RED DE TRANSMISION DE ENERGIA DE RF Y METODO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La presente invención de dirige a una red de transmisión de energía de radiofrecuencia (RF) en serie. Descripción de la Técnica Relacionada Conforme se expanden las capacidades de los procesadores y han disminuido los requerimientos de energía, ha habido una explosión en curso de dispositivos que operan completamente independientes de cables y cables de alimentación de red o cables de alimentación. Estos dispositivos "sin conexión" están en el intervalo desde teléfonos celulares y teclados inalámbricos a sensores de construcciones y etiquetas de identificación de radiofrecuencia activas (RFID = Radio Frequency Identification) . Ingenieros y diseñadores de estos dispositivos sin conexión continúan trabajando con las limitaciones de fuentes de energía portátil, primordialmente utilizando baterías como el parámetro de diseño clave. Mientras que el desempeño de procesadores y de dispositivos portátiles se ha duplicado cada 18-24 meses (dirigido por la ley de Moore) , la tecnología de baterías en términos de capacidad solo ha crecido 6% por año. Incluso con diseños concientes de energía y lo más
reciente en tecnología de baterías, muchos dispositivos no cumplen con los requerimientos de mantenimiento y costo de vida útil para aplicaciones que requieren una gran cantidad de dispositivos sin conexión o libres, tales como logística y automatización de construcción. Los dispositivos actuales que requieren comunicación de dos vías requieren mantenimiento programado cada 3 a 18 meses para reemplazar o recargar la fuente de energía del dispositivo (típicamente una batería) . Dispositivos ' de una vía que simplemente difunden su estado sin recibir, señales, tales como medidores de servicios públicos automatizados, tienen mejor vida útil de batería típicamente requiriendo reemplazo cada 10 años. Ambos tipos de dispositivos, el mantenimiento de fuente de energía programado es costoso y puede interrumpir a todo el sistema que un dispositivo pretende supervisar y/o controlar. Viajes de mantenimiento no programado son incluso más costosos e interrumpen. En un nivel macro, el costo relativamente alto asociado con la batería interna también reduce el número de dispositivos prácticos o económicamente viables que pueden ser desplegados o instalados. La solución ideal al problema de energía para los dispositivos libres o sin conexión es un dispositivo sistema que puede recolectar y aprovechar suficiente energía del ambiente. La energía aprovechada entonces alimentará directamente a un dispositivo inalámbrico o aumentará un
suministro de energía. Sin embargo, esta solución ideal no siempre puede ser práctica de implementar debido a la baja energía en el ambiente y restricciones del sitio que limitan la capacidad por utilizar un suministro de energía dedicado. Existe una necesidad por un sistema que toma en cuenta estos factores y proporciona una solución tanto para la situación ideal como también para circunstancias más restrictivas . Invenciones previas se han enfocado en una red paralela para distribución de energía, por ejemplo las solicitudes de patentes provisionales de los E.U.A. Números de Serie 60/683,991 y 60/763,582, ambas con título "Power Transmission Network" e incorporadas aquí por referencia. Estas invenciones no exploran una red en serie debido a que para muchas aplicaciones que explotan esta tecnología, pérdidas de líneas de transmisión, conmutadores en serie, acopladores direccionales (DC = directional couplers), y conectores, son inaceptables. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, estas pérdidas son aceptables o pueden minimizarse, por ejemplo una pequeña red con una infraestructura de cable coaxial, tal como un área de escritorio, o utilizar una infraestructura de cable coaxial de baja pérdida existente o nueva en una construcción para distribuir energía de RF. BREVE COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de esta invención el proporcionar una red de energía de RF en serie, en donde la red de energía de RF es adecuada para implementarse como una porción de un sistema que suministra energía de RF a un dispositivo a fin de cargar o recargar el dispositivo o energizar directamente el dispositivo. Una red en serie tiene varias ventajas cuando se compara con una red en paralelo para ciertas aplicaciones. Como un ejemplo, la cantidad de línea de transmisión puede reducirse por el uso de una red en serie. En una red paralela, una línea de transmisión típicamente se conecta del transmisor de energía de RF a cada antena. En una red en serie, cada antena retiene una cantidad de energía de una línea de transmisión conectada en serie. Otra ventaja de una red de transmisión de energía de RF en serie es que la red se puede ajustar en escala fácilmente. Como un ejemplo, antenas adicionales pueden agregarse a la red al agregar componentes de liberación de energía adicionales en la serie o al agregar componentes de derivación de energía adicionales al fin de la red, de esta manera incrementando la longitud de la serie. Un método y aparato para rectificación de alta eficiencia para diversas cargas, que es adecuado para recibir la energía de RF distribuida por la presente invención, se ha discutido en detalle en la solicitud de patente provisional de los E.U.A. Número de Serie 60/729,792, que se incorpora
aquí por referencia. La presente invención se refiere a una red de transmisión de energía de RF. La red comprende un primer transmisor de energía de RF para generar energía. La red comprende al menos un componente de derivación de energía conectado eléctricamente en serie al primer transmisor de RF, para separar la energía recibida del primer transmisor de energía de RF en al menos una primera porción y una segunda porción. El sistema comprende al menos una antena eléctricamente conectada al componente de derivación de energía como mínimo para recibir la primera porción y transmitir energía. El sistema comprende un dispositivo a energizar. El sistema comprende una antena de recepción conectada eléctricamente y configurada para recibir la energía transmitida. La presente invención se refiere a un método para transmisión de energía de RF. El método comprende las etapas de generar energía con un primer transmisor de energía de RF. Está la etapa de separar la energía recibida del ' primer transmisor de energía en al menos una primera porción y una segunda porción con al menos un componente de derivación de energía conectado eléctricamente en serie con el primer transmisor de energía de RF. Está la etapa de recibir la primera porción por al menos una antena conectada eléctricamente a cuando menos un componente de derivación de
