(57)【要約】【解決手段】周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与する手段を具えたステーションは、１本又は２本以上のアンテナと回路を具えて、パワー格納装置にエネルギーを付与すべく、周囲のエネルギーを直流パワーに変換する。周囲のエネルギーを直流パワーに変換する回路は、整流器／充電ポンプを含む。ステーションのアンテナは整流器／充電ポンプの出力側で直流エネルギーが最大となるように同調される。ステーションは、コンデンサ及び電池を含むパワー格納装置にエネルギーを付与するのに用いられ、該パワー格納装置は携帯電話、カメラ、ＰＤＡのような電子装置に使用される。種々のアンテナ構成が用いられ得る。【選択図】図１
2007517483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与する遠隔ステーションであって、
少なくとも１つのアンテナと、
周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを付与する回路とを具え、
周囲のエネルギーを直流パワーに変換する回路は、整流器／充電ポンプを有し、
アンテナは整流器／充電ポンプの出力にて、直流エネルギーが略最大となるように同調される遠隔ステーション。
【請求項２】
少なくとも１つのアンテナは、エネルギーを獲得すべく構成された少なくとも１つの同調要素に接続された、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項３】
少なくとも１つのアンテナは、接続され得る複数のアンテナであり、各アンテナの直流出力は直流に結合されて、より高い電圧を得る、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項４】
少なくとも１つのアンテナは、複数のアンテナであり、ＲＦ結合器、即ちバラン回路は、伝送されたエネルギーを直流パワーに変換する回路の前に、アンテナから獲得される周囲のエネルギーを結合するのに用いられる、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項５】
少なくとも１つのアンテナは、広帯域のＲＦスペクトルからエネルギーを獲得するように、異なる周波数に同調された別個のアンテナを有する、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項６】
アンテナは、広帯域のＲＦスペクトルからエネルギーを獲得するように、夫々が異なる周波数スペクトルに同調された別個の広帯域アンテナを有する、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項７】
アンテナは、広帯域のＲＦスペクトルからエネルギーを獲得するように、夫々が周波数スペクトルの同じ部分に同調された別個の広帯域アンテナを有する、請求項６に記載の遠隔ステーション。
【請求項８】
周囲のエネルギーは、ＲＦパワーである、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項９】
各アンテナは、２０ＫＨｚから３０ＫＨｚの無線周波数スペクトルを略連続的に受信可能な広帯域のアンテナシステムである、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項１０】
各アンテナは、１.５ＭＨｚから３０ＭＨｚの無線周波数スペクトルを略連続的に受信可能な広帯域のアンテナシステムである
、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項１１】
各アンテナは、３０ＭＨｚから３ＧＨｚの無線周波数スペクトルを略連続的に受信可能な広帯域のアンテナシステムである、請求項１に記載の遠隔ステーション。
【請求項１２】
周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与する遠隔ステーションであって、
少なくとも２つのアンテナと、
ＲＦ結合器と、
周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを付与する回路とを具え、
