CN116711184A - 使用一个或多个传感器来检测无线功率发射场的禁区中的物体并对其进行分类的***和方法以及具有集成传感器布置的天线 - Google Patents
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Abstract
一种无线功率发射***(WPTS)包括传感器、天线、功率放大器(PA)和集成电路(IC)。天线在接收到该PA的放大的信号时被配置为在WPTS的发射场(TF)内辐射能量。IC被配置为接收指示禁区(KOZ)内存在物体的传感器数据。IC被配置为使用该传感器数据将物体分类为敏感物体。当检测到存在敏感物体时，IC被配置为放弃向PA提供放大信号的指令。根据确定不再检测到敏感物体，IC被配置为确定电子设备是否在TF内，并且根据确定电子设备在TF内，IC被配置为指示PA放大信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是2021年11月30日提交的名称为“Systems and Methods for Using Oneor More Sensors to Detect and Classify Objects in A Keep-Out Zone of aWireless-Power Transmission Field,And Antennas with Integrated SensorArrangements[使用一个或多个传感器来检测无线功率发射场的禁区中的物体并对其进行分类的***和方法以及具有集成传感器布置的天线]”的美国专利申请号17/538,962的继续申请，该美国专利申请要求2020年12月1日提交的名称为“Systems and Methods forUsing One or More Sensors to Detect and Classify Objects in A Keep-Out Zoneof a Wireless-Power Transmission Field,And Antennas with Integrated SensorArrangements[使用一个或多个传感器来检测无线功率发射场的禁区中的物体并对其进行分类的***和方法以及具有集成传感器布置的天线]”的美国临时专利申请号63/120,184的优先权。
技术领域
本公开总体上涉及用于无线功率发射的***，并且更具体地涉及在无线充电***中使用一个或多个传感器(例如，包括测距传感器和物体分类传感器的两个传感器、或被配置为辅助测距和物体分类功能的一个传感器)来检测无线功率发射场的禁区中的物体并对其进行分类，以及具有用于在不使用波束成形控制的情况下在近场(NF)或NF+距离处无线发射能量的集成传感器布置的天线。
背景技术
用于消费类设备的无线充电***通常需要复杂且往往昂贵的部件来发射和接收无线输送的功率。传统地，无线功率发射器很难准确区分需要充电的有效无线功率接收器与异物、或者可能被无线输送的功率伤害的生命或生物有机体(例如，人类)。开发用于检测无线功率发射场内的物体并且对其进行分类两者的传感器布置也是具有挑战性的。一些传统充电设备的用户遇到了许多令人失望的问题，这些问题包括对包括磁条和/或RFID芯片(例如，***、安全徽章、护照、钥匙卡等)在内的物体造成损坏。此外，每当存在异物或者生命或生物有机体时，传统***会中断或终止充电。这导致许多用户失望的体验，因为他们体验到他们的设备充电中断，并且可能进一步地最终损坏他们日常使用的重要物品。此外，传统的无线充电***不利用专用的功率放大器控制器集成电路，更不用说能够辅助对异物(其可以包括生命或生物有机体)的分类和检测的集成电路了。
为了在远距离无线发射功率时产生集中的能量，许多现有解决方案使用波束成形，例如，控制相位和其他波形特性来产生相长和/或相消干涉图案，从而将功率束集中到某个位置的设备上。波束成形通常需要多个天线、波束成形算法控制电路和/或算法、以及多个功率放大器，所有这些增加了***的复杂性，并增加了整体***成本。
因此，将期望提供解决上述缺点的、用于无线发射和接收功率的***和方法。
发明内容
本文描述的无线功率发射***使得可以使用一个或多个传感器(例如，包括测距传感器和物体分类传感器的两个传感器、或被配置为辅助测距和物体分类功能的一个传感器，如与本文描述的天线集成的电容式传感器)来检测无线功率发射场的禁区中的物体并对其进行分类，并且还使得可以产生具有集成传感器布置的天线。在一些实施例中，根据本文描述的技术，***利用第一类型的传感器来检测禁区内的物体并且利用第二类型(不同于该第一类型)的传感器来对这些物体进行分类。在其他实施例中，单个传感器可以被配置为辅助测距功能(例如，检测禁区内的物体)和物体分类功能(例如，使用来自单个传感器的数据将物体分类为特定类型的物体)两者。以这种方式，例如，***能够检测到用户的手进入具有要充电的设备的禁区并且避免启动该设备的无线充电，直到确定用户的手已离开禁区为止。因此，本文描述的技术有助于确保无线功率的安全发射。
附加地，本文描述的无线功率发射***使得能够在充电操作期间仅使用单个功率放大器来连续控制辐射剖面以维持发射场内的功率水平，该功率水平被控制为保持在人类(以及其他潜在敏感物体)的安全阈值内，从而解决了上述一些问题。还可以检测到异物的存在(例如，可以在靠近充电表面和/或在充电表面上、和/或在更远的距离处时利用来自一个或多个传感器的数据检测到异物的存在)，并且功率放大器控制器可以用于帮助禁用、启用或调整辐射剖面以确保***安全运行(既保护人类用户又保护其他敏感物体)。
本文所公开的无线功率发射***的紧凑且具有成本效益的设计包括基于来自一个或多个传感器(例如电容式传感器、飞行时间传感器(例如，超声波飞行时间传感器等))的信息、阻抗测量、和/或依据经由带外BLE链路(或其他通信协议)从无线功率接收器接收的信息来启用和禁用的功率放大器(例如，在一些实施例中，仅给单个天线馈电的单个功率放大器)。在一些实施例中，本文所公开的无线功率发射***消除了使用复杂的波束成形***的需要(例如，即使波束成形控制可用，***也不需要使用它来产生对无线发射能量的受控输送)，该复杂的波束成形***需要附加的笨重电子部件和多个昂贵的功率放大器来控制多个天线/给多个天线馈电。
在一些实施例中，本文所公开的无线功率发射***包括多对天线和功率放大器(每对中只有一个功率放大器和一个天线)。每一对天线和功率放大器负责特定的充电区域，使得该对天线和功率放大器控制对被检测到位于特定充电区域内的任何接收器进行充电，并且这种受控充电是在不使用任何波束成形控制的情况下执行的。在一些实施例中，作为包括多对功率放大器和天线的***的补充或替代方案，无线功率发射***仅包括给多个天线馈电的一个功率放大器(例如，通过使用单个功率放大器给不同的天线馈电，降低了整个***的成本，但***仍然能够将天线指派到各个充电区域)。在一些其他实施例中，本文所公开的无线功率发射***包括多组天线和功率放大器(每组中仅一个功率放大器和多个天线)。每组多个天线和功率放大器负责特定的充电区域，使得该组多个天线和功率放大器控制对被检测到位于特定充电区域内的任何接收器进行充电，并且这种受控充电是在不使用任何波束成形控制的情况下执行的。一个或多个天线可以支持经由发射器处的RF算法控制的固定或可编程的RF能量图案(或剖面)，该RF算法限制功率放大器的能量水平，控制RF能量图案，并且所产生的充电区域在监管要求的限制内，以满足电场和SAR水平(例如，符合联邦通信委员会(FCC)要求的第15部分或第18部分)。
无线功率发射器设备的不同实施例可以包括i)单个功率放大器和单个天线，ii)单个功率放大器和两个或更多个天线，该功率放大器经由一个或多个馈源耦接到每个天线，iii)单个功率放大器以及两个或更多个天线，该功率放大器经由一个或多个开关选择性地耦接到天线，iv)单个功率放大器以及两个或更多个天线，该功率放大器经由一个或多个分流器耦接到天线，v)两个或更多个功率放大器和单个天线，vi)两个或更多个功率放大器和两个或更多个天线，单个功率放大器耦接到单个天线，vii)两个或更多个功率放大器和两个或更多个天线，这些功率放大器被动态地配置为与这些天线耦接。可以使用上文描述的实施例的不同组合。上文描述的实施例中的每一个都包括如本文描述的功率放大器控制器集成电路、用于执行本文描述的测距和物体分类功能的一个或多个传感器、和/或用于执行下文描述的方法的其他部件。
在一些实施例中，本文描述的无线功率发射***包括用于管理和控制功率放大器的操作的功率放大器控制器集成电路。功率放大器控制器集成电路控制功率放大器以提供RF信号，该信号当被提供给一个或多个天线时使RF能量发射不会伤害人类、异物和/或功率放大器。功率放大器控制器集成电路可以用于选择启用或禁用RF能量发射。功率放大器控制器集成电路可以接收来自一个或多个传感器的数据以允许其检测阻抗变化、对接收器进行分类、定位接收器、对人类和/或其他生命有机体进行分类、以及下文参考图5A至图7B描述的多个其他功能。
本文所公开的无线功率发射***包括近场+(NF+)***的功能，该NF+***能够通过空气将无线功率从发射器设备输送到充电区域内(但不与发射器设备直接接触)的多个接收器。NF+***针对成本、性能和合规性进行了优化/表征。出于本公开的目的，NF+范围是指发射器设备周围大约(由发射器设备以特定频率发射的功率波的)一个半波长或更短距离内的区。在一些实施例中，本文描述的无线功率发射***可以用于以下各项中的一项或多项：近场、NF+、中场和远场发射应用。近场(NF)是指发射天线周围大约(由发射器设备以特定频率发射的功率波的)一个波长或更短距离内的区。远场是指发射天线周围大约(由发射器设备以特定频率发射的功率波的)两个波长或更长距离内的区。中场是指在近场与远场之间的区。例如，当发射波的频率是2.4GHz时，NF+范围等于或在大约0.188m内，近场范围等于或在大约0.125m内，中场范围是从大约0.125m至大约0.25m，并且远场范围等于或大于大约0.25m。在另一示例中，当发射波的频率是5GHz时，NF+范围等于或在大约0.09m内，近场范围等于或在大约0.06m内，中场范围是从大约0.06m至大约0.12m，并且远场范围等于或大于大约0.12m。
在一个示例中，对近场发射的提及是指通过天线(例如，本文所描述的环形天线)进行的电磁波辐射的距离长达大约天线的操作频率的波长(例如，5.8GHz的操作频率的波长为大约5.17厘米，因此在该示例中，天线的近场发射距离为大约5.17厘米)。在一些实施例中，操作频率范围为从400MHz到60GHz。出于以下描述的目的，近场功率发射器(或近场射频功率发射器)是包括一个或多个无线功率发射器的无线功率发射设备，这些无线功率发射器中的每一个被配置为将电磁波辐射到位于功率发射器的近场距离内(例如，如果功率发射器的一个或多个无线功率发射器正在使用5.8GHz的操作频率，则位于功率发射器的0至5.17厘米内)的接收器设备。
(A1)根据一些实施例，一种无线功率发射***包括至少两个不同类型的至少两个传感器、一个或多个天线、被配置为放大提供给一个或多个天线的射频(RF)信号的功率放大器、以及一个或多个集成电路。一个或多个天线在接收到放大的RF信号时被配置为在无线功率发射***的发射场(例如，1m)内辐射RF能量。一个或多个集成电路被配置为从至少两个传感器中的第一传感器接收指示无线功率发射***的发射场的禁区(例如，20cm)内存在物体的第一传感器数据。响应于该接收，一个或多个集成电路被配置为使用来自不同于第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将物体分类为敏感物体。在继续检测到禁区内存在敏感物体时，一个或多个集成电路被配置为放弃向功率放大器提供放大RF信号的指令。根据敏感物体不再在禁区内的第一确定，一个或多个集成电路被配置为确定需要充电的电子设备是否在发射场内。根据需要充电的电子设备在发射场内的第二确定，一个或多个集成电路被配置为指示功率放大器放大RF信号，以使一个或多个天线辐射集中在需要充电的电子设备附近的RF能量。
(A2)在A1的一些实施例中，一个或多个集成电路进一步被配置为在辐射集中在电子设备附近的RF能量时从至少两个传感器中的第一传感器接收指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在另一物体的第三传感器数据。响应于该接收，一个或多个集成电路被配置为使用来自第二传感器的第四传感器数据将另一物体分类为另一敏感物体。然后，一个或多个集成电路被配置为指示功率放大器在检测到禁区内存在另一敏感物体时停止放大RF信号。
(A3)在A1至A2中任一项的一些实施例中，敏感物体是人手，并且另一敏感物体也是人手。
(A4)在A2的一些实施例中，在检测到另一敏感物体的预定时间量内向功率放大器提供停止放大RF信号的指令。
(A5)在A2和A4中任一项的一些实施例中，预定时间量少于150毫秒。
(A6)在A2和A4至A5中任一项的一些实施例中，预定时间量少于100毫秒。
(A7)在A2和A4至A6中任一项的一些实施例中，预定时间量少于50毫秒。
(A8)在A1至A7中任一项的一些实施例中，在继续检测到禁区内存在敏感物体时，需要充电的电子设备也存在于发射场内。
(A9)在A1至A8中任一项的一些实施例中，发射场包括三维空间的大于禁区中所包括的三维空间区域的区域。
(A10)在A1至A9中任一项的一些实施例中，第一传感器是被配置为检测禁区内的物体的测距传感器。
(A11)在A10的一些实施例中，第一传感器是超声传感器、光学传感器或红外传感器。
(A12)在A10至A11中任一项的一些实施例中，第二传感器是被配置为检测用于将物体分类为敏感物体的数据的分类传感器，并且第二传感器不能在禁区内执行准确测距。
(A13)在A1至A12中任一项的一些实施例中，第二传感器是电容式传感器或是被配置为检测无线功率发射***处的阻抗变化的传感器。
(A14)在A1至A13中任一项的一些实施例中，第一传感器数据指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在至少两个物体，并且一个或多个集成电路进一步被配置为基于第一传感器数据来确定禁区内的物体数量。在一些实施例中，第一传感器数据和第二传感器数据共同用于帮助确定禁区内的物体数量。
(A15)在A14的一些实施例中，一个或多个集成电路进一步被配置为使用来自第二传感器的第二传感器数据对禁区内的每个物体进行分类。根据基于第二传感器数据检测到的至少一个物体是敏感物体的第五确定，一个或多个集成电路被配置为指示功率放大器在禁区内检测到存在另一敏感物体时停止放大RF信号。
(A16)在A1至A15中任一项的一些实施例中，第一传感器被配置为检测距无线功率发射***的外部壳体至少20cm远的一个或多个物体。
(A17)在A16中任一项的一些实施例中，无线功率发射***的发射场从无线功率发射***的外部壳体延伸到距无线功率发射***的外部壳体至少1m远的距离。
(A18)在A1至A17中任一项的一些实施例中，第一确定是在敏感物体不再在禁区内但仍在发射场内时进行的。
(A19)在A1至A18中任一项的一些实施例中，一个或多个集成电路进一步被配置为丢弃来自第一传感器的指示存在已在禁区中停留预定时间段的非移动目标(例如，如杯子等不可充电的设备或充满电的设备)的数据。
(A20)在A1至A19中任一项的一些实施例中，一个或多个集成电路进一步被配置为丢弃来自第一传感器的指示存在禁区之外的物体的数据。换言之，第一传感器在某种情况下仅用于检测禁区内的物体的存在，但不用于检测在禁区之外的物体。
(A21)在A1至A20中任一项的一些实施例中，一个或多个集成电路被配置为从至少两个传感器中的单个传感器接收第一传感器数据和第二传感器数据。响应于该接收，一个或多个集成电路被配置为使用来自单个传感器的第一传感器数据检测物体，并且使用来自单个传感器的第二传感器数据将物体分类为敏感物体。换言之，在一些实施例中，第一传感器和第二传感器是同一个传感器(如与天线集成的电容式传感器，这在下文更加详细地进行描述)。
(A22)根据一些实施例，一种方法包括：从至少两个传感器中的第一传感器接收指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在物体的第一传感器数据。该方法包括：响应于该接收，使用来自不同于第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将物体分类为敏感物体。该方法进一步包括：在继续检测到禁区内存在敏感物体时，放弃向功率放大器提供放大RF信号的指令。根据敏感物体不再在禁区内的第一确定，该方法包括确定需要充电的电子设备是否在发射场内。根据需要充电的电子设备在发射场内的第二确定，该方法包括指示功率放大器放大RF信号以使一个或多个天线辐射集中在需要充电的电子设备附近的RF能量。
(A22.5)在A21的一些实施例中，该方法还包括根据上述A2至A21中任一项的操作。
(A23)根据一些实施例，一种非暂态计算机可读介质存储指令，该指令在由计算机中的处理器执行时使计算机执行包括以下的操作：从至少两个传感器中的第一传感器接收指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在物体的第一传感器数据。该方法进一步包括：响应于该接收，使用来自不同于第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将物体分类为敏感物体。在继续检测到禁区内存在敏感物体时，该方法包括放弃向功率放大器提供放大RF信号的指令。根据敏感物体不再在禁区内的第一确定，该方法包括确定需要充电的电子设备是否在发射场内。根据需要充电的电子设备在发射场内的第二确定，该方法包括指示功率放大器放大RF信号以使一个或多个天线辐射集中在需要充电的电子设备附近的RF能量。
(A23.5)在A23的一些实施例中，操作进一步包括根据上述A2至A21中任一项的操作。
(B1)根据一些实施例，一种无线功率发射天线包括被配置为放大提供给信号馈源的射频(RF)信号的功率放大器，该信号馈源被配置为传导射频(RF)信号。无线功率发射天线进一步包括由单片金属形成的单元式谐振器。单元式谐振器直接接触信号馈源并且被使得基于RF信号在发射场(例如，具有预定大小和形状的预定发射场)中辐射RF能量。无线功率发射天线还包括：间隔件，该间隔件耦接在单元式谐振器与接地平面之间；以及该接地平面。接地平面形成(或接地平面的一部分包括或与之耦接)电容式传感器，该电容式传感器被配置为在不干扰辐射的RF能量的情况下检测发射场内的一个或多个物体。
(B2)在B1的一些实施例中，接地平面是实心铜平面。
(B3)在B1至B2中任一项的一些实施例中，接地平面的表面区域作为电容式传感器操作。在一些实施例中，无线功率发射天线被配置为同时辐射RF能量，同时还操作电容式传感器，使得天线能够在同一时间执行两个独立功能(对物体的无线功率发射和感测)。
(B4)在B1至B3中任一项的一些实施例中，接地平面是包括顶层和底层的PCB，该顶层包括至少两个部分，该底层包括单个部分。
(B5)在B4的一些实施例中，顶层的至少两个部分中的第一部分居中地位于接地平面上，并且顶层的至少两个部分中的第二部分与第一部分共面并且在第一部分周围，使得在顶层的至少两个部分中的第一部分与第二部分之间形成矩形。第一部分和第二部分作为导电物体操作，并且矩形是在这些导电物体之间对施加到这些导电物体的电压差做出响应的空间(即，形成传感器)。在一些实施例中，形成在接地平面上的电容式传感器的性能基于以下各项中的一项或多项：顶层的第一部分的大小、顶层的矩形(即，第一部分与第二部分之间的间隙)、制成接地平面的材料(例如，铜)、以及制成接地平面的材料的厚度(即，PCB材料和厚度)。
(B6)在B1至B5中任一项的一些实施例中，顶层和底层由铜材料制成。
(B7)在B1至B6中任一项的一些实施例中，一个或多个电气部件耦接到接地平面的第一表面，接地平面的第一表面定位成与接地平面的耦接到间隔件的第二表面相对。
(B8)在B1至B7中任一项的一些实施例中，当电容式传感器在操作中时，辐射的RF能量具有至少6dB的峰值增益。
(B9)在B1至B8中任一项的一些实施例中，电容式传感器被配置为在天线辐射RF能量时检测距接地平面最高15英寸远的一个或多个物体。
注意，上文描述的各种实施例可以与本文描述的任何其他实施例相结合。说明书中描述的特征和优点并非都是包含性的，并且特别地，鉴于附图、说明书和权利要求，许多附加特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此外，应当注意，说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性目的而选择的，并且可能不是为了界定或限制本发明的主题而选择的。
附图说明
为了可以更详细地理解本公开，可以通过参考各种实施例的特征来获得更具体的描述，在附图中图示了这些实施例中的一些实施例。然而，附图仅图示了本公开的相关特征，并且因此不应被认为是限制性的，因为该描述可以承认其他有效特征。
图1A是根据一些实施例的RF无线功率发射***的框图。
图1B是示出了根据一些实施例的示例RF功率发射***的部件的框图，该RF功率发射***包括RF功率发射器集成电路和天线覆盖区域。
图1C是示出了根据一些实施例的示例RF功率发射器的部件的框图，该RF功率发射器包括耦接到可选开关或/和一些可选分流器的RF功率发射器集成电路。
图1D是示出了根据一些实施例的包括耦接到一个或多个馈源的RF功率发射器集成电路的示例RF功率发射器的部件的框图。
图2是图示了根据一些实施例的示例RF功率发射器的框图。
图3是图示了根据一些实施例的示例接收器设备的框图。
图4示出了根据一些实施例的功率放大器控制器工程图。
图5A和图5B是根据一些实施例的具有所包括的无线功率发射器的设备(例如，电子设备，如智能扬声器)的等距图示(并且在一些实施例中，设备还包括用于测距和物体分类目的的至少两个传感器、或可以被配置为提供用于执行测距和物体分类功能的数据的一个传感器，如与天线集成的电容式传感器等)。
图5C是根据一些实施例的设备和其相关联的发射场(例如，延伸远离设备的外部壳体的空间区域，在该空间区域中，设备所包括的无线功率发射器向一个或多个接收设备发射射频能量)的俯视图。
图6A至图6C图示了根据一些实施例的设备的一个示例操作场景的侧视图。
