CN102544756A - 一种近场和远场通用无线充电托盘天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种近场和远场通用无线充电托盘天线。包括外壳，外壳内部有主电路板和液晶显示模块，主电路板为三层以上电路板，正面包括矩阵分布的贴片天线阵、交替排列在贴片天线阵间的互感线圈和设置在每个互感线圈中的红外线对管；背面包括近场无线充电模块、远场无线充电模块、传感器模块和控制模块；中间层电路板均为电路走线层；控制模块通过数据线与液晶显示模块、近场无线充电模块、远场无线充电模块和传感器模块连接；主电路板正面电路与背面电路通过通孔相连。本发明可以使一个无线充电托盘天线兼具近场充电和远场充电功能。通过传感器检测充电设备，关闭不需要工作的模块，以及控制天线阵的能量辐射方向，从而节约能源。

Description

一种近场和远场通用无线充电托盘天线
技术领域
本发明涉及电子产品无线充电设备，具体涉及一种近场和远场通用无线充电托盘天线。
背景技术
随着无线充电技术的成熟，无线充电效率的提高，再加上无线充电技术免除了传统充电方式对插座的依赖，更加安全与便捷，所以越来越多的产品采用了无线充电技术，预计未来这种无线充电技术会广泛用于日常生活中，比如办公室、机场、酒店等场合，给人们的日常生活提供了极大的便利。然而，现有无线充电主要以采用线圈互耦的近场充电方式为主，采用近场无线充电技术的充电设备需要将待充电设备放置在能量发射源表面，这样也存在一定的不便性。
发明内容
为了克服近场无线充电设备工作距离过近的缺点，使无线充电设备兼具近场和远场充电功能，本发明设计了一种近场和远场通用的无线充电托盘天线。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
近场和远场通用无线充电托盘天线包括外壳，外壳内部有主电路板和液晶显示模块，主电路板为三层以上电路板，主电路板正面包括矩阵分布的贴片天线阵、交替排列在贴片天线阵间的互感线圈和设置在每个互感线圈中间的红外线对管；主电路板背面包括近场无线充电模块、远场无线充电模块、传感器模块和控制模块；所有中间层电路板均为电路走线层；控制模块通过数据线与液晶显示模块连接，控制模块还与近场无线充电模块、远场无线充电模块和传感器模块通过数据线连接，每个贴片天线通过各自的通孔与主电路板背面的远场无线充电模块连接，每个互感线圈的两端分别通过各自的通孔与主电路板背面的近场无线充电模块连接，每对红外线对管与传感器模块连接。
所述远场无线充电模块由一个信号源产生正弦波信号，经过放大器放大后，再经过两级一分四功分器分成十六路正弦波信号，每一路正弦波信号都先后经过射频开关、可控移相器、功率放大器和带通滤波器，最后正弦波信号通过微带线传给贴片天线。
所述近场无线充电模块由控制模块产生低频信号，经过一个低通滤波器后分成九路信号，每一路信号都通过一个可控开关，然后再由一个N型场效应管对信号放大后传给互感线圈。
所述传感器模块包括红外线对管，红外线对管组成的电路产生的红外传感器信号通过数据线传给控制模块。
所述控制模块是一块FPGA芯片，FPGA芯片产生的射频开关控制信号和相位控制信号通过数据线分别传给远场无线充电模块中的射频开关和可控移相器；FPGA芯片产生的开关控制信号通过数据线传给近场无线充电模块中的可控开关，FPGA芯片产生的低频信号作为近场无线充电模块的输入信号；FPGAFPGA芯片产生的液晶控制信号通过数据线控制液晶显示模块；传感器模块产生的红外传感器信号和按键电路产生的按键信号都通过数据线传给FPGA芯片。
所述托盘天线上表面有一层透明保护层，其材质为玻璃或有机玻璃。
本发明具有的有益的效果是：
1、本发明可以使一个无线充电托盘天线兼具近场充电和远场充电功能。
2、本发明通过传感器检测充电设备，控制对应的线圈或者天线工作，减小因不必要部件工作造成的能量浪费。