アンテナは一定の周波数スペクトルに同調され、
ＲＦ結合器は、伝送されたエネルギーを直流パワーに変換する回路の前に、アンテナから獲得される周囲のエネルギーを結合するのに用いられる遠隔ステーション。
【請求項１３】
周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与する遠隔ステーションであって、
少なくとも１つのアンテナと、
周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを付与する回路と、
少なくとも２つの充電装置と、
パワー格納装置と充電装置間を切り換えるスイッチを具えた遠隔ステーション。
【請求項１４】
少なくとも２つの充電装置は、異なる充電特性を有する、請求項１３に記載の遠隔ステーション。
【請求項１５】
充電装置は、コンデンサである、請求項１４に記載の遠隔ステーション。
【請求項１６】
周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与する遠隔ステーションであって、
少なくとも１つのアンテナと、
周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを付与する回路と、
同調機構に帰還して、チューナを高レベルのエネルギー獲得に調整する帰還装置を具えた遠隔ステーション。
【請求項１７】
周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与する遠隔ステーションであって、
複数のアンテナと、
周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを付与する回路とを具え、
アンテナは一定の地理的領域を略占有する遠隔ステーション。
【請求項１８】
アンテナは地理的領域を共有する、請求項１７に記載の遠隔ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．発明の分野
無線周波数(ＲＦ)エネルギーを獲得することは、無線周波数の識別(ＲＦＩＤ)、安全の監視、及び遠隔感知にとって非常に大切である。様々の用途には、幾つかの獲得装置のように特定の周波数(ＲＦＩＤ)に同調されるものがあり、他には周囲のエネルギーを利用し(遠隔感知)、及び安全の目的から単に周波数を感知するものがある。
【背景技術】
【０００２】
２．従来技術の記載
自由空間に放射されたＲＦ電磁気界を用いる再充電装置は、発明の名称が”無線でパワー供給し再充電する方法及び装置”である米国特許第6,127,799号に記載されている。該特許では再充電可能な充電格納装置がＲＦ、即ちマイクロ波放射界に設置されたバッテリー充電構成を開示している。発明の一態様に於いて、充電格納装置は、自由空間内に放射されるＲＦ電磁気界に晒されることによって充電される。充電格納装置は、該装置上に配置されて、放射されたＲＦ電磁気界を受信するのに適した１又は２以上のアンテナを有する。１又は２以上の整流器がアンテナに接続されて、受信したＲＦ電磁気界を直流出力電流に整流する。整流器によって生成される直流出力電流は、充電格納装置を充電するのに用いられる。
【０００３】
アンテナは、組み合わされてダイポールアンテナ要素配列の少なくとも２つのサブセットを形成する１又は２以上のダイポール・アンテナであり、１つのサブセットは少なくとも他の１つのサブセットに対して鋭角又は直角を成す。アンテナ又はダイポールアンテナは、充電格納装置の１つ以上の外面に設置されて、互いに鋭角又は直角を成す(enclose)。  放射界にアンテナ配列を効率的に連結すべく、配列の各アンテナ要素は、約λ／２の長さを有するのが好ましく、λはＲＦ放射の自由空間の長さである。１つ以上のダイポールアンテナが用いられるなら、隣接するダイポールアンテナとの間隔はまた、λ／２であるのが好ましい。ダイポールアンテナの数は、アンテナ配列のパワー変換効率を決定する。
【０００４】