图7A至图7B是图示了根据一些实施例的由无线功率发射器设备和/或一个或多个集成电路执行的不同示例操作的流程图。
图8A至图8C是根据一些实施例的具有所包括的无线功率发射器(并且在一些实施例中，还包括至少两个传感器、或被配置为提供用于执行至少两个不同功能的数据的一个传感器)的设备的不同视图。
图9A至图9C图示了根据一些实施例的具有集成电容式传感器的天线的正面立体图。
图10A至图10D图示了根据一些实施例的具有集成电容式传感器的天线的RF辐射剖面和电场图案。
图11A至图11B是图示了根据一些实施例的控制和/或管理发射器设备的操作的方法的流程图。
图12A至图12D是图示了根据一些实施例的在不使用主动波束成形控制的情况下向接收器设备无线发射能量的方法的流程图。
图13A至图13C是图示了根据一些实施例的控制和/或管理一个或多个功率放大器的操作的方法的流程图。
图14是根据一些实施例的用于结合从无线功率发射设备发射RF能量来选择功率放大器的运算阻抗的示例流程图。
图15是根据一些实施例的用于检测一个或多个接收器设备并且提供无线功率以给检测到的接收器设备充电的过程的另一图示。
根据惯例，附图中图示的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清楚起见，可以任意地增大或减小各种特征的尺寸。另外，一些附图可能未描绘给定***、方法或设备的所有部件。最后，在整个说明书和附图中，类似的附图标记可以用于表示类似的特征。
具体实施方式
为了提供对附图中图示的示例实施例的透彻理解，本文描述了大量细节。然而，可以在没有具体细节中的许多具体细节的情况下实践一些实施例，并且权利要求的范围仅由在权利要求中具体记载的那些特征和方面限制。此外，未详尽地描述众所周知的过程、部件和材料，以免不必要地模糊本文描述的实施例的相关方面。
在使用波束成形的一些现有无线功率充电***中，可以在由发射器发射的功率波相长干涉的位置形成能量袋。能量袋可以表现为三维场，其中能量可以由位于能量袋内或接近能量带的接收器采集。在操作中，在口袋形成过程中由发射器产生的能量袋可以由接收器采集，转换为电荷，并且然后提供给与接收器相关联的电子设备(例如，膝上型计算机、智能手机、可再充电电池)以操作设备或给设备的电池充电。
“口袋形成(Pocket-forming)”可以是指生成一个或多个RF波，这些RF波会聚在发射场中，形成受控的能量袋和零空间。“能量袋(pocket of energy)”可以是指空间区域或空间区，其中能量或功率可以基于波会聚在该区域或区引起相长干涉而积累。“零空间(null-space)”可以是指没有形成能量袋的空间区域或空间区，这可能是由波在该区域或区的相消干涉引起的。
波束成形的传统使用可能需要多个天线和多个功率放大器以及复杂的算法来有效地给与无线功率接收器耦接的电子设备充电。这种方法可能需要复杂且昂贵的设备和过程。相比之下，本文所公开的无线功率发射***和方法可以使用单个功率放大器来控制天线的辐射能量的功率发射水平和剖面，同时仍将天线的发射范围中的辐射功率水平保持在也符合各种监管要求的安全水平内。以这种方式，本文描述的本发明***和方法能够使用最少数量的***部件(例如，单个功率放大器并且没有波束成形部件，或者能够禁用波束成形部件)来实现无线输送的能量在消费者和商业两种环境中的安全发射。
发射器设备可以是包括至少两个传感器或一个传感器或以其他方式与至少两个传感器或一个传感器相关联的电子设备，该一个传感器被配置为提供用于执行至少两个不同功能的数据。在一些实施例中，至少两个传感器是不同类型的传感器。第一类型的传感器被配置用于测距检测(即，检测在较远距离处的物体)，并且第二类型的传感器被配置为检测用于物体分类的传感器数据(例如，确定物体是敏感物体(例如，生命或生物有机体))。在一些实施例中，第二类型的传感器是在第一类型的传感器检测到物体之后激活的，以便减少所需的处理总量。可替代地，在一些实施例中，至少两个传感器是相同类型的传感器，但被配置为以不同方式操作。例如，至少两个传感器可以是电容式传感器，其中，第一电容式传感器被配置用于测距检测并且第二电容式传感器被配置用于物体分类。在一些实施例中，至少两个传感器是被配置为在不同操作之间切换的相同类型的传感器。例如，至少两个传感器可以是电容式传感器，其中，第一和第二电容式传感器在测距检测模式中(或被配置用于测距检测)，并且在检测到物体时将至少一个电容式传感器(例如，第一或第二电容式传感器)切换(或重新配置)到物体分类模式。在一些实施例中，至少一个或多个传感器用于提高安全性并且用于改进接收器检测和充电操作。在一些实施例中，至少一个或多个传感器用于减少或消除错误检测并提高整体传感器准确性，同时还提高发射器的整体安全性(即，避免向敏感物体发射有害功率波)。下文参考图5A至图7B更详细地描述了至少两个传感器的不同操作和布置。
发射器设备可以是包括各种部件和电路或以其他方式与各种部件和电路相关联的电子设备，这些部件和电路负责例如生成和发射功率波、在发射场中的位置处在辐射剖面内形成发射能量、监测发射场的状况并在需要时调整辐射剖面。本文描述的辐射剖面是指发射器设备或单个天线(也称为“发射器”)的发射范围内的能量场分布。如上文讨论的，各种辐射剖面可以用于发射器设备，其中，各种辐射剖面是基于发射器设备的模拟、表征和/或制造测试来预先确定的，以确保每个辐射剖面符合电场滚降和SAR要求。
发射器设备可以通过检测在其发射场中的物体来提高安全性，生成并且发射或以其他方式调整所发射的RF功率。更具体来说，发射器设备可以检测在其发射场内的无线功率接收器和/或异物，并且启用、禁用和/或调整可用能量的发射。下文更详细地描述了可以被发射器利用以检测无线功率接收器和/或异物的安全技术。例如，发射器设备可以在禁区内检测人类入侵，同时容忍长期仅无线功率接收器的入侵。一次可以检测多个无线功率接收器和/或多个敏感物体(例如，如人手等生命有机体)。
在一些实施例中，无线功率发射器设备被配置为在发射场(还被称为操作区域)内产生其辐射剖面。在一些实施例中，发射场在发射器正前方和/或是发射器设备周围的、其中无线功率接收器可以接收高于某个最小阈值的功率(例如，给无线功率接收器充电的最小功率(例如，大约2W)，如本文所描述的)的区域。在一些实施例中，发射场是以下的函数：i)发射功率、ii)发射天线辐射剖面(如上文所描述的)、接收器天线接收模式(例如，无线功率接收器的接收器)、以及无线功率接收器功率转换效率。在一些实施例中，发射场进一步是桌面材料和/或RF信道属性的函数。下文参考例如图5A至图5C和图6A至图6C详细地描述发射场。
在一些实施例中，无线功率发射器设备包括禁区，该禁区是大小小于上文描述的发射场的空间区域。在一些实施例中，禁区是发射器设备周围的将不满足一个或多个安全阈值的区域(如下文所描述的)。在一些实施例中，禁区是发射器设备周围的(例如，通过模拟、表征和/或制造测试计算和/或预先确定的)SAR值至少高于预定SAR阈值的区域。在一些实施例中，禁区是发射功率和/或发射天线辐射剖面的函数(如上文所描述)。在一些实施例中，禁区进一步是桌面材料和/或RF信道属性的函数，并且还可以是发射场的大小的函数(例如，最靠近发射设备的外部壳体的发射场的某个百分比)。下文参考图5A至图5C和图6A至图6C详细地描述禁区。
在一些实施例中，无线功率发射器设备是近场充电垫。在一些实施例中，近场充电垫被配置为一旦接收器和/或异物与无线功率发射器设备物理接触就启动无线充电。在一些实施例中，对天线的测量(例如，当天线无载/开放时，或具有理想的耦接对准时)是从工厂制造测试、模拟和/或表征中获得的。在一些实施例中，近场充电垫在工厂利用本文所公开的无线功率发射***和/或方法进行校准。在一些实施例中，无线功率发射***和/或方法被进一步校准以利用安装在近场充电垫中的一个或多个天线来操作。换言之，在一些实施例中，来自一个或多个测量点的辐射剖面、SAR值、数据(例如，阻抗值)、近场充电垫的操作场景和/或其他近场充电垫配置在工厂确定并存储在存储器中以供操作期间使用。例如，近场充电垫的容差内的标称阻抗可以在工厂校准期间测量并存储。在一些实施例中，在操作期间，处于不同位置和充电状态的接收器产生与存储值的可测量阻抗位移。在一些实施例中，近场充电垫可以执行偏置校正和/或调谐以保护和优化***性能。
在一些实施例中，无线功率发射器设备是NF+***。NF+***被配置为当接收器被放置在NF+***的操作区域(或发射场)内时操作。在一些实施例中，NF+***包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器提供可以用于执行本文描述的操作(例如，接收器检测和/或分类)的附加数据。在一些实施例中，对天线的测量(例如，增益和耦接)是从工厂制造测试、模拟和/或表征中获得的。在一些实施例中，NF+***在工厂利用本文所公开的无线功率发射***和/或方法进行校准。在一些实施例中，无线功率发射***和/或方法被进一步校准以利用安装在NF+***中的一个或多个天线来操作(例如，类似于上文针对NF充电垫讨论的校准)。例如，可以在工厂校准期间测量并存储NF+***的容差内的标称阻抗。在一些实施例中，NF+***可以执行初始偏置校正和/或调谐以优化环境(例如，发射器设备操作的位置)中的发射器设备(例如，NF+***)。在一些实施例中，在操作期间，发射场中的接收器可以引起可检测的位移(例如，在一个或多个传感器的帮助下可检测的)。
在一些实施例中，靠近和/或触及发射器设备的接收器(例如，接收器与发射器设备***的壳体之间的距离不超过3英寸)将产生无需来自一个或多个传感器的附加数据来识别接收器的存在即可测量的可测量位移。在一些实施例中，当接收器不移动并且靠近和/或触及发射器设备时，发射器设备(例如，NF+***)使用偏置校正和/或调谐来保护和优化***性能(如在下文有关选择运算阻抗更详细讨论的)。在一些实施例中，如果接收器在发射器设备附近快速移动，则使发射器设备(例如，NF+***)触发如本文所公开的接收器获取。
接收器(也称为无线功率接收器)可以是包括至少一个天线、至少一个整流电路和至少一个功率转换器的电子设备，其可以利用发射场中从发射器发射的能量来给电子设备供电或充电。在某些情况下，接收器(或者嵌入或集成有接收器的设备)可以通过人手被带入发射器的发射场中。通过利用至少两个传感器(测距传感器和用于物体分类目的的传感器)，本文描述的技术有助于实现在发射无线功率时提高安全性(例如，通过确保一旦人手离开发射场内的禁区就开始功率发射)。这在下文参考图6A至图6C更详细地进行描述。
图1A是根据一些实施例的RF无线功率发射***150的框图。在一些实施例中，RF无线功率发射***150包括第一RF功率发射器设备100(本文也称为近场(NF)功率发射器设备、发射器、功率发射器或无线功率发射器设备100)。在一些实施例中，RF无线功率发射***150包括远场发射器设备(未示出)。RF功率发射器设备100包括一个或多个通信部件110、一个或多个功率放大器单元120-1、……、120-n、一个或多个功率传输元件(例如，如天线130-1至130-n)、RF功率发射器集成电路(RFIC)160和一个或多个传感器165中的一个或多个。在一些实施例中，RF功率发射器设备100包括一个或多个分流器(140-1至140-n)和一个或多个开关(145-1至145-n)。
在一些实施例中，一个或多个通信部件110(例如，无线通信部件，如WI-FI或蓝牙无线电)实现RF功率发射器设备100与一个或多个通信网络之间的通信。在一些实施例中，一个或多个通信部件110能够使用各种定制或标准无线协议(例如，IEEE 802.15.4、Wi-Fi、ZigBee、6LoWPAN、Thread、Z-Wave、蓝牙智能、ISA100.11a、无线HART、MiWi等)、定制或标准有线协议(例如，以太网、HomePlug等)、和/或包括截至本文件提交日期尚未开发出的通信协议在内的任何其他适合的通信协议中的任何一种进行数据通信。
在一些实施例中，一个或多个通信部件110从无线功率接收器(或从被配置为由无线功率接收器充电的电子设备，例如助听器)接收充电信息。在一些实施例中，充电信息在信息包中被接收，该信息包结合无线功率接收器位于RF功率发射器设备100的一米内的指示被接收。在一些实施例中，充电信息包括无线功率接收器在RF功率发射器设备100的发射场内(或一个或多个通信部件的范围内的周围区域)的位置。例如，通信部件110(如以2.4GHz操作的BLE通信路径)使RF功率发射器设备100能够监测并追踪无线功率接收器的位置。可以基于从无线功率接收器接收的充电信息来监测和追踪无线功率接收器的位置。
在一些实施例中，充电信息指示接收器被授权从RF功率发射器设备100接收无线输送的功率。更具体来说，无线功率接收器可以使用无线通信协议(如BLE)来将充电信息以及认证信息发射到RF功率发射器设备100的一个或多个集成电路(例如，RFIC 160)。在一些实施例中，充电信息还包括一般信息，如来自接收器的充电请求、当前电池水平、充电率(例如，有效发射的功率或成功转换为可用能量的RF能量)、设备特定信息(例如，温度、传感器数据、接收器要求或规格和/或其他接收器特定的信息)等。
在一些实例中，一个或多个通信部件110由于各种原因而不能与无线功率接收器进行通信，例如，因为没有功率可供一个或多个通信部件使用以发射数据信号，或者因为无线功率接收器本身实际上并不包括其自身的任何通信部件。因此，在一些可选实施例中，本文描述的近场功率发射器仍然能够唯一地标识不同类型的设备，并且当检测到无线功率接收器时，弄清楚该无线功率接收器是否被授权接收无线功率(例如，通过测量阻抗、反射功率和/或其他技术)。
一个或多个功率放大器120被配置为放大提供给一个或多个天线130的射频(RF)信号。在一些实施例中，功率发射***中使用的功率放大器120控制功率放大器的输出的效率和增益两者。在一些实施例中，功率发射***中使用的功率放大器是E类功率放大器120。在一些实施例中，功率发射***中使用的功率放大器120是氮化镓(GaN)功率放大器。在一些实施例中，RF功率发射器设备100被配置为在一个或多个功率放大器120驱动一个或多个天线130时控制这些功率放大器的操作。在一些实施例中，功率放大器120中的一个或多个是包括至少两个功率水平的可变功率放大器。在一些实施例中，可变功率放大器包括低功率水平、中等功率水平和高功率水平中的一个或多个。如下文进一步详细地讨论的，在某实施方式中，RF功率发射器设备100被配置为选择一个或多个功率放大器的功率水平。在一些实施例中，经由开关电路在RF功率发射器设备100处控制和调制RF功率，以使RF无线功率发射***100能够经由一个或多个天线130向一个或多个无线接收设备发送RF功率。在一些实施例中，单个功率放大器(例如，120-n)通过多个分流器(140-1至140-n)和多个开关(145-1至145-n)控制多个天线130-m至130-n。
在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率等于或大于2W。在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率等于或小于15W。在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率大于2W并且小于15W。在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率等于或大于4W。在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率等于或小于8W。在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率大于4W并且小于8W。在一些实施例中，单个功率放大器120的输出功率大于8W并且最高达到50W。
在一些实施例中，通过使用输出功率范围为2W至15W的单个功率放大器120，由单个功率放大器120控制的天线130的功率发射范围内的电场处于或低于1.6W/kg的SAR值，这符合美国FCC(联邦通信委员会)的SAR要求。在一些实施例中，通过使用功率范围为2W至15W的单个功率放大器120，由单个功率放大器120控制的天线130的功率发射范围内的电场处于或低于2W/kg的SAR值，这符合欧盟IEC(国际电工委员会)的SAR要求。在一些实施例中，通过使用功率范围为2W至15W的单个功率放大器120，由单个功率放大器120控制的天线130的功率发射范围内的电场处于或低于0.8W/kg的SAR值。在一些实施例中，通过使用功率范围为2W至15W的单个功率放大器120，由单个功率放大器120控制的天线130的功率发射范围内的电场处于或低于相关规则或法规所规定的任何水平。在一些实施例中，天线的辐射剖面的位置中的SAR值随着辐射剖面的范围增加而减小。
一个或多个天线130在从一个或多个功率放大器120接收到放大的RF信号时被配置为在RF功率发射器设备100的发射场内辐射RF能量。下文参考图1D讨论了一个或多个天线130。在一些实施例中，由功率放大器120控制的一个或多个天线的最大功率辐射距离或功率发射范围等于或小于6英寸(大约15.2cm)。在一些实施例中，由功率放大器120控制的一个或多个天线的最大功率辐射距离或功率发射范围为大约6英寸到一英尺(大约15.2cm到30.5cm)。在一些实施例中，由功率放大器120控制的一个或多个天线的最大功率辐射距离或功率发射范围等于或小于1米。在一些实施例中，由功率放大器120控制的一个或多个天线的最大功率辐射距离或功率发射范围约为一米。在一些实施例中，由功率放大器120控制的一个或多个天线的最大功率辐射距离或功率发射范围大于一米。在一些实施例中，一个或多个天线可以包括如下文参考图9A至图10D所描述的集成传感器。
在一些实施例中，由单个功率放大器控制的天线生成的辐射剖面是基于当无线功率接收器从辐射剖面接收到电磁能(例如，将电磁能整流和转换为可用的DC电流)时有多少可用功率可用于无线功率接收器来定义的，并且这种无线功率接收器可用的可用功率量可以称为RF信号的有效辐射功率。在一些实施例中，预定义辐射剖面中的RF信号的有效辐射功率是至少0.5W。在一些实施例中，预定义辐射剖面中的RF信号的有效辐射功率大于1W。在一些实施例中，预定义辐射剖面中的RF信号的有效辐射功率大于2W。在一些实施例中，预定义辐射剖面中的RF信号的有效辐射功率大于5W。在一些实施例中，预定义辐射剖面中的RF信号的有效辐射功率小于或等于4W。
RFIC 160被配置为执行RF功率发射器设备100的一个或多个操作。例如，RFIC 160可以利用由一个或多个传感器165提供的数据(在某些实施例中，利用来自至少两个传感器165的数据，该至少两个传感器中的每一个是不同类型的传感器，或被配置为执行不同操作(在某些条件下或由于它们的布置))以进行以下操作中的一个或多个：(i)选择一个或多个功率放大器120的功率水平，(ii)利用由一个或多个传感器165提供的数据来检测一个或多个物体和/或对其进行分类，(iii)启用或禁用无线功率的发射，(iv)调整辐射的RF能量或辐射剖面，和(v)本文所描述的和下文参考图5A至图7B所描述的其他操作。
图1B是根据一些实施例的第二RF功率发射器设备100的框图，该第二RF功率发射器设备包括RF功率发射器集成电路160、至少两个传感器165、一个或多个天线130、和/或功率放大器120。为了便于讨论和图示，第二RF功率发射器设备100类似于上文参考图1A描述的无线功率发射器设备，并且包括一个或多个附加的和/或不同的部件，或省略一个或多个部件。在一些实施例中，RFIC 160包括CPU子***170、外部设备控制接口、用于DC至RF功率转换的RF子部分、以及经由互连部件(如总线或互连结构块171)互连的模拟控制接口和数字控制接口。在一些实施例中，CPU子***170包括具有相关只读存储器(ROM)172的微处理器单元(CPU)173，以用于经由数字控制接口(例如，I2C端口)将设备程序引导至外部闪速存储器(FLASH)，该外部闪速存储器包含要被加载到CPU子***随机存取存储器(RAM)174(例如，图2的存储器206)中或直接从FLASH执行的CPU可执行代码。在一些实施例中，CPU子***170还包括加密模块或块176，该加密模块或块用于认证并保护与如试图从RF功率发射器设备100接收无线输送的功率的无线功率接收器等外部设备的通信交换。在一些实施例中，RF功率发射器设备100还可以包括温度监测电路(未示出)，该温度监测电路与CPU子***170通信以确保RF功率发射器设备100保持在可接受的温度范围内。例如，如果确定RF功率发射器设备100已达到阈值温度，则可以暂时中止RF功率发射器设备100的操作，直到RF功率发射器设备100降至阈值温度以下为止。
在一些实施例中，RFIC 160还包括功率放大器控制器IC(PAIC)161A(或者与其通信)，该PAIC负责控制和管理功率放大器的操作，包括但不限于读取功率放大器内各个测量点的阻抗测量、指示功率放大器放大RF信号、同步功率放大器的开启和/或关闭、优化功率放大器的性能、保护功率放大器以及本文讨论的其他功能。在一些实施例中，阻抗测量用于允许RF功率发射器设备100(经由RFIC 160和/或PAIC 161A)检测一个或多个异物，优化一个或多个功率放大器的操作，评估一个或多个安全阈值，检测一个或多个功率放大器处的阻抗变化，检测接收器在无线发射场内的移动，保护功率放大器免受损坏(例如，通过关闭PA、改变PA的所选功率水平和/或改变RF功率发射器设备100的其他配置)，对接收器(例如，授权的接收器、未授权的接收器和/或具有物体的接收器)进行分类，补偿功率放大器(例如，通过进行硬件、软件和/或固件调整)，调谐RF功率发射器设备100***和/或其他功能。下文在图6A至图7B中提供了关于PAIC161A就来自一个或多个传感器165的传感器数据而言的一个或多个功能(例如，启用、禁用和/或调整RF信号或辐射剖面)的附加细节。
