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図面 (20)

課題

送信アンテナ受信アンテナとの柔軟な配置および配向適応するワイヤレス充電構成を提供する。

解決手段

ワイヤレス電力伝達システムは、送信アンテナを囲む第1の結合モード領域内で共振周波数において近距離場放射を発生させるために電力増幅器から励振される送信アンテナ710Cをもつ送信回路を含む。1つまたは複数のリピータアンテナ720Cが第1の結合モード領域内の異なるロケーションに配設される。各リピータアンテナは、そのリピータアンテナに対応する結合モード領域内で共振周波数において強調近距離場放射を発生させる。受信アンテナ730Cを含む1つまたは複数の受信回路が、そのリピータアンテナに対応する結合モード領域のうちの1つの中に配設されたとき、電力を受信する。

概要

背景

一般に、ワイヤレス電子デバイスなどの各バッテリ電源式デバイスは、通常交流(AC)電源出力であるそれ自体の充電器および電源を必要とする。そのようなワイヤード構成は、多くのデバイスが充電を必要とするときに扱いにくくなる。

充電すべき電子デバイスに結合された送信機受信機との間で無線またはワイヤレス電力伝送を使用する手法が開発されている。そのような手法は一般に2つのカテゴリに入る。1つは、充電すべきデバイス上の送信アンテナ受信アンテナとの間の平面波放射遠距離場放射とも呼ばれる)の結合に基づく。受信アンテナは、バッテリを充電するために放射電力収集し、それを整流する。アンテナは一般に、結合効率を改善するために共振長からなる。この手法は、電力結合がアンテナ間の距離とともに急速に低下することから損害被る。したがって、(たとえば、1〜2メートルよりも短い)妥当な距離にわたる充電が困難になる。さらに、送信システムは平面波を放射するので、フィルタ処理によって適切に制御されない場合、偶発的な放射が他のシステムを妨害することがある。

ワイヤレスエネルギー伝送技法に対する他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面中に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべきホスト電子デバイス中に埋め込まれた受信アンテナ(および整流回路)との間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が極めて近接している(たとえば、数千分の1メートル内である)必要があるという欠点がある。この手法は、同じエリア中の複数のデバイスを同時に充電する機能を有するが、このエリアは一般に極めて小さく、ユーザがデバイスを特定のエリアに正確に配置する必要がある。したがって、送信アンテナと受信アンテナとの柔軟な配置および配向適応するワイヤレス充電構成を提供する必要がある。

概要

送信アンテナと受信アンテナとの柔軟な配置および配向に適応するワイヤレス充電構成を提供する。ワイヤレス電力伝達システムは、送信アンテナを囲む第1の結合モード領域内で共振周波数において近距離場放射を発生させるために電力増幅器から励振される送信アンテナ710Cをもつ送信回路を含む。1つまたは複数のリピータアンテナ720Cが第1の結合モード領域内の異なるロケーションに配設される。各リピータアンテナは、そのリピータアンテナに対応する結合モード領域内で共振周波数において強調近距離場放射を発生させる。受信アンテナ730Cを含む1つまたは複数の受信回路が、そのリピータアンテナに対応する結合モード領域のうちの1つの中に配設されたとき、電力を受信する。A

目的

したがって、送信アンテナと受信アンテナとの柔軟な配置および配向に適応するワイヤレス充電構成を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

リピータアンテナ送信アンテナ結合モード領域中に配設されたとき、前記送信アンテナによって発生される近距離場放射と結合するための、ループアンテナ容量性素子とを備えるリピータアンテナを備える装置であって、前記リピータが、前記送信アンテナの前記結合モード領域よりも強い拡張結合モード領域を用いて前記リピータアンテナの周りの前記近距離場放射を強調する装置。

請求項2

前記リピータアンテナがさらに前記送信アンテナに対して実質的に同軸位置に配設される、請求項1に記載の装置。

請求項3

前記リピータアンテナがさらに前記送信アンテナに対して実質的に共面位置に配設される、請求項1に記載の装置。

請求項4

前記送信アンテナの前記近距離場放射と前記リピータによる前記強調近距離場放射とが実質的に同じ周波数である、請求項1に記載の装置。

請求項5

前記同じ周波数が前記リピータアンテナの共振周波数である、請求項4に記載の装置。

請求項6

前記リピータアンテナが、前記ループアンテナと前記容量性素子とに動作可能に結合された増幅器をさらに備え、前記増幅器が、前記リピータアンテナの共振周波数における増幅によって前記強調近距離場放射をさらに強調するためのものである、請求項1に記載の装置。

請求項7

電力増幅器からの駆動信号応答して、その周りの第1の結合モード領域内で共振周波数において近距離場放射を発生させるための送信アンテナを含む送信回路と、リピータアンテナが前記第1の結合モード領域内に配設されたとき、その周りの第2の結合モード領域内で前記共振周波数において強調近距離場放射を発生させるためのリピータアンテナと、前記第2の結合モード領域内に配設されたとき、前記近距離場放射と前記強調近距離場放射とのうちの少なくとも1つから電力を受信するための受信アンテナを含む受信回路とを備えるワイヤレス電力伝達システム

請求項8

前記リピータアンテナがさらに前記送信アンテナに対して実質的に同軸位置に配設される、請求項7に記載のシステム

請求項9

前記リピータアンテナがさらに前記送信アンテナに対して実質的に共面位置に配設される、請求項7に記載のシステム。

請求項10

前記リピータアンテナがさらに前記送信アンテナの周囲内に配設される、請求項9に記載のシステム。

請求項11

前記受信回路が、前記受信アンテナの共振を抑止するために前記受信アンテナに結合されたクローキング回路をさらに備える、請求項7に記載のシステム。

請求項12

前記クローキング回路が、前記受信アンテナの共振を抑止するために前記受信回路中の反応性素子の値を変更する、請求項11に記載のシステム。

請求項13

前記クローキング回路が、前記受信アンテナの共振を抑止するために前記受信回路中のキャパシタンスの少なくとも一部分をショートさせるためのスイッチをさらに備える、請求項11に記載のシステム。

請求項14

前記受信回路が、活動化の時間領域シーケンシングに従って前記受信アンテナの共振を制御するために前記スイッチと前記受信アンテナとに動作可能に結合されたプロセッサをさらに備える、請求項13に記載のシステム。

請求項15

前記時間領域シーケンシングが前記近距離場放射のオンオフキーイングシグナリングプロトコルによって制御される、請求項14に記載のシステム。

請求項16

送信アンテナを用いて第1の結合モード領域内で共振周波数において近距離場放射を発生させることと、前記第1の結合モード領域内に配設されたリピータアンテナを用いて第2の結合モード領域内で前記共振周波数において強調近距離場放射を発生させるために前記近距離場放射を強調することと、前記第2の結合モード領域内に配設された受信アンテナを用いて前記近距離場放射と前記強調近距離場放射とのうちの少なくとも1つから電力を受信することとを備えるワイヤレス充電方法

請求項17

前記リピータアンテナを前記送信アンテナに対して実質的に同軸位置に配設することをさらに備える、請求項16に記載の方法。

請求項18

前記リピータアンテナを前記送信アンテナに対して実質的に共面位置に配設することをさらに備える、請求項16に記載の方法。

請求項19

前記リピータアンテナがさらに前記送信アンテナの周囲内に配設される、請求項18に記載のシステム。

請求項20

前記受信アンテナの共振周波数を選択的に修正することによって前記受信アンテナをクローキングすることをさらに備える、請求項16に記載の方法。

請求項21

時間領域シーケンシングプロトコルに従って前記受信アンテナを選択的にクローキングすることをさらに備える、請求項20に記載の方法。

請求項22

前記時間領域シーケンシングプロトコルが前記近距離場放射のオンオフキーイングシグナリングプロトコルによって制御される、請求項21に記載の方法。

請求項23

前記受信アンテナの共振を抑止するために、前記受信アンテナに動作可能に結合されたキャパシタンスの少なくとも一部分をショートさせるためのスイッチを選択的に動作させることによって前記受信アンテナをクローキングすることをさらに備える、請求項16に記載の方法。

