扩展接地层。
(C6)在C4-C5中任一个的一些实施例中，E-wall被配置为最大化到多个功率传送点中的一个的功率传送。
(C7)在C4-C6中任一个的一些实施例中，E-wall被配置为从天线元件垂直引导电场的部分。
(D1)根据一些实施例，一种制造无线功率发送器的方法包括形成包括多个功率传送点的天线元件。形成天线元件包括形成多个子天线元件。每个子天线元件具有相同的形状，每个子天线元件从天线元件的中心延伸到天线元件的外边缘，并且多个子天线元件形成对称天线元件。天线元件被配置为在包括待机模式和单接收器功率传送模式的多个模式下操作。在待机模式下，以预定的时间间隔向天线元件提供信号。信号使得天线元件发送低于阈值量的电磁能量，并且使得天线元件产生在多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场。在相应的无线功率接收器与多个功率传送点中的一个耦接时激活单接收器功率传送模式。在单接收器功率传送模式中，电场在多个功率传送点中的一个处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他处的部分，并且电磁能量在多个功率传送点中的一个处从天线元件被传送到相应的无线功率接收器。
(D2)在D1的一些实施例中，方法包括形成围绕天线元件的E-wall。E-wall被配置为调制电场在多个功率传送点中的一个处的部分。
(D3)在D2的一些实施例中，E-wall被配置为提供扩展接地层。
(D4)在D2-D3中任一个的一些实施例中，E-wall被配置为最大化到多个功率传送点中的一个的功率传送。
(D5)在D2-D4中任一个的一些实施例中，E-wall被配置为从天线元件垂直引导电场的部分。
(D6)在D2-D5中任一个的一些实施例中，形成E-wall包括调整E-wall的大小，使得其被配置为放置在包括腔壁的外壳内，以及将E-wall放置在腔壁附近，使得E-wall与腔壁垂直。
(D7)在D1-D6中任一个的一些实施例中，形成天线元件包括调整天线元件的大小，使得其被配置为放置在包括腔阱的外壳内，并且将天线元件放置在腔阱附近，使得多个功率传送点位于腔阱处。
(D8)在D1-D7中任一个的一些实施例中，方法包括将发送器定位在外壳内。
(E1)根据一些实施例，一种制造无线功率接收器的方法包括形成第一天线元件，提供包括第一平面和第二平面的第一金属板，第一平面与第一平面相对，以及将第一天线元件耦接到第一金属馈电板的第一平面。第一天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第一天线元件，并且第一金属馈电板使得第一天线元件在垂直于第一金属馈电板的第一平面的方向上接收电磁能量。方法还包括形成第二天线元件，提供与第一金属板不同的第二金属板，第二金属板包括第一平面和第二平面，第一平面与第一平面相对，以及将第二天线元件耦接到第二金属馈电板的第一平面。第二天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第二天线元件，并且第二金属馈电板使得第二天线元件在垂直于第二金属馈电板的第一平面的方向上接收电磁能量。方法还包括提供功率转换电路，并且将功率转换电路耦接到第一金属馈电板的第二平面。功率转换电路被配置为经由第一天线元件的第一金属馈电板接收电磁能量。
(E2)在E1的一些实施例中，方法还包括提供附加功率转换电路，并且将附加功率转换电路耦接到第二金属馈电板的第二平面。功率转换电路被配置为经由第二天线元件的第一金属馈电板接收电磁能量。
(E3)在E2的一些实施例中，功率转换电路和附加功率转换电路相同。
(E4)在E1-E3中任一个的一些实施例中，第一天线元件和第二天线元件分别是形成螺旋模式的导线。
(E5)在E1-E4中任一个的一些实施例中，方法还包括提供第一帽，并且将第一帽耦接到第一天线元件，使得第一帽包围第一天线元件。方法还包括提供第二帽，并且将第二帽耦接到第二天线元件，使得第二帽包围第二天线元件。第一帽和第二帽作为电介质操作。
(E6)在E5的一些实施例中，第一和第二金属帽包括金属内部。
(E7)在E1-E6中任一个的一些实施例中，第一天线元件垂直于第一金属馈电板的第一平面，并且第二天线元件垂直于第二金属馈电板的第一平面。
(E8)在E1-E7中任一个的一些实施例中，方法还包括提供电池，并且将电池耦接到功率转换电路。功率转换电路被配置为将电磁能量转换为电能，用于对电池充电。
(E9)在E1-E8中任一个的一些实施例中，方法还包括将无线功率接收器放置在包括第一端和与第一端相对的第二端的外壳内。方法还包括将第一天线元件定位在外壳的第一端处，以及将第二天线元件定位在外壳的第二端处。
(E10)在E9的一些实施例中，外壳还包括主体，并且将无线功率接收器放置在外壳内还包括将功率转换电路定位在外壳的主体中。
注意，上面描述的各种实施例可以与本文描述的任何其他实施例相结合。说明书中描述的特征和优点并不是包罗万象的，特别是，鉴于附图、说明书和权利要求，许多额外的特征和优势对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。此外，应当注意，说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择的，并且可能没有被选择来描绘或限定发明主题。
附图说明
为了能够更详细地理解本发明，可以通过参考各种实施例的特征来进行更具体的描述，其中一些在附图中示出。然而，附图仅示出了本发明的相关特征，因此不应被认为是限制性的，因为描述可以承认其他有效特征。
图1示出了根据一些实施例的无线功率传输系统。
图2A和2B示出了根据一些实施例的无线功率发送器和待机模式操作。
图3示出了根据一些实施例的无线功率接收器。
图4A-4C示出了根据一些实施例的没有一个或多个帽的无线功率接收器的性能。
图5A-5C示出了根据一些实施例的具有一个或多个包括金属内部的帽的无线功率接收器的性能。
图6A-6C示出了根据一些实施例的具有一个或多个包括非金属内部的帽的无线功率接收器的性能。
图7A-7D示出了根据一些实施例的在不同操作频率下与无线功率接收器电容耦接的无线功率发送器的性能。
图8A-8D示出了根据一些实施例的在不同操作频率下与无线功率接收器电容耦接的具有E-wall的无线功率发送器的性能。
图9A和9B示出了根据一些实施例的在没有E-wall的发送器天线元件处产生的电场。
图10A和10B示出了根据一些实施例的在具有E-wall的发送器天线元件处产生的电场。
图11A和11B示出了根据一些实施例的在不同操作频率下与多个无线功率接收器电容耦接的具有E-wall的无线功率发送器的性能。
图12A-12D示出了根据一些实施例的具有E-wall的无线功率发送器的在发送器天线元件处的电场。
图13A和13B是根据一些实施例的无线功率发送器的框图。
图14是根据一些实施例的无线功率发送器的一个或多个组件的框图。
图15是根据一些实施例的无线功率接收器的框图。
图16A和16B是示出根据一些实施例的将电磁能量传送到一个或多个无线功率接收器的方法的流程图。
图17A和17B是示出根据一些实施例的形成无线功率发送器的方法的流程图。
图18A和18B是示出根据一些实施例的形成无线功率接收器的方法的流程图。
根据惯例，附图中所示的各种特征可以不按比例绘制。因此，为了清楚起见，可以任意扩展或减小各种特征的尺寸。此外，一些附图可能不会描述给定系统、方法或设备的所有组件。最后，在说明书和附图中，可以使用相似的附图标记来表示相似的特征。
具体实施方式
本文描述了许多细节，以便提供对附图中所示的示例实施例的透彻理解。然而，可以在没有许多具体细节的情况下实施一些实施例，并且权利要求的范围仅限于权利要求中具体列举的那些特征和方面。此外，尚未详尽地描述众所周知的工艺、组件和材料，以避免不必要地混淆本文所述实施例的相关方面。
发送器设备可以是电子设备，其包括或以其他方式与负责例如产生和发送电磁能量、在传输场中的位置处的辐射剖面内形成发送能量、监测传输场的条件以及在需要时调整辐射剖面的各种组件和电路相关联。本文所描述的辐射剖面是指发送器设备或单个天线(也称为“发送器”)的传输范围内的能量场的分布。接收器(也称为无线功率接收器)可以是电子设备，其包括至少一个天线、至少一个整流电路和至少一个功率转换器，该功率转换器可以利用从发送器在传输场中发送的能量来为电子设备供电或充电。
在一些实施例中，无线功率发送器设备是近场充电垫。在一些实施例中，近场充电垫被配置为在接收器和/或异物与无线功率发送器设备物理接触时启动无线充电。在一些实施例中，天线的测量(例如，当天线空载/打开或具有理想耦接对准时)是从工厂制造测试、模拟和/或特性描述中获得的。在一些实施例中，使用本文公开的无线功率传输系统和/或方法在工厂处校准近场充电垫。在一些实施例中，进一步校准无线功率传输系统和/或方法，以利用安装在近场充电垫中的一个或多个天线进行操作。换句话说，在一些实施例中，在工厂确定辐射剖面、SAR值、来自一个或多个测量点的数据(例如，阻抗值)、近场充电垫的操作场景和/或其他近场充电垫配置，并存储在存储器中以供操作期间使用。例如，可以在工厂校准和存储期间测量近场充电垫容差内的标称阻抗。在一些实施例中，在操作期间，处于不同位置和电荷状态的接收器从存储的值创建可测量的阻抗位移。在一些实施例中，近场充电垫可以执行偏置校正和/或调谐以保护和优化系统性能。
图1示出了根据一些实施例的无线功率传输系统100。无线功率传输系统100包括发送器设备130和电子设备150。发送器设备130包括或耦接到无线功率发送器135，电子设备150包括或耦接到无线功率接收器155。无线功率发送器135和无线功率接收器155被配置为电耦接，使得电磁能量如下所述从无线功率发送器135传送到无线功率接收器155。在一些实施例中，电耦接是指电容耦接。
无线功率发送器135包括发送器天线元件136、E-wall 138(其包括定位并耦接在发送器天线元件136两侧的两个E-wall部分)、功率放大器(未示出)、通信组件(未示出)和控制器140中的一个或多个。下面参考图2、8A-8D和13A-14详细描述无线功率发送器135的附加组件。在一些实施例中，发送器天线元件136以与发送器设备130的底座平面和/或与放置发送器设备130的平面(例如，桌子、地板、柜台、办公桌等)平面的方式定位。无线功率发送器135的发送器天线元件136被配置为以多个模式操作。在一些实施例中，多个模式包括待机模式、单接收器功率传送模式和多接收器功率传送模式中的一个或多个。
在无线功率发送器135处于待机模式时，无线功率发送器135不连续发送电磁能量(即，通常产生0dB或更小)。在一些实施例中，无线功率发送器135以预定的时间间隔(例如，20毫秒、50毫秒、100毫秒等)向发送器天线元件136提供脉冲信号。无线功率发送器135使用该脉冲信号在多个功率传送点202的功率传送点处检测一个或多个无线功率接收器155(图2)。更具体地，脉冲信号使得发送器天线元件136发送低于阈值量(例如，低于0dB到小于3dB)的电磁能量并产生电场，用于在多个功率传送点202(图2)的功率传送点处检测一个或多个无线功率接收器155(例如，通过检测反射功率、电容耦接等)。发送器天线元件136的电场在发送器天线元件136的多个功率传送点202(图2)中的每一个处大致均匀分布(例如，使得沿着发送器天线元件136.的长度的任何特定点处的电场的测量是相同的)。下面参考图2更详细地描述无线功率发送器135的待机模式和多个功率传送点202。
无线功率发送器135在无线功率接收器155与发送器天线元件136的多个功率传送点202中的一个耦接(例如，电容耦接)时激活单接收器功率传送模式。在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，电场在多个功率传送点202中的一个处的部分大于在发送器天线元件136的多个功率传送点202的任何其他处的部分，并且在多个功率传送点中的该一个处，电磁能量从发送器天线元件136被传送到无线功率接收器155。下面参考图7A-10B更详细地描述无线功率发送器135的单接收器功率传送模式。
无线功率发送器135在至少两个无线功率接收器155与多个功率传送点202的相应的功率传送点耦接时激活多接收器功率传送模式。例如，在一些实施例中，在至少第一无线功率接收器155与发送器天线元件136的多个功率传送点202中的第一功率传送点耦接并且第二无线功率接收器155与发送器天线元件136的多个功率传送点202中的第二功率传送点(第二功率传送点与第一功率传送点不同)耦接时激活多接收器功率传送模式。在无线功率发送器135处于多接收器功率传送模式时，电场在发送器天线元件136的多个功率传送点202中的相应的功率传送点(例如，在上面描述的示例中的第一和第二功率传送点)处的相应的部分大于在多个功率传送点202中的任何其他空闲功率传送点(例如，没有无线功率接收器耦接到的功率传送点)处的部分，并且在多个功率传送点202中的相应的功率传送点处，电磁能量从发送器天线元件136被传送到相应的无线功率接收器。在一个示例中，电场在第一功率传送点和第二功率传送点两者处的相应的部分实质上是相同的值(例如，彼此之间在3dB以内)。因此，以这种方式，具有其天线元件的无线功率发送器能够在其任何功率传送点处提供一致电荷，并且可以同时向多个不同的无线功率接收器提供相同的一致电荷。下面参考图11A-12D更详细地描述无线功率发送器135的多接收器功率传送模式。
在一些实施例中，无线功率发送器135的发送器天线元件136与E-wall 138耦接，E-wall 138可以围绕发送器天线元件136的周长，或者可以围绕发送器天线元件136的至少两侧。在一些实施例中，E-wall 138提供发送器天线元件136的接地层的扩展。下文描述了E-wall 138的优点的非详尽列表。E-wall 138可以被配置为调制在发送器天线元件136的多个功率传送点的功率传送点处产生的电场的部分。更具体地，E-wall 138有助于调制在发送器天线元件136的上表面的至少一部分(例如，无线功率发送器135和无线功率接收器155之间的接触点处(即，在无线功率发送器134和无线功率接收器155具有电容耦接的特定功率传送点处))的电场分布。在一些实施例中，E-wall 138可以被配置为帮助最大化在多个功率传送点的功率传送点处从发送器天线元件136到无线功率接收器155的功率的无线传送(例如，电磁能量的传送)。具体地，E-wall 138可以被配置为帮助最大化在无线功率发送器135和无线功率接收器155已经耦接(例如，电容耦接)的多个功率传送点202的功率传送点处从发送器天线元件136到无线功率接收器155的功率的无线传送。在一些实施例中，E-wall 138有助于确保从发送器天线元件136无线传输到无线功率接收器155的功率的有利电场方向。更具体地，在一些实施例中，E-wall138可以被配置为将电场的部分从发送器天线元件136(例如，其中电场的部分在无线功率发送器135和无线功率接收器155耦接的特定功率传送点处被传送)引导到基本垂直的方向(例如，垂直于发送器天线元件136的上表面的方向)。
