JP2009523402A - パルス伝送方法 - Google Patents

Abstract

負荷に電力を供給するために、受信器に無線で電力を伝送するための、送信器が開示され、送信器は、電力のパルスを生成するためのパルス発生器を具備する。送信器は、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサを具備する。発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、送信器のパルス発生器のための電力センサが開示される。電力伝送のためのシステムが開示される。負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための方法が開示される。負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための装置が開示される。電力伝送のためのシステムが開示される。

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、負荷に電力を供給するための、受信器への無線電力伝送に関する。より具体的には、本発明は、送信器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサを使用した、負荷に電力を供給するための、送信器による、受信器への無線電力伝送に関する。

関連技術の説明
無線周波数（ＲＦ）電力伝送の現在の方法は、連続波（ＣＷ）システムを使用する。これは、送信器が、固定された量の電力を、リモートユニット（アンテナ、整流器、装置）に継続的に供給することを意味している。

しかし、整流器は、アンテナによって受信される電力に比例した効率を有する。この問題を解決するために、伝送される電力のパルス化（搬送周波数のオンオフキーイング（ＯＯＫ））を含む、電力伝送の新しい方法が開発された。

発明の簡単な概要
本発明は、負荷に電力を供給するために、受信器に無線で電力を伝送するための、送信器に関する。送信器は、電力のパルスを生成するためのパルス発生器を具備する。送信器は、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサを具備する。

本発明は、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、送信器のパルス発生器のための電力センサに関する。センサは、アンテナを具備する。センサは、アナログ−ディジタル変換器、または電圧比較器、または入力ピンを具備する。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、電力のパルスを送信する送信器を具備し、送信器は、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知する。システムは、負荷に電力を供給するために、電力送信器によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器を具備する。

本発明は、負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための方法に関する。本方法は、パルス発生器を使用して電力のパルスを生成するステップを含む。発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサに基づいて、パルスを送信するステップが存在する。

本発明は、負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための装置に関する。装置は複数の送信器を具備し、それぞれの送信器は電力のパルスを生成し、そしてそれぞれの送信器は、送信器がパルスを生成している場合を感知することが可能な、関連するセンサを有し、それにより、関連する送信器は、負荷に電力を供給するために、受信器によって受信されるパルスを、適切な時に送信することが可能である。

本発明は、負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための方法に関する。本方法は、複数の送信器からの、電力のパルスを生成するステップを含み、それぞれの送信器は、送信器がパルスを生成している場合を感知することが可能な、関連するセンサを有し、それにより、関連する送信器は、負荷に電力を供給するために、受信器によって受信されるパルスを、適切な時に送信することが可能である。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器を具備する。システムは、負荷に電力を供給するために、電力送信器によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器を具備する。送信器によって生成されるパルスは、送信器と同じ平均伝送電力を有する連続波システム（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ ｓｙｓｔｅｍｓ）よりも高い電圧を、受信器においてもたらす。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、電力のパルスを送信する送信器を具備する。システムは、負荷に電力を供給するために、電力送信器によって送信された、電力のパルスを受信する、患者（ｐａｔｉｅｎｔ）の中に配置されるように適合された、受信器を具備する。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器を具備する。システムは、負荷に電力を供給するために、電力送信器によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器を具備する。送信器によって生成されるパルスは、送信器と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い瞬時開回路電圧を、受信器においてもたらして、より大きな距離における、バッテリの再充電を可能にする。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器を具備する。システムは、負荷に電力を供給するために、電力送信器によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器を具備する。送信器によって生成されるパルスは、送信器と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い瞬時開回路電圧を、受信器においてもたらして、より大きな距離における、直接的な電力供給を可能にする。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、電力のパルスを送信する、送信器を具備する。システムは、負荷に電力を供給するために、電力送信器によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器を具備し、受信器は、送信器がパルスを送信していない時にデータを送信する。

本発明は、受信器に無線で電力を伝送するための方法に関する。本方法は、ＲＦ電力センサによって電力を感知するステップを含む。センサによって感知された電力が、しきい値未満である場合に、送信器によって無線で電力を送信するステップが存在する。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、電力のパルスを生成する、送信器を具備する。システムは、減衰媒体の内部または背後に配置された、受信器を具備する。受信器は、負荷に電力を供給するために、電力のパルスを受信する。

本発明は、電力伝送のためのシステムに関する。システムは、平均値を有する出力電力を生成する、送信器を具備する。システムは、負荷に電力を供給するために、出力電力を受信する、受信器を具備する。負荷は、平均値と同じ平均電力レベルにおける連続波システムによって得られる距離よりも大きな距離において、電力を供給される。

本発明は、電力のパルスを無線で受信する、受信器に関する。受信器は、電力のパルスを受信する整流器を具備し、パルスは、パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い電圧を、受信器においてもたらす。受信器は、整流器と電気通信状態にある記憶装置を具備し、記憶装置は、整流器によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力を提供する。受信器は、記憶装置と電気通信状態にある負荷を具備し、負荷は、記憶装置から電力を受け取る。

本発明は、電力のパルスを無線で受信する、受信器に関する。受信器は、電力のパルスを受信する整流器を具備し、パルスは、パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い瞬時開回路電圧を、受信器においてもたらして、より大きな距離における、バッテリの再充電を可能にする。受信器は、整流器と電気通信状態にあるバッテリを具備し、バッテリは、整流器から電力を受け取る。

本発明は、電力のパルスを無線で受信する、受信器に関する。受信器は、電力のパルスを受信する整流器を具備し、パルスは、パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い瞬時開回路電圧を、受信器においてもたらして、より大きな距離における、直接的な電力供給を可能にする。受信器は、整流器と電気通信状態にある記憶装置を具備し、記憶装置は、整流器によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力を提供する。受信器は、記憶装置と電気通信状態にある負荷を具備し、負荷は、記憶装置から電力を受け取る。受信器は、記憶装置と電気通信状態にある負荷を具備し、負荷は、記憶装置から電力を受け取る。

本発明は、受信器によって無線で受信された電力のパルスを使用するための方法に関する。本方法は、受信器の整流器によって電力のパルスを受信するステップを含む。整流器によって、電力のパルスからのエネルギーを提供するステップが存在する。整流器からのエネルギーを使用して、負荷に電力を供給するステップが存在する。

発明の詳細な説明
以下の説明を添付の図面と併せて参照することにより、本発明の完全な理解が得られるであろう。なお、図面全体を通して、同様の引用符号は、同様の部分を示す。

以下の説明の目的のためには、用語「上」、「下」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」、およびそれらの派生語は、図面内で本発明の向きが定められているとおりに、本発明に関連する。ただし、本発明は、反対の定めが明示的になされている場合を除き、さまざまな代替の変形形態およびステップシーケンスをとってもよいということが、理解されるべきである。さらに、添付の図面に示され、これからの明細書中に記載された、特定の装置およびプロセスは、本発明の例示的な実施形態にすぎないということも理解されるべきである。したがって、本明細書に開示した実施形態に関連する、特定の寸法およびその他の物理的特性は、限定するものと考えられるべきではない。

図２、図８、図１１ａ、および図１１ｂを参照すると、負荷１６に電力を供給するために、受信器３２に無線で電力を伝送するための、送信器１２が示されている。送信器１２は、電力のパルスを生成するためのパルス発生器１４を具備する。送信器１２は、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサ４６を具備する。

好ましくは、電力センサ４６は、パルス発生器１４と通信状態にある。あるいは、電力センサ４６は、パルス発生器１４を制御しているマイクロコントローラ４８と通信状態にある。あるいは、電力センサ４６は、図１０に示すように、パルス発生器１４を制御しているマイクロコントローラ４８と通信状態にある、アナログ−ディジタル変換器３６と通信状態にある。

パルス発生器１４は、出力を有する周波数発生器２０と、周波数発生器２０と通信状態にある増幅器２２と、アンテナ１８とを含んでもよい。パルスを形成するために周波数発生器２０または増幅器２２を制御する、イネーブラ（ｅｎａｂｌｅｒ）２４が存在してもよい。イネーブラ２４は、好ましくは、パルスの間の時間間隔を定義する。

時間間隔は、好ましくは、周波数発生器２０の出力の１サイクルの半分よりも大きい。

伝送されるパルスの電力は、連続波電力伝送システム（continuous wave power transmission system）の平均電力と同等であってもよい。パルスの平均電力Ｐ_平均は、好ましくは、次によって決定される。

