本申请要求于2015年10月15日提交的名称为“SYSTEMS AND METHODS FOR SINGLE ANTENNA FOCUSING FOR WIRELESS POWER TRANSFERS”的美国临时专利申请No.62/242,248的优先权和权益，该专利申请明确地通过引用并入本文。
技术领域
本文描述的技术总体上涉及改进天线设计和功能以使用射频(RF)信号进行无线充电，更具体地，涉及在多路径环境中聚焦(focus)来自单个发射天线的脉冲信号的传输。
背景技术：
很多电子设备由电池供电。通常使用可再充电电池以避免替换传统干电池型电池的成本并且节省宝贵的资源。然而，使用传统可再充电电池充电器对电池再充电需要使用交流(AC)电源插座，该电源插座有时是不可获得的或不方便的。因此，期望无线地得到用于电子器件的电力。
磁耦合或基于感应的耦合需要充电器和接收器处于相对地极接近彼此之处。然而，跨较远距离为设备无线充电需要更先进的机制，比如经由射频(RF)信号的传输、超声波传输、激光供电等，其中每一种对于商业成功而言都呈现出许多独特的障碍。
无论传输介质如何，任何时候能量通过自由空间(诸如在住宅、商业建筑物或其他居住环境内)传输时，限制传输信号的暴露水平都是希望的。电力递送受限于相对低的功率等级(通常为毫瓦量级)。由于这一低的能量传送速率，无线电力传输系统必须尽可能高效。
在自由空间无线环境中，来自全向辐射器或天线的辐射以扩展球的形式传播。随着球的表面积增加，功率密度以1/(r2)的比率变小，其中r是球的半径。对于这种全向辐射方向图(pattern)，这种类型的辐射器通常被称为是各向同性的，并且通常将天线按其方向性与增益称为dBi，这意指各向同性的分贝。当RF传输的预期接收器位于相对于传输辐射器的能够将功率朝向预期接收器引导的特定点处时，这意味着对于给定距离，在接收系统处将可获得比功率被全向辐射的情况下原本可获得的更多的功率。这一方向性概念非常重要，因为它提高了系统性能。非常简单的模拟可见于使用小灯提供光线并且使用反射器或透镜引导能量的效果以制作手电筒的情况，其中电力用于照亮优选区域，其代价是在其他地方几乎没有照明至没有照明。
定向天线的概念具有相同的性质，因为指向特定区域的功率是以牺牲原本会以另一方向发送的功率为代价。简单的示例是反射器放置在辐射元件后面并且有效地消除原本会存在于反射器后面的任何辐射的情形。关于此的典型示例可见于碟形卫星天线接收装置，其具有金属反射器以将天线不仅与反射器后面的环境隔离开，而且通过仔细成形反射器可以像手电筒透镜一样起作用将RF信号聚焦到天线和反射器组件前面的窄波束中。这是一个高度定向天线的示例。方向性是在预期方向上发射的总RF信号与在所有方向上取平均的发射的RF信号之间的比率。应该理解的是，这不是放大，而是信号的重定向，使得从接收器的视角来看，它具有相同的效果，就好像传输的功率电平已经增加了。作为这一考虑的附加物，接收天线会经历相同的增益效应，完全因为来自天线后面的RF信号被减少或排除，并且RF信号不会以不需要的噪声或干扰丢失。
在典型的地面环境中，障碍物的存在增加了复杂性，因为除了视线传输之外，信号还可能从多个对象反弹，每次具有略微不同的路径长度。这种沿着多条路径的传播在本领域中被称为“多路径”，并且被理解为意指信号路径或“射线”总体上具有不同的相位长度和振幅。反射可以像在良导体(比如金属障碍物)的情况下那样是全反射，或者可以像在较不良的导体(比如金属化窗罩或导电百叶窗)的情况下那样是部分反射。一般而言，导体处的反射意味着反射波的切向分量相对于入射波的180°相移；这满足了在理想导体的情况下要求导体表面处的电压必须为零的边界条件。到达接收天线的信号的组合因此是所有反射波和直接视线波的总和。具有变化的相对振幅和相位的波的加减意味着接收信号强度可以相称地变化，并且接收信号的振幅可以显示波峰和波谷；共同经验在于，看见信号衰减，并且当在反射表面的侧面移动时，这一效应可能非常明显。汽车中的驾驶员可能会在FM广播频带上经历无线电信号的快速衰减，所述无线电信号突然中断和出现从而产生每隔几英尺就在良好信号和噪音信号之间变化的“尖桩栅栏(picket fence)”效应；这是多路径快速衰减环境的一极好的实例。
一个方面是偏振效应(包含信号的电场和磁场相对于固定参考的角度)，特别是多次反射的后果。作为地面应用中的惯例，术语“垂直偏振”意指信号的电场相对于地球表面垂直振荡。偏振是非常多变的，并且在现实世界应用中可能是不可控制的且必须以更一般的方式来优化。除非将小天线配置为多个天线的阵列，否则小天线往往是完全非定向的。相位信息用于构建所需的平面波；天线的数量越多，对辐射方向图的控制就越好。本领域众所周知，衰减与偏振不充分相关，因此，一个与另一天线正交的天线将不会经受与该另一天线的衰减效应相同的衰减效应。能够接收正交偏振的天线系统将受益于对多路径引起的衰减的降低的敏感性。这种分集能力(分集接收)意味着，来自具有任意定位的两个或更多个单独天线的和信号不太可能显示出完全的RF信号衰减。
然而，使用分集系统免除或降低对衰减的敏感性使这成为一种复杂而昂贵的做法。需要一种替代性的成本较低的解决方案。
因此，存在对克服上文说明的问题的技术以及提供附加益处的技术的需要。本文中提供的一些先前或相关系统的示例及其相关联的限制旨在是说明性的而不是排他性的。对于本领域技术人员来说，在阅读以下“具体实施方式”部分后，现有或先前系统的其他限制将变得显而易见。
概述
本文中讨论的实施例涉及用于在一个或多个应用平台上执行的多个隔离的应用之间共享应用数据的决策服务。在一实施方式中，公开了一种在多路径无线电力递送环境中聚焦脉冲信号传输的方法。该方法包括在多路径无线电力递送环境中将脉冲串信号经由多个路径从单个发射天线传输到接收天线。脉冲串信号包括至少一个信号脉冲。该方法还包括识别由接收天线经由多个路径中的每个路径接收到脉冲串信号时与该脉冲串信号相对应的定时信息和相位信息，并且基于该定时信息和相位信息配置与发射天线相关联的传输设置。传输设置将脉冲无线电力传输信号聚焦以供接收天线接收。该方法还包括将脉冲无线电力传输信号传输到接收天线。
在一些实施方案中，传输设置将定时信息反转，用于由接收天线经由多个路径中的两个或更多个路径同时接收脉冲无线电力传输信号。
在一些实施方案中，传输设置调整相位信息，用于由接收天线经由多个路径中的两个或更多个路径同相地或规格化地接收脉冲无线电力传输信号。
在一些实施方案中，经由多个路径中的两个或更多个路径传输的脉冲无线电力传输信号相长干涉以产生更高能量的“脉冲”。
在一些实施方案中，定时信息和相位信息包括来自串传输(training transmission)的接收信号，包括信号到达时间、信号振幅和信号相位。
在一些实施方案中，所接收的具有低于阈值的振幅的信号被从定时信息和相位信息中省略。
在一些实施方案中，该方法还包括：在触发事件之后通过第二多个路径将脉冲串信号重新传输到接收器天线，识别由接收天线经由第二多个路径中的每个路径接收到脉冲串信号时与该脉冲串信号相对应的第二定时信息和相位信息，并且基于该第二定时信息和相位信息重新配置与发射天线相关联的传输设置。
在一些实施方案中，脉冲无线电力传输信号被传输预定量的时间，并且其中触发事件包括预定量的时间期满。
在一些实施方案中，该方法还包括接收关于在接收天线处从脉冲无线电力传输信号接收到的电力的反馈，并且将反馈与预期电力增益进行比较。触发事件可以包括反馈与预期电力增益不同。
在一些实施方案中，定时信息和相位信息是从无线电力接收器客户端接收。
在另一实施方式中，公开了一种装置，其包括一个或多个计算机可读存储介质和存储在该一个或多个计算机可读存储介质上的程序指令。程序指令在由处理系统执行时指示处理系统引导单个发射天线在多路径无线电力递送环境中经由多个路径将脉冲串信号传输到接收天线。脉冲串信号包括至少一个信号脉冲。指令还指示处理系统：识别由接收天线经由多个路径中的每个路径接收到脉冲串信号时与该脉冲串信号相对应的定时信息和相位信息；基于该定时信息和相位信息配置与发射天线相关联的传输设置，其中，传输设置将脉冲无线电力传输信号聚焦以供接收天线接收；以及引导信号发射天线将脉冲无线电力传输信号传输到接收天线。
在一些实施方案中，传输设置将定时信息反转，用于由接收天线经由多个路径中的两个或更多个路径同时接收脉冲无线电力传输信号。
在一些实施方案中，传输设置调整相位信息，用于由接收天线经由多个路径中的两个或更多个路径同相地或规格化地接收脉冲无线电力传输信号。
在一些实施方案中，经由多个路径中的两个或更多个路径传输的脉冲无线电力传输信号相长干涉以形成源自信号相加的脉冲振幅的增大。
在一些实施方案中，定时信息和相位信息包括来自串传输的接收信号，包括信号到达时间、信号振幅和信号相位。