3、本发明通过控制天线阵的波束方向使能量朝指定方向辐射，提高充电效率。
4、本发明具有使用简单，功能强大，适用性广等特点。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是图1的剖视图。
图3是本发明去除上表面透明保护层后的俯视图。
图4是本发明中贴片天线的主视图。
图5是图4中贴片天线A-A面的剖视图。
图6是本发明中贴片天线的后视图。
图7是本发明中互感线圈和红外线对管的结构图。
图8是本发明中远场无线充电模块和控制模块的原理框图。
图9是本发明中近场无线充电模块的原理框图。
图10是本发明中传感器模块的电路原理图。
图11是本发明中按键部分的电路原理图。
图12是本发明中显示模块的原理框图
图中：1、透明保护层，2、外壳，3、主电路板，4、DMF5001液晶显示模块，5、数据线，6、按键，7、贴片天线，8、互感线圈，9、控制面板，10、微带线，11、中间层电路板，12、红外线对管，13、通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明近场和远场通用无线充电托盘天线包括外壳2，外壳内部有主电路板3和DMF5001液晶显示模块4，主电路板3为三层以上电路板；如图3所示，主电路板3正面包括4 x 4矩阵分布的贴片天线7阵、3 x 3矩阵分布的互感线圈8和设置在每个互感线圈8中间的红外线对管12，每个互感线圈8在四个相邻贴片天线7中间；主电路板3背面包括近场无线充电模块、远场无线充电模块、传感器模块和控制模块；所有中间层电路板11均为电路走线层；控制模块通过数据线5与DMF5001液晶显示模块4连接，控制模块还与近场无线充电模块、远场无线充电模块和传感器模块通过数据线连接；如图4、图5、图6所示每个贴片天线7通过各自的通孔13经各自的微带线10与主电路板3背面的远场无线充电模块连接；如图7所示每个互感线圈8的两端分别通过各自的通孔13与主电路板3背面的近场无线充电模块连接，每对红外线对管12与传感器模块连接。
如图8所示，所述远场无线充电模块由一个信号源产生正弦波信号，经过放大器放大后，再经过两级一分四功分器分成十六路正弦波信号，每一路正弦波信号都先后经过射频开关、可控移相器、功率放大器和带通滤波器，最后正弦波信号通过微带线10传给贴片天线7。
如图9所示，所述近场无线充电模块由控制模块产生低频信号，经过一个低通滤波器后分成九路信号，每一路信号都通过一个可控开关，然后再由一个N型场效应管对信号放大后传给互感线圈8。
如图10所示，所述传感器模块主要由红外线对管12组成，红外线对管12组成的电路产生的红外传感器信号通过数据线传给控制模块。
如图8、图11和图12所示，所述控制模块是一块FPGA芯片，FPGA芯片产生的射频开关控制信号和相位控制信号通过数据线分别传给远场无线充电模块中的射频开关和可控移相器；FPGA芯片产生的开关控制信号通过数据线传给近场无线充电模块中的可控开关，FPGA芯片产生的低频信号作为近场无线充电模块的输入信号；FPGA芯片产生的液晶控制信号通过数据线控制DMF5001液晶显示模块4；传感器模块产生的红外传感器信号和按键6产生的按键信号都通过数据线传给FPGA芯片。
所述托盘天线上表面有一层透明保护层1，其材质为玻璃或有机玻璃。
本发明的工作原理如下：
如图6所示，在远场无线充电情况下，一个信号源产生的正弦波信号首先通过一个放大器放大后，接着经过两级一分四功分器分成完全相同的十六路正弦波信号，这十六路正弦波信号分别通过一个由FPGA芯片控制的射频开关和一个由FPGA芯片控制的可控移相器后，再经过功率放大器放大，然后经带通滤波器滤波，再通过微带线10传给贴片天线7，由贴片天线7将能量发射出去；本发明共有十六个贴片天线7组成天线阵列，可以通过FPGA芯片控制可控移相器，改变十六路信号的相位，从而改变十六个贴片天线组成的天线阵列的辐射方向，使辐射方向对准需要充电的设备，降低能量损失。
