组合式RF充电和通信部件及其使用方法与流程

相关申请的交叉引用

本pct申请要求于2014年10月1日提交的、名为“combinedrfchargingsystemandcommunicationsystem”的美国临时专利申请62/058,115的优先权，上述文献的提交日期和全部公开内容通过引用而全文并入于此。

此处公开的主题涉及以如下方式解决无线rf充电单元和通信单元的共存：允许这两个单元在相似/相同的频率中的安全工作，并且进一步地，这两个单元共享诸如天线等的共用结构。更具体地，本发明涉及一种被配置为包含在可再充电装置内的组合式通信和充电部件。

背景技术：

无线充电是一个相对较新的领域，其仍然需要调整所要充电的装置内的各种子系统和单元以便获得高效的充电过程，而不会在该充电过程期间损坏正在充电的装置内的其它组件。

例如，当以高级的rf能量发送值进行充电时，正在充电的装置内的通信单元可能接收一些用于充电的发送电力并因此可能受到损坏。本发明在一方面提供了这种场景的解决方案。

当今技术世界中的另一需要关注的领先趋势是事物的小型化以及日常产品与智能装置的连接(称为“物联网”)。为此，应当以将对日常使用的产品的结构作出最小改变的方式在该产品内实现电路和通信能力。为了高效地组装电气组件、并进一步地节省空间，尝试使用通常用于不同单元/模块的各种组件。本发明在其它方面通过提供组合式充电和通信部件来提供该需求的解决方案，其中，在组合式充电和通信部件中，充电单元和通信单元共享共用天线。该共用天线被配置为作为rf天线而工作以允许对电子装置进行充电，并且还作为数据通信天线而工作以允许向周围发送数据并且从周围接收数据。这样的组合并不是一件简单的事，因为这两个单元在相似/相同频率中的工作可能对被配置为基本上以较低功率级工作的通信单元/模块造成损坏。

将充电单元/模块与通信单元/模块进行组合的尝试是本领域已知的。这样的尝试在以下专利申请中公开：wo2015022450、wo2013172530、us2015042170、以及us2014210276。

在一方面，本发明旨在提供一种共享共用天线并且被配置为在相邻/相同频带中工作的组合式通信和充电部件。组合式部件被配置为且能够工作以允许通信单元的正常运行并且防止充电期间处于高级发送值的所述单元可能发生的损坏。通过共享电气组件并且在可充电装置内为这些电气组件提供至少双重功能，有助于降低成本并且节省有限的空间。

在另一方面，本发明旨在提供被配置为且能够工作以根据所接收到的信号的功率级来对该信号进行滤波的功率滤波器。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，提供了一种新颖的组合式充电和通信部件，其包括共享共用天线的充电单元和通信单元，这两个单元被配置为在相邻/相同的频带中工作。组合式充电和通信部件被配置为集成在可再充电装置(在下文中亦表示为“正在充电的装置(duc)”)中，以允许duc无线再充电和通信能力，同时使生产成本以及集成这种分离的部件所需的空间最小化。

充电单元(以下亦可互换地表示为“rf电力接收单元”)被配置为从共用天线接收高级rf功率信号并将信号整流为dc电压，以便在以duc位于充电区内的方式将duc定位在适合于充电的周围中(即，无线充电装置之内或之上)时对该duc进行充电。在我们的公布为wo2013/179284和wo2015/022690的pct申请中详细描述了无线充电装置以及所创建的充电区，上述文献的内容通过引用而并入于此。

通信单元(以下亦可互换地表示为“数据收发单元”、“数据通信单元”和“trx数据”)被配置为允许duc通信能力，即向周围发送数据以及从周围接收数据。通信单元的组件被配置为以低功率级信号工作，因为高功率级可能对通信电路造成损坏。因此，为了允许组合式部件的适当且安全的运行，在功能上分离这两个单元是很重要的。本发明提供了双重级别的隔离解决方案。首先通过duc周围的环境，进一步地，通过功率滤波器按信号的功率级来对所接收到的信号进行排序。

组合式部件的共用天线的反射阻抗受环境条件以及根据duc周围的变化影响，其中，duc可以定位在自由空间设置中，或者其可以定位在无线充电装置之内(当其为封闭或半封闭腔室时)或者无线充电装置之上(当其被设计为充电面时)。

“自由空间设置”意味着天线阻抗不受周围影响，并且满足在不影响充电区边界的情况下接收和发送电磁辐射所需的条件，即，duc定位在充电区的外部。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于无线可再充电装置的组合式通信和充电部件，所述组合式通信和充电部件被配置为允许相邻/相同频率中的rf充电和数据收发，所述组合式通信和充电部件包括充电单元和通信单元，所述充电单元和所述通信单元共享共用天线，其中，通过环境影响和/或通过根据信号强度而对所接收到的信号进行滤波来确定并交替地进行所述充电单元和所述通信单元的工作。在本发明的上下文中的所述环境影响是：在所述组合式通信和充电部件的周围存在或不存在无线充电装置和充电区的创建，以使得所述共用天线在所述充电区之内或之外。