尽管上面提供的示例用于单个无线功率接收器155，但相同或类似的优点可以提供给无线功率发送器135的发送器天线元件136的多个功率传送点的相应的功率传送点处的多个无线功率接收器155。例如，E-wall 138有助于调制每个无线功率接收器155所位于的发送器天线元件136的上表面的相应的部分的电场分布。下面参考图8A-10B更详细地描述无线功率发送器135的E-wall 138的性能。
在一些实施例中，无线功率发送器135包括控制器140，该控制器可以被配置为使得无线功率发送器135在多个模式之间切换。尽管控制器140可以使得无线功率发送器135在多个模式之间切换，但是无线功率发送器135还能够在没有控制器140的情况下在多个模式之间切换(例如，在检测到一个或多个无线功率接收器155耦接多个功率传送点的相应的功率传送点时，在多个模式之间自动切换(没有控制器140))。在一些实施例中，控制器140耦接到功率放大器(未示出)，并被配置为使得功率放大器(未示出)向发送器天线元件136提供信号，该信号然后作为电磁能量被发送(在与功率传送点中的一个处的无线功率接收器发生耦接时)。在一些实施例中，控制器140耦接到通信组件(未示出)，并被配置为从通信组件接收用于无线功率接收器155的充电配置数据。控制器140可以使用充电配置数据来确定是否将电磁能量传送到无线功率接收器155、用于确保更有效地无线传送电磁能量的一个或多个参数(例如，幅度、持续时间、功率电平等)以及其他充电特定配置。下面参考图13A-14更详细地描述控制器140的一个或多个操作。
如上所述，发送器设备130包括或与无线功率发送器135耦接。在一些实施例中，无线功率发送器135或其组件中的一个或多个(例如，发送器天线元件136、E-wall 138、控制器140和其他无线功率发送器135-组件中的一个或多个)的大小被配置为使得它们被配置为放置在发送器设备130的外壳内。作为说明性示例，发送器设备130的外壳可以包括腔阱134(或基座)和腔壁132，发送器天线元件136(和多个功率传送点)位于腔阱134处，并且E-wall 138位于或沿着腔壁132。
无线功率接收器155包括一个或多个天线元件(如至少图3-6C所示)，该一个或多个天线元件被配置为与无线功率发送器135(并且更具体地，发送器天线元件136的相应的功率传送点)电容耦接，使得无线功率发送器135在相应的功率传送点向无线功率接收器155的相应的天线元件无线传送电磁能量。无线功率接收器155还可以包括耦接到无线功率接收器155的一个或多个天线元件的功率转换电路(如至少图3-6C所示)，该功率转换电路被配置为将所接收的电磁能量转换为可用于对诸如电池的储能元件进行充电的可用功率。在一些实施例中，电池是电子设备150的一部分。替代地，在一些实施例中，电池是无线功率接收器155的一部分，并且还用于提供功率以操作电子设备150。下面参考图3-6C和15更详细地描述无线功率接收器155的附加组件、无线功率接收器155的不同配置和不同功能。
如上所述，电子设备150包括或耦接到无线功率接收器155。在一些实施例中，无线功率接收器155或其组件中的一个或多个(例如，一个或多个天线元件、功率转换电路和其他无线功率接收器155组件中的一个或多个)被配置为放置在电子设备150的外壳中。例如，电子设备150可以包括被配置为容纳无线功率接收器155的第一天线元件的第一端152a(例如，顶端或尖端)，与第一端152a相对的第二端152b(例如，底端)，以及被配置为容纳功率转换电路和其他无线功率接收器155组件的主体部分154。
图2A和2B示出了根据一些实施例在待机模式下操作的无线功率发送器135。图2A提供了无线功率发送器135以及更具体地，发送器天线元件136及其多个功率传送点202的俯视图。在一些实施例中，发送器天线元件136包括多个子天线元件204，这些子天线元件从发送器天线元件136的中心延伸到发送器天线元件136的外边缘(例如，从中心点延伸到无线功率发送器135的外部尺寸或发送器设备130的外部尺寸；图1)，以及一个或多个套管206(下面讨论)。在一些实施例中，发送器天线元件136是被配置为以约900MHz、920MHz、950MHz的中心频率操作的低增益天线元件(使得天线元件仍然可以以约+/-10MHz的中心频率进行发送)。在一些实施例中，发送器天线元件136是被配置为在920MHz以下(例如，在918MHz)操作的低增益天线元件。
在一些实施例中，发送器天线元件136的多个功率传送点202位于发送器天线元件136的任何(平面)表面上或处。多个功率传送点202可以指发送器天线元件136的预定部分、区域或面积，其中可以传送电磁能量。多个功率传送点202的预定部分、区域或面积可以是不同大小、对称、不对称或其组合。例如，多个功率传送点202的功率传送点可以包括多个子天线元件204的一个或多个子天线元件之间的覆盖区域、邻近发送器天线元件136或多个子天线元件204的一个或多个子天线元件的区域、发送器天线元件136或多个子天线元件204的一个或多个子天线元件上的位置、和/或可以传送电磁能量的其他区域。例如，第一功率传送点208可以是覆盖发送器天线元件136的预定部分(例如，天线表面积的五分之一)的对称区域。在另一示例中，第二功率传送点210可以是发送器天线元件136的一个或多个子天线元件204的迹线。在第三示例中，第三功率传送点212可以是覆盖发送器天线元件136的表面积的任何预定区域或形状(例如，覆盖子天线元件204的方形部分)。在又一示例中，第四功率传送点214可以是发送器天线元件136的精确定位或局部区域。上述示例是为了说明目的而提供的，并且不是可以在一些实施例中实施的不同多个功率传送点202的详尽列表。下面的图9A中提供了额外的说明性示例。
多个功率传送点202被配置为与一个或多个无线功率接收器155的一个或多个天线耦接(当放置在多个功率传送点202的功率传送点上时)。当无线功率接收器155被放置在多个功率传送点202的功率传送点上时，无线功率发送器135进入单接收器功率传送模式，并且使得电场在功率传送点处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他处的部分(如果这些其他功率传送点是空闲的)，并且使得电磁能量从发送器天线元件136被传送到无线功率接收器155(即，在功率传送点处)。类似地，当至少两个无线功率接收器155在多个功率传送点中的相应的功率传送点处耦接时，无线功率发送器135进入多接收器功率传送模式，其中多个接收器耦接的功率传送点每个向接收器传送相同量的功率，使得多个接收器耦接的那些功率传送点处的电场大于多个功率传送点中的任何其他点处的电场(如果这些其他功率传送点是空闲的)。
在一些实施例中，发送器天线元件136具有大致对称的设计。在一些实施例中，大致对称的设计意味着一个或多个子天线元件具有相同的设计。在一些实施例中，对称模式设计在发送器天线元件136上提供低辐射增益。在一些实施例中，发送器天线元件136具有星形模式(多个子天线元件204位于天线元件的边缘上)。在一些实施例中，当未耦接到无线功率接收器155时(即，当无线功率接收器155未与多个功率传送点202的功率传送点耦接时)，发送器天线元件136上的低辐射增益小于2dB到3dB。在一些实施例中，当发送器天线元件136未与无线功率接收器155耦接时，发送器天线元件136上不存在辐射增益。
在一些实施例中，多个子天线元件204包括一个或多个套管206，其被配置为执行阻抗匹配。具体地，一个或多个套管206可以被设计为匹配无线功率接收器155(图1)的负载阻抗或电抗，以实现最优功率传送(当无线功率接收器155与发送器天线元件136的多个功率传送点202的功率传送点耦接时)。该阻抗匹配受到许多因素的影响，诸如匹配无线功率接收器155天线和无线功率发送器135发送器天线元件136、无线功率接收器155的输出负载、天线相对于无线功率发送器136和无线功率收收器155的角度和位置、多个功率传送点202内的无线功率发送器135和无线功率接收器155之间的障碍物、温度以及系统对系统变化(有时称为无线功率硬件变化)。这些因素可以直接或间接地被观察为由功率信标刺激的可测量电变化(例如，在不同功率电平、频率、位置等上扫掠到无线功率接收器155所处位置(或接触)的功率传送点202的短低功率突发)。在一些实施例中，这些电子测量(例如，反射功率、正向功率、驱动电流、驱动电压、温度等)在信标期间被捕获并被保存为一组特征值。此外或替代地，在一些实施例中，这些电子测量经由无线功率发送器135的通信组件被提供给无线功率发送器135。在一些实施例中，由控制器104(图1)无线功率发送器135使用电测量来确定是否将电磁能量传送到无线功率接收器155、电磁能量的一个或多个参数(例如，幅度、持续时间等)以及其他特定于充电的确定。
待机模式增益图250示出了当用于检测无线功率接收器155的脉冲信号被提供给发送器天线元件136时无线功率发送器135的增益。以预定的时间间隔(例如，20毫秒、50毫秒、100毫秒等)将脉冲信号提供给发送器天线元件136。在待机模式增益图250中，在无线功率发送器135的发送器天线元件136的任何功率传送点处都不耦接无线功率接收器155。待机模式增益图250示出了当提供脉冲信号时以918MHz的中心频率操作的无线功率发送器135。在待机模式下，发送器天线元件136(基于脉冲信号)的电场在多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布。此外，天线元件在待机模式下辐射(使用脉冲信号)小于电磁能量的阈值量(例如，小于3dB到0dB)。通常，在待机模式下时，无线功率发送器135不发送任何电磁能量(仅当提供脉冲信号时发送电磁能量)。
图3示出了根据一些实施例的无线功率接收器155。无线功率接收器155包括耦接到相应的金属馈电板304的平面的接收器天线元件302、帽308和功率转换电路306中的一个或多个。例如，在一些实施例中，无线功率接收器155包括耦接到第一金属馈电板304a的第一平面的第一接收器天线元件302a，以及耦接到第二金属馈电板304b的第一平面的第二接收器天线元件302b。图3还示出如上参考图1所述的电子设备150的外壳内的无线功率接收器155的一个或多个组件。
无线功率接收器155的接收器天线元件302被配置为与无线功率发送器135的天线元件的相应的功率传送点(例如，发送器天线元件136的功率传送点中的一个)电容耦接。无线功率发送器135在与无线功率接收器155的接收器天线元件302耦接时，将电磁能量传送到接收器天线元件301。耦接到接收器天线元件302的金属馈电板304使得接收器天线元件301在垂直于其平面的方向(即，可以相对于无线功率接收器155的长度垂直定位的金属馈电板304的平面)上接收电磁能量。例如，第一接收器天线元件302a被配置为与无线功率发送器135的天线元件的相应的功率传送点电容耦接，以使得无线功率发送器136(经由发送器天线元件136的相应的功率传送点)无线地将电磁能量传送到第一接收器天线元件302a。第一金属馈电板304a使得第一接收器天线元件302a在垂直于其第一平面(即，第一金属馈电板304a的平面)的方向上接收电磁能量。类似地，第二接收器天线元件302b被配置为与无线功率发送器135的天线元件的相应的功率传送点电容耦接，以使得无线功率发送器136(经由发送器天线元件136的相应的功率传送点)无线地将电磁能量传送到第二接收器天线元302b。第二金属馈电板304b使得第二接收器天线元件302b在垂直于其第一平面(即，第二金属馈电板304b的平面)的方向上接收电磁能量。
在一些实施例中，接收器天线元件302是形成螺旋模式的导线。例如，第一接收器天线元件302a可以被整形为从导线形成的螺旋模式，并且第二接收器天线元件302b也可以被整形为从另一导线形成的螺旋模式。在一些实施例中，接收器天线元件302垂直于金属馈电板304的平面定位。例如，如图3所示，第一接收器天线元件302a耦接到第一金属表面304a并垂直于其定位，第二接收器天线元件302b耦接到第二金属表面304b并垂直于其定位。在一些实施例中，接收器天线元件302具有约2dBi(+/-10％)的增益。
在一些实施例中，功率转换电路306耦接到每个接收器天线元件302(即，一个或多个接收器天线元件305使用相同的功率转换电路306，该功率转换电路306可以定位在第一和第二接收器天线元件之间)。例如，在一些实施例中，功率转换电路306耦接到第一金属馈电板304a的第二平面(与第一平面相对)和第二金属馈电板304b的第二平面(与第一平面相对)；并且功率转换电路306被配置为经由第一天线元件302a的第一金属馈电板304a和经由第二天线元件302b的第二金属馈电板304b接收电磁能量。替代地，在一些实施例中，将相应(并且不同)的功率转换电路306分别耦接到每个接收器天线元件302。例如，在一些实施例中，第一功率转换电路306a耦接到第一金属馈电板304a的第二平面(与第一平面相对)，并且第二功率转换电路306b耦接到第二金属馈电板304b的第二平面(与第一平面相对)。第一功率转换电路306a被配置为经由第一天线元件302a的第一金属馈电板304a接收电磁能量，第二功率转换电路306b被配置为经由第二天线元件302b的第二金属馈电板304b接收电磁能量。在一些实施例中，功率转换电路306被配置为将电磁能量转换为用于对电耦接到无线功率接收器155的电池充电的可用功率。
在一些实施例中，无线功率接收器155的帽308被配置为作为电介质操作。在一些实施例中，帽308包括可选的金属内部，但也可以具有非金属内部，诸如由塑料制成的内部。在一些实施例中，第一接收器天线元件302a耦接到第一帽308a，并且第二接收器天线元件302b耦接到第二帽308b。在一些实施例中，帽308改善了无线功率接收器155的回波损耗，使得其在约918MHz的中心操作频率下具有约8dB(+/-1dB)的回波损耗。
图4A-4C示出了根据一些实施例的不具有一个或多个帽308的无线功率接收器的性能。图4A示出了类似于上面参考图3描述的无线功率接收器155的无线功率接收器155A，但图4A中描绘的无线功率接收器155A不包括一个或多个帽308。例如，无线功率接收器155A包括耦接到第一金属馈电板304a的平面的第一接收器天线元件302a，和耦接到第一金属馈电板304a的第一功率转换电路306a，以及耦接到第二金属馈电板304b的平面的第二接收器天线元件302b，和耦接到第二金属馈电板304b的第二功率转换电路306b。在一些实施例中，功率存储元件(例如，电池)位于第一和第二功率转换电路之间并与两者耦接，使得由这些电路片产生的可用功率可以用于向功率存储元件提供功率或电荷。