在一些实施方案中，所接收的具有低于阈值的振幅的信号被从定时信息和相位信息中省略。
在一些实施方案中，所述指令还指示该装置接收关于在接收天线处从脉冲无线电力传输信号接收到的电力的反馈，将反馈与预期电力增益进行比较，以及当反馈与预期电力增益不同时触发重新校准事件。
在一些实施方案中，定时信息和相位信息是从无线电力接收器客户端接收的。
在另一实施方式中，讨论了一种无线电力传输系统。无线电力传输系统包括具有多个射频(RF)收发器的自适应相控天线阵列和控制电路，该控制电路被配置为：引导自适应相控天线阵列的单个发射天线在多路径无线电力递送环境中经由多个路径将脉冲串信号传输到接收天线，其中，脉冲串信号包括至少一个信号脉冲；识别由接收天线经由多个路径中的每个路径接收到脉冲串信号时与该脉冲串信号相对应的定时信息和相位信息；以及基于该定时信息和相位信息配置与发射天线相关联的传输设置。传输设置被配置为将脉冲无线电力传输信号聚焦以供接收天线接收。控制电路还被配置为引导信号发射天线将脉冲无线电力传输信号传输到接收天线。
在一些实施方案中，传输设置将定时信息反转，用于由接收天线经由多个路径中的两个或更多个路径同时接收脉冲无线电力传输信号。
提供此概述是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念将在下面在技术公开内容中进一步描述。可以理解的是，此概述并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了本发明的一个或多个实施方案，其中相同的参考标记表示相似的元件。
图1描绘包括根据一些实施方案的示例无线电力递送环境的框图，其示出了在无线电力递送环境内从一个或多个无线电力传输系统到各无线设备的无线电力递送。
图2描绘示出根据一些实施方案的无线电力传输系统和无线接收器客户端之间的用于开始无线电力递送的示例操作的序列图。
图3描绘示出根据一些实施方案的无线电力传输系统的示例组件的框图。
图4描绘示出根据一些实施方案的无线电力接收器客户端的示例组件的框图。
图5A和5B描绘示出根据一些实施方案的示例多路径无线电力递送环境的图。
图6描绘了示出四路径无线传输的一个示例的图，根据一些实施方案，每个路径具有不同的长度，导致信号在不同的时间以不同的相位和振幅到达。
图7描绘示出根据一些实施方案的其中具有不同相位的两个正弦波被辐射的示例无线充电环境以及它们的合成和的图。
图8描绘示出根据一些实施方案的对两个相量进行求和的图。
图9描绘根据一些实施方案的会聚信号(convergent signal)的加性影响的示例图。
图10描绘根据一些实施方案的源自突发传输的随时间的感知信号振幅的示例图。
图11描绘根据一些实施方案针对多路径传输上的加性影响可以如何排定传输的示例图。
图12描绘根据一些实施方案的示例多路径无线电力递送过程的流程图。
图13描绘根据一些实施方案的一些无线传输的通道阻抗与频率的示例关系曲线图。
图14描绘根据一些实施方案的示例相位角之间的差的示例图。
图15描绘根据一些实施方案的所接收的示例传输随时间的振幅的示例图。
图16A和16B描绘根据一些实施方案的按照所接收的信号相位的所接收的示例传输随时间的振幅的示例图。
图17描绘根据一些实施方案的信号发生器与接收器之间的传输随时间的一系列示例图。
图18-20描绘根据一些实施方案的示例脉冲传输和连续传输的随时间的振幅的示例图。
图21描绘根据一些实施方案的在时域和频域的示例传输的示例图。
图22描绘示出根据一些实施方案的带有一个或多个无线电力接收器客户端的代表性移动设备或平板计算机的示例组件的框图，该代表性移动设备或平板计算机为移动(或智能)电话或平板计算机设备的形式。
图23描绘计算机系统的示例形式的机器的图解表示，在该计算机系统中可以执行用于使机器执行本文中讨论的方法中的任何一个或多个方法的指令集。
具体实施方式
以下描述和附图是说明性的，不应当被解释为限制性的。描述了很多具体细节以提供对本公开内容的透彻理解。然而，在某些情况下，没有描述公知或常规的细节，以避免使描述模糊。本公开内容中提及一个(one)或一(an)实施方案可以是，但不一定是，指同一实施方案；并且，这样的提及意指实施方案中的至少一个。
本说明书中提及“一个实施方案”或“一实施方案”意指，结合该实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在本公开内容的至少一个实施方案中。短语“在一个实施方案中”在说明书中的不同位置出现不一定全都指同一实施方案，也不是指与其他实施方案互斥的单独或替代的实施方案。此外，描述了可以由一些实施方案呈现而不由另一些实施方案呈现的多个特征。类似地，描述了对于一些实施方案而言可能是要求但是对于另一些实施方案而言不是的多种要求。
本说明书中使用的术语在本公开内容的上下文中和在使用每个术语的特定上下文中通常具有其在本领域中的普通含义。用于描述本公开内容的某些术语在下面或说明书中的其他地方进行讨论，以向实践者提供关于本公开内容的描述的附加指导。为了方便起见，可能突出显示某些术语，例如使用斜体和/或引号进行突出显示。使用突出显示对术语的范围和含义没有影响；一个术语的范围和含义在相同的上下文中是相同的，而不论它是否被突出显示。应意识到，同样的事情可以用不止一种方式来说明。
因此，替代的语言和同义词可以用于本文中讨论的术语中的任何一个或多个，也不对是否在本文中详细说明或讨论了一个术语施加任何特殊的意义。提供了某些术语的同义词。叙述一个或多个同义词不排除使用其他同义词。在本说明书中的任何地方使用示例——包括本文中讨论的任何术语的示例——仅仅是说明性的，并不旨在进一步限制本公开内容或任何例示术语的范围和含义。同样，本公开内容不限于本说明书中给出的各实施方案。
不旨在进一步限制本公开内容的范围，下面给出根据本公开内容的实施方案的仪器、装置、方法及其相关结果的实施例。注意，为了读者方便起见，可能在实施例中使用标题或子标题，所述标题或子标题决不限制本公开内容的范围。除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在冲突的情况下，本文件——包括定义——将具有支配地位。
本文中提供的任何标题仅是为了便利，不一定影响所要求保护的发明的范围或含义。
I.无线电力传输系统概览/架构
图1描绘包括根据一些实施方案的示例无线电力递送环境100的框图，其示出了在无线电力递送环境100内从一个或多个无线电力传输系统(WPTS)101a-n(也称作“无线电力递送系统”、“天线阵列系统”和“无线充电器”)到各无线设备102a-n的无线电力递送。更具体地，图1示出了示例无线电力递送环境100，其中无线电力和/或数据可以被递送到具有一个或多个无线电力接收器客户端103a-103n(本文中也称为“客户端”和“无线电力接收器”)的可用的无线设备102a-102n。无线电力接收器客户端被配置为从一个或多个无线电力传输系统101a-101n接收和处理无线电力。参照图4更详细地示出和讨论了示例无线电力接收器客户端103的组件。
如图1的实施例中所示，无线设备102a-102n包括移动电话设备和无线游戏控制器。然而，无线设备102a-102n可以是需要电力并且能够经由一个或多个集成的电力接收器客户端103a-103n接收无线电力的任何设备或系统。如本文中讨论的，一个或多个集成的电力接收器客户端从一个或多个无线电力传输系统101a-101n接收和处理电力，并且向无线设备102a-102n(或无线设备的内部电池)提供电力用于其操作。
每个无线电力传输系统101可以包括多个天线104a-n，例如包括数百或数千个天线的天线阵列，这些天线能够向无线设备102递送无线电力。在一些实施方案中，天线是自适应相控射频(RF)天线。无线电力传输系统101能够确定用于将相干电力传输信号递送到电力接收器客户端103的适当相位。阵列被配置为从相对于彼此处于特定相位的多个天线发射信号(例如，连续波或脉冲电力传输信号)。应当意识到，使用术语“阵列”不一定将天线阵列限制为任何特定的阵列结构。也就是说，天线阵列不必被构造为特定的“阵列”形式或几何结构。此外，如本文中所使用的，术语“阵列”或“阵列系统”可以被用于、包括用于信号生成、接收和传输的相关和外围电路，诸如无线电设备、数字逻辑电路和调制解调器。在一些实施方案中，无线电力传输系统101可以具有用于经由一个或多个天线或收发器进行数据通信的嵌入式Wi-Fi集线器。
