用于无线功率传输优化的非高斯波束成形制造技术

本文描述了用于向目标设备提供无线功率的系统和方法，所述目标设备诸如膝上型计算机、移动电话、车辆、机器人或无人飞行器或系统(UAV)或(UAS)。可调多元件发送器可以使用多种频带中的任何一个将电磁辐射(EMR)传输到目标设备。位置确定子系统和/或范围确定子系统可以确定目标设备的相对位置、方位和/或旋转。对于使得在工作频率下EMR的高斯波束的最小可实现腰围小于目标设备的多元件EMR接收器的距离范围内的目标设备，可以确定非高斯波束形以提高效率，减少过热，减少溢出，增加目标设备上整流天线接收器的总功率输出，或实现另一个目标功率传输目标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线功率传输优化的非高斯波束成形优先权申请的所有主题通过引用并入本文，只要这类主题与本申请不矛盾。
技术介绍
本公开涉及无线功率传输。具体地，本公开涉及使用非高斯波束成形的无线功率传输。附图说明图1A示出了无人飞行器(UAV)的底侧上的多元件电磁辐射(EMR)接收器的示例。图1B示出了可以与EMR接收器装配或翻新以促进无线功率传输的目标设备的另一示例。图1C示出了具有EMR接收器以促进无线功率传输的移动电话目标设备的示例。图2A示出了具有比UAV上的EMR接收器大的最小腰部的高斯波束的示例。图2B示出了具有比UAV上的EMR接收器大的最小腰部的高斯波束的特写。图3A示出了具有比UAV上的EMR接收器小的最小腰部的高斯波束的示例。图3B示出了具有比UAV上的EMR接收器小的最小腰部的高斯波束的特写。图3C示出了多元件发送器，该多元件发送器发送具有比UAV的EMR接收器小的腰部的高功率的高斯波束。图4A示出了具有被发送到UAV上的EMR接收器的环形分布的EMR的非高斯波束的示例。图4B示出了以环形形状入射在多元件EMR接收器上的非高斯波束形的特写。图5A示出了在UAV的底侧上具有四个不同的象限的多元件EMR接收器的示例。图5B示出了入射在UAV的底面上的非高斯波束形。图6A示出了多元件EMR接收器的另一示例。图6B示出了入射在多元件EMR接收器上的非高斯波束形。图6C示出了入射在多元件EMR接收器上的另一非高斯波束形。图7A示出了用于UAV的无线功率流的一个示例的框图。图7B示出了包括电池组的UAV的无线功率流的替代示例的框图。图7C示出了用于包括电容器的UAV的无线功率流的替代示例的框图。图7D示出了用于包括电容器和电池的UAV的无线功率流的替代示例的框图。图8A示出了发送器，该发送器选择性地发送高斯或非高斯波束，以利用多元件EMR接收器向UAV提供功率。图8B示出了利用多元件EMR接收器和发送器跟踪传感器向UAV提供功率的发送器。图8C示出了与发送器相关联以跟踪UAV的相对位置的激光测距仪。图8D示出了UAV上的位置发送器，其用于向发送器的位置接收器提供位置信息。图8E示出了确定UAV相对于EMR发送器的位置的另一实施方案。图9示出了一种系统，其中利用全球定位卫星GPS系统来确定发送器和UAV的相对位置。图10A-E示出了用于UAV的可能的多元件接收器配置的各种示例。图11示出了多元件接收器的收集器元件的示例。图12A示出了来自发送器的没有有效地为UAV供电的波束的示例。图12B示出了UAV将具有功率特性信息的信号发送至发送器。图12C示出了发送器基于接收到的功率特性来调整波束。具体实施方式根据本文描述的系统和方法的多种实施方案，功率发送器向接收器或目标设备提供无线功率。波束形计算器可以基于目标设备和功率发送器的相对位置来确定适合于提供无线功率的目标波束形。可以基于目标设备和功率发送器中的一或两者的运动来计算更新或修订的目标波束形。即，可以针对目标设备相对于功率发送器的每个位置来计算优化的波束形。可以基于功率发送器的运动和/或目标设备的运动来计算更新的目标波束形。功率发送器可接收目标设备的位置的指示，并计算用于无线功率传输的目标波束形。如下所述，基于相对位置和/或针对优化或达到一个或多个目标，目标波束形可以是非高斯的。本公开的原理涉及与各种各样的目标设备中的任何一个相关联的从功率发送器到接收器的无线功率传输。目标设备的示例包括但不限于手机、平板计算设备、可穿戴技术设备、手表、膝上型计算机、无人飞行器(UAV)、机器人、自主传感器、移动电池存储设备、汽车、公共汽车、乘客以及货运列车、计算机外围设备以及其他消耗电力的移动或固定设备。目标设备的其他示例包括自动驾驶车辆、移动传感器阵列或传感器平台、固定传感器阵列或平台等。在一个实施方案中，目标设备包括无线基站，该无线基站被配置为向各种设备提供无线通信访问(例如，向移动设备提供Wi-Fi或LTE信号)。如本文所述，可以经由来自功率发送器的无线功率传输来部署无线基站并为其供电。本文所述的示例中的许多(包括所示的实施方案)涉及经由固定或移动功率发送器向移动UAV进行的无线功率传输。然而，在给UAV供电的上下文中描述的原理中的许多同样适用于向各种目标设备中的任何一个进行无线功率传输。