請求項24

時間領域シーケンシングプロトコルに従って前記スイッチを選択的に動作させることをさらに備える、請求項23に記載の方法。

請求項25

前記時間領域シーケンシングプロトコルが前記近距離場放射のオンオフキーイングシグナリングプロトコルによって制御される、請求項24に記載の方法。

請求項26

電力増幅器からの駆動信号に応答して、その周りの第1の結合モード領域内で共振周波数において近距離場放射を発生させるための送信アンテナを含む送信回路と、複数のリピータアンテナであって、前記複数の各リピータアンテナが対応する結合モード領域内で前記共振周波数において強調近距離場放射を発生させるためのものであり、前記複数の各リピータアンテナが前記第1の結合モード領域内の異なるロケーションにおいて配設される、複数のリピータアンテナと、複数の受信回路であって、各受信回路が、前記複数のリピータアンテナのうちの少なくとも1つからの少なくとも1つの強調近距離場放射から電力を受信するための受信アンテナを含む、複数の受信回路とを備えるワイヤレス電力伝達システム。

請求項27

前記複数のリピータアンテナに対応する前記結合モード領域のうちの1つの中に配設された各受信回路が、前記近距離場放射から電力を受信する、請求項26に記載のシステム。

請求項28

前記複数のリピータアンテナのうちの少なくとも1つがさらに前記送信アンテナに対して実質的に共面位置に配設される、請求項26に記載のシステム。

請求項29

前記複数のリピータアンテナの第1のリピータアンテナがさらに前記送信アンテナに対して実質的に同軸位置に配設される、請求項26に記載のシステム。

請求項30

前記複数のリピータアンテナの第2のリピータアンテナがさらに前記送信アンテナに対して実質的に共面位置に配設される、請求項20に記載のシステム。

請求項31

前記複数のリピータアンテナがさらに前記送信アンテナの周囲内に配設される、請求項29に記載のシステム。

請求項32

前記複数の受信回路の各受信回路が、前記受信アンテナの共振を抑止するために前記受信アンテナに結合されたクローキング回路をさらに備える、請求項26に記載のシステム。

請求項33

前記複数の受信回路の各受信回路が、活動化の時間領域シーケンシングに従って前記受信アンテナのクローキングを制御するために、前記クローキング回路と前記受信アンテナとに動作可能に結合されたプロセッサをさらに備える、請求項23に記載のシステム。

請求項34

前記時間領域シーケンシングが前記近距離場放射のオンオフキーイングシグナリングプロトコルによって制御される、請求項24に記載のシステム。

技術分野

0001

米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、
2008年6月11日に出願された「REVERSE LINK SIGNALING VIA RECEIVEANTENNAIMPEDANCE MODULATION」と題する米国仮特許出願番号第61/060,735号と、
2008年6月11日に出願された「SIGNALINGCHARGING IN WIRELESSPOWERENVIRONMENT」と題する米国仮特許出願番号第61/060,738号と、
2008年5月13日に出願された「ADAPTIVE TUNING MECHANISMFOR WIRELESS POWER TRANSFER」と題する米国仮特許出願番号第61/053,008号と、
2008年5月13日に出願された「EFFICIENT POWERMANAGEMENT SCHEME FOR WIRELESS POWER CHARGING SYSTEMS」と題する米国仮特許出願番号第61/053,010号と、
2008年6月11日に出願された「TRANSMIT POWER CONTROL FOR A WIRELESS CHARGING SYSTEM」と題する米国仮特許出願番号第61/060,741号と、
2008年5月13日に出願された「REPEATERS FOR ENHANCEMENT OF WIRELESS POWER TRANSFER」と題する米国仮特許出願番号第61/053,000号と、
2008年5月13日に出願された「WIRELESS POWER TRANSFER FORAPPLIANCESANDEQUIPMENTS」と題する米国仮特許出願番号第61/053,004号と、
2008年7月16日に出願された「WIRELESS POWER TRANSFER USING NEGATIVE RESISTANCE」と題する米国仮特許出願番号第61/081,332号と、
2008年5月13日に出願された「EMBEDDED RECEIVE ANTENNA FOR WIRELESS POWER TRANSFER」と題する米国仮特許出願番号第61/053,012号と、
2008年5月13日に出願された「PLANAR LARGE AREA WIRELESS CHARGING SYSTEM」と題する米国仮特許出願番号第61/053,015号と
の、米国特許法第119条(e)項に基づく優先権を主張する。

背景技術

0002

一般に、ワイヤレス電子デバイスなどの各バッテリ電源式デバイスは、通常交流(AC)電源出力であるそれ自体の充電器および電源を必要とする。そのようなワイヤード構成は、多くのデバイスが充電を必要とするときに扱いにくくなる。

0003

充電すべき電子デバイスに結合された送信機受信機との間で無線またはワイヤレス電力伝送を使用する手法が開発されている。そのような手法は一般に2つのカテゴリに入る。1つは、充電すべきデバイス上の送信アンテナ受信アンテナとの間の平面波放射遠距離場放射とも呼ばれる)の結合に基づく。受信アンテナは、バッテリを充電するために放射電力収集し、それを整流する。アンテナは一般に、結合効率を改善するために共振長からなる。この手法は、電力結合がアンテナ間の距離とともに急速に低下することから損害被る。したがって、(たとえば、1〜2メートルよりも短い)妥当な距離にわたる充電が困難になる。さらに、送信システムは平面波を放射するので、フィルタ処理によって適切に制御されない場合、偶発的な放射が他のシステムを妨害することがある。

0004

ワイヤレスエネルギー伝送技法に対する他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面中に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべきホスト電子デバイス中に埋め込まれた受信アンテナ(および整流回路)との間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が極めて近接している(たとえば、数千分の1メートル内である)必要があるという欠点がある。この手法は、同じエリア中の複数のデバイスを同時に充電する機能を有するが、このエリアは一般に極めて小さく、ユーザがデバイスを特定のエリアに正確に配置する必要がある。したがって、送信アンテナと受信アンテナとの柔軟な配置および配向適応するワイヤレス充電構成を提供する必要がある。

図面の簡単な説明

0005

ワイヤレス電力伝達システムの簡略ブロック図。
ワイヤレス電力伝達システムの簡略化された概略図。
本発明の例示的な実施形態において使用するためのループアンテナの概略図。
送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。
本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す図。
本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す図。
図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な周囲サイズに対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。
図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な表面積に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。
共面および同軸配置における結合強度を示すための、送信アンテナに対する受信アンテナの様々な配置点を示す図。
送信アンテナと受信アンテナとの間の様々な距離における同軸配置のための結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。
本発明の例示的な実施形態による送信機の簡略ブロック図。
本発明の例示的な実施形態による受信機の簡略ブロック図。
送信機と受信機との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の簡略化された概略図。
受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図。
受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図。
受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図。
受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図。
受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図。
受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図。
送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図。
送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図。
送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図。
送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図。
送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図。
送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図。
送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図。
大きい送信アンテナと、その送信アンテナと共面および同軸に配設されたより小さいリピータアンテナとを示す図。
送信アンテナと、その送信アンテナに対して同軸配置されたより大きいリピータアンテナとを示す図。
大きい送信アンテナと、その送信アンテナと共面に、その送信アンテナの周囲内に配設された3つの異なるより小さいリピータアンテナとを示す図。
大きい送信アンテナと、その送信アンテナに対してオフセット同軸配置およびオフセット共面配置されたより小さいリピータアンテナとを示す図。
送信アンテナとリピータアンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。
リピータアンテナがない場合の送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。
リピータアンテナがある場合の送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図。

実施例

0006

「例示的」という単語は、本明細書では「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用する。本明細書に「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利なものと解釈すべきではない。

0007

添付の図面とともに以下に示す詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであり、本発明を実施できる唯一の実施形態を表すものではない。この説明全体にわたって使用する「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施できることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示する例示的な実施形態の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形式で示す。

0008

「ワイヤレス電力」という単語は、本明細書では、電界磁界電磁界に関連する任意の形態のエネルギー、あるいは物理電磁導体を使用せずに送信機から受信機に送信される任意の形態のエネルギーを意味するために使用する。

0009

図1に、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス送信または充電システム100を示す。エネルギー伝達を行うための放射界106を発生させるために入力電力102を送信機104に供給する。受信機108は、放射界106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)が蓄積または消費するための出力電力110を発生する。送信機104と受信機108の両方は距離112だけ分離されている。1つの例示的な実施形態では、送信機104および受信機108は相互共振関係に従って構成され、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数とがまったく同じである場合、受信機108が放射界106の「近距離場」に位置するとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小になる。

0010

送信機104は、エネルギー送信のための手段を与えるための送信アンテナ114をさらに含み、受信機108は、エネルギー受信のための手段を与えるための受信アンテナ118をさらに含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、それに関連する適用例およびデバイスに従ってサイズ決定される。上述のように、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場におけるエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって効率的なエネルギー伝達が行われる。近距離場にある場合、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に結合モードが生じる。この近距離結合が行われるアンテナ114および118の周りのエリアを、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。