在一些实施例中，PAIC 161A可以与RFIC 160在同一集成电路上。可替代地，在一些实施例中，PAIC 161A可以在其自己的集成电路上，该集成电路与RFIC 160分开(但仍与其通信)。在一些实施例中，PAIC 161A与功率放大器120中的一个或多个在同一芯片上。在一些其他实施例中，PAIC 161A在其自己的芯片上，该芯片是与功率放大器120分开的芯片。在一些实施例中，PAIC 161A可以在其自己的、与RFIC 160分开(但仍与其通信)的集成电路上，使得能够改装较旧的***。在一些实施例中，作为通信地耦接到RFIC 160的独立芯片的PAIC 161A可以减少处理负载以及来自过热的潜在损坏。可替代地或附加地，在一些实施例中，设计和使用两个不同的IC(例如，RF IC 160和PAIC 161A)更为高效。
在一些实施例中，在CPU上运行的可执行指令(如图2中的存储器206中所示并在下文描述的可执行指令)用于管理RF功率发射器设备100的操作，并通过包括在RFIC 160中的控制接口(例如，SPI控制接口175)以及其他模拟接口和数字接口来控制外部设备。在一些实施例中，CPU子***170还管理RFIC 160的包括RF本地振荡器(LO)177和RF发射器(TX)178在内的RF子部分的操作。在一些实施例中，RF LO 177基于来自CPU子***170的指令进行调整，并且从而设置为不同的期望操作频率，而RF TX根据期望转换、放大、调制RF输出以生成可行的RF功率水平。
在下文的描述中，对天线覆盖区域和功率传递覆盖区域进行了各种引用，并且这些术语在本公开中被同义地使用。在一些实施例中，覆盖区域包括特定天线将能量辐射到其中的区域，该区域通常与和天线相邻的发射器壳体的外表面相距NF+距离。在一些实施例中，天线/功率传递覆盖区域可以包括发射传播射频波的天线元件，但在其他实施例中，天线/功率传递覆盖区域可以替代地包括传送电信号但不发送传播射频波的电容式充电耦接器。来自包括在无线功率发射***中的每个天线的相应天线覆盖区域的组合成为如上文讨论的(并且下文在图5A至图6C中引用)的发射场。
在一些常规***中，可以将可行的RF功率水平提供给可选的波束成形集成电路(IC)(未示出)，该波束成形集成电路然后将相移信号提供给一个或多个功率放大器。在这样的传统***中，可选波束成形IC用于确保使用两个或更多个天线130(例如，每个天线130可以与不同的天线区190相关联或者可以各自属于单个天线区190)发送到特定无线功率接收器的功率发射信号以适当的特性(例如，相位)发射，以确保发射至特定无线功率接收器的功率最大化(例如，功率发射信号同相地到达特定无线功率接收器)。如本文所描述的，本文的实施例不需要使用波束成形集成电路。在某些实施例中，这样的波束成形集成电路(和/或相关联的算法)可以被包括在本文描述的***中，但是该电路被禁用并且不与向接收器设备无线发射的能量结合使用。
在一些实施例中，RFIC 160和/或PAIC 161A将可行的RF功率水平(例如，经由RFTX 178)直接提供给一个或多个功率放大器120，并且不使用任何波束成形能力(例如，如果不需要相移(如当仅使用单个天线130来将功率发射信号发射至无线功率接收器时)，绕过/禁用波束成形IC和/或任何相关联的算法)。在一些实施例中，通过不使用波束成形控制，在功率发射***中不存在主动波束成形控制。例如，在一些实施例中，通过消除主动波束成形控制，来自不同天线的功率信号的相对相位在发射之后不会改变。在一些实施例中，通过消除主动波束成形控制，功率信号的相位不受控制并且保持在固定或初始相位。在一些实施例中，RFIC 160和/或PAIC 161A调节功率放大器120的功能，包括调整功率放大器120的可行RF功率水平、启用功率放大器120、禁用功率放大器120、和/或其他功能。在一些实施例中，PAIC 161A具有与下文图4中描述的功率放大器控制器的结构类似的结构。下文在图6A至图7B中讨论了PAIC 161A的一个或多个功能。
一个或多个功率放大器120将RF信号提供给一个或多个天线130。在一些实施例中，用于辐射天线覆盖区域190中的每一个的天线数量动态地基于各种参数，如RF功率发射器设备100上的无线功率接收器的位置。一个或多个天线130在从一个或多个功率放大器120接收到放大的RF信号时被配置为向被授权从RF功率发射器设备100接收无线输送的功率的无线功率接收器辐射RF能量。辐射的RF能量由天线覆盖区域190表示。在一些实施例中，一个或多个天线覆盖区域190基于来自相应功率放大器120的RF信号。例如，第一天线覆盖区域190-1由耦接到第一功率放大器120-1的第一天线130-1辐射，并且第N个天线覆盖区域190-N由耦接到第N个功率放大器120-N的第N个天线130-N辐射。可替代地或附加地，在一些实施例中，一个或多个天线覆盖区域190基于来自至少两个或更多个功率放大器120的RF信号。在一些实施例中，至少两个或更多个天线覆盖区域190基于来自(单个)功率放大器120的RF信号。在一些实施例中，多个天线覆盖区域基于由同一组功率放大器120提供的RF信号(例如，少量(例如，不多于三个)功率放大器120耦接到一个或多个天线130，这些天线辐射每个天线覆盖区域190)。
在一些实施例中，如下文参考图9A至图10D所描述的，一个或多个天线130可以包括集成传感器。该集成传感器可以在不干扰由一个或多个天线130提供的辐射的RF能量的情况下执行传感器165的一个或多个功能。
功率放大器120到天线覆盖区域190的各种布置和耦接允许RF功率发射器设备100顺序地或选择性地激活不同的天线覆盖区域190，以便确定要用于将无线功率发射至无线功率接收器的最高效和最安全(如果有的话)的天线覆盖区域190。
在一些实施例中，一个或多个功率放大器120还由CPU子***170控制，以允许CPU173测量由功率放大器120提供给RF功率发射器设备100的天线覆盖区域的输出功率。在一些实施例中，一个或多个功率放大器120经由PAIC 161A由CPU子***170控制。在一些实施例中，功率放大器120可以包括各个测量点，这些测量点允许至少测量用于实现以下技术的阻抗值：异物检测技术、接收器和/或异物移动检测技术、功率放大器优化技术、功率放大器保护技术、接收器分类技术、功率放大器阻抗检测技术、和/或共同拥有的美国专利申请序列号16/932,631中描述的其他安全技术。
在一些实施例中，每个天线覆盖区域190可以包括不同类型的天线(例如，曲折线天线、环形天线和/或其他类型的天线)，而在其他实施例中，每个天线覆盖区域190可以包括相同类型的单个天线(例如，所有天线覆盖区域190包括一个环形天线、曲折线天线和/或其他类型的天线)，而在另一些其他实施例中，天线覆盖区域可以包括一些包括相同类型的单个天线的天线覆盖区域以及一些包括不同类型的天线的天线覆盖区域。在一些实施例中，天线/功率传递覆盖区域还可以或可替代地包括传送电信号但不发送传播射频波的电容式充电耦接器。天线覆盖区域也在下文进一步详细描述。
还如图1A中所示，在一些实施例中，传感器165还向RFIC 160提供数据，这然后允许RFIC 160使用该数据来例如辅助测距和物体分类操作。来自传感器165的一些数据也可以提供给PA IC 161A，这还可以辅助处理传感器数据。
图1C是根据一些实施例的第三RF功率发射器设备100的框图。为了便于讨论和图示，第三RF功率发射器设备100类似于上文参考图1A和图1B所描述的无线功率发射器设备，并且包括一个或多个附加和/或不同部件，或省略一个或多个部件。
第三RF功率发射器设备100包括RFIC 160、至少一个功率放大器120、PAIC 161A(其可以与RFIC 160在同一IC上或在与该RFIC分开的IC上)、以及一个或多个天线130，该一个或多个天线具有如190-1、190-2、……、190-N等多个天线覆盖区域。上文参考图1A和图1B详细描述了这些部件中的每一个。在一些实施例中，第三RF功率发射器设备100包括定位在功率放大器120与一个或多个天线130之间的可选分流器140阵列(即，发射器侧分流器)，该分流器阵列具有多个分流器143-A、143-B、……、143-N。分流器阵列140被配置为响应于由RFIC 160提供的控制信号而连接功率放大器120与一个或多个天线130的一个或多个天线覆盖区域190。附加地，第三RF功率发射器设备100包括定位在功率放大器120与一个或多个天线130之间的可选开关矩阵145(即，发射器侧开关)，该开关矩阵具有多个开关147-A、147-B、……、147-N。开关矩阵145被配置为响应于由RFIC 160提供的控制信号而可切换地连接功率放大器120与一个或多个天线130的一个或多个天线覆盖区域190。在一些实施例中，开关矩阵145允许一个或多个天线130内的不同天线(元件)的连接和端接。在一些实施例中，如下文参考图9A至图10D所描述的，一个或多个天线130可以包括集成传感器。该集成传感器可以在不干扰辐射的RF能量的情况下执行传感器165的一个或多个功能。
为了实现上述目的，每个开关147与一个或多个天线130的不同天线覆盖区域190耦接(例如，提供到不同天线覆盖区域的信号路径)。例如，开关147-A可以与一个或多个天线130中的第一天线130-1(图1B)耦接，开关147-B可以与一个或多个天线130中的第二天线130-2耦接，等等。该多个开关147-A、147-B、……、147-N中的每一个一旦闭合，就在功率放大器120与一个或多个天线130的相应天线覆盖区域之间创建唯一路径。通过开关矩阵145的每个唯一路径用于将RF信号选择性地提供给一个或多个天线130的特定天线覆盖区域。应当注意，该多个开关147-A、147-B、……、147-N中的两个或更多个可以同时闭合，从而创建到一个或多个天线130的可以同时使用的多个唯一路径。
在一些实施例中，RFIC 160(或PAIC 161A，或这两者)耦接到开关矩阵145，并且被配置为控制多个开关147-A、147-B、……、147-N的操作(图示为图1A和图1B中的“控制输出”信号)。例如，RFIC 160可以闭合第一开关147-A，同时使其他开关保持断开。在另一个示例中，RFIC 160可以闭合第一开关147-A和第二开关147-B，并且使其他开关保持断开(各种其他组合和配置是可能的)。此外，RFIC 160耦接到功率放大器120，并且被配置为生成合适的RF信号(例如，“RF Out”信号)并向功率放大器120提供RF信号，功率放大器120进而被配置为取决于开关矩阵145中的哪些开关147由RFIC 160闭合而经由开关矩阵145和/或分流器143将RF信号提供给一个或多个天线130的一个或多个天线覆盖区域。在一些实施例中，当未使用与一个或多个天线130内的天线相关联的电路段的一部分时，对应开关147将被关断。
为了进一步说明，功率发射器***可以被配置为例如取决于接收器在功率发射器上的位置而使用不同的天线覆盖区域来发射测试功率发射信号和/或常规功率发射信号。在一些实施例中，功率发射器和客户端设备使用标准蓝牙低功耗(“BLE”)通信路径以使功率发射器能够监测和追踪客户端设备的位置。因此，当选择特定天线覆盖区域来发射测试信号或常规功率信号时，将控制信号从RFIC 160发送到开关矩阵145，以使至少一个开关147闭合。这样做时，可以使用由现在闭合的至少一个开关147创建的唯一路径将来自至少一个功率放大器120的RF信号提供给特定天线覆盖区域。在一些实施例中，每个天线覆盖区域190包括单个天线，并且在某些实施例中仅利用具有单个天线的单个天线覆盖区域190。
在一些实施例中，开关矩阵145可以是一个或多个天线130的一部分(例如，在其内部)。可替代地，在一些实施例中，开关矩阵145与一个或多个天线130分开(例如，开关矩阵145可以是不同的部件，也可以是另一部件(如功率放大器120)的一部分)。应当注意，可以使用能够实现上述的任何开关设计，并且图1C中所图示的开关矩阵145的设计仅仅是一个示例。
如图1A和图1B中所示，在一些实施例中，传感器165还向RFIC 160提供数据，这然后允许RFIC 160使用该数据来例如辅助测距和物体分类操作。来自传感器165的一些数据也可以提供给PA IC 161A，这还可以辅助处理传感器数据。
图1D是根据一些实施例的第四RF功率发射器设备100的框图。为了便于讨论和图示，第四RF功率发射器设备100类似于上文参考图1A至图1C描述的无线功率发射器设备，并且包括一个或多个附加的和/或不同的部件，或省略一个或多个部件。第四RF功率发射器设备100图示了示例天线配置。如技术人员在阅读本公开时将理解的，许多不同的天线可以用于本文描述的***中。
第四RF功率发射器设备100包括负责辐射RF能量(即，将功率发射到位于代表性天线覆盖区域190内的接收器设备)的单个天线130(例如，图1A至图1C)。一个示例是具有多个不同馈源的天线130，该多个不同馈源各自可以被选择性地激活，如图1D中示意性描绘的。
非限制性示例第四RF功率发射器设备100包括天线元件130、一个或多个馈源180-A、180-B、……、180-N和功率放大器120(例如，单个功率放大器)。第四RF功率发射器设备100的部件经由总线183耦接，或者部件彼此直接耦接。另外地，代表性第四RF功率发射器设备100包括定位在功率放大器120与每个相应馈源180之间的开关147-A、147-B、……、147-N。
在一些实施例中，功率放大器120和任何开关147可以被配置为第四RF功率发射器设备100的一部分，而在其他实施例中，功率放大器120和任何开关147可以被配置为在第四RF功率发射器设备100外部并且耦接到天线元件130的馈源(如图3中所图示的)。在一些实施例中，功率放大器120可以跨多个发射器覆盖区域190-1共享。
天线元件130可以与一个或多个馈源180-A、180-B、……、180-N耦接。在一些实施例中(如图1D中所示)，天线元件130与馈源180-A、180-B、……、180-N中的每一个直接耦接。天线元件130用于辐射向接收器304提供无线输送的功率的一个或多个RF信号。在一些实施例中，当接收器位于发射器覆盖区域190-1的顶表面与远离发射器覆盖区域190-1长达第四RF功率发射器设备100的操作频率的波长之间的任何位置(例如，接收器设备304在第四RF功率发射器设备100的近场发射距离内)时，所辐射的一个或多个RF信号由接收器设备304(图3)接收。
在一些实施例中，天线元件130是形成环形天线(例如，基本上连续的环形天线)的导电线。天线元件130可以由能够传导RF信号的合适材料制成。在一些实施例中，天线元件130是下文描述的任何天线类型。一个或多个天线可以包括用于在如大约900MHz至大约100GHz的频带或如大约1GHz、5.8GHz、24GHz、60GHz和72GHz等其他这样的频带中操作的天线类型。在一些实施例中，一个或多个天线可以是定向的并且包括平面天线、贴片天线、偶极天线和用于无线功率发射的任何其他天线。天线类型可以包括例如高度为约1/8英寸到约6英寸且宽度为约1/8英寸到约6英寸的贴片天线。一个或多个天线的形状和取向可以取决于第四RF功率发射器设备100所期望的特征而变化；取向在X轴、Y轴和Z轴上可以是平展的，而且在三维布置中可以是各种取向类型和组合。在一些实施例中，一个或多个天线可以具有环形形状。在一些实施例中，一个或多个天线可以具有“H”形状。在一些实施例中，一个或多个天线可以具有“L”形状。在一些实施例中，天线可以具有包括预定匝数(例如，至少一匝、三匝、五匝等)的蜿蜒图案(例如，“S”形状)。在一些实施例中，如下文参考图9A至图10D所描述的，一个或多个天线130可以包括集成传感器。该集成传感器可以在不干扰辐射的RF能量的情况下执行传感器165的一个或多个功能。
天线材料可以包括可以允许RF信号以高效率和良好的散热性进行发射的任何材料。天线的数量可以关于第四RF功率发射器设备100的期望范围和功率发射能力而变化。另外，天线可以具有至少一个极化或对极化的选择。这种极化可以包括垂直极化、水平极化、圆形极化、左旋极化、右旋极化或极化的组合。对极化的选择可以取决于第四RF功率发射器设备100的特性而变化。另外，天线可以位于第四RF功率发射器设备100的不同表面中。天线可以以单个阵列、成对阵列、四阵列以及可以根据一个或多个参数设计的任何其他布置操作。在另一实施方式中，可以使用少量功率放大器(例如，1至5个功率放大器)来控制无线功率发射***中的天线的辐射剖面。
参考共同拥有的美国专利号10,985,617的图3A至图3C以及共同拥有的美国专利号11,159,057的图3A至图3C讨论了可以与本文描述的***一起使用的天线的附加示例。
每个馈源180可以在天线元件130上的不同位置处与天线元件130耦接。例如，馈源180-A在第一位置处与天线元件130耦接，馈源180-B在第二位置处与天线130耦接，等等。一个或多个馈源180-A、180-B、……、180-N中的每个馈源在沿着天线元件130的特定位置处提供要由天线元件130辐射的一个或多个RF信号(如下文更详细地解释的)。每个馈源180可以由任何合适的导电材料(例如，铝、铜等)制成。
功率放大器120可以用于通过闭合开关147-A、147-B、……、147-N中的一个或多个来选择性地向馈源180-A、180-B、……、180-N中的一个或多个提供功率。可以取决于接收器设备304相对于一个或多个馈源180-A至180-D的位置而指示(例如，通过图1B至图1C中描绘的RFIC 160和/或PAIC 161A)功率放大器120闭合开关147-A、147-B、……、147-N中的一个或多个开关中的相应开关。尽管未示出，但开关147-A、147-B、……、147-N中的一个或多个可以是功率放大器120的一部分(例如，在其内部)。下文参考方法1800进一步详细讨论功率放大器120的操作。
在一些实施例中，功率放大器120与电源(未示出)耦接，并且功率放大器120从电源汲取能量以向馈源180-A、180-B、……、180-N中的一个或多个提供RF信号。此外，在一些实施例中，功率放大器120与RFIC 160耦接(例如，如图1B至图1C和图2A中所示)。RFIC 160被配置为生成指令并向功率放大器120提供指令以生成合适的RF信号，并且功率放大器120继而向馈源180-A、180-B、……、180-N中的一个或多个提供合适的RF信号。在一些实施例中，功率放大器120耦接到RFIC 160与PAIC 161A的内部或外部(相对于第四RF功率发射器设备100)。在一些实施例中，RFIC 160包括RF振荡器和/或频率调制器，其用于生成适合于发射到无线功率接收器的RF信号(例如，RF信号具有适当的功率水平、频率等，以确保最大量的能量从第四RF功率发射器设备100传递到无线功率接收器(图3中所描述的))。
上文描述的不同RF功率发射器设备100配置能够符合如本文公开的一个或多个安全要求。RF功率发射器设备100的配置提供仍能够实现无线功率的安全发射的低成本***，从而产生既能符合监管要求又能以客户满意的成本点构建的商业可行的***。这样的***还对一个或多个IC提出了较低的计算要求，因为需要控制的部件更少，并且还因为该***不需要任何主动波束成形控制。
图2是图示了根据一些实施例的RF功率发射器设备100的一个或多个部件的框图。在一些实施例中，RF功率发射器设备100包括RFIC 160(以及包括在其中的部件，如PAIC161A和上文参考图1A至图1D所描述的其他部件)、存储器206(其可以被包括为RFIC 160的一部分，如作为CPU子***170的一部分的非易失性存储器206)、一个或多个CPU 173、以及用于互连这些部件(有时称为芯片组)的一个或多个通信总线208。在一些实施例中，RF功率发射器设备100包括一个或多个传感器165。在一些实施例中，RF功率发射器设备100包括一个或多个输出设备，如一个或多个指示灯、声卡、扬声器、用于显示文本信息和错误代码的小型显示器等。在一些实施例中，RF功率发射器设备100包括用于确定RF功率发射器设备100的位置的位置检测设备，如GPS或其他地理定位接收器。
在一些实施例中，一个或多个传感器165包括一个或多个电容式传感器、电感式传感器、超声传感器、光电传感器、飞行时间传感器(例如，IR传感器、超声飞行时间传感器、光电晶体管接收器***等)、热辐射传感器、环境温度传感器、湿度传感器、IR传感器或IR LED发射器、占用传感器(例如，RFID传感器)、环境光传感器、运动检测器、加速度计、热检测器、霍尔传感器、接近传感器、声音传感器、压力检测器、光和/或图像传感器、和/或陀螺仪以及一个或多个天线中的集成传感器，如下文参考图9A至图10D所描述的。下文参考图5A至图7B更详细地描述这些传感器165的某些示例的用途和布置。
在一些实施例中，RF功率发射器设备100进一步包括可选的特征信号接收电路240、可选的反射功率耦接器248以及可选的电容式充电耦接器250。
存储器206包括高速随机存取存储器，如DRAM、SRAM、DDR SRAM或其他随机存取固态存储器设备；并且可选地，包括非易失性存储器，如一个或多个磁盘存储设备、一个或多个光盘存储设备、一个或多个闪速存储器设备或者一个或多个其他非易失性固态存储设备。存储器206或可替代地存储器206内的非易失性存储器包括非暂态计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器206或存储器206的非暂态计算机可读存储介质存储以下程序、模块、和数据结构、或其子集或超集：
·操作逻辑216，包括用于处理各种基本***服务和用于执行硬件相关任务的过程；
·通信模块218，用于结合一个或多个无线通信部件110耦接到远程设备(例如，远程传感器、发射器、接收器、服务器、映射存储器等)和/或与远程设备通信；
·传感器模块220，用于获得和处理传感器数据(例如，结合一个或多个传感器165)，以例如确定RF功率发射器设备100附近物体的存在、速度、和/或定位，以及对检测到的物体进行分类(如下文参考图5A至图7B所描述的)；
·功率波生成模块222，用于生成和发射功率发射信号(例如，结合天线覆盖区域190和分别被包括在天线覆盖区域中的天线130)，包括但不限于在给定位置处形成一个或多个能量袋，以及控制和/或管理功率放大器(例如，通过执行PAIC 161A的一个或功能)。可选地，功率波生成模块222还可以用于对用于通过单独天线覆盖区域发射功率发射信号的发射特性(例如，功率水平(即，幅度)、相位、频率等)的值进行修改；
·阻抗确定模块223，用于基于从RF功率发射器设备100内的一个或多个测量点获得的参数化参数确定功率放大器的阻抗(例如，使用一个或多个史密斯圆图来确定阻抗)。阻抗确定模块223还可以用于确定异物的存在、对接收器进行分类、检测阻抗的变化、检测异物和/或接收器的移动、确定最佳和/或运算阻抗、以及以下描述的多个其他功能；
