[发明专利]一种基于微波分束赋型的多目标能量管理方法

说明书

本发明公开一种基于微波分束赋型的多目标能量管理方法，属于电通信的技术领域。在发射端，通过采用时变矢量加权的方式在分布式发射多通道输出端口叠加权重，对发射端波束进行分束赋型，为实时多目标供电提供基础。针对接收端发出供能请求的多个负载进行算法研究，建立多负载情况下优先级评估模型，完成优先级排序，确定MPT系统在复杂环境下的能量分配。本发明能够完成MPT系统发射端多波束分束赋型、接收端多目标复杂环境下的受能目标的选定，实现对多目标的能量传输，充分发挥MPT系统传能的灵活性和智能性，加快和促进微波无线能量传输技术的推广。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种基于微波分束赋型的多目标能量管理方法，特别是涉及一种适合多目标复杂环境下无线能量传输系统微波分束赋型的能量管理方法，属于电通信的技术领域。

背景技术

随着科技的发展，各类电器设备逐渐进入了人类的生活中，杂乱无章的线缆既破坏了优美的环境又容易引起触电事故及火灾，人们对高效、便捷、安全的供电方式的需求日益增加。无线电能传输技术依靠电磁场等空间软介质进行能量传递，避免了电源与用电设备直接接触，能有效解决接触打火、电线破损、电线冗乱等问题，同时使用电设备摆脱电力线的束缚。目前，无线电能传输主要有电磁感应式、磁耦合谐振式以及微波式这三种，其中，前两种技术已经比较成熟，但是只适用于近距离无线电能传输。

微波式能量传输(MPT,Microwave Power Transmission)适用于中远距离无线电能传输，具有穿透力强且传输不受大气环境、云层、雨露等影响的优点，运用波束集成、波束定向，波束分束赋型等技术可以实现高集中度、高定向度的能量传输，运用通信领域的调制解调技术可以实现能量和信息的同时传输，因此，该技术在太空能源开发、军事、航空航天、家用电器等方面有广阔的应用前景，并迅速成为了研究热点。

微波能量传输系统的通用结构如图1(a)所示，主要由微波发射端、自由空间以及微波接收端三部分组成。微波发射端用于把直流或者交流电能转换为射频功率，为了实现对主波束进行赋型和定性需对波束副瓣进行抑制，发射端一般采用相控阵天线阵列，并且需要对每个天线子阵提供相位可调和功率可变的射频功率。目前的研究大部分是单波束微波传能系统，这种无线传能系统控制方式简单，但是只适用于单目标的供能情形，当需要供能的目标数量增多时，单波束供能方式将不再适用。因此，亟需发明一种多波束供能方式，实现多个目标的供电。

目前，对闭环方式的多目标无线能量传输研究多为磁耦合方式，例如华南理工大学在申请的专利“一种基于PT对称原理的多频多负载无线供电系统”(申请号CN201921830512.5，申请日2019.10.28，公布号CN210608710U，公布日2020.05.22)中提出了一种基于PT对称原理的多频多负载无线供电系统，采用PT对称原理实现多负载之间的分配与控制，该方式存在不足之处是耦合线圈受高频损耗影响品质因数较低，充电距离短。

对于微波能量传输系统的接收端，整流电路是现在的研究焦点，当前很多文献都是围绕着高效率、大功率以及宽动态功率范围整流展开，取得了很多研究成果，然而负载层面上的研究比较缺乏，往往都是接受天线阵列后面直接接上对应的电阻负载，或者经过整合汇成一路给一个负载供电，没有和发射端建立联系，是典型的开环方式，虽然控制简单，但是在现实生活中供电负载是多变的，当处于复杂多目标供电环境下，该方式显然将面临挑战。为此，亟需研究一种适用于接收端多目标复杂环境下的能量管理方法，对微波能量进行合理分配，充分发挥MPT系统传能的灵活性和智能化。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提出一种基于微波分束赋型的多目标能量管理方法，对发射端波束的分束赋型为实时多目标供电提供基础，同时对接收端多个受能目标建立优先级评估模型，基于该评估模型实现MPT系统在复杂环境下能量分配的发明目的，解决基于磁耦合技术多目标无线能量闭环传输方案充电距离短的技术问题。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于微波分束赋型的多目标能量管理方法，包括如下步骤：