所定長さのワイヤーについては、ダイポールアンテナのような共振アンテナが、一層能率的であるが、狭い帯域幅に制限される。通信目的のアンテナの大部分の使用者は、アンテナの同調又は調整装置を必要とせずに、多数の周波数上で作動するアンテナを所望している。発明の名称が”ブロードバンドアンテナ”である米国特許第5,111,213号は、アンテナの全長(高さ)が無線周波数エネルギーを放射するブロードバンドＨＦアンテナを開示する。アンテナの頂部又はアンテナ放射要素の内面に抵抗器が挿入される。無線周波数アンテナ電流は、挿入された抵抗器を通って流れ、同軸ケーブル及び／又は他の受動素子に適切な電気的距離を維持する。このようにして、本発明は所定の物理的なアンテナ長さ(高さ)について、一層有効な電気的放射素子を提供する。
発明の名称が”エネルギー獲得回路及び関連した方法”で、発明者がミックル他の米国出願第10/624,051号は、最初から同調されたエネルギー獲得回路を開示し、該エネルギー獲得回路の少なくとも一部はアンテナに帰還を掛けるように構成されて、それによって物理的な領域よりも実質的に大きな有効アンテナ領域を確立している。
【０００５】
従来技術についての問題は、エネルギー獲得回路は、設計された特定のアンテナ周波数よりも外側の周波数では、有効にＲＦエネルギーを獲得できないことである。例えば、米国特許第6,127,799号には、アンテナ配列を構成するダイポールアンテナは、特定の周波数範囲にてＲＦエネルギーを吸収するように固定されることが開示されている。アンテナ配列の目的は、パワー変換の効率を高めることであり、吸収されるＲＦエネルギーの帯域幅を広げることではない。
しかし、有効にエネルギーを獲得するアンテナは、これらの通信アンテナとは異なる特性を要求する。
求められるのは、獲得するＲＦエネルギーが最大になるように、エネルギー獲得用に特に設計されたアンテナ及びアンテナ形状である。
獲得するＲＦエネルギーが最大になるように、広域なＲＦスペクトラムからＲＦエネルギーを獲得することができるエネルギー獲得回路を求めるニーズが存在する。
また、獲得するＲＦエネルギーが最大になるように、放送周波数(又は他の周囲の周波数)に広域に同調されたアンテナを有することにより、広域なＲＦスペクトラムからＲＦエネルギーを獲得することができるエネルギー獲得回路を求めるニーズが存在する。
【発明の開示】
【０００６】
〈発明の要約〉
本発明は、上記のニーズを満たす。
ここで用いられる”対象物”の語は、パワー格納装置にエネルギーを与える装置、又はパワー格納装置にエネルギーを与える装置に作動的に繋がるあらゆる活性化要素又は非活性化要素を意味する。
本発明の一実施例に於いて、周囲からエネルギーを受信して、対象物のパワー格納装置にエネルギーを付与するエネルギー獲得回路は、パワー格納装置にエネルギーを与えるために、周囲のエネルギーを直流パワーに変換する１本又は２本以上のアンテナ及び回路を有する。周囲のエネルギーを直流パワーに変換する回路は、整流器／充電ポンプを含む。ステーションのアンテナは、整流器／充電ポンプの出力にて、直流エネルギーが最大となるように同調される。
【０００７】
このエネルギー獲得回路は、獲得するエネルギーの総量を最大にする周囲のＲＦを選択する手段を具えた携帯式のパワー格納装置を提供する。このエネルギー獲得回路は例えば、コンデンサ及び電池を含むパワー格納装置にエネルギーを与えるのに用いられ、該パワー格納装置は携帯電話、カメラ、ＰＤＡのような電子装置に用いられる。高帯域アンテナを用いて獲得するエネルギーを最大にすることにより、パワー格納装置を具えた装置が、回路を手動で同調させることなく、一箇所から一箇所へ移動させることができる。
一実施例に於ける回路は、単独ユニットとして形成され、他の実施例に於いて、集積回路として形成される。
回路は、多数の高帯域アンテナから構成されるアンテナアレイであって、各アンテナは周波数の異なる部分に同調されて、広範なＲＦスペクトルからＲＦエネルギーを獲得する。
【０００８】
更に、回路は同じ空間内にある多数の高帯域アンテナから構成されるアンテナアレイであって、各アンテナは周波数の特定の部分に同調されて、同じ物理的空間内にある多数のアンテナを用いて所定のＲＦスペクトルから得られるＲＦエネルギーを最大にする。
更に、回路はＲＦ結合器、即ちバラン回路を有して、整流回路に向けられた２本又は３本以上のアンテナからの入力信号を結合する。
アンテナは、例えば平面状基板上の導電コイル、即ちパッチの形式であり、又は単独の要素であり得る。
【０００９】
