(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
ブロードキャスト放射帯域及び近距離場放射帯域において電磁放射を受信し、無線周波数（ＲＦ）信号を生成するアンテナであって、前記ブロードキャスト放射帯域は、AM帯域と、FM帯域の少なくとも１つを具備し、前記近距離場放射帯域は、NFC、RFID、及びワイヤレス電力、に関連する周波数帯域の少なくとも１つを具備する、アンテナと、
第１ポートまたは第２ポートに選択的に結合される共通ポートを含む結合要素と、ここで、前記共通ポートは、前記アンテナに動作可能に結合され、前記ＲＦ信号を受信し、
前記ブロードキャスト放射帯域における信号を受信可能であるとともに前記第２ポートに結合されたブロードキャスト受信機と、
前記結合要素が、前記第１ポートを前記共通ポートに結合する場合、前記近距離場放射帯域においてワイヤレス電力受信に関する動作が可能であるとともに前記第１ポートに結合されたワイヤレス電力受信機と、
を含み、
前記ワイヤレス電力受信機は、前記第１ポートに結合されている整合回路を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
第３ポートをさらに備え、
前記結合要素は、前記共通ポートを前記第１ポート、前記第２ポート、または前記第３ポートの１つに選択的に結合するための単極３投スイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第３ポートをさらに備え、
前記結合要素は、
前記共通ポートを近距離場信号又は前記第２ポートに選択的に結合するための単極２投スイッチと、ここで前記近距離場信号は、前記近距離場放射帯域に対応し、
前記近距離場信号を前記第３ポート及び前記第１ポートと結合するための方向性結合器と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記方向性結合器の主線は、前記第１ポートに結合され、
前記方向性結合器の結合されたポートは、前記第３ポートに結合されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第３ポートをさらに備え、
前記結合要素は、
前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号を合成または分離するための前記共通ポートに動作可能に結合されたダイプレクサと、ここで、近距離場信号は、前記近距離場放射帯域に対応し、
前記近距離場信号を前記第３ポートまたは前記第１ポートに選択的に結合するための単極２投スイッチと、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第３ポートをさらに備え、
前記結合要素は、
前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号を合成または分離するための前記共通ポートと、前記近距離場放射帯域における近距離場信号と、に動作可能に結合されるダイプレクサと、
前記近距離場信号を前記第３ポート及び前記第１ポートに結合するための方向性結合器と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
第３ポートをさらに備え、
前記結合要素は、前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域を合成または分離するための共通ポート、前記第３ポート上の前記近距離場放射帯域における近距離場信号、および前記第１ポート上の前記近距離場放射帯域におけるワイヤレス電力信号、に動作可能に結合されるトリプレクサを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ブロードキャスト放射帯域は、約88〜108MHzの周波数の放射をもつFM放射帯域または約540〜1600KHzの周波数の放射をもつAM放射帯域を含み、
前記近距離場放射帯域は、約13.56MHzを中心とする周波数帯域における放射を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
第３ポートを備え、さらに
前記第３ポートに動作可能に結合されるとともに、前記結合要素が前記第３ポートを前記共通ポートに結合したときに、前記近距離場放射帯域における前記アンテナ上の情報を通信するための回路を備えた近距離無線通信(NFC)トランシーバと、
前記第２ポートに動作可能に結合されるとともに、前記結合要素が前記第２ポートを前記共通ポートに結合したときに、前記ブロードキャスト放射帯域を前記ＲＦ信号から受信および同調するための回路を備えた前記ブロードキャスト受信機と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記NFCトランシーバは、前記近距離場放射帯域において広い帯域幅を提供し、NFC通信を最適化することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
方法であって、
アンテナを用いて、ブロードキャスト放射帯域および近距離場放射帯域において電磁放射を受信し、無線周波数（ＲＦ）信号を生成するステップであって、前記ブロードキャスト放射帯域は、AM帯域と、FM帯域の少なくとも１つを具備し、前記近距離場放射帯域は、NFC、RFID、及びワイヤレス電力、に関連する周波数帯域の少なくとも１つを具備する、ステップと、
共通ポートを第１ポートか、または第２ポートに選択的に結合するステップであって、前記共通ポートは、前記アンテナに動作可能に結合され前記ＲＦ信号を受信するステップと、
前記第１ポートが前記共通ポートと結合された場合に、前記近距離場放射帯域においてワイヤレス電力受信機を動作させるステップであって、前記ワイヤレス電力受信機がインピーダンス整合を提供するように構成されているステップと、
前記第２ポートが前記共通ポートと結合された場合に、前記ブロードキャスト放射帯域の信号を受信するステップと、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１２】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合するステップは、前記共通ポートを、前記第１ポート、前記第２ポート、または前記第３ポートの１つと選択的に結合するステップを具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合するステップは、
前記共通ポートを近距離場信号または前記第２ポートと選択的に結合するステップと、
前記近距離場信号を前記第３ポートおよび前記第１ポートと方向性結合するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合するステップは、
前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号と、前記近距離場放射帯域に対応する近距離場信号を合成または分離するためにダイプレックスするステップと、
前記近距離場信号を前記第３ポートまたは前記第１ポートに選択的に結合するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
第３ポートをさらに具備し、
前記選択的に結合するステップは、
前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号と、前記近距離場放射帯域に対応する近距離場信号を合成または分離するためにダイプレクスするステップと、
前記近距離場信号を前記第３ポートおよび前記第１ポートに方向性結合するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記方向性結合するステップは、
前記近距離場信号を方向性結合器の主線上の前記第１ポートに結合するステップと、
前記近距離場信号を前記方向性結合器の結合されるポート上の前記第３ポートに結合するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第３ポートをさらに具備し、