·数据库224，包括但不限于：
ο传感器信息226，用于存储和管理由一个或多个传感器(例如，传感器165和/或一个或多个远程传感器)接收、检测、和/或发射的数据；
ο设备设置228，用于存储RF功率发射器设备100和/或一个或多个远程设备的操作设置，包括但不限于用于SAR的查找表(LUT)、电场滚降、从各种辐射剖面中产生特定辐射剖面、史密斯圆图、天线调谐参数和/或与(例如，在RF功率发射器设备100的模拟、表征和/或制造测试期间获得的、和/或在操作期间更新的(例如，对***的学习改进))不同配置的RF功率发射器设备100的参数化参数相关联的值。可替代地，可以存储原始值以供未来分析；
ο通信协议信息230，用于存储和管理一个或多个协议(例如，定制或标准无线协议，如ZigBee、Z-Wave等，和/或定制或标准有线协议，如以太网)的协议信息；以及
ο可选的针对各种不同的无线功率接收器和(非无线功率接收器的)其他物体的已学习的特征信号232。
·安全元件模块234，用于确定无线功率接收器是否被授权从RF功率发射器设备100接收无线输送的功率；
·天线区选择和调谐模块237，用于协调利用各种天线覆盖区域发射测试功率发射信号的过程(例如，各种天线覆盖区域可以组合以产生本文讨论的发射器设备的发射场；或者对于利用单个天线的***，天线的覆盖区域可以是***的发射场)以确定哪个或哪些天线覆盖区域应该用于将功率无线输送给各种无线功率接收器(如参考PCT专利申请号PCT/US2019/015820(美国专利号10,615,647)的图9A至图9B更详细地解释的，也在PCT/US2017/065886(美国专利号10,256,677)中更详细地解释)；
·授权接收器和物体检测模块238，用于检测来自无线功率接收器和来自其他物体的各种特征信号，并且然后基于对各种特征信号的检测来确定适当的动作(如参考PCT专利申请号PCT/US2019/015820(美国专利号10,615,647)的图9A至图9B更详细地解释的，也在PCT/US2017/065886(美国专利号10,256,677)中更详细地解释的)；以及
·可选的特征信号解码模块239，用于对检测到的特征信号进行解码并确定消息或数据内容。在一些实施例中，模块239包括：用于(例如，响应于功率信标信号)从一个或多个接收器收集电测量的电测量模块242、用于基于由电测量模块239收集的电测量来计算特征向量的特征向量模块244、和/或被训练用于检测异物和/或对其进行分类的一个或多个机器学习分类器模型246(在共同拥有的美国专利号10,615,647中提供附加细节)。
上述元件(例如，存储在RF功率发射器设备100的存储器206中的模块)中的每一个可选地存储在前面提到的存储器设备中的一个或多个中，并且对应于用于执行上文描述的一个或多个功能的指令集。上述模块或程序(例如，指令集)不需要实施为独立的软件程序、过程或模块，并且因此这些模块的各种子集可选地在各种实施例中组合或以其他方式重新布置。在一些实施例中，存储器206可选地存储上述模块和数据结构的子集。
图3是图示了根据一些实施例的代表性接收器设备304(本文中有时可互换地称为接收器、功率接收器、或无线功率接收器)的框图。在一些实施例中，接收器设备304包括一个或多个处理单元352(例如，CPU、ASIC、FPGA、微处理器等)、一个或多个通信部件354、存储器356、一个或多个天线360、功率采集电路359、以及用于互连这些部件(有时称为芯片组)的一个或多个通信总线358。在一些实施例中，接收器设备304包括一个或多个可选传感器362，类似于上文参考图2描述的一个或多个传感器165。在一些实施例中，接收器设备304包括用于存储经由功率采集电路359采集的能量的能量存储设备361。在各种实施例中，能量存储设备361包括一个或多个电池、一个或多个电容器、一个或多个电感器等。
在一些实施例中，功率采集电路359包括一个或多个整流电路和/或一个或多个功率转换器。在一些实施例中，功率采集电路359包括被配置为将能量从功率波和/或能量袋转换为电能(例如，电)的一个或多个部件(例如，功率转换器)。在一些实施例中，功率采集电路359进一步被配置为向耦接的电子设备(如膝上型电脑或电话)供电。在一些实施例中，向耦接的电子设备供电包括将电能从AC形式转变为(例如，可由电子设备使用的)DC形式。
在一些实施例中，可选的特征信号生成电路310包括如参考共同拥有的美国专利号10,615,647的图3A至图3D所讨论的一个或多个部件。
在一些实施例中，一个或多个天线360包括在PCT专利申请号PCT/US2017/065886(美国专利号10,256,677)中(例如，尤其参考图6A至图7D和其他地方)进一步详细描述的一个或多个曲折线天线。在一些实施例中，一个或多个天线360还可以或可替代地包括电容式充电耦接器(如参考共同拥有的美国专利号10,615,647的图5A至图5B描述的耦接器)，该电容式充电耦接器在结构上与可能存在于近场功率发射器中的耦接器相对应。
在一些实施例中，接收器设备304包括一个或多个输出设备，如一个或多个指示灯、声卡、扬声器、以及用于显示文本信息和错误代码的小型显示器等。在一些实施例中，接收器设备304包括用于确定接收器设备304的位置的位置检测设备，如GPS(全球定位卫星)或其他地理定位接收器。
在各种实施例中，一个或多个传感器362包括一个或多个热辐射传感器、环境温度传感器、湿度传感器、IR传感器、占用传感器(例如，RFID传感器)、环境光传感器、运动检测器、加速度计和/或陀螺仪。应当注意，异物检测技术可以在不依赖于一个或多个传感器362的情况下操作。
一个或多个通信部件354实现接收器设备304与一个或多个通信网络之间的通信。在一些实施例中，一个或多个通信部件354能够使用各种定制或标准无线协议(例如，IEEE802.15.4、Wi-Fi、ZigBee、6LoWPAN、Thread、Z-Wave、蓝牙智能、ISA100.11a、无线HART、MiWi等)、定制或标准有线协议(例如，以太网、HomePlug等)、和/或包括截至本文件提交日期尚未开发出的通信协议在内的任何其他适合的通信协议中的任何一种进行数据通信。应当注意，异物检测技术可以在不依赖于一个或多个通信部件354的情况下操作。
一个或多个通信部件354包括例如能够使用各种定制或标准无线协议(例如，IEEE802.15.4、Wi-Fi、ZigBee、6LoWPAN、Thread、Z-Wave、蓝牙智能、ISA100.11a、无线HART、MiWi等)中的任何一种、和/或各种定制或标准有线协议(例如，以太网、HomePlug等)中的任何一种、或包括截至本文件提交日期尚未开发出的通信协议在内的任何其他适合的通信协议进行数据通信的硬件。
存储器356包括高速随机存取存储器，如DRAM、SRAM、DDR SRAM或其他随机存取固态存储器设备；并且可选地，包括非易失性存储器，如一个或多个磁盘存储设备、一个或多个光盘存储设备、一个或多个闪速存储器设备或者一个或多个其他非易失性固态存储设备。存储器356或可替代地存储器356内的非易失性存储器包括非暂态计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器356或存储器356的非暂态计算机可读存储介质存储以下程序、模块和数据结构、或其子集或超集：
·操作逻辑366，包括用于处理各种基本***服务和用于执行硬件相关任务的过程；
·通信模块368，用于结合一个或多个通信部件354耦接到远程设备(例如，远程传感器、发射器、接收器、服务器、映射存储器等)和/或与该远程设备通信；
·可选的传感器模块370，用于获得和处理传感器数据(例如，结合一个或多个传感器362)，以例如确定接收器103、RF功率发射器设备100、或接收器103附近物体的存在、速度和/或定位；
·无线功率接收模块372，用于从以电容方式传送的电信号、功率波和/或能量袋接收(例如，结合一个或多个天线360和/或功率采集电路359)能量；可选地，转换(例如，结合功率采集电路359)能量(例如，转换为直流)；将能量传递至耦接的电子设备；以及可选地存储能量(例如，结合能量存储设备361)；
·数据库374，包括但不限于：
ο传感器信息376，用于存储和管理由一个或多个传感器(例如，传感器362和/或一个或多个远程传感器)接收、检测、和/或发射的数据；
ο设备设置378，用于存储接收器103、耦接的电子设备、和/或一个或多个远程设备的操作设置；以及
ο通信协议信息380，用于存储和管理一个或多个协议(例如，定制或标准无线协议，如ZigBee、Z-Wave等，和/或定制或标准有线协议，如以太网)的协议信息；
·安全元件模块382，用于向RF功率发射器设备100提供标识信息(例如，RF功率发射器设备100使用标识信息来确定无线功率接收器304是否被授权接收无线输送的功率)；以及
·可选的特征信号生成模块383，用于(结合特征信号生成电路310)控制各种部件以引起一个或多个天线360和/或功率采集电路359的阻抗变化，从而引起如由特征信号接收电路240接收的反射功率的变化。
上述元件(例如，存储在接收器304的存储器356中的模块)中的每一个可选地存储在前面提到的存储器设备中的一个或多个中，并且对应于用于执行上文描述的一个或多个功能的指令集。上述模块或程序(例如，指令集)不需要实施为独立的软件程序、过程或模块，并且因此这些模块的各种子集可选地在各种实施例中组合或以其他方式重新布置。在一些实施例中，存储器356可选地存储上述模块和数据结构的子集。此外，存储器356可选地存储上文未描述的附加模块和数据结构，如用于标识所连接设备的设备类型(例如，与接收器耦接的电子设备304的设备类型)的标识模块。
在一些实施例中，本文所公开的近场功率发射器可以使用自适应加载技术来优化功率传递。这样的技术在共同拥有的PCT申请号PCT/US2017/065886(公开的PCT申请号WO2018/111921)中并且特别是参考公开的PCT申请号WO 2018/111921的图3A至图8和图12至图15进行了详细描述。
在一些实施例中，接收器设备304耦接到电子设备(如电话、平板电脑、膝上型电脑、助听器、智能眼镜、头戴式耳机、计算机配件(例如，鼠标、键盘、远程扬声器)和/或其他电气设备)或与该电子设备集成。在一些实施例中，接收器设备304耦接到小型消费类设备(如健身手环、智能手表和/或其他可穿戴产品)或与该小型消费类设备集成。可替代地，在某实施方式中，接收器设备304是电子设备。
图4示出了根据一些实施例的功率放大器控制器工程图400。在一些实施例中，功率放大器包括控制器402(例如，PAIC 161A)。可替代地或附加地，在一些实施例中，RFIC160包括控制器402。在一些实施例中，控制器402是耦接到RFIC 160和/或功率放大器的独立部件。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括LDO(低压差)404。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括LDO 406。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括LDO 408。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括偏置410。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括REG(寄存器)412。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括SPI(串行***接口)414。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括OSC(板载校准振荡器)416。在一些实施例中，功率放大器控制器402包括模拟测试复用器和缓冲器418。在一些实施例中，PAIC 161A包括灵活的通用输入/输出(GPIO)420。
在一些实施例中，PAIC 161A包括具有可编程警报阈值的***状况状态机和/或中断请求(IRQ)发生器。在一些实施例中，PAIC的161A包括多输出负偏置控制。在一些实施例中，PAIC的161A包括以下各项中的至少一项或多项：多通道ADC和DAC、双功率检测器以及温度传感器。在一些实施例中，功率放大器控制器402内的一个或多个模块是可选的。例如，为了控制功率放大器，PAIC 161A将单个数字引脚用于功率放大器启用/禁用(例如，上文讨论的功率放大器定序)、多输出负偏置控制和板载校准振荡器。为了执行阻抗检测/感测，PAIC161A利用具有可编程警报阈值的***状况状态机、IRQ发生器、多通道ADC和DAC、双功率检测器、温度传感器、SPI高速主机接口以及灵活的GPIO。在一些实施例中，PAIC 161A可以分成两个单独的芯片组，以分别控制功率放大器和执行阻抗检测/感测。
图5A是根据一些实施例的包括无线功率发射器设备(例如，上文参考图1A至图2描述的任何无线功率发射器设备100)或作为无线功率发射器设备100进行操作的设备500的等距图示。设备500包括外壳壳体502和前面504。设备500可以具有集成或包括的无线功率发射器设备100。在一些实施例中，设备500使用无线功率发射器设备100的一个或多个部件来向接收器设备304(图3)提供无线功率。例如，如本文描述的，设备500可以利用无线功率发射器设备100的一个或多个传感器(例如，至少两个不同类型的至少两个传感器或与天线集成的一个传感器)、一个或多个天线、一个或多个功率放大器、和/或一个或多个集成电路来辐射RF能量。在一些实施例中，设备500可以包括单个天线(例如，环形天线)和单个功率放大器。在一些实施例中，设备500可以包括具有集成传感器的一个或多个天线，如下文参考图9A至图10D所描述的。在一些实施例中，无线功率发射器设备100与电子设备外壳(如电视机、显示器、膝上型电脑、游戏***或视频播放器、电视机顶盒或类似设备等的外壳)集成或包含在其内。可替代地，在一些实施例中，无线功率发射器设备100是独立设备。在一些实施例中，设备500是智能扬声器(如图5A至图5C和图8A至8C中所图示的)。
在一些实施例中，设备500被配置为在其发射场内向一个或多个客户端设备(例如，无线功率接收器304、或具有集成或所耦接的无线功率接收器304的电子设备，如上文在图3中所描述的)提供无线功率。在一些实施例中，设备500被配置为在其发射场内向至少两个客户端设备提供无线功率。更具体来说，设备500被配置为在其发射场内向多个客户端设备提供无线功率。在一些实施例中，发射场延伸远离设备500的前面504。设备500的发射场是一个或多个天线覆盖区域190(上文参考图1A至图1D所描述的)的实例。
图5B是根据一些实施例的发射场506和禁区508的三维空间的等距图示。
图5C是根据一些实施例的设备500及其发射场的俯视图。为了便于图示，在两个维度上表示发射场506和禁区508的三维空间。在一些实施例中，发射场506是在设备500的一个或多个天线130正前方的空间(图1A至图1D和图8A至图9C)。例如，发射场506具有从设备500的前面504延伸的椭圆或圆形的一部分的形状。在一些实施例中，发射场506从设备500的前面504延伸不大于15cm(+/–2cm)。在一些实施例中，发射场506从设备500的前面504延伸不大于30cm(+/–2cm)。在一些实施例中，发射场506从设备500的前面504延伸不大于1米(+/–2cm)。更具体来说，在一些实施例中，发射场506距设备500的前面504有第一预定半径(操作半径“r_o”)(也在图5B中示出)。第一预定半径从设备500的中心点径向延伸，如图5B中所描绘的。在一些实施例中，发射场506的预定半径包括使发射场稍微延伸超出用于说明目的的边界的误差裕量(例如，2％至5％)。
设备500被配置为发射(例如，辐射)可以在接收器设备304的位置处接收到的RF能量。在一些实施例中，辐射的RF能量基于从功率放大器向设备500的一个或多个天线提供的放大的RF信号。放大的RF信号在由一个或多个天线接收到时使一个或多个天线在设备500的发射场506内辐射集中在客户端设备处的RF能量。在一些实施例中，辐射的RF能量在发射场506内集中在客户端设备处，同时放弃任何主动波束成形控制(例如，无线功率发射器设备100不会出于波束成形目的而修改辐射的RF能量的相位、增益等)。在一些实施例中，在发射场506内辐射集中在客户端设备处的RF能量意味着RF能量的峰值水平在客户端设备的位置处为其最大值。
设备500根据确定一个或多个敏感物体不在设备500的禁区508内来发射RF能量，如下文所讨论的。禁区508是在设备500前面的空间区域。在一些实施例中，禁区508不是对称的形状(例如，其形状可以不同于发射场506的形状)。例如，禁区508可以包括侧叶和/或需要在设备500的顶部实施SAR排除。在一些实施方式中，设备500可以检测在设备500的视场(FOV)角度的侧面、顶部、底部和其他位置上的物体。如本文使用的FOV角度是以度为单位表示的“锥角”。在一些实施方式中，一个或多个传感器165具有至少90度的宽FOV角(并且被定位成使得多个传感器具有区域重叠)。换言之，一个或多个传感器165中的每个传感器可以具有至少90度的观看角度(例如，在每个方向上离传感器的中心线(或中心检测位置)至少45度)。在一些实施例中，禁区是整体SAR值高于(US和/或欧洲)监管标准和/或高于安全阈值(即，处于生命或生物有机体的不安全水平)的空间区域。例如，在禁区内的SAR值可以是至少1.6W/kg。在一些实施例中，在禁区内的SAR值可以处于或高于2.0W/kg。换言之，禁区508是所吸收的功率处于或超过安全指标(即，SAR值处于或超过监管标准)的边界。
在一些实施例中，禁区508与设备500的前面504相距不大于10cm(+/–2cm)。在一些实施例中，禁区508与设备500的前面504相距不大于15cm(+/–2cm)。在一些实施例中，禁区508与设备500的前面504相距不大于20cm(+/–2cm)。更具体来说，在一些实施例中，禁区508是由与设备500的前面504相距的第二预定半径(图5B中的禁区半径“r_koz”)限定的。第二预定半径不同于(并且小于)发射场506的第一预定半径。第二预定半径从设备500的中心点延伸。在一些实施例中，禁区508覆盖整个前面504。虽然半径被用作限定禁区(图5B中的“r_koz”)和发射场/操作区域(图5B中的“r_o”)的方式的示例，但本领域的技术人员在阅读本公开后还将认识到，还可以使用空间体积区域。例如，禁区可以由延伸远离前面504的第一空间体积限定，而发射场/操作区域可以由延伸远离前面504的第二空间体积(大于第一空间体积，并且在一些情况下是第一空间体积的至少两倍大)限定。
在一些实施例中，设备500利用至少两个传感器(例如，图1A至图2中描绘并且还参考这些图描述的两个传感器165)。在一些实施例中，至少两个传感器包括第一传感器子集和第二传感器子集。在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集包括不同类型的传感器。可替代地，在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集是被配置为执行不同功能(例如，一个功能是用于检测禁区内的物体的存在的测距检测，并且第二功能是用于将物体分类为发射场内的特定类型的物体的物体分类功能)的类似(或相同)传感器。在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集是被配置为在不同功能之间切换(例如，从测距功能切换到物体分类功能，这可以例如一旦在一个传感器正执行测距功能时在禁区中检测到物体就发生，这然后可以使一个传感器切换到物体分类功能以然后确定何种类型的物体在禁区中)的类似(或相同)传感器。在一些实施例或情况中，来自一个传感器的同一数据集可以用于测距和物体检测两个目的)。
在一些实施例中，至少两个传感器位于外壳壳体502内。附加地或可替代地，在一些实施例中，包括一个或多个传感器或该一个或多个传感器耦接到外壳壳体502的内部或外部。例如，在一些实施例中，一个或多个传感器可以位于外壳壳体502的一个或多个角、顶部中心、底部中心、正中心、一个或多个边缘上和/或任何其他位置。在一些实施例中，至少两个传感器中的一个或多个传感器与如下文参考图9A至图9C描述的一个或多个天线集成。上文还参考图2描述了不同类型的传感器的示例。
在一些实施例中，第一传感器子集包括一个或多个传感器。在一些实施例中，第一传感器子集中所包括的传感器数量基于设备500的规格。特别地，第一传感器子集中所包括的传感器数量可以基于设备500的尺寸(长度、宽度、深度)、发射场506的大小、禁区508的大小、以及其他因素。可替代地，在一些实施例中，第一传感器子集中所包括的传感器数量基于设备500的FOV角度(例如，单个传感器的至少90度)。特别地，在一些实施例中，第一传感器子集需要预定数量的传感器，使得第一传感器子集检测在设备500的FOV角度内的一个或多个物体。在一些实施例中，第一传感器数据和第二传感器数据共同用于帮助确定禁区内的物体数量。
在一些实施例中，第一传感器子集可以被配置为作为测距传感器来操作。特别地，第一传感器子集被配置为准确地检测(例如，准确地检测在物体的真实位置的大约+/-5mm内的物体的距离范围)一个或多个物体进入禁区508、离开禁区和/或在禁区内。附加地，第一传感器子集被配置为检测在禁区508内是固定(或非移动)的一个或多个物体。例如，第一传感器子集可以检测铅笔、滚球、杯子、未授权接收器(例如，不具有所识别的特征信号的接收器设备304，如上文参考图2和图3所描述的)和/或可能已被留在禁区508内或停止在该禁区内移动的任何其他物体。