在所述充电区之内存在所述共用天线在功能上影响所述共用天线的阻抗，从而使得所述共用天线的阻抗与所述充电单元的阻抗匹配、并且允许可再充电装置的无线充电，以及还使得所述共用天线的阻抗与所述通信单元的阻抗失配以限制/减弱该通信单元的信号接收。

在所述共用天线的周围不存在充电区影响所述共用天线的阻抗，从而使得所述共用天线的阻抗与所述通信单元的阻抗匹配并允许数据收发，以及还使得所述共用天线的阻抗与所述充电单元的阻抗失配以限制/减弱所述充电单元的信号接收。

在一些实施例中，通过功能上附接至所述共用天线以及所述充电单元和所述通信单元的功率滤波器来进行根据信号强度而对所接收到的信号的滤波，其中，所述功率滤波器被配置为根据预定功率级将所接收到的信号传递至所述通信单元或者所述充电单元，使得适用于通信的低功率信号被传递至所述通信单元，而适用于充电的高功率信号被传递至所述充电单元。

在所述共用天线的周围不存在充电区的情况下，所述功率滤波器被配置为通过使所述通信单元的工作范围阻抗与所述共用天线的阻抗相匹配来将低功率信号从所述共用天线传递至所述通信单元。作为选择，在所述共用天线的周围存在充电区的情况下，所述功率滤波器被配置为通过使所述充电单元的工作范围阻抗与所述共用天线的阻抗相匹配来将高功率信号从所述共用天线传递至所述充电单元。

本发明还涉及一种可再充电装置，其包括根据上述实施例的组合式通信和充电部件。

然而，本发明也涉及一种功率滤波器，其被配置为根据信号的功率级而选择性地将信号传递至可再充电装置的组合式充电和通信部件中的共享共用信号源的通信单元或充电单元，所述功率滤波器被配置为通过使所述通信单元的工作范围的阻抗与所述共用信号源的阻抗相匹配来传递所接收到的低功率信号，以及还被配置为通过使所述充电单元的工作范围的阻抗与所述共用信号源的阻抗相匹配来传递所接收到的高功率信号。在具体实施例中，所述共用信号源的阻抗是恒定的(即，不会因为信号的功率级而改变)。

本发明还涉及一种用于在具有根据上述的组合式通信和充电部件的无线可再充电装置的相邻/相同频带中能够进行rf无线充电和数据收发的方法，所述方法包括以下步骤：a.将所述无线可再充电装置定位成远离充电区，以允许所述共用天线作为通信天线而工作；以及b.将所述无线可再充电装置定位在无线充电装置之内/之上，以允许所述共用天线作为rf充电电力接收天线而工作。

附图说明

以下参考附图来描述说明本公开内容的实施例的示例。并入在本说明书中并构成本说明的一部分的附图示出此处公开的主题的某些方面，并且与描述一起帮助解释与所公开的实现相关联的一些原理。在附图中，出现在多于一个图中的相同结构、元件或部件在其出现的所有图中都用相同的数字进行标记。附图中所示的组件和特征的尺寸一般是为了呈现的方便和清楚起见而选择的，并且不一定按比例显示。所呈现的许多图是示意图示的形式，因此，为清楚起见，可以极大简化地或不按比例地绘制某些元件。附图如下：

图1a是示出具有共享共用天线的rf电力单元和高级通信单元的组合式通信和充电部件的主要组件的示意图，所述部件集成在自由空间设置中的duc内。

图1b是示出从图1a所示的组合式部件单元反射的阻抗的示意图：rf电力接收单元的反射阻抗zrxp、通信单元的反射阻抗ztrxd、以及共用天线的反射阻抗zcant，所有这些部件单元都处于自由空间设置中。

图1c、1d和1e是分别示出图1a所示的自由空间设置中的数据通信天线、rf电力单元和共用天线的阻抗ztrxd、zrxp和zcant的史密斯(smith)圆图。

图1f和1g是分别示出图1a的自由空间设置中的通信单元trxd和rf电力接收单元rxp的回波损耗s33和s22的曲线图。

图1h和图1i是分别示出图1a的自由空间设置中的通信模块trxd和共用天线cant之间的插入损耗s31、以及rf电力接收单元rxp和共用天线cant之间的插入损耗s21的曲线图。