0011

図2に、ワイヤレス電力伝達システムの簡略化された概略図を示す。送信機104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタおよび整合回路126とを含む。発振器は、調整信号123に応答して調整される所望の周波数で発生するように構成される。発振器信号は、制御信号125に応答する増幅量で電力増幅器124によって増幅できる。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために含めることができる。

0012

受信機は、図2に示すようにバッテリ136を充電するため、または受信機(図示せず)に結合されたデバイスに電力供給するために、整合回路132と、DC電力出力を発生するための整流器およびスイッチング回路とを含むことができる。整合回路132は、受信機108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために含めることができる。

0013

図3に示すように、例示的な実施形態において使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナとも呼ぶ「ループ」アンテナ150として構成できる。ループアンテナは、空芯またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成できる。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された外来物理デバイスに対してより耐性がある。さらに、空芯ループアンテナでは、コアエリア内に他の構成要素を配置することができる。さらに、空芯ループは、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力である送信アンテナ114(図2)の平面内での受信アンテナ118(図2)の配置をより容易に可能にすることができる。

0014

上述のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合されたまたはほぼ整合された共振中に行われる。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合されていないときでも、エネルギーをより低い効率で伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立される近傍に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。

0015

ループまたは磁気アンテナの共振周波数はインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは、一般に、単にループによって生成されるインダクタンスであり、キャパシタンスは、一般に、所望の共振周波数で共振構造を生成するためにループアンテナのインダクタンスに追加される。非限定的な例として、共振信号156を発生する共振回路を生成するために、キャパシタ152およびキャパシタ154をアンテナに追加することができる。したがって、直径がより大きいループアンテナでは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの大きさは減少する。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達エリアは増加する。もちろん、他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの終端間にキャパシタを並列に配置することができる。さらに、当業者なら、送信アンテナの場合、共振信号156をループアンテナ150への入力とすることができることを認識されよう。

0016

本発明の例示的な実施形態は、互いの近距離場にある2つのアンテナ間の電力を結合することを含む。上述のように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れて伝搬または放射しないアンテナの周りのエリアである。それらは、一般に、アンテナの物理体積に近い体積に限定される。本発明の例示的な実施形態では、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場に比較して磁気タイプアンテナの磁気近距離場振幅のほうが大きくなる傾向があるので、単巻きおよび多巻きループアンテナなどの磁気タイプアンテナを送信(Tx)アンテナシステムと受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これによりペア間の結合を潜在的により強くすることができる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せをも企図する。

0017

Txアンテナは、上述した遠距離場および誘導手法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小さいRxアンテナへの良好な結合(たとえば、>−4dB)を達成するのに十分に低い周波数および十分大きいアンテナサイズで動作できる。Txアンテナが正しくサイズ決定された場合、ホストデバイス上のRxアンテナが励振Txループアンテナの結合モード領域(すなわち、近距離場)内に配置されたとき、高い結合レベル(たとえば、−2〜−4dB)を達成することができる。

0018

図4に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。曲線170および172は、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナによる電力の受容測度を示す。言い換えれば、大きい負数では、極めて近接したインピーダンス整合があり、電力の大部分は受容され、その結果、送信アンテナによって放射される。逆に、小さい負数は、所与の周波数で近接したインピーダンス整合がないので、電力の大部分がアンテナから反射されることを示す。図4では、送信アンテナと受信アンテナは、約13.56MHzの共振周波数を有するように同調させられる。

0019

曲線170は、様々な周波数において送信アンテナから送信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1aおよび点3aでは、電力の大部分は反射され、送信アンテナから送信されない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2aでは、大量の電力が受容され、アンテナから送信されることがわかる。

0020

同様に、曲線172は、様々な周波数において受信アンテナによって受信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1bおよび点3bでは、電力の大部分は反射され、受信アンテナを通して受信機に搬送されない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2bでは、大量の電力が受信アンテナによって受容され、受信機に搬送されることがわかる。

0021

曲線174は、送信機から送信アンテナを通して送信され、受信アンテナを通して受信され、受信機に搬送された後、受信機において受信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1cおよび点3cでは、(1)送信アンテナが送信機からそれに送信された電力の大部分を拒絶し、(2)周波数が共振周波数から離れるにつれて、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合が効率的でなくなるので、送信機から送信された電力の大部分は受信機において利用できない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2cでは、送信機から送信された大量の電力が受信機において利用可能であり、送信アンテナと受信アンテナとの間の高度の結合を示すことがわかる。

0022

図5Aおよび図5Bに、本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す。ループアンテナは、多種多様なサイズの単巻きループまたは多巻きループを用いて、いくつかの異なる方法で構成できる。さらに、ループは、例にすぎないが、円形、楕円形、方形、および長方形など、いくつかの異なる形状とすることができる。図5Aは、大きい方形ループ送信アンテナ114Sと、送信アンテナ114Sと同じ平面内にあって送信アンテナ114Sの中心の近くに配置された小さい方形ループ受信アンテナ118とを示す。図5Bは、大きい円形ループ送信アンテナ114Cと、送信アンテナ114Cと同じ平面内にあって送信アンテナ114Cの中心の近くに配置された小さい方形ループ受信アンテナ118’とを示す。方形ループ送信アンテナ114Sの辺の長さは「a」であり、円形ループ送信アンテナ114Cの直径は「Φ」である。方形ループの場合、その直径がΦeq=4a/πとして定義される等価円形ループがあることを示すことができる。

0023

図6に、図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な周囲に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。したがって、曲線180は、円形ループ送信アンテナ114Cと、円形ループ送信アンテナ114Cの様々な周囲サイズにおける受信アンテナ118との間の結合強度を示す。同様に、曲線182は、方形ループ送信アンテナ114Sと、送信ループ送信アンテナ114Sの様々な等価周囲サイズにおける受信アンテナ118’との間の結合強度を示す。

0024

図7に、図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な表面積に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。したがって、曲線190は、円形ループ送信アンテナ114Cと、円形ループ送信アンテナ114Cの様々な表面積における受信アンテナ118との間の結合強度を示す。同様に、曲線192は、方形ループ送信アンテナ114Sと、送信ループ送信アンテナ114Sの様々な表面積における受信アンテナ118’との間の結合強度を示す。

0025

図8に、共面および同軸配置における結合強度を示すための、送信アンテナに対する受信アンテナの様々な配置点を示す。本明細書で使用する「共面」は、送信アンテナと受信アンテナとが実質的に整合された平面(すなわち、実質的に同じ方向を指す表面法線)を有し、送信アンテナの平面と受信アンテナの平面との間の距離がない(または小さい)ことを意味する。本明細書で使用する「同軸」は、送信アンテナと受信アンテナとが実質的に整合された平面(すなわち、実質的に同じ方向を指す表面法線)を有し、2つの平面間の距離がわずかではなく、さらに、送信アンテナと受信アンテナとの表面法線が実質的に同じベクトルに沿っているか、または2つの法線エシェロン状であることを意味する。

0026

例として、点p1、点p2、点p3、および点p7は、すべて送信アンテナに対する受信アンテナの共面配置点である。別の例として、点p5および点p6は、送信アンテナに対する受信アンテナの同軸配置点である。下記の表に、図8に示す様々な配置点(p1〜p7)における結合強度(S21)と(送信アンテナから送信され、受信アンテナに達した電力の割合として表される)結合効率とを示す。

0027

0028

わかるように、共面配置点p1、p2、およびp3は、すべて比較的高い結合効率を示す。配置点p7も共面配置点であるが、送信ループアンテナの外部にある。配置点p7は高い結合効率を有しないが、若干の結合があり、結合モード領域は送信ループアンテナの周囲を越えて広がっていることが明らかである。

0029

配置点p5は、送信アンテナと同軸であり、かなりの結合効率を示す。配置点p5の結合効率は共面配置点の結合効率ほど高くない。しかしながら、配置点p5の結合効率は、同軸配置において送信アンテナと受信アンテナとの間でかなりの電力を搬送することができるほど十分に高い。

0030

配置点p4は、送信アンテナの周囲内にあるが、送信アンテナの平面の上方のわずかな距離にあって、オフセット同軸配置(すなわち、表面法線が実質的に同じ方向であるが、異なるロケーションにある)またはオフセット共面(すなわち、表面法線が実質的に同じ方向であるが、平面が互いにオフセットされる)と呼ばれる位置にある。表から、オフセット距離が2.5cmの場合、配置点p4は、依然として比較的良好な結合効率を有することがわかる。

0031

配置点p6は、送信アンテナの周囲の外部にあり、送信アンテナの平面の上方のかなりの距離にある配置点を示す。表からわかるように、配置点p6は、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合効率をほとんど示さない。

