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JP2009523402A - Pulse transmission method - Google Patents

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JP2009523402A
JP2009523402A JP2008550367A JP2008550367A JP2009523402A JP 2009523402 A JP2009523402 A JP 2009523402A JP 2008550367 A JP2008550367 A JP 2008550367A JP 2008550367 A JP2008550367 A JP 2008550367A JP 2009523402 A JP2009523402 A JP 2009523402A
Authority
JP
Japan
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power
pulse
transmitter
receiver
load
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008550367A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
グリーン,チャールズ,イー.
シアラー,ジョン,ジー.
ハリスト,ダニエル,ダブリュー.
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Powercast Corp
Original Assignee
Powercast Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H04L27/02Amplitude-modulated carrier systems, e.g. using on-off keying; Single sideband or vestigial sideband modulation
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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。  A transmitter is disclosed for wirelessly transmitting power to a receiver to power a load, the transmitter comprising a pulse generator for generating a pulse of power. The transmitter includes a power sensor that can sense when other transmitters are transmitting in order to cause the generator to transmit pulses when appropriate. Disclosed is a power sensor for a transmitter pulse generator capable of sensing when other transmitters are transmitting in order to cause the generator to transmit pulses at the appropriate time. A system for power transmission is disclosed. A method for transmitting power to a receiver for providing power to a load is disclosed. An apparatus for transmitting power to a receiver for providing power to a load is disclosed. A system for power transmission is disclosed.

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。
The present invention relates to wireless power transmission to a receiver for supplying power to a load. More specifically, the present invention uses a power sensor that can sense when other transmitters are transmitting to ensure that the transmitters transmit pulses at the appropriate time. It relates to wireless power transmission by a transmitter to a receiver for supplying power to a load.

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。
Description of Related Art Current methods of radio frequency (RF) power transfer use continuous wave (CW) systems. This means that the transmitter continuously supplies a fixed amount of power to the remote unit (antenna, rectifier, device).

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。   However, the rectifier has an efficiency proportional to the power received by the antenna. In order to solve this problem, new methods of power transmission have been developed, including pulsing of transmitted power (carrier frequency on-off keying (OOK)).

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。
BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a transmitter for wirelessly transmitting power to a receiver to supply power to a load. The transmitter includes a pulse generator for generating a pulse of power. The transmitter includes a power sensor that can sense when other transmitters are transmitting in order to cause the generator to transmit pulses when appropriate.

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。   The present invention relates to a power sensor for a transmitter pulse generator capable of sensing when other transmitters are transmitting in order to cause the generator to transmit pulses at the appropriate time. . The sensor includes an antenna. The sensor comprises an analog-to-digital converter, or voltage comparator, or input pin.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system includes a transmitter that transmits a pulse of power, and the transmitter senses when other transmitters are transmitting to ensure that the generator transmits a pulse when appropriate. The system includes a receiver that receives a pulse of power transmitted by a power transmitter to power a load.

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。   The present invention relates to a method for transmitting power to a receiver to supply power to a load. The method includes generating a pulse of power using a pulse generator. In order for the generator to send a pulse at the appropriate time, there is a step of sending a pulse based on a power sensor that can sense when other transmitters are sending.

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。   The present invention relates to an apparatus for transmitting power to a receiver for supplying power to a load. The apparatus comprises a plurality of transmitters, each transmitter generating a pulse of power, and each transmitter is associated with an associated sensor capable of sensing when the transmitter is generating a pulse. So that the associated transmitter can transmit pulses received by the receiver at the appropriate time to power the load.

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。   The present invention relates to a method for transmitting power to a receiver to supply power to a load. The method includes generating a pulse of power from a plurality of transmitters, each transmitter having an associated sensor capable of sensing when the transmitter is generating a pulse. Thus, the associated transmitter can transmit the pulses received by the receiver at the appropriate time to power the load.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system comprises a transmitter that transmits a pulse of power having an average transmitted power. The system includes a receiver that receives a pulse of power transmitted by a power transmitter to power a load. The pulses generated by the transmitter result in a higher voltage at the receiver than a continuous-wave system having the same average transmitted power as the transmitter.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system includes a transmitter that transmits a pulse of power. The system comprises a receiver adapted to be placed in a patient that receives a pulse of power transmitted by a power transmitter to power a load.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system comprises a transmitter that transmits a pulse of power having an average transmitted power. The system includes a receiver that receives a pulse of power transmitted by a power transmitter to power a load. The pulses generated by the transmitter provide a higher instantaneous open circuit voltage at the receiver than a continuous wave system with the same average transmitted power as the transmitter, allowing battery recharging at greater distances.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system comprises a transmitter that transmits a pulse of power having an average transmitted power. The system includes a receiver that receives a pulse of power transmitted by a power transmitter to power a load. The pulses generated by the transmitter provide a higher instantaneous open circuit voltage at the receiver than a continuous wave system with the same average transmitted power as the transmitter, allowing direct power supply at a greater distance. .

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system comprises a transmitter that transmits a pulse of power. The system comprises a receiver that receives a pulse of power transmitted by a power transmitter to power a load, and the receiver transmits data when the transmitter is not transmitting a pulse. To do.

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。   The present invention relates to a method for transmitting power wirelessly to a receiver. The method includes sensing power with an RF power sensor. There is a step of transmitting power wirelessly by the transmitter when the power sensed by the sensor is below a threshold.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system includes a transmitter that generates a pulse of power. The system includes a receiver disposed within or behind the attenuating medium. The receiver receives a pulse of power to supply power to the load.

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。   The present invention relates to a system for power transmission. The system comprises a transmitter that generates output power having an average value. The system includes a receiver that receives output power to provide power to a load. The load is powered at a distance greater than that obtained by a continuous wave system at the same average power level as the average value.

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。   The present invention relates to a receiver for receiving a pulse of power wirelessly. The receiver comprises a rectifier that receives a pulse of power, the pulse providing a voltage at the receiver that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse. The receiver includes a storage device in electrical communication with the rectifier, the storage device being powered by the rectifier and providing a predetermined continuous level of power. The receiver includes a load in electrical communication with the storage device, and the load receives power from the storage device.

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。   The present invention relates to a receiver for receiving a pulse of power wirelessly. The receiver comprises a rectifier that receives a pulse of power, the pulse providing an instantaneous open circuit voltage at the receiver that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse, at a greater distance of the battery. Allows recharging. The receiver includes a battery in electrical communication with the rectifier, and the battery receives power from the rectifier.

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。   The present invention relates to a receiver for receiving a pulse of power wirelessly. The receiver comprises a rectifier that receives a pulse of power, the pulse providing an instantaneous open circuit voltage at the receiver that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse, directly at a greater distance. It enables a simple power supply. The receiver includes a storage device in electrical communication with the rectifier, the storage device being powered by the rectifier and providing a predetermined continuous level of power. The receiver includes a load in electrical communication with the storage device, and the load receives power from the storage device. The receiver includes a load in electrical communication with the storage device, and the load receives power from the storage device.

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。   The present invention relates to a method for using pulses of power received wirelessly by a receiver. The method includes receiving a pulse of power by a rectifier of the receiver. There is a step of providing energy from the pulse of power by the rectifier. There is a step of using the energy from the rectifier to power the load.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A full understanding of the invention may be obtained by reference to the following description in conjunction with the accompanying drawings. Throughout the drawings, like reference numerals indicate like parts.