energía. Está la etapa de transmitir energía con la antena como mínimo. La presente invención se refiere a un aparato para transmisión inalámbrica de energía a un receptor que tiene un colector inalámbrico de energía que produce corriente directa. El aparato comprende un combinador que tiene una primera alimentación que tiene una primera energía. El aparato comprende una segunda alimentación que tiene una segunda energía. El aparato comprende una salida que tiene una energía de salida que es una combinación de la primera energía y la segunda energía y mayor que la primera energía y la' segunda energía individualmente. El aparato comprende una antena conectada eléctricamente a la salida a través de la cual la energía de salida se transmite al receptor. La presente invención se refiere a un aparato para transmisión inalámbrica de energía a un receptor que tiene un colector inalámbrico de energía que produce corriente directa. El aparato comprende un acoplador ajustable en campo para incrementar o disminuir la energía a un nivel deseado que tiene una línea principal y una línea secundaria una distancia d de la línea principal. El aparato comprende un mecanismo ajustable que varía la distancia d. El aparato comprende una antena a través de la cual la energía se transmite al receptor. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una ilustración de una red en serie simple de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una ilustración de una red en serie de alimentación múltiple de acuerdo con la presente invención; La Figura 3 es una ilustración de un acoplador que puede utilizarse con la presente invención; La Figura 4 es una ilustración de una red de tres transmisores de acuerdo con la presente invención; La Figura 5 es una ilustración de un distribuidor de energía para utilizar con la presente invención. La Figura 6 es una ilustración de un acoplador direccional ajustable que puede emplearse con la presente invención; Las Figuras 7 y 8 son ilustraciones de una red de múltiples rutas de acuerdo con la presente invención; La Figura 9 es una ilustración de una red de conmutación de acuerdo con la presente invención; La Figura 10 es una ilustración de una segunda red de conmutación de acuerdo con la presente invención; y La Figura 11 es una ilustración de una instalación de escritorio de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una comprensión completa de la invención se obtendrá a partir de la siguiente descripción, cuando se toma
en conexión con las figuras de dibujos acompañantes en donde caracteres de referencia y semejantes se identifican partes semejantes a través de la misma. Para propósitos de descripción a continuación, los términos "superior", "inferior", "derecho", "izquierdo", "vertical", "horizontal", "superior", "de fondo", y sus derivados habrán de relacionarse a la invención como se orienta en las figuras de dibujos. Sin embargo, habrá de entenderse que la invención puede adquirir diversas variaciones alternas y secuencias de etapas, excepto cuando se especifica expresamente lo contrario. También habrá de entenderse que los dispositivos y procesos específicos ilustrados en los dibujos anexos y descritos en la siguiente especificación simplemente son modalidades ejemplares de la invención. Aquí, invenciones específicas y otras características físicas relacionadas a las modalidades aquí descritas no habrán de considerarse como limitantes. La presente invención se refiere a una red de transmisión de energía de RF 10 como se ilustra en la Figura 1. La red 10 comprende un primer transmisor de energía de RF 12a para generar energía. La red 10 comprende al menos un componente de derivación de energía 14a conectado eléctricamente en serie con el primer transmisor de energía de RF 12a para separar la energía recibida del primer transmisor de energía 12a en al menos una primera porción y
una segunda porción. La red comprende cuando menos una antena 20a conectada eléctricamente al componente de derivación de energía como mínimo 14a para recibir la primera porción y transmitir energía. El componente de derivación de energía como mínimo 14a puede ser un acoplador direccional 36 como se ilustra en la Figura 3. La red 10 puede incluir un segundo transmisor de energía de RF 12b conectado eléctricamente en serie al componente de derivación de energía como mínimo 14a como se ilustra en la Figura 2. La red 10 puede incluir cuando menos un controlador 74a conectado eléctricamente con uno o más del primer transmisor de energía de RF 12a, el componente de derivación de energía como mínimo 14a, la antena como mínimo 20a, y el segundo transmisor de energía de RF 12b. El componente de derivación de energía como mínimo 14a puede ser un acoplador bidireccional 36. En forma alterna, el componente de derivación de energía como mínimo puede ser un distribuidor de energía 52, como se ilustra en la Figura 4. La red 10 puede incluir cuando menos un transmisor de energía de RF adicional 12b conectado eléctricamente en serie con el componente de derivación de energía como mínimo 14a, como se ilustra en la Figura 2. La red 10 puede incluir el controlador como mínimo 74a conectado eléctricamente a uno o más del primer transmisor de energía de RF 12a, el componente de derivación de energía como mínimo 14a, la
antena como mínimo 20a, y el transmisor de energía de RF adicional como mínimo 12b. La red 10 puede incluir una carga de terminación 16. La red 10 puede incluir al menos una línea de transmisión 18. En una modalidad, la energía transmitida del primer transmisor de energía de RF 12a no incluye datos. La red 10 puede incluir al menos un controlador 74a conectado eléctricamente a uno o más del primer transmisor de energía de RF 12a, el componente de derivación de energía como mínimo 14a, y la antena como mínimo 20a. Al menos un controlador 74a de los controladores como mínimo puede conectarse eléctricamente a cuando menos otro controlador 74b de los controladores como mínimo. La red 10 puede configurarse para transmitir energía mediante la antena 20a como mínimo, en pulsos. Al menos uno del componente de derivación de energía como mínimo 14 puede ser un conmutador 82a, como se ilustra en la Figura 9. El conmutador 82a puede ser controlado mediante una línea de control. El conmutador 82a puede ser controlado por energía de detección. La energía detectada puede ser pulsos de energía. Los pulsos de energía pueden variar en duración. Los pulsos de energía pueden variar en sincronización. El conmutador 82a puede ser controlado mediante una señal de comunicaciones. La señal de comunicaciones puede enviarse por un cable coaxial.