0032

図9に、送信アンテナと受信アンテナとの間の様々な距離における同軸配置のための結合強度を示すシミュレーション結果を示す。図9のシミュレーションは、どちらも一辺が約1.2メートルであり、送信周波数が10MHzである、同軸配置の方形送信アンテナおよび受信アンテナに関する。結合強度は、約0.5メートル未満の距離において非常に高く、一様なままであることがわかる。

0033

図10は、本発明の例示的な実施形態による送信機の簡略ブロック図である。送信機200は、送信回路202と送信アンテナ204とを含む。一般に、送信回路202は、発振信号を供給することによって送信アンテナ204にRF電力を供給し、その結果、送信アンテナ204の周りに近距離場エネルギーが発生する。例として、送信機200は、13.56MHzISMバンドにおいて動作することができる。

0034

例示的な送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ204に整合させるための固定のインピーダンス整合回路206と、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで高調波放出を低減するように構成された低域フィルタLPF)208とを含む。他の実施形態は、限定はしないが、他の周波数をパスしながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む様々なフィルタトポロジを含むことができ、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によるDC電流ドローなど、測定可能な送信メトリクスに基づいて変化できる適応型インピーダンス整合を含むことができる。送信回路202は、発振器212によって判断されたRF信号を駆動するように構成された電力増幅器210をさらに含む。送信回路は、ディスクリートデバイスまたは回路からなるか、あるいは代わりに、一体型アセンブリからなることができる。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は2.5ワットオーダーである。

0035

送信回路202は、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器212を使用可能にし、発振器の周波数を調整し、それらの取り付けられた受信機を通して隣接デバイス対話するための通信プロトコル実装するために出力電力レベルを調整するためのプロセッサ214をさらに含む。

0036

送信回路202は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在を検出するための負荷感知回路216をさらに含むことができる。例として、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在によって影響を及ぼされる、電力増幅器210に流れる電流監視する。電力増幅器210に対する負荷の変化の検出は、アクティブ受信機と通信するためのエネルギーを送信するために発振器212を使用可能にすべきかどうかを判断する際に使用するために、プロセッサ214によって監視される。

0037

送信アンテナ204は、抵抗損を低く保つように選択された厚さ、幅および金属タイプをもつアンテナストリップとして実装できる。従来の実装形態では、送信アンテナ204は、一般に、テーブル、マット、ランプまたは他のより可搬性が低い構成など、より大きい構造物との関連付けのために構成できる。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実際的な寸法にするための「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的な実装形態は、「電気的に小形」(すなわち、波長分数)とし、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調させることができる。送信アンテナ204の直径が、または方形ループの場合は、辺の長さが、受信アンテナに対してより大きい(たとえば、0.50メートル)例示的な適用例では、送信アンテナ204は、妥当なキャパシタンスを得るために必ずしも多数の巻きを必要としない。

0038

図11は、本発明の一実施形態による受信機のブロック図である。受信機300は、受信回路302と受信アンテナ304とを含む。受信機300は、さらに、それに受信電力を与えるためにデバイス350に結合する。受信機300は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350に一体化できることに留意されたい。一般に、エネルギーは、受信アンテナ304にワイヤレスに伝搬され、次いで、受信回路302を通してデバイス350に結合される。

0039

受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図10)と同じ周波数、または同じ周波数の近くで共振するように同調させられる。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様に寸法決定でき、または関連するデバイス350の寸法に基づいて別様にサイズ決定できる。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスとすることができる。そのような例では、受信アンテナ304は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、受信アンテナのインピーダンスを増加するために、多巻きアンテナとして実装できる。例として、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大にし、受信アンテナのループ巻き(すなわち、巻線)の数および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス350の実質的な周囲の周りに配置できる。

0040

受信回路302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合を行う。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を、デバイス350が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RF−DC変換器308を含み、DC−DC変換器310をも含むことができる。RF−DC変換器308は、受信アンテナ304において受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、DC−DC変換器310は、整流されたRFエネルギー信号を、デバイス350に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分および完全整流器、調整器ブリッジダブラー、ならびに線形およびスイッチング変換器を含む、様々なRF−DC変換器が企図される。

0041

受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するため、または代替的に電力変換回路306を切断するためのスイッチング回路312をさらに含むことができる。電力変換回路306から受信アンテナ304を切断することは、デバイス350の充電を中断するだけでなく、以下でより十分に説明するように、送信機200(図2)から「見た」「負荷」を変化させる。上記で開示したように、送信機200は、送信機電力増幅器210に供給されたバイアス電流の変動を検出する負荷感知回路216を含む。したがって、送信機200は、受信機が送信機の近距離場に存在するときを判断するための機構を有する。

0042

複数の受信機300が送信機の近距離場に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合することができるように、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷時間多重化することが望ましいことがある。受信機はまた、他の近くの受信機への結合を解消するため、または近くの送信機に対する装荷を低減するためにクローキングできる。受信機のこの「除荷」を、本明細書では「クローキング」とも呼ぶ。さらに、受信機300によって制御され、送信機200によって検出される除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように受信機300から送信機200への通信機構を与える。さらに、受信機300から送信機200へのメッセージの送信を可能にするプロトコルをスイッチングに関連付けることができる。例として、スイッチング速度は100μ秒のオーダーとすることができる。

0043

例示的な一実施形態では、送信機と受信機との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機は、近距離場においてエネルギーが利用可能であるかどうかを調整するために送信信号オンオフキーイングを使用する。受信機は、エネルギーのこれらの変化を送信機からのメッセージと解釈する。受信機側から、受信機は、近距離場からどのくらいの電力が受容されているかを調整するために受信アンテナの同調および離調を使用する。送信機は、近距離場から使用される電力のこの差異を検出し、これらの変化を受信機からのメッセージと解釈することができる。

0044

受信回路302は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応する、受信したエネルギー変動識別するために使用される、シグナリング検出器およびビーコン回路314をさらに含むことができる。さらに、シグナリングおよびビーコン回路314はまた、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出し、ワイヤレス充電のための受信回路302を構成するために、低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかをアウェイクさせるための公称電力にするために使用できる。

0045

受信回路302は、本明細書で説明するスイッチング回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信機300のプロセスを調整するためのプロセッサ316をさらに含む。受信機300のクローキングは、デバイス350に充電電力を供給する外部ワイヤード充電ソース(たとえば、ウォールUSB電力)の検出を含む他のイベントの発生時にも行われることがある。プロセッサ316は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信機から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路314を監視することもできる。プロセッサ316はまた、パフォーマンスの改善ためにDC−DC変換器310を調整することができる。

0046

図12に、送信機と受信機との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、送信機と受信機との間で通信のための手段を使用可能にすることができる。図12では、電力増幅器210は、送信アンテナ204を励振して放射界を発生させる。電力増幅器は、送信アンテナ204に対して所望の周波数で発振しているキャリア信号220によって駆動される。電力増幅器210の出力を制御するために送信変調信号224が使用される。

0047

送信回路は、電力増幅器210に対してオン/オフキーイングプロセスを使用することによって受信機に信号を送信することができる。言い換えれば、送信変調信号224がアサートされたとき、電力増幅器210は、送信アンテナ204に対してキャリア信号220の周波数を励振する。送信変調信号224がネゲートされたとき、電力増幅器は送信アンテナ204に対して周波数を励振しない。

0048

図12の送信回路はまた、電力増幅器210に電力を供給し、受信信号235出力を発生する負荷感知回路216を含む。負荷感知回路216では、信号の電力226と電力増幅器210への電力供給228との間で、抵抗Rsの両端間電圧降下が生じる。電力増幅器210によって消費される電力の変化は、差動増幅器230によって増幅される電圧降下の変化を引き起こす。送信アンテナが受信機中の受信アンテナ(図12に図示せず)との結合モードにあるとき、電力増幅器210によって引き出される電流の量が変化する。言い換えれば、送信アンテナ210の結合モード共振が存在しない場合、放射界を励振するために必要とされる電力が最初の量である。結合モード共振が存在する場合、電力の大部分が受信アンテナに結合されているので、電力増幅器210によって消費される電力の量は上昇する。したがって、受信信号235は、以下で説明するように、送信アンテナ235に結合された受信アンテナの存在を示すことができ、受信アンテナから送信された信号を検出することもできる。さらに、以下で説明するように、受信機電流ドローの変化は、送信機の電力増幅器電流ドローにおいて観測可能であり、この変化を使用して、受信アンテナからの信号を検出することができる。