无线设备102可以包括一个或多个接收电力客户端103。如图1的实施例中所示，示出了电力递送天线104a-104n。电力递送天线104a被配置为在无线电力递送环境中提供无线射频电力的递送。在一些实施方案中，电力递送天线104a-104n中的一个或多个可替代地或附加地被配置为除无线电力递送之外或代替无线电力递送，用于数据通信。一个或多个数据通信天线被配置为向电力接收器客户端103a-103n和/或无线设备102a-102n发送数据通信以及从电力接收器客户端103a-103n和/或无线设备102a-102n接收数据通信。在一些实施方案中，数据通信天线可以经由BluetoothTM、Wi-FiTM、ZigBeeTM等进行通信。其他数据通信协议也是可能的。
每个电力接收器客户端103a-103n包括用于从无线电力传输系统101a-101n接收信号的一个或多个天线(未示出)。同样，每个无线电力传输系统101a-101n包括具有一个或多个天线和/或天线组的天线阵列，所述天线能够相对于彼此以特定的相位发射连续波或离散(脉冲)信号。如以上讨论的，每个无线电力传输系统101a-101n能够确定用于将相干信号递送到电力接收器客户端102a-102n的适当相位。例如，在一些实施方案中，相干信号可以通过如下方式确定：计算阵列的每个天线处接收到的信标(或校准)信号的复共轭，使得相干信号被定相位为用于递送电力到发送信标(或校准)信号的特定电力接收器客户端。
尽管未示出，但是环境的每个组件例如无线设备、无线电力传输系统等可以包括控制和同步机构，例如，数据通信同步模块。无线电力传输系统101a-101n可以连接到电源，诸如例如建筑物中将无线电力传输系统连接到标准或初级交流(AC)电源的电源插座或电源。替代地，或附加地，无线电力传输系统101a-101n中的一个或多个可以由电池供电或经由其他机构例如太阳能电池等来供电。
电力接收器客户端102a-102n和/或无线电力传输系统101a-101n被配置为在多路径无线电力递送环境中运行。即，电力接收器客户端102a-102n和无线电力传输系统101a-101n被配置为利用反射对象106，诸如例如在范围内的墙壁或其他RF反射障碍物，在无线电力递送环境内发送信标(或校准)信号和/或接收无线电力和/或数据。反射对象106可以用于多方向信号通信，而不论阻挡对象是否处于无线电力传输系统与电力接收器客户端之间的视线中。
如本文中描述的，每个无线设备102a-102n可以是可以与示例环境100内的另一设备、服务器和/或其他系统建立连接的任何系统和/或设备和/或设备/系统的任何组合。在一些实施方案中，无线设备102a-102n包括用于向用户呈现数据的显示器或其他输出功能，和/或用于从用户接收数据的输入功能。作为示例，无线设备102可以是，但不限于：视频游戏控制器、服务器桌面、台式计算机、计算机集群、移动计算设备诸如笔记本电脑、膝上型计算机、手持计算机、移动电话、智能手机、PDA、黑莓设备、Treo和/或iPhone等。作为示例而非限制，无线设备102还可以是任何可穿戴设备，诸如手表、项链、戒指或甚至嵌入在客户身上或体内的设备。无线设备102的其他示例包括，但不限于：安全传感器(例如，火或一氧化碳)、电动牙刷、电子门锁/手柄、电灯开关控制器、电动剃须刀等。
虽然在图1的实施例中没有示出，但是无线电力传输系统101和电力接收器客户端103a-103n可以各自包括用于经由数据通道进行通信的数据通信模块。替代地，或附加地，电力接收器客户端103a-103n可以引导无线设备102.1-102.n经由现有数据通信模块与无线电力传输系统进行通信。在一些实施方案中，本文中主要用来指连续波形的信标信号，可以替代地或附加地采用调制信号的形式。
图2描绘示出根据一实施方案的无线电力递送系统(例如，WPTS 101)与无线电力接收器客户端(例如，无线电力接收器客户端103)之间用于以多路径无线电力递送的方式建立无线电力递送的示例操作的序列图200。最初，在无线电力传输系统101与电力接收器客户端103之间建立通信。例如，初始通信可以是，经由无线电力传输系统101的一个或多个天线104建立的数据通信链路。如所讨论的，在一些实施方案中，天线104a-104n中的一个或多个可以是数据天线、无线电力发射天线或数据/电力两用天线。各种信息可以通过该数据通信信道在无线电力传输系统101和无线电力接收器客户端103之间交换。例如，无线电力信令可以在无线电力递送环境中的各客户端之间进行时间分片。在这种情况下，无线电力传输系统101可以发送信标调度信息，例如信标节拍调度(Beacon Beat Schedule，BBS)周期、电力循环信息等，使得无线电力接收器客户端103知道何时发送(广播)其信标信号和何时监听电力等。
继续图2的实施例，无线电力传输系统101选择一个或多个无线电力接收器客户端用于接收电力，并将信标调度信息发送给所选择的电力接收器客户端103。无线电力传输系统101还可以发送电力传输调度信息，使得电力接收器客户端103知道何时预期(例如，时间窗)来自无线电力传输系统的无线电力。电力接收器客户端103然后生成信标(或校准)信号，并在信标调度信息例如信标节拍调度(BBS)周期所指示的、分配的信标传输窗口(或时间片)期间广播信标。如本文中讨论的，无线电力接收器客户端103包括一个或多个天线(或收发器)，所述天线(或收发器)在靠近其中嵌入有该电力接收器客户端103的无线设备102的三维空间中具有辐射和接收方向图。
无线电力传输系统101从电力接收器客户端103接收信标，并检测和/或以其它方式测量在多个天线处接收信标信号的相位(或方向)。无线电力传输系统101然后基于检测到的或测量到的、每个对应的天线处接收到的信标的相位(或方向)，从多个天线103向电力接收器客户端103递送无线电力。在一些实施方案中，无线电力传输系统101确定测量到的信标的相位的复共轭，并且使用复共轭来确定将天线配置成用于经由与从电力接收器客户端103接收信标信号所经由的相同路径向所述电力接收器客户端103递送和/或以其它方式引导无线电力的发送相位。
在一些实施方案中，无线电力传输系统101包括多个天线。这多个天线中的一个或多个天线可用于向电力接收器客户端103递送电力。无线电力传输系统101可以检测和/或以其它方式确定或测量在每个天线处接收信标信号的相位。大量天线可能导致在无线电力传输系统101的每个天线处接收到不同相位的信标信号。如上所述，无线电力传输系统101可以确定每个天线处接收到的信标信号的复共轭。使用复共轭，一个或多个天线可以发射考虑无线电力传输系统101中大量天线的影响的信号。换句话说，无线电力传输系统101可以这种方式从一个或多个天线发射无线电力传输信号，即以便从天线中的所述一个或多个天线创建在相反方向上大致重现信标的波形的聚合信号。换种说法，无线电力传输系统101可经由与在无线电力传输系统101处接收信标信号所经由的相同路径向客户端设备递送无线RF电力。这些路径可以利用环境内的反射对象106。此外，无线电力传输信号可以同时从无线电力传输系统101发送，使得无线电力传输信号共同匹配在靠近客户端设备的三维(3D)空间中的客户端设备的天线辐射和接收方向图。
如所示，信标(或校准)信号可以由电力递送环境内的电力接收器客户端103根据例如BBS周期性地发送，使得无线电力传输系统101可以保持知晓和/或以其它方式追踪电力接收器客户端103在无线电力递送环境中的位置。在无线电力传输系统处接收来自无线电力接收器客户端的信标信号以及反过来以指向该特定客户端的无线电力进行响应的过程，在本文中被称为反向无线电力递送。
此外，如本文所讨论的，无线电力可以电力调度信息所定义的电力循环递送。现在参考图3描述开始无线电力递送所需的信令的更详细的实施例。
图3描绘示出根据一实施方案的无线电力传输系统300的示例组件的框图。如图3的实施例中所示，无线充电器300包括主总线控制器(MBC)板和多个夹层板，这多个夹层板共同组成天线阵列。MBC包括控制逻辑部310、外部数据接口(I/F)315、外部电力接口(I/F)320、通信块330和代理340。夹层(或天线阵列板350)各包括多个天线360a-360n。在一些实施方案中，一些或所有组件可以省略。附加的组件也是可能的。例如，在一些实施方案中，可以包括通信块330或代理340中的仅一个。
控制逻辑部310被配置为向阵列组件提供控制和智能。控制逻辑部310可以包括一个或多个处理器、FPGA、存储单元等，并对各种数据和电力通信进行引导和控制。通信块330可以引导在数据载波频率上的数据通信，诸如用于时钟同步的基本信号时钟。数据通信可以是BluetoothTM、Wi-FiTM、ZigBeeTM等，包括其组合或变体。同样，代理340可以经由如本文中讨论的数据通信与客户端通信。作为示例而非限制，数据通信可以是BluetoothTM、Wi-FiTM、ZigBeeTM等。其它通信协议是可能的。