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。   For purposes of the following description, the terms "up", "down", "right", "left", "vertical", "horizontal", "upper", "lower", and their derivatives are Relevant to the present invention, as the orientation of the present invention is defined in the drawings. However, it is to be understood that the invention may take various alternative variations and step sequences, except where expressly stated to the contrary. In addition, it is to be understood that the specific devices and processes illustrated in the accompanying drawings and described in the following specification are merely exemplary embodiments of the invention. Accordingly, the particular dimensions and other physical characteristics associated with the embodiments disclosed herein are not to be considered as limiting.

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。   With reference to FIGS. 2, 8, 11 a, and 11 b, a transmitter 12 is shown for wirelessly transmitting power to a receiver 32 to provide power to a load 16. The transmitter 12 includes a pulse generator 14 for generating a pulse of power. The transmitter 12 includes a power sensor 46 that can sense when other transmitters are transmitting in order to cause the generator to transmit pulses when appropriate.

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。   Preferably, the power sensor 46 is in communication with the pulse generator 14. Alternatively, the power sensor 46 is in communication with the microcontroller 48 that controls the pulse generator 14. Alternatively, the power sensor 46 is in communication with an analog-to-digital converter 36 that is in communication with a microcontroller 48 that controls the pulse generator 14, as shown in FIG.

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。   The pulse generator 14 may include a frequency generator 20 having an output, an amplifier 22 in communication with the frequency generator 20, and an antenna 18. There may be an enabler 24 that controls the frequency generator 20 or amplifier 22 to form a pulse. The enabler 24 preferably defines the time interval between pulses.

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。   The time interval is preferably greater than half of one cycle of the frequency generator 20 output.

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。

Figure 2009523402
The power of the transmitted pulse may be equivalent to the average power of a continuous wave power transmission system. The average power P average of the pulses is preferably determined by:
Figure 2009523402

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。   The pulse generator 14 may generate a continuous amount of power between pulses. The pulse generator 14 may sequentially generate pulses at various output frequencies. Alternatively, the pulse generator 14 may generate pulses at various amplitudes. The pulse generator 14 may include a plurality of frequency generators 20, an amplifier 22, and a frequency selector 39 that is in communication with the frequency generator 20 and the amplifier 22 to determine the correct frequency. Then, it is sent from the frequency generator 20 to the amplifier 22.

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。   The pulse generator 14 may transmit data during the pulse. The pulse generator 14 may transmit data in pulses. The transmitter 12 may include a gain control 26 that controls the frequency generator 20 or amplifier 22 to form a pulse. Gain control 26 may define the time interval between pulses.

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。   The present invention provides a transmitter 12 pulse that can sense when other transmitters are transmitting to ensure that the generator transmits pulses at the appropriate time, as shown in FIG. It relates to a power sensor 46 for the generator 14. The sensor 46 includes the antenna 18. The sensor 46 includes an analog-to-digital converter 36, a voltage comparator, or an input pin as shown in FIG.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 includes a transmitter 12 that transmits a pulse of power, as shown in FIGS. 2 and 8, and the transmitter 12 has other transmissions to ensure that the generator transmits a pulse when appropriate. Detect when the transmitter is transmitting. System 10 includes a receiver 32 that receives pulses of power transmitted by power transmitter 12 to power load 16. Preferably, receiver 32 transmits data when transmitter 12 is not transmitting a pulse.

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。   The present invention relates to a method for transmitting power to a receiver 32 to supply power to a load 16. The method includes generating a pulse of power using the pulse generator 14. In order for the generator to send a pulse at the appropriate time, there is a step of sending a pulse based on the power sensor 46 that can sense when other transmitters are sending.

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。   The present invention relates to an apparatus for transmitting power to a receiver 32 for supplying power to a load 16 as shown in FIGS. The apparatus comprises a plurality of transmitters 12, each of which generates a pulse of power, and each of the transmitters 12 can sense when the transmitter 12 is generating a pulse. Having an associated sensor 46 so that the associated transmitter 12 can transmit pulses received by the receiver 32 at an appropriate time to power the load 16. .

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。   The present invention relates to a method for transmitting power to a receiver 32 to supply power to a load 16. The method includes generating a pulse of power from a plurality of transmitters 12, each transmitter 12 being able to sense when the transmitter 12 is generating pulses. It has a sensor 46 so that the associated transmitter 12 can transmit the pulses received by the receiver 32 at the appropriate time to power the load 16.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission, as shown in FIG. The system 10 comprises a transmitter 12 that transmits a pulse of power having an average transmitted power. System 10 includes a receiver 32 that receives pulses of power transmitted by power transmitter 12 to power load 16. The pulses generated by the transmitter 12 result in a higher voltage at the receiver 32 than a continuous wave system having the same average transmitted power as the transmitter 12.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 includes a transmitter 12 that transmits a pulse of power. The system 10 includes a receiver 32 adapted to be placed in a patient that receives pulses of power transmitted by the power transmitter 12 to power the load 16. FIG. 21 shows the body 52 and the attenuation medium 54 (same in this figure), here the patient, with respect to the system 10. The receiver 32 has an antenna 18 disposed in the patient.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 comprises a transmitter 12 that transmits a pulse of power having an average transmitted power. System 10 includes a receiver 32 that receives pulses of power transmitted by power transmitter 12 to power load 16. The pulses generated by the transmitter 12 provide a higher instantaneous open circuit voltage at the receiver 32 than a continuous wave system with the same average transmitted power as the transmitter 12, allowing recharging of the battery at greater distances. To.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 comprises a transmitter 12 that transmits a pulse of power having an average transmitted power. System 10 includes a receiver 32 that receives pulses of power transmitted by power transmitter 12 to power load 16. The pulses generated by the transmitter 12 provide a higher instantaneous open circuit voltage at the receiver 32 than a continuous wave system having the same average transmitted power as the transmitter 12 to provide direct power supply at a greater distance. enable.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 includes a transmitter 12 that transmits a pulse of power. The system 10 includes a receiver 32 that receives a pulse of power transmitted by the power transmitter 12 to power the load 16, and the receiver 32 transmits the pulse. Send data when not.

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。   The present invention relates to a method for wirelessly transmitting power to a receiver 32. The method includes sensing power with an RF power sensor 46. There is a step of transmitting power wirelessly by the transmitter 12 when the power sensed by the sensor 46 is below a threshold. Preferably, there is a step of waiting for transmitter 12 to transmit power wirelessly when the power sensed by sensor 46 exceeds a threshold.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 includes a transmitter 12 that generates a pulse of power. The system 10 includes a receiver 32 disposed within or behind the attenuation medium. Receiver 32 receives power pulses to provide power to load 16.

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。   The present invention relates to a system 10 for power transmission. The system 10 includes a transmitter 12 that generates output power having an average value. System 10 includes a receiver 32 that receives output power to power load 16. The load 16 is powered at a distance greater than that obtained by a continuous wave system at the same average power level as the average value. The load 16 may be a battery, a circuit, or an LED.