在一些实施例中，第一传感器子集被配置为感测关于位于预定距离或边界处的物体的数据。在一些实施例中，预定距离或边界等于第二预定半径(禁区半径“r_koz”)。在一些实施例中，第一传感器子集具有最大范围感测阈值，使得在该阈值之外发生的移动不被检测到，或即使被检测到也被丢弃。在一些实施例中，最大范围感测阈值等于第二预定半径+/–2cm(或禁区的大小的+/-5％)。在一些实施例中，第一传感器子集被配置使得在最大范围感测阈值之外没有数据被感测到。在其他实施例中，设备500(和其所包括的RF IC 160和PA IC 161A)接收来自第一传感器子集的数据，但丢弃该数据的与在最大范围感测阈值之外的传感器读数相对应的部分。可替代地或附加地，在一些实施例中，第一传感器子集(连续地)向设备500提供第一传感器数据，该设备将第一传感器数据与所存储的阈值测量和/或其他确定的测量进行比较以检测物体或验证物体的检测。尽管第一传感器子集可以被配置使得在最大范围感测阈值之外感测到数据，但第一传感器子集可以感测到在更远距离处的物体。
在一些实施例中，第一传感器子集检测移动和非移动(固定)的物体。在一些实施例中，设备500被配置为丢弃来自第一传感器子集的与固定物体相对应的传感器数据。以这种方式，固定物体(其可以包括已经被检测到并被分类的物体，并且不需要进行进一步处理直到检测到这些物体的新移动为止)不接收设备500的附加处理，相反地，该设备可以专注于处理与新进入或离开禁区508的其他物体相关联的数据。
在一些实施例中，第二传感器子集包括一个或多个传感器。在一些实施例中，如上文关于第一传感器子集的传感器数量所描述的，来确定第二传感器子集中所包括的传感器数量。第二传感器子集被配置为作为物体分类传感器来操作。特别地，第二传感器子集被配置为提供用于将一个或多个物体分类为敏感物体的数据。敏感物体是生命或生物有机体(例如，人类、狗、猫、植物等)。在一些实施例中，第二传感器子集被配置为检测反射功率(例如，反射离开人体组织、塑料等的功率)。
在一些实施例中，第二传感器子集包括无方向性的和/或不提供准确测距(例如，无法执行测距以确定物体的真实位置的大约+/-5mm内的物***置)的传感器。在一些实施例中，第二传感器子集在本质上是一般的，并且有时在非关键区域(即，在禁区508之外的区域)中过度检测。这样，第二传感器子集被配置为提供用于对禁区508内的一个或多个物体进行分类的数据。附加地或可替代地，在一些实施例中，在第一传感器子集被触发之后(即，在第一传感器子集检测到禁区508内的一个或多个物体之后)，第二传感器子集被配置为提供用于对禁区508内的一个或多个物体进行分类的数据(例如，第二传感器数据)。
在一些实施例中，第二传感器子集被配置为检测用于对一个或多个物体进行分类的第二传感器数据。在一些实施例中，第二传感器子集(连续地)向设备500(和其所包括的一个或多个集成电路，如RC IC 160和PA IC 161A)提供第二传感器数据。在一些实施例中，设备500将第二传感器数据与所存储的阈值测量和/或其他确定的测量进行比较以确定(例如，由第一传感器子集检测到的)一个或多个物体是否为敏感物体。
在一些实施例中，第二传感器子集包括可变输出值(即，随时间改变的数据值)，可以监测这些可变输出值和/或将其与阈值进行比较以对一个或多个物体进行分类。例如，第二传感器子集随着物体在禁区508内移动而(连续地)检测物体的数据(即，可变输出值)，并且监测物体的检测数据和/或将该检测数据与阈值进行比较以确定物体是否为敏感物体。在一些实施例中，第二传感器子集中的一个或多个传感器由于其位置而具有变化的输出。例如，包括可变功率放大器的无线功率发射器设备100可以以不同功率水平操作或者无线功率发射器设备100可以调整辐射剖面(基于一个或多个安全阈值)，并且第二传感器子集的一个或多个传感器基于其相对于无线功率发射器设备100和/或发射场的位置而可能具有变化的输出。在一些实施例中，应用对第二传感器子集的一个或多个调整以补偿在各种功率水平(所选功率水平或调整后的辐射剖面)下的可变检测阈值偏移。这允许设备500减少或消除错误检测。
在一些实施例中，阈值可以包括可设置触发水平，可以在工厂制造期间设置、基于模拟值来设置、和/或基于设备500的操作的表征来设置该可设置触发水平。在一些实施例中，可设置触发水平是可调整的。在一些实施例中，在设备500的操作期间和/或基于设备500的操作来动态地调整可设置触发水平。例如，可以基于检测到的物体的数量、发射场506和/或禁区508中的物体组合和/或其他因素来调整可设置触发水平。
如上文提到的，在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集是相同类型的传感器，其中，每个传感器子集被配置为以不同方式操作(例如，测距检测和物体分类)。例如，至少两个传感器可以是电容式传感器(或图1A至图2中描述的其他传感器类型)，其中，第一电容式传感器被配置用于测距检测并且第二电容式传感器被配置用于如上文所描述的物体分类。可替代地，在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集是同一个传感器(即单个传感器子集)，并且设备500能够切换传感器中的一个或多个传感器的操作。例如，设备500可以包括单个传感器子集(其中，每个传感器处于测距检测模式中(或被配置用于测距检测))，并且在检测到物体时将单个传感器子集中的至少一个传感器切换(或重新配置)到物体分类模式。在一些实施例中，设备500可以均匀地切换(或重新配置)单个传感器子集(即，被配置用于测距检测的所有传感器或被配置用于物体分类的所有传感器)的操作模式。在一些实施方式中，单个传感器用于测距检测和物体分类。例如，单个传感器可以处于测距检测模式中，并且被切换到物体分类模式(例如，当在测距检测模式中检测到物体时)。
在一些实施例中，设备500执行传感器完整性检查(即，传感器故障检测)。一个或多个传感器完整性检查包括确定所提供的传感器数据持续不合理或根本超出设备500的某些特性或规范的边界(例如，相对于传感器配置(即，测距或物体分类模式)的存储阈值的过多电容读数)；任何传感器与设备500之间的通信停止(即，传感器不提供任何确认、已知数据故障的读回等)；对设备500查询的响应没有在预期的时间帧(例如，1ms或更少、3ms或更少等)内返回。如果检测到上述情形中的一种或多种，则设备500假设传感器故障。在一些实施例中，设备500将功率放大器120(图1A至图1D)的功率水平降低到安全水平，或响应于检测到这样的传感器故障条件而被禁用。在一些实施例中，禁用设备500直到执行电源循环为止。一旦执行电源循环，设备500便重新执行传感器完整性检查。
在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集可以用于补偿一个或多个故障。例如，设备500可以基于第二传感器子集故障来将第一传感器子集(被配置为操作用于范围检测)中的一个或多个传感器重新配置为在物体分类操作中操作，并且反之亦然。可替代地，在一些实施例中，第一传感器子集可以执行第二传感器子集的一个或多个操作，并且反之亦然。在这个示例情形中，第一传感器子集和第二传感器子集可以以轻微的退化来执行两个功能(例如，范围从基线减少了2％)。以这种方式，第一传感器子集或第二传感器子集处的故障不影响传感器为设备500的整体操作提供的整体安全改进。
在一些实施例中，取决于被充电的接收器设备304的性质和/或大小，接收器设备304可以最初被检测为敏感物体(即，误报)。例如，当被放置在设备500附近时，较大尺寸、材料、金属含量可能使读数稍微偏斜成高于敏感物体阈值或触发水平(上文参考第二传感器子集所描述的)。这使设备500错误地确定敏感物体在禁区508中。为了帮助校正这个错误检测，在一些实施例中，接收器设备304还经由通信信号(例如，使用BLE)向设备500提供数据，该数据然后可以用于抵消敏感物体的错误检测的风险。在一些实施例中，接收器设备304每当处于设备500的通信范围(例如，至少与发射场506一样大的区域)中时经由通信信号提供数据。可替代地，在一些实施例中，设备500在检测到敏感物体之后经由来自接收器设备304(或其他检测到的物体)的通信信号请求数据。
通信信号允许设备500和接收器设备304使用数据来验证彼此。在设备500(和/或无线功率发射器设备100)验证接收器设备304之后，将偏置或偏移值应用于第二传感器子集的检测阈值(即，设备500提高敏感物体阈值或调整触发水平)。偏置或偏移值禁用初始错误检测并且仍允许从远处对敏感物体(例如，人类入侵)进行后续检测。特别地，偏置或偏移值允许设备500向接收器设备300发射RF能量，同时还继续允许设备500检测进入禁区508的敏感物体。在一些实施例中，在移除接收器设备304和/或接收器设备304与设备500停止通信之后移除偏置或偏移值。
虽然关于处理传感器数据以用于执行测距和物体分类功能的上述描述将设备500称为执行某些操作，但技术人员在阅读这些描述后将理解，在执行这些操作时使用设备500的部件(例如，在执行设备500的所描述的操作时使用设备500的一个或多个集成电路，如RCIC 160和/或PA IC 161A)。
图6A至图6C图示了根据一些实施例的设备500的操作场景的侧视图。不同侧视图包括设备500、发射场506、禁区508、客户端设备602(包括可以与电子设备耦接的无线功率接收器304)和用户604(由人手所表示的)。在一些实施例中，客户端设备602是小型消费类设备，如健身带、智能手表和/或具有与之耦接的无线功率接收器304的其他可穿戴产品。消费类设备的附加示例包括电话、平板电脑、膝上型电脑、助听器、智能眼镜、头戴式耳机、计算机配件(例如，鼠标、键盘、远程扬声器)和/或其他电气设备。
在第一视图600中，客户端设备602在设备500的发射场506内移动以接收从设备500发射的无线功率。更具体来说，持有客户端设备602的用户604进入设备500的发射场506以给客户端设备充电。如图6A的侧视图600中所图示的，在一些实施例中，发射场506大于禁区508。禁区508是在发射场506内的区域。虽然禁区508具有高于安全阈值的SAR值或者不符合监管标准的SAR值，但在一些场景中，发射场506的其余部分(例如，发射场506的除禁区508以外的部分)可以符合监管标准或具有低于安全阈值的SAR值。这样，在一些场景中，当用户604进入发射场506的其余部分或在该其余部分内时，设备500可能不需要被禁用(即，停止向另一电子设备发射无线功率，该另一电子设备具有也可以在发射场506内的无线功率接收器)。
另一方面，当用户604进入禁区508或在该禁区内(下文参考图6B更详细地描述的)时，需要禁用或调整由设备500发射无线功率，以保护用户604。在图6A的示例中，设备500使用一个或多个传感器检测到客户端设备602和用户604中的一个或两者已进入发射场506。例如，在一些实施例中，设备500使用一个或多个传感器(例如，电容式传感器、IR传感器或参考图2描述的传感器的其他示例)来测量发射场506内的反射功率以确定发射场506中的一个或多个变化，并且基于所测量的反射功率来确定客户端设备602和用户604中的一个或两者已进入发射场506。在图6A的示例中，由于用户604还未进入禁区508，因此不需要中断向还可能在发射场506内的另一电子设备发射无线功率。
在第二视图630中，客户端设备602在设备500的禁区508内移动以接收从设备500发射的无线功率。更具体来说，持有客户端设备602的用户604进入设备500的禁区508以给客户端设备602充电。如上文描述的，当用户604进入禁区508或在该禁区内时，设备500禁用无线功率的发射或调整辐射剖面。在一个示例中，设备500使用至少两个传感器来检测客户端设备602和用户604中的一个或两者并且然后对其进行分类。关于这个示例更具体来说，设备500使用第一传感器子集来执行测距功能并确定客户端设备602和用户604中的一个或两者何时已进入禁区508，并且使用第二传感器子集来帮助确定客户端设备602和用户604中的一个或两者是否应被分类为敏感物体。在一些实施例中，在已执行测距功能之后执行物体分类功能(即，来自第一传感器子集的数据用于确定物体在禁区508内，并且然后激活第二传感器子集以执行物体分类功能并且确定物体是否为敏感物体)。如果设备500将禁区内的任何物体分类为敏感物体，则设备500停止发射无线功率。
在一些实施例中，在来自第一传感器子集和第二传感器子集中的一个或两者的传感器数据触发检测或敏感物体阈值之后，设备500调整滞后定时器并且根据该滞后定时器禁用或调整无线功率的发射。滞后定时器是设备500不发射无线功率(即，被禁用)的时间窗。可替代地，在一些实施方式中，滞后定时器是设备500的无线功率发射被延迟(或脉冲)直到可以进行本文描述的物体分类或其他确定为止的时间窗。换言之，代替每次由第一传感器子集和第一传感器子集中的一个或多个检测到物体时接通和关闭设备500，设备500能够对无线功率发射进行脉冲(或增加脉冲的长度)。在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集两者的触发使设备调整滞后定时器。可替代地，在一些实施例中，第一传感器子集或第二传感器子集之一的触发使设备调整滞后定时器。滞后定时器的示例值包括100毫秒、50毫秒或20毫秒。
在一些实施例中，设备500对来自第一传感器子集和第二传感器子集中的一个或两者的数据进行重新采样以便以预定时间增量(如每10毫秒或每15毫秒)执行上文描述的测距和物体分类功能。每当设备500确定物体在阈值范围内(例如，在禁区508内)并且物体被分类为敏感物体时，然后，设备500将滞后定时器增加到某个最大滞后值，如7秒。以这种方式，滞后定时器不会无限期地增长。滞后定时器的净效果是充当弱检测场景的噪声滤波器，其中，无线功率接收器和/或生命或生物有机体的检测是不连续的和/或不一致的。更具体来说，设备500能够基于物体的初始检测(是否为误报)来调整滞后定时器，并且进一步基于来自第一传感器子集和第二传感器子集中的一个或两者的重新采样的数据来调整滞后定时器，以移除误报或重新断定初始敏感物体检测。弱检测场景的示例包括降低的反射功率测量、降低的阻抗测量和/或其他类似场景。
在第三视图650中，客户端设备602被放置在与设备500相邻的表面(例如，桌子、柜台等)上并且被放置在禁区508内，并且用户604已离开禁区508。在一些实施例中，客户端设备602被放置在设备500的表面上(即，接触该表面)。一旦在上文讨论的滞后定时器到期之后启用设备500以发射无线功率，设备500便将向客户端设备602发射无线功率并且给该客户端设备充电。在第三视图630中，用户604已离开禁区508，这允许即使在用户604仍在设备500的发射场506内的情况下，滞后定时器也倒计时(因为在禁区508内不再检测到敏感物体，因此不会给滞后定时器增加附加的时间)。
图6A至图6C图示了检测禁区508内的物体并对其进行分类的一个场景。场景的非详尽列表包括：
可以使用本文描述的第一传感器子集和第二传感器子集来监测任何不同数量的场景。附加地，虽然以上主要示例被描述为使用两个传感器，但可以替代地使用被配置为用于帮助执行两个不同功能(例如，测距和物体分类功能)的一个传感器，因此，以上描述也适用于以这种方式使用一个传感器。下文参考图7A至图7B讨论了用于确定来自第一传感器子集和第二传感器子集中的一个或多个的传感器数据已触发检测或敏感物体阈值以及对滞后定时器的后续调整的示例过程流程。
图7A和图7B图示了根据一些实施例的用于控制RF能量发射的过程。图7A和图7B的过程可以由发射器设备100(图1)和/或一个或多个集成电路(例如，如至少在图1A至图2中所示的RFIC 160和/或PAIC 161A)执行。图7A和图7B中所示的操作中的至少一些操作对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质(例如，图1B的发射器设备100的存储器172和174；发射器设备100的存储器206)中的指令。在一些实施例中，执行图7A和图7B中图示的操作中的一些但并非所有操作。类似地，图7A和图7B中图示的一个或多个操作可以是可选的或以不同序列来执行。此外，与本公开一致的图7A和图7B的发射器设备100和/或一个或多个集成电路的两个或更多个操作可以在时间上重叠或几乎同时。为了简洁起见，在发射器设备100处执行下文提供的示例。
图7A图示了根据一些实施例的检测发射器设备100的发射场内的一个或多个物体并对其进行分类的过程。在一些实施例中，发射器设备100接收702来自一个或多个传感器(例如，传感器165)的传感器数据。在一些实施例中，一个或多个传感器包括第一传感器子集和第二传感器子集。在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集包括不同类型的传感器。可替代地，在一些实施例中，第一传感器子集和第二传感器子集是类似的传感器；然而被配置用于不同操作(即，第一子集被配置用于测距检测并且第二子集被配置用于物体分类)。在一些实施例中，一个或多个传感器是单个子集传感器，并且单个子集传感器中的一个或多个传感器可以在不同操作之间(例如，在测距检测与物体分类之间)进行切换或重新配置。在一些实施例中，发射器设备包括可以在不同操作(例如，测距检测与物体分类)之间切换或重新配置的单个传感器。上文参考图1A至图2讨论了不同类型的传感器的示例。
在一些实施例中，发射器设备100确定704来自第一传感器子集的数据是否引起测距触发器的激活。当第一传感器子集检测到一个或多个物体并且向发射器设备100提供第一传感器数据时引起测距触发器的激活。在一些实施例中，一个或多个传感器的第一传感器子集是被配置为检测发射器设备100的发射场内的一个或多个物体的测距传感器。一旦确定(基于第一传感器数据)在设备100的某个预定范围内(如在距发射器设备100的外部壳体至少10cm、至少20cm或至少30cm远内)存在物体，便可以激活测距触发器。
如果发射器设备100确定未触发一个或多个传感器的第一传感器子集(例如，未激活测距触发器)，则启用706发射器设备100以发射集中在(在发射器设备100的发射场内的情况下)需要充电的接收器设备304(图3)附近的RF能量。在发射器设备100被启用706之后，过程返回到操作702，并且等待从一个或多个传感器接收附加传感器数据。在一些实施例中，一旦一个或多个传感器的第一传感器子集未检测到物体(例如，来自第一传感器子集的数据未激活测距触发器)，就启用706发射器设备100。可替代地或另外地，发射器设备100在被启用之前等待718滞后定时器(如果激活)到期。滞后定时器是发射器设备100无法辐射RF能量的时间窗。滞后定时器在其为非零值时被视为是激活的。可以基于一个或多个检测到的和/或被分类的物体来调整滞后定时器，如下文描述的。
在一些实施例中，如果发射器设备100确定一个或多个传感器的第一传感器子集被触发，则发射器设备100将滞后定时器调整708第一预定时间量。在一些实施例中，滞后定时器等于第一预定时间量。在一些实施例中，滞后定时器等于每个调整后的预定时间量的总和。例如，第一传感器子集可以检测使发射器设备100将滞后定时器调整第一预定时间量的第一物体，并且然后检测使发射器设备将滞后定时器调整附加的第一预定时间量的第二物体。在一些实施例中，第一预定时间量不多于100毫秒、不多于50毫秒或不多于20毫秒。在一些实施例中，第一预定时间量基于传感器类型。在一些实施例中，滞后定时器(当聚合每个调整后的预定时间量时)不大于10秒、5秒、3秒等。以这种方式，滞后定时器不会无限期地增加并且允许发射器设备100在没有显著延迟的情况下辐射RF能量，同时还确保发射RF能量是安全地进行的。
在一些实施例中，作为附加安全措施，发射器设备100在一个或多个传感器的第一传感器子集被触发之后调整滞后定时器。通过在一个或多个传感器的第一传感器子集被触发之后调整滞后定时器的持续时间，发射器设备100可以避免将RF能量辐射在快速地通过禁区(即，进入并离开)的物体上。附加地，滞后定时器可以向发射器设备100提供如下文描述的对一个或多个物体进行分类的附加时间。应注意，发射器设备100能够在没有滞后定时器所提供的附加时间的情况下对一个或多个物体进行分类，并且因此，操作708是可选的，如由图7A中的虚线所指示的。
可替代地，在发射器设备100确定一个或多个传感器的第一传感器子集被触发(例如，已确定测距阈值被激活/得到满足，因为来自第一传感器子集的数据指示禁区内存在物体)之后，发射器设备100确定710来自第二传感器子集的数据是否引起敏感物体触发器的激活。当由一个或多个传感器的第一传感器子集检测到的物体中的一个或多个被确定为(例如，被分类为)敏感物体时引起敏感物体触发器的激活。特别地，第二传感器子集向发射器设备100提供第二传感器数据，并且发射器设备100使用第二传感器数据来确定是否要将由一个或多个传感器的第一传感器子集检测到的一个或多个物体分类为敏感物体。一个或多个传感器的第二传感器子集是被配置为检测允许发射的设备对检测到的物体进行分类的数据的分类传感器。检测到的物体可以被分类为敏感物体和/或非敏感物体。一个或多个传感器的第二传感器子集被配置为检测一个或多个传感器的第一传感器子集的界定边界(即，禁区)内的数据。在一些实施例中，当检测与位于禁区之外的物体有关的数据时，一个或多个传感器的第二传感器子集的准确性降低。
如果发射器设备100确定一个或多个传感器的第二传感器子集未被触发(例如，来自第二传感器子集的数据引起敏感物体触发器的激活)，则启用706发射器设备100以发射集中在(在接收器设备304当前在发射器设备100的发射场内)需要充电的接收器设备304(图3)附近的RF能量。在一些实施例中，发射器设备100在被启用之前等待718滞后定时器(如果激活)到期。在发射器设备100被启用706之后，过程返回到操作702，并且等待从一个或多个传感器接收附加传感器数据。
可替代地，如果发射器设备100确定一个或多个传感器的第二传感器子集被触发(例如，来自第二传感器子集的数据引起敏感物体触发器的激活)，则发射器设备100将滞后定时器调整712第二预定时间量，并且禁用或调整714发射器设备100。调整发射器设备100包括调整功率放大器120(图1A至图1D)的功率水平或调整如下文参考图12A至图14并且在共同拥有的美国专利号10,985,617中讨论的辐射剖面。类似于第一预定时间量，在一些实施例中，第二预定时间量不多于100毫秒、不多于50毫秒或不多于20毫秒。第一预定时间量和第二预定时间量可以是相同的或不同的。在一些实施例中，第二预定时间量基于传感器类型。滞后定时器可以是第一预定时间量、第二预定时间量和将滞后定时器调整到其的其他预定时间量的总和。