在一些实施方案中，控制逻辑部310还可以促进用于物联网(IoT)设备的数据聚合和/或以其它方式使该数据聚合得以实现。在一些实施方案中，无线电力接收器客户端可以访问、追踪和/或以其它方式获得有关无线电力接收器客户端被嵌入其中的设备的IoT信息，并通过数据连接将该IoT信息提供给无线电力传输系统300。此IoT信息可以经由外部数据接口315被提供给中央或基于云的系统(未示出)，在该中央或基于云的系统中数据可以被聚合、处理等。例如，中央系统可以处理数据以跨地理位置、无线电力传输系统、环境、设备等识别各种趋势。在一些实施方案中，聚合数据和或趋势数据可以用于经由远程更新改进设备的运行等。替代地，或附加地，在一些实施方案中，聚合数据可以被提供给第三方数据消费者。通过这种方式，无线电力传输系统充当IoT的网关或使能器。作为示例而非限制，IoT信息可以包括无线电力接收器客户端被嵌入其中的设备的能力、该设备的使用信息、该设备的电力电平、由该设备或无线电力接收器客户端本身例如经由传感器获得的信息等。
外部电力接口320被配置为接收外部电力，并为各组件提供电力。在一些实施方案中，外部电力接口320可以被配置为接收标准的外部24伏电源。在其它实施方案中，外部电力接口320可以是，例如至嵌入式直流电源的120/240伏交流干线电源，该嵌入式直流电源得到所需的12/24/48伏直流电以为各组件提供电力。替代地，外部电力接口可以是得到所需的12/24/48伏直流电的直流供电。替代性配置也是可能的。
在操作中，控制无线电力传输系统300的主总线控制器(MBC)从一个电源接收电力，并被启动。MBC然后启动无线电力传输系统上的代理天线元件，代理天线元件进入一个默认的“发现”模式，以识别无线电力传输系统范围内可用的无线接收器客户端。当发现一个客户端时，无线电力传输系统上的天线元件通电、计数、并(可选地)校准。
MBC然后在调度过程期间生成信标传输调度信息和电力传输调度信息。调度过程包括对电力接收器客户端的选择。例如，MBC可以选择用于电力传输的电力接收器客户端，并生成用于所选择的无线电力接收器客户端的信标节拍调度(BBS)周期以及电力调度表(PS)。如本文中所讨论的，可以基于电力接收器客户端的相应性质和/或需求来选择电力接收器客户端。
在一些实施方案中，MBC还可以识别和/或以其它方式选择其状态在客户端查询表(CQT)中被查询的可用客户端。放置在CQT中的客户端为“备用”的客户端，例如，不接收电荷。基于关于客户端的关键信息，诸如例如电池状态、当前活动/使用、客户端还有多长时间用完电力、使用优先级等，来计算BBS和PS。
代理天线元件(AE)向所有客户端广播BBS。如本文中所讨论的，BBS指示每个客户端何时应该发送信标。同样，PS指示阵列应何时以及应向哪些客户端发送电力，以及客户端何时应监听无线电力。每个客户端按照BBS和PS开始广播其信标并从阵列接收电力。代理可以并行地查询客户端查询表以检查其它可用客户端的状态。在一些实施方案中，客户端可以仅存在于BBS或CQT(例如，等待表)中，而不同时在两者中。在前一步骤中收集的信息连续地和/或周期性地更新BBS周期和/或PS。
图4是示出根据一些实施方案的无线电力接收器客户端400的示例组件的框图。如图4的实施例中所示，接收器400包括控制逻辑部410、电池420、IoT控制模块425、通信块430及相关联的天线470、功率计440、整流器450、组合器455、信标信号发生器460、信标编码单元462及相关联的天线480，以及开关465，该开关将整流器450或信标信号发生器460连接到一个或多个相关联的天线490a-n。在一些实施方案中，可以省略一些或所有组件。例如，在一些实施方案中，无线电力接收器客户端不包括其自身的天线，而是代之以利用和/或以其他方式共享无线电力接收器客户端被嵌入其中的无线设备的一个或多个天线(例如，Wi-Fi天线)。另外，在一些实施方案中，无线电力接收器客户端可包括提供数据发送功能以及电力/数据接收功能的单个天线。附加的组件也是可能的。
在接收器400具有不止一个天线的情况下，组合器455接收并组合来自电力发送器的接收到的电力传输信号。组合器可以是被配置为在保持匹配条件的同时实现输出端口之间的隔离的任何组合器或分配器电路。例如，组合器455可以是威尔金森功率分配器电路。整流器450从组合器455接收组合的电力传输信号——如果组合器存在的话，该组合的电力传输信号通过功率计440被馈送到电池420用于充电。在其他实施方案中，每个天线的电力路径可以具有它自己的整流器450，并且得自整流器的直流电力在给功率计440供电之前被组合。功率计440可以测量接收到的电力信号强度，并向控制逻辑部410提供该测量结果。
电池420可以包括保护电路和/或监测功能。另外，电池420可以包括一个或多个特征，包括但不限于：电流限制、温度保护、过/欠电压警报和保护以及库仑监测。
控制逻辑部410可以从电池420接收电池电力水平并对该电池电力水平进行处理。控制逻辑部410还可以经由通信块430在数据载波频率上发送/接收数据信号，诸如用于时钟同步的基本信号时钟。信标信号发生器460生成信标信号或校准信号，在信标信号被编码之后使用天线480或490发送信标信号。
可以注意到，虽然电池420被示为通过接收器400充电并向接收器400提供电力，但是接收器还可以直接从整流器450接收其电力。这可以是整流器450向电池420提供充电电流的补充，或者代替提供充电。此外，可以注意到，使用多个天线是实现的一个示例，并且可以将结构简化为一个共享天线。
在一些实施方案中，控制逻辑部410和/或IoT控制模块425可以与其中嵌入了无线电力接收器客户端400的设备通信和/或以其他方式从该设备得到IoT信息。尽管未示出，在一些实施方案中，无线电力接收器客户端400可以具有与其中嵌入了无线电力接收器客户端400的设备的一个或多个数据连接(有线或无线)，通过该数据连接可以获取IoT信息。替代地，或附加地，可以由无线电力接收器客户端400，例如经由一个或多个传感器，确定和/或推导IoT信息。如以上所讨论的，IoT信息可以包括，但不限于：关于其中嵌入了无线电力接收器客户端的设备的能力的信息；其中嵌入了无线电力接收器客户端的设备的使用信息；其中嵌入了无线电力接收器客户端的设备的一个或多个电池的电力水平；和/或，由其中嵌入了无线电力接收器客户端的设备或由无线电力接收器客户端本身，例如经由传感器，获取或推导的信息等。
在一些实施方案中，客户端标识符(ID)模块415存储能够唯一地识别无线电力递送环境中的电力接收器客户端的客户端ID。例如，当通信建立时，该ID可以被发送到一个或多个无线电力传输系统。在一些实施方案中，基于客户端ID，电力接收器客户端还可能能够接收和识别无线电力递送环境中的其它电力接收器客户端。
可选的运动传感器495可以检测运动并用信号通知控制逻辑部410相应地进行动作。例如，接收电力的设备可以集成诸如加速度计或等效机构之类的运动检测机构以检测运动。一旦设备检测到其处于运动中，则可以假定其正被用户操作，并触发至阵列的信号以停止发送电力或降低发送至设备的电力。在一些实施方案中，当设备用于如汽车、火车或飞机这样的运动环境中时，电力可能仅被间歇地发送或以降低的电平发送，除非该设备电力严重地低。
图5A和5B描绘示出根据一些实施方案的示例多路径无线电力递送环境500的图。多路径无线电力递送环境500包括用户操作无线设备502，该无线设备包括一个或多个无线电力接收器客户端503。无线设备502和一个或多个无线电力接收器客户端503可以分别是图1的无线设备102和图1的无线电力接收器客户端103或图4的无线电力接收器客户端400，但是替代配置是可能的。同样，无线电力传输系统501可以是图1的无线电力传输系统101或图3的无线电力传输系统300，但是替代配置是可能的。多路径无线电力递送环境500包括反射对象506和各种吸收对象，例如，用户或人、家具等。
无线设备502包括一个或多个天线(或收发器)，所述天线(或收发器)在邻近无线设备102的三维空间中具有辐射和接收方向图510。这一个或多个天线(或收发器)可以完全地或部分地被包括作为无线设备102和/或无线电力接收器客户端(未示出)的一部分。例如，在一些实施方案中，无线设备502的一个或多个天线例如Wi-Fi、Bluetooth等可以被利用和/或以其他方式被共享用于无线电力接收。如图5A和5B的实施例中所示，辐射和接收方向图510包括具有一个主瓣和多个旁瓣的波瓣方向图。其他方向图也是可能的。