图4B示出了无线功率接收器155A跨数个不同操作频率的回波损耗。S参数图400示出第一接收器天线元件302a和第二接收器天线元件302b的性能。如S参数图400所示，在没有相应的帽308的情况下操作的接收器天线元件302在每个操作频率下具有实质上相似的回波损耗(例如，即使在980MHz下，差异也小于1dB)。第一接收器天线元件302a的回波损耗由第一曲线402(红色)表示，第二接收器天线元件302b的回波损耗用第二曲线404(绿色)表示。
图4C示出了绘制在Smith图上的无线功率接收器155A的天线元件302的参数。如图4C所示，在点m1处，接收器天线元件302以918MHz的中心频率操作，角度为-54.1417，幅度为0.9067，以及0.2342-1.9342i。还如图4C中所示，在点m2处，接收器天线元件302在918MHz的中心频率操作，角度为-54.1417，幅度为0.9067，以及0.2342-1.9342i。
图5A-5C示出了根据一些实施例的无线功率接收器155B的性能，该无线功率接收器155B包括一个或多个具有金属内部的帽308。无线功率接收器155B包括耦接到第一金属馈电板304a的平面的第一接收器天线元件302a、耦接到第一接收器天线元件302a的第一帽308a和耦接到第一馈电板304a的第一功率转换电路306a，以及耦接到第二金属馈电板304b的平面的第二接收器天线元件302b、耦接到第二接收器天线元件302b的第二帽308b和耦接到第二金属馈电板304b的第二功率转换电路306b。在该实施例中，第一帽308a和第二帽308b包括金属内部，其由合适的金属材料(诸如钢、铁、铝、铜等)制成。
图5B示出了具有一个或多个具有金属内部的帽308的无线功率接收器155B的回波损耗。S参数图500示出了第一接收器天线元件302a和第二接收器天线元件302a的性能。第一接收器天线元件302a的回波损耗由第一曲线502(红色)表示，第二接收器天线元件302b的回波损耗用第二曲线504(绿色)表示。在一些实施例中，帽308用于调谐接收器天线元件302。例如，如图5B所示，第一接收器天线元件302a在950MHz的中心频率处具有比第二接收器天线元件302a(其在970MHz的中心频率处具有更高的更大回波损耗)更大的回波损耗。在一些实施例中，由帽308提供的天线调谐取决于材料的类型(例如，金属内部)、帽308的厚度、接收器天线元件302和帽308之间的间距(例如，螺旋模式天线中的匝与帽308之间的自由空间、接收器天线元件302的顶部或侧面与帽308之间的自由空间)、帽308的大小以及其他因素。如S参数图500所示，由于由相应的帽308提供的调谐，利用相应的帽部308(具有金属内部)操作的接收器天线元件302在回波损耗和中心操作频率中彼此之间具有稍大的变化(与无线功率接收器155A的天线元件的回波损耗中的变化相比)。
图5C示出了绘制在Smith图上的无线功率接收器155B的天线元件302的参数。Smith图550还描绘了两个特定测量点(m1和m2)处的这些参数的值。如图5C所示，在点m1处，接收器天线元件302以918MHz的中心频率操作，角度为-88.3126，幅度为0.7368，阻抗为0.3048-0.9823i。如图5C所示，在点m2处，接收器天线302以918MHz的中心频率操作，角度为-64.2623，幅度为0.8583，阻抗为0.2657-1.5600i。
图6A-6C示出了根据一些实施例的无线功率接收器155C的性能，该无线功率接收器155C包括一个或多个具有非金属内部的帽308。无线功率接收器155C包括耦接到第一金属馈电板304a的平面的第一接收器天线元件302a、耦接到第一接收器天线元件302a的第一帽308a和耦接到第一馈电板304a的第一功率转换电路306a，以及耦接到第二金属馈电板304b的平面的第二接收器天线元件302b、耦接到第二接收器天线元件302b的第二帽308b和耦接到第二金属馈电板304b的第二功率转换电路306b。在这些实施例中，第一帽308a和第二帽308b不包括金属内部(例如，由塑料或一些其他材料制成)。
图6B示出了具有一个或多个帽308(具有非金属内部)的无线功率接收器155C的回波损耗。S参数图600示出第一接收器天线元件302a和第二接收器天线元件302a的性能。如S参数图600所示，利用相应的帽308(具有非金属内部)操作的接收器天线元件302具有大致相似的回波损耗和相对于彼此的中心操作频率。第一接收器天线元件302a的回波损耗由第一曲线602(红色)表示，第二接收器天线元件302b的回波损耗用第二曲线604(绿色)表示。
图6C示出了绘制在Smith图上的无线功率接收器155C的天线元件302的参数。Smith图650还描绘了两个特定测量点(m1和m2)处的这些参数值。如图6C所示，在点m1处，接收器天线元件302以918MHz的中心频率操作，角度为-143.97，幅度为0.5016，以及0.3628-0.2860i。如图6C中所示，在点m2处，接收器天线元件302以918MHz的中心频率操作，角度为-123.34，幅度为0.5742并且阻抗为0.3418-0.4893i
图7A-7D示出了根据一些实施例的在不同操作频率下与无线功率接收器155B电容耦接的无线功率发送器135的性能。在这些示例中，无线功率发送器135以单接收器功率传送模式操作。
图7A和7B示出了无线功率发送器135的发送器天线元件与无线功率接收器155B的接收器天线元件302电容耦接，当无线功率接收器155B位于电子设备150的底部内时，可以发生电容耦接(图1)。更具体地，图7A和7B示出了发送器天线元件136在功率传送点702处与无线功率接收器155B(包括相应的帽308)的第二接收器天线元件302b电容耦接。性能图700示出了基于在不同操作频率下的耦接效率的测量，将电磁能量从无线功率发送器135的发送器天线元件136传送到无线功率接收器155B的第二接收器天线元件302b期间的性能(即，耦接效率)。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，发送器天线元件136具有约2dBi(+/-10％)的增益。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，发送器天线元件136以至少50％或更高(例如，60％、65％、70％或75％)的耦接效率与无线功率接收器155B的第二接收器天线元件302b耦接。在一些实施例中，第二接收器天线元件302b具有至少2dBi的增益。在图7B的示例中，如性能图700所示，在920MHz的中心操作频率下，耦接效率约为52％。
图7C和7D示出了无线功率发送器135的发送器天线元件与无线功率接收器155B的接收器天线元件302电容耦接，当无线功率接收器155B在电子设备150(图1)的尖端(或顶部)内时，可以发生电容耦接。更具体地，图7C和7D示出了发送器天线元件136在功率传送点752处与无线功率接收器155B(包括相应的帽308)的第一接收器天线元件302a电容耦接。性能图750示出了基于在不同操作频率下的耦接效率的测量，将电磁能量从无线功率发送器135的发送器天线元件136传送到无线功率接收器155B的第一接收器天线元件302a期间的性能(即，耦接效率)。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，发送器天线元件136以至少50％或更高(例如，60％、65％、70％或75％)的耦接效率与无线功率接收器155B的第一接收器天线元件302a耦接。在一些实施例中，第一接收器天线元件302a具有约2dBi(+/-10％)的增益。在图7D的示例中，如性能图750所示，在920Mhz的中心操作频率下，耦接效率约为55％。
图8A-8D示出了根据一些实施例的具有E-wall 138的无线功率发送器135在不同操作频率下与无线功率接收器155B电容耦接的性能。在这些示例中，无线功率发送器135以单接收器功率传送模式操作。图8A-8D与图7A-7D相比，示出了具有E-wall 138的无线功率发送器135相对于不具有E-wall 138的无线电功率发送器135的改善的性能。虽然E-wall138确实有助于改善性能，但它仍然是可选组件，不是本发明范围内所有实施例的一部分。
图8A和8B示出了无线功率发送器135的发送器天线元件与无线功率接收器155B的接收器天线元件302电容耦接，当无线功率接收器155B被放置在电子设备150内时，可以发生电容耦接(图1)，使得无线功率接收器155B接触电子设备150的底面，无线功率发送器135的发送天线元件136位于该底面下方。更具体地，图8A和8B示出了发送器天线元件136在功率传送点802处与无线功率接收器155B(包括相应的帽308)的第二接收器天线元件302b电容耦接。在一些实施例中，无线功率发送器135使用E-wall138来扩展接地层，帮助调制跨无线功率发送器135表面的顶表面(例如，直接低于上面讨论的电子设备150的底表面的表面)处的多个功率传送点202(图2)的电场分布，最大化在所需位置(即，无线功率接收器155B耦接到发送器天线元件处的功率传送点)处传送的功率，和/或确保由无线功率发送器155B产生的电场沿垂直方向(即，垂直于电子设备150的底面的方向)传播。在一些实施例中，E-wall 138通过最大化无线功率发送器135充电表面(例如，天线元件136的多个功率传送点202)顶部的电磁场强度来最大化在所需位置处传送的功率。
在一些实施例中，E-wall 138的大小和/或配置基于无线功率发送器135充电表面的大小，使得电磁场强度在无线功率发送器135充电表面的顶部被最大化。在一些实施例中，无线功率发送器135充电表面越大，E-wall 138的高度越短(即越小)。替代地，在一些实施例中，无线功率发送器135充电表面越小，E-wall 138的高度越大。更具体地，E-wall 138的大小(例如，高度)和配置依赖于频率。E-wall 138(作为扩展接地层操作)的大小(例如，高度)和配置用于实现目标波长。E-wall 138的不同配置和大小可以用于优化无线功率发送器135的无线功率传送。
性能图800示出了基于在不同操作频率下的耦接效率的测量，将电磁能量从无线功率发送器135的发送器天线元件136传送到无线功率接收器155B的第二接收器天线元件302b期间的性能(即，耦接效率)。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，发送器天线元件136具有约2dBi(+/-10％)的增益。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，发送器天线元件136以至少50％或更高(例如，60％、65％、70％或75％)的耦接效率与无线功率接收器155B的第二接收器天线元件302b耦接。在一些实施例中，第二接收器天线元件302b具有约2dBi(+/-10％)的增益。在图8B的示例中，如性能图800所示，在920MHz的中心操作频率下，耦接效率约为66％。
图8C和8D示出了无线功率发送器135的发送器天线元件与无线功率接收器155B的接收器天线元件302电容耦接，当无线功率接收器155B被放置在电子设备150(图1)内时，可以发生电容耦接，使得无线功率接收器155B接触电子设备150的顶部(或尖端)表面，无线功率发送器135的发送天线元件136位于底表面的下方。更具体地，图8C和8D示出了发送器天线元件136在功率传送点852处与无线功率接收器155B的第一接收器天线元件302a电容耦接。性能图850示出了基于在不同操作频率下的耦接效率的测量，在将电磁能量从无线功率发送器135的发送器天线元件136传送到无线功率接收器155B的第一接收器天线元件302a期间的性能(即，耦接效率)。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时，发送器天线元件136以至少50％或更高(例如，60％、65％、70％或75％)的耦接效率与无线功率接收器155B的第一接收器天线元件302a耦接。在一些实施例中，第一接收器天线元件302a具有约2dBi(+/-10％)的增益。在图8D的示例中，如性能图850所示，在910Mhz的中心操作频率下，耦接效率约为65％。
图9A和9B示出了根据一些实施例的在发送器天线元件136(和多个功率传送点202；图2)处产生的电场。图9A和9B示出了没有E-wall的无线功率发送器135(包括发送器天线元件136)的电场。电场辐射图900示出了在无线功率发送器135处于待机模式并提供脉冲信号时在天线元件136的多个功率传送点202的每个处的不同的测量的dB值。如上所述，(以预定的时间间隔，诸如20毫秒、50毫秒、100毫秒等)向发送器天线元件136提供脉冲信号，以在多个功率传送点202的功率传送点处检测一个或多个无线功率接收器155B。当在待机模式下并且提供脉冲信号时，天线元件136的多个功率传送点202具有大致均匀的电场(例如，与具有最高电场的不同功率传送点相比，具有最低电场的各个功率传送点之间的电场中的差小于10dB)。在使用这种脉冲信号来检测接收器的实施例中(在其他实施例中，系统可以始终保持开启，并且不使用脉冲信号)；然而，当没有向发送器天线元件136提供脉冲信号时，无线功率发送器135不发送任何电磁能量，因此通过最小化无线功率发送器135处的SAR值来改善用户安全性。
电场辐射图900还示出了具有不同形状和大小的功率传送点的示例。如上面参考图2所述，多个功率传送点202可以指发送器天线元件136的、可以在其处传送电磁能量的预定部分、区域或面积。多个功率传送点202的预定部分、区域或面积可以是不同大小、对称、不对称或其组合。例如，第一功率传送点902可以是覆盖发送器天线元件136的预定部分(例如，天线表面积的五分之一)的对称区域。在另一示例中，第二功率传送点904可以是发送器天线元件136的每个其他子天线元件(例如，子天线元件204；图2)的表面积的迹线。在第三示例中，第三功率传送点906可以是覆盖发送器天线元件136的表面积的任何预定区域或形状(例如，覆盖天线表面积外径的方形部分)。在又一示例中，第四功率传送点908可以是发送器天线元件136的精确定位或局部区域。上述示例是为了说明目的而提供的，并且不是可以在一些实施例中实现的不同多个功率传送点202的详尽列表。
