[发明专利]一种非视距环境下的电磁能量聚焦方法及装置

说明书

本发明公开了一种非视距环境下的电磁能量聚焦方法及装置，本发明将多个目标焦点视为虚拟点源，反向传播到天线的孔径上，并将元素仅放置在反向传播的孔径场和导模参考之间的相位差低于某个阈值的点上。该过程的第一步是确定虚拟点源，该点源的位置在需要实现光束聚焦的位置。本发明提出一种软件定义无线环境下的菲涅尔区多点聚焦方法，该方法在非视距环境下也具有的较高的传播效率，以解决现有技术存在的问题。

技术领域

本发明属于电磁能量聚焦领域，具体涉及一种非视距环境下的电磁能量聚焦方法及装置。

背景技术

电磁能量聚焦技术是指将天线辐射场聚焦在近场区的多个特定的点上，从而增加聚焦区域的电磁能量，提高能量传输效率。该技术在如近场成像、医疗、无损检测和无线能量传输等一些新兴的应用中具有巨大的潜力。

近场之所以能够聚焦能量，在于电磁能量聚焦技术能够获得超过衍射极限的分辨率。因此，在天线孔径上适当的相位分布，可以在近场区域获得良好的聚焦特性。

在过去的几十年中，提出了许多聚焦方案。在这些方案中，一种可行的实现相位分布的方法是使用金属反射镜。抛物面反射镜可以将沿轴线行进的入射平面波转换为向焦点汇聚的球面波。然而，在近场区很难获得平面波的馈源，特别是在一定功率聚焦条件下。因此，人们在利用平面阵列天线产生近场聚焦光束方面做了大量的工作。此外，人们提出一种利用阵列天线在近场区聚焦于一点的方法，采用宽带U型槽微带贴片天线单元和集成微带馈源网络，可用于建立更有效的微波传感检测技术。微带阵列近场聚焦天线具有外形小、质量轻、制造成本低、易于部署等优点，在工业传感应用中受到高度重视。然而，对于贴片阵列，这种结构通常会导致复杂的馈电网络，而对于波纹结构，则会导致不利于动态成形的配置。

近年来，出现了控制无线传播环境特性的新思想，利用可编程超表面加强透镜效应及其模块单元超贴片任意调控反射角的功能来减轻路径损耗，用以增加电磁波的传输距离和解决非视距传输问题。电磁超表面是由数百或数千个周期性子波长元件组成，可以用简单而低成本的印刷电路板工艺制造。通过调整超表面的每个元素的特性，可以在空间上控制散射波的相位，从而塑造波前。可编程无线环境是通过在平面物体(如室内环境中的墙壁和天花板)上涂上超贴片(即任何上述技术的矩形面板)而产生的，他们之间具有互联功能，以便允许中央服务器连接到任何模块，获取其状态并以自动方式设置其电磁功能。然而现有技术却无法应用到非视距环境中。

发明内容

针对上述现有技术无法应用到非视距环境中的问题，本发明的目的是提供一种非视距环境下的电磁能量聚焦方法及装置，用以解决现有技术中存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种非视距环境下的电磁能量聚焦装置，包括电磁功能控制器、电磁发射器和电磁超表面模块A，所述电磁超表面模块A布设在非视距环境中，电磁超表面模块A布设在k个需要聚焦的焦点附近，电磁超表面模块A上设置多个超贴片单元，多个超贴片单元均与一个IOT网关互联，IOT网关与电磁功能控制器互联，电磁功能控制器与电磁发射器互联。

所述电磁功能控制器根据电磁发射器与电磁超表面模块A的位置信息，通过无线控制链路控制电磁发射器朝向电磁超表面模块A发射电磁波；电磁功能控制器通过IOT网关控制电磁超表面模块A，使电磁超表面模块A具备电磁波全息功能。

所述电磁发射器与电磁超表面模块A之间至少设置一个电磁超表面模块B，电磁超表面模块B上设置多个超贴片单元，多个超贴片单元均与一个IOT网关互联，IOT网关与电磁功能控制器互联。

所述电磁功能控制器根据电磁发射器与电磁超表面模块B的位置信息，通过无线控制链路控制电磁发射器朝向电磁超表面模块B发射电磁波；电磁功能控制器通过IOT网关控制电磁超表面模块B，使电磁超表面模块B具备电磁波完全反射功能；电磁功能控制器通过IOT网关控制电磁超表面模块A，使电磁超表面模块A具备电磁波全息功能。

一种非视距环境下的电磁能量聚焦方法，包括：