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。   The present invention relates to a receiver 32 that wirelessly receives pulses of power. The receiver 32 includes a rectifier 28 that receives a pulse of power that provides a higher voltage at the receiver 32 than continuous wave power having the same average power as the pulse. Receiver 32 comprises a storage device in electrical communication with rectifier 28, which is powered by rectifier 28 and provides a predetermined continuous level of power. The receiver 32 includes a load 16 in electrical communication with the storage device, and the load 16 receives power from the storage device.

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。   The present invention relates to a receiver 32 that wirelessly receives pulses of power. The receiver 32 includes a rectifier 28 that receives a pulse of power, which provides an instantaneous open circuit voltage at the receiver 32 that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse, at a greater distance. Allows battery recharging. Receiver 32 includes a battery in electrical communication with rectifier 28, and the battery receives power from rectifier 28. In addition to the battery, there may be a rectifier 28 and a storage device in electrical communication with the battery, the storage device being powered by the rectifier 28 and providing a predetermined continuous level of power to the battery.

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。   The present invention relates to a receiver 32 that wirelessly receives pulses of power. The receiver 32 includes a rectifier 28 that receives a pulse of power, which provides an instantaneous open circuit voltage at the receiver 32 that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse, at a greater distance. Enable direct power supply. Receiver 32 comprises a storage device in electrical communication with rectifier 28, which is powered by rectifier 28 and provides a predetermined continuous level of power. The receiver 32 includes a load 16 in electrical communication with the storage device, and the load 16 receives power from the storage device.

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。   The present invention relates to a method for using pulses of power received wirelessly by a receiver 32. The method includes receiving a pulse of power by the rectifier 28 of the receiver 32. There is the step of providing energy from the pulse of power by the rectifier 28. There is the step of powering the load 16 using the energy from the rectifier 28.

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。   Current methods of radio frequency (RF) power transmission in the practice of the present invention use a continuous wave (CW) system, or fixed output power. This means that the transmitter continuously supplies a fixed amount of power to the remote unit (antenna, rectifier, device). However, the rectifier has an efficiency proportional to the power received by the antenna. In order to solve this problem, new methods of power transmission have been developed, including pulsing of transmitted power (carrier frequency on-off keying (OOK)). Transmission pulsing makes it possible to obtain an average value equivalent to that of a CW system at higher peak power levels. This concept is illustrated in FIG. It should be noted that each pulse may have a different amplitude and that the amplitude of each pulse may vary over the duration of that pulse. This means that over the duration of the pulse, the amplitude is constant line shape, increasing or decreasing ramp shape, square-wave shape, sinusoidal shape (Sine-wave shape), meaning that it may take several shapes including but not limited to sine-square-wave shape, or any other shape.

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を得るために、P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およびEは、それぞれ、DCおよびDC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。 As shown in FIG. 1a, CW system provides a fixed / average power P 1. Rectifier circuit, therefore, as shown in FIG. 1c, converts the power received by the efficiency E 1. Shown in 1b, the pulsed transmission method (pulsed transmission method) (PTM) also have an average power P 1, but power is not fixed. Instead, power is to obtain an average P 1, is pulsed at X times the P 1. This allows the system 10 to be equivalent to a CW system when evaluated by a regulatory agency. A major advantage of this method is the efficiency of the rectifier circuit, an increase of the E 2. This means that the device will see an increase in available power and voltage, even though the average transmitted power remains constant for both systems. An increase in direct current (DC) power is seen in FIG. 1d, with E 1 and E 2 corresponding to DC 1 and DC 2 , respectively. A block diagram representation of this system 10 can be seen in FIG. The receiving circuit may take many different forms. An example of a functional device is shown in US Pat. No. 6,615,074 (Apparatus for Energizing a Remote Station and Related Method).

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。   Pulsing is accomplished by first enabling both the frequency generator 20 and the amplifier 22. The enable line, enabled at this point, is then toggled on the frequency generator 20 or amplifier 22 to disable and re-enable one of those devices. This operation produces a pulsed output. As an example, if the enable line on frequency generator 20 is toggled on and off, this corresponds to the generation of RF energy followed by no RF energy. It should be noted that frequency generator 20, amplifier 22, and the enabling and disabling process may be referred to as pulse generator 14 or RF power transmitter 12.

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。   In order to distinguish a PTM from a CW system, it is necessary to define a minimum duration between pulses. This time is a function of the transmission frequency and is limited to half of one cycle of the output from the frequency generator 20. Although it is possible to further reduce the off time, switching during a positive or negative swing generates harmonics that are sent to the antenna 18. This means that frequencies other than the carrier wave are also transmitted, and interference with other frequency bands may result. In practice, however, switching at such a high rate is not advantageous. The response time of the frequency generator 20, amplifier and rectifier 28 is almost always longer than the short duration described. This means that the system 10 cannot respond to changes so quickly and the benefits of the PTM system 10 are reduced.

各ブロックの例は、次のとおりである。   Examples of each block are as follows.

Figure 2009523402
Figure 2009523402

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。

Figure 2009523402
FIG. 3 shows how the pulsed waveform is constructed using the carrier frequency. As can be seen, the pulse simply conveys the duration and amplitude of the transmitted frequency. In addition, a simple equation for determining the average power of the pulsed transmission is also shown. The resulting average of the pulsed signal is equivalent to the CW signal.
Figure 2009523402

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。   An example of where the method may be used is in the range of 890 to 940 MHz. The Federal Communications Commission (FCC) lists requirements for operation in this band in the Code of Federal Regulations (CFR), Title 47, section 15.243. This specification is shown in Appendix A. Regulations on this band specify that emission limits are measured using an average detector and that peak transmission is limited by section 15.35 shown in Appendix B. is doing. This regulation specifies that peak emission is limited to 20 dB (100 times) the average power specified for that frequency band. This corresponds to the restriction of X = 100 in FIG.

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。   Another application of PTM is in charging or recharging power storage devices, including but not limited to batteries, capacitors, or any other power storage device. PTM is well suited for charging or recharging power storage devices because it was designed to receive RF power placed in a PTM power field with a given average output power This is because any circuit produces an open circuit voltage at any distance from the transmitter 12 that is higher than a circuit placed in a CW power field having the same average output power. Open circuit voltage means the voltage shown across the output with the output of the receiver 32 circuit not connected to any load 16 and thus in the open circuit state. The open circuit voltage depends on the amount of power available to a circuit designed to receive RF power. In the PTM power transmission system 10, the output peak power is much higher than the peak power of the CW power transmission system having the same average output power. This open circuit voltage is important for charging and recharging the power storage device because if the open circuit voltage is lower than the voltage on the power storage device, no charge is transferred to the power storage device.