电场辐射图950示出了在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式(即，无线功率接收器155B在特定功率传送点(例如，目标传送点952)处耦接到无线功率发送器135)。当在单接收器功率传送模式下时，无线功率发送器135使得电场在功率传送点处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他点(如果空闲)处的部分。例如，目标功率传送点952(或接收器天线元件302)处的电场实质上大于在任何其他多个功率传送点处的电场(例如，电场差约40-50dB)。目标功率传送点952是无线功率发送器135和无线功率接收器155B在其处电容耦接的位置。如上所述，在该示例中，功率传送点952被描述为具有圆形，但用于功率传送点的各种不同形状和大小在本发明的范围内(上面参考图9A提供了具有不同形状和大小的功率传送点的其他示例)。
图10A和10B示出了根据一些实施例的在发送器天线元件136(和多个功率传送点202；图2)处具有E-wall 138(图1)的无线功率发送器135的电场。电场辐射1000示出在无线功率发送器135处于待机模式并提供脉冲信号时沿天线元件136的不同多个功率传送点的不同的测量的dB值。如上所述，(以预定时间间隔)向发送器天线元件136提供脉冲信号，以在多个功率传送点202的功率传送点处检测无线功率接收器155B。当在待机模式下并且提供脉冲信号时，发送器天线元件136的多个功率传送点202具有大致均匀的电场(例如，电场中的差小于10dB)。然而，当没有脉冲信号被提供给发送器天线元件136时，无线功率发送器135不发送任何电磁能量，因此通过最小化无线功率发送器135处的SAR值来改善用户安全性。
电场辐射1050示出在无线功率发送器135处于单接收器功率传送模式时沿天线元件136的不同的多个功率传送点202的不同的测量的dB值(即，无线功率接收器155B在特定功率传送点(例如，目标功率传送点1052)处耦接到无线功率发送器135)。当在单接收器功率传送模式下时，无线功率发送器135使得电场在功率传送点(耦接到无线功率接收器155B)处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他点(如果空闲)处的部分。例如，目标功率传送点1052处的电场比任何其他多个功率传送点处的电场大得多(例如，电场差约为40-50dB)。如电场辐射1050中进一步所示，电场聚焦于目标功率传送点1052本身(即，在无线功率发送器135的表面上，而不是如图9B所示的接收器天线元件302上)。
图11A和11B示出了根据一些实施例的在不同操作频率下与多个无线功率接收器155B电容耦接的具有E-wall 138的无线功率发送器135的性能。在这些示例中，无线功率发送器135在多接收器功率传送模式下操作。
图11A和11B示出了无线功率发送器135与多个无线功率接收器155B的接收器天线元件302电容耦接，当无线功率接收器155B位于相应的电子设备150内时，可以发生电容耦接(图1)。更具体地，如概览1100中所示，发送器天线元件136在相应的功率传送点(例如，第一功率传送点1102)处与每个无线功率接收器155B的相应的接收器天线元件302电容耦接。如上参考图1和8A-8D所述，无线功率发送器135使用E-wall138来改善电磁能量的传送。例如，E-wall 138可以用于为每个电容耦接的无线功率接收器155B(例如，在第一功率传送点1102处)调制无线功率发送器135表面(即，多个功率传送点202；图2)顶部的电场分布，和/或最大化到所需位置(即，无线功率接收器155B耦接的功率传送点)的功率传送。E-wall138还提供了上面参考图1所述的其他优点。
性能图1150示出了基于在不同操作频率下的耦接效率的测量，将电磁能量从无线功率发送器135的发送器天线元件136传送到无线功率接收器155B的每个接收器天线元件302期间的性能(即，耦接效率)。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于多接收器功率传送模式时，发送器天线元件136具有约2dBi(+/-10％)的增益。在一些实施例中，在无线功率发送器135处于多接收器功率传送模式时，发送器天线元件136以至少50％或更高(例如，60％、65％、70％或75％)的组合耦接效率与无线功率接收器155B的接收器天线元件302耦接。换句话说，每个(电容耦接的)无线功率接收器155B的耦接效率的组合的总和(例如，将每个无线功率接收器155B的耦接效率相加)至少为50％且更高。每个无线功率接收器155B可以具有相同或不同的耦接效率。在图11B的示例中，如性能图1150所示，在920MHz的中心操作频率下，第一无线功率接收器155B的耦接效率约为20％，第二无线功率接收器155B的耦接率约为17％，第三无线功率接收器155B的耦接系数约为16％，第四无线功率接收器155B的耦接效率约为14％(67％的组合的耦接效率)。在一些实施例中，每个接收器天线元件302具有约2dBi(+/-10％)的增益。
图12A-12D示出了根据一些实施例的具有E-wall 138(图1)的无线功率发送器135在发送器天线元件136(和多个功率传送点202；图2)处的电场。更具体地，图12A-12D示出了多接收器功率传送模式下的无线功率发送器135和多个功率传送点处的电场。
第一电场辐射图1230、第二电场辐射图1250、第三电场辐射图1270和第四电场辐射图1290示出了无线功率接收器155B已经在多个功率传送点的不同功率传送点处与发送器天线元件136电容耦接。这些电场辐射图中的每一个都示出，在多个功率传送点的每个空闲功率传送点(例如，空闲区域1232)处的电场是均匀的。替代地，无线功率发送器135使得电场在每个功率传送点(耦接到无线功率接收器155B)处的相应的部分大于在多个功率传送点中的任何其他点(如果空闲)处的部分。例如，在每个电场辐射中，电场在包括无线功率接收器155B的功率传送点处实质上更大(例如，电场中约40-50dB的差)。
图13A是根据一些实施例的无线功率发送器的框图。无线功率发送器1300的框图对应于上文参考图1-12D所述的可以包括在无线功率发送器135中的组件的示例。无线功率发送器135在本文中可以称为近场(NF)功率发送器设备、发送器、功率发送器或无线功率发送器设备。无线功率发送器135包括一个或多个通信组件1310、一个或多个功率放大器单元1320-1…1320-n、一个或多个功率传送元件(例如，诸如天线1330-1到1330-n(其可以是发送器天线元件136的实例；图1-12D))、RF功率发送器集成电路(RFIC)1360(例如，类似于控制器140；图1-2B)和一个或多个传感器1365中的一个或多个。
在一些实施例中，通信组件1310(例如，无线通信组件，诸如WI-FI或蓝牙无线电)实现无线功率发送器135和一个或多个通信网络之间的通信。在一些实施例中，通信组件1310能够使用各种自定义或标准无线协议(例如，IEEE 802.15.4、Wi-Fi、ZigBee、6LoWPAN、Thread、Z-Wave、Bluetooth Smart、ISA100.11a、WirelessHART、MiWi等)、自定义或标准有线协议(例如，以太网、HomePlug等)和/或任何其他合适的通信协议(包括截至本文件提交日期尚未制定的通信协议)中的任何一种进行数据通信。
在一些实施例中，通信组件1310从无线功率接收器(或从被配置为由无线功率接收器充电的电子设备；例如，上文参考图1-12D描述的无线功率接收器155)接收充电信息。在一些实施例中，在信息分组中接收充电信息，该信息分组与无线功率接收器位于无线功率发送器135的一米范围内的指示一起被接收。在一些实施例中，充电信息包括无线功率接收器155在无线功率发送器135的传输场(或通信组件范围内的周围区域)内的位置。例如，通信组件1310，诸如在2.4GHz下操作的BLE通信路径，以使无线功率发送器135能够监测和跟踪无线功率接收器155的位置。可以基于经由通信组件1310从无线功率接收器155接收的充电信息来监测和跟踪无线功率接收器155的位置。
在一些实施例中，充电信息指示无线功率接收器155被授权从无线功率发送器135接收无线传递的功率。更具体地，无线功率接收器可以使用无线通信协议(诸如BLE)来将充电信息以及认证信息发送到无线功率发送器135的一个或多个集成电路(例如，RFIC1360)。在一些实施例中，充电信息还包括一般信息，诸如来自接收器的充电请求、当前电池电平、充电速率(例如，有效传输的功率或成功转换为可用能量的电磁能量)、设备特定信息(例如，温度、传感器数据、接收器要求或规格和/或其他接收器特定信息)等。
在一些实例中，由于各种原因，通信组件1310不能与无线功率接收器通信，例如，因为没有可供通信组件1310用于传输数据信号的功率，或者因为无线功率接收器本身实际上不包括其自身的任何通信组件。因此，在一些实施例中，本文描述的无线功率发送器135仍然能够唯一地识别不同类型的设备，并且当检测到无线功率接收器155时，确定无线功率接收器155是否被授权以接收无线功率(例如，通过测量阻抗、反射功率和/或其他技术)。
一个或多个功率放大器1320被配置为放大被提供给一个或多个天线1330的电磁信号。在一些实施例中，功率传输系统中使用的功率放大器1320控制功率放大器的输出的效率和增益。在一些实施例中，功率传输系统中使用的功率放大器是E类功率放大器1320。在一些实施例中，功率传输系统中使用的功率放大器1320是氮化镓(GaN)功率放大器。在一些实施例中，无线功率发送器135被配置为当它们驱动一个或多个天线1330时控制一个或多个功率放大器1320的操作。在一些实施例中，功率放大器1320中的一个或多个是包括至少两个功率电平的可变功率放大器。在一些实施例中，可变功率放大器包括低功率电平、中功率电平和高功率电平中的一个或多个。如下面进一步详细讨论的，在一些实施例中，无线功率发送器135被配置为选择一个或多个功率放大器的功率电平。在一些实施例中，经由开关电路在无线功率发送器135处控制和调制功率(例如，电磁功率)，以使无线功率发送器135能够经由一个或多个天线1330将电磁能量发送到一个或多个无线接收设备(例如，无线功率接收器155)。
在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率等于或大于2W。在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率等于或小于15W。在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率大于2W且小于15W。在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率等于或大于4W。在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率等于或小于8W。在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率大于4W且小于8W。在一些实施例中，单个功率放大器1320的输出功率大于8W且高达50W。
在一些实施例中，通过使用输出功率范围从2W到15W的单个功率放大器1320，由单个功率放大器320控制的天线1330的功率传输范围内的电场处于或低于1.6W/kg的SAR值，这符合美国FCC(联邦通信委员会)SAR要求。在一些实施例中，通过使用功率范围从2W到15W的单个功率放大器1320，由单个功率放大器320控制的天线1330的功率传输范围内的电场处于或低于2W/kg的SAR值，这符合欧盟的IEC(国际电工委员会)SAR要求。在一些实施例中，通过使用功率范围从2W到15W的单个功率放大器1320，由单个功率放大器320控制的天线1330的功率传输范围内的电场处于或低于0.8W/kg的SAR值。在一些实施例中，通过使用功率范围从2W到15W的单个功率放大器1320，由单个功率放大器320控制的天线1330的功率传输范围内的电场处于或低于由相关规则或法规调节的任何水平。在一些实施例中，天线的辐射剖面的位置中的SAR值随着辐射剖面的范围的增加而减小。
在一些实施例中，由单个功率放大器控制的天线产生的辐射剖面是基于当无线功率接收器从辐射剖面接收电磁能量(例如，将电磁能量整流并转换为可用直流电流)时可用于无线功率接收器的可用功率的多少来定义的，并且可用于这种无线功率接收器155的可用功率的量可以被称为电磁信号的有效发送功率。在一些实施例中，预定义的辐射剖面中的电磁信号的有效传输功率为至少0.5W。在一些实施例中，预定义的辐射剖面中的信号的有效传输功率大于1W。在一些实施例中，预定义的辐射剖面中的信号的有效传输功率大于2W。在一些实施例中，预定义的辐射剖面中的信号的有效传输功率大于5W。在一些实施例中，预定义的辐射剖面中的信号的有效传输功率小于或等于4W。
图13B是根据一些实施例的另一个无线功率发送器1350(例如，无线功率接收器135)的框图，包括RF功率发送器集成电路1360、一个或多个1365、一个或多个天线1330和/或功率放大器1320。为了便于讨论和说明，其他无线功率发送器1350可以是上面参考图1-13A描述的无线功率发送器设备的实例，并且包括一个或多个附加和/或不同的组件，或者省略一个或多个组件。在一些实施例中，RFIC 1360包括CPU子系统1370、外部设备控制接口、用于DC到功率转换的子部分以及经由互连组件(诸如总线或互连结构块1371)互连的模拟和数字控制接口。在一些实施例中，CPU子系统1370包括微处理器单元(CPU)1373，其具有相关的只读存储器(ROM)1372，用于经由数字控制接口(例如，I2C端口)将设备程序引导到外部闪存，该外部闪存包含要加载到CPU子系统随机存取存储器(RAM)1374(例如，存储器1406，图2)中或直接从闪存执行的CPU可执行代码。在一些实施例中，CPU子系统1370还包括加密模块或块1376，以验证和保护与外部设备(诸如试图从无线功率发送器135接收无线传递的功率的无线功率接收器)的通信交换。在一些实施例中，无线功率发送器135还可以包括与CPU子系统1370通信的温度监测电路(未示出)，以确保无线功率发送器135保持在可接受的温度范围内。例如，如果确定无线功率发送器135已经达到阈值温度，则可以暂时暂停无线功率发送器135的操作，直到无线功率发送器134降至阈值温度以下。