图2a是示出图1a中的具有共享共用天线的组合式通信和充电部件的duc的示意图，其中，共用天线定位在(充电区设置内的)具有rf电力发送单元的无线充电装置附近或之内。

图2b是示出从rf电力发送天线和发送单元的电力发送器反射的阻抗ztxa和ztxp、以及从图2a所示的新设置中的共用天线、rf接收单元和通信单元反射的阻抗z'cant、zrxp和ztrxd的示意图。

图2c、2d和2e是分别示出当duc位于充电区内时图2b中的数据通信天线的阻抗ztrxd、rf电力单元的阻抗zrxp、以及共用天线的阻抗z'cant的史密斯圆图。

图2f和2g是分别示出数据通信单元trxd和rf电力接收单元rxp在位于(充电区设置内的)充电装置附近或之内时的单元回波损耗s33和s22的曲线图。

图2h和2i是分别示出当duc位于充电区设置内时共用天线cant和数据通信单元trxd之间、以及共用天线cant和rf电力接收单元rxp之间的插入损耗s31和s21的曲线图。

图3a是集成在duc内的组合式通信和充电部件的主要组件的示意图，其中，组合式部件包括在自由空间设置中共享连接至功率滤波器的共用天线的rf接收电力单元rxp和通信单元trxd。

图3b是示出从自由空间设置中的图3a所示的单元反射的阻抗的示意图，其中，zcant是从共用天线反射的阻抗，zpf是当接收到的信号功率级在(-85)至(-10)dbm的范围中时功率滤波器的阻抗，ztrxd是数据通信单元的阻抗，以及zrxp是从rf电力接收单元反射的阻抗。

图3c、3d和3e是分别示出图3a所示的自由空间设置中的数据通信单元、rf电力单元和共用天线的阻抗ztrxd、zrxp和zcant的史密斯圆图。

图3f和3g是分别示出图3a的自由空间设置中的通信单元trxd和rf电力接收单元rxp的回波损耗s33和s22的曲线图，其中，示出在对组合式部件的工作效率的环境影响(虚线)上附加功率滤波器的影响(实线)。

图3h和3i分别是图3a的自由空间设置中的、通信单元trxd和连接至功率滤波器的共用天线cant之间、以及rf电力接收单元rxp和连接至功率滤波器的共用天线cant之间的插入损耗s31和s21的曲线图示，其中，示出在对组合式部件的工作效率的环境影响(虚线)上附加功率滤波器的影响(实线)。

图4a是示出图3a所示的具有组合式通信和充电部件的duc的示意图，其中，组合式通信和充电部件在充电区设置中(即，当duc定位在具有rf电力发送模块的充电装置附近或之内时)以至少共用天线定位在充电区之内的方式共享连接至功率滤波器的共用天线。

图4b是示出从图4a所示的组件反射的阻抗的示意图，其中，ztxa和ztxp是从rf发送天线以及从rf发送单元的电力发送器反射的阻抗，z'cant是从连接至功率滤波器的共用天线反射的阻抗，z'pf是当接收到的信号功率在(0)至(40)dbm的范围中时从功率滤波器反射的阻抗，zrxp是从rf接收单元反射的阻抗，以及ztrxd是从通信单元反射的阻抗，所有这些组件都处于充电区内的图4a所示的设置中。

图4c、4d和4e是分别示出处于充电区设置下的、图4b的数据通信单元、rf电力接收单元和共用天线的阻抗ztrxd、zrxp和z'cant的史密斯圆图。

图4f和4g是分别示出数据通信单元trxd和rf电力接收单元rxp在位于充电装置附近(虚线)以及具有功率滤波器的附加影响(实线)时的单元回波损耗s33和s22的曲线图。

图4h和4i是分别示出当duc位于充电装置附近或之内(虚线)以及具有功率滤波器的附加影响(实线)时通信单元trxd和共用天线cant之间、以及rf电力接收单元rxp和共用天线cant之间的单元插入损耗s31和s21的曲线图。

图5是根据本发明的示例的功率滤波器的示意框图。

图6是具有图3和4的功率滤波器的组合式通信和充电部件的示意图示，其示出依赖于所接收到的信号的功率级的功率滤波器、通信单元和充电单元的阻抗行为。

图7是示出组合式部件的通信单元和充电单元之间的双重级别的隔离效果的曲线图示，其中，该双重级别的隔离效果通过包含组合式部件的duc周围的环境的第一隔离、本发明的在功能上使得两个单元能够在相似或相同的频率中工作并且能够在充电期间不损坏通信单元的情况下共享共用天线的功率滤波器实现的第二隔离来实现的。