前記選択的に結合するステップは、前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号、前記第３ポート上の前記近距離場放射帯域における近距離場放射信号、および前記第１ポート上の前記近距離場放射帯域におけるワイヤレス電力信号を合成または分離するためにトリプレックスするステップを具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ブロードキャスト放射帯域は、約88〜108MHzの周波数の放射をもつFM放射帯域または約540〜1600KHzの周波数の放射をもつAM放射帯域を含み、
前記近距離場放射帯域は、約13.56MHzを中心とする周波数帯域における放射を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
第３ポートをさらに備え、
前記方法はさらに、
前記第３ポートが前記共通ポートに結合されたときに、前記近距離場放射帯域における前記アンテナ上の情報を、送信、受信、または合成するステップと、
前記第２ポートが前記共通ポートと結合されたときに、前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号を受信するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記近距離場放射帯域における近距離場放射信号をDC信号に変換するステップをさらに具備し、
前記アンテナ上の情報を前記送信、受信または合成するステップは、NFC通信を最適化するために前記近距離場放射帯域において広い帯域幅を提供するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ワイヤレス電力受信機であって、
ブロードキャスト放射帯域および近距離場放射帯域における電磁放射を受信し無線周波数（ＲＦ）信号を生成するためのアンテナであって、前記ブロードキャスト放射帯域は、AM帯域と、FM帯域の少なくとも１つを具備し、前記近距離場放射帯域は、NFC、RFID、及びワイヤレス電力、に関連する周波数帯域の少なくとも１つを具備する、アンテナと、
共通ポートを、第１ポートまたは第２ポートに選択的に結合する手段であって、前記共通ポートは、前記アンテナに動作可能に結合され前記ＲＦ信号を受信する手段と、
前記第１ポートが前記共通ポートと結合されたときに前記近距離場放射帯域を受信する手段と、該近距離場放射帯域を受信する手段は、インピーダンス整合を提供するように構成されており、
前記第２ポートが前記共通ポートと結合されるときに前記ブロードキャスト放射帯域を受信する手段と、
を具備することを特徴とするワイヤレス電力受信機。
【請求項２２】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合する手段は、前記共通ポートを、前記第１ポート、前記第２ポート、または前記第３ポートの１つと選択的に結合する手段を具備することを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２３】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合する手段は、
前記共通ポートを、近距離場信号または前記第２ポートと選択的に結合する手段と、
前記近距離場信号を前記第３ポートおよび前記第１ポートと方向性結合する手段と、
を具備することを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２４】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合する手段は、
前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号と、前記近距離場放射帯域に対応する近距離場信号を合成または分離するためにダイプレックスする手段と、
前記近距離場信号を、前記第３ポートまたは前記第１ポートと選択的に結合する手段と、
を具備することを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２５】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合する手段は、
前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号と、前記近距離場放射帯域に対応する近距離場信号を合成または分離するためにダイプレックスする手段と、
前記近距離場信号を、前記第３ポートおよび前記第１ポートに方向性結合する手段と、
を具備することを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２６】
前記方向性結合する手段は、
前記近距離場信号を前記第１ポートに結合する主線手段と、
前記近距離場信号を前記第３ポートに結合する結合されるポート手段と、
を具備することを特徴とする請求項２５に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２７】
第３ポートをさらに備え、
前記選択的に結合する手段は、前記第２ポート上の前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号、前記第３ポート上の前記近距離場放射帯域における近距離場放射信号、および前記第１ポート上の前記近距離場放射帯域におけるワイヤレス電力信号を合成または分離するためにトリプレックスする手段を具備することを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２８】
前記ブロードキャスト放射帯域は、約88〜108MHzの周波数の放射をもつFM放射帯域または約540〜1600KHzの周波数の放射をもつAM放射帯域を含み、
前記近距離場放射帯域は、約13.56MHzを中心とする周波数帯域における放射を含むことを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項２９】
第３ポートをさらに備え、
前記第３ポートが前記共通ポートに結合されたときに、前記アンテナ上の情報を送信、受信、または合成する手段と、
前記第２ポートが前記共通ポートに結合されたときに前記ブロードキャスト放射帯域に対応する信号を受信する手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項２１に記載のワイヤレス電力受信機。
【請求項３０】
前記近距離場放射帯域における近距離場放射信号をDC信号に変換する手段をさらに具備し、
前記アンテナ上の情報を送信、受信、または合成する手段は、通信を最適化するために、前記近距離場放射帯域において、広い帯域幅を提供する手段をさらに具備することを特徴とする請求項２９に記載のワイヤレス電力受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にワイヤレス電力伝達に関し、より詳細には、ワイヤレス電力伝達を改善するために受信機デバイスにおいてインピーダンスを適応的に同調させることに関係するデバイス、システム、および方法に関する。
【０００２】
米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、2009年2月13日に出願された「ANTENNA SHARING FOR WIRELESSLY POWERED DEVICES」と題する米国仮出願第61/152,537号の米国特許法第119条に基づく優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、ワイヤレス電子デバイスなどの各バッテリー電源式デバイスは、それ自体の充電器と、通常は交流(AC)電源コンセントである、電源とを必要とする。そのようなワイヤード構成は、多くのデバイスが充電を必要とするとき、収拾がつかなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