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。   As an example, assume that there are some devices that have a 3 volt (V) battery that always needs to be recharged, but they cannot be moved and the battery cannot be removed. To do. The circuit designed to receive RF power and charge the battery of the device is given the option of using either the CW power transfer system or the PTM power transfer system 10 to supply the RF power. . The device, for any power transfer system 10, is mounted on a wall 20 feet away from where the power transmitter 12 needs to be present. The only requirement given is that the average output power is 5 watts (W). This limit may be specified by regulatory agencies or by health concerns from RF exposure. In a CW system where the power transmitter outputs a constant 5 watts of RF power, the circuit designed to receive the RF power is within 10 feet of the power transmitter, It may have an open circuit voltage of 3 volts. This means that only devices that are within 10 feet of the power transmitter 12 can charge their batteries and thus the system 10 will not work for this example. means. Another option given is the PTM system 10, which allows the power transmitter 12 to have a higher peak output power, but is only on for a portion of the time that the CW power transmitter is on. Corresponding to In this case, it is selected to output 10 times the power. The PTM system 10 outputs 50 watts of peak power, and using Equation 1, it is determined that the power transmitter 12 should output RF power only over 1 / 10th the time of the CW system. May be. Thus, a PTM power transfer system 10 may be set up that outputs 50 watts for 1 second of a 10 second period and is off for the other 9 seconds. According to Equation 1, the PTM power transmitter 12 outputs, on average, the same 5 watts of RF power as the CW system. However, a 50 watt pulse from the PTM system 10 causes a circuit designed to receive RF power to produce a 3 volt open circuit voltage at about 30 feet (about 914.4 cm) during the pulse. This means that a 3V charge storage device, such as but not limited to a battery, may be charged or recharged. With the increased distance or range compared to the CW system, it is easy to see that the obvious choice for implementing this charging solution is the PTM system 10. An example of this can be seen in FIG.

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。   The open circuit voltage of the PTM system 10 may be approximated using the following analysis.

CWシステムの開回路電圧VOC−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。

Figure 2009523402
Open circuit voltage V OC-CW of the CW system, as shown in the following equation, the electric field strength E of the incoming wave by multiplying the effective height h e antenna 18 may be easily calculated by those skilled in the art .
Figure 2009523402

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。

Figure 2009523402
The electric field strength may be related to the transmitted power by the following equation.
Figure 2009523402

式中、Pは伝送される電力、G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。 Where P T is the transmitted power, G T is the gain of the transmitter 12, η is the free space impedance, r is between the RF power transmitter 12 and the RF power harvesting antenna 18. Distance.

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。

Figure 2009523402
Combining the previous two equations shows that the open circuit voltage at a given point in space is directly proportional to the square root of the transmitted power, as shown in the following equation.
Figure 2009523402

したがって、PTMシステム10の開回路電圧VOC−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。

Figure 2009523402
Thus, the open circuit voltage V OC-PTM of the PTM system 10 may be related to the open circuit voltage of the CW system by the square root of X, where X is compared to the CW power level in FIG. This is shown as an increase in pulse amplitude. This equation is shown below.
Figure 2009523402

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。   This analysis was verified using a circuit designed to receive RF power and convert RF power to DC power. The circuit was matched to a 50 ohm input and the circuit was designed to have no load 16. The voltage measured was a DC open circuit voltage. For a CW power transfer system where a given input power level was applied to the circuit, the open circuit voltage was shown to be 2.275 volts. This is not enough voltage to charge the 3 volt battery from the previous example. When switching to the PTM power transfer system 10 where the peak pulse power is twice that of the CW system, but is on for half the time and therefore the average power is the same as the CW system, the open circuit voltage during the pulse is 3. It was 3 volts. The circuit easily gained enough power to charge the battery from the previous example. From the above analysis, the value of the open circuit voltage of the PTM system 10 in the pulse divided by the open circuit voltage of the CW system must be equal to the square root of the pulse multiplier, in this case 2. Thus, 3.3 volts divided by 2.275 is 1.45, which is substantially equal to the square root of 2, or 1.414. In summary, the use of the PTM power transfer system 10 allows recharging of the power storage device with a lower average power than the CW power transfer system.

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。   In a manner similar to increasing the given power level, or the distance at which an open circuit voltage may be received, by a circuit designed to receive RF power, the PTM system 10 It may be used to penetrate areas that are not possible with CW systems. As an example, there are two rooms separated by a thick wall next to each other. Because the wall between the rooms attenuates the transmitted power signal, the CW power transmission system set up in room 1 is in room 2 at the current average output power intended by system 10. No circuit designed to receive RF power can be powered. Instead of increasing the average output power of the CW system so that a reach into room 2 is obtained, a PTM power transfer system 10 may be implemented in room 1. This PTM system 10 allows the same average power to be output from the system 10, but because of the higher peak output power of the pulse, a circuit designed to receive RF power in room 2. Can now receive power from the PTM system 10 at an available voltage level. Usable voltage levels include, but are not limited to, the minimum voltage required to operate the circuit in a direct power supply application and / or for recharging the power storage device, It should be noted that it may be defined as the voltage of the battery or storage element. It should also be noted that devices that do not include a power storage device, such as but not limited to a battery or supercapacitor, are considered to be powered directly.

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。   Similar examples are examples of supplying power to an embedded or immersed device contained within a human, animal, other organism, or other attenuation medium. Many medical devices are becoming smaller and can be safely implanted within the human or animal body. However, these medical devices still require power, whether it is a battery or some form of wireless power transfer. Wireless power transfer is an ideal solution because devices with batteries will eventually need to be replaced. However, similar to the above example having two rooms separated by an attenuation wall, the body still has an attenuation effect on the transmitted power signal. When using a CW power transfer system, the available voltage levels for powering the RF power-harvesting device directly or for charging or recharging the power storage device are: High average output power from the transmitter is required to receive after the signal has been attenuated. This is dangerous for the associated human or animal because the high average power level of RF energy causes heat to be generated in the body as it is attenuated or dissipated into the human or animal body. Because it causes heating, alteration, damage or killing of cells and tissues. When using the PTM power transfer system 10, a much lower average power level of RF energy enters the body and at the same time into a circuit designed to penetrate the attenuator and receive RF power. By allowing RF power to be supplied at a usable voltage level, this problem is eliminated.

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。   Another advantage of PTM is the increase in received voltage for a given transmitter 12 power level. As an example, security sensor 46 may require 20 microwatts (μW) of power to operate at a minimum usable voltage of 1.8 volts. Sensor 46 may be required to operate at a distance of 30 feet (about 914.4 cm). The limiting factor in this example is most likely the voltage required by sensor 46, not the amount of power required. More specifically, sensor 46 may receive 20 μW of power at a distance of 30 feet, but the voltage may be significantly lower than 1.8 volts. In order to compensate for the low voltage level at the receiver 32, a continuous-wave transmitter is used to allow the receiver 32 to supply 1.8 volts to the sensor 46 (approximately 30 feet). More power needs to be transmitted, resulting in greater than 20 μW at 914.4 cm). However, in the PTM system 10, the pulse amplitude, or peak output power, may be set by examining the minimum voltage required by the sensor 46, and the duty cycle of the pulse waveform is required by the sensor 46. It may be set according to the amount of power to be generated. Accordingly, for the example shown, the CW system may provide 500 μW at a distance of 30 feet to obtain 1.8 volts. The PTM system 10 uses the same pulse peak power level as the CW system to provide 1.8 volts to the sensor 46. However, the PTM system 10 uses a 4 percent (20 μW / 500 μW) duty cycle to provide the sensor 46 with only the 20 μW required by the sensor 46. As a result, the PTM system 10 meets the requirements of the sensor 46 by using an average transmitted power that is 96% less than the power transmitted in the CW system.