パルス発生器１４は、パルスの間で連続的な量の電力を生成してもよい。パルス発生器１４は、さまざまな出力周波数におけるパルスを順次生成してもよい。あるいは、パルス発生器１４は、さまざまな振幅におけるパルスを生成してもよい。パルス発生器１４は、複数の周波数発生器２０と、増幅器２２と、周波数セレクタ３９とを含んでもよく、周波数セレクタ３９は、周波数発生器２０および増幅器２２と通信状態にあり、正しい周波数を決定して周波数発生器２０から増幅器２２に送るものである。

パルス発生器１４は、パルスの間にデータを送信してもよい。パルス発生器１４は、パルスの中でデータを送信してもよい。送信器１２は、パルスを形成するために周波数発生器２０または増幅器２２を制御する、利得制御２６を含んでもよい。利得制御２６は、パルスの間の時間間隔を定義してもよい。

本発明は、図１０に示すような、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、送信器１２のパルス発生器１４のための電力センサ４６に関する。センサ４６は、アンテナ１８を具備する。センサ４６は、図１０に示すような、アナログ−ディジタル変換器３６、または電圧比較器、または入力ピンを具備する。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、図２および図８に示すような、電力のパルスを送信する送信器１２を具備し、送信器１２は、発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、電力送信器１２によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器３２を具備する。好ましくは、受信器３２は、送信器１２がパルスを送信していない時にデータを送信する。

本発明は、負荷１６に電力を供給するために、受信器３２に電力を伝送するための方法に関する。本方法は、パルス発生器１４を使用して電力のパルスを生成するステップを含む。発生器が適切な時にパルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサ４６に基づいて、パルスを送信するステップが存在する。

本発明は、図５および図１２に示すような、負荷１６に電力を供給するために、受信器３２に電力を伝送するための装置に関する。装置は複数の送信器１２を具備し、送信器１２のそれぞれは、電力のパルスを生成し、そして送信器１２のそれぞれは、送信器１２がパルスを生成している場合を感知することが可能な、関連するセンサ４６を有し、それにより、関連する送信器１２は、負荷１６に電力を供給するために、受信器３２によって受信されるパルスを、適切な時に送信することが可能である。

本発明は、負荷１６に電力を供給するために、受信器３２に電力を伝送するための方法に関する。本方法は、複数の送信器１２からの、電力のパルスを生成するステップを含み、それぞれの送信器１２は、送信器１２がパルスを生成している場合を感知することが可能な、関連するセンサ４６を有し、それにより、関連する送信器１２は、負荷１６に電力を供給するために、受信器３２によって受信されるパルスを、適切な時に送信することが可能である。

本発明は、図２に示すような、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器１２を具備する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、電力送信器１２によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器３２を具備する。送信器１２によって生成されたパルスは、送信器１２と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い電圧を、受信器３２においてもたらす。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、電力のパルスを送信する、送信器１２を具備する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、電力送信器１２によって送信された、電力のパルスを受信する、患者の中に配置されるように適合された、受信器３２を具備する。図２１は、ここでは患者の、身体５２と、減衰媒体５４（この図では同じ物）とを、システム１０に関して示す。受信器３２は、患者の中に配置されたアンテナ１８を有する。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器１２を具備する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、電力送信器１２によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器３２を具備する。送信器１２によって生成されたパルスは、送信器１２と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い瞬時開回路電圧を、受信器３２においてもたらして、より大きな距離における、バッテリの再充電を可能にする。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器１２を具備する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、電力送信器１２によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器３２を具備する。送信器１２によって生成されたパルスは、送信器１２と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い瞬時開回路電圧を、受信器３２においてもたらして、より大きな距離における、直接的な電力供給を可能にする。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、電力のパルスを送信する、送信器１２を具備する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、電力送信器１２によって送信された、電力のパルスを受信する、受信器３２を具備し、受信器３２は、送信器１２がパルスを送信していない時にデータを送信する。

本発明は、受信器３２に無線で電力を伝送するための方法に関する。本方法は、ＲＦ電力センサ４６によって電力を感知するステップを含む。センサ４６によって感知された電力が、しきい値未満である場合に、送信器１２によって無線で電力を送信するステップが存在する。好ましくは、センサ４６によって感知された電力が、しきい値を超えている場合に、送信器１２によって無線で電力を送信するのを待つステップが存在する。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、電力のパルスを生成する、送信器１２を具備する。システム１０は、減衰媒体の内部または背後に配置された、受信器３２を具備する。受信器３２は、負荷１６に電力を供給するために、電力のパルスを受信する。

本発明は、電力伝送のためのシステム１０に関する。システム１０は、平均値を有する出力電力を生成する、送信器１２を具備する。システム１０は、負荷１６に電力を供給するために、出力電力を受信する、受信器３２を具備する。負荷１６は、平均値と同じ平均電力レベルにおける連続波システムによって得られる距離よりも大きな距離において、電力を供給される。負荷１６は、バッテリ、回路、またはＬＥＤであってもよい。

本発明は、電力のパルスを無線で受信する、受信器３２に関する。受信器３２は、電力のパルスを受信する整流器２８を具備し、パルスは、パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い電圧を、受信器３２においてもたらす。受信器３２は、整流器２８と電気通信状態にある記憶装置を具備し、記憶装置は、整流器２８によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力を提供する。受信器３２は、記憶装置と電気通信状態にある負荷１６を具備し、負荷１６は、記憶装置から電力を受け取る。

本発明は、電力のパルスを無線で受信する、受信器３２に関する。受信器３２は、電力のパルスを受信する整流器２８を具備し、パルスは、パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い瞬時開回路電圧を、受信器３２においてもたらして、より大きな距離における、バッテリの再充電を可能にする。受信器３２は、整流器２８と電気通信状態にあるバッテリを具備し、バッテリは、整流器２８から電力を受け取る。バッテリに加えて、整流器２８およびバッテリと電気通信状態にある記憶装置が存在してもよく、記憶装置は、整流器２８によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力をバッテリに提供する。

本発明は、電力のパルスを無線で受信する、受信器３２に関する。受信器３２は、電力のパルスを受信する整流器２８を具備し、パルスは、パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い瞬時開回路電圧を、受信器３２においてもたらして、より大きな距離における、直接的な電力供給を可能にする。受信器３２は、整流器２８と電気通信状態にある記憶装置を具備し、記憶装置は、整流器２８によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力を提供する。受信器３２は、記憶装置と電気通信状態にある負荷１６を具備し、負荷１６は、記憶装置から電力を受け取る。

本発明は、受信器３２によって無線で受信された電力のパルスを使用するための方法に関する。本方法は、受信器３２の整流器２８によって電力のパルスを受信するステップを含む。電力のパルスからのエネルギーを、整流器２８によって提供するステップが存在する。整流器２８からのエネルギーを使用して、負荷１６に電力を供給するステップが存在する。

本発明の実施における、無線周波数（ＲＦ）電力伝送の現在の方法は、連続波（ＣＷ）システム、または固定された出力電力を使用する。これは、送信器が、固定された量の電力を、リモートユニット（アンテナ、整流器、装置）に継続的に供給することを意味している。しかし、整流器は、アンテナによって受信される電力に比例した効率を有する。この問題を解決するために、伝送される電力のパルス化（搬送周波数のオンオフキーイング（ＯＯＫ））を含む、電力伝送の新しい方法が開発された。伝送のパルス化は、より高いピーク電力レベルで、ＣＷシステムと同等の平均値を得ることを可能にする。この概念を、図１に示す。各パルスは異なる振幅を有してもよいということ、および、各パルスの振幅は、そのパルスの持続時間にわたって変化してもよいということに留意すべきである。これは、パルスの持続時間にわたって、振幅は、一定の線の形状（constant line shape）、増加または減少する傾斜形状（increasing or decreasing ramp shape）、方形波形状（square-wave shape）、正弦波形状（sine-wave shape）、正弦方形波形状（sine-square-wave shape）を含むがこれらに限定されないいくつかの形状、または任意のその他の形状を取ってもよいということを意味する。

