[发明专利]整流天线阵子阵划分方法

说明书

本发明公开了一种整流天线阵子阵划分方法，包括：输入整流天线阵特征参数、整流通道效率参数、辐射功率参数与子阵划分类型参数；获得辐射功率密度曲线；获得整流通道效率曲线；获得子阵整流效率表达式；按照子阵整流效率建立目标函数；对整流天线阵进行均匀子阵划分；按照子阵划分类型选择优化设计变量；按照子阵划分类型获得约束函数；建立整流天线阵子阵划分优化模型；求解整流天线阵子阵划分优化模型；输出子阵划分方案；获得子阵划分方案下各子阵模块单元数。本发明以整流效率为目标，对整流天线阵进行子阵划分，可以实现整流天线阵总整流效率最大化。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及雷达天线技术领域中的一种整流天线阵子阵划分方法。

背景技术

空间太阳能电站是在空间将太阳能收集、转换为电能，并通过无线能量传输装置传回地面，再经过由地面整流天线转换为地面电力的系统，可以为人类提供丰富、可靠的清洁能源。在地面担当将微波能量转换为直流电的整流天线是微波无线能量传输系统的重要组成部分，其接收和转换效率关系到能量无线传输的成败，因此国内外学者均针对整流天线接收和转换微波能量进行研究，试图提高其转换为直流电的转换效率。

T.Sakamoto等人在文献“5.8-GHz series/parallel connected rectenna arrayusing expandable differential rectenna units”(IEEE Transactions on Antennasand Propagation,vol.61,no.9,September2013)中提出了一种串行与并行连接的整流天线阵，在实验室环境下实现了高于38％的转换效率；虽然文献针对阵列天线阵的排列设计采用了单一子阵的形式，但其没有进行多种类型子阵的排列。郭根武在“微波无线能量传输地面演示系统研究”(2015年西安邮电大学硕士研究生学位论文)中搭建了一套微波无线能量传输的地面演示系统，并进行了整流天线设计，设计了三种子阵单元；但其设计方法按照子阵单元之间等间距设计，无法找到最优子阵排布设计方案。因此，本文从最优化的角度出发，以整流天线整流效率为目标函数，建立子阵划分的优化设计模型，从优化模型中得到整流天线子阵划分最优设计方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种整流天线阵子阵划分方法。该方法基于最优化设计的思想，以整流天线整流效率为目标函数，建立子阵划分的优化设计模型，从优化模型中得到整流天线子阵划分最优设计方案。

本发明的技术方案是整流天线阵子阵划分方法，包括如下步骤：

(1)输入整流天线阵特征参数、整流通道效率参数、辐射功率参数与子阵划分类型参数

输入用户提供的整流天线阵特征参数、整流通道效率参数、辐射功率参数与子阵划分类型参数；其中，整流天线阵特征参数包括工作频率、整流天线阵口径；整流通道效率参数包括在起点、终点、拐点上不同的整流效率值；辐射功率参数包括最大辐射功率密度值、辐射功率曲线类型；子阵划分类型参数包括子阵划分类型总数、子阵划分各类型横纵向尺寸；

(2)获得辐射功率密度曲线

按照下式计算获得辐射功率密度曲线：

p(r)＝p₀exp(-4ln10r²/a²)

其中，p表示辐射功率密度曲线，r表示整流天线阵上任一点到中心点的距离，p₀为步骤(1)中输入的最大辐射功率密度值，exp表示自然对数的指数运算，ln表示自然对数运算，a表示步骤(1)中输入的整流天线阵口径；

(3)获得整流通道效率曲线

3a)按照下式计算获得辐射功率值

W＝∫_σp(r)dσ