无线设备502通过多个路径向无线电力传输系统501发送信标(或校准)信号。如本文中所讨论的，无线设备502在辐射和接收方向图510的方向上发送信标，使得无线电力传输系统接收到的信标信号的强度，例如接收信号强度指示(RSSI)，取决于辐射和接收方向图510。例如，在辐射和接收方向图510中有零位处不发送信标信号，并且在辐射和接收方向图510中的峰点处，例如主瓣的峰点处，信标信号最强。如图5A的实施例中所示，无线设备502通过五个路径P1-P5发送信标信号。路径P4和P5被反射和/或吸收对象506阻挡。无线电力传输系统501经由路径P1-P3接收增加强度的信标信号。较粗的线表示较强的信号。在一些实施方案中，以这种方式定向地发送信标信号，以例如避免不必要的RF能量暴露于用户。
天线的基本性质是，用于接收时天线的接收方向图(灵敏度为方向的函数)与用于发射时天线的远场辐射方向图相同。这是电磁学中的倒易理论的结果。如图5A和5B的实施例中所示，辐射和接收方向图510是三维波瓣形状。然而，辐射和接收方向图510可以是任何数量的形状，取决于在天线设计中使用的一种或多种类型，例如喇叭天线、简易垂直天线等。例如，辐射和接收方向图510可以包括各种定向性方向图。对于在无线电力递送环境中的多个客户端设备中的每一个，可以有任何数量的不同的天线辐射和接收方向图。
再次参考图5A，无线电力传输系统501经由多个路径P1-P3在多个天线或收发器处接收信标(或校准)信号。如所示，路径P2和P3是直接视线路径，而路径P1是非视线路径。一旦信标(或校准)信号由无线电力传输系统501接收，电力传输系统501就对信标(或校准)信号进行处理以确定多个天线中的每一个处的信标信号的一个或多个接收特性。例如，除其他操作之外，无线电力传输系统501可以测量在多个天线或收发器中的每一个处接收信标信号的相位。
无线电力传输系统501处理多个天线中的每一个处的信标信号的一个或多个接收特性，以基于如在对应的天线或收发器处测量的信标(或校准)信号的一个或多个接收特性，确定或测量多个RF收发器中的每一个的一个或多个无线电力发送特性。作为示例而非限制，无线电力发送特性可以包括每个天线或收发器的相位设置、发送功率设置等。
如本文中所述的，无线电力传输系统501确定无线电力发送特性，使得一旦天线或收发器被配置，这多个天线或收发器就可操作来传送与在靠近客户端设备的三维空间中的客户端辐射和接收方向图相匹配的无线电力信号。图5B示出了无线电力传输系统501经由路径P1-P3向无线设备502发送无线电力。有利地，如本文中所述的，无线电力信号与在靠近客户端设备的三维空间中的客户端辐射和接收方向图510相匹配。换一种说法，无线电力传输系统将在无线电力接收器具有最大增益——例如，将接收最多的无线电力——的方向上发送无线电力信号。因此，在无线电力接收器不能接收的方向上，例如零位和阻塞的方向上，无信号被发送。在一些实施方案中，无线电力传输系统501测量接收到的信标信号的RSSI，并且如果信标小于阈值，无线电力传输系统将不会通过该路径发送无线电力。
为简化起见，说明了图5A和5B的实施例中示出的三个路径，应当意识到，任何数量的路径可以用于将电力发送给无线设备502，取决于——除其他因素以外——无线电力递送环境中的反射和吸收对象。
II.对脉冲信号传输进行聚焦
本文描述了用于通过在多路径无线电力递送环境中经由多个路径的增强信号聚焦来实现无线电力递送环境中设备的更有效无线充电以及其他特征的技术。更具体地，本文讨论的系统和方法描述了用于提升设备的有效充电的技术，包括利用多路径聚焦充电的增强能力、允许进行运动检测和相位同步的对输入信号的相位检测，以及定向阵列。
在一些实施方案中，本文讨论的技术描述了通过对传输进行时间调制使得电力大致同时并且大致同相地经由多个路径到达单个区域(或接收天线)来聚焦来自单个发射器的电力递送的能力。信号相长干涉，从而产生用于无线电力递送的具有更高能量的“脉冲”。这样的系统和方法在本文中称为单天线聚焦，或者经由多个路径的聚焦。
在一些实施方案中，使用多个路径的单天线聚焦通过以下所述实现：设定信号传输和传输的相位使得不同的信号传输相互同时地且同相地到达接收天线，使得信号具有相长干涉，从而提高电力递送潜力。当电力递送太低而无法在连续传输的情况下有效并且需要更强信号(即使短暂存在)时，这特别有用。
在一些实施方案中，传输的多路径聚焦过程始于发送由接收器随时间的推移而接收的串传输。随时间的推移所接收的脉冲对应于信号所采用的不同路径，并且可以基于行进的距离和反射次数而相互相位不同。然后，所接收的串传输数据可以用于产生电力调度，该电力调度在时间和信号相位两方面基本上与所接收的串传输相反。以这种方式，传输的信号将同时地并且大体上同相地到达。
在传输调度中识别的信号可以重复，并且在可能时交错，以确保最大聚焦电力递送事件是可能的。在一些情况下，对递送的电力进行监测，以确保被递送的电力符合预期。如果不这样做，则可以重复串过程以便对传输调度进行微调。这种重复可能导致在初始串期间充电环境的改变或其他错误。
首先转到图6，图6表示根据一些实施方案的示例二维空间或腔室(enclosure)600，在该示例二维空间或腔室内聚焦的电力在两个天线之间进行交换。更具体地，在房间或腔室600内示出了两个天线610和620和代表性障碍物605，电力在这两个天线之间进行交换。举例来说，来自天线610的辐射功率分别经由四个信号路径630、640、650和660被发送到天线620。如图6的示例中所示出的，路径630是天线之间的直接路径，路径640和650具有一次反射，并且路径660具有两次反射。为简单起见，示出了四条路径，应该领会的是，任何数量的路径都是可能的，其中一些路径具有更多次反射。
通常，由于反射点处的信号损失，只有直接路径以及那些具有相对无损或很少反射的路径是令人感兴趣的。为了便于讨论，如果天线610在二个维度上是各向同性的，应该明显的是，从天线发射的几乎任何方向的辐射都将追踪一路径，其在多次“反弹”或反射后到达接收天线620。最初，假设反射关于表面的法线是对称的(镜面反射)，使得信号被反射出并且排除射线反复追踪其路径而不到达接收器的情况。后一种情况的射线并不特别令人感兴趣，其代表了在传输中损失的耗散功率。
如所预期的，从发射器610到接收器620的最短路径是展现最低损耗的直接路径630。其他路径固有地较长，涉及至少一次反射，并且除了传输损耗之外(除了反射表面是不具有损耗的理想导体，例如电阻率为零的情况之外)，反射器本身中也会存在损耗。信号的传播速度是相对恒定的，因此每单位长度的相位变化在传输路径中的任何地方都会是相同的。实际上，传播介质主要是空气，并且信号不穿过任何实质性介电材料，因此速度因子基本上是一致的。
传播速度为每纳秒约30厘米(非常些微地小于1英尺/ns)。例如，如果将工作频率选择为2.43GHz，大约是Wi-Fi频率分配的中心，则近似波长为12.35厘米。这然后允许为任何给定路径计算以波长计的从发送天线到接收天线的距离；由于这是用来示出可以如何进行计算的示例，因此关于精确度采取了自由，以避免以可理解为代价来以数值复杂性给本公开内容增加负担。
在图6的示例中，发生传输的腔室600长约21英尺、宽约15英尺，并且代表典型的起居室、等候室或大型的单个办公空间。在这个规模上，直接路径630代表大约11.5英尺或350.5厘米。对于12.35厘米的波长而言，这相当于28.38个波长，表示0.38个波长或136.8°的相位延迟。以类似的方式，每条路径都可以根据其相位延迟来评估，并且对于路径640得出30.47个波长，对于路径650得出42.3个波长，并且对于路径660得出61.9个波长。这些计算结果分别对应于169.2°、108°和324°的相位延迟(不是整数的波长部分)。
为了在此讨论的目的，可以假设信号的传播是线性的，减少偏振问题，使得不会为了便于理解而掩盖数学处理的复杂性。尽管真实世界是三维的，但为了解释的目的示出了二维表示。上面的示例例示了可以如何进行简单的计算来确定就相位延迟而言的有效路径长度。相同的原理可以应用于在复杂性方面小有增加的三维模型。二维模型在实践中不会出现，因此，进行调整以考虑到可能在传输或接收中实现的离轴辐射水平，因为实际上，天线可以被认为在任一方向上是对称分量。
来自完美导体的反射不会涉及任何损失。然而，它确实导致反射表面处入射波的切向分量的相位逆转。相应地，单次反射导致被感知的相位延迟的180°偏移。鉴于此，在没有路径细节的情况下，可能难以确定信号是否由于多次反射而相移，或者是否实际上仅路径长度是测量结果的缘由。此外，众所周知，信号的偏振在界面处受到影响(仅考虑地面效应并且忽略由于等离子体效应在通过自由空间的过程中发生的偏振旋转)，并且虽然这种效应导致具有任意偏振的多个反射信号，但这通常可以忽略。替代地，可以使用偏振无关的天线结构来适应该效应。
来自墙壁和对象的反射无损是相当罕见的，因此反射信号可能比那些采用直接路径的信号弱。有许多研究已经评估了各种构造的墙壁的传输损耗，但很少研究提供了关于反射信号水平的有用指导，这是因为表面的变化性非常大。其陈述，已经通过实验确定了，在每个反射处预期2至5dB的平均衰减，并且由于每个接收信号的相对信号水平在这样的系统中是可确定的，所以系统可以将某些信号路径贬抑为比其他路径更不可取，从而向预期的电力接收器传输电力可以通过避免已知的损耗路径来利用这一点。