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。   The present invention is at any frequency and is not limited to any dipole, dipole array, monopole, patch, Yagi, helical, horn, dish, corner reflector, panel or any other antenna 18, or any other It should be noted that the antenna 18 is used to operate. These antennas 18 may have any polarization, such as, but not limited to, straight, horizontal, vertical, circle, ellipse, double, double circle, double ellipse, or any other polarization. It may be designed. The method further operates with multiple antennas 18 connected to one transmitter 12 and using any type of polarization described above and any polarization described above.

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。   Tests were conducted in the 98 MHz FM radio band. Tests were conducted in a shielded room to avoid interference with wireless services. Using a constant period of 100 milliseconds (ms) and 1 second, the pulse duty cycle was varied from 100 percent (CW) to 1 percent. These are shown in Table 2 and Table 3, respectively. The amplitude of the pulse was adjusted to obtain an average power of 1 milliwatt (mW). The table shows the various duty cycles tested and the DC voltage and power converted by the receiver 32. The receiving circuit is shown in FIG. As can be seen from Table 3, by changing the duty cycle from 100% to 1%, the received DC voltage increases about 10 times and the power increases about 100 times.

Figure 2009523402
Figure 2009523402

Figure 2009523402
Figure 2009523402

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。   Another example of a frequency band that may be useful when implementing the method includes the Industrial, Scientific, and Medical Band (ISM). This band regulates industrial, scientific, and medical equipment that emits electromagnetic energy on frequencies in the radio frequency spectrum to prevent harmful interference to licensed wireless communication services. Provided. These bands include: 6.78 MHz ± 15 KHz, 13.56 MHz ± 7 KHz, 27.12 MHz ± 163 KHz, 40.68 MHz ± 20 KHz, 915 MHz ± 13 MHz, 2450 MHz ± 50 MHz, 5800 MHz ± 75 MHz, 24125 MHz ± 125 MHz, 61.25 GHz ± 250 MHz, 122.5 GHz ± 500 MHz and 245 GHz ± 1 GHz.

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。
The pulsed transmission system 10 has a number of advantages. Some of them are listed below.
1. Increasing the efficiency of the rectifier 28 increases the overall efficiency of the system 10. To help illustrate this statement, the data in Table 3 is reviewed. The CW system (100% duty cycle) was able to receive and convert 0.255 μW of power, whereas 1.00% PTM captured 27.821 μW. This is an increase in efficiency over 10,000%.
2. A larger output voltage can be obtained when the average is compared to a CW system. This is caused by the increased efficiency of the rectifier 28. This is also the cause of the large power pulse that produces a large voltage pulse at the input to the filter 30 of FIG. Large voltage pulses are filtered and provide a larger voltage, assuming the load 16 is large.
3. The increased efficiency of the system 10 allows the use of less average transmit power to obtain the same received DC power. This brings the following advantages:
a. Due to the decrease in average transmitted power, the human safety distance from the transmitter 12 is reduced. (Human Safety Distance is transmitted to ensure that humans are not exposed to higher RF field strengths than permitted by the FCC human safety regulations. A term used to describe how far a person must be from a source, for example, the allowed field intensity for exposure of the general population at 915 MHz is 0.61 mW / cm 2 .)
b. Less average transmitter 12 power allows operation in a larger number of bands, including bands that do not require a license, such as the Industrial Science and Medical (ISM) band.
c. For licensed bands, a decrease in average transmitter 12 power leads to a decrease in the amount of licensed power.
4). By using the PTM power transfer system 10, the power storage device can be recharged at a lower average output power than the CW power transfer system.
5. Without increasing the average output power of the transmitter 12 in the system 10, at higher distances, higher power levels and DC open circuit voltages are possible, but also penetrate objects that attenuate RF energy. It is also possible to supply power.

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。   Although there are current patents similar to the methods described, their basic approach to the problem is for a different purpose. U.S. Pat. No. 6,664,770 describes a system for supplying power to a remote device including a direct current to direct current (DC-DC) converter using a pulse modulated carrier frequency. The DC-DC converter is used to convert the level of the input DC voltage up or down depending on the topology chosen. In this case, a boost converter is used to increase the input voltage. For the purpose of increasing the received voltage, the device derives its power from the incoming field, and further uses the modulation contained in the signal to make a transistor (the basic in a DC-DC converter). Switching). The waveforms described herein have characteristics similar to those described in the referenced patents. The system 10 described herein has a number of differences. The proposed receiver 32 does not include a DC-DC converter. In fact, the method was developed for the purpose of increasing the received DC voltage without the need for a DC-DC converter. Furthermore, the modulation contained in the proposed signal is not intended for use as a clock to drive the switching transistor. Its purpose is to allow the use of large peak power to increase the efficiency of the rectifier circuit, so that there is no need for a DC-DC converter or a derivation of the clock from the incoming pulsed signal. Without increasing the output voltage of the receiver 32.

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。   As mentioned above, the pulsed waveform is not intended for use as a clock signal. Since the pulsed waveform alone does not produce a sufficiently large voltage increase (due to increased efficiency), if a DC-DC converter 42 is required in the receiving circuit, the DC-DC converter 42 is a rectifier. Implemented using an on-board clock generated using 28 pure DC outputs. Generation of the clock within the receiver 32 is more efficient than including additional circuitry to derive the clock from the input pulse waveform, and thus provides greater receiver 32 efficiency than the referenced patent. I know that. FIG. 5 shows how this system 10 is implemented.

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。   Lucent Digital Radio, Inc., a venture company between Lucent Technologies and Pequot Capital Management, Inc., is testing to integrate digital radio services into existing analog radio signals without interacting with current services. Recently done and successful. As this is shown, it has been found advantageous to integrate power transfer signals such as those described herein into existing RF equipment (radio, television, mobile phone, etc.). Is possible. This allows the station to provide content along with power to devices in a specific area.

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。   It should be noted that pulsing output power from the transmitter (OOK) also produces a pulsed output from the rectifier in the receiving circuit. As an example, if the transmitted power is pulsed at 60 Hz using a 50 percent duty cycle, the on-time will be about 8.3 ms and the off-time will be about 8.3 ms. This means that the rectifier does not supply current to the load during the off period. Therefore, it may be necessary to add a storage element to the output of the rectifier to ensure that the output voltage or current does not drop more than a predetermined value during the pulse off period. As an example, a storage capacitor may be included at the output of the rectifier. The storage capacitor may also be viewed as a filter that is used to remove the frequency of the pulse power. This filter capacitor should not be confused with the filter capacitor used in the rectifier to remove the carrier from the DC output. In most cases, the pulse frequency and the carrier frequency require significantly different frequencies and therefore require different filtering elements. As an example, the output of the rectifier may include a 100 pF high-Q capacitor to remove the 915 MHz carrier frequency with minimal loss. The pulse frequency may be 60 Hz, which is much larger than that used in the rectifier to store energy during the 8.3 ms off period (or to filter the pulses) Requires a capacitor.