在操作714之后，发射器设备100等待716传感器采样定时器到期，然后返回到操作702。更具体来说，在发射器设备100被禁用或调整714并且等待传感器采样定时器到期以然后从一个或多个传感器接收更新后的和/或附加传感器数据之后(即，发射器100在重新采样之前等待)，过程返回到操作702。在一些实施例中，传感器采样定时器不多于100、50或20毫秒。在一些实施例中，滞后定时器不开始倒计时(例如，操作718)，直到第一传感器子集未检测到物体和/或第二传感器子集未将物体分类为敏感物体为止。换言之，在第一传感器子集和第二传感器子集未被触发之后(或换种说法，直到确定测距阈值和敏感物体阈值两者都未被激活/得到满足之后)滞后定时器开始倒计时。
图7B图示了根据一些实施例的使用信标信号和/或检测具有无电电池的接收器的过程。在一些实施例中，发射器设备100检测752在其通信范围(例如，至少与发射场506(图5)一样大并且通常大于该发射场的区域)内的一个或多个物体。在一些实施例中，发射器设备100基于阻抗测量、反射功率、信标信号(例如，BLE或其他通信信号)来检测在其发射场506内的一个或多个物体。可替代地，在一些实施例中，基于与发射器设备100的接触来检测发射器设备100的发射场506内的一个或多个物体(例如，物体接触发射器设备100的充电表面)。
在检测到在其发射场506内的一个或多个物体时，发射器设备100启用754一个或多个传感器(例如，首先启用测距传感器并且然后等待启用用于物体分类的传感器)。可替代地，在一些实施例中，一个或多个传感器已经被启用并且用于检测发射器设备100的发射场506内的一个或多个物体。发射器设备100使用被启用的一个或多个传感器来执行756图7A的操作702至718。更具体来说，发射器设备100利用至少一个或多个传感器来检测发射器设备100的发射场506和/或禁区508(图5)内的一个或多个物体，并且/或者将一个或多个检测到的物体分类为敏感物体。如果检测到的物体是敏感物体，则发射器设备100在其发射场内禁用无线功率的发射。可替代地，如果检测到的物体并非敏感物体，则发射器设备100被启用并且可以在其发射场内继续发射或正在发射无线功率。
继续参考图7B，发射器设备100启用758发信标。特别地，发射器设备100发射一个或多个通信信号以识别检测到的物体中的一个或多个。例如，一旦检测到物体，发射器设备100便试图从一个或多个检测到的物体中发现一个或多个接收器设备304(图3)。在一些实施方式中，发射器设备100利用BLE作为用于发现一个或多个接收器设备304的通信信号。在一些实施例中，发射器设备100在执行图7A的操作702至718时启用发信标。可替代地，在一些实施例中，发射器设备100在检测到的物体中的一个或多个未被分类为敏感物体之后启用发信标。在某些情况下，使用这个发信标过程可以用于区分可能在不同荷电状态下的不同类型的电子设备，例如需要充电的具有无电电池的电子设备可以与缺乏无线充电能力的电子设备区分开。
在启用发信标之后，发射器设备100确定760在第一预定时间段内是否从检测到的物体中的一个或多个接收到对信标信号的响应。更具体来说，发射器设备100确定是否已发现接收器设备304(例如，发射器设备100与接收器设备304通信地耦接)。如果在第一预定时间段内从检测到的物体中的一个或多个接收到对信标信号的响应，则发射器设备从所发现的接收器设备304获得762充电信息(上文参考图1A至图1D所描述的)。发射器设备100使用充电信息来给所发现的接收器设备304充电764并且监测所发现的接收器设备的充电。一旦已给接收器充电，发射器设备便返回到操作752并且等待另一物体在发射器设备100的发射场506内被检测到。可替代地，在一些实施例中，发射器设备100返回到操作756(即，使用一个或多个传感器检测物体和/或对其进行分类，如上文参考图7A所描述的)。
可替代地，如果未在第一预定时间段内未从检测到的物体中的一个或多个接收到对信标信号的响应，则发射器设备100进入766无电电池模式。当处于无电电池模式中时，发射器设备100能够供应能够使无电接收器设备304(即，具有无电电池的接收器设备)恢复活力的功率(即，辐射RF能量)。以这种方式，具有无电电池的接收器设备304仍能够由发射器设备100充电，即使该接收器设备不能够对信标信号做出响应。当在无电电池模式中时，发射器设备100确定768是否在第二预定时间段内从检测到的物体中的一个或多个接收到对信标信号的响应。更具体来说，发射器设备100等待接收来自无电接收器设备的响应，该无电接收器设备现在具有用于提供响应性通信信号的充足电荷，使用发射器设备100在处于无电电池模式中时提供的供应功率来将该充足电荷给予无电接收器设备。如果从无电(现在有电)接收器设备中的一个或多个接收到对信标信号的响应，则发射器设备执行如上文所描述的操作762和764。
可替代地，如果未在第二预定时间段内从检测到的物体中的一个或多个接收到对信标信号的响应，则发射器设备100退出770无电电池模式并且返回到操作756(即，使用一个或多个传感器检测物体和/或对其进行分类，如上文参考图7A所描述的)。在一些实施例中，在进入无电电池模式之前，发射器设备100确定检测到的物体是否被确定为接收器设备304，或者包括被配置为接收无线功率(例如，使用来自一个或多个传感器(例如，物体分类传感器)的传感器数据)的接收器设备304。在一些实施例中，发射器设备100返回到操作752并且等待另一物体在发射器设备100的发射场506内被检测到。
图8A是根据一些实施例的包括有无线功率发射器(图1A至图2)的设备500(图5A至图5C)的分解图。在一些实施例中，设备500包括如设备500外壳壳体502的前面504、环形天线802、天线支架804、一个或多个传感器806、接地平面808、控制印刷电路板(PCB)810和PCB屏蔽或散热器812等部件。尽管示出了环形天线802，但可以使用参考图1A至图1D和/或图9A至图9C描述的任何天线。在一些实施例中，环形天线802包括一个馈源180(图1D)。在一些实施例中，设备500包括单个环形天线802。在一些实施例中，天线802具有大约2英寸×6英寸、并且10mm厚的矩形孔径，形成为由PCB 810和/或作为反射器的接地平面808支持的环。在一些其他实施例中，设备500具有多个天线，该多个天线由上文参考图1A至图1D描述的一种或多种类型构成。多个天线可以具有适合设备500的尺寸和/或生成期望频率和/或性能的任何尺寸。
在一些实施例中，一个或多个传感器806被集成或放置在接地平面808上。在一些实施例中，尽管未示出，但一个或多个传感器类型(未示出)的附加传感器位于设备500外部和/或前面504附近(例如，沿着设备500和/或前面504的边缘、正中心的角)。在一些实施例中，前面504由塑料制成。在一些实施例中，天线支架804由塑料制成。在一些实施例中，外壳壳体502由塑料制成。
图8B和图8C中进一步描绘了机械图示。图8B是根据一些实施例的包括有无线功率发射器的设备500的侧横截面视图图示。在一些实施例中，环形天线802放置得非常靠近设备500的前表面814或前盖(外壳)1502。环形天线802放置在天线支架804上。PCB屏蔽或散热器812覆盖在控制PCB 810上。
图8C是根据一些实施例的包括有无线功率发射器的组装设备的透明图示。可以从透明侧视图观看环形天线802。设备500的示例尺寸包括7cm高度、4cm深度和15cm长度。在一些实施例中，环形天线802被配置为在本地生成和使用917.5MHz的RF能量。
图9A至图9C图示了根据一些实施例的具有集成电容式传感器的天线。在一些实施例中，具有集成电容式传感器的天线(被称为“修改后的天线”900)包括谐振器元件902、间隔件904和修改后的接地平面906。修改后的天线900被配置为在修改后的天线900的发射场(例如，发射场506；图5)内向无线功率接收器304提供无线功率。在一些实施例中，修改后的天线900的发射场从设备(例如，设备500；图5)的前面延伸。在一些实施例中，修改后的天线900被配置为基于对修改后的天线900的禁区(例如，禁区508；图5)内的一个或多个物体的检测和/或分类来被禁用。换言之，修改后的天线900被配置为在可接受的范围(即，天线前面的在可允许SAR值内的区域)中和/或当在与修改后的天线900相关联的发射器设备(例如，设备500)的禁区内未检测到敏感物体时发射无线功率。在一些实施例中，修改后的天线900包括被配置为传导从功率放大器接收的射频(RF)信号的信号馈源。可替代地或附加地，在一些实施例中，修改后的天线900包括多个馈源。修改后的天线900可以在图1A至图2、图5A至图6C和图8A至图8C的无线功率发射器设备中的任何设备中实施。
在一些实施例中，谐振器元件902是由单片金属形成的单元式谐振器。在一些实施例中，谐振器元件902由冲压金属形成。在一些实施例中，谐振器元件902相对于前面504是平面的。谐振器元件902直接接触信号馈源，这使谐振器元件902基于RF信号在预定发射场中辐射RF能量。在一些实施例中，预定发射场处于使用修改后的天线的无线功率发射器设备前面(例如，如图5A和图5B中所示)。在一些实施例中，辐射的RF能量具有至少6dB(+/–1dB)的峰值增益。在一些实施例中，辐射的RF能量具有大约70度(+/–2度)的3dB波束宽度。在图10A和图10D中提供了修改后的天线900和与其关联的一个或多个示例辐射剖面。
间隔件904耦接在谐振器元件902与修改后的接地平面906之间。在一些实施例中，间隔件904由与制成谐振器元件902的材料不同的材料制成(例如，间隔件904由塑料制成并且谐振器元件902由金属制成)。可替代地，在一些实施例中，间隔件904可以是如上文参考图8所描述的天线支架804的一部分。
接地平面906(被称为“修改后的接地平面906”，因为它是修改后的天线900的一部分，并且在一些实施例中也已经被修改为包括一个或多个电容式传感器)包括无线功率发射器设备100的一个或多个部件。例如，修改后的接地平面906可以包括一个或多个传感器、一个或多个功率放大器、和/或图2中标识的其他部件。在一些实施例中，无线功率发射器设备100的一个或多个部件耦接在修改后的接地平面906后面。以这种方式，无线功率发射器设备100的一个或多个部件被定位为使得谐振器元件902与一个或多个部件之间几乎没有任何相互作用，这有助于确保部件和谐振器元件902的高效操作，从而允许修改后的天线900辅助同时执行多个功能。
在一些实施例中，PCB设计用于将电容式传感器集成到修改后的接地平面906中。修改后的接地平面906(具有集成电容式传感器)基本上不干扰修改后的天线900的性能。更具体来说，修改后的接地平面906形成电容式传感器，该电容式传感器被配置为在基本上不(或在一些实施例中根本不)干扰修改后的天线900进行的RF能量辐射的情况下检测修改后的天线900的预定发射场内的一个或多个物体和/或对其进行分类。上文参考图5A至图7B讨论了预定发射场内的一个或多个物体的检测和/或分类，并且可以使用天线900及其集成的一个或多个传感器(其可以是电容式传感器)来执行这些检测和分类功能。在一些实施例中，修改后的接地平面906的整个表面被用作电容式传感器。通过使用修改后的接地平面906的整个表面区域作为电容式传感器，可以最大化电容式传感器的范围(例如，具有感测全发射场506或禁区508内的物体的能力)。可替代地，在一些实施例中，修改后的接地平面906的表面区域的一部分被用作电容式传感器(并且其他部分可以用于集成其他类型的传感器或附加电容式传感器)。
在一些实施例中，作为电容式传感器操作的修改后的接地平面906被配置为检测距修改后的接地平面906最高15英寸远的一个或多个物体。在一些实施例中，作为电容式传感器操作的修改后的接地平面906被配置为检测距修改后的接地平面906最高12英寸远的一个或多个物体。在一些实施例中，作为电容式传感器操作的修改后的接地平面906被配置为检测距修改后的接地平面906最高6英寸远的一个或多个物体。在一些实施例中，作为电容式传感器操作的修改后的接地平面906被配置为检测距修改后的接地平面906最高3英寸远的一个或多个物体。例如，在一些实施例中，当修改后的接地平面906前面没有物体时，所测量的电容是110pF(电容变化不适用)。继续这个示例，如果物体在修改后的接地平面906前面3英寸处，则所测量的电容是117.8pF(电容变化为7.1％)。继续这个示例，如果物体在修改后的接地平面906前面6英寸处，则所测量的电容是114.5pF(电容变化为4.1％)。继续这个示例，如果物体在修改后的接地平面906前面12英寸处，则所测量的电容是112.2pF(电容变化为1.1％)。
图9B和图9C图示了根据一些实施例的修改后的接地平面。在一些实施例中，修改后的接地平面906是实心铜平面。可替代地，在一些实施例中，修改后的接地平面906是包括至少两个或更多个层的PCB。在一些实施例中，PCB的至少两个层由铜制成。PCB的两个或更多个层包括第一层930和第二层950，其中，第一层930是顶层并且第二层950是底层。在一些实施例中，第一层930使用间隔件904耦接到谐振器元件902，并且第二层950耦接到无线功率发射器设备100的一个或多个部件。无线功率发射器设备100的一个或多个部件与谐振器元件902相对。以这种方式，修改后的接地平面906减少或消除可能由无线功率发射器设备100的一个或多个部件(在谐振器元件902的发射场上)引起的干扰。
两个或更多个层中的第一层930包括至少两个部分。在一些实施例中，第一层930的第一部分932居中地位于修改后的接地平面906上，并且第一层930的第二部分934与第一部分932共面并且环绕该第一部分。在一些实施例中，第一部分932和第二部分934将矩形936限定在这两个部分之间。矩形936可以具有在其内边缘与其外边缘之间的预定间隙，该预定间隙基于集成电容式传感器的期望性能。在一些实施例中，第一层930包括孔938。孔938被配置为允许一个或多个缆线或其他部件穿过修改后的接地平面906并且连接到谐振器元件902。在一些实施例中，两个或更多个层中的第二层952是实心铜层。与第一层930一样，第二层952包括孔938以允许一个或多个缆线或其他部件穿过修改后的接地平面906并且连接到谐振器元件902。在一些实施例中，修改后的接地平面906的背面主要被用作谐振器元件902的接地。
修改后的接地平面906的集成电容式传感器由第一层930、第二层950和背面形成。集成电容式传感器的性能基于第一层930的第一部分932(即，第一层930中的中间件)的大小、第一层930的矩形936(其由第一部分932与第二部分934之间的间隙限定)、以及修改后的接地平面906的材料和厚度(即，PCB材料和厚度)。修改后的接地平面906的不同设计和尺寸可以用于产生具有期望性能特征的集成电容式传感器。
图10A至图10D图示了根据一些实施例的修改后的天线900的RF辐射剖面和电场图案。图10A示出了修改后的天线900(例如，其可以包括在图5的设备500中)。特别地，图10A示出了修改后的天线900前面的预定位置处辐射的RF能量。图10B示出了根据一些实施例的由修改后的天线900产生的RF辐射剖面/图案。图10C示出了在桌子和/或柜台上的修改后的天线900将RF能量辐射到设备前面的预定位置处。图10D图示了修改后的天线900的电场图案。
图11A和图11B是图示了根据一些实施例的控制和/或管理发射器设备的操作的方法的流程图。方法1100的操作(例如，步骤)可以由包括有发射器设备100(其具有RFIC 160和/或PAIC 161A)的设备500的一个或多个集成电路(例如，如至少在图1A至图1D中所示的发射器设备100的RFIC 160，和/或如至少在图1B至图1D中所示的PAIC 161A)执行。图11A至图11B中所示的操作中的至少一些操作对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质(例如，图1B的发射器设备100的存储器172和174；RF功率发射器设备100的存储器206)中的指令。与本公开一致的方法1100的操作可以包括以不同序列执行的在图11A和图11B中图示的操作中的至少一些但并非所有操作。类似地，图11A和图11B中图示的一个或多个操作可以是可选的。此外，与本公开一致的方法1100的操作可以包括在时间上重叠或几乎同时执行的至少两个或更多个步骤。
为了简洁起见，由发射器设备100的一个或多个集成电路执行下文描述的方法1100的操作。发射器设备100包括至少两个传感器(例如，传感器165；图1A至图2)、一个或多个天线(例如，天线130；图1)、一个或多个集成电路、以及被配置为放大提供给一个或多个天线的RF信号的功率放大器(例如，功率放大器120；图1A至图1C)。一个或多个天线在接收到放大的RF信号时被配置为在发射器设备100的发射场内辐射RF能量。在一些实施例中，至少两个传感器是不同类型的传感器。可替代地，在一些实施例中，至少两个传感器是相同类型的传感器，这些传感器可以被配置为执行至少两个不同功能(例如，测距和物体分类功能)。在一些实施例中，至少两个传感器包括超声传感器、光电传感器、电容式传感器和红外传感器中的一个或多个。在一些实施例中，至少两个传感器中的传感器是被配置为检测发射器设备100的阻抗变化的传感器。可替代地或附加地，在一些实施例中，至少两个传感器中的传感器是被配置为测量可以用于检测物体和/或对其进行分类的反射功率的传感器。
方法1100包括从至少两个传感器中的第一传感器接收(1102)指示发射器设备100的发射场(例如，图5A至图6C的发射场506)的禁区(例如，图5A至图6C的禁区508)内存在物体的第一传感器数据。发射场可以包括比禁区中所包括的三维空间区域大的三维空间区域(即，禁区在发射场内)。在一些实施例中，发射设备100的发射场距发射设备100的外部壳体至少1m远。在一些实施例中，第一传感器是被配置为检测进入禁区(和/或在禁区内)的物体的测距传感器。在一些实施例中，第一传感器精确到第一预定距离(例如，距发射器设备100至少40cm(+/–2cm))。在一些实施例中，第一传感器被配置为检测距发射器设备100的外部壳体至少20cm远的一个或多个物体。第一预定距离可以被选择为与发射器设备100的禁区(上文提供了禁区的示例)的尺寸相对应。
方法1100包括：响应于接收，使用来自不同于第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将物体分类(1104)为敏感物体。特别地，第二传感器是被配置为检测允许一个或多个集成电路对禁区内的一个或多个物体进行分类的数据的分类传感器。在一些实施例中，敏感物体是(1106)人手。在一些实施例中，敏感物体是生命或生物有机体(例如，人类、狗、猫、植物等)。在一些实施例中，第二传感器不能够执行准确测距(即，第二传感器的准确性针对在禁区之外检测到的物体下降)。在一些实施例中，第二传感器精确到第二预定距离(例如，距发射器设备100至少20cm(+/–2cm))。
方法1100包括：在继续检测到禁区内存在敏感物体时，放弃(1108)向功率放大器提供放大RF信号的指令。在一些实施例中，在一个或多个集成电路继续检测到禁区内存在敏感物体时，发射场内也存在(1110)需要充电的电子设备(例如，接收器304)。在一些实施例中，对电子设备(例如，授权接收器、非授权接收器等)进行分类，如上文参考图2和图3所描述的。
方法1100包括：根据敏感物体不再在禁区内的第一确定，确定(1112)需要充电的电子设备是否在发射场内。在一些实施例中，可以使用第一传感器、第二传感器、特征信号检测过程(上文参考图2所描述的)和短程通信无线电(如BLE无线电)中的一个或多个来检测需要充电的电子设备。在某实施方式中，第一确定包括(1114)确定敏感物体不再在禁区内但仍在发射场内。
方法1100包括：根据需要充电的电子设备在发射场内的第二确定，指示(1116)功率放大器放大RF信号以使一个或多个天线辐射集中在需要充电的电子设备附近的RF能量。在一些实施例中，在检测到第二分类的物体的预定时间量内向功率放大器提供停止放大RF信号的指令(1118)。在某实施方式中，预定时间量少于150毫秒、少于100毫秒、少于50毫秒或是其他时间量。在一些实施例中，在预定时间量内向功率放大器提供停止放大RF信号的指令对于确保通过在检测到存在人类(或其他生物有机体)之后在非常短的时间量内关闭功率发射来以安全方式执行功率发射是关键的。附加地，预定时间量最小化软件开销，并且允许快速移动的入侵者(即，敏感物体)的迅速禁用。在一些实施例中，在等待后续预定时间段(例如，100毫秒或更少)之后向功率放大器提供停止放大RF信号的指令。在一些实施例中，在从至少两个传感器中的第一传感器接收到第一传感器数据的第一预定时间量内向功率放大器提供停止放大RF信号的第一指令；并且在检测到第二分类的物体的第二预定时间量内向功率放大器提供停止放大RF信号的第二指令，第一预定时间量和第二预定时间量是不同的(例如，第一预定时间量少于25毫秒并且第二预定时间量少于100毫秒)。
在一些实施例中，方法1100包括在辐射集中在电子设备附近的RF能量时从至少两个传感器中的第一传感器接收(1120-a)来自第一传感器的指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在另一物体的附加传感器数据(即，第三传感器数据)。方法1100包括：响应于接收，使用来自第二传感器的附加传感器数据(即，第四传感器数据)来将另一物体分类(1120-b)为第二分类的物体(例如，人手)。方法1100进一步包括：根据第二分类的物体是另一敏感物体的第三确定，指示(1120-c)功率放大器在检测到禁区内存在另一敏感物体时停止放大RF信号。在一些实施例中，可以向发射器设备100的另一部件提供停止指令，例如，可以向一个或多个天线提供停止辐射RF能量的指令。
在一些实施例中，第一传感器数据指示发射器设备的发射场的禁区内存在至少两个物体，并且方法1100包括基于第一传感器数据来确定(1122-b)禁区内的物体数量。在一些实施例中，方法1100包括使用来自不同于第一传感器的第二传感器的第二传感器数据对禁区内的每个物体进行分类(1124-a)，并且根据至少一个被分类的物体是敏感物体的第五确定，指示(1124-b)功率放大器在检测到禁区内存在另一敏感物体时停止放大RF信号。