具体实施方式

此处公开的主题涉及一种组合式充电和通信部件，其共享被配置为包含在可再充电装置内的共用天线，其中，充电单元被配置为且能够工作以允许通信单元的正常运行并且防止可能以高功率级发送值发生的损坏。这可以通过以如下的方式设计组合式部件来实现：共用天线的阻抗的变化与定位可再充电装置的环境设置的变化相关。在将可再充电装置的位置从自由空间设置变为充电装置设置时，共用天线的阻抗以天线与通信单元/充电单元匹配/失配的方式变化，以防止高功率级的通信单元可能发生的损坏。

本发明还涉及一种功率滤波器，其被配置为根据所接收到的信号的功率级来提高单元的阻抗匹配并且允许组合式部件中的单元之间的双重隔离，尽管这些单元共享共用天线并且被配置为在相邻/相同的频带中工作。

尽管本公开内容的各种特征可能在单个实施例的上下文中描述，但这些特征还可以单独地或者以任何适合的组合提供。相反，尽管为了清楚起见本公开内容可能在单独的实施例的上下文中描述，但本公开内容还可以在单个实施例中实现。此外，应当理解，本公开内容能够以各种方式执行或实施，并且本公开内容可以在除以下描述的典型实施例以外的实施例中实现。说明书以及权利要求书中呈现的描述、示例和材料应当不被理解为限制性的，而被理解为说明性的。

因此，在本发明的一个实施例中，提供了一种用于无线可再充电装置的组合式通信和充电部件，其被配置为允许相邻/相同频率中的rf充电和数据收发。组合式通信和充电部件包括充电单元和通信单元，这两个单元共享共用天线，其中，通过环境影响和/或通过根据信号强度而对所接收到的信号进行滤波来确定和交替地进行所述单元的工作。

本发明还涉及一种新颖的功率滤波器，其被配置为根据信号的功率级选择性地向可再充电装置的组合式充电和通信部件中的共享共用信号源的通信单元和充电单元传递信号，所述功率滤波器被配置为通过使所述通信单元的工作范围阻抗与所述共用信号源的阻抗相匹配来传递所接收到的低功率信号，并且还被配置为通过使所述充电单元的工作范围阻抗与所述共用信号源的阻抗相匹配来传递所接收到的高功率信号。

本发明还涉及一种用于在具有根据以上所述的组合式通信和充电部件的无线可再充电装置的相邻/相同频带中使能rf无线充电和数据收发的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将所述无线可再充电装置定位成远离充电区，以允许所述共用天线作为通信天线而工作；以及(b)将所述无线可再充电装置定位在无线充电装置之内/之上，以允许所述共用天线作为rf充电电力接收天线而工作。

以下是仅通过示例的方式并且参考附图的描述，其中，附图是使当前主题生效的一种方法的图解表示。

图1a-1i描述了集成在duc中的、具有共享共用天线的rf充电单元和通信单元的组合式部件的自由空间设置，其中，共用天线被配置为在相似/相同的频率中用作通信天线并且用作接收充电电力的天线。

图1a是具有共享共用天线150的rf电力接收单元130和高级通信单元110的组合式通信和充电部件100的主要组件的示意图，其中，组合式部件100被配置为集成在无线可充电装置111内。共用天线150被配置为用作通信天线并从收发单元110接收数据和向收发单元110发送数据、并且还用作接收天线并根据duc111周围的环境条件(即根据存在或不存在无线充电装置和功能充电区)来向电力接收单元130递送rf电力。在该图所示的设置中，duc111定位在自由空间设置中。图1b中示出该设置中的共用天线的状况和每个组件的反射阻抗。

如图所示，在自由空间设置中，数据收发单元110的阻抗ztrxd与共用天线的阻抗zcant以及反射阻抗ztrxd相匹配，而rf电力接收单元130不与共用天线以及反射阻抗zrxp相匹配。在这种情况下，不发生充电，并且duc仅能够接收和发送数据。

这种状况通过图1c-1e的史密斯圆图而图形化地示出。该设置中的收发单元110与共用天线相匹配，因此，收发单元阻抗ztrxd1101接近如史密斯圆图所示的z0，因为定位在史密斯圆图的中心点z0附近的曲线意味着适当的数据传输(图1c)。在相同的设置下，rf电力接收单元130位于充电区的外部，因此，该单元不与共用天线150相匹配，在该设置中，接收单元阻抗zrxp1301不等于z0并且表示为远离史密斯圆图的中心点z0而定位的曲线，这意味着电力接收单元未接收到电力(图1)。共用天线150的阻抗zcant1501是图1e中所示的z0。在该设置中，共用天线与数据收发单元(通信单元)相匹配，因此，zcant在史密斯圆图上表示为定位在该史密斯圆图的中心点z0处的曲线，这意味着共用天线阻抗与通信单元阻抗相匹配、并且天线和通信单元之间发生适当的数据传输。