図１ａに示すように、ＣＷシステムは、固定された／平均の、電力Ｐ_１を供給する。整流回路は、したがって、図１ｃに示すように、受信した電力を効率Ｅ_１で変換する。図１ｂに示す、パルス化伝送方法（pulsed transmission method）（ＰＴＭ）も、平均の電力Ｐ_１を有するが、しかし電力は固定されていない。その代わりに、電力は、平均Ｐ_１を得るために、Ｐ_１のＸ倍においてパルス化される。これにより、システム１０は、規制機関によって評価される場合に、ＣＷシステムと同等であることが可能になる。この方法の主要な利点は、整流回路の効率の、Ｅ_２への増加である。これは、平均伝送電力は両方のシステムについて一定のままであるにもかかわらず、装置は、利用可能な電力および電圧の増加を認めるということを意味している。直流（ＤＣ）電力の増加は、図１ｄにおいて見られ、Ｅ_１およびＥ_２は、それぞれ、ＤＣ_１およびＤＣ_２に対応している。このシステム１０のブロック図表現が、図２において見られる。受信回路は、多くの異なる形態を取ってもよい。機能装置の一例は、米国特許第６，６１５，０７４号明細書（Apparatus for Energizing a Remote Station and Related Method）に示されている。

パルス化は、最初に、周波数発生器２０および増幅器２２の両方をイネーブルすることによって達成される。次に、この時点でイネーブルされる、イネーブル線は、それらの装置のうちの一方をディスエーブルしてから再イネーブルするために、周波数発生器２０または増幅器２２上でトグルされる。この動作は、パルス化された出力を生成する。例として、周波数発生器２０上のイネーブル線がオンおよびオフにトグルされる場合、これは、ＲＦエネルギーの生成と、それに続く、ＲＦエネルギーがないことに対応する。周波数発生器２０と、増幅器２２と、イネーブルおよびディスエーブルするプロセスとは、パルス発生器１４またはＲＦ電力送信器１２と呼ばれてもよいことに留意すべきである。

ＰＴＭをＣＷシステムから区別するためには、パルスの間の最小持続時間を定義することが必要になる。この時間は、送信周波数の関数となり、周波数発生器２０からの出力の１サイクルの半分に制限される。オフ時間をさらに減少させることは可能ではあるが、正または負のスイング中に切り換えることは、アンテナ１８に送り出される高調波を発生させる。これは、搬送波以外の周波数も送信されること、そして、他の周波数帯域との干渉がもたらされる可能性があることを意味する。しかし、実際には、そのような高いレートで切り換えることは有利ではない。周波数発生器２０、増幅器、および整流器２８の応答時間は、ほとんど常に、説明した短い持続時間よりも長い。これは、システム１０は、それほど迅速に変化に応答することはできず、ＰＴＭシステム１０の利益が減少するということを意味する。

各ブロックの例は、次のとおりである。

図３は、パルス化された波形が搬送周波数を使用してどのように構築されるかを示す。図からわかるように、パルスは、伝送される周波数の持続時間と振幅とを単に伝える。さらに、パルス化された伝送の平均電力を決定するための単純な式も示される。パルス化された信号の、結果としての平均は、ＣＷ信号と同等である。

本方法がどこに使用されてもよいかの一例は、８９０〜９４０ＭＨｚの範囲である。米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、Code of Federal Regulations（ＣＦＲ）、Title 47, section15.243に、この帯域内での動作のための要件をリストしている。この仕様を付録Ａに示す。この帯域についての規制は、エミッション限度値が、平均値検波器を使用して測定されること、および、ピーク伝送（peak transmission）が、付録Ｂに示すセクション１５．３５によって制限されることを指定している。この規制は、ピーク放射（peak emission）が、その周波数帯域について指定された平均電力の２０ｄＢ（１００倍）に制限されることを指定している。これは、図１ｂにおけるＸ＝１００の制限に対応する。

ＰＴＭの別の適用例は、バッテリ、キャパシタを含むがこれらに限定されない電力記憶装置の、または任意のその他の電力記憶装置の、充電または再充電にある。ＰＴＭは、電力記憶装置の充電または再充電に十分に適しており、その理由は、所与の平均出力電力を有するＰＴＭ電力フィールドの中に配置された、ＲＦ電力を受信するように設計された任意の回路は、同じ平均出力電力を有するＣＷ電力フィールドの中に配置された回路よりも高い開回路電圧を、送信器１２からの任意の距離において生成するからである。開回路電圧は、受信器３２回路の出力がいかなる負荷１６にも接続されていない状態で、したがって開回路の状態で、前記出力の両端に示される電圧を意味する。開回路電圧は、ＲＦ電力を受信するように設計された回路が利用できる電力の量に依存する。ＰＴＭ電力伝送システム１０においては、出力されるピーク電力は、同じ平均出力電力を有するＣＷ電力伝送システムのピーク電力よりもはるかに高い。この開回路電圧は、電力記憶装置の充電および再充電にとって重要であり、その理由は、開回路電圧が電力記憶装置上の電圧よりも低い場合、電荷は電力記憶装置に転送されないからである。

例として、常に再充電される必要がある３ボルト（Ｖ）のバッテリを有する、いくつかの装置があり、しかし、それらの装置を移動することはできず、かつバッテリを取り外すこともできないと仮定する。ＲＦ電力を受信して装置のバッテリを充電するように設計された回路に、ＲＦ電力を供給するために、ＣＷ電力伝送システム、またはＰＴＭ電力伝送システム１０のいずれかを使用するという選択肢が与えられる。装置は、いずれの電力伝送システム１０についても、電力送信器１２が存在する必要のある場所から２０フィート（約６０９．６ｃｍ）離れた壁に取り付けられている。与えられる唯一の要件は、平均出力電力が５ワット（Ｗ）であるということである。この制限は、規制機関によって、またはＲＦ被曝からの健康上の懸念によって、指定されてもよい。電力送信器が一定の５ワットのＲＦ電力を出力する、ＣＷシステムでは、ＲＦ電力を受信するように設計された回路は、電力送信器から１０フィート（約３０４．８ｃｍ）以内にある場合に、３ボルトの開回路電圧を有してもよい。これは、電力送信器１２から１０フィート（約３０４．８ｃｍ）以内にある装置のみが、それらのバッテリを充電することができ、したがってこのシステム１０は、この例のためには機能しないということを意味する。与えられるその他の選択肢は、ＰＴＭシステム１０であり、これは、電力送信器１２が、より高いピーク出力電力を有するようにし、しかし、ＣＷ電力送信器がオンである時間の一部分についてのみオンであるようにすることに対応する。この場合は、１０倍の電力を出力するように選択される。ＰＴＭシステム１０は５０ワットのピーク電力を出力し、そして、式１を使用して、電力送信器１２はＣＷシステムの１０分の１の時間にわたってのみＲＦ電力を出力すべきであることが決定されてもよい。したがって、１０秒の周期のうちの１秒にわたって５０ワットを出力し、その他の９秒にわたってオフである、ＰＴＭ電力伝送システム１０をセットアップしてもよい。式１によれば、ＰＴＭ電力送信器１２は、平均して、ＣＷシステムと同じ５ワットのＲＦ電力を出力する。しかし、ＰＴＭシステム１０からの５０ワットのパルスは、ＲＦ電力を受信するように設計された回路が、３ボルトの開回路電圧を、パルス中に、約３０フィート（約９１４．４ｃｍ）において生成することを可能にし、これは、以下に限定されないがバッテリなどの、３Ｖの電荷記憶装置が、充電または再充電されてもよいことを意味する。ＣＷシステムに比較した、距離または範囲の増加により、この充電ソリューションを実装するための明白な選択は、ＰＴＭシステム１０であるということが容易にわかる。この例は、図４において見られる。

ＰＴＭシステム１０の開回路電圧は、以下の解析を使用して概算されてもよい。

ＣＷシステムの開回路電圧Ｖ_{ＯＣ−ＣＷ}は、次の式に示すように、到来波の電界強度Ｅに、アンテナ１８の実効高ｈ_ｅを掛けることによって、当業者によって容易に計算されてもよい。

電界強度は、伝送される電力と、以下の式によって関係していてもよい。

式中、Ｐ_Ｔは伝送される電力、Ｇ_Ｔは送信器１２の利得、ηは自由空間のインピーダンス、ｒはＲＦ電力送信器１２とＲＦ電力収穫アンテナ（RF power harvesting antenna）１８との間の距離である。

前の２つの式を組み合わせることにより、次の式に示すように、空間内の所与の点における開回路電圧は、伝送される電力の平方根に正比例することが示される。

したがって、ＰＴＭシステム１０の開回路電圧Ｖ_{ＯＣ−ＰＴＭ}は、ＣＷシステムの開回路電圧と、Ｘの平方根によって関係していてもよく、ここで、Ｘは、図１において、ＣＷ電力レベルに比較したパルス振幅の増加として示されているものである。この式を以下に示す。