本発明は、本願に添付した図面を参照して、以下の発明の記載からより十分に理解されるだろう。
【００１０】
〈発明の詳細な説明〉
無線周波数(ＲＦ)エネルギーの最初の感知、即ち感知源は、エネルギー獲得アンテナから始まる。アンテナには多くの形があるが、アンテナは通信(例えば、ＡＭ及びＦＭラジオ、テレビジョン、ＷｉＦｉ)に最適な性能を付与するように注意深く設計されるべきである。有効にエネルギーを獲得するアンテナは通信アンテナとは異なる特性を有する。
エネルギー獲得に於いて、適切な情報を受信するのに、特定の周波数を識別する必要はない。従って、唯一の基準は、獲得されたＲＦエネルギーから直流エネルギーを生産するシステムのアンテナ又はアンテナ/整流器の組み合わせのエネルギー出力を最大限にすることである。
この意味に於ける最適のアンテナは、整流器/充電ポンプの出力での最大の直流エネルギーを生成するアンテナである。この開示内容に数種のカテゴリーのアンテナがある。
１つの導体が従来通りの同調されたか最適化されたアンテナである一方、エネルギー獲得アンテナは整流器に供給されるＲＦエネルギーの獲得(収集)を高める特定の要素を含むであろう。
【００１１】
あらゆる所定の時間にて、多数の周波数が存在して、様々な周波数のエネルギーが結合して通信システムにとってノイズであるが、単にコンポジット信号を整流する整流／充電ポンプの入力ダイオードに特に引き込まれる認識不可能な信号を形成する。
これは、従来のＡＭ変調されたキャリアーについては実際にある。スペクトル的に少なくとも２つの周波数があり、1つが検知され、他方が無視されて、信号の外に濾過される。
エネルギー獲得に於いて、結合した信号全体は、含まれているダイオードが十分に高い帯域幅を有するならば、直流値に変換されることにより検知されるか獲得される。
変調信号及びキャリア信号の関数として、種々の時点にて、Ｋｓｉｎωcｔ及びＡ(ｔ)ｓｉｎωmｔの組み合わせが加えられ、差し引かれる。このようにして、所定領域内のｎ個のＡＭラジオステーション(信号)については、
Ｓ(ｔ)＝Σｆ[Ｋiｓｉｎωciｔ、Ａi(ｔ)ｓｉｎωmiｔ]   ｉ＝１，２，…，ｎ  
(１)
によって与えられる総ての信号Ｓ(ｔ)は、エネルギー獲得に利用可能である。あらゆる所定の期間τにて、獲得される利用可能な総エネルギーは以下にて与えられる。
【数１】
2007517483.tif 000003
【００１２】
結果として生じたエネルギー(τ)は、多くの異なる方法で得られる。
【数２】
2007517483.tif 000004
式(３)に於いて、エネルギーは１つのアンテナ／検知器／充電ポンプの組み合わせからのものと想定され、該組み合わせにてアンテナは１からｎの全ての周波数からのゲインに等しいゲインを有するのに十分広い帯域幅を有すると想定される。そのようなアンテナの設計は、このゲイン上の制約を有する故に、最も困難である。このようにして、実際に得られるエネルギーの最も正確な仕様は、以下にて与えられる。
【数３】
2007517483.tif 000005
ここで、ｇiは特定の周波数に於ける１つのアンテナのゲインである。
【００１３】
対象となる全てのスペクトラムからのゲインの偏差は、ｍ個のアンテナによって打ち消され、ここで
【数４】
2007517483.tif 000006
である。ここで、ｇijは、周波数ｉに於けるアンテナｊのゲインであり、ｊ＝１,２,…,ｍである。
変調されたＡＭ波形の性質により、式(４)をエネルギーについての以下の式に簡略化することが可能である。
【数５】
2007517483.tif 000007
ここで、Ａi(ｔ)は、ステーション、即ち周波数ｉについて単純に変調されたキャリアである。
【００１４】
ｊ個のアンテナを合計する多数の実施例があり、それは(a)ＲＦエネルギーはバラン回路又は結合器のような幾つかの装置内で結合され、直流に変換される、又は(b)個々の各アンテナからのエネルギーは直流に変換され、直列の[１]直流源に加えられる。
引用された２つの代替例のうち、(b)は時間変化信号が実際に差し引き、エネルギーの総量を減じる点(a)で好ましい。(a)について、実際に加えられるが、条件は(b)内に包含される。