La antena 20a puede ser una línea de transmisión 18, como se ilustra en la Figura 1. Al menos una porción de la energía recibida del primer transmisor de energía de RF 12a puede emplearse por el componente de derivación de energía como mínimo 14a como energía operacional. La red 10 puede incluir un segundo componente de derivación de energía 14b conectado eléctricamente en serie con el componente de derivación de energía como mínimo 14a, con el componente de derivación de energía como mínimo 14a dispuesto entre el primer transmisor de energía de RF 12a y el segundo componente de derivación de energía 14b. El segundo componente de derivación de energía 14b recibe la segunda porción del componente de derivación de energía como mínimo y la separa en al menos una tercera porción y una cuarta porción . El primer transmisor de RF 12a puede solo incluir un primer conector que conecta eléctricamente el primer transmisor de energía de RF 12a al componente de derivación de energía como mínimo 14a; y el componente de derivación de energía como mínimo 14a incluye un segundo conector que conecta eléctricamente el componente de derivación de energía como mínimo con el segundo componente de derivación de energía 14b. La presente invención se refiere a un sistema 100 para transmisión de energía como se ilustra en la Figura 11.
El sistema comprende un primer transmisor de energía de RF 12a para generar energía. El sistema comprende al menos un componente de derivación de energía 14a conectado eléctricamente en serie con el primer transmisor de energía de RF 12a para separar la energía recibida del primer transmisor de energía de RF 12a en al menos una primera porción y una segunda porción. El sistema comprende al menos una antena 20a conectada eléctricamente al componente de derivación de energía como mínimo 14a para recibir la primera porción y transmitir la energía. El sistema comprende un dispositivo 94 a energizar. El sistema comprende una antena de recepción 92 conectada eléctricamente al dispositivo 94 y configurada para recibir la energía transmitida. La red 10 puede incluir cuando menos un controlador 74a conectado eléctricamente a uno o más del transmisor de energía de RF, el componente de derivación de energía como mínimo 14a, y la antena como mínimo 2Qa, como se ilustra en la Figura 1. Al menos uno de los componentes de derivación de energía como mínimo puede ser un conmutador 82a, como se ilustra en la Figura 9. El sistema 100 puede configurarse para transmitir la energía mediante la antena como mínimo 20a, en pulsos. Al menos una porción de la energía recibida del primer transmisor de energía de RF 12a puede utilizarse por el componente de derivación de energía como mínimo 14a como energía operacional . En una modalidad, la energía
transmitida del primer transmisor de energía de RF 12a no incluye datos. La red 10 puede incluir un segundo componente de derivación de energía 14b conectado eléctricamente en serie al componente de derivación de energía como mínimo 14a, con el componente de derivación de energía como mínimo 14a colocado entre el primer transmisor de energía de RF 12a y al segundo componente de derivación de energía 14b, como se ilustra en la Figura 11. El segundo componente de derivación de energía 14b recibe la segunda porción del componente de derivación de energía como mínimo 14a y la separa en al menos una tercera porción y una cuarta porción; y una segunda antena 20b conectada eléctricamente al segundo componente de derivación de energía 14b para recibir la tercera porción y transmitir energía. Como se ilustra en la Figura 3, hay un aparato para transmisión inalámbrica de energía a un receptor que tiene un colector inalámbrico de energía que produce corriente directa. El aparato comprende un combinador 38 que tiene una primera alimentación 40a que tiene una primera energía. El aparato comprende una segunda alimentación 40b que tiene una segunda energía. El aparato comprende una salida que tiene una energía de salida que es una combinación de la primera energía y la segunda energía y mayor que la primera energía y la segunda energía individualmente. El aparato comprende una
antena 20a conectada eléctricamente a la salida a través de la cual la energía de salida se transmite al receptor. Como se ilustra en la Figura 6, hay un aparato para transmisión inalámbrica de energía a un receptor que tiene un colector inalámbrico de energía que produce corriente directa. El aparato comprende un acoplador ajustable en campo 60 para incrementar o disminuir energía a un nivel deseado que tiene una línea principal 62 y una línea secundaria 64 una distancia d desde la línea principal 62. El aparato comprende un mecanismo ajustable que varía la distancia d. El aparato comprende una antena 20a a través de la cual se transmite la energía al receptor. La presente invención se refiere a un método para transmisión de energía de RF. El método comprende la etapa de generar energía con un primer transmisor de energía de RF 12a, como se ilustra en la Figura 11. Está la etapa de separar la energía recibida del primer transmisor de energía 12a en al menos una primera porción y una segunda porción, con al menos un componente de derivación de energía como mínimo 14a conectado eléctricamente en serie con el primer transmisor de energía de RF 12a. Está la etapa de recibir la primera porción por al menos una antena 20a conectada eléctricamente al componente de derivación de energía como mínimo 14a. Está la etapa de transmitir energía con al menos una antena 20a.
