[发明专利]一种不等功率分配的聚焦传输反射阵天线设计方法

说明书

本发明公开了一种不等功率分配的聚焦传输反射阵天线设计方法，本发明的实现步骤是：(1)生成反射阵天线单元；(2)确定反射阵天线的规模；(3)绘制补偿相位表；(4)确定能量接收焦点信息；(5)计算反射阵天线各单元的补偿相位；(6)调整反射阵天线单元十字金属贴片的长度；(7)构造反射阵天线；(8)生成复权值矩阵。本发明提出一种不等功率分配的聚焦传输反射阵天线设计方法，以实现反射电磁超表面的多馈源多焦点不等功率分配的的近场聚焦特性，满足无线通信与无线传感网络的多输入多输出MIMO需求。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线能量传输技术领域中的一种不等功率分配的聚焦传输反射阵天线设计方法。本发明设计的天线可以实现多馈源多焦点的不等功率分配聚焦传输，满足无线通信系统对无线能量多输入多输出不等功率分配的实际需求。

背景技术

随着“智慧城市”，“万物互联”等概念的不断发展，无线通信系统、无线传感网络的能量供给面临着全新的挑战基于平面反射阵列天线，可通过其波束汇聚特性实现辐射式能量传输，具有损耗小、成本低，大角度电波束扫描的特性等优点。但是传统的平面反射阵传输系统结构复杂，聚焦区域功率分布较为发散，能量传输效率低，不能满足当下电子无线通信多输入多输出(MIMO)的实际需求。而传统的近场聚焦平面反射阵天线虽然能够实现高效率的多源多焦点的聚焦，但是无法实现不等功率分配，不具有灵活性，使得能量无法实现高效利用。采用电磁超表面结构设计聚焦反射阵列，可以实现对聚焦特性的灵活调控，能量在焦点更为集中，且可以实现不等功率分配，保证更高的能量传输及利用。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种近场聚焦平面反射阵天线设计方法”(申请号CN201610471101.6，申请公布号CN106021818A)中提出了一种近场聚焦平面反射阵天线设计方法。该方法先确定反射阵天线的单元结构，选取反射阵天线的尺寸及单元间距，然后选择馈源和焦点的位置，将馈源发出的电磁波照射到反射阵天线上，然后按照公式计算每个反射阵天线单元的补偿相位，调节反射阵天线单元的尺寸满足补偿相位，实现预期的高效率的多馈源多焦点的聚焦。该方法存在的不足之处是：该方法设计的天线阵列在焦点处无法实现不等功率分配，难以实现能量的高效利用。

南京信息工程大学在其申请的专利文献“微带阵列聚焦天线的设计方法及微带阵列聚焦天线”(申请号：CN201310535355.6，申请公开号：CN103646126A)中提出了一种微带阵列聚焦天线的设计方法及聚焦天线能量传输系。统。该方法将微带单元构成一个阵列，通过调整相位补偿实现能量聚焦。该方法存在的不足之处是，涉及的微带阵列天线结构复杂，需要有较为复杂的馈电网络。基于该方法设计得到发射天线，并在预期聚焦位置放置一个同发射天线单元相同尺寸的天线作为接收天线构造无线传输系统，天线得到的相位分布满足设计聚焦天线所要求的二次球面波分布，同时提高传输效率和传输距离。可以实现单焦点的无线能量传输。该方法所设计的天线存在的不足之处是，系统不能实现多馈源(多输入)多焦点(多输出)的聚焦，也无法实现功率的可调分配，因而难以满足无线通信的多输入多输出需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种不等功率分配的聚焦传输反射阵天线设计方法，以实现反射电磁超表面的多馈源多焦点不等功率分配的的近场聚焦特性，满足无线通信与无线传感网络的MIMO需求。

本发明的技术思路是：首先确定反射阵天线单元结构和阵列规模，按照实际多输入多输出MIMO无线能量传输需要的接收端数目和每一个接收端需要的接收电场幅度，确定反射阵天线的能量接收焦点数目和接收电场幅度，计算获取反射阵单元的补偿相位，调整反射阵单元尺寸以满足补偿相位，最终构造反射阵天线以实现无线能量聚焦传输各能量接收焦点的不等功率分配。

本发明的步骤包括如下：

(1)生成反射阵天线单元：

将一个十字形金属贴片设置于介质基板的中心位置，构成一个单层十字结构的反射阵天线单元；