この解析は、ＲＦ電力を受信し、ＲＦ電力をＤＣ電力に変換するように設計された回路を使用して検証された。回路は５０オームの入力にマッチングされ、そして、回路は負荷１６を有さないように設計された。測定される電圧は、ＤＣ開回路電圧であった。所与の入力電力レベルが回路に印加されたＣＷ電力伝送システムでは、開回路電圧は２．２７５ボルトであることが示された。これは、前の例からの３ボルトのバッテリを充電するためには、十分な電圧ではない。ピークパルス電力はＣＷシステムの２倍であるが、半分の時間にわたってオンであり、したがって平均電力はＣＷシステムと同じである、ＰＴＭ電力伝送システム１０に切り換えると、パルス中の開回路電圧は３．３ボルトであった。回路は、前の例からのバッテリを充電するための十分な電力を容易に得た。上記の解析から、パルス中のＰＴＭシステム１０の開回路電圧を、ＣＷシステムの開回路電圧で割った値は、パルスの乗数、この場合は２の、平方根に等しくなければならない。したがって、３．３ボルトを２．２７５で割ると１．４５であり、これは２の平方根、つまり１．４１４に実質的に等しい。要約すると、ＰＴＭ電力伝送システム１０を使用することにより、ＣＷ電力伝送システムよりも低い平均電力での、電力記憶装置の再充電が可能になる。

ＲＦ電力を受信するように設計された回路によって、所与の電力レベル、または開回路電圧が受信されてもよい距離を、ＰＴＭを使用して増加するのに類似したやり方で、ＰＴＭシステム１０は、ＣＷシステムでは不可能な領域に浸透するようにするために使用されてもよい。一例として、隣り合わせの、厚い壁によって隔てられた、２つの部屋が存在する。伝送される電力信号を部屋の間の壁が減衰させるため、部屋１の中にセットアップされたＣＷ電力伝送システムは、システム１０で意図された現在の平均出力電力においては、部屋２の中の、ＲＦ電力を受信するように設計されたいかなる回路にも電力を供給することはできない。ＣＷシステムの平均出力電力を、部屋２の中までの到達範囲が得られるように増加する代わりに、ＰＴＭ電力伝送システム１０が部屋１の中に実装されてもよい。このＰＴＭシステム１０は、同じ平均電力がシステム１０から出力されることを可能にするが、パルスのより高いピーク出力電力のため、部屋２の中の、ＲＦ電力を受信するように設計された回路は、今度は、使用可能な電圧レベルにおける電力をＰＴＭシステム１０から受信することが可能である。使用可能な電圧レベルは、以下に限定されないが、直接的な電力供給の適用例において回路を動作させるために必要とされる最小電圧として、および／または、電力記憶装置の再充電のための、バッテリまたは貯蔵要素の電圧として、定義されてもよいことに留意すべきである。さらに、以下に限定されないがバッテリまたはスーパーキャパシタなどの、電力記憶装置を、含まない装置は、直接的に電力供給されると考えられることにも留意すべきである。

類似した例は、人間、動物、その他の生物、またはその他の減衰媒体の内部に含まれている、埋め込まれた、または浸された装置に、電力を供給する例である。多くの医療装置は、より小さくなりつつあり、人間または動物の身体内に安全に埋め込まれることが可能である。しかし、それらの医療装置は、依然として電力を、それがバッテリであっても、何らかの形態の無線電力伝送であっても、必要とする。バッテリを有する装置は、最終的にはバッテリを交換する必要があるため、無線電力伝送は理想的なソリューションである。しかし、減衰壁によって隔てられた２つの部屋を有する上記の例と同様に、身体は、伝送される電力信号に対する減衰効果をやはり有する。ＣＷ電力伝送システムを使用する場合、ＲＦ電力収穫装置（RF power-harvesting device）に直接的に電力供給するための、または電力記憶装置に充電または再充電するための、使用可能な電圧レベルを、信号が減衰させられた後で受信するために、送信器からの高い平均出力電力を必要とする。これは関連する人間または動物にとって危険であり、その理由は、ＲＦエネルギーの高い平均電力レベルは、ＲＦ電力が人間または動物の身体に入って減衰または放散される際に身体内で熱を発生させ、それにより、細胞および組織の加熱、変質、損傷、または殺傷を引き起こすからである。ＰＴＭ電力伝送システム１０を使用する場合は、はるかに低い平均電力レベルのＲＦエネルギーが身体に入ることを、そしてそれと同時に、減衰体に浸透して、ＲＦ電力を受信するように設計された回路に、使用可能な電圧レベルにおけるＲＦ電力を供給することを可能にすることによって、この問題は解消される。

ＰＴＭの別の利点は、所与の送信器１２の電力レベルに対する、受信される電圧の増加である。例として、セキュリティセンサ４６は、１．８ボルトの最小使用可能電圧で動作するために、２０マイクロワット（μＷ）の電力を必要としてもよい。センサ４６は、３０フィート（約９１４．４ｃｍ）の距離において動作することが必要とされてもよい。この例における制限要因は、必要とされる電力の量ではなく、センサ４６によって必要とされる電圧である可能性が最も高い。より具体的には、センサ４６は、３０フィート（約９１４．４ｃｍ）の距離において２０μＷの電力を受信してもよいが、電圧は１．８ボルトよりもかなり低い可能性がある。受信器３２における低電圧レベルを補償するためには、連続波送信器（continuous-wave transmitter）は、受信器３２が１．８ボルトをセンサ４６に供給するようにするために、３０フィート（約９１４．４ｃｍ）において２０μＷよりも大きいという結果になる、より多くの電力を送信する必要がある。しかし、ＰＴＭシステム１０においては、パルスの振幅、またはピーク出力電力は、センサ４６によって必要とされる最小電圧を調べることによって設定されてもよく、パルス波形のデューティサイクルは、センサ４６によって必要とされる電力の量によって設定されてもよい。したがって、示された例については、ＣＷシステムは、１．８ボルトを得るために、３０フィート（約９１４．４ｃｍ）の距離において５００μＷを提供してもよい。ＰＴＭシステム１０では、センサ４６に１．８ボルトを提供するために、ＣＷシステムと同じ、パルスのピーク電力レベルを使用する。しかし、ＰＴＭシステム１０は、センサ４６が必要とする２０μＷのみをセンサ４６に提供するために、４パーセント（２０μＷ／５００μＷ）のデューティサイクルを使用する。結果として、ＰＴＭシステム１０は、ＣＷシステムにおいて伝送される電力より９６％少ない平均伝送電力を使用することによって、センサ４６の要件を満たす。

本発明は、任意の周波数において、そして、以下に限定されないが、ダイポール、ダイポールアレイ、モノポール、パッチ、八木、ヘリカル、ホーン、ディッシュ、コーナリフレクタ、パネルなどの任意のアンテナ１８、または任意のその他のアンテナ１８を使用して、動作することに留意すべきである。これらのアンテナ１８は、以下に限定されないが、直線、水平、垂直、円、楕円、二重、二重円、二重楕円などの任意の偏波、または任意のその他の偏波を有するように設計されてもよい。本方法は、さらに、１つの送信器１２に接続された、上に記載した任意のタイプの、そして上に記載した任意の偏波を使用する、複数のアンテナ１８を用いても動作する。

９８ＭＨｚのＦＭ無線帯域において試験を行った。無線サービスへの妨害を避けるために、試験は遮蔽された部屋の中で行われた。１００ミリ秒（ｍｓ）および１秒という一定の周期を使用して、パルスのデューティサイクルは１００パーセント（ＣＷ）から１パーセントまで変化させられた。これらを、表２および表３にそれぞれ示す。パルスの振幅は、１ミリワット（ｍＷ）の平均電力が得られるように調節された。表には、試験されたさまざまなデューティサイクルと、受信器３２によって変換されたＤＣ電圧および電力が示されている。受信回路は図２に示されている。表３からわかるように、デューティサイクルを１００％から１％に変化させることによって、受信ＤＣ電圧は約１０倍に増加し、電力は約１００倍に増加する。