El método puede incluir las etapas de recibir la energía transmitida en forma inalámbrica desde al menos una antena 20a en una antena receptora 92, conectada eléctricamente a un dispositivo 94 y configurada para recibir la energía transmitida, y convertir la energía recibida por la antena receptora 92 con un colector de energía colocado en el dispositivo 94, conectado eléctricamente al dispositivo 9 . El método puede incluir las etapas de agregar un segundo componente de derivación de energía 14b conectado eléctricamente en serie con el componente de derivación de energía como mínimo, con el componente de derivación de energía como mínimo 14a colocando entre el primer transmisor de energía de RF 12a y el segundo componente de derivación de energía 14b. El segundo componente de derivación de energía 14b recibe la segunda porción del componente de derivación de energía como mínimo 14a y la separa en al menos una tercera porción y una cuarta porción. Puede estar la etapa de recibir la tercera porción en una segunda antena 20b conectada eléctricamente a la segunda componente de derivación de energía 14b. Puede haber la etapa de transmitir energía desde la segunda antena 20b. Red en Serie de Alimentación Sencilla Con referencia en general a la Figura 1, una red de transmisión/distribución de energía en serie ("simple") de alimentación simple 10 de acuerdo con la presente invención,
incluye un transmisor de energía de RF sencillo 12a y al menos un componente de derivación de energía (PTC = Power Tapping Component) 14a. La red de serie de alimentación sencilla 10 termina con una carga de 16. Los PTCs 14a-c se conectan en serie. La energía viaja en una dirección D desde el transmisor de energía de RF 12a. De esta manera, en la red en serie de alimentación sencilla 10, hay una sola dirección de energía. Como se ilustra en la Figura 1, la energía viaja de izquierda a derecha. Las conexiones 18 (generalmente referidas como una línea de transmisión aquí) , en la red 10 se hacen mediante un cable coaxial, línea de transmisión, guía de ondas u otros medios convenientes. Una carga 16 puede incluir pero no está limitada a una antena, terminador, acoplador, acoplador direccional, acoplador bidireccional , separador, combinador, distribuidor de energía, circulador, atenuador o cualquier otro componente que actúe como una carga. La línea de transmisión 18 o el último PTC 14c habrá de determinarse para eliminar reflexiones que utilizan una carga 16. Habrá de notarse que el circulador así como el separador y el combinador también pueden alimentar la energía reflejada de regreso a en una conexión en serie. Un PTC 14a retira energía de una línea de transmisión 18 (u otra conexión) y suministro de energía
retirada a otro componente, tal como una carga 16, una antena 20a, u otra linea de transmisión 18. De preferencia, un PTC 14a pasa cualquier energía restante al siguiente componente en la serie, tal como una carga 16, una antena 20a, otro PTC 14b, u otra línea de transmisión 18. De preferencia, un PTC 14a tiene tres o más alimentaciones/salidas (conectores) en donde la energía se alimenta, envía de salida (acepta) y/o sale (pasa). Por ejemplo, un PTC 14a tiene una alimentación, una primera salida para la energía aceptada y una segunda salida para la energía pasada. El PTC 14a recibe energía en la alimentación. El PTC 14a separa la energía en una primera porción y una segunda porción. La primera porción se "acepta" y envía a la primera salida, por ejemplo a una antena 20a (discutida a continuación) . La segunda porción se "pasa" y envía al siguiente componente en la serie, por ejemplo otro PTC 14b. Un PTC 14a puede ser un acoplador direccional como se ilustra en la Figura 1. Un acoplador direccional puede implementarse con un separador o un combinador. Una salida de cada PTC 14a-c de preferencia se conecta a una antena 20a-c, respectivamente. Cada antena 20a-c radia energía en un área de cobertura (o volumen) . Una área de cobertura se define por una concentración de campo magnético y/o eléctrico mínima. Como un ejemplo, un área de cobertura puede definirse como un área (o espacio) en donde
la fuerza de campo eléctrico radiada es mayor que 2 volts por metro (2 V/m) . El área de cobertura para una antena determinada 20a puede o no superponerse a otras áreas de cobertura de otras antenas 20b, 20c. Otras salidas de cada PTC 14a-c pueden conectarse a una carga 16 y otras líneas de transmisión 18. Cuando los PTCs 14a-c se implementan como acopladores direccionales , los acopladores direccionales pueden diseñarse para derivar (o retirar) un cierto porcentaje (dB) de la línea de transmisión 18. Por ejemplo, un acoplador -20dB y una alimentación de 1000 Watts (W) resultan con una salida de 10W a la carga de terminación 16. Los acopladores direccionales en la red 10 pueden todos tener el mismo acoplamiento (por ejemplo, -20dB) o pueden diseñarse en una base caso-por-caso para utilizar acoplamiento estándar (por ejemplo, -3, -6, -10 dB) o no estándar (por ejemplo, -3.4, -8, -9.8 dB) . Un circulador 22a o aislador puede conectarse entre el transmisor de energía de RF 12 y el primer PTC 14a en la serie, a fin de proteger contra energía reflejada que provocará daño al transmisor de energía de RF 12a. La Figura 1 ilustra la red en serie de alimentación sencilla 10 con un transmisor de energía de RF 12a, un circulador 22a, tres PTCs 14a-c ( implementados como acopladores direccionales) , cada uno conectado a una antena
20a-c, respectivamente y una carga de terminación 16. En uso, el transmisor de energía de RF 12a suministra energía sobre una o varias líneas de transmisión 18 a cada PTC 14a-c en la red 10. Cada PTC 14a-c deriva energía de la línea y envía la energía a las antenas conectadas respectivas 20a-c, carga 16. Las antenas 20a-c, carga 16 radian la energía a las áreas de cobertura correspondientes a cada antena 20a-c, carga 16. Cuando en un área de cobertura, un dispositivo a energizar recibe la energía radiada. La energía recibida se utiliza para cargar o recargar el dispositivo o para energizar directamente el dispositivo . Red en Serie de Alimentación Dual Con referencia generalmente a la Figura 2, una red de transmisión/distribución de energía en serie de alimentación dual 10, de acuerdo con la presente invención incluye un primer transmisor de energía de RF 12a en un primer extremo 32 de la red 30 y un segundo transmisor de energía de RF 12b en un segundo extremo 34 de la red 10. Uno o más PTCs 14 se ubican en serie entre el primer transmisor de energía de RF 12a y el segundo transmisor de energía de RF 12b. De preferencia, cada PTC 14 también se conecta a una antena respectiva 20a-c. Cada antena 20a-c radia energía en una área de cobertura. El área de cobertura de una antena