图1f和1g是分别示出针对给定频带的自由空间设置中(即，当duc定位在充电区的外部时)的通信单元和电力接收单元的匹配状况和不匹配状况中的回波损耗值的曲线图。在该设置中，针对通信单元trxd回波损耗s33(db)所获得的值和图案表示通信单元的收发器和共用天线之间的匹配状况，这意味着反射回了可忽略量的入射功率。相比之下，功率接收单元rxp回波损耗s22值接近0db，并且所获得的图案表示不匹配的状况，这意味着反射回了从共用天线接收到的大部分入射功率。因此，在自由空间中，共用天线在功能上作为通信天线而工作，并且不使能任何实质性的充电。

图1h和1i是分别示出图1a的自由空间设置中的通信单元trxd和共用天线cant之间的插入损耗s31、以及rf功率接收单元rxp和共用天线cant之间的插入损耗s21的曲线图。在该设置中，将从天线接收到的大部分功率递送至通信单元，因此，插入损耗值最小(接近0db)。因此，rf电力接收单元rxp和共用天线cant之间的插入损耗s21值相对较高，这是因为只有可忽略的从共用天线接收到的电力被递送至电力接收单元，而大部分电力都被反射回天线。

图2a示出图1a中的具有组合式通信和充电部件100的duc111，其中，组合式通信和充电部件100包括在如下设置中共享共用天线的数据通信单元和rf电力接收单元：duc定位在无线充电装置200之内或之上，这依赖于充电装置200的结构和形状是封闭的还是半封闭的腔室或平面。在该设置中，duc111定位在发送单元210和发送天线220附近的充电区内。

新的设置影响从图2b所示的组件反射的阻抗。在这种状况下，对发送单元的阻抗(发送天线220为ztxa，而发送器210为ztxp)进行匹配以发送rf电力。共用天线150的阻抗变为z'cant，并且该阻抗现在与从rf电力接收单元反射的阻抗zrxp相匹配，这是因为两个天线——共用天线和rf电力发送天线都位于充电区内并且它们之间发生了耦合。在该设置下，共用天线150用作接收天线，并且可能发生充电。在该设置下，从通信单元110反射的阻抗ztrxd处于与共用天线150不相匹配的状况下，因此不能向共用天线150发送数据或者经由共用天线150接收数据。

这种状况通过图2c-2e的史密斯圆图而图形化地示出，其中，ztrxd1101表示通信单元110的阻抗；zrxp1301表示rf电力接收单元130的阻抗，以及z'cant1501表示充电区内的共用天线150的阻抗。在该设置中，ztrxd1101远离史密斯圆图的中心点z0，表示通信单元不与共用天线相匹配，而rf电力接收单元130和共用天线150相匹配。rf电力接收单元的反射阻抗zrxp1301在史密斯圆图上显示为图的中心点z0附近的曲线(表示良好的匹配状况)，而共用天线的反射阻抗z'cant1501在史密斯圆图上显示为图的中心点z0上的曲线(表示匹配状况)。史密斯圆图上的曲线的位置意味着存在从共用天线150到电力接收单元130的适当电力传输、以及到通信单元110的可忽略的电力传输，因为该通信单元110在该设置下不与共用天线相匹配。

图2f和2g分别示出根据针对图2a的设置中的给定频带的不匹配状况和匹配状况的通信单元130和接收单元110的回波损耗值。在该设置中，针对通信单元trxd回波损耗s33(db)所获得的值和图案表示数据收发单元和共用天线之间的不匹配状况。因此，反射回了该设置下的大部分入射功率，并且duc不发送或接收任何数据。相比之下，接收单元rxp回波损耗s33值(db)和图案反射共用天线和电力接收单元之间的匹配状况，这意味着反射回了可忽略量的入射功率，并且可以接收rf电力以供充电。

图2h和2i是分别示出图2a的充电区设置中的通信单元trxd和共用天线cant之间的插入损耗s31、以及rf电力接收单元rxp和共用天线cant之间的插入损耗s21的曲线图。在该设置中，将从天线接收到的大部分电力递送至rf电力接收单元，因此，插入损耗s21值很高(接近0db)。因此，通信单元trxd和共用天线cant之间的插入损耗s31值相对较高，这是因为只有可忽略的从共用天线接收到的电力被递送至通信单元，而大部分电力都被反射回天线。

图3a是主题的另一可选实现的示意图示，其中，组合式通信和充电部件300包括共享共用天线的rf电力单元rxp、高级通信单元trx数据，其中，这些单元在自由空间设置中经由功率滤波器而连接至天线。