尽管由于偏振旋转效应和环境可能已经改变的事实，信号路径可能并不总是互逆的，但后者是分段静态的，并且可以假设就大部分而言，从一个天线到另一个天线的传播在短期内是可逆过程。这种效应是众所周知的，并且在许多户外应用中是所依赖的。尽管以前科学基础发展了超过一个世纪，但电力交换系统是新的；现代技术已经克服了材料和尺寸方面的许多限制因素，因此这些系统终于变得实用。
现在转到图7，示出了接收两个正弦波(典型的载波是正弦曲线的)的效果。在该示例例示中，710是具有4伏振幅的正弦波，而720是与第一正弦波频率相同的第二正弦波，其具有3伏的振幅和相对于710的90°(π/2弧度)的相对相位延迟。水平轴表示时间，而纵轴以在零以上和以下的电压示出，以便于使用。线性接收器系统会经历这两个信号的简单相加，这会是所示的第三正弦波730。该合成正弦波是每个时刻两个分量波的振幅的总和，这产生与第一正弦波频率相同、具有5伏的振幅并且相对于第一正弦波具有tan-1(3/4)或大约37°的相位滞后的正弦波。
图8示出了阿尔干图或相量图，其解释了如何得出这些值。参考正弦波710被示出为0°处4个单位长的相量810。第二波720被示出为具有3个单位长度和90°的相对角度的相量820，该相对角度表示其相移。合成波730被示出为5个单位长并具有相对于参考720为tan-1(3/4)的角度或相位延迟的相量830，这5个单位长根据毕达哥拉斯定理为√(42+32)＝5。这一简单的示例可以扩展到任何数量的相量，每个相量代表一特定的路径；长度代表信号的振幅，其相对于参考的角度代表其相位延迟。值得注意的是，相位延迟每个“循环”或周期重复，使得无法区分相位角与其中n为周期数。
来自图6所示的路径630、640、650和660的接收信号全部处于相同的频率，并且仅通过它们的相位来区分。通过取复指数的实部，每个波都可以用指数形式表示；回顾其中ω是角频率{ω＝2πf}，t是经过的时间并且是相位偏移。更确切地说，这可以写成但结果是一样的——如果注意到在被表示为单因子时实部通常是隐含的，仅仅是使得等式不会变得非常长。应该注意的是，后一等式中的复共轭的相加消除了虚部，并且由于相加而使实部加倍，因此用因子2来除结果以恢复正确的值。
于是，以这种方式，对于图8的四个路径的示例而言，可以写出传输波T的等式，其在传输时将到达接收天线使得所有相位被调准以提供最大电力。因此，T可写为其中，a、b、c和d是每个到达波的振幅，并且是每个路径的相位。这可以扩展为三角表达式，使得括号中的项可以被重写为的形式，其中，系数a至d分别表示从四个路径中的每个路径接收的信号的振幅；这些振幅是路径损耗的函数。在这个示例中可以看出，连续载波的振幅通过由这些路径的各个相位引起的相长或相消干涉而改变。这是图7和图8强调的简单示例的一般多路径公式。从这个等式的检验明显的是，在多路径环境中，将存在路径长度的某些组合，如果没有可控天线能够沿着某些路径引导信号，所述组合可能导致非常深的信号零位或者其中存在最小到零的信号的区域。应该注意的是，天线方向性在控制传播路径方面是有用的。除了天线的主路径或主瓣之外，几乎总是还有其中辐射信号小得多的旁瓣，尽管这种效应可以被用来获益，但它不能完全消除信号在主瓣内的反射效应。
通过改为发送一系列脉冲而非连续载波，可以安排脉冲定时，使得在某个时间，在接收天线处存在相长相加。现在考虑一简单的模拟案例，使用熟悉的声学设置来模拟无线电示例中的传播环境。在这一示例中存在两条廊道，一条廊道短，另一条较长。常见的经验教导，声音沿着较长的路径传播比沿着较短的路径传播需要更长的时间。定位两个扬声器或声源以分别发射声音到廊道中，并且接收系统观察来自两个廊道的到达声音。如果沿着较长的路径发送简短的声音，例如咔哒声或脉冲，然后沿着较短的路径发送类似的咔哒声或脉冲，因为信号之间的时间被改变从而使延迟逐渐变长，感知到的声音将从当它们之间的延迟为零时的两次截然不同的咔哒声变化为当传输之间的延迟被布置为与波的行进时间的差相同时的单个更响的咔哒声，因此，从听者的角度来看，两个信号被感知为是同时到达的。
该第一示例近似相当于具有沿每个传播路径指向的两个天线，每个天线单独被激励以便能够选择相位偏移，使得接收信号是由同相到达的两个单独信号组成的加性信号。从发射脉冲的开始到接收脉冲的开始的时间被认为等于较长路径的传播时间。
图9示出了一个类似的示例，只是现在单个声音代表无线电示例中的单个辐射器的动作。忽略损失，应该明显的是，在连续信号的情况下，如果较长路径是音调频率下的半波长的奇数倍，则除启动和关闭的瞬态之外，一旦系统稳定到稳定状态，信号将被完全抵消并且听者将不会听到该信号。然而，如果发送短能量脉冲(用音频术语表示的“咔哒声”)，则第二脉冲的发送延迟两个路径之间的信号传播所花的时间差905，于是两个脉冲中的第二个脉冲可以被布置为经由较短路径到达以对应于第一脉冲经由较长路径的到达。现在，当被适当对准时，脉冲会导致接收到的能量的总和。在这种情况下，两个示例路径之间的传播时间差被示出为905，并且经由短路径920的传播时间被示出为940。现在应该清楚的是，可以继续这一相同的序列以形成脉冲串910，其中脉冲之间的预设间隔905被确定为使得接收到的脉冲将对准并且获得累加的能量。在发送了第一脉冲之后的时间940，该脉冲将经由短路径被接收为920。在时间940加上时间905处，该同一脉冲将经由长路径被接收，这将对应于在第一脉冲之后的时间905处发送的串930中的第二脉冲的接收，以此类推。
在无线电力传输环境中需要的所需脉冲串将不会像这一前述的两个路径的示例中一样简单。可能存在许多传输路径，并且可以通过当从接收器侧发送脉冲序列时在发射器侧接收它们并测量脉冲的到达时间来确定这些路径。到达时间之间的差现在是对存在的传播路径的度量，最长的路径将是最晚的到达。由于对于多路径环境不存在一般性条件，我们可以设置检测阈值，并推断低于这个水平的信号对总体能量传递的贡献如此之小以致于在实际实施中可以忽略它们。
一旦确定了从最早到达到最晚到达的脉冲间隔，并且脉冲的振幅不足，如果任何脉冲被这样归类的话，则可以丢弃它们以简化过程。然后，可以确定用于电力传输的脉冲串，以便所述脉冲串在目标接收器天线系统处同相地出现。此被传输的脉冲串将是从电力接收器接收到的设置传输的时间反转版本，使得作为最长延迟的最晚到达首先被发送，并且最有可能是直接路径的最早到达被最后发送。然后如果合适，可以重复该序列。
接下来转向图10，提供了用于确定脉冲定时的这一机制的实施例。在图10的实施例中，发射器发送脉冲信号(被示为初始传输块1010)，并且接收器监测输入信号(随后的非阴影块)。为了该实施例的目的，接收信号被表示为离散脉冲，然而，应该理解的是，在无线环境中，由于利用了大量的路径，接收到的实际信号通常将包括显著的噪声。通常，单个脉冲将具有相长和相消干涉，导致接收信号增强和减小。然而，一般而言，信号通常会被接收器视为初始尖峰(由直接射线引起)，随后随着射线经由替代路径到达而接着较小的信号尖峰。由于通过介质的损耗和反射损耗，这些接着的脉冲的振幅通常迅速减小(除了在发生相长干涉的情况下)。通过监测接收到各信号的定时以及每个接收到的脉冲的相对相位，可以生成将导致总体信号增益的用于传输脉冲的调度。
图11描绘了例示出示例传输调度的示例图1100。如所示，发射器和接收器之间的直接路径是最短的距离，因此，为了与经由较长的路径的其他信号同时到达，直接路径在时间上会稍后进行传输。在该示例图中，路径4是其中存在传输的最后路径，并且将对应于最短路径。类似地，路径3、Ln、2和1代表随后的较长路径。每个传输都沿水平时间轴被表示为一个圆圈。旨在经由相应路径到达的每个传输被适当地相移，以确保信号同相到达并且能够相加。相位差通过每个传输的不同阴影来例示。在1150处示出了传输的聚集，其指示发射器的脉冲活动。对应于1110、1120、1130和1140的每个脉冲序列将导致接收到单个加性电力脉冲。在理想环境下，几乎所有的传输电力都可以无任何损失地被接收。
转到图12，提供了例示出时序(temporal)单天线多路径电力递送放大过程的示例流程图1200。如本文所讨论的，最初发射器发送脉冲信号(在1210处)。在1220处，接收器记录包括诸如定时、接收到的波的相位、偏振频率等的信息的传输。在1230处，该收集到的信息可以用来生成传输调度，所述调度是信号接收的反转定时，并且可以调整相位，使得所有信号相互同相地被接收。