具体地，各种各样的目标设备中的任何一个可以配置有多元件接收器，该多元件接收器被配置为从功率发送器接收电磁能(EMR)并将接收到的EMR转换为电流。因此，除非上下文另外明确要求，否则在UAV的上下文中对EMR接收器的描述可以统一地应用于多种其他目标设备。在许多实施方案中，可以使用被配置成从功率发送器接收电磁能(EMR)的单元件接收器代替多元件接收器。因此，除非上下文另外明确要求，术语“EMR接收器”涵盖配置为从功率发送器接收电磁能(EMR)并将接收到的EMR转换为电流的单元件接收器和多元件接收器。使用UAV作为移动目标设备的示例，功率发送器可以向一个或多个UAV上的一个或多个接收器提供无线功率，也称为无人飞行器系统(UASs)。在多种实施方案中，位置确定子系统可以确定UAV相对于发送器的位置。用于计算、确定或以其他方式识别UAV的相对位置的位置数据可以由功率发送器本身收集，由UAV发送和/或由第三电子设备收集。波束形计算器可以至少部分地基于UAV的相对位置来确定目标波束形。在某些情况下，发送器可以确定具有非高斯场分布的电磁辐射(EMR)图案(即，目标波束形)。功率发送器可以将具有目标波束形的EMR发送到连接到UAV或以其他方式与UAV相关联的一个或多个多元件EMR接收器。在一些实施方案中，在制造或构造过程中，EMR接收器连接到UAV或另一目标设备。在其他实施方案中，作为改型，EMR接收器可以连接到现有的UAV或另一目标设备。EMR接收器被配置为将接收到的EMR的至少一部分转换为电流。然后，电流可用于为电池、电容器、马达、处理器和/或其他电驱动部件供电。EMR接收器可包括独立运行和/或经由组合器、公共功率存储设备和/或其他电气部件电连接的多个子EMR接收器。在一些实施方案中，功率发送器可以被配置为基于UAV上的EMR接收器的类型、大小、样式和/或另一特性而运行。例如，可以针对最大功率负载和/或温度而对UAV上的EMR接收器进行评估。类似地，UAV可以配置有一个或多个以特定形状布置和/或具有特定尺寸的EMR接收器。在一些实施方案中，可以由用户基于UAV使用的特定EMR接收器来手动地编程发送器。在其他实施方案中，EMR发送器系统可以被配置为接收或请求(例如，经由接收器识别模块)识别UAV的一个或多个EMR接收器的一个或多个特征的信息。位置确定系统可以获取或接收位置数据以确定UAV的相对位置。在一个实施方案中，可以使用相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于向目标设备提供无线功率的方法，其包括：/n通过发送系统接收目标设备的相对于所述发送系统的位置数据；/n根据接收到的所述位置，确定具有非高斯场分布的目标波束形，以将电磁辐射(EMR)发送到所述目标设备的接收器，/n其中，所述目标设备的所述接收器被配置为将接收到的所述EMR的至少一部分转换为电流；以及/n经由所述发送系统将具有所述非高斯场分布的目标波束形发送到目标设备的接收器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171205 US 15/832,6121.一种用于向目标设备提供无线功率的方法，其包括：
通过发送系统接收目标设备的相对于所述发送系统的位置数据；
根据接收到的所述位置，确定具有非高斯场分布的目标波束形，以将电磁辐射(EMR)发送到所述目标设备的接收器，
其中，所述目标设备的所述接收器被配置为将接收到的所述EMR的至少一部分转换为电流；以及
经由所述发送系统将具有所述非高斯场分布的目标波束形发送到目标设备的接收器。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标设备是无人飞行器(UAV)。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，接收所述目标设备的所述位置数据包括：从所述目标设备接收所述位置数据。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，接收所述目标设备的所述位置数据包括：接收反射的EMR。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括：
使用非线性多输入多输出(MIMO)技术计算所述目标波束形。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括：
使用非线性时间反转波束形计算技术来计算目标波束形。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其还包括：接收由通过所述接收器接收的所述EMR产生的所述电流的功率特性的指示。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，基于使由所述接收器产生的所述电流的所述功率特性最大化的函数来选择具有所述非高斯场分布的所述目标波束形，其中没有：
(i)超过溢出所述接收器的所述边缘的EMR的阈值百分比，并且没有
(ii)超过在所述接收器的任何一个接收器元件上的限定的最大EMR强度。