在一些实施例中，RFIC 1360还包括功率放大器控制器IC(PAIC)1361A(或与之通信)，该PAIC负责控制和管理功率放大器的操作，包括但不限于读取功率放大器内各个测量点处的阻抗测量值，指示功率放大器放大电磁信号，同步功率放大器的打开和/或关闭，优化功率放大器的性能，保护功率放大器，以及本文讨论的其他功能。在一些实施例中，阻抗测量用于允许无线功率发送器135(经由RFIC 1360和/或PAIC 1361A)检测一个或多个异物，优化一个或多个功率放大器的操作，评估一个或多个安全阈值，检测一个或多个功率放大器处阻抗的变化，检测接收器在无线传输场内的移动，保护功率放大器免受损坏(例如，通过关闭功率放大器、改变功率放大器的选定功率电平和/或改变无线功率发送器135的其他配置)，对接收器进行分类(例如，授权接收器、未授权接收器和/或具有对象的接收器)，补偿功率放大器(例如，通过进行硬件、软件和/或固件调整)，调谐无线功率发送器135和/或其他功能。
在一些实施例中，PAIC 1361A可以与RFIC 1360位于相同的集成电路上。替代地，在一些实施例中，PAIC 1361A可以在其自己的集成电路上，该集成电路与RFIC 1360分离(但仍然与RFIC 360通信)。在一些实施例中，PAIC 1361A与一个或多个功率放大器1320在同一芯片上。在一些其他实施例中，PAIC 1361A位于其自己的芯片上，该芯片是与功率放大器1320分离的芯片。在一些实施例中，PAIC 1361A可以在其自己的集成电路上，该集成电路与RFIC 1360分离(但仍然与RFIC 1370通信)，使得能够改装较旧的系统。在一些实施例中，PAIC 1361A作为通信地耦接到RFIC 1360的独立芯片可以减少处理负载和因过热而产生的潜在损坏。替代地或者另外，在一些实施例中，设计和使用两个不同的IC(例如，RFIC 1360和PAIC 1361A)更有效。
在一些实施例中，在CPU上运行的可执行指令(诸如图14中的存储器1406中所示的指令，以及下面所描述的指令)用于管理无线功率发送器135的操作，并通过控制接口(例如，SPI控制接口1375)和RFIC 1360中包括的其他模拟和数字接口来控制外部设备。在一些实施例中，CPU子系统1370还管理RFIC 1360的子部分(其中包括本地振荡器(LO)1377和发送器(TX)1378)的操作。在一些实施例中，LO 1377基于来自CPU子系统1370的指令进行调整，因此被设置为不同的期望操作频率，而TX根据需要转换、放大、调制输出，以产生可行的功率电平。
在一些实施例中，RFIC 1360和/或PAIC 1361A直接向一个或多个功率放大器1320提供可行的功率电平(例如，经由TX 1378)，并且不使用任何波束形成能力(例如，如果不需要相移(诸如当仅使用单个天线1330向无线功率接收器155发送功率传输信号时)，则绕过/禁用波束形成IC和/或任何相关算法)。在一些实施例中，通过不使用波束形成控制，功率传输系统中不存在有源波束形成控制。例如，在一些实施例中，通过消除有源波束形成控制，来自不同天线的功率信号的相对相位在传输后不变。在一些实施例中，通过消除有源波束形成控制，功率信号的相位不受控制，并且保持在固定或初始相位。在一些实施例中，RFIC1360和/或PAIC 1361A调节功率放大器1320的功能，包括将可行功率电平调节到功率放大器1320，启用功率放大器1320，禁用功率放大器1320和/或其他功能。
功率放大器1320到天线覆盖区域1390(其可以是发送器天线元件136的多个功率传送点202的实例；图1-12D)的各种布置和耦接允许无线功率接收器155顺序或选择性地激活不同的天线覆盖区域390(即，功率传送点)，以便确定用于将无线功率发送到无线功率接收器155的有效和最安全(如果有)的天线覆盖区域1390。
在一些实施例中，一个或多个功率放大器1320也由CPU子系统1370控制，以允许CPU 1373测量由功率放大器1320向无线功率发送器135的天线覆盖区域(即，多个功率传送点202)提供的输出功率。在一些实施例中，一个或多个功率放大器1320由CPU子系统1370经由PAIC 1361A控制。在一些实施例中，功率放大器1320可以包括允许至少测量用于实现异物检测技术、接收器和/或异物移动检测技术、功率放大器优化技术、功率放大保护技术、接收器分类技术、功率放大器阻抗检测技术和/或共同拥有的美国专利第10985617号中描述的其他安全技术。
图14是根据一些实施例的无线功率发送器135的一个或多个组件的框图。在一些实施例中，无线功率发送器135包括RFIC 1360(以及其中包括的组件，诸如PAIC 1361A和上面参考图13A-13B描述的其他组件)、存储器1406(其可以被包括作为RFIC 1360的一部分，诸如作为CPU子系统1370的一部分的非易失性存储器1406)、一个或多个CPU 1373以及用于互连这些组件(有时称为芯片组)的一个或多个通信总线1408。在一些实施例中，无线功率发送器135包括一个或多个传感器1365。在一些实施例中，无线功率发送器135包括一个或多个输出设备，诸如一个或多个指示灯、声卡、扬声器、用于显示文本信息和错误代码的小显示器等。在一些实施例中，无线功率发送器135包括位置检测设备，诸如GPS其他地理位置接收器，用于确定无线功率发送器135的位置。
在一些实施例中，一个或多个传感器1365包括一个或多个电容传感器、电感传感器、超声波传感器、光电传感器、飞行时间传感器(例如，IR传感器、超声波飞行时间传感器、光电晶体管接收系统等)、热辐射传感器、环境温度传感器、湿度传感器、IR传感器或IR LED发射器，占用传感器(例如，RFID传感器)、环境光传感器、运动检测器、加速度计、热检测器、霍尔传感器、接近传感器、声音传感器、压力检测器、光和/或图像传感器和/或陀螺仪以及一个或多个天线中的集成传感器。
在一些实施例中，无线功率发送器135还包括可选的签名信号接收电路1440、可选反射功率耦接器1448和可选电容充电耦接器1450。
存储器1406包括高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR SRAM或其他随机存取固态存储器设备；并且，可选地，包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、一个或多个光盘存储设备、一个或多个闪存设备或一个或多个其他非易失性固态存储设备。存储器1406或存储器1406内的非易失性存储器包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器1406或存储器1406的非暂时性计算机可读存储介质存储以下程序、模块和数据结构，或其子集或超集：
·操作逻辑1416，包括用于处理各种基本系统服务和用于执行硬件相关任务的程序；
·通信模块1418，用于与无线通信组件1310结合耦接到远程设备(例如，远程传感器、发送器、接收器、服务器、映射存储器等)和/或与远程设备通信；
·传感器模块1420，用于获得和处理传感器数据(例如，与传感器1365结合)，以例如确定或检测无线功率发送器135附近对象的存在、速度和/或位置，以及对检测到的对象进行分类；
·功率波产生模块1422，用于产生和发送功率传输信号(例如，结合其中分别包括的天线覆盖区域1390和天线1330)，包括但不限于在给定位置处形成能量囊，以及控制和/或管理功率放大器(例如，通过执行PAIC 1361A的一个或多个功能)。可选地，功率波产生模块1422还可以用于修改用于通过单个天线覆盖区域发送功率传输信号的传输特性(例如，功率电平(即，幅度)、相位、频率等)的值；
·阻抗确定模块1423，用于基于从无线功率发送器135内的一个或多个测量点获得的参数化的参数来确定功率放大器的阻抗(例如，使用一个或多个Smith图来确定阻抗)。阻抗确定模块1423还可以用于确定异物的存在，对接收器进行分类，检测阻抗的变化，检测异物和/或接收器的移动，确定最优和/或操作阻抗，以及下文描述的许多其他功能；
·数据库1424，包括但不限于：
o传感器信息1426，用于存储和管理由一个或多个传感器(例如，传感器1365和/或一个或多个远程传感器)接收、检测和/或发送的数据；
o设备设置1428，用于存储无线功率发送器135和/或一个或多个远程设备的操作设置，包括但不限于SAR的查找表(LUT)、电子场滚降(e-field roll-off)、从各种辐射剖面中产生特定辐射剖面、Smith图、天线调谐参数和/或与用于不同配置的无线功率发送器135的参数化的参数相关联的值(例如，在无线功率发送器135的模拟、表征和/或制造测试期间获得和/或在操作期间更新(例如，对系统的学习改
进))。替代地，可以存储原始值以供将来分析；
o通信协议信息1430，用于存储和管理一个或多个协议的协议信息(例如，自定义或标准无线协议，诸如ZigBee、Z-Wave等和/或自定义或标准有线协议，诸
如以太网)；以及
o各种不同的无线功率接收器和其他对象(不是无线功率接收器)的可选学习签名信号1432。
·安全元件模块234，用于确定无线功率接收器是否被授权接收来自无线功率发送器135的无线传递的功率；
·天线区选择和调谐模块1437，用于协调将测试功率传输信号发送到具有各种天线覆盖区域(即，功率传送点)的天线1330(例如，天线元件136)的过程，以确定哪个天线覆盖区域(即，功率传送点)应被用于将功率无线地传递到如本文所述的各种无线功率接收器(参考PCT专利申请号第PCT/US2019/015820号(美国专利第10615647号)的图9A-9B提供了其他示例和实施例，并且也在PCT/US2017/065886(美国专利第10256677号)中提供)；
·授权接收器和对象检测模块1438，用于检测来自无线功率接收器和来自其他对象的各种签名信号，然后基于对各种签名信号的检测来确定适当的动作(如参考PCT专利申请第PCT/US2019/015820号(美国专利第10615647号)的图9A-9B中更详细地说明的，在PCT/US2017/065886(美国专利第10256677号)中也有更详细的说明)；以及
·可选的签名信号解码模块1439，用于解码检测到的签名信号并确定消息或数据内容。在一些实施例中，模块1439包括：电子测量模块1442，用于从一个或多个接收器收集电子测量(例如，响应于功率信标信号)；特征向量模块1444，用于基于由电子测量模块1439收集的电子测量计算特征向量；和/或机器学习分类器模型1446，其被训练用于检测和/或分类异物(共同拥有的美国专利第10615647号中提供了额外细节)。
上述识别的元件中的每一个(例如，存储在无线功率发送器135的存储器1406中的模块)可选地存储在一个或多个前述存储器设备中，并且对应于用于执行上述功能的指令集。上述识别的模块或程序(例如，指令集)不需要实现为单独的软件程序、过程或模块，因此在各种实施例中，这些模块的各种子集被可选地组合或以其他方式重新排列。在一些实施例中，存储器1406可选地存储上述识别的模块和数据结构的子集。
图15是根据一些实施例的代表性无线功率接收器155(在本文中有时也可互换地称为接收器或功率接收器)的框图。在一些实施例中，无线功率接收器155包括一个或多个处理单元(例如，CPU、ASIC、FPGA、微处理器等)1552、一个或多个通信组件1554、存储器1556、天线1560(其可以是接收器天线元件302；图1-12D)、功率收集电路1559(例如，功率转换电路306；图3)以及用于互连这些组件(有时称为芯片组)的一个或多个通信总线1558。在一些实施例中，无线功率接收器155包括一个或多个可选传感器1562，类似于上面参考图14描述的一个或一个传感器11565。在一些实施例中，无线功率接收器155包括能量存储设备1561，用于存储经由功率收集电路1559收集的能量。在各种实施例中，能量存储设备1561包括一个或多个电池、一个或多个电容器、一个或多个电感器等。
在一些实施例中，功率收集电路1559包括一个或多个整流电路和/或一个或多个功率转换器。在一些实施例中，功率收集电路1559包括一个或多个组件(例如，功率转换器)，被配置为将能量从功率波和/或能量袋转换为电能(例如，电)。在一些实施例中，功率收集电路1559还被配置为向耦接的电子设备(诸如笔记本电脑或电话)供电。在一些实施例中，向耦接的电子设备供电包括将电能从AC形式转换为DC形式(例如，可由电子设备使用)。
在一些实施例中，可选的签名信号产生电路1510包括一个或多个组件，如参考共同拥有的美国专利第10615647号的图3A-3D所述。
在一些实施例中，天线1560包括一个或多个螺旋天线，诸如在共同拥有的美国专利第10734717号中详细描述的那些(例如，特别参考图2-4B等)。
在一些实施例中，无线功率接收器155包括一个或多个输出设备，诸如一个或多个指示灯、声卡、扬声器、用于显示文本信息和错误代码的小显示器等。在一些实施方案中，无线功率接收器155包含位置检测设备，诸如GPS(全球定位卫星)或其他地理位置接收器，用于确定无线功率发送器155的位置。
在各种实施例中，一个或多个传感器1562包括一个或多个热辐射传感器、环境温度传感器、湿度传感器、IR传感器、占用传感器(例如，RFID传感器)、环境光传感器、运动检测器、加速度计和/或陀螺仪。应注意，异物检测技术可以在不依赖一个或多个传感器1562的情况下操作。
通信组件1554实现无线功率接收器155和一个或多个通信网络之间的通信。在一些实施例中，通信组件1554能够使用各种自定义或标准无线协议(例如，IEEE 802.15.4、Wi-Fi、ZigBee、6LoWPAN、Thread、Z-Wave、Bluetooth Smart、ISA100.11a、WirelessHART、MiWi等)、自定义或标准有线协议(例如，以太网、HomePlug等)和/或任何其他合适的通信协议(包括截至本文件提交日期尚未制定的通信协议)中的任何一种进行数据通信。应注意，异物检测技术可以在不依赖通信组件1554的情况下操作。
通信组件1554包括，例如，能够使用各种自定义或标准无线协议(例如，IEEE802.15.4、Wi-Fi、ZigBee、6LoWPAN、Thread、Z-Wave、Bluetooth Smart、ISA100.11a、WirelessHART、MiWi等)和/或各种自定义或标准有线协议(例如，以太网、HomePlug等)或任何其他合适的通信协议(包括截至本文件的提交日期尚未开发的通信协议)中的任何一种进行数据通信的硬件。
存储器1556包括高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR SRAM或其他随机存取固态存储器设备；并且，可选地，包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、一个或多个光盘存储设备、一个或多个闪存设备或一个或多个其他非易失性固态存储设备。存储器1556或存储器1556内的非易失性存储器包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器1556或存储器1556的非暂时性计算机可读存储介质存储以下程序、模块和数据结构，或其子集或超集：