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。
Pulse transmission method-2
When multiple transmitters 12 are used, the pulse transmission method provides a solution to another common problem called phase cancellation. This problem occurs when two (or more) waves interact. If one wave is 180 degrees out of phase with the other, the opposite phase cancels and little or no power is available, and the region becomes invalid. The pulse transmission method alleviates this problem due to its non-CW characteristics. This allows multiple transmitters 12 to be used simultaneously without cancellation by assigning a time slot to each transmitter 12 such that only one pulse is active at a given time. If the number of transmitters 12 is small, the probability of pulse collision is low, so no time slot may be required. The hardware of system 10 is shown in FIG. 6a and the signals are shown in FIG. 6b. The control signal is used to activate each transmitter 12 over its assigned time slot. The time slot selector 38 enables or disables the transmit block by providing a signal to the frequency generator 20 and / or amplifier 22 in a number of ways, including but not limited to the microcontroller 48. May be implemented.

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。   The time slot selector 38 may also be designed to be wireless so that each transmitter 12 can operate independently. The time slot selector 38 can sense when another RF power transmitter 12 near the RF power transmitter 12 is transmitting RF power, such as but not limited to the one shown in FIG. The RF power sensing device may be implemented in a number of ways, including but not limited to adding to the transmitter 12. The RF power sensor 46 may include at least one antenna 18, rectifier 28 or RF-DC converter 36, and / or filter 30, such as, but not limited to, an RF energy harvesting circuit (RF energy harvesting circuit). When the time slot selector 38 senses that RF power has already been transmitted from another RF power transmitter 12 (ie, the output from the power sensor exceeds a threshold such as a voltage threshold) The RF power transmitter 12 waits for a specified period of time, such as but not limited to one pulse duration, to sense RF power again and no other RF power is being transmitted. Transmit RF power (ie, when the output from the power sensor is below a threshold). Control of the RF power transmitter 12 may be performed by a microcontroller 48 in communication with an RF power sensor 46, such as, but not limited to, output from the microcontroller 48 as shown in FIG. May be used to control the RF power transmitter 12 by use of the enable or gain control 26 line shown in the numerous figures described herein. The microcontroller 48 may include an analog-to-digital converter 36, a voltage comparator, or a standard input pin for sensing the presence of RF power pulses from another RF power transmitter 12. Whether the microprocessor sends an RF power pulse, or waits for a predetermined time period before sending an RF power pulse, depending on the status of the analog-to-digital converter 36, voltage comparator, or standard input pin May be determined. FIG. 9 shows an algorithm that may be used by microcontroller 48 to determine the timing of transmitted RF power pulses.

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。   In certain applications, the time slot selector 38 has the purpose of sensing the RF power obtained from other RF power transmitters 12, and the equivalent field strength generated by any pulse overlap (if any). An RF power sensor 46, such as, but not limited to, that used to adjust the output of the corresponding RF power transmitter 12 to ensure that regulatory limits are not exceeded. May be. The equivalent field strength of other RF power transmitters 12 can be used to determine the voltage, current, and / or power level from the output of the RF power sensing device in communication with the controller or in a number of diagrams described herein. By using an analog-to-digital converter 36, a voltage comparator, or other application specific voltage, current, and / or power level sensing circuitry directly connected to the enable or gain control 26 line shown. May be determined by measuring. An example of this method can be seen in FIG.

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。   In certain applications, it may be advantageous to have overlap within the time slot, which is controlled by the time slot selector 38 using the amplitude and time slot controlled using the RF power sensor 46. It may be controlled. The RF power sensor 46 may include at least one antenna 18, rectifier 28 or RF-DC converter 36, and / or filter 30, such as, but not limited to, an RF energy harvesting circuit (RF energy harvesting circuit). The output of the RF power sensor 46 includes, but is not limited to, a microcontroller 48, an analog, for the purpose of determining whether the RF power transmitter is currently transmitting RF power pulses and the amplitude of the corresponding pulse. The output of the RF power sensor 46 may be connected to a device, such as a digital converter 36, a voltage level detection circuit, or the RF power pulse transmission shown in a number of figures described herein; It may be directly connected to the enable or gain control 26 line on the RF amplifier 22 in the generator 12 or pulse generator 14.

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。   Note that the RF power sensor 46 may use its own antenna 18 or may share the antenna 18 with the RF power transmitter 12, as shown in FIGS. 11a) and 11b), respectively. Should. The switching control of the antenna 18 may be performed using the same microcontroller 48 in communication with the RF power sensor 46, or a switch may be implemented using a circulator or directional coupler. In certain applications, an enable or pulse generator 14 is used to ensure that the output of the RF amplifier 22 is never active while the RF power sensor 46 is connected to the antenna 18. It may be advantageous to control the operation of the antenna 18 switch.

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。
Pulse transmission method-3
A somewhat easier way to achieve a multiple transmitter 12, multiple frequency pulse transmission method is to manufacture each transmitter 12 using exactly the same parts and design. Those skilled in the art know that all parts have tolerances based on slight manufacturing changes and temperature changes from part to part. Thus, the manufacture of two or more identical transmitters 12 has the result that they have a slight variation in the frequency generated by the frequency generator 20 and the amplitude of the output signal. Bring. These variations may be caused by separately manufactured parts, or may be the result of one transmitter 12 being placed in a position that is slightly warmer than the other transmitters. These slight differences between the same transmitter 12 substantially place the same transmitter 12 on a slightly different frequency or channel, resulting in the results shown in FIG. A slight difference in frequency ensures that at a given point in space, signals from multiple transmitters 12 will always drift between out-of-phase and in- Means that they interfere destructively at later times, and they constructively interfere at later times, and thus mean received power is the same as without interference. .

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。
Pulse Transmission Methods-Variations There are a number of extensions of the three methods previously described herein. Such extensions include, but are not limited to:

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。   Modification 1 Variant of Technology 1—The carrier does not go to zero completely, and maintains a finite value to provide a low power state such as a sleep mode of the device. This method is illustrated by the block diagram of FIG. 13a and the pulse waveform of FIG. 13b. The blocks are described in Table 1. The enable signal line is replaced by a gain control 26 line that is used to adjust the level of the output signal. The gain control 26 line may be implemented in a number of ways. On the frequency generator 20, the gain control 26 line is a serial input to a phase locked loop (PLL) that is used to program an internal register that has a number of responsibilities including adjustment of the output power of the device. May be. The gain control 26 on the amplifier 22 may be just a resistive divider that is used to adjust the gate voltage on the amplifier 22 and consequently change the gain of the amplifier 22. It should be noted that the gain control 26 line may adjust the amplifier 22 to have both positive and negative gain. This is true for all references to the gain control 26 line within this specification.

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。   Variation 2 Variant of Technique 1—Transmitter 12 may sequentially pulse different frequencies to reduce the average power for that channel. Each frequency and / or pulse may have a different amplitude. In FIG. 14a, each frequency generator 20 generates a different frequency. All these frequencies are fed into a frequency selector 39 which determines the correct frequency and sends it to the amplifier 22. This block may be implemented using a microcontroller 48 and a coaxial switch. Microcontroller 48 is programmed using an algorithm that activates the correct coaxial switch within the appropriate time slot to generate the waveform of FIG. 14b. Multiple frequency generators 20 may be implemented using a single component capable of changing the output frequency, such as, but not limited to, a PLL, so that the need for frequency selector 39 is There is a possibility of disappearing. This is true for all methods where multiple frequency generators 20 are required.