(b)の多数のアンテナが望ましい一方、重要な空間にて或る用途を実行するのに、数ｍを如何にして減らすかとの疑問がある。評価される一領域は、直近の空間を占める多数のアンテナの相互干渉である。この問題の目的について、アンテナ及びアンテナの組み合わせに関する３つのタイプの領域がある。
(A) アンテナを構成する誘導子の物理的な領域
(B) (A)のアンテナを形成するのに要求される地理学的領域
(C) エネルギー獲得能力に関するアンテナの有効領域
【００１５】
現在の評価について、集積回路の設計に於いて、しばしばリアルエステートと呼ばれる上記の地理学的領域(B)に焦点が当てられる。空間が限られた用途にて、第１の疑問は、何のアルエステートが利用可能であるかである。多くの用途に於いて、エネルギー獲得の使用は、アンテナ(e)を所定領域、即ちリアルエステートにて作動させることは不確かである。２又は３以上のアンテナが同じリアルエステート内に位置していれば、本記載に於いて、結びつけられると言われる。これは用途を作動させるかさせないかの違いを意味する。
式(６)は、上記のアンテナのセット又はシステムの設計用に、一層簡潔な形式に書かれる。種々のｇijが、行列形式Ｇに書かれ、行は各周波数に於ける個々のアンテナが獲得するゲインｇij；ｊ＝１,２,…,ｎを有する種々のアンテナを示し、列はアンテナによって獲得されるエネルギーを表しており、ｉ＝１,２,…,ｍである。
【数６】
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【００１６】
式(７)にて、ａ(ｔ)は特定の箇所にて利用できる種々のＡＭ無線信号から成る列ベクトルである。行ベクトルｃ′(ｔ)はベクトルの結合(ＲＦ結合、即ち一連の直流接続)であり、同じリアルステートを占める所定のアンテナ構成内にどのアンテナが存在しているかを認識する。結果として、ｃ′(ｔ)は１(アンテナが存在)及び０(アンテナが存在しない)のベクトルである。式(７)に基づいて、利用できる構成の中と外にアンテナを切り換えることも可能である。切換え用のアンテナが用いられなければ、式(７)はアンテナの一定の組み合わせ故に、式(８)の形式に減らされる。
【数７】
2007517483.tif 000009
【００１７】
各ＡＭステーションは変調されるが、或る合理的な時間間隔に亘って、各信号ａi(ｔ)を平均値近傍に近づけることは可能である。このようにして、式(８)は更に式(９)の形式に減らされる。
【数８】
2007517483.tif 000010
ＦＣＣが送信周波数を固定するから、αがＦＣＣが認めた大体Ｍ個のステーションである全てのＡＭラジオステーションのベクトルであり、可能性のあるアンテナの組が寸法Ｍを有するベクトルｃ′内にカバーされると仮定するならば、全ての地理学的領域から獲得されるエネルギーは、座標(ｘ、ｙ)を有する地理学的位置について、以下のように公式化される。
【数９】
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広範な地理学的領域に亘って用いられるべきエネルギー獲得用の特定の製品を設計するならば、ｃ′内及びＧのゲイン内に存在する要素は変えられて、性能及びコストの両方の点から最適な装置を達成する。
或いは、装置(製品)は、アンテナとアンテナとで重なる周波数を許容し、或いは一定数の代替物から選択される要素を制御することにより、ｃ′についての一定数の要素を含むように設計され得る。
【００１８】
エネルギー獲得回路
本発明の一実施例では、エネルギー獲得回路は、周囲からのエネルギーを受け取る手段、及び対象物の活性化パワー格納装置がある。エネルギー獲得回路は、周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを与える1本又は２本以上のアンテナ及び回路を含む。ステーションのアンテナは同調されて、整流器/チャージポンプの出力で最大の直流エネルギーを生産する。ステーションは例えば、携帯電話、カメラ、ＰＤＡのような電子デバイスの中で使用されるコンデンサ及びバッテリーを含むパワー格納装置にエネルギーを与えるために使用され得る。
