一种基于时间反演的分布式无线能量传输方法技术

本发明专利技术公开了涉及电磁波输能领域，具体公开了一种基于电磁时间反演的封闭曲折环境中的远距离的分布式无线输能方法，包括以下步骤：接收端的发生器产生电磁波信号，接收端的信标天线发射该电磁波信号，信标天线发射的电磁波信号借助布置在曲折环境内的金属丝线阵高效地传输，曲折环境内的分布式天线阵列接收到金属丝传递的电磁波信号并传递给信号反转器件，信号反转器件对电磁波信号进行时间反演，再传递给放大器进行放大操作，接着分布式天线阵列发射电磁波信号并在接收终端处产生聚焦。本申请利用接收端的信标天线发射电磁波信号，金属丝线阵作为传输载体，运用时间反演，实现了在封闭曲折环境内的能量高效传输。

A distributed wireless energy transmission method based on time reversal

The invention relates to the field of electromagnetic wave transmission, and particularly discloses a distributed wireless remote electromagnetic inversion closed environments based on winding transmission method, which comprises the following steps: the receiving end of the generator generates an electromagnetic wave signal, the receiving end of the beacon antenna transmitting the electromagnetic wave signal wire is arranged in the twists and turns in the array of efficient transmission by means of electromagnetic wave signal beacon antenna, electromagnetic wave signal distributed antenna array environment receives the twists and turns of wire transfer and transfer to the signal inversion device, signal inversion device of electromagnetic wave signal time inversion, and then transmitted to the amplifier, then distributed antenna array transmitter the electromagnetic wave signal and focused on the receiving terminal. The application uses the beacon antenna of the receiver to transmit electromagnetic wave signals, and the metal wire array is used as the transmission carrier, and uses time inversion to realize the energy efficient transmission in the enclosed zigzag environment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间反演的分布式无线能量传输方法
本专利技术属于电磁波无线能量输送领域，更为具体地说，涉及一种基于电磁时间反演的封闭曲折环境中的远距离的分布式无线输能方法。
技术介绍
所谓输能，即是对用电设备进行能量输送，如有线电视的供电线供电，电动牙刷的感应式充电等。随着社会的不断发展以及人们对于能量的及时性的需求，无线输能开始被提出。无线输能方式，大致包括三种：电磁波远场能量输送，谐振耦合输能，电磁感应耦合输能。谐振耦合输能是指在两处具有相同频率的装置，可以通过共振交换能量，实现无线能量的输送。这种方法的优点是能量传输功率高，缺点是装置的尺寸一般较大，传输效率较低，较难达到实际运用的目的。电磁感应耦合输能是通过线圈与线圈之间的感应实现能量传递，即主线圈的电流等变化会使空间中的电磁波随时间变化，从而在次级线圈产生感应电流，实现无线能量输送。这种方法的优点是传输效率较高，但由于是通过变化的电磁场传递能量，一般电磁干扰比较严重。电磁波远场能量输送即是以电磁波为载体，通过发射端发射电磁波，接收端接收到电磁波后通过一系列后续处理，实现在发射装置与接收装置之间传递能量。这种方法的优点是无须线缆等多余设备辅助，节省空间。近些年来，也有研究者提出了金属丝有利于电磁波传播,但是只是采用在理想的传播空间中进行研究，对于金属丝线阵在曲折空间环境中如何提高输能效果并无相关研究；同时现有的研究大多只是将金属丝随机分散在传播空间，并没有针对金属丝更加有效或充分的增加输能效果进行研究。时间反演是一种新型的电磁波传播与控制方法；时间反演需要在包围源的封闭曲面上布满电磁波信号接收器，该接受装置称为TRM；TRM接收到源发射的电磁波信号后进行时间反演，再重新发射，重发射的电磁波信号在发射源的附近再实现空间与时间的聚焦；在无线电磁波输送能量方面，通过利用时间反演的空时聚焦特性，无线输能已经取得了较大的进步，研制出了一系列的站列式时间反演镜系统，这种方法较之于以前，能量传递效率已经有了较大的提高，但缺点是天线阵周围辐射较大以及在较为封闭曲折的场地不易使用。其中时间反演包括分布式天线阵列以及时间反演模块(一般采用信号反转器件实现信号的反演)，分布式天线阵列也称天线阵，它是由许多相同的单个天线(如对称放置的偶极子天线)排列组成的天线系统。单个天线的方向图不易控制，增益不高，其他参量往往也不能满足使用要求，所以在某些应用场合(例如雷达天线等)需要使用阵列天线。阵列天线的各组成天线单元应有一定的排列规律和馈电方式，以获得所要求的功能。按单元排列可分为线阵和面阵。最常用的线阵是各单元的中心依次等距排列在一直线上的直线阵。线阵的各单元也有不等距排列的，各单元中心也可以不排列在一直线上，例如排列在圆周上。阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各个单元的辐射场的总和(矢量和)由于单元各个位置和馈电电流的振幅和相位均可以调整，从而实现高效的传输。