基于共享孔径多波束形成的无线充电方法技术

本发明专利技术公开了一种基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，包括如下步骤：1、布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，每个阵面布置相同数量的阵元；2、将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，分别用于产生两个低频波束和两个高频波束；3、被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；4、对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。该方法在被充电设备个数远大于充电设备个数的条件下，高效地解决对多个被充电设备进行充电时的效率问题。

Wireless charging method based on shared aperture and multi beam forming

The invention discloses a wireless charging method based on shared aperture multi beam forming. The method includes the following steps: 1. The charging device array is arranged. The charging device array is a cube, including 5 arrays, each array is arranged the same number of array elements; 2, each array is divided into two subarrays of the same number of elements. It is not used to produce two low frequency beams and two high-frequency beams; 3, the rechargeable device and the charging device array set up a wireless connection to determine the array and resonance frequency of the rechargeable device; the beam in each array is sorted according to the number of rechargeable devices, and is selected to cover the most charged devices in each array. The beam is used as the radiation beam of the array; 4, the charged device is charged, and the energy is transmitted at the resonant frequency. Under the condition that the number of charged equipments is much larger than the number of charged equipments, this method can effectively solve the efficiency problem of charging multiple charged equipments.

【技术实现步骤摘要】
基于共享孔径多波束形成的无线充电方法
本专利技术属于无线充电领域，具体涉及一种基于共享孔径多波束形成的无线充电方法。
技术介绍
2017年2月，苹果公司宣布加入无线充电联盟，并认为无线充电在未来必定是个趋势。同年9月，苹果公司发布会推出了一款可支持iphone8等系列产品无线充电的充电设备。同时随着多波束技术不断发展，可将多波束技术应用于无线充电中，可以进一步提高被充电设备的充电效率。如何高效地解决多个被充电设备的充电效率，特别是在被充电设备个数远大于充电设备个数和波束个数的情况下，目前尚未有有效方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是为了在被充电设备个数远大于充电设备个数的条件下，高效地解决对多个被充电设备进行充电时的效率问题。技术方案：本专利技术采用如下技术方案：基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，包括如下步骤：(1)布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，所述5个阵面为立方体的5个侧面；每个阵面布置相同数量的阵元，每个阵面上的阵元分别在水平方向和竖直方向等间距设置；(2)将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，其中一个子阵产生两个低频波束，另一个子阵产生两个高频波束；利用时间调制阵列的一次谐波分量和负一次谐波分量进行波束形成；(3)被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；(4)对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。步骤(2)中子阵多波束形成步骤包括：(2.1)随机确定两个子阵的阵元位置分布，发射波束的俯仰角为θ，方位角为根据下式计算第k次谐波的波束方向图，k＝1,-1：其中，M，N分别为发射阵元所属阵面在水平方向和竖直方向上的阵元数，β＝2π/λi(i＝1,2)为波数，λ1和λ2为分别为低频波束和高频波束的波长；dx和dy分别为水平方向和竖直方向上的阵元间距，θ0、为第k次谐波波束的俯仰角和方位角，Cj，k为第k次谐波分量的傅里叶系数，其计算式为：其中，fp为调制频率，τj为第j个阵元的开关闭合时间，t0j为第j个阵元的开关打开时间。(2.2)利用差分进化算法优化时间调制阵列的控制时序，即开关闭合时间τj，通过调整开关闭合时间优化波束方向图的旁瓣峰值电平和天线增益，目标函数为：f(x)＝w1·PSLL+w2·Gmax其中PSLL为波束的旁瓣峰值电平，Gmax为天线增益，w1，w2分别为其权系数。作为优选方案，每个阵面上的阵元在水平方向的间距与竖直方向的间距相等。作为另一种优选，充电设备与被充电设备采用蓝牙方式建立无线连接。有益效果：本专利技术公开的基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，能够很好地解决对多个设备进行充电时的效率问题，能够产生多个不同频率的波束，同时兼顾能量的传输效率，为无线充电技术中类似问题提供技术基础。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为充电设备执行多波束形成的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。如图1所示，本专利技术公开的基于共享孔径多波束形成的无线充电方法包括如下步骤：(1)布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，所述5个阵面为立方体的5个侧面；每个阵面布置相同数量的阵元，每个阵面上的阵元分别在水平方向和竖直方向等间距设置；(2)将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，其中一个子阵产生两个低频波束，另一个子阵产生两个高频波束，利用时间调制阵列的一次谐波分量和负一次谐波分量进行波束形成，具体包括如下步骤：(2.1)随机确定两个子阵的阵元位置分布，发射波束的俯仰角为θ，方位角为根据下式计算第k次谐波的波束方向图，k＝1,-1：其中，M，N分别为发射阵元所属阵面在水平方向和竖直方向上的阵元数，β＝2π/λi(i＝1,2)为波数，λ1和λ2为分别为低频波束和高频波束的波长；dx和dy分别为水平方向和竖直方向上的阵元间距。本实施例中，阵元在水平方向和竖直方向均匀分布，即在水平方向的间距与竖直方向的间距相等，且为低频波束与高频波束波长之和的1/4，即：dx＝dy＝(λ1+λ2)/4。θ0、为第k次谐波波束的俯仰角和方位角，Cj，k为第k次谐波分量的傅里叶系数，其计算式为：其中，fp为调制频率，τj为第j个阵元的开关闭合时间，t0j为第j个阵元的开关打开时间。(2.2)利用差分进化算法优化时间调制阵列的控制时序，即开关闭合时间τj，通过调整开关闭合时间优化波束方向图的旁瓣峰值电平和天线增益，目标函数为：f(x)＝w1·PSLL+w2·Gmax其中PSLL为波束的旁瓣峰值电平，Gmax为天线增益，w1，w2分别为其权系数。步骤(2.1)生成1次谐波和-1次谐波后，计算f(x)的值，如果f(x)的值没有达到目标值，则利用差分进化算法优化时间调制阵列的控制时序，即开关闭合时间τj，重新执行步骤(2.1)；否则，执行步骤(3)。(3)被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；本实施例中充电设备与被充电设备采用蓝牙方式建立无线连接。(4)对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，所述5个阵面为立方体的5个侧面；每个阵面布置相同数量的阵元，每个阵面上的阵元分别在水平方向和竖直方向等间距设置；(2)将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，其中一个子阵产生两个低频波束，另一个子阵产生两个高频波束；利用时间调制阵列的一次谐波分量和负一次谐波分量进行波束形成；(3)被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；(4)对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。

【技术特征摘要】
1.基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，所述5个阵面为立方体的5个侧面；每个阵面布置相同数量的阵元，每个阵面上的阵元分别在水平方向和竖直方向等间距设置；(2)将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，其中一个子阵产生两个低频波束，另一个子阵产生两个高频波束；利用时间调制阵列的一次谐波分量和负一次谐波分量进行波束形成；(3)被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；(4)对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。2.根据权利要求1所述的基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，其特征在于，步骤(2)中子阵多波束形成步骤包括：(2.1)随机确定两个子阵的阵元位置分布，发射波束的俯仰角为θ，方位角为根据下式计算第k次谐波的波束方向图，k＝1,-1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贞凯，刘新星，费晓，李效龙，苏胤杰，解志斌，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32