dada 20a puede o no superponer a otras áreas de cobertura de otras antenas 20b, 20c. Los PTCs 14a-c pueden ser acopladores bidireccionales que acoplan ondas en ambas direcciones. Esto permite direcciones de energía duales- una primera dirección de energía A que proviene del primer transmisor de energía de RF 12a y una segunda dirección de energía B que proviene del segundo transmisor de energía de RF 12b. Un primer circulador 22a puede conectarse próximo al primer transmisor de RF 12a para estar entre el primer transmisor de RF 12a y el PTC 14a próximo en línea en la serie, a fin de proteger contra energía reflejada que provocará daño al primer transmisor de energía de RF 12a. Igualmente, un segundo circulador 22b puede ubicarse entre el segundo transmisor de energía de RF 12b y el PTC 14b correspondiente siguiente en línea en la serie. El primer transmisor de energía de RF 12a y el segundo transmisor de energía de RF 12b pueden estar en la misma frecuencia. Debido a tolerancias de componentes, sin embargo de hecho estarán ligeramente diferentes y se desplazarán dentro y fuera de fase, promediando a un valor finito. Esta cuestión se discute en detalle en la solicitud de patente de los E.U.A. Número de Serie 11/699,148 y en la solicitud de patente provisional de los E.U.A. Número de Serie 60/763,582, ambas con título "Power Transmission
Network", que se incorporan aquí por referencia. El primer transmisor de energía de RF 12a y el segundo transmisor de energía de RF 12b también pueden diseñarse para estar en diferentes frecuencias o en canales separados. Una ventaja de una red 10 con transmisores de energía de RF duales (o múltiples, discutidos a continuación) RF 12a, 12b es que la red 10 distribuye pérdidas sobre la línea de transmisión 18 en vez de concentrar la pérdida en un extremo (como con una red en serie de alimentación sencilla 10) . Otra ventaja es que se requiere menos energía para cada transmisor de energía de RF 12a, 12b. Por ejemplo, un solo transmisor 12a puede alimentar 1000 , o dos transmisores 12a, 12b pueden alimentar 500W cada uno. Las dos alimentaciones de 500W serían la red más económica 10, en términos de energía y costos de componentes, etc. Los transmisores de energía de RF 12a, 12b pueden tener diferentes niveles de energía si se encuentra que es ventajoso. La Figura 2 ilustra una red en serie de alimentación dual 10 que tiene un primer transmisor de energía de RF 12a, un primer circulador 22a, tres PTCs 14a-c ( implementados como acopladores bidireccionales) cada uno conectado a una antena 20a, un segundo circulador 22b, y un segundo transmisor de energía de RF 12b. En uso, los transmisores de energía de RF 12a y 12b suministran energía sobre una o varias líneas de transmisión
18 a cada PTC 14a-c en la red 10. Cada PTC 14a-c deriva energía de la línea y envía la energía a la antena conectada 20a-c, respectivamente. Las antenas 20a-c radian la energía a las áreas de cobertura correspondientes a cada antena 20a-c. Cuando están en un área de cobertura, un dispositivo a energizar recibe la energía radiada. La energía recibida se utiliza para cargar o recargar el dispositivo o para energizar directamente el dispositivo. Con referencia a la Figura 3, un acoplador bidireccional 36 dado puede requerir un combinador 38 para combinar la energía de cada dirección de energía A, B. Una primera alimentación 40a que tiene una primera energía inicial, entra al acoplador bidireccional 36 de la primera dirección de energía A. Una segunda alimentación 40b que tiene una segunda energía inicial entra el acoplador bidireccional 36 de la segunda dirección de energía B. Una derivación de la primera alimentación (por ejemplo, -20dB) y una derivación de la segunda alimentación (por ejemplo, 20dB) se combinan en el combinador 38, para enviar de salida una energía combinada 42 a la antena 22a u otra línea de transmisión 18 (o una combinación de las dos) . La primera alimentación que sale del acoplador bidireccional 36, que puede ser una alimentación a otro acoplador bidireccional 36, se ha disminuido por la cantidad de energía derivada y por una cantidad de pérdida del propio
acoplador 36 (pérdida de inserción) . Lo mismo vale para la segunda alimentación que sale del acoplador bidireccional 36. En otras palabras, cuando la primera alimentación 40a sale del acoplador bidireccional 36, la cantidad de energía ahora presente es igual a la energía inicial menos la cantidad derivada menos la energía perdida dentro del acoplador 36 (pérdida de inserción) . En forma alterna, el acoplador bi-direccional 36 puede diseñarse para no detectar la dirección de la energía, por lo tanto no requiriendo un combinador 38. Por lo tanto, el PTC 14a (acoplador bi-direccional en este caso) puede denominarse simplemente un acoplador. Red en serie de alimentación múltiple Con referencia generalmente a Figura 4, una red de transmisión/distribución de energía en serie de alimentación múltiple 10, de acuerdo con la presente invención, incluye un primer trasmisor de energía de RF 12a, un segundo transmisor de energía de RF 12b, y al menos un tercer transmisor de energía de RF 12c conectado mediante un distributor de energía 52, por ejemplo, en un patrón de estrella o enjambre. Uno o más PCTs 14a-c pueden ubicarse en serie entre el primer, segundo y/o tercer trasmisores de energía de RF 12a-c y el distribuidor de energía 52. De preferencia, cada PTC 14a-c también se conecta a una antena 20a-c, respectivamente. Cada antena 20a-c radia