在一些实施例中，方法1100包括丢弃(1126)来自第一传感器的指示存在已在禁区中停留预定时间量的非移动目标的数据。以这种方式，已在禁区内的非移动物体(并且不是生命或生物有机体)不干扰至少两个传感器检测进入禁区(和/或发射器设备100的发射场)的新物体和/或对其进行分类的能力。可替代地或附加地，在一些实施例中，方法1100包括丢弃(1128)来自第一传感器的指示存在禁区之外的物体的数据。这允许发射器设备100通过当物体在禁区内时激活第二传感器来高效地操作，并且允许发射器设备100忽略无关数据，从而通过更迅速地处理来自至少两个传感器的传感器数据来提高检测到的其他物体的准确性并且还提高***的性能。
图12A至图12D是示出了根据一些实施例的在不使用主动波束成形控制的情况下向接收器设备无线发射RF能量的方法的流程图。下文描述的方法允许通过控制和管理功率放大器同时放弃对放大的RF信号的任何修改(例如，***不修改相位、增益等，使得不会发生主动波束成形)来实现无线功率信号的高效和有效发射。下文描述的方法还允许确定在发射RF信号之前满足一个或多个安全阈值(例如，用户安全阈值和/或功率放大器保护阈值)，如上文所公开的。进一步地，可以在不调谐一个或多个天线的情况下执行下文描述的方法。在一些实施例中，天线调谐可以与下文描述的方法相结合(例如，下文描述的方法可以独立于天线调谐来执行)。方法1200的操作(例如，步骤)可以由一个或多个集成电路(例如，如至少在图1A至图1D中所示的发射器设备100的RFIC 160，和/或如至少在图1B至图1D中所示的PAIC 161A)来执行，发射器包括一个或多个发射器覆盖区域(例如，图1B至图1C的发射器覆盖区域190；每个发射器覆盖区域包括相应的一个或多个发射器(例如，图1A至图1D的一个或多个天线130))。图12A至图12D中所示的操作中的至少一些操作对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质(例如，图1B的发射器设备100的存储器172和174；RF功率发射器设备100的存储器206)中的指令。为了简单起见，下文提供的示例讨论了单个无线功率接收器(例如，接收器设备304；图3)；然而，可以针对多个无线功率接收器执行相同的操作。
方法1200包括接收(1202)无线功率接收器位于无线功率发射器设备(例如，发射器设备100；图1A至图2)的一米内并且被授权从无线功率发射器设备接收无线输送的功率的指示。在一些实施例中，经由来自至少两个传感器(例如，传感器165；图1A至图2)的数据接收无线功率接收器位于无线功率发射器设备的一米内的指示。例如，利用测距传感器来检测无线功率发射器设备的发射场内的物体的存在(和/或位置)，如上文参考图5A至图7B讨论。在一些实施例中，无线功率接收器位于无线功率发射器设备的一米内的指示是经由BLE信号和/或无线功率接收器发送的其他通信协议来接收的。类似地，在一些实施例中，基于来自至少两个传感器中的一个或多个传感器的数据、BLE信号和/或无线功率接收器发送的其他通信协议来确定无线功率接收器被授权从无线功率发射器设备接收无线输送的功率。可替代地或附加地，在一些实施例中，无线功率接收器位于无线功率发射器设备的一米内的指示是通过检测功率放大器的阻抗变化来接收的。类似地，在一些实施例中，基于检测到阻抗变化并且利用一个或多个特征信号来确定无线功率接收器被授权从无线功率发射器设备接收无线输送的功率，如在图1A至图3中。
方法1200包括：响应于接收到该指示，从多个可用功率水平中选择(1204)使用功率放大器来放大射频(RF)信号的功率水平。在一些实施例中，基于一个或多个查找表(LUT)来选择功率水平。在一些实施例中，LUT包括在无线功率发射器设备100的模拟、表征和/或制造测试期间获得的测量值。在一些实施例中，该指示包括允许无线功率发射器设备确定无线功率接收器的位置的信息，并且至少部分地基于无线功率接收器的位置来在多个可用功率水平当中选择功率水平。可替代地，在一些其他实施例中，不是基于接收器的位置来选择功率水平，而是无线功率发射器设备100在多个可用功率水平当中选择最大功率水平，该最大功率水平是多个可用功率水平中满足如下文描述的一个或多个安全阈值的最高功率水平(例如，15W)。例如，无线功率发射器设备100可以在第一时间选择第一功率水平(例如，最大功率水平)，并且基于确定第一功率水平未能满足一个或多个安全阈值而选择第二功率水平(例如，第二功率水平小于最大功率水平)。
在一些实施例中，所选(1206)功率水平是多个可用功率水平中的最大功率水平。在一些实施例中，当无线功率接收器距无线功率发射器设备100至多40cm时，从功率放大器的多个可用功率水平中选择(1208)功率水平。在一些实施例中，当无线功率接收器距无线功率发射器设备100在20cm至40cm内时，从功率放大器的多个可用功率水平中选择(1210)功率水平。在一些实施例中，当无线功率接收器距无线功率发射器设备100有40cm或更远(例如，至少1m或更多)时，从功率放大器的多个可用功率水平中选择(1210)。在一些实施例中，功率水平(1212)在2W与15W之间。在一些实施例中，功率水平(1212)大于15W(例如，20W、50W等)。在一些实施例中，用于生成RF信号的所选功率水平随着无线功率接收器与无线功率发射器设备100之间的距离增加而增加。
方法1200包括：根据确定向无线功率接收器发射RF信号将满足(1214)一个或多个安全阈值，指示(1214-a)功率放大器使用该功率水平来放大RF信号以产生放大的RF信号，并将放大的RF信号提供(1214-b)给一个或多个天线。使一个或多个天线在接收到放大的RF信号时辐射集中在包括无线功率接收器的发射场内的RF能量，同时放弃任何主动波束成形控制。在一些实施例中，当RF能量的峰值水平在无线功率接收器的位置处处于其最大值时，辐射的RF能量被称为集中在包括无线功率接收器的发射场内。在一些实施例中，方法1200指示(1214-a)功率放大器使用该功率水平来放大RF信号，同时放弃对放大的RF信号进行与波束成形一致的任何修改。换言之，无线功率发射器设备100不会出于波束成形目的而修改RF信号的相位、增益等。在一些实施例中，方法1200包括：根据确定多个可用功率水平中没有满足一个或多个安全阈值的功率水平，指示功率放大器关闭。在一些实施例中，确定来自多个可用功率水平中的功率水平将满足一个或多个安全阈值是基于从一个或多个LUT取得的数据的(上文参考图1A至图2所描述的)。
通过在指示(1214-a)功率放大器之前确定向无线功率接收器发射RF信号将满足(1214)一个或多个安全阈值，确保了来自多个可用功率水平中的适当功率水平(例如，安全且高效)被选择用于放大RF信号，使得在发射RF信号后仍将满足一个或多个安全阈值。特别地，***可以引用LUT中的存储值来选择已知满足一个或多个安全阈值的功率水平。可替代地或附加地，在一些实施例中，***可以预测在未来发射RF信号将导致在无线功率接收器处形成满足一个或多个安全阈值的RF能量，该预测基于至少利用LUT来引用动态获得的阻抗测量(来自至少两个传感器中的一个或多个传感器的数据也可以用于引用LUT)。在共同拥有的美国专利号10,985,617的图5中详细地讨论了安全阈值的附加示例。
在一些实施例中，一个或多个安全阈值包括(1216)不大于2W/kg的最大比吸收率(SAR)值，并且当确定发射RF信号将在无线功率接收器处产生不大于2W/kg的最大SAR值时(例如，通过引用一个或多个LUT或通过确保***仅使用为确保始终满足SAR值而设计的那些操作特性(例如，运算阻抗、输出功率等)来确定的)，确定发射RF信号将满足一个或多个安全阈值。在一些实施例中，一个或多个安全阈值包括(1218)不大于0.8W/kg的最大比吸收率(SAR)值，并且当确定发射RF信号将在无线功率接收器处产生不大于0.8W/kg的最大SAR值时(例如，通过引用一个或多个LUT或通过确保***仅使用为确保始终满足SAR值而设计的那些操作特性(例如，运算阻抗、输出功率等)来确定的)，确定发射RF信号将满足一个或多个安全阈值。在一些实施例中，本文描述的无线功率发射器设备100甚至能够对最大SAR值进行更大的控制，例如，通过确保集中在包括无线功率接收器的发射场内的辐射的RF能量将产生不大于值1.6W/kg、1.5W/kg、0.7W/kg、最低至值0.5W/kg的最大SAR值。
在一些实施例中，一个或多个安全阈值包括(1220)在相对于由辐射的RF能量产生的RF能量的峰值量的每个预定距离增量处3dB的预定滚降，并且当确定发射RF信号将在无线功率接收器处产生具有针对相对于RF能量的峰值量的每个预定距离增量的3dB的预定滚降的RF能量时(例如，通过引用一个或多个LUT或通过确保***仅使用为确保始终满足电场滚降值而设计的那些操作特性(例如，运算阻抗、输出功率等)来确定)，确定发射RF信号将满足一个或多个安全阈值。在一些实施例中，预定距离增量(1222)是大约8cm。在一些实施例中，“大约8cm”是指8cm的+/-0.5cm，因此，范围将在7.5cm至8.5cm之间。例如，在一些实施例中，RF能量可以集中在包括接收器104的位置的发射场内。接收器104的位置处的RF能量处于其峰值(或所选功率水平的最大值)，并且针对每个预定距离增量以3dB的预定滚降进行滚降。作为另一示例，在一些实施例中，RF能量集中在无线功率发射器设备100正前方，其中，其峰值RF能量在发射场的中心点(即，发射设备100的前表面(或充电表面)与发射场506(图5)的最外距离之间的中点)处。集中在发射场的中心点处的RF能量针对每个预定距离增量以3dB的预定滚降进行滚降。
在一些实施例中，方法1200包括对针对所选功率水平将在无线功率接收器处产生的RF能量的峰值量进行建模，然后确定是否将满足预定的3dB滚降(例如，针对至少一个预定距离增量)。尽管这里出于说明性目的给出的主要示例是预定的3dB滚降值，但是在一些实施例中，可以利用其他合适的预定滚降值。例如，如上文在图17和图18中所描述的，在一些实施例中，对于低于预定距离增量的距离，预定滚降可以小于3dB(例如，1dB)。可替代地或附加地，在一些实施例中，对于大于预定距离增量的距离，预定滚降可以大于3dB(例如，4至5dB)。类似地，可以使用其他合适的预定距离增量值。例如，在一些实施例中，预定距离增量基于所发射的电磁波的波长(λ)。
在一些实施例中，无线功率发射器设备100仅包括(1224)单个功率放大器，并且一个或多个天线仅包括单个天线。仅使用单个PA和仅单个天线来设计能够符合一个或多个安全阈值的无线功率发射器设备100导致仍然能够实现无线功率的安全发射的低成本***，从而产生既能符合监管要求又能以客户满意的成本点构建的商业可行的***。这样的无线功率发射器设备100还对一个或多个IC提出了较低的计算要求，因为需要控制的部件更少，并且还因为该***不需要任何主动波束成形控制。
在一些实施例中，方法1200包括基于来自功率放大器的多个测量点的阻抗测量来确定(1226-a)功率放大器的运算阻抗，并且一个或多个安全阈值包括(1226-b)指示运算阻抗处于安全水平的一个或多个阻抗阈值，并且当预测使用功率水平来放大RF信号将使功率放大器的运算阻抗保持在一个或多个阻抗阈值或以下时，确定发射RF信号将满足一个或多个安全阈值。功率放大器的运算阻抗可以在各种不同的测量中使用设备的参数化参数的不同组合来确定(如上文在图1A至图2中所描述的)。
在一些实施例中，方法1200包括接收(1228-a)来自功率放大器的多个测量点的阻抗测量。方法1200包括利用(1228-b)阻抗测量来取得两个或更多个参数化参数的存储测量值的信息，该两个或更多个参数化参数的存储测量值指示该运算阻抗是功率放大器的安全运算阻抗。方法1200进一步包括在确定该运算阻抗是功率放大器的安全运算阻抗时选择(1228-c)功率水平。在一些实施例中，确定阻抗测量对应于LUT中的两个或更多个参数化参数的存储测量值意味着阻抗测量已知为或可以近似为(例如，从运算阻抗外推断的值)功率放大器的安全运算阻抗。参数化参数的非详尽列表包括Vdrain功率、DC功率、Vout_contour和/或功率耗散。附加地或可替代地，来自至少两个传感器中的一个或多个传感器的数据可以与阻抗测量结合使用以确定(通过使用LUT)功率放大器的安全运算阻抗。
在一些实施例中，方法1200包括接收(1230-a)来自功率放大器的多个测量点的阻抗测量。方法1200包括利用(1230-b)阻抗测量来取得两个或更多个参数化参数(例如，存储在存储器206中的Vout和功率耗散)的存储测量值的信息，该两个或更多个参数化参数的存储测量值指示该运算阻抗是功率放大器的安全运算阻抗。方法1200进一步包括确定(1230-c)与取得的信息相对应的耗散水平，以及在确定阻抗测量处的耗散水平高于耗散阈值时降低(1230-d)功率水平。附加地或可替代地，来自至少两个传感器中的一个或多个传感器的数据可以与阻抗测量结合使用以(通过使用LUT)确定阻抗测量处的耗散水平。
在一些实施例中，使用一个或多个LUT来动态确定(1232)功率水平，同时，RF能量被集中在包括无线功率接收器的发射场内而无需任何主动波束成形控制。如上文所描述的，可以基于检测到的阻抗的变化、接收器和/或异物进入或离开发射场、接收器和/或异物的移动、和/或上述其他情况来调整(例如，动态确定)功率水平。这些动态调整是基于无线功率发射器设备100和/或发射器设备100的一个或多个天线的模拟、表征和/或制造测试的。
现在参考图12D，描述了用于结合方法1200使用方法1100的各方面的技术。通过组合这些方法，***能够确保没有敏感物体在禁区内(如参考方法1100所描述的)，同时还确保在辐射任何RF能量之前还满足上文参考方法1200描述的安全阈值。在一些实施例中，方法1200包括从至少两个传感器的第一组传感器接收(1234-a)指示无线功率发射器设备的发射场的预定边界内存在物体的传感器数据。方法1200包括：响应于预定边界内存在物体的指示，从至少两个传感器的第二组传感器接收(1234-b)指示无线功率发射器设备的发射场的预定边界内的物体类型的传感器数据。方法1200包括：响应于指示发射场的预定边界内的物体类型是第一类型的物体的传感器数据，启用(1234-c)一个或多个天线以辐射RF能量。方法1200进一步包括：响应于指示发射场的预定边界内的物体类型是第二类型的物体的传感器数据，使(1234-d)一个或多个天线停止辐射RF能量。上文参考图5A至图7B描述了至少两个传感器的不同操作场景。
在一些实施例中，第一类型的物体是(1236)无线功率接收器。在一些实施例中，第二类型的物体是(1238)敏感物体(例如，生命或生物有机体，如人手)。在一些实施例中，发射场的预定边界距无线功率发射器设备100大约20cm。在一些实施例中，大约20cm是指+/–2cm。在一些实施例中，20cm是从***的中心点径向测量的，如图5B中所描绘的。在一些实施例中，至少两个传感器中的第一组传感器是测距传感器，该测距传感器被配置为准确地检测至少与发射场延伸得一样远(例如，1米)的一个或多个物体。在一些实施例中，至少两个传感器中的第二组传感器是分类传感器，该分类传感器被配置为检测物体之间的差异(例如，活组织与塑料之间的反射功率差)，同时不如第一组传感器(即，测距传感器)准确。上文参考图2和图5A至图7B描述了不同类型的传感器。
在一些实施例中，接收无线功率接收器位于无线功率发射器设备100的一米内并且被授权从无线功率发射器设备100接收无线充电的指示以及选择生成RF信号的功率水平是在第一集成电路处执行(1240-a)的。例如，第一IC是RFIC 160。在一些实施例中，无线功率接收器位于无线功率发射器设备100的一米内并且被授权从无线功率发射器设备100接收无线充电的指示是从无线功率发射器设备100的至少两个传感器中的一个或多个传感器(例如，传感器165)接收的。在一些实施例中，控制和管理功率放大器的一个或多个操作(包括指示功率放大器放大RF信号)是在第二集成电路处执行(1240-b)的。例如，第二IC是PAIC161A。如上文所描述的，第一IC和第二IC彼此通信耦接，并且被配置为在执行上述操作时彼此协作。在一些实施例中，第一IC和第二IC向彼此提供指令。在一些实施例中，具有两个不同的集成电路是有益的，因为这使得更容易控制热量分布、在IC之间分配该处理。在一些实施例中，具有两个不同的集成电路使得能够改装较旧的无线功率发射器。可替代地或附加地，在一些实施例中，出于成本目的，设计和使用两个不同的IC更高效。在一些实施例中，确定功率放大器的运算阻抗可以在第二IC处执行(1242)(例如，以减少在第一IC上的处理)。
在一些实施例中，方法1200包括从无线功率接收器接收(1244-a)充电信息。方法1200包括至少部分地基于来自无线功率接收器的充电信息从多个可用功率水平中选择(1244-b)功率水平。在一些实施例中，充电信息包括对功率的请求，该请求指定功率限制、SAR限制和/或特定于无线功率接收器的其他参数。在一些实施例中，经由通信无线电接收充电信息。在一些实施例中，通信无线电使用蓝牙低功耗(BLE)协议和/或上述其他协议进行操作。在一些实施例中，充电信息在信息包中被接收，该信息包与无线功率接收器位于无线功率发射器设备100的一米内并且被授权从无线功率发射器设备100接收以无线方式输送的功率的指示一起接收。换言之，无线功率接收器可以使用无线通信协议(如BLE)来将充电信息以及认证信息发射到一个或多个集成电路。
在一些实施例中，可以基于从无线功率接收器接收的充电信息而满足一个或多个安全阈值。例如，充电信息可以包括在无线功率接收器处测量的SAR值、在接收器处测量的有效功率(例如，转换为可用功率的发射功率)、测量的阻抗和/或本文描述的做出关于一个或多个安全阈值的确定的任何其他信息。在一些实施例中，无线功率接收器被配置为给耦接的电子设备(例如，移动电话、手表、助听器和/或其他智能设备)充电。
每次触发传感器时执行图12D中所示的操作(如上文参考图7A和图7B所描述的)。特别地，图12D中所示的操作可能持续发生，并且如果敏感物体在任何时间点来到禁区内，则可以使无线功率的发射停止。
图13A至图13C是示出了根据一些实施例的控制和/或管理一个或多个功率放大器的操作的方法的流程图。方法1300的操作(例如，步骤)可以由一个或多个集成电路(例如，如至少在图1A至图1D中所示的发射器设备100的RFIC 160，和/或如至少在图1B至图1D中所示的PAIC 161A)来执行，发射器设备100包括一个或多个功率放大器。图13A至图13C中所示的操作中的至少一些操作对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质(例如，图1B的发射器设备100的存储器172和174；RF功率发射器设备100的存储器206)中的指令。图13的操作可以用于连同图12A至图12C的操作一起保护功率放大器，而图11A至图11B和图12D的操作用于保护敏感物体免受RF辐射。
方法1300包括接收(1302)功率放大器的多个测量点的阻抗测量和来自一个或多个传感器(例如，图1A至图2的传感器165)的数据。该多个测量点允许在每个相应的测量点测量至少一个阻抗测量。在一些实施例中，多个测量点的阻抗测量包括(1304)以下各项中的一项或多项：在功率放大器的输出处的电压、在匹配网络内部的点处的电压、在功率放大器的晶体管的漏极处的电压、由功率放大器的每一级所消耗的DC电流和电压、以及在功率放大器的不同级处的热敏电阻。在一些实施例中，在功率放大器的多个输出功率水平下测量多个测量点(1306)(例如，上文在图1A至图2中所描述的)。来自无线功率发射器设备100的一个或多个传感器的数据可以与功率放大器的多个测量点处所接收到的阻抗测量结合使用。在一些实施例中，功率放大器包括(1308)测量温度的热敏电阻。在一些实施例中，热敏电阻与功率放大器的其他部件在(1310)同一芯片上。
方法1300包括基于接收到的阻抗测量和来自一个或多个传感器的数据来检测(1312)无线功率发射器设备100的6英寸内存在异物，并且在检测到异物存在时调整集中在包括无线功率接收器的发射场内辐射的射频(RF)能量。如本文所公开的，异物包括敏感物体或非接收器设备304(例如，钥匙、家具、未经授权的接收器、和/或未被配置为接收无线功率的其他物体)。方法1300可以包括通过执行上文描述的图11A至11B和图12D的操作来确定异物是敏感物体。方法1300包括基于接收到的阻抗测量和来自一个或多个传感器的数据(或缺少该数据)来检测到(1314)无线功率发射器设备100的6英寸内不存在异物，并且在确定异物不存在时使得辐射集中在包括无线功率接收器的发射场内的RF能量。在一些实施例中，方法1300包括检测在比6英寸更远处(由一个或多个传感器确定的某个预定距离)不存在异物。更具体来说，操作1312和1314描述了在发射场506的禁区508(图5)中异物(包括生命或生物有机体)的入侵和/或该异物的分类。
在一些实施例中，方法1300包括使用(1316)多个测量点和/或来自一个或多个传感器的数据连同一个或多个查找表(LUT)来测量功率放大器的运算阻抗。在一些实施例中，方法1300包括确定(1318)生成射频(RF)信号的、满足保护功率放大器不受损坏的一个或多个功率放大器操作标准的功率水平，并且确定功率水平将满足一个或多个功率放大器操作标准至少部分地基于功率放大器的运算阻抗。在一些实施例中，方法1300包括如果不满足一个或多个功率放大器操作标准，则指示(1320)功率放大器关闭。在一些实施例中，一个或多个功率放大器操作标准包括基于图1A至图2中描述的设备的参数化参数的一个或多个阻抗阈值。
在一些实施例中，方法1300包括存储(1322)来自多个测量点的一个或多个测量值和/或来自一个或多个传感器的数据以供后续分析。特别地，来自多个测量点的一个或多个测量值可以存储到一个或多个LUT中(例如，在LUTS上更新和/或建立)并用于提高未来阻抗确定的准确性。在一些实施例中，存储的测量可以用于提高阻抗确定的总体速度(例如，通过允许***避免必须重复计算和/或确定)。
在一些实施例中，方法1300包括同步(1324)功率放大器偏置电路的开启和功率放大器电源网络的开启。在一些实施例中，功率放大器包括(1326)单个数字输入引脚，并且被配置为经由该单个数字输入引脚来同步功率放大器偏置电路的开启以及功率放大器电源网络的开启。在一些实施例中，方法1300包括同步(1328)功率放大器的各种部件的关闭。在一些实施例中，功率放大器包括(1330)单个数字输入引脚，并且一个或多个集成电路被配置为经由该单个数字输入引脚来同步功率放大器的各种部件的关闭。