此处提供的新颖的功率滤波器300被配置为根据所接收到的信号的功率级来对该信号进行滤波。以这种方式，将共用天线所接收到的低功率信号引导至通信单元110，而将共用天线150所接收到的高功率信号引导至rf电力接收单元120。通过这种滤波，功率滤波器在功能上使通信单元和充电单元隔离，尽管这两个单元连接至相同的天线并且在相似或相邻的频带中工作。这种功能隔离允许这两个单元的共存以及共用组件的共享，而不对通信单元造成任何可能由于该单元暴露于适用于充电的高功率信号而发生的损害。下文中参考图5-7而提供了对本发明的功率滤波器的工作模式和特性的详细描述。与图1和2中的组合式部件100类似，组合式部件130也被配置为且能够工作以组装在正在充电的装置333中。

图3b是示出从处于自由空间设置下的图3所示的单元反射的阻抗的示意图，其中，zcant是从共用天线150反射的阻抗，zpf是当接收到的信号功率级在(-85)至(-10)dbm的范围中时功率滤波器170的阻抗，ztrxd是数据通信单元110的阻抗，以及zrxp是从rf电力接收单元130反射的阻抗。

这种状况通过图3c-3e的史密斯圆图而图形化地示出。该设置中的数据通信单元110与共用天线150相匹配，因此，表示反射阻抗ztrxd1101的曲线定位在史密斯圆图的中心点z0上，这意味着最优的数据传输(图3c)。最优匹配是通过环境条件(自由空间设置)所获得的通信单元和充电单元之间的双重级别的隔离效果、以及进一步地通过功率滤波器而实现的。在相同的设置下，rf电力接收单元130位于充电区的外部，因此，该单元不与共用天线150相匹配。因此，在该设置中，rf电力接收单元的反射阻抗zrxp1301不等于z0并且表示为远离史密斯圆图的中心点z0而定位的曲线，这意味着电力接收单元仅接收到可忽略的电力(图3d)。共用天线的反射阻抗zcant1501等于z0，如图3e所示。在该设置中，共用天线150与数据收发单元(通信单元)完全匹配，因此，zcant在史密斯圆图上表示为定位在史密斯圆图的中心点z0处的曲线，这意味着共用天线和通信单元之间发生适当的数据传输。

图3f和3g是分别示出图3a的自由空间设置中的通信单元trxd和rf电力接收单元rxp的回波损耗s33和s22的曲线图，其中，示出在对组合式部件中所包括的单元的阻抗匹配的环境影响(虚线)上附加功率滤波器170的影响(实线)。

在这些曲线图中，针对通信单元trxd回波损耗s33(db)所获得的值和图案表示在自由空间设置的环境条件下trxd和共用天线之间的良好的匹配(虚线)，这种良好的匹配进一步地通过在自由空间设置中仅允许低功率信号通过的功率滤波器来改进，从而意味着反射回了可忽略量的入射功率。相比之下，电力接收单元rxp回波损耗s22值接近0db，并且在功率滤波效果之后，该值更接近0db，这是因为滤波器防止了高功率信号通过。所获得的图案表示失配的状况，其意味着反射回了从共用天线接收到的几乎所有的入射功率。因此，在自由空间中，共用天线在功能上用作通信天线，并且不使能任何充电，并且功率滤波器在功能上改进了组合式部件的单元内的匹配和不匹配状况。

图3h和3i分别是处于图3a的自由空间设置下的、通信单元trxd和连接至功率滤波器的共用天线cant之间、以及rf电力接收单元rxp和连接至功率滤波器的共用天线cant之间的插入损耗s31和s21的曲线图示，其中，在环境影响(虚线)上附加功率滤波器(实线)改进了共用天线和数据通信单元之间的发送。从天线接收到的大部分电力被递送至通信单元，因此，插入损耗值最小(接近0db)。插入损耗s31值在功率滤波效果之后甚至下降，其中，这种功率滤波效果在功能上使得在自由空间设置中仅能够通过低功率信号。因此，所获得的值与在没有功率滤波器(虚线)的情况下获得的值相比更接近0db(实线)。作为结果，rf电力接收单元rxp和共用天线cant之间的插入损耗s21值相对较高(虚线)，并且通过功率滤波器的工作而进一步地增加(实线)，这是因为只有可忽略的从共用天线接收到的电力被递送至电力接收单元，而所接收到的几乎所有的电力都被反射回天线。