energía en un área de cobertura. El área de cobertura de una antena determinada 20a puede o no superponerse a otras áreas de coberturas de otras antenas 20b, 20c. Los PTCs 14a-c pueden se acopladores bi-direccionales que acoplan ondas en dos direcciones. El distribuidor de energía 52 acopla ondas (o dirige energía) en múltiples direcciones. Esto permite múltiples direcciones de energía - una primera dirección de energía A que proviene del primer trasmisor de energía de RF 12a, una segunda dirección de energía B que proviene del segundo transmisor de energía de RF 12b, y una tercera dirección de energía C que proviene del tercer transmisor de energía de RF 12c. El distribuidor de energía 52 puede ser un combinador o un separador. Comparada con la red en serie de alimentación dual 10 (ilustrada en la Figura 2), en la red en serie de alimentación múltiple 10, la red 10 no solo incluye una primera alimentación 40a del primer transmisor de energía de RF 12a y una segunda alimentación 40b del segundo transmisor de energía de RF 12b, sino también incluye cuando menos una alimentación 40c del tercer transmisor de energía de RF 12c. Con referencia a la Figura 5, el número de puertos en el distribuidor de energía 52 puede incrementarse al utilizar 1 a N separadores, dando N+1 puertos o compuertas en el distribuidor de energía 52. Cada una de las salidas en un separador 54a se conecta a una de las salidas de otro
separador 54b. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 5, un 'distribuidor de energía de tres compuertas 52 incluye 1 a 2 separadores 54a-c. La energía de la dirección A que entra a una primera compuerta 56a, se divide por el separador 54a, y se dirige a los separadores 54b y 54c. La energía de la dirección B que entra a una segunda compuerta 56b, se divide por el separador 54b, y se dirige a los separadores 54a y 54c. La energía de la dirección C que entra a una tercera compuerta 56c, se divide por el separador 54c, y se dirige a los separadores 54a y 54b. La red en serie de alimentación múltiple 10, mostrada en la Figura 4, puede incluir transmisores de energía de RF adicionales y/o distribuidores de energía adicionales conectados en diversas configuraciones. En otras palabras, la red 10 puede expandirse de manera tal que más de un distribuidor de energía 52 conecta múltiples transmisores de energía de RF 12a-c. De esta manera, la red 10 puede incluir múltiples patrones de estrella o enjambres. La Figura 4 ilustra una red en serie de alimentación múltiple 10 que tiene un primer trasmisor de energía de RF 12a como un segundo transmisor de energía de RF 12b, un tercer transmisor de energía de RF 12c, y un distribuidor de energía 52. Un primer PTC 14a (implementado como un acoplador bi-direccional ) se conecta entre el primer transmisor de energía de RF 12a y el distribuidor de energía
52. Un segundo PTC 14b se conecta entre el segundo transmisor de energía de RF 12b y el distribuidor de energía 52. Un tercer PTC 14c se conecta entre el tercer transmisor de energía de RF 12c y el distribuidor de energía 52. Cada PTC 14a-c también se conecta a una antena 20a. En uso, los transmisores de energía de RF 12a-c suministran energía sobre una línea de transmisión 18 a cada PTC 14 en la red 10. Cada PTC 14a-c deriva energía de la línea y envía la energía a la antena conectada 20a-c, respectivamente. Las antenas 20a-c radian la energía a las áreas de cobertura correspondientes a cada antena 20a-c. Cuando está en un área de cobertura, un dispositivo a energizar recibe la energía radiada. La energía recibida se utiliza para cargar o recargar el dispositivo o para energizar directamente el dispositivo. PTC Ajustable En general, la cantidad de energía que sale un PTC 14a es igual a la cantidad de energía de que entra al PTC 14a reducida por la cantidad de energía que se deriva por el PTC 14a. De esta manera, la cantidad inicial de energía de un transmisor de energía de RF 12a se reduce cada vez que pasa a través de un PTC 14a-c. Por ejemplo, una red incluye dos PCTs implementados como acopladores -20dB. Si la alimentación al primer acoplador es 100W, la cantidad derivada sería 1W (es decir,
100W / 100 = 1W) y la cantidad de energía que sale seria 99W (es decir, 100W - 1W = 99W) . Cuando el 99W alcanza el segundo acoplador, la cantidad derivada sería 0.99W (99W/100 = 0.99W) y la cantidad que sale del segundo acoplador seria 98.01W. Con referencia generalmente a la Figura 6, a fin de hacer odas las salidas iguales a o a un nivel deseado, un PTC 60 ajustable en campo puede utilizarse con la presente invención. El PTC 60 ajustable en campo permite que la energía se incremente o disminuya a un nivel deseado cambiando un factor de acoplamiento. Por ejemplo, el PTC 60 es un acoplador bi-direccional. A fin de hacer al acoplador bi-direccional ajustable un mecanismo de ajuste, tal como pero no limitado a, un controlador eléctrico o un tornillo, se introduce para variar la distancia o propiedades eléctricas. El factor de acoplamiento depende de una distancia d entre una línea principal 62 y una línea secundaria 64 del acoplador bi-direccional o las propiedades eléctricas del acoplador. Habrá de notarse que el cambiar la longitud del acoplador también variará las propiedades. Al incluir un PTC 60 ajustable en campo en la red 10, la energía acoplada a cada antena a través de la red 10 puede ser mantenida a un nivel aproximadamente constante. Con referencia a las Figuras 7 y 8, pueden estar