然后在1240处，根据生成的调度来传输电力。在可能的情况下，电力传输的接收器可以在1250处监测所递送的电力，并将结果报告返回给充电器。如果接收到的电力持续如预期的那样，电力调度可以无限重复。然而，如果在1260处接收到的电力不符合预期，则环境内的某些事物发生了变化，导致了路径的改变。在这样的情况下，可以传输新的脉冲来更新供电传输调度。应该注意的是，因为环境很少是静态的，所以在一些实施方式中，每隔预定的时间间隔就请求设置传输，而非通过所递送的电力的反馈来请求。在一些实施方案中，间隔通常在100ms和5秒之间，条件是如果环境证明改变得非常缓慢使得重复两个以上的设置序列具有非常相似的结果，则可以增加请求设置之间的时间间隔以减少因太频繁地要求设置序列而浪费的电力。
图13-21描绘了一系列示例传输场景，以进一步说明经由多路径单传输放大成为可能的挑战和解决方案。确定的一个挑战是，对于给定的环境，基于所使用的布局和材料，可以具有不同的属性以允许一些频率的传输比其他频率的传输执行得更好。无论传输机制如何，这种现象都是真实的。已知的是，一些声信号在给定环境中由于共振和比其他频率更好的反射而传播得更好，就像RF信号阻抗是频率相关的一样。
图13提供了将无线覆盖区域内传输信号的频率与阻抗进行比对的一曲线图的示例图示。可以注意到，在覆盖区域内，不同位置可能具有不同的最佳频率。此外，随着环境变化(移动、开门、电力变化等)，用于传输的最佳频率可能同样地改变。因此，在传输广谱信号的情况下系统可能会经历周期性的频率调谐，并且收集阻抗反馈。对于任何给定的接收器，在任何给定的时间，这一数据都可以然后用来优化传输。
接下来参考图14，提供了来自不同路径的两个接收到的传输的相对相位的示例图。如前所述，两个信号之间的相位差——这里表示为θ——是路径长度和/或反射次数差的结果。在图15中，随时间的推移按照这两个传输的相对振幅对其进行了绘制。通过较短路径的第一传输导致以较大振幅接收到信号(P1)。通过第二路径的传输可能振幅较低(P2)。由于信号通过的介质通常是恒定的，因此通过了解信号传播速度和时间差(ΔT)可以容易地计算出路径长度的差。图16A利用同样的这两个传输来规定两个新的脉冲传输的相位。通过将第一脉冲的相位指定为0度，并将第二脉冲的相位指定为先前发现的相位差(θ)，所得到的组合信号将具有相加效应。
图16B然后例示出，随着时间的推移，某点处传输的振幅如何在接收器(P1+P2)处重叠，导致信号的相长干涉。这一相长干涉是单个非定向发射器如何能够产生信号增益的核心。
图17提供了两个信号在两条路径上传输的情况下随着时间的推移的一系列图。路径的尽头在接收器处。在时间1处，第二传输(P2)经由两条路径传输。在时间2处，第一传输(P1)被传输。在时间3处，第二信号(P2)经由第一(较短)路径到达终点。然而，在时间4处，第二信号(P2)经由较长的第二路径在终点处被接收，同时第一信号(P1)经由第一较短路径到达。这些信号P1和P2被组合或相加以产生放大的信号(假定适当的相位)。
因此，为了利用相长干涉，可以采用连续传输，其中相位在主传输路径与次要路径之间的每个路径周期(表示为时间差ΔT)被连续地移动相位差θ。图18提供了这种传输调度的示例例示。如果传输仅两个脉冲，可能仅在有限的时间段内进行放大或聚焦，然后信号水平回落到来自单一路径时的水平。然而，利用实际上无限数量的路径，可以不断地调制信号相位，以便维持几乎连续(或延长)的信号聚焦时段。
在图19中，接收到的脉冲被显示为相加，导致信号的重复聚焦。应该注意的是，即使这一示例系统在获得重复聚焦，所有时间间隔，也有些时候脉冲完全关闭，并且接收到的信号仍处于脉冲形式。
相反，在图20中，以受控的方式增加脉冲宽度以便产生完全连续的信号。在最佳环境下，接收到的信号的振幅会增加，直到达到最终聚焦最大值。图20例示了用于产生图21的连续信号的脉冲信号。应该相位如何随着新脉冲的开始而变化。还示出了相应频域形式的这一信号。
图22描绘示出根据一实施方案的带有无线电力接收器或客户端的代表性移动设备或平板计算机2200的示例组件的框图，该代表性移动设备或平板计算机为移动(或智能)电话或平板计算机设备的形式。参照图22示出了各种接口和模块，然而该移动设备或平板计算机并不需要用于执行本文所描述的功能的所有模块或功能。应当意识到，在许多实施方案中，多种组件不被包括和/或对于类别控制器的操作来说不是必要的。例如，诸如GPS无线电设备、蜂窝无线电设备以及加速度计之类的组件可能不被包括在控制器中以降低成本和/或复杂性。此外，诸如ZigBee无线电设备和RFID收发器之类的组件连同天线一起可以位于印刷电路板中。
无线电力接收器客户端可以是图1的电力接收器客户端103，但是替代配置是可能的。此外，无线电力接收器客户端可以包括一个或多个RF天线用于从电力传输系统例如图1的无线电力传输系统101接收电力和/或数据信号。
图23描绘计算机系统的示例形式的机器的图解表示，在该计算机系统中可以执行用于使机器执行本文中讨论的方法中的任何一个或多个方法的指令集。
在图23的实施例中，计算机系统包括处理器、存储器(memory，内存)、非易失性存储器和接口设备。为了说明简单，省略了各种常见的组件(例如，高速缓冲存储器)。计算机系统2300旨在说明其上可以实现在图1的实施例中描绘的任何组件(以及本说明书中描述的任何其他组件)的硬件设备。例如，计算机系统可以是任何辐射对象或天线阵列系统。计算机系统可以是任何适用的已知或方便的类型。计算机系统的组件可以经由总线或通过某个其他已知或方便的设备耦合在一起。
处理器可以是例如传统的微处理器，诸如Intel Pentium微处理器或Motorola power PC微处理器。相关领域的技术人员将认识到，术语“机器可读(存储)介质”或“计算机可读(存储)介质”包括处理器可访问的任何类型的设备。
存储器通过例如总线耦合到处理器。存储器可以包括，例如但不限于：随机存取存储器(RAM)，诸如动态RAM(DRAM)和静态RAM(SRAM)。存储器可以是本地的、远程的或分布式的。
总线还将处理器耦合到非易失性存储器和驱动单元。非易失性存储器通常是磁软盘或硬盘、磁光盘、光盘、只读存储器(ROM)(诸如CD-ROM、EPROM或EEPROM)、磁或光卡、或者用于大量数据的别的形式的存储装置。该数据中的一些通常在计算机2300中的软件执行期间通过直接存储器访问过程被写入存储器中。非易失性存储装置可以是本地的、远程的或分布式的。非易失性存储器是可选的，因为系统可以被创建为使得所有可应用数据在存储器中可获得。典型的计算机系统通常会包括至少处理器、存储器和将存储器耦合到处理器的设备(例如，总线)。
软件通常存储在非易失性存储器和/或驱动单元中。实际上，对于大型程序，甚至可能无法将整个程序存储在存储器中。然而，应当理解，为了软件运行，如果必要，将其移动到适合处理的计算机可读位置，并且为了说明的目的，该位置在本文中被称为存储器。即使在软件被移动到存储器用于执行时，处理器也通常会利用硬件寄存器来存储与软件相关联的值以及利用理想地用于加速执行的本地高速缓存。如本文中使用的，当软件程序被表示为“在计算机可读介质中实现”时，软件程序被假定为存储在任何已知或方便的位置(从非易失性存储装置到硬件寄存器)。当与程序相关联的至少一个值存储在处理器可读取的寄存器中时，可以认为处理器“被配置为执行程序”。
总线还将处理器耦合到网络接口设备。接口可以包括调制解调器或网络接口中的一个或多个。应当理解，调制解调器或网络接口可以被认为是计算机系统的一部分。接口可以包括模拟调制解调器、isdn调制解调器、电缆调制解调器、权标环接口、卫星传输接口(例如，“直接PC”)、或者用于将计算机系统耦合到其他计算机系统的其他接口。接口可以包括一个或多个输入和/或输出设备。I/O设备可以包括，例如但不限于：键盘、鼠标或其他指示设备、磁盘驱动器、打印机、扫描仪、以及其他输入和/或输出设备，包括显示设备。显示设备可以包括，例如但不限于：阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、或者一些其他适用的已知或方便的显示设备。为了简化起见，假定图23的实施例中未描绘的任何设备的控制器位于接口中。
在操作中，计算机系统2300可以由包括诸如磁盘操作系统等文件管理系统的操作系统软件控制。具有相关联的文件管理系统软件的操作系统软件的一个示例是来自华盛顿州雷德蒙德的Microsoft Corporation(微软公司)的被称为的操作系统系列及其相关联的文件管理系统。具有其相关联的文件管理系统软件的操作系统软件的另一示例是Linux操作系统及其相关联的文件管理系统。文件管理系统通常存储在非易失性存储器和/或驱动单元中，并且引起处理器执行操作系统输入和输出数据以及将数据存储在存储器中(包括在非易失性存储器和/或驱动单元上存储文件)所需的各种动作。
