[发明专利]用于多目标无线能量传输的准无衍射波束形成方法

说明书

本发明公开了一种用于多目标无线能量传输的准无衍射波束形成方法，主要解决现有天线馈电网络复杂、对接收目标位置要求过高的问题。其方案是：1)设计反射阵单元；2)仿真反射阵单元，绘制补偿相位表，并将反射阵单元排成平面阵列；3)确定准无衍射波束的传播方向和最大无衍射传输距离；4)根据平面阵列确定反射阵单元波矢量与传播轴形成的角度；5)根据3)和4)的结果计算各反射阵单元补偿相位；6)在补偿相位查找对应单元并调整尺寸生成反射阵天线；7)将馈源和反射阵天线放在设计位置，在馈源上加射频信号，产生准无衍射波束。本发明简化了天线的馈电网络结构，满足给多目标供电的需求，可用于同一路径上多个目标的无线能量传输。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及用于多目标无线能量传输的准无衍射波束形成方法，可用于同一路径上多个目标的无线能量传输。

背景技术

随着电子信息产业的发展，越来越多的电子设备需要用无线充电的技术来替代以往使用的有线充电技术，而无线充电技术的很大一部分就是靠传输电磁能量来实现。辐射式无线能量传输方式作为无线能量传输方式的一种，其应用包含利用高增益天线来形成一个高增益波束实现电磁能量的远距离传输；辐射式无线能量传输的方式是通过聚焦实现能量的高效传输。但是聚焦式无线能量传输方式只有接收装置位于天线的焦点位置时才有可能实现能量的高效传输，当接收点的位置偏离天线的焦点位置后其传输效率会急剧下降。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种不等功率分配的聚焦传输反射阵天线设计方法”(申请号2018106884521，申请公布号CN108830009A)中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，其实现步骤是：(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。该方法存在的不足之处是：天线阵列能量仅在焦点处汇聚，对接收设备的位置要求高，难以实现对同一路径上的多目标无线能量传输。

中国舰船研究设计中心在其申请的专利文献“一种基于无衍射相位调制的微波无线电能传输装置”(申请号：201910407540.4，申请公开号：CN110098669A)中公开了一种基于无衍射相位调制的微波无线电能传输装置，其包括：微波辐射源、阵列型微波发射天线、无衍射相位调制器、阵列型微波接收天线、微波整流电路模块以及负载。该装置涉及的微带阵列天线结构复杂，且需要有较为复杂的馈电网络。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种用于多目标无线能量传输的准无衍射波束形成方法，以简化天线的馈电网络，实现对同一路径上的多目标无线能量传输。

本发明的技术思路是：通过使用反射阵的方式简化馈电网络，利用零阶无衍射波束对遮挡不敏感的特性，实现对同一路径上多个目标的高效无线能量传输。

根据上述思路，本发明的实现步骤包括如下：

(1)设计具有330～360度范围相位补偿的反射阵单元；

(2)根据设计的反射阵单元，仿真得出不同单元尺寸对应的反射相位，将不同尺寸取值和与其分别对应的反射相位绘制成一个补偿相位表；

(3)将反射阵单元按照M×N排布成平面阵列，其中，M表示反射阵单元的行数，M≥4，N表示反射阵单元的列数，N≥4；

(4)在球坐标系中，确定准无衍射波束的传播方向为和最大无衍射距离Z_max，其中0°≤θ≤60°，