9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，基于使入射在所述接收器上的所述总EMR最大化的函数来选择具有所述非高斯场分布的所述目标波束形，其中没有：
(i)超过溢出所述接收器的所述边缘的EMR的阈值百分比，并且没有
(ii)超过在所述接收器的任何一个接收器元件上的限定的最大EMR强度。


10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，基于使入射在所述接收器上的所述总EMR最大化的函数来选择具有所述非高斯场分布的所述目标波束形，其中没有：
(i)超过在所述接收器的任何一个接收器元件上的限定的最大EMR强度。


11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，基于使入射在所述接收器上的所述总EMR最大化的函数来选择具有所述非高斯场分布的所述目标波束形，其中没有：
(i)超过溢出所述接收器的所述边缘的EMR的阈值百分比。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述接收器包括多元件接收孔径。


13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多元件接收孔径包括被配置为将EMR转换为电流的多个收集器元件。


14.根据权利要求13所述的方法，其中，基于使入射在所述接收器上的所述总EMR最大化的函数来选择具有所述非高斯场分布的所述目标波束形，其中没有：
(i)超过在所述接收器的任何一个收集器元件上的限定的最大EMR强度。


15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个收集器元件中的每个包括被配置为将EMR转换为电流的至少一个整流天线。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述发送系统包括用于波束成形的天线的相控阵。


17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述发送系统包括用于波束成形的超表面天线。


18.一种向目标设备提供无线功率的系统，其包括：
位置确定子系统，其用于基于位置数据确定目标设备的位置；
波...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·阿尼兹，杰弗里·A·鲍尔斯，约瑟夫·哈格蒂，拉塞尔·J·汉尼根，盖伊·S·利普沃思，大卫·R·纳什，马修·S·雷诺兹，克拉伦斯·T·特格雷尼，雅罗斯拉夫·A·乌尔朱莫夫，
申请(专利权)人：希尔莱特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US