详细描述的一些部分可以通过对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将其工作的实质传达给本领域其他技术人员的手段。在这里和一般地，算法被认为是产生期望结果的自相一致的操作序列。这些操作是需要对物理量的物理操纵的操作。通常，虽然不一定，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。将这些信号用比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等表示证明有时是便利的，主要是因为普遍使用的原因。
然而，应该记住，所有这些和类似的术语都应该与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非另有明确说明，如根据以下讨论明显的，应理解，在整个说明书中，使用诸如“处理”或“计算(computing)”或“计算(calculating)”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的活动和过程，所述计算机系统或类似的电子计算设备操纵被表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其变换成类似地被表示为计算机系统的存储器或寄存器或者其他这样的信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
本文中提出的算法和显示器并不固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。各种通用系统可以根据本文的教导与程序一起使用，或者构造更专用的装置来执行一些实施方案的方法可能证明是方便的。各种这些系统的所需结构根据下面的描述将是明显的。另外，这些技术没有参考任何特定的编程语言进行描述，并且因此各实施方案可以使用各种编程语言来实现。
在替代实施方案中，机器作为独立的设备运行，或者可以连接(例如，联网)到其他机器。在联网部署中，机器可以在客户端-服务器网络环境中作为服务器或客户端机器运行，或者在对等(或分布式)网络环境中作为对等机器运行。
机器可以是服务器计算机、客户端计算机、个人计算机(PC)、平板PC、膝上型计算机、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、iPhone、黑莓设备(Blackberry)、处理器、电话机、网络设备、网络路由器、交换机或网桥、或者能够执行规定要由该机器进行的动作的指集令(顺序或其他)的任何机器。
尽管在示例性实施方案中将机器可读介质或机器可读存储介质示出为单个介质，但是术语“机器可读介质”和“机器可读存储介质”应当被视为包括存储一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读介质”和“机器可读存储介质”还应当被视为包括能够存储、编码或携带用于由机器执行并且引起机器执行当前公开的技术和创新的方法中的任何一种或多种方法的指令集的任何介质。
一般而言，被执行以实施本公开内容的实施方案的例程可以作为操作系统或特定应用、组件、程序、对象、模块或被称为“计算机程序”的指令序列的一部分实现。计算机程序通常包括一个或多个指令，这一个或多个指令在不同时间设置在计算机中的各存储器和存储设备中，并在被计算机中的一个或多个处理单元或处理器读取和执行时，使得计算机执行操作以执行涉及本公开内容的各个方面的要素。
此外，虽然已经在完全起作用的计算机和计算机系统的情况下描述了实施方案，但是本领域技术人员将理解，各实施方案能够作为程序产品以各种形式分布，并且本公开内容同样适用，而不管用于实际实现分布的机器或计算机可读介质的特定类型如何。
机器可读存储介质、机器可读介质或计算机可读(存储)介质的其他示例包括但不限于：可记录型介质，诸如易失性和非易失性存储器设备、软盘和其他可移除磁盘、硬盘驱动器、光盘(例如，光盘只读存储器(CD ROM)、数字通用盘(DVD)等)等；和传输类型介质，诸如数字和模拟通信链路。
除非上下文清楚地另有要求，在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应以包括性的意义来解释，而不是以排他或穷尽的意义来解释；也就是说，在“包括但不限于”的意义上来解释。如本文中使用的，术语“连接”、“耦合”或其任何变体是指两个或更多个元件之间的任何直接或间接的连接或耦合；元件之间的连接的耦合可以是物理的、逻辑的或其组合。另外，当在本申请中使用时，词语“本文中”、“以上”、“以下”和类似含义的词语均应当指代整个本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，以上“具体实施方式”部分中使用单数或复数的词语也可以各自包括复数或单数。在提及两个或更多个项的列表时，词语“或”涵盖了词语的所有以下解释：列表中的任何项、列表中的所有项、以及列表中的项的任何组合。
本公开内容的实施方案的以上详细描述并不旨在是穷尽性的或将教导限于以上公开的精确形式。虽然为了说明的目的在上面描述了本公开内容的具体实施方案和实施例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本公开内容的范围内各种等同修改是可能的。例如，虽然以给定的顺序呈现了过程或块，但是替代实施方案可以执行具有不同顺序的步骤的例程或者采用具有不同顺序的块的系统，并且一些过程或块可以被删除、移动、添加、细分、组合、和/或修改以提供替代或子组合。这些过程或块中的每个可以以各种不同的方式来实现。此外，虽然过程或块有时被示出为串行执行，但是这些过程或块可以替代地并行执行，或者可以在不同的时间执行。此外，本文中指出的任何具体数字仅仅是示例：替代实现可以采用不同的值或范围。
本文中提供的本公开内容的教导可以应用于其他系统，而不一定是上述系统。可以组合上述各实施方案的元件和动作以提供另外的实施方案。
上述的任何专利和申请以及其他参考文献，包括可能在随附的提交文件中列出的任何文献，均通过引用并入本文。如果必要，可以修改本公开内容的各方面以采用上述各参考文献的系统、功能和概念来提供本公开内容的还另外的实施方案。
根据上述“具体实施方式”部分，可以对本公开内容进行这些和其他改变。虽然以上描述描述了本公开内容的某些实施方案，并且描述了所设想的最佳模式，但无论上述内容在文字上呈现的详细程度如何，教导都可以以很多方式来实施。系统的细节在其实现细节上可以有很大差异，而仍被本文公开的主题所涵盖。如上所述，在描述本公开内容的某些特征或方面时使用的特定术语不应当被认为表示，该术语在本文中被重新定义为限于本公开内容的与该术语相关联的任何特定特性、特征或方面。通常，不应当将所附权利要求中使用的术语解释为将本公开内容限制于说明书中公开的具体实施方案，除非以上“具体实施方式”部分明确地定义了这样的术语。因此，本公开内容的实际范围不仅包括所公开的实施方案，而且包括在权利要求下实施或实现本公开内容的所有等同方式。
虽然本公开内容的某些方面在下面以某些权利要求形式给出，但是发明人预期任何数目的权利要求形式的本公开内容的各个方面。例如，虽然本公开内容的仅一个方面以根据35U.S.C.§112,的装置加功能权利要求的形式被列出，但是其他方面也可以被实施为装置加功能权利要求，或其他形式，诸如以计算机可读介质实施。(意图根据35U.S.C.§112,来处理的任何权利要求将以词语“用于……的装置”开始。)因此，申请人保留在提交申请之后增加附加的权利要求的权利以针对本公开内容的其他方面寻求这样附加的权利要求形式。
本文中提供的详细描述可应用于其它系统，而不一定仅应用于上文所述的系统。上述各实施例的元件和动作可被组合以提供本发明的另外的实现。本发明的一些替代实现不仅可以包括加到上面提到的那些实现的附加元件，而且可以包括更少的元件。根据上述“具体实施方式”部分，可以对本发明进行这些和其它改变。虽然上面的描述限定了本发明的某些实施例，并描述了所设想的最佳模式，但无论上述内容在文字上呈现的详细程度如何，本发明都可以许多方式实施。系统的细节在其具体实现上可以变动很大，而仍被本文公开的本发明所涵盖。如上所述，在描述本发明的某些特征或方面时使用的特定术语不应当被认为表示，该术语在本文中被重新定义为限于本发明的与该术语相关联的任何具体特性、特征或方面。通常，不应当将所附权利要求中使用的术语解释为将本发明限制于说明书中公开的具体实施例，除非以上“具体实施方式”部分明确地定义了这样的术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，而且包括实施或实现本发明的所有等同方式。