[发明专利]一种基于方向回溯天线的无线能量传输系统及方法

说明书

本发明属于天线阵或系统技术领域，公开了一种基于方向回溯天线的无线能量传输系统及方法，导频信号发生模块产生导频信号，由相位测量分析模块采集并分析信号相位，最后由回溯信号发生模块和闭环相位控制单元输出高指向精度的回溯波，由整流天线及电路转换电磁能量。本发明克服了原有技术信号双向衰减的不足和指向精度的不足，回溯信号功率大大提高。本发明采用了相位测量分析模块采集分析导频信号相位信息，并由频率发生器生成回溯信号，有效的避免了信号的两次空间衰减，使回溯波的功率大大提高；并且在回溯信号发生器增加了一个闭环相位控制系统，对回溯信号相位进行实时校准，使回溯信号指向性有了保证。

技术领域

本发明属于天线阵或系统技术领域，尤其涉及一种基于方向回溯天线的无线能量传输系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：无线能量传输技术是指能量在不需要借助导线的情况下传输到终端的一种技术，实现方式主要有：电感耦合、电磁共振耦合、超声波、激光和微波等。电感耦合和电磁共振耦合传输功率大，分别利用线圈耦合和电磁共振物体之间的强电磁耦合传输能量，但传输距离受限；超声波只能通过各种煤质中传播，在空气中衰减大、传输效率低，也不适用于远距离传输；激光能够实现远距离的高功率传输，其优点是波束窄、指向性高，但因其对准难度大，精度不高；而微波无线能量传输技术传输距离远、传输功率大、抗干扰性更强，所以是当今最有发展前景的无线能量传输技术。微波无线能量传输技术(MPT)就是将其他形式的能量转换为微波能量通过天线进行发射与接收，从而实现空间无线能量传输。MPT的关键技术之一就是微波波束控制，使其能精确的到达指定位置。目前微波波束的控制主要靠机械控制、相控阵波束形成和方向回溯天线阵列。其中机械控制操作难度大，不易于大型阵列控制；相控阵天线造价昂贵，系统结构复杂；方向回溯天线不需要预先知道信号的来波方向，只需要接收到一导频信号，基于相位共轭原理，能够自动跟踪来波方向并发射与导频信号方向相反的回溯信号。由于其特殊的功能，可以应用到各种无限能量传输中，比如太阳能电站、卫星星间通信等。目前方向回溯天线阵列主要由以下几种实现方式：角反射器、Van Atta阵和外差混频技术。角反射器电尺寸太大，无法集成于电路中；Van Atta阵列只能回溯平面波，而且一般需要排布在一个平面，难以与电子系统共形；外差混频技术是获得相位共轭的一个简单有效的方式，当本振频率的频率是导频信号频率的两倍时，低边带信号的相位和导频信号相位共轭且同频，是目前使用最多的一种实现方式。上述所有实现方式，都是在接收导频信号后，对导频信号进行共轭形成回溯信号，这样信号会经过两次空间衰减，回溯信号到达接收端时功率弱，并且相位控制精度不高。

综上所述，现有技术存在的问题是：由弗里斯传输公式可知，在天线口径、增益一定的情况下，电磁波随着传输距离的增加，接收端所接收到的功率降低。现有技术在接收导频信号后，对导频信号进行共轭形成回溯信号，信号会经过两次空间衰减，使得回溯信号功率较弱。在相位共轭方案中需要较高的相位精度，但是在电路中有很多因素会影响回溯信号指向精度，比如：链路间的耦合、功分器的相位不一致性、混频器的同频干扰等，因此回溯信号的指向性无法保证。

解决上述技术问题的难度和意义：根据弗里斯传输公式，电磁波的空间衰减在天线口径、增益一定的情况下，距离越大衰减越大，想要实现远距离无线能量传输的难度是很大的。并且在远距离传输时，电路中功分器、放大器和混频器等对回溯波相位的影响，会对回溯波指向性有很大影响。电路中的相位一致性控制难度很大，并且链路之间的耦合也会对影响系统性能。所以有效解决功率弱和指向精度问题，可以使无线能量传输应用到更多领域，比如：卫星星间通信、太阳能电站等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于方向回溯天线的无线能量传输系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于方向回溯天线的无线能量传输方法，所述基于方向回溯天线的无线能量传输方法包括：

第一步，可移动的导频信号发生模块发射连续导频信号；