本方法を実装する場合に有用な可能性がある、周波数帯域の別の例には、産業科学医療バンド（Industrial, Scientific, and Medical Band）（ＩＳＭ）が含まれる。この帯域は、認可された無線通信サービスへの有害な妨害を防ぐために、無線周波数スペクトル内の周波数上の電磁エネルギーを放射する産業科学医療用装置（industrial, scientific, and medical equipment）を規制するために設けられた。これらの帯域は、以下を含む。６．７８ＭＨｚ±１５ＫＨｚ、１３．５６ＭＨｚ±７ＫＨｚ、２７．１２ＭＨｚ±１６３ＫＨｚ、４０．６８ＭＨｚ±２０ＫＨｚ、９１５ＭＨｚ±１３ＭＨｚ、２４５０ＭＨｚ±５０ＭＨｚ、５８００ＭＨｚ±７５ＭＨｚ、２４１２５ＭＨｚ±１２５ＭＨｚ、６１．２５ＧＨｚ±２５０ＭＨｚ、１２２．５ＧＨｚ±５００ＭＨｚ、および２４５ＧＨｚ±１ＧＨｚ。

パルス化伝送システム１０は、多数の利点を有する。それらのうちのいくつかを以下に示す。
１．整流器２８の効率の増加によって、システム１０の全体的な効率が増加する。この言明を例示するのに役立つように、表３内のデータが検討される。ＣＷシステム（１００％デューティサイクル）は、０．２５５μＷの電力を受信して変換することができたのに対して、１．００％のＰＴＭは、２７．８２１μＷを捕捉した。これは、１０，０００％を超える効率の増加である。
２．平均をＣＷシステムと比較した場合に、より大きな出力電圧を得ることが可能である。これは、整流器２８の効率の増加によって引き起こされる。これは、図２のフィルタ３０への入力における大きな電圧パルスを生成する、大きな電力パルスの要因でもある。大きな電圧パルスはフィルタリングされ、そして、負荷１６が大きいと仮定すると、より大きな電圧を提供する。
３．システム１０の効率の増加により、同じ受信ＤＣ電力を得るために、より少ない平均伝送電力を使用することが可能になる。これは以下の利点をもたらす。
ａ．平均伝送電力の減少によって、送信器１２からのヒューマン・セイフティ・ディスタンスは減少する。（ヒューマン・セイフティ・ディスタンス（Human Safety Distance）は、ＦＣＣのヒューマンセイフティ規制（human safety regulations）によって許可されているよりも高いＲＦフィールド強度を人が被曝していないことを確実にするために、送信源から人がどれだけ離れていなければならないかを記述するために使用される用語である。例として、９１５ＭＨｚにおける、一般集団の被曝についての、許可されるフィールド強度は、０．６１ｍＷ／ｃｍ^２である。）
ｂ．より少ない平均送信器１２電力によって、産業科学医療（ＩＳＭ）バンドなどの、ライセンスを必要としない帯域を含む、より多数の帯域内での動作が可能になる。
ｃ．ライセンス供与される帯域については、平均送信器１２電力の減少は、ライセンス供与される電力の量の減少につながる。
４．ＰＴＭ電力伝送システム１０を使用することにより、ＣＷ電力伝送システムよりも低い平均出力電力において、電力記憶装置の再充電が可能になる。
５．システム１０内の送信器１２の平均出力電力を増加することなしに、より大きな距離で、より高い電力レベルおよびＤＣ開回路電圧が可能になるだけでなく、ＲＦエネルギーを減衰させる物体に浸透して電力を供給することも可能になる。

記載されている方法に類似した現行の特許が存在するが、問題に対するそれらの基本的なアプローチは、異なる目的のためのものである。米国特許第６，６６４，７７０号明細書には、パルス変調された搬送周波数を使用して、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータを含むリモート装置に電力を供給するシステムが記載されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、選択されるトポロジによって、入力ＤＣ電圧のレベルを上または下に変換するために使用される。この場合、入力電圧を増加するために、ブーストコンバータが使用される。受信電圧を増加するという目的のために、装置は、その電力を入力フィールド（incoming field）から導き出し、そしてさらに、信号の中に含まれる変調を使用してトランジスタ（ＤＣ−ＤＣコンバータ内の基本的な構成要素）のスイッチングを行う。本明細書中に記載された波形は、参照した特許の中に記載されたものと類似した特性を有する。本明細書に記載したシステム１０は、多数の違いを有する。提案された受信器３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータを含まない。実際、本方法は、ＤＣ−ＤＣコンバータの必要なしに、受信されるＤＣ電圧を増加するという目的のために開発された。さらに、提案される信号内に含まれる変調は、スイッチングトランジスタを駆動するためのクロックとしての使用は意図されていない。その目的は、整流回路の効率を増加するための、大きなピーク電力の使用を可能にし、その結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータの必要も、入力するパルス化された信号からのクロックの導出の必要もなしに、受信器３２の出力電圧を増加することである。

前述のように、パルス化された波形は、クロック信号としての使用は意図されていない。パルス化された波形のみでは、（効率の増加によって）十分に大きな電圧増加が生成されていないため、受信回路内にＤＣ−ＤＣコンバータ４２が必要とされる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、整流器２８の純粋なＤＣ出力を使用して生成されるオンボードクロックを使用して実装される。受信器３２内でのクロックの生成は、入力パルス波形からクロックを導き出すための追加の回路を含めるよりも効率的であり、したがって、参照された特許よりも大きな、受信器３２の効率を提供することがわかっている。図５は、このシステム１０がどのように実装されるかを示す。

ディジタル無線サービスを、現在のサービスとの相互作用なしに、既存のアナログ無線信号に統合するための試験が、Lucent TechnologiesとPequot Capital Management, Inc.とのベンチャー企業であるLucent Digital Radio, Inc.によって最近行われて成功した。これが示されているため、本明細書に記載したものなどの電力伝送信号を、既存のＲＦ設備（ラジオ、テレビ、携帯電話、その他）に統合することは、それが有利であることが見出された場合に、可能である。これにより、局は、特定の領域内の装置に、電力とともにコンテンツを提供することが可能になる。

送信器からの出力電力のパルス化（ＯＯＫ）によって、受信回路内の整流器からも、パルス化された出力が生成されることに留意すべきである。例として、伝送される電力が、６０Ｈｚで、５０パーセントのデューティサイクルを使用してパルス化される場合、オン時間は約８．３ｍｓとなり、オフ時間も約８．３ｍｓとなる。これは、オフの期間中に、整流器は負荷に電流を供給しないことを意味する。したがって、パルスのオフ期間中に出力電圧または電流が所定の値よりも大きく降下しないことを確実にするために、整流器の出力に貯蔵要素を追加することが必要な場合がある。例として、貯蔵キャパシタが、整流器の出力において含まれてもよい。貯蔵キャパシタは、パルス電力の周波数を除去するために使用されるフィルタとしても見られてもよい。このフィルタキャパシタは、ＤＣ出力から搬送波を除去するために整流器内で使用されるフィルタキャパシタと混同されてはならない。ほとんどの場合、パルス周波数と搬送周波数とは、周波数が大幅に異なるため、異なるフィルタリング要素を必要とする。例として、整流器の出力は、９１５ＭＨｚの搬送周波数を最小の損失で除去するために、１００ｐＦの高Ｑキャパシタを含んでもよい。パルス周波数は６０Ｈｚであってもよく、これは、８．３ｍｓのオフ期間中にエネルギーを蓄積するために（または、パルスをフィルタリングするために）、整流器内で使用されるものよりもはるかに大きなキャパシタを必要とする。

パルス伝送方法−２
複数の送信器１２が使用される場合、パルス伝送方法は、位相相殺（phase cancellation）という、別の一般的な問題に対するソリューションを提供する。この問題は、２つ（またはそれ以上）の波が相互作用する場合に発生する。一方の波が他方の波に対して１８０度位相はずれとなった場合、反対の位相が相殺して、電力はほとんどまたはまったく得られなくなり、その領域は無効となる。パルス伝送方法は、その非ＣＷ特性により、この問題を軽減する。これは、所与の時間において１つのパルスのみがアクティブであるように、各送信器１２にタイムスロットを割り当てることによって、複数の送信器１２が相殺なしに同時に使用されることを可能にする。送信器１２の数が少ない場合は、パルス衝突の確率は低いため、タイムスロットは必要とされなくてもよい。システム１０のハードウェアを図６ａに示し、そして、信号を図６ｂに示す。制御信号は、各送信器１２を、その割り当てられたタイムスロットにわたってアクティブにするために使用される。タイムスロットセレクタ３８は、周波数発生器２０および／または増幅器２２に信号を提供することによって、送信ブロックをイネーブルまたはディスエーブルするものであり、マイクロコントローラ４８を含むがこれに限定されない、多数の方法で実装されてもよい。