图4a是示出在改变包括具有功率滤波器的组合式通信和充电部件300的duc的环境条件并且将该duc定位在无线充电装置之内(当充电装置是封闭或半封闭的腔室时)或之上(当充电装置是面时)时所述组合式通信和充电部件的反射阻抗的示意图。在该设置中，由于充电装置包括rf电力发送模块，所以如以下将会详细描述地，创建了影响共用天线的阻抗并因此影响该模块的工作模式的充电区。图4a是该设置中相关的主要组件的示意框图，其中，该设置包括无线充电装置200，该无线充电装置200包括发送天线220、tx电力发送器210、以及定位在无线充电装置200之内/之上并且包括组合式通信和充电部件300的duc333，其中该组合式通信和充电部件300包含经由功率滤波器170而连接至电力接收单元rx130和数据接收单元trx数据110的共用天线150。图4b中示出从以上组件反射的阻抗，其中，ztxa和ztxp分别是从rf发送天线以及从rf发送单元的电力发送器反射的阻抗，z'cant是从连接至功率滤波器的共用天线反射的阻抗，z'pf是当接收到的信号功率在(0)至(40)dbm的范围中时从功率滤波器反射的阻抗，zrxp是从rf接收单元反射的阻抗，以及ztrxd是从通信单元反射的阻抗，所有这些组件都处于充电区设置中。在该设置中，功率滤波器与rf电力接收单元相匹配，因此，(在0-40dbm的范围中的)高功率级信号仅被引导至该rf电力接收单元。同时，由于通信单元处于与功率滤波器不相匹配的状况下，所以接收到的功率不被该滤波器引导至通信单元，并且作为结果，通信单元受到保护以免受所接收到的高功率信号对该通信单元的电气组件可能造成的可能的损坏。

示出史密斯圆图图示的图4c-4e中进一步地示出该设置中的这些单元的阻抗匹配和不匹配。在这些图中，数据通信单元的反射阻抗ztrxd1101由远离图的中心z0而定位的曲线表示，这反映出该单元和共用天线之间的不匹配状况，从而意味着在该设置中不能进行任何通信。rf电力接收单元的反射阻抗zrxp1301和共用天线的反射阻抗z'cant1501完全匹配，因为两者的曲线都定位在图的中心(等于z0)，这意味着共用天线有效地将所接收到的rf高功率信号递送至rx功率接收单元。rx电力接收单元的曲线1301在图的中心处的定位反映出单元之间的阻抗匹配由于它们之间连接的功率滤波器而进行了优化，其中，功率滤波器在处于充电区设置中时选择性地仅允许高功率级信号通过。

图4f和4g是分别示出数据通信单元trxd和rf电力接收单元rxp在处于充电区设置中(虚线)以及具有功率滤波器的附加影响(实线)时的回波损耗值s33和s22的曲线图。在充电区设置中，针对通信单元trxd回波损耗s33(db)所获得的值和图案表示数据收发单元和共用天线之间的不匹配状况。因此，反射回了该设置下的大部分入射功率(虚线)。在通信单元和共用天线之间附加在该设置中选择性地允许高功率级信号通过的功率滤波器进一步增加了回波损耗s33，因为所获得的值接近0db(实线)。相比之下，接收单元rxp回波损耗s22值(db)和图案反映出共用天线和电力接收单元之间的良好的匹配(虚线)，这种良好的匹配进一步地通过功率滤波器的选择性来改进，从而意味着反射回了可忽略量的入射功率，并且在充电区设置中可以接收rf电力以供充电。

图4h和4i是分别示出当包括如下单元的duc定位在充电装置附近或之内(虚线)以及具有功率滤波器的附加影响(实线)时通信单元trxd和共用天线cant之间、以及rf电力接收单元rxp和共用天线cant之间的插入损耗s31和s21值的曲线图。从天线接收到的大部分电力被递送至rf电力接收单元，因此，插入损耗s21值最大(接近0db)，并且该值通过功率滤波器的附加选择性而进一步地提高。相反，由于只有可忽略的从共用天线接收到的电力被递送至通信单元，所以通信单元trxd和共用天线cant之间的插入损耗s31值相对较高(虚线)，并且因为天线所接收到的大部分电力经由滤波器被递送至充电单元、而其余接收到的信号由于通信单元和功率滤波器、以及通信单元和共用天线在都定位于充电区内时它们之间的不匹配状况而被反射回，所以该插入损耗s31值通过功率滤波器的工作而进一步地增加(实线)。

图5是根据本发明的示例的功率滤波器170的工作区域的示意框图。在此处所示的示例中，功率滤波器170包括至少两个预先设计的阻抗匹配块zpf1和zpf2。具有阻抗匹配zpf1的第一块被配置为在(-85)dbm至(-10)dbm之间的功率级中工作。在这些功率级处，zpf1与自由空间设置中的共用天线的阻抗zcant相匹配，并且还与从通信单元反射的阻抗相匹配。因此，在该功率级范围中从天线接收到的信号可以朝向通信单元通过滤波器，以允许数据传输。具有阻抗匹配zpf2的第二块被配置为在(0)dbm至(40)dbm之间的功率级中工作。这些功率级处，zpf2与充电区设置中的共同天线的阻抗z'cant相匹配，并且还与从rx电力接收单元反射的阻抗相匹配。因此，在该功率级范围中从天线接收到的信号可以朝向rx电力单元通过滤波器，以允许充电。