在一些实施例中，方法1300包括调整(1332)功率放大器的输出功率和偏置条件以维持最佳效率和输出功率。在一些实施例中，对无线功率发射器设备的功率放大器和/或其他配置的调整是基于在无线功率发射器设备和/或发射器设备的一个或多个天线的模拟、表征和/或制造测试期间获得的无线功率发射器设备的预定属性和/或特性的。在一些实施例中，功率放大器是(1334)GaN(氮化镓)功率放大器。可替代地或附加地，在一些实施例中，功率放大器是(1336)E类放大器。
图14是根据一些实施例的用于从无线功率发射设备100发射RF能量的示例流程图。方法1400的操作(例如，步骤)可以由一个或多个集成电路(例如，如至少在图1A至图2中所示的发射器设备100的RFIC 160，和/或如至少在图1B至图2中所示的PAIC 161A)来执行，发射器设备100包括一个或多个功率放大器。图14中所示的操作中的至少一些操作对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质(例如，图1B的发射器设备100的存储器172和174；RF功率发射器设备100的存储器206)中的指令。图14的操作可以用于连同功率放大器和上文参考图11A至图13C讨论的敏感物体保护技术一起优化功率放大器的性能。
在操作1402处，方法1400包括从在所选输出功率下操作的功率放大器(PA)周围/内部接收阻抗测量。所选功率水平是从多个可用功率水平中选择的，在该所选功率水平下，使用无线功率发射器设备的功率放大器来放大射频(RF)信号。在一些实施例中，阻抗测量可以从一个或多个测量点接收，如图4中所示。在操作1404处，方法1400包括通过使用CPU引用(存储在存储器206中的)查找表(LUT)、基于一个或多个阻抗测量来确定(在所选输出功率下操作的)PA的运算阻抗。例如，CPU可以使用LUT来引用阻抗测量以确定PA的运算阻抗。可替代地或附加地，在一些实施例中，功率水平是基于LUT从多个可用功率水平中选择的。在一些实施例中，来自一个或多个传感器(例如，图1A至图2的165)的数据与阻抗测量结合使用以确定PA的运算阻抗(例如，来自一个或多个传感器的数据用作在LUT中执行查找时引用的附加测量值)。例如，一个或多个阻抗测量可以与至少两个参数化参数的一个或多个存储的测量一起使用，以确定(或预测)在所选输出功率下操作的PA的运算阻抗。
在一些实施例中，参数化参数包括放大器的每一级消耗的DC电流和电压、温度测量、DC功率、放大器的输出处的电压、电压漏极功率和/或晶体管的漏极处的电压、功率耗散和/或匹配网络内部的点处的电压。
在操作1406处，方法1400确定所选输出功率的运算阻抗(在操作1404确定的)是否满足一个或多个安全阈值。在一些实施例中，一个或多个安全阈值是基于无线功率发射器设备100和/或发射器设备100的一个或多个天线的模拟、表征和/或制造测试来预先确定的。例如，可以在无线功率发射器设备的模拟、表征和/或制造测试期间确定不同配置、操作场景、功率水平等的SAR值和预定SAR阈值。类似地，在一些实施例中，可以在无线功率发射器设备的模拟、表征和/或制造测试期间确定不同配置、操作场景、功率水平等的预定阻抗阈值。根据确定所选输出功率的运算阻抗(在操作1404处确定的)满足一个或多个安全阈值(通过引用LUT)，方法1400进行到操作1408并将在所选输出功率下放大的RF信号提供给一个或多个天线，以使一个或多个天线发射RF能量。在一些实施例中，在将RF信号提供给一个或多个天线之后，方法1400返回到操作1402以连续监测所选输出功率的阻抗测量。
在操作1406处，根据确定所选输出功率的运算阻抗(在操作1404处确定的)不满足一个或多个安全阈值，方法1400进行到操作1410并使用CPU引用LUT来确定运算阻抗的耗散水平。在操作1412处，方法1400(通过引用LUT)确定(在操作1410处确定的)耗散水平是否高于耗散阈值。根据确定运算阻抗的耗散水平不高于耗散阈值，方法1400进行到操作1408，并将在所选输出功率下放大的RF信号提供给一个或多个天线以发射RF能量。
在操作1412处，根据确定运算阻抗的耗散水平高于耗散阈值，方法1400进行到操作1414，并通过执行功率缩放来确定是否可以确定具有低于耗散阈值的耗散水平的新功率水平。根据确定不能(通过引用LUT)确定具有低于耗散阈值的耗散水平的新功率水平，方法1400进行到操作1416并且不发射RF能量。在一些实施例中，在确定不发射RF能量之后，方法1400返回到操作1402以在选择了另一个输出功率的情况下连续监测阻抗测量。
在操作1414处，在确定具有低于耗散阈值的耗散水平的新功率水平(通过引用LUT确定的)之后，方法1400进行到操作1418并且选择新功率水平作为输出功率水平。在选择新功率水平作为输出功率水平之后，方法1400进行到操作1406以确定新功率水平的运算阻抗是否满足一个或多个安全阈值。以这种方式，在无线功率发射器将功率水平与RF能量发射结合使用之前，新功率水平被确定为是安全的。
图15是图7B中所示的过程的替代图示。特别地，图15图示了用于检测一个或多个接收器设备304(图3)并且提供无线功率以给接收器设备304(包括无电接收器设备304，即，不具有任何功率的接收器设备304)充电的过程。
进一步的实施例还包括上述实施例的各种子集，包括在各种实施例中组合或以其他方式重新布置的图1A至图15中的实施例。
安全技术
本文所述的各种***和方法中的任何一种还可以被配置为利用各种附加的安全技术。例如，发射器设备可以使用一种或多种采样或测量技术来确定在发射场的一个或多个特定位置处的RF能量的当前SAR值。在一些实施例中，发射场内的SAR值由SAR值测量设备测量和预先确定。在一些实施例中，与发射器设备相关联的存储器可以预加载有值、表和/或算法，这些值、表和/或算法为发射器设备指示发射场中的哪些距离范围可能超过预存储的SAR阈值。例如，查找表可以指示位于距发射器一定距离(D)处接收具有特定频率(F)的多个功率波(P)的空间体积(V)的SAR值。本领域技术人员在阅读本公开内容后将理解，存在任意数量的潜在计算，所述计算可以使用任意数量的变量来确定特定位置处的RF能量的SAR值，其中每一个都在本公开的范围内。
此外，发射器设备可以在生成、发射或调整辐射剖面时以各种方式应用针对特定位置识别的SAR值。等于或低于1.6W/kg的SAR值符合美国FCC(联邦通信委员会)的SAR要求。等于或低于2W/kg的SAR值符合欧盟的IEC(国际电工委员会)的SAR要求。在一些实施例中，发射器可以测量和使用SAR值以在整个发射场中保持恒定的能量水平，其中能量水平既安全地低于SAR阈值但仍然包含足够的RF能量，以使接收器有效地转换成足以为相关联的设备供电和/或为电池充电的电功率。在一些实施例中，发射器设备可以基于预定SAR阈值基于预期由新形成的辐射剖面产生的能量来主动调制辐射剖面。例如，在确定如何生成或调整辐射剖面之后，但在实际发射功率之前，发射器设备可以确定要生成的辐射剖面是否会导致在特定位置处积累的RF能量满足或不满足SAR阈值。附加地或可替代地，在一些实施例中，发射器设备可以主动监测发射场，以在发射器设备确定传递到特定位置或在特定位置积累的功率波不满足SAR阈值时，被动地调整发射到或通过特定位置的功率波。在发射器设备被配置为主动和被动地调整功率辐射剖面的情况下，为了在整个发射场中保持连续的功率水平，发射器设备可以被配置为主动调整将被发射到特定位置的功率辐射剖面以确信功率波将满足SAR阈值，但也可以在整个发射场的位置连续轮询SAR值(例如，使用被配置为测量这种SAR值的一个或多个传感器)以确定在特定位置积累或传递到特定位置的功率波的SAR值是否会意外地不满足SAR阈值。
在一些实施例中，发射器设备的控制***遵守人类受试者的电磁场(EMF)暴露保护标准。美国和欧洲标准在功率密度极限和电场极限(以及磁场极限)方面限定了最大暴露极限。所述极限包括例如联邦通信委员会(FCC)针对MPE建立的极限，以及欧洲监管机构针对辐射暴露建立的极限。FCC针对MPE建立的极限编纂于47CFR§1.1310处。对于微波范围内的电磁场(EMF)频率，可以使用功率密度来表示暴露强度。功率密度定义为单位面积的功率。例如，功率密度通常可以表示为瓦每平方米(W/m2)、毫瓦每平方厘米(mW/cm2)或微瓦每平方厘米(μW/cm2)。
在一些实施例中，并且作为非限制性示例，本文所公开的无线功率发射***符合FCC部分§18.107的要求，其规定了“工业、科学和医疗(ISM)设备。为工业、科学、医疗、家庭或类似目的而设计的用于在局部生成和使用RF能量的设备或器具，不包括电信领域的应用”。在一些实施例中，本文所公开的无线功率发射***符合ITU(国际电信联盟)无线电法规，其规定了“(射频能量的)工业、科学和医疗(ISM)应用：为工业、科学、医疗、家庭或类似目的而设计的生成和使用局部射频能量的设备或器具的操作，不包括电信领域的应用”。在一些实施例中，本文所公开的无线功率发射***符合其他要求，比如根据EN 62311:2008、IEC/EN 662209-2:2010和IEC/EN 62479:2010编纂的要求。
在一些实施例中，用于无线功率发射的本***和方法结合了各种安全技术以确保发射场内或附近的人类居住者不会暴露于接近或高于监管极限或其他标称极限的EMF能量。一种安全方法是包括超出标称极限的误差余量(例如，大约10％到20％)，使得人类受试者不会暴露于EMF暴露极限处或附近的功率水平下。第二种安全方法可以提供分级保护措施，比如，如果人类(以及在一些实施例中，其他生物或敏感物体)朝着功率密度水平超过EMF暴露极限的辐射区域移动，则减少或终止无线功率发射。在一些实施例中，这些安全方法(和其他方法)被编程到发射器设备的存储器(例如，存储器206)中，以允许发射器执行这些程序并实施这些安全方法。
提供对所公开的实施例的先前描述，以使本领域的任何技术人员能够制造或使用本文描述的实施例及其变体。对于本领域技术人员来说，对这些实施例做出的各种修改将是显而易见的，并且本文所限定的一般原理可以在不偏离本文所公开的发明主题的精神或范围的前提下应用于其他实施例。因此，本公开并不旨在局限于本文所示的实施例，而是符合与所附权利要求和本文所公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。
本发明的特征可以以计算机程序产品、使用计算机程序产品或在计算机程序产品的辅助下实施，所述计算机程序产品如其上/其中存储有可以将处理***编程为执行本文呈现的特征中的任何特征的指令的(多个)存储介质或(多个)计算机可读存储介质。存储介质(例如，存储器206、356)可以包括但不限于高速随机存取存储器，如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器设备，并且可以包括非易失性存储器，如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪速存储器设备或其他非易失性固态存储设备。存储器可选地包括远离(多个)CPU或(例如，(多个)处理器)定位的一个或多个存储设备。存储器或可替代地存储器内的(多个)非易失性存储器设备包括非暂态计算机可读存储介质。
存储在(多个)机器可读介质中的任一种介质上，本发明的特征可以结合在软件和/或固件中，以控制处理***的硬件(如与发射器100和/或接收器设备304相关联的部件)并且使处理***能够与利用本发明的结果的其他机制交互。这种软件或固件可以包括但不限于应用代码、设备驱动程序、操作***和执行环境/容器。
应当理解，尽管在本文中可能使用术语第一、第二等描述各种要素，但是这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅仅是用来将一个要素与另一个要素进行区分。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在限制权利要求。如在对实施例的描述和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并涵盖相关联列举项目中的一个或多个项目的任何和所有可能组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。
如本文所使用的，根据上下文，术语“如果”可以被解释为指“当……时”或“在……时”或“响应于确定……”或“根据确定……”或“响应于检测到……”所陈述的先决条件成立。类似地，根据上下文，短语“如果确定[所陈述的先决条件成立]”或“如果[所陈述的先决条件成立]”或“当[所陈述的先决条件成立]时”可以被解释为指“在确定……时”或“响应于确定……”或“根据确定……”或“在检测到……时”或“响应于检测到……”所陈述的先决条件成立。
出于解释的目的，已经参考特定实施例描述了前述描述。然而，上文的说明性讨论并不旨在是详尽的或将权利要求限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述所述实施例是为了最好地解释操作原理和实际应用，以便由此使能本领域的其他技术人员。
Claims (32)
1.一种无线功率发射***，包括：
至少两个不同类型的至少两个传感器；
一个或多个天线；
功率放大器，所述功率放大器被配置为放大提供给所述一个或多个天线的射频(RF)信号，其中，所述一个或多个天线在接收到放大的RF信号时被配置为在所述无线功率发射***的发射场内辐射RF能量；以及
一个或多个集成电路，所述一个或多个集成电路被配置为：
从所述至少两个传感器中的第一传感器接收第一传感器数据，所述第一传感器数据指示所述无线功率发射***的所述发射场的禁区内存在物体；
响应于所述接收，使用来自不同于所述第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将所述物体分类为敏感物体；
在继续检测到所述禁区内存在所述敏感物体时，放弃向所述功率放大器提供放大所述RF信号的指令；
根据所述敏感物体不再在所述禁区内的第一确定，确定需要充电的电子设备是否在所述发射场内；以及
根据需要充电的所述电子设备在所述发射场内的第二确定，指示所述功率放大器放大所述RF信号以使所述一个或多个天线辐射集中在需要充电的所述电子设备附近的RF能量。
2.如权利要求1所述的无线功率发射***，其中，所述一个或多个集成电路进一步被配置为：
在辐射集中在所述电子设备附近的所述RF能量时，从所述至少两个传感器中的所述第一传感器接收第三传感器数据，所述第三传感器数据指示所述无线功率发射***的所述发射场的所述禁区内存在另一物体；
响应于所述接收，使用来自所述第二传感器的第四传感器数据将所述另一物体分类为第二分类的物体；以及
根据所述第二分类的物体是另一敏感物体的第三确定，指示所述功率放大器在所述禁区内检测到存在所述另一敏感物体时停止放大所述RF信号。
3.如权利要求1至2中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述敏感物体是人手，并且所述另一敏感物体也是人手。
4.如权利要求2所述的无线功率发射***，其中，在检测到所述第二分类的物体的预定时间量内向所述功率放大器提供停止放大所述RF信号的所述指令。
5.如权利要求4所述的无线功率发射***，其中，所述预定时间量少于150毫秒。
6.如权利要求5所述的无线功率发射***，其中，所述预定时间量少于100毫秒。
7.如权利要求6所述的无线功率发射***，其中，所述预定时间量少于50毫秒。
8.如权利要求1至7中任一项所述的无线功率发射***，其中，在继续检测到所述禁区内存在所述敏感物体时，需要充电的所述电子设备也存在于所述发射场内。
9.如权利要求1至8中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述发射场包括大于所述禁区中所包括的三维空间区域的三维空间区域。
10.如权利要求1至9中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述第一传感器是被配置为检测所述禁区内的物体的测距传感器。
11.如权利要求10所述的无线功率发射***，其中，所述第一传感器是超声传感器、光学传感器或红外传感器。
12.如权利要求10所述的无线功率发射***，其中，所述第二传感器是被配置为检测用于将物体分类为敏感物体的数据的分类传感器，并且所述第二传感器不能够在所述禁区内执行准确测距。
13.如权利要求1至12中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述第二传感器是电容式传感器或者是被配置为检测所述无线功率发射***的阻抗变化的传感器。
14.如权利要求1至13中任一项所述的无线功率发射***，其中：
所述第一传感器数据指示所述无线功率发射***的所述发射场的所述禁区内存在至少两个物体；并且
所述一个或多个集成电路被配置为基于所述第一传感器数据来确定所述禁区内的物体数量。
15.如权利要求14所述的无线功率发射***，其中，所述一个或多个集成电路进一步被配置为：
使用来自不同于所述第一传感器的所述第二传感器的所述第二传感器数据对所述禁区内的每个物体进行分类；以及
根据基于所述第二传感器数据检测到的至少一个物体是敏感物体的第五确定，指示所述功率放大器在所述禁区内检测到存在所述另一敏感物体时停止放大所述RF信号。
16.如权利要求1至15中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述第一传感器被配置为检测距所述无线功率发射***的外部壳体至少20cm远的一个或多个物体。
17.如权利要求16所述的无线功率发射***，其中，所述无线功率发射***的所述发射场从所述无线功率发射***的所述外部壳体延伸到距所述无线功率发射***的所述外部壳体至少1m远的距离。
18.如权利要求1至17中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述第一确定是在所述敏感物体不再在所述禁区内但仍在所述发射场内时做出的。
19.如权利要求1至18中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述一个或多个集成电路进一步被配置为：丢弃来自所述第一传感器的指示存在已在所述禁区中停留达预定时间段的非移动目标的数据。
20.如权利要求1至19中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述一个或多个集成电路进一步被配置为：丢弃来自所述第一传感器的指示存在所述禁区之外的物体的数据。
21.如权利要求1至20中任一项所述的无线功率发射***，其中，所述第一传感器和所述第二传感器是同一个传感器。
22.一种方法，包括：
从至少两个传感器中的第一传感器接收第一传感器数据，所述第一传感器数据指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在物体；
响应于所述接收，使用来自不同于所述第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将所述物体分类为敏感物体；
在继续检测到所述禁区内存在所述敏感物体时，放弃向功率放大器提供放大RF信号的指令；
根据所述敏感物体不再在所述禁区内的第一确定，确定需要充电的电子设备是否在所述发射场内；以及
根据需要充电的所述电子设备在所述发射场内的第二确定，指示所述功率放大器放大所述RF信号以使一个或多个天线辐射集中在需要充电的所述电子设备附近的RF能量。
23.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质存储指令，所述指令当由计算机中的处理器执行时使所述计算机执行方法，所述方法包括：
从至少两个传感器中的第一传感器接收第一传感器数据，所述第一传感器数据指示无线功率发射***的发射场的禁区内存在物体；
响应于所述接收，使用来自不同于所述第一传感器的第二传感器的第二传感器数据将所述物体分类为敏感物体；
在继续检测到所述禁区内存在所述敏感物体时，放弃向功率放大器提供放大RF信号的指令；
根据所述敏感物体不再在所述禁区内的第一确定，确定需要充电的电子设备是否在所述发射场内；以及
根据需要充电的所述电子设备在所述发射场内的第二确定，指示所述功率放大器放大所述RF信号以使一个或多个天线辐射集中在需要充电的所述电子设备附近的RF能量。
24.一种无线功率发射天线，包括：
功率放大器，所述功率放大器被配置为放大提供给信号馈源的射频(RF)信号；
所述信号馈源，所述信号馈源被配置为传导射频(RF)信号；
由单片金属形成的单元式谐振器，所述单元式谐振器直接接触所述信号馈源并且被致使基于所述RF信号在预定发射场中辐射RF能量；
间隔件，所述间隔件耦接在所述单元式谐振器与接地平面之间；以及
所述接地平面，其中，所述接地平面形成电容式传感器，所述电容式传感器被配置为在不干扰所辐射的RF能量的情况下检测所述预定发射场内的一个或多个物体。
25.如权利要求24所述的无线功率发射天线，其中，所述接地平面包括实心铜平面。
26.如权利要求24至25中任一项所述的无线功率发射天线，其中，所述接地平面的表面区域作为所述电容式传感器来操作。
27.如权利要求24至26中任一项所述的无线功率发射天线，其中，所述接地平面是包括顶层和底层的PCB，所述顶层包括至少两个部分，所述底层包括单个部分。
28.如权利要求27所述的无线功率发射天线，其中，所述顶层的所述至少两个部分中的第一部分居中地位于所述接地平面上，并且所述顶层的所述至少两个部分中的第二部分与所述第一部分共面并且环绕所述第一部分，使得在所述顶层的所述至少两个部分中的所述第一部分与所述第二部分之间形成矩形。
29.如权利要求27至28中任一项所述的无线功率发射天线，其中，所述顶层和所述底层是铜。
30.如权利要求24至29中任一项所述的无线功率发射天线，其中，一个或多个电气部件耦接到所述接地平面的第一表面，所述接地平面的所述第一表面定位成与所述接地平面的耦接到所述间隔件的第二表面相对。
31.如权利要求24至30中任一项所述的无线功率发射天线，其中，所辐射的RF能量具有至少6dB的峰值增益。
32.如权利要求24至31中任一项所述的无线功率发射天线，其中，所述电容式传感器被配置为检测距所述接地平面高达15英寸远的一个或多个物体。
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