·操作逻辑1566，包括用于处理各种基本系统服务和用于执行硬件相关任务的程序；
·通信模块1568，用于与通信组件1554结合耦接到远程设备(例如，远程传感器、发送器、接收器、服务器、映射存储器等)和/或与远程设备通信；
·可选的传感器模块1570，用于获得和处理传感器数据(例如，与传感器1562结合)，以例如确定无线功率接收器155、无线功率发送器155或无线功率发送器155附近的对象的存在、速度和/或定位；
·无线功率接收模块1572，用于接收(例如，与天线1560和/或功率收集电路1559结合)来自电容传输的电信号、功率波和/或能量袋的能量；可选地转换(例如，与功率收集电路1559结合)能量(例如，转换为直流电)；将能量传送到耦接的电子设备；以及可选地存储能量(例如，与能量存储设备1561结合)；
·数据库1574，包括但不限于：
o传感器信息1576，用于存储和管理由一个或多个传感器(例如，传感器1562和/或一个或多个远程传感器)接收、检测和/或发送的数据；
o设备设置1578，用于存储无线功率发送器155、耦接的电子设备和/或一个
或多个远程设备的操作设置；以及
o通信协议信息1580，用于存储和管理一个或多个协议的协议信息(例如，自定义或标准无线协议，诸如ZigBee、Z-Wave等和/或自定义或标准有线协议，诸
如以太网)；
·安全元件模块1582，用于向无线功率发送器135提供标识信息(例如，无线功率发送器135使用该标识信息确定无线功率接收器1504是否被授权接收无线传递的功率)；以及
·可选的签名信号产生模块15815，用于控制(与签名信号产生电路1510结合)各种组件，以在天线1560和/或功率收集电路1559处引起阻抗变化，然后引起由签名信号接收电路1440接收的反射功率的变化。
上述识别的元件中的每一个(例如，存储在接收器1504的存储器1556中的模块)可选地存储在一个或多个前面提到的存储器设备中，并且对应于用于执行上述功能的指令集。上述识别的模块或程序(例如，指令集)不需要实现为单独的软件程序、过程或模块，因此在各种实施例中，这些模块的各种子集被可选地组合或以其他方式重新排列。在一些实施例中，存储器1556可选地存储上述模块和数据结构的子集。此外，存储器1556可选地存储上文未描述的附加模块和数据结构，诸如用于识别所连接的设备的设备类型的识别模块(例如，与接收器1504耦接的电子设备的设备型号)。
在一些实施例中，本文公开的近场功率发送器可以使用自适应加载技术来优化功率传送。在共同拥有的PCT申请第PCT/US2017/065886号(已公开的PCT申请第WO2018/111921号)中详细描述了这种技术，特别是参考PCT申请第PCT/US2017/065886号的图5-8和12-15。
在一些实施例中，无线功率发送器155耦接到电子设备或与电子设备集成，诸如笔、记号笔、电话、平板电脑、笔记本电脑、助听器、智能眼镜、耳机、计算机配件(例如，鼠标、键盘、远程扬声器)和/或其他电子设备。在一些实施例中，无线功率发送器155耦接到小型消费设备或与小型消费设备集成，诸如健身带、智能手表和/或其他可穿戴产品。替代地，在一些实施例中，无线功率发送器155是电子设备。
图16A-16B是示出根据一些实施例的将电磁能量传送到一个或多个无线功率接收器155(图3-6C)的方法的流程图。方法1600的操作(例如，步骤)可以由无线功率发送器135(或无线功率发送器135的一个或多个集成电路(例如，无线功率发送器135的RFIC 160，如至少图13A-13B和14中所示，和/或PAIC 161A，如至少如图13B中所示)执行。图16A-16B中所示的至少一些操作对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质(例如，无线功率发送器135的存储器1372和1374，图13B；无线功率发送器135的存储器1406)中的指令。在一些实施例中，执行图16A-16B中所示的部分(而不是全部)操作。类似地，图16A-16B中所示的一个或多个操作可以是可选的，也可以按不同的顺序执行。此外，图16A-16B中与本发明一致的两个或更多个操作可以在时间上重叠，或者几乎同时。
方法1600可以在包括发送器天线元件136的无线功率发送器135(图1)处执行。发送器天线元件136包括多个功率传送点202(图2)。发送器天线元件136被配置为在包括待机模式和单接收器功率传送模式的多个模式下操作。方法1600包括在多个模式中的待机模式下操作(1602)天线元件。待机模式包括以预定时间间隔向发送器天线元件136提供信号(1602-a)，通过发送器天线元件136基于信号发送(1602-b)低于电磁(EM)能量的阈值量的EM能量，以及通过发送器天线元件136，基于信号产生(1602-c)在多个功率传送点202中的每一个处大致均匀分布的电场。脉冲信号用于在多个功率传送点202的功率传送点处检测一个或多个无线功率接收器155。当信号未被提供给发送器天线元件136时，发送器天线元件136不连续发送电磁能量(即，通常产生0dB或更小)。上面的图1和2A-2B中提供了其他示例。
方法1600包括在多个功率传送点202的第一功率传送点处检测到(1604)与发送器天线元件136耦接的第一无线功率接收器155。响应于检测，方法1600包括在单接收器功率传送模式下操作(1606)发送器天线元件136。而在单接收器功率传送模式中，方法1600包括调整(1606-a)由发送器天线元件136产生的电场的部分，使得电场在多个功率传送点中的第一功率传送点处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他处的部分。方法1600还包括在多个功率传送点202中的第一功率传送点处将EM能量从发送器天线元件136传送(1606-b)到第一无线功率接收器155。上面的图1和7A-10B中提供了其他示例。
在一些实施例中，方法1600包括，当在单接收器功率传送模式下操作发送器天线元件136时，在多个功率传送点202中的第二功率传送点处检测到(1608)与发送器天线元件136耦接的第二无线功率接收器155，第二功率传送点不同于第一功率传送点。响应于检测，方法1600包括在多接收器功率传送模式下操作(1610)发送器天线元件136。而在多接收器功率传送模式中，方法1600包括调整(1610-a)由发送器天线元件136产生的电场的另一部分，使得电场在多个功率传送点202中的第二功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分。方法1600还包括在多个功率传送点202中的第一功率传送点处将EM能量从发送器天线元件136传送(1610-b)到第一无线功率接收器155，以及在多个功率传送点202中的第二功率传送点处将EM能量从发送器天线元件136传送(1610-c)到第二无线功率接收器155。电场在第一功率传送点处的部分和电场在第二功率传送点的另一部分大致相似(1610-d)。图1和11A-12D中提供了其他示例。
在一些实施例中，方法1600包括当在待机模式下操作发送器天线元件136时，在多个功率传送点202中的第一功率传送点处检测到(1612)与发送器天线元件136耦接的第一无线功率接收器155，并且在多个功率传送点202中的第二功率传送点处检测到与发送器天线元件136耦接的第二无线功率接收器155，第二功率传送点不同于第一功率传送点。方法1600包括响应于检测，在多接收器功率传送模式下操作(1614)发送器天线元件136。而在多接收器功率传送模式中，方法1600包括调整(1614-a)由发送器天线元件136产生的电场的第一部分，使得电场在多个功率传送点202中的第一功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分，以及调整(1614-b)由发送器天线元件136产生的电场的第二部分，使得电场在多个功率传送点202中的第二功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分。方法1600还包括在多个功率传送点202中的第一功率传送点处将EM能量从发送器天线元件136传送(1614-c)到的第一无线功率接收器155，以及在多个功率传送点202中的第二功率传送点处将EM能量从发送器天线元件136传送(1614-d)到第二无线功率接收器155。电场在第一功率传送点处的第一部分和电场在第二功率传送点处的第二部分大致相似(1614-e)。图1和11A-12D中提供了其他示例。
在一些实施例中，无线功率发送器135还包括围绕发送器天线元件136的E-wall138(图1)，E-wall 38被配置为调制电场在多个功率传送点202中的一个处的部分。在一些实施例中，E-wall 138提供扩展接地层。在一些实施例中，E-wall 138被配置为最大化到多个功率传送点202中的一个的功率传送。在一些实施例中，E-wall 138被配置为从发送器天线元件136垂直引导电场的部分。上面的图1、8A-8D和10A-10B中提供了其他示例。
图17A-18B是示出根据一些实施例的形成无线功率发送器135和无线功率接收器155的方法的流程图。在一些实施例中，执行图17A-18B中所示的一些(而不是全部)操作。类似地，图17A-18B中所示的一个或多个操作可以是可选的，也可以按不同的顺序执行。此外，图17A-18B中与本发明一致的两个或更多个操作可以在时间上重叠，或者几乎同时。
在图17A和17B中，形成无线功率发送器135(图1)的方法1700包括形成(1702)包括多个功率传送点202(图2)的发送器天线元件136。形成发送器天线元件136包括形成(1702-a)多个子天线元件。每个子天线元件具有相同的形状，每个子天线元件从发送器天线元件136的中心延伸到发送器天线元件136的外边缘，并且多个子天线元件形成对称发送器天线元件136。上面的图1和2A中提供了其他示例。
形成的发送器天线元件136被配置为以多个模式操作(1704)。多个模式包括待机模式和单接收器功率传送模式。在待机模式(1704-a)中，以预定的时间间隔向发送器天线元件136提供信号。该信号使得发送器天线元件136发送低于阈值量的电磁能量，并且使得发送器天线元件136产生在多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场。在相应的无线功率接收器155(图3-6C)与多个功率传送点202中的一个耦接时激活单接收器功率传送模式(1704-b)，使得(i)电场在多个功率传送点中的一个处的部分大于在多个功率传送点中的任何其他处的部分，以及(ii)在多个功率传送点中的一个处，将电磁能量从发送器天线元件136传送到相应的无线功率接收器155。
在一些实施例中，方法1700包括将发送器定位在外壳(例如，发送器设备130的外壳；图1)内。在一些实施例中，方法1700包括调整(1706-a)发送器天线元件136的大小，该发送器天线元件136被配置为放置在包括腔阱134(图1)的外壳内，以及放置(1706-b)发送器天线元件136与腔阱134相邻，使得多个功率传送点202被定位在腔阱124处。在一些实施例中，方法1700包括形成(1708)围绕发送器天线元件136的E-wall 138(图1)。E-wall 138被配置为调制电场在多个功率传送点中的一个处的部分。在一些实施例中，E-wall 138被配置为提供扩展接地层。在一些实施例中，E-wall 138被配置为最大化到多个功率传送点中的一个的功率传送。在一些实施例中，E-wall被配置为从发送器天线元件136垂直引导电场的部分。在一些实施例中，方法1700包括调整(1710-a)E-wall 138的大小，使得其被配置为放置在包括腔壁132(图1)的外壳内，以及放置(1710-b)E-wall 138与腔壁132相邻，使得E-wall 138垂直于腔壁132。上面的图1和2A中提供了其他示例。
在图18A和18B中，形成无线功率接收器155(图1和3-6C)的方法1800包括形成(1802)第一接收器天线元件302(图3)，提供(1804)包括第一平面和第二平面的第一金属板304，第一平面与第一平面相对，以及将第一接收器天线元件302耦接(1806)到第一金属馈电板304的第一平面。第一接收器天线元件302被配置为与无线功率发送天线(例如，发送器天线元件136；图1)电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第一接收器天线元件302。第一金属馈电板304使得第一接收器天线元件302在垂直于第一金属馈电板304的第一平面的方向上接收电磁能量。方法1800还包括形成(1808)第二接收器天线元件302，提供(1810)与第一金属板不同的第二金属板，第二金属板包括第一平面和第二平面，第一平面与第一平面相对，以及将第二接收器天线元件302耦接(1812)到第二金属馈电板304的第一平面。第二接收器天线元件302被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得无线功率发送天线将电磁能量传送到第二接收器天线元件302。第二金属馈电板304使得第二接收器天线元件302在垂直于第二金属馈电板304的第一平面的方向上接收电磁能量。上面的图3-6C中提供了其他示例。
在一些实施例中，第一接收器天线元件302和第二接收器天线元件202分别是形成螺旋模式的导线。在一些实施例中，第一接收器天线元件302垂直于第一金属馈电板304的第一平面，第二接收器天线元件202垂直于第二金属馈电板304的第一平面。
在一些实施例中，方法1800包括提供(1814)功率转换电路306，以及将功率转换电路306耦接(1816)到第一金属馈电板304的第二平面。功率转换电路306被配置为经由第一接收器天线元件302的第一金属馈电板304接收电磁能量。如下所述，功率转换电路306被配置为将接收的电磁能量转换为电能。在一些实施例中，方法1800包括提供(1818-a)附加功率转换电路306，以及将附加功率转换电路306耦接(1818-b)到第二金属馈电板304的第二平面。功率转换电路306被配置为经由第二接收器天线元件302的第一金属馈电板304接收电磁能量。在一些实施例中，功率转换电路306和附加功率转换电路304(1820)相同。