タイムスロットセレクタ３８は、さらに、無線であるように設計されてもよく、それにより各送信器１２は独立に動作できるようになる。タイムスロットセレクタ３８は、ＲＦ電力送信器１２の近くの別のＲＦ電力送信器１２がＲＦ電力を送信している場合を感知することが可能な、以下に限定されないが図７に示すものなどの、ＲＦ電力感知装置を、送信器１２に追加することを含むがこれに限定されない、多数の方法で実装されてもよい。ＲＦ電力センサ４６は、少なくとも１つのアンテナ１８、整流器２８またはＲＦ−ＤＣコンバータ３６、および／またはフィルタ３０を含んでもよい、以下に限定されないが図７に示すものなどの、ＲＦエネルギー収穫回路（RF energy harvesting circuit）として実装されてもよい。タイムスロットセレクタ３８が、別のＲＦ電力送信器１２からＲＦ電力がすでに送信されていることを感知した場合（すなわち、電力センサからの出力が、電圧しきい値などのしきい値を超えている場合）、ＲＦ電力送信器１２は、以下に限定されないが１パルス持続時間などの、指定された時間周期にわたって待機して、ＲＦ電力を再び感知し、他のＲＦ電力が送信されていない場合に（すなわち、電力センサからの出力がしきい値未満である場合に）ＲＦ電力を送信する。ＲＦ電力送信器１２の制御は、以下に限定されないが、図８に示すような、ＲＦ電力センサ４６と通信状態にあるマイクロコントローラ４８によって実行されてもよく、ここで、マイクロコントローラ４８からの出力は、本明細書に記載した多数の図に示されているイネーブルまたは利得制御２６線の使用によって、ＲＦ電力送信器１２を制御するために使用されてもよい。マイクロコントローラ４８は、別のＲＦ電力送信器１２からのＲＦ電力パルスの存在を感知するための、アナログ−ディジタル変換器３６、電圧比較器、または標準入力ピン（standard input pin）を含んでもよい。マイクロプロセッサは、アナログ−ディジタル変換器３６、電圧比較器、または標準入力ピンのステータスによって、ＲＦ電力パルスを送信するかどうか、またはＲＦ電力パルスを送信する前に所定の時間周期だけ待機するかどうかを決定してもよい。図９は、送信されるＲＦ電力パルスのタイミングを決定するためにマイクロコントローラ４８によって使用されてもよい、アルゴリズムを示す。

特定の適用例においては、タイムスロットセレクタ３８は、他のＲＦ電力送信器１２から得られるＲＦ電力を感知する目的を有し、任意のパルスオーバーラップ（存在する場合）により発生する等価フィールド強度が規制限度を超過しないことを確実にするために、対応するＲＦ電力送信器１２の出力を調節するために使用される、以下に限定されないが図７に示すものなどの、ＲＦ電力センサ４６であってもよい。他のＲＦ電力送信器１２の等価フィールド強度は、ＲＦ電力感知装置の出力からの電圧、電流、および／または電力レベルを、コントローラと通信状態にある、あるいは本明細書に記載した多数の図に示されているイネーブルまたは利得制御２６線に直接接続された、アナログ−ディジタル変換器３６、電圧比較器、あるいはその他の適用例固有の電圧、電流、および／または電力レベル感知回路を使用することによって、測定することにより決定されてもよい。この方法の例は、図１０において見られる。

特定の適用例においては、タイムスロット内でオーバーラップを有することが有利な場合があり、これは、ＲＦ電力センサ４６を用いて制御される振幅およびタイムスロットを使用して、タイムスロットセレクタ３８によって制御されてもよい。ＲＦ電力センサ４６は、少なくとも１つのアンテナ１８、整流器２８またはＲＦ−ＤＣコンバータ３６、および／またはフィルタ３０を含んでもよい、以下に限定されないが図７に示すものなどの、ＲＦエネルギー収穫回路（RF energy harvesting circuit）として実装されてもよい。ＲＦ電力センサ４６の出力は、ＲＦ電力送信器がＲＦ電力パルスを現在送信しているかどうかと、対応するパルスの振幅とを決定することを目的として、以下に限定されないが、マイクロコントローラ４８、アナログ−ディジタル変換器３６、電圧レベル検出回路などの、装置に接続されてもよく、あるいは、ＲＦ電力センサ４６の出力は、本明細書に記載した多数の図に示されている、ＲＦ電力パルス送信器１２またはパルス発生器１４内の、ＲＦ増幅器２２上の、イネーブルまたは利得制御２６線に直接接続されてもよい。

図１１ａ）および図１１ｂ）にそれぞれ示すように、ＲＦ電力センサ４６は、独自のアンテナ１８を使用してもよく、あるいは、ＲＦ電力送信器１２とアンテナ１８を共有してもよいということに留意すべきである。アンテナ１８の切り換え制御は、ＲＦ電力センサ４６と通信状態にある同じマイクロコントローラ４８を使用して実行されてもよく、あるいは、サーキュレータまたは方向性結合器を使用してスイッチが実装されてもよい。特定の適用例においては、ＲＦ電力センサ４６がアンテナ１８に接続されている間はＲＦ増幅器２２の出力が決してアクティブではないことを確実にするために、イネーブルまたはパルス発生器１４を使用して、アンテナ１８のスイッチの動作を制御することが有利な場合がある。

パルス伝送方法−３
複数送信器１２、複数周波数のパルス伝送方法を達成するための、ある程度容易な方法は、各送信器１２を、全く同じ部品と設計とを使用して製造することである。すべての部品は、部品ごとのわずかな製造変更および温度変化に基づく許容差を有するということを、当業者は知っている。したがって、２つ以上の同一の送信器１２の製造は、それらの送信器１２が、周波数発生器２０によって生成される周波数と、出力される信号の振幅とにおいて、わずかなばらつきを有するという結果をもたらす。それらのばらつきは、別々に製造された部品により生じる可能性があり、あるいは、１つの送信器１２が、他の送信器よりもわずかに暖かくなる位置に配置された結果である可能性もある。同一の送信器１２の間のこれらのわずかな差は、同一の送信器１２を、わずかに異なる周波数またはチャネル上に実質的に置き、図１２に示す結果をもたらす。周波数のわずかな差は、空間内の所与の点において、複数の送信器１２からの信号が、位相が合った状態とはずれた状態の間を常にドリフトすることを確実にし、これは、特定の時間においてはそれらは破壊的に干渉し、後の時間においてはそれらは建設的に干渉することを意味し、したがって、平均受信電力は、干渉がない場合と同じになることを意味している。

パルス伝送方法−変形形態
本明細書内で前述した３つの方法の、多数の拡張が存在する。そのような拡張には、以下が含まれるが、それらに限定されない。

変形形態１． 技術１の変形形態−搬送波は、完全に０にはならず、しかも、装置のスリープモードなどの低電力状態を供給するために、有限値を維持する。この方法は、図１３ａのブロック図と、図１３ｂのパルス波形によって示されている。ブロックは、表１において説明された。イネーブル信号線は、出力信号のレベルを調節するために使用される、利得制御２６線によって置き換えられている。利得制御２６線は、多数の方法で実装されてもよい。周波数発生器２０上では、利得制御２６線は、装置の出力電力の調節を含む多数の責任を有する、内部レジスタをプログラムするために使用される、位相ロックループ（ＰＬＬ）へのシリアル入力であってもよい。増幅器２２上の利得制御２６は、増幅器２２上のゲート電圧を調節し、その結果として、増幅器２２の利得を変更するために使用される、単なる抵抗分割器であってもよい。利得制御２６線は、増幅器２２を、正および負の両方の利得を有するように調節してもよいことに留意すべきである。これは、本明細書内での利得制御２６線へのすべての言及に当てはまる。

変形形態２． 技術１の変形形態−送信器１２は、そのチャネルについての平均電力を減らすために、異なる周波数をパルスで順次出してもよい。各周波数および／またはパルスは、異なる振幅を有してもよい。図１４ａにおいて、各周波数発生器２０は、異なる周波数を生成する。これらの周波数はすべて、正しい周波数を決定して増幅器２２に送る、周波数セレクタ３９内に送り込まれる。このブロックは、マイクロコントローラ４８と同軸スイッチとを使用して実装されてもよい。マイクロコントローラ４８は、図１４ｂの波形を生成するために、適切なタイムスロット内で正しい同軸スイッチをアクティブにする、アルゴリズムを使用してプログラムされる。複数の周波数発生器２０は、以下に限定されないがＰＬＬなどの、出力する周波数を変更することが可能な１つの構成要素を使用して実装されてもよく、それにより、周波数セレクタ３９の必要はなくなる可能性がある。これは、複数の周波数発生器２０が必要とされるすべての方法に当てはまる。