presentes múltiples rutas en una red. Por ejemplo, con referencia a la Figura 7, una red 10 incluye un transmisor de energía de RF 12a conectado en serie con un primer PTC 14a ( implementado como un acoplador bi-direccional ) y un separador de energía 54 (1 a 2). Una primera salida del separador de energía 54 se conecta a un segundo PTC 14b y termina con una primera antena de terminación (carga) 16b. Una segunda salida del separador de energía 54 se conecta a un tercer PTC 14c en serie con un cuarto PTC 14d y termina con una segunda antena de terminación (carga) 16d. El primer, segundo, tercero y cuarto PTCs 14a-d cada uno se conectan a una antena (una primera antena 20a, segunda antena 20b, tercera antena 20c, y cuarta antena 20d, respectivamente) y acoplar la energía a la antena respectiva 20a-d a fin de radiar energía en diversas áreas de cobertura. Cuando en un área de cobertura, un dispositivo a energizar recibe la energía radiada. La energía recibida se emplea para cargar o recargar el dispositivo o para energizar directamente el dispositivo. Para otro ejemplo, con referencia a la Figura 8, una red 10 incluye un transmisor de energía de RF 12a conectada en serie con un circulador 22 conectado a un primer PTC 14a (implementado como un acoplador bi-direccional) . El primer PTC 14a se conecta en una serie a un segundo PTC 14b y un tercer PTC 14c y termina con una primera antena de
terminación (carga) 16c. El primer PTC 14a también se conecta en una serie a un cuarto PTC 14d, y un quinto PTC 14e y termina con una segunda antena de terminación (carga) 16e. El cuarto PTC 14d también se conecta a un sexto PTC 14f y termina con una tercera carga de terminación 16f. El segundo, tercero, quinto y sexto PTCs 14b, 14c, 14e y 14f cada uno se conecta a una antena (una segunda antena 20b, tercera antena 20c, quinta antena 20e y sexta antena 20f, respectivamente) para radiar energía en diversas áreas de cobertura. Habrá de notarse que un PTC determinado puede no tener una antena asociada para radiar energía. Cuando está en un área de cobertura, un dispositivo a energizar recibe la energía radiada. La energía recibida se utiliza para cargar o recargar el dispositivo o para energizar directamente el dispositivo . Otras modalidades Con referencia generalmente a la Figura 9, la invención, de acuerdo a cualquier modalidad, puede implementarse como una red de conmutación 10 (una red que contiene cuando menos un conmutador o interruptor 82) . En la red de conmutación 10, el PTC 14a, o al menos uno de los PTCs, es un conmutador 82a o contiene un interruptor 82a. Los componentes se conectan en serie. El conmutador o interruptor 82a puede ser, pero no está limitado a un estado sólido o electromecánico, tal como
un relé o diodo PIN, respectivamente. El "conmutador 82a puede tener cualquier configuración adecuada para la red 10, tal como, pero no limitado a SPST, DPDT, SP3T, etc. De preferencia, el conmutador 82a también se conecta a una antena 20a. La antena 20a radia energía en un área de cobertura. El área de cobertura de una primera antena 20a puede o no superponer a otras áreas de cobertura de otras antenas 20b, 20c. De preferencia, el conmutador 82a ya sea acepta o pasa la energía. Cuando la energía se acepta, la energía se suministra a un componente particular de la red 10, tal como la antena 20a. Cuando la energía se pasa, la energía se suministra al siguiente componente en serie. Habrá de notarse que para PCTs 14 sin una conexión de antena directa, el conmutador 82a puede pasar energía a uno o más componentes en forma secuencial o simultánea. Ya que cada conmutador 82a, 82b ya sea acepta o pasa la energía, la red 10 puede diseñarse para pulsar energía. En otras palabras, cualquier antena 20a, 20b conectada a un conmutador 82a, 82b puede ser activada y desactivada según se desee. Por ejemplo, una antena 20a de la red puede activarse a un tiempo. Redes pulsantes se describieron en la Solicitud de patente de los E.U.A. Número de Serie 11/356,892; y la Solicitud provisional de patente de los E.U.A. Número de Serie 60/758,018, ambas con título
"Pulsing Transmission Network" e incorporadas aquí por referencia . El conmutador 82a puede controlarse por cualquier medio conveniente. El conmutador 82a puede controlarse por el transmisor de energía de RF 12a utilizando una línea de control 18. La línea de control puede enviar comunicaciones y/o energía al conmutador 82a. El conmutador 82a puede tener un sincronizador o un reloj (por ejemplo, un "conmutador inteligente"). Una señal de comunicación puede ser enviada sobre un cable coaxial 18 a la misma frecuencia o una frecuencia separada a fin de informar al conmutador 82a cuando conmutar. La energía DC puede enviarse sobre la línea de transmisión para energizar el PTC 14a, en este caso, el conmutador 82a, o cualquier otro componente en la red. Adicionalmente, cualquier PTC o componente de distribución de energía puede derivar energía de la línea de transmisión al consumir algo de la energía de RF, de preferencia, ala rectificar la energía de RF a energía DC . El conmutador 82a puede detectar pulsos suministrados de energía de un transmisor de energía de RF 12a, para determinar cuando conmutar. Los pulsos pueden ser diseñados para crear identificaciones de nodo que señalan al conmutador 82a para que conmute. Los pulsos pueden tener diferentes frecuencias (sincronizaciones) o consistir de duraciones variantes (pulsos largos y cortos) .
El conmutador 82a puede detectar energía. Cuando la energía se detecta en una alimentación, el conmutador 82a puede provocar un pulso de energía, y después pasar energía por un periodo de tiempo antes de volver a pulsar. De preferencia el conmutador 82a puede detectar los pulsos suministrados, los pulsos formar una identificación de nodo, o energía al derivar una porción de la energía de la línea de transmisión 18 y rectificar la energía de RF a energía DC, a fin de suministrar información de conmutación al conmutador 82a o controlador de conmutador 74a (discutido a continuación) . La energía DC rectificada informa al conmutador 82a o controlador de conmutación 74a que el transmisor de energía de RF 12a está suministrando pulsos, enviando una identificación de nodo o enviando energía. Adicionalmente , el conmutador 82a puede detectar si la energía DC está disponible en la línea de transmisión 18 junto con la energía de RF. La energía DC puede utilizarse para energizar directamente el conmutador 82a o el · controlador de conmutador 74 o puede utilizarse como una alimentación al control de conmutador 74. Si la energía DC se utiliza para energizar directamente al conmutador 82a, un controlador de transmisor de energía de RF 12a puede controlar el o los conmutadores 82a, 82b al colocar y retirar energía DC de la línea de transmisión 18 en una forma pulsante.
