[发明专利]一种稀疏化无线输能TRM设计方法和结构

摘要

本发明公开了一种稀疏化无线输能时间反演镜设计方法和结构，属于电磁波无线能量传输技术领域。本发明所述方法包括以下步骤：设置离散化的受能区域以及由基本单元组成的密集单元TRM，确定输能指标；基于密集单元TRM的信道参数，确定最优的有源单元位置、数目以及增益补偿因子，满足旁瓣阈值指标；根据选定有源单元的特性，设计出稀疏化的有源单元TRM，满足效率阈值指标。利用本发明所述方法得到的稀疏化TRM的结构特征为：有源单元的口径大小为基本单元的整数倍，可以方便地通过基本单元组阵来实现。本发明可以解决无线输能TRM有源单元数目过多，馈电复杂，系统成本高的难题，在满足预期的输能指标的同时，实现多种环境中TRM的稀疏设计。

主权项

1.一种稀疏化无线输能TRM设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.设定密集单元TRM及输能指标步骤1‑1.设定受能区域与密集单元TRM将受能区域离散化处理，并放置M个受能天线；设N元的密集单元TRM的基本单元编号集合为Ω＝{1，…，N}，集合中编号相邻的基本单元在实际阵列排布中同样相邻，单元间距一致，且每个单元完全相同；稀疏单元TRM的有源单元集合为Ω₁∈Ω，|Ω₁|＝N₀，| |表示求集合中元素个数，N₀表示Ω₁中有源单元数目；步骤1‑2.设定输能指标设定的输能指标如下：(1)单受能天线时间反演输能时旁瓣阈值为SL_th；(2)单受能天线时间反演输能时效率阈值为η_th；步骤2.选择稀疏有源单元集合步骤2‑1.选择N₀的初始值N₀的初始值即为有源单元数目的下限值，N₀＜N_max，N_max为系统可实现的最大有源单元数目；步骤2‑2.选定初始Ω₁，计算集合Ω₁的旁瓣值SL随机选定N₀元集合Ω₁作为初始的有源单元集合，选定的有源单元集合Ω₁与受能天线之间的信道矩阵为：其中，h_i表示第i个受能天线的信道向量，1≤i≤M，上标T表示矩阵转置，表示M×N₀的复矩阵；将Ω₁中有源单元进行增益补偿后的等效的信道矩阵为：其中，diag(·)表示将向量化为对角矩阵，为幅度补偿因子，为增益补偿因子，g_k表示第k个有源单元与基本单元的相对功率增益，1≤k≤N₀，表示N₀维实的行向量，h′_i表示矩阵H′的第i行；旁瓣值SL为：SL＝max(SL_i)其中，SL_i表示第i个受能天线的旁瓣值，max表示求最大值，上标H表示共轭转置；步骤2‑3.确定最优的稀疏有源单元集Ω₁，得到最小旁瓣值SL采用穷举法或全局优化算法求解最优解Ω₁及SL；步骤2‑4.判断是否满足SL＜SL_th若满足SL＜SL_th，则结束，输出最优的稀疏有源单元集合Ω₁以及对应的增益补偿因子g_c；否则，令N₀＝N₀+1，转至步骤2‑2；步骤3.设计稀疏化TRM有源单元依据基本单元特性以及增益补偿因子g_c重新设计有源单元，满足设定的单天线输能效率阈值，使得效率η≥η_th；效率η表示为：η_i＝h_ih_i^H其中，min表示求最小值。