在一些实施例中，方法1800包括提供(1822-a)第一帽308，并且将第一帽308耦接(1822-b)到第一接收器天线元件302，使得第一帽308包围第一接收器天线元件302。方法1800还包括提供(1822-c)第二帽308，并且将第二帽308耦接(1822-d)到第二接收器天线元件302，使得第二帽308包围第二接收器天线元件302。第一帽308和第二帽308作为电介质操作(1822-e)。在一些实施例中，第一和第二帽308包括金属内部。替代地，在一些实施例中，第一和第二帽308包括非金属内部。上面的图5A-6C中提供了其他示例。
在一些实施例中，方法1800包括提供(1824-a)电池并且将电池耦接(1824-b)到功率转换电路。功率转换电路306被配置为(1824-c)将电磁能量转换为电能，用于对电池充电。在一些实施例中，使用电磁能量转换来为电子设备150供电(图1)。
在一些实施例中，方法1800包括将无线功率接收器放置(1826)在包括第一端和与第一端相对的第二端的外壳内。方法1800还包括将第一接收器天线元件302定位(1826-a)在外壳的第一端处，以及将第二接收器天线元件202定位(826-b)在外壳的第二端处。在一些实施例中，外壳还包括主体；以及将无线功率接收器放置(1828)在外壳内还包括将功率转换电路306定位在外壳的主体中。图3中提供了其他示例。
进一步的实施例还包括上述实施例的各种子集，包括在各种实施例中组合或以其他方式重新排列的图1-18B中的实施例。
安全技术
本文描述的各种系统和方法中的任何一种还可以被配置为使用各种附加安全技术。例如，发送器设备可以使用一种或多种采样或测量技术来确定传输场的一个或多个特定位置处的电磁能量的当前SAR值。在一些实施例中，通过SAR值测量装备测量和预定传输场中的SAR值。在一些实施例中，与发送器设备相关联的存储器可以预先加载值、表和/或算法，这些值、表或算法用于指示发送器设备传输场中的哪个距离范围可能超过预先存储的SAR阈值。例如，查找表可以指示距离接收具有特定频率(F)的数个功率波(P)的发送器一定距离(D)的空间体积(V)的SAR值。本领域技术人员在阅读本发明后将理解，存在任何数量的势计算，其可以使用任何数量的变量来确定特定位置处电磁能量的SAR值，每个都在本发明的范围内。
此外，发送器设备可以在产生、发送或调整辐射剖面时以各种方式应用为特定位置识别的SAR值。SAR值等于或低于1.6W/kg，符合美国FCC(联邦通信委员会)SAR要求。SAR值等于或小于2W/kg符合欧盟IEC(国际电工委员会)SAR要求。在一些实施例中，SAR值可以由发送器测量和使用，以在整个传输场中保持恒定的能量水平，其中能量水平既安全地低于SAR阈值，但仍然包含足够的电磁能量，以便接收器有效地转换为电能，该电能足以为相关设备供电，和/或为蓄电池充电。在一些实施例中，发送器设备可以根据基于预定SAR阈值的新形成的辐射剖面预期产生的能量来主动调制辐射剖面。例如，在确定如何产生或调整辐射剖面之后，但在实际发送功率之前，发送器设备可以确定要产生的辐射剖面是否将导致在满足或不满足SAR阈值的特定位置处的电磁能量积累。此外或替代地，在一些实施例中，当发送器设备确定在特定位置处通过或积累的功率波未达到SAR阈值时，发送器设备可以主动监测传输场，以反应性地调整传输到或通过特定位置的功率波。在发送器设备被配置为主动和被动地调整功率辐射剖面，以在整个传输场中保持连续的功率电平为目标的情况下，发送器设备可以被配置为主动地调整要传输到特定位置的功率辐射剖面，以确保功率波将满足SAR阈值，但也可以在整个传输场中的位置连续轮询SAR值(例如，使用被配置为测量这种SAR值的一个或多个传感器)，以确定在特定位置累积或通过特定位置的功率波的SAR值是否意外地不符合SAR阈值。
在一些实施例中，发送器设备的控制系统遵循用于人类受试者的电磁场(EMF)暴露保护标准。最大暴露限制由美国和欧洲标准根据功率密度限制和电场限制(以及磁场限制)定义。例如，这些包括联邦通信委员会(FCC)为MPE制定的限制，以及欧洲监管机构为辐射暴露制定的限制。FCC为MPE制定的限制编入47CFR§1.1310。对于微波范围中的电磁场(EMF)频率，可以使用功率密度来表示暴露强度。功率密度被定义为单位面积的功率。例如，功率密度通常可以表示为每平方米瓦特(W/m2)、每平方厘米毫瓦特(mW/cm2)或每平方厘米微瓦特(μW/cm2)。
在一些实施例中，作为非限制性示例，本文公开的无线功率传输系统符合FCC第§18.107部分的要求，该部分规定了“工业、科学和医疗(ISM)装备。旨在为工业、科学、医疗、家庭或类似目的产生和使用本地电磁能量的装备或器具，不包括电信领域的应用。在一些实施例中，本文公开的无线功率传输系统符合ITU(国际电信联盟)无线电条例，该条例规定了“(射频能量的)工业、科学和医疗(ISM)应用”：旨在为工业、科学、医疗、家庭或类似目的产生和使用本地射频能量的装备或器具的操作，不包括电信领域的应用。在一些实施例中，本文公开的无线功率传输系统符合其他要求，诸如根据EN 62311:2008、IEC/EN 662209-2:2010和IEC/EN 62479:2010编码的要求。
在一些实施例中，用于无线功率传输的本系统和方法结合了各种安全技术，以确保传输场中或附近的人类居住者不会暴露于接近或高于监管限制或其他标称限制的EMF能量。一种安全方法包括超出标称限制的误差幅度(例如，约10％到20％)，以便人类受试者不会暴露在EMF暴露限制或附近的功率电平下。第二安全方法可以提供分级保护措施，诸如，如果人类(以及在一些实施例中，其他生物或敏感对象)朝功率密度水平超过EMF暴露限制的辐射区域移动，则减少或终止无线功率传输。在一些实施例中，这些安全方法(和其他方法)被编程到发送器设备的存储器(例如，存储器1406)中，以允许发送器执行这些程序并实现这些安全方法。
提供所公开实施例的前面描述是为了使本领域技术人员能够制造或使用本文所述的实施例及其变体。对于本领域技术人员来说，对这些实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本文所公开的主题的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本发明并不意图局限于本文所示的实施例，而是应被赋予与以下权利要求以及本文所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
本发明的特征可以在计算机程序产品(诸如存储介质(介质)或计算机可读存储介质(介质))中实现，或者使用计算机程序产品或在其帮助下实现，所述计算机程序产品具有存储在其上/其中的指令，所述存储介质(介质)可用于对处理系统进行编程以执行本文所呈现的任何特征。存储介质(例如，存储器1406、1556)可以包括但不限于高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器设备，并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失型固态存储设备。存储器可选地包括一个或多个从CPU(例如，处理器)远程定位的存储设备。存储器或存储器内的非易失性存储器设备包括非暂时性计算机可读存储介质。
存储在机器可读介质(介质)中的任何一个上，本发明的特征可以并入用于控制处理系统的硬件(诸如与无线功率发送器135和/或无线功率接收器155相关联的组件)的软件和/或固件中，以及用于利用本发明的结果使处理系统能够与其他机制交互。此类软件或固件可以包括但不限于应用程序代码、设备驱动器、操作系统和执行环境/容器。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元素，但这些元素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在限制权利要求。如在实施例和所附权利要求书的描述中使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。还应理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数，步骤、操作，元件、组件和/或其组的存在或添加。
如本文所使用的，取决于上下文，术语“如果”可以解释为表示“当”或“在”或“响应于确定”或“根据确定”或“响应于检测”，所述先决条件是真实的。类似地，取决于上下文，短语“如果确定[所述先决条件是真的]”或“如果[所述先决条件是真的]”或“当[所述先决条件是真的]”可以解释为表示“在确定时”或“响应于确定”或“根据确定”或者“在检测时”或者“响应于检测”所述先决条件是真的。
为了说明的目的，已经参考具体实施例描述了上述描述。然而，上述说明性讨论并不旨在详尽无遗或将权利要求限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，可以进行许多修改和变化。选择和描述实施例是为了最好地说明操作原理和实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施。

Claims (61)

1.一种无线功率发送器，包括：
天线元件，包括多个功率传送点，其中所述天线元件被配置为以多个模式操作，所述多个模式包括：
待机模式，其中以预定的时间间隔向所述天线元件提供信号，所述信号使得所述天线元件发送低于电磁(EM)能量的阈值量的EM能量，并使得所述天线元件产生在所述多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场；
单接收器功率传送模式，当相应的无线功率接收器在所述多个功率传送点中的一个处与所述天线元件耦接时被激活，使得(i)所述电场在所述多个功率传送点中的所述一个处的部分大于在所述多个功率传送点中的任何其他处的部分，和(ii)EM能量在所述多个功率传送点中的所述一个处从所述天线元件被传送到所述相应的无线功率接收器。
2.根据权利要求1所述的无线功率发送器，其中，所述多个模式还包括：
多接收器功率传送模式，当至少第一无线功率接收器在所述多个功率传送点中的第一功率传送点处与所述天线元件耦接，并且第二无线功率接收器在所述多个功率传送点中的、与所述功率传送点不同的第二功率传送点处与所述天线元件耦接时被激活，其中：
(i)所述电场在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处的第一部分大于在所述多个功率传送点中的任何其他空闲功率传送点处的部分，并且(ii)EM能量在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处从所述天线元件被传送到所述第一无线功率接收器；
(iii)所述电场在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处的第二部分大于在所述多个功率传送点中的任何其他空闲功率传送点处的部分，并且(iv)EM能量在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处从所述天线元件被传送到所述第二无线功率接收器；以及
其中，所述电场的所述第一部分和所述电场的所述第二部分大致相似。
3.根据权利要求2所述的无线功率发送器，其中，所述多接收器功率传送模式将EM能量从所述天线元件传送到所述第一无线功率接收器和所述第二无线功率接收器，而不使用功率分配器。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件具有大致对称的设计。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件具有星形模式，在所述天线元件的边缘上具有多个子天线元件。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件包括多个子天线元件，其中每个子天线元件包括被配置为与无线功率接收器阻抗匹配的套管。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件被E-wall围绕，所述E-wall被配置为调制所述电场在所述多个功率传送点中的所述一个处的部分。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件被提供扩展接地层的E-wall围绕。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件被E-wall围绕，所述E-wall被配置为最大化到所述多个功率传送点中的所述一个的功率传送。
10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件被E-wall围绕，所述E-wall被配置为从所述天线元件垂直引导所述电场的部分。
11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件被E-wall围绕，所述天线元件和所述E-wall的大小使得其被配置为放置在包括腔阱和腔壁的外壳内，其中所述多个功率传送点位于所述腔阱处，所述E-wall位于所述腔壁处。
12.根据权利要求1-11中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述天线元件是被配置为以约900MHz的中心频率操作的低增益天线元件。
13.根据权利要求1-12中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，在所述无线功率发送器处于所述待机模式时，当所述信号被提供给所述天线元件时，所述天线元件具有低于3dBi的增益。
14.根据权利要求1-13中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，在所述无线功率发送器处于所述待机模式时，当所述信号被提供给所述天线元件时，所述天线元件具有低于2dBi的增益。
15.根据权利要求1-14中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，在所述无线功率发送器处于所述单接收器功率传送模式时，所述天线元件具有约2dBi的增益，并且以约900MHz的中心频率操作。
16.根据权利要求1-15中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，在所述无线功率发送器处于所述单接收器功率传送模式时，所述天线元件以至少50％的耦接效率与所述相应的无线功率接收器耦接。
17.根据权利要求1-16中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，在所述无线功率发送器处于所述多接收器功率传送模式时，所述天线元件具有约2dBi的增益，并且以约900MHz的中心频率操作。