Habrá de notarse que cuales quiera salidas del conmutador 82a que no son activas (es decir, conectadas a una antena u otro componente de la red) pueden ser en circuito abierto o pueden conectarse a una carga 16 para asegurar que antenas no activas no influencian significativamente la radiación de la antena activa. Como se ilustra en la Figura 9, por ejemplo, una red de conmutación en serie 10 de alimentación sencilla incluye un transmisor de energía de RF 12a, un primer conmutador 82a, un segundo conmutador 82b, y una antena de terminación 16. El primer conmutador 82a se conecta a una primera antena 20a. El segundo conmutador 82b se conecta a una segunda antena 20b. El primer conmutador 82a puede aceptar la energía del transmisor de energía de RF 12a y enviar la energía a la primera antena. En forma alterna, el primer conmutador 82a puede pasar la energía al segundo conmutador 82b. El segundo conmutador 82b puede aceptar la energía y enviar la energía a la segunda antena 20b. En forma alterna, el segundo conmutador 82b puede pasar la energía a la antena de terminación 16. En esta configuración, en cualquier tiempo dado, la primera antena 20a, la segunda antena 20b, o la antena de terminación 16 radian energía de RF. La red 10, puede diseñarse para pulsar energía de cada una de la primera antena 20a, la segunda antena 20a y la antena de terminación
16. La red 10 puede diseñarse de manera tal que para un periodo de tiempo determinado, ninguna antena transmite energía. Esto puede lograrse al encender o apagar la energía del transmisor de energía de RF 12a o al terminar la energía en una carga. La red 10 puede configurarse para radiar energía de RF de una o más antenas en cualquier tiempo dado. Como se ilustra en la Figura 10, por ejemplo una red de conmutación en serie de alimentación sencilla 10 incluye un transmisor de energía de RF 12a, un primer PTC 14a, un segundo PTC 14b, un tercer PTC 14c. Un primer conmutador 82a se conecta al primer PTC 14a y una primera antena 20a. Un segundo conmutador 82b se conecta al segundo PTC 14b y una segunda antena 20b. Un tercer conmutador 82c se conecta al tercer PTC 14c y una tercera antena 20c. Un cuarto conmutador 82d también se conecta al tercer PTC 14c. El cuarto conmutador se conecta a una cuarta antena 20d y una antena de terminación 16. El primer PTC 14a suministra energía al primer conmutador 82a y el segundo PTC 14b. El primer conmutador 82a puede aceptar la energía y suministrar la energía a la primera antena 20a. En forma alterna, el primer conmutador 82a puede pasar la energía a una carga de terminación (no mostrada) o circuito abierto. El segundo PTC 14b suministra energía al segundo
conmutador 82b y el tercer PTC 14c. El segundo conmutador 82b puede aceptar la energía y suministrar la energía a la segunda antena 20b. En forma alterna, el segundo conmutador 82b puede pasar la energía a una carga de terminación (no mostrado) o circuito abierto. El tercer PTC 14b suministra energía al tercer conmutador 82c y el cuarto conmutador 82d. El tercer conmutador 82c puede aceptar la energía y suministrar la energía a la tercera antena 20c. En forma alterna, el tercer conmutador 82c puede pasar la energía a una carga de terminación (no mostrada) o circuito abierto. El cuarto conmutador 82d puede aceptar la energía y suministrar la energía a la cuarta antena 20d o pasar la energía a la antena de terminación 16. En esta configuración, más de una antena 20a-d puede estar activa en cualquier tiempo deseado. En una instalación determinada de una red 10, la configuración de PTCs y conmutadores deberá determinarse por áreas de cobertura deseadas para obtener la energía de RF radiante de las antenas. Con referencia generalmente a las Figuras 1, 2, 4, y 7-11, la invención de acuerdo con cualquiera de las modalidades, puede incluir un controlador 74a, para controlar la operación de la red. Con referencia a la Figura 1, el controlador 74a se conecta a uno o más de los componentes de
la red 10. El controlador 74a puede utilizarse para cambiar la frecuencia, polarización o patrón de radiación de las antenas 20a-c. El controlador 74a puede utilizarse para crear pulsos de energía de la red 10. Con referencia a la Figura 2, más de un controlador
74a se utiliza para controlar los componentes de la red 10. Un controlador 74a puede estar en comunicación con uno o más otros controladores 74a de la red 10. Con referencia a la Figura 10, un controlador 74a se conecta a una red de conmutación 10. El controlador 74a se utiliza para controlar (o asistir en controlar) la conmutación de los conmutadores 82a--d. Con referencia a la Figura 11, una implementación de una red de transmisión/distribución de energía en serie 10, se ilustra. La red incluye un transmisor de energía de RF 12a conectado a un primer PTC 14a, un segundo PTC 14b, un tercero PTC 14c, y una antena de terminación 16. El transmisor de energía de RF 12a y el primero, segundo y tercer PTCs 14a-c se conectan en serie. Cada uno de primero, segundo y tercer PTCs 14a-c se conectan a una antena 20a-c, respectivamente (ilustrado como dipolos aunque cualquier antena o dispositivo de radiación puede utilizarse con este o cualquier modalidad presente) . Las antenas 20a-c y 16 radian energía a una antena de recepción 92 (ilustrada como un dipolo) de un dispositivo 94 a energizar. El dispositivo 94
de preferencia incluye un colector de energía que convierte la energía de RF en una forma utilizable por el dispositivo 94. Una versión a pequeña escala de la invención, por ejemplo como se ilustra en la Figura 11, ayuda a reducir la energía promedio transmitida por una sola antena, de esta manera reduciendo consideraciones de seguridad. Esto puede ser importante en aplicaciones de escritorio. Por ejemplo, el dispositivo 94 puede recibir contribución de energía de múltiples antenas 20a-c, 16. Las antenas 20a-c, 16 pueden ubicarse en una forma de U o montarse en una unidad flexible, de manera tal que el usuario pueda fijarlas en el área de escritorio . Un acoplador de derivación puede utilizarse en la presente invención para eliminar la pérdida de conector. Esta cuestión se discute en detalle en la patente de los E.U.A. No. 6,771,143, que se incorpora aquí por referencia. Una red de acuerdo con la presente invención de preferencia utiliza un cable coaxial de baja pérdida, línea de transmisión, o guía de ondas 18. Si un cable coaxial con fugas 16 se utiliza en la red, pueden no ser necesarias antenas. En esta configuración, el cable coaxial 16 radiará la energía. Las diversas modalidades discutidas anteriormente, y concebidas para ser abarcadas por la presente invención,
pueden ser implementadas por separado o en combinaciones entre si (total o parcialmente) . La invención no habrá de confundirse con transferencia de energía por acoplamiento inductivo, que requiere que el dispositivo esté relativamente cerca de la fuente de transmisión de energía. El RFID Handbook por Klaus Finkenzeller , define la región de acoplamiento inductiva como la distancia entre el transmisor y receptor menor a 0.16 veces lambda en donde lambda es la longitud de onda de la onda de RF. La invención puede ser implementada en la región de campo cercano (en ocasiones referida como inductiva) así como la región de campo lejano. La región de campo lejano está separada más de 0.16 veces lambda. En cualquier modalidad de la presente invención, la energía de RF transmitida puede estar limitada para incluir solo energía, esto es, no se presentan datos en la señal. Si los datos se requieren por la aplicación, los datos ' de preferencia se transmiten en una banda separada y/o tienen un receptor separado. Se entenderá por aquellos con destreza en la técnica que mientras que la descripción anterior establece en detalle modalidades preferidas de la presente invención, modificaciones, adiciones y cambios podrán realizarse en la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.