[发明专利]一种室内无线输能系统以及无线输能方法

权利要求书

1.应用无线输能系统的室内无线输能方法，其特征在于：当待充电设备需要供能或检测到电池电量不足时，待充电设备发送充电请求信号；当待充电设备不需要供能或检测到电池已充满时，待充电设备发送相应的充电终止信号；当待充电设备处于输能过程中，待充电设备周期地发送充电状态信息；在待充电设备发送充电请求信号的同时，待充电设备的能量接收系统启动；在待充电设备发送充电终止信号的同时，待充电设备的能量接收系统关闭；由功率发射阵接收并记录来自待充电设备的信号，并经过数据处理站的信号分析电路判断所接收到的信号是充电请求信号、充电终止信号还是充电状态信息；如果判断接收到的信号为充电请求信号，那么由数据处理站中的信号处理模块得到该接收信号的幅值和相位，通过一次时间反演、傅立叶变换、加权和功率放大操作得到功率发射阵的宽频激励信号；

所述通过一次时间反演、傅立叶变换、加权和功率放大操作得到功率发射阵的宽频激励信号由如下方式实现：

设输能空间中有M个待充电设备，分别位于m＝1,2,…,M，θ_m为观测仰角，为观测的水平方位角，M个待充电设备分别发送充电请求信号p(t)，由具有N个天线单元的功率发射阵接收该信号，并对该信号进行时间反演和傅立叶变换操作，得到的频域时间反演信号为：

其中，“*”表示取共轭操作，P(ω)为发送充电请求信号p(t)的频域表达式，H_mn(ω)表示第m个待充电设备与第n个天线单元之间的信道信息，表示第n个天线单元的辐射类型；

对频域时间反演信号Y_TR(ω)进行加权，得到功率发射阵的宽频激励信号为：

传输到第i个待充电设备处的信号为：

其中，i＝1,2,…,M；为权值，A_n(θ)为第n个天线对整个输能空间中由于观测仰角θ不同引起的电磁波衰减的补偿，H_in(ω)表示第i个待充电设备与第n个天线单元之间的信道信息；

所述的无线输能系统包括功率接收端和功率发射端；功率发射端由功率发射阵、信号分析电路、信号处理模块、可变功率放大器和功率监测模块组成；其中信号分析电路、信号处理模块、可变功率放大和功率监测模块组成数据处理站；接收模式的功率发射阵与信息分析电路、信号处理模块、可变功率放大器和功率监测模块依次连接；发射模式的功率发射阵与可变功率放大器连接；功率发射阵用于接收来自待充电设备的充电请求/终止信号及充电状态信息和发射电磁功率；数据处理站用于分析和处理功率发射阵的接收信号及获得功率发射阵的激励；

功率接收端由多个待充电设备组成；每一个待充电设备均由能量接收天线和整流电路组成，能量接收天线用于接收来自功率发射阵和中继单元的电磁功率；整流电路用于将射频能量转换成直流能量。

2.根据权利要求1所述的室内无线输能方法，其特征在于：针对单纯增加发射功率仍然无法满足所有待充电设备的功率需求的情况，需要启动中继单元，该中继单元用于接收来自功率发射阵中没有聚焦到待充电设备处的电磁波和空间中被浪费的电磁波，经过可变功率放大器将发射功率放大到所需要的功率水平后，再发射到原输能空间中为待充电设备无线输能，充分利用空间中的电磁波。

3.根据权利要求1所述的室内无线输能方法，其特征在于：所述室内无线输能系统还包括中继单元，中继单元与输入电源连接；中继单元包括功率发射阵和可变功率放大器；或者中继单元由功率发射阵和数据处理站组成；中继单元接收来自功率发射阵中没有聚焦到待充电设备处的电磁波和空间中被浪费的电磁波，经过可变功率放大器将发射功率放大到所需要的功率水平后，再发射到原输能空间中为待充电设备，进行无线输能。

4.根据权利要求1所述的室内无线输能方法，其特征在于：所述整流电路由低通滤波器、匹配电路、整流二极管及直通滤波器依次连接组成。

5.根据权利要求1所述的室内无线输能方法，其特征在于：所述功率发射阵集成或组装在天花板、墙体、家具或地板上。

6.根据权利要求1或5所述的室内无线输能方法，其特征在于：所述功率发射阵由任意结构任意排布的全向天线单元组成，天线单元包括矩形贴片天线、圆形贴片天线或螺旋天线。