アンテナは同調されて、整流器/チャージポンプの出力で最大の直流エネルギーを生産する。アンテナは、異なる部分の周波数スペクトルに各々が同調されて、広範なＲＦスペクトルからのＲＦエネルギーを獲得する多数の広帯域のアンテナから成るアンテナアレイである。或いは、アンテナは、同じ空間内の多数の広帯域のアンテナから成り、各々が特定の部分の周波数スペクトルに同調されて、同じ物理的スペースのＲＦスペクトルから獲得されるＲＦエネルギーを最大限にするアンテナアレイである。
前述の周囲のエネルギーを直流パワーに変換するための回路は、整流器/チャージポンプを含む。ＲＦ結合器、即ちバラン回路は、整流回路に向けられた１本又は２本以上のアンテナからの入力信号を結合するために使用され得る。
【００１９】
本発明の一実施例に於いて、周囲からのエネルギーを受け取る手段、及び対象物の活性化エネルギー格納装置を有するステーションは、
i.１本又は２本以上のアンテナ;及び
ii.周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを与える回路を具える。周囲のエネルギーを直流パワーに変換する回路は、整流器/チャージポンプを含み、アンテナは整流器/チャージポンプの出力で最大の直流エネルギーを生産するように同調される。
【００２０】
好ましいアンテナは、多数の広帯域アンテナから成るアンテナアレイである。
アレイ内の各広帯域アンテナは、同じ部分の周波数スペクトル、又は異なる部分の周波数スペクトルに同調されて、広いＲＦスペクトルからのＲＦエネルギーを収穫することができる。本実施例に於いて、アレイ内の各アンテナは、周波数スペクトルの大部分をカバーするように同調される広帯域アンテナである。周囲のエネルギーを直流パワーに変換する回路は整流器/チャージポンプを含む。ＲＦ結合器が、回路が送信されたエネルギーを直流パワーに変換する前に、アンテナから獲得された周囲のエネルギーを結合するために使用される。
本発明は、特定の周波数でＲＦエネルギーを吸収するように定められるダイポールを使用して、先行技術に示された問題を解決する。非常に広範囲の周波数に亘って機能するように同調された多数の広帯域のアンテナは、周囲のＲＦからエネルギーを効果的に獲得するだろう。
本発明の多数の広帯域アンテナを使用することにより、ＲＦエネルギーを効率的に獲得するために、手動で又は電子的に同調される必要がある共振アンテナに関連した問題を最小にするだろう。
【００２１】
別の好ましい実施例に於いて、周囲からのエネルギーを受け取る手段、及び対象物の活性化エネルギー格納装置を有する遠隔ステーションは、
i.２本又は３本以上のアンテナ;
ii.周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを与える回路
を具える。
各アンテナは周波数スペクトルの大部分をカバーするように同調される広帯域アンテナである。ＲＦ結合器が、回路が送信されたエネルギーを直流パワーに変換する前に、アンテナから獲得された周囲のエネルギーを結合するために使用される。
【００２２】
アンテナ
効率的にエネルギーを獲得するアンテナは、通信アンテナとは異なる特性を有する。本開示でカバーされるアンテナのタイプと形式は、
１．モノポール、ダイポール、ボウタイ、又はループアンテナのような送受信に用いられる通信の意味の従来からのアンテナ。
２．アンテナアレイであって、該アレイ内の各アンテナは最初から最後まで略同じであるアンテナアレイ。
３．アンテナアレイであって、該アレイ内の各アンテナはＲＦスペクトルの特定の周波数又は周波数範囲に同調されたアンテナアレイ。
を含む。
本発明のアンテナは、整流器/チャージポンプの出力で、最大の直流エネルギーを生産するように同調される。ステーションは、周囲のエネルギーを直流パワーに変換して、パワー格納装置にエネルギーを与える回路を含む。従来のアンテナの場合にあっては、回路は従来からの同調要素、又はエネルギーを獲得するように特に設計された同調要素に接続されたアンテナを含む。
【００２３】
アンテナアレイの場合に於いて、アレイ内の各アンテナは最初から最後まで略同じであり、アンテナ入力の電気的な総和(collection)は、従来からの同調要素、又はエネルギーを獲得するように特に設計された同調要素に接続される。この場合に於いて、直流出力が直列に接続されたとき、直流出力は結合されて、より高い電圧が得られる。ここでの状況は、出力が直列に接続された状態で、比較的狭帯域の周波数が得られると表される。同様に、ＲＦ結合器、即ちバラン回路は、整流回路に向けられたアンテナアレイ内の１本又は２本以上のアンテナからの入力信号を結合するために使用され得る。ＲＦ結合器を使用すれば、各個々のアンテナについて整流回路を設ける必要なくして、多数のアンテナを用いるエネルギー獲得回路のエネルギー獲得能力を高めることができると信じる。