18.根据权利要求1-17中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，在所述无线功率发送器处于所述多接收器功率传送模式时，所述天线元件以至少50％的组合耦接效率与所述第一无线功率接收器和所述第二无线功率接收器耦接。
19.根据权利要求1-18中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，所述相应的无线功率接收器在所述多个功率传送点中的所述一个处与所述天线元件的耦接是电容耦接。
20.根据权利要求1-19中任一权利要求所述的无线功率发送器，还包括控制器，所述控制器被配置为使得所述天线元件在所述多个模式之间切换。
21.根据权利要求20所述的无线功率发送器，还包括耦接到所述天线元件的功率放大器；以及
其中，所述控制器被配置为使得所述功率放大器向所述天线元件提供所述信号。
22.根据权利要求20-21中任一权利要求所述的无线功率发送器，还包括通信组件；以及
其中，所述控制器被配置为从所述通信组件接收所述相应的无线功率接收器的、用于确定被传送到所述相应的无线功率接收器的所述EM能量的特性的充电配置数据。
23.一种无线功率接收器，包括：
第一天线元件，耦接到第一金属馈电板的第一平面，其中，所述第一天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得所述无线功率发送天线将电磁(EM)能量传送到所述第一天线元件，并且所述第一金属馈电板使得所述第一天线元件在垂直于所述第一金属馈电板的第一平面的方向上接收所述EM能量；
第二天线元件，耦接到第二金属馈电板的第一平面，其中，所述第二天线元件被配置为与所述无线功率发送天线电容耦接，使得所述无线功率发送天线将EM能量传送到所述第二天线元件，并且所述第二金属馈电板使得所述第二天线元件在垂直于所述第二金属馈电板的第一平面的方向上接收所述EM能量；以及
功率转换电路，耦接到所述第一金属馈电板的、与第一平面相对的第二平面，所述功率转换电路被配置为经由所述第一天线元件的所述第一金属馈电板接收所述EM能量。
24.根据权利要求23所述的无线功率接收器，还包括耦接到所述第二金属馈电板的、与第一平面相对的第二平面的附加功率转换电路，所述附加功率转换电路被配置为经由所述第二天线元件的所述第二金属馈电板接收所述EM能量。
25.根据权利要求23-24中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述功率转换电路和所述附加功率转换电路相同。
26.根据权利要求23-25中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述第一天线元件和所述第二天线元件分别是形成螺旋模式的导线。
27.根据权利要求23-26中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述第一天线元件被配置为与包围所述第一天线元件的第一帽耦接，所述第二天线元件被配置为与包围所述第二天线元件的第二帽耦接，其中所述第一帽和所述第二帽作为电介质操作。
28.根据权利要求27所述的无线功率接收器，其中，所述第一帽和所述第二帽具有约8dB的回波损耗。
29.根据权利要求27-28中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述第一帽和所述第二帽包括相应的金属内部。
30.根据权利要求23-29中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述第一天线元件垂直于所述第一金属馈电板的第一平面，并且所述第二天线元件垂直于所述第二金属馈电板的第一平面。
31.根据权利要求23-30中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述第一天线元件和所述第二天线元件具有约2dBi的增益。
32.根据权利要求23-31中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述功率转换电路被配置为将所述EM能量转换为电能，用于对与所述无线功率接收器电耦接的电池充电。
33.根据权利要求23-32中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述无线功率接收器被配置为放置在包括第一端和与所述第一端相对的第二端的外壳中，其中：
所述第一天线元件位于所述外壳的所述第一端处，以及
所述第二天线元件位于所述外壳的所述第二端处。
34.根据权利要求33中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述外壳包括主体，并且所述功率转换电路位于所述外壳的所述主体内。
35.根据权利要求23-34中任一权利要求所述的无线功率接收器，其中，所述无线功率发送天线是根据权利要求1-22所述的无线功率发送器的所述天线元件。
36.根据权利要求1-22中任一权利要求所述的无线功率发送器，其中，相应的无线功率接收器是根据权利要求23-34所述的任何无线功率接收器。
37.一种无线提供功率的方法，包括：
在包含包括多个功率传送点的天线元件的无线功率发送器处，所述天线元件被配置为以多个模式操作：
在所述多个模式中的待机模式下操作所述天线元件，包括：
以预定的时间间隔向所述天线元件提供信号，
通过所述天线元件，基于所述信号发送低于电磁(EM)能量的阈值量的EM能量，以及
通过所述天线元件，基于所述信号产生在所述多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场，
在所述多个功率传送点中的第一功率传送点处检测到与所述天线元件耦接的第一无线功率接收器；以及
响应于所述检测，在单接收器功率传送模式下操作所述天线元件，包括：
调整由所述天线元件产生的所述电场的部分，使得所述电场在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处的部分大于在所述多个功率传送点中的任何其他处的部分，以及
在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处，将EM能量从所述天线元件传送到所述第一无线功率接收器。
38.根据权利要求37所述的方法，还包括：
当在所述单接收器功率传送模式下操作所述天线元件时，检测到在所述多个功率传送点中的第二功率传送点处与所述天线元件耦接的第二无线功率接收器，所述第二功率传送点与所述第一功率传送点不同；以及
响应于所述检测，在所述多接收器功率传送模式下操作所述天线元件，包括：
调整由所述天线元件产生的所述电场的另一部分，使得所述电场在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分，
在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处，将EM能量从所述天线元件传送到所述第一无线功率接收器，
在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处，将EM能量从所述天线元件传送到所述第二无线功率接收器，以及
其中，所述电场在所述第一功率传送点处的部分和所述电场在所述第二功率传送点处的另一部分大致相似。
39.根据权利要求37所述的方法，还包括：
当在所述待机模式下操作所述天线元件时，检测到在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处与所述天线元件耦接的所述第一无线功率接收器和在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处与所述天线元件耦接的第二无线功率接收器，所述第二功率传送点不同于所述第一功率传送点；以及
响应于所述检测，在多接收器功率传送模式下操作所述天线元件，包括：
调整由所述天线元件产生的所述电场的第一部分，使得所述电场在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分，
调整由所述天线元件产生的所述电场的第二部分，使得所述电场在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处的部分大于在任何其他空闲的多个功率传送点处的部分，
在所述多个功率传送点中的所述第一功率传送点处，将EM能量从所述天线元件传送到所述第一无线功率接收器，
在所述多个功率传送点中的所述第二功率传送点处，将EM能量从所述天线元件传送到所述第二无线功率接收器，以及
其中，所述电场在所述第一功率传送点处的所述第一部分和所述电场在所述第二功率传送点处的所述第二部分大致相似。
40.根据权利要求37所述的方法，其中，所述无线功率发送器还包括围绕所述天线元件的E-wall，所述E-wall被配置为调制所述电场在所述多个功率传送点中的所述一个处的部分。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述E-wall提供扩展接地层。
42.根据权利要求40-41中任一权利要求所述的方法，其中，所述E-wall被配置为最大化到所述多个功率传送点中的所述一个的功率传送。
43.根据权利要求40-42中任一权利要求所述的方法，其中，所述E-wall被配置为从所述天线元件垂直引导所述电场的部分。
44.一种制造无线功率发送器的方法，所述方法包括：
形成包括多个功率传送点的天线元件，包括：
形成多个子天线元件，其中：
每个子天线元件具有相同的形状，
每个子天线元件从所述天线元件的中心扩展到所述天线元件的外边缘，以及
所述多个子天线元件形成对称天线元件，
其中，所述天线元件被配置为在多个模式下操作，所述多个模式包括：
待机模式，其中以预定的时间间隔向所述天线元件提供信号，所述信号使得所述天线元件发送低于阈值量的电磁能量，并使得所述天线元件产生在所述多个功率传送点中的每一个处大致均匀分布的电场；
单接收器功率传送模式，在相应的无线功率接收器与所述多个功率传送点中的一个耦接时被激活，使得(i)所述电场在所述多个功率传送点中的所述一个处的部分大于在所述多个功率传送点中的任何其他处的部分，以及(ii)在所述多个功率传送点中的所述一个处，将电磁能量从所述天线元件传送到所述相应的无线功率接收器。
45.根据权利要求44所述的方法，还包括：
形成围绕所述天线元件的E-wall，所述E-wall被配置为调制所述电场在所述多个功率传送点中的所述一个处的部分。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述E-wall被配置为提供扩展接地层。
47.根据权利要求45-46中任一权利要求所述的方法，其中，所述E-wall被配置为最大化到所述多个功率传送点中的所述一个的功率传送。
48.根据权利要求45-47所述的方法，其中，所述E-wall被配置为从所述天线元件垂直引导所述电场的部分。
49.根据权利要求45所述的方法，其中，形成所述E-wall包括：
调整所述E-wall的大小，使得其被配置为放置在包括空腔壁的外壳内；以及
将所述E-wall放置在所述腔壁附近，使得所述E-wall与所述腔壁垂直。
50.根据权利要求44-49中任一权利要求所述的方法，其中，形成所述天线元件包括：
调整所述天线元件的大小，使得其被配置为放置在包括腔阱的外壳内；
将所述天线元件放置在所述腔阱附近，使得所述多个功率传送点位于所述腔阱处。
51.根据权利要求44所述的方法，还包括将发送器定位在所述外壳内。
52.一种制造无线功率接收器的方法，所述方法包括：
形成第一天线元件；
提供包括第一平面和第二平面的第一金属板，第一平面与第一平面相对；
将所述第一天线元件耦接到所述第一金属馈电板的第一平面，其中，所述第一天线元件被配置为与无线功率发送天线电容耦接，使得所述无线功率发送天线将电磁能量传送到所述第一天线元件，并且所述第一金属馈电板使得所述第一天线元件在垂直于所述第一金属馈电板的第一平面的方向上接收所述电磁能量；
形成第二天线元件；
提供与所述第一金属板不同的第二金属板，所述第二金属板包括第一平面和第二平面，第一平面与第一平面相对；
将所述第二天线元件耦接到所述第二金属馈电板的第一平面，其中，所述第二天线元件被配置为与所述无线功率发送天线电容耦接，使得所述无线功率发送天线将电磁能量传送到所述第二天线元件，并且所述第二金属馈电板使得所述第二天线元件在垂直于所述第二金属馈电板的第一平面的方向上接收所述电磁能量；
提供功率转换电路；以及
将功率转换电路耦接所述到第一金属馈电板的第二平面，所述功率转换电路被配置为经由所述第一天线元件的所述第一金属馈电板接收所述电磁能量。
53.根据权利要求52所述的方法，所述方法包括：
提供附加功率转换电路；以及
将所述附加功率转换电路耦接到所述第二金属馈电板的第二平面，所述功率转换电路被配置为经由所述第二天线元件的所述第一金属馈电板接收所述电磁能量。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述功率转换电路和所述附加功率转换电路相同。
55.根据权利要求52-54中任一权利要求所述的方法，其中，所述第一天线元件和所述第二天线元件分别是形成螺旋模式的导线。
56.根据权利要求52-55中任一权利要求所述的方法，还包括
提供第一帽；
将所述第一帽耦接到所述第一天线元件，使得所述第一帽包围所述第一天线元件；
提供第二帽；
将所述第二帽耦接到所述第二天线元件，使得所述第二帽包围所述第二天线元件；以及
其中，所述第一帽和所述第二帽作为电介质操作。
57.根据权利要求55所述的方法，其中，第一金属帽和第二金属帽包括金属内部。
58.根据权利要求52-57中任一权利要求所述的方法，其中，所述第一天线元件垂直于所述第一金属馈电板的第一平面，并且所述第二天线元件垂直于所述第二金属馈电板的第一平面。
59.根据权利要求52-58中任一权利要求所述的方法，还包括：
提供电池；
将所述电池耦接到所述功率转换电路；以及
其中，所述功率转换电路被配置为将所述电磁能量转换为电能，用于对所述电池充电。
60.根据权利要求52-59中任一权利要求所述的方法，还包括：
将所述无线功率接收器放置在包括第一端和与所述第一端相对的第二端的外壳内，包括：
将所述第一天线元件定位在所述外壳的所述第一端处，以及
将所述第二天线元件定位在所述外壳的所述第二端处。
61.根据权利要求60中任一权利要求所述的方法，其中，所述外壳还包括主体；并且将所述无线功率接收器放置在外壳内还包括：
将所述功率转换电路定位在所述外壳的所述主体中。
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