0049

図13A図13Cに、受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。図13A図13Cのすべては、様々なスイッチの状態が異なる、同じ回路要素を示す。受信アンテナ304は、ノード350を駆動する特性インダクタンスL1を含む。ノード350は、スイッチS1Aを通して接地に選択的に結合される。ノード350はまた、スイッチS1Bを通してダイオードD1および整流器318に選択的に結合される。整流器318は、受信デバイス(図示せず)への電力供給、バッテリの充電、またはそれらの組合せのために、受信デバイスにDC電力信号322を供給する。ダイオードD1は、高調波および不要な周波数を除去するためにキャパシタC3および抵抗R1を用いてフィルタ処理される送信信号320に結合される。したがって、D1、C3、およびR1の組合せは、送信信号320に対して、図12の送信機を参照しながら上述した送信変調信号224によって発生された送信変調を模する信号を発生させることができる。

0050

本発明の例示的な実施形態は、受信デバイスの電流ドローの変調と、逆方向リンクシグナリングを達成するための受信アンテナのインピーダンスの変調とを含む。図13Aおよび図12を参照すると、受信デバイスの電力ドローが変化すると、負荷感知回路216は、送信アンテナの得られた電力変化を検出し、これらの変化から受信信号235を発生させることができる。

0051

図13A図13Cの実施形態では、スイッチS1AおよびS2Aの状態を修正することによって、送信機を通る電流ドローを変化させることができる。図13Aでは、スイッチS1AおよびスイッチS2Aは、どちらも開いており、「DC開状態」を生成し、送信アンテナ204からの負荷を本質的に除去する。これにより、送信機が受ける電流が低減される。

0052

図13Bでは、スイッチS1Aは閉じており、スイッチS2Aは開いており、受信アンテナ304の「DCショート状態」を生成する。したがって、図13Bの状態を使用して、送信機が受ける電流を増加させることができる。

0053

図13Cでは、スイッチS1Aは開いており、スイッチS2Aは閉じており、DCout信号322によって電力を供給することができ、送信信号320を検出することができる通常受信モード(本明細書では「DC動作状態」とも呼ぶ)を生成する。図13Cに示す状態では、受信機は、通常の量の電力を受信し、したがってDC開状態またはDCショート状態よりも多いまたは少ない送信アンテナからの電力を消費する。

0054

DC動作状態(図13C)とDCショート状態(図13B)との間のスイッチングによって逆方向リンクシグナリングが達成できる。逆方向リンクシグナリングは、DC動作状態(図13C)とDC開状態(図13A)との間のスイッチングによっても達成できる。

0055

図14A図14Cに、受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。

0056

図14A図14Cのすべては、様々なスイッチの状態が異なる、同じ回路要素を示す。受信アンテナ304は、ノード350を駆動する特性インダクタンスL1を含む。ノード350は、キャパシタC1およびスイッチS1Bを通して接地に選択的に結合される。ノード350はまた、キャパシタC2を通してダイオードD1および整流器318にAC結合される。ダイオードD1は、高調波および不要な周波数を除去するためにキャパシタC3および抵抗R1を用いてフィルタ処理される送信信号320に結合される。したがって、D1、C3、およびR1の組合せは、送信信号320に対して、図12の送信機を参照しながら上述した送信変調信号224によって発生された送信変調を模する信号を発生させることができる。

0057

整流器318は、抵抗R2および接地と直列に接続されたスイッチS2Bに接続される。整流器318はスイッチS3Bにも接続される。スイッチS3Bの反対側は、受信デバイス(図示せず)への電力供給、バッテリの充電、またはそれらの組合せのために、受信デバイスにDC電力信号322を供給する。

0058

図13A図13Cでは、受信アンテナ304のDCインピーダンスは、スイッチS1Bを通して受信アンテナを接地に選択的に結合することによって変化させられる。対照的に、図14A図14Cの実施形態では、受信アンテナ304のACインピーダンスが変化するようにスイッチS1B、S2B、およびS3Bの状態を修正することによって、アンテナのインピーダンスを修正して逆方向リンクシグナリングを発生させることができる。図14A図14Cでは、受信アンテナ304の共振周波数は、キャパシタC2を用いて同調させることができる。したがって、スイッチS1Bを使用してキャパシタC1を通して受信アンテナ304を選択的に結合することによって受信アンテナ304のACインピーダンスを変更し、共振回路を、送信アンテナと最適に結合する範囲の外側にある異なる周波数に本質的に変更することができる。受信アンテナ304の共振周波数がほぼ送信アンテナの共振周波数であり、受信アンテナ304が送信アンテナの近距離場にある場合、受信機が放射界106からかなりの電力を引き出すことができる結合モードが生じる。

0059

図14Aでは、スイッチS1Bは閉じており、受信アンテナが送信アンテナの周波数で共振しないので、アンテナを離調し、送信アンテナ204による検出から受信アンテナ304を本質的に「クローキングする」「ACクローキング状態」を生成する。受信アンテナが結合モードにないので、スイッチS2BおよびS3Bの状態は、本議論には特に重要ではない。

0060

図14Bでは、スイッチS1Bは開いており、スイッチS2Bは閉じており、スイッチS3Bは開いており、受信アンテナ304の「同調ダミー負荷状態」を生成する。スイッチS1Bが開いているので、キャパシタC1は共振回路に寄与せず、キャパシタC2と組み合わせた受信アンテナ304は、送信アンテナの共振周波数と整合することができる共振周波数にある。開いたスイッチS3Bと閉じたスイッチS2Bとの組合せは、整流器に対する比較的高い電流ダミー負荷を生成し、受信アンテナ304を通して、送信アンテナによって感知できるより多くの電力を引き出す。さらに、受信アンテナが送信アンテナから電力を受信する状態にあるので、送信信号320を検出することができる。

0061

図14Cでは、スイッチS1Bは開いており、スイッチS2Bは開いており、スイッチS3Bは閉じており、受信アンテナ304の「同調動作状態」を生成する。スイッチS1Bが開いているので、キャパシタC1は共振回路に寄与せず、キャパシタC2と組み合わせた受信アンテナ304は、送信アンテナの共振周波数と整合することができる共振周波数にある。開いたスイッチS2Bと閉じたスイッチS3Bとの組合せは、DCout322によって電力を供給することができ、送信信号320を検出することができる通常動作状態を生成する。

0062

同調動作状態(図14C)とACクローキング状態(図14A)との間のスイッチングによって逆方向リンクシグナリングが達成できる。逆方向リンクシグナリングは、同調ダミー負荷状態(図14B)とACクローキング状態(図14A)との間のスイッチングによっても達成できる。受信機によって消費される電力の量に、送信機中の負荷感知回路によって検出できる差があるので、逆方向リンクシグナリングは、同調動作状態(図14C)と同調ダミー負荷状態(図14B)との間のスイッチングによっても達成できる。

0063

もちろん、当業者なら、スイッチS1B、S2B、およびS3Bの他の組合せを使用して、クローキングを生成し、逆方向リンクシグナリングを発生させ、受信デバイスに電力を供給することができることを認識されよう。さらに、クローキング、逆方向リンクシグナリング、および受信デバイスへの電力供給のための他の可能な組合せを生成するために、スイッチS1AおよびS1Bを図14A図14Cの回路に追加することができる。

0064

したがって、図12を参照しながら上述したように、結合モードにあるとき、送信機から受信機に信号を送信することができる。さらに、図13A図13Cおよび図14A図14Cを参照しながら上述したように、結合モードにあるとき、受信機から送信機に信号を送信することができる。

0065

図15A図15Cは、上述のシグナリング技法を使用する、送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図である。1つの例示的な手法では、送信機から受信機への信号を本明細書では「順方向リンク」と呼び、通常発振と発振なしとの間の単純なAM変調を使用する。他の変調技法も企図される。非限定的な例として、信号存在を1と解釈し、信号不在を0と解釈することができる。

0066

逆方向リンクシグナリングは、送信機中の負荷感知回路によって検出できる、受信デバイスによって引き出された電力の変調によって行われる。非限定的な例として、高電力状態を1と解釈し、低電力状態を0と解釈することができる。受信機が逆方向リンクシグナリングを実行することができるように、送信機がオンでなければならないことに留意されたい。さらに、受信機は、順方向リンクシグナリング中に逆方向リンクシグナリングを実行してはならない。さらに、2つの受信デバイスが同時に逆方向リンクシグナリングを実行しようと試みた場合、衝突が起こることがあり、それにより送信機が適切な逆方向リンク信号を復号することが、不可能でないとしても困難になる。