変形形態３． 技術２の変形形態−各送信器１２および／または周波数は、異なる振幅を有してもよい。図１５ａのブロック図には、図１５ｂに示すさまざまな出力信号レベルを生成するための、利得制御２６が追加されている。

変形形態４． 技術３の変形形態−複数の送信ユニットの必要をなくすために、１つの送信器１２が、すべてのチャネル周波数を順次送信するために使用されてもよい。これは、周波数ホッピングを使用するＣＷシステムに似ているが、データは送信されず、かつ、目的は電力収穫のためである。各チャネルは、異なる振幅を有してもよい。これらの周波数はすべて、正しい周波数を決定して増幅器２２に送る、周波数セレクタ３９内に送り込まれる。このブロックは、マイクロコントローラ４８と同軸スイッチとを使用して実装されてもよい。出力信号の連続的な性質のため、イネーブルは除去されている。この方法のブロック図は図１６ａに見られ、そして、パルス波形は図１６ｂに示されている。

変形形態５． 技術４の変形形態−この波形（複数周波数）は、方法１に記載したようにパルス化されてもよい。方法１における、単一周波数、一定振幅のパルスは、タイムスロットを含むパルスによって置き換えられている。各タイムスロットは、異なる周波数および振幅を有してもよい。パルス化のためにシステム１０が出力をオンおよびオフにすることを可能にするために、イネーブル線が追加されている。利得制御２６線と、イネーブル線と、周波数セレクタ３９とは、前述したように機能する。この方法のブロック図は図１７ａに見られ、そして、パルス波形は図１７ｂに示されている。

変形形態６． 技術３の変形形態−各送信器１２および／または周波数は、異なる振幅を有してもよい。出力信号レベルが変更されることを可能にするために、利得制御２６線が追加されている。この方法のブロック図は図１８に見られる。

変形形態７． 技術４の変形形態−複数の送信器１２が、すべてのチャネル周波数を順次送信してもよく、各チャネルは、異なる送信器１２においては、異なるタイムスロット内で発生してもよい。この方法では、複数の周波数における複数の送信器１２を、各送信器１２が他の送信器１２と比較して常に異なるチャネル上にあるような方法で同期させるための、制御信号（Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ）が使用される。このシステム１０は、各送信器１２の出力のレベルを変更するための、利得制御２６も含む。制御線（Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｉｎｅ）は、各送信器１２に現在のタイムスロットのための異なる周波数を割り当てることを目的としたアルゴリズムを使用してプログラムされた、マイクロコントローラ４８によって駆動されてもよい。次のタイムスロットでは、マイクロコントローラ４８は、周波数割り当てを変更し、それと同時に、すべての送信器１２が別個のチャネル上で動作していることを確実にする。各送信器１２の利得制御２６は、同じ主マイクロコントローラ４８によって制御されてもよく、あるいは、その送信器１２に対してローカルであるマイクロコントローラ４８によって制御されてもよい。イネーブル線は、送信器１２がそれ自体をディスエーブルすることが有益であることがわかった場合にそれを行うことを可能にする。この方法のブロック図は図１９ａに見られ、そして、パルス波形は図１９ｂに示されている。

付記
シーケンシャルパルスのパルス幅と周期とは、時間とともに変化してもよいことに留意すべきである。さらに、各タイムスロットの持続時間は異なっていてもよく、そして時間とともに変化してもよい。

リモートで電力供給されている装置が、間隔をおいて基地局に報告データを返す、無線センサ４６またはその他の装置である場合、懸念されるのは、装置に電力を供給するため、または電力記憶装置を充電するために使用されているＲＦ電力信号（ＣＷまたはＰＴＭのいずれであっても）が、データを送信している無線装置に妨害を与える可能性があるということである。ＰＴＭの場合、無線装置は、パルスが入力している場合を感知して、パルスのオフ期間中に（電力システムとは別個の、または電力システムと共用のアンテナを使用して）そのデータを送信するように設計されてもよい。これにより、データを定期的に送信する無線装置へのいかなる妨害も、効果的に除去される。これは、ＰＴＭが有する、ＣＷシステムに優る別の利点である。ＣＷシステムは常にオンであり、したがって妨害の可能性ははるかに大きい。

通信の目的のために、パルス内にデータが含まれてもよい。これは、これまでの図に示した周波数発生器２０の中に、データ線を含めることによって達成される。この線は、搬送周波数を変調するために使用される。受信器３２は、入力信号からデータを抽出するための追加の装置を含む。これは、図２０に示されている。

本発明は、装置が電力送信源に比較的近いことを必要とする、誘導結合による電力伝送と混同されてはならない。著者Klaus FinkenzellerによるRFID Handbookでは、誘導結合領域が、送信器と受信器との間の距離がラムダの０．１６倍未満として定義されており、ここで、ラムダはＲＦ波の波長である。提案された発明は、近距離場領域（near-field region）（誘導性領域（inductive region）と呼ばれることもある）において、および遠距離場領域（far-field region）において実装されてもよい。遠距離場領域（far-field region）は、ラムダの０．１６倍よりも大きな距離である。

前述の説明は本発明の好ましい実施形態を詳細に述べているが、それらの実施形態に対する修正、追加、および変更が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われてもよいということが、当業者によって理解されるであろう。

図面の簡単な説明
本発明のパルス伝送技術の、図による説明である。 本発明のパルス伝送技術の、図による説明である。 本発明のパルス伝送技術の、図による説明である。 本発明のパルス伝送技術の、図による説明である。 本発明の伝送システムのブロック図である。 パルス化された波形が搬送周波数を使用してどのように構築されるかを示す。 パルス化伝送方法（pulsed transmission method）システムを使用した、バッテリの再充電の例を示す。 クロック発生器を有する受信器のブロック図である。 複数送信器、単一周波数、複数タイムスロットの実施形態のブロック図である。 図６ａに示す実施形態に関連する、時間の関数としてのパルスである。 ＲＦエネルギー収穫回路を含むＲＦ電力センサを使用して実装された、タイムスロットセレクタのブロック図である。 ＲＦ電力送信器を制御するための、ＲＦ電力センサと通信状態にあるマイクロプロセッサのブロック図である。 制御マイクロプロセッサによって使用されてもよい、アルゴリズムである。 ＲＦ電力送信器を制御するためのマイクロプロセッサに、ディジタル信号を提供するために使用される回路に接続された、ＲＦ電力センサのブロック図である。 別個のアンテナを使用して実装された、ＲＦ電力センサのブロック図である。 ＲＦ電力送信アンテナを使用して実装された、ＲＦ電力センサのブロック図である。 本発明の、複数送信器、複数周波数、タイムスロットなしの実施形態のブロック図である。 本発明の、単一送信器、単一周波数、非ゼロ復帰の実施形態のブロック図である。 図１３ａに示す実施形態に関連する、電力対時間のグラフである。 本発明の、単一送信器、複数周波数、複数タイムスロットの実施形態のブロック図である。 図１４ａに示す実施形態に関連する、電力対時間のグラフである。 本発明の、複数送信器、単一周波数、複数タイムスロットの実施形態のブロック図である。 図１５ａに示す実施形態に関連する、電力対時間のグラフである。 本発明の、単一送信器、複数周波数、複数タイムスロット、非ゼロ復帰の実施形態のブロック図である。 図１６ａに示す実施形態に関連する、電力対時間のグラフである。 本発明の、単一送信器、複数周波数、複数タイムスロット、ゼロ復帰の実施形態のブロック図である。 図１７ａに示す実施形態に関連する、電力対時間のグラフである。 本発明の、複数送信器、複数周波数、タイムスロットなし、振幅変化の実施形態のブロック図である。 複数送信器、複数周波数、複数タイムスロット、振幅変化のブロック図である。 図１９ａに関連する、電力対時間のグラフである。 データ抽出装置を含む受信器のブロック図である。 本発明に関する、身体と減衰媒体とを示す。

Claims (39)