最終的に、アンテナアレイの場合は、アレイ内の各アンテナは、ＲＦスペクトルの特定の周波数に同調され、各アンテナの直流出力は直列に結合されて、より高い電圧を得ることができる。同様に、ＲＦ結合器、即ちバラン回路は、整流回路に向けられたアンテナアレイ内の１本又は２本以上のアンテナからの入力信号を結合するために使用され得る。上記の如く、ＲＦ結合器を使用すれば、各個々のアンテナについて整流回路を設ける必要なくして、多数のアンテナ(高帯域又は同調された)を用いるエネルギー獲得回路のエネルギー獲得能力を高めることができると信じる。
【００２４】
同調に関して、アンテナは伝統的な／従来の導体の方法に従って、設計され得る。本発明のステーションがモノポール、ダイポール、ボウタイ、ループアンテナ、又は他の標準的なタイプのアンテナを含むならば、これは正しい(true)。アンテナが平面状で、基板上に作成されるならば、個々の金属(導体)厚、又はアンテナのあらゆる組み合わせの金属厚は、アンテナ又はアンテナ／接続機構を特定の周波数又は周波数範囲に同調することを手助けするように、変えられる。
本発明の他の実施例は、アンテナは電子スイッチによって制御されるコンデンサによって同調される。同様に、アンテナはコンデンサによって同調され、コンデンサはソリッドステートデバイス(ＣＭＯＳ)として形成され、又はコンデンサとして機能するように形成されたトランジスタである。
【００２５】
図１は、アンテナ(２)によって受信された獲得されたエネルギーを出力直流エネルギーに変換する同調／制御システムを含むエネルギー獲得回路を概略的に示す。Ｌ、Ｃ要素(４)(６)は、獲得された直流エネルギー(10)を最大限にする一種の同調回路を形成する。
整流器(８)は、アンテナ(２)から受け取ったＲＦ又は交流エネルギーを、中間格納コンデンサ(９)又は他の装置に格納される直流エネルギーに変換するあらゆる回路であり得る。
これはチャージポンプ又は他の整流／増強装置を含み得る。
スイッチ(12)は、直流エネルギー出力(10)に接続された最終エネルギー格納装置と中間装置(９)の間を繋ぐ(interface)電子機構であり得る。
スイッチ(12)はこのように最適なエネルギー伝達を形成して、中間エネルギー装置(９)として十分に小さなコンデンサーを、一定時間間隔で作動する電子装置にし、一方、必要な時、所定の電圧が存在しないところで、さらに大きな装置上にどんなあらゆる未使用の付加的なエネルギーも格納する。
スイッチ(12)はまた、制御回路(14)に入力を供給する時間間隔装置の一部として機能して、最大エネルギーを獲得するようにチューナーを調節する。
【００２６】
例
多数のアンテナは、獲得されたエネルギーに起因する直流電圧を増加させるために、多数の獲得回路を直列に接続することができる周囲のエネルギーが低い状況で有利である。
図２の実施例の３本のアンテナ(18)(20)(22)は、接続ポイントから容易に整流回路に接続され得る。他の構成は可能であるが、接続ポイントは、むしろ長方形の構成の外部にあるのが好ましい。これがラインフィード機構である。中心での接続(プローブフィード)は、エネルギーを最大に獲得するには、良くない選択であることが示された。
さらに、アンテナ機能を発揮するときに、アンテナが互いに干渉しないように、多数のアンテナを設計するのが望ましい。また、第１アンテナ(18)は分布したＬ、Ｃパラメータを有し、該Ｌ、Ｃパラメータが第２アンテナ(22)の設計用となる。第１及び第２アンテナ(18)(22)はまた、自身のアンテナ形成部と同様に、１つのアンテナを他のアンテナから離す空間を有する。
このようにして、第１のアンテナと第２のアンテナ間の空間に、第３のアンテナ(20)が配置され得る。第１のアンテナと第２のアンテナに分布したＬ、Ｃパラメータは、第３のアンテナの設計の手助けとなる。
【００２７】
図３は、或る接続配置に於ける４本のアンテナ(30)(32)(34)(36)のグループを示す。