图6是根据所接收到的信号的功率级(dbm)的功率滤波器、通信单元和充电单元的阻抗的曲线图示。由于这两个单元被配置为在相邻/相同的频率中工作，因此，为了获得良好的通信能力以及对duc的高效无线充电，除了作为参考图1-5而详细描述的环境对单元阻抗(自由空间设置或充电区设置)的影响的结果的单元的阻抗匹配/失配之外，通信单元和rx电力接收单元各自的阻抗还应该根据所接收到的信号的功率级来与共用天线的阻抗相匹配。

在此处所示的特定示例中，功率滤波器终端的共轭阻抗zpf1*被配置为在自由空间设置中在(-85)至(-10)的范围之间的低功率级中与通信单元的阻抗ztrxd相匹配。该范围是通信单元的工作范围，因此，功率滤波器与显示为单虚线的该范围相匹配。当所接收到的信号的功率级上升至(-10)db以上时，在这种情况下，ztrxd超过其工作范围，因此，其阻抗急剧变化，并且发生不匹配的状况。在该情况下，通信单元不与zpf1*相匹配。

在(-85)至(-10)dbm的范围下，rx电力接收单元不与功率滤波器相匹配，并且只有当所接收到的信号的功率级上升时，功率滤波器的共轭阻抗zpf2*才与充电区设置中的rx电力接收单元的反射阻抗相匹配。匹配状况发生在(0)dbm至(40)dbm的范围中，该范围是显示为单实线的zrxp的工作范围。当所接收到的信号的功率级上升到(40)db以上时，zrxp超过其工作范围，因此其阻抗急剧变化，并且发生不匹配的状况。在该情况下，充电单元不与zpf2*相匹配。

在duc周围的环境恒定(即不发生环境变化)的单一隔离模式中，单一源的阻抗是恒定的，阻抗zpf1*等于zpf2*，并且隔离根据通信单元和电力接收单元工作范围的匹配和不匹配状况而仅取决于功率滤波器的滤波。

图7是汇总了组合式部件的通信单元和充电单元之间的双重隔离效果的曲线图示，尽管这两个单元共享共用天线并且在相邻/相同的频带中工作。曲线图分为四个子图，这四个子图示出具有功率滤波器的组合式部件的不同组件根据自由空间设置中以及(充电区设置中的)充电装置之内/之上的接收信号的功率级(x轴)的阻抗变化(y轴)。

在自由空间设置中(图①②)，只要所接收到的信号的功率级在(-85)至(-10)dbm的范围中(图①)，则数据通信单元的反射阻抗ztrxd与共用天线的共轭阻抗zcant*相匹配。在该范围中，实现最大匹配，并且可能发生最优数据通信。当所接收到的信号的功率级在相同的设置中增加时，通信单元的阻抗ztrxd发生变化，并且不再与共用天线单元的共轭阻抗zcant*相匹配。

当所接收到的信号的功率级在(0)至(40)dbm的范围中(图②)时，rx电力接收单元的阻抗zrxp改变但仍保持不与共轭阻抗zcant*相匹配，这是因为duc不在充电装置之内/之上(即不在充电区以内)并且rxp单元的阻抗变化仅由于功率滤波器的工作而获得。

当环境设置发生变化(图③④)并且duc定位在(充电区内的)无线充电装置之内或之上时，只要所接收到的信号功率在(0)至(40)dbm的范围中，共用天线的共轭阻抗和rx电力接收单元之间的匹配就很高(zrxp＝z'cant*)。

在充电区设置内，当所接收到的信号的功率级在(-85)至(-10)dbm的范围中，接收电力单元的阻抗发生变化，并且rx电力接收单元和共用天线的共轭阻抗之间不发生匹配。

在该范围中，通信单元的阻抗ztrxd也发生变化但仍保持不与共轭阻抗zcant*相匹配，这是因为duc位于充电装置之内/之上(即位于充电区以内)并且通信单元的阻抗变化仅由于功率滤波器的工作而获得(图④)。

应当清楚，本说明书中阐述的实施例和附图的描述仅用于更好地理解本发明，而不限制其范围。还应当清楚，本领域技术人员在阅读本说明书之后可以对本发明仍将涵盖的附图和上述实施例作出调整或修改。