1. 負荷に電力を供給するために、受信器に無線で電力を伝送するための、送信器であって、
   電力のパルスを生成するためのパルス発生器と、
   前記発生器が適切な時に前記パルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサとを具備する、送信器。
2. 前記電力センサは、前記パルス発生器と通信状態にある、請求項１に記載の送信器。
3. 前記電力センサは、前記パルス発生器を制御しているマイクロコントローラと通信状態にある、請求項１に記載の送信器。
4. 前記電力センサは、前記パルス発生器を制御しているマイクロコントローラと通信状態にあるアナログ−ディジタル変換器と通信状態にある、請求項１に記載の送信器。
5. 送信器のパルス発生器のための電力センサであって、前記発生器が適切な時に前記パルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサであって、
   アンテナと、
   アナログ−ディジタル変換器、電圧比較器または入力ピンとを具備する、電力センサ。
6. 電力伝送のためのシステムであって、
   電力のパルスを送信し、かつ、発生器が適切な時に前記パルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知する、送信器と、
   負荷に電力を供給するために、前記電力送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する、受信器とを具備する、システム。
7. 前記受信器は、前記送信器がパルスを送信していない場合に、データを送信する、請求項６に記載のシステム。
8. 負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための方法であって、
   パルス発生器を使用して電力のパルスを生成するステップと、
   前記発生器が適切な時に前記パルスを送信するようにするために、他の送信器が送信している場合を感知することが可能な、電力センサに基づいて、前記パルスを送信するステップとを含む、方法。
9. 負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための装置であって、
   複数の送信器を具備し、前記複数の送信器のそれぞれは、電力のパルスを生成し、そして、前記複数の送信器のそれぞれは、前記送信器が前記パルスを生成している場合を感知することが可能な、関連するセンサを有し、それにより、前記関連する送信器は、前記負荷に電力を供給するために、前記受信器によって受信される前記パルスを、適切な時に送信することが可能である、装置。
10. 負荷に電力を供給するために、受信器に電力を伝送するための方法であって、
    複数の送信器から電力のパルスを生成するステップを含み、前記複数の送信器のそれぞれは、前記送信器が前記パルスを生成している場合を感知することが可能な、関連するセンサを有し、それにより、前記関連する送信器は、前記負荷に電力を供給するために、前記受信器によって受信される前記パルスを、適切な時に送信することが可能である、方法。
11. 電力伝送のためのシステムであって、
    平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器と、
    負荷に電力を供給するために、前記電力送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する、受信器とを具備し、前記送信器によって生成された前記パルスは、前記送信器と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い電圧を、前記受信器においてもたらす、システム。
12. 電力伝送のためのシステムであって、
    電力のパルスを送信する、送信器と、
    患者の中に配置されるように適合された、受信器とを具備し、前記受信器は、負荷に電力を供給するために、前記電力送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する、システム。
13. 電力伝送のためのシステムであって、
    平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器と、
    負荷に電力を供給するために、前記電力送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する、受信器とを具備し、前記送信器によって生成された前記パルスは、前記送信器と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い瞬時開回路電圧を、前記受信器においてもたらして、より大きな距離における、バッテリの再充電を可能にする、システム。
14. 電力伝送のためのシステムであって、
    平均伝送電力を有する、電力のパルスを送信する、送信器と、
    負荷に電力を供給するために、前記電力送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する、受信器とを具備し、前記送信器によって生成された前記パルスは、前記送信器と同じ平均伝送電力を有する連続波システムよりも高い瞬時開回路電圧を、前記受信器においてもたらして、より大きな距離における、直接的な電力供給を可能にする、システム。
15. 電力伝送のためのシステムであって、
    電力のパルスを送信する、送信器と、
    負荷に電力を供給するために、前記電力送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する受信器であって、前記送信器がパルスを送信していない場合に、データを送信する、受信器とを具備する、システム。
16. 受信器に無線で電力を伝送するための方法であって、
    ＲＦ電力センサによって電力を感知するステップと、
    前記センサによって感知された前記電力が、しきい値未満である場合に、送信器によって無線で電力を送信するステップとを含む、方法。
17. 前記センサによって感知された前記電力が、前記しきい値を超えている場合に、前記送信器によって無線で電力を送信するのを待つステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記パルス発生器は、出力を有する周波数発生器と、前記周波数発生器と通信状態にある増幅器とを含む、請求項１に記載の送信器。
19. 前記パルスを形成するために、前記周波数発生器または前記増幅器を制御する、イネーブラを含む、請求項１８に記載の送信器。
20. 前記イネーブラは、パルスの間の時間間隔を定義する、請求項１９に記載の送信器。
21. 前記時間間隔は、前記周波数発生器の出力の１サイクルの半分よりも大きい、請求項２０に記載の送信器。
22. 前記送信されるパルスの前記電力は、連続波電力伝送システムの平均電力と同等である、請求項２１に記載の送信器。
23. 前記パルスの前記平均電力Ｐ_平均は、
    

    

    
    によって決定される、請求項２２に記載の送信器。
24. 前記パルス発生器は、パルスの間で連続的な量の電力を生成する、請求項１に記載の送信器。
25. 前記パルス発生器は、さまざまな出力周波数におけるパルスを順次生成する、請求項１に記載の送信器。
26. 前記パルス発生器は、さまざまな振幅におけるパルスを生成する、請求項１に記載の送信器。
27. 前記パルス発生器は、複数の周波数発生器と、増幅器と、周波数セレクタとを含み、前記周波数セレクタは、前記周波数発生器および前記増幅器と通信状態にあり、正しい周波数を決定して前記周波数発生器から前記増幅器に送る、請求項２６に記載の送信器。
28. 前記パルス発生器は、前記パルスの間にデータを送信する、請求項１に記載の送信器。
29. 前記パルス発生器は、前記パルスの中でデータを送信する、請求項１に記載の送信器。
30. 前記パルスを形成するために前記周波数発生器または前記増幅器を制御する、利得制御を含む、請求項１８に記載の送信器。
31. 前記利得制御は、パルスの間の時間間隔を定義する、請求項３０に記載の送信器。
32. 電力伝送のためのシステムであって、
    電力のパルスを生成する、送信器と、
    減衰媒体の内部または背後に配置された、受信器とを具備し、前記受信器は、負荷に電力を供給するために、前記電力のパルスを受信する、システム。
33. 電力伝送のためのシステムであって、
    平均値を有する出力電力を生成する、送信器と、
    負荷に電力を供給するために、前記出力電力を受信する、受信器とを具備し、前記負荷は、前記平均値と同じ平均電力レベルにおける連続波システムによって得られる距離よりも大きな距離において、電力を供給される、システム。
34. 前記負荷は、バッテリ、回路、またはＬＥＤである、請求項３３に記載のシステム。
35. 電力伝送のためのシステムであって、
    電力のパルスを送信する、送信器と、
    負荷に電力を供給するために、前記送信器によって送信された、前記電力のパルスを受信する、受信器とを具備し、前記負荷は所定の電力要件を有し、前記送信器は、固定された量の電力を出力している送信器よりも少ない平均出力電力を使用して、前記所定の電力要件を満たす、システム。
36. 電力のパルスを無線で受信する、受信器であって、
    前記電力のパルスを受信する整流器であって、前記パルスは、前記パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い電圧を、前記受信器においてもたらす、整流器と、
    前記整流器と電気通信状態にあり、前記整流器によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力を提供する、記憶装置と、
    前記記憶装置と電気通信状態にあり、前記記憶装置から電力を受け取る、負荷とを具備する、受信器。
37. 電力のパルスを無線で受信する、受信器であって、
    前記電力のパルスを受信する整流器であって、前記パルスは、前記パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い瞬時開回路電圧を、前記受信器においてもたらして、より大きな距離における、バッテリの再充電を可能にする、整流器と、
    前記整流器と電気通信状態にあり、前記整流器から電力を受け取る、バッテリとを具備する、受信器。
38. 電力のパルスを無線で受信する、受信器であって、
    前記電力のパルスを受信する整流器であって、前記パルスは、前記パルスと同じ平均電力を有する連続波電力よりも高い瞬時開回路電圧を、前記受信器においてもたらして、より大きな距離における、直接的な電力供給を可能にする、整流器と、
    前記整流器と電気通信状態にあり、前記整流器によって電力を供給され、所定の連続的なレベルの電力を提供する、記憶装置と、
    前記記憶装置と電気通信状態にあり、前記記憶装置から電力を受け取る、負荷とを具備する、受信器。
39. 受信器によって無線で受信された電力のパルスを使用するための方法であって、
    前記受信器の整流器によって前記電力のパルスを受信するステップと、
    前記電力のパルスからのエネルギーを、前記整流器によって提供するステップと、
    前記整流器からのエネルギーを使用して、負荷に電力を供給するステップとを含む、方法。

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