0067

本明細書で説明する例示的な実施形態では、シグナリングは、スタートビットと、データバイトと、パリティービットと、ストップビットとをもつUniversal Asynchronous Receive Transmit(UARTシリアル通信プロトコルと同様である。もちろん、どんなシリアル通信プロトコルも、本明細書で説明する本発明の例示的な実施形態を実施するのに好適である。限定としてではなく、説明を簡単にするために、各バイト送信を通信するための期間が約10mSであるものとして、メッセージングプロトコルについて説明する。

0068

図15Aは、メッセージングプロトコルの最も単純で、最も低電力の形態を示す。同期パルス420は循環期間410(例示的な実施形態では約1秒)ごとに反復される。非限定的な例として、同期パルスオン時間は約40mSとすることができる。少なくとも同期パルス420をもつ循環期間410は、送信機がオンの間、無期限に反復できる。同期パルス350は、「白」パルス420’によって示されるパルス周期の間、一定の周波数とすることができるので、「同期パルス」はいくぶん誤称であることに留意されたい。同期パルス420はまた、「ハッチ」パルス420によって示される、上述したオン/オフキーイングを用いた共振周波数におけるシグナリングを含むことができる。図15Aは、同期パルス420中に共振周波数における電力が供給され、電力期間450中に送信アンテナがオフである、最小電力状態を示す。すべての受信デバイスは、同期パルス420中に電力を受信することが可能である。

0069

図15Bは、同期パルス420と、逆方向リンク期間430と、電力期間450’とをもつ循環期間410を示し、送信アンテナはオンであり、共振周波数において発振することによって全電力を供給しており、シグナリングは実行していない。上側のタイミング図は循環期間410全体を示し、下側のタイミング図は同期パルス420および逆方向リンク期間430の分解図を示す。電力期間450’は、以下で説明するように、複数の受信デバイスのための異なる期間にセグメント化できる。図15Bは、3つの異なる受信デバイスのための3つの電力セグメントPd1、Pd2、およびPdnを示す。

0070

順方向リンクシグナリングが行われるとき、同期パルス420は、ウォームアップ期間422と、順方向リンク期間424と、リスニング期間426とを含むことができる。リスニング期間426は、ハンドオーバ期間427と逆方向リンク開始期間428とを含むことができる。同期パルス420の間、送信機は、(「ハッチ」セクションによって示される)順方向リンク期間400中に順方向リンクメッセージを送出し、リスニング期間426中に受信機からの応答を待つ。図15Bでは、受信機は応答せず、これはリスニング期間426中の「白」セクションによって示されている。

0071

図15Cは、受信機が、「クロスハッチ」セクションによって示される逆方向リンク開始期間428および逆方向リンク期間430中に応答することを除いて図15Bと同様である。図15では、同期パルス420の間、送信機は、順方向リンク期間400中に順方向リンクメッセージを送出し、リスニング期間426中に受信機からの応答を待つ。応答しようとしている受信機は、ハンドオーバ期間427の終了の前、逆方向リンク開始期間428中、場合によっては逆方向リンク期間430中にそれらの応答を開始する。

0072

非限定的な例として、表2に、送信機および受信機によって送信されるいくつかの可能なメッセージを示す。

0073

0074

ただし、
ヌル送信コマンドなし
DD=デバイス番号
TT=デバイスタイプ
PP=要求される電力
rr=乱数
cc=チェックサム
NN=タイムスロットの開始、および
MM=タイムスロットの終了
表2の説明において、ヌルコマンドは、送信機が順方向リンク期間424中にメッセージングを送信しないことを意味する。行2において、送信機は新デバイス照会(NDQ)を送信する。受信デバイスが応答する場合、受信デバイスは、デバイス番号(デバイス番号が送信機によって割り当てられるまで、新しいデバイスでは0であるはずである)、電力要求、乱数、および受信応答中のすべてのデータビットのチェックサムとともに新デバイス応答(NDR)で応答する。

0075

行3において、送信機は、デバイス照会(DQ)をデバイス番号とともに送信する。DQ応答によって指定された受信デバイスは、デバイス番号、デバイスタイプ、要求される電力の量、受信応答中のすべてのデータビットのチェックサムとともに、デバイスステータス(DS)で応答する。

0076

行4において、送信機は、確認応答ACK)を、前のDQに応答した受信機に送出する。受信機はACKには応答しない。

0077

行5において、送信機は、デバイス番号、電力期間450’内の開始時間、電力期間450’内の終了時間、および受信応答中のすべてのデータビットのチェックサムとともにスロット割当て(SA)を送出する。受信機はSAには応答しない。

0078

行6において、送信機は、すべての受信機が、それらの割り当てられたタイムスロットの使用を停止しなければならないことを示すリセット(RES)を送出する。受信機はRESには応答しない。

0079

もちろん、当業者なら、コマンドおよび応答は例示的なものであり、本発明の範囲内で企図される様々な実施形態では、これらのコマンドおよび応答の変形体を使用することができ、本発明の範囲内で追加のコマンドおよび応答が考案できることを認識されよう。

0080

通信がどのように行われるかをさらに示すために、5つの異なるシナリオについて論じる。第1のシナリオでは、最初に送信機の結合モード領域内に受信デバイスはなく、1つの受信デバイスが結合モード領域に入る。結合モード領域中にデバイスが存在しないとき、送信機は、図15Aに示すように低電力状態のままであり、循環期間410ごとに同期パルス420を反復する。同期パルス420は順方向リンク期間424中にNDQを含み、送信機はリスニング期間426中に応答をリッスンする。応答が受信されない場合、送信機は、次の循環期間410の同期パルス420のための時間まで停止する。

0081

新しい受信デバイスが結合モード領域に導入されたとき、受信デバイスは、最初にオンになり、同期パルス420をリッスンする。新しい受信デバイスは、電力のために同期パルス420を使用することができるが、電力期間450’中にクローキングまたは非電力受信モードに進まなければならない(本明細書では「バスから降りる」と呼ぶ)。さらに、新しい受信デバイスは、送信コマンドをリッスンし、NDQを除いてすべての送信コマンドを無視する。新しい受信デバイスは、NDQを受信すると、ハンドオーバ期間427、逆方向リンク開始期間428、場合によっては逆方向リンク期間430の間、オンのままになる。順方向リンク期間424後、ハンドオーバ期間427の終了の前に、受信デバイスは、デバイスID0(新しいデバイスIDは送信機によって割り当てられる)、電力量要求、乱数およびチェックサムとともにNDRで応答する。新しい受信デバイスは、次いで、電力期間450’中にバスから降りる。

0082

送信機がNDRを正しく受信した場合、送信機は、次の同期パルス420上で新しい受信デバイスのためのスロット割当て(SA)で応答する。SAは、新しい受信デバイスのデバイスIDと、開始時間と、終了時間と、チェックサムとを含む。このSAの開始時間および終了時間は0であり、新しい受信デバイスが電力期間450’中のどの時間期間にもバスに乗ってはならないことを示す。新しい受信デバイスは、それがバスに乗ることができるとき、特定の電力セグメントPdnを割り当てる実際の開始時間および終了時間とともに後続のSAを受信する。新しい受信デバイスが適切なチェックサムを受信しない場合、新しい受信デバイスは新デバイスモードのままになり、再びNDQに応答する。

0083

第2のシナリオでは、送信機の結合モード領域内に受信デバイスはなく、2つ以上の受信デバイスが結合モード領域に入る。このモードでは、2つの新しい受信デバイスが結合モード領域に導入されたとき、それらは最初にずっとバスに乗っている。新しい受信デバイスは、同期パルス420を受信すると、電力のために同期パルス420を使用することができるが、電力期間450’中にバスから降りなければならない。さらに、新しい受信デバイスは、送信コマンドをリッスンし、NDQを除いてすべての送信コマンドを無視する。新しい受信デバイスは、NDQを受信すると、ハンドオーバ期間427、逆方向リンク開始期間428、場合によっては逆方向リンク期間430の間、オンのままになる。順方向リンク期間424後、ハンドオーバ期間427の終了の前に、受信デバイスは、デバイスID0(新しいデバイスIDは送信機によって割り当てられる)、電力量要求、乱数およびチェックサムとともにNDRで応答する。

0084

しかしながら、2つ以上の受信デバイスが同時に応答しており、異なる乱数およびチェックサムを有する可能性があるので、送信機によって受信されたメッセージは歪曲され、送信機におけるチェックサムは不正確になる。したがって、送信機は、後続の同期パルス420上でSAを送出しない。