送信機と、充電すべき電子デバイスに結合された受信機との間で無線またはワイヤレス電力伝送を使用する手法が開発されている。そのような手法は概して2つのカテゴリに入る。1つは、送信アンテナと充電すべきデバイス上の受信アンテナとの間の平面波放射(遠距離場放射とも呼ばれる)の結合に基づく。受信アンテナは、バッテリーを充電するために放射電力を収集し、それを整流する。アンテナは、一般に、結合効率を改善するために共振長のものである。この手法には、電力結合がアンテナ間の距離とともに急速に低下するという欠点があり、したがって(たとえば、1〜2メートルよりも短い)妥当な距離にわたる充電が困難になる。さらに、送信システムは平面波を放射するので、フィルタ処理によって適切に制御されない場合、偶発的な放射が他のシステムを妨害することがある。
【０００５】
ワイヤレスエネルギー伝送技法に対する他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面中に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべき電子デバイス中に埋め込まれた受信アンテナ(および整流回路)との間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が極めて近接している(たとえば、数ミリメートル内)必要があるという欠点がある。この手法は、同じエリア中の複数のデバイスを同時に充電する機能を有するが、このエリアは一般に極めて小さく、ユーザがデバイスを特定のエリアに正確に配置する必要がある。
【０００６】
ワイヤレスエネルギー伝送に加えて、電子デバイスは、しばしば、様々な周波数でいくつかの異なる通信チャネルを使用する。しばしば、デバイスは、各異なる周波数帯域のためのアンテナを含む必要があり得、これは、デバイス上で使用されるスペースと、複数のアンテナをサポートするための様々な構成要素のコストとの両方に関して費用がかかり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ワイヤレス電力受信、近距離無線通信(NFC)、および電子デバイスが実行し得る他の通信機能など、様々な機能のためにデバイス上で必要とされ得るアンテナの数を低減する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ワイヤレス電力伝達システムの簡略ブロック図である。
【図２】ワイヤレス電力伝達システムの簡略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態において使用するためのループアンテナの概略図である。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による送信機の簡略ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による受信機の簡略ブロック図である。
【図６】ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナを共用するためにスイッチを使用する簡略ブロック図である。
【図７】ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナを共用するためにスイッチと方向性結合器とを使用する簡略ブロック図である。
【図８】ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナを共用するためにダイプレクサとスイッチとを使用する簡略ブロック図である。
【図９】ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナを共用するためにダイプレクサと方向性結合器とを使用する簡略ブロック図である。
【図１０】ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナを共用するためにトリプレクサを使用する簡略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
「例示的」という単語は、本明細書では「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用する。本明細書で「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。
【００１０】
添付の図面とともに以下に示す発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであり、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すものではない。この説明全体にわたって使用する「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示する例示的な実施形態の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形態で示す。
【００１１】
「ワイヤレス電力」という単語は、本明細書では、電界、磁界、電磁界に関連する任意の形態のエネルギー、または場合によっては物理電磁導体を使用せずに送信機から受信機に送信される任意の形態のエネルギーを意味するために使用する。
【００１２】
図1に、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス送信または充電システム100を示す。エネルギー伝達を行うための放射界106を発生させるために入力電力102が送信機104に供給される。受信機108は、放射界106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)が蓄積または消費するための出力電力110を発生する。送信機104と受信機108の両方は距離112だけ分離されている。1つの例示的な実施形態では、送信機104および受信機108は相互共振関係に従って構成され、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数とが極めて近接している場合、送信機104と受信機108との間の伝送損失は、受信機108が放射界106の「近距離場」(本明細書では近距離場放射とも呼ばれる)に位置するときに最小になる。
【００１３】
送信機104は、エネルギー送信のための手段を与えるための送信アンテナ114をさらに含み、受信機108は、エネルギー受信のための手段を与えるための受信アンテナ118をさらに含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、それに関連する適用例およびデバイスに従ってサイズ決定される。上述のように、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場におけるエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって効率的なエネルギー伝達が行われる。近距離場にある場合、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に結合モードが展開され得る。この近距離結合が行われ得るアンテナ114および118の周りのエリアは、本明細書では結合モード領域と呼ばれる。
【００１４】
図2に、ワイヤレス電力伝達システムの簡略図を示す。送信機104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタおよび整合回路126とを含む。発振器は、調整信号123に応答して調整され得る所望の周波数を発生するように構成される。発振器信号は、制御信号125に応答する増幅量で電力増幅器124によって増幅され得る。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために含まれ得る。
【００１５】
