[发明专利]封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统

说明书

本发明公开了封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统，属于无线电技术领域。本发明通过引入寄生散射器，调整寄生散射器中可调反射负载的阻抗实现封闭空间内电磁波聚焦位置可重构，使得封闭空间内微波能量接收器的位置不再受限于离散分布的驻波波腹点位置，在封闭空间内环境发生变化时以及微波能量接收器移动的过程中保持较高的能量传输效率，从而实现了系统针对环境变化的自适应调整和对移动接收器的跟踪供电。

技术领域

本发明公开了封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统，属于无线电技术领域。

背景技术

与开放空间的无线收发技术相比，封闭空间内电磁波不存在辐射损耗。微波电磁波在封闭空间内多次来回反射导致的多径现象不利于通讯领域的信号传播，但有利于无线能量的高效传输。对于同样的收发机间距，封闭空间内微波能量传输可能达到的效率远高于开放空间，封闭空间内微波能量传输技术可以用于为建筑物或车船内部的手机、无线传感器、射频识别标签等电子设备提供无线充电。因此采用封闭空间传输微波能量有可能实现在较远距离上对电子设备的高效率无线供电。然而，现有的技术要求被供电的电子设备放置于封闭空间内电磁驻波的波腹点附近。对于特定的微波频率，驻波波腹点的分布取决于封闭空间的尺寸与结构，且驻波波腹点位置固定。因此该技术要求电子设备的位置相对固定，且需要事先确定微波波腹点的位置，对于复杂结构的封闭空间而言，驻波波腹点的位置通常需要通过较为复杂的仿真运算或者实测确定。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统，通过在封闭空间内无线能量传输系统中引入寄生散射器，实现了封闭空间内电磁波聚焦位置的动态调整，解决了封闭空间内微波能量接收器位置受限于离散分布的驻波波腹点位置的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统，包括：

无线能量发射器，在封闭空间内激励形成电磁波，

至少一个寄生散射器，对无线能量发射器激励形成的电磁波进行散射，形成幅度和相位可调的散射电磁波，及，

无线能量接收器，接收无线能量发射器激励形成的电磁波以及寄生散射器散射的幅度和相位可调的电磁波。

作为封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统的进一步优化方案，寄生散射器包括电磁波散射单元以及加载在其终端的可调反射负载，所述电磁波散射单元接收无线能量发射器激励形成的电磁波的部分能量并将接收到的微波能量输出至可调反射负载，可调反射负载将其接收到的微波能量调节为幅度和相位可调的反射波反射回电磁波散射单元，并通过电磁波散射单元在封闭空间内形成幅度和相位可调的散射电磁波。

再进一步的，封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统中，可调反射负载为具有开路和短路两种状态的PIN二极管或场效应晶体管。

再进一步的，封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统中，可调反射负载为采用变容二极管实现的阻抗可调的容性负载。

再进一步的，封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统中，可调反射负载为采用变容二极管级联阻抗变换传输线实现的阻抗可调的感性负载。

再进一步的，封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统中，可调反射负载包括单刀多掷射频开关及加载在其各端口的集总参数不同的电容电感元件。

作为封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统的再进一步优化方案，无线能量发射器包括：

微波功率源，产生微波能量并馈电至与其连接的单元，及，

电磁波激励单元，其输入端接微波功率源输出端，激励其输入端接收的微波能量形成电磁波。

作为封闭空间内微波无线能量可重构聚焦系统的再进一步优化方案，无线能量接收器包括：