0085

NDR後に即時のSAが利用できない場合、受信デバイスの各々は、NDRで応答する前にランダムな数の後続のNDQを待つ。たとえば、2つのデバイスが両方とも第1のNDQに応答すると、後続のSAは生じない。デバイス1は、別のNDQに応答する前に4つのNDQを待つことを決定する。デバイス2は、別のNDQに応答する前に2つのNDQを待つことを決定する。したがって、送信機によって送出される次のNDQに対して、どちらのデバイスもNDRで応答しない。送信機によって送出される次のNDQに対して、デバイス2のみがNDRで応答し、送信機は、NDRをうまく受信し、デバイス2のためのSAを送出する。次のNDQに対して、デバイス2は、それがもはや新しいデバイスではないので応答せず、デバイス1は、そのランダムな待機期間が経過していないので応答しない。送信機によって送出される次のNDQに対して、デバイス1のみがNDRで応答し、送信機は、NDRをうまく受信し、デバイス1のためのSAを送出する。

0086

第3のシナリオでは、少なくとも1つの受信デバイスが結合モード領域中にあり、新しい受信デバイスが結合モード領域に入る。このモードでは、新しい受信デバイスが結合モード領域に導入され、最初にずっとバスに乗っている。新しい受信デバイスは、同期パルス420を受信すると、電力のために同期パルス420を使用することができるが、電力期間450’中にバスから降りなければならない。さらに、新しい受信デバイスは、送信コマンドをリッスンし、NDQを除いてすべての送信コマンドを無視する。周期的に、送信機は、新しいデバイスが結合モード領域に入ったかどうかを確かめるためにNDQを発行する。新しいデバイスは、次いでNDRで応答する。後続の同期パルス420上で、送信機は、割り当てられた電力スロットなしの、新しいデバイスのためのSAを発行する。送信機は、次いで、結合モード領域中のすべてのデバイスのための電力割振りを再計算し、重複電力セグメントPdnがないように、各デバイスのための新しいSAを発生する。各デバイスは、その新しいSAを受信した後、その新しいPdn中にのみバスに乗ることを開始する。

0087

第4のシナリオでは、受信デバイスが結合モード領域に出入りすることなしに通常の電力供給動作が続く。このシナリオの間、送信機は、各デバイスをデバイス照会(DQ)で周期的にピングする。照会されたデバイスはデバイスステータス(DS)で応答する。DSが異なる電力要求を示した場合、送信機は、結合モード領域中のデバイスの各々に対する電力割振りを再割振りすることができる。送信機はまた、第3のシナリオに関して上記で説明したように、NDQを周期的に発行する。

0088

第5のシナリオでは、デバイスは結合モード領域から除去される。この「除去された」状態は、デバイスが結合モード領域から物理的に除去されること、デバイスが遮断されること、または、おそらくデバイスがそれ以上の電力を必要としないので、自体をクローキングすることとすることができる。上述のように、送信機は、結合モード領域中のすべてのデバイスに対して周期的にDQを送出する。特定のデバイスへの2つの連続するDQが有効なDSを戻さない場合、送信機は、割り振られたデバイスのそのリストからそのデバイスを除去し、電力期間450’を残りのデバイスに再割振りする。送信機はまた、消失したデバイスがまだ受信しているが送信することができない場合、消失したデバイスに0時間の電力割振りを割り当てる。デバイスが間違って電力割振りから除去された場合、デバイスは、適切なNDRでNDQに応答することによって電力割振りを回復することができる。

0089

表3に、通信プロトコルがどのように動作するかを示すために、コマンドおよび応答の非限定的なシーケンスを示す。

0090

0091

新しいデバイスのための最初のスロット割当てはタイムスロットを割り振らないことに留意されたい。各既存デバイスに新しい非重複タイムスロットが割り振られ、次いで、新しいデバイスに、電力を受信するためのタイムスロットが最後に割り振られる。

0092

例示的な一実施形態では、ワイヤレス充電デバイスは、たとえば、デバイスがうまく充電領域入り、自体をローカル送信機登録したことを示すライトなどの可視信号をユーザに対して表示することができる。これは、デバイスが実際に充電する準備ができているという肯定フィードバックをユーザに与える。

0093

本発明の他の例示的な実施形態では、受信機と送信機は、図2に示すように別個通信チャネル119(たとえば、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、セルラーなど)上で通信することができる。別個の通信チャネルの場合、循環期間は通信期間を含む必要がなく、時間全体を電力期間450’に充てることができる。送信機は依然として(別個の通信チャネルを介して通信される)各受信デバイスにタイムスロットを割り振ることができ、各受信デバイスはその割り当てられた電力セグメントPdnの間にバスに乗るだけである。

0094

上述の時分割多重化電力割振りは、送信機の結合モード領域内の複数の受信デバイスに電力を供給するための最も効率的な方法であることがある。しかしながら、他の電力割振りシナリオを本発明の他の実施形態とともに採用することができる。

0095

図16A図16Dは、送信機と1つまたは複数の受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。図16Aは、受信デバイスがビーコン結合モード領域510にないときの低電力「ビーコン」信号525を有する送信機520を示す。ビーコン信号525は、非限定的な例として、約10〜約20mW RFの範囲内などにあるとすることができる。この信号は、充電すべきデバイスが結合モード領域中に配置されたとき、デバイスに初期電力を供給するのに十分である。

0096

図16Bは、ビーコン信号525を送信している送信機520のビーコン結合モード領域510内に配置された受信デバイス530を示す。受信デバイス530がオンであり、送信機との結合を生じる場合、受信デバイス530は、まさに受信機がビーコン信号525から電力を受容する逆方向リンク結合535を発生する。この追加の電力は、送信機の負荷感知回路216(図12)によって感知できる。したがって、送信機は高電力モードに進むことができる。

0097

図16Cは、高電力信号525’を発生し、高電力結合モード領域510’を生じている送信機520を示す。受信デバイス530が電力を受容しており、その結果、逆方向リンク結合535を発生している限り、送信機は高電力状態のままである。ただ1つの受信デバイス530が示されているが、複数の受信デバイス530が結合モード領域510中に存在することができる。複数の受信デバイス530がある場合、それらは、各受信デバイス530がどのくらい良好に結合されるかに基づいて、送信機によって送信される電力の量を共有する。たとえば、結合効率は、図8および図9を参照しながら上記で説明したように、デバイスが結合モード領域510内のどこに配置されるかに応じて、受信デバイス530ごとに異なることがある。

0098

図16Dは、受信デバイス530がビーコン結合モード領域510中にあるときでも、ビーコン信号525を発生している送信機520を示す。受信デバイス530が遮断されたとき、またはおそらく受信デバイス530がそれ以上の電力を必要としないので、デバイスが自体をクローキングするとき、この状態が起こることがある。

0099

時間多重化モードの場合と同様に、受信機と送信機は、別個の通信チャネル(たとえば、Bluetooth、ZigBeeなど)上で通信することができる。別個の通信チャネルの場合、送信機は、結合モード領域510中の受信デバイスの数とそれらのそれぞれの電力要件とに基づいて、ビーコンモードと高電力モードとの間でいつ切り替えるべきかを判断し、または複数の電力レベルを生成することができる。

0100

本発明の例示的な実施形態は、リピータとして働き、送信アンテナから受信アンテナに向かう電力のフローを強調する追加のアンテナを、結合されたアンテナのシステムに導入することによって、2つのアンテナ間の近距離場電力伝達における比較的大きい送信アンテナと小さい受信アンテナとの間の結合を強調することを含む。

0101

例示的な一実施形態では、システム中の送信アンテナと受信アンテナとに結合する1つまたは複数の余分のアンテナが使用される。これらの余分のアンテナは、アクティブまたはパッシブアンテナなどのリピータアンテナを備える。パッシブアンテナは単に、アンテナループと、アンテナの共振周波数を同調させるための容量性素子とを含むことができる。能動素子は、アンテナループおよび1つまたは複数の同調キャパシタに加えて、反復近距離場放射の強度を増加させるための増幅器を含むことができる。

0102

非常に小さい受信アンテナへの電力の結合が、終端負荷、同調構成要素、共振周波数、および送信アンテナに対するリピータアンテナの配置などのファクタに基づいて強調されるように、電力伝達システム中の送信アンテナとリピータアンテナとの組合せを最適化することができる。

0103

単一の送信アンテナは有限近距離場結合モード領域を呈する。したがって、送信アンテナの近距離場結合モード領域中の受信機を通して充電するデバイスのユーザは、法外に高いまたは少なくとも不都合であろう相当なユーザアクセススペースを必要とすることがある。さらに、結合モード領域は、受信アンテナが送信アンテナから離れて移動するにつれて急速に減少することがある。

0104

リピータアンテナは、送信アンテナから結合モード領域を再収束させ、再整形して、リピータアンテナの周りに第2の結合モード領域を生成することができ、エネルギーを受信アンテナに結合するのにより好適である。