受信機108は、図2に示すバッテリー136を充電するため、または受信機に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するために、整合回路132と、DC電力出力を発生するための整流器およびスイッチング回路134とを含み得る。整合回路132は、受信機108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために含まれ得る。受信機108と送信機104は、別個の通信チャネル119(たとえば、Bluetooth(登録商標)、zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。
【００１６】
図3に示すように、例示的な実施形態において使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれることもある「ループ」アンテナ150として構成され得る。ループアンテナは、空芯またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された外来物理デバイスに対してより耐性があり得る。さらに、空芯ループアンテナでは、コアエリア内に他の構成要素を配置することができる。さらに、空芯ループは、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力であり得る送信アンテナ114(図2)の平面内での受信アンテナ118(図2)の配置をより容易に可能にし得る。
【００１７】
上述のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合されたまたはほぼ整合された共振中に行われる。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合されていないときでも、エネルギーは、より低い効率で伝達され得る。エネルギーの伝達は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立される近傍に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。
【００１８】
ループまたは磁気アンテナの共振周波数はインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは、一般に、単にループによって生成されるインダクタンスであり、キャパシタンスは、一般に、所望の共振周波数で共振構造を生成するためにループアンテナのインダクタンスに追加される。非限定的な例として、共振信号156を発生する共振回路を生成するために、キャパシタ152およびキャパシタ154がアンテナに追加され得る。したがって、直径がより大きいループアンテナでは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの大きさは減少する。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達エリアは増加する。もちろん、他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの終端間にキャパシタが並列に配置され得る。さらに、当業者なら、送信アンテナの場合、共振信号156はループアンテナ150への入力であり得ることを認識されよう。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態は、互いの近距離場にある2つのアンテナ間の電力を結合することを含む。上述のように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れて伝搬または放射しないことがある、アンテナの周りのエリアである。それらは、一般に、アンテナの物理体積に近い体積に限定される。本発明の例示的な実施形態では、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場に比較して磁気タイプアンテナの磁気近距離場振幅のほうが大きくなる傾向があるので、単巻きおよび多巻きループアンテナなどの磁気タイプアンテナを送信(Tx)アンテナシステムと受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これによりペア間の結合を潜在的により強くすることができる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せをも企図する。
【００２０】
Txアンテナは、上述した遠距離場および誘導手法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小さい受信アンテナへの良好な結合(たとえば、>-4dB)を達成するのに十分に低い周波数および十分大きいアンテナサイズで動作させられ得る。送信アンテナが正しくサイズ決定された場合、ホストデバイス上の受信アンテナが励振送信ループアンテナの結合モード領域(すなわち、近距離場)内に配置されたとき、高い結合レベル(たとえば、-1〜-4dB)を達成することができる。
【００２１】
図4は、本発明の例示的な一実施形態による送信機200の簡略ブロック図である。送信機200は、送信回路202と送信アンテナ204とを含む。一般に、送信回路202は、発振信号を供給することによって送信アンテナ204に無線周波数(RF)電力を供給し、その結果、送信アンテナ204の周りに近距離場エネルギーが発生する。例として、送信機200は、13.56MHz ISM帯域で動作し得る。
【００２２】
例示的な送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ204に整合させるための固定のインピーダンス整合回路206と、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで高調波放出を低減するように構成された低域フィルタ(LPF)208とを含む。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、他の周波数をパスしながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む様々なフィルタトポロジーを含み得、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によるDC電流ドローなど、測定可能な送信メトリクスに基づいて変化させられ得る適応型インピーダンス整合を含み得る。送信回路202は、発振器212によって判断されたRF信号を駆動するように構成された電力増幅器210(本明細書では信号発生器とも呼ばれる)をさらに含む。送信回路は、個別デバイスまたは回路からなるか、あるいは代わりに、一体型アセンブリからなり得る。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は2.5〜8.0ワットのオーダーであり得る。
【００２３】
送信回路202は、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器212を使用可能にし、発振器の周波数を調整し、出力電力レベルを調整し、取り付けられた受信機を通して隣接デバイスと対話するための通信プロトコルを実装するための、コントローラ214をさらに含む。コントローラ214はまた、結合モード領域に配置された受信機に起因する結合モード領域中の変化による、送信アンテナ204におけるインピーダンス変化を判断するためものである。
【００２４】
送信回路202は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在を検出するための負荷感知回路216をさらに含み得る。例として、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在によって影響を及ぼされる、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210に対する負荷の変化の検出は、アクティブ受信機と通信するためのエネルギーを送信するために発振器212を使用可能にすべきかどうかを判断する際に使用するために、コントローラ214によって監視される。