分布式天线阵列采用分布式放置，在封闭曲折环境中使用，可将功率分散，让单个天线承受较低的功率，实现远距离的输送，同时保持较高的无线输能效率。现有自动化控制设备使用十分广泛，并且很多自动化控制设备处于封闭空间，不容易拆卸；那么当装置需要能量时，则十分的不方便；同时在封闭曲折环境中进行传能时，由于曲折环境中的空间限制以及复杂的电磁传输环境，导致传输效率低下，这给应用于封闭曲折环境中的装置的能量供应造成了极大的不便。所以，研究出一种分布式远距离能量传输的技术，用于提高封闭曲折环境中的远距离无线能量传输的效率，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对由于电磁波在曲折环境中的空间限制以及复杂的电磁环境中传输而导致传输效率降低的问题，本专利技术提供了一种在曲折结构中也能实现高效传输的基于时间反演的分布式无线能量传输方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于时间反演的分布式无线能量传输方法，包括以下步骤：(1)：封闭曲折环境中的接收端的发生器产生电磁波信号并传递给信标天线，信标天线接收到发生器传递的电磁波信号并传递给金属丝线阵，金属丝线阵传递接收到信标天线传递的电磁波信号并传递给分布式天线阵列；(2)：分布式天线阵列接收到金属丝线阵传递的电磁波信号再传递给信号反转器件，信号反转器件将接收到的电磁波信号作为能量信号进行反演操作，得反演电磁波信号，信号反转器件将反演电磁波信号传递给放大器；放大器接收到反演电磁波信号并对其进行放大处理，得到放大电磁波信号，放大器将放大电磁波信号传递给分布式天线阵列，分布式天线阵列接收到放大器传递的放大电磁波信号并传递给金属丝线阵；其中分布式天线阵列具有分散电磁波信号并传递的作用；(3)：金属丝线阵接收到分布式天线阵列传递的电磁波信号并传递到接收端，并在接收端处产生聚焦，得到聚焦电磁波信号。最终分布式天线阵列传递的电磁波信号在接收端聚焦，实现传能。接收端的信标天线处的装置没有能量后，信标天线发射电磁波信号到所处的曲折环境中，在金属丝线阵的渠化作用下，电磁波信号高效率地到达分布式天线阵列，分布式天线阵列处接收到电磁波信号后，电磁波信号通过信号反转器件在时间上进行反转，然后在放大器的作用下，被反转处理的电磁波信号被放大，再经过分布式天线阵列发射，再通过金属丝线阵的作用，电磁波信号高效率地在达接收端的信标天线处聚焦，实现无线输能；时间反演镜(TRM)包括分布式天线阵列，信号反转器件以及放大器，本申请通过时间反演以及在空间中增加金属丝线阵实现了电磁波信号在曲折空间中的高效传输，在曲折空间中的无线传能对于现有的自动化控制设备等有重要意义。可选地，分布式天线阵列是全向天线或定向天线。可以根据电磁波信号的具体的传播来选用；定向天线可以让电磁波信号发射口对准金属丝线阵，更利于传播，相对会减少电磁波信号的损失。优选地，分布式天线阵列分布在金属丝线阵的中心。中心磁场最强，电磁波信号沿四周的金属丝传递，能更好的实现电磁波信号的高效传输。优选地，金属丝线阵平均长度是电磁波半波长的整倍数。当金属丝线阵平均长度是电磁波半波长的整倍数时，谐振效果更明显，渠化作用(电磁波沿着金属丝线阵传播)效果更佳。具体地，信号反转器件通过有线传递与放大器连接，分布式天线阵列通过有线传递分别与信号反转器件和放大器连接。分布式天线阵列发射的信号直接通过传输线到信号反转器件，信号反转器件处理后再通过传输线直接将处理后的电磁波信号传递到放大器，放大器再通过传输线直接将电磁波信号传递到分布式天线阵列。放大器与信号反转器件的位置设置并没有要求。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术利用位于封闭曲折结构中接收端的发生器产生电磁波信号，接收端的信标天线发射探测电磁波信号，借助金属丝线阵传输，由分布式天线阵列接收电磁波信号，信号反转器件对电磁波信号进行时间反演操作，放大器再对电磁波信号进行放大处理，最后由分布式天线阵列发射处理后的电磁波信号，电磁波信号在接收端的信标天线处聚焦，同时在曲折空间中，借助金属丝线阵以及时间反演来提高电磁波信号传递的效率，实现了电磁波信号在曲折结构中的高效传输。2.分布式天线阵列是全向天线或定向天线；根据输能需要，灵活应用。分布式天线阵列具有聚焦性好、损耗小、输能效率高的优点。3.当金属丝线阵长度是电磁波半波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间反演的分布式无线能量传输方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：在封闭曲折环境中的接收端的发生器产生电磁波信号并传递给信标天线，信标天线接收到发生器传递的电磁波信号并传递给金属丝线阵，金属丝线阵接收到信标天线传递的电磁波信号并传递给分布式天线阵列；(2)：分布式天线阵列接收到金属丝线阵传递的电磁波信号再传递给信号反转器件，信号反转器件将接收到的电磁波信号作为能量信号进行反演操作，得反演电磁波信号，信号反转器件将反演电磁波信号传递给放大器；放大器接收到反演电磁波信号并对其进行放大处理，得到放大电磁波信号，放大器将放大电磁波信号传递给分布式天线阵列，分布式天线阵列接收到放大器传递的放大电磁波信号并传递给金属丝线阵；(3)：金属丝线阵接收到分布式天线传递的电磁波信号并传递到接收端处产生聚焦，得到聚焦电磁波信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间反演的分布式无线能量传输方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：在封闭曲折环境中的接收端的发生器产生电磁波信号并传递给信标天线，信标天线接收到发生器传递的电磁波信号并传递给金属丝线阵，金属丝线阵接收到信标天线传递的电磁波信号并传递给分布式天线阵列；(2)：分布式天线阵列接收到金属丝线阵传递的电磁波信号再传递给信号反转器件，信号反转器件将接收到的电磁波信号作为能量信号进行反演操作，得反演电磁波信号，信号反转器件将反演电磁波信号传递给放大器；放大器接收到反演电磁波信号并对其进行放大处理，得到放大电磁波信号，放大器将放大电磁波信号传递给分布式天线阵列，分布式天线阵列接收到放大器传递的放大电磁波信号并传递给金属丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐欢，丁帅，郭菲菲，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51