[发明专利]用于使用磁场耦合来进行无线电力发送的单层多模式天线

说明书

描述了单结构多模式天线的各种实施例。优选地，天线是由单个层构成的，该单个层具有与第二感应线圈串联电连接的第一感应线圈。天线被构造为具有沿第一感应线圈和第二感应线圈安置的多个电连接。多个端子有助于电连接的连接，从而提供多个电连接配置，并且使天线能够选择性地调谐到各种频率和频带。

技术领域

本公开大体上涉及电能和数据的无线发送。更具体地，本申请涉及有助于在多个操作频带下无线发送数据和电能的天线。

背景技术

在电线互连可能不便、危险或不可能的情况下，无线能量传输非常有用的。近年来，采用近场无线电力和/或数据发送的应用在诸如消费电子产品、医疗系统、军事系统和工业应用等领域已经取得突出成绩。近场通信使得能够在发射天线与对应的接收天线之间通过磁场感应来无线地传输电能和/或数据。近场通信接口和协议模式由ISO/IEC标准18092定义。

然而，由于有助于无线电力和/或数据传输的现有技术天线操作效率低下，因此近场通信通常不是最优的。在这种情况下，由对应的天线接收的电能的量通常显著小于最初发送的电能的量。此外，所接收的数据可能不完整或可能被损坏。此外，近场通信通常会受到缩短的无线传输距离(即，发送范围)和物理天线取向问题的影响。除了现有技术天线的低效率的较大尺寸之外，近场通信的这些低效率在很大程度上还由于现有技术天线的低品质因子。通常，现有技术的近场通信天线具有相对较大的尺寸，这妨碍了有效操作和无线发送。尺寸和效率往往是一种折衷，当需要多种无线操作(即，多种操作模式)时，这种问题变得更加严重。效率低下的近场通信的解决方案是天线集成。

感应解决方案在彼此靠近放置的两个感应线圈之间传输电力和/或数据。这种技术例如有助于部署感应充电“热点”，感应充电“热点”使得能够通过简单地将电子设备放置在充电“热点”附近(例如，在桌子的表面上)来对电子设备无线充电。然而，为了使这些系统有效地操作，相应的发射天线和接收天线不仅要求彼此靠近，而且还必须相对于彼此沿特定取向物理安置。典型地，为了有效地操作，这些现有技术的天线要求它们物理地安置成近乎完美的对准，使得相应的发射天线和接收天线的中心定向为彼此完全相对。对发射天线和接收天线的近乎完美的物理对准的这种一般要求通常导致差的近场通信性能，因为要实现相对的发射天线和接收天线的完美对准以确保适当的无线电力和/或数据传输是具有挑战性的。

结果，使用这些现有技术的天线导致通常不可靠的近场通信和显著降低的操作效率。如本文所定义的，“感应充电”是利用交变电磁场在两个天线之间传输电力的无线充电技术。本文中将“谐振感应耦合”定义为在两个磁耦合线圈之间近场无线发送电能，所述两个磁耦合线圈是被调谐为以相同频率谐振的两个间隔开的谐振电路的一部分。本文中将“磁谐振”定义为通过暴露于特定频率的电磁辐射而在磁场中激发粒子(如原子核或电子)。

已经开发出各种多模式无线电力解决方案，以解决这些天线安置和接近限制以及可靠性和效率问题的伴随物。在一些情况下，操作频带已经减小，例如，通过使接收天线在与发射天线的频带大致相同的频率(这两个频率与电力传输发生的频率相似)下谐振已经实现了范围从大约150kHz至大约250kHz的频带(用以增大从大约15mm至大约20mm的范围)。然而，这样的解决方案尚未充分满足通过修改天线结构来提供具有多模式操作能力的、效率增加的无线传输的需要。

为了为无线充电技术制定全球标准，已经开发出感应和谐振接口标准。“Qi”是无线感应电力传输标准/规范。具体地，Qi无线感应电力传输标准是由无线电力协会开发的接口标准。Qi接口标准是这样一种协议：其通常旨在有助于在范围从大约2mm至大约5mm的距离内、在范围为从100kHz至大约200kHz的频率下高达大约15W的低电力的传输。

“Rezence”是由无线电力联盟(A4WP)为基于磁谐振原理的无线电力传输开发的竞争接口标准。具体地，Rezence接口标准目前支持在距离高达大约5cm的高达大约50W的电力传输。与Qi接口标准不同，Rezence接口标准利用大约6.78MHz+/-15kHz的增加的频率。