【００２５】
送信アンテナ204は、抵抗損を低く保つように選択された厚さ、幅および金属タイプをもつアンテナストリップとして実装され得る。従来の実装形態では、送信アンテナ204は、一般に、テーブル、マット、ランプまたは他のより可搬性が低い構成など、より大きい構造物との関連付けのために構成され得る。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実際的な寸法にするための「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的な一実装形態は、「電気的に小形」(すなわち、波長の分数)であり得、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調させられ得る。送信アンテナ204の直径が、または方形ループの場合は、辺の長さが、受信アンテナに対してより大きい(たとえば、0.50メートル)ことがある例示的な適用例では、送信アンテナ204は、妥当なキャパシタンスを得るために必ずしも多数の巻きを必要としない。
【００２６】
送信機200は、送信機200に関連付けられ得る受信機デバイスの所在およびステータスに関する情報を収集し、追跡し得る。したがって、送信機回路202は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ214に接続された、存在検出器280、閉鎖検出器290、またはそれらの組合せを含み得る。コントローラ214は、存在検出器280および閉鎖検出器290からの存在信号に応答して、増幅器210によって送出される電力の量を調整し得る。送信機は、たとえば、建築物中に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源を送信機200に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)など、いくつかの電源を通して電力を受信するか、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受信し得る。
【００２７】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のカバレージエリアに挿入された充電すべきデバイスの初期存在を感知するために利用される動き検出器であり得る。検出後、送信機はオンになり得、デバイスによって受信されたRF電力が、所定の方法で受信機デバイス上のスイッチをトグルするために使用され得、その結果、送信機の駆動点インピーダンスが変化する。
【００２８】
別の非限定的な例として、存在検出器280は、たとえば、赤外検出、動き検出、または他の好適な手段によって人間を検出することが可能な検出器であり得る。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナが特定の周波数において送信し得る電力の量を制限する規制があることがある。場合によっては、これらの規制は、電磁放射から人間を保護するためのものである。しかしながら、送信アンテナが、たとえば、ガレージ、工業の現場、作業場など人間によって占有されないか、または人間によってめったに占有されないエリアに配置された環境があり得る。これらの環境に人間がいない場合、送信アンテナの電力出力を、通常の電力制限規制を上回って増加させることが許されることがある。言い換えれば、コントローラ214は、人間存在に応答して送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調整し、人間が送信アンテナ204の電磁界からの規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ204の電力出力を、規制レベルを上回るレベルに調整し得る。
【００２９】
非限定的な例として、(本明細書では閉鎖区画検出器または閉鎖空間検出器と呼ばれることもある)閉鎖検出器290は、エンクロージャが閉じられた状態または開いた状態にあるときを判断するための感知スイッチなどのデバイスであり得る。送信機が、閉鎖状態にあるエンクロージャ中にあるとき、その送信機の電力レベルは増加させられ得る。
【００３０】
例示的な実施形態では、送信機200が無期限にオンのままにならない方法が使用され得る。この場合、送信機200は、ユーザが判断した時間量の後に遮断するようにプログラムされ得る。この機能は、送信機200、特に電力増幅器210が、その周囲内のワイヤレスデバイスが完全に充電された後、長く運転することを防ぐ。このイベントは、中継器または受信コイルのいずれかから送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を回路が検出することができないことに起因することがある。送信機200の周囲内に別のデバイスが配置された場合、送信機200が自動的に停止するのを防ぐために、送信機200の自動遮断機能は、その周囲内で動きが検出されない設定された期間の後にのみアクティブにされ得る。ユーザは、非アクティビティ時間間隔を判断し、必要に応じてそれを変更することが可能であり得る。非限定的な例として、その時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下に、特定タイプのワイヤレスデバイスを完全に充電するために必要とされる時間間隔よりも長いことがある。
【００３１】
図5は、本発明の例示的な一実施形態による受信機300の簡略ブロック図である。受信機300は、受信回路302と受信アンテナ304とを含む。受信機300は、さらに、デバイス350に受信電力を与えるためにデバイス350に結合する。受信機300は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350に一体化され得ることに留意されたい。一般に、エネルギーは、受信アンテナ304にワイヤレスに伝搬され、次いで、受信回路302を通してデバイス350に結合される。
【００３２】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)と同じ周波数、または同じ周波数の近くで共振するように同調させられる。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様に寸法決定され得、または関連するデバイス350の寸法に基づいて別様にサイズ決定され得る。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスであり得る。そのような例では、受信アンテナ304は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、受信アンテナのインピーダンスを増加させるために、多巻きアンテナとして実装され得る。例として、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大にし、受信アンテナのループ巻き(すなわち、巻線)の数および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス350の実質的な周囲の周りに配置され得る。
【００３３】
受信回路302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合を行う。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を、デバイス350が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RF-DC変換器308を含み、DC-DC変換器310をも含み得る。RF-DC変換器308は、受信アンテナ304において受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、DC-DC変換器310は、整流されたRFエネルギー信号を、デバイス350に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分および完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびに線形およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が企図される。