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。   Modification 3 Variation of Technique 2-Each transmitter 12 and / or frequency may have a different amplitude. In the block diagram of FIG. 15a, gain control 26 has been added to generate the various output signal levels shown in FIG. 15b.

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。   Variation 4 Variant of Technique 3—To eliminate the need for multiple transmission units, one transmitter 12 may be used to transmit all channel frequencies sequentially. This is similar to a CW system using frequency hopping, but no data is transmitted and the purpose is for power harvesting. Each channel may have a different amplitude. All these frequencies are fed into a frequency selector 39 which determines the correct frequency and sends it to the amplifier 22. This block may be implemented using a microcontroller 48 and a coaxial switch. The enable is removed because of the continuous nature of the output signal. A block diagram of this method can be seen in FIG. 16a and the pulse waveform is shown in FIG. 16b.

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。   Variation 5 Variation of Technique 4—This waveform (multiple frequencies) may be pulsed as described in Method 1. The single frequency, constant amplitude pulse in Method 1 is replaced by a pulse containing a time slot. Each time slot may have a different frequency and amplitude. An enable line has been added to allow the system 10 to turn the output on and off for pulsing. The gain control 26 line, the enable line, and the frequency selector 39 function as described above. A block diagram of this method is seen in FIG. 17a and the pulse waveform is shown in FIG. 17b.

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。   Variation 6 Variation of Technique 3—Each transmitter 12 and / or frequency may have a different amplitude. A gain control 26 line has been added to allow the output signal level to be changed. A block diagram of this method can be seen in FIG.

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。   Variant 7 Variant of Technique 4—Multiple transmitters 12 may transmit all channel frequencies sequentially, and each channel may occur in a different time slot at a different transmitter 12. In this method, a control signal (Control signal) for synchronizing a plurality of transmitters 12 at a plurality of frequencies in such a manner that each transmitter 12 is always on a different channel compared to the other transmitters 12. Is used. The system 10 also includes a gain control 26 for changing the output level of each transmitter 12. The control line may be driven by a microcontroller 48 programmed using an algorithm aimed at assigning each transmitter 12 a different frequency for the current time slot. In the next time slot, the microcontroller 48 changes the frequency assignment and at the same time ensures that all transmitters 12 are operating on separate channels. The gain control 26 of each transmitter 12 may be controlled by the same main microcontroller 48, or may be controlled by a microcontroller 48 that is local to that transmitter 12. The enable line allows the transmitter 12 to do so if it finds beneficial to disable itself. A block diagram of this method can be seen in FIG. 19a and the pulse waveform is shown in FIG. 19b.

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。
Note It should be noted that the pulse width and period of the sequential pulse may change over time. Further, the duration of each time slot may be different and may vary with time.

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。   If the remotely powered device is a wireless sensor 46 or other device that returns report data to the base station at intervals, the concern is to power the device or to store power That is, the RF power signal (whether CW or PTM) used to charge the device can interfere with the wireless device transmitting the data. In the case of PTM, the wireless device senses when a pulse is entering and transmits its data during the off period of the pulse (using an antenna separate from or shared with the power system). May be designed to do. This effectively eliminates any interference to the wireless device that transmits data periodically. This is another advantage over the CW system that PTM has. The CW system is always on, so the potential for interference is much greater.

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。   For communication purposes, data may be included in the pulse. This is accomplished by including a data line in the frequency generator 20 shown in the previous figures. This line is used to modulate the carrier frequency. Receiver 32 includes additional equipment for extracting data from the input signal. This is illustrated in FIG.

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。   The present invention should not be confused with power transfer by inductive coupling, which requires the device to be relatively close to the power transmission source. In the RFID Handbook by author Klaus Finkenzeller, the inductive coupling region is defined as the distance between the transmitter and the receiver being less than 0.16 times lambda, where lambda is the wavelength of the RF wave. The proposed invention may be implemented in near-field regions (sometimes referred to as inductive regions) and in far-field regions. The far-field region is a distance greater than 0.16 times lambda.

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。   Although the foregoing description details preferred embodiments of the invention, it is to be understood that modifications, additions and changes to those embodiments may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Will be understood by those skilled in the art.

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。
Brief Description of Drawings
1 is a diagrammatic illustration of a pulse transmission technique of the present invention. 1 is a diagrammatic illustration of a pulse transmission technique of the present invention. 1 is a diagrammatic illustration of a pulse transmission technique of the present invention. 1 is a diagrammatic illustration of a pulse transmission technique of the present invention. It is a block diagram of the transmission system of this invention. Fig. 4 shows how a pulsed waveform is constructed using the carrier frequency. Fig. 4 shows an example of recharging a battery using a pulsed transmission method system. FIG. 3 is a block diagram of a receiver having a clock generator. FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of multiple transmitters, single frequency, multiple time slots. FIG. 6b is a pulse as a function of time associated with the embodiment shown in FIG. 6a. FIG. 3 is a block diagram of a time slot selector implemented using an RF power sensor that includes an RF energy harvesting circuit. 2 is a block diagram of a microprocessor in communication with an RF power sensor for controlling an RF power transmitter. FIG. An algorithm that may be used by the controlling microprocessor. 1 is a block diagram of an RF power sensor connected to circuitry used to provide a digital signal to a microprocessor for controlling an RF power transmitter. FIG. FIG. 3 is a block diagram of an RF power sensor implemented using a separate antenna. 1 is a block diagram of an RF power sensor implemented using an RF power transmit antenna. FIG. FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention without multiple transmitters, multiple frequencies, and time slots. FIG. 4 is a block diagram of a single transmitter, single frequency, non-zero return embodiment of the present invention. 13b is a graph of power versus time associated with the embodiment shown in FIG. 13a. FIG. 4 is a block diagram of a single transmitter, multiple frequency, multiple time slot embodiment of the present invention. 14b is a graph of power versus time associated with the embodiment shown in FIG. 14a. FIG. 4 is a block diagram of a multiple transmitter, single frequency, multiple time slot embodiment of the present invention. 15b is a graph of power versus time associated with the embodiment shown in FIG. 15a. FIG. 4 is a block diagram of a single transmitter, multiple frequency, multiple timeslot, non-zero return embodiment of the present invention. Fig. 16b is a power versus time graph associated with the embodiment shown in Fig. 16a. FIG. 3 is a block diagram of a single transmitter, multiple frequency, multiple time slot, zero return embodiment of the present invention. 18 is a power versus time graph associated with the embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention for multiple transmitters, multiple frequencies, no time slots, and amplitude variation. FIG. 4 is a block diagram of multiple transmitters, multiple frequencies, multiple time slots, and amplitude changes. 19b is a graph of power versus time associated with FIG. 19a. It is a block diagram of the receiver containing a data extraction apparatus. Figure 3 shows the body and attenuation medium for the present invention.