如图7和图8所示，在近场无线充电情况下，FPGA芯片产生的低频信号首先通过一个低通滤波器滤波后分成九路信号，每一路信号分别通过一个由FPGA开关控制信号控制的可控开关，再由一个N型场效应管放大后传给互感线圈8，当可控开关闭合时，该可控开关对应的互感线圈工作；当可控开关分离时，该可控开关对应的互感线圈停止工作。当有一个待充电设备放在托盘天线上时，该待充电设备将红外线对管中的红外线发射管发出的红外线反射到红外线接收管中，使红外线接收管两端的电压变为低电平，FPGA芯片检测到电压改变，于是发送开关控制信号到可控开关，使电压变为低电平的红外线对管位置的互感线圈工作；反之，如果待充电设备离开托盘天线后，红外线接收管两端的电压变为高电平，FPGA芯片检测到电压改变，于是发送开关控制信号到可控开关，使电压变为高电平的红外线对管位置的互感线圈停止工作。
如图9所示，按键按下时，输入到FPGA芯片的按键信号是高电平信号；按键弹起时，输入到FPGA芯片的按键信号是低电平信号，FPGA芯片通过检测电平的改变判断用户的输入状态，从而改变托盘天线的工作状态。
如图10所示，FPGA芯片输出液晶控制信号到DMF5001液晶显示模块，可以将托盘天线的工作状态显示到液晶屏幕上。

Claims (6)

1.一种近场和远场通用无线充电托盘天线，其特征在于：近场和远场通用无线充电托盘天线包括外壳，外壳内部有主电路板和液晶显示模块，主电路板为三层以上电路板，主电路板正面包括矩阵分布的贴片天线阵、交替排列在贴片天线阵间的互感线圈和设置在每个互感线圈中间的红外线对管；主电路板背面包括近场无线充电模块、远场无线充电模块、传感器模块和控制模块；所有中间层电路板均为电路走线层；控制模块通过数据线与液晶显示模块连接，控制模块还与近场无线充电模块、远场无线充电模块和传感器模块通过数据线连接，每个贴片天线通过各自的通孔与主电路板背面的远场无线充电模块连接，每个互感线圈的两端分别通过各自的通孔与主电路板背面的近场无线充电模块连接，每对红外线对管与传感器模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种近场和远场通用无线充电托盘天线，其特征在于：所述远场无线充电模块由一个信号源产生正弦波信号，经过放大器放大后，再经过两级一分四功分器分成十六路正弦波信号，每一路正弦波信号都先后经过射频开关、可控移相器、功率放大器和带通滤波器，最后正弦波信号通过微带线传给贴片天线。
3.根据权利要求1所述的一种近场和远场通用无线充电托盘天线，其特征在于：所述近场无线充电模块由控制模块产生低频信号，经过一个低通滤波器后分成九路信号，每一路信号都通过一个可控开关，然后再由一个N型场效应管对信号放大后传给互感线圈。
4.根据权利要求1所述的一种近场和远场通用无线充电托盘天线，其特征在于：所述传感器模块包括红外线对管，红外线对管组成的电路产生的红外传感器信号通过数据线传给控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种近场和远场通用无线充电托盘天线，其特征在于：所述控制模块是一块FPGA芯片，FPGA芯片产生的射频开关控制信号和相位控制信号通过数据线分别传给远场无线充电模块中的射频开关和可控移相器；FPGA芯片产生的开关控制信号通过数据线传给近场无线充电模块中的可控开关，FPGA芯片产生的低频信号作为近场无线充电模块的输入信号；FPGAFPGA芯片产生的液晶控制信号通过数据线控制液晶显示模块；传感器模块产生的红外传感器信号和按键电路产生的按键信号都通过数据线传给FPGA芯片。
6.根据权利要求1所述的一种近场和远场通用无线充电托盘天线，其特征在于：所述托盘天线上表面有一层透明保护层，其材质为玻璃或有机玻璃。
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