【００３４】
受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するため、または代替的に電力変換回路306を切断するためのスイッチング回路312をさらに含み得る。電力変換回路306から受信アンテナ304を切断することは、デバイス350の充電を中断するだけでなく、送信機200(図2)から「見た」「負荷」を変化させ、これは、送信機から受信機を「クローキングする」ために使用され得る。
【００３５】
上記で開示したように、送信機200は、送信機電力増幅器210に供給されたバイアス電流の変動を検出する負荷感知回路216を含む。したがって、送信機200は、受信機が送信機の近距離場に存在するときを判断するための機構を有する。
【００３６】
複数の受信機300が送信機の近距離場に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合することができるように、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を時間多重化することが望ましいことがある。受信機はまた、他の近くの受信機への結合を解消するため、または近くの送信機に対する装荷を低減するためにクローキングされ得る。受信機のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信機300によって制御され、送信機200によって検出される除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように受信機300から送信機200への通信機構を与える。さらに、受信機300から送信機200へのメッセージの送信を可能にするプロトコルがスイッチングに関連付けられ得る。例として、スイッチング速度は100μ秒のオーダーであり得る。
【００３７】
例示的な一実施形態では、送信機と受信機との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機は、近距離場においてエネルギーが利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用する。受信機は、エネルギーのこれらの変化を送信機からのメッセージと解釈する。受信機側から、受信機は、近距離場からどのくらいの電力が受容されているかを調整するために受信アンテナの同調および離調を使用する。送信機は、近距離場から使用される電力のこの差異を検出し、これらの変化を受信機からのメッセージと解釈することができる。
【００３８】
受信回路302は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応し得る、受信したエネルギー変動を識別するために使用される、シグナリング検出器およびビーコン回路314をさらに含み得る。さらに、シグナリングおよびビーコン回路314はまた、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出するために使用され得、また、ワイヤレス充電のための受信回路302を構成するために、低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかをアウェイクするための公称電力にするために使用され得る。
【００３９】
受信回路302は、本明細書で説明するスイッチング回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信機300のプロセスを調整するためのプロセッサ316をさらに含む。受信機300のクローキングは、デバイス350に充電電力を供給する外部ワイヤード充電ソース(たとえば、ウォール/USB電力)の検出を含む他のイベントの発生時にも行われることがある。プロセッサ316は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信機から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路314を監視することもある。プロセッサ316はまた、パフォーマンスの改善ためにDC-DC変換器310を調整し得る。
【００４０】
いくつかの例示的な実施形態では、受信回路302は、たとえば、所望の電力レベル、最大電力レベル、所望の電流レベル、最大電流レベル、所望の電圧レベル、および最大電圧レベルの形態で電力要件を送信機にシグナリングし得る。これらのレベルと、送信機から受信された電力の実際の量とに基づいて、プロセッサ316は、DC-DC変換器310の出力を調節するために、電流レベルの調整、電圧レベルの調整、またはそれらの組合せの形態でDC-DC変換器310の動作を調整し得る。
【００４１】
本発明の例示的な実施形態は、通常はそれぞれのために別々のアンテナが使用されるであろうワイヤレス電力供給、近距離無線通信およびFM周波数帯域を処理するために、単一のアンテナを共用するためのアンテナおよび結合要素を対象とする。
【００４２】
図6は、ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナ304を共用するためにスイッチ422を使用する簡略ブロック図である。
【００４３】
本明細書で説明する例示的な実施形態では、アンテナ304はRF信号406に結合され、RF信号406は結合要素410の共通ポート412に接続される。結合要素410は、共通ポート412を第1のポート414、第2のポート416、および第3のポート418のうちの1つまたは複数に結合するためのいくつかの異なる内部回路を含み得る。可能な結合要素410の一例として、結合要素410のための異なる例示的な実施形態を図6〜図10の各々に示す。
【００４４】
結合要素410の第1のポート414はNFCトランシーバ460に結合される。本明細書で使用する短距離通信は、NFCと無線周波識別(RFID)通信の両方の周波数およびプロトコルを含む。
【００４５】
NFCは、セルラー電話、スマートフォン、および携帯情報端末(PDA)など、ワイヤレス通信デバイスがピアツーピア(P2P)ネットワークを確立することを可能にする通信規格である。NFCは、電子デバイスが、極めて近接しており、たとえば1センチメートル未満から約20cmの距離の範囲にあるとき、電子デバイスがデータを交換し、自動的にアプリケーションを開始することを可能にし得る。
【００４６】
非限定的な例として、NFCは、デジタルカメラに記憶された画像をパーソナルコンピュータにダウンロードすること、オーディオおよびビデオエンターテインメントをポータブルデバイスにダウンロードすること、またはスマートフォンに記憶されたデータをパーソナルコンピュータまたは他のワイヤレスデバイスにダウンロードすることを可能にし得る。NFCは、スマートカード技術に適合し得、また、商品およびサービスの購入を可能にするために利用され得る。例示的な一実施形態では、NFCのために使用される周波数は約13.56MHzを中心とする。
【００４７】
NFCトランシーバ460は、以下で説明する結合機構から明らかになるように、アンテナ304に対してインピーダンス整合させるための回路または結合要素410内の他の回路を含み得る。NFCトランシーバ460はまた、受信信号のキャリア周波数がNFC周波数帯域中にある、NFC信号の受信および送信を可能にするための好適な論理、回路、プロセッサ、コード、およびそれらの組合せを含み得る。データはキャリア周波数上で変調され得る。
【００４８】
RFIDアプリケーションとNFCアプリケーションは共通のRF帯域を利用し得る。RFIDは、RFIDタグまたはトランスポンダと呼ばれるデバイスを使用してデータを記憶し、リモートで検索することに依拠する、自動識別方法である。RFIDタグは、電波を使用する識別のために、製品、動物、または人に取り付けられ得るかまたは組み込まれ得る物体である。RFIDタグは、一般に、情報を記憶し、処理するため、RF信号を変調し、復調するため、および場合によっては他の専用機能のための集積回路を含む。