Claims (39)

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。
A transmitter for wirelessly transmitting power to a receiver to supply power to a load,
A pulse generator for generating a pulse of power;
A transmitter comprising a power sensor capable of sensing when another transmitter is transmitting to cause the generator to transmit the pulse when appropriate.
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。   The transmitter of claim 1, wherein the power sensor is in communication with the pulse generator. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the power sensor is in communication with a microcontroller that controls the pulse generator. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the power sensor is in communication with an analog-to-digital converter in communication with a microcontroller controlling the pulse generator. 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。
A power sensor for a transmitter pulse generator, capable of sensing when other transmitters are transmitting to ensure that the generator transmits the pulses when appropriate A power sensor,
An antenna,
A power sensor comprising an analog-to-digital converter, a voltage comparator or an input pin.
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。
A system for power transmission,
A transmitter that transmits a pulse of power and senses when other transmitters are transmitting to cause the generator to transmit the pulse when appropriate;
A receiver for receiving the pulse of power transmitted by the power transmitter to supply power to a load.
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。   The system of claim 6, wherein the receiver transmits data when the transmitter is not transmitting a pulse. 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。
A method for transmitting power to a receiver to supply power to a load, comprising:
Generating a pulse of power using a pulse generator;
Transmitting the pulse based on a power sensor capable of sensing when another transmitter is transmitting to ensure that the generator transmits the pulse at an appropriate time. Including.
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。
An apparatus for transmitting power to a receiver to supply power to a load,
A plurality of transmitters, each of the plurality of transmitters generating a pulse of power, and each of the plurality of transmitters senses when the transmitter is generating the pulse; Capable of having an associated sensor so that the associated transmitter transmits the pulses received by the receiver at an appropriate time to power the load. Device possible.
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。
A method for transmitting power to a receiver to supply power to a load, comprising:
Generating a pulse of power from a plurality of transmitters, each of the plurality of transmitters having an associated sensor capable of sensing when the transmitter is generating the pulses. , Whereby the associated transmitter is capable of transmitting the pulses received by the receiver at an appropriate time to power the load.
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。
A system for power transmission,
A transmitter for transmitting a pulse of power having an average transmitted power; and
Receiving a pulse of the power transmitted by the power transmitter to power a load, the pulse generated by the transmitter having the same average as the transmitter A system that provides a higher voltage at the receiver than a continuous wave system with transmitted power.
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。
A system for power transmission,
A transmitter that transmits a pulse of power; and
A receiver adapted to be placed in a patient, the receiver receiving the pulse of power transmitted by the power transmitter to power a load ,system.
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。
A system for power transmission,
A transmitter for transmitting a pulse of power having an average transmitted power; and
Receiving a pulse of the power transmitted by the power transmitter to power a load, the pulse generated by the transmitter having the same average as the transmitter A system that provides a higher instantaneous open circuit voltage at the receiver than a continuous wave system with transmitted power, allowing recharging of the battery at a greater distance.
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。
A system for power transmission,
A transmitter for transmitting a pulse of power having an average transmitted power; and
Receiving a pulse of the power transmitted by the power transmitter to power a load, the pulse generated by the transmitter having the same average as the transmitter A system that provides a higher instantaneous open circuit voltage at the receiver than a continuous wave system with transmitted power, allowing direct power supply at greater distances.
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。
A system for power transmission,
A transmitter that transmits a pulse of power; and
A receiver that receives the pulse of power transmitted by the power transmitter to supply power to a load, wherein the transmitter transmits data when the transmitter is not transmitting a pulse. A system comprising:
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。
A method for transmitting power wirelessly to a receiver,
Sensing power with an RF power sensor;
Wirelessly transmitting power by a transmitter when the power sensed by the sensor is below a threshold.
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。   17. The method of claim 16, comprising waiting for power to be transmitted wirelessly by the transmitter if the power sensed by the sensor exceeds the threshold. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the pulse generator includes a frequency generator having an output and an amplifier in communication with the frequency generator. 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。   19. The transmitter of claim 18, including an enabler that controls the frequency generator or the amplifier to form the pulse. 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。   The transmitter of claim 19, wherein the enabler defines a time interval between pulses. 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。   21. The transmitter of claim 20, wherein the time interval is greater than half of one cycle of the frequency generator output. 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。   The transmitter of claim 21, wherein the power of the transmitted pulse is equivalent to an average power of a continuous wave power transmission system. 前記パルスの前記平均電力P平均は、
Figure 2009523402

によって決定される、請求項22に記載の送信器。
The average power P average of the pulses is
Figure 2009523402

The transmitter of claim 22, determined by:
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。   The transmitter of claim 1, wherein the pulse generator generates a continuous amount of power between pulses. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the pulse generator sequentially generates pulses at various output frequencies. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the pulse generator generates pulses at various amplitudes. 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。   The pulse generator includes a plurality of frequency generators, an amplifier, and a frequency selector, and the frequency selector is in communication with the frequency generator and the amplifier, and determines a correct frequency to determine the frequency generator. 27. The transmitter of claim 26, wherein the transmitter sends to the amplifier. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the pulse generator transmits data during the pulse. 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。   The transmitter of claim 1, wherein the pulse generator transmits data within the pulse. 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。   The transmitter of claim 18, comprising gain control that controls the frequency generator or the amplifier to form the pulse. 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. The transmitter of claim 30, wherein the gain control defines a time interval between pulses. 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。
A system for power transmission,
A transmitter for generating a pulse of power; and
A receiver disposed within or behind an attenuation medium, wherein the receiver receives the pulse of power to power a load.
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。
A system for power transmission,
A transmitter that generates output power having an average value;
A receiver for receiving the output power to supply power to the load, wherein the load has power at a distance greater than that obtained by a continuous wave system at the same average power level as the average value. Supplied with the system.
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。   34. The system of claim 33, wherein the load is a battery, circuit, or LED. 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。
A system for power transmission,
A transmitter that transmits a pulse of power; and
Receiving a pulse of the power transmitted by the transmitter to supply power to the load, the load having a predetermined power requirement, and the transmitter being fixed A system that uses less average output power than a transmitter that outputs a greater amount of power to meet the predetermined power requirement.
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。
A receiver for receiving a pulse of power wirelessly,
A rectifier for receiving the pulse of power, wherein the pulse provides a higher voltage at the receiver than continuous wave power having the same average power as the pulse;
A storage device in electrical communication with the rectifier and powered by the rectifier to provide a predetermined continuous level of power;
A receiver comprising a load in electrical communication with the storage device and receiving power from the storage device.
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。
A receiver for receiving a pulse of power wirelessly,
A rectifier that receives the pulse of power, the pulse providing an instantaneous open circuit voltage at the receiver that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse, and at a greater distance of the battery. A rectifier that allows recharging, and
A receiver comprising a battery in electrical communication with the rectifier and receiving power from the rectifier.
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。
A receiver for receiving a pulse of power wirelessly,
A rectifier that receives the pulse of power, the pulse providing an instantaneous open circuit voltage at the receiver that is higher than continuous wave power having the same average power as the pulse, at a greater distance, directly A rectifier that enables a reliable power supply,
A storage device in electrical communication with the rectifier and powered by the rectifier to provide a predetermined continuous level of power;
A receiver comprising a load in electrical communication with the storage device and receiving power from the storage device.
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。
A method for using a pulse of power received wirelessly by a receiver comprising:
Receiving the pulse of power by the rectifier of the receiver;
Providing energy from the pulse of power by the rectifier;
Using the energy from the rectifier to power the load.
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