図４(a)−図４(f)は、１つのエリア内の２本の螺旋状のアンテナの動作を示す。２つのセットがテストされた。第１のアンテナは６９５ＭＨｚ及び７５５ＭＨｚを使用する。また、第２のアンテナは５１０ＭＨｚ及び７２５ＭＨｚを使用する。
これらのテストケースでは、単に結果を見るために２つの異なる周波数を使用することが望ましかった。しかしながら、周波数(特に６９５ＭＨｚ、７５５ＭＨｚの場合)が接近していることは、２つの略等しいか、同一の周波数が同様且つ適切な方法で機能する。
図２及び図３は、多くの代替可能性があるモノポールアンテナの配置のうちの２つを示し、同じ地理学的空間を占有して、該同じ地理学的領域内でエネルギーを獲得する多数のアンテナを可能にする。この領域は利用可能な領域及び必要なエネルギーに基づき、装置が最適となるように、拡張され又は縮小される。
【００２８】
図４(a)−図４(d)は、同じ地理学的領域内で機能し、及び機能しない２つのアンテナの主たる対の組み合わせを示す。スペクトルアナライザーから得られた４つの例が、同じ地理的領域で物理的に作り上げられる何れか又は両方のアンテナが、両方同時に機能しない結果として、負の効果を受けないことを実証している。結合した機能を発揮するアンテナのパワーレベルに注意すべく、図４(a)及び図４(c)は、２つの独立して(singually)機能するアンテナと比較されるパワーレベルマーカーを示す。
テストは２本のアンテナが機能する一方、ＯＦＦ／ＯＮ状態で僅かな差があることを示すために行われた。マーカーは個々のパワーレベルを示し、７５５ＭＨｚのみが機能する図４(b)の場合は、−５７.９２ｄＢｍのパワーレベルがある。６９５ＭＨｚ及び７５５ＭＨｚの両方が機能する図４(a)の場合は、７５５ＭＨｚは−５７.９４ｄＢｍのパワーレベルを有する。夫々５１０ＭＨｚ及び７２５ＭＨｚの１つが機能する結果である図４(e)及び図４(f)が含まれるが、両アンテナ(両方同じ)は７００ＭＨｚの範囲から少し遠すぎ、５１０ＭＨｚで信号レベルが下がっている。
【００２９】
図４(e)及び図４(f)が、２つの代替周波数のマーカーを示す。
しかしながら、両方のアンテナが機能している場合に、−５８.４３ｄＢｍを付与する６９５ＭＨｚ及び−５７.９４ｄＢｍを付与する７５５ＭＨｚから判るように、この違いにより、等しい周波数が十分であることが強調される。
例示の目的から、特定の実施例が記載されてきたが、当業者であれば、添付の請求の範囲に記載された発明を離れることなく、種々の詳細な変更がなされ得ることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】エネルギー獲得用の同調／制御システムを有する本発明のエネルギー獲得回路の一実施例を示す図である。
【図２】本発明のアンテナの一実施例を示す図であり、３つのアンテナ構成を示す。
【図３】本発明のアンテナの一実施例を示す図であり、４つのアンテナ構成を示す。
【図４（ａ）】(a)−(f)は、同じ物理的空間内の螺旋アンテナの動作を示す一連の図である。
【図４（ｂ）】(a)−(f)は、同じ物理的空間内の螺旋アンテナの動作を示す一連の図である。
【図４（ｃ）】(a)−(f)は、同じ物理的空間内の螺旋アンテナの動作を示す一連の図である。
【図４（ｄ）】(a)−(f)は、同じ物理的空間内の螺旋アンテナの動作を示す一連の図である。
【図４（ｅ）】(a)−(f)は、同じ物理的空間内の螺旋アンテナの動作を示す一連の図である。
【図４（ｆ）】(a)−(f)は、同じ物理的空間内の螺旋アンテナの動作を示す一連の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図４（ｄ）】
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【図４（ｅ）】
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【図４（ｆ）】
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【国際調査報告】
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