【００４９】
RFIDタグは、数メートル離れたところから自動的に読み取られ得、一般にリーダーの見通し線中にある必要はない。RFIDタグには、パッシブ、(バッテリー支援型としても知られる)セミパッシブ、またはアクティブの3つの一般的な種類がある。パッシブタグは内部電源を必要としないが、セミパッシブタグおよびアクティブタグは、一般に、小さいバッテリーなどの電源を含む。
【００５０】
パッシブRFIDでは、着信RF信号によってアンテナ304中に誘起された小さい電流が、タグ中の集積回路が起動し、応答を送信するのに十分な電力を与える。たいていのパッシブタグは、リーダーからの搬送波を後方散乱させることによってシグナリングする。したがって、タグアンテナ素子は、着信信号から電力を収集することと、発信後方散乱信号を送信することとの両方を行うように構成される。パッシブタグは、現在、約10cmから数メートルまでにわたる実際的な読取り距離を有する。
【００５１】
パッシブRFIDタグとは異なり、アクティブRFIDタグは、集積回路に電力供給し、リーダーに信号をブロードキャストするために使用される、それらの自体の内部電源を有する。アクティブタグは、パッシブタグよりも高い電力レベルで送信し、水、金属、またはより大きい距離など、「RF困難」環境においてより有効になることを可能にし得る。多くのアクティブタグは、数百メートルの実際的な範囲と、最高10年のバッテリー寿命とを有する。
【００５２】
セミパッシブタグは、それらの自体の電源を有するという点でアクティブタグと同様であるが、そのバッテリーは、一般に、マイクロチップに電力供給するためだけに使用され、信号をブロードキャストするためには使用されない。セミパッシブタグでは、RFエネルギーは、一般に、パッシブタグのようにリーダーに反射される。
【００５３】
結合要素410の第2のポート416はワイヤレス電力受信機470に結合される。例示のために、説明するワイヤレス充電は、RFIDおよびNFCのために使用される周波数と同じ13.56MHzの周波数で動作し得る。NFCとRFIDとワイヤレス電力とに関連する周波数帯域は、本明細書では近距離場放射帯域と呼ばれることがある。ただし、例示的な実施形態は13.56MHzでのワイヤレス電力受信に限定されず、他の周波数がこの機能のために使用され得ることに留意されたい。図6〜図10に示すように、ワイヤレス電力受信機470は、結合要素410を通して通信されるRF信号406を、バッテリーを充電するか、受信機デバイスに電力を供給するか、またはそれらの組合せのために受信機デバイス(図示せず)が使用するのに好適なDC信号475に変換するための整流器472を含む。もちろん、ワイヤレス電力受信機470は、図2および図5に関して上記で説明した要素など、多くの他の要素を含み得る。
【００５４】
結合要素410の第3のポート418はブロードキャスト受信機480に結合される。キャリア周波数が約88〜108MHzであるFM放射帯域と、キャリア周波数が約540〜1600KHzであるAM放射帯域とを利用する、十分に確立されたブロードキャストおよび通信サービスがある。ブロードキャスト受信機480は、以下で説明する結合機構から明らかになるように、アンテナ304に対してインピーダンス整合させるための回路または結合要素410内の他の回路を含み得る。ブロードキャスト受信機480はまた、それぞれFM放射帯域またはAM放射帯域における様々な周波数でのFM信号またはAM信号の受信を可能にし、そのような信号を、キャリア周波数上で搬送される情報を含むベースバンドに復調するための、好適な論理、回路、プロセッサ、コード、およびそれらの組合せを含み得る。
【００５５】
したがって、一例としてFM放射帯域を使用すると、いくつかの実施形態では、ブロードキャスト受信機480は、アンテナ304をインピーダンス整合させ、FM放射帯域に同調させるように構成された同調回路と、FM放射帯域における固有のキャリア周波数を選択し、同調させるように構成された異なる同調回路とを含み得る。他の実施形態では、ブロードキャスト受信機は、FM放射帯域内で所望のキャリア周波数に直接同調させる同調機能を組み込むことができる。
【００５６】
いくつかの例示的な実施形態では、FM信号は、NFC信号の受信および送信ならびにワイヤレス電力受信と同時にアンテナ304を介して受信され得る。
【００５７】
図6〜図10に関して説明する例示的な実施形態では、1つのアンテナ304が、FM無線受信、NFCおよびワイヤレス電力伝達など、3つの例示的な機能のために共用されるが、通常は、各機能に1つずつ、3つの別々のアンテナが使用される。
【００５８】
NFCは、ワイヤレス電力伝達が必要とするよりも比較的大きい帯域幅を必要とし、一般に受信機能と送信機能の両方が可能である。ワイヤレス電力伝達は、一般に固定周波数で動作し、NFCよりも高いレベルでRF電力を受信するように構成され得る。FM無線は、FM無線帯域におけるより高い周波数に同調され、通常動作のために最小感度を満たし得る。FM信号は、受信専用であり得、したがって信号過負荷に敏感であり得る。
【００５９】
図6の例示的な実施形態では、結合要素は、共通ポート412を第1のポート414、第2のポート416、または第3のポート418のうちの1つに選択的に結合するための単極3投スイッチ（throw switch）として構成される。この実施形態では、アンテナ304は、NFCトランシーバ460、ワイヤレス電力受信機470、またはブロードキャスト受信機480のうちの1つに直接接続される。直接接続により、図6の例示的な実施形態は、所望の周波数の各々についての、アンテナ304に対するインピーダンス整合のための良好な状態を含み得る。NFC経路は、アンテナ304のQを低下させる経路を与え、したがってワイヤレス電力受信と比較してより広い帯域幅を与え得る。ワイヤレス電力経路は、1つの所望の周波数での可能な損失が最も低い、最適なインピーダンス整合を与え得る。ブロードキャスト経路は、FM放射帯域またはAM放射帯域にわたってアンテナ304を共振させるためのインピーダンス整合を与え、必要な感度を与え得る。
【００６０】
図7は、ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナ304を共用するためにスイッチ424と方向性結合器426とを使用する簡略ブロック図である。アンテナ304、RF信号406、NFCトランシーバ460、ワイヤレス電力受信機470、DC信号475、およびブロードキャスト受信機480の要素は、図6の要素と同じであり、再び説明する必要はない。
【００６１】
図7では、結合要素410は、RF信号406を第3のポート418と近距離場信号420とに結合する単極2投スイッチ424を含む。結合器426(たとえば、方向性結合器)は近距離場信号420を第1のポート414と第2のポート416との両方に結合する。この実施形態では、アンテナ304はブロードキャスト受信機480または近距離場信号420のいずれかに直接接続される。直接接続により、図7の例示的な実施形態は、ブロードキャスト放射帯域と近距離場放射帯域との所望の周波数の各々についての、アンテナ304に対するインピーダンス整合のための良好な状態を含み得る。
【００６２】
例示的な一実施形態では、結合器426は、ワイヤレス電力経路上の付加損失が最小になるように、入力ポートと送信ポートとの間の主線がワイヤレス電力受信機470に結合されるように近距離場信号420を結合し得る。ワイヤレス電力受信に対してより多くの信号強度を必要としない、ワイヤレス通信用の減衰した経路(たとえば、約20dB)を与えるために、結合器426の結合ポートがNFCトランシーバ460に接続され得る。結合ポートと平衡させるために、負荷428が結合器426の最終ポートに結合され得る。
【００６３】
図8は、ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナ304を共用するためにダイプレクサ432とスイッチ434とを使用する簡略ブロック図である。アンテナ304、RF信号406、NFCトランシーバ460、ワイヤレス電力受信機470、DC信号475、およびブロードキャスト受信機480の要素は、図6の要素と同じであり、再び説明する必要はない。