0105

図17Aに、大きい送信アンテナ710Aと、送信アンテナ710Aと共面に、送信アンテナ710Aの周囲内に配設されたより小さいリピータアンテナ720Aとを示す。送信アンテナ710Aとリピータアンテナ720Aは両方ともテーブル740上に形成される。受信アンテナ730Aを含むデバイスはリピータアンテナ720Aの周囲内に配置される。極めて大きいアンテナの場合、送信アンテナ710Aの中心の近くに比較的弱い結合モード領域のエリアがあることがある。極めて小さい受信アンテナ730Aに結合しようと試みるとき、この弱い領域の存在が特に顕著になることがある。送信アンテナ710Aと共面に配置され、サイズがより小さいリピータアンテナ720Aは、送信アンテナ710Aによって発生された結合モード領域を、リピータアンテナ720Aの周りのより小さく、より強い反復結合モード領域に再集束させることが可能である。したがって、比較的強い反復近距離場放射が受信アンテナ730Aのために利用可能である。

0106

図17Bに、送信アンテナ710Bと、送信アンテナ710Bに対して同軸配置されたより大きいリピータアンテナ720Bとを示す。受信アンテナ730Bを含むデバイスはリピータアンテナ720Bの周囲内に配置される。送信アンテナ710Bはランプシェード742の下縁周囲の周りに形成され、リピータアンテナ720Bはテーブル740上に配設される。同軸配置の場合を思い出すと、近距離場放射は、アンテナの平面から離れた距離に対して比較的急速に減少することがある。したがって、送信アンテナ710Bに対する同軸配置で配置された小さい受信アンテナ730Bは、弱い結合モード領域中にあることがある。しかしながら、送信アンテナ710Bと同軸に配置された大きいリピータアンテナ720Bは、送信アンテナ710Bの結合モード領域を、リピータアンテナ720Bの周りの異なる場所において別の結合モード領域に再整形することが可能である。したがって、比較的強い反復近距離場放射が、リピータアンテナ720Bと共面に配置された受信アンテナ730Bのために利用可能である。

0107

図18Aに、大きい送信アンテナ710Cと、送信アンテナ710Cと共面に、送信アンテナ710Cの周囲内に配設された3つのより小さいリピータアンテナ720Cとを示す。送信アンテナ710Cとリピータアンテナ720Cはテーブル740上に形成される。受信アンテナ730Cを含む様々なデバイスは、送信アンテナ710Cおよびリピータアンテナ720C内の様々なロケーションに配置される。図17Aに示す実施形態の場合と同様に、図18Aの実施形態は、送信アンテナ710Cによって発生された結合モード領域を、リピータアンテナ720Cの各々の周りのより小さく、より強い反復結合モード領域に再収束させることが可能である。したがって、比較的強い反復近距離場放射が受信アンテナ730Cのために利用可能である。受信アンテナのいくつかは任意のリピータアンテナ720Cの外側に配置される。結合モード領域がアンテナの周囲の外側にいくぶん広がっていることを思い出されたい。したがって、受信アンテナ730Cは、送信アンテナ710Cならびに近くのリピータアンテナ720Cの近距離場放射から電力を受信することが可能である。したがって、任意のリピータアンテナ720Cの外側に配置された受信アンテナは、依然として、送信アンテナ710Cならびに近くのリピータアンテナ720Cの近距離場放射から電力を受信することが可能である。

0108

図18Bに、大きい送信アンテナ710Dと、送信アンテナ710Dに対してオフセット同軸配置およびオフセット共面配置されたより小さいリピータアンテナ720Dとを示す。受信アンテナ730Dを含むデバイスは、リピータアンテナ720Dのうちの1つの周囲内に配置される。非限定的な例として、送信アンテナ710Dは天井746に配設でき、リピータアンテナ720Dはテーブル740上に配設できる。図17Bの実施形態の場合と同様に、オフセット同軸配置のリピータアンテナ720Dは、送信機アンテナ710Dからの近距離場放射をリピータアンテナ720Dの周りの反復近距離場放射に再整形し、強調することが可能である。したがって、比較的強い反復近距離場放射が、リピータアンテナ720Dと共面に配置された受信アンテナ730Dのために利用可能である。

0109

概して表面上にある様々な送信アンテナおよびリピータアンテナを示したが、これらのアンテナは、表面の下(たとえば、テーブルの下、床の下、壁の後ろ、または天井の後ろ)に、または表面内(たとえば、テーブルの上面板、壁、床、または天井)にも配設できる。

0110

図19に、送信アンテナとリピータアンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。送信アンテナとリピータアンテナと受信アンテナは、約13.56MHzの共振周波数を有するように同調させられる。

0111

曲線810は、様々な周波数において送信アンテナに供給される総電力のうち、送信アンテナから送信される電力の量の測度を示す。同様に、曲線820は、様々な周波数において受信アンテナの端子の近傍で利用可能な総電力のうち、リピータアンテナを通して受信アンテナによって受信される電力の量の測度を示す。最後に、曲線830は、様々な周波数においてリピータアンテナを通して送信アンテナと受信アンテナとの間で実際に結合される電力の量を示す。

0112

約13.56MHzに対応する曲線830のピークでは、送信機から送信された大量の電力が受信機において利用可能であり、送信アンテナとリピータアンテナと受信アンテナとの組合せの間の高度の結合を示すことがわかる。

0113

図20Aに、リピータアンテナがない場合の、送信アンテナと、送信アンテナに対して同軸配置で配設された受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。送信アンテナと受信アンテナは、約10MHzの共振周波数を有するように同調させられる。このシミュレーションにおける送信アンテナは一辺が約1.3メートルであり、受信アンテナは一辺が約30mmの多重ループアンテナである。受信アンテナは、送信アンテナの平面から約2メートル離れて配置される。曲線810Aは、様々な周波数において送信アンテナの端子に供給される総電力のうち、送信アンテナから送信される電力の量の測度を示す。同様に、曲線840は、様々な周波数において受信アンテナの端子の近傍で利用可能な総電力のうち、受信アンテナによって受信される電力の量の測度を示す。最後に、曲線830Aは、様々な周波数において送信アンテナと受信アンテナとの間で実際に結合される電力の量を示す。

0114

図20Bに、リピータアンテナがシステム中に含まれる場合の図20Aの送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。送信アンテナおよび受信アンテナは図20Aの場合と同じサイズおよび配置である。リピータアンテナは、一辺が約28cmであり、受信アンテナと共面に(すなわち、送信アンテナの平面から約0.1メートル離れて)配置される。図20Bでは、曲線810Bは、様々な周波数において送信アンテナの端子に供給される総電力のうち、送信アンテナから送信される電力の量の測度を示す。曲線820Bは、様々な周波数において受信アンテナの端子の近傍で利用可能な総電力のうち、リピータアンテナを通して受信アンテナによって受信される電力の量を示す。最後に、曲線830Bは、様々な周波数においてリピータアンテナを通して送信アンテナと受信アンテナとの間で実際に結合される電力の量を示す。

0115

図20Aおよび図20Bから結合された電力(830Aと830B)を比較すると、リピータアンテナなしの場合、結合された電力830Aは約−36dBにおいてピークに達することがわかる。一方、リピータアンテナがある場合、結合された電力830Bは約−5dBにおいてピークに達する。したがって、共振周波数の近くでは、リピータアンテナの包含により、受信アンテナのために利用可能な電力の量が著しく増加する。

0116

情報および信号は様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表すことができることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及されるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビットシンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表すことができる。

0117

さらに、本明細書で開示した実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロックモジュール、回路、およびアルゴリズムテップは、電子ハードウェアコンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装できることを当業者なら諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。

0118

本明細書で開示した実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサデジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイFPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書に記載の機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行できる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラマイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコア連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装することもできる。

0119

本明細書で開示する実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施するか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで実施するか、またはその2つの組合せで実施することができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROMEPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM(登録商標))、レジスタハードディスクリムーバブルディスクCD−ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化することができる。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐することができる。ASICはユーザ端末中に常駐することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐することができる。

0120

1つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその任意の組合せで実装できる。ソフトウェアで実装する場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶するか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信することができる。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラム転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体でよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMもしくは他の光ディスク記憶装置磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または命令もしくはデータ構造の形態の所望のプログラムコード担持または記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル光ファイバケーブルツイストペアデジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイトサーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザ光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。

0121

開示した例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を実施または使用できるようにするために提供されるものである。これらの例示的な実施形態への様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用できる。したがって、本発明は、本明細書で示した実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴に合致する最も広い範囲を与えられるべきである。

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