【００６４】
図8では、結合要素410は、RF信号406を第3のポート418と近距離場信号420とに結合するダイプレクサ432を含む。単極2投スイッチ434は、近距離場信号420を第1のポート414または第2のポート416のいずれかに選択的に結合する。
【００６５】
ダイプレクサは、近距離場信号420上の近距離場放射帯域と第3のポート418上のブロードキャスト放射帯域との2つの異なる周波数を単一のRF信号406に合成するかまたは単一のRF信号406から分割する。
【００６６】
この実施形態では、アンテナ304上で受信されたより高い周波数FM放射帯域は、ダイプレクサによって分割され、隔離されて、FMチューナーに接続し得る。代替的に、アンテナ304上で受信されたより低い周波数AM放射帯域は、ダイプレクサによって分割され、隔離されて、AMチューナーに接続し得る。同様に、中間周波数近距離場信号420は、ダイプレクサによって分割され、隔離されて、スイッチ434に接続し得る。所望の動作モードに応じて、近距離場信号420は、ワイヤレス電力を供給するためにワイヤレス電力受信機470に直接接続され得、または近距離場信号420およびアンテナ304を通して近距離無線通信を行うためにNFCトランシーバ460に接続され得る。
【００６７】
ダイプレクサ432の使用は、通過帯域挿入損失と阻止帯域除去とを含む、当該の両方の帯域における適合された周波数応答を可能にする。挿入損失は、当業者に知られているように、パッシブ構成要素の適切な選定によっていずれかまたは両方の帯域において最小限に抑えられ得る。そのようなダイプレクサ432は、たとえば、パッシブ低域フィルタと高域フィルタとの組合せを含み得る。別の実施形態では、フィルタの一方または両方は帯域フィルタであり得る。選択されたトポロジーにかかわらず、ダイプレクサは、フィルタ設計の当業者によく知られているように、所与の帯域のための1つのフィルタの存在がその所望の帯域における他のフィルタの応答に悪影響を及ぼさないように構成され得る。
【００６８】
ダイプレクサ432中のいずれかのフィルタの応答は、いくつかの除去特性を強調するようにさらに適合され得る。一例として、FM帯域フィルタは、13.56MHzにおいて顕著な送信0を有するように設計され得、従来のフィルタトポロジーから他の方法で得られるよりもはるかに大きいワイヤレス電力信号の除去を行うであろう。周波数は13.56MHzに限定されないので、同じ概念は、ワイヤレス電力のために使用される任意の周波数に適用され得る。
【００６９】
図9は、ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信とのためのアンテナ304を共用するためにダイプレクサ432と方向性結合器436とを使用する簡略ブロック図である。アンテナ304、RF信号406、NFCトランシーバ460、ワイヤレス電力受信機470、DC信号475、およびブロードキャスト受信機480の要素は、図6の要素と同じであり、再び説明する必要はない。
【００７０】
図9では、結合要素410は、RF信号406を第3のポート418と近距離場信号420とに結合するダイプレクサ432を含む。結合器436(たとえば、方向性結合器)は近距離場信号420を第1のポート414と第2のポート416との両方に結合する。結合器436およびダイプレクサ432の各々の動作の詳細については、図7の結合器426および図8のダイプレクサ432に関して上記で説明した。
【００７１】
図10は、ワイヤレス電力受信と、近距離無線通信と、ブロードキャスト放射帯域における信号の受信のためのアンテナ304を共用するためにトリプレクサ440を使用する簡略ブロック図である。アンテナ304、RF信号406、NFCトランシーバ460、ワイヤレス電力受信機470、DC信号475、およびブロードキャスト受信機480の要素は、図6の要素と同じであり、再び説明する必要はない。
【００７２】
図10では、結合要素410は、RF信号406を、NFCトランシーバ460、ワイヤレス電力受信機470、およびブロードキャスト受信機480の各々に同時に結合するためのトリプレクサを含む。ダイプレクサの概念は3つ以上の帯域に拡張され得、すなわち、単一の共通入力をN個の異なる周波数チャネルに分離するマルチプレクサまたはNプレクサが設計され得る。この例では、N=3である。図10の実施形態は、近距離無線通信と電力伝達周波数とに異なる周波数が使用されるときに有用であり得る。
【００７３】
図6〜図10の例示的な実施形態では、異なる周波数のスイッチング、結合、および多重化の部分のために微小電子機械システム(MEMS)デバイスが使用され得る。さらに、MEMSデバイスは、異なる経路ごとに最適な整合を行うためのインピーダンス整合ネットワークを含み得る。例示的な一実施形態では、MEMSベースのハイブリッドはスイッチ機能とインピーダンス整合/同調機能とを実行し得る。その実施形態では、典型的な意味での識別可能なSP3T(またはSPnT)スイッチは、その機能がMEMS構造中に吸収され得るので不要であることがある。別の例示的な実施形態では、個別のSP3Tスイッチおよびブロードキャスト受信機ブロック、またはNFC/ワイヤレス電力整合がないことがある。
【００７４】
情報および信号は多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００７５】
さらに、本明細書で開示した例示的な実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００７６】
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
【００７７】
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施されるか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで実施されるか、またはその2つの組合せで実施され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
【００７８】
1つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装する場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含むことができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー（登録商標）ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
【００７９】
開示した例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を製作または使用できるようにするために提供したものである。これらの例示的な実施形態の様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示す実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【００８０】
200  送信機
202  送信回路
206  インピーダンス整合回路
208  低域フィルタ(LPF)
210  電力増幅器
210  増幅器
212  発振器
214  コントローラ
216  負荷感知回路
270  メモリ
280  存在検出器
290  閉鎖検出器
300  受信機
302  受信回路
304  受信アンテナ
304  アンテナ
306  電力変換回路
308  RF-DC変換器
310  DC-DC変換器
312  スイッチング回路
314  ビーコン検出器
316  プロセッサ
350  デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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